專利名稱：大幅圖像投影裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大幅圖像投影裝置。具體地說，公開了一種通過擴展激光投影裝置的水平掃描角度在較短距離內形成大幅屏幕的激光圖像投影裝置。
現有的用于圖像顯示的典型裝置為平面元件，例如電視接收機的陰極射線管(CRT)和液晶器件(LCD)。
然而，CRT或LCD越大，其制造難度越大并且其分辨率越低，從而限制了其商業(yè)化。
因此，現有技術方法通過利用透鏡擴展圖像并將其投射至屏幕上來實現大幅顯示。但是該方法的問題在于，因為圖像顯示裝置的溫度特性限制了其光源功率，使得在屏幕上所投圖像的象質較差并且亮度較低。
采用激光作為替代光源的激光圖像投影裝置已經研制出來。
然而，這種研制出的激光圖像投影裝置由于其水平掃描角度較窄而需要較長的投影距離。這是因為裝置的結構使得圖像尺寸由多面鏡旋轉表面的數目確定。其結果是，傳統(tǒng)結構的裝置在沒有相當長的投影距離的情況下不能產生大幅圖像。


圖1為表示傳統(tǒng)激光顯示裝置的示意圖。光源10為一白光激光器。在光源10的光路中，光學系統(tǒng)20包括一高反射鏡21，用于改變光源所產生激光束的路徑；一準直透鏡22，用于將激光束轉換成平行光束；和一望遠透鏡系統(tǒng)，用于調整平行光束的口徑。
望遠透鏡系統(tǒng)包括一個具有長焦距的第一望遠透鏡23和一個具有相對較短焦距的第二望遠透鏡24。
光束分離子系統(tǒng)25將來自光學系統(tǒng)20的望遠透鏡系統(tǒng)的白光激光束分離成紅、綠和藍色單色光束。
光束分離子系統(tǒng)25包括兩個二向色鏡67a、68a和一個高反射鏡69a。
二向色鏡67a和68a將白光束分離成紅、綠和藍色光束，高反射鏡69a用于改變單色光束的光路。
分離成紅、綠和藍色光束的激光束由聚焦透鏡64a、65a和66a聚焦在聲光調制器61、62和63上，并且由圖像信號加以調制。
準直透鏡64b，65b和66b分別設置在光調制器61、62和63的后部，將激光束還原為平行光束，然后分別入射在聚焦透鏡64a、65a和66a上。
光束組合子系統(tǒng)65將經聲光調制器調制的諸單色光束組合成一束光束。
光束組合子系統(tǒng)65包括兩個二向色鏡67b和68b以及高反射鏡69b，高反射鏡69b用于改變單色光束的光路。
通過二向色鏡的組合光束由電流計70垂直掃描，由多面鏡80水平掃描，然后在屏幕90上形成圖像。電流計70以經垂直同步信號同步的速度上下振動，多面鏡80以經水平同步信號同步的高速度轉動。
由光束組合子系統(tǒng)調制的光束的掃描路徑經電流計70在垂直面改變方向，其掃描路徑經多面鏡80在水平面改變方向，從而在屏幕90上形成圖像。
在電流計70與多面鏡80之間設有一中繼透鏡系統(tǒng)，用于聚焦光束使垂直掃描的激光束入射在多面鏡80表面即水平掃描表面的有效區(qū)域。
該中繼透鏡系統(tǒng)包括具有相同焦距的兩個透鏡31和32，設置為其間間距為各焦距的總和。
通過多面鏡的光束經fθ透鏡34顯示在屏幕上。
在上述結構中，顯示在屏幕上的圖像尺寸決定于掃描角，而掃描角決定于水平掃描角。水平掃描角決定于旋轉多面鏡的表面數目。該水平掃描角由下述方程1決定。
方程1θ＝720°/多面鏡表面數例如，在24面多面鏡的情況下，其水平掃描角固定為30°。
另一方面，電流計只是上下振動，所以其水平掃描角可以隨意調整。在上述結構中，因為多面鏡的水平掃描角是固定的所以應當根據多面鏡的水平掃描角調整電流計的垂直掃描角以使圖像比為4∶3。
為了根據NTSC(國家電視系統(tǒng)委員會)圖像信號體現和顯示活動圖象，應當每秒產生30次掃描并且每次掃描采用525條水平線。也就是說，每秒處理15,750條線，其水平掃描速度為15.75KHz對于24面多面鏡，轉動一周掃描24條線。為了每秒處理15,750條線，該24面多面鏡應當每秒轉動656.24次，從而需要其轉動速度為39,375RPM(轉/分)。
如上所述，應當提高水平掃描角以實現大尺寸顯示，而為了擴展水平掃描角，采用具有較少旋轉表面的多面鏡是有利的。另一方面，為了處理NTSC圖像信號，應當增加多面鏡的旋轉次數。
然而，因為多面鏡在增加旋轉次數上受到限制，所以減少多面鏡的表面數是不合適的。
因而，為實現大尺寸顯示，應當增大投影距離。
為增大投影距離，可以在光路上安裝一個擴束光學系統(tǒng)例如放大透鏡，但是這需要復雜的設計以及空間。
本發(fā)明目的在于提供一種確保高分辨率和高亮度的大幅圖像投影裝置。
根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例，大幅圖像投影裝置具有一個光源，一個用于根據視頻圖像信號調制光束的裝置，和一個用于將調制光束投向屏幕的裝置，所述投影裝置包括一個多面鏡，用于水平掃描調制光束，一個第一中繼透鏡，具有焦距f1并且設在多面鏡之前，一個第二中繼透鏡，具有相對短于焦距f1的焦距f2并且設在第一中繼透鏡之前，和一個電流計，用于垂直掃描從第二中繼透鏡接收的光束。
圖1表示傳統(tǒng)圖像投影裝置的示意圖。
圖2表示本發(fā)明的一個實施例的圖像投影裝置的示意圖。
圖3表示激光圖像投影裝置的掃描子系統(tǒng)的放大圖。
10,100光源20光源系統(tǒng)21，69a 69b，210，690a，690b，710，720高反射鏡22，64b，65b，66b，220，640b，650b，660準直透鏡23，24望遠透鏡230，240擴束透鏡25，250光束分離子系統(tǒng)67a，68a，670a，680a二向色鏡64a，65a，66a，640a，650a，660a聚焦透鏡61，62，63，610，620，630聲光調制器(AOM)
65，650光束組合子系統(tǒng)65b，68b，670b，680b二向色鏡70，700電流計80，800多面鏡90，900屏幕31，32，310，320中繼透鏡系統(tǒng)34fθ透鏡系統(tǒng)850反射鏡θ1初始水平掃描角θ2擴展水平掃描角f1第一中繼透鏡焦距f2第二中繼透鏡焦距在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，改變了掃描子系統(tǒng)的結構，使得經圖像信號調制的組合激光束在被垂直掃描之前先通過多面鏡加以水平掃描。
經水平掃描的激光束通過中繼透鏡系統(tǒng)，會聚在電流計上并且被垂直掃描，從而顯示出畫面。
水平掃描角決定于多面鏡的旋轉表面數并且為固定值，同時電流計上下振動并且可以調整垂直掃描角。
本發(fā)明的中繼透鏡系統(tǒng)用于擴展水平掃描角，并且將垂直掃描光束會聚于水平掃描子系統(tǒng)或者將水平掃描光束會聚于垂直掃描子系統(tǒng)。
中繼透鏡系統(tǒng)具有兩個凸透鏡，這兩個凸透鏡之一(第一中繼透鏡)設在靠近多面鏡處，而另一個(第二中繼透鏡)設在靠近電流計處。這兩個中繼透鏡之間的距離為其焦距的總和。
傳統(tǒng)中繼透鏡的焦距彼此相同，而本發(fā)明的特點在于第一中繼透鏡的焦距f1長于第二中繼透鏡的焦距f2。這使得可以以f1比f2的比率擴展水平掃描角，從而將圖像顯示在大尺寸屏幕上。
因此，按照當擴展水平掃描角的成比例以所需的比率增大電流計的垂直掃描角，使得可以在較短的投影距離處將圖像顯示在大尺寸屏幕上。
參照圖2，下面說明激光圖像投影裝置的主要結構和工作原理。
光源(100)為白光激光器，并且光源由準直透鏡220轉換成平行光束。
高反射鏡210改變了平行光束的光路，平行光束的口徑通過擴束透鏡系統(tǒng)230和240以放大比加以擴展。這種擴束意在保持聲光調制器610，620和630最高的信號處理能力。
擴束透鏡系統(tǒng)具有長焦距的第一擴束透鏡和相對較短焦距的第二擴束透鏡。
白光激光束通過擴束透鏡系統(tǒng)，進入光束分離子系統(tǒng)250。光束分離子系統(tǒng)250具有兩個二向色鏡670a和680a以及一個高反射鏡690a。
二向色鏡將白光束分離成紅、綠和藍色光束，高反射鏡690a改變單色光束的光路。
被分離的激光束分別通過聚焦透鏡640a，650a和660a聚焦在聲光調制器610，620和630上，并且由圖像信號加以調制。
位于聲光調制器后面的準直透鏡640b，650b和660b將調制激光束恢復成平行光束，然后入射在聚焦透鏡上。
光束組合子系統(tǒng)650將根據圖像信號經聲光調制器調制的紅、綠和藍色光束組合成一束光束。該光束組合子系統(tǒng)包括兩個二向色鏡670a和680a以及一個高反射鏡690a。
組合光束通過高反射鏡710和720射向多面鏡800并被水平掃描。經水平掃描的光束通過位于電流計和多面鏡之間的中繼透鏡系統(tǒng)310和320聚焦在電流計反射鏡的表面，并且被垂直掃描。
中繼透鏡系統(tǒng)包括第一中繼透鏡310和第二中繼透鏡320，它們是兩個凸透鏡，設置成彼此間隔為其焦距的總和。
在本發(fā)明中，第一中繼透鏡310的焦距長于第二中繼透鏡320的焦距，而傳統(tǒng)凸透鏡的焦距是相同的。第二中繼透鏡以其焦距比擴展水平掃描角。
經多面鏡和電流計掃描的圖像由位于電流計上部的反射鏡850投射至屏幕900上。
圖3表示圖2的激光圖像投影裝置的掃描子系統(tǒng)的放大圖。
下面參照圖3說明掃描子系統(tǒng)的工作原理。組合光束射向多面鏡800。當多面鏡反時針旋轉時，組合光束以①、②和③的順序射向第一中繼透鏡310。
通過光路①所射的光束經光路④射向第二中繼透鏡320，折射至光路⑦，并且射向電流計700。
通過光路②所射的光束依次經光路⑤和⑧射向電流計。
通過光路③所射的光束依次經光路⑥和⑨射向電流計。
中繼透鏡系統(tǒng)利用第一中繼透鏡310和第二中繼透鏡320的焦距f1和f2加以構造。
第一中繼透鏡310設置成與多面鏡800相距焦距f1，與第二中繼透鏡320相距為焦距(f1和f2)的總和。
第二中繼透鏡設置成與電流計相隔焦距f2。
按上述構造的中繼透鏡系統(tǒng)使得激光束可以沿圖3路徑移動。
水平掃描角的擴展根據兩個中繼透鏡焦距的比率確定。擴展掃描角θ2與初始水平掃描角θ1的關系按下述方程2確定。[方程2]θ1/θ2＝f2/f1在上述方程2中，水平掃描的擴展比率決定于兩個中繼透鏡的焦距比，從而當在右側的焦距比越大時，左側的擴展掃描角也越大。
因此，電流計按照描擴展的水平掃描角的比例增大垂直掃描角，從而獲得4比3(長比寬)的畫面比。
投射在電流計上的圖像通過反射鏡850向前投影在屏幕900上。
本發(fā)明提供了一種激光圖像投影裝置，通過把中繼透鏡系統(tǒng)中兩個中繼透鏡的焦距設成不同值，并且根據該焦距值設置多面鏡和電流計，提高了水平掃描角，使得即使在較短的投影距離處易于建立大幅屏幕。
權利要求
1.一種大幅激光圖像投影裝置，具有一個光源，一個用于根據視頻圖像信號調制光束的裝置，和一個用于將調制光束投影至屏幕的裝置，所述投影裝置包括一個多面鏡，用于水平掃描調制光束；一個第一中繼透鏡，具有焦距f1，設置在多面鏡的前面；一個第二中繼透鏡，具有相對于焦距f1較短的焦距f2，設置在第一中繼透鏡的前面；一個電流計，用于垂直掃描從第二中繼透鏡接收的光束。
2.如權利要求1所述的大幅圖像投影裝置，通過所述兩個中繼透鏡的焦距比調整所述多面鏡的水平掃描角。
3.如權利要求1或2任一所述的大幅圖像投影裝置，其中所述第一中繼透鏡與所述多面鏡之間的距離為所述焦距f1。
4.如前述3個權利要求中任一所述的大幅圖像投影裝置，其中所述第一中繼透鏡與所述第二中繼透鏡之間的距離為所述焦距f1和所述焦距f2的和。
5.如權利要求4所述的大幅圖像投影裝置，其中所述第二中繼透鏡與所述電流計之間的距離為所述焦距f2。
6.如權利要求5所述的大幅圖像投影裝置，其中所述第一和第二中繼透鏡為凸透鏡。
7.如前述6個權利要求中任一所述的大幅圖像投影裝置，其中所述光源為白光激光器。
全文摘要
一種用于將圖像信息投影到大幅屏幕上的激光圖像投影裝置。通過利用兩個焦距不同的中繼透鏡擴展水平掃描角,使得易于將圖像投射在大幅屏幕上。根據本發(fā)明的優(yōu)選實施例,圖像顯示裝置具有采用激光的光源;用于根據圖像信號調制光源的聲光調制器;用于掃描調制光束的掃描器;和一個由掃描光束顯示圖像的屏幕。根據兩個中繼透鏡的不同焦距比擴展水平掃描角,從而在大尺寸屏幕上產生大幅圖像。
文檔編號H04N9/31GK1257214SQ9812715
公開日2000年6月21日 申請日期1998年12月16日 優(yōu)先權日1998年12月14日
發(fā)明者李振鎬 申請人:三星電子株式會社