[发明专利]背面投影型图象显示设备的光学系统

说明书

本发明涉及背面投影型图象显示设备的光学系统，该设备采用投影透镜把显示在图象显示单元上的图象投影到屏幕上而显示大幅图象。

具有高分辨率和大屏幕的图象显示设备已有商业上的需要(诸如High Vision“海维申”显示器)以及工业上的需要(诸如高级计算机显示器)。由于有上述需要，在市场上到处都有投影型图象显示设备出售。

投影型图象显示设备分为两种类型。一种是两单元型，它把图象投影在与投影单元分开的屏幕上。另一种是一单元型，它把投影单元和屏幕做在一个机壳内。后一种称为背面投影型。

前者就单元本身可做得相当小，它对投影距离限制很小，因而在投影尺寸方面是任意的，然而当有外部光照在屏幕上时，在投影的图象上会伴有浮动黑影。因此，必需在暗房间或在接近于暗房间的环境下使用。由于没有来自投影器一侧的外部光照到屏幕上，后者(一单元设备)即使在明亮的环境下也能显示出好的图象。但是由于该设备必须提供与投影距离相应的空间，因此，设备的机壳很大。这种机壳大的设备不合家用需要。

为缩小背面投影型图象显示设备的尺寸，曾经考虑了两种做法。一种做法是采用短焦距投影透镜并缩短投影距离。另一种做法是缩小投影管、投影透镜等等的尺寸。迄今为止已经作了许多尝试，虽然可能提出一些小的改进，但难于取得更大的进展。

在日本公开特许公报第2-140792号中提出了一种缩小设备尺寸的尝试。按照现有技术的一台背面投影型图象显示设备的光学系统示于图1。该设备包括一图象显示单元(图中未示出)，一用于使入射光部分反射和部分透射的分束器2，一用于把由分束器2反射的光再折回分束器2的镜子3，一置于分束器2后表面的遮光栅格(它使得当光线对于分束器2垂直线的入射角在预定范围之内时，能够透过分束器2)以及一屏幕5。

藉助于上述结构，由于用镜子弯折光路而使空间缩小。

然而，由于遮光栅格4按入射角来分开透过的光和透不过的光，而入射角在屏幕中间和在屏幕边缘是不同的，因而除非对于任何入射角透过的光量恒定，否则会产生亮度的不均匀。此外，由于栅格4有多条光路，透射系数减小，可能出现与被显示图象互相关连而造成的波纹而使图象质量变坏。

为解决上面提到的问题，提出两种解决方式。如图2所示，第一种解决方式的背面投影型图象显示设备的光学系统包括：

图象显示单元，用以产生相应于输入视频信号的图象；

投影透镜，用以放大和投射图象以产生放大图象；

第一平面镜，用于接收和反射经放大的图象以产生经反射的放大图象；

第二平面镜，用于接收和反射经反射的放大图象以产生经再次反射的放大图象；以及

屏幕，用于显示经再次反射的放大图象，其中，

第一平面镜位于第二平面镜和屏幕之间；

光路由第一光轴、第二光轴和第三光轴构成，其中第一光轴是投影透镜的光轴，并且所有的第一光轴、第二光轴和第三光轴都在入射面内，第一光轴和第二光轴关于第一平面镜的法线相互镜象对称，而第二光轴和第三光轴关于第二平面镜的法线相互镜象对称；

在投影透镜一侧的第一平面镜用反射偏振器做成，并提供了这样的特性，对于入射至第一平面镜的光，振动方向平行于入射面的光(称为P偏振光)能够透射，而振动方向垂直于入射面的光(称为S偏振光)被反射；

第一平面镜位于第二平面镜和屏幕之间；第一平面镜被固定在这样的位置上，以遮蔽在屏幕一侧的第二平面镜和要显示图象的屏幕之间的光，这样来设置第一平面镜，使得从投影透镜到第一平面镜的光的入射角要比经过第二平面镜反射后再射至第一平面镜的光的入射角大得多。

来自投影透镜射向第一平面镜的光中的S偏振光在第一平面镜处被反射。在第一平面镜处被反射的S偏振光在第二平面镜处向屏幕反射并保持其振动方向不变。

第一平面镜位于第二平面镜和屏幕之间，但是由于第一平面镜是用反射偏振器做的，以及这样来设置第一平面镜和第二平面镜之间的角度关系，使得由图象显示单元射至第一平面镜的光的入射角是这样一个角度，使得第一平面镜能充分地显示其作为偏振器的性能，而在经第二平面镜反射后再射向第一平面镜的光的入射角却又是这样一个角度，使得第一平面镜不能充分地显示其作为偏振器的性能，虽然第一平面镜放置得能遮蔽由第二平面镜射向屏幕的光，但在第二平面镜处被反射的光仍能透过第一平面镜并到达屏幕。

藉助于在屏幕和第一平面镜之间设置一块偏振片来吸收由投影透镜射向第一平面镜的光中的沿平行于入射面方向振动的P偏振光而消除有害的光，这样可以防止图象质量变坏。