CN1269892A - 背投显示器 - Google Patents

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G·T·博伊德
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Abstract

一种使用偏振敏感分束器(105)折转背投光路的背投显示器。折转光路便于能够作垂直和水平拼接的紧凑设计。图象源产生具有透过分束器(105)的偏振的图象。穿过分束器的光入射在偏振状态转换器(107)上,它将图象的偏振状态转变为被偏振敏感分束器反射的偏振。经过转换后的图象被偏振敏感分束器(105)反射到显示屏(109)上。图象能够透过显示屏(109),以供观看。

Description

背投显示器
                            背景
本发明一般涉及背投显示器，更具体地涉及利用偏振敏感分束器使投影系统光路折转的背投显示器。
诸如背投电视的背投显示装置是众所周知的。这种系统通常包括视频源、投影光学系统和显示屏。最近，背投型显示器已经装入作为成象源的液晶显示(LCD)投影机。LCD投影机通常用于减小背投装置的总尺寸。已经建议，这种装置不仅能够用作电视，而且能够用于包括计算机监视器等的各种类型的显示装置中。
过去几年，为减小背投装置的总尺寸，尤其在深度方向上的尺寸已经作了很多努力。深度减小对于在家庭中更小的房间内使用，例如，同计算机监视器情况一样装在桌面上，是很重要的。减小背投系统总深度的一种办法是使用一个或多个反射镜使从图象投影机到显示屏的光的光路折转。在这种系统中，通过使投影光锥在投影装置外壳内的给定距离上来回改向，投影光锥在给定体积内走过更长的距离。当光在至少一部分距离上两次或多次走过时，光锥扩大，充满所需显示屏尺寸。一种特别的折转光路使用偏振光通过有选择地反射和透射光(与其偏振有关)使光路折转。
                          发明概要
一般地，本发明涉及使用不同偏振状态使光学投影路径折转的背投显示系统。在一个实施例中，背投显示器包括在第一平面方向上取向的具有高度和宽度的显示屏。显示器进一步包括在与第一平面形成一角度的第二平面方向上延伸的偏振敏感分束器。该偏振敏感分束器透射第一偏振状态的光和反射第二偏振状态的光。沿垂直于显示屏的方向测量，显示屏与偏振敏感分束器上最远点之间的距离比显示屏高度和宽度中较小的一个还要小。光源将光束投影在偏振敏感分束器上。第一偏振状态的光透过偏振敏感分束器。偏振状态转换器接收透过偏振敏感分束器的光并将其从第一偏振状态转变为第二偏振状态。转换后的光入射在偏振敏感分束器上并被其反射到显示屏。
在一个实施例中，偏振敏感分束器反射一种线偏振状态的光和反射另一种线偏振状态的光。一种这样分束器包括聚合物多层光学薄膜。在另一个实施例中，偏振敏感分束器反射一种类型的圆偏振光和透射另一种类型的圆偏振光。
本发明的一个实施例包括接收通过显示屏的光的光传感器。该光传感器可以用于遥控显示器的功能。
按照本发明的另一个实施例，背投显示器包括沿具有至少15°锥角的光路投影光束的光源。偏振敏感分束器设置在光束的光路中，在整个入射角范围上工作，基本上透射第一偏振状态的入射光和反射第二偏振状态的入射光。偏振状态转换器接收透过偏振敏感分束器的光并将接收光转变为第二偏振状态。转换后的光被偏振敏感分束器反射到显示屏。
在又一个实施例中，背投显示器包括图象源，它设置在显示器的外壳中，以致于至少一部分图象源处于偏振敏感分束器与相邻部分外壳之间的空间中。
本发明的以上概要不希望描述本发明的每一种所示实施例或每一种实施方案。以下的附图和详细描述更具体地例举这些实施例。
                          附图简述
考虑到以下结合附图的对本发明各种实施例的详细描述，能够比较全面地理解本发明，其中：
图1和1a是按照本发明一个实施例的背投显示器的截面示意图和解析图。
图2示出一种方式，它改善按照本发明一个实施例的背投显示器的偏角性能。
图3示出按照本发明一个实施例的折转光路的优点。
图4示出按照本发明一个实施例的折转光路的另一优点。
图5示出按照本发明一个实施例的折转光路的又一优点。
图6示出本发明的第二实施例，它便于多个背投显示器的垂直和水平拼接。
图7示出按照本发明另一特定实施例的拼接背投显示器的正视图。
图8示出本发明的又一实施例。
图9示出本发明的又一实施例。
图10示出本发明的另一实施例。
                          详细描述
本发明可应用于许多不同背投显示系统。图1示出背投显示系统的一个特定实施例，图1a示出其解析图。背投显示器101包括图象源103、偏振敏感分束器105、偏振状态转换器107和屏幕109。屏幕109一般具有高和宽尺寸，定向在平面内。屏幕109可以是平面或者可以是其它一些形状。例如，屏幕109可以为少许曲面。屏幕高与宽之间的关系通常由屏幕的纵横比确定。虽然为了便于本发明的讨论采用了术语高和宽，但是这些术语是相对于显示器的取向，不应当视为把本发明过分限制于特定取向。偏振敏感分束器105与屏幕109平面形成角度θs。
象图1中所示这种背投系统的一般安排提供许多优点。例如，屏幕109与偏振敏感分束器105上最远点之间的水平距离d(沿正交于屏幕平面的方向测量)可以小于屏幕高和宽中的较小尺寸。背投系统还能够容纳各种元件上相对较大的入射角，具有基本上均匀的性能。另外，一部分图象源可以设置在外壳111内由偏振敏感分束器105与相邻部分外壳111之间限定的空间110中。可以采用聚合物多层光学薄膜作为偏振敏感分束器105，在宽的入射角范围上提供特别均匀的性能。
在图1所示的实施例中，图象源103定位在偏振敏感分束器105之后，用于将图象投影显示在屏幕109上。在图所示的实施例中，投影图象的光路依次包括偏振敏感分束器105(透射型)、偏振状态转换器107、偏振敏感分束器105(反射型)和屏幕109。正如以下更详尽地描述的，偏振敏感分束器103用于透射一种偏振状态的光和反射另一种偏振状态的光。应当注意：偏振敏感分束器通常将透射和反射每一种偏振状态光的至少一部分。然而，正如这里所采用的，一种状态最好透过偏振敏感分束器，而另一种状态最好被偏振敏感分束器反射。
图象源103能够用于产生基本上偏振的图象(即，一束具有相似偏振的光线，当被投影在屏幕上时形成一幅图象)。偏振图象具有最好透过偏振敏感分束器105的偏振状态Pt。被图象源投影的图象取决于使用背投显示器的应用类型。例如，在背投电视中，投影的图象对应于从天线、电缆和卫星接收盘等接收的电视信号。在背投计算机监视器中，图象对应于计算机的视频输出。在每一种情况中，背投显示进一步包括声频再生设备，正如本领域所公知的。
通过偏振敏感分束器105后，图象入射在偏振状态转换器107上。偏振状态转换器107将图象的偏振状态转换为反射偏振状态Pr。经过转换的光束被偏振敏感分束器105反射到屏幕109上。图象透过屏幕109，以供观看。在说明的实施例中，图象源定位在偏振敏感分束器105之后且屏幕109允许以更紧凑的方式构造显示装置。本发明还便于一种构造，其中背投显示装置的总高度比具有相对较小深度屏幕高度的两倍还小。
在本发明的一个实施例中，采用线偏振。偏振敏感分束器105最好透射取向为第一方向的线偏振光以及最好反射取向基本上垂直于第一方向的线偏振光。图象源可以包括例如输出基本为线偏振图象的投影机，如液晶显示(LCD)投影机。由图象源103产生的线偏振图象被投影在具有偏振状态Pt的偏振敏感分束器105上，它透过偏振敏感分束器105。透过偏振敏感分束器的偏振图象入射在偏振状态转换器107上。当利用线偏振敏感分束器时，偏振状态转换器107可以包括一个延迟器和一个反射镜。这一组合使图象源的线偏振方向旋转，产生具有线偏振Pr的光束，它被线偏振敏感分束器反射。因此，旋转后的偏振图象被线偏振敏感分束器反射到屏幕109上。
虽然描述了线偏振光源，应当明白，可以采用非偏振光，如来自阴极射线管(CRT)的光。在这个实施例中，线偏振敏感分束器对投射光进一步起偏振器的作用。然而，在这种系统，大约50％的初始光将被分束器反射，对最终图象的亮度将不起作用。
透过屏幕109的光以合适的视角被扩散。可以采用多种已知背投屏幕中的任何一种。例如，由日本Dai Nippon公司和美国Stewart公司提供的商品化背投显示屏可适合于本发明。也可以采用由美国3M公司提供的玻珠显示屏。一种显示屏，尤其是适合于这种背投显示系统使用的显示屏包括一个使光漫射的漫射体。漫射体可以是块体漫射体或表面漫射体。可以调节显示屏109的视角，以便适应背投显示的特定终端用户应用。例如，如果背投监视器是垂直和水平拼接的，正如以下更详尽描述的，可能需要相对较大的垂直和水平视角，以提供均匀亮度。也可以采用附加显示屏元件，如leuticular和菲涅耳透镜。显示屏在对比度、增益和均匀性上也可以变化。鉴于显示装置的最终应用通常可以选择所用显示屏的类型。
如上所述，图1所示的实施例可以按照明显减小显示器总尺寸的方式排列。显示器的尺寸部分地取决于投影锥角θc(即从光源发散的光线锥的角宽度)。一般地，将锥角选择为在光路的几何约束下尽可能大，以便使系统的总尺寸减至最小。如果在折转光路中将锥角选择得太大，锥角内的一部分光线在一次或多次折转中会被系统元件所阻挡。对于给定的锥角，图1的安排提供相对较长的光路，允许构造具有小深度尺寸。
图1的安排允许采用相对较大的锥角。例如可以采用大于10°的锥角，偏振敏感分束器在入射角的范围上具有基本均匀的性能。范围在15°至50°的锥角尤其适合于本发明并对于各种入射角提供相对均匀的性能。考虑到投影机的尺寸、投影系统的高度和深度要求和/或各种光学元件的所需相对定位，可以选择一种合适的锥角。显示屏上投影图象尺寸也是锥角的函数。
利用大于30°的锥角能够实现使总背投显示器的深度和/或高度减至最小的设计。例如，范围在30°至36°之间的锥角非常适合于这种背投显示屏。在需要在多个单元彼此顶部上垂直拼接多个单元的地方，投影机与偏振状态转换器的相对取向必须考虑进去。通常，如果不需要垂直拼接，通过改变图象投影机、偏振敏感分束器和/或偏振状态转换器的取向，能够减小系统的深度。然而，这种变化会增大系统的总高度。
在许多情况下，还需要以在显示屏109上提供法向锥角入射的方式给背投显示器的各种元件定向。元件的角度取向可以用角度θpsbs(表示偏振敏感分束器105)、角度θpc(表示偏振状态转换器107)以及角度θls(表示光源103)来描述。角度如图1所示，从垂直于显示屏109平面的直线起测量。通过选择各个元件的角度，以满足关系2θpsbs＝θls+2θpc，能够获得显示屏109上法向锥角入射。也可以调节显示屏上的角度入射，以便在不同应用中使观看达到最佳。通过选择显示屏109与偏振敏感分束器105之间的角度θs，以满足关系θs＝45°-θc/4，能够以小深度尺寸构造具有投影锥角θc的系统。
如上所述，当光透过显示屏109时它使光漫射。这提供在宽的视角范围上改善均匀亮度。显示屏109背面也可以涂覆减反射(AR)涂层或者3级粗糙，以便减少不希望有的幻象。图1中用光线线路113表示一种特定的不希望有的幻象的源。从图象源出射的光透过偏振敏感分束器105，被偏振状态转换器107转换为反射偏振状态Pr。光被偏振敏感分束器105反射到显示屏109。一部分光会从显示屏109的背表面被反射而不是透过显示屏109。然后，这部分光再次从偏振敏感分束器105反射以及在点114处作为幻象从显示屏出射。通过减少或阻止从显示屏背面的反射，显示屏109的粗糙或涂覆减反射(AR)涂层的背表面极大地减少或消除幻象。当显示屏由多个元件制成时，通常需要把AR涂层设置在元件的最外层背表面(例如，最靠近偏振敏感分束器的表面)上。
如上所述，在特定的实施例中可以采用线偏振敏感分束器。聚合物多层光学薄膜尤其适合于这种系统使用。线偏振敏感分束器可以通过将这种薄膜层叠或者粘合到玻璃板或其它光学中性基板上而构成。将多层光学薄膜层叠到玻璃上的合适的技术包括湿层叠滚压处理、层叠热压处理和压敏粘合(PSA)滚压层叠处理。基板应当是基本上平整的，聚合物光学薄膜当层叠到基板上时同样应当是平整的。层叠到玻璃上的多层光学薄膜可由美国3M公司提供。其它的可能的层叠材料来源包括美国Lamination Technologies、Optical CoatingLaboratories公司、日本Nitto Denko公司、Sumitomo化学公司和San Rietz公司。当反射偏振薄膜被层叠到玻璃上时，可以将叠层的玻璃一侧向着图象源放置，有助于减少幻象，否则在背向显示屏的偏振敏感分束器的玻璃-空气界面上由反射导致幻象。
一种聚合物反射偏振薄膜由3M公司以双亮度增强薄膜(DBEF)的名称提供。其它的反射偏振薄膜在1995年3月10提交的题目为“光学薄膜”的美国专利申请08/402041和1996年2月29提交的题目为“光学薄膜”的美国专利申请08/610092中作了描述，这里将其内容引作参考。正如这里所描述的，这种薄膜在宽的入射角范围上具有高性能，尤其适合于本发明使用。可以对基于聚合物多层光学薄膜的线偏振敏感分束器定向，以反射p偏振光和透射s偏振光或者反射s偏振光和透射p偏振光。选择取向要考虑从图象源输出的光的偏振方向。通常，能够构造使用聚合物多层光学薄膜任何取向的投影系统。例如，能够使用利用混合偏振状态(例如p和s)的取向。
在图1所示本发明的投影系统的实施例中，图象源定位在偏振敏感分束器的上方。这一安排会减少可以透过显示屏的过顶环境光的任何背反射。这一安排还提供对由光源产生的热从内部元件传递到外部的改善。然而，在垂直方向可以轻易地使总几何图倒置(见图6)。以使整个系统绕垂直于显示屏平面的轴旋转90°的方式，也能够对显示屏定向。也可以使显示屏倾斜，直至显示屏位于基本水平的平面内。可以将这种显示屏装入桌面中，例如，对于计算机监视器应用。
本发明借助于其设计和光路提供许多优点，图2-5示出这些设计和光路的例子。当采用线偏振敏感分束器时，一些优点特别重要。例如，借助于光路和设计，线偏振敏感分束器可以发挥多种功能。
在利用线偏振光的系统中，可以采用偏振状态转换器使光的偏振方向旋转，如图2所示。偏振状态转换器包括反射镜201和1/4波片延迟器203。适合于本发明使用的商用1/4波片延迟器可以由日本Nitto Denko公司提供。在图2中，1/4波片延迟器设置在反射镜上。然而，应当明白，不需要物理接近。通常，延迟器可以位于透过偏振敏感分束器与被偏振敏感分束器反射之间的光路中任何地方，只要光路允许光两次通过延迟器。
1/4波片延迟器/反射镜组合使线偏振光的偏振方向旋转90°，利用从透射偏振状态Pt(例如p或s偏振光)到反射偏振状态Pr(例如s或p偏振光)。为了使性能达到最高，通常需要延迟器/反射镜组合使基本上所有入射光的偏振状态旋转相同的量。典型的延迟器对光的入射角是相当敏感的。例如，在欧洲专利申请EP 0783133中描述了这种延迟器的角度灵敏度。由于延迟器角度灵敏度的结果，反射光的偏振不是完全线偏振，而是少许椭圆偏振。因此，如果偏角延迟明显地不同于法向入射延迟，在性能上将出现下降。
在本发明的实施例中，入射在延迟器上的最大角度保持最小。参考图2，图中示出对于两种不同情况205A和205B的入射在延迟器上光的角度关系。每种情况代表通过其表面入射在延迟器上的角度。测量入射角从延迟器平面的法线207A和207B出发。在图2中，对于每种情况，角度的范围(即锥角θ1和θ2)是相同的。然而，在第一种情况205A中，锥角θ1的锥轴与法线207A重合。在第二种情况中，角度θ2的锥轴209从法线207B形成一个相对较大的角度θca。正如将会明白的，在第二种情况205B中，光入射在延迟器上的最大角度φ2显著大于第一种情况205A的最大角度φ1。当锥轴的中心变为更垂直于延迟器的表面时，最大偏轴角度减小。
如上所述，在图1所示的系统的一个实施例中，入射在延迟器上锥角的中心非常靠近法向。由于当入射角变大时延迟器的性能会劣化，通过减小最大角度可以实现性能的提高。因此，按照本发明的实施例，可以提高系统性能，同时简化构造和降低成本。
将分束器置于显示屏附近的各种现有技术设计所碰到的另一个问题涉及当光开始入射到屏幕上时的漏光。这个问题在第4969732号美国专利中作了一般描述。在采用偏振敏感分束器的地方，漏光将是分束器反射适当偏振光的效率的函数以及图象源产生完全偏振光的能力的函数。即使在采用高效率的分束器时，如上述的基于聚合物多层光学薄膜的分束器时，高达10％的用于反射而偏振的光会通过偏振敏感分束器而漏出。如果通过偏振敏感分束器漏出的光到达屏幕，将会出现相当明显的幻象。
图3示出根据本发明的投影安排如何自然地禁止不适当透过偏振敏感分束器和/或不适当被偏振敏感分束器反射的光到达屏幕。在图3中，光线301通常透过偏振敏感分束器303，被偏振状态转换器305转换，返回到偏振敏感分束器303并被其反射，以及透过显示屏307。如果离开光源的一部分光不正确地偏振，它将被偏振敏感分束器303无害地反射到投影显示器的后背，如光线309所表示的。同样，在被偏振状态转换器305转换后，如果通过偏振敏感分束器303漏出的一部分光也被无害地透射到投影显示器的背面。正如以上讨论说明的，偏振敏感分束器303不仅实现其主要功能，而且阻止不希望有的光到达显示屏。因此，能够从显示屏上减少或消除一定的杂散图象，无需增加附加元件。
图4示出通过本发明减少或消除潜在幻象的另一种源。在特定情况中，光线401可以从延迟器405的正面403反射。由于光线401并不穿过延迟器405，它基本上维持其透射偏振状态Pt。通过在延迟器405的表面403上提供减反射(AR)涂层，可以减少或消除反射。然而，在本设计中，AR涂层并不是减少这一潜在的幻象，因为光线401将穿过偏振敏感分束器407到达系统的背面。因此，阻止不需要的幻象到达显示屏。虽然不需要阻止杂散光到达显示屏，但是，为了增加显示屏上的亮度，在延迟器405的表面403上，AR涂层仍然是需要的。
光线409示出另一个潜在的不希望有的图象。光线409穿过延迟器405，正如希望的。然而，在这种情况下，延迟器并不完全使光线409延迟。虽然光线基本上是线偏振的，但会存在例如少许椭圆性(即光线的少量分量为透射而偏振)或者以略微不同于90°的角度使偏振方向旋转。用于透射的偏振光分量无害地穿过偏振敏感分束器407到系统的背面。
图5示出会被无害地传送到系统背面的另一种可能的杂散图象。这一杂散光由被偏振敏感分束器501反射的正确偏振光产生。在本发明中，从偏振敏感分束器501反射的作为透射Pt而偏振的光被反射到系统的背面，并不到达显示屏。对作为透射而正确偏振的光的反射可能是偏振敏感分束器501自身无效性的函数或者会从叠层表面反射。在任何一种情况中，光从系统无害地出射。根据偏振敏感分束器的构造，在偏振敏感分束器的一个表面或两个表面上涂覆AR涂层也是需要的。
如上所述，本发明尤其适合于拼接。背投系统通常可以水平拼接。然而，获得紧凑深度所需的构造会禁止垂直拼接。如6示出实现垂直拼接的本发明的一个实施例。应当注意：在图6中，整个系统是以与从图1所示安排的颠倒安排示出的。然而，应当明白，水平和垂直取向都可以拼接。
图6示出在垂直方向拼接的两个显示装置601A和601B。虽然仅示出两个显示器，但是以相似的方式可以垂直拼接两个以上的这种背投显示装置。拼接显示装置601A和601B的基本操作与以上描述相同。虚线603A和603B表示可以用于使设计进一步紧凑的区域。可以利用该区域使图象源的路径折转，封装与显示器相关的电路等。此外，如上所述，线性偏振分束器可以与任何方向的线偏振光一起使用。因此，通过在投影显示宽度方向(即垂直于图6纸面的方向)上延伸投影机中的路径，可以进一步使图象源紧凑化。
提供图6所示的外壳主要是演示拼接能力，根据所需的设计能够被适当地采用。例如，可以将底部表面制成平面，如线段605所示，以适应显示器放置在平表面上。另一方面，可以提供一个在单独使用时与显示器底部相配的适配器。可以采用撑柱固定和支撑拼接安排或者对外壳作适当改进。应当明白，各个侧面上的外壳形状可以不同于图所示的截面。例如，外壳可以在线段607所表示的边缘上向上延伸，在显示装置的顶部(或者在倒置几何图中为底部)中心形成一个凹槽。该凹槽(经适当修改)可以用于与含有投影机的一部分相邻显示外壳相匹配。
图7示出在垂直和水平两个方向拼接的本发明的9个背投显示单元的正视图。正如将会明白的，按照本发明的背投显示系统能够在垂直和水平两个方向上提供实际上无缝拼接。此外，在水平和/或垂直方向上可以将任何所需数目的这种系统拼接在一起。利用本领域熟知的控制电子电路和软件，可以将多个单元拼接在一起，形成一幅整体图象。
图8示出按照本发明的背投显示器801的另一特定实施例。在图8中，图象源802投影圆偏振图象。投影机可以包括例如产生线偏振图象的投影机803和将线偏振图象转变为圆偏振图象的1/4波长延迟器805。虽然图中示出的延迟器在投影透镜外部，但是将会明白，可以将它提供在投影系统中。在另一种替代方案中，延迟器可以设置在偏振敏感分束器的面向投影机的表面上。
将圆偏振图象入射在圆偏振敏感分束器807上。圆偏振敏感分束器807可以由胆甾偏振器，例如透射具有第一旋转方向的圆偏振光和反射相反旋转方向偏振的圆偏振光的偏振器组成。具有以上特性的胆甾偏振器在第5573324号美国专利中作了描述。
从图象源802输出的圆偏振图象被旋转偏振，它透过圆偏振敏感分束器807。该图象再入射在偏振状态转换器809上。偏振状态转换器安排可以是平面反射镜，它具有使圆偏振光的旋转方向倒转的功能。反射镜也可以涂覆涂层，以增强反射。反射镜将光背反射到圆偏振敏感分束器807。现在光以旋转方向偏振，该旋转方向的光被圆偏振敏感分束器807反射到显示屏811。显示屏811可以是任何合适的背投显示屏，如上所述的显示屏。
图9示出本发明的另一个实施例。在图9中，通过引入一个附加反射镜，在系统中引入额外折转。在这一系统中，图象源901将图象投影在第一反射镜903上。第一反射镜903将图象反射到偏振敏感分束器905，它将光透射到偏振状态转换器907，如上所描述的。系统的整个操作与以上所述的各个实施例相似，通过适当改进以适应额外折转。例如，如果采用圆偏振分束器，从图象源901出射的光的偏振旋转方向与透过分束器的方向相反。以这种方式，来自第一反射镜的反射包括使图象首次穿过圆偏振敏感分束器905的合适旋转方向。
在利用圆偏振敏感分束器的另一个实施例中，第一反射镜903引入一个1/8波长延迟器。在这一实施例中，可以采用线偏振光源。线偏振光穿过1/8波长延迟器，从反射镜反射并反向穿过1/8波长延迟器。以这一方式，线偏振光被转换为圆偏振光，通过适当选择初始线偏振方向，使之偏振以通过圆偏振敏感分束器。以类似方式，采用线偏振敏感分束器的系统在反射镜903上能够使用1/4波长延迟器，如果需要改变线偏振方向的话。
由于偏振敏感分束器对特定偏振的光是透射的，可以将其它光学元件放置在分束器之后。例如，可以将诸如电荷耦合器件(CCD)阵列或光电二极管的光检测器放置在分束器之后，投影图象光路外侧，以检测落在显示屏上的光。这一安排可以用于把用户的输入提供给投影系统。例如，针对显示屏的遥控器可以用于控制光标，选择选项、改变频道等。
图10示出一个这种实施例。背投显示器1001适合于在显示器1001的显示屏1005上显示屏幕菜单1003。采用遥控定向装置1007从屏幕菜单1003选择选项。在图所示的实施例中，遥控定向装置包括激光定向器，它提供被选屏幕上位置的视觉指示。当来自遥控定向器的光穿过显示屏1005时，它被显示屏扩散。扩散光被光传感器1009，如电荷耦合器件(CCD)阵列所检测。光传感器1009确定用户经遥控定向器所选的屏幕上位置，给显示器的控制电路(图中未示出)产生执行所选功能的信号。在光传感器上可以提供合适的滤光片，以滤除远处光源。
正如图10所示，光传感器安排1009定位在偏振敏感分束器1011之后。因此，分束器1011起一个窗口作用，外部产生的光通过该窗口。光传感器因此能够定位在系统内的任何地方，这里可以提供足够的空间。此外，除了屏幕菜单/定向器结构外，可以采用诸如红外遥控器的常见遥控器。可以将红外传感器置于屏幕和偏振敏感分束器之后，检测通常射向显示屏的红外信号。其操作与普通遥控器基本相同。这种类型的遥控功能尤其适合于适宜拼接的显示装置，它不具有外部红外传感器的位置。
在另一替代实施例中，可以将光传感器定位在偏振敏感分束器与偏振状态转换器之间的由虚线1013表示的区域中。应当明白，可以将相对较薄的CCD阵列设置在这一区域中，将相应的电路设置在系统内的其它地方。
当背投显示单元与计算机连接，作为计算机监视器使用时，可以采用远处光源控制监视器上光标。例如，可以提供一个光传感器，它对透过显示屏的光源的位置敏感。然后将这一信息传送给计算机，计算机控制光标在显示屏上移动光点。也可以提供选择功能的附加能力。以这种方式，可以遥控计算机的功能。
虽然已经参考以上的例子描述了本发明，但是，不应当将本发明局限于特定的例子。而是，本发明完全覆盖所附权利要求书中限定的本发明。

Claims (33)

1.一种背投显示器，其特征在于所述背投显示器包括：
显示屏，以第一平面的方向取向，具有高度和宽度；
偏振敏感分束器，在与第一平面形成一角度的第二平面内延伸，它透射第一偏振状态的光而反射第二偏振状态的光，沿垂直于第一平面的方向测量显示屏与偏振敏感分束器上最远点之间的距离比显示屏高度和宽度中的最小尺寸还小；
光源，将光束投影到偏振敏感分束器上，第一偏振状态的光透过偏振敏感分束器；以及
偏振状态转换器，接收透过偏振敏感分束器的光并从第一偏振状态转换为第二偏振状态，转换后的光入射在偏振敏感分束器上并被其反射到显示屏。
2.如权利要求1所述的背投显示器，其特征在于：所述显示屏包括一漫射体，使入射光漫射在显示屏的背表面上，以所需视角透过所述显示屏。
3.如权利要求2所述的背投显示器，其特征在于：所述显示屏的背表面为不光滑表面，以减小入射在显示屏背表面上光的反射。
4.如权利要求2所述的背投显示器，其特征在于：所述漫射体包括一体积漫射体。
5.如权利要求2所述的背投显示器，其特征在于：所述显示屏包括玻珠显示屏。
6.如权利要求2所述的背投显示器，其特征在于：所述显示屏的背表面有一减反射涂层，以减少对入射在显示屏背表面上光的反射。
7.如权利要求1所述的背投显示器，其特征在于：所述的偏振敏感分束器包括反射一种线偏振状态的光和透射另一种偏振状态的光的线偏振敏感分束器。
8.如权利要求7所述的背投显示器，其特征在于：所述线偏振敏感分束器包括设置在玻璃基板上的聚合物多层光学薄膜。
9.如权利要求8所述的背投显示器，其特征在于：所述偏振状态转换器包括一延迟器和一反射镜，穿过延迟器后基本上被旋转90°的以第一方向线偏振的光的偏振方向被反射镜反射并第二次穿过延迟器。
10.如权利要求9所述的背投显示器，其特征在于：所述延迟器固定在反射镜上。
11.如权利要求9所述的背投显示器，其特征在于：所述延迟器包括1/4波片延迟器。
12.如权利要求8所述的背投显示器，其特征在于：所述光源投影基本上以第一偏振状态线偏振的图象。
13.如权利要求1所述的背投显示器，其特征在于：所述偏振敏感分束器包括圆偏振敏感分束器。
14.如权利要求13所述的背投显示器，其特征在于：所述圆偏振敏感分束器包括胆甾滤光片。
15.如权利要求14所述的背投显示器，其特征在于：所述第一偏振状态为具有第一旋转方向的圆偏振光，所述第二偏振状态为具有相反旋转方向的圆偏振光。
16.如权利要求14所述的背投显示器，其特征在于：所述偏振状态转换器包括平面反射镜，被所述平面反射镜反射，改变圆偏振光的旋转方向。
17.如权利要求16所述的背投显示器，其特征在于进一步包括设置在所述反射镜上的反射增强涂层。
18.如权利要求14所述的背投显示器，其特征在于：所述光源包括产生线偏振光图象的LCD面板和将线偏振光转换为圆偏振光的延迟器。
19.如权利要求1所述的背投显示器，其特征在于：所述显示器的顶部和底部适合于接受其它背投显示器的各自底部和顶部，以形成一个一体化拼接的显示器。
20.如权利要求1所述的背投显示器，其特征在于：所述光源以预定锥角将光投影在偏振敏感分束器上。
21.如权利要求20所述的背投显示器，其特征在于：第一平面与第二平面形成的角度等于45°减去预定锥角的四分之一。
22.如权利要求1所述的背投显示器，其特征在于：所述光源投影由以一束预定锥角投射光线所组成的图象。
23.如权利要求22所述的背投显示器，其特征在于：所述投影图象的锥角在约10°至50°的范围内。
24.如权利要求23所述的背投显示器，其特征在于：所述投影图象的锥角至少为30°。
25.如权利要求23所述的背投显示器，其特征在于：所述投影图象的锥角在约30°至36°的范围内。
26.如权利要求1所述的背投显示器，其特征在于进一步包括从显示器以外的点接收透过显示屏的光而提供的光传感器。
27.如权利要求26所述的背投显示器，其特征在于：所述光传感器设置在偏振敏感分束器之后。
28.如权利要求26所述的背投显示器，其特征在于：所述背投显示器响应于光传感器所检测的光启动特定功能。
29.一种背投显示器，其特征在于所述显示器包括：
光源，沿具有至少15°锥角的光路投射光束；
偏振敏感分束器，设置在光束的光路中，在整个入射角范围上工作，基本上透射第一偏振状态的入射光和反射第二偏振状态的入射光；以及
偏振转换器，接收透过偏振敏感分束器的光，将接收光转变为第二偏振状态，经过转换的光被偏振敏感分束器反射到显示屏。
30.一种背投显示器，其特征在于所述显示器包括：
外壳；
背投显示屏；
基本为平面的偏振敏感分束器，它透射第一偏振状态的光和反射第二偏振状态的光；
设置在外壳内并至少部分地占据限定在偏振敏感分束器与相邻外壳表面之间的空间的图象源，所述图象源将图象射在偏振敏感分束器上，至少一部分投影图象透过偏振敏感分束器；以及
设置在外壳内的偏振状态转换器，接收透过偏振敏感分束器的这部分图象并将其转换为第二偏振状态，转换后的图象被偏振敏感分束器反射到显示屏。
31.一种背投显示器，其特征在于所述显示器包括：
光源；
定向在图象源的光路中的聚合物多层光学薄膜，在宽的入射角范围上透射第一偏振状态的光和反射第二偏振状态的光；以及
偏振转换器，接收透过多层光学薄膜的图象并将接收图象转换为第二偏振状态，被偏振转换器转换为第二偏振状态的图象被多层光学薄膜反射到显示屏。
32.一种将图象投影到显示屏上的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
将图象投影到基本上为平面的偏振敏感分束器上，它透射第一偏振状态的光和反射第二偏振状态的光；
使具有第一偏振状态的图象的光透过偏振敏感分束器；
使透过偏振敏感分束器的光从第一偏振状态转变为第二偏振状态；以及
利用偏振敏感分束器将转变为第二偏振状态的光反射到显示屏。
33.一种背投计算机监视器，其特征在于所述监视器包括：
具有高度和宽度尺寸的显示屏；
与计算机耦合的液晶投影机，接收视频输出信号和沿投影机与显示屏之间的折转光路投影对应于视频输出信号的线偏振图象，以预定锥角投影图象，锥角选择为基本上充满显示屏；以及
线偏振敏感分束器，它透射第一偏振状态的光和反射第二偏振状态的光，设置在投影机与显示屏之间的折转光路中，首先接收第一偏振状态的光，其次接收第二偏振状态的光，这里所述监视器的高度小于显示屏高度的两倍。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11474349B2 (en) * 2016-09-22 2022-10-18 Denso Corporation Head-up display device

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60038655T2 (de) 1999-07-01 2009-06-04 Sanyo Electric Co., Ltd., Moriguchi Rückprojektionsvorrichtung
US6535333B1 (en) 2000-11-21 2003-03-18 3M Innovative Properties Company Optical system with reduced color shift
US6870670B2 (en) 2001-04-06 2005-03-22 3M Innovative Properties Company Screens and methods for displaying information
FR2855273A1 (fr) * 2003-05-20 2004-11-26 Thomson Licensing Sa Lentille de fresnel a eclairer sous incidence elevee
US7198372B2 (en) 2003-12-31 2007-04-03 3M Innovative Properties Company Dual display
NL1030161C2 (nl) 2005-10-11 2007-04-12 Matthijs Dirk Meulenbelt Presentatie-inrichting.

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03243932A (ja) * 1990-02-22 1991-10-30 Canon Inc 背面投写型受像機
JPH07503348A (ja) * 1992-01-31 1995-04-06 ベル　コミュニケーションズ　リサーチ　インコーポレーテッド ハイコントラスト前面映写ビデオディスプレイシステム
BE1007864A3 (nl) * 1993-12-10 1995-11-07 Philips Electronics Nv Beeldprojectiesysteem.
US6181386B1 (en) * 1995-12-29 2001-01-30 Duke University Projecting images

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11474349B2 (en) * 2016-09-22 2022-10-18 Denso Corporation Head-up display device

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AU9024998A (en) 1999-03-29
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CA2301191A1 (en) 1999-03-18
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