CN1875622A - 用于基于阴极射线管的图像显示装置的颜色均匀度遮光元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种例如背投型电视接收机的投影图像显示装置，其包括：至少三个图像投影源(10B/G/R)，用于以不同颜色的光投影图像投影，和屏幕(8)，其中图像被投影到该屏幕上。该装置还包括至少三个组件(51)，其每一个被设置在图像投影源之一和屏幕之间的光路中。每一个透镜组件包括多个透镜元件(53、54、55)。一个遮光元件(62)被粘附到至少一个透镜元件上，所述遮光元件在透镜元件上具有使屏幕上颜色均匀度增加的形状和定向。

Description

用于基于阴极射线管的图像显示装置的颜色均匀度遮光元件

技术领域

本发明一般地涉及投影型图像显示装置；更具体地涉及诸如颜色均匀度得到增强的阴极射线管投影电视的投影型图像显示装置。

背景技术

背投型电视接收机由于可以不需要特殊的安装和/或在大的收看区域的情况下实现大的显示屏幕而非常流行。在这样的接收机中，三色阴极射线管(红、绿和蓝)将一个图像投影到一个镜子上，接着图像被反射(以及放大)到一个显示屏幕上，其中该屏幕可以包括一个与漫射体结合在一起的菲涅耳透镜。在背投型电视接收机中，观众在与图像投影侧相反的一侧观看画面。

图1是投影图像显示装置例如上述的背投型电视接收机的传统光学系统的示意图。如图所示，相对于屏幕8，从左到右地将三基色的阴极射线管设置在不同方向上。通常，绿色阴极射线管10G位于中心，红色阴极射线管10R和蓝色阴极射线管10B分别位于其左右两侧，因此，不同的管的光轴在屏幕的一个点上相互交叉。角度Θ限定了红色和蓝色阴极射线管的光轴相对于位于中心的绿色阴极射线管的光轴形成的角度。由于阴极射线管从不同的方向投影，它们在屏幕8上的亮度分布彼此不同，因此，导致难以实现颜色均匀。例如，当在整个屏幕上投影白色图像时，就会产生颜色波动，即图像局部带红色或带蓝色。

图1还示出了透镜组件20R、20G和20B，它们分别位于阴极射线管10R、10G和10B的前面。透镜组件将阴极射线管产生的图像进行聚焦以在屏幕8上形成一个画面。

图2是屏幕8的正视图(观众观看的屏幕侧)，其上限定了一个坐标系统，从而原点位于屏幕中心8C；x轴的正方向沿着水平方向右侧延伸；并且y轴的正方向延伸垂直方向向上延伸。此外，在图1和2中，H和W代表屏幕的宽度和高度。

图3示出了屏幕位置8的平面上沿水平线经过屏幕8的中心的亮度分布，其中横坐标代表平面上的水平位置，并且纵坐标表示相对亮度。在屏幕位置的中心8C，红、绿和蓝的所有亮度均已经被规格化成1(表示白色)。虚线表示红色亮度的分布，点线是绿色亮度的分布，并且实线是蓝色亮度的分布。虽然绿色的亮度分布对于屏幕的中心来说是对称的，但是红色的亮度分布向屏幕的左面偏移，并且蓝色的亮度分布向屏幕位置的右面偏移。可以看出，这个偏移量随着阴极射线管光轴偏置角Θ的增加而增加。

作为图3中亮度分布的结果，由于在屏幕的左侧，红色相对亮度较高，并且蓝色的相对亮度低于绿色的相对亮度，因此色温低并且屏幕的这个位置呈现出偏红或偏黄。类似地，由于在屏幕的右侧，红色相对亮度较低，并且蓝色的相对亮度高于比绿色的相对亮度，因而色温高并且屏幕的这个位置呈现出偏蓝或偏青。因此，观众将在屏幕8上看到由三个阴极射线管的几何排列所引起的颜色波动。此外，当通过减小透镜组件20和屏幕8之间的距离来减小投影显示装置的尺寸时，这些颜色波动加剧。这样的尺寸减小使得上述的阴极射线管光轴偏置角Θ增大，导致了颜色偏移量相应增加。

在此，通过引用的方式将美国专利No.5,103,302并入本申请中，该专利通过提供沿着每一个透镜组件20的光轴设置的板子来降低上述的颜色波动。这些板子具有孔，从与那个板关联的阴极射线管发出的光穿过这些孔。这些孔关于它们的光轴轴向不对称，因此来自每一个阴极射线管的光沿着屏幕的分布可以被做得更加均匀。也就是说，参见图3，红色阴极射线管的光路中的板孔通常被配置成阻止更多指向屏幕左侧的光，而蓝色阴极射线管的光路中的板孔通常被配置成阻止更多指向屏幕右侧的光。通过利用这些具有适当形状的孔板，屏幕上出现的颜色波动可以显著地减小。

出现了许多与使用这些增强颜色均匀度的板子有关的限制。例如，在板子的制作和安装时，可能难于控制板子的允许误差，这可能导致图像缺陷。并且，板增加了所需的光学部件的数量，从而增加了组装的费用和复杂性。

因此，希望提供一种用于投影图像显示装置光学系统，其采用能够以更简单和更便宜的方式来实现颜色均匀度的多个例如阴极射线管的像源。

发明内容

根据本发明，提供了一种投影图像显示装置，其包括至少三个用于以不同颜色的光来投影图像的图像投影源，以及一个在其上投影图像的屏幕。该装置还包括至少三个透镜组件，其每一个被放置在图像投影源之一和所述屏幕之间的光路上。每一个透镜组件包括多个透镜元件。一个遮光元件，其被粘附到至少一个透镜元件上，述遮光元件在透镜元件上具有使屏幕上颜色均匀度增加的形状和定向。

根据本发明的一个方面，遮光元件是不透明的。

根据本发明的另一个方面，遮光元件是灰度半透明的。

根据本发明的另一个方面，遮光元件是颜色半透明的。

根据本发明的另一个方面，遮光元件被涂在透镜元件上。

根据本发明的另一个方面，遮光元件被印刷在透镜元件上。

根据本发明的另一个方面，用粘合剂将遮光元件粘附到透镜元件上。

根据本发明的另一个方面，至少三个遮光元件中的每一个都被粘附到一个不同的透镜组件中的一个透镜元件上。

根据本发明的另一个方面，图像投影源是阴极射线管。

根据本发明的另一个方面，阴极射线管分别以红、绿和蓝光投影图像。

根据本发明的另一个方面，每一个透镜组件包括多个透镜元件。

根据本发明的另一个方面，多个透镜元件包括一个像差校正元件、一个功率元件和一个像场修正镜元件。

根据本发明的另一个方面，遮光元件被粘附到像差校正元件上。

根据本发明的另一个方面，透镜元件包括一个对准构件，用于旋转地对准透镜元件。

根据本发明的另一个方面，对准构件包括至少一个突出部分。

根据本发明的另一个方面，对准构件是位于透镜元件一个表面上的至少一个记录标记。

附图说明

图1是用于例如背投型电视接收机的投影图像显示装置的传统光学系统的示意图。

图2是图1所示屏幕的正视图。

图3示出了图2所示屏幕位置的平面中的亮度分布。

图4是一个采用了本发明的示范性投影图像显示装置的示意图。

图5是包括图4所示阴极射线管和透镜组件的光学系统的一个实施例的横截面。

图6(a)-6(e)示出了根据本发明而应用了一个或多个示范性遮光元件的透镜元件。

图7(a)-7(c)示出了将透镜元件正确对准到透镜元件的光轴附近的可替换机构。

具体实施方式

图4是可采用本发明的示范性图像显示装置的示意图。虽然，显示装置以背投电视接收机的形式示出，但是本领域普通技术人员将认识到，本发明同样可应用到其他投影图像显示装置。阴极射线管40将一个图像投影通过位于管40前面的透镜组件42。虽然出于清楚的目的，图4仅示出了单个阴极射线管，但是本领域普通技术人员将认识到通常采用三个阴极射线管，如图1所示。与阴极射线管40联系在一起的是底板(未图示)，该底板以已知的方式向阴极射线管提供工作电压和视频信息。将在下文中进一步详细描述的透镜组件42具有一个焦距，该焦距被选择成使得管40产生的图像被镜子41反射并作为一个图像呈现在屏幕43上。

图5是包括图4所示阴极射线管40和透镜组件42的光学系统50的一个实施例的截面图。光学系统50包括具有屏幕51a的阴极射线管51。冷却腔52附着在阴极射线管51的面板上。冷却腔52装满了用于冷却阴极射线管51的液态冷却剂。透镜组件57被设置成接收来自阴极射线管51的、经过冷却腔52的光，并将图像投影到图4所示屏幕43上。

透镜组件57包括三个透镜单元53、54和55。每一个透镜单元执行一个特定的一个或多个光学功能，并且可以采用一个或多个透镜元件。也就是说，术语“透镜单元”指的是在整个透镜设计上提供一个或多个规定的光学功能的一个或多个透镜元件，或者透镜部件。远离阴极射线管51的第一透镜单元54包括一个双凸面元件，该双凸面元件提供了透镜所有或基本上所有的正光焦度。第二透镜单元53具有至少一个作为像差校正器的非球面的表面。最接近阴极射线管51的第三透镜单元55具有一个凹面，该凹面面向第二透镜单元54并作为一个像场修正镜，实质上是对第一和/或第二透镜单元的珀兹伐场曲(Petzva1 curvature)进行校对。

根据本发明，美国专利No.5,103,302中采用的板子被一个或多个遮光元件代替，这些遮光元件被直接应用到透镜组件57中的一个或多个透镜元件。可以通过任何适当的方式将遮光元件应用到透镜元件。例如，可以将遮光元件涂、印刷或利用粘合剂粘附到透镜元件上。虽然，遮光元件可以被应用到透镜组件57中的任何单独的透镜上，但是将它们应用到第三透镜单元55中的一个透镜元件上去往往是优选的，因为通过这种方法将在第二透镜元件54对图像进行放大之前完成遮光。

图6(a)-6(e)示出了一个透镜元件60，其上应用了一个或多个示范性遮光元件62。用遮光元件62替代上述专利中讨论的板子增加了大量好处。首先，遮光元件的允许误差可以比板子的允许误差控制得更好，因此减少了缺陷。其次，由于遮光元件62与透镜元件60整合在一起，所以所需的光学部件的数量减小，从而减小了费用并使组装简单。第三，可以容易地采用遮光不同的遮光元件62的数量和种类，并且这些数量和种类比采用板子所获得的多。这允许使用定制的遮光模式，因为可以采用不同的遮光元件，定制的遮光模式可以更好地获得最佳颜色均匀度，这仅影响屏幕的一个位置(例如中心)的颜色均匀度而不影响屏幕另一个位置(即角)的颜色均匀度。

本发明的另一个重要的优点是：遮光元件不必一定是不透明的。而是，遮光元件可以具有各种灰度或颜色半透明度。这提供了另一种方式，通过这种方式可以改变屏幕上的颜色密度。此外，由于仅阻挡了实现颜色均匀度所需的光的部分光谱，所以与不透明的遮光元件相比，这种方式对整个图像亮度的伤害较轻。

由于遮光元件被直接应用到透镜元件，因此往往需要将透镜元件正确对准到透镜元件的光轴附近。这样的对准可以以各种不同方法来实现。例如，图7(a)所示，可以在透镜凸缘上塑模形成与透镜组件固定器啮合的一个或多个突出部分70。替代地，如图7(b)所示，可以在透镜元件上添加记录标记72，其可以在透镜形成的时候或者形成之后直接在在透镜中形成。在图7(c)所示的又一个替代实施例中，可以在透镜元件上注模形成一个或多个突出部分74。

Claims (20)

1、一种投影图像显示装置，包括：

至少三个用于以不同颜色的光来投影图像的图像投影源；

一个在其上投影图像的屏幕；

至少三个透镜组件，其每一个被放置在图像投影源中的一个和所述屏幕之间的光路中，每一个所述透镜组件包括多个透镜元件；以及

一个遮光元件，其被粘附到至少一个透镜元件上，其中所述遮光元件在透镜元件上具有使屏幕上颜色均匀度增加的形状和定向。

2、如权利要求1所述的投影图像显示装置，其中所述遮光元件是不透明的。

3、如权利要求1所述的投影图像显示装置，其中所述遮光元件是灰度半透明的。

4、如权利要求1所述的投影图像显示装置，其中所述遮光元件是颜色半透明的。

5、如权利要求1所述的投影图像显示装置，其中所述遮光元件被涂在透镜元件上。

6、如权利要求1所述的投影图像显示装置，其中所述遮光元件被印刷在透镜元件上。

7、如权利要求1所述的投影图像显示装置，进一步包括粘合剂，用于将所述遮光元件粘附到透镜元件上。

8、如权利要求1所述的投影图像显示装置，进一步包括至少三个遮光元件，每一个遮光元件被粘附到一个不同的透镜组件中的一个透镜元件上。

9、如权利要求1所述的投影图像显示装置，其中所述图像投影源是阴极射线管。

10、如权利要求9所述的投影图像显示装置，其中所述阴极射线管分别以红、绿和蓝色光投影图像。

11、如权利要求1所述的投影图像显示装置，其中所述每一个透镜组件包括多个透镜元件。

12、如权利要求11所述的投影图像显示装置，其中所述多个透镜元件包括一个像差校正元件、一个功率元件和一个像场修正镜元件。

13、如权利要求12所述的投影图像显示装置，其中所述遮光元件被粘附到像差校正元件上。

14、如权利要求1所述的投影图像显示装置，其中所述透镜元件包括一个对准构件，用于旋转地对准透镜元件。

15、如权利要求14所述的投影图像显示装置，其中所述对准构件包括至少一个突出部分。

16、如权利要求14所述的投影图像显示装置，其中所述对准构件是位于透镜元件一个表面上的至少一个记录标记。

17、一种在图像显示装置的屏幕上显示图像的方法，所述方法包括如下步骤：

以至少三种颜色的光产生一个图像；以及

以三种颜色的光中的每一种将该图像投影到具有一个透镜组件的屏幕上，该透镜组件具有粘附到其上的遮光元件，该遮光元件使屏幕上的颜色均匀度增加。

18、如权利要求17所述的方法，其中所述遮光元件包括一个半透明元件。

19、一种形成用于图像显示装置的透镜组件的方法，包括：

提供至少一个透镜元件，用于从阴极射线管接收以单色光的图像，并将所述图像投影到所述图像显示装置的屏幕上；以及

将所述至少一个透镜元件帖在遮光元件上，使屏幕上的单色均匀度增加。

20、如权利要求19所述的方法，其中所述粘附步骤包括将遮光元件涂到透镜元件上的步骤。

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