專利名稱：減少周圍反射與低輻射之虛像顯示系統的制作方法
一種減少周圍反射與低輻射之虛像顯示系統，屬控制光的強度、顏色、相位、偏振或方相的器件或裝置類。
現代的彩色顯示系統中，對擁有高強度明亮色彩的大尺寸彩色影像顯示器件之需求非常迫切，而此系統常受到一個關注的議題，即產生高強度明亮的影像需要高功率的輸入，因而造成高功率消耗和產生較高的輻射程度，對近距離長時間使用者，有害健康，應用受到限制；此外，周圍反射(經常從自身反射所產生)所造成的＂鬼影＂可能干涉并負面影響此顯示系統的視覺效果；為減少周圍反射，傳統的技術之一是藉助圓極化器來減少周圍的光反射，美國專利4657348＂消除來自液晶顯示器之反射裝置＂，公開了一項光學裝置，可消除來自LCD的反射，然而此種技術對于現代顯示元件仍有一些限制，特別是對于虛像彩色顯示系統，因為它同時也減低了影像顯示的明亮度；此外對于和辦公室設備中的電腦一起使用的虛像顯示螢幕，一般都有強烈的頭頂照明光投射出強烈的周圍光至視窗螢幕上，此頭頂照明光線的周圍反射會干擾顯示出的虛像并且變得非常擾人；另一件美國專利5278532＂自動裝置之虛像顯示器＂，公開了一項虛像自動化顯示系統，使用特殊的罩殼設計以預防強烈的周圍光反射；大尺寸虛像顯示系統是大尺寸電視或電腦螢幕顯示系統與自動化裝置顯示系統不同，此虛像顯示系統較易受到周圍反射之影響，而周圍反射系因較大尺寸的視窗螢幕和頭頂照明光所投射至螢幕而至視窗所造成的，此外罩殼設計對于自動化裝置應用可能有效，但卻不適于現代較大尺寸的顯示器。
本發明的目的是設計一光學系統，提供高品質虛像顯示系統并能降低周圍反射且不會過度減低影像顯示的明亮度，并且能降低頭頂照明裝置的反射，既能顯示大尺寸彩色影像，又不須使用高功率和高輻射的影像源。
本發明的方案包括一單色影像源，用來投射一黑白影像，在單色影像源前面有一彩色光閥，把黑白影像轉換成彩色影像，一光束分離器反射彩色影像至一凹面反射鏡，凹面反射鏡將接收之彩色影像放大成彩色虛像，在凹面反射鏡前面有一圓偏極化器，它包括一四分之一波長板和一線性極化器，在圓偏極化器前面有一觀視窗，圓偏極化器使彩色影像通過并降低凹面反射鏡周圍的反射，光束分離器和凹面反射鏡以偏軸方式排列，使光束反射鏡之反射軸對于單色影像的入射和反射光路徑為一軸對稱，其中所述之反射軸系自所述凹面鏡偏離10度角或更小角度，這樣，利用一小功率的單色影像源和上述光學系統設計，便可減低周圍反射和頭頂照明光反射以及減少大功率輻射對人體健康的影響。
本發明的優點是提供一高品質虛像顯示系統并能降低周圍反射和頭頂照明裝置所引起的反射而不須過度減低影像顯示的明亮度，此外，本發明能顯示大尺寸高亮度的彩色影像而不須用高功率和高輻射的影像源。
本發明有如下附圖附
圖1為本發明光學系統圖。
附圖2為本發明另一光學系統圖。
下面結合附圖敘述
具體實施例方式圖1為本發明虛像顯示系統100之系統圖，圖中有一小功率黑白影像源105，它可以是陰極射線管(CRT)、液品顯示器(LCD)、埸效射出元件、可變形鏡元件或其他形式的電光影像元件，該影像源105射出黑白影像投影至一彩色光閥110并將黑白影像轉換成彩色影像，彩色光閥可用美國專利4631051或4582396所述的液晶彩色光閥，它包括液晶另件和彩色極化器，其他如鐵電性電子光閥(包括鐵電性另件和彩色極化器)也可作為彩色光閥，此二種光閥由電光物質和極化器所組成，影像光穿過此光閥110后成為線性極化光，四分之一波長板115和和彩色光閥110合并使用，將影像形成圓偏極，使線性極化光穿過此光閥110再穿過四分之一波長板115后將光束118轉換成特定的極化方向，此極化光束118然后從光束分離器120反射而投射至凹面反射鏡125，然后光束從凹面反射鏡反射出而穿過一圓形極化器128，此圓形極化器包括第二片四分之一長板130和一線性極化器135，而后穿過圓形極化器的光束到目視窗140；光束分離器120和凹面反射鏡125是以偏軸式排列，使光束反射鏡之反射軸，對于所述的單色影像的入射和反射光路徑為一軸對稱，使得反射軸對于處理后的影像光束118偏離光軸，反射軸150大約和凹面反射鏡125之光軸160偏向10度或比10度更小；從影像源105輸出的光，經過液晶彩色光閥(LCCS)110和四分之一波長板115之后，成為圓形極化光，圓形極化光束118經光束分離器120和凹面反射鏡125反射后，圓形極化之方向不變，而影像卻被放大為彩色影像，當圓形極化器128設計成和從凹面反射鏡125所反射的圓形極化光束118的極化方向一致時，則光束通過此圓形極化器128之后并不會有過多的衰減；然而，外部的周圍反射光170通過圓極化器128之后成為圓偏極化，當周圍反射光170從凹面反射鏡125反射回來后，反射回的周圍光170之圓偏極方向因而改變，在該顯示系統100中，反射回的周圍反射光170被圓極化器128所阻絕，此周圍反射經常干擾顯示于凹面反射鏡125后的虛像180，但被圓偏極化器所阻絕，使周圍反射大幅降低；當影像反射的光路，經圓極化光束118之反射被按排在光軸上，則頭頂照明光會經常導致高強度的反射光回觀看者的眼睛，藉由細微的調整反射鏡125，使其與影像反射之光學軸稍許偏離，此頭頂光之周圍反射可直接從目視窗口140降低，因而不直接到達觀看者的眼睛，從而減低從頭頂照明所產生的干擾源，同時，因為圓極化器128為右手圓偏極化方向，它的阻絕效果和偏軸式設計配合，可進一步減少從周圍反射之干擾；因此，用圓偏極化器128合并使用于一偏軸式設定組態的虛像顯示系統110可相當減低周反射和由頭頂光所造成的反射，提供給觀看者的顯示影像要比傳統的影像擁有非常低的干擾程度，另一方面，使用低功率輻射影像源105即可得到優異而明亮的影像，同時因為使用圓偏極化器128與在黑白影像源105之前，使用彩色光閥和四分之一波長板115，使得影像的明亮度不會有嚴重的損失。
圖2是本發明的另一實施列虛像顯示系統200系統圖，此虛像顯示系統200接收來自單色影像源205的影像而將其顯示，影像光束210投射至一光束分離器215，并藉由此光束分離器215將影像反射至凹面反射鏡220上，凹面反射鏡將此光束210反射至一視窗組件上，此視窗組件包括一四分之一波長板225和一彩色光閥235，而彩色光閥235包括一線性偏極之極化器230，該極化器面對著四分之一波長板225，彩色光閥235使影像光束210尚未到達視窗盒240前，將影像光束轉換成彩色影像，觀看者往視窗合240內部看時，將會見到位于凹面鏡220之后的彩色虛像250；對于此類顯示系統200言，當外界周圍光260進入此系統時，外界周圍光260穿過光閥后，其強度大約減低至原來強度的6％，周圍光藉著位于彩色光閥組件235之內的四分之一波長板225和線性極化板230之作用，將其轉換成一圓偏極化光；對于從凹面反射鏡220反射回來的周圍反射光260而言，此圓偏極化方向改變了，而后藉著系統200內的四分之一波長板225和極化器230的作用，將周圍反射光260阻絕；因為在視窗組件中的彩色光閥235會造成衰減因素，使虛像顯示系統之殘留的周圍反射可進一步的減低，因此藉由視窗組件之圓極化器(包括四分之一波長板225和線性極化器230)與彩色光閥組件235之吸收特性的作用下，可使周圍反射獲得全面降低；此外，因為系統100使用兩個極化器，而此系統200僅使用一個極化器230，所以此顯示系統200會獲得更高的明亮度改善；光束分離器215和凹面反射鏡220的安排方式，與圖1的設計有類似之處，即對于影像光束250而言，影像反射的光軸稍微偏離凹面鏡220的光軸270，因為這些光的反射系直接來自于影像反射而只有稍許的下降程度，故觀看者較不可能受到頭頂照明光的反射干擾；系統200中的彩色光閥和系統100中的相同；系統100和系統200的凹面反射鏡，可以是球面鏡或非球面鏡之外形，使用球面鏡可以改善一些光學特性，如系統不均衡或失真問題。
權利要求
1，一種減少周圍反射與低輻射之虛像顯示系統，其特征是該系統包括一單色影像源(105)用作投射一黑白影像；一四分之一波長板(115)連同彩色光閥(110)(其中包括線性偏極極化器)一起使用，使影像形成圓偏極并使單色影像轉換成彩色影像；一光束分離器(120)反射極化光束(118)至凹面反射鏡(125)，凹面反射鏡(125)將接收到的彩色影像放大成彩色虛像；一圓偏極化器(128)包括一第二片四分之一波長(130)、線性極化器(135)，它使彩色影像通過并降低凹面反射鏡之周圍反射；在圓偏極化器(128)、四分之一波長板(115)以及彩色光閥(110)的前面是觀視窗(140)。
2，按權利要求1所述的顯示系統，其特征是光束分離器(120)和凹面反射鏡(125)以偏軸式排列，使光束反射鏡之反射軸，對于所述之單色影像的入射和反射光路徑為一軸對稱，其中所述之反射軸系自所述之凹面反射鏡偏離10度或更小角度。
3，按權利要求1所述的顯示系統，其特征是彩色光閥為液晶彩色光閥或鐵電性彩色光閥，前者包括液晶元件和彩色極化器，后者包括鐵電性元件和彩色極化器。
4，一種減少周圍反射與低輻射之虛像顯示系統，其特征是，該系統的單色影像源(205)前面沒有設置彩色光閥和四分之一波長板，在凹面反射鏡(220)前面的視窗組件上，設置有四分之一波長板(225)和一彩色光閥(235)，該彩色光閥包括一線性偏極極化器(230)。
全文摘要
一種減少周圍反射與低輻射之虛像顯示系統，包括一黑白影像源用以投射出黑白影像，該影像然后投射至包括一凹面反射鏡的放大虛像光學裝置，該裝置和一彩色光閥(包括一線性極化器)接收黑白影像而產生一放大的彩色虛像，本發明還包括一四分之一波長板，它與彩色光閥(包括線性極化器)一起使用，以降低來自凹面反射鏡的周圍反射。
文檔編號G02F1/01GK1143210SQ9511153
公開日1997年2月19日 申請日期1995年2月16日 優先權日1995年2月16日
發明者陳茂金 申請人:陳茂金