[发明专利]用于在显示屏幕上投影合成的彩色视频图像的设备

说明书

发明领域：

本发明涉及视频彩色投影系统，包括前投影和后投影，更具体地，涉及到一种使用五棱镜的光线合成器，它应用于LCD投影电视系统。

发明背景

各种类型的投影电视系统在近些年得到发展并已经商品化。尽管这些投影电视系统提供的显示屏幕大，但是，它们一般比标准CRT系统更昂贵，更笨重。而且，最重要的是，它们在显示屏幕上提供相对模糊的图象。产生的图象，以及投影电视系统的成本、尺寸，通常直接依赖于该系统中使用的光学系统。

一个现有技术系统中的光学系统的例子可见于美国专利No.5,084,807，1992年1月28日授予Thomas S.Mckechnie。描述于美国专利No.5,084,807的现有工艺系统由该专利的图1表示，它描述了这样一种配置，即，发自三个卤钨灯的光经过透射和反射穿过一对交叉分色镜，一个分色棱镜，并穿过三块液晶显示器(LCD)。三块LCD调制三条通道产生电视画面的红、绿和蓝部分。

交叉分色镜把白光分成光谱中的红、蓝和绿部分。然后，这三种彩色光经分色棱镜合成，合成光经投影透镜投射到投影屏幕。

尽管这种现有系统有许多优点，但是，第一组交叉分色镜和第二分色棱镜的使用增加了设备的复杂性和尺寸，当然，也增加了整个投影电视系统的成本。

另一种现有技术的系统参见于美国专利No.4,687,301，1987年8月18日授与Ledebuhr。该专利描述了一种基于氧化铅(plumicon)棱镜的LCD投影仪。该类型的系统使用大量的玻璃，使得棱镜的结构庞大，十分昂贵，当然，这是投影电视系统的缺点。

另一种现有技术的LCD投影电视系统参见美国专利No.5,012,274，1991年4月30日授与E.Dolgoff。描述于该专利的系统利用三块LCD，一块显示红色画面数据，一块显示绿色画面数据，一块显示蓝色画面数据。每一块LCD都由适当颜色的光照明，即，红光、蓝光和绿光。发自红、绿和蓝光源的光由聚光镜收集，经准直光学仪器准直，穿过一系列分色镜，在屏幕上形成完整的彩色图象。

尽管描述于该专利的系统已经广泛应用，但是它仍有一些缺点。特别是投影透镜的后焦距比其它棱镜设计的后焦距大得多。这使得该系统的设计和制作十分昂贵。从本质上讲，投影透镜的后焦距长导致这样的问题，即难于制作经济、可靠的投影电视系统。

因此，本发明的目的是提供一种用于LCD投影仪的光线合成器，它可应用于前投影和后投影，且具有紧凑的光路，易于制作。

本发明的进一步目的是制作LCD彩色投影电视系统，它具有成本合理的分色镜系统。

本发明的更进一步目的是提供一种用于投影电视系统的光线合成器，它简单、便宜、易于制作，将产生消费者可以接受的箱子大小的商业投影电视系统。

另一种现有技术的光学系统描述于1994年9月的国际光学工程协会进展，第33卷第9册(Journal of the International Society of OpticalEngineering，September 1994，Vol.33，No.9)，该技术与投影电视领域关系不大。该系统不涉及投影电视系统，但描述了适用于高速摄影的单轴、三色光源系统。

所描述的系统具有这样一种光学配置，包括三个白光源，一些准直透镜和三个装在五边形夹具上的分色滤光器。发自第一光源的光透过第一准直透镜，形成平行光束。该光束然后透过分色滤光器，该滤光器只允许红光透射，反射蓝光和绿光。透射的红色被第二分色滤光器的内表面反射，该滤光器只允许绿光透射，反射红先和蓝光。最后，红光被第三滤光器反射，该滤波器只允许蓝光透射。合成的红、绿和蓝光传播出五边配置，在该处被准直透镜聚焦。

该系统需要特殊制作的分色滤光器，因为它们的特性对光线的入射角十分敏感。另外，该参考文献描述的五边形夹具必须用不锈钢块十分精确地加工，要求苛刻的零件和光源固定于拧在不锈钢块上的棒上。因此，尽管该系统介绍了一种对于投影电视系统富有吸引力的光学配置，但是很明显，它十分昂贵，需要专门的加工工艺，所有这些都不适用于商品化投影电视系统。

发明概述

根据本发明，提供了一种基于五棱镜的光线合成器，它可应用于LCD投影电视系统。

该设备用于在显示屏幕上投射复杂的彩色视频画面，包括，

多个液晶显示(LCD)器，具有按矩阵排列的多个像素，用于形成图象。

多个光源，各个光源使准直光束指向各个LCD器件的第一面，和