CN1516825A - 包括用于准直与微聚焦的装置的背投屏幕 - Google Patents

Abstract

按照本发明，分布在同一照准器上的元件71通过对投影到此屏幕上的光线进行反射，实现了粗准直和微聚焦；也可以将折射元件72分布在此照准器上。按照本发明的屏幕只具有单一的主要光学部件7；因此制造该屏幕相当便宜。本发明尤其应用于非常紧凑的投影设备，以及应用于其中投影入射角较大的情况。

Description

包括用于准直与微聚焦的装置的背投屏幕

技术领域

本发明涉及用在电视背投仪(television backprojector)中的图像背投屏幕。

背景技术

图1示出了用于在背投屏幕1上显示图像的系统，所述系统除了屏幕本身之外，还包括至少一个图像源(未示出)以及通过至少一个物镜2、在屏幕上产生此源的图像的光学装置；参考文献US 3 791 712公开了这种类型的系统。

例如，可以由阴极射线管的正面或者由电光真空管(electrooptic valve)的矩阵形成图像源，例如，所述电光真空管的矩阵由液晶单元形成，然后，将此矩阵与光源相结合。

在激光投影仪的情况下，用于在投影屏幕上显示图像的系统包括激光束源、用于对此源的发射强度进行调制的装置、以及用于在屏幕的表面上对来自此源的已调制束进行完全扫描的装置；如参考文献US 6 020 937所述，所述扫描装置可以是基于旋转镜的。

例如，因此，在屏幕上形成的图像的每个象素对应于液晶单元矩阵的一个元件，或者对应于在扫描与调制时激光束的冲击。

为了获得更为紧凑的图像显示系统，通常较为实用的是，将镜子放在屏幕与物镜2或激光源之间的光路中；参考文献US 4 512 631的图1公开了这样一种紧凑的系统；按照其他变化，可以利用具有相同功能的全息部件来代替这些镜子。

最终，为了显示彩色图像，这些系统可能会包括与原色一样多的图像源，放置这些图像源，从而在相同的屏幕1上重叠不同原色的图像。

图2示出了图像背投屏幕1，包括位于背面的、用于对来自物镜2或来自激光源的束进行粗准直的装置，以及位于正面的、用于在环境光中增强显示对比度的装置。

术语“粗准直装置”表示适用于大体上沿与屏幕的表面相垂直的相同方向指引来自物镜2或来自激光源的光束的光学装置；因此，当入射在屏幕上的光束包络的光轴垂直于此屏幕时(零入射角)，通常由菲涅耳透镜3形成这些装置。

如图2所示，通常由黑色带4的矩阵形成用于增强对比度的装置。

通常，较为实用的是，在菲涅耳透镜3与此黑色带矩阵4之间放置用于对来自此透镜3的平行光束进行微聚焦的装置，这些都适合于使光流量的主要部分在黑色带4之间通过，并将光指引向能够观察要转换的图像的器件(aid)；这种方案与黑色带的组合能够增强对比度，同时最小化屏幕的发射表面积，并提供光散射功能；通常由透镜片5形成这些微聚焦装置，如图2所示，在这种情况下，包括背面上的微透镜51和正面上的微透镜52，将这些透镜放置在黑色带4的矩阵之间。

图3示意性地示出了穿过了图2所示屏幕的局部截面；来自物镜或激光源(这些均为示出)的入射光线通过菲涅耳透镜3的棱镜元件31的折射偏转为与屏幕正交的平行光束；然后，透镜片5的每个微透镜51使其在黑色带4的矩阵之间接收到的平行光线会聚。

如果来自物镜2或激光源的光线在屏幕1上的入射角非常大，也就是说，如图4所示，与屏幕正交相差得非常远，如参考文献US 4 003080中所述(特别参见该参考文献中的图3和图4)，可以由以反射进行操作的棱镜元件形成粗准直装置；这里所附的图5是穿过了设置有这种由以全反射或无反射(reflection off)金属表面进行操作的棱镜元件32形成的粗准直装置的屏幕1的局部截面。

无论结构如何，背投屏幕在一方面包括通常由棱镜元件31、32形成的粗准直装置2，而另一方面包括通常由微透镜51、52形成的微聚焦装置5。

因此，这种屏幕的生产较为昂贵，不仅因为其包括如菲涅耳透镜和透镜片等要分别制造的两个分立的光学元件，而且因为必须精确地组装和对准这两个分立的元件；这种多个制造和组装步骤在经济上是不利的。

发明内容

本发明的目的是克服这种缺陷。

为此目的，本发明的主题是一种放置在投射光线的包络区域中的背投屏幕，其特征在于包括分布在同一照准器(diopter)上、能够通过反射对所述光线进行粗准直和微聚焦的元件。

由于相同的元件实现了粗准直和微聚焦，而不是像现有技术那样一方面使用菲涅耳透镜进行粗准直，而另一方面使用透镜片进行微聚焦，只使用了单一的光学元件来同时实现两种功能，表现出巨大的经济优势。

由于使用了单一的照准器，相同的表面满足了先前由两个分立光学元件所提供的功能；由于与粗准直和微聚焦功能相关的所有的屏幕的光学元件均分布在本发明的相同表面上，能够以传统方法生产本发明的屏幕，例如，那些用于制造菲涅耳透镜或透镜片的方法，例如，注模或压模；因此，制造按照本发明的屏幕尤为便宜。

与以反射进行操作的、分布在同一照准器上的元件一样，按照本发明的屏幕非常好地适用于非常倾斜的投影入射角，并且即使不使用镜子，仍能够获得非常紧凑的投影设备；因此，入射光线包络的光轴与屏幕平面之间的入射角可以很容易地大于等于70°。

优选地，所述反射是与金属表面的镜面反射相反的全反射。

按照本发明的变化，除了已经提及的与粗准直和微聚焦功能相关的光学元件以外，所述照准器包括通过折射有助于准直和/或聚焦功能的元件。

优选地，此照准器对应于所述屏幕主要光学元件的背面。

按照本发明的屏幕可以用在任何背投图像显示系统中，尤其可以用在包括至少一个激光源的系统中。

附图说明

通过参照附图，阅读以下作为非限制性示例而给出的描述，将更加清楚地理解本发明，其中：

图1和图4是背投显示设备的简化图；

图2是图1所示设备按照现有技术的屏幕的透视图；

图3是图2所示屏幕的局部示意性截面；

图5是图4所示设备按照现有技术的屏幕的局部示意性截面；

图6是按照本发明一个实施例的屏幕的局部示意性层；以及

图7是图6所示屏幕的主要光学元件7的背面透视图。

为了简化描述和说明本发明相对于现有技术的不同和优势，将使用相同的参考符号表示提供了相同功能的元件。

具体实施方式

例如，放置了按照本发明的屏幕的区域中的入射光线来自投影物镜或激光源(这些均未示出)。

参照图6，示出了按照本发明的屏幕的一个实施例的局部截面，这里在其正面具有黑色对比带4的矩阵、分布在同一表面或照准器面向的一连串照准器元件71，通过反射，入射光束(或光线的包络)中的光线处于大体上以垂直于屏幕为中心的方向上，并聚焦部分光束，从而使光线在屏幕黑色矩阵的带4之间通过，并将其指引向能够观察显示在屏幕上的图像的器件(aid)；这样，对着黑色带4之间的每个缝隙放置的是同时满足，至少部分满足了准直和聚焦两种功能的照准器元件71；如图6所示，为了对整个入射光束进行粗准直和微聚焦，并排放置一连串照准器元件71，这些照准器71以元件71、72的集合形成按照本发明的屏幕的背面的形式与另一表面元件72相连；这里，表面元件72是平坦的，并且朝向与入射光线的方向正交，从而并不偏转这些光线的前进方向；这样，由单一的主要光线部件7形成了背投屏幕，其背面对应于组合了元件71、72的单一的照准器，而其正面支撑黑色带4的矩阵；按照本发明的变化，与图2中的元件52相似，此主要光学部件7可以包括位于黑色带之间的透镜元件。

可以通过传统方法来生产按照本发明的屏幕的光学部件7，例如，那些用于制造菲涅耳透镜或透镜片的方法，例如，注模或压模等；由于先前由分立制造然后进行组装的两个分立部件所提供的功能现在由单一的部件提供，因此，制造按照本发明的屏幕尤为便宜。

如图6所示，由于照准器元件71通过反射进行操作，放置了屏幕的区域中的光线的入射角非常大，也就是说，与屏幕正交相差甚远。

按照这里并未详细示出的本发明的变化，表面元件72也通过折射分担准直和/或聚焦功能；例如，这些元件，同样是平面元件，不再与入射光线的方向正交放置；例如，这些元件，不再是平面元件，而具有适于分担准直和/或聚焦功能的形状；按照此变化，于是，由屏幕1的主要光学部件7的背面形成的照准器通过表面元件72的折射和表面元件71的反射进行操作。

方便地，由屏幕1的主要光学部件7的背面所形成的照准器同时完全满足了准直和聚焦功能。

因此，可以看到，按照本发明的屏幕相当好地适应于投影到屏幕平面上的光线包络的光轴的入射角大于等于70°的情况。

图7示意性地示出了照准器元件71的圆弧形式的结构，这种结构适用于击中相同照准器元件的光线的入射角总是超过屏幕的整个宽度的情况；在传统屏幕的情况下，在参考文献US 4 674 836的图7中也描述了这种结构；优选地，在光学部件7的另一面上的黑色带具有相同的圆弧形状，从而放置在屏幕整个宽度上的每个照准器元件之间。

按照本发明的屏幕可以方便地用在任何背投图像显示系统中，尤其是非常紧凑的系统中；特别可以用在激光投影仪中。

Claims (6)

1、一种放置在投射光线的包络区域中的背投屏幕(1)，其特征在于包括分布在同一照准器上、能够通过反射对所述光线进行粗准直和微聚焦的元件(71)。

2、按照权利要求1所述的屏幕，其特征在于所述包络的光轴与屏幕平面之间的入射角大于等于70°。

3、按照权利要求1所述的屏幕，其特征在于所述反射是全反射。

4、按照权利要求1到3之一所述的屏幕，其特征在于所述照准器包括通过折射进行准直和/或聚焦功能的元件(72)。

5、按照前述权利要求之一所述的屏幕，其特征在于所述照准器对应于所述屏幕主要光学部件(7)的背面。

6、通过背投在按照前述权利要求之一所述的屏幕上，对图像进行显示的系统。

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