CN88100303A - 背面投影屏幕及其背面投影系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在所述板(40)的正面上形成所述光色散单元(41)的特殊形状而具有水平广视角和良好的彩色校正效果的背面投影屏幕。通过在所述背面上所设置的各单元(43)显著提高了分辨率并展宽了垂直方向上的光。因此就可大量地或完全节省给予所述板的体视漫射体(42)。(图1和2)

Description

本发明涉及一种具有用于在屏幕的正面上显示出由设在该屏幕后面的至少一个基本图象源所提供的映象的正面和背面的背面投影屏幕，所述屏幕包括有一块在其正面具有许多平行排列的第一光线展宽单元的透光板，这些第一光线展宽单元是为了在垂直于第一方向的第一平面上使光线展宽而伸展在横跨该透光板的第一方向上，所述各单元具有用于获得总的内部反射的陡峭的若干边缘和具有一个用于透射和折射的弧形扁平部分的尖端。本发明也涉及备有这样一种背面投影屏幕的背面投影系统。

背面投影屏幕用于诸如各种雷达荧光屏、飞行和舰艇模拟器、显微阅读器以及用于视频和电影图象等各种类型的显示系统。在这类显示系统中，图象在基本图象源中产生并被投影透镜装置成象在背面投影屏幕上。该投影屏幕将从其后面入射的光线展宽于该屏幕前面的观众场地中。

用于彩色电视节目的投影系统包括有三个对应地由独立的投影透镜装置投射到屏幕上的红、绿和兰的基本图象源。每个图象源的光强在相应的图象源和连带的投影透镜装置的光轴上是最强的。由于这三个图象源被置成左右并排或上下叠接，所述两个光轴在该投影屏幕区延伸成两个角以使观众看到视其在观众场地中的位置而定的彩色偏移而没有任何梯级。

在已公开让公众监督的第0，148，529号（＝PHA40，477）欧洲专利申请中描述了一种其所述场地的水平方向上的彩色偏移被减到最小的背面投影屏幕。这是通过设置许多以垂直方向伸展的光线展宽单元而实现的，这些单元的高度与宽度的比值至少为1∶1，其尖端至多是其底部宽度的一半宽，并且其中该尖端具有一特殊形状的凹陷。所述单元的高度在这里应当被理解为垂直于所述屏幕平面的最大凸起。在诸单元之间的深槽中可设置光线吸收材料以便由所述屏幕阻止对周围光线的反射，从而加强被显示的图象的对比度。来自原始图象源及入射屏幕背面上的光线由于在各陡峭边缘上的总的内部反射而被引导到各齿形的尖端，以使这光线具有高透射能力。由于各弧形扁平尖端和各陡峭边缘的配合，还可获得一种在水平方向上的广角光线分布。

按垂直方向伸展的各单元使按水平方向、经由其后面而进入的光线展宽于左、右两侧各近于85°范围内的区域中。在垂直方向上，所述光线展宽单元并无任何明显影响，为展宽该方向上的光线应当采取其它手段。

在上面引用过的第0，148，529号欧洲专利申请中已建议要使该板具有光线展宽特性，例如可通过将该板的后面弄糙或把一种光色散材料加入该板的方法。在1985年发表在《IEEE用户电子学公报（IEEE    Transaction    on    Consumer    eleetronice）》期刊第CE-31卷第3期，第185-192页上，由R·Bradley等人著的题为<超广视角的背面投影屏幕>一文叙述了在该板中加入一种所谓“体视漫射体”的可能性，这种漫射体包括有一种不同折射率的颗粒。显然，除了所需要的垂直光线展宽以外，这些手段在水平方向上也有光线展宽效应。

为使光线在垂直方向上展宽的所述手段有两个缺点。第一点，它们限制了屏幕的分辨率，这是因为各成象光束就象是横过一个“有雾”的屏幕而因此不再在由观众观看的屏幕正面清晰地成象。第二点，这种雾状的、接近于高斯型的光线展宽将导致相当多的光线落在观众场地之外。当然，这要损耗观众场地内的光强。

本发明的目的就是要避免这些缺点。

为此，本发明的背面投影屏幕，特征在于所述板的背面有平行排列的、基本上沿垂直于第一方向的第二方向而伸展的第二光线展宽单元以便展宽垂直于第二方向的第二平面中的光线，其结果得到了垂直光线的展宽，以使屏幕体本身并不需要具备任何一点，（或相当少量的）光线色散效应。所述水平展宽基本上是只由正面的所述单元所确定的。由于在屏幕中不再需要任何（或相当少量）的光线色散作用，所以图象投影清晰。在背面上的光线展宽单元的形状可以与在为某一给定应用领域所要求的垂直方向上的光强分布相适配。显然，本发明也可用与所述第0，148，529号欧洲专利申请中所描述的形状不同的一种尖端。

本发明的背面投影屏幕的最佳特征在于被基本垂直地入射于屏幕背面上的光线，由各第二光线展宽单元协同在垂直方向中没有弧形的第一光线展宽单元，通过至多在5°和（最大为）20°之间的某一角度而折射。于是，观众场地的全部纵向范围近于10°正40°左右。所需数值取决于应用场合。当将所述屏幕用于视频监控器或家用投影电视机中时，总的最佳纵向视角近于22°。

本发明的后投影屏幕特征还可在于在所述第二光线展宽单元表面和所述板的平面之间的最大角度具有近于10°和近于40°之间的某一数值。通常所使用的投影屏幕的材料，例如聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA），具有近于1.5的折射率n。所述近于10°和近于40°的几何角度在此n值的情况下产生接近于上述纵向视角。

本发明的背面投影屏幕的第一实施例特征在于第二光线展宽单元都是凸状单元。但是另外一个实施例特征在于各第二光线展宽单元都是凹状单元。本发明的背面投影屏幕的第三实施例特征在于有些第二光线展宽单元是凸状的，而有些是凹状的。这个实施例还可有的特征是凸状的和凹状的第二光线展宽单元是彼此相间的。凸状的和/或凹状的光线展宽单元的选择以及凸状的和/或凹状单元的确切形状都尤其取决于应用领域、在垂直方向上所要求的光强分布情况以及制造该屏幕所用的方法。

本发明的背面投影屏幕的最佳实施例特征在于第二光线展宽单元的横断面大致呈圆弧扇形。这种形状产生一种基本上矩形的光强分布，并且可用相当简单的方法制造。

本发明的背面投影屏幕的进一步的特征可在于每一圆弧扇形构成一个近于44°的圆弧。采用这种弧形就可得到一种很适用于投影电视系统的、22°的全纵向视角。

本发明的背面投影屏幕的另外的特征在于所述板中掺有一种漫射体。通过在所述齿形中掺入一种在所述板体中光线色散率相当低的细小杂质，就可获得相当于不大于在屏幕背面上不用光线展宽单元时所需色散率的三分之一左右的分辨率，因而尤其与各第一光线展宽单元相比，得到了一种轻微地、更加平缓的光强分布的变化。

此外，本发明的背面投影屏幕特征可在于所述板的背面是减反射的。这将既降低由于所述板背面上的反射所造成的来自原始图象源的光损失，又降低通过所述板前面而进入的周围光线的反射。通过涂敷一种传统使用的包括有一层或一层以上的涂层，或者如“Optca    Acta”杂志，1982年第29卷，第7期993-1009页所描述的通过使它形成一种微凸结构，或者如已公开让公众监督的第0，131，341号（＝PHN10，737）欧洲专利申请中所描述的通过在其上涂上一层恒定厚度的涂层与弄糙的表面相配合;都可将该后侧面做成减反射性的。

本发明的背面投影屏幕的一个最佳实施例的另外的特征在于第二光线展宽单元的总数至少为2，000。当在一种背面投影电视系统中使用这种屏幕时，每个光线展宽单元的宽度小于投影后图象的细节尺寸，以便使该屏幕的分辨率不受损失。

本发明也涉及一种背面投影系统，它包括有一基本图象源以及一用于将由基本图象源产生的图象投影到屏幕上的各透镜装置，该系统备有按照本发明任一上述实施例的背面投影屏幕。这样一种背面投影系统的分辨率和在垂直方向上的光强分布都比在一种具有公知的背面投影屏幕系统中的更好。

现将参考各附图对本发明进行更详细描述，在这些附图中：

图1概略地示出某一拥有公知的背面投影屏幕的背面投影系统，

图2是使用了本发明背面投影屏幕的某一部分的横断面，

图3和图4说明了根据本发明的背面投影屏幕的另一实施例以及

图5说明了能够便利地用于根据本发明的背面投影屏幕中的若干手段

图1是用于显示彩色电视广播节目的、拥有某一公知的背面投影屏幕的背面投影屏幕系统的水平横断面。图中各种部件的相互尺寸未按比例绘出。在该图中标号11、12和13代表三个基本图象源，例如在各自的显示窗口14、15和16上产生彩色电视图象的红、绿或兰色分量的各阴极射线管。由在该图中作为单透镜概略地示出的投影透镜21、22和23所组成的装置将这样形成的各图象分量投射到投影屏幕30上。所示屏幕包括两块板。后板31拥有一种菲涅耳结构，因此各投影透镜装置的光瞳是在观众室中映象的。前板40在其正面上拥有各单元41，这些单元将光线展宽在该图平面上，即水平平面上。这些单元在屏幕的整个高度上，以垂直于图平面的角度而伸展。在其尖端具有一凹陷的各单元都有关于水平光线展宽和在该平面中的彩色偏移等方面的很好特性。在已公开让公众监督的第0，148，529号欧洲专利申请中描述了高度D至少等于宽度B的一半的这样一种单元结构。

在所示屏幕中，垂直于图平面（即在垂直方向）的光线展宽是为此而在前板中掺有大量的透明晶粒42的结果，那些晶粒具有与该板材料不同的折射率。把该平面的背面的表面弄糙可起同样的作用。

具有弄糙表面的、或以另一种方式使之具备光线色散特性的板的缺陷是降低了屏幕的分辨率。根据本发明可显著地减小该投影屏幕的这种缺陷。在图2中示出了本发明作为背面投影屏幕板的部分垂直横断面。再用标号41表示存在于该板正面上沿水平方向的光线展宽单元之一。在该板的背面上形成使入射于其上的光线以垂直方向折射的各第二光线展宽单元43。所示曲率半径和宽度之比值均是与尤其适用于电视投影系统或视频监控器中的板相关联的。每个单元表面上的法线与该板平面上的法线之间的角度α近于22°，因而被包围在两个并列的单元表面之间的β角近于136°。如果该屏幕是用一种折射率大约为1.5的材料，例如PMMA（聚甲基丙烯酸甲脂），制成的话;则结果导致同在垂直方向上不成弧形的正面形成某一近于22°的纵向视角。每个单元的宽度P可以是200微米。此值接近等于人眼的分辨率，而在屏幕高近于一米的情况下，它比投射在该屏幕上的视频映象的细节尺寸小得多，该屏幕约包括1000行。

图3同样以垂直横断面示出该板的另外一个实施例。与图2中各光线展宽单元在外侧面上是凸状的情况不同，各光线展宽单元43在外侧面上是凹状的。当这种板用于某一投影电视系统中时，该宽度P的α和β角大小可等于图2所示板的α，β值。

图4示出该板的第三实施例的垂直横断面。各光线展宽单元43是相间地凸出和凹入的并且互相化为一体。这些凸出的和凹入的单元宽度P₁和P₂可对应地相等或不等的。

关于图2的实施例，图5示出某些关于本发明可采取的某些手段。在该屏幕的材料中可备有小量的光色散颗粒，例如至多为公知屏幕中含量的三分之一。这种体视漫射体可引起太突然的光强变化而使光减弱得致使所获得的光强分布会引起人眼不适，这是例如由于各光线展宽单元41和43的外形不准确性造成的。

其次，可以将其后面做成减反射性的。这可通过在其背面涂有一种传统的单层或多层的增透涂层来实现，但也可通过将其背面精细地弄糙，从而在该面上形成一层恒定厚度的弄糙层，（正如在0，131，341号欧洲专利申请中所描述的。另一可能方案是象“Optica    Acta”期刊第29卷第7期993-1009页中所述那样将该背面设置某种通常称之为“虫”眼结构的微凸结构。

如果使用按照本发明的背面投影系统的板，则分辨率可显著改善。这种可引起在水平和垂直方向上分辨力改善的方法取决于由投影透镜装置所形成的基本映象源的映象相对于该板的正面和背面的位置。在实践中，已经发现这种分辨率提高在水平方向上应可达到1倍，而同时在垂直方向上应可达到113倍。

Claims (13)

1、一种具有用于在屏幕的正面上显示出由设在该屏幕后面的至少一个基本象源所提供的映象的正面和背面的背面投影屏幕，所述屏幕包括有一块在其正面具有许多平行排列的第一光线展宽单元的透光板，这些第一光线展宽单元是为了使光线在垂直于第一方向的第一平面中展宽而按横跨该透光板的第一方向伸展，所述各单元具有用于获得总的内部反射的陡峭的各边缘和具有一个用于透射和折射的弧形扁平部分的尖端，其特征在于：所述板的背面具有为了使光线展宽于垂直于第二方向的第二平面中而按基本上垂直于第一方向的第二方向而伸展着的、被平行排列的第二光线展宽单元。

2、如权项1中所要求的背面投影屏幕，特征在于：基本上垂直地入射到所述屏幕背面上的光线被所述第二光线展宽单元，通过某一在5°和最大20°之间的角度、同在垂直方向上不是弧形的第一光线展宽单元相配合而进行折射。

3、如权项1或2中所要求的背面投影屏幕，特征在于：在第二光线展宽单元表面和所述板的平面之间的最大角度的数值为在近于10°和近于40°之间的某一数值。

4、如权项1、2或3中所要求的背面投影屏幕，特征在于：所述第二光线展宽单元都是凸状单元。

5、如权项1、2或3中所要求的背面投影屏幕，特征在于：所述第二光线展宽单元为凹状单元。

6、如权项1、2或3中所要求的背面投影屏幕，特征在于：有些第二光线展宽单元是凸状的而有些是凹状的。

7、如权项6中所要求的背面投影屏幕，特征在于：所述凸状和凹状的第二光线展宽单元是相间的。

8、如权项4、5、6或7中所要求的背面投影屏幕，特征在于：所述第二光线展宽单元的横断面基本上是圆弧扇形的。

9、如权项8中所要求的背面投影屏幕，特征在于：每个圆弧扇形构成一个近于44°的圆弧。

10、如前面所述各权项的任一项所要求的背面投影屏幕，特征在于：在所述板中掺有一种漫射体。

11、如前面所述各权项的任一项所要求的背面投影屏幕，特征在于：所述板的背面是减反射性的。

12、如前面所述各权项的任一项所要求的背面投影屏幕，特征在于：所述第二光线展宽单元的数目至少是2，000。

13、一种背面投影系统，特征在于：它包括有一基本图象源和一个用于将由该基本图象源所产生的图象投影到屏幕上的透镜装置，所述系统备有如前面所述各权项的任一项所要求的背面投影屏幕。

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