背面投影装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一个具有高效率和低波动干扰透射屏幕的背面成像投影装置．特别是这个屏幕包括菲涅尔透镜的菲涅尔片、带有水平漫射双凸透镜的前片和光的漫射元件．如果有必要的话，还包括有第三个片．在那里，至少菲涅尔片的一个表面或第三个片上带有垂直漫射双凸透境，菲涅尔透境的节距最大设定为漫射元件的有效漫射宽度的１５０％．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种背面投影装置，特别是一种高效率并且低波动干扰的透射屏幕。背面投影装置的结构已在图1中示出(平面或侧视图)。在图中，数字1表示屏幕，数字2表示投影透镜，数字3表示投影阴极射线管。在图2(立体图)所示屏幕的现有技术中，数字2表示投影透镜，数字4和表示屏幕元件，这两个元件的术语分别是“菲 尔片”和“前片”。一个聚焦菲 尔片透镜20在菲 尔片4的出射侧形成，透镜20把漫射的入射光转变成与屏幕的平面大体上垂直的出射光。用于水平漫射光的水平双凸透镜19在前片5的入射侧形成，这个前片是由甲基树脂组成的，其中用于漫射光的漫射材料可随意调配。这个现有技术的屏幕特性是由从视图的正面看到的放大系数G、水平方向的半放大系数角αH和垂直方向的半放大系数角αV等参数表示。图3是一个立体图。它表示了αH和αV的重要性。在图中，数字6表示实际方向的范围。屏幕的具有代表性的值是从现有技术中G＝5，αH＝40°和αV＝6°得到的。相应地，G×αH×αV的乘积(放大系数-半放大系数角值)为1200。同样，对光透射效率的理论极限的分析将在下面叙述。然而，我们发现上面的值1200是不满意的，它与理论极限相比，仅在其理论极限的50%以下。此外，由实验研究结果表明，这个消耗主要是由于包含在前片的树脂中的漫射材料所造成的。参照现有技术，当漫射材料被减小时，垂直方向的半数放大系数角αV变得太小并且波动干扰增大。由此可看出依靠减小很多的漫射材料来增大放大系数是不现实的。上面提到的波动干扰是用来表示一个干涉波纹，在图4(屏幕的正视图)中用数字7表示，它是在菲 尔透镜的中心波纹和水平双凸透镜的垂直状波纹之间的干涉形成的。有关减小投影屏幕的波动干扰的技术，日本专利申请(申请号为191627/1982)题目为“背面投影式屏幕”中已经说明，只有把水平双凸透镜的节距与菲 尔透镜的节距之间的比率控制在1.35-1.43的范围，才能很好地减少波动干扰。然而，把波动干扰在这个范围内或在这个范围附近减小很多是非常困难的。干扰形成的原理，就其本身而言，是不清楚的，目前还没有对其进行定量分析的例子。本专利技术的任务就是提供一种背面投影装置，它的放大系数与半放大系数角的乘积很大，并且它所投影的像的波动干扰被减小到允许的极限范围内。为了完成这个任务，专利技术人对下面的问题进行了分析(1)放大系数与半放大系数角的乘积的理论解释。(2)波动干扰的定量解释。本专利技术在这样的基础上，借助于减少前片内的漫射材料的数量和提供如下所列的新的结构，把图2中所示的屏幕的现有技术中的放大系数与半放大系数角之间的乘积至少提高1.5倍。新的结构如下(ⅰ)用于垂直漫射光的垂直22凸透镜重新配置。(ⅱ)菲 尔透镜的节距确定在或低于相对于用于减小波动干扰的漫射元件的半放大系数角(相对应于公效的漫射宽度，这个将在下面叙述)的相同宽度的150%。图1为一个平面图或侧视图。它表示了像的投影装置的基本结构。图2是现有技术中屏幕的立体图。图3是一个立体图，它表示屏幕的方向性的概念。图4表示波动干扰的主视图。图5是本专利技术的基本实施例的立体图。图6是一个图示说明，它表示波动的扰的波纹。图7是水平方向剖视图，它表示了波动干扰的形成原理;图8是前片沿水平方向的剖视图;图9是特征曲线图，它表示了漫射元件的方向性;图10是特征曲线图，它表示了光谱的分布。图11是特征曲线图，它表示了显微双凸透镜的方向性。图12表示前片沿水平方向剖视图。图13是前片的水平剖视图，它表示了第一个改进实施例。图14、图15和图16是立体图，它们分别表示本专利技术的不同实施例。在描述本专利技术的实施例之前，有关专利技术人在本专利技术中的研究主题将在下面详细说明。首先，放大系数与半放大系数角的乘积的理论极限要计算出来。在图3中，包含在屏幕1的法线方向的一个水平面被确定为极座标系内的赤道平面。在它的上面确定北极，横座标用φ表示，同时纵座标用θ表示。假设进入屏幕的单位横断面积的光通量为1流明，如果在屏幕中没有反射或吸收损失的话，那么出射光还一定是1流明。让B尼特表示出射光在(φ，θ)方向屏幕的亮度，总的出射光通量Lo用下列公式计算Lo＝∫∫B Cosθ Cosφ dΩ……(1)在上面的公式中，dΩ表示一个立体角度单元，它可用下式表示dΩ＝Cosθ dθ dφ……(2)把公式(2)代入公式(1)可得出Lo＝∫∫B Cos2θ Cosφ dθ dφ……(3)现在，假设它的方向性均匀分布是如下情况B＝常数｜θ｜≤αV× (π)/(180°)当｜φ｜≤αH× (π)/(180°)B＝0 ｜θ｜＞αV× (π)/(180°)当｜φ｜＞αH× (π)/(180°)当公式(3)由上面的公式替换后，就可得到如下的公式Lo＝B｛αV× (2π)/(180°) +Sin 2αV｝Sin αH……(4)假设一个理想朗伯表面，并且把αV＝90°和αH＝90°代入上面的公式，就可得出Lo＝Bπ。也就是说，在理想朗伯表面的情况下没有损失，B变为Lo/π。在这个情况下的屏幕放大系数定为“1”。当放大系数在这种情况下确定后，在这种没有损失的情况下的放大系数值Go可从公式(4)中得出，其公式为Go≡BL0/π=π(αv×2π180°+Sin2αv)SinαH]]>(5)如现有技术中提到的典型的例子，把αH＝40°和αV＝6°代入公式(5)中，无损失放大系数Go将是11.7倍。同样地，理想的放大系数和半放大系数角的乘积大约为281°。由此可清楚地看出，上述的现有技术中的1200值被限制在理想值的大约-7.4dB。假如组成屏幕的两片的每个出射和入射平面的一个平面的损失大约是0.35dB，那么整个四个平面的屏幕损失变为1.4dB。从上面的分析可清楚地看出，即使这个损失被消除，大约6dB的损失仍然会产生。最主要的原因归之光漫射元件，这种元件混合在前片中。本专利技术的基本实施例在图5(立体图)中已示出。该图表示了图1中屏幕1的详细结构，在图中数字4代表菲 尔片，数字5代表前片。聚焦菲 尔透镜20在菲 尔片4的出射侧形成，而用于垂直漫射光的垂直双凸透镜8另配置在入射侧。主水平双凸透镜19配置在前片5的入射侧，而具有微小节距的水平漫射显微双凸透镜8另配置在出射侧。在上述的结构中，由于垂直双凸透镜8的作用，在现有技术中用来向垂直方向扩散的前片中的光漫射材料被减少到或低于原来的一半，它的效率可比原来至少提高3dB(放大系数与半放大系数角的乘积至少提高1.4倍)。在这种情况下，放大系数与半放大系数角的乘积取决于漫射材料，它可借助于选择双凸透镜的光漫射半放大系数角的大小，而能够增大很多。从而变的比任何其他因素的值都大，例如，取决于漫射材料的垂直漫射半放大系数角的值，将在下面叙述。此外，由于侧面作用而引起波动干扰，可借助于选择菲 尔透镜的节距使其消除，具体方法详细叙述如下图5中所示的屏幕为40吋的各部分的具有代表性的尺寸值在下面列出垂直双凸透镜8漫散半放大系数角±5°节距TV0.08毫米曲率半径0.23毫米菲 尔透镜20节距TF0.14毫米水平双凸透镜19漫散半放大系数角±40°节距TL1.2毫米中部曲率半径0.5毫米形状偏心距为0.67毫米、主半径为0.9毫米的椭圆面。水平漫射显微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背面投影装置，包括：一个像源，一个投影透镜，它能投影出从上述像源产生的图象，和一个透射屏幕，在屏幕上像通过上述透镜聚焦；上述屏幕至少包括两片第一片，第一片配置在远离上述像源的光路上，光路从上述像源延伸到上述屏幕，第二片配置在靠近上述 的像源的一侧；上述第一片包括减小波动干扰的漫射元件和一个在上述第一片的入射表面上形成的水平漫射双凸透镜；上述第二片的出射表面带有菲涅尔透镜，它的节距最大确定为上述漫射元件的有效漫射宽度的１５０％；上述第二片的入射侧或第三片的至少 一个表面带有垂直地漫射光的垂直双凸透镜。

【技术特征摘要】
1.一种背面投影装置，包括一个像源，一个投影透镜，它能投影出从上述像源产生的图象，和一个透射屏幕，在屏幕上像通过上述透镜聚焦；上述屏幕至少包括两片第一片，第一片配置在远离上述像源的光路上，光路从上述像源延伸到上述屏幕，第二片配置在靠近上述的像源的一侧；上述第一片包括减小波动干扰的漫射元件和一个在上述第一片的入射表面上形成的水平漫射双凸透镜；上述第二片的出射表面带有菲涅尔透镜，它的节距最大确定为上述漫射元件的有效漫射宽度的150%；上述第二片的入射侧或第三片的至少一个表面带有垂直地漫射光的垂直双凸透镜。2.根据权利要求1的背面投影装置，在那里上述的漫射元件是由水平漫射显微双凸透镜构成的，它是在上述第一片的出射侧形成的，它的节距设定小于上述投影透镜的出射光成像的宽度，上述投影透镜由主水平漫射双凸透镜在上述水平漫射显微双凸透镜上形成。3.根据权利要求1的背面投影装置，在那里，基于一排上述菲 尔透镜的空间频率f设定为基于一排上述主水平漫射双凸透镜的空间频率f的(N+0.25～0.75)倍，其中N值是至少为3的整数。4.根据权利要求1的背面投影装置，在那里，基于一排上述菲 尔透镜的空间频率f设定为基于一排上述主水平漫射双凸透镜的空间频率f的 1/2 (N+0.25～0.75)倍，其中N值是至少为3的整数...

【专利技术属性】
技术研发人员：荻野正规，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]