專利名稱：雙凸透鏡板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用在背投式投影屏幕中的雙凸透鏡板，背投式投影是將由影像源射出的光束從背面朝觀察者射出，特別是，本發(fā)明涉及能夠降低色彩偏移的雙凸透鏡板。
背景技術(shù)：
作為顯示大畫面影像的方法，目前已知的有將作為影像源的RGB三管式CRT(投射管)射出的影像光束，通過投射透鏡放大投射至背投式投影屏幕(下面也簡稱為投影屏幕)的方法。
具體的例子就是在如圖1所示的背投式顯示裝置10中，由作為影像源的RGB三管式CRT1射出的影像光束，通過各投射透鏡2被放大，并投射至背投式投影屏幕5的投影屏幕面上。在這里，背投式投影屏幕5具有菲涅耳透鏡板3和雙凸透鏡板4，從而可以將由各CRT1射出的影像光束，按照所需要的視野角度，由背面朝觀察者射出。
在這種構(gòu)成形式的背投式投影屏幕5中，由于各RGB型CRT1通常使綠色光束(G)用的CRT1位于投影屏幕的正面位置處，紅色光束(R)用的CRT1和藍(lán)色光束(B)用的CRT1位于其兩側(cè)位置處，所以相對于入射至投影屏幕正面處的影像光束中的綠色光束(G)，紅色光束(R)和藍(lán)色光束(B)按照相對投影屏幕法線以集中角為θ入射。因此，當(dāng)相對背投式投影屏幕5上投影出的影像的觀察位置左右變化時，由紅色光束(R)和藍(lán)色光束(B)的集中角θ產(chǎn)生的、與觀察位置相對應(yīng)的紅色光束(R)或藍(lán)色光束(B)的顏色會變強(qiáng)，從而在投影屏幕的端部會出現(xiàn)偏色現(xiàn)象。這種現(xiàn)象被稱為“色彩偏移”，應(yīng)該盡量給予消除。
現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)對這種現(xiàn)象進(jìn)行過研究和處理，比如說在日本特開昭58-59436號公報中，公開了一種對形成在雙凸透鏡板的兩個表面處的透鏡元件橢圓面的離心率，按照大體等于構(gòu)成該透鏡元件的材料折射率的倒數(shù)的方式實(shí)施確定的技術(shù)解決方案。而且，在日本特開昭62-280729號公報、日本特開平2-190835號公報和日本特開平5-150371號公報中，還公開了將形成在雙凸透鏡板的兩個表面處的透鏡元件形狀限定在特定數(shù)值范圍內(nèi)的技術(shù)解決方案。
然而，上述的色彩偏移，隨著影像光束集中角θ的增大而越發(fā)明顯，近年來電視機(jī)趨向于薄型化，所以集中角θ和以往相比也在趨向于增大。因此，由上述專利公報所公開的、作為現(xiàn)有技術(shù)解決方案的色彩偏移降低技術(shù)，難以與上述需求相對應(yīng)，所以目前還存在沒有能夠很好滿足色彩偏移降低所需求的技術(shù)解決方案的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對這種情況，本發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)配置在雙凸透鏡板的光束射出側(cè)的出射透鏡元件的表面形狀是一個重要因素，通過對其形狀進(jìn)行控制的方式，和現(xiàn)有技術(shù)相比能夠降低位于20°～40°觀察位置處的過大的藍(lán)色光束(B)的射出光量，同對能夠降低位于-20°～-40°觀察位置處的過大的紅色光束(R)的射出光量。
本發(fā)明是在這一基礎(chǔ)上完成的，本發(fā)明的目的就是提供一種使用在背投式投影屏幕中的雙凸透鏡板，背投式投影是將三管式投射管等影像源射出的光束從背面朝觀察者射出，這種雙凸透鏡板能夠有效地降低色彩偏移。
本發(fā)明提供的第一技術(shù)解決方案，是一種使用在將影像源射出的光束從背面朝觀察者射出的背投式投影屏幕中的雙凸透鏡板，其特征在于具有配置在光束入射側(cè)的多個入射透鏡元件，配置在光束射出側(cè)射出側(cè)的多個出射透鏡元件；使通過所述各入射透鏡元件的光束，都通過與各入射透鏡元件相對應(yīng)的各出射透鏡元件的凸頂點(diǎn)而聚光；位于所述各出射透鏡元件的透鏡中央部位置處的、其寬度為透鏡整體寬度二分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀，由下述數(shù)學(xué)公式(1)～(4)，即由滿足下述條件的曲線表示y＝a×b-x-e(-L/4≤x≤0) …(1)y＝a×bx-e(0≤x≤L/4)…(2)3.0×10-4＜a＜3.8×10-4…(3)1.0×1024＜b＜1.0×1025…(4)位于所述各出射透鏡元件的透鏡兩側(cè)部位置處的、其寬度為透鏡整體寬度四分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀，由下述數(shù)學(xué)公式(5)～(8)，即由滿足下述條件的曲線表示y＝c×d-x-e(-L/2≤x≤-L/4) …(5)
y＝c×dx-e(L/4≤x≤L/2) …(6)3.0×10-3＜c＜3.1×10-3…(7)2 7×109＜d＜4.0×109…(8)在上述公式(1)～(8)中，所述各出射透鏡元件的透鏡表面形狀由x和y坐標(biāo)軸上的曲線表示，其中x表示的是用出射透鏡元件兩端部處的坐標(biāo)軸，即沿出射透鏡元件寬度方向的坐標(biāo)軸，y表示的是沿由觀察者朝向影像源方向的坐標(biāo)軸，即通過出射透鏡元件凸頂點(diǎn)處的坐標(biāo)軸，L表示的是出射透鏡元件兩端部間的寬度，a、b、c和d表示的是系數(shù)，e表示的是該曲線與y坐標(biāo)軸間的截距，即與出射透鏡元件的高度相關(guān)的系數(shù)。
如果采用本發(fā)明提供的第一技術(shù)解決方案，由各入射透鏡元件實(shí)施光束聚集后的投射光束將通過各出射透鏡元件，而且所通過的出射透鏡元件中位于透鏡中央位置處的、其寬度為透鏡整體寬度二分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀，與位于透鏡兩側(cè)位置處的、其寬度為透鏡整體寬度四分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀彼此不同，且各自的透鏡表面形狀分別由滿足如上所述的數(shù)學(xué)公式(1)～(8)給出條件的曲線表示，所以可以對斜向入射至出射透鏡元件的透鏡表面處的投射光束(紅色光束(R)和藍(lán)色光束(B))的射出光量實(shí)施有效分散。因此，可以降低現(xiàn)有技術(shù)中位于20°～40°觀察位置處的過大的藍(lán)色光束(B)的射出光量，同時能夠降低位于-20°～-40°觀察位置處的過大的紅色光束(R)的射出光量，從而可以改善光量過大和過小間的平衡，減低色彩偏移。
本發(fā)明提供的第二技術(shù)解決方案，是一種使用在將影像源射出的光束從背面朝觀察者射出的背投式投影屏幕中的雙凸透鏡板，其特征在于具有配置在光束入射側(cè)的多個入射透鏡元件，配置在光束射出側(cè)射出側(cè)的多個出射透鏡元件；使通過所述各入射透鏡元件的光束，都通過與各入射透鏡元件相對應(yīng)的各出射透鏡元件的凸頂點(diǎn)而聚光；位于所述各出射透鏡元件的透鏡中央位置處的、其寬度為透鏡整體寬度二分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀，由下述數(shù)學(xué)公式(1)～(4)，即由滿足下述條件的曲線表示y＝a×b-x-e(-L/4≤x≤0)…(1)y＝a×bx-e(0≤x≤L/4) …(2)3.0×10-4＜a＜3.8×10-4…(3)1.0×1024＜b＜1.0×1025…(4)
位于所述各出射透鏡元件的透鏡兩側(cè)位置處的、其寬度為透鏡整體寬度四分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀，由下述數(shù)學(xué)公式(9)～(12)，即由滿足下述條件的曲線表示y＝c×d-x-e(-L/2≤x≤-L/4) …(9)y＝c×dx-e(L/4≤x≤L/2) …(10)3.4×10-3＜c＜3.5×10-3…(11)1.3×109＜d＜2.0×109…(12)在上述公式(1)～(4)和公式(9)～(12)中，所述各出射透鏡元件的透鏡表面形狀用x和y坐標(biāo)軸上的曲線表示，其中x表示的是通過出射透鏡元件兩端部處的坐標(biāo)軸，即沿出射透鏡元件寬度方向的坐標(biāo)軸，y表示的是沿由觀察者朝向影像源方向的坐標(biāo)軸，即通過出射透鏡元件凸頂點(diǎn)處的坐標(biāo)軸，L表示的是出射透鏡元件兩端部間的寬度，a、b、c和d表示的是系數(shù)，e表示的是該曲線與y坐標(biāo)軸間的截距，即與出射透鏡元件的高度相關(guān)的系數(shù)。
如果采用本發(fā)明提供的第二技術(shù)解決方案，由各入射透鏡元件實(shí)施光束聚集后的投射光束將通過各出射透鏡元件，而且所通過的出射透鏡元件中位于透鏡中央位置處的、其寬度為透鏡整體寬度二分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀，與位于透鏡兩側(cè)位置處的、其寬度為透鏡整體寬度四分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀彼此不同，且各自的透鏡表面形狀分別由滿足如上所述的數(shù)學(xué)公式(1)～(4)和公式(9)～(12)給出條件的曲線表示，所以沿斜向入射至出射透鏡元件的透鏡表面處的紅色光束(R)和藍(lán)色光束(B)，可以在大約5％的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全反射。因此，可以降低現(xiàn)有技術(shù)中位于20°～40°觀察位置處的過大的藍(lán)色光束(B)的射出光量，同時能夠降低位于-20°～-40°觀察位置處的過大的紅色光束(R)的射出光量，從而可以改善光量過大與過小間的平衡，減低色彩偏移。而且，角度位于±40°以上的投射光束(紅色光束(R)和藍(lán)色光束(B))，不會產(chǎn)生顏色反轉(zhuǎn)。
而且，在上述的本發(fā)明第一和第二技術(shù)解決方案中，最好還使所述各入射透鏡元件的透鏡表面形狀，能用在透鏡整個寬度上滿足相同條件的曲線表述。
具體地講就是，所述各入射透鏡元件的透鏡表面形狀，最好由下述數(shù)學(xué)公式(13)～(16)，即由滿足下述條件的曲線表示y’＝mx’4+nx’2+o(-L’/2≤x≤L’/2)…(13)
-5.5≤m≤-10.7…(14)-2.0≤n≤-2.5 …(15)0.160≤o≤0.200 …(16)在上述公式(13)～(16)中，所述各入射透鏡元件的透鏡表面形狀用x’和y’坐標(biāo)軸上的曲線表示，其中x’表示的是通過入射透鏡元件兩端處的坐標(biāo)軸，即沿入射透鏡元件寬度方向的坐標(biāo)軸，y’表示的是沿由觀察者朝向影像源方向的坐標(biāo)軸，即通過入射透鏡元件凸頂點(diǎn)處的坐標(biāo)軸，L’表示的是入射透鏡元件兩端部間的寬度，m和n表示的是系數(shù)，o表示的是該曲線與y’坐標(biāo)軸間的截距，即與入射透鏡元件的高度相關(guān)的系數(shù)。
而且，在上述的本發(fā)明第一和第二技術(shù)解決方案中，所述影像源可以為紅色光束、綠色光束和藍(lán)色光束用的三管式投射管。而且，所述雙凸透鏡板在表示光束射出特性的增益曲線中，在其縱軸為紅色光束增益GR與藍(lán)色光束增益GB的比率(20×log10(GR/GB))的色彩偏移曲線中，在角度為±45°范圍內(nèi)的增益可以為5.0dB以下。


圖1為表示組裝有具有作為本發(fā)明一種實(shí)施形式的雙凸透鏡板的背投式投影屏幕的背投式顯示裝置的一般構(gòu)成例的示意圖。
圖2為用于說明作為本發(fā)明一種實(shí)施形式的雙凸透鏡板的入射透鏡元件和出射透鏡元件的形狀的圖。
圖3A為用于詳細(xì)說明圖2所示的雙凸透鏡板中的出射透鏡元件的透鏡表面形狀的圖。
圖3B為用于詳細(xì)說明圖2所示的雙凸透鏡板中的入射透鏡元件的透鏡表面形狀的圖。
圖4A、圖4B和圖4C為分別表示作為實(shí)施例1、實(shí)施例2和比較例1的雙凸透鏡板的光束射出特性的曲線圖。
圖5A、圖5B和圖5C為分別表示作為實(shí)施例1、實(shí)施例2和比較例1的雙凸透鏡板的色彩偏移特性的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
首先利用圖1，對組裝有具有作為本發(fā)明一種實(shí)施形式的雙凸透鏡板的背投式投影屏幕的背投式顯示裝置的整體構(gòu)成形式進(jìn)行說明。
正如圖1所示，背投式顯示裝置10具有作為影像源的RGB三管式CRT1，對由各CRT1射出的影像光束實(shí)施放大處理用的多個投射透鏡2，以及對通過各投射透鏡2放大后的影像光束實(shí)施投射處理的背投式投影屏幕5。在這里，背投式投影屏幕5具有菲涅耳透鏡板3和雙凸透鏡板4，從而可以將由各CRT1射出的影像光束，按照所需要的視野角度，從背面朝觀察者射出。菲涅耳透鏡板3是一種可以對由背面?zhèn)热肷涞挠跋窆馐鴮?shí)施方向偏轉(zhuǎn)，并朝向觀察者射出的透鏡元件。雙凸透鏡板4是一種可以按照預(yù)定角度，對由菲涅耳透鏡板3射出的影像光束沿水平方向和垂直方向?qū)嵤┓稚ⅲ詳U(kuò)散至所需要的視野角度的透鏡元件。
在呈這種構(gòu)成形式的背投式投影屏幕5的各RGB型CRT1中，綠色光束(G)用的CRT1位于投影屏幕的正面位置處，紅色光束(R)用的CRT1和藍(lán)色光束(B)用的CRT1位于其兩側(cè)位置處，相對于入射至投影屏幕正面處的影像光束中的綠色光束(G)，紅色光束(R)和藍(lán)色光束(B)按照相對投影屏幕法線的集中角為θ的方式入射至投影屏幕。
下面參考圖2，對使用在如圖1所示的背投式投影屏幕5處的雙凸透鏡板4進(jìn)行說明。
正如圖2所示，雙凸透鏡板4具有配置在光束入射側(cè)的多個入射透鏡元件21，以及配置在光束射出側(cè)的多個出射透鏡元件22，使通過所述各入射透鏡元件21的光束，都通過與各入射透鏡元件21相對應(yīng)的各出射透鏡元件22的凸頂點(diǎn)而聚光。在雙凸透鏡板4中的出射透鏡元件22側(cè)，還形成有與該出射透鏡元件22相互交叉配置的光吸收層23。在圖2中，符號h表示的是入射透鏡元件21的高度(厚度)，符號f表示的是入射透鏡元件21的焦距，符號符號T表示的是雙凸透鏡板4的有效厚度，符號L表示的是出射透鏡元件22的兩個端部間的寬度。
在這里，出射透鏡元件22的透鏡表面形狀呈特定的形狀。下面參考圖3A，對出射透鏡元件22的透鏡表面形狀進(jìn)行詳細(xì)說明。
正如圖3A所示，出射透鏡元件22的透鏡表面形狀可以通過預(yù)定坐標(biāo)系上的曲線表示。在圖3A中，符號x表示的是通過出射透鏡元件22的兩端部24、25的坐標(biāo)軸，即沿出射透鏡元件22寬度方向的坐標(biāo)軸。符號y表示的是把沿由觀察者朝向影像源(CRT1)側(cè)的方向作為正方向的坐標(biāo)軸，即通過出射透鏡元件22的凸頂點(diǎn)26的坐標(biāo)軸。而且在圖3A中，符號(0，0)表示的是x坐標(biāo)軸和y坐標(biāo)軸的原點(diǎn)(交點(diǎn))，符號L表示的是出射透鏡元件22的兩端部24、25間的寬度。符號C表示的是位于出射透鏡元件22的透鏡中央位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的二分之一(L/2)的區(qū)域。符號S表示的是位于出射透鏡元件22的透鏡兩側(cè)位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的四分之一(L/4)的區(qū)域。換句話說就是，該區(qū)域S為由兩端部24、25朝向凸頂點(diǎn)26方向并具有四分之一寬度(L/4)大小的區(qū)域。
在作為本實(shí)施形式的雙凸透鏡板4中，這種出射透鏡元件22的特征在于，位于透鏡中央部處的區(qū)域C的透鏡表面形狀，和位于透鏡兩側(cè)部處的區(qū)域S的透鏡表面形狀，具有特定表面形狀。
(出射透鏡元件的第一構(gòu)成形式)具體地說，作為第一構(gòu)成形式的雙凸透鏡板4，其中的各出射透鏡元件22可以具有如下所述的透鏡表面形狀。
即，在作為第一構(gòu)成形式的實(shí)例中，利用如圖3A所示的x-y坐標(biāo)系，可以通過如下所述的數(shù)學(xué)公式(1)～(4)，對各出射透鏡元件22中位于透鏡中央位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的二分之一(L/2)的區(qū)域C的透鏡表面形狀進(jìn)行表述，即用滿足下述條件的曲線表示y＝a×b-x-e(-L/4≤x≤0) …(1)y＝a×bx-e(0≤x≤L/4) …(2)3.0×10-4＜a＜3.8×10-4…(3)1.0×1024＜b＜1.0×1025…(4)而且，可以通過如下所述的數(shù)學(xué)公式(5)～(8)，對各出射透鏡元件22中位于透鏡兩側(cè)位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的四分之一(L/4)的區(qū)域S的透鏡表面形狀進(jìn)行表述，即可以用滿足下述條件的曲線表示y＝c×d-x-e(-L/2≤x≤-L/4) …(5)y＝c×dx-e(L/4≤x≤L/2) …(6)3.0×10-3＜c＜3.1×10-3…(7)2.7×109＜d＜4.0×109…(8)在上述公式(1)～(8)中，符號a、b、c和d表示的是在各區(qū)域中，將透鏡表面形狀限定為特定形狀用的系數(shù)，采用這種第一構(gòu)成形式，通過將各系數(shù)限定在上述范圍之內(nèi)的方式，可以獲得如上所述的技術(shù)效果。對于系數(shù)a、b、c和d位于上述范圍之外的場合，將難以獲得如上所述的技術(shù)效果。而且，在上述公式(1)、(2)、(5)、(6)中，符號e表示的是表示透鏡表面形狀的曲線與y坐標(biāo)軸間的截距(請參見圖3A)，即與出射透鏡元件22的高度相關(guān)的系數(shù)。最好，出射透鏡元件22的寬度L，位于0.15～0.46mm之間。
如果采用這種作為本實(shí)施形式的雙凸透鏡板4的第一構(gòu)成形式，由各入射透鏡元件21實(shí)施光束聚集后的投射光束，將通過各出射透鏡元件22，而且所通過的出射透鏡元件22中位于透鏡中央位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的二分之一(L/2)的區(qū)域C的透鏡表面形狀，與位于透鏡兩側(cè)位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的四分之一(L/4)的區(qū)域S的透鏡表面形狀彼此不同，且各自的透鏡表面形狀分別由滿足如上所述的數(shù)學(xué)公式(1)～(8)所述條件的曲線表述，所以可以對斜向入射至出射透鏡元件22的透鏡表面處的投射光束(紅色光束(R)和藍(lán)色光束(B))的射出光量實(shí)施有效分散。因此，可以降低現(xiàn)有技術(shù)中位于20°～40°觀察位置處的過大的藍(lán)色光束(B)的射出光量，同時能夠降低位于-20°～-40°觀察位置處的過大的紅色光束(R)的射出光量，從而可以改善光量過大和過小間的平衡，減低色彩偏移。對于各出射透鏡元件22的透鏡表面形狀不是用滿足上述公式(1)～(8)給出條件的曲線表述的場合，將難以獲得上述技術(shù)效果，容易出現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)相同的色彩偏移問題。
(出射透鏡元件的第二構(gòu)成形式)在如上所述的第一構(gòu)成形式中，雙凸透鏡板4的各出射透鏡元件22的透鏡表面形狀是由滿足上述公式(1)～(8)所示條件的曲線來表示，但是作為雙凸透鏡板4的第二構(gòu)成形式，各出射透鏡元件22可以具有如下所述的透鏡表面形狀。而且，在第二構(gòu)成形式中，除了位于透鏡兩側(cè)部處的區(qū)域S的透鏡表面形狀有所不同之外，其它均與所述第一構(gòu)成形式相同。
換句話說就是，在第二構(gòu)成形式中，利用如圖3A所示的x-y坐標(biāo)系，可以通過如下所述的數(shù)學(xué)公式(1)～(4)，對各出射透鏡元件22中位于透鏡中央位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的二分之一(L/2)的區(qū)域C的透鏡表面形狀進(jìn)行表述，即用滿足下述條件的曲線表示y＝a×b-x-e(-L/4≤x≤0) …(1)y＝a×bx-e(0≤x≤L/4) …(2)3.0×10-＜a＜3.8×10-4…(3)
1.0×1024＜b＜1.0×1025…(4)而且，可以通過如下所述的數(shù)學(xué)公式(9)～(12)，對各出射透鏡元件22中位于透鏡兩側(cè)部位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的四分之一(L/4)的區(qū)域S的透鏡表面形狀進(jìn)行表述，即用滿足下述條件的曲線表示y＝c×d-x-e(-L/2≤x≤-L/4)…(9)y＝c×dx-e(L/4≤x≤L/2) …(10)3.4×10-3＜c＜3.5×10-3…(11)1.3×109＜d＜2.0×109。
…(12)在上述公式(1)～(4)和公式(9)～(12)中，符號a、b、c和d與所述第一構(gòu)成形式的場合相類似，為表示在各區(qū)域C、S中將透鏡表面形狀限定為特定形狀用的系數(shù)，采用這種第二構(gòu)成形式，通過將各系數(shù)限定在上述范圍之內(nèi)的方式，將可以獲得如上所述的技術(shù)效果。對于系數(shù)a、b、c和d位于上述范圍之外的場合，將難以獲得如上所述的技術(shù)效果。而且，在上述公式(1)、(2)、(9)、(10)中，符號e與所述第一構(gòu)成形式的場合相類似，表示的是表示透鏡表面形狀的曲線與y坐標(biāo)軸間的截距(請參見圖3A)，即與出射透鏡元件22的高度相關(guān)的系數(shù)。
如果采用這種作為本實(shí)施形式的雙凸透鏡板4的第二構(gòu)成形式，由各入射透鏡元件21實(shí)施光束聚集后的投射光束，將通過各出射透鏡元件22，而且所通過的出射透鏡元件22中位于透鏡中央位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的二分之一(L/2)的區(qū)域C的透鏡表面形狀，與位于透鏡兩側(cè)位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的四分之一(L/4)的區(qū)域S的透鏡表面形狀彼此不同，且各自的透鏡表面形狀分別由滿足如上所述的數(shù)學(xué)公式(1)～(4)和公式(9)～(12)給出條件的曲線表述，所以沿斜向入射至出射透鏡元件22的透鏡表面處的紅色光束(R)和藍(lán)色光束(B)，可以在大約5％的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全反射。因此，可以降低現(xiàn)有技術(shù)中位于20°～40°觀察位置處的過大的藍(lán)色光束(B)的射出光量，同時能夠降低位于-20°～-40°觀察位置處的過大的紅色光束(R)的射出光量，從而可以改善光量過大與過小間的平衡，減低色彩偏移。另外，不會產(chǎn)生角度位于±40°以上的投射光束(紅色光束(R)和藍(lán)色光束(B))，的顏色反轉(zhuǎn)。而且，對于各出射透鏡元件22的透鏡表面形狀不是用滿足上述公式(1)～(4)和公式(9)～(12)給出條件的曲線表述的場合，將難以獲得上述技術(shù)效果，容易出現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)相同的色彩偏移問題。
而且，入射透鏡元件21的透鏡表面形狀，最好還能用在透鏡的整個寬度上滿足相同條件的曲線表述。
具體地講就是，可以如圖3B所示，通過如下所述的數(shù)學(xué)公式(13)～(16)，對各入射透鏡元件21的透鏡表面形狀實(shí)進(jìn)行表述，即用滿足下述條件的曲線表示y’＝mx’4+nx’2+o(-L’/2≤x≤L’/2)…(13)-5.5≤m≤-10.7 …(14)-2.0≤n≤-2.5 …(15)0.160≤o≤0.200。
…(16)在圖3B中，符號x’表示的是通過入射透鏡元件21的兩端部24’、25’的坐標(biāo)軸，即沿入射透鏡元件21寬度方向的坐標(biāo)軸。符號y’表示的是把沿由觀察者朝向影像源(CRT1)方向作為正方向的坐標(biāo)軸，即通過入射透鏡元件21的凸頂點(diǎn)26’的坐標(biāo)軸。而且在圖3B中，符號(0，0)表示的是x’坐標(biāo)軸和y’坐標(biāo)軸的原點(diǎn)(交點(diǎn))，符號L’表示的是入射透鏡元件21的兩端部24’、25’間的寬度。符號m和n為系數(shù)，符號o表示的是該曲線與y’坐標(biāo)軸間的截距，即與入射透鏡元件21的高度相關(guān)的系數(shù)。入射透鏡元件21的寬度L’，最好位于0.35～0.72mm之間。
(雙凸透鏡板的光束射出特性)如上所述的雙凸透鏡板4的光束射出特性，可以通過如圖4A、圖4B和圖4C所示的增益曲線圖實(shí)施評估。在這里的增益曲線圖，表示的是相對投影屏幕的視野角度(橫軸)與此時的增益(縱軸)間關(guān)系用的示意圖。所謂增益就是從投影屏幕的后方入射各種顏色的光線，并對從前方射出的各種顏色的光線的輝度的角度分布進(jìn)行測定后，利用投影屏幕的照度和各輝度構(gòu)成的關(guān)系式“增益G＝π×輝度(cd/m2)/照度(lx)”，求出的量。在通過這些增益曲線實(shí)施評估時，可以發(fā)現(xiàn)各顏色曲線相互靠近，降低了色彩偏移，由此可見本發(fā)明具有可以降低作為現(xiàn)有技術(shù)中問題的色彩偏移的技術(shù)效果。而且，在后述的實(shí)施例中，還將詳細(xì)地對圖4A、圖4B和圖4C進(jìn)行說明。
雙凸透鏡板4的色彩偏移特性，可以通過如圖5A、圖5B和圖5C所示的色彩偏移曲線圖實(shí)施評估。在這里的色彩偏移曲線圖，表示的是相對于投影屏幕的視野角度(橫軸)，縱軸為20×log10(GR/GB)時的示意圖。其中，GR為紅色光束(R)的增益，GB為藍(lán)色光束(B)的增益，GR/GB為在不同角度處，紅色光束(R)的增益與藍(lán)色光束(B)的增益間的比率。在如圖5A、圖5B和圖5C所示的色彩偏移曲線圖中，表示出了降低色彩偏移的技術(shù)效果程度，即在±45°的范圍內(nèi)可以降低至5.0dB以下。在如后所述的實(shí)施例中，還將詳細(xì)地對圖5A、圖5B和圖5C進(jìn)行說明。
(背投式投影屏幕)如上所述的、作為本實(shí)施形式的雙凸透鏡板4，可以如圖1所示，通過將菲涅耳透鏡板3與防止外部光束反射用的前面板(圖中未示出)等的各種鏡板復(fù)合設(shè)置的方式，構(gòu)成背投式投影屏幕5。而且在這里，對菲涅耳透鏡板3和前面板(圖中未示出)的構(gòu)成形式和種類等并沒有特殊限制，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中所使用的各種相應(yīng)部件。因此，本發(fā)明可以提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)降低色彩偏移的背投式投影屏幕，并且還可以有效地用做由RGB三管式CRT作為影像源的最新型的薄型背投式投影屏幕。
下面，對如上所述實(shí)施形式的具體實(shí)施例進(jìn)行說明。
(實(shí)施例1)作為實(shí)施例1的雙凸透鏡板，可以按照下述方式制備。換句話說就是，使出射透鏡元件中位于透鏡中央?yún)^(qū)域處的透鏡表面形狀，能夠通過曲線y＝a×b-x-0.049(-L/4≤x≤0)、y＝a×bx-0.049(0≤x≤L/4)表示，而且系數(shù)a、b分別為a＝32×10-4、b＝5.0×1024。使出射透鏡元件中位于透鏡兩側(cè)區(qū)域處的透鏡表面形狀，能夠通過曲線y＝c×d-x-0.049(-L/2≤x≤-L/4)、y＝c×dx-0.049(L/4≤x≤L/2)表示，而且系數(shù)c、d分別為c＝3.05×10-3、d＝3.0×109。而且，出射透鏡元件的透鏡表面形狀具有相同的預(yù)定間距(L＝0.26毫米(mm))。在雙凸透鏡板的光束射出側(cè)，與出射透鏡元件一起，在構(gòu)成入射透鏡元件的非光束聚集部處設(shè)置光吸收層。
在雙凸透鏡板的光束入射側(cè)，在平面圖中沿上下方向延伸的、將呈柱面透鏡狀的入射透鏡元件，按照在平面圖中沿左右方向具有預(yù)定間距的方式配置。在這里的入射透鏡元件的透鏡表面形狀，全部具有預(yù)定的一定間距(0.52mm)，并且具有由曲線y＝-6.9x4-2.4x2+0.2表示的近似形狀。入射透鏡元件的高度h最好位于160～200微米(μm)的范圍之內(nèi)，且與出射透鏡元件組合形成的水平擴(kuò)散角度(αH)最好位于34°以上。在作為本實(shí)施例1的雙凸透鏡板中，入射透鏡元件的高度h為190微米(μm)，且水平擴(kuò)散角度(αH)為37°。
而且，鏡板的有效厚度T(由入射透鏡元件的透鏡表面至出射透鏡元件的透鏡表面的頂部間的距離)為0.65毫米(mm)。在這里的有效厚度T，為入射透鏡元件相對綠色光束(G)的焦距f的0.93倍。
(實(shí)施例2)作為實(shí)施例2的雙凸透鏡板，可以按照下述方式制備。換句話說就是，使出射透鏡元件中位于透鏡中央?yún)^(qū)域處的透鏡表面形狀，能夠通過曲線y＝a×b-x-0.049(-L/4≤x≤0)、y＝a×bx-0.049(0≤x≤L/4)表示，而且系數(shù)a、b分別為a＝3.0×10-4、b＝5.0×1024。使出射透鏡元件中位于透鏡兩側(cè)區(qū)域處的透鏡表面形狀，能夠通過曲線y＝c×d-x-0.049(-L/2≤x≤-L/4)、y＝c×dx-0.049(L/4≤x≤L/2)表示，而且系數(shù)c、d分別為c＝3.45×10-3、d＝1.5×109。而且，出射透鏡元件的透鏡表面形狀具有相同的預(yù)定間距(L＝0.26mm)。在雙凸透鏡板的光束射出側(cè)，與出射透鏡元件一起，在構(gòu)成入射透鏡元件的非光束聚集部處設(shè)置有光吸收層。
在雙凸透鏡板的光束入射側(cè)，與實(shí)施例1相類似，在平面圖中沿上下方向延伸的、呈柱面透鏡狀的入射透鏡元件，按照在平面圖中沿左右方向具有預(yù)定間距的方式配置。在這兒的入射透鏡元件的透鏡表面形狀，全部具有預(yù)定的一定間距(0.52mm)，并且具有由曲線y＝-6.9x4-2.3x2+0.2表示的近似形狀。入射透鏡元件的其它條件基本上與實(shí)施例1相類似，入射透鏡元件的高度h為190微米(μm)，且水平擴(kuò)散角度(αH)為37°。
而且，鏡板的有效厚度T(由入射透鏡元件的透鏡表面至出射透鏡元件的透鏡表面的頂部間的距離)為0.65mm。在這里的有效厚度T，為入射透鏡元件相對綠色光束(G)的焦距f的0.93倍。
(比較實(shí)例1)作為比較實(shí)例1的雙凸透鏡板，可以按照下述方式制備。換句話說就是，使出射透鏡元件中位于透鏡中央?yún)^(qū)域處的透鏡表面形狀，能夠通過曲線y＝a×b-x-0.049(-L/4≤x≤0)、y＝a×bx-0.049(0≤x≤L/4)表示，而且系數(shù)a、b分別為a＝1.1×10-3、b＝2.0×1018。使出射透鏡元件中位于透鏡兩側(cè)區(qū)域處的透鏡表面形狀，能夠通過曲線y＝c×d-x-0.049(-L/2≤x≤-L/4)、y＝c×dx-0.049(L/4≤x≤L/2)表示，而且系數(shù)c、d分別為c＝5.0×10-3、d＝6.0×109。而且，出射透鏡元件的透鏡表面形狀具有相同的預(yù)定間距(L＝0.26mm)。在雙凸透鏡板的光束射出側(cè)射出側(cè)，與出射透鏡元件一起，在構(gòu)成入射透鏡元件的非光束聚集部處設(shè)置光吸收層。
在雙凸透鏡板的光束入射側(cè)，與實(shí)施例1和2相類似，在平面圖中沿上下方向延伸的、呈柱面透鏡狀的入射透鏡元件，按照在平面圖中沿左右方向具有預(yù)定間距的方式配置。在這兒的入射透鏡元件的透鏡表面形狀，全部具有預(yù)定的一定間距(0.52毫米mm)，并且具有由曲線y＝-6.9x4-2.3x2+0.2表示的近似形狀。入射透鏡元件的其它數(shù)據(jù)基本上與實(shí)施例1和2相類似，入射透鏡元件的高度h為190微米(μm)，且水平擴(kuò)散角度(αH)為37°。
而且，鏡板的有效厚度T(由入射透鏡元件的透鏡表面至出射透鏡元件的透鏡表面的頂部間的距離)為0.65mm。在這兒的有效厚度T，為入射透鏡元件相對綠色光束(G)的焦距f的0.93倍。
(評估結(jié)果)使用根據(jù)實(shí)施例1、2和比較實(shí)例1構(gòu)造的雙凸透鏡板，對由RGB三管式CRT射出的影像光束實(shí)施投射處理，以對其特性進(jìn)行評估。作為RGB型的各CRT中綠色光束(G)用的CRT位于投影屏幕的正面位置處，紅色光束(R)用的CRT和藍(lán)色光束(B)用的CRT位于其兩側(cè)位置處，相對于綠色光束(G)，紅色光束(R)和藍(lán)色光束(B)按照相對投影屏幕法線的集中角為θ＝11.3°的方式入射至投影屏幕上。
根據(jù)實(shí)施例1構(gòu)造的雙凸透鏡板，其增益曲線(射出光量曲線圖)和色彩偏移曲線，分別如圖4A和圖5A所示。由圖4A和圖5A中可以獲知，根據(jù)實(shí)施例1構(gòu)成的雙凸透鏡板與根據(jù)比較實(shí)例1構(gòu)成的雙凸透鏡板相比，可以改善光量多與光量少之間的平衡，從而可以改善位于20°～40°和-20°～-40°的觀察位置處時的色彩偏移特性。
根據(jù)實(shí)施例2構(gòu)成的雙凸透鏡板，其增益曲線(射出光量曲線圖)和色彩偏移曲線，分別如圖4B和圖5B所示。由圖4B和圖5B中可以獲知，根據(jù)實(shí)施例2構(gòu)成的雙凸透鏡板與根據(jù)比較實(shí)例1構(gòu)成的雙凸透鏡板相比，可以改善光量多與比較少間的平衡，從而可以改善位于20°～40°和-20°～-40°的觀察位置處時的色彩偏移特性。而且可以由圖4B中獲知，對于角度位于±40°以上的投射光束(紅色光束(R)和藍(lán)色光束(B))，不會產(chǎn)生顏色反轉(zhuǎn)。
根據(jù)比較實(shí)例1構(gòu)造的雙凸透鏡板，其增益曲線(射出光量曲線圖)和色彩偏移曲線，分別如圖4C和圖5C所示。由圖4C中可以獲知，紅色光束(R)的光束射出特性在-20°～-40°處成為過多部分，在20°～40°處成為不足部分，藍(lán)色光束(B)的光束射出特性在-20°～-40°處成為不足部分，在20°～40°處成為過多部分。
權(quán)利要求
1.一種使用在背投式投影屏幕中的雙凸透鏡板，背投式投影是將影像源射出的光束從背面朝觀察者射出，其特征在于具有配置在光束入射側(cè)的多個入射透鏡元件；以及配置在光束射出側(cè)的多個出射透鏡元件，以通過所述各入射透鏡元件的光束，通過與該各入射透鏡元件相對應(yīng)的各出射透鏡元件的凸頂點(diǎn)的方式來聚光，位于所述各出射透鏡元件的透鏡中央位置處的、其寬度為透鏡整體寬度二分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀，由下述數(shù)學(xué)公式(1)～(4)，即由滿足下述條件的曲線表示y＝a×b-x-e(-L/4≤x≤0)…(1)y＝a×bx-e(0≤x≤L/4) …(2)3.0×10-4＜a＜3.8×10-4…(3)1.0×1024＜b＜1.0×1025…(4)位于所述各出射透鏡元件的透鏡兩側(cè)位置處的、其寬度為透鏡整體寬度四分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀，由下述數(shù)學(xué)公式(5)～(8)，即由滿足下述條件的曲線表示y＝c×d-x-e(-L/4≤x≤-L/4) …(5)y＝c×dx-e(L/4≤x≤L/2)…(6)3.0×103＜c＜3.1×10-3…(7)2.7×109＜d＜4.0×109…(8)在上述公式(1)～(8)中，所述各出射透鏡元件的透鏡表面形狀，由通過x和y坐標(biāo)軸上的曲線來表示，其中，x表示的是通過出射透鏡元件兩端部處的坐標(biāo)軸，即沿出射透鏡元件寬度方向的坐標(biāo)軸，y表示的是把沿由觀察者朝向影像源方向作為正方向的坐標(biāo)軸，即通過出射透鏡元件凸頂點(diǎn)處的坐標(biāo)軸，L表示的是出射透鏡元件兩端部間的寬度，a、b、c和d表示的是系數(shù)，e表示的是該曲線與y坐標(biāo)軸間的截距，即，是與出射透鏡元件的高度相關(guān)的系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙凸透鏡板，其特征在于所述各入射透鏡元件的透鏡表面形狀，能以在透鏡的整個寬度上滿足相同條件的曲線來表述。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙凸透鏡板，其特征在于所述各入射透鏡元件的透鏡表面形狀，由下述數(shù)學(xué)公式(13)～(16)，即由滿足下述條件的曲線表示y’＝mx’4+nx’2+o(-L’/2≤x≤L’/2)…(13)-5.5≤m≤-10.7…(14)-2.0≤n≤-2.5 …(15)0.160≤o≤0.200 …(16)在上述公式(13)～(16)中，所述各入射透鏡元件的透鏡表面形狀通過x’和y’坐標(biāo)軸上的曲線表示，其中，x’表示的是通過入射透鏡元件兩端部處的坐標(biāo)軸，即沿入射透鏡元件寬度方向的坐標(biāo)軸，y’表示的是把沿由觀察者朝向影像源方向作為正方向的坐標(biāo)軸，即通過入射透鏡元件凸頂點(diǎn)處的坐標(biāo)軸，L’表示的是入射透鏡元件兩端部間的寬度，m和n表示的是系數(shù)，o表示的是該曲線與y’坐標(biāo)軸間的截距，即，是與入射透鏡元件的高度相關(guān)的系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙凸透鏡板，其特征在于所述影像源為紅色光束、綠色光束和藍(lán)色光束用的三管式投射管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙凸透鏡板，其特征在于所述雙凸透鏡板在表示光束射出特性的增益曲線中，在其縱軸為紅色光束增益GR與藍(lán)色光束增益GB的比率(20×log10(GR/GB))的色彩偏移曲線中，在角度為±45°范圍內(nèi)的增益小于等于5.0dB。
6.一種使用在背投式投影屏幕中的雙凸透鏡板，背投式投影是將影像源射出的光束從背面朝觀察者射出，其特征在于具有配置在光束入射側(cè)的多個入射透鏡元件，以及配置在光束射出側(cè)的多個出射透鏡元件；以通過所述各入射透鏡元件的光束，通過與各入射透鏡元件相對應(yīng)的各出射透鏡元件的凸頂點(diǎn)的方式來聚光；位于所述各出射透鏡元件的透鏡中央位置處的、其寬度為透鏡整體寬度二分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀，由下述數(shù)學(xué)公式(1)～(4)，即由滿足下述條件的曲線表示y＝a×b-x-e(-L/4≤x≤0) …(1)y＝a×bx-e(0≤x≤L/4)…(2)3.0×10-4＜a＜3.8×10-4…(3)1.0×1024＜b＜1.0×1025…(4)位于所述各出射透鏡元件的透鏡兩側(cè)部位置處的、其寬度為透鏡整體寬度四分之一的區(qū)域的透鏡表面形狀，由下述數(shù)學(xué)公式(9)～(12)，即由滿足下述條件的曲線表示y＝c×d-x-e(-L/2≤x≤-L/4) …(9)y＝c×dx-e(L/4≤x≤L/4) …(10)34×10-3＜c＜3.5×10-3…(11)1.3×109＜d＜2.0×109…(12)在上述公式(1)～(4)和公式(9)～(12)中，所述各出射透鏡元件的透鏡表面形狀通過x和y坐標(biāo)軸上的曲線表示，其中，x表示的是通過出射透鏡元件兩端部處的坐標(biāo)軸，即沿出射透鏡元件寬度方向的坐標(biāo)軸，y表示的是把沿由觀察者朝向影像源方向作為正方向的坐標(biāo)軸，即通過出射透鏡元件凸頂點(diǎn)處的坐標(biāo)軸，L表示的是出射透鏡元件兩端部間的寬度，a、b、c和d表示的是系數(shù)，e表示的是該曲線與y坐標(biāo)軸間的截距，即與出射透鏡元件的高度相關(guān)的系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙凸透鏡板，其特征在于所述各入射透鏡元件的透鏡表面形狀，能以在透鏡的整個寬度上滿足相同條件的曲線來表述。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙凸透鏡板，其特征在于所述各入射透鏡元件的透鏡表面形狀，由下述數(shù)學(xué)公式(13)～(16)，即由滿足下述條件的曲線表示y’＝mx’4+nx’2+o(-L’/2≤x≤L’/2) …(13)-5.5≤m≤-10.7 …(14)-2.0≤n≤-2.5…(15)0.160≤o≤0.200 …(16)在上述公式(13)～(16)中，所述各入射透鏡元件的透鏡表面形狀通過x’和y’坐標(biāo)軸上的曲線表示，其中x’表示的是通過入射透鏡元件兩端部處的坐標(biāo)軸，即沿入射透鏡元件寬度方向的坐標(biāo)軸，y’表示的是把沿由觀察者朝向影像源方向作為正方向的坐標(biāo)軸，即通過入射透鏡元件凸頂點(diǎn)處的坐標(biāo)軸，L’表示的是入射透鏡元件兩端部間的寬度，m和n表示的是系數(shù)，o表示的是該曲線與y’坐標(biāo)軸間的截距，即，是與入射透鏡元件的高度相關(guān)的系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙凸透鏡板，其特征在于所述影像源為紅色光束、綠色光束和藍(lán)色光束用三管式投射管。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙凸透鏡板，其特征在于所述雙凸透鏡板在表示光束射出特性的增益曲線中，在其縱軸為紅色光束增益GR與藍(lán)色光束增益GB的比率(20×log10(GR/GB))的色彩偏移曲線中，在角度為±45°范圍內(nèi)的增益小于等于5.0dB。
全文摘要
一種雙凸透鏡板4，具有配置在光束入射側(cè)的多個入射透鏡元件21和配置在光束射出側(cè)的多個出射透鏡元件22。以通過所述各入射透鏡元件21的光束，通過與各入射透鏡元件21相對應(yīng)的各出射透鏡元件22的凸頂點(diǎn)的方式來聚光。位于各出射透鏡元件22的透鏡中央位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的二分之一(L/2)的區(qū)域C中的透鏡表面形狀，由滿足下述數(shù)學(xué)公式(1)～(4)給出條件的曲線表示，位于各出射透鏡元件22的透鏡兩側(cè)位置處的、其寬度為透鏡整體寬度L的四分之一(L/4)的區(qū)域S的透鏡表面形狀，由滿足下述數(shù)學(xué)公式(5)～(8)給出條件的曲線表示。y＝a×b
文檔編號G02B3/02GK1550871SQ20041003528
公開日2004年12月1日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月20日
發(fā)明者森優(yōu)子, 新谷克德, 德 申請人:大日本印刷株式會社