專(zhuān)利名稱(chēng):背面投影裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種背面投影裝置，特別是一種高效率并且低波動(dòng)干擾的透射屏幕。
背面投影裝置的結(jié)構(gòu)已在圖1中示出(平面或側(cè)視圖)。在圖中，數(shù)字1表示屏幕，數(shù)字2表示投影透鏡，數(shù)字3表示投影陰極射線管。
在圖2(立體圖)所示屏幕的現(xiàn)有技術(shù)中，數(shù)字2表示投影透鏡，數(shù)字4和表示屏幕元件，這兩個(gè)元件的術(shù)語(yǔ)分別是“菲
爾片”和“前片”。一個(gè)聚焦菲
爾片透鏡20在菲
爾片4的出射側(cè)形成，透鏡20把漫射的入射光轉(zhuǎn)變成與屏幕的平面大體上垂直的出射光。用于水平漫射光的水平雙凸透鏡19在前片5的入射側(cè)形成，這個(gè)前片是由甲基樹(shù)脂組成的，其中用于漫射光的漫射材料可隨意調(diào)配。
這個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的屏幕特性是由從視圖的正面看到的放大系數(shù)G、水平方向的半放大系數(shù)角αH和垂直方向的半放大系數(shù)角αV等參數(shù)表示。
圖3是一個(gè)立體圖。它表示了αH和αV的重要性。在圖中，數(shù)字6表示實(shí)際方向的范圍。
屏幕的具有代表性的值是從現(xiàn)有技術(shù)中G＝5，αH＝40°和αV＝6°得到的。相應(yīng)地，G×αH×αV的乘積(放大系數(shù)-半放大系數(shù)角值)為1200。
同樣，對(duì)光透射效率的理論極限的分析將在下面敘述。然而，我們發(fā)現(xiàn)上面的值1200是不滿意的，它與理論極限相比，僅在其理論極限的50%以下。此外，由實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，這個(gè)消耗主要是由于包含在前片的樹(shù)脂中的漫射材料所造成的。
參照現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)漫射材料被減小時(shí)，垂直方向的半數(shù)放大系數(shù)角αV變得太小并且波動(dòng)干擾增大。由此可看出依靠減小很多的漫射材料來(lái)增大放大系數(shù)是不現(xiàn)實(shí)的。
上面提到的波動(dòng)干擾是用來(lái)表示一個(gè)干涉波紋，在圖4(屏幕的正視圖)中用數(shù)字7表示，它是在菲
爾透鏡的中心波紋和水平雙凸透鏡的垂直狀波紋之間的干涉形成的。
有關(guān)減小投影屏幕的波動(dòng)干擾的技術(shù)，日本專(zhuān)利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)枮?91627/1982)題目為“背面投影式屏幕”中已經(jīng)說(shuō)明，只有把水平雙凸透鏡的節(jié)距與菲
爾透鏡的節(jié)距之間的比率控制在1.35-1.43的范圍，才能很好地減少波動(dòng)干擾。然而，把波動(dòng)干擾在這個(gè)范圍內(nèi)或在這個(gè)范圍附近減小很多是非常困難的。干擾形成的原理，就其本身而言，是不清楚的，目前還沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行定量分析的例子。
本發(fā)明的任務(wù)就是提供一種背面投影裝置，它的放大系數(shù)與半放大系數(shù)角的乘積很大，并且它所投影的像的波動(dòng)干擾被減小到允許的極限范圍內(nèi)。
為了完成這個(gè)任務(wù)，發(fā)明人對(duì)下面的問(wèn)題進(jìn)行了分析(1)放大系數(shù)與半放大系數(shù)角的乘積的理論解釋。
(2)波動(dòng)干擾的定量解釋。
本發(fā)明在這樣的基礎(chǔ)上，借助于減少前片內(nèi)的漫射材料的數(shù)量和提供如下所列的新的結(jié)構(gòu)，把圖2中所示的屏幕的現(xiàn)有技術(shù)中的放大系數(shù)與半放大系數(shù)角之間的乘積至少提高1.5倍。
新的結(jié)構(gòu)如下(ⅰ)用于垂直漫射光的垂直22凸透鏡重新配置。
(ⅱ)菲
爾透鏡的節(jié)距確定在或低于相對(duì)于用于減小波動(dòng)干擾的漫射元件的半放大系數(shù)角(相對(duì)應(yīng)于公效的漫射寬度，這個(gè)將在下面敘述)的相同寬度的150%。
圖1為一個(gè)平面圖或側(cè)視圖。它表示了像的投影裝置的基本結(jié)構(gòu)。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中屏幕的立體圖。
圖3是一個(gè)立體圖，它表示屏幕的方向性的概念。
圖4表示波動(dòng)干擾的主視圖。
圖5是本發(fā)明的基本實(shí)施例的立體圖。
圖6是一個(gè)圖示說(shuō)明，它表示波動(dòng)的擾的波紋。
圖7是水平方向剖視圖，它表示了波動(dòng)干擾的形成原理;
圖8是前片沿水平方向的剖視圖;
圖9是特征曲線圖，它表示了漫射元件的方向性;
圖10是特征曲線圖，它表示了光譜的分布。
圖11是特征曲線圖，它表示了顯微雙凸透鏡的方向性。
圖12表示前片沿水平方向剖視圖。
圖13是前片的水平剖視圖，它表示了第一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例。
圖14、圖15和圖16是立體圖，它們分別表示本發(fā)明的不同實(shí)施例。
在描述本發(fā)明的實(shí)施例之前，有關(guān)發(fā)明人在本發(fā)明中的研究主題將在下面詳細(xì)說(shuō)明。
首先，放大系數(shù)與半放大系數(shù)角的乘積的理論極限要計(jì)算出來(lái)。在圖3中，包含在屏幕1的法線方向的一個(gè)水平面被確定為極座標(biāo)系內(nèi)的赤道平面。在它的上面確定北極，橫座標(biāo)用φ表示，同時(shí)縱座標(biāo)用θ表示。
假設(shè)進(jìn)入屏幕的單位橫斷面積的光通量為1流明，如果在屏幕中沒(méi)有反射或吸收損失的話，那么出射光還一定是1流明。
讓B尼特表示出射光在(φ，θ)方向屏幕的亮度，總的出射光通量Lo用下列公式計(jì)算Lo＝∫∫B Cosθ Cosφ dΩ……(1)在上面的公式中，dΩ表示一個(gè)立體角度單元，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)現(xiàn)在，假設(shè)它的方向性均勻分布是如下情況B＝常數(shù)｜θ｜≤αV× (π)/(180°)當(dāng)｜φ｜≤αH× (π)/(180°)B＝0 ｜θ｜＞αV× (π)/(180°)當(dāng)｜φ｜＞αH× (π)/(180°)當(dāng)公式(3)由上面的公式替換后，就可得到如下的公式Lo＝B｛αV× (2π)/(180°) +Sin 2αV｝Sin αH……(4)假設(shè)一個(gè)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。也就是說(shuō)，在理想朗伯表面的情況下沒(méi)有損失，B變?yōu)長(zhǎng)o/π。在這個(gè)情況下的屏幕放大系數(shù)定為“1”。當(dāng)放大系數(shù)在這種情況下確定后，在這種沒(méi)有損失的情況下的放大系數(shù)值Go可從公式(4)中得出，其公式為Go≡BL0/π=π(αv×2π180°+Sin2αv)SinαH]]>(5)如現(xiàn)有技術(shù)中提到的典型的例子，把αH＝40°和αV＝6°代入公式(5)中，無(wú)損失放大系數(shù)Go將是11.7倍。同樣地，理想的放大系數(shù)和半放大系數(shù)角的乘積大約為281°。由此可清楚地看出，上述的現(xiàn)有技術(shù)中的1200值被限制在理想值的大約-7.4dB。
假如組成屏幕的兩片的每個(gè)出射和入射平面的一個(gè)平面的損失大約是0.35dB，那么整個(gè)四個(gè)平面的屏幕損失變?yōu)?.4dB。從上面的分析可清楚地看出，即使這個(gè)損失被消除，大約6dB的損失仍然會(huì)產(chǎn)生。最主要的原因歸之光漫射元件，這種元件混合在前片中。
本發(fā)明的基本實(shí)施例在圖5(立體圖)中已示出。該圖表示了圖1中屏幕1的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，在圖中數(shù)字4代表菲
爾片，數(shù)字5代表前片。聚焦菲
爾透鏡20在菲
爾片4的出射側(cè)形成，而用于垂直漫射光的垂直雙凸透鏡8另配置在入射側(cè)。主水平雙凸透鏡19配置在前片5的入射側(cè)，而具有微小節(jié)距的水平漫射顯微雙凸透鏡8另配置在出射側(cè)。
在上述的結(jié)構(gòu)中，由于垂直雙凸透鏡8的作用，在現(xiàn)有技術(shù)中用來(lái)向垂直方向擴(kuò)散的前片中的光漫射材料被減少到或低于原來(lái)的一半，它的效率可比原來(lái)至少提高3dB(放大系數(shù)與半放大系數(shù)角的乘積至少提高1.4倍)。
在這種情況下，放大系數(shù)與半放大系數(shù)角的乘積取決于漫射材料，它可借助于選擇雙凸透鏡的光漫射半放大系數(shù)角的大小，而能夠增大很多。從而變的比任何其他因素的值都大，例如，取決于漫射材料的垂直漫射半放大系數(shù)角的值，將在下面敘述。
此外，由于側(cè)面作用而引起波動(dòng)干擾，可借助于選擇菲
爾透鏡的節(jié)距使其消除，具體方法詳細(xì)敘述如下圖5中所示的屏幕為40吋的各部分的具有代表性的尺寸值在下面列出垂直雙凸透鏡8漫散半放大系數(shù)角±5°節(jié)距TV0.08毫米曲率半徑0.23毫米菲
爾透鏡20節(jié)距TF0.14毫米水平雙凸透鏡19漫散半放大系數(shù)角±40°節(jié)距TL1.2毫米中部曲率半徑0.5毫米形狀偏心距為0.67毫米、主半徑為0.9毫米的橢圓面。
水平漫射顯微雙凸透鏡9漫射半放大系數(shù)角±4°節(jié)距T10.03毫米曲率半徑0.10毫米總的特征舉例放大系數(shù)7.0水平半放大系數(shù)角±40°垂直半放大系數(shù)角±7°放大系數(shù)與半放大系數(shù)角的乘積196°對(duì)波動(dòng)干擾的分析現(xiàn)在進(jìn)行說(shuō)明。首先，波動(dòng)干擾的形狀在平面座標(biāo)系內(nèi)表現(xiàn)為一組橢圓和一組雙曲線。其次，波動(dòng)干擾的形成過(guò)程和波紋指數(shù)的調(diào)制在空間頻率座標(biāo)系內(nèi)由光譜分析測(cè)定。因此，把波動(dòng)干擾限制在允許的極限內(nèi)的情況是很清楚的。
圖6是測(cè)得波動(dòng)干擾的形狀的圖解。圖中數(shù)字10表示同心菲
爾透鏡20的光路，數(shù)字11表示垂直帶狀主水平雙凸透鏡19(透鏡19在圖5中)的光路。
為了找出各單個(gè)相交點(diǎn)連接時(shí)，所形成的波紋圖形，采用以菲
爾透鏡中心為座標(biāo)原點(diǎn)的X-Y座標(biāo)系。
水平雙凸透鏡19的光路11
X＝C-KTL……(6)｛K＝0，1，2，3，…｝式中C表示一個(gè)常數(shù)，TL表示水平雙凸透鏡19的節(jié)距。菲
爾透鏡20的光路10X2+Y2＝(C-hTF)2……(7)｛h＝0，1，2，3，……｝式中C表示一個(gè)常數(shù)，TF表示菲
爾透鏡20的節(jié)距。
在圖6中，假定最右邊的垂直線和最外邊的圓分別為公式(6)和(7)的k＝0和h＝0。它們?cè)赬＝C和Y＝0點(diǎn)上相交。這個(gè)相交點(diǎn)在圖6中用一個(gè)黑點(diǎn)表示。這個(gè)黑點(diǎn)似乎與相鄰的內(nèi)部黑點(diǎn)連接，即k＝1的垂直直線和h＝2的圓之間的相交點(diǎn)，從而形成波紋。
同樣地，適合一組波紋的相交點(diǎn)的公式可以下面的公式消去k而得到X＝C-kTL……(8)X2+Y2＝(C-k〔 (Tl)/(Tf) 〕Tf)2在這里〔 〕是高斯符號(hào)，它意味著最大的整個(gè)數(shù)值不得超過(guò)個(gè)〔 〕內(nèi)的值。
((x-xo)2)/(a2) + (Y2)/(a2(1-θ2)) =1…(9)這里a＝ (C)/(1+e)θ=[ (TL)/(TF) ] (TF)/(TL)
xo＝ae從公式9可以看出，波動(dòng)波紋是一組橢圓，它的焦點(diǎn)是座標(biāo)原點(diǎn)，它的偏心距越接近于1，橢圓越平，同時(shí) (T)/(T) 的比值越大。
在圖6中還有另一種波動(dòng)波紋，它由下面的公式中的一組相交點(diǎn)表示 ……(10)從上面的公式中消去k，可得出下列的公式((x-xo))/(a2) + (Y2)/(a2(1-θ2)) =1…(11)這里a＝ (C)/(1+e)θ=[ (TL)/(TF) +1] (TF)/(TL)xo＝ae然而，這種的波動(dòng)波紋是一組雙曲線，它的焦點(diǎn)是座標(biāo)原點(diǎn)。
在圖6的中部沿X軸的波動(dòng)的空間頻繁Δf1(橢圓)和Δf2(雙曲線)由下列公式表示Δf1= 1/(TF) -[ (TL)/(TF) ］ 1/(TL)Δf2= 1/(TL) -Δf1…(12)
波動(dòng)波紋就解釋到如此程度，建立在光譜基礎(chǔ)上的定量分析現(xiàn)在進(jìn)行說(shuō)明。首先，參照附圖7波動(dòng)的形成原理將是很清楚的。在圖中，數(shù)字4和5分別表示菲
爾片和前片的水平剖面。
當(dāng)投影透鏡的入射光以αi的角度進(jìn)入菲
爾層時(shí)，光缺帶將會(huì)周期性地在出射光中出現(xiàn)，在圖中由影線表示。
用d表示光缺帶的占空系數(shù)，出射光的光強(qiáng)分布TF(x)由下列公式表示TF(x)=ΣSin{(1-α)TFπf}(1-d)TFπfej2πf]]>(13)式中f表示空間頻率，f＝0， (±1)/(TF) (±2)/(TF) ……時(shí)，可以計(jì)算出來(lái)，當(dāng)把上面公式由FF(f)傅里葉轉(zhuǎn)換時(shí)，它可由下列公式表示FF(f)=ΣSin{(1-α)TFπf}(1-d)Tπfδ(f-nfF)]]>(14)式中當(dāng)n＝0，±1，±2，…，和fF≡ 1/(TF) 時(shí)，∑是可以計(jì)算的。
δ(f)狄拉克δ函數(shù)。
在上面的公式中，d值通常在0.4范圍之內(nèi)。
菲
爾出射光進(jìn)入正面層5。這里，在水平雙凸透鏡19的作用下，入射位置的座標(biāo)x轉(zhuǎn)換成出射光的方向角θ，已在圖8中示出。函數(shù)θ(x)的形狀取決于雙凸透鏡的外形。
例如當(dāng)透鏡的外形為一個(gè)橢圓形時(shí)，它可以由下列公式表示，取圖8中的橫軸作為Y軸
(y2)/(a2) + (x2)/(a2(1-n-2)) =1……(15)式中n表示前片的折射率，它大約是1.5。為了取得當(dāng)｜X｜≤π2的主值x，可由下式得到Sinθ=nxa1+1n1-(xa)2(1-n-2)-1]]>(16)式中a表示橢圓的主直徑，a≈0.9毫米。
設(shè)想一個(gè)普通的視圖情況，在那里屏幕被視為在任意的固定方向θ，雙凸透鏡19的作用是作為一個(gè)脈沖調(diào)節(jié)器，調(diào)制主要值x。
為了在x＝o的附近對(duì)公式16進(jìn)行微分運(yùn)算，角度和距離之間的換算系數(shù)由下式確定:
dθdx=na(1+1n)(=1.5拉德1.5毫米≡5.7°0.1毫米) …(17)]]>當(dāng)前片中的漫射元件如上面所提到的那樣被排除，如圖9中所示，可想到，漫射元件具有使出射光的方向θ模糊的作用。在圖中，縱座標(biāo)P(θ)的軸代表取決于漫射元件的漫射角變化θ的光強(qiáng)分布。這個(gè)光強(qiáng)分布P(θ)能夠轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈴?qiáng)分布函數(shù)TD(x)，這個(gè)函數(shù)與借助于由公式16確定的函數(shù)θ(x)的主要值有關(guān)TD(x)≡P｛θ(x)｝……(18)對(duì)TD(x)函數(shù)的傅里葉轉(zhuǎn)換由FD(f)表示。在這種情況下，漫射元件模糊效應(yīng)角與水平雙凸透鏡19上用入射的x座標(biāo)表示被認(rèn)為是等同的。相應(yīng)地，用下面公式可得到帶有漫射元件的變換光強(qiáng)分布的函數(shù)TL(x)和雙凸透鏡的光譜FL(f)TL(x)＝∑TD(x-nTL)TL……(19)n＝0，±1，±2，……FL(f)＝∑FD(f)δ(f-nfL)……(20)n＝0，±1，±2，……當(dāng)考慮到上述公式時(shí)，公式13和公式19的相乘作為x座標(biāo)的函數(shù)，乘積進(jìn)入觀察者的眼里。這樣，光強(qiáng)分布TA(x)和整個(gè)出射光譜FA(f)可由下列公式計(jì)算TA(x)＝TF(x)·TL(x)……(21)FA(f)＝∫+∞-∞FF(g)FL(f-g)dg……(22)式中g(shù)空間頻率f的參數(shù)從公式14和20得FA(f)=Σ ·S{(1-d)TFπ nfF}FD(f-nfF) Σ δ(f-nfF-mfL)]]>(23)n＝0，±1，±2，…m＝0，±1，±2，…式中，S(f)≡ (Sinf)/(f) ……(24)公式23須經(jīng)反向的傅里葉轉(zhuǎn)換，并注意保證S(O)＝1和FD(O)＝1，以及S(f)和FD(f)是均勻函數(shù)，由此可得出下列公式
……(25)式中∑是m＝0，±1，±2，……時(shí)之和。
這里，假定漫射元件的光強(qiáng)分布函數(shù)TD(x)的形狀是高斯分布，它的有效寬度等于TD，可得出下面的公式TD(x)≡1TDe-π(xTD)3---(26)]]> TA(x)的形狀可從公式25和28中得到。
圖10表示FA(f)中的主要光譜。
在圖中，橫座標(biāo)軸代表空間頻率f，縱座標(biāo)軸代表各自光譜的幅度。
在座標(biāo)原點(diǎn)的光譜FA(o)＝1表示直接流過(guò)部分，主要的波動(dòng)部分是四個(gè)繞座標(biāo)原點(diǎn)的光譜，它們的空間頻率是±Δf1和±Δf2。由于，更高的頻率的部分變?yōu)榉浅Ｎ⑿〉膱D象，所以容易被忽視。公式25的第三項(xiàng)以及下列其它的部分與菲
爾的第二高諧波和更高項(xiàng)的相關(guān)連，但它們通常仍被忽略，這是因?yàn)樗鼈兣c主要波動(dòng)部分相比是足夠的小。有一個(gè)菲
爾的第二和更高項(xiàng)部分的高諧波不能被忽略的例子將在后面敘述。
一般來(lái)說(shuō)，Δf1和Δf2由下列公式得出 ……(29)式中〔 〕是高斯符號(hào)。
一種情況下，fF/fL的比值是恰好成立的(整數(shù)+0.5)，Δf1=Δf2= (fL)/2 ……(30)當(dāng)公式30成立時(shí)，波動(dòng)干擾圖形的空間頻率變?yōu)樽畲笾礷L/2，在這時(shí)，波動(dòng)是最不顯著的。在這種情況下，當(dāng)直接流過(guò)部分FA(O)和主要波動(dòng)部分從公式25中求出時(shí)，可得出下列公式TA(x)≈1+2S(π-πd)｛FD(kfL)+FD(kfL+fL)｝·CosπfLx……(31)式中k＝〔fF/fL〕在公式31中，Cosπf x的系數(shù)表示波動(dòng)的調(diào)節(jié)指數(shù)M，當(dāng)在FD的括號(hào)內(nèi)的(kfL)和(kfL+fL)均接近fF時(shí)，可得出下面的近似公式M≈4S(π-πd)FD(fF)……(32)到此為止，用于分析目的的波動(dòng)調(diào)節(jié)指數(shù)M已經(jīng)得出。
下面，讓我們考慮一下數(shù)值M的允許極限和FD(fF)對(duì)M的要求。
波動(dòng)干擾的空間頻率fL/2等于空間頻率的最高極限，這個(gè)最高限極空間頻率可由水平雙凸透鏡的節(jié)距TL確定的單獨(dú)結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生。我們知道光強(qiáng)分布的允許極限的范圍是M≤0.1。
另外，公式32中的S(π-πd)項(xiàng)表示在菲
爾出射光中的基本波動(dòng)部分的幅度，這在公式14和24中已經(jīng)提到過(guò)。d表示光缺帶的占空系數(shù)，它的值如上所述通常在0.4范圍內(nèi)。相應(yīng)地，S(π-πd)的值大約在0.5范圍內(nèi)。
鑒于上述的原因，為了把波動(dòng)干擾限制在允許極限范圍內(nèi)，考慮到公式32，需要滿足下列條件0.1≥4×0.5×FD(fF)∴FD(fF)≤0.05當(dāng)把這個(gè)條件應(yīng)用到公式27的高斯分布情況時(shí)，可得FD(fF)=e-π(TDfF)2≤0.05]]>∴TD≥ 1/(fF) =TF……(33)式中TD表示高斯分布的有效寬度，由此它可得到2π]]>倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
也就是說(shuō)，漫射元件的有效漫射寬度TD可以定在或高于菲
爾周期TF。實(shí)際上，即使TF確定在大約為T(mén)D的150%，對(duì)一般的使用也沒(méi)有什么不方便。
在上面的敘述中，漫射元件被假定為符合高斯分布的特征，同樣，本發(fā)明還適應(yīng)于其它的分布狀態(tài)，對(duì)于一般的分布TD(x)，它的有效漫射寬度TD由下列公式?jīng)Q定TD=∫+∞-∞TD(x)dxTD(o)---(34)]]>這個(gè)有效漫射寬度的概念如圖9中所示。
圖9是表示θ和P(θ)之間關(guān)系的特征曲線圖。這里，向右邊的斜線下的面積與向左邊的斜線下的面積是相等的。
在圖5所示的本發(fā)明的基本實(shí)施例中，顯微雙凸透鏡9被采用作為漫射元件。它的漫射特性已在圖11中表示(特性曲線圖)。相應(yīng)地，以角度區(qū)域?yàn)橛?jì)算單位的有效寬度為8度。當(dāng)用公式17把它換算到入射側(cè)X座標(biāo)時(shí)，TD值大約是0.14毫米。
同樣地，考慮到公式33，要求設(shè)定菲
爾節(jié)距TF在或低于0.14毫米，從而把波動(dòng)干擾限制在允許的極限范圍內(nèi)。
下面將提及滿足作為波動(dòng)的頻率條件的要求。當(dāng)沒(méi)有這個(gè)條件時(shí)，波動(dòng)干擾粗糙和突然變得明顯。
Δf1,Δf2≤0.5x (fL)/2當(dāng)把這個(gè)條件代入公式29后，便可得出下列公式(fF)/(fL) ＝整數(shù)+0.25～0.75……(35)在上面的公式中，當(dāng)整數(shù)是較小時(shí)，菲
爾透鏡的節(jié)距(TL＝1/fL)增大，這樣有利于制作，從而消除使顯微雙凸透鏡的漫射角過(guò)大的困難。所以推薦使用的整數(shù)值范圍是3-10。
在上面的敘述中，已經(jīng)假定在圖9中的漫射元件的方向性P(θ)有一個(gè)平緩形狀，所以，F(xiàn)D(2fF)比FD(fF)在數(shù)量上小的很多并且在公式23以及以后的公式中被忽略。
然而，這個(gè)特性并不是適合圖11中所示的矩形波方向性的情況。在這種情況下，還需要考慮到方向性的傅里葉光譜的較高諧波部分的影響。也就是說(shuō)在公式23中需要考慮到n＝±2這一項(xiàng)。相應(yīng)地，在公式29中除Δf1和Δf2外，也需考慮到Δf3和Δf4 ……(29)這里〔 〕是高斯符號(hào)。
Δf1、Δf2、Δf3和Δf4的值可根據(jù)公式29和29′由fF和fL決定。為了使波動(dòng)干擾不明顯，在Δf1、Δf2、Δf3和Δf4中最小的值需要增大，在這種情況下確定fF/fL是3的倍數(shù)。在這時(shí)，Δf1，…能增大到 (ΔfL)/3 。或 (2ΔfL)/3 。換句話說(shuō)，波動(dòng)圖形在一個(gè)周期的出現(xiàn)次數(shù)是雙凸圖形的3倍。
實(shí)際上，設(shè)定fF/fL的比值滿足下面公式的條件，以代替公式35是很有效的(2fF)/(fL) ＝整數(shù)+0.25～0.75……(35′)到此為止，用于把波動(dòng)干擾限制在允許極限內(nèi)的菲
爾節(jié)距的情況已經(jīng)做了說(shuō)明。根據(jù)這個(gè)分析指出的條件從概念上基本上不同于現(xiàn)有技術(shù)中斷定的fF/fL＝1.35到1.43。
下面將參照?qǐng)D12(平面圖)說(shuō)明圖5的基本實(shí)施例中顯微雙凸透鏡9的節(jié)距T1的選擇情況。數(shù)字2代表投影透鏡，數(shù)字5代表前片。為了使敘述簡(jiǎn)短，省去了菲
爾片。在圖中，D表示投影透鏡2出射光成像的直徑，由主水平雙凸透鏡19構(gòu)像在顯微雙凸透鏡9上。
從投影透鏡觀察屏幕的角度大約為3°。根據(jù)斯
耳折射定律這個(gè)角度在前片內(nèi)大約偏折2°。因?yàn)榍捌暮穸却蠹s是1.5毫米，成像直徑D的值大約變?yōu)?0微米。
Tl需要滿足下列條件Tl≤D……(36)其原因是，當(dāng)Tl大于D時(shí)，入射光將不會(huì)獲得所希望的漫射角。
成像直徑D，相應(yīng)于Tl可以增大，即把一定量的象二氧化硅這樣的粒狀漫射材料混合在前片中，使其數(shù)量達(dá)到放大系數(shù)不被降低的程度。
本發(fā)明的基本實(shí)施例到此為止已經(jīng)說(shuō)明，其他的實(shí)施例現(xiàn)在開(kāi)始解釋。
圖13表示第一改進(jìn)實(shí)施例。它描繪了前片的水平剖面圖。在圖中數(shù)字14代表黑色涂料，它降低了周?chē)獾姆瓷湎禂?shù)，從而提高了色調(diào)對(duì)比。數(shù)字15代表根據(jù)本發(fā)明經(jīng)顯微雙凸處理雙凸透鏡的一個(gè)出射側(cè)。這個(gè)雙凸元件用來(lái)降低顏色移動(dòng)。
本發(fā)明的第二個(gè)改進(jìn)實(shí)施例在圖14(立體圖)中已表示。圖14和圖5的不同點(diǎn)在于，在圖14中省去了的顯微雙凸透鏡此時(shí)，前片用的是前片5′，在前片5′中混入有少量的光漫射材料(例如，6-8克/立方米的二氧化硅)。在這個(gè)例子中，為了應(yīng)用本發(fā)明，垂直雙凸透鏡8的漫射半放大系數(shù)角αV的值需要確定的大于取決于包含在前片的少量漫射材料的漫射半放大系數(shù)角的值。用這種方法，放大系數(shù)與半放大系數(shù)角之間的乘積比現(xiàn)有技術(shù)中增加大約3dB或更多。在這種情況下，菲
爾透鏡20的節(jié)距TF需要變小到大約是雙凸透鏡8節(jié)距的 1/10 。
圖15(立體圖)是第三個(gè)改進(jìn)實(shí)施例。在圖中，數(shù)字4表示菲
爾片，數(shù)字5表示前片，數(shù)字14和15表示與圖13中相同的組件。數(shù)字16表示垂直雙凸片，數(shù)字8′表示垂直雙凸透鏡，數(shù)字17表示黑色涂料，它用于防止由于周?chē)庖鸬膶?duì)比度的降低。數(shù)字18是一個(gè)棱鏡，它用來(lái)防止由于來(lái)自?xún)A上方的光線和投影光向上長(zhǎng)射所引起的對(duì)比度的降低。對(duì)于家庭用的投影式電視接收機(jī)，一般都喜歡把投影式電視接收機(jī)安放的低于人的眼睛，以便很容易地向下看到圖象。這個(gè)改進(jìn)實(shí)施例同樣也適用于這種用途。
圖16是立體圖，它表示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。數(shù)字4表示菲
爾片，它的入射表面和出射表面，分別構(gòu)成垂直雙凸透鏡8和菲
爾透鏡20。數(shù)字5表示前片，它的入射表面和出射表面分別構(gòu)成水平雙凸透鏡19和顯微節(jié)距的水平雙凸透鏡9。插入片4和片5之間的第三個(gè)片22具有裝備棱鏡23的出射表面，如圖中所示，這個(gè)棱鏡以水平帶狀形式構(gòu)成。這個(gè)棱鏡的作用與圖15中所示實(shí)施例中說(shuō)明的棱鏡18的作用相類(lèi)似。
從上面的說(shuō)明可以理解，根據(jù)本發(fā)明，成像的投影裝置的光利用系數(shù)就其放大系數(shù)與半放大系數(shù)角的乘積來(lái)說(shuō)提高了1.4倍或更多。相應(yīng)地，在低能量消耗和低成本的條件下可以得到更美麗的圖象，工業(yè)價(jià)值是非常大的。
勘誤表
勘誤表
權(quán)利要求
1.一種背面投影裝置，包括一個(gè)像源，一個(gè)投影透鏡，它能投影出從上述像源產(chǎn)生的圖象，和一個(gè)透射屏幕，在屏幕上像通過(guò)上述透鏡聚焦；上述屏幕至少包括兩片第一片，第一片配置在遠(yuǎn)離上述像源的光路上，光路從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側(cè)；上述第一片包括減小波動(dòng)干擾的漫射元件和一個(gè)在上述第一片的入射表面上形成的水平漫射雙凸透鏡；上述第二片的出射表面帶有菲涅爾透鏡，它的節(jié)距最大確定為上述漫射元件的有效漫射寬度的150%；上述第二片的入射側(cè)或第三片的至少一個(gè)表面帶有垂直地漫射光的垂直雙凸透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的背面投影裝置，在那里上述的漫射元件是由水平漫射顯微雙凸透鏡構(gòu)成的，它是在上述第一片的出射側(cè)形成的，它的節(jié)距設(shè)定小于上述投影透鏡的出射光成像的寬度，上述投影透鏡由主水平漫射雙凸透鏡在上述水平漫射顯微雙凸透鏡上形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的背面投影裝置，在那里，基于一排上述菲
爾透鏡的空間頻率f設(shè)定為基于一排上述主水平漫射雙凸透鏡的空間頻率f的(N+0.25～0.75)倍，其中N值是至少為3的整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的背面投影裝置，在那里，基于一排上述菲
爾透鏡的空間頻率f設(shè)定為基于一排上述主水平漫射雙凸透鏡的空間頻率f的 1/2 (N+0.25～0.75)倍，其中N值是至少為3的整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的背面投影裝置，在那里，上述漫射元件包括許多平行的水平漫射顯微雙凸透鏡，這些透鏡設(shè)置在上述第一片的出射側(cè)，光吸收材料的部件插入相對(duì)應(yīng)的相鄰水平漫射顯微雙凸透鏡之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的背面投影裝置，在那里，上述第一片由混合有少量光漫射材料的前片組成，上述垂直雙凸透鏡的漫射半放大系數(shù)角αV的值設(shè)定為大于基于上述漫射材料的漫射半放大系數(shù)角的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的背面投影裝置，在那里，上述第三片插入上述第一片和上述第二片之間，上述垂直雙凸透鏡設(shè)置在上述第三片的入射表面上，第三片的出射表面由棱鏡組件部分組成，從而形成水平帶狀和光吸收材料部分，上述棱鏡組件部分和上述光吸收材料部分是交替排列的。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的背面投影裝置，在那里，上述第三片插入上述第一片和上述第二片之間，上述第三片的出射表面帶有許多水平帶狀的棱鏡組件。
9.根據(jù)權(quán)利要求
2的背面投影裝置，在那里，基于一排上述菲
爾透鏡的空間頻率f設(shè)定為基于一排主水平漫射雙凸透鏡的空間頻率f的(N+0.25～0.75)倍，其中N值為至少3的整數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求
2的背面投影裝置，在那里，基于一排上述菲
爾透鏡的空間頻率f設(shè)定為基于一排主水平漫射雙凸透鏡的空間頻率f的 1/2 (N+0.25～0.75)倍，其中N值為至少是3的整數(shù)。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明涉及一個(gè)具有高效率和低波動(dòng)干擾透射 屏幕的背面成像投影裝置。特別是這個(gè)屏幕包括菲 涅爾透鏡的菲涅爾片、帶有水平漫射雙凸透鏡的前 片和光的漫射元件。如果有必要的話，還包括有第三 個(gè)片。在那里，至少菲涅爾片的一個(gè)表面或第三個(gè)片 上帶有垂直漫射雙凸透鏡，菲涅爾透鏡的節(jié)距最大 設(shè)定為漫射元件的有效漫射寬度的150％。
文檔編號(hào)G02B27/18GK85104899SQ85104899
公開(kāi)日1987年4月29日 申請(qǐng)日期1985年6月26日
發(fā)明者荻野正規(guī) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan