CN102023470A - 一种背投影屏幕 - Google Patents

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王延伟
张明勇
房涛
李光明
闵海涛
成华
毕勇
贾中达
梅东滨
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Beijing Phoebus Vision Optoelectronic Co ltd
Academy of Opto Electronics of CAS
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Academy of Opto Electronics of CAS
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Abstract

本发明提供一种背投影屏幕，包括彼此平行设置的菲涅尔屏和散射屏，还包括一个或多个凸轮装置，每个所述凸轮装置靠近所述菲涅尔屏的一端与所述菲涅尔屏活动连接，带动所述菲涅尔屏在所述菲涅尔屏的自身平面内平动。本发明提供的背投影屏幕可以有效消除散斑现象，因为不需要在激光的光路中进行消相干处理，不会引起激光在光路中的质量变差、效率降低，并且可以相应降低对其它光学部件设计上的要求。

Description

一种背投影屏幕
技术领域
本发明涉及激光显示领域，具体涉及一种背投影屏幕。
背景技术
现今背投影系统通常由三大部分组成：投影机、投影屏幕和系统附件。投影机是整个系统的“源头”，背投影屏幕是背投影显示系统的“终端”，系统附件则是指支架与反射镜、幕框和箱体等部件。
投影系统中如果使用的是激光投影机，则构成激光投影系统。由于激光具有相干性，所以如果没有对其进行消相干处理直接作为光源投影，在投影屏上我们会看到明显的亮度不均的斑纹图像，即所谓的散斑，这样的图像质量非常影响观者感受，因此在激光显示技术中，消相干是必不可少的一道步骤。传统上消相干采用较长的光纤传导激光，振动或旋转光路，或者利用扩散元件使光束散射后收敛的方法，最近有报道利用随机相位板(random phaseplate)可以获得比上述扩散元件更好的效果，但是上述方法或多或少都存在效率低，操作复杂，安装精度要求高等缺点。而对位于终端的屏幕进行改造实现对激光消相干，则可以避免引起激光在光路中的质量变差，效率降低以及随之对其他光学部件产生的设计上的高要求。因此激光显示投影系统由于激光具有的特性对投影屏幕有新的要求。
现在常用的背投影屏幕通常是如图1或图2所示的结构，图1中结构由菲涅尔透镜(Fresnel lens)和柱面屏(lenticular lens)组合而成，其中柱面屏靠近菲涅尔透镜的一面涂覆有黑条纹(black stripe)用以减少环境光对画面的干扰，从而提高画面对比度，一般柱面屏材料对光束具有一定的散射作用；图2中结构由菲涅尔透镜和散射屏(diffuser sheet)组成，散射屏由光散射材料制成。图1和图2的工作原理基本上是一样的，投影机发出的发散光束经菲涅尔透镜整形为平行光束，所述平行光束经柱面屏或散射屏形成在屏幕上各点均匀发散的图像然后进入人眼。但是这两种背投影屏幕应用于激光投影中时，还不能解决消除散斑的问题，无法满足激光投影对投影屏幕的要求。
发明内容
本发明提供一种背投影屏幕，包括彼此平行设置的菲涅尔屏和散射屏，还包括一个或多个凸轮装置，每个所述凸轮装置靠近所述菲涅尔屏的一端与所述菲涅尔屏活动连接，带动所述菲涅尔屏在所述菲涅尔屏的自身平面内平动。
如上所述的背投影屏幕，还包括驱动装置，所述驱动装置与所述凸轮装置的远离所述菲涅尔屏的一端固定连接用于驱动所述凸轮装置。
如上所述的背投影屏幕，每个所述凸轮装置包括主动轮轴和从动轮轴，主动轮轴和从动轮轴的轴线不重合，所述驱动装置与相应凸轮装置的主动轮轴固定连接，所述菲涅尔屏与相应凸轮装置的从动轮轴活动连接。
如上所述的背投影屏幕，所述菲涅尔屏在其非通光区域处与相应凸轮装置的从动轮轴活动连接。
如上所述的背投影屏幕，所述菲涅尔屏的运动轨迹为圆周或椭圆周。
如上所述的背投影屏幕，所述菲涅尔屏的运动幅度在0.6～2mm之间。
如上所述的背投影屏幕，所述菲涅尔屏的运动频率在0.5～5Hz之间。
如上所述的背投影屏幕，还包括一个或多个限位块，每个所述限位块的长度与所述菲涅尔屏和所述散射屏之间的距离相等，并且其一端与所述菲涅尔屏的固定连接，另一端与所述散射屏的可滑动接触。
如上所述的背投影屏幕，还包括限制所述菲涅尔屏和所述散射屏之间距离增大的夹具。
如上所述的背投影屏幕，还包括弹性部件，所述弹性部件一端与所述菲涅尔屏上方的承重部件相连，另一端固定至所述菲涅尔屏。
根据本发明的背投影屏幕，其能够消除投影在其上的激光投影图像的散斑。
附图说明
图1是一种现有投影屏幕的侧视截面示意图；
图2是另一种现有投影屏幕的侧视截面示意图；
图3是根据本发明实施例1的背投影屏幕的侧视截面示意图；
图4是根据本发明实施例2的背投影屏幕的侧视截面示意图；
具体实施方式
下面结合附图对根据本发明的实施例进行详细描述。
实施例一：
图3是根据本发明实施例1的背投影屏幕的侧视工作示意图。本实施例中的背投影屏幕包括菲涅尔屏301、柱面屏302和凸轮装置303。如图所示，菲涅尔屏301与柱面屏302平行放置，均平行于XOZ平面。虽然图中并未示出，但本实施例中凸轮303(凸轮装置)包括主动轮轴和从动轮轴，主动轮轴和从动轮轴的轴线不重合。凸轮303的主动轮轴远离菲涅尔屏301设置，从动轮轴靠近菲涅尔屏301设置，并且主动轮轴由电机304驱动，当电机304驱动凸轮303的主动轮轴绕其自身轴线旋转时，从动轮轴将绕主动轮轴的轴线发生转动。菲涅尔屏301上端非通光区域与凸轮303的从动轮轴活动连接以保证凸轮303的从动轮轴与菲涅尔屏301相连接处可发生相对旋转。所以当电机304驱动凸轮303转动时，菲涅尔屏301被凸轮303带动在自身平面内做微幅低频周期运动(由于菲涅尔屏301与凸轮303的从动轮轴为活动连接，所以菲涅尔屏301发生平动而不发生转动)。实际上相当于菲涅尔屏301在其自身平面内不断地上下左右晃动。
通过实验发现，当移动菲涅尔屏而保持柱面屏302(虽然本文中提到柱面屏和散射屏两种屏幕，但是本领域中普通技术人员应该理解，这两种屏幕均起散射作用，柱面屏仅是散射屏的一种实例，所以可以统称为散射屏)不动时，可以达到消散斑的效果。
进一步实验表明，当菲涅尔屏301以及柱面屏302的投影显示面积为65英寸，菲涅尔屏301的运动幅度介于0.6～2mm之间，运动频率介于0.5～5Hz之间时，观众可以观看到画面清晰无散斑的图像。这说明采用根据本发明实施例的背投影屏幕可以有效消除散斑现象。因此，根据本发明的背投影屏幕通过将菲涅尔屏与带有凸轮装置的电机相联，由电机的凸轮装置带动菲涅尔屏在自身平面内做微幅低频周期运动从而消除屏幕投影图像的散斑，同时保证观察到的屏幕图像亮度和质量不会因此产生影响。
在本实施例中，菲涅尔屏301的重量主要由凸轮303继而由电机304承担，而且菲涅尔屏301在其自身平面内运动，必要时在Y轴方向可以安装相应的限位装置来限制菲涅尔屏在Y方向的摆动，以此保证投影成像质量不受影响。
实施例二：
由于实验表明，菲涅尔屏如果垂直于散射屏所在的平面移动，容易造成图像模糊。所以本实施例中采用机械手段来限制菲涅尔屏的活动范围，同时减轻电机以及凸轮的压力。如图4所示，菲涅尔屏401与柱面屏402平行放置，均平行于XOZ平面，菲涅尔屏401非通光区域连接有凸轮403，凸轮403连接有电机404，凸轮403和电机的具体设计与工作原理与实施例一相同。在菲涅尔屏401与柱面屏402之间的非通光区域处还设置若干有限位块405，所有限位块405在Y方向上长度相等，限位块405靠近柱面屏402的一端为光滑的弧形端，以减小隔块405与柱面屏402之间的摩擦力，限位块405的另一端与菲涅尔屏401刚性连接。所述弧形端与柱面屏402刚好接触。限位块405的作用是保持菲涅尔屏与柱面屏之间距离不减小。
在菲涅尔屏401和柱面屏402外侧非通光区域装有若干夹具406，夹具406靠近柱面屏402的一端与柱面屏402刚性连接，另一端与菲涅尔屏401刚好接触。夹具406的作用是保持菲涅尔屏401与柱面屏402之间距离不增大。这样通过隔块405和夹具406就保证了菲涅尔屏401在运动过程中，不至于产生Y方向的摆动，菲涅尔屏401与柱面屏402之间为恒定距离。此外，在夹具406上还设置有弹簧(或其它弹性部件)407与菲涅尔屏401连接，这样菲涅尔屏401的重量就由弹簧407承受一部分。这样就减轻了电机404以及凸轮403受到的压力。应该理解，还可以采用其他形式的夹具来限制菲涅尔屏401和柱面屏402之间距离的增大。如果所采用的夹具不能负重或者有其他因素限制，弹簧407还可以与背投影屏幕的位于所述菲涅尔屏上方的其它承重部件相连，来承担菲涅尔屏的重量，总之只要是能够在不影响所述菲涅尔屏运动的前提下减轻电机以及凸轮的压力的方法都是可行的。
此外，可以设置多个电机和凸轮带动菲涅尔屏运动，即菲涅尔屏上靠近4个边角处设置有4个凸轮装置，4个凸轮装置被各自电机带动同步运动达到消散斑的目的。而且，本领域普通技术人员应该理解，还可以采用其它形式的凸轮装置，只要其能够带动菲涅尔屏发生运动幅度介于0.6～2mm之间，运动频率介于0.5～5Hz之间的微幅低频周期运动即可。而且上述实施例中所采用的电机也可以由其它驱动装置代替。
本领域普通技术人员应了解，在本实施例中，限位块的数目以及材料可以有多种选择，限位块形状也不局限于图中所示形状，凡是能限制菲涅尔屏和柱面屏之间的距离减小的均可采用，使其保持恒定值的方法均应包含在本专利的发明精神内。
菲涅尔屏可以沿圆周或椭圆的运动轨迹进行微幅低频周期运动，或者沿直线进行往复微幅低频周期运动，只要菲涅尔屏相对于柱面屏在运动，停滞时间不超过1/24秒，即不超过人眼视觉停留时间，则最终的消散斑效果都是可接受的。另外，上述实施方式均可以用于菲涅尔屏与其他形式散射屏的背投影屏幕，设置条件和菲涅尔屏加柱面屏结构的屏幕一样。

Claims (10)

1.一种背投影屏幕，包括彼此平行设置的菲涅尔屏和散射屏，其特征在于，包括一个或多个凸轮装置，每个所述凸轮装置靠近所述菲涅尔屏的一端与所述菲涅尔屏活动连接，带动所述菲涅尔屏在所述菲涅尔屏的自身平面内平动。
2.根据权利要求1所述的背投影屏幕，其特征在于，还包括驱动装置，所述驱动装置与所述凸轮装置的远离所述菲涅尔屏的一端固定连接用于驱动所述凸轮装置。
3.根据权利要求2所述的背投影屏幕，其特征在于，每个所述凸轮装置包括主动轮轴和从动轮轴，主动轮轴和从动轮轴的轴线不重合，所述驱动装置与相应凸轮装置的主动轮轴固定连接，所述菲涅尔屏与相应凸轮装置的从动轮轴活动连接。
4.根据权利要求3所述的背投影屏幕，其特征在于，所述菲涅尔屏在其非通光区域处与相应凸轮装置的从动轮轴活动连接。
5.根据权利要求1所述的背投影屏幕，其特征在于，所述菲涅尔屏的运动轨迹为圆周或椭圆周。
6.根据权利要求1所述的背投影屏幕，其特征在于，所述菲涅尔屏的运动幅度在0.6～2mm之间。
7.根据权利要求1所述的背投影屏幕，其特征在于，所述菲涅尔屏的运动频率在0.5～5Hz之间。
8.根据权利要求1所述的背投影屏幕，其特征在于，还包括一个或多个限位块，每个所述限位块的长度与所述菲涅尔屏和所述散射屏之间的距离相等，并且其一端与所述菲涅尔屏的固定连接，另一端与所述散射屏的可滑动接触。
9.根据权利要求1所述的背投影屏幕，其特征在于，还包括限制所述菲涅尔屏和所述散射屏之间距离增大的夹具。
10.根据权利要求1所述的背投影屏幕，其特征在于，还包括弹性部件，所述弹性部件一端与所述菲涅尔屏上方的承重部件相连，另一端固定至所述菲涅尔屏。
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