CN103676441B - 背投影屏幕及系统 - Google Patents

Abstract

一种背投影屏幕及系统，其中背投影屏幕包括：声光介质层、超声波发生器和超声波反射板；所述声光介质层的水平方向一端设置有超声波发生器，另一端设置有超声波反射板；所述超声波发生器接收频率调节指令并确定频率，产生所述频率的超声波，所述超声波反射板反射所述超声波，超声波发生器和超声波反射板在所述声光介质层中形成驻波场。通过本发明方案可以避免由于屏幕的微结构在工艺制造上的误差累积所造成的拼接视角过渡衔接差的问题。同时，实现对光强的外调制，避免了投影光源内调制导致的颜色偏移和色彩一致性差的缺点。

Description

背投影屏幕及系统

技术领域

本发明涉及投影技术领域，特别是涉及一种背投影屏幕及系统。

背景技术

近年来，随着平板显示技术的迅猛发展，平板显示产品随处可见。其中，超大屏幕的拼接显示更是成为现代社会不可或缺的工具，在电力行业、煤炭行业、交通部门、公安部门、会议中心、展览中心等许多行业和场所发挥着重要的作用。在超大屏幕拼接显示中，PDP（Plasma Display Panel）由于其功耗大、显示静态图像容易烧伤显示屏这一致命缺陷而缺乏长久发展的竞争力；LCD（Liquid Crystal Display）因为工艺布线等原因，拼接的边缘边框依然存在至少6mm以上的拼缝，影响拼接显示效果；LED（Light Emitting Diode）显示屏是近几年飞速发展的显示屏，但存在散热问题、可靠性低以及更换灯珠成本高等问题，影响了其普及应用。随着DLP（Digital Light Processing）投影显示技术的日臻完善，其特有的纯数字化显示，实现了优质的图像质量和真正意义上的无缝拼接显示，并且可靠性高，相比其它产品具有极大的优势。

在基于DLP的投影显示系统中，包括投影机和投影屏幕，投影屏幕所起的作用主要是接收成像，将投影机投射的图像画面以较好的视觉效果呈现给观众。在实际的DLP投影系统中，普遍存在以下两个问题：第一，由于投影屏幕中的光学屏幕制造工艺等不可克服的原因，屏幕上的微观光学结构的微小误差得到累积，造成实际中同一屏幕的水平或者垂直的对称方向的视角以及同种类型的屏幕之间的视角存在差异化，这在大型拼接显示中严重影响了相邻屏幕视角的过渡衔接效果；第二，目前对DLP显示系统的出射光强的调制主要是依靠外接信号对投影机光辐射进行控制，通过改变电流大小对投影机光源进行直接调制（内调制），这种调制方法虽然经济、容易实现，但是带来直接的后果就是光源的颜色偏移，而且不同的投影光源偏移的程度不一样，影响显示画面的色彩一致性和整体一致性效果。

发明内容

基于此，有必要针对拼接视角过渡衔接差、由于光源颜色偏移导致色彩一致性差的问题，提供一种背投影屏幕及系统。

一种背投影屏幕，包括：声光介质层、超声波发生器和超声波反射板；

所述声光介质层的水平方向一端设置有超声波发生器，另一端设置有超声波反射板；

所述超声波发生器接收频率调节指令并确定频率，产生所述频率的超声波，所述超声波反射板反射所述超声波，超声波发生器和超声波反射板在所述声光介质层中形成驻波场。

一种背投影系统，包括上述背投影屏幕和投影机；

所述投影机与所述背投影屏幕对齐，并存在间距。

上述背投影屏幕及系统，通过设置声光介质层、超声波发生器和超声波反射板，并且声光介质层的水平方向一端设置有超声波发生器，另一端设置有超声波反射板。利用超声波在声光介质层中形成声光栅，由于声光栅的微结构一致，不会出现因为工艺上制造结构不可避免的微小误差所带来的拼接视角过渡衔接差的问题。同时，由于利用声光效应，通过对超声波频率的调整，实现声光介质层出射光强度的调整，从而实现对光强的外调制，避免了投影光源偏移导致的色彩一致性差的缺点。

附图说明

图1为本发明背投影屏幕实施例的结构示意图；

图2为本发明拉曼奈斯声光衍射的原理示意图；

图3为本发明背投影屏幕具体运用实例一的正视示意图；

图4为本发明背投影屏幕具体运用实例二的俯视示意图；

图5为本发明背投影系统具体运用实例一的俯视示意图；

图6为本发明背投影系统具体运用实例二的俯视示意图。

具体实施方式

以下针对本发明背投影屏幕及系统的各实施例进行详细的描述。

如图1所示，为本发明背投影屏幕实施例的结构示意图，包括：声光介质层110、超声波发生器120和超声波反射板130；

声光介质层110的水平方向一端设置有超声波发生器120，另一端设置有超声波反射板130；

超声波发生器120接收频率调节指令并确定频率，产生频率的超声波，超声波反射板130反射超声波，超声波发生器120和超声波反射板130在声光介质层中形成驻波场。

投影机通过聚焦透镜射出的平行光线射在声光介质层110上，平行光线在具有超声波的声光介质层110上产生拉曼奈斯衍射。

超声波发生器120从声光介质层110的一端向声光介质层110施加超声波，而声光介质层110的另一端反射超声波，在声光介质层中形成驻波场；从聚焦透镜出射的平行光线在超声波的作用下在声光介质层中发生拉曼奈斯声光衍射，通过对超声波的频率进行调整，来改变声光介质层的出射光的强度。如图2，为拉曼奈斯声光衍射的原理示意图，210为入射光，220为声波、230为声波阵面。

本实施例通过设置声光介质层、超声波发生器和超声波反射板，并且声光介质层的水平方向一端设置有超声波发生器，另一端设置有超声波反射板。利用超声波在声光介质层中形成声光栅，由于声光栅的微结构一致，不会出现因为工艺上制造结构不可避免的微小误差所带来的拼接视角过渡衔接差的问题。同时，由于利用声光效应，通过对超声波频率的调整，实现声光介质层出射光强度的调整，从而实现对光强的外调制，避免了投影光源内调制导致的颜色偏移和色彩一致性差的缺点。

在其中一个实施例中，声光介质层为声光晶体介质层，声光晶体介质层的厚度满足：

$2\mathrm{\&pi;L}*\frac{\mathrm{\&lambda;}}{{\mathrm{\&lambda;}}_s}<<1$

式中，L表示声光晶体介质层的厚度，λ表示入射光的光波波长，λ_s表示超声波在声光晶体介质层中声波波长。

在其中一个实施例中，超声波发生器和超声波反射板之间的声光介质层距离满足：

$S=\frac{1}{2}n{\mathrm{\&lambda;}}_s$

其中，n为整数，S表示超声波发生器和超声波反射板之间的声光介质层距离，λ_s表示超声波在声光介质层中声波波长。

在其中一个实施例中，由于可以通过对超声波的频率进行调整，来改变声光介质层的出射光的强度，所以当需要达到一定出射光强时，超声波发生器产生的超声波的频率与屏幕出射光的频率满足以下关系：

f_m＝f+mf_s     (m＝0,±1,±2……)

其中，f_m表示从屏幕出射光的频率，f表示入射光的频率，f_s表示超声波的频率，m表示衍射级数，正负衍射级数的光对称分布于0级光的两侧，比如，±1、±2等衍射级数的光对称分布于0级光的两侧。

通过改变超声波的频率，可以对出射光的频率和光强进行调制。例如，在一定的范围内，增加超声波的频率，可以提高出射光强，降低超声波的频率，可以降低出射光强。在从声光介质层的一端向的声光介质层施加超声波之前，根据用户对背投影屏幕出射光强的需求，按照对应关系设定超声波频率，并控制产生的超声波频率为确定的频率。从而实现对光强的外调制，避免了投影光源内调制导致的颜色偏移和色彩一致性差的缺点。

在其中一个实施例中，声光介质层为表面经过雾化处理的声光介质层，并且声光介质层表面设有均匀分布的散射颗粒。雾化处理的优点：第一，增强背投影屏幕的防眩光能力；第二，由于散射颗粒和雾化处理，增加背投影屏幕的各个方向的视角。这里所指的声光介质层表面是指背投影屏幕的显示面，即与聚焦透镜相背的一个面。

在其中一个实施例中，声光介质层为表面设有涂覆层，声光介质层的透光率大于80%。本实施例在声光介质层的表面经过涂覆处理，涂覆层可以呈浅黑色，透光率为80%以上。涂覆层可以在吸收环境光，抗环境光干扰的同时，提升显示的对比度。这里所指的声光介质层表面是指背投影屏幕的显示面，即与聚焦透镜相背的一个面。

在其中一个实施例中，可以同时对声光介质层表面进行雾化处理和设置涂覆层，先对声光介质层的表面经过雾化处理，均匀分布散射颗粒，再在声光介质层的表面经过涂覆处理，涂覆层呈浅黑色，透光率为80%以上。雾化处理的优点：第一，增强背投影屏幕的防眩光能力；第二，增加背投影屏幕的各个方向的视角。涂覆层可以在吸收环境光，抗环境光干扰的同时，提升显示的对比度。

在声光介质层一端可以只设置一个超声波发生器，另一端只设置一个超声波反射板。在另一个实施例中，超声波发生器的个数为多个，各个超声波发生器均匀分布在声光介质层一端，超声波反射板的个数为多个，各个超声波反射板均匀分布在声光介质层另一端，且超声波发生器和超声波反射板的个数相同。

比如，对于m×n拼接而成的声光介质层，可以在每行的水平方向的一端放置超声波发生器，另一终端放置超声波反射板，计有m个超声波发生器和m个超声波反射板。

在其中一个实施例中，还包括聚焦透镜，聚焦透镜的中心与声光介质层的中心对齐，并且聚焦透镜与声光介质层之间存在间隙。作为一种优选方式，聚焦透镜与声光介质层之间的间隙为0到0.5mm。聚焦透镜为菲涅尔透镜。

上述各实施例可以自由组合，比如：

在一个组合中，如图3所示，包括：超声波发生器310、声光介质层320以及超声波反射板330。声光介质层320的水平方向的一端放置超声波发生器310，另一端放置超声波反射板330，二者分别和声光介质层320紧密相接。超声波发生器310用于产生超声波并向声光介质层320施加超声波以及对超声波的频率进行控制；声光介质层320的组成物质为声光晶体，根据折射率、光学均匀性等不同的需要，可以选择不同的声光材质；超声波反射板330位于和超声波发生器310相对的一端，用于反射超声波，使超声波在声光介质层320中形成驻波声场。

在一个组合中，如图4所示，为背投影屏幕具体运用实例二的俯视示意图，本实施例中的背投影屏幕依次包括菲涅尔透镜440、超声波发生器410、声光介质层420以及超声波反射板430。最优地，菲涅尔透镜440和声光介质层420二者前后对齐放置，为了达到最佳的成像质量，二者间隙为0～0.5mm。

本发明还提供一种背投影系统，其特征在于，包括上述各实施例的背投影屏幕，还包括投影机；投影机与背投影屏幕对齐，并存在间距。

在其中一个优选方式中，如图5，为背投影系统实施例一的俯视示意图，包括依次设置的投影机510、菲涅尔透镜520、设有超声波发生器530和超声波反射板540的声光介质层550。投影机放置于菲涅尔透镜的一倍焦距左右的地方，投影机投射的光线经过菲涅尔透镜后为平行光。超声波发生器发出超声波，并向声光介质层施加上述超声波，在声光介质层的厚度L和超声波发生器和超声波反射板之间的声光介质层的距离S满足如下等式：

$2\mathrm{\&pi;L}*\frac{\mathrm{\&lambda;}}{{\mathrm{\&lambda;}}_s}<<1$

$S=\frac{1}{2}n{\mathrm{\&lambda;}}_s$

其中，n为整数，L为声光介质层的厚度，λ为入射光的光波波长，λ_s为超声波在声光介质中声波波长，S表示超声波发生器和超声波反射板之间的声光介质层距离。

受超声波的作用，声光介质相当于一个衍射光栅，经过菲涅尔透镜后的平行光在声光栅的作用下发生拉曼奈斯（Raman-Nath）衍射。

根据拉曼奈斯（Raman-Nath）衍射的声光效应，通过对超声波的频率进行调整，来改变声光介质层的出射光的强度。如下式所示：

f_m＝f+mf_s      (m＝0,±1,±2……)

其中，f_m表示从屏幕出射光的频率，f表示入射光的频率，f_s表示超声波的频率，m表示衍射级数，±1、±2等衍射级数的光对称分布于0级光的两侧。通过改变超声波的频率，可以对出射光的频率和光强进行调制。例如，在一定的范围内，增加超声波的频率，可以提高出射光强，降低超声波的频率，可以降低出射光强。

如图6，为背投影系统实施例二的俯视示意图。包括超声波发生器610、声光介质层620以及超声波反射板630、菲涅尔透镜640、投影机650。其中，声光介质层是由m×n拼接而成的声光介质层，在水平方向的一端放置超声波发生器，另一终端放置超声波反射板，计有1个超声波发生器和1个超声波反射板。与声光介质层一一对应的m×n个菲涅尔透镜置于声光介质层之后，最优地，二者前后对齐放置，为了达到最佳的成像质量，二者间隙为0～0.5mm。m×n个与菲涅尔透镜一一对应的投影机置于菲涅尔透镜之后一倍焦距左右的位置。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种背投影屏幕，其特征在于，包括：声光介质层、超声波发生器和超声波反射板；

所述声光介质层的水平方向一端设置有超声波发生器，另一端设置有超声波反射板；

所述超声波发生器接收频率调节指令并确定频率，产生所述频率的超声波，所述超声波反射板反射所述超声波，超声波发生器和超声波反射板在所述声光介质层中形成驻波场。

2.根据权利要求1所述的背投影屏幕，其特征在于，所述声光介质层为声光晶体介质层，声光晶体介质层的厚度满足：

$2\mathrm{\&pi;L}*\frac{\mathrm{\&lambda;}}{{\mathrm{\&lambda;}}_s}<<1$

式中，L表示声光晶体介质层的厚度，λ表示入射光的光波波长，λ_s表示超声波在声光晶体介质层中声波波长。

3.根据权利要求1或2所述的背投影屏幕，其特征在于，所述超声波发生器和所述超声波反射板之间的声光介质层距离满足：

$S=\frac{1}{2}n{\mathrm{\&lambda;}}_s$

其中，n为整数，S表示超声波发生器和所述超声波反射板之间的声光介质层距离，λ_s表示超声波在声光介质层中声波波长。

4.根据权利要求1或2所述的背投影屏幕，其特征在于，所述超声波发生器产生的超声波的频率与屏幕出射光的频率满足以下关系：

f_m＝f+mf_s

其中，m＝0，±1，±2……，f_m表示从屏幕出射光的频率，f表示入射光的频率，f_s表示超声波的频率，m表示衍射级数，正负衍射级数的光对称分布于0级光的两侧。

5.根据权利要求1或2所述的背投影屏幕，其特征在于，所述声光介质层为表面经过雾化处理的声光介质层，并且所述声光介质层表面设有均匀分布的散射颗粒；

和/或

所述声光介质层为表面设有涂覆层，所述声光介质层的透光率大于80％。

6.根据权利要求1或2所述的背投影屏幕，其特征在于，超声波发生器的个数为多个，各个超声波发生器均匀分布在声光介质层一端，超声波反射板的个数为多个，各个超声波反射板均匀分布在声光介质层另一端，且超声波发生器和超声波反射板的个数相同。

7.根据权利要求1或2所述的背投影屏幕，其特征在于，还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜的中心与所述声光介质层的中心对齐，并且所述聚焦透镜与所述声光介质层之间存在间隙。

8.根据权利要求7所述的背投影屏幕，其特征在于，所述聚焦透镜与所述声光介质层之间的间隙为0到0.5mm。

9.根据权利要求7所述的背投影屏幕，其特征在于，所述聚焦透镜为菲涅尔透镜。

10.一种背投影系统，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的背投影屏幕，还包括投影机；

所述投影机与所述背投影屏幕对齐，并存在间距。