CN104503197B - 视角增益可调节的背投影屏幕 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视角增益可调节的背投影屏幕和背投影系统，利用超声波使光线在声光介质层中发生布拉格衍射，从而使得屏幕上光线的出射角发生偏转，屏幕视角和增益随之改变。根据放映场地的实际需求，按照超声波频率与偏转角的关系，以及偏转角与屏幕视角和增益之间的关系，调节超声波频率，即可实现屏幕视角和增益的调节。如此，增加了背投影屏幕的灵活性和适应性，且视角与增益的调节简单易操作。

Description

视角增益可调节的背投影屏幕

技术领域

本发明涉及投影技术领域，特别是涉及一种视角增益可调节与系统。

背景技术

在DLP投影显示系统中，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。众所周知，增益和视角是投影屏幕显示的两个重要参数，增益越大，屏幕前方观众观看时的视觉感官亮度越大，视角越大，则屏幕的有效观看范围越大，屏幕侧方更多的观众能够更好地观看显示内容，所以屏幕的增益和视角尽可能的大是屏幕开发者和客户共同的期望。然而，现实中屏幕的增益和视角是一对相互矛盾的参数，在屏幕开发者设计改进提升某一款现有屏幕的增益的同时，必然会带来其视角的降低问题，同样，在设计改进增大某一款现有屏幕的视角的同时，必然会带来其增益降低，屏幕前方的亮度下降问题。

现在的背投影屏幕，增益和视角是屏幕的固有参数，客户在选购时必须根据实际情况，比如会议室或者调度室等应用场所的大小、观众席的排布和尺寸等因素来选择合适的屏幕。但是在实际应用中，必然有场景观众较少的时候，会造成屏幕的有效视角内的部分光能浪费，同样如果出现场景内观众较多时，会造成靠边缘的观众视觉因亮度衰减太多而显示效果无法接受的问题。

发明内容

本发明的目的在于改变传统背投影屏幕增益和视角参数固定，二者不可互相转换的局限性，提供了基于布拉格(Bragg)衍射技术的一种视角增益可调节的背投影屏幕和一种背投影系统，解决现有屏幕增益和视角参数固定，客户无法根据实际应用情况进行转换，光能利用率低下的问题。为此，采用的技术方案如下。

一种视角增益可调节的背投影屏幕，包括折射透镜(2)、散射透板(3)、声光介质层(8)超声波发生器(7)和超声波吸收板(9)；

所述折射透镜(2)、所述散射透板(3)和所述声光介质层(8)依次排列，所述超声波发生器(7)与所述超声波吸收板(9)对称分布于所述声光介质层(8)的两侧；

所述超声波发生器(7)启动后，接收频率指令，向所述声光介质层(8)施加指令中指定频率的超声波，所述超声波吸收板(9)在所述声光介质层(8)的另一侧吸收超声波，经过所述折射透镜(2)和所述散射透板(3)进入所述声光介质层(8)的光线，在超声波的作用下发生布拉格衍射，出射角度发生偏转，背投影屏幕的视角与增益随着光线出射角度的偏转而改变。

一种背投影系统，包括投影机，还包括上述视角增益可调节的背投影屏幕。

本发明视角增益可调节的背投影屏幕和背投影系统，利用超声波使光线在声光介质层中发生布拉格衍射，从而使得屏幕上光线的出射角发生偏转，屏幕视角和增益随之改变。根据放映场地的实际需求，按照超声波频率与偏转角的关系，以及偏转角与屏幕视角和增益之间的关系，调节超声波频率，即可实现屏幕视角和增益的调节。如此，增加了背投影屏幕的灵活性和适应性，且视角与增益的调节简单易操作。

附图说明

图1为声光介质层微结构为正棱台的本发明视角增益可调节的背投影屏幕的侧面结构示意图；

图2为声光介质层微结构为球体的本发明视角增益可调节的背投影屏幕的正面结构示意图；

图3为声光介质层微结构为球体的本发明视角增益可调节的背投影屏幕的俯视结构及观众区示意图；

图4为2*2拼接声光介质层且微结构为正棱台的本发明视角增益可调节的背投影屏幕的正面结构示意图；

图5为2*2拼接声光介质层且微结构为正棱台的本发明视角增益可调节的背投影屏幕的俯视结构及观众区示意图；

图6为2*2拼接声光介质层且微结构为正棱台的本发明视角增益可调节的背投影屏幕的侧面结构及观众区示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1所示为本发明视角增益可调节的背投影屏幕的侧视图，从中可以看出，本屏幕包括折射透镜2、散射透板3、声光介质层8超声波发生器7和超声波吸收板9。所述折射透镜2、所述散射透板3和所述声光介质层8依次排列，所述超声波发生器7与所述超声波吸收板9对称分布于所述声光介质层8的两侧。

图1还示出了光线从声光介质层8出射到空气中的路径。当超声波发生器7未启动时，经过折射透镜2和散射透板3后进入声光介质层8中的光线a在经过声光介质层8和空气的分界面表层时发生折射，出射光线为光线b；开启超声波发生器7后，超声波发生器7产生超声波在声光介质层8中形成行波场，超声波吸收板9吸收超声波发生器7发射出来的超声波。受超声波的作用，声光介质相8当于一个衍射孔光栅，经过散射透板后的光线在声光栅的作用下发生布拉格(Bragg)衍射。由于发生了布拉格衍射，出射光线较原来偏转了θ角度，如图1中的光线c。

根据布拉格衍射原理，出射光线的偏转角度与超声波和声光介质层8的特征直接相关，关系式如下：

$\mathrm{\θ}=(n+1)\arcsin \frac{\mathrm{\λ}}{2{\mathrm{nV}}_S}{f}_S$

其中，λ为光波波长，n为声光介质层8中声光晶体的折射率，V_S为超声波波速，f_S为超声波频率，θ为偏转角。此处可见，调节超声波发生器7所发射的超声波的频率即可调节出射光线的偏转角，从而实现屏幕视角和增益的调节。出射光线的角度发生偏转，即光线从声光介质层8到空气的折射角发生变化，则屏幕的视角随之改变，屏幕增益也随之改变。当θ为正值时，对应于增大前述折射角，则屏幕视角也变大，屏幕增益则减小，适用于观众较多的情况。反之，当θ为负值时，前述折射角减小，则屏幕视角也变小，屏幕增益则增大，适用于观众较少的情况。

图1所示是超声波发生器7与超声波吸收板9位于声光介质层8垂直方向上的两侧，形成一个增益视角转换装置4，屏幕视角在垂直方向上增大或缩小，在声光介质层8水平方向上的两侧安装超声波发生器7与超声波吸收板9，则屏幕视角在水平方向上增大或缩小，水平方向和垂直方向都放置超声波发生器7与超声波吸收板9，则屏幕视角在水平方向及垂直方向均可以放大或缩小。

为了保证布拉格衍射的发生，声光介质层8的厚度需满足以下条件：

$2\mathrm{\π}L\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\λ}}_S}>>1$

其中，L为所述声光介质层8的厚度，λ为光波波长，λ_S为声波波长。

声光介质层8在出射光线的一面的表面存在规则分布的十微米级至百微米级的微小结构，结构为正棱台(棱数为4m，m≥1)、球体或者椭球体，图1所示微结构为正棱台，光学微结构的作用是优化和改善屏幕视角，辅助布拉格衍射来实现调节屏幕的增益视角功能。

所述的折射透镜2，优选地为菲涅尔透镜，如图1所示，包括准直功能区5和发散功能区6。准直功能区5即让入射光线变为平行光出射，发散功能区6即让入射光线变为比平行光略微发散的状态出射。准直功能区5占折射透镜面积的95％～98％，焦距等于投影距离。发散功能区6占折射透镜面积的2％～5％，焦距等于投影距离的1.02～1.05倍。对于拼接屏幕来说，边缘的微量发散尤为重要，可以改善拼接过渡效果，消除暗边暗角现象，发散功能区6正是起到提供边缘微量发散的功能，有助于从视觉上消除缝隙。

图2表示的是一块声光介质层表面微结构为球体的背投影屏幕的正视图，图3为其俯视图，观众区包括A区域和B区域，在不开启超声波发生器时，可视角正好覆盖了全部观众区，在实际应用时，当观众人数较少时，假设都坐在观看舒适的A区域，则B区域的光能利用率极低；此时，开启超声波发生器，调节超声波频率，减小可视角，提高屏幕增益，既增大了观看亮度，又提高了光能利用率。此处只涉及单层会议室，只关注水平视角及亮度即可。在一定的范围内，降低超声波的频率，减小视角至A区域以增加A区域亮度，提高A区域观众的视觉效果。

图4、5、6表示的分别是m×n(2×2)拼接而成的表明微结构为正棱台的声光介质层8的正视图、俯视图和侧视图，拼接的声光介质层8的四周放置两组超声波发生器和超声波吸收板组合。两组装置分别安装于声光介质层8的水平方向侧面和垂直方向侧面，协调并统一超声波频率后用于调节水平方向和垂直方向的屏幕视角。在不开启超声波发生器7时，可视角正好覆盖了全部第一层观众区，当观众较多，第一层观众众区座位满员，需启动备用观众区(即两侧的临时观看区域和第二层备用观众区)，此时，开启超声波发生器7，调节拼接后的声光介质层8的两端超声波频率到一致后，可实现降低屏幕增益，提升观看视角，增大可视范围的效果。

将上述视角增益可调节的背投影屏幕与投影机1结合在一起，则形成本发明的背投影系统，其特征不再赘述。

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 (7)

1.一种视角增益可调节的背投影屏幕，其特征在于，

包括折射透镜(2)、散射透板(3)、声光介质层(8)超声波发生器(7)和超声波吸收板(9)；

所述折射透镜(2)、所述散射透板(3)和所述声光介质层(8)依次排列，所述超声波发生器(7)与所述超声波吸收板(9)对称分布于所述声光介质层(8)的两侧；

所述超声波发生器(7)启动后，接收频率指令，向所述声光介质层(8)施加指令中指定频率的超声波，所述超声波吸收板(9)在所述声光介质层(8)的另一侧吸收超声波，经过所述折射透镜(2)和所述散射透板(3)进入所述声光介质层(8)的光线，在超声波的作用下发生布拉格衍射，出射角度发生偏转，背投影屏幕的视角与增益随着光线出射角度的偏转而改变。

2.根据权利要求1所述的视角增益可调节的背投影屏幕，其特征在于，

所述声光介质层(8)的材料为声光晶体，厚度满足以下公式：

$2\mathrm{\πL}\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\λ}}_S}>>1$

其中，L为所述声光介质层(8)的厚度，λ为光波波长，λ_S为声波波长。

3.根据权利要求2所述的视角增益可调节的背投影屏幕，其特征在于，

出射角度的偏转角由以下公式得来：

$\mathrm{\θ}=(n+1)\arcsin \frac{\mathrm{\λ}}{2n{V}_S}{f}_S$

其中，λ为光波波长，n为声光晶体折射率，V_S为超声波波速，f_S为超声波频率，θ为偏转角。

4.根据权利要求1或2或3所述的视角增益可调节的背投影屏幕，其特征在于，

所述超声波发生器(7)与所述超声波吸收板(9)成对分布于所述声光介质层的水平方向两侧和垂直方向两侧，水平方向与垂直方向的所述超声波发生器(7)的频率是一致的。

5.根据权利要求1或2或3所述的视角增益可调节的背投影屏幕，其特征在于，

所述声光介质层(8)光线出射一面的表面为微小结构，所述微小结构的结构为正棱台、球体或椭球体。

6.根据权利要求1或2或3所述的视角增益可调节的背投影屏幕，其特征在于，

所述折射透镜(2)为菲涅尔透镜，包括准直功能区和发散功能区，所述准直功能区位于中间部位，覆盖菲涅尔透镜的95％～98％，焦距等于投影距离；所述发散功能区位于与其他菲涅尔透镜拼接的拼缝处，覆盖菲涅尔透镜的2％～5％，焦距等于投影距离的1.02～1.05倍。

7.一种背投影系统，包括投影机，其特征在于，还包括上述权利要求1-6任意一条所述的视角增益可调节的背投影屏幕。