CN1267841A - 背面投影型屏幕 - Google Patents

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Abstract

设在菲涅尔透镜片1中的菲涅尔透镜的透镜间距在0.12mm以下,设在双凸透镜片2中的双凸透镜的透镜间距在0.6mm以下,在上述菲涅尔透镜的透镜间距和双凸透镜的透镜间距中,当将较小的透镜间距用P1(mm)、较大的透镜间距用P2(mm)表示时,对于3/P1以上的空间频率,由式(1):PM=1/|n/P1－m/P2|(这里,n和m分别是满足式(2)∶n≤15×P1/P2和式(3)∶m≤15×P2/P1的自然数)求得的在菲涅尔透镜和双凸透镜间发生的莫尔条纹间距PM(mm)在3mm以下。

Description

背面投影型屏幕
本发明涉及至少具有菲涅尔透镜片和双凸透镜片的背面投影型屏幕。
图1示出过去一般使用的背面投影型屏幕的概略构成图。在图1中，1是菲涅尔透镜片，2是双凸透镜片。菲涅尔透镜片和双凸透镜片用于背面投影型屏幕时，通常是将两块镜片紧贴在一起。从具有菲涅尔透镜片和双凸透镜片的背面投影型屏幕的背面投射过来的图像光经菲涅耳透镜片变换成平行光或会聚光，该会聚光在观察者一侧距屏幕5～20m的位置聚焦。从菲涅尔透镜片射出的平行光或会聚光经双凸透镜片在水平方向散射开来，因此，可以在水平方向很宽的视野范围内观察图像。为了不仅在水平方向，在垂直方向也能够尽可能地扩大图像观察的范围，双凸透镜片一般使用分散了散射剂的材料来制作。
图2示出菲涅尔透镜片的概略截面图。菲涅尔透镜片一般由在光的射出面上设置了很多微细的等距同心圆状的菲涅尔透镜的镜片构成。这里也有这样的情况，为了得到所要的性能，必要时，在菲涅尔透镜的光入射面设置在垂直方向具有散射图像光的功能的微细双凸透镜。此外还有这样的情况，为了利用菲涅尔透镜内部的图像光的反射来达到防止发生重像光的目的，使菲涅尔透镜片包含散射剂。图3示出双凸透镜的概略截面图。如图3所示，双凸透镜片在光入射面和光射出面分别配置许多等距的半圆柱面型双凸透镜。为了防止外部来的光被双凸透镜片的表面反射后返回到观察者的眼中，一般，在光射出面一侧的各半圆柱面型透镜之间设置黑条(black stripe)。此外，也有只在光入射面设置半圆柱面型透镜的双凸透镜片。
当将菲涅尔透镜片和双凸透镜片组合使用时，因两透镜片分别设有等距透镜，故存在透光部分和不透光部分，所以，会产生称之为莫尔条纹(moire fringe)的现象。即，当从观察者一侧看菲涅尔透镜时，图2所示的区域a透光，而区域b不透光，呈现明暗相间的同心圆状的微细等距条纹图像。此外，对于双凸透镜片，从双凸透镜片的一部分射出光，其他部分不射出光，所以，象图3所示那样，会产生明暗相间的微细等距条纹图像。
当将这两种镜片组合使用时，要完全防止莫尔条纹的发生很困难，但将莫尔条纹减少到实用上可接受的范围之内则是可能的。通过优化设计各透镜的间距可以使观察者难以看到莫尔条纹，为此，开发了下述技术，使菲涅尔透镜片的透镜间距和双凸透镜片的透镜间距的比值为某一特定值。例如，已经知道的有，双凸透镜片的透镜间距和菲涅尔透镜片的透镜间距的比值为N+0.35～0.45(这里，N是自然数)(参照特开昭59-95525号公报)，双凸透镜片的透镜间距和菲涅尔透镜片的透镜间距的比值为N+0.25～0.75(这里，N是大于3的整数)(参照特开昭60-263932号公报)，菲涅尔透镜片的透镜间距和双凸透镜片的透镜间距的比值为0.1505～0.1545或0.1760～0.181(参照特开平3-149540号公报)等。在这些以往的文献中，其权利要求中所述的使莫尔条纹在不明显的范围内的菲涅尔透镜和双凸透镜的间距比是通过实验得出的。
近年来，伴随以数字电视为代表的图像光源的分辨率的提高，背面投影型屏幕的双凸透镜片和菲涅尔透镜片的各透镜间距越来越小了。过去，一般使用的双凸透镜片的透镜间距大约是0.7～1.2mm左右，伴随图像光源的微细化，现在已使用大约0.1～0.52左右的微细的透镜间距。我们知道，当使用透镜间距已微细化的菲涅尔透镜片和双凸透镜片时，使用上述各文献中的优化设计了的菲涅尔透镜片的透镜间距和双凸透镜片的透镜间距的比值，不能充分消除莫尔条纹。
本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种背面投影型屏幕，由具有微细的透镜间距的菲涅尔透镜片和双凸透镜片构成，能有效地消除莫尔条纹。
本发明的背面投影型屏幕是具有菲涅尔透镜片和双凸透镜片的背面投影型屏幕，为解决上述课题，其特征在于，设在菲涅尔透镜片中的菲涅尔透镜的透镜间距在0.12mm以下，设在双凸透镜片中的双凸透镜的透镜间距在0.6mm以下，在上述菲涅尔透镜片的透镜间距和双凸透镜片的透镜间距中，当将较小的透镜间距用P1(mm)、较大的透镜间距用P2(mm)表示时，对于3/P1以上的空间频率，由下述(1)式求得的在菲涅尔透镜和双凸透镜之间发生的莫尔条纹间距PM(mm)在3mm以下。
PM＝1/|n/P1-m/P2|     (1)
(这里，n和m分别是满足下述(2)和(3)式的自然数)
n≤15×P1/P2           (2)
m≤15×P2/P1           (3)
当用PF(mm)表示菲涅尔透镜的透镜间距、用PL(mm)表示双凸透镜的透镜间距时，将本发明用于具有易发生莫尔条纹的特性的、PL/PF在5以下的背面投影型屏幕特别有效。
因菲涅尔透镜片和双凸透镜片的组合而发生的莫尔条纹的间距PM(mm)可由上述式(1)表示。在下面的说明中，考虑具有菲涅尔透镜的间距＜双凸透镜的间距的关系的情况，即，考虑将菲涅尔透镜的间距用P1(mm)、双凸透镜的间距用P2(mm)表示的情况。再有，与此相反，对于满足菲涅尔透镜的间距＞双凸透镜的间距的关系的背面投影型屏幕，也可以与下面的说明一样进行考虑。
在式(1)中，当n＝1时，式(1)表示菲涅尔透镜的透镜间距的空间频率的基频，莫尔条纹间距PM在P2＝mP1时成为最大。即，当双凸透镜的透镜间距是菲涅尔透镜的透镜间距的整数倍时，会产生显著的莫尔条纹。下面，考虑n＝2的情况，当n＝2时，式(1)表示菲涅尔透镜的透镜间距的空间频率的2倍频，莫尔条纹间距PM在P2＝0.5×mP1时成为最大。即，当双凸透镜的透镜间距是菲涅尔透镜的透镜间距的1/2整数倍时，容易产生显著的莫尔条纹。同样，n＝3是3次谐波，n＝4是4次谐波。这时，当双凸透镜的透镜间距分别是菲涅尔透镜的透镜间距的1/3或1/4整数倍时，容易产生显著的莫尔条纹。再有，n在5以上时也是一样。如上所述，莫尔条纹对3次以上的所有谐波都会发生，要想求得对高次谐波区的莫尔条纹也能完全消除的透镜间距比非常困难。
为了减少莫尔条纹，现有的技术只考虑明暗相间图像的1次成量和2次成量，使双凸透镜和菲涅尔透镜的透镜间距的比值为最佳值，对3次以上的高次谐波成量完全没有考虑。这是因为，对于将双凸透镜片和菲涅尔透镜片组合的现有的背面投影型屏幕，可以将上述透镜间距比取6以上的很大的值，所以，不会出现因高次谐波引起莫尔条纹的问题。但是，伴随透镜间距的微细化，只能将上述透镜间距比设计在5以下，因此，不能忽视3次以上的高次谐波成量。
在本发明中，将设在菲涅尔透镜片中的菲涅尔透镜的透镜间距为0.12mm以下、设在双凸透镜片中的双凸透镜的透镜间距为0.6mm以下的背面投影型屏幕作为消除莫尔条纹的对象。过去，一般使用的菲涅尔透镜的透镜间距大约是0.12mm左右，双凸透镜的透镜间距大约是0.7～1.2mm。即，双凸透镜和菲涅尔透镜的透镜间距的比值是6～10倍左右，对于菲涅尔透镜的透镜间距的空间频率的3次谐波，高次谐波的间距和双凸透镜间距的比超过15倍，没有必要考虑3次以上高次谐波的莫尔条纹。与此不同，对于将设在菲涅尔透镜片中的菲涅尔透镜的透镜间距为0.12mm以下、设在双凸透镜片中的双凸透镜的透镜间距为0.6mm以下的背面投影型屏幕，在菲涅尔透镜的透镜间距的空间频率的3次谐波中，其高次谐波的间距与双凸透镜间距的比也小于15倍，有必要考虑高次谐波成量的莫尔条纹。
但是，当与高次谐波相当的莫尔条纹因包含在菲涅尔透镜片中的散射剂等的影响而变得模糊不清时，就不会把它当成莫尔条纹。如果根据菲涅尔透镜的透镜间距的高次谐波的间距和双凸透镜的透镜间距的比来判断是否把它当成莫尔条纹，那么，对于面向CRT方式、LCD方式、DMD方式等用途的背面投影型屏幕来说，若菲涅尔透镜的透镜间距的高次谐波的间距和双凸透镜的透镜间距的比是10～15倍左右，则事实上不存在莫尔条纹的问题。因此，在表示因菲涅尔透镜片和双凸透镜片的组合而发生的莫尔条纹的间距的式(1)中，
PM＝1/|n/P1-m/P2|     (1)
只要n和m分别满足下述(2)和(3)式，
n≤15×P1/P2           (2)
n≤15×P2/P1           (3)
就可以谋求消除高次谐波的莫尔条纹。
而且，若是3mm以下的莫尔条纹，即使可以将其视为莫尔条纹，画面质量也不会有太大的问题，所以，对于3/P1以上的空间频率，只要上述式(1)表示的莫尔条纹间距在3mm以下即可。
图1是背面投影型屏幕的概略图。
图2是背面投影型屏幕使用的菲涅尔透镜片的示意图。
图3是背面投影型屏幕使用的双凸透镜片的示意图。
本发明的背面投影型屏幕的构成与图1所示的现有的屏幕相同，此外，构成本发明的背面投影型屏幕的菲涅尔透镜片和双凸透镜片也分别与用来说明现有的菲涅尔透镜片和双凸透镜片的图2和图3一样。再有，也可以将前面板等组装在菲涅尔透镜片和双凸透镜片上构成背面投影型屏幕。下面，示出本发明的实施例，说明本发明的效果。
(实施例1～3)
由双凸透镜的透镜间距为0.179mm的双凸透镜片和菲涅尔透镜间距为0.1124mm的菲涅尔透镜片构成背面投影型屏幕，该背面投影型屏幕的莫尔条纹的长度(mm)和双凸透镜的透镜间距对高次谐波成量的比示于表1(实施例1)。此外，由双凸透镜的透镜间距为0.118mm的双凸透镜片和菲涅尔透镜间距为0.0835mm的菲涅尔透镜片构成背面投影型屏幕，该背面投影型屏幕的莫尔条纹的长度(mm)和双凸透镜的透镜间距对高次谐波成量的比示于表2(实施例2)。进而，由双凸透镜的透镜间距为0.518mm的双凸透镜片和菲涅尔透镜间距为0.1124mm的菲涅尔透镜片构成背面投影型屏幕，该背面投影型屏幕的莫尔条纹的长度(mm)和双凸透镜的透镜间距对高次谐波成量的比示于表3(实施例3)。再有，在下面的各个表中，‘波长比’表示由式(P2×n)/P1(在以下的各实施例和比较例中，双凸透镜的透镜间距与P2对应，菲涅尔透镜的透镜间距与P1对应，)计算的数值，在物理上，意味着菲涅尔透镜的高次谐波间距(n/菲涅尔透镜的透镜间距)对双凸透镜的透镜间距的比。此外，‘莫尔条纹长’是由式(1)计算的值(式(1)的m可以取各种值，但表中示出的莫尔条纹长是m取最大值时根据式(1)求得的莫尔条纹长)。
【表1】
    n     1     2     3     4
莫尔条纹长(mm)     0.43     0.97     0.80     0.48
波长比     1.59     3.19     4.78     6.37
【表2】
    n     1     2     3     4     5
莫尔条纹长(mm)     0.29     0.68     0.49     0.34     1.79
波长比     1.41     2.83     4.24     5.65     7.07
【表3】
n     1     2     3     4
莫尔条纹长(mm)     1.32     2.39     2.97     1.19
    波长比     4.61     9.22     13.83     18.43
上述各实施例的菲涅尔透镜片使用添加了霾(haze)值约18％的散射材料的厚度为1.85mm的基板，利用2P法形成菲涅尔透镜。各实施例的双凸透镜片利用挤压成型法制作，对于透镜间距是0.179mm(实施例1)和0.118mm(实施例2)的双凸透镜片，只在入射侧形成双凸透镜(所谓‘单面透镜’型)。这种双凸透镜片的屏幕增益是6.0。此外，对于透镜间距是0.518mm的双凸透镜片(实施例3)，在两面上形成双凸透镜，在射出侧形成黑条。该双凸透镜片的屏幕增益也是6.0。将各实施例的菲涅尔透镜片和双凸透镜片安装在使用了LCD的投影光学系统上，观察莫尔条纹，结果，观察不到足以影响视觉的莫尔条纹。
(比较例1～2)
由双凸透镜的透镜间距为0.179mm的双凸透镜片和菲涅尔透镜间距为0.1135mm的菲涅尔透镜片构成背面投影型屏幕，该背面投影型屏幕的莫尔条纹的长度(mm)和双凸透镜的透镜间距对高次谐波成量的比示于表4(比较例1)。此外，由双凸透镜的透镜间距为0.118mm的双凸透镜片和菲涅尔透镜间距为0.0843mm的菲涅尔透镜片构成背面投影型屏幕，该背面投影型屏幕的莫尔条纹的长度(mm)和双凸透镜的透镜间距对高次谐波成量的比示于表5(比较例2)。
【表4】
n     1     2     3     4
莫尔条纹长(mm)     0.42     1.16     0.67     0.58
波长比     1.58     3.15     4.73     6.30
n     5     6     7     8
莫尔条纹长(mm)     1.56     0.39     4.51     0.47
波长比     7.89     9.46     11.04     12.61
【表5】
n     1     2     3     4     5
莫尔条纹长(mm)     0.30     0.59     0.59     0.29     99
波长比     1.40     2.80     4.20     5.60     7.00
上述各实施例的菲涅尔透镜片中使用添加了霾值约18％的散射材料的厚度为1.85mm的基板，利用2P法形成菲涅尔透镜。此外，各比较例的双凸透镜片利用挤压成型法制作，只在入射侧形成双凸透镜。这种双凸透镜片的屏幕增益是6.0。将这些菲涅尔透镜片和双凸透镜片安装在使用了LCD的投影光学系统上，观察莫尔条纹，结果，明显地观察到了莫尔条纹。
(比较例3)
由双凸透镜的透镜间距为0.189mm的双凸透镜片和菲涅尔透镜间距为0.1128mm的菲涅尔透镜片构成背面投影型屏幕，该背面投影型屏幕的莫尔条纹的长度(mm)和双凸透镜的透镜间距对高次谐波成量的比示于表6(比较例3)。
【表6】
n     1     2     3     4
莫尔条纹长(mm)     0.58     0.53     7.10     0.63
波长比     1.68     3.35     5.02     6.70
上述菲涅尔透镜片使用添加了霾值约为30％的散射材料的厚度为1.85mm的基板，利用2P法形成菲涅尔透镜。此外，双凸透镜片只在入射侧形成双凸透镜。该双凸透镜片的屏幕增益是4.0。将这些菲涅尔透镜片和双凸透镜片安装在使用了LCD的投影光学系统上，观察莫尔条纹，结果，明显地观察到了莫尔条纹。
利用本发明，即使是由具有微细透镜间距的菲涅尔透镜片和双凸透镜片组合形成的背面投影型屏幕，也能够消除莫尔条纹。

Claims (2)

1.一种背面投影型屏幕，该屏幕具有菲涅尔透镜片和双凸透镜片，其特征在于：设在菲涅尔透镜片中的菲涅尔透镜的透镜间距在0.12mm以下，设在双凸透镜片中的双凸透镜的透镜间距在0.6mm以下，在上述菲涅尔透镜片的透镜间距和双凸透镜片的透镜间距中，当将较小的透镜间距用P1(mm)、较大的透镜间距用P2(mm)表示时，对于3/P1以上的空间频率，由下述(1)式求得的在菲涅尔透镜和双凸透镜之间发生的莫尔条纹间距PM(mm)在3mm以下。
PM＝1/|n/P1-m/P2|     (1)
(这里，n和m分别是满足下述(2)和(3)式的自然数)
n≤15×P1/P2           (2)
m≤15×P2/P1           (3)
2.如权利要求1记载的背面投影型屏幕，其特征在于：当用PF(mm)表示菲涅尔透镜的透镜间距、用PL(mm)表示双凸透镜的透镜间距时，PL/PF在5以下。
CN00104709A 1999-03-23 2000-03-23 背面投影型屏幕 Pending CN1267841A (zh)

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