CN1281976C - 菲涅耳透镜板及透过型投影屏 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可有效防止重影现象、并且不助长波纹产生的适用于投影型电视机的透过型投影机及用于透过型投影机的菲涅耳透镜板。本发明的主要特征是投影屏(1)由菲涅耳透镜板(11)和双凸透镜板(21)构成，其背面侧菲涅耳透镜板(11)的背面设置由水平双凸透镜、苍蝇眼透镜或棱镜形成的规则凹凸部(13)，并将菲涅耳透镜面作成粗糙而，以抑制重影及波纹的发生。

Description

菲涅耳透镜板及透过型投影屏
技术领域
本发明涉及一种可以观察到清晰影像的经改良的透过型投影屏，具体说是涉及一种将投影机和投影屏收置于同一个机壳内，可用于普通的投影型电视机上并且不会导致重影或波纹的透过型投影屏。本发明还涉及用于该透过型投影屏的菲涅耳透镜板。
背景技术
通常将画面尺寸较大、从背面投影影像而从前面观察影像的电视机称为投影型电视机。
如图5a及b所示，以往的投影型电视机(投影型TV)31中机壳10前上部的凹进窗口部里嵌有投影屏101，于内部的下侧设置有投影机2，后方上部的内侧设有镜面3，以缩短机壳10的进深。通过各个结构之间的配置位置关系，可使由投影机2射出的投影光4经镜面3的反射投影到投影屏101上，且各个结构都被固设在同一个机壳内。另外，为了便于了解机壳10，在图中除去了其侧面。
如图6所示，以往投影型电视机31的投影屏101在其背面侧设有菲涅耳透镜板111，而观察侧则设有双凸透镜板121，且这两个结构的位置相邻。
双凸透镜板121的背面侧，即靠菲涅耳透镜板111一侧设有凹沟朝向垂直方向的由多个双凸透镜并列而成的双凸透镜122，双凸透镜板121观察侧中与双凸透镜122非聚光部相对应的位置上设有遮光层(图中用黑带表示)123，以防从观察侧进入的光线发生反射。
另外，菲涅耳透镜板111的观察侧，即靠双凸透镜板121一侧设有菲涅耳透镜板112，背面侧即投影侧为平面114。
如图7所示，投影光4从背面入射到投影机101的菲涅耳透镜板111时，光线除了透过菲涅耳透镜板111之外，于菲涅耳透镜板111的背面会产生反射光4a。如图5b所示，菲涅耳透镜板111背面的反射光4a再经过镜面3的反射后会再次入射到投影屏101上，并且其入射点不同于最初的投影光4的入射位置，因此形成了偏离原影像所在位置的重影。
投影机2和投影屏101之间的光程即投影距离越短或/和投影屏101和镜面3之间的距离越短越容易引起重影现象。
至今为了消除重影，进行过各种各样的尝试。如于投影机的背面用蒸镀法形成防反射层可以消弱重影的深度，但并不能完全予以消除，并且要在每个投影机的背面都要实施蒸镀处理也会降低制备效率，不太适合于工业化生产。
另外，特开平5-158153号公报公开了于菲涅耳透镜板的背面设置梨皮面、叉线或十字线、双凸透镜等凹凸部，尤其是其凹沟朝向水平方向的双凸透镜结构。该项技术虽然可以消除重影，但是由于采用了双凸透镜板和菲涅耳透镜板的组合结构，于菲涅耳透镜板背面添加双凸透镜之后进一步助长了波纹的产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可防止由投影光在投影屏背面的反射光线所引发的重影现象的透过型投影屏及用于该透过型投影屏的菲涅耳透镜板，为此所添加的各结构易于制作，添加结构之后也不会助长波纹的产生。
本发明的菲涅耳透镜板，其特征在于，在一个面上设有菲涅耳透镜，在与设有该菲涅耳透镜的面相反的一侧的面上设置有抑制正反射的规则的凹凸部，其中，组成该菲涅耳透镜的各面含有使得难以从菲涅耳透镜一侧看到位于相反的一侧的面上的规则的凹凸部的粗糙面。
在上述本发明菲涅耳透镜板中，另一特征在于该粗糙面的算术平均粗糙度(Ra)大于0.2μm。
在上述本发明菲涅耳透镜板中，再一特征在于该规则的凹凸部为双凸透镜、苍蝇眼透镜或棱镜。
本发明菲涅耳透镜板的又一特征在于包含有菲涅耳透镜，且在与菲涅耳透镜所在侧面相反的侧面设置有可抑制正反射的规则的凹凸部，该规则的凹凸部为苍蝇眼透镜或棱镜。
本发明的透过型投影屏，其特征是于上述本发明的菲涅耳透镜板的菲涅耳透镜侧配置有双凸透镜板，所述菲涅耳透镜板，以将具有抑制正反射的规则的凹凸部的面朝向光源的入射一侧、且将具有具备粗糙面的菲涅耳透镜的面朝向观察者一侧的状态，配置在光源的入射一侧，所述双凸透镜板相对而言配置在观察者一侧的位置上。
在上述本发明透过型投影屏中，另一特征在于该双凸透镜板靠菲涅耳透镜一侧设有双凸透镜，而与菲涅耳透镜相反一侧的双凸透镜的非聚光部设有遮光层。
在上述本发明透过型投影屏中，又一特征在于该双凸透镜靠菲涅耳透镜一侧设有双凸透镜，而该双凸透镜表面形成有由透明着色层组成的吸光层。
本发明的优点如下：
本发明菲涅耳透镜具有粗糙面，因此可以提供一种可以抑制由自身形状引起的波纹的菲涅耳透镜板，作为投影屏使用。
本发明还进一步规定了粗糙面的算术平均粗糙度，因此提供了可确实抑制由其形状引起的波纹的菲涅耳透镜板。
本发明中菲涅耳透镜板的背面设有规则的凹凸部，因此可抑制由背面投影光的反射造成的重影。
本发明中还具体规定了规则的凹凸部，提供了确实可形成规则的凹凸部的菲涅耳透镜板。
本发明中在菲涅耳透镜板的背面设有苍蝇眼透镜或棱镜，因此可抑制由背面的投影光反射造成的重影现象。
本发明透过型投影屏中通过组合使用菲涅耳透镜板与双凸透镜板，发挥了菲涅耳透镜板作用。
本发明中该双凸透镜板上设有遮光层，因此本发明透过型投影屏可抑制从观察侧入射的外部光线的反射现象。
本发明中该双凸透镜板的光线入射侧设有吸光层，因此本发明透过型投影屏可以减少波纹的产生，尤其是在使用液晶投影机进行投影时也可减少波纹产生。
附图说明
图1是本发明投影屏的示意图。
图2是本发明菲涅耳透镜板的示意图。
图3是本发明菲涅耳透镜板背面凹凸部形状的示意图。
图4是菲涅耳透镜板背面的反射过程说明图。
图5是投影型电视机的示意图。
图6是以往投影屏的示意图。
图7是以往菲涅耳透镜板的背面反射过程说明图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的透过型投影屏(图中只用投影屏表示)1中相邻设置有背面侧的菲涅耳透镜板11和观察侧的双凸透镜板21，这一点与以往的技术相同，但本发明中用透过型投影屏1替换了图5中所说的投影型电视机31的投影屏101。
如图1a所示，本发明透过型投影屏1中的双凸透镜板21如前所述可以采用与以往相同的构造，其背面侧设有双凸透镜22，双凸透镜板21的观察侧内与背面双凸透镜22的非聚光部相对应的位置上设有遮光层(图中用黑带表示)23，以防止从观察侧入射进来的光的反射。
或者如图1b所示，也可以在双凸透镜板21’背面侧设置双凸透镜22，双凸透镜的表面形成由透明着色层构成的吸光层22a。通常如果投影机为液晶板，则液晶板的象素在与双凸透镜之间容易形成波纹。这个问题需要通过缩短双凸透镜的间距来加以避免，但这又增加了制作难度，因此采用在双凸透镜支座21’成型时分别压出一层无色透明树脂(含有光扩散剂)和一层透明着色树脂的方法，另外也可以将着色薄片插入于模具内，形成双凸透镜形状的分层结构，以组成吸光层22a。从吸光层22a的背面透过的光线几乎只通过吸光层22a，而从观察侧入射进来的外部光线由于全反射过程拉长了经过吸光层22a内部的距离，因此增加了光线的被吸收率，进而提高了影像的衬度。
双凸透镜22可以与双凸透镜板21或21’一体成形，也可以在基板上叠置双凸透镜22以形成另外一层树脂层。双凸透镜22形状可以采用其截面为圆形或椭圆形的形状，或者其它的形状也可。
菲涅耳透镜板11在观察侧设置有菲涅耳透镜12，这一点与以往技术相同。不同的是组成菲涅耳透镜的各镜面为粗糙面12a，又，如图1及图2所示，尤其在图2b的截面图所示的实施例中菲涅耳透镜板11的背面形成有规则的凹凸部13(图中用规则的凹凸部表示)，这一特征也不同于以往的技术。
菲涅耳透镜板11背面的规则的凹凸部13宜采用双凸透镜，优选由其凹沟朝向水平方向的双凸透镜排列而成的水平双凸透镜。图3a是规则的凹凸部为水平双凸透镜13a的菲涅耳透镜板11的后视图，图3a’是其纵截面图。
当采用水平双凸透镜13a作为菲涅耳透镜板11背面的规则的凹凸部时，入射的投影光在垂直方向的较大范围内形成方向性较差的反射光，因此很少进一步进行镜面反射，所以大大减少了导致重影的再次入射光的量。另外入射光通过水平双凸透镜13a向垂直方向扩散，而一般投影屏的双凸透镜板只在水平方向扩散投影光，因此本发明中可以进一步在垂直方向上扩大投影屏的可视范围。
作为规则的凹凸部的双凸透镜除了水平之外，也可以是垂直方向的或者是斜向的，以达防止重影的目的。
作为菲涅耳透镜板11的规则的凹凸部13，可以是各向同性或各向异性的单位透镜经纵横矩阵型的排列而构成，如苍蝇眼透镜等。图3b是规则的凹凸部为苍蝇眼透镜13b的菲涅耳透镜板11的后视图，图3b’是其后视立体图。
采用苍蝇眼透镜13b时，入射光在水平及垂直方向的较大范围内进行反射的基础上，可以控制投影屏在水平方向和垂直方向的可视范围。
菲涅耳透镜板11背面的规则的凹凸部13可以是在水平方向形成有凹沟，并可在上下方向反射入射光线的由棱镜排列而成结构。图3c是规则的凹凸部为棱镜13c的菲涅耳透镜板11的后视图，图3c’是棱镜的纵截面图。前述的棱镜各个截面呈三角形，与图3a中的水平双凸透镜相同，多个棱镜排列后形成的凹沟指向水平方向。
将该棱镜13c作为菲涅耳透镜板的背面时，最好事先调整好棱镜各面的角度，以当投影光入射到所列棱镜中的一个特定的棱镜后，向特定的方向反射，从而避免反射光经过镜面的反射再次入射到投影屏。
如图3a、b及c所示，通过于菲涅耳透镜板11上设置规则的凹凸部13a、13b或13c，可以防止背面为平面时所发生的正反射。即，当菲涅耳透镜板11的背面为平面时，投影光4向图4的虚线方向进行反射，而设置规则的凹凸部13后根据规则的凹凸部13的表面形状，光线可以向不同方向反射，从而抑制了背面为平面时所发生的正反射现象，进而抑制了光线进一步经镜面反射而入射到菲涅耳透镜板11背面的情况发生，因此可以防止重影现象。
在本发明中，当构成菲涅耳透镜板11的菲涅耳透镜12各面为粗糙面12a时，该菲涅耳透镜板11与双凸透镜板组合构成投影屏后通过双凸透镜板21很难看到菲涅耳透镜12的凹凸形状，因此不易与双凸透镜22发生干涉，进而可以抑制波纹的产生。
又，菲涅耳透镜板11的背面设有规则的凹凸部13时，从菲涅耳透镜12侧或双凸透镜板21的观察侧很难看到该规则的凹凸部13，因此规则的凹凸部13、菲涅耳透镜12及双凸透镜22之间互相不易发生干涉，从而也抑制了波纹的产生。
该菲涅耳透镜的粗糙面12a的表面粗糙度以算术平均粗糙度(Ra)大于0.2μm为宜。若算术平均粗糙度(Ra)小于0.2μm，则前述的菲涅耳透镜12及规则的凹凸部13不易被看到的效果会下降，因此其波纹会更明显。又，若算术平均粗糙度(Ra)过大，会给菲涅耳透镜的折射特性带来不良影响，因此采用100μm以下为宜。
形成菲涅耳透镜12各个光滑面经过粗化后可得到菲涅耳透镜的粗糙面12a。通常也可以对制备菲涅耳透镜的金属模的模具工作面进行喷砂、喷有孔玻璃珠或化学蚀刻等处理，采用进行过上述粗化处理的模具制备可得到具有粗糙面12a的菲涅耳透镜板。
下面举具体实施例说明如何防止重影及波纹的产生。其中符号请参照图1或图5。
实施例1
投影型电视机31的各个参数如下：投影屏1的画面尺寸为1270mm(50型)，投影距离为870mm，投影屏1中心与镜面3中心间距离为390mm，镜面3的倾斜角为(在图5b中用θ表示)与垂直方向成35°角。
菲涅耳透镜板11厚度为2mm，其一侧面设有间距为0.126mm、焦距为800mm、各表面的算术平均粗糙度(Ra)为0.26μm的菲涅耳(凸)透镜12，相反侧面紧密排列有透镜间距为0.09mm、截面为直径达0.2mm的圆的一部分的水平双凸透镜13a，形成了规则的凹凸部。
双凸透镜板21’厚度为1mm，用丙烯酸树脂通过挤压成型法形成，内部含有扩散剂，其一侧面设有透镜间距为0.161mm、截面为直径达0.87mm的圆的一部分的(垂直)双凸透镜22，且双凸透镜22的上面设有厚度为20μm、吸光率为40％的吸光层。
实施例2
投影型电视机31的各个参数同实施例1。
菲涅耳透镜板11厚度为2mm，其一侧面设有间距为0.16mm、焦距为800mm、各表面的算术平均粗糙度(Ra)为0.35μm的菲涅耳(凸)透镜12，相反侧面紧密排列有透镜间距为0.114mm、截面为直径达0.3mm的圆的一部分的水平双凸透镜13a，形成了规则的凹凸部。
双凸透镜板21的厚度为0.34mm，用丙烯酸树脂通过挤压成型法形成。其内部含有扩散剂，其一侧面设有透镜间距为0.24mm、截面为直径达0.13mm的圆的一部分的(垂直)双凸透镜22，双凸透镜22的非聚光部上形成了宽度为0.15mm的黑带。
具体操作时，无论是由实施例1制备出的菲涅耳透镜板11和双凸透镜板21’还是由实施例2制备出的菲涅耳透镜板11和双凸透镜板21，都使菲涅耳透镜12面对于双凸透镜22后用500ANSI流明(ANSI流明为表示液晶投影机亮度的单位)的液晶投影机2由菲涅耳透镜板11的水平双凸透镜13a进行投影。
实施例1或2的任何一种投影屏在进行投影时都不会发生由投影屏背面的反射造成的重影现象，可看到清晰的影像。又，也没有发现由菲涅耳透镜板11背面的水平双凸透镜13a引起的波纹，但当菲涅耳透镜12各表面的算术平均粗糙度(Ra)为0.17μm，其它条件与实施例1相同时投影屏上虽未出现重影，但发现了放射状的波纹。

Claims (7)

1.一种菲涅耳透镜板，其特征在于，在一个面上设有菲涅耳透镜，在与设有该菲涅耳透镜的面相反的一侧的面上设置有抑制正反射的规则的凹凸部，其中，组成该菲涅耳透镜的各面含有使得难以从菲涅耳透镜一侧看到位于相反的一侧的面上的规则的凹凸部的粗糙面。
2.根据权利要求1所述的菲涅耳透镜板，其特征在于，所述粗糙面的算术平均粗糙度(Ra)大于0.2μm、且为100μm以下。
3.根据权利要求1所述的菲涅耳透镜板，其特征在于，该规则的凹凸部为双凸透镜、苍蝇眼透镜或棱镜。
4.一种透过型投影屏，是将菲涅耳透镜板和双凸透镜板组合而成的透过型投影屏，其特征在于，权利要求1、2或3所述的菲涅耳透镜板，以将具有抑制正反射的规则的凹凸部的面朝向光源的入射一侧、且将具有具备粗糙面的菲涅耳透镜的面朝向观察者一侧的状态，配置在光源的入射一侧，所述双凸透镜板相对而言配置在观察者一侧的位置上。
5.根据权利要求4所述的透过型投影屏，其特征在于，所述双凸透镜板，在一个面上具有双凸透镜，并且将该具有双凸透镜的面朝向所述菲涅耳透镜板一侧，比所述菲涅耳透镜板更靠向观察者一侧配置。
6.根据权利要求5所述的透过型投影屏，其特征在于，该双凸透镜板上靠菲涅耳透镜板一侧设有双凸透镜，与该菲涅耳透镜板侧相反的一侧，于该双凸透镜的非聚光部设有遮光层。
7.根据权利要求5所述的透过型投影屏，其特征在于，该双凸透镜板上靠菲涅耳透镜板一侧设有双凸透镜，而该双凸透镜表面形成有由透明着色层组成的吸光层。
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