CN1512263A - 具有曲面屏幕的投影显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有曲面屏幕的投影显示装置，其具有红(R)、绿(G)和蓝(B)单色阴极射线管(CRT)和三个分别设置在R、G和B单色CRT前面的投影透镜，以及在观看方向上具有预定曲率的凹面的屏幕，以控制视距和聚焦各个投影透镜投影的光射线。屏幕包括：菲涅尔屏幕，其将从投影透镜入射的光射线转变成在光轴方向上具有预定的光学方向性；以及双凸透镜状屏幕，其设置在菲涅尔屏幕前面并具有对应于菲涅尔屏幕的曲率，用于由通过菲涅尔屏幕的光射线形成图像、控制视角并且提高整个屏幕亮度。视距根据菲涅尔屏幕的焦距和菲涅尔屏幕的曲率半径确定。

Description

具有曲面屏幕的投影显示装置

技术领域

本发明涉及一种投影显示装置，更具体的是涉及一种具有曲面投影屏幕的投影显示装置。

背景技术

投影显示装置是一种在图像显示装置中产生图像的系统，图像显示装置如特别制造的微阴极射线管(CRT)、液晶显示器等等。投影显示装置利用投影透镜放大图像并将图像投影在大屏幕上，这种需求随着为了满足消费者的需求而获得的较大屏幕而日益增加，

这种投影显示装置根据投影方式分成前投影型和后投影型。前投影型在与观看图像的相同方向上投影图像，而后投影型在用户观看图像的相反方向上投影图像，即，从屏幕的后面投影图像。后投影型广泛用在即使在明亮环境中也可以清晰观看的投影电视形式中。

图1是示出传统平面投影电视机的结构的示意图。这种投影电视机的构造是通过每一个都具有预定放大倍率的投影透镜200将像源聚焦在平面型的大屏幕300上，而像源形成在红(R)、绿(G)和蓝(B)单色阴极射线管100的荧光屏上。

在上述投影显示装置中，屏幕的光学特性起到重要作用，对于图像质量起支配性作用，并且在大投影电视中非常重要，特别是，如高清晰度(HD)电视中要求高图像质量。

图2是详细示出在图1传统投影电视机中的大屏幕300的一部分的视图。图2中，用于投影仪的传统屏幕300形成有菲涅耳屏幕310和双凸透镜状屏幕320。采用菲涅耳屏幕310和双凸透镜状屏幕320，可控制光量，并且可根据环境焦距控制视距。

为了从像源接收各光射线，折射各光射线，以及在宽视角之内以几乎均匀的亮度显示图像，屏幕300具有菲涅尔透镜310，该透镜将放大的并从投影透镜200入射的光射线转换成平行光射线。在菲涅尔透镜310表面的前面，即，在光发射表面的前面，形成有并行连接的多个突出状单元透镜321的双凸透镜320设置成邻近菲涅尔透镜310，作为光散射单元透镜，用于散射由菲涅尔透镜310产生的平行光射线，从而形成图像。

突起323形成在双凸透镜320光发射表面的各个突起状单元透镜321的平行接合部分上，漆成黑色的黑色条纹323a形成在突起323的前面。突起323和黑色条纹323a吸收来自于诸如荧光灯光、日光等外部光源的光，从而形成在双凸透镜320前表面上的图像对比度可以提高。

普通的投影电视机将光从三个单色CRT管中投影到屏幕上，产生所需的图像。与直观式电视相比，视角及环境亮度的性质在这种投影电视中是重要的。

随着高清晰度(HD)格式的屏幕变得更大更宽，主动产生了室内小影院，如家庭影院。这种大且宽的屏幕与现有的投影电视机的光量控制要求的是不同的原理。更特别的是，由于用户在例如起居室的区域中和电视机的中央位置处观看整个宽屏幕，所以优选从屏幕中心部分向外至其边缘部分为明亮的屏幕，以便用户观看。

在现有投影电视机的光量控制结构中，周边的会聚角设定在较远的距离而不是较短的距离。这就意味着，现有投影电视机设计成能够使多个观看者在大的区域中观看节目而不是作为家庭影院的一个组成部分，并且设计成具有考虑到在电视机边缘的多个区域处所有观看位置的结构。对于大且宽的屏幕，菲涅尔透镜存在焦距短限制，这是因为菲涅尔区域(Fresnel zone)的高度和斜度(从其中心)向着菲涅尔屏幕的边缘增加。因此，由于其生产工艺的限制，对于大且宽的屏幕，难以在周边形成短焦距。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个方面是提供一种具有曲面屏幕的投影显示装置，其具有控制视距和视角的功能并且能够使用户以高亮度观看整个屏幕。

为了实现本发明的上述方面和/或其他特征，投影显示装置包括：红(R)、绿(G)和蓝(B)单色阴极射线管(CRT)；三个分别设置在R、G和B单色CRT前面的投影透镜，用于以预定放大倍率放大图像并将像源发射到R、G和B单色CRT的荧光屏上；屏幕，其在观看方向上具有预定曲率的凹面以控制视距并聚焦各个投影透镜所投影的光射线。

屏幕可以包括菲涅尔屏幕和双凸透镜状屏幕，其中菲涅尔屏幕具有特定曲率，用于将从投影透镜入射的光射线转变成在光轴方向上具有预定的光学方向性；而双凸透镜状屏幕设置在菲涅尔屏幕前面并且具有对应于菲涅尔屏幕的曲率，用于利用通过菲涅尔屏幕的光射线形成图像、控制视角并且提高整个屏幕亮度。

视距可以根据菲涅尔屏幕的焦距和菲涅尔屏幕的曲率半径确定。

此外，菲涅尔屏幕可以在菲涅尔屏幕的宽度方向和高度方向的至少任一方向上具有曲率。

如上所述，本发明具有适于家庭影院的短视距控制的作用，以及以高亮度观看整个屏幕的效果。

附图说明

本发明将参照附图详细描述，附图中相同的附图标记指的是相同的元件，图中：

图1是示出具有平面型屏幕的投影电视机结构的视图；

图2是详细示出图1的平面型屏幕的视图；

图3是示意地示出具有根据本发明示范性实施例的曲面屏幕的投影电视机结构的示意图；

图4是示出在平面型菲涅尔屏幕中的光射线轨迹的视图；

图5是示出在具有特定曲率的菲涅尔屏幕中的光射线轨迹的视图；

图6是图4的平面型菲涅尔屏幕的局部放大视图；和

图7是具有图5中的特定曲率的菲涅尔屏幕的局部放大视图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本发明的示范性实施例。所描述的示范性实施例帮助理解本发明，并在任何意义上不用于限制本发明的范围。

图3是示意地示出具有根据本发明示范性实施例的曲面屏幕的投影电视机结构的示意图。投影电视机具有三个单色阴极射线管150、三个投影透镜250和在观看方向上具有特定凹曲度的大屏幕400。屏幕400形成有菲涅尔屏幕和双凸透镜形屏幕，每个屏幕都具有用于视距控制的特定曲率。菲涅尔屏幕具有特定多个焦距，使得视距可得到控制，因为它是基于光焦距和曲率半径而系统地计算出的。

图4是示出平面型菲涅尔屏幕310的光射线轨迹的视图。在从出瞳A入射到具有多个焦距的菲涅尔屏幕310的光射线之中，入射到具有焦距f1的光轴附近的光射线聚焦在位置B1，而入射到具有焦距f2的菲涅尔屏幕的边缘部分的光射线聚焦在位置B2。因而，在图4中，可视范围在b1和b2之间。因此，投影电视的可视范围根据具有多个焦距的菲涅尔屏幕的焦距而确定。这种视距根据如下公式简单计算：

[公式1]

f＝(a*b)/(a+b)

在此，“f”表示菲涅尔屏幕的焦距；“a”表示从出瞳至屏幕的距离；“b”表示从屏幕至物体的距离。b1和b2之间(可视范围)的上表面位置可以从公式1获得，而菲涅尔屏幕的多个焦距可以根据特定的视距计算。

同上，菲涅尔透镜通常具有多个焦距，因此其具有非球面表面。非球面表面的公式可以如下表示。

[公式2]

$Y\left(r\right)=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)r^2{c}^2}}+{\mathrm{Ar}}^4+{\mathrm{Br}}^6+{\mathrm{Cr}}^8+{\mathrm{Dr}}^{10}$

$\frac{\mathrm{dY}\left(r\right)}{\mathrm{dr}}=\frac{\mathrm{cr}}{1-\sqrt{(1+k)r^2{c}^2}}+4{\mathrm{Ar}}^3+{6\mathrm{Br}}^5+8{\mathrm{Cr}}^7+10{\mathrm{Dr}}^9$

在此，“c”表示曲率半径；“k”表示圆锥常数；″A″、″B″、″C″和″D″是多项式常数。

图6是图4的平面型菲涅尔屏幕的放大视图。菲涅尔区域的角度和高度可以如下计算：

[公式3]

θ＝tan^-1(dy/dr)

h＝tan(θ)*pitch

图5是示出具有特定曲率的菲涅尔屏幕410的光射线轨迹的视图，图7是图5的菲涅尔屏幕的局部放大视图。如果和平面型菲涅尔屏幕具有相同多个焦距的菲涅尔屏幕410具有特定曲率半径R，则从出瞳入射的光射线聚焦在从位置B1′至位置B2′的范围内。入射到菲涅尔屏幕的光射线由于出瞳的凹曲度而在光轴方向具有方向特性，从而与平面型菲涅尔屏幕相比，可视范围变窄，这使得用户在可视范围内以高亮度观看整个屏幕区域。即，利用具有光学等同焦距的菲涅尔屏幕并且将屏幕从非弯曲状态变化成弯曲状态缩短了b1′至b2′范围内的视距。

上述变化的可行性表示了整个光路的变化，其中菲涅尔屏幕的光射线入射表面变化到具有特定曲率的表面，这使得屏幕被形成得具有在小影院(如家庭影院)中的中央取向的方向特性，使得用户可高亮度地观看整个屏幕。

[公式4]

Y(r)＝cr²/l

在此，“c”表示曲率半径。此外，各个表面位置的倾斜度可以从微分值得出。对于具有曲率的屏幕，参照从屏幕上表面位置“b1′”至“b2′”的所要变化的变化量，基于平面状态下的菲涅尔屏幕的基础焦距f1-f2，可通过工程学计算出曲率，其表示观看者的最佳可视范围通过结合菲涅尔屏幕的焦距和屏幕的曲率而形成。这种结合使得屏幕边缘周围具有短的焦距，而对于大且宽的现有的平面型菲涅尔屏幕来说，这是不能实现的。上述光学和物理方面结合的原理与用于现有光学方面的最佳视距控制方法不同，因此它可应用于不同的区段。

具有多个焦距的现有菲涅尔透镜的焦距和视距如下列出。

[表1]

焦距	视距
		849～915mm	6187～13795mm

具有曲率的菲涅尔透镜的焦距和视距如下列出。

[表2]

本发明的菲涅尔透镜	焦距	视距
			曲率半径：9950mm厚度：30mm	849±20mm	6187mm

如表1和表2所示，曲面的菲涅尔屏幕可以在宽屏幕的周边处缩短焦距，以适应家庭影院，从而可将视距设定成短距离。此外，采用对应于曲面菲涅尔屏幕的曲面双凸透镜状屏幕，视距可得到更有效地控制，而且视角可得到控制以提高整个屏幕的亮度。

如上所述，本发明的屏幕具有带特定曲率的菲涅尔屏幕和曲率对应于菲涅尔屏幕曲率的双凸透镜状屏幕，从而可以形成具有曲面屏幕的投影显示装置，其能够使视距控制在适应于家庭影院的短距离内，并且能够使整个屏幕以高亮度被观看。

尽管本发明已经参照其示范性实施例进行示出和描述，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的思想和范围的前提下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (9)

1.一种投影显示装置，包括：

多个光源；

投影透镜，其设置在多个光源的每一个光源的前面，用于放大来自于多个光源的发射光；和

屏幕，其具有预定曲率，以控制视距并且聚焦投影透镜所投影的光射线，

其中，在屏幕的与多个光源相对的一侧上所述曲率是凸起的。

2.根据权利要求1所述的投影显示装置，其中多个光源是红、绿和蓝光源。

3.根据权利要求2所述的投影显示装置，其中多个光源是单色阴极射线管。

4.根据权利要求1所述的投影显示装置，其中屏幕包括：

菲涅尔屏幕，其具有特定曲率，以将从投影透镜入射的光射线转变成在光轴方向上具有预定的光学方向性；

双凸透镜状屏幕，其设置在菲涅尔屏幕前面并且具有对应于菲涅尔屏幕的曲率，用于利用通过菲涅尔屏幕的光射线形成图像、控制视角并且提高整个屏幕亮度。

5.根据权利要求4所述的投影显示装置，其中视距根据菲涅尔屏幕的焦距和菲涅尔屏幕的曲率半径确定。

6.根据权利要求1所述的投影显示装置，其中视距被最小化。

7.根据权利要求4所述的投影显示装置，其中菲涅尔屏幕在宽度方向上具有曲率。

8.根据权利要求4所述的投影显示装置，其中菲涅尔屏幕在高度方向上具有曲率。

9.根据权利要求4所述的投影显示装置，其中菲涅尔屏幕在宽度方向上和高度方向上都具有曲率。

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