CN1550871A - 双凸透镜板 - Google Patents

Abstract

一种双凸透镜板4，具有配置在光束入射侧的多个入射透镜元件21和配置在光束射出侧的多个出射透镜元件22。以通过所述各入射透镜元件21的光束，通过与各入射透镜元件21相对应的各出射透镜元件22的凸顶点的方式来聚光。位于各出射透镜元件22的透镜中央位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的二分之一(L/2)的区域C中的透镜表面形状，由满足下述数学公式(1)～(4)给出条件的曲线表示，位于各出射透镜元件22的透镜两侧位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的四分之一(L/4)的区域S的透镜表面形状，由满足下述数学公式(5)～(8)给出条件的曲线表示。y＝a×b^－x－e(－L/4≤x≤0)…(1)、y＝a×b^x－e(0≤x≤L/4)…(2)、3.0×10^－4＜a＜3.8×10^－4…(3)、1.0×10²⁴＜b＜1.0×10²⁵…(4)、y＝c×d^－x－e(－L/2≤x≤－L/4)…(5)、y＝c×d^x－e(L/4≤x≤L/2)…(6)、3.0×10^－3＜c＜3.1×10^－3…(7)、2.7×10⁹＜d＜4.0×10⁹…(8)。

Description

双凸透镜板

技术领域

本发明涉及使用在背投式投影屏幕中的双凸透镜板，背投式投影是将由影像源射出的光束从背面朝观察者射出，特别是，本发明涉及能够降低色彩偏移的双凸透镜板。

背景技术

作为显示大画面影像的方法，目前已知的有将作为影像源的RGB三管式CRT(投射管)射出的影像光束，通过投射透镜放大投射至背投式投影屏幕(下面也简称为投影屏幕)的方法。

具体的例子就是在如图1所示的背投式显示装置10中，由作为影像源的RGB三管式CRT1射出的影像光束，通过各投射透镜2被放大，并投射至背投式投影屏幕5的投影屏幕面上。在这里，背投式投影屏幕5具有菲涅耳透镜板3和双凸透镜板4，从而可以将由各CRT1射出的影像光束，按照所需要的视野角度，由背面朝观察者射出。

在这种构成形式的背投式投影屏幕5中，由于各RGB型CRT1通常使绿色光束(G)用的CRT1位于投影屏幕的正面位置处，红色光束(R)用的CRT1和蓝色光束(B)用的CRT1位于其两侧位置处，所以相对于入射至投影屏幕正面处的影像光束中的绿色光束(G)，红色光束(R)和蓝色光束(B)按照相对投影屏幕法线以集中角为θ入射。因此，当相对背投式投影屏幕5上投影出的影像的观察位置左右变化时，由红色光束(R)和蓝色光束(B)的集中角θ产生的、与观察位置相对应的红色光束(R)或蓝色光束(B)的颜色会变强，从而在投影屏幕的端部会出现偏色现象。这种现象被称为“色彩偏移”，应该尽量给予消除。

现有技术中已经对这种现象进行过研究和处理，比如说在日本特开昭58-59436号公报中，公开了一种对形成在双凸透镜板的两个表面处的透镜元件椭圆面的离心率，按照大体等于构成该透镜元件的材料折射率的倒数的方式实施确定的技术解决方案。而且，在日本特开昭62-280729号公报、日本特开平2-190835号公报和日本特开平5-150371号公报中，还公开了将形成在双凸透镜板的两个表面处的透镜元件形状限定在特定数值范围内的技术解决方案。

然而，上述的色彩偏移，随着影像光束集中角θ的增大而越发明显，近年来电视机趋向于薄型化，所以集中角θ和以往相比也在趋向于增大。因此，由上述专利公报所公开的、作为现有技术解决方案的色彩偏移降低技术，难以与上述需求相对应，所以目前还存在没有能够很好满足色彩偏移降低所需求的技术解决方案的问题。

发明内容

针对这种情况，本发明人进行了深入研究，结果发现配置在双凸透镜板的光束射出侧的出射透镜元件的表面形状是一个重要因素，通过对其形状进行控制的方式，和现有技术相比能够降低位于20°～40°观察位置处的过大的蓝色光束(B)的射出光量，同对能够降低位于-20°～-40°观察位置处的过大的红色光束(R)的射出光量。

本发明是在这一基础上完成的，本发明的目的就是提供一种使用在背投式投影屏幕中的双凸透镜板，背投式投影是将三管式投射管等影像源射出的光束从背面朝观察者射出，这种双凸透镜板能够有效地降低色彩偏移。

本发明提供的第一技术解决方案，是一种使用在将影像源射出的光束从背面朝观察者射出的背投式投影屏幕中的双凸透镜板，其特征在于具有配置在光束入射侧的多个入射透镜元件，配置在光束射出侧射出侧的多个出射透镜元件；使通过所述各入射透镜元件的光束，都通过与各入射透镜元件相对应的各出射透镜元件的凸顶点而聚光；位于所述各出射透镜元件的透镜中央部位置处的、其宽度为透镜整体宽度二分之一的区域的透镜表面形状，由下述数学公式(1)～(4)，即由满足下述条件的曲线表示：

y＝a×b^-x-e(-L/4≤x≤0)              …(1)

y＝a×b^x-e(0≤x≤L/4)                …(2)

3.0×10^-4＜a＜3.8×10^-4              …(3)

1.0×10²⁴＜b＜1.0×10²⁵              …(4)

位于所述各出射透镜元件的透镜两侧部位置处的、其宽度为透镜整体宽度四分之一的区域的透镜表面形状，由下述数学公式(5)～(8)，即由满足下述条件的曲线表示：

y＝c×d^-x-e(-L/2≤x≤-L/4)   …(5)

y＝c×d^x-e(L/4≤x≤L/2)               …(6)

3.0×10^-3＜c＜3.1×10^-3               …(7)

2 7×10⁹＜d＜4.0×10⁹                 …(8)

在上述公式(1)～(8)中，所述各出射透镜元件的透镜表面形状由x和y坐标轴上的曲线表示，其中x表示的是用出射透镜元件两端部处的坐标轴，即沿出射透镜元件宽度方向的坐标轴，y表示的是沿由观察者朝向影像源方向的坐标轴，即通过出射透镜元件凸顶点处的坐标轴，L表示的是出射透镜元件两端部间的宽度，a、b、c和d表示的是系数，e表示的是该曲线与y坐标轴间的截距，即与出射透镜元件的高度相关的系数。

如果采用本发明提供的第一技术解决方案，由各入射透镜元件实施光束聚集后的投射光束将通过各出射透镜元件，而且所通过的出射透镜元件中位于透镜中央位置处的、其宽度为透镜整体宽度二分之一的区域的透镜表面形状，与位于透镜两侧位置处的、其宽度为透镜整体宽度四分之一的区域的透镜表面形状彼此不同，且各自的透镜表面形状分别由满足如上所述的数学公式(1)～(8)给出条件的曲线表示，所以可以对斜向入射至出射透镜元件的透镜表面处的投射光束(红色光束(R)和蓝色光束(B))的射出光量实施有效分散。因此，可以降低现有技术中位于20°～40°观察位置处的过大的蓝色光束(B)的射出光量，同时能够降低位于-20°～-40°观察位置处的过大的红色光束(R)的射出光量，从而可以改善光量过大和过小间的平衡，减低色彩偏移。

本发明提供的第二技术解决方案，是一种使用在将影像源射出的光束从背面朝观察者射出的背投式投影屏幕中的双凸透镜板，其特征在于具有配置在光束入射侧的多个入射透镜元件，配置在光束射出侧射出侧的多个出射透镜元件；使通过所述各入射透镜元件的光束，都通过与各入射透镜元件相对应的各出射透镜元件的凸顶点而聚光；位于所述各出射透镜元件的透镜中央位置处的、其宽度为透镜整体宽度二分之一的区域的透镜表面形状，由下述数学公式(1)～(4)，即由满足下述条件的曲线表示：

y＝a×b^-x-e(-L/4≤x≤0)            …(1)

y＝a×b^x-e(0≤x≤L/4)              …(2)

3.0×10^-4＜a＜3.8×10^-4            …(3)

1.0×10²⁴＜b＜1.0×10²⁵            …(4)

位于所述各出射透镜元件的透镜两侧位置处的、其宽度为透镜整体宽度四分之一的区域的透镜表面形状，由下述数学公式(9)～(12)，即由满足下述条件的曲线表示：

y＝c×d^-x-e(-L/2≤x≤-L/4)           …(9)

y＝c×d^x-e(L/4≤x≤L/2)              …(10)

3.4×10^-3＜c＜3.5×10^-3              …(11)

1.3×10⁹＜d＜2.0×10⁹                …(12)

在上述公式(1)～(4)和公式(9)～(12)中，所述各出射透镜元件的透镜表面形状用x和y坐标轴上的曲线表示，其中x表示的是通过出射透镜元件两端部处的坐标轴，即沿出射透镜元件宽度方向的坐标轴，y表示的是沿由观察者朝向影像源方向的坐标轴，即通过出射透镜元件凸顶点处的坐标轴，L表示的是出射透镜元件两端部间的宽度，a、b、c和d表示的是系数，e表示的是该曲线与y坐标轴间的截距，即与出射透镜元件的高度相关的系数。

如果采用本发明提供的第二技术解决方案，由各入射透镜元件实施光束聚集后的投射光束将通过各出射透镜元件，而且所通过的出射透镜元件中位于透镜中央位置处的、其宽度为透镜整体宽度二分之一的区域的透镜表面形状，与位于透镜两侧位置处的、其宽度为透镜整体宽度四分之一的区域的透镜表面形状彼此不同，且各自的透镜表面形状分别由满足如上所述的数学公式(1)～(4)和公式(9)～(12)给出条件的曲线表示，所以沿斜向入射至出射透镜元件的透镜表面处的红色光束(R)和蓝色光束(B)，可以在大约5％的范围内实现全反射。因此，可以降低现有技术中位于20°～40°观察位置处的过大的蓝色光束(B)的射出光量，同时能够降低位于-20°～-40°观察位置处的过大的红色光束(R)的射出光量，从而可以改善光量过大与过小间的平衡，减低色彩偏移。而且，角度位于±40°以上的投射光束(红色光束(R)和蓝色光束(B))，不会产生颜色反转。

而且，在上述的本发明第一和第二技术解决方案中，最好还使所述各入射透镜元件的透镜表面形状，能用在透镜整个宽度上满足相同条件的曲线表述。

具体地讲就是，所述各入射透镜元件的透镜表面形状，最好由下述数学公式(13)～(16)，即由满足下述条件的曲线表示：

y’＝mx’⁴+nx’²+o(-L’/2≤x≤L’/2)    …(13)

-5.5≤m≤-10.7                …(14)

-2.0≤n≤-2.5                 …(15)

0.160≤o≤0.200               …(16)

在上述公式(13)～(16)中，所述各入射透镜元件的透镜表面形状用x’和y’坐标轴上的曲线表示，其中x’表示的是通过入射透镜元件两端处的坐标轴，即沿入射透镜元件宽度方向的坐标轴，y’表示的是沿由观察者朝向影像源方向的坐标轴，即通过入射透镜元件凸顶点处的坐标轴，L’表示的是入射透镜元件两端部间的宽度，m和n表示的是系数，o表示的是该曲线与y’坐标轴间的截距，即与入射透镜元件的高度相关的系数。

而且，在上述的本发明第一和第二技术解决方案中，所述影像源可以为红色光束、绿色光束和蓝色光束用的三管式投射管。而且，所述双凸透镜板在表示光束射出特性的增益曲线中，在其纵轴为红色光束增益G_R与蓝色光束增益G_B的比率(20×log₁₀(G_R/G_B))的色彩偏移曲线中，在角度为±45°范围内的增益可以为5.0dB以下。

附图说明

图1为表示组装有具有作为本发明一种实施形式的双凸透镜板的背投式投影屏幕的背投式显示装置的一般构成例的示意图。

图2为用于说明作为本发明一种实施形式的双凸透镜板的入射透镜元件和出射透镜元件的形状的图。

图3A为用于详细说明图2所示的双凸透镜板中的出射透镜元件的透镜表面形状的图。

图3B为用于详细说明图2所示的双凸透镜板中的入射透镜元件的透镜表面形状的图。

图4A、图4B和图4C为分别表示作为实施例1、实施例2和比较例1的双凸透镜板的光束射出特性的曲线图。

图5A、图5B和图5C为分别表示作为实施例1、实施例2和比较例1的双凸透镜板的色彩偏移特性的曲线图。

具体实施方式

下面参考附图，对本发明的实施方式进行说明。

首先利用图1，对组装有具有作为本发明一种实施形式的双凸透镜板的背投式投影屏幕的背投式显示装置的整体构成形式进行说明。

正如图1所示，背投式显示装置10具有作为影像源的RGB三管式CRT1，对由各CRT1射出的影像光束实施放大处理用的多个投射透镜2，以及对通过各投射透镜2放大后的影像光束实施投射处理的背投式投影屏幕5。在这里，背投式投影屏幕5具有菲涅耳透镜板3和双凸透镜板4，从而可以将由各CRT1射出的影像光束，按照所需要的视野角度，从背面朝观察者射出。菲涅耳透镜板3是一种可以对由背面侧入射的影像光束实施方向偏转，并朝向观察者射出的透镜元件。双凸透镜板4是一种可以按照预定角度，对由菲涅耳透镜板3射出的影像光束沿水平方向和垂直方向实施分散，以扩散至所需要的视野角度的透镜元件。

在呈这种构成形式的背投式投影屏幕5的各RGB型CRT1中，绿色光束(G)用的CRT1位于投影屏幕的正面位置处，红色光束(R)用的CRT1和蓝色光束(B)用的CRT1位于其两侧位置处，相对于入射至投影屏幕正面处的影像光束中的绿色光束(G)，红色光束(R)和蓝色光束(B)按照相对投影屏幕法线的集中角为θ的方式入射至投影屏幕。

下面参考图2，对使用在如图1所示的背投式投影屏幕5处的双凸透镜板4进行说明。

正如图2所示，双凸透镜板4具有配置在光束入射侧的多个入射透镜元件21，以及配置在光束射出侧的多个出射透镜元件22，使通过所述各入射透镜元件21的光束，都通过与各入射透镜元件21相对应的各出射透镜元件22的凸顶点而聚光。在双凸透镜板4中的出射透镜元件22侧，还形成有与该出射透镜元件22相互交叉配置的光吸收层23。在图2中，符号h表示的是入射透镜元件21的高度(厚度)，符号f表示的是入射透镜元件21的焦距，符号符号T表示的是双凸透镜板4的有效厚度，符号L表示的是出射透镜元件22的两个端部间的宽度。

在这里，出射透镜元件22的透镜表面形状呈特定的形状。下面参考图3A，对出射透镜元件22的透镜表面形状进行详细说明。

正如图3A所示，出射透镜元件22的透镜表面形状可以通过预定坐标系上的曲线表示。在图3A中，符号x表示的是通过出射透镜元件22的两端部24、25的坐标轴，即沿出射透镜元件22宽度方向的坐标轴。符号y表示的是把沿由观察者朝向影像源(CRT1)侧的方向作为正方向的坐标轴，即通过出射透镜元件22的凸顶点26的坐标轴。而且在图3A中，符号(0，0)表示的是x坐标轴和y坐标轴的原点(交点)，符号L表示的是出射透镜元件22的两端部24、25间的宽度。符号C表示的是位于出射透镜元件22的透镜中央位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的二分之一(L/2)的区域。符号S表示的是位于出射透镜元件22的透镜两侧位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的四分之一(L/4)的区域。换句话说就是，该区域S为由两端部24、25朝向凸顶点26方向并具有四分之一宽度(L/4)大小的区域。

在作为本实施形式的双凸透镜板4中，这种出射透镜元件22的特征在于，位于透镜中央部处的区域C的透镜表面形状，和位于透镜两侧部处的区域S的透镜表面形状，具有特定表面形状。

(出射透镜元件的第一构成形式)

具体地说，作为第一构成形式的双凸透镜板4，其中的各出射透镜元件22可以具有如下所述的透镜表面形状。

即，在作为第一构成形式的实例中，利用如图3A所示的x-y坐标系，可以通过如下所述的数学公式(1)～(4)，对各出射透镜元件22中位于透镜中央位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的二分之一(L/2)的区域C的透镜表面形状进行表述，即用满足下述条件的曲线表示：

y＝a×b^-x-e(-L/4≤x≤0)               …(1)

y＝a×b^x-e(0≤x≤L/4)                 …(2)

3.0×10^-4＜a＜3.8×10^-4               …(3)

1.0×10²⁴＜b＜1.0×10²⁵               …(4)

而且，可以通过如下所述的数学公式(5)～(8)，对各出射透镜元件22中位于透镜两侧位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的四分之一(L/4)的区域S的透镜表面形状进行表述，即可以用满足下述条件的曲线表示：

y＝c×d^-x-e(-L/2≤x≤-L/4)          …(5)

y＝c×d^x-e(L/4≤x≤L/2)             …(6)

3.0×10^-3＜c＜3.1×10^-3             …(7)

2.7×10⁹＜d＜4.0×10⁹               …(8)

在上述公式(1)～(8)中，符号a、b、c和d表示的是在各区域中，将透镜表面形状限定为特定形状用的系数，采用这种第一构成形式，通过将各系数限定在上述范围之内的方式，可以获得如上所述的技术效果。对于系数a、b、c和d位于上述范围之外的场合，将难以获得如上所述的技术效果。而且，在上述公式(1)、(2)、(5)、(6)中，符号e表示的是表示透镜表面形状的曲线与y坐标轴间的截距(请参见图3A)，即与出射透镜元件22的高度相关的系数。最好，出射透镜元件22的宽度L，位于0.15～0.46mm之间。

如果采用这种作为本实施形式的双凸透镜板4的第一构成形式，由各入射透镜元件21实施光束聚集后的投射光束，将通过各出射透镜元件22，而且所通过的出射透镜元件22中位于透镜中央位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的二分之一(L/2)的区域C的透镜表面形状，与位于透镜两侧位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的四分之一(L/4)的区域S的透镜表面形状彼此不同，且各自的透镜表面形状分别由满足如上所述的数学公式(1)～(8)所述条件的曲线表述，所以可以对斜向入射至出射透镜元件22的透镜表面处的投射光束(红色光束(R)和蓝色光束(B))的射出光量实施有效分散。因此，可以降低现有技术中位于20°～40°观察位置处的过大的蓝色光束(B)的射出光量，同时能够降低位于-20°～-40°观察位置处的过大的红色光束(R)的射出光量，从而可以改善光量过大和过小间的平衡，减低色彩偏移。对于各出射透镜元件22的透镜表面形状不是用满足上述公式(1)～(8)给出条件的曲线表述的场合，将难以获得上述技术效果，容易出现与现有技术相同的色彩偏移问题。

(出射透镜元件的第二构成形式)

在如上所述的第一构成形式中，双凸透镜板4的各出射透镜元件22的透镜表面形状是由满足上述公式(1)～(8)所示条件的曲线来表示，但是作为双凸透镜板4的第二构成形式，各出射透镜元件22可以具有如下所述的透镜表面形状。而且，在第二构成形式中，除了位于透镜两侧部处的区域S的透镜表面形状有所不同之外，其它均与所述第一构成形式相同。

换句话说就是，在第二构成形式中，利用如图3A所示的x-y坐标系，可以通过如下所述的数学公式(1)～(4)，对各出射透镜元件22中位于透镜中央位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的二分之一(L/2)的区域C的透镜表面形状进行表述，即用满足下述条件的曲线表示：

y＝a×b^-x-e(-L/4≤x≤0)               …(1)

y＝a×b^x-e(0≤x≤L/4)                 …(2)

3.0×10^-＜a＜3.8×10^-4                …(3)

1.0×10²⁴＜b＜1.0×10²⁵                  …(4)

而且，可以通过如下所述的数学公式(9)～(12)，对各出射透镜元件22中位于透镜两侧部位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的四分之一(L/4)的区域S的透镜表面形状进行表述，即用满足下述条件的曲线表示：

y＝c×d^-x-e(-L/2≤x≤-L/4)            …(9)

y＝c×d^x-e(L/4≤x≤L/2)               …(10)

3.4×10^-3＜c＜3.5×10^-3               …(11)

1.3×10⁹＜d＜2.0×10⁹。               …(12)

在上述公式(1)～(4)和公式(9)～(12)中，符号a、b、c和d与所述第一构成形式的场合相类似，为表示在各区域C、S中将透镜表面形状限定为特定形状用的系数，采用这种第二构成形式，通过将各系数限定在上述范围之内的方式，将可以获得如上所述的技术效果。对于系数a、b、c和d位于上述范围之外的场合，将难以获得如上所述的技术效果。而且，在上述公式(1)、(2)、(9)、(10)中，符号e与所述第一构成形式的场合相类似，表示的是表示透镜表面形状的曲线与y坐标轴间的截距(请参见图3A)，即与出射透镜元件22的高度相关的系数。

如果采用这种作为本实施形式的双凸透镜板4的第二构成形式，由各入射透镜元件21实施光束聚集后的投射光束，将通过各出射透镜元件22，而且所通过的出射透镜元件22中位于透镜中央位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的二分之一(L/2)的区域C的透镜表面形状，与位于透镜两侧位置处的、其宽度为透镜整体宽度L的四分之一(L/4)的区域S的透镜表面形状彼此不同，且各自的透镜表面形状分别由满足如上所述的数学公式(1)～(4)和公式(9)～(12)给出条件的曲线表述，所以沿斜向入射至出射透镜元件22的透镜表面处的红色光束(R)和蓝色光束(B)，可以在大约5％的范围内实现全反射。因此，可以降低现有技术中位于20°～40°观察位置处的过大的蓝色光束(B)的射出光量，同时能够降低位于-20°～-40°观察位置处的过大的红色光束(R)的射出光量，从而可以改善光量过大与过小间的平衡，减低色彩偏移。另外，不会产生角度位于±40°以上的投射光束(红色光束(R)和蓝色光束(B))，的颜色反转。而且，对于各出射透镜元件22的透镜表面形状不是用满足上述公式(1)～(4)和公式(9)～(12)给出条件的曲线表述的场合，将难以获得上述技术效果，容易出现与现有技术相同的色彩偏移问题。

而且，入射透镜元件21的透镜表面形状，最好还能用在透镜的整个宽度上满足相同条件的曲线表述。

具体地讲就是，可以如图3B所示，通过如下所述的数学公式(13)～(16)，对各入射透镜元件21的透镜表面形状实进行表述，即用满足下述条件的曲线表示：

y’＝mx’⁴+nx’²+o(-L’/2≤x≤L’/2)…(13)

-5.5≤m≤-10.7                      …(14)

-2.0≤n≤-2.5                       …(15)

0.160≤o≤0.200。                   …(16)

在图3B中，符号x’表示的是通过入射透镜元件21的两端部24’、25’的坐标轴，即沿入射透镜元件21宽度方向的坐标轴。符号y’表示的是把沿由观察者朝向影像源(CRT1)方向作为正方向的坐标轴，即通过入射透镜元件21的凸顶点26’的坐标轴。而且在图3B中，符号(0，0)表示的是x’坐标轴和y’坐标轴的原点(交点)，符号L’表示的是入射透镜元件21的两端部24’、25’间的宽度。符号m和n为系数，符号o表示的是该曲线与y’坐标轴间的截距，即与入射透镜元件21的高度相关的系数。入射透镜元件21的宽度L’，最好位于0.35～0.72mm之间。

(双凸透镜板的光束射出特性)

如上所述的双凸透镜板4的光束射出特性，可以通过如图4A、图4B和图4C所示的增益曲线图实施评估。在这里的增益曲线图，表示的是相对投影屏幕的视野角度(横轴)与此时的增益(纵轴)间关系用的示意图。所谓增益就是从投影屏幕的后方入射各种颜色的光线，并对从前方射出的各种颜色的光线的辉度的角度分布进行测定后，利用投影屏幕的照度和各辉度构成的关系式“增益G＝π×辉度(cd/m²)/照度(lx)”，求出的量。在通过这些增益曲线实施评估时，可以发现各颜色曲线相互靠近，降低了色彩偏移，由此可见本发明具有可以降低作为现有技术中问题的色彩偏移的技术效果。而且，在后述的实施例中，还将详细地对图4A、图4B和图4C进行说明。

双凸透镜板4的色彩偏移特性，可以通过如图5A、图5B和图5C所示的色彩偏移曲线图实施评估。在这里的色彩偏移曲线图，表示的是相对于投影屏幕的视野角度(横轴)，纵轴为20×log₁₀(G_R/G_B)时的示意图。其中，G_R为红色光束(R)的增益，G_B为蓝色光束(B)的增益，G_R/G_B为在不同角度处，红色光束(R)的增益与蓝色光束(B)的增益间的比率。在如图5A、图5B和图5C所示的色彩偏移曲线图中，表示出了降低色彩偏移的技术效果程度，即在±45°的范围内可以降低至5.0dB以下。在如后所述的实施例中，还将详细地对图5A、图5B和图5C进行说明。

(背投式投影屏幕)

如上所述的、作为本实施形式的双凸透镜板4，可以如图1所示，通过将菲涅耳透镜板3与防止外部光束反射用的前面板(图中未示出)等的各种镜板复合设置的方式，构成背投式投影屏幕5。而且在这里，对菲涅耳透镜板3和前面板(图中未示出)的构成形式和种类等并没有特殊限制，可以采用现有技术中所使用的各种相应部件。因此，本发明可以提供一种能够实现降低色彩偏移的背投式投影屏幕，并且还可以有效地用做由RGB三管式CRT作为影像源的最新型的薄型背投式投影屏幕。

下面，对如上所述实施形式的具体实施例进行说明。

(实施例1)

作为实施例1的双凸透镜板，可以按照下述方式制备。换句话说就是，使出射透镜元件中位于透镜中央区域处的透镜表面形状，能够通过曲线y＝a×b^-x-0.049(-L/4≤x≤0)、y＝a×b^x-0.049(0≤x≤L/4)表示，而且系数a、b分别为a＝32×10^-4、b＝5.0×10²⁴。使出射透镜元件中位于透镜两侧区域处的透镜表面形状，能够通过曲线y＝c×d^-x-0.049(-L/2≤x≤-L/4)、y＝c×d^x-0.049(L/4≤x≤L/2)表示，而且系数c、d分别为c＝3.05×10^-3、d＝3.0×10⁹。而且，出射透镜元件的透镜表面形状具有相同的预定间距(L＝0.26毫米(mm))。在双凸透镜板的光束射出侧，与出射透镜元件一起，在构成入射透镜元件的非光束聚集部处设置光吸收层。

在双凸透镜板的光束入射侧，在平面图中沿上下方向延伸的、将呈柱面透镜状的入射透镜元件，按照在平面图中沿左右方向具有预定间距的方式配置。在这里的入射透镜元件的透镜表面形状，全部具有预定的一定间距(0.52mm)，并且具有由曲线y＝-6.9x⁴-2.4x²+0.2表示的近似形状。入射透镜元件的高度h最好位于160～200微米(μm)的范围之内，且与出射透镜元件组合形成的水平扩散角度(αH)最好位于34°以上。在作为本实施例1的双凸透镜板中，入射透镜元件的高度h为190微米(μm)，且水平扩散角度(αH)为37°。

而且，镜板的有效厚度T(由入射透镜元件的透镜表面至出射透镜元件的透镜表面的顶部间的距离)为0.65毫米(mm)。在这里的有效厚度T，为入射透镜元件相对绿色光束(G)的焦距f的0.93倍。

(实施例2)

作为实施例2的双凸透镜板，可以按照下述方式制备。换句话说就是，使出射透镜元件中位于透镜中央区域处的透镜表面形状，能够通过曲线y＝a×b^-x-0.049(-L/4≤x≤0)、y＝a×b^x-0.049(0≤x≤L/4)表示，而且系数a、b分别为a＝3.0×10^-4、b＝5.0×10²⁴。使出射透镜元件中位于透镜两侧区域处的透镜表面形状，能够通过曲线y＝c×d^-x-0.049(-L/2≤x≤-L/4)、y＝c×d^x-0.049(L/4≤x≤L/2)表示，而且系数c、d分别为c＝3.45×10^-3、d＝1.5×10⁹。而且，出射透镜元件的透镜表面形状具有相同的预定间距(L＝0.26mm)。在双凸透镜板的光束射出侧，与出射透镜元件一起，在构成入射透镜元件的非光束聚集部处设置有光吸收层。

在双凸透镜板的光束入射侧，与实施例1相类似，在平面图中沿上下方向延伸的、呈柱面透镜状的入射透镜元件，按照在平面图中沿左右方向具有预定间距的方式配置。在这儿的入射透镜元件的透镜表面形状，全部具有预定的一定间距(0.52mm)，并且具有由曲线y＝-6.9x⁴-2.3x²+0.2表示的近似形状。入射透镜元件的其它条件基本上与实施例1相类似，入射透镜元件的高度h为190微米(μm)，且水平扩散角度(αH)为37°。

而且，镜板的有效厚度T(由入射透镜元件的透镜表面至出射透镜元件的透镜表面的顶部间的距离)为0.65mm。在这里的有效厚度T，为入射透镜元件相对绿色光束(G)的焦距f的0.93倍。

(比较实例1)

作为比较实例1的双凸透镜板，可以按照下述方式制备。换句话说就是，使出射透镜元件中位于透镜中央区域处的透镜表面形状，能够通过曲线y＝a×b^-x-0.049(-L/4≤x≤0)、y＝a×b^x-0.049(0≤x≤L/4)表示，而且系数a、b分别为a＝1.1×10^-3、b＝2.0×10¹⁸。使出射透镜元件中位于透镜两侧区域处的透镜表面形状，能够通过曲线y＝c×d^-x-0.049(-L/2≤x≤-L/4)、y＝c×d^x-0.049(L/4≤x≤L/2)表示，而且系数c、d分别为c＝5.0×10^-3、d＝6.0×10⁹。而且，出射透镜元件的透镜表面形状具有相同的预定间距(L＝0.26mm)。在双凸透镜板的光束射出侧射出侧，与出射透镜元件一起，在构成入射透镜元件的非光束聚集部处设置光吸收层。

在双凸透镜板的光束入射侧，与实施例1和2相类似，在平面图中沿上下方向延伸的、呈柱面透镜状的入射透镜元件，按照在平面图中沿左右方向具有预定间距的方式配置。在这儿的入射透镜元件的透镜表面形状，全部具有预定的一定间距(0.52毫米mm)，并且具有由曲线y＝-6.9x⁴-2.3x²+0.2表示的近似形状。入射透镜元件的其它数据基本上与实施例1和2相类似，入射透镜元件的高度h为190微米(μm)，且水平扩散角度(αH)为37°。

而且，镜板的有效厚度T(由入射透镜元件的透镜表面至出射透镜元件的透镜表面的顶部间的距离)为0.65mm。在这儿的有效厚度T，为入射透镜元件相对绿色光束(G)的焦距f的0.93倍。

(评估结果)

使用根据实施例1、2和比较实例1构造的双凸透镜板，对由RGB三管式CRT射出的影像光束实施投射处理，以对其特性进行评估。作为RGB型的各CRT中绿色光束(G)用的CRT位于投影屏幕的正面位置处，红色光束(R)用的CRT和蓝色光束(B)用的CRT位于其两侧位置处，相对于绿色光束(G)，红色光束(R)和蓝色光束(B)按照相对投影屏幕法线的集中角为θ＝11.3°的方式入射至投影屏幕上。

根据实施例1构造的双凸透镜板，其增益曲线(射出光量曲线图)和色彩偏移曲线，分别如图4A和图5A所示。由图4A和图5A中可以获知，根据实施例1构成的双凸透镜板与根据比较实例1构成的双凸透镜板相比，可以改善光量多与光量少之间的平衡，从而可以改善位于20°～40°和-20°～-40°的观察位置处时的色彩偏移特性。

根据实施例2构成的双凸透镜板，其增益曲线(射出光量曲线图)和色彩偏移曲线，分别如图4B和图5B所示。由图4B和图5B中可以获知，根据实施例2构成的双凸透镜板与根据比较实例1构成的双凸透镜板相比，可以改善光量多与比较少间的平衡，从而可以改善位于20°～40°和-20°～-40°的观察位置处时的色彩偏移特性。而且可以由图4B中获知，对于角度位于±40°以上的投射光束(红色光束(R)和蓝色光束(B))，不会产生颜色反转。

根据比较实例1构造的双凸透镜板，其增益曲线(射出光量曲线图)和色彩偏移曲线，分别如图4C和图5C所示。由图4C中可以获知，红色光束(R)的光束射出特性在-20°～-40°处成为过多部分，在20°～40°处成为不足部分，蓝色光束(B)的光束射出特性在-20°～-40°处成为不足部分，在20°～40°处成为过多部分。

Claims (10)

1.一种使用在背投式投影屏幕中的双凸透镜板，背投式投影是将影像源射出的光束从背面朝观察者射出，其特征在于：

具有配置在光束入射侧的多个入射透镜元件；以及

配置在光束射出侧的多个出射透镜元件，

以通过所述各入射透镜元件的光束，通过与该各入射透镜元件相对应的各出射透镜元件的凸顶点的方式来聚光，

位于所述各出射透镜元件的透镜中央位置处的、其宽度为透镜整体宽度二分之一的区域的透镜表面形状，由下述数学公式(1)～(4)，即由满足下述条件的曲线表示：

y＝a×b^-x-e(-L/4≤x≤0)            …(1)

y＝a×b^x-e(0≤x≤L/4)              …(2)

3.0×10^-4＜a＜3.8×10^-4           …(3)

1.0×10²⁴＜b＜1.0×10²⁵           …(4)

位于所述各出射透镜元件的透镜两侧位置处的、其宽度为透镜整体宽度四分之一的区域的透镜表面形状，由下述数学公式(5)～(8)，即由满足下述条件的曲线表示：

y＝c×d^-x-e(-L/4≤x≤-L/4)         …(5)

y＝c×d^x-e(L/4≤x≤L/2)            …(6)

3.0×10³＜c＜3.1×10^-3            …(7)

2.7×10⁹＜d＜4.0×10⁹             …(8)

在上述公式(1)～(8)中，所述各出射透镜元件的透镜表面形状，由通过x和y坐标轴上的曲线来表示，其中，x表示的是通过出射透镜元件两端部处的坐标轴，即沿出射透镜元件宽度方向的坐标轴，y表示的是把沿由观察者朝向影像源方向作为正方向的坐标轴，即通过出射透镜元件凸顶点处的坐标轴，L表示的是出射透镜元件两端部间的宽度，a、b、c和d表示的是系数，e表示的是该曲线与y坐标轴间的截距，即，是与出射透镜元件的高度相关的系数。

2.根据权利要求1所述的双凸透镜板，其特征在于：

所述各入射透镜元件的透镜表面形状，能以在透镜的整个宽度上满足相同条件的曲线来表述。

3.根据权利要求2所述的双凸透镜板，其特征在于：

所述各入射透镜元件的透镜表面形状，由下述数学公式(13)～(16)，即由满足下述条件的曲线表示：

y’＝mx’⁴+nx’²+o(-L’/2≤x≤L’/2)        …(13)

-5.5≤m≤-10.7                                …(14)

-2.0≤n≤-2.5                                 …(15)

0.160≤o≤0.200                               …(16)

在上述公式(13)～(16)中，所述各入射透镜元件的透镜表面形状通过x’和y’坐标轴上的曲线表示，其中，x’表示的是通过入射透镜元件两端部处的坐标轴，即沿入射透镜元件宽度方向的坐标轴，y’表示的是把沿由观察者朝向影像源方向作为正方向的坐标轴，即通过入射透镜元件凸顶点处的坐标轴，L’表示的是入射透镜元件两端部间的宽度，m和n表示的是系数，o表示的是该曲线与y’坐标轴间的截距，即，是与入射透镜元件的高度相关的系数。

4.根据权利要求1所述的双凸透镜板，其特征在于：

所述影像源为红色光束、绿色光束和蓝色光束用的三管式投射管。

5.根据权利要求1所述的双凸透镜板，其特征在于：

所述双凸透镜板在表示光束射出特性的增益曲线中，在其纵轴为红色光束增益G_R与蓝色光束增益G_B的比率(20×log₁₀(G_R/G_B))的色彩偏移曲线中，在角度为±45°范围内的增益小于等于5.0dB。

6.一种使用在背投式投影屏幕中的双凸透镜板，背投式投影是将影像源射出的光束从背面朝观察者射出，其特征在于：

具有配置在光束入射侧的多个入射透镜元件，以及

配置在光束射出侧的多个出射透镜元件；

以通过所述各入射透镜元件的光束，通过与各入射透镜元件相对应的各出射透镜元件的凸顶点的方式来聚光；

位于所述各出射透镜元件的透镜中央位置处的、其宽度为透镜整体宽度二分之一的区域的透镜表面形状，由下述数学公式(1)～(4)，即由满足下述条件的曲线表示：

y＝a×b^-x-e(-L/4≤x≤0)           …(1)

y＝a×b^x-e(0≤x≤L/4)                …(2)

3.0×10^-4＜a＜3.8×10^-4             …(3)

1.0×10²⁴＜b＜1.0×10²⁵             …(4)

位于所述各出射透镜元件的透镜两侧部位置处的、其宽度为透镜整体宽度四分之一的区域的透镜表面形状，由下述数学公式(9)～(12)，即由满足下述条件的曲线表示：

y＝c×d^-x-e(-L/2≤x≤-L/4)           …(9)

y＝c×d^x-e(L/4≤x≤L/4)              …(10)

34×10^-3＜c＜3.5×10^-3              …(11)

1.3×10⁹＜d＜2.0×10⁹               …(12)

在上述公式(1)～(4)和公式(9)～(12)中，所述各出射透镜元件的透镜表面形状通过x和y坐标轴上的曲线表示，其中，x表示的是通过出射透镜元件两端部处的坐标轴，即沿出射透镜元件宽度方向的坐标轴，y表示的是把沿由观察者朝向影像源方向作为正方向的坐标轴，即通过出射透镜元件凸顶点处的坐标轴，L表示的是出射透镜元件两端部间的宽度，a、b、c和d表示的是系数，e表示的是该曲线与y坐标轴间的截距，即与出射透镜元件的高度相关的系数。

7.根据权利要求6所述的双凸透镜板，其特征在于：

所述各入射透镜元件的透镜表面形状，能以在透镜的整个宽度上满足相同条件的曲线来表述。

8.根据权利要求7所述的双凸透镜板，其特征在于：

所述各入射透镜元件的透镜表面形状，由下述数学公式(13)～(16)，即由满足下述条件的曲线表示：

y’＝mx’⁴+nx’²+o(-L’/2≤x≤L’/2)           …(13)

-5.5≤m≤-10.7                                   …(14)

-2.0≤n≤-2.5                                    …(15)

0.160≤o≤0.200                                  …(16)

在上述公式(13)～(16)中，所述各入射透镜元件的透镜表面形状通过x’和y’坐标轴上的曲线表示，其中x’表示的是通过入射透镜元件两端部处的坐标轴，即沿入射透镜元件宽度方向的坐标轴，y’表示的是把沿由观察者朝向影像源方向作为正方向的坐标轴，即通过入射透镜元件凸顶点处的坐标轴，L’表示的是入射透镜元件两端部间的宽度，m和n表示的是系数，o表示的是该曲线与y’坐标轴间的截距，即，是与入射透镜元件的高度相关的系数。

9.根据权利要求6所述的双凸透镜板，其特征在于：

所述影像源为红色光束、绿色光束和蓝色光束用三管式投射管。

10.根据权利要求6所述的双凸透镜板，其特征在于：

所述双凸透镜板在表示光束射出特性的增益曲线中，在其纵轴为红色光束增益G_R与蓝色光束增益G_B的比率(20×log₁₀(G_R/G_B))的色彩偏移曲线中，在角度为±45°范围内的增益小于等于5.0dB。

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