CN1588155A - 投影电视画面宽高比的变换 - Google Patents
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Abstract
投影电视画面宽高比的变换，属于光学成像技术领域，包含显示图像宽高比为4∶3的图像源，其特征在于，在宽高比为4∶3的图像源前面，安装一个含有一组柱面透镜的投影镜头，该柱面透镜为光学变形透镜，透镜子午面方向及弧矢面方向具有不同的放大率，使投影电视画面在水平方向和垂直方向各具有不同的放大系数，以实现将图像宽高比从4∶3到16∶9的变换。该方法可以有效地利用现有4∶3宽高比显示的显示图象源和投影光学系统，不至于使16∶9宽高比投影电视产品的开发成本和设备投资明显上升，又不会降低光学系统的效率及整机性能下降。
Description
技术领域
本发明属于光学成像技术领域，特别涉及到在投影电视显示中，图象画面宽高比的变换。
背景技术
目前市面上所售电视机，电视图象画面宽高比一般都是采用4∶3的制式，对于宽屏幕的播放，不得不把画面遮挡成16∶9的图象进行显示，背投电视作为一种新型大屏幕图象显示装置，正在得到快速发展普及，但同样由于数字电视、高清晰度电视等相关技术的快速发展，使得背投电视显像宽高比必然要以16∶9模式逐渐取代现有的4∶3模式。
对于投影电视的已有技术，要实现宽高比为16∶9的图象显示模式，有两种方法，①一种是显示图象源(对于阴极射线管投影电视，显示图象源为投影管，对于微显示投影，显示图象源为LCD或者DMD、LCOS光芯片)和整个光学系统都按照16∶9宽高比设计；②另一种是显示图象源和光学系统采用传统的现有技术4∶3宽高比的设计，只是投影屏幕为16∶9宽高比(或者投影屏幕宽高比也为4∶3)，投影显示时部分利用4∶3宽高比的显示图象源显示16∶9宽高比的图象。对前者而言，要重新设计开发全新的显示图象源和光学系统，需要大量的研发投入，使产品开发成本大大上升，尤其在16∶9宽高比投影电视产品还不是主流，产品产量也还不大时，更会导致生产成本大大增加。对后者而言，虽然开发和生产成本都和现有4∶3宽高比产品相近，但如(图1)所示，其显示图象源的实际显示发光面大大缩小，导致系统的光学效率大大降低，造成了能源的浪费，使得所显示图象的亮度也将大大下降。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，在设备与成本增加不大的情况下，全部充分利用现有4∶3宽高比的显示图象源的显示发光面，投影变换到显示格式为16∶9图像的一种变换方式。本发明的目的，就是提供一种投影电视画面宽高比的变换，该发明目的是通过采用以下技术方案来实现的，一种投影电视画面宽高比的变换，包含显示图像宽高比为4∶3的图像源，其特征在于，在宽高比为4∶3的图像源前面，安装一个含有一组柱面透镜的投影镜头，该柱面透镜为光学变形透镜，透镜子午面方向及弧矢面方向具有不同的放大率，使投影电视画面在水平方向和垂直方向各具有不同的放大系数，以实现将图像宽高比从4∶3到16∶9的变换。所述投影镜头，它与显示图像源组成一个整体，安装在基座上。所述柱面透镜按母线为直线的截面平行于子午截面，即通过光轴和4∶3显示图象源短边的截面，子午面方向上是直线构成的母线，其子午方向放大率β＝1。所述母线为圆弧的截面平行于弧矢截面，即通过光轴和4∶3显示图象源长边的截面，弧矢方向上是圆弧构成的母线，其弧矢方向上放大率β＞1。因而形成了柱面透镜在水平和垂直方向上对图像具有不同的放大系数，从而实现投影电视图象宽高比从4∶3到16∶9的变换。本发明的有益效果是可以有效地利用现有4∶3宽高比显示的显示图象源和投影光学系统，不至于使16∶9宽高比投影电视产品的开发成本和设备投资明显上升，又不会降低光学系统的效率，从而导致整机性能下降。
附图说明
图1为现有技术中用4∶3宽高比的显示图象源进行16∶9宽高比图象显示的示意图；
图2为本发明的系统示意图；
图3为本发明光学结构的子午截面示意图；
图4为本发明光学结构的弧矢截面示意图；
图5为本发明柱面透镜组子午截面成象特性示意图；
图6为本发明柱面透镜组弧矢截面成象特性示意图；
图7为基于本发明的阴极射线管背投影电视的应用实施例。
具体实施方式
参照图1，1为普通显示图象源的发光面(例如投影管的荧光屏)，2为在1上显示图象的部分，3为在1上不显示图象的部分(黑暗部分)。1的宽高比为W∶H1＝4∶3，为了实现16∶9宽高比的图象显示，只利用1上的一部分发光面2来显示图象，并使其宽高比为W∶H2＝16∶9，而1中的另一部分发光面3则使其保持黑暗(不显示图象)。这样，在1上实际的显示发光面积就从原来的W*H1下降为W*H2，1上的黑暗部分3没有被利用，导致整个光学系统的光效率大大下降，其系统光效率只为原有系统光效率的(W*H2)/(W*H1)＝H2/H1＝9/12＝75％。
参照图2，1为显示图象源，4为投影镜组，5为具有正光焦度的柱面透镜，6为具有负光焦度的柱面透镜，7为投影屏幕。1的宽高比为4∶3(图中W∶H＝4∶3)，经4、5、6投射到7上呈现为16∶9(图中W’∶H’＝16∶9)的宽银幕图象。
参照图3，1.1为显示图象源1的子午截面，4.1为投影镜组4的子午截面，5.1为具有正光焦度的柱面透镜5子午截面，6.1为具有负光焦度的柱面透镜6的子午截面，7.1为投影屏幕7的子午截面。5.1、6.1在子午方向上是直线构成的母线，相当于平行平板。从1发出的光线经4折射后投射到5时，在子午方向上其入射角为Wt，光线在6的的出射角为Wt’，而Wt＝Wt’，故在子午方向上5.1、6.1的放大率β＝1。在子午方向上，7的尺寸H’与1的尺寸H之比由4的放大率βw决定。
参照图4，1.2为显示图象源1的弧矢截面，4.2为投影镜组4弧矢截面，5.2为具有正光焦度的柱面透镜5的弧矢截面，6.2为具有负光焦度的柱面透镜6的弧矢截面，7.2为投影屏幕7的弧矢截面。5.2、6.2在弧矢方向上包含几个圆弧构成的母线，具有光焦度。从1发出的光线经4折射后投射到5时，在弧矢方向上其入射角为Ws，光线在6的出射角为Ws’，出射角Ws’大于入射角Ws，故在弧矢方向上5.2、6.2的放大率β＝tanWs’/tanWs。在弧矢方向上，7的尺寸W’与1的尺寸W之比由4的放大率βw与5.2、6.2的放大率β之积决定。这样由于5.2、6.2的弧矢方向上有放大率，因而形成了区别于子午方向上的变形比。经过光学计算使tanWs’/tan Wt’＝1.777＝16∶9，由于W’∶H’＝tanWs’/tan Wt’＝1.777从而可实现投影电视画面宽高比从4∶3到16∶9的变换。
参照图5，5.1为具有正光焦度的柱面透镜5的子午截面，6.1为具有负光焦度的柱面透镜6的子午截面。在物面位于无穷远时，为平行入射光。由于5.1、6.1于子午方向为平行平板，没有光焦度，故平行入射光经过5.1、6.1后仍为平行光出射，其象面位于无穷远。
参照图6，5.2为具有正光焦度的柱面透镜5的弧矢截面，6.2为具有负光焦度的柱面透镜6的弧矢截面。在弧矢方向，5、6二个焦距不同的正负柱面透镜组成伽里略望远镜。由于5的像方焦点f5’与6的物方焦点f6重合，故平行入射光在弧矢方向经过5、6折射后仍为平行光出射，其像面也在无穷远，这样与子午方向的象面重合，可以同时成清晰的象。
参照图7，1表示阴极射线投影管的荧光屏，4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、5、6构成另一结构的投影镜组4，5为具有正光焦度的柱面透镜，6为具有负光焦度的柱面透镜，7为投影屏幕，8为反射镜，9为阴极射线投影管，10为耦合液体，即匹配阴极射线投影管和投影镜头折射率的液体，用于降低光晕和冷却，11为连接件，12为基座。
4.1为塑料非球面镜片，校正球差、彗差等与孔径有关的像差；4.2为玻璃镜片，中心厚度大，拥有镜头主要的光焦度；4.3、4.4为塑料非球面镜片，校正像散等与视场有关的像差；4.5为塑料球面镜片，是薄壳零件(C碗)，与10结合荧光屏1的曲率可校正像散和畸变。1的宽高比为4∶3，其图象经4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、5、6折射及8反射，在7上形成宽高比16∶9的图象，从而实现将图象宽高比从4∶3到16∶9的变换。4通过11与9形成一个整体安装在基座12上，12在机箱上固定。
本发明实施例光学镜头孔径比(Fno)为F1.1，焦距为89mm，物方半视场角为29.5度。由于本发明实施例光学镜头孔径比同现阴极射线投影管投影电视所使用的光学镜头一样，这样在全部利用图象源的发光面的同时，含柱面透镜的投影镜头不会造成投影电视光亮度的损失。
Claims (4)
1.一种投影电视画面宽高比的变换，包含显示图像宽高比为4∶3的图像源，其特征在于，在宽高比为4∶3的图像源前面，安装一个含有一组柱面透镜的投影镜头，该柱面透镜为光学变形透镜，透镜子午面方向及弧矢面方向具有不同的放大率，使投影电视画面在水平方向和垂直方向各具有不同的放大系数，以实现将图像宽高比从4∶3到16∶9的变换。
2.根据权利要求1所述的投影电视画面宽高比的变换，其特征在于，所述投影镜头，它与显示图像源组成一个整体，安装在基座上。
3.根据权利要求1所述的投影电视画面宽高比的变换，其特征在于，所述柱面透镜按母线为直线的截面平行于子午截面，即通过光轴和4∶3显示图象源短边的截面，子午面方向上是直线构成的母线，其子午方向放大率β＝1。
4.根据权利要求1所述的投影电视画面宽高比的变换，其特征在于，所述母线为圆弧的截面平行于弧矢截面，即通过光轴和4∶3显示图象源长边的截面，弧矢方向上是圆弧构成的母线，其弧矢方向上放大率β＞1。
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