平板楔角反射背投影系統的製作方法
2023-05-14 00:17:51
專利名稱：平板楔角反射背投影系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種平板楔角反射背投影系統。
背景技術：
背投影顯示系統是目前適合於個人和家庭使用的最受歡迎的大屏幕顯示系統。與液晶顯示器和等離子顯示器相比，在維持色彩調節和屏幕視角以及對比度等各個方面，投影顯示設備都表現出極高的性價比。早期由於光學設計的限制，投影鏡頭4的焦距較長、視角較小，由此造成背投影系統的光路較長。為了達到大屏幕的效果，只能夠採用將光路多次曲折的方式，採用了雙反射鏡(圖1)甚至三反射鏡的光學設計，以期達到加長光路的效果。現在由於鏡頭設計的改進，鏡頭的焦距比以往有很大的縮短，視角可以做得較大，鏡頭邊緣的成像質量也得到明顯改善，並不需要像以前那樣長的光路就可以獲得足夠大的圖像。因此目前面市的新型背投影設備全部使用了單反射鏡結構方式(圖2)，讓光線產生畸變的可能性大為降低，較少的反射次數也減步了光線的損失，從而可以獲得較高的圖像亮度。同時背投影系統的整機厚度幾乎與投影顯示的屏幕尺寸之間保持一定的關係，其厚度幾乎是屏幕對角尺寸(英寸)值的釐米數。由於背投系統的厚度與PDP以及LCD等平板顯示器相比較厚，且顯示器的厚度與顯示屏成正比，在會議室使用100」的背投影顯示系統，其厚度達到1米左右，因此減小投影顯示的厚度是十分關鍵的工作。
發明內容
本發明的目的是提供一種平板楔角反射背投影系統。
平板楔角反射背投影系統中應用楔角反射鏡的機理利用全反射稜鏡代替普通的平面鏡反射，這樣可以節省平面鏡為放大圖象而必須預置的空間，進一步縮小系統體積，可以使具有一定夾角的投射光線在稜鏡內自我完成放大後出射。在投影視角一定的情況下能達到更大的放大倍數，卻沒有多次反射引起的光能損失。一種平板楔角反射背投影系統中，光線從楔角較厚的一部分進入，具有一定發散角的入射光線通過材料/空氣介質全反射，相對於反射面的法線來說，光線每反射一次，在楔角平面一方的入射角都要減小，直到小於臨界角而出射到空氣中。入射光線中的下部邊緣光線經過楔角垂直平面和傾斜平面的反射後從屏幕上較靠下部的位置出射，而上部邊緣光線由於入射到楔角內時的傾斜角較大，在楔角內反射次數較多，經過楔角垂直平面和傾斜平面的反射後從屏幕上較靠上的位置出射，使投影圖像成像於屏幕。
另一種平板楔角反射背投影系統，用平面反射鏡代替楔角稜鏡的結構，光線從楔角較薄的一部分入射，具有一定發散角的入射光線通過材料/空氣介質全反射，相對於反射面的法線來說，光線每反射一次，在楔角平面一方的入射角都要增大鏡面傾斜角度的兩倍。投影光線的下邊緣光線從垂直平面反射鏡下部水平射入系統中，經過傾斜平面反射鏡的反射之後，入射到垂直平面反射鏡上，再次經過反射，依此數次，達到要求的放大倍數後從屏幕上較靠下部的位置出射；而上邊緣光線一定的孔徑角射入到系統中，首先經過傾斜平面反射鏡的反射，入射到垂直平面反射鏡上，再次經過的反射，依此數次，達到要求的放大倍數後從屏幕靠上的位置出射，使投影圖像成像於屏幕。
本發明的優點是1)用平板楔角結構型全反射稜鏡，使光線通過全反射實現圖像放大，減少光能量損失，實現大屏幕背投影顯示。
2)反射稜鏡代替普通的平面鏡反射，使系統適合於背投影成像系統，減少背投影機的厚度。
3)採用稜鏡全反射技術，除了畸變避免了其它相差的產生，得到好的圖像效果。
圖1是採用了雙反射鏡的背投影顯示系統結構示意圖。
圖2是採用了單反射鏡的背投影顯示系統結構示意圖。
圖3是一種平板楔角背投影系統結構示意圖。
圖4(a)是另一種平板楔角背投影系統的一種結構示意圖。
圖4(b)是另一種平板楔角背投影系統的又一種結構示意圖。
具體實施例方式
一種平板楔角反射背投影系統中，光線從楔角較厚的一部分d進入，具有一定發散角C1的入射光線通過材料/空氣介質發生全反射，相對於楔角內垂直反射面的法線NT1來說，光線每反射一次，在楔角垂直平面一方的入射角BT1就減小楔角傾斜平面的角度的兩倍2A1，直到小於臨界角而出射到空氣中。入射光線中的下部邊緣光線u1從楔角下部D與垂直平面V1的相交邊緣射入楔角結構中，經過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射後從屏幕1上較靠下部的位置X1點出射；而上部邊緣光線t1由於入射到楔角內時的傾斜角較大，在楔角內反射次數較多，經過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射後從屏幕上較靠上的位置Y1點出射，X1和Y1之間的距離使投影圖像成像於屏幕1上。
另一種平板楔角反射背投影系統，用平面反射鏡M1、M2、M3代替楔角稜鏡n的結構，光線從楔角較薄的一部分d入射，具有一定發散角C2的入射光線通過材料/空氣介質全反射，相對於反射面的法線NT2來說，光線每反射一次，在楔角平面一方的入射角BT2都要增大鏡面傾斜角度的兩倍2A2。投影光線的下邊緣光線u2從垂直平面反射鏡M2下部水平射入系統中，經過傾斜平面反射鏡M1的反射之後，入射到垂直平面反射鏡M2上，再次經過M2的反射，依此數次，達到要求的放大倍數後從屏幕1上較靠下部的位置X2出射；而上邊緣光線t2以C2的孔徑角射入到系統中，首先經過傾斜平面反射鏡M1的反射，入射到垂直平面反射鏡M2上，再次經過M2的反射，依此數次，達到要求的放大倍數後從屏幕1靠上的位置Y2出射，X2和Y2之間的距離使投影圖像成像於屏幕1上。
如圖3所示，系統中包括了從投影物鏡出射的圖像光線開始，到屏幕為止的所有組成部分，光線從楔角較厚的一部分d進入，具有一定發散角C1的入射光線通過材料/空氣介質發生全反射，相對於楔角內垂直反射面的法線NT1來說，光線每反射一次，在楔角垂直平面一方的入射角BT1就減小楔角傾斜平面的角度的兩倍2A，直到小於臨界角而出射到空氣中。入射光線中的下部邊緣光線u1從楔角下部D與垂直平面V1的相交邊緣射入楔角結構中，經過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射後從屏幕1上較靠下部的位置X1點出射；而上部邊緣光線t1從楔角下部D與傾斜平面I1的相交邊緣射入楔角結構中，由於入射到楔角內時的傾斜角較大，在楔角內反射次數較多，經過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射後從屏幕上較靠上的位置Y1點出射，X1和Y1之間的距離使投影圖像成像於屏幕1上。楔角結構中光線入射點上，入射光線的入射角大於全反射角越多，楔角的角度A1越小，光線在從楔角中出射到空氣中之前將經過的反射次數越多，因此也將在楔角中傳播距離h更遠，圖像放大率也就越大。所以楔角的作用是把入射光線的發散角度轉換成沿屏幕方向傳播的距離。而傳統放映機是通過投影物鏡與屏幕之間的空間來做到這點的。
如圖4(a)所示，用平面反射鏡M1、M2代替楔角稜鏡n的結構，光線從楔角較薄的一部分d2入射，具有一定發散角C2的入射光線通過材料/空氣介質發生全反射，相對於傾斜平面反射鏡的法線NT2來說，光線每反射一次，在反射鏡一方的入射角BT2都要增大鏡面傾斜角度的兩倍2A2。投影光線的下邊緣光線u2從垂直平面反射鏡M2下部水平射入系統中，經過傾斜平面反射鏡M1的反射之後，入射到垂直平面反射鏡M2上，再次經過M2的反射，依此數次，達到要求的放大倍數後從屏幕1上較靠下部的位置X2出射；而上邊緣光線t2以C2的孔徑角射入到系統中，首先經過傾斜平面反射鏡M1的反射，入射到垂直平面反射鏡M2上，再次經過M2的反射，依此數次，達到要求的放大倍數後從屏幕1靠上的位置Y2出射，X2和Y2之間的距離使投影圖像成像於屏幕1上。
如圖4(b)所示，用平面反射鏡M1、M2、M3代替楔角稜鏡n的結構，光線從楔角較薄的一部分d入射，具有一定發散角C3的入射光線通過材料/空氣介質發生全反射，相對於傾斜平面反射鏡的法線NT3來說，光線每反射一次，在反射鏡一方的入射角BT3都要增大鏡面傾斜角度的兩倍2A3。投影光線的下邊緣光線u3從垂直平面反射鏡M2下部水平射入系統中，經過傾斜平面反射鏡M1的反射之後，入射到垂直平面反射鏡M2上，經過M2的反射，再次入射到M1上，依此數次，經過M1的反射後，入射到平面反射鏡M3上，經過M3最後一次反射達到要求的放大倍數後從屏幕1上較靠下部的位置X3出射；而上邊緣光線t3以C3的孔徑角射入到系統中，首先經過傾斜平面反射鏡M1的反射，入射到垂直平面反射鏡M2上，經過M2的反射，再次入射到M1上，依此數次，經過M1的反射後，入射到平面反射鏡M3上，經過M3最後一次反射達到要求的放大倍數後從屏幕1上較靠上的位置Y3出射，X3和Y3之間的距離使投影圖像成像於屏幕1上。
權利要求
1.一種平板楔角反射背投影系統，其特徵在於應用了平板楔角反射式結構，光線從楔角較厚的一部分d進入，具有一定孔徑角C1的入射光線通過材料/空氣介質發生全反射，相對於楔角內垂直反射面的法線NT1來說，光線每反射一次，在楔角垂直平面一方的入射角BT1就減小楔角傾斜平面的角度的兩倍2A1，直到小於臨界角而出射到空氣中。使投影圖像成像於屏幕1上。
2.根據權利要求1所述的一種平板楔角反射背投影系統，其特徵在於利用一定孔徑角的入射光線，從下邊緣到上邊緣光線在楔角中反射次數不同，即入射光線中的下部邊緣光線u1從楔角下部D與垂直平面V1的相交邊緣射入楔角結構中，經過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射後從屏幕1上較靠下部的位置X1點出射；而上部邊緣光線t1由於入射到楔角內時的傾斜角較大，在楔角內反射次數較多，經過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射後從屏幕上較靠上的位置Y1點出射，適用於超薄大屏幕背投影顯示的結構。
3.另一種平板楔角反射背投影系統，其特徵在於用平面反射鏡M1、M2、M3代替楔角稜鏡n的結構，光線從楔角較薄的一部分d入射，具有一定孔徑角C2的入射光線通過材料/空氣介質全反射，相對於反射面的法線NT2來說，光線每反射一次，在楔角平面一方的入射角BT2都要增大鏡面傾斜角度的兩倍2A2。最後通過平面反射鏡M2或M3的反射使投影圖像成像於屏幕1上。
4.根據權利要求3所述的一種平板楔角反射背投影系統，其特徵在於利用投影光線的下邊緣光線u2從垂直平面反射鏡M2下部水平射入系統中，經過傾斜平面反射鏡M1的反射之後，入射到垂直平面反射鏡M2上，再次經過M2的反射，依此數次，達到要求的放大倍數後從屏幕1上較靠下部的位置X2出射；而上邊緣光線t2以C2的孔徑角射入到系統中，首先經過傾斜平面反射鏡M1的反射，入射到垂直平面反射鏡M2上，再次經過M2的反射，依此數次，達到要求的放大倍數後從屏幕1靠上的位置Y2出射，適用於超薄大屏幕背投影顯示的結構。
全文摘要
本發明公開了一種平板楔角反射背投影系統。系統中包括為投影圖像設置的圖像源投影機和用以放大投影圖像的平板楔角結構。光線從楔角較厚的一部分進入，具有一定發散角的入射光線通過材料/空氣介質全反射，相對於反射面的法線來說，光線每反射一次，在楔角平面一方的入射角都要減小，直到小於臨界角而出射到空氣中。入射光線中的下部邊緣光線從屏幕上較靠下部的位置出射，而上部邊緣光線由於入射到楔角內時的傾斜角較大，在楔角內反射次數較多，經過楔角垂直平面和傾斜平面的反射後從屏幕上較靠上的位置出射，使投影圖像成像於屏幕。楔角在投影系統中的作用是把入射光線的發散角度轉換成沿屏幕方向傳播的距離，從而實現了超薄的背投影顯示器。
文檔編號H04N9/31GK1960463SQ20051006136
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月1日 優先權日2005年11月1日
發明者郝瑋, 劉旭 申請人:浙江大學