專利名稱：平板楔角反射背投影系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平板楔角反射背投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
背投影顯示系統(tǒng)是目前適合于個(gè)人和家庭使用的最受歡迎的大屏幕顯示系統(tǒng)。與液晶顯示器和等離子顯示器相比，在維持色彩調(diào)節(jié)和屏幕視角以及對(duì)比度等各個(gè)方面，投影顯示設(shè)備都表現(xiàn)出極高的性價(jià)比。早期由于光學(xué)設(shè)計(jì)的限制，投影鏡頭4的焦距較長(zhǎng)、視角較小，由此造成背投影系統(tǒng)的光路較長(zhǎng)。為了達(dá)到大屏幕的效果，只能夠采用將光路多次曲折的方式，采用了雙反射鏡(圖1)甚至三反射鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)，以期達(dá)到加長(zhǎng)光路的效果?，F(xiàn)在由于鏡頭設(shè)計(jì)的改進(jìn)，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(zhì)量也得到明顯改善，并不需要像以前那樣長(zhǎng)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(shè)備全部使用了單反射鏡結(jié)構(gòu)方式(圖2)，讓光線產(chǎn)生畸變的可能性大為降低，較少的反射次數(shù)也減步了光線的損失，從而可以獲得較高的圖像亮度。同時(shí)背投影系統(tǒng)的整機(jī)厚度幾乎與投影顯示的屏幕尺寸之間保持一定的關(guān)系，其厚度幾乎是屏幕對(duì)角尺寸(英寸)值的厘米數(shù)。由于背投系統(tǒng)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(huì)議室使用100”的背投影顯示系統(tǒng)，其厚度達(dá)到1米左右，因此減小投影顯示的厚度是十分關(guān)鍵的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種平板楔角反射背投影系統(tǒng)。
平板楔角反射背投影系統(tǒng)中應(yīng)用楔角反射鏡的機(jī)理利用全反射棱鏡代替普通的平面鏡反射，這樣可以節(jié)省平面鏡為放大圖象而必須預(yù)置的空間，進(jìn)一步縮小系統(tǒng)體積，可以使具有一定夾角的投射光線在棱鏡內(nèi)自我完成放大后出射。在投影視角一定的情況下能達(dá)到更大的放大倍數(shù)，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(tǒng)中，光線從楔角較厚的一部分進(jìn)入，具有一定發(fā)散角的入射光線通過材料/空氣介質(zhì)全反射，相對(duì)于反射面的法線來說，光線每反射一次，在楔角平面一方的入射角都要減小，直到小于臨界角而出射到空氣中。入射光線中的下部邊緣光線經(jīng)過楔角垂直平面和傾斜平面的反射后從屏幕上較靠下部的位置出射，而上部邊緣光線由于入射到楔角內(nèi)時(shí)的傾斜角較大，在楔角內(nèi)反射次數(shù)較多，經(jīng)過楔角垂直平面和傾斜平面的反射后從屏幕上較靠上的位置出射，使投影圖像成像于屏幕。
另一種平板楔角反射背投影系統(tǒng)，用平面反射鏡代替楔角棱鏡的結(jié)構(gòu)，光線從楔角較薄的一部分入射，具有一定發(fā)散角的入射光線通過材料/空氣介質(zhì)全反射，相對(duì)于反射面的法線來說，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(tǒng)中，經(jīng)過傾斜平面反射鏡的反射之后，入射到垂直平面反射鏡上，再次經(jīng)過反射，依此數(shù)次，達(dá)到要求的放大倍數(shù)后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(tǒng)中，首先經(jīng)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(jīng)過的反射，依此數(shù)次，達(dá)到要求的放大倍數(shù)后從屏幕靠上的位置出射，使投影圖像成像于屏幕。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)用平板楔角結(jié)構(gòu)型全反射棱鏡，使光線通過全反射實(shí)現(xiàn)圖像放大，減少光能量損失，實(shí)現(xiàn)大屏幕背投影顯示。
2)反射棱鏡代替普通的平面鏡反射，使系統(tǒng)適合于背投影成像系統(tǒng)，減少背投影機(jī)的厚度。
3)采用棱鏡全反射技術(shù)，除了畸變避免了其它相差的產(chǎn)生，得到好的圖像效果。


圖1是采用了雙反射鏡的背投影顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是采用了單反射鏡的背投影顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是一種平板楔角背投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4(a)是另一種平板楔角背投影系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4(b)是另一種平板楔角背投影系統(tǒng)的又一種結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
一種平板楔角反射背投影系統(tǒng)中，光線從楔角較厚的一部分d進(jìn)入，具有一定發(fā)散角C1的入射光線通過材料/空氣介質(zhì)發(fā)生全反射，相對(duì)于楔角內(nèi)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，直到小于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(jié)構(gòu)中，經(jīng)過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射后從屏幕1上較靠下部的位置X1點(diǎn)出射；而上部邊緣光線t1由于入射到楔角內(nèi)時(shí)的傾斜角較大，在楔角內(nèi)反射次數(shù)較多，經(jīng)過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射后從屏幕上較靠上的位置Y1點(diǎn)出射，X1和Y1之間的距離使投影圖像成像于屏幕1上。
另一種平板楔角反射背投影系統(tǒng)，用平面反射鏡M1、M2、M3代替楔角棱鏡n的結(jié)構(gòu)，光線從楔角較薄的一部分d入射，具有一定發(fā)散角C2的入射光線通過材料/空氣介質(zhì)全反射，相對(duì)于反射面的法線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(tǒng)中，經(jīng)過傾斜平面反射鏡M1的反射之后，入射到垂直平面反射鏡M2上，再次經(jīng)過M2的反射，依此數(shù)次，達(dá)到要求的放大倍數(shù)后從屏幕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(tǒng)中，首先經(jīng)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(jīng)過M2的反射，依此數(shù)次，達(dá)到要求的放大倍數(shù)后從屏幕1靠上的位置Y2出射，X2和Y2之間的距離使投影圖像成像于屏幕1上。
如圖3所示，系統(tǒng)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(jìn)入，具有一定發(fā)散角C1的入射光線通過材料/空氣介質(zhì)發(fā)生全反射，相對(duì)于楔角內(nèi)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，直到小于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(jié)構(gòu)中，經(jīng)過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射后從屏幕1上較靠下部的位置X1點(diǎn)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(jié)構(gòu)中，由于入射到楔角內(nèi)時(shí)的傾斜角較大，在楔角內(nèi)反射次數(shù)較多，經(jīng)過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射后從屏幕上較靠上的位置Y1點(diǎn)出射，X1和Y1之間的距離使投影圖像成像于屏幕1上。楔角結(jié)構(gòu)中光線入射點(diǎn)上，入射光線的入射角大于全反射角越多，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(jīng)過的反射次數(shù)越多，因此也將在楔角中傳播距離h更遠(yuǎn)，圖像放大率也就越大。所以楔角的作用是把入射光線的發(fā)散角度轉(zhuǎn)換成沿屏幕方向傳播的距離。而傳統(tǒng)放映機(jī)是通過投影物鏡與屏幕之間的空間來做到這點(diǎn)的。
如圖4(a)所示，用平面反射鏡M1、M2代替楔角棱鏡n的結(jié)構(gòu)，光線從楔角較薄的一部分d2入射，具有一定發(fā)散角C2的入射光線通過材料/空氣介質(zhì)發(fā)生全反射，相對(duì)于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(tǒng)中，經(jīng)過傾斜平面反射鏡M1的反射之后，入射到垂直平面反射鏡M2上，再次經(jīng)過M2的反射，依此數(shù)次，達(dá)到要求的放大倍數(shù)后從屏幕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(tǒng)中，首先經(jīng)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(jīng)過M2的反射，依此數(shù)次，達(dá)到要求的放大倍數(shù)后從屏幕1靠上的位置Y2出射，X2和Y2之間的距離使投影圖像成像于屏幕1上。
如圖4(b)所示，用平面反射鏡M1、M2、M3代替楔角棱鏡n的結(jié)構(gòu)，光線從楔角較薄的一部分d入射，具有一定發(fā)散角C3的入射光線通過材料/空氣介質(zhì)發(fā)生全反射，相對(duì)于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(tǒng)中，經(jīng)過傾斜平面反射鏡M1的反射之后，入射到垂直平面反射鏡M2上，經(jīng)過M2的反射，再次入射到M1上，依此數(shù)次，經(jīng)過M1的反射后，入射到平面反射鏡M3上，經(jīng)過M3最后一次反射達(dá)到要求的放大倍數(shù)后從屏幕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(tǒng)中，首先經(jīng)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(jīng)過M2的反射，再次入射到M1上，依此數(shù)次，經(jīng)過M1的反射后，入射到平面反射鏡M3上，經(jīng)過M3最后一次反射達(dá)到要求的放大倍數(shù)后從屏幕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于屏幕1上。
權(quán)利要求
1.一種平板楔角反射背投影系統(tǒng)，其特征在于應(yīng)用了平板楔角反射式結(jié)構(gòu)，光線從楔角較厚的一部分d進(jìn)入，具有一定孔徑角C1的入射光線通過材料/空氣介質(zhì)發(fā)生全反射，相對(duì)于楔角內(nèi)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，直到小于臨界角而出射到空氣中。使投影圖像成像于屏幕1上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板楔角反射背投影系統(tǒng)，其特征在于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(shù)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(jié)構(gòu)中，經(jīng)過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射后從屏幕1上較靠下部的位置X1點(diǎn)出射；而上部邊緣光線t1由于入射到楔角內(nèi)時(shí)的傾斜角較大，在楔角內(nèi)反射次數(shù)較多，經(jīng)過楔角垂直平面V1和傾斜平面I1的反射后從屏幕上較靠上的位置Y1點(diǎn)出射，適用于超薄大屏幕背投影顯示的結(jié)構(gòu)。
3.另一種平板楔角反射背投影系統(tǒng)，其特征在于用平面反射鏡M1、M2、M3代替楔角棱鏡n的結(jié)構(gòu)，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(zhì)全反射，相對(duì)于反射面的法線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。最后通過平面反射鏡M2或M3的反射使投影圖像成像于屏幕1上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種平板楔角反射背投影系統(tǒng)，其特征在于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(tǒng)中，經(jīng)過傾斜平面反射鏡M1的反射之后，入射到垂直平面反射鏡M2上，再次經(jīng)過M2的反射，依此數(shù)次，達(dá)到要求的放大倍數(shù)后從屏幕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(tǒng)中，首先經(jīng)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(jīng)過M2的反射，依此數(shù)次，達(dá)到要求的放大倍數(shù)后從屏幕1靠上的位置Y2出射，適用于超薄大屏幕背投影顯示的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平板楔角反射背投影系統(tǒng)。系統(tǒng)中包括為投影圖像設(shè)置的圖像源投影機(jī)和用以放大投影圖像的平板楔角結(jié)構(gòu)。光線從楔角較厚的一部分進(jìn)入，具有一定發(fā)散角的入射光線通過材料/空氣介質(zhì)全反射，相對(duì)于反射面的法線來說，光線每反射一次，在楔角平面一方的入射角都要減小，直到小于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，而上部邊緣光線由于入射到楔角內(nèi)時(shí)的傾斜角較大，在楔角內(nèi)反射次數(shù)較多，經(jīng)過楔角垂直平面和傾斜平面的反射后從屏幕上較靠上的位置出射，使投影圖像成像于屏幕。楔角在投影系統(tǒng)中的作用是把入射光線的發(fā)散角度轉(zhuǎn)換成沿屏幕方向傳播的距離，從而實(shí)現(xiàn)了超薄的背投影顯示器。
文檔編號(hào)H04N9/31GK1960463SQ20051006136
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者郝瑋, 劉旭 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)