投影熒光屏和投影顯示器的制作方法

專利名稱：投影熒光屏和投影顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及投影熒光屏，特別是適用于觀看成像光的投影熒光屏，所述成像光是從蜂窩結(jié)構(gòu)的成像光源，例如LCD(液晶顯示器)或DMD(數(shù)字微鏡面裝置)傾斜投影到熒光屏上，并涉及包括投影熒光屏的投影顯示器。
背景技術(shù)：
通常都知道，作為背投式顯示器(背投式電視)，它是使用紅、綠和藍(lán)三種色彩的CRT做成像光源的投影顯示器，在成像光源中，從這樣的成像光源發(fā)射的成像光投影在透射投影熒光屏的背面產(chǎn)生圖像，從觀眾側(cè)觀看。
在這種投影熒光屏中使用的投影熒光屏通常由菲捏耳透鏡片和雙凸透鏡片組成，使成像光源發(fā)射的成像光形成一幅圖像，并作為定向擴(kuò)散光向觀眾出射。
具體地說，例如，如圖20所示，投影熒光屏300包括在它出射的那面和菲捏耳透鏡片301的觀眾那面形成的帶有圓形的菲捏耳透鏡302的菲捏耳透鏡片301，在它的入射面形成水平擴(kuò)散的雙凸透鏡304的雙凸透鏡片303。在雙凸透鏡片303的出射面配備有光出射透鏡305和黑條紋306。
其中的菲捏耳透鏡片301上的菲捏耳透鏡302可以通過對透明樹脂材料，例如丙烯酸樹脂，以預(yù)定的角度和預(yù)定的間隔開槽獲得，并具有向觀眾側(cè)聚光的功能和將從菲捏耳透鏡片301背面的成像光源(圖中未示出)發(fā)射的成像光沿徑向擴(kuò)散的功能。在雙凸透鏡片303上的雙凸透鏡304可以通過形成柱面組合透鏡獲得，使它們在一個平面上沿縱向有規(guī)則地?cái)U(kuò)展，并具有主要在水平方向擴(kuò)散的功能，通過菲捏耳透鏡片301對成像光聚光，使光作為定向擴(kuò)散光沿水平方向出射。
與此同時，用蜂窩結(jié)構(gòu)的成像光源，例如LCD或DMD的單透鏡模式的投影顯示器代替上述使用紅、綠和藍(lán)三色的CRT投影顯示器，并且在單透鏡模式的投影顯示器中，從這樣的成像光源發(fā)射的成像光投影到透射投影熒光屏的背面，產(chǎn)生的圖像可以從觀眾側(cè)觀看，近年來，對這種單透鏡模式的投影顯示器的需求在不斷增長。
迄今為止，這樣一種單透鏡模式的投影顯示器通常采用的投影模式是，成像光從它的背面幾乎是垂直于投影熒光屏地投影到投影熒光屏。所述模式的投影顯示器的缺點(diǎn)是，由于它需要的深度近似等于通常的CRT投影顯示器的深度，使它不能做得更小。
在這些情況下，有人建議一種投影顯示器，在所述投影顯示器中，從成像光源發(fā)射的成像光是傾斜投影到投影熒光屏上的，以便使顯示器在不損害圖象質(zhì)量的情況下大大地小于通常的顯示器(見日本公開特許公報(bào)No.208041/1986和No.180967/2000)。
這樣的投影顯示器，在它的入射面上具有一組三角形橫截面的單元棱鏡(全反射棱鏡透鏡)作為將成像光聚光成傾斜入射到投影熒光屏上的光學(xué)裝置；每一個單元棱鏡的第一平面(入射平面)將入射成像光折射，單元棱鏡的第二平面(全反射平面)將折射光全部反射，使反射光從投影顯示器的出射面出射。
在具有這種全反射棱鏡透鏡的投影熒光屏中，在靠近成像光源一側(cè)的區(qū)域(在單元棱鏡在同心圓中心周圍，而不是在熒光屏的平面上，在靠近所述同心圓中心一側(cè)的區(qū)域同心擴(kuò)展的情況下)中，在成像光的入射角(成像光與熒光屏的夾角)較小時，成像光入射在全反射棱鏡透鏡310的每一個單元棱鏡311的入射面311a上的一部分，在單元棱鏡311的全發(fā)射平面311b上沒有全發(fā)射，并且如圖21所示，通過該平面的光變成了雜光，它將產(chǎn)生雙圖像(重影)問題。在圖21中，參考字符L11表示變成尋常光的成像光部分的光路，參考字符L12表示變成雜光的成像光部分的光路。因此，當(dāng)每一個單元棱鏡311具有較大的頂角λ時，產(chǎn)生的雜光量較大，當(dāng)每一個單元棱鏡311具有較小的頂角λ時，產(chǎn)生的雜光量較小。
另一方面，在具有上述全反射棱鏡透鏡的投影熒光屏中，在遠(yuǎn)離成像光源一側(cè)的區(qū)域(在單元棱鏡在同心圓中心周圍，而不是熒光屏上，在遠(yuǎn)離所述同心圓中心一側(cè)的區(qū)域同心擴(kuò)展的情況下)中，在成像光的入射角大時，每一個單元棱鏡311都有一個較小的頂角λ，它的入射面311a得到反錐形，如圖22所示。因此，存在這樣一個問題，成像光入射在每一個單元棱鏡311的入射面311a上的部分，在單元棱鏡311的全反射面311b上被全發(fā)射，并且在入射面311a上再次被反射變成雜光，引起成像光的損失。在圖22中，參考字符L21表示變成尋常光的成像光部分的光路，參考字符L22表示變成雜光的成像光部分的光路。而且，還存在這樣的問題，如果單元棱鏡311的入射面311a為反錐形，那么生產(chǎn)在模制單元棱鏡311時使用的模具就很困難，并且在模制透鏡過程中單元棱鏡也難以脫模。而且，在用切割模具材料生產(chǎn)單元棱鏡311的模制過程中使用的模具的情況下，要將模具成型成與單元棱鏡311的入射平面311a的反錐形也是困難的，這樣，單元棱鏡311的入射平面311a就變成了帶有在切割過程產(chǎn)生的瑕疵的粗糙面。這種情況將引起如下問題單元棱鏡311的入射平面311a為鏡面的區(qū)域和單元棱鏡311的入射平面311a為粗糙面的區(qū)域都存在于熒光屏上，使得熒光屏上產(chǎn)生的圖像在兩個區(qū)域之間的邊界上出現(xiàn)不一致，因而看起來不規(guī)則。
因此，通常的投影熒光屏具有以下缺點(diǎn)由于它們的成像光的入射角范圍窄，并因產(chǎn)生雜光等引起成像光的損失，因此，它們很容易降低熒光屏的亮度和對比度。
本發(fā)明慨述本發(fā)明是針對技術(shù)背景中的上述缺點(diǎn)而完成的。本發(fā)明的一個目的，就是通過增大成像光入射角的允許范圍，在所述范圍里成像光不會因產(chǎn)生雜光等引起損失，提供一種投影熒光屏和投影顯示器，與成像光源的成像光幾乎垂直投影在投影熒光屏上獲得的圖像相比，它們不會降低熒光屏表面的亮度和對比度，能顯示高質(zhì)量圖像。
本發(fā)明提供一種投影熒光屏，它使從投影熒光屏背面的投影光學(xué)系統(tǒng)傾斜投影的成像光可以向投影熒光屏的觀眾一側(cè)出射，投影熒光屏包括全反射棱鏡透鏡，所述全反射棱鏡透鏡具有設(shè)置在成像光入射平面的背面的多個單元棱鏡，每一個單元棱鏡具有對入射光進(jìn)行折射的第一平面和對第一平面折射的光進(jìn)行全反射的第二平面，其中，每一個單元棱鏡具有一個與第一和第二平面之間夾角對應(yīng)的頂角，并且單元棱鏡在熒光屏上的頂角隨每一個單元棱鏡的位置變化。
在本發(fā)明中，單元棱鏡最好圍繞一個不在熒光屏平面上的同心圓中心同心擴(kuò)展。而且，單元棱鏡最好做成有變化的頂角，使得遠(yuǎn)離同心圓中心一側(cè)的頂角比靠近同心圓中心一側(cè)的頂角更大。此外，單元棱鏡的頂角最好在30°和45°之間變化。單元棱鏡的頂角最好隨單元棱鏡的位置，從靠近同心圓中心的一側(cè)到遠(yuǎn)離所述中心的一側(cè)連續(xù)變化。
除此之外，在本發(fā)明中，全反射棱鏡透鏡最好具有第一頂角固定區(qū)，在所述區(qū)里單元棱鏡具有固定在預(yù)定的第一角上的頂角；第二頂角固定區(qū)，其位置與第一頂角固定區(qū)的位置不同，并且在所述區(qū)里，單元棱鏡具有固定在預(yù)定的第二角上的頂角，第二角與第一角不同；及頂角變化區(qū)，它位于第一和第二頂角固定區(qū)之間，并且在所述區(qū)中，單元棱鏡具有的頂角隨熒光屏上的位置不同在第一和第二角之間變化。
在上述情況下，上述頂角變化區(qū)最好包括第一頂角變化部分，在所述部分中單元棱鏡具有僅僅隨單元棱鏡的第一平面與熒光屏之間的夾角變化而變化的頂角，單元棱鏡的第二平面與熒光屏之間的夾角保持不變。而且，頂角變化區(qū)最好還包括位于第一頂角變化部分和第一頂角固定區(qū)之間的第二頂角變化部分，在所述部分中，單元棱鏡具有隨單元棱鏡的第一平面與熒光屏之間的夾角、和單元棱鏡的第二平面與熒光屏之間夾角的變化而變化的頂角；及位于第一頂角變化區(qū)和第二頂角固定區(qū)之間的第三頂角變化部分，在所述部分中，單元棱鏡具有隨單元棱鏡的第一平面與熒光屏之間的夾角、和單元棱鏡的第二平面與熒光屏之間的夾角的變化而變化的頂角。
另外，在本發(fā)明中，每一個單元棱鏡的第一平面最好具有一個0°或大于0°至垂直于熒光屏的斜角(draft angle)。而且，單元棱鏡的第一平面最好具有其粗糙度在整個熒光屏平面上均勻的表面。
而且，在本發(fā)明中，投影熒光屏最好還包括對穿過全反射棱鏡透鏡的光進(jìn)行擴(kuò)散的雙凸透鏡，它安裝在全發(fā)射棱鏡透鏡的觀眾一側(cè)。
在這種情況下，雙凸透鏡最好具有多個半橢圓形或梯形截面的單元棱鏡。
梯形截面的單元棱鏡最好是這樣排列，使得每一個梯形的低底邊和高基邊分別面向入射面和出射面；在每兩個相鄰的單透鏡之間產(chǎn)生V形截面；單元棱鏡是由具有預(yù)定折射率的材料制成；每兩個相鄰的單透鏡之間產(chǎn)生的那些部分是由折射率比制造單透鏡的材料的折射率低的材料制成；以及單元棱鏡之間的界面和每兩個相鄰的單元棱鏡之間產(chǎn)生的部分都對光產(chǎn)生全反射。此外，V形截面部分最好對從投影熒光屏的觀眾一側(cè)進(jìn)入的光具有光吸收特性。另外，V形截面部分最好由樹脂與光吸收粒子混合制成。
另外，在本發(fā)明中，最好把全反射棱鏡透鏡和雙凸透鏡做成一片鏡片。
另外，在本發(fā)明中，投影熒光屏最好還包括對通過全反射棱鏡透鏡(或全反射棱鏡透鏡和雙凸透鏡)的光進(jìn)行擴(kuò)散的擴(kuò)散鏡片，擴(kuò)散鏡片應(yīng)安裝在全反射棱鏡透鏡(或雙凸透鏡)的觀眾一側(cè)。
另外，在本發(fā)明中，投影熒光屏最好還包括一個功能層，它包括從由減反射層、硬涂膜層、防靜電層、遮光層、防腐蝕層和傳感器層組成的組中至少選擇的一層。
本發(fā)明也提供一種投影顯示器，它包括上述投影熒光屏和將成像光傾斜投影到投影熒光屏的投影光學(xué)系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，在投影熒光屏中，位于它背面的投影光學(xué)系統(tǒng)將成像光傾斜投影到它上面，通過提供一個其背面有多個成像光入射在其上的單元棱鏡的全反射棱鏡透鏡，就能夠校正入射面(背面)上從投影光學(xué)系統(tǒng)傾斜投影的成像光的光軸，并使成像光朝觀眾一側(cè)出射。在本發(fā)明中，單元棱鏡制成有隨在熒光屏上的位置而變化的頂角。特別是，例如，在單元棱鏡圍繞不在熒光屏平面上的同心圓中心擴(kuò)展的情況下，單元棱鏡的頂角在某個角度范圍內(nèi)變化(例如，30°或更大和45°或更小)，使得遠(yuǎn)離同心圓中心的一側(cè)的頂角大于靠近同心圓中心一側(cè)的頂角。換句話說，在靠近投影光學(xué)系統(tǒng)一側(cè)的區(qū)域，成像光的入射角很小，單元棱鏡制成有較小的頂角，而在遠(yuǎn)離投影光學(xué)系統(tǒng)一側(cè)的區(qū)域，成像光的入射較大，單元棱鏡制成具有較大的頂角。因此，就能增大成像光的入射角的允許范圍，在所述范圍里成像光不會出現(xiàn)因產(chǎn)生雜光等而引起損失，因此，能夠獲得一種不會降低熒光屏表面亮度和對比度的投影熒光屏和投影顯示器，并能獲得可與投影光學(xué)系統(tǒng)的成像光幾乎垂直投影在投影熒光屏上所獲得的圖像相比美的高質(zhì)量圖像。
另外，根據(jù)本發(fā)明，通過在全反射棱鏡透鏡上提供第一頂角固定區(qū)，在所述區(qū)中，單元棱鏡具有固定在預(yù)定的第一角的頂角固定區(qū)，其位置與第一頂角固定區(qū)不同的第二頂角固定區(qū)，在那里，單元棱鏡具有固定在預(yù)定的與第一角不同的第二個角上的頂角，以及位于第一和第二頂角固定區(qū)之間的頂角變化區(qū)，在所述區(qū)中，單元棱鏡具有在第一和第二角之間隨熒光屏上的位置變化的頂角，就能夠改變部分熒光屏(不是整個熒光屏)上的全反射棱鏡透鏡的單元棱鏡的頂角。到這時，就能容易地制造一個在全反射棱鏡透鏡模制使用的模具，以及投影熒光屏和投影顯示器，兩者都能保證高的圖像質(zhì)量，因而能夠獲得更低的成本。
另外，根據(jù)本發(fā)明，通過在全反射棱鏡透鏡上的頂角變化區(qū)提供一個第一頂角變化部分，其中的單元棱鏡具有只隨單元棱鏡的第一平面與熒光屏之間的夾角變化而變化的頂角，單元棱鏡的第二平面與熒光屏之間的夾角保持不變，以及在第一頂角變化部分和第一頂角固定區(qū)之間、以及在第一頂角變化部分和第二頂角固定部分之間分別提供第二頂角變化部分和第三頂角變化部分，其中單元棱鏡具有隨第一平面與熒光屏之間的夾角和第二平面與熒光屏平面之間夾角的變化而變化，就能夠進(jìn)一步使上述區(qū)域之間的邊界不明顯，因而能夠獲得更高的圖像質(zhì)量。
另外，根據(jù)本發(fā)明，通過使每一個單元棱鏡的第一平面具有0°或大于0°至垂直于(正交于)熒光屏的斜角(draft angle)，就能夠防止產(chǎn)生雜光，因而就能夠防止成像光的損失。此外，在這種情況下，由于在單元棱鏡模制使用的模具沒有包括反錐形部分，模具的制造就更簡單，而且，單元棱鏡就可以在透鏡的模制過程中免除模具。
另外，根據(jù)本發(fā)明，通過使單元棱鏡第一平面的表面粗糙度在整個熒光屏上都均勻，就可以防止熒光屏上的圖像中出現(xiàn)不均勻，使觀眾可以看到高質(zhì)量的圖像。
附圖的簡要說明

圖1是包括本發(fā)明第一實(shí)施例的投影熒光屏的投影顯示器透視圖；圖2是圖1所示的投影熒光屏主要部分的透視圖；圖3是說明圖1所示投影熒光屏的全反射棱鏡透鏡中成像光的光路圖；
圖4是說明圖1所示投影熒光屏的全反射棱鏡透鏡中，每一個單元棱鏡的頂角和成像光入射角之間關(guān)系的簡圖；圖5是說明圖1所示的投影熒光屏的全反射棱鏡透鏡中，每一個單元棱鏡的位置和頂角之間關(guān)系的簡圖；圖6A和6B是說明圖1至圖5所示的投影熒光屏的第一次改進(jìn)的視圖；圖7是說明圖6A和6B所示的投影熒光屏的全反射棱鏡透鏡中，每一個單元棱鏡的位置和頂角之間關(guān)系的簡圖；圖8是表示圖6A和6B所示的投影熒光屏的全反射棱鏡透鏡中，成像光的入射和每一個單元棱鏡的透鏡角之間關(guān)系的簡圖；圖9A和9B是說明圖1至圖5所示的投影熒光屏的第二次改進(jìn)的視圖；圖10是說明圖9A和9B所示的投影熒光屏的全反射棱鏡透鏡中，每一個單元棱鏡的位置和頂角之間關(guān)系的簡圖；圖11是包括本發(fā)明的第二實(shí)施例的投影熒光屏的投影顯示器的透視圖；圖12是圖11所示的投影熒光屏主要部分的透視圖；圖13是取自圖12中沿線XIII-XIII的截面視圖；圖14是包括本發(fā)明第一或第二實(shí)施例的投影熒光屏的投影顯示器的第一個組裝實(shí)例的視圖；圖15是包括本發(fā)明第一或第二實(shí)施例的投影熒光屏的投影顯示器的第二個組裝實(shí)例的視圖；圖16是包括本發(fā)明第一或第二實(shí)施例的投影熒光屏的投影顯示器的第三個組裝實(shí)例的視圖；圖17是實(shí)例1至3的全反射棱鏡透鏡中，每一個單元棱鏡的位置和頂角之間關(guān)系的簡圖；圖18是實(shí)例4和5的全反射棱鏡透鏡中，每一個單元棱鏡的位置和頂角之間關(guān)系(它們之間在單元棱鏡的頂角變化的區(qū)域附近的關(guān)系)的簡圖；圖19是實(shí)例4和5的全反射棱鏡透鏡中，每一個單元棱鏡的位置和透鏡角之間關(guān)系(它們之間在單元棱鏡的頂角變化的區(qū)域附近的關(guān)系)的簡圖；圖20是包括通常的非涅耳透鏡片的投影熒光屏的一個實(shí)例視圖；圖21是說明在包括全反射棱鏡透鏡的投影熒光屏中，當(dāng)單元棱鏡具有很大的頂角時，成像光線的光路圖；圖22是說明在包括全反射棱鏡透鏡的投影熒光屏中，當(dāng)單元棱鏡具有小的頂角時，成像光的光路圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明下面，將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
第一實(shí)施例首先，參照圖1至10將說明本發(fā)明的第一實(shí)施例的投影熒光屏和投影顯示器。
如圖1所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的投影顯示器100包括投影熒光屏111和投影光學(xué)系統(tǒng)112，成像光L從投影光學(xué)系統(tǒng)傾斜投影到投影熒光屏111。投影光學(xué)系統(tǒng)112包括由LCD、DMD等組成的成像光源，及用于擴(kuò)展成像光源發(fā)射的成像光的光學(xué)系統(tǒng)。
投影熒光屏111用于使位于其背面的投影光學(xué)系統(tǒng)112將成像光L向觀眾一側(cè)傾斜投影，并包括全反射棱鏡透鏡114和安裝在全反射棱鏡透鏡114的觀眾一側(cè)的雙凸透鏡115。
如圖2所示，這些部件中，全反射棱鏡透鏡114用于對投影光學(xué)系統(tǒng)112投影的成像光L折射和聚光，并在它的背面(最外面的入射平面)具有多個單元棱鏡113，成像光L入射在其上。
每一個單元棱鏡113都有一個將入射光折射的入射平面(第一平面)113a，和一個全反射平面(第二平面)113b，它將入射平面113a折射的光全部發(fā)射。因此，單元棱鏡113可以將傾斜投影的成像光L折射和全部反射，使光以與熒光屏近似垂直的方向傳播。單元棱鏡113做成在同心圓的中心O附近(不在熒光屏上)同心擴(kuò)展的圓弧形棱鏡(參見圖1)。具體地說，例如，單元棱鏡113的棱鏡間距最好是在100至200μm之間，每一個單元棱鏡113的高度最好是在150至300μm之間。
每一個單元棱鏡113都有一個頂角λ，它與入射平面113a與全反射平面113b之間的夾角對應(yīng)，并且單元棱鏡113的頂角λ根據(jù)熒光屏上每一個單元棱鏡113的位置而變化。更具體地說，單元棱鏡113最好具有從30°至45°連續(xù)變化的頂角λ，使得遠(yuǎn)離同心圓中心O(在所述圖的上邊)的一側(cè)的頂角λ比靠近同心圓中心O(在所述圖的下邊)的一側(cè)上的頂角λ大。
另一方面，雙凸透鏡115用于對通過全反射棱鏡透鏡114的光進(jìn)行水平擴(kuò)散，并在成像光L進(jìn)入的入射平面上具有多個柱面單透鏡116。特別是，例如，每一個單透鏡116最好具有橫向半徑為140μm、縱向半徑為100μm的半橢圓形截面；透鏡間距最好為140μm；每一個單透鏡的高最好為50μm；并且當(dāng)用半角(從所述角度的某方向觀察到的亮度為從正面觀察到的亮度的一半)表示時水平擴(kuò)散角最好在20至50°之間。
正如圖1和2所示，全反射棱鏡透鏡114和雙凸透鏡115都做成分立的鏡片(棱鏡片和雙凸透鏡片)。而且，在圖1和2中，為了便于理解，全反射棱鏡透鏡114和雙凸透鏡115都將它們之間分離的距離畫成比實(shí)際的大。
接著，將參照圖3說明圖1所示的投影熒光屏111的全反射棱鏡透鏡114中成像光L的光路。
如圖3所示，投影光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射的成像光L(參見圖1中的參考編號112)，以入射角θ1入射在全反射棱鏡透鏡114的每一個單元棱鏡113的入射平面113a上，入射角θ1的變化取決于熒光屏上單元棱鏡113的位置。成像光L入射在單元棱鏡上的入射角θ1最好做成35°或更大(最好為45°或更大)和50°或更小，單元棱鏡位于靠近投影光學(xué)系統(tǒng)一側(cè)的熒光屏邊緣(靠近同心圓的中心O的邊緣)上。
入射在每一個單元棱鏡113的入射平面113a上的成像光L在入射平面113a上被折射，然后在全反射平面113b上被全反射，所述全反射光在近似于垂直熒光屏的方向朝觀眾一側(cè)傳播。
為了獲得成像光L的上述光路，每一個單元棱鏡113的形狀應(yīng)根據(jù)成像光L的入射角θ1確定。特別是，當(dāng)每一個單元棱鏡113的透鏡角(全反射平面113b與熒光屏之間的夾角)用φ表示；單元棱鏡113的頂角用λ表示；全反射棱鏡透鏡114的材料的折射率用n表示；及在單元棱鏡113的全反射平面113b上反射的成像光L與熒光屏的法線之間的夾角用θ4表示時，單元棱鏡113的形狀就可以用以下方程式(1)確定tanφ＝{nsin(λ+θ4)+sin(λ+θ1)}/{ncon(λ+θ4)-con(λ+θ1)}...(1)另外，如果全反射棱鏡透鏡114出射面為平面，那么，成像光L在全反射棱鏡透鏡114中傳播的角度θ4與成像光L從全反射棱鏡透鏡114出射的角度θ5之間滿足以下方程式(2)sinθ4＝sinθ5/n...(2)當(dāng)每一個單元棱鏡113的入射平面113a與熒光屏的法線之間的夾角用γ表示時，所述角最好滿足下式γ＝φ+λ-π/2≥0...(3)其原因說明如下當(dāng)每一個單元棱鏡113的入射平面113a的角度γ為負(fù)時，單元棱鏡113的入射平面113a成為反錐形；在這種情況下，難以制造單元棱鏡113模制用的模具，也難以使用模具模制獲得單元棱鏡113。
每一個單元棱鏡113的透鏡角φ相對于成像光L的入射角θ1單調(diào)地減少，使得在成像光L的入射角θ1較大(遠(yuǎn)離同心圓中心O一側(cè)的區(qū)域)的熒光屏區(qū)域中，每一個單元棱鏡113的入射平面113a的角度γ都趨于負(fù)值。在每一個單元棱鏡113的入射平面113a沒有形成反錐形的條件下，當(dāng)成像光L在全反射棱鏡透鏡114中以近似等于0的角度傳播時，角度θ4由下式(4)給出cos-1{cos(θ1)/n}/2≤λ。...(4)另一方面，在成像光L的入射角θ1小的熒光屏區(qū)域中(靠近同心圓中心O一側(cè)的區(qū)域)，入射在每一個單元棱鏡113的入射平面113a上，在全反射平面113b上沒有被全部反射的成像光L部分，穿過所述平面變成雜光。
為了說明在每一個單元棱鏡113中雜光是如何產(chǎn)生的，現(xiàn)在將綜述在單元棱鏡113的入射平面113a中被折射的、并朝著單元棱鏡113的最底部傳播的基本成像光線L0(即，從一個單位棱鏡113的從其中通過而變?yōu)殡s光的部分和從其中通過而變?yōu)橛杏霉獾牧硪徊糠种g邊界通過的成像光L)。
當(dāng)用θ2表示成像光L入射在每一個單元棱鏡113的入射平面113a上的入射角；用θ3表示成像光L在單元棱鏡113的入射平面113a上的折射角；用p表示單元棱鏡113的棱鏡間距；用e1表示成像光L在單元棱鏡113的全反射平面113b上全部反射、并適合用作有用光的那部分的寬度；用e2表示成像光L在單元棱鏡113的全反射平面113b上沒有全部反射、并穿過所述平面變成雜光的那部分的寬度；用h表示單元棱鏡113的高度；以及用s表示單元棱鏡113的入射平面113a的、穿過所述部分變成雜光的成像光L的部分，和單元棱鏡113的入射平面113a的、已經(jīng)穿過所述部分變成有用光的其它部分之間的邊界高度，成像光L變成有用光部分的寬度e1由以下方程式(5)給出e1＝(h-s)×(tan(φ+λ-π/2)+tanθ1)。...(5)上式中的h和s分別由以下方程式(6)和(7)給出h＝p×tan(φ+λ)× tanφ/(tan(φ+λ)-tanφ)；...(6)s＝-p×tan(φ+λ)/(1+tan(φ+λ)×tan(φ+λ+θ3))，...(7)
其中，θ3＝sin-1{sin(θ1+φ+λ)/n}。...(8)正如從圖3清楚看到的，棱鏡間距p和成像光L變成有用光的那部分的寬度e1之間的關(guān)系為e1≤p。而且，成像光L變成有用光的那部分的寬度e1與透鏡間距p之比e1/p隨成像光L的入射角θ1的增大而增加，并在某點(diǎn)上e1等于p。在這種情況下，在成像光L的入射角θ1比e1＝p那點(diǎn)上的入射角大的區(qū)域里，入射在單元棱鏡113的入射平面113a上的成像光L，在全反射平面113b上將全部被反射，沒有雜光存在。
如上所述，成像光L的入射角θ1小的熒光屏上的區(qū)域(靠近同心圓中心O一側(cè)的區(qū)域)存在以下問題，入射在每一個單元棱鏡113的入射平面113a上，在全反射平面113b上沒有全部被反射的成像光L的一部分，并且穿過所述平面變成雜光，而在成像光的入射角θ1大的熒光屏上的區(qū)域(遠(yuǎn)離同心圓中心O一側(cè)的區(qū)域)存在以下問題，每一個單元棱鏡113的入射平面113a都得到反錐形。
圖4是說明每一個單元棱鏡113的頂角λ與成像光L在圖1所示的投影熒光屏111的全反射棱鏡透鏡114中的入射角θ1之間關(guān)系的簡圖。
在圖4中，線205表示在成像光L在全反射單元棱鏡透鏡114傳播的角度θ4(即成像光L從全反射單元棱鏡透鏡114出射的出射角θ5)為0的情況下，由上述方程式(5)至方程式(8)確定的、在每一個單元棱鏡113中雜光產(chǎn)生的邊界；線206表示在相同情況下，由上述方程式(4)確定的、每一個單元棱鏡113的入射平面113a的反錐形形成的邊界。205和206這些線是在全反射棱鏡透鏡114的材料的折射率n為1.55的條件下獲得的。
在圖4中，由兩條線205和206圍成的內(nèi)部區(qū)域不存在這樣的問題，即入射在每一個單元棱鏡113的入射平面113a上，在全反射平面113b上沒有被反射的成像光L的那部分，穿過所述平面變成為雜光，及每一個單元棱鏡113的入射平面113a得到反錐形。因此，只要每一個單元棱鏡113的頂角λ和隨熒光屏上的單元棱鏡113的位置變化的成像光L的入射角θ1出現(xiàn)在所述區(qū)域，就既不會出現(xiàn)雜光問題也不會出現(xiàn)反錐形平面問題。特別是，例如，在單元棱鏡113具有35°的固定頂角情況下，如果成像光L的入射角θ1處于45°至60°的范圍內(nèi)，既不會出現(xiàn)雜光問題也不會出現(xiàn)反錐形平面問題(見參考編號207)。
近幾年來，出現(xiàn)了一種制造較大投影熒光屏111的趨勢，并且與這趨勢相一致，成像光L的入射角θ1的范圍增大。因此，如果單元棱鏡113具有固定的頂角λ，在成像光L的入射角θ1小的熒光屏上的區(qū)域和成像光L的入射角θ1大的熒光屏上的區(qū)域中，成像光L的入射角θ1將超出由線205和206圍成的內(nèi)部區(qū)域。
為了克服上述情況中的雜光問題，降低由線205確定的成像光L的入射角θ1的允許范圍的下限是有效的。為了做到這一點(diǎn)，位于成像光L的入射角θ1小的熒光屏區(qū)域(靠近同心圓中心O一側(cè)的區(qū)域)中的單元棱鏡113最好做成具有較小的頂角λ。另一方面，為了克服反錐形平面的問題，提高由線206確定的成像光L的入射角θ1的允許范圍的上限是有效的。為了做到這一點(diǎn)，位于成像光L的入射角θ1大的熒光屏區(qū)域(遠(yuǎn)離同心圓中心O一側(cè)的區(qū)域)中的單元棱鏡113最好做成具有較大的頂角λ。
為此，在本實(shí)施例中，在整個熒光屏上，單元棱鏡113做成有連續(xù)變化的頂角λ，使得遠(yuǎn)離同心圓中心O一側(cè)上的頂角λ比靠近同心圓中心O一側(cè)上的頂角λ大(見參考編號201至203)。這樣，就能擴(kuò)大成像光L的入射角θ1的允許范圍，因而能夠使整個熒光屏不會出現(xiàn)雜光問題和反錐形平面問題。圖4中的線201至203用成像光L的入射角θ1表示了單元棱鏡113的頂角λ的變化。然而，很自然，單元棱鏡113的頂角λ的變化也可以用單元棱鏡113的位置(遠(yuǎn)離同心圓O中心)表示，這種情況示于圖5中。
在上述實(shí)施例中，每一個單元棱鏡113的入射平面113a最好具有0°或大于0°(最好為1/100 0°或大于1/100 0°)至垂直于(正交于)熒光屏的斜角(draft angle)(在入射平面113a與熒光屏的法線之間的夾角γ為正的的傾角)。而且，單元棱鏡113的入射平面113a的表面粗糙度最好在整個熒光屏上都是均勻的。
(第一改型)參照單元棱鏡113的頂角λ在整個熒光屏上連續(xù)變化的情況，對上述實(shí)施例進(jìn)行了說明。本發(fā)明并不局限于此，單元棱鏡113的頂角λ也可以在熒光屏平面內(nèi)逐步變化。
參照圖6A、6B、7和8將說明圖1至5所示的投影熒光屏111的第一改型。由于所述第一改型的基本結(jié)構(gòu)與圖1至5所示的投影熒光屏111相同，因此在以下說明中，只強(qiáng)調(diào)與圖1至5所示的投影熒光屏111的那些不同點(diǎn)。
圖6A是從熒光屏的入射平面觀察到的第一改型的投影熒光屏111的視圖，圖6B是從熒光屏一側(cè)觀察到的第一改型的投影熒光屏111(和投影光學(xué)系統(tǒng)112)的視圖。
如圖6A和6B所示，第一改型的投影熒光屏111包括在成像光L入射的背面(最外的入射平面)形成的具有多個單元棱鏡的全反射棱鏡透鏡114A，及在全反射棱鏡透鏡114A的觀眾一側(cè)的雙凸透鏡115。
正如圖1至5所示的投影熒光屏111中的全反射棱鏡透鏡114的情況那樣，全反射棱鏡鏡片114A的單元棱鏡圍繞不在熒光屏平面上的同心圓中心O同心擴(kuò)展。而且，如圖6B所示，投影光學(xué)系統(tǒng)112安裝在與同心圓中心O(不是在熒光屏上)的高度相同的高度上。
根據(jù)距同心圓中心O的距離不同，全反射棱鏡透鏡114A被分成A1、A2和A3三個區(qū)域。
其中，區(qū)域A1是比位于距開同心圓中心O距離為r1更靠近同心圓中心O位置的第一頂角固定區(qū)域，在所述區(qū)域中，單元棱鏡的頂角λ固定為λ1(第一角)。
區(qū)域A2是位于比離開同心圓中心O距離為r2的更遠(yuǎn)離同心圓中心O位置的第二頂角固定區(qū)域，在所述區(qū)域中，單元棱鏡的頂角λ固定為λ2(第二角)。如果λ1和λ2進(jìn)行比較的話，λ2大于λ1(λ2＞λ1)。
區(qū)域A3是位于區(qū)域A1和A2之間的頂角變化區(qū)域(在所述位置上，距同心圓中心O的距離比距同心圓中心O的距離r1更遠(yuǎn)，比距同心圓中心O的距離r2更近)，在所述情況下，單元棱鏡具有的頂角λ隨熒光屏上的位置不同在λ1和λ2之間變化。
圖7示出了單元棱鏡的頂角λ怎樣在區(qū)域A1、A2和A3中變化在區(qū)域A3中，單元棱鏡的頂角λ象在單元棱鏡的入射平面(見圖3中的參考編號113a)與熒光屏之間的夾角逐步變化那樣從λ1至λ2逐步變化，單元棱鏡的全反射平面(見圖3中的參考編號113b)與熒光屏之間的夾角保持不變。
如果僅僅提供A1和A2，沒有提供A3，在熒光屏的某一點(diǎn)上，單元棱鏡的頂角λ就從λ1至λ2急劇變化。在此情況下，不僅僅單元棱鏡的頂角λ，而且單元棱鏡的全反射平面的角(透鏡角φ)自然也將急劇變化。更詳細(xì)地說，就單元棱鏡的透鏡角φ的變化而言，在所述點(diǎn)上，隨單元棱鏡的位置從靠近同心圓中心O的一側(cè)變化到遠(yuǎn)離同心圓中心O的一側(cè)逐步變小的，單元棱鏡的透鏡角φ將急劇變化。因此，當(dāng)觀察產(chǎn)生的圖像時，兩個區(qū)域A1和A2之間的邊界可能看起來不舒服。
相反，在上述第一改型中，在區(qū)域A1和A2之間設(shè)置有區(qū)域A3，單元棱鏡在區(qū)域A3中具有隨熒光屏上的位置不同而在λ1和λ2之間變化的頂角λ，在A1和A2區(qū)域中，單元棱鏡分別具有固定在λ1和λ2的頂角λ，使得單元棱鏡的頂角λ連續(xù)變化。而且，在區(qū)域A3中，單元棱鏡做成具有頂角λ，所述頂角隨單元棱鏡的入射平面與熒光屏之間夾角的變化而變化，不隨單元棱鏡的全反射平面與熒光屏之間夾角(透鏡角φ)而變化，使全反射平面角中的變化不會出現(xiàn)反向變化。
圖8是具體表示在成像光L在全反射透鏡114A中的傳播角度θ4為0°(即成像光L從全反射棱鏡透鏡114A出射的出射角θ5為0°)的情況下，成像光L的入射角θ1和全反射棱鏡透鏡114A中每一個單元棱鏡的透鏡角φ之間關(guān)系的簡圖。
現(xiàn)在假設(shè)，如圖8所示，在位于靠近同心圓中心O一側(cè)的區(qū)域A1中，每一個單元棱鏡的頂角λ為λ1(＝35°)，在位于遠(yuǎn)離同心圓中心O一側(cè)的區(qū)域A2中，每一個單元棱鏡的頂角λ為λ2(＝45°)。在這種情況下，當(dāng)入射角θ1為52.5°時，如果單元棱鏡的頂角λ急劇變化，隨單元棱鏡的位置從靠近同心圓中心O一側(cè)進(jìn)一步到達(dá)遠(yuǎn)離同心圓中心O一側(cè)的方向上，逐步減小的全反射平面的角(透鏡角φ)在所述點(diǎn)上將急劇增加2.6°(見參考編號208)。因此，當(dāng)觀察產(chǎn)生的圖像時，所述邊界可能看起來不舒服。
相反，在上述第一改型中，單元棱鏡的頂角λ，例如從λ1(＝35°)變化到λ2(＝45°)，在成像光L的入射角θ1在52.5°和59.2°之間的區(qū)域中，只有每一個單元棱鏡的入射平面的角，隨每一個單元棱鏡的全反射平面的角度(透鏡角φ)變化固定在57°上，如圖8中的實(shí)線所示(見參考編號209)。因此，每一個單元棱鏡的全反射平面角中的變化不可能部分發(fā)生反向變化。
(第二改型)接著，將參照圖9A、9B和10說明圖1至5所示投影熒光屏111的第二改型。第二改型是上述第一改型的進(jìn)一步修改，它還可以進(jìn)一步保證人們不會覺察到每一個單元棱鏡的頂角λ的變化。由于第二改型的基本結(jié)構(gòu)與上述第一改型的相同，在下面的說明中強(qiáng)調(diào)與第一改型不同的那些部分。
圖9A是從熒光屏的入射面看到的第二改型的投影熒光屏111的視圖，圖9B是從熒光屏一側(cè)看到的第二改型的投影熒光屏111(及投影光學(xué)系統(tǒng)112)的視圖。
如圖9A和9B所示，投影熒光屏111包括在成像光L入射的背面(最外的入射平面)形成的具有多個單元棱鏡的全反射透鏡114B，和在全反射棱鏡透鏡114B的觀眾一側(cè)上的雙凸透鏡115。
正如在圖1至5所示投影熒光屏111的全反射棱鏡透鏡114的情況那樣，全反射棱鏡透鏡114B圍繞不在熒光屏平面上的同心圓中心O同心擴(kuò)展。而且，如圖9B所示，投影光學(xué)系統(tǒng)112安裝在與不在熒光屏平面上的同心圓中心O相同的高度上。
全反射單元棱鏡透鏡114B包括區(qū)域A1’、A2’和A3’，它們分別與上述第一改型中的A1、A2和A3對應(yīng)。
換句話說，區(qū)域A1’是第一頂角固定區(qū)，它位于比距同心圓中心O的距離為r1更靠近同心圓中心O的位置，在所述區(qū)域，單元棱鏡具有固定在λ1(第一角)的頂角λ。
區(qū)域A2’是第二頂角固定區(qū)，它位于比距同心圓中心O的距離為r2更遠(yuǎn)離同心圓中心O的位置，在所述區(qū)域，單元棱鏡具有固定在λ2(第二角)的頂角λ。如果將λ1和λ2比較，λ2大于λ1(λ2＞λ1)。
區(qū)域A3’是第一頂角變化部分，它位于區(qū)域A1和A2之間(在比距同心圓中心O的距離為r1更遠(yuǎn)離同心圓中心O的位置上，和比距同心圓中心O的距離為r2更靠近同心圓中心O的位置上)，在所述區(qū)域，單元棱鏡具有隨熒光屏上的位置不同在λ1和λ2之間變化的頂角λ。
在區(qū)域A1’和A3’之間的邊界上，設(shè)置了預(yù)定寬度的區(qū)域A4，在區(qū)域A3’和A2’之間的邊界上，還設(shè)置了具有預(yù)定寬度的區(qū)域A5。為此，由于存在區(qū)域A4和A5，在第二改型中的區(qū)域A1’、A2’和A3’分別比第一改型中的區(qū)域A1、A2和A3更窄。
區(qū)域A4是第二頂角變化部分，它位于區(qū)域A1’和A3’之間，在所述區(qū)域中，單元棱鏡具有隨熒光屏上的位置不同而變化的頂角λ。
區(qū)域A5是第三頂角變化部分，它位于區(qū)域A3’和A2’之間，在所述區(qū)域中，單元棱鏡具有隨熒光屏上的位置不同而變化的頂角λ。
第一頂角變化部分的區(qū)域A3’、第二頂角變化部分的區(qū)域A4和第三頂角變化部分的區(qū)域A5構(gòu)成頂角變化區(qū)域。
圖10示出了單元棱鏡的頂角λ在區(qū)域A1’、A2’、A3’、A4和A5中是怎樣變化的。
在上述第一改型中的區(qū)域A3中，象單元棱鏡的入射平面(見圖3的參考編號113a)與熒光屏之間夾角逐步變化、全反射平面(見圖3的參考編號113b)與熒光屏之間夾角保持不變那樣，單元棱鏡具有從λ1至λ2逐步變化的頂角λ。然而，即使在這種情況下，與其它部分相比，在區(qū)域A3和A1之間及區(qū)域A3和A2之間的邊界上，全反射平面角(透鏡角φ)的變化更大。因此，存在這種可能，當(dāng)觀看產(chǎn)生的圖像時，是否清楚地看到這些區(qū)域之間的邊界取決于每一個單元棱鏡的形狀設(shè)計(jì)。
為此，在第二改型中，在區(qū)域A3和A1之間及區(qū)域A3和A2之間的邊界上，分別設(shè)置預(yù)定寬度的區(qū)域A4和A5，在A4和A5這些區(qū)域中，每一個單元棱鏡的頂角λ都是通過不僅僅改變?nèi)肷淦矫媾c熒光屏之間的夾角，而且也改變?nèi)瓷淦矫婧蜔晒馄林g的夾角(透鏡角φ)來改變。這樣，就能使全反射平面角的變化平滑，因而，就能防止在觀看產(chǎn)生的圖像時清楚地看到上述區(qū)域之間的邊界，從而使圖像出現(xiàn)的不均勻較少。
在第二改型中，在區(qū)域A1’、A2’和A3’中，熒光屏與全反射平面夾角(透鏡角φ)的變化可用數(shù)學(xué)公式表示，所述數(shù)學(xué)公式遵循的實(shí)例5所示的樣條內(nèi)插函數(shù)，將在后面說明，從而確定區(qū)域A4和A5中全反射平面角的變化程度。
第二實(shí)施例接著，參照圖11至13將說明本發(fā)明第二實(shí)施例的、包括投影熒光屏的投影顯示器。除了雙凸透鏡的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例的不同、全反射棱鏡透鏡和雙凸透鏡被集成一片鏡片外，本發(fā)明第二實(shí)施例與上述第一實(shí)施例相同。在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，與前述第一實(shí)施例中對應(yīng)的部分用相同的參考編號表示，對這些部分的詳細(xì)說明將忽略。
如圖11所示，本發(fā)明第二實(shí)施例的投影顯示器100’包括投影熒光屏111’和投影光學(xué)系統(tǒng)112，成像光L從投影光學(xué)系統(tǒng)傾斜投影到投影熒光屏111’上。
投影熒光屏111’用于將成像光L從位于其背面的投影光學(xué)系統(tǒng)112傾斜投影，向觀眾一側(cè)出射，并包括全反射棱鏡透鏡114’和安裝在全反射棱鏡透鏡114’的觀眾一側(cè)上的雙凸透鏡115’。
如圖12所示，在這些部件中，全反射棱鏡透鏡114’用于對從投影光學(xué)系統(tǒng)112投影的成像光L進(jìn)行折射和聚光，并包括基片23和在基片23的入射一面(成像光L入射的最外邊的入射平面)形成的多個單元棱鏡113。正如上述第一實(shí)施例那樣，每一個單元棱鏡113都有一個對入射光進(jìn)行折射的入射平面(第一平面)113a，和對入射平面113a上折射的光全部反射的全反射平面(第二平面)113b。而且單元棱鏡113被制成以圓弧形狀圍繞不在熒光屏平面上的同心圓中心O同心擴(kuò)展的棱鏡(見圖11)，并具有隨熒光屏上的位置變化的頂角λ。更詳細(xì)地說，單元棱鏡113最好具有從30°到45°連續(xù)變化的頂角λ，使得遠(yuǎn)離同心圓中心O一側(cè)(圖中最上一側(cè))的頂角λ比靠近同心圓中心O一側(cè)(圖中最下一側(cè))的頂角λ更大。單元棱鏡113的頂角λ可以象上述第一實(shí)施例中的各種方式(圖5、7和10等)作相同的變化。
另一方面，如圖12和13所示，雙凸透鏡115’被安裝在基片23的出射面上，并具有多個梯形截面的梯形部分25(單透鏡)。
這樣設(shè)置梯形部分25，使得每一個梯形的下底邊和上底邊分別面對入射面和出射面，并在每兩個相鄰的梯形部分25之間設(shè)置帶有V形截面的V形部分26。梯形部分25由具有預(yù)定折射率的材料制成。而且，V形部分26是在每兩個梯形部分25之間的空間，用折射率低于制造梯形部分25的材料填充形成，從而在每兩個相鄰的梯形部分25之間提供的梯形部分25與V形部分26之間的界面可以對成像光L進(jìn)行全反射和擴(kuò)散(見圖12和13)。
另外，V形部分26最好對從觀眾一側(cè)進(jìn)入這些部分的光具有吸收光的特性。雖然任何材料都可以用作V形部分的材料，但是，最好使用，例如，具有低折射率的合成樹脂和由染料、顏料、彩色樹脂細(xì)粒等組成的吸收光的粒子混合制造它們。
在圖11至13所示的投影熒光屏111’中，從投影光學(xué)系統(tǒng)112傾斜投影的成像光L入射在全反射棱鏡透鏡114’的每一個單元棱鏡113的入射平面113a上。
入射在每一個單元棱鏡113的入射平面113a上的成像光L在所述平面上被折射，然后在全反射平面113b上被全反射，全反射的光以幾乎垂直于熒光屏的方向朝觀眾一側(cè)傳播。
其后，從全反射棱鏡透鏡114’出射的成像光L入射在雙凸透鏡115’的梯形部分25的下底邊上；所述入射光的一部分穿過雙凸透鏡115’，而剩下的一部分則在梯形部分25和V形部分26之間的界面上被全反射，最終，從梯形部分25的上底邊出射的所有光都朝觀眾一側(cè)傳播。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例，成像光L從位于其背面的投影光學(xué)系統(tǒng)112傾斜投影在其上的投影熒光屏111、111’中，安裝在其背面的、成像光L入射在在其上的全反射棱鏡透鏡114、114A、114B、114’的多個單元棱鏡113，應(yīng)該制成具有在某一個角度范圍內(nèi)(例如，30°或更大和45°或更小)變化的頂角λ，使遠(yuǎn)離同心圓中心O一側(cè)上的頂角λ比靠近同心圓中心O一側(cè)的頂角λ大。這樣，在位于靠近投影光學(xué)系統(tǒng)112一側(cè)區(qū)域中，成像光L的入射角θ1小，單元棱鏡113的頂角λ就能夠做得更小，而在位于遠(yuǎn)離投影光學(xué)系統(tǒng)112一側(cè)區(qū)域中，成像光L的入射角θ1大，單元棱鏡113的頂角λ就能夠做得更大。因此，可以增大成像光L的入射角θ1的允許范圍，在所述范圍內(nèi)，不會出現(xiàn)成像光L因產(chǎn)生雜光而造成損失的問題，因而能夠獲得不會降低熒光屏的表面亮度或?qū)Ρ榷?、可與成像光L從投影光學(xué)系統(tǒng)112以近似垂直方向投影到投影熒光屏上獲得的圖像相比美的高質(zhì)量圖像的投影熒光屏111、111’和投影顯示器100、100’。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例，象第一改型那樣，在全反射棱鏡透鏡114A上提供有第一頂角固定區(qū)A1，在所述區(qū)域單元棱鏡113具有固定在預(yù)定的第一角λ1的頂角λ，其位置與第一頂角固定區(qū)A1不同的第二頂角固定區(qū)A2，在所述區(qū)域單元棱鏡113具有固定在預(yù)定的、與第一角λ1不同的頂角λ，以及位于第一和第二頂角固定區(qū)A1和A2之間的頂角變化區(qū)A3，并且在A3中單元棱鏡113具有隨熒光屏上的位置在第一角λ1和第二角λ2之間變化的頂角λ，使全反射棱鏡透鏡114A的單元棱鏡113的頂角λ僅僅能夠在整個熒光屏中部分發(fā)生變化。這樣，制造在全反射棱鏡透鏡114A模制中使用的模具就變得容易，并保證能夠顯示高圖像質(zhì)量的投影熒光屏111、111’和投影顯示器100、100’可以以更低的成本生產(chǎn)。
而且，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例，象第一改型那樣，在全反射棱鏡透鏡114B上的頂角變化區(qū)中提供第一頂角變化部分A3’，在A3’中，單元棱鏡113具有象熒光屏與入射平面113a之間的夾角變化那樣變化的頂角λ，而熒光屏與全反射平面113b之間的夾角保持不變，以及分別位于第一頂角變化部分A3’和第一頂角固定區(qū)A1’及第一頂角變化部分A3’和第二頂角固定區(qū)A2’之間的第二和第三頂角變化部分A4和A5，在A4和A5中，單元棱鏡113具有象熒光屏與入射平面113a之間的夾角、及熒光屏與全反射平面113b之間夾角變化那樣變化的頂角λ，就能夠使上述區(qū)域之間的邊界更加不清楚。因而能夠獲得比第一改型獲得的圖像質(zhì)量更高。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例，由于每一個單元棱鏡113的入射平面113a有一個0°的斜角或更垂直(法向)于熒光屏，單元棱鏡113模制使用的模具就不需包括反錐形部分。這樣，就使模具的制造更加容易，而且在透鏡模制過程中更容易脫模，使單元棱鏡113的制造更容易。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例，由于單元棱鏡113的入射平面113a的表面粗糙度在整個熒光屏上都是均勻的，在熒光屏上就能產(chǎn)生均勻的圖像；因而可以觀看到高質(zhì)量圖像。
(其它實(shí)施例)本發(fā)明不局限于上述第一和第二實(shí)施例，并可以在下述(1)至(6)的項(xiàng)目中作各種修改或變化。這些修改和變化也屬于本發(fā)明的范圍。
(1)在上述第一和第二實(shí)施例中，全反射棱鏡透鏡114、114A、114B、114’和雙凸透鏡115、115’都分別用作全反射棱鏡透鏡和雙凸透鏡。然而，至于全反射棱鏡透鏡、雙凸透鏡和其它透鏡的具體形狀，只要滿足上述本發(fā)明的特征，也可以采用任何其它結(jié)構(gòu)。
(2)在上述第一實(shí)施例中，雖然全反射棱鏡透鏡114、114A、114B、114’和雙凸透鏡115、115’都做成分離的鏡片(棱鏡片和雙凸透鏡片)，但是它們也可以集成為一塊鏡片。另一方面，在上述第二實(shí)施例中，雖然全反射棱鏡透鏡114’和雙凸透鏡115’都集成一塊鏡片，但是它們也可以做成分離的鏡片(棱鏡片和雙凸透鏡片)。
(3)在上述第一和第二實(shí)施例中，對穿過全反射棱鏡透鏡114、114A、114B、114’和雙凸透鏡115、115’的成像光L進(jìn)行擴(kuò)散的擴(kuò)散鏡片可以安裝在圖1和11中用參考編號117表示的、雙凸透鏡115、115’的觀眾一側(cè)(如果沒有雙凸透鏡115、115’，就是在全反射棱鏡透鏡114、114A、114B、114’的觀眾一側(cè))的位置上。擴(kuò)散鏡片最好是一片擴(kuò)散介質(zhì)或其它介質(zhì)組合成的鏡片，以便將擴(kuò)散特性賦予鏡片。
(4)在上述第一和第二實(shí)施例中，雖然雙凸透鏡115、115’被安裝在全反射棱鏡透鏡114、114A、114B、114’的觀眾一側(cè)，由擴(kuò)散介質(zhì)或其它介質(zhì)對光進(jìn)行擴(kuò)散的擴(kuò)散鏡片，借助于光折射等對光擴(kuò)散的許多小珠涂布的粒狀熒光屏也可以用于代替雙凸透鏡115、115’。
(5)上述第一和第二實(shí)施例中，功能層也可以安裝在圖1和11中用參考編號117表示的、雙凸透鏡115、115’的觀眾一側(cè)(如果沒有雙凸透鏡115、115’，就是在全反射棱鏡透鏡114、114A、114B、114’的觀眾一側(cè))的位置上?？梢圆捎酶鞣N各樣的功能層，這種功能層的實(shí)例包括消反射層(AR層)、硬涂膜層(HC層)、抗靜電層(AS層)、遮光層(AG層)、防腐蝕層和傳感器層。
減反射層(AR層)用于限制光在投影熒光屏100、100’上的反射，并可以通過對透鏡表面壓制一層具有限制光反射功能的薄膜、或者通過對透鏡表面直接作減光處理獲得。硬涂膜層(HC層)用于防止投影熒光屏100、100’的表面被損傷，并可以通過對透鏡表面壓制一層具有增強(qiáng)作用的耐磨薄膜、或者通過對透鏡表面直接作硬膜處理獲得?？轨o電層(AS層)用于消除出現(xiàn)在投影熒光屏100、100’上的靜電，并可以通過對透鏡表面壓制抗靜電薄膜、或者通過對透鏡表面直接作抗靜電處理獲得。遮光層(AG層)用于防止投影熒光屏100、100’的閃爍，并可以通過給透鏡表面壓制具有防閃爍功能的薄膜、或者對透鏡表面直接作遮光處理獲得。防腐蝕層用于防止投影熒光屏100、100’的表面被腐蝕，并可以通過給透鏡壓制一層具有防腐蝕功能的薄膜、或者對透鏡表面做防腐蝕處理獲得。傳感器層是一種可以作為觸摸熒光屏等功能的功能層。
(6)根據(jù)上述第一和第二實(shí)施例，在投影顯示器100、100’中，雖然采納的是向上投影模式，在所述模式中，從投影光學(xué)系統(tǒng)112出射的成像光L向上投影到投影熒光屏111、111’，但是，也可以采納向下投影模式，在所述模式中，從投影光學(xué)系統(tǒng)112出射的成像光L向下投影到投影熒光屏111、111’上。
在投影顯示器100、100’中采納向上投影模式的情況下，投影顯示器111、111’和投影光學(xué)系統(tǒng)112都包含在，例如圖14所示的與它們的位置相關(guān)的機(jī)殼151中。特別是，例如，通過使用LCD燈泡作為投影光學(xué)系統(tǒng)112中的成像光源，就能夠?qū)晒馄烈韵碌膱D像投影到50英寸的投影熒光屏111、111’上，使成像光L入射在熒光屏底部的入射角θ11為45°，及成像光L入射在熒光屏頂部的入射角θ10為60°。在這種情況下，投影熒光屏111、111’與投影光學(xué)系統(tǒng)112之間的水平距離為大約800mm。
另一方面，當(dāng)在投影顯示器100、100’中采納向下投影模式時，投影熒光屏111、111’和投影光學(xué)系統(tǒng)112都包含在，例如圖15所示的與它們的位置相關(guān)的機(jī)殼中。特別是，例如，通過使用DMD作為投影光學(xué)系統(tǒng)112中的成像光源，就能夠?qū)晒馄烈陨系膱D像投影到50英寸的投影熒光屏111、111’上，使成像光L入射在熒光屏頂部的入射角θ20為45°，成像光L入射在熒光屏底部的入射角θ21為70°。在這種情況下，投影熒光屏111、111’與投影光學(xué)系統(tǒng)112之間的水平距離為大約700mm。
在圖14和15所示的投影顯示器100和100’中，從投影光學(xué)系統(tǒng)112出射的成像光L直接投影到投影熒光屏111、111’上。然而，投影熒光屏和投影光學(xué)系統(tǒng)也可以包含在圖16所示的與它們的位置相關(guān)的機(jī)殼153中，使得從投影光學(xué)系統(tǒng)112出射的成像光L通過反射器155投影到投影熒光屏111、111’上。
實(shí)例現(xiàn)在，將在下面給出前述實(shí)施例的具體實(shí)例。
(實(shí)例1)在50英寸背投式電視中，使用包括一塊棱鏡片和一塊雙凸透鏡片的投影熒光屏作為實(shí)例1的投影熒光屏。實(shí)例1的投影熒光屏與上述第一實(shí)施例對應(yīng)。
首先，使用由NC(數(shù)控)機(jī)床加工得到的模具，對放在厚度為1.8mm的聚丙烯基片上的紫外線固化樹脂(固化樹脂的折射率為1.55)固化和成型，這樣，在它的一個面上就獲得了總厚度為2mm、帶有全反射棱鏡透鏡的棱鏡片。
在上述過程中，在棱鏡片上就生成了全反射棱鏡透鏡，使它圍繞同心圓中心(不在熒光屏上)同心擴(kuò)展的圓弧形中具有多個棱鏡(單元棱鏡)。在熒光屏底部中心，單元棱鏡的圓弧半徑(距同心圓中心的距離)做成800mm；棱鏡的間距做成100μm；每一個棱鏡的高做成近似150μm。而且，位于熒光屏下邊沿(最靠近同心圓中心的一側(cè))的單元棱鏡做成37°的頂角λ；位于熒光屏上邊沿(距同心圓中心最遠(yuǎn)的一側(cè))的單元棱鏡做成40°的頂角λ；而位于上述兩個單元棱鏡之間的單元棱鏡做成從37°至40°之間變化的頂角λ(見圖17)。從每一個單元棱鏡出射成像光的出射角θ5做成0°(法線出射)。
接著，使用柱面滾動模具，對抗沖擊丙烯酸樹脂擠壓加工成雙凸透鏡片。
在上述過程中，在雙凸透鏡片上形成了雙凸透鏡，使得雙凸透鏡片上具有多個半橢圓截面的單元棱鏡。每一個單透鏡的橫向直徑做成140μm，每一個單透鏡的縱向直徑做成100μm。而且，透鏡的間距做成140μm，每一個單透鏡的高做成50μm。這樣，就可以獲得以下擴(kuò)散特性用半角表示的水平擴(kuò)散角為35°，用半角表示的垂直擴(kuò)散角為15°。
當(dāng)用擠壓法制造雙凸透鏡片時，在抗沖擊丙烯酸樹脂中組合了非常少的黑染料和擴(kuò)散劑。因此，制成的雙凸透鏡片具有70％的透過率，并具有防止外部光反射等特性，及擴(kuò)散效應(yīng)。
使用上述棱鏡片和雙凸透鏡片的加工組合生產(chǎn)出了投影熒光屏。用這種方法生產(chǎn)的投影熒光屏組裝到如圖14所示的向上投影模式的投影顯示器(背投式電視)中。投影熒光屏的尺寸為50英寸，而LCD燈泡用作投影光學(xué)系統(tǒng)的成像光源。投影光學(xué)系統(tǒng)安裝在熒光屏下邊沿下面800mm處，投影熒光屏與投影光學(xué)系統(tǒng)之間的水平距離(投影距離)做成800mm。而且，成像光入射在熒光屏底部的入射角θ11為45°，成像光入射在熒光屏頂部的入射角θ10做成60°。
(實(shí)例2)在50英寸背投式電視中，使用包括被集成為一塊鏡片的全反射棱鏡透鏡片和雙凸透鏡片的投影熒光屏作為實(shí)例2的投影熒光屏。實(shí)例2的投影熒光屏與上述第二實(shí)施例對應(yīng)。
首先，使用由NC機(jī)床加工得到的模具，對放在厚度為1.8mm的聚丙烯基片上的紫外線固化樹脂(固化樹脂的折射率為1.55)固化和成型，這樣，就獲得了一個總厚度為2mm、在它的一個面上具有全反射棱鏡透鏡的棱鏡片。
在上述過程中，在棱鏡片上就生成了全反射棱鏡透鏡，使它圍繞同心圓中心(不在熒光屏上)同心擴(kuò)展的圓弧形中具有多個棱鏡(單元棱鏡)。在熒光屏底部中心，單元棱鏡的圓弧半徑(距同心圓中心的距離)做成800mm；棱鏡的間距做成100μm；每一個棱鏡的高做成近似150μm。而且，位于熒光屏下邊沿(最靠近同心圓中心的一側(cè))的單元棱鏡做成37°的頂角λ；位于熒光屏上邊沿(距同心圓中心最遠(yuǎn)的一面)的單元棱鏡做成40°的頂角λ；而位于上述兩個單元棱鏡之間的單元棱鏡做成從37°至40°之間變化的頂角λ(見圖17)。從每一個單元棱鏡出射的成像光的出射角θ5做成0°(法線出射)。
接著，在用上述方法加工好的棱鏡片的另一面上，形成多個有梯形截面的梯形部分(單元棱鏡)，每兩個相鄰的梯形部分之間的空間，用包含光吸收粒子的低折射率樹脂填充，因而形成V形部分。高折射率的環(huán)氧樹脂丙烯酸鹽用作構(gòu)成梯形部分的材料。低折射率的尿烷丙烯酸鹽用作構(gòu)成V形部分的材料；由日本DainichiseikaColor & Chemicals Mfg.Co.Ltd.生產(chǎn)的RUBCOULEUR(商標(biāo))用作光吸收粒子。RUBCOULEUR的粒子平均直徑為8μm，按重量添加的數(shù)量為45％。
在上述過程中，梯形部分的透鏡間距做成50μm，這些部分的折射率為1.57。另外，V形部分的折射率為1.48。每一個梯形部分的上底邊長度和V形部分三角形底邊的長度都做成彼此相等，因而，使所謂的黑條紋占50％。每一個V形部分的垂角做成20°。
這樣，把全反射棱鏡透鏡和雙凸透鏡整體地做成一塊鏡片，得到投影熒光屏。然后，像實(shí)例1中那樣，所述投影熒光屏被組裝成如圖14所示的向上投影模式的投影顯示器(背投式電視)。投影熒光屏的熒光屏尺寸為50英寸，LCD燈泡用作為投影光學(xué)系統(tǒng)中的成像光源。投影光學(xué)系統(tǒng)被安裝在熒光屏下邊沿下80mm處，投影熒光屏與投影光學(xué)系統(tǒng)之間的水平距離(投影距離)做成800mm。另外，成像光入射在熒光屏底部的入射角θ11做成45°，成像光入射在熒光屏頂部中心的入射角θ10做成60°。
(實(shí)例3)在實(shí)例2的投影熒光屏中，對雙凸透鏡的前一面(觀眾一側(cè)的最外一面)壓制厚度為0.1mm的AR涂膜，就加工成實(shí)例3的投影熒光屏。
(實(shí)例4)主要通過改變實(shí)例1的投影熒光屏中棱鏡片的全反射棱鏡透鏡的單元棱鏡的頂角λ的變化方式來制備實(shí)例4的投影熒光屏。實(shí)例4的投影熒光屏與上述第一實(shí)施例第一改型對應(yīng)。
具體地說，在實(shí)例4中，在投影熒光屏的棱鏡片上形成全反射棱鏡透鏡，使其具有在同心圓中心附近，而不是在熒光屏上，以圓弧形狀同心擴(kuò)展的多個棱鏡(單元棱鏡)。在熒光屏底部中心，單元棱鏡的圓弧半徑(距同心圓中心的距離)做成250mm；棱鏡的間距做成100μm；另外，位于熒光屏較低邊沿(最靠近同心圓中心的面)的單元棱鏡做成35°的頂角λ；位于熒光屏較上邊沿(距同心圓中心最遠(yuǎn)的面)的單元棱鏡做成40°的頂角λ；而在位于距同心圓中心距離r1為529.6mm(入射角為57.3°)與距同心圓中心距離r2為605.9mm(入射角為60.7°)之間區(qū)域中的單元棱鏡做成從35°至40°之間變化的頂角λ。圖18中的實(shí)線表示位于單元棱鏡的頂角λ是變化的區(qū)域附近，每一個單元棱鏡的位置與頂角λ之間的關(guān)系。
正如圖19中的實(shí)線表示的，位于距-同心圓中心距離r1為529.6mm(入射角為57.3°)與距同心圓中心距離r2為605.9mm(入射角為60.7°)之間的區(qū)域中的單元棱鏡透的鏡角φ固定在55.25°。從每一個單元棱鏡出射的成像光的出射角θ5做成0°(法線出射)。
通過用上述方法加工的棱鏡片和實(shí)例1中相同的雙凸透鏡片組合就生產(chǎn)出投影熒光屏。用這種方法生產(chǎn)的投影熒光屏就可組裝成圖14所示的向上投影模式的投影顯示器(背投式薄電視)。投影熒光屏的尺寸為55英寸(16∶9)，LCD燈泡用作投影光學(xué)系統(tǒng)的成像光源。投影光學(xué)系統(tǒng)被安裝在熒光屏較低邊沿下的250mm處，投影熒光屏與投影光學(xué)系統(tǒng)之間的水平距離(投影距離)做成340mm。另外，成像光入射在熒光屏底部(距同心圓中心的距離為250mm)的入射角θ1做成36.3°，成像光線入射在熒光屏頂部(距同心圓中心距離為1116mm)的入射角θ1做成73.0°。
(實(shí)例5)在實(shí)例4的投影熒光屏中，通過修改棱鏡片的全反射棱鏡透鏡的單元棱鏡的入射角λ的變化方式，就可以加工得到實(shí)例5的投影熒光屏。實(shí)例5的投影熒光屏與上述第一實(shí)施例的第二改型對應(yīng)。
只要將位于距同心圓中心500mm與距同心圓中心650mm之間的區(qū)域中，棱鏡片的全反射棱鏡透鏡的單元棱鏡做成由5個結(jié)點(diǎn)的樣條內(nèi)插函數(shù)確定的透鏡角φ，就能加工得到與實(shí)例4相同的投影熒光屏作為實(shí)例5的投影熒光屏。
在單元棱鏡的頂角λ變化的區(qū)域附近，每一個單元棱鏡的位置與頂角λ之間的關(guān)系由圖18中的虛線表示。而且，在單元棱鏡的頂角λ變化的區(qū)域附近，每一個單元棱鏡的位置與透鏡角φ之間的關(guān)系由圖19中的虛線表示。
下述方程式(9)用作樣條內(nèi)插函數(shù)φ=φ1+Σk=15Δk[{1+(1+r-rkr5-r1)m}1m-1],···(9)]]>其中Δ1＝(φ2-φ1)/a1，Δk＝(φk+1-φk)/ak-(φk-φk-1)/ak-1，
其中ak＝(r-rk)/(r5-r1)。
方程式(9)中的參數(shù)在下表中給出。
M＝32

使用上述方程式(9)的樣條內(nèi)插函數(shù)確定每一個單元棱鏡的全反射平面角(透鏡角φ)后，入射平面角γ和單元棱鏡的頂角λ可由以下方程式(10)計(jì)算tanγ＝{cosθ1(tanφ·sinφ+cosφ)-n(tanφ·sinφ-cosφ)}/{sinθ1(tanφ·sinφ+cosφ)-2nsinφ}， ...(10)其中λ＝π/2+γ-φ。
通過將上述方法加工的棱鏡片與實(shí)例1中相同的雙凸透鏡片組合就產(chǎn)生投影熒光屏。然后，如實(shí)例4中那樣，產(chǎn)生的投影熒光屏組裝成圖14所示的向上投影模式的投影顯示器(背投式薄電視)。投影熒光屏的尺寸為55英寸(16∶9)，LCD燈泡用作投影光學(xué)系統(tǒng)中的成像光源。投影光學(xué)系統(tǒng)安裝在熒光屏較低邊沿下面250mm處，投影熒光屏與投影光學(xué)系統(tǒng)之間的水平距離(投影距離)做成340mm。而且，成像光入射在熒光屏底部中心(距同心圓的距離為250mm)的入射角θ1做成36.3°，成像光入射在熒光屏頂角(距同心圓中心的距離為1116mm)的入射角θ1做成73.0°。
(比較實(shí)例1)除了投影熒光屏中的全反射棱鏡透鏡的單元棱鏡被做成40°的固定頂角λ外，其余重復(fù)實(shí)例4的過程，因而，產(chǎn)生一個比較實(shí)例1的投影熒光屏。
(比較實(shí)例2)除了在投影熒光屏中，位于比距同心圓中心的距離小于544mm的區(qū)域(入射角為58.0°)中的全反射棱鏡透鏡的單元棱鏡被做成35°的固定頂角λ外，其余重復(fù)實(shí)例4的過程，因而，產(chǎn)生一個比較實(shí)例2的投影熒光屏。
在比較實(shí)例2的全反射棱鏡透鏡中，根據(jù)涉及全反射棱鏡透鏡的上述方程式(1)至(3)，位于距同心圓中心距離大于544mm的區(qū)域中的單元棱鏡的頂射角λ為負(fù)值(λ＜0)。因此，為了使成像光從所述區(qū)域垂直出射，位于所述區(qū)域的單元棱鏡的入射平面應(yīng)做成垂直的，菲涅耳透鏡的透鏡角φ由以下方程式(11)確定φ＝{sin-1(cosθ1/n)+π/2}/2。
...(11)在這種情況下，在比較實(shí)例2的投影熒光屏中，位于距同心圓中心距離大于544mm的區(qū)域中，全反射棱鏡透鏡的單元棱鏡必須有從35°逐步增加的頂角λ，并且單元棱鏡的入射平面應(yīng)是在加工模具材料時產(chǎn)生瑕疵的粗糙表面。
(結(jié)果評價)發(fā)現(xiàn)實(shí)例1的投影熒光屏的入射角有寬的允許范圍，用所述投影熒光屏，不會降低熒光屏的亮度或?qū)Ρ榷?，可獲得高質(zhì)量的圖像。其透過率為60％，反射率為5％，增益為3。另外，垂直擴(kuò)散角(垂直視角)為10°(半角)，水平擴(kuò)散角(水平視角)為25°(半角)。
象實(shí)例1的投影熒光屏一樣，發(fā)現(xiàn)實(shí)例2的投影熒光屏的入射角有寬的允許范圍，用所述投影熒光屏，不會降低熒光屏的亮度或?qū)Ρ榷?，可獲得高質(zhì)量的圖像。其透過率為80％，反射率為5％，增益為4。另外，垂直擴(kuò)散角(垂直視角)為12°(半角)，水平擴(kuò)散角(水平視角)為25°(半角)。
象實(shí)例2的投影熒光屏一樣，發(fā)現(xiàn)實(shí)例3的投影熒光屏的入射角有寬的允許范圍，用所述投影熒光屏，不會降低熒光屏的亮度或?qū)Ρ榷?，可獲得高質(zhì)量的圖像。也發(fā)現(xiàn)所述熒光屏的反射率在實(shí)例2的投影熒光屏基礎(chǔ)上提高了1.5％。
發(fā)現(xiàn)實(shí)例4和5的投影熒光屏的入射角有寬的允許范圍，用這些投影熒光屏，不會降低熒光屏的亮度或?qū)Ρ榷龋色@得高質(zhì)量的圖像。更詳細(xì)地說，在整個熒光屏上圖像質(zhì)量是均勻的，可獲得非常高的圖像質(zhì)量。
另一方面，在比較實(shí)例1的投影熒光屏情況下，與實(shí)例1至4的投影熒光屏相比，熒光屏底部中心部分稍黑，并觀察到重影。
在比較實(shí)例2的投影熒光屏情況下，在單元棱鏡的入射平面角不同的兩個區(qū)域之間及其附近、距同心圓中心544mm處清楚觀察到它們之間的邊界。
權(quán)利要求
1.一種投影熒光屏，它允許成像光從位于投影熒光屏背面的投影光學(xué)系統(tǒng)傾斜投影，向投影熒光屏的觀眾一面出射，它包括全反射棱鏡透鏡，它具有安裝在其背面的、成像光入射在其上的多個單元棱鏡，每一個單元棱鏡都具有將所述入射光折射的第一平面和將由所述第一平面折射的光全反射的第二平面。其中，每一個所述單元棱鏡具有對應(yīng)于所述第一與第二平面之間夾角的頂角，并且所述單元棱鏡的所述頂角隨熒光屏上每一個所述單元棱鏡的位置不同而變化。
2.如權(quán)利要求1所述的投影熒光屏，其中，所述單元棱鏡圍繞不在所述熒光屏上的同心圓中心同心擴(kuò)展。
3.如權(quán)利要求2所述的投影熒光屏，其中，所述單元棱鏡具有變化的頂角，使得遠(yuǎn)離所述同心圓中心一側(cè)的所述頂角比靠近所述同心圓中心一側(cè)的所述頂角大。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一個所述的投影熒光屏，其中，所述單元棱鏡具有從30°至45°之間變化的頂角。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一個所述的投影熒光屏，其中，所述單元棱鏡具有隨所述單元棱鏡的位置，從靠近所述同心圓中心一側(cè)到遠(yuǎn)離所述中心一側(cè)的變化而連續(xù)變化的頂角。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一個所述的投影熒光屏，其中，所述全反射棱鏡透鏡具有第一頂角固定區(qū)，在該區(qū)域中，所述單元棱鏡具有確定為預(yù)定的第一角的頂角；第二頂角固定區(qū)，其位置與所述第一頂角固定區(qū)不同，在所述區(qū)域中，單元棱鏡具有確定為預(yù)定的第二角上的頂角，所述第二角與所述第一角不同；以及頂角變化區(qū)，它位于所述第一和第二頂角固定區(qū)之間，在所述區(qū)中，所述單元棱鏡具有隨在所述熒光屏上的位置不同而在所述第一和第二角之間變化的頂角。
7.如權(quán)利要求6所述的投影熒光屏，其中，所述頂角變化區(qū)包括第一頂角變化部分，在該部分中，所述單元棱鏡具有僅僅隨所述單元棱鏡的所述第一平面與所述熒光屏之間夾角的變化而變化的頂角，所述單元棱鏡的所述第二平面和所述熒光屏之間的夾角保持不變。
8.如權(quán)利要求7所述的投影熒光屏，其中，所述頂角變化區(qū)還包括位于所述第一頂角變化部分和所述第一頂角固定區(qū)之間的第二頂角變化部分，在所述第二頂角變化部分中，所述單元棱鏡具有隨所述單元棱鏡的所述第一平面與所述熒光屏之間的夾角和所述單元棱鏡的所述第二平面與所述熒光屏之間的夾角的變化而變化的頂角；以及位于所述第一頂角變化區(qū)和所述第二頂角固定區(qū)之間的第三頂角變化部分，并且在所述第三頂角變化部分中，所述單元棱鏡具有隨所述單元棱鏡的所述第一平面與所述熒光屏之間的夾角和所述單元棱鏡的所述第二平面與所述熒光屏之間的夾角的變化而變化的頂角。
9.如權(quán)利要求1至8中任意一個所述的投影熒光屏，其中，每一個所述單元棱鏡的所述第一平面具有一個0°或大于0°至垂直于所述熒光屏的斜角。
10.如權(quán)利要求1至9中任意一個所述的投影熒光屏，其中，所述單元棱鏡的所述第一平面在所述整個熒光屏上具有均勻的粗糙表面。
11.如權(quán)利要求1至10中任意一個所述的投影熒光屏，其中還包括設(shè)置在所述全反射棱鏡透鏡的觀眾一側(cè)的、用于擴(kuò)散穿過所述全反射棱鏡透鏡的光的雙凸透鏡。
12.如權(quán)利要求11所述的投影熒光屏，其中，所述雙凸透鏡具有多個半橢圓截面的單元棱鏡。
13.如權(quán)利要求11所述的投影熒光屏，其中，所述雙凸透鏡有多個梯形截面的單元棱鏡。
14.如權(quán)利要求13所述的投影熒光屏，其中，這樣設(shè)置所述梯形截面的單元棱鏡，使得每一個梯形的下底邊和上底邊分別面向入射面和出射面；在每兩個相鄰的單元棱鏡之間生成V.形截面部分；所述單元棱鏡由預(yù)定折射率的材料制成；在每兩個相鄰的所述單元棱鏡之間生成的那些部分由折射率比制成所述單元棱鏡的材料的折射率低的材料制成；以及在所述單元棱鏡之間的界面和每兩個相鄰的所述單元棱鏡之間生成的部分都允許光被全反射。
15.如權(quán)利要求14所述的投影熒光屏，其中，所述V形截面部分具有吸收從所述投影熒光屏觀眾一側(cè)進(jìn)入的光的光吸收特性。
16.如權(quán)利要求15所述的投影熒光屏，其中，所述V形截面部分由混合有光吸收粒子的樹脂制成。
17.如權(quán)利要求11至16中任意一個所述的投影熒光屏，其中，把所述全反射棱鏡透鏡和所述雙凸透鏡整體地制成一塊鏡片。
18.如權(quán)利要求1至10中任意一個所述的投影熒光屏，其中還包括設(shè)置在所述全反射棱鏡透鏡觀眾一側(cè)的、用于擴(kuò)散穿過所述全反射棱鏡透鏡的光的擴(kuò)散鏡片。
19.如權(quán)利要求11至17中任意一個所述的投影熒光屏，其中還包括設(shè)置在所述雙凸透鏡的觀眾一側(cè)的、用于擴(kuò)散穿過所述全反射棱鏡透鏡和所述雙凸透鏡兩者的光的擴(kuò)散鏡片。
20.如權(quán)利要求1至19中任意一個所述的投影熒光屏，其中還包括功能層，所述功能層包括從由消反射層、硬涂膜層、防靜電層、遮光層、防腐蝕層和傳感器層組成的組中選擇的至少一層。
21.一種投影顯示器，它包括如權(quán)利要求1至20中任意一個所述的投影熒光屏；以及用于將成像光傾斜投影到所述投影熒光屏上的投影光學(xué)系統(tǒng)。
22.一種用于投影熒光屏的全反射棱鏡片，所述投影熒光屏允許成像光從位于所述投影熒光屏背面的投影光學(xué)系統(tǒng)傾斜投影，向所述投影熒光屏的觀眾一側(cè)出射，所述全反射棱鏡片包括全反射棱鏡透鏡，它具有多個安裝在其背面、成像光入射在其上的單元棱鏡，每一個所述單元棱鏡具有折射入射光的第一平面和將由所述第一平面折射的光全反射的第二平面，其中，每一個所述單元棱鏡具有與所述第一和第二平面之間的夾角對應(yīng)的頂角，所述單元棱鏡的所述頂角隨每一個所述單元棱鏡在熒光屏上的位置不同而變化。
全文摘要
投影熒光屏111包括全反射棱鏡透鏡114和安裝在全反射棱鏡透鏡114的觀眾一側(cè)的雙凸透鏡115。全反射棱鏡透鏡114在其背面(最外的入射平面)具有多個成像光入射在其上的單元棱鏡113。每一個單元棱鏡113都有一個對應(yīng)于入射平面113a與全反射平面113b之間夾角的頂角λ，并且單元棱鏡113的頂角λ隨熒光屏上每一個單元棱鏡的位置不同而變化。更詳細(xì)地說，單元棱鏡113具有從30°至45°之間連續(xù)變化的頂角λ，使得遠(yuǎn)離同心圓中心O的一側(cè)上的頂角λ比靠近所述中心O的一側(cè)的頂角λ大。
文檔編號G03B21/62GK1662850SQ0381482
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月27日
發(fā)明者后藤正浩, 渡邊一十六, 吉田由樹, 關(guān)口博 申請人:大日本印刷株式會社