CN103345112A - 一种包含镜头和屏幕的正向投影装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种包含镜头和屏幕的正向投影装置，包括投影镜头和投影屏幕两部分，投影镜头用于向投影屏幕输出投影图像，投影屏幕用于对投影图像进行反射和散射。两者的相对位置是固定的。投影屏幕包括微透镜阵列、反射点阵列和固定装置。投影镜头为一有缺陷镜头，其输出的图像具有场曲，慧差、球差等像差，并且该像差和微透镜阵列的对应像差相互补偿，形成无像差结构。反射点阵列位于微透镜阵列的焦平面上。投影镜头输出的信号光线经过微透镜阵列后能完美的聚焦在反射点阵列上，从而被反射和散射。这种投影装置不仅能够有效区分信号光线和环境光线，并且具有结构简单，成本低等优点，能广泛应用于各个场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种包含镜头和屏幕的投影装置，通过投影镜头和投影屏幕的相互配合来消除外界环境光，从而实现高对比度的投影显示。
背景技术
目前，为了实现高对比度的正向投影显示，往往采用特殊的投影屏幕，主要包括灰屏、金属屏、玻珠屏以及微结构屏幕。灰屏在基底中加入有色层来同时减小信号光和外界环境光的反射率，从而提高对比度。这种屏幕不能有效吸收环境光，只能通过牺牲投影亮度，来换取稍高的投影对比度。金属屏和玻珠屏由于其结构特点，同样不能吸收环境光，只能依靠牺牲投影视角来换取投影对比度。微结构屏幕只能吸收某一角度的外界环境光，并且其结构很复杂、造价昂贵，不能广泛应用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决上述现有技术中的不足，本发明提出一种包含镜头和屏幕的正向投影装置，通过投影镜头和投影屏幕的相互配合，可实现全方位环境光的吸收，极大的提高投影显示的对比度，并且其结构简单、成本低，能实现广泛应用。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种包含镜头和屏幕的正向投影装置，该正向投影装置包括投影镜头和投影屏幕两部分，投影镜头用于向投影屏幕输出投影图像，投影屏幕用于对投影图像进行反射和散射。其中，所述投影镜头和投影屏幕两者的相对位置是固定的。
上述方案中，所述投影镜头为一有缺陷投影镜头，其输出图像包含像差。所述像差为场曲、慧差或球差。
上述方案中，所述投影屏幕包括微透镜阵列、反射点阵列以及固定装置。所述微透镜阵列由位于同一平面的多个微透镜组成。所述微透镜形状为球面或非球面，所述微透镜采用的材料为具有高透光率的材料，至少包括玻璃或塑料。
上述方案中，所述反射点阵列中的每个反射点都与所述微透镜阵列中的一个微透镜相对应，并且位于微透镜的焦点处；所述微透镜阵列中的各反射点之间充满了黑色的吸光材料。所述反射点的形状为圆形或正方形，并且反射点的表面是粗糙的，能对入射的光进行反射和散射。
上述方案中，所述投影镜头的各种像差和微透镜阵列的各种像差能够相互抵消，形成无像差结构。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、结构简单。本发明提供的正向投影装置只包括投影镜头和投影屏幕两部分，并且投影屏幕也只包含微透镜阵列、反射点阵列以及固定装置三部分。
2、设计合理，效果明显。由于投影镜头的像差和微透镜阵列的像差相互抵销，只有投影镜头发出的光线经过微透镜阵列后，能够聚焦到反射点上。由于微透镜阵列存在场曲、球差等像差，其他位置的环境光经过微透镜阵列后，并不能聚焦到发射点上，大部分都照射到反射点之间的黑色吸收材料上。因此这种结构能够全方位有效吸收环境光，使信号光线免受环境光的影响，呈现出高对比度投影图像。
3、本发明提出的包含镜头和屏幕的正向投影装置，通过投影镜头和投影屏幕的相互配合，可实现全方位环境光的吸收，极大的提高投影显示的对比度，并且其结构简单、成本低，能实现广泛应用。
附图说明
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1是本发明提供的包含镜头和屏幕的正向投影装置的结构示意图；
图2是图1中投影镜头的像差和微透镜阵列的像差相互补偿的原理图；
图3是图1中微透镜阵列吸收环境光的原理图。
图4是图1中反射点阵列的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的包含镜头和屏幕的正向投影装置的结构示意图，该正向投影装置包括投影镜头和投影屏幕两部分，投影镜头用于向投影屏幕输出投影图像，投影屏幕用于对投影图像进行反射和散射。投影镜头和投影屏幕两者的相对位置是固定的。投影镜头为一有缺陷投影镜头，其输出图像包含场曲、慧差或球差等像差。
投影屏幕包括微透镜阵列、反射点阵列以及固定装置。微透镜阵列由位于同一平面的多个微透镜组成。微透镜形状为球面、非球面或其他面型，微透镜采用的材料为具有高透光率的材料，至少包括玻璃或塑料。反射点阵列中的每个反射点都与所述微透镜阵列中的一个微透镜相对应，并且位于微透镜的焦点处；所述微透镜阵列中的各反射点之间充满了黑色的吸光材料。反射点的形状为圆形、正方形或其他形状，并且反射点的表面是粗糙的，能对入射的光进行反射和散射。
在本发明中，投影镜头的各种像差和微透镜阵列的各种像差能够相互抵消，形成无像差结构。反射点阵列中各反射点位于微透镜阵列中各微透镜的焦点上，反射点阵列中各反射点与微透镜阵列中各微透镜一一对应。
如图2所示，由于投影镜头的像差和微透镜阵列的像差相互补偿，因此投影镜头发出的信号光线经过微透镜阵列后能完美的聚焦到位于焦点处的反射点上。反射点对入射来的光线进行反射和散射。由于透镜和反射点分别具有很高的光透过率和光反射率，因此信号光线能够被高效的反射到观众眼中。
如图3所示，位于其他位置的灯泡发出的环境光线经过微透镜阵列后，并不能聚焦到焦点处的反射点上。大部分环境光线都照射到反射点之间的黑色吸光材料上。这是由于微透镜具有场曲、慧差等像差。如图3所示，环境光线经过微透镜阵列后，实际的焦点位置a和微透镜的焦点位置A在水平和竖直位置上分别存在L和H的偏移。环境光线经过实际焦点后发散开来，大部分光线都照射到黑色吸光材料上。
吸光材料对环境光的吸收效率取决于黑色吸光材料面积和反射点阵列的面积的比值。图4是反射点阵列的示意图，由于微透镜阵列能够完美的聚焦信号光线，因此反射点可以做的很小，一般情况下黑色吸光材料面积占总面积的90％以上。因此该投影装置在高效反射信号光的同时，能实现对全方位环境光线的有效吸收
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种包含镜头和屏幕的正向投影装置，其特征在于，该正向投影装置包括投影镜头和投影屏幕两部分，投影镜头用于向投影屏幕输出投影图像，投影屏幕用于对投影图像进行反射和散射。
2.根据权利要求1所述的包含镜头和屏幕的正向投影装置，其特征在于，所述投影镜头和投影屏幕两者的相对位置是固定的。
3.根据权利要求1所述的包含镜头和屏幕的正向投影装置，其特征在于，所述投影镜头为一有缺陷投影镜头，其输出图像包含像差。
4.根据权利要求3所述的包含镜头和屏幕的正向投影装置，其特征在于，所述像差为场曲、慧差或球差。
5.根据权利要求1所述的包含镜头和屏幕的正向投影装置，其特征在于，所述投影屏幕包括微透镜阵列、反射点阵列以及固定装置。
6.按照权利要求5所述的包含镜头和屏幕的正向投影装置，其特征在于，所述微透镜阵列由位于同一平面的多个微透镜组成。
7.按照权利要求6所述的包含镜头和屏幕的正向投影装置，其特征在于，所述微透镜形状为球面或非球面，所述微透镜采用的材料为具有高透光率的材料，至少包括玻璃或塑料。
8.按照权利要求5所述的包含镜头和屏幕的正向投影装置，其特征在于，所述反射点阵列中的每个反射点都与所述微透镜阵列中的一个微透镜相对应，并且位于微透镜的焦点处；所述微透镜阵列中的各反射点之间充满了黑色的吸光材料。
9.按照权利要求8所述的包含镜头和屏幕的正向投影装置，其特征在于，所述反射点的形状为圆形或正方形，并且反射点的表面是粗糙的，能对入射的光进行反射和散射。
10.按照权利要求1所述的包含镜头和屏幕的正向投影装置，其特征在于，所述投影镜头的各种像差和微透镜阵列的各种像差能够相互抵消，形成无像差结构。
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