Проекционный дисплей
Проекционный дисплей, включающий в себя корпус, внутри которого расположены проекционный экран, источник света, пространственный модулятор света, оптическая система и отражатель Френеля. Корпус имеет плоскую лицевую сторону, на которой расположен проекционный экран. Источник света выполнен с возможностью формирования пучка света и направления его на пространственный модулятор света, при этом пространственный модулятор света выполнен с возможностью внесения информации об изображении в пучок света, а оптическая система расположена по ходу луча света за пространственным модулятором и выполнена с возможностью направления пучков света на зеркало Френеля, рабочая поверхность которого состоит из множества концентрических зон и которое расположено внутри корпуса напротив проекционного экрана. Технический результат - создание проекционного дисплея, устойчивого к деформациям, в котором при деформации экрана обеспечивается хорошее качество изображения. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к оптическим аппаратам проекционного типа и может найти применение при конструировании проекционных дисплеев.
В настоящее время существуют проекционные дисплеи с панелями из пикселей (LCD, DMD и т.д.), в которых используют широкоугольные оптические системы со значительными углами падения лучей на проекционный экран, которые обеспечивают увеличение изображения и уменьшение размеров дисплея. При этом пользователь наблюдает на экране увеличенное изображение проецируемой панели.
Однако в случае деформации экрана дисплея в подобных дисплеях лучи будут сильно смещаться на поверхности дисплея и попадать не в заданную точку, что приведет к ухудшению изображения на экране.
В патенте США №4936657 [1] описан жидкокристаллический проекционный дисплей, имеющий оптическую систему, обеспечивающую большие углы падения лучей света на экран, включающий в себя линзу Френеля, которая направляет свет на проекционную рассеивающую линзу, после прохождения через которую лучи света попадают на экран.
Наиболее близким к заявленному изобретению является проекционный дисплей, описанный в патенте США №6824274 [2], на передней панели которого расположен проекционный экран, проектор, оптическая система и асферический отражатель, проецирующий изображение на экран. Данный дисплей выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.
Недостатки указанных выше аналога и прототипа состоят в следующем. В обоих дисплеях лучи света проецируются на экран под большими углами, при этом в случае деформации поверхности экрана, лучи сильно сдвинутся на поверхности экрана и попадут не в заданную точку, а крайние лучи пучка света пройдут мимо поверхности экрана (Фиг.1.2), что приведет к резкому ухудшению изображения на экране. То есть указанные выше проекционные дисплеи аналога и прототипа неустойчивы к деформациям экрана.
Задачей заявленного изобретения является создание проекционного дисплея, устойчивого к деформациям, в котором при деформации экрана обеспечивается хорошее качество изображения.
Поставленная задача решена путем создания проекционного дисплея, который включает в себя корпус, внутри которого расположены проекционный экран, источник света, пространственный модулятор света, оптическая система и отражатель Френеля, причем корпус имеет плоскую лицевую сторону, проекционный экран расположен в лицевой стороне корпуса, источник света выполнен с возможностью формирования пучка света и направления его на пространственный модулятор света, при этом пространственный модулятор света выполнен с возможностью внесения информации об изображении в пучок света, а оптическая система расположена по ходу луча света за пространственным модулятором и выполнена с возможностью направления пучков света на зеркало Френеля, рабочая поверхность которого состоит из множества концентрических зон и которое расположено внутри корпуса напротив проекционного экрана и выполнено с возможностью отражения пучка света таким образом, что каждый луч пучка света падает на поверхность проекционного экрана под углом, близким к нормали.
Для функционирования дисплея существенно, чтобы оптическая система включала в себя, по меньшей мере, один преломляющий оптический элемент.
Для функционирования дисплея существенно, чтобы оптическая система включала в себя, по меньшей мере, один отражающий оптический элемент.
Для функционирования дисплея важно, чтобы зеркало Френеля было выполнено таким образом, что чем меньше расстояние, т.е. шаг, между концентрическими зонами, тем лучше качество изображения на экране.
Для функционирования дисплея существенно, чтобы зеркало Френеля имело внеосевое смещение, координаты которого определяют в зависимости от характеристик пучка света.
Для функционирования дисплея важно, чтобы пространственный модулятор был выполнен в виде DMD-матрицы.
Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение устойчивости к деформации экрана за счет применения зеркала Френеля, направляющего лучи света на экран проекционного дисплея под углом, близким к прямому углу.
Для лучшего понимания настоящего изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими чертежами.
Фиг.1 - схема падения лучей на проекционный экран дисплея под большим углом:
1.1. - при обычных условиях.
1.2. - при деформированном экране.
Фиг.2 - схема проекционного дисплея, выполненная согласно изобретению.
Фиг.3 - схема зеркала Френеля, выполненная согласно изобретению.
Проекционный дисплей включает в себя корпус 1, внутри которого расположен проекционный экран 2, источник 3 света, пространственный модулятор в виде DMD-матрицы 4, оптическая система 5 и зеркало Френеля 6. Корпус 1 имеет плоскую лицевую сторону. Проекционный экран 2 расположен в лицевой стороне корпуса 1. Источник 3 света расположен вблизи лицевой стороны корпуса 1 под проекционным экраном 2 и выполнен с возможностью формирования пучка света и направления его на DMD-матрицу 4. DMD-матрица 4 выполнена с возможностью внесения информации об изображении в пучок света. Оптическая система 5 расположена по ходу пучка света за DMD-матрицей 4 и выполнена с возможностью направления пучка света на зеркало Френеля 6. Зеркало Френеля 6 состоит из множества концентрических зон, расположено на задней стороне корпуса 1 параллельно проекционному экрану 2 и выполнено с возможностью отражения пучка света таким образом, что каждый луч пучка света падает на поверхность проекционного экрана 2 под углом, близким к нормали.
Дисплей функционирует следующим образом. Пучок света от источника света 3 отражается от DMD-матрицы 4, проходит через оптическую систему 5, после которой выходящий луч падает под большим углом на зеркало Френеля 6. Зеркало Френеля 6 имеет сложную отражающую поверхность, состоящую из множества плоских концентрических зон, которые отражают лучи так, как если бы зеркало было нелинейно наклонено для каждого пучка света. Наилучшее качество изображения на экране достигается при отражении света на зеркале с наименьшим шагом (расстоянием между зонами). Угол отражения изменяется от зоны к зоне, но перенаправленные зеркалом Френеля 6 пучки света со всех зон следуют непосредственно на проекционный экран 2, при этом углы падения на экран 2 становятся близкими к нормали. При этом в случае деформации проекционного экрана 2 пучки света будут смещаться на его поверхности незначительно, и поэтому не возникнет ухудшения изображения.
Рабочая часть отражателя Френеля 6 показана на Фиг.3. В общем случае, он имеет внеосевое расположение, концентрическую структуру зон. Координаты внеосевого смещения вычисляют в зависимости от характеристик падающего излучения.
Хотя указанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации настоящего изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла настоящего изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.
1. Проекционный дисплей, включающий в себя корпус, внутри которого расположены проекционный экран, источник света, пространственный модулятор света, оптическая система и отражатель Френеля, причем корпус имеет плоскую лицевую сторону, проекционный экран расположен в лицевой стороне корпуса, источник света выполнен с возможностью формирования пучка света и направления его на пространственный модулятор света, при этом пространственный модулятор света выполнен с возможностью внесения информации об изображении в пучок света, а оптическая система расположена по ходу луча света за пространственным модулятором и выполнена с возможностью направления пучков света на зеркало Френеля, рабочая поверхность которого состоит из множества концентрических зон и которое расположено внутри корпуса напротив проекционного экрана и выполнено с возможностью отражения пучка света таким образом, что каждый луч пучка света падает на поверхность проекционного экрана под углом, близким к нормали.
2. Проекционный дисплей по п.1, отличающийся тем, что оптическая система включает в себя, по меньшей мере, один преломляющий оптический элемент.
3. Проекционный дисплей по п.1, отличающийся тем, что оптическая система включает в себя, по меньшей мере, один отражающий оптический элемент.
4. Проекционный дисплей по п.1, отличающийся тем, что зеркало Френеля выполнено таким образом, что чем меньше расстояние между концентрическими зонами, тем лучше качество изображения на экране.
5. Проекционный дисплей по п.1, отличающийся тем, что зеркало Френеля имеет внеосевое смещение, координаты которого определяют в зависимости от характеристик пучка света.
6. Проекционный дисплей по п.1, отличающийся тем, что пространственный модулятор выполнен в виде DMD-матрицы.
