本发明专利技术涉及菲涅耳透镜。透镜的每个折射结构由两个面限定，第二面与入射平面（Ｐ）的法线形成第二夹角（β）。至少具有两个折射结构区，其中第二夹角（β）等于光束的入射角（θ↓［ｉｎｔ］）。每个第一面根据平行于或不平行于透镜的轴线的方向、根据考虑的区而折射光线。本发明专利技术也涉及包括折叠反射镜和菲涅耳透镜的系统，其中第二夹角等于通过在菲涅耳透镜和随后在反射镜上反射获得的寄生光线的入射角。本发明专利技术还涉及屏幕和相应的头顶投影装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术应用于设计成用于背投系统的菲涅耳透镜的领域。它也应用于背投屏、背投单元和相应的系统。
技术介绍
背投屏主要包括两个元件，即，聚焦或准直光的菲涅耳透镜和将光传递给观众的透镜阵列。在标准结构中，投影仪放置在屏幕的轴上。菲涅耳透镜的数值孔径限定为约0.6。该限制的主要原因是菲涅耳透镜在大入射角时的隆起特征的形状和损耗。而且，为了获得紧凑的背投系统，在投影仪和背投屏之间设置用于折叠光束的偏转反射镜系统(图1)。这种投影仪的厚度或深度可以减小到屏幕对角线的1/3。例如，在16/9格式中，对于50英寸对角线的屏幕可以获得17英寸的厚度。如果我们还希望减小电视背投单元的厚度，可以提供例如偏轴投影到背投屏的背面。这样，可以将单元的厚度减小到只有屏幕对角线的1/5。图2a和2b分别示出同轴和偏轴的背投单元。在偏轴结构或投影到屏幕的图像相对于投影仪物镜的光轴是偏中心的结构中，要解决的一个主要问题是如何可以保证所有投影到屏幕的光传递到观众和发射是最均匀的。特别是，这涉及减小菲涅耳透镜损耗，当在菲涅耳透镜上的照明光的入射角增加时，这种损耗增大。为了解决这个问题，已经提出各种菲涅耳透镜结构，但是，已知的结构通常具有用于菲涅耳透镜的复杂凸纹特征，导致透镜生产起来相当困难，因而很昂贵。专利申请JP59-000101公开了一种菲涅耳透镜，其中当通过模制加工时，构成菲涅耳透镜的棱镜面形成的角度大得足够让透镜容易脱模。更准确地说，在上述文献中，透镜每个结构的一个表面平行于入射光线。但是，当它以大入射角照明时，和当这些角度在很大角度范围内变化时，这种透镜的操作受到限制。专利技术内容因此，本专利技术涉及结构简单并且容易工业规模化生产和允许大入射角操作的菲涅耳透镜。因此，本专利技术涉及菲涅耳透镜，包括位于平面(P)的第一表面(f1)；和与该表面相反、平行于第一表面并包括圆形同心折射结构的第二表面。每个折射结构定义如下第一面(b)，用于形成折射屈光器，并与平面(P)形成第一夹角(α)，和第二面，没有光学目的，并与平面(P)的法线形成第二夹角(β)，每个所述结构用于被光束照明，光束与所述平面(P)的法线形成不同于零度的入射角(θint)。第二表面具有多个分布在同心折射结构的中心和菲涅耳透镜的周边之间的折射结构区，例如，至少两个区靠近中心的第一区，其中每个第一面的第一夹角(α)是这样，即折射结构沿相对于所定义方向(XX′)形成零度夹角(θout)的方向折射光束，和每个第二面的第二夹角(β)等于所述入射角(θint)；第二区，其中每个第一面的第一夹角(α)是这样，即折射结构沿相对于所定义方向(XX′)形成小于最大值(θmax)的非零度夹角(θout)的方向折射光束，和每个第二面的第二夹角(β)等于所述入射角(θint)。根据可替换实施例，透镜包括位于第二区和菲涅耳透镜周边之间的第三区，其中第三区中每个第一面的第一夹角(α)是这样，即折射结构沿相对于所定义方向(XX′)形成等于最大值(θmax)的非零度夹角(θout)的方向折射光；和每个第二面的第二夹角(β)大于入射角(θint)。根据优选实施例，每个第一面与每个相邻第二面形成蚀刻角(ζ)，该角度在第二区和第三区具有特定值(ζlim)，和在第一区具有大于该特定值的值。下列等式直接从上述给定的夹角α，β和ζ的定义推导ζ＝β+π/2-α。在第一区中，本专利技术提供满足加工要求的最大可能的蚀刻角，同时仍然保持理想的准直(θout＝0)，因为α在该区保持相当小。在该区中，蚀刻角保持大于特定值。实际上，该角度通常小于70°。通常还大于40°。根据本专利技术的一个具体特定特征，一个特征是特别适于紧凑投影，它在30°和40°之间。在第二区中，夹角α稍微小于容许获得理想准直所必须的角度(容许θout不等于零，但小于θmax)，从而蚀刻角ζ保持大于特定值，或最好等于特定值。在第三区中，尽管夹角α背离要获得理想准值所必须的角度，其具有对应于输出角θout等于θmax的最大值，但是，容许夹角β相对于入射角的差，但依然是蚀刻角ζ还保持大于特定值，或最好等于特定值。因此，由于其折射结构的大蚀刻角，本专利技术使它可以提供在最高水平的光学性能和最低水平的制造成本之间最好折衷的菲涅耳透镜。如果适当的话，第二区和第三区的每个至少具有一个折射结构。根据本专利技术的一个实施例，菲涅耳透镜的第一表面优选地为平面。该第一表面还优选地涂敷用于大入射角的优化的抗反射涂层，尤其是用于42°或更大的大入射角。折射结构优选地为圆形或近似圆形。在一种应用方法中，照明透镜的光束发散，并且来自位于透镜轴线或靠近该轴线的点(没有光学象差)或近似点状区(没有光学象差)。优选地，蚀刻角(ζ)的特定值小于70°。优选地，蚀刻角(ζ)大约在30°和50°之间。根据一个实施例，其等于60°或在55°和65°之间。根据本专利技术的优选特定特征，菲涅耳透镜值得注意的是，至多等于透镜上的点的焦距与该点离开透镜轴的距离的比率的一半的数值孔径(或f数)等于或小于0.55。因此，可以获得有用成像光束相当高的最大入射角(例如，对于等于或小于0.55的数值孔径，等于或大于42°)。这样可以加工相当平的背投单元。本专利技术应用于图像背投屏，其包括入射面和指向观众的出射面。上面限定的菲涅耳透镜沿屏幕的入射面放置，具有折射结构的透镜表面朝向出射面。本专利技术还涉及用于图像投影的系统，包括 产生成像光束的光源；菲涅耳透镜；和成像光束偏转反射镜，用于将所述成像光束送回到所述菲涅耳透镜；该菲涅耳透镜具有位于平面(P)的第一表面(f1)；和与该表面相反、平行于第一表面的第二表面，并具有圆形同心折射结构。每个折射结构被第一面(b)和第二面限定，第一面(b)用于形成折射屈光器，并与所述平面(P)形成第一夹角(α)，第二面没有光学目的，并与所述平面(P)的法线形成第二夹角(β)。系统值得注意的是，形成第一组结构的所述结构的至少一个部分用于被下面的光束照明第一光束，称为直接光束，其从成像光束发出且不被第一表面反射，由于所述直接光束透过所述菲涅耳透镜，直接光束形成第一入射光束；和第二光束，称为寄生光束，其从成像光束发出并被第一表面反射，然后被偏转反射镜反射，由于寄生光束透过所述菲涅耳透镜，寄生光束形成第二入射光束；第二入射光束与所述平面(P)的法线形成不同于零度的入射角(θ′int)。优选地，第一组的每个结构的第二表面的第二夹角(β)大于第二入射光束的入射角(θ′int)减10度；并且第一组的每个结构的第二表面的第二夹角(β)小于上限，该上限等于第二入射光束的入射角(θ′int)加2度。因此，本专利技术允许联合使用折叠反射镜和菲涅耳透镜，不会降低投影图像的质量。此外，第一入射光束和大多数第二光束不直接照射折射结构的第二面，而是照射第一面。同样，第一入射光束沿优选方向朝潜在的观众折射。但是，对应于照射第一面的寄生光束的第二入射光束以不同于第一入射光束的入射角沿另一方向折射，观众通常看不见它。因此，通过消除或大大地减少幻影图像，提高图像的质量，特别是，这种幻影图像由有用的成像光束在透镜的第一表面、然后在折叠反射镜上的反射获得的寄生光线产生，同时仍然让菲涅耳透镜易于加工。而且，方便透镜的加工(因而增加工具作业)，同时消除寄生光线本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种菲涅耳透镜，包括：位于一平面（Ｐ）的第一表面（ｆ１）；和与该表面相反的第二表面，其平行于第一表面；并包括圆形同心折射结构，每个折射结构定义如下：第一面（ｂ），用于形成折射屈光器，并与所述平面（Ｐ）形成第一夹角（α ），和第二面，没有光学目的，并与所述平面（Ｐ）的法线形成第二夹角（β），每个所述结构用于被光束照明，光束与所述平面（Ｐ）的法线形成不同于零度的入射角（θ↓［ｉｎｔ］），其特征在于，第二表面至少具有分布在所述同心折射结 构的中心和所述菲涅耳透镜的周边之间的两个折射结构区：靠近所述中心的第一区，其中：每个第一面的第一夹角（α）是这样，即所述折射结构沿相对于所述透镜的所定义方向（ＸＸ′）形成零度夹角（θ↓［ｏｕｔ］）的方向折射所述光束，和 每个第二面的第二夹角（β）等于所述入射角（θ↓［ｉｎｔ］）；第二区，其中：所述每个第一面的第一夹角（α）是这样，即所述折射结构沿相对于所定义方向（ＸＸ′）形成小于最大值（θ↓［ｍａｘ］）的非零度夹角（θ↓［ｏｕｔ］）的方向 折射所述光束，和所述每个第二面的第二夹角（β）等于所述入射角（θ↓［ｉｎｔ］）。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿尔诺舒伯特，帕斯卡尔贝努特，
申请(专利权)人：汤姆森特许公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]
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