背投影顯示系統(tǒng)與光學型背投影屏幕

一、概述

    在當今信息時代，人類需要在盡可能短的時間內(nèi)獲取和處理盡可能多的信息，由于圖形圖像包含的信息量大，所以它成為信息傳播的重要方式，針對圖形圖像的采集、編輯、傳輸、存儲、顯示，也就理所當然地成為現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的重要課題，在圖像顯示方面，由于微電子技術(shù)、光電顯示技術(shù)的迅速發(fā)展，圖像顯示技術(shù)主要向電子顯示方式發(fā)展，并體現(xiàn)出三種趨勢：

    ◇ 大屏幕化和微型化
    ◇ 高清晰度
    ◇ 數(shù)字化

    電子顯示又有很多類別，我們可以簡單地將其分為直視式和投影式兩種。每種方式又包含多種顯示技術(shù)，如下表所示：

    在實現(xiàn)大畫面顯示（顯示尺寸在40英寸以上）方面，常見的產(chǎn)品有：LED顯示屏、投影顯示（正投、背投、投影拼接墻）、PDP顯示，在超大屏幕顯示（顯示尺寸在72英寸以上）方面，目前主要有LED顯示屏和投影顯示，以下是幾種顯示方式的比較。

    我們看到，從CRT到LED，實現(xiàn)了大屏幕顯示；從LED到正投影，實現(xiàn)了大屏幕、高清晰度顯示；從正投影到背投影，人們實現(xiàn)了高質(zhì)量的大屏幕、高清晰度顯示。只要求實現(xiàn)大畫面顯示、高清晰度顯示、多媒體輸入，都不難。但要同時實現(xiàn)這三種要求，非背背投影莫屬。背投影顯示技術(shù)很容易做到大畫面、多媒體、高品質(zhì)顯示，代表著顯示技術(shù)的主要發(fā)展方向，享有廣闊的市場和光明的前景。

二、背投影系統(tǒng)與設(shè)計

    1、背投影系統(tǒng)組成與原理

    背投影系統(tǒng)有三大部分：投影機、投影屏幕、系統(tǒng)附件。

    背投影系統(tǒng)組成及原理，投影光經(jīng)過反射鏡反射后，在屏幕上成像。有的系統(tǒng)具有兩面反射鏡，通常稱為“雙反系統(tǒng)”，只有一面反射鏡的通常稱為“單反系統(tǒng)”。采用反射鏡的目的是縮短系統(tǒng)深度，方便應(yīng)用。

    ◇ 投影機：投影機是整個系統(tǒng)的“源頭”，具有舉足重輕的作用

    ◇ 附件：包括支架與反射鏡、幕框和箱體。其中反射鏡要用高反射率正面鍍膜反射鏡。

    ◇ 屏幕：屏幕是系統(tǒng)的“終端”。 系統(tǒng)的核心部件之一。它的性能在很大程度上影響了整個系統(tǒng)的性能。

    2、背投影系統(tǒng)的分類與應(yīng)用

    背投影系統(tǒng)通常分為三類：

    3、背投影系統(tǒng)的主要用途

    無論我們采用那種背投影系統(tǒng)，只要是多媒體輸入的，（多數(shù)背投影電視不能接入數(shù)字信號，不在此列）都可以用來：★接待、宣傳、展示、公告、演示★可視會議/可視電話★上網(wǎng)/遠程教育★休閑娛樂如看大片，打游戲等。

三、背投影屏幕

    前面談到了背投影屏幕，它是是背投影顯示系統(tǒng)的“終端”，系統(tǒng)的核心部件。屏幕的性能在很大程度上影響了整個系統(tǒng)的性能。為什么這樣說？請看

    1、背投影屏幕的作用

    1）、光學成像的有形物面。

    2）、對光能進行重新分布，以得到盡可能好的圖像光學性能，如均勻度、可視角度等。

    3）、在一定程度上決定了圖像的亮度、對比度、分辨率等參數(shù)。

    2、背投影屏幕的分類與原理

    背投影屏幕分為光學結(jié)構(gòu)型背投影屏幕和散射型背投影屏幕兩大類。光學型背投影屏幕又稱為專業(yè)型背投影屏幕或微結(jié)構(gòu)光學型背投影屏幕。

    光學型背投影屏幕指的是利用微細光學結(jié)構(gòu)來完成光能分布、實現(xiàn)屏幕功能的這一類屏幕。而散射型背投影屏幕指的是利用微細粒子對光的散射作用來完成光能分布、實現(xiàn)屏幕功能的這一類屏幕。

    光學型背投影屏幕通常是三種光學微結(jié)構(gòu)的組合：菲涅爾透鏡(Fresnel lens)、柱面鏡(Lenticular lens)、黑條紋(Black stripe)。

    菲涅爾透鏡是所有光學型背投幕都有的單元，其作用是將投影光變成平行光。柱面鏡完成投影光在水平方向和垂直方向上的光能分布。黑條紋（黑顏料）提高屏幕顯示的對比度。

    從理論上講，投影光能在通過光學型背投影屏幕時，光能的損失僅僅是投影光能在入射面的反射，這就是光學型背投影屏幕能夠提高增益的根本原因。

    同樣，由于投影光在進入柱面鏡時均有同等的光學條件，它決定了光能分布的均勻性，從而有效地遏制了亮斑效應(yīng)。

    在使用三槍投影機的情況下，光學型背投影屏幕的雙柱面結(jié)構(gòu)還起著消除彩色位移（Color Shift）的作用。

    散射型背投影屏幕。光線通過和繞過粒子時，粒子對光線的折射和繞射造成光線的散射。散射幕表面沒有微細光學結(jié)構(gòu)，就是通過這種粒子散射能力來完成對光能的分布。

    實驗表明，隨著散射粒子體積的減小和濃度的增加，散射能力增強，投影光能分布更加均勻。但更多的光線發(fā)生后向散射，被多次折射后返回了入射表面，當散射粒子的體積減小、濃度增加到一定程度時，投影光被全部擋回入射面，這時的屏幕就完全喪失背投影屏幕功能了。

    從以上的分析可知，散射型屏幕中的散射粒子對光線在2π立體空間內(nèi)均等散射，因此在有效區(qū)間內(nèi)的光能分布減弱，在相同視角內(nèi)，屏幕增益降低；另外，由于由于投影光進入散射屏幕的主方向不一致，造成屏幕中間亮、邊緣暗，形成中心亮斑。

    散射粒子有無機材料和有機材料兩種，原理相同，這里不再贅述。

    3、背投影屏幕的主要參數(shù)

    增益：把標準白板對白光的反射量定為1，背投影屏幕光能透過量與之的比值稱為增益。

    視角：分水平視角與垂直視角。即在水平或垂直方向上偏離屏幕中心法線，當增益下降至中心增益的一半時的水平角度或垂直角度。雙組元（Double elements）電視型屏幕通常采用1/3增益來定義視角。