cyqdesign

2007-03-19 00:12

背投影显示系统与光学型背投影屏幕

一、概述
在当今信息时代，人类需要在尽可能短的时间内获取和处理尽可能多的信息，由于图形图像包含的信息量大，所以它成为信息传播的重要方式，针对图形图像的采集、编辑、传输、存储、显示，也就理所当然地成为现代科学技术发展的重要课题，在图像显示方面，由于微电子技术、光电显示技术的迅速发展，图像显示技术主要向电子显示方式发展，并体现出三种趋势：
◇ 大屏幕化和微型化
◇ 高清晰度
◇ 数字化
电子显示又有很多类别，我们可以简单地将其分为直视式和投影式两种。每种方式又包含多种显示技术，如下表所示：

电子显示	直视式显示技术	CRT、LCD、PDP、EL
电子显示	投影式显示技术	CRT、LCD、DLP、LCOS

在实现大画面显示（显示尺寸在40英寸以上）方面，常见的产品有：LED显示屏、投影显示（正投、背投、投影拼接墙）、PDP显示，在超大屏幕显示（显示尺寸在72英寸以上）方面，目前主要有LED显示屏和投影显示，以下是几种显示方式的比较。

说明

优点

缺点

CRT

阴极射线管（Cathode Ray Tubes）。

利用阴极射线（电子束）轰击玻壳上涂的荧光物质发光成像。

色彩还原性好。

价格低廉。

尺寸小，难以做到40英寸以上的显示面。
厚、重。

有辐射，有爆炸可能。

LED

发光二极管（Lighted Electronic Diode）。

利用二极管的单向导电性，用电子线路控制其色彩和灰度，实现图文显示。

亮度高，可户外使用。

点阵粗。分辨率低。
发热量大。

发光体硕大厚重。

PDP

等离子体显示（Plasma Display）。

在整块玻璃上刻蚀加工后填涂发光物质，用电子线路控制其色彩和灰度，实现图文显示。

薄板，节约空间，使用方便

屏幕小（40英寸左右居多，由于工艺条件限制，难以超过72英寸）。

价格昂贵。

直视式LCD

液晶显示（Liquid crystal display）

通过液晶开关来控制光线的通过与否，从而实现对灰度与色彩的控制，实现图文显示。

薄板，节约空间，使用方便

图像稳定，不闪烁

屏幕小，价格昂贵，

易损坏。

F-PRJ

正投影显示（Front Projection）。

人与投影机分布在屏幕同侧。人眼靠投影机在屏幕上的反射光来观看图像。

超大屏幕，图像几乎可以任意大小。
价格相对较低，结构简单，

容易做到高分辨率；多媒体输入。

受环境光影响大，对比度低，一体性差。

R-PRJ

背投影显示（Rear Projection）。

人与投影机分布在屏幕两侧。人眼靠投影机从屏幕上透射出来的投射光来观看图像。

超大屏幕，投影幕墙显示尺寸几乎可以任意大小。
与正投影相比有着不可比拟的高对比度。一体性好。容易做到高分辨率；多媒体输入。

代表着现代显示技术的发展方向。

结构稍复杂，占地面积较大，价格稍高。

屏幕容易受损。

我们看到，从CRT到LED，实现了大屏幕显示；从LED到正投影，实现了大屏幕、高清晰度显示；从正投影到背投影，人们实现了高质量的大屏幕、高清晰度显示。只要求实现大画面显示、高清晰度显示、多媒体输入，都不难。但要同时实现这三种要求，非背背投影莫属。背投影显示技术很容易做到大画面、多媒体、高品质显示，代表着显示技术的主要发展方向，享有广阔的市场和光明的前景。

二、背投影系统与设计

1、背投影系统组成与原理

背投影系统有三大部分：投影机、投影屏幕、系统附件。

背投影系统组成及原理，投影光经过反射镜反射后，在屏幕上成像。有的系统具有两面反射镜，通常称为“双反系统”，只有一面反射镜的通常称为“单反系统”。采用反射镜的目的是缩短系统深度，方便应用。

◇ 投影机：投影机是整个系统的“源头”，具有举足重轻的作用

◇ 附件：包括支架与反射镜、幕框和箱体。其中反射镜要用高反射率正面镀膜反射镜。

◇ 屏幕：屏幕是系统的“终端”。系统的核心部件之一。它的性能在很大程度上影响了整个系统的性能。

2、背投影系统的分类与应用

背投影系统通常分为三类：

	应用场合	显示尺寸	优点
一体化系统	家用背投电视（PTV） 7_.11$E=H 包括高清晰度投影电视HDPTV	40″~62″为主	可移动
嵌入式系统	主要应用于商用领域。包括： yz-,)GB6 会议厅综合厅 {NPuu?& （军、警、企业、网络等）监控指挥中心金融、税务、证券业务大厅 Cw~RJ^a_ 展览展示、教育培训、文艺体育、演播室、高档娱乐场所、机场车站码头 p. R2gl1m	72 ″~200″为主	与周围环境高度融合
嵌入式系统	72″以上的超大屏幕家庭影院系统。
拼接墙系统	主要应用于监控、展示等商用领域。	单体60~200″， 2$14q$eb m×n拼接方式	多画面显示

3、背投影系统的主要用途

无论我们采用那种背投影系统，只要是多媒体输入的，（多数背投影电视不能接入数字信号，不在此列）都可以用来：★接待、宣传、展示、公告、演示★可视会议/可视电话★上网/远程教育★休闲娱乐如看大片，打游戏等。

三、背投影屏幕

前面谈到了背投影屏幕，它是是背投影显示系统的“终端”，系统的核心部件。屏幕的性能在很大程度上影响了整个系统的性能。为什么这样说？请看

1、背投影屏幕的作用

1）、光学成像的有形物面。

2）、对光能进行重新分布，以得到尽可能好的图像光学性能，如均匀度、可视角度等。

3）、在一定程度上决定了图像的亮度、对比度、分辨率等参数。

2、背投影屏幕的分类与原理

背投影屏幕分为光学结构型背投影屏幕和散射型背投影屏幕两大类。光学型背投影屏幕又称为专业型背投影屏幕或微结构光学型背投影屏幕。

光学型背投影屏幕指的是利用微细光学结构来完成光能分布、实现屏幕功能的这一类屏幕。而散射型背投影屏幕指的是利用微细粒子对光的散射作用来完成光能分布、实现屏幕功能的这一类屏幕。

光学型背投影屏幕通常是三种光学微结构的组合：菲涅尔透镜(Fresnel lens)、柱面镜(Lenticular lens)、黑条纹(Black stripe)。

菲涅尔透镜是所有光学型背投幕都有的单元，其作用是将投影光变成平行光。柱面镜完成投影光在水平方向和垂直方向上的光能分布。黑条纹（黑颜料）提高屏幕显示的对比度。

从理论上讲，投影光能在通过光学型背投影屏幕时，光能的损失仅仅是投影光能在入射面的反射，这就是光学型背投影屏幕能够提高增益的根本原因。

同样，由于投影光在进入柱面镜时均有同等的光学条件，它决定了光能分布的均匀性，从而有效地遏制了亮斑效应。

在使用三枪投影机的情况下，光学型背投影屏幕的双柱面结构还起着消除彩色位移（Color Shift）的作用。

散射型背投影屏幕。光线通过和绕过粒子时，粒子对光线的折射和绕射造成光线的散射。散射幕表面没有微细光学结构，就是通过这种粒子散射能力来完成对光能的分布。

实验表明，随着散射粒子体积的减小和浓度的增加，散射能力增强，投影光能分布更加均匀。但更多的光线发生后向散射，被多次折射后返回了入射表面，当散射粒子的体积减小、浓度增加到一定程度时，投影光被全部挡回入射面，这时的屏幕就完全丧失背投影屏幕功能了。

从以上的分析可知，散射型屏幕中的散射粒子对光线在2π立体空间内均等散射，因此在有效区间内的光能分布减弱，在相同视角内，屏幕增益降低；另外，由于由于投影光进入散射屏幕的主方向不一致，造成屏幕中间亮、边缘暗，形成中心亮斑。

散射粒子有无机材料和有机材料两种，原理相同，这里不再赘述。

3、背投影屏幕的主要参数

增益：把标准白板对白光的反射量定为1，背投影屏幕光能透过量与之的比值称为增益。

视角：分水平视角与垂直视角。即在水平或垂直方向上偏离屏幕中心法线，当增益下降至中心增益的一半时的水平角度或垂直角度。双组元（Double elements）电视型屏幕通常采用1/3增益来定义视角。