CN1100271C - 双凸透镜片和透镜型投影屏 - Google Patents

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Abstract

一种双凸透镜片，包括底层，具有“双凸透镜”结构的透镜部分，该“双凸透镜”结构在底层的光入射面一侧被成形为凸的，在靠近透镜部分的至少一个入射面形成消色层或色层。底层不着色，或者比色层着色较淡。采用这种结构，可限制外部光的反射，提高图象的对比度，而不致过于降低图象光的强度。另外可实现图象的良好节距。

Description

双凸透镜片、显示前板及透射型投影屏
本发明涉及双凸透镜片、显示前板及透射型投影屏，它们都适合于投影和观察由具有单元结构的象源，如液晶显示装置(LCD)、数字微镜装置(DMD)等送来的图象
现有技术中存在一种公知的前投影式电视它有三个彩色(即红、绿、蓝)阴极射线管(CRT)作为象源。对于上述透射型投影屏而言，需要宽范围的漫射影像光，并需减少外部光的影响。
图4表示一种常规透射型投影屏的实例。为满足上述要求，这种透射型投影屏包括双凸透镜片40。在双凸透镜片40的光入射面41一侧提供会聚透镜部分42，例如双凸透镜。在光出射面44上靠近透镜部分42的焦点附近，所述双凸透镜片40有多个不发光部分47，它们覆盖着以后将被称为黑条(BS)的光吸收层48。采用这种布置，BS双凸透镜片40就能漫射光，而减少外部光的影响。
作为象源，现有技术的投影电视采用上述LCD或DMD而得到发展。另外，在这种投影电视(TV)中，已将上述BS双凸透镜片用于改善漫射性能和防止来自反射的外部光的目的。
不过，在上述投影TV中，在将一图象投影于具有上述以标准节距循环之循环结构的双凸透镜片情况下，存在因双凸透镜的取样效应而出现条纹的可能性。
一种被确认的理论是，为防止出现条纹，最好将双凸透镜的节距比如减小到所投影的点阵图样节距的1/3.5(等于35分之10)或更小。
另外，应当说明的是具有LCD或DMD的投影TV常常产生被称为“闪烁”的炫光图象。但减小双凸透镜的节距将有效地减弱上述闪烁。
同时，具有图4所示BS双凸透镜片的透射型投影屏引起在40°角或更宽的角范围内漫射光。于是，为了同时在透射型投影屏上形成黑条(BS)，应该规定入射透镜与光发射面之间的距离是在入射透镜节距三倍大的一点。在这样的结构下，为了造成由投影在所述屏幕和所述透镜的每个节距上的点阵图样所构成的、不易察觉的条纹，需要规定透镜节距小于0.4mm，透镜厚度小于0.54mm。
然而，如果像上面那样减小屏幕的厚度，将使屏幕的刚性降低，以致难于保持屏幕的平展。另外，要用挤压成形等方法精确地成型如此薄的透镜片也是非常复杂的。
另外，由于上述原因，已经实施作为采用LCD或DMD之投影TV的透射型投影屏利用一种只被提供在有色双凸透镜的光发射面一侧的双凸透镜片(发光侧双凸透镜片)，或者一种只被提供在有色双凸透镜的光入射面一侧的双凸透镜片(光入射侧双凸透镜片)，等等。
在发光侧双凸透镜片中，有些被成型为部分地具有圆形截面，或部分具有椭圆形截面，而其它的双凸透镜片被成型为要利用全反射。
以前的透镜存在一个共同的问题，即难于加大视角，因为它的相对于投射光的物镜象场角大于各边缘部分的临界角，从而引起投射光的全反射。
另一方面，新式透镜有一个共同的问题，即由于它们的奇特结构，不可能用压挤过程精确地成型转换，以致除了通过成品率较低的模铸过程来制作外别无选择。
图6表示在光入射侧双凸透镜片的光入射位置处的倾角与光的发射角之间的关系。图6中符号φ表示入射透镜边缘部分处的边缘角，符号θ表示进入透镜边缘部分的光的发射角，字母h和l分别是入射透镜的高度和入射点(即透镜边缘部分)与会聚点之间的距离。表4表示所述发射角与各会聚点相对于透镜边缘部分处物镜象场角的位置。要说明的是，此表中的字母n表示折射率p表示透镜的节距。
        表4  相对于入射透镜边缘部分角的发射角n＝1.5，p＝1.0mm
    φ(度)     θ(度)   l(mm)     h(mm)
    30      15.9     2.69     0.14
    40      22.3     1.92     0.19
    50      29.7     1.42     0.26
    60      38.9     1.08     0.33
    70      51.0     0.83     0.42
为实现宽视角，即在光入射侧双凸透镜片中大于40°的发射角，则如图6和表4所示，需在透镜边缘部分形成大于60°的物镜象场角φ。
但是，如果简单地增大物镜象场角，则如图3B所示，通过光发射面进到透镜中的外部光将在入射透镜部分被全反射，使其与图象光一起再次从光发射面投射。在这种情况下，将使图象的对比度明显地并且是有害地受到影响。应予指出的是，由于大部分BS双凸透镜片具有被安排在它们的入射透镜的一般会聚点处的光发射面，入射透镜部分与光发射面之间的距离将等于距离(h+l)。在表4中，在透镜边缘部分的物镜象场角φ为60°情况下，距离(h+l)被设定为1.41，而在该物镜象场角φ为70°情况下，距离(h+l)被设定为1.25。于是如前所述，将能理解，必须使入射透镜部分与光发射面之间的距离成为约1.3倍透镜节距这样大。这意味着，透镜节距的减小使透镜的厚度更薄，从而造成透镜刚性的减弱，而且也就使透镜的加工复杂化。
因此，本发明的目的在于提供一种双凸透镜片、一种显示前板和一种透射型投影屏，它们能防止外部光的反射，用以改善图象的对比度，而不过分降低图象光的强度，而且通过它们可实现图象的精细节距。
本发明的上述目的可由一双凸透镜片实现，它包括：
底层；
具有“双凸透镜”结构的透镜部分，在底层的光入射面一侧，它被成形为凸的；
靠近所述透镜部分的至少一个入射面形成的消色层或色层；
其中，与所述色层比，所述底层可为盲色层或淡色层。
本发明中，所述色层最好具有只有透镜部分形状的结构。
具体地说，所述色层的厚度为双凸透镜结构之节距的0.05-1.0倍那样大。
所述色层厚度最好小于双凸透镜片厚度的一半(1/2)。
透镜部分的双凸透镜结构最好具有基本为椭圆的截面，并且双凸透镜结构顶部处的色层厚度最好由下式表示：
                    t1＝b-b2/(a2+b2)1/2
其中t1是在所述顶部处色层的厚度；
    a是所述椭圆截面的横直径；
    b是所述椭圆截面的纵直径。
最好，使色层厚度满足下述不等式：
                  t1＞t2
其中t1是所述透镜部分的各中心部分厚度；
    t2是所述透镜部分的各边缘部分厚度，该厚度横截透镜面。
最好至少所述色层含有附加的漫散射剂。
最好具有一个由下式所表示的不等式关系：
                 0≤C0＜C1
其中C0是加到底层中附加漫散射剂的重量浓度；
    C1是加到色层中附加漫散射剂的重量浓度。
本发明的双凸透镜片最好包括一个漫散射层，它形成于所述色层与底层之间，并将漫散射剂混入漫散射层中，所述色层最好不含漫散射剂，与所述色层比，所述底层可为盲色层或淡色层。
所述双凸透镜结构最好包括这样一部分，其切线相对于双凸透镜片表面表现出一个大于临界角的角。
本发明中的底层最好有一个由平面或布纹面构成的光发射面。
所述双凸透镜片的厚度最好大于1.5mm。
另外，所述底层在其光发射面上最好至少有一个增透层、低反射层、偏振光滤光层、抗静电层、防眩处置层和防反射处置层。
本发明还提供一种显示前板，包括：
底层；
具有“双凸透镜”结构的透镜部分，在底层的光入射面一侧，它被成形为凸的；
其中，
所述透镜部分具有至少在靠近所述透镜部分的一个光入射面上形成的消色层或色层；
所述底层有一个由平面或布纹面构成的光发射面。
本显示前板中，所述底层在其光发射面上最好至少有一个增透层、低反射层、偏振光滤光层、抗静电层、防眩处置层和防反射处置层。
此外，本发明还提供一种透射型投影屏，它包括一个双凸透镜片，所述双凸透镜片包括：
底层；
具有“双凸透镜”结构的透镜部分，在底层的光入射面一侧，它被成形为凸的；
靠近所述透镜部分的至少一个光入射面上形成的消色层或色层；
其中，
与所述色层比，所述底层可为盲色层或淡色层；
安排在所述双凸透镜片的光源侧面上的菲涅尔透镜片。
最好本透射型投影屏还包括一个显示前板，它被安排在本透射型投影屏的观察者一侧，其中所述显示前板包括：
底层；
具有“双凸透镜”结构的透镜部分，它在底层的光入射面一侧被成形为凸的；
其中，
所述透镜部分具有在一个靠近所述透镜部分的至少一个入射面上形成的色层；
所述底层有一个由平面或布纹面构成的光发射面。
所述底层在其光发射面上最好至少有一个增透层、低反射层、偏振光滤光层、抗静电层、防眩处置层和防反射处置层。
本透射型投影屏最好具有总光束的40-70％投射率。
通过参照表示本发明优选实施例的各附图研究以下的描述及所附权利要求，将使本发明的上述及其它特征和优点变得愈加清晰，并能最好地理解发明本身。其中，
图1A表示本发明一种实施例的双凸透镜片和半透明屏；
图1B表示图1A中B部分的放大视图，并表示进到该部分的外部光；
图2是表示本实施例双凸透镜片上反射的外部光路的说明图；
图3A是表示本发明的光入射侧双凸透镜片和光通过光路的说明图；
图3B是表示现有技术双凸透镜片和光通过光路的说明图；
图4是普通黑条(BS)双凸透镜片的局部示意图；
图5是表示本实施例双凸透镜片有关屏幕表面的物镜象场角的说明图；
图6是表示双凸透镜片在其光入射位置的倾角与光发射角之间关系的示意图；
图7是表示本实施例透射型投影屏的透射系数与对比度之间关系的示意图；
图8是表示本实施例双凸透镜片的色层厚度最佳值的示意图；
图9是说明本实施例双凸透镜片每个透镜色层厚度的示意图；
图10是在色层厚度不变和可变两种情况下双凸透镜片光散射的特性曲线图；
图11A、11B、11C分别表示另一实施例双凸透镜片的结构；
图12表示本发明透射型投影屏的另一个实施例。
以下将参照附图描述本发明的实施例。
图1A和1B表示本发明一种实施例的双凸透镜片和透射型投影屏。图2是由散射双凸透镜片反射的外部光路的说明图。
(关于透射型投影屏的实施例)
如图1A所示，透射型投影屏1包括一个双凸透镜片10和一个菲涅尔透镜片20，并与单透镜型LCD投影仪2一起构成一个背后投影的电视***。
(关于双凸透镜片的实施例)
如图1B所放大的那样，双凸透镜片10在其光入射面11上有一凸形双凸透镜形的透镜部分。透镜部分12有一靠近入射面11形成的消色层或色层。双凸透镜片10还包括从色层13直至光发射面14的底层15。
尽管双凸透镜片10只在其一侧(入射面)有双凸透镜，色层13也具有增强图象对比度的功能。
(关于色层的作用)
现在我们叙述与现有技术双凸透镜片60比较本发明双凸透镜片10所带来的效果(即高对比度)。图3B是表示现有技术“有色体”类型双凸透镜片60功能的说明图；而图3A是表示本发明双凸透镜片10的色层13功能的说明图。
图3B的普通双凸透镜片60在其一侧有一入射面，它是一种具有暗底层或彩色底层65的“有色体”型双凸透镜片。在双凸透镜片60，从观察者一侧进来的外部光D1被设在入射面61上的透镜部分62全反射，使外部光D4再次发射到观察者一侧。在这利反射过程中，光D1沿透镜部分62的“双凸透镜”外形重复它的反射(D1→D2→D3→D4)。
在图3A实施例的双凸透镜片10中，由于色层13沿上述全反射光的进程的安排，在此色层13中行进的外部光B的光程长是同一色层13中图象光A的光程长的5至10倍。相反，在普通“有色体”型双凸透镜片60的情况下，前者的长度只是后者长度的2至3倍。
所以，因为本发明的双凸透镜片10能够约束外部光B的反射，而不降低图象光A的强度，以致能够提供屏幕显示的高对比度。
(关于透镜部分)
本实施例的双凸透镜片10由光入射面11的透镜部分12有效地吸收全反射的外部光B。因此，必须使透镜部分12具有倾斜的部分，以使它在透镜边缘部分相对于屏幕表面的物镜象场角φ(图5)至少大于临界角(约45°)。而如果使双凸透镜片的所有透镜部分受到倾斜小于临界角的φ角，则这样的透镜片将不能把主位置保持在图3B的“有色体”型双凸透镜片60处。
图5是表示在从光入射透镜部分透射或从此全反射的情况下，垂直进入双凸透镜的外部光入射角φ′等于有关屏幕表面的发射点或入射点的物镜象场角φ的说明图。图5中，由于切线L-L′与法线M-M′垂直相交，因此而得到等式i＝i′，继而就得到等式φ＝φ′。
因此，为了在光入射透镜部分的表面上全反射外部光，需要该入射透镜部分包含一个使物镜象场角φ大于临界角sin-1(1/n)的部分(n：双凸透镜片的折射系数)。
然而表4表明，如果物镜象场角是42°，就会得到只有接近25°的漫射角。因此，一般需要透镜部分12的双凸透镜结构具有一个在大于60°处形成的部分，以使漫射角成为大于40°。
(关于色层的着色方法)
可以通过将各种染料或精细色素混入或分散到双凸透镜片10的模压树脂中，以实现对消色层或色层12的着色(或变暗)。
(关于色层的颜色)
消色，如黑色、灰色等，或者为控制光源光谱特性中三原色(红、绿、蓝)的平衡而吸收或透过特定颜色光的着色，它能够用于色层的颜色。
(关于色层的色密度)
考虑到既要限制外部光的影响，又不过于降低光源2的投射光的透射系数，最好将色层13的色密度确定为比色层13的光发射面一侧上的部分(即底层15)的大，而底层15的色密度被保持为零值或一个较低的值。
图7表示本实施例透射型投影屏的透射系数与对比度之间的关系。
最好将色密度确定为使屏幕的透射系数在40-70％范围。也就是说，如果使色密度减小，使得所述透射系数变得大于70％，则在透镜部分12上全反射之后又回到观察者一侧的外部光强度将会增大，从而虽然改善了透射系数，却有害地影响了对比度。相反，如果以透射系数变得小于40％的方式增大色密度，则外部光对光发射面14的影响与变坏的图象光透射系数一起将变得重要，对比度也将变坏。
要说明的是，为给出图7，首先对具有各种色层色密度的本光入射侧双凸透镜片10作了多种变化。继而用分光光度计(Shimazu Seisakusho有限公司制造的UV2100)测量这些样品的透射系数和反射率。分别将所得到的透射系数、反射率将其间的计算比值(即透射系数/反射率)绘制成图。在以如此方法所述得的图7中，左边的纵轴表示反射率值，而右边的另一纵轴表示透射系数对反射率的比值。图7示出，尽管色密度降低引起双凸透镜片透射系数的加大，但随着透射系数超过差不多70％，透镜片反射率的弯曲急剧升高。因为双凸透镜片色密度的降低使得色层不再充分吸收外部光。
另外，由于本发明的双凸透镜片不吸收观察者一侧的光入射面上所反射的外部光，所以即使在色密度增大的同时也会引起透射吸收减小，透射系数对反射率的比值也逐渐增大，直到在50％透射系数处达到其峰值。这是由于它将更好地着色所述色层，使透射系数被包括在40％-70％范围内的原因。
另外，在采用透射型LCD源作为光源2的情况下，最好实现45％-60％的透射系数，因为这种LCD源没有大的输出，所以对于牺牲透射系数存在限制。
(关于色层的线度)
使色层13的厚度t1为双凸透镜12节距的0.05-1.0倍这样大是合乎需要的。再有，还需要色层13的厚度t1小于双凸透镜片厚度t0之半。这些优选的条件源于在被反射的外部光通常通过的位置形成色层13的目的。
(关于色层的分布)
图8是表示本实施例双凸透镜片的色层厚度最佳值的说明图。
如前所述，由于本实施例的双凸透镜片10利用外部光沿透镜部分12的返回，所以就希望色层13具有沿透镜部分12的分布。
在这样的情况下，应使色层13的几何光学最小厚度tmin在透镜部分12的切线T倾斜角λ等于45°(λ＝45°)的位置处等于透镜的高度。
另外，如果透镜部分12具有椭圆截面，则将由下式(1)得到色层13的厚度t1，
        t1＝b-b2/(a2+b2)1/2           …(1)
其中 a是横直径(短直径)；
     b是纵直径(长直径)。
因此，这时将得到具有最高对比度的图象。
在椭圆双凸透镜为二次曲线，系数k等于0.45(＝a2/b2-1)，并且在边缘部分的物镜象场角为60°的情况下，色层13的厚度t1将是双凸透镜结构节距的大约1/10。
但是，即使色层13被形成于上述双凸透镜结构中，比如即使在色层13与底层15之间的界而是图11A中所示的平面时，也能得到优于普通染色体型双凸透镜片的双凸透镜片10A，正像从图3A与3B之间的比较所预期的那样。
在这种情况下，色层13的厚度最好小于双凸透镜结构的节距或至少小于该透镜厚度之半。
(关于色层边缘部分的厚度)
图9表示本发明双凸透镜片色层的厚度。
在每个透镜部分12中，最好以这样一种方式形成色层13，即所述透镜部分12的顶部厚度t1大于该透镜部分12边缘的厚度t2(t1＞t2)。
相反，如果以均匀厚度形成色层13，通过透镜部分12边缘12b射入的图象光(在色层13中)的光程将大于通过顶部12a射入的图象光光程，这将有较多的图象光在色层13中被吸收。于是，将减弱在30°-40°范围内投射的光强。
图10是光散射的特性曲线图，表示在使色层边缘厚度薄的情况与使色层厚度均匀的另一种情况之间的比较。
如图10所示，本实施例是靠了减小色层13边缘部分12b的厚度才能避免上述现象的发生(即发射光强度的下降)。
另外，如果对应于入射光的光程来确定色层13的厚度，就能有利于根据透镜的设计，实现光的漫散射特性。
(关于光的漫散射层)
双凸透镜片10可含有至少加于色层13的光漫散射剂。
玻璃珠、有机交联聚合物等均可被用为光漫散射剂。将8份(重量)光漫散射剂加到100份(重量)制成双凸透镜片10的树脂材料中，从而关于从光源2投射的光适用良好的垂直漫散射。
可将光漫散射剂用于整个双凸透镜片10。但如果光漫散射剂在色层13的观察者一侧，就会使外部光在那里漫散射，从而在部分外部光到达色层13之前就返回观察者。由这一观点，最好使底层15中的光漫散射剂少一些。换句话说，用C1表示混入色层13的光漫散射剂的浓度，而以C0表示混入底层15的光漫散射剂的浓度，希望得到一个由下述不等式表示的关系：
                    0≤C0＜C1
另外，在把一个有多种功能，如下面将要描述的增透层、偏振光滤光层、防反射层等的薄膜层压到双凸透镜片10上的情况下，希望将光发射面14成形为平面形。在这样的情况下，为有助于层压的形成，不把光漫散射剂混入底层15会更好些。
另如图11B和11C所示，可在中间形成光漫散射层16、16C，而不使光漫散射剂混入色层13中，另可将低密度色层15B安排在观察者一侧，为的是吸收由光漫散射剂反射的光组分。
(关于投射面)
双凸透镜片10具有由平面或布纹面构成的光发射面14。在平面的情况下，可提高图象的清晰度。另外，由于色层13被形成于靠近光入射面11处，就能提供所需要的图形，因为与把透明的平板置于整个屏幕的面上的结构相比，在光入射面11上没有反射。
当使光发射面14形成一个平面时，就能布置所说的增透层、低反射层、偏振光滤光层等。于是，就能实现对比度与普通具有光吸收层的双凸透镜的对比度相似。
再有，可使投射面14带有防反射层、防眩层、防静电层等。
应予说明的是，在由布纹面构成的光发射面14情况下，可在屏幕上提供一个防眩层。
(关于镜片的厚度)
这样，靠了光发射面14的平面度，可使本实施例的双凸透镜片带有各种各样的功能层。因此，当采用平面厚度大于1.5mm，以确保刚性时，可消除已被用于具有普通BS双凸透镜片的屏幕中的前板。
(关于光源)
由于本实施例的双凸透镜片10在其光发射面14上未设光轴校正透镜，所以需要采用与一个单透镜或由一单透镜投射图象光的单管型投射器组合的光源2。
另外，LCD投射器、DMD投射器等先通过分色镜把灯光分成三种原色组分，继而再使它们透过所述LCD，给出图象信息，最后控制这些光组分，即可用为光源2。
(关于制作双凸透镜的方法)
作为举例，本实施例的双凸透镜片可通过以下步骤制作，第一步将两个丝辊并置，其中一个丝辊用于形成光入射面，其外形与所要制作的双凸透镜片相反，另一个丝辊用于形成光发射面，它具有平的或布纹表面；第二步在挤压透明的或有色的树脂材料的同时，将着色树脂材料挤压在两个丝辊之间间隙的光入射面一侧上，它比色层薄，并可含有光漫散射剂；第三步将它们模铸成片页。另一种可供选择的方法是，可通过在上述二丝辊之间挤压所述树脂材料，以便模铸，同时还引入一个有色薄膜，以便随所述丝辊形成所述入射面，继而将该薄膜层压于被模铸的树脂上。
另外，在本双凸透镜片中，用着色紫外硬化树脂在一薄膜衬底上形成一个透镜层。
(关于双凸透镜片的另一实施例)
图11A至11C表示本发明双凸透镜片的另一个实施例。
图11A中所表示的双凸透镜片10A具有色层13，其外形不与透镜的相符。这样，即使色层13与底层15之间的界面是平的，与着色体型的双凸透镜片相比，也能给出良好的双凸透镜片，正像由图3A与图3B之间的比较所判定的一样。要说明的是，为使色层13所起的作用接近透镜部分12，最好使色层13的厚度小于双凸透镜的节距，或者至少小于双凸透镜片厚度之半。
图11B的双凸透镜片10B包括沿透镜部分12形成的色层13、略为着色而无任何漫散射剂的底层15B，以及在所述色层13与底层15B之间并有漫散射剂的中间层(漫散射层)16。
另外，图11C的双凸透镜片10C包括沿透镜部分12形成的色层13、略为着色而无任何漫散射剂并位于光发射面14一侧的底层15B、另一个无色且无漫散射剂的底层15C，以及在所述色层13与底层15C之间并有漫散射剂的中间层(漫散射层)16C。
在这些双凸透镜片10B、10C中，由于漫散射剂和轻微的色层的缘故，能够有效地吸收被反射的光。
(关于透射型投影屏的另一实施例)
图12表示本发明另一个实施例的透射型投影屏。由于增加图象亮度的均匀性，本实施例双凸透镜片10与菲涅尔透镜片20(或薄膜菲涅尔透镜片)的联合是合乎需要的，所述菲涅尔透镜片均具有形成于光发射侧的菲涅尔透镜(观察者一侧)，从而构成一种透射型投影屏1A。
本实施例中，在双凸透镜片10的观察者一侧布置有显示前板30。
(关于显示前板的实施例)
作为举例，显示前板30在其底层35的光入射侧面上设有着色的双凸透镜32，用以垂直散射。按照本实施例，由于诸如外部光、交叉光等多余的光总要受到双凸透镜32表面的反射，所以与测量相比，能得到良好的对比度，以在整个前板上加给均匀的着色。
毋庸赘言，在底层35的光发射面34上，可给显示前板30设置各种功能层，如增透层、低反射层、偏振光滤光层、抗静电层、防眩层和防反射层等。
(实施例)
以下将参照具体的使用详细描述本发明。
(实施例1)
双凸透镜片10由耐冲击丙烯酸树脂(折射率1.51)制成，它有透镜部分12(节距p 0.2mm，横直径a 0.12mm，纵直径b 0.15mm)，片厚t0 1.0mm，色层13厚度t1 0.06mm。
(实施例2)
类似于实施例1，透镜部分12的光发射面上被层压一层其上带增透层的透明薄膜。
(对比例1)
我们制备了一个带着色体的单面双凸透镜片。此单面双凸透镜片的结构与实施例1双凸透镜片10的结构完全相同，并表现出基本上等于实施例1的屏幕增益。
与菲涅尔透镜片结合在一起，并将丙烯酸珠粒(平均颗粒尺寸为30μ)混入其中，实施例1和对比例1的双凸透镜片被安装在为比较观察而采用LCD光源的背面放映TV中：实施例1的双凸透镜片在所述TV的右侧，单面双凸透镜片在所述TV的左侧。作为在以荧光灯照明的室内比较观察的结果，发现实施例1的屏幕显示出良好的对比度。
其次，在实施例1、实施例2及对比例1的双凸透镜片和BS双凸透镜片(BS比45％，节距p＝0.72)与菲涅尔透镜片结合在一起的情况下，将丙烯酸珠粒(平均颗粒尺寸为30μ)混入其中，用分光光度计(Shimazu Seisakusho有限公司制造的UV2100)测量它们在波长为550nm时的透射系数和反射率，并计算透射系数和反射率的相应比值。结果是，实施例1的比值是对比例1的两倍或两倍以上那样大，而实施例2的比值类似于BS双凸透镜片，正如下面的表1所示那样。
                               表1
  透射系数[％]   反射率[％] 透射系数/反射率
实施例1     63.0     11.7        5.4
实施例2(AR)     63.3     8.4        7.5
对比例1(着色体)     63.3     27.8        2.3
对比例2(BS)     70.4     9.4        7.5
(实施例3)
双凸透镜片10由耐冲击丙烯酸树脂制成，它有透镜部分12(节距p0.4mm，横直径a 0.12mm，纵直径b 0.28mm)，片厚t0 1.0mm，色层13厚度t1 0.06mm(色层的理想厚度0.056mm)。其次，用分光光度计测量这种双凸透镜片的透射系数和反射率，结果显示透射系数65％，反射率7.2，而透射系数与反射率的比值为9.0。
作为比较，制备了具有相同结构但色层厚度t1为0.10mm双凸透镜片，还用分光光度计测量其透射系数和反射率。结果显示透射系数62％，反射率8.0，而透射系数与反射率的比直为7.8。
(实施例4)
双凸透镜片10由耐冲击丙烯酸树脂(折射率1.51)制成，它有透镜部分12(节距p 0.14mm，横直径a 0.07mm，纵直径b 0.09mm)，片厚t0 0.9mm，色层13厚度t1 0.04mm。
在实施例4中制备了一些样片。这些样片中
样片4-1包括其中未混入漫散射剂的底层和100份(重量)树脂材料中混入7.5份(重量)苯乙烯珠粒的色层；
样片4-2包括100份(重量)树脂材料中混入0.1分丙烯酸珠粒的底层和100份(重量)树脂材料中混入7.0份(重量)苯乙烯珠粒的色层；
样片4-3包括底层和色层，它们都是100份(重量)树脂材料中含0.9份(重量)苯乙烯珠粒的色层。
结果被示于下面的表2中。可以理解，底层的漫射率变得越小，对比度变得越好。
                                    表2
漫散射剂(底层) 漫散射剂(色层)   透射系数[％] 反射率[％]  透射系数/反射率
样片4-1    …   SBX7.5     51.1     6.8     7.5
样片4-2   MBX0.1   SBX7.0     52.5     7.1     7.4
样片4-3   SBX0.9   SBX0.9     51.3     8.8     5.8
(实施例5)
用双层挤压法(复合挤压法)由甲基丙烯材料制作多个权利要求1的双凸透镜片(厚度不同)。继而，所得的每一个双凸透镜片紧靠在一个厚度为2mm的菲涅尔透镜片，而且每两个片的相关四个侧面被用固定带彼此固定。
于是，将如此所得的透射型投影屏装配到透射型投影TV中，用以评估室内光线在其上的反射。
另外，作为对比，也将目前所用的由甲基丙烯材料制作的前板予以装配。这种装配被示于下面的表3中。
                                               表3
    样片     5-1     5-2     5-3     5-4     5-5     对比   对比
    厚度     1.5     2.0     3.0     0.5     1.0     …     …
    前板厚度     …     …     …     …     …     2.0     3.0
    反射     ○     ○     ◎     ×     ×     ○     ◎
*1说明：为反射图象，装配STD。
    反射图象无畸变……◎
    以上下移动视点方式图象的畸变很小，
                   但以静视点方式无畸变……○
    尽管以静视点方式，图象有畸变……×
由表3可以理解，厚度超过1.5mm的双凸透镜片使观察者难于确认反射图象中的畸变，同时给出良好的外观形态。另外，在与相同厚度前板比较的情况下，发现相同厚度的两种透镜片表现出同样的装配结果。
如上所述，按照本发明可防止来自反射的外部光，而不过于降低图象光的强度，从而可提高屏幕上图象的对比度。此外，能够改进图象的节距。
最后，那些熟悉本领域的人员将能理解上面的描述是双凸透镜片、显示前板及透射型投影屏的优选实施例，对本发明可以作出各种变化和改型，而并不脱离其精髓和范围。

Claims (16)

1.一种双凸透镜片(10)，它包括：
底层(15)；
具有“双凸透镜”结构的透镜部分(12)，所述“双凸透镜”结构在所述底层的光入射面一侧被成形为凸的；
靠近所述透镜部分(12)的至少一个光入射面形成的消色层或色层(13)；
其特征在于，与所述色层(13)比，所述底层(15)为盲色层或淡色层；
所述色层(13)具有顺着所述透镜部分形状的结构，该色层(13)沿入射的外部光(B)被所述透镜部分反射的全反射光的进程安排，并使色层(13)中行进的外部光(B)的光程长是同一色层(13)中图象光(A)的光程长的5至10倍。
2.如权利要求1所述的双凸透镜片，其特征在于，所述色层(13)的厚度为双凸透镜结构之节距的0.05-1.0倍那样大。
3.如权利要求1或2所述的双凸透镜片，其特征在于，所述色层(13)厚度小于双凸透镜片厚度的一半(1/2)。
4.如权利要求1或2所述的双凸透镜片，其特征在于，所述透镜部分(12)的双凸透镜结构具有基本为椭圆的截面，并且双凸透镜结构顶部处色层(13)的厚度由下式表示：
                t1＝b-b2/(a2+b2)1/2
其中t1是在所述顶部处色层(13)的厚度；
    a是所述椭圆截面的横直径；
    b是所述椭圆截面的纵直径。
5.如权利要求1或2所述的双凸透镜片，其特征在于，所述色层(13)厚度被确定为符合下述不等式：
                     t1＞t2
其中t1是所述透镜部分(12)的各中心部分厚度；
    t2是所述透镜部分(12)的各边缘部分厚度，该厚度是横截透镜面的厚度。
6.如权利要求1或2所述的双凸透镜片，其特征在于，所述色层(13)含有附加的漫散射剂。
7.如权利要求6所述的双凸透镜片，其特征在于，形成一个由下式所表示的不等式关系：
          0≤C0＜C1
其中C0是加到所述底层(15)中附加漫散射剂的重量浓度；
    C1是加到所述色层(13)中附加漫散射剂的重量浓度。
8.如权利要求1或2所述的双凸透镜片，其特征在于，还包括漫散射层(16、16C)，它形成于所述色层(13)与底层(15)之间，并将漫散射剂混入其中，所述色层(13)不含漫散射剂，与所述色层(13)比，所述底层(15)为盲色层或淡色层。
9.如权利要求1或2所述的双凸透镜片，其特征在于，所述双凸透镜结构包括这样一部分，其切线对于双凸透镜片的表面表现出一个大于临界角的角。
10.如权利要求1或2所述的双凸透镜片，其特征在于，所述底层(15)有一个由平面或布纹面构成的光发射面。
11.如权利要求10所述的双凸透镜片，其特征在于，所述双凸透镜片的厚度大于1.5mm。
12.如权利要求10或11所述的双凸透镜片，其特征在于，所述底层(15)在其光发射面上至少有增透层、低反射层、偏振光滤光层、抗静电层、防眩处置层和防反射处置层其中之一。
13.一种透射型投影屏(1A)，它包括：
一个双凸透镜片(10)，所述双凸透镜片包括：
底层(15)；
具有“双凸透镜”结构的透镜部分(12)，所述“双凸透镜”结构在所述底层的光入射面一侧被成形为凸的；
靠近所述透镜部分(12)的至少一个光入射面形成的消色层或色层(13)；
其特征在于，与所述色层(13)比，所述底层(15)为盲色层或淡色层；
所述色层(13)具有顺着所述透镜部分形状的结构，该色层(13)沿入射的外部光(B)被所述透镜部分反射的全反射光的进程安排，并使色层(13)中行进的外部光(B)的光程长是同一色层(13)中图象光(A)的光程长的5至10倍；以及
安排在所述双凸透镜片的光源侧的菲涅尔透镜片(20)。
14.如权利要求13所述的透射型投影屏，其特征在于，还包括一个显示前板(30)，它被安排在所述双凸透镜片的观察者一侧，该显示前板包括：
底层(35)；
具有“双凸透镜”结构的透镜部分(32)，所述“双凸透镜”结构在所述底层的光入射面一侧被成形为凸的；
所述透镜部分(32)有靠近所述透镜部分的至少一个光入射面形成的消色层或色层；
所述底层(35)有一个由平面或布纹面构成的光发射面(34)。
15.如权利要求14所述的透射型投影屏，其特征在于，所述底层(35)在其光发射面(34)上至少有增透层、低反射层、偏振光滤光层、抗静电层、防眩处置层和防反射处置层其中之一。
16.一种如权利要求13至15任一项所述的透射型投影屏，其特征在于，所述透射型投影屏具有总光束的40-70％投射系数。
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