正向投影屏制造技術

本發明專利技術提供一種正向投影屏幕，使用了菲涅爾透鏡和均勻非對稱反射元件，最大效率地利用了反射光線，具有高增益，高對比度，對環境光不敏感特征，及高均勻性，無眩光，高色彩飽和度特征。本發明專利技術還提供了由菲涅爾透鏡，均勻非對稱反射元件及光掩模層組成的正向投影屏幕，極大地吸收了環境光線，從而獲得高的圖像對比度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及正向投影屏，尤其涉及強環境光條件下實現高亮度和高對比度的正向投影屏。
技術介紹
正向投影能夠從很小的投影儀圖像獲得所需的大屏幕圖像，原則上投影出的圖像大小不受限制。然而隨著投影圖像的增大，來自投影儀的光能量被分散到與尺寸成平方關系增大的面積中，造成圖像亮度急劇下降。另外，由于環境光的影響，圖像的對比度也會大大降低。單純增加投影儀的光能量輸出，可以改善投影圖像的亮度，但會要求投影燈的功率輸出增大，隨之帶來散熱問題及投影燈的壽命問題，投影儀的體積和電功率消耗也會增加。提高投影儀的光能量輸出也不能有效解決強環境光對投影圖像的對比度影響問題。如圖1所示，普通的白屏幕(101)基于朗伯散射，將來自投影儀(102)的光能量分散到屏幕前半球的所有方向，其中許多是不需要的，如朝上方向(103)、朝下方向(104)、 朝左方向(105)、朝右方向(106)，而有用的方向只在屏幕前方觀眾眼睛(107)所在的一條觀察帶(108)內(相對于屏幕角度而言，上下約30度，水平約100度一依應用環境而不同)，所述的觀察帶的水平寬度(109)大于垂直寬度(110)。從投影屏的光學性能著手是解決正向投影屏亮度和對比度的一條捷徑，現有技術采用多種方案達到改善屏幕亮度和對比度的目的。很常見的是玻璃微珠屏，在屏幕上分散了大量微小的具有溯源反射性能的玻璃微珠，這些玻璃微珠將投影光反射回投影儀方向， 大大增加了投影圖像亮度。但這種屏幕有其局限性，如果投影儀偏離觀眾所在方向(如上掛式或地落式的情形)，觀眾看到的屏幕亮度會大大降低。另外，玻璃微珠反射的發散角為圓形，與前述之水平帶有較大差距，故不能充分利用光能。此外，玻璃微珠之間的間隙仍舊具有朗伯散射的特征，不能充分抑制環境光的影響(降低屏幕的對比度)。美國專利專利技術6842282B2采用了玻璃微珠Q01)與光柵Q02)結合的結構，利用了微珠屏溯源反射的特征，并用光柵的涂黑側壁O03)吸收了部分環境光，提高了投影圖像的對比度。然而，微珠屏固有的局限性使得這種屏仍然不能解決投影儀和觀眾不在同一方向時亮度下降的問題。如果觀察者(205)偏離溯源反射光線(204)的方向，其觀察到的屏幕亮度大大降低。圖3是中國專利(申請號85105808)采用二維反射微透鏡陣列(301)所專利技術的一種投影屏，可實現如前所述的帶狀反射，即在水平和垂直方向具有不同的發散角(α和 β )，此特征是反射微透鏡單元(30 在水平和垂直方向的光焦度不同形成的；另外，反射微透鏡單元的低散射特性使得環境光不能散射，并偏離水平觀察帶，減少了環境光造成的對比度損失。然而該種屏幕有一個局限性，那就是屏幕上各處反射出的觀察帶并不重合， 這是由于來自投影儀的投影光到達屏幕上各點的角度不同造成的。如圖北中來自投影儀 (309)的光線到達屏幕(303)中間處，經微透鏡單元(304)反射后形成一觀察帶(306)；而投影到屏幕左下方處的光線，經微透鏡單元(305)反射后形成另一觀察帶(307)，只有在兩個帶交叉處(308)才能同時看到微透鏡單元(304)和(305)處的圖像。如需看到屏幕的整體圖像，觀察者需處在屏幕所有各點反射形成的所有觀察帶交疊處，由于屏幕上各點反射形成的觀察帶中間位置都有不同，交疊面積會遠小于每個透鏡所生成的觀察帶面積，限制了觀察者的視場范圍。
技術實現思路
基于以上背景，本專利技術提供一種正向投影屏幕，尤其提供一種具有高增益，高對比度，對環境光不敏感的正向投影屏幕，所述屏幕還具有高均勻性，無眩光，高色彩飽和度特征。如圖4所示，本專利技術提供的正向投影屏001)，由菲涅爾透鏡(402)和反射元件 (403)組成。所說的菲涅爾透鏡(40 有一個焦距，等于或接近投影儀(404)到所說的正向投影屏G01)的距離；菲涅爾透鏡(402)和反射元件003)的光路安排使得來自投影儀的投影光線經菲涅爾透鏡(402)透射并準直，在反射元件(403)上反射和散射，再經菲涅爾透鏡(40 透射后，散射中心偏離投影儀(404)方向。投影儀(404)所發出的投影光線(406) 和(409)經菲涅爾透鏡(40 準直后入射到反射元件(40 上，被反射和散射后再次透過菲涅爾透鏡(402)，形成出射光線(407) (408) (410) (411)，到達觀察窗口 (405)。觀察窗口 (405)的中心偏離投影儀(404)。投影光線入射到投影屏不同位置具有不同的角度，而菲涅爾透鏡002)的引入使得投影光線準直，以相同的角度入射到反射元件(403)上，從而降低了對反射元件(403)的要求，即不需要反射元件(403)是非均質的，可以使用光學反射特性一致的材料作為反射元件。菲涅爾透鏡(402)和反射元件(403)的光路安排有兩種方式，如圖4b和如所示。 圖4b顯示了一種光路安排，將投影儀的位置放置在菲涅爾透鏡002)的焦平面上或附近， 但不在焦點上，投影光線(414)通過菲涅爾透鏡(402)后，透射光線(412)將以一定角度入射到反射元件(403)上，與反射元件(403)的法線016)形成一個夾角018)，反射和散射的中心光線(415)再次透過菲涅爾透鏡(402)后形成光線017)，去往觀察窗口的中心。反射和散射的中心光線G17)與入射投影光線(414)形成一個夾角013)，從而使中心光線 (424)偏離投影儀方向。圖如顯示了另一種光路安排，投影光線(420)通過菲涅爾透鏡(40 后，以接近零角度入射到反射元件(403)上，即透過菲涅爾透鏡002)的光線021)與反射元件 (403)的法線(416)夾角約為零，反射和散射的中心光線(422)與光線(421)形成一個夾角 G19)，再次透過菲涅爾透鏡(402)后形成光線GM)，去往觀察窗口的中心。反射和散射的中心光線(424)與入射投影光線(420)形成一個夾角023)，從而使之偏離投影儀方向。反射元件是微結構反射元件，微結構表面鍍有高反射金屬介質或高反射的多層介質薄膜。微結構可以是隨機位相分布的表面浮雕，通過浮雕深度分布的設計到達在一定范圍內具有均勻的反射分布；也可以是微透鏡列陣，通過微透鏡實現均勻的反射分布。圖如是一個隨機位相表面浮雕的反射元件(501)，表面具有隨機的浮雕位相結構(502)，入射光線(503)被界面反射和散射后，在一定角度范圍內形成均勻的反射光線(504)。隨機的浮雕位相結構是通過計算并采用微細加工方法獲得的，進一步可以引入非對稱性，使一個方向上的發散角度大于另一個方向的發散角度，更好地適應觀察窗口為矩形的特征。也可以設計成反射和散射中心不與法線重合，以適應光路4c安排，使得反射和散射的中心光線偏離投影儀。圖恥是一個微透鏡型反射元件(505)，表面有許多微透鏡單元(506)，入射光線 (507)被微透鏡反射后，在一定角度范圍內形成均勻的反射光線(508)。微透鏡單元可設計成非球面透鏡，使一個方向上的光焦度大于另一個方向的光焦度，從而使兩個方向上的發散角不同，更好地適應觀察窗口為矩形的特征；同時為了使微透鏡兩個方向的焦距相同，微透鏡單元的形狀可設計為矩形。在微透鏡單元與尺寸較小的情況下(如0. 5毫米以下)，微透鏡單元之間會產生干涉現象，使得圖像的亮度和色彩產生不均勻性，為了克服此問題，本專利技術還提供了一本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種正向投影屏，其特征在于包含：ａ．一個菲涅爾透鏡在投影光線一側，接受來自投影儀的投影光線；ｂ．一個反射元件在所說的菲涅爾透鏡后，反射并散射光線。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳波，
申請(專利權)人：陳波，
類型：發明
國別省市：94