CN100447667C - 具有焦点的球面反射屏幕及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于显示图像的球面反射屏幕，和制造该屏幕的方法。该屏幕具有一个带有以一点为中心画出的圆的曲率半径的球形表面，并且屏幕的焦距与投影机的投影长度相同，以便能够将投影机定位在屏幕的焦点上，从而使得能够在屏幕上直线反射通过投影机投射的光在屏幕上形成的图像，但是将周围光漫射到外侧。通过在一个方向上相互研磨双层铝箔而在铝箔上同时形成摩擦所致表面和漫射纹。因此，将屏幕的视角和清晰度提高了两倍以上。

Description

具有焦点的球面反射屏幕及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种以高亮度和10％以上的反射率显示图像的屏幕，10％的反射率是惯用屏幕的反射率(即1％)的十倍，更具体地讲，本发明涉及一种用于显示的屏幕，该屏幕仅把从设置在屏幕焦点的投影机投射的光(图像)导向观众，并且反射离轴光和去除周围光，从而能够在屏幕上表现出十倍的高亮度。本发明的屏幕的表面材料是由双层铝箔构成的，铝箔上沿扫描线形成有摩擦所致表面和漫射纹。通过研磨材料的摩擦和漫射面，本发明的屏幕获得10～45％的反射率，从而表现出比惯用屏幕高10～45倍的亮度和2倍的漫射效果。本发明的屏幕也将视角提高到两倍以上，并且将清晰度提高10～20倍。本发明也涉及该屏幕的制造方法。

背景技术

如图1中所示，惯用漫射型平面漫射屏幕10被构造成能够在所有方向上漫射入射到屏幕10上的光。屏幕10上形成的图像是平滑的，但是，具有1％的反射率(一般称为“1增益(gain)”)，因此比较暗。由于入射到屏幕10上的光在所有方向上漫射，所以屏幕从所有方向上作用于光。因此，由于来自所有方向的周围光使屏幕10降低了清晰度。

如图2中所示，构造一个带有改进的表面反射率的平面反射屏幕20，从而使得从投影机投射的光能够以入射角(∠A)入射到屏幕20，然后以与入射角(∠A)相同的反射角(∠B)从屏幕20反射，因此，使得观众能够在通过反射角(∠B)的倒角获得的C范围中看到形成在屏幕20上的图像。

也就是说，在范围C中形成一个热点。如图2中所示，显示在屏幕2上的图像仅在中心部分是亮的，而在其它周围部分是暗的，因此在周围部分是不可见的。在增大屏幕2的表面反射率的情况下，热点变得更亮。另一方面，在降低屏幕2的表面反射率的情况下，热点变暗并且扩大。

此外，在屏幕2的表面反射率较高的情况下，具有非球面形状的屏幕不能以均匀亮度显示图像，因此，在其上显示不均匀的点。此外，由于具有非球面形状的屏幕不形成精确的焦点，所以非球面形状的屏幕不能在需要高亮度的设备中使用。

但是，并不是所有球面屏幕都能提高屏幕的亮度。只有在球面屏幕包括一个诸如透镜之类的光学元件和反射表面时，屏幕才能在整个屏幕表面上获得具有均匀亮度和高反射率的图像。

因此，需要有一种能够形成适合于该屏幕结构的光学构造和表面反射率的方法。

此外，由于屏幕的亮度与屏幕的视角成反比，所以，当屏幕显示高亮度的图像时，屏幕的视角变窄。窄视角的屏幕不能有效地操作。因此，需要有一种能够在更宽的视角显示高亮度图像的球面屏幕。

发明内容

因此，考虑到上述问题而提出了本发明，并且本发明的目的是提供一种球面反射屏幕，这种球面反射屏幕能够以提高的反射率显示具有均匀和高亮度的图像，从而将屏幕的视角和清晰度提高两倍以上，并且提供了一种用于制造球面反射屏幕的方法。

根据本发明的一个方面，可以通过提供一种显示图像的球面反射屏幕达到上述和其它目的，该球面反射屏幕包括：

具有以一个点为中心画出的圆的曲率半径，并包括通过研磨铝箔而在铝箔的一侧形成的摩擦所致表面(frictional surface)和漫射纹(diffusing lines)的球形表面，

其中，投影机定位在球形表面的焦点，以便使屏幕能够以改进的视角显示高亮度和改进的清晰度的图像。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造显示图像的球面反射屏幕的方法，

其中，通过同时在纵向或横向上一同研磨两个铝箔，在铝箔上形成摩擦所致表面和漫射纹，并且弯曲带有摩擦所致表面和漫射纹的铝箔，从而使带有摩擦所致表面和漫射纹的铝箔具有指定的曲率半径，并用作屏幕的球形表面。

附图说明

从以下结合附图的详细说明中，可以对本发明的上述和其它目的、特征、和其它优点有更清楚的了解，其中：

图1是惯用平面漫射屏幕的示意图；

图2是说明在平面反射屏幕上发生的热点现象的示意图；

图3a至3c是一个球面镜的示意图，更具体地：

图3a是在焦点范围之外的位置对其投射光的球面镜的示意图；

图3b是在焦点范围中对其投射光的球面镜的示意图；

图3c是在焦点范围之内的位置对其投射光的球面镜的示意图；

图4是根据本发明的反射屏幕的示意图；

图5是说明根据本发明的反射屏幕的漫射纹的示意图；

图6是说明用于在根据本发明的反射屏幕上形成漫射纹和摩擦所致表面的处理过程的示意图；

图7是说明用于制造球形框架的方法的示意图；

图8是说明在制造根据本发明的反射屏幕的处理过程中形成球面形状铝箔的步骤的示意图；

图9是说明用于制造根据本发明的反射屏幕的方法的示意图；

图10是用显微镜看的、通过本发明获得的铝箔的放大照片；

图11是用显微镜看的惯用铝箔的放大照片；

图12是说明带有形成的漫射纹的球面屏幕的清晰度的照片；和

图13是说明没有漫射纹的球面屏幕的清晰度的照片。

具体实施方式

以下参考附图详细说明本发明的优选实施例。

如图4和5中所示，本发明的球面屏幕1包括具有球面形状的反射表面，球面形状具有以点(R2)为中心画出的圆的曲率半径(R1)。

屏幕1的反射表面具有最小10％至最大45％的反射率，并且优选是10％至30％。但是，屏幕1的反射表面不限于此。

在屏幕1的反射表面的反射率小于10％的情况下，屏幕1不能获得希望的高亮度。另一方面，在屏幕1的反射表面的反射率大于45％的情况下，难于执行以下的在铝箔上形成漫射纹6和摩擦所致表面5的处理过程。也就是说，屏幕的反射表面的反射率限于10％至45％的范围。在这里，10％至45％的反射率意味着屏幕亮度系数是10至45增益。

焦点(F)形成在从点(R2)到球面屏幕1的反射表面的曲率半径的中点。从焦点(F)到球面屏幕1的反射表面的距离称为焦距。

将投影机7定位在焦点(F)。

投影机7的投影长度(F1)与屏幕1的焦距相同。

如图3b中所示，从位于焦点(F)的投影机7入射到球形表面(R)上的光，在球形表面(R)上直线反射。然后，观众可以在通过反射角的倒角获得的范围C1中看到形成的图像。

如图3c中所示，从位于焦点(F)的前面的投影机7入射到球形表面(R)的光，以增大的角度在球形表面(R)上反射，从而造成热点现象。

如图3a中所示，从位于焦点(F)后面的投影机7入射到球形表面(R)的光，朝向焦点(F)反射，从而造成视角(A)变窄。

上述情况涉及具有100％的反射率的球面镜。本发明的屏幕具有指定的反射率和漫射系数。为了获得改进的视角和清晰度的最佳效果，由于热点的产生与漫射系数成正比，所以从焦点(F)到屏幕的反射表面的焦距必须与投影长度(F1)相同。

如图4和6中所示，球面屏幕1的反射表面包括具有指定反射率的摩擦所致表面5，和多个通过一同研磨两个铝箔3形成的横向排列的漫射纹6。漫射纹6用作漫射表面。然后，在摩擦所致表面5和漫射纹6的内侧形成保护表面2，并将塑料制造的支撑板4附着到摩擦所致表面5和漫射纹6的外侧。

保护表面2是通过将硅或丙烯酸树脂涂覆在摩擦所致表面5和漫射纹6的内侧形成的。硅或丙烯酸树脂不妨碍投影机7的光投射。

图6的保护表面2可以通过将聚四氟乙烯制造的薄片附着到摩擦所致表面5和漫射纹6的外侧形成。

聚四氟乙烯不容易被外部灰尘污染，具有高的硬度，和对外来物质的高的抵抗力，从而形成了坚固的屏幕表面。此外，在屏幕的表面纵向形成精细的横向弯曲线，然后横向重叠，从而显著地提高了屏幕的视角。

本发明的屏幕的特征在于，在屏幕上形成漫射纹6以便获得希望的屏幕视角，并在屏幕上形成摩擦所致表面5以便获得希望的反射率。

以下详细说明用于制造上述带有漫射纹6和摩擦所致表面5的铝箔3的表面的方法。

也就是说，在轧制铝箔3和3A中，通过使左和右铝箔3和3A相互摩擦，并通过在左和右上辊9和9A之间以及左和右下辊11和11A之间输送左和右铝箔3和3A，在铝箔3和3A上形成漫射纹6和摩擦所致表面5。在这里，漫射纹6是以施加摩擦的方向形成在铝箔3和3A上的，从而可以通过调节左和右压力辊10和10A施加的压力，使摩擦所致表面5具有10％到45％的反射率。

也就是说，图10中所示的具有10％到45％的反射率的摩擦所致表面5是通过调节左和右压力辊10和10A施加的压力获得的。

在摩擦所致表面5的反射率低于10％的情况下，屏幕不能具有高的亮度效率。另一方面，在摩擦所致表面5的反射率高于45％的情况下，在上述研磨过程中，漫射纹6和摩擦所致表面5的深度减小。

图10是利用监控显微镜放大了数百倍的、具有25％的反射率的摩擦所致表面5的照片，摩擦所致表面5是通过上述过程研磨20～100微米厚度的，优选是50微米厚度的铝箔3而得到的。在这里，将具有10微米厚度的漫射纹6重叠，从而使得带有摩擦所致表面5和漫射纹6的屏幕能够具有60°的视角。

图11是没有使用上述研磨过程，而用惯用轧制过程得到的铝箔3的照片。这里铝箔3没有散射线。

这种通过惯用轧制过程得到的铝箔3具有与摩擦所致表面相同的25％的反射率，但是具有小于30°的视角。因此，难于将没有漫射纹的铝箔3实际用作屏幕2的材料。

为了参考，利用日本三洋(SANYO)公司制造的投影机(型号plc-xp41k)，将光投射到本发明的屏幕的反射表面上，并且利用日本美能达(MINOLTA)公司制造的亮度测量装置(型号LS-110)测量屏幕的亮度。

以下详细说明用于制造具有上述漫射纹6和摩擦所致表面5的铝箔的方法。

如图7中所示，将研磨化合物33提供到具有球面屏幕1所需的希望的曲率半径(R)的构件的一个表面上，然后利用具有曲率半径(R)的旋转研磨板31抛光构件表面。从而，得到具有曲率半径(R)的球面框架33。

如图8中所示，将铝箔3的一个表面压到这个球面框架33上，从而使得铝箔3具有曲率半径(R)。

如图9中所示，将塑料制造的支撑板4附着到具有曲率半径(R)的铝箔3的另一个表面上。从而，完成了球面屏幕1的制造。

如图4中所示，屏幕1的球形表面(R)具有以点(R2)为中心画出的圆的曲率半径(R1)，因此，使得屏幕1具有适当的光学特性和反射率，并且使焦点(F)位于适当的位置。

焦距(F’)和球形表面(R)长度(R’)之间的关系可以用公式F’＝R’/2表示。

此外，投影机7的投影长度(F1)和焦距(F’)之间的关系可以用公式F1＝F’表示。

更具体地，例如，在屏幕1具有100”大小的情况下，投影机7的投影长度(F1)大致为4.5m。

在这种情况下，由于投影机7的投影长度(F1)和焦距(F’)之间的关系可以用上述公式F1＝F’表示，使得投影机7离开屏幕14.5m的距离。然后，由于焦距(F)与球形表面(R)长度(R’)之间的关系可以用上述公式F’＝R’/2，即R’＝2F’来表示，所以，球形表面(R)的长度(R’)是9m。

由于图6中所示的漫射纹6是横向形成在摩擦所致表面5上的，所以，屏幕1上光的横向漫射率比屏幕1上光的纵向漫射率高两倍。

因此，与惯用屏幕相比，可以将屏幕1的视角提高到屏幕1的纵向视角的两倍以上。

上述光漫射消除了由于图4中所示的直线反射造成的热点发生，因此，使得屏幕1能够以均匀的亮度显示图像，并且增大了屏幕1的视角。视角是屏幕1所需的实质因素。

构造本发明的球面屏幕1，使得屏幕1能够仅接收从位于焦点(F)的投影机7投射的光，并利用接收的光经过屏幕1的整个表面显示图像，但是将外部干涉光漫射到外部。因此，即使在明亮的空间中，外部干涉光也不会影响屏幕1上显示的图像。此外，作为利用漫射纹6代表的对比图形的测试结果，本发明的屏幕1显示的图像的清晰度提高到惯用屏幕图像的两倍。

例如，如图12中所示，带有漫射纹6的球面屏幕1具有高的清晰度，从而即使屏幕1上显示的图像中的字母只有4点(point)的大小，也能够区别。另一方面，如图13中所示，不带漫射纹的惯用球面屏幕具有相对较低的清晰度，从而只能分辨显示在屏幕上的图像中的10点大小的字母。

因此，本发明带有漫射纹6的球面屏幕1的清晰度提高到惯用屏幕的两倍。

从上述说明中可以看到，本发明提供了一种球面反射屏幕，这种屏幕以10％到45％的反射率显示具有高亮度的图像，并且仅利用从位于屏幕的球形表面的焦点的投影机投射的光形成图像，因此，经过横向形成在屏幕上的漫射纹将屏幕的视角提高两倍以上，并且经过漫射纹表示的对比图形将清晰度提高了两倍以上。

此外，本发明提供了一种用于制造具有改进的视角和清晰度的球面反射屏幕的方法，该方法通过一同研磨两个铝箔，在铝箔上形成摩擦所致表面和漫射纹来显示高亮度的图像，从而提高了由于屏幕的反射率得到的亮度以及由于漫射纹得到的屏幕横向视角和清晰度，并且通过弯曲带有摩擦所致表面和漫射纹的铝箔，使得带有摩擦所致表面和漫射纹的铝箔具有指定曲率半径并用作屏幕的球形表面，从而使得该屏幕显示高亮度的图像。

本发明的屏幕可以广泛和有效地用作在明亮的教室中提供高清晰度的清楚图像的教育屏幕，在不用窗帘的明亮办公房间内提供清晰图像的会议屏幕，和在明亮的公共场所中的广告屏幕。

尽管为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但是，熟悉本领域的技术人员应当知道，可以对这些优选实施例进行各种修改、添加、和替换，而不脱离附属权利要求中公开的本发明的精神和范围。

Claims (3)

1.一种制造用于显示图像的球面反射屏幕的方法，其中通过在纵向或横向相互研磨双层铝箔而在铝箔上形成摩擦所致表面和漫射纹，并弯曲带有摩擦所致表面和漫射纹的铝箔，从而使得带有摩擦所致表面和漫射纹的铝箔具有指定的曲率半径并用作屏幕的球形表面。

2.根据权利要求1所述的用于制造显示图像的球面反射屏幕的方法，其中在通过将铝箔压在球面框架上而弯曲铝箔，从而使铝箔具有指定曲率半径之后，将塑料制造的支撑板附着到具有摩擦所致表面和漫射纹的铝箔表面的相反表面上。

3.一种根据权利要求1所述方法制造的用于显示图像的球面反射屏幕，其中屏幕的球形表面包括由附着到铝箔的表面上的硅、丙烯酸树脂或聚四氟乙烯薄膜构成的保护表面。

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