CN101533213B - 投映屏幕与投映方法 - Google Patents

Abstract

一种反射式的投映屏幕。它是由许多排很窄的水平横条所组成，它们使得在屏幕上反射出的图像，在相当窄的垂直视界内具有宽广的水平视角。每排水平横条都有一个前视表面，它将入射光散射到一个宽广的角度。每排水平横条上，在投映屏幕垂直方向的入射角，从屏幕的底部到顶部是不同的、是依此变化的，用来定向反射垂直方向上的光线。

Description

投映屏幕与投映方法

技术领域

本发明提出了一种崭新的前投式屏幕与投映方法。

背景技术

本发明提出的是一种投映屏幕、一种投映系统与方法。确切地说，是关于一种前投屏幕与投映方法，它可使投映光线在水平方向发散射出，在垂直方向反射到较窄的范围内，而使周围环境的光线对它们的影响最小。

众所周知，声像的播放在商品展示与各种展览会上起着重要的作用。展览摊位处的观众可能是圆弧形地、离开若干距离地站在一块正在播放图像的前投式的屏幕前，有效的图像放映要求屏幕上所反射的图像具有高的光强与好的对比度。在许多展览会的场地上，头顶上的灯光照射到投映屏幕上，降低了对比度，好像使屏幕上的投映图褪了色一般。如果屏幕上投映图像的光线在相当窄的垂向带宽中播放，可增加观众眼中的光线强度，另一方面，观众们的排列位置要求屏幕上的反射光线具有相当大的水平角度范围。

一般说来，前投屏幕有反射式的、光散射式的，也有折射式的。

光散射屏幕的表面是将入射光，散射到各个方向，而不是只向某一个角度反射。光散射屏幕在水平方向与垂直方向都提供了宽广的视角，但是屏幕的增益很低，只能在暗淡的光线条件下看到图像。折射式屏幕是用微小的玻璃球涂覆的，以某一角度投映到屏幕上的光线是沿着入射路径返回的。当投映仪的相对位置比屏幕低时，折射式屏幕特别有用，因为光线是沿着朝向坐位上观众的入射路径返回的。然而，因为涂覆的玻璃小珠要具有足够的尺寸，故而屏幕易碎且表面粗糙，会干扰每个图像单元有关的折射。此外，无论在水平方向还是在垂直方向上，折射式屏幕上的亮度是从中心到边缘大大地减低的，并且由于玻璃小珠的均一本性，不允许在水平的平面还是在垂直的平面上存在有聚焦的差别。反射式屏幕表面呈现的性能基本上是服从反射定理的，即光线的入射角等于反射角。该类屏幕的增益比现用的光散射屏幕大得多，因此在较强的周围环境光线的区域内，也有较好的明视度。然而，平面反射式屏幕的视角比光散射屏幕窄很多，只有屏幕前方有限弧度内的观众才能清楚地看到图像。

在展览会上使用前投式屏幕时，投映仪与屏幕两者的位置按放问题，是难以解决的。前射投映仪极少按放在垂直于屏幕的位置，因为投映仪要阻塞观众的场地。前射投映仪惯常是放在观众的头顶上方，反射式屏幕再改变光线的方向，射到观众的眼中。然而，在商品展示或展览会的摊位上，投映仪按放在头顶上方，往往是办不到的。只能将投映仪按放在比屏幕低一点的地方，以减少对观看屏幕的妨碍。但是屏幕是把图像向上反射到观众的眼中，场地上头顶照明的光线会干扰投映图像的光线，并使之淡化。

Malifaud等人提出过由多条垂直排列的反射组元组成的一种前投用的屏幕(U.S.Pat.No.5,696,625)。该屏幕组元既有曲面状的反射表面，也有圆柱状的反射表面。为了定向聚焦图像，每个屏幕组元上反射表面的弯曲度是变化的。用改变每个屏幕组元表面弯曲度的方法来聚焦反射的光线，结果使得屏幕装配十分复杂。此外，该屏幕是在投映仪按放在屏幕的上方、遮暗了的剧院里使用的。

所以，人们希望有一种前投屏幕，能定向聚焦图像，而不受头顶照明光线影响而褪色；且允许投映仪按置在观众视野外的靠近屏幕底部的地方。

发明内容

本发明克服了上述缺点提出了一种投映屏幕，将图像从投映仪反射到观众的眼中。该屏幕包括有顶部与底部。在它的水平方向与垂直方向的范围内，屏幕的表面上配置了大致水平的许多反射排条。每根排条的表面可将光线散射到很宽一个水平区域内，同时每根排条限定了在垂直方向上的各自的入射角。从屏幕的顶部到屏幕的底部，每根排条上的该入射角是变化的。屏幕顶部的入射角大于到屏幕底部的入射角，致使位于屏幕中央下方投映仪射出的光线被屏幕朝着观众方向反射，即使屏幕中央上方有定向的场地照明光线也不会影响观众的观看。水平排条的每个表面，在水平方向上将放映的图像以广角播出，使屏幕前排列着的观众都能看清。另一方面，各排条上入射角的变化能使图像以相当窄的视带宽度投射到观众眼睛的附近区域。

这种新奇的屏幕是独特的一种图像投映系统与方法，包括一台放置在观众视线以下的投映仪、将图像投映出来的投映屏幕、以及用从屏幕顶部到底部各不相同的角度反射出来的图像。本发明所设计的屏幕，能最大程度地反射位于观众视线下方的投映仪所发出的光线；最小程度地反射周边环境所发出的光线。通常，在观看区域内，如像商品展示或会议室中，周边光线的源头位于屏幕的侧面(例如：窗户)或屏幕的上方(例如：头顶上的照明)。屏幕使周边的光线不射向观众，从而最大程度地提高了图像的对比度。因此，本发明所提出的屏幕，即使在明亮的周边照明的条件下，也能提供高对比度的图像。

业内有经验人士在结合图纸审阅下文的详细叙述后，可以进一步了解本发明的特点以及其它有关的优点了。

附图说明

图1是本发明所提出的投映系统，一个示范性实例的透视图。

图2是本发明所提出的投映系统，一个示范性实例的侧视图。

图3是本发明所提出的投映屏幕的第一个实例，取用图1投映屏幕上沿A-A垂直方向剖面图的一部分。

图4是一种投映屏幕前表面透视图的一部分，可见该投映屏幕上排条的表面是具有正弦形横断面的曲面。

图5A是投映屏幕上另一种可选用的排条表面，取用图1投映屏幕上沿B-B水平方向剖面图的一部分，可见该排条的表面具有凸向的相连圆弧形的横断面。

图5B是投映屏幕上另一种可选用的排条表面，取用图1投映屏幕上沿B-B水平方向剖面图的一部分，可见该排条的表面具有凹向的相连圆弧形的横断面。

图6是本发明所提出的投映屏幕的第二个实例，取用图1投映屏幕上沿A-A垂直方向剖面图的一部分。

图7A是第二个实例的投映屏幕前表面上，水平方向剖面图的一部分。

图7B是图7A的细节放大图

图8是本发明所提出的投映系统，又一个实例的透视图。

具体实施方式

参阅图1，在系统10中从投映仪11发出的前投光线被投映屏幕12反射给排列在屏幕前的观众14。在典型的展览会摊位处或会议室中，观众14经常是坐着或站着排列在摊位或讲台前宽广的一个水平区域内。由于观看区域宽广，所以要求有一个很大的水平视角。然而，在垂直的平面上，为了使观众14的眼睛获得最大强度的光线，反射光应该聚焦在很窄的一个视带16(图上用括号表示)内。另一方面，使周边光源(如头顶上方的照明18)所发出的光线影响最小。投射到屏幕上的周边光线会降低对比度，从而使图像褪色淡化。在许多场合下，头顶上方的照明18是周边环境光线的主要来源。当然，其它周边光源，如会议室的窗户进光的影响，也应该使之最小。

本发明所提出的由众多水平横条所组成的投映屏幕，可以使光线在水平方向反射到一个宽广的区域上，而在垂直方向分布很窄。此外，还能够将投映仪按放在屏幕中心线的下方，使周边环境光线影响最小，以提供高对比度的图像。顺便指出，上述场合的环境照明光源几乎没有设在投映屏幕中心线垂直下方位置的，故而在投映仪放置的点位处(如放在桌上或地板上)，是没有周边光线射出的。所以，只要将投映屏幕12设计得，能够把投映屏幕中心线垂直下方点位处发出的光线，最大程度地在垂直方向反射出来，就可使位于屏幕12側边与顶部的周边光源的光线反射影响最小化。

现在仔细参阅图2，可以看到本发明的屏幕12有一个基本上是平整的前表面，上面配置了许多大致水平的反射横条30。每根横条30相对于垂直方向34限定了一个垂直的入射角32。因为屏幕的背面36是平的，且位于垂直平面上，所以入射角32也是相对于背面36的角度。图3是屏幕12的垂向剖面，其前表面具有锯齿形的外观，它是由水平横条30的大致水平的上表面50与倾斜的垂直表面52所组成。在一个实例中，可以在上表面50上涂覆光吸收材料，以吸收无用的周边环境光线。每根横条30上入射角的选择，是为了要将投映仪(或位于屏幕中心线下方的光源)射出的光线朝着视带16定向反射。为了使反射光以最大的强度垂直方向射到观众14的高度，从屏幕12底部到顶部垂直方向上的每根横条30上的入射角32，是均匀地增大的。位于屏幕顶部反射横条30a上的垂向入射角32较大，它使光线38a定向反射到视带16的高度。位于屏幕较低区域反射横条30b上的垂向入射角32较小或者甚至是负值，即使屏幕12的底部低于观众眼睛的高度，它也会使光线38b定向反射到视带16内。

在一个实例系统中，屏幕顶部横条上的入射角约为19°，而屏幕底部横条上的入射角约为-3°，它们是从屏幕底部到顶部均匀地增大的。该系统使用时，放在地板上的投映仪以向上6°的角度投映到4.5米以外、离地0.5米、高1.8米(6呎)的屏幕上。因为投映仪是向上放映图像的，所以最好使用带有梯形校正的数码投影仪。

由于按此来改变入射角32，位于屏幕12中心线顶上的光源所发出的周边光线会定向反射到视带16以外的地方。结合参阅图2与图3可见，头顶上方光源18发出的光线40是朝着地板定向射出。如像位于观众附近的窗户44进来的周边光线，会朝着投映仪定向射回。屏幕12的结构使得周边光线被反射到视带16以外的地方，从而使投映出来的图像达到最大的对比度。

反射横条30的大小与数量取决于屏幕的尺寸与投出图像的分辨率。如果投映数码图像的话，希望横条数多于像素。最好反射横条30的数量是像素的两倍。例如，投映的图像有768个垂向像素，那末至少要有1536个反射横条才能产生满意的反射图像。因此，对2.5米(100时)高的屏幕来说，每排反射横条的高度大约是1.6毫米。

当反射表面提供高增益图像时，希望反射光有一点有限的漫散射，可以使得图像在整个屏幕区域内获得均匀的亮度。事实上，在横条30反射方向周围的一个有限角度内，反射光会有连续的漫散射。如图1所示，光线20入射到屏幕12的顶部，沿着22a与22b反射到观看带16。同样，屏幕较低区域的入射光线24，沿着26a与26b反射到观看带16，相当于沿着标称反射方向的光线发生了有限的漫散射。由于投映仪11放在观众14的视线以外，该系统可使观看的障碍减至最小。在展览会摊位上，将投映仪11放在低于观众14视线的位置经常是十分必要的，因为一个摊位的结构无法将投映仪放在观众14的上方。

水平分布的光线是由多方面所提供的。水平分布意味着屏幕12反射的光线以一个宽广的水平视角分布或漫散射开来。最好，屏幕上每一块比投映图像分辨率还小的面积都能以接近180°的水平角反射光线。在图3与图4所示的第一个实例中可见，每根横条30的上表面50基本上是垂直于屏幕12；表面52是一个均匀重复的光学图纹，是它使光线在水平方向宽广分布。每个屏幕横条组元30上的傾斜曲面52，它表面轮廓上屏幕纵向的母线与屏幕垂直方向之间的夹角都等于反射角32(见图1)。在该垂向曲面52上反射出的光线，其反射角通常等于光线的入射角，以基本上是水平的宽广角度分布。图5A表示了另一个实例，入射光线74(图上用括号表示)被横条30上垂向曲面52，以基本上是水平的宽广角度分布，反射出的光线72。因此，屏幕12上投映出的图像能够被屏幕前宽广范围内站着的观众所看见。三种有用的表面曲线都可被横条30上的纵向曲面52用作重复的光学图纹，图5A与图5B的剖面图画出的是许多大致上相邻的圆弧，图4图画出的基本上是正弦形的断面。这些表面中的任何一种都可使光线水平分布在一个宽广的水平视角范围内。

图6、图7A与图7B揭示了另一个实例，横条30的垂向曲面52上被打磨产生许多很浅的垂直方向的凹槽与隆脊。图6是沿图1中A-A线垂直方向剖面图的一部分。图7A是沿图1中B-B线的水平剖面图的一部分，图7B是放大了的细节图。非常细的凹槽54与隆脊56可以用沙轮或碾磨轮，在垂直方向打磨或切割常规制造屏幕的材料来制得。也可以用模板在可压制材料上压制成屏幕，水平横条用打磨好的模板压制成型。这些细微的凹槽54与隆脊56将光线在水平方向漫散射到一个宽广的区域，而以很窄的垂直方向反射光线。

本发明的另一个特点是，为了将光线聚拢到较小的垂直视带中，倾斜的表面52可以做成沿屏幕纵向弯曲的曲面。如图6、图7A与图7B所示的实例，显现出了进一步的优点，该屏幕上的凹槽可以用碾磨轮来生产。在图6上可见，每根横条30都有一个弯曲的倾斜的表面52′。表面52′的曲率是等于碾磨轮的曲率半径R。垂直方向的光线分布可以进而用择定的曲率半径R来控制，使光线定向反射到更窄的视带16中。该种表面52′的入射角32可以取倾斜表面52′中点处的切线来计算。同样，用图4、图5A与图5B所示的断面，来构成反射横条30上的倾斜表面，也可使光线在垂直方向上聚焦。

屏幕12的制造方法很多，其中之一是使用模板将可压制材料压制而成。模板上屏幕的光学图纹是用铝一类材料来成形的，在铝板上加工，或先加工许多条相应的水平横条，再互相固定在一起。屏幕图纹也可在铝材上铣削或碾磨来成形，再将铝材硬化及阳极氧化。也可用聚胺脂等模型材料压制或浇铸成模板，来生产屏幕的面板。塑料可使用模具来成形。最后得到的屏幕面板用真空沉积法加覆铝一类的反光材料。另外，也可用电沉积的方法来制造屏幕的模板。

屏幕12既可以由单块面板构成，也可以由多块面板构成。由于水平横条30是均匀的，使得屏幕12易于用许多块较小的面板组构而成。较小的屏幕面板增加了便携性，对于商品展示会或其它临时性展览馆上使用的屏幕而言，是一个很重要的优点。这样的屏幕面板只要装置在一个便携式的框架内即可。此外，较小的屏幕面板也使得屏幕的制造降低了成本。

由上可见，本系统可以用在许多要求使用投映图像的地方，例如：产品展示会、会议室、剧院等场合。图8揭示了又一个应用实例，该系统使用在要求将投映仪11直接放置在屏幕12下方的场合时，可以用一面镜子将图像反射到屏幕12上。

虽然借助了上述特定的实施方案对本发明做出了描述，但是应该理解为本发明还能作进一步的改动，本专利旨在涵盖根据本发明的原理所进行的各种变化、用途或改良。也涵盖了与本发明所揭示的已知方案或实施惯例有所偏离，但仍然从属于本发明技术及其应用原理的范围。本专利还涵盖了本发明所附权利要求的范围。

Claims (4)

1.一种投映屏幕：

(1)其面向观看者的屏幕面，是由许多水平伸展的反射横条排列组成的，每根反射横条都有一个前观看面，它以一个宽广的水平方向反射光线；

(2)其每根横条有各自的纵向入射角，每根横条上的入射角是不同的，它是从屏幕的底部到屏幕的顶部依次变化的，屏幕顶部处横条上的入射角大于屏幕底部处横条上的入射角，使得屏幕只将位于屏幕中线下方光源发出的光线反射到屏幕前面的观看带内，而将周围(如屏幕旁边或上方)射来的光线反射到观看带以外；

(3)它的后背基本上是平坦的。

2.根据权利要求1所述的投映屏幕，其特征在于，每根水平横条的前观看面上，有均匀重复的光学图纹，其横断剖面的轮廓基本上是正弦曲线的形状，或基本上是许多相邻的圆弧。

3.根据权利要求1所述的投映屏幕，其特征在于，每根水平横条的前观看面上有许多纵向的凹槽与隆脊。

4.根据权利要求1所述的投映屏幕，其特征在于，该屏幕基本上是平的，可以有多块面板所组成。

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