CN105204281B - 投影屏幕及应用其的投影系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种投影屏幕及应用其的投影系统。该投影屏幕包含反射镜与多个复合透镜。复合透镜呈阵列排列于反射镜的同一侧。每一复合透镜皆具有第一透镜部与第二透镜部。第一透镜部设置在第二透镜部与反射镜之间。第一透镜部相对反射镜的表面具有第一曲率半径，第二透镜部相对反射镜的表面具有第二曲率半径。第一曲率半径大于第二曲率半径。

Description

投影屏幕及应用其的投影系统

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种投影屏幕及应用其的投影系统。

背景技术

目前搭配于镜头出瞳扫描方式以产生立体影像的投影屏幕多为穿透式。请参照图7，其为现有的穿透式投影屏幕的示意图。此穿透式投影屏幕一般由聚光透镜(FresnelLens)910、双柱状透镜(Double Lenticular Lens)920、930与扩散片940所组成。聚光透镜910将投影机(未绘示)所发出的扩散光导成平行光后由柱状透镜920将投影机出瞳成像至扩散片940，柱状透镜930又将扩散片940上的像成像至不同视域。此种方式所面临的问题为聚光透镜910本身在折光时因色相差(Chromatic Aberration)而使得不同色光(如：红蓝绿)折射到不同位置，无法呈现在正确的视角上。对于柱状透镜920的成像系统，为维持一定成像品质，光圈值(F number)势必较大，后焦也因此变大，对屏幕厚度造成不利影响。另外，聚光透镜910是由许多微小的面构成的薄透镜，此特征容易与柱状透镜920、930产生叠纹。扩散片940会降低成像品质，使得视角串扰(Crosstalk)变严重。而且扩散片940重复视域的结果导致在屏幕上无可避免的出现视角反转的区域。

发明内容

本发明的一方面提供一种投影屏幕，包含反射镜与多个复合透镜。复合透镜呈阵列排列于反射镜的同一侧。每一复合透镜皆具有第一透镜部与第二透镜部。第一透镜部设置在第二透镜部与反射镜之间。第一透镜部相对反射镜的表面具有第一曲率半径，第二透镜部相对反射镜的表面具有第二曲率半径。第一曲率半径大于第二曲率半径。

在一或多个实施方式中，反射镜为曲面镜，且复合透镜组合成多个复合透镜单元，呈阵列沿着反射镜排列。

在一或多个实施方式中，投影屏幕还包含多个位移转动机构，分别连接复合透镜单元，以分别控制复合透镜单元的位置与角度。

在一或多个实施方式中，投影屏幕还包含多个黑色材料层，分别包覆复合透镜单元的侧壁。

在一或多个实施方式中，投影屏幕还包含多个黑色材料层，分别置于反射镜与复合透镜之间。每一黑色材料层皆具有一开口，使得部分的反射镜暴露于开口。

在一或多个实施方式中，反射镜为球面镜。

在一或多个实施方式中，投影屏幕还包含消色散透镜，置于复合透镜与反射镜之间。

本发明的另一方面提供一种投影系统，包含投影机与上述的投影屏幕。投影机用以提供多个投影影像。投影影像自复合透镜的第一透镜部进入投影屏幕，被反射镜反射后，自复合透镜的第二透镜部离开。

在一或多个实施方式中，每一投影影像皆具有多个像素。该些像素的光束分别入射该些复合透镜。

在一或多个实施方式中，投影影像正向入射复合透镜。

通过复合透镜，投影机所提供的投影影像能够被投射至不同视域并放大。而反射镜与复合透镜的组合能够减薄投影屏幕整体的厚度，可有效节省元件成本、整体体积与安装空间。另一方面，因第一透镜部与第二透镜部兼具横向方向与纵向方向的放大效果，可不需再设置扩散片，因此能更进一步节省元件成本且减少投影屏幕整体的重量，且亦不会有扩散片所造成的视角串扰与视角反转的问题。

附图说明

图1为本发明一实施方式的投影系统的立体图。

图2为图1的区域M的局部放大图。

图3为图1的投影系统的局部上视图。

图4为本发明另一实施方式的投影屏幕的剖面图。

图5为本发明再一实施方式的投影系统的立体图。

图6为图5的复合透镜单元与转动机构的立体图。

图7为现有的穿透式投影屏幕的示意图。

附图标记说明：

100：投影机 240：消色散透镜

110：出瞳中心 250：转动机构

200：投影屏幕 910：聚光透镜

210：反射镜 920、930：柱状透镜

220：复合透镜 940：扩散片

220u：复合透镜单元 I：投影影像

222：第一透镜部 M：区域

223、225：表面 O：光轴

224：第二透镜部 P：光束

227：侧壁 R1：第一曲率半径

230、260：黑色材料层 R2：第二曲率半径

232：开口

具体实施方式

以下将以图式公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些现有惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式进行绘示。

请一并参照图1至图3，其中图1为本发明一实施方式的投影系统的立体图，图2为图1的区域M的局部放大图，图3为图1的投影系统的局部上视图。投影系统包含投影机100与投影屏幕200。投影机100用以提供多个投影影像I，在第3图中，不同视域的投影影像I以不同虚线样式表示，而为了清楚起见，第3图仅绘示二视域的投影影像I，投影影像I的数目可视实际情况而定。投影屏幕200包含反射镜210与多个复合透镜220。复合透镜220呈阵列排列于反射镜210的同一侧。每一复合透镜220皆具有第一透镜部222与第二透镜部224。第一透镜部222设置在第二透镜部224与反射镜210之间。第一透镜部222相对反射镜210的表面223具有第一曲率半径R1，第二透镜部224相对反射镜210的表面225具有第二曲率半径R2。第一曲率半径R1大于第二曲率半径R2。也就是说，表面223弯曲的程度较表面225轻微。

在操作上，投影机100提供的投影影像I会自复合透镜220的第一透镜部222进入投影屏幕200，被反射镜210反射后，自复合透镜220的第二透镜部224离开。对于单一复合透镜220而言，部分的投影影像I会自表面223入射而产生折射且聚集。投影影像I接着被反射镜210反射，聚焦且成像在表面223附近后，通过第二透镜部224的表面225而离开，并产生折射且发散。而因第二曲率半径R2小于第一曲率半径R1，亦即第二透镜部224发散投影影像I的程度比第一透镜部222聚集投影影像I的程度高，因此在投影影像I经过投影屏幕200后，视域之间的间距会被放大，且影像本身亦能够被放大。

本实施方式的投影屏幕200为反射式屏幕。通过复合透镜220，投影机100所提供的投影影像I能够被投射至不同视域并放大。而反射镜210与复合透镜220的组合能够减薄投影屏幕200整体的厚度，其厚度约为第一透镜部222的一半焦距。比起传统的穿透式投影屏幕，本实施方式的投影屏幕200具有较薄的厚度与较低的重量，可有效节省元件成本、整体体积与安装空间。另一方面，因第一透镜部222与第二透镜部224不但可呈现横向方向(即视域的排列方向)的放大效果，在纵向方向亦可实现放大效果。如此一来，即可不需再设置扩散片(其亦具有放大纵向方向影像的效果)，因此能更进一步节省元件成本且减少投影屏幕200整体的重量，且亦不会有扩散片所造成的视角串扰与视角反转的问题。

请参照图1与图3。在本实施方式中，每一投影影像I皆具有多个像素，像素的光束P分别入射复合透镜220，亦即每一像素皆对应至一复合透镜220。在第3图中，不同像素的光束P以不同线粗表示，而为了清楚起见，第3图仅绘示二像素的光束P，像素的数目可视实际情况而定。因每一像素的光束P的行经方向都有些微不同，因此每一复合透镜220即可分别根据不同的像素作方向的调整，以将每一像素的光束P投影至空间中合适的位置。

在一或多个实施方式中，投影影像I可正向入射复合透镜220，换句话说，每一复合透镜220皆正对投影机100的出瞳中心110。此处的正向入射指的是所有视域的投影影像I共同对称于复合透镜220的光轴O，也就是第一个视域与最后一个视域的投影影像I会对称于光轴O。具体而言，可设计每一复合透镜220面对投影机100的角度，使得投影影像I的像素的光束P分别正向入射对应的复合透镜220，如此一来可不需加入聚光透镜(Fresnel Lens)，因此能更进一步节省元件成本且减少投影屏幕200整体的重量，投影影像I亦不会产生叠纹。另外，在传统的穿透式投影屏幕中，因包含聚光透镜，折射时会使得穿透不同区域的不同色光(如红、绿与蓝光)产生色相差(横向色散)。然而在本实施方式中，每一像素的光束P皆为正向入射复合透镜220，因此可不需加入聚光透镜，也就不会产生横向色散。

在本实施方式中，反射镜210可为曲面镜，例如为球面镜。具体而言，投影机100所提供的投影影像I大多为球面影像，因此为了让投影影像I能够正向入射复合透镜220，反射镜210可做成球面，而复合透镜220则沿着反射镜210的反射面排列，亦即投影屏幕200整体形成一球面。另外，因复合透镜220沿着反射镜210的反射面排列，因此可设计将复合透镜220的光轴O垂直于反射镜210的反射面，如此一来每一复合透镜220的厚度可维持一致，以便简化并统一化每一复合透镜220的设计与制作。

请参照图2。在本实施方式中，第一透镜部222与第二透镜部224可一体成型，第二透镜部224凸出于第一透镜部222的表面223，因此可由单一模具成型，从而简化模具、生产及组装。其中第一透镜部222与第二透镜部224皆为轴对称，第一透镜部222可为方柱状，第二透镜部224可为球状。第二透镜部224于表面223的正投影的面积可小于25％的表面223的面积，也就是说，即使有部分投影影像I(如图3所绘示)自第二透镜部224入射投影屏幕200，其影响也不致太大。另外第二透镜部224置于表面223的中央，更进一步地，第一透镜部222与第二透镜部224的光轴皆为复合透镜220的光轴O(如图3所绘示)，以确保自第一透镜部222入射复合透镜220的投影影像I会集聚至第二透镜部224，且自第二透镜部224离开。

接着请参照图3。在一或多个实施方式中，投影屏幕200可还包含多个黑色材料层230，分别置于反射镜210与复合透镜220之间。每一黑色材料层230皆具有一开口232，使得部分的反射镜210暴露于开口232。详细而言，承上所述，进入投影屏幕200的投影影像I会被第一透镜部222所聚集，也就是说，投影影像I到达反射镜210后的光点会缩小，例如缩小为约25％的表面223的面积。光点的位置可对应至开口232的位置，也就是每一开口232的面积为约25％的表面223的面积，然而本发明不以此为限。而投影影像I未打到的区域则布上黑色材料层230，如此一来即可减少环境光的影响，增加整体影像的对比。

接着请参照图4，其为本发明另一实施方式的投影屏幕200的剖面图，其剖面位置与图3相同。本实施方式与图3的实施方式的不同处在于消色散透镜240的存在。在本实施方式中，投影屏幕200还包含消色散透镜240，置于复合透镜220与反射镜210之间。消色散透镜240能够更进一步消除投影影像I的纵向色散。至于本实施方式与图3的实施方式的其他细节因相同，因此便不再赘述。

接着请一并参照图5与图6，其中图5为本发明再一实施方式的投影系统的立体图，图6为图5的复合透镜单元220u与转动机构250的立体图。而为了清楚表示，图5的复合透镜单元220u的尺寸是以较夸张的方式呈现。在本实施方式中，复合透镜220组合成多个复合透镜单元220u，呈阵列沿着反射镜210的反射面排列。承上所述，若反射镜210为曲面镜，则复合透镜220所形成的阵列亦为曲面状。若以单一模具完成大型化的复合透镜220阵列的制作，在良率上与成本上皆有待克服之处。因此在本实施方式中，可以同一模具制作复合透镜单元220u(因每一复合透镜220的厚度皆相同)，接着再一一将复合透镜单元220u组装至反射镜210，如此一来即可简化制作工序，亦能够节省成本。另一方面，不同尺寸的投影屏幕200可以同一种复合透镜单元220u组合而成，可不需重新开模，因此能够简化投影屏幕200的工艺与降低成本。

在一或多个实施方式中，投影屏幕200可还包含多个位移转动机构250，分别连接复合透镜单元220u，以分别控制复合透镜单元220u的位置与角度。具体而言，如上所述，投影影像I是正向入射复合透镜220，因此转动机构250可分别调整与的连接的复合透镜单元220u，使得位于不同位置的复合透镜单元220u皆能够针对其对应的部分投影影像I而转动或位移，使得投影影像I能够正向入射复合透镜220。

接着请参照图6。在本实施方式中，投影屏幕200可还包含多个黑色材料层260，分别包覆复合透镜单元220u的侧壁227。其中此处的侧壁227指的是在复合透镜单元220u中，投影影像I不会通过的该些面，亦即非表面223、225与面向反射镜210之面的该些面。具体而言，因黑色材料层260可布满侧壁227，因此可减少环境光对投影影像I的影响，以增加投影影像I的对比。至于本实施方式的其他细节因与图3的实施方式相同，因此便不再赘述。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种投影屏幕，其特征在于，包含：

一反射镜；以及

多个复合透镜，呈阵列排列于该反射镜的同一侧，每一该些复合透镜皆具有一第一透镜部与一第二透镜部，该第一透镜部设置在该第二透镜部与该反射镜之间，该第一透镜部为凸透镜，该第一透镜部相对该反射镜的一表面具有一第一曲率半径，该第二透镜部相对该反射镜的一表面具有一第二曲率半径，该第一曲率半径大于该第二曲率半径，

其中，部分的投影影像自该第一透镜部的表面入射而产生折射且聚集，该部分的投影影像接着被该反射镜反射而聚焦且成像在该第一透镜部的表面附近后，再通过该第二透镜部的表面而离开，并产生折射且发散。

2.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，该反射镜为一曲面镜，且该些复合透镜组合成多个复合透镜单元，呈阵列沿着该反射镜排列。

3.如权利要求2所述的投影屏幕，其特征在于，还包含：

多个位移转动机构，分别连接该些复合透镜单元，以分别控制该些复合透镜单元的位置与角度。

4.如权利要求2所述的投影屏幕，其特征在于，还包含：

多个黑色材料层，分别包覆该些复合透镜单元的侧壁。

5.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，还包含：

多个黑色材料层，分别置于该反射镜与该些复合透镜之间，每一该些黑色材料层皆具有一开口，使得部分的该反射镜暴露于该开口。

6.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，该反射镜为一球面镜。

7.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，还包含：

一消色散透镜，置于该些复合透镜与该反射镜之间。

8.一种投影系统，其特征在于，包含：

一投影机，用以提供多个投影影像；以及

如权利要求1所述的该投影屏幕，其中该些投影影像自该些复合透镜的该第一透镜部进入该投影屏幕，被该反射镜反射后，自该些复合透镜的该第二透镜部离开。

9.如权利要求8所述的投影系统，其特征在于，每一该些投影影像皆具有多个像素，该些像素的光束分别入射该些复合透镜。

10.如权利要求8所述的投影系统，其特征在于，该些投影影像正向入射该些复合透镜。