CN106405699A - 定向光反射元件、锥形辊筒及投影屏幕 - Google Patents

定向光反射元件、锥形辊筒及投影屏幕 Download PDF

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周辉
李志翔
赵海龙
田海军
石永庆
岳定飞
罗伦
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    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/12—Reflex reflectors
    • G02B5/122—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type
    • G02B5/124—Reflex reflectors cube corner, trihedral or triple reflector type plural reflecting elements forming part of a unitary plate or sheet
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface

Abstract

本发明涉及投影显示领域，公开了一种定向光反射元件、锥形辊筒及投影屏幕，解决投影显示增益不足、亮度不均匀的问题。正投影屏，由外到内依次包括防反射增透层、介质基底层、散射成像层以及定向光反射元件；所述定向光反射元件包括基底，在基底表面设置有多个呈弧形的微反射镜阵列；微反射镜阵列依次排列组成上半圆形图案；微反射镜阵列中微反射镜纵截面为三角形，微反射镜的反射面与基底面成一个锐角夹角，从所述上半圆形的圆心向外，所述锐角夹角逐渐增大。本发明适用于超短焦投影。

Description

定向光反射元件、锥形辊筒及投影屏幕
技术领域
本发明涉及激光投影显示领域，特别涉及定向光反射元件、锥形辊筒及投影屏幕。
背景技术
现有的正投影屏幕，都采用散射的方式，通过不同材料(白塑、玻珠或金属涂层等)产生散射来对光能进行重新分布，转换成为一个面光源而成像。光能分布的特性决定了屏幕的增益、对比度和视角。这些成像方式都决定了这样的物理特性：增益高，视角就小并且对比度低；视角大，增益就低；或者牺牲上下视角来提高左右视角，不能同时满足高增益，高对比度和宽视角的要求。
另外，所有这些现有的正投屏幕技术，对环境光的要求较高，当环境光亮度较大时，屏幕的对比度会明显降低。尤其当超短焦离轴投射时，屏幕表面反射较强，反射光亮度最大方向，均朝向屏幕以外，观众方向亮度较低，
受目前加工手段和能力的限制，在正投影显示屏幕的制造过程中，大面积定向反射层的制作存在困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种定向光反射元件、锥形辊筒及投影屏幕，解决投影显示增益不足、亮度不均匀的问题。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：定向光反射元件包括基底，在基底表面设置有多个呈弧形的微反射镜阵列；微反射镜阵列依次排列组成上半圆形图案；微反射镜阵列中微反射镜的纵截面为三角形，微反射镜的反射面与基底面成一个锐角夹角，从所述上半圆形的圆心向外，所述锐角夹角逐渐增大。
进一步的，所述空间夹角的范围为5.4°-40°。
进一步的，从所述上半圆形的圆心向外，在所述锐角夹角逐渐增大趋势下，存在一定范围的随机振动值。
进一步的，所述微反射镜阵列具有一个以上的焦点。
进一步的，所述基底为具有一定阻光性的灰色有机或无机介质材料。
进一步的，所述微反射镜的反射面覆有Ag、Al、Cr膜。
用于制作上述定向光反射元件的锥形辊筒，所述锥形辊筒包括辊筒轴和辊筒本体，辊筒轴两端设有定位锥和定位孔，辊筒本体表面具有锯齿形条纹状的微结构，所述微结构的锯齿角度从辊筒本体的上表面到辊筒本体的下表面依次增大。
进一步的，所述辊筒本体的材质为有色金属或黑色金属。
进一步的，所述的形辊筒本体表面镀有硬度高于辊筒本体材料的有色金属或其氮化物、磷化物、氧化物。
正投影屏，由外到内依次包括防反射增透层、介质基底层、散射成像层以及上述的定向光反射元件。
本发明的有益效果是：本发明的光反射元件为大面积的整体光学结构，通过基底上微反射镜将前方焦点处发射的光化成垂直于元件表面且平行的光，解决了大尺寸、超短焦距、偏轴正投影屏幕增益不足、亮度不均匀的问题，具有良好的光学性能。
附图说明
图1是本发明的定向光反射元件的立体图；
图2-1是本发明的定向光反射元件的纵截面的一种形式的光路图；
图2-2是本发明的定向光反射元件的纵截面的另一种形式的光路图
图3是锥形辊筒与定向光反射元件立体配合图；
图4是锥形辊筒与定向光反射元件剖面配合图；
图5为正投影屏的结构示意图。
图中编号：1为防反射增透层，2为介质基底层，3为散射成像层，4为定向光反射元件，5为微反射镜的反射面，6为锥形辊筒，d为微反射镜的阵列结构重复周期的步长值d，α为锐角夹角，401为定向光反射元件的基底，402为定向光反射元件的微反射镜面，601为锥形辊筒的辊筒轴，602为锥形辊筒的辊筒本体。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例就本发明的技术方案做进一步说明。
如图5所示，本发明的正投影屏，由外到内依次包括防反射增透层1、介质基底层2、散射成像层3以及定向光反射元件4，所述防反射增透层1为一层或多层介质膜，覆盖在介质基底层2上，可以大幅减少屏幕表面的反射光。厚度为115nm～180nm，折射率为1.3～1.6。
具体的来说，如图1、图2-1和图2-2所示，定向光反射元件4包括基底401，在基底401表面设置有多个呈弧形的微反射镜阵列；微反射镜阵列依次排列组成上半圆形图案；微反射镜阵列中微反射镜纵截面为三角形，微反射镜的反射面402与基底面成一个锐角夹角α，从所述上半圆形的圆心向外，所述锐角夹角α逐渐增大。基于上结构，定向光反射元件4可以将屏幕上来自于投影产品的不同角度的入射光线转变成平行或近似平行出射光，垂直于屏幕表面向观众方向反射。
微反射镜的阵列结构重复周期的步长值d可以覆盖一个像素的一部分或多个像素，优选为50um～1500um。
为了更好的实现超短焦投影反射，所述空间夹角α的范围为5.4°-40°。
从所述上半圆形的圆心向外，在所述锐角夹角α逐渐增大趋势下，存在一定范围的随机振动值，以避免产生摩尔条纹。
所述微反射镜阵列具有双焦点，以扩大屏幕对不同投射比投影机的适应范围。
所述基底401为具有一定阻光性的灰色有机或无机介质材料，包括玻璃、PE、PVC、聚碳酸酯等片材单体或其片材复合物，其可见光透过率为25％～90％。
所述微反射镜的反射面402覆有Ag、Al、Cr等金属膜，以提高反射率。
为了解决制作上述定向光反射元件4的问题，如图3和图4所示，本发明提供了一种锥形辊筒6，所述锥形辊筒6包括辊筒轴601和辊筒本体602，辊筒轴601两端设有定位锥(未画出)和定位孔(未画出)，辊筒本体6表面具有锯齿形条纹状的微结构，所述微结构的锯齿角度从辊筒本体602的上表面到辊筒本体602的下表面依次增大。
所述辊筒本体602的材质为有色金属或黑色金属，如Cu、Fe、Zn或以上述元素为主的合金。
为增加辊筒本体602强度，所述的形辊筒本体602表面镀有硬度高于辊筒本体602材料的有色金属或其氮化物、磷化物、氧化物，包括Cr、Ti、Ni。
利用上述锥形辊筒6，一种制作定向光反射元件的方法为：
1)、在复合介质的基底401上涂布UV感光光学树脂或者热固化树脂，并进行半固化处理。
2)以锥形辊筒6圆锥面所延伸出的尖端为圆心，锥形辊筒6的长度为半径，在涂布有半固化的光学树脂的复合介质的基底401滚压，形成反射镜的微结构层。
3)滚压成型后的微反射镜板最终固化成型。
4)通过喷涂、化学沉积或真空镀膜制作反射面。
上述方法不受现有机械加工技术及设备能力的限制，所得的光反射元件4为大面积的整体微反射镜光学结构，具有良好的光学性能，满足投影光学屏幕的需要。
最终，当采用本发明上述的正投影屏，能使得从超短焦镜头射出的大角度范围的光入射到正投影屏后，都以平行或近平行光反射进入人眼，光损失少，投影画面完整且亮度损耗小。
以上描述了本发明的基本原理和主要的特征，说明书的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.定向光反射元件，其特征在于，包括基底，在基底表面设置有多个呈弧形的微反射镜阵列；微反射镜阵列依次排列组成上半圆形图案；微反射镜阵列中微反射镜的纵截面为三角形，微反射镜的反射面与基底面成一个锐角夹角，从所述上半圆形的圆心向外，所述锐角夹角逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的定向光反射元件，其特征在于，所述锐角夹角的范围为5.4°-40°。
3.根据权利要求1所述的定向光反射元件，其特征在于，从所述上半圆形的圆心向外，在所述锐角夹角逐渐增大趋势下，存在一定范围的随机振动值。
4.根据权利要求1所述的定向光反射元件，其特征在于，所述微反射镜阵列具有一个以上的焦点。
5.根据权利要求1所述的定向光反射元件，其特征在于，所述基底为具有阻光性的灰色有机或无机介质材料。
6.根据权利要求1所述的定向光反射元件，其特征在于，所述微反射镜的反射面覆有Ag、Al、Cr。
7.用于制作权利要求1所述的定向光反射元件的锥形辊筒，其特征在于，所述锥形辊筒包括辊筒轴和辊筒本体，辊筒轴两端设有定位锥和定位孔，辊筒本体表面具有锯齿形条纹状的微结构，所述微结构的锯齿角度从辊筒本体的上表面到辊筒本体的下表面依次增大。
8.根据权利要求7所述的锥形辊筒，其特征在于，所述辊筒本体的材质为Cu、Fe、Zn或以上述元素的合金。
9.根据权利要求7所述的锥形辊筒，其特征在于，所述的形辊筒本体表面镀有硬度高于辊筒本体材料的有色金属或其氮化物、磷化物或氧化物。
10.正投影屏，其特征在于，由外到内依次包括防反射增透层、介质基底层、散射成像层以及权利要求1所述的定向光反射元件。
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