CN106716249A - 一种短焦正投影屏幕 - Google Patents

Abstract

一种短焦正投影屏幕，该屏幕包括底层和吸收层，底层用于吸收环境光和漫反射投影光，吸收层覆盖底层的接收投影光的一面，吸收层内部分布有至少一个用于吸收或者反射环境光的微结构，微结构吸收或者反射环境光的面朝向上方。微结构在屏幕上呈圆弧形分布，从屏幕下方至上方，圆弧半径逐渐增大。这种新型短焦正投影屏幕可以额外地吸收更多的环境光，在同样的条件下，某些能够进入现有技术短焦正投影屏幕漫反射层的环境光无法进入新型短焦正投影屏幕的漫反射层，而是照射到吸收层，从而新型短焦正投影屏幕减少了进入漫反射层的环境光，进而减少环境光对短焦正投影屏幕成像的影响。

Description

一种短焦正投影屏幕 技术领域

本发明涉及正投影屏幕，具体涉及一种短焦正投影屏幕。

背景技术

屏幕从投影方式分为正面投影屏幕（反射式）和背面投影屏幕（透射式）两大类。正投屏幕投影距离较长（与短焦投影相比），会受环境光的影响造成画面对比度的严重下降，但是结构简单，适应多种场景。背投屏幕画面整体感较强，环境光的影响较小，但是结构复杂，大小受到体积限制。

而对于屏幕本身而言，通常主要采用漫反射屏。漫反射屏幕的特点是视角大、增益低、对环境光适应能力比较强，应用范围广阔。漫反射屏幕技术之一是直接对材质表面进行处理，屏幕视角和清晰度都不理想，太阳效应也比较严重。

另一种漫反射屏幕技术则是利用亚克力、玻璃等透明体材料作为基底，在其表面粘贴背投软质屏幕制作而成。通常在这层软质屏幕上会有额外的结构来实现其他功能，比如菲涅尔透镜。

菲涅尔光学透镜屏幕则能增加屏幕的增益，但是其垂直视角却受到了一定的限制。菲涅尔光学透镜屏幕根据菲涅尔透镜槽距角度的不同而不同，每款屏幕都具有不同的焦距，以便满足不同镜头投影机的需要。

图1为现有技术中基于普通漫反射模型的短焦正投影屏幕100，图中菲涅尔片每一个单位被设计成了三角形的结构。投影光从屏幕的前下方投射到屏幕上。其中小三角模型的上表面101为吸收层，一般加入吸收颗粒来吸收环境光或者反射镜反射来自上半部分的环境光103。下表面102为漫散射层，用于对投影光104进行漫反射使之进入视野区域106。这种结构可以有效的将环境光进行吸收或反射，而将投影光投射至人的视野范围。但是此设计方案中，如果环境光105投射到下表面102，则其漫反射层的反射光也会进入视野区域106，影响投影效果。

发明内容

依据本发明的短焦正投影屏幕，本发明的短焦正投影屏幕和现有技术短焦正投影屏幕相比，本发明的短焦正投影屏幕多了一个吸收层，吸收层中的微结构可以额外地吸收或者反射环境光，因此在同样的条件下，某些能够进入现有技术短焦正投影屏幕漫反射层的环境光无法进入本发明的短焦正投影屏幕的漫反射层，而是照射到吸收层，从而本发明的短焦正投影屏幕减少了进入漫反射层的环境光，进而减少环境光对短焦正投影屏幕成像的影响。

一种短焦正投影屏幕,包括底层和吸收层，底层用于漫反射投影光，以及吸收环境光或者反射环境光；吸收层覆盖底层的接收投影光的一面，吸收层的外表面用于接收投影光，内部分布有至少一个用于吸收或者反射环境光的微结构，微结构吸收或者反射环境光的面与吸收层的外表面形成第一夹角，微结构吸收或者反射环境光的面朝向上方，第一夹角为小于90°的夹角。

微结构数量为多个，从屏幕下方至上方，所述各个微结构的第一夹角的角度相等或者依次减小。数量众多的微结构可以分为多个组，每一组包含多个相同的微结构，每一组的第一夹角角度相等，从屏幕下方至上方，各个组的第一夹角角度依次减小。

微结构在屏幕上呈圆弧形分布，从屏幕下方至上方，圆弧半径依次增大。

本申请的有益效果是，本发明的短焦正投影屏幕和现有技术短焦正投影屏幕相比，本发明的短焦正投影屏幕多了一个吸收层，吸收层中的微结构可以额外地吸收或者反射环境光，因此在同样的条件下，某些能够进入现有技术短焦正投影屏幕漫反射层的环境光无法进入本发明的短焦正投影屏幕的漫反射层，而是照射到吸收层，从而本发明的短焦正投影屏幕减少了进入漫反射层的环境光，进而减少环境光对短焦正投影屏幕成像的影响。

附图说明

图1为现有技术短焦正投影屏幕的投影原理示意图；

图2为本申请实施例一的短焦正投影屏幕的投影原理示意图；

图3为本申请实施例一的短焦正投影屏幕表面各微结构分布示意图；

图4为本申请实施例二的短焦正投影屏幕的投影原理示意图；

图5为本申请实施例二的短焦正投影屏幕吸收环境光的原理示意图；

图6为本申请实施例二的短焦正投影屏幕在不同厚度的支撑层情况下吸收环境光的对比图；

图7为本申请实施例三的短焦正投影屏幕的投影原理示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图2所示为本实施例的短焦正投影屏幕的投影原理示意图，包括底层110、支撑层120和吸收层130，吸收层覆盖底层的接收投影光的一面，包括微结构131、吸收层介质132和吸收层表面133，微结构吸收环境光的面与吸收层表面133形成第一夹角134，第一夹角为小于90°的夹角，微结构用于额外吸收环境光，底层用于吸收环境光和漫反射投影光；支撑层位于底层表面和吸收层之间，用于支撑吸收层。

底层为菲涅尔锯齿结构，周期为100um，主体材料为紫外线固化或热固化的树脂，具体结构为数量众多的三角凸起111，三角凸起的上表面112由吸收材料碳黑构成，其主要的功用在于对来源于上部分的环境光002进行吸收，由于投影是短焦投影故而其投影角度很大，这保证了投影光是无法到达这一层的，这样吸收层就单纯的吸收环境光，使屏幕的对比度得以提高；三角凸起的下表面113采用粗化表面的方法实现反射和散射，其反射材料使用金属基材料铝或者Blackpear1，用于对投影光001进行漫反射，从而使投影光进入视野区140，由于结构的设计，大部分的投影光被反射到了投影区域里，通过这样的结构，光的能量更加集中，避免了朗伯散射的浪费。锯齿状结构可由卷对卷工艺压印紫外线固化或热固化树脂构成，其双面材料可由压印时的加料控制形成。

支撑层120主要由PVC（PolyVinyl Chloride， 聚氯乙烯）构成，起到支撑和连接底层与吸收层的作用，因为锯齿结构的厚度和额外吸收层的厚度都不会很大（在百微米量级），故而需要支撑结构来撑起屏幕，另外也达到拉开额外吸收层和锯齿结构的目的。

吸收层130是在PVC中嵌入了微结构131，这些微结构主要由吸收材料碳黑构成。微结构数量为多个，从屏幕下方至上方，所述各个微结构的第一夹角134的角度相等。

三角凸起的上表面112与支撑层120之间形成第二夹角121，通过形状匹配，第一夹角134和第二夹角121的数值相等，这样微结构131和三角凸起的上表面112平行。

微结构131的分布形式如图3所示，图3反映了微结构在整个屏幕上的布局呈圆弧形分布，圆弧半径依次增大，所有的圆都是同心圆。

如图2所示，投影光001通过吸收层时，由于形状进行过匹配，投影光很少被吸收，故而投影光最大程度地得到保留。在达到锯齿结构时，通过三角凸起的下表面进行漫反射，基本都能进入视野区。

环境光002能够通过吸收层而不被吸收，但到达底层后，会被三角凸起的上表面吸收掉；环境光003在进入吸收层后，会被微结构131吸收掉，从而增强了屏幕的整体吸收环境光的性能；环境光004在没有吸收层的情况下能够照射到三角凸起的下表面被漫反射，从而影响投影效果，而增加吸收层后，环境光004由于被微结构131吸收，这样就避免了环境光004照射到三角凸起的下表面，消除了其对投影的影响。

通过对屏幕的这种改进，屏幕能够最大程度地对环境光进行吸收，减少了进入漫反射层的环境光，从而减少环境光对短焦正投影屏幕成像的影响，最大限度地保留了投影光，增大了投影光与环境光的对比度，提高了对强光环境的适应。

实施例2：

如图4和图5所示为本实施例的短焦正投影屏幕的投影原理示意图和吸收环境光的原理示意图，包括底层210、支撑层220和吸收层230，吸收层覆盖底层的接收投影光的一面，吸收层中的微结构231用于额外吸收环境光，微结构吸收环境光的面与吸收层表面形成的夹角为第一夹角234，第一夹角为小于90°的夹角，底层用于吸收环境光和漫反射投影光；支撑层位于底层表面和吸收层之间，用于支撑吸收层。

底层为菲涅尔锯齿结构，周期为100um，主体材料为紫外线固化或热固化的树脂，具体结构为数量众多的三角凸起211，三角凸起的上表面212由碳黑构成，其主要的功用在于对来源于上半部分的环境光进行吸收，由于投影是短焦投影故而其投影角度很大，这保证了投影光是无法到达这一层的，这样吸收层就单纯的吸收环境光，达到了对对比度的提高效果；三角凸起的下表面213用于对投影光001进行漫反射，从而使投影光进入视野区，由于结构的设计，大部分的投影光被反射到了投影区域里，通过这样的结构光的能量更加集中，避免了朗伯散射的浪费。

支撑层220主要由PVC（PolyVinyl Chloride， 聚氯乙烯）构成，起作用是支撑结构，因为锯齿结构的厚度和额外吸收层的厚度都不会很大（在百微米量级），故而需要支撑结构来撑起屏幕，另外其也达到拉开额外吸收层和锯齿结构的目的。

吸收层230是在PVC中嵌入了微结构231，这些微结构主要由碳黑构成。微结构数量为多个，从屏幕下方至上方，所述各个微结构的第一夹角234的角度依次减小。

三角凸起的上表面212与支撑层220之间形成第二夹角221，通过形状匹配，第一夹角234与对应的第二夹角221的数值相等，从屏幕下方至上方，各个第二夹角221的角度依次减小，微结构231和三角凸起的上表面212平行。屏幕上方部分，投影光源离屏幕较远，投影光张角小，故而屏幕可以拿出更大的面积来作为吸收面吸收环境光。微结构也可以有更大截面。

屏幕下方部分，投影光源离屏幕较近，投影光张角大，故而屏幕需要更大面积来反射投影光，微结构截面需减小。

微结构在整个屏幕上的布局呈圆弧形分布，圆弧半径依次增大，所有的圆都是同心圆。

如图4所示，投影光001通过吸收层时，由于形状进行过匹配，投影光很少被吸收层吸收，故而投影光最大程度的得到保留。在达到锯齿结构时，通过三角凸起的下表面进行漫反射，基本都能进入视野区。

如图5所示，环境光004在没有吸收层的情况下能够照射到三角凸起的下表面从而影响投影效果，而增加吸收层后，环境光004由于被微结构231吸收，这样就避免了环境光004照射到三角凸起的下表面，消除了其对投影的影响。

中间的支撑层将吸收层与底层的距离拉大，可以增大吸收截面，实现对环境光更好的吸收。如图6所示，对比了两个支撑层厚度不同但其他特征完全相同的屏幕，在外部环境完全相同的条件下，两个屏幕吸收环境光的效果有所不同。环境光005A与环境光005B的投射方向相同，同样地，环境光006A与环境光006B的投射方向相同。环境光006A与环境光006B在两种厚度的支撑层情况下都被微结构阻挡。环境光005A能够避开微结构231A而照射到三角凸起的下表面213A上从而影响投影效果；而增大支撑层的厚度后，即支撑层220B比支撑层220A厚，则投影光005B将被微结构231B阻挡，从而不会照射到三角凸起的下表面213B上，使得屏幕的投影效果更好。

通过对屏幕的这种改进，屏幕能够最大程度地对环境光进行吸收，减少了进入漫反射层的环境光，从而减少环境光对短焦正投影屏幕成像的影响，最大限度地保留了投影光，增大了投影光与环境光的对比度，提高了对强光环境的适应。

实施例3：

如图7所示为本实施例的短焦正投影屏幕的投影原理示意图，包括底层610和吸收层630，吸收层覆盖底层的接收投影光的一面，包括微结构631和吸收层表面633，微结构反射环境光的面与吸收层表面633形成第一夹角634，第一夹角为小于90°的夹角，微结构用于额外反射环境光，底层用于反射环境光和漫反射投影光。

底层为菲涅尔锯齿结构，周期为100um，主体材料为紫外线固化或热固化的树脂，具体结构为数量众多的凸起611，凸起611的上表面612的主要的功用在于对来源于上半部分的环境光进行反射，由于投影是短焦投影故而其投影角度很大，这保证了投影光是无法到达这一层的，这样吸收层就单纯的吸收环境光，达到了对对比度的提高效果；凸起的下表面613用于对投影光001进行漫反射，从而是投影光进入视野区，由于结构的设计，大部分的投影光被反射到了投影区域里，通过这样的结构光的能量更加集中，避免了朗伯散射的浪费。

吸收层630由PVC构成，在吸收层中嵌入了微结构631，微结构数量为多个，从屏幕下方至上方，所述各个微结构的第一夹角634的角度相等。

投影光001通过吸收层时，由于形状进行过匹配，投影光很少被微结构反射，故而投影光最大程度的得到保留。在达到锯齿结构时，通过三角凸起的下表面进行漫反射，基本都能进入视野区。

环境光004在没有吸收层的情况下能够照射到凸起的下表面从而影响投影效果，而增加吸收层后，环境光004由于被微结构631反射，这样就避免了环境光004照射到三角凸起的下表面，消除了其对投影的影响。没有照射到微结构的环境光003直接照射到凸起的上表面从而被反射。

通过对屏幕的这种改进，屏幕能够最大程度地对环境光进行吸收，减少了进入漫反射层的环境光，从而减少环境光对短焦正投影屏幕成像的影响，最大限度地保留了投影光，增大了投影光与环境光的对比度，提高了对强光环境的适应。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明并不用以限制本发明。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，可以对上述具体实施方式进行变化。

Claims (9)

1. 一种短焦正投影屏幕，其特征在于，包括：

   底层，用于漫反射投影光，以及吸收环境光或者反射环境光；

   吸收层，所述吸收层覆盖底层的接收投影光的一面，所述吸收层的外表面用于接收投影光，内部分布有至少一个用于吸收或者反射环境光的微结构，所述微结构吸收或者反射环境光的面与吸收层的外表面形成第一夹角，所述微结构吸收或者反射环境光的面朝向上方，所述第一夹角为小于90°的夹角。
2. 如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，还包括支撑层，所述支撑层位于底层和吸收层之间，用于支撑吸收层。
3. 如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述微结构数量为多个，各个微结构的第一夹角的角度相等。
4. 如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述微结构数量为多个，各个微结构的第一夹角按屏幕下方至上方的方向依次减小。
5. 如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述微结构数量为多个且分为多个组，每一组包含多个相同的微结构，每一组的第一夹角角度相等，各个组的第一夹角角度按屏幕下方至上方的方向依次减小。
6. 如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述微结构在屏幕上呈弧线形分布。
7. 如权利要求6所述的屏幕，其特征在于，所述微结构在屏幕上呈圆弧形分布，从屏幕下方至上方，圆弧半径依次增大。
8. 如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述底层接收投影光的一面为菲涅尔透镜锯齿结构。
9. 如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述微结构的材料为炭黑。