CN107329359B - 背投影透光投影屏幕及投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种背投影透光投影屏幕及投影系统，涉及投影显示技术领域。所述背投影透光投影屏幕包括屏幕基材，所述屏幕基材的一侧表面间隔设置有多个实心成像条，所述实心成像条和所述屏幕基材相邻的一侧斜面涂覆有反射层，所述屏幕基材上的多个所述实心成像条之间的间隔区域设置有透光区。相对于现有技术，本发明提供的投影屏幕在屏幕基材上设置由实心成像条和反射层构成的成像区，反射层将从屏幕后方投射的投影图像呈现在屏幕前方，使观看者既能够看到从屏幕成像区透射出的投影图像，又能够通过屏幕上分布的透光区看到屏幕背后的场景，且两路光线互不干扰，实现了图像信息显示的完美融合，为观看者提供了双重的视觉享受。

Description

背投影透光投影屏幕及投影系统

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，具体而言，涉及一种背投影透光投影屏幕及投影系统。

背景技术

目前，在投影显示领域中广泛使用的投影屏幕一般可分为反射式、透射式两类。其中，反射式用于正投，透射式用于背投。

反射式投影屏幕适用于观察者和投影机处于同一侧的情况。显示图像由投影机投射到反射式投影屏幕上，并最终反射到观察者的眼中。

透射式投影屏幕则适用于观察者和投影机分别处于投影屏幕两侧的情况。此时，由屏幕一侧的投影机投射到投影屏幕上的光束透过该屏幕，并入射到位于屏幕另一侧的观察者眼中。

上述的两种主流的投影屏幕，均只能观察投影屏幕上显示的，由投影机投影出的一幅图像。

然而，在舞台表演、橱窗展示或一些特殊的场合，需要既能呈现前景图像，同时也能看到后景内容的需求越来越多，而现有的实现方法是用透明液晶显示、透明OLED显示、幻影显示或投影全息屏幕显示等，这些方法可以取得比较好的显示效果，但是，由于其投影原理的限制，对于需要高亮度、超大尺寸前景显示画面的需求，却一直没有很好的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背投影透光投影屏幕及投影系统，其能够有效改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种背投影透光投影屏幕，其包括屏幕基材，所述屏幕基材的一侧表面间隔设置有多个实心成像条，所述实心成像条和所述屏幕基材相邻的一侧斜面涂覆有反射层，所述屏幕基材上的多个所述实心成像条之间的间隔区域设置有透光区，投影光由所述屏幕基材设置有所述实心成像条的一侧经所述实心成像条入射到所述反射层上，被反射并透过所述屏幕基材，沿远离所述屏幕基材的方向出射，背景光由所述屏幕基材设置有所述实心成像条的一侧入射到所述屏幕基材上，经所述屏幕基材上的透光区透射，沿与透过所述屏幕基材的投影光相同的方向出射。

在本发明较佳的实施例中，所述反射层远离所述实心成像条的一侧涂覆有吸光层。

在本发明较佳的实施例中，所述实心成像条的形状为线性长条状或非线性长条状。

在本发明较佳的实施例中，所述实心成像条的截面形状为三角形或四边形或扇形。

在本发明较佳的实施例中，所述多个实心成像条中相邻的两个实心成像条之间的间隔相同。

在本发明较佳的实施例中，所述透光区均匀设置在所述屏幕基材上。

在本发明较佳的实施例中，所述实心成像条为透明有机材料制成。

在本发明较佳的实施例中，所述反射层由金属材料制成。

在本发明较佳的实施例中，所述实心成像条的投影光入射面和所述屏幕基材的夹角大于或等于0且小于或等于70°，所述实心成像条涂覆有所述反射层的侧面和所述屏幕基材的夹角大于或等于45°且小于或等于90°，所述实心成像条的高度大于或等于0.2倍所述实心成像条的宽度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种投影系统，其包括如上所述的背投影透光投影屏幕和投影机，所述投影机设置在所述背投影透光投影屏幕中的屏幕基材设置有实心成像条的一侧，由所述投影机发出的投影光经所述实心成像条入射到实心成像条一侧表面涂覆的反射层上，被反射并透过所述屏幕基材，沿远离所述屏幕基材的方向出射，背景光由所述屏幕基材设置有所述实心成像条的一侧入射到所述屏幕基材上，经所述屏幕基材上的透光区透射，沿与透过所述屏幕基材的投影光相同的方向出射。

本发明实施例提供的背投影透光投影屏幕及投影系统，通过在屏幕基材的一侧表面间隔设置多个实心成像条，以及在所述屏幕基材上的多个所述实心成像条之间的间隔区域设置透光区，将投影屏幕分成用于投影显示的成像区和用于透过背景光的透光区。其中，实心成像条和所述屏幕基材相邻的一侧斜面涂覆有反射层，其能够反射从投影屏幕后方入射的投影光，使被反射的投影光透过屏幕基材在屏幕的前方成像；而投影屏幕背后的背景光则通过屏幕基材上设置的透光区，以和被反射的投影光相同的方向透射到屏幕的前方。和现有技术相比，本发明提供的背投影透光投影屏幕及投影系统使观看者既能够看到屏幕上透射出的投影图像，又能够通过屏幕上分布的透光区看到屏幕背后的场景，且投影光和背景光的两路光线互不干扰，实现了图像信息显示的完美融合，为观看者提供了双重的视觉享受，其结构精简、成本低廉，可以很好的解决大面积前景显示的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的背投影透光投影屏幕的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的线性长条状的实心成像条的结构示意图；

图3为本发明第一实施例提供的非线性长条状的实心成像条的结构示意图；

图4为本发明第一实施例提供的第二种截面形状实心成像条的结构示意图；

图5为本发明第一实施例提供的第三种截面形状实心成像条的结构示意图；

图6为本发明第一实施例提供的第四种截面形状实心成像条的结构示意图；

图7为本发明第一实施例提供的第五种截面形状实心成像条的结构示意图；

图8为本发明第一实施例提供的多种截面形状组合的实心成像条的结构示意图；

图9为本发明第一实施例提供的设置间隔不同的实心成像条的结构示意图；

图10为本发明第一实施例提供的设置有吸光层的背投影透光投影屏幕的结构示意图；

图11为本发明第一实施例提供的优选的实心成像条的设计参数示意图；

图12为本发明第二实施例提供的投影系统的结构示意图。

图标：100-屏幕基材；200-实心成像条；300-反射层；320-吸光层；400-透光区；500-投影机；1000-背投影透光投影屏幕；2000-投影系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，“输入”、“输出”、“反馈”、“形成”等术语应理解为是描述一种光学、电学变化或光学、电学处理。如“形成”仅仅是指光信号或电信号通过该元件、仪器或装置之后发生了光学上或电学上的变化，使得所述光信号或所述电信号受到处理，进而获得实施技术方案或解决技术问题所需要的信号。

在本发明的具体实施例附图中，为了更好、更清楚的描述该背投影透光投影屏幕及投影系统中各元件的工作原理，表现所述装置中各部分的连接关系，只是明显区分了各元件之间的相对位置关系，并不能构成对元件或结构内的光路方向、连接顺序及各部分结构大小、尺寸、形状的限定。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供了一种背投影透光投影屏幕1000，其包括屏幕基材100，所述屏幕基材100的一侧表面间隔设置有多个实心成像条200，所述实心成像条200和所述屏幕基材相邻的一侧斜面涂覆有反射层，所述实心成像条200和所述屏幕基材100相邻的一侧斜面涂覆有反射层300，所述屏幕基材100上的多个所述实心成像条200之间的间隔区域设置有透光区400。

本实施例中的背投影透光投影屏幕1000在显示成像时，投影光由所述屏幕基材100设置有所述实心成像条200的一侧入射到所述实心成像条200上，经过所述实心成像条200的折射入射到所述反射层300上，被反射并通过所述屏幕基材100，沿远离所述屏幕基材100的方向出射；背景光由所述屏幕基材100设置有所述实心成像条200的一侧入射到所述屏幕基材100上，经所述屏幕基材100上的透光区400透射，并沿与被反射的投影光相同的方向出射。

可以理解的是，本实施例中，投影光源和屏幕的观察者分别处于屏幕基材100的后方和前方两侧，即屏幕基材100出射的投影图像为背投影。所述屏幕基材100设置有实心成像条200的一侧可以看作是本实施例提供的背投影透光投影屏幕1000的后方(或投影侧)，而所述屏幕基材100没有设置实心成像条200的一侧可以看作是背投影透光投影屏幕1000的前方(或观察侧)。当观察者的双眼位于背投影透光投影屏幕1000的前方且正对该背投影透光投影屏幕1000时，观察者既能够看到由实心成像条200上的反射层300反射并经屏幕基材100透射的投影光，同时又能够通过屏幕基材100上的透光区400看到由背投影透光投影屏幕1000的后方的场景发射(或反射)的背景光，即观察者能够同时看到屏幕上背投的投影图像和屏幕后方的场景(实物、表演或其他显示设备显示的图像)，实现了富有层次感的前、后景双重显示。

请参照图2和图3，本实施例中，所述实心成像条200的形状可以是如图2所示的棱边为直线的线性长条状，也可以是如图3所示的棱边为曲线的非线性长条状。

本实施例中，多个实心成像条200以相互平行的线性长条或非线性长条分布在所述屏幕基材100的投影侧表面(后表面)。可以理解的是，所述实心成像条200可以平行于屏幕基材100的某一边设置，也可以和所述屏幕基材100的某一边呈一定角度设置。

本实施例中，所述多个实心成像条200的形状全部相同。特别的，分布在屏幕基材100表面的多个实心成像条200的形状也可以是不完全相同的，例如可以是线性长条状和非线性长条状的任意组合。可以理解的是，当所述多个实心成像条200的形状全部相同时，屏幕基材100上的投影成像区分布均匀，具有较好的前景成像(投影光成像)效果。

请参照图1、图4、图5、图6和图7，本实施例中，所述实心成像条200的截面形状可以是多样化的，可以是如图1所示的非平行四边形，可以是如图4所示的直角梯形，可以是如图5所示的直角三角形，可以是如图6所示的扇形，也可是如图7所示的锐角三角形，或是其他由多条直线或曲线边构成的多边形。可以理解的是，所述实心成像条200截面的边长、角度均可根据具体的应用环境进行设计，以在该应用环境上实现最优的显示效果。

特别的，所述实心成像条200表面上涂覆的反射层300的形状可以根据实心成像条200的形状进行相应的设计。例如图7所示的，反射层300的厚度从屏幕基材100到实心成像条200的最前端逐渐变薄，该设计能够保证反射层300在图7所示的实心成像条200结构下拥有较佳的投影光成像能力。

请参照图8，作为一种特殊的实施方案，屏幕基材100上的多个实心成像条200的截面形状可以是不完全相同的，例如图8中四边形和三角形的组合。需要注意的是，图8中展示的只是所有可能的不同截面形状组合的其中一种，也可以有其他形状的组合。

本实施例中，所述多个实心成像条200中相邻的两个实心成像条200之间的间隔可以是相同的(请参照图1)，也可以是不同的(请参照图9)。同样的，图9中展示的只是所有可能的以不同间隔设置的实心成像条200结构中的一种，也可以是以其他形式间隔分布的结构。

本实施例中，所述透光区400可以均匀设置在所述屏幕基材100上，也可以不均匀的设置在所述屏幕基材100上，所述透光区400的宽度、面积可以根据实心成像条200的分布结构进行相应的设计。

特别的，实心成像条200之间的间隔距离不一定等于透光区400的宽度，相邻的两个实心成像条200之间的透光区400的宽度不大于这两个实心成像条200之间的间隔距离。

本实施例中，所述屏幕基材100设置实心成像条200的一侧表面可以预先设置着色扩散层，以便于制作实心成像条200。所述实心成像条200可以是透明有机材料制作成型，优选的，采用高透光学树脂或热固化树脂制作，可先在屏幕基材100上涂布湿膜，再通过模具模压，最后通过固化成型。具体步骤如下：

1)涂布湿膜：可以是在已经制作好的屏幕基材100上的着色扩散层表面涂布光学树脂或热固化树脂，也可以在涂布完成实心成像条200结构以后通过，再将实心成像条200结构通过透明胶水与屏幕基材100上的着色扩散层覆合。

2)模压：可先根据具体的投影设备参数设计实心成像条200的形状结构，再用精密机床加工该形状的模具，模具一般是圆筒模具。

3)固化成型：将模压过后的涂布湿膜用紫外线照射或加热进行固化成型。

本实施例中，所述实心成像条200上的反射层300可以由金属材料制作而成，其可由印刷、喷涂、涂覆或蒸镀等工艺制作，厚度在10nm～10μm左右，其反射面具有高可见光反射率，用于反射投影光。

请参照图10，本实施例中，设置在实心成像条200一侧表面的反射层300远离所述实心成像条200的一侧，可以设置吸光层320，该吸光层320可见光吸收率大于或等于10％，即吸光层320的吸光能力最大可以是100％吸光，最小可以是10％吸光。反射层300背侧的吸光层320可以有效的吸收从其他方向入射到反射层300背面的环境光和其他杂光，极大的增强了屏幕的抗光能力，提高显示画面的对比度，避免了环境光对投影光的干扰，提高了投影成像效果。

本实施例中，所述实心成像条200的一侧可以涂覆多层反射层300或吸光层320。例如图10所示，可以先在实心成像条200的一侧涂布一层银墨反射层300，再在该银墨反射层300上涂布一层黑色吸光层320。

本实施例中，屏幕基材100上的透光区400可以是全透明的，也可以是着色或者非全透明的。优选的，所述透光区400的可见光透过率大于或等于10％。

请参照图11，本实施例中，优选的，所述实心成像条200没有涂覆所述反射层300的侧面(投影光入射面)和所述屏幕基材100的夹角为α，所述实心成像条200涂覆有所述反射层300的侧面(投影光反射面)和所述屏幕基材100的夹角为β，所述实心成像条200的高度为H，所述实心成像条200的宽度为P，其中，0≤α≤70°，45°≤β≤90°，H≥0.2P。图11中只展示了当实心成像条200的截面为四边形时的一种情况，可以理解的是，当实心成像条200的截面为其他形状时，仍可满足上述的关系式。

本实施例中，屏幕基材100上的透光区400前后两个与空气接触的表面以及屏幕基材100与实心成像条200的界面尽可能保持镜面和高的光洁度，这样使得观看者能够透过屏幕看到尽可能清晰的背景。但是由于制造工艺方法的原因，在透光区400可能会附着一层薄的黑色吸光材料，影响透光区400的透光率，这种情况是允许的。这种情况也属于本发明技术的范围，在本发明的保护范围内。

本实施例提供的背投影透光投影屏幕1000能够使从屏幕后方投射到屏幕上的投影图像信息在实心成像条200和反射层300及反射层300背侧的吸光层320构成的投影成像区内完美成像显示，同时使屏幕背后的场景也能够通过屏幕基材100上的透光区400透过屏幕进入观察者的视线，这两类图像信息互不干扰，并且能够通过人眼的视觉延迟达到图像信息的完美融合，使人们在同一张屏幕前就能够观看到富有层次感的画面，实现了丰富的视觉效果。

第二实施例

请参照图12，本实施例提供了一种投影系统2000，其包括上述第一实施例中提供的背投影透光投影屏幕1000和投影机500。所述投影机500设置在所述背投影透光投影屏幕1000中的屏幕基材100设置有实心成像条200的一侧。本实施例中，所述投影机500可以是偏轴短焦投影机500。

本实施例中，一方面，由设置在屏幕基材100背侧的所述投影机500发出的投影光入射到所述实心成像条200上，经过所述实心成像条200的折射入射到所述反射层300上，被反射并透过所述屏幕基材100，沿远离所述屏幕基材100的方向出射，最终到达观察者眼中；另一方面，屏幕背后场景发出的背景光由所述屏幕基材100的背侧入射到所述屏幕基材100上，经所述屏幕基材100上的透光区400透射(折射)，并沿与被反射的投影光相同的方向出射，最终也被观察者所观察到。

可以理解的是，所述投影机500设置在与实心成像条200上的反射层300相对的一侧，例如图12中所示的，反射层300设置在实心成像条200的上方，此时投影机500设置在屏幕的斜下方，以避免投影机500出射的投影光直接入射到反射层300的背面吸光层上被吸收。同样的，当反射层300设置在实心成像条200的下斜面上时，投影机500可以设置在屏幕的斜上方；当反射层300设置在实心成像条200的侧面时，投影机500可以设置在与反射层300相对的另一侧。

本实施例中，所述投影机500可以是偏轴短焦投影机500，其偏轴度大于100％，透射比小于0.5。

本实施例中的屏幕基材100上的实心成像条200的斜面和透光区400的夹角由投影机500的参数(投影机500与屏幕的相对位置或投影光出射的方向)及材料的折、反射率决定，最后使得投影机500以不同角度入射到实心成像条200上的投影光经实心成像条200折射再经反射层300反射后，集中以垂直于屏幕的方向平行或近似平行射出，以达到最优的投影显示效果。

综上所述，本发明实施例提供的背投影透光投影屏幕及投影系统，通过在屏幕基材的一侧表面间隔设置多个实心成像条，以及在所述屏幕基材上的多个所述实心成像条之间的间隔区域设置透光区，将投影屏幕分成用于投影显示的成像区和用于透过背景光的透光区。其中，实心成像条和所述屏幕基材相邻的一侧斜面涂覆有反射层，其能够反射从投影屏幕后方入射的投影光，使被反射的投影光透过屏幕基材在屏幕的前方成像；而投影屏幕背后的背景光则通过屏幕基材上设置的透光区，以和被反射的投影光相同的方向透射到屏幕的前方。和现有技术相比，本发明提供的背投影透光投影屏幕及投影系统使观看者既能够看到屏幕上透射出的投影图像，又能够通过屏幕上分布的透光区看到屏幕背后的场景，且投影光和背景光的两路光线互不干扰，实现了图像信息显示的完美融合，为观看者提供了双重的视觉享受，其结构精简、成本低廉，可以很好的解决大面积前景显示的需求。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种背投影透光投影屏幕，其特征在于，包括屏幕基材，所述屏幕基材的一侧表面间隔设置有多个实心成像条，所述实心成像条和所述屏幕基材相邻的一侧斜面涂覆有反射层，所述屏幕基材上的多个所述实心成像条之间的间隔区域设置有透光区，

投影光由所述屏幕基材设置有所述实心成像条的一侧经所述实心成像条入射到所述反射层上，被反射并透过所述屏幕基材，沿远离所述屏幕基材的方向出射，

背景光由所述屏幕基材设置有所述实心成像条的一侧入射到所述屏幕基材上，经所述屏幕基材上的透光区透射，沿与透过所述屏幕基材的投影光相同的方向出射；所述实心成像条的斜面和所述透光区的夹角由投影机的参数及材料的折、反射率决定；所述投影机是偏轴短焦投影机，其偏轴度大于100％，透射比小于0.5。

2.根据权利要求1所述的背投影透光投影屏幕，其特征在于，所述反射层远离所述实心成像条的一侧涂覆有吸光层。

3.根据权利要求1所述的背投影透光投影屏幕，其特征在于，所述实心成像条的形状为线性长条状或非线性长条状。

4.根据权利要求1所述的背投影透光投影屏幕，其特征在于，所述实心成像条的截面形状为三角形或四边形或扇形。

5.根据权利要求1所述的背投影透光投影屏幕，其特征在于，所述多个实心成像条中相邻的两个实心成像条之间的间隔相同。

6.根据权利要求1所述的背投影透光投影屏幕，其特征在于，所述透光区均匀设置在所述屏幕基材上。

7.根据权利要求1所述的背投影透光投影屏幕，其特征在于，所述实心成像条为透明有机材料制成。

8.根据权利要求1所述的背投影透光投影屏幕，其特征在于，所述反射层由金属材料制成。

9.根据权利要求1所述的背投影透光投影屏幕，其特征在于，所述实心成像条的投影光入射面和所述屏幕基材的夹角大于或等于0且小于或等于70°，所述实心成像条涂覆有所述反射层的侧面和所述屏幕基材的夹角大于或等于45°且小于或等于90°，所述实心成像条的高度大于或等于0.2倍所述实心成像条的宽度。

10.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的背投影透光投影屏幕和投影机，所述投影机设置在所述背投影透光投影屏幕中的屏幕基材设置有实心成像条的一侧，

由所述投影机发出的投影光经所述实心成像条入射到实心成像条一侧表面涂覆的反射层上，被反射并透过所述屏幕基材，沿远离所述屏幕基材的方向出射，

背景光由所述屏幕基材设置有所述实心成像条的一侧入射到所述屏幕基材上，经所述屏幕基材上的透光区透射，沿与透过所述屏幕基材的投影光相同的方向出射。

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