CN107728419A - 一种投影屏幕及投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投影屏幕及投影系统，包括：微透镜层、基板层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；微透镜层中的微透镜组包括：第一微透镜及第二微透镜；第一微透镜的色散系数大于第二微透镜的色散系数。由于第二微透镜具有较小的色散系数，因此相对于第一微透镜可对入射的会聚后的各基色光线进行更大程度的发散作用，减小了由第一微透镜导致的各基色光的偏折差异，使入射至反射层的不同波长的各基色光重合，经过反射层的反射作用后，由于光路的可逆性，使最终出射的光线与初始入射至投影屏幕的入射光均为无基色偏折的白光。由此，减小了白光经过上述投影屏幕后的空间能量分布变化，从而使得白光在不同视角下的偏色降低，提升显示色彩的一致性。

Description

一种投影屏幕及投影系统

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤指一种投影屏幕及投影系统。

背景技术

在投影显示领域，尤其是近年兴起的激光超短焦投影显示领域，通常采用具有菲涅尔微透镜结构的前投屏幕，如图1a所示，为常用的具有菲涅尔透镜的投影屏幕的光学结构，在使用时将投影机的焦距和投影屏幕的焦距匹配，可在投影屏幕上显示画面。

而在实用应用中，如图1b和图1c所示，采用两种投影机对具有菲涅尔透镜的投影屏幕进行实测中发现，在屏幕中心点，即水平视角为0处的偏色为0，白场色温最小，而随着水平视角的增大，产生的偏色和色温也会随之增大。而在进行投影显示时，投影屏幕上的白场无论随水平视角还是垂直视角都会存在偏色的问题，即随着视角增加，白场色坐标向CIE1931色度图的左下角移动，造成白场色温逐渐增大，这就导致人眼在不同视角或不同位置观看显示画面时存在偏色，对于白场使用较多的场景，例如大型会议室的PPT展示，不同视角或不同位置的偏色会大大降低用户的体验。

因此，如何有效减小投影屏幕在显示画面时产生的偏色成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种投影屏幕及投影装置，用以减小投影屏幕在显示画面时产生的白光在不同视角下的偏色。

第一方面，本发明实施例提供一种投影屏幕，包括：沿投影光束入射至所述投影屏幕的方向依次设置的微透镜层、基板层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；

所述微透镜层包括：多个呈阵列分布紧密排列的微透镜组；

所述微透镜组包括：沿投影光束入射至所述投影屏幕的方向依次设置的第一微透镜及第二微透镜；所述第一微透镜的色散系数大于所述第二微透镜的色散系数；

所述第一微透镜用于对入射光线中的各基色光进行会聚；所述第二微透镜用于对各所述基色光进行发散，以减小经过所述第一微透镜会聚后的各所述基色光的偏折差异；

经过所述反射层反射的光线再经过所述微透镜层后入射至人眼。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影屏幕中，所述第一微透镜的色散系数为30-80；所述第二微透镜的色散系数为10-30。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影屏幕中，所述第一微透镜与所述第二微透镜紧密贴合。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影屏幕中，所述第一微透镜与所述第二微透镜之间存在预设距离的间隙。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影屏幕中，所述第一微透镜及所述第二微透镜的材料为光学塑胶或光学玻璃。

第二方面，本发明实施例提供一种投影系统，包括上述任一投影屏幕。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述投影系统中，所述投影系统为激光投影系统。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的投影屏幕及投影系统，包括：沿投影光束入射至投影屏幕的方向依次设置的微透镜层、基板层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；微透镜层包括：多个呈阵列分布紧密排列的微透镜组；微透镜组包括：沿投影光束入射至投影屏幕的方向依次设置的第一微透镜及第二微透镜；第一微透镜的色散系数大于第二微透镜的色散系数；第一微透镜用于对入射光线中的各基色光进行会聚；第二微透镜用于对各所述基色光进行发散，以减小经过第一微透镜会聚后的各基色光的偏折差异；经过反射层反射的光线再经过微透镜层后入射至人眼。

本发明实施例提供的上述微透镜层中的各微透镜组中，白光入射光线中的各基色光透过第一微透镜时对各基色光产生会聚作用，使各基色光发生不同程度的偏折后入射到第二微透镜，由于第二微透镜具有较小的色散系数，因此相对于第一微透镜可对入射的会聚后的各基色光线进行更大程度的发散作用，减小了由第一微透镜导致的各基色光的偏折差异，从而对白光在第一微透镜中产生的各基色光偏折差异进行补偿，使入射至反射层的不同波长的各基色光基本重合，经过反射层的反射作用后，反射光线由第二微透镜侧入射至微透镜层中，由于光路的可逆性，使最终出射的光线与初始入射至投影屏幕的入射光相同，均为无基色偏折的白光。由此，本发明实施例提供的上述投影屏幕减小了白光中各基色光由于偏折差异而造成空间能量分布变化，由此，各基色光在白光中所占比例保持恒定，并不会随着视角的增加而发生色温差异，也不会引起白光在不同视角下的偏色，提升显示色彩的一致性。

附图说明

图1a为现有技术中投影屏幕的结构示意图；

图1b为现有技术中投影屏幕白场色温随水平视角的变化曲线图；

图1c为现有技术中投影屏幕白场偏色随水平视角的变化曲线图；

图1d为白光经过现有技术中投影屏幕后各基色光亮度随水平视角的变化曲线图；

图1e为白光在现有技术中投影屏幕的光路图；

图2为本发明实施例中投影屏幕的结构示意图；

图3为本发明实施例中投影机投射白光经过微透镜组的光路图之一；

图4为白光在本发明实施例中投影屏幕的光路图；

图5为本发明实施例中投影机投射白光经过微透镜组的光路图之二。

具体实施方式

本发明实施例提供一种投影屏幕及投影装置，用以减小投影屏幕在显示画面时产生的白光在不同视角下的偏色。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1a所示，为现有技术中投影屏幕的具体结构，由图1a可知，现有技术中的投影屏幕，包括：基板层11、扩散层12、菲涅尔透镜层13和反射层14。由于投影机投射到投影屏幕上的白光W中不同波长的基色光在介质中的折射率有所差异，从而使经过菲涅尔透镜层12的不同波长的光线的偏折角度发生不同的变化，其中，蓝光B波长最短，因而折射率最大，经过屏幕后的空间能量分布更宽广，而波长最长的红光R因为折射率最小所以经过屏幕后的空间能量分布角度更小，如图1d所示的实测中经过现有技术中的投影屏幕后各基色光随视角的亮度曲线，由图1d可以看出，随着视角增加，蓝光B的亮度比其它基色光的亮度更大，则蓝光B在白光中的比例逐渐增加，从而色温越来越高，白场发生了向高色温方向的偏色。如图1e所示，白光W入射至投影屏幕经过投影屏幕的反射层反射出的光线中蓝光B的分布角度最大，红光R的分布角度最小，从而导致白光W经投影屏幕反射后在不同视角下产生偏色。

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种投影屏幕，如图2所示，包括：沿投影光束入射至投影屏幕的方向依次设置的微透镜层21、基板层22、扩散层23、菲涅尔透镜层24以及反射层25；

微透镜层21包括：多个呈阵列分布的微透镜组；

微透镜组包括：沿投影光束入射至投影屏幕的方向依次设置的第一微透镜211及第二微透镜212；第一微透镜211的色散系数大于第二微透镜212的色散系数；

第一微透镜211用于对入射光线中的各基色光进行会聚；第二微透镜212用于对各基色光进行发散，以减小经过第一微透镜211会聚后的各基色光的偏折差异；

经过反射层25反射的光线再经过微透镜层21后入射至人眼。

本发明实施例提供的上述投影屏幕中，采用阵列分布的微透镜组，由投影机投射到微透镜组上的白光的入射光路图如图3所示，其中，W表示由投影机出射的白光，R、G、B分别表示白光中具有不同波长的红光、绿光和蓝光。如图3所示，白光W中不同波长的基色光在透镜中折射率存在差异，因此，具有不同波长的红光R、绿光G和蓝光B在经过第一微透镜211会聚后的焦距也各不相同，其中，蓝光B的波长最短，经过第一微透镜211时其偏折的程度最大，故其焦距最短；而红光R的波长最长，经过第一微透镜211时其偏折的程度最小，其焦距最大。由此，在经过第一微透镜211的会聚作用之后，白光中的红光R、绿光G和蓝光B的偏折程度发生差异。而第二微透镜212相对于第一微透镜211具有较小的色散系数，因此相对于第一微透镜211可对入射的会聚后的各基色光线(红光R、绿光G和蓝光B)进行更大程度的发散作用，在白光经过第一微透镜211而入射至第二微透镜212时，第二微透镜212针对第一微透镜211，对不同波长的各基色光在第一微透镜211中发生的偏折差异进行补偿，使出射的各基色光的光线(R、G、B)基本重合，大大减小了不同波长的基色光的分开程度。

在上述的重合光线经过反射层25的反射后再由第二微透镜侧向微透镜层21入射时，由于白光入射至微透镜层21以及经过反射层25反射再入射至微透镜层21的过程相反，其光路图如图4所示，两次经过微透镜层21的光路为可逆的，根据光路可逆性原理可知，最终出射的光线和最初入射的光线是相同的，都为未发生基色偏折的白光。在采用本发明实施例提供的上述投影屏幕进行投影时，由投影机投射到投影屏幕的白光光路图如图4所示，由图4可以看出，白光W在经过投影屏幕后白光W中不同波长的各基色光的光线(R、G、B)完全重合。由此采用本发明实施例提供的上述投影屏幕可以有效减小白光中各基色光由于偏折差异而造成空间能量分布变化，由此，各基色光在白光中所占比例保持恒定，并不会随着视角的增加而发生色温差异，也不会引起白光在不同视角下的偏色，提升显示色彩的一致性。

在具体实施时，如图3和4所示，上述的微透镜组中的第一微透镜211可采用凸透镜结构，第二微透镜212可采用凹透镜结构，凹透镜结构第二微透镜212具有发散作用，可将经过凸透镜结构的第一微透镜211后各基色光产生的较大光线偏折差异缩小，使得经过微透镜组后的白光中的各基色光的分开程度减小。

进一步地，在本发明实施例提供的上述投影屏幕中，第一微透镜211的色散系数大于第二微透镜212的色散系数。色散系数反应了白光入射到透明介质中时不同波长的基色光折射率随波长变化的差异程度，色散系数越小表示基色光在该介质中折射率随波长的变化程度越大，即基色光在该介质中的发生偏折的程度越大。例如，在不种色散系数的透明介质中，白光W中的蓝光B在高色散介质，即色散系数较小的介质中的发生偏折的程度更大。

在本发明实施例中的上述微透镜组中，采用不同的材料，使第一微透镜211的色散系数大于第二微透镜212的色散系数，结合上述的凸透镜结构和凹透镜结构，使白光经过第一微透镜211，对其各基色光(R、G、B)进行会聚，由于第一微透镜211的色散系数较大，各基色光发生偏折的差异不会过大，且蓝光B的偏折程度最大，红光R偏折程度最小；在各基色光入射至第二微透镜212时，由于第二微透镜212为具有较小的色散系数的凹透镜结构，使得在第一微透镜211中发生最大程度偏折的蓝光B在经过第二微透镜212时的折射率最大，凹透镜结构的第二微透镜212对其的发散作用较其它基色光也最大，同理，对红光R的发散作用最小，从而使得蓝光B在第二微透镜212中的焦距变长，红光R在第二微透镜212中的焦距变短，由此，使出射的各基色光的焦距接近，减小各基色光出射时的分开程度。

具体地，在本发明实施例提供的上述投影屏幕中，第一微透镜211的色散系数可为30-80；第二微透镜212的色散系数可为10-30。由前述对白光经过微透镜组光路的说明可知，由于第一微透镜211的光线会聚作用和低色散(色散系数较大)使得白光W中各基色光(R、G、B)的分开程度较小，而第二微透镜212具有光线发散作用且具有较高色散(色散系数较小)，使得本来分开的各基色光(R、G、B)的光线基本重合在一起。因此，第二微透镜212与第一微透镜211在色散系数上的差异，使第二微透镜212对经过第一微透镜211的各基色光的偏折差异具有补偿作用。在具体实施时，可根据实际需要采用不同材料制作上述的第一微透镜211和第二微透镜212，以使第一微透镜211的色散系数大于第二微透镜212的色散系数，从而使第一微透镜211为低色散凸透镜，第二微透镜212为高色散凹透镜。此外，还可在上述的色散系数范围内调整第一微透镜211和第二微透镜212的色散系数，本发明实施例不对各微透镜的色散系数的具体取值进行限定。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述投影屏幕中，如图3所示，第一微透镜211与第二微透镜212紧密贴合。在实际应用中，第一微透镜211和第二微透镜212可采用胶合的方式贴合在一起，其消偏原理如上所述，此处不再赘述。

此外，如图5所示，微透镜组中的第一微透镜211和第二微透镜212之间可以存在预设距离的间隙，此时，白光W入射到微透镜组时的光路图如图5所示，具体地，白光W在入射到第一微透镜211之后发生会聚，由于白光W中的各基色光(R、G、B)在第一微透镜211中的折射率不同导致各基色光的偏折程度发生差异，经过第一微透镜211后的各基色光(R、G、B)穿过第一微透镜211和第二微透镜212之间的空气间隙后入射到第二微透镜212中，第二微透镜212相对于第一微透镜211具有较低的色散系数，使得各基色光在第二微透镜212中发散，并发生较大程度的反向偏折，从而使出射的白光W中各基色光(R、G、B)基本重合。在经过反射层25反射后的光线重新入射至微透镜层21的光路如图5所示，其过程与第一次入射至微透镜层21的光路过程相反，因此，最终出射的光线与最初入射的光线均为未发生基色偏折的折光。由图5可以看出，在第一微透镜211和第二微透镜212之间存在一定间隙时，微透镜组可对入射到微透镜组接近边缘处的光线进行偏折，因此，采用间隙设置第一微透镜211和第二微透镜212适用于微透镜镜组具有较大孔径的情况，在实际应用时，可根据实际需要采用上述两种方式的任一种设置微透镜组，消除经过微透镜组的白光偏色。

进一步地，在本发明实施例提供的上述投影屏幕中，第一微透镜211及第二微透镜212的材料为光学塑胶或光学玻璃。在制作过程中，可通过模具将微透镜层21中所有的第一微透镜211一体成型，再将所有的第二微透镜212一体成型，而后将成型的各第一微透镜211和各第二微透镜通过光学胶进行胶合而形成微透镜层21；或者，还可分别制作每个第一微透镜211和第二微透镜212，再将各第一微透镜211和第二微透镜212进行胶合组成微透镜层21。在实际应用时，为简化工艺复杂度可优选第一种方式进行微透镜层21的制作，且组成微透镜层21的第一微透镜211和第二微透镜212可采用光学塑胶或光学玻璃进行制作。此外，采用其它制作方法及材料制作上述的微透镜层而达到本发明相应作用的情况，在此不做限定。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述投影屏幕中，菲涅尔透镜层24的厚度可为100-200μm。在实际应用时，菲涅尔透镜层24可为由聚烯烃等材料注压而成的薄片，在制作过程中可将其厚度控制在100-200μm之内，使其适应于投影屏幕的整体厚度。当然，还可根据实际需求调整菲涅尔透镜层24的厚度，本发明实施例不对其具体厚度取值进行限定。

与此同时，为保证投影屏幕的整体厚度不至于过大，微透镜层21的厚度可为150-300μm。在实际应用中，组成微透镜层21的各微透镜组中的第一微透镜211和第二微透镜212可为低色散的凸透镜结构和高色散的凹透镜结构的组合，为适合具体应用，可将上述的凸透镜结构可制作为双凸透镜结构或平凸透镜结构；凹透镜结构可制作为双凹透镜结构或平凹透镜结构，两者的单独厚度以适合应用为准，无严格数值要求，而为将投影屏幕的重量和体积控制在合理范围之内，可将两种微透镜胶合后的厚度可控制在150-300μm之间，在制作过程中，可根据实际需求调整第一微透镜211和第二微透镜212的厚度，以使微透镜组的整体厚度符合要求。

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种投影系统，该投影系统包括上述任一投影屏幕。在实际应用中，将投影机的焦距和投影屏幕的焦距匹配后即可进行图像显示。采用本发明实施例提供的投影系统进行图像显示时，可有效减小白光经过投影屏幕后的空间能量分布差异，其白光偏色较低，提升显示色彩的一致性。

进一步地，在本发明实施例提供的上述投影系统中，还包括激光投影机时，该投影系统为激光投影系统。其中，激光投影机可为超短焦激光投影机。

本发明实施例提供的投影屏幕及投影系统，包括：沿投影光束入射至投影屏幕的方向依次设置的微透镜层、基板层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；微透镜层包括：多个呈阵列分布紧密排列的微透镜组；微透镜组包括：沿投影光束入射至投影屏幕的方向依次设置的第一微透镜及第二微透镜；第一微透镜的色散系数大于第二微透镜的色散系数；第一微透镜用于对入射光线中的各基色光进行会聚；第二微透镜用于对各基色光进行发散，以减小经过第一微透镜会聚后的各基色光的偏折差异；经过反射层反射的光线再经过微透镜层后入射至人眼。本发明实施例提供的上述微透镜层中的各微透镜组中，白光入射光线中的各基色光透过第一微透镜时对各基色光产生会聚作用，使各基色光发生不同程度的偏折后入射到第二微透镜，由于第二微透镜具有较小的色散系数，因此相对于第一微透镜可对入射的会聚后的各基色光线进行更大程度的发散作用，减小了由第一微透镜导致的各基色光的偏折差异，从而对白光在第一微透镜中产生的各基色光偏折差异进行补偿，使入射至反射层的不同波长的各基色光基本重合，经过反射层的反射作用后，反射光线由第二微透镜侧入射至微透镜层中，由于光路的可逆性，使最终出射的光线与初始入射至投影屏幕的入射光相同，均为无基色偏折的白光。由此，本发明实施例提供的上述投影屏幕减小了白光中各基色光由于偏折差异而造成空间能量分布变化，由此，各基色光在白光中所占比例保持恒定，并不会随着视角的增加而发生色温差异，也不会引起白光在不同视角下的偏色，提升显示色彩的一致性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种投影屏幕，其特征在于，包括：沿投影光束入射至所述投影屏幕的方向依次设置的微透镜层、基板层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；

所述微透镜层包括：多个呈阵列分布的微透镜组；

所述微透镜组包括：沿投影光束入射至所述投影屏幕的方向依次设置的第一微透镜及第二微透镜；所述第一微透镜的色散系数大于所述第二微透镜的色散系数；

所述第一微透镜用于对入射光线中的各基色光进行会聚；所述第二微透镜用于对各所述基色光进行发散，以减小经过所述第一微透镜会聚后的各所述基色光的偏折差异；

经过所述反射层反射的光线再经过所述微透镜层后入射至人眼。

2.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述第一微透镜的色散系数为30-80；所述第二微透镜的色散系数为10-30。

3.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述第一微透镜与所述第二微透镜紧密贴合。

4.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述第一微透镜与所述第二微透镜之间存在预设距离的间隙。

5.如权利要求1-4任一项所述的投影屏幕，其特征在于，所述第一微透镜及所述第二微透镜的材料为光学塑胶或光学玻璃。

6.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的投影屏幕。

7.如权利要求6所述的投影系统，其特征在于，所述投影系统为激光投影系统。