CN110007552B - 用于投影的透明薄膜和投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于投影的透明薄膜和一种投影系统，透明薄膜例如包括透明基板、散射结构层以及遮光层；散射结构层具有相对的第一表面与第二表面，第一表面与透明基板相接，且第一表面与第二表面之间设置可散射光线的多个微结构；遮光层与散射结构层的第二表面相接，且设置有不透光的多个遮光单元；其中，每一个遮光单元与其它遮光单元互相分离，以使光线能从遮光单元之间入射至散射结构层。本发明实施例提供的透明薄膜可以减少投影仪的强光直射观赏者眼睛的机率。

Description

用于投影的透明薄膜和投影系统

技术领域

本发明涉及投影器材及投影系统领域，尤其是一种用于投影的透明薄膜和一种投影系统。

背景技术

在现有的投影系统中，一般都会选择使用白色、不透明的布幕或墙壁作为投射并显示影像的屏幕。但是，由于使用了不透明的投影屏幕，因此投射出来的影像就只能被位于布幕或墙壁被投射影像的这一侧的观众看见。凡是位于布幕或墙壁的另一侧的人员，必定会因为布幕或墙壁的遮档而无法看见投射于其上的影像。

同样的，因为布幕或墙壁的遮档，位于布幕或墙壁某一侧的人员也同样无法看见位于布幕或墙壁另一侧的环境及物体，如此就限制了投影技术的应用范围。举例而言，若以橱窗玻璃处挂上布幕作为投影屏幕，则橱窗内所摆放的展示物就无法被橱窗外的消费者观看。

一种解决的方法，有人提出使用透明薄膜作为投影屏幕的技术。然而，如果投影屏幕是透明的，那么当使用一般投影仪进行水平投影，观赏者就容易因为投影仪所发出的强光直射眼睛而无法直视投影影像，所以并无法作为实际应用的方式。而若通过超短焦或短焦投影仪由上而下或由下而上进行投影，则可以降低强光直射入观赏者眼睛的机会，并使得透明薄膜可以被采用于商业运作上。

但是，在使用超短焦或短焦投影仪进行投影时，免不了会面临到受光强度不均匀的问题。换句话说，较为靠近投影仪的区域会有较高的受光强度，而较为远离投影仪的区域则会有较低的受光强度。如此一来，就很容易造成部分影像过亮而产生强光及眩光，或者是部分影像过于黯淡而无法观赏的问题。

发明内容

本发明提出一种用于投影的透明薄膜和一种投影系统，其可以减少投影仪的强光直射观赏者眼睛的机率，减少因为透明薄膜上各区域距离投影仪的距离不同所产生的受光强度不均匀的现象。

具体地，本发明提供了一种用于投影的透明薄膜，该透明薄膜包括：透明基板、散射结构层以及遮光层；散射结构层具有相对的第一表面与第二表面，第一表面与透明基板相接，且第一表面与第二表面之间设置可散射光线的多个微结构；遮光层与散射结构层的第二表面相接，且设置有不透光的多个遮光单元；其中，每一个遮光单元与其它遮光单元互相分离，以使光线能从遮光单元之间入射至散射结构层。

在本发明的一个实施例中，在某一个特定方向上，前述的透明薄膜上的遮光单元的排列方式，使得相邻的两个遮光单元之间的距离逐渐增加，或使得遮光单元的密度逐渐降低。

在本发明的一个实施例中，在某一个特定方向上，前述的透明薄膜中的遮光单元的高度逐渐降低；其中，遮光单元的高度为遮光单元距离散射结构层的最远距离。

在本发明的一个实施例中，前述透明薄膜中的遮光单元为单一的遮光片。

在本发明的一个实施例中，前述透明薄膜中的遮光单元为高度不同的两片遮光片。

在本发明的一个实施例中，前述透明薄膜中的每一个微结构是一个半圆形的透镜。

此外，本发明实施例提供一种用于投影的透明薄膜，该透明薄膜包括：透明基板以及散射结构层；散射结构层具有相对的第一表面与第二表面，第一表面与透明基板相接，且第一表面与第二表面之间设置可散射光线的多个微结构；其中，在某一个特定方向上，微结构的密度逐渐增加。

在本发明的一个实施例中，前述的透明薄膜还包括一个遮光层；此遮光层与散射结构层的第二表面相接，且设置有不透光的多个遮光单元；其中，每一个遮光单元与其它遮光单元互相分离，以使光线能从遮光单元之间入射至散射结构层。

在本发明的一个实施例中，在前述的特定方向上，透明薄膜中的遮光单元的排列方式，使得相邻的两个遮光单元之间的距离逐渐增加，或使得遮光单元的密度逐渐降低。

在本发明的一个实施例中，在前述的特定方向上，透明薄膜中的遮光单元的高度逐渐降低；其中，遮光单元的高度为遮光单元距离散射结构层的最远距离。

在本发明的一个实施例中，前述透明薄膜中的遮光单元为单一的遮光片。

在本发明的一个实施例中，前述透明薄膜中的遮光单元为高度不同的两片遮光片。

在本发明的一个实施例中，前述透明薄膜中的每一个微结构是一个半圆形的透镜。

在本发明的一个实施例中，在前述的特定方向上，前述微结构的排列方式使得相邻的两个微结构之间的距离逐渐减少。

在本发明的一个实施例中，前述透明薄膜还包括一个遮光层，此遮光层与该散射结构层设置于前述透明基板的相对两侧，此遮光层设置有不透光的多个遮光单元，其中，此多个遮光单元中每个遮光单元互相分离。

再者，本发明实施例提供了一种投影系统，此投影系统包括投影装置以及前述的透明薄膜；其中，投影装置投射光线至透明薄膜上，并使所投射的光线先经过前述透明薄膜上的散射结构层之后，再由透明基板射出。

由上可知，本发明实施例可以达成以下一个或多个有益效果：由于在透明薄膜的入光处设置了遮光单元，因此可以利用遮光单元来阻挡从光源直接射入观赏者眼睛的光线的行进路线，借此减少强光直射观赏者眼睛的机率；再者，由于透明薄膜上用于散射光线的微结构的密度不同，所以散射而出的光线的强度就会随着改变，借此可以平衡因为离光源不同距离所产生的光强度不同的问题；所以，一旦在投影系统中使用了上述的透明薄膜，观赏者就能得到更好的观赏体验。

为了让本发明达到上述目的，并且其特征和优点更简明易懂，下面进行了较佳的实施例描述，并配合附图，作详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的投影系统的结构示意图；

图2为图1所示的投影系统中的透明薄膜的一种实施例沿着剖面线X-X’所得的剖面图；

图3A为图1所示的投影系统中的透明薄膜的另一种实施例沿着剖面线X-X’所得的剖面图；

图3B为图1所示的投影系统中的透明薄膜的再一种实施例沿着剖面线X-X’所得的剖面图；

图4A为本发明实施例的遮光单元的一种放大示意图；

图4B为根据本发明实施例的遮光单元的另一种放大示意图。

【附图标记说明】

10：投影系统

40、100：投影仪

150、200、300A、300B：透明薄膜

152、154、156、158：散射结构

210：透明基板

250：散射结构层

250a、250b：表面

252、254、256、258：微结构

350、380：遮光层

351～358、381～388、400、402、404、450、452、454：遮光单元

410、412、460～463：遮光片

A、B：一侧

d1、d2、d3：距离

X-X’：剖面线

θ1、θ2、θ3、θ4、θ5：入射角

具体实施方式

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，其为本发明实施例的投影系统的系统结构示意图。如图1所示，投影系统10包括投影仪100以及透明薄膜150，并且投影仪100会将光线投射在透明薄膜150的其中一侧(A侧)，并通过透明薄膜150的反射散射与透射散射的光学特性，使得观赏者可以同时在透明薄膜150的两侧(A侧与B侧)观赏到由投射至透明薄膜150上的光线所形成的影像。其中，在投影系统10之中使用的投影仪100，可以根据投影仪100所处的环境而选择使用超短焦或短焦的投影仪。当然，在其它实施例中也可以使用一般投影仪，投影仪的使用种类并不会影响本发明提供的技术的实际运用。再者，为了使投影仪100所射出的光线能够在透明薄膜150上形成影像，透明薄膜150必须具备能够对入射到透明薄膜150的光线进行散射的机制(如图所示的散射结构152、154、156与158)。以下将详细的说明由本发明所提出的、适合运用在投影系统10之中的各种透明薄膜150的实施例。

请同时参照图1与图2。其中，图2为图1所示的投影系统中的透明薄膜的一种实施例沿着剖面线X-X’所得的剖面图。在本实施例中，透明薄膜200包括一个透明基板210以及一个散射结构层250。散射结构层250具有相对的两个表面(表面250a与表面250b)，表面250b与透明基板210相接，且表面250a与表面250b之间设置可散射光线的多个微结构252、254、256与258。由放置在透明薄膜200一侧(A侧)的投影仪100所发出的光线，在从表面250a进入到透明薄膜200之后，会有一部份被微结构252、254、256与258散射。有一部份被散射后的光会从表面250a射出而被位于A侧的观赏者看见，另外有一部份被散射后的光会经过表面250b并从透明基板210射出而被位于B侧的观赏者看见。

如图2所示，本实施例中的微结构252、254、256与258的外观呈现为半圆形。再者，沿着由图上方往下方的方向来看，相邻的微结构之间的距离会逐渐地减少。也就是说，在剖面线X-X’所行经的路线上，微结构252与微结构254之间的距离d1会大于微结构254与微结构256之间的距离d2，而微结构254与微结构256之间的距离d2则会大于微结构256与微结构258之间的距离d3。如此一来，透明薄膜200的较上方的微结构的密度，会比透明薄膜200的较下方的微结构的密度来得小。

由于投影仪100是由高处往斜下方照射，所以透明薄膜200的较上方所接收到的光强度会大于透明薄膜200的较下方所接收到的光强度。假若透明薄膜200中的微结构密度呈现均匀的分布，则接收到较大光强度的区域(透明薄膜200中相对靠上的区域)所呈现出来的影像亮度就会大于接收到较小光强度的区域(透明薄膜200中相对靠下的区域)所呈现出来的影像亮度。所以，通过本发明所提供的、由上往下具有逐渐增加的微结构密度的透明薄膜200，就可以使透明薄膜200接收到较大光强度的区域的散射程度相对较低，并使透明薄膜200接收到较小光强度的区域的散射程度相对较高，进而平衡整张透明薄膜200所呈现出来的影像亮度。

本领域技术人员应该知道的是，微结构密度由上往下递增的透明薄膜适于搭配由上往下投射影像的投影系统。若要搭配由下往上投射影像的投影系统，则应采用微结构密度由下往上递增的透明薄膜，而这样的透明薄膜也仅需将图2所示的透明薄膜200加以上下倒置即可获得。或者，在另一个实施例中，整个透明薄膜200内的微结构密度也可以是相等的(也就是距离d1、d2与d3都相等)。

值得一提的是，除了图2所示的半圆形之外，微结构252、254、256与258的外观也可以是任何其它适合的形状。而且，微结构252、254、256与258一般是制作成透镜以达到散射光线的目的。此外，虽然在图1中的微结构252、254、256与258是以直线的形式存在，但微结构252、254、256与258也可以分别是由多个彼此分离的微结构单元所组成，而每一个微结构单元则是一个可以散射光线的组件，且每一个微结构单元与相邻的、位在同一个微结构252、254、256与258中的微结构单元之间可以保持固定的距离，或者因实际需求而随意变化其间的距离。

接下来请同时参照图1、图2与图3A。其中，图3A为图1所示的投影系统中的透明薄膜的另一种实施例沿着剖面线X-X’所得的剖面图。在图3A所示的实施例中，透明基板210、散射结构层250以及微结构252、258等都可以采用与图2相同的设计。除了前述组件之外，在透明薄膜300A之中还包括了一个遮光层350。遮光层350与散射结构层250的表面250a相接，且设置有不透光的多个遮光单元351～358。其中，每一个遮光单元351～358与其它遮光单元互相分离，以使光线能从遮光单元351～358之间入射至散射结构层250。

具体来说，在本实施例中，遮光单元351～358分别包括单一的一块遮光片。此外，沿着从图式上方延伸到下方的方向，遮光单元351～358的高度逐渐降低。详细来看，遮光单元352的高度低于遮光单元351的高度，遮光单元353的高度低于遮光单元352的高度…，一直到最下方的遮光单元358的高度低于遮光单元357的高度。当透明薄膜300A在投影系统10中担当投射屏幕的时候，投影仪10所投射出的部分的光线会被遮光单元351～358所遮蔽。此外，投影仪10所投射出的光线进入到散射结构层250的入射角度，将会被遮光单元351～358的高度以及投影仪10与透明薄膜300A之间的相对位置所影响。在投影仪10与透明薄膜300A之间的相对位置不变的前提下，在同一个位置上，高度较高的遮光单元所遮的光会多于高度较低的遮光单元所遮的光；同时，在同一个位置上，高度较高的遮光单元所造成的入射光的入射方向也会较为平行于表面250a。一旦入射至散射结构层250的光线趋向平行于表面250a，那么这些光线直接射入观赏者眼睛的机率就会降低。因此，通过适当控制遮光单元351～358的高度，就能有效的降低光线直射观赏者眼睛的机率。

在另一个实施例中，遮光单元可以设计在透明基板210的另一侧。请参照图1、图2与图3B。其中，图3B为图1所示的透明薄膜的另一种实施例沿着剖面线X-X’所得的剖面图。在图3B所示的实施例中，透明基板210、散射结构层250以及微结构252、258等都可以采用与图2相同的设计。除了前述组件之外，在透明薄膜300B中的遮光层380与散射结构层250设置于透明基板210的相对两侧，且在遮光层380中设置有不透光且互相分离的多个遮光单元381～388。遮光层380可以用来防止从遮光层380这一侧照射到透明基板210上、如阳光或车灯等外来光源，以免外来光源降低了投影影像的可视度。

应注意的是，虽然在本实施例中的遮光单元381～388的高度相等，但为因应不同的实际需求，遮光单元381～388的高度以及距离也可以自由调整。除此之外，图3A的遮光层350与图3B的遮光层380可以同时被设置在同一个透明薄膜中。

接下来将进一步解释遮光单元与入射至散射结构层的光线之间的关系，以协助此技术领域人员能轻易理解本发明实施例的设计概念。

请参照图4A，其为根据本发明实施例的遮光单元的一种放大示意图。如图所示，遮光单元404、400与402为设置于表面250a、依序由上而下排列的三个遮光单元。其中，遮光单元400中包含了一个单一的遮光片410，而遮光单元404中则包含了另一个单一的遮光片412，且遮光片410的高度高于遮光片412的高度。假设投影仪40是从图式所示的位置射出光线，则在遮光片410到遮光片412的这一片区域内(亦可称为遮光单元400与遮光单元402之间的空隙)，凡是入射角小于入射角θ1的最小值的光线，都会被遮光片410所遮蔽；同样的，在遮光片412到邻近的下一个遮光片之间的区域内，凡是入射角小于入射角θ2的最小值的光线，都会被遮光片412所遮蔽。

除此之外，入射角介于入射角θ2与入射角θ3之间的光线，也会被遮光片412所遮蔽。而入射角θ3则由遮光片412(也就是遮光单元402)的位置所决定。因此，相邻的两个遮光单元之间的距离将可能影响到两个遮光单元之间的空隙所能接收到的光。

从图4A可以轻易的看出，通过调整遮光片410的高度，就可以改变能入射至表面250a的光线的入射角最小值，进而也同时调整了从遮光片410到遮光片412这一块区域中所受到的光。因此，选用具有适当高度的遮光片，可以在达到降低光线直射观赏者眼睛的同时，使投射至透明薄膜所产生的影像的亮度更加均匀。

另外请参照图4B，其为根据本发明实施例的遮光单元的另一种放大示意图。类似的，遮光单元454、450与452为依序由上而下排列的三个遮光单元。在本实施例中，一个遮光单元包括两片遮光片。例如：在遮光单元450中包括了一片相对较高的遮光片460与一片相对较矮的遮光片461，而在遮光单元452中则包括了一片相对较高的遮光片462与一片相对较矮的遮光片463。在本实施例中，决定光线入射角最小值的因素，除了投影仪40与透明薄膜之间的相对位置，以及遮光单元452中相对较高的遮光片的高度之外，还包括了每一个遮光单元中的不同高度的遮光片之间的距离与高度差的比例(后称宽高比)。

换句话说，当投影仪40与透明薄膜之间的相对位置固定的时候，同一个遮光单元中的两片遮光片的宽高比，就有可能会影响到光线入射时的最小入射角。举例来说，对于图4B中所示的遮光单元450而言，投影仪40所发出的光线即使能不受被遮光片460所遮蔽而继续前行，也会接着被遮光片461所遮蔽。于是，此时遮光片460与遮光片461之间的距离以及两者的高度差所形成的宽高比，显然就影响到了入射角θ4的最小值。相对地，对于图4B中所示的遮光单元452而言，投影仪40所发出的光线只要不受到遮光片462的遮蔽，就能够经由两个遮光单元之间的空隙而照射到表面250a上。于是，此时遮光片462与遮光片463之间的距离以及两者的高度差所形成的宽高比，显然就不会影响入射角θ5的最小值。

除此之外，类似的，相邻的两个遮光单元之间的距离也可能影响到两个遮光单元之间的空隙所能接收到的光。

因此，在本实施例中，可以通过适当选择投影仪40与透明薄膜之间的相对位置以及各遮光单元的特性(包括：相邻的两个遮光单元之间的距离、遮光单元的最高高度，以及遮光单元的宽高比)，而在达到降低光线直射观赏者眼睛的同时，使投射至透明薄膜所产生的影像的亮度更加均匀。

请回头参照图3。值得一提的是，如图3所示以由上往下的方向为依循而逐渐降低遮光单元高度的设计方式，会比较适合将投影仪设置于上方而往斜下方投射光线的投影系统。此外，经由上述的说明，此技术领域者也应当知晓，以由上往下的方向为依循而逐渐加大相邻的两个遮光单元之间的距离的透明薄膜，也同样适合被运用在将投影仪设置于上方而往斜下方投射光线的投影系统中。若要搭配由下往上投射影像的投影系统，也只要将这些透明薄膜倒转使用即可，十分方便。

要提醒的是，前述的遮光片并非只能垂直于表面250a而设立。事实上，遮光片也可以以非垂直的方式设置在表面250a上，而遮光片的高度则是遮光片顶端与表面250a之间的垂直距离。另外，对于仅包含一片遮光片的遮光单元来说，遮光单元的高度所指的就是遮光片的高度；而对于包含两片高度相异的遮光片的遮光单元来说，遮光单元的高度所指的就是两片遮光片中高度较高者的高度。

接下来请回头参照图1。虽然此实施例中所使用的微结构是组合成各自为一直线的散射结构152、154、156与158，但实际上微结构是可以任意排列的，并不受限于必须排列成特定的形状。举例来说，透明薄膜150可以被虚拟区分为多个区块，其中每一个区块中的微结构可任意分配设置，仅需控制微结构的数量能满足某个数量级即可；亦即，以每一个区块中微结构的平均密度作为控制因素，并使沿着某一特定方向(例如从上而下)排列的多个区块具有一定的密度变化趋势(例如逐渐变大)。

值得一提的是，前述的各种控制因素，包括：微结构之间的距离(或密度)、遮光单元之间的距离(或密度)以及遮光单元的特性等，都可以仅采其中一种或多种配合以设计出适合使用的透明薄膜。

此外，为了更进一步的控制经由透明薄膜所获得的投影影像的亮度，还可以在透明薄膜中增加一层或多层的减光层(包括：偏光层或反射材料层)。这些减光层可以被设置在透明薄膜的最外侧或任两层材料之间，例如：在与散射结构层分别设置于透明基板的相对两侧、在透明基板与散射结构层之间、在散射结构层与遮光层之间，或者是与散射结构层分置于遮光层的相对两侧。

综上所述，本发明实施例提供的透明薄膜，由于在透明薄膜的入光处设置了遮光单元，因此可以利用遮光单元来阻挡从光源直接射入观赏者眼睛的光线的行进路线，借此减少强光直射观赏者眼睛的机率；再者，由于透明薄膜上用于散射光线的微结构的密度不同，所以散射而出的光线的强度就会随着改变，借此可以解决因为离光源不同距离所产生的光强度不同的问题；所以，一旦在投影系统中使用了上述的透明薄膜，观赏者就有能得到更好的观赏体验的机会。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种用于投影的透明薄膜，其特征在于，该透明薄膜包括：

一透明基板；

一散射结构层，具有相对的一第一表面与一第二表面，该第一表面与该透明基板相接，且该第一表面与该第二表面之间设置可散射光线的多个微结构；以及

一遮光层，与该散射结构层的该第二表面相接，且设置有不透光的多个遮光单元，其中，该多个遮光单元中每一个遮光单元互相分离，以使光线能从该多个遮光单元之间入射至该散射结构层；

在一特定方向上，该多个遮光单元的高度逐渐降低，其中，该遮光单元的高度为该遮光单元距离该散射结构层的最远距离。

2.如权利要求1所述的透明薄膜，其特征在于，在该特定方向上，该多个遮光单元的排列使相邻的两个该遮光单元之间的距离逐渐增加，或使该多个遮光单元的密度逐渐降低。

3.如权利要求1所述的透明薄膜，其特征在于，该遮光单元为单一的遮光片或为高度不同的多个遮光片。

4.如权利要求1所述的透明薄膜，其特征在于，该多个微结构中每一个微结构为半圆形的透镜。

5.一种用于投影的透明薄膜，其特征在于，该透明薄膜包括：

一透明基板；以及

一散射结构层，具有相对的一第一表面与一第二表面，该第一表面与该透明基板相接，且该第一表面与该第二表面之间设置可散射光线的多个微结构，

其中，在一特定方向上，该多个微结构的排列使该多个微结构的密度逐渐增加；

该透明薄膜还包括：一遮光层，设置有不透光的多个遮光单元，在该特定方向上，该多个遮光单元的高度逐渐降低，其中，该遮光单元的高度为该遮光单元距离该散射结构层的最远距离。

6.如权利要求5所述的透明薄膜，其特征在于，该遮光层与该散射结构层的该第二表面相接，其中，该多个遮光单元中每一个遮光单元互相分离，以使光线能从该多个遮光单元之间入射至该散射结构层。

7.如权利要求6所述的透明薄膜，其特征在于，在该特定方向上，该多个遮光单元的排列使相邻的两个该遮光单元之间的距离逐渐增加，或使该多个遮光单元的密度逐渐降低。

8.如权利要求6所述的透明薄膜，其特征在于，该遮光单元为单一的遮光片或为高度不同的多个遮光片。

9.如权利要求5所述的透明薄膜，其特征在于，该多个微结构中每一个微结构为半圆形的透镜。

10.如权利要求5所述的透明薄膜，其特征在于，在该特定方向上，该多个微结构的排列方式使得相邻的两个该微结构之间的距离逐渐减少。

11.如权利要求5所述的透明薄膜，其特征在于：

该遮光层与该散射结构层设置于该透明基板的相对两侧，其中，该多个遮光单元中每一个遮光单元互相分离。

12.一种投影系统，其特征在于，包括：

一投影装置，投射一光线；以及

一透明薄膜，包括：

一透明基板；

一散射结构层，具有相对的一第一表面与一第二表面，该第一表面与该透明基板相接，且该第一表面与该第二表面之间设置可散射该光线的多个微结构；以及

一遮光层，与该散射结构层的该第二表面相接，且设置有不透光的多个遮光单元，其中，该多个遮光单元中每一个遮光单元互相分离，以使该光线能从该多个遮光单元之间入射至该散射结构层；

在一特定方向上，该多个遮光单元的高度逐渐降低，其中，该遮光单元的高度为该遮光单元距离该散射结构层的最远距离。

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