CN110412825B - 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：沿光的入射方向依次设置的透光层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；还包括：设置于透光层与菲涅尔透镜层之间的棱镜层；棱镜层包括多个沿投影屏幕水平方向延伸的凸起棱；棱镜层用于将入射光线沿着垂直于凸起棱延伸方向进行会聚。棱镜层可将入射到投影屏幕内的光线沿着垂直于凸起棱延伸方向进行会聚，即将竖直方向上的观看视角变得更小，根据能量守恒定律，则在沿凸起棱延伸方向上的观看视角变大。由此，只要在需要扩大视角的方向延伸设置凸起棱，则可以扩大该方向的观看视角，观看者在该观看视角内的移动范围更大，且在该观看视角内可以清楚观看到投影屏幕内的图像。

Description

一种投影屏幕及投影系统

技术领域

本发明涉及投影技术领域，尤指一种投影屏幕及投影系统。

背景技术

在投影显示领域，尤其是近年较为关注的超短焦激光投影显示领域，为达到较好的显示亮度及显示效果，投影系统中一般会搭配使用具有菲涅尔微结构的投影屏幕。这种投影屏幕的可以达到较高的增益以及较小的视角，从而可以最大限度地提升观看者在正视投影屏幕时的显示亮度。

然而正是由于其具有的菲涅尔微结构使得投影屏幕的观看视角比较窄小，观看在正视观看投影屏幕下的观看效果较好，但只要观看者有些许移动使得稍微偏离正视角度的情况下观看投影屏幕，其显示亮度将大幅度下降，影响用户的观看体验。

发明内容

本发明提供一种投影屏幕及投影系统，用以增大投影屏幕在水平方向的观看视角。

第一方面，本发明提供一种投影屏幕，包括：沿光的入射方向依次设置的透光层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；还包括：设置于所述透光层与所述菲涅尔透镜层之间的棱镜层；其中，

所述棱镜层包括：多个沿所述投影屏幕水平方向延伸的凸起棱；所述棱镜层，用于将入射光线沿着垂直于所述凸起棱延伸方向进行会聚。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述投影屏幕中，所述凸起棱的宽度均匀，且各所述凸起棱的宽度相等。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述投影屏幕中，各所述凸起棱平行排列。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述投影屏幕中，所述棱镜层位于所述透光层与所述扩散层之间；或者，所述棱镜层位于所述扩散层与所述菲涅尔透镜层之间。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述投影屏幕中，所述凸起棱沿垂直于该凸起棱的延伸方向的截面图形为沿着光的入射方向渐缩的图形。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述投影屏幕中，所述凸起棱沿垂直于该凸起棱的延伸方向的截面图形为半圆形、梯形或三角形。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述投影屏幕中，还包括：位于所述棱镜层背离所述透光层一侧的第一支撑层，和/或，位于所述棱镜层背离所述菲涅尔透镜层一侧的第二支撑层。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述投影屏幕中，所述棱镜层的折射率为1.58-1.82；所述第一支持层的折射率为1.55-1.80；

所述第一支撑层的折射率小于所述棱镜层的折射率。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述投影屏幕中，所述第一支撑层和所述第二支撑层的材料为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物或聚对苯二甲酸乙二醇酯。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述投影屏幕中，所述凸起棱沿垂直于该凸起棱的延伸方向的宽度为10μm-500μm。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述投影屏幕中，所述凸起棱的高度为10μm-500μm。

在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述投影屏幕中，所述棱镜层的材料为光敏胶。

第二方面，本发明提供一种投影系统，包括上述任一投影屏幕。

本发明有益效果如下：

本发明提供的投影屏幕及投影系统，包括：沿光的入射方向依次设置的透光层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；还包括：设置于透光层与菲涅尔透镜层之间的棱镜层；其中，棱镜层包括：多个沿投影屏幕水平方向延伸的凸起棱；棱镜层用于将入射光线沿着垂直于凸起棱延伸方向进行会聚。棱镜层可将入射到投影屏幕内的光线沿着垂直于凸起棱延伸方向进行会聚，即将垂直于凸起棱延伸方向上，即竖直方向上的观看视角变得更小，根据能量守恒定律，则在沿凸起棱延伸方向上，即水平方向上的观看视角变大。由此，只要在需要扩大视角的方向延伸设置凸起棱，则可以扩大该方向的观看视角，观看者在该观看视角内的移动范围更大，且在该观看视角内可以清楚观看到投影屏幕内的图像，观看体验得到提升。

附图说明

图1为本发明实施例提供的菲涅尔透镜的光路原理图；

图2为本发明实施例提供的投影屏幕的截面结构示意图之一；

图3为图2所示的棱镜层沿XX’方向的正视图；

图4为本发明实施例提供的投影屏幕的截面结构示意图之二；

图5为本发明实施例提供的投影屏幕的截面结构示意图之三；

图6为图5所示的棱镜层沿XX’方向的正视图；

图7为本发明实施例提供的投影屏幕的截面结构示意图之四；

图8为图5所示的棱镜层沿XX’方向的正视图；

图9为本发明实施例提供的投影屏幕的截面结构示意图之五；

图10为本发明实施例提供的投影屏幕的截面结构示意图之六；

图11为本发明实施例提供的投影屏幕的截面结构示意图之七。

具体实施方式

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种投影屏幕及投影系统，用以增大投影屏幕在水平方向的观看视角。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本发明中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本发明保护范围内。本发明的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

下面结合附图，对本发明实施例提供的投影屏幕及投影系统进行具体说明。其中，附图中各部件的厚度和形状不反映投影屏幕或投影系统的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

如图1所示，为包括菲涅尔透镜的投影屏幕的光路原理图，由投影镜头PL出射的光线入射到投影屏幕的菲涅尔透镜FL之后，经菲涅尔透镜FL背面涂覆的反射层将光线反射，最终从投影屏幕出射进入观看者眼部。菲涅尔透镜FL不仅可以将来自投影镜头PL的光线a反射至垂直于屏幕(观看者正视投影屏幕)的方向，还可以将入射到投影屏幕的环境光线b反射至远离正视投影屏幕的方向，由此避免环境光对观看效果的影响，具有抗环境光的作用。然而，由于菲涅尔透镜对投影光线具有较强的会聚作用，使得观看者只能在较小的范围内观看投影，而超出这个范围观看者所观看到的投影屏幕的亮度会大幅度下降，影响观看效果。

有鉴于此，本发明实施例提供一种投影屏幕，如图2所示，包括：沿光的入射方向依次设置的透光层11、扩散层12、菲涅尔透镜层13以及反射层14。

进一步地，本发明实施例提供的投影屏幕，还包括：设置于透光层11与菲涅尔透镜层13之间的棱镜层15；该棱镜层15包括：多个沿投影屏幕水平方向延伸的凸起棱151；棱镜层15，用于将入射光线沿着垂直于凸起棱151的延伸方向进行会聚。

具体地，本发明实施例提供的上述投影屏幕中，棱镜层15包括的凸起棱151沿水平方向延伸，在沿XX’的方向观看投影屏幕时，棱镜层15的正视图如图3所示，其中h表示水平方向，v表示竖直方向，h方向与v方向相互垂直。棱镜层15所包括的各凸起棱151起到凸透镜的作用，可将光线沿垂直于凸起棱的延伸方向进行会聚，具体可参见如图2，实线表示包括棱镜层15的投影屏幕的光路，虚线表示不包括棱镜层15时投影屏幕的光路。由投影镜头PL入射到投影屏幕的光线a1先经过透光层11入射到扩散层12，经过扩散层12的扩散作用光束扩散，如果不设置棱镜层15，则光线直接入射到菲涅尔透镜层13，经过菲涅尔透镜层13背面的反射层14的反射之后向着正视投影屏幕的方向出射，最终出射的光线a1’所覆盖的范围即为观看者可以看到投影屏幕内图像的观看范围。而当投影屏幕在透光层11与菲涅尔透镜13之间设置了棱镜层15之后，由投影镜头PL入射到透光层11的光线a2经过扩散层12的扩散作用，入射到具有凸透镜作用的凸起棱151上，由凸起棱151将光线在图3所示的v方向进行会聚，在经过菲涅尔透镜层13背面的反射层14的反射之后，使得最终出射的光线a2’在v方向所覆盖的观看视角变得更小，而根据能量守恒定律，在v方向的观看视角变小，则在与v方向相垂直的h方向的观看视角变大。

由此，只要在需要扩大视角的方向上延伸设置凸起棱，则可以扩大该方向上的观看视角，观看者在该观看视角内的移动范围更大，且在该观看视角内可以清楚观看到投影屏幕内的图像，观看体验得到提升。例如，在实际应用中，观看都在与地面相平行的水平面移动，因此需要在平行于地面的水平方向具有较在的观看范围，而在竖直于地面的垂直方向的观看范围要求不高，此时，可设置棱镜层中的凸起棱的延伸方向为水平方向，使得竖直方向的视角减小以获得水平方向上更大的观看视角。

在具体实施时，如图3所示，凸起棱151的宽度均匀，且各凸起棱151的宽度相等。各凸起棱151呈宽度一致的条状排列于菲涅尔透镜层的入射光路之前。将各凸起棱151的宽度设置一致，可以降低棱镜层的制作难度，其制作方法可参照现有技术中的棱镜片的制作方法，在此不做赘述。

进一步地，如图3所示，在本发明实施例提供的上述投影屏幕中，棱镜层15包括的各凸起棱151平行排列，即各凸起棱151的延伸方向完全相同，均沿投影屏幕的水平方向h延伸，这样可以对入射光线在垂直于其延伸方向(v方向)起到会聚作用，扩大水平方向的视角。

在具体实施时，如图2所述，棱镜层15可设置于扩散层12与菲涅尔透镜层13之间；或者，如图4所示，棱镜层15也可设置于透光层11与扩散层12之间。棱镜层15用于对到达菲涅尔透镜层13之间的光线进行会聚，因此只要在光线到达菲涅尔透镜层13之前设置该棱镜层15即可，在本发明实施例中不限制棱镜层15的位置，可根据实际需要进行设置。

在一种可实施的方式中，如图2所示，凸起棱151沿垂直于该凸起棱的延伸方向的截面图形为沿着光的入射方向渐缩的图形。当各凸起棱151采用相同的材料进行制作，各位置处的折射率相同且均匀时，为了使凸起棱具有凸透镜的会聚作用，需要将其一侧表面设置为非平面的结构，从而使得透过凸起棱各位置的光线的产生光程差。而作为一种较为常见的设置形式，如图2所示，沿着光线的入射方向，可设置凸起棱的截面图形为一渐缩的图形，除此之外，也可以将其截面图形在图2的基础上镜像设置，同样可以起到对光线的会聚作用，在此不做限定。

具体地，如图2所示，凸起棱151沿垂直于该凸起棱的延伸方向的截面图形可为半圆形，此时凸起棱151沿XX’方向的正视图如图3所示。除此之外，凸起棱151的截面图形还可设置为如图5所示的三角形，此时凸起棱151沿XX’方向的正视图如图6所示；或者，凸起棱151的截面图形还可设置为如图7所示的梯形，此时凸起棱151沿XX’方向的正视图如图8所示。在实际应用中，可根据实际需要进行设置，本发明实施例不对凸起棱的截面形状进行具体限定。

进一步地，为了更好的固定棱镜层15可在棱镜层的至少一侧设置支撑层。如图9所示，本发明实施例提供的上述投影屏幕，还可包括：设置于棱镜层15背离透光层11一侧的第一支撑层16，和/或，如图10所示，设置于棱镜层15背离菲涅尔透镜层13一侧的第二支撑层17。为了更好的保护棱镜层中的各凸起棱微结构，可将投影屏幕设置为如图11所示的结构，即在棱镜层15的两侧分别设置第一支撑层16和第二支撑层17。其中，第一支撑层16和第二支撑层17可采用相同的材料进行制作，且与棱镜层的交界面紧密接触。为了方便棱镜层的制作，可将第二支撑层17的表面制作为平面，待棱镜层15形成在第二支撑层17上之后，可采用涂覆的方式形成第一支撑层16，并使第一支撑层16的表面为平面，方便贴合菲涅尔透镜层13。

根据光的折射定律，为了使经过棱镜层15的光线的折射角减小达到对光线的会聚作用，需要设置第一支撑层16的折射率小于棱镜层15的折射率。其中，棱镜层15的折射率可设置在1.58-1.82的范围内；第一支持层17的折射率可设置在1.55-1.80的范围内；第一支撑层16的制作材料可采用甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(MS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等树脂类材料，棱镜层可采用光敏胶等材料进行制作。本发明实施例对上述材料仅举例说明，在实际应用中，只要保证棱镜层的折射率大于第一支撑层的折射率即可，不对材料的选择进行限定。

当投影屏幕既包括第一支撑层16又包括第二支撑层17时，两个支撑层所采用的材料可相同，例如可均采用甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(MS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等树脂类材料进行制作。

进一步地，棱镜层15中的各凸起棱的尺寸可设置一致，如图3所示，凸起棱151沿垂直于该凸起棱的延伸方向的宽度P可设置为10μm-500μm。考虑到目前制作工艺水平，菲涅尔透镜层中的微结构的宽度一般在10μm-200μm范围内，因此对应于菲涅尔透镜层中的每个微结构，可将棱镜层中的凸起棱的宽度设置与菲涅尔透镜层的微结构的尺寸一致，以保证棱镜层的会聚作用。加之考虑到投影屏幕的整体尺寸和体积，可将凸起棱的最大宽度P设置在10μm-500μm范围内较为适宜。

另外，如图3所示，凸起棱151的高度S可设置在10μm-500μm范围内，将凸起棱151的高度设置过小将会增大加工难度，而将凸起棱的高度设置过大，是会造成投影屏幕的整体厚度增大，不利于投影屏幕的轻薄化要求。因此在本发明实施例中可将凸起棱的最大高度，即棱镜层的最大厚度设置在10μm-500μm范围内。

棱镜层15所采用的材料可为光敏胶。例如可采用紫外固化胶在模具中形成上述任一形状的凸起棱，再采用紫外线固化成型后剥离模具转移到投影屏幕中的指定位置。此外，还可采用传统透镜所采用的透明树脂类材料按照设定的形状以及尺寸加工成型后转移到投影屏幕中，在此不做限定。而位于棱镜层15两侧的支撑层则可采用注塑、压铸、喷涂、蒸镀或印刷等方式进行制作。另外，本发明实施例提供的上述投影屏幕中，透光层11可以是保护层，也可以是支撑基板，也可以是用于选择波长的颜色层，只要对光具备高透过率即可，本发明实施例不对其进行具体限定。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种投影系统，该投影系统包括上述任一投影屏幕。在实际应用中，该投影屏幕可应用于前投式投影系统的投影屏幕。该投影系统还可包括激光光源，沿着激光光源的出射方向依次设置的激光照明装置、投影芯片(例如DMD芯片)以及投影镜头，由投影镜头出射的光线入射到上述投影屏幕中，经过投影屏幕的反射入射到观看者眼部成像。

本发明实施例提供的投影屏幕及投影系统，包括：沿光的入射方向依次设置的透光层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；还包括：设置于透光层与菲涅尔透镜层之间的棱镜层；其中，棱镜层包括：多个沿投影屏幕水平方向延伸的凸起棱；棱镜层用于将入射光线沿着垂直于凸起棱延伸方向进行会聚。棱镜层可将入射到投影屏幕内的光线沿着垂直于凸起棱延伸方向进行会聚，即将垂直于凸起棱延伸方向上，即竖直方向上的观看视角变得更小，根据能量守恒定律，则在沿凸起棱延伸方向上，即水平方向上的观看视角变大。由此，只要在需要扩大视角的方向延伸设置凸起棱，则可以扩大该方向的观看视角，观看者在该观看视角内的移动范围更大，且在该观看视角内可以清楚观看到投影屏幕内的图像，观看体验得到提升。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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 (12)

1.一种投影屏幕，其特征在于，包括：沿光的入射方向依次设置的透光层、扩散层、菲涅尔透镜层以及反射层；还包括：设置于所述透光层与所述菲涅尔透镜层之间的棱镜层；其中，

所述棱镜层包括：多个沿所述投影屏幕水平方向延伸的凸起棱；所述棱镜层，用于将入射光线沿着垂直于所述凸起棱延伸方向进行会聚；

所述投影屏幕还包括：位于所述棱镜层背离所述透光层一侧的第一支撑层；所述第一支撑层与所述棱镜层的交界面紧密接触；所述棱镜层的折射率为1.58-1.82；所述第一支撑层的折射率为1.55-1.80，所述第一支撑层的折射率小于所述棱镜层的折射率。

2.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述凸起棱的宽度均匀，且各所述凸起棱的宽度相等。

3.如权利要求2所述的投影屏幕，其特征在于，各所述凸起棱平行排列。

4.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所棱镜层位于所述透光层与所述扩散层之间；或者，所述棱镜层位于所述扩散层与所述菲涅尔透镜层之间。

5.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述凸起棱沿垂直于该凸起棱的延伸方向的截面图形为沿着光的入射方向渐缩的图形。

6.如权利要求5所述的投影屏幕，其特征在于，所述凸起棱沿垂直于该凸起棱的延伸方向的截面图形为半圆形、梯形或三角形。

7.如权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，还包括：位于所述棱镜层背离所述菲涅尔透镜层一侧的第二支撑层。

8.如权利要求7所述的投影屏幕，其特征在于，所述第一支撑层和所述第二支撑层的材料为甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物或聚对苯二甲酸乙二醇酯。

9.如权利要求1-8任一项所述的投影屏幕，其特征在于，所述凸起棱沿垂直于该凸起棱的延伸方向的宽度为10μm-500μm。

10.如权利要求1-8任一项所述的投影屏幕，其特征在于，所述凸起棱的高度为10μm-500μm。

11.如权利要求1-8任一项所述的投影屏幕，其特征在于，所述棱镜层的材料为光敏胶。

12.一种投影系统，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的投影屏幕。

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