CN112946982A - 一种投影屏幕以及投影系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种投影屏幕以及投影系统，该投影屏幕至少包括依次设置于入射的影像光束的光路上的第一反射层与第二反射层，第二反射层用于将影像光束反射至第一反射层或视场区域，第一反射层用于将影像光束反射至视场区域，其中，第一反射层包括多个间隔设置的子反射层，以提高投影屏幕的亮度均匀性。通过上述方式，本申请能够提升投影屏幕的亮度均匀性。
Description
技术领域
本申请涉及投影技术领域，具体涉及一种投影屏幕以及投影系统。
背景技术
屏幕是影响投影显示系统的一个重要因素，其对投影显示的图像质量影响很大；屏幕表面的菲涅尔反射跟入射角度正相关，入射角度越大，菲涅尔反射越高，菲涅尔反射的光线大部分都不能进入到观众的视场中，造成了能量的浪费。同时，由于屏幕表面不均匀的菲涅尔反射导致了屏幕表面中心区域和边缘区域的亮度差高达20％以上。
为了提高屏幕的亮度均匀性，现有技术中在投影机光学系统中加入吸收率渐变的偏振片阵列，形成中间暗、边缘亮的投影分布来补偿投影屏幕的亮度不均匀性；现有技术中还可利用两台投影机来补偿亮度不均匀性。但以上两种方法都不涉及对屏幕本身的改善，而是通过改变投影机的设计来补偿亮度均匀性。
现有的直投屏幕结构是采用水平或竖直方向结构一致的线栅结构，但是这种结构只能对影像光束进行一个方向的准直，并且由于影像光束入射在屏幕不同位置时具有不同的入射角度，因此未经过准直的光束会偏离观看区域传输，从而导致屏幕的亮度均匀性差，影响观看体验。例如，对于图1所示的水平线栅结构而言，该结构可以将大角度入射的影像光束在竖直方向进行准直，使更多的影像光束被反射至观众方向，如图2所示；同时由于线栅结构工作面的倾斜角度与影像光束入射角度相匹配，因此可以将环境光线反射向非观众区域，提高屏幕对比度；但是该屏幕结构不能对影像光束在水平方向起到准直的作用，因此入射在屏幕边缘位置的影像光束反射至观众视场外的区域，导致该屏幕的水平观看亮度均匀性差。
发明内容
本申请主要解决的问题是提供一种投影屏幕以及投影系统，能够提升投影屏幕的亮度均匀性。
为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种投影屏幕，该投影屏幕至少包括依次设置于入射的影像光束的光路上的第一反射层与第二反射层，第二反射层用于将影像光束反射至第一反射层或视场区域，第一反射层用于将影像光束反射至视场区域，其中，第一反射层包括多个间隔设置的子反射层，以提高投影屏幕的亮度均匀性。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种投影系统，该投影系统包括投影光源和投影屏幕，其中，投影光源用于产生影像光束，投影屏幕用于接收影像光束，对影像光束进行处理，并将处理后的影像光束反射至视场区域，投影屏幕为上述的投影屏幕。
通过上述方案，本申请的有益效果是：投影屏幕包括具有多个间隔的子反射层的第一反射层，可对反射的影像光束进行多方向的调节，有助于提升投影屏幕的亮度均匀性，且结构简单、成本较低、增益较高，可保证投影屏幕具有较佳的视觉效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。其中：
图1是现有技术中直投屏幕在屏幕竖直方向与屏幕水平方向的结构示意图；
图2是现有技术中直投屏幕在屏幕竖直方向与屏幕厚度方向的结构示意图；
图3是本申请提供的投影屏幕一实施例的结构示意图；
图4是图3所示的实施例中投影光源与投影屏幕的结构示意图；
图5是图3所示的实施例中投影光源与投影屏幕的另一结构示意图；
图6是本申请提供的投影屏幕另一实施例中投影屏幕在屏幕竖直方向与屏幕厚度方向的结构示意图；
图7是本申请提供的投影屏幕另一实施例中投影屏幕在屏幕水平方向与屏幕厚度方向的结构示意图；
图8是本申请提供的投影屏幕另一实施例中影像光束传输的立体示意图；
图9是图8中影像光束传输的截面示意图；
图10是本申请提供的投影屏幕又一实施例中投影屏幕在屏幕竖直方向与屏幕厚度方向的结构示意图；
图11是本申请提供的投影屏幕中子反射层与第一基材的结构示意图；
图12(a)是本申请提供的投影屏幕的结构示意图；
图12(b)是本申请提供的光学结构层的结构示意图；
图12(c)是本申请提供的光斑的结构示意图；
图13(a)是现有技术中的投影屏幕对应的光强仿真图；
图13(b)是图10所示的投影屏幕对应的光强仿真图；
图14是本申请提供的投影系统一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图3，图3是本申请提供的投影屏幕一实施例的结构示意图，投影屏幕10至少包括依次设置于入射的影像光束的光路上的第一反射层11与第二反射层12。
第二反射层12用于将影像光束反射至第一反射层11或视场区域，第二反射层12的材料可以为具有较高反射率的金属铝、银或增加了吸收/散射粒子的反射涂料；第一反射层11用于将影像光束反射至视场区域，第一反射层11包括多个间隔设置的子反射层111，以提高投影屏幕10的亮度均匀性。
在一具体的实施例中，如图4所示，投影光源20产生影像光束，并将影像光束输出至投影屏幕10，投影光源20可以为一般投影机、短焦投影机或超短焦投影机，投影光源20发出的影像光束可穿过子反射层111之间的空隙照射在第二反射层12上或直接照射在子反射层111上；例如，投影光源20产生影像光束B1，影像光束B1射入到子反射层111a远离第二反射层12的底面，被子反射层111a反射出去。
在其他实施例中，投影光源20产生影像光束还可部分穿过子反射层111，例如，如图5所示，投影光源20产生影像光束B1和B2，影像光束B1射入子反射层111a，穿过子反射层111a到达子反射层111a与第二反射层12的接触面，然后被第二反射层12反射至子反射层111a的侧壁，然后经子反射层111a的侧壁反射后从投影屏幕10射出；影像光束B2穿过子反射层111b与111c之间的缝隙，到达第一反射层11与第二反射层12的接触面，经第二反射层12反射后，到达子反射层111c的侧壁，被子反射层111c反射后从投影屏幕10射出。
通过设置间隔的子反射层111，可对反射的影像光束进行多个方向的调节，有助于提升投影屏幕10的亮度均匀性，且结构简单、成本较低、增益较高，可保证投影屏幕10具有较佳的视觉效果。
请参阅图6和图7，图6是本申请提供的投影屏幕另一实施例中投影屏幕在屏幕竖直方向与屏幕厚度方向的结构示意图，图7是本申请提供的投影屏幕另一实施例中投影屏幕在屏幕水平方向与屏幕厚度方向的结构示意图，与上述实施例不同的是，本实施例中投影屏幕10还包括散射层13和光学结构层14，第一反射层11设置在散射层13与光学结构层14之间，光学结构层14设置在第一反射层11与第二反射层12之间。
第二反射层12可以通过磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发等方式将具有高反射率的金属铝、银制作在光学结构层14的外侧或将增加了吸收/散射粒子的反射涂料涂覆在光学结构层14的外侧。
如图7所示，子反射层111的横截面的形状可以为矩形，该形状的特点是易加工；子反射层111在投影屏幕10的水平方向上呈长条状间隔排列，子反射层111的侧面涂覆有反射材料112，且子反射层111中不与光学结构层14接触的底面的面积小于预设面积，以防止影像光束在进入光学结构层14之前发生反射，即子反射层111与散射层13接触的底面的面积小于预设面积，该预设面积可为根据实验得到的面积值，其值比较小。
光学结构层14用于对第二反射层12反射出的影像光束进行水平方向和/或竖直方向上的偏折，并将偏折后的影像光束传输至第一反射层11；第一反射层11用于将偏折后的影像光束反射至散射层13；散射层13用于对反射后的影像光束进行水平方向和/或竖直方向偏折，以使影像光束传输至视场区域；具体地，光学结构层14和第二反射层12可对影像光束进行准直，第一反射层11可对准直后的影像光束进行反射，使得准直后的影像光束产生水平和/或竖直方向上的偏折，准直后的影像光束依次经过第一反射层11与散射层13后，射入视场区域。
进一步地，光学结构层14为线性菲涅尔透镜，光学结构层14可对影像光束进行准直，使影像光束被第二反射层12反射至观众的视场区域；但由于影像光束经过第二反射层12反射后发散角一般都比较小，为了增加投影画面的可视范围，可在投影光源20所在侧加入散射层13。
散射层13的材料包括体散射薄膜、不规则面散射薄膜或规则的微透镜阵列薄膜中的至少一种，即散射层13可以是商业化的散射薄膜结构：体散射薄膜、不规则面散射薄膜或规则的微透镜阵列薄膜，这几种散射薄膜材料可以单独使用，也可以叠加使用，都可以增加投影屏幕10的可视范围。
在一具体的实施例中，如图6和图7所示，投影屏幕10还包括第一基材15，第一基材15设置于第一反射层11与光学结构层14之间，且第一基材15由透明材料制成，第一基材15包括相对的第一表面和第二表面，第一反射层11通过粘合胶设置在第一表面上，光学结构层14通过粘合胶设置在第二表面上。
在一具体的实施例中，如图8与图9所示，影像光束B1进入第一基材15，经光学结构层14与第二反射层12后被准直，准直后的影像光束B1依次经过光学结构层14与第一基材15后，射入至子反射层111，经反射层111反射后射入视场区域。
光学结构层14的微结构可以通过精密车床加工、激光雕刻或微结构显影曝光的方式制作在母模上，然后经过热压印或UV(Ultra Violet，紫外线)胶水转印的方法制作在透明或者灰色的第一基材15的表面，第一基材15的材料包括PET(PolyethyleneTerephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、PVC(PolyvinylChloride，聚氯乙烯)或PMMA(Polymethyl Methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)等有机材料。
第一反射层11可以通过将金属条用粘合胶粘贴在第一基材15上形成，也可以是同光学结构层14的制作方法一样，通过热压印或UV胶水转印的方式制作在第一基材15上，然后在第一反射层11的结构上选择性喷涂高反金属材料等；具体地，在子反射层111的侧壁涂覆具有高反射率的金属材料；在其他实施例中，第一反射层11和第一基材15可以为一体成型，通过对第一基材15和第一反射层11的材料进行显影、蚀刻等处理，形成子反射层111，再在子反射层111的侧面涂覆反射材料112。
在另一具体的实施例中，如图10所示，投影屏幕10还包括第二基材16，第二基材16设置于第一基材15与光学结构层14之间，且第二基材16可由透明材料制成，第二基材16的材料包括PET、PC、PVC或PMMA。
在此实施例中，光学结构层14和第一反射层11分别制作在不同基材上，即第一反射层11制作在第一基材15上，光学结构层14制作在第二基材16上，然后通过粘合胶将第一基材15和第二基材16进行贴合。
在其他实施例中，子反射层111的横截面的形状不仅可以为图7所示的矩形，还可以为三角形、梯形或其他形状，如图11所示，图11(a)为子反射层111的横截面的形状为三角形的示意图，图11(b)为子反射层111的横截面的形状为梯形的示意图，图11所示的横截面的形状有利于限制子反射层111与散射层13接触的底面的面积，使得该底面的面积尽可能小，以减小影像光束在子反射层111与散射层13接触的底面上发生镜面反射。
在一具体的实施例中，如图12所示，图12(a)为某一尺寸的投影屏幕10的正视图，当影像光束打在投影屏幕10的非中心线区域时，影像光束与投影屏幕10在水平方向和竖直方向都存在一定的角度，若只单纯采用一个方向的线栅结构，会存在大角度观看亮度均匀性差的问题。而本实施例中的光学结构层14是线性菲涅尔透镜结构，如图12(b)所示，线性菲涅尔透镜结构的倾斜工作面141将影像光束在竖直方向上进行准直；而当影像光束入射在投影屏幕10的非中心线区域时，影像光束一部分在水平方向上沿原路偏折一个方向，被散射层13散射形成光斑A，而另外一部分经第一反射层11和散射层13被反射及散射后形成光斑B，两个光斑叠加后得到更大的光斑C，因此，在第一反射层11的作用下，影像光束在水平方向上向视场区域靠拢，从而提高投影屏幕10的亮度均匀性，还可以增大观看视角。
图13为图12(a)中投影屏幕10上的8点对应的反射影像光束光强仿真图，图13(a)为没有加第一反射层11的光强仿真图，由于水平方向没有限光，影像光束朝视场区域的两侧传输，这样会导致观看者从不同的水平方向观看投影屏幕10时产生亮度均匀性的差异；图13(b)为本实施例中加了第一反射层11的反射影像光束光强仿真图，从图中可以看到，经8点位置反射的影像光束向投影屏幕10的中间位置偏折，使得观众从水平左右位置观看时均匀性一致，同时观看视角也得到有效提升。
本实施例所提出的投影屏幕10包括散射层13、第一反射层11、光学结构层14以及第二反射层12，影像光束经光学结构层14在竖直方向准直后，部分反射影像光束打在第一反射层11的侧壁上，被第一反射层11反射，因此影像光束在水平方向上也得到偏折，从而提高投影屏幕10的亮度均匀性，并且具有高增益、宽视角的特点。
请参阅图14，图14是本申请提供的投影系统一实施例的结构示意图，投影系统140包括投影屏幕10和投影光源20，投影光源20用于产生影像光束，投影屏幕10用于接收影像光束，对影像光束进行处理，并将处理后的影像光束反射至视场区域，投影屏幕10为上述实施例中的投影屏幕10。
投影系统140中的投影屏幕10能够对影像光束进行水平和竖直两个方向的调节，使投影屏幕10的亮度均匀性得到显著提升，保证较佳的视觉效果。
以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种投影屏幕，其特征在于，至少包括依次设置于入射的影像光束的光路上的第一反射层与第二反射层，所述第二反射层用于将所述影像光束反射至所述第一反射层或视场区域，所述第一反射层用于将所述影像光束反射至所述视场区域，其中，所述第一反射层包括多个间隔设置的子反射层，以提高所述投影屏幕的亮度均匀性。
2.根据权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，
所述投影屏幕还包括散射层和光学结构层，所述第一反射层设置在所述散射层与所述光学结构层之间，所述光学结构层设置在所述第一反射层与所述第二反射层之间。
3.根据权利要求2所述的投影屏幕，其特征在于，
所述子反射层的侧面涂覆有反射材料，且所述子反射层中不与所述光学结构层接触的底面的面积小于预设面积，以防止所述影像光束在进入所述光学结构层之前发生反射。
4.根据权利要求2所述的投影屏幕，其特征在于，
所述光学结构层用于对所述第二反射层反射出的影像光束进行水平方向和/或竖直方向上的偏折，并将偏折后的影像光束传输至所述第一反射层；所述第一反射层用于将所述偏折后的影像光束反射至所述散射层；所述散射层用于对反射后的影像光束进行水平方向和/或竖直方向偏折，以使影像光束传输至所述视场区域。
5.根据权利要求2所述的投影屏幕，其特征在于，
所述散射层的材料包括体散射薄膜、不规则面散射薄膜或规则的微透镜阵列薄膜中的至少一种，所述光学结构层为线性菲涅尔透镜。
6.根据权利要求2所述的投影屏幕，其特征在于，
所述投影屏幕还包括第一基材，所述第一基材设置于所述第一反射层与所述光学结构层之间，且所述第一基材由透明材料制成，所述第一基材包括相对的第一表面和第二表面，所述第一反射层通过粘合胶设置在所述第一表面上，所述光学结构层通过粘合胶设置在所述第二表面上。
7.根据权利要求6所述的投影屏幕，其特征在于，
所述投影屏幕还包括第二基材，所述第二基材设置于所述第一基材与所述光学结构层之间，且所述第二基材由透明材料制成。
8.根据权利要求7所述的投影屏幕，其特征在于，
所述第一基材和第二基材的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。
9.根据权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，
所述子反射层的横截面的形状包括三角形、梯形或矩形。
10.一种投影系统，其特征在于，包括投影光源和投影屏幕，其中，所述投影光源用于产生影像光束，所述投影屏幕用于接收所述影像光束，对所述影像光束进行处理，并将处理后的影像光束反射至视场区域，所述投影屏幕为权利要求1-9中任一项所述的投影屏幕。
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