CN113009768B - 一种投影屏幕及投影设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影屏幕及投影设备，涉及投影显示技术领域，用于提高投影屏幕的可视角度。投影屏幕包括菲涅尔透镜层，菲涅尔透镜层包括底板，底板的表面开有截面呈锯齿状的弧形槽组，弧形槽组包括多个弧形凹槽，弧形凹槽的第一槽面上设有反射层，设有反射层的第一槽面用于反射投影光线，且多个设有反射层的第一槽面的聚焦点不重合。上述投影设备包括上述投影屏幕。

Description

一种投影屏幕及投影设备

技术领域

本发明涉及投影显示技术领域，尤其涉及一种投影屏幕及投影设备。

背景技术

在短焦激光投影显示领域，为了保证投影屏幕具有较高的亮度和较好的显示效果，投影机一般会搭配具有菲涅尔微结构的正投影屏幕使用。具有菲涅尔微结构的投影屏幕具有增益高、视角小的特点，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。

然而正是因为投影屏幕具有菲涅尔结构，使得观看者稍微移动位置，在偏离正视角度的情况下观看投影屏幕时，投影屏幕的显示亮度会大幅度下降，导致投影屏幕的可视角度减小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种菲涅尔屏幕及投影设备，用于提高投影屏幕的可视角度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种投影屏幕。该投影屏幕包括菲涅尔透镜层，所述菲涅尔透镜层包括底板和开设于底板表面的弧形槽组，所述弧形槽组的截面呈锯齿状，所述弧形槽组包括多个弧形凹槽，所述弧形凹槽的第一槽面上设有反射层，设有所述反射层的所述第一槽面用于反射投影光线，且多个设有所述反射层的所述第一槽面的聚焦点不重合。

与现有技术相比，本发明提供的投影屏幕中，设有反射层的多个第一槽面的聚焦点不重合，因此，当投影机发出的投影光线照射到投影屏幕时，多个设有反射层的第一槽面可以将投影光线进行反射，同时反射后的投影光线可以聚焦在多个不同的聚焦点上。此时，当观看位置偏离投影屏幕中心点的正前方，且以偏离正视角度的情况下观看投影屏幕时，聚焦点偏离投影屏幕中心点正前方的投影光线或聚焦点距离投影屏幕较远的投影光线仍旧可以经过该观看位置，从而使得偏离投影屏幕中心点的正前方，以偏离正视角度的情况下观看投影屏幕时投影屏幕仍具有较高的显示亮度，进而可以提高投影屏幕的可视角度。

本发明还提供了一种投影设备。该投影设备包括投影机和上述投影屏幕。

与现有技术相比，本发明提供的投影设备的有益效果与上述投影屏幕的有益效果相同，在此不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中菲涅尔透镜层的结构示意图；

图2为现有技术中具有菲涅尔透镜层的投影屏幕的工作原理图；

图3为现有技术中菲涅尔透镜层的光路原理图；

图4为图3所示的菲涅尔透镜层的光路原理图的左视图；

图5为图3所示的菲涅尔透镜层的光路原理图的俯视图；

图6为本发明实施例提供的投影屏幕的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的投影屏幕中菲涅尔透镜层的局部剖面图；

图8为本发明例实施提供的投影屏幕的工作原理图；

图9为本发明实施例菲涅尔透镜层的光路原理图；

图10为图9所示的上述菲涅尔透镜层的光路原理图的左视图；

图11为图9所示的上述菲涅尔透镜层的光路原理图的俯视图。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；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。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

为了在减小投影设备占用空间的同时，保证投影屏幕具有较高的亮度和较好的显示效果，短距投影机一般会搭配具有菲涅尔透镜层100的投影屏幕使用。图1示出了现有技术中菲涅尔透镜层100的结构示意图。如图1所示，菲涅尔透镜层包括底板110和开设在底板110上的多个共圆心的半圆形凹槽120，多个半圆形凹槽120的半径逐渐增大，且多个半圆形凹槽120布满了底板110的表面。同时，为了保证投影屏幕的显示效果，半圆形凹槽120的槽壁上还设有反射层130。此时，设有反射层130的半圆形凹槽120的反射率较高，从而保证投影屏幕具有较高的显示亮度。

图2示出了现有技术中具有菲涅尔透镜层的投影屏幕的工作原理图。当投影机将投影光线a投射至具有菲涅尔透镜层100的投影屏幕上时，参见图2，投影光线a可以射入至菲涅尔透镜层100中。此时，参见图2～图5，菲涅尔透镜层100中设有反射层130的半圆形凹槽120可以将投影光线a进行反射，并将反射后的投影光线a’聚焦在同一个聚焦点O，且聚焦点O位于投影屏幕中心点的正前方，使得观看者位于投影屏幕中心点正前方的聚焦点O位置观看投影屏幕时，投影屏幕具有较高的显示亮度。应理解，投影屏幕的正前方为投影屏幕靠近投影机的一侧。

但是，正是由于具有菲涅尔透镜层100的投影屏幕中的菲涅尔透镜层120可以将投影光线a聚焦在同一个聚焦点O，且该聚焦点O位于投影屏幕中心点的正前方，使得当用户偏离屏幕中心位置观看投影屏幕时，投影屏幕的亮度会大幅度下降，导致具有菲涅尔透镜层的投影屏幕的可视角度减小。

为了提高投影屏幕的可视角度和半增益视角，本发明实施例提供了一种投影屏幕。图6示出了本发明实施例提供的投影屏幕的结构示意图。图7示出了本发明实施例提供的投影屏幕中菲涅尔透镜层的局部剖面图。如图6和图7所示，本发明实施例提供的投影屏幕包括菲涅尔透镜层100，菲涅尔透镜层100包括底板110，底板110的表面开有截面呈锯齿状的弧形槽组140。应理解，上述弧形槽组140开设在底板110远离投影机的表面。

该弧形槽组140包括多个弧形凹槽141，多个弧形凹槽141的第一槽面1411上设有反射层130，且设有反射层130的第一槽面1411用于反射投影光线a。应理解，多个弧形凹槽141布满底板110表面。反射层130应具有较高的反射率。此时，当投影光线a投射至第一槽面1411时，每个设有反射层130的第一槽面1411可以反射投影光线a，并且反射后的投影光线a’可以聚焦在一个聚焦点。

设有反射层130的多个第一槽面1411的聚焦点不重合。应理解，上述多个设有反射层130的第一槽面1411的聚焦点可以随机分散，多个设有反射层130的第一槽面1411的多个聚焦点也可以沿垂直于投影屏幕表面的直线或平行于投影屏幕表面的直线分布，只要多个设有反射层130的聚焦点位于投影屏幕的前方即可。例如：多个设有反射层130的第一槽面1411的聚焦点沿着平行于投影屏幕的横向侧边方向分布。此时，当投影光线a投射到菲涅尔透镜层100时，多个设有反射层130的第一槽面1411可以反射投影光线a，并将反射后的投影光线a’聚焦在多个相互不重合的聚焦点。

当投影机发出的投影光线a投射至投影屏幕时，参见图8，投影光线a可以投射到菲涅尔透镜层100中。然后菲涅尔透镜层100中的多个设有反射层130的第一槽面1411可以将投影光线a进行反射，参见图9～图11，反射后的投影光线a’聚焦在多个不同的聚焦点上。

由上述投影屏幕的结构的投影过程可知，本发明实施例中提供的投影屏幕中，菲涅尔透镜层100中的多个设有反射层130的第一槽面1411的聚焦点不重合，使得投影光线a投射到菲涅尔透镜层100时，多个设有反射层130的第一槽面1411将投影光线a进行反射，并且反射后的投影光线a’聚焦在多个不同的聚焦点。当观看位置偏离投影屏幕中心点的正前方，且以偏离正视角度的情况下观看投影屏幕时，聚焦点偏离投影屏幕中心点的正前方的投影光线a或聚焦点距离投影屏幕较远的投影光线a仍旧可以经过该观看位置，从而使得偏离投影屏幕中心点的正前方，以偏离正视角度的情况下观看投影屏幕时投影屏幕仍具有较高的显示亮度，进而可以提高投影屏幕的可视角度。

例如，参见图8和图9，第一个设有反射层130的第一槽面1411反射后的投影光线a’聚焦在聚焦点A，第二个设有反射层130的第一槽面1411反射后的投影光线a’聚焦在聚焦点B，第三个设有反射层130的第一槽面1411反射后的投影光线a’聚焦在聚焦点C。聚焦点A、聚焦点B和聚焦点C沿着投影屏幕的垂直线分布，且该垂直线经过屏幕的中点位置。此时，处于聚焦点A的位置观看投影屏幕时，设有反射层130的第一槽面1411反射后的投影光线a’全部经过该位置，从而可以保证位于聚焦点A观看投影屏幕时，投影屏幕具有较高的亮度。此时，设定观看位置位于聚焦点A的右侧设置，且该观看位置位于第二个设有反射层的第一槽面1411反射后的投影光线a’的光路上。由图8可以看出，虽然观看位置偏离投影屏幕的中心位置设置，但是位于观看位置观看投影屏幕时，仍有设有反射层130的第一槽面1411反射后的投影光线a’经过，从而保证位于偏离投影屏幕中心点的观看位置观看投影屏幕时投影屏幕仍具有较高的亮度，从而使得投影屏幕的半增益视角和可视角度均提高。

与此同时，参见图8，当环境光线b投射至投影屏幕时，环境光线b可以投射至菲涅尔透镜层100中。此时，菲涅尔透镜层100中的设有反射层130的第一槽面1411反射环境光线，并且反射后的环境光线b’投射至非人眼观看位置，从而保证投影屏幕不会因反射环境光线产生光斑，保证投影屏幕的显示的完整性。

作为一种可能实现的方式，上述第一槽面1411的轴心线垂直于投影屏幕，并且多个第一槽面1411的轴心线不重合。此时，第一槽面1411的轴心线垂直于投影屏幕，可以保证设有反射层130的第一槽面1411的聚焦点位于投影屏幕的前方，从而保证投影屏幕具有较高的显示亮度。同时，由于多个第一槽面1411的轴心不重合，使得设有反射层的多个第一槽面1411的聚焦点不重合，从而保证投影屏幕具有较高的半增益视角和较高的可视角度。

例如:当多个设有反射层130的第一槽面1411的轴心线与平行于投影屏幕的横向侧边的直线相交时，多个设有第一反射面的第一槽面1411的聚焦点不重合，且多个设有第一反射面的第一槽面1411的聚焦点沿平行于投影屏幕的横向侧边的方向分布。此时，当位于偏离投影屏幕中心位置观看投影屏幕时，仍有投影光线a经过该位置，从而保证位于偏离屏幕中心点正前方的位置观看投影屏幕时，投影屏幕具有较高的亮度，进而保证投影屏幕具有较高的半增益视角和可视角度。

需要说明的是，当多个第一槽面1411的轴心线不重合时，为了保证底板110表面的弧形槽组140的截面呈锯齿状，多个第一槽面1411距离底板110较远的侧边的直径逐渐增大。此时，多个第一槽面1411距离底板110较远的侧边与投影光线a之间的夹角不同，从而可以使得多个第一槽面1411的聚焦点不重合。

具体的，上述多个第一槽面1411距离底板110较远的侧边的直径为50mm～3500mm，此时，投影屏幕的半增益视角可以提高至70°。

示例性的，为了保证多个设有反射层130的第一槽面1411的聚焦点位于投影屏幕的前方，同时保证多个设有反射层130的第一槽面1411的聚焦点沿垂直于投影屏幕分布，上述多个第一槽面1411的轴心线均位于投影屏幕的下方，且第一槽面1411的轴心线与第一直线相交，第一直线与投影屏幕的纵向侧边平行。此时，多个第一槽面1411的轴心线均位于投影屏幕的下方可以保证多个设有反射层130的第一槽面1411的聚焦点位于屏幕的前方，使得反射后的投影光线a’全部投射至投影屏幕前方。多个第一槽面1411的轴心线均与第一直线相交，可以保证多个设有反射层130的第一槽面1411的可以沿垂直于投影屏幕方向分布，使得投影屏幕的显示亮度较均匀。

例如：多个第一槽面1411的轴心线均与投影屏幕纵向侧边所在直线相交，此时，多个设有反射层130的第一槽面1411的聚焦点均位于投影屏幕的正前方，同时多个设有反射层130的第一槽面1411的聚焦点在投影屏幕的正投影与投影屏幕纵向侧边重合。此时位于投影屏幕纵向侧边的正前方观看投影屏幕时，多个设有第一投影屏幕的宽度最高，同时投影屏幕的亮度随着距离该投影屏幕纵向侧边越远，投影屏幕的亮度逐渐减小。

具体的，为了保证位于投影屏幕左右两侧的可视角度和半增益视角相同，上述第一直线与投影屏幕的纵向中线重合。此时，弧形凹槽沿投影屏幕的纵向中线对称分布。此时，投影屏幕纵向中线左右两侧的弧形凹槽反射的投影光线液沿投影屏幕的纵向中线对称，进而使得投影屏幕左右两侧的可视角度和半增益视角相同。同时，经过菲涅尔透镜层中的多个设有反射层130的第一槽面1411的聚焦点位于投影屏幕中心点的正前方，使得反射后的光线均经过投影屏幕中心位置，从而可以保证投影屏幕的中心位置观看投影屏幕时，投影屏幕具有较高的亮度。

在一种实施例中，为了避免投射到投影屏幕正上方的环境光线被反射至投影屏幕的前方，影响投影屏幕的显示效果，上述凹槽的第二表面与底板的表面垂直，且凹槽的第二表面上设有吸光层。此时，吸光层可以将投射于投影屏幕正上方的环境光线吸收，避免投射到投影屏幕正上方的投影光线a被反射至投影屏幕的正前方，保证投影屏幕的显示效果。

具体的，吸光层的材质可以根据实际需求进行选择，只要保证吸光层具有较高的吸光率即可。例如：上述吸光层可以为聚乙烯层、聚丙烯层中任一种，但不仅限与此。

作为一种可能的实现方式，上述反射层130可以为铝反射层。此时，反射层130具有较高的反射率，可以反射大部分的投影光线a，从而保证投影屏幕的显示亮度。

作为一种可能的实现方式，为了支撑菲涅尔透镜层100，防止投影屏幕中的菲涅尔透镜层100被划伤或者被污染，上述投影屏幕还包括基板层组200，菲涅尔透镜层100设于基板层组200，并且菲涅尔透镜层100和基板层组200沿投影光线a的入射方向设置。应理解：上述菲涅尔透镜层100开有弧形槽组140的表面靠近上述基板层组200设置。上述基板层组200应具有较高的透光率和较好的硬度。此时，基板层组200可以对菲涅尔透镜层100进行保护，防止菲涅尔透镜层100被划伤或污染。同时，当投影光线a投射在投影屏幕上时，投影光线a可以穿过基板层组200后投射到菲涅尔透镜层100中，使得多个设有反射层130的第一槽面1411可以将投影光线a进行反射。反射后的投影光线a’穿过基板层组200后聚焦在多个不同的聚焦点。

在一种实施例中，上述基板层组200包括沿投影光线a入射方向排布的保护层、着色层和平整固力层。应理解：上述平整固力层位于靠近菲涅尔透镜层100的一侧。上述保护层可以保护投影屏幕不被划伤或者不被污染。上述着色层可以提高投影屏幕的对比度。上述平整固力层可以提高投影屏幕的抗冲击强度和环境耐受强度，同时上述平整固力层还可以作为相邻涂层涂覆的基础。应理解，上述保护层、着色层和平整固力层应具有较高的透光率。

具体的，上述保护层可以为高分子复合材料层。上述高分子复合材料的种类可以根据实际需求进行选择，只要高分子复合材料具有较高的透光率和较大的强度即可。例如：上述基板层可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(polyethylene terephthalate，缩写为PET层)、聚氯乙烯层(poly(ethylene terephthalate，缩写为PVC层)或聚碳酸酯层(Polycarbonate，缩写为PC层)，但不仅限与此。

上述着色层由高透光率树脂均匀添加着色颜料制成。

上述平整固力层为高透光率树脂材料层。上述高透光率树脂材料层的材料可以根据实际情况进行选择，只要能够保证平整固力层具有较高的透光率和较大的耐冲击强度即可。例如，上述平整固力层可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂层(polyethyleneterephthalate，缩写为PET层)、聚氯乙烯层(poly(ethylene terephthalate，缩写为PVC层)或聚碳酸酯层(Polycarbonate，缩写为PC层)，但不仅限与此。

当然，上述着保护层和着色层可以合为一体成为一层。加工时在保护层的胶体中均匀混合着色颜料，烘干或光固化后节课成型，不仅加工方便，还可以进一步减小投影屏幕的厚度，提升投影屏幕的投影效果。

上述着色层和平整固力层也可以加工为一体成为一层，在加工时将平整固力层胶体中均匀混入着色颜料，待烘干或光固化后即可成型，加工方便的同时，还可以进一步减小投影屏幕的厚度，提升投影屏幕的投影效果。

示例性的，上述投影屏幕还包括扩散层300，且扩散层300位于上述基板层组200和菲涅尔透镜层100之间。具体的，上述扩散层300位于平整固力层与菲涅尔透镜层100之间。应理解，上述扩散层300应具有较高的透光率。此时，当投影光线a投射到投影屏幕中时，投影光线a穿过基板层组200进入至扩散层300，然后投影光线a经过扩散层300扩散呈多束投影光线a进入菲涅尔透镜层100，菲涅尔透镜层100中的多个设有反射层130的第一槽壁将多束投影光线a进行反射。此时，反射后的投影光线a’进入至扩散层300进行扩散后，从基板层组200射出投影屏幕，然后聚焦在多个不同的聚焦点。扩散层300可以对投影光线a和反射后的投影光线a’进行扩散，从而可以提高投影屏幕的可视角度和半增益视角。

扩散层300可以有多种方式制备得到，例如，上述扩散层300可以通过在高分子材料中均匀混合散射剂得到。上述高分子材料应具有较高的透光率。

当然，上述平整固力层和扩散层300可以合为一体成为一层。当平整固力层和扩散层300合为一体成为一层时，在平整固力层胶体中均匀添加散射剂，将混合好的胶体涂覆在PC或PET表面，在通过光固化或热固化的方式加工成型。

上述着色层、平整固力层和扩散层300也可以三者合为一体成为一层。此时，在平整固力层胶体中均匀添加着色颜料和散射剂，然后将混合好的胶体涂覆在PC或PET的表面，通过光固化或热固化的方式加工成型。

示例性的，上述投影屏幕还包括设于基板层组的抗光层400，且抗光层400和基板层沿投影光线a的入射方向设置。此时，抗光层400可以将投射到投影屏幕表面的投影光线a折射，增大折射后的投影光线a与投影屏幕之间的夹角，从而可以缩短投影机与投影屏幕之间的距离。同时，抗光层400可以将环境光线反射至非人眼观看的区域，从而减小环境光对投影屏幕的投影效果的影响。

本发明实施例还提供了一种投影设备。该投影设备包括投影机和上述投影屏幕。该投影设备的有益效果与上述投影屏幕的有益效果相同，在此不做赘述。

示例性的，上述投影机为短距投影机，上述投影机位于投影屏幕前方，且上述投影机的高度低于投影屏幕下部的高度。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种投影屏幕，其特征在于，包括菲涅尔透镜层，所述菲涅尔透镜层包括底板和开设于底板表面的弧形槽组，所述弧形槽组的截面呈锯齿状，所述弧形槽组包括多个弧形凹槽，所述弧形凹槽的第一槽面上设有反射层，设有所述反射层的所述第一槽面用于反射投影光线，且多个设有所述反射层的所述第一槽面的聚焦点不重合；

所述第一槽面的轴心线垂直于所述投影屏幕，且多个所述第一槽面的轴心线不重合。

2.根据权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，多个所述第一槽面的轴心线均位于所述投影屏幕的下方，且多个所述第一槽面的轴心线与第一直线相交，所述第一直线与所述投影屏幕的纵向侧边平行。

3.根据权利要求2所述的投影屏幕，其特征在于，所述第一直线与所述投影屏幕的纵向中线重合。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的投影屏幕，其特征在于，所述弧形凹槽的第二槽面与所述底板表面垂直，且所述第二槽面上设有吸光层。

5.根据权利要求1～3任一项所述的投影屏幕，其特征在于，所述反射层为铝反射层。

6.根据权利要求1～3任一项所述的投影屏幕，其特征在于，所述投影屏幕还包括基板层组，所述菲涅尔透镜层设于所述基板层组，且所述基板层组和所述菲涅尔透镜层沿投影光线的入射方向设置。

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扩散层，所述扩散层设于所述基板层组和所述菲涅尔透镜层之间。

8.根据权利要求7所述的投影屏幕，其特征在于，所述投影屏幕还包括设于基板层的抗光层，所述抗光层和所述基板层沿投影光线的入射方向设置。

9.一种投影设备，其特征在于，包括投影机和权利要求1～8中任一项所述的投影屏幕。

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