CN114995042B - 一种投影屏幕及投影系统 - Google Patents

一种投影屏幕及投影系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114995042B
CN114995042B CN202210578873.5A CN202210578873A CN114995042B CN 114995042 B CN114995042 B CN 114995042B CN 202210578873 A CN202210578873 A CN 202210578873A CN 114995042 B CN114995042 B CN 114995042B
Authority
CN
China
Prior art keywords
unit
projection
projection screen
micro lens
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210578873.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114995042A (zh
Inventor
唐陵嘉
谢彰
陈智超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CHENGDU FSCREEN SCI-TECH CO LTD
Original Assignee
CHENGDU FSCREEN SCI-TECH CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CHENGDU FSCREEN SCI-TECH CO LTD filed Critical CHENGDU FSCREEN SCI-TECH CO LTD
Priority to CN202210578873.5A priority Critical patent/CN114995042B/zh
Publication of CN114995042A publication Critical patent/CN114995042A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114995042B publication Critical patent/CN114995042B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54Accessories
    • G03B21/56Projection screens
    • G03B21/60Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/602Lenticular screens

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Overhead Projectors And Projection Screens (AREA)

Abstract

本发明公开一种投影屏幕及投影系统,涉及投影显示领域,投影屏幕上设置有用于控制投影光线传输方向的光学透镜层,光学透镜层包括在投影屏幕平面同向排列的对投影光线进行扩散的若干组微透镜单元,微透镜单元包括若干个截面呈锯齿状的单元微透镜,单元微透镜包括用于控制光线补偿的第一斜面;以投影光线经单元微透镜后出射光线方向与投影屏幕幕平面法线的夹角为单元微透镜的扩散角度,以投影光线经过微透镜单元形成的扩散角度为微透镜单元的扩散角度,若干组微透镜单元的扩散角度相同,相邻微透镜单元紧贴的两个单元微透镜的扩散角度之和等于微透镜单元的扩散角度。本发明的投影屏幕有效提升光能利用率、能量分布均匀性和降低制作难度和成本。

Description

一种投影屏幕及投影系统
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其组成的投影系统。
背景技术
投影显示系统中需要有投影装置和投影屏幕,投影屏幕的作用是将投影装置发出的图像进行成像和对投影光强进行重新分布, 常见的投影屏幕都是在屏幕结构层内增加扩散层或者是在光学结构上制作扩散结构来对光强进行重新分布,比如国内专利申请公布号为CN107561847A的专利文件中就描述了投影屏幕包括菲涅尔柱面层、着色层、基层、散射层(扩散层)、圆形菲涅尔透镜层和反射层,其中散射层和菲涅尔透镜层上设置有竖直排列的柱面透镜单元都是利用扩散结构来对光强进行重新分布,以期望获得亮度的提升和可控的视角,但是这种投影屏幕的组成结构层数非常多,造成了加工难度和成本的大量增加以及由于屏幕结构层数较多大量光线在屏幕结构层内发生全反射损失造成屏幕的亮度降低,光能利用效率较低;同时由于单个光学结构本身不能扩展光强的分布范围,仅仅通过散射层和菲涅尔透镜层上的柱面结构单元来间接调整光强的分布,可控性较差也造成光能的浪费和屏幕的能量分布不均匀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进,提供一种投影屏幕,通过设置控制光线补偿的微透镜,精确控制出射光线的传输方向,解决目前技术中投影屏幕结构层数多,光能利用率低,加工难度和成本过高以及屏幕能量分布不均匀的问题。
为解决以上技术问题,本发明的技术方案是:
一种投影屏幕,投影屏幕上设置有用于控制投影光线传输方向的光学透镜层,所述光学透镜层包括在投影屏幕平面同向排列的对投影光线进行扩散的若干组微透镜单元,所述微透镜单元包括若干个截面呈锯齿状的单元微透镜,所述单元微透镜包括用于控制光线补偿的第一斜面;以投影光线经所述单元微透镜后出射光线方向与投影屏幕幕平面法线的夹角为所述单元微透镜的扩散角度,以投影光线经过所述微透镜单元形成的扩散角度为所述微透镜单元的扩散角度,若干组所述微透镜单元的扩散角度相同,相邻所述微透镜单元紧贴的两个所述单元微透镜的扩散角度之和等于所述微透镜单元的扩散角度。
本发明将投影屏幕上的光学透镜层分成若干微透镜单元,通过分组控制微透镜单元内的单元微透镜和相邻的微透镜单元内的单元微透镜的第一斜面的倾斜角度的大小关系,满足投影光线经过微透镜单元形成的扩散角度即上述的若干微透镜单元的扩散角度是相同的,进而控制投影光线的传输方向,从而补偿投影屏幕上微透镜单元的投影光线的传输范围,相比于现有技术中整个投影屏幕需要在光学透镜层的基础上,结合散射层以及其它微结构层来对光能量进行分布,本发明不需要散射层以及其它微结构层,即可实现光能量在投影屏幕上精确的均匀分布并扩展分布范围,即本发明仅需要控制单元微透镜中用于控制光线补偿的第一斜面的角度,来实现微透镜单元的扩散角度的控制,通过将单元微透镜分组成微透镜单元,化繁为简,便于微透镜单元的制作,减少投影屏幕多层结构对光能的浪费,实现光能量的均匀分布,提升光能利用率。
进一步的,投影光线经相邻所述微透镜单元紧贴的两个所述单元微透镜后出射两条光线,以两条光线交点垂直于投影屏幕幕平面的线为轴,两条光线呈对称关系,通过相邻微透镜单元紧贴的两个单元微透镜之间保持相互对称的结构关系,便于整个光学透镜层的设计和制作,降低加工难度和加工制作成本。
进一步的,所述微透镜单元中边缘处的两个单元微透镜的扩散角度之和等于所述微透镜单元的扩散角度,直接控制投影光线的传输方向和传输范围,补偿投影屏幕上微透镜单元的投影光线的传输范围,进而实现精确的光能量在投影屏幕上的均匀分布和分布范围拓展。
进一步的,所述微透镜单元中非边缘处单元微透镜的扩散角度在边缘处两个单元微透镜的扩散角度范围内,相当于明确了微透镜单元中各单元微透镜的第一斜面的倾斜角度,降低设计、加工难度及加工制作成本,通过微透镜单元直接精准控制投影光线的传输方向和传输范围,进而实现精确的光能量在投影屏幕上的均匀分布和分布范围拓展。
进一步的,所述微透镜单元包括n个单元微透镜,以一端边缘处为始端,依次记为1、2……n,n为大于2的整数,所述微透镜单元的扩散角度与所述微透镜单元内第i个单元微透镜的扩散角度满足下述关系公式:
其中:θi为微透镜单元内第i个单元微透镜的扩散角度,i为正整数;
C为微透镜单元的扩散角度。
实施方便、计算简单,能精确的拟合出微透镜单元和微透镜单元内单元微透镜之间的扩散角度变化关系,微透镜单元内单元微透镜的扩散角度按照上述关系公式进行具体的设计,包括单元微透镜的第一斜面等使得微透镜单元对投影光线的传输达到设计要求,也就是说微透镜单元中任一单元微透镜的扩散角度与微透镜单元的扩散角度满足上述关系公式,当微透镜单元确定后,微透镜单元的扩散角度也随之确定,微透镜单元内的单元微透镜的扩散角度也随之确定,单元微透镜的第一斜面与投影屏幕平面的夹角关系也相应确定下来,更为精确的实现光能量在投影屏幕上的均匀分布和分布范围的拓展。
进一步的,所述微透镜单元的扩散角度等于所述光学透镜层对投影光线的扩散角度,通过将总的投影屏幕的扩散角度需求分解到若干微透镜单元的扩散角度要求,从而实现投影屏幕上任意微透镜单元精确控制投影光线的传输范围,更一步精确的实现光能量在投影屏幕上的均匀分布和分布范围的拓展。
进一步的,投影屏幕还包括与所述光学透镜层相邻的基材层,设置所述基材层远离所述光学透镜层一侧表面为粗糙面,对投影光线进行扩散,以起到匀光、增大视角、硬化保护和成像显示的效果。
进一步的,投影屏幕还包括设置在所述单元微透镜的第一斜面上的对投影光线在投影屏幕水平方向和竖直方向形成不同扩散角度的微结构,以获得更大的观看视角。
进一步的,投影屏幕还包括设置在所述单元微透镜的第一斜面上的反射层,所述反射层对投影光线进行反射成像,此技术方案可以应用到正投影屏幕上,即发出投影光线的投影装置和观众位于投影屏幕的同一侧。
一种投影系统,包括上述的投影屏幕以及向投影屏幕投射投影光线的投影装置。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明所述的投影屏幕及投影系统通过单元微透镜的第一斜面、微透镜单元的扩散角度的控制,实现对投影光线传输方向的控制,进而补偿微透镜单元的投影光线传输范围,实现光能量在投影屏幕上精确的均匀分布并扩展分布范围,有效提升了光能利用率、能量分布均匀性和降低了屏幕制作难度和成本。
附图说明
图1是本发明实施例的投影屏幕断面结构示意图;
图2是本发明实施例的投影屏幕中单元微透镜分组成微透镜单元及微透镜单元对投影光线的控制示意图;
图3是本发明实施例的投影屏幕相邻微透镜单元的紧贴的两个单元微透镜对投影光线的控制示意图;
图4是本发明实施例的投影屏幕中微透镜单元对投影光线的控制示意图;
图5是本发明实施例的投影屏幕中光学透镜层对投影光线的控制示意图;
图6是现有技术投影屏幕光强分布和本发明实施例的投影屏幕光强分布对比图;
图7是本发明实施例的投影屏幕的两种断面结构示意图;
图8是本发明实施例的投影屏幕的另一种断面结构示意图;
图9是本发明实施例的投影屏幕的另一种断面结构示意图;
图10是本发明实施例的投影系统示意图。
图中:
10-投影屏幕;20-投影系统;101-基材层;102-光学透镜层;103-单元微透镜;1031-第一斜面;1032-第二斜面;104-粗糙面;105-微结构;106-反射层; G-投影光线;Y-投影装置;F-投影屏幕幕平面法线;O-两条光线交点垂直于投影屏幕幕平面的线。
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。
本发明实施例公开的一种投影屏幕,有效提升了光能利用率、能量分布均匀性和降低了屏幕制作难度和成本。
参见图1~图5,一种投影屏幕包括用于控制投影光线传输方向的光学透镜层102,所述光学透镜层102包括在投影屏幕的平面同向排列的对投影光线进行扩散的m组微透镜单元,每组所述微透镜单元包括n个截面呈锯齿状的单元微透镜103,所述单元微透镜103包括用于控制光线补偿的第一斜面1031,其中m和n均为大于2的整数。以光学微透镜层102远离发出投影光线的投影装置Y的一端边缘为始端,微透镜单元依次记为1、2……m,以投影光线经过微透镜单元形成的扩散角度为微透镜单元的扩散角度,则第1、2……m组微透镜单元的扩散角度依次记为C1、C2……Cm,各组微透镜单元的扩散角度相同即C1=C2=……=Cm;选取第m组微透镜单元为参照,该微透镜单元包括n个单元微透镜,以第m组微透镜单元远离发出投影光线的投影装置Y的一端边缘为始端,单元微透镜依次记为1、2……n,以投影光线经单元微透镜后出射方向与投影屏幕幕平面法线F的夹角为单元微透镜的扩散角度,则第1、2……n个单元微透镜的扩散角度依次记为θ1、θ2……θn
本发明将投影屏幕上的光学透镜层分成若干微透镜单元(图1~图5表示将光学透镜层分成m组),通过分组控制各组微透镜单元的扩散角度相等,即控制微透镜单元内的单元微透镜的第一斜面的倾斜角度的大小关系以满足投影光线经过微透镜单元形成的扩散角度即m组微透镜单元的扩散角度相等的条件,进而控制投影光线的传输方向,一定程度上补偿投影屏幕上微透镜单元的投影光线的传输范围。
进一步的,如图1所示,所述单元微透镜103还包括可用作脱模面的第二斜面1032,第二斜面1032作为一种脱模面使得在利用模具制作微透镜单元时脱模更加容易,制作微透镜单元的难度降低。
进一步的,如图2至图5所示,每组微透镜单元包括3个单元微透镜,第1组微透镜单元和第2组微透镜单元相邻,第1组微透镜单元的第3个单元微透镜和第2组微透镜单元的第1个单元微透镜紧贴在一起,即第1组微透镜单元的第3个单元微透镜和第2组微透镜单元的第1个单元微透镜的扩散角度之和为θ,设置θ等于第1组微透镜单元的扩散角度C1,则θ=C1=C2=……=Cm,同样的,其它相邻微透镜单元紧贴的两个单元微透镜的扩散角度之和也满足上述条件。如果只通过控制光学透镜层中单元微透镜的第一斜面以控制好微透镜单元的扩散角度,来直接控制投影光线的传输方向,即本发明实施例只折射投影光线,通过折射方式得到的相邻微透镜单元紧贴的两个单元微透镜的扩散角度之和等于微透镜单元的扩散角度;如果在光学透镜层中单元微透镜的第一斜面上设置反射层,对投影光线进行反射后得到的相邻微透镜单元紧贴的两个单元微透镜的扩散角度之和也等于微透镜单元的扩散角度。
相比于现有技术中整个投影屏幕需要在光学透镜层的基础上,结合散射层以及其它微结构层来对光能量进行分布,本发明不需要散射层以及其它微结构层,即可实现光能量在投影屏幕上精确的均匀分布并扩展分布范围,即本发明实施例通过控制微透镜单元中单元微透镜用于控制光线补偿的第一斜面的设置,实现微透镜单元的分组控制,分组控制微透镜单元的扩散角度、各组微透镜单元的扩散角度、相邻微透镜单元紧贴的两个单元微透镜的扩散角度之和相等的关系,进而控制投影光线的传输方向,补偿投影屏幕上微透镜单元的投影光线的传输范围。本发明分组控制方式,将若干单元微透镜分组形成m组微透镜单元,化繁为简,减少投影屏幕多层结构对光能的浪费,实现光能量的均匀分布,提升光能利用率。
进一步的,本发明实施例如果只通过控制光学透镜层中微透镜单元中单元微透镜的第一斜面以控制好微透镜单元的扩散角度,来直接控制投影光线的传输方向,即本发明实施例如果只折射投影光线,该技术方案可以应用到背投影屏幕上,即发出投影光线的投影装置和观众位于投影屏幕的两侧;在用于控制光线补偿的第一斜面1031上制作反射材料形成反射层,对投影光线进行反射成像,此技术方案可以应用到正投影屏幕上,即发出投影光线的投影装置和观众位于投影屏幕的同一侧。
进一步的,如图3中所示,第1组微透镜单元和第2组微透镜单元相邻,投影光线分别经过第1组微透镜单元的第3个单元微透镜、第2组微透镜单元的第1个单元微透镜后出射两条光线,以两条光线交点垂直于投影屏幕幕平面的线O为轴,两条光线呈对称关系。在微透镜单元的单元微透镜的第一斜面上不设置反射层时,第1组微透镜单元的第3个单元微透镜、第2组微透镜单元的第1个单元微透镜对投影光线仅发生折射,出射的两条光线位于投影屏幕远离发出投影光线的投影装置的一侧,出射的两条光线仍然满足上述对称关系;在微透镜单元的单元微透镜的第一斜面上设置反射层时,第1组微透镜单元的第3个单元微透镜、第2组微透镜单元的第1个单元微透镜先对投影光线发生折射,再经过反射层反射后,随后经过单元微透镜的折射后,出射的两条光线位于投影屏幕靠近发出投影光线的投影装置的一侧,出射的两条光线仍然满足上述对称关系。同样的,其它相邻微透镜单元紧贴的两个单元微透镜对投影光线的折射或先经折射、再反射后折射出射的两条光线,仍然满足上述对称关系。通过设置投影光线经过任意相邻微透镜单元紧贴的两个单元微透镜后,出射的两条光线满足上述对称关系,保持相对应的结构关系,便于微透镜单元的设计和制作,降低微透镜单元的加工难度和制造成本,进而降低整个投影屏幕的加工难度和制造成本。
进一步的,所述光学透镜层102包括在投影屏幕的平面同向排列的对投影光线进行扩散的m组微透镜单元,每组所述微透镜单元包括n个截面呈锯齿状的单元微透镜103,n个单元微透镜103在投影屏幕平面上的排列方式具体可以呈同心圆环形、圆弧形、椭圆形、抛物线形、弓形或其它高阶曲线形状等,可以根据对投影光线的传输要求来具体设置单元微透镜的排布,最终单元微透镜和单元微透镜组成的微透镜单元的扩散角度关系满足上述关系,以控制投影光线的传输方向,补偿投影屏幕上微透镜单元的投影光线的传输范围。
进一步的,如图4所示,选取第m组微透镜单元为参照,该微透镜单元包括n个单元微透镜,以第m组微透镜单元远离发出投影光线的投影装置Y的一端边缘为始端,依次记录单元微透镜为1、2、3、4、5、6……n-2、n-1、n,以投影光线经过单元微透镜后反射再经过单元微透镜后出射光线方向与投影屏幕幕平面法线F的夹角为单元微透镜的扩散角度,则第1、2、3、4、5、6……n-2、n-1、n个单元微透镜对应的扩散角度分别为θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6……θn-2、θn-1、θn;设置第m组微透镜单元的第一个单元微透镜的扩散角度θ1和 第n个单元微透镜的扩散角度θn之和等于第m组微透的扩散角度Cm;同样的,设置其它组微透镜单元如第1、2……m-1组微透镜单元中任意一组微透镜单元的扩散角度等于组内第一个单元微透镜的扩散角度θ1和 第n个单元微透镜的扩散角度θn之和,即通过任意一组微透镜单元的扩散角度等于该组内微透镜单元中边缘处的两个单元微透镜扩散角度之和的设置, 直接控制投影光线的传输方向和传输范围,补偿投影屏幕上微透镜单元的投影光线的传输范围,进而实现精确的光能量在投影屏幕上的均匀分布和分布范围拓展。
更进一步的,以投影光线经过单元微透镜后直接折射出来的出射光线方向与投影屏幕幕平面发现F的夹角为单元微透镜的扩散角度,各单元微透镜对应的扩散角度记录方式同,仍然设置各组微透镜单元中任意一组微透镜单元的扩散角度等于组内第一个单元微透镜的扩散角度θ1和 第n个单元微透镜的扩散角度θn之和,直接控制投影光线的传输方向和传输范围,补偿投影屏幕上微透镜单元的投影光线的传输范围,进而实现精确的光能量在投影屏幕上的均匀分布和分布范围拓展。
进一步的,如图4所示,记第m组微透镜单元中第2个单元微透镜和第n-1个单元微透镜的扩散角度之和为θx,设置θx小于Cm,即设置第m组微透镜单元中第2个单元微透镜和第n-1个单元微透镜的扩散角度之和小于该组微透镜单元中第1个单元微透镜和第n个单元微透镜的扩散角度之和,其它组微透镜单元的单元微透镜也满足上述设置,相当于明确了微透镜单元中各单元微透镜的第一斜面的倾斜角度,降低设计、加工难度及加工制作成本,通过微透镜单元中单元微透镜的扩散角度变化直接精准控制投影光线的传输方向和传输范围,进而实现精确的光能量在投影屏幕上的均匀分布和分布范围拓展。
进一步的,在第m组微透镜单元中任意选择一单元微透镜,记为第i个单元微透镜,i为1至n中任一整数,则第m组微透镜单元的扩散角度与第m组微透镜单元内第i个单元微透镜的扩散角度满足下述关系公式:
其中:θi为微透镜单元内第i个单元微透镜的扩散角度,i为正整数;
Cm为第m微透镜单元的扩散角度。
同样的,第m组微透镜单元以外的其它微透镜单元如第1、2……m-1组微透镜单元中各单元微透镜也满足上述关系公式。上述关系公式计算简单,能精确的拟合出微透镜单元和微透镜单元内单元微透镜之间的扩散角度变化关系,微透镜单元内单元微透镜的扩散角度按照上述关系公式进行具体的设计,包括单元微透镜的第一斜面等使得微透镜单元对投影光线的传输达到设计要求,也就是说微透镜单元中任一单元微透镜的扩散角度与微透镜单元的扩散角度满足上述关系公式,当微透镜单元确定后,微透镜单元的扩散角度也随之确定,微透镜单元内的单元微透镜的扩散角度也随之确定,单元微透镜的第一斜面与投影屏幕平面的夹角关系也相应确定下来,更为精确的实现光能量在投影屏幕上的均匀分布和分布范围的拓展。
同样的,投影光线无论是直接经过微透镜单元折射还是先经微透镜单元折射、再反射层反射后经微透镜单元折射出射, 各组微透镜单元及组内单元微透镜之间的扩散角度变化关系均满足上述关系公式,进一步明确了任意一组微透镜单元内的任意一个单元微透镜对投影光线的扩散角度,能够更加精准的实现光能量在投影屏幕上的均匀分布和分布范围的扩展。
进一步的,如图5所示,第m组微透镜单元的扩散角度Cm等于光学透镜层102对投影光线的扩散角度Cx,则第m组微透镜单元以外的其它微透镜单元如第1、2……m-1组微透镜单元的扩散角度也等于光学透镜层102对投影光线的扩散角度Cx,即C1=C2=……=Cm=Cx,通过将总的投影屏幕的扩散角度需求分解到若干微透镜单元的扩散角度要求,从而实现投影屏幕上任意微透镜单元精确控制投影光线的传输范围,精确的实现光能量在投影屏幕上的均匀分布和分布范围的拓展, 通过对微透镜单元的控制,不再需要散射层和其它微结构再次对光能量进行重新分布,即减少了投影屏幕的散射层和其它微结构的设置,降低了加工难度和加工成本,并减少了投影屏幕多层结构对光能的浪费,从而提升了光能利用率。
进一步的补充说明,投影光线无论是直接经过微透镜单元折射还是先经微透镜单元折射、再反射层反射后经微透镜单元折射出射,都存在各组微透镜单元扩散角度等于光学透镜层102对投影光线的扩散角度Cx,即C1=C2=……=Cm=Cx
如图6所示为现有技术投影屏幕光强分布和本发明的投影屏幕光强分布对比图。图6中a图为现有技术投影屏幕对光强的分布图,图中纵轴E表示光能量强度,横轴表示成像点到投影屏幕中心点的距离,从曲线可以看出,现有技术的投影屏幕对光能量的分布呈现中间强,距离投影屏幕中心点越远的位置光能量强度越弱,亮度的分布范围很窄;这是由于现有技术的投影屏幕上的微透镜单元结构的变化规律是一致的,因此只能实现一种能量分布,只能通过增加扩散层或柱状透镜层等来二次微调能量分布范围,但是没有经过自身的直接调节,这些二次调节方式带来的能量分布效果是非常弱的。图6中b图为本发明实施例的投影屏幕对光强的分布图,图中纵轴E表示光能量强度,横轴表示成像点到投影屏幕中心点的距离,曲线1、2、3表示投影屏幕上三组微透镜单元对光强的分布,曲线4表示最终投影屏幕对光强的分布;可以看出,经过曲线1、曲线和曲线3光强补偿叠加之后,不仅增强了投影屏幕中间的亮度,还增大了投影屏幕的亮度范围,其关键在于:直接通过多组微透镜单元形成的光学透镜层相当于光学透镜层内部的自身调节,进行光能量的分布效果是非常明显的,从而呈现在投影屏幕上亮度更高、均匀性更好,可以看出本发明实施例的投影屏幕能够有效提升光学利用率和能量分布均匀性;此处只列举3组微透镜单元的情形,投影屏幕还可以设置更多的微透镜单元,其对投影光线能量的分布仍然满足各组微透镜单元的能量分布叠加。
进一步的,如图7所示为本发明实施例的投影屏幕的两种断面结构示意图,如图7中a图所示,投影屏幕包括基材层101和粘附在基材层101一侧的光学透镜层102,也就是说基材层101和光学透镜层102分别为独立的一层,基材层101主要起基础支撑的作用,光学透镜层102用于控制投影光线传输方向,光学透镜层102包括在投影屏幕的平面同向排列的截面呈锯齿状的若干单元微透镜;如图7中b图所示,与图7中a图的区别在于,投影屏幕包括一体成型的基材层101和光学透镜层102,即基材层101和光学透镜层102是融为一体的,作为一个整体,两者是不可分割的。
作为进一步的补充说明,基材层101可以由包括但不限于以下的材料构成,如聚乙烯,聚丙烯,聚苯乙烯,聚氯乙烯,酪蛋白磷酸肽,双轴向聚丙烯,聚碳酸酯,聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯弹性体等柔性塑料或橡胶材料,或者玻璃、亚克力、陶瓷等有一定刚性的透明基板。
作为进一步地补充说明,光学透镜层102的材料包括但不限于是射线固化树脂,热固化树脂,反应型固化树脂,使用上述原材料制作光学透镜层102的方式如下:用制作有微透镜的辊筒模具,将原材料转印涂布到基底材料上即形成光学透镜层;或者用制作有微透镜的辊筒模具,通过热压方式将基材层与光学透镜层融合为一层。
如图8所示为本发明实施例的投影屏幕的另一种断面结构示意图,设置基材层101远离光学透镜层102的表面为粗糙面104,在基材层101的内部设置能够吸收不需要的光线比如环境光线的吸光材料,选择性透过需要的光线,起到滤光调色的效果;在微透镜单元103的第一斜面上设置有微结构105,微结构105可以对投影光线在投影屏幕的水平方向和竖直方向上形成不同的扩散角度。粗糙面104可以是在基材层101的表面经过粗糙化处理直接形成的,粗糙化处理的方式包括喷砂处理或模具表面粗糙化处理后,用胶水转印形成结构或者喷涂含有扩散粒子的胶水形成。粗糙面可以进一步的对投影光线进行扩散,起到匀光、增大视角、硬化保护和成像显示的效果。吸光材料包括但不限于各种颜料、染料或者炭黑、黑色氧化铁等,主要起到滤光调色的作用。微结构105可以是多个柱面镜阵列形成的,也可以是椭球状突起阵列形成的,还可以是其它能够实现各项异性光扩散的结构形状。
作为进一步的补充说明,基材层101内还可以设置包含扩散粒子的光扩散材料,以增强光线在投影屏幕内部的散射角度,使投影屏幕亮度显示更加均匀。
作为进一步的补充说明,粗糙面104还可以制作有微细结构,该微细结构用于增大投影屏幕的扩散角度,使得投影屏幕水平方向的扩散角度大于投影屏幕竖直方向的扩散角度,或者增强投影屏幕一些亮度过高区域的扩散能力,降低亮度过高区域的亮度,提高投影屏幕的亮度均匀性。
作为一种补充说明,当基材层101远离光学透镜层102的表面为光滑面时,可以在光滑面上设置减反射材料,比如镀制由高低折射率材料组成的减反射膜,用于减少斜入射的投影光线的反射损失,增强投影屏幕的显示亮度,获得超高清晰的图像;还可以是在光滑面上设置有水平扩散角度大于竖直扩散角度的微结构,使得投影屏幕的水平视角更大,可以获得更大水平观看视场;还可以在光滑面上设置扩散角度各向异性的微结构,即微结构在各个方向上对光线的扩散能力不同,可根据投影屏幕上不同位置亮度的不同进行相应的设置,在投影屏幕亮度高的位置微结构的扩散角度大以降低亮度,亮度低的位置微结构的扩散角度小以保证亮度不降低,提高投影屏幕的显示亮度均匀性、增大有效观看视角。
如图9所示为本发明的一种投影屏幕实施例的断面示意图,投影屏幕包括依次层叠设置的基材层101和光学透镜层102,基材层101远离光学透镜层102的一侧表面设置有粗糙面,光学透镜层102包括在投影屏幕的平面同向排列的截面呈锯齿状的若干单元微透镜103,在单元微透镜103的第一斜面1031上设置有反射层106。反射层106具有镜面反射或者漫反射功能,即反射层106可以是镜面反射层,还可以是漫反射层,无论是镜面反射层还是漫反射层均能够反射光,其区别在于:镜面反射层的表面光滑像镜面,反射光与入射光满足光学反射定理,能清晰成像,一般可以使用电镀方式制作形成;漫反射层的表面略粗糙,反射光往各个方向传输,没有规律,不能清晰成像,一般使用印刷、喷镀等方式制作形成。
作为进一步的补充说明,可以设置反射层106具有一定的透光性,使得进入投影屏幕内部的环境光能够透过反射层,使环境光不被反射到观看区域;还可以在反射层106中加入能够反射红绿蓝三色光、吸收/透过其它颜色可见光的颜料或者染料,以吸收更多的环境光;此两种方式都有效提升投影屏幕的对比度。
作为进一步的补充说明,基材层和光学透镜层之间还可以设置结构层,在结构层内部设置吸光材料和扩散粒子,或者在结构层内部设置吸光材料和扩散微结构,或者在结构层内部设置吸光材料、扩散粒子和扩散微结构,以进一步提升投影屏幕的对比度。
进一步的,基材层101与光学透镜层102之间还可以设置扩散层和着色层,其中,扩散层和着色层可以是相互独立的,层与层之间相互独立,排列位置可以互换;扩散层和着色层还可以是融为一体的,即扩散层和着色层作为一个整体层,即具有着色层的功能,又具有扩散层的功能。
作为进一步的补充说明,扩散层内可以设置扩散粒子和树脂材料,扩散粒子可以均匀分布在扩散层内,也可以杂乱无章的分布在扩散层内,扩散粒子能够使得经过扩散层内部的光线发生散射,为了使得经过扩散层内部的光线散射更均匀,光强分布更均匀,优选扩散粒子均匀分布在扩散层内的设置方式。扩散粒子包括但不限于二氧化硅粒子、三氧化二铝粒子、氧化钛粒子、氧化铈粒子、氧化锆粒子、氧化钽粒子、氧化锌粒子、氟化镁粒子等,它们的粒径优选5nm~200nm。
作为进一步的补充说明,扩散层可以设置成单层弧形柱状微透镜结构,或者多层弧形柱状微透镜结构,通过弧形柱状微透镜的弧形面对光线进行扩散,以增大投影屏幕的观看视场和改善显示亮度均匀性。
作为进一步的补充说明,着色层内部可以设置吸光材料和树脂材料,吸光材料能够吸收不需要的光线比如环境光,选择性透过需要的光线,起到滤光调色的作用,吸光材料包括但不限于各种颜料、染料或者炭黑、黑色氧化铁等。
进一步的,本发明实施例的投影屏幕还可以在反射层106远离光学透镜层102的一侧设置黑色背板,黑色背板可以通过双面胶或者EVA热熔胶与反射层精密贴合在一起,以作为基板,为投影屏幕提供支撑,保护投影屏幕,为后续安装提供便利;还可以在黑色背板的表面上设置黑色涂料,吸收入射到黑色背板上不必要的光线比如环境光,适当提高投影屏幕的对比度;还可以在黑色背板远离反射层的一侧设置挂件,挂件可以通过双面胶粘贴或者螺钉固定的方式固定在黑色背板相应的位置上,为后续的安装提供便利;还可以将使用磁吸材料替代挂件,以便通过磁性吸附方式将投影屏幕安装在墙面上,保持墙面的美观。
进一步的,本发明实施例的投影屏幕四周还可以设置装饰边框,在投影屏幕厚度方向上包裹投影屏幕的各层结构,以起到固定、美化投影屏幕的外观,分割形成投影显示区域的作用。
如图10所示为本发明实施例投影屏幕构成的投影系统的示意图,投影系统20包括投影屏幕10和向投影屏幕10投射投影光线的投影装置Y,投影屏幕10包括反射层106,是正投投影屏幕,投影装置Y发出投影光线G经过投影屏幕10上的各层结构,通过投影屏幕上的若干单元微透镜103形成的微透镜单元的补偿作用后,有效调节投影屏幕上的能量分布,实现光能量在投影屏幕上精确地均匀分布并扩展分布范围,有效提升了光能利用率和能量分布均匀性,降低了对投影装置Y投影光线G强度的要求,即对投影装置Y的技术要求相应的降低了,与投影屏幕10相匹配的投影装置Y制作难度降低、制作成本减少,进而在保证整个投影系统投影显示均匀性的前提下,降低了整个投影系统技术难度,并减少了整个投影系统的成本。
以上仅是本发明的优选实施方式,应当指出的是,上述优选实施方式不应视为对本发明的限制,本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的精神和范围内,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种投影屏幕,其特征在于,投影屏幕上设置有用于控制投影光线传输方向的光学透镜层,所述光学透镜层包括在投影屏幕平面同向排列的对投影光线进行扩散的若干微透镜单元,所述微透镜单元包括若干截面呈锯齿状的单元微透镜,所述单元微透镜包括用于控制光线补偿的第一斜面;以投影光线经所述单元微透镜后出射光线方向与投影屏幕幕平面法线的夹角为所述单元微透镜的扩散角度,以投影光线经过所述微透镜单元形成的扩散角度为所述微透镜单元的扩散角度,若干所述微透镜单元的扩散角度相同,相邻所述微透镜单元紧贴的两个所述单元微透镜的扩散角度之和等于所述微透镜单元的扩散角度;
所述微透镜单元包括n个单元微透镜,以一端边缘处为始端,依次记为1、2……n,n为大于2的整数,所述微透镜单元的扩散角度与所述微透镜单元内第i个单元微透镜的扩散角度满足下述关系公式:
其中:θi为微透镜单元内第i个单元微透镜的扩散角度,i为正整数;
c为微透镜单元的扩散角度。
2.根据权利要求1所述的投影屏幕,其特征在于,投影光线经相邻所述微透镜单元紧贴的两个所述单元微透镜后出射两条光线,以两条光线交点垂直于投影屏幕幕平面的线为轴,两条光线呈对称关系。
3.根据权利要求1所述的投影屏幕,其特征在于,所述微透镜单元中边缘处的两个单元微透镜的扩散角度之和等于所述微透镜单元的扩散角度。
4.根据权利要求1所述的投影屏幕,其特征在于,所述微透镜单元中非边缘处单元微透镜的扩散角度在边缘处两个单元微透镜的扩散角度范围内。
5.根据权利要求1至4任一所述的投影屏幕,其特征在于,所述微透镜单元的扩散角度等于所述光学透镜层对投影光线的扩散角度。
6.根据权利要求1至4任一所述的投影屏幕,其特征在于,还包括与所述光学透镜层相邻的基材层,所述基材层远离所述光学透镜层一侧表面为粗糙面。
7.根据权利要求1至4任一所述的投影屏幕,其特征在于,还包括设置在所述单元微透镜的第一斜面上的对投影光线在投影屏幕水平方向和竖直方向形成不同扩散角度的微结构。
8.根据权利要求1至4任一所述的投影屏幕,其特征在于,还包括设置在所述单元微透镜的第一斜面上的反射层。
9.一种投影系统,其特征在于,包括权利要求1至8任一项所述的投影屏幕以及向投影屏幕投射影像光线的投影机。
CN202210578873.5A 2022-05-26 2022-05-26 一种投影屏幕及投影系统 Active CN114995042B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210578873.5A CN114995042B (zh) 2022-05-26 2022-05-26 一种投影屏幕及投影系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210578873.5A CN114995042B (zh) 2022-05-26 2022-05-26 一种投影屏幕及投影系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114995042A CN114995042A (zh) 2022-09-02
CN114995042B true CN114995042B (zh) 2023-11-03

Family

ID=83029984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210578873.5A Active CN114995042B (zh) 2022-05-26 2022-05-26 一种投影屏幕及投影系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114995042B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1577070A (zh) * 2003-07-22 2005-02-09 佳能株式会社 投影式显示设备
CN1662850A (zh) * 2002-06-27 2005-08-31 大日本印刷株式会社 投影荧光屏和投影显示器
KR20060021755A (ko) * 2004-09-04 2006-03-08 주식회사 엘지화학 후면 투사 스크린
JP2013218073A (ja) * 2012-04-06 2013-10-24 Dainippon Printing Co Ltd 反射スクリーン、映像表示システム
KR20140131194A (ko) * 2013-05-03 2014-11-12 삼성전자주식회사 프로젝터용 스크린 및 이를 포함하는 프로젝터 시스템
CN111624843A (zh) * 2020-07-28 2020-09-04 成都菲斯特科技有限公司 一种光学投影屏幕及投影系统
JP2021063860A (ja) * 2019-10-10 2021-04-22 大日本印刷株式会社 反射型スクリーン、映像表示装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1662850A (zh) * 2002-06-27 2005-08-31 大日本印刷株式会社 投影荧光屏和投影显示器
CN1577070A (zh) * 2003-07-22 2005-02-09 佳能株式会社 投影式显示设备
KR20060021755A (ko) * 2004-09-04 2006-03-08 주식회사 엘지화학 후면 투사 스크린
JP2013218073A (ja) * 2012-04-06 2013-10-24 Dainippon Printing Co Ltd 反射スクリーン、映像表示システム
KR20140131194A (ko) * 2013-05-03 2014-11-12 삼성전자주식회사 프로젝터용 스크린 및 이를 포함하는 프로젝터 시스템
JP2021063860A (ja) * 2019-10-10 2021-04-22 大日本印刷株式会社 反射型スクリーン、映像表示装置
CN111624843A (zh) * 2020-07-28 2020-09-04 成都菲斯特科技有限公司 一种光学投影屏幕及投影系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN114995042A (zh) 2022-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2742880B2 (ja) 面光源、それを用いた表示装置、及びそれらに用いる光拡散シート
US7715096B2 (en) Light diffusing screen
US7349154B2 (en) Reflection type screen
US7453636B2 (en) High contrast optical path corrected screen
US8634136B2 (en) Transmission screen for interactive board
JP2000352608A (ja) 光拡散シート
JP4294306B2 (ja) 光学シート及びこれを用いたバックライトユニット
JP2004004148A (ja) プロジェクションスクリーン用シート、光拡散シート、及びプロジェクションスクリーン
CN114995041A (zh) 一种投影屏幕及投影系统
JPH11120811A (ja) 導光板及びその製造方法、面光源装置、液晶表示装置
JP2004309801A (ja) 光学シート及びこれを用いたバックライトユニット
CN111929976B (zh) 一种投影屏幕及投影系统
CN111929978A (zh) 一种投影屏幕及投影系统
CN112198751A (zh) 一种投影屏幕及投影系统
JPH06301035A (ja) 面光源、それを用いた表示装置、及びそれらに用いるレンズシート
JP2004126376A (ja) 光学ユニット及びこれを用いたバックライトユニット
CN114995042B (zh) 一种投影屏幕及投影系统
CN114690530A (zh) 一种成像显示均匀性高的光学投影屏幕及投影系统
CN111929977A (zh) 一种投影屏幕及投影系统
JP2008139376A (ja) 輝度向上視野角制御光学部材
CN114690531B (zh) 一种成像显示均匀性高的投影屏幕及投影系统
CN115390353A (zh) 一种光学投影屏幕及投影系统
JP2004146383A (ja) レンズシートを用いた面光源
JP2004093588A (ja) 拡散シートおよび透過型スクリーン
WO2022242304A1 (zh) 一种投影屏幕及投影系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant