CN1430097A - 选择反射 - Google Patents

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Abstract

选择反射光学装置包括一个投影屏幕。所述投影屏幕被构造且设置成选择性地仅反射光学波长区域的预设数量窄带的入射光能。

Description

选择反射
技术领域
本发明总体上涉及选择反射，且更具体地涉及用于前投影显示系统，如用在家庭影院或商业应用中的选择反射。
发明背景
作为背景，参见有关偏振屏幕的美国专利号5,335,022和5,148,309。一个增加反差比的现有技术方法是将中性密度吸收放入到屏幕内且适当地增加来自投影仪的光输出以进行补偿。
发明概述
根据本发明，选择反射光学装置包括一个投影屏幕，所述投影屏幕具有被构造且设置成选择性地仅反射光学波长区域的预设数量窄带入射光能的结构。所述结构可包括一种具有一化学成分的光吸收材料，这种化学成分的特征在于在窄带之间的区域内吸收光能，并且所述结构可能包括一种染料或涂料。所述光吸收材料可能包括一个在窄带内反射光能而在其间区域内透射光能的多层干涉涂层，并且包括一个被构造且设置成吸收所透射光能的黑涂层。典型地存在一个被构造且设置成照明投影屏幕的投影光源，所述区域光谱形状对应于投影光源的光谱形状，以达到从投影光源入射的光被投影屏幕高度反射，同时吸收大量的环境光。典型地，窄带大约为蓝色430-490nm、绿色540-560nm及红色620-650nm。典型地所述带小于在全宽度半最大值处中心波长的约10％，且可能小于中心波长的6％。
所述多层干涉涂层可能包括交替的低折射率和高折射率材料的多个层。典型的低折射率材料是SiO2且典型的高折射率材料是TiO2、Ta2O5和Nb2O5。低折射率材料层的厚度典型地约为100nm且高折射率材料的厚度为70nm。典型地，多层干涉涂层具有约为5至50个层以构成一个厚度在约为1000至6000nm范围的涂层。
可能在投影屏幕上存在一个漫射器，所述漫射器被构造且设置成将所反射光导引向预定的观察位置。所述漫射器可能被构成且设置成提供非对称漫射，以将所反射光导引向在水平方向上比垂直方向上具有更大跨距的观察区域。
本发明的一个重要目的是提供一种改善的投影系统。
当结合所附的附图来阅读时，从下述说明中本发明的众多其它特点、目的和优点将变得显而易见，其中：
附图的几个视图的简要说明
图1是作为波长函数的人肉眼对光能灵敏度的图形表示；
图2是示范性多层涂层的表格；
图3是对于所述示范性多层涂层，作为波长函数的反射率的图形表示；
图4是观察角度对所述示范性多层涂层反射率的影响的图形表示；
图5A是一个被放置在根据本发明投影屏幕上的透镜的侧视图；
图5B是微透镜屏幕的前视图；
图6是对于一种示范性染料，作为波长函数的光谱辐射强度的图形表示；
图7是通过一个根据本发明的示范性投影屏幕的断面图，所述投影屏幕仅具有前表面漫射器；
图8A是通过一个根据本发明的示范性投影屏幕的断面图，所述投影屏幕具有简化的结构；
图8B是通过一个根据本发明的示范性投影屏幕的断面图，所述投影屏幕具有前表面和浸入式漫射器。
图9是作为波长函数的经滤光投影仪光的光谱图形表示；
图10是将光学波长与颜色相关联的比色图表；
图11是示例出利用本发明所获得的改善性能的比色图表；以及
图12是经滤光的无用光的实例。
详细说明
现在参考附图，以及更具体地参考图1，其中示出作为光学波长函数的人肉眼对光能灵敏度的图形表示，所述光学波长从处于较短波长的蓝色延伸到处于较长波长的红色，且在中央的绿色达到峰值。
参考图2，其中示出一个表格，所述表格示例出一个典型的多层涂层的实例，所述多层涂层具有所标明材料和所标明厚度的26个层(有些层包括2个亚层)。
图2表格中的涂层被构造且设置成对三个相隔的光能窄带进行反射，与此同时透射并/或吸收其它可见的波长。典型地，在零度入射角(AOI)，从450至490nm反射平均大于90％，从540至570nm平均大于75％，并且从610至650nm平均大于80％。在零度AOI，典型地从500至530nm反射平均小于10％，从500至530nm平均小于20％，并且从580至600nm小于平均20％。在零度AOI，典型地从660至780nm反射平均小于50％。
参考图3，其中示出图2中所示涂层设计的光谱性能的图形表示。
参考图4，其中示出对于零度、7度和15度入射角，作为波长函数的反射率的图形表示，以示例出对于一个典型的涂层设计(不是列在图2中的那个)入射角对反射率的影响。
参考图5A，其中示出放置在投影屏幕上的透镜的侧视图，所述投影屏幕具有一个大的输入透镜11和一个较小的输出透镜12。
参考图5B，其中示出包括所述输入透镜11和输出透镜12的非对称微透镜的布局。
参考图6，其中示出一个作为光学波长函数的染料光谱辐射强度的实例；
参考图7，其中示出通过根据本发明的示范性投影屏幕的横断面，所述投影屏幕由黑色膜13构成，所述黑色膜通过透明粘性层14附着到二色性滤光器层15上，所述二色性滤光器层15反射有用的波长，同时向所述黑色膜透射无用的波长。二色性滤光器层15通过低双折射率的透明粘性层16被附着到偏振器层17，所述偏振器层17透射投影仪光，与此同时基本上吸收环境光。所述偏振器层17通过低双折射率的透明粘性层18被附着到漫射器层19，所述漫射器层19具有非对称性地增加观察角度且降低眩光的表面特性。
参考图8，其中示出与图7所示相类似的根据本发明的投影屏幕的横断面，不同之处是它包括一个在偏振器17和粘性层16之间的浸入式漫射器21。
参考图9，其中示出具有优点的作为波长函数的示范性经滤光投影仪光的光谱，所述优点将在后面加以讨论。
参考图10，其中示出一个具有针对不同颜色的光学波长的比色图表。
参考图11，其中示出颜色性能的比较，其示例出在从(1)投影线(projector)在白色屏幕上，(2)经滤光的投影线在白色屏幕上，以及(3)在根据本发明屏幕上的经滤光的投影线的改进中改善的颜色性能。观察到：由点3所包围的色三角形(color triangle)的面积大于由点1和2所包围的色三角形面积，其中所述点3对应于在根据本发明屏幕上的经滤光的投影仪。
参考图12，其中示出对于顶篷安装的投影仪情况下，经滤掉的无用光的示意性实例。从主投影仪束中出来的经滤光的光被从投影仪中放射出，用于普通室内照明的目的。
在已经说明了某些结构性特性和光学概念之后，现在适合于考虑本发明更详细的结构性特性和优点。
本发明提供一个高反差前投影的视频系统，当存在大量环境光如在被照明房间内时，所述系统特别地具有优点。所述高反差投影屏幕将投影仪的光反射回到观众，而不反射来自房间的大量环境光。典型地，这通过下述方法得以实现，即(1)反射蓝色、绿色和红色投影仪光的窄带峰值，而吸收其它波长，如在更宽带环境光谱中的那些波长的光能，(2)反射来自偏振投影仪的光，而吸收大部分未偏振环境光，以及(3)通过透镜化(lensing)和/或漫射，将来自投影仪屏幕的经反射的投影仪光导引到观察区域，而不接受来自离轴的环境光。这些特性不仅改善了反差比，而且如上所示反射原色的窄带峰值改善了颜色。
一个用于获取波长选择反射的方法是采用一种染料或涂料，所述染料或涂料基于其化学组成、作为波长的函数吸收光能。第二个方法是采用如图2所示的多层干涉涂层，所述涂层反射窄带蓝色、绿色及红色，而透射其它波长的光能。在所述干涉涂层后面的黑色涂层吸收所透射的其它波长的光能。优选地，波长选择性涂层的光谱形状与投影仪光源的光谱形状相匹配，且反射具有高强度的原色。与投影仪光源的光谱相匹配获得投影仪光的高度反射，同时吸收大量的环境光。通过选择性地反射具有高强度的原色，则通过在绿色中除去黄色杂质、在红色中除去橘黄色且将蓝色峰值向色三角形的蓝色角移动，有效地获得较大的色域。
对于基于红-绿-蓝(RGB)，即三原色的彩色投影仪，优选地，用于在屏幕处反射的波长区域大约是(蓝色)450-490nm、(绿色)540-570nm以及(红色)610-650nm。使这些区域变成更窄将增加光谱选择性的有效性。优选地，其它波长的光能在屏幕处被吸收。
说明波长选择性能的另一个方法是通过反射带的狭窄性。优选地，所述带不宽于中心波长(在全宽半最大值，FWHM)的约10％，以得到至少一些反差改善。优选地，所述带不宽于中心波长的6％，以得到较大的反差改善效果。因为如图1所示，眼睛对接近绿色波长的光最为敏感，所以这些宽度准则主要适用于绿色峰值。红色和蓝色峰值的宽度并没有必要变得重要。
多层干涉涂层，也被称为多层电介质涂层或二色性涂层的包括许多层交替变化的低折射率和高折射率材料，如图2所示典型地为25。这些典型地是在真空室内被溅射淀积的电介质(非光吸收)材料。典型的低折射率材料是SiO2。典型的高折射率材料是TiO2、Ta2O5和Nb2O5。通过为每个层选择合适的厚度，在图2中示出实例，在层之间的小反射可以导致相长地或相消地以光学波长为函数进行干涉。这个结构允许光对光能的每个波长按照所需的那样或者被反射或者被透射。对于低折射率材料所述层的典型厚度大约平均为100nm，且对于高折射率材料为平均70nm。为了获得适当的根据本发明的窄带峰和谷，优选地存在5至50层。典型地总涂层厚度处于大约1000至6000nm的范围。图2示出具有层厚度的根据本发明的多层干涉涂层的实例。图3示出图2中所示设计的光谱性能(没有漫射器)。
二色性涂层的光学性能与入射到其上的光的入射角(AOI)有关。图4示出在整个典型的投影仪屏幕几何形状范围内改变AOI的影响。在这个实例中，典型地投影仪被安装在顶蓬上。最小角大约为零度且出现在屏幕的偏上中心处。最大角大约为15度且出现在屏幕的左下侧和右下侧。实际上，沿着屏幕可见的差异并不如图4所示变化的那么大，部分地是因为漫射器趋向于将角度平均化，以便于所有的位置具有更相似的角度范围。
可以采用各种方法来降低高入射角的光对干涉涂层的影响。屏幕可以被非均匀地涂镀，以便于在屏幕上的每个位置具有一个预偏移(pre-shifted)的涂层，其补偿在那个位置上的入射角。另一方法是将屏幕弯曲以便于角度保持更接近恒定。
环境光大部分以相对高的角度进入。在高角度时，绿色峰值显著地向左偏移，以便于反射下降(dip)出现在绿色中。因为人眼对绿色较其它颜色更为敏感，所以偏移显著地降低了在屏幕上所见的环境光量，并且由此有助于改善反差比。另一个与角度相关的考虑是在图4的极右侧的偏移。在高角度时，在远红色(660至750nm)的光移向近红色(630至650nm)，并且将使屏幕整个看起来太红。通过使涂层被构造且设置成在远红区域具有相对低的反射，则这个影响被降低。
二色性涂层可以按小批量处理来进行，或采用滚式涂层机器，利用大的辊式涂料器在薄的塑料膜上产生多层干涉涂层。所述涂层可以成对的高及低折射率材料被双向地淀积。在每对中的材料厚度之间可能存在恒定比(由相对淀积速度来决定)。每次经过涂层机器允许涂层速度的变化，其导致对于具有“n+1”层的涂覆，具有n个独立变量，而同时对于所有材料在所有时间内允许高的淀积速度。
通过沿着典型的电介质材料采用固有吸收材料(例如Si和Nb)的层，后吸收层可以被取消，而对相同光学效果，涂层可以被做成大约为厚度的一半，从而降低了成本。另外，涂层可以直接地淀积在吸收基片上或材料的吸收层可以被直接地淀积在电介质材料下面的基片上。
采用干涉涂层的另一个方法是将涂层从其原始基片转移到另一基片背面上。这允许取消PET基片，从而使屏幕更薄且更易卷起(rollable)。所述涂层可以被转移到内部漫射器的后面或转移到偏振器，所述的漫射器与偏振器典型地是这种材料(CTA或聚碳酸酯)，其由于其释气(outgassing)及差的涂覆粘附性而不能被直接地干涉涂镀的。
根据本发明的高反差投影屏幕的另一特点是将所反射光导引向观察位置的漫射器。所述漫射器可能是表面漫射器或具有纹理的体漫射器。典型地所述表面漫射器这样制成：通过利用全息或数字控制制造工艺以蚀刻一个母片，所述母片随后被用来在薄的紫外线固化涂层上浮雕出一个表面图案。透镜的(柱面微透镜)图案起到漫射器的作用，并且对于隐藏接缝是有利的。体漫射器典型地是通过将具有略微不同折射率的不融和材料混合而制成，以便于小颗粒或透镜被形成在材料的体中。具有纹理的前表面可以有助于避免前表面眩光。
在水平和垂直方向(X和Y)上的非对称漫射是有利的，因为水平方向典型地覆盖更大的观察面积以解决水平屏幕的几何形状及观察位置的水平分布概率。体或表面漫射的方法可以提供在X和Y方向上的非对称漫射。制造非对称漫射器的其它方法包括添加定向性玻璃纤维以便于在玻璃纤维和将其捕获的塑料或粘性基质(adhesive matrix)之间存在折射率差异、添加窄空气室以便于空气在塑料或粘性片内部形成柱面透镜，并且采用具有在表面上浮雕或刷有线条的塑料片。
在观察者方向(z)的非对称性也可能是有利的，且可能利用一个将入射光聚焦的微透镜来获得，如图5A和5B所示，以便于当所述入射光从屏幕上被反射时，它通过一个相对小的具有高漫射或束扩散的点。这个z非对称性增加了反差比且降低了大角度对多层干涉涂层的影响。如图5B所示，Z非对称性可通过连续地改变作为它们位置的函数的屏幕上的微透镜来实现。获取z非对称性的另一方法是将高折射率材料的粗糙表面取向，以便于将凸起(bump)背对于(face awayfrom)投影仪。这个安排导致离开屏幕的光被漫射比进入屏幕的光要小。实现这种屏幕的一个简单方法是在粗糙表面和二色性表面之间形成一个内部气隙。另一种方法是采用一种低折射率的粘性剂来粘接粗糙的高折射率材料以形成一个浸入式的表面漫射器。每个为低折射率粘接剂(在1.41的硅树脂压敏粘接剂)和粗糙高折射率材料(在1.58的聚碳酸酯)的两个层可能有利于获得足够的漫射。更高的凸起或更大的折射率差异可能允许从浸入式漫射器的一个层获得足够的漫射。另一个制造浸入式漫射器的方法是采用高折射率粘性剂和低折射率凸起。热塑性粘接剂可以达到高达1.71的折射率。
反眩光涂层可以通过制成一个粗糙或带有纹理的表面来获得。通过单独采用多层干涉抗反射(AR)涂层或者采用与抗眩光涂层相结合，可以取得在降低眩光方面的改善。
利用大屏幕上的线偏振器可以取得有利的偏振滤光。优选地对于所有的三原色，在相同的方向上投影仪被偏振.典型的透射性液晶显示(LCD)投影仪没有按照这个方法被偏振且通过利用1/2波延迟器旋转绿光偏振而被修改。在数字微镜设备(DMD)投影仪中，偏振恢复系统可以被用来保持高的光通过量，而同时使三原色被偏振。另一方法是使用固有地对于所有的三原色具有相同偏振的硅上液晶(LCOS)。
典型地偏振膜通过将聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)拉伸然后将其染色而获得以透射一个偏振光而吸收其它偏振光。所述聚乙烯醇典型地具有约0.001英寸厚。在一个或两个侧面上，三乙酸纤维素(cellulose triacetate，CTA)或乙酸丁酸纤维素(celluloseacetate butyrate，CAB)层被添加以保护且加强偏振器。这些保护层典型地每个具有至少0.001英寸厚。“双折射”是说明沿着材料不同方向的不同折射率的材料特性。用在屏幕上的塑料膜材料优选地具有受控的双折射以保持合适的偏振。为了防止未受控制的双折射，所述膜可以被这样定向以便于双折射并不引起来自投影仪的偏振光的旋转。另一方法是采用具有非常低的双折射的基片材料，如CTA或CAB。具有非常低双折射的特殊粘接剂也可以被使用。更具体地，优选地，在二色性滤光器前面的漫射器基片和粘接剂具有受控的双折射。用于二色性滤光器的基片和二色性滤光器后面的粘接剂不需要具有受控的双折射，因为通过这些后面材料的光被放弃。
“消光系数”是这样的一个测量值，即通过其偏振轴被垂直排列的两个偏振器的光量除以通过其偏振轴被平行排列的两个偏振器的光量。一个适中的消光系统可被接受，以从在投影仪屏幕中包括一个偏振器中获取大的益处。低成本的偏振器，如用于太阳镜或玩具级别的偏振器，用于本发明已经足够。
在屏幕中获取光谱选择性的另一方法是采用相位延迟器，所述相位延迟器能够控制作为波长函数的偏振方向。所述相位延迟器可以被放入到投影仪中，且可能包括一个或许多元件。当红、绿和蓝色被旋转成为(例如)垂直偏振时且其它颜色被旋转成为水平偏振时，获得有益的偏振状态。在屏幕上的偏振器被定向，以便于它选择性地允许红色、绿色及蓝色的反射而同时吸收其它颜色。未偏振的环境光被部分地吸收，这样反差比及颜色的改善与从多层干涉涂层所获得的改善相似。这个方法可以单独被使用，或者与多层干涉涂层共同使用。相位延迟器也可以被放入到屏幕内以进一步修正或增强光谱选择性的效果。
获取波长选择性的另一方法是中投影屏幕的一个或多个层上采用着色剂。选择具有特定吸收光谱的着色剂仅允许所需波长的光能被从投影表面反射。因为波长吸收材料在宽范围的入射角度时具有相同的效果，所以它们有利于限制在投影系统中的无用环境光源，其中大范围的源角度(来自窗、灯、反射性表面及其它光源)是常见的。通过将着色剂作为一个单独层结合进入屏幕结构中，或者通过将现存的元件(如最外面的漫射层)染色，可以获得反差比的一个递增性增加。所述染色剂可以与其它现存的波长选择性装置，如二色性涂层联合使用，以便于或者增强滤光质量，或者取得最终屏幕产品的一个更理想的视在色。着色剂的反射光谱没有必要与所需的源颜色(例如，窄带蓝色、绿色和红色)的整个范围精确地对应以改善反差比。例如，吸收无用青色或橘黄色但也吸收一些所需绿色的着色剂可以得到反差比的纯增加。通过采用有机或合成染料(仅负责吸收)，或者采用颜料(产生一些散射和反射的不溶颗粒)，可以获得颜色。这种可用性允许大范围的应用，这包括用于屏幕构建中的预处理聚合体，以及在屏幕构建期间或之后的表面涂覆层。图6示出一种染料实例的光谱特性，其在合适的波长内取得了一定程度的光谱选择性。
参考图7，其中示出本发明的一个有利实施例。顶层31是一个被淀积在CAT32上的全息母板的漫射器(holographically-mastereddiffuser)。然后利用低双折射的透明粘接剂将这个层附着到基本上为平光谱性能的偏振器层33上。然后利用另一层低双折射透明粘接剂将所述偏振器层33附着到二色性滤光器34上。所述二色性滤光器34典型地包括在polyester terephlate(PET)膜上的SiO2和Nb2O5喷溅涂层。二色性滤光器34被附着到黑色PET膜36上。典型的厚度如下：0.003英寸漫射器、0.001英寸粘按剂、0.001英寸偏振器、0.001英寸粘接剂、0.003英寸二色性于PET膜上。0.001英寸粘接剂及0.001英寸黑PET。总厚度大约为0.011英寸，这个厚度足够薄可以允许屏幕容易地卷起及展开。
参考图8，其中示出其特征为成本及厚度降低的本发明更先进型式的两个实例。在图8A中，顶层是被直接淀积在偏振器42上的全息母板的漫射器涂层41。二色性滤光器43包括吸收材料且被直接淀积在偏振器42的底部。典型的厚度如下：远小于0.001英寸漫射器、0.003英寸偏振器、远小于0.001英寸二色性涂层。因此总厚度大约为0.003英寸。在图8B中，包括一层浸入式表面漫射器。在图7和图8的极端之间，通过仅结合图8中的一些先进方法，可以实现各种组合。
图8B中所示的结构将漫射器主要放在偏振器的后面。这个结构带来更高的“反差比改善”(CRI)，因为环境光在被偏振器部分地吸收之前没有机会直接从漫射器反射。在这个实施例中，顶层凸起仍然被用来防止表面眩光。所述浸入式漫射器可以是具有X-Y非对称特性的体或表面类型。
在本发明的一个形式中，采用窄带光源是有利的。所述源可以是气体或半导体二极管激光器。在贯穿本发明的大部分说明中，所规定的波长已经是基于一个具体的投影仪实施例，所述实施例采用UHP灯泡来构成光源。如果采用不同的光源，则波长可以被适当地加以调节。更具体地，绿色波长可以被偏移到一个接近约520nm的更纯绿色。来自典型投影仪(具有去除UHP黄色峰值的附加滤光)的输入光谱被示于图9，所述光谱适合于用在波长选择性投影屏幕中。UHP灯泡趋向于红色不良，因此将UHP灯泡与另一窄带红色源相结合是有利的。大量LED可以被使用以提供红光。另一个源可以是经滤光的钨丝灯泡。所述CRI可以被用作一种对根据本发明的高反差投影屏幕效果的测量。利用合理的窄带投影仪光，典型的黄色被滤掉的超高压(UHP)汞汽灯，示范性高反差屏幕的被测量的CRI取决于所需的扩展量在约3.5至4.5之间变化。对于约垂直45度X水平65度(全角、半功率)的典型扩展角，CRI为4是合理的。这些数字是针对一个具有良好照明的房间，其中白色屏幕具有10比1的反差比，此反差比使图片难以被看到。在那种情况下，新系统将反差比改善到约为40比1，这个反差比对于前投影系统是一个令人满意的等级。在黑暗的房间内，本发明仍然提供颜色的改善，并且吸收大量的被屏幕反射且被从墙壁弹回的投影仪杂光。当那个光被从墙壁反射出来时，其被大大地去偏振，因此在屏幕上的偏振器在改善反差比方面仍然是有用的。同样，从墙壁被反射出来的光被大大地再次导引到高角度，在此屏幕二色性涂层和漫射层被构造且设置成避免返回的环境光到达观察者。
为了得到一个更窄带的光源，投影仪可以被滤光。这改善了颜色，但是代价是浪费了一些光。如果这个浪费的光(有可能利用附加的滤光以使其更白)作为环境光被用来为房间照明，则它将主要地被波长选择性屏幕吸收。这个装置被示于图12。同样，环境光，如房间光线或窗子可以被滤光，以便于只允许将被屏幕吸收的波长。在房间光线的情况下，滤光器可以被直接地淀积到灯泡上或单独地安装在灯泡的前面。在窗子情况下，滤波器涂层可以是一种染料或者是部分塑料膜如挡阳光的窗膜，或者它可以与其它设备如窗帘组合。
参考图10，其中示出具有标注颜色和指示对应波长的比色图表。参考图11，其中示出颜色改善的效果。标明“1”的三角形是在由Viewsonic PJ1060投影仪(具有经修正的偏振及典型的用于高反差的设置)所产生的白色屏幕上的色域。标明“2”的三角形示出相同情形的色域，不同之处是在投影仪的输出处添加一个适中的窄带RGB滤光器。标明“3”的三角形示出另外附加有根据本发明的波长选择投影仪屏幕的色域。在这个实例中，添加窄带滤光器和屏幕带来53％的色域面积改善。
图11示出这个发明已经将蓝色点从约U′＝.18，V′＝.13移动到约U′＝.21，V”＝.08。这个变化表示使蓝色变成带紫色的偏移。为了校正蓝色并且为了获取一个更大的色域，有利的是降低在430至450nm范围内的反射。这个降低可以通过适当的多层涂层结构或通过采用染料来实现。当仅反射环境光时，改变蓝色将趋向于使屏幕所需的中性灰或略微带紫色的降级。其它变化，如降低绿色反射量，可以有利于保持合适的环境颜色。
根据本发明的高反差投影屏幕显著地增加反差比并且改善颜色。多层干涉涂层在波长选择时在获取陡的切入(cut on)及截止(cut off)斜率方面是有利的。同样，可利用任意位置用于切入及截止。这个特点允许更佳的颜色及反差比的调节。着色剂如染料提供对进入及出去光的角的普遍非敏感性，从而使它们特别有利于投影屏幕环境。
可以使用多种方法来降低高入射角光对干涉涂层的影响。一个方法是对屏幕进行非均匀地涂覆，以便于屏幕上的每个位置具有一个预先偏移(preshifted)的涂层，补偿在那个位置处的入射角。另一个方法是将屏幕弯曲，以便于角度保持更加几乎恒定。优选地是：一个已知的源光谱功率密度的灯与具有所需发射特性的着色屏幕相匹配。除了RGB的其它原色方案可以被采用以产生一个全色显示。事实上，许多颜色可以从两原色系统中建立。另一个方法是仅采用一个颜色来实现单色显示。所述单色系统可以被以二色性的较少层设计或可以被设计成增强比全色系统大的反差。
另一个采用多层干涉涂层的方法包括下述方法：从基片上去除涂层薄片，将它们研磨成更小块，并且将它们放入到粘合剂中以制成涂料。这个方法的优点是：沿着屏幕更加改善的涂层均匀性，以及增加的来自干涉涂层薄片的漫射，所述漫射可以允许取消内部漫射器。
显然的是：那些本领域的技术人员现在可以对此处所公开的具体装置和技术进行使用及修改并且偏离此处所公开的具体装置和技术，而不偏离发明的概念。因而，本发明被解释成包含此处所公开的装置和技术中所存在或由其所拥有的每个新颖特点及新颖特点的组合，且仅由所附加的权利要求的实质及范围所限制。

Claims (68)

1.选择反射光学装置包括，
一个投影屏幕，
所述投影屏幕具有被构造且设置成选择性地仅反射光学波长区域的预设数量窄带的入射光能量的结构。
2.根据权利要求1的选择反射光学装置，其中所述结构包括一种具有一化学成分的光吸收材料，特征在于吸收所述窄带之间区域内的光能。
3.根据权利要求1的选择反射光学装置，其中所述结构包括一种具有一化学成分的光吸收材料，特征在于吸收除所述窄带之外的区域内的光能。
4.根据权利要求2的选择反射光学装置，其中所述材料为染料。
5.根据权利要求2的选择反射光学装置，其中所述材料为涂料。
6.根据权利要求1的选择反射光学装置，其中所述结构包括一个在所述窄带内反射光能而在其间区域内透射光能的多层干涉涂层。
7.根据权利要求6的选择反射光学装置，其中所述材料包括一个被构造且设置成吸收所透射能量的涂层。
8.根据权利要求7的选择反射光学装置，其中所述涂层为黑色。
9.根据权利要求1的选择反射光学装置，且其进一步包括，
一个被构造且设置成照明投影屏幕的投影光源，
所述光源提供在对应于所述带的频率区域的投影光，以达到从投影光源入射的光被从投影屏幕高度反射同时吸收大量的环境光。
10.根据权利要求1的选择反射光学装置，其中所述窄带大约为蓝色450-490nm、绿色540-570nm及红色610-650nm。
11.根据权利要求1的选择反射光学装置，其中所述窄带小于在全宽度半最大值处中心波长的约10％。
12.根据权利要求11的选择反射光学装置，其中所述窄带小于中心波长的6％。
13.根据权利要求6的选择反射光学装置，其中所述多层干涉涂层包括交替的低折射率和高折射率材料的多个层。
14.根据权利要求13的选择反射光学装置，其中所述低折射率材料是SiO2且所述高折射率材料则来自由TiO2、Ta2O5和Nb2O5构成的组。
15.根据权利要求13的选择反射光学装置，其中所述低折射率材料层的厚度约为100nm且高折射率材料的厚度为70nm。
16.根据权利要求15的选择反射光学装置，其中所述多层干涉涂层具有约为5至50个层以构成一个厚度在约为1000至6000nm范围的涂层。
17.根据权利要求1的选择反射光学装置，且其进一步包括一个在所述投影屏幕上的漫射器，所述漫射器被构造且设置成将所反射光导引向预定的观察位置。
18.根据权利要求17的选择反射光学装置，其中所述漫射器被构造且设置成具有一个透镜的图案。
19.根据权利要求17的选择反射光学装置，其中所述漫射器被构成且设置成提供非对称漫射，以构造且设置成将所反射光导引向在水平方向上比垂直方向上具有更大跨距的观察区域。
20.根据权利要求1的选择反射光学装置，且其进一步包括一个在所述投影屏幕上的线偏振器，
在所述所选择的范围内所述光能量源发射与所述线偏振器相同方向上偏振的光。
21.根据权利要求1的选择反射光学装置，其中所述投影屏幕被构造且设置成选择性地仅反射光学波长区域的预设数量窄带的入射光能，并且显著地衰减被包含在所述预定数量窄带内的频率范围以外的光学波长区域内的入射光能的反射。
22.根据权利要求21的选择反射光学装置，其中所述投影屏幕结构包括一个单独吸收层，被构造且设置成吸收被包含在所述光学波长区域的预定数量窄带内的频率范围以外的波长的入射光能，其在被构造且设置成反射所述光学波长区域的预设数量窄带的入射光能的窄带反射层后面。
23.根据权利要求21的选择反射光学装置，其中所述投影屏幕结构包括一个主要为透射层的多层干涉涂层，所述透射层反射在所述光学波长区域的预设数量窄带内的入射光能，而透射在被包含在所述预定数量窄带内的频率范围以外的能量。
24.根据权利要求23的选择反射光学装置，其中所述结构包括多重吸收层，所述吸收层被结合在所述多层干涉涂层内。
25.根据权利要求23的选择反射光学装置，其中所述投影屏幕结构包括一个在窄带反射层后面的吸收层。
26.根据权利要求23的选择反射光学装置，其中所述多层干涉涂层被构造且设置成在绿光波长处具有相对低的反射，用于与投影光源协作，比较可见光谱的其它区域，所述投影光源发射出过量的绿光。
27.根据权利要求1的选择反射光学装置，且其进一步包括，
一个光能源，所述光能源被构造且设置成仅发射在所述光学波长区域的预定数量窄带内波长的光。
28.根据权利要求27的选择反射光学装置，且其进一步包括：
一间拥有所述光能源和所述投影屏幕的房间，具有包含一个光学波长宽带的环境照明，
所述投影屏幕被构造且设置成显著地衰减在所述光学波长宽带内但是不在所述光学波长区域的预定数量窄带内的来自所述环境照明的入射能量。
29.根据权利要求27的选择反射光学装置，且其进一步包括，
一间拥有所述光能源和所述投影屏幕的房间，具有包含一个光学波长宽带的环境照明，但是在所述光能的预定数量窄带内具有降低的能量，
所述投影屏幕被构造且设置成显著地衰减在所述光学波长宽带内但是不在所述光学波长区域的预定数量窄带内的来自所述环境照明入射的能量。
30.根据权利要求21的选择反射光学装置，其中所述投影屏幕包括一个在所给定方向上偏振的偏振层。
31.根据权利要求30的选择反射光学装置，且其进一步包括：
一个光能源，其发射在与所述偏振层的偏振方向相同的方向被偏振的光。
32.光学装置包括，
一个投影屏幕，
一个光能源，其被构造且设置成把在光学波长区域的预定数量窄带内的光能投影到所述屏幕上，
一个环境光源，其特征在于一个光学波长的宽带，
所述屏幕被构造且设置成显著地衰减在所述光学波长宽带内但是不在所述光学波长区域的预定数量窄带内的入射环境光。
33.一种投影屏幕，其具有包括定向玻璃纤维材料的至少一个非对称漫射层，被构造且设置成在所述玻璃纤维和包围所述玻璃纤维的所述材料之间存在折射率差异。
34.一种投影屏幕，其具有一个反射层
以及一个漫射层，特征在于在垂直于所述屏幕平面的z平面上的非对称性，使通过所述漫射器层向所述反射层传播的光比从所述反射层通过所述漫射层的被反射回去的光被漫射较小。
35.根据权利要求34的投影屏幕，其中所述漫射层包括一个微透镜结构，所述结构具有多个被如此构造且设置的微透镜，以便于所述微透镜的形状作为微透镜在投影屏幕平面上位置的函数被连续地改变，以产生所述非对称性。
36.根据权利要求34具有前面的投影屏幕，其中所述漫射层包括形成有带有凸起的粗糙表面的高折射率材料，所述凸起背对于首先接受入射光能的投影屏幕前面。
37.根据权利要求36的投影屏幕，且其进一步包括一个被粘接到所述高折射率材料上的低折射率层。
38.根据权利要求37的投影屏幕，其中所述低折射率层来自由凝胶体和液体所组成的组。
39.根据权利要求34具有前面的投影屏幕，其中所述漫射层包括一种低折射率材料，所述材料具有带有凸起的粗糙表面，所述凸起背对于接收入射光能的所述屏幕的所述前面，被粘接到高折射率材料层上。
40.根据权利要求39的投影屏幕，其中所述高折射率层来自由凝胶体和液体所组成的组。
41.在一种由塑料膜材料和至少一种粘接剂所组成的屏幕中，其中有些所述的塑料膜包括频率选择滤光器、至少一个粘接剂和在所述频率选择滤光器之前的塑料膜材料，其具有来自下述组的特性(a)低的双折射以及(b)基本上均匀的双折射且被定向以用于一个所需偏振光的最大透射。
42.一种投影光源包括，
第一光源，其在光学频率的第一相对宽的范围上发射光能，以及
第二光源，其被构造且设置成在一个光学频率的窄频率范围上发射光能，所述窄频率范围显著地小于所述宽范围。
43.根据权利要求42的光投影仪，其中所述窄频率范围处于这样一个区域之内，在所述区域上所述第一光源比较其它频率区域辐射少的能量。
44.根据权利要求42的光投影仪，其中所述窄频率范围对应于红色。
45.根据权利要求42的光投影仪，其中所述第二光源包括多个光发射二极管。
46.根据权利要求42的光投影仪，其中所述第二光源包括一个经滤光的钨丝灯泡。
47.一种光投影系统包括，
一个偏振光源，其特征在于在第一方向上在预定数量的窄频率区域内光能量的偏振，以及在第二方向上在所述窄频率区域之间的频率区域内的光能量的偏振，
一个具有偏振器的屏幕，其被构造且设置成以便于在所述窄频率区域内光能量被反射且在其它频率区域内被至少部分地吸收。
48.根据权利要求47的投影系统，其中所述投影屏幕包括一个多层干涉涂层。
49.根据权利要求47的投影系统，其中所述投影屏幕包括相位延迟器。
50.根据权利要求43的投影系统，其中所述偏振光源包括相位延迟器。
51.根据权利要求6的选择反射光学装置，其中所述涂层被以成对的高和低折射率材料双向地沉积。
52.根据权利要求9的选择反射光学装置，其中所述投影光源包括一个数字微镜设备投影仪，所述投影仪提供三原色及偏振恢复系统，被构造且设置用来提供高的光通过量同时使三原色被偏振。
53.根据权利要求9的选择反射光学装置，其中所述投影光源包括一个硅上液晶投影仪，所述投影仪提供具有相同偏振的三原色。
54.根据权利要求1的选择反射光学装置，其中所述投影屏幕结构被构造且设置成降低在430至450nm范围内的反射。
55.根据权利要求54的选择反射光学装置，其中所述投影屏幕结构被构造且设置成降低基本上在436nm的反射。
56.根据权利要求1的选择反射光学装置，其中所述投影屏幕结构被构造且设置成改变所反射光的光谱形状，以保持合适的环境颜色。
57.根据权利要求6的选择反射光学装置，其中所述涂层被非均匀构造且设置，以便于在屏幕上的每个位置具有一个预先偏移的涂层，其补偿在那个位置处光的入射角。
58.根据权利要求1的选择反射光学装置，其中所述投影屏幕被弯曲，以便于到屏幕上的光入射角几乎是恒定的。
59.根据权利要求6的选择反射光学装置，其中所述涂层包括一个在第二基片上的干涉涂层，所述干涉涂层被转移自第一基片。
60.根据权利要求9的选择反射光学装置，其中所述环境光被滤光，以便于去除在所述预定数量窄带中的光。
61.根据权利要求60的选择反射光学装置，其中所述环境光源包括一个经滤光的灯泡。
62.根据权利要求9的选择反射光学装置，其中所述投影光源被构造且设置成也提供环境光，所述环境光具有在所述预定数量窄带之外的光谱成分。
63.根据权利要求1的选择反射光学装置，其中当被组合时，所述窄带提供一个可见的全色光谱。
64.根据权利要求9的选择反射光学装置，其中所述窄带的波长范围被优化用于在相关投影仪中的非UHP灯泡。
65.根据权利要求9的选择反射光学装置，其中所述窄带的反射从带到带变化，以补偿在所述相应频率区域内所述投影光源变化的输出水平。
66.光学装置包括，
一个投影屏幕，
一个光能源，其被构造且设置成将在光学波长区域的预定数量窄带内的光能投影到所述屏幕上，
一个环境光源，其特征在于一个光学波长的宽带，而在光能的所述预定数量窄带内具有降低的能量，
所述屏幕被构造且设置成显著地衰减在所述光学波长宽带内而不是在所述光学波长区域的预定数量窄带内的入射环境光。
67.根据权利要求56的选择反射光学装置，其中所述变化是绿光反射的减少。
68.根据权利要求60的选择反射光学装置，其中窗着色或在所述窗前面附着或放置一个膜可以提供经滤光的环境光。
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