WO2022242303A1 - 一种投影屏幕及投影屏幕汇聚点变化拟合方法 - Google Patents

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WO2022242303A1 PCT/CN2022/082443 CN2022082443W WO2022242303A1 WO 2022242303 A1 WO2022242303 A1 WO 2022242303A1 CN 2022082443 W CN2022082443 W CN 2022082443W WO 2022242303 A1 WO2022242303 A1 WO 2022242303A1
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张益民
胡世加
王起飞
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Abstract

一种投影屏幕及投影屏幕汇聚点变化拟合方法，投影屏幕上设置有用于汇聚投影光线的微结构层，所述微结构层包括在投影屏幕的平面方向上呈同心圆环状排列的截面呈锯齿状的若干单元透镜，每个单元透镜分别将投影光线汇聚至一个汇聚点，所有的汇聚点都处于垂直于投影屏幕的同一直线上，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径变化而连续变化。本发明所述的投影屏幕优化出了更加合理的投影光线汇聚方案和汇聚位置，有效提升了观看视场范围，在一个区域大范围的观看视场中有效提高观看亮度以及亮度均匀性，降低了对观看者位置的限制，提升观看体验。

Description

一种投影屏幕及投影屏幕汇聚点变化拟合方法
本申请要求于2021年5月19日提交中国专利局、申请号为202110543545.7、发明名称为“一种投影系统的设计方法”的中国专利申请的优先权，并要求于2021年5月19日提交中国专利局、申请号为202110543543.8、发明名称为“一种投影系统的设计方法”的中国专利申请的优先权，并要求于2022年3月10日提交中国专利局、申请号为202210235067.8、发明名称为“一种投影屏幕及投影屏幕汇聚点变化拟合方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
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屏幕汇聚点变化拟合方法。
背景技术
投影显示系统中需要有投影机和投影屏幕，投影屏幕的作用是将投影机发出的图像进行成像和对投影光强进行重新分布，而投影屏幕对投影光强的重新分布需要依靠屏幕上的各种微细结构对投影光扩散、汇聚或根据需要控制光的传输方向，以满足不同观看视场的需求。现在的投影屏幕广泛存在的问题之一是在不同的观看位置，屏幕显示的亮度差异性很大，不像LCD或LED屏幕在很大的视场范围内显示亮度都不会有较大差异，所以投影屏幕与LCD或LED的差距之一就是投影屏幕上不同观看视场下，观看者感受到的亮度不均匀，极大的影响了观看者的视觉体验。另外在时下流行的短焦距投影应用中，观看者感受到的投影屏幕的视场相较于LCD或LED也较小。
一般投影系统的设计方法都是通过投影屏幕上的微细结构将投影光线 汇聚到投影屏幕几何中心的正前方，比如国内专利申请公布号为CN109917613A的专利文件中就描述了利用菲涅尔透镜的透镜面将投影光线汇聚到屏幕几何中心的正前方3米位置，如图1所示，这种技术方案在实际应用存在的问题是只有位于屏幕几何中心的正前方3米位置的观看者看到的屏幕亮度为最高，其它位置的观看者能够接收到光线则极少，看到的屏幕亮度会非常低，并且在其他位置时所观看到的屏幕亮度分布极不均匀，现有技术只能在观看者眼睛视线高度刚好在投影屏幕汇聚点的高度位置时，才能看到较亮的图像，而对于身高更高或更低的观看者，由于观看者眼睛的视线偏离了投影屏幕的汇聚点，不能接收到较多的光线，所以观看到的图像亮度就很低，造成投影系统的观看视场也就很小。
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，解决目前技术中传统的投影屏幕视场较小，对观看者的位置要求高，只有小区域的最佳观看范围，偏离于最佳观看位置就会出现观看亮度极低、屏幕亮度极不均的问题。
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汇聚投影光线的微结构层，所述微结构层包括在投影屏幕的平面方向上呈同心圆环状排列的截面呈锯齿状的若干单元透镜，每个单元透镜分别将投影光线汇聚至一个汇聚点，所有的汇聚点都处于垂直于投影屏幕的同一直线上，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径变化而连续变化。
本发明所述的投影屏幕具有变化的投影光线汇聚点，汇聚点具体随着单元透镜的半径变化而变化，所述微结构层呈环形菲涅尔透镜形状，能对投影光线起到有效的汇聚作用，通过设计单元透镜的节距、高度以及透镜 表面倾角能够控制每一个单元透镜对投影光线的汇聚焦点，相比于现有技术中整个投影屏幕将投影光线汇聚至单个汇聚点而言，本发明有效拓宽了良好观看体验的区域范围，使得在一个大区域范围的观看视场中观看者总能接收到较充足的投影光线，从而保障观看亮度，例如观看者沿着汇聚点所在直线并在距离投影屏幕最远的汇聚点和最近的汇聚点之间进行移动时，始终都会接收到投影屏幕上某个区域的充足投影光线，从而有效提高在大范围的观看区域中的整体观看亮度，而现有技术中由于整个投影屏幕将投影光线汇聚至单个汇聚点，一旦观看者偏离汇聚点则整个屏幕的观看亮度会骤减，严重影响观感体验，并且采用单元透镜对投影光线的汇聚点随着单元透镜的半径变化而变化的方式也有效提高在大区域范围的观看视场中所观看到的屏幕均匀度，例如，通常投影机所投射出的影像光线的中心部是亮度最高的，也就是投射在投影屏幕中部区域的光线亮度最高，现有技术采用整个投影屏幕将投影光线汇聚至单个汇聚点时，观看者处在最佳观看位置时所观看到的整个画面会是中部更亮四周边缘更暗的画面，亮度均匀性较差，本发明中单元透镜对投影光线的汇聚点随着单元透镜的半径变化而变化，能够避免光线过度集中，有效提高观看亮度均匀性，本发明极大的提升了有效观看视场范围，提高了观影体验。
进一步的，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径增大而增大；
或者，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径增大而减小；
再或者，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径增大而 先增大再减小。
可以根据投影屏幕的大小以及具体观看场景、观看者使用习惯等来进行定制化的设计，进而最大限度的提升观影体验。对于所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径增大而先增大再减小，也就是投影屏幕的中部区域将投影光线汇聚到距离投影屏幕更远的地方，也就是投影屏幕使中部区域的投影光线更向远处发散，此种方式能够降低在较近距离观看时投影屏幕中部区域的观看亮度，解决了投影屏幕中部过亮、边缘过暗的问题，提高观看亮度均匀性，并且由于中部成像区域的投影光线汇聚到距离投影屏幕更远的地方，也使得在远处观看时能观看到高亮度的画面，使得近距离观看与远距离观看所观看到的屏幕整体亮度不会差异过大，提高近距离观看与远距离观看体验的一致性，提升了有效观看视场范围。
进一步的，半径值为微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一的单元透镜所构成的汇聚点至投影屏幕的垂直距离最大；
或者，过投影屏幕的几何中心点的单元透镜所构成的汇聚点至投影屏幕的垂直距离最大。
降低在中距离、较近距离观看时投影屏幕中部区域的观看亮度，解决了投影屏幕中部过亮、边缘过暗的问题，提高观看亮度均匀性。
进一步的，汇聚点至投影屏幕的垂直距离的最大值小于等于投影屏幕高度尺寸的20倍。汇聚点至投影屏幕的垂直距离不能过大，会导致微结构层的形状突变，难以加工实施，并且过大还会导致亮度过低，反而造成观看亮度不均匀。
进一步的，所有的汇聚点都处于通过单元透镜的同心圆圆心并垂直于 投影屏幕的直线上。投影光线能被充分汇聚，以保障在有效观看视场中的观看亮度。
进一步的，所述单元透镜的同心圆圆心位于投影屏幕的区域之外，微结构层为偏移构造的环形菲涅尔透镜形状，所述单元透镜的同心圆圆心具体位于投影屏幕的下方，并且同心圆圆心处在沿竖向通过投影屏幕几何中心的直线上，由于同心圆圆心位于投影屏幕的区域之外，投影屏幕区域上的单元透镜为正圆的一部分，即单元透镜呈圆弧状，换言之，整个微结构层包含了沿着同心圆圆心的径向排列的若干个圆弧状单元透镜。
进一步的，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径为曲线相关，可以是汇聚点至投影屏幕的垂直距离随着单元透镜半径增大而先增大再减小，也可是汇聚点至投影屏幕的垂直距离随着单元透镜半径增大而增大，但增大的斜率在进行变化，可以是斜率递增也可以是斜率递减。
进一步的，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系由圆锥曲线表征，所述圆锥曲线包括抛物线、圆弧线、椭圆弧线等，主要表现为汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径增大而先增大再减小，即，单元透镜的半径靠近其变化范围的中间值时汇聚点至投影屏幕的垂直距离越大，换言之，投影屏幕的中部区域将投影光线汇聚到距离投影屏幕更远的地方。
进一步的，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系满足下述关系公式：
Figure PCTCN2022082443-appb-000001
其中，y为所述汇聚点至所述投影屏幕的垂直距离，单位为毫米；
R为所述单元透镜的半径，单位为毫米；
G为所述投影屏幕的对角线尺寸，单位为英寸；
a 0～a n为与y、R和G的取值有关的常数，单位为毫米，n≥2，n为整数，a 0～a n由下述常数计算公式求得：
Figure PCTCN2022082443-appb-000002
其中，R 0～R n为选取的n+1个半径不同的单元透镜的半径值，y 0～y n为预设的每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离。
汇聚点至投影屏幕的垂直距离是单元透镜半径的多阶函数，汇聚点至投影屏幕的垂直距离随着单元透镜半径的变化而呈非线性变化，能够避免光线过度集中，极大的提升了有效观看视场范围，在大区域范围的观看视场中有效提高观看亮度以及亮度均匀性，提高了观影体验。
上述投影屏幕的汇聚点变化拟合方法，选取k个半径不同的单元透镜并分别设定每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离，k≥3，k为整数；
然后根据常数计算公式求得a 0～a k-1，以此获得汇聚点至投影屏幕的垂 直距离与单元透镜半径的k-1阶的关系公式；
所选取的单元透镜中，一个单元透镜的半径值为微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，并且至少有一个单元透镜的半径值大于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，至少还有一个单元透镜的半径值小于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一；
或者，所选取的单元透镜中，一个单元透镜经过投影屏幕的几何中心点，并且至少有一个单元透镜的半径值大于经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值，至少还有一个单元透镜的半径值小于经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值。
实施方便、计算简单，能精确的拟合出投影光线的汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜的半径之间的变化关系，微结构层中的每个单元透镜再按照拟合出的关系公式进行具体的设计，包括设计单元透镜的节距、高度以及透镜表面倾角等来使得每一个单元透镜对投影光线的汇聚焦点达到设计要求，也就是每一个单元透镜对投影光线的汇聚焦点至投影屏幕的垂直距离满足关系公式。
进一步的，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径呈线性相关或者分段呈线性相关，线性相关即是指汇聚点至投影屏幕的垂直距离随着单元透镜半径增大而线性增大或减小，分段呈线性相关即是指将单元透镜半径整个变化范围分为多个区间范围内，在每个区间范围内汇聚点至投影屏幕的垂直距离随着单元透镜半径增大而线性增大或减小。
进一步的，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径呈线性相关时，满足下述关系公式：
Figure PCTCN2022082443-appb-000003
其中，y为所述汇聚点至所述投影屏幕的垂直距离，单位为毫米；
R为所述单元透镜的半径，单位为毫米；
G为所述投影屏幕的对角线尺寸，单位为英寸；
a 0、a 1为与y、R和G的取值有关的常数，单位为毫米，a 0、a 1由下述常数计算公式求得：
Figure PCTCN2022082443-appb-000004
其中，R 0、R 1为选取的半径不同的单元透镜的半径值，y 0、y 1为预设的每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离。
进一步的，当投影屏幕的对角线尺寸G≤100英寸时，a 1＞0，a 0＞0；当投影屏幕的对角线尺寸G＞100英寸时，a 1＜0，a 0＞0。
进一步的，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径分段呈线性相关时，满足下述关系公式：
Figure PCTCN2022082443-appb-000005
其中，y为所述汇聚点至所述投影屏幕的垂直距离，单位为毫米；
R为所述单元透镜的半径，单位为毫米；
G为所述投影屏幕的对角线尺寸，单位为英寸；
a 0、a 1为与y、R和G的取值有关的常数，单位为毫米，并且当单元透镜的半径R≤b时，a 1＞0，R＞b时，a 1＜0，所述b为微结构层上单元透镜的半径变化范围中的一个预设值；
a 0、a 1由下述常数计算公式求得：
Figure PCTCN2022082443-appb-000006
其中，R 0、R 1为在单元透镜的半径R≤b的范围中选取的半径不同的单元透镜的半径值，或者R 0、R 1为在单元透镜的半径R≥b的范围中选取的半径不同的单元透镜的半径值，y 0、y 1为预设的每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离。
上述投影屏幕的汇聚点变化拟合方法，选取k个半径不同的单元透镜并分别设定每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离，k≥3，k为整数；
选取其中两个单元透镜并根据常数计算公式求得a 0和a 1，然后再重新选取两个单元透镜并根据常数计算公式求得a 0和a 1，以此类推以得到多组a 0和a 1，求取平均值以作为最终确定值，以最终确定值得到汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系公式；
所选取的单元透镜中，一个单元透镜的半径值为微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，并且至少有一个单元透镜的半径值大于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，至少还有一个单元透镜的半径值小于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一；
或者，所选取的单元透镜中，一个单元透镜经过投影屏幕的几何中心点，并且至少有一个单元透镜的半径值大于经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值，至少还有一个单元透镜的半径值小于经过投影屏幕几何 中心点的单元透镜的半径值。
采用求取多组a 0和a 1平均值的方式能提高拟合精度，使得汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径的变化更精确的满足设计要求。
与现有技术相比，本发明优点在于：
本发明所述的投影屏幕优化出了更加合理的投影光线汇聚方案和汇聚位置，有效提升了观看视场范围，在一个区域大范围的观看视场中有效提高观看亮度以及亮度均匀性，降低了对观看者位置的限制，提升观看体验。
附图说明
图1是现有技术中投影系统的示意图；
图2是本发明的投影系统的示意图；
图3是本发明的投影屏幕的汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系示意图；
图4是本发明的一种投影屏幕的实施例示意图；
图5是本发明的投影屏幕的截面结构示意图；
图6是本发明的投影屏幕的另一种截面结构示意图；
图7是本发明的投影屏幕的另一种截面结构示意图；
图8是本发明的一种投影系统与现有技术的投影系统光路对比图；
图9是实施例二中的投影屏幕的汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系示意图；
图10是实施例二中的一种投影屏幕的实施例示意图。
图中：
10-投影屏幕；20-投影系统；101-基材层；102-微结构层；1021-单元 透镜；103-反光材料层；104-扩散层；105-着色层；106-第一基材层；1041-光扩散材料；1051-光吸收材料；Z-穿过同心圆圆心并且垂直于投影屏幕的直线；O1-同心圆圆心；L-汇聚点与投影屏幕幕平面的垂直距离；O-几何中心；F-菲涅尔透镜的焦点；X-观看者；Y-投影机。
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，有效提升观看视场，降低对观看者位置的限制，在较大的观看区域范围内都能保障良好的观看亮度以及屏幕亮度均匀性，提高观影感受。
实施例一
如图2所示，本发明的一种投影系统的示意图，该投影系统包括投影机Y和投影屏幕10，投影屏幕10用于对投影机Y发出的投影光线进行成像，从投影屏幕10的法线方向观察，所述投影机位于所述投影屏幕的区域之外，具体的，投影机Y位于投影屏幕10前侧的下方，投影机Y为短焦投影仪，斜向上透射影像光线至投影屏幕10上，投影屏幕10包括基材层101和用于将投影光线进行汇聚的微结构层102，所述微结构层包括在投影屏幕的平面方向上呈同心圆环状排列的截面呈锯齿状的若干单元透镜1021，具体而言，所有的单元透镜1021具有共同的同心圆圆心O1，单元 透镜1021沿着径向间隔排列，并且单元透镜1021的同心圆圆心O1位于投影屏幕10的区域之外，即微结构层为偏移构造的环形菲涅尔透镜形状，单元透镜1021的同心圆圆心O1具体位于投影屏幕10的下方，并且同心圆圆心O1处在沿竖向通过投影屏幕10几何中心O的直线上，由于同心圆圆心O1位于投影屏幕的区域之外，投影屏幕区域上的单元透镜为正圆的一部分，即单元透镜1021呈圆弧线，换言之，整个微结构层包含了沿着同心圆圆心的径向排列的若干个圆弧线状单元透镜1021，每个单元透镜1021分别将投影光线汇聚至一个汇聚点(如图2中的A、B、D、E等汇聚点，其它汇聚点图中未示出)，这些汇聚点分别与投影屏幕10的幕平面存在一一对应的垂直距离(如图2中的L1、L2、L3、L4等，其它垂直距离图中未示出)，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径变化而连续变化(例如，从同心圆环状单元透镜的圆心向外，单元透镜的半径是连续增大的，而每一个半径的值都对应着一个垂直距离的值，因此这些垂直距离的值也是连续变化的，为了便于理解，我们可以把这些垂直距离看成是光学物理中定义的焦距，也就是说本设计方案设计的是一种连续变焦距的投影屏幕)，具体的，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径为曲线相关。
所有的汇聚点都处于垂直于投影屏幕的同一直线Z上，并且直线Z通过单元透镜的同心圆圆心，由于的单元透镜的同心圆圆心O1是位于投影屏幕10的下方，因此，直线Z低于投影屏幕的几何中心高度，换言之，单元透镜1021对投影光线的汇聚点低于投影屏幕的几何中心高度，这样设计的汇聚点能够将更多的投影光线汇聚到观看者区域，使得观看者感受到 的投影系统的亮度更高、更均匀以及观看视场更大。
作为进一步地解释说明，这些垂直距离随着半径的变化存在多种可能性，可以是随着半径的增大而增大，也可以是随着半径的增大而先增大后减小，还可以是随着半径的增大而减小，这些垂直距离决定了光线传输的位置，需要与投影系统的应用场景结合起来才能确定这些垂直距离具体的数值，也才能确定出汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜的半径的变化关系。
进一步地，如图3所示，本发明的投影系统中投影屏幕的汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径关系组成的坐标系的一种实施例的示意图，这些垂直距离的取值与同心圆环状单元透镜的半径R的关系可以由一条连续平滑的曲线进行表征，这里的平滑的曲线是指在曲线上不能出现突然的转折，也就是说该曲线上处处都存在切线。如图3中的曲线1、2、3所示，曲线1描述的是这些垂直距离L与半径R的关系是一条抛物线，曲线2描述的是这些垂直距离L与半径R的关系是一条圆弧线，曲线3描述的是这些垂直距离L与半径R的关系是一条椭圆弧线，这些曲线属于圆锥曲线中的几种(圆锥曲线是指用一个平面从各个方向去截取一个圆锥图形，从而获得的各种形状的曲线图形)，都存在一个共同的特征就是中间高，两边低，也就是半径值越接近微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一的单元透镜对投影光线的汇聚点与投影屏幕的垂直距离越大，也可以表达为，投影屏幕中部区域将投影光线汇聚至距离投影屏幕更远的地方，也就是使中部成像区域的投影光线更向远处发散，此种方式能够降低在较近距离观看时投影屏幕中部区域的观看亮度，解决了投影屏幕中部过亮、边缘过暗 的问题。
所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系满足下述关系公式：
Figure PCTCN2022082443-appb-000007
其中，y为所述汇聚点至所述投影屏幕的垂直距离，单位为毫米；
R为所述单元透镜的半径，单位为毫米；
G为所述投影屏幕的对角线尺寸，单位为英寸；
a 0～a n为与y、R和G的取值有关的常数，单位为毫米，n≥2，n为整数，a 0～a n由下述常数计算公式求得：
Figure PCTCN2022082443-appb-000008
其中，R 0～R n为选取的n+1个半径不同的单元透镜的半径值，y 0～y n为预设的每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离，换言之，所述a 0～a n通过预设若干个半径不同的单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离来计算求得。
上述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系通过下述方法拟合得出：
选取三个半径不同的单元透镜，每个单元透镜分别对应了投影屏幕的不同区域位置；
分别设定所选出的三个单元透镜对投影光线的汇聚点至投影屏幕的垂直距离；
将这些汇聚点与投影屏幕幕平面的垂直距离的取值作为平面坐标系的纵轴，将这些汇聚点一一对应的同心圆环状单元透镜的半径的取值作为平面坐标系的横轴，通过多项式拟合以得出汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系曲线。
进一步地，如图4中正视图所示，所选取的单元透镜中，一个单元透镜的半径值为微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，如点②所示，并且至少有一个单元透镜的半径值大于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，如点①所示，至少还有一个单元透镜的半径值小于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，如点③所示，不能是只在点②的单侧取点，两侧都要取点，这样拟合后设计的投影屏幕才能更加符合实际使用的要求；
或者，所选取的单元透镜中，一个单元透镜经过投影屏幕的几何中心点O，并且至少有一个单元透镜的半径值大于经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值，如点①所示，至少还有一个单元透镜的半径值小于经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值，如点③所示。因为单元透镜的同心圆圆心至投影屏幕下边缘的距离很近，只有一百多微米，所以无论是选取点②还是选取投影屏幕的几何中心点，它们之间的偏差都不大，都能够准确的拟合出实际需要的投影屏幕的结构参数，所以两种取点方法都 是可以的。
具体的，设投影屏幕上半径最大的单元透镜将投影光线汇聚在3600mm处，即y 3＝3600；设投影屏幕上半径最小的同心圆环状单元透镜将投影光线汇聚在4000mm处，即y 1＝4000mm；设投影屏幕上半径值为单元透镜的最大半径的二分之一的单元透镜将投影光线汇聚在4800mm处，即y 2＝4800mm；投影屏幕的对角线尺寸G可变，单位：英寸，屏幕长宽比为16：9，长用字母W表示，宽用字母H表示(宽也就是投影屏幕的高)。设单元透镜的同心圆圆心O1距离投影屏幕下边缘的距离d＝d 0*G/100；d 0是当投影屏幕为100英寸时的d值，可得出如下的计算式：
Figure PCTCN2022082443-appb-000009
Figure PCTCN2022082443-appb-000010
Figure PCTCN2022082443-appb-000011
由此得到三个设计点(R 1,y 1)，(R 2,y 2)，(R 3,y 3)，由以上公式可看出，横坐标均与投影屏幕的对角线尺寸G有关，希望在设计时避免G值不同造成差异。考虑到实际中的d值会随G线性变化，从而得到三个R值都是G值的线性函数。在坐标系中对三个点进行拟合，选择方式为多项式拟合，得到拟合曲线如下：
Figure PCTCN2022082443-appb-000012
由于三个设计点(R 1,y 1)，(R 2,y 2)，(R 3,y 3)中y 1、y 2、y 3是已知的，投影屏幕的对角线尺寸G也是常数，半径R也是已知的，将已知值带入前述公式中即可得出：
a2＝-15.16133694；
a1＝268.356148；
a0＝3631.578786。
由上拟合结果可知，对于各种尺寸的16：9的投影屏幕，从投影屏幕中单元透镜半径最小处开始随半径R增大方向，汇聚点的垂直距离是以抛物线趋势逐渐增大，到投影屏幕上单元透镜半径最大值的一半时，汇聚点到投影屏幕幕平面的垂直距离增大到4800mm达到抛物线顶点，之后汇聚点到投影屏幕幕平面的垂直距离随R增大逐渐减小，至投影屏幕上单元透镜半径最大处(即投影屏幕左右上角的位置)，汇聚点到投影屏幕的垂直距离降至3600mm。如图4所示，半径值为最大半径一半的单元透镜或经过投影屏幕几何中心O的单元透镜对投影光线的汇聚点N至投影屏幕幕平面的垂直距离L 5大于其它汇聚点M、V至投影屏幕幕平面的垂直距离L 6、L 7，这种设计方案的目的是使投影屏幕中心的区域将投影光线汇聚到较远的位置，从而降低观看者感受到的影屏幕中心区域的投影光线的强度，而投影屏幕上的其它区域将投影光线更多的汇聚到观看者位置，从而增加观看者感受到投影光线的强度，以实现提高投影屏幕的显示亮度均匀性的目的。
进一步地，可根据不同的设计值y 1、y 2、y 3以及设定100寸的投影屏幕的d 0和投影屏幕的对角线尺寸G，得到任意尺寸投影屏幕的汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜半径变化的二阶多项式拟合曲线，进而得到汇聚点y与R的关系y＝f(R/G)。上述公式的优点是对于同一个设计，不同尺寸的投影屏幕的汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的曲线是 固定的，即其有效观看视场范围是一致的。
上述具体拟合方法采用的是选取三个半径不同的单元透镜以得到二阶多项式拟合曲线，在拟合时还可以取更多的点，即选取四个、五个甚至更多的半径不同的单元透镜并分别设定每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离，这样只需要提高多项式拟合的阶数，得到k个系数(即a 0～a k-1)，然后得到k-1阶多项式拟合曲线以表示汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的变化关系。
作为进一步地解释说明，如图4中左视图所示，汇聚点至投影屏幕的垂直距离的最大值小于等于投影屏幕高度尺寸的20倍，具体的，半径值为最大半径一半的单元透镜或经过投影屏幕几何中心O的单元透镜对投影光线的汇聚点N至投影屏幕幕平面的垂直距离小于等于投影屏幕高度尺寸的20倍，因为在设计中需要使投影屏幕中心区域的投影光线往稍微远的位置汇聚，这样有利于降低观看者感受到的投影屏幕中心区域的亮度，解决投影屏幕中心区域过亮造成的显示亮度不均匀的问题，但是也不能将投影屏幕中心区域对光线的汇聚设计的太远，否则会造成观看者感受到的投影屏幕中心区域的亮度过低，造成投影屏幕显示亮度低的问题，所以经过实际设计使用得出半径值为最大半径一半的单元透镜或经过投影屏幕几何中心O的单元透镜对投影光线的汇聚点至投影屏幕幕平面的垂直距离小于等于投影屏幕高度尺寸的20倍是获得亮度以及亮度均匀性效果最好的。
作为一种可选方式，如图5所示，为一种投影屏幕的断面结构示意图。如图5中的e图所示，基材层101与微结构层102之间还包括扩散层104和着色层105，扩散层104和着色层105分开为独立的两层，两层的排列 位置可以交换，基材层101的另一侧设置为粗糙面，所述粗糙面是在基材的面上经过粗糙化处理形成的。此处形成粗糙面的方式可以是喷砂处理或模具表面粗糙化处理后，用胶水转印形成或者喷涂含有扩散粒子的胶水形成。所述粗糙面可以进一步对光线进行扩散，起到匀光、硬化保护和成像的作用。微结构层102包括多条锯齿形的单元透镜1021，在单元透镜1021上设置有反光材料层103，投影机Y发出的投影光线经过基材层101和微结构层102，最终被微结构层上的反光材料层103反射，再经过微结构层102和基材层101出射到观看范围内；如图5中的g图所示，基材层101与微结构层102之间还包括扩散层104和着色层105，扩散层104和着色层105融合为一层，基材层101的另一侧设置为粗糙面，反射微结构层102包括多条锯齿形的单元透镜1021，在单元透镜1021上设置有反光材料层103。
进一步地，粗糙面还可以是制作有微细结构，该微细结构用于增大投影屏幕的扩散角度，能够使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。或者仅仅使投影屏幕一些过亮的区域的扩散能力增加，以使这些过亮区域的亮度降低，使投影屏幕的亮度均匀性提高。
进一步地，基材层101的另一侧还可以是光滑的，在该光滑的面上设置有减反射材料，比如镀制有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。
作为进一步地解释说明，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。
作为进一步地解释说明，扩散层104内设置有扩散粒子和树脂材料，这些扩散粒子能够使经过扩散层104内部的光线发生均匀散射，使得光强分布更均匀。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。需要说明的是，当在扩散层104内设置扩散粒子时，扩散粒子可以均匀分布在扩散层104内，也可以非均匀分布在扩散层104内，为了达到最佳效果，优选，扩散粒子均匀分布在扩散层104内的方式。
进一步地，扩散层104还可以设置成单层或多层弧形柱状微透镜，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。
进一步地，在着色层105内设置有吸光材料和树脂材料，吸光材料能够对一些不需要的光线(比如环境光线)进行吸收，选择性透过需要的光线。此处的光吸收材料包括但不限于各种颜料、染料或者炭黑、黑色氧化铁等，起到滤光调色的作用。
进一步地，反光材料层103具有镜面反射功能或者具有漫反射功能，即反光材料层103可以是镜面反射层，也可以是漫反射层。无论是镜面反射层还是漫反射层均能够反射光，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，能成清晰的图像，一般可以使用电镀方式制作而成；漫反射层的表面略粗糙，反射光往各个方向传输，没 有规律，不能够成清晰的图像，一般是使用印刷、喷镀的方式制作。
作为进一步地补充说明，可以将反光材料层103设置成具有一定的透光性，使得进入投影屏幕内部的环境光能够透过反射层，从而使环境光不被反射到观看区域，对于提升投影屏幕的对比度有很好的效果。
进一步地，还可以在反光材料层103中加入能够反射红绿蓝三色光并吸收/透过其它颜色可见光的颜料/染料，以吸收更多的环境光，提升投影屏幕的对比度。
进一步地，在投影屏幕的单元透镜上也可以不设置反光材料层，这样可以将投影屏幕应用于背投影系统场景，使投影机和观看者分别位于投影屏幕的两侧。
进一步地，在基材层的表面还可以光滑的面，可获得超高清晰的图像，还可以是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。还可以是设置有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，在亮度高的位置微结构的扩散角度大降低亮度，亮度低的位置微结构的扩散角度小保证亮度不降低，使得投影屏幕的显示亮度更加的均匀还能获得较大的观看视场。
作为一种可选方式，如图6所示，为一种光学投影屏幕的断面结构示意图。如图6中的e图所示，基材层101的另一侧依次设置有第一基材层106、扩散层104和着色层105，扩散层104和着色层105分开为独立的两层，两层位置可以互换，第一基材层106的外表面设置为粗糙面，微结构层102包括多条锯齿形的单元透镜1021，在单元透镜1021上设置有反光 材料层103；如图6中的g图所示，基材层101的另一侧依次设置有第一基材层106、扩散层104和着色层105，扩散层104和着色层105融合为一层，第一基材层106的外表面设置为粗糙面，微结构层102包括多条锯齿形的单元透镜1021，在单元透镜1021上设置有反光材料层103。
作为一种可选方式，如图7所示，一种光学投影屏幕的断面结构示意图。基材层101内设置有光扩散材料1041和光吸收材料1051，光扩散材料1041中包含扩散粒子，在基材层101内设置光扩散材料，能够进一步增强光在屏幕内部的散射角度，使屏幕亮度显示更加均匀；光吸收材料1051内包含吸光材料，可以起到滤光调色的作用。
进一步地，如图8所示本发明的投影系统与现有技术的投影系统光路对比图，现有技术的投影系统的光路在图8中以虚线示出，图8中实线表示本发明的投影系统光路。从图8中虚线表示的光路可知，现有技术的投影屏幕中透镜的设计是将投影机出射的光线汇聚到屏幕几何中心O正前方3米位置F处，即菲涅尔透镜的焦点F距离屏幕上透镜结构的距离为3米，在实际中观看者X也是处于屏幕正前方3米位置处，这样处于焦点位置处的观看者刚好能够接收到最多的光线，所以认为能够看到最亮的屏幕。但是这种设计没有考虑到观看者的身高差别、多个观看者并排同时观看和投影屏幕尺寸不同的需求，当观看者身高偏离了焦点位置时(多数情况观看者坐着观看时，眼睛的视线都是低于屏幕的几何中心)，观看者就只能接收到极少的光线，所以会看不清屏幕上图像，而实际中很难找到刚好身高能够匹配此设计的观看者，因此现有技术的设计非常不适用，也不能解决屏幕亮度不均的问题；并且当光线都汇聚到焦点位置(其汇聚区域是很小的)， 有多个观看者并排观看时，只有焦点位置的观看者能够接收到光线，而其它观看者也只能接收到极少的光线，所以其它观看者感受到屏幕亮度也会很低和不均匀，因此该现有技术的设计方案也不适用。
进一步地，本发明的技术方案解决了现有技术的上述问题，如图8中实线表示，一般观看者X坐着观看投影屏幕时，眼睛的视线都是低于屏幕的几何中心的，所以本发明设计了全新的单元透镜，通过单元透镜将光线汇聚到同心圆环状单元透镜的圆心C的正前方一定的区域，这样当观看者位于屏幕正前方3米位置观看屏幕时，会有很大一个区域都能够接收到大量的投影光线，因此不论是观看者高或低，观看者多或少，观看者在此区域内都能获得很高屏幕亮度和感受到的屏幕亮度均匀性也更高。另外根据人眼观看的舒适性要求，投影屏幕的尺寸越大，观看者的观看距离也越大，因此需要根据投影屏幕的尺寸大小去调整汇聚点的区域，以使不同位置的观看者都能获得较好的观看亮度，这就需要本发明的设计的连续变化的汇聚点设计方案才能满足要求，因此本发明的投影屏幕的技术方案提高了屏幕的亮度和显示亮度均匀性，并且更加的适用。
进一步地，本发明的单元透镜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单元透镜的方法是用制作有单元透镜的辊筒模具，将原材料转印涂布到基底材料上。
进一步地，本发明的投影屏幕还包括黑色背板、装饰边框和挂件，黑色背板设置在反光材料层远离微结构层的一侧，装饰边框包裹在光学投影屏幕的四周，挂件设置在黑色背板远离微结构层的一侧。
进一步地，黑色背板可以通过双面胶或者EVA热熔胶与反光材料层紧 密贴合在一起，可在黑色背板的面上设置黑色涂料，以吸收入射到黑色背板上不必要的光，能够适当提高投影屏幕的对比度。
进一步地，装饰边框安装在黑色背板的四周，在投影屏幕厚度方向上包围投影屏幕的各层结构，以固定、美化投影屏幕的外观，分割形成投影显示区域的作用。装饰边框与黑色背板之间的固定方式可以是通过双面胶粘贴，还可以是通过螺钉/螺栓方式固定。
进一步地，挂件通过双面胶粘贴或螺钉固定方式固定在黑色背板的相应位置，以方便后续将投影屏幕安装在墙面上。
作为进一步地补充说明，也可以将所述挂件更换成磁性材料，以便于通过磁性吸附的方式将投影屏幕安装到墙面上，保证墙面的美观性。
实施例二
如图9所示，本发明的投影系统中投影屏幕的汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径关系组成的坐标系的一种实施例的示意图，这些垂直距离的取值与同心圆环状单元透镜的半径R的关系为线性相关或者分段呈线性相关。如图9中的线条1、2、3所示，直线1描述的是这些垂直距离L与半径R的关系是一条斜向上的直线，即汇聚点至投影屏幕的垂直距离随着单元透镜半径的增大而线性增大；直线2描述的是这些垂直距离L与半径R的关系是一条斜向下的直线，即汇聚点至投影屏幕的垂直距离随着半径的增大而线性减小；折线3描述的是这些垂直距离L与半径R的关系是一条先斜向上后斜向下的折线，即汇聚点至投影屏幕的垂直距离随着单元透镜半径的增大先线性增大，后线性减小。
对于图9中的线条1和2，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元 透镜半径的关系满足下述关系公式：
Figure PCTCN2022082443-appb-000013
其中，y为所述汇聚点至所述投影屏幕的垂直距离，单位为毫米；
R为所述单元透镜的半径，单位为毫米；
G为所述投影屏幕的对角线尺寸，单位为英寸；
a 0、a 1为与y、R和G的取值有关的常数，单位为毫米，a 0、a 1由下述常数计算公式求得：
Figure PCTCN2022082443-appb-000014
其中，R 0、R 1为选取的任意两个半径不同的单元透镜的半径值，y 0、y 1为预设的每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离。
进一步地，作为一种实施方式，当投影屏幕的对角线尺寸G≤100英寸时，a 1＞0，a 0＞0；当投影屏幕的对角线尺寸G＞100英寸时，a 1＜0，a 0＞0；该实施方式表述的是，在投影屏幕尺寸小于等于100英寸情况下，最优的设计方式是汇聚点至投影屏幕的垂直距离随着单元透镜半径的增大而线性增大；而在投影屏幕尺寸大于100英寸的情况下，最优的设计方式是汇聚点至投影屏幕的垂直距离随着单元透镜半径的增大而线性减小。
上述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系通过下述方法拟合得出：
选取至少三个半径不同的单元透镜，每个单元透镜分别对应了投影屏幕的不同区域位置；
分别设定所选出的单元透镜对投影光线的汇聚点至投影屏幕的垂直距离；
将这些汇聚点与投影屏幕幕平面的垂直距离的取值作为平面坐标系的纵轴，将这些汇聚点一一对应的同心圆环状单元透镜的半径的取值作为平面坐标系的横轴，通过线性拟合以得出汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系直线。
进一步地，如图4中正视图所示，所选取的单元透镜中，一个单元透镜的半径值为微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，如点②所示，并且至少有一个单元透镜的半径值大于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，如点①所示，至少还有一个单元透镜的半径值小于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，如点③所示，不能是只在点②的单侧取点，两侧都要取点，这样拟合后设计的投影屏幕才能更加符合实际使用的要求；
或者，所选取的单元透镜中，一个单元透镜经过投影屏幕的几何中心点O，并且至少有一个单元透镜的半径值大于经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值，如点①所示，至少还有一个单元透镜的半径值小于经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值，如点③所示。因为单元透镜的同心圆圆心至投影屏幕下边缘的距离很近，只有一百多微米，所以无论是选取点②还是选取投影屏幕的几何中心点，它们之间的偏差都不大，都能够准确的拟合出实际需要的投影屏幕的结构参数，所以两种取点方法都是可以的。
具体的，设投影屏幕上半径最大的单元透镜将投影光线汇聚在 4800mm处，即y 3＝4800mm；设投影屏幕上半径最小的单元透镜将投影光线汇聚在3600mm处，即y 1＝3600mm；设投影屏幕上半径值为单元透镜的最大半径的二分之一的单元透镜将投影光线汇聚在4000mm处，即y 2＝4000mm；投影屏幕的对角线尺寸G可变，单位：英寸，屏幕长宽比为16：9，长用字母W表示，宽用字母H表示(宽也就是投影屏幕的高)。设单元透镜的同心圆圆心O1距离投影屏幕下边缘的距离d＝d 0*G/100；d 0是当投影屏幕为100英寸时的d值，可得出如下的计算式：
Figure PCTCN2022082443-appb-000015
Figure PCTCN2022082443-appb-000016
Figure PCTCN2022082443-appb-000017
由此得到三个设计点(R 1,y 1)，(R 2,y 2)，(R 3,y 3)，由以上公式可看出，横坐标均与投影屏幕的对角线尺寸G有关，希望在设计时避免G值不同造成差异。考虑到实际中的d值会随G线性变化，从而得到三个R值都是G值的线性函数。在坐标系中对三个点进行拟合，选择方式为线性拟合，得到拟合直线如下：
Figure PCTCN2022082443-appb-000018
由于三个设计点(R 1,y 1)，(R 2,y 2)，(R 3,y 3)中y 1、y 2、y 3是已知的，投影屏幕的对角线尺寸G也是常数，半径R也是已知的，将已知值带入前述公式中即可得出a 0和a 1，由于y与R是一阶线性关系，实际上只需两个设计点的数据即可求得a 0和a 1，因此从选取出的三个单元透镜中任意采用其中两个即可通过常数计算公式求得a 0和a 1，然后再重新选取 两个单元透镜并根据常数计算公式求得a 0和a 1，以此类推以得到多组a 0和a 1，求取平均值以作为最终确定值，以最终确定值得到汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系公式，最终得到的a 0和a 1如下：
a 1＝128.43；
a 0＝3807.3。
由上拟合结果可知，对于各种尺寸的16：9的投影屏幕，从投影屏幕中单元透镜半径最小处开始随半径R增大方向，汇聚点至投影屏幕的垂直距离是线性增大的，到投影屏幕上单元透镜半径的最大值时，汇聚点至投影屏幕的垂直距离增大到4800mm达到线性的最高点。如图10所示，这种设计方案的目的是使投影屏幕的中上区域将投影光线汇聚到观看者位置，从而增加观看者感受到投影光线的强度，而投影屏幕的中下区域将投影光线更多的汇聚到偏离观看者的近处位置，减小观看者感受到投影屏幕中下部区域的投影光线的强度，以实现提高投影屏幕的显示亮度均匀性的目的。这种设计方案适用于投影屏幕尺寸小于等于100英寸的情形，因为投影屏幕尺寸越小，观看者距离投影屏幕越近，这时候由于投影屏幕中下边区域接收到的光强很强，所以就需要使投影屏幕上靠近下边的区域将光线往偏离观看者的位置汇聚，才能使观看者接收到更少来自投影屏幕中下区域的光线，而投影屏幕上边区域由于本身接收到的光强较小，所以需要将光线更多的汇聚到观看者位置，才能使观看者接收到更多来自投影屏幕中上区域的光线，进而实现提高观看亮度均匀性的目的，因此这种设计方案适用于小尺寸的投影屏幕设计。
而在投影屏幕尺寸大于100英寸的情况下，投影屏幕尺寸越大，观看 者距离投影屏幕越远，则是投影屏幕中下区域的光线汇聚到离投影屏幕更远的地方，而投影屏幕中上区域的光线汇聚到离投影屏幕更近的地方，即汇聚点至投影屏幕的垂直距离随着单元透镜半径的增大而线性减小，进而提高观看亮度均匀性。
对于图9中的线条3，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系满足下述关系公式：
Figure PCTCN2022082443-appb-000019
其中，y为所述汇聚点至所述投影屏幕的垂直距离，单位为毫米；
R为所述单元透镜的半径，单位为毫米；
G为所述投影屏幕的对角线尺寸，单位为英寸；
a 0、a 1为与y、R和G的取值有关的常数，单位为毫米，并且当单元透镜的半径R≤b时，a 1＞0，R＞b时，a 1＜0，所述b为微结构层上单元透镜的半径变化范围中的一个预设值，优选的是b为微结构层上单元透镜最大半径的二分之一，或者b为经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值；
a 0、a 1由下述常数计算公式求得：
Figure PCTCN2022082443-appb-000020
其中，R 0、R 1为在单元透镜的半径R≤b的范围中选取的半径不同的单元透镜的半径值，或者R 0、R 1为在单元透镜的半径R≥b的范围中选取的半径不同的单元透镜的半径值，y 0、y 1为预设的每个单元透镜的汇聚点 至投影屏幕的垂直距离。
上述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系通过下述方法拟合得出：
在单元透镜的半径R≤b的范围中选取半径不同的单元透镜，并且在单元透镜的半径R≥b的范围中选取半径不同的单元透镜，每个单元透镜分别对应了投影屏幕的不同区域位置，一共至少选取3个半径不同的单元透镜，其中一个必选取的单元透镜的半径为b，即半径值为微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一的单元透镜或者是经过投影屏幕几何中心点的单元透镜，其他的单元透镜则必须包括至少一个半径小于b的单元透镜，以及至少一个半径大于b的单元透镜；
分别设定所选出的单元透镜对投影光线的汇聚点至投影屏幕的垂直距离；
将这些汇聚点与投影屏幕幕平面的垂直距离的取值作为平面坐标系的纵轴，将这些汇聚点一一对应的同心圆环状单元透镜的半径的取值作为平面坐标系的横轴，通过线性拟合以得出汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系线条。
具体的，设投影屏幕上半径最大的单元透镜将投影光线汇聚在4000mm处，即y 3＝4000mm；设投影屏幕上半径最小的单元透镜将投影光线汇聚在3600mm处，即y 1＝3600mm；设投影屏幕上半径值为单元透镜的最大半径的二分之一的单元透镜将投影光线汇聚在4800mm处，即y 2＝4800mm；从而得到三个设计点(R 1,y 1)，(R 2,y 2)，(R 3,y 3)，通过(R 1,y 1)，(R 2,y 2)可以得到当单元透镜的半径R≤b时的a 0和a 1，通过(R 2,y 2)，(R 3,y 3) 可以得到当单元透镜的半径R＞b时的a 0和a 1，从而最终得到汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系公式；
当选取的单元透镜数量更多时，选取其中两个单元透镜并根据常数计算公式求得a 0和a 1，然后再重新选取两个单元透镜并根据常数计算公式求得a 0和a 1，以此类推以得到多组a 0和a 1，求取平均值以作为最终确定值，以最终确定值得到汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系公式。
这种设计方案的目的是使投影屏幕中心的区域将投影光线汇聚到较远的位置，从而降低观看者感受到的影屏幕中心区域的投影光线的强度，而投影屏幕上的其它区域将投影光线更多的汇聚到观看者位置，从而增加观看者感受到投影光线的强度，以实现提高投影屏幕的显示亮度均匀性的目的。
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 (15)

  1. 一种投影屏幕，其特征在于，投影屏幕上设置有用于汇聚投影光线的微结构层，所述微结构层包括在投影屏幕的平面方向上呈同心圆环状排列的截面呈锯齿状的若干单元透镜，每个单元透镜分别将投影光线汇聚至一个汇聚点，所有的汇聚点都处于垂直于投影屏幕的同一直线上，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径变化而连续变化。
  2. 根据权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径增大而增大；
    或者，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径增大而减小；
    再或者，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离随单元透镜的半径增大而先增大再减小。
  3. 根据权利要求2所述的投影屏幕，其特征在于，半径值为微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一的单元透镜所构成的汇聚点至投影屏幕的垂直距离最大；
    或者，过投影屏幕的几何中心点的单元透镜所构成的汇聚点至投影屏幕的垂直距离最大。
  4. 根据权利要求3所述的投影屏幕，其特征在于，汇聚点至投影屏幕的垂直距离的最大值小于等于投影屏幕高度尺寸的20倍。
  5. 根据权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所有的汇聚点都处于通过单元透镜的同心圆圆心并垂直于投影屏幕的直线上。
  6. 根据权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述单元透镜的同 心圆圆心位于投影屏幕的区域之外。
  7. 根据权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径为曲线相关。
  8. 根据权利要求7所述的投影屏幕，其特征在于，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系由圆锥曲线表征。
  9. 根据权利要求7所述的投影屏幕，其特征在于，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系满足下述关系公式：
    Figure PCTCN2022082443-appb-100001
    其中，y为所述汇聚点至所述投影屏幕的垂直距离，单位为毫米；
    R为所述单元透镜的半径，单位为毫米；
    G为所述投影屏幕的对角线尺寸，单位为英寸；
    a 0～a n为与y、R和G的取值有关的常数，单位为毫米，n≥2，n为整数，a 0～a n由下述常数计算公式求得：
    Figure PCTCN2022082443-appb-100002
    其中，R 0～R n为选取的n+1个半径不同的单元透镜的半径值，y 0～y n为预设的每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离。
  10. 一种权利要求9所述投影屏幕的汇聚点变化拟合方法，其特征在于，选取k个半径不同的单元透镜并分别设定每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离，k≥3，k为整数；
    然后根据常数计算公式求得a 0～a k-1，以此获得汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的k-1阶的关系公式；
    所选取的单元透镜中，一个单元透镜的半径值为微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，并且至少有一个单元透镜的半径值大于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，至少还有一个单元透镜的半径值小于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一；
    或者，所选取的单元透镜中，一个单元透镜经过投影屏幕的几何中心点，并且至少有一个单元透镜的半径值大于经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值，至少还有一个单元透镜的半径值小于经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值。
  11. 根据权利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径呈线性相关或者分段呈线性相关。
  12. 根据权利要求11所述的投影屏幕，其特征在于，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径呈线性相关时，满足下述关系公式：
    Figure PCTCN2022082443-appb-100003
    其中，y为所述汇聚点至所述投影屏幕的垂直距离，单位为毫米；
    R为所述单元透镜的半径，单位为毫米；
    G为所述投影屏幕的对角线尺寸，单位为英寸；
    a 0、a 1为与y、R和G的取值有关的常数，单位为毫米，a 0、a 1由下述 常数计算公式求得：
    Figure PCTCN2022082443-appb-100004
    其中，R 0、R 1为选取的半径不同的单元透镜的半径值，y 0、y 1为预设的每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离。
  13. 根据权利要求12所述的投影屏幕，其特征在于，当投影屏幕的对角线尺寸G≤100英寸时，a 1＞0，a 0＞0；当投影屏幕的对角线尺寸G＞100英寸时，a 1＜0，a 0＞0。
  14. 根据权利要求11所述的投影屏幕，其特征在于，所述汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径分段呈线性相关时，满足下述关系公式：
    Figure PCTCN2022082443-appb-100005
    其中，y为所述汇聚点至所述投影屏幕的垂直距离，单位为毫米；
    R为所述单元透镜的半径，单位为毫米；
    G为所述投影屏幕的对角线尺寸，单位为英寸；
    a 0、a 1为与y、R和G的取值有关的常数，单位为毫米，并且当单元透镜的半径R≤b时，a 1＞0，R＞b时，a 1＜0，所述b为微结构层上单元透镜的半径变化范围中的一个预设值；
    a 0、a 1由下述常数计算公式求得：
    Figure PCTCN2022082443-appb-100006
    其中，R 0、R 1为在单元透镜的半径R≤b的范围中选取的半径不同的 单元透镜的半径值，或者R 0、R 1为在单元透镜的半径R≥b的范围中选取的半径不同的单元透镜的半径值，y 0、y 1为预设的每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离。
  15. 一种权利要求12至14任一项所述投影屏幕的汇聚点变化拟合方法，其特征在于，选取k个半径不同的单元透镜并分别设定每个单元透镜的汇聚点至投影屏幕的垂直距离，k≥3，k为整数；
    选取其中两个单元透镜并根据常数计算公式求得a 0和a 1，然后再重新选取两个单元透镜并根据常数计算公式求得a 0和a 1，以此类推以得到多组a 0和a 1，求取平均值以作为最终确定值，以最终确定值得到汇聚点至投影屏幕的垂直距离与单元透镜半径的关系公式；
    所选取的单元透镜中，一个单元透镜的半径值为微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，并且至少有一个单元透镜的半径值大于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一，至少还有一个单元透镜的半径值小于微结构层上单元透镜的最大半径的二分之一；
    或者，所选取的单元透镜中，一个单元透镜经过投影屏幕的几何中心点，并且至少有一个单元透镜的半径值大于经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值，至少还有一个单元透镜的半径值小于经过投影屏幕几何中心点的单元透镜的半径值。
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