保偏前投影屏幕的制作方法

专利名称：保偏前投影屏幕的制作方法
技术领域：
本公开总地涉及前投影屏幕，并且更具体地涉及最佳地控制光的漫射使得偏振 被保持的前投影屏幕。这种屏幕可以额外地使在特定投影机和观察角的条件下的图像亮 度及对比度(contrast)最大化。背景在利用无源检偏眼镜的立体3D系统中，屏幕是所述系统不可缺少的部分。在所 述屏幕发生的任何消偏振均导致串扰，其中打算给一只眼睛的图像被部分地传送到另一 只眼睛。该串扰表现为“重像”，该串扰破坏体验的品质并造成眼睛疲劳。因此，期望 在最极端的照明和观察角条件下提供极低的串扰。已知的前投影屏幕(如在2D影院中使用的那些)是虚拟朗伯散射体(Lambertian scatterers)。由于这种已知屏幕的表面粗糙度的统计特征，它们具有非常差的保偏度和差 的有效光效率(即，尽管总积分散射(或TIS)高，角度空间中的光利用率却差)。用于提供立体3D保偏屏幕的已知技术是将在透明粘结剂中的铝的片状粉末喷涂 到PVC基底上。这样的统计学表面提供屏幕增益分布、方向性和偏振的有限控制。此 外，敷层工艺常常显示可分辨的结构(如，起泡(sparkle))和均勻性问题(如纹理)。这 样的“银幕”常常易损坏，且不能经得起温和的磨擦清洁过程。朗伯屏幕在观察到的亮度中提供均勻的外观，却未有效利用投影光。即，显著 部分的入射光被散射到视场外，降低了系统效率。此外，散射光的部分被引导回屏幕， 降低了对比度和色彩饱和度。因此，存在对这样的前投影屏幕的需要，即该前投影屏幕被设计制造为将光最 佳地分散到观察角范围内，从而输入偏振态被精确地保持。

发明内容
本公开涉及工程反射漫射体，并且特定地涉及用于前投影系统中的屏幕。所述 屏幕为立体3D观看提供最佳保偏，以及针对用于2D和3D系统两者的增强的亮度、均勻 度和对比度的改进的光控制。本公开寻求将光引导至期望的位置，同时保持最佳增益特 性。根据本公开，工程表面被用来以合适的增益分布、在特定漫射轨迹内将照明光 最佳地分散到观看角的范围中，同时最佳地保偏。这样的屏幕，当与匹配的检偏眼镜组 合时，提供极低的来自任何观察点的串扰。本申请中所公开的是用于提供保偏反射漫射体的方法，其中所述漫射体在特定的照明条件下以保偏的方式将光提供到期望的漫射轨迹。包括基本上所有观看位置的观 看轨迹位于所述漫射轨迹内。根据一方面，本申请公开了用于提供保偏前投影屏幕的方法，其中所述屏幕在 投影机照明条件下将光提供到观众席中期望的观看范围(或观察轨迹)。所述方法包括确 定考虑了照明和观察角的极端情况的轨迹，所述轨迹可以对观众席中所有的观看位置提 供基本上正交的偏振态。所述方法还包括提供多个反射生成核并将所述多个生成核分布 在基底上。根据另一方面，一组设计规则被用来产生表面形貌的生成函数。所述生成函数 提供微结构(包括一个或多个生成核)的基本构建块，所述微结构带有期望的漫射体的 (宏观)整体统计特征。这样的设计可以具有外观上优异的均勻度，因为其在基本尺寸上 是统计学完整的。所述设计规则还规定在指定的漫射轨迹内基本上仅单次反射。所述漫 射轨迹依照照明和检测/观察中的角的极端来定义。在另外进一步的设计规则考虑中， 所述生成核可以提供漫射轨迹内特定的强度分布(如，朗伯)，具有在所述漫射轨迹边界 的指定的强度角衰减。在最大化光效率的优选实施方案中，该衰减通过阶梯函数表示。参考本文的公开，其他方面将变得明显。


图1A是示意图，所述示意示根据本公开的典型电影院的侧视图；图1B是示意图，所述示意示根据本公开的电影院的俯视图；图2是示意图，所述示意示根据本公开的示例性三维电影投影系统的操 作；图3是图示作为视角的函数的常规银幕保偏性能的图；图4是图示作为视角的函数的常规银幕保偏对比度性能的图；图5是图示作为视角的函数的常规银幕增益曲线的图；图6A是极坐标图，所述极坐标示根据本公开通过从前左座位追踪屏幕的周 边而定义的特定观众席的观看轨迹；图6B是极坐标图，所述极坐标示根据本公开通过从后左座位追踪屏幕的周 边而定义的特定观众席的观看轨迹；图7是极坐标图，所述极坐标示根据本公开针对随机取样的剧院观众席的 漫射轨迹；图8是根据本公开，针对作为小面(facet)入射角函数的圆偏振或线偏振的最差 方位的对比率(contrast Ratio)的图；图9是根据本公开示出线偏振和圆偏振的对比率之间的差异的图；图10是根据本公开示出具有均勻概率密度函数的凹形结构的图；图11是根据本公开，具有均勻概率密度函数的周期性结构的示意图；图12A-12D是根据本公开，具有投影机、屏幕和座位区的剧院的侧视图的示意 图；图13A-13B是根据本公开，用于工程屏幕的示例性增益曲线的图，其中光被漫 射到漫射轨迹中；
图14是根据本公开，相对于屏幕表面法线的小面法线轨迹的极坐标图，所述小 面法线轨迹用来自投影机的光基本上照明整个观看区域；图15是图示根据本公开的示例性高斯表面的图；图16是图示根据本公开从示例性高斯表面反射的光线密度的图；图17是图示根据本公开经历从示例性高斯表面双反射的光线的强度描述的图；图18是图示根据本公开，针对具有不同幅度的高斯漫射体表面的一系列模拟的 对比度相对于增益的图；图19A-19D提供示意图，所述示意图显示根据本公开描述针对高斯峰之间不同 间隔的反射条件的图；图20是图示根据本公开，针对两个高斯峰间距的计算轨迹的图，其中未发生多
重反射；图21A至21C是示意图，所述示意图显示根据本公开的两个高斯峰的叠加，其 中在每种情况中的两个高斯峰具有变化的高度和宽度；图22是根据本公开，模拟的噪声模式的图；图23A至23D是显示根据本公开，由两种模式并且不同的特征尺寸组成的漫射 体对比于由一种模式并且无不同的特征尺寸组成的漫射体两者的增益和对比度的图；图24A至24B是图示根据本公开的重叠函数的图；图25A至25C是图示根据本公开的示例性生成核的图；图26是图示根据本公开，针对二维朗伯生成核计算的增益的图；图27是图示根据本公开，针对生成核的径向平均增益的图；图28是示意图，所述示意示根据本公开的示例性六角形栅格(lattice)构 型；图29是示意图，所述示意示根据本公开的六角形栅格的生成核的单元重 叠；图30是图示根据本公开的方形栅格的单元重叠的图；图31是根据本公开，具有随机化中心的六角形栅格的示意图；图32是根据本公开的六角形栅格的示意图，其中较小的单元分散在具有栅格点 随机化的较大单元之间；图33是根据本公开的半规则镶嵌栅格的示意图；图34是根据本公开的具有水平位移的随机化图；图35是根据本公开，针对具有随机化水平位移的表面的单元中心到单元中心位 移的概率分布的图；图36是根据本公开，作为高斯峰间距的函数的漫射角的图；图37是图示根据本公开的针对重叠高斯特征的漫射角截止的图；图38A和38B是图示根据本公开的以两种构型重叠的工程朗伯漫射体；图39A和39B图示根据本公开预修正生成核以解决重叠的一种方法；图40是根据本公开，具有朗伯漫射体重叠的预修正单元的图；以及图41A和41B是根据本公开的增益分布的图。
具体实施例方式图1A是示意图，所述示意示典型的电影院100的侧视图，而图1B是显示 电影院100的俯视图的示意图。电影院100包括反射屏幕110、投影机平台120和观看 区130。投影机平台120可以包括投影机121和偏振开关122。观看区130可以提供远 离屏幕成排排列的座位，界定一观看区或者定义可以坐(或站)在观看区130内不同地方 的观看者的观看。例如，第一名观看者可以位于电影院100的前左观看位置132，并接收 反射光142。第二名观看者可以位于后左观看位置134，并接受反射光144。第三名观看 者位于中心观看位置136。随着偏振技术的近期发展，已出现以匹配的眼镜解码的三维电影的复苏。已知 的三维投影系统使用正交偏振顺序地投影左眼和右眼图像。对于使用单个投影机平台120 的三维电影应用，偏振开关122可以被放在来自投影机121的光路中的投影透镜之后。 这样的偏振开关是已知的，如授予L.Lipton等人的、题为“应用推拉型液晶调制器的方 法和系统”的共同转让的美国专利号4,792,850 (过期)，以及授予M.R0binS0n的、题为
“消色差偏振开关”的共同转让的美国专利申请号11/424,087，所述两个专利均通过引 用并入下文。在可替换的投影机平台中，可以使用两个或更多个投影机，一个用来提供 具有一种偏振态的左眼图像，而另一个用来提供具有正交偏振态的右眼图像。常规的反 射屏幕包括将偏振光从投影机120反射到电影观看者的银幕。典型的3D影院系统是相对光缺乏的(light starved)。至观众的14英尺朗伯的亮 度典型地将基本上在3D模式中提供较低的亮度。该情况的一个原因在于，例如，顺序系 统(sequential system)典型地存在偏振损耗(通常大于50% )和分时(time-sharing)损耗 (通常大于50%)两个缺点，因此这样的系统在没有增益屏幕时通常递送低于25%亮度， 或3.5英寸朗伯。解决该问题的最新进展，例如RealD XL系统，以及于2007年9月28 日递交、由M.Schuck，G.Sharp和M.Robinson共同拥有的题为“用于影院投影的偏振转 换系统”的美国专利申请号11/864,198(通过引用并入本文)提供了偏振再生功能，然而 仍期望在保偏的同时增加亮度。在要求保偏的系统中，来自传统银幕的总积分散射(TIS)大致为40%，进一步 减小了效率。尽管，从中心观看位置来看，屏幕增益高(轴上2.2-2.5)，整体感觉到的 图像亮度却因随观看角的快速下降而受影响。相反，无泽屏幕(matte screen)递送高的 TIS(>90%),却在角度空间不能充分利用光。一般地，所公开的实施方案寻求通过利 用高的总积分散射(大致为大于85%)，以及漫射角控制两者，来使图像亮度最大化。这 样的屏幕可以改进2D和3D体验两者的效率。图2是示意图，所述示意示使用单投影机(顺序方式的)平台220的示例性 立体三维电影投影系统的操作。在操作中，左眼图像202和右眼图像204可以顺序地从 投影机220被投影通过偏振开关222到保偏屏幕210。保偏屏幕210允许来自投影机220 和偏振开关222的偏振光被反射到电影观看者240。所述左眼图像和右眼图像由佩戴眼镜 250的电影观看者240观看，所述眼镜250解码分别的正交偏振光，以创建针对对象206 的深度体验。一般地，立体观看体验的品质取决于屏幕210保持由投影机平台220传送的高度 偏振的能力。由于散射大多为漫射，典型的无泽(近朗伯)影院屏幕一般不适于与这种3D系统一起使用。由于相对于照明波长的特征尺寸/高度和斜率的概率密度的统计特 征，这样的屏幕是几乎完全消偏振的。然而，高品质立体3D体验优选地使用在被透射的 和被阻挡的图像之间至少100 1，并且更优选地，200 1或更高的对比率。迄今，为了保偏，已使用了所谓的“银幕”。银幕涉及用分散在透明粘结剂中 的铝的片状粉末喷涂聚氯乙烯(PVC)基底，所述聚氯乙烯基底可以具有或不具有压印的 表面特征。倾向于使铝的片状粉末的小面处于几乎平行于基底平面，从而以无泽基底生 成相对地高的镜面反射和增益。柔化亮斑(hot-spot)或在具有较暗边缘的屏幕的某些点上 的过饱和以及减小增益的尝试，通常导致外观、均勻度和串扰之间的折衷。例如，可以 包括使空气/粘结剂界面随机化的消光剂，从而减少与镜面反射相关联的亮斑。当在垂 直于屏幕110的方向(即，朝图1的观看位置136)评价性能时，具有超过150 1的线偏 振对比率是常见的。但是该对比率随角度快速下降，最主要是由于图像亮度的损耗。因 此，影院观众席中常常有这样的座位，在某些位置的对比度有时可能降至20 1以下， 如观看位置132和134。与目前的金属片状粉末屏幕(flake screen)相关联的其他问题是由片状粉末的有 限尺寸和不受控制的统计排列引起的“多粒”和“斑点”。对于常规的无泽屏幕，散射 是经由高密度的极小散射中心实现的。从而，在漫射体相对小的空间区域上实现遍历性 统计特征，并且外观为均勻的白色。相比之下，片状粉末屏幕由宏观(大于微米)特征 组成，并因此要求显著更大的区域来实现同样的遍历性统计。典型地，该区域大于人眼 的分辨率，并且因此散射强度的空间变化容易看得见，即，表面表现为“多粒的”。随 着散射角的增加，对强度有贡献的小面的相对数量减少，由此使得“多粒”和“斑点” 的问题恶化。对均勻度的相干影响在片状粉末屏幕中也变得明显。尽管原始投影光源的非相 干性质，但在通过观众席长度的传播之后，照明达到高度的准直，并且因此达到相对大 的横向空间相干性(几百个微米大小)。位于该相干长度内的小面可以建设性地或破坏性 地引起干涉，以基本上彩色的方式调制所感知的强度。这在常规银幕上可观察到为暗淡 色彩的斑纹图案，所述图案叠加在所述屏幕的总体多粒上。然而，由于干涉效应非常敏 感地取决于反射角，斑纹图案表现为当观察者移动头部时相对于屏幕改变位置。但是光 的时间相干性依然小，并因此为了经历干涉效应，有贡献的小面应位于大致与入射和反 射波前共面，即，所述效应在回反射方向被最大化，并随着散射角的增加而减小。偏振对比率和增益与串扰相关联的对比度表达为通过透射透镜的光被观察到的亮度与通过遮光透 镜的光被观察到的亮度的比率。影响偏振对比率(PCR)的变量包括偏振基本向量、投影 几何结构、观察位置和屏幕上被观察的点。对于朗伯屏幕，分子中的项对于观察位置是 确实不变的。但对于常规银幕，增益足够大，使得分子项中的衰减常常是PCR角相关性 的最主要原因。特征化屏幕的一种方式是测量偏振灵敏度双向反射比分布函数(BRDF)， 所述偏振灵敏度双向反射比分布函数其为每立体角的反射率。图3是图300，所述图300图示作为观看角函数的常规银幕的保偏性能。图300 显示使用准直源(具有0.633 ym波长的HeNe激光)的常规屏幕的BRDF测量，其中P 取向的起偏器被插入到照明光路中，并且在检测光路中使用P取向或S取向的起偏器。P和S分别是总的(基底)坐标系中平行于和垂直于入射面的单位向量。这不应与局部坐 标系混淆，后者是与嵌入在屏幕中的个别的反射小面相关联的。为了获得这些测量值， 屏幕在偏离法线-5° (相应于图上的-10° )被照明，从而镜反射方向对应于0°。检测 器扫描了面内角，其中由于检测模块的有限尺寸而发生了信息丢失(drop-outs)。图3中，PP图形302对应于平行起偏器BRDF，所述图形302紧密跟踪增益分 布。PS图形304是交叉的起偏器BRDF，对应于作为散射角的函数的，通过几种机制的 组合转化为S偏振的功率。该项在角度空间为相对地“白”，如期望用于漫射散射组件 的那样。图4是图400，所述图400图示作为观看角函数的常规银幕保偏对比度性能。保 偏对比率(PCR)402被图绘为观察角的函数，并且是图3中所示的PP BRDF图形302对 PSBRDF图形304的比率。后面将显示，从菲涅尔观点来看，这对应于针对线偏振的“最 佳情况”对比度，因为输入偏振包含在入射面内。图5是图500，所述图500图示作为观看角的函数的常规银幕增益曲线。增益曲 线502显示PP BRDF对朗伯散射体的PP BRDF的比率，并且同样是独立于偏振的。针 对该屏幕，对比度在约20°减半。由于PCR跟踪增益，高增益屏幕典型地显示在观察到 的串扰中最高的空间非均勻性。以上在图3-5中所显示的测量图示采用常规银幕的测量，BRDF在镜反射方向 几乎独立于入射角。增益屏幕的PCR的分子因此主要取决于观察光线与镜反射方向之间 的角度差。所述镜反射方向对应于如果屏幕表面为反射镜时，光线将经过的方向。确定串扰泄露项(分母)的因素包括1.由源自远小于照明波长的特性的漫射散射造成的消偏振。这可以包括纳米尺 度不平整的反射颗粒表面，颗粒的尖锐边缘以及在敷层中使下面的无泽基底暴露的空隙 (void)。2.由粘结剂或添加材料的局部各向异性造成的偏振改变。3.从单个表面的(镜面)反射的偏振改变。4.多重反射，所述多重反射在光学尺度上产生于相对于照明方向高度倾斜的表本公开追求克服与常规统计学表面(例如常规银幕)相关联的对比度方面的限 制。使用全反射分散手段(dispersion means)，根据本公开的工程表面可以提供更合乎 期望的增益分布，所述工程表面在镜反射方向不呈现过度的反射。起因于以上所列机理 的贡献，如果没有实质上被消除的话，也能够被严格地最小化。此外，凭借亮度中改进 的均勻度，斜率概率密度函数的控制允许每位观察者拥有相似的高对比度体验。最终， 通过引导投影光到座位位置，工程表面可以允许增强的图像亮度。这样通过杂散光的减 少，进一步改进了色饱和度和图像对比度。使用本文描述的方法，屏幕材料可以以最低 可能的价格被制造为具有最高的品质。因素1-由源自远小于照明波长的特性漫射散射造成的消偏振-指与入射光和表 面的相互作用相关联的消偏振，所述表面在尺度上大致为几个纳米至几百纳米。该项的 贡献倾向于在(投影和观察)角度空间实质上为白的，并对偏振基本矢量不敏感。当在 交叉的起偏器显微镜下观察时，所述贡献表现为背景“辉光(glow)”。该项可以通过使用高品质光学敷层(低均方根粗糙度)而被最终消除，所述光学敷层基本上没有空隙并且 保形于压印的表面形貌，所述表面形貌没有在这种水平上的特征。因素2-由粘结剂或添加材料的局部各向异性造成的偏振改变_与在光学上厚的 “透明”敷层相关联。这样的敷层可以具有各向异性，这改变局部的偏振态。本公开的
教导可以通过使用来自类似反射镜的金属敷层的单次-表面反射，来消除该贡献。任意 额外的层可以是类似低双折射氧化物的电介质，所述电介质被相对薄地施加，具有实质 上零延迟。因素3-来自单个表面的(镜向)反射的偏振改变-指局部反射表面的几何结构， 并且是S和P偏振的复反射中的基本区别的结果。PCR中相关联的损耗对于用于大多数 影院环境的投影/观察之间的典型角度来讲是相对不显著的，但在更苛刻的情形中会变 得显著。将示出，金属表面上额外的保形介电敷层可进一步减小该贡献。因素4-源自相对于照明方向高度倾斜的表面的多重反射_指在垂直入射/观察 时可以发生(并且在某些情形中为最大的)的多重反射。它们常常与高度倾斜的漫射结 构相关联。即，单次反射后在前进方向继续或者单次反射后未越过毗邻结构的光线经历 二次反射。这样的事件之间的平均自由路径可以远大于反射特征尺寸，由此导致其他不 合期望的(图像质量)效应。双反射光线可以具有高度变化的偏振态，由此降低偏振对 比率。此外，如将要表明的，这样的反射的影响是偏振基本向量的函数。漫射散射因素1可以通过使用连续的微反射结构而被最终消除，所述微反射结构几乎 不含有或者没有在与漫射散射相关联的高空间频率上的贡献。理论上，这可以使用由 Morris等人在美国专利号7,033,736 (通过引用并入本文)中所描述的设计能力中的一些来 部分地实现，所述专利中使用全反射方法，典型的漫射散射体，可以生成任意斜率的概 率密度函数。另外，这些结构在尺寸、位置、斜率和高度中可以具有伪随机分布，这保 证了无泽外观，而不损失性能。从实践的立场，本公开的工程结构(漫射体)应优选地在制造环境中被一致地大 量生产。这可以涉及与本文所描述的技术规范一致的生成核的卷对卷压印。此外，随后 的敷层应优选地以类似的高质量水平来施加，例如，通过蒸发或溅射。尽管本公开描述 了漫射体/屏幕在影院环境中的使用，可以预期它们可以被替换地在其他观看视觉媒体 的环境中使用，例如，但不限于家庭影院、游戏系统、虚拟实境、飞行模拟器等等。目前的统计学表面(如，常规银幕)总是具有低于期望的100%的反射器填充系 数，其中填充系数定义为金属化面积对总面积的比率。这里，所述金属化面积假定为具 有零透射。但在反射器为部分透射的情况下，另一种消偏振机制开始起作用。对银幕来 讲更为典型地是，敷层中的小针孔使消偏的无泽基底(其通常为白的)暴露。在小针孔 不可避免的情况下，使用高吸收的基础基底(如，无泽黑)是合乎期望的，因为这将导致 显著减少的消偏光透射。例如，使用凹版印刷工艺制造的屏幕常常具有低的填充系数， 因此它们的PCR受基底消偏振的支配。在实际实现中，漫射散射常常是试图消除亮斑的结果。因为小面处在平行于具 有统计学表面的基底的倾向，必须努力破坏镜反射方向的反射。这可以通过增加漫射散 射来做到，但却是以亮度和PCR为代价的。根据本公开，概率密度函数以这样的方式来设计，即在镜反射方向附近为均勻的。这允许在增加屏幕亮度的同时保偏。剧院几何结构和反射的偏振改变设计最佳化的统计学表面的一个重要方面是全面理解与影院观众席相关联的几 何结构涉及的范围。在现代投影棚中，投影透镜(名义上)相对于屏幕水平居中，但往 往在垂直方向位于中心以上。这可以在从零到大于半屏幕偏置的范围内变化。典型地， 屏幕具有单轴曲率(关于垂直方向)，其中曲率半径等于(最佳的)或超过投射距离。当 使用具有大于1.3的增益的屏幕时，这实际上是遵循SMPTE的要求。常常发现场馆的座位排成两个区域，其中前区域倾斜约8-10°，而较大的后区 域倾斜大致为20-22°。所述前区域典型地是弯曲的(类似于屏幕)，而所述后区域典 型地是矩形的。在最接近投影机的排中常常添加额外的座位，这增加了后区域的有效宽 度。在典型的电影院里，平均投射比(投射距离与屏幕宽度的比率)大致为1.8。按照定义，可以针对不同的观察位置，从假设的“理想观看者”的视角来描述 性能。所述理想观看者代表这样的座位位置，即白帧的峰值亮度发生在屏幕中心(当使 用增益屏幕时)。其他关心的位置包括周边座位，对于这些周边座位来讲，系统的表现应 当令人满意。综合以上讨论的其他几何学考虑，这些周边座位定义了漫射轨迹。在随机测试的二十一个影院观众席中，轴向光线的平均垂直偏置角大致为向下 八度。垂直偏置将镜反射方向向下偏向，这对于使用增益屏幕的亮度是有益的。当适当 设计时，这将理想观看者放在座位排列的中心位置。相反地，具有零偏置时，使用增益 屏幕的最佳观看位置是在投影机处，这显然是不实际的。根据本公开，取决于投影机偏 置以及与期望的理想观看者相关联的角，漫射角的偏向可以被包括在漫射体设计中。最差情况的观看角与外周座位相关联(或者针对这样的座位子集，即系统的表 现应当令人满意)。这些座位定义了观看轨迹。根据本公开，在针对亮度和对比度的理 想环境下，没有光投射到漫射轨迹以外。此外，最佳的偏振对比率要求在漫射轨迹内仅 发生单次反射。在发生多重反射的情况，它们应优选地针对在漫射轨迹以外的反射条件 而发生。图6A和6B分别是极坐标图600和650，所述极坐标图600和650图示在不同 观看位置的特定观众席的观看轨迹的示例性极坐标图。图6A显示图形602，代表观察光 线的角度(在整体坐标系中)，所述角度通过跟踪在前左座位(例如，图1中的观看位置 132)的屏幕周边来定义。图6B代表针对后左座位的相应图形652 (例如，图1中的观看 位置134)。在此情况下，后者(652)包含在前者(602)中。然而，在典型的阶梯座位布 置中，后座位定义相应于屏幕底部的轨迹部分。图7是极坐标图700，与以上在图6A和6B中所描述的相似，显示针对二i^一个 剧院观众席的随机取样的观看轨迹。这样的数据704包含在周边702中，周边702针对 关于垂直方向对称的照明/观看条件定义了也是关于垂直方向对称的漫射轨迹。设计目 标是将漫射基本上限制在由周边702定义的区域内，以包括观看轨迹，所述观看轨迹基 本上包括所有的观看位置加上任意的安全边际，例如五度。在以下分析中，假设屏幕包括微反射器的集合，所述微反射器尽管在宏观尺度 上实质上是共平面的，但所述微反射器在取向上是根据斜率概率密度函数随机分布的。 这里，由投影光线向量和观察光线向量来定义了局部坐标系。这定义了局部入射面，所述局部入射面包含局部小面法向量(其中小面模型典型地被用于举例说明，尽管期望的 表面可能具有连续微反射性质)。由于偏振基本上被屏幕保持，假设被小面偏向的光是镜 反射的结果是合理的。与屏幕增益相关的二维斜率概率密度函数赋予了小面以期望的取 向存在的可能性。局部入射面还定义了局部S和P向量(或局部本征向量)，所述局部S和P向 量遵循菲涅尔(FreOTel)反射方程。在此情况下，功能敷层典型地为金属(如，铝)，所 述金属具有复折射率，并且因此为吸收性的。假设“小面面积”相对于照明波长是大的 (或者更现实地，斜率在波长尺度上缓慢地变化)，可以认为光从所述表面镜反射，保持 偏振。如此，实质上不存在与所述事件相关联的消偏振，尽管由于与S和P相关联的不 同复反射系数而一般会发生偏振态(SOP)的改变。考虑入射线偏振光包括S和P投影两者的特定情况。反射相位差倾向于引起椭 圆性，而反射率的差异倾向于旋转取向。针对基于线起偏器的3D系统在最差情形的方位 角(相对小面入射平面士45°偏振)，或基于圆起偏器的系统在任意方位角，菲涅尔反射 对偏振对比率的贡献表示为PCR = ^-L2-其中和Afe‘ra分别是与P和S偏振相关联的复反射系数(忽略共同相 位)，其中r是r和p分量之间的相移。对第一级来讲，分母中的第一项说明反射率差 造成的对比度损失，而分母中的第二项说明相位延迟造成的对比度损失。从根本上讲，小面入射角应小于45°，具有(如，平坦屏幕)无限的投射距离 (用位于中心的投影机)，并且观看者位于屏幕平面。更典型地，在剧院观众席中与最差 情形观看者相关联的最大小面入射角低于35°。图8是针对圆偏振(或线偏振的最差情形方位)作为小面入射角函数的菲涅尔 PCR的图800。对比度802针对25°以下的角(相当于大多数观众)在1,000 1以上， 针对35°以外的角仍在270 1以上。这样，在当前影院环境中，菲涅尔贡献相对来讲 是小的。就相对贡献(再次对第一级来讲)而言，由反射率差单独造成的对比度在35° 是24,000 1，而与延迟单独相关联的对比度是273 1。这样，与菲涅尔相关联的对比 度损失大多是由S和P之间的相移造成的。通过在金属上添加保形透明介电层(其同时 用来防止自然氧化物的生长)，存在更接近地匹配S和P相位，同时增加总体反射率的机 会。这典型地用所谓的“被保护的铝”反射镜敷层来实现。Lippey等人在美国专利号 7,110,175 (通过引用并入本文)公开了铝层的沉积，以通过使用介电层来使S和P的反射 率相同来解决反射率差异问题。然而，Lippy没有认识到对比度受相位差的影响远大于反 射率差异的影响。由于消偏被假设为仅是S和P反射率之间差异的结果，所以对比度的自 然目的是要最小化局部入射角并因此具有更高的增益。然而，如本文所公开的，我们已 证明主导消偏机制是多重散射事件，对这一点，Lippey连提都没提。换句话说，Lippey 没有认识到贡献于对比度性能的主导机制或者用于对比度性能的这种最佳化技术。此 外，Lippey确定的第二目标是匹配S和P偏振的幅度的反射率。然而，根据本公开的教导，既匹配S和P反射率的幅度又最大化两分量之间的相位差是可能的，由此提供优异的 保偏性质表现。经常地，介电外敷层被沉积到金属反射镜上，以提供耐久性并增强反射率。如 果裸的铝未被覆盖，它容易被刮擦并且最终将形成自然氧化物(A1203)薄层(70-90人)。 自然氧化物(折射率n= 1.66)将随时间有减小反射率的趋势。反之，如果光学厚度大致 为四分之一波长的MgF2(n= 1.38)被沉积到裸的铝上，可以使反射率增加几个百分点。 虽然MgF2代表介电外敷层的理想选择，使用其他低折射率的电介质(如Si02)可以获得 实质性的改进。在这两种情况中，主要的约束是最小化S和P反射率之间的复相位差。在本公开中，保偏可能比增加效率更重要。如以上所讨论的，通过薄膜补偿减 小S和P分量之间的相位差有助于保偏。任意厚度和折射率的电介质膜，采用PCR在 589nm的性能度量(其中输入偏振是对入射平面成45° )，当折射率被最小化时(如，用 MgF2)产生最好的结果。当使用70人厚度的天然氧化物时，在35°的小面入射角的PCR 是139 1(这比裸的铝低)。添加0.34波长厚度层的MgF2，获得23,915 1的对比度。 在28°，针对补偿的情况的对比度较低(1,934 1)，但是，对比度仍然显著高于未补偿 的情况(360 1)。对于更小的角，对比度通常是增加的，但补偿的情况仍至少比未补偿 的情况大两倍。由于倾斜的小面具有线性本征偏振，基于线偏振的系统的性能是方位相关的。 如果输入偏振包含在小面入射面内，则在反射时保偏。如果该机制在确定对比度中是重 要的，则可以选择眼镜来使总体性能最佳化。例如，屏幕角落倾向于对应最大的小面入 射角，所述最大的小面入射角可以倾向于更接近士45°方位角，而非0/90°方位。在这 些环境中，可以使用基于士45°线偏振眼镜的系统。至于使用圆偏振原理(circularbasis) 的系统，则没有摆脱在任何方位的反射的偏振改变，实际上，对比度独立于方位角。在 对比度受多重反射主导的情形中，以上论证可能不是相关的设计考虑。双反射取决于屏幕结构，单次反射后的偏振改变可能不是影响串扰的最重要因素。高 度定向的漫射体(如通过波前技术制造的那些)具有高度倾斜的脊，所述脊倾向于产 生二次反射。在交叉偏振显微镜下，由于在被垂直地照明和检测时的回射，现货供应 的全息漫射体典型地呈现线性本征偏振。在对通常在透射中使用的，但为该测试而以 铝敷层的三个产品样品的测试中，所有样品实质上在一个维度上分散得比在正交方向 (8° /21°，10° /68°，12° /44° )要多。敷层的样品证实，当入射偏振平行于结构轴 时，对比度是几百比一，但当所述样品被旋转时，对比度实质上是低的，对比度在45° 方位仅为几十比一。注意，这些测量值是在回射配置中做出的。统计学表面(如金属片状粉末屏幕)也倾向于双反射。通常，小面对(pairs of facets)之间的平均自由程基本上比实际的反射特征尺寸更大。当屏幕样品在交叉的线起 偏器显微镜下以回射配置被旋转时，小面对的亮度可以被观察到一致地改变。这可能是 由于从相对的传播方向出现的偏振转换光。沿本征方向，所述对被大大地消光。由于回 射的高度偏振转换，所述对在士45°方位变得非常亮。所述对的有效几何结构通常非常 相似(受小面的重叠区的支配)，这是使它们可容易地被辨别的另一个因素。从亮度的观点来看，回射配置具有潜在的益处。即，如果峰值漫射方向一般地与入射方向相反，则来自投影机的光将具有更大的被投射向观众的倾向。例如，粒状 (beaded)屏幕可以具有这样的益处，即具有像猫眼回射器那样的作用。因为它们具有自 修正性质，回射器可以作为最佳地分散光的手段，实质上消除对局部控制漫射性质的需 要。然而，应注意确保这样的回射不会损害偏振，所述损害正如使用某些(如，隅角棱 镜)回射器会发生的那样。在从小面对双反射的情况下，偏振基本上被转化到正交态。在过去，透镜状周期结构已被用在影院屏幕上，以相对于垂直面更多地分散在 水平方向。在使用结构化表面来在水平方向比在垂直方向(其倾向于二次反射)更大程 度地分散光的情形中，可以使用基于0/90°偏振眼镜的系统。然而，更可能的情况是， 倾向于二次反射的屏幕结构的表现将不会令人满意。每一项对PCR的贡献可以使用具体的测量值来得到每种物理机制对PCR的贡献。基于以上讨论，漫 射散射项可能在角度空间是白的，并且独立于偏振基础向量。这是背景泄露项。这样， 针对线偏振和圆偏振，PCR结果相对于小面入射角应该是相同的。若否，则另一种物理 机制可能显著地起贡献作用。菲涅尔贡献在回射方向为零(针对单次反射)，随着小面入射角接近20°而变得 显著，并且随角度的增加而增长。这明显是偏振相关的，当输入平行/垂直于小面入射 平面时消失，而在士45°为最大。当使用圆偏振时，对PCR的贡献与方位无关。这样， 如果线偏振PCR结果在大入射角是方位的强函数(或者如果线偏振PCR和圆偏振PCR之 间存在显著差别)，则菲涅尔项可能是重要的。这假定来自多重反射的贡献在这样的大角 度下变得相对不显著(或者是可分离的)。在线偏振和圆偏振基础向量在回射方向给出不同PCR的情形中，原因可能是双 反射。使用统计学表面，其中斜率概率密度在方位上是一致的，双反射事件的可能性在 方位上同样是一致的。对圆偏振来讲，对PCR的贡献因此也在方位上是一致的。但是， 由于线偏振的方位相关性，在全体方位上平均的对PCR的贡献是圆偏振情况的一半。作为测试这种贡献的方式，针对线偏振和圆偏振情况两者进行偏振敏感BRED 测量，其中所述线偏振的情况是沿本征方向。图9是显示线偏振情况902的对比度超过160 1的图，其中圆偏振情况904仅 为110 1。由于该差别是沿回射方向观察到的，PCR中的任何差别均可以归因于多重 反射，除非圆偏振情况中的PCR固有地低。为获得这些结果，532nm激光被引导通过一 对正交的线起偏器和圆起偏器，以测试垂直入射时的基线性能。测得的基线PCR为针对 线偏振的888 1和针对圆偏振的895 1，其差别适当地在实验误差内并受起偏器的限 制。从而，基本上通过消除双反射，本公开的工程表面可以提供更高的PCR。统计学表面的另一个不可取的方面是缺乏BRDF特征的空间控制。小面概率密 度函数中的空间变化可以产生非均勻的外观。与这样的变化相关联的特征尺寸可以高度 相关于制造工艺和每种工艺的统计学控制方面。假定针对全_HD(1024X2048像素)2k 投影机的普通屏幕上的像素尺寸大致为7mm，在该(或更大)尺寸上的反射强度的显著 变化可能是有问题的。为了证明这一点，用幅度稳定的532nm激光，在305mm的距离 垂直地照明屏幕样品。在相同的轨道承载器(面内)上以45mm的间距安装所述激光和 检测模块，并且沿屏幕轴以1mm增量平移。检测器孔经为5mm，实际上消除了斑点的贡献。由于在相关联的检测立体角上的平均作用，假设会发生轮廓的平滑化。在特定位置中的总扫描范围是100mm，其中在针对屏幕上的其他位置的结果中 没有显著差异。测试了来自两家供应商的屏幕样品。针对样品A和B，反射功率中的标 准偏差分别是6.8%和5.2%。针对样品A的最大偏差是+21%和-16%，而针对样品B 则是+11%和-14%。通过比较在7mm片段的扫描中收集到的平均功率，获得由非均勻的BRDF造成 的像素感知亮度变化的估计。针对样品A，平均偏差是4.6%，而针对样品B的平均偏差 是6.7%。相应的最大偏差分别是8%和7.5%。根据本公开的工程表面的益处在于，这 样的固定模式的变化可以在所有相关尺度上被实质上消除。干涉效应在从投影机传播到屏幕之后，并且假设投影光的空间相干性与波长同数量级， 照明光可以在相对于屏幕分辨面积显著的区上呈现空间相干性。这可以通过在视网膜上 的相干叠加加剧屏幕外观均勻度问题。根据本公开，所述的工程微结构可以具有在期望 的表面形貌上叠加的空间频率噪声结构。这样的结构不影响单次反射要求，但会以这样 的方式使相位随机化，即使得眼睛收集到的光在相位空间包含基本上均勻的表征。如果 噪声的幅度是波长的几倍，并且所述波长与光的空间相干长度近似，则相位随机化应足 以基本上减小斑点。无泽外观眼睛分辨大致上一弧分，在一弧分以下，所感受的强度可以被认为是生成核在 相关联区上从照明方向散射到观察方向的概率密度的加权积分。该概率与局部斜率概 率密度相关。在积分概率在空间上变化的情形中——意味着被采样的区不符合总体统 计——屏幕将具有多粒的质地，这是不可取的。这可以是大特征尺寸的结果以及由于它 们在屏幕表面的特定分布两者而发生。通常，相对强度的波动随观察角而增加，其中， 相对于镜反射方向，所要求的斜率区存在的可能性实质上被减小了。在常规影院屏幕中，无泽外观是由于非常小的特征产生的，所述非常小的特征 产生多重散射事件，所述多重散射事件对角度空间中的平均作用做出贡献。根据本公 开，所述工程漫射体被分析并且在空间上被修正，以创建在单次反射后更均勻的强度分 布。这在保偏同时基本上减少了外观的多粒性。在很大程度上，这是通过与本公开一致 的工程漫射体的形状来实现的。局部地，每个散射特性遍历性地填充整个观看轨迹。空 间变动主要是由于随机化和拼接效应(tiling effects)造成的。相对于不受影响的区域，经 受这种效应的面积的百分数可以是小的，即，它可以被限制到工程生成核重叠的区域。 通过使用在边界具有零斜率和零高度的生成核，该效应被基本上限制在增益分布的镜反 射区域，在该区域其不令人满意的程度要小得多。示例性屏幕设计在屏幕含有统计学上均勻分布的生成核的情形中，这样的核基本上满足照明和 观察的极端条件是必须的。屏幕上的每个点接受来自一个(或更多个)离散角的照明。 在与总体统计特征相关联的区上，这种照明可以典型地被认为是准直的。针对每个这样 的照明区，服从于增益要求，光应被散射到与漫射轨迹相关联的角度范围内。针对每个 这样的点，重要的量是在镜反射方向和观察方向之间形成的极端的角度。当针对屏幕的每个点的散射要求被涵盖时，周边(在此被称为“漫射轨迹”)定义了屏幕微结构的漫射 要求。所述漫射轨迹与屏幕微结构的斜率概率密度有关。当描述微结构化的漫射体时，考虑被重复来形成宏观结构的最小基本结构单位 (或多个单位)是方便的。该结构在本文被称作生成核，并且为了获得表面漫射体，所述 结构将具有确定从其反射出去的光的漫射分布的某种表面形貌形状。在理想的情况下， 这种生成核携带所要求的漫射体的全部总体统计特征，从而漫射中的点到点变化在最小 的可能尺度被最小化。在更一般的情况下，所述生成核可以不完全满足这些统计学特 征，但这样的结构的总体可以满足。本公开的一方面是设计生成核(或包括多个生成核的微结构)的外形(profile)， 以消除在与照明/观察角的全部范围相关联的小面入射角内的二次反射。在一个实施方 案中，这通过以下方式来实现，即，确定照明/观察的漫射轨迹以对观众席中所有要求 的座位提供光(基于前面讨论的几何结构考虑)并且设计达到以下至少之一的生成核(或 包括多个生成核的微结构)(1)在整个漫射轨迹上均勻的斜率概率密度函数(实质上为 朗伯)，其中，在镜反射方向，如果不是完全没有的话，几乎没有“尖峰” ；(2)空间上 均勻的(如，士 1%)斜率概率密度函数，从而如果不是完全不存在的话，几乎不存感受 到的亮度调制；(3)在漫射轨迹周边的角度空间具有锐截止的斜率概率密度函数；(4)不 含有小于几个微米的特征的生成核布局，这样的光滑度确保偏振度被保持；(5)小于几 百个微米的生成核特征尺寸(所述几百个微米的生成核特征尺寸会导致如“多粒的”或
“起泡”外观)；以及(6)在漫射轨迹的周边内入射的光线在进入漫射轨迹之前不经历任 何实质上的二次反射。通过提供在斜率概率密度中的锐截止，可能消除倾向于在入射光方向(前散射) 或毗邻结构方向散射的光线。这样的光将经历二次或更多次反射，一般具有显著的偏振 改变。额外地，否则将不进入漫射轨迹的光可以被用来增加图像亮度，并消除由从观众 席表面散射的杂散光造成的色饱和度和对比度损失。图10是凹形结构1002的一维实施例的图1000，所述凹形结构1002具有均勻 的概率密度函数，在80°有硬截止(hard cutoff)。在数学上，针对这样的结构的要求如 下。第一，9的改变速率与期望的散射概率5)(e)的倒数成比例浏/5x = el/ 5)(e)，(其 中c具有倒数距离单位，并设定用于生成核的尺度)。第二，概率分布中的硬截止通过 设定9的积分极限来确定的。最后，在表面上任一点的斜率等于散射角一半的正切 dz/dx = Tan(e /2)。图11是图示1D结构1100的图，所述结构1100既是周期的又满足相同标准。 结构中的凸形元件1102通过将凹形元件旋转180°来获得的。只要保持纵横比，结构中 的毗邻单元可以具有任意尺寸，所述尺寸保持足够小以使在视觉上不可分辨，但又足够 大来防止漫射散射(如，小于几百微米并且大于几微米)，并且在漫射轨迹内没有多重反 射发生。如通过反射射线1104(其越过毗邻的峰)所示，以高达10°的角入射的光不经 历多重反射。如1106中所示，随机化表面可以通过拼接多个具有不同宽度的单位单元来 生成。更一般地，统计学表面可以通过消除微分方程洲/ax = el/ 0(e)，但维持斜率概率 密度5)(e)来生成。反射结构可以具有不同的形状，只要关于斜率e的表面元密度等于5)(e)。特别地，这允许所述设计来适应在屏幕不同区域的不同散射要求。图12A-12D是示意图，所述示意图显示包括投影机、屏幕和座位区的任意剧院 的侧视图。在图12A中，操作时光线1204从投影机1202行进到屏幕1206的底部部分。为 了照明座位区1208，光线应被散射为漫射轨迹1210。所述漫射轨迹根据照明和检测/观 察中的角度极端值来定义。在漫射轨迹中，从屏幕向漫射轨迹基本上仅发生单次反射； 而在漫射轨迹以外，可以发生多重反射。图12B是示意图，所述示意图显示在图12A中的屏幕表面上的示例性微结构 1222。光线1224、1226和1232都大致上平行于光线1204，但却照明不同部分的微结构。 光线1224和1226在进入漫射轨迹1210之前，经历单次镜反射1230和1228。光线1232 经历两次镜反射，但离开的光线1234不进入漫射轨迹1210并且这样将不可能造成PCR减 小。相比之下，图12C显示从投影机向上行进到屏幕1206的顶部的光线，所述光线 照明漫射轨迹内基本上不同的观看位置。图12D图示从位于屏幕1206的顶部的微结构 1262的反射1268，显示没有在屏幕顶部部分入射的光线经历多重反射，尽管一些反射的 光线1270没有进入漫射轨迹1240。因此，与从投影机1201向上行进到屏幕1206顶部的光线相比，从投影机1202 向下行进并入射到屏幕1206的底部部分的光线应优选地散射到漫射轨迹的基本上不同的 部分以照明座位区，即，斜率概率密度也是入射角的函数。此外，由于不同的入射角照 明不同的观看位置，可以容许一些双反射，只要这些双反射导致的是不进入漫射轨迹的 光。这些效应随着投影机射程的减小而增加。尽管示出了单个微结构1222、1262，与本 公开一致，单个微结构可以由一个或更多个生成核构成。图13A和13B是针对图7所示的工程屏幕的几个可能的“增益”曲线的图 1300、1350，在所述工程屏幕中，光仅散射到漫射轨迹内。这里，如图7中所示，增益 是在漫射轨迹内计算的并且被假设为关于垂直轴对称，但是具有锐截止。图1300图示 在漫射轨迹内均勻的(类朗伯)分布1310将导致在典型的无泽白(matte white)屏幕分布 1320上几乎30%的效率增加。图1350图示，如果增益分布具有与现有的增益银幕相同 的功能形状，效率的增加1360几乎是100%。可替换地，增益曲线可以是平坦的(如线 1340所示)，使得总体均勻度比常规的银幕更好(如线1330所示)，BP,以基本上相同的 最大亮度，加宽当前银幕的增益分布。图14是相对于屏幕表面法线，基本上以来自投影机的光照明整个观看区域的小 面法线轨迹的极坐标图1400。在屏幕上的每个点，存在一组小面法线1410，所述一组小 面法线1410将光从投影机引导到每个单独的座位。在整个屏幕表面的所有这样的组的联 合定义了小面法线轨迹1420，以保证每位观看者接收来自屏幕的基本上所有部分的光。 落在该轨迹以外的任何小面法线都造成浪费的光。黑点1410是从随机选择的剧院自左侧 极端观察位置座位计算得到的。曲线或轨迹1420还被延伸来包括针对最右边座位的观看 角。保偏投影屏幕的期望几何结构性质已经被确定为(1)以均勻的光强度填充漫 射轨迹；(2)通过(a)在光分布中引入截止角来防止反射光第二次射中屏幕以及(b)使具有陡斜率的特征保持充分分离从而大角度的散射光不会遇到第二个表面，来防止光的多 重反射；(3)在小于像素的区域内实现遍历性，S卩，完整的漫射轨迹应被屏幕的区均勻 地采样，所述屏幕的区小于像素，从而屏幕强度在空间上是均勻的；(4)确保所有特征 显著地大于光学波长，以防止散射；以及(5)避免可能与投影机的实体动画组合来产生 条纹的周期性结构，或者在精细图形网格组之间的干涉。针对1D散射，已发现满足这些 要求的曲线。如本文使用的，“遍历性”是这样的情况，其中某个参数在有限区域的平均值 已收敛到整个区域的全体平均。当某尺寸的区域被称为是遍历性时，该区域和全体中的 任何相似尺寸或更大的区域不是统计学上不同的。存在两种一般策略来实现2D漫射表面。第一种是确定能被用于随机(随机性) 过程的一套规则，所述随机过程平均起来满足所述要求。确定将一般地满足所有设计要 求的完全随机过程可能是复杂的，但是制造这些表面可能一般地较为容易。第二种策略 是设计明确地满足所有以上要求的定制结构。这确保最佳的性能，但是要求能将该设计 高保真地转移到屏幕表面的制造技术。随机设计存在许多可用的技术，可以用来从随机结构制作表面漫射体。这些技术包括激 光散斑的全息记录、化学蚀刻、机械蚀刻(如，喷丸处理)，以及用包封在聚合物粘合剂 中的金属片状粉末来敷层(coating)。这些漫射体中单个散射特征的局部几何结构由漫射 体被创建的工艺定义。例如，全息漫射体将由2D高斯峰构成，而金属片状粉末涂料将由 具有锐边的平面小面的集合组成。忽略任何锐边，期望大量这样的特征的极限符合高斯 统计特征。因此，随机漫射体可以被近似为高斯散射特征的随机分布集合，其中所述特 征具有某个特征高度d，以及宽度0。原则上，d和o的平均值可以通常为独立控制的。例如，针对激光散斑图形，
o是特征散斑尺寸并且可以通过更改到孔径的距离或孔径的尺寸来调整。如果散斑图形 以光致抗蚀剂被记录，则d可以通过更改暴露时间和/或显影条件来控制。相似地，在 喷丸处理过程中，o将与侵蚀颗粒的尺寸相关，并且d将与它们的进入速度成比例(对 一阶)。因此，针对随机漫射体的生成构造设计规则取决于对d、0之间的关系，以及 保偏(即，双反射)的理解。图15是示意图，所述示意示示例性高斯表面的俯视图1500，以及已用高斯 统计特征来模拟的各自的侧视图1502和1504，所述模拟是要针对物理样品上实验来证实 所述计算模型。具有高斯统计特征的2D漫射体通过以随机定位的高斯构型(如，高斯 构型1506和构型1508)占据平面来模拟。对于一阶，使用相同的高斯构型(0、d是常 数)是足够的。通过将峰定位在六角形栅格上并且然后通过高斯加权距离随机平移它们 的位置来提供相对均勻的覆盖。如果所述平移的标准偏差足够大，则基本的六角形顺序 被消除并且“对-对(pair-pair)”相关性成为高斯的。这导致如图15中所示的高斯噪 声分布。在该示例性模拟中，o =30iim，d= 16um,基本的栅格常数是60 y m，并 且结构的总宽度是2mm。使用非顺序性光线跟踪(ASAP)软件模拟这种结构1500的散射分布和增益。照 明是在法向入射的完全采样所述表面的均勻准直光源。为了加速计算并简化分析，各个光线的偏振被忽略，并且忽略非几何作用(如，菲涅尔反射率、从亚波长特征的散射)。 为了计算增益，仅从所述表面反射一次的所有光线被收集。图16提供图1600，所述图1600图示从图15的示例性高斯表面反射的光线的密 度，所述密度被表示为角度的函数。图1600将这种2D光线踪迹描绘为高斯噪声表面， 并且图1602和1604分别图示从水平和垂直方面的分布。在图1600中，模拟的光线仅从 所述表面反射一次，并且强度以coS(e)来调节，以显示增益。从所述表面反射两次的 所有光线的增益图可以被用来计算多重反射的消偏振作用。图17提供图1700，所述图1700图示从图15的示例性高斯表面经历双反射的光 线的强度图。图1700和侧视图1702、1704揭示，高斯表面不是完全遍历性的，即，由 于散射的分布不是径向均勻的，该表面不是统计学光滑的。这与在具有相似特征尺寸的 全息漫射体上的实验是一致的，其中在毗邻的3mmX 3mm块之间见有显著的强度变化。 然而，所述分布的径向平均是全分布的良好近似。由多重反射造成的偏振对比率是由单 次发射造成的强度(如图16中所示)与由双反射造成的强度(如图17中所示)的比率。图18是图1800，所述图1800图示针对一系列以针对高斯漫射体表面的不同幅度 模拟的对比度相对于增益的情况。通过增加噪声分布的幅度，所述结构的增益被减小。 这增加了多重反射的可能性，并且，作为结果，对比度减小。所述趋势定性地类似于在 一系列全息漫射体上测量的趋势。由于点散射的缺乏、菲涅尔效应和测量系统的有限偏 振敏感度，显示模拟的结果的线1802具有比显示实验结果的线1804—致更高的对比度。 这个系列的实验突出了统计表面作为用于影院屏幕的漫射体的限制中的一些限制。这样 的结构中存在增益(并且因此，照明均勻度)和对比度之间固有的折衷。在允许高增益 的范围内，可以获得更好的对比度。然而，应注意，达到高对比度和低增益两者要求精 心设计制造的表面。为了判定这些结果，可以计算随机表面的散射性质。考虑具有高度d和宽度o 的高斯峰。z(r) = de^丄)该特征上的最大斜率发生在并导致反射角e ^ = 2tan"1 -de 2因此，对于给定的特征高度，可以设定最小特征宽度om，从而针对被分离的散 射特征，产生截止角9。。图19A-19D提供示意图，所述示意图显示针对高斯峰之间不同间隔的反射情况 的图。图19A是示意图，显示光线1904离开单次散射特征1902的反射。针对单次散射 特征，只要9。小于90°，反射的光线1906将被引导离开表面并且将不存在二次反射。 图19B是示意图，所述示意图显示当毗邻的特征1922和1924更接近时的反射性质。然 而，由于毗邻特征1922和1924靠近，存在这样的一些区域，其中对于大反射角，二次反 射确实发生。图19C是示意图，所述示意图显示当峰1932和1934更加靠近的情形。这 里，由于两个峰的重叠减小了它们之间的区域中的最大斜率，双反射消失。图19D是示意图，所述示意图显示两个峰1942和1944重叠的场景，从而最大斜率增加，这在许多情 况中导致多重反射。因此，针对毗邻的高斯峰，存在发生多重反射的区域的轨迹。图20是图2000，所述图2000图示针对具有相等高度和截止角9。的两个高斯 峰，存在其中没有多重反射发生的计算的间距(separation)轨迹。为了在由两个峰定义的 表面上出现零(或接近零)概率的双反射，所述高斯构型的、优选地小于52°。对于 小于80°的0。，所述峰之间没有多重反射发生，但这可能随着所述峰开始重叠而发生。 如果考虑三个峰重叠的可能性，则e。还要更小。不幸的是，e。比针对典型的剧院的期 望漫射轨迹小得多。随着所述峰彼此靠近，光将被散射到更大的角，但是为了利用该行 为来填充漫射轨迹，将需要高密度的散射特征。在这种情况下，多于两个特征重叠的概 率急剧增加。总之，通过减小e。到小于52°来消除双反射的尝试，导致不是射中整个 漫射轨迹的光。解决上述问题的一种方式是使用具有不同高度和宽度的高斯峰。图21A到21C 是示意图，所述示意图显示具有屯=1，o工=1和d2 = 1/5，o 2 = 1/5的两个高斯峰 的叠加。针对不同的峰到峰间距来计算作为位置函数的反射角。当所述峰充分分开时 (见，例如，图21A)，表面上的反射角局部地是单独的高斯构型(、=50° )的反射 角。然而，随着峰靠近，它们之间的最大斜率被增强。图21B显示较小的峰大致位于 较大峰的肩部。然后，当所述峰正好重叠时，最大斜率减小(见，例如，图21C)。总 体效应与相等尺寸特征的叠加相似，其中一个重要区别在于获得了相同的最大斜率情 形，但是表面的平均深度没有显著增加。因此，大角度散射体保留为相对地充分分开， 并且二次反射的可能性更小。图22是模拟噪声模式的图2200，所述图2200图示由具有不同高度和宽度但基本 上相同的截止角的结构组成的两种模式。图23A到23D是显示由两种模式并且不同的特征尺寸组成的漫射体对比于由一 种模式并且无不同的特征尺寸组成的漫射体两者的增益和对比度的图。从具有不同特征 尺寸的漫射体计算的增益得到比从仅单个周期结构计算的增益曲线2352(见图23C)平滑 得多的曲线2302(见图23A)。这是由于第一种结构的较小的特征尺寸允许曲线2302在 更小的区上称为几乎是遍历的，然而，所述两种结构的增益大致上相同。更重要地，所 述两模式漫射体的峰对比度(见图23B，显示图23A的放大部分)比单模式漫射体的峰对 比度(见图23D，显示图23B的放大部分)大基本上四倍。平均对比度大于两倍之大。总之，在纯统计学结构中增加最大对比度的实用技术是以不同的周期性叠加两 种模式。该技术的实际限制在于较小的特征应优选地相对于光的波长保持为大(如，在 几十个ym的量级)，而较大的特征应优选地相对于像素保持为小(如，在几百个Pm的 量级)。使用全息漫射体，这可以通过进行两次暴光来实现，其中第二次暴光被调整到具 有大致上1/5的高度和5倍的频率。另一种实现这种目的的技术是将高增益金属片状粉 末涂料施加到压印的基底。定制设计考虑到在逐点基础上精密设计制造所述表面高度的能力，本文还公开了设计那 种表面的技术。原则上，以连接的多边形网状结构来对待所述漫射体表面是可能的。然 后，可以进行蒙特卡洛模拟来找出使所述表面的漫射特征最佳化的这些多边形的最佳取向和高度。然而，由于期望在小区域上的遍历性，最小特征尺寸上的限制以及多重反射 上的制约使这成为不必要的昂贵计算。更为实际的是使用具体的生成函数作为代替，所 述生成函数随后在漫射体的表面上被重复。这种函数可以是通用的，如高斯，在这种情 况下，统计应优选地以本质上非高斯的方式来约束，以满足设计约束。可替换地，所述 函数可以是局部地满足期望的遍历性性质的生成核。
一旦生成函数被确定，所述函数可以在二维上被复制，以填充表面。任意2D 弯曲表面可以由表征表面高度的值的2D阵列来表示。例如，图22中的像素值代表每个 点的表面高度。为了填充整个阵列，生成函数的多个复本可以被拼接。以生成函数的多 个复本来填充这样的阵列的两种直接并且在计算上成本低的方法是置换和添加。置换由 以生成函数的像素值代替最终阵列的部分内的像素值来组成。在两个生成函数可能重叠 的区域中，它们中的一个可以被截切。图24A是图2400，所述图2400图示截切的重叠 函数2410和2420。重叠导致垂直小面2430，所述小面2430必须被修正以防止多重散射 源。这可以通过以倾斜小面2440替代所述垂直小面来实现，所述倾斜小面2440将光引 导出漫射轨迹，即，具有大于θ。但仍足够小到防止二次反射的斜率。添加由将生成函数 的像素值添加到总阵列的像素值来组成。图24Β是图2450，所述图2450图示生成函数 2460和2470的像素值添加到总阵列的像素值。注意，生成函数的高度是负的，并且高度 =0由线2490指示。为了保证平滑，连续过度，生成函数的高度和斜率在边界2480应 接近零。该技术的优势在于，边界处没有小面，并且这样原则上有可能更好地利用可用 的光。然而，平均起来，添加导致平均纵横比的减小和从而漫射体增益的增加，并且因 此必须被修正，如以下所讨论的。通过对随机漫射体的探索获悉，即使当生成散射特征具有避免表面二次反射的 截止角时，当两个峰以可预测的方式相互作用时(即，当它们恰好重叠或者当它们太靠 近)，发生多重反射。使用高斯统计特征，这些状况可能针对某个有限百分数的特征发 生。因此，增加对比度的直接技术是以实质上非高斯的方式来更改峰位置的统计特征， 以防止不期望的事件。进行这项工作的最简单的方式是限制峰的随机平移，从而使它们 不能重叠。平移必须仍足够大，以在统计学上掩盖栅格的基本六角形特征。2D漫射透镜的求导略微复杂于求解ID曲线。假设为轴向对称分布，将θ描述 为r的函数的微分方程为
r π flux Irdr .、…---= -T^-= α (θ)3)
steradian τ θ θ其中5)(θ):是期望的分布函数，I。是每单位面积的入射通量，以及α是比例常 数。为了计算α，生成核上入射的总通量等于全部立体角上分布函数的积分Ion{rl -T1m) = 2π^ α (θ)sinθ θ4)其中rm是生成核的内半径(其可以等于0)，rM是生成核的外半径，以及θ。是 分布函数的截止角。由于θ已知为r的函数，下一步是积分表面的斜率，以找出表面高 度
dz θ、— = tan—5) dr 2一般地，要解析地进行该积分相当困难，但是以数值方式相对容易完成。图25A到25C是方程3到5针对5)(θ) = cos(6)(即，一生成核或朗伯漫射体)的几个示例性 解的图。图25A是在最大半径rM=l的圆区域生成的解的图2500，其中最大斜率在其外 边界上。图25B是在环形区域生成的示例性解的图2510，其中内半径rm=l，并且外半 径rM=1.5。区域2510中的最大斜率发生在内表面上，并且这样所述 两种解可以无缝接 合在一起以形成解2550。图25C是通过组合解2500和2510生成的示例性生成核解的图 2550。在该程序之后，任意的漫射分布5>(θ)可能会受到前面提到的截止角限制的制约。图26是图2600，所述图2600图示针对2D朗伯生成核通过非顺序性光线跟踪模 拟的增益。图27是针对图26的生成核的径向平均的增益图2700。以解2550完全填充屏幕 (如图25C中所示)呈现这样的问题，即，基本上消除空的空间，但却具有对生成核的微 小扭曲。拼接生成核以工程生成核填充屏幕的一种方式是以栅格构型(如，四方形、六角形，或任 意其他规则形状栅格)来拼接生成核。图28是示意图，所述示意示示例性六角形栅格2800构型。然而，如以上所 讨论的，为了最佳地使用可用的光并且防止镜向反射率的增加(反射率中的“尖峰”)， 空的空间是不合期望的。为了基本上消除空的空间，六角形栅格2800中的生成核2802 可以进行重叠。例如，为了消除使用具有2/单位单元直径的六角形栅格2800的生成 核的屏幕上的空的空间，大致20.9%的单位单元区将是重叠的。图29是示意图，所述示意示生成核的六角形栅格2900的单位单元重叠 2910。图30是图示方形栅格3000的单位单元重叠3010的图。方形栅格3000可能额 外地需要更小的单位单元3020来填充空间，其中更小的单位单元的半径是大单元3030半 径的函数。在图30所示的方形栅格3000构型中，17.9%的重叠是最佳的。如下面所讨 论的，生成核的重叠更改组合结构的增益。增益的改变是最接近的邻居的各个生成核的 中心到中心距离的函数，而中心到中心距离又是栅格内方位的函数。因此，完美的栅格 具有反映生成核局部排列的散射分布偏差。例如，六角形栅格具有六重(six-fold)对称 性，其中给定点的最接近的邻居以每隔60°的方式分布在所述点周围。因此，散射分布 将具有以60°为周期的方位调制，所述调制的幅度与生成核的重叠量成比例。生成核的 规则栅格可以造成条纹、衍射以及其他不期望的效应。更改规则栅格可以实现更大的随 机性，例如，通过使用具有随机化栅格点的六角形栅格来减少这些效应。随机化规则栅 格可以产生额外的重叠。另外，除了单位单元的位置，它们的尺寸也可以被随机化。然 而，在该情况中，预修正所述结构的重叠变得几乎不可能。图31是六角型栅格的示意图3100，允许中心点的0.1￡随机化。该构型获得60% 的重叠区3110。图32是具有分散在较大单元3230之间的较小单元3220的六角形栅格的图 3200，导致9.4%的小得多的重叠区3210。图32中的单元排列允许更大的随机化。也可以使用其他技术来减少栅格的效应。例如，通过使用有多重生成核组成的 较大单位单元来用于初始拼接，在散射分布中隐藏栅格结构所必需的随机化的量可以减少。六角形栅格具有六重旋转对称性，但是如果两个分开的六角形栅格的元素以它们之 间的30°旋转而被组合，则对称性增加到12重。这可以通过半规则的和中等(demi-)规 则的镶嵌的任意数量的无限集来实现。半规则的和中等规则的镶嵌典型地包括多样的多 边形(如，三角形和方形)，并由此特征化尺寸来填充栅格，提供散射特征的高度和方向 上额外的变化，并且减少干涉。图33A是示意图3300，所述示意图3300图示半规则镶 嵌图案。图33B是示意图3350，所述示意图3350图示该拼接的单位单元，所述单位单 元由两种六角形栅格组分3360和3370以及三个方形栅格3380组成。多边形的顶点指示 生成函数的中心。与针对规则六角形栅格的0、60、120...300形成对照，该镶嵌中最近 邻居的方向的角取向是0、30、60、90、120...330。此外，方形元素引入额外的一组角 15、45、75...345。图33C和33D是示意图，所述示意示多边形3390和3396的顶点 (以及生成函数的中心)。所述结构的重复距离仍显著小于像素。任意大的伪随机拼接可以通过进行结晶熔融的2D蒙特卡洛模拟来生成。这种 方法对于硬盘(hard disk)相互作用，以及具有任意吸引/排斥相互作用潜力的颗粒的研 究是公知的。模拟的起始点是在规则网格上生成颗粒的2D栅格。然后，全体中挑选一 随机颗粒，并被平移一小的固定量。如果所述平移导致未被任意盘覆盖的一区域，则所 述移动被拒绝。如果所述平移导致颗粒重叠总量的减少，则被接受。如果重叠的总量增 力口，则所述移动以与增加的量成反比的概率被接受。重复该方法直到系统达到平衡。典 型地，当在这样的模拟中强调填充约束时，所述模拟将收敛于六角型栅格。因此，为了 在最小化颗粒重叠的同时抑制结晶度，将颗粒尺寸的随机改变添加到蒙特卡洛步骤是有 用的(受类似的约束)。图34是通过水平位移的随机化的示意图3400。均勻生成的位移可以确保表面被 完全覆盖，如3400中所示。图35是如图34中所示的表面的单元中心对单元中心位移的概率分布的图3500， 所述表面具有随机化水平位移的表面。如图3500中所示，毗邻结构的最大位移是2.0并 且平均位移是0.905。通用结构(例如，高斯峰)不是必然产生理想的散射分布。相反，结构的尺寸 和位置的统计特征可以被控制，从而通过一些相对大量的特征实现所述分布。在具体地 设计制造一漫射体(例如，全息或蚀刻的漫射体)的单位单元困难的情况下，通用结构 (例如，高斯峰)对于确定设计参数是有用的。包括多个生成核的一个单元、生成核或 微结构理想地在某个截止半径希望具有接近零的斜率，从而允许单元被无缝地联结在一 起。包括多个生成核的理想的生成核、工程生成核或微结构也希望优选地为遍历性的， 其中生成核单独地产生整个期望的分布函数。产生朗伯分布的生成核是局部遍历性的。 遍历性生成函数帮助确保漫射体表面上的强度变化被最小化。单独的高斯峰的漫射特征通过以下方程来建模z{r) = Z^rl所述单独的高斯峰的最大斜率发生在r = 1/2处。最大反射角是0max=2tan-1(V2zoe-1/2)为生成θ c的截止斜率，选择Zq :
再次，毗邻的峰可以引起双反射，所述双反射取决于θ c和接近度，但对于小 于 80°的θ。，则不存在多重反射(除重叠的峰以外)，如图20中所示。 图36是作为高斯峰间距的函数的漫射角的图3600。图37是图3700，所述图3700图示具有重叠高斯特性的结构的截止角。在工程生成核的情况下，重叠单位单元和随机化单位单元的位置可以导致以上 公开的相似问题，例如，双反射以及增益分布的改变。通过选择在阵列内放置单位单元 的添加方法，双反射的机会基本上被消除，剩下增益分布的改变要进行修正。图38Α和38Β是图3800和3850，所述图3800和3850图示两种样品构型中的工 程朗伯散射体重叠。线3810、3811和3812代表朗伯表面。线3820代表线3811和3812 的和，表明构型3800中和表面的增益太高。当在构型3850中生成核被移动到还要更靠 近时，线3820被推至还要进一步向下，表明增益还要更高。解决该问题的一种方式是预修正用于重叠的生成核。图39Α和39Β图示预修正 生成核以解决重叠问题的一种方法。通过旋转线a生成的生成核A是遍历性的；通过旋 转线b生成的生成核B是遍历性的；以及，通过旋转线c生成的生成核C尽可能地接近 遍历性，服从以下约束C， (rMax) = 0其中b(r) + b(r-￡) = c(r)； (τ < (Jl)ab， (r) +b， (rMax" (r_rMm)) = c(r)(b ’ (r) -b (r))2+ (b， (rMax- (r-rMm)) _b (rMax-rMm)))2。图40是具有朗伯漫射体重叠的预修正单元的图4000。线4010和4020代表目标 漫射体形状。线4030在最小化离开线4010的偏差的同时生成线4020的解决方法。尽 管计算未完全预修正针对重叠的任意增益分布，但是结果是高度充分的。在该情况中， 斜率在生成核的边缘为零。增益分布在80°有锐截止，所述截止导致在80°以上基本上 无漫射。就重叠的生成核分布的预修正不充分而言，可以采取额外的步骤来达到期望的 漫射分布。图41A是示例性增益分布4110的图4100，分开显示在结构已被随机化之后， 来自重叠区域4120和非重叠区域4130的贡献。就重叠区域的预修正不完善而言，则总 的增益不跟踪目标增益，如线4110所示。所述非重叠区域也可以被预修正，以解决所述 误差问题。图41B显示示例性增益分布的图，其中重叠区域和非重叠区域具有互补的修 正，以致总增益等于目标增益。总增益可以被写为G(O) = Ga(e)Aa+Gb(e)Ab其中G(e)是目标增益，Ga(e)/Gb(e)是与生成核的非重叠区域和重叠 区域相关联的增益曲线，以及Aa/Ab分别是非重叠区域和重叠区域的面积。如果 Gb(Q) ^Ο(Θ),我们可以解出非重叠区域中修正的(corrected)增益贡献，G，3(θ)
Λ
然后，必须解出方程3-5，以找出针对未经历重叠的生成核区域的修正形状。重 叠区域4170和非重叠区域4180两者的预修正区域的和4160基本上匹配目标增益分布。 与Morris描述的迭代设计方法形成对照，这种方法是以固定数量的步骤(即，重叠区域中 生成核的设计、重叠区域中生成核的预修正和非重叠区域中生成核的设计)达到最佳设 计的确定性过程。如以上所描述的，工程生成核的使用显著减少了与常规银幕相关联的多粒外观 问题。由于每个单独的生成核映射基本上整个漫射分布，即使对于大散射角，由统计学 变化造成的大尺度空间变动在很大程度上被避免了，即，每个单独的生成核具有至少两 个区域在任意给定方位角对强度做出贡献的。通过添加某种形式的噪音来随机化漫射体的表面高度可以被用于解决接近回复 反射方向的相干散斑问题。为了置乱反射光的相位，这种随机化的幅度应是光学波长的 一些小倍数。与根据本公开来提供屏幕相关联的实际益处和考量包括每单位区的最小成本、 性能的空间均勻性、制造方面的一致的性能可靠度以及处理和清洁方面的坚固度。屏幕材料的成本可以通过尽可能多地利用现有的卷对卷工艺而被最小化。制造 最佳化的屏幕材料卷料的基础设施可以包括进行微压印、金属化、透明电介质(硬敷层) 敷层、精确纵切和打孔(用于声传输)的设备。目前存在无与传统的镍垫片相关联的 (横向)沿卷(down-web)接缝的卷对卷压印工艺。根据优选的制造方法，具有无缝压印 卷筒的UV压印生产连续的漫射体材料。根据这种方法，通过接合这样的带材，漫射体 卷料被方便地转化为完成的屏幕。使用精确的卷对卷纵切，这样的带材可以用对接接头 来连接，所述对接接头提供使所述接缝在剧院中基本上不可见的足够小的间隙。以这种 途径，可以使用后端膜连接方法来制造完成的影院屏幕。当屏幕被安装或在框架上展开 时，这种方法应优选地提供足够的连接处强度以及可靠性。接缝(以及受连接方法影响 的任何周围区域)应优选地足够小，以致它对观众而言是不可观察到的。在敷层(如喷涂金属片状粉末)之前进行膜连接的潜在益处在于，光学上的厚层 可以使小的特征平坦化。实践中，这样的屏幕中的连接常常是可观察到的，因为在接缝 中存在不对称的“台阶”。因为高的镜向反射，相关联的宏观小面造成光的角色散的大 分裂。当材料跨接合点平坦时(如，类似接头连接)，在间隙在大致为50微米以下(并 且大多情况，直到100微米)时，接缝通常是不可观察到的。当采用进一步的步骤来掩 盖接合处(例如随机化边轮廓)时，这个不可观察到的得间隙可能甚至会更大。在精确的卷对卷纵切没有提供足够的精确度的情况下，用于从敷层的带制造完 成的屏幕的另一种优选技术是同时纵切所述片，从而它们可以被容易地对接到一起，其 中所述带由于强度原因而被垂直悬挂。这可以通过重叠所述片并使用单个刀，或使用具 有固定间距的一对刀，来完成。尽管这减轻了边缘直线度的制约，却是基本上比精确卷 对卷纵切方法更劳动密集的批处理。纵切之后，两个片可以被对接到一起，或者通过具有合适轮廓的辊系统来将所 述片局部地驱动到一起，或者通过使用真空台来平移片，以将材料整体对接到一起。其 中敷层的表面面朝下，膜可以使用包括粘结剂、化学品或焊接工艺的几种方法中的任一 种来连接到一起。粘合剂可以包括紫外线固化、电子束固化或各种热固工艺。化学粘合可以包括溶剂或掺杂的溶剂。焊接工艺可以包括递送热能到接合处的各种手段，优选为激光。假定缺乏 与对接连接相关联的表面面积，可能额外的机械支撑可以被用来确保 连接强度。这可以使用某种形式的背衬带来提供，所述背衬带创建T形接头。背衬带的 厚度和尺寸可以被选择，以确保完成的(展开的)屏幕的前表面是横贯边界均勻的。在 一些情况下，层压整个屏幕到辅助背衬片(如织物)可能是优选的，所述背衬片进一步改 进强度和外观。根据本公开更复杂的屏幕设计可以涉及漫射性质的局部(位置特定的)控制。这 可以通过制造专用于屏幕上特定位置的材料的卷来完成。典型地，这涉及漫射方向的一 偏角，或者在类朗伯屏幕的情况下，轨迹形心位置的(一级)偏置。假定屏幕原料使用卷对卷工艺来制作并且所述带被还是垂直悬挂，则局部修正 可能在水平方向。任何片的交叉于卷料的(cross-web)漫射分布的设计可以绝热地变化， 以致在片之间的边界不存在漫射分布的突然改变。这允许非常大的屏幕，所述屏幕在水 平方向具有准连续地变化的最佳化的漫射性质。如以上的描述制造的屏幕可以与关于垂直方向弯曲的屏幕具有相同的性能，但 却是以平坦的方式。此外，复合弯曲的(如，超环面的)屏幕的有效性能可以通过使前 面提到的屏幕关于水平轴弯曲来实现。这消除了制造大的复合弯曲屏幕的复杂性(如， 在平坦/柔韧性屏幕材料后面在体积上抽真空)。尽管以上已描述了根据本文公开的原理的各种实施方案，应理解这些实施方案 仅以实施例的方式被提出，而非限制。由此，所述一个或多个发明的宽度和范围不应受 任何上述的示例性实施方案限制，而应仅根据本公开公布的任何权利要求以及它们的等 同物来限定。而且，以上优点和特征提供在所描述的实施方案中，但不应将这些公布的 权利要求的应用限制为实现以上优点的任一或全部的方法和结构。此外，本文的段落标题是被提供来与37CFR 1.77的建议一致，或者用于提供本 文的结构线索。这些标题不应限制或特征化可以从该公开公布的任何权利要求中所阐述 的一个或多个发明。具体地并且以举例的方式，尽管标题指“技术领域”，权利要求书 不应被该标题下所选择的语言限制为描述所谓的领域。进一步，“背景”中的技术的描 述不是要被解读为承认某项技术是该公开中的任意一个或多个发明的现有技术。“发明 内容”也不是要被认为是在公布的权利要求书中所阐述的一个或多个发明的特征描述。 另外，该公开中对单数的“发明”的任何引用不应被用于证明在该公开中仅有一个新颖 点。根据从该公开公布的多个权利要求的限定，可以阐述多个发明，并且这些权利要求 相应地定义了由其保护的一个或多个发明，以及它们的等同物。在所有例子中，这些权 利要求的范围根据该公开按照这些权利要求本身的实质来理解，而不应被本文所陈述的 标题限制。
权利要求
1.一种前投影屏幕，包括结构化反射表面，所述结构化反射表面包括多个反射生成核，所述多个反射生成核 满足预先确定的宏观散射分布；其中从预先确定的投影方向入射到所述前投影屏幕的一区域的光在经过基本上单次 的反射后被引导到预先确定的漫射轨迹。
2.一种保偏前投影屏幕，所述屏幕包括多个反射微结构，所述多个反射微结构分布在基底的至少一个表面上； 其中所述多个反射微结构可操作来对照明轨迹中的观看位置提供光， 其中所述多个反射微结构可操作来基本上消除所述照明轨迹中的多重反射事件。
3.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多个反射微结构可操作来对所述照 明轨迹中基本上所有的观看位置提供光。
4.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述屏幕包括结构化反射表面。
5.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述屏幕可操作来反射偏振光。
6.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述屏幕可操作来反射至少两束正交偏 振光束。
7.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多个反射微结构被分布来最佳化从 所述照明轨迹中的位置的观看。
8.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多个反射微结构包括一表面形貌。
9.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多个反射微结构中的每个微结构具 有一外形，所述外形满足使微结构之间的双反射最小化的统计模型。
10.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多个反射微结构中的每个微结构 连同其他微结构一起分布，以满足使微结构之间的双反射最小化的统计模型。
11.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多个反射微结构以基本上规则的 栅格分布。
12.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述基本上规则的栅格包括六角形栅格。
13.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多个反射微结构以镶嵌图案分布。
14.权利要求11所述的保偏前投影屏幕，其中所述基本上规则的栅格包括随机的中心。
15.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述反射微结构中的至少两个基本上重叠。
16.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述反射微结构中的至少一个被设置 来预修正由重叠毗邻的反射微结构造成的偏移。
17.如权利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多个反射微结构使用紫外光压印 处理来创建。
18.一种保偏前投影系统，所述系统包括保偏前投影屏幕，所述保偏前投影屏幕可操作来对照明轨迹中的多个观看位置提供 光，并且可操作来基本上消除所述照明轨迹中的多重反射事件，所述屏幕包括分布在基底的至少一个表面上的多个反射微结构；以及投影系统，所述投影系统提供朝所述屏幕方向的偏振编码的光。
19.一种用于提供保偏前投影屏幕的方法，所述保偏前投影屏幕可操作来对照明轨迹 中基本上所有观看位置提供光，所述方法包括确定照明轨迹，所述照明轨迹包括预先确定的观看位置范围； 提供多个反射微结构，所述多个反射微结构可操作来基本上消除所述照明轨迹中的 多重反射事件；以及将所述多个反射微结构分布在基底的至少一个表面上。
20.如权利要求19所述的方法，还包括将介电外敷层应用于所述前投影屏幕，所述介电外敷层可操作来在保偏的同时增强 反射率。
21.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括 提供最佳化的屏幕材料制成的卷料的片；将所述制成卷料的所述片接合到一起，使得所述片之间的接缝从所述观看位置基本 上不可察觉；以及将介电外敷层应用于所述制成的卷料的所述接合的片上。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述制成的卷料的片通过紫外光压印处理来提{共。
23.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括提供敷层的带，所述敷层的带通过纵切最佳化的屏幕材料制成的卷料的片来创建； 在垂直方向放置所述敷层的带；以及 将所述敷层的带连接到一起。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述敷层的带使用辊系统连接到一起。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述敷层的带使用粘合剂连接到一起。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述敷层的带使用化学溶剂或掺杂的溶剂连接到一起。
27.如权利要求23所述的方法，其中所述敷层的带使用焊接工艺连接到一起。
28.如权利要求21所述的方法，还包括 提供辅助背衬片。
29.如权利要求21所述的方法，其中所述最佳化的屏幕材料制成的卷料的片包括专用 于所述保偏前投影屏幕上至少一个特定位置的所述多个反射微结构中的部分。
全文摘要
保偏前投影屏幕和漫射体为立体3D观看提供最佳的保偏，以及针对用于2D和3D系统两者的增强的亮度、均匀度和对比度的改进的光控制。总地来说，所公开的屏幕将来自投影机的光向漫射轨迹内的观看者引导，同时保持最佳的增益特性。更具体地，在经过基本上单次的反射后，从预先确定的投影方向入射到所述前投影屏幕的一区域的光由一工程表面反射到预先确定的漫射轨迹。由生成核构成的工程表面被用来以合适的增益分布，在所述漫射轨迹内将照明光最佳地漫射到观看角的范围中，同时为3D应用最佳地保偏。这样的屏幕，当与匹配的检偏眼镜组合时，提供极其低的来自任何观察点的串扰。
文档编号G03B21/56GK102016714SQ200980111020
公开日2011年4月13日 申请日期2009年1月28日 优先权日2008年1月28日
发明者D·A·科尔曼, G·D·夏普 申请人:瑞尔D股份有限公司