一种带正向投影光学屏幕的投影系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种带正向投影光学屏幕的投影系统，它由正向投影屏幕（1）和投影机（2）组成，所述的正向投影屏幕（1）包括基底层（4）、微棱镜阵列结构层（5）、金属介质镜面反光膜（8）和光线漫反射层（9），微棱镜阵列结构层（5）设置于基底层（4）朝向投影机（2）一侧，微棱镜阵列结构层（5）由底面（6）、投影机入射光线阴影面（7）和环境光线吸收层（10）组成。本发明的优点在于：明亮环境下，具有高增益，高对比度，同时还具有无表面眩光和高色彩还原度；可以选择性的在微棱镜结构层外侧贴上一层保护层，具有抗划伤、防尘，抗老化的特性。
【专利说明】一种带正向投影光学屏幕的投影系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及投影系统，特别是一种带正向投影光学屏幕的投影系统。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着投影机本身发光亮度的提高，大多数投影屏幕需要在自然光或者非 常明亮的环境中使用。由于技术原理的问题，使用一般的玻珠幕、白塑幕、灰幕等来投影图 像时，环境光越强投影图像上的黑色图案随之越亮，投影图像的对比度严重下降，图像色彩 因叠加了环境光而变淡，导致色彩还原性很不理想。
[0003] 因而在明亮环境下使用投影屏幕，尤其是正向投影屏幕，解决投影图像的色彩还 原性能，特别是黑色图案的真实再现能力，显得尤为重要。因而需要一种能够真实再现黑色 图像，在明亮环境下有高对比度的正向投影屏幕。
[0004] 在已有的正投屏幕中，美国发明专利US6842282B2采用玻璃微珠层101与光栅层 102结合的结构，如图5所示，利用了玻璃微珠的溯源反射特性，并用光栅的涂黑侧壁吸收 了部分环境光108,从而提高了投影图像的对比度。然而该屏幕微珠溯源反射固有的特点使 得，观察者104偏离溯源反射光线105方向过大，则投影图像亮度将急剧下降。即使在玻璃 微珠层靠近投影机一侧，增加一个光线扩散层103,用以扩大图像反射光线的可视角度，但 是部分图像反射光线106会因为光栅涂黑侧壁107的吸收，同样降低了投影图像显示亮度， 尤其是在短距正向投影时，亮度损失更为严重。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种带正向投影光学屏幕的投影系 统，尤其提供一种在明亮环境下，具有高增益，高对比度，同时还具有无表面眩光和高色彩 还原度的正向投影屏幕。
[0006] 本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种带正向投影光学屏幕的投影系统， 它由正向投影屏幕和投影机组成，所述的正向投影屏幕包括基底层、微棱镜阵列结构层、金 属介质镜面反光膜和光线漫反射层，微棱镜阵列结构层设置于基底层朝向投影机一侧，微 棱镜阵列结构层由底面、投影机入射光线阴影面和环境光线吸收层组成，底面与基底层贴 合，投影机入射光线阴影面朝向投影机，环境光线吸收层背离投影机，金属介质镜面反光膜 设置在投影机入射光线阴影面上，且金属介质镜面反光膜始于环境光线吸收层与投影机入 射光线阴影面的交点，沿着投影机入射光线阴影面向底面延伸，止于投影机所发射出投影 机入射光线刚好穿过相邻微棱镜阵列结构层顶部且与该投影机入射光线阴影面相交的交 点处，光线漫反射层设置于金属介质镜面反光膜的外侧。
[0007] 所述的微棱镜阵列结构层的外侧还设置有保护层。
[0008] 所述的保护层与微棱镜阵列结构层之间的空间内填充有折射率与保护层折射率 相差小于0. 1的粘接层。
[0009] 所述的微棱镜阵列结构层为圆环阵列排列或直线阵列排列，且环境光线吸收层与 底面所形成的夹角α和投影机入射光线阴影面与底面所形成的夹角β是逐渐变大或固定 不变的。
[0010] 所述的投影机入射光线阴影面与底面所形成的夹角β使得投影机入射光线经过 投影机入射光线阴影面上的金属介质镜面层镜面反射后的出射光线垂直于底面。
[0011] 所述的环境光线吸收层与底面所形成的夹角α使得环境光线吸收层与投影机入 射光线阴影面的交点刚好满足投影机入射光线射向背向投影机一侧的相邻金属介质镜面 反光膜的终点上。
[0012] 微棱镜阵列结构层的相邻齿尖距由远离投影机的方向保持不变或逐渐减小，且该 间距不大于投影图像像素宽度的1/2。
[0013] 所述的光线漫反射层的剖面为圆弧形、椭圆形或长方形。
[0014] 本发明具有以下优点：明亮环境下，具有高增益，高对比度，同时还具有无表面眩 光和高色彩还原度；可以选择性的在微棱镜结构层外侧贴上一层保护层，具有抗划伤、防 尘，抗老化的特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为微棱镜阵列结构层为渐变横截面结构示意图； 图2为微棱镜阵列结构层为环带阵列的投影系统结构示意图； 图3为微棱镜阵列结构层的横截面为直线阵列的投影系统结构示意图； 图4为正向投影光学屏幕具有保护层的投影系统结构示意图； 图5为现有技术的一种正向投影屏幕结构示意图； 图中：1-正向投影屏幕，2-投影机，3-观察点，4-基底层，5-微棱镜阵列结构层，6-底 面，7-投影机入射光线阴影面，8-金属介质镜面反光膜，9-光线漫反射层，10-环境光线吸 收层，11-投影机入射光线，12-保护层，13-粘接层。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明和实施例做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于 以下所述。
[0017] 【实施例1】： 本实施例的微棱镜阵列结构层5为渐变横截面结构形式。
[0018] 如图1所示，一种带正向投影光学屏幕的投影系统，它由正向投影屏幕1和投影机 2组成，所述的正向投影屏幕1包括基底层4、微棱镜阵列结构层5、金属介质镜面反光膜8 和光线漫反射层9,微棱镜阵列结构层5设置于基底层4朝向投影机2 -侧，微棱镜阵列结 构层5由底面6、投影机入射光线阴影面7和环境光线吸收层10组成，底面6与基底层4贴 合，投影机入射光线阴影面7朝向投影机2,环境光线吸收层10背离投影机2,金属介质镜 面反光膜8设置在投影机入射光线阴影面7上，且金属介质镜面反光膜8始于环境光线吸 收层10与投影机入射光线阴影面7的交点，沿着投影机入射光线阴影面7向底面6延伸，止 于投影机2所发射出投影机入射光线11刚好穿过相邻微棱镜阵列结构层5顶部且与该投 影机入射光线阴影面7相交的交点处，光线漫反射层9设置于金属介质镜面反光膜8的外 侦h所述的微棱镜阵列结构层5为圆环阵列排列或直线阵列排列，且环境光线吸收层10与 底面6所形成的夹角α和投影机入射光线阴影面7与底面6所形成的夹角β是逐渐变大 或固定不变的；所述的投影机入射光线阴影面7与底面6所形成的夹角β使得投影机入射 光线11经过投影机入射光线阴影面7上的金属介质镜面层8镜面反射后的出射光线垂直 于底面6 ;所述的环境光线吸收层10与底面6所形成的夹角α使得环境光线吸收层10与 投影机入射光线阴影面7的交点刚好满足投影机入射光线11射向背向投影机2 -侧的相 邻金属介质镜面反光膜8的终点上；微棱镜阵列结构层5的相邻齿尖距由远离投影机的方 向保持不变或逐渐减小，且该间距不大于投影图像像素宽度的1/2,或者更小，尤其以1/10 为最佳；所述的光线漫反射层9的剖面为圆弧形、椭圆形或长方形。
[0019] 基底层4可以是硬质高分子材料(如PMMA、PC、PVC等)，与微棱镜阵列结构层5压 合以形成硬幕，也可以是软质材料(如TPU、EVA、PET、硅橡胶等)，与微棱镜阵列结构层5同 时挤压形成，或者分别形成后再压合，组成软幕。微棱镜阵列结构层5由对可见光具有高吸 收率的黑色材料构成，其剖视图是锯齿状的三棱镜阵列，微棱镜阵列结构层5的相邻齿尖 距由远离投影机的方向，可以是保持不变，也可以是逐渐减小，且该间距不大于投影图像像 素宽度的1/2,或者更小，尤其以1/10为最佳。
[0020] 底面6可以由粘胶剂与基底层4结合在一起，也可以与基底层4是相同材料，一次 成型。环境光线吸收层10表面为黑色，表面可以是光滑表面，也可以是粗糙表面，环境光线 吸收层10对可见光有极高的吸收率；投影机入射光线阴影面7为黑色，表面可以是光滑表 面，也可以是粗糙表面，投影机入射光线阴影面7对可见光有极高的吸收率，金属介质镜面 反光膜8可由金属银、铝、铜、金等构成，厚度可以是0. 05微米到1微米之间，以0. 3微米为 最佳，金属介质反光膜8对可见光有极高的镜面反射率；光线漫反射层9由BaS04或Ti0 2等 光线扩散材料构成，设置于投影机入射光线阴影面7上的金属介质反光膜8外侧，其宽度等 于金属介质反光膜8的宽度，光线漫反射层9的厚度1 μ m?50 μ m，以25微米为最佳，光线 漫反射层9对投影机2入射光线具有扩散能力，改变入射光线原有的传播方向，将入射光线 能量在空间中重新分布，并可根据不同需求进行相应调整，投影机2入射光线经由该光线 漫反射层9后，可以是朗伯反射光强分布，也可以是按一定主光线方向的漫反射光强分布。
[0021] 在屏幕上方较高位置斜向入射的环境光线R10,刚好射向具有环境光线吸收层 10,其吸收率不低于90%，只有很少部分环境光线经投影机入射光线阴影面7反射，进入观 察点3 -侧，从而有效的提高了在明亮环境下，投影图像的对比度和色彩还原度；在屏幕下 方较低位置斜向入射的环境光线R11，刚好射向具有环境光线吸收层10,可见光也会大部 分被吸收，只有很少部分环境光线经由投影机入射光线阴影面7反射，进入观察点3 -侧， 从而也能有效的提高了在明亮环境下，投影图像的对比度和色彩还原度。
[0022] 【实施例2】： 如图2所示，本实施例的微棱镜阵列结构层5的横截面为环带结构，其余结构特性同实 施例1。
[0023] 当光线漫反射层9为朗伯反射表面时，其反射光线强度始终与发散角的余弦成正 比关系，即使投影机2短段距离上投射图像光线，由于朗伯反射表面对光线的反射，使得观 察点3 -侧的图像可视角度大，且有很高的图像亮度均匀性。环境光线吸收层10具有很强 的吸收作用，射向环境光线吸收层10的环境光线R10和R11被相应的环境光线吸收层10 大部分吸收，使得该平面在明亮环境中有较高的对比度。投影机2距离基底层4平面的垂 直距离较小，一般小于等于lm，以小于等于0. 6m为最佳，适用于短距离投影显示，具有低增 益，高对比度，大可视角度和亮度均匀性。
[0024] 当光线漫反射层9为非朗伯反射表面时，有较强的透射散光效果。投影机入射光 线11透过光线漫反射层9后，经由金属介质镜面反光膜8镜面反射，在投射过程中再经由 光线漫反射层9散射，投影机2在短距离上投射图像光线，光线能量主要集中在由金属介质 镜面反光膜8镜面反射的镜面反射光线方向上，同时由于光线漫反射层9对入射光线一定 程度上的散射，使得观察点3处的图像可视角度较小，同时由于光线漫反射层9对光线散射 效果的减弱，使得射入其中的环境光线经由金属介质镜面反光膜8镜面反射后，射入环境 光线吸收层10,大部分被吸收，且环境光线吸收层10对其它方向环境光线同样具有很强的 吸收作用，使得该屏幕在明亮环境中有极高的对比度，由于图像光线能量的相对集中，使得 该屏幕具有很高的增益。
[0025] 【实施例3】： 如图3所示，本实施例的微棱镜阵列结构层5的横截面为直线阵列型结构，环境光线吸 收层10所在面与底面6垂直，其余结构特性同实施例1。
[0026] 光纤漫反射层9为朗伯反射表面，其反射光线强度始终与发散角的余弦成正比关 系，即使投影机2在短距离上投射图像光线，由于朗伯反射表面对光线的反射，使得观察点 3 -侧的图像可视角度大，且有很高的图像亮度均匀性。环境光线吸收层10对环境光线有 很强的吸收作用，使得该屏幕在明亮环境中有高的对比度。
[0027] 投影机2距离基底层4平面的垂直距离较大，一般大于等于2m，以大于等于4m为 最佳，适用于长距离投影显示，具有低增益，高对比度，大可视角度和亮度均匀性。
[0028] 【实施例4】： 如图4所示，本实施例具有抗划伤、防尘，抗老化的特性，可用于上述三种实施例中任 意一种实施例。即是在微棱镜阵列结构层5的外侧还设置有保护层12,所述的保护层12与 微棱镜阵列结构层5之间的空间内填充有折射率与保护层12折射率相差小于0. 1的粘接 层13。保护层12更靠近投影机2的外侧的表面上涂有抗划伤加硬涂层，该加硬涂层可以是 抗眩光涂层，也可以是消眩光的粗糙表面，从而使得正向投影屏幕1具有抗划伤、防尘，抗 老化的特性。
【权利要求】
1. 一种带正向投影光学屏幕的投影系统，其特征在于：它由正向投影屏幕（1)和投影 机（2)组成，所述的正向投影屏幕（1)包括基底层（4)、微棱镜阵列结构层（5)、金属介质镜 面反光膜（8)和光线漫反射层（9)，微棱镜阵列结构层（5)设置于基底层（4)朝向投影机 (2)-侧，微棱镜阵列结构层（5)由底面（6)、投影机入射光线阴影面（7)和环境光线吸收层 (10)组成，底面（6)与基底层（4)贴合，投影机入射光线阴影面（7)朝向投影机（2)，环境光 线吸收层（10)背离投影机（2)，金属介质镜面反光膜（8)设置在投影机入射光线阴影面（7) 上，且金属介质镜面反光膜（8)始于环境光线吸收层（10)与投影机入射光线阴影面（7)的 交点，沿着投影机入射光线阴影面（7)向底面（6)延伸，止于投影机（2)所发射出投影机入 射光线（11)刚好穿过相邻微棱镜阵列结构层（5)顶部且与该投影机入射光线阴影面（7)相 交的交点处，光线漫反射层（9)设置于金属介质镜面反光膜（8)的外侧。
2. 根据权利要求1所述的一种带正向投影光学屏幕的投影系统，其特征在于：所述的 微棱镜阵列结构层（5)的外侧还设置有保护层（12)。
3. 根据权利要求2所述的一种带正向投影光学屏幕的投影系统，其特征在于：所述的 保护层（12)与微棱镜阵列结构层（5)之间的空间内填充有折射率与保护层（12)折射率相 差小于〇. 1的粘接层（13)。
4. 根据权利要求1所述的一种带正向投影光学屏幕的投影系统，其特征在于：所述的 微棱镜阵列结构层（5)为圆环阵列排列或直线阵列排列，且环境光线吸收层（10)与底面 (6)所形成的夹角α和投影机入射光线阴影面（7)与底面（6)所形成的夹角β逐渐变大 或固定不变。
5. 根据权利要求1所述的一种带正向投影光学屏幕的投影系统，其特征在于：所述的 投影机入射光线阴影面（7)与底面（6)所形成的夹角β使得投影机入射光线（11)经过投 影机入射光线阴影面（7)上的金属介质镜面层（8)镜面反射后的出射光线垂直于底面（6)。
6. 根据权利要求1所述的一种带正向投影光学屏幕的投影系统，其特征在于：所述的 环境光线吸收层（10)与底面（6)所形成的夹角α使得环境光线吸收层（10)与投影机入射 光线阴影面（7)的交点刚好满足投影机入射光线（11)射向背向投影机（2) -侧的相邻金属 介质镜面反光膜（8)的终点上。
7. 根据权利要求1所述的一种带正向投影光学屏幕的投影系统，其特征在于：微棱镜 阵列结构层（5)的相邻齿尖距由远离投影机的方向保持不变或逐渐减小，且该间距不大于 投影图像像素宽度的1/2。
8. 根据权利要求1所述的一种带正向投影光学屏幕的投影系统，其特征在于：所述的 光线漫反射层（9)的剖面为圆弧形、椭圆形或长方形。
【文档编号】G03B21/60GK104062839SQ201410346839
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】张益民, 张超 申请人:成都菲斯特科技有限公司