定向偏振保持屏幕的制作方法
【专利说明】
[0001]相关专利申请的交叉引用：本专利申请涉及并要求于2013年6月28日提交的标题 为"Directional polarization preserving screen"（定向偏振保持屏幕）的共同转让的 美国临时专利申请No. 61/841,086(代理人参考号：95194936.365000)的优先权，其全文以 引用方式并入本文。
技术领域
[0002] 本发明大体涉及投影屏幕，更具体地讲涉及偏振保持投影屏幕。
【背景技术】
[0003] 前投影系统的最近趋势是向超短距(UST)投影系统发展，在超短距投影系统中，投 影仪的位置与屏幕极其接近。在一些设置环境如教室中，这样的布置使演示者能够在面向 受众时不至于直视投影镜头。该系统也由于投影仪和屏幕基本上处于相同位置而更为实 用。屏幕框架可为投影仪提供安装结构，或者可将投影仪放置在位于屏幕底部的基座上，并 且往往更便于通电。
【发明内容】
[0004] 根据本发明的一个方面，定向偏振保持屏幕可包括基板和设置在该基板上的周期 性漫射体结构。周期结构可包括多个照射小平面和多个封闭小平面，其中照射小平面和封 闭小平面分别彼此连接和交替，并且照射小平面基本上将光导向预定区域。周期性漫射体 结构可允许入射光发生局部镜面反射，并且多个封闭小平面可基本上在投影仪照射下隐 藏。另外，多个照射小平面可包括小于照射波长的结构特征，并且可小于基板上的可分辨区 域。在一个实例中，照射小平面可小于约600微米。在另一个实例中，照射小平面可小于投影 仪的像素尺寸。
[0005] 继续讨论，所述多个照射小平面和所述多个封闭小平面可全都为连续水平小平 面。换句话说，照射小平面和封闭小平面沿屏幕水平方向的斜率可相同。在另一个实例中， 多个照射小平面可具有可变斜率，该可变斜率可垂直变化，或沿垂直方向变化。所述的多个 照射小平面的斜率可近似于椭圆曲面。所述多个照射小平面和封闭小平面可涂有工程偏振 保持颜料。
[0006] 根据本发明的另一方面，引导投影光的方法可包括使投影光能够反射离开设置在 投影屏幕上的多个照射小平面，还可包括基本防止投影光反射离开设置在投影屏幕上的多 个封闭小平面，其中照射小平面和封闭小平面分别彼此连接和交替。偏角可主要由照射小 平面的斜率确定。该方法可还包括使环境光偏离预定区域。另外，该方法可还包括使反射离 开设置在投影屏幕上的多个照射小平面的投影光能够被导向预定区域。另外，该方法可允 许入射光发生局部镜面反射。继续讨论，所述方法可包括调整多个照射小平面的斜率，使之 近似于椭圆曲面。该方法可还包括用工程偏振保持颜料涂覆所述多个照射小平面和封闭小 平面。
【附图说明】
[0007] 图1示出了投影系统几何形状和坐标系的示意图；
[0008] 图2示出了根据本发明的另一种投影系统几何形状和光分布中心的示意图；
[0009] 图3示出了根据本发明的投影屏幕表面的闪耀结构的示意图；
[0010] 图4示出了根据本发明的投影屏幕表面的斜面斜率的示意图；
[0011] 图5示出了根据本发明的投影系统的全局最小和最大斜率的示意图；
[0012] 图6示出了根据本发明的投影屏幕表面的有限半径限制的示意图；并且
[0013] 图7示出了根据本发明接合投影屏幕的示意图。
【具体实施方式】
[0014] 根据本发明的一个方面，定向偏振保持屏幕可包括基板和设置在该基板上的周期 性漫射体结构。周期结构可包括多个照射小平面和多个封闭小平面，其中照射小平面和封 闭小平面分别彼此连接和交替，并且照射小平面基本上将光导向预定区域。周期性漫射体 结构可允许入射光发生局部镜面反射，并且多个封闭小平面可基本上在投影仪照射下隐 藏。另外，多个照射小平面可包括小于照射波长的结构特征，并且可小于基板上的可分辨区 域。在一个实例中，照射小平面可小于约600微米。在另一个实例中，照射小平面可小于投影 仪的像素尺寸。
[0015] 继续讨论，所述多个照射小平面和所述多个封闭小平面可全都为连续水平小平 面。换句话说，照射小平面和封闭小平面沿屏幕水平方向的斜率可相同。在另一个实例中， 多个照射小平面可具有可变斜率，该可变斜率可垂直变化，或沿垂直方向变化。该多个照射 小平面的斜率可近似于椭圆曲面。所述多个照射小平面和封闭小平面可涂有工程偏振保持 颜料。
[0016] 在本发明的另一方面，引导投影光的方法可包括使投影光能够反射离开设置在投 影屏幕上的多个照射小平面，还可包括基本防止投影光反射离开设置在投影屏幕上的多个 封闭小平面，其中照射小平面和封闭小平面分别彼此连接和交替。偏角可主要由照射小平 面的斜率确定。该方法可还包括使环境光偏离预定区域。另外，该方法可还包括使反射离开 设置在投影屏幕上的多个照射小平面的投影光能够被导向预定区域。另外，该方法可允许 入射光发生局部镜面反射。继续讨论，所述方法可包括调整多个照射小平面的斜率，使之近 似于椭圆曲面。该方法可还包括用工程偏振保持颜料涂覆所述多个照射小平面和封闭小平 面。
[0017] 前投影系统的最近趋势是向超短距(UST)发展，其中投影仪的位置与屏幕极其接 近。在一些设置环境如教室中，这样的布置使演示者能够在面向受众时不至于直视投影镜 头。该系统也由于投影仪和屏幕基本上处于相同位置而更为实用。屏幕框架可为投影仪提 供安装结构(或者可将投影仪放置在位于屏幕底部的基座上），并且往往更便于通电。
[0018] -些系统的投影比可〈0.3,在屏幕表面产生非常大的入射角。投影比指投影仪和 屏幕之间的距离与屏幕宽度的比值。例如，在一些电影院中，平均投影比可为约2.0。
[0019] 理想的朗伯散射面会产生均匀明亮的图像，与到达角无关。但实际上这种表面并 非实际存在，只能制造合适的近似物。此外，可调节投影强度(流明/球面度）（lumens/sr)以 补偿几何形状和投影角度的灵敏度。假设亮度(流明/m2)均匀且BRDF与入射角无关，则屏幕 显示均匀亮度。对于磨砂白（类朗伯）屏幕而言，该强度与相对于表面法线的观察角度的余 弦成比例。对于投影区域，这样提供了均匀的亮度。
[0020] 如果投影仪输出足以能达到朗伯屏幕亮度目标的光通量，则该水平下的亮度在整 个观察角度内都是均匀的，在这种意义上，此类屏幕可被视为最佳的。另一个重要因素:具 有UST的系统在无需调整投影角度的情况下就能够达到这种效果。然而，如果光通量达不到 朗伯屏幕的亮度目标，则通常需要提高增益。采用增益屏幕时，性能变为与系统几何形状相 关的强函数。
[0021] 尽管大多数相关技术都是基于统计表面的（统计表面会涉及表面散射和体积散 射），但还是可使用多种技术实现增益屏幕。统计表面，例如用于银幕的金属涂层，容易产生 方位对称的高斯类增益分布，并且在基板的镜面方向上达到反射率峰值。在一些情况下，使 用在峰值附近小范围角度上增加增益、而在较大角度处分布具有朗伯类特性的涂层。但无 论增益分布的细节如何，增益屏幕均不能独立于与投影和观看相关联的几何形状。
[0022] 更传统的电影投影环境是以适度的投影比（通常约2.0)设计的，投影仪位于屏幕 中央上方，而观众在屏幕中央下方。大多数统计表面容易产生非定向漫射，故增益分布具有 方位对称性，并在沿基板法线的方向上有峰值增益。观察到的峰值亮度位于镜面方向上，与 屏幕上基板法线平分投影角和观察角的点一致。此外，在传统投影环境中，对称增益分布常 常接近最佳。
[0023]在UST投影布置方式中，采用大偏角将影仪放置在紧靠屏幕的位置，使其不会挡住 观察区域。偏角可为最适于观察屏幕的角度。可根据从屏幕表面延伸出来的垂直线测量偏 角。近距与偏角的结合导致投影角极大，尤其是在屏幕相对于投影仪的极端相对侧。但是， 如果观察区包含（且理想地集中于）镜面方向，那么典型增益屏幕只提供亮度上的有益效 果。然而这里提到的典型增益屏幕往往会将甚至更大比例的光转向天花板或地板，从而使 亮度问题加剧。为了实现增益屏幕的有益效果，表面形貌特征可根据所需，既提供方向性又 形成漫射。由于将屏幕倾斜成足够陡峭的角度是不切实际的，可使用例如菲涅耳透镜之类 的结构来实现这一点，这类结构中可包括斜坡和复位周期结构。可通过在屏幕基板上涂覆 丙烯酸涂层、其他浇注聚合物涂层，或直接在基板上压印纹理，或者任何其他合适的方法， 来形成斜坡和复位的形貌特征。然而，由于两种结构特征(工程结构以及斜坡和复位)可为 单一工程层，斜坡和复位的工程结构也可由与该斜坡和复位相同的材料构成。屏幕基板可 为任何类型的高弹性模量材料，包括但不限于聚碳酸酯PC、PET等。斜坡可为照射小平面，所 述照射小平面基本上将光导向预定位置，如观察区域。复位可为在光学