专利名称：一种曲面棱锥形微透镜阵列及带有该透镜阵列的背投屏幕的制作方法
技术领域：
本发明涉及背投光学屏幕，具体地说是一种背投影屏幕使用的曲面棱锥形微透镜阵列及带有该透镜阵列的背投屏幕。
背景技术：
背投光学屏幕目前广泛应用于大型会议室、指挥控制中心、培训教育、电视会议、 展示厅、展览馆、礼堂、体育馆、音乐厅、超级市场、机场、车站、码头、自助餐厅、橱窗等场合， 甚至各种环境光强烈的复杂环境，这就对光学屏幕提出了更高的要求。光学屏幕是指含一个或多个光学镜头系统的投影屏幕，背投影屏幕通常是由菲涅尔透镜与漫反射屏幕组成。光机出射的光线经过菲涅尔屏后变成平行光，再经过漫反射屏将光线散射，从而达到大视场观看的目的。现在，市面上主要的漫反射屏多为简单漫反射屏、柱面镜屏和玻珠屏的形式。简单漫反射屏主要是直接对亚克力表面进行处理制作而成。菲涅尔透镜与简单漫反射屏配合后，从菲涅尔透镜出射的杂散光将产生很严重的眩光现象。柱面镜屏的柱面镜组元结构如图1所示，入射光通过入射面的柱状凸透镜聚焦于出射面的柱状凸透镜附近，在出射面上相邻柱状凸透镜的中间区域形成凸起部分，在凸起部分印刷黑条纹1，这样可以保证出射面一侧有最大面积的涂黑，从而提高对比度。但由于柱面镜只能将水平方向的光线发散，而竖直方向的光线传播方向不变，这就导致了柱面镜屏幕在竖直方向的发散角很小，不能应用在大角度全方位的观看场合。玻珠屏的结构如图2所示，在菲涅尔屏2与漫反射屏3之间使用细小的玻珠4，并在玻珠4面向观看者的一侧喷涂上一层黑色涂层5。玻珠4能将菲涅尔屏2折射过来的平行光发散，并传送至观看者。照在屏幕上的环境光则被黑色涂层5直接吸收掉。但由于玻珠之间的部分有黑色涂层5，这将导致至少21. 5%的光能损失，如图3所示，所以玻珠屏在光能利用方面存在一定缺陷。
发明内容
为了解决现有漫反射屏存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种曲面棱锥形微透镜阵列及带有该透镜阵列的背投屏幕。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的本发明的曲面棱锥形微透镜阵列，由多个曲面棱锥形微透镜单元组成阵列结构， 每个曲面棱锥形微透镜单元具有底面、顶面及连接底面与顶面的四个侧面；所述曲面棱锥形微透镜单元的底面为正方形，顶面为球面，侧面为弧面。其中所述曲面棱锥形微透镜单元的四个侧面的外表面镀有全反射膜；曲面棱锥形微透镜单元的顶面的外表面镀有增透膜；曲面棱锥形微透镜单元侧面的曲率半径大于 0.04mm，两相对侧面之间的夹角小于60° ；曲面棱锥形微透镜单元顶面的曲率半径大于 0. Olmm ；曲面棱锥形微透镜单元底面的边长为0. 05mm 0. 5mm。
本发明带有曲面棱锥形微透镜阵列的背投屏幕，包括菲涅尔屏、曲面棱锥形微透镜阵列及带精细毛面的散射层，其中曲面棱形微透镜阵列由多个曲面棱锥形微透镜单元组成阵列结构，曲面棱锥形微透镜单元的底面与菲涅尔屏相连，顶面与带精细毛面的散射层相连，在相邻曲面棱锥形微透镜单元之间涂有黑色涂层。其中所述黑色涂层涂在曲面棱锥形微透镜单元侧面全反射膜的外表面。本发明的优点与积极效果为1.本发明的曲面棱锥形微透镜阵列利用光线在曲面棱锥形微透镜单元的侧面发生全反射，并从顶面射出，可以保证光线各个角度的散射，不会出现柱面镜在垂直方向具有盲区的现象；曲面棱锥形微透镜单元相对两侧面之间的夹角角度保证了杂散光不会出射， 从面达到了防眩光的效果。2.曲面棱锥形微透镜单元7底面为正方形，可以使微透镜结构更加紧凑，避免了光能损失，不会出现玻珠阵列的光能损失问题。3.本发明将曲面棱锥形微透镜阵列与菲涅尔透镜组合，形成用于IXD、LCOS、DLP 为投影源的高清投影电视的背投屏幕，具有高透过率、高对比度、高分辨率、防眩光、大视场角的优点。4.本发明在每个曲面棱锥形微透镜单元的侧面不发光部分涂有黑色涂层，可以将环境光吸收，从而提高了屏幕的对比度。
图1为现有柱面镜组元背投屏幕的结构示意图；图2为现有玻珠屏的结构示意图；图3为现有玻珠屏的剖面图；图4为本发明曲面棱锥形微透镜阵列的立体结构示意图；图5为图4中曲面棱锥形微透镜单元的结构示意图；图6为本发明带有曲面棱锥形微透镜阵列的背投屏幕的结构剖视图；其中1为黑条纹，2为菲涅尔屏，3为漫反射屏，4为玻珠，5为黑色涂层，6为曲面棱锥形微透镜阵列，7为曲面棱锥形微透镜单元，8为带精细毛面的散射层，9为增透膜，10 为全反射膜。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详述。如图4、图5所示，本发明的曲面棱锥形微透镜阵列6由多个结构相同的曲面棱锥形微透镜单元7组成行数与列数相同的阵列结构，每个曲面棱锥形微透镜单元7整体为锥形、均具有底面、顶面及连接底面与顶面的四个侧面；曲面棱锥形微透镜单元7的底面为正方形，顶面为球面，侧面为具有一定曲率的弧面。通过曲面棱锥形微透镜单元7的出射光线的发散情况与曲面棱锥形侧面夹角(即两相对侧面之间的夹角)α、侧面的曲率半径R2及顶面的曲率半径Rl有关，α角会影响出射光的均勻度，Rl和R2会影响出射光的发散均勻度和发散角，曲面棱锥形微透镜单元7底面的边长L决定微透镜单元的尺寸，从而决定屏幕的分辨率。本发明曲面棱锥形微透镜单元7侧面的曲率半径R2大于0. 04mm,两相对侧面之
4间的夹角α小于60° ；曲面棱锥形微透镜单元7顶面的曲率半径Rl大于0.01mm;曲面棱锥形微透镜单元7底面的边长L为0. 05mm 0. 5mm。在曲面棱锥形微透镜单元7的四个侧面的外表面镀有全反射膜10，曲面棱锥形微透镜单元7的顶面的外表面镀有增透膜9。光线从底面入射到曲面棱锥形微透镜单元7的内部，在四个侧面的内表面进行全反射，最后从顶面的球面出射；正方形的底面可以使微透镜结构紧凑，避免了光能损失。如图6所示，带有曲面棱锥形微透镜阵列的背投屏幕，包括菲涅尔屏2、曲面棱锥形微透镜阵列6及带精细毛面的散射层8，其中曲面棱形微透镜阵列6由多个曲面棱锥形微透镜单元7组成阵列结构，曲面棱锥形微透镜单元7的底面与菲涅尔屏2相连，顶面与带精细毛面的散射层8相连，在相邻曲面棱锥形微透镜单元7之间涂有黑色涂层5，该黑色涂层5涂在曲面棱锥形微透镜单元7侧面全反射膜10的外表面(即曲面棱锥形微透镜单元7 侧面不发光部分涂有黑色涂层幻，黑色涂层可以将环境光吸收，从而提高了屏幕的对比度； 本实施例的黑色涂层采用常规材料(如碳素墨汁或磷化剂)。在图6中，将曲面棱锥形微透镜光线出射面定义为上方，因此，在背投影过程中，光线是由下向下出射的；从投影镜头出射的光线，经过菲涅尔镜2后变为平行光，平行光线经过曲面棱锥形微透镜单元7的侧面全反射膜10的反射后，从顶面的球面出射并发散。如果杂散光从底面入射进入曲面棱锥形微透镜单元7，经过微透镜单元侧面的反射后，将被反射回底面而不能出射，从而抑制了杂散光，起到了防眩光的作用。本发明曲面棱锥形微透镜单元7上的全反射膜及增透膜均为现有技术。本发明的曲面棱锥形微透镜阵列6与菲涅尔屏2可为连接在一起的单层屏幕，也可为分开的双层屏幕；本实施例为曲面棱锥形微透镜阵列6与菲涅尔屏2连接在一起的单层屏幕。以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种曲面棱锥形微透镜阵列，其特征在于由多个曲面棱锥形微透镜单元(7)组成阵列结构，每个曲面棱锥形微透镜单元(7)具有底面、顶面及连接底面与顶面的四个侧面； 所述曲面棱锥形微透镜单元(7)的底面为正方形，顶面为球面，侧面为弧面。
2.按权利要求1所述的曲面棱锥形微透镜阵列，其特征在于所述曲面棱锥形微透镜单元(7)的四个侧面的外表面镀有全反射膜(10)。
3.按权利要求1所述的曲面棱锥形微透镜阵列，其特征在于所述曲面棱锥形微透镜单元(7)的顶面的外表面镀有增透膜(9)。
4.按权利要求1所述的曲面棱锥形微透镜阵列，其特征在于所述曲面棱锥形微透镜单元(7)侧面的曲率半径大于0.04mm，两相对侧面之间的夹角小于60°。
5.按权利要求1所述的曲面棱锥形微透镜阵列，其特征在于所述曲面棱锥形微透镜单元(7)顶面的曲率半径大于0.01mm。
6.按权利要求1所述的曲面棱锥形微透镜阵列，其特征在于所述曲面棱锥形微透镜单元(7)底面的边长为0. 05mm 0. 5mm。
7.一种带有按权利要求1至6任一权利要求所述的曲面棱锥形微透镜阵列的背投屏幕，其特征在于包括菲涅尔屏O)、曲面棱锥形微透镜阵列(6)及带精细毛面的散射层 (8)，其中曲面棱形微透镜阵列(6)由多个曲面棱锥形微透镜单元(7)组成阵列结构，曲面棱锥形微透镜单元(7)的底面与菲涅尔屏( 相连，顶面与带精细毛面的散射层(8)相连， 在相邻曲面棱锥形微透镜单元(7)之间涂有黑色涂层(5)。
8.按权利要求7所述的带有曲面棱锥形微透镜阵列的背投屏幕，其特征在于所述黑色涂层( 涂在曲面棱锥形微透镜单元(7)侧面全反射膜(10)的外表面。
全文摘要
本发明涉及背投光学屏幕，具体地说是一种背投影屏幕使用的曲面棱锥形微透镜阵列及带有该透镜阵列的背投屏幕，曲面棱锥形微透镜阵列由多个曲面棱锥形微透镜单元组成阵列结构，每个曲面棱锥形微透镜单元具有底面、顶面及连接底面与顶面的四个侧面；曲面棱锥形微透镜单元的底面为正方形，顶面为球面，侧面为弧面；背投屏幕包括菲涅尔屏、曲面棱锥形微透镜阵列及带精细毛面的散射层，其中曲面棱形微透镜阵列由多个曲面棱锥形微透镜单元组成阵列结构，曲面棱锥形微透镜单元的底面与菲涅尔屏相连，顶面与带精细毛面的散射层相连，在相邻曲面棱锥形微透镜单元之间涂有黑色涂层。本发明具有高透过率、高对比度、高分辨率、防眩光、大视场角的优点。
文档编号G02B1/10GK102478675SQ201010567339
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者宫铭辉, 王宇志, 范卫国, 韩喜春, 高缓缓 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司