一种偏轴短焦光学投影屏幕及投影系统的制作方法

本发明属于光学投影技术领域，特别涉及一种偏轴短焦光学投影屏幕及投影系统。

背景技术：

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。

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。

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1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，当观察者104偏离溯源反射光线105方向过大时，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。

国内现在常见的线光栅正投影屏幕如图2所示，沿垂直于屏幕方向剖开，断面形状是锯齿状结构(图中，1、2、3、4、5、6分别代表白色材料涂层、支承层、平板层、光栅光学结构、偏轴短焦投影机和环境光线)，在锯齿的长边有部分白色材料涂层1，是屏幕的成像区域；其余表面均为黑色。偏轴短焦投影机的投影光以倾角(25至75度)投射到屏幕上，在屏幕的成像区域实现成像。由于屏幕表面黑色部分占比大，环境光照射到屏幕上大部分被吸收了，使得这类屏幕受环境光的干扰小，具有一定的抗光性。但是这种结构形式的线光栅屏幕存在很大的缺点，就是它的成像区域的白色材料涂层反光效果很差，导致屏幕的亮度增益只有0.4，即这类屏幕反馈投影机的亮度比普通的白墙还低(普通白墙的亮度增益可视为1.0)，所以屏幕画面看起来会非常的暗。另外现在的线光栅屏幕的齿细结构的间距和齿形结构的角度是固定的，会导致部分小倾角的投影光射到屏幕成像区域外的黑色面上，被完全吸收，造成投影机亮度损失，屏幕画面也会看起来非常的暗。而屏幕亮度低，也直接反应为画面的对比度低、色彩还原性差等。

目前该类屏幕总厚度约0.4mm，用tpu和pet制成，pet为支撑层，tpu为光栅光学结构层。表现为软质，需要贴附在平板上，如墙面、蜂窝铝板、铝塑板，或张紧在框架上，形成完整的屏幕。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有线光栅屏幕亮度低、对比度低、色彩还原性差的缺点，提供一种具有高增益，高对比度，同时还具有无表面眩光和高色彩还原度的偏轴短焦光学投影屏幕，并提供了一种包含该光学屏幕的投影系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种偏轴短焦光学投影屏幕，依次包括微细光学结构层、基底支撑层和平板层，所述微细光学结构层设置于基底支撑层朝向投影机的一侧，微细光学结构层包括多个锯齿形的光学结构，每个光学结构包括成像层和黑色吸光层。

进一步地，所述每个光学结构采用白色反光材料制作，光学结构的横截面呈四边形结构；四边形结构中，与基底支撑层相邻的两个侧边上分别设置一个黑色吸光层；与基底支撑层相对的一个侧边所在的平面作为成像面。

进一步地，所述黑色吸光层通过电镀或喷涂或涂布的方式设置在微细光学结构上，黑色吸光层的宽度从靠近投影机的方向到远离投影机的方向逐渐变大，黑色吸光层对环境光的均吸收率大于90％。所述成像层的宽度α满足以下条件：从靠近投影机的方向到远离投影机方向，随着投影光线入射角度的增大，成像层宽度α逐渐变小。所述成像层与基底支撑层之间的夹角γ从靠近投影机的方向到远离投影机方向，随着投影光线入射角度的增大而增大。

一种偏轴短焦光学投影屏幕系统，包含上述的光学投影屏幕，以及位于光学投影屏幕斜前方的偏轴短焦投影机。

本发明的有益效果是：本发明的光学屏幕在明亮环境下，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等优点。

附图说明

图1为现有技术的光学屏幕结构示意图一；

图2为现有技术的光学屏幕结构示意图二；

图3为本发明的光学投影屏幕的结构示意图一；

图4为本发明的光学投影屏幕的结构示意图二；

图5为本发明的光学投影屏幕的结构示意图三；

附图标记说明：1-微细光学结构，11-黑色吸光层，12-成像层，2-基底支撑层，3-平板层，4-偏轴短焦投影机。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

如图3所示，一种偏轴短焦光学投影屏幕，依次包括微细光学结构层1、基底支撑层2和平板层3，所述微细光学结构层1设置于基底支撑层1朝向投影机的一侧，微细光学结构层1包括多个锯齿形的光学结构，每个光学结构包括成像层12和黑色吸光层11。

进一步地，所述每个光学结构采用白色反光材料制作，光学结构的横截面呈四边形结构；四边形结构中，与基底支撑层相邻的两个侧边上分别设置一个黑色吸光层11；与基底支撑层相对的一个侧边所在的平面作为成像面12。

所述的正投影屏幕微细光学结构1是白色反光材料制作，对可见光的反射率可达85％以上，在不需要金属反射层的情况下，也能使屏幕获得很高的亮度增益。微细光学结构采用白色反光材料，能够反射任意光线；且齿形形状任意的面对任意的光线都可成像。也是因为齿形任意面都可成像，所以屏幕易受到环境光线的干扰，导致屏幕对比度低，色彩还原性差，因此进一步在两个侧面上设置黑色吸光层11，对多余的环境光进行吸收(图3中照射到黑色吸光层上的光线即为环境光线，其被黑色吸光层吸收，不再进行反射)，消除环境光对成像的干扰，有效增强屏幕的抗光能力，提升屏幕的对比度和色彩还原度。

所述黑色吸光层11通过电镀或喷涂或涂布的方式设置在微细光学结构上，黑色吸光层的宽度从靠近投影机的方向到远离投影机的方向逐渐变大，黑色吸光层对环境光的均吸收率大于90％。

所述成像层12的宽度α满足以下条件：从靠近投影机的方向到远离投影机方向，随着投影光线入射角度的增大，成像层宽度α逐渐变小，如图4所示。成像层宽度α逐渐变小，黑色吸光涂层宽度逐渐变大，一方面能够减少投影机光线射入到黑色吸光涂层被吸收，另一方面更加有效的吸收各方向射入的环境光线，提升屏幕抗光能力。

进一步地，所述成像层12与基底支撑层2之间的夹角γ从靠近投影机的方向到远离投影机方向，随着投影光线入射角度的增大而增大，如图5所示。

所述的正投影屏幕微细光学结构齿形的成像面，根据观看视角需求，可以是镜面，也可以粗糙面，镜面的观看视角小于粗糙面。

所述的微细光学结构锯齿结构之间的齿距β可以是恒定不变的，也可以是渐变的，但是渐变的范围需要满足成像层的宽度α等于齿距β的0.4倍到0.5倍之间，如图4所示。

可以选择性的在微细光学齿形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。

本发明还提供一种偏轴短焦正投影光学投影系统，包含上述的光学投影屏幕，以及位于光学投影屏幕斜前方的偏轴短焦投影机4。偏轴短焦投影机4的偏轴短焦投影机的投影光以倾角25至75度投射到屏幕上，在屏幕的成像区域实现成像，如图3～图5所示。

本发明的有益效果是：本发明的光学屏幕在明亮环境下，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等优点。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。