专利名称：带有透镜体前表面的前投影屏幕的制作方法
技术领域：
本发明涉及前投影屏幕，更具体地说是涉及具有双凸前表面的屏幕。
诸如LCD(液晶显示器)和DMD(可变形镜装置)的适合于再现视频图象的小型显示装置的发展，引起了对投影这些图象的小孔径投影光学设备的需求，以及对以适当的对比度在宽的视角上投影图象的前投影屏幕的需求。
已知的有各种前投影屏幕，它们采用了后表面双凸透镜或线性费涅尔透镜阵列，以及光散射颗粒，以将图象散布到观众的视场中。参见例如US专利No.4,767,186；4,964,695，和4,911,529。这些屏幕还可以采用透镜元件之间的光吸收区，以吸收背景光并因而改善图象对比度。
这种小孔径系统所遇到的一个问题，是光可能通过屏幕而不遇到任何光散射颗粒，从而产生被称为闪烁或斑点的现象，这是亮点在屏幕上的随机出现。这种闪烁或斑点显然是不利的，因为它减小了分辨率，并分散了观众的注意力。
因此，本发明的目的是提供一种前投影屏幕，其中减少了闪烁或斑点的发生。
根据本发明，一种前投影屏幕由前部分和后部分组成，该前部分具有在其前表面上的双凸透镜阵列，并包括光散射颗粒以形成从前部分的前表面在所述部分的至少一部分上延伸的散射区，且后部分具有与散射区分开的光反射表面。在使用中，投影光的进入光线通过散射区和散射区与反射表面之间的空间，并随后通过被反射而再次通过这些区域。因此，光线沿着不同的方向通过散射区的不同区域，从而增大了光线遇到至少一个光散射颗粒的机会，从而减少了斑点的出现。
在这里，术语“双凸透镜阵列”指的是彼此平行的细长透镜元件或透镜体，这些透镜元件或透镜体沿着一个方向在屏幕上沿着纵向延伸，并沿着横向方向具有确定的轮廓。
散射区可以延伸至前部分的后表面，例如从前表面至后表面横过前部分的整个厚度，而后部分提供了散射区与反射表面之间的空间。而散射区可以与前部分的后表面相隔开，例如可以被约束在前表面附近，在此情况下散射区与前部分的后表面之间的其余的区域可以起散射区与反射表面之间的分隔区域的作用。反射表面此时可位于前部分的后表面。
另外，前部分的后表面可以限定一个与第一阵列平行的第二双凸透镜阵列，其中第一阵列的各个双凸透镜元件或透镜体具有在第二阵列中的对应透镜体。
根据本发明的另一实施例，前和/或后透镜体阵列由具有陡的侧壁的透镜体构成，从而使进入这些透镜体的光的至少某些部分被这些侧壁所内部全反射并集中在透镜体的端部区域。这种内部全反射(TIR)在上述US专利No.4,767,186和4,964,695中得到更为详细的描述，这些专利的说明书在此被引为参考文献。
在上述的任何实施例和实施例的变形中，在前和/或后双凸透镜阵列的透镜体之间，可以有光吸收材料构成的图案或矩阵，以增强在有背景光情况下显示的图象的对比度。
现在结合附图中所示的几个具体实施例，对本发明进行更详细的描述。在附图中
图1是本发明的屏幕的一个实施例的示意横截面图，该屏幕具有带有前透镜体阵列的前部分，与该阵列相联系的光吸收结构、一个体散射器和具有后反射表面的后部分；图2是本发明的屏幕的另一实施例的示意横截面图，它与图1的屏幕类似，只是前部分还具有后双凸透镜阵列；图3是本发明的另一实施例的示意横截面图，该实施例与图1的类似，只是散射区被限制在前表面附近，且后部分具有前反射表面；图4是本发明的又一实施例的示意横截面图，该实施例与图3的类似，只是前部分还具有后双凸透镜阵列；图5是与图4类似的示意横截面图，只是反射层在后透镜体阵列的轮廓之后；图6是与图5类似的示意横截面图，只是反射层被限制在后透镜体的端部区域；图7是与图2类似的示意横截面图，只是在前部分中有一个分隔区域；
图8是与图2类似的前投影屏幕的示意横截面图，只是它没有分隔层；图9是与图2的类似的前投影屏幕，只是光吸收结构与后双凸透镜阵列相联系。
现在参见图1，屏幕10由前部分12和后部分14组成。前部分12由诸如聚甲基丙烯酸甲酯的光透射材料制成，并具有限定了双凸透镜阵列17的前表面16，双凸透镜阵列17由彼此平行取向并在屏幕上纵向延伸的各个透镜体构成。图1是沿着与纵向方向相交的方向的横截面图，它显示了透镜体的轮廓。该前表面还具有光吸收结构，该结构包括在透镜体之间延伸的突出的肋18以及在这些肋的顶部的光吸收层20。这些层20用于吸收以较大的角度照射在屏幕上的光(例如背景光)的大部分，同时却只吸收以小角度照射在屏幕的光(例如投影光)的一小部分。
前部分12具有弥散在该部分中的光散射颗粒，以形成散射区22。
屏幕10的后部分14由光透射材料(诸如玻璃)制成的分隔层24和层26构成，形成了光反射表面28。层28可以由诸如银或铝的任何适宜的镜面材料制成。
分隔层24的作用是在散射区12与反射表面28之间的提供一个空间。因此，入射光线29通过散射区22，随后通过分隔层24，然后被反射并再次通过这些层，并随后从屏幕出射。这种设置，使斑点比从图8所示的前投影屏幕见到的减少了很多。
图2显示了本发明的另一实施例，它与图1的实施例类似，只是屏幕30的前部分32具有在后表面上的第二透镜体阵列50。该透镜体阵列由彼此平行的、纵向取向的透镜体组成，各个透镜体都与前表面上的相应透镜体相对。因此，间距P(阵列的相邻透镜体的对应部分之间的距离)对于前和后阵列来说都是相同的，而第二阵列的透镜体的轮廓可以与第一阵列的轮廓有所不同。
如图1的实施例，光线52通过体散射区42两次，且第二次通过是在通过了分隔层44并从表面48反射之后，使斑点比在图8中所看到的显著减少了。
图3显示了本发明的另一实施例，它与图1的实施例类似，只是屏幕60的光散射颗粒被限制在前部分62的前表面附近的散射区72中，且后部分64由层74构成，而层74形成了光反射表面76，在表面76处层74与前部分62相遇。在此配置中，图1的分隔层24被前部分62中的分隔区域78所取代，该区域78没有任何光散射颗粒。因此，光线79在进入屏幕时通过散射区72，然后通过分隔区域78，再被表面76反射，再次通过分隔区域78和散射区72，从而使斑点比图8的屏幕减少了。
在图3的实施例中，层74可以是较厚的，以提供对前部分的机械支撑，或者可以是在前部分的后表面上的较薄的层，例如可以由涂覆或汽相淀积材料构成的层。
图4显示了本发明的另一实施例，它与图3的实施例类似，其中屏幕80的前部分82具有第二透镜体表面84，它与图2的透镜体表面50类似。在此实施例中，入射光线86通过散射区88，然后通过分隔区域90，再被表面92反射，然后再次通过分隔区域90和散射区88，再从屏幕80出射，从而使斑点比图8的屏幕减少了。
图5和6显示了图4的实施例的两个不同的变形。在图5中，屏幕100由与图4中的前部分82类似的前部分102和后部分104组成，而后部分104由材料层106构成，该层106形成了形状与第二透镜体表面110的外形相符合的反射表面108。层104可以是例如银或铝的汽相淀积层。因此，光线112在进入屏幕100时，通过散射区114和分隔区域116，被表面108反射，并再次通过分隔区域116和散射区114，然后从屏幕出射，从而使斑点比图8的屏幕减少了。
在图6中，屏幕200由与前部分102类似的前部分202和后部分204构成；后部分204现在变成了被限定在第二透镜体表面210的透镜体220的端部212中的分隔材料层206。材料206可以是例如银或铝，并且是借助掩膜汽相淀积的，或者是用诸如辊的涂覆工具涂覆在端部上，并具有比透镜体大很多的尺寸。因此，光线216在进入屏幕200之后，通过散射区218和分隔区域220，在表面208被反射，并再次通过分隔区域220和散射区218，再从屏幕出射，从而使斑点比图8的屏幕减少了。
在图7中，屏幕300由与图2的前和后部分32和34类似的前部分302和后部分304构成，只是在前部分302中散射区被限定在前表面附近的区域306中，从而留出了没有光散射颗粒的分隔区域308。后部分304与后部分34类似，由形成后表面314的分隔层310和层312构成。因此，入射光线316通过散射区306、分隔区域308和分隔层310，随后被表面314反射，再次通过这些区域和层，再从屏幕出射，从而使斑点比在图8的屏幕中减少了。
图2、4、5、6和7的实施例的特别有利之处在于可以采用可商业获得的、具有表面或体散射的后投影屏幕作为本发明的前投影屏幕的前部分。这种屏幕在例如JEI，12月，1993，PP.27-33中得到了描述。
图8显示了前投影屏幕400，它具有这种现有技术后投影屏幕的前部分402，该屏幕具有前透镜体阵列404、带有光吸收层408的突出部分406、后透镜体阵列410和体散射器412。后部分由镜403构成，因此，该屏幕缺少诸如图1的层24的分隔层。
对图2和8的屏幕在不同的分隔层44厚度情况下的聚焦、波纹和斑点进行了比较。其结果被显示在下表中。
表分隔层 聚焦波纹斑点无(图8) 最好高 高3/32英寸(2.4mm) 好 中 低1/8英寸(3.2mm) 一般 低 低1/4英寸(6.4mm) 差 低 最低图9显示了前投影屏幕500，它具有与图2的前和后部分32和34类似的前部分502和后部分504，只是在前部分502中，光吸收结构与后双凸透镜阵列510相联系，而不是前阵列507。因此，肋512和光吸收层514位于透镜体511之间，且到达层514的任何光—诸如光线524都被吸收。
以上结合有限的实施例和实施例的变形描述了本发明。对于本领域的技术人员，其他的实施例和变形是显而易见的，且这些实施例和变形属于所附权利要求书限定的本发明的范围之内。
权利要求
1.一种前投影屏幕，它具有前部分和后部分，各个部分都具有前表面和后表面，该前部分具有限定了一个散射区的光散射颗粒，该散射区从前部分的前表面在所述部分的至少一部分厚度上延伸，前部分的前表面限定了一个前双凸透镜阵列，该阵列包括彼此平行的透镜体，这些透镜体在屏幕上沿着纵向延伸，且后部分限定了一个反射表面，其特征在于反射表面与前部分的散射区处于分开的关系。
2.根据权利要求1的前投影屏幕，其特征在于散射区延伸到前部分的后表面。
3.根据权利要求1的前投影屏幕，其特征在于在散射区与后部分之间的前部分中有分隔区域。
4.根据权利要求1、2或3的前投影屏幕，其特征在于后部分包括位于前部分的后表面和反射表面之间的分隔层。
5.根据前述权利要求中任何一项的前投影屏幕，其特征在于后双凸透镜阵列由前部分的后表面限定，该阵列包括大量的彼此平行的透镜体，这些透镜体在屏幕上沿着纵向方向延伸，这些透镜体具有端部区。
6.根据权利要求1至4的前投影屏幕，其特征在于光吸收材料条位于前透镜体阵列的透镜体之间。
7.根据权利要求6的前投影屏幕，其特征在于前部分的前表面限定了透镜体之间的脊，且光吸收材料位于这些脊的顶部上。
8.根据权利要求5的前投影屏幕，其特征在于光吸收材料条位于后透镜体阵列的透镜体之间。
9.根据权利要求8的前投影屏幕，其特征在于前部分的后表面限定了透镜体之间的脊，且光吸收材料位于这些脊的顶部上。
10.根据前述权利要求中任何一项的前投影屏幕，其特征在于反射表面是后部分的前表面。
11.根据权利要求10的前投影屏幕，其特征在于反射表面被限制在后透镜体阵列的透镜体的端部区。
12.根据权利要求11的前投影屏幕，其特征在于反射表面的形状与后双凸透镜阵列的轮廓的至少一部分相符合。
全文摘要
一种前投影屏幕由前部分和后部分组成，该前部分具有前表面双凸透镜阵列和形成前与后表面之间的散射区的光散射颗粒，且后部分具有与散射区相间隔的反射表面。在使用中，投影光的入射光线通过散射区和散射区与反射表面之间的空间，然后经过反射而再次通过这些区。因此，光线沿着不同的方向通过了散射区的不同部分，从而增大仰角光线遇到至少一个散射颗粒的可能性，从而减少了斑点的出现。
文档编号G03B21/60GK1151215SQ95193708
公开日1997年6月4日 申请日期1995年4月18日 优先权日1994年5月12日
发明者S·梅戈斯, S·巴克尔 申请人:菲利浦电子有限公司