[發明專利]一種可屏蔽環境光的正向投影屏及其制造方法

無效

• 申請號: 200910168782.9
• 申請日: 2009-09-04
• 公開（公告）號: CN102012617A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 陳波
• 申請（專利權）人: 陳波
• 主分類號: G03B21/60
• 分類號: G03B21/60;G03F7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及正向投影屏及其制造方法，尤其涉及可屏蔽環境光的，具有高亮度和高對比度的正向投影屏及其制造方法。

背景技術

正向投影能夠從很小的投影儀圖像獲得所需的大屏幕圖像，原則上投影出的圖像大小不受限制。然而隨著投影圖像的增大，來自投影儀的光能量被分散到與尺寸成平方關系增大的面積中，造成圖像亮度急劇下降。另外，由于環境光的影響，圖像的對比度也會大大降低。

單純增加投影儀的光能量輸出，可以改善投影圖像的亮度，但會要求投影燈的功率輸出增大，隨之帶來散熱問題及投影燈的壽命問題，投影儀的體積和電功率消耗也會增加。提高投影儀的光能量輸出也不能有效解決強環境光對投影圖像的對比度影響問題。

如圖1所示，普通的白屏幕(101)基于朗伯散射，將來自投影儀(102)的光能量分散到屏幕前半球的所有方向，其中許多是不需要的，如朝上方向(103)、朝下方向(104)、朝左方向(105)、朝右方向(106)，而有用的方向只在屏幕前方觀眾眼睛(107)所在的一條觀察窗口(108)內，其水平方向的寬度(109)通常大于垂直方向(110)的寬度。

從如圖1還可以看到，任意方向的環境光(111)也可在屏幕表面反射，所形成的光線(112)到達觀察者，從而引起圖像對比度和色彩飽和度的劣化。在很多情形下，劣化嚴重到不能看清投影儀所透射出的圖像內容，不得不采取降低環境光或增加投影儀光功率輸出的辦法，以增加圖像的對比度。然而，在很多情形下，環境光的干擾無法降低到所需要的程度。

從投影屏的光學性能著手是解決正向投影屏亮度和對比度的一條捷徑，現有技術采用多種方案達到改善屏幕亮度和對比度的目的。很常見的是玻璃微珠屏，在屏幕上分散了大量微小的具有溯源反射性能的玻璃微珠，這些玻璃微珠將投影光反射回投影儀方向，大大增加了投影圖像亮度。但這種屏幕有其局限性，如果投影儀偏離觀眾所在方向(如上掛式或地落式的情形)，觀眾看到的屏幕亮度會大大降低。另外，玻璃微珠反射的發散角為圓形，與前述之水平帶有較大差距，故不能充分利用光能。此外，玻璃微珠之間的間隙仍舊具有朗伯散射的特征，不能充分抑制環境光的影響(降低屏幕的對比度)。

美國專利發明US7262912B2提供了對比度增強正向投影屏，采用了折射型微透鏡列陣和孔徑列陣及反射鏡的組合，如圖2所示，來者投影儀的光線(201)通過微透鏡列陣(202)聚焦后所形成的光線(203)穿過一個孔徑列陣(204)，被反射鏡(205)反射，所形成的光線(206)再次穿過孔徑列陣(204)，及微透鏡列陣(202)，出射后的光線(207)去往觀察者。而部分環境光被微透鏡列陣聚焦后不能穿過孔徑列陣，被吸收層(208)吸收，從而降低了環境光的影響。

上述發明的問題是，由于采用了相同的孔徑列陣(204)作為入射和出射光的窗口，其孔徑尺寸不能做得太小，否則視角會受到極大限制。但大的孔徑尺寸又使得投影儀附近的光線也能通過孔徑，從而不能有效消除環境光的影響。

圖3是中國專利(申請號85105808)采用二維反射微透鏡陣列(301)所發明的一種投影屏，可實現如前所述的帶狀反射，即在水平和垂直方向具有不同的發散角(α和β)，此特征是反射微透鏡單元(302)在水平和垂直方向的光焦度不同形成的；另外，反射微透鏡單元的低散射特性使得環境光不能散射，并偏離觀察窗口，減少了環境光造成的對比度損失。然而該種屏幕有一個局限性，那就是屏幕上各處反射出的觀察帶并不重合，這是由于來自投影儀的投影光到達屏幕上各點的角度不同造成的。如圖3b中來自投影儀(309)的光線到達屏幕(303)中間處，經微透鏡單元(304)反射后形成一觀察窗口(306)；而投影到屏幕左下方處的光線，經微透鏡單元(305)反射后形成另一觀察窗口(307)，只有在兩個帶交叉處(308)才能同時看到微透鏡單元(304)和(305)處的圖像。如需看到屏幕的整體圖像，觀察者需處在屏幕所有各點反射形成的所有觀察窗口交疊處，由于屏幕上各點反射形成的觀察窗口中間位置都有不同，交疊面積會遠小于每個透鏡所生成的觀察窗口面積，限制了觀察者的視場范圍。

上述發明還有一個局限，雖然遠離投影儀的光線不能到達觀察窗口，但投影儀附近的光線可以到達觀察窗口，從而降低圖像的對比度和色彩飽和度。

發明內容

基于以上背景，本發明提供一種正向投影屏幕，尤其提供一種具有高增益，高對比度，消除環境光影響的正向投影屏幕，所述屏幕還具有高均勻性，無眩光，無莫爾條紋，高色彩飽和度特征。本發明還提供了該屏幕的制作方法，尤其提供了一種利用微透鏡列陣本身形成所需孔徑列陣的方法。