專利名稱：保偏前投影屏幕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開總地涉及前投影屏幕，并且更具體地涉及最佳地控制光的漫射使得偏振 被保持的前投影屏幕。這種屏幕可以額外地使在特定投影機(jī)和觀察角的條件下的圖像亮 度及對比度(contrast)最大化。背景在利用無源檢偏眼鏡的立體3D系統(tǒng)中，屏幕是所述系統(tǒng)不可缺少的部分。在所 述屏幕發(fā)生的任何消偏振均導(dǎo)致串?dāng)_，其中打算給一只眼睛的圖像被部分地傳送到另一 只眼睛。該串?dāng)_表現(xiàn)為“重像”，該串?dāng)_破壞體驗(yàn)的品質(zhì)并造成眼睛疲勞。因此，期望 在最極端的照明和觀察角條件下提供極低的串?dāng)_。已知的前投影屏幕(如在2D影院中使用的那些)是虛擬朗伯散射體(Lambertian scatterers)。由于這種已知屏幕的表面粗糙度的統(tǒng)計(jì)特征，它們具有非常差的保偏度和差 的有效光效率(即，盡管總積分散射(或TIS)高，角度空間中的光利用率卻差)。用于提供立體3D保偏屏幕的已知技術(shù)是將在透明粘結(jié)劑中的鋁的片狀粉末噴涂 到PVC基底上。這樣的統(tǒng)計(jì)學(xué)表面提供屏幕增益分布、方向性和偏振的有限控制。此 外，敷層工藝常常顯示可分辨的結(jié)構(gòu)(如，起泡(sparkle))和均勻性問題(如紋理)。這 樣的“銀幕”常常易損壞，且不能經(jīng)得起溫和的磨擦清潔過程。朗伯屏幕在觀察到的亮度中提供均勻的外觀，卻未有效利用投影光。即，顯著 部分的入射光被散射到視場外，降低了系統(tǒng)效率。此外，散射光的部分被引導(dǎo)回屏幕， 降低了對比度和色彩飽和度。因此，存在對這樣的前投影屏幕的需要，即該前投影屏幕被設(shè)計(jì)制造為將光最 佳地分散到觀察角范圍內(nèi)，從而輸入偏振態(tài)被精確地保持。

發(fā)明內(nèi)容
本公開涉及工程反射漫射體，并且特定地涉及用于前投影系統(tǒng)中的屏幕。所述 屏幕為立體3D觀看提供最佳保偏，以及針對用于2D和3D系統(tǒng)兩者的增強(qiáng)的亮度、均勻 度和對比度的改進(jìn)的光控制。本公開尋求將光引導(dǎo)至期望的位置，同時保持最佳增益特 性。根據(jù)本公開，工程表面被用來以合適的增益分布、在特定漫射軌跡內(nèi)將照明光 最佳地分散到觀看角的范圍中，同時最佳地保偏。這樣的屏幕，當(dāng)與匹配的檢偏眼鏡組 合時，提供極低的來自任何觀察點(diǎn)的串?dāng)_。本申請中所公開的是用于提供保偏反射漫射體的方法，其中所述漫射體在特定的照明條件下以保偏的方式將光提供到期望的漫射軌跡。包括基本上所有觀看位置的觀 看軌跡位于所述漫射軌跡內(nèi)。根據(jù)一方面，本申請公開了用于提供保偏前投影屏幕的方法，其中所述屏幕在 投影機(jī)照明條件下將光提供到觀眾席中期望的觀看范圍(或觀察軌跡)。所述方法包括確 定考慮了照明和觀察角的極端情況的軌跡，所述軌跡可以對觀眾席中所有的觀看位置提 供基本上正交的偏振態(tài)。所述方法還包括提供多個反射生成核并將所述多個生成核分布 在基底上。根據(jù)另一方面，一組設(shè)計(jì)規(guī)則被用來產(chǎn)生表面形貌的生成函數(shù)。所述生成函數(shù) 提供微結(jié)構(gòu)(包括一個或多個生成核)的基本構(gòu)建塊，所述微結(jié)構(gòu)帶有期望的漫射體的 (宏觀)整體統(tǒng)計(jì)特征。這樣的設(shè)計(jì)可以具有外觀上優(yōu)異的均勻度，因?yàn)槠湓诨境叽缟?是統(tǒng)計(jì)學(xué)完整的。所述設(shè)計(jì)規(guī)則還規(guī)定在指定的漫射軌跡內(nèi)基本上僅單次反射。所述漫 射軌跡依照照明和檢測/觀察中的角的極端來定義。在另外進(jìn)一步的設(shè)計(jì)規(guī)則考慮中， 所述生成核可以提供漫射軌跡內(nèi)特定的強(qiáng)度分布(如，朗伯)，具有在所述漫射軌跡邊界 的指定的強(qiáng)度角衰減。在最大化光效率的優(yōu)選實(shí)施方案中，該衰減通過階梯函數(shù)表示。參考本文的公開，其他方面將變得明顯。


圖1A是示意圖，所述示意示根據(jù)本公開的典型電影院的側(cè)視圖；圖1B是示意圖，所述示意示根據(jù)本公開的電影院的俯視圖；圖2是示意圖，所述示意示根據(jù)本公開的示例性三維電影投影系統(tǒng)的操 作；圖3是圖示作為視角的函數(shù)的常規(guī)銀幕保偏性能的圖；圖4是圖示作為視角的函數(shù)的常規(guī)銀幕保偏對比度性能的圖；圖5是圖示作為視角的函數(shù)的常規(guī)銀幕增益曲線的圖；圖6A是極坐標(biāo)圖，所述極坐標(biāo)示根據(jù)本公開通過從前左座位追蹤屏幕的周 邊而定義的特定觀眾席的觀看軌跡；圖6B是極坐標(biāo)圖，所述極坐標(biāo)示根據(jù)本公開通過從后左座位追蹤屏幕的周 邊而定義的特定觀眾席的觀看軌跡；圖7是極坐標(biāo)圖，所述極坐標(biāo)示根據(jù)本公開針對隨機(jī)取樣的劇院觀眾席的 漫射軌跡；圖8是根據(jù)本公開，針對作為小面(facet)入射角函數(shù)的圓偏振或線偏振的最差 方位的對比率(contrast Ratio)的圖；圖9是根據(jù)本公開示出線偏振和圓偏振的對比率之間的差異的圖；圖10是根據(jù)本公開示出具有均勻概率密度函數(shù)的凹形結(jié)構(gòu)的圖；圖11是根據(jù)本公開，具有均勻概率密度函數(shù)的周期性結(jié)構(gòu)的示意圖；圖12A-12D是根據(jù)本公開，具有投影機(jī)、屏幕和座位區(qū)的劇院的側(cè)視圖的示意 圖；圖13A-13B是根據(jù)本公開，用于工程屏幕的示例性增益曲線的圖，其中光被漫 射到漫射軌跡中；
圖14是根據(jù)本公開，相對于屏幕表面法線的小面法線軌跡的極坐標(biāo)圖，所述小 面法線軌跡用來自投影機(jī)的光基本上照明整個觀看區(qū)域；圖15是圖示根據(jù)本公開的示例性高斯表面的圖；圖16是圖示根據(jù)本公開從示例性高斯表面反射的光線密度的圖；圖17是圖示根據(jù)本公開經(jīng)歷從示例性高斯表面雙反射的光線的強(qiáng)度描述的圖；圖18是圖示根據(jù)本公開，針對具有不同幅度的高斯漫射體表面的一系列模擬的 對比度相對于增益的圖；圖19A-19D提供示意圖，所述示意圖顯示根據(jù)本公開描述針對高斯峰之間不同 間隔的反射條件的圖；圖20是圖示根據(jù)本公開，針對兩個高斯峰間距的計(jì)算軌跡的圖，其中未發(fā)生多
重反射；圖21A至21C是示意圖，所述示意圖顯示根據(jù)本公開的兩個高斯峰的疊加，其 中在每種情況中的兩個高斯峰具有變化的高度和寬度；圖22是根據(jù)本公開，模擬的噪聲模式的圖；圖23A至23D是顯示根據(jù)本公開，由兩種模式并且不同的特征尺寸組成的漫射 體對比于由一種模式并且無不同的特征尺寸組成的漫射體兩者的增益和對比度的圖；圖24A至24B是圖示根據(jù)本公開的重疊函數(shù)的圖；圖25A至25C是圖示根據(jù)本公開的示例性生成核的圖；圖26是圖示根據(jù)本公開，針對二維朗伯生成核計(jì)算的增益的圖；圖27是圖示根據(jù)本公開，針對生成核的徑向平均增益的圖；圖28是示意圖，所述示意示根據(jù)本公開的示例性六角形柵格(lattice)構(gòu) 型；圖29是示意圖，所述示意示根據(jù)本公開的六角形柵格的生成核的單元重 疊；圖30是圖示根據(jù)本公開的方形柵格的單元重疊的圖；圖31是根據(jù)本公開，具有隨機(jī)化中心的六角形柵格的示意圖；圖32是根據(jù)本公開的六角形柵格的示意圖，其中較小的單元分散在具有柵格點(diǎn) 隨機(jī)化的較大單元之間；圖33是根據(jù)本公開的半規(guī)則鑲嵌柵格的示意圖；圖34是根據(jù)本公開的具有水平位移的隨機(jī)化圖；圖35是根據(jù)本公開，針對具有隨機(jī)化水平位移的表面的單元中心到單元中心位 移的概率分布的圖；圖36是根據(jù)本公開，作為高斯峰間距的函數(shù)的漫射角的圖；圖37是圖示根據(jù)本公開的針對重疊高斯特征的漫射角截止的圖；圖38A和38B是圖示根據(jù)本公開的以兩種構(gòu)型重疊的工程朗伯漫射體；圖39A和39B圖示根據(jù)本公開預(yù)修正生成核以解決重疊的一種方法；圖40是根據(jù)本公開，具有朗伯漫射體重疊的預(yù)修正單元的圖；以及圖41A和41B是根據(jù)本公開的增益分布的圖。
具體實(shí)施例方式圖1A是示意圖，所述示意示典型的電影院100的側(cè)視圖，而圖1B是顯示 電影院100的俯視圖的示意圖。電影院100包括反射屏幕110、投影機(jī)平臺120和觀看 區(qū)130。投影機(jī)平臺120可以包括投影機(jī)121和偏振開關(guān)122。觀看區(qū)130可以提供遠(yuǎn) 離屏幕成排排列的座位，界定一觀看區(qū)或者定義可以坐(或站)在觀看區(qū)130內(nèi)不同地方 的觀看者的觀看。例如，第一名觀看者可以位于電影院100的前左觀看位置132，并接收 反射光142。第二名觀看者可以位于后左觀看位置134，并接受反射光144。第三名觀看 者位于中心觀看位置136。隨著偏振技術(shù)的近期發(fā)展，已出現(xiàn)以匹配的眼鏡解碼的三維電影的復(fù)蘇。已知 的三維投影系統(tǒng)使用正交偏振順序地投影左眼和右眼圖像。對于使用單個投影機(jī)平臺120 的三維電影應(yīng)用，偏振開關(guān)122可以被放在來自投影機(jī)121的光路中的投影透鏡之后。 這樣的偏振開關(guān)是已知的，如授予L.Lipton等人的、題為“應(yīng)用推拉型液晶調(diào)制器的方 法和系統(tǒng)”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利號4,792,850 (過期)，以及授予M.R0binS0n的、題為
“消色差偏振開關(guān)”的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請?zhí)?1/424,087，所述兩個專利均通過引 用并入下文。在可替換的投影機(jī)平臺中，可以使用兩個或更多個投影機(jī)，一個用來提供 具有一種偏振態(tài)的左眼圖像，而另一個用來提供具有正交偏振態(tài)的右眼圖像。常規(guī)的反 射屏幕包括將偏振光從投影機(jī)120反射到電影觀看者的銀幕。典型的3D影院系統(tǒng)是相對光缺乏的(light starved)。至觀眾的14英尺朗伯的亮 度典型地將基本上在3D模式中提供較低的亮度。該情況的一個原因在于，例如，順序系 統(tǒng)(sequential system)典型地存在偏振損耗(通常大于50% )和分時(time-sharing)損耗 (通常大于50%)兩個缺點(diǎn)，因此這樣的系統(tǒng)在沒有增益屏幕時通常遞送低于25%亮度， 或3.5英寸朗伯。解決該問題的最新進(jìn)展，例如RealD XL系統(tǒng)，以及于2007年9月28 日遞交、由M.Schuck，G.Sharp和M.Robinson共同擁有的題為“用于影院投影的偏振轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)”的美國專利申請?zhí)?1/864,198(通過引用并入本文)提供了偏振再生功能，然而 仍期望在保偏的同時增加亮度。在要求保偏的系統(tǒng)中，來自傳統(tǒng)銀幕的總積分散射(TIS)大致為40%，進(jìn)一步 減小了效率。盡管，從中心觀看位置來看，屏幕增益高(軸上2.2-2.5)，整體感覺到的 圖像亮度卻因隨觀看角的快速下降而受影響。相反，無澤屏幕(matte screen)遞送高的 TIS(>90%),卻在角度空間不能充分利用光。一般地，所公開的實(shí)施方案尋求通過利 用高的總積分散射(大致為大于85%)，以及漫射角控制兩者，來使圖像亮度最大化。這 樣的屏幕可以改進(jìn)2D和3D體驗(yàn)兩者的效率。圖2是示意圖，所述示意示使用單投影機(jī)(順序方式的)平臺220的示例性 立體三維電影投影系統(tǒng)的操作。在操作中，左眼圖像202和右眼圖像204可以順序地從 投影機(jī)220被投影通過偏振開關(guān)222到保偏屏幕210。保偏屏幕210允許來自投影機(jī)220 和偏振開關(guān)222的偏振光被反射到電影觀看者240。所述左眼圖像和右眼圖像由佩戴眼鏡 250的電影觀看者240觀看，所述眼鏡250解碼分別的正交偏振光，以創(chuàng)建針對對象206 的深度體驗(yàn)。一般地，立體觀看體驗(yàn)的品質(zhì)取決于屏幕210保持由投影機(jī)平臺220傳送的高度 偏振的能力。由于散射大多為漫射，典型的無澤(近朗伯)影院屏幕一般不適于與這種3D系統(tǒng)一起使用。由于相對于照明波長的特征尺寸/高度和斜率的概率密度的統(tǒng)計(jì)特 征，這樣的屏幕是幾乎完全消偏振的。然而，高品質(zhì)立體3D體驗(yàn)優(yōu)選地使用在被透射的 和被阻擋的圖像之間至少100 1，并且更優(yōu)選地，200 1或更高的對比率。迄今，為了保偏，已使用了所謂的“銀幕”。銀幕涉及用分散在透明粘結(jié)劑中 的鋁的片狀粉末噴涂聚氯乙烯(PVC)基底，所述聚氯乙烯基底可以具有或不具有壓印的 表面特征。傾向于使鋁的片狀粉末的小面處于幾乎平行于基底平面，從而以無澤基底生 成相對地高的鏡面反射和增益。柔化亮斑(hot-spot)或在具有較暗邊緣的屏幕的某些點(diǎn)上 的過飽和以及減小增益的嘗試，通常導(dǎo)致外觀、均勻度和串?dāng)_之間的折衷。例如，可以 包括使空氣/粘結(jié)劑界面隨機(jī)化的消光劑，從而減少與鏡面反射相關(guān)聯(lián)的亮斑。當(dāng)在垂 直于屏幕110的方向(即，朝圖1的觀看位置136)評價(jià)性能時，具有超過150 1的線偏 振對比率是常見的。但是該對比率隨角度快速下降，最主要是由于圖像亮度的損耗。因 此，影院觀眾席中常常有這樣的座位，在某些位置的對比度有時可能降至20 1以下， 如觀看位置132和134。與目前的金屬片狀粉末屏幕(flake screen)相關(guān)聯(lián)的其他問題是由片狀粉末的有 限尺寸和不受控制的統(tǒng)計(jì)排列引起的“多?！焙汀鞍唿c(diǎn)”。對于常規(guī)的無澤屏幕，散射 是經(jīng)由高密度的極小散射中心實(shí)現(xiàn)的。從而，在漫射體相對小的空間區(qū)域上實(shí)現(xiàn)遍歷性 統(tǒng)計(jì)特征，并且外觀為均勻的白色。相比之下，片狀粉末屏幕由宏觀(大于微米)特征 組成，并因此要求顯著更大的區(qū)域來實(shí)現(xiàn)同樣的遍歷性統(tǒng)計(jì)。典型地，該區(qū)域大于人眼 的分辨率，并且因此散射強(qiáng)度的空間變化容易看得見，即，表面表現(xiàn)為“多粒的”。隨 著散射角的增加，對強(qiáng)度有貢獻(xiàn)的小面的相對數(shù)量減少，由此使得“多粒”和“斑點(diǎn)” 的問題惡化。對均勻度的相干影響在片狀粉末屏幕中也變得明顯。盡管原始投影光源的非相 干性質(zhì)，但在通過觀眾席長度的傳播之后，照明達(dá)到高度的準(zhǔn)直，并且因此達(dá)到相對大 的橫向空間相干性(幾百個微米大小)。位于該相干長度內(nèi)的小面可以建設(shè)性地或破壞性 地引起干涉，以基本上彩色的方式調(diào)制所感知的強(qiáng)度。這在常規(guī)銀幕上可觀察到為暗淡 色彩的斑紋圖案，所述圖案疊加在所述屏幕的總體多粒上。然而，由于干涉效應(yīng)非常敏 感地取決于反射角，斑紋圖案表現(xiàn)為當(dāng)觀察者移動頭部時相對于屏幕改變位置。但是光 的時間相干性依然小，并因此為了經(jīng)歷干涉效應(yīng)，有貢獻(xiàn)的小面應(yīng)位于大致與入射和反 射波前共面，即，所述效應(yīng)在回反射方向被最大化，并隨著散射角的增加而減小。偏振對比率和增益與串?dāng)_相關(guān)聯(lián)的對比度表達(dá)為通過透射透鏡的光被觀察到的亮度與通過遮光透 鏡的光被觀察到的亮度的比率。影響偏振對比率(PCR)的變量包括偏振基本向量、投影 幾何結(jié)構(gòu)、觀察位置和屏幕上被觀察的點(diǎn)。對于朗伯屏幕，分子中的項(xiàng)對于觀察位置是 確實(shí)不變的。但對于常規(guī)銀幕，增益足夠大，使得分子項(xiàng)中的衰減常常是PCR角相關(guān)性 的最主要原因。特征化屏幕的一種方式是測量偏振靈敏度雙向反射比分布函數(shù)(BRDF)， 所述偏振靈敏度雙向反射比分布函數(shù)其為每立體角的反射率。圖3是圖300，所述圖300圖示作為觀看角函數(shù)的常規(guī)銀幕的保偏性能。圖300 顯示使用準(zhǔn)直源(具有0.633 ym波長的HeNe激光)的常規(guī)屏幕的BRDF測量，其中P 取向的起偏器被插入到照明光路中，并且在檢測光路中使用P取向或S取向的起偏器。P和S分別是總的(基底)坐標(biāo)系中平行于和垂直于入射面的單位向量。這不應(yīng)與局部坐 標(biāo)系混淆，后者是與嵌入在屏幕中的個別的反射小面相關(guān)聯(lián)的。為了獲得這些測量值， 屏幕在偏離法線-5° (相應(yīng)于圖上的-10° )被照明，從而鏡反射方向?qū)?yīng)于0°。檢測 器掃描了面內(nèi)角，其中由于檢測模塊的有限尺寸而發(fā)生了信息丟失(drop-outs)。圖3中，PP圖形302對應(yīng)于平行起偏器BRDF，所述圖形302緊密跟蹤增益分 布。PS圖形304是交叉的起偏器BRDF，對應(yīng)于作為散射角的函數(shù)的，通過幾種機(jī)制的 組合轉(zhuǎn)化為S偏振的功率。該項(xiàng)在角度空間為相對地“白”，如期望用于漫射散射組件 的那樣。圖4是圖400，所述圖400圖示作為觀看角函數(shù)的常規(guī)銀幕保偏對比度性能。保 偏對比率(PCR)402被圖繪為觀察角的函數(shù)，并且是圖3中所示的PP BRDF圖形302對 PSBRDF圖形304的比率。后面將顯示，從菲涅爾觀點(diǎn)來看，這對應(yīng)于針對線偏振的“最 佳情況”對比度，因?yàn)檩斎肫癜谌肷涿鎯?nèi)。圖5是圖500，所述圖500圖示作為觀看角的函數(shù)的常規(guī)銀幕增益曲線。增益曲 線502顯示PP BRDF對朗伯散射體的PP BRDF的比率，并且同樣是獨(dú)立于偏振的。針 對該屏幕，對比度在約20°減半。由于PCR跟蹤增益，高增益屏幕典型地顯示在觀察到 的串?dāng)_中最高的空間非均勻性。以上在圖3-5中所顯示的測量圖示采用常規(guī)銀幕的測量，BRDF在鏡反射方向 幾乎獨(dú)立于入射角。增益屏幕的PCR的分子因此主要取決于觀察光線與鏡反射方向之間 的角度差。所述鏡反射方向?qū)?yīng)于如果屏幕表面為反射鏡時，光線將經(jīng)過的方向。確定串?dāng)_泄露項(xiàng)(分母)的因素包括1.由源自遠(yuǎn)小于照明波長的特性的漫射散射造成的消偏振。這可以包括納米尺 度不平整的反射顆粒表面，顆粒的尖銳邊緣以及在敷層中使下面的無澤基底暴露的空隙 (void)。2.由粘結(jié)劑或添加材料的局部各向異性造成的偏振改變。3.從單個表面的(鏡面)反射的偏振改變。4.多重反射，所述多重反射在光學(xué)尺度上產(chǎn)生于相對于照明方向高度傾斜的表本公開追求克服與常規(guī)統(tǒng)計(jì)學(xué)表面(例如常規(guī)銀幕)相關(guān)聯(lián)的對比度方面的限 制。使用全反射分散手段(dispersion means)，根據(jù)本公開的工程表面可以提供更合乎 期望的增益分布，所述工程表面在鏡反射方向不呈現(xiàn)過度的反射。起因于以上所列機(jī)理 的貢獻(xiàn)，如果沒有實(shí)質(zhì)上被消除的話，也能夠被嚴(yán)格地最小化。此外，憑借亮度中改進(jìn) 的均勻度，斜率概率密度函數(shù)的控制允許每位觀察者擁有相似的高對比度體驗(yàn)。最終， 通過引導(dǎo)投影光到座位位置，工程表面可以允許增強(qiáng)的圖像亮度。這樣通過雜散光的減 少，進(jìn)一步改進(jìn)了色飽和度和圖像對比度。使用本文描述的方法，屏幕材料可以以最低 可能的價(jià)格被制造為具有最高的品質(zhì)。因素1-由源自遠(yuǎn)小于照明波長的特性漫射散射造成的消偏振-指與入射光和表 面的相互作用相關(guān)聯(lián)的消偏振，所述表面在尺度上大致為幾個納米至幾百納米。該項(xiàng)的 貢獻(xiàn)傾向于在(投影和觀察)角度空間實(shí)質(zhì)上為白的，并對偏振基本矢量不敏感。當(dāng)在 交叉的起偏器顯微鏡下觀察時，所述貢獻(xiàn)表現(xiàn)為背景“輝光(glow)”。該項(xiàng)可以通過使用高品質(zhì)光學(xué)敷層(低均方根粗糙度)而被最終消除，所述光學(xué)敷層基本上沒有空隙并且 保形于壓印的表面形貌，所述表面形貌沒有在這種水平上的特征。因素2-由粘結(jié)劑或添加材料的局部各向異性造成的偏振改變_與在光學(xué)上厚的 “透明”敷層相關(guān)聯(lián)。這樣的敷層可以具有各向異性，這改變局部的偏振態(tài)。本公開的
教導(dǎo)可以通過使用來自類似反射鏡的金屬敷層的單次-表面反射，來消除該貢獻(xiàn)。任意 額外的層可以是類似低雙折射氧化物的電介質(zhì)，所述電介質(zhì)被相對薄地施加，具有實(shí)質(zhì) 上零延遲。因素3-來自單個表面的(鏡向)反射的偏振改變-指局部反射表面的幾何結(jié)構(gòu)， 并且是S和P偏振的復(fù)反射中的基本區(qū)別的結(jié)果。PCR中相關(guān)聯(lián)的損耗對于用于大多數(shù) 影院環(huán)境的投影/觀察之間的典型角度來講是相對不顯著的，但在更苛刻的情形中會變 得顯著。將示出，金屬表面上額外的保形介電敷層可進(jìn)一步減小該貢獻(xiàn)。因素4-源自相對于照明方向高度傾斜的表面的多重反射_指在垂直入射/觀察 時可以發(fā)生(并且在某些情形中為最大的)的多重反射。它們常常與高度傾斜的漫射結(jié) 構(gòu)相關(guān)聯(lián)。即，單次反射后在前進(jìn)方向繼續(xù)或者單次反射后未越過毗鄰結(jié)構(gòu)的光線經(jīng)歷 二次反射。這樣的事件之間的平均自由路徑可以遠(yuǎn)大于反射特征尺寸，由此導(dǎo)致其他不 合期望的(圖像質(zhì)量)效應(yīng)。雙反射光線可以具有高度變化的偏振態(tài)，由此降低偏振對 比率。此外，如將要表明的，這樣的反射的影響是偏振基本向量的函數(shù)。漫射散射因素1可以通過使用連續(xù)的微反射結(jié)構(gòu)而被最終消除，所述微反射結(jié)構(gòu)幾乎 不含有或者沒有在與漫射散射相關(guān)聯(lián)的高空間頻率上的貢獻(xiàn)。理論上，這可以使用由 Morris等人在美國專利號7,033,736 (通過引用并入本文)中所描述的設(shè)計(jì)能力中的一些來 部分地實(shí)現(xiàn)，所述專利中使用全反射方法，典型的漫射散射體，可以生成任意斜率的概 率密度函數(shù)。另外，這些結(jié)構(gòu)在尺寸、位置、斜率和高度中可以具有偽隨機(jī)分布，這保 證了無澤外觀，而不損失性能。從實(shí)踐的立場，本公開的工程結(jié)構(gòu)(漫射體)應(yīng)優(yōu)選地在制造環(huán)境中被一致地大 量生產(chǎn)。這可以涉及與本文所描述的技術(shù)規(guī)范一致的生成核的卷對卷壓印。此外，隨后 的敷層應(yīng)優(yōu)選地以類似的高質(zhì)量水平來施加，例如，通過蒸發(fā)或?yàn)R射。盡管本公開描述 了漫射體/屏幕在影院環(huán)境中的使用，可以預(yù)期它們可以被替換地在其他觀看視覺媒體 的環(huán)境中使用，例如，但不限于家庭影院、游戲系統(tǒng)、虛擬實(shí)境、飛行模擬器等等。目前的統(tǒng)計(jì)學(xué)表面(如，常規(guī)銀幕)總是具有低于期望的100%的反射器填充系 數(shù)，其中填充系數(shù)定義為金屬化面積對總面積的比率。這里，所述金屬化面積假定為具 有零透射。但在反射器為部分透射的情況下，另一種消偏振機(jī)制開始起作用。對銀幕來 講更為典型地是，敷層中的小針孔使消偏的無澤基底(其通常為白的)暴露。在小針孔 不可避免的情況下，使用高吸收的基礎(chǔ)基底(如，無澤黑)是合乎期望的，因?yàn)檫@將導(dǎo)致 顯著減少的消偏光透射。例如，使用凹版印刷工藝制造的屏幕常常具有低的填充系數(shù)， 因此它們的PCR受基底消偏振的支配。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，漫射散射常常是試圖消除亮斑的結(jié)果。因?yàn)樾∶嫣幵谄叫杏诰?有統(tǒng)計(jì)學(xué)表面的基底的傾向，必須努力破壞鏡反射方向的反射。這可以通過增加漫射散 射來做到，但卻是以亮度和PCR為代價(jià)的。根據(jù)本公開，概率密度函數(shù)以這樣的方式來設(shè)計(jì)，即在鏡反射方向附近為均勻的。這允許在增加屏幕亮度的同時保偏。劇院幾何結(jié)構(gòu)和反射的偏振改變設(shè)計(jì)最佳化的統(tǒng)計(jì)學(xué)表面的一個重要方面是全面理解與影院觀眾席相關(guān)聯(lián)的幾 何結(jié)構(gòu)涉及的范圍。在現(xiàn)代投影棚中，投影透鏡(名義上)相對于屏幕水平居中，但往 往在垂直方向位于中心以上。這可以在從零到大于半屏幕偏置的范圍內(nèi)變化。典型地， 屏幕具有單軸曲率(關(guān)于垂直方向)，其中曲率半徑等于(最佳的)或超過投射距離。當(dāng) 使用具有大于1.3的增益的屏幕時，這實(shí)際上是遵循SMPTE的要求。常常發(fā)現(xiàn)場館的座位排成兩個區(qū)域，其中前區(qū)域傾斜約8-10°，而較大的后區(qū) 域傾斜大致為20-22°。所述前區(qū)域典型地是彎曲的(類似于屏幕)，而所述后區(qū)域典 型地是矩形的。在最接近投影機(jī)的排中常常添加額外的座位，這增加了后區(qū)域的有效寬 度。在典型的電影院里，平均投射比(投射距離與屏幕寬度的比率)大致為1.8。按照定義，可以針對不同的觀察位置，從假設(shè)的“理想觀看者”的視角來描述 性能。所述理想觀看者代表這樣的座位位置，即白幀的峰值亮度發(fā)生在屏幕中心(當(dāng)使 用增益屏幕時)。其他關(guān)心的位置包括周邊座位，對于這些周邊座位來講，系統(tǒng)的表現(xiàn)應(yīng) 當(dāng)令人滿意。綜合以上討論的其他幾何學(xué)考慮，這些周邊座位定義了漫射軌跡。在隨機(jī)測試的二十一個影院觀眾席中，軸向光線的平均垂直偏置角大致為向下 八度。垂直偏置將鏡反射方向向下偏向，這對于使用增益屏幕的亮度是有益的。當(dāng)適當(dāng) 設(shè)計(jì)時，這將理想觀看者放在座位排列的中心位置。相反地，具有零偏置時，使用增益 屏幕的最佳觀看位置是在投影機(jī)處，這顯然是不實(shí)際的。根據(jù)本公開，取決于投影機(jī)偏 置以及與期望的理想觀看者相關(guān)聯(lián)的角，漫射角的偏向可以被包括在漫射體設(shè)計(jì)中。最差情況的觀看角與外周座位相關(guān)聯(lián)(或者針對這樣的座位子集，即系統(tǒng)的表 現(xiàn)應(yīng)當(dāng)令人滿意)。這些座位定義了觀看軌跡。根據(jù)本公開，在針對亮度和對比度的理 想環(huán)境下，沒有光投射到漫射軌跡以外。此外，最佳的偏振對比率要求在漫射軌跡內(nèi)僅 發(fā)生單次反射。在發(fā)生多重反射的情況，它們應(yīng)優(yōu)選地針對在漫射軌跡以外的反射條件 而發(fā)生。圖6A和6B分別是極坐標(biāo)圖600和650，所述極坐標(biāo)圖600和650圖示在不同 觀看位置的特定觀眾席的觀看軌跡的示例性極坐標(biāo)圖。圖6A顯示圖形602，代表觀察光 線的角度(在整體坐標(biāo)系中)，所述角度通過跟蹤在前左座位(例如，圖1中的觀看位置 132)的屏幕周邊來定義。圖6B代表針對后左座位的相應(yīng)圖形652 (例如，圖1中的觀看 位置134)。在此情況下，后者(652)包含在前者(602)中。然而，在典型的階梯座位布 置中，后座位定義相應(yīng)于屏幕底部的軌跡部分。圖7是極坐標(biāo)圖700，與以上在圖6A和6B中所描述的相似，顯示針對二i^一個 劇院觀眾席的隨機(jī)取樣的觀看軌跡。這樣的數(shù)據(jù)704包含在周邊702中，周邊702針對 關(guān)于垂直方向?qū)ΨQ的照明/觀看條件定義了也是關(guān)于垂直方向?qū)ΨQ的漫射軌跡。設(shè)計(jì)目 標(biāo)是將漫射基本上限制在由周邊702定義的區(qū)域內(nèi)，以包括觀看軌跡，所述觀看軌跡基 本上包括所有的觀看位置加上任意的安全邊際，例如五度。在以下分析中，假設(shè)屏幕包括微反射器的集合，所述微反射器盡管在宏觀尺度 上實(shí)質(zhì)上是共平面的，但所述微反射器在取向上是根據(jù)斜率概率密度函數(shù)隨機(jī)分布的。 這里，由投影光線向量和觀察光線向量來定義了局部坐標(biāo)系。這定義了局部入射面，所述局部入射面包含局部小面法向量(其中小面模型典型地被用于舉例說明，盡管期望的 表面可能具有連續(xù)微反射性質(zhì))。由于偏振基本上被屏幕保持，假設(shè)被小面偏向的光是鏡 反射的結(jié)果是合理的。與屏幕增益相關(guān)的二維斜率概率密度函數(shù)賦予了小面以期望的取 向存在的可能性。局部入射面還定義了局部S和P向量(或局部本征向量)，所述局部S和P向 量遵循菲涅爾(FreOTel)反射方程。在此情況下，功能敷層典型地為金屬(如，鋁)，所 述金屬具有復(fù)折射率，并且因此為吸收性的。假設(shè)“小面面積”相對于照明波長是大的 (或者更現(xiàn)實(shí)地，斜率在波長尺度上緩慢地變化)，可以認(rèn)為光從所述表面鏡反射，保持 偏振。如此，實(shí)質(zhì)上不存在與所述事件相關(guān)聯(lián)的消偏振，盡管由于與S和P相關(guān)聯(lián)的不 同復(fù)反射系數(shù)而一般會發(fā)生偏振態(tài)(SOP)的改變。考慮入射線偏振光包括S和P投影兩者的特定情況。反射相位差傾向于引起橢 圓性，而反射率的差異傾向于旋轉(zhuǎn)取向。針對基于線起偏器的3D系統(tǒng)在最差情形的方位 角(相對小面入射平面士45°偏振)，或基于圓起偏器的系統(tǒng)在任意方位角，菲涅爾反射 對偏振對比率的貢獻(xiàn)表示為PCR = ^-L2-其中和Afe‘ra分別是與P和S偏振相關(guān)聯(lián)的復(fù)反射系數(shù)(忽略共同相 位)，其中r是r和p分量之間的相移。對第一級來講，分母中的第一項(xiàng)說明反射率差 造成的對比度損失，而分母中的第二項(xiàng)說明相位延遲造成的對比度損失。從根本上講，小面入射角應(yīng)小于45°，具有(如，平坦屏幕)無限的投射距離 (用位于中心的投影機(jī))，并且觀看者位于屏幕平面。更典型地，在劇院觀眾席中與最差 情形觀看者相關(guān)聯(lián)的最大小面入射角低于35°。圖8是針對圓偏振(或線偏振的最差情形方位)作為小面入射角函數(shù)的菲涅爾 PCR的圖800。對比度802針對25°以下的角(相當(dāng)于大多數(shù)觀眾)在1,000 1以上， 針對35°以外的角仍在270 1以上。這樣，在當(dāng)前影院環(huán)境中，菲涅爾貢獻(xiàn)相對來講 是小的。就相對貢獻(xiàn)(再次對第一級來講)而言，由反射率差單獨(dú)造成的對比度在35° 是24,000 1，而與延遲單獨(dú)相關(guān)聯(lián)的對比度是273 1。這樣，與菲涅爾相關(guān)聯(lián)的對比 度損失大多是由S和P之間的相移造成的。通過在金屬上添加保形透明介電層(其同時 用來防止自然氧化物的生長)，存在更接近地匹配S和P相位，同時增加總體反射率的機(jī) 會。這典型地用所謂的“被保護(hù)的鋁”反射鏡敷層來實(shí)現(xiàn)。Lippey等人在美國專利號 7,110,175 (通過引用并入本文)公開了鋁層的沉積，以通過使用介電層來使S和P的反射 率相同來解決反射率差異問題。然而，Lippy沒有認(rèn)識到對比度受相位差的影響遠(yuǎn)大于反 射率差異的影響。由于消偏被假設(shè)為僅是S和P反射率之間差異的結(jié)果，所以對比度的自 然目的是要最小化局部入射角并因此具有更高的增益。然而，如本文所公開的，我們已 證明主導(dǎo)消偏機(jī)制是多重散射事件，對這一點(diǎn)，Lippey連提都沒提。換句話說，Lippey 沒有認(rèn)識到貢獻(xiàn)于對比度性能的主導(dǎo)機(jī)制或者用于對比度性能的這種最佳化技術(shù)。此 外，Lippey確定的第二目標(biāo)是匹配S和P偏振的幅度的反射率。然而，根據(jù)本公開的教導(dǎo)，既匹配S和P反射率的幅度又最大化兩分量之間的相位差是可能的，由此提供優(yōu)異的 保偏性質(zhì)表現(xiàn)。經(jīng)常地，介電外敷層被沉積到金屬反射鏡上，以提供耐久性并增強(qiáng)反射率。如 果裸的鋁未被覆蓋，它容易被刮擦并且最終將形成自然氧化物(A1203)薄層(70-90人)。 自然氧化物(折射率n= 1.66)將隨時間有減小反射率的趨勢。反之，如果光學(xué)厚度大致 為四分之一波長的MgF2(n= 1.38)被沉積到裸的鋁上，可以使反射率增加幾個百分點(diǎn)。 雖然MgF2代表介電外敷層的理想選擇，使用其他低折射率的電介質(zhì)(如Si02)可以獲得 實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)。在這兩種情況中，主要的約束是最小化S和P反射率之間的復(fù)相位差。在本公開中，保偏可能比增加效率更重要。如以上所討論的，通過薄膜補(bǔ)償減 小S和P分量之間的相位差有助于保偏。任意厚度和折射率的電介質(zhì)膜，采用PCR在 589nm的性能度量(其中輸入偏振是對入射平面成45° )，當(dāng)折射率被最小化時(如，用 MgF2)產(chǎn)生最好的結(jié)果。當(dāng)使用70人厚度的天然氧化物時，在35°的小面入射角的PCR 是139 1(這比裸的鋁低)。添加0.34波長厚度層的MgF2，獲得23,915 1的對比度。 在28°，針對補(bǔ)償?shù)那闆r的對比度較低(1,934 1)，但是，對比度仍然顯著高于未補(bǔ)償 的情況(360 1)。對于更小的角，對比度通常是增加的，但補(bǔ)償?shù)那闆r仍至少比未補(bǔ)償 的情況大兩倍。由于傾斜的小面具有線性本征偏振，基于線偏振的系統(tǒng)的性能是方位相關(guān)的。 如果輸入偏振包含在小面入射面內(nèi)，則在反射時保偏。如果該機(jī)制在確定對比度中是重 要的，則可以選擇眼鏡來使總體性能最佳化。例如，屏幕角落傾向于對應(yīng)最大的小面入 射角，所述最大的小面入射角可以傾向于更接近士45°方位角，而非0/90°方位。在這 些環(huán)境中，可以使用基于士45°線偏振眼鏡的系統(tǒng)。至于使用圓偏振原理(circularbasis) 的系統(tǒng)，則沒有擺脫在任何方位的反射的偏振改變，實(shí)際上，對比度獨(dú)立于方位角。在 對比度受多重反射主導(dǎo)的情形中，以上論證可能不是相關(guān)的設(shè)計(jì)考慮。雙反射取決于屏幕結(jié)構(gòu)，單次反射后的偏振改變可能不是影響串?dāng)_的最重要因素。高 度定向的漫射體(如通過波前技術(shù)制造的那些)具有高度傾斜的脊，所述脊傾向于產(chǎn) 生二次反射。在交叉偏振顯微鏡下，由于在被垂直地照明和檢測時的回射，現(xiàn)貨供應(yīng) 的全息漫射體典型地呈現(xiàn)線性本征偏振。在對通常在透射中使用的，但為該測試而以 鋁敷層的三個產(chǎn)品樣品的測試中，所有樣品實(shí)質(zhì)上在一個維度上分散得比在正交方向 (8° /21°，10° /68°，12° /44° )要多。敷層的樣品證實(shí)，當(dāng)入射偏振平行于結(jié)構(gòu)軸 時，對比度是幾百比一，但當(dāng)所述樣品被旋轉(zhuǎn)時，對比度實(shí)質(zhì)上是低的，對比度在45° 方位僅為幾十比一。注意，這些測量值是在回射配置中做出的。統(tǒng)計(jì)學(xué)表面(如金屬片狀粉末屏幕)也傾向于雙反射。通常，小面對(pairs of facets)之間的平均自由程基本上比實(shí)際的反射特征尺寸更大。當(dāng)屏幕樣品在交叉的線起 偏器顯微鏡下以回射配置被旋轉(zhuǎn)時，小面對的亮度可以被觀察到一致地改變。這可能是 由于從相對的傳播方向出現(xiàn)的偏振轉(zhuǎn)換光。沿本征方向，所述對被大大地消光。由于回 射的高度偏振轉(zhuǎn)換，所述對在士45°方位變得非常亮。所述對的有效幾何結(jié)構(gòu)通常非常 相似(受小面的重疊區(qū)的支配)，這是使它們可容易地被辨別的另一個因素。從亮度的觀點(diǎn)來看，回射配置具有潛在的益處。即，如果峰值漫射方向一般地與入射方向相反，則來自投影機(jī)的光將具有更大的被投射向觀眾的傾向。例如，粒狀 (beaded)屏幕可以具有這樣的益處，即具有像貓眼回射器那樣的作用。因?yàn)樗鼈兙哂凶?修正性質(zhì)，回射器可以作為最佳地分散光的手段，實(shí)質(zhì)上消除對局部控制漫射性質(zhì)的需 要。然而，應(yīng)注意確保這樣的回射不會損害偏振，所述損害正如使用某些(如，隅角棱 鏡)回射器會發(fā)生的那樣。在從小面對雙反射的情況下，偏振基本上被轉(zhuǎn)化到正交態(tài)。在過去，透鏡狀周期結(jié)構(gòu)已被用在影院屏幕上，以相對于垂直面更多地分散在 水平方向。在使用結(jié)構(gòu)化表面來在水平方向比在垂直方向(其傾向于二次反射)更大程 度地分散光的情形中，可以使用基于0/90°偏振眼鏡的系統(tǒng)。然而，更可能的情況是， 傾向于二次反射的屏幕結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)將不會令人滿意。每一項(xiàng)對PCR的貢獻(xiàn)可以使用具體的測量值來得到每種物理機(jī)制對PCR的貢獻(xiàn)?；谝陨嫌懻摚?射散射項(xiàng)可能在角度空間是白的，并且獨(dú)立于偏振基礎(chǔ)向量。這是背景泄露項(xiàng)。這樣， 針對線偏振和圓偏振，PCR結(jié)果相對于小面入射角應(yīng)該是相同的。若否，則另一種物理 機(jī)制可能顯著地起貢獻(xiàn)作用。菲涅爾貢獻(xiàn)在回射方向?yàn)榱?針對單次反射)，隨著小面入射角接近20°而變得 顯著，并且隨角度的增加而增長。這明顯是偏振相關(guān)的，當(dāng)輸入平行/垂直于小面入射 平面時消失，而在士45°為最大。當(dāng)使用圓偏振時，對PCR的貢獻(xiàn)與方位無關(guān)。這樣， 如果線偏振PCR結(jié)果在大入射角是方位的強(qiáng)函數(shù)(或者如果線偏振PCR和圓偏振PCR之 間存在顯著差別)，則菲涅爾項(xiàng)可能是重要的。這假定來自多重反射的貢獻(xiàn)在這樣的大角 度下變得相對不顯著(或者是可分離的)。在線偏振和圓偏振基礎(chǔ)向量在回射方向給出不同PCR的情形中，原因可能是雙 反射。使用統(tǒng)計(jì)學(xué)表面，其中斜率概率密度在方位上是一致的，雙反射事件的可能性在 方位上同樣是一致的。對圓偏振來講，對PCR的貢獻(xiàn)因此也在方位上是一致的。但是， 由于線偏振的方位相關(guān)性，在全體方位上平均的對PCR的貢獻(xiàn)是圓偏振情況的一半。作為測試這種貢獻(xiàn)的方式，針對線偏振和圓偏振情況兩者進(jìn)行偏振敏感BRED 測量，其中所述線偏振的情況是沿本征方向。圖9是顯示線偏振情況902的對比度超過160 1的圖，其中圓偏振情況904僅 為110 1。由于該差別是沿回射方向觀察到的，PCR中的任何差別均可以歸因于多重 反射，除非圓偏振情況中的PCR固有地低。為獲得這些結(jié)果，532nm激光被引導(dǎo)通過一 對正交的線起偏器和圓起偏器，以測試垂直入射時的基線性能。測得的基線PCR為針對 線偏振的888 1和針對圓偏振的895 1，其差別適當(dāng)?shù)卦趯?shí)驗(yàn)誤差內(nèi)并受起偏器的限 制。從而，基本上通過消除雙反射，本公開的工程表面可以提供更高的PCR。統(tǒng)計(jì)學(xué)表面的另一個不可取的方面是缺乏BRDF特征的空間控制。小面概率密 度函數(shù)中的空間變化可以產(chǎn)生非均勻的外觀。與這樣的變化相關(guān)聯(lián)的特征尺寸可以高度 相關(guān)于制造工藝和每種工藝的統(tǒng)計(jì)學(xué)控制方面。假定針對全_HD(1024X2048像素)2k 投影機(jī)的普通屏幕上的像素尺寸大致為7mm，在該(或更大)尺寸上的反射強(qiáng)度的顯著 變化可能是有問題的。為了證明這一點(diǎn)，用幅度穩(wěn)定的532nm激光，在305mm的距離 垂直地照明屏幕樣品。在相同的軌道承載器(面內(nèi))上以45mm的間距安裝所述激光和 檢測模塊，并且沿屏幕軸以1mm增量平移。檢測器孔經(jīng)為5mm，實(shí)際上消除了斑點(diǎn)的貢獻(xiàn)。由于在相關(guān)聯(lián)的檢測立體角上的平均作用，假設(shè)會發(fā)生輪廓的平滑化。在特定位置中的總掃描范圍是100mm，其中在針對屏幕上的其他位置的結(jié)果中 沒有顯著差異。測試了來自兩家供應(yīng)商的屏幕樣品。針對樣品A和B，反射功率中的標(biāo) 準(zhǔn)偏差分別是6.8%和5.2%。針對樣品A的最大偏差是+21%和-16%，而針對樣品B 則是+11%和-14%。通過比較在7mm片段的掃描中收集到的平均功率，獲得由非均勻的BRDF造成 的像素感知亮度變化的估計(jì)。針對樣品A，平均偏差是4.6%，而針對樣品B的平均偏差 是6.7%。相應(yīng)的最大偏差分別是8%和7.5%。根據(jù)本公開的工程表面的益處在于，這 樣的固定模式的變化可以在所有相關(guān)尺度上被實(shí)質(zhì)上消除。干涉效應(yīng)在從投影機(jī)傳播到屏幕之后，并且假設(shè)投影光的空間相干性與波長同數(shù)量級， 照明光可以在相對于屏幕分辨面積顯著的區(qū)上呈現(xiàn)空間相干性。這可以通過在視網(wǎng)膜上 的相干疊加加劇屏幕外觀均勻度問題。根據(jù)本公開，所述的工程微結(jié)構(gòu)可以具有在期望 的表面形貌上疊加的空間頻率噪聲結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)不影響單次反射要求，但會以這樣 的方式使相位隨機(jī)化，即使得眼睛收集到的光在相位空間包含基本上均勻的表征。如果 噪聲的幅度是波長的幾倍，并且所述波長與光的空間相干長度近似，則相位隨機(jī)化應(yīng)足 以基本上減小斑點(diǎn)。無澤外觀眼睛分辨大致上一弧分，在一弧分以下，所感受的強(qiáng)度可以被認(rèn)為是生成核在 相關(guān)聯(lián)區(qū)上從照明方向散射到觀察方向的概率密度的加權(quán)積分。該概率與局部斜率概 率密度相關(guān)。在積分概率在空間上變化的情形中——意味著被采樣的區(qū)不符合總體統(tǒng) 計(jì)——屏幕將具有多粒的質(zhì)地，這是不可取的。這可以是大特征尺寸的結(jié)果以及由于它 們在屏幕表面的特定分布兩者而發(fā)生。通常，相對強(qiáng)度的波動隨觀察角而增加，其中， 相對于鏡反射方向，所要求的斜率區(qū)存在的可能性實(shí)質(zhì)上被減小了。在常規(guī)影院屏幕中，無澤外觀是由于非常小的特征產(chǎn)生的，所述非常小的特征 產(chǎn)生多重散射事件，所述多重散射事件對角度空間中的平均作用做出貢獻(xiàn)。根據(jù)本公 開，所述工程漫射體被分析并且在空間上被修正，以創(chuàng)建在單次反射后更均勻的強(qiáng)度分 布。這在保偏同時基本上減少了外觀的多粒性。在很大程度上，這是通過與本公開一致 的工程漫射體的形狀來實(shí)現(xiàn)的。局部地，每個散射特性遍歷性地填充整個觀看軌跡?？?間變動主要是由于隨機(jī)化和拼接效應(yīng)(tiling effects)造成的。相對于不受影響的區(qū)域，經(jīng) 受這種效應(yīng)的面積的百分?jǐn)?shù)可以是小的，即，它可以被限制到工程生成核重疊的區(qū)域。 通過使用在邊界具有零斜率和零高度的生成核，該效應(yīng)被基本上限制在增益分布的鏡反 射區(qū)域，在該區(qū)域其不令人滿意的程度要小得多。示例性屏幕設(shè)計(jì)在屏幕含有統(tǒng)計(jì)學(xué)上均勻分布的生成核的情形中，這樣的核基本上滿足照明和 觀察的極端條件是必須的。屏幕上的每個點(diǎn)接受來自一個(或更多個)離散角的照明。 在與總體統(tǒng)計(jì)特征相關(guān)聯(lián)的區(qū)上，這種照明可以典型地被認(rèn)為是準(zhǔn)直的。針對每個這樣 的照明區(qū)，服從于增益要求，光應(yīng)被散射到與漫射軌跡相關(guān)聯(lián)的角度范圍內(nèi)。針對每個 這樣的點(diǎn)，重要的量是在鏡反射方向和觀察方向之間形成的極端的角度。當(dāng)針對屏幕的每個點(diǎn)的散射要求被涵蓋時，周邊(在此被稱為“漫射軌跡”)定義了屏幕微結(jié)構(gòu)的漫射 要求。所述漫射軌跡與屏幕微結(jié)構(gòu)的斜率概率密度有關(guān)。當(dāng)描述微結(jié)構(gòu)化的漫射體時，考慮被重復(fù)來形成宏觀結(jié)構(gòu)的最小基本結(jié)構(gòu)單位 (或多個單位)是方便的。該結(jié)構(gòu)在本文被稱作生成核，并且為了獲得表面漫射體，所述 結(jié)構(gòu)將具有確定從其反射出去的光的漫射分布的某種表面形貌形狀。在理想的情況下， 這種生成核攜帶所要求的漫射體的全部總體統(tǒng)計(jì)特征，從而漫射中的點(diǎn)到點(diǎn)變化在最小 的可能尺度被最小化。在更一般的情況下，所述生成核可以不完全滿足這些統(tǒng)計(jì)學(xué)特 征，但這樣的結(jié)構(gòu)的總體可以滿足。本公開的一方面是設(shè)計(jì)生成核(或包括多個生成核的微結(jié)構(gòu))的外形(profile)， 以消除在與照明/觀察角的全部范圍相關(guān)聯(lián)的小面入射角內(nèi)的二次反射。在一個實(shí)施方 案中，這通過以下方式來實(shí)現(xiàn)，即，確定照明/觀察的漫射軌跡以對觀眾席中所有要求 的座位提供光(基于前面討論的幾何結(jié)構(gòu)考慮)并且設(shè)計(jì)達(dá)到以下至少之一的生成核(或 包括多個生成核的微結(jié)構(gòu))(1)在整個漫射軌跡上均勻的斜率概率密度函數(shù)(實(shí)質(zhì)上為 朗伯)，其中，在鏡反射方向，如果不是完全沒有的話，幾乎沒有“尖峰” ；(2)空間上 均勻的(如，士 1%)斜率概率密度函數(shù)，從而如果不是完全不存在的話，幾乎不存感受 到的亮度調(diào)制；(3)在漫射軌跡周邊的角度空間具有銳截止的斜率概率密度函數(shù)；(4)不 含有小于幾個微米的特征的生成核布局，這樣的光滑度確保偏振度被保持；(5)小于幾 百個微米的生成核特征尺寸(所述幾百個微米的生成核特征尺寸會導(dǎo)致如“多粒的”或
“起泡”外觀)；以及(6)在漫射軌跡的周邊內(nèi)入射的光線在進(jìn)入漫射軌跡之前不經(jīng)歷任 何實(shí)質(zhì)上的二次反射。通過提供在斜率概率密度中的銳截止，可能消除傾向于在入射光方向(前散射) 或毗鄰結(jié)構(gòu)方向散射的光線。這樣的光將經(jīng)歷二次或更多次反射，一般具有顯著的偏振 改變。額外地，否則將不進(jìn)入漫射軌跡的光可以被用來增加圖像亮度，并消除由從觀眾 席表面散射的雜散光造成的色飽和度和對比度損失。圖10是凹形結(jié)構(gòu)1002的一維實(shí)施例的圖1000，所述凹形結(jié)構(gòu)1002具有均勻 的概率密度函數(shù)，在80°有硬截止(hard cutoff)。在數(shù)學(xué)上，針對這樣的結(jié)構(gòu)的要求如 下。第一，9的改變速率與期望的散射概率5)(e)的倒數(shù)成比例瀏/5x = el/ 5)(e)，(其 中c具有倒數(shù)距離單位，并設(shè)定用于生成核的尺度)。第二，概率分布中的硬截止通過 設(shè)定9的積分極限來確定的。最后，在表面上任一點(diǎn)的斜率等于散射角一半的正切 dz/dx = Tan(e /2)。圖11是圖示1D結(jié)構(gòu)1100的圖，所述結(jié)構(gòu)1100既是周期的又滿足相同標(biāo)準(zhǔn)。 結(jié)構(gòu)中的凸形元件1102通過將凹形元件旋轉(zhuǎn)180°來獲得的。只要保持縱橫比，結(jié)構(gòu)中 的毗鄰單元可以具有任意尺寸，所述尺寸保持足夠小以使在視覺上不可分辨，但又足夠 大來防止漫射散射(如，小于幾百微米并且大于幾微米)，并且在漫射軌跡內(nèi)沒有多重反 射發(fā)生。如通過反射射線1104(其越過毗鄰的峰)所示，以高達(dá)10°的角入射的光不經(jīng) 歷多重反射。如1106中所示，隨機(jī)化表面可以通過拼接多個具有不同寬度的單位單元來 生成。更一般地，統(tǒng)計(jì)學(xué)表面可以通過消除微分方程洲/ax = el/ 0(e)，但維持斜率概率 密度5)(e)來生成。反射結(jié)構(gòu)可以具有不同的形狀，只要關(guān)于斜率e的表面元密度等于5)(e)。特別地，這允許所述設(shè)計(jì)來適應(yīng)在屏幕不同區(qū)域的不同散射要求。圖12A-12D是示意圖，所述示意圖顯示包括投影機(jī)、屏幕和座位區(qū)的任意劇院 的側(cè)視圖。在圖12A中，操作時光線1204從投影機(jī)1202行進(jìn)到屏幕1206的底部部分。為 了照明座位區(qū)1208，光線應(yīng)被散射為漫射軌跡1210。所述漫射軌跡根據(jù)照明和檢測/觀 察中的角度極端值來定義。在漫射軌跡中，從屏幕向漫射軌跡基本上僅發(fā)生單次反射； 而在漫射軌跡以外，可以發(fā)生多重反射。圖12B是示意圖，所述示意圖顯示在圖12A中的屏幕表面上的示例性微結(jié)構(gòu) 1222。光線1224、1226和1232都大致上平行于光線1204，但卻照明不同部分的微結(jié)構(gòu)。 光線1224和1226在進(jìn)入漫射軌跡1210之前，經(jīng)歷單次鏡反射1230和1228。光線1232 經(jīng)歷兩次鏡反射，但離開的光線1234不進(jìn)入漫射軌跡1210并且這樣將不可能造成PCR減 小。相比之下，圖12C顯示從投影機(jī)向上行進(jìn)到屏幕1206的頂部的光線，所述光線 照明漫射軌跡內(nèi)基本上不同的觀看位置。圖12D圖示從位于屏幕1206的頂部的微結(jié)構(gòu) 1262的反射1268，顯示沒有在屏幕頂部部分入射的光線經(jīng)歷多重反射，盡管一些反射的 光線1270沒有進(jìn)入漫射軌跡1240。因此，與從投影機(jī)1201向上行進(jìn)到屏幕1206頂部的光線相比，從投影機(jī)1202 向下行進(jìn)并入射到屏幕1206的底部部分的光線應(yīng)優(yōu)選地散射到漫射軌跡的基本上不同的 部分以照明座位區(qū)，即，斜率概率密度也是入射角的函數(shù)。此外，由于不同的入射角照 明不同的觀看位置，可以容許一些雙反射，只要這些雙反射導(dǎo)致的是不進(jìn)入漫射軌跡的 光。這些效應(yīng)隨著投影機(jī)射程的減小而增加。盡管示出了單個微結(jié)構(gòu)1222、1262，與本 公開一致，單個微結(jié)構(gòu)可以由一個或更多個生成核構(gòu)成。圖13A和13B是針對圖7所示的工程屏幕的幾個可能的“增益”曲線的圖 1300、1350，在所述工程屏幕中，光僅散射到漫射軌跡內(nèi)。這里，如圖7中所示，增益 是在漫射軌跡內(nèi)計(jì)算的并且被假設(shè)為關(guān)于垂直軸對稱，但是具有銳截止。圖1300圖示 在漫射軌跡內(nèi)均勻的(類朗伯)分布1310將導(dǎo)致在典型的無澤白(matte white)屏幕分布 1320上幾乎30%的效率增加。圖1350圖示，如果增益分布具有與現(xiàn)有的增益銀幕相同 的功能形狀，效率的增加1360幾乎是100%?？商鎿Q地，增益曲線可以是平坦的(如線 1340所示)，使得總體均勻度比常規(guī)的銀幕更好(如線1330所示)，BP,以基本上相同的 最大亮度，加寬當(dāng)前銀幕的增益分布。圖14是相對于屏幕表面法線，基本上以來自投影機(jī)的光照明整個觀看區(qū)域的小 面法線軌跡的極坐標(biāo)圖1400。在屏幕上的每個點(diǎn)，存在一組小面法線1410，所述一組小 面法線1410將光從投影機(jī)引導(dǎo)到每個單獨(dú)的座位。在整個屏幕表面的所有這樣的組的聯(lián) 合定義了小面法線軌跡1420，以保證每位觀看者接收來自屏幕的基本上所有部分的光。 落在該軌跡以外的任何小面法線都造成浪費(fèi)的光。黑點(diǎn)1410是從隨機(jī)選擇的劇院自左側(cè) 極端觀察位置座位計(jì)算得到的。曲線或軌跡1420還被延伸來包括針對最右邊座位的觀看 角。保偏投影屏幕的期望幾何結(jié)構(gòu)性質(zhì)已經(jīng)被確定為(1)以均勻的光強(qiáng)度填充漫 射軌跡；(2)通過(a)在光分布中引入截止角來防止反射光第二次射中屏幕以及(b)使具有陡斜率的特征保持充分分離從而大角度的散射光不會遇到第二個表面，來防止光的多 重反射；(3)在小于像素的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)遍歷性，S卩，完整的漫射軌跡應(yīng)被屏幕的區(qū)均勻 地采樣，所述屏幕的區(qū)小于像素，從而屏幕強(qiáng)度在空間上是均勻的；(4)確保所有特征 顯著地大于光學(xué)波長，以防止散射；以及(5)避免可能與投影機(jī)的實(shí)體動畫組合來產(chǎn)生 條紋的周期性結(jié)構(gòu)，或者在精細(xì)圖形網(wǎng)格組之間的干涉。針對1D散射，已發(fā)現(xiàn)滿足這些 要求的曲線。如本文使用的，“遍歷性”是這樣的情況，其中某個參數(shù)在有限區(qū)域的平均值 已收斂到整個區(qū)域的全體平均。當(dāng)某尺寸的區(qū)域被稱為是遍歷性時，該區(qū)域和全體中的 任何相似尺寸或更大的區(qū)域不是統(tǒng)計(jì)學(xué)上不同的。存在兩種一般策略來實(shí)現(xiàn)2D漫射表面。第一種是確定能被用于隨機(jī)(隨機(jī)性) 過程的一套規(guī)則，所述隨機(jī)過程平均起來滿足所述要求。確定將一般地滿足所有設(shè)計(jì)要 求的完全隨機(jī)過程可能是復(fù)雜的，但是制造這些表面可能一般地較為容易。第二種策略 是設(shè)計(jì)明確地滿足所有以上要求的定制結(jié)構(gòu)。這確保最佳的性能，但是要求能將該設(shè)計(jì) 高保真地轉(zhuǎn)移到屏幕表面的制造技術(shù)。隨機(jī)設(shè)計(jì)存在許多可用的技術(shù)，可以用來從隨機(jī)結(jié)構(gòu)制作表面漫射體。這些技術(shù)包括激 光散斑的全息記錄、化學(xué)蝕刻、機(jī)械蝕刻(如，噴丸處理)，以及用包封在聚合物粘合劑 中的金屬片狀粉末來敷層(coating)。這些漫射體中單個散射特征的局部幾何結(jié)構(gòu)由漫射 體被創(chuàng)建的工藝定義。例如，全息漫射體將由2D高斯峰構(gòu)成，而金屬片狀粉末涂料將由 具有銳邊的平面小面的集合組成。忽略任何銳邊，期望大量這樣的特征的極限符合高斯 統(tǒng)計(jì)特征。因此，隨機(jī)漫射體可以被近似為高斯散射特征的隨機(jī)分布集合，其中所述特 征具有某個特征高度d，以及寬度0。原則上，d和o的平均值可以通常為獨(dú)立控制的。例如，針對激光散斑圖形，
o是特征散斑尺寸并且可以通過更改到孔徑的距離或孔徑的尺寸來調(diào)整。如果散斑圖形 以光致抗蝕劑被記錄，則d可以通過更改暴露時間和/或顯影條件來控制。相似地，在 噴丸處理過程中，o將與侵蝕顆粒的尺寸相關(guān)，并且d將與它們的進(jìn)入速度成比例(對 一階)。因此，針對隨機(jī)漫射體的生成構(gòu)造設(shè)計(jì)規(guī)則取決于對d、0之間的關(guān)系，以及 保偏(即，雙反射)的理解。圖15是示意圖，所述示意示示例性高斯表面的俯視圖1500，以及已用高斯 統(tǒng)計(jì)特征來模擬的各自的側(cè)視圖1502和1504，所述模擬是要針對物理樣品上實(shí)驗(yàn)來證實(shí) 所述計(jì)算模型。具有高斯統(tǒng)計(jì)特征的2D漫射體通過以隨機(jī)定位的高斯構(gòu)型(如，高斯 構(gòu)型1506和構(gòu)型1508)占據(jù)平面來模擬。對于一階，使用相同的高斯構(gòu)型(0、d是常 數(shù))是足夠的。通過將峰定位在六角形柵格上并且然后通過高斯加權(quán)距離隨機(jī)平移它們 的位置來提供相對均勻的覆蓋。如果所述平移的標(biāo)準(zhǔn)偏差足夠大，則基本的六角形順序 被消除并且“對-對(pair-pair)”相關(guān)性成為高斯的。這導(dǎo)致如圖15中所示的高斯噪 聲分布。在該示例性模擬中，o =30iim，d= 16um,基本的柵格常數(shù)是60 y m，并 且結(jié)構(gòu)的總寬度是2mm。使用非順序性光線跟蹤(ASAP)軟件模擬這種結(jié)構(gòu)1500的散射分布和增益。照 明是在法向入射的完全采樣所述表面的均勻準(zhǔn)直光源。為了加速計(jì)算并簡化分析，各個光線的偏振被忽略，并且忽略非幾何作用(如，菲涅爾反射率、從亞波長特征的散射)。 為了計(jì)算增益，僅從所述表面反射一次的所有光線被收集。圖16提供圖1600，所述圖1600圖示從圖15的示例性高斯表面反射的光線的密 度，所述密度被表示為角度的函數(shù)。圖1600將這種2D光線蹤跡描繪為高斯噪聲表面， 并且圖1602和1604分別圖示從水平和垂直方面的分布。在圖1600中，模擬的光線僅從 所述表面反射一次，并且強(qiáng)度以coS(e)來調(diào)節(jié)，以顯示增益。從所述表面反射兩次的 所有光線的增益圖可以被用來計(jì)算多重反射的消偏振作用。圖17提供圖1700，所述圖1700圖示從圖15的示例性高斯表面經(jīng)歷雙反射的光 線的強(qiáng)度圖。圖1700和側(cè)視圖1702、1704揭示，高斯表面不是完全遍歷性的，即，由 于散射的分布不是徑向均勻的，該表面不是統(tǒng)計(jì)學(xué)光滑的。這與在具有相似特征尺寸的 全息漫射體上的實(shí)驗(yàn)是一致的，其中在毗鄰的3mmX 3mm塊之間見有顯著的強(qiáng)度變化。 然而，所述分布的徑向平均是全分布的良好近似。由多重反射造成的偏振對比率是由單 次發(fā)射造成的強(qiáng)度(如圖16中所示)與由雙反射造成的強(qiáng)度(如圖17中所示)的比率。圖18是圖1800，所述圖1800圖示針對一系列以針對高斯漫射體表面的不同幅度 模擬的對比度相對于增益的情況。通過增加噪聲分布的幅度，所述結(jié)構(gòu)的增益被減小。 這增加了多重反射的可能性，并且，作為結(jié)果，對比度減小。所述趨勢定性地類似于在 一系列全息漫射體上測量的趨勢。由于點(diǎn)散射的缺乏、菲涅爾效應(yīng)和測量系統(tǒng)的有限偏 振敏感度，顯示模擬的結(jié)果的線1802具有比顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果的線1804—致更高的對比度。 這個系列的實(shí)驗(yàn)突出了統(tǒng)計(jì)表面作為用于影院屏幕的漫射體的限制中的一些限制。這樣 的結(jié)構(gòu)中存在增益(并且因此，照明均勻度)和對比度之間固有的折衷。在允許高增益 的范圍內(nèi)，可以獲得更好的對比度。然而，應(yīng)注意，達(dá)到高對比度和低增益兩者要求精 心設(shè)計(jì)制造的表面。為了判定這些結(jié)果，可以計(jì)算隨機(jī)表面的散射性質(zhì)?？紤]具有高度d和寬度o 的高斯峰。z(r) = de^丄)該特征上的最大斜率發(fā)生在并導(dǎo)致反射角e ^ = 2tan"1 -de 2因此，對于給定的特征高度，可以設(shè)定最小特征寬度om，從而針對被分離的散 射特征，產(chǎn)生截止角9。。圖19A-19D提供示意圖，所述示意圖顯示針對高斯峰之間不同間隔的反射情況 的圖。圖19A是示意圖，顯示光線1904離開單次散射特征1902的反射。針對單次散射 特征，只要9。小于90°，反射的光線1906將被引導(dǎo)離開表面并且將不存在二次反射。 圖19B是示意圖，所述示意圖顯示當(dāng)毗鄰的特征1922和1924更接近時的反射性質(zhì)。然 而，由于毗鄰特征1922和1924靠近，存在這樣的一些區(qū)域，其中對于大反射角，二次反 射確實(shí)發(fā)生。圖19C是示意圖，所述示意圖顯示當(dāng)峰1932和1934更加靠近的情形。這 里，由于兩個峰的重疊減小了它們之間的區(qū)域中的最大斜率，雙反射消失。圖19D是示意圖，所述示意圖顯示兩個峰1942和1944重疊的場景，從而最大斜率增加，這在許多情 況中導(dǎo)致多重反射。因此，針對毗鄰的高斯峰，存在發(fā)生多重反射的區(qū)域的軌跡。圖20是圖2000，所述圖2000圖示針對具有相等高度和截止角9。的兩個高斯 峰，存在其中沒有多重反射發(fā)生的計(jì)算的間距(separation)軌跡。為了在由兩個峰定義的 表面上出現(xiàn)零(或接近零)概率的雙反射，所述高斯構(gòu)型的、優(yōu)選地小于52°。對于 小于80°的0。，所述峰之間沒有多重反射發(fā)生，但這可能隨著所述峰開始重疊而發(fā)生。 如果考慮三個峰重疊的可能性，則e。還要更小。不幸的是，e。比針對典型的劇院的期 望漫射軌跡小得多。隨著所述峰彼此靠近，光將被散射到更大的角，但是為了利用該行 為來填充漫射軌跡，將需要高密度的散射特征。在這種情況下，多于兩個特征重疊的概 率急劇增加?？傊ㄟ^減小e。到小于52°來消除雙反射的嘗試，導(dǎo)致不是射中整個 漫射軌跡的光。解決上述問題的一種方式是使用具有不同高度和寬度的高斯峰。圖21A到21C 是示意圖，所述示意圖顯示具有屯=1，o工=1和d2 = 1/5，o 2 = 1/5的兩個高斯峰 的疊加。針對不同的峰到峰間距來計(jì)算作為位置函數(shù)的反射角。當(dāng)所述峰充分分開時 (見，例如，圖21A)，表面上的反射角局部地是單獨(dú)的高斯構(gòu)型(、=50° )的反射 角。然而，隨著峰靠近，它們之間的最大斜率被增強(qiáng)。圖21B顯示較小的峰大致位于 較大峰的肩部。然后，當(dāng)所述峰正好重疊時，最大斜率減小(見，例如，圖21C)?？?體效應(yīng)與相等尺寸特征的疊加相似，其中一個重要區(qū)別在于獲得了相同的最大斜率情 形，但是表面的平均深度沒有顯著增加。因此，大角度散射體保留為相對地充分分開， 并且二次反射的可能性更小。圖22是模擬噪聲模式的圖2200，所述圖2200圖示由具有不同高度和寬度但基本 上相同的截止角的結(jié)構(gòu)組成的兩種模式。圖23A到23D是顯示由兩種模式并且不同的特征尺寸組成的漫射體對比于由一 種模式并且無不同的特征尺寸組成的漫射體兩者的增益和對比度的圖。從具有不同特征 尺寸的漫射體計(jì)算的增益得到比從僅單個周期結(jié)構(gòu)計(jì)算的增益曲線2352(見圖23C)平滑 得多的曲線2302(見圖23A)。這是由于第一種結(jié)構(gòu)的較小的特征尺寸允許曲線2302在 更小的區(qū)上稱為幾乎是遍歷的，然而，所述兩種結(jié)構(gòu)的增益大致上相同。更重要地，所 述兩模式漫射體的峰對比度(見圖23B，顯示圖23A的放大部分)比單模式漫射體的峰對 比度(見圖23D，顯示圖23B的放大部分)大基本上四倍。平均對比度大于兩倍之大?？傊?，在純統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)中增加最大對比度的實(shí)用技術(shù)是以不同的周期性疊加兩 種模式。該技術(shù)的實(shí)際限制在于較小的特征應(yīng)優(yōu)選地相對于光的波長保持為大(如，在 幾十個ym的量級)，而較大的特征應(yīng)優(yōu)選地相對于像素保持為小(如，在幾百個Pm的 量級)。使用全息漫射體，這可以通過進(jìn)行兩次暴光來實(shí)現(xiàn)，其中第二次暴光被調(diào)整到具 有大致上1/5的高度和5倍的頻率。另一種實(shí)現(xiàn)這種目的的技術(shù)是將高增益金屬片狀粉 末涂料施加到壓印的基底。定制設(shè)計(jì)考慮到在逐點(diǎn)基礎(chǔ)上精密設(shè)計(jì)制造所述表面高度的能力，本文還公開了設(shè)計(jì)那 種表面的技術(shù)。原則上，以連接的多邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來對待所述漫射體表面是可能的。然 后，可以進(jìn)行蒙特卡洛模擬來找出使所述表面的漫射特征最佳化的這些多邊形的最佳取向和高度。然而，由于期望在小區(qū)域上的遍歷性，最小特征尺寸上的限制以及多重反射 上的制約使這成為不必要的昂貴計(jì)算。更為實(shí)際的是使用具體的生成函數(shù)作為代替，所 述生成函數(shù)隨后在漫射體的表面上被重復(fù)。這種函數(shù)可以是通用的，如高斯，在這種情 況下，統(tǒng)計(jì)應(yīng)優(yōu)選地以本質(zhì)上非高斯的方式來約束，以滿足設(shè)計(jì)約束?？商鎿Q地，所述 函數(shù)可以是局部地滿足期望的遍歷性性質(zhì)的生成核。
一旦生成函數(shù)被確定，所述函數(shù)可以在二維上被復(fù)制，以填充表面。任意2D 彎曲表面可以由表征表面高度的值的2D陣列來表示。例如，圖22中的像素值代表每個 點(diǎn)的表面高度。為了填充整個陣列，生成函數(shù)的多個復(fù)本可以被拼接。以生成函數(shù)的多 個復(fù)本來填充這樣的陣列的兩種直接并且在計(jì)算上成本低的方法是置換和添加。置換由 以生成函數(shù)的像素值代替最終陣列的部分內(nèi)的像素值來組成。在兩個生成函數(shù)可能重疊 的區(qū)域中，它們中的一個可以被截切。圖24A是圖2400，所述圖2400圖示截切的重疊 函數(shù)2410和2420。重疊導(dǎo)致垂直小面2430，所述小面2430必須被修正以防止多重散射 源。這可以通過以傾斜小面2440替代所述垂直小面來實(shí)現(xiàn)，所述傾斜小面2440將光引 導(dǎo)出漫射軌跡，即，具有大于θ。但仍足夠小到防止二次反射的斜率。添加由將生成函數(shù) 的像素值添加到總陣列的像素值來組成。圖24Β是圖2450，所述圖2450圖示生成函數(shù) 2460和2470的像素值添加到總陣列的像素值。注意，生成函數(shù)的高度是負(fù)的，并且高度 =0由線2490指示。為了保證平滑，連續(xù)過度，生成函數(shù)的高度和斜率在邊界2480應(yīng) 接近零。該技術(shù)的優(yōu)勢在于，邊界處沒有小面，并且這樣原則上有可能更好地利用可用 的光。然而，平均起來，添加導(dǎo)致平均縱橫比的減小和從而漫射體增益的增加，并且因 此必須被修正，如以下所討論的。通過對隨機(jī)漫射體的探索獲悉，即使當(dāng)生成散射特征具有避免表面二次反射的 截止角時，當(dāng)兩個峰以可預(yù)測的方式相互作用時(即，當(dāng)它們恰好重疊或者當(dāng)它們太靠 近)，發(fā)生多重反射。使用高斯統(tǒng)計(jì)特征，這些狀況可能針對某個有限百分?jǐn)?shù)的特征發(fā) 生。因此，增加對比度的直接技術(shù)是以實(shí)質(zhì)上非高斯的方式來更改峰位置的統(tǒng)計(jì)特征， 以防止不期望的事件。進(jìn)行這項(xiàng)工作的最簡單的方式是限制峰的隨機(jī)平移，從而使它們 不能重疊。平移必須仍足夠大，以在統(tǒng)計(jì)學(xué)上掩蓋柵格的基本六角形特征。2D漫射透鏡的求導(dǎo)略微復(fù)雜于求解ID曲線。假設(shè)為軸向?qū)ΨQ分布，將θ描述 為r的函數(shù)的微分方程為
r π flux Irdr .、…---= -T^-= α (θ)3)
steradian τ θ θ其中5)(θ):是期望的分布函數(shù)，I。是每單位面積的入射通量，以及α是比例常 數(shù)。為了計(jì)算α，生成核上入射的總通量等于全部立體角上分布函數(shù)的積分Ion{rl -T1m) = 2π^ α (θ)sinθ θ4)其中rm是生成核的內(nèi)半徑(其可以等于0)，rM是生成核的外半徑，以及θ。是 分布函數(shù)的截止角。由于θ已知為r的函數(shù)，下一步是積分表面的斜率，以找出表面高 度
dz θ、— = tan—5) dr 2一般地，要解析地進(jìn)行該積分相當(dāng)困難，但是以數(shù)值方式相對容易完成。圖25A到25C是方程3到5針對5)(θ) = cos(6)(即，一生成核或朗伯漫射體)的幾個示例性 解的圖。圖25A是在最大半徑rM=l的圓區(qū)域生成的解的圖2500，其中最大斜率在其外 邊界上。圖25B是在環(huán)形區(qū)域生成的示例性解的圖2510，其中內(nèi)半徑rm=l，并且外半 徑rM=1.5。區(qū)域2510中的最大斜率發(fā)生在內(nèi)表面上，并且這樣所述 兩種解可以無縫接 合在一起以形成解2550。圖25C是通過組合解2500和2510生成的示例性生成核解的圖 2550。在該程序之后，任意的漫射分布5>(θ)可能會受到前面提到的截止角限制的制約。圖26是圖2600，所述圖2600圖示針對2D朗伯生成核通過非順序性光線跟蹤模 擬的增益。圖27是針對圖26的生成核的徑向平均的增益圖2700。以解2550完全填充屏幕 (如圖25C中所示)呈現(xiàn)這樣的問題，即，基本上消除空的空間，但卻具有對生成核的微 小扭曲。拼接生成核以工程生成核填充屏幕的一種方式是以柵格構(gòu)型(如，四方形、六角形，或任 意其他規(guī)則形狀柵格)來拼接生成核。圖28是示意圖，所述示意示示例性六角形柵格2800構(gòu)型。然而，如以上所 討論的，為了最佳地使用可用的光并且防止鏡向反射率的增加(反射率中的“尖峰”)， 空的空間是不合期望的。為了基本上消除空的空間，六角形柵格2800中的生成核2802 可以進(jìn)行重疊。例如，為了消除使用具有2/單位單元直徑的六角形柵格2800的生成 核的屏幕上的空的空間，大致20.9%的單位單元區(qū)將是重疊的。圖29是示意圖，所述示意示生成核的六角形柵格2900的單位單元重疊 2910。圖30是圖示方形柵格3000的單位單元重疊3010的圖。方形柵格3000可能額 外地需要更小的單位單元3020來填充空間，其中更小的單位單元的半徑是大單元3030半 徑的函數(shù)。在圖30所示的方形柵格3000構(gòu)型中，17.9%的重疊是最佳的。如下面所討 論的，生成核的重疊更改組合結(jié)構(gòu)的增益。增益的改變是最接近的鄰居的各個生成核的 中心到中心距離的函數(shù)，而中心到中心距離又是柵格內(nèi)方位的函數(shù)。因此，完美的柵格 具有反映生成核局部排列的散射分布偏差。例如，六角形柵格具有六重(six-fold)對稱 性，其中給定點(diǎn)的最接近的鄰居以每隔60°的方式分布在所述點(diǎn)周圍。因此，散射分布 將具有以60°為周期的方位調(diào)制，所述調(diào)制的幅度與生成核的重疊量成比例。生成核的 規(guī)則柵格可以造成條紋、衍射以及其他不期望的效應(yīng)。更改規(guī)則柵格可以實(shí)現(xiàn)更大的隨 機(jī)性，例如，通過使用具有隨機(jī)化柵格點(diǎn)的六角形柵格來減少這些效應(yīng)。隨機(jī)化規(guī)則柵 格可以產(chǎn)生額外的重疊。另外，除了單位單元的位置，它們的尺寸也可以被隨機(jī)化。然 而，在該情況中，預(yù)修正所述結(jié)構(gòu)的重疊變得幾乎不可能。圖31是六角型柵格的示意圖3100，允許中心點(diǎn)的0.1￡隨機(jī)化。該構(gòu)型獲得60% 的重疊區(qū)3110。圖32是具有分散在較大單元3230之間的較小單元3220的六角形柵格的圖 3200，導(dǎo)致9.4%的小得多的重疊區(qū)3210。圖32中的單元排列允許更大的隨機(jī)化。也可以使用其他技術(shù)來減少柵格的效應(yīng)。例如，通過使用有多重生成核組成的 較大單位單元來用于初始拼接，在散射分布中隱藏柵格結(jié)構(gòu)所必需的隨機(jī)化的量可以減少。六角形柵格具有六重旋轉(zhuǎn)對稱性，但是如果兩個分開的六角形柵格的元素以它們之 間的30°旋轉(zhuǎn)而被組合，則對稱性增加到12重。這可以通過半規(guī)則的和中等(demi-)規(guī) 則的鑲嵌的任意數(shù)量的無限集來實(shí)現(xiàn)。半規(guī)則的和中等規(guī)則的鑲嵌典型地包括多樣的多 邊形(如，三角形和方形)，并由此特征化尺寸來填充柵格，提供散射特征的高度和方向 上額外的變化，并且減少干涉。圖33A是示意圖3300，所述示意圖3300圖示半規(guī)則鑲 嵌圖案。圖33B是示意圖3350，所述示意圖3350圖示該拼接的單位單元，所述單位單 元由兩種六角形柵格組分3360和3370以及三個方形柵格3380組成。多邊形的頂點(diǎn)指示 生成函數(shù)的中心。與針對規(guī)則六角形柵格的0、60、120...300形成對照，該鑲嵌中最近 鄰居的方向的角取向是0、30、60、90、120...330。此外，方形元素引入額外的一組角 15、45、75...345。圖33C和33D是示意圖，所述示意示多邊形3390和3396的頂點(diǎn) (以及生成函數(shù)的中心)。所述結(jié)構(gòu)的重復(fù)距離仍顯著小于像素。任意大的偽隨機(jī)拼接可以通過進(jìn)行結(jié)晶熔融的2D蒙特卡洛模擬來生成。這種 方法對于硬盤(hard disk)相互作用，以及具有任意吸引/排斥相互作用潛力的顆粒的研 究是公知的。模擬的起始點(diǎn)是在規(guī)則網(wǎng)格上生成顆粒的2D柵格。然后，全體中挑選一 隨機(jī)顆粒，并被平移一小的固定量。如果所述平移導(dǎo)致未被任意盤覆蓋的一區(qū)域，則所 述移動被拒絕。如果所述平移導(dǎo)致顆粒重疊總量的減少，則被接受。如果重疊的總量增 力口，則所述移動以與增加的量成反比的概率被接受。重復(fù)該方法直到系統(tǒng)達(dá)到平衡。典 型地，當(dāng)在這樣的模擬中強(qiáng)調(diào)填充約束時，所述模擬將收斂于六角型柵格。因此，為了 在最小化顆粒重疊的同時抑制結(jié)晶度，將顆粒尺寸的隨機(jī)改變添加到蒙特卡洛步驟是有 用的(受類似的約束)。圖34是通過水平位移的隨機(jī)化的示意圖3400。均勻生成的位移可以確保表面被 完全覆蓋，如3400中所示。圖35是如圖34中所示的表面的單元中心對單元中心位移的概率分布的圖3500， 所述表面具有隨機(jī)化水平位移的表面。如圖3500中所示，毗鄰結(jié)構(gòu)的最大位移是2.0并 且平均位移是0.905。通用結(jié)構(gòu)(例如，高斯峰)不是必然產(chǎn)生理想的散射分布。相反，結(jié)構(gòu)的尺寸 和位置的統(tǒng)計(jì)特征可以被控制，從而通過一些相對大量的特征實(shí)現(xiàn)所述分布。在具體地 設(shè)計(jì)制造一漫射體(例如，全息或蝕刻的漫射體)的單位單元困難的情況下，通用結(jié)構(gòu) (例如，高斯峰)對于確定設(shè)計(jì)參數(shù)是有用的。包括多個生成核的一個單元、生成核或 微結(jié)構(gòu)理想地在某個截止半徑希望具有接近零的斜率，從而允許單元被無縫地聯(lián)結(jié)在一 起。包括多個生成核的理想的生成核、工程生成核或微結(jié)構(gòu)也希望優(yōu)選地為遍歷性的， 其中生成核單獨(dú)地產(chǎn)生整個期望的分布函數(shù)。產(chǎn)生朗伯分布的生成核是局部遍歷性的。 遍歷性生成函數(shù)幫助確保漫射體表面上的強(qiáng)度變化被最小化。單獨(dú)的高斯峰的漫射特征通過以下方程來建模z{r) = Z^rl所述單獨(dú)的高斯峰的最大斜率發(fā)生在r = 1/2處。最大反射角是0max=2tan-1(V2zoe-1/2)為生成θ c的截止斜率，選擇Zq :
再次，毗鄰的峰可以引起雙反射，所述雙反射取決于θ c和接近度，但對于小 于 80°的θ。，則不存在多重反射(除重疊的峰以外)，如圖20中所示。 圖36是作為高斯峰間距的函數(shù)的漫射角的圖3600。圖37是圖3700，所述圖3700圖示具有重疊高斯特性的結(jié)構(gòu)的截止角。在工程生成核的情況下，重疊單位單元和隨機(jī)化單位單元的位置可以導(dǎo)致以上 公開的相似問題，例如，雙反射以及增益分布的改變。通過選擇在陣列內(nèi)放置單位單元 的添加方法，雙反射的機(jī)會基本上被消除，剩下增益分布的改變要進(jìn)行修正。圖38Α和38Β是圖3800和3850，所述圖3800和3850圖示兩種樣品構(gòu)型中的工 程朗伯散射體重疊。線3810、3811和3812代表朗伯表面。線3820代表線3811和3812 的和，表明構(gòu)型3800中和表面的增益太高。當(dāng)在構(gòu)型3850中生成核被移動到還要更靠 近時，線3820被推至還要進(jìn)一步向下，表明增益還要更高。解決該問題的一種方式是預(yù)修正用于重疊的生成核。圖39Α和39Β圖示預(yù)修正 生成核以解決重疊問題的一種方法。通過旋轉(zhuǎn)線a生成的生成核A是遍歷性的；通過旋 轉(zhuǎn)線b生成的生成核B是遍歷性的；以及，通過旋轉(zhuǎn)線c生成的生成核C盡可能地接近 遍歷性，服從以下約束C， (rMax) = 0其中b(r) + b(r-￡) = c(r)； (τ < (Jl)ab， (r) +b， (rMax" (r_rMm)) = c(r)(b ’ (r) -b (r))2+ (b， (rMax- (r-rMm)) _b (rMax-rMm)))2。圖40是具有朗伯漫射體重疊的預(yù)修正單元的圖4000。線4010和4020代表目標(biāo) 漫射體形狀。線4030在最小化離開線4010的偏差的同時生成線4020的解決方法。盡 管計(jì)算未完全預(yù)修正針對重疊的任意增益分布，但是結(jié)果是高度充分的。在該情況中， 斜率在生成核的邊緣為零。增益分布在80°有銳截止，所述截止導(dǎo)致在80°以上基本上 無漫射。就重疊的生成核分布的預(yù)修正不充分而言，可以采取額外的步驟來達(dá)到期望的 漫射分布。圖41A是示例性增益分布4110的圖4100，分開顯示在結(jié)構(gòu)已被隨機(jī)化之后， 來自重疊區(qū)域4120和非重疊區(qū)域4130的貢獻(xiàn)。就重疊區(qū)域的預(yù)修正不完善而言，則總 的增益不跟蹤目標(biāo)增益，如線4110所示。所述非重疊區(qū)域也可以被預(yù)修正，以解決所述 誤差問題。圖41B顯示示例性增益分布的圖，其中重疊區(qū)域和非重疊區(qū)域具有互補(bǔ)的修 正，以致總增益等于目標(biāo)增益?？傇鲆婵梢员粚憺镚(O) = Ga(e)Aa+Gb(e)Ab其中G(e)是目標(biāo)增益，Ga(e)/Gb(e)是與生成核的非重疊區(qū)域和重疊 區(qū)域相關(guān)聯(lián)的增益曲線，以及Aa/Ab分別是非重疊區(qū)域和重疊區(qū)域的面積。如果 Gb(Q) ^Ο(Θ),我們可以解出非重疊區(qū)域中修正的(corrected)增益貢獻(xiàn)，G，3(θ)
Λ
然后，必須解出方程3-5，以找出針對未經(jīng)歷重疊的生成核區(qū)域的修正形狀。重 疊區(qū)域4170和非重疊區(qū)域4180兩者的預(yù)修正區(qū)域的和4160基本上匹配目標(biāo)增益分布。 與Morris描述的迭代設(shè)計(jì)方法形成對照，這種方法是以固定數(shù)量的步驟(即，重疊區(qū)域中 生成核的設(shè)計(jì)、重疊區(qū)域中生成核的預(yù)修正和非重疊區(qū)域中生成核的設(shè)計(jì))達(dá)到最佳設(shè) 計(jì)的確定性過程。如以上所描述的，工程生成核的使用顯著減少了與常規(guī)銀幕相關(guān)聯(lián)的多粒外觀 問題。由于每個單獨(dú)的生成核映射基本上整個漫射分布，即使對于大散射角，由統(tǒng)計(jì)學(xué) 變化造成的大尺度空間變動在很大程度上被避免了，即，每個單獨(dú)的生成核具有至少兩 個區(qū)域在任意給定方位角對強(qiáng)度做出貢獻(xiàn)的。通過添加某種形式的噪音來隨機(jī)化漫射體的表面高度可以被用于解決接近回復(fù) 反射方向的相干散斑問題。為了置亂反射光的相位，這種隨機(jī)化的幅度應(yīng)是光學(xué)波長的 一些小倍數(shù)。與根據(jù)本公開來提供屏幕相關(guān)聯(lián)的實(shí)際益處和考量包括每單位區(qū)的最小成本、 性能的空間均勻性、制造方面的一致的性能可靠度以及處理和清潔方面的堅(jiān)固度。屏幕材料的成本可以通過盡可能多地利用現(xiàn)有的卷對卷工藝而被最小化。制造 最佳化的屏幕材料卷料的基礎(chǔ)設(shè)施可以包括進(jìn)行微壓印、金屬化、透明電介質(zhì)(硬敷層) 敷層、精確縱切和打孔(用于聲傳輸)的設(shè)備。目前存在無與傳統(tǒng)的鎳墊片相關(guān)聯(lián)的 (橫向)沿卷(down-web)接縫的卷對卷壓印工藝。根據(jù)優(yōu)選的制造方法，具有無縫壓印 卷筒的UV壓印生產(chǎn)連續(xù)的漫射體材料。根據(jù)這種方法，通過接合這樣的帶材，漫射體 卷料被方便地轉(zhuǎn)化為完成的屏幕。使用精確的卷對卷縱切，這樣的帶材可以用對接接頭 來連接，所述對接接頭提供使所述接縫在劇院中基本上不可見的足夠小的間隙。以這種 途徑，可以使用后端膜連接方法來制造完成的影院屏幕。當(dāng)屏幕被安裝或在框架上展開 時，這種方法應(yīng)優(yōu)選地提供足夠的連接處強(qiáng)度以及可靠性。接縫(以及受連接方法影響 的任何周圍區(qū)域)應(yīng)優(yōu)選地足夠小，以致它對觀眾而言是不可觀察到的。在敷層(如噴涂金屬片狀粉末)之前進(jìn)行膜連接的潛在益處在于，光學(xué)上的厚層 可以使小的特征平坦化。實(shí)踐中，這樣的屏幕中的連接常常是可觀察到的，因?yàn)樵诮涌p 中存在不對稱的“臺階”。因?yàn)楦叩溺R向反射，相關(guān)聯(lián)的宏觀小面造成光的角色散的大 分裂。當(dāng)材料跨接合點(diǎn)平坦時(如，類似接頭連接)，在間隙在大致為50微米以下(并 且大多情況，直到100微米)時，接縫通常是不可觀察到的。當(dāng)采用進(jìn)一步的步驟來掩 蓋接合處(例如隨機(jī)化邊輪廓)時，這個不可觀察到的得間隙可能甚至?xí)?。在精確的卷對卷縱切沒有提供足夠的精確度的情況下，用于從敷層的帶制造完 成的屏幕的另一種優(yōu)選技術(shù)是同時縱切所述片，從而它們可以被容易地對接到一起，其 中所述帶由于強(qiáng)度原因而被垂直懸掛。這可以通過重疊所述片并使用單個刀，或使用具 有固定間距的一對刀，來完成。盡管這減輕了邊緣直線度的制約，卻是基本上比精確卷 對卷縱切方法更勞動密集的批處理?？v切之后，兩個片可以被對接到一起，或者通過具有合適輪廓的輥系統(tǒng)來將所 述片局部地驅(qū)動到一起，或者通過使用真空臺來平移片，以將材料整體對接到一起。其 中敷層的表面面朝下，膜可以使用包括粘結(jié)劑、化學(xué)品或焊接工藝的幾種方法中的任一 種來連接到一起。粘合劑可以包括紫外線固化、電子束固化或各種熱固工藝?；瘜W(xué)粘合可以包括溶劑或摻雜的溶劑。焊接工藝可以包括遞送熱能到接合處的各種手段，優(yōu)選為激光。假定缺乏 與對接連接相關(guān)聯(lián)的表面面積，可能額外的機(jī)械支撐可以被用來確保 連接強(qiáng)度。這可以使用某種形式的背襯帶來提供，所述背襯帶創(chuàng)建T形接頭。背襯帶的 厚度和尺寸可以被選擇，以確保完成的(展開的)屏幕的前表面是橫貫邊界均勻的。在 一些情況下，層壓整個屏幕到輔助背襯片(如織物)可能是優(yōu)選的，所述背襯片進(jìn)一步改 進(jìn)強(qiáng)度和外觀。根據(jù)本公開更復(fù)雜的屏幕設(shè)計(jì)可以涉及漫射性質(zhì)的局部(位置特定的)控制。這 可以通過制造專用于屏幕上特定位置的材料的卷來完成。典型地，這涉及漫射方向的一 偏角，或者在類朗伯屏幕的情況下，軌跡形心位置的(一級)偏置。假定屏幕原料使用卷對卷工藝來制作并且所述帶被還是垂直懸掛，則局部修正 可能在水平方向。任何片的交叉于卷料的(cross-web)漫射分布的設(shè)計(jì)可以絕熱地變化， 以致在片之間的邊界不存在漫射分布的突然改變。這允許非常大的屏幕，所述屏幕在水 平方向具有準(zhǔn)連續(xù)地變化的最佳化的漫射性質(zhì)。如以上的描述制造的屏幕可以與關(guān)于垂直方向彎曲的屏幕具有相同的性能，但 卻是以平坦的方式。此外，復(fù)合彎曲的(如，超環(huán)面的)屏幕的有效性能可以通過使前 面提到的屏幕關(guān)于水平軸彎曲來實(shí)現(xiàn)。這消除了制造大的復(fù)合彎曲屏幕的復(fù)雜性(如， 在平坦/柔韌性屏幕材料后面在體積上抽真空)。盡管以上已描述了根據(jù)本文公開的原理的各種實(shí)施方案，應(yīng)理解這些實(shí)施方案 僅以實(shí)施例的方式被提出，而非限制。由此，所述一個或多個發(fā)明的寬度和范圍不應(yīng)受 任何上述的示例性實(shí)施方案限制，而應(yīng)僅根據(jù)本公開公布的任何權(quán)利要求以及它們的等 同物來限定。而且，以上優(yōu)點(diǎn)和特征提供在所描述的實(shí)施方案中，但不應(yīng)將這些公布的 權(quán)利要求的應(yīng)用限制為實(shí)現(xiàn)以上優(yōu)點(diǎn)的任一或全部的方法和結(jié)構(gòu)。此外，本文的段落標(biāo)題是被提供來與37CFR 1.77的建議一致，或者用于提供本 文的結(jié)構(gòu)線索。這些標(biāo)題不應(yīng)限制或特征化可以從該公開公布的任何權(quán)利要求中所闡述 的一個或多個發(fā)明。具體地并且以舉例的方式，盡管標(biāo)題指“技術(shù)領(lǐng)域”，權(quán)利要求書 不應(yīng)被該標(biāo)題下所選擇的語言限制為描述所謂的領(lǐng)域。進(jìn)一步，“背景”中的技術(shù)的描 述不是要被解讀為承認(rèn)某項(xiàng)技術(shù)是該公開中的任意一個或多個發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)?！鞍l(fā)明 內(nèi)容”也不是要被認(rèn)為是在公布的權(quán)利要求書中所闡述的一個或多個發(fā)明的特征描述。 另外，該公開中對單數(shù)的“發(fā)明”的任何引用不應(yīng)被用于證明在該公開中僅有一個新穎 點(diǎn)。根據(jù)從該公開公布的多個權(quán)利要求的限定，可以闡述多個發(fā)明，并且這些權(quán)利要求 相應(yīng)地定義了由其保護(hù)的一個或多個發(fā)明，以及它們的等同物。在所有例子中，這些權(quán) 利要求的范圍根據(jù)該公開按照這些權(quán)利要求本身的實(shí)質(zhì)來理解，而不應(yīng)被本文所陳述的 標(biāo)題限制。
權(quán)利要求
1.一種前投影屏幕，包括結(jié)構(gòu)化反射表面，所述結(jié)構(gòu)化反射表面包括多個反射生成核，所述多個反射生成核 滿足預(yù)先確定的宏觀散射分布；其中從預(yù)先確定的投影方向入射到所述前投影屏幕的一區(qū)域的光在經(jīng)過基本上單次 的反射后被引導(dǎo)到預(yù)先確定的漫射軌跡。
2.一種保偏前投影屏幕，所述屏幕包括多個反射微結(jié)構(gòu)，所述多個反射微結(jié)構(gòu)分布在基底的至少一個表面上； 其中所述多個反射微結(jié)構(gòu)可操作來對照明軌跡中的觀看位置提供光， 其中所述多個反射微結(jié)構(gòu)可操作來基本上消除所述照明軌跡中的多重反射事件。
3.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多個反射微結(jié)構(gòu)可操作來對所述照 明軌跡中基本上所有的觀看位置提供光。
4.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述屏幕包括結(jié)構(gòu)化反射表面。
5.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述屏幕可操作來反射偏振光。
6.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述屏幕可操作來反射至少兩束正交偏 振光束。
7.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多個反射微結(jié)構(gòu)被分布來最佳化從 所述照明軌跡中的位置的觀看。
8.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多個反射微結(jié)構(gòu)包括一表面形貌。
9.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多個反射微結(jié)構(gòu)中的每個微結(jié)構(gòu)具 有一外形，所述外形滿足使微結(jié)構(gòu)之間的雙反射最小化的統(tǒng)計(jì)模型。
10.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多個反射微結(jié)構(gòu)中的每個微結(jié)構(gòu) 連同其他微結(jié)構(gòu)一起分布，以滿足使微結(jié)構(gòu)之間的雙反射最小化的統(tǒng)計(jì)模型。
11.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多個反射微結(jié)構(gòu)以基本上規(guī)則的 柵格分布。
12.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述基本上規(guī)則的柵格包括六角形柵格。
13.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多個反射微結(jié)構(gòu)以鑲嵌圖案分布。
14.權(quán)利要求11所述的保偏前投影屏幕，其中所述基本上規(guī)則的柵格包括隨機(jī)的中心。
15.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述反射微結(jié)構(gòu)中的至少兩個基本上重疊。
16.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述反射微結(jié)構(gòu)中的至少一個被設(shè)置 來預(yù)修正由重疊毗鄰的反射微結(jié)構(gòu)造成的偏移。
17.如權(quán)利要求2所述的保偏前投影屏幕，其中所述多個反射微結(jié)構(gòu)使用紫外光壓印 處理來創(chuàng)建。
18.一種保偏前投影系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括保偏前投影屏幕，所述保偏前投影屏幕可操作來對照明軌跡中的多個觀看位置提供 光，并且可操作來基本上消除所述照明軌跡中的多重反射事件，所述屏幕包括分布在基底的至少一個表面上的多個反射微結(jié)構(gòu)；以及投影系統(tǒng)，所述投影系統(tǒng)提供朝所述屏幕方向的偏振編碼的光。
19.一種用于提供保偏前投影屏幕的方法，所述保偏前投影屏幕可操作來對照明軌跡 中基本上所有觀看位置提供光，所述方法包括確定照明軌跡，所述照明軌跡包括預(yù)先確定的觀看位置范圍； 提供多個反射微結(jié)構(gòu)，所述多個反射微結(jié)構(gòu)可操作來基本上消除所述照明軌跡中的 多重反射事件；以及將所述多個反射微結(jié)構(gòu)分布在基底的至少一個表面上。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，還包括將介電外敷層應(yīng)用于所述前投影屏幕，所述介電外敷層可操作來在保偏的同時增強(qiáng) 反射率。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，所述方法還包括 提供最佳化的屏幕材料制成的卷料的片；將所述制成卷料的所述片接合到一起，使得所述片之間的接縫從所述觀看位置基本 上不可察覺；以及將介電外敷層應(yīng)用于所述制成的卷料的所述接合的片上。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述制成的卷料的片通過紫外光壓印處理來提{共。
23.如權(quán)利要求19所述的方法，所述方法還包括提供敷層的帶，所述敷層的帶通過縱切最佳化的屏幕材料制成的卷料的片來創(chuàng)建； 在垂直方向放置所述敷層的帶；以及 將所述敷層的帶連接到一起。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述敷層的帶使用輥系統(tǒng)連接到一起。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述敷層的帶使用粘合劑連接到一起。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述敷層的帶使用化學(xué)溶劑或摻雜的溶劑連接到一起。
27.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述敷層的帶使用焊接工藝連接到一起。
28.如權(quán)利要求21所述的方法，還包括 提供輔助背襯片。
29.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述最佳化的屏幕材料制成的卷料的片包括專用 于所述保偏前投影屏幕上至少一個特定位置的所述多個反射微結(jié)構(gòu)中的部分。
全文摘要
保偏前投影屏幕和漫射體為立體3D觀看提供最佳的保偏，以及針對用于2D和3D系統(tǒng)兩者的增強(qiáng)的亮度、均勻度和對比度的改進(jìn)的光控制?？偟貋碚f，所公開的屏幕將來自投影機(jī)的光向漫射軌跡內(nèi)的觀看者引導(dǎo)，同時保持最佳的增益特性。更具體地，在經(jīng)過基本上單次的反射后，從預(yù)先確定的投影方向入射到所述前投影屏幕的一區(qū)域的光由一工程表面反射到預(yù)先確定的漫射軌跡。由生成核構(gòu)成的工程表面被用來以合適的增益分布，在所述漫射軌跡內(nèi)將照明光最佳地漫射到觀看角的范圍中，同時為3D應(yīng)用最佳地保偏。這樣的屏幕，當(dāng)與匹配的檢偏眼鏡組合時，提供極其低的來自任何觀察點(diǎn)的串?dāng)_。
文檔編號G03B21/56GK102016714SQ200980111020
公開日2011年4月13日 申請日期2009年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者D·A·科爾曼, G·D·夏普 申請人:瑞爾D股份有限公司