專利名稱：正向投影屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正向投影屏，尤其涉及強(qiáng)環(huán)境光條件下實(shí)現(xiàn)高亮度和高對(duì)比度的正向投影屏。
背景技術(shù)：
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(guān)系增大的面積中，造成圖像亮度急劇下降。另外，由于環(huán)境光的影響，圖像的對(duì)比度也會(huì)大大降低。單純?cè)黾油队皟x的光能量輸出，可以改善投影圖像的亮度，但會(huì)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(huì)增加。提高投影儀的光能量輸出也不能有效解決強(qiáng)環(huán)境光對(duì)投影圖像的對(duì)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)所在的一條觀察帶(108)內(nèi)(相對(duì)于屏幕角度而言，上下約30度，水平約100度一依應(yīng)用環(huán)境而不同)，所述的觀察帶的水平寬度(109)大于垂直寬度(110)。從投影屏的光學(xué)性能著手是解決正向投影屏亮度和對(duì)比度的一條捷徑，現(xiàn)有技術(shù)采用多種方案達(dá)到改善屏幕亮度和對(duì)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(huì)大大降低。另外，玻璃微珠反射的發(fā)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(huán)境光的影響(降低屏幕的對(duì)比度)。美國(guó)專利發(fā)明6842282B2采用了玻璃微珠Q01)與光柵Q02)結(jié)合的結(jié)構(gòu)，利用了微珠屏溯源反射的特征，并用光柵的涂黑側(cè)壁O03)吸收了部分環(huán)境光，提高了投影圖像的對(duì)比度。然而，微珠屏固有的局限性使得這種屏仍然不能解決投影儀和觀眾不在同一方向時(shí)亮度下降的問題。如果觀察者(205)偏離溯源反射光線(204)的方向，其觀察到的屏幕亮度大大降低。圖3是中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?5105808)采用二維反射微透鏡陣列(301)所發(fā)明的一種投影屏，可實(shí)現(xiàn)如前所述的帶狀反射，即在水平和垂直方向具有不同的發(fā)散角(α和 β )，此特征是反射微透鏡單元(30 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(huán)境光不能散射，并偏離水平觀察帶，減少了環(huán)境光造成的對(duì)比度損失。然而該種屏幕有一個(gè)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(dá)屏幕上各點(diǎn)的角度不同造成的。如圖北中來自投影儀 (309)的光線到達(dá)屏幕(303)中間處，經(jīng)微透鏡單元(304)反射后形成一觀察帶(306)；而投影到屏幕左下方處的光線，經(jīng)微透鏡單元(305)反射后形成另一觀察帶(307)，只有在兩個(gè)帶交叉處(308)才能同時(shí)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(diǎn)反射形成的所有觀察帶交疊處，由于屏幕上各點(diǎn)反射形成的觀察帶中間位置都有不同，交疊面積會(huì)遠(yuǎn)小于每個(gè)透鏡所生成的觀察帶面積，限制了觀察者的視場(chǎng)范圍。

發(fā)明內(nèi)容
基于以上背景，本發(fā)明提供一種正向投影屏幕，尤其提供一種具有高增益，高對(duì)比度，對(duì)環(huán)境光不敏感的正向投影屏幕，所述屏幕還具有高均勻性，無眩光，高色彩飽和度特征。如圖4所示，本發(fā)明提供的正向投影屏001)，由菲涅爾透鏡(402)和反射元件 (403)組成。所說的菲涅爾透鏡(40 有一個(gè)焦距，等于或接近投影儀(404)到所說的正向投影屏G01)的距離；菲涅爾透鏡(402)和反射元件003)的光路安排使得來自投影儀的投影光線經(jīng)菲涅爾透鏡(402)透射并準(zhǔn)直，在反射元件(403)上反射和散射，再經(jīng)菲涅爾透鏡(40 透射后，散射中心偏離投影儀(404)方向。投影儀(404)所發(fā)出的投影光線(406) 和(409)經(jīng)菲涅爾透鏡(40 準(zhǔn)直后入射到反射元件(40 上，被反射和散射后再次透過菲涅爾透鏡(402)，形成出射光線(407) (408) (410) (411)，到達(dá)觀察窗口 (405)。觀察窗口 (405)的中心偏離投影儀(404)。投影光線入射到投影屏不同位置具有不同的角度，而菲涅爾透鏡002)的引入使得投影光線準(zhǔn)直，以相同的角度入射到反射元件(403)上，從而降低了對(duì)反射元件(403)的要求，即不需要反射元件(403)是非均質(zhì)的，可以使用光學(xué)反射特性一致的材料作為反射元件。菲涅爾透鏡(402)和反射元件(403)的光路安排有兩種方式，如圖4b和如所示。 圖4b顯示了一種光路安排，將投影儀的位置放置在菲涅爾透鏡002)的焦平面上或附近， 但不在焦點(diǎn)上，投影光線(414)通過菲涅爾透鏡(402)后，透射光線(412)將以一定角度入射到反射元件(403)上，與反射元件(403)的法線016)形成一個(gè)夾角018)，反射和散射的中心光線(415)再次透過菲涅爾透鏡(402)后形成光線017)，去往觀察窗口的中心。反射和散射的中心光線G17)與入射投影光線(414)形成一個(gè)夾角013)，從而使中心光線 (424)偏離投影儀方向。圖如顯示了另一種光路安排，投影光線(420)通過菲涅爾透鏡(40 后，以接近零角度入射到反射元件(403)上，即透過菲涅爾透鏡002)的光線021)與反射元件 (403)的法線(416)夾角約為零，反射和散射的中心光線(422)與光線(421)形成一個(gè)夾角 G19)，再次透過菲涅爾透鏡(402)后形成光線GM)，去往觀察窗口的中心。反射和散射的中心光線(424)與入射投影光線(420)形成一個(gè)夾角023)，從而使之偏離投影儀方向。反射元件是微結(jié)構(gòu)反射元件，微結(jié)構(gòu)表面鍍有高反射金屬介質(zhì)或高反射的多層介質(zhì)薄膜。微結(jié)構(gòu)可以是隨機(jī)位相分布的表面浮雕，通過浮雕深度分布的設(shè)計(jì)到達(dá)在一定范圍內(nèi)具有均勻的反射分布；也可以是微透鏡列陣，通過微透鏡實(shí)現(xiàn)均勻的反射分布。圖如是一個(gè)隨機(jī)位相表面浮雕的反射元件(501)，表面具有隨機(jī)的浮雕位相結(jié)構(gòu)(502)，入射光線(503)被界面反射和散射后，在一定角度范圍內(nèi)形成均勻的反射光線(504)。隨機(jī)的浮雕位相結(jié)構(gòu)是通過計(jì)算并采用微細(xì)加工方法獲得的，進(jìn)一步可以引入非對(duì)稱性，使一個(gè)方向上的發(fā)散角度大于另一個(gè)方向的發(fā)散角度，更好地適應(yīng)觀察窗口為矩形的特征。也可以設(shè)計(jì)成反射和散射中心不與法線重合，以適應(yīng)光路4c安排，使得反射和散射的中心光線偏離投影儀。圖恥是一個(gè)微透鏡型反射元件(505)，表面有許多微透鏡單元(506)，入射光線 (507)被微透鏡反射后，在一定角度范圍內(nèi)形成均勻的反射光線(508)。微透鏡單元可設(shè)計(jì)成非球面透鏡，使一個(gè)方向上的光焦度大于另一個(gè)方向的光焦度，從而使兩個(gè)方向上的發(fā)散角不同，更好地適應(yīng)觀察窗口為矩形的特征；同時(shí)為了使微透鏡兩個(gè)方向的焦距相同，微透鏡單元的形狀可設(shè)計(jì)為矩形。在微透鏡單元與尺寸較小的情況下(如0. 5毫米以下)，微透鏡單元之間會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，使得圖像的亮度和色彩產(chǎn)生不均勻性，為了克服此問題，本發(fā)明還提供了一種正向投影屏幕，其反射元件由帶有隨機(jī)位相擾動(dòng)的微透鏡列陣組成，如圖5c所示，反射元件
(505)表面有許多微透鏡單元，不是準(zhǔn)確在一個(gè)平面上，它們的浮雕位相高度一如(509)， (510)，(511)略有差別，可取0.5微米到10微米之間，這些額外引入的浮雕位相擾亂了微透鏡單元之間的固定位相關(guān)系，使得干涉現(xiàn)象大大減弱。一般情況下，投影儀的位置不在屏幕的物理中心，為了適應(yīng)投影儀的離軸特性，所說的菲涅爾透鏡也可以是偏軸的，即透鏡中心不在屏幕的物理中心。進(jìn)一步本發(fā)明還提供了一種正向投影屏幕，在所說的反射元件和菲涅爾透鏡之間引入一個(gè)光掩膜層，以吸收和衰減環(huán)境光線。該光掩膜層有兩種方式，第一種是帶有孔徑列陣的部分吸收層，孔徑列陣與微透鏡列陣的焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)，透過由微透鏡列陣形成的反射聚焦光線；第二種具有透過區(qū)域和阻擋區(qū)域的交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，阻擋區(qū)域含有一個(gè)孔徑列陣與微透鏡列陣的焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)，透過微透鏡列陣的反射聚焦光線。圖6說明了含有第一種光掩膜層的正向投影屏，在作為反射元件的透鏡列陣 (601)和菲涅爾透鏡(60 之間有一個(gè)光掩膜層，它是一個(gè)部分吸收層(603)，由孔徑列陣 (605)和衰減區(qū)域(604)組成，孔徑列陣(605)與透鏡列陣(601)對(duì)投影光線所成的反射焦點(diǎn)列陣對(duì)應(yīng)，光透過率在此孔徑列陣上為1或盡可能接近1 ；部分吸收層(603)除孔徑列陣 (605)之外的其它衰減部分(604)的光透過率小于1，即有一定程度的衰減，設(shè)透過率為η， Π < 1。投影光線(606)經(jīng)菲涅爾透鏡(60 準(zhǔn)直，穿過衰減區(qū)域(604)，成為強(qiáng)度衰減的光線(607)，入射到微透鏡列陣(601)被反射成為聚焦光線(608)，并無損耗透過孔徑列陣 (605)，經(jīng)菲涅爾透鏡(602)后去往偏離投影儀的觀察窗口的擴(kuò)散光線(609)，因此來自投影儀的光線被投影屏反射后，衰減率為Π。而非投影光線會(huì)兩次透過部分吸收層(603)的衰減部分(604)，衰減率為η2，故投影圖像的對(duì)比度因衰減不同所得到的增益為1/η。也可以進(jìn)一步在微透鏡列陣(601)的單元之間引入位相擾動(dòng)，破壞微透鏡單元之間的固定位相關(guān)系，消弱來自各微透鏡單元反射光線之間的干涉，位相擾動(dòng)可以通過輕微調(diào)節(jié)微透鏡單元的浮雕高度，使各單元不準(zhǔn)確在一個(gè)平面而得到。微透鏡列陣(601)的單元略有傾斜，使反射的中心光線偏離微透鏡列陣(601)的法線。圖7說明了含有第二種光掩膜層的正向投影屏，反射元件(701)由微透鏡列陣 (707)和吸收層(708)交錯(cuò)而成，微透鏡列陣(707)反射和聚焦光線，吸收層(708)完全吸收入射到其上的光線。在反射元件(701)和菲涅爾透鏡(70 之間有一個(gè)光掩膜層(703)， 該光掩膜層位于微透鏡列陣(707)的反射焦平面上或附近，由阻擋區(qū)域(704)和透過區(qū)域 (706)組成，在阻擋區(qū)域(704)中還有一個(gè)孔徑列陣(705)，與透鏡列陣(707)對(duì)投影光線所成的反射焦點(diǎn)列陣對(duì)應(yīng)。阻擋區(qū)域(704)的光透過率接近或等于零；透過區(qū)域(706)和孔徑列陣(705)的光透過率接近或等于1。投影光線(709)經(jīng)菲涅爾透鏡(702)準(zhǔn)直，只有與光掩膜層(70 上的透過區(qū)域(706)對(duì)應(yīng)的光線(710)才能透過光掩膜層(70 成為入射到微透鏡列陣(707)的準(zhǔn)直光線(711)，該光線被微透鏡列陣(707)反射并聚焦成為光線(712)，并透過光掩膜層(703)的孔徑列陣(705)，再經(jīng)菲涅爾透鏡(702)成為去往偏離投影儀的觀察窗口的擴(kuò)散光線(713)。而非投影光線或者被光掩膜層(703)上的阻擋區(qū)域 (704)阻擋，或者被反射元件(701)上的吸收層(708)吸收，從而不能到達(dá)觀察窗口。也可以進(jìn)一步在微透鏡列陣(707)的單元之間引入位相擾動(dòng)，破壞微透鏡單元之間的固定位相關(guān)系，消弱來自各微透鏡單元反射光線之間的干涉，位相擾動(dòng)可以通過輕微調(diào)節(jié)微透鏡單元的浮雕高度，使各單元不準(zhǔn)確在一個(gè)平面而得到。微透鏡列陣(707)的單元略有傾斜，使中心光線偏離反射元件(701)的法線。


圖1普通白屏幕的散射情況，光能量沒有被全部反射到觀察帶內(nèi)圖2現(xiàn)有技術(shù)一帶有溯源反射玻璃微珠和吸收光柵的一種正向投影屏圖3a現(xiàn)有技術(shù)一用微透鏡列陣作反射的一種正向投影屏圖北現(xiàn)有技術(shù)一用微透鏡列陣作反射的一種正向投影屏，不同位置的透鏡反射后形成的觀察帶部分重合圖如本發(fā)明提供的一種正向投影屏及第一個(gè)實(shí)施例，含有一個(gè)菲涅爾透鏡和一個(gè)反射元件圖4b本發(fā)明提供的正向投影屏的第一種光路安排圖如本發(fā)明提供的正向投影屏的第二種光路安排圖fe本發(fā)明提供的一種正向投影屏，反射元件為隨機(jī)位相表面浮雕結(jié)構(gòu)圖恥本發(fā)明提供的一種正向投影屏，反射元件為微透鏡列陣圖5c本發(fā)明提供的一種正向投影屏，反射元件為具有隨機(jī)位相擾動(dòng)的微透鏡列陣圖6本發(fā)明提供的一種正向投影屏的第二個(gè)實(shí)施例，在菲涅爾透鏡和反射元件之間有第一種光掩模層圖7本發(fā)明提供的一種正向投影屏的第三個(gè)實(shí)施例，在菲涅爾透鏡和反射元件之間有第二種光掩模層圖8本發(fā)明提供的一種正向投影屏第三個(gè)實(shí)施例的光掩模層結(jié)構(gòu)
具體實(shí)施例方式[實(shí)施例1]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如圖4所示，提供的正向投影屏(401)，由菲涅爾透鏡(402) 和反射元件(40 組成。所說的菲涅爾透鏡(40 有一個(gè)焦距，等于或接近投影儀(404)到所說的正向投影屏G01)的距離；菲涅爾透鏡(402)和反射元件(403)的光路安排使得來自投影儀的投影光線經(jīng)菲涅爾透鏡(402)透射并準(zhǔn)直，在反射元件(403)反射和散射，再經(jīng)菲涅爾透鏡(40 透射后，散射中心偏離投影儀方向。投影儀(404)所發(fā)出的投影光線 (406)和(409)經(jīng)菲涅爾透鏡(40 準(zhǔn)直后入射到反射元件(40 上，被反射后并再次透過菲涅爾透鏡(402)，形成出射光線(407) (408) (410) (411)，到達(dá)觀察窗口 (405)。觀察窗口 (405)的中心偏離投影儀(404)。菲涅爾透鏡(402)和反射元件003)的光路采用如圖4b所示的安排。投影儀位置在菲涅爾透鏡G02)的焦平面上，但不在焦點(diǎn)上(如略微下移)，投影光線(414)經(jīng)菲涅爾透鏡(402)準(zhǔn)直后，以一定角度入射到反射元件(403)上，與它的法線(416)形成一個(gè)夾角G18)，反射的中心光線(415)再次透過菲涅爾透鏡(402)后形成光線017)，去往觀察窗口的中心。反射和散射的中心光線(417)與入射投影光線(414)形成一個(gè)夾角013)，使得中心光線偏離投影儀。反射元件具有隨機(jī)位相表面浮雕微結(jié)構(gòu)，微結(jié)構(gòu)表面鍍有高反射金屬介質(zhì)或高反射的多層介質(zhì)薄膜。圖如是一個(gè)隨機(jī)位相表面浮雕反射元件(501)的示意圖，表面具有隨機(jī)的浮雕位相結(jié)構(gòu)(502)，入射光線(503)被界面反射后，在一定角度范圍內(nèi)形成均勻的反射光線(504)。微結(jié)構(gòu)是隨機(jī)位相分布的表面浮雕，通過位相分布的設(shè)計(jì)到達(dá)在一定范圍內(nèi)具有均勻的反射角分布，并引入非對(duì)稱性，使一個(gè)方向(如觀察窗口水平方向)上的發(fā)散角度大于另一個(gè)方向的發(fā)散角度，更好地適應(yīng)觀察窗口為矩形的特征。[實(shí)施例2]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例如圖6所示，所說的反射元件是一個(gè)微透鏡列陣(601)， 它和菲涅爾透鏡(60 之間引入一個(gè)光掩膜層(603)，以吸收和衰減環(huán)境光線。光掩膜層 (603)還含有一個(gè)孔徑列陣(605)，與微透鏡列陣(601)對(duì)投影光線所成的反射焦點(diǎn)列陣對(duì)應(yīng)，光透過率在此孔徑列陣上為1或盡可能接近1 ；光掩膜層(60 除孔徑列陣(60 之外的其它衰減區(qū)域(604)的光透過率小于1，即有一定程度的衰減，設(shè)透過率為η，η < 1。 投影光線(606)經(jīng)菲涅爾透鏡(60 準(zhǔn)直，穿過光掩膜層(603)的衰減區(qū)域(604)，成為強(qiáng)度衰減的光線(607)，入射到微透鏡列陣(601)，微透鏡列陣(601)的每個(gè)單元略有傾斜，反射的中心光線偏離微透鏡列陣(601)的法線，使反射聚焦光線(608)透過孔徑列陣(605)， 再經(jīng)菲涅爾透鏡(602)后，形成去往偏離投影儀的觀察窗口的擴(kuò)散光線(609)。來自投影儀的光線被投影屏反射后，衰減率為Π。而非投影光線會(huì)兩次透過光掩膜層(603)的衰減區(qū)域(604)，衰減率為η2，故投影圖像的對(duì)比度因衰減不同所得到的增益為1/η。光掩膜層(603)在微透鏡列陣(601)的焦平面上或附近，孔徑列陣(605)每個(gè)孔徑的開口大小略大于微透鏡的聚焦光斑大小，以對(duì)應(yīng)投影儀位置的偏差。微透鏡列陣(601)是一個(gè)凹面微透鏡列陣，表面鍍有高反射金屬介質(zhì)或高反射的多層介質(zhì)薄膜。圖5c是微透鏡列陣型反射元件的示意圖，由許多有許多微透鏡單元(506)組成， 入射光線被微透鏡反射后，在一定角度范圍內(nèi)形成均勻的反射光線。微透鏡單元可設(shè)計(jì)成非球面透鏡，使一個(gè)方向(如觀察窗口水平方向)上的光焦度大于另一個(gè)方向的光焦度，從而使兩個(gè)方向上的發(fā)散角不同，更好地適應(yīng)觀察窗口為矩形的特征。為使兩個(gè)方向的焦距相同，而光焦度不同，可取微透鏡單元為矩形，矩形的長(zhǎng)邊對(duì)應(yīng)于光焦度大的方向，即該方向上發(fā)散角大，通常取觀察窗口的水平方向。為消除微透鏡單元反射光線之間的干涉現(xiàn)象，在微透鏡單元之間引入位相擾動(dòng)， 如圖5c中反射元件(505)的微透鏡單元不是準(zhǔn)確在一個(gè)平面上，其位相高度一如(509)， (510)，(511)略有差別，取0.5微米到10微米之間，這些額外引入的位相擾亂了微透鏡單元之間的固定位相關(guān)系，使得干涉現(xiàn)象大大減弱。[實(shí)施例3]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例如圖7所示，該正向投影屏由反射元件(701)，光掩膜層
(703)和菲涅爾透鏡(702)組成。反射元件(701)由微透鏡列陣(707)和吸收層(708)交錯(cuò)而成，微透鏡列陣(707)反射和聚焦光線，吸收層(708)完全吸收入射到其上的光線。在反射元件(701)和菲涅爾透鏡(70 之間有一個(gè)光掩膜層(703)，該光掩膜層位于微透鏡列陣(707)的反射焦平面上或附近，由阻擋區(qū)域(704)和透過區(qū)域(706)組成，在阻擋區(qū)域
(704)中還有一個(gè)孔徑列陣(705)，與透鏡列陣(707)對(duì)投影光線所成的反射焦點(diǎn)列陣對(duì)應(yīng)。阻擋區(qū)域(704)的光透過率接近或等于零；透過區(qū)域(706)和孔徑列陣(705)的光透過率接近或等于1。投影光線(709)經(jīng)菲涅爾透鏡(70 準(zhǔn)直，只有與光掩膜層(70 上的透過區(qū)域(706)對(duì)應(yīng)的光線(710)才能透過光掩膜層(70 成為入射到微透鏡列陣(707) 的準(zhǔn)直光線(711)，該光線被微透鏡列陣(707)反射并聚焦成為光線(712)，并透過光掩膜層(703)的孔徑列陣(705)，再經(jīng)菲涅爾透鏡(702)成為去往偏離投影儀的觀察窗口的擴(kuò)散光線(713)。而非投影光線或者被光掩膜層(703)上的阻擋區(qū)域(704)阻擋，或者被反射元件(701)上的吸收層(708)吸收，從而不能到達(dá)觀察窗口。微透鏡列陣(707)是一個(gè)凹面微透鏡列陣，表面鍍有高反射金屬介質(zhì)或高反射的多層介質(zhì)薄膜。微透鏡單元可設(shè)計(jì)成非球面透鏡，使一個(gè)方向(如觀察窗口水平方向)上的光焦度大于另一個(gè)方向的光焦度，從而使兩個(gè)方向上的發(fā)散角不同，更好地適應(yīng)觀察窗口為矩形的特征；同時(shí)，為使微透鏡列陣(707)在兩個(gè)方向上有相同的焦距，微透鏡列陣 (707)的單元取為矩形。微透鏡列陣(707)的每個(gè)單元略有傾斜，反射的中心光線偏離反射元件(701)的法線，使反射聚焦光線(712)能透過孔徑列陣(705)，并使得透過菲涅爾透鏡 (702)的光線(713)的中心偏離投影儀。為消除微透鏡單元反射光線之間的干涉現(xiàn)象，在微透鏡單元之間引入位相擾動(dòng)， 使微透鏡單元之間的高度略有差別，取0. 5微米到10微米之間，這些額外引入的位相擾亂了微透鏡單元之間的固定位相關(guān)系，使得干涉現(xiàn)象大大減弱。如圖8所示光掩膜層的一部分，由阻擋區(qū)域(802)和透過區(qū)域(801)組成，在阻擋區(qū)域(802)中還有一個(gè)孔徑列陣(803)。(804)是觀察窗口垂直方向，(805)是觀察窗口水平方向。為充分阻擋投影儀以外的環(huán)境光線，使之不能到達(dá)觀察窗口，光掩膜層的透過區(qū)域 (801)的每個(gè)開口在觀察窗口垂直方向(804)上的寬度(807)應(yīng)小于或等于所述光掩膜層在此方向上透過區(qū)域(801)和阻擋區(qū)域(802)的周期(806)的三分之一，大于此寬度將使得部分環(huán)境光進(jìn)入到觀察窗口，降低對(duì)比度。光掩膜層的透過區(qū)域(801)取為一維條狀孔徑光柵，在觀察窗口水平方向(80 上連通。孔徑列陣(80 每個(gè)孔徑的開口大小略大于微透鏡的聚焦光斑大小，以對(duì)應(yīng)投影儀位置的偏差。
權(quán)利要求
1.一種正向投影屏，其特征在于包含a.一個(gè)菲涅爾透鏡在投影光線一側(cè)，接受來自投影儀的投影光線；b.一個(gè)反射元件在所說的菲涅爾透鏡后，反射并散射光線。
2.權(quán)利要求1所說的一種正向投影屏，所說的菲涅爾透鏡有一個(gè)焦距，等于或接近投影儀到所說的正向投影屏的距離，菲涅爾透鏡和反射元件的光路安排使得來自投影儀的投影光線經(jīng)菲涅爾透鏡透射并準(zhǔn)直，在反射元件反射和散射，再經(jīng)菲涅爾透鏡透射后，散射中心偏離投影儀方向。
3.權(quán)利要求2所說的一種正向投影屏，所說的光路安排是將投影儀位置在焦平面上偏離所說的菲涅爾透鏡的焦點(diǎn)，光線經(jīng)菲涅爾透鏡準(zhǔn)直后以一定角度入射到所說的反射元件。
4.權(quán)利要求2所說的一種正向投影屏，所說的光路安排是將所說的反射元件的散射中心偏離反射元件的法線。
5.權(quán)利要求2所說的一種正向投影屏，所說的反射元件是一種微結(jié)構(gòu)反射元件，其散射光的強(qiáng)度在散射角度范圍內(nèi)是均勻的。
6.權(quán)利要求5所說的一種正向投影屏，所說的微結(jié)構(gòu)反射元件是具有隨機(jī)位相表面浮雕的反射元件，表面鍍有高反射金屬膜或高反射多層介質(zhì)膜。
7.權(quán)利要求6所說的一種正向投影屏，所說的微結(jié)構(gòu)反射元件在兩個(gè)方向的散射角度不等。
8.權(quán)利要求5所說的一種正向投影屏，所說的微結(jié)構(gòu)反射元件是微透鏡列陣。
9.權(quán)利要求8所說的一種正向投影屏，所說的微透鏡列陣在一個(gè)方向上的光焦度大于另一個(gè)方向的光焦度。
10.權(quán)利要求8所說的一種正向投影屏，所說的微透鏡列陣的單元不是準(zhǔn)確在一個(gè)水平面上，從而在深度方向上對(duì)光線產(chǎn)生相位差別。
11.權(quán)利要求2所說的一種正向投影屏，所說的菲涅爾透鏡是離軸的。
12.權(quán)利要求8-11所說的任何一種正向投影屏，還包含有一個(gè)光掩膜層，位于所說的菲涅爾透鏡和反射元件之間，并位于所說的微透鏡列陣的焦平面上。
13.權(quán)利要求12所說的一種正向投影屏，所說的光掩膜層是一個(gè)部分吸收層，由衰減區(qū)域和一個(gè)孔徑列陣組成，孔徑列陣與微透鏡列陣的焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)，透過由微透鏡列陣形成的反射聚焦光線。
14.權(quán)利要求12所說的一種正向投影屏，所說的反射元件由微透鏡列陣和吸收層組成，兩者交錯(cuò)排列；所說的光掩膜層含有透過區(qū)域和阻擋區(qū)域，兩者交錯(cuò)排列，所說的阻擋區(qū)域還含有一個(gè)孔徑列陣與微透鏡列陣的焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)，透過微透鏡列陣的反射聚焦光線。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種正向投影屏，其特征在于，所述的透過區(qū)域和阻擋區(qū)域中，透過部分占周期的三分之一。
全文摘要
本發(fā)明提供一種正向投影屏幕，使用了菲涅爾透鏡和均勻非對(duì)稱反射元件，最大效率地利用了反射光線，具有高增益，高對(duì)比度，對(duì)環(huán)境光不敏感特征，及高均勻性，無眩光，高色彩飽和度特征。本發(fā)明還提供了由菲涅爾透鏡，均勻非對(duì)稱反射元件及光掩模層組成的正向投影屏幕，極大地吸收了環(huán)境光線，從而獲得高的圖像對(duì)比度。
文檔編號(hào)G03B21/60GK102243430SQ20101018344
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2010年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月15日
發(fā)明者陳波 申請(qǐng)人:陳波