專利名稱：帶光不對(duì)稱發(fā)散裝置的背投屏幕的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及透射屏幕，尤其涉及適用于背投系統(tǒng)的透射屏幕。
背投屏幕通常被設(shè)計(jì)成把投射到屏幕背面的圖像射入觀察空間。投射系統(tǒng)的觀察空間可能相當(dāng)大(如背投電視)或相當(dāng)小(如背投數(shù)據(jù)監(jiān)視器)。背投屏幕的性能可用各種屏幕特性來描述，一般包括增益、視角、分辨率、對(duì)比度、存在的色斑等不希望的人為現(xiàn)象等。一般希望背投屏幕具有高分辨率、高對(duì)比度和大增益，還希望屏幕能在大的觀察空間內(nèi)散布光。不幸的是，正如下面更全面描述的那樣，當(dāng)一個(gè)屏幕特性改進(jìn)后，一個(gè)或多個(gè)其它屏幕特性往往會(huì)變劣。例如，為了用小的整體結(jié)構(gòu)來提高屏幕增益，就必須減小便于觀看屏幕的視角。結(jié)果，為了制造特定背投顯示裝置總體上可以接受的性能的屏幕，要在屏幕特性與性能方面作一些折衷。
因此，對(duì)屏幕提出了一個(gè)要求，即在滿足使用該屏幕的背投顯示裝置所需的最低性能標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，要求總體性能有提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一般涉及背投屏幕，其膜后具有多個(gè)水平與垂直方向發(fā)散光的透鏡。諸透鏡形成的水平視角可以不同于垂直視角。另外，透鏡能以特定方向投射光，使光強(qiáng)最大的方向與垂直于屏幕面的軸不平行。
在本發(fā)明一種實(shí)施例中，光散射屏幕包括具有第一表面的第一膜，限定了多個(gè)非雙凸透鏡的一部分第一表面。通過至少一塊非雙凸透鏡的光形成一圖像，且不對(duì)稱地發(fā)散。
在本發(fā)明另一種實(shí)施例中，背投屏幕組件包括具有第一表面的第一層，限定了多個(gè)非雙凸透鏡的一部分第一表面。該屏幕還包括一光耦合至第一表面的對(duì)稱光散射體，以便散射第一層發(fā)射的光。通過至少一塊非雙凸透鏡的光形成一圖像，且不對(duì)稱地發(fā)散。
在本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例中，光散射屏幕包括第一膜，其上的光成像與發(fā)散裝置用于形成圖像，并且不對(duì)稱地發(fā)散通過第一膜的光。
在本發(fā)明還有一個(gè)實(shí)施例中，光散射膜包括具有第一表面的第一膜，限定多個(gè)透鏡的一部分第一表面，所有透鏡的尺寸小于第一膜選定尺寸的1/20。通過至少一塊透鏡的光形成一圖像，并且不對(duì)稱地發(fā)散，選定的尺寸選自膜長(zhǎng)與膜寬。
以上

發(fā)明內(nèi)容
并未描述本發(fā)明的每個(gè)圖示實(shí)施例或每種實(shí)施方法，下面的附圖與詳述將更具體地說明這些實(shí)施例。
附圖簡(jiǎn)述通過以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明各種實(shí)施例的詳細(xì)描述，讀者可以更全面地理解本發(fā)明，其中

圖1示出一背投顯示器；圖2示出背投顯示器一特定實(shí)施例截面圖；圖3示出光學(xué)增益與視角(垂直與水平視角)之間關(guān)系的曲線圖；圖4示出本發(fā)明透鏡陣列的一個(gè)實(shí)施例；圖5示出通過圖4所示透鏡陣列觀察的截面；圖6示出單透鏡(相當(dāng)于圖4陣列中的一個(gè)透鏡)的光學(xué)特性；圖7A示出本發(fā)明透鏡陣列的另一個(gè)實(shí)施例；圖7B與7C示出穿過圖7A透鏡陣列中單透鏡各個(gè)垂直與水平截面的圖；圖8A示出本發(fā)明透鏡陣列的另一個(gè)實(shí)施例；圖8B與8C示出穿過圖8A透鏡陣列中單透鏡的各個(gè)垂直與水平截面的圖；圖9A示出本發(fā)明透鏡陣列的另一個(gè)實(shí)施例；圖9B示出穿過圖9A透鏡陣列的截面；圖9C示出穿過圖9A透鏡陣列的另一截面；圖10A-C示出本發(fā)明透鏡陣列中諸透鏡不同的外形；圖11A示出本發(fā)明透鏡陣列中諸透鏡的六角外形；圖11B示出具有如圖11A外形的透鏡，有一條對(duì)稱定位的光軸；圖11C示出有六角外形的透鏡，有一條偏離透鏡中心的光軸；圖12A與12B示出透鏡陣列產(chǎn)生的光強(qiáng)圖案，透鏡形式分別示于圖11B與11C；圖13與14示出本發(fā)明屏幕組件的實(shí)施例；
圖15示出形成模板(molding master)時(shí)所用的設(shè)備，用來制作本發(fā)明的透鏡陣列；圖16示出與圖15所示設(shè)備聯(lián)用的掩膜；圖17A-17F示出通過基板在各消蝕(ablation)階段作激光消蝕的截面；圖18示出通過屏幕對(duì)靠近該屏幕的用戶的光散射；圖19A示出透鏡陣列的局部視圖，具有偏置光軸的諸透鏡將光導(dǎo)向屏幕軸線；圖19B示出穿過圖19A所示透鏡陣列的截面；圖20示出穿過透鏡陣列的截面，陣列的諸透鏡有不同的焦距；圖21示意示出本發(fā)明試樣屏幕組件的截面結(jié)構(gòu)；圖22示出圖21屏幕組件的光學(xué)增益測(cè)量值。
雖然本發(fā)明適合于各種修正與替代形式，但是其特定形式在附圖中以實(shí)例例示出并作詳述。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于所描述的具體實(shí)施例。相反，在權(quán)利要求書所限定的發(fā)明精神和范圍內(nèi)，本發(fā)明包含了所有的改進(jìn)形式、等同形式和替代形式。
詳細(xì)描述本發(fā)明通常適用于若干不同的屏幕組件，尤其適用于背投系統(tǒng)應(yīng)用的屏幕組件。
本發(fā)明通常適用于若干不同的屏幕組件，尤其適用于背投系統(tǒng)應(yīng)用的屏幕組件。具體而言，在正知觀看者最可能的位置的場(chǎng)合中，本發(fā)明最適用本發(fā)明適用于將來自所有屏幕部分的光投射到最可能的觀看者位置，以提高整個(gè)屏幕的亮度均勻性。
現(xiàn)在更詳細(xì)地描述各種屏幕特性。一個(gè)主要的屏幕特性是增益。屏幕增益代表作為視角的函數(shù)的亮度。增益通常用一理想lambertian反射器來校正，理想Lanbertian標(biāo)準(zhǔn)的增益對(duì)所有角度都定為1。屏幕(或屏幕單元)的峰增益對(duì)應(yīng)于某一角度的最高增益。例如，對(duì)于通過該屏幕以垂直于屏幕面的角度發(fā)射的光，一般可觀察到從屏幕表面法向入射后面照射的塊狀漫射屏幕的峰值增益。
另一主要的屏幕特性是視角。這里使用的屏幕的視角是屏幕增益跌至峰增益一半時(shí)的角度。在許多場(chǎng)合中，視角對(duì)應(yīng)于發(fā)送圖像的光強(qiáng)跌至屏幕面法向發(fā)射光的一半光強(qiáng)時(shí)的角度。
背投系統(tǒng)的具體應(yīng)用決定了所需的視角。通常最好將盡可能多地將光從屏幕投射到觀看者最可能所處的區(qū)域。例如，在背投顯示器為數(shù)據(jù)監(jiān)視器的情況下，觀看得一般相對(duì)屏幕居中，且離該屏幕約1～3英尺以內(nèi)。觀看者的眼睛可能高于垂直于屏幕中心的一條線，但是觀看者一般不會(huì)從高于屏幕一～二英尺的距離觀看屏幕。另外，出于私密性，人們希望減少?gòu)钠聊灰韵鄬?duì)屏幕法向成如30°或更大角度發(fā)射的光量，這樣就減少了遠(yuǎn)離屏幕軸線而且或許未獲準(zhǔn)觀看屏幕內(nèi)容的人偷看屏幕上信息的可能性。
背投屏幕的另一種應(yīng)用為家用電視系統(tǒng)，由于觀看者通常坐在不直接面對(duì)電視屏幕的位置上，所以一般希望沿水平方向以大角度投射屏幕圖像。另一方面，很少有人從遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于或低于屏幕的位置上觀看電視屏幕，因而通常希望減小在垂直方向上發(fā)射圖像的角度。因此，電視機(jī)的視角一般在垂直方向上比水平方向上小。另外，相對(duì)于屏幕的法線方向，最好使來自電視屏幕的光的縱向發(fā)散度向下傾斜。例如，這樣可讓觀看者從地板的方向上觀看電視。由于觀看者通常不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間站著看電視，所以將光從電視屏幕向上偏移并不主要。
參照?qǐng)D1、2A與2B2來描述背投顯示器100。該顯示器包括圖像投影儀102，可將圖像投射到屏幕104的背面。圖像由屏幕104發(fā)射，使位于屏幕104以外某一點(diǎn)處的觀看者106能看到經(jīng)屏幕104投射的圖像108。背投顯示器100可以是例如背投電視或背投計(jì)算機(jī)監(jiān)視器，或任何其它背投顯示設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施例，在背投顯示器100中，可用液晶顯示器(LCD)圖像投影儀102把圖像投射到屏幕組件104的背面上。背投顯示器的尺寸可以小到數(shù)據(jù)監(jiān)視器，大到屏幕電視與視頻墻。投射顯示器100還取決于其機(jī)殼內(nèi)的折迭式圖像投射路徑，如題為“Projcting Images”的歐洲專利申請(qǐng)EP783133中所描述的各種投影系統(tǒng)。正如從下文的描述中，讀者將會(huì)明白，此類系統(tǒng)通過應(yīng)用下述各種屏幕組件尤有好處。
現(xiàn)在參見圖2A，圖像投影儀102產(chǎn)生的圖像光110投射到屏幕組件124上。屏幕組件124通常包括若干控制被觀看者看到的圖像的不同層，包括散射層134和提供支承的玻璃板136。散射層134把通過屏幕某一特定點(diǎn)的光散射或漫射入一錐角，使屏幕遠(yuǎn)側(cè)的觀看者能探測(cè)出來自該特定點(diǎn)的圖像光。顯然，散射層134通常散射整個(gè)屏幕所有點(diǎn)的光，讓觀看者看到圖像投影儀102投射到屏幕組件124上的整幅圖像。
同軸光線112被散射層134散射而產(chǎn)生2θ的視角。來自圖像投影儀102的傍軸光線110照射屏幕組件124的邊緣，與同軸光線112相隔α角。當(dāng)傍軸光線110通過該散射層時(shí)，它們圍繞光線111以±θ(與屏幕法線成α角)散射。應(yīng)該明白，由于光散射現(xiàn)象可能對(duì)來自圖像光源的光的入射角很敏感，所以屏幕邊緣的視角不必與屏幕中心的視角一樣。
另一屏幕組件104示于圖2B，其中，來自圖像投影儀102的光110在散射層114上入射之前，還被菲涅耳透鏡113準(zhǔn)直。散射層114支承在可以是例如玻璃屏幕等支持層116上。此時(shí)，通過屏幕104邊緣發(fā)射的散射光圍繞垂直于該屏幕的光線115散射。與不帶任何菲涅耳透鏡的屏幕組件124相比，屏幕組件104的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，減小了來自屏幕邊緣的光必須通過其散射才能被同軸的觀看者探測(cè)到的角度。與不用菲涅耳透鏡的情況相比，由于散射光的光強(qiáng)一般隨散射角增大而減小，所以觀看者在帶菲涅耳透鏡的屏幕組件104上看到的圖像，通常整個(gè)屏幕有更均勻的強(qiáng)度。
一例期望的電視屏幕增益特性示于圖3。圖中給出兩條曲線302與304，對(duì)電視機(jī)使用的屏幕可獲得增益與視角Dc的相關(guān)性。較寬的曲線302示出沿水平方向作為角Dc函數(shù)的增益G。換言之，隨著觀看者從屏幕側(cè)面離開，該曲線描繪了該觀看者感覺到的屏幕亮度。水平視角DCH是水平散射光線的光強(qiáng)跌至同軸光強(qiáng)一半或跌至最大光強(qiáng)一半的角度。
較窄的曲線304代表作為角度函數(shù)的增益相對(duì)屏幕沿垂直方向的依賴關(guān)系。如上所述，在電視應(yīng)用中，可避免廢棄照射地板與天花板的光，從而增大觀看者感覺到的屏幕亮度，一般希望以較窄的角度范圍垂直方向引導(dǎo)來自屏幕的圖像。此時(shí)，垂直視角DCV，即光強(qiáng)為同軸光強(qiáng)一半或最大光強(qiáng)一半的散射角，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水平視角DCH。
因此，應(yīng)該明白，在背投顯示屏幕的若干應(yīng)用中，視角呈不對(duì)稱，換言之，垂直視角DCV不同于水平視角DCH。還有，一個(gè)方向(如垂直方向)的視角不一定為角度的對(duì)稱函數(shù)。例如，隨著角度在屏幕軸線以上增大，垂直方向增益可以跌得比角度在屏幕軸線以下減小更迅速，如曲線306所示，其峰增益位于θ＝0°，但是向下比向上散發(fā)更多的光。
討論至此，一直是假設(shè)最大屏幕亮度出現(xiàn)于同軸。不一定是這種情況，最亮的圖像方向可以不是同軸方向，可以是傍軸方向。
光通過透鏡的發(fā)散度可稱為“不對(duì)稱性”，表示水平方向的發(fā)散度不同于垂直方向的發(fā)散度；發(fā)散度曲線不對(duì)稱，如曲線306所示；或者最大光傳輸方向不沿方向θ＝0°，而是沿不垂直于膜表面的方向。在這三種狀態(tài)的任何一種以組合方式出現(xiàn)時(shí)，也可應(yīng)用該術(shù)語“不對(duì)稱性”。
本申請(qǐng)針對(duì)屏幕組件使用的散射膜，該散射膜上面有多個(gè)透鏡。這些透鏡也稱為小透鏡，在膜400上能以某種陣列圖案排列，如圖4所示的示意形式。若干小透鏡表面402設(shè)置于膜陣列400的一側(cè)。在該特定實(shí)例中，鏡面402以規(guī)則陣列圖案形成，盡管不一定這樣。術(shù)語小透鏡一般指小型透鏡，但出于討論的目的，術(shù)語透鏡與小透鏡為同一種透鏡。
像與投射屏幕通常使用的那樣，裝在膜上的透鏡不是雙凸透鏡，換言之，其曲面相對(duì)于第一軸線測(cè)量具有有限的半徑，而相對(duì)與第一軸線正交的第二軸線測(cè)量則具有無限的曲率半徑，因此，雙凸透鏡以一維方式聚焦光。有些雙凸透鏡在膜表面上不是直線，而是非線性。然而，仍可在這些透鏡上規(guī)定若干點(diǎn)，使之相對(duì)一條軸線有一有限的曲率半徑，而相對(duì)正交軸線有一基本上無限曲率半徑。與之相比，這里描述的非雙凸透鏡具有非無限的曲率半徑，以水平與垂直兩個(gè)方向發(fā)散光。透鏡尺寸，如長(zhǎng)或?qū)?，一般都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于膜的長(zhǎng)或?qū)?。透鏡相對(duì)于膜的尺寸越小，屏幕提供的分辨率越高。在許多場(chǎng)合中，單個(gè)雙凸透鏡在整個(gè)屏幕的高度或?qū)挾壬涎由?。相反，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，所有透鏡的尺寸都小于屏幕高或屏幕寬的1/20，甚至還可小于例如屏幕尺寸的千分之一或更小。
截面5-5示于圖5。各鏡面402有一球型面，并且有方形輪廊404。光軸410通過一鏡面412位于某一位置，使軸410對(duì)鏡面412與膜440呈法向入射。鏡面412像透鏡一樣工作，焦距為f0。此時(shí)，軸410相當(dāng)于表面412居中。圖示的兩條光線414與416法向入射在膜400上，并在通過鏡面412后，各光線414與416以與鏡面412分開的一光距橫穿過光軸410達(dá)焦距f0。
圖示的其他光線510與512通過位于膜陣列400頂部附近的透鏡514，圖示的其它光線516與518則通過膜400底部的底鏡520。膜400的各透鏡的焦距均為f0，因而對(duì)通過不同透鏡412、514與420的光而言，發(fā)散角都一樣。另外，各透鏡都形成一幅觀看者在遠(yuǎn)場(chǎng)看得到的圖像。在圖示實(shí)施例中，各透鏡412、514與520均為正透鏡，從而形成實(shí)像。當(dāng)通過透鏡的光到達(dá)透鏡輸出側(cè)的焦點(diǎn)時(shí)，就形成實(shí)像?？砂褕D像平面Li畫成通過陣列400中各透鏡402的焦點(diǎn)。當(dāng)所有透鏡有同一焦距時(shí)，該圖像平面為平面，如圖所示。陣列400中的透鏡402可以是負(fù)透鏡，此時(shí)透鏡402形成虛像，即自各透鏡發(fā)散的光似乎來自陣列400輸入側(cè)的某一物體。
陣列中的透鏡各自形成一實(shí)像或虛像，其作用像某一物體在觀看者眼中形成一遠(yuǎn)像。陣列中所有透鏡的組合作用使觀看者感覺到投射到屏幕上的整幅圖像。
單一透鏡表面412可以近似為圖6所示的單透鏡640，表面602與表面412等同。各條光線614與616進(jìn)入透鏡640，并在與曲面602隔開一光距(等于曲面602的焦距f0)的位置橫穿過光軸610。透鏡640的截面為方形，類似于陣列膜400上的各透鏡402。透鏡600的尺寸為d。透鏡640產(chǎn)生的最大發(fā)散光線620由準(zhǔn)直光線造成，該準(zhǔn)直光線在離光軸610最遠(yuǎn)的位置進(jìn)入透鏡600。結(jié)果，透鏡600產(chǎn)生的光的發(fā)散度與該透鏡焦距f0和尺寸d都相關(guān)。在許多情況下，發(fā)散度Dcd表示為Dcdd/2f0，式中，Dcd為發(fā)散度半角。
陣列膜中的諸透鏡在X與Y方向不必具有同樣的尺寸。在圖7A的另一透鏡陣列膜700實(shí)施例中，透鏡在Y方向的尺寸為dy，而透鏡702在X方向的尺寸為dx，這里dxdy。
陣列700的單透鏡702示于圖7B，沿Y軸方向看，把X方向的尺寸示為dx。投射到膜700的圖像充滿了透鏡702。因此，光線712與714在其各自的上下邊緣進(jìn)入透鏡702，并以發(fā)散角Dcx從透鏡702發(fā)散，稱為X發(fā)散度，可計(jì)算為Dcxdx/2f1，式中f1為透鏡702的焦距。
圖7C示出沿X軸看到的透鏡702的正交圖，把Y方向的透鏡702的尺寸示為dy。光線722與724在透鏡702各自的邊緣進(jìn)入，并以角度Dcy從透鏡向外發(fā)散，稱為Y發(fā)散，這里把Dcy計(jì)算為Dcydy/2f1。由于dy大于dx，所以發(fā)散大于X發(fā)散。這樣，由于DcyDcx，所以屏幕700不對(duì)稱地散射通過其間的光。這種不對(duì)稱性是使用尺寸在X與Y方向不同的透鏡而造成的。
圖8A以截面形式示出了另一種透鏡陣列膜800，該膜包括一透鏡陣列802，各透鏡具有同樣的曲面804。穿過一個(gè)透鏡802的截面示于圖8B與8C。表示X尺寸dx的截面示于圖8B。形成鏡面804，使光軸810在X方向偏離透鏡802的中心。第一光線812在一個(gè)邊806處進(jìn)入透鏡802，與光軸810的距離為dx1。第一光線812以角度DCX1從透鏡802發(fā)散，該角度可計(jì)算為DCX1dx1/2f2，式中，f2是透鏡802的焦距。第一光線814在另一邊緣808進(jìn)入透鏡802，與光軸810的距離為dX2。下面的光線814以角度DCX2從透鏡802發(fā)散，該角度可計(jì)算為DCX2X2/2f2。由于dX1dX2，所以該光線以某種圍繞光軸810不對(duì)稱的圖案從透鏡802發(fā)散。
表明Y尺寸dY的截面示于圖8C。在此情況下，形成鏡面804，使光軸810相對(duì)于透鏡的Y方向居中。因此，各條光線822與824以DCYdy/2f2給出的角度DCY從透鏡802發(fā)散。
因此，使用有一透鏡陣列的膜(其光軸偏離各透鏡的中心)，導(dǎo)致以不對(duì)稱方式從該膜散射光。但應(yīng)明白，形成的鏡面可使光輛在X與Y兩個(gè)方向偏離透鏡中心。
另一種透鏡陣列膜900示于圖9A，穿過膜9B-9B與9C-9C的正交截面分別示于圖9B與9C。膜900包括一透鏡902陣列，各透鏡具有同樣的曲面904。透鏡902為像散透鏡，換言之，在研究X-Z平面和Y-Z平面的光聚焦時(shí)，它具有不同的焦距。研究一下圖9B的截面。表面904為曲面，光在Y-Z平面聚焦的焦距為fy。對(duì)于圖9C的截面，該表面也是曲面，但光在X-Z平面聚焦的焦距為fx。透鏡902是像散透鏡，fyfx。
相應(yīng)地，光在X-Z平面內(nèi)的發(fā)散度為DCXd/2fx，式中，d為透鏡902在X-Z平面內(nèi)的尺寸。若假定在Y-Z平面內(nèi)為同尺寸，則Y發(fā)散度為DCYd/2fy。由于焦距在各平面內(nèi)不同，所以發(fā)散度在各平面內(nèi)也不同。例如，將表面904的曲率半徑在X-Z平面內(nèi)做成不同于在Y-Z平面內(nèi)的曲率半徑，就可將透鏡902做成像散透鏡。
因此，至少有三種方法使光從透鏡陣列膜不對(duì)稱地散射，即，相對(duì)于正交方向以一個(gè)方向改變透鏡的尺寸、使透鏡光軸偏離透鏡中心以及使用像散透鏡。當(dāng)然，在單個(gè)透鏡陣列中顯然可以組合使用這三種方法中的任何一種。例如，可用其光軸偏離其各自中心位置的像散透鏡構(gòu)成透鏡陣列。形成的這類透鏡，其輪廓尺寸例如在X方向與Y方向不一樣。
陣列中的諸透鏡可形成不同的輪廓形狀。透鏡輪廓通常形成得在任何相鄰?fù)哥R之間不留空間。上述諸實(shí)例使用了方形或矩形的透鏡形狀。圖10A-10C示出其它形狀的實(shí)例。在圖10A中，陣列膜1000具有三角形透鏡1002陣列，透鏡排列在三角的頂角，向上或向下指向。這種配置可避免在相鄰?fù)哥R1002之間有任何無用的空間，從而形成一種“瓦面”圖案。在圖10B中，陣列膜1050有一六角形透鏡1052陣列。如在膜1050中看到的六角形，可以有規(guī)則地排成“瓦面”圖案，在透鏡間不留無用空間。
當(dāng)然，應(yīng)該理解，也可使用不規(guī)則的透鏡圖案，透鏡之間的定位不呈周期的圖案。另外，單塊膜可以包含不同形狀的透鏡，如圖10C所示，陣列膜1070具有隨機(jī)或偽隨機(jī)成形透鏡的圖案1072。隨機(jī)或偽隨機(jī)圖案可避免周期性透鏡圖案通常出現(xiàn)的衍射效應(yīng)。
透鏡陣列膜還可與光散射器一起使用，如塊狀漫射器、雙凸層、珠層(beadedlayer)、表面漫射器、全息漫射體、微結(jié)構(gòu)漫射器或其各種組合。散射器對(duì)光作散射或漫射，由此破壞任何可能由周期性透鏡陣列造成的衍射圖案。散射器可以位于透鏡陣列的前后。
另一透鏡陣列膜1100示于圖11A。在該特定實(shí)施例中，透鏡1102形狀呈六角形，高為h，寬為w。一塊這樣的透鏡1102的拓展圖示于圖11B。圓圈1110表示通過該透鏡的光軸的位置，這里把光軸1110定位于透鏡1102的中心。
對(duì)通過單透鏡1102的光計(jì)算的光強(qiáng)圖案1200示于圖12A。輪廓線代表光強(qiáng)步幅，各步幅約為最大光強(qiáng)的12％。假定透鏡1102在125μm厚的聚碳酸酯膜上形成，透鏡1102表面是非球面，以減小焦點(diǎn)上的球面像差，而且不產(chǎn)生像散。焦距接近125μm，透鏡尺寸為h＝w＝100μm。角41與42分別為131.4°與114.3°。把光強(qiáng)圖案繪成等光強(qiáng)與X-Z平面發(fā)散度θy和y-x平面發(fā)散度θx的輪廓線。
透鏡1152的另一實(shí)施例示于圖11C。圖中，該透鏡為扁六角形，光軸1160在透鏡1152內(nèi)不居中，而是位于透鏡中心線1162下面△h。
通過透鏡1152的光產(chǎn)生的遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)圖案1210示于圖12B。每條輪廓線代表光強(qiáng)步幅，約為最大光強(qiáng)的7％。假設(shè)w＝100μm，h＝60μm，△h＝10μm。假定內(nèi)角41為131.4°。光強(qiáng)圖案1210比圖12A的圖案更不對(duì)稱。除了光強(qiáng)圖案的寬大于高外，該圖案明顯是傍軸的。水平半角θx約35°。在垂直方向，半光強(qiáng)發(fā)散度，即對(duì)一半最大光強(qiáng)點(diǎn)的角度，為+32°與-13°，這是光軸偏離透鏡1152的中心造成的。利用像散透鏡可對(duì)該光圖案引入更大的不對(duì)稱性。
本發(fā)明的透鏡陣列可應(yīng)用于許多不同的屏幕結(jié)構(gòu)。屏幕組件1300另一具體實(shí)施例示于圖13，它運(yùn)用透鏡陣列散射通過該組件的光。屏幕組件1300包括若干層，用于和散射入射在該屏幕組件輸入面1302上的圖案光1301。圖像光在照射屏幕組件1300之前可以作準(zhǔn)直，如圖所示，或可以不準(zhǔn)直。第一層為透鏡陣列1304，如上述類型的透鏡陣列，利用透鏡輪廓形狀、傍軸鏡面和透鏡像散之一，至少部分地控制水平與垂直視角的對(duì)稱性。透鏡陣列膜1304還用顆粒1305形成的整塊個(gè)漫射器散射光，顆粒的折射率不同于陣列膜1304連續(xù)相的折射率，顆粒1305隨機(jī)置于陣列膜1304里。這樣，在單塊膜中組合了該透鏡陣列的不對(duì)稱散射和某一其它類散射器的對(duì)稱散射。例如，假設(shè)塊狀漫射器是-20°散射器，并把該透鏡陣列配置成按X方向±30°、Y方向±10散射圖像光，因而在通過透鏡陣列/塊狀漫射層1304后，X散射對(duì)一次近似為±50°，而散射對(duì)一次近似為±30°。
不用塊狀漫射器，可以使用某種其它類型的散射器。例如，膜1304的第二表面1307可形成包括某種其它形式的光散射器，例如周期不同于透鏡陣列周期的雙凸面、漫射面、全息漫射層或微結(jié)構(gòu)漫射面，或者其各種組合。通常，這些散射器可對(duì)稱地散射光。另外，陣列膜1304的第二面可以設(shè)置第二透鏡陣列，該透鏡陣列為非周期性，或具有變化的周期性，或者不同于第一面上陣列的周期性，以減小衍射效應(yīng)。
下一層1306可以是一種阻止層，通常是光譜可見光區(qū)中某一波長(zhǎng)的1/4波延遲器，而第三層1308可以是一偏振層，用于吸收一種偏振的光而發(fā)射正交的第二偏振的光。延遲器與偏振器可以組合使用而減少環(huán)境光的反射，如題為“Rear Projection Screen With Enhanced Contrast”的美國(guó)專利申請(qǐng)90/274,585中所討論的，其申請(qǐng)日為1999年3月23日。偏振器1308可裝在玻璃片1310上，該玻璃片可以但不一定以某種方式作煙熏或處理，以影響其傳輸特性。
另一種屏幕結(jié)構(gòu)1400示于圖14。這里由圖像投影儀發(fā)出的發(fā)散光1402入射在菲涅耳透鏡1404上，后者相對(duì)于屏幕軸使光準(zhǔn)直。菲涅耳透鏡1406可以埋入低折射率層1408，如美國(guó)專利申請(qǐng)90/229,198中所揭示的那樣，該申請(qǐng)的申請(qǐng)日為1999年1月13日。菲涅耳透鏡在結(jié)構(gòu)鏡面與后續(xù)層之間一般有一氣隙，低折射率層1408讓菲涅耳透鏡1406執(zhí)行準(zhǔn)直功能，但仍讓它緊緊貼近屏幕的其它層，從而減小了疊影，提高了分辨率。透鏡陣列膜1410位于低折射率層1408的第二側(cè)，低折射率層也可提供折射率對(duì)比度，使菲涅耳透鏡1404與透鏡陣列1410以預(yù)期的方式使光折射。透鏡陣列膜1410的后面是塊狀漫射層1412，用于進(jìn)一步散射，并減小可能由透鏡陣列膜1410造成的任何衍射效應(yīng)。散射不一定只用塊狀漫射器引入，可用其它方法引入散射作用，如珠層、表面漫射層、全息漫射層、或微結(jié)構(gòu)漫射層、或其各種組合。塊狀漫射體也可被例如陣列膜1410輸出面上的雙凸陣列或另一透鏡陣列代替。在應(yīng)用兩個(gè)透鏡陣列時(shí)，最好是，第一透鏡陣列與第二陣列，即雙凸陣列或透鏡陣列的周期不同于陣列膜輸入面的周期?？砂褖K狀漫射層裝到作支承的玻璃片1414。
應(yīng)該明白，除了圖示的結(jié)構(gòu)外，還有許多可以使用該透鏡陣列的其它屏幕結(jié)構(gòu)，這類圖示結(jié)構(gòu)化用于表明可使用透鏡陣列的屏幕的類型，并不加以限制。
陣列中諸透鏡不一定全都均一，在許多方面可以不同，如尺寸、形狀、偏離光軸和焦距。如圖18所示，如在觀看者靠近屏幕1800時(shí)，這樣是有利的。圖中，來自屏幕邊緣的光線1804、1806通過α角散射，以便讓位置X的觀看者看到，而屏幕對(duì)來自屏幕1800中心的同軸光1802不散射。總之，通過屏幕而不散射的光具有比散射的光更高的光強(qiáng)。另外，散射角α越大，屏幕發(fā)射光的光強(qiáng)越低，這對(duì)大型高分辨率計(jì)算機(jī)監(jiān)視器成為越來越重要的作用監(jiān)視器越大，觀看者與屏幕邊緣的夾角越大，這樣觀看者更容易感到屏幕邊緣比中心更暗淡。來自屏幕邊角的光一般必然通過最大的角度散射，因而常常感到邊角是最暗淡的屏幕部分。
現(xiàn)參照?qǐng)D19A與19B討論解決這一問題的一種方法?；仡櫼幌聦?duì)圖8B的討論，若透鏡被成形為使光軸偏離該透鏡的中心，則遠(yuǎn)場(chǎng)的光沿偏離方向偏移。因此，可將陣列1900中的諸透鏡排列成使各透鏡的光軸向陣列1900中心偏移。假定觀看者的眼睛與屏幕中心同軸。顯然，若預(yù)計(jì)觀看者的位置在另一地方，則應(yīng)將各透鏡的軸線位置定成沿觀看者的方向投射光。
圖19A示出的屏幕1900具有透鏡陣列的各種六角形透鏡，為簡(jiǎn)明起見，未示出全部透鏡。各透鏡的光軸從圖示平面伸出成為一黑點(diǎn)，1900中心的透鏡1902，其軸線1904位于透鏡1902中心。從中心向上的第一透鏡1906，其光軸1908從透鏡1906中心略為下移。屏幕1900頂部的透鏡1910，其軸線1912從透鏡1910中心下移比透鏡1906更大的距離。
中心透鏡1902下面的第一透鏡1914，其光軸1916略高于透鏡中心，而屏幕1900底部中心的透鏡1918，其光軸1920從透鏡中心上移更大距離。屏幕1900左側(cè)的透鏡1922的光軸1924位于透鏡中心的右邊，而屏幕1900右側(cè)的透鏡1926的光軸1928位于透鏡中心的左邊。
光軸各自為1932、1936、1940與1944的邊角透鏡(corner lenses)1930、1934、1938與1942，朝中心透鏡1902的方向移離透鏡中心。
穿過屏幕1900的截面示于圖19B，表明光1950通過中心透鏡1902而以角度β散射，但是散射光的錐體1958以角度γ導(dǎo)向中心透鏡1902的軸線1904。角度γ的值部分取決于光軸1924和1928從它們各自的透鏡1922與1926的中心轉(zhuǎn)移的量。
應(yīng)該明白，光軸在特定透鏡中偏移的量并不是透鏡在屏幕1900中的位置的對(duì)稱函數(shù)，例如，偏移光軸的凈效應(yīng)可能使整幅圖像偏離屏幕1900到達(dá)左側(cè)或右側(cè)。
另一透鏡陣列2000實(shí)施例的截面示于圖20。這里，諸透鏡的聚焦能力并不完全一樣，例如 心透鏡2002的焦距可能是f10，而陣列2000左右邊緣的透鏡2004與2006的焦距f11均小于f10。因此，光在陣列2000邊緣要通過比在陣列中心(錐角β10)更大的錐角β11散射。該實(shí)施例可用于例如從陣列2000邊緣把更多的光導(dǎo)向觀看者，這樣在應(yīng)用于屏幕組件時(shí)，可減少任何感到的整個(gè)陣列2000光強(qiáng)的不均一性。直線Li通過陣列2000透鏡焦點(diǎn)畫出。
在另一實(shí)施例中，接近屏幕中心的透鏡比接近屏幕邊緣的透鏡具有更短的焦距，以減小屏幕中心的增益。在相對(duì)于圖像光源，屏幕邊緣的像素比屏幕中心的像素對(duì)著更小立體角的情況下，這樣做是有利的，可以使屏幕邊緣的發(fā)光度低于中心。此時(shí)，減小屏幕中心的增益可以使屏幕亮度更均一。
讀者將會(huì)理解，對(duì)于透鏡陣列中不同X與Y位置的透鏡，顯然可以改變陣列2000中諸透鏡的焦距。因此，陣列2000邊角處的透鏡的焦距可以最短，而邊緣中心的透鏡2002的焦距更長(zhǎng)。還應(yīng)明白，整個(gè)陣列諸透鏡的焦距變化不一定呈對(duì)稱，若具體應(yīng)用場(chǎng)合需要的話，可以呈不對(duì)稱。另外，各塊透鏡的尺寸和焦距顯然可以不同，這樣可進(jìn)一步影響光通過諸透鏡發(fā)射的發(fā)散度。
制作上述透鏡陣列的一種方法是用例如美國(guó)專利申請(qǐng)08/429,302所揭示的激光消蝕法形成一種復(fù)制模板(replication master)，該申請(qǐng)的申請(qǐng)日為1995年4月26日。形成復(fù)制模板后，可用該模板形成一模具，再用它復(fù)制透鏡陣列。在另一實(shí)施例中，所需的透鏡陣列具有正透鏡，因而復(fù)制模板必須有負(fù)凹陷。透鏡陣列可直接用模板或子模板形成，而子模板用模板制作的模具制成?？捎闷渌椒☉?yīng)用該模板。
圖15示出的設(shè)備可用激光消蝕法形成復(fù)制模板。激光消蝕系統(tǒng)1500可以是一種應(yīng)用圖案掩膜的激光投射消蝕系統(tǒng)，盡管也可使用障板系統(tǒng)或相位掩膜系統(tǒng)。還可使用在模板表面與直接刻寫的方法。消蝕法適合在基片表面上制作小型元件或小型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸為1到幾百微米量級(jí)，若不是幾千微米的活。雖然圖示的消蝕技術(shù)應(yīng)用于激光源，但也可能用其它光源。
激光消蝕技術(shù)涉及從選擇的復(fù)制模板基片的某一區(qū)域去除一薄層，消蝕區(qū)用圖案掩膜選擇。用不同的掩膜區(qū)至復(fù)消蝕過程，可在復(fù)制模板或基片表面上形成某種結(jié)構(gòu)。
消蝕系統(tǒng)1500包括激光器，如氟化氮準(zhǔn)分子激光器，發(fā)射光束的波長(zhǎng)約248納米。紫外激光消蝕的優(yōu)點(diǎn)在于能分解小型特征，對(duì)四周材料表面的側(cè)向損傷很小。紫外激光消蝕適合與在光譜紫外區(qū)具有高吸收的許多聚合物與陶瓷一起使用。另外，紫外線的吸收波長(zhǎng)一般極短，可受控地去除極淺的材料層。
紫外線1522由激光器1520發(fā)射，照射圖案掩膜1524。掩膜1524可用普通半導(dǎo)體光刻掩膜技術(shù)來形成。掩膜1524的圖案部分不發(fā)射紫外線，而掩膜1524的支承襯底1525對(duì)紫外線透明，且可用熔融石英、氟化鈣、氟化鎂或某種其它紫外線透明材料制作?？蓪X用作形成掩膜1524圖案的圖案形成材料，因?yàn)殇X是紫外線有效的反射體。或者，可用另一種金屬或圖案反射介質(zhì)堆形成掩膜。
紫外線1522散射通過掩膜1524后，由成像系統(tǒng)1526聚焦，該成像系統(tǒng)可以包括單塊透鏡，或是一種有多個(gè)透鏡與其它光學(xué)元件的更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)。成像系統(tǒng)1526把掩膜1524的圖像投射到復(fù)制模板基片1530的表面上。復(fù)制模板襯底1530可用能被紫外線消蝕的若干金屬、陶瓷、聚合物或其他材料構(gòu)成。合適聚合物的實(shí)例包括聚酰亞胺、聚脂、聚苯乙烯、有機(jī)玻璃(PMMA)和聚碳酸酯?；?530也可用若干不同材料層制成，如頂層1532為聚酰亞胺，下層1534為銅等金屬?？砂呀饘俚讓佑米鬟吘壸钃鯇踊蛑С斜旧聿荒苤С械膱D案。
基片1530支承在工作臺(tái)1538上，在臺(tái)上例如用真空吸盤1536使其就位。還可以用靜電法、機(jī)械固定件或砝碼將基片1530固定于工作臺(tái)1538上。通過在X、Y與Z軸移動(dòng)以及例如繞平行于成像系統(tǒng)1526的光軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)基片1530，工作臺(tái)1538能使基片1530定位。用工作臺(tái)1538以小步幅移動(dòng)基片，如步幅小至5納米，距離的重現(xiàn)精度為0.1微米或更高。這一重現(xiàn)性使步進(jìn)與重復(fù)過程配用于圖案，在更大區(qū)域(幾英尺或以上)作消蝕。工作臺(tái)1538可以作計(jì)算機(jī)控制，使工作臺(tái)1538移動(dòng)的程序盡可能實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)移動(dòng)與激光器1520的光發(fā)射同步。工作臺(tái)1538還可例如使用接至計(jì)算機(jī)的搖桿作手控。
激光消蝕系統(tǒng)1500可應(yīng)用步進(jìn)與重復(fù)過程在基片上形成重復(fù)的消蝕圖案。圖16示出一例圖案掩膜，可用于消蝕圖11A那樣的六角形透鏡圖案。應(yīng)該明白，圖案掩膜可應(yīng)用若干不同的形狀與幾何結(jié)構(gòu)，如方形、圓形、溝形、多邊形等或不規(guī)則形狀，在復(fù)制掩膜或基片上形成透鏡陣列。在圖示場(chǎng)合中，掩膜1600有若干從激光器發(fā)射紫外線的孔徑，諸孔徑1602、1604、1606、1608、1610和1612以等距離沿掩膜1600排列。用掩膜1600曝光復(fù)制模板的方法示于圖17A～17F。
圖17A的基片1700有一第一消蝕區(qū)1702a，它通過照射掩膜1600而形成，將基片1700定位，使消蝕區(qū)1702a位于第一孔徑1602下面。然后，基片1700步進(jìn)一個(gè)孔徑間距，并再曝露于激光器消蝕光中。每次曝光都去除一定厚度的基片材料。例如，若基片材料為PMMA或聚酰亞胺，曝光激光器可以是工作于248納米的氟化氮激光器，雖然其它波長(zhǎng)也有效。消蝕深度通常為0.1～1微米，基片1700上消蝕光的能量密度(流量)為300～1000mJ cm-2。應(yīng)當(dāng)明白，應(yīng)用不同材料和不同消蝕光流量，可得到不同的消蝕深度。
圖17B表示基片1700在第二次步進(jìn)與照射后的情況。第一消蝕區(qū)1702b現(xiàn)在的輪廓對(duì)應(yīng)于用孔徑1602然后用1604作后續(xù)的消蝕步進(jìn)。第二消蝕區(qū)1704a表示的輪廓對(duì)應(yīng)于圖案掩膜1600的第一孔徑1602。
在再次步進(jìn)并照射基片1700表面之后，得到的消蝕圖案示于圖17C。此時(shí)，第一消蝕區(qū)1702c顯示出對(duì)應(yīng)于通過孔徑1602、1604與1606作后續(xù)消蝕的輪廓。第二消蝕區(qū)1704b的輪廓對(duì)應(yīng)于通過孔徑1602與1604的后續(xù)消蝕脈沖。第三消蝕區(qū)1706a表示對(duì)應(yīng)于通過孔徑1602的光消蝕脈沖的輪廓。
在再次步進(jìn)后，重復(fù)消蝕步進(jìn)。因此，第一消蝕區(qū)1702d現(xiàn)在包括對(duì)應(yīng)于第四孔徑1608的輪廓，第二消蝕區(qū)1704c包括對(duì)應(yīng)于第三孔徑1606的輪廓，第三消蝕區(qū)1706b包括對(duì)應(yīng)于第二孔徑1604的輪廓，而第四消蝕區(qū)1708a包括對(duì)應(yīng)于第一孔長(zhǎng)1602的輪廓。
步進(jìn)與重復(fù)過程繼續(xù)下去，例如圖17E的基片1700表示下一步進(jìn)，此時(shí)第一消蝕區(qū)1702e現(xiàn)在的輪廓還對(duì)應(yīng)于第五孔徑1610。第二、第三和第四消蝕區(qū)1704d、1706c和1708b現(xiàn)在分別包括對(duì)應(yīng)于第四、第三和第二孔徑1607、1606與1604的輪廓。第五消蝕區(qū)1710a開始對(duì)應(yīng)于通過孔徑1602的光。
最后，在圖17F中，第一消蝕區(qū)1702f包括依次對(duì)應(yīng)于各孔徑1602、1604、1606、1608、1610與1612的輪廓。其它消蝕區(qū)1704e、1706d、1708c、1710b與1712a各自包括對(duì)應(yīng)于諸孔徑的輪廓，而這些孔徑對(duì)應(yīng)于通過其光照射各消蝕部分的孔徑。
顯然，通過組合不同尺寸和/或形狀的諸孔徑，可在基片中構(gòu)成具有特定輪廓的消蝕區(qū)，于是可用于復(fù)制模板。還應(yīng)該明白，除了圖17A-17F所示的處理外(其中可從內(nèi)到外，從小掩膜尺寸到大掩膜尺寸制作消蝕區(qū))，還能從外面開始，即從大尺寸掩膜孔長(zhǎng)開始向較小尺寸加工而形成消蝕區(qū)。另外，可以使用一系列孔徑，尺寸不是單調(diào)地增大，相鄰孔徑間的尺寸不是增大就是減小。
在采用這里討論的激光消蝕技術(shù)形成復(fù)制模板時(shí)，基片一般用聚酰亞胺制成，并用248納米的光消蝕。激光消蝕流量一般為600～700mJ cm-2，造成的消蝕深度約為每個(gè)脈沖0.25微米。若透鏡陣列中各透鏡的尺寸為100～200微米量級(jí)，為在消蝕區(qū)中形成期望的輪廓，要求去除許多消蝕層。因此，可用幾百個(gè)不同的掩膜孔徑對(duì)各消蝕區(qū)曝光。若對(duì)相鄰消蝕部分之間由掩膜邊緣造成的邊緣作若干次曝光，可減少消蝕區(qū)的粗糙度。因此，以小孔徑開始加工到大孔徑束形成消蝕輪廓的“內(nèi)—外”法，比之從大孔徑開始加工到更小孔長(zhǎng)形成消蝕區(qū)，可產(chǎn)生更光滑的表面。
激光消蝕技術(shù)制作的復(fù)制模板，可用于復(fù)制球面鏡、非球面鏡、半透鏡或其它輪廓或形狀的透鏡，還可制造其光軸相對(duì)透鏡輪廓位于任一特定位置的透鏡。
可應(yīng)用其它方法制作透鏡模板模具，包括(但不限于)金剛石平削、光刻與重迭鉆孔。
制作具有透鏡陣列的屏幕組件，其結(jié)果如下。該屏幕組件的結(jié)構(gòu)示于圖21，組件2100的透鏡陣列2102形成在Bayer生產(chǎn)的DE6-2型聚碳酸酯基片2104(250μm厚)上，然后將該基片2104層迭至Polaroid公司出售的一層偏振膜上。
透鏡陣列膜2102用丙烯酸酯制作，折射率為1.51。膜2102上的透鏡為規(guī)則的六角形，中心間距60μm，六角形中心與邊角之一的距離是45μm。水平與垂直方向的視角相同。各透鏡的焦距約134μm，高度h約為27μm。
透鏡陣列膜2102在聚碳酸酯基片2104一個(gè)表面上用澆注固化法形成，基片2104的兩面作粗糙的無光光潔，一面比另一面更粗糙，透鏡陣列膜2102形成至更粗糙的無光光潔表面上。
基片2104層迭到偏振器2106之前，用偏振光測(cè)量樣品作為水平與垂直方向角度函數(shù)的增益，結(jié)果示于圖22。水平方向增益示為曲線2202，垂直方向增益示為曲線2204，兩曲線寬度大體一樣。然而，水平方向測(cè)得的增益曲線2202相對(duì)于曲線2204略有偏移，據(jù)信這是透鏡略微不對(duì)稱造成的，起因是透鏡陣列膜在澆注固化處理后從模具上剝離的關(guān)系。這種不對(duì)稱例如可應(yīng)用不同的制作法或確保易于膜模而避免。
在基片2104后迭到偏振器2106之后，還沿水平與垂直方向測(cè)量增益。曲線2206示出水平方向的增益，曲線2208表示對(duì)垂直方向的角度測(cè)得的曲線。相對(duì)于曲線2202與2204的增益，曲線2206與2208的增益略為減小。這是可以預(yù)計(jì)的，因?yàn)楣獠灰詥蜗蛲ㄟ^偏振器2106，而有些光以某一散射角通過偏振器2106，通過該偏振器的傳輸小于最大值。
如上所述，本發(fā)明適用于背投屏幕，并相信尤其適用于應(yīng)用于要求不對(duì)稱視角場(chǎng)合的屏幕。相應(yīng)地，不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明限于上述諸具體實(shí)例，而應(yīng)理解成包括所附權(quán)利要求合理提出的本發(fā)明的所有方面。參閱本說明書而得到本發(fā)明指導(dǎo)的本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然明白，本發(fā)明適用的各種修正、同等處理的各種結(jié)構(gòu)。權(quán)利要求旨在覆蓋這些修正與裝置。
權(quán)利要求
1.一種光散射屏幕，其特征在于，它包括具有第一表面的第一膜，一部分第一表面限定了多個(gè)非雙凸透鏡；其中，將通過至少一塊非雙凸透鏡的光形成一圖像，并且不對(duì)稱地發(fā)散。
2.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，將通過非雙凸透鏡的光形成虛像。
3.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，將通過非雙凸透鏡的光形成實(shí)像。
4.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，光在第一與第二平面內(nèi)發(fā)散，所述第一平面由平行于一根光軸的X軸與垂直于Z軸的X軸線形成，所述第二平面由Z軸與垂直于X軸和Z軸的Y軸形成，而且第一平面內(nèi)的光發(fā)散角大于第二平面內(nèi)的光發(fā)散角。
5.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，有一塊非雙凸透鏡具有基本上為非圓形的外周。
6.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述非雙凸透鏡的鄰接方式排列成周期性陣列。
7.如權(quán)利要求6所述的屏幕，其特征在于，至少一塊非雙凸透鏡具有第一光軸，第一透鏡沿垂直于第一光軸的第一方向的尺寸大于第二透鏡沿垂直于第一光軸和第一方向的第二方向上的尺寸。
8.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述多個(gè)非雙凸透鏡之一的光軸偏離所述多個(gè)非雙凸透鏡之一的中心點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求8所述的屏幕，其特征在于，所述非雙凸透鏡相對(duì)于第一與第二互相垂直的方向以鄰接方式排列成陣列，所述多個(gè)透鏡之一的光軸相地于第一與第二方向偏離該透鏡的中心點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述多個(gè)非雙凸透鏡之一是像散透鏡。
11.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述非雙凸透鏡之一是正透鏡。
12.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述非雙凸透鏡之一是負(fù)透鏡。
13.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，它還包括一塊配備第一膜的光散射膜，用于散射所述第一膜發(fā)射的光。
14.如權(quán)利要求13所述的屏幕，其特征在于，所述光散射膜包括一塊狀漫射膜。
15.如權(quán)利要求14所述的屏幕，其特征在于，它還包括設(shè)置在所述第一膜內(nèi)的光漫射顆粒。
16.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述第一膜還包括一光散射表面。
17.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，它還包括一個(gè)相對(duì)于所述第一膜輸入側(cè)設(shè)置的聚焦元件，用于使光重新傳送到所述第一膜內(nèi)。
18.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，所述多個(gè)透鏡的鄰接方式排列成非周期性圖案。
19.如權(quán)利要求1所述的屏幕，其特征在于，它還包括一個(gè)設(shè)置成把圖像投射到所述第一膜表面上的圖像光投影儀。
20.一種背投屏幕組件，其特征在于，它包括具有第一表面的第一層，一部分第一表面限定多個(gè)非雙凸透鏡；以及光學(xué)耦合至第一表面以使所述第一層發(fā)射的散射的對(duì)稱光散射裝置；其中，通過至少一塊非雙凸透鏡傳送的光形成一圖像，并且不對(duì)稱地發(fā)散。
21.如權(quán)利要求20所述的屏幕組件，其特征在于，所述散射裝置包括一塊狀漫射層。
22.如權(quán)利要求20所述的屏幕組件，其特征在于，所述對(duì)稱光散射裝置包括多粒置于所述第一層內(nèi)的光散射顆粒。
23.如權(quán)利要求20所述的屏幕組件，其特征在于，所述對(duì)稱光散射裝置包括所述第一層上的散射面。
24.如權(quán)利要求20所述的屏幕組件，其特征在于，所述非雙凸透鏡相對(duì)于垂直于所述非雙凸透鏡之一的光軸的方向伸長(zhǎng)。
25.如權(quán)利要求20所述的屏幕組件，其特征在于，所述非雙凸透鏡之一的光軸偏離該非雙凸透鏡之一的中心點(diǎn)。
26.如權(quán)利要求20所述的屏幕組件，其特征在于，至少一個(gè)非雙凸透鏡呈像散的。
27.如權(quán)利要求20所述的屏幕組件，其特征在于，它還包括一偏振層，用于發(fā)射由具有第一偏振的第一層發(fā)射的光。
28.如權(quán)利要求20所述的屏幕組件，其特征在于，它還包括一圖像光源，用于以圖像光照射所述第一層表面。
29.如權(quán)利要求28所述的屏幕組件，其特征在于，所述圖像光源發(fā)射以第一偏振方向偏振的光，而且還包括一偏振層，用于發(fā)射具有第一偏振方向且由所述第一層發(fā)射的光。
30.如權(quán)利要求28所述的屏幕組件，其特征在于，它還包括一聚焦元件，用于將來自所述圖像光源的光重新傳送到所述第一層。
31.一種光散射屏幕，其特征在于，它包括第一薄膜，它具有限定光成像和光發(fā)散的第一表面，用于形成圖像，并使通過所述第一膜的光不對(duì)稱發(fā)散。
32.如權(quán)利要求31所述的屏幕，其特征在于，所述光成像與發(fā)散裝置的外周沿垂直于第一光軸的一個(gè)方向伸長(zhǎng)，沿垂直于一個(gè)方向與第一光軸的另一方向縮短。
33.如權(quán)利要求31所述的屏幕，其特征在于，所述第一光軸偏離光成像與發(fā)散裝置的中心點(diǎn)。
34.如權(quán)利要求31所述的屏幕，其特征在于，所述光成像與發(fā)散裝置是一像散透鏡。
35.一種光散射膜，其特征在于，它包括具有第一表面的第一膜，一部分所述第一表面限定多個(gè)透鏡，所有透鏡的尺寸都小于選擇的所述第一膜尺寸的1/20；其中，通過至少一個(gè)透鏡的光形成一圖像，且不對(duì)稱地發(fā)散，所選的尺寸選自膜長(zhǎng)與膜寬。
36.如權(quán)利要求35所述的膜，其特征在于，光在第一平面與第二平面內(nèi)發(fā)散，所述第一平面由平行于所述光軸之一的Z軸與垂直于所述Z軸的X軸形成，所述第二平面由Z軸與垂直于X軸和Z軸的Y軸形成，所述第一平面內(nèi)的光發(fā)散角大于所述第二平面內(nèi)的光發(fā)散角。
37.如權(quán)利要求35所述的膜，其特征在于，至少一個(gè)透鏡的尺寸沿平行于所述膜的第一軸伸長(zhǎng)。
38.如權(quán)利要求35所述的膜，其特征在于，所述透鏡之一的光軸偏離所述透鏡之一的中心點(diǎn)。
39.如權(quán)利要求35所述的膜，其特征在于，所述多個(gè)非雙凸透鏡之一是像散透鏡。
40.如權(quán)利要求35所述的膜，其特征在于，所述透鏡之一為正透鏡。
41.如權(quán)利要求35所述的膜，其特征在于，所述透鏡之一為負(fù)透鏡。
42.如權(quán)利要求35所述的膜，其特征在于，它還包括一配備第一膜的光散射膜，用于散射所述第一膜發(fā)射的光。
43.如權(quán)利要求42所述的膜，其特征在于，所述光散射膜包括一塊狀漫射膜。
44.如權(quán)利要求35所述的膜，其特征在于，它還包括設(shè)置在所述第一膜內(nèi)的光漫射顆粒。
45.如權(quán)利要求35所述的膜，其特征在于，所述第一膜還包括一光散射表面。
46.如權(quán)利要求35所述的膜，其特征在于，它還包括相對(duì)于所述第一膜的輸入側(cè)設(shè)置的聚焦元件，用于將光重新傳送到所述第一膜內(nèi)。
47.如權(quán)利要求35所述的膜，其特征在于，它還包括設(shè)置成把圖像投射到所述第一膜表面上的圖像光投影儀。
全文摘要
一種背投屏幕,包括具有多個(gè)透鏡的水平與垂直方向發(fā)散光的膜層。透鏡形成的水平視角可以不同于垂直視角。透鏡以特定方向投射光,使最大光強(qiáng)光的方向不平行于垂直于屏幕面的軸線。鏡膜可同塊狀漫射體等各向同性光散射體相組合。
文檔編號(hào)G02B3/06GK1352761SQ99816740
公開日2002年6月5日 申請(qǐng)日期1999年10月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月18日
發(fā)明者R·S·莫什雷夫扎德, J·C·內(nèi)爾森, P·R·弗萊明, T·W·赫達(dá), P·A·托馬斯, 周鑫鑫 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司