專利名稱：一種可屏蔽環(huán)境光的正向投影屏及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及正向投影屏及其制造方法，尤其涉及可屏蔽環(huán)境光的，具有高亮度 和高對(duì)比度的正向投影屏及其制造方法。
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(lái)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(lái)散熱問(wèn)題及投影燈的壽命問(wèn)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(wèn) 題。如圖1所示，普通的白屏幕(101)基于朗伯散射，將來(lái)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(nèi)，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(huán)境光(111)也可在屏幕表面反射，所形成的 光線(112)到達(dá)觀察者，從而引起圖像對(duì)比度和色彩飽和度的劣化。在很多情形下，劣 化嚴(yán)重到不能看清投影儀所透射出的圖像內(nèi)容，不得不采取降低環(huán)境光或增加投影儀光 功率輸出的辦法，以增加圖像的對(duì)比度。然而，在很多情形下，環(huán)境光的干擾無(wú)法降低 到所需要的程度。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US7262912B2提供了對(duì)比度增強(qiáng)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(lái)者投影儀的光線(201)通過(guò)微透鏡列 陣(202)聚焦后所形成的光線(203)穿過(guò)一個(gè)孔徑列陣(204)，被反射鏡(205)反射，所 形成的光線(206)再次穿過(guò)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(huán)境光被微透鏡列陣聚焦后不能穿過(guò)孔徑列陣，被吸收層(208)吸 收，從而降低了環(huán)境光的影響。
上述發(fā)明的問(wèn)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(huì)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(guò)孔徑，從而不能有效消除環(huán)境光的影響。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(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(huán)境光不能散射，并偏離觀察窗口，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(lái)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3b中來(lái) 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 窗口(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 窗口(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窗口交 疊處，由于屏幕上各點(diǎn)反射形成的觀察窗口中間位置都有不同，交疊面積會(huì)遠(yuǎn)小于每個(gè) 透鏡所生成的觀察窗口面積，限制了觀察者的視場(chǎng)范圍。上述發(fā)明還有一個(gè)局限，雖然遠(yuǎn)離投影儀的光線不能到達(dá)觀察窗口，但投影儀 附近的光線可以到達(dá)觀察窗口，從而降低圖像的對(duì)比度和色彩飽和度。

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，消除環(huán)境光影響的正向投影屏幕，所述屏幕還具有高均勻性，無(wú)眩光，無(wú)莫爾 條紋，高色彩飽和度特征。本發(fā)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。本發(fā)明提供的正向投影屏，如圖4a所示，由下列結(jié)構(gòu)組成1.含有兩個(gè)面的一個(gè)基底(401)，由透明的光學(xué)材料組成；2. —個(gè)透過(guò)型微透鏡列陣(402)位于所說(shuō)基底的第一面，接受來(lái)自投影儀的光 線.
一入 ，3. 一個(gè)反射型微透鏡列陣(403)位于所說(shuō)基底的第二面；反射投影光線至觀察 窗口 (108)；4. 一個(gè)吸收層(404)位于所述的透過(guò)型微透鏡列陣和反射型微透鏡列陣之間； 所述的吸收層包含有第一個(gè)孔徑列陣(405)和第二個(gè)孔徑列陣(406)，光線可以透過(guò)這兩 個(gè)孔徑列陣，而入射到孔徑之外區(qū)域(407)的光線則被吸收。本發(fā)明提供的正向投影屏，其特征還在于，如圖4b所示，所述的吸收層位于透 過(guò)型微透鏡列陣的焦平面上；吸收層第一個(gè)孔徑列陣(405)與投影儀光線(408)通過(guò)透過(guò) 型微透鏡列陣在焦平面上形成的焦點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)，即它們的中心位置重合，形狀大小一致 或接近。通常第一個(gè)孔徑列陣可略大于投影光線的焦點(diǎn)大小，使得在使用過(guò)程中投影儀 的位置有一定的冗余度。吸收層上的第二個(gè)孔徑列陣(406)與來(lái)自觀察窗口(108)方向的光線(409)和 (410)通過(guò)所說(shuō)的透過(guò)型微透鏡列陣在焦平面上的像區(qū)域?qū)?yīng)，即它們的中心位置重合，形狀大小一致或接近。因此，第二個(gè)孔徑列陣的形狀和大小取決于觀察窗口的形狀和 大小。比較理想的觀察窗口是一個(gè)矩形(含正方形)，由于觀察者在觀察窗口水平方向 (109)通常有較大的分布，而在垂直方向(110)有較小的分布，第二個(gè)孔徑列陣的孔徑形 狀可取為水平方向長(zhǎng)、垂直方向窄的矩形，可以更好地利用光能量，得到理想的亮度增 益。反射型微透鏡列陣可以是凹面型的，也可以是菲涅耳型的，其上鍍有金屬膜或 多層介質(zhì)干涉膜，以在可見光范圍內(nèi)都有均勻的高反射率，它將來(lái)自于吸收層上第一個(gè) 孔徑列陣的投影光線反射至吸收層上的第二個(gè)孔徑列陣，并聚焦光線。由于第二個(gè)孔徑 列陣的孔徑相對(duì)于透過(guò)型或反射型透鏡單元較小，適當(dāng)?shù)木劢箍墒构饽芰咳客高^(guò)所述 的第二個(gè)孔徑列陣。本發(fā)明提供的正向投影屏，其特征還在于，如圖5所示，所述的反射型微透鏡 列陣不同位置的微透鏡單元如(503)和(504)根據(jù)入射投影光線的角度(508)和(509)不 同而有不同的傾斜角度，以使得反射光線能通過(guò)第二個(gè)孔徑列陣和反射型微透鏡列陣后 到達(dá)相同的觀察窗口(512)。為使投影的中心光線到達(dá)觀察窗口的中心，可以根據(jù)投影光線的入射角度β和 投影光線與觀察窗口中心光線的夾角Θ，計(jì)算出反射型微透鏡列陣各單元的傾斜角度 η,以及反射型微透鏡列陣與吸收層的最佳距離d:角度條件2(β_η· η) = θ(1)位置條件2d· β /n-2d · n = ρ-θ · f/n (2)ρ為第一個(gè)和第二個(gè)孔徑列陣的周期，n為基底材料的折射率，f為透過(guò)型微透 鏡列陣在基底內(nèi)的焦距。得到n = (β - θ /2) /n(3)d = n · p/ θ -f(4)進(jìn)一步，可根據(jù)條件2f · ( θ - α ) /n+2f ‘ α /n = ρ(5)α為觀察窗口相對(duì)于屏幕中心所張開的角度得到θ = n · p/ (2f)(6)將(6)代到(4)得到d = f(7)所以最佳的傾斜角度由(3)決定，并且(7)表明，反射型微透鏡列陣與吸收層的 最佳距離d(514)與反射型微透鏡列陣在基底內(nèi)的焦距f(513)相等。進(jìn)一步，為最大效率地利用光能量，并屏蔽環(huán)境光，反射型微透鏡列陣將來(lái)自 吸收層上的第一個(gè)孔徑列陣的投影光線反射后，在吸收層上形成的光斑尺寸與第二個(gè)孔 徑列陣的孔徑尺寸一致，即反射光線充滿該孔徑，并全部通過(guò)。在觀察窗口垂直方向上，反射型微透鏡列陣需將第一個(gè)孔徑列陣成像到吸收層 與透過(guò)型微透鏡列陣之間；在觀察窗口水平方向上，反射型微透鏡列陣需將第一個(gè)孔徑 列陣成像到吸收層之后，可延伸至無(wú)窮，根據(jù)第二個(gè)孔徑列陣的孔徑在該方向上的大小 而定；
進(jìn)一步，為消除鄰近孔徑的環(huán)境透射光到達(dá)觀察窗口，在觀察窗口垂直方向 上，第二個(gè)孔徑列陣的孔徑寬度應(yīng)小于或等于其周期ρ的一半。對(duì)于觀察窗口在水平方向上的寬度大于垂直方向的情況，第二個(gè)孔徑列陣的孔 徑有對(duì)應(yīng)的尺寸，即孔徑在在水平方向上的寬度大于垂直方向的寬度，從而要求反射型 微透鏡列陣在兩個(gè)方向上有不同的焦距，以使反射光線全部充滿所說(shuō)的第二個(gè)孔徑列陣 的各個(gè)孔徑。進(jìn)一步，本發(fā)明還提供了在兩個(gè)方向上有不同焦距的反射型微透鏡列陣， 特別是在觀察窗口水平方向上焦距大于垂直方向的焦距的反射型透鏡列陣。進(jìn)一步，可在與所述的反射型微透鏡與投影儀方向相反的一面貼合一層起支持 和保護(hù)作用的材料，如玻璃，金屬或高分子塑料材料，或其組合，以對(duì)屏幕起物理支撐 作用，并可保護(hù)反射型微透鏡的浮雕面不變形。下面結(jié)合圖5詳細(xì)解釋本發(fā)明所提供的正向投影屏的工作原理。
投影光線如(501)和(513)分別到達(dá)屏幕的不同區(qū)域，通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣 (502)聚焦在吸收層上與焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第一個(gè)孔徑列陣(505)，并全部透過(guò)它；從第一個(gè)孔 徑列陣透過(guò)的光線，在觀察窗口垂直方向上，被反射型微透鏡列陣的透鏡單元如(503) 和(504)反射成像到吸收層(515)和通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣(502)之間，反射型微透鏡列 陣各單元的傾斜和它與吸收層之間距離(514)的安排，即(514)等于(513)，使得反射光 線全都通過(guò)第二個(gè)孔徑列陣(506)，并充滿之；從第二個(gè)孔徑列陣透過(guò)的光線再次通過(guò) 透過(guò)型微透鏡列陣，并擴(kuò)展至觀察者窗口(512)全部區(qū)域。雖然投影光線入射到屏幕的 角度不同，如(508)和(509不同，但反射型微透鏡列陣各單元不同程度的傾斜，使得出 射光線和入射光線的角度如(510)和(511)在屏幕的不同區(qū)域相等，即出射光線將會(huì)到達(dá) 同一個(gè)觀察窗口。其它方向的光線將被吸收層除第一和第二個(gè)孔徑列陣以外的區(qū)域(507)吸收， 而不能到達(dá)觀察窗口；通過(guò)第二個(gè)孔徑列陣的環(huán)境光也由于前述關(guān)于屏幕參數(shù)的安排而 不能到達(dá)觀察窗口，從而屏蔽了環(huán)境光。本發(fā)明還提供了一種屏幕的制作方法，特別涉及直接利用屏幕的透過(guò)型微透鏡 列陣產(chǎn)生所需吸收層的方法，其步驟如下形成第一個(gè)基底包含有第一面和第二面，第一個(gè)基底是透明的；形成一個(gè)透過(guò)型微透鏡列陣，附著在第一個(gè)基底的第一面，并且朝向投影儀方 向接受光線；透過(guò)型微透鏡列陣的焦平面與第一個(gè)基底的第二面重合。將一層感光材料附著在第一個(gè)基底的第二面；第一次曝光在相對(duì)于屏幕的投影儀位置放置一個(gè)點(diǎn)光源，點(diǎn)光源的大小與投 影儀光源相同或略大，通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣和第一個(gè)基底對(duì)感光材料曝光，形成第一 個(gè)曝光區(qū)域；第二次曝光在相對(duì)于屏幕的觀察窗口位置放置一個(gè)面光源，面光源大小與 觀察窗口大小相同，通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣和基底對(duì)感光材料曝光，形成第二個(gè)曝光區(qū) 域；將曝光后的感光材料從基底上剝離，作化學(xué)處理，形成一個(gè)吸收層，在第一個(gè) 曝光區(qū)域形成第一個(gè)孔徑列陣，在第二個(gè)曝光區(qū)域形成第二個(gè)孔徑列陣，其他區(qū)域吸收 光線。
進(jìn)一步，將形成的吸收層或其復(fù)制品貼合在所述第一個(gè)基底的第二面，調(diào)節(jié)吸 收層和第一個(gè)基底的相對(duì)位置和角度，使得吸收層上的第一個(gè)孔徑列陣與投影儀通過(guò)透 過(guò)型微透鏡列陣和第一個(gè)基底在吸收層上形成的像點(diǎn)列陣重合；第二個(gè)孔徑列陣與觀察 窗口通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣和第一個(gè)基底在吸收層上形成的像列陣重合。將第二個(gè)基底貼合在吸收層上，第二個(gè)基底是透明的；形成一個(gè)反射型微透鏡列陣，并將它貼合在第二個(gè)基底上，調(diào)節(jié)它和第二個(gè)基 底的相對(duì)位置和角度，使得反射型微透鏡列陣將來(lái)自于第一個(gè)孔徑列陣的光線反射至第 二個(gè)孔徑列陣，并再次通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣到達(dá)觀察窗口；所述的來(lái)自于第一個(gè)孔徑 列陣的光線是投影儀方向的光線通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣聚焦后形成的。


圖1普通白屏幕的散射情況，光能量沒(méi)有被全部反射到觀察帶內(nèi) 圖2現(xiàn)有技術(shù)一帶微透鏡列陣和孔徑列陣及反射鏡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3b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4a本發(fā)明提供的正向投影屏結(jié)構(gòu)，由兩組微透鏡列陣和吸收層組成，吸收層 上含有兩組孔徑列陣圖4b本發(fā)明提供的正向投影屏，第一個(gè)孔徑列陣與投影光線的焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)，第二 個(gè)孔徑列陣與觀察窗口在吸收層上的像區(qū)域?qū)?yīng)圖5本發(fā)明提供的正向投影屏，反射型微透鏡列陣傾斜以使光線到達(dá)觀察窗口圖6a本發(fā)明提供的正向投影屏的實(shí)例一，其吸收層上的兩個(gè)孔徑列陣的圖案圖6b本發(fā)明提供的正向投影屏的實(shí)例一，其反射型微透鏡列陣在觀察窗口垂直 方向上透鏡單元的反射情況圖6c本發(fā)明提供的正向投影屏的實(shí)例一，其反射型微透鏡列陣在觀察窗口水平 方向上透鏡單元的反射情況圖7a本發(fā)明提供的正向投影屏的實(shí)例二，其吸收層上的兩個(gè)孔徑列陣的圖案圖7b本發(fā)明提供的正向投影屏的實(shí)例二，其反射型微透鏡列陣在觀察窗口垂直 方向上透鏡單元的反射情況圖7c本發(fā)明提供的正向投影屏的實(shí)例二，其反射型微透鏡列陣在觀察窗口水平 方向上透鏡單元的反射情況圖8本發(fā)明提供的正向投影屏的制作方法實(shí)例，用微透鏡列陣直接產(chǎn)生所需的 孔徑列陣
具體實(shí)施例方式[實(shí)施例1]本發(fā)明提供的正向投影屏的一個(gè)實(shí)例如圖5和圖6所示，1.含有兩個(gè)面的一個(gè)基底(516)，由透明的光學(xué)材料組成；2. —個(gè)透過(guò)型微透鏡列陣(502)位于所說(shuō)基底的第一面，接受來(lái)自投影儀的光線.
一入 ， 3. 一個(gè)反射型微透鏡列陣(517)位于所說(shuō)基底的第二面；反射投影光線至觀察 窗口(512)；4. 一個(gè)吸收層(515)位于所述的透過(guò)型微透鏡列陣和反射型微透鏡列陣之間； 所述的吸收層包含有第一個(gè)孔徑列陣(505)和第二個(gè)孔徑列陣(506)，光線可以透過(guò)這兩 個(gè)孔徑列陣，而入射到孔徑之外區(qū)域(507)的光線則被吸收。所述的吸收層位于透過(guò)型微透鏡列陣的焦平面上，即(513)等于透過(guò)型微透鏡 列陣在基底材料的焦距；吸收層第一個(gè)孔徑列陣(505)與投影儀光線(508)通過(guò)透過(guò)型微 透鏡列陣在焦平面上形成的焦點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)，即它們的中心位置重合。第一個(gè)孔徑列陣的 單元孔徑略大于投影光線的焦點(diǎn)大小。吸收層上的第二個(gè)孔徑列陣(506)與來(lái)自觀察窗口通過(guò)所說(shuō)的透過(guò)型微透鏡列 陣在焦平面上的像區(qū)域?qū)?yīng)，即它們的中心位置重合，形狀大小一致。透過(guò)型微透鏡列陣為凸面透鏡列陣，表面鍍有一層抗反射介質(zhì)膜。反射型微透 鏡列陣是表面鍍有一層金屬鋁膜的凹面鏡列陣，在可見光范圍內(nèi)有很高的反射效率。兩 個(gè)透鏡列陣的單元都為正方形，吸收層的單元圖樣與之對(duì)應(yīng)，也為正方形，如圖6a所示 一個(gè)4x4個(gè)單元的局部，第一孔徑列陣的單元為一小方形孔(603)，第二個(gè)孔徑列陣的 單元為矩形(601)，它在觀察窗口垂直方向(604)上為周期的一半，觀察窗口水平方向 (605)上等于周期。反射型微透鏡列陣(517)根據(jù)位置的不同，而不同程度地傾斜，將來(lái)自吸收層 上的第一個(gè)孔徑列陣的投影光線反射后，在吸收層上形成的光斑尺寸與第二個(gè)孔徑列陣 的孔徑尺寸一致，即反射光線充滿該孔徑(601)，并全部通過(guò)。在觀察窗口垂直方向上，如圖6b所示一個(gè)單元，反射型微透鏡列陣(606)將來(lái) 自第一個(gè)孔徑列陣(603)的光線(608)反射，反射光線(609)聚焦到透過(guò)型微透鏡列陣上 (607)，并通過(guò)它形成出射光線(611)，并具有較小的發(fā)散角(612)；在觀察窗口水平方向上，如圖6c所示，反射型微透鏡列陣(606)將來(lái)自第一個(gè) 孔徑列陣(603)的光線(608)變換成平行光束(614)；到達(dá)透過(guò)型微透鏡列陣(607)上， 并通過(guò)它形成出射光線(615)，并具有較大的發(fā)散角(613)；[實(shí)施例2]本發(fā)明提供的正向投影屏的第二個(gè)實(shí)例如圖5和圖7所示，1.含有兩個(gè)面的一個(gè)基底(516)，由透明的光學(xué)材料組成；2. —個(gè)透過(guò)型微透鏡列陣(502)位于所說(shuō)基底的第一面，接受來(lái)自投影儀的光 線.
一入 ，3. 一個(gè)反射型微透鏡列陣(517)位于所說(shuō)基底的第二面；反射投影光線至觀察 窗口(512)；4. 一個(gè)吸收層(515)位于所述的透過(guò)型微透鏡列陣和反射型微透鏡列陣之間； 所述的吸收層包含有第一個(gè)孔徑列陣(505)和第二個(gè)孔徑列陣(506)，光線可以透過(guò)這兩 個(gè)孔徑列陣，而入射到孔徑之外區(qū)域(507)的光線則被吸收。所述的吸收層位于透過(guò)型微透鏡列陣的焦平面上，即(513)等于透過(guò)型微透鏡 列陣在基底材料的焦距；吸收層第一個(gè)孔徑列陣(505)與投影儀光線(508)通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣在焦平面上形成的焦點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)，即它們的中心位置重合。第一個(gè)孔徑列陣的 單元孔徑等于投影光線的焦點(diǎn)大小。吸收層上的第二個(gè)孔徑列陣(506)與來(lái)自觀察窗口通過(guò)所說(shuō)的透過(guò)型微透鏡列 陣在焦平面上的像區(qū)域?qū)?yīng)，即它們的中心位置重合，形狀大小一致。透過(guò)型微透鏡列陣為凸面透鏡列陣，反射型微透鏡列陣是表面鍍有一層金屬銀 膜的凹面鏡列陣，在可見光范圍內(nèi)可獲得很高的反射效率。兩個(gè)透鏡列陣的單元都為正 方形，吸收層的單元圖樣與之對(duì)應(yīng)，也為正方形，如圖7a所示，第一孔徑列陣的單元為 一小方形孔(703)，第二個(gè)孔徑列陣的單元也為方形(701)，在觀察窗口垂直方向(704) 上為周期的三分之一，觀察窗口水平方向(705)上也為周期的三分之一。反射型微透鏡列陣(517)根據(jù)位置的不同，而不同程度地傾斜，將來(lái)自吸收層 上的第一個(gè)孔徑列陣的投影光線反射后，在吸收層上形成的光斑尺寸與第二個(gè)孔徑列陣 的孔徑尺寸一致，即反射光線充滿該孔徑(701)，并全部通過(guò)。
在觀察窗口垂直方向上，如圖7b所示，反射型微透鏡列陣(706)將第一個(gè)孔徑 列陣(703)的光線(708)反射，反射光線(709)聚焦到透過(guò)型微透鏡列陣(707)與吸收層 (716)之間，并通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣形成出射光線(711)，并具有發(fā)散角(712)；在觀察窗口水平方向上，如圖7c所示，反射型微透鏡列陣(706)將第一個(gè)孔徑 列陣(703)的光線(708)反射，反射光線(714)聚焦到透過(guò)型微透鏡列陣(707)與吸收層 (716)之間，并通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣形成出射光線(715)，并具有發(fā)散角(713)。由于第二個(gè)孔徑列陣的孔徑單元為方形，反射型微透鏡列陣(706)在觀察窗口 垂直方向(704)和觀察窗口水平方向(705)上具有相同的焦距，形成的出射光線(711)和 (715)具有相同的發(fā)散角(712)和(713)。[實(shí)施例3]本發(fā)明提供的正向投影屏的制作方法的一個(gè)實(shí)例，其步驟結(jié)合圖8說(shuō)明如下形成第一個(gè)基底(801)包含有第一面和第二面，第一個(gè)基底是透明的；形成一個(gè)透過(guò)型微透鏡列陣(802)，附著在第一個(gè)基底的第一面，并且朝向投影 儀方向接受光線；透過(guò)型微透鏡列陣的焦平面與第一個(gè)基底的第二面重合。將一層銀鹽感光材料(803)附著在第一個(gè)基底的第二面；第一次曝光在相對(duì)于屏幕的投影儀使用位置放置一個(gè)點(diǎn)光源(808)，點(diǎn)光源 的大小比投影儀光源略大，通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣和第一個(gè)基底對(duì)感光材料曝光，形成 第一個(gè)曝光區(qū)域(804)；第二次曝光在相對(duì)于屏幕的觀察窗口位置放置一個(gè)面光源(808)，面光源大 小與觀察窗口大小相同，通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣和基底對(duì)感光材料曝光，形成第二個(gè)曝 光區(qū)域(805)；將曝光后的銀鹽感光材料從基底上剝離，作化學(xué)處理，形成一個(gè)吸收層(809)， 在第一個(gè)曝光區(qū)域形成第一個(gè)孔徑列陣(804)，在第二個(gè)曝光區(qū)域形成第二個(gè)孔徑列陣 (805)，其他區(qū)域(806)吸收光線。進(jìn)一步，將形成的吸收層或其復(fù)制品貼合在所述第一個(gè)基底的第二面，調(diào)節(jié)吸 收層和第一個(gè)基底的相對(duì)位置和角度，使得吸收層上的第一個(gè)孔徑列陣與投影儀通過(guò)透 過(guò)型微透鏡列陣和第一個(gè)基底在吸收層上形成的像點(diǎn)列陣重合；第二個(gè)孔徑列陣與觀察窗口通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣和第一個(gè)基底在吸收層上形成的像列陣重合。將第二個(gè)基底貼合在吸收層上，第二個(gè)基底是透明的； 形成一個(gè)反射型微透鏡列陣，并將它貼合在第二個(gè)基底上，調(diào)節(jié)它和第二個(gè)基 底的相對(duì)位置和角度，使得反射型微透鏡列陣將來(lái)自于第一個(gè)孔徑列陣的光線反射至第 二個(gè)孔徑列陣，并再次通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣到達(dá)觀察窗口；所述的來(lái)自于第一個(gè)孔徑 列陣的光線是投影儀方向的光線通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣聚焦后形成的。
權(quán)利要求
1.一種正向投影屏，其特征在于，包含有一個(gè)基底有第一面和第二面；一個(gè)透過(guò)型微透鏡列陣位于所說(shuō)基底的第一面，接受投影光線；一個(gè)反射型微透鏡列陣位于所說(shuō)基底的第二面；反射投影光線至觀察窗口(108)；一個(gè)吸收層位于所述的透過(guò)型微透鏡列陣和反射型微透鏡列陣之間；所述的吸收層 包含有第一個(gè)孔徑列陣和第二個(gè)孔徑列陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正向投影屏，其特征在于，所述的吸收層位于透過(guò)型微 透鏡列陣的焦平面上；吸收層第一個(gè)孔徑列陣與投影光線通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣在焦平 面上形成的焦點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)；吸收層上的第二個(gè)孔徑列陣與來(lái)自觀察窗口方向的光線通過(guò) 所述的透過(guò)型微透鏡列陣在焦平面上的所成的像區(qū)域?qū)?yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種正向投影屏，其特征在于，所述的反射型微透鏡列陣每 個(gè)透鏡單元光軸傾斜，傾斜程度依賴于入射投影光線的角度，以反射來(lái)自吸收層上第一 個(gè)孔徑列陣的投影光線至吸收層上的第二個(gè)孔徑列陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正向投影屏，所述的反射型微透鏡列陣是凹面微透鏡列 陣或菲涅耳透鏡列陣，透鏡表面鍍有反射膜，如金屬膜，多層介質(zhì)干涉膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種正向投影屏，所述的金屬膜是鋁膜或銀膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正向投影屏，所述的透過(guò)型微透鏡列陣是凸面微透鏡列 陣或菲涅耳透鏡列陣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種正向投影屏，所述的透過(guò)型微透鏡列陣表面鍍有一層抗 反射層。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正向投影屏，還有一層支持和保護(hù)層，與所述的反射型 微透鏡與投影儀方向相反的一面貼合。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正向投影屏，所述的第一個(gè)孔徑列陣的每個(gè)孔徑等于或 大于投影光線通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣在焦平面上形成的每個(gè)焦點(diǎn)的大小。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正向投影屏，所述的第二個(gè)孔徑列陣的每個(gè)孔徑是矩形。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種正向投影屏，所述的第二個(gè)孔徑列陣的每個(gè)孔徑在觀 察窗口垂直方向(110)的寬度小于水平方向(109)上的寬度。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正向投影屏，其特征在于，所述的反射型微透鏡列陣 每個(gè)透鏡單元光軸傾斜的程度使得反射的投影中心光線逆行于該處來(lái)自觀察窗口中心光 線的方向。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種正向投影屏，其特征在于，所述的反射型微透鏡列陣 與所述的吸收層分開的距離，使得反射光線的中心穿過(guò)吸收層第二個(gè)孔徑列陣的各個(gè)孔 徑中心。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種正向投影屏，其特征在于，所述的反射型微透鏡列陣 與所述的吸收層之間的厚度等于基底第一個(gè)面與吸收層之間的厚度。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14所述的一種正向投影屏，其特征在于，所述的反射型微透鏡列 陣將來(lái)自吸收層上的第一個(gè)孔徑列陣的投影光線反射后，在吸收層上形成的光斑尺寸與 第二個(gè)孔徑列陣的孔徑尺寸一致。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種正向投影屏，其特征在于，所述的反射型微透鏡列陣 在觀察窗口垂直方向(110)上將吸收層上的第一個(gè)孔徑列陣成像于吸收層和基底第一面 之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的一種正向投影屏，其特征在于，吸收層上的第二個(gè)孔徑列 陣的每個(gè)孔徑在觀察窗口垂直方向上的寬度小于或等于所述吸收層在此方向上第一和第 二孔徑列陣的周期的一半。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種正向投影屏，其特征在于，反射型微透鏡列陣在觀察 窗口垂直方向(110)上的焦距等于或小于水平方向(109)上的焦距。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的一種正向投影屏，其特征在于，反射型微透鏡列陣在觀察 窗口垂直方向上的焦距等于或小于水平方向上的焦距。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的一種正向投影屏，其特征在于，反射型微透鏡列陣在觀察 窗口垂直方向上的焦距等于或小于水平方向上的焦距。
21.—種正向投影屏的制作方法，包括形成第一個(gè)基底包含有第一面和第二面，第一個(gè)基底是透明的；形成一個(gè)透過(guò)型微透鏡列陣，附著在第一個(gè)基底的第一面，并且朝向投影儀方向接 受光線；透過(guò)型微透鏡列陣的焦平面與第一個(gè)基底的第二面重合。將一層感光材料附著在第一個(gè)基底的第二面；第一次曝光在相對(duì)于屏幕的投影儀位置放置一個(gè)點(diǎn)光源，點(diǎn)光源的大小與投影儀 光源相同或略大，通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣和第一個(gè)基底對(duì)感光材料曝光，形成第一個(gè)曝 光區(qū)域；第二次曝光在相對(duì)于屏幕的觀察窗口位置放置一個(gè)面光源，面光源大小與觀察窗 口大小相同，通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣和基底對(duì)感光材料曝光，形成第二個(gè)曝光區(qū)域；將曝光后的感光材料從基底上剝離，作化學(xué)處理，形成一個(gè)吸收層，在第一個(gè)曝 光區(qū)域形成第一個(gè)孔徑列陣，在第二個(gè)曝光區(qū)域形成第二個(gè)孔徑列陣，其他區(qū)域吸收光 線。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的一種正向投影屏的制作方法，還包括將形成的吸收層或其復(fù)制品貼合在所述第一個(gè)基底的第二面，調(diào)節(jié)吸收層和第一個(gè) 基底的相對(duì)位置和角度，使得吸收層上的第一個(gè)孔徑列陣與投影儀通過(guò)透過(guò)型微透鏡列 陣和第一個(gè)基底在吸收層上形成的像點(diǎn)列陣重合；第二個(gè)孔徑列陣與觀察窗口通過(guò)透過(guò) 型微透鏡列陣和第一個(gè)基底在吸收層上形成的像列陣重合。將第二個(gè)基底貼合在吸收層上，第二個(gè)基底是透明的；形成一個(gè)反射型微透鏡列陣，并將它貼合在第二個(gè)基底上，調(diào)節(jié)它和第二個(gè)基底的 相對(duì)位置和角度，使得反射型微透鏡列陣將來(lái)自于第一個(gè)孔徑列陣的光線反射至第二個(gè) 孔徑列陣，并再次通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣到達(dá)觀察窗口；所述的來(lái)自于第一個(gè)孔徑列陣 的光線是投影儀方向的光線通過(guò)透過(guò)型微透鏡列陣聚焦后形成的。
全文摘要
本發(fā)明采用兩組微透鏡列陣及兩個(gè)孔徑列陣，提供了一種具有高增益，高對(duì)比度，可有效屏蔽環(huán)境光的正向投影屏幕，所述屏幕還具有高均勻性，無(wú)眩光，無(wú)莫爾條紋，高色彩飽和度特征。本發(fā)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。
文檔編號(hào)G03B21/60GK102012617SQ20091016878
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者陳波 申請(qǐng)人:陳波