[发明专利]一种完全屏蔽环境光的正向投影屏

说明书

技术领域

本发明涉及正向投影屏及其制造方法，尤其涉及可屏蔽环境光的，具有高亮度和高对比度的正向投影屏。

背景技术

正向投影能够从很小的投影仪图像获得所需的大屏幕图像，原则上投影出的图像大小不受限制。然而随着投影图像的增大，来自投影仪的光能量被分散到与尺寸成平方关系增大的面积中，造成图像亮度急剧下降。另外，由于环境光的影响，图像的对比度也会大大降低。

单纯增加投影仪的光能量输出，可以改善投影图像的亮度，但会要求投影灯的功率输出增大，随之带来散热问题及投影灯的寿命问题，投影仪的体积和电功率消耗也会增加。提高投影仪的光能量输出也不能有效解决强环境光对投影图像的对比度影响问题。

如图1所示，普通的白屏幕(101)基于朗伯散射，将来自投影仪(102)的光能量分散到屏幕前半球的所有方向，其中许多是不需要的，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观众眼睛(107)所在的一条观察窗口(108)内，其水平方向的宽度(109)通常大于垂直方向(110)的宽度。

从如图1还可以看到，任意方向的环境光(111)也可在屏幕表面反射，所形成的光线(112)到达观察者，从而引起图像对比度和色彩饱和度的劣化。在很多情形下，劣化严重到不能看清投影仪所透射出的图像内容，不得不采取降低环境光或增加投影仪光功率输出的办法，以增加图像的对比度。然而，在很多情形下，环境光的干扰无法降低到所需要的程度。

从投影屏的光学性能着手是解决正向投影屏亮度和对比度的一条捷径，现有技术采用多种方案达到改善屏幕亮度和对比度的目的。很常见的是玻璃微珠屏，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，这些玻璃微珠将投影光反射回投影仪方向，大大增加了投影图像亮度。但这种屏幕有其局限性，如果投影仪偏离观众所在方向(如上挂式或地落式的情形)，观众看到的屏幕亮度会大大降低。另外，玻璃微珠反射的发散角为圆形，与前述之水平带有较大差距，故不能充分利用光能。此外，玻璃微珠之间的间隙仍旧具有朗伯散射的特征，不能充分抑制环境光的影响(降低屏幕的对比度)。

美国专利发明US7262912B2提供了对比度增强正向投影屏，采用了折射型微透镜阵列和孔径阵列及反射镜的组合，如图2所示，来者投影仪的光线(201)通过微透镜阵列(202)聚焦后所形成的光线(203)穿过一个孔径阵列(204)，被反射镜(205)反射，所形成的光线(206)再次穿过孔径阵列(204)，及微透镜阵列(202)，出射后的光线(207)去往观察者。而部分环境光被微透镜阵列聚焦后不能穿过孔径阵列，被吸收层(208)吸收，从而降低了环境光的影响。

上述发明的问题是，由于采用了相同的孔径阵列(204)作为入射和出射光的窗口，其孔径尺寸不能做得太小，否则视角会受到极大限制。但大的孔径尺寸又使得投影仪附近的光线也能通过孔径，从而不能有效消除环境光的影响。

图3是中国专利(申请号85105808)采用二维反射微透镜阵列(301)所发明的一种投影屏，可实现如前所述的带状反射，即在水平和垂直方向具有不同的发散角(α和β)，此特征是反射微透镜单元(302)在水平和垂直方向的光焦度不同形成的；另外，反射微透镜单元的低散射特性使得环境光不能散射，并偏离观察窗口，减少了环境光造成的对比度损失。然而该种屏幕有一个局限性，那就是屏幕上各处反射出的观察带并不重合，这是由于来自投影仪的投影光到达屏幕上各点的角度不同造成的。如图3b中来自投影仪(309)的光线到达屏幕(303)中间处，经微透镜单元(304)反射后形成一观察窗口(306)；而投影到屏幕左下方处的光线，经微透镜单元(305)反射后形成另一观察窗口(307)，只有在两个带交叉处(308)才能同时看到微透镜单元(304)和(305)处的图像。如需看到屏幕的整体图像，观察者需处在屏幕所有各点反射形成的所有观察窗口交叠处，由于屏幕上各点反射形成的观察窗口中间位置都有不同，交叠面积会远小于每个透镜所生成的观察窗口面积，限制了观察者的视场范围。

上述发明还有一个局限，虽然远离投影仪的光线不能到达观察窗口，但投影仪附近的光线可以到达观察窗口，从而降低图像的对比度和色彩饱和度。

发明内容

基于以上背景，本发明提供一种正向投影屏幕，尤其提供一种具有高增益，高对比度，消除环境光影响的正向投影屏幕，所述屏幕还具有高均匀性，无眩光，无莫尔条纹，高色彩饱和度特征。

本发明提供的正向投影屏的第一个方案(称为反射方案)，如图4所示，由下列结构组成：