[发明专利]透明投影屏幕

说明书

技术领域

本发明涉及一种透明投影屏幕，具体涉及一种采用微纳结构实现高增益投影显示的透明投影屏幕。

背景技术

目前市场上常见的投影屏幕包括：白塑布投影屏幕、玻璃珠投影屏幕和银色珍珠投影屏等，这类屏幕基于反射及散射原理，无法实现透明投影显示，且存在增益低、信噪比低和易受环境光干扰等不足。

近期出现了一种透明或者半透明的投影屏幕，这类屏幕在投影显示图像的同时能够透过屏幕观察屏幕后面的物体，具有魔幻新奇的效果，应用广泛。公开号为WO 99/64902的 PCT国际专利中公开了一种基于全息光学元件的多层透明投影显示屏幕，其全息光学元件在普通环境光照明下肉眼不可见，成透明状态。当特定角度的投影光照射屏幕时，屏幕显示投影图像，观察者能够同时看到投影图像和屏幕后的物体。日本DNP公司利用4层全息结构设计了一种具有类似效果的透明投影屏幕。这类屏幕结构复杂制作成本高。中国发明专利CN101030027A公开了一种具有全息柱面透镜结构的投影屏；中国发明专利CN101034252A公开了一种具有像面全息结构的投影屏；中国发明专利CN101030028A公开了一种衍射投影屏；中国发明专利CN1811589A公开了一种基于全息透镜的投影屏幕。这类投影屏幕具有一定的透明度，但是其显示亮度受到衍射效率的严重制约，光能利用率低。中国发明专利CN102354081A公开了一种基于聚合物分散液晶的透明投影屏幕，液晶材料成本高，制作工艺复杂。中国发明专利CN103246102A公开了一种反式应变液晶多功能调光玻璃可用于透明投影显示，这种屏幕需通过外加电压来调节其透明程度，不利于节能环保。

发明内容

 本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，提供一种零能耗、结构简单、高增益、高能量利用率的透明投影显示屏。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案提供一种透明投影屏幕，它的结构为：第一基材层的上表面与空气接触，第一基材层的下表面依次分布聚焦结构和扩散结构；所述聚焦结构将来自投影系统的光线聚焦于观察者所在位置，所述扩散结构将来自投影系统的光线在观察者所在位置扩散成一个观察区域；在所述的扩散结构上镀有部分反射薄膜结构；部分反射薄膜结构表面覆盖有折射率匹配层，折射率匹配层材料的折射率与聚焦结构和扩散结构材料的折射率一致；第二基材层的一个表面覆盖于折射率匹配层上，第二基材层的另一表面与空气接触；所述的投影系统与观察者所在位置在投影屏幕的同侧。

 本发明所述的聚焦结构为V型槽结构、变频光栅结构、微棱镜阵列结构中的一种。各具体结构为：所述的V型槽结构的分布、取向、槽深与槽宽为连续变化，其结构参数满足将入射的投影光线聚焦于观察者所在位置；所述的变频光栅结构的分布、取向、频率参数满足将入射的投影光线聚焦于观察者所在位置；所述的微棱镜阵列结构包括棱镜单元，棱镜单元的截面为直角三角形，其中一条直角边与阵列所在的平面垂直，另一条直角边位于阵列平面内，棱镜单元的顶角为锐角，顶角的角度与棱镜的取向满足将入射的投影光线聚焦于观察者所在位置。

本发明所述的扩散结构为随机相位结构、微透镜阵列结构、二元光学元件结构中的一种。各具体结构为：所述随机相位结构为表面起伏的浮雕结构，浮雕结构的形状、尺寸高度为随机分布，浮雕结构的扩散性能包括扩散角度分布和能量分布，由浮雕结构的形状与平均尺度确定，满足在观察者所在位置形成一个均匀观察区域；所述的微透镜阵列结构的扩散性能包括扩散角度分布和能量分布由微透镜的半径与口径形状确定，满足在观察者所在位置形成一个均匀观察区域；所述的二元光学元件通过二元光学设计方法获得相应的扩散结构，满足在观察者所在位置形成一个均匀观察区域。

 本发明所述的部分反射薄膜结构为介质膜结构，介质膜结构对投影系统输出的光谱实现部分反射，对其余的可见光谱实现透射，介质膜结的平均反射率为5%～70%。所述的部分反射薄膜结构也可以为金属膜结构，金属膜结构对可见光谱实现部分反射，平均反射率为5%～70%。

本发明所述的折射率匹配层填充在由部分反射膜、聚焦结构与扩散结构形成的微结构空隙中；折射率匹配层材料的折射率与聚焦结构和扩散结构的材料的折射率一致。光线透过聚焦结构、扩散结构、部分反射膜、折射率匹配层如同穿过一层透明玻璃，不发生汇聚或者发散现象。