用于投影機的屏幕及投影系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于投影機的屏幕及投影系統(tǒng)，所述屏幕包括依次層疊的導引層、分光層以及基層；所述導引層用于引導自外側以第一方向范圍入射的投射光線至所述導引層與分光層之間的界面，并使所述投射光線以大于在所述界面形成全反射的入射角入射至所述界面，然后反射回所述導引層的外側；所述導引層還用于引導自外側以第二方向范圍入射的環(huán)境光線至所述導引層與分光層之間的界面，并使所述環(huán)境光線以小于或等于在所述界面形成全反射的入射角入射至所述界面，然后穿過所述界面進入分光層；所述分光層的折射率小于所述引導層的折射率。通過上述方式，本實用新型能夠減少由環(huán)境光線所引起的眩光現(xiàn)象。
【專利說明】用于投影機的屏幕及投影系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及投影【技術領域】，特別是涉及一種用于投影機的屏幕及投影系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]投影機為一種將圖像或視頻投射到幕布上的設備，利用投影機可以將計算機、電視、DVD等所播放的視頻信號投射到幕布上，從而可以觀看到比計算機、電視屏幕更大的畫面。隨著投影技術的發(fā)展，近年來，超短焦投影機受到了越來越多用戶的關注，成為了投影機市場的熱點。超短焦投影機能在極短的投影距離上投射出大面幅的影像，相對于長焦投影機更加節(jié)省空間，并且安裝方便。
[0003]在使用投影機投射圖像或視頻時，在屏幕上的投影效果不僅與投影機本身相關，屏幕也會影響投影效果。目前，市場上常見的投影屏幕一般是白塑幕，玻璃幕和金屬幕等，然而該類投影屏幕在顯示畫面時，容易受環(huán)境光的影響而產(chǎn)生眩光現(xiàn)象，使用超短焦投影機時眩光現(xiàn)象更為嚴重，導致超短焦投影機因投影屏幕的限制而難以達到最佳的投影效果O
實用新型內容
[0004]本實用新型主要解決的技術問題是提供一種用于投影機的屏幕及投影效果，能夠有效抑制環(huán)境光線，從而可以減少因環(huán)境光線造成的眩光現(xiàn)象。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用的一個技術方案是:提供一種用于投影機的屏幕，包括依次層疊的導引層、分光層以及基層；所述導引層用于引導自外側以第一方向范圍入射的投射光線至所述導引層與分光層之間的界面，并使所述投射光線以大于在所述界面形成全反射的入射角入射至所述界面，然后反射回所述導引層的外側；所述導引層還用于引導自外側以第二方向范圍入射的環(huán)境光線至所述導引層與分光層之間的界面，并使所述環(huán)境光線以小于或等于在所述界面形成全反射的入射角入射至所述界面，然后穿過所述界面進入分光層；所述分光層的折射率小于所述引導層的折射率。
[0006]其中，所述導引層是微棱鏡光柵，所述微棱鏡光柵包括陣列設置的多個微棱鏡，所述微棱鏡的外表面作為屏幕的投影面用于投影圖像。
[0007]其中，所述微棱鏡的橫截面形狀為三角形，所述三角形的第一角端朝向屏幕上方，所述三角形的第二角端朝向屏幕下方，所述三角形的第三角端朝向屏幕前方，所述第一角端的第一角大于所述第二角端的第二角。
[0008]其中，所述第一角的角度在66°?84°之間，所述第二角的角度在40°?50°之間，所述第三角的角度在46°?74°之間。
[0009]其中，所述三角形的邊為直線、弧線或直線與弧形的組合。
[0010]其中，所述屏幕還包括位于分光層與基層之間的吸收層，用于吸收從所述分光層射出的環(huán)境光線。
[0011]其中，所述引導層的折射率小于所述吸收層的折射率。
[0012]其中，相鄰兩個所述微棱鏡的頂點之間的距離在0.2mm?0.3mm之間。
[0013]其中，所述微棱鏡為條形狀，并沿所述屏幕的水平方向直線延伸，所有所述微棱鏡沿所述屏幕的豎直方向依次排列；或所述微棱鏡為條形狀，其延伸方向呈弧線型或曲線擬合弧線型，所述弧線型和所述曲線擬合弧線型中心位置的切線方向與屏幕的水平方向相同，所述微棱鏡的兩端向屏幕下方彎曲，所有所述微棱鏡沿所述屏幕的豎直方向依次排列。
[0014]為解決上述技術問題，本實用新型采用的另一個技術方案是:提供一種投影系統(tǒng)，包括屏幕和投影機，屏幕為上述任一項所述的屏幕。
[0015]本實用新型的有益效果是:區(qū)別于現(xiàn)有技術的情況，本實用新型用于投影機的屏幕，通過引導層將第一方向范圍入射的投射光線至引導層和分光層之間的界面，并使投射光線以大于在該界面形成全發(fā)生的入射角入射至該界面，然后反射回引導層的外側，由此可以使得在第一方向范圍入射的投射光線全反射回引導層外側，能夠提高畫面亮度。此外，通過引導層將第二方向范圍入射的環(huán)境光線引導至引導層和分光層之間的界面，并使環(huán)境光線以小于或等于在該界面形成全反射的入射角入射至界面，從而使得環(huán)境光線在該界面發(fā)生折射而穿過界面進入分光層，由此使得環(huán)境光線從分光層折射出去而不會反射回引導層外側，由此可以抑制環(huán)境光線，能夠減少由于環(huán)境光線所造成的眩光現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型投影系統(tǒng)一實施方式的結構示意圖；
[0017]圖2是本實用新型投影系統(tǒng)一實施方式中，屏幕的側視結構示意圖；
[0018]圖3是本實用新型投影系統(tǒng)又一實施方式中，微棱鏡光柵中的微棱鏡的橫截面示意圖；
[0019]圖4是本實用新型投影系統(tǒng)又一實施方式中，微棱鏡光柵中的微棱鏡的橫截面示意圖；
[0020]圖5是本實用新型投影系統(tǒng)又一實施方式中，屏幕的俯視結構示意圖；
[0021]圖6是本實用新型投影系統(tǒng)又一實施方式中，屏幕的俯視結構示意圖；
[0022]圖7是本實用新型投影系統(tǒng)又一實施方式中，屏幕的俯視結構示意圖；
[0023]圖8是本實用新型投影系統(tǒng)又一實施方式中，屏幕的側視結構示意圖。

【具體實施方式】
[0024]下面將結合附圖和實施方式對本實用新型進行詳細說明。
[0025]參閱圖1，圖1是本實用新型投影系統(tǒng)一實施方式的結構示意圖。本實施方式中，投影系統(tǒng)包括屏幕10和投影機20。其中，投影機20為超短焦投影機，當然，其他實施方式中，也可以是短焦或長焦投影機。當投影機20在投影圖像時，屏幕10可以是懸掛在墻上或通過固定機構懸掛于空中，投影機20放置在屏幕10的下方。在投影過程中，投影機20的投射光線自屏幕10的下方投射至屏幕10上以在屏幕10上顯示畫面。
[0026]使用傳統(tǒng)的屏幕顯示畫面時，由于投影機的投射光線為從屏幕下方入射至屏幕，因此通常屏幕上方的環(huán)境光線例如燈光對畫面的影響較為明顯，易產(chǎn)生眩光現(xiàn)象。而產(chǎn)生眩光現(xiàn)象的主要原因是屏幕上方的燈光自屏幕上方入射屏幕時，傳統(tǒng)的屏幕難以將燈光吸收，絕大部分燈光都反射出屏幕而進入觀看者眼中，嚴重影響畫面亮度的均勻分布，導致觀看者產(chǎn)生眩光感。本實施方式的屏幕，可以有效地抑制環(huán)境光線，能夠減少進入觀看者眼中的環(huán)境光線，從而可減少眩光現(xiàn)象，提高顯示效果。
[0027]其中，所述的屏幕上方和屏幕下方均是以圖1的視圖為準進行描述，在以別的視圖基礎上，也可以是別的表述方式。
[0028]具體地，參閱圖2，圖2為本實用新型投影系統(tǒng)的屏幕一實施方式的結構示意圖，其中，圖中所示的屏幕結構示意圖為沿圖1所示的AB方向的截面示意圖。如圖中所示，屏幕10包括依次層疊的引導層11、分光層12以及基層13。分光層12分別與基層13和引導層11相粘合，基層13為屏幕10的幕基，引導層11遠離分光層12的一面作為屏幕10的投影面用于顯示投影機20所投射的圖像。
[0029]其中，基層13的材料為透明高分子復合材料，例如可以是聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚苯乙烯(PS)或透明環(huán)氧樹脂等。當然，基層13也可以是使用不透明材料制成。
[0030]弓丨導層11和分光層12為折射率不同的兩種介質，且分光層12的折射率小于引導層11的折射率。
[0031]其中，引導層11用于引導自外側以第一方向范圍13入射的投射光線至引導層11和分光層12之間的界面，并使投射光線以大于在該界面形成全反射的入射角入射至該界面，然后反射回引導層11的外側。弓丨導層11的外側是指屏幕10的外側，即以引導層11為界限，分光層12位于引導層11的內側，投影機20位于引導層11的外側。投射光線即投影機20所發(fā)出的與圖像相關的投影信號。本實施方式中，以第一方向范圍13入射的投射光線是指從屏幕10的下方入射至屏幕10的投射光線，也即來自位于屏幕10的下方的投影機20所發(fā)出的投射光線。
[0032]在引導層11的引導作用下，投射光線以大于在分光層12和引導層11之間的界面形成全反射的入射角入射至該界面，因此投射光線到達分光層12時在分光層12和引導層11之間的界面將發(fā)生全反射，發(fā)生全反射的投射光線反射回引導層11的外側，從而進入觀看者眼中，使得觀看者能夠看到屏幕10顯示的畫面。通過使投射光線以全反射的傳輸方式反射出屏幕10，能夠提高投射光線的利用率，降低投射光線的損耗，有利于提高畫面的顯示效果。
[0033]需要說明的是，發(fā)生全反射的所述投射光線并非是指投影機20所發(fā)出的所有投射光線，由于光線本身的特性，在實際應用中往往不能夠使得所有投射光線都能滿足發(fā)生全反射的條件。 申請人:通過對自屏幕10下方入射至屏幕10的光線的傳輸路徑進行研究并總結規(guī)律，通過設置引導層11和分光層12以在引導層11和分光層12的共同作用下，可以使得來自屏幕10下方的在特定方向范圍內的入射光線在分光層12和引導層11之間的界面發(fā)生全反射而發(fā)生回引導層11外側。因此在投影過程中，可以將投影機20放置在屏幕10下方的特定位置，以使得投影機20發(fā)出的大部分投射光線的入射方向在該特定方向范圍內，從而能夠使得大部分投射光線在分光層12和引導層11之間的界面發(fā)生全反射而發(fā)生回引導層11外側。
[0034]其中，引導層11還用于引導自外側以第二方向范圍14入射的環(huán)境光線至引導層11和分光層12之間的界面，并使環(huán)境光線以小于或等于在該界面形成全反射的入射角入射至該界面，然后穿過界面進入分光層12。以第二方向范圍14入射的環(huán)境光線是指從屏幕10上方入射至屏幕10上的環(huán)境光線。
[0035]通常，當投影機20設置在屏幕10下方以朝向上投影圖像時，位于屏幕10上方的環(huán)境光線對投影畫面的影響較大，容易造成眩光現(xiàn)象。本實施方式中，在引導層11的引導作用下，使從屏幕10上方入射至屏幕10的環(huán)境光線以小于或等于在引導層11和分光層12之間的界面形成全反射的入射角入射至該界面，從而使得環(huán)境光線在該界面不會形成全反射而導致環(huán)境光線全部反回引導層11的外側，而是使得環(huán)境光線在該界面將產(chǎn)生折射，由此使得發(fā)生折射的環(huán)境光線穿過該界面進入分光層12中，從而能夠減少自引導層11射出的環(huán)境光線，即減少進入觀看者眼中的環(huán)境光線，能夠減少眩光現(xiàn)象。
[0036]同樣地，需要說明的是，所述環(huán)境光線并非是指所有的環(huán)境光線。 申請人:通過對自屏幕10上方入射至屏幕10的光線的傳輸路徑進行研究并總結規(guī)律，通過設置引導層11和分光層12以在引導層11和分光層12的共同作用下，可以使來自屏幕10上方的在特定方向范圍內的入射光線在分光層12和引導層11之間的界面發(fā)生折射而進入分光層12。因此在投影過程中，能夠使得屏幕10上方的大部分環(huán)境光線在入射至引導層10后而折射入分光層12,從而能夠有效抑制環(huán)境光線。
[0037]本實施方式中，利用分光層12和引導層11的共同作用，使得自屏幕10上方射入屏幕10的環(huán)境光線在分光層和引導層11之間的界面發(fā)生折射而進入分光層中，同時使得自屏幕10下方射入屏幕10的投射光線在分光層和引導層11之間的界面形成全反射而反射回引導層11的外側，由此實現(xiàn)將屏幕上方的環(huán)境光線和屏幕下方的投射光線進行分光，能夠減少反射回引導層11外側的環(huán)境光線，從而減少眩光效果。
[0038]在本實用新型投影系統(tǒng)的實施方式中，引導層11為微棱鏡光柵，為了便于描述，在下文中將用以微棱鏡光柵11代替引導層11進行描述。微棱鏡光柵11的材料可以為熱塑性聚氨酯彈性體橡膠(Tro)，當然，也可以是熱塑性聚烯烴彈性體(TPO)等其他橡膠材料。
[0039]微棱鏡光柵11包括陣列設置的多個微棱鏡111。微棱鏡111的外表面作為屏幕10的投影面用于投影圖像。以第一方向范圍13入射的投射光線自屏幕10下方射至微棱鏡111的外表面，在微棱鏡111的外表面發(fā)生第一次折射進入微棱鏡光柵11中。不同入射角的投射光線射入微棱鏡光柵11中后在微棱鏡111中的傳輸路徑并不相同，部分投射光線可能僅是在第一次折射后即以大于在分光層12和微棱鏡光柵11之間的界面形成全反射的入射角入射至該界面，之后射回微棱鏡光柵11的外側；部分投射光線則可能在微棱鏡光柵11中經(jīng)過多次折射反射后然后以大于在分光層12和微棱鏡光柵11之間的界面形成全反射的入射角入射至該界面，之后射回微棱鏡光柵11的外側，從而使得入射至屏幕10的大部分投射光線都能夠反射回屏幕外側，從而可以使得顯示畫面亮度效果更佳。
[0040]另外，以第二方向范圍14入射的環(huán)境光線自屏幕10上方射至微棱鏡111的外表面，在微棱鏡111的外表面發(fā)生第一次折射進入微棱鏡光柵111中。不同入射角的環(huán)境光線射入微棱鏡光柵111后在微棱鏡光柵111中的傳輸路徑不相同，部分環(huán)境光線可能僅是在第一次折射后即以小于或等于在分光層12和微棱鏡光柵11之間的界面形成全反射的入射角射至該界面，然后在該界面發(fā)生折射而進入分光層12 ;而部分環(huán)境光線則有可能在微棱鏡光柵11中經(jīng)過多次折射反射后然后以小于或等于在分光層12和微棱鏡光柵11之間的界面形成全反射的入射角射至該界面，之后在該界面發(fā)生折射而進入分光層12。
[0041]其中，微棱鏡的橫截面形狀為三角形。本實施方式中，三角形的邊均為直線。三角形包括三個角端al、a2、a3，第一角端al朝向屏幕10上方，第二角端a2朝向屏幕10下方，第三角端a3朝向屏幕10前方(即朝向觀看者)，即當屏幕10用于投影圖像時，在單個微棱鏡111中，第一角端al相對于第二角端a2而言是位于屏幕10的上方位置，第二角端a2相對于第一角端a3而言是位于屏幕10的下方位置，第三角端a3則是朝向屏幕10的前方?？梢岳斫鉃?，以投影機所在位置為參考，第一角端al和第二角端a2相比較而言，第一角端al為遠離投影機的角，第二角端a2為靠近投影機的角，即第一角端al的角的開口與投影機相對設置。并且，第一角端al的第一角Θ工大于第二角端a2的第二角θ2。
[0042]進一步地，第一角Q1的角度范圍為66°?84°，第二角Q1的角度范圍為40°?50°，第三角端a3的第三角θ3的角度范圍為46°?74°。實驗結果表明，當?shù)谝唤荙1為75°、第二角、第三角93為60°時,在微棱鏡光柵Ii的引導作用下可以使得自屏幕10下方入射至屏幕10的大部分投射光線在微棱鏡光柵11和分光層12之間的界面形成全反射并反射回微棱鏡光柵11的外側，同時也能夠使得自屏幕10上方入射至屏幕10的大部分環(huán)境光線在微棱鏡光柵11和分光層12之間的界面發(fā)生折射而進入分光層12中，從而能夠有效抑制環(huán)境光線。
[0043]其中，相鄰兩個微棱鏡111的頂點之間的距離dl的范圍為0.2mm?0.3mm，如可以設置為0.285mm，或者也可以是0.250mm、0.276mm或0.269mm等，具體可以根據(jù)實際顯示需要進行設定。當然，dl的范圍也還可以是0.1mm?0.2mm或0.25mm?0.35mm等。
[0044]當然，在其他實施方式中，第一角Q1可以是70°、第二角Q1可以是45°、第三角θ3可以是65° ;或者第一角Q1可以為80°、第二角Q1可以為47°、第三角Θ 3為53°。此外，第一角Q1的角度范圍例如還可以是50°?60°，第二角Q1的角度范圍還可以是35°?45°，第三角端a3的第三角Θ 3的角度范圍還可以是55°?85°。
[0045]在上述實施方式中，微棱鏡111的兩條邊為直線，即在微棱鏡111的三角形橫截面中，形成第三角θ3的兩條邊均為直線。在本實用新型投影系統(tǒng)的其他實施方式中，如圖3和圖4所示，在微棱鏡111的三角形橫截面中，三角形的邊還可以是弧線。當然，還可以是直線與弧線的組合，如其中一條邊為直線，另一條邊為弧線。
[0046]此外，參閱圖5，圖5是本實用新型投影系統(tǒng)一實施方式中，屏幕的俯視結構示意圖。本實施方式中，微棱鏡111呈條形狀，條形狀的微棱鏡111沿屏幕10的水平方向OE直線延伸，所有微棱鏡111沿屏幕10的豎直方向OF依次排列。
[0047]在其他實施方式中，如圖6和圖7所示，微棱鏡111呈條形狀，其延伸方向可以呈弧線型或曲線擬合弧線型，其中，圖6所示為延伸方向呈弧線型的微棱鏡111，圖7所示為延伸方向呈曲線擬合弧線型的微棱鏡111。微棱鏡111的兩端向屏幕10的下方彎曲?；【€型或曲線擬合弧線型的微棱鏡111其中心位置的切線方向61與屏幕10的水平方向OE相同，所有微棱鏡111沿屏幕10的豎直方向OF依次排列。
[0048]通過使微棱鏡111呈弧線型或曲線擬合弧線型延伸，有利于將投射光線以各個不同方向發(fā)散出去，從而有助于擴大可視角度。
[0049]參閱圖8，在本實用新型投影系統(tǒng)的又一實施方式中，為了更好地抑制環(huán)境光線，盡可能地避免射入屏幕10的環(huán)境光線反射回微棱鏡光柵11的外側，本實施方式的屏幕10還包括吸收層15，其中，吸收層15的折射率大于引導層11的折射率。吸收層15位于分光層12和基層13之間，且分別與分光層12和基層13相粘合，用于吸收從分光層12射出的環(huán)境光線。分光層15可以為具有吸光作用的黑色涂層，當然也可以使用其他吸光效果較好的材料制成。
[0050]在本實用新型投影系統(tǒng)的其他實施方式中，投影機也可以是懸掛于空中而位于屏幕的上方，此時以第一方向范圍入射的投射光線是指從屏幕的上方入射至屏幕的投射光線，也即來自位于屏幕上方的投影機所發(fā)出的投射光線，而以第二方向范圍入射的環(huán)境光線是指從屏幕下方入射至屏幕上的環(huán)境光線。在本實施方式中，微棱鏡的第一角端朝向屏幕下方，第二角端朝向屏幕上方，第三角端朝向屏幕前方，第一角端的第一角大于第二角端的第二角。此外，微棱鏡光柵中的微棱鏡其橫截面形狀也可以是其他的形狀，例如可以是四邊形或五邊形等。
[0051]此外，在本實用新型投影系統(tǒng)的其他實施方式中，引導層不限于使用上述的微棱鏡光柵實現(xiàn)，還可以使用其他的光學器件實現(xiàn)，例如液晶盒，利用液晶的光學特性可以控制液晶層的液晶分子具有不同的排列方向，從而可以根據(jù)需要改變以不同方向入射至液晶盒中的光線在液晶盒和分光層之間的界面的入射角，進而達到將投射光線和環(huán)境光線進行分光的目的。
[0052]本實用新型還提供用于投影機的屏幕一實施方式，其中，所述屏幕為上述任一實施方式中的屏幕。
[0053]以上所述僅為本實用新型的實施方式，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效陣列或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種用于投影機的屏幕，其特征在于: 包括依次層疊的導引層、分光層以及基層； 所述導引層用于引導自外側以第一方向范圍入射的投射光線至所述導引層與分光層之間的界面，并使所述投射光線以大于在所述界面形成全反射的入射角入射至所述界面，然后反射回所述導引層的外側； 所述導引層還用于引導自外側以第二方向范圍入射的環(huán)境光線至所述導引層與分光層之間的界面，并使所述環(huán)境光線以小于或等于在所述界面形成全反射的入射角入射至所述界面，然后穿過所述界面進入分光層； 所述分光層的折射率小于所述弓I導層的折射率。
2.根據(jù)權利要求1所述的屏幕，其特征在于， 所述導引層是微棱鏡光柵，所述微棱鏡光柵包括陣列設置的多個微棱鏡，所述微棱鏡的外表面作為屏幕的投影面用于投影圖像。
3.根據(jù)權利要求2所述的屏幕，其特征在于， 所述微棱鏡的橫截面形狀為三角形，所述三角形的第一角端朝向屏幕上方，所述三角形的第二角端朝向屏幕下方，所述三角形的第三角端朝向屏幕前方，所述第一角端的第一角大于所述第二角端的第二角。
4.根據(jù)權利要求3所述的屏幕，其特征在于， 所述第一角的角度在66°?84°之間，所述第二角的角度在40°?50°之間，所述第三角的角度在46°?74°之間。
5.根據(jù)權利要求2所述的屏幕，其特征在于， 所述三角形的邊為直線、弧線或直線與弧形的組合。
6.根據(jù)權利要求2至4任一項所述的屏幕，其特征在于， 所述屏幕還包括位于分光層與基層之間的吸收層，用于吸收從所述分光層射出的環(huán)境光線。
7.根據(jù)權利要求6所述的屏幕，其特征在于， 所述引導層的折射率小于所述吸收層的折射率。
8.根據(jù)權利要求2至4任一項所述的屏幕，其特征在于， 相鄰兩個所述微棱鏡的頂點之間的距離在0.2mm?0.3mm之間。
9.根據(jù)權利要求2至4任一項所述的屏幕，其特征在于， 所述微棱鏡為條形狀，并沿所述屏幕的水平方向直線延伸，所有所述微棱鏡沿所述屏幕的豎直方向依次排列；或所述微棱鏡為條形狀，其延伸方向呈弧線型或曲線擬合弧線型，所述弧線型和所述曲線擬合弧線型中心位置的切線方向與屏幕的水平方向相同，所述微棱鏡的兩端向屏幕下方彎曲，所有所述微棱鏡沿所述屏幕的豎直方向依次排列。
10.一種投影系統(tǒng)，其特征在于，包括屏幕和投影機，所述屏幕為權利要求1-9任一項所述的屏幕。
【文檔編號】G03B21/62GK204188943SQ201420519358
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權日:2014年9月9日
【發(fā)明者】劉美鴻, 母林, 紀超超 申請人:深圳市億思達科技集團有限公司