專利名稱：一種新型衍射投影屏及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影裝置的部件，具體涉及一種通過散斑全息結(jié)構(gòu)產(chǎn)生衍射效果的衍射投影屏及其制造方法。
背景技術(shù)：
在投影系統(tǒng)中，投影屏與投影機的配合是獲得好的投影效果的必要條件。
投影屏根據(jù)屏幕對投影機光線的反射方式會不同可分為回射型、反射型和漫射型。根據(jù)屏幕材質(zhì)的不同可分為白色粗面屏幕、玻璃珠球面屏幕、珠光面屏幕和銀面屏幕等。這些當(dāng)今市場上的主流屏幕都有以下的不足之處(1)抗干擾度低對周圍環(huán)境光線敏感，不能在光線明亮的地方使用，無法實現(xiàn)較高的增益，如白色粗面屏幕增益約為1.0左右，玻璃珠球面屏幕增益約為1.5～2.5；(2)不透明傳統(tǒng)屏幕多基于傳統(tǒng)光學(xué)漫反射原理，觀察者無法透過屏幕看到屏幕后的物體；(3)畫面對比度較差傳統(tǒng)屏幕在圖像還原過程中，由于光線大面積散射，造成大量光線浪費，使圖像對比度下降，圖像還原不自然，圖像亮度降低，這種情況下要提高畫面的對比度，只能提高投影機的光輸出，對投影機的要求就要提高，成本就會增加；(4)不利于保護眼睛傳統(tǒng)投影屏幕只能在光線較暗的環(huán)境中使用，從人體工學(xué)的原理來看，不利于保護眼睛。
綜上所述，隨著市場應(yīng)用的不斷深入，原有的投影屏幕已不能滿足應(yīng)用的要求，在使用功能上就需要有一種具有透明、高清晰、耐強光、超輕薄、抗老化、保護視力等功能的新型投影屏幕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有透明、高清晰、耐強光等特點的投影屏以及制作該投影屏幕的系統(tǒng)和方法。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種新型衍射投影屏，包括屏幕主體及覆蓋于屏幕主體表面的防護層，所述屏幕主體由透明或半透明材料構(gòu)成，其上分布全息像素單元，單元的點陣結(jié)構(gòu)是基于散斑的像面全息信息。
上述技術(shù)方案中，所述屏幕主體材料通常采用透明或半透明的熱塑料或薄膜，可以選用聚碳酸酯(PCPolycarbonate)、聚氯乙烯(PVCPolyrinylChloride)、聚酯(PETPolyester)、丙烯酸(PMMAPolymethyl Methacrylate)或聚烯(BOPPBiaxial Orlented Plypropylene)等；所述防護層可以設(shè)于屏幕主體一側(cè)，也可以分別設(shè)置于屏幕主體兩側(cè)，防護層可以通過鍍覆構(gòu)成透明或半透明狀，防護層材料可以是二氧化硅(SiO2)、硫化鋅(ZnS)、氧化鎂(MgO)等，也可以是金屬或金屬合金如鋁(Al)、銅(Cu)、鋁銅合金(Al-Cu)、鎂鋁合金(Mg-Al)等；防護層也可以采用玻璃或毛玻璃構(gòu)成。
上述技術(shù)方案中，所述散斑像面全息信息以整幅面的形式分布于屏幕體上。
或者，所述散斑像面全息信息由多個散斑圖像以點陣的形式分布于屏幕體上構(gòu)成。
所述點陣結(jié)構(gòu)中的每一散斑圖像為圓形、橢圓形或多邊形結(jié)構(gòu)，相鄰散斑圖像以鄰接或部分重合方式排列。其中的多邊形結(jié)構(gòu)可以是矩形、三角形、六邊形、八邊形、梯形等各種圖形。
上述衍射投影屏的制造方法，包括如下步驟(1)在光刻膠板上記錄散斑的像面全息點陣；(2)對曝光后的光刻膠板進行顯影、定影、電鑄、拼板等處理，制作出投影屏幕母板；(3)采用所述的母板對熱塑料或薄膜進行模壓，獲得屏幕主體；(4)在屏幕主體表面復(fù)合防護層。
進一步的技術(shù)方案，其中所述步驟(1)包含以下步驟(1a)激光光束經(jīng)過分束器分為兩束，一束作為毛玻璃的照明光，從而產(chǎn)生散斑物光，另一束作為參考光，兩束光經(jīng)過光闌后以一定夾角匯聚于光刻膠板上曝光，所述夾角大于0°小于90°；
(1b)通過計算機控制曝光器和二維平臺干板支架，使曝光器的開閉與二維平臺的移動相匹配，在光刻膠板上均勻記錄散斑的像面全息點陣。
本發(fā)明的衍射投影屏的制作系統(tǒng)，至少包含計算機，激光器，毛玻璃，透鏡組，透鏡，曝光器，分束器，衰減片，濾波器，二維平臺和光刻膠記錄板等。
所述的計算機控制曝光器和二維平臺，激光器發(fā)出激光光束，分束器將激光分為兩束，一束作為毛玻璃照明光，產(chǎn)生散斑的物光，另一束作為參考光，兩束光經(jīng)過光闌后以一定夾角匯聚于光刻膠板上曝光，夾角可以取在0°與90°之間的任意值(兩端點除外)。毛玻璃用于產(chǎn)生散斑場；透鏡組將毛玻璃產(chǎn)生的散斑場成像在光刻膠板上；曝光器放置于激光光束的前端，控制物光和參考光在記錄面上曝光；二維平臺用于裝載光刻膠板；濾波器分別放置于物光和參考光路中，對物光和參考光進行濾波處理。
本發(fā)明提供的投影屏幕有如下優(yōu)點半透明塑料或薄膜型同時具有透光和投影功能。屏幕輕巧，易于安裝維護。
由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1.本發(fā)明的投影屏由于在屏幕主體上采用了散斑結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)光學(xué)投影不同，可以被稱為全息投影，全息投影屏具有傾斜照明、正出射成像的效果；同時，在制作過程中，通過調(diào)整光光闌大小和光束夾角，可以調(diào)整散斑結(jié)構(gòu)形狀，從而改變投影屏的光線的出射視場，出射光的范圍被約束在一定范圍內(nèi)，即，在所需的視角范圍內(nèi)，本發(fā)明投影屏的成像亮度高，克服了不必要的光浪費。
2.由于全息衍射投影屏需要比較嚴(yán)格的再現(xiàn)條件，環(huán)境光不滿足再現(xiàn)條件，因此，本發(fā)明的投影屏可以在普通光線環(huán)境下獲得較高的增益和對比度，既防止外界光線干擾，從人體工學(xué)和人體生理學(xué)來說，也更有利于保護觀察者的視力。
3.本發(fā)明的屏幕主體為浮雕型結(jié)構(gòu)，采用微納米壓印技術(shù)能進行超大幅面的批量復(fù)制，以降低制作成本。
4.由于成功運用了全息光學(xué)中像面全息原理，使屏幕的線模糊、色模糊量接近零，從而使投影圖像色彩真實逼真。
5.通過調(diào)整觀察角度，觀眾在看到屏幕上圖像的同時能夠透過屏幕看到后面的圖像，而且，所成畫面使人感覺浮于半空當(dāng)中，有較好的立體效果。


附圖1為本發(fā)明實施例一的制作系統(tǒng)的示意圖；附圖2為本發(fā)明實施例一的制作工藝流程圖；附圖3為本發(fā)明實施例二獲得的散斑像面全息點陣圓形排列示意圖；附圖4為本發(fā)明實施例二獲得的散斑像面全息點陣橢圓形排列示意圖；附圖5為本發(fā)明實施例二獲得的散斑像面全息點陣矩形排列示意圖；附圖6為本發(fā)明實施例二獲得的散斑像面全息點陣六邊形排列示意圖；附圖7為本發(fā)明實施例二獲得的散斑像面全息點陣三角形排列示意圖；附圖8為本發(fā)明實施例二獲得的散斑像面全息點陣梯形排列示意圖；附圖9為本發(fā)明實施例二獲得的散斑像面全息點陣八邊形排列示意圖；附圖10為本發(fā)明實施例三獲得的散斑像面全息信息整幅面分布示意圖；附圖11為本發(fā)明的投影角度選擇性光學(xué)原理示意圖；附圖12為本發(fā)明的投影屏幕兩側(cè)加防護層示意圖附圖13為本發(fā)明的背投影使用示意圖；附圖14為本發(fā)明的正投影使用示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一參見附圖1，為本發(fā)明實施例一的制作系統(tǒng)的示意圖，包括激光器、計算機、曝光器1、光闌11、12、分束器2、全反鏡31、32、濾波器41、42、透鏡51、52、毛玻璃6、透鏡組7、記錄光刻膠板9。
如圖1所示，激光器發(fā)出的光束，經(jīng)過分束器2分為兩路，一路獲得毛玻璃6的散斑物光，經(jīng)過透鏡組7成像于記錄光刻膠板9上；另一路經(jīng)過透鏡51和光闌11后作為參考光，兩束光以一定的夾角的匯聚于記錄光刻膠板9上。在物光和參考光中分別設(shè)置濾波器41、42，對物光和參考光進行相應(yīng)的濾波處理。在記錄光刻膠板9上，散斑的像面的大小8和參考光束的光斑的大小嚴(yán)格一致并重合。曝光器1放置于激光光束的前端，控制物光和參考光在記錄面9上曝光。
其中，物光光路激光器→曝光器1→分束器2→全反鏡32→濾波器41→透鏡51→光闌12→毛玻璃6→透鏡組7→光刻膠板9(裝載在二維平臺上)。
參考光光路激光器→曝光器1→分束器2→全反鏡31→濾波器42→透鏡52→光闌11→光刻膠板9(裝載在二維平臺上)。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的具體制作過程如下(1)激光器發(fā)出光束，經(jīng)過分束器2分為兩路，一路獲得毛玻璃6的散斑物光，經(jīng)過透鏡組7成像于記錄光刻膠板9上；另一路經(jīng)過透鏡51和光闌11后作為參考光，兩束光以一定的夾角的匯聚于記錄光刻膠板9上。
(2)由計算機控制曝光器1的開閉與二維平臺的移動相匹配，在光刻膠板9上均勻記錄散斑的像面全息點陣。
(3)對曝光后的光刻膠板進行顯影、定影、電鑄、拼板等處理制作出投影衍射屏母板。
(4)采用該母板對熱塑料進行模壓，熱塑料是透明或半透明材料，可以選用聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯(PET)、丙烯酸(PMMA)或聚丙烯(BOPP)。
(5)在模壓后的散斑像面全息點陣上鍍防護層。
實施例二采用實施例一的制作系統(tǒng)和方法，改變光闌11和光闌12的形狀，可以使得屏幕體上散斑像面全息點陣形狀表現(xiàn)為圓形、橢圓形、矩形、六邊形、三角形、梯形、八邊形，從而改變圖形占空比。獲得的點陣形狀示意圖參見附圖3～附圖9。
實施例三參見附圖10所示，采用實施例一的制作系統(tǒng)和方法，取消光闌，可以獲得散斑像面全息信息成整幅面分布的屏幕主體。
本發(fā)明的投影光線的角度選擇性如圖11所示，衍射投影屏幕體上精密的點陣結(jié)構(gòu)具有對投影光線的選擇性，通過點陣結(jié)構(gòu)形狀的調(diào)整，可以改變投影光線的出射視場，同時由于環(huán)境光線不滿足再現(xiàn)條件而被忽略，所以在明亮環(huán)境下也可以獲得較高增益，仍可以正常使用。
本發(fā)明的衍射投影屏幕的防護層結(jié)構(gòu)如圖12所示，防護層101和防護層102為透明或半透明的同等或不同材質(zhì)，例如二氧化硅(SiO2)、硫化鋅(ZnS)、氧化鎂(MgO)等，也可以是金屬或金屬合金如鋁(Al)、銅(Cu)、鋁銅合金(Al-Cu)、鎂鋁合金(Mg-Al)等。
本發(fā)明的使用示意圖如圖13、圖14所示，投影機向屏幕投影分為正投衍射型和背投衍射型。觀察者的觀察方向和投射方向有一個明顯的夾角，可以根據(jù)實際需要隱藏投影機。衍射投影屏的增益、色彩還原度等指標(biāo)均高于當(dāng)前的主流投影屏幕。
權(quán)利要求
1.一種新型衍射投影屏，包括屏幕主體及覆蓋于屏幕主體表面的防護層，其特征在于所述屏幕主體由透明或半透明材料構(gòu)成，其上分布全息像素單元，單元的點陣結(jié)構(gòu)是基于散斑的像面全息信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射投影屏，其特征在于所述散斑像面全息信息以整幅面的形式分布于屏幕體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衍射投影屏，其特征在于所述散斑像面全息信息由多個散斑圖像以點陣的形式分布于屏幕體上構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的衍射投影屏，其特征在于所述點陣結(jié)構(gòu)中的每一散斑圖像為圓形、橢圓形或多邊形結(jié)構(gòu)，相鄰散斑圖像以鄰接或部分重合方式排列。
5.權(quán)利要求1所述衍射投影屏的制造方法，包括如下步驟(1)在光刻膠板上記錄散斑的像面全息點陣；(2)對曝光后的光刻膠板進行顯影、定影、電鑄、拼板等處理，制作出投影屏幕母板；(3)采用所述的母板對熱塑料或薄膜進行模壓，獲得屏幕主體；(4)在屏幕主體表面復(fù)合防護層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的衍射投影屏的制造方法，其特征在于所述步驟(1)包含以下步驟(1a)激光光束經(jīng)過分束器分為兩束，一束作為毛玻璃的照明光，從而產(chǎn)生散斑物光，另一束作為參考光，兩束光經(jīng)過光闌后以一定夾角匯聚于光刻膠板上曝光，所述夾角大于0°小于90°；(1b)通過計算機控制曝光器和二維平臺干板支架，使曝光器的開閉與二維平臺的移動相匹配，在光刻膠板上均勻記錄散斑的像面全息點陣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型衍射投影屏，包括屏幕主體及覆蓋于屏幕主體表面的防護層，其特征在于所述屏幕主體由透明或半透明材料構(gòu)成，其上分布全息像素單元，單元的點陣結(jié)構(gòu)是基于散斑的像面全息。通過激光分束及毛玻璃成像，以及利用壓印技術(shù)，可以獲得本發(fā)明的投影屏。本發(fā)明獲得的投影屏實現(xiàn)了全息投影，不受環(huán)境光干擾、高亮度、高清晰；并突破了傳統(tǒng)投影光學(xué)理念，創(chuàng)造性地將全息光學(xué)投影引入投影屏幕制造領(lǐng)域。
文檔編號G03F7/00GK101030028SQ20071003927
公開日2007年9月5日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者周雷, 浦東林, 周小紅, 陳林森, 吳智華, 魏國軍 申請人:蘇州蘇大維格數(shù)碼光學(xué)有限公司, 蘇州大學(xué)