一種投影屏幕、大尺寸拼接屏幕及投影系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種投影屏幕，包括菲涅爾透鏡層，以及還包括位于菲涅爾透鏡層出光側(cè)的微透鏡層，其中微透鏡層包括多個呈陣列分布的微透鏡組。沿投影影像光束出射方向，微透鏡組依次包括：第一微透鏡，為負透鏡；以及第二微透鏡，為正透鏡；并且，第一微透鏡的色散系數(shù)小于第二微透鏡的色散系數(shù)。投影影像光束至少透過菲涅爾透鏡層之后，并最終經(jīng)微透鏡層出射后進入人眼，上述技術(shù)方案通過設(shè)置色散系數(shù)不同的兩種透鏡，后者能夠?qū)η罢咄干涞墓馐钠鄄町愡M行補償，提高了各基色光光束的重合度，解決了投影屏幕在不同視角下觀看圖像畫面的色偏現(xiàn)象。
【專利說明】
一種投影屏幕、大尺寸拼接屏幕及投影系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及顯示技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種投影屏幕、拼接屏幕及投影系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在投影顯示領(lǐng)域，尤其是投影顯示領(lǐng)域，投影屏幕的使用逐漸從傳統(tǒng)的白色幕布發(fā)展到使用硬屏屏幕，目前常用的光學屏幕為硬屏的一種，比如菲涅爾屏，菲涅爾屏采用菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)原理，可以將一定角度入射的光束進行準直變成平行光，并最終送入人眼成像，可以減小環(huán)境光的干擾，提高屏幕亮度和對比度。
[0003]但在實際應(yīng)用中，根據(jù)對投影屏幕出射的圖像白場的測試結(jié)果，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，在屏幕中心點，即水平視角為O處的色偏為O，而隨著水平視角的增大，產(chǎn)生的色偏也會隨之增大，以及，隨著垂直視角的增大，產(chǎn)生的色偏也會隨之增大，即隨著視角增加，產(chǎn)生不同程度的色偏。圖1A是以背投屏幕作為測試對象，圖1B是以正投屏幕作為測試對象，并分別以LED光源投影機和激光光源投影機作為投影設(shè)備進行測試，均得到不同的但存發(fā)生隨視角的色偏現(xiàn)象。
[0004]色偏的直接視覺表現(xiàn)就是白場不再是預(yù)設(shè)的色溫值了，而偏于某種基色顏色顯示，從而人眼在不同視角或不同位置觀看顯示畫面時存在圖像畫面顏色不一致，尤其是對于大屏拼接顯示中，對于白場使用較多的場景，例如大型會議室的PPT展示，不同視角或不同位置的色偏會大大降低用戶的體驗。
[0005]因此，如何有效減小投影屏幕在顯示畫面時產(chǎn)生的色偏成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實施例提供一種投影屏幕、大尺寸拼接屏幕以及投影系統(tǒng)，用以減小投影屏幕顯示畫面時在不同視角下的色偏現(xiàn)象。
[0007]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，采用如下的技術(shù)方案:
第一方面，本發(fā)明實施例提供一種投影屏幕，至少包括菲涅爾透鏡層，還包括位于菲涅爾透鏡層出光側(cè)的微透鏡層;微透鏡層包括:多個呈陣列分布的微透鏡組；
沿投影影像光束出射方向，微透鏡組依次包括:第一微透鏡，第一微透鏡為負透鏡，以及第二微透鏡，第二微透鏡為正透鏡，其中第一微透鏡的色散系數(shù)小于第二微透鏡的色散系數(shù);投影影像光束至少透過菲涅爾透鏡層之后，并最終經(jīng)微透鏡層出射后進入人眼；
優(yōu)選地，投影屏幕為正投屏幕，還包括著色層、擴散層，以及反射層，其中，投影影像光束依次入射為透微透鏡層、著色層、擴散層、菲涅爾透鏡層，并經(jīng)反射層反射后折回，再次經(jīng)過菲涅爾透鏡層、擴散層、著色層，并最終經(jīng)微透鏡層出射后進入人眼；
或者，優(yōu)選地，投影屏幕為背投屏幕，還包括柱狀透鏡層，其中，投影影像光束依次入射菲涅爾透鏡層、柱狀透鏡層后，并最終入射微透鏡層并出射后進入人眼；
優(yōu)選地，第一微透鏡為雙凹透鏡結(jié)構(gòu)或平凹透鏡結(jié)構(gòu)，第二微透鏡為雙凸透鏡結(jié)構(gòu)或平凸透鏡結(jié)構(gòu)； 優(yōu)選地，第一微透鏡與第二微透鏡緊密貼合或者之間存在預(yù)設(shè)距離的間隙；
優(yōu)選地，第一微透鏡的色散系數(shù)為30-80 ；第二微透鏡的色散系數(shù)為10-30 ；
優(yōu)選地，第一微透鏡和/或第二微透鏡的材質(zhì)為光學塑膠或光學玻璃；
優(yōu)選地，第一微透鏡、第二微透鏡為非球面透鏡。
[0008]第二方面，本發(fā)明實施例提供一種大尺寸拼接投影屏幕，應(yīng)用上述任一技術(shù)方案的投影屏幕。
[0009]第三方面，本發(fā)明實施例提供一種投影系統(tǒng)，包括激光投影設(shè)備，還包括上述任一技術(shù)方案中的投影屏幕。
[0010]本發(fā)明以上實施例至少具有以下有益效果:
本發(fā)明實施例提供的投影屏幕，為菲涅爾屏，包括位于菲涅爾透鏡層出光側(cè)的微透鏡層，投影影像光束至少透過菲涅爾透鏡層之后，并最終經(jīng)微透鏡層出射后進入人眼。沿投影影像光束出射方向，微透鏡層包括第一微透鏡，第一微透鏡為負透鏡，以及第二微透鏡，第二微透鏡為正透鏡，其中，第一微透鏡的色散系數(shù)小于第二微透鏡的色散系數(shù)，投影影像光束至少透過所述菲涅爾透鏡層之后，并最終經(jīng)所述微透鏡層出射后進入人眼。通過設(shè)置第一微透鏡和第二微透鏡不同的色散系數(shù)，形成折射率的差異，第一微透鏡對光束進行較大偏折程度發(fā)散，而第二微透鏡對光束進行較小偏折程度的會聚，以對不同波長的各基色光在第一微透鏡中發(fā)生的偏折差異進行反向偏折的過程中進行補償，使出射的各基色光的光線基本重合，大大減小了不同波長的基色光的分開程度，減小白光W經(jīng)過投影屏幕后的空間能量分布變化，從而使得白光在不同視角下的色偏降低，提升顯示色彩的一致性。
[0011]以及，本發(fā)明實施例方案還提供了一種大尺寸拼接投影屏幕，應(yīng)用上述技術(shù)方案的投影屏幕，從而實現(xiàn)多屏拼接時能夠減小因為單位拼接屏色偏現(xiàn)象嚴重導致的拼接畫面顏色不均勻，色偏，提升大尺寸投影畫面顯示色彩的一致性。
[0012]以及，本發(fā)明實施例方案還提供了投影系統(tǒng)，應(yīng)用上述技術(shù)方案的投影屏幕，能夠降低色偏現(xiàn)象，提升投影畫面顯示色彩的一致性，也提升了用戶體驗。
【附圖說明】
[0013]圖1A為現(xiàn)有技術(shù)中一種投影屏幕存在的色偏變化圖示意圖；
圖1B為現(xiàn)有技術(shù)中又一種投影屏幕存在的色偏變化圖示意圖；
圖1C為色偏現(xiàn)象中各基色亮度變化示意圖；
圖2A為現(xiàn)有技術(shù)中正投屏幕結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2B為現(xiàn)有技術(shù)中正投屏幕光路示意圖；
圖2C為現(xiàn)有技術(shù)中背投屏幕結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2D為現(xiàn)有技術(shù)中背投屏幕光路示意圖；
圖3A為本發(fā)明實施例一中投影屏幕的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3B為基于圖3A的光束經(jīng)過為透鏡層的光路圖；
圖3C為基于圖3A的投影屏幕光路示意圖；
圖3D為本發(fā)明實施例一中又一種微透鏡層光路示意圖；
圖4A為本發(fā)明實施例二中投影屏幕的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4B為基于圖4A的光束經(jīng)過微透鏡層的光路圖； 圖4C為本發(fā)明實施例二中又一種微透鏡層光路示意圖；
圖5為本發(fā)明實施例三大尺寸拼接屏幕示意圖；
圖6為本發(fā)明實施例四中投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明實施例五中投影系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明實施例提供一種投影屏幕及投影裝置，用以減小投影屏幕在顯示畫面時產(chǎn)生的白光在不同視角下的色偏。
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0016]下面結(jié)合附圖詳細介紹本發(fā)明具體實施例提供的投影屏幕及應(yīng)用該投影屏幕的投影系統(tǒng)。
[0017]實施例一、
如圖2A所示，為現(xiàn)有技術(shù)中一種正投屏幕的結(jié)構(gòu)示意圖，包括:著色層21、擴散層22、菲涅爾透鏡層23和反射層24，其中，著色層21位于投影屏幕的最外側(cè)，投影影像光束最先入射，也最終通過該層出射，著色層的主要作用是為了提高投影屏幕的色彩還原能力，有時著色層21也可被基板層替代，基板層包括著色層和硬質(zhì)膜層，硬質(zhì)膜層主要起到保護作用。
[0018]擴散層22主要用于不均勻的入射光進行勻化，并將出射光的角度進行擴大。
[0019]菲涅爾透鏡層23用于將入射的一定角度范圍內(nèi)的光束進行準直平行射出，并將反射層24反射的光束進行發(fā)散。
[0020]反射層24通常為鋁反射膜層，鍍于菲涅爾透鏡層23的外側(cè)。
[0021]由于投影機投射到投影屏幕上的白光W中不同波長的基色光在介質(zhì)中的折射率有所差異，從而使經(jīng)過菲涅爾透鏡層12的不同波長的光線的偏折角度發(fā)生不同的變化，其中，藍光B波長最短，因而折射率最大，經(jīng)過屏幕后的空間能量分布更寬廣，而波長最長的紅光R因為折射率最小所以經(jīng)過屏幕后的空間能量分布角度更小，如圖2A所示的實測中經(jīng)過現(xiàn)有技術(shù)中的投影屏幕后各基色光隨視角的亮度曲線，由圖1B和圖1C可以看出，隨著視角增加，白光W經(jīng)過投影屏幕的菲涅爾透鏡層和柱狀透鏡層后各基色光隨視角的亮度變化示意圖，其中，藍光B波長最短，折射率最大，相對亮度變化相對較慢，經(jīng)過屏幕后的空間能量分布更寬廣，而波長最長的紅光R因為折射率最小所以經(jīng)過屏幕后的空間能量分布角度更小。因此，隨著視角增加，藍光B在白光中的比例逐漸增加，導致色溫越來越高，白場發(fā)生了向高色溫方向的色偏。
[0022]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明實施例一提供一種投影屏幕，具體是一種正投影屏幕，如圖3A所示，沿投影影像光束入射方向依次包括微透鏡層31、著色層32、擴散層33、菲涅爾透鏡層34和反射層35。其中，投影影像光束依次入射微透鏡層31、著色層32、擴散層33、菲涅爾透鏡層34，并經(jīng)反射層35反射后折回，再次經(jīng)過菲涅爾透鏡層34、擴散層33、著色層32，并最終經(jīng)微透鏡層31出射后進入人眼。
[0023]微透鏡層31包括:多個呈陣列分布的微透鏡組。
[0024]沿投影影像光束出射方向，微透鏡組包括:第一微透鏡311，第一微透鏡311為負透鏡，以及與第一微透鏡311并列設(shè)置的第二微透鏡312，第二微透鏡為正透鏡。第一微透鏡311的色散系數(shù)小于第二微透鏡312的色散系數(shù)。
[0025]對于入射光線，第二微透鏡312用于對入射的白光進行會聚偏折;第一微透鏡311用于對經(jīng)第二微透鏡312偏折后出現(xiàn)偏折差異的各基色光進行發(fā)散。
[0026]對于出射光線，第一微透鏡311用于對出射光線中的各基色光進行發(fā)散;第二微透鏡312用于對各基色光進行會聚，以減小經(jīng)過第一微透鏡311發(fā)散后的各基色光的偏折差升。
[0027]如圖3B所示的經(jīng)過上述微透鏡層的光路示意圖。
[0028]其中，W表不由投影機出射的白光，R、G、B分別表不白光中具有不同波長的紅光、綠光和藍光。白光W中不同波長的基色光在透鏡中折射率存在差異，因此，具有不同波長的紅光R、綠光G和藍光B在首先入射至為透鏡層31的第二微透鏡312時，組成白光的各基色光會聚后的焦距也各不相同，其中，藍光B的波長最短，經(jīng)過第二微透鏡312時其偏折的程度最大，故其焦距最短;而紅光R的波長最長，經(jīng)過第二微透鏡312時其偏折的程度最小，其焦距最大。由此，在經(jīng)過第二微透鏡312的會聚作用之后，白光中的紅光R、綠光G和藍光B的偏折程度發(fā)生差異。而第一微透鏡311相對于第二微透鏡312具有較小的色散系數(shù)，因此相對于第二微透鏡311可對入射的會聚后的各基色光線(紅光R、綠光G和藍光B)進行更大程度的發(fā)散作用，在白光經(jīng)過第二微透鏡312而入射至第一微透鏡311時，第一微透鏡311針對第二微透鏡312，對不同波長的各基色光在第二微透鏡312中發(fā)生的偏折差異進行補償，使出射的各基色光的光線(R、G、B)基本重合，大大減小了不同波長的基色光的分開程度。
[0029]在上述的重合光線經(jīng)過反射層35的反射后再由第一微透鏡311側(cè)向微透鏡層31入射時，由于白光入射至微透鏡層31以及經(jīng)過反射層35反射再入射至微透鏡層31的過程相反，其光路圖如圖3B返回光路所示，呈發(fā)散狀態(tài)的R、G、B三色光束首先入射至第一微透鏡311，第一微透鏡311為負透鏡，對光束進行發(fā)散，并且由于具有較低的色散系數(shù)，對各基色光束具有較高的折射率，并且各基色光在經(jīng)過第二微透鏡311發(fā)散時也各不相同，具體地的，白光中的藍光B發(fā)散程度最大，其次是綠光G，最后是紅光R。經(jīng)過第一微透鏡311后呈發(fā)散狀態(tài)的各基色光再入射至第二微透鏡312，第二微透鏡312為正透鏡，且色散系數(shù)大于第一微透鏡311，從而折射率小于第一微透鏡311，即對光束的會聚過程中的偏折程度相對較小。R、G、B三基色光入射至第二微透鏡312并到達出光面的同一點，出射時，偏折程度仍存在B光最大，R光最小的差異，但是均小于透過第一微透鏡311的偏折程度，使得原來偏折最厲害的B光，其次的G光和R光均向下偏折會聚，使三基色光的出光方向一致，最終會聚成一束白光。兩次經(jīng)過微透鏡層31的光路為可逆的，根據(jù)光路可逆性原理可知，最終出射的光線和最初入射的光線是相同的，都為未發(fā)生基色偏折的白光。
[0030]在采用本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕進行投影時，由投影機投射到投影屏幕的白光光路圖如圖3C所示，由圖3C可以看出，白光W在經(jīng)過投影屏幕后白光W中不同波長的各基色光的光線(R、G、B)完全重合。由此采用本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕可以有效減小白光中各基色光由于偏折差異而造成空間能量分布變化，由此，各基色光在白光中所占比例保持恒定，并不會隨著視角的增加而發(fā)生色溫差異，也不會引起白光在不同視角下的偏色，提升顯示色彩的一致性。
[0031]在具體實施時，微透鏡組中的第一微透鏡311可采用凹透鏡結(jié)構(gòu)，第二微透鏡312可采用凸透鏡結(jié)構(gòu)，凹透鏡結(jié)構(gòu)的第一微透鏡311具有發(fā)散作用，且色散系數(shù)小，對光束的偏折程度較高，凸透鏡結(jié)構(gòu)的第二微透鏡312后各基色光產(chǎn)生的較大光線偏折差異縮小，使得經(jīng)過微透鏡組后的白光中的各基色光的分開程度減小。
[0032]進一步地，在本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕中，第一微透鏡311的色散系數(shù)小于第二微透鏡312的色散系數(shù)。色散系數(shù)反應(yīng)了白光入射到透明介質(zhì)中時不同波長的基色光折射率隨波長變化的差異程度，色散系數(shù)越小表示基色光在該介質(zhì)中折射率隨波長的變化程度越大，即基色光在該介質(zhì)中的發(fā)生偏折的程度越大。例如，在不種色散系數(shù)的透明介質(zhì)中，白光W中的藍光B在高色散介質(zhì)，即色散系數(shù)較小的介質(zhì)中的發(fā)生偏折的程度更大。
[0033]在本發(fā)明實施例中的上述微透鏡組中，采用不同的材料，使第一微透鏡311的色散系數(shù)小于第二微透鏡312的色散系數(shù)。具體地，在本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕中，第二微透鏡312的色散系數(shù)可為30-80，第一微透鏡311的色散系數(shù)可為10-30。
[0034]由前述對白光經(jīng)過微透鏡組光路的說明可知，當投影影像光束出射時，第一微透鏡312具有光線發(fā)散作用且具有較高色散(色散系數(shù)較小)，第二微透鏡312的光線會聚作用和低色散(色散系數(shù)較大)使得白光W中各基色光(R、G、B)的分開程度較小，而使得本來分開的各基色光(R、G、B)的光線基本重合在一起。因此，第二微透鏡312與第一微透鏡311在色散系數(shù)上的差異，使第二微透鏡312對經(jīng)過第一微透鏡311的各基色光的偏折差異具有補償作用。在具體實施時，可根據(jù)實際需要采用不同材料制作上述的第一微透鏡311和第二微透鏡312，以使第一微透鏡311的色散系數(shù)小于第二微透鏡312的色散系數(shù)，從而使第一微透鏡311為低色散凹透鏡，第二微透鏡312為高色散凸透鏡。
[0035]此外，還可在上述的色散系數(shù)范圍內(nèi)調(diào)整第一微透鏡311和第二微透鏡312的色散系數(shù)，本發(fā)明實施例不對各微透鏡的色散系數(shù)的具體取值進行限定。
[0036]在具體實施時，在本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕中，如圖3A和3B所示，第一微透鏡311與第二微透鏡312緊密貼合。在實際應(yīng)用中，第一微透鏡311和第二微透鏡312可采用膠合的方式貼合在一起，其消偏原理如上所述，此處不再贅述。
[0037]此外，如圖3D所示，微透鏡組中的第一微透鏡311和第二微透鏡312之間可以存在預(yù)設(shè)距離的間隙，此時，白光W入射到微透鏡組時的光路圖如圖3D所示，具體地，白光W在入射到第二微透鏡312之后發(fā)生會聚，由于白光W中的各基色光(R、G、B)在第二微透鏡312中的折射率不同導致各基色光的偏折程度發(fā)生差異，經(jīng)過第二微透鏡312后的各基色光(R、G、B)穿過第第二微透鏡312和第一微透鏡311之間的空氣間隙后入射到第一微透鏡311中，第一微透鏡311相對于第二微透鏡312具有較低的色散系數(shù)，使得各基色光在第一微透鏡311中發(fā)散，并發(fā)生較大程度的反向偏折，從而使出射的白光W中各基色光(R、G、B)基本重合。
[0038]在經(jīng)過反射層35反射后的光線重新入射至微透鏡層31的光路如圖3D所示，其過程與第一次入射至微透鏡層31的光路過程相反，因此，最終出射的光線與最初入射的光線均為未發(fā)生基色偏折的折光。由圖3D可以看出，在第一微透鏡311和第二微透鏡312之間存在一定間隙時，微透鏡組可對入射到微透鏡組接近邊緣處的光線進行偏折，因此，采用間隙設(shè)置第一微透鏡311和第二微透鏡312適用于微透鏡鏡組具有較大孔徑的情況，在實際應(yīng)用時，可根據(jù)實際需要采用上述兩種方式的任一種設(shè)置微透鏡組，消除經(jīng)過微透鏡組的白光偏色。
[0039]進一步地，在本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕中，第一微透鏡311及第二微透鏡312的材料為光學塑膠或光學玻璃。在制作過程中，可通過模具將微透鏡層31中所有的第一微透鏡311—體成型，再將所有的第二微透鏡312—體成型，而后將成型的各第一微透鏡311和各第二微透鏡通過光學膠進行膠合而形成微透鏡層31;或者，還可分別制作每個第一微透鏡311和第二微透鏡312，再將各第一微透鏡311和第二微透鏡312進行膠合組成微透鏡層31。在實際應(yīng)用時，為簡化工藝復雜度可優(yōu)選第一種方式進行微透鏡層31的制作，且組成微透鏡層31的第一微透鏡311和第二微透鏡312可采用光學塑膠或光學玻璃進行制作。此外，采用其它制作方法及材料制作上述的微透鏡層而達到本發(fā)明相應(yīng)作用的情況，在此不做限定。
[0040]在具體實施時，在本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕中，菲涅爾透鏡層34的厚度可為100-200μπι。在實際應(yīng)用時，菲涅爾透鏡層34可為由聚烯烴等材料注壓而成的薄片，在制作過程中可將其厚度控制在100-200μπι之內(nèi)，使其適應(yīng)于投影屏幕的整體厚度。當然，還可根據(jù)實際需求調(diào)整菲涅爾透鏡層34的厚度，本發(fā)明實施例不對其具體厚度取值進行限定。
[0041]與此同時，為保證投影屏幕的整體厚度不至于過大，微透鏡層31的厚度可為150-300μπι。在實際應(yīng)用中，組成微透鏡層31的各微透鏡組中的第一微透鏡311和第二微透鏡312可為低色散的凹透鏡結(jié)構(gòu)和高色散的凸透鏡結(jié)構(gòu)的組合，為適合具體應(yīng)用，可將上述的凸透鏡結(jié)構(gòu)可制作為雙凸透鏡結(jié)構(gòu)或平凸透鏡結(jié)構(gòu)；凹透鏡結(jié)構(gòu)可制作為雙凹透鏡結(jié)構(gòu)或平凹透鏡結(jié)構(gòu)，兩者的單獨厚度以適合應(yīng)用為準，無嚴格數(shù)值要求，而為將投影屏幕的重量和體積控制在合理范圍之內(nèi)，可將兩種微透鏡膠合后的厚度可控制在150-300μπι之間，在制作過程中，可根據(jù)實際需求調(diào)整第一微透鏡311和第二微透鏡312的厚度，以使微透鏡組的整體厚度符合要求。
[0042]實施例二、
如圖2C所示，現(xiàn)有技術(shù)中的一種背投屏幕結(jié)構(gòu)示意圖，鏡頭投射方向和屏幕影像光束出射方向一致。如圖所示，沿投影影像光束出射方向，依次經(jīng)過菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)層11和柱狀透鏡結(jié)構(gòu)層12，使用時將投影機的焦距和背投屏幕的焦距匹配，可在背投屏幕上顯示畫面。具體光路圖如圖2D所示，菲涅爾透鏡結(jié)構(gòu)層11將入射至屏幕的光線進行會聚準直，柱狀透鏡結(jié)構(gòu)層12中的凸透鏡部分接收準直光線并進行會聚，理論在在凸透鏡的焦平面上進行成像，并最終從柱狀透鏡結(jié)構(gòu)層12以會聚后發(fā)散的狀態(tài)進行傳輸。
針對上述現(xiàn)有背投屏幕進行改進，本發(fā)明實施例二提供的另一種投影屏幕，如圖4Α所示，包括:沿投影鏡頭出光方向依次設(shè)置的菲涅爾透鏡層41、柱狀透鏡層42及微透鏡層43。微透鏡層43的微透鏡組在包括第一微透鏡431以及與第一微透鏡431并列設(shè)置的第二微透鏡432，其中，第一微透鏡431為負透鏡，第二微透鏡432為正透鏡，并且第一微透鏡431的色散系數(shù)小于第二微透鏡432的色散系數(shù)。
[0043]具體地，第一微透鏡431的色散系數(shù)小于第二微透鏡432的色散系數(shù)，如前所述，色散系數(shù)與鏡片的制作材料有關(guān)，并影響光束的折射率，在本發(fā)明實施例中，第一微透鏡431的折射率大于第二微透鏡432的折射率。
[0044]在一具體實施例中，第一微透鏡431可以為雙凹透鏡，第二微透鏡432為平凸透鏡或為雙凸透鏡;或者，第一微透鏡431可以為平凹透鏡，第二微透鏡432為雙凸透鏡或平凸透鏡，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需求選擇上述組合，以滿足光路調(diào)整的需求，以及，進一步地，上述第一微透鏡和第二微透鏡可以為非球面透鏡，或者，至少上述兩個透鏡各自的出光面表面為非球面，可以提高光路設(shè)計的可調(diào)性及靈活性。
[0045]如圖4A所示，微透鏡層43中第一微透鏡431為平凹透鏡，第，二微透鏡432為雙凸透
Ho
[0046]下面將結(jié)合圖4A、圖4B詳細說明投影屏幕的工作原理。
[0047]根據(jù)實施例一所描述的色偏現(xiàn)象及原因，從柱狀透鏡層42出射的各基色光束呈不同程度的發(fā)散狀態(tài)，并導致色偏現(xiàn)象的產(chǎn)生，產(chǎn)生的原因和現(xiàn)象在實施例一中已經(jīng)說明，在此不再贅述。
[0048]當發(fā)散的各基色光經(jīng)過微透鏡層43時，光路示意圖如圖4B所示。
[0049]呈發(fā)散狀態(tài)的R、G、B三色光束首先入射至第一微透鏡431，第一微透鏡431為負透鏡，對光束進行發(fā)散，并且由于具有較低的色散系數(shù)，對各基色光束具有較高的折射率，并且各基色光在經(jīng)過第一微透鏡431發(fā)散時也各不相同，具體地的，白光中的藍光B發(fā)散程度最大，其次是綠光G，最后是紅光R，從而圖4B中所示的藍光B向上發(fā)散偏折最為嚴重。經(jīng)過第一微透鏡431后呈發(fā)散狀態(tài)的各基色光再入射至第二微透鏡432，第二微透鏡432為正透鏡，且色散系數(shù)大于第一微透鏡431，從而折射率小于第一微透鏡431，即對光束的會聚過程中的偏折程度相對較小。R、G、B三基色光入射至第二微透鏡432并到達出光面的同一點，出射時，偏折程度仍存在B光最大，R光最小的差異，但是均小于透過第一微透鏡431的偏折程度，使得原來偏折最厲害的B光，其次的G光和R光均向下偏折會聚，使三基色光的出光方向一致，最終會聚成一束白光。
[0050]通過上述光路過程可知，第一微透鏡431和第二微透鏡432通過設(shè)置不同的色散系數(shù)，形成折射率的差異，第一微透鏡431對光束發(fā)散的厲害，而第二微透鏡432對光束進行較低偏折程度的會聚，以對不同波長的各基色光在第一微透鏡431中發(fā)生的偏折差異通過較小程度的反向偏折進行補償，使出射的各基色光的光線(R、G、B)基本重合，大大減小了不同波長的基色光的分開程度，減小白光W經(jīng)過投影屏幕后的空間能量分布變化，從而使得白光在不同視角下的色偏降低，提升顯示色彩的一致性。
[0051]上述示例中僅以一束白光為例進行原理性說明，由于投影機入射到投影屏幕的的光束有無數(shù)條，通過上述過程的光束處理，使得入射至投影屏幕的光束出射時發(fā)散程度降低或消除，從而在不同的視角下觀察時，不會因為基色光光束不同偏折而進入人眼的光束范圍有限造成色偏的現(xiàn)象。
[0052]在本發(fā)明實施例中的上述微透鏡組中，采用不同的材料，使第一微透鏡431的色散系數(shù)大于第二微透鏡432的色散系數(shù)，結(jié)合上述的凹透鏡結(jié)構(gòu)和凸透鏡結(jié)構(gòu)，白光經(jīng)過第一微透鏡431，對其各基色光(R、G、B)進行發(fā)散，由于第一微透鏡的色散系數(shù)較小，各基色光發(fā)生偏折的差異較大，且藍光B的偏折程度最大，紅光R偏折程度最小;在各基色光再入射至第二微透鏡432時，由于第二微透鏡432為具有較高的色散系數(shù)的凸透鏡結(jié)構(gòu)，使得在第二微透鏡432中發(fā)生最大程度偏折的藍光B在經(jīng)過第一微透鏡431時的折射率也最大，凸透鏡結(jié)構(gòu)的第一微透鏡431對其的會聚作用較其它基色光也最大，同理，對紅光R的會聚作用最小，從而使得藍光B在第一微透鏡431中的焦距變長，紅光R在第一微透鏡431中的焦距變短，由此，使出射的各基色光的焦距接近，從而減小各基色光出射時的分開程度。
[0053]具體地，在本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕中，第一微透鏡431的色散系數(shù)可為10-40;第二微透鏡432的色散系數(shù)可為40-80。由前述對白光經(jīng)過微透鏡組光路的說明可知，由于第一微透鏡431的光線發(fā)散作用和高色散(色散系數(shù)較小)使得白光W中各基色光(R、G、B)的分開程度較大，而第二微透鏡432具有光線會聚作用且具有較低色散(色散系數(shù)較大)，使得本來分開的各基色光(R、G、B)的光線在會聚后基本重合在一起。因此，第二微透鏡432與第一微透鏡431在色散系數(shù)上的差異，使第一微透鏡431對經(jīng)過第二微透鏡432的各基色光的偏折差異具有補償作用。在具體實施時，可根據(jù)實際需要采用不同材料制作上述的第一微透鏡431和第二微透鏡432，以使第一微透鏡431的色散系數(shù)小于第二微透鏡432的色散系數(shù)，從而使第一微透鏡431為高色散凹透鏡，第一微透鏡432為低色散凸透鏡。此外，還可在上述的色散系數(shù)范圍內(nèi)調(diào)整第一微透鏡431和第二微透鏡432的色散系數(shù)，本發(fā)明實施例不對各微透鏡的色散系數(shù)的具體取值進行限定。
[0054]在具體實施時，在本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕中，如圖4A和4B所示，第一微透鏡431與第二微透鏡432緊密貼合。在實際應(yīng)用中，第一微透鏡431和第二微透鏡432可采用膠合的方式貼合在一起，其消偏原理如上所述，此處不再贅述。
[0055]此外，如圖4C所示，微透鏡組中的第一微透鏡431和第二微透鏡432之間可以存在預(yù)設(shè)距離的間隙，此時，白光W入射到微透鏡組時的光路圖如圖4C所示，具體地，白光W在入射到第一微透鏡431之后發(fā)生發(fā)散，由于白光W中的各基色光(R、G、B)在第一微透鏡431中的折射率不同導致各基色光的偏折程度發(fā)生差異，經(jīng)過第一微透鏡431后的各基色光(R、G、B)穿過第一微透鏡431和第二微透鏡432之間的空氣間隙后入射到第二微透鏡432中，第一微透鏡431相對于第二微透鏡432具有較高的色散系數(shù)，使得各基色光在第一微透鏡432中會聚，并發(fā)生較小程度的反向偏折，從而使出射的白光W中各基色光(R、G、B)基本重合。
[0056]由圖4C可以看出，在第一微透鏡431和第二微透鏡432之間存在一定間隙時，微透鏡組可對入射到微透鏡組接近邊緣處的光線進行偏折，因此，采用間隙設(shè)置第二微透鏡432和第一微透鏡431適用于微透鏡鏡組具有較大孔徑的情況，在實際應(yīng)用時，可根據(jù)實際需要采用上述兩種方式的任一種設(shè)置微透鏡組，消除經(jīng)過微透鏡組的白光色偏。
[0057]進一步地，在本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕中，第一微透鏡431及第二微透鏡432的材料為光學塑膠或光學玻璃。在制作過程中，可通過模具將微透鏡層43中所有的第一微透鏡431—體成型，以及將所有的第二微透鏡432—體成型，而后將成型的各第一微透鏡431和各第二微透鏡432通過光學膠進行膠合而形成微透鏡層43;或者，還可分別制作每個第一微透鏡431和第二微透鏡432，再將各第一微透鏡431和第二微透鏡432進行膠合組成微透鏡層43。在實際應(yīng)用時，為簡化工藝復雜度可優(yōu)選第一種方式進行微透鏡層43的制作，且組成微透鏡層43的第一微透鏡431和第二微透鏡432可采用光學塑膠或光學玻璃進行制作。此外，采用其它制作方法及材料制作上述的微透鏡層而達到本發(fā)明相應(yīng)作用的情況，在此不做限定。
[0058]以及，在本發(fā)明實施例方案中，通過對微透鏡層中的第一微透鏡和第二微透鏡的色散系數(shù)進行不同設(shè)置，使得兩正、負透鏡在對光束的偏折過程中進行差異補償，提高不同基色光束的重合度。
[0059]以及，在具體實施時，在本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕中，柱狀透鏡層42與微透鏡層43之間可存在一定的間距，例如，柱狀透鏡層42與微透鏡層43之間可相距l(xiāng)-5mm。在實際應(yīng)用中，柱狀透鏡層42和微透鏡層43之間的間隙可采用折射率為I的透明材質(zhì)填充;或者，也可通過外邊緣的固定件將柱狀透鏡層42和微透鏡層43保持上述間距進行固定，此時，兩者之間的空氣充當上述的折射率為I的透明材質(zhì)。柱狀透鏡層42和微透鏡層43之間的距離根據(jù)投影屏幕的制作需求和成像標準可進行調(diào)整，通常情況下兩者之間可相距3-5_，在實際應(yīng)用時，可靈活調(diào)整，在此不做限定。
[0060]進一步地，在本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕中，菲涅爾透鏡層41的厚度可為50-200μπι。在實際應(yīng)用時，菲涅爾透鏡層41可為由聚烯烴等材料注壓而成的薄片，在制作過程中可將其厚度控制在50-200μπι之內(nèi)，使其適應(yīng)于投影屏幕的整體厚度。當然，還可根據(jù)實際需求調(diào)整菲涅爾透鏡層41的厚度，本發(fā)明實施例不對其具體厚度取值進行限定。
[0061]與此同時，為保證投影屏幕的整體厚度不至于過大，微透鏡層的厚度可為100-300Mi。在實際應(yīng)用中，如圖4Α所示，組成微透鏡層43的各微透鏡組中的第一微透鏡431和第二微透鏡432可為低色散的凹透鏡結(jié)構(gòu)和高色散的凸透鏡結(jié)構(gòu)的組合，為適合具體應(yīng)用，可將上述的凸透鏡和凹透鏡結(jié)構(gòu)的具體形狀進行組合使用，兩者的單獨厚度以適合應(yīng)用為準，無嚴格數(shù)值要求，而為將投影屏幕的重量和體積控制在合理范圍之內(nèi)，可將兩種微透鏡膠合后的厚度可控制在100-300μπι之間，在制作過程中，可根據(jù)實際需求調(diào)整第一微透鏡431和第二微透鏡432的厚度，以使微透鏡組的整體厚度符合要求。
[0062]需要說明的是，本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕中，出光方向指投影光束入射進入投影屏幕進行出射的方向；菲涅爾透鏡層、柱狀透鏡層以及微透鏡層的光軸應(yīng)保持平行，各微透鏡結(jié)構(gòu)優(yōu)選地的并列設(shè)置。
[0063]實施例三、
本發(fā)明實施例三基于實施例一基礎(chǔ)上，提出了一種大尺寸拼接投影屏幕，如圖5所示。
[0064]圖5所示的大尺寸拼接屏幕，可以應(yīng)用實施例一中的正投投影屏幕，S卩，投影設(shè)備和用戶均位于投影屏幕一側(cè)，用戶觀察到的是通過屏幕反射入人眼形成的圖像。
[0065]或者，圖5所示的大尺寸拼接屏幕，可以應(yīng)用實施例一中的背投投影屏幕，S卩，投影設(shè)備和用戶分別位于投影屏幕兩側(cè)，用戶觀察到的是通過屏幕透射入人眼形成的圖像。
[0066]由于該大尺寸拼接屏幕應(yīng)用了實施例一或?qū)嵤├忻枋龅耐队捌聊患夹g(shù)方案，從而實現(xiàn)多屏拼接時能夠減小因為單位拼接屏色偏現(xiàn)象嚴重導致的拼接畫面顏色不均勻，色偏，提升大尺寸投影畫面顯示色彩的一致性。
[0067]實施例四、
基于實施例一的投影屏幕實施方案，本發(fā)明實施例提供一種投影系統(tǒng)。
[0068]在實際應(yīng)用中，將投影機的焦距和投影屏幕的焦距匹配后即可進行圖像顯示。采用本發(fā)明實施例提供的投影系統(tǒng)進行圖像顯示時，可有效減小白光經(jīng)過投影屏幕后的空間能量分布差異，其白光偏色較低，提升顯示色彩的一致性。
[0069]如圖6所示，在本發(fā)明實施例提供的上述投影系統(tǒng)中，包括激光投影機時，該投影系統(tǒng)為激光投影系統(tǒng)。其中，激光投影機可為超短焦激光投影機。
[0070]本發(fā)明實施例提供的投影屏幕及投影系統(tǒng)，包括:沿投影光束入射至投影屏幕的方向依次設(shè)置的微透鏡層61、著色層62、擴散層63、菲涅爾透鏡層64以及反射層65。微透鏡層61包括:多個呈陣列分布緊密排列的微透鏡組;微透鏡組包括:沿投影光束出射方向依次設(shè)置的第一微透鏡611及第二微透鏡612;第一微透鏡611的色散系數(shù)小于第二微透鏡612的色散系數(shù);第一微透鏡611用于對入射光線中的各基色光進行發(fā)散;第二微透鏡612用于對各基色光進行會聚，以減小經(jīng)過第一微透鏡會聚后的各基色光的偏折差異;經(jīng)過反射層反射的光線再經(jīng)過微透鏡層后入射至人眼。
[0071]對于第一微透鏡層611和第二微透鏡612組合進行消除色偏的過程和原理在前述實施例中已經(jīng)說明，在此不再贅述。
[0072]由此，本發(fā)明實施例提供的上述投影屏幕減小了白光中各基色光由于偏折差異而造成空間能量分布變化，由此，各基色光在白光中所占比例保持恒定，并不會隨著視角的增加而發(fā)生色溫差異，也不會引起白光在不同視角下的偏色，提升顯示色彩的一致性。
[0073]實施例五、
基于實施例二的投影屏幕實施方案，本發(fā)明實施例提供一種投影系統(tǒng)。
[0074]該投影系統(tǒng)可為投影拼接顯示系統(tǒng)，投影系統(tǒng)的投影機可為激光投影機，在實際應(yīng)用中，將投影機的焦距和投影屏幕的焦距匹配后即可進行圖像顯示。
[0075]具體地，可以如圖7所示，
具體地，本發(fā)明實施例提供的投影屏幕及投影系統(tǒng)，包括:沿出光方向依次設(shè)置的菲涅爾透鏡層71、柱狀透鏡層72及微透鏡層73。
[0076]微透鏡層包括:多個呈陣列分布的微透鏡組;微透鏡組包括:沿投影影像光束出射方向依次設(shè)置的第一微透鏡731及第二微透鏡732，第一微透鏡731用于對入射光線中的各基色光進行發(fā)散，第二微透鏡732用于對各基色光進行會聚。
[0077]本發(fā)明實施例提供的上述微透鏡層中的各微透鏡組中，白光入射光線中的各基色光透過第一微透鏡時對各基色光產(chǎn)生發(fā)散作用，使各基色光發(fā)生不同程度的且較大的偏折后入射到第二微透鏡，由于第二微透鏡具有較高的色散系數(shù)，因此相對于第一微透鏡可對入射的發(fā)散后的各基色光線進行較低程度的會聚作用，縮小了由第一微透鏡導致的各基色光的偏折差異，從而對白光在第一微透鏡中產(chǎn)生的各基色光偏折差異通過較小程度的反向偏折后進行補償，使出射的不同波長的各基色光基本重合，減小白光經(jīng)過上述投影屏幕后的空間能量分布變化，從而使得白光在不同視角下的色偏降低，提升顯示色彩的一致性。
[0078]由于采用了上述實施例二中的投影屏幕，本發(fā)明實施例投影系統(tǒng)進行圖像顯示時，可有效減小白光經(jīng)過投影屏幕后的空間能量分布差異，在不同視角下白光色偏較低，提升顯示色彩的一致性。
[0079]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種投影屏幕，至少包括菲涅爾透鏡層，其特征在于，還包括位于菲涅爾透鏡層出光側(cè)的微透鏡層； 所述微透鏡層包括:多個呈陣列分布的微透鏡組； 沿投影影像光束出射方向，所述微透鏡組依次包括:第一微透鏡，所述第一微透鏡為負透鏡，以及第二微透鏡，所述第二微透鏡為正透鏡， 所述第一微透鏡的色散系數(shù)小于第二微透鏡的色散系數(shù)； 投影影像光束至少透過所述菲涅爾透鏡層之后，并最終經(jīng)所述微透鏡層出射后進入人眼。2.如權(quán)利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述投影屏幕為正投屏幕，還包括著色層、擴散層，以及反射層，其中，投影影像光束依次入射所述為透微透鏡層、著色層、擴散層、菲涅爾透鏡層，并經(jīng)所述反射層反射后折回，再次經(jīng)過所述菲涅爾透鏡層、擴散層、著色層，并最終經(jīng)所述微透鏡層出射后進入人眼。3.如權(quán)利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述投影屏幕為背投屏幕，還包括柱狀透鏡層，其中，投影影像光束依次入射所述菲涅爾透鏡層、柱狀透鏡層后，并最終入射所述微透鏡層并出射后進入人眼。4.如權(quán)利要求2或3所述的投影屏幕，其特征在于，所述第一微透鏡為雙凹透鏡結(jié)構(gòu)或平凹透鏡結(jié)構(gòu)，所述第二微透鏡為雙凸透鏡結(jié)構(gòu)或平凸透鏡結(jié)構(gòu)。5.如權(quán)利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述第一微透鏡與所述第二微透鏡緊密貼合或者之間存在預(yù)設(shè)距離的間隙。6.如權(quán)利要求1或6所述的投影屏幕，其特征在于，所述第一微透鏡的色散系數(shù)為30-80;所述第二微透鏡的色散系數(shù)為10-30。7.如權(quán)利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述第一微透鏡和/或所述第二微透鏡的材質(zhì)為光學塑膠或光學玻璃。8.如權(quán)利要求1所述的投影屏幕，其特征在于，所述第一微透鏡、第二微透鏡為非球面透鏡。9.一種大尺寸拼接屏幕，其特征在于，包括多塊如權(quán)利要求1-8任一所述的投影屏幕。10.一種投影系統(tǒng)，包括激光投影設(shè)備，其特征在于，還包括如權(quán)利要求1-8任一項所述的投影屏幕。
【文檔編號】G03B21/625GK106019796SQ201610651168
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月10日
【發(fā)明人】趙飛
【申請人】海信集團有限公司