專利名稱：帶有透鏡體前表面的前投影屏幕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及前投影屏幕，更具體地說(shuō)是涉及具有雙凸前表面的屏幕。
諸如LCD(液晶顯示器)和DMD(可變形鏡裝置)的適合于再現(xiàn)視頻圖象的小型顯示裝置的發(fā)展，引起了對(duì)投影這些圖象的小孔徑投影光學(xué)設(shè)備的需求，以及對(duì)以適當(dāng)?shù)膶?duì)比度在寬的視角上投影圖象的前投影屏幕的需求。
已知的有各種前投影屏幕，它們采用了后表面雙凸透鏡或線性費(fèi)涅爾透鏡陣列，以及光散射顆粒，以將圖象散布到觀眾的視場(chǎng)中。參見(jiàn)例如US專利No.4,767,186；4,964,695，和4,911,529。這些屏幕還可以采用透鏡元件之間的光吸收區(qū)，以吸收背景光并因而改善圖象對(duì)比度。
這種小孔徑系統(tǒng)所遇到的一個(gè)問(wèn)題，是光可能通過(guò)屏幕而不遇到任何光散射顆粒，從而產(chǎn)生被稱為閃爍或斑點(diǎn)的現(xiàn)象，這是亮點(diǎn)在屏幕上的隨機(jī)出現(xiàn)。這種閃爍或斑點(diǎn)顯然是不利的，因?yàn)樗鼫p小了分辨率，并分散了觀眾的注意力。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種前投影屏幕，其中減少了閃爍或斑點(diǎn)的發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明，一種前投影屏幕由前部分和后部分組成，該前部分具有在其前表面上的雙凸透鏡陣列，并包括光散射顆粒以形成從前部分的前表面在所述部分的至少一部分上延伸的散射區(qū)，且后部分具有與散射區(qū)分開(kāi)的光反射表面。在使用中，投影光的進(jìn)入光線通過(guò)散射區(qū)和散射區(qū)與反射表面之間的空間，并隨后通過(guò)被反射而再次通過(guò)這些區(qū)域。因此，光線沿著不同的方向通過(guò)散射區(qū)的不同區(qū)域，從而增大了光線遇到至少一個(gè)光散射顆粒的機(jī)會(huì)，從而減少了斑點(diǎn)的出現(xiàn)。
在這里，術(shù)語(yǔ)“雙凸透鏡陣列”指的是彼此平行的細(xì)長(zhǎng)透鏡元件或透鏡體，這些透鏡元件或透鏡體沿著一個(gè)方向在屏幕上沿著縱向延伸，并沿著橫向方向具有確定的輪廓。
散射區(qū)可以延伸至前部分的后表面，例如從前表面至后表面橫過(guò)前部分的整個(gè)厚度，而后部分提供了散射區(qū)與反射表面之間的空間。而散射區(qū)可以與前部分的后表面相隔開(kāi)，例如可以被約束在前表面附近，在此情況下散射區(qū)與前部分的后表面之間的其余的區(qū)域可以起散射區(qū)與反射表面之間的分隔區(qū)域的作用。反射表面此時(shí)可位于前部分的后表面。
另外，前部分的后表面可以限定一個(gè)與第一陣列平行的第二雙凸透鏡陣列，其中第一陣列的各個(gè)雙凸透鏡元件或透鏡體具有在第二陣列中的對(duì)應(yīng)透鏡體。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，前和/或后透鏡體陣列由具有陡的側(cè)壁的透鏡體構(gòu)成，從而使進(jìn)入這些透鏡體的光的至少某些部分被這些側(cè)壁所內(nèi)部全反射并集中在透鏡體的端部區(qū)域。這種內(nèi)部全反射(TIR)在上述US專利No.4,767,186和4,964,695中得到更為詳細(xì)的描述，這些專利的說(shuō)明書(shū)在此被引為參考文獻(xiàn)。
在上述的任何實(shí)施例和實(shí)施例的變形中，在前和/或后雙凸透鏡陣列的透鏡體之間，可以有光吸收材料構(gòu)成的圖案或矩陣，以增強(qiáng)在有背景光情況下顯示的圖象的對(duì)比度。
現(xiàn)在結(jié)合附圖中所示的幾個(gè)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。在附圖中

圖1是本發(fā)明的屏幕的一個(gè)實(shí)施例的示意橫截面圖，該屏幕具有帶有前透鏡體陣列的前部分，與該陣列相聯(lián)系的光吸收結(jié)構(gòu)、一個(gè)體散射器和具有后反射表面的后部分；圖2是本發(fā)明的屏幕的另一實(shí)施例的示意橫截面圖，它與圖1的屏幕類(lèi)似，只是前部分還具有后雙凸透鏡陣列；圖3是本發(fā)明的另一實(shí)施例的示意橫截面圖，該實(shí)施例與圖1的類(lèi)似，只是散射區(qū)被限制在前表面附近，且后部分具有前反射表面；圖4是本發(fā)明的又一實(shí)施例的示意橫截面圖，該實(shí)施例與圖3的類(lèi)似，只是前部分還具有后雙凸透鏡陣列；圖5是與圖4類(lèi)似的示意橫截面圖，只是反射層在后透鏡體陣列的輪廓之后；圖6是與圖5類(lèi)似的示意橫截面圖，只是反射層被限制在后透鏡體的端部區(qū)域；圖7是與圖2類(lèi)似的示意橫截面圖，只是在前部分中有一個(gè)分隔區(qū)域；
圖8是與圖2類(lèi)似的前投影屏幕的示意橫截面圖，只是它沒(méi)有分隔層；圖9是與圖2的類(lèi)似的前投影屏幕，只是光吸收結(jié)構(gòu)與后雙凸透鏡陣列相聯(lián)系。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，屏幕10由前部分12和后部分14組成。前部分12由諸如聚甲基丙烯酸甲酯的光透射材料制成，并具有限定了雙凸透鏡陣列17的前表面16，雙凸透鏡陣列17由彼此平行取向并在屏幕上縱向延伸的各個(gè)透鏡體構(gòu)成。圖1是沿著與縱向方向相交的方向的橫截面圖，它顯示了透鏡體的輪廓。該前表面還具有光吸收結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括在透鏡體之間延伸的突出的肋18以及在這些肋的頂部的光吸收層20。這些層20用于吸收以較大的角度照射在屏幕上的光(例如背景光)的大部分，同時(shí)卻只吸收以小角度照射在屏幕的光(例如投影光)的一小部分。
前部分12具有彌散在該部分中的光散射顆粒，以形成散射區(qū)22。
屏幕10的后部分14由光透射材料(諸如玻璃)制成的分隔層24和層26構(gòu)成，形成了光反射表面28。層28可以由諸如銀或鋁的任何適宜的鏡面材料制成。
分隔層24的作用是在散射區(qū)12與反射表面28之間的提供一個(gè)空間。因此，入射光線29通過(guò)散射區(qū)22，隨后通過(guò)分隔層24，然后被反射并再次通過(guò)這些層，并隨后從屏幕出射。這種設(shè)置，使斑點(diǎn)比從圖8所示的前投影屏幕見(jiàn)到的減少了很多。
圖2顯示了本發(fā)明的另一實(shí)施例，它與圖1的實(shí)施例類(lèi)似，只是屏幕30的前部分32具有在后表面上的第二透鏡體陣列50。該透鏡體陣列由彼此平行的、縱向取向的透鏡體組成，各個(gè)透鏡體都與前表面上的相應(yīng)透鏡體相對(duì)。因此，間距P(陣列的相鄰?fù)哥R體的對(duì)應(yīng)部分之間的距離)對(duì)于前和后陣列來(lái)說(shuō)都是相同的，而第二陣列的透鏡體的輪廓可以與第一陣列的輪廓有所不同。
如圖1的實(shí)施例，光線52通過(guò)體散射區(qū)42兩次，且第二次通過(guò)是在通過(guò)了分隔層44并從表面48反射之后，使斑點(diǎn)比在圖8中所看到的顯著減少了。
圖3顯示了本發(fā)明的另一實(shí)施例，它與圖1的實(shí)施例類(lèi)似，只是屏幕60的光散射顆粒被限制在前部分62的前表面附近的散射區(qū)72中，且后部分64由層74構(gòu)成，而層74形成了光反射表面76，在表面76處層74與前部分62相遇。在此配置中，圖1的分隔層24被前部分62中的分隔區(qū)域78所取代，該區(qū)域78沒(méi)有任何光散射顆粒。因此，光線79在進(jìn)入屏幕時(shí)通過(guò)散射區(qū)72，然后通過(guò)分隔區(qū)域78，再被表面76反射，再次通過(guò)分隔區(qū)域78和散射區(qū)72，從而使斑點(diǎn)比圖8的屏幕減少了。
在圖3的實(shí)施例中，層74可以是較厚的，以提供對(duì)前部分的機(jī)械支撐，或者可以是在前部分的后表面上的較薄的層，例如可以由涂覆或汽相淀積材料構(gòu)成的層。
圖4顯示了本發(fā)明的另一實(shí)施例，它與圖3的實(shí)施例類(lèi)似，其中屏幕80的前部分82具有第二透鏡體表面84，它與圖2的透鏡體表面50類(lèi)似。在此實(shí)施例中，入射光線86通過(guò)散射區(qū)88，然后通過(guò)分隔區(qū)域90，再被表面92反射，然后再次通過(guò)分隔區(qū)域90和散射區(qū)88，再?gòu)钠聊?0出射，從而使斑點(diǎn)比圖8的屏幕減少了。
圖5和6顯示了圖4的實(shí)施例的兩個(gè)不同的變形。在圖5中，屏幕100由與圖4中的前部分82類(lèi)似的前部分102和后部分104組成，而后部分104由材料層106構(gòu)成，該層106形成了形狀與第二透鏡體表面110的外形相符合的反射表面108。層104可以是例如銀或鋁的汽相淀積層。因此，光線112在進(jìn)入屏幕100時(shí)，通過(guò)散射區(qū)114和分隔區(qū)域116，被表面108反射，并再次通過(guò)分隔區(qū)域116和散射區(qū)114，然后從屏幕出射，從而使斑點(diǎn)比圖8的屏幕減少了。
在圖6中，屏幕200由與前部分102類(lèi)似的前部分202和后部分204構(gòu)成；后部分204現(xiàn)在變成了被限定在第二透鏡體表面210的透鏡體220的端部212中的分隔材料層206。材料206可以是例如銀或鋁，并且是借助掩膜汽相淀積的，或者是用諸如輥的涂覆工具涂覆在端部上，并具有比透鏡體大很多的尺寸。因此，光線216在進(jìn)入屏幕200之后，通過(guò)散射區(qū)218和分隔區(qū)域220，在表面208被反射，并再次通過(guò)分隔區(qū)域220和散射區(qū)218，再?gòu)钠聊怀錾?，從而使斑點(diǎn)比圖8的屏幕減少了。
在圖7中，屏幕300由與圖2的前和后部分32和34類(lèi)似的前部分302和后部分304構(gòu)成，只是在前部分302中散射區(qū)被限定在前表面附近的區(qū)域306中，從而留出了沒(méi)有光散射顆粒的分隔區(qū)域308。后部分304與后部分34類(lèi)似，由形成后表面314的分隔層310和層312構(gòu)成。因此，入射光線316通過(guò)散射區(qū)306、分隔區(qū)域308和分隔層310，隨后被表面314反射，再次通過(guò)這些區(qū)域和層，再?gòu)钠聊怀錾洌瑥亩拱唿c(diǎn)比在圖8的屏幕中減少了。
圖2、4、5、6和7的實(shí)施例的特別有利之處在于可以采用可商業(yè)獲得的、具有表面或體散射的后投影屏幕作為本發(fā)明的前投影屏幕的前部分。這種屏幕在例如JEI，12月，1993，PP.27-33中得到了描述。
圖8顯示了前投影屏幕400，它具有這種現(xiàn)有技術(shù)后投影屏幕的前部分402，該屏幕具有前透鏡體陣列404、帶有光吸收層408的突出部分406、后透鏡體陣列410和體散射器412。后部分由鏡403構(gòu)成，因此，該屏幕缺少諸如圖1的層24的分隔層。
對(duì)圖2和8的屏幕在不同的分隔層44厚度情況下的聚焦、波紋和斑點(diǎn)進(jìn)行了比較。其結(jié)果被顯示在下表中。
表分隔層 聚焦波紋斑點(diǎn)無(wú)(圖8) 最好高 高3/32英寸(2.4mm) 好 中 低1/8英寸(3.2mm) 一般 低 低1/4英寸(6.4mm) 差 低 最低圖9顯示了前投影屏幕500，它具有與圖2的前和后部分32和34類(lèi)似的前部分502和后部分504，只是在前部分502中，光吸收結(jié)構(gòu)與后雙凸透鏡陣列510相聯(lián)系，而不是前陣列507。因此，肋512和光吸收層514位于透鏡體511之間，且到達(dá)層514的任何光—諸如光線524都被吸收。
以上結(jié)合有限的實(shí)施例和實(shí)施例的變形描述了本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，其他的實(shí)施例和變形是顯而易見(jiàn)的，且這些實(shí)施例和變形屬于所附權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種前投影屏幕，它具有前部分和后部分，各個(gè)部分都具有前表面和后表面，該前部分具有限定了一個(gè)散射區(qū)的光散射顆粒，該散射區(qū)從前部分的前表面在所述部分的至少一部分厚度上延伸，前部分的前表面限定了一個(gè)前雙凸透鏡陣列，該陣列包括彼此平行的透鏡體，這些透鏡體在屏幕上沿著縱向延伸，且后部分限定了一個(gè)反射表面，其特征在于反射表面與前部分的散射區(qū)處于分開(kāi)的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的前投影屏幕，其特征在于散射區(qū)延伸到前部分的后表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的前投影屏幕，其特征在于在散射區(qū)與后部分之間的前部分中有分隔區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的前投影屏幕，其特征在于后部分包括位于前部分的后表面和反射表面之間的分隔層。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的前投影屏幕，其特征在于后雙凸透鏡陣列由前部分的后表面限定，該陣列包括大量的彼此平行的透鏡體，這些透鏡體在屏幕上沿著縱向方向延伸，這些透鏡體具有端部區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4的前投影屏幕，其特征在于光吸收材料條位于前透鏡體陣列的透鏡體之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的前投影屏幕，其特征在于前部分的前表面限定了透鏡體之間的脊，且光吸收材料位于這些脊的頂部上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的前投影屏幕，其特征在于光吸收材料條位于后透鏡體陣列的透鏡體之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的前投影屏幕，其特征在于前部分的后表面限定了透鏡體之間的脊，且光吸收材料位于這些脊的頂部上。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的前投影屏幕，其特征在于反射表面是后部分的前表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的前投影屏幕，其特征在于反射表面被限制在后透鏡體陣列的透鏡體的端部區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的前投影屏幕，其特征在于反射表面的形狀與后雙凸透鏡陣列的輪廓的至少一部分相符合。
全文摘要
一種前投影屏幕由前部分和后部分組成，該前部分具有前表面雙凸透鏡陣列和形成前與后表面之間的散射區(qū)的光散射顆粒，且后部分具有與散射區(qū)相間隔的反射表面。在使用中，投影光的入射光線通過(guò)散射區(qū)和散射區(qū)與反射表面之間的空間，然后經(jīng)過(guò)反射而再次通過(guò)這些區(qū)。因此，光線沿著不同的方向通過(guò)了散射區(qū)的不同部分，從而增大仰角光線遇到至少一個(gè)散射顆粒的可能性，從而減少了斑點(diǎn)的出現(xiàn)。
文檔編號(hào)G03B21/60GK1151215SQ95193708
公開(kāi)日1997年6月4日 申請(qǐng)日期1995年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月12日
發(fā)明者S·梅戈斯, S·巴克爾 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司