專利名稱：一種具有全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)的投影屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影裝置的部件，具體涉及一種具有全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)的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(jī)的配合是獲得好的投影效果的必要條件。
目前市場(chǎng)上常見的投影屏幕有白塑布投影屏幕、玻璃珠投影屏幕和銀色珍珠投影屏幕。
白塑布投影屏幕屬于擴(kuò)散型，從理論上來說，所有方向的顯示屏增益值(GS)都是1，但其實(shí)際值接近于0.9。由于增益低，對(duì)環(huán)境光線非常敏感，只能在暗室中使用。
玻璃珠投影屏幕屬于回歸型，這種投影幕的反射特性有點(diǎn)類似反光路標(biāo)的光學(xué)特點(diǎn)。當(dāng)光線投射在玻璃珠上時(shí)，光線會(huì)自然返回，簡(jiǎn)而言之，最大輻射強(qiáng)度返回到光源，也就是投影機(jī)。這種類型的投影屏幕，增益(GS)約為1.5到3。
銀色珍珠投影屏幕屬于反射型，這種類型的投影幕可以提供最大輻射強(qiáng)度，就像鏡子反射光一樣。投影幕的增益和擴(kuò)散是互相作用的，如果光線的擴(kuò)散不足，就可獲得較高的投影屏幕增益值，但易出現(xiàn)明顯的亮斑。銀色珍珠投影屏幕的增益范圍較廣，從1.5到10。這種投影幕亮度很高，但增益值越高，帶來的代價(jià)是視角越窄。
現(xiàn)實(shí)世界是三維立體世界，而現(xiàn)有的投影設(shè)備絕大多數(shù)都只能顯示二維信息，并不能給人以深度感覺。為了使顯示的場(chǎng)景和物體具有深度感覺，人們?cè)诟鞣矫孢M(jìn)行了嘗試。3D顯示技術(shù)的研究經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展，取得了十分豐碩的成果，從各種手執(zhí)式觀測(cè)器、3D立體眼鏡、頭盔顯示器，到現(xiàn)在最新的不需要眼鏡的3D顯示器，有用棱鏡的、透鏡的、光柵的、電子開關(guān)的等等。
立體顯示可分為需要佩帶輔助眼鏡裝置的立體顯示和無需佩帶任何輔助眼鏡裝置的自動(dòng)立體顯示。其中，需要佩帶輔助眼鏡裝置的立體顯示裝置有液晶開關(guān)眼鏡、濾色眼鏡等；而無需佩帶任何輔助眼鏡裝置的自動(dòng)立體顯示技術(shù)方面的報(bào)道主要有(1)視差照明技術(shù)在透射式的顯示屏(如液晶顯示屏)后形成離散的、極細(xì)的照明亮線，將這些亮線以一定的間距分開，這樣人的左眼通過液晶顯示屏的偶像素列能看到亮線，而觀察者的右眼通過顯示屏的偶像素列是看不到亮線的，反之亦然。因此，觀察者的左眼只能看到顯示屏偶像素列顯示的圖像，而右眼只能看到顯示屏的奇像素列顯示的圖像。這樣觀察者就能接受到視差立體圖像對(duì)，產(chǎn)生深度感知。
(2)視障技術(shù)視障技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法是使用一個(gè)開關(guān)液晶屏、一個(gè)偏振膜和一個(gè)高分子液晶層，利用液晶層和偏振膜制造出一系列的旋光方向成90°的垂直條紋，這些條紋寬幾十微米，通過這些條紋的光就形成了垂直的細(xì)條柵模式。在立體顯示模式時(shí)，哪只眼睛能看到液晶顯示屏上的哪些像素就由這些視差障柵來控制。應(yīng)該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時(shí)，不透明的條紋會(huì)遮擋右眼；同理，應(yīng)該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時(shí)，不透明的條紋會(huì)遮擋左眼。如果把液晶開關(guān)關(guān)掉，顯示器就能成為普通的二維顯示器。
(3)微透鏡投射技術(shù)微透鏡投射技術(shù)是在顯示屏的前面加上一層微柱透鏡，使顯示屏的像平面位于透鏡的焦平面上。在每個(gè)柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個(gè)子像素，這樣透鏡就能以不同的方向投影每個(gè)子像素，雙眼從不同的角度觀看顯示屏，就看到不同的子像素。但同時(shí)像素間的間隙也被放大了，因此不能簡(jiǎn)單地疊加子像素，更好的做法是使一組子像素交叉排列。另一種改進(jìn)方式是，讓柱透鏡與像素列不是平行的，而是成一定的角度，這樣做是為了使每一組子像素重復(fù)投射視區(qū)，而不是只投射一組視差圖像。投影機(jī)向屏幕投射的畫面中，畫面信息是由同一編碼的一系列體視對(duì)信息構(gòu)成，由于每一個(gè)柱透鏡所形成的投影像都會(huì)通過柱透鏡的焦線進(jìn)入人眼，從而人的瞳孔就通過該透鏡接收到透鏡像素上的一部分，又由于柱透鏡陣列對(duì)應(yīng)的畫面是一系列同一編碼的體視對(duì)信息，所以人的左右眼就會(huì)接受到不同的畫面信息，產(chǎn)生視差，便能看到一個(gè)立體實(shí)像，從而實(shí)現(xiàn)立體投影。
以上各種關(guān)于立體投影的研究成果由于結(jié)構(gòu)的限制和昂貴的成本，大部分仍停留于實(shí)驗(yàn)和開發(fā)階段，沒有形成工業(yè)化產(chǎn)品，沒有得到較好的市場(chǎng)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種清晰度高、耐強(qiáng)光，且可以適于顯示三維影像的投影屏，并通過壓縮無用視角，提高投影光線的利用率。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種具有全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)的投影屏，包括屏幕主體，設(shè)置于屏幕主體一側(cè)表面的菲涅爾透鏡層，設(shè)置于屏幕主體另一側(cè)表面的全息柱面透鏡陣列層，所述全息柱面透鏡陣列上附帶有散斑信息結(jié)構(gòu)，所述散斑信息結(jié)構(gòu)是以經(jīng)過全息柱面透鏡和散斑屏的出射光為物光，與參考光干涉成像獲得的，全息柱面透鏡陣列及附帶于其上的散斑信息結(jié)構(gòu)由其制備光路條件限定，制備時(shí)，以柱面透鏡焦距為F，散斑屏到柱面透鏡的距離為L，光闌的孔徑為d，均勻照射柱面透鏡光束孔徑為D，則0.8F≤L≤1.2F，1mm≤d≤0.2D，D＞10mm。
上述技術(shù)方案中，通過對(duì)柱面透鏡和散斑屏的合理組合，來控制出射光線豎直和水平方向的視場(chǎng)，從而壓縮豎直方向視場(chǎng)、增大水平方向視場(chǎng)，獲得了高亮度、大視場(chǎng)的全息投影屏。
上述技術(shù)方案中，所述全息柱面透鏡陣列沿縱橫方向，以鄰接方式排布于屏幕主體一側(cè)表面。
在所述全息柱面透鏡陣列層中每一全息柱面透鏡的形狀為圓形、橢圓形或規(guī)則多邊形。
采用上述技術(shù)方案，根據(jù)需要增加其它的層次結(jié)構(gòu)，即可分別獲得下列投影屏(1)正投型普通投影屏在屏幕主體的全息柱面透鏡陣列一側(cè)壓一漫反射層，另一側(cè)壓一菲涅耳透鏡層，并在菲涅耳透鏡層外側(cè)壓一高反射層，即可獲得所需的正投型普通投影屏。其中，屏幕主體可以為剛性的或柔性的透明或半透明的薄板或薄膜；高反射層可以采用SiO2、TiO2或ZnS等。
(2)背投型普通投影屏在屏幕主體一側(cè)壓一漫反射層，另一側(cè)壓一菲涅耳透鏡層即可。屏幕主體可以為壓制了全息柱面透鏡陣列的剛性的或柔性的透明或半透明的薄板或薄膜。
(3)正投型3D投影屏在該全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層一側(cè)通過利用粘合劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其它方法壓一菲涅耳透鏡層在全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)層上，并在菲涅耳透鏡層另一側(cè)通過粘合劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù)層壓一高反射層在菲涅耳透鏡層上。全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層可以為剛性的或柔性的透明或半透明的薄板或薄膜。該高反射層可以為SiO2、TiO2或ZnS等。對(duì)于3D投影屏，需要通過調(diào)整物光和參考光的夾角，拍二塊母版，拼版的時(shí)候交替拼。
(4)背投型3D投影屏在該全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層一側(cè)通過利用粘合劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其它方法壓一菲涅耳透鏡層在全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)層上。全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層可以為剛性的或柔性的透明或半透明的薄板或薄膜。
上述具有全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)的投影屏的制造方法，包括如下步驟(1)利用分束器將激光光束分為兩路，一種作為物光，另一種作為參考光，物光經(jīng)一柱面透鏡和一散斑屏后，由透鏡聚焦，與參考光以一夾角匯射于光刻膠板上，使光刻膠板曝光，記錄帶有散斑信息結(jié)構(gòu)的全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)，其中，以柱面透鏡焦距為F，散斑屏到柱面透鏡的距離為L，光闌的孔徑為d，均勻照射柱面透鏡光束孔徑為D，則0.8F≤L≤1.2F，1mm≤d≤0.2D，D＞10mm；(2)利用照相快門的開閉控制光路，同時(shí)移動(dòng)光刻膠板至下一位置進(jìn)行曝光，重復(fù)上述過程，完成整個(gè)光刻膠板的曝光，獲得帶有散斑信息結(jié)構(gòu)的全息柱面透鏡陣列；可以通過激光全息光刻系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制曝光時(shí)間、曝光量等，同時(shí)計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)器控制二維平臺(tái)的位移使光刻膠板在x方向和y方向的精確移動(dòng)；(3)對(duì)曝光后的光刻膠板進(jìn)行顯影，電鑄、拼版獲得全息透鏡陣列母版；(4)采用微納米壓印技術(shù)或采用精密薄膜模壓設(shè)備將所述母版轉(zhuǎn)壓至熱塑材料上，獲得具有柱面透鏡結(jié)構(gòu)的衍射投影屏的基體層；(5)在基體層的另一側(cè)表面復(fù)合菲涅爾透鏡層，獲得投影屏。
其中，所述的熱塑材料為透明或半透明材料；可以是聚氯乙烯、聚碳酸酯、雙向拉伸聚丙烯或透明聚酯薄膜。
進(jìn)一步的技術(shù)方案，在基體層的全息柱面透鏡陣列一側(cè)表面鍍制透明或半透明的保護(hù)層。
實(shí)現(xiàn)上述方法的制作系統(tǒng)，至少包括計(jì)算機(jī)、激光器、照相快門、分束器、柱面透鏡、透鏡、散斑屏、光闌、三維平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)器和光刻膠板，其中，所述的激光器發(fā)出激光光束，所述激光光束通過分束器分為兩路，一路獲取透鏡的物光，另一路作為參考光，所述物光與參考光以一夾角匯射于光刻膠板上；所述的照相快門置于激光光束前端，控制物光和參考光在光刻膠板上的曝光；所述計(jì)算機(jī)控制照相快門的開閉、曝光量，和光刻膠板的移動(dòng)，使照相快門的開閉和光刻膠板的移動(dòng)相協(xié)調(diào)。
該系統(tǒng)還包括兩個(gè)空間濾波器，所述的兩個(gè)空間濾波器分別置于物光和參考光的光路中，對(duì)物光和參考光進(jìn)行相應(yīng)的濾波處理。所述的空間濾波器包括擴(kuò)束鏡和針孔，所述的擴(kuò)束鏡置于針孔的前端。
由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明采用全息柱面透鏡與散斑屏相結(jié)合，控制出射光線豎直和水平方向的視場(chǎng)，從而壓縮豎直方向視場(chǎng)、增大水平方向視場(chǎng)，獲得了高亮度、大視場(chǎng)的全息投影屏。
2.通過配合菲涅爾透鏡和不同的漫反射層或高反射層，可以用于實(shí)現(xiàn)正投、背投及3D投影，實(shí)現(xiàn)三維投影的成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
3.由于本發(fā)明的投影屏本具有高亮、清晰及透明的特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境的要求不高，適合高端的消費(fèi)場(chǎng)所。如政府機(jī)關(guān)及主管部門、企事業(yè)單位集團(tuán)消費(fèi)的控制室、會(huì)議室、商業(yè)情報(bào)(咨詢)中心、背投箱和視頻墻、電教室；商業(yè)廣告展示領(lǐng)域的展覽場(chǎng)、大型購物中心；裝飾與展示并重的名品店、專賣店、汽車4S店、櫥窗展示、婚紗攝影、辦公大樓和酒店大堂、餐廳；機(jī)場(chǎng)、車站、銀行和其他人流密集地段的銷售點(diǎn)的產(chǎn)品、商業(yè)信息的告示等；也適合追求時(shí)尚的人士做家庭影院使用。


附圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的制作系統(tǒng)的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖2為實(shí)施例一中的具體制作流程示意圖；附圖3為實(shí)施例一獲得的全息柱面透鏡陣列排布示意圖；附圖4為實(shí)施例一中正八邊形的全息柱面透鏡陣列示意圖；附圖5為實(shí)施例一中正六邊形的全息柱面透鏡陣列示意圖；附圖6為實(shí)施例一中圓形的全息柱面透鏡陣列示意圖；附圖7為實(shí)施例二的投影成象結(jié)構(gòu)原理示意圖；附圖8為實(shí)施例三的投影成象結(jié)構(gòu)原理示意圖；附圖9為實(shí)施例四中的視差原理示意圖；附圖10為實(shí)施例四中的視差圖片；附圖11為實(shí)施例四中的正投型3D投影屏投影成象結(jié)構(gòu)原理示意圖；附圖12為實(shí)施例四中的背投型3D投影屏投影成象結(jié)構(gòu)原理示意圖；附圖13為本發(fā)明應(yīng)用示例示意圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一參見附圖1，本實(shí)施例的制作系統(tǒng)包括激光器1、照相快門2、分束器3、平面反射鏡41、42、空間濾波器5包括擴(kuò)束鏡51和針孔52、透鏡61、62、63、柱面鏡7、條形散斑屏8、光闌91、92、光刻膠板10、驅(qū)動(dòng)器11和計(jì)算機(jī)12。
激光器1發(fā)出的激光光束通過分束器3分為兩路，一路經(jīng)透鏡61構(gòu)成物光，另一路經(jīng)透鏡62作為參考光，物光與參考光以一夾角匯射于光刻膠板10上，在物光與參考光的光路中均設(shè)置空間濾波器5，空間濾波器5包括擴(kuò)束鏡51和針孔52，擴(kuò)束鏡51置于針孔52的前端，兩個(gè)空間濾波器5分別對(duì)物光和參考光進(jìn)行相應(yīng)的濾波處理，在物光的光路中透鏡63起到對(duì)散斑成像作用。在物光與參考光的光路中設(shè)置光闌91、92，光闌分別對(duì)物光與參考光進(jìn)行相應(yīng)光束的限制。
為了能夠克服不必要的光線浪費(fèi)，制造出高亮度，大視場(chǎng)的全息投影屏。通過對(duì)柱面透鏡和散斑屏的合理組合，來控制出射光線豎直和水平方向的視場(chǎng)，最終達(dá)到壓縮豎直方向視場(chǎng)和增大水平方向上的視場(chǎng)。假定柱面透鏡焦距為F，散斑屏的位置為L，光闌91的孔徑為d，均勻照射柱面透鏡光束孔徑為D，則柱面透鏡與散斑屏的關(guān)系為0.8F≤L≤1.2F，光闌91與均勻照射柱面透鏡光束的關(guān)系為1mm≤d≤0.2D。
照相快門2置于激光光束前端，控制物光和參考光在光刻膠板10上的曝光，計(jì)算機(jī)12通過驅(qū)動(dòng)器控制照相快門2的開閉、曝光量和光刻膠板10的移動(dòng)，使照相快門2的開閉和光刻膠板10的移動(dòng)相協(xié)調(diào)。
如圖1所示，物光光路如下激光器1→照相快門2→分束器3→平面反射鏡42→空間濾波器5→透鏡62→柱面鏡7→散斑屏8→透鏡63→光闌92→光刻膠板10參考光光路如下激光器1→照相快門2→分束器3→平面反射鏡41→空間濾波器5→透鏡61→光闌91→光刻膠板10參見附圖2，本實(shí)施例的具體制作流程如下1.采用自動(dòng)控制激光全息光刻系統(tǒng)在光刻膠板10上記錄柱面透鏡結(jié)構(gòu)的全息透鏡陣列，包括(1)激光器1發(fā)出激光光束，激光光束通過分束器3分為兩路，一路經(jīng)透鏡61構(gòu)成物光，另一路經(jīng)透鏡62作為參考光，物光與參考光以一夾角匯射于光刻膠板10上曝光。
(2)計(jì)算機(jī)12通過驅(qū)動(dòng)器控制照相快門2的開閉和光刻膠板10的移動(dòng)，使照相快門2的開閉和光刻膠板10的移動(dòng)相協(xié)調(diào)，在光刻膠板10上均勻地記錄全息柱面透鏡陣列的信息。計(jì)算機(jī)12可以通過激光全息光刻系統(tǒng)控制曝光時(shí)間、曝光量等，同時(shí)，計(jì)算機(jī)12通過驅(qū)動(dòng)器控制二維平臺(tái)的位移使光刻膠板10在x方向和y方向精確移動(dòng)。
(3)每次在一個(gè)位置曝光后，計(jì)算機(jī)12通過驅(qū)動(dòng)器控制二維平臺(tái)進(jìn)行位移使光刻膠板10移動(dòng)至下一個(gè)位置，再進(jìn)行曝光，如此循環(huán)，在光刻膠板10上均勻地記錄全息柱面透鏡陣列。
2.對(duì)曝光后的光刻膠板進(jìn)行顯影，電鑄、拼版產(chǎn)生全息透鏡陣列母版。
通常采用LIGA(光刻-電鑄)工藝，便于母版復(fù)制，具體工藝流程是，先對(duì)光刻膠浮雕表面進(jìn)行金屬化處理，生產(chǎn)電極，然后置于電鑄槽中，用電鑄方式在光刻膠上沉積成一定厚度的金屬鎳版，與光刻膠分離，金屬鎳板上形成了浮雕結(jié)構(gòu)，形成金屬鎳母版，再用母版翻鑄金屬工作版。
3.采用微納米壓印技術(shù)或采用精密薄膜模壓設(shè)備制造具有像面全息結(jié)構(gòu)的投影屏。采用微納米壓印技術(shù)可以加工透明熱塑材料，例如聚氯乙烯(PVCPolyrinylChloride)、聚碳酸酯(PCPolycarbonate)或雙向拉伸聚丙烯(BOPPBiaxialOrlentedPlypropylene)等；采用精密薄膜模壓設(shè)備制造可以加工透明聚酯(PETPolyester)或BOPP薄膜，在實(shí)際生產(chǎn)工藝中，可將平面工作版包裹在模壓滾筒上，對(duì)PET或者BOPP進(jìn)行連續(xù)滾動(dòng)模壓復(fù)制，制作薄膜全息屏。
4.在模壓后的熱塑材料的具有像面全息結(jié)構(gòu)的投影屏上鍍保護(hù)層，保護(hù)層可采用透明或半透明介質(zhì)保護(hù)層，如硫化鋅ZnS或二氧化硅SiO2等。
參見附圖3所示，為本實(shí)施例獲得的全息柱面透鏡陣列排布示意圖。全息透鏡以縱、橫方向均勻排布屏幕體上，且全息透鏡以鄰接方式排布于屏幕體上，制作時(shí)，只需使計(jì)算機(jī)12通過驅(qū)動(dòng)器控制二維平臺(tái)的位移使光刻膠板10在x方向和y方向的精確移動(dòng)與照相快門2的開閉相協(xié)調(diào)即可。附圖3中的全息柱面透鏡在屏幕體中的形狀為正方形，可以通過選擇光闌91和92的入射截面形狀以獲取相應(yīng)的全息透鏡形狀，光闌91和92的入射截面形狀采用圓形，則全息透鏡在屏幕體中的形狀為圓形，參見附圖3、4、5、6所示，全息柱面透鏡在屏幕體中的形狀分別為正方形、正八邊形、正六邊形和圓形，相對(duì)于圓形或橢圓形，正方形和正六邊形等規(guī)則多邊形可取得更高的占空比，對(duì)于占空比的選擇，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要進(jìn)行選取。
實(shí)施例二正投型普通投影屏。
參見附圖7所示，正投型普通投影屏的組成結(jié)構(gòu)包括屏幕主體13、全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)14、菲涅耳透鏡層15、高反射層16、漫反射層17。
正投型普通投影屏，在屏幕主體一側(cè)表面上壓制有全息柱面透鏡陣列，另一側(cè)表面利用粘合劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它方法壓一菲涅耳透鏡層，并通過粘合劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù)層壓一高反射層在菲涅耳透鏡層上，在該全息柱面透鏡陣列表面通過利用粘合劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它方法壓一漫反射層。全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層可以為剛性的或柔性的透明或半透明的薄板或薄膜。該高反射層可以為SiO2、TiO2或ZnS等。
實(shí)施例三背投型普通投影屏。
參見附圖8所示，背投型普通投影屏的組成結(jié)構(gòu)包括屏幕主體13、全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)14、菲涅耳透鏡層15、漫反射層17。
背投型普通投影屏，在屏幕主體一側(cè)表面上壓制有全息柱面透鏡陣列，另一側(cè)表面利用粘合劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它方法壓一菲涅耳透鏡層，在該全息柱面透鏡陣列表面通過利用粘合劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其它方法壓一漫反射層。全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層可以為剛性的或柔性的透明或半透明的薄板或薄膜。但此處的全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)與正投型普通投影屏的全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)不同。
實(shí)施例四參見附圖9所示，為本發(fā)明中立體成像的原理圖。
投影機(jī)向屏幕體投射的畫面中，畫面信息是由按同一編碼的一系列體視對(duì)信息構(gòu)成，如圖10所示，在同一編碼中對(duì)應(yīng)多個(gè)體視對(duì)信息，通過投影屏幕定向衍射使左視圖和右視圖分別分配給左右眼，以達(dá)到視覺系統(tǒng)的立體融合得到立體顯示效果。
如附圖11所示，背投型3D投影屏有三層結(jié)構(gòu)組成全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層、菲涅耳透鏡層、高反射層。
正投型3D投影屏，在該全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層一側(cè)通過利用粘合劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其它方法壓一菲涅耳透鏡層在全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)層上，并在菲涅耳透鏡層另一側(cè)通過粘合劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它技術(shù)層壓一高反射層在菲涅耳透鏡層上。全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層可以為剛性的或柔性的透明或半透明的薄板或薄膜。該高反射層可以為SiO2、TiO2或ZnS等。但此處的全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)與普通投影屏的全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)又不同。
如圖12所示，背投型3D投影屏有二層結(jié)構(gòu)組成全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層、菲涅耳透鏡層。
背投型3D投影屏，在該全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層一側(cè)通過利用粘合劑或本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其它方法壓一菲涅耳透鏡層在全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)層上。全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)基體層可以為剛性的或柔性的透明或半透明的薄板或薄膜。但此處的全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)與正投型3D投影屏的全息柱面透鏡陣列結(jié)構(gòu)層的結(jié)構(gòu)不同。
本實(shí)施例的一典型應(yīng)用方式如圖13所示，對(duì)于采用透明或半透明的屏幕體，以屏幕體為界，相對(duì)于觀察位置的一側(cè)，在屏幕體的另一側(cè)安放特定的實(shí)物，這樣無論是使用正面投影機(jī)還是背面投影機(jī)，從觀察位置看見投影畫面的同時(shí)，總是能看見屏幕體后面的實(shí)物，投影機(jī)的投影光源的光線卻不會(huì)直接進(jìn)入人眼影響觀察效果，這是其它投影屏所不具備的特性，本發(fā)明中的觀察方向和投射方向之間夾角的存在，使得看見投影畫面的同時(shí)看見屏幕體后面的實(shí)物成為一種現(xiàn)實(shí)、新穎的觀察效果，通過控制觀察方向的角度，所成影像(畫面)可使人感覺漂浮于半空中，給觀察者帶來了一個(gè)新鮮、且具有沖擊力的印象。
權(quán)利要求
1.一種具有全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)的投影屏，包括屏幕主體，設(shè)置于屏幕主體一側(cè)表面的菲涅爾透鏡層，設(shè)置于屏幕主體另一側(cè)表面的全息柱面透鏡陣列層，其特征在于所述全息柱面透鏡陣列上附帶有散斑信息結(jié)構(gòu)，所述散斑信息結(jié)構(gòu)是以經(jīng)過全息柱面透鏡和散斑屏的出射光為物光，與參考光干涉成像獲得的，全息柱面透鏡陣列及附帶于其上的散斑信息結(jié)構(gòu)由其制備光路條件限定，制備時(shí)，以柱面透鏡焦距為F，散斑屏到柱面透鏡的距離為L，光闌的孔徑為d，均勻照射柱面透鏡光束孔徑為D，則0.8F≤L≤1.2F，1mm≤d≤0.2D，D＞10mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)的投影屏，其特征在于所述全息柱面透鏡陣列沿縱橫方向，以鄰接方式排布于屏幕主體一側(cè)表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)的投影屏，其特征在于在所述全息柱面透鏡陣列層中每一全息柱面透鏡的形狀為圓形、橢圓形或規(guī)則多邊形。
4.一種具有全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)的投影屏的制造方法，包括如下步驟(1)利用分束器將激光光束分為兩路，一種作為物光，另一種作為參考光，物光經(jīng)一柱面透鏡和一散斑屏后，由透鏡聚焦，與參考光以一夾角匯射于光刻膠板上，使光刻膠板曝光，記錄帶有散斑信息結(jié)構(gòu)的全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)，其中，以柱面透鏡焦距為F，散斑屏到柱面透鏡的距離為L，光闌的孔徑為d，均勻照射柱面透鏡光束孔徑為D，則0.8F≤L≤1.2F，1mm≤d≤0.2D，D＞10mm；(2)利用照相快門的開閉控制光路，同時(shí)移動(dòng)光刻膠板至下一位置進(jìn)行曝光，重復(fù)上述過程，完成整個(gè)光刻膠板的曝光，獲得帶有散斑信息結(jié)構(gòu)的全息柱面透鏡陣列；(3)對(duì)曝光后的光刻膠板進(jìn)行顯影，電鑄、拼版獲得全息透鏡陣列母版；(4)采用微納米壓印技術(shù)或采用精密薄膜模壓設(shè)備將所述母版轉(zhuǎn)壓至熱塑材料上，獲得具有柱面透鏡結(jié)構(gòu)的衍射投影屏的基體層；(5)在基體層的另一側(cè)表面復(fù)合菲涅爾透鏡層，獲得投影屏。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)的投影屏的制造方法，其特征在于所述的熱塑材料為透明或半透明材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)的投影屏的制造方法，其特征在于在基體層的全息柱面透鏡陣列一側(cè)表面鍍制透明或半透明的保護(hù)層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有全息柱面透鏡結(jié)構(gòu)的投影屏，包括屏幕主體，設(shè)置于屏幕主體一側(cè)表面的菲涅爾透鏡層，設(shè)置于屏幕主體另一側(cè)表面的全息柱面透鏡陣列層，其特征在于所述全息柱面透鏡陣列上附帶有散斑信息結(jié)構(gòu)，所述散斑信息結(jié)構(gòu)是以經(jīng)過全息柱面透鏡和散斑屏的出射光為物光，與參考光干涉成像獲得的，全息柱面透鏡陣列及附帶于其上的散斑信息結(jié)構(gòu)由其制備光路條件限定。本發(fā)明采用全息柱面透鏡與散斑屏相結(jié)合，控制出射光線豎直和水平方向的視場(chǎng)，從而壓縮豎直方向視場(chǎng)、增大水平方向視場(chǎng)，獲得了高亮度、大視場(chǎng)的全息投影屏，且可方便地實(shí)現(xiàn)三維投影。
文檔編號(hào)G03H1/04GK101030027SQ20071003927
公開日2007年9月5日 申請(qǐng)日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月10日
發(fā)明者吳智華, 周雷, 陳林森, 浦東林, 周小紅, 魏國軍, 謝正東 申請(qǐng)人:蘇州蘇大維格數(shù)碼光學(xué)有限公司, 蘇州大學(xué)