一种具有全息柱面透镜结构的投影屏制造技术

本发明专利技术公开了一种具有全息柱面透镜结构的投影屏，包括屏幕主体，设置于屏幕主体一侧表面的菲涅尔透镜层，设置于屏幕主体另一侧表面的全息柱面透镜阵列层，其特征在于：所述全息柱面透镜阵列上附带有散斑信息结构，所述散斑信息结构是以经过全息柱面透镜和散斑屏的出射光为物光，与参考光干涉成像获得的，全息柱面透镜阵列及附带于其上的散斑信息结构由其制备光路条件限定。本发明专利技术采用全息柱面透镜与散斑屏相结合，控制出射光线竖直和水平方向的视场，从而压缩竖直方向视场、增大水平方向视场，获得了高亮度、大视场的全息投影屏，且可方便地实现三维投影。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种投影装置的部件，具体涉及一种具有全息柱面透镜结构的投影屏及其制造方法。
技术介绍
在投影系统中，投影屏与投影机的配合是获得好的投影效果的必要条件。目前市场上常见的投影屏幕有白塑布投影屏幕、玻璃珠投影屏幕和银色珍珠投影屏幕。白塑布投影屏幕属于扩散型，从理论上来说，所有方向的显示屏增益值(GS)都是1，但其实际值接近于0.9。由于增益低，对环境光线非常敏感，只能在暗室中使用。玻璃珠投影屏幕属于回归型，这种投影幕的反射特性有点类似反光路标的光学特点。当光线投射在玻璃珠上时，光线会自然返回，简而言之，最大辐射强度返回到光源，也就是投影机。这种类型的投影屏幕，增益(GS)约为1.5到3。银色珍珠投影屏幕属于反射型，这种类型的投影幕可以提供最大辐射强度，就像镜子反射光一样。投影幕的增益和扩散是互相作用的，如果光线的扩散不足，就可获得较高的投影屏幕增益值，但易出现明显的亮斑。银色珍珠投影屏幕的增益范围较广，从1.5到10。这种投影幕亮度很高，但增益值越高，带来的代价是视角越窄。现实世界是三维立体世界，而现有的投影设备绝大多数都只能显示二维信息，并不能给人以深度感觉。为了使显示的场景和物体具有深度感觉，人们在各方面进行了尝试。3D显示技术的研究经历了十几年的发展，取得了十分丰硕的成果，从各种手执式观测器、3D立体眼镜、头盔显示器，到现在最新的不需要眼镜的3D显示器，有用棱镜的、透镜的、光栅的、电子开关的等等。立体显示可分为需要佩带辅助眼镜装置的立体显示和无需佩带任何辅助眼镜装置的自动立体显示。其中，需要佩带辅助眼镜装置的立体显示装置有液晶开关眼镜、滤色眼镜等；而无需佩带任何辅助眼镜装置的自动立体显示技术方面的报道主要有(1)视差照明技术在透射式的显示屏(如液晶显示屏)后形成离散的、极细的照明亮线，将这些亮线以一定的间距分开，这样人的左眼通过液晶显示屏的偶像素列能看到亮线，而观察者的右眼通过显示屏的偶像素列是看不到亮线的，反之亦然。因此，观察者的左眼只能看到显示屏偶像素列显示的图像，而右眼只能看到显示屏的奇像素列显示的图像。这样观察者就能接受到视差立体图像对，产生深度感知。(2)视障技术视障技术的实现方法是使用一个开关液晶屏、一个偏振膜和一个高分子液晶层，利用液晶层和偏振膜制造出一系列的旋光方向成90°的垂直条纹，这些条纹宽几十微米，通过这些条纹的光就形成了垂直的细条栅模式。在立体显示模式时，哪只眼睛能看到液晶显示屏上的哪些像素就由这些视差障栅来控制。应该由左眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡右眼；同理，应该由右眼看到的图像显示在液晶屏上时，不透明的条纹会遮挡左眼。如果把液晶开关关掉，显示器就能成为普通的二维显示器。(3)微透镜投射技术微透镜投射技术是在显示屏的前面加上一层微柱透镜，使显示屏的像平面位于透镜的焦平面上。在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个子像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素，双眼从不同的角度观看显示屏，就看到不同的子像素。但同时像素间的间隙也被放大了，因此不能简单地叠加子像素，更好的做法是使一组子像素交叉排列。另一种改进方式是，让柱透镜与像素列不是平行的，而是成一定的角度，这样做是为了使每一组子像素重复投射视区，而不是只投射一组视差图像。投影机向屏幕投射的画面中，画面信息是由同一编码的一系列体视对信息构成，由于每一个柱透镜所形成的投影像都会通过柱透镜的焦线进入人眼，从而人的瞳孔就通过该透镜接收到透镜像素上的一部分，又由于柱透镜阵列对应的画面是一系列同一编码的体视对信息，所以人的左右眼就会接受到不同的画面信息，产生视差，便能看到一个立体实像，从而实现立体投影。以上各种关于立体投影的研究成果由于结构的限制和昂贵的成本，大部分仍停留于实验和开发阶段，没有形成工业化产品，没有得到较好的市场应用。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种清晰度高、耐强光，且可以适于显示三维影像的投影屏，并通过压缩无用视角，提高投影光线的利用率。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种具有全息柱面透镜结构的投影屏，包括屏幕主体，设置于屏幕主体一侧表面的菲涅尔透镜层，设置于屏幕主体另一侧表面的全息柱面透镜阵列层，所述全息柱面透镜阵列上附带有散斑信息结构，所述散斑信息结构是以经过全息柱面透镜和散斑屏的出射光为物光，与参考光干涉成像获得的，全息柱面透镜阵列及附带于其上的散斑信息结构由其制备光路条件限定，制备时，以柱面透镜焦距为F，散斑屏到柱面透镜的距离为L，光阑的孔径为d，均匀照射柱面透镜光束孔径为D，则0.8F≤L≤1.2F，1mm≤d≤0.2D，D＞10mm。上述技术方案中，通过对柱面透镜和散斑屏的合理组合，来控制出射光线竖直和水平方向的视场，从而压缩竖直方向视场、增大水平方向视场，获得了高亮度、大视场的全息投影屏。上述技术方案中，所述全息柱面透镜阵列沿纵横方向，以邻接方式排布于屏幕主体一侧表面。在所述全息柱面透镜阵列层中每一全息柱面透镜的形状为圆形、椭圆形或规则多边形。采用上述技术方案，根据需要增加其它的层次结构，即可分别获得下列投影屏(1)正投型普通投影屏在屏幕主体的全息柱面透镜阵列一侧压一漫反射层，另一侧压一菲涅耳透镜层，并在菲涅耳透镜层外侧压一高反射层，即可获得所需的正投型普通投影屏。其中，屏幕主体可以为刚性的或柔性的透明或半透明的薄板或薄膜；高反射层可以采用SiO2、TiO2或ZnS等。(2)背投型普通投影屏在屏幕主体一侧压一漫反射层，另一侧压一菲涅耳透镜层即可。屏幕主体可以为压制了全息柱面透镜阵列的刚性的或柔性的透明或半透明的薄板或薄膜。(3)正投型3D投影屏在该全息柱面透镜阵列结构基体层一侧通过利用粘合剂或本领域技术人员能想到的其它方法压一菲涅耳透镜层在全息柱面透镜阵列结构层上，并在菲涅耳透镜层另一侧通过粘合剂或本领域技术人员已知的其它技术层压一高反射层在菲涅耳透镜层上。全息柱面透镜阵列结构基体层可以为刚性的或柔性的透明或半透明的薄板或薄膜。该高反射层可以为SiO2、TiO2或ZnS等。对于3D投影屏，需要通过调整物光和参考光的夹角，拍二块母版，拼版的时候交替拼。(4)背投型3D投影屏在该全息柱面透镜阵列结构基体层一侧通过利用粘合剂或本领域技术人员能想到的其它方法压一菲涅耳透镜层在全息柱面透镜阵列结构层上。全息柱面透镜阵列结构基体层可以为刚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镜结构的投影屏的制造方法，包括如下步骤(1)利用分束器将激光光束分为两路，一种作为物光，另一种作为参考光，物光经一柱面透镜和一散斑屏后，由透镜聚焦，与参考光以一夹角汇射于光刻胶板上，使光刻胶板曝光，记录带有散斑信息结构的全息柱面透镜结构，其中，以柱面透镜焦距为F，散斑屏到柱面透镜的距离为L，光阑的孔径为d，均匀照射柱面透镜光束孔径为D，则0.8F≤L≤1.2F，1mm≤d≤0.2D，D＞10mm；(2)利用照相快门的开闭控制光路，同时移动光刻胶板至下一位置进行曝光，重复上述过程，完成整个光刻胶板的曝光，获得带有散斑信息结构的全息柱面透镜阵列；可以通过激光全息光刻系统的计算机控制曝光时间、曝光量等，同时计算机通过驱动器控制二维平台的位移使光刻胶板在x方向和y方向的精确移动；(3)对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有全息柱面透镜结构的投影屏，包括屏幕主体，设置于屏幕主体一侧表面的菲涅尔透镜层，设置于屏幕主体另一侧表面的全息柱面透镜阵列层，其特征在于：所述全息柱面透镜阵列上附带有散斑信息结构，所述散斑信息结构是以经过全息柱面透镜和散斑屏的出射光为物光，与参考光干涉成像获得的，全息柱面透镜阵列及附带于其上的散斑信息结构由其制备光路条件限定，制备时，以柱面透镜焦距为Ｆ，散斑屏到柱面透镜的距离为Ｌ，光阑的孔径为ｄ，均匀照射柱面透镜光束孔径为Ｄ，则０．８Ｆ≤Ｌ≤１．２Ｆ，１ｍｍ≤ｄ≤０．２Ｄ，Ｄ＞１０ｍｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智华，周雷，陈林森，浦东林，周小红，魏国军，谢正东，
申请(专利权)人：苏州苏大维格光电科技股份有限公司，苏州大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]