本發明涉及顯示技術領域，尤指一種投影屏幕及投影系統。

背景技術：

投影系統在進行圖像顯示時，僅需要通過視頻電纜將生成模擬信號輸入投影系統，即可以將圖像投影在屏幕上進行顯示。由于其便利性在顯示領域應用十分廣泛。激光是一種高亮度，方向性強，具有偏振性質的光源，由于激光的諸多優點，近年來被逐漸作為光源應用于投影顯示領域。

目前較為常用的一種激光投影系統包括投影光源、光機照明系統、光閥部件、投影鏡頭和投影屏幕這幾個部分。其中，投影光源中通常可包含激光器，在非純色三色光源中，還設置有熒光粉輪，用于受激發生熒光，使得激光和熒光組成三基色光，再通過濾色輪濾色輸出后進行光機照明系統。光機照明系統將光束輸出給光閥部件，例如在數字光處理(digitallightprocession，簡稱dlp)構架中，光閥部件可為數字微鏡芯片(digitalmicromirrordevice，簡稱dmd)，dmd芯片接收圖像信號的驅動，將三基色光光束進行調制后輸出給投影鏡頭，由投影鏡頭將光束投射到投影屏幕上提供給觀看者觀看。

由于在實際應用上，軸外點發出的光在通過光學系統之后的像面為曲面，即存在場曲，場曲是球面光學系統的固有性質。而應用于激光投影系統中的激光掃描系統在大視場情況下場曲會變大，隨著視角的增加，像面與投影屏幕之間的距離增加，像面與投影屏幕無法重合，因此投影屏幕的成像效果差。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種投影屏幕及投影系統，用以消除投影鏡頭造成的場曲像差。

第一方面，本發明實施例提供一種投影屏幕，曲面，且所述曲面與投影鏡頭的像面相吻合。

在一種可能的實現方式中，在本發明實施例提供的上述投影屏幕中，所述投影屏幕關于所述投影鏡頭的光軸中心對稱；

所述投影屏幕中的各點與第一平面的距離隨著所述投影屏幕中的各點與所述光軸的垂直距離的增大而增大；所述第一平面為經過所述投影屏幕的中心點且垂直于所述光軸的平面。

在一種可能的實現方式中，在本發明實施例提供的上述投影屏幕中，所述投影屏幕包括至少三種受激發射單元，各種所述受激發射單元按照設定規則排列；

每種所述受激發射單元在經過設定波段的光照射后受激發射特定顏色的光。

在一種可能的實現方式中，在本發明實施例提供的上述投影屏幕中，所述投影屏幕為前投屏幕，包括沿入光方向依次設置的保護層、由各所述受激發射單元組成的受激發射層以及反射層。

在一種可能的實現方式中，在本發明實施例提供的上述投影屏幕中，所述投影屏幕為背投屏幕，包括沿入光方向依次設置的二向色層、由各所述受激發射單元組成的受激發射層以及保護層。

第二方面，本發明實施例提供一種投影系統，包括光源，在所述光源的出射光光路上沿光的出射方向依次設置的顯示芯片，振鏡組，投影鏡頭，以及位于所述投影鏡頭像面位置處的上述任一投影屏幕。

在一種可能的實現方式中，在本發明實施例提供的上述投影系統中，所述光源為單色光源，所述投影屏幕包括至少三種受激發射單元，各種所述受激發射單元按照設定規則排列；

每種所述受激發射單元在經過所述單色光源的出射光的照射后受激發射特定顏色的光。

在一種可能的實現方式中，在本發明實施例提供的上述投影系統中，所述投影屏幕包括：紅色受激發射單元、綠色受激發射單元以及藍色受激發射單元。

在一種可能的實現方式中，在本發明實施例提供的上述投影系統中，各所述受激發射單元為尺寸形狀均相同的方形；一個所述紅色受激發射單元、一個所述藍色受激發射單元以及兩個所述綠色受激發射單元組成一個方形顏色組，且各顏色的受激發射單元在所述顏色組中的位置固定；所述紅色受激發射單元以及所述藍色受激發射單元位于所述顏色組的一條對角線上，兩個所述綠色受激發光單元位于所述顏色組的另一條對角線上；

多個所述顏色組按矩陣排布構成所述投影屏幕。

在一種可能的實現方式中，在本發明實施例提供的上述投影系統中，所述受激發射單元為量子點單元或熒光單元。

在一種可能的實現方式中，在本發明實施例提供的上述投影系統中，所述振鏡組包括兩個振鏡，且兩個所述振鏡的轉動軸相互垂直。

本發明有益效果如下：

本發明實施例提供的投影屏幕及投影系統，投影屏幕的形狀為曲面，且曲面與投影鏡頭的像面相吻合。由于現有的投影屏幕都為平面，由投影鏡頭的場曲像差的影響需要額外設備多元件對場曲進行校正，而本發明實施例提供的上述投影屏幕不再是平面而是與投影鏡頭的像面相匹配的曲面，與投影鏡頭的產生的場曲相適應，因此投影屏幕在接收到的所述投影鏡頭的成像不存在場曲像差，增加可視角度，顯示效果更佳。

附圖說明

圖1a為本發明實施例提供的投影屏幕的結構示意圖之一；

圖1b為本發明實施例提供的場曲的原理圖；

圖2為本發明實施例提供的受激發射單元的排列結構示意圖之一；

圖3為本發明實施例提供的前投屏幕的結構示意圖；

圖4為本發明實施例提供的背投屏幕的結構示意圖；

圖5為本發明實施例提供的投影系統的結構示意圖之二；

圖6a為本發明實施例提供的振鏡組的轉動位置示意圖；

圖6b為本發明實施例提供的投影原理圖之一；

圖6c為本發明實施例提供的投影原理圖之二；

圖7為本發明實施例提供的受激發射單元的排列結構示意圖之二；

圖8a為本發明實施例提供的投影屏幕的顯示示意圖之一；

圖8b為本發明實施例提供的投影屏幕的顯示示意圖之二；

圖8c為本發明實施例提供的投影屏幕的顯示示意圖之三；

圖8d為本發明實施例提供的投影屏幕的顯示示意圖之四。

具體實施方式

本發明實施例提供一種投影屏幕及投影系統，用以消除投影鏡頭造成的場曲像差。

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。

下面結合附圖詳細介紹本發明具體實施例提供的投影屏幕及投影系統。

在實際應用中，投影系統中的投影屏幕通常為平面投影屏幕，而投影鏡頭并非理想透鏡，鏡頭中的鏡片存在的缺陷使垂直于主光軸的物平面上發出的光經透鏡成像后，清晰的最佳實像面不是平面而是一個曲面，從而投影屏幕并不能與投影鏡頭的清晰的像面重合，則投影屏幕接收到的成像在軸外部分不清晰，并且在一般情況下視場角越大，成像點距離平面投影屏幕越遠，成像越不清晰。

有鑒于此，本發明實施例提供了一種投影屏幕，如圖1a所示，本發明實施例提供的投影屏幕11，位于向其投影的投影鏡頭12的像面上，該投影屏幕11的形狀為曲面，曲面與投影鏡頭的像面相吻合。

本發明實施例提供的上述投影屏幕根據投影鏡頭本身的成像特點，將投影屏幕的位置設置于投影鏡頭的像面處，將投影屏幕設置成與投影鏡頭的清晰像面具有相同的曲面弧度，從而該投影屏幕所接收到的成像中的各點均為清晰像點。而在實際應用中，人眼在觀看上述曲面投影屏幕時看到的是平面顯示效果，畫面并不會發生扭曲。

進一步地，根據光學系統的像差理論可知，某一視場的子午像點、弧矢像點相對于高斯像面的距離稱為子午像面彎曲和弧矢像面彎曲，簡稱子午場曲和弧矢場曲。其中，軸外點細光束的場曲計算公式公為子午場曲的公式為和弧矢場曲公式。子午場曲公式為：xt’＝lt’-l’＝t’cosuz’+x-l’；弧矢場曲的公式為：xs’＝ls’-l’＝s’cosuz’+x-l’；如圖1b所示，xt’和xs’分別表示子午場曲和弧矢場曲，l’表示理想像距，lt’和ls’分別表示軸外點主光線與子午像點以及弧矢像點的軸向距離，t’和s’分別表示軸外點主光線的鏡頭交點到子午及弧矢像點的距離，uz’表示不同視場，x表示軸外點主光線的鏡頭交點的軸向距離。

由像面所遵循的以上公式可以看出，真實像面(即子午像面或弧矢像面)是關于光軸中心對稱的，且只有像面的中心點處的理想像點與真實像點重合，若將經過該中心點且垂直與光軸的平面稱為第一平面(即理想高斯像面)，則在真實像面中的各點與第一平面的距離隨著真實像面中的各點與光軸的垂直距離的增大而增大。而本發明實施例提供的上述投影屏幕與真實像面吻合，因此，投影屏幕關于投影鏡頭的光軸中心對稱；且投影屏幕中的各點與第一平面的距離隨著投影屏幕中的各點與光軸的垂直距離的增大而增大。在實際應用中，子午像面與弧矢像面上對應的像點位置非常接近，可將投影屏幕設置在子午像面與弧矢像面的中間位置，且使投影屏幕可以覆蓋對應的子午像點與弧矢像點連接的中點。

在實際應用中為減小投影設備的體積以及投影設備到投影屏幕之間的距離，可以采用短焦或超短焦投影鏡頭作為上述投影鏡頭，然而在使用上述短焦或超短焦類型的投影鏡頭時，在投影視場較大的情況下，軸外發光點即大視角下的成像點所產生的像差更為嚴重。為此，本發明實施例提供了一種可以消除像差的投影屏幕，如圖2所示，該投影屏幕11包括至少三種受激發射單元111，各種受激發射單元按照設定規則排列；每種受激發射單元在經過設定波段的光照射后受激發射特定顏色的光。

受激發射單元111通常至少應包括受激發射出顯示所用的三基色光的種類。以圖2所示的投影屏幕為例，圖2所示的投影屏幕包括三種受激發射單元111，在吸收光照后分別可以受激發射紅色、綠色和藍色的光。如圖2所示，紅色受激發射單元r可以受激發射紅色光；綠色受激發射單元g可以受激發射綠色光；藍色受激發射單元b可以受激發射藍色光。在上述各顏色的受激發射單元按照像素單元的排列規則進行排列時，可以在受到光照時發出紅、綠、藍三基色光，在調制信號源的亮度信號之后即可實現圖像顯示。

需要說明的是，由受激發射的能級原理可知，上述的受激發射單元111吸收高能量的光受激發射出長低能量的光，因此實際應用中所使用的光源的發射光的波段應小于各受激發射單元111發射光的波段。

進一步地，本發明實施例投影屏幕可應用于前投影模式的投影系統中，也可以應用于背投影模式的投影系統中。

在上述投影屏幕應用于前投系統時，投影屏幕11為前投屏幕，如圖3所示，包括沿入光方向依次設置的保護層112、由各受激發射單元組成的受激發射層110以及反射層113。對于前投屏幕來說，觀看者與投影設備位于同一側，經過投影鏡頭12的光線向前投屏幕內入射，受激發射層110吸收入射光能量受激發射至少三種基色光，一部分激發光直接向觀看者一側發射，一部分激發光向反射層113發射，經過反射層113的反射后再次向觀看者一側出射。

在上述投影屏幕應用于背投系統時，投影屏幕11為背投屏幕，如圖4所示，包括沿入光方向依次設置的二向色層114、由各受激發射單元組成的受激發射層110以及保護層112。經過投影鏡頭的光束首先透過二向色層114照射至受激發射層110，受激發射層110吸收入射光能量受激發射至少三種基色光，再向保護層112一側出射，最終入射至人眼。二向色層114的作用為通過單色光源的光，而反射受激發射層110的激發光，由此可以提高投影屏幕的顯示亮度，提升顯示效果。

在實際應用中，制作上述受激發射層110的材料通常為具有受激發射性質的熒光轉換材料。與現有的菲涅爾光學屏幕相比，由于本發明實施例提供的上述投影屏幕為發光屏幕，且采用的熒光轉換材料發光角度范圍較大，因而可視角度范圍相比于現有的光學屏幕更大，顯示效果佳。其中，二向色層114可以為膜層，也可為二向色鏡片層；反射層113的制作方式可以采用鍍膜或涂覆反光材料的方式，在此均不做限定。

另一方面，基于同一發明構思，本發明實施例還提供了一種投影系統，如圖5所示，包括：光源13，在光源13的出射光光路上沿光的出射方向依次設置的顯示芯片14，振鏡組15，投影鏡頭12，以及上述任一投影屏幕11。

在實際應用中，本發明實施例提供的上述投影系統可為基于在數字光處理(digitallightprocession，簡稱dlp)構架的投影系統。其中，光源13可為激光器芯片；顯示芯片14作為光閥部件，可采用數字微鏡芯片(digitalmicromirrordevice，簡稱dmd)，dmd芯片接收圖像信號的驅動，接收的光源光束進行調制后輸出給振鏡組15；振鏡組15可以以轉動軸進行旋轉，從而將人射的光束反射至投影鏡頭12的不同位置處，由投影鏡頭12對光路進行偏折從而入射成像到投影屏幕11的不同位置。投影鏡頭12可采用f-θ，在此不做限定。

進一步地，本發明實施例提供的上述投影系統可采用點掃描的方式進行投影顯示。振鏡組15可包括兩個轉動軸相互垂直的振鏡，可以實現將入射光束經反射后在投影鏡頭的二維表面的不同位置持續振動。如圖6a所示，振鏡組15包括第一振鏡151和第二振鏡152，第一振鏡151以水平方向的轉動軸x1進行轉動，可分別處于a和b兩個位置；第二振鏡152以垂直于x1軸的垂直向內的轉動軸x2進行轉動，可分別處于c和d兩個位置。

舉例來說，如圖6b所示，當第一振鏡151處于a位置，而第二振鏡152處于c位置時，光束經過第一振鏡151和第二振鏡152的反射后可入射到投影鏡頭的位置s1，從而經過投影鏡頭入射到投影屏幕的位置s1’處；如圖6c所示，當第一振鏡151處于b位置，而第二振鏡152處于d位置時，光束經過第一振鏡151和第二振鏡152的反射后可入射到投影鏡頭的位置s2，從而經過投影鏡頭入射到投影屏幕的位置s2’處。

在實際應用中，第一振鏡151和第二振鏡152可以振動的位置不至于上述的兩個位置，那么基于上述的相同的投影原理，可在改變第一振鏡151和第二振鏡152在處于不同的位置時，實際投影屏幕上的各位置點的掃描。而在第一振鏡151和第二振鏡152遠大于人眼可識別的速度在不同的位置進行振動使得在投影屏幕上留下光點時，由于人眼對像點的滯留作用，可以在投影屏幕上觀看到完整的顯示畫面。

進一步地，本發明實施例提供的上述投影系統的由投影屏幕采用受激發射單元111組合的形式，因此投影系統的光源僅采用單色光源即可，且投影系統中不再需要設置濾色輪部件，直接對單色光源的光束進行亮度調制即可，由此，可以進一步減小投影系統的體積，亦可在一定程度上簡化信號調制的復雜程度。

其中，投影屏幕11包括至少三種受激發射單元111，各種受激發射單元按照設定規則排列；每種受激發射單元111在經過單色光源的出射光的照射后受激發射特定顏色的光。

在具體實施時，受激發射單元111通常至少應包括受激發射出顯示所用的三基色光的種類。例如，如圖2所示，本發明實施例提供的上述投影屏幕可包括：紅色受激發射單元r、綠色受激發射單元g以及藍色受激發射單元b。

如下以一具體實例對本發明采用單色光源以及受激發射單元組成的投影屏幕進行圖像顯示的工作原理進行具體說明。

如圖7所示，本發明實施例提供的上述投影屏幕中，各受激發射單元為尺寸形狀均相同的方形；一個紅色受激發射單元r、一個藍色受激發射單元b以及兩個綠色受激發射單元g組成一個方形顏色組p，且各顏色的受激發射單元在顏色組p中的位置固定；紅色受激發射單元r以及藍色受激發射單元b位于顏色組p的一條對角線上，兩個綠色受激發光單元g位于顏色組p的另一條對角線上；多個顏色組按矩陣排布構成投影屏幕。

如圖7所示，上述的一個顏色組p實際對應了一個像素單元的位置，在實際應用中，投影系統的掃描方式可為點掃描方式，光源13為單色光源，光源13的出射光束在經過顯示芯片14后可將光束進行調制，從而使出射的光束帶有亮度信號，在經過振鏡組15的反射后可以入射到投影鏡頭12的不同位置，從而入射到投影屏幕11的不同位置處。

具體來說，在本發明實施例中，如圖6a所示，振鏡組15包括兩個轉動軸相互垂直的第一振鏡151和第二振鏡152，由此可使帶有設定亮度信號的光線經過第一振鏡151和第二振鏡152之后入射到投影鏡頭12的設定位置，最終入射到投影屏幕中的設定受激發射單元上。由于本發明實施例提供的上述投影系統采用點掃描方式，因此振鏡組15需要有與受激發射單元111個數相等的位置狀態，以使振鏡組15振動到某一位置時，相應地可以將帶有對應亮度信號的單色光束入射到投影屏幕的對應位置，激發該位置處的受激發射單元111發射出特定顏色以及特定亮度的光。

以位于中心位置的一個顏色組p為例。振鏡組15在處于位置q1、q2、q3、q4四個振動狀態時可對應以指定強度的單色激光分別點亮紅色受激發射單元r、位于右上角的綠色受激發射單元g、位于左下角的綠色受激發射單元g以及藍色受激發射單元b。如圖8a所示，振鏡組15處于振動位置q1時，紅色受激發射單元r被點度形成紅色亮點r；如圖8b所示，振鏡組15處于振動位置q2時，位于右上角的綠色受激發射單元g被點度形成紅色亮點g；如圖8c所示，振鏡組15處于振動位置q3時，位于左下角的綠色受激發射單元g被點度形成紅色亮點g；如圖8d所示，振鏡組15處于振動位置q4時，藍色受激發射單元b被點度形成紅色亮點b。

采用與上述相同的方式以極快的速度將投影屏幕內的各受激發射單元均掃描一遍，人眼視覺滯留作用下可以將投影屏幕內的發光點均點亮，顯示一幅完整的圖像畫面。

作為一種優選的實施方案，受激發射單元111可為量子點單元，即受激發射單元的材料可采用量子點材料。

進一步地，量子點單元的材料為鋅、鎘、硒、硫元素的化合物，是一種半導體材料，為直徑約為2-10nm的納米粒子。量子點的發光性質可以通過改變量子點的尺寸來調控。通過改變量子點材料的尺寸和化學組成可以使其熒光發射波長覆蓋整個可見光區。通常情況下，量子點越小，發出光越偏藍，反之量子點越大，發出的光越偏紅。

當單色光源為藍色激光光源時，投影屏幕上設置的藍色量子點材料滿足能夠受激發射藍光，綠色量子點材料滿足能夠受激發射綠光，紅色量子點材料滿足能夠受激發射紅光。

其中，藍光量子點的熒光頻譜吸收范圍為350-400nm。由硫化鎘及硫化鋅組成的核殼結構可以發射出藍光，并且相同量子點材料隨著尺寸的減小，熒光吸收譜發生藍移。首先將硫化二納水溶液與鈉二乙基己基溶液混合，然后與氯化鎘前驅體溶液混合制備出了硫化鎘量子點材料。再將二氯化鋅溶液注入到硫化鎘量子點溶液中制備出硫化鋅殼結構。在紫外光激發下，硫化鎘/硫化鋅核殼結構發射出的可見光波長受到量子點尺寸和殼層厚度的影響。

綠光量子點的熒光頻譜吸收范圍為450-550nm。在高溫條件下將氧化鎘溶解于十四烷基磷酸中，將硒粉溶解于三辛基膦注入到氧化鎘溶液中，在190-210℃環境下反應制備出硒化鎘量子點材料。經檢測，這種量子點結構的發光效率更好，主要是由于高溫條件下制備出的硒化鎘量子點結構的禁帶勢壘變寬，使得量子點受激發射的光子的能量變大。

除此之外，本發明實施例提供的上述光源13可使用藍光光源，還可為紫光光源或紫外光源。受激發射單元111也可采用熒光材料的發光單元，在此不做限定，只要采用本發明構思而置換的其它可應用的單色光源以及受激發射材料均落入本發明的保護范圍。

在具體實施時，在本發明實施例提供的上述投影系統中，如圖5所示，還包括：位于光源13出光一側的整形透鏡16，以及設置在光源13與顯示芯片14之間的集光器17。實際應用中單色光源通常采用單色激光器，而激光器出射的激光具有不對稱、像散等缺陷，因此需要在激光器的出光則設置整形透鏡16對出射激光進行整形。而集光器17可以將整形后的激光有效收集到顯示芯片上以使顯示芯片對入射的光束進行信號調制。

本發明實施例提供的投影屏幕及投影系統，投影屏幕的形狀為曲面，且曲面與投影鏡頭的像面相吻合。由于現有的投影屏幕都為平面，由投影鏡頭的場曲像差的影響需要額外設備多元件對場曲進行校正，而本發明實施例提供的上述投影屏幕不再是平面而是與投影鏡頭的像面相匹配的曲面，與投影鏡頭的產生的場曲相適應，因此投影屏幕在接收到的所述投影鏡頭的成像不存在場曲像差，增加可視角度，顯示效果更佳。

盡管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。