阅读说明：本技术 一种具有保持投影光偏振状态的投影屏幕 (Projection screen capable of maintaining polarization state of projection light ) 是由 王勇竞 郑港 张喜玉 周永业 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种具有保持投影光偏振状态的投影屏幕,包括若干投影屏幕单元,每一所述投影屏幕单元包括至少两层的光学层状结构,每一光学层状结构的相位变化可以由其他层补偿。每一层所述光学层状结构的材质设置为光学介质膜和/或金属膜。本发明通过设置至少两层的光学层状结构,通过对构成每一层光学层状结构的介质的材质选择和厚度设计,可以起到相位补偿的作用,使得一层光学层状结构产生的相位和振幅的变化,可以被其它层光学层状结构补偿,从而可以保持出射光的偏振态与入射光的偏振态相一致,保偏率可以做到200：1到2000：1或以上,典型的保偏率为1000：1；如此,可以大大消除3D电影的重影,降低眩晕感,提高3D观影体验。(The invention discloses a projection screen capable of maintaining the polarization state of projection light, which comprises a plurality of projection screen units, wherein each projection screen unit comprises at least two layers of optical laminated structures, and the phase change of each optical laminated structure can be compensated by other layers. The material of each layer of the optical layered structure is set to be an optical dielectric film and/or a metal film. The invention can play a role of phase compensation by arranging at least two layers of optical layered structures and selecting materials and designing the thickness of a medium forming each layer of optical layered structure, so that the change of the phase and the amplitude generated by one layer of optical layered structure can be compensated by other layers of optical layered structures, thereby keeping the polarization state of emergent light consistent with the polarization state of incident light, and the polarization retention rate can be 200: 1 to 2000: 1 or more, typical polarization maintaining ratio is 1000: 1; therefore, double images of the 3D film can be greatly eliminated, the vertigo feeling is reduced, and the 3D film watching experience is improved.)

一种具有保持投影光偏振状态的投影屏幕

技术领域

本发明涉及3D显示技术领域，尤其涉及一种具有保持投影光偏振状态的投影屏幕。

背景技术

3D电影院给人们提供了更接近现实的观影体验，近年来其已经成为电影院的主流。3D电影院的实现方式一般是用一台或者两台投影机，通过增加偏振片或者偏振转换装置，投影出分别给左眼和右眼观看的画面。左右眼的画面图像偏振状态不同，屏幕散射和反射来自投影机的光，观众通过戴偏振眼镜来区分左眼和右眼的图像，使得左眼只看到左眼图像，右眼只看到右眼图像，人脑不断地在处理左眼和右眼看到的图像，产生立体感形成3D视觉。

3D投影屏幕一般是用金属银幕，在基材上涂布金属反射层，一般是金属粉末或者金属片状，它既有一定的角度分布，使得屏幕有一定的视角范围，在不同角度上观众可以看得见，又可以保证反射光线的偏振状态。但是，光线在任意界面上反射时，都会产生一定的退偏作用。这一退偏作用主要来源于几种完全不同的物理机制，具体如图1-3所示：

第一、相位退偏。光在反射时，任何介质都会附加一个相位，无论是透明材质还是金属材质，p线偏振光和s线偏振光的偏振均会被附加一个不同相位变化Δ，如图1A和图1B所示。值得注意的是，对于光学多层介质膜的反射，在小于一定角度时，相位变化Δ是一个常数π；对于金属镀膜，这一相位的变化Δ是一个变量，这一相位变化使得入射的线偏光的偏振状态发生了变化，即产生了光线的退偏。

第二、振幅退偏。光线I的在任何表面上反射时，除了对正入射的光线，其它角度的光线反射时，表面对p线偏振光和s线偏振光具有不同的反射率，p线偏振光和s线偏振光经过反射之后反射光O变成P’和S’，如图2所示。虽然反射光的相位没有变化，但是由于p线偏振光和s线偏振光的振幅发生了变化，P’和S’最终也会合成一个偏正态发生变化的光线，即产生了退偏。

第三、几何退偏。光线在反射时，有时虽然对于光线随线坐标系而言，其偏振态没有发生变化，但是对绝对坐标系，实际上它的空间矢量偏振已经发生变化，这种偏振态的变化，在多次反射的情况下，可以变成光的偏振方向的变化。图3给出了一种极端情况，虽然每一次的反射都是理想的反射，没有附加任何相位变化和振幅变化，但是光线经过三次反射后，偏振状态被旋转了90度。

目前的3D投影屏幕对反射光线都有一定的退偏，尤其是在大角度的情况：例如，投影机为左眼投射的图像，有一个特定的偏振方向，比如左旋光，当它投射到3D投影屏幕时，基于半波延迟，反射光大部分为右旋圆偏振光，少部分因为退偏，变成了左旋圆偏振光，这就使得投影光的偏振态在屏幕上发生了变化，右眼不但看到右眼的图像，还会看到少部分左眼的图像，在屏幕上产生重影，观者容易产生眩晕感，大大降低了3D影院的观影体验。目前一般的3D投影屏幕，其偏振保持率只有100：1，即1％的左眼图像的偏振光变成另外一个偏振，被右眼所看到，用户体验不好。少数高端屏幕，其偏振保持率可以接近800：1。市场上急需一种可以保持投影光线偏振状态而不产生重影的3D投影屏幕。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种具有保持投影光偏振状态，保偏率可以达到200：1到2000：1或以上，可以大大消除3D电影的重影，降低眩晕感，提高3D观影体验的投影屏幕。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：本发明提供一种具有保持投影光偏振状态的投影屏幕，包括若干投影屏幕单元，每一所述投影屏幕单元包括至少两层的光学层状结构，其中，每一光学层状结构的相位变化由其他层补偿。

应用于上述技术方案，所述的具有保持投影光偏振状态的投影屏幕中，每一层所述光学层状结构的材质设置为包括光学介质膜或金属膜。

应用于各个上述技术方案，所述的具有保持投影光偏振状态的投影屏幕中，每一所述光学层状结构设置为多层光学膜。

应用于各个上述技术方案，所述的具有保持投影光偏振状态的投影屏幕中，每一所述光学层状结构设置为一金属膜；并且，设置时，使各金属膜的反射角度小于45度。

应用于各个上述技术方案，所述的具有保持投影光偏振状态的投影屏幕中，每一所述光学层状结构设置两层膜，其中，第一层膜设置为金属膜，第二层膜设置为全透明光学介质膜，并且，所述全透明光学介质膜设置在所述金属膜上方。

应用于各个上述技术方案，所述的具有保持投影光偏振状态的投影屏幕中，每一所述光学层状结构设置两层金属膜。

应用于各个上述技术方案，所述的具有保持投影光偏振状态的投影屏幕中，使各层所述光学层状结构的光轴方向相对其对应的投影屏幕单元倾斜设置。

应用于各个上述技术方案，所述的具有保持投影光偏振状态的投影屏幕中，各层所述光学层状结构的光轴方向相对其对应的投影屏幕单元倾斜设置的倾斜角度为+/-20度到+/-45度之间。

应用于各个上述技术方案，所述的具有保持投影光偏振状态的投影屏幕中，选择采用激光直写、二元光学或者衍射光学、特定角度表面分布中的一种或多种的方式来控制所述倾斜角度的设置。

应用于各个上述技术方案，例如采用纳米压印方式，用计算机控制在模具上形成特定的表面形状，增加投射角度，使各层所述光学层状结构的光轴方向相对其对应的投影屏幕单元倾斜设置。

采用上述方案，本发明通过设置至少两层的光学层状结构，通过对构成每一层光学层状结构介质的选择和厚度设计，可以起到相位补偿的作用，使得一层光学层状结构产生的相位和振幅的变化，可以被其它层光学层状结构补偿，从而可以保持出射光的偏振态与入射光的偏振态相一致，保偏率可以做到200：1到2000：1或以上，其中，最优选典型的保偏率为1000：1；如此，可以大大消除3D电影的重影，降低眩晕感，提高3D观影体验。

附图说明

图1A为现有技术中相位退偏中p线偏振光退偏的示意图。

图1B为现有技术中相位退偏中s线偏振光退偏的示意图。

图2为现有技术中振幅退偏的示意图。

图3为现有技术中几何退偏的示意图。

图4为本发明投影屏幕一实施例的结构示意图。

图5为本发明投影屏幕另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

本实施例提供了一种具有保持投影光偏振状态的投影屏幕，如图4所示，所示投影屏幕包括若干投影屏幕单元，例如，包含投影屏幕单元401、投影屏幕单元402、投影屏幕单元403、投影屏幕单元404等。

并且，每一所述投影屏幕单元包括至少两层的光学层状结构，其中，每一所述投影屏幕单元可以包括两层的光学层状结构，或者三层的光学层状结构，或者更多层的的光学层状结构；所述投影屏幕单元中，各所述投影屏幕单元之间一般包含的光学层状结构的层数相同。

其中，每一层所述光学层状结构设置为包括但不限于光学介质膜和金属膜中的任意一种或两种，如此，通过对构成每一层光学层状结构的介质的材质选择和厚度设计，可以起到相位补偿的作用，使得一层光学层状结构产生的相位和振幅的变化，可以被其它层光学层状结构补偿。

由于每一所述投影屏幕单元包括至少两层的光学层状结构，如此，每一投影屏幕单元具有一层以上的介质膜或者/和金属膜，同时还可以形成一场强烈的反射作用，使得从投影机方向上来的光，被一定的角度分布反射回观众眼中。

例如，本发明的第一个实施例为：每一所述投影屏幕单元包括至少两层的光学层状结构，并且，每一所述光学层状结构设置为多层光学介质膜；如此，将每一光学层状结构为设置为多层光学介质膜，发生反射时，对于两个方向偏振光，附加的相位变化为180度，所以反射光不改变偏振的方向。并且，将该光学层状结构设置为多层光学介质膜，多层光学介质膜的设计使得在反射时，对p光和s光具有相同的反射率，所以反射光不改变偏振的方向。

又如，本发明的第二个实施例为：每一所述投影屏幕单元包括至少两层的光学层状结构，并且，每一所述光学层状结构设置为一金属膜；并且，设置时，使各金属膜的反射角度小于45度。这样发生反射时，材料对不同方向的偏振光附加的相位变化足够的小，综合起来也不改变反射光的相位。

再如，本发明的第三个实施例为：每一所述投影屏幕单元包括至少两层的光学层状结构，如图4所示，每一光学层状结构设置有第一层膜411和第二层膜412，其中，第一层膜411设置为金属膜，第二层膜412设置为全透明光学介质膜，并且，所述全透明光学介质膜412设置在所述金属膜411的上方；如此，两层的膜起到两个作用，光线在全透明光学介质膜上发生反射时，发生在金属膜表面发生的反射和发生在透明介质膜上的相位变化相互抵消，那使得保持偏见，所以反射光不改变偏振的方向。

最后，本发明的第四个实施例为：每一所述屏幕单元包括至少两层的光学层状结构，并且，每一光学层状结构均设置两层金属膜；如此，发生在两个金属表面发生反射的相位变化相互抵消，那使得保持偏振，所以反射光不改变偏振的方向。

并且，以上实施例中，为了使投影屏幕的反射光得到一定的角度分布，各投影屏幕单元的两层或两层以上的光学层状结构对光的反射还需要一个角度分布。

其中，这些角度分布是可以以不同的光学层状结构的分布对衍射和散射到不同角度来实现。或者，这些不同的角度分布还可以以每个投影屏幕单元具有不同的面形和光轴来决定。

其中，在以每个投影屏幕单元具有不同的面形和光轴来决定时，可以使各层所述光学层状结构的光轴方向相对其对应的投影屏幕单元倾斜设置，其倾斜角度及其分布按照投影屏幕的视角要求设计，一般在+/-20度到+/-45度之间。例如，如图5所示，第一层光学层状结构511和第二层光学层状结构512对其对应的投影屏幕单元分别倾斜设置。

其中，可以选择采用激光直写、二元光学或者衍射光学、特定角度表面分布中的一种或多种的方式来控制所述倾斜角度的设置。

例如，采用激光直写的方法，在形成特定倾斜度的表面，不同单元的倾角在一定角度内有一定的分布，使得从一个方向上来的光线，被分散到不同的方向，这样投影机投射在屏幕的画面，有一定的视角分布，其具体是在模具上形成特定倾斜度的表面，利用纳米压印的方法在柔性基础上形成不同投影屏幕单元，其倾斜角度在一定角度内有一定的分布，使得从一个方向上来的光线，被分散成不同的方向，这样投影机投射在屏幕画面，有一定的视角分布。

又如，采用二元光学或者衍射光学的方式，对于投影机方向的光学形成不同的衍射角度，衍射到不同的方向，形成一定的视角分布；其具体是在模具上形成特定的衍射图案。对于投影机方向的光学形成不同的衍射角度，衍射到不同的方向，形成一定的视角分布。

再如，特定角度表面分布的方式，比如说特定的喷砂工艺，特定的腐蚀工艺。也可以用纳米压印方式，用计算机控制形成特定的表面形状，起到增加投射角度的作用其中，具体地采用特定的喷砂工艺，特定的腐蚀工艺，摩擦工艺制作模具。

或者，还可以采用纳米压印方式，用计算机控制在模具上形成特定的表面形状，起到增加投射角度的作用，可以使各层所述光学层状结构的光轴方向相对其对应的投影屏幕单元倾斜设置。

如此，倾斜角度和每一投影屏幕单元的空间分布使得对于多数光线，几何退偏效应最小，达到保偏的效果。

通过以上实施方式，本发明可以保持出射光的偏振态与入射光的偏振态相一致，保偏率可以做到200：1到2000：1或以上，其中，最优选典型的保偏率为1000：1；如此，可以大大消除3D电影的重影，降低眩晕感，提高3D观影体验。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。