CN114755755A - 一种光纤面板及其制备方法、投影用幕布及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光纤面板及其制备方法、投影用幕布及其制备方法，将光纤面板两面中的一面进行全反射处理，另一面进行去色散光处理，形成无色散光界面。并对单根传像光纤之间进行降低透过率处理，形成一种新型可进行全反射的光学光纤面板。具体制备方法是按照拉单丝、排棒、拉复丝、排屏、压屏、切片、一面抛光，另一面精磨等技术手段，制备出透过率较低且尺寸较大的光纤面板。光纤面板抛光面进行银镜反应或真空镀膜，制备出全反射界面，精磨面表面涂敷一层如环氧树脂等透明介质。在投影光源的作用下，光线从精磨面进入，在每条光学纤维中发生全反射，并将全部光线完整反射到光纤面板表面，形成对比鲜明的成像，大大提高了投影成像的增益及对比度。
Description
技术领域
本发明属于光学投影领域，具体涉及一种光纤面板及其制备方法、投影用幕布及其制备方法。
背景技术
现有的投影幕布设备依据幕布类型主要有白塑幕、灰塑幕、玻珠幕、金属幕、白玻纤幕、灰玻纤幕、黑栅幕和菲涅尔抗光幕。其中白塑幕、灰塑幕、玻珠幕、金属幕、白玻纤幕和灰玻纤幕都不是抗光幕，对于非黑暗环境下会很容易受到环境光的干扰，丧失图像对比度，形成一片白的情形。
白塑投影幕布虽然制备成本较低，对光线的反射柔和，长时间观看视觉不易疲劳，但增益较低，无抗光性，观看效果易受环境光线的影响。高对比度投影幕布即灰幕，是在白幕的基础上改进而来的，通常使用灰色的幕料制作而成。灰幕比白幕能够吸收更多的环境光线，这样就可以在较强环境光线的情况下使屏幕上的黑位得以保持，增加了屏幕上的黑白对比度。但如果在自然光的条件下观看，则屏幕表面会略呈灰色，无抗光效果。玻璃微珠投影幕布是典型的回归型反射型投影幕布，虽然增益较高（为1.5～30），但由于玻璃微珠覆盖在基布表面，故不能触碰硬物，否则易导致刮痕，不利于保养。金属投影幕布一般是在机织物或经编织物的基础上涂覆一层金属涂料而获得的。金属涂料一般为铝粉涂料或银粉涂料，成本较高，且不适合宽幅幕布。金属投影幕布的增益较高，但视角很小，且同样不具备抗光效果。高清玻璃纤维投影幕布多以无碱玻璃纤维布为基布，因为无碱玻璃纤维布受力变形小、平整度极佳，因此投影幕布表面整体亮度一致，但增益较低。
现有技术中只有黑栅幕和菲涅尔抗光幕是属于抗光幕的范畴，但是在实际使用中，黑栅幕增益较低，同时存在抗侧方，下方环境光干扰能力弱的问题。而菲涅尔抗光幕虽然抗光能力和增益都很好，但是需要整体设计，为单独针对特定尺寸设计的整块硬屏，安装繁琐，价格高昂同时受限于其本身结构特点和实际成本，难以做到大尺寸或特大尺寸抗光幕。
光纤面板是由数千万根单丝纤维组合而成，每根纤维独立传送一个像素，且互相之间具有良好的光学绝缘，传光时不受周围纤维影响。而且纤维的规则排列确保了独立像素之间的相对位置不变，进而保持了图像不变，实现了传像功能。目前主要产品有平面光纤面板、光纤倒像器、光锥等，广泛的应用于各种阴极射线管、摄像管、CCD耦合及其他需要传送图像的仪器和设备中。
光纤面板虽然具有光线的传输功能，却无法进行光线的入射反方向的全反射，因此无法应用于投影成像领域。而且现有光纤面板要求具有较高透过率，为保证光纤面板总体的高透过率，单根纤维之间大多用白丝填充，使得颜色较深的图像在入射光回归全反射过程中无法得到较好的吸收，制得的全反射光纤面板对比度较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种光纤面板及其制备方法、投影用幕布及其制备方法，在投影光源的作用下，光线从精磨面进入，在每条光导纤维中发生全反射，并将全部光线完整反射到光纤面板表面，形成对比鲜明的成像，提高了投影成像的增益及对比度。
为解决现有技术问题，本发明公开了一种光纤面板，包括：光导纤维层，所述光导纤维层一面设有抛光面，所述抛光面上设有全反射层，所述光导纤维层用于将光线折射至所述全反射层，所述全反射层用于将光线透过光导纤维层反射至光纤面板表面。
进一步地，所述光导纤维层另一面设有精磨面；所述去精磨面用于去除反射光线中的色散。所述精磨面上设有提高增益层，所述提高增益层用于提高光纤面板增益。
进一步地，所述光导纤维层由若干根复丝棒排列而成，每根复丝棒包括若干根复合管棒，若干根复合管棒的间隙插满光学吸收丝或无色透明丝，每根复丝棒包括芯料棒，所述芯料棒外部设有皮料管，所述芯料棒的折射率高于皮料管的折射率。
进一步地，
所述复合管棒的外部设有吸收皮料管。
进一步地，
所述光纤面板的厚度为0.1mm-100mm。
相应地，一种光纤面板的制备方法，包括：
将芯料棒外面套上皮料管，形成一套复合管棒，所述芯料棒的折射率高于所述皮料管的折射率；将复合管棒放进拉丝机，升温至810±100℃，进行单丝拉制；
完成单丝拉制后，将若干根单丝排列成为复丝棒，其中单丝之间的孔隙处插满光学吸收丝或无色透明丝；
将排成的复丝棒放进复丝炉升温并进行复丝拉制，将若干根复丝排列成为复丝屏段，将复丝屏段放进压屏炉升温并施加的压力，对复丝屏段进行压屏处理；
完成压屏的复丝屏段先保温，后随炉冷却至室温；
将冷却后的复丝屏段取出并放入线切割机，将复丝屏段切成厚度为0.1mm-100mm的光纤面板，并对光纤面板一面进行抛光，另一面进行精磨；
光纤面板抛光面进行银镜反应或镀膜，形成全反射层；
光纤面板精磨面表面涂敷一层环氧树脂胶，形成高增益去色散层。
进一步地，
所述复合管棒的外面套有吸收皮料管。
进一步地，
所述复丝棒在复丝炉中升温至760±100℃；所述复丝屏段在压屏炉升温至690±80℃；完成压屏的复丝屏段在650±80℃下保温10±5h。
进一步地，
所述银镜反应的过程为：将光纤面板抛光面放入配置好的含有1%～3%硝酸银及7%～15%氢氧化钠的10%～20%葡萄糖清澈银铵溶液中，水浴加热直至形成银镜。
进一步地，
所述镀膜的过程为：将光纤面板抛光面放入真空室内，真空室的压力为1×10-3Pa～1×10-6Pa，通过真空蒸发镀膜将抛光面蒸镀铝膜，然后在铝膜表面喷刷保护漆。
相应地，一种投影用幕布，所述幕布由若干块上述的光纤面板拼接而成。
相应地，一种投影用幕布的制备方法，所述方法先通过上述的光纤面板的制备方法制备出光纤面板，再将若干块制备好的光纤面板拼接。
本发明具有的有益效果：
1、在投影光源的作用下，光线从精磨面进入，在每条光导纤维中发生全反射，并将全部光线完整反射到光纤面板表面，形成对比鲜明的成像，显著提高了投影成像的增益及对比度；
2、由于高数值孔径的面板可使与全反射光纤面板垂直方向夹角较大的光线进入全反射微孔内部无法形成全反射或形成的全反射光线能量较低，因此，可大大降低其它任何与屏幕垂直方向夹角较大的方向光源（如灯光、窗外投射进的阳光）的影响，使制得的全反射光纤面板具有良好的抗光性；
3、通过将皮料及芯料复合管棒外面套用吸光材质，或将排棒过程中的孔隙中插满光学吸收材料（扩大光学吸收材料在光纤面板中的面积占比）等技术手段。每条光导纤维外表面的光学吸收材料不仅可以大大降低光纤之间的串光效应，还可提高全反射光纤面板的色彩分辨力，增加幕布成像的对比度。
4、抗光高增益高对比度全反射光纤面板，表面整体亮度一致，表面光滑易保养，无光斑且牢固耐用。表面不存在因涂敷金属涂料或玻珠等物质导致的易掉粉难保养等问题。且可通过小块全反射光纤面板拼接制成任意大小，任意形状的屏幕。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种复合管棒的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种复合管棒的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种复合管棒的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种复合管棒的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种复合管棒的示意图；
图7为本发明实施例提供的一种复合管棒的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明一种光纤面板，包括光导纤维层1，所述光导纤维层1一面设有抛光面2，另一面设有精磨面3；所述抛光面2上设有全反射层4，所述精磨面3上设有提高增益层5；
如图2-7所示，所述光导纤维层1由若干根复丝棒排列而成，每根复丝棒包括若干根复合管棒，若干根复合管棒的间隙插满光学吸收丝1-2或无色透明丝1-3，每根复丝棒包括芯料棒1-0，所述芯料棒1-0外部设有皮料管1-1，所述芯料棒1-0的折射率为1.71-2.26，所述皮料管1-1的折射率为1.45-1.65；所述全反射层4为银镜或镀膜等能够制备出全反射的技术方案；所述提高增益层5为环氧树脂胶层或其它透明介质。所述复合管棒的外部设有吸收皮料管1-4。所述光纤面板的厚度为0.1mm-100mm。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述：
实施例1
如图2所示，将高折射率（Nd=1.812）的芯料玻璃棒，外面套上一根低折射率（Nd=1.505）的皮料玻璃管，形成一套复合管棒，外面再套上一根透过率较低的吸收皮料管（黑玻璃管）。将复合玻璃管棒放进拉丝机，升温至800℃，进行单丝拉制。完成单丝拉制后，对取时的单丝进行一定工艺的排棒处理，使单丝排列成为正六边形复丝棒，其中孔隙处插满吸收玻璃丝。将排成的复丝棒放进复丝炉中，升温至785℃时进行复丝拉制。将拉制的单丝丝径6μm的复丝切断成长15cm的复丝，对复丝进行一定工艺的排屏处理，使复丝排列成为边长12cm的正六边形。完成排屏后的复丝屏段放进压屏炉，升温至730℃并施加的压力，对屏段进行压屏处理。完成压屏后的屏段，在705℃时保温10h后随炉冷却至室温。将退火后的屏段取出并放入线切割机，将屏段切成厚度为0.5mm的光纤面板，并对光纤面板进行单面抛光，单面精磨。抛光后的光纤面板抛光面放入配置好的含有2%硝酸银及10%氢氧化钠的葡萄糖（15%）清澈银铵溶液中，水浴加热时进行银镜反应，形成全反射镜面后外面喷刷一层保护漆。精磨面表面涂敷一层环氧树脂胶，形成无色散光的高增益全反射光纤面板。
实施例2
如图3所示，将高折射率（Nd=1.813）的芯料玻璃棒，外面套上一根低折射率（Nd=1.651）的皮料玻璃管，形成一套复合管棒，外面再套上一根透过率较低的吸收皮料管（黑玻璃管）。将复合玻璃管棒放进拉丝机，升温至810℃，进行单丝拉制。完成单丝拉制后，对取时的单丝进行一定工艺的排棒处理，使单丝排列成为正四边形复丝棒，其中孔隙处插满吸收玻璃丝。将排成的复丝棒放进复丝炉中，升温至793℃时进行复丝拉制。将拉制的单丝丝径6μm的复丝切断成长15cm的复丝，对复丝进行一定工艺的排屏处理，使复丝排列成为边长18cm的正四边形。完成排屏后的复丝屏段放进压屏炉，升温至720℃并施加的压力，对屏段进行压屏处理。完成压屏后的屏段，在680℃时保温10h后随炉冷却至室温。将退火后的屏段取出并放入线切割机，将屏段切成厚度为0.5mm的光纤面板，并对光纤面板进行单面抛光，单面精磨。抛光后的光纤面板放入真空室（1×10-4Pa）内，通过真空蒸发镀膜（PVD）将面板抛光面蒸镀厚度100nm的铝膜后外面喷刷一层保护漆。精磨面表面涂敷一层环氧树脂胶，形成无色散光的高增益全反射光纤面板。
实施例3
如图4所示，将高折射率（Nd=1.768）的芯料玻璃棒，外面套上一根低折射率（Nd=1.615）的皮料玻璃管，形成一套复合管棒，外面再套上一根透过率较低的吸收皮料管（黑玻璃管）。将复合玻璃管棒放进拉丝机，升温至790℃，进行单丝拉制。完成单丝拉制后，对取时的单丝进行一定工艺的排棒处理，使单丝排列成为正六边形复丝棒，其中孔隙处插满无色玻璃丝。将排成的复丝棒放进复丝炉中，升温至770℃时进行复丝拉制。将拉制的单丝丝径10μm的复丝切断成长15cm的复丝，对复丝进行一定工艺的排屏处理，使复丝排列成为边长10cm的正六边形。完成排屏后的复丝屏段放进压屏炉，升温至690℃并施加的压力，对屏段进行压屏处理。完成压屏后的屏段，在625℃时保温8h后随炉冷却至室温。将退火后的屏段取出并放入线切割机，将屏段切成厚度为1mm的光纤面板，并对光纤面板进行单面抛光，单面精磨。抛光后的光纤面板抛光面放入配置好的含有2%硝酸银及10%氢氧化钠的葡萄糖（15%）清澈银铵溶液中，水浴加热时进行银镜反应，形成全反射镜面后外面喷刷一层保护漆。精磨面表面涂敷一层环氧树脂胶，形成无色散光的高增益全反射光纤面板。
实施例4
如图5所示，将高折射率（Nd=1.791）的芯料玻璃棒，外面套上一根低折射率（Nd=1.502）的皮料玻璃管，形成一套复合管棒，外面再套上一根透过率较低的吸收皮料管（黑玻璃管）。将复合玻璃管棒放进拉丝机，升温至800℃，进行单丝拉制。完成单丝拉制后，对取时的单丝进行一定工艺的排棒处理，使单丝排列成为正四边形复丝棒，其中孔隙处插满无色透明玻璃丝。将排成的复丝棒放进复丝炉中，升温至795℃时进行复丝拉制。将拉制的单丝丝径10μm的复丝切断成长15cm的复丝，对复丝进行一定工艺的排屏处理，使复丝排列成为边长15cm的正四边形。完成排屏后的复丝屏段放进压屏炉，升温至725℃并施加的压力，对屏段进行压屏处理。完成压屏后的屏段，在688℃时保温12h后随炉冷却至室温。将退火后的屏段取出并放入线切割机，将屏段切成厚度为1mm的光纤面板，并对光纤面板进行单面抛光，单面精磨。抛光后的光纤面板放入真空室（1×10-4Pa）内，通过真空蒸发镀膜（PVD）将面板抛光面蒸镀厚度200nm的铝膜后外面喷刷一层保护漆。精磨面表面涂敷一层环氧树脂胶，形成无色散光的高增益全反射光纤面板。
实施例5
如图6所示，将高折射率（Nd=1.783）的芯料玻璃棒，外面套上一根低折射率（Nd=1.508）的皮料玻璃管，形成一套复合管棒。将复合玻璃管棒放进拉丝机，升温至810℃，进行单丝拉制。完成单丝拉制后，对取时的单丝进行一定工艺的排棒处理，使单丝排列成为正六边形复丝棒，其中孔隙处插满吸收玻璃丝。将排成的复丝棒放进复丝炉中，升温至800℃时进行复丝拉制。将拉制的单丝丝径20μm的复丝切断成长15cm的复丝，对复丝进行一定工艺的排屏处理，使复丝排列成为边长12cm的正六边形。完成排屏后的复丝屏段放进压屏炉，升温至750℃并施加的压力，对屏段进行压屏处理。完成压屏后的屏段，在670℃时保温10h后随炉冷却至室温。将退火后的屏段取出并放入线切割机，将屏段切成厚度为1.5mm的光纤面板，并对光纤面板进行单面抛光，单面精磨。抛光后的光纤面板抛光面放入配置好的含有2%硝酸银及10%氢氧化钠的葡萄糖（15%）清澈银铵溶液中，水浴加热时进行银镜反应，形成全反射镜面后外面喷刷一层保护漆。精磨面表面涂敷一层环氧树脂胶，形成无色散光的高增益全反射光纤面板。
实施例6
如图7所示，将高折射率（Nd=1.762）的芯料玻璃棒，外面套上一根低折射率（Nd=1.581）的皮料玻璃管，形成一套复合管棒。将复合玻璃管棒放进拉丝机，升温至780℃，进行单丝拉制。完成单丝拉制后，对取时的单丝进行一定工艺的排棒处理，使单丝排列成为正六边形复丝棒，其中孔隙处插满吸收玻璃丝。将排成的复丝棒放进复丝炉中，升温至740℃时进行复丝拉制。将拉制的单丝丝径20μm的复丝切断成长15cm的复丝，对复丝进行一定工艺的排屏处理，使复丝排列成为边长15cm的正四边形。完成排屏后的复丝屏段放进压屏炉，升温至650℃并施加的压力，对屏段进行压屏处理。完成压屏后的屏段，在630℃时保温10h后随炉冷却至室温。将退火后的屏段取出并放入线切割机，将屏段切成厚度为1.5mm的光纤面板，并对光纤面板进行单面抛光，单面精磨。抛光后的光纤面板放入真空室（1×10-5Pa）内，通过真空蒸发镀膜（PVD）将面板抛光面蒸镀厚度50nm的铝膜后外面喷刷一层保护漆。精磨面表面涂敷一层环氧树脂胶，形成无色散光的高增益全反射光纤面板。
将上述方法制得的光纤面板拼接形成投影用幕布，显著提高了投影成像的增益及对比度；具有良好的抗光性；表面整体亮度一致，表面光滑易保养，无光斑且牢固耐用。表面不存在因涂敷金属涂料或玻珠等物质导致的易掉粉难保养等问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种光纤面板，其特征在于，包括：光导纤维层（1），所述光导纤维层（1）一面设有抛光面（2），所述抛光面（2）上设有全反射层（4），所述光导纤维层（1）用于将光线折射至所述全反射层（4），所述全反射层（4）用于将光线透过光导纤维层（1）反射至光纤面板表面。
2.根据权利要求1所述的一种光纤面板，其特征在于：所述光导纤维层（1）另一面设有精磨面（3）；所述精磨面（3）用于去除光线中的色散,所述精磨面（3）上设提高增益层（5），所述提高增益层（5）用于提高光纤面板增益。
3.根据权利要求1所述的一种光纤面板，其特征在于：所述光导纤维层（1）由若干根复丝棒排列而成，每根复丝棒包括若干根复合管棒，若干根复合管棒的间隙插入光学吸收丝（1-2）或无色透明丝（1-3），每根复丝棒包括芯料棒（1-0），所述芯料棒（1-0）外部设有皮料管（1-1），所述芯料棒（1-0）的折射率高于皮料管（1-1）的折射率。
4.根据权利要求3所述的一种光纤面板，其特征在于：
所述复合管棒的外部设有吸收皮料管（1-4）。
5.一种光纤面板的制备方法，其特征在于，包括：
将芯料棒外面套上皮料管，形成一套复合管棒，所述芯料棒的折射率高于所述皮料管的折射率；将复合管棒放进拉丝机，升温至810±100℃，进行单丝拉制；
完成单丝拉制后，将若干根单丝排列成为复丝棒，其中单丝之间的孔隙处插入光学吸收丝或无色透明丝；
将排成的复丝棒放进复丝炉升温并进行复丝拉制，将若干根复丝排列成为复丝屏段，将复丝屏段放进压屏炉升温并施加的压力，对复丝屏段进行压屏处理；
完成压屏的复丝屏段先保温，后随炉冷却至室温；
将冷却后的复丝屏段取出并放入线切割机，将复丝屏段切成厚度为0.1mm-100mm的光纤面板，并对光纤面板一面进行抛光，另一面进行精磨；
光纤面板抛光面进行银镜反应或镀膜，形成全反射层；
光纤面板精磨面表面涂敷一层环氧树脂胶，形成去色散层。
6.根据权利要求5所述的一种光纤面板的制备方法，其特征在于：
所述复合管棒的外面套有吸收皮料管。
7.根据权利要求5所述的一种光纤面板的制备方法，其特征在于：
所述复丝棒在复丝炉中升温至760±100℃；所述复丝屏段在压屏炉升温至690±80℃；完成压屏的复丝屏段在650±80℃下保温10±5h。
8.根据权利要求5所述的一种光纤面板的制备方法，其特征在于：
所述银镜反应的过程为：将光纤面板抛光面放入配置好的含有1%～3%硝酸银及7%～15%氢氧化钠的10%～20%葡萄糖清澈银铵溶液中，水浴加热直至形成银镜；
所述镀膜的过程为：将光纤面板抛光面放入真空室内，真空室的压力为1×10-3Pa～1×10-6Pa，通过真空蒸发镀膜将抛光面蒸镀铝膜，然后在铝膜表面喷刷保护漆。
9.一种投影用幕布，其特征在于：所述幕布由若干块如权利要求1-4任一所述的光纤面板拼接而成。
10.一种投影用幕布的制备方法，其特征在于：所述方法先通过如权利要求5-8任一所述的光纤面板的制备方法制备出光纤面板，再将若干块制备好的光纤面板拼接。
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