CN1846168A - 尤其用于降低莫尔条纹效应的视频的投影屏幕 - Google Patents

Abstract

一种包括一层膜的投影屏幕，所述膜具有一个投影面和多个适用于容许被发射出的声波穿透所述膜的通路，所述投影屏幕的特征在于：所述多个通路以这样的方式布置：如果能够检测对准线，那么其中至少各主要部分具有一个相对于所述屏幕的垂直和水平边沿的非零倾斜角度。

Description

尤其用于降低莫尔条纹效应的视频的投影屏幕

技术领域

本发明涉及投影屏幕，尤其是用于视频应用的。更精确地说，它涉及声波可以穿透的屏幕。

背景技术

声波可以穿透的屏幕的优点已为人所知，它容许把声源放置在屏幕的后面，从而容许被投影的图像与声音之间的可觉察的和谐(无论图像是从前面还是从后面投影)。

尤其在文档FR 2810122(CONGARD)或其等效文档EP-1162499或US-6552847中，描述了这些优点。

此外，声源(在实践中就是一些音箱)在屏幕后面的这种布置在放映厅中是常见的。通常，屏幕被一些小孔穿透，这些小孔用于让声音通过。

在视频应用中，尤其在家庭应用中，随着观众接近屏幕，这些孔的可见性经常增加。事实上，这些孔的尺寸和间距在传统上是由加工它们的工具决定的，与屏幕的尺寸无关。

最近，一些制造商应用了一些容许在保持穿孔面积/屏幕总面积的比率几乎不变的情况下同时降低穿孔的尺寸和其间距的工具。

一些采用称作“纺织”的技术的屏幕也被用于这些应用。

近来，大多数视频投影机是固定像素矩阵类型的，应用了例如被称为“DLP”(Digital Light Processor，数码光路处理器)、或“LCD”(Liquid Crystal Display，液晶显示器)的技术。这些固定像素投影机将视频图象分解成单个的元素，给每个元素分配一种颜色和一个值。

一些这样的投影机投射出的图像的像素行列在某些情况下是可见的，尤其在当以低于推荐的距离观看图像时。像素行列尤其以像素间的分界线的、平行于图象边沿的正交对准线的形式出现。

在实践中，穿孔的视频屏幕的孔间间距与一个投射的像素的尺寸的数量级经常是相似的。由此就在两个周期性的对准线之间导致了可见的干扰，产生不希望出现的莫尔条纹效应(des effects de moiré)。有人曾经提出过将孔排列成梅花形，以降低其可见性，但没有明确的结果。

一个迂回的解决办法在于调整投影机与投影屏幕之间的距离，这使得被投射的图象的尺寸，从而像素的尺寸，发生变化，以确定产生最少莫尔条纹效应的位置。其结果并不明确，而且也不容许保证对投影机的更换，例如换成拥有更高清晰度、因而拥有不同像素尺寸的投影机不重新产生莫尔条纹现象。

这些不希望出现的效果对于纺织屏幕同样存在。事实上，当幕布的结构使得间距或投射来的阴影出现时，它们的周期性的对准线产生与在穿透的视频屏幕情况下相同的不希望出现的莫尔条纹效应。

已开发出来的旨在在图像质量与对声波的透过性之间达到折衷、但没有考虑与固定矩阵类型的技术产生共振(莫尔条纹)效果的风险的各种技术因而显得不能获得真正理想的结果。

在屏幕的平面度和/或其对投射轴线的垂直度不完美的情况下，而这在实践中则是许多设备的情况，莫尔条纹的效果进一步大大地更加严重，于是又进一步导致更不佳的结果。

由于这些原因，声音可穿透的屏幕通常被认为难以与固定像素投影机兼容，也就是说在实践中与绝大多数现存投影机、尤其是用于视频的投影机难以兼容。

发明内容

本发明的目的是提出一种可以被声波穿透的、在与固定像素类型的投影机配合使用的情况下只产生少量、或完全不产生可见光干扰的，并且简单而低成本、可以绷在框架上或反之属于可卷类型的屏幕。

为此，本发明提出一种包括一个膜的投影屏幕，这个膜具有一个投影面和多个适于容许声波穿透该膜的通路，其特征在于：这多个通路的布置是这样的：如果能够检测其对准线，至少其中的主干线具有相对于该屏幕的垂直和水平边的非零倾斜角。

根据本发明，我们约定：如果存在一些对准线，那么其中的主干线就是那些最密集的，即那些每单位长度拥有最多通路的。

看来，既然在实践中投影屏幕的边与被投射图象的边是平行的，通过减少被投射图象的像素的结构的水平和垂直对准线与投影屏幕的纬线或通路的结构之间重合的风险，这种不存在对于屏幕的边的平行性(因而存在这种倾斜角)确实消除了或大大降低了不希望出现的莫尔条纹效应。

该非零的倾斜角最好大于5°，甚至是10°，例如在5°与25°之间选择。

在通路或膜的可能存在的纬线形成许多对准线的情况下，这些对准线将被倾斜，以使没有任何对准线、或尽可能少的对准线与屏幕的垂直或水平边平行。

这种膜最好由多条线条制成，或用一种模拟线条网外观的方法制成(例如通过塑料材料浇注、或通过将膜切割并平铺在实心材料上)，但也可以由钻了小孔的实心膜来制成。

当这众多的通路或纬线呈现几何上或走向上的重大变化时，干扰的风险就被进一步降低了。

事实上，这些几何上或走向上的重大变化产生这样的结果：面对射向投影面的光束，各个通路之间产生彼此不同的交互作用，这进一步降低莫尔条纹效应。

这些变型可以存在于单个考虑的通路范围内，例如由于使用不光滑的线，例如卷曲线(各通路的轮廓，包括其长度，因此就不规则了)，和/或由于对膜的处理，比如上浆处理(在上浆的作用下，这些通路的轮廓与其初始形状相比被改变了)。膜就是这样由绉纱(经常是借助于卷曲线和/或波状线制成的、并将接受上浆处理的纺织物或针织物)构成。

变型还可以存在于通路相互之间。

这些变型就是这样可以来自于通路的形状或走向(在膜平面内)的相互差异：例如，各通路可以具有尺寸更大、加长的形状，其走向相互不同。因此，即使这样通路的位置形成了周期性的网络，通路中的那些严格相同、因而以相同的方式对入射光束反应的通路就形成一个比这些通路的位置形成的网络大得多的一个网络，这看起来对于降低莫尔条纹的风险有益处，当然，这并不局限于本说明。事实上，这些变型可以是一些或许周期性的波动。

这些变型也可以来自于通路的相对于膜平面的走向的差异，例如由于存在一维的或多维的表面图案；多维的图案例如是菱形的或矩形的图案，而一维的图案例如是线条状的波纹网络，例如边沿的整体。因此，即使通路是由一些形成周期性网络的位置构成，表面波纹也使得这些通路面对光束不同地反应。

有利的是，膜可以由粗呢制成，这产生一些根据膜平面的倾斜方向，例如根据人字形的布局(被纺织的线具有之字形的轨迹)，而明显对准的(不同形状的)通路。

另一种纺织形式对应于：在一个方向单线纺织，在另一个方向双线纺织，这就综合了通路的不同形状的优点与表面波纹(一些凸起的线条，沿着相对于被纺织的线的总体方向的斜向)的优点。可以注意到，这种纺织方式与牛仔裤的纺织方式相似。

可以着重指出：在实践中，对于一个位于一段距离以外、并沿着通常显像方向(甚至是在家庭应用，因而采用小屏幕的情况下，典型地大约为屏幕宽度的一倍半)的观众来说，根据本发明的膜的通路不明显或不大明显。

膜可以由纺织线制成，也可以由塑料线制成，例如由聚酯的，最好是卷曲聚酯的线制成。这些线可以被织造或任何其它方法，例如针织，组装到一起。膜也可以是非织造的。

根据本发明的一些最佳的、彼此互斥的或，反之，可能是合并的安排：

-所述膜是实心的但被穿了孔；

-所述膜是织造的；

-所述膜是由不同数量的经线和纬线织成的织物；

-线之间的间距不超过0.3mm；

-膜在投影面上具有一些相对于经线和纬线的总体方向而言斜向的边；

-织物使用带聚氯乙烯涂层的线；

-所述膜由针织的线构成；

-线是卷曲的；

-线是由聚酯材料构成的；

-没有任何纬线可见；

-所述表面是绉纱的；

-膜是织造的，并且是轧光类型的；

-膜是织造的，并且是粗呢类型的；

-投影屏幕包括一个基本上重叠于第一层上的第二层，相对于投影机的光线而言位于所述第一层的后面，所述第二层可以让声波穿透，和

-一个声源被放置在该屏幕后面，一个光源被放置在前面。

-本发明还提出一个包括一个前述类型的屏幕的设备，一个声源被放置在该屏幕后面，一个光源被放置在前面。

附图说明

从如下作为说明性而非限制性的例子而给出的、与附图相对照的描述中，得出本发明的目的、特征、和优点。在这些附图中：

-图1是一个位于一个声源之前的声音可穿透的投影屏幕的总体透视图，

-图2是一个放大的前视图，展示了一种采用现有技术的屏幕材料，

-图3是平纹布类型的经典织物的一个前视图，

-图4是一个前视图，显示一个在其平面上倾斜后构成根据本发明的第一实施方式的屏幕的织物，

-图5是一个前视图，显示一个构成根据本发明的第二实施方式的屏幕的织物的第一面，此时的采光形成相对于屏幕平面的法线大约45°的角度，

-图6是同一个织物的第二面(后面)的视图，采用同样的采光，

-图7是一个前视图，显示的是与图5中的织物相同的织物，采用沿屏幕平面法向、并从其中央穿过的采光，

-图8是一个前视图，显示一个构成根据本发明的第三实施方式的屏幕的织物，

-图9是一个示意图，表明一个如图2、3、或4中的织物这样的材料的相对于屏幕边沿的最佳走向，

-图10是一个穿了孔的屏幕的示意图，表明孔的对准线相对于屏幕边沿的最佳走向，

-图11是一个更复杂的(梅花形排列)穿了孔的屏幕的图，表明相对于屏幕边沿的多重对准线。

具体实施方式

图1示意性地表示了一个声波可穿透的投影屏幕4。一个图象5被投射到屏幕4上，表示一个正在讲话的人。一个声源6(由虚线表示)被放置在屏幕4后面，基本上位于其中心。声源6播放正在讲话的人在摄录图像时录下的声音录音，这在视频中是最经常的。此处，图像从前方(投影机7)投射，但作为变型，也可以从后方投射。

录音和录像是同步进行的。

这种经典的布置是为了和谐地同时再现声音和图像。将声源放置在任何其它地方都会消除这种和谐，这会损害再现同步录音录像的总体质量。

图1中表示的布置是经典的，并且存在于大多数的电影厅中，这种布置经常用安放另外两个左右声源(未画出)来加以改进，以再现立体声。

但是，图1表示的布置只有当屏幕是由声音可穿透的材料构成时才可行。

根据图2中示意的一个现有的外形，这样的材料最通常由一个塑料，通常是PVC，的薄膜(0.2至0.7mm)构成。该膜10上穿透了多个孔10’，这些孔按照8至15mm的间距均匀地分布在该屏幕的整个表面。这些孔10’具有0.8至1.5mm的直径。这些孔被布置在形成屏幕的材料中，以容许对声音的透过性，这种透过性不是该种材料的固有属性。通常在电影厅中见到这种屏幕。

尽管这样的屏幕在电影厅的设备中总体上令人满意，它在视频投影的家庭设备中却不是这样。事实上，视频应用，尤其是用于家庭的，的最近的发展已经令这种屏幕的局限性明显化了。在这种应用中，观众比在电影厅中时距屏幕更近，而屏幕本身也更小(大多数情况下，底边长180至320cm)。于是对于习惯的观看距离(3至10m)而言，这个数量级的孔就变得可见了。

针对用穿孔的塑料膜制成的屏幕，采取了一项改进措施，使得孔的直径更小(通常为0.5mm)，并且按更小的间距(通常为5mm)布置，以保持对声音的透过性。此外，为了尝试降低这些孔的不希望出现的可见性，提出了将它们排列成梅花形。这样改进过的屏幕在视频上和对于底边在2m至3.5m之间的尺寸而言，总体上提供了比传统的电影院穿孔屏幕获得的质量略微好些的图像质量，但并未成功地避免莫尔条纹现象(见下面)。

此外，它们对声音的透过性仍然微弱，并且只有通过牺牲图象质量来改进(投影面上穿孔的更大密度导致反射面积的减少)。

固定像素视频投影机的开发相对于以前的扫描投影机具有更多的优点，但实际上也带来了与穿孔屏幕的兼容性问题。

事实上，像素投影机包括确定数量的像素，这些像素沿着一个行列矩阵排列。像素行列之间的分界作为固定值的单色区域而突出出来，从而形成投射在屏幕上的可见线条。

沿着像素矩阵的行和列，这些线条形成一个正交网格，当观察距离足够时，这个网格本身并不大令人不快(当被投射的像素等于或小于可见性极限，即根据个人情况在1至5分之间的弧度时，通常认为观察距离是足够的)。

被投射的网格与穿了孔的布的所有孔(这些孔按照有规律的水平和竖直对准线排列)形成的网络重叠在一起，产生一些以莫尔条纹之名而为人知的光学干扰，产生一些比投射出的网格或孔的对准线更宽、间距更大的线条。这样的莫尔条纹看上去很清楚，并干扰图像。

而且，如果投影表面确定的平面不严格垂直于投影轴线，或如果其平面度不完美，这些可见的莫尔条纹线条就不再平行于产生它们的网格线条。这就进一步增加其可见性。

此外，当投影运动视频图像时，阴暗场面(掩盖被投射的网格)与明亮场面的交替使得莫尔条纹断断续续，因而越发的可见了，这是因为没有产生适应。

这种现象已经让许多用户得出结论：穿孔的屏幕难以与固定像素投影机兼容。

图3示意性地表示了纺织的屏幕11，这种屏幕提供了良好的声音穿透性，但一般都是以牺牲视频图像的再现质量为代价的。纬线12被足够地间距，以安排由间隙13形成的、提供良好的声音穿透性的通路。这样的纺织屏幕具有可见网格的外表，易于与由固定像素视频投影机投射的网格形成光学干扰。还可以注意到其纺织纹理很简单，仅限于单股线沿两个垂直方向的交叉；这种特别简单的纺织类型经常被称为“平纹布”。其线的直径例如是0.5mm。

后面的图对应于线、纺织纤维的各种可能组织方式、或者为塑料的、编织的、纺织的、非纺织的或者采用任何其它方式合成的，这各种可能的组织方式根据本发明容许明显降低莫尔条纹效应。

这些组织方式都包括一个具有一个投影面和多个通路的膜，这些通路适用于容许声波穿透该膜，这多个通路的布置是这样的：如果可以检测其对准线的话，至少其中的主干线具有相对于该屏幕的边的非零倾斜角。此外，对于它们中的多个而言，多数的通路具有几何上或走向上的重大改变。

根据本发明的第一实施方式，比如图4中表示的那种方式，投影屏幕由一个膜17制成，该膜的纺织方式使得：当沿着与屏幕平面近乎垂直的方向看去，经线18和纬线19显示出相互拼接的样子。

线是按照一个简单图案，即平纹布的图案，交错纺织而成的，不过是配对的；根据线在是否居于两股纬线之间的情况下是否居于两股经线之间，各种通路之间存在着明显的不同形状或走向。

这些线本身具有0.02至0.2mm之间的直径。

因此，这种织物的或许可见的网络的间距比一个SXGA矩阵(1200×1024像素)的投影的网络间距精细10至100倍，而它目前是家庭使用的投影机的最常用的分辨率，被投射到底边为2.40m的屏幕上。

该间距相对于提供在不久的将来可以预见的更高的分辨率的投影机所投射的矩阵的间距数量级而言，仍然是一个很不同的数量级。

该屏幕是通过将膜在其平面内旋转而将膜倾斜α角度得到，以便经线和纬线形成一个相对于屏幕的边沿而言非零的任意角度。该角度α将有利地在5°与25°之间(见图9)。

为此，可以在织物平面内沿着一个倾斜的角度来切割构成屏幕的矩形材料(见图4中的点划线)。

这样的倾斜可以应用于任何、甚至传统的、通路结构，以便尽可能地避开被投射的像素结构的周期性网络，在实践中该网络的边沿是平行于该网络的主对准线的。

在实践中已经观察到：用现存投影机将图像投射在一个根据本发明的第一实施方式制成的、底边在1.80m和3m之间的屏幕上并未产生可见的莫尔条纹。

可以注意到：由于这种实施方式的特殊通路的几何特性，声波穿透织物前进在整个可听频带通过在线四周的衍射发生，因为在实践中这些线的直径比最高可听频率的波长(17.15mm)还要小。

根据本发明的屏幕第二实施方式在图5至图7中表示出来，它采用一个由轧光型(有时也被称作粗呢，与牛仔裤的纺织方式相似)织物构成的投影面25。

这样的织物具有两个外表不同的面：A面在图5中表示，B面在图6中表示。

通常，该膜具有两重结构：一重是经线和纬线的经典结构，即正交；另一重是倾斜的结构，根据一个例如大约30°的角度。

图5和图6展示了该织物，采用沿着相对于该织物平面的总体上倾斜的方向的角度。这样的采光突出了该织物的凸起部分，全面地展示了条纹形的、以凸起部分27为边沿的、斜向的行列(图6A)26。凸起部分27相对于条纹26的高度约等于线的直径。

斜向的采光通过阴影突出了线间的间隙28，这些间隙28不与该织物B面上的可见的间隙29相对应。

图7显示了本发明的这种实施方式所采用的织物的A面，沿着几乎垂直于织物平面的方向照明。这种采光与运行中的视频投影机所产生的照明相对应，在这种采光下，线间的通路28’不(或不大)明显，这是由于这些通路在A面和B面上的位置的不同。

从中可以得到：除了单根线的倾斜以外，各个用于让声波从膜中穿透的通路还具有相对于边沿(见点划线)倾斜的对准线。有利的是，这些通路的走向和几何学特征还在其穿越膜以及在穿过相邻通路方面都变化。

因此，该织物实际上是不透光的，而且，在视频投影中不呈现出任何清晰可见并且易于与投射在屏幕上的网格一起严重干扰视觉的、平行于边沿的结构。

除可以检测到的通路对准线的有益的倾斜效果以外，该实施方式的另一个优点是容许至少大概地掩盖线间的通路28’，从而容许这些线仍然提供足够的尺寸以优化屏幕25对空气的透过性能，因而也就优化了对声波的透过性能。

优先地而非限制性地，我们将选择带有例如玻璃纤维、碳纤维、或凯夫拉尔纤维这样的纤维芯的聚氯乙烯线。

还是优先地而非限制性地，将在0.1mm和0.17mm之间选择线的直径。

还是优先地，线间距离不超过0.3mm。

有利的是，正如在前一种实施方式中那样，膜通过在其平面内旋转而被倾斜，以便其经线和纬线形成一个相对于屏幕边沿的非零任意角度。

在图8中示意了另一种实施方式，在所考虑的织物的前表面，单根纬线与经线对交错编织(每次从这样的三对前面通过，每相邻两根纬线之间就位置而言错开一对)。这样的织物的后表面与图7中表示的类似，即经线对在后表面上分开。

这类编织方式还提供一些通路30，这些通路排列成网状、但具有相对于边沿的明显的通路对准线倾角(见点划线)。

因此，即使不能真正说这些通路不可见，那些可能被察觉到的、可能出现的对准线也有相对于边沿的明显倾斜，因此，形成莫尔条纹的风险明显降低。

屏幕的另一种实施方式采用绉纱或凹凸纹类型的织物。这样的织物可以优先地是针织的、纺织的或非纺织的。

优先地，我们将选用由直径在0.02mm至0.1mm之间的卷曲线编织而成的绉纱的或凹凸纹的织物。

优先地，我们将选用聚酯的或腈纶的合成线。

尽管是根据一种可能很简单的纺织方式获得的，这类织物由于有在通路内产生错综复杂效果的绉纹和/或线的卷曲，而具备了不提供任何周期性地可见的结构(因而不提供任何可以容易地被检测出的通路对准线)的特点。无论图像尺寸多大，也无论投影机的分辨度多高，都不会在投射像素网格时产生任何视觉干扰。

织物通常具有与其密度相关的对空气穿透的阻力。降低其密度容许改善其对空气的透过性，因而就改善了其对声波的透过性，但会降低其不透光性，这对再现被投射的图像有害。

我们已经观察到由绉纱或凹纹类型的织物构成的屏幕对于密度在150和220g/m2之间时提供最优的不透光性和渗透性。

本发明的另一种实施方式在于在实心膜中制造一些缝隙形式的通路，这些缝隙相对于膜平面是倾斜的，以便不会作为膜平面内的孔而显现出来。

由前文得出：可以根据本发明通过使膜在其平面内绕轴旋转而制成屏幕，该膜以这样的方式具有任意的通路结构：这种结构相对于屏幕的边沿是斜向的，最好具有5至25°的角度(见图9)。

就这样，图10表示这样一个屏幕，它的边沿在图2表示的那种膜的平面内被斜向裁剪；从中可以轻易地辨认出图2的正方形网格的网络(通路10”对应于图2的通路10’)。

至于图11，我们从中观察到通路40的一个网络，这个网络可以以多种方式来定义。如果考虑相对于屏幕的水平和垂直边沿的两个倾斜走向α，我们观察到一个正方形网格的网络。另一方面，如果考虑相对于屏幕的相同的水平的垂直边沿的两个倾斜走向β，我们观察到一个梅花形的网络。最后，如果考虑一个相对于屏幕的一个边沿的倾斜方向α以及一个相对于该屏幕的另一个边沿的倾斜方向β，我们观察到一个非矩形的平行六面体形状网格的网络。此外，还可以辨认出许多其它的对准线，例如以倾斜角γ为特征的。根据本发明，这些对准线中的至少主要部分，因而也就是最密集的那些，具有相对于屏幕边沿的非零倾斜角度。

除了包括一个前述类型的膜以外，该屏幕还可以包括一个基本上重叠在第一层上的第二层，该第二层相对于投影机的光线被放置在所述第一层的后面，所述第二层可以被声波穿透。

在本发明的被描述的所有实施方式下，用来构成投影屏幕表面的织物最好是白色的。不过，在某些应用中，可以考虑采用浅灰色的、或与白色接近甚至不同的其它颜色的织物。

Claims (17)

1.一种包括一层膜的投影屏幕，所述膜具有一个投影面和多个适于容许被发射出的声波穿透所述膜的通路，其特征在于：所述多个通路以这样的方式布置：如果能够检测对准线，那么其中至少各主干线呈现一个相对于所述屏幕的垂直和水平边沿的非零倾斜角度。

2.根据权利要求1的投影屏幕，其特征在于所述多个通路呈现几何上或走向上的重大变化。

3.根据权利要求1的视频投影屏幕，其特征在于：所述膜被穿了孔。

4.根据权利要求1或2的视频投影屏幕，其特征在于：所述膜是织造的。

5.根据权利要求4的投影屏幕，其特征在于：所述膜是由不同数量的经线和纬线织造成的织物。

6.根据权利要求4或5的视频投影屏幕，其特征在于：线之间的间距不超过0.3mm。

7.根据权利要求4至6中任意一项的视频投影屏幕，其特征在于：膜在投影面上呈现一些相对于经线和纬线的总体方向而言斜向的边。

8.根据权利要求4至7中任意一项的视频投影屏幕，其特征在于：织物使用带聚氯乙烯涂层的线。

9.根据权利要求1或2的视频投影屏幕，其特征在于：所述膜由针织的线构成。

10.根据权利要求1至2和4至9中任意一项的视频投影屏幕，其特征在于：线是卷曲的。

11.根据权利要求10的投影屏幕，其特征在于：线是由聚酯材料制成的。

12.根据权利要求1至2和4至11中任意一项的视频投影屏幕，其特征在于：没有任何纬线是明显的。

13.根据权利要求1至2和4至12中任意一项的视频投影屏幕，其特征在于：所述表面是绉纱形式的。

14.根据权利要求1至2和3至8或9至12中任意一项的投影屏幕，其特征在于：膜是织造的，并且是轧光类型的。

15.根据权利要求1至2和4至8或9至12中任意一项的投影屏幕，其特征在于：膜是织造的，并且是粗呢类型的。

16.根据前面的权利要求中任意一项的视频投影屏幕，其特征在于：它包括一个基本上重叠于第一层上的第二层，相对于投影机的光线而言位于所述第一层的后面，所述第二层可以让声波穿透。

17.一种包括一个根据权利要求1至16中任意一项的屏幕的视频投影设备，一个声源被放置在所述屏幕后面，一个光源被放置在前面。

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