DE3486212T2

DE3486212T2 - Rückprojektionsschirm.

Info

Publication number: DE3486212T2
Application number: DE84201893T
Authority: DE
Inventors: Ralph Hampton Bradley
Original assignee: US Philips Corp
Current assignee: Philips North America LLC
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1984-12-18
Publication date: 1994-04-07
Anticipated expiration: 2004-12-19
Also published as: DK160905C; CA1253725A; US4573764A; DK609684D0; DK609684A; KR940006725B1; JPS60159733A; KR850005209A; DK160905B; DE3486212D1; JPH0426454B2; EP0148529A2; EP0148529B1; EP0148529A3

Description

Die Erfindung betrifft einen Rückprojektionsschirm mit Lichtstreuungsmitteln an der Vorderseite des Schirms zum Empfangen von Strahlen aus einer Bildquelle und zum Ablenken einzelner Strahlen zum Wiedergeben des Bildes mit im wesentlichen einheitlicher Helligkeit über einen breiten Betrachtungswinkel; wobei die Lichtstreuungsmittel eine Anzahl im allgemeinen paralleler zylindrischer Linsen mit kleinerem gegenseitigem Abstand enthalten, wenigstens einige dieser Linsen aus einem Basisteil, einem ersten Seitenteil, einem zweiten Seitenteil und einem Spitzenteil gegenüber dem Basisteil bestehen, der Spitzenteil zwei konvexe zylindrische Teile neben dem ersten Seitenteil bzw. dem zweiten Seitenteil und einen konkaven zylindrischen Teil neben den beiden konvexen Teilen enthält und im wesentlichen reflektierend ist, der erste Seitenteil eine erste mittlere Neigung und der zweite Seitenteil eine zweite mittlere Neigung haben und so gewählt werden, daß der erste Seitenteil und der zweite Seitenteil im wesentlichen inwendig reflektierend sind, die erste mittlere Neigung zwischen 63º und 85º gegen den Basisteil und die zweite mittlere Neigung zwischen 63º und 85º gegen den Basisteil betragt.
Rückprojektionsschirme werden in verschiedenartigen Geräten verwendet, wie z. B. Radarschirmbilder auf Projektionsbasis, Flugsimulatoren, flugelektronische Bildschirme, Verkehrregelampeln, Mikrofilm-Lesegeräte, Videospiele, Videomonitoren auf Projektionsbasis und Rückprojektionsfilmmedienschirmbilder zum Erzeugen einer vom Benutzer zuschaubaren Wiedergabe. In derartigen Anwendungen kann eine Bildquelle hinter dem Schirm Licht entlang einer Projektionsachse auf den Schirm werfen, um ein Bild in der Schirmebene zu formen, das Zuschauern an der Vorderseite des Schirms zugeteilt wird.
Wenn es viele Zuschauer gibt, sind diese Zuschauer typisch in horizontaler Richtung verstreut, und Lichtverteilung über einen großen horizontalen Winkel ist dabei wünschenswert. Dies gilt insbesondere in Rückschirmprojektionsfernsehempfängern, bei denen eine Vielzahl von Zuschauern im allgemeinen anwesend und über einen verhältnismäßig breiten horizontalen Winkel in bezug auf den Schirm gesessen ist.
Ein bei Rückprojektionssystemen auftauchendes Problem ist, daß entlang der Projektorachse mehr Lichtenergie als an anderen Stellen projiziert wird, so daß dem Zuschauer das Bild heller erscheint, je näher er sich bei der Projektionsachse befindet. Rückschirmprojektions-Farbvideoeinheiten sind typisch mit drei Kathodenstrahlröhren ausgerüstet, d. h. je eine für die Primärfarben Rot, Grün und Blau, die einzelne Projektionslinseneinrichtungen auf den Projektionsschirm bringen. In einer typischen horizontalen Anordnung der Kathodenstrahlröhren befindet sich die grüne Kathodenstrahlröhre in der Mitte auf der Projektionsachse und befinden sich die roten und blauen Kathodenstrahlröhren mit ihren optischen Achsen versetzt in bezug auf die grüne optische Achse unter einem Winkel von 5 bis 10º. Diese Versetzungen, wenn nicht am Schirm korrigiert, veranlassen ein als Farbverschiebung bekanntes Phänomen. Das bedeutet, daß, wenn die roten, grünen und blauen Lichtluminanzen für die Mitte der Zuschauerschaft normalisiert werden, das Verhältnis der Luminanzen sich mit der Winkelposition über die ganze Zuschauerebene ändert. Also ist die Bildwahrnehmung des Zuschauers von der horizontalen Position des Zuschauers in bezug auf den Schirm abhängig.
Wenn daneben Rückprojektionsschirme in Umgebungslicht betrieben werden und daran ausgesetzt sind, wird der Kontrast des projizierten Bildes durch die Reflexion dieses Lichts an der Vorderseite des Schirms beeinflußt. Also ist es erwünscht, die Reflexion dieses Umgebungslichts an der Vorderseite des Schirms zu reduzieren. Verschiedene Maskierungstechniken, bei denen eine schwarze nicht rückstrahlende Fläche zwischen den Teillinsen angebracht wird, wurden zum Minimieren der Lichtreflexion vorgeschlagen.
Es wurden mehrere Rückprojektionsschirme zum Erhöhen des horizontalen Betrachtungswinkelbereichs vorgeschlagen. Ein derartiges System ist in der U.S.- Patentschrift Nr. 3 578 841 von William R. Elmer beschrieben und es wird dabei ein Schirm mit einer Rückfläche verwendet, wie z. B. mit einer Fresnel-Linse, mit der Licht aus der Bildquelle nach parallelen Strahlen kollimiert werden kann, und mit einer Vorderfläche, die mit einer vertikal gerippten Streulinse zum Streuen des Lichts über einen spezifizierten horizontalen Betrachtungswinkel gebildet wird. Die Form der vertikalen Rippen der Streulinse wird durch eine Gleichung abhängig vom gewünschten Streuungswinkel aus der Mittellinie definiert. Jedoch werden entsprechend einer derartigen Gleichung gezogene Rippen sehr unwirksam, wenn Licht über mehr als einen 60º Betrachtungswinkel gestreut wird, d. h. 30º an jeder Seite der Mittellinie, und zwingt dabei die Positionierung derartiger Rippen zwischen einem Paar angespitzter Rippen zum Erhöhen des Betrachtungswinkels nach 90º, d. h. 45º an jeder Seite der Mittellinie.
Ein anderer Typ von Rückprojektionsschirm mit einem breiten Betrachtungsfeld ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 067 430 beschrieben. Der Spitzenteil der Teillinsen dieses Schirms enthält zwei konvexe zylindrische Teile mit einem zwischenliegenden konkaven Teil. Die Seitenteile der Teillinsen haben einen Neigungswinkel zwischen 70º und 80º. Ein Nachteil des Schirms ist, daß die Teillinsen im Querschnitt verkürzt sind, eine größere Breite als Höhe haben und die Breite des Spitzenteils größer als die Hälfte der Gesamtbreite der Teillinse ist, wodurch das mögliche Maß der Schwarzmarkierung begrenzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rückschirmaufbau zu schaffen, in dem diese Nachteile beseitigt sind. Der erfindungsgemaße Projektionsschirm ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe der Linsen zur Breite des Basisteils größer als 1:1 und das Verhältnis der Breite des Basisteils zur Breite des Spitzenteils größer als 2:1 sind.
Im Rückprojektionsschirm nach der Erfindung enthält der Spitzenbereich zwei konvexe zylindrische Elemente und ein zentrales konkaves Zylinderelement der Linsenreihe, wobei gefunden wurde, daß dabei eine außergewöhnliche horizontale Lichtstreuung ohne Verlust des inwendig reflektierten Lichts auftrat. Bei Anwendung in einem System mit mehr als einer einzigen Farbquelle, wie in einem Farbrückprojektionsfernsehsystem mit drei getrennten horizontal angeordneten Kathodenstrahlröhren, wies die Reihe der Linsen nach der Erfindung minimale Farbverschiebung auf. Außerdem gibt das Gesamt-Höhe/Breitenverhältnis der Teillinse sowie auch das Spitzenbreite/Gesamtbreitenverhältnis einen Rückprojektionsschirm, dessen Fläche fast 60% schwarz maskierbar ist. Die erwähnten Vorteile werden in einem großen Winkelbereich für den Abfall der Seitenteile beibehalten, wodurch die Herstellung des Schirms erleichtert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß aufgebauten Rückprojektionsschirms, der hier in der Verwendung für Rückprojektionsfarbfernsehen dargestellt ist,
Fig. 2 eine perspektivische Vergrößerung eines Teilquerschnitts durch die Linsenreihe bei Verwendung in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rückprojektionsschirms,
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig. 2,
Fig. 4 eine Vergrößerung des Spitzenteils einer der Linsen nach Fig. 3,
Fig. 5 eine Ansicht gleich der nach Fig. 3 mit Lichtstrahlen, die aus der Projektionsquelle durch die erfindungsgemäße Linse zum Zuschauerraum übertragen werden,
Fig. 6 eine Ansicht nach der in Fig. 3 mit einfallenden Umgebungslichtstrahlen, die auf die Linsenreihe nach der Erfindung einfallen.
Für ein besseres Verständnis des erfindungsgemäßen Rückprojektionsschirms werden zunächst die allgemeine Anordnung und der Betrieb einer Projektionseinheit mit einem Rückprojektionsschirm nach der Erfindung beschrieben, und anschließend werden die Formen der verschiedenen im Schirm benutzten Linsenflächen sowie die Verfahren zum Herstellen dieser Formen beschrieben.
In Fig. 1 ist dazu ein Rückprojektionsfarbfernsehsystem 10 mit einem Rückprojektionsschirm 12 nach der Erfindung dargestellt. In dieser Anordnung kommen in den Fernsehempfängerschaltungen 14 Fernsehvideoquellensignale an, die durch einzelne rote, grüne und blaue Projektionskathodenstrahlröhrenanordnungen 16, 18 und 20 auf die Rückfläche 22 des Projektionsschirms 12 projiziert werden. Die drei Kathodenstrahlröhren 16, 18 und 20 sind in bezug auf die Projektionsachse 23 horizontal aufgestellt, wobei sich die grüne Kathodenstrahlröhre 18 in der Mitte befindet. Eine derartige horizontale Verteilung ergibt, daß die drei Kathodenstrahlröhren 16, 18 und 20 mit ihren optischen Achsen 24, 26 bzw. 28 in bezug aufeinander unter einem Winkel versetzt sind. Typisch sind die rote optische Achse 24 und die blaue optische Achse 28 je unter einem Winkel zwischen 5 und 10º in bezug auf die grüne optische Achse 26 versetzt.
Die Rückfläche 22 des Rückprojektionsschirms 12 ist planar und normalerweise mit Kollimierlinsen versehen, wie z. B. Fresnel-Linsen zum Konvergieren der streuenden Lichtstrahlen aus den Projektoren 16, 18 und 20 in parallele Strahlen entsprechend bekannten Grundsätzen der Wirkung von Fresnel-Linsen. Die Vorderfläche 30 des Schirms 12 ist im allgemeinen planar und enthält eine Anzahl darauf angeordneter vertikaler Linsenelemente 32 mit kleinerem gegenseitigem Abstand. Erfindungsgemäß sind die Linsenelemente 32 zum Brechen und Streuen von Licht in horizontaler Richtung über einen breiten horizontalen Betrachtungswinkel α im Zuschauerfeld 33 gebildet.
Früher wurden Rückprojektionsschirmeinheiten, wie die nach Fig. l, sowohl mit zweistückigen Schirmen als auch mit einstückigen Schirmen abhängig von den erforderlichen besonderen Schirmcharakteristiken verwendet. Beispielsweise waren zweistückige Schirme dadurch gekennzeichnet, daß sie eine ziemlich breite horizontale Lichtverteilung ergaben, aber eine geringere Auflösung projizierter Bilder sowie Geisterbilder zur Folge hatten. Mit der breiten horizontalen Lichtverteilung derartiger Konstruktionen soll dabei eine genaue Herstellungsregelung der Justierung und Dicke des Schirms zum Minimieren der Farbverschiebung erreicht werden. Einstückige Schirme waren dadurch gekennzeichnet, daß sie zwar eine verbesserte Auflösung, jedoch einen begrenzten horizontalen Betrachtungswinkel typisch im Bereich von etwa ±30º hatten. Der vertikale Linsenaufbau nach der Erfindung kann in einem einstückigen Typ oder in einem zweistückigen Schirmtyp verwendet werden und auf wirksame Weise Licht in horizontaler Richtung durch einen Betrachtungswinkel von i 85º mit wahrnehmbarer einheitlicher Luminanz und minimaler Farbverschiebung verteilen.
In Fig. 2 ist die Vorderfläche 30 des Projektionsschirms 12 dargestellt, der eine Anzahl parallel im Abstand liegender vertikal ausgerichteter Linsenelemente 32 enthält. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist der Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen Linsenelementen 32 der Linsenschritt. Der Linsenschritt eines erfindungsgemäß aufgebauten Projektionsschirms 12 kann für eine besondere Anwendung ohne Änderung der Leistungsfähigkeit des Schirms geändert werden, vorausgesetzt alle Abmessungen der Linsenelemente 32 werden gleichermaßen geändert. In der Praxis wird der Linsenschritt entsprechend der Gesamtschirmabmessung und der Anzahl der über den Schirm erwünschten Linsenzyklen gewählt. Beispielsweise kann bei Verwendung in einem Rückprojektionsfernsehschirm der Schritt der Linsenelemente 32 typisch im Bereich zwischen etwa 0,3 und 1,0 mm für Diagonalschirme im Bereich von etwa 26 bis 72 Zoll betragen. Wenn die Elemente 32 ausreichend fein und nahe beieinander gebildet werden, nimmt der Zuschauer im wesentlichen ein gleichmäßiges durchgehendes Bild wahr, genauso wie die horizontalen Zeilen an einem Fernsehschirm von einem normalen Betrachtungsabstand sich zu einem durchgehenden Bild zu vermischen scheinen.
Beim Aufbauen einer Linsenreihe mit den Linsenelementen 32 nach der Erfindung berühren sich vorzugsweise benachbarte Elemente derart, daß der Abstand zwischen Elementen gleich Null ist und der Linsenschritt gleich der Breite jedes Elements ist. Jedoch macht sich in der Praxis zwischen den Elementen 32 ein bestimmter Übergang erforderlich. Dies läßt sich auf verschiedene Weisen verwirklichen, wie z. B. durch Anbringen eines einfachen Radius. Vorzugsweise ist die Breite eines derartigen Übergangs, wenn verwendet, kleiner als ein Prozent der Elementbreite.
Jedes Linsenelement 32 hat Seitenflächen 34 und 36 und eine obere Spitzenfläche 38. Die Seitenflächen 34 und 36 können linear oder nahezu linear sein oder eine konvexe Außenform haben. Vorzugsweise sind die Seitenflächen auswendig konvex. Die Seitenflächen 34 und 36 haben eine mittlere Neigung, die mit R bzw. R' dargestellt wird (Fig. 3). R und R' können zwischen etwa 43º und 85º liegen und werden zur Bildung des gewünschten inneren Reflexionsgrads gewählt. Wenn R und R' erfindungsgemäß nicht gleich zu sein brauchen, sind R und R' vorzugsweise je größer als 70º. Herstellung von Seitenwänden mit diesen Winkeln gewährleistet, daß durch das Element 32 fallende Lichtstrahlen unter Winkeln auf die Seitenwände 34 und 36 einfallen, die größer als der kritische Winkel sind, der mit dem Snellschen Gesetz abgeleitet ist, derart daß die Lichtstrahlen ganz durch die Rippe zurückgeworfen werden. Vorzugsweise sind R und R' einander gleich und die Rippen 32 sind lateral symmetrisch. Wenn R und R' ungleich sind und ein symmetrisches Zuschauerfeld erforderlich ist, können abwechselnde Linsenelemente 32 auf der Schirmbetrachtungsfläche 30 Spiegelbilder voneinander sein. Die Seitenflächen 34 und 36 können derart aufgebaut werden, daß sie Lichtstrahlen sowohl reflektieren als auch brechen, sind aber vorzugsweise derart hergestellt, daß sie fast ganz inwendig reflektierend sind und Licht aus einer Projektionsquelle auf die obere Spitzenfläche 38 richten.
Wie am besten in Fig. 4 dargestellt, wird die obere Spitzenfläche 38 vorzugsweise aus drei Kreisflächen 40, 42 und 44 mit gleichen Radien gebildet. Gemäß der Darstellung werden die Kreisflächen 40 und 44 aus kreisförmig konvexen Zylindern gebildet, während die Kreisfläche 42 aus einem kreisförmig konkaven Zylinder gebildet ist. Während die obere Spitzenfläche 38 derart hergestellt sein kann, daß sie sowohl Licht bricht als auch etwas Licht reflektiert, das anschließend in den Zuschauerraum hinein gebrochen wird, wird vorzugsweise die obere Spitzenfläche 38 derart hergestellt, daß fast ausschließlich Licht in den Zuschauerraum hinein gebrochen wird.
Die Breite w' der oberen Spitzenfläche 38 ist teilweise von den mittleren Neigungen R und R' der Seitenflächen 34 und 36, teilweise vom Brechungsindex des Materials, und teilweise von der spezifischen zu erreichenden Linsenleistung abhängig. Gemäß der Aufgabe der Erfindung zum Schaffen einer Linsenreihe, die Licht in horizontaler Richtung über virtuell 180º mit wahrnehmbar einheitlicher Luminanz und minimaler Farbverschiebung verteilt, wurde gefunden, daß bestimmte Verhältnisse der Schrittbreite w zur Linsenhöhe h sowie Verhältnisse der Spitzenbreite w' zur Schrittbreite w erwünschter sind als andere. Dementsprechend ist vorzugsweise die Linsenhöhe h zur Schrittbreite w größer als 1 : 1 und noch mehr bevorzugt wenigstens 3 : 2. Vorzugsweise ist das Verhältnis der Schrittbreite w zur Spitzenbreite w' größer als 2 : 1 und noch mehr bevorzugt wenigstens 3 : 1.
Dem Fachmann wird klar sein, daß eine Linsenreihe unter Verwendung des Linsenelementaufbaus nach dieser Beschreibung in Zusammenarbeit mit anderen Linsenelementkonstruktionen herstellbar ist, um einen Rückprojektionsschirm für eine besondere Anwendung zu optimieren. Jedoch wurde gefunden, daß Rückprojektionsschirme mit nur Linsenelementen des hier beschriebenen Aufbaus hervorragende Verstarkungs- und Leistungswerte beim Verteilen von Licht über ±85º erhielten.
Rückprojektionsschirme 12 nach der Erfindung sind mit verschiedenen Verfahren herstellbar, darunter Warmpressen, Spritzgießen, Strangpressen, Metallgießen und Photopolymerisationsverfahren. Derartige Schirme können aus optisch transparenten oder durchscheinenden Feststoffen aufgebaut werden, wie anorganische Gläser und eine Auswahl von Kunststoffen. Zusätzlich kann der Schirmaufbau auch eine Mischung von Werkstoffen sein. Ein bevorzugter Werkstoff ist dabei Polymethylmethakrylat.
Einstückige Schirme, die aus zwei optische Funktionsflächen bestehen, können aus zwei Stücken zubereitet werden, die auf geeignete Weise aneinander befestigt werden. Ein derartiger Einstückschirmaufbau biete die Vorteile niedriger Kosten und größerer Einfachheit. Auch ist die Dicke des Schirms nicht kritisch und Aufzeichnung optischer Muster an einander gegenüberliegender Seiten der Platte nicht erforderlich.
Die vertikale Streuung durch den Rückprojektionsschirm 12 nach der Erfindung ist verhältnismäßig gering. Daher kann der Schirm 12 mit einer Art von Diffusionsmedium versehen werden. Beispielsweise kann Diffusion durch eine durch eine Masseneigenschaft des Brechungsmaterials, aus dem der Schirm hergestellt ist, geliefert werden, durch Oberflächenstrukturierung der Rückfläche (oder bei zweistückigen Entwürfen jede andere Fläche als die der Vorderlinsenfläche) verursacht werden, eine Diffusionsschicht in einem zusammengesetzten Doppelbeschichtungsgefüge sein oder durch Kombinationen dieser Anwendungsmöglichkeiten erzeugt werden. Typisch hat diese Diffusion eine Gaußsche Form und macht eine vertikale Streuung von etwa ±10º möglich, bevor ein Lichtstärkeabfall von 50% auftritt, d. h. Diffusion liefert einen vertikalen Halbwinkel von etwa ±10º.
Es sei bemerkt, daß die Orientierung der Linsenelemente 32 auf der Vorderfläche 30 des Rückprojektionsschirms dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine breite horizontale Lichtverteilung liefert. Die Drehung des Rückprojektionsschirms 12 um einen gewünschten Winkel ist auf einfache Weise durchführbar, beispielsweise über 90º, um eine breite Lichtverteilung in der vertikalen Richtung zu erhalten. Wenn es erwünscht ist, Licht sowohl in einer breiten horizontalen als auch in einer breiten vertikalen Ebene zu verteilen, könnte zusätzlich ein Rückprojektionsschirm mit einer Gruppe horizontaler Rippen nach der Erfindung in Überlagerung auf den vertikalen Rippen nach der Erfindung aufgebaut werden.
In Fig. 5 ist die horizontale Lichtstreuung durch katadioptrische erfindungsgemäß aufgebaute Linsenelemente 32 dargestellt. Die Lichtstrahlen r&sub1;, r&sub2; und r&sub3; verlassen die Projektionsquelle und werden in einer Kollimierlinse, wie z. B. einer Fresnellinse, in parallele Strahlen kollimiert, die über die Linsenelemente 32 verteilt werden. Da die Strahlen r&sub1;, r&sub2; und r&sub3; durch das homogene Medium des Elements 32 gehen, gehen sie gerade Wege. Wenn die Strahlen r&sub1;, r&sub2; und r&sub3; auf die Seitenflächen 34 und 36 einfallen, die als inwendig reflektierende Oberflächen hergestellt sind, werden die Strahlen reflektiert, wobei der Einfallswinkel der Strahlen gleich ihrer Reflexionswinkel ist. Wenn die Strahlen r&sub1;, r&sub2; und r&sub3; die obere Spitzenfläche 38 unter Einfallswinkeln kleiner als der kritische Winkel der Linsen/Luftfläche streifen, werden diese Strahlen entsprechend dem Snellschen Gesetz gebrochen.
Wie bereits erwähnt, sind die Linsenelemente 32 aufeinanderfolgend lateral benachbart und die benachbarten Seitenflächen 34 und 36 liegen vorzugsweise auf der Vorderfläche 30 nebeneinander. Jedes Element 32 liegt lateral im Abstand vom benachbarten Element, so daß die jeweiligen Seitenflächen 34 und 36 zwischen ihnen eine Rille 46 bilden, die eine auswärts gebogene V-Form hat. Wenn die Elemente 32 entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgebaut sind, worin die Gesamtschrittbreite w zur Spitzenbreite w' wenigstens 3 : 1 beträgt, wenigstens zwei Drittel des Oberflächenbereichs der Vorderfläche 30 ist nach Bedarf verfügbar zum Schwarzmaskieren. Schwarzmaskieren des Schirms 12 kann durch Verwendung einer Schwarzabdeckung verwirklicht werden, die die Reflexionskennzeichen der Seitenflächen 34 und 36 beibehält. Ein bevorzugtes Verfahren zum Schwarzmaskieren ist das Füllen eines wesentlichen Teils der Rille 46 mit schwarzen diskreten Partikeln 48, die sichtbares Licht absorbieren können, und durch Festhalten dieser Partikeln mit Hilfe einer Haut 50, die sich zwischen den Rippen 32 und über die Rille 46 erstreckt.
Selbst ohne Schwarzmaskierung reflektiert die Konfiguration der Linsenelemente 32 weniger Umgebungslicht zurück zum Zuschauerraum als herkömmliche einstückige Schirme. Dies ist möglich, da ein großer Teil des Umgebungslichts den gerillten Teil 46 des Schirms streift, der etwa zwei Drittel des Gesamtflächenbereichs der Oberfläche 30 enthält, und in den Schirm hineingeht. In Fig. 6 ist ein ungefährer Weg eines einfallenden Umgebungslichtstrahls auf die Seitenflächen 34 und 36 der Rippen 32 dargestellt. Dabei bezeichnet die ausgezogene Linie den einfallenden Lichtstrahl oder einen Reflexionsstrahl, während die gestrichelte Linie einen gebrochenen Strahl angibt. Wenn im Schirmaufbau neutral gefärbtes Material vorhanden ist, werden einfallende Lichtstrahlen beim Passieren des Schirms geschwächt. Alle diese von der Rückfläche 12 reflektierten und durch die Vorderfläche 30 zurückkehrenden Strahlen gehen im Mittel mehr als zweimal so weit als Strahlen aus den Projektionsquellen, wobei sie einen guten Bildkontrast liefern.
Eine nicht spiegelnde Vorderfläche 30 kann nach Bedarf durch Strukturierung der Vorderfläche zur Lieferung zusätzlicher Diffusion erhalten werden. In Abhängigkeit vom gewünschten Grad kann die ganze Vorderfläche 30 strukturiert werden. Oder, bei schwarzmaskiertem Schirm ist es nur notwendig, den oberen Spitzenteil 38 zu strukturieren, um einen nicht spiegelnden Schirm zu erhalten. Weiter kann bei einem schwarzmaskierten Schirm eine Antireflexionsbeschichtung auf die ausragenden Spitzenteilen 38 angebracht werden, um Spiegelreflexionen zu beseitigen und den Schirmkontrast weiter zu verbessern.
Nachstehendes Beispiel beschreibt einen erfindungsgemäßen Linsenelementaufbau, der in einem Rückprojektionsfarbfernsehsystem gut leistet. Dieses Beispiel ist für ein besseres Verständnis näher erläutert und soll nicht als eine Begrenzung der Erfindung angesehen werden. Die Koordinatenbezugspunkte für das beispielhafte Linsenelement sind in Fig. 3 dargestellt, wobei der Ursprung mit 0 bezeichnet ist, die X-Achse-Meßposition von der linken Unterecke des Bezugselements nach rechts und die Y-Achse-Meßposition von der linken Unterecke nach oben. Das Linsenelement hat einen Schritt von 0,55 mm und ist um etwa X=0,275 mm symmetrisch. Alle Werte von Y sind größer als oder gleich 0 und das Linsenelement wird als eine durchgehende Funktion für Y und eine Neigung von Y definiert.
Jede der symmetrischen Seitenflächen ist aus 397 geraden Liniensegmenten aufgebaut, die durch folgenden Ausdruck definiert werden:
Neigung = Mn = TAN [90º- 0,5·ARCTAN [(0,2888-Xn + (0,9280-Yn]]
worin: X&sub1; = 0, Y&sub1; = 0.
D = 0,2131 + 397 = 5,371·10&supmin;&sup4;
M&sub1; = 6,5786
Xn = (n-1)·D
Yn = Yn-1 + D·Mn-1
Der Endpunkt des 397. Segment is X&sub3;&sub9;&sub8; = 0,21310, Y&sub3;&sub9;&sub8; = 0,88438. Die Form der Seite wird durch folgende Interpolationsregel bestimmt: Wenn X, X< 0,21310 und Xi ≤X< Xi+1 sind,so ist Y=Yi+(X-Xi)·Mi+D.
Die Form des oberen Spitzenteils wird wie folgt definiert: für 0,21310≤X< 0,25735 ist die Form ein Kreis mit XO&sub1; = 0,23971 und YO&sub1; = 0,86896 und R = 0,03076 mm in der Gleichung
Y = - SQRT[R²- (X-XO&sub1;)²] + YO&sub1;, und für 0,25735≤X< 0,2750 (die Mitte der Bezugsteillinse) ist die Form ein Kreis mit XO&sub2; = 0,22750 und YO&sub2; = 0,91936, ist R wieder gleich 0,03076 mm in der Gleichung Y = + SQRT[R²-(X-XO&sub2;)²] + YO&sub2;.
Obige Ausdrücke definieren eine Seite eines symmetrischen Linsenelements im Aufbau nach der Erfindung mit einer Schritt von 0,55 mm. Wie bereits erwähnt, kann der Linsenschritt ohne Änderung der Linsenleistung geändert werden, vorausgesetzt alle Abmessungen der Linse werden gleichermaßen geändert. Bei der Bildung eines Linsenschirms aus den angegebenen Linsenelementen wird bevorzugt, daß die benachbarten Linsenelemente einander berühren, oder daß, wenn es ein Übergangsgebiet zwischen den Teillinsen gibt, dieses kleiner als 1% der Linsenbreite ist. Die auf diese Weise gebildeten Linsenelemente werden mit herkömmlichem Verfahren optisch poliert. Der vorgenannte Linsenentwurf wurde geprüft und ergab tatsächlich eine Verbesserung von mehr als 2,5 und einen gemessenen Wirkungsgrad von 79%. Diese Werte wurden mit einer Diffusion verwirklicht, die zum Liefern einer Halbintensität in der vertikalen Richtung von +9,5a in der Richtung der Spitzenintensität ausreicht. Ein größeres vertikales Feld ist selbstverständlich mit mehr Diffusion erreichbar, oder es kann dazu eine horizontale Linsenreihe zugegeben werden, jedoch mit einem proportionalen Verlust der Schirmleistung.
Vorzugsweise wird die Linsenreihe mit Werkzeugen nach dem Stand der Technik bearbeitet, wie z. B. auf Diamantdrehbanken mit Diamantwerkzeugen. Da Werkzeugbegrenzungen ernsthaft in Erwägung gezogen werden müssen, sind geringfügige Abweichungen zulässig und ist der Gesamtlinsenform, d. h. die Verhältnisse des Schritts zur Höhe und des Schritts zur Spitzenbreite sowie auch die inwendig reflektierenden Seitenflächen und die brechenden Spitzenflächen, der Primärfaktor bei der Bestimmung der Leistung.
Während in obiger Beschreibung bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit weiteren Einzelheiten beschrieben wurden, wird es klar sein, daß Änderungen und Abwandlungen davon dem Fachmann bekannt sein werden. Dementsprechend beschränkt sich die Erfindung nur auf dem Rahmen der folgenden Ansprüche.

Claims

1. Rückprojektionsschirm (12) mit Lichtstreuungsmitteln an der Vorderfläche (30) des Schirms zum Empfangen von Strahlen aus einer Bildquelle und zum Ablenken einzelner Strahlen zum Wiedergeben des Bildes mit wesentlich einheitlicher Helligkeit über einen breiten Betrachtungswinkel; wobei die Lichtstreuungsmittel eine Anzahl im allgemeinen paralleler zylindrischer Linsen (32) mit kleinerem gegenseitigem Abstand enthalten, wenigstens einige dieser Linsen aus einem Basisteil, einem ersten Seitenteil (34), einem zweiten Seitenteil (36) und einem Spitzenteil (38) gegenüber dem Basisteil bestehen, der Spitzenteil (38) zwei konvexe zylindrische Teile (40, 44) neben dem ersten Seitenteil bzw. dem zweiten Seitenteil und einen konkaven zylindrischen Teil (42) neben den beiden konvexen Teilen enthält und im wesentlichen reflektierend ist, der erste Seitenteil eine erste mittlere Neigung und der zweite Seitenteil eine zweite mittlere Neigung haben und so gewählt werden, daß der erste Seitenteil und der zweite Seitenteil im wesentlichen inwendig reflektierend sind, die erste mittlere Neigung zwischen 63º und 85º gegen den Basisteil und die zweite mittlere Neigung zwischen 63º und 85º gegen den Basisteil beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Höhe der Linse zur Breite des Basisteils größer ist als 1 : 1 und das Verhältnis der Breite des Basisteils zur Breite zur Breite des Spitzenteils größer ist als 2 : 1.

2. Rückprojektionsschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Linsen der Anzahl von nahe beieinander liegenden im allgemeinen zylindrischen Linsen (32) auf gleiche Weise aufgebaut sind.

3. Rückprojektionsschirm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste mittlere Neigung und die zweite mittlere Neigung je größer sind als 70º.

4. Rückprojektionsschirm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste mittlere Neigung und die zweite mittlere Neigung im wesentlichen gleich sind.

5. Rückprojektionsschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei konvexen zylindrischen Teile (40, 44) und der konkave zylindrische Teil (42) im wesentlichen gleiche Radien haben.

6. Rückprojektionsschirm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Linsen (34) um eine Zentralebene symmetrisch sind, die sich senkrecht zum Basisteil erstreckt.

7. Rückprojektionsschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Höhe/Breitenverhältnis größer als 3 : 2 ist.

8. Rückprojektionsschirm nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Breite/Breitenverhältnis größer als 3 : 1 ist.

9. Rückprojektionsschirm nach Anspruch 6 mit dem ersten Seitenteil, dem zweiten Seitenteil und dem Spitzenteil im wesentlichen proportional zu einer zylindrischen Linse, definiert durch eine Breite gleich 0,55 mm und symmetrisch um x = 0,275 mm, und jede der symmetrischen Seitenflächen aus 397 geraden Zeilensegmenten aufgebaut, die durch folgenden Ausdruck definiert werden:

Neigung = Mn = TAN [90º - 0,5·ARCTAN [(0,2888-Xn) + (0,9280-Yn]] worin: X&sub1; = 0, Y&sub1; = 0.

D = 0,2131 + 397 = 5,371·10&supmin;&sup4;

M&sub1; = 6,5786

Xn = (n-1)·D

Yn = Yn-1 + D·Mn-1,

wobei der Endpunkt des 397. Segment X&sub3;&sub9;&sub8; = 0,21310, Y&sub3;&sub9;&sub8; = 0,88438 ist, die Form des ersten Seitenteils durch folgende Interpolationsregel bestimmt wird: wenn X, X< 0,21310 und Xi≤X< Xi+1 sind, so ist

Y = Yi + (X-Xi)·Mi + D,

die Form des Spitzenteils wie folgt definiert wird:

für 0,21310≤X< 0,25735 ist die Form ein Kreis mit XO&sub1; = 0,23971 und YO&sub1; = 0,86896 und R = 0,03076 mm in der Gleichung

Y = - SQRT[R²-(X-XO&sub1;)²] + YO&sub1; ist, und

für 0,25735≤X< 0,2750 ist die Form ein Kreis mit XO&sub2; = 0,22750 und YO&sub2; = 0,91936 und R wieder gleich 0,03076 mm in der Gleichung Y = + SQRT[R²-(X-XO&sub2;)²] + YO&sub2; ist, und

worin alle Werte von Y größer oder gleich 0 und die Rippe als durchgehende Funktion für Y und eine Neigung von Y sind.

10. Rückprojektionsschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Linsen (32) zwischenliegende Rillen (46) definieren und der Schirm außerdem Absorbiermittel (43) in den Rillen zum Absorbieren von sichtbarem Licht enthält,wobei die Absorbiermittel eine Menge lichtabsorbierender diskreter Teilchen enthalten, und Reflexion des auf den Schirm fallenden sichtbaren Lichts verringert wird.

11. Rückprojektionsschirm nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm eine Haut (50) enthält, die die Teilchen in den Rillen festhält.

12. Rückprojektionsschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm außerdem Diffusionsmittel enthält.

13. Rückprojektionsschirm nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er Lichtkollimiermittel auf einem Rückteil des Schirms zum Empfangen divergierender Lichtstrahlen aus einem Bildprojektor und zum Kollimieren der Strahlen in parallele Strahlen als Darstellung eines am Schirm wiederzugebenden Bildes enthält.