DE69630507T2

DE69630507T2 - Auflichtprojektionsschirm mit linsenrastervorderseite

Info

Publication number: DE69630507T2
Application number: DE69630507T
Authority: DE
Inventors: Stephen Magocs; H. Scott BAKER
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: WO1997004352A1; EP0782718A1; JPH10507540A; DK0782718T3; CN1158170A; US5668662A; EP0782718B1; DE69630507D1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Auflichtprojektionsschirm und insbesondere bezieht sie sich auf Schirme mit einem Auflichtprojektionsschirm mit einem Vorderteil und einem Hinterteil, wobei jeder Teil eine Vorderfläche und eine Hinterfläche hat, wobei der Vorderteil Lichtstreuteilchen aufweist, die ein Diffusionsgebiet zwischen der Vorderfläche und der Hinterfläche definieren, wobei die Vorderfläche des Vorderteils eine Vorderlinsenanordnung definieren, wobei die Anordnung aus zueinander parallelen Linsen besteht, die sich in der Längsrichtung über den Schirm erstrecken, und wobei der hintere Teil eine reflektierende Oberfläche in einer räumlichen Beziehung zu dem Diffusionsgebiet des Vorderteils definiert.
Die Entwicklung kleiner Wiedergabeanordnungen, wie LCDs ("liquid crystal displays") und DMDs ("deformable mirror devices") geeignet zum Wiedergeben von Videobildern, hat das Bedürfnis nach Projektionsoptiken mit kleiner Apertur zum Projizieren dieser Bilder, und das Bedürfnis nach Auflichtprojektionsschirmen zum Wiedergeben der projizierten Bilder mit einem entsprechenden Kontrast über einen großen Sehwinkel wesentlich gesteigert.
Es sind mehrere Auflichtprojektionsschirme bekannt, die entweder eine Hinterlinsenanordnung oder eine lineare Fresnelsche Anordnung verwenden, zusammen mit Lichtstreuteilchen zum verbreiten des Bildes in das Zuschauerfeld. Siehe beispielsweise US Patent 4.767.186; 4.964.695 und 4.911.529. Diese Schirme können ebenfalls Licht absorbierende Gebiete zwischen den Linsenelementen aufweisen zum Absorbieren von Umgebungslicht und folglich zum Verbessern des Bildkontrastes.
Ein Problem, das bei derartigen Systemen mit kleiner Apertur auftritt ist, dass Licht durch den Schirm hindurch gehen kann, ohne dass es von einem der das Licht streuenden Teilchen entgegen gehalten wird, was zu einem als Szintillation oder Fleckenbildung führt, was das beliebige Auftreten von hellen Stellen am Schirm ist. Ein derartiger Szintillations- oder Fleckenbildungseffekt ist unerwünscht in dem Sinne, dass es die Auflösung reduziert und für den Zuschauer unangenehm ist.
Aufgabe und Zusammenfassung der Erfindung
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Auflichtprojektionsschirm zu schaffen, wobei das Vorkommen von Szintillation reduziert wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Auflichtprojektionsschirm zu schaffen, wobei eine zuverlässige, stabile Konstruktion verwirklicht wird.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Auflichtprojektionsschirm zu schaffen, wobei Einflüsse der Umgebung, wie Hitze und/oder Feuchtigkeit, auf die Stabilität der Konstruktion des Auflichtprojektionsschirms wesentlich reduziert werden.
Nach der vorliegenden Erfindung weist ein Auflichtprojektionsschirm das Kennzeichen auf, dass er eine vordere transparente Verstärkungsschicht aufweist, wobei die Verstärkungsschicht eine Platte aufweist, die eine vordere und eine hintere Fläche aufweist, wobei die hintere Fläche der Platte mit der vorderen Fläche des Vorderteils in Berührung ist, der die Vorderlinsenanordnung definiert, und die vordere Fläche der Platte eine Antireflexionsschicht aufweist.
Im Betrieb geht ein eintreffender Strahl projizierten Lichtes durch das Diffusionsgebiet und den Raum zwischen dem Diffusionsgebiet und der reflektierenden Fläche, bevor er wieder durch diese Gebiete reflektiert wird. Auf diese Weise geht der Strahl durch verschiedene Gebiete des Diffusionsgebiets in verschiedenen Richtungen, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass der Strahl wenigstens auf ein einziges Lichtstreuteilchen trifft, zunimmt und wodurch das Auftreten von Fleckeneffekt reduziert wird. Die verstärkende vordere transparente Schicht schafft eine stabile Konstruktion mit vergrößerter Steifigkeit, was zu einer besseren Leistung führt, und zwar durch bessere optische Eigenschaften infolge geringerer mechanischer Verformungen des Schirms. Weiterhin schafft die verstärkende vordere transparente Schicht eine längere stabile Leistung des Schirms, weil Einflüsse von der Umgebung abgeschirmt worden sind. Dadurch wird eine Wahrscheinlichkeit einer teilweisen Abblätterung der vorderen und hinteren Teile des Schirms, was möglicherweise durch Hitze und/oder Umgebungsfeuchtigkeit verursacht werden kann, wesentlich reduziert.
Der in diesem Zusammenhang verwendete Ausdruck "linsenförmige Anordnung" bedeutet eine Anordnung zueinander paralleler länglicher Linsenelemente oder Lin sen, die sich in der Längsrichtung über den Schirm in nur einer Richtung erstrecken und einen definierenden Umriss in der Querrichtung haben.
Das Diffusionsgebiet kann sich bis an die hintere Fläche des vorderen Teils erstrecken, beispielsweise über die ganze Dicke des vorderen Teils von der vorderen Fläche bis an die hintere Fläche, wobei der hintere Teil den Raum zwischen dem Diffusionsgebiet und der reflektierenden Fläche bildet. Stattdessen kann das Diffusionsgebiet in einem Abstand von der hinteren Fläche des vorderen Teils liegen, kann beispielsweise in der Nähe der vorderen Fläche begrenzt sein, wobei in diesem Fall das restliche Gebiet zwischen dem Diffusionsgebiet und der hinteren Fläche des vorderen Teils als ein Zwischengebiet zwischen dem Diffusionsgebiet und der reflektierenden Fläche funktionieren kann. Die reflektierende Fläche kann dann auf der hinteren Fläche des vorderen Teils liegen.
Außerdem kann die hintere Fläche des vorderen Teils eine zweite linsenförmige Anordnung definieren, parallel zu der ersten Anordnung, wobei jedes Linsenelement oder Linse der ersten Anordnung eine entsprechende Linse in der zweiten Anordnung hat.
Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die vordere und/oder hintere Linsenanordnung aus Perlen hergestellt mit steilen Seitenwänden, so dass wenigstens einen bestimmten Teil des Lichtes, das in diese Perlen eintritt, an den Seitenwänden innerlich völlig reflektiert und in dem oberen Bereich der Perlen konzentriert wird. Diese totale innerliche Reflexion (TIR) ist in dem oben genannten US Patent 4.767.186 und 4.964.695 detailliert beschrieben worden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen und Abwandlungen derselnen kann ein Muster oder eine Matrix aus Licht absorbierenden Material zwischen den Perlen der vorderen und/oder hinteren Linsenanordnung vorhanden sein, damit der Kontrast des wiedergegebenen Bildes bei Umgebungslicht verbessert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden Fall näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Schirms mit einem vorderen Teil mit einer vorderen Linsenanordnung, mit einer Licht absorbierenden Struktur, die mit der Anordnung assoziiert ist, und mit einer Bulkdiffusion und einem hinteren Teil mit einer hinteren reflektierenden Anordnung;
2 einen schematischen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines Schirms entsprechend der aus 1, ausgenommen, dass der vordere Teil ebenfalls eine hintere Linsenanordnung aufweist,
3 einen schematischen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines Schirms entsprechend der aus 1, ausgenommen, dass das Diffusionsgebiet in der Nähe der vorderen Fläche begrenzt ist, und der hintere Teil eine vordere reflektierende Fläche hat,
4 einen schematischen Schnitt durch wieder eine andere Ausführungsform eines Schirms, entsprechend dem aus 3, ausgenommen, dass der vordere Teil ebenfalls eine hintere Linsenanordnung aufweist,
5 einen schematischen Schnitt entsprechend dem aus 4, ausgenommen, dass die reflektierende Schicht dem Umriss der hinteren Linsenanordnung folgt,
6 einen schematischen Schnitt entsprechend dem aus 5, ausgenommen dass die reflektierende Schicht auf die oberen Gebiete der hinteren Perlen begrenzt ist,
7 einen schematischen Schnitt entsprechend dem aus 2, ausgenommen, dass in dem vorderen Teil ein Distanzgebiet vorhanden ist,
8 einen schematischen Schnitt durch einen Auflichtprojektionsschirm entsprechend dem aus 2, ausgenommen, dass die Distanzschicht fehlt,
9 einen schematischen Schnitt durch einen Auflichtprojektionsschirm entsprechend dem aus 2, ausgenommen, dass die das Licht absorbierende Struktur mit der hinteren Linsenanordnung assoziiert ist, und
10 einen schematischen Schnitt durch einen Auflichtprojektionsschirm entsprechend dem aus 1, mit einer verstärkenden vorderen transparenten Schicht.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In 1 besteht der Schirm 10 aus einem vorderen Teil 12 und einem hinteren Teil 14. Der vordere Teil 12 aus Licht durchlässigem Material, wie Polymethylmethacrylat, hat eine vordere Fläche 16, die eine Linsenanordnung 17 definiert, hergestellt aus einzelnen Perlen, die parallel zueinander orientiert sind und sich in der Längsrichtung über den Schirm erstrecken. 1 ist ein Schnitt quer durch die Längsrichtung, wobei der Umriss der Perlen dargestellt wird. Die vordere Fläche hat ebenfalls eine Licht absorbierende Struktur mit erhabenen Rippen 18, die sich zwischen den Perlen erstrecken, und eine Licht absorbierende Schicht 20 auf diesen Rippen. Diese Schicht 20 dient zum Absorbieren eines großen Teils des Lichtes, das in relativ großen Winkeln (beispielsweise Umgebungslicht) über den Schirm streift, während nur ein geringer Teil des Lichtes in kleinen Winkeln (beispielsweise projiziertes Licht) über den Schirm streift.
Der erste Teil 12 hat Licht streuende Teilchen, dispergiert durch den Haupt-Teil des Teiles zum Bilden des Diffusionsgebietes 22.
Der zweite Teil 14 des Schirms ist aus einer Distanzschicht 24 aus Licht durchlässigem Material, wie Glas, und der Schicht 26, die eine Licht reflektierende Fläche 28 bildet, hergestellt. Die Schicht 28 kann jedes geeignete, einen Spiegel bildende Material, wie Silber oder Aluminium, sein.
Die Funktion der Distanzschicht 24 ist, zwischen dem Diffusionsgebiet 12 und der reflektierenden Fläche 28 einen Raum zu schaffen. Auf diese Weise geht das eintreffende Licht 29 durch das Diffusionsgebiet 22, danach durch die Distanzschicht 24, wird danach durch diese Schichten wieder reflektiert, bevor es den Schirm verlässt. Diese Gliederung führt zu wesentlich weniger Fleckenbildung als bei dem Auflichtprojektionsschirm aus 8.
2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Schirms entsprechend der Ausführungsform nach 1, ausgenommen, dass der Vorderteil 32 des Schirms 30 eine zweite Linsenanordnung 50 auf der hinteren Fläche hat. Diese Linsenanordnung ist ebenfalls aus einer Vielzahl paralleler in der Längsrichtung orientierter Perlen, wobei jede Perle gegenüber einer entsprechenden Perle der vorderen Fläche liegt. Auf diese Weise ist der Mittenabstand (d. h. der Abstand benachbarter Perlen in einer Anordnung) für die vorderen sowie die hinteren Anordnung derselbe, während der Umriss der Perlen der zweiten Anordnung von dem Umriss der ersten Anordnung abweichen kann.
Da in der Ausführungsform nach 1 ein Strahl 52 zweimal durch das gesamte Diffusionsgebiet 42 hindurch geht, wobei die zweite Durchquerung stattfindet, nach dem Durchgang durch die Distanzschicht 44 und nach Reflexion an der Fläche 48, was zu wesentlich weniger Fleckenbildung führt als in dem Schirm nach 8 zu sehen ist.
3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Schirms entsprechend der Ausführungsform aus 1, ausgenommen, dass die das Licht zerstreuenden Teilchen des Schirms 60 auf ein Diffusionsgebiet 72 in der Nähe der vorderen Fläche des Frontteils 62 begrenzt sind und dass der hintere Teil aus der Schicht 74 zusammengesetzt ist, die eine das Licht reflektierende Fläche 76 bildet, an der Stelle, wo sie den vorderen Tei 62 trifft. In dieser Konfiguration ist die Distanzschicht 24 nach 1 durch das Distanzgebiet 78 in dem vorderen Teil 62, wobei dieses Gebiet 78 überhaupt keine das Licht zerstreuenden Teilchen aufweist. Auf diese Weise geht der Strahl 79 beim eintreten in den Schirm durch das Diffusionsgebiet 72, danach durch das Distanzgebiet 78, wird dann an der Fläche 76 reflektiert um wieder durch das Distanzgebiet 78 und das Diffusionsgebiet 72 hindurch zu gehen, was im Vergleich mit dem Schirm nach 8 zu einem reduzierten Auftritt von Fleckeneffekten führt.
In der Ausführungsform nach 3 kann die Schicht 74 eine bestimmte Dicke haben, und zwar zum Schaffen einer mechanischen Unterstützung für den vorderen Teil, oder es kann eine relativ dünne Schicht sein, beispielsweise aus aufgedampftem Material, auf der Rückseite des vorderen Teils.
4 zeigt noch eine andere Ausführungsform eines Schirms, entsprechend der Ausführungsform nach 3, wobei der vordere Teil 82 des Schirms 80 eine zweite Linsenoberfläche 84 hat, entsprechend der Linsenfläche 50 nach 2. In dieser Ausführungsform geht der eintreffende Strahl 86 durch das Diffusionsgebiet 88, danach durch das Distanzgebiet 90 und wird dann an der Fläche 92 reflektiert, und geht weiterhin wieder durch das Distanzgebiet 90 und das Diffusionsgebiet 88, bevor er den Schirm 80 anregt, was im Vergleich zu dem Schirm nach 8 zu einem reduzierten Auftritt von Flecken führt.
Die 5 und 6 zeigen zwei verschiedene Variationen der Ausführungsform nach 4. In 5 ist der Schirm 100 aus einem vorderen Teil 102, entsprechend dem vorderen Teil 82 nach 4, und dem hinteren Teil 104, der einfach aus einer Schicht eines Materials 106 besteht, das eine reflektierende Oberfläche 108 bildet, und zwar in Übereinstimmung mit der zweiten Linsenoberfläche 110. Die Schicht 104 kann beispielsweise eine aufgedampfte Schicht aus Silber oder Aluminium sein. Auf diese Weise geht der Strahl 112 beim Einritt in den Schirm 100 durch das Diffusionsgebiet 114 und das Distanzgebiet 116 hindurch, wird an der Fläche 108 reflektiert und geht wieder durch das Distanzgebiet 116 und das Diffusionsgebiet 114, bevor er den Schirm anregt, was im Vergleich zu dem Schirm nach 8 zu einem reduzierten Auftritt von Flecken führt.
In 6 ist der Schirm 200 aus einem vorderen Teil 202, entsprechend dem vorderen Teil 102, und einem hinteren Teil 204 zusammengesetzt, der nun zu einzelnen Schichten aus einem Material 206 reduziert ist, begrenzt auf die Spitzenteile 212 der Perlen 220 der zweiten Perlenschicht 210. Das Material 206 kann beispielsweise Silber oder Aluminium sein, aufgedampft durch eine Maske, oder mit einem Applikator, wie einem Roller, als Schicht auf die Spitzen aufgetragen, mit einer viel größeren Abmessung aus die der Perlen. Auf diese Weise geht der Strahl 216 beim Eintritt in den Schirm 200 durch das Diffusionsgebiet 218 und das Distanzgebiet 220, wird an der Oberfläche 208 reflektiert und geht wieder durch das Distanzgebiet 220 und das Diffusionsgebiet 218, bevor er den Schirm anregt, was im Vergleich zu dem Schirm aus 8 zu einem reduzierten Auftritt von Flecken führt.
In 7 ist der Schirm 300 aus einem vorderen Teil 302 und einem hinteren Teil 304, entsprechend dem vorderen und hinteren Teil 32 bzw. 34 nach 2 zusanunengesetzt, wobei das Diffusionsgebiet auf ein Gebiet 306 in der Nähe der vorderen Fläche begrenzt ist, wobei der Strahl ein Distanzgebiet 308 verlässt, das keine das Licht zerstreuenden Teilchen aufweist. Der hintere Teil 304 entspricht dem hinteren Teil 34, zusammengesetzt aus der Distanzschicht 310 und der Schicht 312, die eine reflektierende Oberfläche 314 bildet. Auf diese Weise geht der eintreffende Strahl 316 durch das Diffusionsgebiet 306, das Distanzgebiet 308 und die Distanzschicht 310, bevor er an der Fläche 314 reflektiert wird, um wieder durch diese Gebiete und die Schicht hindurch zu gehen, bevor der Schirm angeregt wird, was im Vergleich zu dem Schirm nach 8 zu einem reduzierten Auftritt von Flecken führt.
Die Ausführungsformen nach den 2, 4, 5, 6 und 7 sind besonders dadurch vorteilhaft, dass kommerziell verfügbare Rücklichtprojektionsschirme mit Oberflächen- oder Bulk-Diffusion als vorderen Teil des Auflichtprojektionsschirms verwendet werden können. Solche Rücklichtprojektionsschirme sind beispielsweise in JEI, Dezember 1993, Seiten 27, 33 beschrieben worden.
8 zeigt einen Auflichtprojektionsschirm 400 mit einem vorderen Teil 402 eines derartigen Rücklichtprojektionsschirms, mit einer vorderen Perlenanordnung 404, erhabenen Teilen 406 mit einer das Licht absorbierenden Schicht 408, mit einer hinteren Perlenschicht 410 und mit Bulk-Diffusion 412. Der hintere Teil besteht aus einem Spiegel 403. Auf diese Weise fehlt bei dem Schicht die Distanzschicht 24 nach 1.
Die Schirme nach den 2 und 8 wurden sichtbar verglichen auf dem Gebiet von Fokus, Moire und Flecken, für verschiedene Dicken der Distanzschicht 44. In der nachfolgenden Tafel sind die Ergebnisse dargestellt.
Tafel
9 zeigt einen Auflichtprojektionsschirm 500 mit einem vorderen Teil 502 und einem hinteren Teil 504, entsprechend dem vorderen und hinteren Teil 32 bzw. 34 in 2, ausgenommen, dass in dem vorderen Teil 502 die das Licht absorbierende Struktur mit der hinteren Perlenanordnung 510, statt der vorderen Anordnung 507 assoziiert ist. Auf diese Weise befinden sich die Rippen 512 und die das Licht absorbierenden Schichten 514 zwischen den Perlen 511 und Licht, das diese Schichten 514, wie der Strahl 524, erreicht, wird absorbiert.
10 zeigt einen Auflichtprojektionsschirm 1000 mit einem vorderen und einem hinteren Teil 12 bzw. 14 entsprechend denen aus 1, und mit einer verstärkenden vorderen transparenten Schicht 27, mit einer Platte 13 und einer Antireflexionsschicht 15. Die Platte 13 kann aus Kunststoff oder aus Glas sein, während die Schicht 15 beispielsweise eine MgF₂-Schicht mit einer ¼-Wellendicke sein kann, wobei die Wellenlänge die zentrale oder Hauptwellenlänge des projizierten Lichtes ist. Eine derartige Schicht 27 neigt dazu, die Delaminierung des vorderen und hinteren Teils 12 bzw. 14, verursacht beispielsweise durch eine feuchte Umgebung, zu vermeiden. Es dürfte einleuchten, dass die Antireflexionsschicht 15 vorzugsweise vorgesehen wird, um das Auftreten von Geisterbildern durch Reflexionen zu vermeiden (dargestellt als ausgehender Lichtstrahl 29A) des eintreffenden Lichtstrahls 29 am Eingang der transparenten Schicht 27.
Es dürfte einleuchten, dass der vordere und hintere Teil 12 bzw. 14 durch den vorderen bzw. hinteren Teil einer beliebigen anderen hier beschriebenen Ausführungsform ersetzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist in Termen einer begrenzten Anzahl Ausführungsformen und Abwandlungen von Ausführungsformen beschrieben worden. Andere Ausfrührungsformen und Abwandlungen davon dürften dem Fachmann durchaus einfallen und werden als im Rahmen der vorliegenden Erfindung, definiert in den beiliegenden Patentansprüchen, liegend betrachtet.

Claims

Auflichtprojektionsschirm (1000) mit einem Vorderteil (12) und einem Hinterteil (14), wobei jeder Teil eine Vorderfläche und eine Hinterfläche hat, wobei der Vorderteil Lichtstreuteilchen aufweist, die ein Diffusionsgebiet (27) zwischen der Vorderfläche und der Hinterfläche definieren, wobei die Vorderfläche des Vorderteils eine Vorderlinsenanordnung (17) definieren, wobei die Anordnung aus zueinander parallelen Linsen besteht, die sich in der Längsrichtung über den Schirm erstrecken, und wobei der hintere Teil eine reflektierende Oberfläche (26, 28) in einer räumlichen Beziehung zu dem Diffusionsgebiet des Vorderteils definiert, dadurch gekennzeichnet, dass: der Auflichtprojektionsschirm eine vordere transparente Verstärkungsschicht aufweist, wobei die Verstärkungsschicht (27) eine Platte (13) aufweist, die eine vordere und eine hintere Fläche aufweist, wobei die hintere Fläche der Platte mit der vorderen Fläche des Vorderteils in Berührung ist, der die Vorderlinsenanordnung definiert, und die vordere Fläche der Platte eine Antireflexionsschicht (15) aufweist.
Auflichtprojektionsschirm nach Anspruch 1, wobei die Platte Glas ist und die Antireflexionsschicht MgF₂ ist.
Auflichtprojektionsschirm nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicke der Antireflexionsschicht ¼ der zentralen Weglänge des projizierten Lichtes ist.