DK160593B - Baglysprojektionsskaerm - Google Patents

Description

i

DK 160593 B

Den foreliggende opfindelse angår transparent baglysprojektionsskærm af den art, der på sin mod projektørene vendende bagside har et sæt linser til parallelisering af 5 lys fra projektørerne, og hvilken skærm på sin forside er forsynet med i indbyrdes vandret afstand anbragte linser i form af lodrette linsespidser med trekantformet tværsnit samt forsynet med konvekse linser mellem linsespidserne.

Bagside-projektionsskærme har i vidt omfang været anvendt 10 til videoprojektionsapparater, mikrofilmlæseapparater, datamaskiner og flysimulatorer.

Fra de danske fremlæggelsesskrifter nr. 156.188 og nr.

156.019 kendes skærme af nævnte art.

Ifølge den kendte teknik er de reflekterende linser ud-15 formet således, at der er totalreflekterende, dvs. at lyset fra lyskilden, efter det er paralleliseret, rammer skærmens lodret løbende linsespidsers inderside, som normal til skærmens overflade og reflekteres ud gennem den pågældende linses toppe/sider.

20 Det er formålet med den foreliggende opfindelse at overvinde det såkaldte farveskygningsproblem i forhold til kendte konstruktioner. Et andet formål med den foreliggende opfindelse er at hindre generende spejlning fra skærmens yderside (forside).

25 Det er kendt at frembringe et projekteret TV-billede ved at rette tre projektorer med hver sin grundfarve (rød, grøn og blå) mod en transparent projektions skærm. De tre projektorer er som regel anbragt ved siden af hinanden horisontalt, og det afgående, forstørrede billede er 30 rettet md den transparente skærm. Da de tre projektorer er anbragt ved siden af hinanden, danner deres optiske akser vinkler indbyrdes. Oftest danner de optiske akser vinkler med hinanden fra 7 til 12°, afhængigt af billedrørets

DK 160593 B

2 størrelse og afstanden fra billedrør til transmissionsskærm.

De fleste konstruktører af projektions-TV placerer det 5 grønne billedrør mellem det røde og det blå, således at det grønne billedes optiske akse projekteres vinkelret ind på den transmitterende skærm. Dette medfører, at det blå og røde billedrørs optiske akser afviger med f.eks. 9° i forhold til det grønne billedrørs optiske akse.

10 Hvis der på det pågældende apparat anvendes en simpel matskærm, vil en iagttager, som betragter skærmen skråt forfra, se et billede, der enten er blåt eller rødt domineret, afhængigt af, om den pågældende iagttager befinder sig nærmest ved den optiske akse for den 15 projektor, der afgiver rødt eller blåt billede. På engelsk kaldes det problem "colour shadow" eller på dansk farve-skygning.

Det er formålet med den foreliggende opfindelse at ophæve farveskygningsproblemet for en iagttager, som betrager 20 billedet indenfor ± ca. 30° horisontal i forhold til normalen til skærmen, dvs. inden for det synsområde, hvor den transmitterende cylinderlinser har sit virkeområde.

Ved at overfladebehandle "coated" de totalreflekterende linsers overflade med en speciallak, er det muligt at gøre 25 linsens sider halvreflekterende, således at lysstråler, der rammer de coatede sider af linsen, vil deles lige og derefter spredes ± 10° i det coatede lag. Dvs. 50% af lyset, som rammer den coatede overflade, vil spredes inden for et synsfelt af ± 10° mellem skærmens normal og 30 normalen til den pågældende coatede linses normal.

Ved at påføre den ellers totalreflekterende linses sider en speciel coating og gøre disse halvreflekterende, vil farveskygningsproblemet ophæves, fordi den pågældende

DK 160593 B

3 linses coatning spreder, lyset på en sådan måde, at lysstrålerne fra de tre lysgivere overlapper hinanden inden for f.eks. ± 10°. Coatningen bevirker altså, at en 5 lysstråle, som rammer den halvreflekterende og den coatede overflade, spredes ± 10°, men således at alle vektorer inden for ± 10® er lige lange rumligt set. Dvs. at en iagttager vil se lyset fra tre lysgivere smelte sammen og derfor danne et forventet billede.

10 De ovennævnte halvreflekterende linser har skråsider, og det er disse sider, der er påført coatning, der giver den ønskede spredning af lyset.

En skærm af ovennævnte type kan bestå af et antal halvreflekterende linsetoppe med spids vinkel, og hvis sider 15 støder op til et udsnit af en halv cylinderlinse.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 er et billede af en bagside-projektionsskærm, der har en med linser forsynet overflade til belysning og 20 anvendelse af projektionsskærme af den her omhandlede art, fig. 2 viser bi11eddannende skærm, en simpel matskærm eller mikrofilmskærm, fig. 3 viser et perspektivisk udsnit af en udførelsesform for skærmen ifølge opfindelsen, 25 fig. 4 viser et snit gennem en yderligere udførelsesform, i hvilken en Fresnel-linse er udformet på projektionsoverfladen af den i fig. 3 viste bagside-projektionsskærm, fig. 5 viser et udsnit af skærmens halvreflekterende linser,

DK 160593 B

4 fig. 6 viser et snit gennem en yderligere udførelsesform, hvor sider er irregulære eller bølgeformede, fig. 7 viser strålegangen for rødt og blåt lys for den i 5 fig. 4 viste halvreflekterende linse, fig. 8 viser et diagram til at forklare lysstrålernes gennemgang for den i fig. 3 viste udførelsesform, fig. 9, 10 og 11 viser tegninger svarende til fig. 3 til belysning af forskellige ændrede udførelsesformer for 10 skærmen ifølge opfindelsen.

fig. 1 viser, hvorledes de tre projektorer 1,2 og 3 projekterer fjernsynsbilleder mod bagsiden af en projektionsskærm 8 og 9. Hver projektor afgiver henholdsvis grønt, rødt og blåt lys. De tre projektorer er anbragt ved 15 siden af hinanden horisontalt således, at projektor 2, som oftest er den grønne projektor, har sin optiske akse vinkelret på skærmen 8 og 9.

Projektorer 1 og 3's optiske akser danner ofte en vinkel på 6-10° i forhold til projektor 2.

20 Ved hjælp af de tre projektorer 1,2 og 3 samt de foran monterede linser 5,6 og 7 er det muligt at danne et i forhold til projektorerne forstørret billede på skærmen 8-9.

Den viste skærm 10 på fig. 2 er en simpel matskærm, f.eks.

25 matglas eller en mikrofilmskærm, uden inkorporerede linser. Når en iagttager befinder sig henholdsvis til højre eller venstre for skærmens midterlinie, vil iagttageren se et henholdsvis rødt eller blåt dominerende billede afhængigt af, om iagttageren befinder sig nærmest den 30 røde eller blå projektor’s optiske akse. En iagttager, som befinder sig ud for skærmens midterlinie, vil se skærmen

DK 160593 B

5 rød dominerende fra højre side, hvis denne side har den røde projektors optiske akse til højre for skærmens midterlinie etc. Det er denne farveurenhed for en iagttager, 5 der betragter billedet forfra, at den foreliggende opfindelse tager sigte på af afhjælpe.

Fig. 3 viser en udførelsesform i perspektiv for skærmen ifølge opfindelsen, hvor 11 angiver skærmens grundmateriale, f.eks. acryl. Skærmens forside er forsynet 10 med to sæt retliniede linser 12,13 og 14.

Fig. 4 viser en udførelsesform, hvor den side, der vender mod projektorerne 1,2 og 3, er udformet som en Fresnel-linse 15 til parallelisering af lyset, således at lyset rammer forsiden som normal til overfladen.

15 For at forklare opfindelsen nærmere er der i fig. 5 vist et udsnit af linsen 14 fra fig. 4. Lysstrålen 17 fra projektorerne oprettes af Fresnel-linse 15, således at den rammer forsidelinsen 14’ s sider 18 og 19 under en spids vinkel. For at opnå den ønskede afbøjning af lysstrålen 20 17, coates linsen 14's sider 18,19 med et lag lak, som har et brydningsindex, der er større end basismaterialet 11's, og en laktykkelse 2-3 μ. I lakken er der endvidere tilsat voksmiddel for at opnås den ønskede spredning af lyset inden for et afbøjningsområde på ± 10°. Som det fremgår af 25 fig. 5, opdeles lysstrålen 17 i to vektorskarer 20 og 21 efter at have passeret coated lag 18 og 19. Endvidere fremgår det, at vektorskaren 21 afbøjes i et forhold, hvor vinklen mellem normalen er a, mens vinklen mellem vektorskaren og skærmen normalt er a/4. For at opnå at 30 vinklen a/4 15® skal vinklen β være større end 30®, men mindre end 43°, fortrinsvis 37®, helt afhængigt af den anvendte lak's brydningsindex og dennes matteringsmiddel. Vektorskaren 2 vil således ophæve farveskiftet inden for et buesnit på ± 15® i forhold til normalen.

DK 160593 B

6

Fig. 6 viser yderligere en udførelsesform, hvor linsen 14's sider 18 og 19 er gjort irregulære eller har sinusformet overflade. Afstanden af bølgelængden bør dog ikke 5 overstige 3 x middelværdien for det anvendte lys' bølgelængde.

Fig. 7 viser strålegangen for to yderprojektorer, henholdsvis rød og blå. Projektorerne har i fig. 7 en indbyrdes vinkel på 16° mellem deres optiske akser. Når 10 strålerne har passeret det coatede lag (hinde) vil rød og blå stråle være sammenblandet.

I fig. 8 er der foretaget en opdeling af strålegangen for grønt lys gennem de retlinede linser 12,13 og 14. Som det fremgår af fig. 8 vil strålen G3 ikke afbøjes, da overfla- 15 den, hvor strålen går ud af acrylen, står vinkelret på normalen til overfladen. Derimod vil strålerne Gi,G2 og G4 undergå afbøjning i overensstemmelse med brydningsindex for det pågældende skærmmateriale 11. Når basismaterialet II er acryl, kan ω ikke overstige ± 30. Hvis krumnings-20 radius for linserne 12,13 øges yderligere vil disse medføre totalrefleksion. Strålegangen i linsen 14 er tidligere beskrevet, og det ses tydeligt på fig. 8, at linserne 12,13 og 14 vil supplere hinanden således, at betragtningsvinklen bliver ca. 150°.

25 Fig. 9, 10 og 11 viser praktiske eksempler på bagside- projektionsskærme ifølge den foreliggende opfindelse.

Eksempel 1

Med et værktøj med den i fig. 9 viste profil blev støbt en 3 mm tyk plade af PMMA tilsat 20 g Si02 pr. m^ med en 30 kornstørrelse på 5-35 μ. Inddelingsafstanden mellem linserne 14's toppe var 0,80 mm. Krumningsradius for linserne 12 og 13 var 0,30 mm, vinklen β var 36°. Desuden var afstanden mellem linsen 14's sider, hvor disse møder krum-

DK 160593 B

7 ningsradius for 12 og 13, 0,26 mm. Endvidere var vinklen mellem radius og tangenten for linserne 12 og 13, hvor disse møder linse 14, 90*. Efter skærmen var støbt, blev 5 denne coated med en lak, brydningsindex 1,50 og tilsat 25 g voks samt 15 g CaCo3 pr. 1 lak.

Skærmen gav følgende parametre.

Peak Gain: 5,7 1/2 horisontal peak gain: 38° 10 1/2 vertikal peak gain: 7,5°.

Peak gain betyder det direkte gennemfaldende lys målt som normal til overfladen i forhold til en kendt reference.

Skærmen udviste en god ydeevne, således at billedet blev synliggjort over en stor synsvinkel, der væsentligt 15 oversteg ± 75°. Endvidere udviste skærmen ekstrem farveenhed.

Eksempel 2 I dette eksempel blev anvendt det i fig. 10 viste design, hvoraf det fremgår, at linserne 12 og 13 ikke er et rent 20 cirkeludsnit, men begge har flader, hvor disse møder hinanden. Dette design er især velegnet til projektions-TV, hvor de optiske akser mellem projektorerne afviger mere end 8*. Fremstillingsmåden var væsentlig identisk med den omtalte under eksempel 1.

25 Følgende parametre blev målt:

Peak Gain: 5,8 1/2 horisontal peak gain: 36° 1/2 vertikal peak gain: 8°.

For yderligere at forøge spredningen af lyset i både

DK 160593 B

8 lodret og vandret retning for bagside-projektionsskærme er det tilrådeligt at tilsætte lysspredende middel. Et sådant materiale kan eksempelvis være S1O2, CaCoø, BASO4 samt 5 finpulveret glas med et brydningsindex, der er 0,05 - 0,07 større eller mindre end basismaterialet, som kan være acryl med brydningsindex 1,49.

Det er ikke afgørende for opfindelsen, hvor i skærmen det lysbrydende materiale placeres, eller om det ligger i et 10 veldefineret lag.

Eksempel 3 I fig. 11 er vist et design med følgende specifikationer.

Linse 14, 40° vinklen = 80°, R = 0,15 mm. Inddelingsafstand = 0,40 mm, α2 = 50°, a = 0,14. Den væsentlige 15 ændring i dette design i forhold til tidligere eksempler er ændringen af vinklen fra 90 til 80°. Denne ændring vil medføre, at det direkte gennemfaldende lys, dvs. lys inden for en målebue af ± 8, vil blive dæmpet således, at skærmen vil få en lavere peak gain, men en jævnere lysfor-20 deling.

Skærmen gav følgende værdier:

Peak Gain: 4,2 1/2 horisontal peak gain: 36° 1/2 vertikal peak gain: 8°.

25 Den skærm udviste den bedste farverenhed af alle tre eksempler.

Claims (8)

1. Transparent baglysprojektionsskærm af den art, der på sin mod projektørene vendende bagside har et sæt 5 linser (8,15) til parallellisering af lys fra projektørerne, og hvilken skærm på sin forside er forsynet med i indbyrdes vandret afstand anbragte linser (14) i form af lodrette linsespidser med trekantformet tværsnit samt forsynet med konvekse linser (12,13) mellem linsespidserne 10 (14), kendetegnet ved, at hver af linsespidserne (14) har lysdiffunderende sideflader (18,19).

2. Skærm ifølge krav 1, kendetegnet ved, at sidefladerne har et lysdif funderende middel i form af et halvre-flekterende lag af lak, der påføres sidefladerne (18,19) 15 på linsespidserne (14).

3. Skærm ifølge krav 2, kendetegnet ved, at laget er iblandet voks og CaCoø, og at brydningsindekset for voks og CaCo3 afviger fra skærmmaterialets brydningsindeks.

4. Skærm ifølge krav 1, kendetegnet ved, at side- 20 fladernes lysdiffunderende egenskaber opnås ved en irregulær overflade ved sidefladerne (18,19).

5. Skærm ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den irregulære overflade er en matteret overflade.

6. Skærm ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der i 25 skærmen er iblandet et lysspredende medium.

7. Skærm ifølge krav 6, kendetegnet ved, at det lysspredende medium er jævnt fordelt i skærmen eller i en af skærmens sider. DK 160593 B 10

8. Skærm ifølge krav 7, kendetegnet ved, at det lys spredende medium er et organisk eller et uorganisk pigment.