DK167782B1 - Bagprojektionsskaerm og fremgangsmaade til fremstilling af samme - Google Patents

Description

i DK 167782 B1

Opfindelsen angår en bagprojektionsskærm beregnet til på skærmens forside at reproducere et billede, der er dannet ved hjælp af en primær billedkilde anbragt bag skærmen, hvilken projektionsskærm omfatter en opbygning 5 af anamorfotiske linseelementer og et lysabsorberende lag forsynet med gennemskinnelige åbninger i linseelementernes brændpunkter. Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til fremstilling af en sådan skærm.

Anamorfotiske linseelementer er linseelementer, 10 der har forskellige krumningsradier i to på hinanden vinkelrette retninger. Projektionsskærmen omfatter en todimensional matrix af sådanne linseelementer.

En betragter, der ser på skærmen, skal bibringes indtrykket af et billede, hvis lysstyrkefordeling er så 15 ensartet som muligt, når man ser bort fra de lysstyrkevariationer, der danner billedet. Denne betragter er placeret i rummet foran skærmen, der i det følgende betegnes som betragtningsrummet. Lysstyrken aftager fra midten af dette rum ud imod dets yderkanter. Set fra 20 projektionsskærmen karakteriseres betragtningsrummet ved den vandrette og den lodrette betragtningsvinkel.

Disse betragtningsvinkler bestemmer et rum, ved hvis kanter lysstyrken er aftaget til det halve af lysstyrken ved dets midte. Størrelsen af den vandrette og den lod-25 rette betragtningsvinkel afhænger af skærmens optiske egenskaber.

Bagprojektionsskærme anvendes blandt andet i tilfælde, hvor et billede eller en scene skal projiceres i oplyste omgivelser ved hjælp af en almindelig lysbilled-30 eller filmprojektor, eller et forstørret billede af et billede eller en scene på et katodestrålerør skal dannes som et alternativ til et superstort katodestrålerør.

For at opnå billeder af acceptabel kvalitet i belyste omgivelser skal det omgivende lys, der reflekte-35 res af skærmen, være minimalt. Dette gælder både for spejlende og diffus refleksion. Yderligere skal skærmens DK Ί6//8Z Dl 2 lysstyrke være maksimal til trods for den begrænsede intensitet af den primære billedkilde, f.eks. et katode-strålerør.

Beskrivelsen til US patent nr. 4.003.080 beskriver 5 en bagprojektionsskærm, der består af en enkelt plade, der på sin bagside har et antal linseelementer indrettet i en todimensional matrix for at fokusere det indfaldende lys i en række gennemskinnelige punkter i en i øvrigt lysabsorberende overflade ved forsiden af skærmen.

10 Den kendte skærms mekaniske stabilitet hidrører fra den gennemskinnelige plade, der bærer linseelementerne. Plader fremstillet ved hjælp af den eksisterende teknologi er fremstillet af plastic. Under påvirkning af variationer i temperaturen og den relative fugtighed 15 vil en sådan plade være genstand for dimensionsforandringer, således at den primære billedkilde ikke længere afbildes skarpt på skærmen, og det billede, som betragteren ser, bliver også uskarpt. Skærmens stabilitet kan øges ved at anvende en tykkere plade. Dette har 20 imidlertid konsekvenser for linseelementernes brændvidde og dimensioner og følgelig for det optiske systems kvalitet.

Det er opfindelsens formål at tilvejebringe en bagprojektionsskærm, hvis mekaniske og optiske egenska-25 her er i hovedsagen uafhængige af hinanden, som sikrer, at en maksimal mængde lys fra den primære billedkilde når betragtningsrummet, og som formindsker refleksioner af omgivende lys til betragtningsrummet.

Hertil er en bagprojektionsskærm ifølge opfindel-30 sen ejendommelig ved, at en lystransmitterende folie er anbragt på en plan bæreplade,hvor bagsiden af folien er forsynet med en opbygning af anamorfotiske linser, og forsiden, der vender imod bærepladen, er udformet med det lysabsorberende lag med gennemskinnelige åbninger.

35 Denne opbygning gør det muligt at optimere de me kaniske og optiske egenskaber af skærmen i hovedsagen DK 167782 B1 3 uafhængigt af hinanden, medens linseopbygningen og det absorberende lag yderligere er tilstrækkeligt beskyttet imod ydre mekaniske og kemiske påvirkninger.

Det skal bemærkes, at anvendelsen af et bæreark i 5 en bagprojektionsskærm i og for sig er kendt fra beskrivelsen til GB patent nr. 1.548.944. Imidlertid angår denne patentbeskrivelse en projektionsskærm, der i stedet for linseopbygningen anvender et lag af lysspredende materiale, såsom voks eller en polymerfilm, for at spre-10 de lyset fra primærbilledkilden. Disse materialer er ikke egnet til fremstilling af en selvbærende plade. Endvidere har en bagprojektionsskærm, hvis optiske virkning er baseret på diffusion af lys i tilfældige retninger, mindre tilfredsstillende egenskaber med hensyn til 15 refleksion af omgivende lys og fordeling af signallyset i betragtningsrummet end en bagprojektionsskærm ifølge nærværende opfindelse. Det er i praksis ønskeligt, at betragtningsvinklen er stor i vandret retning og begrænset i lodret retning. Signallys er det lys, der hidrører 20 fra primærbilledkilden.

En bagprojektionsskærm ifølge opfindelsen kan yderligere være ejendommelig ved, at en Fresnel-linse, hvis med trin forsynede side vender imod den anamorfotiske linseopbygning, og hvis plane side vender imod den pri-25 mære billedkilde. Denne Fresnel-linse udgør et retningskorrektionselement, der sender de divergente signalstråler til linseopbygningen som i hovedsagen parallelle stråler. For en given orientering af Fresnel-linsen rettes praktisk taget alt signallys imod betragteren. Det 30 skal bemærkes, at beskrivelsen til US patent nr. 3.832.032 beskriver en gennemskinnelig projektionsskærm omfattende en Fresnel-linse, der vender med sin plane side imod den primære billedkilde. Denne patentbeskrivelse angår imidlertid en bagprojektionsskærm, hvis lodrette billedfelt 35 er bestemt i hovedsagen ved diffusion fra mikroriller ved forsiden af frontarket, og hvis vandrette billedfelt

Ulv IO//SZ B l 4 er i hovedsagen bestemt ved lodret anbragte cylindriske linser bagved. Medens omgivende lys, der falder ind på den cylindriske linse,er helt internt, reflekterer en sådan skærm stadig ca. 10% af det omgivende lys.

5 En bagprojektionsskærm ifølge opfindelsen kan yderligere væ re ejendommelig ved, at Fresnel-linsen er dannet af en anamorfotisk linseopbygning, hvis i rækkefølge liggende linser har optiske akser, der i forhold til normalen til folien ligger under vinkler, der tiltager fra midten ud 10 imod kanterne.

Hver af de anamorfotiske linser består af én facet af en Fresnel-linse, således at Fresnel-linsen ikke behøver en særskilt overflade eller særskilt bærer. I denne udførelsesform omfatter bagprojektionsskærmen kun ét 15 ark, således at der kun er to overflader, som lyset kan reflekteres fra. Yderligere er der kun én overflade, der behøver at være forsynet med en linseopbygning, hvilket er omkostningsbesparende ved masseproduktion af en sådan skærm.

20 Det skal bemærkes, at det fra tysk brugsmønster nr. G 80.26.773 er i og for sig kendt at anbringe lysreflekterende elementer på bagprojektionsskærme på en sådan måde, at deres optiske akser hælder i forhold til skærmens normal. Ifølge det nævnte brugsmønster er de 25 lysreflekterende elementer imidlertid anbragt både på forsiden og bagsiden af projektionsskærmen, og disse elementer omfatter vandrette og lodrette forhøjninger i stedet for anamorfotiske linser. Denne opbygning kan helt klart ikke kombineres med et lysabsorberende lag, 30 der er udformet med gennemskinnelige huller, som er ud i ét med pladen.

I henhold til endnu en udførelsesform for opfindelsen kan dimensionerne af de anamorfotiske linseelementer i både vandret og lodret retning ligge imellem ca.

35 0,3 og 0,5 mm. Et sådant fint opdelt organ giver høj opløsning af det projicerede billede.

DK 167782 B1 5

Hensigtsmæssigt kan de gennemskinnelige åbninger i det lysabsorberende lag dække, mindre end 25% af overfladearealet. Da det samlede absorberende areal direkte påvirker den grad, hvori omgivende lys reflekteres 5 af skærmen, er det væsentligt at gøre de gennemskinnelige åbninger så små som muligt. I en bagprojektions-skærm ifølge opfindelsen kan tilnærmelsesvis 75% til 80% af overfladearealet gøres lysabsorberende uden reduktion af billedlysstyrken. Dette er væsentligt højere end for 10 kendte skærme.

Et yderligere ejendommeligt træk ved bagprojektionsskærmen ifølge opfindelsen er, at i det mindste én af skærmens overflader er antireflekterende. Denne foranstaltning medfører, at projektionsskærmen giver øget Ί5 transmission af signallyset og reduceret refleksion af det omgivende lys. Dette resulterer i en forbedret lysstyrke og kontrast i det projicerede billede.

Et yderligere ejendommeligt træk ved bagprojektionsskærmen ifølge opfindelsen kan være, at antirefleks-20 overfladen er forsynet med en micro-relief-struktur, hvis detaljer har dimensioner af størrelsesordenen 200-600 nm. Denne struktur, der betegnes som en "flueøje"-struktur, giver en gradueret overgang fra det omgivende medium til projektionsskærmens brydningsindeks, således 25 at denne antirefleksbehandlings chromatiske og retningsmæssige følsomhed er i hovedsagen mindre end for en konventionel antirefleksbelægning, der omfatter ét eller flere tynde lag.

En fremgangsmåde til fremstilling af en bagprojek-30 tionsskærm ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at følgende trin udføres i den givne rækkefølge: Kopiering på en første side af en tynd, gennemskinnelig folie af en anamorfotisk linseopbygning, der er dannet i en form, påføring af et lysfølsomt materiale på den anden side af den gennemskinnelige folie, eksponering af det lysfølsomme ma-

Ulv 10//0^ D I

6 teriale gennem linseopbygningen, fremkaldelse af det lysfølsomme materiale på en sådan måde, at ikke-ekspone-rede dele bliver uigennemskinnelige, og fastgørelse af den anden side af folien til en gennemskinnelig bæreplade.

5 En fremgangsmåde til fremstilling af en bagprojek tionsskærm, hvoraf i det mindste én af overfladerne bærer en micro-relief-struktur, kan yderligere være ejendommelig ved, at micro-relief-strukturen dannes samtidig med linseopbygningen startende ud fra en form, der også 10 er udformet med en opbygning, der er den modsatte af micro-relief-strukturen. Denne fremgangsmåde har den fordel, at den efterfølgende påføring af antirefleks-belægning ikke længere er nødvendig.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under 15 henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser anvendelsen af en bagprojektionsskærm, fig. 2 den laminerede opbygning af en bagprojektionsskærm ifølge opfindelsen, og fig. 3a og 3b to udførelsesformer for en projek-20 tionsskærm ifølge opfindelsen.

Fig. 1 viser en primær billedkilde 1, f.eks. et katodestrålerør, på hvis forside 2 der dannes et billede eller en scene. Dette billede afbildes på bagprojektionsskærmen 4 ved hjælp af et projektionslinser 25 system 3. Fra betragtningsrummet 5, der er repræsenteret ved punkterede linier, kan hele billedet iagttages tilfredsstillende. Naturligvis kan kombinationen af ka-todestrålerør og projektionslinsesystem erstattes af en lysbilled- eller filmprojektor. Det bemærkes, at fig. 1 30 kun viser princippet for et projektionssystem. I stedet for et katodestrålerør og et projektionslinsesystem er det muligt at anvende f.eks. tre sådanne rør og systemer, når et farvebillede skal projiceres.

Fig. 2 viser, delvis i snit, en bagprojektions-35 skærm ifølge opfindelsen og viser klart den laminerede opbygning af skærmen. Figuren viser en bæreplade 11, DK 167782 B1 7 hvis tykkelse ikke er kritisk. I praktiske udformninger kan denne tykkelse ligge mellem 3 og 5 ram. Bagsiden af bærepladen har en opbygning, der tilvejebringer den ønskede lysspredning. Denne opbygning består af en tynd 5 folie 16, der på sin bagside er udformet med en todimensional matrix af anamorfotiske linseelementer 17. Foliens tykkelse er dikteret af den ønskede brændvidde for linseelementerne og af de mekaniske belastninger, den udsættes for under produktionsprocessen. I praksis har 10 folien en tykkelse på mellem 0,2 og 0,5 mm.

Dimensionerne af linseelementerne i vandret og lodret retning er af størrelsesordenen 0,3 til 0,5 mm. Krumningsradierne i vandret retning (Rjj) og i lodret retning (Ry) er forskellige, således at betragtningsvink-15 lerne i de to retninger også er forskellige. Linseelementerne kan være sfæriske eller asfæriske linser.

Ved sin forside er folien 16 forsynet med et lysabsorberende lag 14, hvori der er udformet gennemskinnelige åbninger 15, hvori lyset, der falder ind i 20 linseelementerne 17, fokuseres. Der drages således omsorg for, at i hovedsagen alt signallyset går igennem de små åbninger, medens det meste af det omgivende lys, der falder ind i skærmen, absorberes og ikke lasngere kan nå betragtningsrummet. I en bagprojektionsskærm ifølge 25 opfindelsen er tilnærmelsesvis 75% af laget 14's overfladeareal absorberende.

Folien fastgøres på bærepladen 11 ved hjælp af f.eks. en tynd fotopolymeriserbar belægning 13, f.eks. et ultraviolet-hærdende materiale.

30 Fig. 3a og 3b viser to udførelsesformer for opfin delsen. I disse figurer henviser ens henvisningsbetegnelser til samme elementer som i fig. 2. I fig. 3a er en Fresnel-linse 20 anbragt bag ved projektionsskasr-men 10 som et retningskorrigerende element. Det fra 35 venstre indfaldende lys fra den primære billedkilde af-bøjes af Fresnel-linsen 20, således at det falder i 8 DK 167782 Bl hovedsagen vinkelret ind på skærmen 10.

Fig. 3b viser en foretrukken udførelsesform for opfindelsen. I denne udførelsesform er hvert linseelement i ét med en facet af Fresnel-linsen. Dette er angi-5 vet ved punkterede linier.

Orienteringen af facetterne er dikteret af retningerne af de relevante anamorfotiske· linsers optiske akser. Det skal bemærkes, at Fresnel-linsen kan være en todimensional linse/ dvs. at den kan have en Fresnel-10 struktur i to på hinanden vinkelrette retninger, den vandrette og den lodrette retning. Under særlige forhold, afhængigt af brugsområdet, kan det være tilstrækkeligt at anvende en Fresnel-opbygning i kun én retning, f.eks. den lodrette retning, hvilket forenkler fremstillingen 15 af skærmen. Den kombinerede anamorfotiske opbygning og Fresnel-linsestruktur sikrer, at lys, der udgår fra bil-1edkilden, rettes imod betragtningsrummet og spredes i dette rum.

For at øge transmissionen af signallyset og for at 20 reducere refleksion af omgivende lys kan den ene eller begge sider af projektionsskærmen gøres antireflekterende. Til dette formål forsynes den relevante overflade med et overtræk af ét eller flere lag af materialer, der har et passende brydningsindeks og en passende tykkelse.

25 Overfladen er imidlertid fortrinsvis fremstillet med en "flueøje"-struktur, dvs. en struktur af små fordybninger eller forhøjninger, hvor dybden af fordybningerne eller højden af forhøjningerne og afstanden mellem fordybningerne eller forhøjningerne er af størrelsesordenen en 30 halv bølgelængde af det anvendte lys. Denne struktur giver en gradueret overgang fra brydningsindekset for det omgivende medium, f.eks. luft, til skærmmaterialets brydningsindeks.

Især, hvor der er tale om en bagprojektionsskærm, 35 har micro-reliefstrukturen følgende fordele i sammenligning med en antirefleksbelægning bestående af ét eller 9 DK 167782 Bl flere tynde lag.

- Afhængigheden af retningen og bølgelængden af den indfaldende stråling er reduceret betragteligt.

- Opbygningen er meget velegnet til anvendelse på 5 plasticoverflader. Når en antirefleksbelægning på føres overfladen af et optisk element, hærdes dette lag fortrinsvis. Til dette formål udsættes laget og følgelig den optiske komponent for en høj temperatur. Hvis komponenten er fremstillet af 10 plastic, kan dette resultere i, at dets optiske egenskaber ændres.

- Micro-reliefstrukturen kan formes samtidigt med det optiske element, hvis dette element fremstilles ved hjælp af en kopieringsproces, der anven- 15 der en form.

For yderligere detaljer om micro-reliefstrukturen henvises der til "Optica Acta", 1982, bind 29, nr. 7, side 993-1009.

Fremstillingen af en bagprojektionsskærm ifølge 20 opfindelsen udføres i følgende trin.

Først fremstilles en "master", hvori en struktur svarende til den ønskede linsestruktur dannes ved hjælp af en numerisk styret fræser. Ud fra masteren kan der fremstilles et antal forme ved hjælp af kendte metal-25 aflejringsteknologier.

En således opnået form fyldes med et polymeriser-bart materiale i en tilstrækkelig blød tilstand, f.eks. et ultraviolet-hærdeligt materiale, hvorefter den tynde, gennemskinnelige folie 16 presses på det. Efter hærd-30 ning af det polymeriserbare materiale fjernes folien med den størknede linsestruktur fra formen. Derefter forsynes den anden side af folien med et lysfølsomt materiale eller fotoresist. Fotoresisten eksponeres gennem linsestrukturen. Yderligere operationer afhænger af den an-35 vendte type fotoresist. Er der tale om en negativ fotoresist, vil denne hærde på de steder, hvor linseelemen-

Claims (9)

1. Bagprojektions skærm (10) beregnet til på· forsiden af skærmen at reproducere et billede, der er dannet af en primær billedkilde, der er anbragt bag skærmen, hvil- 15 ken projektionsskærm omfatter en opbygning af anamorfo-tiske linseelementer (17) og et lysabsorberende lag (14) udformet med gennemskinnelige åbninger (15) på linseelementemes brænd-punkters plads, kendetegnet ved, at en lystransmitterende folie (16) er anbragt på en plan bæreplade (11), 20 hvor bagsiden af folien er forsynet med nævnte opbygning af anamorfotiske linseelementer, og forsiden, der vender i-mod bærepladen, er udformet med et lysabsorberende lag (14) med gennemskinnelige åbninger.

2. Bagprojektionsskærm ifølge krav 1, kende-25 tegnet ved, at en Fresnel-linse (20),hvis med trin forsynede side vender imod den anamorfotiske linseopbygning (17), og hvis plane side vender imod den primære billedkilde, er anbragt mellem linseopbygningen og billedkilden.

3. Bagprojektionsskærm ifølge krav 1, kende-30 tegnet ved, at Fresnel-linsen (20) dannes af den anamorfotiske linseopbygning (17),hvis successive linser har optiske akser, der i forhold til normalen til folien (16) strækker sig under vinkler, der tiltager fra midten ud imod kanterne. DK 167782 Bl π

4. Bagprojektionsskærm ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at dimensionerne af de ana-morfotiske linseelementer (17) både i vandret og i lodret retning ligger mellem ca. 0,3 og 0,5 mm.

5. Bagprojektionsskærm ifølge krav 1, 2, 3 eller 4, kendetegnet ved, at de gennemskinnelige åbninger (15) i det lysabsorberende lag (16) dækker mindre end 25% af overfladearealet.

6. Bagprojektionsskærm ifølge krav 1, 2, 3, 4 el-10 ler 5, kendetegnet ved, at i det mindste én af skærmens overflader er antireflekterende.

7. Bagprojektionsskærm ifølge krav 6, kendetegnet ved, at den antireflekterende overflade er forsynet med en miero-reliefstruktur, hvis detaljer har 15 dimensioner af størrelsesordenen 200 til 600 nm.

8. Fremgangsmåde til fremstilling af en bagprojektionsskærm (10) ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at de følgende trin udføres i den givne rækkefølge: kopiering på en første side af en tynd, gennemskinnelig folie (16) af en anamorfotisk linseopbygning (17), der er dannet i en form, påføring af et lysfølsomt materiale på den anden side af den gennemskinnelige folie (16),eksponering af det lysfølsomme materiale gennem linseopbygningen, frem-25 e o kaldelse af det lysfølsomme materiale på en sådan made, at ikke-eksponerede dele bliver uigennemskinnelige, og fastgørelse af foliens anden side til en gennemskinnelig bæreplade (11).

^ 9. Fremgangsmåde ifølge krav 8 til fremstilling af en gennemskinnelig projektionsskærm (10),der i det mindste på én af sine overflader har en micro-reliefstruktur, kendetegnet ved, at micro-reliefstrukturen er dannet samtidig med linseopbygningen (17),startende fra en __ form, der også er udformet med en struktur, som er den 35 omvendte af micro-reliefstrukturen.