DK169049B1 - Projektionsskærm af transmissionstypen - Google Patents

Description

DK 169049 B1

Den foreliggende opfindelse angår en projektionsskærm af transmissionstypen med en indfaldsflade og en udstrålingsflade, hvor flere hovedindfaldslinser er udformet på nævnte indfaldsflade og flere hovedud-5 strålingslinser er udformet på udstrålingsfladen, hvor hver af hovedindfaldslinserne er en cylindrisk, konveks linse, hvis tværsnit i et plan vinkelret på dens længdeakse indeholder en første krumning af cirkel-, ellipse-, parabol- eller anden kurveform, og hvor hver 10 af hovedudstrålingslinserne er en cylindrisk, konveks linse, hvis tværsnit i et plan vinkelret på dens længdeakse indeholder en anden krumning af cirkel-, ellipse-, parabol- eller anden kurveform.

En projektionsskærm af transmissionstypen, på 15 hvilken et billede projiceres på bagsiden og det projicerede billede betragtes fra forsiden, er velkendt. Projektionsskærme af transmissionstypen er allerede foreslået i forskellige udformninger. Navnlig af de transmissionsskærme, som på det sidste er blevet brugt 20 som farve-tv-projektorer, kræves, at de ikke alene opfylder skærmens grundfunktion, at udsende diffust lys på betragtersiden, men også korrigere "farveforskyd-ning", som fremkommer på grund af, at de enkelte farvers, rød (R), grøn (G) og blå (B), lysstråler projice-25 res fra forskellige steder. Yderligere kræves der en reduktion af refleksion af udefra kommende lys, når det gælder skærme, der bruges som farve-tv-projektorer, fordi sådanne har relativ lille lysstyrke, hvorved lys fra et veloplyst rum eller udendørs ved refleksion kan 30 ødelægge billedkontrasten og dermed den visuelle genkendelse af billedet.

For at få en skærm, som opfylder ovennævnte krav, er det kendt at bruge en linseskærm med sorte striber, omfattende et stort antal linsestrukturer ar-35 rangeret lodret på begge skærmens overflader og lysabsorberende materiale anbragt på områder af den lysud- DK 169049 B1 2 sendende overflade, herefter kaldet "udstrålingsfladen", fra hvilke lys ikke udsendes.

Ulempen ved ovennævnte linseskærm er imidlertid, at synsvinklen eller betragtningsområdet i vandret ret-5 ning er begrænset til 30° ud fra den optiske akse, det vil sige en samlet vinkel på kun 60°. Til gengæld er det kendt at udvide den vandrette synsvinkel ved hjælp af en skærm, som har et område, hvor det indfaldende lys reflekteres fuldkomment. Men idet denne type skærm 10 ikke omfatter et element til korrektion af farvefor-skydning, bliver denne stor. Videre kræves det for reduktion af refleksion af udefra kommende lys, at der er lysabsorberende lag på emissionsfladen i områder, hvorfra lys ikke udsendes. Idet det for denne type skærm 15 gælder, at de områder, hvorfra lys ikke udsendes, er de områder, som fuldkomment reflekterer dele af det indfaldende lys, er det nødvendigt, at der er et absorberende lag oven på den reflekterende overflade. For at realisere dette er det nødvendigt først at lægge et re-20 flekterende lag på de områder, som skal være fuldkommen reflekterende og derpå lægge et lysabsorberende lag derpå. Yderligere er det meget svært at lægge de respektive lag, idet de områder, som ikke udsender lys, som regel er konkave.

25 Formålet med den foreliggende opfindelse er at løse de ovennævnte problemer og anvise en projektionsskærm af transmissionstypen med en større vandret synsvinkel .

Et andet formål med opfindelsen er at anvise en 30 projektionsskærm af transmissionstypen med mindre "far-veforskydning" forårsaget af, at lysstrålerne fra de tre primære farver R, G og B reflekteres fra forskellige steder i tilfælde af, at der projiceres et farve-tv-billede.

35 Endnu et formål med opfindelsen er at anvise en projektionsskærm af transmissionstypen, som har en DK 169049 B1 3 struktur, hvorpå det er let at lægge et lysabsorberende lag til reduktion af refleksion af udefra kommende lys, således at et billede med stor kontrast kan opnås.

For at opnå ovenstående anviser opfindelsen en 5 projektionsskærm af transmissionstypen som angivet i krav i.

I det følgende vil opfindelsen blive forklaret ved hjælp af udførelseseksempler under henvisning til tegningen, på hvilken 10 fig. 1 er et vandret snit, som viser projektio nen fra en farve-tv-projektor til en projektionsskærm ifølge opfindelsen, fig. 2 et vandret snit, som viser et udsnit af en udførelsesform for opfindelsen, 15 fig. 3 et diagram, som viser lysets vej gennem et forstørret udsnit af skærmen i fig. 2, fig. 4 et vandret snit, som viser et absorberende lag lagt på ikke-lysudsendende områder af skærmen i fig. 2, 20 fig. 5 et vandret snit af en modificeret udfø relsesform med speciel udformning til anbringelse af absorptionslaget, fig. 6 et lodret snit, som viser en måde at bruge en projektionsskærm ifølge opfindelsen på i kombina-25 tion med en Fresnel-linse, fig. 7 et lodret snit, som viser en anden måde, hvorpå der kan bruges en projektionsskærm ifølge opfindelsen i kombination med en Fresnel-linse, og fig. 8 en graf af sammenligning af synsvinklen 30 for en projektionsskærm ifølge opfindelsen og synsvinklen for en konventionel skærm.

Fig. 1 viser skematisk et eksempel på brug af en projektionsskærm 1 ifølge opfindelsen af transmissionstypen. Som det ses i figuren, er der i nærheden af 35 projektionsskærmen 1 en Fresnel-linse 2 for at give indfaldende lys en passende indfaldsvinkel. Figuren vi- DK 169049 B1 4 ser både projektionsskærmen 1 og linsen 2 i vandret snit. Som vist i eksemplet er det normalt at kombinere projektionsskærmen 1 med en konveks Fresnel-linse 2, men denne kan også udelades. Kasser mærket R, G og B 5 repræsenterer tre projektor-CRT til farve-tv'ets projektion af henholdsvis farverne rød, grøn og blå. Linier trukket fra projektorerne til midten af linsen 2 repræsenterer stråler af indfaldende lys. Hvis vinkelret indfaldende lys fra den projektor, som giver den 10 grønne farve, tages som reference, vil indfaldsvinklen for lys fra de projektorer, som giver rød og blå, afvige en vinkel ε fra indfaldsvinklen for lys fra den projektor, som giver grøn. Denne vinkelafvigelse for det indfaldende lys er skyld i en afvigelse i fordelin-15 gen af farverne, det vil sige, at der opstår en farve-forskydning. Vinklen ε er ca. 10°.

Fig. 2 viser et forstørret snit af skærmen 1, hvori en enhedsdel er omgivet af en fuldt opstrukket linie. Der er et stort antal enhedsdele både opad og 20 nedad, som indikeret med dobbeltprikkede linier i figuren, hvorved en skærm dannes.

Skærmen 11 s venstre overflade er indfaldsfladen S-^ og den højre overflade er udstrålingsflade S2- Indfaldsfladen er dannet af to slags linser, 25 nemlig en hovedindfaldslinse L·^ som udfylder den største del af indfaldsfladen, og hjælpeindfaldslinser L2 og L3, som udfylder den resterende del af indfalds-fladen. Linserne L2 og L3 er arrangeret således på hver sin side af linsen L1, at de er i kontakt med 3 0 hinanden.

Dimensionerne af hovedlinsen og hjælplin serne L2 og L3 har et indbyrdes forhold således, at forholdet mellem summen af hjælpelinsernes bredde (bredde i denne sammenhæng defineres her og efterføl-35 gende som målt i samme retning som bredden P i fig.

2) og hovedlinsens bredde er mellem 1:9 og 4:6. Dette DK 169049 B1 5 medfører at hovedlinsen modtager mellem 90% og 60% af det indfaldende lys, og hjælpelinserne L2 og L3 modtager tilsammen mellem 10% og 40% af det indfaldende lys.

5 Udstrålingsfladen S2 omfatter også to forskel lige linseområder, idet denne flade omfatter en hovedudstrålingslinse L4 midt på fladen og en hjælpeudstrålingslinse l5 og Lg på hver side af hovedudstrålingslinsen L4. og M2 angiver områder, hvorfra 10 der ikke udstråles lys. I denne udførelsesform er disse områder plane.

Størrelsesforholdet mellem hovedlinsen L4 og hjælpelinserne L5 og Lg svarer til størrelsesforholdet mellem indfaldsfladens hovedlinse L·^ og hjælpe-15 linser L2 og L3. Idet lys, som af bøj es af linsen L-^, fokuseres på linseoverfladen af linsen L4, er det ikke noget problem, at linsen L4 er smallere end linsen

Li·

Hvis der antages en skærm til et fjernsyn på 40" 20 (101 cm) eller mere, vil bredden P ligge mellem 0,3 og 1,5 mm, og tykkelsen t vil ligge mellem 0,3 og 1,5 mm afhængigt af skærmens totale dimensioner og afstanden mellem skærmen og en betragter.

Fig. 3 er et diagram, som viser effekterne af de 25 enkelte områders opbygning i skærmen 1, især effekterne af linserne L^ og L4 og af linserne L2, L3, L5 og Lg, som på skærmen 1 er udformet på samme måde som vist i fig. 2.

I fig. 3 viser fuldt optrukne linier med pile 30 lysstråler, som falder ind på skærmen. I dette tilfælde er alle de indfaldende lysstråler parallelle med linsen Lj^' s optiske akse 3. Lysstrålerne mellem de stiplede linier 11 og 12 falder ind på linsen L2, lysstrålerne mellem de stiplede linier 12 og 13 falder ind 35 på linsen L·]^ og strålerne mellem linierne 13 og 14 falder på linsen L3.

DK 169049 B1 6 Først og fremmest brydes lys mellem de stiplede linier 12 og 13 af linserne L-j^ og L4 og udsendes derefter. Udstrålingsområdet kan ændres af formen af linserne Lj og L4. Disse linser kan være udformet som 5 udsnit af cirkler, ellipser, parabler eller andre kurver. I det tilfælde som er vist i fig. 3, er linsen 1^ udformet som et udsnit af en ellipse med storakse/lil-leakse-forholdet 1:0,733, og linsen L4 er udformet som et udsnit af en ellipse med 10 storakse/lilleakse-forholdet 1:0,655. Lys udsendes i et område på ±49° i forhold til skærmens normal. Selv om lys udsendes i et område på ±49e, er det praktiske synsfelt begrænset til ca. ±30°, idet mængden af udsendt lys aftager med stigende vinkel.

15 Yderligere brydes lyset mellem de stiplede lini er 11 og 12 og mellem 12 og 14 af henholdsvis linserne L2 og L5 og linserne L3 og Lg for derefter at blive udsendt. Også i dette tilfælde er spredningsvinklen for det udsendte lys afhængig af formen af linserne 20 L2 og L3 og linserne L5 og Lg. Hovedsagelig bliver lys, som falder på linserne L2 og L3, afbøjet mod den optiske akse 3. De linser L2, L3, L5 og Lg, som udøver en sådan effekt, er udformet som udsnit af cirkler, ellipser, parabler eller andre kurver. I det til-25 fælde som er vist i fig. 3, er linserne L2 og L3 udformet som udsnit af ellipser med storakse/lilleakse-forholdet 1:0,512, og linserne L5 og Lg er udformet som cirkeludsnit, hvorved lys udsendes i et område fra +32° til +63° og i et område fra -32° til -63°.

30 Således kan en skærm ifølge opfindelsen udvide synsfeltet sammenlignet med en konventionel skærm, i hvilken indfalds- og udstrålingsfladerne er udformet med kun én gruppe af lentikulære linser hver.

Den vandrette spredningskarakteristik for lys, 35 som udsendes fra en skærm ifølge opfindelsen, kan ikke kun varieres ved hjælp af formen af hver af linserne, DK 169049 B1 7 men også ved hjælp af forholdet mellem den mængde lys, som falder på hovedindfaldslinsen, og den mængde lys, som falder på hjælpeindfaldslinserne, dvs. forholdet mellem bredden af hovedindfaldslinsen og summen af 5 bredderne af hjælpeindfaldslinserne. Følgelig tillader opfindelsen at et spredningsområde for lys, som er udsendt fra en skærm fra ca. 30° til 50° er klart eller området fra 0 til ca. 50°, hvilket normalt er det mest ønskelige, kan have ensartet luminans, eller hvad der 10 måtte ønskes. I den udførelsesform som er vist i fig.

3, er forholdet mellem lys, som falder ind på hovedindfaldslinsen, og lys, som falder ind på hjælpeindfaldslinserne, lig med 1:0,23. Idet de respektive spredningsområder er som ovenfor beskrevet, bliver lys 15 hovedsagelig udsendt ligeligt i et område fra 0° til ca. 45°.

I forbindelse med en skærm med linser på begge sider er det kendt, at farveforskydningen kan mindskes ved passende udformning af disse linser. Teoeretisk set 20 vil afbøjningen mod linseaksen, hvis udstrålingsfladen er formet som et udsnit af en cirkel, ellipse eller lignende, stige med afstanden til linsens centrum. Følgelig vil forskellen i udstrålingsvinkel være forholdsvis lille for lys med forskellige indfaldsvinkler.

25 Ved passende udformning af hovedindfalds- og ho vedudstrålingslinserne er det muligt, også ved en skærm ifølge den foreliggende opfindelse, at mindske farveforskydningen for lys udsendt fra hovedudstrålingslinsen. Yderligere er det muligt på grund af det ovennvæn-30 te princip at mindske farveskiftet for lys udsendt fra hjælpeudstrålingslinserne på samme måde. Følgelig kan en skærm ifølge opfindelsen mindske farveforskydningen for alt det udsendte lys.

Fig. 4 viser en modificeret udførelsesform for 35 en skærm ifølge opfindelsen. Denne udførelsesform er ejendommelig ved, at en skærm magen til den ovenfor om- DK 169049 B1 8 talte har lysabsorberende lag 15 på ikke-lysudsen-dende områder af udstrålingsfladen, hvorved refleksionen af udefra kommende lys nedsættes, således at en skærm med stor kontrast, selv i et veloplyst rum, rea-5 liseres.

Et sådan lysabsorberende lag kan pålægges ved hjælp af en kendt teknik, såsom trykning, maling, overføring etc. Som selve det lysabsorberende lag kan bruges et sammensat materiale med lysabsorberende egen-10 skaber, eksempelvis maling eller blæk med et sort pigment og fortrinsvis med et matterende middel i. De områder, hvorpå det lysabsorberende lag 15 lægges, bliver fortrinsvis udformet fremstående med plan overflade, når skærmen dannes, som vist i fig. 5, fordi pålæg-15 gelsen af det lysabsorberende lag derved lettes, når der anvendes en af de ovennævnte teknikker.

Som netop beskrevet ovenfor giver en skærm ifølge opfindelsen mulighed for udvidelse af synsfeltet, mulighed for at udforme den vandrette spredningskarak-20 teristik efter ønske, mulighed for reduktion i farve-forskydning og nem adgang til at realisere stor kontrast.

En skærm ifølge opfindelsen kan have optiske spredningsegenskaber, således at den spreder lys, som 25 er udsendt i en lodret retning (i en opadgående eller nedadgående retning set fra en betragters synspunkt).

Som teknik til at give en skærm sådanne spredningsegenskaber kendes eksempelvis at blande et materiale med optiske spredningsegenskaber i det materiale, som udgør 30 skærmen. Eksempelvis kan der bruges en pasta ifyldt fine partikler, som udviser de optiske spredningsegenskaber. Som lysspredende partikler kan eksempelvis bruges pulveriseret siliciumdioxid, aluminiumoxid, glas eller harpiks etc. Partikeldiameteren er fortrinsvis 0,5 til 35 30 μιη. Videre bør forholdet mellem de fine partikler og det materiale, som udgør skærmen, være 0,5 til 5 vægt%.

DK 169049 B1 9

Det skal bemærkes, at partiklernes optiske brydningsindeks skal være forskelligt fra skærmens materiale for at kunne sprede lys.

En anden kendt teknik til at give en skærm op-5 tiske spredningsegenskaber er at udforme udstrålingsfladen som en lysspredende flade. Eksempelvis ved at smelte en plastfilm med det lysspredende materiale fast på skærmen, når denne fremstilles, eller udstrålingsfladen kan gøres grov eller ru ved hjælp af sandblæs-10 ning.

Til fremstilling af skærmen kan bruges et hvilket som helst materiale, så længe det er transparent og kan formes til plader. Der bruges fortrinsvis termoplastisk harpiks, eksempelvis acrylharpiks, såsom polyme-15 thylmethacrylat, polyesterhapiks, cellulosebaseret harpiks, polyvinylchloridharpiks, polysytrenharpiks eller polycarbonatharpiks etc., eller der bruges glas. Når der bruges termoplastisk harpiks, kan fremstillingen let udføres med stor effektivitet. Ved fremstilling af 20 en skærm ud fra en termoplastisk harpiksplade kan en af følgende teknikker passende bruges: En teknik, hvorved harpikspladen opvarmes og presses med en negativ form, som kan være plade eller valseformet, en teknik, hvorved den førstnævnte teknik anvendes på en netop frem-25 stillet plade, endnu før den er afkølet, eller en støbe- eller anden formgivningseknik med brug af en metalstøbeform. Afhængig af dimensionerne af metalformen og skærmen vælges en fremstillingsteknik, hvor fremstillingen af skærme enten sker efter, at harpiks-30 pladen er skåret ud, eller der fremstilles en kontinuert, rulle- eller spoleformet skærmplade.

Selve skærmen fungerer som en projektionsskærm af transmissionstypen. Derudover, når den konvekse Fresnel-linse 2 opstilles på indfaldssiden af skær-35 men, som vist i fig. 1, er det muligt at sende projekteret lys ensartet ud i alle hjørner og kroge af skær- DK 169049 B1 10 men, således at en mere effektiv brug muliggøres. På den højre overflade af Fresnel-linsen 2 i fig. 1 er der koncentriske hældende flader 21. Ved de hældende flader 21 er indfaldende lys udsat for afbøjning, så-5 ledes at det rækker til hele skærmen 1's overflade.

Fig. 6 og 7 er lodrette snit, som viser andre måder at bruge en skærm ifølge opfindelsen på. Idet disse figurer er tegnet som lodrette snit, står linserne L-l til Lg, som er dannet på skærmens to sider 10 frem i papirets plan. Fig. 6 viser et eksempel med en konveks Fresnel-linse 2a opstillet på indfaldssiden af skærmen 1. Den konvekse Fresnel-linse har hældende flader 21 på den højre overflade og linser på den venstre overflade i denne figur.

15 Længderetningen af hver af linserne til Lg på skærmen l's to sider er lodret, hvorimod linserne 22 er opstillet således, at længderetningen er vandret, således at de udvider synsvinklen af et billede dannet på skærmen i lodret retning.

20 Fig. 7 viser et eksempel med en konveks Fresnel- linse 2b, som er opstillet på indfaldssiden af skærmen 1. Den konvekse Fresnel-linse har hældende flader 21 på den højre overflade og hældende overflader 23 på den venstre overflade i denne figur. De hældende flader 25 21 er koncentriske flader, og de hældende flader 23 er aflange, rektangulære flader, hvis længderetning er vandret. Med en sådan konveks Fresnel-linse 2b er det muligt at projicere et billede ensartet på hele overfladen af skærmen 1 i det tilfælde, hvor projektoren 30 30 står nedenfor, som vist. Idet projektoren 30 sædvanligvis er opstillet på et gulv eller lignende, er en sådan udformning meget praktisk.

En skærm ifølge opfindelsen er udformet som ovennævnt og har de nedennævnte særlige egenskaber og 35 fordele.

(1) Ved en skærm ifølge opfindelsen bliver den stør- DK 169049 B1 11 ste del af det indfaldende lys spredt af hovedlinserne på ind- og udstrålingsfladerne, og noget af det resterende falder på hjælpeindfaldslinserne, som er anbragt på siderne af hovedindfaldslinserne, og bliver så afbø-5 jet af hjælpeudstrålingslinserne, som er anbragt på siderne af hovedudstrålingslinsen, således at det spredes i et område uden for hovedlinsernes område. Følgelig kan en skærm ifølge opfindelsen sprede det indfaldende lys i et større område end en konventionel med kun én 10 art linser på hver side.

En sammenligning mellem en skærm ifølge opfindelsen og en konventionel skærms synsvinkel er vist i fig. 8. Den fuldt optrukne linie i denne figur er en graf, som viser den relative luminans fra en skærm, med 15 to arter hoved- og hjælpelinser som vist i fig. 3, som funktion af vinklen i forhold til normalen på skærmens centrum, og den stiplede linie er en tilsvarende graf for en konventionel skærm. I den fuldt optrukne graf er der et lokalt maksimum S på grund af effekten af 20 hjælpelinserne. Det er således demonstreret, at synsvinklen er udvidet.

(2) Idet forholdet mellem den mængde lys, som falder på henholdsvis hoved- og hjælpelinserne, kan reguleres ved at ændre størrelsesforholdet mellem hoved- og hjæl- 25 pelinser, kan ønskede vandrette spredningskarakteristikker opnås med stor relativ luminans i specifikke dele af synsfeltet.

(3) Ved passende udformning af de fire linser, to par hoved- og hjælpelinser på indfalds- og udstrålings- 30 siden, er det muligt at sprede indfaldende lys med forskellig indfaldsvinkel i hovedsagelig samme retning. Følgelig kan en skærm ifølge opfindelsen reducere far-veforskydning sammenlignet med en skærm med én art linse på hver side.

35 (4) Skærmen med lysabsorberende lag, som er et aspekt af opfindelsen, kan give stor kontrast, som kun

Claims (5)

1. Projektionsskærm (1) af transmissionstypen med en indfaldsflade og en udstrålingsflade, hvor flere hovedindfaldslinser (LI) er udformet på nævnte indfaldsflade og flere hovedudstrålingslinser (L4) er udformet på udstrålingsfladen, hvor hver af hovedind-10 faidslinserne er en cylindrisk, konveks linse, hvis tværsnit i et plan vinkelret på dens længdeakse indeholder en første krumning af cirkel-, ellipse-, parabol- eller anden kurveform, og hvor hver af hovedudstrålingslinserne er en cylindrisk, konveks linse, hvis 15 tværsnit i et plan vinkelret på dens længdeakse indeholder en anden krumning af cirkel-, ellipse-, paraboleller anden kurveform, kendetegnet ved, at der endvidere på indfaldsfladen er udformet flere cylindriske, konvekse hjælpeindfaldslinser (LI, L2), hvis 20 tværsnit i et plan vinkelret på deres længdeakse indeholder en tredje krumning af cirkel-, ellipse-, parabol- eller anden kurveform, hvor den tredje krumning er forskellig fra den første krumning, hjælpeindfaldslinserne er indrettet parallelt med, opgrænsende til og på 25 begge sider af hver af hovedindfaldslinserne, at der yderligere på udstrålingssiden er udformet flere cylindriske, konvekse hjælpeudstrålingslinser (L5, L6), hvis tværsnit i et plan vinkelret på deres længdeakse indeholder en fjerde krumning af cirkel-, ellipse-, para-30 bol- eller anden kurveform, hvor den fjerde krumning er forskellig fra den anden krumning, og hjælpeudstrålingslinserne er indrettet parallelt med, opgrænsende til og på begge sider af hovedudstrålingslinserne, at et indfaldsfladeareal af hver af hovedindfaldslinserne 35 (LI) er større end det af hver af hjælpeindfaldslinserne (L2, L3), således at en større del af det indfalden- DK 169049 B1 13 de lys falder på hovedindfaldslinserne, og at henholdsvis hovedindfaldslinserne (LI) og hovedudstrålingslinserne (L4) korresponderer parvis og hjælpeindfaldslinserne og hjælpeudstrålingslinserne korresponderer par- 5 vis, således at lys der falder på en linse på indfaldsfladen udstråles fra udstrålingsfladen gennem en dermed korresponderende linse.

2. Projektionsskærm af transmissionstypen ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der er et lys- 10 absorberende lag (15) på områder (Μχ, M2), hvorfra der ikke udstråles lys.

3. Projektionsskærm af transmissionstypen ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der er fremstående områder i områderne (Mj, M2), hvorfra lys ikke ud- 15 sendes, hvilke fremstående områder er belagt med et lysabsorberende lag (15).

4. Projektionsskærm af transmissionstypen ifølge krav 1, kendetegnet ved, at omfatte et optisk diffusionsmateriale.

5. Projektionsskærm af transmissionstypen ifølge krav 1, kendetegnet ved, at udstrålingsfladen virker som en optisk diffusionsflade.