DK172551B1 - Baglysprojektionsskærm - Google Patents

Description

DK PR 172551 B1 i

Den foreliggende opfindelse angår en baglysprojek-tionsskærm med et skærmelement, som på sin bagside er udformet med parallelt forløbende konvekse linser, hvis brændvid-de er lig med skærmelementets tykkelse til transmission af 5 bagfra kommende lys til skærmens forside, og som på sin forside er udformet med parallelle kamme, som ligger optisk udfor bagsidens konvekse linser og er adskilt af fordybninger med trekantet tværsnit, således at tykkelsen af hver kam aftager gradvis mod dens top, hvorhos kammenes skråflanker er 10 dækket med lysuigennemtrængeligt materiale med toppene af kammene efterladt udækket for at muliggøre lystransmission til et betragtningsområde.

Baglysprojektionsskærme har i vidt omfang været anvendt til video-projektionsapparater, datamaskiner og flysi-15 mulatorer.

Fra US patenterne nr. 3.279.314 og 2.738.706 kendes baglysprojektionsskærme med kegleformede linsetoppe på forsiden, dvs. den side, der vender mod iagttageren. Fælles for begge patenter er, at de enkelte linsetoppe på deres inder-20 side er total-reflekterende overfor det på projektorerne paralleliserede lys, og at lyset efter total refleksion strømmer ud af linsens toppe. Ved at iagttage et tværsnit gennem linsens toppe vil det ses, at de enkelte linser danner V-formede fordybninger Indbyrdes. Det er kendt fra ovennævnte 25 patenter at opfylde disse fordybninger med sort farve eller et andet medium for lysuigennemtrængeligt materiale til forøgelse af kontrasten.

Ved disse kendte baglysprojektionsapparater er skærmens bagside, dvs. den side, der vender mod projektoren, 30 helt plan og indeholder ikke nogen linsestruktur til afbøjning af lyset.

Endvidere kendes fra US patent nr. 2.618.198 en skærm bestående af to skærmelementer, hvor hvert skærmelement har grupper af parallelle cylindriske linser, som vender mod 35 projektorerne, idet cylinderlinserne på de to skærroelementer er anbragt vinkelret på hinanden. Det element, som vender mod projektorerne, har på sin bagside vertikalt retlinet forløbende konvekse linser, hvis brændpunkt er sammenfalden- DK PR 172551 B1 2 de med skærmelementets plane forside. For at opnå en god kontrastvirkning påføres forsiden af det andet skærmelement sorte afdækningsstriber så brede som muligt. Mellemrummet mellem afdækningsstriberne skal anvendes til udsendelse af 5 det lys, som iagttageren ser, og som danner det pågældende billede. Forsideelementet er identisk med bagsideelementet, bortset fra, at de konvekse cylindriske linser forløber horisontalt, når skærmen anvendes i sin brugsstilling.

Selvom der i forbindelse med sidstnævnte skærm anven-10 des en såkaldt fresnelllinse til parallelisering af lyset fra projektoren, vil denne skærmkonstruktion kun være anvendelig, når der anvendes én projektor, idet lysstrålerne fra flere projektorer ikke alle vil være parallelle til normalen for den pågældende fresnellinse, men forlade fresnellinsen 15 med en vinkel svarende til den vinkel, de enkelte projektorers optiske akser danner indbyrdes.

Dette forhold vil medføre, at lysstråler, som ikke trænger ind i det bilieddannende forsideelement som normal til dettes bagudvendende overflade, efter afbøjning af de 20 konvekse linser vil forskydes med en vinkel svarende til vinklen mellem den pågældende projektors optiske akse og normalen til overfladen og hermed gå tabt i de sorte afdækningsstriber.

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

De fleste konstruktører af projektions-TV placerer det grønne billedrør mellem det røde og blå, således at det 35 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.

3 DK PR 172551 B1

Det er kendt at konstruere en TV-baglysprojektions-skærm som vist på fig. 2-5, som viser den billeddannende skærm 16 i dens brugsstilling med vertikalt forløbende, parallelle konvekse linser 18 og 19 ved bagsiden og forsiden 5 og en fresnellinse til parallelisering af lyset.

Hver bagsidelinse 18's brændpunkt falder sammen med den overfor liggende forsidelinse 19's overflade. Mellem de konvekse forsidelinser 19, 19a er anbragt kamme 20,21 til påføring af afdækningsstriber for at øge kontrasten.

10 Da linsen 18 kun tjener til horisiontal spredning af lyset, tilsættes skærmen af den kendte konstruktion i fig.

2-5 glaspulver eller Si02 til spredning af lyset i vertikal retning.

Disse lysbrydende partikler er ofte jævnt fordelt i 15 hele skærmelementets tykkelse og vil derfor bevirke, at ikke alle stråler rammer en forsidelinse 19 i et veldefineret brændpunkt, se fig. 3, men afbøjes i uønskede retninger og dermed virker forringende på billedkvaliteten. De lysspredende partikler er ikke indtegnet i fig. 3-5, men er illu-20 streret i fig. 3 ved hjælp af lysstråler 22, 23 og 25, som bugter sig gennem skærmen. Spredningen af lyset er illustreret ved vektorskarer 24 og 24a. Som det ses, vil lysstrålen 23 stammende fra den røde eller blå lysgiver gå tabt på grund af indre refleksion, da indfaldsvinklen 0C er 7-10* 25 større end den grønne lysgivers optiske akse.

Fig. 4 og 5 viser strålegangen for rumlys, som trænger ind i skærmen og reflekteres tilbage mod betragtningsområdet. Fresnellinsen 26 i fig. 5 har de koncentriske riller vendt mod projektorerne. Det ses, at lysstrålen 27 totalre-30 flekteres ved fresnellinsens 26's overflade 26a. Det er blandt fagfolk kendt at mattere skærmens forside 28, se fig.

5. Denne mattering skal forhindre generende spejling fra omgivelserne. Den irregulære overflade, som spreder lyset, nedsætter kontrasten væsentligt, hvilket fremgår af vektor-35 skarerne 29, 30 og 31, 32. Forklaringen på denne kontrastforringelse er, at en irregulær overflade altid vil have en vinkel i forhold til skærmens overflade, således at uanset hvori rummet lysstrålen kommer fra, vil den gennemtrænge DK PR 172551 B1 4 overfladen 28.

Det er kendt blandt fagfolk, at en baglysprojektionsskærms bi lieddannende evne forringes, når den anvendes i et meget oplyst rum. Det er endvidere kendt, at spredning i 5 skærmen af det lys, der projekteres op på skærmen, medfører, at lyset spredes udenfor det ønskede belyste område, idet lyset kan vandre fra den belyste rille til naborillerne, se fig. 2-5. Det eamme forhold gør sig gældende for lys, der fra skærmens forside falder ind i skærmen, hvoraf noget af 10 lyset absorberes inde i skærmen, mens noget spredes til na-borilllerne eller reflekteres fra fresnellinsen i fig. 4 og 5 og derefter reflekteres tilbage til betragtningsområdet.

Begge forhold virker generende på billeddannelsen, herunder navnlig udviskning af farvenuancerne.

15 Ved en fra AT patentskrift nr. 180418 kendt, for dagslysprojektion beregnet baglysprojektionsskærm af den indledningsvis angvine udformning, hvor skærmelementets bagside har konvekse cylinderlinser vendende mod en enkelt projektor, er skærmens forside udformet med konvekse linse-20 strukturer eller retlinede triangulære kamme med tilspidset forkant beliggende i brændlinien for hver sin bagsidelinse.

De tilspidsede forkanter, som er de eneste lysgennemtrænge-lige områder ved forsiden, idet kammenes skråflanker og bunden af de mellemliggende fordybninger er dækket af lysabsor-25 berende materiale, bevirker en kraftig reduktion af den ønskede lystransmission til betragtningsområdet ud over, at de stiller krav om en meget høj fremstillingsnøjagtighed.

Det er formålet med opfindelsen at frembringe en bag-lysprojektionssskærm, hvor den for dagslysprojektion ønskede 30 kontrast er forbedret gennem en effektiv undertrykkelse af lys, som fra betragtningsområdet træder ind i skærmen ved dens forside samtidig med, at der opretholdes en tilfredsstillende høj transmission af det bagfra kommende ønskede billed- eller signallys mod betragtningsområdet.

35 Ifølge opfindelsen opnås denne kontrastforbedring ved, at hver af de i tværsnit trekantformede fordybninger er dimensioneret roed en dybde (D) på mindst to gange bredden (B) af kammenes toppe og på mindst en fjerdel af skærmele- 5 DK PR 172551 B1 mentets tykkelse (C), således at i det væsentlige alle lysstråler, som træder ind i skærmelementet gennem kammenes toppe, rettes mod kammenes flanker efter intern reflek sion ved indersiderne af de konvekse linser ved bagsiden og 5 at kammenes flanker er således skråtstillet, at nævnte internt reflekterende lysstråle rettes mod - og absorberes af det lysuigennemtrængelige materiale.

Ved en foretrukken udførelsesform for opfindelsen opnås den nævnte effektive undertrykkelse af indtrædende 10 spredningslys sammen med en for dagslysprojektion optimal transmission af billedlys ved, at kammenes tappe har en bredde (B) på mindst 25% og højst 50% afstanden fra de konvekse linser ved bagsiden.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under 15 henvisning til tegningerne, hvor fig. 1 viser et farveprojektions-TV-system bestående af en todelt projektionsskærm til belysning af anvendelse af projektionsskærme af den her omhandlede art, fig. 2-5 viser tværsnit af en kendt skærmkonstruktion 20 til illustration af indre refleksioner, refleksion af rumlys samt spredning af lyset ved forsiden som forklaret i det foregående, fig. 6 og 7 viser perspektiviske udsnit af en udførelsesform for skærmen ifølge opfindelsen, 25 fig. 8 viser et snit gennem den i fig. 6 og 7 viste skærm ifølge den foreliggende opfindelse til illustration af strålegangen, fig. 9 er et diagram til illustration af, hvorledes dagslysstråler fra betragtningsområdet absorberes i skærmen, 30 fig. 10 viser et dimensioneringseksempel.

Fig. 1 viser tre projektorer 1, 2 og 3, som projekterer fjernsynsbilleder mod bagsiden af en projektionsskærm med skærmelementer 8 og 9. Hver projektor afgiver henholdsvis grønt, rødt og blåt lys. De tre projektorer er anbragt 35 ved siden af hinanden horisontalt således, at projektoren 2, som oftest er den grønne projektor, har sin optiske akse vinkelret på skærmen 8 og 9.

Projektorerne 1 og 3's optiske akser danner ofte en DK PR 172551 B1 6 vinkel på 6-10‘ med den optiske akse for projektoren 2.

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

Fig. 6 og 7 viser i perspektiv en udførelsesform for skærmen ifølge opfindelsen, hvor 10 angiver skærmens grundelement, som f.eks. er af akryl. Skærmelementet 10's bagside, dvs. den side, der vender mod lysgiverne, er forsynet 10 med retlinet parallelløbende, konvekse linser 11, hvis brændpunkt er sammenfaldende med skærmelementets forsideplan, som udgøres af toppe 13 af retlinet forløbende kamme 12, gennem hvilke toppe 13 lyset kan transmitteres til betragtningsområdet. Mellem kammene 12's toppe 13 er udformet 15 fordybninger 14 med trekantet tværsnit, hvis skråflanker er dækket af lysuigennemtrængeligt materiale, f.eks. sort farve, til forøgelse af kontrasten. I fig. 7 er lysstrålerne "A" vist paralleliseret ved hjælp af det i fig. 6 viste fresnellinseelement 10a og rammer skærmelementet 10 som nor-20 mal til dettes bagside. På bagsiden er skærmelementet 10 forsynet med retlinet konvekse linser 11, der, hvis der for det pågældende projektionssæt anvendes 2 eller 3 projektorer, forløber parallelt med midterlinien, der forbinder projektorerne indbyrdes. For baglysprojektions-TV anbringes de 25 tre projektorer 1, 2 og 3 i fig. 1 normalt i midterlinien, som forbinder disse horisontalt. Drejes skærmelementet 10 i fig. 6 90*, således at linserne 11 og 13 danner en vinkel på 90* i forhold til midterlinien for projektorerne, vil lysstrålerne fra projektor 1 og 3 blive afbøjet, således at 30 disse rammer fordybningerne 14's inderside og absorberes af den sorte farve. Anbringes skærmelementet 10's linser og kamme 11 og 13 parallelt med midterlinien, som forbinder projektorerne, vil også lysstråler fra projektorerne 1 og 3 blive transmitteret gennem toppene 13, idet disse ikke har 35 nogen spredningsbegrænsning i horisontalt plan. Til spredning af lyset horisontalt og vertikalt kan der i topene 13 være lysbrydende partikler.

I fig. 8 er vist en del af strålegangen gennem den 7 DK PR 172551 B1 pågældende skærm. Det ses, at et parallelt lysbundt rammer en bagsidelinse 11. Herved koncentreres lysstrålerne i linsen 11's brændpunkt 33, som er beliggende i kaminens top 13, og efter spredning ved hjælp af lysbrydende pulver i eller 5 på toppen 13 af kammen spredes de til betragtningsområdet.

Det er ikke afgørende for opfindelsen om linsetoppen 13 er helt plan eller har konveks eller konkav udformning, eller om det lysbrydende medium er placeret i toppen eller på overfladen 13.

10 Fig. 9 er et snit gennem skærmen ifølge opfindelsen til illustration af, hvorledes lysstråler fra rummet absorberes af den sorte farve.

Eksempel 1 15 ..........

En skærm med den i fig. 10 viste profil blev støbt 2 som en 3 mm tyk plade af PMMA tilsat 120 gram S1O2 per ro og med en kornstørrelse på 15-40 Inddelingsafstanden E mel-20 lem linserne 11 var 1,2 mm. Krumningsradius for hver linse 11 var 1,0 mm, vinklen β af flankerne 14 på kammene 12 i forhold til husene 11's optiske midterplan var hver 24*.

Fordybningen mellem linserne 12 havde en dybde på 1,65 mm.

Bredden af kammene 12's toppe 13 var 0,3 mm.

25 Efter at støbeformen var fyldt, blev den placeret ho- risiontalt med kammene 12 nedadvendende. Herved sedimenterede det lysbrydende pulver således, at det lagde sig i et veldefineret lag ved toppene 13's overflade med en tykkelse mindre end 100 ^u. Da skærmen var taget ud af støbeformen, 30 blev linsetoppene 13 påført PVA (polyvinylalkohol). Herefter blev påført sort farve på kammene 12's flanker 14. Efter en passende tørretid fjernedes PVA-hinden på linse 12's toppe 13.

Skærmen udviste herefter følgende parametre.

35

Peak Gain: 3.5 1/2 Horisontal peak gain: 25* 1/2 Vertikal peak gain : 25* DK PR 172551 B1 8

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

5 Kontrastforhold med slukket apparat.

Kendt sortstregskærm

Sterm Ifølge eta, 1 ifølqft-flq, 3 10 Skærm hvidt ref. Skærm hvidt ref.

1,4 58 9,4 60

Skærmen udviste ekstrem høj kontrast og en god ydeevne, så-15 ledes at billedet blev synliggjort over en stor synsvinkel såvel horisontalt som vertikalt på et synsfelt + - 90*.

Eksempel 2 20 I dette eksempel blev støbt en PMMA plade som beskrevet i eksempel 1. Inddelingsafstanden E var 1,2 mm. Radius for hver linse 11, 1,0 mm. Kammene 12's højde D = 1,6 mm.

Vinklen β = 20*. Bredden på kammene 12's toppe 13 var 0,6 25 mm.

Efter støbning blev en hinde af PVA påført linse 12's toppe. løvrigt som eksempel 1.

Skærmen udviste følgende parametre: 30

Peak Gain: 3.6 1/2 Horisontal peak gain: 24* 1/2 Vertikal peak gain: 24* 35 Kontrastforhold med slukket apparat.

Kendt sortstregskærm SKærm-lfølge .eks., 2 ifølge.fig.3 5 DK PR 172551 B1 9

Skærm hvidt ref. Skærm hvidt ref.

1,6 60 9,6 61

Skærmen udviste ekstrem høj kontrast og god ydeevne, således at billedet blev synligt over en stor synsvinkel såvel horisontalt som vertikalt på et synsfelt på + - 90*.

io Konklusion

Det ses, at der kun er lille forskel på de to skærme, hvad angår kontrasten, til trods for, at bredden B er dobbelt så stor i eksempel 2 som i eksempel 1. Arsagen hertil er, at fordybningen D mellem linserne 12 er den samme for 15 begge eksempler.

Eksempel 3 20 I dette eksempie blev fremstillet en skærm med det i fig. 10 viste design og mål. Skærmen blev extruderet af klar PMMA uden lysspredende pulver. Herefter blev kammene 12's toppe 13 påført en hinde af PVA. Siderne af kammene 12 blev påsprøjtet sort farve. Herefter blev PVA-hinden på linse 25 12's toppe fjernet. En blanding af lak med et lysspredende medium blev coated på hele overfladen.

Skærmen udviste de samme egenskaber som i eksempel 1.

Claims (7)

1. Baglysprojektionsskærm med et skærmelement (10), som på sin bagside er udformet med parallelt forløbende konvekse 5 linser (11), hvis brændvidde er lig med skærmelementets (10) tykkelse til transmission af bagfra kommende lys til skærmens forside, og som på sin forside er udformet med parallelle kamme (12), som ligger optisk udfor bagsidens konvekse linser (11) og er adskilt af fordybninger (14) med 10 trekantet tværsnit, således at tykkelsen af hver kam (12) aftager gradvis mod dens top (13), hvorhos kammenes (12) skråflanker er dækket med lysuigennemtrængeligt materiale med toppene (13) af kammene (12) efterladt udækket for at muliggøre lystransmission til et betragtningsområde, k e n-15 detegnet ved, at hver af de i tværsnit trekantformede fordybninger er dimensioneret med en dybde (D) på mindst to gange bredden (B) af kammenes toppe (13) og på mindst en fjerdedel af skærmelementets (10) tykkelse (C), således at i det væsentlige alle lysstråler, som træder ind i skærmele-20 mentet (10) gennem kammenes (12) toppe (13) rettes mod kammenes flanker efter intern refleksion ved indersiderne af de konvekse linser (11) ved bagsiden og at kammenes (12) flanker er således skråtstillet, at nævnte internt reflekterende lysstråle rettes mod - og absorberes af det lysuigennemtræn-25 gelige materiale.

2. Skærm ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der under toppene (13) på kammene (12) er placeret et bil-leddannende lysbrydende pulver (33).

3. Skærm Ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 30 et lysspredende bilieddannende medium er coated på overfladen af toppene (13) på kammene (12).

4. Skærm ifølge krav 1, 2 og 3, kendetegnet ved, at mellemrummene mellem kammene (12) er fyldt op med lysuigennemtrængeligt medium.

5. Skærm ifølge krav 1, 2, 3 og 4, kendetegnet ved, at kammenes (12) flanker (14) er påført et lysuigennemtrængeligt medium, f.eks. sort farve.

6. Skærm ifølge et af de foregående krav, kende- DK PR 172551 B1 tegnet ved følgende målforhold i fig. 10, B = 0,3 mm, D = 1,6 mm, C = 3,4 mm, linse 11 R = 1,2 mm, E = 1,2 mm,yd = 24* .

7. Skærm ifølge et af de foregående krav, kende-5 tegnet ved, at kammenes (12) toppe (13) har en bredde (B) på mindst 25% og højst 50% af inddelingsafstanden (E) fra de konvekse linser ved bagsiden.