SE421457B - Projektionsskerm och sett for dess framstellning - Google Patents

Description

7712655-5 skärmar med en rå metallisk yta tillhöra undergruppen b2. Härvid gäller: Ljusutbytet och återstrålningskarakteristiken för en projektionsskärm kan framställas i polärt koordinatsystem, vilket visar ljustätheten för det av projektionsskärmen spridda ljuset som funktion av âskâdningsvinkeln under givna belysningsbeüngelser. I fig 1 visas ett sådant polärt koordinatdia- gramm, i vilket P utgör det plan, i vilket projektionsskärmen befinner sig, I anger belysningsriktningen och f7åskådningsvinkeln. Den halvcirkelforma- de kurvan A visar återstrålningskarakteristiken för en diffust återstrålan- de projektionsskärm, tillhörande kategorien a) enligt ovan, under det att den päronformade kurvan B visar återstrålningskarakteristiken för en i och för sig känd, selektivt spridande projektionsskärm med hög verkningsgrad, tillhörande kategorien b) enligt ovan.

Av det polära diagrammet i fig 1 framgår emellertid endast återstrål- ningskarakteristiksn i ett enda plan. För att man skall erhålla en full- ständig bild av återstrålningskarakteristiken för en projektionsskärm, mås- te man jämväl taga i betraktande återstrålningskarakteristikernas polära diagram för andra plan, som ligga i den infallande belysningsriktningen I.

Isotropa projektionsskärmar förete vid vinkelrätt infallande ljus ett och samma projektionsförhållande i alla plan, som i sig innesluta den infall- lande belysningsriktningen I, men anisotropa projektionsskärmar förste in- bördes olika polära beteendemönster inom olika plan.

Vid en isotrop projektionsskärm erhåller man maximalt ljusutbyte, om hela kvantiteten av infallande ljus återstrålas inom en rymdkon av likformig struktur. I fig 2 visas det cirkelsektorformade förloppet C för återstrål- ningskarakteristiken, vid vilken.det återstrålade ljuset ligger inom en rymd- kon Q med likformig styrkefördelning. _ En liten spridningsvinel Q ger en ljus projektionsbild och begränsar därigenom det rum, inom vilket bilden kan betraktas. En återstrålning en- ligt C har man dock icke hittills ens approximativt kunnat prestera.

Det inträffar ofta, att åskådarna till bilden på en projektionsskärm befinna sig i ett rum, spridda över en stor bredd av rummet medan de i ver- tikalled representerar endast ett smalt band i ögonhöjd. Man förslösar därigenom det ljus, som strålar ut ovanför och under detta smala band. Det är då också tydligt, att man når en fördelaktigare ljusverkningsgrad med en anisotrop projektionsskärm, som återstrålar ljuset i horisontalplanet inom en bred spridningsvinkel @H men inom vertikalplanet inom en mycket trängre spridningsvinkel Qv, än man kan nå med en isotrop projektionsskärm.

Föreliggande uppfinning baserar sig på insikten om att mikrostrukturen hos en idealisk projektionsskärm bör förete följande egenskaper: 7712655-5 1) Den skall vara tillräckligt fin för att bilden icke skall under- kastæ:upplösning, då den betraktas från normalt betraktelseavstånd. 2) Mikrostrukturen skall vara grov i förhållande till våglängden på det projicierade ljuset, så att av våglängden beroende deviationseffekter skola undvikas. 5) Mikrostrukturen skall icke vara periodisk, så att man undviker mirêeffekter. 4) Projektionsskärmen bör vara av den ovan angivna typen b2, så att belyste och reflekterade strålar i tillräcklig omfattning skiljas från var- andra och därigenom skuggbildning från åskådarnas sida resp. skikthinder undvikas. 5) Lutningsvinkeln hos ytelementen i mikrostrukturen skall vara så begränsad i fråga om vinkelstorleken, att infallande ljus återstrålas inom en väljbar spridningsvinkel elíi horisontalled och en annan väljbar sprid- ningsvinkel çv i vertikalled. 6) Lutningsvinklarna slola vara på sådant sätt homogent fördelade, att inom den ovan under 5) angivna spridningsvinkeln intensiteten hos det återstrålade ljuset icke varierar i fråga om riktning på det inkommande ljuset. 7) Multipelreflektioner inom mikrostrukturen som skulle kunna minska den optiska verkningsgraden, skola undvikas. 8) Mikrostrukturen skall icke åstadkomma någon depolarisation. 9) Absorptionen skall vara så liten som möjligt.

De hittills kända projektionsskärmarna tillfredsställa i allmänhet villkoren 1) - 4) på ett tämligen gott sätt, men däremot tillfresställa de villkoren 5) - 9) på ett vanligen tämligen klandervärt sätt. Éramför allt känner man icke till någon enda projektionsskärm, som tillfredsställer samt- liga de ovan förtecknade villkoren på godtagbart sätt.

Till grund för föreliggande uppfinning ligger nu uppgiften att skapa en projektionsskärm, som på ett godtagbart sätt tillfredsställer samtliga de ovan förtecknade villkoren samtidigt, och som därjämte kan framställas på ett enkelt och ekonomiskt sätt.

I vad avser själva projektionsskärmen består sålunda uppfinningen i att strukturelementen ha formen av yttre ytan på mot varandra stötande blå- sor.

I vad avser förfaringssättet för framställande av projektionsskärmen, består uppfinningen i att ytstrukturen utformas på en plan kropp medelst en uppskummadtfllast. 7712655-5 Uppfinningen kommer nedan att närmare förklaras i anslutning till några på bifogade ritning visade utföringsexempel, men det är underförstått, att uppfinningen icke är begränsad till ett eller flera av dessa utförings- exempel, utan att allehanda olika modifikationer kunna förekomma inom upp- finningens ram. _ På ritningen visar sålunda fig 1 och fig 2 en del polära diagram, me- dan fig 5 visar tvillingblåsor i sektion, vilka ha betydelse för uppfinning- en. Fig 4 visar mikrostrukturen i horisontalsektion, och fig 5 visar mi- krostrukturen hos samma projektionsskärm i vertikalsektion. Fig 6 visar en projektionsskärm i perspektivbild, och fig 7 visar en i en ram inspänd pro- jektionsskärm.

Fig 1 och 2 ha redan ovan berörts. I fig 3 visas dels tvâ mot var- andra stötande, inbördes lika stora vätskeblåsor 1 och 2, dels även två in- bördes olika stora vätskeblâsor 3 och 4, i båda fallen framställda ev en saponinlösning, en flytande plast eller liknande. På grund av den statis- ka jämnvikten bilda tre mot varandra stötande lameller i sådana tvillingblå- sor ständigt en av blåsornas storlek oberoende.vinke1 ]' av 1200.

Denna vinkellag använder man sig av i anslutning till en enligt upp- finningen utförd, exempelvis av uppskummad plast bestående projektionsskärm, vars strukturelement enligt fig 4 ha formen av ytan på mot varandra-stötande blåsor 5. Den yttersta begränsningsytan 6 på de statiskt på ett plan för- delade, i huvudsak lika stora blåsorna 5 bildar tillnärmelsevis en i matema- tisk bemärkelse bitvis glatt yta. I fig Å har ett ytelement 7 av denna medelst blåsorna 5 bildade ytstruktur närmare angivits, vars ytn0rmal,lutar en vinkel i förhållande till en vinkelrätt infallande ljusstråle 8 med » en lutningsvinkel N . Man inser då lätt, att lutningsvinkeln M- hos sådana ytelement ofta förekomma inom storleksintervallet -§O°< z <_ Ä30°, men där- emot att några sådana större lutningsvinklar icke kanna förekomma.

För att endast det yttre gränsskiktet 6 på blåsorna 5 skall vara op- tiskt verksamt, har detta gränsskikt spegelbelagts. Det infallande ljuset kommer då att reflekteras uteslutande inom en kon med spridningsvinkeln Q lika med 120° (fig 2), och denna reflektion blir likformig samt, om blåsorna ' äro tillräckligt små, diffus för åskådaren. På grund av begränsningen hos lutningsvinkeln u till i 500 undvikas dessutom multipelreflektioner, som eljest skulle kunna nedsätta den optiska verkningsgraden, och likaledes för- hindras härigenom i stor utsträckning depolarisation.

Lutningsvinklarna M hos ytelementen 7 kunna begränsas till ett vinkel- område, som är mindre än i 30°, om blåsorna 5 sträckas ut i projektionsskär- mens plan och därigenom vinkeln I' mellan lamellerna i blåsorna tvångs- _5_ 7712655-5 mässigt förstoras. Detta möjliggör, att man tämligen fritt kan bestämma såväl den horisontella spridningsvinkeln ßll som den vertikala spridninge- vinkeln ßv. Om blåsorna 5 sträckas ut övervägande i riktningen av verti- kalaxeln för projektionsskärmen, så erhåller man en anisotrop återstrålnings- karakteristik. Fig 5 visar mikrostrukturen för en sådan projektionsskärm med i vertikalriktningen utsträckta blåsor 5, sedd i vertikalprojektion, medan fig 6 visar samma anordning i perspektivisk framställning. Horison- talaxeln för projektionsskärmen har i fig 6 angivits med K, vertikalaxeln med Y och den mot XY-planet vinkclräta axelriktningen med Z. Medelradien för blåsornas ytkrökning i planet XZ har vidare markerats som r1 och den motsvarande medelradien i planet YZ med r2. Slutligen har längden av blå- sorna i riktningen av axeln X markerats med d1 och i riktningen av axeln Y med d2.

Försök, som ligga till grund för föreliggande uppfinning, ha nu visat, att man med en folie av uppskummad plast, som blivit sträckt i riktningen av projektionsskärmens vertikalaxel Y, utan svårighet kan komma fram till en spridningsvinkel Qv av endast 200, något som leder till en motsvarande hög- re optisk verkningsgrad hos projektionsskärmen. Det är emellertid möjligt att på samma sätt som en sträckning kan företagas av blåsorna i den ena riktningen, även åstadkomma en krympning av blåsorna i den andra riktningen, närmare bestämt tränga ihop den horisontella spridningsvinkeln Qi? samti- digt med att blåsorna 5 sträckas ut i horisontalled.

En trång vertikal spridningsvinkel çv utgör en betingelse för att projektionsskärmen lätt kan krökas liksom en cylindrískt konkav spegel kring en horisontell axel, och detta leder i sin tur till att det i olika höjd mot projektionsskärmen infallande ljuset kommer att reflekteras lik- formigt från alla punkter på skärmen mot åskådarna. En bred spridninge- vinkel çïígör, att det icke längre är nödvändigt att på motsvarande sätt kröka den vertikala axeln. Fig 7 visar en sådan krökt projektionsskärm 9, vilken består av ett stelt, bärande organ 10 med en pålagd folie av upp- skummad plast 11, och är inspänd i en hållare eller ram 12. Den önskade krökningsradien för projektionsskärmen 9 kan inställas med hjälp av hålla- ren eller ramen 12. På detta sätt kan man åstadkomma en variation av den nyttiga åskådningsdistansens begränsningområde, men detta djup kan då även bestämmas genom val av den vertikala spridningsvinkeln QV.

Man inser lätt av det ovan anförda, att samtliga de ovan förtecknade villkoren för en god projektionsskärm bli tillfredsställda, samt att man 7712655-5 _ 6 _ kan ernå en återstrålningskarakteristik enligt fig 2. Den uppnådda höga verkningsgraden hos projektionsskärmen gör det möjligt att, jämfört med traditionella projektionsanläggningar, avsevärt minska ljuseffekten hos pro- jektorn, eller också kan man med bibehållen ljuseffekt åstadkomma en ljusa- re och även i ett fullständigt ljust rum kontrastrik bild, eftersom rums- belysningen på grund av den vertikala spridningsvinkeln @V hos projektions- skärmen icke kommer att reflekteras av denna såsom störande ljus.

Som projektionsskärm med den ovan beskrivna mikrostrukturen lämpar sig, som redan omnämnts, särskilt väl en folie av uppskummad plast, vilken even- tuellt har blivit uttänjd i åtminstone en axelriktning. Bland plastmateri- al för denna folie, som visat sig särskilt fördelaktiga, må nämnas polypro- pylen. Beroende på det nyttjade uppskummingsförfarandet kan det inträffa, att vid den därav föranledde volymökningen ett undertryck kommer till stånd, vilket föranleder formförändring av ytan, så att den konvexa blåsstrukturen omvandlas till en konkav struktur. Den makroskopiskt iakttagbara sprid- ningskarakteristiken ändras dock icke i praktiskt iakttagbar omfattning ge- nom denna invertering.

Såsom spegelbeläggning kan man på ena ytan av denna folie anbringa ett tunt metallskikt, vilket exempelvis kan bestå av aluminium och kan påföras genom vakuumförângning. Dess höga reflektionsförmåga förhindrar, att in- fallande ljus absorberas av plasten och/eller återstrålas i icke önskade riktningar. Den metalliserade ytan kan, om så skulle visa sig önskvärt, efteråt beläggas med ett tunt skyddsskikt av transparent material, exempel- vis ett lackskikt, så att ett skydd mot skadegörelse av mekanisk natur kom- mer till stånd. Detta laokskikt kan även tjäna till att påverka återstrål- ningskarakteristiken inom vissa gränser. Företrädesvis pålägges plastfo- lien på en styv eller stel bärare i plan formation, så att man därigenom erhåller en för det praktiska användningssättet önskvärd styvhet hos pro- jektionsskärmen. D En projektionsskärm med den ovan beskrivna mikrostrukturen kan också framställas därigenom, att ytstrukturen införes i plasten, sedan denna be- lagts på den ytformade underlagskroppen, vilken i detta fall företrädesvis består av en plast. Det är därvid lämpligt, att man genom kemisk eller galvanisk beskiktning framställer en som präglingsmatris tjänande kopia i metall av ytstrukturen hos den uppkommande plastbeläggningen, och man kan sedan med hjälp av denna präglingsmatris under nyttjande av tryck och värme prägla in den ifrågavarande mikrostrukturen i ytan på en plan, av ett termo- plastiskt.materiaybsstående kropp. Detta förfaringssätt möjliggör en eko- 7712655-5 nomisk massproduktion. Utformningen av ytstrukturen på det uppskummade plastmaterialet kan givetvis även äga rum omedelbart på den som projektions- skärm tjänande plastfolien, om denna har erforderligt låg mjukgöringstempe- mtur eller om den består av ett-härdningsbart material.

Det är lämpligt, att man icke sträcker ut det uppskummade plastskiktet utan den plana kroppen, sedan ytstrukturen framkommit hos det uppskummade plastmaterialet. Härigenom kan man nämligen undvika sådana oberäkneliga deformationsföreteelser, som kunna uppkomma vid uppskummade plaster.

Duplikat, som framställts genom avbildning av uppskummade plaster, kan på lämpligt sätt metalliseras och sättas in som reflekterande projektions- skärmar på samma sätt som ovan beskrivits med avseende på det av uppskummad plast bestående originalet. Vidare är det möjligt att framställa duplika- tet av ett transparent material och utföra en ytspogelbeläggning på detta för att nyttja det som transmissionsprojektorskärm. oterstrålningskarak- teristiken hos en sådan transmissionsskärm skiljer sig visserligen något litet från karakteristiken för den beskrivna reflektionsskärmen, men de vik- tigaste egenskaperna kvarstå likväl, nämligen den statiska fördelningen av strukturelcmenten, täthetsfördelningcn av Lutningsvinklarna, begränsningen av spridningsvinkeln och anisotropien.

Vid en transmissionsprojektorskärm ersattes den ovan nämnda krökningen av projektionsskärmen i och för fokusering av det reflekterade ljuset till området för åskådarnas ögonhöjd därigenom, att omedelbart framför eller bakom transmissionsprojektorskärmen en sfärisk eller cylindrisk samlings- lins anordnas, företrädesvis en Fresnel-lins. 4

Claims (11)

77112655-5 P a t e n t k r a v

1. Föreliggande uppfinning avser en projektionsskänn, vars mot åskådaren vända sida företer en strålningskarakteristiken bestämmande mikro- struktur, bildad av ett stort antal oregelbundet fördelade strukturelement. E n l'i g t u p p f i n n i n g e n sammansättes strukturele enten i ytskiktet (7) av mot varandra angränsande blåsor.

2. vid en projektionsskärm enligt patentkraven 1 äro blåsor-na (5) sträckte I åtminstone riktningen av en av projektionoskärmens axlar.

3. Vid en projektionsukärm enligt patentkravet 1 eller ? består pro- jektionsskärmen av en folie av uppskummad plast.

4. Vid en projektíonsskärm enligt patentkravet 2 eller 5 är projek- tionsskärmen (9) av plast (11) krympt i riktningen av åtminstone en axel.

5. Vid en projektionsskärm enligt något av föregående patentkrav är plastfolien (11) resp. en strukturelementen uppvisande ytformad kropp be- skiktad med ett reflekterande skikt.

6. , Vid en projektionsskärm enligt patentkravet 5 är det reflekteran- 'de skiktet belagt med ett transparent skyddsskikt.

7. Vid en projektionsskärm enligt patentkraven 5 och 6 är plastfo- lien (11) resp. den ytformade kroppen fäst på en styv, ytformad bärkropp (10) och inspänd i en ram, så att den kommer att förete en åtminstone till- närmelsevis cylindrisk krökning.

8. .Föreliggande uppflnning avser jämväl ett förfaringssätt för fram- ställning av en projektionsskärm enligt något av föregående patentkrav. E n 1 i g t u p p f i n n i n g e n åstadkommes ytstrukturen genom be- läggning på en plan kropp av ett uppskummat plastmaterial.

9. Vid utövande av förfaringssättet enligt patentkravet 8 framställ- es med ledning av ytstrukturen på det uppskummade plastmaterialet genom ke- misk eller galvanisk beskiktning en som matris tjänande kopia av metall, och denna användes som präglingsmatris under nyttjande av tryck och värme för inprägling av mikrostrukturen i ett termoplastiskt material, som bildar underlag. 7712655-5

10. Vid utövande av förfaringssättet enligt patentkravet 8 eller ? beskiktas den plana kroppen med ett reflektionsskikt.

11. Vid utövande av förfaringssättet enlígß patentkravet S eiïer ” sträckes den plana kroppen efter formandet av ytstrukturon 1 det uppskum~ made plastmaterialet. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: