WO2005059640A1 - Bildwand - Google Patents

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WO2005059640A1
WO2005059640A1 PCT/DE2004/002641 DE2004002641W WO2005059640A1 WO 2005059640 A1 WO2005059640 A1 WO 2005059640A1 DE 2004002641 W DE2004002641 W DE 2004002641W WO 2005059640 A1 WO2005059640 A1 WO 2005059640A1
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screen
micromirrors
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predetermined
film
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PCT/DE2004/002641
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Inventor
Harry Kurt Hahn
Original Assignee
Harry Kurt Hahn
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00596—Mirrors

Definitions

  • incident light screens which are known so far, either white surfaces are used which reflect uniformly over the solid angle or the preferred direction of reflection is given to the screen surface, e.g. by adding glass beads to the surface coating material.
  • incident light screens which are known so far, either white surfaces are used which reflect uniformly over the solid angle or the preferred direction of reflection is given to the screen surface, e.g. by adding glass beads to the surface coating material.
  • Preferred reflection direction which have metallic reflective screen surfaces, which have a parabolically curved surface.
  • the common feature is a relatively low suitability for projection in bright rooms or under the influence of daylight or stray light, because the projected image is insufficiently bright compared to the ambient brightness, or because it is reflected by the screen Disturbing light (e.g. ceiling light) overexposes the projected image.
  • Disturbing light e.g. ceiling light
  • stray light is normally diffusely reflected from the surface of the known picture walls in the direction of the viewer, like the projected picture, which considerably reduces the contrast of the projected picture in bright room lighting or in strong outside brightness.
  • the projected image then appears contrastless and colorless.
  • the suitability for bright room projections is better with the parabolic or elliptically curved screens or with the directionally reflecting glass periwalls, but these screen types have the disadvantage of low side vision because the projected image is only reflected in a small horizontal solid angle or angle of reflection.
  • the invention was therefore based on the object of developing a novel incident light projection screen which can be used above all in bright rooms (for example conference rooms) with overhead light and under the influence of daylight, without having to accept strong contrast or brightness losses in the projection display.
  • the aim was to develop an incident light screen in which the projected image is reflected in a large horizontal but in a small vertical solid angle in order to achieve high light amplification.
  • Another goal was to be able to precisely define the horizontal and vertical solid angle in which the projected image is reflected.
  • Another goal was to develop a reflected light projection screen in which the entire three-dimensional space in which the image is reflected , can be defined extremely precisely.
  • An incident-light projection screen according to the invention is shown in FIG. 1 using an example.
  • the screen 1 in the shown embodiment 1 according to the invention consists of a spherically, ellipsoidally or paraboloidally curved surface, the reflecting surface of which consists of the micromirror surface structure 2 according to the invention.
  • Fig. 2 The micromirror surface structure 2 according to the invention consists of concave or domed mirrors of small dimensions (micromirrors), which are arranged next to one another in a predetermined grid on the screen surface. the screen surface are arranged side by side.
  • the grid preferred according to the invention is a grid with a honeycomb-shaped structure 3.
  • the micromirror surface structure 2 can either be composed of individual micromirrors or consist of a continuous medium into which the micromirrors are molded adjacent to one another in a defined manner.
  • the mirror surface of the micromirrors preferred according to the invention is a shiny metallic mirror surface.
  • the size of the micromirrors should be chosen so small that the pixel-dependent image sharpness of the most common projectors can be fully used, or so that the viewer does not feel disturbed by a "halftone dot effect".
  • the micromirrors used in the micromirror structure according to the invention have a defined elliptical outline shape 4, a defined oval outline shape 65, a defined elongated hexagonal outline shape 5, or an outline shape that corresponds to a defined polygonal shape that approximates an ellipse or an oval 66 (e.g. a Defined elongated hexagon, square, octagon, decagon, pentagon, etc.) The higher the number of corners of the polygon, the better the approximation.
  • the preferred outline shapes according to the invention are the defined elliptical outline shape 4, the defined oval outline shape 65 or the defined hexagonal outline shape 5. depending on the use of concave or vaulted mirrors) of a dome from a defined hollow (or thin-walled) ellipsoid, ovaloid, rotational ellipsoid or rotational ovaloid 71.
  • the micromirrors are based on a vertically mounted screen (screen in user position) with its long semiaxis exactly in the direction of the screen height or in the vertical (Y) direction and with its short semiaxis exactly in the direction of the screen width or in horizontal (X) direction oriented on the screen surface when it is in the user position.
  • the micromirrors used according to the invention with their long semiaxis oriented in the vertical direction (or in the direction of the screen height) have the property that they receive the incoming projector radiation 6 in the form of an elliptical or oval light cone 7 or in the form of an approximately elliptical or approximately reflect the oval light cone 8 (in the case of the polygonal outline shape, which approximates an ellipse or an oval) towards the viewer.
  • the micromirrors used in the surface structure described according to the invention with the long mirror half-axis 9 oriented in the vertical (Y) direction and the short mirror half-axis 10 oriented in the horizontal direction have a weak vertical curvature 11 (or a large vertical radius of curvature) and a strong one horizontal curvature 12 (or a small horizontal radius of curvature).
  • the vertical reflection angle 13 ( ⁇ y ) of the micromirror becomes substantially smaller than the horizontal reflection angle 14 ( ⁇ x ), which has a considerably light-intensifying effect, but permits a large horizontal reflection angle of the screen.
  • the mentioned curvature of the micromirrors can be either a (concave) curvature inwards (concave mirror) or a (convex) curvature outwards (arched mirror).
  • the ratio of the vertical reflection angle 13 to the horizontal reflection angle 14 of the micromirrors depends directly on the ratio of the short mirror half-axis 10 to the long mirror half-axis 9 of the micromirrors.
  • FIG. 2 The shape of the reflected elliptical or oval light cone 7 or the shape of the approximately elliptical or approximately oval light cone 8 (in the case of the polygonal outline shape of the micromirrors) is thus exactly due to the ratio of the long mirror half-axis 9 of the micromirrors to their short mirror half-axis 10, as well as definable by the strength of the micromirror curvature and the precise outline shape of the micromirror.
  • FIG. 8/9 This makes it possible to realize picture walls in which the vertical reflection angle of the picture wall 16 is substantially smaller than the horizontal reflection angle of the picture wall 15, which results in a high light amplification effect without the restriction of a too small horizontal beam angle.
  • the aim is to orient all micromirrors as possible so that their mirror normals (optical axes) all intersect at a previously defined intersection 18 or on a section line of a defined length, at a certain distance from the screen on the screen normal 26 , or that they intersect the screen normal at a certain position in a predetermined narrow area around the screen normal.
  • the reflection behavior of the projection screen and the achievement of the most optimal shape of the projection zone 17 with the highest possible light amplification essentially depend on the defined position of this intersection or the intersection line or the intersection area. In addition, this ensures that the loss region 19, in which not all of the light cones reflected by the micromirrors overlap, is minimized, as a result of which the projector performance can be used optimally.
  • the optimal area of the projection zone is located in a narrow vertical area 20 parallel to the screen, which passes through the projection zone near the defined intersection 18, because here the cover light cones reflected by all micromirrors almost 100%.
  • this area is very narrow and it is related to the vertical and horizontal reflection behavior of the screen (see horizontal and vertical section through the projection zone - e.g. FIG. 8) approximately in the same plane, which is possible, for example, by a precise definition of the curvature of the Screen (in version 1) or can be further optimized by a precise definition of the line of intersection of the optical axes of all micromirrors (e.g.
  • 3 versions were developed to achieve a defined spatial orientation of the micromirrors in in such a way that their optical axes intersect on the screen normal at a common intersection point or on a line of intersection of a predetermined length, or that their optical axes intersect in a predetermined narrow spatial area around the screen normal.
  • Design 1 according to the invention FIG. 8: Spatial orientation of the micromirrors through a defined spherical, ellipsoidal or paraboloidally curved screen 21. The following applies: The optical axis of each micromirror is perpendicular to the curved surface of the screen.
  • the optical axes of all the micromirrors intersect at the center of the sphere 22 of the spherically curved screen surface.
  • FIG. 8 In the exemplary embodiment shown of a spherically curved screen 21, the projector position was assumed to be congruent with the spherical center 22 of the spherically curved screen to simplify the illustration.
  • the vertical and horizontal reflection angles of the screen change, which must be taken into account in the design of the screen by a corresponding choice of the reflection angles of the micromirrors.
  • Positioning the projector outside the screen normal 26 e.g. when the projector is mounted on the ceiling) can be corrected to a certain extent by slightly pivoting the screen about its horizontal central axis.
  • Each sector has a defined micromirror surface structure 2 which is specifically dependent on its position on the screen.
  • the micromirrors have a uniform spatial orientation 27 of their optical axes in each sector.
  • FIG. 9 The spatial orientation of the micromirrors in the individual sectors is chosen such that the optical axes, the micromirrors located in the center of the sector, intersect at a previously defined intersection point 18 or on a straight line with a defined length, the intersection point or the line of intersection lies at a certain distance in front of the plane screen 23 on the surface normal 26.
  • FIG. 9 The spatial orientation of the micromirrors in the individual sectors is chosen such that the optical axes, the micromirrors located in the center of the sector, intersect at a previously defined intersection point 18 or on a straight line with a defined length, the intersection point or the line
  • FIG. 7 shows a three-dimensional representation of a small partial section from such a corner sector.
  • the micromirrors (concave mirrors) have a hexagonal shape stretched in the direction of the screen height.
  • FIG. 6 In the sectors which lie on the horizontal (X) central axis or on the vertical (Y) - central axis of the screen, the micromirrors are only inclined in the horizontal or vertical direction according to their position towards the screen normal , Only in the sector in the center of the screen 29 are the optical axes of the micromirrors perpendicular to the screen surface, so there they have no angular orientation to the screen normal.
  • FIG. 5 The planar screen 23 can be divided into sectors in different ways.
  • a division into square or rectangular sectors 30 or a concentric division into circular, elliptical or oval-shaped ring segments 31 starting from the center of the screen or a concentric division into polygonal ring segments 32 of different sizes is preferred, the sector in the center of the screen correspondingly the ring shape has a circular shape, an ellipse shape, an oval shape or a polygon shape. See examples in FIG. 5
  • the finer the division of the screen surface into defined sectors with different spatial orientation or angular orientation of the optical axes of the micromirror structure the more optimally the reflection behavior of the screen can be designed, or the smaller the loss area 19 of the unusable areas reflected projector light radiation (see FIG. 9).
  • FIG. 9 In the exemplary embodiment shown, a flat screen 23 can be seen, which has been divided into 25 rectangular sectors 30 of the same size in a grid pattern.
  • the projector position was assumed to be congruent with the intersection point 18 defined for the example.
  • the intersection 18 is the intersection of the optical axes of the micromirrors, which are located in the sector centers.
  • the projection zone 17 in which the light cones reflected by all the micromirrors overlap and in which the complete projected image can be seen is shown hatched in the sections shown.
  • Concave mirrors are preferred for the micromirror structure in this embodiment of the projection screen according to the invention, since in the case of concave mirrors the reflected radiation first converges to a focal point before it is dispersed.
  • FIG. 7 concave mirrors are therefore advantageous in this embodiment, since in the case of the step-shaped offset 33, the micromirror that results when the micromirrors are inserted obliquely into the screen surface can thereby prevent the reflected light radiation from being partially shadowed by the step-like offset , Design 3 according to the invention:
  • FIG.4 The third possibility is the exact spatial orientation of each individual micromirror on a flat screen 23 according to its position on the screen surface.
  • This defined intersection 18 or the intersection line lies at a certain distance in front of the screen on its surface normal 26.
  • the resulting projection zone 17 corresponds almost identically to the projection zone 17 of a screen according to the embodiment 1 according to the invention (see embodiment example FIG. 8 ), in which each individual micromirror has a different spatial orientation, corresponding to its position on the, in this case, curved surface.
  • FIG. 10 Here the poor reflection behavior of a screen is shown as a comparison, in which the optical axes of the micromirrors are not oriented towards a common intersection or a common intersection line.
  • the optical axes of the micromirrors are parallel to one another.
  • Version 1 is the preferred method according to the invention for plate-shaped curved picture walls
  • version 2 is the preferred method according to the invention for film-like or canvas-shaped (rollable) picture walls.
  • the optical axes of the micromirrors can only be brought approximately to cover in a defined spatial area, the center of which lies on the screen normal, which means that the reflection behavior or the projection zone 17 of the screen cannot be designed as optimally as in Application of version 1, but version 2 can be used for the very economical production of flat film or canvas (rollable) projection screens.
  • version 2 can be used for the very economical production of flat film or canvas (rollable) projection screens.
  • the complex micromirror surface structure divided into sectors can be inexpensively embossed into a corresponding film or canvas in accordance with embodiment 2.
  • a mirror coating eg by metallizing
  • Arched screens according to version 1 can be used, for example, with a two-part press or Stamping tool can be produced. It would be possible to give the screen the desired curvature and the desired micromirror surface structure in the same work step.
  • the screen according to the invention (versions 1-3) is largely insensitive to stray light if, above all, the vertical reflection angle of the screen has been defined accordingly small. If you choose the smallest possible vertical reflection angle for the micromirrors of the screen, then many stray light reflections can be almost completely prevented from the outset. This is to be illustrated in FIG. 11, on which a corresponding screen according to the invention with a small vertical reflection angle is shown in a sectional view. The screen shown here has the same reflection properties as the screen shown in the exemplary embodiment shown in FIG.
  • an interference light source 34 and its interference reflections on two micromirrors 35 and 36 located on the edges of the projection screen are also shown.
  • stray light reflections (light cone) 37 and 38 which emanate from the micromirrors 35 (top) and 36 (bottom) located on the edges of the screen, it can be seen that stray light sources which lie within the critical angular range 40 cause interference reflections, some of which are reflected into the projection zone 17, whereas stray light sources which lie within the uncritical angular range 39 only cause stray light reflections which are reflected past the projection zone 17 and thus do not reach the viewers in the projection zone.
  • the smallest possible vertical reflection angle 13 of the micromirrors must be achieved (with a given projector position and projection screen position).
  • FIG.12 (sectional view): It is also interesting to realize a continuous change in the curvature of the mirrors used. As a result, the horizontal and the vertical reflection angle of the micromirrors used and thus also the horizontal and the vertical reflection angle of the screen can be changed continuously (at the same time).
  • the required change in the micromirror curvature can be done by a device for Generate an electrostatic or electromagnetic field 67, which is in operative connection with the micromirrors.
  • micromirrors are designed such that the curvature of the micromirrors is changed by changing the electrostatic or electromagnetic field.
  • FIG.12 The change in the micromirror curvature can also be determined by a predefined one
  • Pressure change of a fluid 45 happen, which is enclosed in a chamber and is in contact with the micromirrors.
  • the pressure change is achieved by means of a device for generating a predetermined pressure 46, which is operatively connected to said chamber via a line system and the fluid 45.
  • the micromirrors are designed such that a change in pressure in the fluid causes a change in the micromirror curvature.
  • Such a screen (device) will now be described here, in which the change in the micromirror curvature occurs by means of a change in pressure of air in a gas-tight frame structure 42.
  • an elastic, metallic reflective (metallized) film 43 forms the screen surface.
  • the film lies gas-tight on a grid with defined grid openings, which forms the front of the frame construction.
  • the film is connected to the frame construction in a gas-tight manner.
  • the outline shape of the grating openings of the grating described corresponds to the desired outline shape of the micromirrors.
  • a honeycomb-shaped grid 44 is preferred here, the preferred outline shape of a honeycomb being a predetermined hexagon 70 stretched in the direction of the screen height.
  • This honeycomb grid 44 which forms the front of the frame structure 42, is supported by means of a substructure 69 (not shown).
  • the substructure 69 can be flat or have a predetermined curvature. If a curved substructure is used, a curved screen according to embodiment 1 (FIG. 8) can be produced in this way.
  • the metallic reflective film 43 Due to a negative pressure 45 generated in the interior of the gas-tight frame construction 42, the metallic reflective film 43 is drawn into the honeycomb grid 44 and thereby forms a micromirror surface structure 2, in which all micromirrors have approximately the same curvature, the same outline shape and the same dimensions have.
  • the entire screen surface takes on the specified shape of the substructure. (eg a defined curvature).
  • the possible setting range of the vertical and horizontal reflection angle of this screen is essentially dependent on the elastic material properties of the film used.
  • the described screen can also have an adjustable screen curvature, which e.g. can be done by a deformable elastic plate, which is used as a substructure 69 for the grating described, which serves to produce the micromirror surface structure.
  • the elastic plate can be deformed by various forces (e.g. an electrostatic, electromagnetic or mechanical force).
  • the distance between the focal point or focal area to which the optical axes of the micromirrors are aligned can be shifted along the normal to the screen by means of an adjustable screen curvature, which enables a spatially adjustable projection zone 17.
  • an adjustable screen curvature which enables a spatially adjustable projection zone 17.
  • FIG. 13 In this illustration, a method is to be described with which an image wall according to embodiment 1 according to the invention (see FIG. 8) can be produced in a simple manner.
  • Steps A-G The same device as described in FIG. 12 is used in this method.
  • the device described in FIG. 12 serves as a kind of vacuum drawing tool with which the micromirror surface for a screen according to FIG. 8 can be produced.
  • the complete manufacturing process of a screen according to version 1 (FIG. 8) will be briefly described here using a few work steps. (Steps A-G):
  • Step A An elastic, metallic reflective (metallized) film 43 is placed on the honeycomb grid 44 and slightly stretched towards the edges of the gas-tight frame construction 42. The film is then attached to the edges of the gas-tight frame construction in a gas-tight manner, for example by means of a sealing adhesive 47, and is held in position under slight tension.
  • Step B After the metallic reflective film 43 has been correctly positioned on the frame structure 42 and fixed with slight tension, a vacuum 45 is generated inside the frame structure by means of a device for generating a predetermined pressure 46. As a result, the metallic reflective film 43 is inserted into the grid openings of the honeycomb shaped grating 44 and forms a micromirror surface structure, as described in FIG.12.
  • the fixing of the film with the curvatures or micromirrors formed in the individual lattice openings begins when this negative pressure is maintained.
  • the outward side (towards the ambient pressure) of the side, which is deformed by the vacuum, is covered with a hardening material, e.g. B. sprayed with a fast curing resin 49. This can e.g. by means of an automatic spray system 51. This can be followed by a drying process using hot air for faster curing of the resin. ( not shown )
  • This illustration shows the film deformed by negative pressure, with the fixed micromirror surface structure 50.
  • the film with the fixed micromirror surface structure 50 is applied to a carrier plate 55. This is done in a mold with press surfaces, which consists of an upper mold part 52 and a lower mold part 53.
  • a molding tool with defined curved pressing surfaces and a carrier plate 55 with a predetermined curvature are preferably used.
  • an adhesive substance 54 is applied in a uniformly thick layer to the concavely curved side of the carrier plate 55.
  • the film is then connected to the fixed micromirror surface structure 50 by moving the upper mold part 52 and lower mold part 53 together.
  • a cross section through the closed molding tool 57 can be seen in illustration F.
  • the connection by gluing is done with a slight pressure.
  • the curing process of the adhesive layer can be accelerated by a heated mold.
  • the pressing surface of the pressing tool upper part 52 should also be somewhat elastic (e.g. rubberized) in order to prevent damage to the micromirror structure during pressing.
  • Step G After the adhesive substance (adhesive layer) 54 has hardened, the finished screen can be removed from the molding tool. The picture shows the finished screen 56.
  • a non-metallized film eg transparent plastic film
  • the mirroring or metallization of the micromirror surface structure would take place after work step C or G. Similar to the manufacturing process described, a manufacturing process is also conceivable that works with overpressure instead of underpressure.
  • the method described in FIG. 13 can also be used for the production of so-called "master forms” and thereby serve as the basis for a further production method. (3 steps A -C) This process is not shown in the drawing.
  • the "original" picture wall thus produced then serves as a molding tool from which embossing plates 58 (not shown) are molded.
  • the embossing plates 58 produced are then used in embossing tools for the mass production of picture walls.
  • tools with stamping rollers 59 can also be used.
  • the embossing plates 58 produced are converted into embossing rollers, e.g. by attaching to the peripheral surface of suitable rollers.
  • the micromirror surface structure of the embossing plates or rollers 60 can then be processed in a rapid manufacturing process, e.g. be embossed in thermoplastic sheets or thermoplastic films.
  • embossed plates or foils which then have the same micromirror surface structure as the "original" screen, then only have to be coated with a reflecting surface, for example by means of a metallization process 61, as a result of which the micromirror surface structure then receives its metallic reflecting surface 62.
  • the metallized screen plates or foils 63 produced in this way can then, depending on the application, also receive additional coatings (for example protective coatings or coatings with optical properties) 64.
  • the incident light projection screen consist, in particular, in that the mirror-like surface, the micromirror structure reflects the incident projector radiation almost without losses, and in principle the vertical and the horizontal reflection angle of the projection screen due to the exact definition of the reflection behavior of the micromirror structure according to the invention can be precisely defined, which makes almost any conceivable light amplification of the projected image possible at the expense of the reflection angle. that in the interaction of the given reflection behavior of the micromirrors and the defined spatial orientation of the optical axes of the micromirrors, an exact definition of the three-dimensional projection space into which the projected image is reflected is possible. According to the projection screen variant described in FIG. 12, the entire reflection behavior is this Screen can even be flexibly adjusted at any time in a wide range.
  • the spatial reflection behavior of the screen can be optimally designed for each special application in order to achieve the maximum possible light amplification, that a flat or screen-shaped screen with high light intensity can be realized with a flat screen according to the embodiment 2 or 3 according to the invention, as is the case was previously not possible with flat or rollable screens.
  • the vertical reflection angle of the screen can be chosen to be very small, which is advantageous because it enables a considerable increase in light to be achieved without the horizontal reflection angle of the screen having to be restricted, which is of greater importance for the viewer since the eye levels of all viewers are on approximately the same horizontal level.
  • the screen according to the invention is best suited for image projection in bright rooms or under the influence of daylight or stray light.
  • very high light amplifications very good contrast and a very low susceptibility to interference are achievable, which makes the screen according to the invention (in all versions) particularly suitable for this application.
  • Another interesting area of application of the screen according to the invention is the home cinema area.
  • the embodiment 2 according to the invention (tarpaulin screen with sectorally divided micromirror surface structure) seems to be particularly suitable for this area. With this embodiment, flat rollable film or canvas-like picture walls with very high light amplification are possible, which can be manufactured inexpensively in large quantities by stamping technology and subsequent metallization.
  • the screen according to the invention can be irradiated with a wide variety of light sources instead of with a projection device, so that the screen converts the incoming light radiation almost without loss into a defined beam with a defined vertical and horizontal reflection angle. This defined beam with a defined angle of reflection can then e.g. can be used for lighting purposes.
  • the screen according to the invention can also have very large dimensions (length x width), with a significantly enlarged micromirror structure (micromirror structure then becomes a reflection mirror structure!). If a screen design is used as described in FIG.
  • the screen in which the reflection angle of the micromirrors and additionally the screen curvature can be adjusted continuously at any time, then the screen can even be used for very precise and targeted lighting or deflection of light radiation.
  • the incident light projection screen according to the invention can be used in this way for inexpensive large-area lighting of dark building areas or for lighting building areas located far inside by means of sunlight.
  • the screen can be aligned very precisely to a specific light source (e.g. sun).
  • the screen can be automatically aligned with the light source, for example by means of control electronics and light-sensitive sensors. This allows the screen to automatically track a light source that is moving (e.g. the sun).
  • the screen can also be used, for example, for the defined redirection of solar radiation in solar systems, for example in a solar tower system or in general in a concentration mirror solar system (eg a concentration mirror solar system in earth's orbit).
  • the screen described can then take on enormous dimensions, with micromirrors (or better, reflection mirrors!) That have dimensions of several meters!
  • the screen according to the invention with a defined micromirror surface structure can also serve as an advertising screen or notice board, for example in road or rail traffic. If you apply a metallic reflective colored image in a thin layer (e.g. metallized) to the micromirror surface structure, the screen, this colored image is very bright to see if you are at a certain distance with a bright white
  • the lamp on the screen lights up, even in the reflection zone of the
  • Vehicle occupants have an almost self-illuminating image or information sign or text, since the screen reflects the image illuminated by the headlight back to the vehicle in a concentrated manner.
  • micromirrors with an oval outline shape micromirrors with an outline shape that corresponds to a polygonal shape that approximates an ellipse or an oval Device for generating an electrostatic or electromagnetic field Device for generating an specified pressure substructure in the direction of the screen stretched hexagon inner or outer surface (depending on the use of concave or arched mirrors) of a dome from a defined hollow (or thin-walled) ellipsoids, ovaloids, rotating ellipsoids or rotating ovaloids 72 concave curvature (concave mirror)

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Abstract

Die Bildwand (1) besteht aus einem platten- oder folienähnlichen Grundmaterial, dessen Oberfläche aus nebeneinander liegend angeordneten Hohl- oder Wölbspiegeln gleicher Grösse mit gleichen Spiegelkrümmungen besteht. Die Mikrospiegel der Mikrospiegel-Oberflächen-Struktur (2) haben vorzugsweise eine elliptische Umrissform (4) oder eine gestreckte sechseckige Umrissform (5). Die Mikrospiegel sind auf der Bildwandoberfläche in einem vorgegebenen Raster (3) mit bienenwabenförmiger Struktur derart angeordnet, dass ihre lange Halbachse vertikal orientiert ist. Durch die in horizontaler und vertikaler Richtung verschiedenen Krümmungen der Mikrospiegel wird das projizierte Licht (6) in Form eines elliptischen (7) bzw. annähernd elliptischen Lichtkegels (8) reflektiert. Die Mikrospiegel sind räumlich so orientiert, dass sich ihre optischen Achsen in einem definierten Schnittpunkt (18) auf der Bildwandnormalen (26) schneiden, wodurch sich eine räumliche Überlagerungszone (17) aller von den Mikrospiegeln reflektierten Lichtkegel ergibt, in der das reflektierte Bild gesehen werden kann. In Verlustbereiche (19) ausserhalb dieser Überlagerungszone (17) wird nur wenig oder kein Licht reflektiert.

Description

Bildwand :
Bei den Auflicht-Bildwänden, die bisher bekannt sind, werden entweder weiße Flächen benutzt, die über den Raumwinkel gleichmäßig reflektieren oder der Bildschirmoberfläche wird eine Reflexionsvorzugsrichtung gegeben z.B. durch die Beimengung von Glasperlen in das Oberflächenbeschichtungsmaterial. Es sind auch Auflicht-Bildwände mit einer
Reflexionsvorzugsrichtung bekannt, die metallisch reflektierende Schirmoberflächen besitzen, welche eine parabolisch gekrümmte Oberfläche haben.
Bei allen bisher bekannten Auflichtprojektionsbildwänden ist das gemeinsame Merkmal eine relativ geringe Eignung für die Projektion in hellen Räumen oder unter Tageslicht- bzw. Störlicht- einfluß, weil das projizierte Bild im Vergleich zur Umgebungshelligkeit ungenügend hell beim Betrachter ankommt, bzw. weil von der Bildwand reflektiertes Störlicht ( z.B. Deckenlicht) das projizierte Bild zu sehr überstrahlt. Außerdem wird Störlicht normalerweise ähnlich stark von der Oberfläche der bekannten Bildwände diffus in Richtung der Betrachter reflektiert, wie das projizierte Bild, was den Kontrast des projizierten Bildes bei heller Raumbeleuchtung bzw. bei starker Außenhelligkeit erheblich verringert.
Das projizierte Bild erscheint dann kontrastlos und farbarrn. Bei den parabolisch bzw. elliptisch gekrümmten Schirmen oder bei den gerichtet reflektierenden Glasperiwänden ist die Eignung für Hellraumprojektionen zwar besser, doch haben diese Schirmtypen wiederum den Nachteil einer geringen Seitensichtigkeit, weil das projizierte Bild nur in einem kleinen horizontalen Raumwinkel bzw. Relexionswinkel zurückgestrahlt wird.
Der Erfindung lag deswegen die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Auflichtprojektionsbildwand zu entwickeln, die vor allen Dingen in hellen Räumen ( z.B. Konferenzräume) mit Deckenlicht und unter Tageslichteinfluss eingesetzt werden kann, ohne starke Kontrast- oder Helligkeitsverluste der Projektionsdarstellung hinnehmen zu müssen . Außerdem war es das Ziel eine Auflichtbildwand zu entwickeln, bei der das projizierte Bild in einem großen horizontalen aber in einem kleinen vertikalen Raumwinkel reflektiert wird, um eine hohe Lichtverstärkung zu erzielen. Dabei war es ein weiteres Ziel den horizontalen und den vertikalen Raumwinkel in den das projizierte Bild reflektiert wird genau definieren zu können, Ein weiteres Ziel war es, eine Auflicht-Projektionsbildwand zu entwickeln, bei welcher der gesamte dreidimensionale Raum, in den das Bild reflektiert wird, äußerst genau definiert werden kann. Eine Auflicht-Projektions-Bildwand nach der Erfindung ist in Fig.1 : an einem Beispiel dargestellt. Die Bildwand 1 besteht in der gezeigten erfindungsgemäßen Ausführung Nr.1 aus einer sphärisch, ellipsoidisch oder paraboloidisch gekrümmten Fläche, deren reflektierende Oberfläche aus der erfindungsgemäßen Mikrospiegel-Oberflächenstruktur 2 besteht. Fig.2: Die erfindungsgemäße Mikrospiegel-Oberflächenstruktur 2 besteht dabei aus Hohloder Wölbspiegeln kleiner Abmessung ( Mikrospiegel ), die in einem vorgegebenen Raster auf der Bildwandoberfläche nebeneinanderliegend angeordnet sind. der Bildwandoberfläche nebeneinanderliegend angeordnet sind.
Das erfindungsgemäß bevorzugte Raster ist ein Raster mit bienenwabenformiger Struktur 3. Die Mikrospiegel-Oberflächenstruktur 2 kann dabei sowohl aus einzelnen Mikrospiegeln zusammengesetzt sein oder aus einem durchgängigen Medium bestehen, in das die Mikro- spiegel definiert nebeneinanderliegend eingeformt sind. Die erfindungsgemäß bevorzugte Spiegeloberfläche der Mikrospiegel ist dabei eine metallisch glänzende Spiegeloberfläche. Es können jedoch auch Mikrospiegel zum Einsatz kommen mit einer leicht matt metallisch glänzenden Spiegeloberfläche, um den starken Spiegeleffekt der Mikrospiegel geringfügig abzumildern. Die Größe der Mikrospiegel ist dabei gerade so klein zu wählen, dass die pixelabhängige Bildschärfe der gängigsten Projektoren voll ausgenutzt werden kann, bzw. so, dass sich die Zuschauer nicht durch einen "Rasterpunkteeffekt" gestört fühlen. Da dies je nach Anwendungsfall ( z.B. Heimkino oder Stadionleinwand ) sehr unterschiedliche maximale Mikrospiegelgrößen zulässt, können die möglichen maximalen Abmessungen der Mikrospiegel in der Praxis ca. in einem Bereich zwischen 0,5- 30 mm liegen. Die in der erfindungsgemäßen Mikrospiegel- struktur verwendeten Mikrospiegel haben dabei eine definierte elliptische Umrissform 4, eine definierte ovale Umrissform 65, eine definierte gestreckte sechseckförmige Umrissform 5, oder eine Umrissform die einem definierten Polygonzug entspricht, der eine Ellipse oder ein Oval annähert 66 ( z.B. ein definiertes gestrecktes Sechseck, Viereck, Achteck, Zehneck, Zwölfeck usw. ) Dabei gilt, je höher die Eckenzahl des Polygons, desto besser die Annäherung. Die erfindungsgemäß bevorzugten Umrissformen sind dabei die definierte elliptische Umrissform 4, die definierte ovale Umrissform 65 oder die definierte sechseckförmige Umrissform 5. Die dreidimensionale Form der Spiegeloberfläche der Mikrospiegel, entspricht dabei abhängig von der gewählten Umrissform, exakt oder annähernd genau der Innen- oder Außenfläche ( je nach Verwendung von Hohl- oder Wölbspiegeln ) einer Ausschnitts-Kalotte aus einem definierten hohlen ( bzw. dünnwandigen ) Ellipsoiden, Ovaloiden, Rotationsellipsoiden oder Rotationsovaloiden 71.
FIG 2 : Die Mikrospiegel sind dabei erfindungsgemäß bezogen auf eine senkrecht montierte Bildwand ( Bildwand in Benutzerstellung ) mit ihrer langen Halbachse genau in Richtung der Bildwandhöhe bzw. in vertikaler (Y)-Richtung und mit ihrer kurzen Halbachse genau in Richtung der Bildwandbreite bzw. in horizontaler (X)- Richtung auf der Bildwandoberfläche orientiert, wenn diese sich in der Benutzerstellung befindet. FIG 2 : Die erfindungsgemäß verwendeten, mit ihrer langen Halbachse in vertikaler Richtung ( bzw. in Richtung der Bildwandhöhe ) orientierten Mikrospiegel haben die Eigenschaft, dass Sie die ankommende Projektorstrahlung 6 in Form eines elliptischen oder ovalen Lichtkegels 7 oder in Form eines annähernd elliptischen oder annähernd ovalen Lichtkegels 8 ( im Falle der polygonförmigen Umrissform, welche eine Ellipse oder ein Oval annähert ) zum Betrachter hin reflektieren. Hierbei ist die lange Halbachse des reflektierten elliptischen bzw. ellipsenähnlichen Lichtkegels in horizontaler Richtung und die kurze Halbachse in vertikaler Richtung orientiert.
Fig 3: Die in der erfindungsgemäß beschriebenen Oberflächenstruktur verwendeten Mikrospiegel mit der in vertikaler (Y)-Richtung orientierten langen Spiegelhalbachse 9 und der in horizontaler Richtung orientierten kurzen Spiegelhalbachse 10 haben eine schwache vertikale Krümmung 11 ( bzw. einen großen vertikalen Krümmungsradius ) und eine starke horizontale Krümmung 12 ( bzw. einen kleinen horizontalen Krümmungsradius). Hierdurch wird der vertikale Reflexionswinkel 13 ( αy) des Mikrospiegels wesentlich kleiner als der horizontale Reflexionswinkel 14 ( αx ), was erheblich lichtverstärkend wirkt, jedoch einen großen horizontalen Reflexionswinkel der Bildwand zulässt. Die genannte Krümmung der Mikrospiegel kann dabei entweder eine ( konkave) Krümmung nach innen ( Hohlspiegel ) oder eine ( konvexe ) Krümmung nach außen ( Wölbspiegel ) sein.
Das Verhältnis des vertikalen Reflexionswinkel 13 zum horizontalen Reflexionswinkel 14 der Mikrospiegel hängt dabei in direkter Weise vom Verhältnis der kurzen Spiegelhalbachse 10 zur langen Spiegelhalbachse 9 der Mikrospiegel ab.
FIG.2: Die Form der reflektierten elliptischen oder ovalen Lichtkegel 7 bzw. die Form der annähernd elliptischen oder annähernd ovalen Lichtkegel 8 ( im Falle der polygonförmigen Umrissform der Mikrospiegel ) ist somit exakt durch das Verhältnis der langen Spiegelhalbachse 9 der Mikrospiegel zu deren kurzen Spiegelhalbachse 10, sowie durch die Stärke der Mikro- Spiegelkrümmung und die genaue Umrissform der Mikrospiegel definierbar.
Dadurch ist mit der erfindungsgemäßen Bildwand, mit der beschriebenen Mirospiegel-Oberflächenstruktur, eine genau definierte Reflexion des projizierten Bildes realisierbar. Außerdem kann der räumliche Bereich, in den das Bild reflektiert wird, sehr genau festgelegt werden.
Hierbei gilt : - Je stärker die Krümmung der Mikrospiegel ( Hohl- oder Wölbspiegel ) ist, desto größer ist der vertikale und der horizontale Reflexionswinkel, mit dem die einfallende Projektorstrahlung reflektiert wird. Je größer das Verhältnis der langen zur kurzen Spiegelhalbachse der Mikrospiegel ist, desto größer ist das Verhältnis zwischen dem horizontalen und dem vertikalen Reflexionswinkel, der von den Mikrospiegeln reflektierten Lichtstrahlung. FIG.8/9: Dadurch ist es möglich Bildwände zu realisieren, bei denen der vertikale Reflexionswinkel der Bildwand 16 wesentlich kleiner ist als der horizontale Reflexionswinkel der Bildwand 15, wodurch sich eine hohe Lichtverstärkungswirkung ohne die Einschränkung eines zu kleinen horizontalen Abstrahlwinkels ergibt. ( siehe Ausführungs-Beispiele Fig.8 und Fig.9 ) Um das angestrebte optimalste Reflexionsverhalten der erfindungsgemäßen Bildwand zu erhalten, müssen die Mikrospiegel der e'rfindungsgemäß bevorzugten bienenwabenförmigen Mikrospiegel-Oberflächenstruktur entsprechend der geplanten Größe der Projektionszone 17 (=Zuschauerraum) eine genau definierte räumliche Orientierung auf der Bildwandoberfläche besitzen. Dabei ist es das Ziel, alle Mikrospiegel möglichst so zu orientieren, dass sich Ihre Spiegelnormalen ( optischen Achsen ) alle in einem zuvor definierten Schnittpunkt 18 oder auf einer Schnittgeraden mit definierter Länge, in einem bestimmten Abstand vor der Bildwand auf der Bildwand-Normalen 26 schneiden, oder dass sie die Bildwandnormale an einer bestimmten Position in einem vorgegebenen engen Bereich um die Bildwandnormale schneiden. Von der definierten Lage dieses Schnittpunktes bzw. der Schnittgeraden oder des Schnittbereichs hängt das Reflexionsverhalten der Bildwand und das Erreichen der optimalsten Form der Projektionszone 17 mit einer möglichst hohen Lichtverstärkung wesentlich ab. Außerdem wird hierdurch erreicht, dass der Verlust-Bereich 19, in dem sich nicht alle von den Mikro- spiegeln reflektierten Lichtkegel überdecken, minimiert wird, wodurch die Projektorleistung optimal genutzt werden kann. Denn nur in der räumlichen Überlagerungszone ( = Projektionszone 17 ), in der sich die von allen Mikrospiegeln ausgehenden reflektierten elliptischen bzw. ellipsenähnlichen Lichtkegel überdecken, kann das gesamte projizierte Bild gesehen werden. Setzt man voraus, dass der Projektor auf der Bildwand-Normalen 26 positioniert ist, dann befindet sich in einem zur Bildwand parallelen schmalen vertikalen Bereich 20, welcher nahe des definierten Schnittpunktes 18 durch die Projektionszone geht, der optimalste Bereich der Projektionszone, weil sich hier die von allen Mikrospiegeln reflektierten Lichtkegel nahezu zu 100% überdecken. Im optimalsten Fall ist dieser Bereich sehr schmal und er liegt auf das vertikale und horizontale Reflexionsverhalten der Bildwand bezogen ( siehe horizontaler und vertikaler Schnitt durch die Projektionszone - z.B. FIG. 8 ) annähernd in der gleichen Ebene, was z.B. durch eine genaue Definition der Krümmung der Bildwand ( in der Ausführung 1 ) bzw. durch eine genaue Definition der Schnittgeraden der optischen Achsen aller Mikrospiegel noch weiter optimiert werden kann.( z.B. durch eine definierte ellipsoidische Krümmung der Bildwand) Erfindungsgemäß wurden 3 Ausführungen entwickelt, um eine definierte räumliche Orientierung der Mikrospiegel in der Art zu erreichen, dass sich ihre optischen Achsen auf der Bildwandnormalen in einem gemeinsamen Schnittpunkt oder auf einer Schnittgeraden vorgegebener Länge schneiden, oder dass sich ihre optischen Achsen in einem vorgegebenen engen räumlichen Bereich um die Bildwandnormale schneiden. Beschreibung der 3 Ausführungen : erfindunqsqemäße Ausführung 1 : FIG.8: Räumliche Orientierung der Mikrospiegel durch eine definiert sphärisch, ellipsoidisch oder paraboloidisch gekrümmte Bildwand 21. Dabei gilt: Die optische Achse jedes Mikrospiegels steht jeweils senkrecht zur gekrümmten Fläche der Bildwand. Dadurch schneiden sich z.B. im Falle einer sphärischen Krümmung der Bildwand die optischen Achsen aller Mikrospiegel im Kugelmittelpunkt 22 der sphärisch gekrümmten Bildwand-Fläche. Im Falle einer definierten ellipsoidischen Krümmung der Bildwand schneiden sich die optischen Achsen aller Mikrospiegel auf einer Schnittgeraden definierter Länge, die auf der Bildwandnormalen ( bzw. auf der Flächennormalen der Bildwandmitte ) liegt. Die Länge dieser Schnittgeraden hängt dabei von der ellipsoidischen Krümmung ab. Mit einer ellipsoidisch gekrümmten Bildwand kann das Relexionsverhalten der Bildwand und damit der optimalste Bereich der Projektionszone 20 noch genauer gestaltet werden als mit der sphärischen Krümmung.
FIG.8: Im gezeigten Ausführungs-Beispiel einer sphärisch gekrümmten Bildwand 21 wurde zur Vereinfachung der Darstellung die Projektorposition deckungsgleich mit dem Kugelmittelpunkt 22 der sphärisch gekrümmten Bildwand angenommen. Bei einer Positionierung des Projektors außerhalb des Kugelmittelpunktes 22 auf der Bildwandnormalen 26 ändern sich der vertikale und der horizontale Reflexionwinkel der Bildwand, was im Design der Bildwand, durch eine entsprechende Wahl der Reflexionswinkel der Mikrospiegel berücksichtigt werden muss. Eine Positionierung des Projektors außerhalb der Bildwandnormalen 26 ( z.B. bei einer Deckenmontierung des Projektors ) kann bis zu einem gewissen Grad durch eine leichte Schwenkung der Bildwand um ihre horizontale Mittelachse gut korrigiert werden.
Erfindungsqemäße Ausführung 2 :
FIG.6 / 9: Einteilung einer planen Bildwand 23 in eine bestimmte Anzahl von Sektoren 24, mit jeweils unterschiedlicher räumlicher Orientierung 25 der Mikrospiegel, bezogen auf die Bildwand-Normale 26.
Jeder Sektor besitzt dabei eine speziell von seiner Lage auf der Bildwand abhängige definierte Mikrospiegel-Oberflächenstruktur 2. Die Mikrospiegel besitzen dabei in jedem Sektor eine einheitliche räumliche Orientierung 27 ihrer optischen Achsen. FIG.9: Die räumliche Orientierung der Mikrospiegel in den einzelnen Sektoren ist dabei so gewählt, dass sich die optischen Achsen, der jeweils im Sektorzentrum liegenden Mikrospiegel, in einem zuvor definierten Schnittpunkt 18 oder auf einer Schnittgeraden mit definierter Länge schneiden, wobei der Schnittpunkt oder die Schnittgerade in einem bestimmten Abstand vor der planen Bildwand 23 auf der Flächen-Normalen 26 liegt. Die optischen Achsen der Mikrospiegel, die nicht in der Sektormitte liegen, schneiden dabei einen vorgegebenen engen räumlichen Bereich um den oben genannten Schnittpunkt 18 bzw. um die Schnittgerade herum. FIG.6: Die räumliche Orientierung der Mikrospiegel, oder besser gesagt die Winkelausrichtung der optischen Achsen der Mikrospiegel, ist bei dieser Bildwand-Ausführung in den Eck-Sektoren 28 der Bildwand am stärksten ausgeprägt. Sowohl die vertikale als auch die horizontale Neigung, der optischen Achsen der Mikrospiegel zur Bildwandnormalen hin, ist in den Eck-Sektoren 28 am größten. FIG.7 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines kleinen Teilausschnittes aus einem solchen Ecksektor. Die Mikrospiegel ( Hohlspiegel ) haben dabei einen in Richtung der Bildwandhöhe gestreckten sechseckförmigen Umriss.
FIG.6: In den Sektoren, die auf der Horizontalen (X)-Mittelachse bzw. auf der Vertikalen (Y)- Mittelachse der Bildwand liegen, sind die Mikrospiegel jeweils nur in horizontaler- oder in vertikaler Richtung entsprechend ihrer Lage zur Bildwandnormalen hin geneigt. Nur in dem Sektor in der Bildwandmitte 29 stehen die optischen Achsen der Mikrospiegel senkrecht zur Bildwandoberfläche, besitzen dort also keine Winkelausrichtung zur Bildwand-Normalen. FIG.5: Die Einteilung der planen Bildwand 23 in Sektoren kann dabei in unterschiedlicher Weise erfolgen. Bevorzugt wird hier eine Einteilung in quadratische oder rechteckige Sektoren 30 bzw. eine von der Bildwandmitte ausgehende konzentrische Einteilung in kreis-, ellipsen- oder ovalförmige Ringsegmente 31 oder eine konzentrische Einteilung in polygonförmige Ringsegmente 32 verschiedener Größe, wobei der jeweils in der Bildwandmitte liegende Sektor entsprechend der Ringform eine Kreisform, eine Ellipsenform, eine Ovalform oder eine Polygon- form besitzt. Siehe Beispiele in FIG.5
Es gilt hierbei : Je feiner die Einteilung der Bildwandoberfläche in definierte Sektoren mit unterschiedlicher räumlicher Orientierung bzw. Winkelausrichtung der optischen Achsen der Mikrospiegelstruktur ist, desto optimaler kann das Reflexionsverhalten der Bildwand gestaltet werden, bzw. desto kleiner ist der Verlust-Bereich 19 der nicht nutzbaren reflektierten Projektor- Lichtstrahlung ( siehe FIG.9 ).
FIG.9: Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine plane Bildwand 23 zu sehen, die gitterrasterförmig in 25 gleich große Rechtecksektoren 30 eingeteilt wurde. Bei diesem Beispiel wurde zur Vereinfachung der Darstellung die Projektorposition als deckungsgleich, mit dem für das Beispiel definierten Schnittpunkt 18 angenommen. Hierbei ist der Schnittpunkt 18 der Schnittpunkt der optischen Achsen der Mikrospiegel, die in den Sektorzentren liegen. Die Projektionszone 17 in der sich die von allen Mikrospiegeln reflektierten Lichtkegel überlagern und in der das komplette projizierte Bild gesehen werden kann, ist in den dargestellten Schnitten schraffiert dargestellt. Für die Mikrospiegelstruktur werden bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung der Bildwand Hohlspiegel bevorzugt, da bei Hohlspiegeln die reflektierte Strahlung zunächst zu einem Brennpunkt zusammenläuft, bevor sie sich zerstreut. FIG.7 : Hohlspiegel sind daher bei dieser Ausführung vorteilhaft, da sich bei dem treppen- förmigen Versatz 33 der Mikrospiegel, der sich bei schräg in die Bildwandoberfläche eingebrachten Mikrospiegeln ergibt, dadurch ein teilweises Abschatten der reflektierten Lichtstrahlung, durch den treppenförmigen Versatz, verhindern lässt. Erfindungsgemäße Ausführung 3 :
FIG.4: Die dritte Möglichkeit ist die exakte räumliche Orientierung jedes einzelnen Mikrospiegels auf einer planen Bildwand 23 entsprechend seiner Position auf der Bildwandoberfläche. Auch hierbei ist es das Ziel, dass sich die optischen Achsen aller Mikrospiegel, der Mikro- spiegeloberflächenstruktur 2, in einem zuvor definierten Schnittpunkt 18 oder auf einer Schnittgeraden definierter Länge schneiden. Dieser definierte Schnittpunkt 18 oder die Schnittgerade, liegt dabei in einem bestimmten Abstand vor der Bildwand auf deren Flächennormalen 26. Die dabei entstehende Projektionszone 17 entspricht dabei fast identisch derjenigen Projektionszone 17 einer Bildwand nach der erfindungsgemäßen Ausführung 1. ( siehe Ausführungs-Beispiel FIG.8 ), bei der auch jeder einzelne Mikrospiegel eine unterschiedliche räumliche Orientierung besitzt , seiner Position auf der, in diesem Fall, gewölbten Fläche entsprechend.
FIG.10: Hier ist als Vergleich das schlechte Reflexionsverhalten einer Bildwand dargestellt, bei der die optischen Achsen der Mikrospiegel nicht zu einem gemeinsamen Schnittpunkt bzw. zu einer gemeinsamen Schnittgeraden hin orientiert sind.
Die optischen Achsen der Mikrospiegel sind in diesem Beispiel zueinander parallel. Es ist deutlich zu erkennen, dass die räumliche Überlagerungszone (=Projektionszone 17 ), in der sich die von allen Mikrospiegeln ausgehenden reflektierten Lichtkegel überdecken, wesentlich kleiner ist als bei den beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungen 1-3 ( Fig.8 / Fig.9 ) Von den erfindungsgemäßen Ausführungen 1-3 zur definierten Ausrichtung der Mikrospiegel, wird die Ausführung 1 und die Ausführung 2 bevorzugt. Die Ausführung 1 ist dabei die erfindungsgemäß bevorzugte Methode für plattenförmige gewölbte Bildwände, während die Ausführung 2 die erfindungsgemäß bevorzugte Methode für folien- bzw. leinwandförmige ( rollbare ) Bildwände ist. Mit der Ausführung 2 können zwar die optischen Achsen der Mikrospiegel nur annähernd in einem definierten räumlichen Bereich, dessen Mitte auf der Bildwandnormalen liegt, zur Deckung gebracht werden, wodurch das Reflexionsverhalten bzw. die Projektionszone 17 der Bildwand nicht ganz so optimal gestaltet werden kann wie bei Anwendung der Ausführung 1 , dafür ist die Ausführung 2 jedoch für die sehr wirtschaftliche Herstellung planer folien- bzw. leinwandförmiger ( rollbarer ) Projektionswände anwendbar. Zum Beispiel mittels eines speziellen Prägewerkzeuges, bzw. einer Prägewalze kann die komplexe sektoriell eingeteilte Mikrospiegel-Oberflächenstruktur gemäß der Ausführung 2 kostengünstig in eine entsprechende Folie bzw. Leinwand eingeprägt werden. Danach ist lediglich noch das Aufbringen einer Spiegelbeschichtung ( z.B. durch Metallisieren ) und eventuell einer zusätzlichen Schutzschicht notwendig. Gewölbte Bildwände nach der Ausführung 1 können z.B. mit einem zweiteiligen Press- bzw. Prägewerkzeug hergestellt werden. Dabei wäre es möglich der Bildwand im gleichen Arbeitsgang die gewünschte Wölbung und die gewünschte Mikrospiegeloberflächenstruktur zu geben.
Gegen Störlicht ist die erfindungsgemäße Bildwand ( Ausführungen 1-3 ) weitestgehend unempfindlich, wenn vor allen Dingen der vertikale Reflexionswinkel der Bildwand entsprechend klein definiert wurde. Wählt man für die Mikrospiegel der Bildwand einen möglichst kleinen vertikalen Reflexionswinkel, dann können viele Störlichtreflexionen von vorne herein nahezu vollständig verhindert werden. Dies soll das Bild FIG.11 , auf dem eine entsprechende erfindungsgemäße Bildwand mit kleinem vertikalen Reflexionswinkel in Schnittdarstellung dargestellt ist, verdeutlichen. Die dargestellte Bildwand besitzt dabei die gleichen Reflexionseigenschaften wie die in dem Ausführungs-Beispiel FIG.8 abgebildete Bildwand.
In dem abgebildeten vertikalen Schnitt durch die Mitte der Projektionszone 17 der Bildwand, ( gemäß dem Ausführungs-Beispiel in FIG.8 ) ist außerdem eine Störlichtquelle 34 und deren Störreflexionen an zwei an den Bildwandrändem liegenden Mikrospiegeln 35 und 36 dargestellt. Die Lage der Störlichtquelle wurde dabei so ausgewählt, dass von den an den Bildwandrändern, liegenden Mikrospiegeln 35 (oben) und 36 (unten) gerade kein Störlicht in die definierte Projektionszone 17 ( =Zuschauerraum ) reflektiert wird.
Aus den konstruierten Störlichtreflexionen (Lichtkegel) 37 und 38, die von den an den Bildwandrändern liegenden Mikrospiegeln 35 (oben) und 36 (unten) ausgehen, kann ersehen werden, dass Störlichtquellen, die innerhalb des kritischen Winkelbereiches 40 liegen, Störreflexionen verursachen, welche teilweise in die Projektionszone 17 reflektiert werden, wogegen Störlichtquellen, die innerhalb des unkritischen Winkelbereiches 39 liegen, lediglich Störlichtreflexionen verursachen, die an der Projektionszone 17 vorbeireflektiert werden, und damit die Zuschauer in der Projektionszone nicht erreichen. Um einen möglichst großen unkritischen Winkelbereich 39 zu erreichen, ohne Störreflexionen in der Projektionszone zu verursachen, muß daher im wesentlichen ein möglichst kleiner vertikaler Reflexionswinkel 13 der Mikrospiegel erreicht werden ( bei vorgegebener Projektorposition und Bildwand Position ) Es gilt außerdem, dass der Kontrast der erfindungsgemäßen Bildwand desto besser wird, je kleiner der vertikale Reflexionswinkel der Mikrospiegel gewählt wird, da die Störlichteinflüsse mit kleiner werdendem vertikalen Reflexionswinkel der Mikrospiegel immer geringer werden. FIG.12: ( Schnittdarstellung ) : Interessant ist auch die Realisierung einer stufenlosen Änderung der Spiegelkrümmung der verwendeten Mikrospiegel. Dadurch kann der horizontale und der vertikale Reflexionswinkel der verwendeten Mikrospiegel und damit auch der horizontale und der vertikale Reflexionswinkel der Bildwand ( gleichzeitig ) stufenlos geändert werden. Die dafür erforderliche Änderung der Mikrospiegel-Krümmung kann durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes 67 geschehen, welche mit den Mikrospiegeln in Wirkverbindung steht.
Hierbei sind die Mikrospiegel derart ausgeführt, dass durch Ändern des elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes die Krümmung der Mikrospiegel verändert wird. FIG.12: Die Änderung der Mikrospiegel-Krümmung kann auch durch eine vorgegebene
Druckänderung eines Fluids 45 geschehen, welches in einer Kammer eingeschlossen ist und mit den Mikrospiegeln in Kontakt ist. Die Druckänderung wird dabei mittels einer Vorrichtung zum Erzeugen eines vorgegebenen Druckes 46 erreicht, welche über ein Leitungssystem und das Fluid 45 mit der genannten Kammer in Wirkverbindung steht. Die Mikrospiegel sind dabei derart ausgeführt, dass eine Druckänderung in dem Fluid eine Änderung der Mikrospiegel- krümmung verursacht.
Hier soll nun eine derartige Bildwand ( Vorrichtung ) beschrieben werden, bei welcher die Änderung der Mikrospiegel-Krümmung mittels einer Druckänderung von Luft in einer gasdichten Rahmenkonstruktion 42 geschieht. Hierbei bildet eine elastische metallisch reflektierende ( metallisierte) Folie 43 die Bildwandoberfläche. Die Folie liegt dabei gasdicht auf einem Gitter mit definierten Gitteröffnungen auf, welches die Vorderseite der Rahmenkonstruktion bildet. . Die Folie ist dabei gasdicht mit der Rahmenkonstruktion verbunden. Die Umrissform der Gitteröffnungen des beschriebenen Gitters entspricht dabei der gewünschten Umrissform der Mikrospiegel. Bevorzugt wird hierbei ein wabenförmiges Gitter 44, wobei die bevorzugte Umrissform einer Wabe ein vorgegebenes in Richtung der Bildwandhöhe gestrecktes Sechseck 70 ist. Dieses wabenförmige Gitter 44, welches die Vorderseite der Rahmenkonstruktion 42 bildet, wird dabei mittels einer Unterkonstruktion 69 ( nicht dargestellt ) unterstützt. Die Unterkonstruktion 69 kann dabei plan sein oder eine vorgegebene Krümmung besitzen. Bei der Verwendung einer gekrümmten Unterkonstruktion kann hierdurch eine gekrümmte Bildwand gemäß der Ausführung 1 ( FIG. 8 ) erzeugt werden.
Durch einen erzeugten Unterdruck 45 im Inneren der gasdichten Rahmenkonstruktion 42, wird die metallisch reflektierende Folie 43 in das wabenförmige Gitter 44 gezogen und bildet dabei eine Mikrospiegel-Oberflächenstruktur 2 aus, bei der alle Mikrospiegel annähernd die gleiche Krümmung, die gleiche Umrissform und die gleichen Abmessungen besitzen. Die gesamte Bildwandoberfläche nimmt dabei die vorgegebene Form der Unterkonstruktion an. ( z.B. eine definierte Krümmung ). Durch eine Änderung des Unterdruckes 45 im Inneren der Rahmenkonstruktion mittels einer Vorrichtung zur Erzeugung eines vorgegebenen Druckes 46 ( Unterdruck) kann dann der horizontale 15 und der vertikale Reflexionswinkel 16 der Bildwand, durch die hierdurch verursachte Änderung des vertikalen 13 und des horizontalen Reflexionswinkel 14 der Mikrospiegel, gleichzeitig stufenlos eingestellt werden. Dadurch kann die Lichtverstärkung, sowie der Kontrast und die Störlichtanfälligkeit der Bild- wand stufenlos eingestellt werden.
Der mögliche Einstellbereich des vertikalen und horizontalen Reflexionswinkel dieser Bildwand ist dabei im wesentlichen von den elastischen Materialeigenschaften der verwendeten Folie abhängig. Die beschriebene Bildwand kann außerdem zusätzlich noch eine verstellbare Bildwandwölbung besitzen, was z.B. durch eine verformbare elastische Platte geschehen kann, die als Unterkonstruktion 69 für das beschriebene Gitter eingesetzt wird, welches zur Erzeugung der Mikrospiegel-Oberflächenstruktur dient. Die Verformung der elastischen Platte kann dabei durch verschiedene Kraftwirkungen erfolgen ( z.B. durch eine elektrostatische, elektro- magnetische oder mechanische Kraftwirkung ) .
Durch eine verstellbare Bildwandwölbung kann der Abstand des Brennpunktes bzw. Brennbereiches, auf den die optischen Achsen der Mikrospiegel hin ausgerichtet sind entlang der Bildwandnormalen verschoben werden, was eine räumlich einstellbare Projektionszone 17 ermöglicht. Zusammen mit der Einstellbarkeit der Reflexionswinkel der Mikrospiegel ist hierdurch das Reflexionsverhalten dieser Bildwand ( insbesondere die Lichtverstärkung ) in einem weiten Bereich kontrolliert einstellbar.
Zum Schutz der verstellbaren Mikrospiegel-Oberflächenstruktur vor Zerstörung, kann in einem geringen Abstand direkt vor der Mikrospiegel-Oberflächenstruktur zusätzlich noch eine transparente Platte bzw. Abdeckung angebracht sein. FIG.13: In dieser Darstellung soll ein Verfahren beschrieben werden, mit dem auf einfache Weise eine Bildwand nach der erfindungsgemäßen Ausführung 1 ( siehe FIG.8 ) hergestellt werden kann.
Bei diesem Verfahren wird die gleiche Vorrichtung verwendet wie in FIG.12 beschrieben. Hierbei dient die in FIG.12 beschriebene Vorrichtung als eine Art Vakuumziehwerkzeug mit dem die Mikrospiegeloberfläche für eine Bildwand nach FIG. 8 hergestellt werden kann. Der komplette Herstellungsvorgang einer Bildwand nach der Ausführung 1 ( FIG. 8 ) soll hier kurz anhand einiger Arbeitschritte beschrieben werden. ( Arbeitsschritte A-G ) :
Arbeitschritt A : Eine elastische metallisch reflektierende ( metallisierte ) Folie 43 wird auf das wabenförmige Gitter 44 aufgelegt und zu den Rändern der gasdichten Rahmenkonstruktion 42 hin leicht gespannt. An den Rändern der gasdichten Rahmenkonstruktion wird die Folie dann gasdicht befestigt z.B. mittels eines Dichtungsklebers 47 und unter leichter Spannung in Position gehalten. Arbeitschritt B : Nachdem die metallisch reflektierende Folie 43 auf der Rahmenkonstruktion 42 richtig in Position gebracht und mit leichter Spannung fixiert ist, wird mittels einer Vorrichtung zur Erzeugung eines vorgegebenen Druckes 46 im Innern der Rahmenkonstruktion ein Unterdruck 45 erzeugt. Dadurch wird die metallisch reflektierende Folie 43 in die Gitteröffnungen des waben- förmigen Gitters 44 gezogen und bildet dabei eine Mikrospiegel-Oberflächenstruktur aus, wie in FIG.12 beschrieben.
Arbeitschritt C :
Nachdem in der gasdichten Rahmenkonstruktion 42 durch das Einstellen eines bestimmten Unterdrucks die richtige Krümmung der Mikrospiegel erreicht ist, beginnt bei der Beibehaltung dieses Unterdruckes die Fixierung der Folie mit den in den einzelnen Gitteröffnungen ausgebildeten Krümmungen bzw. Mikrospiegeln. Dabei wird die nach außen ( zum Umgebungsdruck hin ) gerichtete Seite der, durch den Unterdruck verformten Folie 48 mit einem Aushärtenden Material z. B. mit einem schnellaushärtenden Harz 49 besprüht. Dies kann z.B. mittels einer automatischen Sprühanlage 51 geschehen. Daran anschließend kann zur schnelleren Aushärtung des Harzes noch ein Trocknungsvorgang mittels Heißluft erfolgen. ( nicht dargestellt )
Darstellung D :
Diese Darstellung zeigt die durch Unterdruck verformte Folie, mit der fixierten Mikrospiegel- Oberflächenstruktur 50.
Arbeitschritt E / F :
In diesen Arbeitsschritten wird die Folie, mit der fixierten Mikrospiegel-Oberflächenstruktur 50 auf eine Trägerplatte 55 aufgebracht. Dies geschieht in einem Formwerkzeug mit Pressflächen, welches aus einem Formwerkzeugoberteil 52 und einem Formwerkzeugunterteil 53 besteht. Zur Herstellung einer Bildwand nach der Ausführung 1 ( FIG.8 ) wird vorzugsweise ein Formwerkzeug mit definiert gekrümmten Pressflächen und eine Trägerplatte 55 mit vorgegebener Krümmung verwendet. Dabei wird zunächst auf die konkav gekrümmte Seite der Trägerplatte 55 eine klebende Substanz 54 in einer gleichmäßig dicken Schicht aufgebracht. Danach wird die Folie mit der fixierten Mikrospiegel-Oberflächenstruktur 50, durch das Zusammenfahren des Formwerkzeugoberteils 52 und Formwerkzeugunterteils 53 verbunden. In Darstellung F ist ein Querschnitt durch das geschlossene Formwerkzeug 57 zu sehen. Das Verbinden durch Verkleben erfolgt dabei mit einem leichten Pressdruck. Der Aushärtevorgang der Klebstoffschicht kann dabei durch ein beheiztes Formwerkzeug beschleunigt werden. Die Pressfläche des Presswerkzeugoberteiles 52 sollte dabei außerdem etwas elastisch ( z.B. gummiert ) sein, um eine Beschädigung der Mikrospiegelstruktur beim Pressen zu verhindern.
Arbeitschritt G : Nachdem die klebende Substanz ( Klebestoffschicht ) 54 ausgehärtet ist, kann die fertige Bildwand aus dem Formwerkzeug entnommen werden. Das Bild zeigt die fertige Bildwand 56. Anstatt einer metallisierten Folie, kann für den beschriebenen Herstellungsprozess auch eine nichtmetallisierte Folie ( z.B. transparente Kunststofffolie) verwendet werden. In diesem Falle würde dann die Verspiegelung oder Metallisierung der Mikrospiegel-Oberflächenstruktur nach Arbeitsschritt C oder G erfolgen. Ähnlich dem beschriebenen Herstellungsprozess ist auch ein Herstellungsprozess denkbar, der anstatt mit Unterdruck mit Überdruck arbeitet.
Das in FIG.13 beschriebene Verfahren kann auch zur Herstellung sogenannter "Urformen" verwendet werden und dadurch als Basis für ein weiteres Herstellunqs-Verfahren dienen. ( 3 Arbeitsschritte A -C ) Dieses Verfahren ist nicht zeichnerisch dargestellt.
Arbeitschritt A :
Mit dem in FIG.13 beschriebenen Verfahren ( Arbeitsschritte A-G ) wird wie beschrieben zunächst eine sogenannte "UrforrrT-Bildwand hergestellt. Arbeitsschritt B :
Die so hergestellte "Urform"-Bildwand dient dann als Formwerkzeug, von dem Prägeplatten 58 ( nicht dargestellt ) abgeformt werden.
Arbeitsschritt C :
Die hergestellten Prägeplatten 58 werden dann in Prägewerkzeugen zur Massenherstellung von Bildwänden verwendet. Dabei können neben Prägeplatten-Werkzeugen auch Werkzeuge mit Prägewalzen 59 zum Einsatz kommen. Hierzu werden die hergestellten Prägeplatten 58 in Prägewalzen umgewandelt z.B. durch Befestigen an der Umfangsfläche von geeigneten Walzen.
Mit den so hergestellten Prägewerkzeugen kann dann die Mikrospiegel-Oberflächenstruktur der Prägeplatten oder -walzen 60 in einem schnellen Herstellungsprozess z.B. in thermoplastische Platten oder thermoplastische Folien eingeprägt werden.
Diese geprägten Platten bzw. Folien, die dann dieselbe Mikrospiegel-Oberflächenstruktur besitzen wie die "Urform"-Bildwand müssen dann lediglich noch z.B. mittels eines Metallisierungsprozesses 61 mit einer spiegelnden Oberfläche überzogen werden, wodurch die Mikrospiegel- Oberflächenstruktur dann ihre metallisch reflektierende Oberfläche 62 erhält. Die auf diese Weise hergestellten metallisierten Bildwandplatten oder -folien 63 können dann je nach Anwendungsfall noch zusätzliche Beschichtungen ( z.B. Schutzbeschichtungen oder Beschichtungen mit optischen Eigenschaften ) 64 erhalten. Die mit der erfindungsgemäßen Auflicht-Bildwand erzielten Vorteile, bestehen insbesondere darin, dass die spiegelähnliche Oberfläche, der Mikrospiegelstruktur die einfallende Projektorstrahlung fast ohne Verluste reflektiert, dass durch die exakte Definierbarkeit des Reflexionsverhaltens der erfindungsgemäßen Mikrospiegelstruktur im Prinzip der vertikale und der horizontale Reflexionswinkel der Bildwand exakt definiert werden kann, wodurch fast jede denkbare Lichtverstärkung des projizierten Bildes, auf Kosten der Reflexionswinkel, möglich ist. dass im Zusammenspiel des vorgegebenen Reflexionsverhaltens der Mikrospiegel und der definierten räumlichen Orientierung der optischen Achsen der Mikrospiegel eine exakte Definition des dreidimensionalen Projektionsraumes möglich ist, in den das projizierte Bild reflektiert wird, Nach der in FIG.12 beschriebenen Bildwand-Variante ist das gesamte Reflexionsverhalten dieser Bildwand sogar jederzeit in einem weiten Bereich flexibel einstellbar. dass für jeden speziellen Anwendungsfall das räumliche Reflexionsverhalten der Bildwand optimal gestaltet werden kann, um die maximal mögliche Lichtverstärkung zu erzielen, dass mit einer planen Bildwand nach der erfindungsgemäßen Ausführung 2 oder 3 eine folien- bzw. leinwandförmige Bildwand mit großer Lichtstärke realisierbar ist, wie es bei planen bzw. rollbaren Bildwänden bisher nicht möglich war. dass mit der erfindungsgemäßen Bildwand der vertikale Reflexionswinkel der Bildwand sehr klein gewählt werden kann, was vorteilhaft ist, weil dadurch eine erhebliche Lichtverstärkung erzielt werden kann ohne das der horizontale Reflexionswinkel der Bildwand eingeschränkt werden muß, welcher für die Zuschauer von größerer Bedeutung ist, da sich die Augenhöhen aller Zuschauer auf einer annähernd gleichen horizontalen Ebene befinden. Und weil Störlicht, insbesondere die Reflexion von Deckenleuchten in Richtung der Zuschauer, durch einen kleinen vertikalen Reflexionswinkel zum großen Teil verhindert werden kann, was zur starken Kontrast- erhöhung der Bildwand führt. dass der Aufbau der Bildwand relativ einfach ist, da die Reflexion des projizierten Bildes nur durch eine verspiegelte strukturierte Oberfläche erfolgt, dass dadurch eine sehr wirtschaftliche Produktion der Bildwand z.B. mittels eines Prägewerkzeuges ( Prägeplatten- bzw. Prägewalzenwerkzeug ) in sehr großen Stückzahlen möglich ist, Der Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Auflicht-Bildwand mit definierter Mikrospiegel-Oberflächenstruktur ist sehr vielseitig :
Am besten eignet sich die erfindungsgemäße Bildwand für die Bild-Projektion in hellen Räumen oder unter Tageslicht- bzw. Störlichteinfluß. Bei der Wahl eines möglichst kleinen vertikalen Reflexionswinkels der verwendeten Mikrospiegel sind sehr hohe Lichtverstärkungen, ein sehr guter Kontrast und eine sehr geringe Störiichtanfälligkeit erreichbar, was die erfindungsgemäße Bildwand ( in allen Ausführungsarten ) daher für diesen Anwendungsfall besonders geeignet macht. Ein weiteres interessantes Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Bildwand ist der Heim-Kino- Bereich. Für diesen Bereich scheint die erfindungsgemäße Ausführung 2 ( Plane Bildwand mit sektoriell eingeteilter Mikrospiegel-Oberflächenstruktur ) besonders geeignet zu sein. Mit dieser Ausführungsart sind plane rollbare folien- bzw. leinwandähnliche Bildwände mit sehr hoher Lichtverstärkung möglich, die in großen Stückzahlen durch Prägetechnik und anschließendes Metallisieren günstig hergestellt werden können.
Ein interessantes Anwendungsfeld wäre auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Bild- wand, in einer sehr kleinen Ausführung mit sehr feiner Mikrospiegel-Oberflächentruktur und sehr kleinen Mikrospiegel-Abmessungen, z.B. für Projektionszwecke oder allgemein für eine definiert gerichtete fixe oder einstellbare Umlenkung von Lichtstrahlung in den unterschiedlichsten optischen Geräten oder Multimediageräten.
Als weitere interessante Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Bildwand wäre noch die Nutzung für Beleuchtungszwecke bzw. allgemein zur Umlenkung von Lichtstrahlung zu nennen. Hierbei kann die erfindungsgemäße Bildwand, anstatt mit einem Projektionsgerät, mit den verschiedensten Lichtquellen bestrahlt werden, so dass die Bildwand die ankommende Lichtstrahlung jeweils nahezu verlustfrei in ein definiert gerichtetes Strahlenbündel mit einem definierten vertikalen und horizontalen Reflexionswinkel umwandelt. Dieses definiert gerichtete Strahlenbündel mit definiertem Reflexionswinkel kann dann z.B. für Beleuchtungszwecke genutzt werden. Hierbei kann die erfindungsgemäße Bildwand je nach Anwendungsfall auch sehr große Dimensionen haben ( Länge x Breite ), mit wesentlich vergrößerter Mikrospiegelstruktur ( Mikrospiegelstruktur wird dann zur Reflexionsspiegelstruktur ! ). Wird dabei eine Bildwandausführung verwendet wie in FIG.12 beschrieben, bei der die Reflexionswinkel der Mikrospiegel und zusätzlich die Bildwandwölbung jederzeit stufenlos einstellbar ist, dann kann die Bildwand sogar für eine sehr genaue und gezielte Beleuchtung bzw. Umlenkung von Lichtstrahlung verwendet werden. Zum Beispiel kann die erfindungsgemäße Auflicht-Bildwand auf diese Weise zur kostengünstigen großflächigen Beleuchtung von dunklen Gebäudebereichen bzw. zur Beleuchtung von weit innenliegenden Gebäudebereichen mittels Sonnenlicht genutzt werden.
Rüstet man die Bildwand dabei zusätzlich mit einer automatischen Schwenkeinrichtung um eine oder mehrere Achsen aus, so kann die Bildwand sehr genau zu einer bestimmten Lichtquelle ( z.B. Sonne ) ausgerichtet werden. Hierbei kann die Ausrichtung der Bildwand zur Lichtquelle automatisch z.B. mittels einer Steuerelektronik und lichtempfindlicher Sensoren erfolgen. Hierdurch kann die Bildwand automatisch einer Lichtquelle nachgeführt werden, die sich bewegt ( z.B. die Sonne ). Auf diese Weise kann die Bildwand z.B. auch zur definiert gerichteten Umlenkung von Sonnenstrahlung in Solaranlagen genutzt werden, z.B. in einer Solarturmanlage oder allgemein in einer Konzentrationsspiegel-Solaranlage ( z.B. eine Konzentrationsspiegel- Solaranlage in der Erdumlaufbahn ). Bei diesen Anwendungen kann die beschriebene Bildwand dann durchaus gewaltige Ausmaße annehmen, mit Mikrospiegeln ( oder besser Reflexionsspiegeln ! ), die Abmessungen von mehreren Metern haben ! Desweiteren kann die erfindungsgemäße Bildwand mit definierter Mikrospiegel-Oberflächen- struktur auch als Werbebildwand bzw. Hinweistafel z.B. im Straßen- oder Schienenverkehr dienen. Wenn man auf die Mikrospiegel-Oberflächenstruktur, der Bildwand, ein metallisch spiegelndes farbiges Bild in einer dünnen Schicht aufbringt ( z.B. aufmetallisiert ), so ist dieses farbige Bild sehr hell zu sehen, falls man in einem bestimmten Abstand mit einer hellen weißen
Lampe auf die Bildwand leuchtet, und dabei selbst in der zurückreflektierten Projektionszone der
Bildwand steht.
Bei entsprechender räumlicher Orientierung der beschriebenen Werbebildwand bzw.
Hinweistafel, kann hierdurch, z.B. bei der Verwendung im Straßen- oder Schienenverkehr, bezüglich der ankommenden Fahrzeuge ( mit eingeschalteten Scheinwerfern ! ), ein für den
Fahrzeuginsassen nahezu selbstleuchtend wirkendes Bild bzw. Hinweiszeichen oder -text erzeugt werden, da die Bildwand das durch das Scheinwerferlicht erhellte Bild konzentriert zu dem Fahrzeug zurückreflektiert.
Bezugszeichenliste :
1 Bildwand
2 Mikrospiegel-Oberflächenstruktur
3 Raster ( mit bienenwabenformiger Struktur )
4 Mikrospiegel mit elliptischer Umrissform
5 Mikrospiegel mit gestreckter sechseckförmiger Umrissform
6 Projektorstrahlung
7 elliptischer oder ovaler Lichtkegel
8 annähernd elliptischer oder annähernd ovaler Lichtkegel
9 lange Spiegelhalbachse
10 kurze Spiegelhalbachse
11 ( schwache ) vertikale Krümmung
12 ( starke ) horizontale Krümmung
13 vertikaler Reflexionswinkel des Mikrospiegels
14 horizontaler Reflexionswinkel des Mikrospiegels
15 horizontaler Reflexionswinkel der Bildwand
16 vertikaler Reflexionswinkel der Bildwand
17 Projektionszone ( räumliche Überlagerungszone aller von den Mikrospiegeln reflektierten Lichtkegel )
18 Schnittpunkt der optischen Achsen der Mikrospiegel
19 Verlustbereich ( nicht nutzbarer Anteil des reflektierten Lichtes )
20 optimalster Bereich der Projektionszone
21 gekrümmte Bildwand
22 Kugelmittelpunkt der sphärisch gekrümmten Bildwand
23 plane Bildwand
24 Sektoren
25 unterschiedliche räumliche Orientierung der Mikrospiegel
26 Bildwandnormale ( Flächennormale der Bildwandmitte )
27 einheitliche räumliche Orientierung der Mikrospiegel
28 Ecksektoren der Bildwand
29 Sektor in der Bildwandmitte
30 quadratische oder rechteckige Sektoren
31 Sektoren mit kreis-, ellipsen-, oder ovalförmiger Ringsegmentform
32 Sektoren mit polygonförmiger Ringsegmentform
33 treppenförmiger Versatz der Mikrospiegel
34 Störlichtquelle
35 Mikrospiegel am oberen Bildwandrand
36 Mikrospiegel am unteren Bildwandrand
37 Störlichtkegel verursacht durch den Mikrospiegel am oberen Bildwandrand Störlichtkegel verursacht durch den Mikrospiegel am unteren Bildwandrand unkritischer Winkelbereich kritischer Winkelbereich von der Position des Mikrospiegels auf der Bildwand abhängiger Orientierungs- Winkel der optischen Achse des Mikrospiegels gasdichte Rahmenkonstruktion elastische metallisch reflektierende ( metallisierte ) Folie ( wabenförmiges ) Gitter Unterdruck + Fluid ( z. B. Luft ) Vorrichtung zur Erzeugung eines vorgegebenen Druckes Dichtungskleber durch Unterdruck verformte Folie schnellhärtendes Harz durch Unterdruck verformte Folie mit fixierter Mikrospiegel-Oberflächenstruktur automatische Sprühanlage Formwerkzeugoberteil Formwerkzeugunterteil klebende Substanz ( bzw. Klebstoffschicht ) Trägerplatte fertige Bildwand Formwerkzeug mit Pressflächen ( geschlossen ) Prägeplatten ( bzw. Prägeplattenwerkzeuge ) Prägewalzen ( bzw. Prägewalzenwerkzeuge ) Mikrospiegel-Oberflächenstruktur der Prägeplatten oder -walzen Metallisierungsprozess metallisch reflektierende Oberfläche metallisierte Bildwandplatten oder -folien zusätzliche Beschichtungen ( z.B. Schutzbeschichtungen oder Beschichtungen mit optischen Eigenschaften ) Mikrospiegel mit ovaler Umrissform Mikrospiegel mit einer Umrissform, die einem Polygonzug entspricht, der eine Ellipse oder ein Oval annähert Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes Vorrichtung zur Erzeugung eines vorgegebenen Druckes Unterkonstruktion in Richtung der Bildwand gestrecktes Sechseck Innen- oder Außenfläche ( je nach Verwendung von Hohl- oder Wölbspiegeln ) einer Ausschnitts-Kalotte aus einem definierten hohlen ( bzw. dünnwandigen ) Ellipsoiden, Ovaloiden, Rotationsellipsoiden oder Rotationsovaloiden 72 konkave Krümmung ( Hohlspiegel )
73 konvexe Krümmung ( Wölbspiegel )
74 Projektor
75 Mikrospiegel mit kreisförmiger Umrissform ( zum Vergleich ! )
76 kreisförmiger Lichtkegel ( zum Vergleich ! )
77 optischen Achsen der Mikrospiegel
78 grobe Einteilung in Sektoren
79 feine Einteilung in Sektoren
80 Vergrößerung der Einzelheiten in den Schnittdarstellungen ( kleine Kreise in den Schnittdarstellungen )
81 Abstand zum Projektor

Claims

Patentansprüche
1. Bildwand mit einer Bildwandoberfläche, zur Realisierung einer lichtstarken Reflexion eines auf die Bildwand projizierten Bildes, mit auf der Bildwandoberfläche nebeneinander liegend angeordneten Mikrospiegeln zum Erzeugen eines reflektierten Bildes, wobei die Mikrospiegel als Hohl- oder Wölbspiegel ausgeführt sind und alle Mikrospiegel der Bildwandoberfläche oder alle Mikrospiegel mindestens eines Teilbereichs der Bildwandoberfläche im Wesentlichen die gleiche Umrissform besitzen.
2. Bildwand nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass alle Mikrospiegel der Bildwandoberfläche oder alle Mikrospiegel mindestens eines Teilbereichs der Bildwandoberfläche im Wesentlichen die gleiche vorgegebene Krümmung besitzen.
3. Bildwand nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegel auf der Bildwandoberfläche derart definiert nebeneinander angeordnet sind, dass die Restfläche zwischen den einzelnen Mikrospiegeln minimal ist.
4. Bildwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegel eine längliche Umrissform besitzen, die im Wesentli- chen einer vorgegebenen Ellipse (4) oder einem vorgegebenen Oval (65) oder einem vorgegebenen Polygonzug, der eine Ellipse oder ein Oval annähert (66), entspricht.
5. Bildwand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegel derart auf der Bildwandoberfläche angeordnet sind, dass ihre lange Spiegel-Halbachse (9) jeweils in Richtung der Bildwandhöhe oder in vertikaler Richtung, wenn sich die Bildwand in der Benutzungsstellung befindet und ihre kurze Spiegelhalbachse (10) jeweils in Richtung der Bildwandbreite oder in horizontaler Richtung, wenn sich die Bildwand in der Benutzungsstellung befindet, orientiert ist.
6. Bildwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegel derart auf der Bildwand angeordnet sind, dass die optischen Achsen der Mikrospiegel eine vorgegebene räumliche Orientierung besitzen.
7. Bildwand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegel derart auf der Bildwand angeordnet sind, dass die optischen Achsen aller Mikrospiegel die Bildwandnormale (26) im Wesentlichen in einem vorgegebenen Schnittpunkt (18) oder im Wesentlichen auf einer vorgegebenen Schnittgeraden mit vorgegebener Länge schneiden, oder dass die optischen Achsen aller Mikrospiegel einen vorgegebenen engen räumlichen Bereich um die Bildwandnormale (26) schneiden.
8. Bildwand nach Anspruch 6 oder Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwandoberfläche eine Krümmung (21 ) besitzt und die Mikrospiegel derart auf der Bildwandoberfläche angeordnet sind, dass die optischen Achsen der Mikrospiegel jeweils senkrecht zur Bildwandoberfläche stehen.
9. Bildwand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwand eine sphärische Krümmung besitzt.
10. Bildwand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwand eine paraboloidische Krümmung besitzt.
11. Bildwand nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwand eine ellipsoidische Krümmung besitzt.
12. Bildwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwandoberfläche in mindestens zwei Sektoren eingeteilt ist, wobei die Mikrospiegel derart auf der Bildwandoberfläche angeordnet sind, dass die optischen Achsen der Mikrospiegel eines Sektors (24) jeweils eine einheitliche räumliche Ausrichtung (27) besitzen.
13. Bildwand nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegel derart auf der Bildwandoberfläche angeordnet sind, dass sich die optischen Achsen der Mikrospiegel, welche sich im Zentrum eines Sektors befinden, annähernd in einem Schnittpunkt (18) oder in einer Schnittgeraden in einem vorgegebenen Abstand vor der Bildwand auf der Bildwandnormalen (26) schneiden.
14. Bildwand nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einteilung der Bildwandoberfläche in Sektoren, eine Einteilung in quadratische oder rechteckige Sektoren (30) ist.
15. Bildwand nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einteilung der Bildwandoberfläche in Sektoren, eine von der Bildwandmitte ausgehende Einteilung in konzentrische kreisförmige, ellipsen- förmige, ovalförmige oder polygonförmige Ringe ist, wobei der jeweils in der Bildwandmitte liegende Sektor eine Kreisform, eine Ellipsenform, eine Ovalform oder eine ellipsen- oder ovalähnliche Polygonform besitzt, dass die den in der Bildwandmitte liegenden Sektor umgebenden Ringe jeweils in mehrere Sektoren, welche Segmente der Ringe (31 , 32) darstellen, aufgeteilt sind und dass die lange Halbachse des in der Bildwandmitte liegenden Sektors in Richtung der Bildwandbreite ausgerichtet ist.
16. Bildwand nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass alle Mikrospiegel derart auf einer annähernd planen Bildwandoberfläche (23) angeordnet sind, dass sich ihre optischen Achsen annähernd in einem Schnittpunkt (18), oder annähernd auf einer Schnittgeraden schneiden, wobei der Schnittpunkt und die Schnittgerade in einem vorgegebenen Abstand vor der Bildwand auf der Bildwandnormalen (26) liegen.
17. Bildwand nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass alle Mikrospiegel im Wesentlichen identische Abmessungen besitzen.
18. Bildwand nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass alle Mikrospiegel eines Sektors (24) im Wesentlichen identische Abmessungen besitzen.
19. Bildwand nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Form der Spiegeloberfläche der Mikrospiegel im Wesentlichen der Innenfläche oder der Außenfläche einer Ausschnitts- Kalotte aus einem vorgegebenen hohlen Ellipsoiden, Ovaloiden, Rotationsellipsoiden oder Rotationsovaloiden (71 ) entspricht.
20. Bildwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegel auf der Bildwandoberfläche in einem vorgegebenen Raster (3) angeordnet sind.
21. Bildwand nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrissform der Mikrospiegel ein vorgegebenes in Richtung der Bildwandhöhe gestrecktes Sechseck (5) oder eine vorgegebene Ellipse (4) ist.
22. Bildwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwand derart ausgeführt ist, dass die Krümmung der Mikrospiegel (11 , 12) stufenlos vergrößert oder verkleinert werden kann, um den horizontalen und den vertikalen Reflexionswinkel (13, 14) der Mikrospiegel zu verändern.
23. Bildwand nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwand eine Vorrichtung zur Erzeugung eines elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes (67) umfasst, welche mit den Mikrospiegeln in Wirkverbindung steht und dass die Mikrospiegel derart ausgeführt sind, dass durch Ändern des elektrostatischen oder elektromagnetischen Feldes die Krümmung der Mikrospiegel verändert wird.
24. Bildwand nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwand mindestens eine Kammer und eine Vorrichtung zum Erzeugen eines vorgegebenen Druckes (46), welche mit der Kammer in Wirkverbindung steht, umfasst und dass die Mikrospiegel derart ausgeführt sind, dass durch Druckänderung in der Kammer die Krümmung der Mikrospiegel verändert wird.
25. Bildwand nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwand ein Leitungssystem umfasst, dass sich in dem Leitungssystem ein Fluid (45) befindet und dass das Leitungssystem derart ausgeführt ist, dass über das Fluid (45) die Vorrichtung zum Erzeugen eines vorgegebenen Druckes (46) mit der Kammer in Wirkverbindung steht, derart, dass in der Kammer ein vorgewählter Druck erzeugt werden kann.
26. Bildwand nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildwandoberfläche einschließlich der Mikrospiegel durch eine elastische metallisch reflektierende Folie (43) ausgebildet ist, welche gas- dicht auf einem Gitter (44) aufliegt, das die Vorderseite einer gasdichten Rahmenkonstruktion (42) bildet, dass das Gitter durch eine Unterkonstruktion (69), die Teil der Rahmenkonstruktion ist, unterstützt wird, welche plan ist oder eine Krümmung besitzt und dass das Gitter (44) Öffnungen mit Umrissformen besitzt, welche der Umrissform der Mikrospiegel entsprechen.
27. Bildwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gitter ein wabenförmiges Gitter (44) ist, wobei die Umrissform einer Wabe ein vorgegebenes gestrecktes Sechseck (70) ist, welches in Richtung der Bildwandhöhe gestreckt ist.
28. Verfahren zur Herstellung einer Bildwand nach einem der vorhergehenden Ansprüche, folgende Verfahrensschritte umfassend: a) Auflegen einer elastischen metallisch reflektierenden Folie (43) auf ein Gitter (44), das die Vorderseite einer gasdichten Rahmenkonstruktion (42) bildet und mit dieser verbunden ist, sowie gasdichtes Befestigen der Folie am Rand der gasdichten Rahmenkonstruktion, b) Erzeugen eines Unterdrucks (45) in der gasdichten Rahmenkonstruktion, derart, dass die Folie (43) in den einzelnen Gitteröffnungen des Gitters (44), welches die Vorderseite der Rahmenkonstruktion bildet, eine vorgegebene Krümmung erreicht, c) Fixieren der Folie (43), mit den in den einzelnen Gitteröffnungen ausgeformten Krümmungen.
29. Verfahren zur Herstellung einer Bildwand nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixieren der Folie in Verfahrensschritt c) derart ausgeführt wird, dass unter Beibehaltung des Unterdrucks (45) in der gasdichten Rahmen- konstruktion (42) auf die dem Umgebungsdruck ausgesetzte Außenseite der verformten Folie ein aushärtendes Material aufgebracht wird.
30. Verfahren zur Herstellung einer Bildwand nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass zum Fixieren der Folie ein schnellaushärtendes Harz (49) als aushärtendes Material auf die Außenseite der Folie (43) aufgebracht wird.
31. Verfahren zur Herstellung einer Bildwand nach einem der Ansprüche 28, 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass folgender Verfahrensschritt angefügt wird: - Aufbringen der Folie mit der fixierten Oberflächenstruktur (50) auf eine Trägerplatte (55), mit einem Formwerkzeug mit planen oder gekrümmten Pressflächen (57), welches aus einem Formwerkzeugober- teil (52) und einem Formwerkzeugunterteil (53) besteht, wobei die Trägerplatte mit der nicht mit klebender Substanz (54) versehenen Seite an die Pressfläche des Formwerkzeugunterteils und die Folie mit der fixierten Oberflächenstruktur (50) an die Pressfläche des Formwerkzeugoberteils angelegt wird und durch Zusammenfahren des Formwerkzeugs die Folie mit der Trägerplatte verbunden wird.
32. Verfahren zur Herstellung einer Bildwand nach einem der Ansprüche 1 bis 27, folgende Verfahrensschritte umfassend, a) Herstellen einer Urform-Bildwand basierend auf ein Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31. b) Abformen von Prägeplatten (58) von der Urform-Bildwand. c) Herstellen einer Bildwand mit Hilfe der Prägeplatten (58).
33. Verfahren zur Herstellung einer Bildwand nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt c) Prägewalzen (59) benutzt werden.
34. Verwendung einer Bildwand nach einem der Ansprüche 1 bis 27, zur Umlenkung von Lichtstrahlen, insbesondere für Beleuchtungszwecke, wobei die Bildwand mit einer Lichtquelle beleuchtet wird, und wobei die Bildwand zusätzlich mit Schwenkantrieben ausgerüstet sein kann.
35. Verwendung einer Bildwand nach einem der Ansprüche 1 bis 27, als Werbe- oder Hinweistafel, wobei auf die Oberflächenstruktur der Bildwand zusätzlich ein dünnschichtiges metallisch spiegelndes ein- oder mehrfarbiges Bild oder Text aufgebracht wird, und die Bildwand dabei mit einer Lichtquelle beleuchtet wird.
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