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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Sachgebiet der Projektion und
insbesondere die Schirme, welche sowohl für die Frontalprojektion als
auch für
die Rückprojektion
verwendet werden.
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Die
Projektion oder Frontalprojektion ist die Projektion eines Bildes
auf eine Seite eines Schirmes, im Folgenden vereinbarungsgemäß als die
Vorderseite des Schirmes bezeichnet, zur Anzeige von Bildern auf
der Vorderseite des Schirmes. In dem derzeitigen Stand der Technik
erfolgt diese Art der Projektion in dunklen Räumen, das Musterbeispiel ist
die Projektion auf die Perlleinwände
in Kinos.
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Die
Rückprojektion
ist die Projektion eines Bildes auf eine Seite eines Schirmes, im
Folgenden vereinbarungsgemäß als die
Rückseite
des Schirmes bezeichnet, zur Anzeige von Bildern auf der anderen
Seite des Schirmes, welche vereinbarungsgemäß als die Vorderseite des Schirmes
bezeichnet wird. Solche Schirme werden insbesondere für Projektionen
in großem
Maßstab
verwendet, oder für
Bildwände;
diese Schirme werden, wenn sie einen ausreichenden Kontrast aufweisen,
in einem normal beleuchteten Raum verwendet. Als Projektor können klassische
analoge Projektoren verwendet werden, zum Beispiel vom Drei-Röhren-Typ;
man kann ebenfalls, wie in den derzeit von der Anmelderin vermarkteten
Vorrichtungen, digitale Vorrichtungen verwenden, wie zum Beispiel
die digitalen Mikro-Spiegel, welche von der Gesellschaft Texas Instruments
unter der Referenz DMD verkauft werden. Man kann die Rückprojektions-Schirme
in anderen Anwendungen verwenden, zum Beispiel als Schirm zur Filterung
von gebündeltem
oder leicht divergentem Licht, d.h. mit einem Divergenz-Winkel kleiner
oder von der Ordnung 20°.
Solche Schirme können
Verwendung in der Straßenbeschilderung
Verwendung finden, als Richtfilter auf Kathodenstrahlröhren.
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Die
idealen Eigenschaften eines Rückprojektions-Schirmes
sind:
- – eine
gute Leuchtdichte (Luminanz) oder spezifische Durchlässigkeit
(Transmittivität),
das heißt
die Fähigkeit,
das Licht in der Richtung von der Rückseite zur Vorderseite des
Schirmes weiterzuleiten, derart, dass die projizierten Bilder effektiv
zum Publikum übertragen
werden, und dass sie nicht oder wenig in Richtung des Projektors
reflektiert werden, und auch nicht durch den Schirm absorbiert werden;
- – eine
starke Licht-Absorption in Richtung von der Vorderseite zur Rückseite,
so dass das Umgebungslicht nicht zur selben Zeit zum Publikum reflektiert
wie das von hinten projizierte Licht;
- – eine
gute Auflösung,
das heißt
die Fähigkeit,
dass der Benutzer zwei Punkte, welche in einer geringen Distanz
voneinander projiziert werden, unterscheiden kann;
- – eine
kontrollierte Richtwirkung, das heißt die Möglichkeit, den Raumwinkel zu
kontrollieren, in welchem die Strahlen, welche den Schirm durchqueren,
ausgesendet werden; diesbezüglich
definiert man gewöhnlich
die Verstärkung
eines Schirmes dadurch, dass man seine Charakteristiken mit derjenigen
eines Reflexions-Streu-Schirmes
vergleicht, welcher aus einer Magnesiumoxidschicht auf einem Träger gebildet
ist.
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Die
idealen Eigenschaften eines Projektionsschirmes sind im Wesentlichen
die gleichen:
- – die Fähigkeit, das auf die Vorderseite
des Schirmes projizierte Licht in Richtung des Publikums zu reflektieren,
so dass die projizierten Bilder effektiv in Richtung des Publikums
reflektiert werden, und dass sie nicht oder wenig durch den Schirm
absorbiert werden;
- – eine
gute Auflösung,
das heißt
die Fähigkeit
für den
Benutzer, zwei Punkte, welche in einer geringen Distanz voneinander
projiziert werden, zu unterscheiden;
- – eine
kontrollierte Richtwirkung, das heißt die Möglichkeit, den Raumwinkel zu
kontrollieren, in welchem die Strahlen, welche den Schirm durchqueren,
ausgesendet werden; diesbezüglich
definiert man gewöhnlich
die Verstärkung
eines Schirmes dadurch, dass man seine Charakteristiken mit derjenigen
eines Reflexions-Streu-Schirmes
vergleicht, welcher aus einer Magnesiumoxidschicht auf einem Träger gebildet
ist.
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In
dem derzeitigen Stand der Technik werden die Projektionsschirme
nicht anderweitig genutzt als in dunklen Räumen, und das Verhalten des
Schirmes gegenüber
dem Umgebungslicht ist keine berücksichtigte Eigenschaft.
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Man
definiert in bekannter Weise den Nominal-Kontrast eines Rückprojektions-Schirmes
als das Verhältnis
L0/(l × R)
zwischen dem Licht L0, welches von dem Schirm ausgestrahlt wird,
und dem Produkt aus dem Licht l, welches auf den Schirm einfällt, und
der Reflexion R des Schirmes. Diese Definition gilt sowohl für die Projektion
als auch die Rückprojektion.
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Im
Falle der Rückprojektion
verringert eine zu starke Reflexion des Lichtes in der Richtung
von vorne nach hinten den Kontrast eines projizierten Bildes und
kann die Verwendung des Schirmes außer als in einem dunklen Zimmer
verhindern; im Falle eines kastenförmigen Rückprojektors toleriert die
Rückprojektion
eine minimale leuchtende Umgebung im Unterschied zur frontalen Projektion.
Dies stellt offensichtlich ein Problem dar für Anwendungen wie Kontrollräume oder
Außen-Anwendungen
wie zum Beispiel Projektionen in Stadien.
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Diverse
Rückprojektionsschirme
sind bereits vorgeschlagen worden. Die älteste und einfachste Lösung besteht
darin, ein Mattglas als Schirm zu verwenden. Ein Schirm, welcher
aus einer granulierten Mattglasscheibe gebildet ist, stellt einen
mattgeschliffenen Lambertien dar, mit isotroper Diffusion des Lichtes:
die Transmittivität
eines solchen Schirmes ist also 50%, und die Verstärkung ist
1. Die Reflexion in der Richtung von vorne nach hinten ist in der
Größenordnung
von 10%, was die Verwendung eines Mattglases bei Umgebungslicht
erschwert. Die Gesellschaft Stewart Film Screen Corporation stellt
Schirme mit verbessertem Mattglas bereit, welches nach vorne eine
unrunde Verstärkung
aufweist, sowie eine Licht-Diffusion nach vorne, die nicht isotrop
ist. Die Transmittivität
ist immer noch in der Größenordnung
von 50%, aber in der Verwendungs-Richtung des Schirmes ist die Verstärkung größer als
1. Alles in allem weisen diese Matt-Schirme eine hohe Auflösung auf,
aber einen geringen Kontrast, welcher typischerweise von der Ordnung
10 ist.
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Die
Gesellschaft HIP stellt Schirme bereit, die gebildet sind aus einem
Dünnfilm-Diffusor
auf einem transparenten Substrat, auf dem schwarze Punkte abgelagert
sind, die wiederum in dem dünnen
Zerstreuungs-Film verteilt sind; diese schwarzen Punkte verringern
die Licht-Reflexion, und bewirken die Vergrößerung des Kontrastes des Schirmes;
allerdings bewirken sie ebenfalls die Verringerung der Transmittivität und führen zu
Informationsverlusten. Die Transmittivität ist in der Größenordnung
von 50%, und der Kontrast typischerweise zwischen 50 und 100.
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Es
ist außerdem
bekannt, für
Fernseh-Anwendungen, linsenförmige
Schirme vorzusehen. Diese Schirme haben eine wellige Struktur, welche
einer horizontalen Richtung folgt und invariant ist unter Translation
folgend einer vertikalen Richtung. Die Welligkeit (Ondulation) ermöglicht eine
Verteilung des Lichtes in der horizontalen Richtung und vergrößert den
Sichtwinkel in dieser Richtung. Es ist außerdem vorgeschlagen worden,
im Inneren des Materials Streuungs-Kerne vorzusehen, zum Beispiel
Streu-Blasen, um eine kontrollierte Streuung in die vertikale Richtung
aber auch in die horizontale Richtung sicherzustellen: der Sichtwinkel
in der vertikalen Richtung bleibt eingeschränkt und ist auf jeden Fall
an die Konzentration der Blasen geknüpft; die Verwendung solcher
Blasen verringert die Auflösung
des Schirmes. Die maximale Auflösung
ist relativ gering, auf Grund der minimalen Größe der Wellen (Ondulationen),
welche in der Größenordnung
von 0,3 mm ist. Mit Welligkeits-Größen in der Größenordnung
von 0,8 bis 1 mm werden solche Schirme gewöhnlicherweise für Video
verwendet. Für
graphische Anwendungen mit hoher Auflösung bereiten diese Schirme
Moiré-Probleme, lokal
oder auf der gesamten Oberfläche
des Schirmes.
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Ein
solcher Schirm ist beschrieben in EP-A-0 241 986; in diesem Dokument
ist es vorgesehen, zwischen die Ondulationen eine schwarze Matrix
zu setzen, so dass der Kontrast verbessert wird; diese Matrix weist
den Nachteil auf, dass ein Teil der Information absorbiert wird.
Die Transmittivität
dieser Schirme ist in der Größenordnung
von 55% und der Kontrast von der Ordnung 100. Die Gesellschaften
Dai Nippon Printing und Philipps stellen solche Schirme bereit.
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Bei
dem SID 99 (Symposium of International Display) in San José, Kalifornien,
gehalten vom 16.05.1999 bis zum 20.05.1999, hat die Gesellschaft
Dai Nippon Printing einen neuartigen linsenförmigen Schirm vorgestellt,
aufweisend eine das Umgebungslicht absorbierende Schicht, welche
unmittelbar auf der äußeren zylindrischen
Oberfläche
der Ondulationen angebracht ist; die Verbesserung, welche mit dem
Bericht über
das vorstehende Produkt bekannt gegeben wurde, ist die folgende:
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Die
Lichtstärke
und der Kontrast dieses Schirms bleiben mittelmäßig.
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J.M.
Tedesco et al., Holographic Diffusors for LCD backlights and projection
screens, SID 93 Digest pp. 29–32,
erwähnt,
für Rückprojektions-Anwendungen
die Verwendung eines Schirmes, welcher gebildet ist aus einer Fresnel-Linse,
einem klassischen Diffusor und einer solchen linsenförmigen Matrix.
Die Fresnel-Linse bildet ein Abbild der Linsen-Öffnung in einem mittleren Teil
des Bildraumes. Der Diffusor sichert eine beschränkte Streuung des Bildes in
die vertikale Richtung, und die linsenförmige Matrix sichert die Verteilung
des Bildes in der horizontalen Richtung.
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Bei
dem SID 99 stellte die SARNOFF Corp. einen neuartigen linsenförmigen Schirm
mit einer verbesserten schwarzen Matrix vor, ohne jedoch anzugeben,
wie die schwarze Matrix verbessert worden war; der Kontrast erschien
gut, aber die Lichtstärke
bleibt mittelmäßig auf
Grund einer Transmission, die maximal 60% erreicht.
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Alles
in allem weisen diese linsenförmigen
Schirme eine geringe Auflösung
auf, eine mittelmäßige Lichtstärke, eine
geringe horizontale Richtwirkung, aber eine starke vertikale Richtwirkung
und einen hohen Kontrast, falls die schwarze Matrix konsequent ist;
allerdings ist in diesem Fall die Lichtstärke verschlechtert.
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Die
Physical Optics Corporation vermarktet unter der Marke DDS (Digital
Display Screen) Schirme, welche für die Rückprojektion oder für Fernsehmonitore
oder Computermonitore bestimmt sind. Diese Schirme sind aus einem
Träger
aus Polycarbonat, Polyester oder aus gefärbtem Acryl gebildet, auf den
ein holographischer Diffusor geklebt ist. Der holographische Diffusor
ist von dem in US-A-5 609 939 beschriebenen Typ und erlaubt die
Kontrolle des Sichtwinkels, das heißt des Raumwinkels, in welchem
das Licht transmittiert wird, welches auf den Schirm projiziert
wird. Diese Schirme stellen eine Lösung des Richtwirkungs-Problems
dar; allerdings weist der für
Rückprojektionsanwendungen vorgeschlagene
Schirm aus gefärbtem
Acryl eine geringe Lichtstärke
auf, bedingt durch seine Transmittivität, welche nur von in der Größenordnung
von 50% ist. Alles in allem sichern diese Schirme eine gute Auflösung, eine
wirksame Kontrolle der Richtwirkung in der horizontalen Richtung
wie in der Vertikalrichtung; der Kontrast und die Transmittivität bleiben
gering, insbesondere bedingt durch die Verwendung eines gleichmäßig getönten Materials;
ein solches Material weist eine Transmission auf, welche zu gering
ist, um eine gute Lichtstärke
zu sichern, und immer noch zu hoch, um einen guten Kontrast zu sichern. Üblich ist
ein Kontrast von der Ordnung 50. Weitere Anbieter von holographischen
transmissiven Filmen sind Denso (Japan) oder l'Institut National D'Optique (INO, Kanada). Holographische
Filme werden angeboten von der Physical Optics Corporation, oder
außerdem
von der amerikanischen Gesellschaft Krystal Holographics International
Inc.
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Der
oben genannte Artikel von J.M Tedesco et al. schlägt vor,
einen holographischen Diffusor mit einer Fresnel-Linse zu verknüpfen, um
die Probleme zu beheben, welche durch die linsenförmigen Matrizen
aufgeworfen werden.
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US-A-5
781 344 und US-A-5 563 738 beschreiben Filter mit geringem Reflexionsvermögen vom
Typ, welcher derzeit von der Anmelderin für Rückprojektions-Produkte verwendet
wird. Diese Filter bestehen aus einem Träger, aus einer lichtundurchlässigen (opaken)
Matrix, und aus Kugeln, welche in die lichtundurchlässige Matrix
eingedrückt
sind, so dass sie in Kontakt mit dem Träger kommen. Das von dem Projektor
stammende und durch die Kugeln fokussierte Licht durchquert die
lichtundurchlässige
Matrix nur, wenn es an, oder in der Nähe von, dem Kontaktpunkt zwischen
den Kugeln und dem Träger
verläuft.
Um das Einstellen der optischen Eigenschaften der Filter zu erlauben,
schlagen diese Dokumente vor, über
der lichtundurchlässigen Matrix
neben den Kugeln eine oder mehrere zusätzliche Schichten vorzusehen,
zwischen den Kugeln oder über
diesen. Um den Kontrast zu verbessern, unter Verringern der Lichtmenge,
welche zwischen den Kugeln passiert, wird in diesem Dokument vorgeschlagen, über der
lichtundurchlässigen
Matrix eine lichtundurchlässige
Schicht zu bilden. Diese Schicht kann zum Beispiel erzeugt werden
durch eine Puder-Pigment-Ablagerung, und durch Erwärmen des
Filters, bis das Pigment in den oberen Teil der lichtundurchlässigen Matrix
diffundiert.
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Dieser
Filter weist eine hohe Auflösung
auf, bedingt durch die geringe Größe der Kugeln und durch ihre
Nähe. Allerdings
erreicht die Füllrate
der hinteren Oberfläche
mit Kugeln kaum 70%, was die Lichtstärke vermindert. Typischerweise
werden eine Transmittivität
in der Größenordnung
von 50% und ein Kontrast von der Ordnung 200 erreicht.
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Die
Gesellschaften Mems Optical Corporation und RPC aus den USA, schlagen
Netze aus Mikro-Linsen vor. Diese Mikro-Linsen werden erhalten durch
lithographische Techniken mit Ionen-Beschuss, welche zum Beispiel beschrieben
sind in dem Patentantrag WO-A-98 32 590. Die Mikro-Linsen weisen
eine Größe von 10
bis 2000 Mikrometer (Mikrons) auf und sind regelmäßig angeordnet,
im Kreis, Sechsecken, Quadraten oder Rechtecken folgend. Solche
Mikro-Linsen werden nicht Rückprojektions-Anwendungen
verwendet.
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Die
Gesellschaft Polaroid hat bei dem SID 99 einen Schirm vorgestellt,
welcher ausschließlich
der LCD-Projektion (Liquid Crystal Display) gewidmet ist. Es handelt
sich um einen Diffusor, welcher mit einem Linear-Polarisator-Film
versehen ist; in der LCD-Zelle ist ein einzelner Linear-Polarisator nicht
zweckdienlich, gekreuzt mit demjenigen des Schirmes. Das Umgebungslicht
durchquert den Polarisator des Schirmes, wird durch den Diffusor
zurückgestreut,
und wird aus diesem Grund beim Rückdurchqueren
des Polarisators des Schirmes absorbiert.
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GB-A-389
611 beschreibt einen Projektionsschirm, dessen hintere Oberfläche – die Oberfläche, auf die
das Licht des Projektors trifft – aus einer großen Zahl
von fokussierenden optischen Systemen gebildet ist. Diese optischen
Systeme fokussieren das von einer Quelle im Unendlichen stammende
Licht auf in einer schwarzen Schicht ausgebildete Öffnungen.
Es wird vorgeschlagen, diese Öffnungen
in der schwarzen Schicht dadurch zu bilden, das ein photographischer
Film auf der hinteren Oberfläche
des Schirmes gebildet wird, der Schirm belichtet wird, und der photographische
Film entwickelt wird. In dem auf die vordere Seite des Schirmes über der
schwarzen Schicht ein transparentes Material mit Oberflächen-Unregelmäßigkeiten
oder ein semi-transparentes Material geklebt wird, ist der Schirm
bei Tageslicht verwendbar. In einer Ausführungsform werden die fokussierenden
optischen Systeme der hinteren Oberfläche durch eine Überlagerung
von zwei Netzen, welche jeweils Zylinder-Linsen enthalten, gebildet.
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Die
Verwendung eines semi-transparenten oder gleichmäßig milchartigen Materials
bewirkt eine beträchtliche
Verringerung des Kontrastes des Schirmes, da Rückstreuung eines nicht vernachlässigbaren
Teiles (von 30 bis 40%) des Umgebungslichtes in Richtung auf den
Benutzer eintritt. Die Tatsache, dass als Diffusor Oberflächen-Unregelmäßigkeiten
eines transparenten Materials verwendet werden, führt auch
zur Verringerung des Kontrastes. Aus diesem Grund ist der Kontrast
des in diesem Dokument vorgeschlagenen Schirmes geringer als 100.
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GB-A
1 440 016 stellt einen Projektionsschirm dergleichen Art vor. Es
ist in diesem Dokument vorgeschlagen, auf der vorderen Fläche eines
Fokussier-Elemente-Trägers
eine schwarze Schicht vorzusehen, Öffnungen in der schwarzen Schicht
auszubilden, und ein Diffusor-Material in den Öffnungen vorzusehen. Nichts in
diesem Dokument deutet darauf hin, wie das Bilden des Diffusor-Materials
in den Öffnungen
der schwarzen Schicht erfolgt.
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Bei
den in diesen zwei Dokumenten vorgeschlagenen Schirme ist es schwierig,
die Richtwirkung der Schirme zu kontrollieren, das heißt die Orientierung
der Lichtstrahlen beim Austritt aus dem Schirm. Darüber hinaus
erlauben diese Schirme nicht das Anbieten eines guten Kontrastes,
während
gleichzeitig eine vordere Oberfläche
einen brillanten Aspekt aufweist. Die Schirme dieser beiden Dokumente
weisen außerdem
beträchtliche
Bildfehler (Aberrationen) auf.
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GB-A-389
611 stellt, in einer Ausführungsform,
einen aus einer Glas- oder Zelluloid-Schicht gebildeten Schirm bereit,
mit Linsen auf einer Oberfläche.
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US-A-4
666 248 beschreibt einen Rückprojektions-Schirm,
aufweisend eine transparente Schicht und, auf der Rückseite
des Schirmes, eine absorbierende Schicht mit Öffnungen und eine Schicht mit
anamorphen Linsen. Dieses Dokument präzisiert, dass ungefähr 75% der
Zwischenschicht absorbierend ist. In einer Ausführungsform wird vorgeschlagen,
eine antireflektierende Schicht oder eine Mikro-Relief-Schicht über einer Oberfläche oder über den
beiden Oberflächen
des Schirmes zu bilden.
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FR-A-980
402 betrifft einen Transparenz-Projektionsschirm – anders
ausgedrückt
einen Rückprojektions-Schirm.
Dieser Schirm weist zwei Gruppen von Zylinder-Linsen auf, deren
Achsen verschoben sind, oder linsenförmige Elemente, welche durch
die Kreuzung solcher Zylinder-Linsen gebildet sind. Auf der den
linsenförmigen
Elementen gegenüberliegenden
Seite wird mit Hilfe eines photographischen Druckverfahrens eine lichtundurchlässige Schicht
mit Öffnungen
gebildet. Der größte Teil
dieser Schicht ist lichtundurchlässig.
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FR-A-972
333 schlägt
eine Rückprojektions-Vorrichtung
vor; die Vorrichtung weist auf einer Seite mikroskopische Stufen
auf, zum Beispiel eine Fresnel-Linse. Auf der anderen Seite ist
eine lichtundurchlässige Schicht
mit Öffnungen
vorgesehen, welche durch einen photographischen Prozess gebildet
wird.
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FR-A-959
731 schlägt
einen Rückprojektions-Schirm
vor. Er ist gebildet aus einer Trägerschicht, einer auf dem Träger gebildeten
absorbierenden Schicht, und einer Vielzahl von kleinen Kugeln (Sphären), welche in
die lichtundurchlässige
Schicht eingedrückt
sind, um Pupillen zu definieren.
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JP-A-3
127 041 beschreibt verschiedene Rückprojektions-Schirme, gebildet
aus einem Träger,
linsenförmigen
Elementen, welche auf einer der Flächen des Trägers geformt sind, einer lichtundurchlässigen Schicht
mit Öffnungen über der
anderen Seite des Trägers,
gegebenenfalls mit linsenförmigen
Elementen, welche in den Öffnungen
der lichtundurchlässigen
Schicht gebildet sind. Das eine oder mehrere dieser Elemente können durch
einen Raum-Diffusor gebildet sein.
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US-A-5
745 288 beschreibt einen Schirm, mit einer Folie, welche auf einer
Seite mit Linsen versehen ist und auf der anderen Seite abwechselnd
mit Linsen und Rippen. Auf den Rippen ist eine lichtundurchlässige Schicht
angebracht. Ein Film ist auf die Rippen geklebt, aber nicht auf
die Linsen zwischen den Rippen. Auf der Seite, welche den Rippen
gegenüber
liegt, kann der Film mit Unregelmäßigkeiten versehen sein, um
das äußere Licht
zu zerstreuen.
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US-A-5
611 611 offenbart einen Rückprojektions-Schirm,
aufweisend eine Folie, welche auf einer Seite mit Linsen versehen
ist und auf der anderen Seite mit Rippen und Rillen an den Brennpunkten
der Linsen. Die Rippen sind mit einer lichtundurchlässigen Schicht
bedeckt. Eine Verstärkungsplatte
ist auf den Rippen und den Rillen aufgebaut mit Hilfe einer Harz-Schicht,
welche durch Licht aushärtbar
ist. Der Index der Verstärkungsplatte
ist so gewählt,
um den Sichtwinkel beim Austritt aus dem Schirm zu vergrößern; die
Platte kann im Volumen zerstreuend sein.
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EP-A-1
014 169 schlägt
einen Rückprojektions-Schirm
vor mit linsenförmigen
Elementen, welche das Licht, welches von einer Fresnel-Linse empfangen
wird, auf Öffnungen
fokussiert, welche in einer lichtundurchlässigen Schicht gebildet sind.
Ein Substrat aus Harz ist über
der lichtundurchlässigen
Schicht gebildet. Die verschiedenen Elemente des Schirmes können aus
einem Material gebildet sein, welches im Volumen streut.
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US-A-3
832 032 beschreibt einen Rückprojektions-Schirm.
Auf einer Seite des Schirmes sind linsenförmige Elemente gebildet. Die
andere Seite des Schirmes ist eben und weist alternierend lichtundurchlässige Bänder und
zerstreuende Bänder
auf. Die zerstreuenden Bänder
können
geformt werden durch Sandstrahlen der anderen Seite, einer vorgegebenen
Sandstrahl-Richtung folgend. Die zerstreuenden Bänder bilden einen holographischen
Diffusor.
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US-A-5
870 224 offenbart einen Rückprojektions-Schirm,
welcher gebildet ist aus einem Träger, über einer der Seiten des Trägers geformten
linsenförmigen
Elementen, einer lichtundurchlässigen
Schicht mit Öffnungen über der
anderen Seite des Trägers,
einer Zerstreuungs-Schicht über
der lichtundurchlässigen
Schicht und in den Öffnungen
der undurchlässigen
Schicht, und einer Schutzschicht über der Zerstreuungs-Schicht.
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Die
Erfindung stellt eine Lösung
bereit für
verschiedene Probleme von Rückprojektions-Schirmen.
Sie liefert einen Schirm mit einer hervorragenden Durchlässigkeit
(Transmittivität)
von hinten nach vorne, einer guten Absorption von vorne nach hinten;
sie sichert daher einen ausgezeichneten Kontrast. Darüber hinaus
erlaubt sie in einer Ausführungsform,
die Richtwirkung zu kontrollieren; sie verhindert außerdem die
Moiré-Effekte,
welche durch die Periodizität
der Oberflächen
hervorgerufen werden. In einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung
auch einen Schirm bereit, dessen vordere Oberfläche einen brillanten Aspekt
aufweist, und der trotzdem einen ausgezeichneten Kontrast und eine
kontrollierte Richtwirkung aufweist.
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Genauer
gesagt stellt die Erfindung einen Schirm bereit, wie in dem Anspruch
definiert, aufweisend einen Träger
mit Fokussier-Elementen, und eine lichtundurchlässige (opake) Schicht mit Durchgangsöffnungen
zum Durchlassen des Licht, das von den Fokussier-Elementen fokussiert
wird.
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In
einer Ausführungsform
ist die lichtundurchlässige
Schicht den Brennpunkten der Fokussier-Elemente benachbart.
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Vorzugsweise
sind die Durchgangsöffnungen
nicht-punktuell.
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In
einer Ausführungsform
weisen die Durchgangsöffnungen
eine Abmessung zwischen einschließlich 2 Mikrometern und 200
Mikrometern auf.
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In
einer anderen Ausführungsform
stellen die Durchgangsöffnungen
weniger als 10% der Oberfläche der
lichtundurchlässigen
Schicht dar, und vorzugsweise weniger als 5% dieser Oberfläche.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
weist der Schirm einen Kontrast über
250 auf, und vorzugsweise über
500.
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Vorzugsweise
weisen die Fokussier-Elemente eine Größe zwischen einschließlich 20
Mikrometern und 1 Mikrometer auf.
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In
einer Ausführungsform
weist der Schirm eine Durchlässigkeit
(Transmittivität) über 70%
auf.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist das Quadrat (ΦBohrung/ΦFokussierung)2 des
Verhältnisses
zwischen der Größe ΦBohrung der Durchgangsöffnungen und der Größe ΦFokussierung der Fokussier-Elemente kleiner
oder gleich 10%, vorzugsweise kleiner oder gleich 5%.
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Im
Fall von linsenförmigen
Fokussierelementen ist das Verhältnis
zwischen der Breite der transparenten Durchgangsöffnung, welche die Form einer
Linie aufweist, und dem Abstand zwischen zwei benachbarten Linien
in der lichtundurchlässigen
Schicht vorteilhafterweise kleiner oder gleich 10%, vorzugsweise
kleiner oder gleich 5%.
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Vorteilhafterweise
ist die Füllrate
durch die Fokussier-Elemente
größer oder
gleich 90%.
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Die
Fokussier-Elemente können
Mikro-Kugeln enthalten. In diesem Fall weist der Schirm vorzugsweise
eine Durchlässigkeit
(Transmittivität)
von größer oder
gleich 80% auf, vorzugsweise größer oder
gleich 85%.
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Die
Fokussier-Elemente können
auch Mikro-Linsen oder linsenförmige
Elemente enthalten. In diesem Fall weist der Schirm vorzugsweise
eine Durchlässigkeit
(Transmittivität)
von größer oder
gleich 90% auf, vorzugsweise größer oder
gleich 95%.
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In
einer Ausführungsform
enthält
der Schirm außerdem
einen Diffusor benachbart zu der lichtundurchlässigen Schicht; es handelt
sich vorteilhafterweise um einen die Richtwirkung kontrollierenden
Diffusor, wie einen holographischen Diffusor.
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Es
ist vorteilhaft, dass der Schirm zwischen dem Träger und dem Diffusor eine Zwischenraum-Schicht enthält, welche
vorzugsweise eine Dicke von einigen Mikrometern bis einigen zehn
Mikrometern aufweist. In diesem Fall kann die aktive Oberfläche des
Diffusors zu der Zwischenraum-Schicht hin gerichtet sein. Außerdem kann
eine transparente Platte vorgesehen werden, welche an den Diffusor
angrenzt und an diesen geklebt ist. In noch einer Ausführungsform
enthält
der Schirm einen an die lichtundurchlässige Schicht angrenzenden
Reflektor; es handelt sich vorzugsweise um einen die Richtwirkung
kontrollierenden Reflektor.
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Die
Erfindung stellt auch zwei Verfahren zur Herstellung eines Schirmes
gemäß den Ansprüchen 23 und
24 bereit, enthaltend die Schritte
- – Bereitstellen
eines Trägers,
der eine Mehrzahl von Fokussier-Elementen aufweist, und eines Materials, das
sich in einer Schicht benachbart zu den Brennpunkten der genannten
Fokussier-Elemente erstreckt;
- – Bestrahlen
des Materials durch die Fokussier-Elemente hindurch;
- – Bilden,
unter Verwendung des bestrahlten Materials, einer lichtundurchlässigen Schicht,
welche Durchgangsöffnungen
aufweist.
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In
einer Art der Umsetzung enthalten die Fokussier-Elemente Mikro-Linsen,
linsenförmige
Elemente oder Mikro-Kugeln.
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Vorteilhafterweise
enthält
das Verfahren in diesem Fall einen Schritt des Bildens einer zweiten
lichtundurchlässigen
Schicht zwischen den Mikro-Kugeln, dem Bestrahlungs-Schritt vorhergehend.
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In
einer Art der Umsetzung ist das Material ein positiv-photosensibles lichtundurchlässiges Harz,
und der Schritt des Bildens enthält
das Entwickeln des Harzes.
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In
einer anderen Art der Umsetzung ist das Material ein durch Strahlung
zerstörbares
Material, und der Schritt des Bildens vollzieht sich durch die Zerstörung des
Materials gleichzeitig zu dem Schritt des Bestrahlens.
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In
noch einer Art der Umsetzung ist das Material ein positiv-photographisches
Material, und der Schritt des Bildens enthält das Entwickeln des photographischen
Materials.
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In
noch einer anderen Art der Umsetzung ist das Material ein durch
Strahlung entfärbbares
Material, und der Schritt des Bildens vollzieht sich durch Entfärben des
Materials gleichzeitig zu dem Schritt des Bestrahlens.
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Es
können
auch Schritte vorgesehen werden zum:
- – Bilden
einer Zwischenraum-Schicht auf dem Träger oder der lichtundurchlässigen Schicht
mit einer Dicke von einigen Mikrons bis einigen zehn Mikrons;
- – Bilden
von Durchgangsöffnungen
in der genannten Schicht, korrespondierend zu den Brennpunkten der genannten
Fokussier-Elemente; und
- – Kleben
eines Diffusors auf die genannte Schicht, wobei eine aktive Seite
des Diffusors der genannten Schicht zugewandt ist.
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In
diesem Fall ist es vorteilhaft auch einen Schritt vorzusehen, durch
Kleben eine transparente Platte auf dem Diffusor anzubringen.
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Die
Erfindung stellt schließlich
einen Schirm bereit, welcher einen Kontrast über 250 aufweist, vorzugsweise über 500.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung treten zutage bei der Lektüre der Beschreibung,
welche den Ausführungsformen
der Erfindung folgt, die als Beispiel dienen und unter Bezug auf
die beigefügten
Zeichnungen, welche zeigen:
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1,
eine schematische Schnitt-Darstellung eines Schirmes gemäß einem
Beispiel;
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2,
eine schematische Schnitt-Darstellung eines Schirmes gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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3,
eine schematische Schnitt-Darstellung eines Schirmes gemäß einer
zweiten Ausführungsform der
Erfindung;
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4,
eine schematische Darstellung eines reflektierenden Schirmes in
der Nähe
des Brennpunktes des Schirmes;
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5,
eine schematische Darstellung des Schirmes der 4 in
der Nähe
seines Randes;
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6,
eine schematische Schnitt-Darstellung eines Schirmes gemäß einem
anderen Beispiel;
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7,
eine schematische Schnitt-Darstellung eines Schirmes gemäß einer
dritten Ausführungsform der
Erfindung.
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Die
Erfindung stellt einen Schirm bereit, welcher aus einer Menge von
Fokussier-Elementen gebildet ist, mit welchem eine lichtundurchlässige Schicht
verknüpft
ist, mit transparenten Durchgangsöffnungen, zum Durchlassen des
Lichtes, das von den Fokussier-Elementen fokussiert wird. Der Schirm
der Erfindung kann für
die Rückprojektion
verwendet werden, wie die Schirme der 1 bis 3,
oder für
die Frontal-Projektion, wie die Schirme der 4 und 5.
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Die
Fokussier-Elemente können
zum Beispiel Mikro-Kugeln enthalten, wie in den Ausführungsformen der 3,
oder auch Mikro-Linsen oder linsenförmige Elemente wie in den Ausführungsformen
der 1 und 2. Diese Fokussier-Elemente sichern
eine starke Lichtstärke
und eine quasi vollständige
Transmission des auf die Hinterseite des Schirmes projizierten Lichtes
zur Vorderseite des Schirmes; dies ist insbesondere der Fall für Mikro-Linsen
oder linsenförmige
Elemente, für
welche die Füllrate
90%, sogar 95%, erreichen oder übertreffen
kann. Die Transmittivität
kann 70% übertreffen;
sie erreicht typischerweise 90%, sogar 95% ohne holographische Schicht,
in dem Fall, bei dem die Fokussier-Elemente Mikro-Linsen oder linsenförmige Elemente
sind. Sie erreicht 80%, sogar 85% ohne holographische Schicht, in
dem Fall, bei dem die Fokussier-Elemente Mikro-Kugeln sind.
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Es
ist besonders vorteilhaft, dass die Brennweite dieser Fokussier-Elemente
genügend
lang ist, so dass chromatische Aberrationen minimiert werden. Typischerweise
wird man vorzugsweise eine Brennweite größer oder gleich 1,5 mm wählen, zum
Beispiel in der Nähe
von 2 mm. Für
Fokussier-Elemente,
welche in der Ebene des Schirmes eine Größe von der Ordnung 300 μm aufweisen,
sichert eine solche Brennweite, dass das Licht, welches von den
Fokussier-Elementen fokussiert wird, in einem Kegel mit einem Mittelpunktwinkel größer 5,7° (arctan(0,150/1,5))
enthalten ist, was die von den Fokussier-Elementen induzierten Aberrationen minimiert.
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Aufgrund
der Tatsache, dass die lichtundurchlässige Schicht transparente
Durchgangsöffnungen
aufweist zum Durchlassen des Lichts, welches von den Fokussier-Elementen
fokussiert wird, aber das einfallende Licht absorbiert, ermöglicht es
der Schirm der Erfindung, einen hohen Kontrast zu erhalten; es können Kontraste
von 250 oder mehr erhalten werden, sogar Kontraste über 500.
Es können
Bohrungen vorgesehen werden mit einer Abmessung zwischen einigen
Mikrometern und einigen zehn Mikrometern, sogar 200 Mikrometer für Mikro-Linsen
von 1 mm. Die lichtundurchlässige
Oberfläche
kann 90%, sogar mehr als 95% der Oberfläche des Schirmes darstellen,
so dass quasi das gesamte auf den Schirm einfallende Licht absorbiert
wird.
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Eine
andere Definition der Erfindung kann gegeben werden durch das Verhältnis zwischen
der Abmessung der Durchgangsöffnungen – ihrem
Durchmesser ΦBohrung, falls sie kreisförmig sind – und der Abmessung der Fokussier-Elemente – ihrem
Durchmesser ΦFokussierung, falls sie kreisförmig sind.
Vorzugsweise ist das Quadrat (ΦBohrung/ΦFokussierung)2 dieses Verhältnisses
kleiner oder gleich 10%, sogar kleiner oder gleich 5%.
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Im
Falle linsenförmiger
Fokussier-Elemente weisen die Durchgangsöffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht
die Form von Linien auf; diese Beziehung schreibt sich dann: das
Verhältis
zwischen der Breite der linienförmigen
transparenten Durchgangsöffnung
und dem Abstand zwischen zwei Durchgangsöffnungen oder benachbarten
Linien in der lichtundurchlässigen
Schicht ist kleiner oder gleich 10%, vorzugsweise kleiner oder gleich
5%.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Abmessung der Durchgangsöffnungen
kleiner als 20% der Abmessung der Fokussier-Elemente beträgt. In dem
Fall linsenförmiger
Elemente ist die Breite der Linien oder Durchgangsöffnungen
kleiner als 10 oder 5% der Breite der linsenförmigen Elemente.
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Jedes
Fokussier-Element sichert eine Fokussierung des projizierten Lichtes;
das Material, welches die lichtundurchlässige Schicht bildet, ist so
angeordnet, dass die Durchgangsöffnungen
das Licht, welches von den Fokussier-Elementen fokussiert wird, durchlassen,
um die Leuchtdichte des Projektors zu maximieren, und folglich den
Kontrast.
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Die
Erfindung stellt außerdem
ein Verfahren bereit zur Herstellung eines Schirmes, welcher einen
starken Kontrast sichert. Zur Sicherung dieses Kontrastes stellt
das Verfahren der Erfindung das Bilden der lichtundurchlässigen Schicht
durch Bestrahlung durch die Fokussier-Elemente hindurch bereit.
Das Verfahren lässt sich
vor allem bei der Herstellung von Schirmen wie denjenigen, welche
nachfolgend beschrieben werden, verwenden.
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Die 1 zeigt
eine schematische Schnitt-Darstellung eines Schirmes gemäß einem
ersten Beispiel, bei dem die Fokussier- Elemente aus Mikro-Linsen bestehen;
man könnte
auch linsenförmige
Elemente verwenden, und in diesem Fall ist die 1 eine
Schnittansicht in einer Ebene senkrecht zu der Invarianz-Richtung
der linsenförmigen
Elemente. Der Schirm der 1 weist einen Träger 2 auf,
welcher auf einer hinteren Oberfläche 4 eine Mehrzahl
von Mikro-Linsen 6 aufweist. Als Mikro-Linsen-Träger können die
Produkte verwendet werden, welche durch weiter oben erwähnten Gesellschaften
Mems Optical und RPC vermarktet werden. Die Form und die Anordnung
der Mikro-Linsen können
entsprechend der Anwendung gewählt
werden, und man kann zum Beispiel langgestreckte Mikro-Linsen verwenden
zum Richten einer schwächeren
Richtwirkung in eine Richtung. Solche Formen von Mikro-Linsen können verwendet
werden als Ersatz für
einen holographischen Diffusor vom weiter unten diskutierten Typ,
oder außerdem
in Kombination mit einem solchen holographischen Diffusor, um die
Wirksamkeit des holographischen Diffusors hinsichtlich der Richtwirkung
zu verstärken.
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Auf
der vorderen Oberfläche 8 des
Trägers 2 ist
eine lichtundurchlässige
Schicht 10 angeordnet. In der Ausführungsform der Figur sind die
Mikro-Linsen so gewählt,
dass ihr Brennpunkt in der Nähe
der lichtundurchlässigen
Schicht ist, und sich vorzugsweise in der Mittelebene 11 der
lichtundurchlässigen
Schicht befindet. Für
dünne lichtundurchlässige Schichten
reicht es in der Praxis aus, dass sich der Brennpunkt der Mikro-Linsen
in der Nähe
der vorderen Oberfläche
des Trägers 8 befindet.
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Die
lichtundurchlässige
Schicht weist Durchgangsöffnungen 12 auf,
die das Licht, welches von den Mikro-Linsen fokussiert wird, durchlassen.
Diese Durchgangsöffnungen
in der lichtundurchlässigen
Schicht sind so angeordnet, dass sie das Licht, welches von den
Fokussier-Elementen fokussiert wird, durchlassen, und sind von einer
genügend
geringen Abmessung, um das Erhalten eines hohen Kontrastes zu ermöglichen. Die Abmessung
der Durchgangsöffnungen
kann zum Beispiel weniger als 20% der Abmessung der Mikro-Linsen
sein. Es kann auch einfach vorgesehen sein, dass die Durchgangsöffnungen
weniger als 10%, sogar weniger als 5% der Oberfläche der lichtundurchlässigen Schicht
darstellen, oder außerdem
dass das Quadrat des Verhältnisses
(ΦBohrung/ΦFokussierung) 2 zwischen
der Abmessung der Durchgangsöffnungen
und der Abmessung der Mikro-Linsen kleiner als 10%, sogar vorzugsweise
kleiner als 5% ist. In dem Fall linsenförmiger Elemente ist dieses
Verhältnis,
wie weiter oben erklärt,
umgewandelt in das Verhältnis
zwischen der Breite der Durchgangsöffnungen mit Linienform und
dem Abstand zwischen benachbarten Durchgangsöffnungen.
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In
der Praxis besteht die einfachste Lösung zum Erhalten von Durchgangsöffnungen
mit geringer Abmessung und folglich eines hohen Kontrastes darin,
dass die lichtundurchlässige
Schicht in der Nähe
der Brennpunkte der Fokussier-Elemente angeordnet wird, wie in der
Ausführungsform
der 1; dies ist nicht erforderlich, falls die Durchgangsöffnungen
eine ausreichend geringe Abmessung aufweisen im Vergleich zum Ganzen
der lichtundurchlässigen
Schicht oder im Vergleich zu der Abmessung der Fokussier-Elemente.
Allgemeiner können
die Strahlen, welche die lichtundurchlässige Schicht durchqueren,
konvergent oder divergent sein. In der Ausführungsform der 7 werden
divergente Strahlen benutzt.
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Die
Art der lichtundurchlässigen
Schicht und ihr Herstellungsverfahren sind zum Beispiel die nachfolgend
angegebenen. Unter einer Durchgangsöffnung wird ein Bereich verstanden,
in dem sich die lichtundurchlässige
Schicht nicht erstreckt oder das Licht, welches von den Fokussier-Elementen
fokussiert wird, durchlässt.
Diese Durchgangsöffnungen
sind tatsächlich
transparent für
das Licht, welches in dem Rückprojektor verwendet
wird.
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Der
Schirm kann außerdem
ein Träger-Substrat 14 aus
Glas oder aus Plastik aufweisen, gegebenenfalls mit einer antireflektierenden
Schicht 16.
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Der
Schirm der 1 ermöglicht eine sehr gute Leuchtdichte.
Tatsächlich
kann die Füllrate
des Trägers 2 durch
die Mikro-Linsen 90% überschreiten,
sogar 95%. Auf diese Weise wird quasi das gesamte Licht, welches
auf die hintere Seite des Schirmes projiziert wird, durch die Mikro-Linsen verdichtet,
und durchquert die lichtundurchlässige
Schicht, um sichtbar zu sein für
die Benutzer des Schirmes. Außerdem
ist die Schwächung,
welche durch einen Mikro-Linsen-Träger verursacht
wird, quasi Null, sofern man für
seine Herstellung ein transparentes Material verwenden kann.
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Der
Schirm ermöglicht
außerdem
einen sehr guten Kontrast. Da die Brennpunkte der Mikro-Linsen in der
Nähe der
lichtundurchlässigen
Schicht sind, und vorzugsweise in der lichtundurchlässigen Schicht
sind, kann sich diese über
einen beträchtlichen
Teil der Oberfläche
des Schirmes erstrecken. Beispielsweise, für Mikro-Linsen, welche als
Hexagon angeordnet sind, und 205 Mikrons beabstandet sind, mit einem
einheitlichen Durchmesser von 200 Mikrons, auf einem Träger der
Dicke 700 Mikrons, mit einer Brennweite von 600 Mikrons, kann in
der Nähe
des Brennpunktes jeder Mikro-Linse eine Durchgangsöffnung 12 vorgesehen
sein mit einem Durchmesser von der Ordnung 35 Mikrons; in einer
solchen Anordnung lässt
jede Durchgangsöffnung
das Licht, welches von einem Fokussier-Element fokussiert wird,
durch, und das Quadrat des Verhältnisses
(ΦBohrung/ΦFokussierung)2 zwischen
dem Durchmesser der Bohrungen und dem Durchmesser der Mikro-Linsen ist
von der Ordnung 3%. Die lichtundurchlässige Schicht erstreckt sich über mehr
als 95% der Oberfläche
des Schirmes, und der Kontrast ist größer als 300 unter einer Beleuchtungsstärke von
1000 Lux.
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Der
Schirm ermöglicht
außerdem
eine gute Auflösung.
Tatsächlich
hängt die
Auflösung
nur von der Größe der Mikro-Linsen und dem Abstand
zwischen ihnen ab. In dem Beispiel ist die Auflösung von der Ordnung 200 Mikrons.
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Der
Schirm der 1 ist besonders angepasst an
die analoge Rückprojektion.
Er kann auch für
die digitale Rückprojektion
verwendet werden; in diesem Fall ist es vorteilhaft, um Moiré-Effekte
auf dem Schirm zu vermeiden, die Mikro-Linsen korrespondierend zu
den projizierten oder angezeigten Pixeln anzuordnen.
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Die 2 zeigt
eine schematische Schnitt-Darstellung eines Schirmes gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung; im Vergleich zu dem Beispiel der 1 ermöglicht die
Ausführungsform
der 2 das Kontrollieren der Richtwirkung des Schirmes,
und das Vermeiden von Moiré-Effekten in digitalen
Anwendungen ohne deswegen die Mikro-Linsen und die projizierten Pixel ausrichten
zu müssen.
Wie im Fall der 1 können die Fokussier-Elemente
aus linsenförmigen
Elementen gebildet sein.
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Der
Schirm der 2 weist einen Träger 22 auf,
welcher auf einer hinteren Oberfläche 24 eine Mehrzahl
von Mikro-Linsen 26 aufweist. Auf der vorderen Oberfläche 28 des
Trägers
ist, zum Beispiel durch Laminierung, ein Diffusor 30 befestigt,
welcher die Richtwirkung kontrolliert, zum Beispiel ein holographischer
Diffusor vom Typ, welcher durch die Gesellschaft Physical Optics
Corporation vermarktet wird; es können auch die Filme anderer,
weiter oben erwähnter,
Anbieter verwendet werden. In dem Beispiel der Figur weist der Diffusor 30 eine
glatte Oberfläche 32,
die angeordnet ist, zum Beispiel geklebt, gegen die vordere Oberfläche 28 des
Trägers 22.
Die Oberfläche 34 des
Diffusors 30, welche den Abdruck oder die holographische
Prägung (Gaufrage)
aufweist, ist mit einer lichtundurchlässigen Schicht 36 bedeckt.
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Wie
in der Ausführungsform
der 1 sind die Mikro-Linsen, entsprechend der Dicke
des Diffusors 30, derart angepasst, dass der Brennpunkt
jeder Mikro-Linse in der Nähe
der lichtundurchlässigen
Schicht ist. Diese weist, wie in dem Fall der 1,
in der Nähe
der Mikro-Linsen-Brennpunkte Durchgangsöffnungen 38 auf, welche
das Licht durchlassen, welches durch die Mikro-Linsen gebündelt wird
und durch den Diffusor 30 zerstreut wird. Da der Diffusor
der lichtundurchlässigen
Schicht benachbart ist, durchqueren die Lichtstrahlen, welche durch
den Diffusor abgelenkt werden, die Durchgangsöffnungen der lichtundurchlässigen Schicht.
Die Art der lichtundurchlässigen
Schicht und ihr Herstellungsverfahren sind diejenigen, welche nachfolgend
angegeben sind.
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Der
Schirm weist anschließend
ein Substrat 40 aus Glas oder aus Plastik auf, gegebenenfalls
mit einer antireflektierenden Schicht auf seiner vorderen Oberfläche 42.
Um die Funktion des holographischen Diffusors zu verbessern, wird
das Substrat zusammengesetzt durch Kleben mit Hilfe von Klebe-Punkten,
welche nicht die Durchgangsöffnungen
abdecken; Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Klebemittel
nicht eventuell die Funktion des holographischen Diffusors in der
Nähe der
Durchgangsöffnungen
stört.
Für das
Ablagern des Klebemittels können
die aus der Mikroelektronik bekannten Techniken verwendet werden.
Es können
auch einfach Klebepunkte verwendet werden, welche eine geringe Oberfläche des
Schirmes abdecken, einschließlich gegebenenfalls
Durchgangsöffnungen:
falls die Klebe-Oberfläche
gering ist im Vergleich zur Oberfläche des Schirmes, kann die
Auswirkung des Klebemittels dann vernachlässigt werden. Es können auch
Abstandshalter von einigen Mikrons zwischen dem holographischen
Diffusor und dem Substrat verwendet werden. Falls notwendig ist
das Substrat 40 mit einer antireflektierenden Schicht auf
seinen beiden Seiten versehen.
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Der
Schirm der 2 weist alle Vorteile desjenigen
der 1 auf. Die Anwesenheit des Diffusors 30 ermöglicht es
darüberhinaus,
die Richtwirkung zu kontrollieren; die Auswirkung des Diffusors
auf die Leuchtdichte ist gering; die holographischen Diffusoren,
welche von der Gesellschaft Physical Optics Corporation angeboten
werden, weisen zum Beispiel eine Transmittivität größer als 90% in der Richtung
von hinten nach vorne auf. Der Diffusor hat keine Auswirkung auf
das auf die vordere Seite des Schirmes einfallende Licht, und der
Kontrast bleibt von derselben Größenordnung
wie für
den Schirm der 1.
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Außerdem durchqueren
die ungefähr
10% des rückgestreuten
Lichtes entweder die Mikro-Linsen und werden in dem Rückprojektor
an geschwärzten
inneren Seitenwänden
absorbiert, oder sie werden durch totale Brechung quer durch die
Mikro-Linsen gebrochen und nach vorne gelenkt, wo sie zu 95% durch
die schwarze Schicht des Schirmes absorbiert werden.
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Der
Schirm der 2 kann auch leichter für digitale
Rückprojektionen
verwendet werden; die Anwesenheit des Diffusors 30 verhindert
die Moiré-Effekte,
welche durch die Periodizität
der projizierten Pixel und der Mikro-Linsen hervorgerufen werden,
ohne dass es notwendig ist, die projizierten Pixel und die Mikro-Linsen auszurichten.
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Man
kann die Lehre der Ausführungsbeispiele
der 1 und 2 verwenden mit Fokussier-Elementen,
welche Mikro-Kugeln sind. Die verschiedenen Merkmale der Schirme
sind dann die gleichen, und insbesondere können die relativen Abmessungen
der Durchgangsöffnungen
und der Fokussier-Elemente oder die relativen Abmessungen der Durchgangsöffnungen
und die lichtundurchlässige
Schicht die gleichen sein.
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Es
wird nun ein Herstellungsverfahren eines Schirmes beschrieben; dieses
Verfahren findet vorteilhafterweise Anwendung bei der Herstellung
eines Schirmes der Art, wie in den 1 und 2 gezeigt.
Das Verfahren enthält
im Wesentlichen das Bilden, durch Bestrahlung durch die Fokussier-Elemente
hindurch, von Durchgangsöffnungen
in der lichtundurchlässigen
Schicht zum Durchlassen des Lichts, das von den Fokussier-Elementen
fokussiert wird.
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Die
Art der Strahlung hängt
von der Art der lichtundurchlässigen
Schicht ab; Beispiele werden im Folgenden gegeben für den Fall,
dass die Fokussier-Elemente aus Mikro-Linsen gebildet sind. In den
Beispielen stellt man fest, dass die Bestrahlung entweder direkt
auf die lichtundurchlässige
Schicht erfolgt, oder auf ein Material, welches die nachträgliche Bildung
der lichtundurchlässigen
Schicht erlaubt. In jedem Fall sind die Schicht oder das Material
vorteilhafterweise anstelle der lichtundurchlässigen Schicht in dem fertigen
Schirm angeordnet.
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In
einer ersten Ausführungsform
wird die lichtundurchlässige
durch Photolithographie gebildet. Das Verfahren enthält anschließend einen
ersten Schritt des Bereitstellens eines Trägers mit Mikro-Linsen und gegebenenfalls
eines Diffusors. In einem zweiten Schritt wird auf dem Träger ein
positiv-photosensibles
Harz abgelagert, welches vorab mit Teilchen (Partikeln) beladen
wird, um es lichtundurchlässig
zu machen. Im Falle einer schwarzfarbenen lichtundurchlässigen Schicht,
für Anwendungen
der Farbprojektion, können
Kohlenstoff-Partikel
verwendet werden, aus schwarzem Ferrit, oder aus Kobalt-Oxid. Als
Harz kann zum Beispiel das Harz vom Typ AZ verwendet werden, welches
von der Gesellschaft Shipley verkauft wird.
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Das
Verfahren umfasst anschließend
einen Schritt der Bestrahlung des photo-sensiblen Harzes von hinten,
i.e. durch die Mikro-Linsen hindurch, mit einer für die Art
des Harzes geeigneten Strahlung. Es wird verstanden, dass das für die Bestrahlung
verwendete Licht in der Umgebung der Brennpunkte der Mikro-Linsen konzentriert
wird, und dass das Harz daher in der Umgebung dieser Brennpunkte
belichtet wird. Die Bestrahlung wird fortgesetzt für eine Dauer,
die ausreicht, um das Harz derart zu belichten, dass das Licht,
welches von den Mikro-Linsen fokussiert wird, durchgelassen wird;
die Anwesenheit von lichtundurchlässigen Partikeln erhöht die Bestrahlungsdauer
im Vergleich zur Soll-Dauer, eine längere Bestrahlung ermöglicht aber
das Belichten des Harzes.
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Es
ist vorteilhaft, dass die Bestrahlung des Harzes ausgeführt wird
mit einem Licht, das so gerichtet ist wie das Licht, welches anschließend bei
der Verwendung des Schirmes projiziert wird. Wenn man also anschließend den
Schirm mit einer Punktquelle verwendet, welche in einer gegebenen
Position in bezug auf den Schirm angeordnet ist, kann man für die Bestrahlung
die Bestrahlungsquelle in der selben Position in bezug auf den Schirm
anordnen. Auf diese Weise verbessert man die Transmittivität für das direkt
von der Quelle stammende Licht, und vor allem über die Ränder. Dies trifft nicht nur
für die
jetzt beschriebene erste Ausführungsform
zu, sondern auch für
die Gesamtheit der Ausführungsformen
des Verfahrens der Erfindung.
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Nach
dem Bestrahlungsschritt enthält
das Verfahren einen Schritt der Entwicklung des Harzes, der es ermöglicht,
das Harz, welches belichtet wurde, zu entfernen.
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Photolithographische
Techniken sind dem Fachmann als solche wohlbekannt und können ohne Schwierigkeiten
angewendet werden.
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In
dem Schirm der 1 ist das Material folglich
ein positiv-photosensibles Harz, welches mit lichtundurchlässigen Partikeln
beladen ist, und das Bilden der lichtundurchlässigen Schicht erfolgt durch
das Entwickeln des Harzes und durch das Entfernen des Harzes, welches
bei der Bestrahlung belichtet wird, an den Brennpunkten der Mikro- Linsen oder in der
Nähe von
diesen. In diesem Fall beträgt
die Dicke der lichtundurchlässigen
Schicht typischerweise einige Mikrons.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung wird die lichtundurchlässige Schicht durch Bestrahlung
gebildet, derart, dass das Material, welches die lichtundurchlässige Schicht
bildet, in der Nähe
der Brennpunkte der Mikro-Linsen zerstört wird. Wie in der ersten
Ausführungsform
enthält
das Verfahren einen ersten Schritt des Bereitstellens eines Trägers mit
Mikro-Linsen, und gegebenenfalls eines Diffusors. In einem zweiten
Schritt wird direkt auf dem Träger
das Material deponiert, welches zum Bilden der lichtundurchlässigen Schicht
bestimmt ist. Es kann jedes lichtundurchlässige Material verwendet werden,
welches dazu geeignet ist, durch Bestrahlen mit einer Strahlung,
welche durch die Linsen konzentriert wird, zerstört zu werden, und zum Beispiel
kann ein schwarzer Plastikfilm verwendet werden, welcher mit einem
CO2-Laser der Wellenlänge 600 oder 800 nm durchlöchert sein
kann. In diesem Fall beträgt
die Dicke der lichtundurchlässigen
Schicht typischerweise 2 bis 3 Mikrons.
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Das
Verfahren enthält
anschließend
einen Schritt der Bestrahlung der lichtundurchlässigen Schicht, von hinten,
i.e. durch die Mikro-Linsen hindurch, mit einer für die Art
der lichtundurchlässigen
Schicht geeigneten Strahlung. In dem weiter oben gegebenen Produkt-Beispiel
kann Laser-Strahlung verwendet werden. Wie in der ersten Ausführungsform
wird verstanden, dass das Licht, welches für die Bestrahlung verwendet wird,
in der Nähe
der Brennpunkte der Mikro-Linsen konzentriert wird: die lichtundurchlässige Schicht
wird daher in der Nähe
der Brennpunkte der Mikro-Linsen zerstört. Gegebenenfalls kann ein
Spül-Schritt
vorgesehen werden.
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In
dieser Ausführungsform
ist das bestrahlte Material unmittelbar das Material der lichtundurchlässigen Schicht, und
das Bilden der lichtundurchlässigen
Schicht erfolgt bei der Bestrahlung durch Zerstörung des Materials.
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In
einer zweiten Ausführungsform
bildet man die lichtundurchlässige
Schicht durch Photographie mit Hilfe eines Filmes oder eines positiv-photographischen
Materials. Das Verfahren enthält
einen ersten Schritt des Bereitstellens eines Trägers mit Mikro-Linsen und gegebenenfalls
eines Diffusors. In einem zweiten Schritt bildet man über dem
Träger
einen positiv-photographischen Film. Solche Filme sind an sich bekannt
und reichlich erhältlich
auf dem Markt, insbesondere bei Kodak, Agfa oder Fuji. In diesem
Fall ist die Dicke der lichtundurchlässigen Schicht typischerweise
geringer als 1 Mikron.
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Das
Verfahren enthält
anschließend
einen Schritt der Bestrahlung der lichtundurchlässigen Schicht, von hinten,
i.e. durch die Mikro-Linsen hindurch, mit einer für die Art
der lichtundurchlässigen
Schicht geeigneten Strahlung. Für
den positiv-photographischen Film kann einfach ein beliebiges aktinisches
Licht verwendet werden, und ganz einfach weißes Licht. Das Licht, welches
für die
Bestrahlung verwendet wird, wird in der Nähe der Brennpunkte der Mikro-Linsen
konzentriert: der Film wird folglich in der Nähe der Brennpunkte der Mikro-Linsen
belichtet. Anschließend
kann man mit der Entwicklung des photographischen Filmes fortfahren.
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Nach
der Entwicklung ist der Film transparent in der Umgebung der Brennpunkte
der Linsen, und schwarz – oder
von jeder anderen gewählten
Farbe – anderswo.
Wie im vorangegangenen kann man dann eine Schutzschicht, ein Substrat
oder anderes ablagern.
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In
dieser zweiten Ausführungsform
ist das Material also ein photographischer Film; man kann auch unmittelbar
auf dem Träger
oder dem Hologramm ein positiv-photographisches Material ablagern,
was das Problem der Entwicklung des Filmes von seinen beiden Seiten
her vermeidet. Falls man einen photographischen Film verwendet,
der auf beiden Seiten entwickelt wird, kann man die Entwicklung
der Seite des Filmes, welche bestimmt ist, gegen den Träger oder
den holographischen Diffusor angebracht zu sein, vorab vornehmen.
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In
der zweiten Ausführungsform
enthält
der Schritt des Bildens der lichtundurchlässigen Schicht einfach die
Entwicklung des photographischen Films oder des photographischen
Materials.
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In
dem Schirm der 6 bildet man die lichtundurchlässige Schicht
durch Entfärbung
eines Materials. Das Verfahren enthält nach wie vor einen ersten
Schritt des Bereitstellens eines Trägers mit Mikro-Linsen und gegebenenfalls
eines Diffusors. In einem zweiten Schritt deponiert man auf dem
Träger
ein Material, welches empfänglich
ist für
eine Entfärbung
durch Bestrahlung; man kann zum Beispiel die von der Gesellschaft
Westlake unter der Bezeichnung "Acetal
Film" vertriebenen
Filme verwenden, welche entfärbt
werden können
durch Anwendung eines Lasers um 600 nm herum. Man kann auch unmittelbar
das entsprechende aktive Produkt auftragen. Falls notwendig sind
Abstandshalter oder Trennblätter
zwischen dem Träger
und dem Film vorgesehen. Es ist anzumerken, dass die Filme "Acetal Films" in verschiedenen
Farben erhältlich
sind. In diesem Fall beträgt
die Dicke der lichtundurchlässigen
Schicht typischerweise einige Mikrons.
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Das
Verfahren enthält
anschließend
einen Schritt der Bestrahlung der lichtundurchlässigen Schicht, von hinten,
i.e. durch die Mikro-Linsen hindurch mit einer für die Art der lichtundurchlässigen Schicht
geeigneten Strahlung. Für
dieses Beispiel verwendet man das Licht, welches für das Entfärben des
Materials vorgesehen ist. Dieses Licht wird in der Nähe der Brennpunkte
der Mikro-Linsen konzentriert: das Material wird daher in der Nähe der Brennpunkte
der Mikro-Linsen
entfärbt.
Nach der Bestrahlung ist das Material in der Nähe der Brennpunkte der Linsen
transparent, und lichtundurchlässig
anderswo. Falls notwendig, kann man kann dann eine Schutzschicht,
ein Substrat, oder eine antireflektierende Schicht ablagern.
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In
diesem Beispiel ist das Material das Material der undurchlässigen Schicht,
und die Bildung der lichtundurchlässigen Schicht erfolgt zur
selben Zeit wie die Bestrahlung durch Entfärbung des Materials.
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Man
könnte
auch eine Entfärbung
von in der Oberfläche
lichtundurchlässig
gemachten Gläsern
verwenden, welche durch Bestrahlung transparent gemacht werden (metallischer
Niederschlag durch Bestrahlung in transparente Oxide umgewandelt).
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Im
Vergleich zu dem in US-A-5563738 beschriebenen Verfahren des Bildens
einer lichtundurchlässigen
Schicht sichert das Verfahren der Erfindung die Bildung von echten
Durchgangsöffnungen
in der lichtundurchlässigen
Schicht, mit einer kontrollierten Abmessung; auf diese Weise wird
eine adäquate
Transmission über
die gesamte Oberfläche
des Schirmes gesichert. Folglich wird die Transmittivität des Schirmes
vergrößert, und
somit der Kontrast. In diesem amerikanischen Patent wird die Lichtundurchlässigkeit
der Verbindungsschicht mit Mikro-Kugeln so gewählt, dass das projizierte Licht
von hinten nach vorne durchgelassen wird, rings um die Kontaktpunkte
herum zwischen den Mikro-Kugeln und ihrem Träger; dies spricht zugunsten einer
geringen Lichtundurchlässigkeit.
Allerdings ist die Lichtundurchlässigkeit
notwendig, um das auf die vordere Seite des Schirmes einfallende
Licht zu absorbieren. Die Lichtundurchlässigkeit der Verbindungsschicht ist
folglich das Ergebnis eines Kompromisses zwischen der Transmittivität von hinten
nach vorne, und der Absorption von vorne nach hinten. Die Erfindung
ermöglicht
es, diesen Kompromiss zu vermeiden, und eine sehr lichtundurchlässige Verbindungsschicht
mit Kugeln bereitzustellen, alles unter Erhaltung einer guten Transmittivität in der
Richtung von hinten nach vorne.
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Das
Verfahren der Erfindung lässt
sich außerdem
gut anwenden in dem Fall, bei dem die Fokussier-Elemente keine Mikro-Linsen sondern Kugeln
sind, wie in dem Patent US-A-5 563 738. In diesem Fall ermöglicht das
Verfahren der Erfindung außerdem,
den Kontrast des Schirmes zu verbessern. Das Verfahren wird beschrieben
unter Bezug auf die 3, welche ein Beispiel eines
Trägers
mit Mikro-Kugeln zeigt.
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Der
Träger 44 ist
bedeckt mit einer lichtundurchlässigen
Schicht 46, dann mit einer Verbindungsschicht 48,
in der Mikro-Kugeln 50 angeordnet sind. Anschließend wird über der
Verbindungsschicht eine zweite lichtundurchlässige Schicht 52 gebildet;
diese zweite lichtundurchlässige
Schicht ermöglicht
es, das Licht zu beschränken,
welches bei dem Bestrahlungsschritt durch die Zwischenräume zwischen
den Kugeln hindurch weitergeleitet wird. Anschließend können, wie
in dem oben genannten Patent erläutert,
weitere Schichten gebildet werden, um die Fokussierung durch die
Mikro-Kugeln besser kontrollieren zu können.
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Gemäß der Erfindung,
fährt man
anschließend
fort mit der Bildung von Durchgangsöffnungen 54 in der lichtundurchlässigen Schicht.
Das Verfahren enthält
also einen Schritt der Beleuchtung der lichtundurchlässigen Schicht 46,
von hinten, i.e. durch die Mikro-Kugeln hindurch, mit einer für die Art
der lichtundurchlässigen Schicht
geeigneten Strahlung. Aufgrund der Anwesenheit der zweiten lichtundurchlässigen Schicht 52 bestrahlt
das Licht, welches zwischen den Mikro-Kugeln hindurchtritt, nicht
die erste lichtundurchlässige
Schicht 46. Man kann insbesondere die weiter oben beschriebene
zweite Ausführungsform
verwenden und zu der Zerstörung
oder der Entfärbung
des Materials der lichtundurchlässigen
Schicht schreiten. Diese Ausführungsformen
sind interessant für
die Struktur der 3, insofern, als sie verwendet
werden können
ohne Zugang zu der lichtundurchlässigen
Schicht.
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Auf
diese Weise werden tatsächliche
Durchgangsöffnungen
in der lichtundurchlässigen
Schicht 46 gebildet; wie weiter oben erläutert, kann
man aufgrund dieser Tatsache für
die lichtundurchlässige
Schicht ein sehr lichtundurchlässiges
Material verwenden. Es ist klar, dass nach der Bildung der Durchgangsöffnungen
die zweite lichtundurchlässige
Schicht 52 nicht mehr erforderlich ist, denn das Licht,
welches zwischen den Kugeln hindurchläuft, wird durch die erste lichtundurchlässige Schicht 46 aufgehalten.
Man kann sie daher entfernen und durch andere Schichten ersetzen.
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Wie
dies in Zusammenhang mit der 2 und der
Ausführungsform,
welche Mikro-Linsen verwendet, erläutert wurde, kann man für die Ausführungsform
der 3 einen Diffusor hinzufügen, und insbesondere einen
holographischen Diffusor.
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Unter
Bezug auf die 4 und 5 wird ein
für eine
Frontal-Projektion verwendbarer Schirm beschrieben. Der Schirm der 4 und 5 weist
eine Struktur auf, welche analog zu der des Schirmes der 2 ist,
jedoch mit einem Reflektor.
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Genauer
gesagt enthält
der Schirm einen Träger 60 mit
Fokussier-Elementen – in
dem Beispiel der Figur Mikro-Linsen 61. In der Nähe der Brennpunkte
der Mikro-Linsen, über
der den Mikro-Linsen gegenüberliegenden
Seite des Trägers,
ist eine lichtundurchlässige
Schicht 62 vorgesehen mit Durchgangsöffnungen 63. Die Durchgangsöffnungen
können
dieselben Merkmale aufweisen wie die Durchgangsöffnungen, welche weiter oben
im Zusammenhang mit den 1 bis 3 diskutiert
wurden. Der Schirm weist außerdem
einen Reflektor 65 auf, welcher das Licht reflektiert,
welches durch die Durchgangsöffnungen
hindurchtritt. Vorteilhafterweise handelt es sich um einen holographischen
Reflektor, zum Beispiel um einen holographischen Diffusor, welcher
einen äußeren Reflektor-Film
aus Aluminium aufweist; ein solcher holographischer Reflektor wird
von der Gesellschaft Physical Optics Corporation vermarktet und
ermöglicht
es, die Richtwirkung des reflektierten Lichtes zu kontrollieren.
Man kann auch die Reflektoren der amerikanischen Gesellschaft Krystal
Holographics International, Inc. verwenden. Zusätzlich kann man als Reflektor
Mikro-Prismen-Strukturen verwenden oder andere dem Fachmann an sich
wohlbekannte. Diese Strukturen ermöglichen das Reflektieren des
Lichtes mit einem kontrollierten Winkel. Die Gesamtheit kann auf
ein Substrat 67 aus Glas oder aus Plastik geklebt werden.
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Der
Schirm der 4 kann mit denselben Verfahren
wie denjenigen, welche weiter oben beschrieben wurden, erhalten
werden. Um eine optimale Funktion des Schirmes zu sichern, und insbesondere
um zu sichern, dass die Strahlen, welche auf die Ränder projiziert
werden, in Richtung des Zuschauers reflektiert werden, ist es vorteilhaft,
dass der Bestrahlungs-Schritt mit einer Quelle erfolgt, welche an
dem Ort angeordnet ist, wo später
der Projektor angeordnet werden muss.
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Die
Funktion des Schirmes in der Frontal-Projektion wird unter Bezug
auf die 4 und 5 erläutert. Sie
beruht auf dem Prinzip, dass das Licht, welches auf den Schirm projiziert
wird, aus einer gegebenen Richtung stammt, welche diejenige des
Projektors ist, während
das Umgebungslicht aus allen Richtungen ankommt; das Licht des Projektors
wird also im Wesentlichen vollständig
durch die Fokussier-Elemente fokussiert und durch den Reflektor
reflektiert, in die Richtung des Benutzers. Die Tatsache, dass ein
holographischer Reflektor verwendet wird, ermöglicht in diesem Fall das Kontrollieren
der Reflektionsrichtung des Lichtes, welches von dem Projektor stammt,
und insbesondere das Zurückschicken
des Lichtes in Richtung des Zuschauers, welches auf die Ränder des
Schirmes projiziert wird. Dagegen wird das Umgebungslicht, welches
nicht a priori von dem Projektor stammt, durch die Fokussier-Elemente
auf der lichtundurchlässigen
Schicht gebrochen; es wird folglich absorbiert. Der Schirm weist
folglich einen sehr viel größeren Kontrast
auf als die klassischen Projektionsschirme, und insbesondere viel
größer als
die Zerstreuungs-Schirme, als die Perlleinwände oder auch als die aluminisierten
holographischen Schirme, welche von der Gesellschaft Physical Optics
Corporation vermarktet werden. Er ermöglicht eine Projektion in einem
erleuchteten Raum, ohne das es notwendig ist, das gesamte Umgebungslicht
zu unterdrücken.
Dieses Merkmal ist neu und wichtig und ermöglicht insbesondere eine LCD-Projektion
zu niedrigen Kosten in Versammlungssälen, Planungsbüros oder
anderen Orten, welche normalerweise erhellt sind.
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Die 4 zeigt
den Schirm in der Nähe
seines Mittelpunktes. Die 5 zeigt
den Schirm in der Nähe seines
Randes. In durchgezogenen Linien erscheinen die auf den Schirm einfallenden,
vom Projektor stammenden Strahlen, welche mehrheitlich in die Durchgangsöffnungen
der lichtundurchlässigen
Schicht fokussiert werden und durch den Reflektor in Richtung der
Zuschauer reflektiert werden; in gestrichelten Linien erscheinen
einfallende Strahlen des Umgebungslichtes, welche mehrheitlich von
der lichtundurchlässigen
Schicht absorbiert werden. Der Winkel α in den 4 und 5 stellt
den Winkelbereich dar, in welchem das von dem Projektor stammende
kollimierte oder im Wesentlichen kollimierte Licht zurückgeschickt
wird; wie es die 4 zeigt, wird für die Mitte
des Schirmes das Licht in einen Winkelsektor mit einer Achse deutlich
senkrecht zu dem Schirm in Richtung des Publikums zurückgeschickt.
Wie es die 5 zeigt, wird an den Rändern des Schirmes
das Licht in Richtung zur Mitte des Schirmes zurückgeschickt, in einem Winkelbereich,
welcher zum Publikum hin gerichtet ist.
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6 zeigt
eine schematische Schnitt-Darstellung eines anderen Schirmes; in
dem Beispiel der 6 werden als Fokussier-Elemente
Mikro-Linsen verwendet, wie in der Ausführungsform der 2.
Als Fokussier-Elemente kann man auch linsenförmige Elemente verwenden, oder
außerdem
gekreuzte linsenförmige Netze,
wie in der Anmeldung GB-A-369 611 vorgeschlagen. Wie weiter
oben erläutert,
ist es vorteilhaft, dass die Mikro-Linsen 76, welche auf
der hinteren Seite 74 des Trägers 72 gebildet sind,
eine beträchtliche
Brennweite aufweisen, und typischerweise eine Brennweite, welche
mindestens 5 mal größer ist
als ihre Größe. In dem
Beispiel mit Mikro-Linsen und einem Strahl der Ordnung von 300 μm ist die
Brennweite folglich größer als 1,5
mm. Allgemeiner ist eine Brennweite um die 2 mm, zum Beispiel zwischen
1,5 und 3 mm vorteilhaft.
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Auf
der vorderen Seite des Trägers 72 ist
eine lichtundurchlässige
Schicht 78 vorgesehen, versehen mit Durchgangsöffnungen 80 in
der Nähe
der Brennpunkte der Fokussier-Elemente. Diese lichtundurchlässige Schicht
und ihre Durchgangsöffnungen
können
durch eines der weiter oben vorgeschlagenen Verfahren realisiert
werden. In dieser Ausführungsform
ist es ebenfalls vorteilhaft, dass das Verhältnis zwischen der Oberfläche der
Durchgangsöffnungen
und der Gesamtoberfläche
der lichtundurchlässigen
Schicht weniger als 10%, sogar weniger als 5%, beträgt.
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Auf
die lichtundurchlässige
Schicht wird mit Hilfe eines Klebemittels 81 ein holographischer
Diffusor 82 geklebt, dessen Vorderseite das holographische
Muster (Gaufrage) aufweist. Das Anordnen des Diffusors in dieser
Richtung, das heißt
die glatte Seite gegen die lichtundurchlässige Schicht, weist die folgenden
Vorteile auf. Einerseits wird jegliche Spur von Klebemittel auf
dem holographischen Muster vermieden, wodurch die Richtwirkung des
Schirmes erhalten bleibt. In dieser Ausführungsform ist es nicht notwendig, eine
komplexe Art der Leimung vorzusehen, um das Festkleben des holographischen
Schirmes zu verhindern. Wie in der Figur dargestellt, kann das Klebemittel
auf die lichtundurchlässige
Schicht und in den Durchgangsöffnungen angebracht
werden, auf einer Dicke, die beträchtlich sein kann: um die Auflösung einzuhalten,
genügt
es, dass die Dicke der Klebe-Schicht 81 und des Diffusors 82 geringer
bleibt als die Brennweite der Fokussier-Elemente. Man kann daher
eine konsequente Dicke des Klebemittels vorsehen, zum Beispiel in
der Größenordnung von
0,5 mm, was vorteilhaft ist im Fall von schwierigen klimatischen
Bedingungen (Hygrometrie und Temperatur).
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Darüberhinaus
wird, auf Grund der Tatsache, dass der holographische Schirm nach
außen
gewandt ist, das Umgebungslicht, welches innerhalb des Emissions-Kegels
einfällt,
in Richtung des Projektors übertragen;
der Rest des einfallenden Lichtes wird quasi vollständig in
der lichtundurchlässigen
Schicht absorbiert; der Schirm weist daher einen beträchtlichen
Kontrast auf. Er stellt eine dunkle und unverfälschte schwarze Farbe dar,
ganz anders als die Vorrichtungen von der Art derer, welche zum
Beispiel von der Gesellschaft Jenmar vermarktet werden, deren Farbe
graugelb ist. Man erhält
gemäß der Erfindung
einen matten Schirm, welcher einen beträchtlichen Kontrast und eine
kontrollierte Richtwirkung aufweist.
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Man
kann eine andere Art von Diffusor als einen holographischen Diffusor
verwenden. Zum Beispiel kann man einen lichtdurchlässigen milchigen
Diffusor verwenden, oder einen Sandstrahl-Oberflächen-Diffusor. Im Falle eines
milchigen Diffusors, welcher auf ein transparentes Substrat geklebt
ist, ist es vorteilhaft, den Diffusor direkt auf die lichtundurchlässige Schicht
zu kleben; dies begrenzt die Verminderung des Kontrastes durch Rückstreuung
in den Diffusor, vor allem wenn das Substrat mit einer antireflektierenden
Schicht versehen ist. Es kann in diesem Fall auch vorteilhaft sein,
eine äußere lichtundurchlässige Schicht
vorzusehen, so dass die Rückstreuung
des einfallenden Lichtes begrenzt wird. Es ist dann vorteilhaft,
dass die Gesamtdicke des Schirmes von der Größenordnung der Brennweite der
Fokussier-Elemente ist, damit die Durchgangsöffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht,
welche dem Benutzer am nächsten
ist, die weiter oben erwähnten Relationen
erfüllen
(weniger als 10%, sogar 5% der Gesamt-Oberfläche).
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Die 7 zeigt
eine schematische Schnitt-Darstellung eines Schirmes gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung. Diese Ausführungsform
ermöglicht
es, einen Schirm zu erhalten mit einem starken Kontrast, einer guten
Richtwirkung und einem brillanten Aspekt. Sie stellt eine Alternativlösung zum
Aufkleben des holographischen Diffusors bereit. Wie der Schirm der 6 weist
der Schirm der 7 als Fokussier-Elemente Mikro-Linsen 76 auf,
welche auf der hinteren Seite 74 eines Trägers 72 gebildet
sind. Wie für
die 1 und 2 erläutert, können außerdem linsenförmige Elemente
verwendet werden. Die Mikro-Linsen und die Dicke des Trägers werden
so gewählt,
dass die Strahlen, welche durch die Mikro-Linsen fokussiert werden, divergent
sind auf der vorderen Seite des Trägers 72.
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In
dem Beispiel mit Mikro-Linsen mit einem Durchmesser von 300 μm, und mit
einer Brennweite von 2 mm, kann man einen Träger mit einer Dicke in der
Größenordnung
von 2,5 mm wählen.
In diesem Fall weisen die Durchgangsöffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht
einen Durchmesser der Größenordnung
67 μm auf,
und das Verhältnis
zwischen der Gesamtoberfläche
der Durchgangsöffnungen
und der Gesamtoberfläche der
lichtundurchlässigen
Schicht ist ungefähr
5%.
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In
der Ausführungsform
der 7 ist eine Zwischenraum-Schicht vorgesehen zwischen dem Träger der
Mikro-Linsen und dem holographischen Diffusor. Diese Zwischenraum-Schicht
weist Durchgangsöffnungen
auf, korrespondierend zu den Durchgangsöffnungen der lichtundurchlässigen Schicht.
Sie ermöglicht
es, den holographischen Diffusor auf den Träger zu kleben, mit dem holographischen
Muster (Gaufrage) zum Träger
gerichtet, ohne dass das Klebemittel die Funktion des Diffusors
in Mitleidenschaft zieht. Wie es die 7, zeigt
kann man auf der vorderen Seite des Trägers eine lichtundurchlässige Schicht 78 vorsehen,
mit Durchgangsöffnungen,
welche dem einen oder dem anderen der oben beschriebenen Verfahren
folgend offengehalten werden. Diese lichtundurchlässige Schicht
ist nicht obligatorisch.
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Es
wird das Beispiel einer Zwischenraum-Schicht gegeben, welche mit
Hilfe eines positiv-photosensiblen Harzes gebildet wird. Man bildet
auf der lichtundurchlässigen
Schicht 78 eine Schicht 84 aus positiv-photosensiblem
Harz auf der lichtundurchlässigen
Schicht 78, oder auf der vorderen Seite des Trägers in
Abwesenheit einer lichtundurchlässigen
Schicht; diese schicht weist vorteilhafterweise eine Dicke von einigen
Mikrons bis einigen zehn Mikrons auf; diese Dicke hängt von
der später
verwendeten Klebe-Technik ab und ist ausreichend, um jegliche Verschmutzung
der Durchgangsöffnungen
durch das Klebemittel zu verhindern. Auf diese Weise kann man trockene
photosensible Harze mit einer Dicke von 15, 30 oder 50 μm verwenden;
diese Harze werden trocken-laminiert auf den Träger. Die Harzschicht wird durch
den Schirm hindurch belichtet, typischerweise im Ultravioletten,
in analoger Weise zu der Belichtung der lichtundurchlässigen Schicht
für das Bilden
der Durchgangsöffnungen,
dann wird sie entwickelt. Auf diese Weise bildet man in der Harzschicht
die Durchgangsöffnungen 86,
korrespondierend mit den Durchgangsöffnungen der lichtundurchlässigen Schicht. Aufgrund
der Divergenz der durch die Fokussier-Elemente fokussierten Strahlen
haben diese Durchgangsöffnungen
eine kegelförmige
Form.
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Man
kann anschließend
eine lichtundurchlässige
Schicht 88 auf der Schicht 84 aus photosensiblem Harz
bilden, mit Durchgangsöffnungen,
korrespondierend mit den Durchgangsöffnungen in der Schicht aus photosensiblem
Harz, zum Beispiel einem der weiter oben beschriebenen Verfahren
folgend. Es ist auch möglich
die lichtundurchlässige
Schicht durch Offset-Flachdruck oder durch eine andere Drucktechnik
zu bilden; in diesem Fall ermöglicht
es die Divergenz der Durchgangsöffnungen
in der Schicht aus photosensiblem Harz, dass sich die lichtundurchlässige Schicht
nicht in die Durchgangsöffnungen
erstreckt und das Licht, welches von den Fokussier-Elementen fokussiert
wird, durchlässt.
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Die
Schicht 88 ist eine zweite lichtundurchlässige Schicht
in dem Fall, bei dem bereits eine lichtundurchlässige Schicht auf der vorderen
Seite des Trägers
gebildet wurde; es kann sich auch um eine erste lichtundurchlässige Schicht
handeln, falls keine lichtundurchlässige Schicht auf der vorderen
Seite des Trägers
gebildet wurde. Diese Schicht ist auch fakultativ, falls bereits
eine lichtundurchlässige
Schicht gebildet wurde.
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Aufgrund
der Anwesenheit der Schicht aus photosensiblem Harz und ihrer Dicke
kann man anschließend
einen Diffusor ankleben, zum Beispiel einen holographischen Diffusor
mit einer interferometrischen Seite oder Holographie-Muster-Seite
in Richtung zu den Fokussier-Elementen gewandt. Dafür langt
es, die Schicht 84 aus photosensiblem Harz oder die lichtundurchlässige Schicht 88 mit
einer Klebeschicht auszukleiden. Aufgrund der Dicke der Schicht
und der Größe der Durchgangsöffnungen
ist es möglich,
das Klebemittel abzulagern, ohne dass es die Durchgangsöffnungen
verstopft; für
die Auftragung des Klebemittels kann man zum Beispiel eine Offset-Technik
oder eine andere Technik verwenden, in Abhängigkeit von der Dicke der
Zwischenraum-Schicht. Anschließend
wird auf der Klebeschicht ein Diffusor 90 angebracht. Die
aktive Seite des Diffusors ist den Fokussier-Elementen zugewandt. Sie funktioniert
gleichwohl in Luft, auf der Höhe
der Durchgangsöffnungen
in der oder den lichtundurchlässigen
Schichten und in der Schicht aus photosensiblem Harz. Auf diese
Weise wird eine korrekte Funktion des Diffusors gesichert, dessen
Eigenschaften nicht durch das Klebemittel in Mitleidenschaft gezogen
werden.
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In
der Ausführungsform
der 7 wurde das Bilden der Zwischenraum-Schicht mit
Hilfe eines positiv-photosensiblem Harzes aus dem Handel erläutert. Was
die lichtundurchlässige
Schicht betrifft kann man auch ein photosensibles Harz verwenden,
welches beladen wird, um es lichtundurchlässig zu machen, wie bereits
weiter oben erläutert.
In diesem zweiten Fall ist es nicht mehr erforderlich, lichtundurchlässige Schichten auf
der einen oder anderen Seite der Zwischenraum-Schicht vorzusehen.
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Man
kann außerdem
das sogenannte "Lift-off"-Verfahren verwenden:
man verwendet ein negatives Harz, welches belichtet und entwickelt
wird, so dass Kontakte übrig
bleiben korrespondierend mit den Strahlen, welche von den Fokussier-Elementen fokussiert
werden. Anschließend
wird, zum Beispiel durch Siebdruck, eine lichtundurchlässige Schicht
ausgebildet, typischerweise aus Kohlenstoff eingelassen in einem
nicht-photosensiblen Harz, anschließend werden die Kontakte aus
negativem Harz entfernt. Dies ermöglicht es, eine dicke lichtundurchlässige Zwischenraum-Schicht
zu erhalten. In dem "Lift-off"-Verfahren kann man
außerdem um
die Kontakte herum eine Schicht aufbringen, welche nicht lichtundurchlässig ist,
und in diesem Fall behält man
eine oder mehrere der an die Zwischenraum-Schicht angrenzenden lichtundurchlässigen Schichten.
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Zum
Bilden der Zwischenraum-Schicht kann man schließlich eine Schicht verwenden,
welche auf den Träger
trocken-laminiert wird, welche an den Stellen zerstört wird,
wo die durch die Fokussier-Elemente fokussierten Strahlen sind.
Diese Ausführungsform
ist ähnlich
zu der, welche bereits weiter oben für die lichtundurchlässige Schicht
erläutert
wurde.
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Der
Schirm kann so verwendet werden, dass die Vorderseite des Schirmes
dann durch die Rückseite des
Diffusors gebildet wird. In diesem Fall verhindert man jegliche
Staubablagerung auf der aktiven Seite des Diffusors. Außerdem kann
man an den Schirm eine transparente Platte 92 aus Glas
oder Analogem anfügen, gegebenenfalls
mit einer anti-reflektierenden Schicht 94 versehen. Auf
diese Weise wird dem Schirm viel beträchtlichere mechanische Steifheit
verliehen. Außerdem
sichert die Anwesenheit des Glases dem Schirm ein brillantes Aussehen
(Aspekt), was in bestimmten Anwendungen nützlich sein kann. Die Anwesenheit
von einer oder mehreren lichtundurchlässigen Schichten unter dem
Glas sichert einen guten Kontrast und einen dunkel-schwarzen Aspekt
des Schirmes.
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Man
kann auch, obwohl dies nicht in der Figur gezeigt wird, auf der
Vorderseite des Diffusors eine lichtundurchlässige Schicht vorsehen. Diese
wird angeordnet zwischen dem Diffusor und der Glasplatte 92;
sie verbessert den Schwarz-Aspekt des Schirmes, und vergrößert den
Kontrast.
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Es
wird verstanden, dass man in der Beschreibung der 7 eine,
zwei oder drei lichtundurchlässige Schichten
bilden kann, auf der einen und der anderen Seite der Zwischenraum-Schicht 84,
und auf der einen und der anderen Seite des Diffusors 90.
Falls die Zwischenraum-Schicht lichtundurchlässig ist, kann man auf zusätzliche
lichtundurchlässige
Schichten verzichten. Die Anwesenheit von mehreren lichtundurchlässigen Schichten
verbessert den Kontrast, und verbessert auch den Schwarz-Aspekt
des Schirmes. Aufgrund der Divergenz der Strahlen ist es möglich, dass
das Verhältnis
zwischen der Oberfläche
der Durchgangsöffnungen und
der Gesamtoberfläche
der lichtundurchlässigen
Schicht größer ist
als 5 bzw. 10% für
die zweite beziehungsweise die dritte Schicht. Gleichwohl bleibt
der Kontrast in allen Fällen
hoch.
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Die
Ausführungsform
der 7 verbessert die Leistungen des Diffusors, und
verhindert die Aberrationen, welche hervorgerufen werden durch das
Klebemittel oder durch Staub, der sich auf der aktiven Seite des Diffusors
ablagern könnte.
Dies erhöht
die Lebensdauer des Schirmes. Die Ausführungsform der 7 sichert einen
guten mechanischen Zusammenhalt zwischen den verschiedenen Elementen
des Schirmes, typischerweise mit einer Verklebung auf mehr als 90%
der Oberfläche
zwischen dem Diffusor und dem photosensiblen Harz; dies verstärkt den
Schirm, unabhängig
von Unterschieden zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der Elemente,
aus welchen der Schirm zusammengesetzt ist – Träger der Fokussier-Elemente,
Diffusor und Glasplatte. Darüberhinaus
sichert die Tatsache, dass der Diffusor über seine gesamte Oberfläche einheitlich
geklebt ist, dass die Transmission über die Mitte des Diffusors
genauso gut erfolgt wie über
die Ränder
desselben. Dies macht die Aneinanderreihung von Schirmen in einer
Bildwand möglich,
ohne Randeffekte.
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Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten
Beispiele und Ausführungsformen
beschränkt,
sondern ist geeignet für
zahlreiche Varianten, welche dem Fachmann zugänglich sind. Folglich ist es
klar, dass man die relative Position der Mikro-Linsen und ihres
Trägers
variieren kann, sofern der Brennpunkt der Mikro-Linsen nahe der
lichtundurchlässigen
Schicht ist. In dem Fall der 1 könnte man
zum Beispiel die Mikro-Linsen über
der Vorderseite des Trägers
anordnen, eine transparente Zwischenschicht hinzufügen, anschließend eine
lichtundurchlässige
Schicht in der Nähe
des Brennpunktes der Mikro-Linsen. In dem Fall der 2 könnte man
die Mikro-Linsen über
der Vorderseite des Trägers 22 anordnen,
nach wie vor unter Sicherstellung, dass hier Brennpunkt in der Nähe der lichtundurchlässigen Schicht
ist.
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In
den Ausführungsformen
der Figuren wurden Beispiele mit Mikro-Linsen und mit Mikro-Kugeln
beschrieben. Gemäß der Erfindung
kann man auch linsenförmige
Fokussier-Elemente verwenden. Folglich können die 2 und 7 auch
zu Ausführungsformen
mit linsenförmigen
Elementen korrespondieren, als Schnitt senkrecht zu einer Invarianz-Achse der linsenförmigen Elemente.
Das Moiré-Problem,
welches weiter oben erwähnt
wurde, verschwindet mit Diffusor-Elementen,
und insbesondere mit einem holographischen Diffusor.
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Man
kann außerdem
auf dem Schirm der Erfindung die an sich bekannten Verarbeitungen
vornehmen, zum Beispiel Entspiegelungen der einen Seite oder der
anderen Seite des Schirmes. Der Ausdruck Träger, welcher für die Ausführungsformen
der 2 verwendet wird, bezieht sich auf Mikro-Linsen;
der Schirm kann auch einen starren Träger aufweisen wie eine Glasscheibe
oder ein schwachstreuendes Material. Man kann auch andere Arten
von Mikro-Linsen verwenden außer
denjenigen, welche als Beispiel gegeben wurden.
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Das
Verfahren der Erfindung ist nicht beschränkt auf die vier Ausführungsformen,
welche als Beispiel gegeben wurden. Man kann die lichtundurchlässige Schicht
auch bilden durch Bestrahlung anderer Materialsorten durch die Mikro-Linsen
oder die Fokussier-Elemente hindurch. Man kann auch das "Lift-off"-Verfahren der Photolithographie
verwenden: Anbringen von Kontaktpunkten aus negativ-photosensiblem
Harz an den Brennpunkten der Fokussier-Elemente; Abdecken der gesamten
Oberfläche
durch eine schwarze Schicht, dann schließlich Auflösung der Kontaktpunkte aus
Harz und der schwarzen Schicht an den Orten dieser Kontaktpunkte
aus Harz, um nur eine schwarze Schicht zu behalten, welche an den
Orten der Brennpunkte Löcher aufweist.
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In
der ganzen Beschreibung wurden die Begriffe lichtundurchlässige Schicht
und transparente Durchgangsöffnung
verwendet. Im Falle einer Farb-Projektion ist die lichtundurchlässige Schicht
typischerweise schwarz, und die Durchgangsöffnungen sind transparent,
d.h. sie lassen alle Wellenlängen
des sichtbaren Lichtes durch; in der Tat versteht sich der Begriff
transparent als transparent für
das von den Fokussier-Elementen fokussierte Licht, und der Ausdruck
lichtundurchlässig
versteht sich als lichtundurchlässig
für das
von den Fokussier-Elementen fokussierte Licht. In dem Fall eines
Projektionsschirmes, welcher dafür
bestimmt ist mit rotem Licht verwendet zu werden, könnte man
folglich eine blaue lichtundurchlässige Schicht verwenden, um
die rote Komponente des Umgebungslichtes zu absorbieren und einen
hohen Kontrast für
die Farbe Rot bereitzustellen.
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Man
könnte,
insbesondere in der Ausführungsform
der 7, andere Diffusoren verwenden außer holographischen
Diffusoren. Beispielsweise könnte
man Diffusoren aus einem transparenten Material verwenden, welche
eine unregelmäßige Oberfläche aufweisen,
insbesondere eine körnige
Oberfläche.
In dem Fall der 7 wird die unregelmäßige Seite
eines solchen Diffusors auf die Fokussier-Elemente gerichtet; die
Anwesenheit der photosensiblen Harzschicht und die Divergenz der
Strahlen verhindert jegliche Verschmutzung der streuungsaktiven
Schicht durch das Klebemittel.