DE69801597T2

DE69801597T2 - Projektionsfernsehgerät mit holographischem bildschirm und teilweise abgedeckter projektionslinse

Info

Publication number: DE69801597T2
Application number: DE69801597T
Authority: DE
Inventors: Thone Hall; Rene Pfile
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-01-29
Publication date: 2002-07-11
Anticipated expiration: 2018-01-30
Also published as: EP1051858B1; KR20010040480A; EP1051858A1; WO1999039513A1; AU6255698A; JP2002502199A; CN1284238A; DE69801597D1

Description

Sachgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Projektions- Fernseempfängern und insbesondere auf einen Projektions- Fernsehempfänger mit einem holographischen Schirm und Projektionslinsen, die modifiziert worden sind, um die Gleichmäßigkeit der Helligkeit über dem Betrachtungsfeld des Schirms zu verbessern, wobei das Abdecken mittlerer Teile der Pupillenlinsen der Projektionsröhre eingeschlossen ist.

Hintergrundinformation

Projektions-Fernsehschirme benötigen wenigstens drei Bildprojektoren, um entsprechende Bilder mit unterschiedlichen Farben zu erzeugen, beispielsweise Rot, Blau und Grün. Ein Projektionsschirm empfängt Bilder von den drei Projektoren auf einer ersten Seite und zeigt die Bilder auf einer zweiten Seite mit gesteuerter Lichtstreuung aller angezeigten Bilder an. Einer der Projektoren, üblicherweise Grün und üblicherweise in der Mitte einer Gruppe von Projektoren hat einen ersten optischen Weg in einer im wesentlichen orthogonalen Orientierung zu dem Schirm. Wenigstens zwei der Projektoren, üblicherweise Rot und Blau, die üblicherweise an entgegengesetzten Seiten des mittleren grünen Projektors in der Gruppe angeordnet sind, haben entsprechende optische Wege, die zu dem ersten optischen Weg in einer nicht orthogonalen Orientierung relativ zu dem Schirm konvergieren, wodurch Auftreffwinkel gebildet werden. Als Ergebnis dieses Positionierungsschemas für die Projektoren ist das auf dem Schirm erscheinende Bild farbverschoben, wenn es unter verschiedenen Winkeln betrachtet wird, und das Bild ist in der Mitte des Schirms heller als an den Rändern des Schirms oder weist eine ungleichmäßige Helligkeit auf. Es würde vorteilhaft sein, bei Projektionsschirm-Fernsehsystemen die Farbverschiebung zu vermindern und die Gleichmäßigkeit der Helligkeit zu verbessern.
Die Farbverschiebung wird als Änderung des Rot/Blau- oder Grün/Blau-Verhältnisses eines weißen Bildes definiert, das in der Mitte eines Projektionsschirms durch projizierte Bilder von roten, grünen und blauen Projektionsröhren erzeugt wird, wenn die Betrachtung unter verschiedenen Winkeln in der horizontalen Ebene durch Beobachtungen bei dem vertikalen Betrachtungswinkel mit Spitzenhelligkeit erfolgt. Die Farbverschiebung rührt von der nicht-orthogonalen Beziehung des roten und blauen Projektors raltiv zu dem Schirm und zu dem grünen Projektor her. Als Ergebnis der Farbverschiebung können Farbtöne an jeder Position auf dem Schirm unterschiedlich sein. Der Zustand, bei dem die Farbton-Differenz groß ist, wird oft als schwache weiße Gleichmäßigkeit bezeichnet. Je kleiner die Farbverschiebung ist, um so besser ist die weiße Gleichmäßigkeit.
Die Farbverschiebung wird durch eine Skala von Nummern bezeichnet, bei denen niedrige Nummern weniger Farbverschiebung und bessere weiße Gleichmäßigkeit bedeuten. Gemäß einem allgemeinen Verfahren werden Werte für die rote, grüne und blaue Luminanz an der Schirmmitte aus einer Vielzahl von horizontalen Betrachtungswinkeln gemessen, üblicherweise von wenigstens etwa -40º bis +40º bis hinauf zu etwa -60º bis +60º in Schütten von 5º oder 10º. Die positiven und negativen Winkel stellen horizontale Betrachtungswinkel nach rechts bzw. links von der Schirmmitte dar. Diese Messungen werden bei dem vertikalen Spitzen-Betrachtungswinkel vorgenommen. Die roten, grünen und blauen Daten werden bei 0º auf eins normiert. Eine oder beide der folgenden Gleichungen (I) und (II) werden bei jedem Winkel berechnet:
C(Θ) = 20·log&sub1;&sub0;(Rot(Θ)/Blau(Θ)); (I)
C(Θ) = 20·log&sub1;&sub0;(Grün(Θ)/Blau(Θ)); (II)
Hierin ist: θ irgendein Winkel innerhalb eines Bereichs von horizontalen Betrachtungswinkeln, C(θ) die Farbverschiebung beim Winkel θ, Rot(θ) der rote Luminanzpegel beim Winkel θ, Blau(θ) der blaue Luminanzpegel beim Winkel θ, und Grün(θ) der grüne Luminanzpegel beim Winkel θ. Das Maximum dieser Werte ist die Farbverschiebung des Schirms.
Im allgemeinen sollte die Farbverschiebung nominal bei irgend einer kommerziell annehmbaren Schirm-Entwicklung nicht größer als 5 sein. Andere technische und Bemessungs- Beschränkungen können manchmal erfordern, daß die Farbverschiebung etwas höher als 5 ist, obwohl eine solche Farbverschiebung nicht erwünscht ist und üblicherweise zu einem wahrnehmbar schlechteren Bild mit schwacher weißer Gleichmäßigkeit führt.
Schirme für Projektions-Fernsehempfänger werden üblicherweise durch einen Extrusionsprozeß unter Verwendung eines oder mehrerer gemusterter Walzen hergestellt, um die Oberfläche eines thermoplastischen Tafelmaterials zu formen. Die Konfiguration ist allgemein eine Gruppe von linsenförmigen Elementen, die auch als Lenticulen und Lenslets bezeichnet werden. Die linsenförmigen Elemente können auf einer oder beiden Seiten desselben Tafelmaterials gebildet werden oder nur auf einer Seite von verschiedenen Tafeln, die dann permanent als laminierte Einheit kombiniert oder anderweitig aneinander befestigt werden können, um so als eine laminierte Einheit zu funktionieren. Bei vielen Ausführungen ist eine der Oberflächen des Schirms als Fresnel-Linse ausgebildet, um eine Licht- Diffusion vorzusehen. Bekannte Bemühungen zur Verminderung der Farbverschiebung und zur Verbesserung der weißen Gleichmäßigkeit haben sich ausschließlich auf zwei Aspekte des Schirms gerichtet. Ein Aspekt ist die Form und die Anordnung der linsenförmigen Elemente. Der andere Aspekt ist das Maß, mit dem das Schirmmaterial oder Teile davon mit lichtstreuenden Partikeln dotiert sind, um die Lichtstreuung zu steuern. Diese Bemühungen sind in den folgenden Patentdokumenten durch Beispiele erläutert.
In US 4,432,010 und US 4,536,056 enthält, ein Projektionsschirm eine lichtdurchlässige linsenförmige Tafel mit einer Eingangsfläche und einer Ausgangsfläche. Die Eingangsfläche ist durch horizontal streuende linsenförmige Profile gekennzeichnet, die ein Verhältnis einer linsenförmigen Tiefe Xv zu einem achsnahen Krümmungsradius R1 (Xv/R1) haben, das innerhalb des Bereiches von 0,5 bis 1,8 liegt. Die Profile sind entlang der optischen Achse verlängert und bilden asphärische Eingangslinsen.
Die Verwendung eines Schirms mit einer doppelseitigen Linse ist allgemein. Ein solcher Schirm hat linsenförmige zylindrische Eingangselemente auf einer Eingangsfläche des Schirms, zylindrische linsenförmige Elemente auf einer Ausgangsfläche des Schirms und eine lichtabsorbierende Schicht, die an dem für Licht nicht konvergenten Teil der Ausgangsfläche gebildet wird. Die linsenförmigen Eingangs- und Ausgangselemente haben jeweils die Form eines Kreises, einer Ellipse oder einer Hyperbel, die durch die folgende Gleichung (III) dargestellt wird:
worin C eine Hauptkrümmung und K eine Kegelschnitt-Konstante ist.
Alternativ können die Linsenkörper eine Krümmung haben, der ein Glied mit einer höheren Ordnung als der zweiten Ordnung hinzugefügt worden ist.
Bei Schirmen, die von einer solchen doppelseitigen linsenförmigen Linse Gebrauch machen, wurde vorgeschlagen, die Positionsbeziehung zwischen der Eingangslinse und der Ausgangslinse oder die die Linsen bildenden linsenförmigen Elemente zu spezifizieren. Beispielsweise wird in US 4,443,814 gelehrt, die Eingangslinse und die Ausgangslinse so zu positionieren, daß die Linsenfläche einer Linse am Brennpunkt der anderen Linse vorhanden ist. Es ist auch gelehrt worden, beispielsweise in JP 58-59436, daß die Exzentrizität der Eingangslinse im wesentlichen gleich zu einem Reziproken des Brechungsindex des die linsenförmige Linse bildenden Materials ist. Es wurde ferner gelehrt, z. B. in US 4,502,755, zwei Tafeln mit doppelseitigen linsenförmigen Linsen so zu kombinieren, daß die Ebenen der optischen Achsen der entsprechenden linsenförmigen Linsen im rechten Winkel zueinander verlaufen, und solche doppelseitigen linsenförmigen Linsen so auszubilden, daß die Eingangslinse und die Ausgangslinse an der Peripherie einer der Linsen asymmetrisch in Bezug auf die optische Achse sind. Es wurde auch in US 4,953,948 gelehrt, daß die Position von Lichtkonvergenz nur an dem Tal einer Eingangslinse zur Betrachtungsseite von der Oberfläche einer Ausgangslinse versetzt sein sollte, so daß die Toleranz für Fehlausrichtung der optischen Achsen und die Differenz in der Dicke größer gemacht oder die Farbverschiebung kleiner gemacht werden kann.
Zusätzlich zu dem Problem der Farbverschiebung können Projektions-Fernsehgeräte darin versagen, ein Bild zu erzeugen, das über einem ausreichenden Bereich von horizontalen Betrachtungswinkeln, aus denen Benutzer den Schirm betrachten können, ausreichend hell ist. Die meisten Versuche zur Verbesserung der Helligkeit haben sich auf die Verbesserung des Gesamtgewinns des Schirms konzentriert, der als der Quotient der von der Quelle zur Rückseite der Betrachtungsfläche gerichteten Lichtintensität und der Lichtintensität von der Vorderseite der Betrachtungsfläche zum Benutzer, gemessen orthogonal oder senkrecht zu dem Schirm, definiert ist.
Verschiedene Vorschläge zur Verbesserung der Funktion des Projektionsschirms durch Verbesserung des Gewinns der Bilder und Sicherstellung geeigneter sichtbarer Felder sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung können in US 5,196,960 gefunden werden. US 5,196,960 lehrt eine doppelseitige linsenförmige Linsentafel, die eine Eingangslinsenschicht mit einer Eingangslinse und einer Ausgangslinsenschicht mit einer Ausgangslinse aufweist, deren Linsenfläche an dem lichtkonvergenten Punkt der Eingangslinse oder in deren Nähe gebildet wird. Die Eingangs-Linsenschicht und die Ausgang- Linsenschicht werden jeweils auf einem im wesentlichen durchlässigen thermoplastischen Kunstharz gebildet und wenigstens die Ausgangsschicht enthält feine lichtstreuende Partikel. Es besteht ein Unterschied in den Licht- Streuungseigenschaften zwischen der Eingangs-Linsenschicht und der Ausgangs-Linsenschicht. Eine Vielzahl von Eingangs-Linsen umfaßt eine zylindrische Linse. Die Ausgangslinse wird aus einer Vielzahl von Ausgangs-Linsenschichten gebildet, von denen jede eine Linsenoberfläche an dem lichtkonvergenten Punkt jeder Linse der Eingangs-Linsenschicht oder in der Nähe davon hat. Es wird auch eine lichtabsorbierende Schicht an dem nicht lichtkonvergenten Teil der Ausgangs-Linsenschicht gebildet. Von dieser Schirmentwicklung wird gesagt, daß sie einen größeren Schirmgewinn und damit insgesamt ein helleres Bild hat.
Obwohl der Gesamtgewinn und die Helligkeit eines linsenförmigen Schirms besser ist als der eines einfach diffusen Schirms, ist eine andere Funktions-Kernfrage eines Projektions- Fernsehempfängers die relative Differenz der Helligkeit zwischen den Schirmrändern und der Schirmmitte unter vergleichbarem Maß an Beleuchtung. Üblicherweise ist das Bild an den Ecken nicht so hell wie in der Mitte des Bildes. Die Differenz in der relativen Helligkeit tritt teilweise auf, weil der optische Weg von den Projektoren zur Mitte des Schirms kürzer ist als von den Projektoren zu den Rändern des Schirms. Die Differenz tritt auch teilweise auf, weil die Projektoren allgemein zur Mitte des Schirms orientiert sind, wobei ihre Strahlen üblicherweise an der Mitte konvergieren. Die Projektoren beleuchten somit sowohl die Ränder als auch die Ecken mit weniger Lichtintensität (aufgrund der Entfernung) und weniger direkt als in der Mitte.
Ein Verfahren, das sich mit der Randhelligkeit befaßt, ist die Verwendung einer Fresnel-Linse hinter der diffusen oder linsenförmigen Tafel des Schirms. Die Fresnel-Linse ist eine Sammellinse mit einer Brennweite gleich dem axialen Abstand zwischen der Sammellinse und den Ausgangslinsen-Pupillen der Projektoren. Das Ziel ist die Zurückleitung von Lichtstrahlen, die von den Projektoren divergieren derart, daß die Strahlen entlang der Projektionsachse von jeder Projektionsröhre von dem Schirm parallel zu der Achse ausgehen.
Eine Fresnel-Linse wird in Stege unterteilt, die progressiv mehr zu den Rändern der Linse geneigt sind und eine Neigung haben, die im wesentlichen gleich der Neigung einer massiven Sammellinse ist, wobei die bestimmten Winkel der Stege so gewählt werden, daß die Brechung an den Luft/Glas (oder Luft/Kunststoff)-Grenzflächen an der Oberfläche der Linse die Strahlen in der gewünschten Richtung beugen. Insbesondere werden von der Mittelachse des Schirms divergierende Strahlen einwärts zur Mittelachse gebeugt, damit sie parallel zu der Mittelachse austreten. Dies erfordert eine allmählich größere Brechung an den Rändern des Schirms und keine Brechung in der Mitte.
Es ist bei einem üblichen Projektionsschirm bekannt, die Brennweite der Fresnel-Stege, die nach außen von der Mitte des Bildes fortschreiten, zu erhöhen. Außerhalb der Achse verlaufende Lichtstrahlen an den Schirmrändern werden über parallel zu der Mittelachse hinaus gebeugt und etwas einwärts zur Mittelachse gerichtet. Dies bewirkt, daß die Ränder des Bildes heller erscheinen, sofern der Schirm entlang der Mittelachse betrachtet wird, jedoch ist dies nicht hilfreich für die Betrachtung von anderen Positionen.
Ein anderes Helligkeits-Änderungsproblem kann bei Projektions-Fernsehgeräten auftreten, bei denen ein Fresnel- Element vorgesehen ist, um Licht in die Richtung eines Benutzers zu richten, der von einem Punkt oberhalb der Mitte des Schirms betrachtet, beispielsweise in einem Projektions-Fernsehgerät mit einem verhältnismäßig niedrigen Gehäuse. Dies wird durch Versatz der Mittellinie des Fresnel-Elements nach oben relativ zur Mitte des Schirms bewirkt. Obwohl dies die relative Helligkeit insbesondere an den Ecken verbessern kann, erscheint das obere Ende des Schirms im allgemeinen heller als das untere Ende des Schirms.
Trotz aggressiver Entwicklungen bei der Herstellung von Projektionsschirmen über viele Jahre hinweg waren die Verbesserungen allenfalls schrittweise. Ferner gab es keinen Erfolg in der Überwindung von gewissen Meßlattenmarken. Der durch die geometrische Anordnung der Bildprojektoren definierte Auftreffwinkel, hier als Winkel α definiert, ist allgemein auf den Bereich von größer als 0º und kleiner als oder gleich von etwa 10º oder 12º begrenzt worden. Die Größe der Bildprojektoren und/oder ihrer Optik macht Winkel von α nahe von 0º im wesentlichen unmöglich. In dem Bereich der Winkel von α kleiner als etwa 10º oder 11º hat man als beste Farbverschiebungsfunktion etwa 5 erreicht, wie gemäß den Gleichungen (I) und (II) bestimmt. In dem Bereich der Winkel von mehr als etwa 10º oder 11º hat sich die beste erzielbare Farbverschiebungsfunktion als wirtschaftlich nicht annehmbar erwiesen. Tatsächlich sind Projektions-Farbfernsehempfänger mit Winkeln von α, die größer als 10º oder 11º sind, auf dem Markt nicht bekannt.
Kleine Auftreffwinkel (α) haben eine bedeutsame und unerwünschte Konsequenz, nämlich es ist eine sehr große Gehäusetiefe notwendig, um einen Projektions-Fernsehempfänger unterbringen zu können. Die große Tiefe ist ein unmittelbares Ergebnis der Notwendigkeit zur Anpassung optischer Wege mit kleinen Auftreffwinkeln (α). Für eine gegebene Größe der Bildprojektoren und der optischen Elemente kann der Auftreffwinkel nur durch Erhöhung der Länge des optischen Weges zwischen den Bildprojektoren oder ihrer Optik und dem Schirm vermindert werden. Verfahren zur Verminderung der Größe der Gehäuse von Projektions-Fernsehegeräten beruhen im allgemeinen auf Spiegeln zum Falten langer optischer Wege. Der Farbverschiebungs-Erfolg solcher Bemühungen ist schließlich begrenzt, weil es eine niedrige Grenze für den Bereich von möglichen Auftreffwinkeln gibt.
Die Polaroid-Corporation verkauft ein Foto-Polymer mit der Bezeichnung DMP-128®, das Polaroid Corporation als ein dreidimensionales Hologramm unter Verwendung von Eigentumsverfahren herstellen kann. Der holographische Herstellungsprozeß ist teilweise in US 5,576,853 beschrieben. Holographische Foto-Polymere sind allgemein für die Aufzeichnung von fotografischen Bildern durch Aufspalten von kohärentem Licht in einen Beleuchtungsstrahl und in einen Bezugsstrahl brauchbar. Der Beleuchtungsstrahl bestrahlt den Gegenstand. Der reflektierte Strahl von dem Gegenstand und der Bezugsstrahl, der den Gegenstand umgeht, bestrahlen das Foto-Polymer-Medium, das eine lichtempfindliche entwickelbare fotografische Zusammensetzung enthält. Die Lichtwellen der beiden Strahlen beeinflussen sich gegenseitig, d. h. sie erzeugen durch konstruktive und destruktive Interferenz ein Stehwellenschema von sinusförmigen Spitzen, die örtlich die fotografische Zusammensetzung belichten und von Nullstellen, die n örtlich nicht die Zusammensetzung belichten. Wenn das fotografische Medium entwickelt wird, wird ein entsprechendes Interferenzschema in dem Medium aufgezeichnet. Durch Beleuchtung des Mediums mit einem kohärenten Bezugsstrahl wird das Bild des Gegenstandes reprodziert und kann über einen Bereich von scheinbaren Winkeln betrachtet werden.
Das aufgezeichnete Interferenzschema eines Hologramms, das einen typischen fotografischen Gegenstand darstellt, ist kompliziert, weil Licht von all den beleuchteten Punkten auf dem Gegenstand mit dem Bezugsstrahl an allen Punkten des Hologramms zusammenwirkt. Es wäre durch Aufzeichnung des Bildes eines leeren "Gegenstands" (effektiv durch Zusammenwirken von zwei Bezugsstrahlen) möglich, ein leeres Hologramm zu erstellen, auch bekannt als Sinusgitter, bei dem das Interferenzschema regelmäßiger ist. So würde das Indifferenzschema ein Beugungsgitter bilden, das eine Auflösung hat, die fein im Vergleich zu der Teilung eines Projektionschirmes ist, der linsenförmige Elemente mit Macro-Größe verwendet, um Licht in eine bestimmte Richtung von rückwärtigen Projektionsröhren zu beugen oder zu zerstreuen.
Ein dreidimensionaler holographischer Schirm für ein Projektionsfernsehgerät wurde im Prinzip von der Polaroid- Corporation als einer von vielen Vorschlägen bei den Bemühungen zur Errichtung eines Markts für das DMP-128® holographische Foto- Polymer-Produkt gemacht. Der Vorschlag beruhte auf Vorteilen, die die Polaroid-Corporation in Form von höherer Helligkeit und Auflösung, geringeren Herstellungskosten, geringerem Gewicht und Widerstand gegen Verschleiß, dem zweiteilige Schirme beim Versand unterworfen sind, erwartete. Die Polaroid-Corporation hat niemals eine bestimmte holographische Konfiguration für die holographischen Volumenelemente vorgeschlagen, die einen solchen holographischen Projektions-Fernsehschirm ausmachen kann, und sie hat niemals das Problem der Farbverschiebung bei Projektionsfernsehschirmen, sei es holographischer oder anderer Art, angesprochen.
Insgesamt gesehen sind trotz jahrelanger intensiver Entwicklungen zur Schaffung eines Projektions-Fernsehempfängers mit einem Schirm, der eine Farbverschiebung von weniger als 5 hat, sogar nennenswert weniger als 5, oder der eine Farbverschiebung von nur 5% für Winkel von α sogar größer als 10º oder 11º hat, keine Fortschritte bei der Lösung des Farbverschiebungsproblems außer schrittweisen Änderungen in der Form und Position von linsenförmigen Elementen und Diffusern in üblichen Projektionsschirmen erzielt worden. Trotz Vorschlägen, daß dreidimensionale Hologramme für Projektionsschirme nützlich sein könnten, obwohl aus Gründen, die nichts mit der Farbverschiebung zu tun haben, hat es ferner keine Bemühungen gegeben, Projektions-Fernsehgeräte mit dreidimensionalen holographischen Schirmen auszurüsten. Eine lang empfundener Bedarf für einen Projektions-Fernsehempfänger mit beträchtlich verbessertem Farbverschiebungsverhalten, der auch in ein beträchtlich kleineres Gehäuse eingebaut werden kann, ist unerfüllt geblieben.

ZUSAMMENFASSUNG

Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt ist es ein Gegenstand der Erfindung, den wesentlich verbesserten Gewinn eines holographischen Schirms in einem Projektionssystem auszunutzen und dadurch das optische System zu optimieren, um die Farbverteilung zu verbessern. Ein Projektions-Fernsehgerät gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und 13 angegeben. Insbesondere wird ein Teil der Helligkeit jeder der Projektionsröhren durch Abdecken eines Bereichs der Linse für jede Röhre entlang ihrer Mittelachse aufgegeben. Dies verbessert die Gesamt-Farbverteilung ohne Erleiden einer Verminderung an Helligkeit, die andernfalls der Helligkeit entzogen werden könnte, die für eine optimale Betrachtung notwendig ist.
Ein Projektions-Fernsehempfänger gemäß den hierin gelehrten erfindungsgemäßen Anordnungen liefert eine so bemerkenswerte Verbesserung in der Farbverschiebung, gemessen in Größenordnungen, daß eine Farbverschiebung von 2 oder weniger bei Projektions-Fernsehempfängern erzielt werden kann, die Auftreffwinkel α in dem Bereich von weniger als 10º oder 11º haben. Ferner ist die Farbverschiebungs-Funktion so bedeutsam, daß kommerziell annehmbare Projektions-Fernsehempfänger, die Auftreffwinkel bis hinauf zu etwa 30º haben in viel kleineren Gehäusen untergebracht werden können. Die Farbverschiebungs- Funktion von Empfängern mit einem so großen Winkel α ist mindestens so gut wie bei konventionellen Empfängern mit kleinem Winkel α, die beispielsweise eine Farbverschiebung von 5 haben, und es kann erwartet werden, daß sie sich Werten von nur etwa 2 wie in Empfängern mit kleinem Winkel α annähern oder diese sogar erreichen.
Diese Ergebnisse werden dadurch erzielt, daß die Technologie des extrudierten Linsenschirms insgesamt aufgegeben wird. Stattdessen hat ein Projektions-Fernsehempfänger gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung einen Schirm, der durch ein dreidimensionales Hologramm auf einem Substrat gebildet wird, z. B. einem Polyäthylenfilm wie Mylar®.
Ein solcher dreidimensionaler holographischer Schirm wurde ursprünglich für seine erwarteten Vorteile in Form von höherer Helligkeit und Auflösung und niedrigeren Herstellungskosten, niedrigerem Gewicht und Widerstand gegen Abnutzung, der zweiteilige Schirme beispielsweise während des Versands ausgesetzt sind, entwickelt. Die Entdeckung der Farbverschiebungsfunktion des dreidimensionalen holographischen Schirms ergab sich bei der Prüfung zur Bestimmung, ob die optischen Eigenschaften des dreidimensionalen Schirms wehigstens so gut wie bei einem handelsüblichen Schirm sein würden. Die Farbverschiebungsfunktion des dreidimensionalen holographischen Schirms war, gemessen durch die Gleichungen (I) und (II), unerwartet niedrig. Die Schranken, die bekannte Verbesserungen auf inkrementale Schritte begrenzt haben, wurden vollständig beseitigt. Kleinere Gehäuse mit einer Projektionsgeometrie, die durch größere Auftreffwinkel α charakterisiert ist, können nun entwickelt werden.
Zusätzlich zu der erhöhten Farbverschiebungsfunktion weisen dreidimensionale holographische Schirme eine größere Zunahme an Gesamtgewinn auf als er von üblichen extrudierten Linsen- Projektionsschirmen aufgebracht werden kann. Die von dem holographischen Schirm aufgebrachte erhöhte Helligkeit erlaubt eine Modifikation der Projektoren, um die Gesamthelligkeit des Schirms gleichmäßiger zu machen. Dies wird durch Abdecken der Mitte der Projektorlinsen bewirkt, so daß die Helligkeit der Mitte des auf den Schirm projizierten Bildes vermindert wird. Obwohl übliche extrudierte Linsen-Projektionsschirme in dieser Weise modifiziert werden könnten, weist ein üblicher Schirm keine ausreichende Gesamthelligkeit auf, um einen Verlust an Helligkeit entlang irgendeines Punktes des Betrachtungsfeldes des Schirms aufzubringen.
Ein Projektions-Fernsehempfänger mit den unerwarteten Eigenschaften, die mit dem dreidimensionalen holographischen Schirm verbunden sind und gemäß den hierin gelehrten erfindungsgemäßen Anordnungen umfaßt: wenigstens drei Bildprojektoren für entsprechende Bilder mit verschiedenen Farben, wobei jeder Projektor eine teilweise abgedeckte Linse hat; einen durch ein dreidimensionales Hologramm gebildeten Projektionsschirm, der auf einem Substrat angeordnet ist, wobei der Schirm Bilder von den Projektoren auf einer ersten Seite empfängt und die Bilder auf einer zweiten Seite mit gesteuerter Lichtzerstreuung aller angezeigten Bilder anzeigt; wobei, einer der Projektoren einen ersten optischen Weg in im wesentlichen orthogonaler Orientierung mit dem Schirm hat und wenigstens zwei der Projektoren entsprechende optische Wege haben, die zu dem ersten optischen Weg in einer nicht orthogonalen Orientierung, die Auftreffwinkel definiert, konvergieren; und wobei das dreidimensionale Hologramm, das eine dreidimensionale Gruppe von linsenförmigen Elementen darstellt, eine Konfiguration hat, die wirksam für die Verminderung der Farbverschiebung in den angezeigten Bildern ist, wobei der Schirm eine Farbverschiebung von kleiner oder gleich etwa 5 für alle Auftreffwinkel in einem Bereich hat, der größer als 0º ist und kleiner als oder gleich etwa 30º, wie durch den Maximumwert bestimmt, der aus wenigstens einem der folgenden Ausdrücke erhalten wird:
C(Θ) = 20·log&sub1;&sub0;(Rot(Θ)/Blau(Θ)); (I)
C(Θ) = 20·log&sub1;&sub0;(Grün(Θ)/Blau(Θ));(II)
worin ist: θ irgendein Winkel innerhalb eines Bereichs von horizontalen Betrachtungswinkeln, C(θ) die Farbverschiebung beim Winkel θ, Rot(θ) der rote Luminanzpegel beim Winkel θ, Blau(θ) der blaue Luminanzpegel beim Winkel θ, und Grün(θ), der grüne Luminanzpegel beim Winkel θ. Es kann erwartet werden, daß die Farbverschiebung des Schirms kleiner als 5 ist, beispielsweise kleiner als oder gleich etwa 4, 3 oder sogar 2.
Im Sinne der bekannten Barriere bei einem Auftreffwinkel von etwa 10º oder 11º ist die Farbverschiebung des Schirms kleiner als oder gleich etwa 2 für alle Auftreffwinkel in einem ersten Unterbereich von Auftreffwinkeln größer als 0º und kleiner als oder gleich etwa 10º; und die Farbverschiebung des Schirms ist kleiner als oder gleich etwa 5 für alle Auftreffwinkel in einem zweiten Unterbereich von Auftreffwinkeln, die größer als 10º und kleiner als oder gleich etwa 30º sind.
Der Schirm umfaßt ferner ein lichtdurchlässiges Verstärkungselement, beispielsweise aus Acrylmaterial in einer Schicht mit einer Dicke im Bereich von etwa 2-4 mm. Das Substrat umfaßt einen hoch haltbaren durchlässigen wasserabstoßenden Film z. B. einen Polyäthylen-Terephtalat- Kunstharzfilm. Das Substrat kann ein Film mit der Dicke im Bereich von etwa 1-10 Mil sein. Eine Dicke von etwa 7 Mil wurde als angemessener Träger für das dreidimensionale Hologramm gefunden. Die Dicke des Films ist nicht auf die Funktion bezogen. Das dreidimensionale Hologramm hat eine Dicke im Bereich von nicht mehr als etwa 20 Mikron. Der Projektions- Fernsehempfänger kann ferner einen oder mehrere Spiegel zwischen den Bildprojektoren und dem Schirm umfassen.
Der Projektionsschirm ist insbesondere so angeordnet, daß die Helligkeit und Gleichmäßigkeit über einem breiten Bereich von Auftreffwinkeln der Projektionsstrahlen verbessert wird. Dies wird unter Verwendung eines holographischen Schirms wie beschrieben erreicht, der einen beträchtlich höheren Gewinn fortschreitend zu den Rändern aufweist. Der Gewinn des holographischen Schirms kann weiter dadurch verbessert werden, daß der Schirm mit einem oder mehreren linearen Fresnel-Platten hinterlegt wird, die Rippen haben, die sich allmählich in der Brennweite von der Mitte zu den Rändern ändern. Die Zunahme des Gewinns des Schirms erlaubt, daß die Linsen der Projektoren vollständig oder teilweise in der Mitte abgedeckt werden. Obwohl dies die Mitte des Bildes auf dem Schirm verdunkelt, ist der von dem holographischen Schirm aufgebrachte Gewinn so, daß der Verlust an Helligkeit in der Mitte des Schirms aufbringbar ist und das Mitte-zu-Rand-Verhältnis an Helligkeit erhöht oder eine gleichmäßigere Helligkeit über dem Schirm erzeugt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Projektions-Fernsehempfängers gemäß der hier gelehrten erfindungsgemäßen Anordnungen.
Fig. 2 ist ein vereinfachtes Diagramm der Geometrie eines Projektionsfernsehgerätes, das nützlich zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Anordnungen ist.
Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines verstärkten Projektionsschirms gemäß den erfindungsgemäßen Anordnungen.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Projektionsschirms mit zwei übereinander angeordneten Hologrammen, die Gewinnänderungen über horizontalen bzw. vertikalen Betrachtungswinkeln enthalten.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung des Anteils der Spitzen-Weißhelligkeit als Funktion des horizontalen Betrachtungswinkels unter Verwendung eines sich horizontal ändernden holographischen Elements mit und ohne das übereinander angeordnete sich vertikal ändernde holographische Element.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform mit aufeinander angeordneten holographischen und kollimierenden Schirmschichten.
Fig. 7 ist eine Stirnansicht einer abgedeckten Linse von einem der Projektoren.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung des Schirms und einer Tabelle, die die Helligkeit von numerisch bezeichneten Punkten auf dem Schirm im Vergleich zu der Helligkeit in der Mitte des Schirms angibt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In Fig. 1 ist schematisch ein Projektions-Fernsehempfänger 10 dargestellt. Eine Gruppe 12 von Projektions-Kathoden- Strahlröhren 14, 16 und 18 erzeugt rote, grüne bzw. blaue Bilder. Die Kathoden-Strahlröhren sind mit entsprechenden Linsen 15, 17 und 19 versehen, die in ihrer Mitte eine Abdeckung 44 aufweisen. Die projizierten Bilder werden von einem Spiegel 20 auf einen Projektionsschirm 22 reflektiert. Zusätzliche Spiegel können auch in Abhängigkeit von der besonderen Geometrie der optischen Wege verwendet werden. Die grüne Kathoden-Strahlröhre 16 projiziert das grüne Bild entlang eines optischen Weges 32, der in diesem Beispiel im wesentlichen orthogonal zum Schirm 22 orientiert ist. In anderen Worten verläuft die Mittellinie des optischen Weges im rechten Winkel zu dem Schirm. Die rote und blaue Kathoden-Strahlröhre haben entsprechende optische Wege 34 und 36, die hin zum ersten optischen Weg 32 in einer nicht- orthogonalen Orientierung konvergieren und Auftreffwinkel α definieren. Die Auftreffwinkel führen das Problem der Farbverschiebung ein.
Der Schirm 22 umfaßt ein dreidimensionales Hologramm 26, das auf einem Substrat 24 angeordnet ist. Das Hologramm 26 ist ein Druck eines Haupt-Hologramms, das im wesentlichen ein Beugungsschema bildet, das die Verteilung der Lichtenergie von den drei Projektoren 14, 16, 18 handhabt und über der Breite und/oder der Höhe des Schirms veränderbar gemacht werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hologramm ein "nur-Mitten"-Hologramm, das bestrebt ist, auftreffendes Licht neu zu orientieren. Der Schirm empfängt Bilder von den Projektoren auf einer ersten Eingangsflächenseite 28 und zeigt die Bilder auf einer zweiten Ausgangsflächenseite 30 mit gesteuerter Lichtzerstreuung aller angezeigten Bilder an. Das. Substrat besteht vorzugsweise aus einem haltbaren, transparenten, wasserabweisenden Film, z. B. einem Polyäthylen- Terephthalat-Kunstharzfilm. Ein solcher Film ist von E.I. du Pont de Nemours & Co. unter dem Warenzeichen Mylar® erhältlich. Das Filmsubstrat hat eine Dicke im Bereich von etwa 1-10 Mil entsprechend etwa 0,001-0,01 Zoll oder etwa 25,4-254 Mikron. Ein Film mit einer Dicke von etwa 7 Mil wurde als angemessen gefunden, um einen Träger für das darauf angeordnete dreidimensionale Hologramm zu bilden. Die Dicke des Films beeinträchtigt nicht die Schirmfunktion im allgemeinen oder die Farbverschiebung im besonderen, und es können Filme mit unterschiedlicher Dicke können verwendet werden. Das dreidimensionale Hologramm 26 hat eine Dicke von nicht mehr als etwa 20 Mikron.
Dreidimensionale holographische Schirme sind von wenigstens zwei Quellen erhältlich. Die Polaroid Corporation verwendet ein in ihrem Eigentum befindliches nasses chemisches Verfahren zur Bildung von dreidimensionalen Hologrammen in ihrem DMP-128 Foto- Polymer-Material. Das Verfahren enthält die Bildung eines beugenden holographischen Schemas in dem Foto-Polymer-Material, wobei das Schema Änderungen in dem Schirmgewinn über dem Bereich von horizontalen und/oder vertikalen Betrachtungswinkeln enthalten kann. Ein Haupt-Hologramm kann durch Belichten von holographischen Foto-Polymer-Medien mit kohärentem Licht erfolgen, das einen Bezugsstrahl und einen Strahl enthält, der von einem ebenen Schema reflektiert wird, das Hell-zu-Dunkel- Änderungen entsprechend der gewünschten Änderung des Gewinns aufweist.
Eine bevorzugte Ausführungsform von dreidimensionalen holographischen Schirmen, die in den beschriebenen Projektions- Fernsehempfängern verwendet und hier beansprucht werden, wird durch den nassen chemischen Prozeß der Polaroid Corporation gemäß den folgenden Ausführungsbedingungen hergestellt:
Halber horizontaler Betrachtungswinkel: 38º ± 3º,
Halber vertikaler Betrachtungswinkel: 10º ± 1º,
Schirmgewinn: ≥ 8,
Farbverschiebung: ≤ 3,
wobei die horizontalen und vertikalen Betrachtungswinkel konventionell gemessen werden. Der Schirmgewinn ist der Quotient der Lichtintensität, die von der Quelle auf die Rückseite der Betrachtungsfläche gerichtet wird, und der Lichtintensität von der Vorderseite der Betrachtungsfläche zum Betrachter, gemessen orthogonal zum Schirm, wobei die Farbverschiebung wie oben beschrieben gemessen wird. Die außerordentliche Farbverschiebungsfunktion des dreidimensionalen holographischen Projektionsschirms war, wie in der Zusammenfassung erläutert ist, vollständig unerwartet.
Fig. 2 ist ein vereinfachtes Diagramm eines Projektions- Fernsehempfängers, wobei der Spiegel und die Linsen zur Erläuterung der Farbverschiebungsfunktion fortgelassen wurden. Die optischen Achsen 34 und 36 der roten und blauen Kathoden- Strahlröhren 14 und 18 sind symmetrisch mit Auftreffwinkeln α in Bezug auf die optische Achse 32 der grünen Kathoden-Strahlröhre 16 ausgerichtet. Die minimale Tiefe D eines Gehäuses wird durch den Abstand zwischen dem Schirm 22 und den hinteren Rändern der Kathodenstrahlröhren bestimmt. Es sei bemerkt, daß bei kleiner werdendem Winkel α die Kathodenstrahlröhren dichter nebeneinander angeordnet werden müssen und/oder einen weiteren Abstand von dem Schirm aufweisen müssen, um Freiraum für die Röhren zu schaffen. Bei einem ausreichend kleinen Winkel α kann eine solche Störung nicht vermieden werden. Dies erhöht die minimale Tiefe D eines Gehäuses. Wenn umgekehrt der Winkel α größer wird, können die Kathodenstrahlröhren näher zum Schirm 22 bewegt werden, wodurch die minimale Tiefe D eines Gehäuses vermindert wird.
Auf der Betrachtungsseite des Schirms 22 sind zwei halbe Betrachtungswinkel mit -β und +β bezeichnet. Zusammen wird ein gesamter horizontaler Betrachtungswinkel von 2β definiert. Die halben Betrachtungswinkel können üblicherweise in einem Bereich von ±40º bis ±60º liegen. Innerhalb jedes Halbwinkels befindet sich eine Vielzahl von spezifischen Winkeln θ, bei denen die Farbverschiebung gemäß den Gleichungen (I) und (II) in der oben beschriebenen Weise gemessen und bestimmt werden kann.
Im Sinne der bekannten Barriere bei einem Auftreffwinkel von etwa 10º oder 11º ist die Farbverschiebung des dreidimensionalen holographischen Schirms, kleiner als oder gleich etwa 2 für alle Auftreffwinkel in einem ersten Unterbereich von Auftreffwinkeln, die größer als 0º und kleiner als oder gleich etwa 10º sind; und die Farbverschiebung des Schirms ist kleiner als oder gleich etwa 5 für alle Auftreffwinkel in einem zweiten Unterbereich von Auftreffwinkeln, die größer als etwa 10º und kleiner als oder gleich etwa 30º sind. Es wird erwartet, daß eine Farbverschiebung von weniger oder gleich etwa 2 wie in dem ersten Unterbereich auch in dem zweiten Unterbereich mit größeren Auftreffwinkeln erreicht werden kann.
Gemäß Fig. 3 umfaßt das Substrat 24 einen transparenten Film wie z. B. Mylar®, wie oben beschrieben. Das Foto-Polymer-Material, aus dem das dreidimensionale Hologramm 26 gebildet wird, wird von der Filmschicht 24 getragen. Ein geeignetes Foto-Polymer- Material ist DMP-128®.
Der Schirm 22 kann ferner ein lichtdurchlässiges Verstärkungselement 38 beispielsweise aus einem Acrylmaterial wie Polymethylmethacrylat (PMMA) enthalten. Polykarbonat- Materialien können auch verwendet werden. Das Verstärkungselement 38 ist gegenwärtig eine Schicht mit einer Dicke im Bereich von etwa 2-4 mm. Der Schirm 22 und das Verstärkungselement können aneinander über die ganze gegenseitige Begrenzung 40 der holographischen Schicht 26 und des Verstärkungselementes 38 verhaftet werden. Es können Kleb-, Strahlungs- und/oder thermische Verbindungsverfahren verwendet werden. Die Oberfläche 42 der Verstärkungsschicht kann auch beispielsweise mit einem oder mehreren der folgenden Mittel behandelt werden: Färben, Antiglänzschutzbeschichtungen und Antikratzbeschichtungen.
Verschiedene Oberflächen des Schirms oder dessen einen Bestandteil bildende Schichten können mit anderen optischen Linsen oder linsenförmigen Anordnungen versehen werden, um Aspekte des Projektionsschirms zu steuern, die einen Einfluß auf ändere Eigenschaften als die Farbverschiebungsfunktion haben, was bei bekannten Projektionsschirmen getan wird, ohne daß die verbesserte Farbverschiebungsfunktion des dreidimensionalen holographischen Projektionsschirms beeinträchtigt wird. Fig. 4 veranschaulicht eine erste solche Variation, bei der wenigstens zwei Hologramme überlagert oder aufeinander angeordnet sind. Gemäß dem dargestellten Beispiel wird ein erstes Hologramm mit einer horizontalen Gewinnveränderung über einem Betrachtungsfeld von ±40º auf einem zweiten Hologramm mit einer vertikalen Gewinn-Änderung über einem Feld von ±20º angeordnet. Die Gewinnänderungen sind in der Zeichnung durch Schattierung vorgeschlagen, aber ohne Beleuchtung erscheinen die tatsächlichen holographischen Elemente einfach diffus über ihren Oberflächen zu sein. Das Ergebnis der Überlagerung von Hologrammen mit horizontaler und vertikaler Gewinnänderung ist im wesentlichen äquivalent zu einem nur-mittigen Hologramm; jedoch wird der Helligkeitspegel bei verschiedenen Raten über der horizontalen Spanne und der vertikalen Spanne verändert, weil die horizontale Spanne wesentlich größer ist als die vertikale Spanne.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der gemessenen Schirmhelligkeit als Prozentsatz der Spitzen-Weißhelligkeit über einer horizontalen Betrachtungsspanne von ±40º an einem Punkt in der Mitte des Schirms. Die beiden Linien in der graphischen Darstellung stellen die Helligkeit unter Verwendung nur eines sich horizontal ändernden Hologramms und die Helligkeit unter Verwendung von übereinander angeordneten sich horizontal und vertikal ändernden Hologrammen dar. Die Änderung der horizontalen Helligkeit bei übereinander angeordneten Hologrammen ist im wesentlichen gleich oder leicht verbessert gegenüber der Funktion des horizontalen Hologramms allein.
Bei der Entwicklung eines holographischen Schirms für eine. Vielfalt von Funktionsbereichen kann es schwierig sein, einen Schirm herzustellen, der alle gewünschten Funktionseigenschaften sofort erfüllt. Das Übereinanderanordnen erlaubt die getrennte Handhabung von unterschiedlichen Forderungen, z. B. vertikalen und horizontalen Änderungen im Gewinn. Diese Anordnung ist nicht auf zwei übereinander angeordnete Hologramme begrenzt, sondern sie ist auch bei zusätzlichen übereinander angeordneten Hologrammen anwendbar, z. B. zur Steuerung anderer Aspekte der Lichtdurchlässigkeit durch den Schirm.
Fig. 6 veranschaulicht eine weitere Variation, bei der ein nur-mittiges Hologramm (d. h. mit horizontaler und vertikaler Gewinn-Änderung) mit linearen Fresnel-Elementen übereinander angeordnet ist, um eine horizontale und gedrehte vertikale Kollimation zu bewirken. Diese Ausführungsform hat Kostenvorteile, weil lineare Fresnel-Elemente im Vergleich zu einem kreisförmigen Fresnel-Element preiswert geprägt oder durch Walzen-Extrusion hergestellt werden können. Ein kreisförmiges Fresnel-Element kann bis zu 60% der Kosten eines üblichen Schirms ausmachen. Die Kosten eines linearen Fresnel-Elements betragen etwa 25% der Kosten eines kreisförmigen Elements. Daher ist eine Kostenersparung von 30% möglich (d. h. (25% + 25%)·60% = 30%). Mit den horizontalen und gedrehten Hologrammen können wie oben erläutert - die linearen Fresnel-Elemente über der horizontalen und/oder vertikalen Betrachtungsspanne in der erforderlichen Weise geändert werden können, beispielsweise um die Brennweite unabhängig in der vertikalen und horizontalen Spanne zu ändern. Die beiden linearen übereinander angeordneten Fresnel-Elemente können in jeder Reihenfolge hinter dem polographischen Element angeordnet werden.
Ein holographisches Schirmelement besitzt einen nennenswert verbesserten Gewinn im Vergleich zu einem linsenförmigen Schirm, egal ob ein einzelnes Hologramm, übereinander angeordnete Hologramme oder eine Kombination aus einem Hologramm und einer üblichen übereinander angeordneten linearen Fresnel-Tafel verwendet wird. Jedoch spricht der holographische Schirm wie ein linsenförmiger. Schirm auf die Beleuchtung an, die von den Projektionsröhren und der zugeordneten Optik aufgebracht werden muß. Die auf den holographischen Schirm von der Optik auftreffende Beleuchtung ist am hellsten entlang der Projektionsachse jeder Röhre. Dies ist ein Aspekt des Problems des Farbgleichgewichts.
Ein weiterer Aspekt des Farbgleichgewichtsproblems rührt von der Tatsache her, daß, obwohl ein besonderer Schirm sehr wirksam im Sammeln des auftreffenden Lichts und in der Zerstreuung des Lichts in die beabsichtigte Richtung sein kann (z. B. kann ein holographischer Schirm 99,9% wirksam sein) neigt der Schirm dazu, für den verbleibenden Bruchteil des Lichtes nahezu durchlässig zu sein. Der Schirm versagt, dieses Licht aufgrund der Wirkungen der Raleigh-Streuung zu sammeln, derselben Wirkung, die den Tageshimmel blau und den Sonnenuntergang-Himmel rot färbt. Im Falle der Projektion von einer großen diffusen Lichtquelle, z. B. einer CRT, ist die Wirkung auf das Bild ein ziemlich niedriger Pegel und kann durch verbesserte holographische Wirksamkeit oder durch Hinzufügung eines schwachen Diffusionsmaterials angesprochen werden. Für den Fall der Projektion von kleinen fokussierten Lichtquellen, z. B. bei der LCD- oder DMD-Projektion ist das Problem ernsthafter. Die blauen und grünen Komponenten werden durch den Holographen auseinandergebreitet und erzeugen im allgemeinen keinen sehr sichtbaren hellen Fleck. Licht von der roten Quelle wird jedoch nicht gut von dem Holographen auseinandergebreitet und erzeugt einen sichtbaren hellen roten Fleck auf dem Schirm. Der verlorene oder gestreute Teil des Lichts erzeugt einen hellen Bereich in dem Bild entsprechend der. Position der Lichtquelle auf der Rückseite. Das Abdecken eines Bereiches an oder nahe der Mitte der Projektionslinse der roten Lichtquelle beseitigt dieses Problem.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt erlaubt der ausgezeichnete Gewinn eines holographischen Schirms die Korrektur des Problems durch Modifizierung der Projektorlinsen 15, 17 und 19, um die Beleuchtung entlang der Mittellinie jeder Projektionsachse zu vermindern. Dies wird durch teilweise oder vollständige Abdeckung eines Bereichs in der Mitte jeder Linse bewirkt. Wie in Fig. 7 dargestellt ist, wird die Mitte der Linse 17 durch Plazieren eines undurchlässigen Gegenstandes unmittelbar in der Mitte der Linse 17 abgedeckt. Da die Abdeckung nicht an einem Ort angebracht wird, wo das Licht von dem Projektor zum Brennpunkt kommt, ist die Abdeckung auf dem Schirm nicht sichtbar, und das gesamte Bild von der Projektions- CRT wird unter Verwendung des verbleibenden nicht abgedeckten Teils der Linse fokussiert. Etwas Licht (d. h. die Strahlen entlang der Achse) wird jedoch blockiert, wodurch die Helligkeit des Flecks, der sonst aufgrund der Streuung und/oder von Unwirksamkeiten des Projektionsschirms herrührt, vermindert wird.
Fig. 8 ist eine Tabelle, die die Intensität des Lichtes an numerisch bezeichneten Punkten auf dem Schirm als Prozentsatz der Intensität des Lichtes in der Mitte des Schirms angibt. Die zweite Spalte von links listet die prozentuale Helligkeit ohne die Abdeckung auf, während die dritte Spalte von links den Helligkeitsprozentsatz mit der Abdeckung auflistet. Diese Messungen wurden unter Verwendung einer kreisförmigen Abdeckung mit einem Durchmesser von etwa 0,25" auf der Linse vorgenommen, deren Durchmesser etwa 3,0" beträgt. Beispielsweise ist die 3- Uhr-Position auf dem Schirm nur 28% so hell wie die Mitte des Schirms ohne die abgedeckte Linse, aber sie ist 34% so hell wie die Mitte mit der abgedeckten Linse. Im allgemeinen führt die Abdeckung der Linse zu einer Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Helligkeit von 22% entlang der Hauptachse (den 3- und 9-Uhr- Positionen); 27% entlang der Nebenachse (den 6- und 12-Uhr- Positionen); und 27% in den Ecken, (den 2-, 4-, 8- und 10-Uhr- Positionen).
Der erfindungsgemäße Aspekt wird vorzugsweise bei einem holographischen Schirm angewendet. Die Abdeckung der Linsen eines üblichen linsenförmigen Schirms würde die Wirkung der Verminderung der Helligkeit in der Mittellinie haben. Übliche Schirme haben jedoch nicht den Gewinn eines holographischen Schirms, und eine Verminderung der Helligkeit in der Mittellinie auf diese Weise würde das Bild übermäßig verdunkeln.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit den obigen Änderungen und Beispielen erläutert, jedoch sind zusätzliche Änderungen für den Fachmann ersichtlich. Die Erfindung soll nicht auf die speziell erwähnten Variationen begrenzt sein, und demzufolge wird auf die beigefügten Ansprüche anstatt auf die vorhergehende Erörterung der bevorzugten Beispiele verwiesen, um den Schutzumfang der Erfindung festzulegen, für den ausschließliche Rechte beansprucht werden.

Claims

1. Projektions-Fernsehgerät, umfassend:

eine Mehrzahl von Bildprojektoren (14, 16, 18), von denen jeder ein Bild auf einem Schirm (22) erzeugt und eine Linse (15, 17, 19) mit einem abgedeckten mittleren Bereich (44) aufweist; und

wobei der Schirm (22) durch wenigstens ein Hologramm (26) gebildet wird, das auf einem Substrat (24) überlagert auf wenigstens einer lichtdurchlässigen Platte (38) angeordnet ist, wobei der Schirm die Lichtstreuung der angezeigten Bilder steuert und der Schirm über einem Gesichtsfeld des Schirms einen Gesamtgewinn erzeugt, wodurch die Gleichmäßigkeit der Helligkeit über dem Gesichtsfeld des Schirms verbessert wird.

2. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 1, bei dem der Schirm (22) wenigstens zwei übereinander angeordnete Hologramme umfaßt, wobei die wenigstens zwei Hologramme Gewinnänderungen über horizontalen bzw. vertikalenen Spannen des Gesichtsfeldes aufweisen.

3. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 1, bei dem der Schirm (22) wenigstens ein Fresnel-Element umfaßt, das dem wenigstens einem Hologramm überlagert ist.

4. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 3, das wenigstens zwei Fresnel-Elemente (29, 31) umfaßt, die hinter dem Hologramm (26) übereinander angeordnet sind, wobei die wenigstens zwei Fresnel-Elemente unabhängige Kollimationswirkungen haben, die überlagert sind.

5. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 4, bei dem die wenigstens zwei Fresnel-Elemente (29, 31) veränderliche optische Eigenschaften über vertikalen bzw. horizontalen Spannen des Gesichtsfeldes haben.

6. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 5, bei dem die wenigstens zwei Fresnel-Elemente (29, 31) veränderliche Brennweiten über vertikalen bzw. horizontalen Spannen des Gesichtsfeldes haben.

7. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 1, bei dem der Schirm (22) ferner ein lichtdurchlässiges Verstärkungs- Tragelement (38) umfaßt.

8. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 1, bei dem das wenigstens eine Hologramm (26) ein dreidimensionales holographisches Foto-Polymer-Material umfaßt, das auf einem Substrat angeordnet ist.

9. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 8, bei dem das wenigstens eine Hologramm (26) wenigstens zwei übereinander angeordnete Schichten von Foto-Polymer-Material auf dem Substrat umfaßt, die zusammen ein dreidimensionales Hologramm bilden.

10. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 1, bei dem das dreidimensionale Hologramm (26) die folgenden Ausführungsmerkmale hat:

Halber horizontaler Sichtwinkel: 38º ± 3º

Halber vertikaler Sichtwinkel: 10º ± 1º.

Schirmgewinn: ≥8.

11. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl von Proj ektoren (14, 16, 18) drei Projektoren zur Bildung eines roten Bildes, eins blauen Bildes und eines grünen Bildes umfaßt.

12. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 22, bei dem nur der rote (14) Bildprojektor eine abgedeckte Linse (44) hat.

13. Projektions-Fernsehgerät umfassend:

eine Mehrzahl von Bildprojektoren (14, 16, 18) zur Erzeugung entsprechender Bilder mit unterschiedlichen Farben auf einem Schirm (22), wobei jeder Projektor eine Linse (15, 17, 19) mit abgedeckter Mitte (44) aufweist, wobei wenigstens einer der Projektoren entlang eines optischen Weges orientiert ist, der mit einem Weg senkrecht zu dem Schirm konvergiert, wodurch wenigstens ein Auftreffwinkel definiert wird;

wobei der Schirm (22) durch wenigstens ein Hologramm (26) gebildet wird, das auf einem Substrat (24) überlagert auf wenigstens einer lichtdurchlässigen Platte (38) angeordnet ist, wobei der Schirm die Lichtstreuung der angezeigten Bilder steuert und eine Indifferenzanordnung mit optischen Eigenschaften bildet, die sich horizontal und vertikal über einem Blickfeld ändern;

so daß der Schirm (22) einen Gesamtgewinn über dem Blickfeld des Schirms und eine Farbverschiebung aufweist, die kleiner als oder gleich etwa 5 für alle Auftreffwinkel in einem Bereich größer als 0º und kleiner oder gleich etwa 30º ist, wie durch den Maximumwert bestimmt, der aus wenigstens einem der folgenden Ausdrücke erhalten wird:

C(Θ) = 20·log&sub1;&sub0;(Rot(Θ)/Blau(Θ)); (I)

C(Θ) = 20·log&sub1;&sub0;(Grün(Θ)/Blau(Θ)); (II)

worin ist: θ irgendein Winkel innerhalb eines Bereichs von horizontalen Betrachtungswinkeln, C(θ) die Farbverschiebung beim Winkel θ, Rot(θ) der rote Luminanzpegel beim Winkel θ, Blau (θ) der blaue Luminanzpegel beim Winkel θ, und Grün(θ) der grüne Luminanzpegel beim Winkel θ;

wobei der Schirm (22) ein Bild von den abgedeckten Linsen (15, 17, 19) der Projektoren (14, 16, 18) empfängt und das Bild auf einer zweiten Seite mit dem gesamten Gewinn anzeigt, was zu einer erhöhten Gleichmäßigkeit der Helligkeit über dem Gesichtsfeld des Schirms (22) führt.

14. Projektions-Fernsegerät nach Anspruch 13, bei dem der Schirm (22) wenigstens zwei übereinander angeordnete Hologramme umfaßt, die Gewinnänderungen über horizontalen bzw. vertikalen Spannen des Gesichtsfeldes aufweisen.

15. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 13, bei dem der Schirm wenigstens ein Fresnel-Element umfaßt, das dem wenigstens einen Hologramm (26) überlagert ist.

16. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 13, bei dem das wenigstens eine Hologramm (26) ein dreidimensionales holographisches Foto-Polymer-Material umfaßt, das auf einem Substrat (24) angeordnet ist.

17. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 13, bei dem wenigtens ein Hologramm (26) wenigstens zwei übereinander angeordnete Schichten von Foto-Polymer-Material auf dem Substrat umfaßt, die zusammen ein dreidimensionales Hologramm bilden.

18. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 13, bei dem das dreidimensionale Hologramm (26) die folgenden Ausführungs- Spezifikationen hat:

halber horizontaler Betrachtungswinkel: 38º ± 3º

halber vertikaler Betrachtungswinkel: 10º ± 1º

Schirm-Gewinn: ≥8.

19. Projektions-Fernsehgerät nach Anspruch 13, bei dem die Mehrzahl von Projektoren (14, 16, 18) drei Proj ektoren zur Bildung eines roten Bildes, eines blauen Bildes und eines grünen Bildes umfaßt, und bei dem nur der rote Bildprojektor (14) eine abgedeckte Linse hat.