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HINTERGRUND
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein das Gebiet der Projektionsfernsehempfänger und insbesondere Projektionsfernsehempfänger mit
Bildschirmen, die eine nennenswert verringerte Farbabweichung (color
shift) und/oder eine nennenswert verringerte Gehäusetiefe bilden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die Farbabweichung ist definiert
als die Änderung
in dem Rot/Blau- oder dem Grün/Blau-Verhältnis eines
weißen
Bildes in der Mitte eines Projektionsschirms durch projizierte Bilder
von einer roten, einer grünen und
einer blauen Projektionsröhre
bei einer Betrachtung unter unterschiedlichen Winkeln in der Horizontalebene,
durch Betrachtungen unter einem vertikalen Betrachtungswinkel bei
Spitzenhelligkeit.
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Das Problem der Farbabweichung ergibt
sich aus der Notwendigkeit für
wenigstens drei Bildprojektoren jeweils für Bilder mit unterschiedlichen
Farben, z. B. Rot, Blau und Grün.
Ein Projektionsschirm empfängt auf
einer ersten Seite Bilder von wenigstens drei Projektoren und gibt
die Bilder auf einer zweiten Seite mit einer gesteuerten Lichtdispersion
aller wiedergegebenen Bilder wieder. Einer der Projektoren, im allgemeinen der
grüne und
in der Mitte einer Anordnung von Projektoren, enthält einen
ersten optischen Weg in einer im wesentlichen orthogonalen oder
senkrechten Ausrichtung zu dem Schirm. Wenigstens zwei der Projektoren, im
allgemeinen Rot und Blau und im allgemeinen positioniert an gegenüberliegenden
Seiten des mittleren grünen
Projektors in der Anordnung, haben jeweils optische Wege, die zu
dem ersten optischen Weg in einer nicht-senkrechten Ausrichtung
konvergieren, die Einfallwinkel bildet. Die Farbabweichung resultiert
aus der nicht-senkrechten Lage des roten und des blauen Projektors
relativ zu dem Schirm und zu dem grünen Projektor. Als Ergebnis
der Farbabweichung können
Farbtöne
an jeder Stelle auf dem Schirm abweichen. Der Zustand, in dem die
Farbtonabweichung groß ist,
wird häufig
als ge ringe Weißgleichmäßigkeit
oder mangelnder Weißabgleich
bezeichnet. Je kleiner die Farbabweichung, um so besser ist der
Weißabgleich.
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Die Farbabweichung wird durch eine
Skala von Zahlen bezeichnet, in der niedrige Zahlen eine geringe Farbabweichung
und einen besseren Weißabgleich
anzeigen. Gemäß einem
allgemeinen Vorgang werden Werte für die rote, grüne und blaue
Helligkeit in der Bildschirmmitte aus mehreren horizontalen Betrachtungswinkeln
gemessen, im allgemeinen von wenigstens ungefähr –40° bis +40°, bis zu ungefähr – 60° bis +60°, in Schritten
von 5° oder
10°. Der
positive und der negative Winkel bezeichnen horizontale Betrachtungswinkel rechts
bzw. links von der Bildschirmmitte. Diese Messungen erfolgen bei
dem Spitzenwert des vertikalen Betrachtungswinkels. Die roten, grünen und
blauen Daten werden auf eine Einheit bei 0° normiert. Es werden eine oder
beide der folgenden Gleichungen (I) und (II) bei jedem Winkel ausgewertet:
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Dabei ist Θ ein beliebiger Winkel innerhalb
eines Bereichs von horizontalen Betrachtungswinkeln, C(Θ) ist die
Farbabweichung bei dem Winkel Θ,
red(Θ)
ist der rote Helligkeitswert bei dem Winkel Θ, blue(Θ) ist der blaue Helligkeitswert
bei dem Winkel Θ,
und green(Θ)
ist der grüne
Helligkeitswert bei dem Winkel Θ. Das
Maximum dieser Werte ist die Farbabweichung des Schirms.
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Im allgemeinen sollte bei jedem kommerziell
akzeptablen Schirmaufbau die Farbabweichung nicht mehr als nominell
5 betragen. Andere Anforderungen an die Konstruktion und den Aufbau
können
manchmal fordern, dass die Farbabweichung etwas größer ist
als 5, wenngleich eine derartige Farbabweichung nicht erwünscht ist
und im allgemeinen in einer geringeren Erkennbarkeit des Bildes
mit einem geringeren Weißabgleich
resultiert.
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Schirme für Projektionsfernsehempfänger werden
im allgemeinen durch einen Strangpreßvorgang unter Anwendung einer
oder mehrerer Musterwalzen zur Formung der Oberfläche einer
Schicht aus einem thermoplastischen Material hergestellt. Der Aufbau
ist im allgemeinen eine Anordnung von Linsenelementen, auch als
Linsen (lenticules) und "lenslets" bezeichnet. Die
Linsenelemente können
auf einer oder auf beiden Seiten desselben Schichtmaterials oder
auf nur einer Seite verschiedener Schichten ausgebildet sein, die
dann als eine laminierte oder geschichtete Einheit permanent kombiniert
oder auf andere Weise aneinander befestigt werden können, um
so als eine laminierte oder geschichtete Einheit zu arbeiten. In
manchen Ausführungen
ist eine der Oberflächen
des Schirms als eine Fresnellinse ausgebildet, um eine Lichtdiffusion
zu bilden. Bekannte Bemühungen
zur Verringerung der Farbabweichung und zur Verbesserung des Weißabgleichs
waren ausschließlich
auf zwei Aspekte des Schirms gerichtet. Ein Aspekt ist die Form
und die Anordnung der Linsenelemente. Der andere Aspekt ist das
Ausmaß,
in dem das Schirmmaterial oder Teile davon zur Steuerung der Lichtdiffusion
mit lichtdiffundierenden Partikeln dotiert oder legiert sind. Diese
Bemühungen
sind in den folgenden Patentdokumenten erläutert.
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In der
US
4 432 010 und der
US
4 536 056 enthält
ein Projektionsschirm eine lichtübertragende,
linsenförmige
Schicht mit einer Eintrittsfläche
und einer Austrittsfläche.
Die Eintrittsfläche
ist gekennzeichnet durch horizontal diffundierende, linsenförmige Profile
mit einem Verhältnis
der Linsentiefe Xv zu einem achsennahen Krümmungsradius R1 (Xv/R1), das
in dem Bereich von 0,5 bis 1,8 liegt. Die Profile erstrecken sich entlang
der optischen Achse und bilden asphärische Eingangslinsen.
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Die Anwendung eines Schirms mit einer
doppelseitigen Linse ist allgemein üblich. Ein derartiger Schirm
enthält
zylinderförmige
Eingangslinsenelemente auf einer Eintrittsfläche des Schirms, zylinderförmige Linsenelemente
auf einer Austrittsfläche
des Schirms und eine lichtabsorbierende Schicht auf dem nicht-lichtkonvergenten
Teil der Austrittsfläche.
Die Eintritts- und die Austritts-Linsenelemente haben jede die Form
eines Kreises, einer Elipse oder einer Hyperbel, die durch die folgende
Gleichung (III) dargestellt wird:
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Dabei ist C eine Hauptkrümmung und
K eine Kegelkonstante.
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Alternativ haben die Linsen eine
Krümmung,
zu der ein Ausdruck mit einer höheren
Ordnung als der zweiten Ordnung hinzugefügt ist.
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In Schirmen mit der Anwendung einer
doppelseitigen Lentikularlinse wurde vorgeschlagen, die relative Lage
zwischen der Eintrittslinse und der Austrittslinse oder die die
Linsen bildenden Lentikularelemente besonders zu spezifizieren.
Es wurde gelehrt, zum Beispiel in der
US
4 443 814 , die Eintrittslinse und die Austrittslinse in
einer solchen Weise zu positionieren, dass die Linsenfläche einer
Linse bei dem Brennpunkt der anderen Linse liegt. Es wurde außerdem gelehrt,
zum Beispiel in der JP 58-59436, dass die Exzentrizität der Eintrittslinse
im wesentlichen gleich einem Reziprokalwert des Brechungsindex des
die Lentikularlinse bildenden Materials ist. Es wurde außerdem gelehrt,
zum Beispiel in der
US 4 502
755 , zwei Schichten von doppelseitigen Lentikularlinsen
in einer solchen Weise zu kombinieren, dass die Ebenen der optischen
Achse der jeweiligen Lentikularlinsen in rechten Winkeln zueinander
liegen, und eine derartige doppelseitige Lentikularlinse in einer
solchen Weise auszubilden, dass die Eintrittslinse und die Austrittslinse
am Umfang einer der Linsen asymmetrisch zu der optischen Achse liegen.
Es wurde außerdem
gelehrt, in der
US 4 953 948 ,
dass die Lage der Lichtkonvergenz nur an dem Tal der Eingangslinse
gegenüber
der Betrachtungsseite von der Oberfläche einer Austrittslinse versetzt
sein sollte, so dass die Toleranz für die Fehlausrichtung der optischen
Achsen und die Differenz in der Dicke größer oder die Farbabweichung
kleiner ausgebildet werden können.
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Zusätzlich zu den verschiedenen
Vorschlägen
für die
Verringerung der Farbabweichung oder des Mangels an Weißabgleich
sind weitere Vorschläge
für die
Verbesserung von Projektionsschirmen auf die Helligkeitserhöhung von
Bildern gerichtet und ermöglichen
geeignete visuelle Bilder in der Horizontal- und der Vertikalrichtung.
Eine Zusammenfassung mehrerer derartiger Vorschläge ist zu finden in der
US 5 196 960 , die selbst
eine doppelseitige Lentikularlinsenschicht mit einer Eintrittslinsenschicht
mit einer Eintrittslinse und einer Austrittslinsenschicht mit einer
Austrittslinse enthält,
deren Linsenoberfläche
bei dem lichtkonvergierenden Punkt der Eintrittslinse oder in deren
Nähe ausgebildet
ist, wobei die Eintrittslinsenschicht und die Austrittslinsenschicht
beide aus einem im wesentlichen transparenten thermoplastischen
Kunststoff gebildet sind und wenigstens die Austrittsschicht feine
lichtdiffundierende Partikel enthält und wobei ein Unterschied
besteht in den Lichtdiffusionseigenschaften zwischen der Eintrittslinsenschicht
und der Austrittslinsenschicht. Mehrere Eintrittslinsen enthalten
eine zylinderförmige
Linse. Die Austrittslinse ist durch mehrere Austrittslinsenschichten gebildet.
Jede von ihnen enthält
eine Linsenfläche
bei dem lichtkonvergierenden Punkt jeder Linse der Eintrittslinsenschicht
oder in deren Nähe.
Eine lichtabsorbierende Schicht wird außerdem an dem nicht-lichtkonvergenten
Teil der Austrittslinsenschicht gebildet. Man sagt, dass dieser
Schirmaufbau einen ausreichenden horizontalen Betrachtungswinkel,
eine verringerte Farbabweichung und ein helleres Bild sowie eine
leichtere Herstellung durch Strangpreßvorgänge bietet.
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Trotz vieler Jahre intensiver Entwicklungen
für die
Gestaltung von Projektionsschirmen waren die Verbesserungen im günstigsten
Fall nur schrittweise. Darüberhinaus
gab es keinen Erfolg in der Überwindung
bestimmter Maßstäbe. Der
durch die geometrische Anordnung der Bildprojektoren bestimmte Einfallwinkel,
der hier als Winkel α bezeichnet
wird, wurde im allgemeinen begrenzt auf einen Bereich von größer als
0° und weniger
als oder gleich ungefähr
10° oder
11°. Die
Größe der Bildprojektoren
und/oder ihrer Optiken macht Winkel von α in der Nähe von 0° im wesentlichen unmöglich. In
dem Bereich von Winkeln von α weniger
als ungefähr 10° oder 11° beträgt die beste
Farbabweichung, die erreicht worden ist, ungefähr 5, ermittelt gemäß den Gleichungen
(I) und (II). In dem Bereich von Winkeln von größer als ungefähr 10° oder 11° ist die
beste Farbabweichung, die erreicht worden ist, kommerziell nicht
akzeptabel. Tatsächlich
ist es nicht bekannt, daß Projektionsfernsehempfänger mit
Winkeln von α größer als
10° oder
11° auf
dem Markt waren.
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Kleine Winkel von α haben eine
beachtliche und unerwünschte
Folge, nämlich
die, dass eine sehr große
Gehäusetiefe
für die
Unterbringung eines Projektionsfernsehempfängers benötigt wird. Die große Tiefe
ist ein direktes Ergebnis der Notwendig keit für optische Wege mit kleinen
Einfallwinkeln (α).
Für eine
bestimmte Größe der Bildprojektoren
und der optischen Elemente kann der Einfallwinkel nur durch Erhöhung der
Länge des
optischen Wegs zwischen den Bildprojektoren oder ihren Optiken und
dem Bildschirm verringert werden. Lösungen zur Verringerung der
Gehäusegröße von Projektionsfernsehgeräten beruhen
im Allgemeinen auf Spiegeln für
die Faltung oder Umlenkung langer optischer Wege. Der Erfolg für die Farbabweichung
derartiger Bemühungen
ist letztlich begrenzt, da es eine untere Grenze der Bereiche von
Einfallwinkeln gibt.
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Polaroid Corporation verkauft ein
mit DMP-128
® bezeichnetes
Fotopolymer, das Polaroid Corporation unter Anwendung von geschützten Verfahren
als ein dreidimensionales Hologramm herstellen kann. Der holographische
Herstellungsvorgang ist zum Teil beschrieben in der
US 5 576 853 . Holographische Fotopolymere
sind im Allgemeinen nützlich
für die
Aufzeichnung von fotographischen Bildern durch Aufspaltung von kohärentem Licht
in einen Beleuchtungsstrahl und einen Referenzstrahl. Der Beleuchtungsstrahl
bestrahlt den Gegenstand. Der reflektierte Strahl von dem Gegenstand
und der Referenzstrahl, der den Gegenstand umgeht, beleuchten das
Fotopolymermedium, das eine entwickelbare, lichtempfindliche fotographische
Zusammensetzung enthält.
Die Lichtwellender beiden Strahlen stören einander oder erzeugen
Interferenzen, d. h. durch eine konstruktive und destruktive Interferenz
erzeugen sie ein stehendes Wellenmuster von sinusförmigen Spitzen,
die die fotographische Zusammensetzung örtlich belichten, und Nullstellen,
die die Zusammensetzung örtlich
nicht belichten. Wenn das fotographische Medium entwickelt wird,
wird ein entsprechendes Störmuster
oder Interferenzmuster in dem Medium aufgezeichnet. Durch Beleuchtung
des Mediums mit einem kohärenten
Referenzstrahl wird das Bild des Gegenstandes wiedergegeben und
kann über
einen Bereich von Betrachtungswinkeln betrachtet werden.
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Das aufgezeichnete Interferenzmuster
eines Hologramms, das einen üblichen
fotographischen Gegenstand darstellt, ist komplex, da Licht von
allen beleuchteten Punkten auf dem Gegenstand an allen Punkten des
Hologramms mit dem Referenzstrahl interferiert. Durch Aufzeichnung
des Bildes eines ausgetasteten "Gegenstands" (effektiv durch
Interferenzbildung von zwei Referenzstrahlen) wäre es möglich, ein ausgetastetes Hologramm
zu bilden, in dem das Interterenzmuster gleich mäßiger ist. In diesem Fall würde das
Interferenzmuster einem optischen Gitter ähneln, jedoch wäre die Schrittgröße (Pitch)
oder die Auflösung
des optischen Gitters ziemlich fein, verglichen mit der Schrittgröße (Pitch)
eines Projektionsschirms mit makro-bemessenen Linsenelementen, die
so geformt sind, dass sie Licht in einer besonderen Richtung von
Rückwärtsprojektionsröhren ablenken
oder brechen.
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Ein dreidimensionaler Holographieschirm
für ein
Projektionsfernsehgerät
wurde von Polaroid Corporation als einer von mehreren Vorschlägen während der
Bemühungen
vorgeschlagen, einen Markt für
das holographische wbwbPhotopolymer-Produkt DMP-128® zu
schaffen. Der Vorschlag basierte auf Vorteilen, die Polaroid Corporation
hinsichtlich einer höheren
Helligkeit und Auflösung,
geringeren Herstellungskosten, geringerem Gewicht und Widerstandsfähigkeit
gegen Abrieb erwartete, denen zweiteilige Schirme während der Verschiffung
ausgesetzt sind. Polaroid Corporation hat niemals einen besonderen
holographischen Aufbau für die
holographischen Elemente vorgeschlagen, die einen derartigen holographischen
Projektionsfernsehschirm bilden könnten, und hat selbst das Problem
der Farbabweichung in Projektionsfernsehschirmen jeglichen Typs,
holographisch oder auf andere Weise, nicht beachtet.
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Trotz Jahren intensiver Entwicklung
zur Lieferung eines Projektionsfernsehempfängers mit einem Schirm mit
einer Farbabweichung von weniger als 5, oder sogar nennenswert weniger
als 5, oder mit einer Farbabweichung von 5 für Winkel von α selbst größer als
10° oder
11° gab
es insgesamt keine Fortschritte in der Lösung des Problems der Farbabweichung,
abgesehen von schrittweisen Änderungen
in den Formen und den Lagen der Linsenelemente und der Diffusoren
in konventionellen Projektionsschirmen. Trotz Annahmen, dass dreidimensionale
Hologramme für
Projektionsschirme nützlich
sein könnten,
wenngleich aus Gründen, die
nichts zu tun haben mit der Farbabweichung, gab es außerdem keine
Bemühungen,
Projektionsfernsehgeräte
mit dreidimensionalen Holographieschirmen zu schaffen. Ein lange
bestehendes Bedürfnis
für einen Projektionsfernsehempfänger mit
einer nennenswert verbesserten Farbabweichung, der auch in ein wesentlich
kleineres Gehäuse
eingebaut werden kann, blieb unerfüllt.
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2 der
JP 09-073132 zeigt ein Projektionsfernsehgerät mit drei Bildprojektoren 1, 2, 3 zur
Projektion von Bildern mit unterschiedlichen Farben auf einen holographischen
Projektionsschirm 20 mit drei gestapelten Hologrammen 22, 23, 24,
je eines für
eine Primärfarbe.
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Seite 7 der WO 95/34832 zeigt einen
trichromatischen oder dreifarbigen Projektionsschirm (Zeile 13):
- – 1.
Ausführungsform:
einen dreidimensionalen Projektionsschirm mit nur einem dreidimensionalen
Hologramm: siehe Zeile 18: "zur Bildung dieses Schirm werden drei
chromatische Funktionen in derselben lichtempfindlichen Schicht
registriert",
- – 2.
Ausführungsform:
ein Projektionsschirm mit drei gestapelten Hologrammen wie in 2 der JP 09-073132, wobei
jede von ihnen nur eine Primärfarbe
verwaltet: siehe Zeilen 27–36.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Projektionsfernsehgerät gemäß der Erfindung
ist in Anspruch 1 angegeben.
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Ein Projektionsfernsehempfänger gemäß den hier
gelehrten erfindungsgemäßen Anordnungen
liefert eine nennenswerte Verbesserung hinsichtlich der Farbabweichung,
gemessen in Größenanordnungen,
durch die eine Farbabweichung von 2 oder weniger mit Projektionsfernsehempfängern mit
Einfallwinkeln α im
Bereich von weniger als 10° oder
11° erreicht
werden kann. Darüberhinaus
ist die Leistungsfähigkeit
hinsichtlich der Farbabweichung derart signifikant, dass kommerziell
akzeptable Projektionsfernsehempfänger mit Einfallwinkeln bis
zu ungefähr
30° in wesentlich
kleineren Gehäusen
erreicht werden können.
Die Leistungsfähigkeit hinsichtlich
der Farbabweichung von Empfängern
mit einem derart großen
Winkel α ist
wenigstens so gut wie bei konventionellen Empfängern mit einem kleinen Winkel α, zum Beispiel
mit einer Farbabweichung von 5, und man kann erwarten, dass in Empfängern mit
einem kleinen Winkel α kleinere
Werte bis zu 2 erreicht werden können.
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Diese Ergebnisse werden dadurch erreicht,
dass die Technologie der stranggepreßten Linsenschirme vollständig aufgegeben
wird. Stattdessen hat der Projektionsfern sehempfänger gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung
einen Schirm aus einem dreidimensionalen Hologramm, das auf einem
Substrat, zum Beispiel einem Polyethylenfilm wie Mylar®, ausgebildet
ist.
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Ein derartiger dreidimensionaler
Holographieschirm wurde ursprünglich
für seine
erwarteten Vorteile hinsichtlich einer größeren Helligkeit und Auflösung, geringeren
Herstellungskosten, geringerem Gewicht und seiner Widerstandsfähigkeit
gegen Abrieb entwickelt, der zweiteilige Schirme zum Beispiel während einer
Verschiffung ausgesetzt sind. Die Entdeckung der Güte der Farbabweichung
der dreidimensionalen Holographieschirme erfolgte bei der Prüfung, um
zu ermitteln, ob die optischen Eigenschaften des dreidimensionalen Schirms
wenigstens so gut sein könnten
wie ein konventioneller Schirm. Die Güte der Farbabweichung des dreidimensionalen
Holographieschirms, wie durch die Gleichungen (I) und (II) gemessen,
war derart unerwartet niedrig, dass es bereits überraschend und schockierend
war. Die Grenzen bei den Verbesserungen durch den Stand den Technik
auf einzelne Schritte wurden allesamt aufgehoben. Darüberhinaus
können
nun kleinere Gehäuse
mit einer Projektionsgeometrie entwickelt werden, die durch größere Einfallwinkel α gekennzeichnet sind.
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Ein Projektionsfernsehgerät mit den
unerwarteten Eigenschaften für
die dreidimensionalen Holographieschirme und gemäß den hier gelehrten erfindungsgemäßen Anordnungen
enthält:
wenigstens drei Bildprojektoren für jeweilige Bilder verschiedener
Farben, einen Projektionsschirm aus einem dreidimensionalen Hologramm
auf einem Substrat, wobei der Schirm auf einer ersten Seite Bilder
von den Projektoren empfängt und
die Bilder auf einer zweiten Seite mit einer gesteuerten Lichtdispersion
für alle
wiedergegebenen Bilder wiedergibt, wobei einer der Projektoren einen
ersten optischen Weg in einer im Wesentlichen senkrechten Ausrichtung
zu dem Schirm und wenigstens zwei Projektoren mit jeweiligen optischen
Wegen enthält,
die zu dem ersten optischen Weg in einer nicht-orthogonalen Ausrichtung
konvergieren und dadurch Einfallwinkel bilden, und wobei das dreidimensionale
Hologramm eine dreidimensionale Interferenzanordnung oder Störanordnung
oder ein Beugungsmuster mit einem Aufbau aufweist, der für die Verringerung
der Farbabweichung in den wiedergegebenen Bildern wirkt, wobei der
Schirm eine Farbabweichung von weniger als oder gleich ungefähr 5 für alle Einfallwinkel
in einem Bereich größer als
0° und weni ger
als oder gleich ungefähr
30° aufweist, wie
bestimmt durch dem Maximalwert, der sich aus wenigstens einer der
folgenden Gleichungen ergibt:
wobei Θ ein beliebiger Winkel innerhalb
eines Bereichs von horizontalen Betrachtungswinkeln, C(Θ) die Farbabweichung
bei dem Winkel Θ,
red(Θ)
der rote Helligkeitswert bei dem Winkel Θ, blue(Θ) der blaue Helligkeitswert
bei dem Winkel Θ und
green (Θ)
der grüne
Helligkeitswert bei dem Winkel Θ ist.
Es kann erwartet werden, das die Farbabweichung des Schirm kleiner
als 5 ist, z. B. kleiner als oder gleich ungefähr 4,3 oder sogar 2.
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Für
die bekannte Begrenzung bei einem Einfallwinkel von ungefähr 10° oder 11° ist die
Farbabweichung des Schirms kleiner als oder gleich ungefähr 2 für alle Einfallwinkel
in einem ersten Unterbereich von Einfallwinkeln größer als
0° und kleiner
als oder gleich ungefähr
10°, und
die Farbabweichung des Schirms ist kleiner als oder gleich ungefähr 5 für alle Einfallwinkel
in einem zweiten Unterbereich von Einfallwinkeln größer als
ungefähr
10° und
kleiner als oder gleich ungefähr
30°.
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Der Schirm enthält außerdem ein lichtdurchlässiges Verstärkungsteil,
zum Beispiel aus einem Acrylmaterial in einer Schicht mit einer
Dicke im Bereich von ungefähr
2– 4 mm.
Das Substrat enthält
einen hochfesten, transparenten, wasserabweisenden Film, wie einen
Polyäthylen-Terephthalat-Kunststofffilm.
Das Substrat kann ein Film mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 25,4–254 μm sein. Es
hat sich gezeigt, dass eine Dicke von ungefähr 180 μm einen ausreichenden Träger für das dreidimensionale
Hologramm bildet. Die Dicke des Films steht in keinem Zusammenhang
mit der Leistungsfähigkeit.
Das dreidimensionale Hologramm hat eine Dicke im Bereich von nicht
mehr als ungefähr
20 μm. Das
Projektionsfernsehgerät
kann außerdem
einen oder mehrere Spiegel zwischen den Bildprojektoren und dem
Bildschirm enthalten.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Aspekt
wird die Farbabweichung des Projektionsschirms weiter verbessert
durch Stapelung von mehreren holographischen Schirmelementen und/oder
parallel ausrichtenden Elementen. Z. B. kann an der Rückseite
ein holographischer Schirm mit vertikalen und horizontalen linearen Fresnellinsen
versehen sein, um eine gewünschte Änderung
in den Lichtdurchlässigkeitseigenschaften über einen
Bereich von vertikalen oder horizontalen Betrachtungswinkeln zu
erreichen. Zusätzlich
werden mehrere holographische Schirmelemente mit einer Änderung
in den Lichtdurchläßigkeitseigenschaften über einen
Bereich von Betrachtungswinkeln gestapelt. Gemäß einer praktischen Ausführungsform
werden wenigstens zwei holographische Elemente gestapelt, wobei
einer eine vorbestimmte Änderung über einen
Vertikalbereich und der andere eine vorbestimmte Änderung über einen
Horizontalbereich bewirkt. Auf diese Weise kann die Helligkeit des
Bildes über
den Bereich von Nutz-Betrachtungswinkeln eingestellt und optimiert
werden, um den vollen Vorteil der verfügbaren Beleuchtung zu erlangen.
Zusätzlich
kann die Stapelung von holographischen Elementen und/oder parallel
ausrichtenden Elementen eine Anpassung an verschiedene Leistungsbereiche bei
günstigen
Kosten bewirken, da linear ändernde
Elemente mit geringeren Kosten hergestellt werden können, als
sich zirkular oder kreisförmig ändernde
Elemente. Z. B. können
sich linear ändernde
Fresnelelemente geprägt
oder rollengespritzt sein bei Kosten von 25% der Kosten einer zirkularen
Fresnellinse. Auf ähnliche Weise
ist ein sich linear ändernder
holographischer Master weniger kompliziert und weniger kostspielig
als ein zirkularer, der Änderungen
in zwei Richtungen bildet.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine diagrammatische Darstellung eines Projektionsfernsehgeräts gemäß den hier
gelehrten erfindungsgemäßen Anordnungen.
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2 ist
ein vereinfachtes Diagramm einer Projektionsfernsehgeometrie zur
Erläuterung
der erfindungsgemäßen Anordnungen.
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3 ist
eine Seitenansicht eines verstärkten
Projektionsschirms gemäß den erfindungsgemäßen Anordnungen.
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4 ist
eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform
eines Projektionsschirms mit zwei überlagerten Hologrammen mit
Verstärkungsänderungen über den
horizontalen bzw. vertikalen Betrachtungswinkel.
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5 ist
eine graphische Darstellung des Verhältnisses der Spitzenweisshelligkeit
in Abhängigkeit von
dem horizontalen Betrachtungswinkel unter Anwendung eines horizontal
geänderten
holographischen Elements mit und ohne das gestapelte, sich vertikal ändernde
holographische Element.
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6 ist
eine schematische Zeichnung einer alternativen Ausführungsform
mit gestapelten horizontalen und parallel ausrichtenden Schirmschichten.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein Projektionsfernsehempfänger 10 ist
diagrammatisch in 1 dargestellt.
Eine Anordnung 12 von Projektionskathodenstrahlröhren 14, 16 und 18 liefert
ein rotes, ein grünes
bzw. ein blaues Bild. Die Kathodenstrahlröhren sind mit jeweiligen Linsen 15, 17, 19 versehen.
Die projizierten Bilder werden durch einen Spiegel 22 auf
einen Projektionsschirm 22 reflektiert. Zusätzliche
Spiegel können
ebenfalls benutzt werden, abhängig von
der besonderen Geometrie der optischen Wege. Die grüne Kathodenstrahlröhre 16 projiziert
das grüne Bild
entlang eines optischen Wegs 32, der, in diesem Beispiel
eine im wesentlichen orthogonale oder senkrechte Ausrichtung zu
dem Schirm 22 aufweist. In anderen Worten, die Mittellinie
des optischen Wegs liegt in rechten Winkeln zu dem Schirm. Die rote
und die blaue Kathodenstrahlröhre
enthalten jeweils optische Wege 34 und 36, die
in einer nicht-orthogonalen, Einfallwinkel α bildenden Ausrichtung zu dem
optischen Weg 32 konvergieren. Die Einfallwinkel bewirken
das Problem der Farbabweichung.
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Der Schirm 22 enthält ein auf
einem Substrat 24 angeordnetes dreidimensionales Hologramm 26.
Das Hologramm 26 ist ein Abdruck eines Masterhologramms,
das im wesentlichen ein Brechungsmuster bildet, das die Verteilung
von Lichtenergie von den drei Projektoren 14, 16, 18 verwaltet
und das über
die Breite und/die Höhe
des Schirms unterschiedlich sein kann. In einer bevorzugten Anordnung
ist das Hologramm ein "nur
mittiges" Hologramm,
das das einfallende Licht neu orientiert. Der Schirm empfängt Bilder
von den Projektoren auf einer ersten Eintrittsflächenseite 28 und gibt
die Bilder auf einer zweiten Austrittsflächenseite 30 mit einer gesteuerten
Lichtdispersion aller dargestellten Bilder wieder. Das Substrat
ist vorzugsweise ein hochfester, transparenter, wasserabweisender
Film, wie ein Polyäthylen-Terephthalat-Kunststofffilm.
Ein derartiger Film ist verfügbar
von E. I. du Pont de Nemours & Co.
unter dem Warenzeichen Mylar®. Das Filmsubstrat hat
eine Dicke im Bereich von ungefähr
25,4–254 μm. Es hat
sich gezeigt, dass ein Film mit einer Dicke von 180 μm einen ausreichenden
Träger
für das
darauf angeordnete dreidimensionale Hologramm bildet. Die Dicke
des Films beeinflußt
nicht die Leistungsfähigkeit
des Schirms im allgemeinen oder die Leistungsfähigkeit der Farbabweichung
im besonderen, und es können
Filme mit unterschiedlicher Dicke benutzt werden. Das dreidimensionale Hologramm 26 hat
eine Dicke von nicht mehr als ungefähr 20 μm.
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Dreidimensionale Holographieschirme
sind von wenigstens zwei Quellen verfügbar. Polaroid Corporation
verwendet ein geschütztes,
chemisches Naßverfahren
zur Bildung dreidimensionaler Hologramme in seinem Photopolymer-Material
DMP-128. Der Vorgang enthält
die Bildung eines beugenden holographischen Musters in dem Fotopolymermaterial.
Dieses Muster kann Änderungen
in der Schirmverstärkung über den
Bereich von horizontalen und/oder vertikalen Betrachtungswinkeln
enthalten. Ein Masterhologramm kann durch Belichtung des fotopolymerischen
holographischen Mediums mit kohärentem
Licht vorbereitet werden, das einen Referenzstrahl und einen von
einem ebenen Muster reflektierten Strahl mit Änderungen zwischen Hell und Dunkel
entsprechend der gewünschten Änderung
in der Verstärkung
enthält.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der dreidimensionalen Holographieschirme, die in den hier beschriebenen
und beanspruchten Projektionsfernsehempfängern benutzt werden, verwendete
ein chemisches Naßverfahren
von Polaroid Corporation mit den folgenden Spezifikationen:
Horizontaler
Halbbetrachtungswinkel: 38° ± 3°,
Vertikaler
Halbbetrachtungswinkel: 10° +
1 °,
Schirmverstärkung: ≥ 8,
Farbabweichung: ≤ 3,
wobei
der horizontale und der vertikale Betrachtungswinkel konventionell
gemessen werden, die Schirmverstärkung
der Quotient aus der Lichtintensität von der Quelle zu der Rückseite
der Betrachtungsfläche
und der Lichtintensität
von der Vorderseite der Betrachtungsfläche zum Betrachter ist, gemessen
orthogonal oder senkrecht zu dem Schirm, und die Farbabweichung
wie oben beschrieben gemessen wird. Die außerordentliche Leistungsfähigkeit
hinsichtlich der Farbabweichung der dreidimensiona len Holographieprojektionsschirms war,
wie in der Zusammenfassung erläutert,
völlig
unerwartet.
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2 ist
ein vereinfachtes Diagramm eines Projektionsfernsehgeräts ohne
den Spiegel und die Linsen zur Erläuterung der Leistungsfähigkeit
der Farbabweichung. Die optischen Achsen 34 und 36 der
roten und der blauen Kathodenstrahlröhren 14 und 18 sind
symmetrisch unter Einfallwinkeln α bezüglich der
optischen Achse 32 der grünen Kathodenstrahlröhre 16 ausgerichtet.
Die Minimaltiefe D eines Gehäuses
ist bestimmt durch den Abstand zwischen dem Schirm 22 und
den Hinterkanten der Kathodenstrahlröhren. Es sei erwähnt, dass
dann, wenn der Winkel α kleiner
wird, die Kathodenstrahlröhren
enger zusammenrücken und/oder
weiter von dem Schirm entfernt sein müssen, um nicht aneinander zu
stoßen.
Bei einem genügend kleinen
Winkel α kann
eine derartige Störung
nicht vermieden werden. Das erhöht
in unerwünschter
Weise die minimale Tiefe D eines Gehäuses. Wenn andererseits der
Winkel α größer wird,
können
die Kathodenstrahlröhren
näher zu
dem Schirm 22 verschoben werden und dadurch die minimale
Tiefe Deines Gehäuses
verringern.
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Auf der Betrachtungsseite des Schirms 22 sind
zwei horizontale Halbbetrachtungswinkel mit -β und +β bezeichnet. Insgesamt wird
ein gesamter horizontaler Betrachtungswinkel von 2β gebildet.
Die Halbbetrachtungswinkel können
im allgemeinen in einem Bereich von ±40° bis ±60° liegen. Innerhalb jedes Halbwinkels gibt
es mehrere spezifische Winkel θ,
bei denen die Farbabweichung entsprechend den oben beschriebenen Gleichungen
(I) und (II) gemessen und ermittelt werden kann.
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Hinsichtlich der bekannten Grenze
bei einem Einfallwinkel von ungefähr 10° oder 11° ist die Farbabweichung des
dreidimensionalen Holographieschirms kleiner als oder gleich ungefähr 2 für alle Einfallwinkel
in einem ersten Unterbereich von Einfallwinkeln größer als
0° und kleiner
als oder gleich ungefähr
10°. Die
Farbabweichung des Schirms ist kleiner als oder gleich ungefähr 5 für alle Einfallwinkel
in einem zweiten Unterbereich von Einfallwinkeln größer als
ungefähr
10° und
kleiner als oder gleich ungefähr
30°. Es
wird erwartet, dass eine Farbabweichung von weniger als oder gleich
ungefähr
2, wie in dem ersten Unterbereich, auch in dem zweiten Unterbereich
von größeren Einfallwinkeln
erreicht werden kann.
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In 3 enthält das Substrat 24 einen
transparenten Film, wie Mylar®, wie oben beschrieben.
Das Photopolymermaterial, aus dem das dreidimensionale Hologramm 26 gebildet
ist, wird auf der Filmschicht 24 getragen. Ein geeignetes
Photopolymermaterial ist DMP-128®.
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Der Schirm 22 kann außerdem ein
lichtdurchlässiges
Verstärkungsteil 38 enthalten,
zum Beispiel aus einem Acrylmaterial, wie Polymethylmethacrylat
(PMMA). Polycarbonat-Materialien können ebenfalls benutzt werden.
Das Verstärkungsteil 38 ist
derzeit eine Schicht mit einer Dicke im Bereich von ungefähr 2–4 mm. Der Schirm 22 und
das Verstärkungsteil
sind durch die gemeinsame Begrenzung 40 der holographischen
Schicht 26 und des Verstärkungsteils 38 aneinander
befestigt. Es können
Kleber, Strahlung und/oder thermische Verbindungslösungen benutzt
werden. Die Oberfläche 42 der
Verstärkungsschicht
kann ebenfalls behandelt werden, zum Beispiel durch eines oder mehrere
der folgenden Verfahren: Abtönung
oder Einfärbung,
Beschichtungen zur Blendungsfreiheit und Beschichtungen gegen Verkratzung.
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Verschiedene Oberflächen des
Schirms und/oder seiner Schichten können mit anderen optischen
Linsen oder Linsenanordnungen versehen sein, um Aspekte des Projektionsschirms
zu steuern, die sich auf andere Eigenschaften als die Farbabweichung
beziehen, wie es bei konventionellen Projektionsschirmen bekannt
ist, ohne die verbesserte Eigenschaft hinsichtlich der Farbabweichung
des dreidimensionalen Holographie-Projektionsschirms zu verschlechtern. 4 zeigt eine erste derartige Änderung,
in der wenigstens zwei Hologramme überlagert oder gestapelt werden.
Gemäß dem dargestellten
Beispiel ist ein erstes Hologramm mit einer Änderung der Horizontalverstärkung über ein
Betrachtungsfeld von ±40° mit einem
zweiten Hologramm mit einer vertikalen Verstärkungs-änderung über ein Feld von ±20° gestapelt.
Die Verstärkungsänderungen
sind in der Zeichnung durch Schattierung angedeutet. Wenn sie jedoch
nicht beleuchtet werden, erscheinen die tatsächlichen holographischen Elemente
einfach über
ihre Flächen
zu diffundieren. Das Ergebnis der Überlagerung von Hologrammen
mit horizontalen und vertikalen Verstärkungsänderungen ist im Wesentlichen äquivalent
zu einem nur-mittigen Hologramm. Jedoch wird der Helligkeitswert
bei verschiedenen Raten über
den Horizontalbereich und den Verti kalbereich geändert, weil die horizontale
Spannweite wesentlich größer ist
als die vertikale Spannweite.
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5 ist
eine Kurvendarstellung der gemessenen Bildschirmhelligkeit als Prozentsatz
der Spitzenweiss-Helligkeit über
eine horizontale Betrachtungsspann-weite von ±40° an einem Punkt in der Bildschirmmitte.
Die beiden Linien auf der Kurve stellen die Helligkeit dar unter
Anwendung nur eines sich horizontal ändernden Hologramms und die
Helligkeit durch Anwendung von horizontal und vertikal gestapelten,
sich ändernden Hologrammen.
Die horizontale Helligkeitsänderung
bei den gestapelten Hologrammen ist im Wesentlichen gleich oder
leicht verbessert gegenüber
der Leistungsfähigkeit
des horizontalen Hologramms allein.
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Bei der Gestaltung eines holographischen
Schirms für
verschiedene Leistungsbereiche kann es schwierig sein, einen Schirm
herzustellen, der alle gewünschten
Leistungseigenschaften gleichzeitig bewirkt. Die Stapelung ermöglicht die
getrennte Behandlung von verschiedenen Anforderungen, wie vertikale
und horizontale Änderungen
in der Verstärkung,
deren Anforderungen unterschiedlich sein können, z. B. aufgrund des Seitenverhältnis des
Schirms (d. h. weiter als groß),
oder eine Notwendigkeit für
einen Versatz oder Offset auf einer Achse (z. B. vertikal), während sie
auf der anderen Achse zentriert bleibt. Diese Anordnung ist nicht beschränkt auf
zwei gestapelte Programme mit Linearität, sondern auch auf zusätzliche
gestapelte Hologramme anwendbar, z. B. zur Steuerung von Farbabweichungen
oder anderen Aspekten der Lichtübertragung über den
Bildschirm, oder für
die Stapelung mit Elementen, die die Kantenhelligkeit, die Farbverschiebung
und dergleichen verbessern.
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Lineare Fresnellinsen können geprägt oder
rollengespritzt sein, kostengünstiger
im Vergleich mit einer zirkularen Fresnellinse. Eine zirkulare Fresnellinse
kann bis zu 60% der Kosten eines konventionellen Bildschirms betragen.
Eine lineare Fresnellinse kostet ungefähr 25% der Kosten einer zirkularen
Linse. Daher ist eine Kosteneinsparung von 30% möglich (d. h. (25% + 25%)*60%
= 30%). Für
die oben beschriebenen horizontalen und gedrehten Hologramme können lineare
Fresnellinsen im Bedarfsfall über
die horizontale und/oder vertikale Betrachtungsspannweite geändert werden,
z. B. zur Änderung
der Brennweiten, unabhängig
in. der Vertikal- und der Ho rizontalspannweite. Die beiden gestapelten
linearen Fresnellinsen können
in jeder Reihenfolge hinter dem holographischen Element liegen.
