NL8501424A - Optisch beeldvergrotend element, informatie-weergeefeenheid bevattende een dergelijk element en informatie-weergeefpaneel bevattende een aantal van dergelijke eenheden. - Google Patents

Description

* ........... £ PHN.11.387 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven "Optisch beeldvergrotend element, informatie-weergeefeenheid bevattende een dergelijk element en infconatie-wsergeefpaneel bevattende een aantal van dergelijke eenheden"

De uitvinding heeft betrekking op een optisch beeldvergrotend element bevattende een Eresnel-lens en bestemd on samen met een aantal van dergelijke, in rijen en kolommen gerangschikte, elementen gebruikt te warden voor het naadloos samenvoegen van afzonderlijke van elkaar 5 gescheiden beelden, opgewekt door beeldbuizen, tot een homogeen beeld.

De uitvinding heeft ook betrekking op een informatie-weergeefeenheid voorzien van dit beeldvergrotend element en op een informatie-weergeef-paneel bevattende een aantal van dergelijke eenheden.

Het informatie-weergeefpaneel, ook wel aangeduid met de 10 naam videowand of super-grootbeeldtelevisie, wordt thans toegepast voor het weergeven van informatie, zoals cmtspanningsprogranma' s, instruktieve programma's, reklame-boodschappen, stilstaande beelden met mededelingen van allerlei aard, in grote ruimten, bijvoorbeeld tentoonstellingsruimten, voor een groot publiek. Het weergeef paneel 2 2 15 kan een oppervlak hebben variërend tussen bijvoorbeeld 2 m en 200 m en een diepte in de orde van 0,5 - 1 m. Dit paneel bevat een aantal in rijen en kolommen gerangschikte konventicnele beeldbuizen, waarvan het aantal afhankelijk is van de gewenste grootte van het paneelbeeld.

Dit paneel kan gebruikt worden voor het gelijktijdig weergeven 20 van een aantal verschillende beelden van gelijke of verschillende groottes, die elk geleverd worden door een gelijk respektievelijk een verschillend aantal beeldbuizen, maar ook voor het weergeven van één enkel groot beeld, waarbij elk van de beeldbuizen een afzonderlijk deel van het totale beeld levert. Vooral in het laatste geval wordt, 25 indien geen verdere maatregelen getroffen worden, de gewenste visuele impressie van één enkel beeld teniet gedaan door diskontinuïteiten veroorzaakt door het niet aan elkaar aansluiten van de beeldvensters, of effektieve beeldscherrct-oppervlakken van de beeldbuizen. Dit is een gevolg van het feit dat de beeldbuizen aangebracht zijn in behuizingen 30 waarvan de wanden een bepaalde dikte hebben en van het feit dat de beeldvensters slechts een gedeelte van de beeldschermen van deze buizen beslaan, dus dat de beeldschermen zelf randen hebben.

Een ander probleem dat zich bij het weergeefpaneel voordoet 85 3 1 424 i ï PHN.11.387 2 is dat de beeldschermen van de beeldbuizen gekromd zijn terwijl het naar de toeschouwers gerichte oppervlak van het paneel tot nu toe het liefst vlak moest zijn.

In de Europese octrooiaanvrage nr. 0.074.696 zijn reeds g verschillende mogelijkheden aangegeven om de diskontinuïteiten in het paneelbeeld te verminderen en om te kompenseren voor de gekromde beeldschermen. Zo kunnen op het beeldscherm van een beeldbuis een groot aantal lichtgeleidende vezels aangebracht worden die, naar de toeschouwersruimte toe, uitwaaieren en daardoor een beeldvergrotend 10 effekt hebben. Door deze vergroting wordt bereikt dat de deelbeelden van het paneelbeeld aan elkaar aansluiten, zonder diskontinuïteiten daartussen. Deze oplossing is vooral geschikt voor een paneel dat op grote afstand moet worden waargenomen; bij waarneming op kleinere afstand zijn de door de afzonderlijke lichtgeleidende vezels gevormde 15 beeldpunten op het paneel zichtbaar. Vanwege de gewenste vergroting moeten de vezels een bepaalde lengte hebben, waardoor de vezelplaat een niet geringe dikte heeft en daardoor een relatief groot gewicht.

Het vervaardigen van vezelplaten is, vooral als de vezels een konisch verloop moeten hebben, met de huidige technologiën een nogal moeizaam 2Q en daardoor duur proces.

Zoals in de Europese octrooiaanvrage nr. 0.074.696 verder, aangeduid is, kan de gewenste vergroting van de afzonderlijke beelden van de beeldbuizen ook gerealiseerd worden met behulp van vlakke Fresnel-lenzen, waarvan er telkens een voor elke beeldbuis geplaatst 2g is. Bij het gebruik van een vlakke Fresnel-lens voor het afbeelden van het beeld van een gekromd beeldscherm treedt echter vertekening van het beeld cp. Bovendien moet het probleem van de nauwkeurige positionering van de Fresnel-lens ten opzichte van de bijbehorende beeldbuis nog opgelost worden. Verder zijn de overgangen tussen de 3Q afzonderlijke Fresnel-lenzen nog zichtbaar in het paneelbeeld.

De onderhavige uitvinding heeft ten deel de genoemde problemen te elimineren en een beeldvergrotend element te verschaffen dat bij uitstek geschikt is voor toepassing in een grootbeeld-weergeef-paneel. Het beeldvergrotend element volgens de uitvinding vertoont 35 als kenmerk, dat de Fresnel-lens in twee onderling loodrechte richtingen een kromming vertoont die overeenstemt met de kromming van het beeldscherm van de beeldbuis. Door het op elkaar afstemmen van de krommingen van het scherm van een beeldbuis en de Fresnel-lens wordt bereikt 8501424 PHN.11.387 3 i ' · to dat de afstand tussen het beeldscherm en de Fresnel-lens over het beeldopperviak konstant is, zodat ook de beeldvergroting over dit hele beeldcppervlak konstant is en de beeldvertekening derhalve minimaal.

Opgemerkt wordt dat het probleem van de aberraties en g distorsies bij het gébruik van een vlakke Fresnel-lens voor een gekramd beeldscherm reeds gesignaleerd is in het Amerikaanse octrooischrift nr. 3.909.525. In dit octrooischrift wordt voorgesteld de vlakke Fresnel-lens zodanig te ontwerpen dat deze als asferische lens funk-tioneert. Sen dergelijke lens zal echter een nogal ingewikkelde en 10 moeilijk te vervaardigen ringenstruktuur vertenen. Het voordeel van het beeldvergrotend element volgens de uitvinding is dat het een konventionele, reeds op ruime schaal vervaardigde, Fresnel bevat die alleen op een bepaalde manier is gebogen.

Teneinde bij de assemblage de Fresnel-lens op de gewenste 15 afstand van de frontplaat van de beeldbuis te plaatsen, zodat de beeld-vergroting korrekt is, en cm te bereiken dat het naar de toeschouwer gerichte oppervlak van de Fresnel-lens volledig gevuld wordt net slechts het beeld van de bijbehorende beeldbuis, vertoont het beeldvergrotend element volgens de uitvinding als verder kenmerk, dat de 20 Fresnel-lens aan de randen is voorzien van opstaande zijkanten. De aanwezigheid van de zijkanten voorkomt dat de overgangen tussen de Fresnel-lenzen zichtbaar worden in het paneelbeeld en de hoogte van de zijkanten bepaalt de afstand tussen de Fresnel-lens en de frontplaat van de beeldbuis.

25 Om te voorkomen dat de zijkanten van de tegen elkaar geplaatste Fresnel-lenzen diskontinuïteiten in het paneelbeeld veroorzaken, vertoont het beeldvergrotend element volgens de uitvinding bij voorkeur als verder kenmerk, dat de zijkanten uit doorzichtig materiaal bestaan en dat de buitenzijden daarvan reflekterend zijn.

30 Daardoor nemen de zijkanten aan de beeldvorming deel. Het gedeelte van het door een beeldbuis uitgezonden licht dat de zijkanten van het bijbehorende beeldvergrotende element binnentreedt wordt door de buitenzijden van deze zijkanten gereflekteerd naar de toeschouwers-ruirate.

35 Bij voorkeur vertoont het optische beeldvergrotende element als verder kenmerk, dat de van de Fresnel-lens afgewende uiteinden van de zijkanten een kromming vertonen die gelijk is aan de kromming van het beeldscherm van de beeldbuis waarvoor dit element bestemd is.

8S 0 1 4 2 4 ; 5 PHN.11.387 4

Daardoor wordt de mogelijkheid geschapen dat bij assemblage de Fresnel-lens automatisch wordt uitgericht ten opzichte van het beeldscherm.

Om te voorkomen dat door interferentie van het lijnenpatroon op het beeldscherm met de ringvormige struktuur van de Fresnel-lens 5 een Moiré-patroon in het paneelbeeld ontstaat, vertoont de Fresnel-lens bij voorkeur als verder kenmerk, dat de holle binnenkant als diffusor werkt.

De uitvinding is ook belichaamd in een beeldweergeefeenheid die een beeldbuis en een daarop bevestigde beeldvergrotend element ^ bevat. Deze eenheid vertoont als kenmerk, dat het gekromde oppervlak van de Fresnel-lens koncentrisch is met het beeldscherm van de beeldbuis.

Een verder kenmerk van deze eenheid is, dat tussen de brandpuntsafstand f van de Fresnel-lens, de beeldvergroting N = door 15 deze lens en de afstand a tussen het beeldscherm van de beeldbuis en de Fresnel-lens de volgende relatie bestaat: a = f.(1 --g) waarin M' de afmeting van het beeldvenster in een bepaalde richting 2Q en M de afmeting van de Fresnel-lens in deze richting voorstellen. Deze maatregel bewerkstelligt een afbeelding van het beeldvenster met de goede vergroting op de juiste plaats en zonder vertekening.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de weergeef eenheid vertoont als kenmerk, dat het beeldvergrotend element met behulp van verende 25 middelen, die aan de zijkanten van het beeldvergrotend element en aan de beeldbuis vastgehecht zijn, op de beeldbuis bevestigd is. Door de onderling gelijke veerkrachten wordt een goede onderlinge uitrichting van de beeldbuis en het beeldvergrotend element verkregen.

De uitvinding is ook belichaamd in een informatie-weergeef-3fl paneel dat voorzien is van een aantal, in rijen en kolommen gerangschikte, weergeef eenheden elk bevattende een beeldvergrotend element. Door toepassing van de uitvinding vertoont dit paneel een beeld zonder diskontinuïteiten.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand 35 van de tekening, waarin: figuur 1 een weergeefpaneel in vooraanzicht toont, figuur 2 de beeldvergroting door de Fresnel-lens illustreert, figuur 3 een perspektivisch aanzicht toont van de Fresnel- .«**3 1 4?4 W a »f *** a PHN.11.387 5 lens en de frontpiaat van de beeldbuis/ figuur 4 deze lens en frontpiaat in dwarsdoorsnede weergeeft/ en figuur 5 laat zien hoe de Fresnel-lens op de beeldbuis 5 bevestigd is met trekveren.

Het in figuur 1 weergegeven beeldpaneel ]_ is opgebouwd uit een aantal, in rijen en kolommen gerangschikte beeldbuizen 2. Het aantal beeldbuizen wordt bepaald door de gewenste grootte van het paneelbeeld. De beeldbuizen zijn zo goed mogelijk tegen elkaar geplaatst IQ en zijn konventionele buizen, bijvoorbeeld buizen met een beelddiagonaal van 66 cm. De randen van de beeldschermen of frontplaten van de buizen zijn aangegeven met de getrokken lijnen 3. Het beeldvenster van de beeldbuizen of effektieve beeldoppervlak van de beelschermen is overzichtelijkheidshalve niet weergegeven, maar bestaat een oppervlak 15 dat kleiner is dan het oppervlak begrensd door de lijnen 3. Om de beelden van de afzonderlijke beeldbuizen zodanig te vergroten dat pp het voorvlak van het paneel _1_ een aaneengesloten beeld zonder diskonti-nuïteiten ontstaat, is vóór elke beeldbuis een Fresnel-lens aangebracht. Het oppervlak van deze lens is aangegeven met de gestreepte lijnen 4, 20 welke lijnen tevens de amtrekslijnen van de afbeeldingen van de beeld-vensters van de beeldbuizen zijn. Deze vergrootte beelden liggen tegen elkaar, zodat een zich voor het vlak van tekening van figuur 1 bevindende toeschouwer de impressie krijgt van één groot beeld, waarvan in figuur 1 de randen met de getrokken lijnen 30 zijn aangegeven.

25 In figuur 2 zijn de Fresnel-lens 6 en het beeldscherm 5 van een beeldbuis in dwarsdoorsnede weergegeven. De centrale as van het keelscherm valt samen met de optische as 00' van de Fresnel-lens. Deze lens heeft gekratüe oppervlakken 7 en 8 die koncentrisch zijn met het oppervlak van het beeldscherm. De afstand a tussen de Fresnel-lens en 3tJ het beeldscherm is over het gehele oppervlak van de lens konstant, zodat deze lens 6 elk punt van het beeldvenster, aangegeven met de begrenzingen 10, met konstante vergroting afbeeldt in een overeenkomstig beeldpunt, en geen vertekening van het beeld optreedt.

De Fresnel-lens bestaat uit een plaatvormig substraat van 35 bijvoorbeeld kunststof en is, bijvoorbeeld op het naar de toeschouwer gerichte oppervlak 8 voorzien van een groot aantal ringvormige facetten 9 waarvan er in figuur 2 slechts enkele getekend zijn. Deze facetten zijn lichtbrekende elementen die er doorheen gaande straling over a ^ Γ- Ί 4 ^ fc “V "T ** T — - PHN.11.387 6 bepaalde hoeken af buigen. Voor verdere bijzonderheden over de werking van dit soort lens wordt verwezen naar optische standaardwerken.

Door de Fresnel-lens wordt het beeld binnen het venster 10 vergroot iret een faktor N = M/M'. Deze vergroting hangt af van de 5 brandpuntsafstand van de Fresnel-lens en de afstand a tussen de lens en de frontplaat volgens: N = jJ-f - a waaruit volgt dat de afstand a gelijk moet zijn aan: M' 10 aaf*i1“H)

Opdat deze afstand over het gehele oppervlak van de Fresnel-lens 6 aangehouden wordt, is de Fresnel-lens voorzien van opstaande zijkanten 11 en 12, zoals in figuur 3 aangegeven is. Deze figuur toont een perspektivisch aanzicht van het keelscherm 5 en de Fresnel-lens 6. De opstaande zijkanten 11 en 12 maken een hoek die kleiner is dan 90° met het oppervlak van de Fresnel-lens, zodat het oppervlak tussen de uiteinden 13 en 14 van deze zijkanten kleiner is dan het oppervlak van de Fresnel-lens. Verder vertonen de zijkanten 11 en 12 een kromming die aangepast is aan die van het keelscherm. Daardoor wordt bereikt dat de projektie, in een plat vlak, van de door de Fresnel-lens gevormde 20 afbeelding van het beeldvenster een rechthoek -is.

De uiteinden 13 en 14 van de zijkanten 11 en 12 hebben krommingen die gelijk zijn aan die van de frontplaat 5, en dus ook aan die van de oppervlakken 7 en 8 van de Fresnel-lens. Daardoor wordt bereikt dat bij het aandrukken van de Fresnel-lens met zijn zijkanten 25 tegen de frontplaat de lens en de plaat automatisch goed ten opzichte van elkaar uitgericht worden.

Er moet voor gezorgd worden dat via de zijkanten geen licht afkomstig van een beeldbuis in het door de Fresnel-lens gevormde beeld van de naastliggende beeldbuis terecht komt, omdat daardoor vervaging 30 van de randen van de deelbeelden die samen het paneelbeeld vormen kan optreden. Men zou kunnen overwegen om deze zijkanten van lichtabsor- berend materiaal te maken. Dan. zouden echter de deelbeelden door zwarte randen omgeven zijn, terwijl binnen de deelbeelden de randen een verminderde helderheid zouden vertonen. Een, wat het lichtverlies be-35 treft, betere oplossing lijkt de opstaande zijkanten inwendig te verspiegelen, zodat alle licht dat van een beeldbuis afkomstig is in het van deze beeldbuis gevormde deelbeeld terecht komt. Deze oplossing 35 0 1424 EHN.11.387 7 heeft het nadeel dat per zijkant een zwarte band in het paneelbeeld gevormd wordt, die de scheiding tussen, de deelbeelden accentueert en het effekt van de uitvinding gedeeltelijk te niet doet.

Volgens de onderhavige uitvinding worden de zijkanten van 5 een doorzichtig materiaal vervaardigd en zijn deze zijkanten uitwendig verspiegeld, zoals in figuur 4 is aangegeven. Deze figuur toont een dwarsdoorsnede van het beeldscherm 5 en de Fresnel-lens 6 met zijn opstaande zijkanten 11. Deze zijkanten zijn aan de buitenzijde voorzien van een reflekterende laag 15. De zijkanten functioneren nu als 10 lichtgeleiders die het licht afkomstig van de randen van het beeldvenster naar de Fresnel-lens leiden.

De zijkanten 11 en 12 kunnen op de Fresnel-lens bevestigd zijn met een doorzichtige lijm waarvan de brekingsindex zo goed mogelijk gelijk is aan die van het materiaal van de zijkanten en van de Fresnel-15 lens, zodat aan de overgangen van de zijkanten naar de Fresnel-lens zo weinig mogelijk reflekties optreden.

In een gerealiseerde uitvoeringsvorm van het beeldvergrotend element zijn de zijkanten vervaardigd van Polymethylmethacrylaat (EMMA). De dikte d^ van de lens is ongeveer 3 ran. en de dikte <3-2 van 2o de zijkanten ongeveer 5 mm. Indien de Fresnel-lens gebruikt wordt voor het vergroten van het beeld van een beeldbuis met een diagonaal van 660 rem. heeft het oppervlak 8 een hoogte h van ongeveer 450 mm. en een breedte b van ongeveer 572 mm. De kromtestraal van de lens is voor beide richtingen gelijk aan ongeveer 1080 ran. De kromtestraal Rp 25 van de frontplaat is ongeveer gelijk aan 1000 ran. en de afstand a tussen de frontplaat en de Fresnel-lens ongeveer 80 ran. Het op de frontplaat gevormde beeld heeft een breedte van ongeveer 505 ran. en een hoogte van ongeveer 380 mm.

Door gebruik van Fresnel-lenzen in een informatieweergeef-30 paneel wordt als extra'voordeel verkregen dat de beeldinhoud van het oorspronkelijke beeld zo volledig mogelijk weergegeven wordt. Indien een beeld wordt opgedeeld in een aantal deelbeelden die elk door een afzonderlijke beeldbuis worden weergegeven, sluiten de einden van eenzelfde detail die gelegen zijn op naast elkaar geplaatste beeld-35 schermen niet op elkaar aan. Die aansluiting kan worden hersteld door de deelbeelden binnen de beeldbuizen zelf te vergroten door middel van vergroting van de maximale deflektie van de elektronenbundel in de beeldbuizen. Dan verdwijnt echter een gedeelte van de beeldinhoud in 8 0 V i FHN.11.387 8 de randen van de beeldschermen bulten de beeldvensters, en dit gedeelte kan niet meer op het paneel worden weergegeven. Bij gebruik van Fresnel-lenzen echter kunnen de grootte van het beeldvenster en de vergroting door de Fresnel-lens aan elkaar aangepast worden zodanig 5 dat in principe de beeldinhoud volledig wordt weergegeven.

Door interferentie van het lijnenpatroon op het beelscherm met het ringvormige patroon van de Fresnel-lens kunnen in het paneel-beeld Moiré-ringen optreden. Om dat te voorkanen is er voor gezorgd dat het naar de beeldbuis gerichte oppervlak 7 van de Fresnel-lens als 10 diffusor werkt. Er zijn verschillende mogelijkheden om het binnen-oppervlak 7 lichtverstrooiende eigenschappen te geven. Bij voorkeur wordt op dit oppervlak via een fijne verneveling een laag 17 aangebracht van een doorzichtige lak die hard wordt voordat hij is samengevloeid.

15 Er zijn een aantal wijzen van bevestiging van het beeldver- grotend element op de beeldbuis denkbaar. Een optimale bevestiging is echter die met behulp van verende middelen, die het element op vier verschillende punten met gelijke krachten naar de frontplaat toetrekken, waardoor, mede door het koncentrische verloop van de Fresnel-lens en 20 de frontplaat, een automatische uitrichting van de plaat en de lens plaatsvindt.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van een bevestiging waarin trekveren worden gebruikt is in figuur 5 geïllustreerd. Deze figuur toont een gedeelte van een weergeefeenheid in zij-aanzicht. Het 25 beeldscherm is weer aangegeven met 5,^20 is de konus van de beeldbuis en 21 de rimband van deze buis ter plaatse van de bevestiging van het beelscherm op de konus. Element 6 is de Fresnel-lens en 12 een op deze lens aangebrachte zijkant die tegen het beeldscherm rust. Met de gestreepte lijnen 18 is een van de andere zijkanten 11 aangeduid. De 30 zijkant 12 is voorzien van een gat 19 waarin een splitpen 23 is aangebracht, 24 en 25 zijn de lippen van deze pen. Een uiteinde 26 van een trekveer 27 is achter deze splitpen gehaakt. Het andere uiteinde 28 van deze veer is met behulp van een schroef 29 op de beeldbuis bevestigd. Per zijkant 12 zijn twee van de in figuur 5 weergegeven 35 bevestigingen aanwezig zodat de Fresnel-lens door vier trekveren tegen het beeldscherm wordt getrokken.

3 0 U i *i i 4

Claims (10)

1. Optisch beeldvergrotend element bevattende een Eresnel-lens en bestemd om samen met een aantal van dergelijke, in rijen en kolomen gerangschikte, elementen gebruikt te worden voor het naadloos samenvoegen van afzonderlijke, van elkaar gescheiden beelden opgewekt door 5 afzonderlijke beeldbuizen tot een homogeen nieuw beeld, met het kenmerk, dat de Eresnel-lens in twee onderling loodrechte richtingen een kromming vertoont die overeenstemt met de kromming van het beeldscherm van de beeldbuis.

2. Optisch beeldvergrotend element volgens conclusie 1, met 10 het kenmerk, dat de Eresnel-lens aan de randen is voorzien van opstaande zijkanten.

3. Optisch beeldvergrotend element volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de zijkanten uit doorzichtig materiaal bestaan en dat de buitenzijden daarvan reflekterend zijn.

4. Optisch beeldvergrotend element volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de van de Eresnel-lens afgewende uiteinden van de zijkanten een kromming vertonen die gelijk is aan de kromming van het beeldscherm van de beeldbuis waarvoor dit element bestemd is.

5. Optisch beeldvergrotend element volgens een der voorgaande 20 conclusies, met het kenmerk, dat de holle binnenkant van de Eresnel-lens als diffusor werkt.

6. Optisch beeldvergrotend element volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de binnenkant van de Eresnel-lens is bedekt met een diskontinue laklaag.

7. Beeldweergeefeenheid bevattende een beeldbuis en een daarop aangebracht beeldvergrotend element volgens een der conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat het oppervlak van de Eresnel-lens koncentrisch is met het oppervlak van het beelscherm van de beeldbuis.

8. Beeldweergeef eenheid volgens conclusie 7, met het kenmerk, 30 dat tussen de brandpuntsafstand f van de Eresnel-lens, de beeldvergroting M N = —, door deze lens en de afstand a tussen het beeldscherm van de beeldbuis en de Eresnel-lens de volgende relatie bestaat; a = f · (1 - $-) waarin M' de afmeting van het beeldvenster in een bepaalde richting 35 en M de afmeting van de Eresnel-lens in deze richting voorstellen.

9. Beeldweergeef eenheid volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat het beeldvergrotend element met behulp van verende "t λ -i *; · , O * 9 »*· * PHN-11.387 10 middelen, die aan de zijkanten van het beeldvergrotend element en aan de beeldbuis vastgehecht zijn, op de beeldbuis bevestigd is.

10. Informatie-weergeef paneel bevattende een aantal in rijen en kolommen gerangschikte beeldweergeefeenheden volgens conclusie 7, 5 8 of 9. 15 20 25 30 35 8501424