NL8700135A

NL8700135A - Doorzichtprojektiescherm en doorzichtprojektiesysteem voorzien van een dergelijk scherm.

Info

Publication number: NL8700135A
Application number: NL8700135A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1987-01-21
Filing date: 1987-01-21
Publication date: 1988-08-16
Also published as: EP0281690A1; JPH01185539A; AU603963B2; AU1036588A; CA1298501C; CN1008949B; DK19888D0; US4762393A; CN88100303A; CN88103034A; DK19888A

Description

\ ' PHN 12.006 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Doorzichtprojektiescherm en doorzichtprojektiesysteem voorzien van een dergelijk scherm.

De uitvinding heeft betrekking op een doorzichtprojektiescherm met een vóór- en een achterzijde, voor het weergeven aan de voorzijde van het scherm van een beeld geleverd door ten minste één aan de achterzijde van het scherm geplaatste 5 primaire beeldbron, welk scherm een lichtdoorlatende plaat bevat die aan de voorzijde is voorzien van een veelvoud van evenwijdig aan elkaar geplaatste zich in een eerste richting over de plaat uitstrekkende eerste lichtspreidende elementen voor het spreiden van licht in een eerste vlak loodrecht op de eerste richting, welke elementen zijn 10 voorzien van steile flanken voor het verkrijgen van totale interne reflektie en van een top met een gebogen vlakker gedeelte voor transmissie en refraktie. De uitvinding heeft eveneens betrekking op een doorzichtprojektiesysteem voorzien van een dergelijk doorzichtprojektiescherm.

15 Doorzichtprojektieschermen vinden toepassing in diverse soorten weergeefsystemen zoals radarschermen, vliegtuig- en scheepssimulatoren, microfilmlezers en doorzichtprojektiesystemen voor video- en filmbeelden. In dergelijke weergeefsystemen wordt een beeld, opgewekt in een primaire beeldbron, door een projektielenzenstelsel 20 afgebeeld op het doorzichtprojektiescherm. Het projektiescherm spreidt het van achter invallend licht in de toeschouwersruimte die zich aan de voorzijde van het scherm bevindt.

Projektiesystemen voor weergave van kleurenvideoprogramma's bevatten drie primaire beeldbronnen, voor rood, 25 groen en blauw respektievelijk, die door afzonderlijke projektielenzenstelsels op het scherm worden geprojekteerd. De lichtintensiteit van ieder van de beeldbronnen is het hoogst op de optische as van de desbetreffende beeldbron en het bijbehorende projektielenzenstelsel. Aangezien de drie beeldbronnen naast, of boven, 30 elkaar geplaatst zijn, maken de genoemde assen ter plaatse van het projektiescherm hoeken met elkaar waardoor, zonder verdere maatregelen, de toeschouwer een kleurverschuiving waarneemt, die afhangt van zijn t - r

V

* «' PHN 12.006 2 positie in de toeschouwersruimte.

In de ter inzage gelegde Europese octrooiaanvrage nr.

0.148.529 ( = PHA 40.477) is een doorzichtprojektiescherm beschreven waarin deze kleurverschuiving in de horizontale richting van deze ruimte 5 tot een minimum is teruggebracht. Dit wordt bereikt door aan de voorzijde van het scherm in vertikale richting uitgestrekte lichtspreidende elementen aan te brengen waarvan de verhouding tussen hoogte en breedte ten minste 1:1 is, waarvan de top een breedte heeft die ten hoogste de helft bedraagt van de breedte aan de basis en waarbij 10 de top van een speciaal gevormde instulping is voorzien. Met de hoogte van het element wordt hier het maximale reliëf loodrecht op het vlak van het scherm bedoeld. In de diepe groeven tussen de elementen kan lichtabsorberend materiaal worden aangebracht waardoor reflektie van omgevingslicht door het scherm wordt tegengegaan en het kontrast in het 15 weergegeven beeld verhoogd wordt. Het van de primaire beeldbron afkomstige licht dat op de achterzijde van het scherm invalt wordt tengevolge van totale interne reflektie aan de steile flanken naar de toppen van het profiel geleid waardoor er voor dit licht een hoge transmissie is. Door de kombinatie van steile flanken en gekromde 20 vlakkere toppen wordt tevens een brede hoekverdeling in de horizontale richting bereikt.

De zich in vertikale richting uitstrekkende elementen spreiden het licht dat via de achterzijde binnentreedt in horizontale richting in een gebied dat zich over ongeveer 85° naar links en rechts 25 uitstrekt. In vertikale richting hebben de lichtspreidende elementen geen noemenswaardig effekt, zodat voor lichtspreiding in die richting andere maatregelen getroffen dienen te worden.

In de reeds genoemde Europese octrooiaanvrage nr.

0.148.529 is voorgesteld de plaat van lichtverstrooiende eigenschappen 30 te voorzien, bijvoorbeeld door de achterzijde van de plaat te ruwen of door in de plaat een lichtverstrooiend materiaal op te nemen. In het artikel "Ultra-wide viewing angle rear projection screen", door R. Bradley et al., verschenen in het tijdschrift "IEEE Transactions on consumer electronics", Vol. CE-31, No. 3, biz. 185-192 (1985), wordt 35 melding gemaakt van de mogelijkheid in de plaat een zogenaamde "bulk diffusor" aan te brengen bestaande uit korrels met een afwijkende brekingsindex. Het spreekt vanzelf dat buiten de gewenste lichtspreiding * e PHN 12.006 3 in vertikale richting deze maatregelen ook in horizontale richting een lichtspreidende werking hebben.

De genoemde maatregelen om het licht in vertikale richting te spreiden hebben een tweetal bezwaren. In de eerste plaats 5 beperken zij het oplossend vermogen van het scherm omdat de afbeeldende bundels als het ware een mistig1' scherm doorlopen en daardoor niet meer op de door de toeschouwers waargenomen voorzijde van het scherm scherp afgebeeld worden. In de tweede plaats heeft deze mistige, ongeveer Gaussische, spreiding van het licht tot gevolg dat een aanzienlijk 10 gedeelte buiten de toeschouwersruimte terecht komt. Dit gaat uiteraard ten koste van de lichtintensiteit binnen de toeschouwersruimte.

De uitvinding beoogt deze bezwaren het hoofd te bieden.

Daartoe heeft een doorzichtprojektiescherm volgens de uitvinding als kenmerk, dat de achterzijde van de plaat is voorzien vein 15 evenwijdig aan elkaar geplaatste tweede lichtspreidende elementen die zich uitstrekken in een tweede richting, vrijwel loodrecht op de eerste richting, voor het spreiden van licht in een tweede vlak loodrecht op de tweede richting. Hierdoor wordt een spreiding van het licht in vertikale richting verkregen zodat de schermmassa zelf geen of 20 aanzienlijk minder verstrooiende werking hoeft te hebben. De spreiding in horizontale richting vrijwel uitsluitend door de elementen aan de voorzijde bepaald. Doordat geen of aanzienlijk minder lichtverstrooiing meer nodig is in het scherm wordt het beeld scherp geprojekteerd. De vorm van de lichtspreidende elementen aan de achterzijde kan 25 aangepast worden aan de voor een bepaald toepassingsgebied gewenste intensiteitsverdeling in vertikale richting. Het spreekt voor zich dat de uitvinding ook kan worden toegepast bij een andere vorm van de top dan die welke beschreven is in de genoemde Europese aanvrage nr.

0.148.529.

30 Bij voorkeur heeft het doorzichtprojektiescherm volgens de uitvinding als kenmerk, dat de tweede lichtspreidende elementen, in samenwerking met de in vertikale richting niet gekromde eerste lichtspreidende elementen, licht dat vrijwel loodrecht op de achterzijde van het scherm invalt breken over een hoek die maximaal 35 tussen 5° en 20° ligt. De volle vertikale afmeting van de toeschouwersruimte bedraagt dan ongeveer 10° tot ongeveer 40°. De gewenste waarde is afhankelijk van het toepassingsgebied. Bij gebruik * * PHN 12.006 4 van het scherm in een videomonitor of projektietelevisietoestel voor toepassing in een huiskamer is een totale vertikale kijkhoek van ongeveer 22° optimaal.

Het doorzichtprojektiescherm volgens de uitvinding kan 5 ook als kenmerk hebben dat de maximale hoek tussen het oppervlak van de tweede lichtspreidende elementen en het vlak van de plaat een waarde heeft tussen ongeveer 10° en ongeveer 40°. De gebruikelijke materialen voor een projektiescherm, zoals polymethylmethacrylaat (PMMA), hebben een brekingsindex n van ongeveer 1,5. De genoemde 10 geometrische hoeken van ongeveer 10° en ongeveer 40° geven bij deze waarde van n ongeveer de bovengenoemde vertikale kijkhoeken.

Een eerste uitvoeringsvorm van het doorzichtprojektiescherm volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de tweede lichtspreidende elementen konvexe elementen zijn. Een andere 1 15 uitvoeringsvorm heeft echter als kenmerk dat de tweede lichtspreidende elementen konkave elementen zijn. Een derde uitvoeringsvorm van het doorzichtprojektiescherm volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat van de tweede lichtspreidende elementen een aantal konvex is en een aantal konkaaf is. Daarbij kan deze uitvoeringsvorm als verder kenmerk 20 hebben dat de konvexe en konkave tweede lichtspreidende elementen elkaar afwisselen. De keuze voor een bepaalde konfiguratie van konvexe en/of konkave lichtspreidende elementen, en de precieze vorm van de konvexe en/of konkave elementen hangt onder andere af van het toepassingsgebied, de gewenste verdeling van de lichtintensiteit in vertikale richtingen de bij 25 de vervaardiging van het scherm gebruikte processen.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van het doorzichtprojektiescherm volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de doorsneden van de tweede lichtspreidende elementen vrijwel de vorm van een cirkelsegment hebben. Deze vorm geeft een ongeveer blokvormige 30 intensiteitsverdeling en kan relatief eenvoudig vervaardigd worden.

Daarbij kan het doorzichtprojektiescherm volgens de uitvinding als verder kenmerk hebben, dat een cirkelsegment een boog van ongeveer 44° vormt. Hiermee wordt een, voor een projektietelevisiesysteem zeer geschikte, volle vertikale kijkhoek van 35 22° verkregen.

Het doorzichtprojektiescherm volgens de uitvinding heeft r i i PHN 12.006 5 als verder kenmerk, dat in de plaat een diffusor is aangebracht. Door het aanbrengen van een relatief gering lichtverstrooiend vermogen in de plaatmassa, niet meer dan ongeveer één derde van het vermogen dat nodig is in een scherm zonder lichtspreidende elementen aan de 5 achterzijde, kunnen kleine onzuiverheden in de profielen worden geëgaliseerd en wordt tevens een wat geleidelijker verloop van de lichtintensiteitsverdeling verkregen, in het bijzonder met betrekking tot de eerste lichtspreidende elementen.

Verder kan het doorzichtprojektiescherm volgens de 10 uitvinding het kenmerk hebben, dat de achterzijde van de plaat anti-reflekterend is. Hierdoor wordt zowel verlies van van de primaire beeldbron afkomstig licht door reflektie aan de achterzijde van de plaat verminderd, als terugkaatsing van door de voorzijde van de plaat binnentredend omgevingslicht gereduceerd. De achterzijde kan anti-15 reflekterend worden gemaakt door daarop een gebruikelijke uit één of meer lagen bestaande bekleding aan te brengen, of door deze van een microreliëfstruktuur te voorzien zoals beschreven in het tijdschrift "Optica Acta", Vol. 29, No. 7, blz. 993-1009 (1982), of door een kombinatie van een geruwd oppervlak met een daarover aangebrachte laag 20 van konstante dikte zoals beschreven in de ter inzage gelegde Europese octrooiaanvrage nr. 0.'131.341 (= PHN 10.737).

Een voorkeursuitvoeringsvorm van het doorzichtprojektiescherm volgens de uitvinding heeft verder als kenmerk, dat het aantal tweede lichtspreidende elementen ten minste 2000 25 bedraagt. Bij gebruik van het scherm in een doorzichtprojektie-televisiesysteem is dan de breedte van een lichtspreidend element kleiner dan de detailgrootte van het geprojekteerde beeld zodat geen verlies van oplossend vermogen in het scherm optreedt.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een 30 doorzichtprojektiesysteem bevattende een primaire beeldbron en een lenzenstelsel voor het projekteren van het door de primaire beeldbron opgewekte beeld op een scherm, voorzien van een doorzichtprojektiescherm volgens één van de bovenstaande uitvoeringsvormen. Een dergelijk doorzichtprojektiesysteem biedt een 35 intensiteitsverdeling in vertikale richting en een oplossend vermogen die beter zijn dan een systeem voorzien van het bekende doorzichtprojektiescherm.

£ " · ·

·*. V

PHN 12.006 6

De uitvinding wordt nu verder toegelicht aan de hand van de tekening waarbij figuur 1 schematisch een doorzichtprojektiesysteem toont voorzien van een bekend doorzichtprojektiescherm, 5 figuur 2 in doorsnede een gedeelte van het doorzichtprojektiescherm toont waarin de uitvinding is toegepast, figuren 3 en 4 andere uitvoeringsvormen van het doorzichtprojektiescherm volgens de uitvinding illustreren, en figuur 5 een aantal maatregelen illustreert die met 10 voordeel bij een doorzichtprojektiescherm volgens de uitvinding kunnen worden toegepast.

In figuur 1 is schematisch een horizontale doorsnede van een doorzichtprojektiesysteem voor weergave van een kleurenvideoprogramma voorzien van een bekend doorzichtprojektiescherm 15 afgebeeld. Hierbij zijn de onderlinge afmetingen van de diverse elementen niet op schaal getekend. In deze figuur zijn met 11, 12 en 13 drie primaire beeldbronnen aangegeven, bijvoorbeeld kathodestraalbuizen, die de rode, groene of blauwe komponent van een kleurenvideobeeld op hun respektievelijke beeldvensters 14, 15 en 16 opwekken. Door de 20 projektielenzenstelsels 21, 22 en 23, hier schematisch voorgesteld als enkelvoudige lenzen, worden de aldus gevormde beeldkomponenten op het projektiescherm 30 geprojekteerd. Het getekende scherm bestaat uit twee platen. De achterste plaat 31 is voorzien van een Fresnellensstruktuur waardoor de pupillen van de projektielenzenstelsels in de 25 toeschouwersruimte worden afgebeeld. De voorste plaat 40 is aan de voorzijde voorzien van elementen 41 die het licht spreiden in het vlak van de tekening, dus het horizontale vlak. Deze elementen strekken zich uit over de gehele hoogte van het scherm, dwars op het vlak van de tekening. De elementen, waarvan de top een instulping vertoont, hebben 30 zeer goede eigenschappen met betrekking tot de lichtspreiding in de horizontale richting en de kleurverschuiving in dat vlak. Een dergelijke struktuur waarbij de hoogte D ten minste gelijk is aan de helft van de breedte B is beschreven in de ter inzage gelegde Europese octrooiaanvrage nr. 0.148.529.

35 De spreiding van het licht loodrecht op het vlak van de tekening, dus in de vertikale richting, is in het getekende scherm het gevolg van een groot aantal, voor dat doel in de voorste £" - - ;; '* * PHN 12.006 7 plaat opgenomen, transparante korrels 42 waarvan de brekingsindex afwijkt van de brekingsindex van het plaatmateriaal. Een geruwd oppervlak aan de achterzijde van de plaat kan hetzelfde doel dienen.

Een plaat met een geruwd oppervlak of anderszins van 5 lichtverstrooiende eigenschappen voorzien heeft als nadeel een verminderend oplossend vermogen van het scherm. Dit nadeel wordt aanzienlijk gereduceerd in het projektiescherm volgens de uitvinding. In figuur 2 is een gedeelte van een plaat volgens de uitvinding voor een doorzichtprojektiescherm in vertikale doorsnede getoond. Een van de aan 10 de voorzijde van de plaat aanwezige in horizontale richting lichtspreidende elementen is weer met 41 aangeduid. Aan de achterzijde van de plaat zijn tweede lichtspreidende elementen 43 aangebracht die het daaropvallende licht in vertikale richting breken. De getekende verhoudingen van kromtestralen en breedtes behoren bij een plaat die bij 15 uitstek geschikt is voor toepassing in een projektietelevisiesysteem of videomonitor. De hoek α tussen de normaal op het oppervlak van een element en de normaal op het vlak van de plaat bedraagt ongeveer 22°, en dus is de hoek fi welke ingesloten is tussen de oppervlakken van twee naast elkaar gelegen elementen ongeveer 136°. Indien het scherm 20 vervaardigd is van een materiaal met een brekingsindex van ongeveer 1,5, zoals PMMA, resulteert dit, in samenwerking met de in vertikale richting niet gekromde voorzijde, in een vertikale kijkhoek van ongeveer 22°.

De breedte p van een element bedraagt bijvoorbeeld 200 pm. Deze waarde is ongeveer gelijk aan het oplossend vermogen van het menselijk oog en 25 bij een schermhoogte van ongeveer een meter aanzienlijk kleiner dan de detailgrootte van een daarop geprojekteerd videobeeld dat uit, in orde van grootte, zo'n 1000 lijnen bestaat.

In figuur 3 is een andere uitvoeringsvorm van de plaat getoond, eveneens in vertikale doorsnede. In tegenstelling tot figuur 2 30 waar de lichtspreidende elementen aan de buitenzijde konvex waren zijn de lichtspreidende elementen 43 hier aan de buitenzijde konkaaf. De waarden van de hoeken α en β en van de breedte p kunnen, bij gebruik van deze plaat in een projektietelevisiesysteem, gelijk zijn aan die van de in figuur 2 weergegeven plaat.

35 In figuur 4 is weer in vertikale doorsnede een derde uitvoeringsvorm van de plaat getoond. Hierbij zijn de lichtverstrooiende elementen 43 afwisselend konvex en konkaaf en gaan daarbij vloeiend in ΡΗΝ 12.006 8 * ΐ elkaar over. De breedtes p1 en p2 van de konvexe en de konkave elementen respektievelijk kunnen gelijk of ongelijk zijn.

In figuur 5 zijn aan de hand van de uitvoeringsvorm van figuur 2 enige maatregelen aangegeven die in samenhang met de uitvinding 5 genomen kunnen worden. In het materiaal van het scherm kan een geringe hoeveelheid lichtverstrooiende korrels worden aangebracht, bij voorbeeld ten hoogste één derde van de hoeveelheid in het bekende scherm. Deze "bulk diffusor" heeft tot gevolg dat al te abrupte intensiteitsvariaties, bijvoorbeeld ten gevolge van onnauwkeurigheden in 10 de vorm van de lichtspreidende elementen 41 en 43, worden afgezwakt zodat een voor het oog aangename intensiteitsverdeling ontstaat.

Ten tweede kan de achterzijde antireflekterende gemaakt zijn. Dit kan gerealiseerd worden door bij voorbeeld op de achterzijde een konventionele één of meerlaags antireflekterende bekleding aan 15 te brengen, maar ook door de achterzijde te voorzien van een fijne ruwing en daarover een laag van konstante dikte aan te brengen zoals beschreven in de Europese octrooiaanvrage nr. 0.131.341. Het is eveneens mogelijk de achterzijde te voorzien van een onder de naam "motteoogstruktuur" bekend staande microreliéfstruktuur die 20 bijvoorbeeld beschreven is in het tijdschrift "Optica Acta", Vol. 29, No. 7, blz. 993-1009.

Bij gebruik van de plaat volgens de uitvinding in een doorzichtprojektiesysteem wordt een aanzienlijke verbetering van het oplossend vermogen verkregen. Hoe deze verbetering resulteert in een 25 verbetering van het oplossend vermogen in de horizontale en vertikale richtingen hangt af van de positie van de door het projektielenzenstelsel gevormde afbeelding van de primaire beeldbron ten opzichte van de voor- en achterzijde van de plaat. In de praktijk is een faktor 2 in horizontale richting en gelijktijdig een faktor 4/3 in 30 vertikale richting haalbaar gebleken.

·. : * ·' · ·-·· c P ·. · * * »

Claims

1. Doorzichtprojektiescherm met een vóór- en achterzijde, voor het weergeven aan de voorzijde van het scherm van een beeld geleverd door ten minste één aan de achterzijde van het scherm geplaatste primaire beeldbron, welk scherm een lichtdoorlatende plaat 5 bevat die aan de voorzijde is voorzien van een veelvoud van evenwijdig aan elkaar geplaatste zich in een eerste richting over de plaat uitstrekkende eerste lichtspreidende elementen voor het spreiden van licht in een eerste vlak loodrecht op de eerste richting, welke elementen zijn voorzien van steile flanken voor het verkrijgen van 10 totale interne reflektie en van een top met een gebogen vlakker gedeelte voor transmissie en refraktie, met het kenmerk, dat de achterzijde van de plaat is voorzien van evenwijdig aan elkaar geplaatste tweede lichtspreidende elementen die zich uitstrekken in een tweede richting, vrijwel loodrecht op de eerste richting, voor het spreiden van licht in 15 een tweede vlak loodrecht op de tweede richting.

2. Doorzichtprojektiescherm volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede lichtspreidende elementen, in samenwerking met de in vertikale richting niet gekromde eerste lichtspreidende elementen, licht dat vrijwel loodrecht op de achterzijde van het scherm invalt 20 breken over een hoek die maximaal tussen 5° en 20° ligt.

3. Doorzichtprojektiescherm volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de maximale hoek tussen het oppervlak van de tweede lichtspreidende elementen en het vlak van de plaat een waarde heeft tussen ongeveer 10° en ongeveer 40°.

4. Doorzichtprojektiescherm volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de tweede lichtspreidende elementen konvexe elementen zijn.

5. Doorzichtprojektiescherm volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de tweede lichtspreidende elementen konkave elementen 30 zijn.

6. Doorzichtprojektiescherm volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat van de tweede lichtspreidende elementen een aantal konvex is en een aantal konkaaf is.

7. Doorzichtprojektiescherm volgens conclusie 6, met het 35 kenmerk, dat de konvexe en konkave tweede lichtspreidende elementen elkaar afwisselen.

8. Doorzichtprojektiescherm volgens conclusie 4, 5, 6 of 7, / * PHN 12.006 10 met het kenmerk, dat de doorsneden van de tweede lichtspreidende elementen vrijwel de vorm van een cirkelsegement hebben.

9. Doorzichtprojektiescherm volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat een cirkelsegment een boog van ongeveer 44° vormt.

10. Doorzichtprojektiescherm volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in de plaat een diffusor is aangebracht.

11. Doorzichtprojektiescherm volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de achterzijde van de plaat anti-reflekterend is.

12. Doorzichtprojektiescherm volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het aantal tweede lichtspreidende elementen ten minste 2000 bedraagt.

13. Doorzichtprojektiesysteem, bevattende een primaire beeldbron en een lenzenstelsel voor het projekteren van het door de ' 15 primaire beeldbron opgewekte beeld op een scherm, voorzien van een doorzichtprojektiescherm volgens één van de bovenstaande conclusies. % 7 ( ·' · - '