专利名称：具有一个面向后部的菲涅耳(Fresnel)透镜的全息投影屏幕的利记博彩app
一般来说，本发明涉及投影式视频显示装置领域；更具体地说，涉及一种具有使用全息图与Fresnel透镜结合一起的屏幕的投影式视频显示装置。
图1表示一种通常的投影式视频显示装置10。一个投影阴极射线管14、16和18的组12，分别提供红色、绿色和兰色的图象。这些阴极射线管带有各自的透镜15、17和19。投影图象由一个反射镜20反射至一个投影屏幕22上。根据光学路径具体的几何形状的不同，也可以使用多个附加的反射镜。该绿色的阴极射线管16，沿着一条在本例子中，其方向基本上是与屏幕22垂直的光学路径32，投影上述的绿色图象。换句话说，该光学路径的中心线与该屏幕成直角。该红色和兰色的阴极射线管具有相应的光学路径34和36，该光学路径34和36沿着不与该屏幕垂直的方向，向着该第一条光学路径32收敛，形成入射角α。
投影式视频显示装置的屏幕，一般是通过挤压的方法，利用一个或多个作有图形的滚子，将一块热塑性塑料板材表面成形面而成。该构形一般为一组双凸透镜状的元件，亦称为微透镜和小透镜。该双凸透镜状元件可以在同一个板材的一面或两面上形成；也可以只在不同板材的一个面上形成，然后再将这些不同的板材永久地结合起来，作为一个层叠的部件，或互相贴近地安装起来，起一个层叠部件的作用。在许多设计中，为了形成光的散射，将该屏幕的多个表面中的一个表面作成一个Fresnel透镜。
然而，图1中的屏幕22，包括一个放置在一个基底24上的三维的全息图26。这种屏幕公开在1996年12月31日申请的，名为“带有三维屏幕的投影电视”的申请人共同未决和共同转让的美国专利申请08/777887号中。这里，引入该专利申请供参考。该全息图26是一张主全息图基本上形成处理从上述三个投影器14、16、18发出的光能量的分布的一个绕射图形；并且，该全息图26在横跨该屏幕的宽度和/或高度上可以做成是变化的。该屏幕在其进入表面一侧28上，接收从上述投影器送出的图象，并在其出口表面一侧30上，显示该图象；同时，所有显示图象的光线散射是可以控制的。该三维全息图26的厚度不大于大约20微米。
该基底24最好是一块很耐用的、透明的和抗水的薄膜，例如聚对苯二甲酸乙二(醇)酯树脂薄膜。E.I.du Pont de Nemours公司拥有这样一种薄膜，其商标为My lar。该薄膜基底的厚度在大约1～10密耳范围内，相当于大约0.001-0.01英寸，或大约25.4-254微米。厚度大约为7密耳的薄膜，对于配置在其上面的该三维全息图能够提供适当的支承。一般，该薄膜的厚度不会影响屏幕的性能，或具体地说，不会影响颜色变换的性能，因此，可以使用不同厚度的薄膜。
该屏幕22还可以包括一个(例如)由丙烯酸类材料(例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))制成的光透射增强件38。该增强件也可以使用聚碳酸酯材料。目前，该增强件38为厚度在大约2-4毫米范围内的一个层。在整个该全息层26和该增强件38的相互边界40上，该屏幕22和该增强件38是彼此粘接在一起的。为此，可以使用粘接剂，辐射，和/或热粘接技术。该增强层的表面42可以用(例如)下列方法中的一种或多种方法进行处理着色，抗闪光涂层和抗刮伤涂层。
为了控制投影屏幕的特殊的性能特性，如在通常的投影屏幕中所做的那样，该屏幕的各个不同表面和/或该屏幕的多个组成层，可以设置其他的光学透镜或一些双凸透镜状的元件组。例如，如图2所示，屏幕22′可以包括一个具有与上述屏幕22的进入表面一侧28实际接触的一个透镜模型51的Fresnel透镜50。如图3所示，该透镜模型51具有沿着该Fresnel透镜50的宽度，互相平行的许多水平的隆起部分52。在该技术领域内具有普通熟练技术的人都知道，在该Fresnel透镜50和该基底24之间可使用润滑剂，并且，围绕该Fresnel透镜50和该基底24的边缘，可以使用一条带子，将这二个零件固定在一起。
图2所示的该屏幕22的实施例的性能，比通常的屏幕有很大的改善颜色变换的性能大大地改善；在较大的水平视角范围内，能见度好；较高的屏幕放大系数使在该屏幕上产生的图象的总亮度增加；总的亮度更均匀；并且，分辨率可以更高。然而，这种性能必然使制造成本提高。例如，将该Fresnel透镜50固定在该屏幕22上，以形成图2所示的该屏幕22′，其材料和劳动成本可以占到该屏幕22′成本的大约15％至20％。这个数量是很大的，足以使该屏幕22′成为商业上不实用的。
本发明旨在提供一种投影电视接收机或监视器的屏幕，该屏幕的性能特性优良，而成本可使该屏幕制造在商业上是切实可行的。
根据这里所述的本发明的装置，一种投影式视频显示装置的屏幕，包括一个固定在一个Fresnel透镜上，用于处理从该Fresnel透镜逸出的光能量的散射的全息图。该全息图可以利用一种层压方法固定在该Fresnel透镜上。
根据这里所述的本发明的另一种方案，一种投影式的视频显示装置的屏幕包括一个Fresnel透镜，该Fresnel透镜的第一个侧面上具有一个用于接收从一个光源发出的光能量的透镜模型；该Fresnel透镜还具有上述光能量从那里逸出该Fresnel透镜的第二个侧面。该第二个侧面与该第一个侧面相对。另外，上述屏幕还包括一个用于处理从该Fresnel透镜的第二个侧面上选出的上述光能量的散射的全息图。该Fresnel透镜可以是直线型形式的。
根据这里所述的本发明的装置的又一个方面，一种投影式视频显示装置的屏幕包括一个直线型形式的Fresnel透镜，该透镜的第一个侧面上具有一个用于接收从一个光源发出的光能量的透镜模型；另外，该透镜还具有上述光能量可以从那里逸出该Fresnel透镜的第二个侧面。所述第二个侧面与该第一个侧面相对。另外，该屏幕还包括，一个全息图，该全息图被层压在上述Fresnel透镜的第二个侧面上，用于处理从该Fresnel透镜的第二个侧面上逸出的上述光能量的散射。
本发明的上述和其他一些特点，方面和优点，从下面结合附图进行的说明中，将会清楚。在附图中，相同的标号表示相同的元件。
在附图中图1为一种投影电视接收机的示意图；图2表示一种投影电视接收机屏幕的一种可能的方案；图3表示图2的方案中所使用的一种Fresnel透镜的正面图；图4表示根据这里所述的本发明装置的一种投影电视接收机的屏幕的侧视图；图5表示图4所示的屏幕的有代表性的实验数据；和图6表示获取图5数据的一些点。
图4表示使良好的性能和商业上的可行性目标相协调的一个屏幕100的侧视图。该屏幕100具有一个直线型的Fresnel透镜110，该透镜又具有许多形成一个其方向指向该投影电视接收机的一个光源的透镜模型111的水平的隆起部分112。虽然，因为直线型的Fresnel透镜比圆形的Fresnel透镜便宜，而目前更喜欢采用直线型的Fresnel透镜，但是，在图4的实施例中，也可以使用圆形的Fresnel透镜。该光源包括图1所述的投影电视接收机01中的阴极射线管14、16或18中的一个管，以及它们各自所带的透镜15、17或19。
该Fresnel透镜110的透镜模型111设计成可以在垂直方向改变，使得从该Fresnel透镜110出来的光的垂直分量互相平行。当该Fresnel透镜110的方向使其透镜模型111面向上述投影电视接收机的光源时，则称该Fresnel透镜110是面向“后部”或是“向后”方向的；而该Fresnel透镜110面向该光源的一侧，就称为该透镜的“背”侧或“后”侧。相反，与该Fresnel透镜的背侧方向相反，并且光线通过它从该Fresnel透镜110射出的一侧，称为“前”侧。
目前，图4所示的优选实施例中的该Fresnel透镜110，是使用丙烯酸类材料制造的。上述透镜模型111是被挤压、浮雕或模制在该丙烯酸类材料的背面上的。从最大限度地减小该屏幕100的成本的观点来看，目前最好是将该透镜模型111，挤压在该丙烯酸类材料的背面上。在该屏幕100的另一个实施例中，可以将该透镜模型111，浮雕在一个聚乙烯材料层上，以形成一个较薄和便宜的Fresnel透镜110。在该屏幕100的另外又一个实施例中，该Fresnel透镜110可以是一个全息的Fresnel透镜，而不是一个具有透镜花纹111的机械式Fresnel透镜。这种全息的Fresnel透镜是具有普通技术熟练程度的人们所熟知的。
然后，利用技术上具有普通熟练程度的人们所熟知的各种不同的层压方法，或许是高温层压方法中的任何一种方法-挤压法，将上述全息图26及其基底24，固定在该Fresnel透镜110的前端侧面113上。该全息图26被夹在该Fresnel透镜110的前端侧面113和该基底24之间。这样，该基底24就成为保护该全息图26免遭物理损伤的一种措施。该全息图26使从该Fresnel透镜110的前端侧面113发出的、入射至该全息图上面的光的水平分量平行。该全息图26还可以方便地修正上述屏幕100的颜色变换，并且在整个屏幕100上，在水平方向和垂直方向上，重新分布全部的光线束包线。
图4所示的本发明的装置，很方便地从该屏幕100上取消了图2的屏幕22′所要求的上述增强件38。因此，该屏幕100的成本降低至使该屏幕在商业上切实可行的程度。取消该增强件38还有一个优点是，所得出的屏幕100比上述屏幕22′薄一些。例如，该屏幕100的厚度可能大约为2毫米，而通常的屏幕厚度可能大约等于3.5毫米。技术上具有普通熟练程度的人们都熟知，屏幕结构最好比较薄一些，因为它可减小投影电视屏幕所连带产生的“重影”问题。
不太直观的一点是，图4所示的带有面向后部的Fresnel透镜的装置，可以重现图2所示的，带有面向前部的Fresnel透镜的装置的性能特征。一个众所周知的现象是，光线并不总是理想地入射在上述透镜花纹111的隆起部分上的。结果，可以预期到，从一个面向后部的Fresnel透镜的中心，至其边缘的亮度降低，比从同一个，但是面向前部的Fresnel透镜的中心，至其边缘的亮度降低要大。的确，从中心至边缘亮度的降低，是实现图4所示的本发明的装置时的一个主要关心的问题。
然而，发明者们收集到的实验数据显示，对于一个直线型的、面向后部的Fresnel透镜，该从中心至边缘亮度降低并不是很严重的。该从中心至边缘的亮度是在三种不同的条件下测量的(i)在一个46英寸的投影电视系统中，Fresnel透镜的焦距为46英寸(即，焦距是正确的)；(ii)在一个46英寸的投影电视系统中，Fresnel透镜的焦距为52英寸(即，焦距太大)；和(iii)在一个52英寸的投影电视系统中，Fresnel透镜的焦距为46英寸(即，焦距太短)。在每一种条件下，测量该Fresnel透镜，在面向前部和面向后部二个方向上的从中心至边缘的亮度。在(i)和(iii)条件下，该亮度是在距离该屏幕8英尺的距离处测量的；在(ii)条件下，该亮度是在距离该屏幕9英尺的距离处测量的。在每一种条件下，使用一个小窄条的一种生产型的圆形Fresnel透镜，来模拟一个直线型的Fresnel透镜。
实验数据表示在图5a-5f中。图6表示进行测量的该屏幕上的一些点。白色亮度w的测量单位为英尺-朗伯。每一点的亮度w也可作为该屏幕中心亮度的百分数来测量。还计算了该屏幕长轴、短轴和拐角处的亮度的算术平均值。长轴120的亮度算术平均值是在图6中的点3和9处测量的亮度的平均值。短轴121的亮度的算术平均值，是在图6中的点6和12处测量的亮度的平均值。拐角的亮度的算术平均值，是在图6中的点2，4，8和10处测量的亮度的平均值。
图5a-5f所示的数据表明，对于一个面向后部的、直线型的Fresnel透镜，最好的拐角亮度是在该透镜的焦距较长的条件下出现的，该最好的拐角亮度，比面向前部的，该同一个较长焦距的直线型的Fresnel透镜的相应亮度要大；尽管在焦距较长的面向后部的、直线型Fresnel透镜中，其短轴的亮度，比该同一个Fresnel透镜，但焦距较短或焦距正确的情况下的相应亮度要小些。上述数据揭示的一个意料不到的发现是，该短轴的亮度实际上可被该直线型的Fresnel透镜的面向后部的指向增强。这种短轴亮度的增强，为设计者在设计时提供了，在一方面是该直线型Fresnel透镜顶部和底部的焦距的增大，另一方面是从该直线型Fresnel透镜的短轴，至其拐角的亮度降低之间，作新的协调折衷选择的可能性。
虽然，已经结合
了本发明的优选实施例，但技术经验丰富的人们应当理解，本发明不是仅局限于这些实施例，可以作各种各样的更改和改进，而不脱离所附权利要求书规定的本发明的范围或精神。
权利要求
1.一种投影式视频显示装置的屏幕，所述屏幕的特征在于该屏幕具有一个Fresnel透镜(110)，该Fresnel透镜(110)在其第一个侧面上，具有接收从一个光源(14，16，18)发出的光能量的一个透镜模型(111)；另外，该Fresnel透镜(110)还具有一个所述光能量、能从那里选出所述Fresnel透镜的第二个侧面；所述第二个侧面与所述第一个侧面相对；和该屏幕还具有一个全息图(26)，该全息图(26)用于处理从所述Fresnel透镜的所述第二个侧面逸出的所述光能量的散射。
2.如权利要求1所述的屏幕，其特征为，所述全息图是利用一种层压方法，固定在所述Fresnel透镜上的。
3.如权利要求1所述的屏幕，其特征为，所述全息图实质上包括一个绕射图形。
4.如权利要求1所述的屏幕，其特征为，所述Fresnel透镜为一种全息的Fresnel透镜。
5.如权利要求1所述的屏幕，其特征为，所述的Fresnel透镜为直线型形式等。
6.如权利要求1所述的屏幕，其特征为，所述Fresnel透镜包括一个具有许多隆起部分(112)的透镜模型，这些隆起部分沿着所述Fresnel透镜的宽度，是互相平行的。
7.如权利要求6所述的屏幕，其特征为，所述透镜模型在垂直方向是变化的，使得从所述Fresnel透镜的第二个侧面逸出的所述光能量的垂直分量互相平行。
8.如权利要求7所述的屏幕，其特征为，所述Fresnel透镜由一种丙烯酸类材料制成。
9.如权利要求7所述的屏幕，其特征为，所述的Fresnel透镜由聚乙烯材料制成。
全文摘要
本发明公布了一种投影式视频显示装置的屏幕。一个直线型形式的Fresnel透镜的第一个侧面上,具有一个用于接收从一个光源发出的光能量的透镜花纹。该Fresnel透镜的第二个侧面与该第一个侧面相对。该光能量从该Fresnel透镜的第二个侧面上逸出。一个全息图固定在该Fresnel透镜的第二个侧面上,该全息图用以处理从该Fresnel透镜的第二个侧面上逸出的光能量的散射。该全息图可以利用各种不同的层压方法中的任何一种方法,固定在该Fresnel透镜上。
文档编号G03B21/60GK1249631SQ9911856
公开日2000年4月5日 申请日期1999年9月9日 优先权日1998年9月10日
发明者小E·T·霍尔, W·R·普菲勒 申请人:汤姆森消费电子有限公司