專利名稱：具有包含疊置元件的全息屏幕的投影電視的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及投影電視接收機(jī)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及具有能夠明顯減小色偏和/或減小機(jī)殼深度的顯示屏的一種投影電視接收機(jī)。
背景技術(shù)：
色偏被定義為在垂直視角的最大亮度位置測(cè)得的、由紅色、綠色、和藍(lán)色投影管發(fā)出的投射圖象在投影屏幕中心處形成的白圖象的紅色/藍(lán)色或綠色/藍(lán)色比例在不同的水平視角的變化。
色偏問(wèn)題是由于不同顏色(如紅，藍(lán)和綠色)圖象需要至少三個(gè)圖象投影器而引起的。投影屏幕在第一側(cè)接收來(lái)自至少三個(gè)投影器的圖象，并在第二側(cè)通過(guò)控制所有顯示圖象的光色散而顯示這些圖象。通常為綠色，并且通常位于投影器陣列中心的一個(gè)投影器具有基本正交于屏幕取向的第一光路。通常為紅色和藍(lán)色，且通常位于陣列中心綠色投影器相對(duì)兩側(cè)的至少兩個(gè)投影器，分別具有以非正交取向的入射角向第一光路會(huì)聚的光路。紅、藍(lán)投影器相對(duì)于屏幕和綠投影器的非正交關(guān)系導(dǎo)致了色偏。由于色偏，在屏幕上各個(gè)位置的色調(diào)可能不相同。色調(diào)差別大的狀態(tài)通常被稱為白色均勻度較差。色偏越小白色均勻度越好。
用數(shù)碼標(biāo)注色偏，其中較低的數(shù)值表示較小的色偏和較好的白色均勻度。根據(jù)通行的規(guī)程，從各個(gè)水平視角測(cè)量屏幕中心的紅、綠、藍(lán)亮度值，通常從至少大約-40°至+40°，到大約-60°至+60°的范圍，并以5°或10°為遞增間隔。正負(fù)角度分別代表屏幕中心右側(cè)和左側(cè)的水平視角。這些測(cè)量值是在峰值垂直視角處獲得的。在0°處歸一化紅、綠、藍(lán)的數(shù)據(jù)。在每個(gè)角度處用下述一或兩個(gè)方程(I)和(II)進(jìn)行評(píng)價(jià)
C(θ)=20·log10(red(θ)blue(θ))---(I)]]>C(θ)=20·log10(green(θ)blue(θ))---(II)]]>其中θ是水平視角范圍內(nèi)的任意角度，C(θ)是θ角處的色偏，red(θ)是θ角處紅色的亮度值，blue(θ)是θ角處藍(lán)色的亮度值，而green(θ)是θ角處綠色的亮度值。這些值的最大值是屏幕的色偏。
通常，色偏不應(yīng)當(dāng)大于5這個(gè)商業(yè)上可接受的標(biāo)定屏幕設(shè)計(jì)值。其他工程和設(shè)計(jì)約束條件可能有時(shí)需要色偏比5大一些，盡管這樣的色偏性能是不希望有的，并常常導(dǎo)致觀看效果低劣的白色均勻度較差的圖象。
投影電視接收機(jī)的投影屏幕通常是采用擠壓法利用一或多個(gè)有圖案的軋輥形成熱塑性板材表面的形狀而制造的。其構(gòu)造一般為雙凸透鏡元件陣列，也稱為小透鏡陣列。這些雙凸透鏡元件可以形成在相同板狀材料的一側(cè)或兩側(cè)；或者僅形成在不同板的一側(cè)上，再將這些不同的板永久地結(jié)合成一個(gè)疊層單元，或采用其它方式彼此相鄰地安裝而使其具有疊層單元的功能。在許多的設(shè)計(jì)中，屏幕的一個(gè)表面構(gòu)成一個(gè)菲涅爾透鏡形成光散射?，F(xiàn)有技術(shù)減小色偏和改進(jìn)白色均勻度的嘗試僅僅集中在屏幕的兩個(gè)方面。一個(gè)方面是雙凸透鏡元件的形狀和布局。另一個(gè)方面是屏幕材料、或其中某些部分為控制光散射而摻雜光散射顆粒的程度。這些嘗試的例子見(jiàn)下列專利文獻(xiàn)。
在美國(guó)專利US.4,432,010和US.4,536,056中，投影屏幕包括一個(gè)具有輸入表面和出射表面的透光凸透鏡板。輸入表面的特點(diǎn)表現(xiàn)在水平散射的凸透鏡輪廓方面，其凸透鏡深度Xv與近軸曲率半徑R1的比值(Xv/R1)在0.5到1.8范圍內(nèi)。該輪廓沿著光軸方向延伸，且形成許多非球面輸入凸透鏡。
通常采用的是雙側(cè)具有凸透鏡的屏幕。這種屏幕在其輸入表面上具有柱面輸入凸透鏡元件，和形成在該屏幕輸出表面?zhèn)鹊闹嫱雇哥R元件，以及形成在輸出表面上不會(huì)聚光部分的光吸收層。輸入和輸出凸透鏡元件都是圓形，橢圓形或雙曲線形的，并由下列方程(TTT)表示
Z(x)=Cx21+[1-(K+1)C2x2]12---(III)]]>其中C是主曲率，而K是圓錐曲線的常數(shù)。
此外，透鏡還可以具有其中添加了高于二次項(xiàng)的曲線。
在用這種雙側(cè)凸透鏡構(gòu)成的屏幕中，已經(jīng)提出指定了輸入透鏡與輸出透鏡或構(gòu)成這些透鏡的凸透鏡元件之間的位置關(guān)系。例如，美國(guó)專利US.4,443,814所教導(dǎo)的，按這樣的方式確定輸入透鏡與輸出透鏡的位置一個(gè)透鏡的透鏡表面在另一個(gè)透鏡的焦點(diǎn)處。日本專利JP.58-59436也教導(dǎo)輸入透鏡的偏心率基本等于構(gòu)成凸透鏡的材料折射率的倒數(shù)。美國(guó)專利US.4,502,755還教導(dǎo)，按以下方式組合出兩個(gè)雙側(cè)有凸透鏡的板各凸透鏡的光軸平面彼此互成直角，并按如下方式形成這種雙側(cè)凸透鏡在透鏡外圍的輸入透鏡和輸出透鏡關(guān)于光軸是不對(duì)稱的。美國(guó)專利US.4,953,948還教導(dǎo)，只有輸入透鏡凹谷處的光會(huì)聚位置應(yīng)該偏向輸出透鏡觀看一側(cè)的表面，以使光軸失準(zhǔn)的公差和厚度差可以較大，或使色偏可以較小。
除了這些減小色偏或白色不均勻性的各種方案之外，其他改進(jìn)投影屏幕性能的方案是針對(duì)提高圖象亮度，和在水平和垂直方向確保適當(dāng)視場(chǎng)的。這些方案的要點(diǎn)可以從美國(guó)專利US.5,196,960找到，該文獻(xiàn)教導(dǎo)了一種雙側(cè)凸透鏡板，它包括具有輸入透鏡的輸入透鏡層和具有輸出透鏡且其透鏡表面形成在輸入透鏡光會(huì)聚點(diǎn)和其附近的輸出透鏡層，其中輸入透鏡層和輸出透鏡層均由基本透明的熱塑性樹(shù)脂構(gòu)成，且至少輸出層包括光散射微粒，而且輸入透鏡層和輸出透鏡層之間的光散射特性存在著差別。輸入透鏡組是一種柱透鏡。輸出透鏡由一組輸出透鏡層構(gòu)成，其每一層都有一個(gè)透鏡表面位于輸入透鏡層各透鏡光會(huì)聚點(diǎn)所在的面或其附近。光吸收層形成在輸出透鏡層不會(huì)聚光的部分。這種屏幕設(shè)計(jì)提供了很好的水平視角，較小的色偏和較亮的畫(huà)面，并且易于用擠壓法制造。
盡管在投影屏幕設(shè)計(jì)中改進(jìn)研究已有許多年，但是仍然不斷發(fā)現(xiàn)需要改進(jìn)之處。而且，還沒(méi)有成功地超過(guò)某些基準(zhǔn)。圖象投影器的幾何尺寸限定的入射角度，本文中稱為α角，一般限定為大于0°且小于或等于約10°或11°。圖象投影器的尺寸使α角基本不可能接近0°。在小于約10°或11°的α角范圍內(nèi)，如根據(jù)等式(I)和(II)所確定的，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的最佳色偏性能在5左右。在大于約10°或11°的α角范圍內(nèi)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的最佳色偏性能沒(méi)有商業(yè)價(jià)值。事實(shí)上，具有在大于約10°或11°α角的投影電視接收機(jī)還未在市場(chǎng)上出現(xiàn)。
小α角有一個(gè)明顯且不希望的后果，即必須有很大的機(jī)殼深度來(lái)容納投影電視接收機(jī)。大的深度是需要容納具有小入射角(α)光路的直接結(jié)果。對(duì)于給定尺寸的圖象投影器和光學(xué)元件而言，僅僅可以通過(guò)增加圖象投影器或其光學(xué)件與屏幕之間的光路長(zhǎng)度來(lái)減小入射角度。減小投影電視機(jī)殼尺寸的技術(shù)，一般取決于用于折疊長(zhǎng)光路的多個(gè)反射鏡的布置。減小色偏的這些努力最終由于可能的入射角度范圍小而受到限制。
寶麗來(lái)公司出售一種標(biāo)牌為DMP-128光致聚合物，寶麗來(lái)公司可以用專有的方法將其制成三維全息元件。US.5,576,853描述了該全息攝影制造方法的一部分。全息光致聚合物通常用于借助將相干光分解成照明光和基準(zhǔn)光來(lái)記錄全息圖象。照明光照射在拍攝對(duì)象上。從被攝物反射的光束和從被攝物旁邊經(jīng)過(guò)的基準(zhǔn)光束照射在光致聚合物媒質(zhì)上，該媒質(zhì)包含可顯影的光敏攝影組合物。兩光束的光波相互干涉，即它們通過(guò)構(gòu)造和重構(gòu)的干涉，產(chǎn)生出駐波圖案，該圖案具有對(duì)局部攝影組合物曝光的正弦波峰，和不對(duì)局部組合物進(jìn)行曝光的零點(diǎn)。在攝影媒質(zhì)顯影時(shí)，相應(yīng)的干涉圖案就被記錄在媒質(zhì)中。用相干基準(zhǔn)光照射該媒質(zhì)，被攝物的圖象被再現(xiàn)出來(lái)，并且可以在其視角范圍內(nèi)觀看到。
由于從被攝物上所有被照明點(diǎn)發(fā)出的光與全息圖上所有點(diǎn)的基準(zhǔn)光相互干涉，所以代表普通全息被攝物的全息圖所記錄的干涉圖案很復(fù)雜。通過(guò)記錄空白被攝物(通過(guò)兩個(gè)基準(zhǔn)光束的有效干涉)應(yīng)該能夠產(chǎn)生一空白全息圖，其中的干涉圖案更為規(guī)則。在此情況下，干涉圖案與衍射光柵相似，但衍射光柵的間距或分辨率與形成有更大尺寸凸透鏡單元以便從后面的投影器沿特定方向彎折或折射光線的投影屏幕相比細(xì)得多。
在為建立DMP-128光致聚合物全息產(chǎn)品市場(chǎng)的所做努力中，作為多種建議的一種，寶麗來(lái)公司提出了投影電視三維全息屏。該建議是基于寶麗來(lái)公司所希望的高亮度高分辨率，低制造成本，低重量，和裝運(yùn)過(guò)程中避免受到雙片屏幕所受磨損的優(yōu)點(diǎn)而提出的。寶麗來(lái)公司從未提出過(guò)任何可制成這種全息投影電視屏幕體全息圖的具體全息結(jié)構(gòu)，也從未考慮過(guò)全息或其它任何類型投影電視屏幕的色偏問(wèn)題。
總之，盡管多年來(lái)進(jìn)行了很多的開(kāi)發(fā)研究，以提供具有小于5，甚至大大小于5的色偏，或具有低至5的色偏而α角大于10°或11°的屏幕的投影電視接收機(jī)，但是與傳統(tǒng)投影屏幕凸透鏡元件形狀位置和散射體的不斷變化出新不同，在解決色偏問(wèn)題方面沒(méi)有進(jìn)展。而且，盡管建議了三維全息元件可以用于投影屏幕，但由于沒(méi)有涉及色偏問(wèn)題，也就不曾在提供有三維全息屏的投影電視方面作過(guò)嘗試。因此，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)一種具有大大改善色偏性能并且可以被裝入一個(gè)更小機(jī)殼內(nèi)的投影電視接收機(jī)的需求，還沒(méi)有得到滿足。
發(fā)明概要根據(jù)本文所教導(dǎo)的發(fā)明方案的投影電視接收機(jī)明顯改善了色偏性能(按幅值量級(jí)測(cè)量)，使得入射角α在小于10°或11°范圍內(nèi)的投影電視接收機(jī)可以達(dá)到2或更小的色偏。而且，該色偏性能顯然可以提供符合商業(yè)要求的裝于很小機(jī)殼內(nèi)且入射角高達(dá)30°的投影電視接收機(jī)。這種大α角接收機(jī)的色偏性能至少與傳統(tǒng)的小α角接收機(jī)(例如等于5的色偏)一樣好，而在小α角接收機(jī)的情況下有望接近或達(dá)到低至大約2的值。
這些效果是由完全放棄擠壓透鏡屏幕技術(shù)而獲得的。相反，根據(jù)本發(fā)明方案的投影電視接收機(jī)，具有由形成在基板上，如Mylar等聚乙烯膜上的三維全息元件構(gòu)成的屏幕。
最初開(kāi)發(fā)這種三維全息屏幕，是因?yàn)樗哂性诟吡炼?、高分辨率、低制造成本、低質(zhì)量和在裝運(yùn)等過(guò)程中抗兩片屏幕相互磨損方面的突出優(yōu)點(diǎn)。在檢測(cè)該三維屏幕的光學(xué)特性是否至少與傳統(tǒng)屏幕一樣好時(shí)，發(fā)現(xiàn)了該三維全息屏幕的色偏。按照方程(I)和(II)所得到的三維全息屏幕色偏性能出乎意料地低。限制現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)提高的障礙已經(jīng)完全消除。而且現(xiàn)在可以開(kāi)發(fā)出具有更大入射角α的投影結(jié)構(gòu)的更小機(jī)殼。
根據(jù)本文所教導(dǎo)的本發(fā)明方案，具有非凡特性三維全息屏幕的投影電視包括至少三個(gè)不同顏色圖象的投影器；由布置在基板上三維全息元件構(gòu)成的投影屏幕，該屏幕在第一側(cè)接收來(lái)自投影器的圖象，并在第二側(cè)顯示該圖象且同時(shí)控制所顯示圖象的光散射；投影器之一具有基本與屏幕正交取向的第一光路，而至少兩個(gè)投影器分別具有在非正交傾斜入射角內(nèi)向第一光路會(huì)聚的光路；以及代表具有用于有效減小顯示圖象色偏結(jié)構(gòu)的凸透鏡三維陣列的三維干涉陣列或衍射陣列，該屏幕在大于零且小于或近似等于30度入射角范圍內(nèi)具有小于或等于約5的色偏，如至少下式之一所獲得的最大值確定的那樣C(θ)=20.log10(red(θ)blue(θ));]]>C(θ)=20·log10(green(θ)blue(θ))]]>其中θ是水平視角范圍內(nèi)的任意角度，C(θ)是θ角處的色偏，red(θ)是θ角處紅色的亮度值，blue(θ)是θ角處藍(lán)色的亮度值，而green(θ)是θ角處綠色的亮度值?？梢灶A(yù)期屏幕的色偏小于5，例如小于或等于4，3或甚至2。
就已知的10°或11°左右入射角處障礙而言，在大于0°和小于或等于10°左右的入射角第一子范圍內(nèi)，屏幕的色偏在所有入射角度都小于或等于2左右；而在大于10°左右和小于或等于30°左右的入射角第二子范圍內(nèi)，屏幕的色偏在所有入射角度都小于或等于5左右。
該屏幕還包括一個(gè)透光的加強(qiáng)部件，如用厚度在2-4mm左右范圍內(nèi)的一層丙烯酸材料構(gòu)成的?；灏ㄩL(zhǎng)壽命透明防水膜，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹(shù)脂薄膜。該基板可以是厚度約在1-10密耳范圍內(nèi)的薄膜。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)7密耳左右的厚度足以支撐三維全息元件。薄膜的厚度與性能無(wú)關(guān)。三維全息元件具有不大于約20微米范圍內(nèi)的厚度。投影電視還可以包括一個(gè)或多個(gè)位于圖象投影器與屏幕之間的反射鏡。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)將一組全息屏幕元件和/或準(zhǔn)直元件層疊設(shè)置可以進(jìn)一步提高投影屏幕的色偏性能。例如，在全息屏幕的背后可以設(shè)置垂直和水平的線性菲涅爾透鏡以在垂直或水平視角范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光傳輸特性的所需變化。此外，也可以將具有在視角范圍內(nèi)光傳輸特性變化的一組全息屏幕元件層疊設(shè)置。根據(jù)一個(gè)實(shí)際的實(shí)施例，至少層疊兩個(gè)全息元件，一個(gè)用于在垂直范圍內(nèi)產(chǎn)生預(yù)定變化，另一個(gè)用于在水平范圍內(nèi)產(chǎn)生預(yù)定變化。按照這種方式，可以調(diào)節(jié)在有用視角范圍內(nèi)圖像的亮度，并使之達(dá)到最佳以充分利用可得到的全部照度。此外，由于能夠以低于圓形變化元件的成本制造直線型變化元件，所以將全息元件和/或準(zhǔn)直元件層疊設(shè)置能夠以可接受的成本滿足多種性能指標(biāo)。例如，可以以只有圓形菲涅爾透鏡成本25％的低成本，利用壓印或軋輥擠壓方法制造直線型變化菲涅爾元件。類似地，直線型變化全息母版也比限定兩維變化的圓形母版更為簡(jiǎn)單和成本低廉。


圖1是表示根據(jù)本文教導(dǎo)的本發(fā)明方案的投影電視示意圖。
圖2是解釋本發(fā)明方案所用投影電視結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化示意圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明方案加強(qiáng)的投影屏幕側(cè)視圖。
圖4是投影屏幕另一實(shí)施例的示意圖，所說(shuō)屏幕具有兩個(gè)分別在水平和垂直視角范圍內(nèi)有增益變化的重疊的全息元件。
圖5是表示水平變化的全息元件垂直疊置著或不疊置著垂直變化的全息元件時(shí)，作為水平視角函數(shù)的白色峰值亮度比的曲線圖。
圖6是具有疊置全息元件和準(zhǔn)直屏幕層的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明圖1示意性表示一個(gè)投影電視接收機(jī)10。排成陣列12的投影陰極射線管14、16和18分別產(chǎn)生紅色，綠色和藍(lán)色的圖象。這些陰極射線管還配置有各自的透鏡15、17和19。投射出去的圖象被反射鏡20反射到投影屏幕22上。還可以根據(jù)光路的具體結(jié)構(gòu)，采用附加反射鏡。綠色陰極射線管16沿著光路32投射綠色圖象，該光路基本正交于屏幕取向。換句話說(shuō)，光路的中心線與屏幕成直角。紅色和藍(lán)色陰極射線管分別具有光路34和36，這兩個(gè)光路非正交取向地以入射角α向第一光路32會(huì)聚。這個(gè)入射角引發(fā)了色偏的問(wèn)題。
屏幕22包括布置在基板24上的三維全息元件26。全息元件26是形成有衍射圖案的全息圖母版印片，該全息圖案可以調(diào)配三個(gè)投影器14、16和18輸出光能的分布，并可以使其在屏幕高度和/或?qū)挾确较蛏习l(fā)生改變。在一個(gè)優(yōu)選的方案中，全息圖是中心型全息圖，它使入射光重新取向。該屏幕在第一輸入表面一側(cè)28接收來(lái)自投影器的圖象，并在第二輸出表面?zhèn)?0顯示該圖象，并控制所有顯示圖象的光散射。可取的是，基板為長(zhǎng)壽命透明防水膜，如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹(shù)脂薄膜。這類膜的一種是可以從E.I.du Pont de Nemours&Co.公司得到的Mylar牌產(chǎn)品。該薄膜基板具有1-10密耳范圍內(nèi)的厚度，等于0.001-0.01英寸或25.4-254微米。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，7密耳左右厚度的薄膜足以支撐三維全息元件。薄膜的厚度一般與屏幕的性能無(wú)關(guān)，尤其是色偏性能，所用可采用不同的膜厚度。三維全息元件26具有不大于約20微米范圍內(nèi)的厚度。
三維全息屏至少可以從兩個(gè)來(lái)源獲得。寶麗來(lái)公司利用有專有權(quán)的濕式化學(xué)方法將它的DMP-128光致聚合物材料制成三維全息元件。該方法包括在光致聚合物上形成衍射全息元件，該全息元件可以包含水平和/或垂直視角范圍內(nèi)的屏幕增益變化。用相干光對(duì)光致聚合物全息介質(zhì)進(jìn)行曝光可以制備出全息母版，該相干光包含基準(zhǔn)光束，和從具有與所需增益變化對(duì)應(yīng)的明暗變化平面圖案上反射出來(lái)光束。
用于上述和本申請(qǐng)權(quán)利要求書(shū)提出的投影電視接收機(jī)中的三維全息屏，其優(yōu)選實(shí)施例是寶麗來(lái)公司利用有專有權(quán)的濕式化學(xué)方法按照下述性能指標(biāo)制成的水平半視角38°±3°，垂直半視角10°±1°，屏幕增益≥8，色偏≤3，其中水平和垂直視角是按照傳統(tǒng)方法測(cè)得的，屏幕增益是正交于屏幕進(jìn)行測(cè)量時(shí)，從光源射向觀看表面后面的光強(qiáng)與從觀看表面前面射向觀看者的光強(qiáng)相除的商，而色偏按上述的方法測(cè)量。如發(fā)明概述中所說(shuō)的，三維全息投影屏幕優(yōu)異的色偏性能是完全出乎意料的。
圖2是投影電視的簡(jiǎn)化示意圖，其中為了解釋色偏性能省略了反射鏡和透鏡。紅色和藍(lán)色陰極射線管14和18的光軸34和36，是相對(duì)于綠色陰極射線管16的光軸32以入射角α對(duì)稱取向的。機(jī)殼的最小深度D由屏幕22與陰極射線管后緣之間的距離確定。應(yīng)當(dāng)理解，α角越小，陰極射線管彼此越靠近，且還必須與屏幕隔開(kāi)以使之與各個(gè)射線管之間留有間隙。當(dāng)α角足夠小時(shí)，這種干擾是不可避免的。這將不得不增大機(jī)殼的最小深度D。相反地，α角越大，陰極射線管可以更為靠近屏幕22，從而減小機(jī)殼的最小深度D。
在屏幕22的觀看一側(cè)，兩個(gè)水平半視場(chǎng)角用-β和+β表示。和在一起后的總水平視場(chǎng)角為2β。該半視場(chǎng)角通?？梢栽凇?0°至±60°的范圍內(nèi)。在每個(gè)半角內(nèi)是一組特定角度θ，在其中可以測(cè)量色偏，并根據(jù)上述等式(I)和(II)加以確定。
就已知的10°或11°左右入射角處的障礙而言，在大于0°和小于或等于10°左右的入射角第一子范圍內(nèi)，三維全息屏幕的色偏在所有角度都小于或等于2左右；而在大于10°左右和小于或等于30°左右的入射角第二子范圍內(nèi)，屏幕的色偏在所有角度都小于或等于5左右?？梢粤舷?，第一子范圍中小于或等于2左右的色偏也可以在更大入射角的第二子范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
參考圖3，基板24包括一個(gè)透明膜，如上所述的Mylar。形成三維全息元件26的光致聚合物材料被放在膜層24上。適合的光致聚合物材料是DMP-128。
該屏幕22還可以包括一個(gè)透光的加強(qiáng)部件38，如丙烯酸材料，象聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等等。也可以用聚碳酸酯材料。加強(qiáng)部件38是一個(gè)厚度在約2-4mm范圍內(nèi)的層狀材料。屏幕22和加強(qiáng)部件是通過(guò)全息層26與加強(qiáng)部件38間的界面40彼此粘在一起的。可以采用粘合劑、輻射和/或熱粘合技術(shù)。加強(qiáng)層的表面42還可以做下述一種或多種處理著色，防眩光，涂覆涂層和涂覆防劃傷涂層。
屏幕的各個(gè)表面和/或其構(gòu)造層，可以包含其它光學(xué)透鏡或凸透鏡陣列，以在不削弱三維全息投影屏幕較好的色偏性能的前提下控制投影屏幕除了色偏性能之外的其它性能特性方面，如已知用傳統(tǒng)投影屏幕完成的。圖4表示了第一個(gè)這樣的改變，其中至少有兩個(gè)全息元件被重疊或疊放。根據(jù)所示的實(shí)施例，在±40°視場(chǎng)范圍內(nèi)具有水平增益變化的第一全息元件，與在±20°視場(chǎng)范圍內(nèi)具有垂直增益變化的第二全息元件疊放在一起。圖中的陰影指示出增益的變化，但是當(dāng)沒(méi)有光照時(shí)，實(shí)際的全息元件簡(jiǎn)單地表現(xiàn)為其表面范圍內(nèi)有散射。將水平和垂直增益變化全息元件重疊的效果基本等效于中心型全息元件；但是，亮度量值在水平方向和垂直方向?qū)⒁圆煌乃俾首兓@是因?yàn)樗綌U(kuò)展范圍比垂直擴(kuò)展范圍大得多。
圖5是在±40°水平視角擴(kuò)展范圍內(nèi)測(cè)得的屏幕中心點(diǎn)處作為白色峰值亮度百分比的屏幕亮度曲線圖。圖中的兩條線分別表示僅僅采用水平變化全息元件時(shí)的亮度，和采用重疊的水平和垂直變化全息元件時(shí)的亮度。用重疊全息元件時(shí)的水平亮度變化基本相當(dāng)于只有水平全息元件時(shí)的性能，或稍有改進(jìn)。
在設(shè)計(jì)全息屏各種性能指標(biāo)范圍時(shí)，很難使屏幕同時(shí)達(dá)到所有所需的性能特性。疊放可使不同要求，如增益的水平變化和垂直變化得到分別對(duì)待，對(duì)其要求可能不同，如由于屏幕的比例不同(如寬度值比高度值更大)，或需要在一個(gè)軸上偏離軸而在另一個(gè)軸上保持對(duì)中等等。該方案不局限于兩個(gè)疊放在一起的具有線性和其它增益變化的全息元件，也可以應(yīng)用于附加疊放的全息元件，以控制屏幕透過(guò)光的色差和其它方面，或疊放具有更好邊緣亮度和色偏等性能的元件。
圖6表示了一種變化，其中中心型全息元件26(即具有水平和垂直增益變化)上疊置有直線型菲涅爾透鏡29和31，以產(chǎn)生水平和垂直準(zhǔn)直的效果。由于直線型菲涅爾透鏡可以比圓形菲涅爾透鏡更廉價(jià)地壓軋或輥壓出來(lái)，所以本實(shí)施例在成本意義上是可取的。圓形菲涅爾透鏡占傳統(tǒng)屏幕成本的60％。直線型菲涅爾透鏡的成本大約是圓形菲涅爾透鏡的25％。所以，可以節(jié)約30％的成本(即(25％+25％)×60％＝30％)。對(duì)于如上述所討論的水平和旋轉(zhuǎn)的全息元件而言，如果需要，直線型菲涅爾透鏡可以在水平和/或垂直視角范圍內(nèi)變化，以便改變焦距長(zhǎng)度而與垂直和水平的跨度無(wú)關(guān)。兩個(gè)疊置的直線型菲涅爾可以按照任意次序放置在全息元件后面。
權(quán)利要求
1.一種背面圖像投影屏幕，包括第一線性菲涅爾透鏡，包括平面的第一側(cè)和具有第一小透鏡的第二側(cè)；和第二線性菲涅爾透鏡，包括平面的第一側(cè)和具有第二小透鏡的第二側(cè)，所述第一線性菲涅爾透鏡鄰近于所述第二線性菲涅爾透鏡設(shè)置，從而使得所述第一小透鏡與所述第二小透鏡基本上正交地設(shè)置。
2.權(quán)利要求1的背面圖像投影屏幕，其中第一線性菲涅爾透鏡的平面的第一側(cè)鄰近于第二線性菲涅爾透鏡的第二側(cè)設(shè)置。
3.權(quán)利要求1的背面圖像投影屏幕，其中第一線性菲涅爾透鏡的平面的第一側(cè)附著于第二線性菲涅爾透鏡的平面的第一側(cè)。
4.權(quán)利要求3的背面圖像投影屏幕，其中第一線性菲涅爾透鏡與第二線性菲涅爾透鏡疊置在一起以形成單個(gè)板。
5.權(quán)利要求1的背面圖像投影屏幕，其中通過(guò)擠壓形成第一線性菲涅爾透鏡和第二線性菲涅爾透鏡。
6.權(quán)利要求1的背面圖像投影屏幕，其中第一和第二線性菲涅爾透鏡包括多個(gè)附著的小透鏡板以形成連續(xù)片。
7.權(quán)利要求6的背面圖像投影屏幕，其中在第一線性菲涅爾透鏡的水平軸線和第二線性菲涅爾透鏡的垂直軸線周?chē)街⊥哥R板。
8.權(quán)利要求7的背面圖像投影屏幕，其中附著小透鏡板，使得第一小透鏡朝向水平軸線延伸，第二小透鏡朝向垂直軸線延伸。
9.一種背面投影系統(tǒng)，包括圖像顯示設(shè)備，用于將光學(xué)圖像朝向背面圖像投影屏幕投射；和包括第一線性菲涅爾透鏡和第二線性菲涅爾透鏡的背面圖像投影屏幕，其中第一線性菲涅爾透鏡包括平面的第一側(cè)和具有第一小透鏡的第二側(cè)，第二線性菲涅爾透鏡包括平面的第一側(cè)和具有第二小透鏡的第二側(cè)，所述第一線性菲涅爾透鏡鄰近于所述第二線性菲涅爾透鏡設(shè)置，從而使得所述第一小透鏡與所述第二小透鏡基本上正交地設(shè)置。
10.權(quán)利要求9的背面投影系統(tǒng)，其中第一線性菲涅爾透鏡的平面的第一側(cè)鄰近于第二線性菲涅爾透鏡的第二側(cè)設(shè)置。
11.權(quán)利要求9的背面投影系統(tǒng)，其中第一線性菲涅爾透鏡的平面的第一側(cè)附著于第二線性菲涅爾透鏡的平面的第一側(cè)。
12.權(quán)利要求11的背面投影系統(tǒng)，其中第一線性菲涅爾透鏡與第二線性菲涅爾透鏡疊置在一起以形成單個(gè)板。
13.權(quán)利要求9的背面投影系統(tǒng)，其中通過(guò)擠壓形成第一線性菲涅爾透鏡和第二線性菲涅爾透鏡。
14.權(quán)利要求9的背面投影系統(tǒng)，其中第一和第二線性菲涅爾透鏡包括多個(gè)附著的小透鏡板以形成連續(xù)片。
15.權(quán)利要求14的背面投影系統(tǒng)，其中在第一線性菲涅爾透鏡的水平軸線和第二線性菲涅爾透鏡的垂直軸線周?chē)街⊥哥R板。
16.權(quán)利要求15的背面投影系統(tǒng)，其中附著小透鏡板，使得第一小透鏡朝向水平軸線延伸，第二小透鏡朝向垂直軸線延伸。
17.權(quán)利要求9的背面投影系統(tǒng)，其中圖像顯示設(shè)備是水平設(shè)置的陰極射線管的陣列。
全文摘要
一種電視投影屏幕(22)具有設(shè)置在薄膜基板(24)上的一個(gè)三維全息元件(26)。屏幕(22)可以具有多個(gè)疊置的全息元件和/或菲涅爾透鏡，它們?cè)诖怪焙退椒较蛏戏謩e具有變化的光學(xué)特性。例如，垂直和水平全息元件可以在±40°的水平視角和±20°的垂直視角范圍內(nèi)具有變化的增益。至少一個(gè)投影管(14，18)沿著與正交于屏幕的一條直線或軸成α角會(huì)聚的一個(gè)光路(34，36)取向。所說(shuō)全息元件形成一個(gè)干涉圖案，有效地減小了在其他情況下由于偏軸投影而在顯示圖象中產(chǎn)生的色偏。所說(shuō)屏幕(22)在大約0°至30°之間的角度α具有小于或近似等于5的色偏。
文檔編號(hào)H04N9/31GK1697524SQ200510069699
公開(kāi)日2005年11月16日 申請(qǐng)日期1998年1月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月29日
發(fā)明者小E·T·哈爾, W·R·普菲勒 申請(qǐng)人:湯姆森許可公司