專利名稱：具有中心至邊緣變化的全息屏幕的投影電視的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及投影電視接收機領域，且尤其涉及具有可顯著減小色偏和/或顯著減小機殼深度的屏幕的電視接收機。
背景技術：
色偏被定義為當從水平面的不同角度觀看時，由紅、綠、和藍投影管發(fā)出的投射圖象在投影屏中心處形成的白圖象的紅/藍或綠/藍比例，相對于在垂直觀看角度的峰值亮度時所看到的改變。
色偏問題是由必須有不同顏色圖象，如紅，藍和綠色，的至少三個圖象投影器而引起的。投影屏在第一側接收來自至少三個投影器的圖象，并在第二側通過控制所有顯示圖象的光偏轉而顯示這些圖象。通常為綠色的且通常位于投影器陣列中心的一個投影器，具有基本正交于屏幕取向的第一光路。通常為紅色和藍色且通常位于陣列中心綠色投影器相對兩側的至少兩個投影器，分別具有以非正交取向的入射角向第一光路會聚的光路。紅、藍投影器相對于屏幕和綠投影器的非正交關系導致了色偏。色偏的結果是，在屏幕上各個位置的色調可能不相同。色調差別大的情況通常是白色均勻度較差。色偏越小白色均勻度越好。
用數(shù)碼標注色偏，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，從各個水平視角測量屏幕中心的紅、綠、藍亮度值，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。正負角度分別代表屏幕中心右側和左側的水平視角。這些測量值是在峰值垂直視角處獲得的。在0°處歸一化紅、綠、藍的數(shù)據(jù)。在每個角度處用下述一或兩個等式(I)和(II)進行評價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。
一般地，色偏不應當大于5這個商業(yè)上可接受的標定屏幕設計值。其他工程和設計約束條件可能有時需要色偏比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。
投影電視接收機的投影屏通常是通過擠壓法利用一或多個有圖案的輥形成熱塑性板材表面的形狀而制造的。其輪廓一般為凸透鏡元件陣列。凸透鏡單元可以形成在相同板狀材料的一側或兩側；或者僅形成在不同板的一側上，再將這些不同的板永久地結合成一個疊層單元，或另外彼此相鄰地安裝而使其具有疊層單元的功能。在許多的設計中，屏幕的一個表面是能夠提供光散射的菲涅爾透鏡型?，F(xiàn)有技術減小色偏和改進白色均勻度的努力，僅僅集中在屏幕的兩個方面。一個方面是凸透鏡元件的形狀和布局。另一個方面是屏幕材料、或其中某些部分為控制光散射而摻雜光散射顆粒的程度。這些努力的例子見下列專利文獻。
在美國專利US.4,432,010和US.4,536,056中，投影屏包括一個具有輸入表面和出射表面的透光凸透鏡板。輸入表面的特點表現(xiàn)在水平散開的凸透鏡輪廓方面，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。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聚光部分的光吸收層。輸入和輸出凸透鏡元件都是圓，橢圓或雙曲線形的，并由下列等式(III)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)。
另外，透鏡具有高于二次項的曲線。
在用這種雙側凸透鏡構成的屏幕中，已經(jīng)規(guī)定出了輸入透鏡與輸出透鏡或構成這些透鏡的凸透鏡元件之間的位置關系。例如，美國專利US.4,443,814所教導的，按這樣的方式確定輸入透鏡與輸出透鏡的位置一個透鏡的透鏡表面在另一個透鏡的焦點處。日本專利JP.58-59436也教導輸入透鏡的偏心率基本等于構成凸透鏡的材料折射率的倒數(shù)。美國專利US.4,502,755還教導，按以下方式組合出兩個雙側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凸透鏡在透鏡外圍的輸入透鏡和輸出透鏡關于光軸是不對稱的。美國專利US.4,953,948還教導，只有輸入透鏡凹谷處的光會聚位置應該偏向輸出透鏡觀看一側的表面，以使光軸失準的公差和厚度差可以較大，或色差可以較小。
除了這些減小色偏或白色不均勻性的各種方案之外，其他改進投影屏性能的方案是針對提高圖象亮度，和在水平和垂直方向確保適當視場的。這些技術不是本文所要考慮的內容，在此不作詳細的描述。這些方案的要點可以從美國專利US.5,196,960找到，該文獻教導了一種雙側凸透鏡板，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聚點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脂構成，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成，其每一層都有一個透鏡表面位于輸入透鏡層各透鏡光會聚點所在的面和其附近。光吸收層形成在輸出透鏡層不會聚光的部分。這種屏幕設計提供了很好的水平視角，較小的色偏和較亮的畫面，并且易于用擠壓法制造。
另外幾個有關亮度的問題是由于投影系統(tǒng)性質導致的。投影電視設計的通用性能規(guī)范之一，是在可比擬的照明程度條件下，屏幕邊緣與屏幕中心中間的亮度相對差值。通常，畫面的角落不如畫面中心處明亮。這種相對亮度差部分地是由于投影器到屏幕中心的光路比投影器到屏幕邊緣的光路短造成的。這個差值還部分地是由于投影器一般都向著屏幕中心取向，其光束一般都向中心會聚所致。所以，投影器照射到邊緣和角落的光強均較小(由于距離)，且比直接照到中心的要少。
處理邊緣亮度的一種方法是在屏幕的散射或凸透鏡面板后面采用菲涅爾透鏡。該菲涅爾透鏡為一準直透鏡，并其焦距等于該準直透鏡與投影器輸出透鏡出瞳的軸向距離。目的是引導從投影器發(fā)散出來的光線，以使沿著每個投影管子投影軸的光線平行于該軸地從屏幕射出。
菲涅爾透鏡被細分為逐漸向著透鏡邊緣傾斜的凸棱，并其斜度基本等于實心準直透鏡斜度，選擇凸棱的具體角度，以使得透鏡表面空氣/玻璃(或空氣/塑料)折射本領能夠按所需的方向彎折光線。尤其是，從屏幕中心軸發(fā)散的光線被向內彎折向中心軸，以便平行于該中心軸地出射。并且，向著屏幕的邊緣，需要逐漸增大的折射本領，而中心無需有折射本領。
已知傳統(tǒng)的投影屏菲涅爾凸棱的焦距長度從畫面中心向外逐漸增大。屏幕邊緣的離軸光線被彎折而偏離開平行于中心軸的方向，而被向內引導偏向中心軸。這使得在沿著中心軸觀看屏幕時圖象邊緣的亮度較高，但對于從其它方向觀看沒有幫助。
在按照從屏幕中心上方一點沿著使用者視線方向引導光線的方式安置菲涅爾透鏡的投影電視中，例如在具有較小機殼的投影電視中，還能出現(xiàn)另一個亮度變化的問題。這要通過將菲涅爾透鏡中心線相對于屏幕中心向上偏移而實現(xiàn)。盡管這樣可以提高相對亮度，尤其是在中心處，屏幕的頂部通常也有比屏幕底部高的亮度。
盡管在投影屏設計中危害性的研究已有許多年，但是有關的改進仍不斷地提出。而且，還沒有突破某些基準。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，如根據(jù)等式(I)和(II)所確定的，已經(jīng)實現(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，已經(jīng)實現(xiàn)的最佳色偏性能沒有商業(yè)價值。事實上，具有在大于約10°或11°α角的投影電視接收機還未在市場上出現(xiàn)。
小α角有一個明顯且不希望的效果，即必須有很大的機殼深度來容納投影電視接收機。大的深度是需要容納具有小入射角(α)光路的直接結果。對于給定尺寸的圖象投影器和光學元件而言，僅僅可以通過增加圖象投影器或其光學件與屏幕之間的光路長度來減小入射角度。減小投影電視機殼尺寸的技術，一般取決于反射鏡的布置。這些努力最終還受到入射角度范圍小的限制。
寶麗來公司出售一種標牌為DMP-128光致聚合物，寶麗來公司可以用有專利權的方法將其制成三維全息圖。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裂長照明光和參考光來記錄全息圖象。照明光照射在拍攝對象上。從被攝物反射的光束和從被攝物旁邊經(jīng)過的參考光束照射在光致聚合物媒質上，該媒質包含可顯影的光敏攝影組合物。兩光束的光波相互干涉，即它們通過構造和重構的干涉，產(chǎn)生出駐波圖案，該圖案具有對局部攝影組合物曝光的正弦波峰，和不對局部組合物曝光的零點。在攝影媒質顯影時，相應的干涉圖案就被記錄在媒質中。用相干參考光照射該媒質，被攝物的圖象被再現(xiàn)出來，并且可以在其視角范圍內觀看到。
由于從被攝物上所有被照明點發(fā)出的光與全息圖上所有點的參考光相互干涉，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雜。通過記錄空白被攝物(通過兩個參考光束的有效干涉)應該能夠產(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相似，但衍射光柵的間距和分辨率比投影屏間距細得多，該投影屏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。
在為建立DMP-128光致聚合物全息產(chǎn)品市場的所做努力中，作為多種建議的一種，寶麗來公司提出了投影電視三維全息屏。該建議是基于寶麗來公司所希望的高亮度高分辨率，低制造成本，低重量，和裝運過程中避免受到雙片屏幕所受磨損的優(yōu)點而提出的。寶麗來公司從未提出過任何可制成這種全息投影電視屏的體全息元件的具體全息結構，也從未考慮過全息或其它任何類型投影電視屏的色偏問題。
總之，盡管多年來進行了很多的開發(fā)研究，以提供有小于5，甚至大大小于5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，但是與傳統(tǒng)投影屏凸透鏡元件形狀位置和散射體的不斷變化出新不同，在解決色偏問題方面則沒有進展。而且，盡管建議了三維全息圖可以用于投影屏，但由于沒有涉及色偏問題，也就不曾在提供有三維全息屏的投影電視方面作過嘗試。因此，長期以來對一種具有大大提供色偏性能且還可以被裝入一個更小機殼內的投影電視接收機的需求，還沒有得到滿足。
發(fā)明概要根據(jù)本文所教導的發(fā)明方案的投影電視接收機，提供了這種在色偏性能(按幅值量級測量)方面有了很大提高，入射角α在小于10°或11°范圍內的投影電視接收機可以達到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)要求的裝于很小機殼內且入射角高達30°的投影電視接收機。這種大α角接收機的色偏性能至少與傳統(tǒng)的小α角接收機(例如等于5的色偏)一樣好，而在小α角接收機的情況下有望接近或達到低至大約2的值。
這些效果是由完全放棄擠壓透鏡屏幕技術而獲得的。相反，根據(jù)本發(fā)明方案的投影電視接收機，具有由形成在基板上，如Mylar等聚乙烯膜上的三維全息圖構成的屏幕。
最初開發(fā)這種三維全息屏幕，是因為它具有在高亮度、高分辨率、低制造成本、低質量和在裝運等過程中抗兩片屏幕相互磨損方面的突出優(yōu)點。在檢測該三維屏幕的光學特性是否至少與傳統(tǒng)屏幕一樣好時，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的色偏出乎意料地低到可怕的程度。限制現(xiàn)有技術改進提高的障礙已經(jīng)完全消除。而且，現(xiàn)在可以開發(fā)出具有更大入射角α投影結構的更小機殼。
根據(jù)本文所教導的本發(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不同顏色圖象的三個投影器；有制備在基板上三維全息圖構成的投影屏，該屏幕在第一側面接收來自投影器的圖象，并在第二側顯示該圖象且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，而至少兩個投影器分別具有非正交傾斜入射角向第一光路會聚的光路；以及代表具有用于有效減小顯示圖象色偏結構的凸透鏡三維陣列的三維全息圖，該屏幕在大于零小于或等于約30度入射角范圍內具有小于或等于約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角處藍色的亮度值，而green(θ)是θ角處綠色的亮度值。屏幕的色偏最好小于5，例如小于或等于4，3或甚至為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，屏幕的色偏對所有角度而言都小于或等于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，屏幕的色偏對所有角度而言都小于或等于5左右。
該屏幕進一步包括一個透光的加強組件，如用厚度在2-4mm左右范圍內的一層丙烯酸材料構成的。基板包括長壽命透明防水膜，如聚對苯二甲酸乙烯酯樹脂膜。該基板可以是厚度在1-10密耳(25.4-254微米)范圍內的薄膜。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)7密耳(178微米)左右的厚度足以支撐三維全息圖。薄膜的厚度與性能無關。三維全息圖具有不大于約20微米范圍內的厚度。投影電視還可以包括一個或多個位于圖象投影器與屏幕之間的反射鏡。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，為了提高寬的投影光束入射角范圍內的亮度和均勻性，精心安排投影屏。采用越到邊緣增益越高且背后加一個或多個具有從中心到邊緣漸變焦長凸棱從直線型菲涅爾板的所述全息屏幕可以實現(xiàn)這一目的。屏幕的菲涅爾面板還可以在屏幕底部與頂部之間少量地有不同的焦距長度，以優(yōu)化不在屏幕中心軸位置上的各個觀看者所看到的屏幕亮度和均勻性。


圖1是表示根據(jù)本文教導的本發(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構的簡化示意圖。
圖3是本發(fā)明方案加強的投影屏側視圖。
圖4是投影屏另一實施例的示意圖，它具有重疊的直線型菲涅爾元件和全息元件。
圖5是表示全息增益和菲涅爾焦長在屏幕長度和寬度方向變化的效果示意圖，并表示了增益和/或焦距長度變化中心的偏移。
圖6是表示透明圖象上直線型菲涅爾透鏡焦距長度變化效果曲線圖。
對優(yōu)選實施例的說明圖1表示的是投影電視接收機10。排成陣列12的投影陰極射線管14，16和18分別提供了紅色，綠色和藍色的圖象。這些陰極射線管透鏡15，17和19。投影的圖象被反射鏡20反射到投影屏22上。還可以根據(jù)光路的具體結構，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，光路的中心線與屏幕成直角。紅色和藍色陰極射線管分別具有光路34和36，這兩個光路非正交取向地以入射角α向低于光路32會聚。這個入射角引發(fā)了色偏的問題。
屏幕22包括布置在基板24上的三維全息圖26。全息圖26是形成有衍射圖案的全息圖母板印片，該全息圖案可以調配三個投影器14，16和18輸出光能的分布，并可以使其在屏幕高度和/或寬度方向上發(fā)生改變。在一個優(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28接收來自投影器的圖象，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?；暹m宜為長壽命透明防水膜，如聚對苯二甲酸乙烯酯樹脂膜。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(178微米)左右厚度的薄膜足以支撐三維全息圖。薄膜的厚度一般與屏幕的性能無關，尤其是色偏性能，所用可采用不同的膜厚度。三維全息圖26具有不大于約20微米范圍內的厚度。
三維全息屏至少可以從兩個來源獲得。寶麗來公司利用有專利權的濕式化學方法將它的DMP-128光致聚合物材料制成三維全息圖。該方法包括在光致聚合物上形成衍射全息圖，該全息圖可以包含水平和/或垂直視角范圍內的屏幕增益變化。用相干光對光致聚合物全息介質進行曝光可以制備出全息母板，該相干光包含參考光束，和從具有與所需增益變化對應的明暗變化平面圖案上反射出來光束。
用于上述和本文權利要求書提出的投影電視接收機中的三維全息屏，其優(yōu)選實施例是寶麗來公司利用有專利權的濕式化學方法根據(jù)下述性能指標而制成的水平半視角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傳統(tǒng)方法測得的，屏幕增益是正交于屏幕進行測量時，從源射向觀看表面后面光強與從觀看表面前面射向觀看者光強相除的商，而色偏按上述的方法測量。如發(fā)明概述中所說的，三維全息投影屏非凡的色偏性能是完全出乎意料的。
圖2是投影電視的簡圖，其中為了解釋色偏性能省略了反射鏡和透鏡。紅色藍色陰極射線管14和18的光軸34和36，是關于綠色陰極射線管16的光軸32以入射角α對稱取向的。機殼的最小深度D由屏幕22與陰極射線管后緣之間的距離確定。應當理解，α角越小，陰極射線管彼此越靠近，且還必須與屏幕間隔開以免彼此撞擊。當α角足夠小時，這種煩惱是不可避免的。這將不得已增大機殼的最小深度D。相反地，α角越大，陰極射線管可以更為靠近屏幕22，可減小機殼的最小深度D。
在屏幕22的觀看一側，兩個水平半視場角用-β和+β表示。和在一起后的總水平視場角為2β。該半視場角通常可以在±40°至±60°的范圍內。在每個半角內是一組特定角度θ，在其中可以測量色偏，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，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，屏幕的色偏對所有角度來說都小于或約等于5左右?？梢粤舷耄谝蛔臃秶行∮诨虻扔?左右的色偏也可以在更大入射角的第二子范圍內實現(xiàn)。
參考圖3，基板24包括一個透明膜，如上所述的Mylar。形成三維全息圖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還可以包括一個透光的加強組件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。加強組件38是一個厚度在約2-4mm范圍內的層狀材料。屏幕22和加強組件是通過全息層26與加強組件38間的界面40彼此粘在一起的?？梢圆捎谜澈蟿?，輻射和/或熱粘合技術。加強層的表面42還可以做下述一和多種處理著色，防眩光，涂覆涂層和涂覆防劃傷涂層。
屏幕的各個表面和/或其構造中的層，可以有其它光學透鏡或凸透鏡陣列，以控制投影屏除了色偏性能之外性能特性方面。這些方面可以利用全息屏幕的特性予以補償。圖4表示了第一個這樣的改變，其中圓形全息元件26與直線型菲涅爾元件疊置。在該實施例中，具有水平起作用(垂直凸透鏡)的菲涅爾透鏡29和垂直起作用(水平凸透鏡)的菲涅爾透鏡31。疊置可以分別處理水平光垂直準直問題，而且直線型菲涅爾透鏡可以比圓形的要便宜。
而且，一或多個直線型菲涅爾透鏡提供了附加的自由度，如圖5所示。人們總是希望屏幕上所有點和所有角度都有盡可能均勻的顯示亮度。因此，圓形菲涅爾元件(未示出)可以與屏幕對心，并具有等于投影管出瞳與屏幕之間距離的焦距長度。菲涅爾元件使來自投影管的光垂直于屏幕取向，而無論光束到達時的角度如何。這通過薄透鏡公式近似而獲知1/s+1/s′＝1/f其中s是出瞳到屏幕的距離；是s′是屏幕到視在“圖象”的距離；而f菲涅爾元件的焦距長度。如果s＝f，則s′趨于無窮大，其無窮遠處的視在圖象表示離開屏幕的光線是平行的。
已知從屏幕中心到邊緣讓其焦距長度連續(xù)變化，是相對于中心有效提高屏幕邊緣亮度的手段，具體途徑是將屏幕邊緣出來的光更加向內地引向屏幕的中心軸。在薄透鏡公式中，如果假定變量δ代表菲涅爾元件上兩點間的焦距長度之差(如從中心到邊緣)，并用f+δ代替，則下述解表示出到視在圖象的距離對f的影響1f+δ=1s′+1f]]>s′＝-(-f2+f·δ)/δ這個函數(shù)表示在圖6中，并表示出隨著焦距長度的減小視在圖象逐步靠近的情況。
在圓形菲涅爾元件的情況下，校正量可以從屏幕中心向外全方位地進行優(yōu)化。但是，屏幕的比例在水平方向將更寬(4∶3或16∶9)，致使必須優(yōu)化屏幕水平邊緣更大的校正量。采用直線型菲涅爾元件和水平菲涅爾元件，垂直和水平元件的總光焦度可以用于將光束向內分別移向垂直面和水平面軸方向。從屏幕到邊緣的焦距長度變化，在垂直和水平方向上可以分別有不同的變化率。其結果是，相對于圓形菲涅爾元件提高了輔軸和邊角的照度。
參見圖5，直線型菲涅爾元件的另一個自由度是，垂直方向和水平方向可以彼此獨立地對心。總之，有利的時屏幕看起來在水平視角范圍年是對稱的。但是，就垂直方向而言，可能需要有一定的仰角或俯角，如在地板上或天花板上安裝投影屏的情況。為了適應垂直視角的偏移，直線型垂直菲涅爾元件可以在所需的方向產(chǎn)生偏斜，同時水平菲涅爾保持對心。一個缺點是靠近屏幕頂部的屏幕亮度比其底部附近的要低。
傳統(tǒng)的菲涅爾元件是關于其中心對稱的(無論如何屏幕的中心都是偏斜的)。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，菲涅爾元件可以按不同的速率從中心先向上再向下改變焦距長度。屏幕頂部和底部的適度焦距長度差，平衡了由于菲涅爾元件中心點垂直偏移所引起的亮度差，以提供更為均勻的亮度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，中心到邊緣亮度之差由全息屏幕元件26的相應增益變化來平衡。下面的測量對兩個分別具有14.8和22.5的不變增益全息屏的中心亮度和邊緣亮度，與中心增益為14.8邊緣增益為22.5的全息屏進行了比較。用時鐘面數(shù)碼標記各點，以將主軸和輔軸與邊緣點區(qū)分開，并用“英尺-燭光”表示亮度測量值W。
實例1，無變化的全息增益14.8

實例2，無變化的全息增益22.5

實例3，中心處為14.8邊緣處為22.5的變化的全息增益

從前述的實例中可以看到，由于有比例存在，并考慮到相對邊緣的平均亮度，因此在這種情況下，若以中心亮度的比例來表示所測得的邊緣亮度提高量，則全息屏增益的改變產(chǎn)生了等于72％的主軸(3點鐘和9點鐘)邊緣亮度提高量，55％的輔軸(6點鐘和12點鐘)邊緣亮度提高量，和50％的遠角亮度提高量。
前述的中心到邊緣的變化是獨立地和聯(lián)合地起作用的，并且可以按多層屏的方式實施。
權利要求書按照條約第19條的修改1.一種投影電視，包括用于各個不同顏色圖象的多個圖象投影器(14，16，18)；以及通過在全息元件(26)上重疊一個直線型菲涅爾元件(29，31)而構成的投影屏幕(22)，所述的全息元件布置在重疊著至少一個透光面板(38)的基板(24)上，所述的屏幕在第一側接收來自所述投影器(14，16，18)的圖象，而在第二側顯示所述圖象并控制所述顯示圖象的光散射，所述的屏幕(22)構成了具有在視場范圍內能水平地和垂直地改變光學特性的干涉陣列，所述的光學特性在至少全息增益、準直和對心方面發(fā)生改變。
2.權利要求1的投影電視，其中屏幕(22)包括至少一個全息元件(26)和至少一個菲涅爾元件。
3.權利要求2的投影電視，其中全息元件(26)和菲涅爾元件具有在屏幕的中心點與邊緣之間沿著至少圓、垂直和水平方向之一改變的光學特性。
4.權利要求3的投影電視，其中的中心點對應于屏幕的中心。
5.權利要求3的投影電視，其中的中心點從屏幕的中心垂直地偏移。
6.權利要求3的投影電視，其中全息元件(26)和菲涅爾元件的光學特性，在中心與邊緣之間獨立地改變。
7.權利要求6的投影電視，其中至少兩個菲涅爾元件(29，31)疊放在全息元件(26)之后，且其中所述兩個菲涅爾元件(29，31)至少一個包括直線型凸透鏡面板。
8.權利要求7的投影電視，其中至少兩個菲涅爾元件(29，31)，在視場的垂直和水平跨度上分別具有變化的光學特性。
9.權利要求8的投影電視，其中至少兩個菲涅爾元件(29，31)，在視場的垂直和水平跨度上分別具有變化的焦距長度。
10.權利要求9的投影電視，其中菲涅爾元件(29，31)在水平方向對心，而在垂直方向偏移。
11.權利要求3的投影電視，其中的全息元件(26)具有從中心點向著邊緣增大的增益。
12.權利要求11的投影電視，其中的增益在垂直和水平平面之一內，于中心點的14.8左右與至少邊緣點的22.5之間變化。
13.權利要求11的投影電視，其中的增益按照與屏幕比例對應的圖案，從中心點向著邊緣變化。
14.權利要求11的投影電視，其中的中心點對應于屏幕的中心。
15.權利要求11的投影電視，其中的中心點沿垂直方向從屏幕的中心偏移開。
權利要求
1.一種投影電視，包括用于各個不同顏色圖象的多個圖象投影器(14，16，18)；通過將至少一個布置在基板(24)上的全息元件(26)重疊到至少一個透光面板(38)上而構成的投影屏幕(22)，所述的屏幕在第一側接收來自所述投影器(14，16，18)的圖象，而在第二側顯示所述顯示圖象并控制所述圖象的光散射，所述的屏幕(22)構成了具有在視場范圍內能水平地和垂直地改變光學特性的干涉陣列、所述的光學特性在至少全息增益，準直和對心方面發(fā)生改變。
2.權利要求1的投影電視，其中屏幕(22)包括至少一個全息元件(26)和至少一個菲涅爾元件。
3.權利要求2的投影電視，其中全息元件(26)和菲涅爾元件具有在屏幕的中心點與邊緣之間沿著至少圓、垂直和水平方向之一改變的光學特性。
4.權利要求3的投影電視，其中的中心點對應于屏幕的中心。
5.權利要求3的投影電視，其中的中心點從屏幕的中心垂直地偏移。
6.權利要求3的投影電視，其中全息元件(26)和菲涅爾元件的光學特性，在中心與邊緣之間獨立地改變。
7.權利要求6的投影電視，其中至少兩個菲涅爾元件(29，31)疊放在全息元件(26)之后，且其中所述兩個菲涅爾元件(29，31)至少一個包括直線型凸透鏡面板。
8.權利要求7的投影電視，其中至少兩個菲涅爾元件(29，31)，在視場的垂直和水平跨度上分別具有變化的光學特性。
9.權利要求8的投影電視，其中至少兩個菲涅爾元件(29，31)，在視場的垂直和水平跨度上分別具有變化的焦距長度。
10.權利要求9的投影電視，其中菲涅爾元件(29，31)在水平方向對心，而在垂直方向偏移。
11.權利要求3的投影電視，其中的全息元件(26)具有從中心點向著邊緣增大的增益。
12.權利要求11的投影電視，其中的增益在垂直和水平平面之一內，于中心點的14.8左右與至少邊緣點的22.5之間變化。
13.權利要求11的投影電視，其中的增益按照與屏幕比例對應的圖案，從中心點向著邊緣變化。
14.權利要求11的投影電視，其中的中心點對應于屏幕的中心。
15.權利要求11的投影電視，其中的中心點沿垂直方向從屏幕的中心偏移開。
全文摘要
用于電視的投影屏幕(22)具有位于基板(24)上的三維全息元件(26)。該屏幕(22)可以具有多個疊置的全息元件和/或菲涅爾透鏡,其光學特性沿垂直和水平方向變化。圖象投影器(14,16,18)發(fā)出不同顏色圖象,這些圖象會聚到投影屏幕(22),該屏幕由至少一個位于透光面板上的全息元件(26)構成,收集來自于后面投影器(14,16,18)的會聚光并在前面顯示這些圖象,同時控制光的散射以使圖象基板向前取向。全息屏幕(22)構成了干涉陣列,并具有在視場范圍內能水平地和垂直地改變光學特性,至少在全息增益,準直和對心方面如此。準直由至少菲涅爾元件提供,該菲涅爾元件可以具有從中心點向著邊緣變化的焦距,以便通過把光線更加引向中心軸而提高邊緣亮度。中心點可以偏移開屏幕的中心,尤其是垂直地偏移,而且菲涅爾焦距的變化率可以因方向相反或與中心點在不同平面內而不同。菲涅爾元件適宜為直線型凸透鏡菲涅爾元件。
文檔編號H04N9/31GK1246251SQ98802134
公開日2000年3月1日 申請日期1998年1月29日 優(yōu)先權日1997年1月29日
發(fā)明者小E·T·哈爾, W·R·普菲勒 申請人:湯姆森消費電子有限公司