专利名称：采用带有反射镜的全息屏幕的投影电视的制作方法
技术领域：
本发明涉及投影电视接收机领域，具体地说，本发明涉及具有朝向至少一个反射镜取向的投影源的一种投影电视接收机，所说反射镜将来自光源的光反射到全息屏幕的背面。该全息屏幕汇集在一定入射角范围内的光，并将所说光转向为与相对于所说屏幕正交的光轴更加平行的方向。这种全息屏幕与一个或多个反射镜结合显著地减小了色偏，提高了亮度，并且能够明显地减小机壳深度。
背景技术：
色偏被定义为在垂直视角的最大亮度位置测得的、由红、绿、和蓝色投影管发出的投射图象在投影屏幕中心处形成的白图象的红/蓝或绿/蓝比例在不同的水平视角的变化。
色偏问题是由于不同颜色(如红，蓝和绿色)图象需要至少三个图象投影器而引起的。投影屏幕在第一侧接收来自至少三个投影器的图象，并在第二侧通过控制所有显示图象的光色散而显示这些图象。通常为绿色，并且通常位于投影器阵列中心的一个投影器具有基本正交于屏幕取向的第一光路。通常为红色和蓝色，且通常位于阵列中心绿色投影器相对两侧的至少两个投影器，分别具有以非正交取向的入射角向第一光路会聚的光路。红、蓝投影器相对于屏幕和绿投影器的非正交关系导致了色偏。色偏的结果是，在屏幕上各个位置的色调可能不相同。色调差别大的状态通常被称为白色均匀度较差。色偏越小白色均匀度越好。
用数码标注色偏，其中较低的数值表示较小的色偏和较好的白色均匀度。根据通行的规程，从各个水平视角测量屏幕中心的红、绿、蓝亮度值，通常从至少大约-40°至+40°，到大约-60°至+60°的范围，并以5°或10°为递增间隔。正负角度分别代表屏幕中心右侧和左侧的水平视角。这些测量值是在峰值垂直视角处获得的。在0°处归一化红、绿、蓝的数据。在每个角度处用下述一或两个方程(Ⅰ)和(Ⅱ)进行评价C(θ)=20·log10(red(θ)blue(θ))---(I)]]>C(θ)=20·log10(green(θ)blue(θ))---(II)]]>其中θ是水平视角范围内的任意角度，C(θ)是θ角处的色偏，red(θ)是θ角处红色的亮度值，blue(θ)是θ角处蓝色的亮度值，而green(θ)是θ角处绿色的亮度值。这些值的最大值是屏幕的色偏。
通常，色偏不应当大于5这个商业上可接受的标定屏幕设计值。其他工程和设计约束条件可能有时需要色偏比5大一些，尽管这样的色偏性能是不希望有的，并常常导致观看效果低劣的白色均匀度较差的图象。
投影电视接收机的投影屏幕通常是采用挤压法利用一个或多个有图案的轧辊形成热塑性板材表面的形状而制造的。其构造一般为双凸透镜元件阵列，也称为小透镜阵列。这些双凸透镜元件可以形成在相同板状材料的一侧或两侧；或者仅形成在不同板的一侧上，再将这些不同的板永久地结合成一个叠层单元，或采用其它方式彼此相邻地安装而使其具有叠层单元的功能。在许多的设计中，屏幕的一个表面构成一个菲涅尔透镜形成光散射。现有技术减小色偏和改进白色均匀度的尝试仅仅集中在屏幕的两个方面。一个方面是双凸透镜元件的形状和布局。另一个方面是屏幕材料、或其中某些部分为控制光散射而掺杂光散射颗粒的程度。这些尝试的例子见下列专利文献。
在美国专利US.4，432，010和US.4，536，056中，投影屏幕包括一个具有输入表面和出射表面的透光凸透镜板。输入表面的特点表现在水平散射的凸透镜轮廓方面，其凸透镜深度Xv与近轴曲率半径R1的比值(Xv/R1)在0.5到1.8范围内。该轮廓沿着光轴方向延伸，且形成许多非球面输入凸透镜。
通常采用的是双侧具有凸透镜的屏幕。这种屏幕在其输入表面上具有柱面输入凸透镜元件，和形成在该屏幕输出表面侧的柱面凸透镜元件，以及形成在输出表面上不会聚光部分的光吸收层。输入和输出凸透镜元件都是圆形，椭圆形或双曲线形的，并由下列方程(Ⅲ)表示Z(x)=Cx21+[1-(K+1)C2x2]12--------(III)]]>其中C是主曲率，而K是圆锥曲线的常数。
此外，透镜还可以具有其中添加了高于二次项的曲线。
在用这种双侧凸透镜构成的屏幕中，已经规定了输入透镜与输出透镜或构成这些透镜的凸透镜元件之间的位置关系。例如，美国专利US.4，443，814所教导的，按这样的方式确定输入透镜与输出透镜的位置一个透镜的透镜表面在另一个透镜的焦点处。日本专利JP.58-59436也教导输入透镜的偏心率基本等于构成凸透镜的材料折射率的倒数。美国专利US.4，502，755还教导，按以下方式组合出两个双侧有凸透镜的板各凸透镜的光轴平面彼此互成直角，并按如下方式形成这种双侧凸透镜在透镜外围的输入透镜和输出透镜关于光轴是不对称的。美国专利US.4，953，948还教导，只有输入透镜凹谷处的光会聚位置应该偏向输出透镜观看一侧的表面，以使光轴失准的公差和厚度差可以较大，或使色偏可以较小。
除了这些减小色偏或白色不均匀性的各种方案之外，其他改进投影屏幕性能的方案是针对提高图象亮度，和在水平和垂直方向确保适当视场的。这些方案的要点可以从美国专利US.5，196，960找到，该文献教导了一种双侧凸透镜板，它包括具有输入透镜的输入透镜层和具有输出透镜且其透镜表面形成在输入透镜光会聚点和其附近的输出透镜层，其中输入透镜层和输出透镜层均由基本透明的热塑性树脂构成，且至少输出层包括光散射微粒，而且输入透镜层和输出透镜层之间的光散射特性存在着差别。输入透镜组是一种柱透镜。输出透镜由一组输出透镜层构成，其每一层都有一个透镜表面位于输入透镜层各透镜光会聚点所在的面或其附近。光吸收层形成在输出透镜层不会聚光的部分。这种屏幕设计提供了很好的水平视角，较小的色偏和较亮的画面，并且易于用挤压法制造。
尽管在投影屏幕设计中改进研究已有许多年，但是仍然不断发现需要改进之处。而且，还没有成功地超过某些基准。图象投影器的几何尺寸限定的入射角度，本文中称为α角，一般限定为大于0°且小于或等于约10°或11°。图象投影器的尺寸使α角基本不可能接近0°。在小于约10°或11°的α角范围内，如根据等式(Ⅰ)和(Ⅱ)所确定的，已经实现的最佳色偏性能在5左右。在大于约10°或11°的α角范围内，已经实现的最佳色偏性能没有商业价值。事实上，具有在大于约10°或11°α角的投影电视接收机还未在市场上出现。
小α角有一个明显且不希望的后果，即必须有很大的机壳深度来容纳投影电视接收机。大的深度是需要容纳具有小入射角(α)光路的直接结果。对于给定尺寸的图象投影器和光学元件而言，仅仅可以通过增加图象投影器或其光学件与屏幕之间的光路长度来减小入射角度。
减小投影电视机壳尺寸的技术，一般取决于用于折叠长光路的多个反射镜的布置。减小色偏的这些努力最终由于可能的入射角度范围小(即使使用反射镜)而受到限制。
宝丽来公司出售一种标牌为DMP-128光致聚合物，宝丽来公司可以用有专有权的方法将其制成三维全息元件。US.5，576，853描述了该全息摄影制造方法的一部分。全息光致聚合物通常用于借助将相干光分解成照明光和基准光来记录全息图象。照明光照射在拍摄对象上。从被摄物反射的光束和从被摄物旁边经过的基准光束照射在光致聚合物媒质上，该媒质包含可显影的光敏摄影组合物。两光束的光波相互干涉，即它们通过构造和重构的干涉，产生出驻波图案，该图案具有对局部摄影组合物曝光的正弦波峰，和不对局部组合物进行曝光的零点。在摄影媒质显影时，相应的干涉图案就被记录在媒质中。用相干基准光照射该媒质，被摄物的图象被再现出来，并且可以在其视角范围内观看到。
由于从被摄物上所有被照明点发出的光与全息图上所有点的基准光相互干涉，所以代表普通全息被摄物的全息图所记录的干涉图案很复杂。通过记录空白被摄物(通过两个基准光束的有效干涉)应该能够产生一空白全息图，其中的干涉图案更为规则。在此情况下，干涉图案与衍射光栅相似，但衍射光栅的间距和分辨率与形成有更大尺寸凸透镜单元以便从后面的投影器沿特定方向弯折或折射光线的投影屏幕相比细得多。
在为建立DMP-128光致聚合物全息产品市场的所做努力中，作为多种建议的一种，宝丽来公司提出了投影电视三维全息屏。该建议是基于宝丽来公司所希望的高亮度高分辨率，低制造成本，低重量，和装运过程中避免受到双片屏幕所受磨损的优点而提出的。宝丽来公司从未提出过任何可制成这种全息投影电视屏幕体全息图的具体全息结构，也从未考虑过全息或其它任何类型投影电视屏幕的色偏问题。
总之，尽管多年来进行了很多的开发研究，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°的屏幕的投影电视接收机，但是与传统投影屏幕凸透镜元件形状位置和散射体的不断变化出新不同，在解决色偏问题方面没有进展。而且，尽管建议了三维全息元件可以用于投影屏幕，但由于没有涉及色偏问题，也就不曾在提供有三维全息屏的投影电视方面作过尝试。因此，长期以来对一种具有大大提高色偏性能并且可以被装入一个更小机壳内的投影电视接收机的需求，还没有得到满足。
发明概要根据本文所教导的发明方案的投影电视接收机明显改善了色偏性能(按幅值量级测量)，使得入射角α在小于10°或11°范围内的投影电视接收机可以达到2或更小的色偏。而且，该色偏性能显然可以提供符合商业要求的装于很小机壳内且入射角高达30°的投影电视接收机。根据本发明，通过采用一个或多个反射镜延长光路长度进一步强化了这些因素。这种大α角接收机的色偏性能至少与传统的小α角接收机一样好，例如达到等于5的色偏，并且在小α角接收机和相对较小机壳的情况下有望接近或达到低至大约2的值。
这些效果是由完全放弃挤压透镜屏幕技术而获得的。相反，根据本发明方案的投影电视接收机，具有由形成在基板上，如Mylar等聚乙烯膜上的三维全息元件构成的屏幕。
最初开发这种三维全息屏幕，是因为它具有在高亮度、高分辨率、低制造成本、低质量和在装运等过程中抗两片屏幕相互磨损方面的突出优点。在检测该三维屏幕的光学特性是否至少与传统屏幕一样好时，发现了该三维全息屏幕的色偏。按照方程(Ⅰ)和(Ⅱ)所得到的三维全息屏幕色偏性能出乎意料地低。限制现有技术改进提高的障碍已经完全消除。此外，现在可以开发出具有更大入射角α投影结构的更小机壳。
根据本文所教导的本发明方案，具有非凡特性三维全息屏幕的投影电视包括至少三个不同颜色图象的投影器；由设置在基板上三维全息元件构成的投影屏幕，该屏幕在第一侧接收来自投影器的图象，并在第二侧显示该图象且同时控制所显示图象的光散射；其中每个图象投影器具有一个投影轴，并且这些投影器是这样配置的，使得任意两个相邻的图象投影器具有会聚的投影轴，这些投影轴限定了一个入射角α；以及代表具有用于有效减小显示图象色偏结构的凸透镜三维阵列的三维全息元件，所说屏幕在大于零且小于或近似等于30度入射角范围内具有小于或等于约5的色偏，如按照至少下式之一获得的最大值确定的C(θ)=20·log10(red(θ)blue(θ));]]>C(θ)=20·log10(green(θ)blue(θ))]]>其中θ是水平视角范围内的任意角度，C(θ)是θ角处的色偏，red(θ)是θ角处红色的亮度值，blue(θ)是θ角处蓝色的亮度值，而green(θ)是θ角处绿色的亮度值。可以预期屏幕的色偏小于5，例如小于或等于4，3或甚至2。
就已知的10°或11°左右入射角处障碍而言，在大于0°和小于或等于10°左右的入射角第一子范围内，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围内，屏幕的色偏在所有入射角度都小于或等于5左右。
该屏幕还包括一个透光的加强部件，如用厚度在2-4mm左右范围内的一层丙烯酸材料构成的。基板包括长寿命透明防水膜，如聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂薄膜。该基板可以是厚度约在1-10密耳范围内的薄膜。已经发现7密耳左右的厚度足以支撑三维全息元件。薄膜的厚度与性能无关。三维全息元件具有不大于约20微米范围内的厚度。
根据本发明的一个方面，所说投影电视沿图象投影器与屏幕之间的光路设置有至少一个反射镜。这些图象投影器单独或一起将它们各自产生的图象投射到反射镜上，所说反射镜将这些图象反射到屏幕的第一侧，并且为每一图象相对于与屏幕正交的光轴限定了一个投影角。投影屏幕利用反射镜汇集并转向反射到其上的这些图象，使得在屏幕第二侧上显示的图象相对于与屏幕正交的光轴成一个显示角，其中显示角范围为从0至5°。所说全息屏幕会集在一定入射角范围内的入射光，并以更加接近与所说正交轴垂直的一条直线方向发射出这些光。
根据本发明的另一方面，通过将多个全息屏幕元件和/或准直元件叠置可以进一步改善投影屏幕的色偏性能。例如，在一个全息屏幕的背后可以叠置垂直和水平直线型菲涅尔透镜，以在一定的垂直或水平视角范围内实现透光特性的所需变化。或者，可以将在一定视角范围内具有透光特性变化的多个全息屏幕元件叠置。根据一个实际的实施例，叠置至少两个全息元件，一个在垂直视角范围内提供预定变化，另一个在水平视角范围内提供预定变化。这样，就可以调节在有用视角范围内图象的亮度和使之达到最佳，以充分利用可用照度。此外，将全息元件和/或准直元件叠置能够以可以接受的成本适应多种性能指标要求，因为线性变化元件的制造成本低于周期性变化元件。例如，可以以低至圆形菲涅尔透镜成本25％的成本采用压轧或辊轧工艺制造出线性变化菲涅尔元件。与此类似，线性变化全息母版也比限定两维变化的圆形母版较为简单和成本低廉。
在附图中表示了目前优选的一些示例性实施例。应当理解，本发明并不局限于这些作为示例的实施例，而是在不脱离权利要求体现的构思和范围的前提下可以作出改变。在所说附图中图1是表示根据本文教导的本发明方案的投影电视示意图。
图2是解释本发明方案所用投影电视结构的简化示意图。
图3是根据本发明方案的加强的投影屏幕侧视图。
图4是投影屏幕另一实施例的示意图，所说屏幕具有两个分别在水平和垂直视角范围内有增益变化的重叠的全息元件。
图5是表示水平变化的全息元件垂直叠置着或不叠置着垂直变化的全息元件时，作为水平视角函数的白色峰值亮度比的曲线图。
图6是具有叠置全息元件和准直屏幕层的另一个实施例的示意图。
图7是用于解释本发明方案的投影电视结构的另一个简化示意图。
图8是在10°，20°和30°的垂直平面上，对φv投影角，在屏幕中心区的点，从±20°垂直视角测得的，作为白色峰值亮度百分比的亮度曲线图。
图9是用于解释本发明方案的投影电视结构的另一个简化示意图。
图10是在0°水平面上，对于φh投影角，从±40°水平视角观察的红/绿和红/蓝色偏的曲线图。
图是在0°水平面上，对于φh投影角，在屏幕中心区的点，在从±40°水平视角测得的作为白色峰值亮度百分比的屏幕亮度曲线图。
图12是在15°水平面上，对于φh投影角，从±40°水平视角观察的红/绿和红/蓝色偏的曲线图。
图13是在15°水平面上，对于φh投影角，在屏幕中心区的点，在从±40°水平视角测得的作为白色峰值亮度百分比的屏幕亮度曲线图。
图14是在30°水平面上，对于φh投影角，从±40°水平视角观察的红/绿和红/蓝色偏的曲线图。
图15是在30°水平面上，对于φh投影角，在屏幕中心区的点，在从±40°水平视角测得的作为白色峰值亮度百分比的屏幕亮度曲线图。
图16是在45°水平面上，对于φh投影角，从±40°水平视角观察的红/绿和红/蓝色偏的曲线图。
图17是在45°水平面上，对于φh投影角，在屏幕中心区的点，在从+40°水平视角测得的作为白色峰值亮度百分比的屏幕亮度曲线图。
图18是用于解释本发明方案的投影电视结构的另一个简化示意图。
对优选实施例的说明图1示意性表示一个投影电视接收机10。排成阵列12的投影阴极射线管14、16和18分别产生红色，绿色和蓝色的图象。这些阴极射线管还配置有各自的透镜15、17和19。投射出去的图象被反射镜20反射到投影屏幕22上。还可以根据光路的具体结构，采用附加反射镜。绿色阴极射线管16沿着光路32投射绿色图象，该光路基本正交于屏幕取向。换句话说，光路的中心线与屏幕成直角。红色和蓝色阴极射线管分别具有光路34和36，这两个光路非正交取向地以入射角α向第一光路32会聚。这个入射角引发了色偏的问题。
屏幕22包括布置在基板24上的三维全息元件26。全息元件26是形成有衍射图案的全息图母版印片，该全息图案可以调配三个投影器14、16和18输出光能的分布，并可以使其在屏幕高度和/或宽度方向上发生改变。在一个优选的方案中，全息图是中心型全息图，它将从一定入射角范围内入射到全息元件上的光转向，并且更加直接地向前出射。该屏幕在第一输入表面一侧28接收来自投影器的图象，并在第二输出表面侧30显示该图象，并控制所有显示图象的光散射。
可取的是，基板为长寿命透明防水膜，如聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂薄膜。这类膜的一种是可以从E.I.du Pont de Nemours＆Co.公司得到的Mylar牌产品。该薄膜基板具有1-10密耳范围内的厚度，等于0.001-0.01英寸或25.4-254微米。已经发现，7密耳左右厚度的薄膜足以支撑三维全息元件。薄膜的厚度一般与屏幕的性能无关，尤其是色偏性能，所用可采用不同的膜厚度。三维全息元件26具有不大于约20微米范围内的厚度。
三维全息屏至少可以从两个来源获得。宝丽来公司利用有专有权的湿式化学方法将它的DMP-128光致聚合物材料制成三维全息元件。该方法包括在光致聚合物上形成衍射全息元件，该全息元件可以包含水平和/或垂直视角范围内的屏幕增益变化。用相干光对光致聚合物全息介质进行曝光可以制备出全息母版，该相干光包含基准光束，和从具有与所需增益变化对应的明暗变化平面图案上反射出来光束。
用于上述和本申请权利要求书提出的投影电视接收机中的三维全息屏，其优选实施例是宝丽来公司利用有专利权的湿式化学方法按照下述性能指标制成的水平半视角38°±3°，垂直半视角10°±1°，屏幕增益≥8，色偏≤3，其中水平和垂直视角是按照传统方法测得的，屏幕增益是正交于屏幕进行测量时，从光源射向观看表面后面的光强与从观看表面前面射向观看者的光强相除的商，而色偏按上述的方法测量。如发明概述中所说的，三维全息投影屏幕优异的色偏性能是完全出乎意料的。
图2是投影电视的简化示意图，其中为了解释色偏性能省略了反射镜和透镜。红色和蓝色阴极射线管14和18的光轴34和36，是相对于绿色阴极射线管16的光轴32以入射角α对称取向的。机壳的最小深度D由屏幕22与阴极射线管后缘之间的距离确定。应当理解，α角越小，阴极射线管彼此越靠近，且还必须与屏幕隔开以使之与各个射线管之间留有间隙。当α角足够小时，这种干扰是不可避免的。这将不得不增大机壳的最小深度D。相反地，α角越大，阴极射线管可以更为靠近屏幕22，从而减小机壳的最小深度D。
在屏幕22的观看一侧，两个水平半视场角用-β和+β表示。和在一起后的总水平视场角为2β。该半视场角通常可以在±40°至±60°的范围内。在每个半角内是一组特定角度θ，在其中可以测量色偏，并根据上述等式(Ⅰ)和(Ⅱ)加以确定。
就已知的10°或11°左右入射角处的障碍而言，在大于0°和小于或等于10°左右的入射角第一子范围内，三维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围内，屏幕的色偏在所有角度都小于或等于5左右。可以料想，第一子范围中小于或等于2左右的色偏也可以在更大入射角的第二子范围内实现。
参考图3，基板24包括一个透明膜，如上所述的Mylar。形成三维全息元件26的光致聚合物材料被放在膜层24上。适合的光致聚合物材料是DMP-128。
该屏幕22还可以包括一个透光的加强部件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。加强部件38是一个厚度在约2-4mm范围内的层状材料。屏幕22和加强部件是通过全息层26与加强部件38间的界面40彼此粘在一起的。可以采用粘合剂、辐射和/或热粘合技术。加强层的表面42还可以做下述一种或多种处理着色，防眩光，涂覆涂层和涂覆防划伤涂层。
屏幕的各个表面和/或其构造层，可以包含其它光学透镜或凸透镜阵列，以在不削弱三维全息投影屏幕改善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，如已知用传统投影屏幕完成的。图4表示了第一个这样的改变，其中至少有两个全息元件被重叠或叠放。根据所示的实施例，在±40°视场范围内具有水平增益变化的第一全息元件，与在±20°视场范围内具有垂直增益变化的第二全息元件叠放在一起。图中的阴影指示出增益的变化，但是当没有光照时，实际的全息元件简单地表现为其表面范围内有散射。将水平和垂直增益变化全息元件重叠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将以不同的速率变化，这是因为水平扩展范围比垂直扩展范围大得多。
图5是在±40°水平视角扩展范围内测得的屏幕中心点处作为白色峰值亮度百分比的屏幕亮度曲线图。图中的两条线分别表示仅仅采用水平变化全息元件时的亮度，和采用重叠的水平和垂直变化全息元件时的亮度。用重叠全息元件时的水平亮度变化基本相当于只有水平全息元件时的性能，或稍有改进。
在设计全息屏各种性能指标范围时，很难使屏幕同时达到所有所需的性能特性。叠放可使不同要求，如增益的水平变化和垂直变化得到分别对待。该方案不局限于两个叠放的全息元件，也可以应用于其它叠放的全息元件，例如以控制屏幕透过光的其它方面性能。
图6表示了另一种变化，其中中心型全息元件(即具有水平和垂直增益变化)上叠置有直线型菲涅尔透镜，以有效地实现水平和旋转垂直准直。由于直线型菲涅尔透镜可以比圆形菲涅尔透镜更廉价地压轧或辊压出来，所以本实施例在成本意义上是可取的。圆形菲涅尔透镜占传统屏幕成本的60％。直线型菲涅尔透镜的成本大约是圆形菲涅尔透镜的25％。所以，可以节约30％的成本(即(25％+25％)×60％=30％)。对于如上述所讨论的水平和旋转的全息元件而言，如果需要，直线型菲涅尔透镜可以在水平和/或垂直视角范围内变化，以便改变焦距长度，而与垂直和水平扩展范围无关。两个叠置的直线型菲涅尔可以按照任意次序放置在全息元件后面。
本发明的另一方面是能够设计出显著减小了机壳深度的背投影式电视。尤其是，本发明的背投影电视可以包括多个图象投影器，其中每个投影器的投影轴均不与屏幕的正交轴重合。而且本发明这一方面可以提供一种背投影电视，其中的每个图象投影器均有一个按与屏幕正交轴所夹投影角φ倾斜的投影轴。本发明的电视可以对超过30°的投影角φ进行校正，以按照与屏幕正交轴所成的显示角引导显示在屏幕上的图象，其中显示角的范围为0到5°。
例如，本发明的电视设计能够适应包括过大角度的投影角，以便于更多地减小所需的机壳深度。图7表示了一个按照垂直于屏幕22的平面内γv角取向的反射镜20，以使投影阴极射线管14，16和18投射在反射镜20上的图象，按照垂直平面内具有极值上仰角度φv的投影角，反射到投影屏幕上。屏幕22将反射到其上的图象转向，以便按照垂直平面内的显示角θv引导已透过屏幕22的图象，该显示角从0至5°，优选地是3至5°，其中按照垂直平面内具有极值上仰角度φv的投影角，将图象反射到屏幕22上，该角度是从10至30°，可取的是从15至30°，最好为至少15°。
可以从三个不同投影角，即10°，20°和30°测试本发明的这一方面。具体地说，使投射光按照给定投影角φv反射到屏幕22的背面，同时在不同的垂直视角测量透过屏幕22的光强。这些测试的结果以图表的形式表示在图8上。具体地说，图8是在屏幕中心点处测得的±20°视角范围内的亮度值曲线图，它表示白色峰值亮度的百分比。
本发明的另一方面是可以采用一个反射镜20，它易于产生包括过度靠边角的投影角。图9表示了在屏幕22水平面中按角度γh取向的反射镜20，使得投影阴极射线管16投射在反射镜20上的图象，以包括水平面内过度靠边角的投影角φh反射到屏幕22上。屏幕22再将反射到其上的图象转向，使得透过屏幕22的图象按0至5°，可取的是为3至5°的显示角θh定向，其中图象按照包括过度靠边角的投影角φh反射到屏幕22上，该投影角为10至30°，可取的是为15至30°，最好为至少15°。
本发明这一方面中，测试了四个过度靠边角的投影角φh，即0°，15°，30°和45°。具体地说，使投射光按照给定的投影角φh反射到屏幕22的背面，同时测量透过屏幕22的光强，和作为水平视角函数的红绿和红蓝色偏强度。这些测试的结果表示在图10至17的图表中。具体地说，图10和11分别是在±40°水平视角宽度范围观测到的红绿和红蓝色偏的曲线图，和在±40°水平视角宽度范围内在屏幕中心点观测到的作为白色峰值亮度百分比的屏幕亮度的曲线图，其中φh角为0°。图12和13分别是在±40°水平视角宽度范围观测到的红绿和红蓝色偏的曲线图，和在±40°水平视角宽度范围内在屏幕中心点观测到的作为白色峰值亮度百分比的屏幕亮度的曲线图，其中φh角为15°。图14和15分别是在±40°水平视角宽度范围观测到的红绿和红蓝色偏的曲线图，和在±40°水平视角宽度范围内在屏幕中心点观测到的作为白色峰值亮度百分比的屏幕亮度的曲线图，其中φh角为30°。图16和17分别是在+40°水平视角宽度范围观测到的红绿和红蓝色偏的曲线图，和在±40°水平视角宽度范围内在屏幕中心点观测到的作为白色峰值亮度百分比的屏幕亮度的曲线图，其中φh角为45°。
在本发明的另一种变化中，每个独立的投影阴极射线管均单独配有至少一个反射镜，其中将独立的反射镜取向，以使得反射的各个图象一同会聚到屏幕背面上的同一点处。图18表示了本发明这种变化的优选实例，其中用反射镜50，55和60代替反射镜20。反射镜50，55和60将分别取向，以使光束沿着会聚到屏幕22中心点的光轴反射出去，由此投影阴极射线管14，16和18分别完成图象的投影。本发明的构思，尤其是全息屏，使反射镜50，55和60的光轴可以不必严格地接近与屏幕22正交的光轴。更准确地说，利用本发明的构思，由反射镜50，55和60反射到屏幕22上的图象，可以按照0至30°，可取的是15至30°，最好是15°左右的投影角φ入射到其上。
从本申请所公开的内容，本领域技术人员很容易理解，本发明的这些和其它方面可以用于设计和生产具有比能够想象得到的尺寸更小的机壳的背投影屏幕电视。
已经结合前述示范性实施例和附加实施例而公开的本发明，对本领域普通技术人员而言是清楚的。本发明不局限于所述的具体实施例，对本发明要求保护的构思和范围认定应该以所附的权利要求书为准，而不是前述的讨论。
权利要求
1．一种投影电视，包括用于分别产生不同颜色图象的多个图象投影器(14，16，18)，其中每个图象投影器具有一个投影轴，其中任意两个相邻的图象投影器限定一对图象投影器，每对图象投影器的投影轴形成一入射角；由设置在一个基板(24)上的至少一个全息元件(26)构成的一个投影屏幕(22)，所说基板(24)叠置在至少一个透光板(38)上，所说屏幕在第一侧接收来自所说投影器的图象，并在第二侧显示所说图象，同时控制所显示图象的光散射；沿投影器(14，16，18)与投影屏幕(22)之间光路设置的至少一个反射镜(20)，所说至少一个反射镜的取向使之将来自投影器的图象反射到所说第一侧上，对于每一图象，相对于与所说屏幕正交的光轴形成一投影角，从而所说投影屏幕使反射到其上的图象转向，使得在所说第二侧上显示的图象相对于与屏幕正交的光轴形成一显示角，其中所说显示角范围从0至5°；所说屏幕(22)构成一个干涉阵列，该阵列具有在水平和垂直视场内变化的光学属性，所说屏幕在所有大于0°而小于或等于30°左右的所说入射角范围内都具有小于或等于5的色偏，如从下式中至少之一获得的最大值所确定的C(θ)=20·log10(red(θ)blue(θ));]]>C(θ)=20·log10(green(θ)blue(θ))]]>其中θ是水平视角范围内的任意角度，C(θ)是θ角处的色偏，red(θ)是θ角处红色的亮度值，blue(θ)是θ角处蓝色的亮度值，而green(θ)是B角处绿色的亮度值。
2．如权利要求1所述的投影电视，其中所说投影角范围从0至30°。
3．如权利要求1所述的投影电视，其中所说投影角范围从15至30°。
4．如权利要求1所述的投影电视，其中所说投影角至少为15°。
5．如权利要求1所述的投影电视，其中所说至少一个反射镜(20)在多个图象投影器(14，16，18)与投影屏幕(22)之间这样取向，使得所说投影角包括至少为10°的一个极值上仰角度。
6．如权利要求5所述的投影电视，其中所说投影角包括从10至30°的一个极值上仰角度。
7．如权利要求5所述的投影电视，其中所说投影角包括从15至30°的一个极值上仰角度。
8．如权利要求5所述的投影电视，其中所说投影角包括一个至少为15°的极值上仰角度。
9．如权利要求1所述的投影电视，其中所说至少一个反射镜(20)在多个图象投影器(14，16，18)与投影屏幕(22)之间这样取向，使得所说投影角包括大于0°的一个靠边极值角度。
10．如权利要求9所述的投影电视，其中所说投影角包括从10至30°的一个靠边极值角度。
11．如权利要求9所述的投影电视，其中所说投影角包括从15至30°的一个靠边极值角度。
12．如权利要求9所述的投影电视，其中所说投影角包括至少为15°的一个靠边极值角度。
13．如权利要求1所述的投影电视，其中所说至少一个反射镜(20)包括用于所说多个图象投影器中每一个图象投影器(14，16，18)的至少一个独立的反射镜。
14．如权利要求1所述的投影电视，其中所说屏幕(22)包括彼此叠置的至少两个全息元件，所说全息元件具有独立的视场光学特性变化。
15．如权利要求1所述的投影屏幕，其中所说屏幕包括叠置在所说至少一个全息元件之上的至少一个菲涅尔元件。
16．如权利要求15所述的投影屏幕，包括在所说全息元件(26)后面叠置的至少两个菲涅尔元件(29，31)，所说至少两个菲涅尔元件具有独立的准直作用，所说作用相互叠加。
17．如权利要求16所述的投影屏幕，其中所说至少两个菲涅尔元件(29，31)在垂直和水平视场范围分别具有变化的光学特性。
18．如权利要求17所述的投影屏幕，其中所说至少两个菲涅尔元件(29，31)在垂直和水平视场范围分别具有变化的焦距。
19．如权利要求1所述的投影电视，其中所说基板(24)包括聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂薄膜。
20．如权利要求1所述的投影电视，其中所说三维全息元件(26)具有下列性能指标水平半视角38°±3°，垂直半视角10°±1°，屏幕增益 ≥8，色偏 ≤3。
全文摘要
一种电视投影屏幕(22)具有设置在薄膜基极(24)上的一个三维全息元件(26),用于会集一定入射角范围内的光,并使所说光转向为更加接近向前的方向。可以将在±40°水平视角范围内和±20°垂直视角范围内具有变化增益的垂直和水平全息元件叠置。图象投影管(14,16,18)将一个图象投影到沿一条光路反射该图象的至少一个反射镜(20)上,所说光路以相对于与屏幕正交轴成大约0°至30°之间的一个投影角Φ会聚。每个投影管(14,16,18)可以具有一个独立的反射镜。全息元件(26)将反射的图象转向到相对于与屏幕正交轴为0°至5°的一个显示角。全息元件(26)还形成一个干涉图案,有效地减小了在其它情况下由于离轴投影而在显示图象中产生的色偏,以实现在0°至30°入射角范围内具有2至5的色偏。
文档编号H04N9/31GK1284239SQ98813398
公开日2001年2月14日 申请日期1998年1月29日 优先权日1998年1月29日
发明者小E·T·哈尔, W·R·普菲勒 申请人:汤姆森许可公司