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JP2002502200A - ホログラフィックスクリーンに入射する鏡を有する投影テレビジョン - Google Patents

ホログラフィックスクリーンに入射する鏡を有する投影テレビジョン

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JP2002502200A
JP2002502200A JP2000529846A JP2000529846A JP2002502200A JP 2002502200 A JP2002502200 A JP 2002502200A JP 2000529846 A JP2000529846 A JP 2000529846A JP 2000529846 A JP2000529846 A JP 2000529846A JP 2002502200 A JP2002502200 A JP 2002502200A
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degrees
image
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
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    • GPHYSICS
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    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
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Abstract

(57)【要約】 投影テレビジョン(10)は、ある入射角範囲にわたる光を集束させ、この光の方向をよりほぼ前方に変更するために膜基板(24)上に3次元ホログラム(26)を含むスクリーン(22)を有する。水平視野スパン+/−40度および垂直視野スパン+/−20度にわたって可変利得を有することのできる垂直ホログラムおよび水平ホログラムを積み重ねることができる。イメージ投影チューブ(14,16,18)は、スクリーンに直交する軸に対して約0度から30度の投影角φに集束する光路に沿ってイメージを反射させる少なくとも1つの鏡(20)上にイメージを投影させる。各イメージ投影チューブ(14,16,18)は別々の鏡を有することができる。ホログラム(26)は、イメージの直交軸に対して0度から5度の表示角に反射されたイメージの方向を変更する。ホログラム(26)は、普通なら軸はずれ投影のために表示イメージで起こる色ずれを最小限に抑える効果のある干渉パターンも形成し、入射角約0度から30度で2から5の色ずれを実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (背景) (発明の分野) 本発明は、投影テレビジョン受像器の分野に関し、詳細には、光をホログラフ
ィックスクリーンの背面上に送る少なくとも1つの鏡の方に配向された投影源を
有する投影テレビジョン受像器に関する。ホログラフィックスクリーンは、ある
入射角範囲にわたる光を集束させ、この光の方向をスクリーンに対する直交軸に
より平行になるように変更する。ホログラフィックスクリーンを1つまたは2つ
以上の鏡と組み合わせることによって、色ずれが著しく低減され、輝度が改善し
、キャビネットの奥行きを著しく小さくすることが可能になる。
【0002】 (背景情報) 色ずれは、垂直視野角における輝度のピークを観測することにより、水平平面
内の様々な角度で見たときの、赤投影チューブ、緑投影チューブ、青投影チュー
ブからの投影イメージによって投影スクリーンの中央に形成される白イメージの
赤/青比または緑/青比の変化として定義される。
【0003】 色ずれ問題は、いくつかの異なる色、たとえば、赤、青、緑のそれぞれのイメ
ージ用の少なくとも3つのイメージプロジェクタが必要であるために生じる。投
影スクリーンは、少なくとも3つのプロジェクタからのイメージを第1の面で受
け取り、表示されるすべてのイメージについて制御された光分散でイメージを第
2の面に表示する。1つのプロジェクタ、すなわち、通常は緑であり、通常はプ
ロジェクタアレイの中央にあるプロジェクタは、スクリーンにほぼ直交する方向
の第1の光路を有する。少なくとも2つのプロジェクタ、すなわち、通常は赤お
よび青であり、通常はアレイ内の中央の緑プロジェクタの両側に位置決めされる
プロジェクタは、規定された入射角αの、非直交方向で第1の光路の方へ収束す
るそれぞれの光路を有する。色ずれは、スクリーンおよび緑プロジェクタに対す
る赤プロジェクタおよび青プロジェクタの非直交関係によって生じる。色ずれの
結果として、色調はスクリーン上のあらゆる位置で異なるものとなる。色調の違
いが大きな状態を、しばしば、不十分な白一様性、と呼ぶ。色ずれが小さければ
小さいほど、白一様性が向上する。
【0004】 色ずれは、数のスケールによって示され、より小さい数はより弱い色ずれおよ
びより優れた白一様性を示す。一般的な手順によれば、通常は、少なくとも約−
40度ないし+40度から約−60度ないし+60度程度まで、5度または10
度の増分で様々な水平視野角から赤輝度、緑輝度、および青輝度の値がスクリー
ンで測定される。正の角度および負の角度は、それぞれ、スクリーン中央に対し
て右および左の水平視野角を表す。これらの測定値は、ピーク垂直視野角で得ら
れる。赤データ、緑データ、および青データは0度で1に正規化される。以下の
数式(I)および(II)の一方または両方が各角度で評価される。
【0005】
【数3】
【0006】
【数4】
【0007】 上式で、θは水平視野角内の任意の角度であり、C(θ)は角度θでの色ずれ
であり、red(θ)は角度θでの赤輝度レベルであり、blue(θ)は角度θでの 青輝度レベルであり、green(θ)は角度θでの緑輝度レベルである。これらの 値の最大値はスクリーンの色ずれである。
【0008】 一般に、色ずれは、商業的に受け入れられるスクリーン設計では、名目上5以
下であるべきである。他のエンジニアリングおよび設計上の制約では、場合によ
っては色ずれを5よりもいくらか高くする必要があるときがあるかも知れないが
、このような色ずれ性能は望ましくなく、通常は白一様性が不十分な知覚的に劣
ったイメージをもたらす。
【0009】 投影テレビジョン受像機用のスクリーンは、一般に、熱可塑性シート材料の表
面を形成するために、1つまたは2つ以上のパターン化されたローラを使用した
押出しプロセスによって製造される。この形状は、一般に、レンチキュール(le
nticule)およびレンズレット(lenslet)とも呼ばれるレンチキュラ要素(lent
icular element)のアレイである。レンチキュラ要素は、同じシート材料の一面
または両面上に形成するか、あるいはいくつかの異なるシートの一面上にのみ形
成し、次いでこれらのシートを積層ユニットとして永久的に組み合わせるか、あ
るいは積層ユニットとして機能するように互いに隣接するように他の方法で取り
付けることができる。多くの設計では、スクリーンの一方の表面は、光を拡散さ
せるようにフレネルレンズとして設計される。色ずれを低減し白一様性を向上さ
せる従来の技術上の奮闘は、スクリーンの2つの態様にのみ焦点が当てられてい
る。1つの態様はレンチキュラ要素の形状および配置である。他方の態様は、ス
クリーン材料または、光拡散を制御するためにその一部に光拡散粒子がドープさ
れているスクリーン材料の範囲である。これらの奮闘は以下の特許文書によって
例示される。
【0010】 米国特許第4,432,010号および米国特許第4,536,056号では
、投影スクリーンは、入射表面と出射表面を有する光透過レンチキュラシートを
含んでいる。その入力表面は、0.5から1.8の範囲の波打ち深さXvと近軸
曲率半径R1の比(Xv/R1)を有する水平拡散レンチキュラプロファイルを
特徴とする。そのプロファイルは、光軸に沿って縦長であり、非球面入力レンチ
キュラレンズを形成している。
【0011】 両面レンチキュラレンズを有するスクリーンを使用することは一般的である。
このようなスクリーンは、スクリーンの入射表面上の円筒形入射レンチキュラ要
素と、スクリーンの出射表面上に形成された円筒形レンチキュラ要素と、出射表
面の光非収束部に形成された光吸収層とを有している。その入射レンチキュラ要
素および出射レンチキュラ要素は、それぞれ、以下の数式(III)で表される
円、楕円、または双曲線の形状で示される。
【0012】
【数5】
【0013】 上式で、Cは主曲率であり、Kは円錐定数である。
【0014】 別法として、そのレンズレット群は、二次よりも高次の項が追加された曲線を
有する。
【0015】 両面レンチキュラレンズのようなものを使用して作られたスクリーンでは、入
射レンズと出射レンズの間の位置関係、またはレンズを形成するレンチキュラ要
素同士の間の位置関係を特定することが提案されている。たとえば、米国特許第
4,443,814号では、一方のレンズのレンズ表面が他方のレンズの焦点に
存在するように入射レンズと出射レンズを位置決めすることが教示されている。
たとえば、日本特許出願第58−59436号には、入射レンズの偏心率を、レ
ンチキュラレンズを構成する材料の屈折率の逆数にほぼ等しくすることも教示さ
れている。さらに、たとえば、米国特許第4,502,755号には、それぞれ
のレンチキュラレンズの光軸平面が互いに直角になるように両面レンチキュラレ
ンズの2枚のシートを組合せ、かつ一方のレンズの周辺にある入射レンズと出射
レンズが光軸に対して非対称的になるような両面レンチキュラレンズを形成する
ことが教示されている。米国特許第4,953,948号では、光軸の位置ずれ
の公差および厚さの違いの許容量を大きくするか、あるいは色ずれを小さくする
ことができるように、入射レンズの谷でのみ光収束位置を出射レンズの表面から
視野側の方へずらすことも教示されている。
【0016】 色ずれまたは白の非一様性を低減するための様々な提案だけでなく、投影スク
リーン性能を向上させるための他の提案は、水平方向と垂直方向の両方で、イメ
ージを明るくすることと、適切な視野を確保することに向けられている。多数の
このような提案の概要は、米国特許第5,196,960号に記載されている。
この特許自体は、入射レンズを有する入射レンズ層と、出射レンズを有する出射
レンズ層とを備え、出射レンズのレンズ表面が入射レンズの光収束点またはその
近傍に形成され、入射レンズ層および出射レンズ層がそれぞれ、ほぼ透明な熱可
塑性樹脂で形成され、少なくとも出射層が拡散微粒子を含み、入射レンズ層と出
射レンズ層との間に光拡散特性の違いが存在する両側面レンチキュラレンズシー
トを教示している。複数の入射レンズが円筒形レンズを形成している。この出射
レンズは複数の出射レンズ層で形成され、入射レンズ層の各レンズの光収束点に
、またはその近傍にレンズ表面を有している。また、光吸収層がその出射レンズ
層の非収束部に形成されている。このスクリーン設計は、十分な水平視野角を与
え、色ずれを低減し、イメージをより明るくすると共に、押出しプロセスによる
製造を容易にすると言われている。
【0017】 投影スクリーン設計において何年にもわたって積極的に開発されてきたにもか
かわらず、その達成された改良はせいぜい増分的なものであり、さらに、ある基
準を超えることには成功していない。イメージ投影機の幾何学的構成によって規
定されるその入射角は、本明細書では角度αと呼ばれ、一般に、0度よりも大き
く、かつ約10度または11度より小さいかまたは等しい範囲に限られている。
イメージプロジェクタおよび/またはその光学系の寸法のために、角度αを0度
に近くすることはほぼ不可能である。角度αが約10度または11度よりも小さ
い範囲では、達成されている最高の色ずれ性能は、数式(I)および(II)に
したがって測定されたとして、約5である。角度が約10度または11度を超え
る範囲で既に達成されている最良の色ずれ性能は、商業的には受け入れられては
いない。実際、角度αが10度または11度よりも大きな角度を持つ投影テレビ
ジョン受像機が販売されたことは知られていない。
【0018】 αの角度が小さい場合は、顕著で望ましくない結果、すなわち、非常に大きな
キャビネット奥行きが、家庭用投影テレビジョン受像機に必要になる、というこ
とを生じさせる。この大きな奥行きは、小さな入射角(α)を有する光路に対処
する必要があることの直接的な結果である。イメージプロジェクタおよび光学要
素の所定寸法については、単にイメージプロジェクタまたはその光学系とスクリ
ーンとの間の光路長を大きくすることによってのみ入射角を小さくすることがで
きる。
【0019】 投影テレビジョンキャビネットの寸法を削減する技法は、一般に、長い光路を
折り畳む鏡に依存している。可能な入射角の範囲にはたとえ鏡を使用しても下限
があるので、このような努力に対する色ずれ対策の成功は、結局、限界がある。
【0020】 Polaroid Corporationは、DMP−128(登録商標)
としてデザインされた光ポリマーを販売しており、Polaroid Corp
orationが、独占権を持つプロセスを使用し、3次元ホログラムとして製
造することができる。このホログラフィック製造プロセスは、米国特許第5,5
76,853号に部分的に記載されている。ホログラフィック光ポリマーは、一
般に、コヒーレント光を照明ビームと参照ビームに分割することによって写真イ
メージを記録する場合に有用である。その照明ビームはその被写体に照射される
。その被写体からの反射ビームと、被写体をバイパスする参照ビームは、現像可
能な感光写真組成を含む光ポリマー媒質に照射される。この2条のビームの光波
は互いに干渉し、すなわち、増強および打ち消しの干渉によって、局所的にその
写真組成に感光させる正弦ピークの定常波パターンと局所的にその組成を感光さ
せないヌルの定在波パターンを生成する。この写真媒質を現像すると、対応する
干渉パターンが媒質に記録される。コヒーレント参照ビームで媒質を照明するこ
とによって、被写体のイメージが再生され、所定角度範囲にわたってこのイメー
ジを見ることができる。
【0021】 被写体上の照明されたすべての点からの光がホログラム上のすべての点で参照
ビームと干渉するので、典型的な写真の被写体を表すホログラムの記録された干
渉パターンは複雑である。空白「被写体」のイメージを記録することによって(
実際上、2条の参照ビームの干渉によって)空白ホログラムを作製することが可
能であり、その空白ホログラムの内部の干渉パターンはより規則的である。この
場合、その干渉パターンは回折格子に類似しているが、その回折格子のピッチま
たは解像度は、後方の投影チューブから特定の方向へ光を湾曲または屈折させる
形状にされたマクロサイズのレンチキュラ要素を有する投影スクリーンのピッチ
と比べてかなり密になる。
【0022】 投影テレビジョン用の3次元ホログラフィックスクリーンは、DMP−128
(登録商標)光ポリマーホログラフィック製品の市場を確立するための努力がな
される間に示された多数の提案のうちの1つとしてPolaroid Corp
orationによって提案された。この提案は、より高い輝度および解像度、
より低い製造コスト、より小さい重量、および2ピーススクリーンが輸送中に受
ける磨耗に対する抵抗力の項目に関して、Polaroid Corporat
ionが期待した利点に基づいた提案であった。Polaroid Corpo
rationは、ホログラフィック投影テレビジョンスクリーンのようなものを
作成可能かもしれない多量のホログラフィック要素に対する如何なる特定のホロ
グラフィック構成をも提案しておらず、ホログラフィックであるか、その他の種
類であるかにかかわらず、どんな種類の投影テレビジョンスクリーンにおける色
ずれ問題も、考慮さえされていない。
【0023】 全般的に、色ずれが5よりも小さく、場合によっては5よりもずっと小さいス
クリーン、また角度αが10度または11度よりもずっと大きい場合に色ずれが
5程度に低いスクリーンを有する投影テレビジョン受像機を提供するための開発
が何年にもわたって集中的に行われてきたにもかかわらず、従来型の投影スクリ
ーンにおけるレンチキュラ要素形状および位置および散光器を増分的に変更する
ことを除いて、色ずれ問題の解決策は進歩していない。さらに、投影スクリーン
には3次元ホログラムが有用であるという提案にもかかわらず、色ずれに関して
することがないという理由であるが、3次元ホログラフィックスクリーンを使用
した投影テレビジョンを提供する努力はなされていない。著しく向上した色ずれ
性能を有し、著しく小さなキャビネットに組み込むことのできる投影テレビジョ
ン受像機に対してずっと前から探し求められているニーズは依然として満たされ
ていない。
【0024】 (概要) 本明細書で教示される本発明の構成による投影テレビジョン受像機は、何桁も
のオーダーで測定される色ずれ性能を著しく向上させるので、10度または11
度よりも小さな範囲の入射角αを有する投影テレビジョン受像機を用いて2以下
の色ずれを達成することができる。さらに、色ずれ性能が著しく高いので、入射
角が最大約30度の商業的に受け入れられる投影テレビジョン受像機を、ずっと
小さなキャビネットで提供することができる。これらの要因は、本発明にしたが
って1つまたは2つ以上の鏡を収容し、光路長を延長することで増大する。その
ような大きいα角度の受像機のその色ずれ性能は、たとえば5の色ずれ性能を持
つα角度の小さな従来型の受像機と少なくとも同程度に良好であり、α角度の小
さな受像機および比較的小さなキャビネットと同様に、約2程度に低い値に近づ
くか、あるいは場合によってはそのような値に達するものと期待することができ
る。
【0025】 これらの結果は、押出しレンズスクリーン技法を完全に放棄することによって
得られる。その代わりに、本発明の構成による投影テレビジョン受像機は、基板
、たとえばMylar(登録商標)などのポリエチレンフィルム上に形成された
3次元ホログラムで形成されたスクリーンを有する。
【0026】 このような3次元ホログラフィックスクリーンは最初、より高い輝度および解
像度、より低い製造コスト、より小さい重量、および2ピーススクリーンがたと
えば輸送中に受ける磨耗に対する抵抗力の項目に関して期待した利点のために開
発された。その3次元ホログラフィックスクリーンの色ずれ性能は、その3次元
スクリーンの光学特性が少なくとも従来型のスクリーンと同程度に良好であるか
どうかを判定するための試験を行ったときに見出された。数式(I)および(I
I)によって測定されたその3次元ホログラフィックスクリーンの色ずれ性能は
、衝撃を受けるほど思いがけず低かった。従来技術の改良を増分ステップに制限
していた障壁も完全になくなっていた。そのうえ、現在、より大きなα入射角を
特徴とする投影幾何形状を有する、より小さなキャビネットを開発することが可
能である。
【0027】 3次元ホログラフィックスクリーンに関係する予想を上回る特性を有し、そし
て、本明細書で教示する本発明の構成による投影テレビジョンは、以下で構成さ
れている。それぞれの異なる色のそれぞれのイメージ用の少なくとも3つのイメ
ージプロジェクタ;基板上に配設された3次元ホログラムで形成され、プロジェ
クタからのイメージを第1の面で受け取り、表示されるすべてのイメージについ
て制御された光分散でイメージを第2の面に表示する投影スクリーン;そこでは
各イメージプロジェクタは投影軸を有し、およびイメージプロジェクタは、隣接
する任意の2つのイメージプロジェクタが入射角αを規定する投影の収束軸(co
nverging axes)を有するように構成される;そして、レンチキュラ要素の3次 元アレイを表しているその3次元ホログラムは、表示されたイメージの色ずれを
低減するうえで有効な構成を有し、そのスクリーンは0度よりも大きく、かつ約
30度より小さいかまたは等しい範囲内のすべての入射角について約5より小さ
いかまたは等しい色ずれを持つ、ここで色ずれは以下の式の少なくとも一方から
得られる最大値によって求められる:
【0028】
【数6】
【0029】
【数7】
【0030】 ここで、θは一連の水平視野角内の任意の角度であり、C(θ)は角度θでの
色ずれであり、red(θ)は角度θでの赤輝度レベルであり、blue(θ)
は角度θでの青輝度レベルであり、green(θ)は角度θでの緑輝度レベル
である。そのスクリーンの色ずれは、5より小さく、たとえば、約4、3、また
は場合によっては2より小さいかまたは等しくなると予想することができる。
【0031】 入射角が約10度または11度のときの既知の障壁に関して、そのスクリーン
の色ずれは、0度よりも大きくかつ約10度より小さいかまたは等しい入射角の
第1のサブレンジ内のすべての入射角について約2より小さいかまたは等しく、
約10度よりも大きくかつ約30度より小さいかまたは等しい入射角の第2のサ
ブレンジ内のすべての入射角について約5より小さいかまたは等しい。
【0032】 そのスクリーンは、さらに、たとえば、約2mm〜4mmの範囲の厚さを有す
る層状のアクリル材料の光透過強化部材を備える。その基板は、ポリエチレンテ
レフタレート樹脂フィルムなど、耐久性が高く透明な撥水性のフィルムで構成さ
れる。その基板は、約1ミル〜10ミル(約25.4ミクロン〜254ミクロン
)の範囲の厚さを有するフィルムでよい。約7ミルの厚さは、その3次元ホログ
ラムを適切に支持することが判明している。そのフィルムのその厚さは性能とは
関係がない。その3次元ホログラムは、約20ミクロン以下の範囲の厚さを有す
る。
【0033】 本発明の態様によれば、投影テレビジョンは、イメージプロジェクタとスクリ
ーンの間の光路に沿って少なくとも1つの鏡を有する。イメージプロジェクタは
、それぞれのイメージを個別にあるいは集合的に鏡上に投影させ、鏡は、これら
のイメージをスクリーンの第1の側に反射させ、各イメージごとにスクリーンに
直交する軸に対する投影角を規定する。投影スクリーンは、スクリーンの第2の
側に表示されるイメージが、スクリーンに直交する軸に対して0度から5度の表
示角に向けられるように、鏡によって投影スクリーン上に反射されたイメージを
集束させその方向を変更する。ホログラフィックスクリーンは、ある入射角範囲
にわたる入射光を収束させ、ほぼ、直交軸に垂直な線上に放出する。
【0034】 本発明の他の態様によれば、投影スクリーンの色ずれ性能は、複数のホログラ
フィックスクリーン要素および/または視準要素を積み重ねることによってさら
に改善することができる。たとえば、垂直視野角のスパンまたは水平視野角のス
パンにわたる透光性の所望の変動を実現する垂直水平線形フレネルレンズをホロ
グラフィックスクリーンの後方に設けることができる。代替または追加の方法と
して、ある視野角スパンにわたって透光性が変動する複数のホログラフィックス
クリーン要素を積み重ねることができる。実際的な実施形態によれば、一方が垂
直スパンを横切る所定の変動を生成し、他方が水平スパンを横切る所定の変動を
生成する、少なくとも2つのホログラフィック要素が積み重ねられる。このよう
に、ある有用な視野角範囲にわたるイメージの輝度を、利用可能な照明を十分に
活用するように調整しおよび最適化することができる。また、線形変動要素は円
形変動要素よりも低いコストで製造できるので、ホログラフィック要素および/
または視準要素を積み重ねることによって、好ましいコストで様々な性能領域に
適応できる。たとえば、線形変動フレネル要素は、円形フレネルの25%程度の
低コストで型押しするか、あるいはローラ押出しすることができる。同様に、線
形に変動するホログラフィックマスタは、2つの次元での変動を規定する円形の
ホログラフィックマスタよりも簡単であり廉価である。
【0035】 (好適実施形態の説明) 投影テレビジョン受像機10を図1に図示する。投影陰極線管14、16、お
よび18のアレイ12はそれぞれ、赤、緑、および青のイメージを生成する。そ
れぞれの陰極線管はそれぞれのレンズ15、17、および19を備える。その投
影されたイメージは、鏡20によって投影スクリーン22上に反射される。その
光路の特定の幾何形状に応じて、付加的な鏡が使用されている。その緑陰極線管
16は光路32に沿って緑イメージを投影し、光路32はこの例では、スクリー
ン22にほぼ直交するように向けられている。言い換えれば、その光路のその中
心線はスクリーンに対して垂直である。その赤陰極線管および青陰極線管はそれ
ぞれの光路34および36を有し、光路34および36は、直交しない方向の規
定された入射角αで第1の光路32の方へ向かって収束する。この入射角は色ず
れの問題を生じさせる。
【0036】 そのスクリーン22は、基板24上に配設された3次元ホログラム26を備え
る。ホログラム26は、マスタホログラムを印刷したものであり、3つのプロジ
ェクタ14、16、18からの光エネルギーの分配を管理する回折パターンを実
質上形成し、スクリーンの幅および/または高さを横切る方向にこの回折パター
ンを変化させて作ることができる。好ましい構成では、このホログラムは、光入
射を入射角の範囲からのホログラム上で新しい方向に向け、より直接、前方へ光
を放射することに役立つ「センタオンリ(center only)」ホログラムである。 そのスクリーンは、プロジェクタからのイメージを第1の入射表面側28で受け
取り、表示されたすべてのイメージについて制御された光分散でイメージを第2
の出射表面側30上にそのイメージを表示する。
【0037】 その基板は、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムのような、耐久性が高
く透明で、撥水性のあるフィルムが好ましい。このようなフィルムの1つは、商
標Mylar(登録商標)として、E.I.du Pont de Nemou
rs & Co.から得ることができる。そのフィルム基板は、約1ミル〜10
ミル、すなわち、約0.001インチ〜0.01インチまたは約25.4ミクロ
ン〜254ミクロンの範囲の厚さを有する。その厚さが約7ミル(177.8ミ
クロン)のフィルムは、その上に配設された3次元ホログラムを適切に支持する
ことが判明している。そのフィルムの厚さは、一般にスクリーン性能に影響を与
えず、また特に色ずれ性能に影響を与えず、いくつかの異なる厚さのフィルムを
使用してもよい。その3次元ホログラム26の厚さは約20ミクロン以下である
【0038】 この3次元ホログラフィックスクリーンは少なくとも2つの供給源から得るこ
とができる。Polaroid Corporationは独自の湿式化学プロ
セスを使用して、そのDMP−128光ポリマー材料で3次元ホログラムを形成
している。このプロセスは、回折ホログラフィックパターンを光ポリマー材料で
形成することを含み、このパターンは、水平および/または垂直視野角の範囲に
わたって変化したスクリーン利得を持たせることができる。参照ビームと、利得
の所望の変化形態に対応した明暗形態を有する平面パターンから反射されたビー
ムとを含むコヒーレント光で光ポリマーホログラフィック媒質を感光させること
によって、マスタホログラムを作製することができる。
【0039】 本明細書で説明し請求する投影テレビジョン受像機で使用されるその3次元ホ
ログラフィックスクリーンについて提起した実施形態は、以下の性能仕様にした
がってPolaroid Corporation湿式化学プロセスによって製
造された。 水平半視野角:38度±3度 垂直半視野角:10度±1度 スクリーン利得:≧8 色ずれ:≦3 ここで、水平視野角および垂直視野角は従来の方法で測定され、スクリーン利得
は、そのスクリーンに直交する方向で測定された、光源から視野表面の背面の方
へ向かう光強度と視野表面の前面から観察者の方への光強度との商であり、色ず
れは前述のように測定される。その3次元ホログラフィック投影スクリーンの並
はずれた色ずれ性能は、概要で説明したように、全く予想外のものであった。
【0040】 図2は、色ずれ性能について説明するための、鏡およびレンズを省略した投影
テレビジョンの簡単な例図である。赤陰極線管14および青陰極線管18の光軸
34および36は、緑陰極線管16の光軸32に対して入射角αの位置に対称的
に位置合わせされる。キャビネットの最小奥行きDは、スクリーン22と陰極線
管の背縁部との間の距離によって決定される。角度αを小さくすべきである場合
、それぞれの陰極線管は互いに接近して配置しなければならず、かつ/あるいは
陰極線管用のすきまを取るためにスクリーンからさらに離隔して設けなければな
らないことを理解されたい。十分に小さな角度αでは、このような干渉を回避す
ることはできない。この場合、キャビネットの最小奥行きDが大きくなるので望
ましくない。逆に、角度αが大きくなるにつれて、陰極線管をスクリーン22に
近づけ、キャビネットの最小奥行きDを小さくすることができる。
【0041】 スクリーン22の視野側では、2つの水平半視野角は−βおよび+βとして指
定される。総水平視野角2βも定義される。半視野角は通常、±40度から±6
0度の範囲である。各半角内に複数の特定の角度θがあり、この角度で、前述の
数式(I)および(II)にしたがって色ずれを測定し求めることができる。
【0042】 入射角約10度または11度での既知の障壁に関して、3次元ホログラフィッ
クスクリーンの色ずれは、入射角が0度よりも大きくかつ約10度より小さいか
または等しい第1のサブレンジ内のすべての入射角について約2より小さいかま
たは等しく、このスクリーンの色ずれは、入射角が約10度よりも大きくかつ約
30度より小さいかまたは等しい第2のサブレンジ内のすべての入射角について
、約5より小さいかまたは等しい。第1のサブレンジのような約2より小さいか
または等しい色ずれを、より大きな入射角の第2のサブレンジでも達成できるこ
とが期待される。
【0043】 図3を参照するとわかるように、基板24は、前述のように、Mylar(登
録商標)などの透明フィルムを含む。3次元ホログラム26が形成される光ポリ
マー材料はフィルム層24上に支持される。適切な光ポリマー材料はDMP−1
28(登録商標)である。
【0044】 スクリーン22はさらに、たとえば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)
などのアクリル材料の光透過強化部材38を含むことができる。ポリカーボネー
ト材料を使用することもできる。強化部材38はこの実施形態では、約2mm〜
4mmの範囲の厚さを有する層である。スクリーン22および強化部材は、ホロ
グラフィック層26と強化部材38の相互境界40全体にわたって互いに接着さ
れる。接着剤、放射、および/または熱結合技法を使用することができる。たと
えば、ティンティング(tinting)、ギラツキ防止(anti-glare)コーティング 、スクラッチ防止(anti-scratch)コーティングのうちの1つまたは複数によっ
て強化層の表面42を処理することもできる。
【0045】 3次元ホログラフィック投影スクリーンの改良された色ずれ性能を低減せず、
従来型の投影スクリーンで知られているような、色ずれ性能以外の性能特性に関
する投影スクリーンの態様を制御するために、スクリーンおよび/またはその構
成要素層の様々な表面に他の光学レンズまたはレンチキュラアレイ (lenticul
ar array)を設けることができる。図4は、少なくとも2つのホログラムが重ね
合わされるか、あるいは積み重ねられる第1のそのような変形形態を示す。図の
例によれば、±40度の視野を横切る水平利得変化特性を有する第1のホログラ
ムと、±20度の視野を横切る垂直利得変化特性を有する第2のホログラムが積
み重ねられる。利得変化特性は図面中の陰影によって示されているが、実際のホ
ログラフィック要素は、照明されていないとき、その表面を横切って拡散してい
るように見えるに過ぎない。水平利得変化特性ホログラムおよび垂直利得変化特
性ホログラムを重ね合せた結果は、センタオンリ(center-only)ホログラムと ほぼ同等であるが、水平スパンは垂直スパンよりもかなり大きいので、輝度レベ
ルは水平スパンおよび垂直スパンにわたってそれぞれの異なる率で変化する。
【0046】 図5は、スクリーンの中央にある点での、水平視野スパン±40度にわたるピ
ーク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグラフである。グラフ上の
2本の線は、水平変化特性ホログラムのみを使用した輝度と、積み重ねられた水
平変化特性ホログラムおよび垂直変化特性ホログラムを使用した輝度を表す。積
み重ねられたホログラムを用いた水平輝度変化特性は、水平ホログラムのみの性
能にほぼ等しいか、あるいはそれよりもわずかに向上している。
【0047】 様々な性能ドメインに関してホログラフィックスクリーンを設計する際、すべ
ての所望の性能特性を一度に実現するスクリーンを作製することが困難であるこ
とがある。利得の垂直変化特性や水平変化特性など、いくつかの異なる要求は、
積み重ねによって別々に処理することができる。この構成は、積み重ねられた2
つのホログラムに限らず、たとえば、スクリーンを通る光透過の他の態様を制御
するために、積み重ねられた追加のホログラムに適用することもできる。
【0048】 図6は、水平および回転する垂直のコリメーション(collimation)を行うた めにセンタオンリホログラム(すなわち、水平垂直利得変化特性を有する)と線
形フレネルが積み重ねられる他の変形形態を示す。線形フレネルは、円形フレネ
ルと比べて廉価に浮出しまたはローラ押出しすることができるので、この実施形
態は好ましいコスト態様を有する。円形フレネルは、従来型のスクリーンのコス
トの60%程度を占める可能性がある。線形フレネルのコストは円形フレネルの
コストの約25%である。したがって、30%のコスト節約は可能である(すな
わち、(25%+25%)*60%=30%)。前述の水平ホログラムおよび回 転ホログラムの場合と同様に、線形フレネルを必要に応じて水平視野スパンおよ
び/または垂直視野スパンを横切る方向へ変化させ、たとえば、垂直スパンおよ
び水平スパンで焦点距離を独立に変化させることができる。積み重ねられた2つ
の線形フレネルをホログラフィック要素の後方にいずれかの順序で配置すること
ができる。
【0049】 本発明の構成の他の態様は、十分に小さなキャビネット奥行きを有する背面投
影テレジビジョンを設計する能力である。特に、本発明によるその背面投影テレ
ビジョンは、どのイメージプロジェクタもスクリーンの直交軸に一致する投影軸
を有さない複数のイメージプロジェクタを組み込むことができる。本発明の態様
は、各イメージプロジェクタが、スクリーンの直交軸に対する投影角φを規定す
る投影軸を有する、背面投影テレビジョンを提供することができる。本発明のそ
のテレビジョンは、スクリーン上に表示されるイメージが、0度から5度の範囲
の、スクリーンの直交軸に対する表示角度に向けられる際に、最大で30度まで
の投影角φに対して補正することができる。
【0050】 たとえば、本発明のテレビジョン設計は、極端な上向き角度を形成する投影角
度に適応し、それによって、必要なキャビネット奥行きを著しく小さくすること
ができる。図7は、投影陰極線管14、16、および18によって鏡20上に投
影されたイメージが、垂直平面内で極端に上向きの角度を形成する投影角φvで 投影スクリーン22上に反射されるように、スクリーン22に対して垂直平面内
で角度γvに配向させた鏡20を示す。スクリーン22は、スクリーン22を透 過したイメージが垂直平面内の表示角度θv0度から5度、好ましくは3度から 5度に向けられるように、スクリーン22上に反射されたイメージの方向を変更
し、この場合、イメージは、極端な上向き角度を形成する投影角φv10度から 30度、好ましくは15度から30度、最も好ましくは少なくとも15度でスク
リーン22上に反射される。
【0051】 本発明のこの態様を3つの異なる投影角φv、すなわち10度、20度、30 度について試験した。具体的には、光を所与の投影角φvでスクリーン22の背 面に反射させ、同時にいくつかの異なる垂直視野角度でスクリーン22を透過し
た光の強度を測定した。これらの試験の結果を図8にグラフ形で示す。具体的に
は、図8は、スクリーンの中央にある点で、垂直視野スパン±20度にわたるピ
ーク白輝度の割合として測定された輝度のグラフである。
【0052】 本発明の構成の他の態様は、極端な側面接近角度を形成する投影角を容易にす
る鏡20を使用する能力である。図9は、投影陰極線管16によって鏡20上に
投影されたイメージが、水平平面内で極端な側面接近角度を形成する投影角φh で投影スクリーン22上に反射されるように、スクリーン22に対して水平平面
内で角度γhに配向させた鏡20を示す。スクリーン22は、スクリーン22を 透過したイメージが表示角度θh0度から5度、好ましくは3度から5度に向け られるようにスクリーン22で反射されたイメージの方向を変更し、この場合、
イメージは、極端な側面接近角度を形成する投影角φh10度から30度、好ま しくは15度から30度、最も好ましくは少なくとも15度程度でスクリーン2
2上に反射される。
【0053】 本発明のこの態様を4つの極端な側面接近角度φh、すなわち0度、15度、 30度、45度について試験した。具体的には、光を所与の投影角φhでスクリ ーン22の背面に反射させ、同時に、スクリーン22を透過した光の強度を測定
し、赤/緑色ずれおよび赤/青色ずれを水平視野角の関数として測定した。これ
らの試験の結果を図10から図17にグラフ形で示す。具体的には、図10およ
び図11は、それぞれ、角度φh0度についての、水平視野スパン±40度にわ たって観測された赤/緑色ずれおよび赤/青色ずれのグラフと、スクリーンの中
央にある点で、水平視野スパン±40度にわたるピーク白輝度の割合として測定
されたスクリーン輝度のグラフである。図12および図13は、それぞれ、角度
φh15度についての、水平視野スパン±40度にわたって観測された赤/緑色 ずれおよび赤/青色ずれのグラフと、スクリーンの中央にある点で、水平視野ス
パン±40度にわたるピーク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグ
ラフである。図14および図15は、それぞれ、角度φh30度についての、水 平視野スパン±40度にわたって観測された赤/緑色ずれおよび赤/青色ずれの
グラフと、スクリーンの中央にある点で、水平視野スパン±40度にわたるピー
ク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグラフである。図16および
図17は、それぞれ、角度φh45度についての、水平視野スパン±40度にわ たって観測された赤/緑色ずれおよび赤/青色ずれのグラフと、スクリーンの中
央にある点で、水平視野スパン±40度にわたるピーク白輝度の割合として測定
されたスクリーン輝度のグラフである。
【0054】 本発明の他の変形形態では、個々の各投影陰極線管が別々の少なくとも1つの
鏡と協働し、別々の鏡が、それによって反射されたそれぞれのイメージがスクリ
ーンの背面上の同じ点に収束するように配向される。図18は、本発明のこの変
形形態の好ましい例を示し、この場合、鏡20は鏡50、55、および60で置
き換えられる。鏡50、55、および60は、スクリーン22の中央に収束する
光軸に沿って光を反射するように個別に配向され、イメージはそれぞれ、投影陰
極線管14、16、および18によって投影される。本発明、および特にホログ
ラフィックスクリーンの概念によれば、光軸をスクリーン22に直交する方向に
極端に近づける必要のない鏡50、55、および60を使用することができる。
むしろ、本発明の概念を使用した場合、鏡50、55、および60によってスク
リーン22上に反射されるイメージは、投影角φ0度から30度、好ましくは1
5度から30度、最も好ましくは約15度でスクリーン22に入射することがで
きる。
【0055】 本明細書で行った開示に照らして当業者にとって直ちに明らかになる本発明の
これらおよび他の態様により、可能と考えられていたものよりも小さいキャビネ
ットサイズを有する後方投影スクリーンテレビジョンの設計および生産を容易に
することが可能である。
【0056】 本発明を前述の例示的な実施形態と共に開示したが、当業者には他の実施形態
が明らかであろう。本発明は、具体的に説明した実施形態に限るものではなく、
したがって、排他的な権利が請求されている本発明の趣旨および範囲を評価する
には、上記の議論ではなく添付の特許請求の範囲を参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
現在好ましい本発明のある例示的な実施形態が図示されている。本発明が、一
例として開示されている実施形態に限らず、添付の特許請求の範囲の趣旨および
範囲内で変更できることを理解するであろう。
【図1】 本明細書で教示されている本発明の構成による投影テレビジョンの図である。
【図2】 本発明の構成を説明する上で有用な投影テレビジョン幾何形状の簡略図である
【図3】 本発明の構成による補強投影スクリーンの側面図である。
【図4】 水平視野角および垂直視野角をそれぞれ横切る利得変動を含む重ね合わせられ
た2つのホログラムを有する投影スクリーンの代替実施形態の概略図である。
【図5】 積み重ねられた垂直変動ホログラフィック要素を有する水平変動ホログラフィ
ック要素と、積み重ねられた垂直変動ホログラフィック要素を有しない水平変動
ホログラフィック要素とを使用した、水平視野角の関数としてのピーク白輝度の
割合のグラフを示す図である。
【図6】 積み重ねられたホログラフィックスクリーン層および視準スクリーン層を有す
る代替実施形態の概略図である。
【図7】 本発明の構成を説明する上で有用な投影テレビジョン幾何形状の他の簡略図で
ある。
【図8】 垂直平面内の投影角度φV10度、20度、および30度について、スクリー ンの中心にある点で、垂直視野スパン±20度にわたってピーク白輝度の割合と
して測定された輝度のグラフである。
【図9】 本発明の構成について説明する上で有用な投影テレビジョン幾何形状の他の簡
略図である。
【図10】 水平平面内の投影角度φh0度について、水平視野スパン±40度にわたって 観測された赤/緑および赤/青色ずれのグラフである。
【図11】 水平平面内の投影角度φh0度について、スクリーンの中心にある点で、水平 視野スパン±40度にわたってピーク白輝度の割合として測定されたスクリーン
輝度のグラフである。
【図12】 水平平面内の投影角度φh15度について、水平視野スパン±40度にわたっ て観測された赤/緑および赤/青色ずれのグラフである。
【図13】 水平平面内の投影角度φh15度について、スクリーンの中心にある点で、水 平視野スパン±40度にわたってピーク白輝度の割合として測定されたスクリー
ン輝度のグラフである。
【図14】 水平平面内の投影角度φh30度について、水平視野スパン±40度にわたっ て観測された赤/緑および赤/青色ずれのグラフである。
【図15】 水平平面内の投影角度φh30度について、スクリーンの中心にある点で、水 平視野スパン±40度にわたってピーク白輝度の割合として測定されたスクリー
ン輝度のグラフである。
【図16】 水平平面内の投影角度φh45度について、水平視野スパン±40度にわたっ て観測された赤/緑および赤/青色ずれのグラフである。
【図17】 水平平面内の投影角度φh45度について、スクリーンの中心にある点で、水 平視野スパン±40度にわたってピーク白輝度の割合として測定されたスクリー
ン輝度のグラフである。
【図18】 本発明の構成について説明する上で有用な投影テレビジョン幾何形状の他の簡
略図である。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成11年12月2日(1999.12.2)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【数1】
【数2】 上式で、θは前記水平視野角の範囲(±β)の任意の角度であり、C(θ)は
角度θでの色ずれであり、red(θ)は角度θでの赤輝度レベルであり、bl
ue(θ)は角度θでの青輝度レベルであり、green(θ)は角度θでの緑
輝度レベルであることを特徴とする投影テレビジョン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID ,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,V N,YU,ZW (71)出願人 46,Quai A, Le Gallo F−92648 Boulogne Cede x France (72)発明者 プファイル ウェンディー レーン アメリカ合衆国 46226 インディアナ州 インディアナポリス イーストボーン ドライブ 4540 Fターム(参考) 2H021 BA21 BA22 BA29 2H049 CA01 CA05 CA22 5C060 BC05 GB02 HC20 JA01 JA20

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各イメージプロジェクタは投影軸を有し、隣接する任意の2
    つのイメージプロジェクタはイメージプロジェクタの対を規定し、各イメージプ
    ロジェクタの対は、入射角を規定する投影軸を有する、いくつかの異なる色のそ
    れぞれのイメージ用の複数のイメージプロジェクタ(14,16,18)と、 少なくとも1つの透光パネル(38)上に重ね合された基板(24)上に配設
    された少なくとも1つのホログラム(26)によって形成され、前記スクリーン
    は前記プロジェクタからのイメージを第1の面で受け取り、前記表示されるイメ
    ージの光拡散を制御して前記イメージを第2の面に表示する、投影スクリーン(
    22)と、 少なくとも1つの鏡は前記プロジェクタからのイメージを前記第1の面上に反
    射させ、前記スクリーンに直交する軸に対して約±30度の範囲の投影角を各イ
    メージごとに規定し、それによって前記第2の面に表示される前記イメージが前
    記スクリーンに直交する前記軸に対するディスプレイの角度に配向されるように
    前記投影スクリーンに反射される前記イメージの方向を変更し、前記ディスプレ
    イの範囲は0度から5度である前記プロジェクタ(14,16,18)と前記投
    影スクリーン(22)との間の光路に沿った少なくとも1つの鏡(20)と を備え、 前記投影スクリーンは、前記第2の面上に表示されるイメージが前記スクリー
    ンに直交する軸に対するある表示角範囲(±β)内の表示角(θ)に配向される
    ように、スクリーン上に反射されるイメージの方向を変更し、 前記スクリーン(22)は、視野を横切って水平方向および垂直方向に変動す
    る光学特性を有する干渉アレイを形成し、前記スクリーンは、下記の数式の少な
    くとも1つから得られる最大値によって求められるように、0度より大きくかつ
    ほぼ30度より小さいかまたは等しい全ての前記入射角についてほぼ5より小さ
    いかまたは等しい色ずれを有し、 【数1】 【数2】 上式で、θは前記水平視野角の範囲の任意の角度であり、C(θ)は角度θで
    の色ずれであり、red(θ)は角度θでの赤輝度レベルであり、blue(θ
    )は角度θでの青輝度レベルであり、green(θ)は角度θでの緑輝度レベ
    ルであることを特徴とする投影テレビジョン。
  2. 【請求項2】 前記投影角の範囲は、0度から30度であることを特徴とす
    る請求項1に記載の投影テレビジョン。
  3. 【請求項3】 前記投影角の範囲は、15度から30度であることを特徴と
    する請求項1に記載の投影テレビジョン。
  4. 【請求項4】 前記投影角の範囲は、少なくとも15度であることを特徴と
    する請求項1に記載の投影テレビジョン。
  5. 【請求項5】 前記少なくとも1つの鏡(20)は、前記投影角が少なくと
    も10度の極端な上向き角度を備えるように、前記複数のイメージプロジェクタ
    (14,16,18)と前記投影スクリーン(22)との間に配向されることを
    特徴とする請求項1に記載の投影テレビジョン。
  6. 【請求項6】 前記投影角は、10度から30度の極端な上向き角度を備え
    ることを特徴とする請求項5に記載の投影テレビジョン。
  7. 【請求項7】 前記投影角は、15度から30度の極端な上向き角度を備え
    ることを特徴とする請求項5に記載の投影テレビジョン。
  8. 【請求項8】 前記投影角は、少なくとも15度の極端な上向き角度を備え
    ることを特徴とする請求項5に記載の投影テレビジョン。
  9. 【請求項9】 前記少なくとも1つの鏡(20)は、前記投影角が0度より
    大きい極端な側面接近角度を備えるように、前記複数のイメージプロジェクタ(
    14,16,18)と前記投影スクリーン(22)との間に配向されることを特
    徴とする請求項1に記載の投影テレビジョン。
  10. 【請求項10】 前記投影角は、10度から30度の極端な側面接近角度を
    備えることを特徴とする請求項9に記載の投影テレビジョン。
  11. 【請求項11】 前記投影角は、15度から30度の極端な側面接近角度を
    備えることを特徴とする請求項9に記載の投影テレビジョン。
  12. 【請求項12】 前記投影角は、少なくとも15度の極端な側面接近角度を
    備えることを特徴とする請求項9に記載の投影テレビジョン。
  13. 【請求項13】 前記少なくとも1つの鏡(20)は、前記複数のイメージ
    プロジェクタ内の各イメージプロジェクタ(14,16,18)ごとに少なくと
    も1つの独立の鏡を備えることを特徴とする請求項1に記載の投影テレビジョン
  14. 【請求項14】 前記スクリーン(22)は、互いに積み重ねられた少なく
    とも2つのホログラムを備え、前記ホログラムは、前記視野を横切る個々の光学
    的特性の変動を有することを特徴とする請求項1に記載の投影テレビジョン。
  15. 【請求項15】 前記スクリーンは、前記少なくとも1つのホログラムに重
    ね合わされる少なくとも1つのフレネル要素を備えることを特徴とする請求項1
    に記載の投影テレビジョン。
  16. 【請求項16】 前記ホログラム(26)の後方に積み重ねられた少なくと
    も2つのフレネル要素(29、31)を備え、前記少なくとも2つのフレネル要
    素は重ね合わされた個々の視準効果を有することを特徴とする請求項15に記載
    の投影テレビジョン。
  17. 【請求項17】 前記少なくとも2つのフレネル要素(29、31)は、前
    記視野の垂直方向および水平方向のスパンを横切って変動する光学的特性をそれ
    ぞれ有することを特徴とする請求項16に記載の投影テレビジョン。
  18. 【請求項18】 前記少なくとも2つのフレネル要素(29、31)は、前
    記視野の垂直方向および水平方向のスパンを横切って変動する焦点距離をそれぞ
    れ有することを特徴とする請求項17に記載の投影テレビジョン。
  19. 【請求項19】 前記基板(24)は、ポリエチレンテレフタレート樹脂を
    備えることを特徴とする請求項1に記載の投影テレビジョン。
  20. 【請求項20】 前記3次元ホログラム(26)は、 水平半視野角:38度±3度、 垂直半視野角:10度±1度、 スクリーン利得:≧8、 色ずれ:≦3 の各性能仕様を有することを特徴とする請求項1に記載の投影テレビジョン。
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