CN1177489C - 一种控制投影电视色温的方法 - Google Patents

Abstract

一种控制投影电视色温的方法，所述投影电视具有红、绿和蓝色图象投影器和投影屏幕，该方法包括：全息地改进所述屏幕的色偏性能，其导致以不同于屏幕正交方向的水平角度投射其上的图象的衰减。沿着与所述投影屏幕正交取向的光轴投影蓝色图象，并且沿着分别向所述正交取向光轴会聚的光轴投影红色和绿色图象，从而有可能当在所述屏幕上产生白色图象时，以相等的能量等级激励所述蓝色和绿色投影器。同沿着与所述投影屏幕正交取向的光轴投影绿色图象相比，所得到的图像具有比较蓝但是可以接收的色温。以高于绿色图象投影器的能量等级来激励蓝色图象投影器。

Description

一种控制投影电视色温的方法

技术领域

本发明总体上涉及投影电视接收机领域，且尤其涉及一种控制投影电视色温的方法，其中所述投影电视具有红、绿和蓝色图象投影器和投影屏幕。

背景技术

色偏被定义为：当从水平面的不同角度观看时，由红、绿、和蓝投影管发出的投射图象在投影屏中心处形成的白图象的红/蓝或绿/蓝比例，相对于在垂直观看角度的峰值亮度时所看到的改变。

色偏问题是由必须有不同颜色图象，如红，蓝和绿色，的至少三个图象投影器而引起的。投影屏在第一端接收来自至少三个投影器的图象，并在第二端通过控制所有显示图象的光偏转而显示这些图象。通常为绿色的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端的至少两个投影器，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。色调差别大的情况通常是白色均匀度较差。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等式(I)和(II)进行评价：

$\left(I\right)----C\left(\mathrm{\θ}\right)=20\·\log 10\left(\frac{\mathrm{red}\left(\mathrm{\θ}\right)}{\mathrm{blue}\left(\mathrm{\θ}\right)}\right);$ 及

$\left(\mathrm{II}\right)----C\left(\mathrm{\θ}\right)=20\·\log 10\left(\frac{\mathrm{green}\left(\mathrm{\θ}\right)}{\mathrm{blue}\left(\mathrm{\θ}\right)}\right)$

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。

一般地，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通常是通过挤压法利用一或多个有图案的辊形成热塑性板材表面的形状而制造的。其轮廓一般为凸透镜元件阵列。凸透镜单元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，或另外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，屏幕的一个表面是能够提供光散射的菲涅尔透镜型。现有技术减小色偏和改进白色均匀度的努力，仅仅集中在屏幕的两个方面。一个方面是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。这些努力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开的凸透镜轮廓方面，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，椭圆或双曲线形的，并由下列等式(III)表示：

$Z\left(x\right)=\frac{{\mathrm{Cx}}^2}{1+[1-(K+1)C^2{x}^2{]}^{\frac{1}{2}}}----\left(\mathrm{III}\right)$

其中C是主曲率，而K是圆锥曲线的常数。

另外，透镜具有高于二次项的曲线。

在用这种双侧凸透镜构成的屏幕中，已经规定了出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，或色差可以较小。

除了这些减小色偏或白色不均匀性的方案之外，其他改进投影屏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合适视场的。这些技术不是本文所要考虑的内容，在此不作详述。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和其附近。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。

尽管在投影屏设计中危害性的研究已有许多年，但是有关的改进仍不断地提出。而且，还没有突破某些基准。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是不为人知的。

小α角有一个明显且不希望的效果，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。减小投影电视机壳尺寸的技术，一般取决于反射镜的布置。这些努力最终还受到入射角度范围小的限制。

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利权的方法将其制成三维全息图。US.5,576,853描述了该全息摄影制造方法的一部分。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的体全息元件的具体全息结构，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°的屏幕的投影电视接收机，但是与传统投影屏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则没有进展。而且，尽管建议了三维全息图可以用于投影屏，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供色偏性能且还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。

发明内容

根据本文所教导的发明方案的投影电视接收机，提供了这样一种对色偏性能(按幅值量级测量)的明显改进，其投影电视接收机的入射角α在小于10°或11°范围内可以达到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达到约30°的投影电视接收机。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(例如等于5的色偏)一样好，而在小α角接收机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出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图构成的屏幕。

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)所测得的三维全息屏幕色偏性能出乎意料地低，令人震惊。限制现有技术改进步伐的障碍已经完全消除。而且，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：至少不同颜色图象的三个投影器；有制备在基板上三维全息图构成的投影屏，该屏幕在第一侧面接收来自投影器的图象，并在第二端显示该图象且控制所显示图象的光散射；投影器之一具有基本与屏幕正交取向的第一光路，而至少两个投影器分别具有非正交倾斜入射角向第一光路会聚的光路；以及代表具有用于有效减小显示图象色偏结构的干涉或衍射阵列的三维全息图，该屏幕在大于零小于或等于约30度入射角范围内具有小于或等于约5的色偏，如至少下式之一所获得的最大值确定的那样：

$C\left(\mathrm{\θ}\right)=20\·{\log }_{10}\left(\frac{\mathrm{red}\left(\mathrm{\θ}\right)}{\mathrm{blue}\left(\mathrm{\θ}\right)}\right)----\left(I\right)$

$C\left(\mathrm{\θ}\right)=20\·{\log }_{10}\left(\frac{\mathrm{green}\left(\mathrm{\θ}\right)}{\mathrm{blue}\left(\mathrm{\θ}\right)}\right)----\left(\mathrm{II}\right)$

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。屏幕的色偏最好小于5，例如小于或等于4，3或甚至为2。

就已知的10°或11°左右入射角处遮挡而言，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。

该屏幕进一步包括一个透光的加强组件，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，如聚对苯二甲酸乙烯酯树脂膜。该基板可以是厚度在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图。薄膜的厚度与性能无关。三维全息图具有不大于约20微米范围内的厚度。

现有技术的投影电视系统通常具有由三个阴极射线管(红、绿和蓝)组成的阵列，且绿色的阴极射线管位于阵列的中间。本发明的投影电视中，位于阵列中心的是蓝色阴极射线管，且具有全息屏幕。

本发明提供了一种控制投影电视色温的方法，所述投影电视具有红、绿和蓝色图象投影器和投影屏幕。该方法包括步骤：全息地改进所述屏幕的色偏性能，所述的经全息改进的色偏性能引起以不同于屏幕正交方向的水平视角投射其上的图象的衰减；沿着与所述投影屏幕正交取向的光轴投影蓝色图象；沿着分别向所述正交取向光轴会聚的光轴投影红色和绿色图象；以及当在所述屏幕上产生白色图象时，以相等的能量等级激励所述蓝色和绿色投影器。

附图说明

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是本发明方案加强的投影屏侧视图。

图4是表示采用本发明全息元件投影屏时，作为水平视角函数的正交化亮度的曲线图。

具体实施方式

图1表示的是投影电视接收机10。排成阵列12的投影阴极射线管14，16和18分别提供了红色，绿色和蓝色的图象。这些阴极射线管透镜15，17和19。投影的图象被反射镜20反射到投影屏22上。还可以根据光路的具体结构，采用附加反射镜。蓝色阴极射线管18沿着光路32投射蓝色图象，该光路与屏幕22基本正交。换句话说，光路与屏幕成直角。红色和绿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向低于光路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上的三维全息图26。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。基板适宜为长寿命透明防水膜，如聚对苯二甲酸乙烯酯树脂膜。这类膜的一种是可以从E.I.du Pont deNemours & 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，约等于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图。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。三维全息图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利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图。

用于上述和本文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根据下述性能指标而制成的：

水平半视角：38°±3°，

垂直半视角：10°±1°，

平面增益：≥8，

色偏：≤3，

其中水平和垂直视角是其传统方法测得的，屏幕增益是正交于屏幕进行测量时，从源射向观看表面后面光强与从观看表面前面射向观看者光强相除的商，而色偏按上述的方法测量。

如发明概述中所说的，三维全息投影屏非凡的色偏性能是完全出乎意料的。

图2是投影电视的简图，其中为了解释色偏性能省略了反射镜和透镜。红色蓝色阴极射线管14和18的光轴34和36，是关于蓝色阴极射线管18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，且还必须与屏幕间隔开以免彼此撞击。当α角足够小时，这种烦恼是不可避免的。这将不得已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，可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°左右入射角处遮挡而言，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。形成三维全息图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组件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。加强组件38是一个厚度在约2-4mm范围内的层状材料。屏幕22和加强组件是通过全息层26与加强组件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还可以做下述一和多种处理：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/或其构造中的层，可以具有其它光学透镜或凸透镜阵列，以控制除了色偏性能之外投影屏性能特性，如传统投影屏幕常常要做的不削弱三维全息投影屏幕高色偏性能的处理。

传统的投影电视设计成把绿色投影管放置在三个管子阵列的中间。用凸透镜或菲涅尔投影屏幕，通常可在人眼最敏感的颜色区提供最好的分辨率。为了产生白色，所有三个投影管都按全强度发射。为了产生白色，这种普通的投影电视系统需要较大的电流驱动绿和蓝投影管，和较低的电流驱动红投影管。系统的具体色温很大程度上取决于提供给绿和蓝投影管的电流。

根据本发明的这一方面，全息投影系统有这样的安排：位于投影阵列中间的是需要最大电流的投影管，即蓝投影管，而不是绿投影管。与全息元件屏幕组合，得到与现有技术教导相反的几个优点。图4表示了采用本发明全息元件屏幕时所取得的作为水平视角函数的归一化亮度曲线图。全息屏幕有一个与凸透镜或菲涅尔透镜屏幕不同的受控入射角特征。既使对于偏离垂直或正交方向几度的水平视角，输入光都有衰减(即不能象零度角光束那样有效地透过屏幕)。蓝投影管位于投影阵列中间的安排，可以均衡施加到该管子上和绿投影管上的电流，并同时提供可接受的色温。

例如，在采用凸透镜屏幕而非全息屏幕的传统的46″投影电视系统中，测得的绿光输出与蓝光输出的比例是9.4。除去凸透镜而在该投影电视系统中加入本发明的全息屏幕。测得的绿光输出与蓝光输出比例为10.1。于是，如果蓝管子相零度位置(中心)移动，将有6-7％的蓝投影管输出光余量；如果绿色CRT移向传统蓝管子位置，将有6-7％的绿色CRT输出光欠量。

Claims (2)

1.一种控制投影电视色温的方法，所述投影电视具有红、绿和蓝色图象投影器和投影屏幕，该方法包括步骤：

全息地改进所述屏幕的色偏性能，所述的经全息改进的色偏性能引起以不同于屏幕正交方向的水平视角投射其上的图象的衰减；

沿着与所述投影屏幕正交取向的光轴投影蓝色图象；

沿着分别向所述正交取向光轴会聚的光轴投影红色和绿色图象；以及

当在所述屏幕上产生白色图象时，以相等的能量等级激励所述蓝色和绿色投影器。

2.权利要求1的方法，进一步包括通过在三维全息图(26)中表现三维干涉阵列而全息地改进色偏性能的步骤。

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