ВОГНУТЫЙ ПРОЕКЦИОННЫЙ ЭКРАН И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G03B21/60 

Изобретение относится к области кинофототехники, в частности к проекционным экранам направленного отражения, используемых в профессиональной кинематографии, проекционном телевидении в различных кино- и диапроекционных установках, при "дневной" проекции, на выставках, в учебном кино и т.д.

Известен проекционный экран, содержащий вогнутую отражающую поверхность с нанесенными на ней, ориентированными в основном в одном направлении, продолговатыми выступами и впадинами трапецеидальной формы разной длины [1]
Известен способ изготовления проекционного экрана, включающий образование поверхности с продолговатыми выступами и впадинами ориентированными в основном в одном направлении, путем проката под давлением в одном направлении двух листов фольги или пленки между гладкими валами, разделение и крепление на вогнутую основу экрана внутренней поверхностью наружу [2]
Однако известный проекционный экран характеризуется отражающей поверхностью, в которой продолговатые выступы и впадины имеют случайные неодинаковые размеры по ширине и длине. Поэтому, хотя выступы и впадины и группируются в основном в одном направлении, они создают порой флуктуации освещенности по площади пятна направленно отраженного света, что может значительно снижать его стабильность и равномерную освещенность.

Известный способ изготовления проекционного экрана не позволяет получать равномерные, одинаковые и высокоориентированные в одном направлении выступы и впадины, обеспечивающие стабильность и равномерную освещенность пятна отраженного от экрана определенно направленного света.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является вогнутый проекционный экран, содержащий слой материала с отражающей поверхностью с множеством ориентированных в одном направлении частично перекрывающихся сферических и вогнутых по форме отражающих линз, сформированных в поверхности слоя, каждый отдельный отражатель имеет определенно-направляющий ряд ступеней дуги, заключенной по высоте и ширине в слое, и множество плоских светопоглощающих элементов, размещенных перпендикулярно к каждой поверхности линз [3]
Там же известен способ получения вогнутого проекционного экрана, включающего формирование отражающей поверхности полированием слоя материала с высокоотражающими свойствами, формирование множества ориентированных в одном направлении продолговатых вогнутых сферической формы выемок посредством штампования рисунчатой подложкой и размещение перпендикулярно к каждой поверхности выемок плоских светопоглощающих элементов.

Однако известный проекционный экран является конструктивно сложным и не обеспечивает равномерную освещенность по всей площади отраженного от экрана светового пятна в направлениях, создаваемых ориентацией линз по поверхности экрана, за счет наличия светопоглощающих элементов и наличия линз большого размера, не обеспечивающего непрерывно-равномерное восприятие человеческого зрения по поверхности экрана при переходе от одной линзы к другой. А использование в качестве слоя слой алюминия с отражающей поверхностью для возможности осуществления штамповки значительно удорожает экран.

Способ получения такого проекционного экрана также является сложным из-за необходимости использования штампа для обработки отражающей поверхности с высокой оптической чистотой и сложным рисунком, обеспечивающим нанесение линз на экране.

Технической задачей изобретения является повышение равномерности отраженного светового пятна при упрощении технологии получения.

Технический результат достигается тем, что в вогнутом проекционном экране, содержащем слой материала с отражающей поверхностью с множеством ориентированных в одном направлении продолговатых вогнутых отражающих линз, сформированных в поверхности слоя. В отличие от прототипа, отражающие линзы сформированы в поверхности слоя термопластического полимера и выполнены в виде части эллипсоида или цилиндрической поверхности, большие оси которых проходят вдоль поверхности слоя, и глубиной 0,5-500,0 мкм.

Отражающая поверхность может быть изогнута по двум направлениям, причем один радиус кривизны расположен в плоскости предпочтительного отражения, а другой в плоскости, перпендикулярной плоскости предпочтительного отражения и параллельной направлению больших осей отражающих линз, покрывающих экран.

Технический результат достигается также тем, что в способе получения вогнутого проекционного экрана, включающем формирование отражающей поверхности на слое материала и формирование множества ориентированных в одном направлении продолговатых вогнутых отражающих линз посредством прикладывания нагрузки. В отличие от прототипа, перед формированием осуществляют ориентированное в одном направлении нанесение микроэллипсоидов или микроцилиндров на слой термопластического полимера с их большими осями, расположенными вдоль поверхности слоя, и размером малых осей 2,0-1000,0 мкм, формирование линз осуществляют посредством термопрессования микроэлементов или микроцилиндров до их частичного погружения в слой при температуре размягчения полимера, после формирования осуществляют охлаждение слоя, снятие нагрузки и извлечение микроэллипсоидов или микроцилиндров из слоя, а формирование отражающей поверхности осуществляют после извлечения последних посредством нанесения металла с высокоотражающими свойствами.

На фиг. 1-4 представлена принципиальная конструкция проекционного экрана; на фиг. 5 -график углового распределения отраженного экраном света.

Вогнутый проекционный экран содержит слой термопластического полимера 1 с отражающей поверхностью 2 с множеством ориентированных в одном направлении продолговатых вогнутых отражающих линз в виде части эллипсоида 3 (фиг. 1а) или цилиндрической поверхности 4 (фиг. 3), большие оси 5 которых проходят вдоль поверхности слоя, и глубиной 0,5-500,0 мкм.

Отражающая поверхность 2 изогнута по двум направлениям, причем один радиус кривизны 6 расположен в плоскости предпочтительного отражения, а другой радиус кривизны 7 в плоскости, перпендикулярной плоскости предпочтительного отражения и параллельной направлению больших осей 5 отражающих линз, покрывающих экран.

Способ получения вогнутого проекционного экрана реализуют следующим образом.

Осуществляют ориентированное в одном направлении нанесение микроэллипсоидов или микроцилиндров, например, с помощью сита или путем распыления на слой термопластического полимера 1, например, лавсана, полиэтилена, полипропилена и т.п. эмульсии типа латекса, содержащей микроэллипсоиды или микроцилиндры.

При этом слой термопластического полимера 1 предварительно выполняется в виде вогнутого проекционного экрана преимущественно изогнутой по двум направлениям, причем один радиус кривизны 6 расположен в плоскости предпочтительного отражения, а ориентированное нанесение микроцилиндров или микроэллипсоидов осуществляют вдоль другого радиуса кривизны 7, расположенного в плоскости, перпендикулярной плоскости предпочтительного отражения и параллельной направлению больших осей 5 микроэллипсоидов или микроцилиндров. Радиус кривизны поверхности экрана в среднем в 4,5 раза больше его ширины.

Микроэллипсоиды получают из аналогичного материала, как и микрошарики, - из стекла, кварца, коалина, полиметилметакрилата или полистирола по специальной технологии, позволяющей получать вместо микрошариков - микроэллипсоиды с размером малого диаметра 60,0-1000,0 мкм. Микроцилиндры получают из волокон, например, стекловолокон или аналогичного микрошарикам материала диаметром свыше 2 мкм путем их резки, например, лазерным излучением необходимого размера по их большой оси. Отношение большой оси к малой у микроэллипсоидов или микроцилиндров составляет в оптимальном варианте 2:1 (в качестве малой оси у микроцилиндра принимают его диаметр), но может иметь отношение (1,5-3,0):1.

Микроэллипсоиды или микроцилиндры наносят преимущественно одинакового размера для обеспечения наиболее устойчивого и равномерно направленного пятна отраженного света. Однако, они могут также иметь разнообразные размеры от 2,0 до 1000,0 мкм по их малой оси и содержать от 10 до 1200 штук в 1 см в направлении их поперечного сечения.

Затем осуществляют формование линз посредством термопрессования микроэллипсоидов или микроцилиндров до их частичного погружения на глубину 0,25-0,5 их малой оси (диаметра) в слой термопластичного полимера (при температуре размягчения соответствующего полимера).

Температура прессования микроцилиндров или микроэллипсоидов соответствует температуре размягчения соответствующего полимера, например, для полиэтилена 90-112^oC, лавсана 150-197^oC.

В результате проведенных испытаний, как оказалось, оптимальной при прессовании является текучесть полимера, равна 0,09-51,0 дг/мин, при этом в результате прессования получается форма линз наиболее высокого качества, четко соответствующего форме используемого микроэллипсоида или микроцилиндра, то, следовательно, оптимальной температурой, при которой достигается такое размягчение полимера, является 90-197^oC.

При температуре более низкой, чем температура размягчения полимера, например, для полиэтилена 85^oC, создаются значительные механические трудности при запрессовании микроэллипсоидов или микроцилиндров в полимер, приводящие к деформированию последнего, быстрому изнашиванию или разрушению как микроэллипсоидов или микроцилиндров, так и рабочей поверхности пресса. Причем требуется, при этом, значительный перерасход энергии на осуществлении прессования.

При превышении температуры размягчения полимера, например, у лавсана - 202^oC, может происходить как испарение полимера (его безвозвратные потери), так и получение бесформенных по форме линз из-за высокой текучести полимера, что приводит к резкому снижению качества получаемого экрана или невозможности его использования. Использование термопластического полимера обусловлено тем, что ряд полимеров при повышении температуры разлагается без размягчения или теряет свои свойства безвозвратно, например, формальдегидный полимер.

Глубина погружения микроцилиндров или микроэллипсоидов на 0,25-0,5 размера их малых осей (диаметра) обусловлена возможностью наиболее тесного расположения линз на поверхности экрана при ориентированном размещении микроцилиндров или микроэллипсоидов в виде монослоя и при погружении их на глубину в 0,5 размера их малых осей (диаметра) и наименее плотном расположении линз при размещении микроцилиндров или микроэллипсоидов в виде монослоя при их погружении на глубину 0,25 размера их малых осей (диаметра), когда, в случае использования микроэлементов максимального размера 1000 мкм нормальное человеческое зрение не воспринимает разрывов между линзами при наблюдении отраженного пятна, наблюдая все, как единое целое, без флуктуаций.

Погружение микроэллипсоидов или микроцилиндров на глубину свыше 0,5 размера их малых осей (диаметра) нецелесообразно из-за необходимости применения дополнительной мощности к процессу при их погружении при ухудшении формы и, как следствие, отражающих способностей линз. Кроме того, затрудняется, при этом, извлечение микроэлементов из полимера после снятия нагрузки.

Погружение микроцилиндров или микроэллипсоидов в полимер на глубину менее 0,25 размера их малых осей (диаметра) приводит к ухудшению отражающих способностей образуемых при этом линз не менее чем на 10-15% из-за нечеткой как формы применяемых микроэлементов, так и ориентации их больших осей.

Размеры микроцилиндров или микроэллипсоидов 2,0-1000,0 мкм по их малым осям (диаметрам) обусловлены геометрическими трудностями (при размерах меньше 2,0 мкм) как при получении таких микроэллипсоидов или микроцилиндров, так и при их ориентированном нанесении, прессовании и извлечении из поверхности полимера.

Применение микроцилиндров или микроэллипсоидов с размером малых осей (диаметром) свыше 1000,0 мкм приводит, как отмечалось выше, к невозможности наблюдения отраженного от экрана светового пятна как равномерного единого целого нормальным человеческим зрением.

В качестве нагрузки при прессовании используют, например, пуассон, соответствующий форме поверхности экрана.

После формировании осуществляют охлаждение слоя полимера, например, быстрое охлаждение слоя полимера воздушной струей до температуры более низкой, чем температура размягчения соответствующего полимера, например, до 80^oC.

После чего осуществляют снятие нагрузки путем отвода пуансона с формой, соответствующей форме поверхности экрана.

Затем осуществляют извлечение микроэллипсоидов или микроцилиндров из слоя полимера, например, вибрацией с резонансной частотой, соответствующей собственным колебаниям микроэлементов.

После чего осуществляют формирование отражающей поверхности посредством нанесения металла с высокоотражающими свойствами одним из стандартных методов, например вакуумным напылением на рабочую поверхность экрана (полимера с формообразованными линзами) алюминия, меди, серебра и т.п.

Вогнутый проекционный экран работает следующим образом.

Коэффициент светимости или кратность увеличения яркости определяется как отношение светимости материала к светимости идеального рассеивателя. Для идеального распределения отраженного света, падающего на материал экрана, необходимо иметь постоянное соотношение светимости, которое должно распространяться до границ заданного угла и потом резко падать до нуля светимости, что и наблюдается в заявляемом проекционном экране.

Светимость или кратность увеличения экрана при освещении от источника света равна 19 по оси и резко падает с увеличением угла рассеивания в более узком диапазоне углов при наличии интервалов с постоянным значением по сравнению с прототипом, особенно в горизонтальном направлении, особенно при использовании линз одинаковой формы и размера (фиг. 2). Пунктирные линии кривых 8 и 9 показывают коэффициент светимости и представляют вертикальное и горизонтальное распределение, соответственно, светимости проекционного экрана по прототипу, имеющего среднюю краткость увеличения примерно 8 внутри полезного угла обзора и резко падает с увеличением угла рассеивания. Кривые 10 и 11 представляют распределение горизонтального и вертикального света, соответственно, предлагаемого проекционного экрана, имеющего при более высокой средней яркости для данных углов, более равномерное по углам рассеивание при более узком диапазоне его падения не менее чем в 1,5 раза. Именно такой вид кривых и создает оптимальный контраст (при плоской вершине и более резком спаде).

Радиусы кривизны в вертикальной и горизонтальной плоскостях, как отмечалось выше, могут быть разные, причем поверхности, образованные при этом, имеют тороидальный вид. В этом случае яркость экрана увеличивается за счет уменьшения угла рассеивания света. Однако уменьшение угла рассеивания уменьшает размер используемого пространства зала.

Именно комбинация линз эллипсоидальной формы или формы цилиндра с поверхностью тороидальной формы позволяет достигнуть требуемую плоскую вершину и резкие спады, то есть отношения светимости могут быть достигнуты при получении меньших углов рассеивания, что и обусловлено разными радиусами кривизны экрана и направленной ориентацией линз вдоль одного из радиусов.

В этом случае яркость экрана увеличивается за счет использования вогнутых микролинз формы части эллипсоидной или формы части цилиндрической поверхности (особенно одинакового размера) при их направленной ориентации.

Все это позволяет повысить равномерность углового распределения отраженного света как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, нет затемненности картины, ухудшения контрастности и цветовой чистоты в присутствии сильного построенного света, как в прототипе.

На основании вышеизложенного новым техническим результатом изобретения является:
повышение равномерности и качества отраженного светового пятна не менее чем в 1,5 раза за счет использования ориентированных микролинз формы части эллипсоидной или формы части цилиндрической поверхности, в том числе ориентированных вдоль определенного радиуса кривизны экрана.

упрощение технологии получения экрана не менее чем на 10% за счет исключения специального рисунчатого штамповочного оборудования и применения слоя полимера при изготовлении отражающих линз в экране вместо дорогостоящего слоя металла.

Использование: кинофототехника. Сущность изобретения: экран содержит слой 1 материала с отражающей поверхностью 2 с множеством ориентированных в одном направлении продолговатых вогнутых отражающих линз в виде части эллипсоида 3 или цилиндрической поверхности, большие оси 5 которых проходят вдоль поверхности слоя, и глубиной 0,5-500,0 мкм. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Вогнутый проекционный экран, содержащий слой материала с отражающей поверхностью в виде множества ориентированных в одном направлении продолговатых вогнутых отражающих элементов, отличающийся тем, что слой материала выполнен из термопластического полимера, а отражающие элементы выполнены в виде части эллипсоида или цилиндрической поверхности, большие оси которых проходят вдоль поверхности слоя и глубиной в нем 0,5 500,0 мкм. 2. Экран по п. 1, отличающийся тем, что отражающая поверхность изогнута по двум направлениям, причем радиусы кривизны расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, причем одна из них параллельна направлению больших осей отражающих элементов. 3. Способ получения вогнутого проекционного экрана, заключающийся в формировании на слое материала отражающей поверхности в виде множества ориентированных в одном направлении продолговатых вогнутых отражающих элементов линз посредством прикладывания нагрузки, отличающийся тем, что перед формированием отражающей поверхности ориентируют в одном направлении наносимые на слой материала из термопластического полимера микроэллипсоиды или микроцилиндры, большие оси которых расположены вдоль поверхности слоя, а размеры малых осей составляют 2,0 10000 мкм, формирование отражающей поверхности осуществляют путем термопрессования микроэллипсоидов или микроцилиндров до их частичного погружения в слой материала при температуре размягчения соответствующего полимера, после чего охлаждают слой материала, снимают нагрузку и извлекают микроэллипсоиды или микроцилиндры из слоя материала, затем наносят металл с высокоотражающими свойствами.