專利名稱:用于投影屏的體散射體的制作方法
本發(fā)明涉及體散射體，更準(zhǔn)確地說，它涉及一些投影屏，在這些投影屏中含有主要用來控制投影光線垂直發(fā)散的體散射體。例如，這些屏被用在投影電視系統(tǒng)中。
體散射體可以說成含有鑲嵌在折射率稍有不同的基質(zhì)上的一些小球體。體散射體的分布特性是小球體的尺寸和折射率、基質(zhì)厚度和折射率以及在基質(zhì)上小球體的裝填密度的函數(shù)。
用在投影電視屏上的體散射體是由它們的半強度角加以特征規(guī)定的。半強度角的定義是強度降為其最大強度一半的角。通常人們假定在已知的特定半強度角度內(nèi)，則其強度分布將呈高斯型。然而，這不能解釋在投影電視屏上所看到的某些異?，F(xiàn)象，即(1)在比測得的半強度角大得多的角度上，圖象仍是可見的，(2)屏的分辨率不如預(yù)料的那樣高，(3)屏的增益比預(yù)料的要低。
在典型的投影電視屏上，體散射體的厚度為3毫米，半強度角為8°，則人們推定強度分布可能是高斯型。在這種典型的體散射體中，小球體和基質(zhì)的折射率分別為1.53和1.49。小球體的體積比為2%，而它的直徑為5-100微米。
1985年12月在美國光學(xué)學(xué)會雜志(JOSA)上發(fā)表的題目為“用于投影屏的體散射體的衍射分布”的文章中，申請人披露了用于分析體散射體的計算機程序，其中假定所有的小球有相同的直徑。利用該程序，利用測得的8°半強度角和小球體的直徑范圍為5-100微米，可確定小球體的有效直徑為17.3微米。(小球體有效直徑是一個單獨的直徑，它有充分理由精確地代表小球體的直徑范圍)。然后可以利用這個程序去畫出該散射體的作為角度函數(shù)的預(yù)計的強度曲線。這條曲線與對樣品體散射體所測得的強度曲線均由圖1示出。
這條曲線橫坐標(biāo)表示散射光的發(fā)散角β，縱坐標(biāo)強度Ⅰ表示它與最大強度的比值。圖1的實線表示作為角度函數(shù)的測得的強度。而短劃線和點線分別表示預(yù)計分布和高斯分布。通過將預(yù)計值和實測結(jié)果與對應(yīng)于高斯分布的曲線比較，可清楚地看到，預(yù)計的和實測的曲線不是高斯曲線。
本發(fā)明的目的是提供一種用于投影電視屏的體散射體，它呈現(xiàn)高斯分布。
對于把一個準(zhǔn)直光束擴展為一個高斯光束的散射體來說，則其半強度角也與包括光束能量一半的角度即半能量角相對應(yīng)。本申請人已認(rèn)識到，當(dāng)散射體由半強度角描述時，半能量角是體散射體的重要參數(shù)。
包括在已知角β里的能量百分比(β)可用下式算出E(β)=100［∫oβI(β)βdβ∫0∞I(β)βdβ]]>其中Ⅰ(β)是作為角度函數(shù)的強度實測(或預(yù)計)值。按照上述公式，預(yù)計半能量角為13.75°，實測半能量角為15.58°。就上述體散射體而言可推定，因為半強度角為8°，則半能量角也將是8°。這種偏差解釋了在投影電視屏里的上述異?，F(xiàn)象。
考慮到上述情況，選擇用于投影電視屏的體散射體的方法包括選擇所要求的半強度角，選擇所需要的體散射體的厚度和確定小球體的有效直徑，小球體的折射率和小球體的裝填密度，以使半能量角實際上等于半強度角。
考慮到上述的以及將在下文敘述的附加目的和優(yōu)點，本發(fā)明將參照附圖加以描述，在附圖中圖1是對于典型體散射體來說的作為角度函數(shù)的強度曲線;
圖2是后投影電視屏的剖視圖;
圖3是用來測量散射體半能量角的試驗配置的原理圖;
圖4是用于根據(jù)本發(fā)明的方法所選擇的體散射體的作為角度函數(shù)的強度曲線;
參考圖2，它示出一個后投影電視屏，并包含一個菲涅耳(Fresnel)透鏡F，該透鏡位于投影光源(未示出)的對面。平凸式透鏡陣列L面對觀眾視野放置。放在平凸式透鏡L和菲涅耳透鏡F之間的是體散射體B。這個后投影電視屏可以根據(jù)美國專利4，573，764號制造，參考這份專利可以得到更詳細(xì)的了解。
體散射體B包括使小球S均勻分散在其中的基質(zhì)。小球體S的折射率稍微大于(或者可能略小于)基質(zhì)的折射率，就這點而論能對通過體散射體的任何光線進行散射。
盡管半能量角E(β)可以用上述公式確定，但本申請人研制了一種可用來直接測量半能量角E(β)的裝置。正象圖3所示的那樣，一個低功率，例如1毫瓦氦氖激光器10產(chǎn)生通過體散射體B的光束。全部光束由透鏡12會聚和準(zhǔn)直。透鏡14將這光線聚焦到探測器16上。例如透鏡12和14是孔徑比為f/0.65的非球面透鏡。一個功率表18連到探測器16上，這樣能直接讀出被散射光束的總能量。位于透鏡12的出射光瞳上的可變光欄20被逐漸減小，直到功率表記錄到光束總能量的一半時為止。這樣半能量角可由下式算出E＝Sin-1〔 (d)/(2f) 〕
其中d是與上述能量的一半相對應(yīng)的可變光欄20的直徑，f是透鏡12的焦距;d可用測徑器測量。
當(dāng)安裝成系統(tǒng)時，要緊的是要使透鏡12和14的兩個大曲率表面相對而立?？勺児鈾?0應(yīng)盡可能地靠近透鏡12，并應(yīng)仔細(xì)安裝確保體散射體B處在透鏡12的焦平面上，而探測器16則被置于透鏡14的焦平面上。
按照本發(fā)明設(shè)計成的能產(chǎn)生高斯強度分布和8°半能量角的體散射體，具有下列特性散射體厚度-3毫米基質(zhì)折射率-1.49小球體的折射率-1.508體積比-2%小球體有效直徑-8微米5微米＜小球體直徑＜25微米有價值范圍內(nèi)的體散射體的擴散特性是由其厚度和裝填密度這兩者的乘積決定的，而不是這兩個參數(shù)中的某一個單獨決定的，如果厚度與裝填密度成反比，則具有同樣半能量角的體散射體可以具有不同的裝填密度。
圖4是預(yù)計強度分布和高斯分布曲線圖。正象圖1指出的那樣，用點線表示高斯分布，用短劃線表示作為散射角函數(shù)的強度值的預(yù)計函數(shù)關(guān)系。
這里所披露的許多結(jié)構(gòu)上的更換將呈現(xiàn)給那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員。然而，將認(rèn)識到，這里所披露的內(nèi)容涉及到本發(fā)明的最佳實施例，它僅僅是為了說明本發(fā)明，而不會構(gòu)成對本發(fā)明的限制。不背離本發(fā)明精神的所有這類的改進均應(yīng)包含在附加的權(quán)利要求
范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于后投影屏的體散射體，它包括具有第一種折射率的基質(zhì)，該基質(zhì)中裝填有許多小球體，這些小球體的直徑有一定范圍，小球體有與第一種折射率不同的第二種折射率，其特征在于小球體的裝填密度和直徑范圍能使體散射體，以相等的半強變角和半能量角散射入射光。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的體散射體，其特征在于所說的第二種折射率大于所說的第一種折射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的體散射體，其特征在于上述半強度角和上述半能量角實際上等于8度。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的體散射體，其特征在于上述體散射體厚度為3毫米，而上述小球體的所說裝填密度為2%。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1、2、3或4所述的體散射體，其特征在于上述小球體的所說的直徑范圍為5-25微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1、2、3、4或5所述的體散射體，其特征在于上述第一種折射率約為1.49，而上述第二種折射率約為1.508。
專利摘要
本文描述了用于后投影電視屏的體散射體，該屏呈現(xiàn)高斯強度分布。通過適當(dāng)選擇基質(zhì)的折射率和其中小球體的裝填密度和直徑范圍，則半強度角可被做來等于半能量角，因而使體散射體的強度分布成為高斯分布。
文檔編號G03B21/62GK87103960SQ87103960
公開日1988年1月27日 申請日期1987年6月2日
發(fā)明者托馬斯·斯圖爾特·麥基奇尼, 吉爾·福勒·戈登堡 申請人:菲利浦光燈制造公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan