(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像発生源から入射した映像光を透過し映像観視側に出射する透過型スクリーンにおいて、
前記映像発生源側に映像光を集光するための複数個の第１レンズが連続的に配置され、かつ前記映像観視側にフレネルレンズが形成された第１スクリーンシートと、該第１スクリーンシートの映像観視側に配置され、かつスクリーン画面水平方向に光を拡散するための第２レンズを含む第２スクリーンシートとを備え、
前記第１スクリーンシートは、屈折率の異なる複数の基材を接合して構成され、前記第１レンズの焦点が、前記基材同士の接合面近傍に位置し、
該接合面は、前記第１レンズにより集光された映像光を略平行光に変換して前記フレネルレンズへ出射するための複数のレンズ部が設けられ、前記接合面の前記レンズ部相互間に光吸収層を設けたことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項２】
請求の範囲第１項記載の透過型スクリーンにおいて、前記光吸収層は、スクリーン入射面に平行に設けられることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項３】
請求の範囲第１項記載の透過型スクリーンにおいて、前記第１レンズは、スクリーン画面水平方向を長手方向とする複数のレンチキュラーレンズであり、該レンチキュラーレンズがスクリーン画面垂直方向に連続的に配置されることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項４】
映像発生源から入射した映像光を透過し映像観視側に出射する透過型スクリーンにおいて、
前記映像発生源側に映像光を集光するための複数個の第１レンズが連続的に配置され、かつ前記映像観視側にフレネルレンズが形成された第１スクリーンシートと、該第１スクリーンシートの映像観視側に配置され、かつスクリーン画面水平方向に光を拡散するための第２レンズを含む第２スクリーンシートとを備え、
前記第１スクリーンシートは、屈折率の異なる複数の基材を接合して構成され、前記映像発生源側に位置する基材の屈折率をｎ0、前記映像観視側に位置する基材の屈折率をｎ1とした場合に、
ｎ1＞ｎ0
の関係を有し、
前記基材同士の接合面に、前記第１レンズで集光された光を略平行光に変換して前記フレネルレンズに出射するための、映像観視側に凹の形状を有する複数のレンズ部が設けられ、かつ該レンズ部の相互間に光吸収層を設けたことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項５】
映像発生源から入射した映像光を透過し映像観視側に出射する透過型スクリーンにおいて、
前記映像発生源側に映像光を集光するための複数個の第１レンズが連続的に配置され、かつ前記映像観視側にフレネルレンズが形成された第１スクリーンシートと、該第１スクリーンシートの映像観視側に配置され、かつスクリーン画面水平方向に光を拡散するための第２レンズを含む第２スクリーンシートとを備え、
前記第１スクリーンシートは、屈折率の異なる複数の基材を接合して構成され、前記映像発生源側に位置する基材の屈折率をｎ0、前記映像観視側に位置する基材の屈折率をｎ1とした場合に、
ｎ1＜ｎ0
の関係を有し、
前記基材同士の接合面に、前記第１レンズで集光された光を略平行光に変換して前記フレネルレンズに出射するための、映像観視側に凹の形状を有する複数のレンズ部が設けられ、かつ該レンズ部の相互間に光吸収層を設けたことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項６】
請求の範囲第１項記載の透過型スクリーンにおいて、前記第１レンズは、スクリーン画面垂直方向を長手方向とする複数個のレンチキュラーレンズであり、該レンチキュラーレンズがスクリーン画面水平方向に連続的に配置されることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項７】
映像発生源から入射した映像光を透過し映像観視側に出射する透過型スクリーンにおいて、
前記映像発生源側に映像光を集光するための複数個の第１レンズが連続的に配置され、かつ前記映像観視側の面が平面状とされた第１スクリーンシートと、該第１スクリーンシートの映像観視側に配置され、スクリーン画面水平方向に光を拡散するための第２レンズを含む第２スクリーンシートとを備え、
前記第１スクリーンシートは、屈折率の異なる複数の基材を接合して構成され、前記第１レンズの焦点が、前記基材の接合面近傍に位置し、
該接合面は、前記第１レンズにより集光された映像光を略並行光に変換して前記平面状とされた第１スクリーンシートの映像観視側へ出射するための複数のレンズ部が設けられ、前記接合面の前記レンズ部相互間に光吸収層を設けたことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項８】
映像発生源から入射した映像光を透過し映像観視側に出射する透過型スクリーンにおいて、
前記映像発生源側に映像光を集光するための複数個の第１レンズが連続的に配置され、かつ前記映像観視側の面が拡散面とされた第１スクリーンシートと、該第１スクリーンシートの映像観視側に配置され、スクリーン画面水平方向に光を拡散するための第２レンズを含む第２スクリーンシートとを備え、
前記第１スクリーンシートは、屈折率の異なる複数の基材を接合して構成され、前記第１レンズの焦点が、前記基材の接合面近傍に位置し、
該接合面は、前記第１レンズにより集光された映像光を略並行光に変換して前記拡散面とされた第１スクリーンシートの映像観視側へ出射するための複数のレンズ部が設けられ、前記接合面の前記レンズ部相互間に光吸収層を設けたことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項９】
映像発生源から入射した映像光を透過し映像観視側に出射する透過型スクリーンにおいて、
前記スクリーンを形成するスクリーンシートの少なくとも１枚は、屈折率の異なる複数の基材が接合された構成を有し、
該スクリーンシートの映像発生源側のスクリーン面が、映像光を集光する複数個の集光レンズを連続して配置してなり、
各集光レンズの焦点が、前記基材の接合面近傍に位置し、該接合面は集光された映像光を略並行光に変換するレンズ部を有し、
前記集光レンズの光軸と、前記レンズ部の光軸とが、スクリーンシートの外形中心において略一致し、上下端部に向かうに従い光軸のずれ量が増加するようにし、
前記集光レンズの焦点近傍の映像光が通過しない領域に光吸収層を設け、かつ映像観視側のスクリーン面にフレネルレンズを設けた構成を特徴とする透過型スクリーン。
【請求項１０】
映像発生源から入射した映像光を透過し映像観視側に出射する透過型スクリーンにおいて、
前記スクリーンが複数個のスクリーンシートで構成され、
該スクリーンシートのうち映像発生源側に最も近い第１のスクリーンシートは、屈折率の異なる複数の基材が接合された構成を有し、その映像発生源側のスクリーン面の形状が、スクリーン画面水平方向を長手方向とする複数個の第１のレンチキュラーレンズをスクリーン画面垂直方向に連続配置した形状を有し、該各第１のレンチキュラーレンズの焦点が、前記基材の接合面近傍に位置し、該接合面は、集光された映像光を略並行光に変換するレンズ形状を有し、前記焦点近傍の映像光が通過しない領域に光吸収層を設け、かつ映像観視側のスクリーン面にフレネルレンズを設け、
前記第１のスクリーンシートの映像観視側に位置する第２のスクリーンシートの、映像発生源側のスクリーン形状が、スクリーン画面垂直方向を長手方向とする複数個の第２のレンチキュラーレンズを、スクリーン画面水平方向に連続配置した形状を有し、その映像観視側のスクリーン面の形状が、スクリーン画面垂直方向を長手方向とする複数個の第３のレンチキュラーレンズを、前記第２のレンチキュラーレンズに略対向させスクリーン画面水平方向に連続配置した形状を有し、前記第２のレンチキュラーレンズのスクリーン画面水平方向の断面形状が、映像発生源側に凸である形状とした構成を特徴とする透過型スクリーン。
【請求項１１】
映像発生源から入射した映像光を透過し映像観視側に出射する透過型スクリーンにおいて、
前記スクリーンが複数個のスクリーンシートで構成され、
該スクリーンシートのうち映像発生源側に最も近い第１のスクリーンシートは、映像発生源側のスクリーン面が平面で、かつ映像観視側スクリーン面にフレネルレンズを設けて成り、
前記第１のスクリーンシートに対し映像観視側に位置する第２のスクリーンシートは、屈折率の異なる複数の基材を接合して構成され、その映像発生源側のスクリーン面の形状が、スクリーン画面水平方向を長手方向とする複数個の第１のレンチキュラーレンズを、スクリーン画面垂直方向に連続配置した形状を有し、各レンズの焦点が前記基材の接合面近傍に位置し、該接合面は、集光された映像光を略並行光に変換するレンズ形状を有し、前記焦点近傍の映像光が通過しない領域に光吸収層を設け、かつ映像観視側のスクリーン面を平面もしくは光拡散面とし、
前記第２のスクリーンシートの映像観視側に位置する第３のスクリーンシートの、映像発生源側のスクリーン形状が、スクリーン画面垂直方向を長手方向とする複数個の第２のレンチキュラーレンズを、スクリーン画面水平方向に連続配置した形状を為し、その映像観視側のスクリーン面の形状が、スクリーン画面垂直方向を長手方向とする複数個の第３のレンチキュラーレンズを、前記第２のレンチキュラーレンズにほぼ対向して、スクリーン画面水平方向に連続配置した形状とし、前記第２のレンチキュラーレンズのスクリーン画面水平方向の断面形状が、映像発生源側に凸である形状とした構成を特徴とする透過型スクリーン。
【請求項１２】
映像発生源の前方に投写レンズを配り、該投写レンズの前方の結像面に、請求の範囲第１乃至１１項のいずれか一つに記載の透過型スクリーンを配置した背面投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項１３】
屈折率の異なる第１、第２の基材から成るスクリーンシートを用いてフレネルレンズを有する透過型スクリーンを製造するための方法において、
映像光を集光する複数の集光レンズを該スクリーンシートの光入射面に形成するための第１の金型ロールと、前記集光レンズで集光された光を略平行光に変換して前記フレネルレンズへ出射するための複数のレンズ部、及び該レンズ部の相互間に平坦部を前記スクリーンシートの第２の基材との接合面に形成するための第２の金型ロールとの間に、前記スクリーンシートの第１の基材である熱可塑性樹脂シートを通し、
前記第１の金型ロールと前記第２の金型ロールとで、前記集光レンズ及びレンズ部並びに平坦部を前記熱可塑性樹脂シートに形成した後、該接合面に形成された平坦部に光吸収体を印刷し、その後、該スクリーンシートを切断して製作し、さらに、前記フレネルレンズを前記スクリーンシートの光出射面に形成するためのスタンパーに第２の基材である紫外線硬化樹脂または電子硬化型受信を充填し、前記スクリーンシートの接触面とを接触させ、紫外線または電子線を照射して前記フレネルレンズを得ることを特徴とする透過型スクリーンの製造方法。
【請求項１４】
請求範囲第１３項記載の方法で製作した透過型スクリーンを用いて成る背面投写型画像ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、透過型スクリーンとその製造方法及びこれを用いた背面投写型画像ディスプレイ装置に関する。
背景技術
映像発生源としての投写型ブラウン管や液晶表示装置などに表示された映像を、投写レンズにより拡大し、透過型スクリーンに背面より投写する背面投写型テレビジョン受像機等の背面投写型画像ディスプレイ装置は、近年、画質の向上が著しく、迫力ある大画面により臨場感を楽しむことができるため、家庭用、業務用に普及が進んでいる。
この背面投写型画像ディスプレイ装置において、投写型ブラウン管を映像発生源として用いる場合、スクリーン上の画面の輝度を十分に明るくするために、従来より、赤、緑、青の３原色についてそれぞれブラウン管と投写レンズを組み合わせ、スクリーン上で３原色の画像を合成する構成とすることが一般に行われている。
第１９図は、この投写光学系を水平面上に展開した時の概略を示す平面図である。同図において１６、１７、１８はそれぞれ青、緑、赤の投写型グラウン管、１９はそれぞれに対応する投写レンズ、２０、２１、２２はそれぞれ青、緑、赤の映像光の光軸である。背面投写型画像ディスプレイ装置の光学系には、第２０図に示したように光路折り曲げ用のミラーが存在するものがほとんどであるが、第１９図ではこのミラーを省略している。
また、第２０図は、背面投写型画像ディスプレイ装置の要部を示す垂直方向断面図である。投写型ブラウン管２８の管面上に表示された画像を投写レンズ２６により拡大し、光路折り曲げ用のミラー２３を介して、透過型スクリーン２４に背面より投写する構成となっている。
この構成の背面投写型画像ディスプレイ装置においては、従来より、例えば、特開昭５６−１１７２２６号公報に記載のように、片面にフレネルレンズを設けたスクリーンシート（以下フレネルレンズシートと記述する。）と、レンチキュラーレンズを両面に設けたスクリーンシート（以下レンチキュラーレンズシートと記述する。）とを組み合わせた２枚構成の透過型スクリーンが用いられていた。また、画面垂直方向への映像光の拡散を実現するための具体的な技術手段を開示したスクリーンとして、たとえば、特開昭５８−１９２０２２号公報に記載のように、フレネルレンズシートと、内部に光を散乱する微粒子が分散されたレンチキュラーレンズシートとを組み合わせて成る２枚構成の透過型スクリーンが一般に用いられている。
以下、これらにつき説明する。
第２１図は、従来技術の一例としての透過型スクリーンの構成要部を示す斜視図である。第２１図において、３８は透過型スクリーンで、フレネルレンズシート３６と、レンチキュラーレンズシート７との２枚のレンズシートにより構成されている。それぞれのシートの基材は、いずれも透明の熱可塑性樹脂から成る。このうち、レンチキュラーレンズシートの基材中には、光を散乱させる光拡散材３７の微粒子が分散されている。
フレネルレンズシート３６の映像光入射面３５は平面となっている。フレネルレンズシート３６の映像光の出射面はフレネル凸レンズ形状３になっている。６は、レンチキュラーレンズシート７の映像光の入射面であり、スクリーン画面垂直方向の長手方向とするレンチキュラーレンズ（以下、「第二のレンチキュラーレンズ」と記す）を画面水平方向に連続して並べた形状となっている。９はレンチキュラーレンズシート７の映像光の出射面であり、スクリーン画面垂直方向を長手方向とするレンチキュラーレンズ（以下、「第三のレンチキュラーレンズ」と記す）を、入射面６の第二のレンチキュラーレンズにほぼ対向して、画面水平方向に連続して並べた形状となっている。さらに同第三のレンチキュラーレンズ相互間の境界部分には、凸形突起部６０が設けられ、その上に有限幅の光吸収層（ブラックストライプ）８が設けられており、照明光や太陽光など外光の影響による画質低下、特に、コントラスト性能の低下を防ぐ構成となっている。
第２１図に示す透過型スクリーンにおいては、投写型ブラウン管管面上の表示画像の各点から出射した光束は、投写レンズ（いずれも図示せず）を経て、フレネルレンズシート３６の光入射面３５に入射する。そして、この入射光束は、フレネルレンズシート３６の光出射面のフレネル凸レンズ３によりほぼ平行光束に変換され、レンチキュラーレンズシート７に入射する。レンチキュラーレンズシート７に入射した光線は、入射面６の第二のレンチキュラーレンズにより光出射面９上の第三のレンチキュラーレンズ面付近の焦点に向かい、その焦点から画面水平方向に拡散するとともに、基材内に分散された光拡散材３７の微粒子により、画面垂直方向及び水平方向に拡散されながら観視者側に出射する。すなわち、レンチキュラーレンズシート７を通過する光線は、レンチキュラーレンズシート７の入射面６の形状に依存して画面水平方向に拡散され、画面垂直方向への拡散は光拡散材３７の作用によってのみ行われる。
また、その他には、画面垂直方向への映像光の拡散を実現するために、例えば、特開昭５８−９３０４３号公報に記載のように、レンズ作用により映像光を画面垂直方向に拡散する作用をもつフレネルレンズシートと内部に光を散乱する微粒子が分散されているレンチキュラーレンズシートとを、組み合わせた２枚構成の透過型スクリーンが用いられている。
以下、これについて説明する。
第２２図は透過型スクリーンの従来技術における他の実施例の構成の要部構成を示す斜視図である。該第２２図において、４０は透過型スクリーンで、フレネルレンズシート３９と、レンチキュラーレンズシート７の２枚のスクリーンシートから構成されている。各基材はそれぞれ第２１図の構成と同じ透明熱可塑性樹脂を用いている。
また、フレネルレンズシート３９の映像光入射面には、この例では、スクリーン画面水平方向を長手方向とするレンチキュラーレンズ３８（以下、第一のレンチキュラーレンズという）を画面垂直方向に連続して並べた形状となっている。その他の構成は第２２図の場合と同様である。
第２２図に示す透過型スクリーンにおいては、フレネルレンズシート３９の入射面には、スクリーン画面水平方向を長手方向とする第一のレンチキュラーレンズがあるので、入射した光束は、この第一のレンチキュラーレンズによりスクリーン画面垂直方向の拡散特性を付与される。その後さらに、レンチキュラーレンズシート７の基材内に分散された光拡散材３７の微粒子によっても画面垂直方向の拡散特性を付与される。
第一のレンチキュラーレンズ３８のピッチは、通常、投写画像の走査線のピッチ、または画素のピッチより小さく設計され現状では約０．１ｍｍ程度である。従って、入射光束が、入射面の第一のレンチキュラーレンズ面３８から入射すると、各入射光線は、同じ走査線または同じ画素であっても、入射位置によって入射角が異なるため、異なる角度で屈折し、画面垂直方向に拡散されることになる。すなわち、この透過型スクリーンを通過する光線は、レンチキュラーレンズシート７の入射面形状に依存して画面水平方向に拡散され、垂直方向への拡散は、光拡散材３７の作用とスクリーン画面水平方向を長手方向とする第一のレンチキュラーレンズ３８の作用によって行われる。この垂直方向への拡散をさらに大きくするためには、基材内へ分散させた光拡散材３７の量を増やす必要があるが、トレードオフとしてフォーカス性能が低下する。この解決策として、第２３図に示すように、レンチキュラーレンズシート７の基材に分散させていた光拡散材３７を、第三のレンチキュラーレンズの表面近傍に集めることで、フォーカス性能の低下を防ぎ、かつ広い拡散角を得るようにした透過型スクリーンも提案されている。
上記従来の透過型スクリーンにおいては、前述のように、第三のレンチキュラーレンズ相互間の境界部分に、突起部６０を設け、その上に有限幅の光吸収層（ブラックストライプ）６を設ける構成により、室内照明光や太陽光などの外光がスクリーン面に入射した場合の反射を低減するようになっている。
しかしながら、一般に用いられている透過型スクリーンにおいては、この有限幅の光吸収層（ブラックストライプ）６がスクリーン全体に占める割合は、４０％程度しかなく、実際には、第三のレンチキュラーレンズの表面で反射した外光にが存在するため、コントラストの低下を完全に抑えることは不可能であった。さらに、レンチキュラーレンズシート７の入射面とフレネルレンズシート３６及びフレネルレンズシート３９の出射面で映像光線が多重反射し、このため、コントラスト低下だけでなく、フォーカス性能の低下をも起こしていた。
また、第２２図に示した従来の透過型スクリーンにおいては、フレネルレンズシート３９の映像光入射面に設けた、画面垂直方向に光を拡散させるための横長レンチキュラーレンズの作用により映像光線は、観視側面に設けたフレネルレンズに拡散して入射する。このため、フレネルレンズへの入射角度が大きくなり、反射損失が増加する。スクリーン画面上下端部においては、フレネルレンズへの入射角度が特に大きくなるため、映像光線の透過率が減少し、画面周辺の明るさが低下する。
本発明の目的は、上記の従来技術における課題を解決し、画像のコントラスト低下や、フォーカス性能低下や、画面周辺部の明るさ低下等が少なく、しかも製造の容易な透過型スクリーンと、その製造方法、及びこれによって構成される背面投写型画像ディスプレイ装置を提供することにある。
発明の開示
本発明は、第一の課題であるコントラスト性能とフォーカス性能の低下を防ぐための手段として、本発明の透過型スクリーンを構成するスクリーンシートの少なくとも１枚は、スクリーンシートの映像発生源側（入射面側）に映像光を集光させる作用を有する複数個のレンズを連続配置し、該個々のレンズの焦点がスクリーン内部に存在する構成とし、この焦点近傍において、映像光線の通過しない領域に光吸収器を設ける。さらに、スクリーンシートの映像発生源側（入射面側）に設けた、映像光を集光させる作用を有するレンズの光軸と、前記スクリーンシート内部の映像光線が通過する領域の中心を、画面の中心部では、ほぼ一致させ、かつ画面端部に向かうに従って所定のディセンター量ｄを有し、さらに、このディセンター量ｄが徐々に大きくなるような構成とする。
次に、上記の第二の課題である周辺部の明るさ低下の解決手段としては、スクリーンシートを複数の部分に分け、それぞれの基材として屈折率が異なるものを使用し、レンチキュラーレンズ基材の映像光線が通過する領域に映像光線を略平行光とするレンズを設ける。
さらに、本発明による透過型スクリーンを容易に得るための製造方法として、前述のスクリーンシートを複数の部分に分けて製造する。すなわち、第１の部分は一面に映像光を集光させる作用を有するレンズを複数個連続配置し、対向する面には、前記個々のレンズの焦点近傍に切欠き部を設け、さらに、映像光線の通過しない領域に、平坦部を設け、該平坦部の表面に光吸収層を印刷または塗布する．こうして得られた第１の部分（基材）の表面に、紫外線硬化樹脂などにより、フレネルレンズを形成し、第２の部分を得て、最終的に本発明のフレネルレンズシートを得る．
また、本発明の背面投写型画像ディスプレイ装置においては、前述の本発明に係る透過型スクリーンを備えるとともに、画像発生源と投写レンズを結合器により結合し、投写レンズを構成するレンズ群のうち最も画像発生源側に配置されるレンズを、画像発生源側が凸面でかつスクリーン側が凹面となる凹レンズとし、結合器内の、画像発生源と凹レンズとの間の空間に液体冷媒を封入するという従来からのコントラスト改善技術を併用する構成とする。
上記構成の透過型スクリーンを用いた背面投写型画像ディスプレイ装置においては、投写型ブラウン管などの映像発生源からの出射光は投写レンズを経て透過型スクリーンに入射する。透過型スクリーンの映像発生源側に配置されたスクリーンシートは屈折率の異なる２種類の基材から構成され、その入射面には、映像光を集光させる作用を有するレンズを複数個、連続的に配置されている。このため、映像光線は、スクリーン内部に存在する個々のレンズの焦点に集光される。そこで、このスクリーン内部の映像光線が通過しない領域に光吸収層を設け、画像観視側からスクリーンに入射した外光やスクリーンシート間で発生した多重反射光などを前記光吸収層により吸収することで、コントラストや、フォーカス性能の低下を大幅に軽減する。
また、前記入射面に設けたレンズの焦点近傍に、映像光をほぼ平行光に変換する作用を有するレンズを設ける。このため、映像光線は、ほぼ平行光となって観視側面に設けたフレネルレンズに入射するので、フレネルレンズへの入射角度を小さくでき、反射損失が軽減できるので画面の明るさが低下しない。
また、対向する面にフレネルレンズを設けることで、スクリーンシート（以下フレネルレンズシートと記述）を通過した映像光はほぼ平行光となる。そしてし、透過型スクリーンの映像観視側に配置されたレンチキュラーレンズシートに入射し、このシートの入射面と出射面に設けられたレンチキュラーレンズ（スクリーン画面垂直方向を長手方向とするレンチキュラーレンズ）の形状により画面水平方向の拡散が制御される。
本発明においてもレンチキュラーレンズシートの出射面において映像光を一旦集光させるため、この出射面の映像光が通過しない領域に突起部６０を設け、この突起部６０に光吸収層８（ブラックストライプ）を設けることが可能となる。このため、前述のフレネルレンズシートに設けた光吸収層と合わせることで、透過型スクリーンの出射面に照明光などの外光が入射しても、その入射光のうちの幾分かは光吸収層において吸収され、反射しないことこなるので、明るい場所で画像を観視するときのコントラストがさらに良好なものとなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１の実施例としての透過型スクリーンの要部を示す斜視図である。
第２図は、本発明の第２の実施例としての透過型スクリーンの要部を示す斜視図である。
第３図は、本発明の第３の実施例としての透過型スクリーンの要部を示す斜視図である。
第４図は、第１図におけるフレネルレンズシート２の画面中心付近の要部を示す画面垂直方向断面図である。
第５図は、一般的な背面投写型画像ディスプレイ装置の投写光学系の垂直方向断面の概略を光路折り返しミラーを省略して示した平面図である。
第６図は、第１図におけるフレネルレンズシート２の要部を示す画面垂直方向断面図であり、レンズ形状のデータの説明図である。
第７図は、レンズ形状の定義を説明するための説明図である。
第８図は、本発明の透過型スクリーンの製造方法を説明するための説明図である。
第９図は、本発明の透過型スクリーンの製造方法を説明するための説明図である。
第１０図は、本発明の透過型スクリーンの製造方法を説明するための説明図である。
第１１図は、本発明の透過型スクリーンの製造方法を説明するための説明図である。
第１２図は、本発明の透過型スクリーンの製造方法を説明するための説明図である。
第１３図は、本発明の透過型スクリーンの製造方法を説明するための説明図である。
第１４図は、本発明の透過型スクリーンの製造方法を説明するための説明図である。
第１５図は、本発明のフレネルレンズシート２の画面中心付近の要部を示す画面垂直方向断面図である。
第１６図は、本発明のフレネルレンズシート２の画面中心付近の要部を示す画面垂直方向断面図である。
第１７図は、本発明のフレネルレンズシート２の画面中心付近の要部を示す画面垂直方向断面図である。
第１８図は、本発明のフレネルレンズシート２の画面中心付近の要部を示す画面垂直方向断面図である。
第１９図は、一般的な背面投写型画像ディスプレイ装置の投写光学系を水平面上に展開したときの概略を示す平面図である。
第２０図は、一般的な背面投写型画像ディスプレイ装置の投写光学系を示す垂直断面の概略平面図である。
第２１図は、従来技術による透過型スクリーンの一例の要部を示す斜視図である。
第２２図は、従来技術による透過型スクリーンの他の例の要部を示す斜視図である。
第２３図は、従来技術による透過型スクリーンの他の例の要部を示す斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施例を図面を用いて説明する。まず、本発明の第１の実施例について説明する。
第１図は、本発明の第１の実施例としての透過型スクリーンの要部を示す斜視図である。
第１図において、１０は透過型スクリーンでフレネルレンズシート２、レンチキュラーレンズシート７により構成されている。フレネルレンズシート２、レンチキュラーレンズシート７はそれぞれ端部（図示せず）で相互に固定されている。フレネルレンズシート２は、レンチキュラーレンズ基材４６とフレネルレンズ基材５２からなる。レンチキュラーレンズ基材４６の屈折率ｎ0はフレネルレンズ基材５２の屈折率ｎ1よりも小さい。また、レンチキュラーレンズシート７の基材もほぼ透明な熱可塑性樹脂材料である。
フレネルレンズシート２の光入射面は、本実施例ではスクリーン画面水平方向を長手方向とする横長レンチキュラーレンズ１（以下、第一のレンチキュラーレンズと記す）を画面垂直方向に連続して並べた形状となっている。第一のレンチキュラーレンズ個々の焦点Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3はフレネルレンズシート２の内部に存在し、個々の焦点Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3近傍には、一旦集光された映像光線をほぼ平行な光線に変換するためのレンズ素子５として、横長レンチキュラーレンズを設ける。また、映像光線が通過しない領域には、スクリーン画面水平方向を長手方向とする横長光吸収層４を設ける。このフレネルレンズシート２の映像光の出射面は、フレネル凸レンズ３になっている。レンチキュラーレンズシート７の光入射面は、スクリーン画面垂直方向を長手方向とする縦長レンチキュラーレンズ６（以下、第二のレンチキュラーレンズと記す）を画面水平方向に連続して並べた形状となっている。同様に、映像光の出射面には、スクリーン画面垂直方向を長手方向とする縦長レンチキュラーレンズ９（以下、第三のレンチキュラーレンズと記す）を入射面の第二のレンチキュラーレンズ６にほぼ対向して画面水平方向に連続して並べた形状となっている。さらに第三のレンチキュラーレンズ相互間の境界部分には、突起部６０が設けられ、その上に有限幅の縦長光吸収層８が設けられている。
第４図は、第１図に示した本発明の第１の実施例におけるフレネルレンズシート２の画面中心付近の要部を示す画面垂直方向断面図である。映像発生源（図示せず）からの映像光線は、フレネルレンズシート２の入射面に設けた第一のレンチキュラーレンズ（横長レンチキュラーレンズ）により、細かく分割された光束となり、それぞれのレンチキュラーレンズによって一旦フレネルレンズシート２の内部に存在する焦点Ｆ（図中では、Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3、Ｆ4、…Ｆn）に集光され、個々の光束は焦点近傍で最も絞られた状態になる。
これらの光束は画面垂直方向に連続的に並ぶことになるので、隣合った焦点と焦点の間に存在する映像光線が通過しない領域も、同様に画面垂直方向に連続的に並ぶことになる。この映像光線が通過しない領域に横長光吸収層４を設ければ、映像光線に影響を与えることなく、室内照明光、太陽光などの外光４３やフレネルレンズシート出射面とレンチキュラーシート入力面（図示せず）で生じる多重反射光などを吸収するのでコントラストや、フォーカス性能の低下を大幅に軽減することができる。
また、第一のレンチキュラーレンズ個々の焦点Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3近傍には、一旦集光された映像光線をほぼ平行な光線に変換するためのレンズ素子５として、映像観視側に凹面形状の横長レンチキュラーレンズを設ける。このレンズ作用により、映像光線は、観視側面に設けたフレネルレンズにほぼ平行に入射するので、フレネルレンズへの入射角度が小さくでき、反射損失が軽減できるので画面の明るさを低下させることはない。本実施例においては、レンチキュラーレンズ基材４６の屈折率ｎ0がフレネルレンズ基材５２の屈折率ｎ1よりも小さいので、レンズ素子５の形状は観視側に凹となる。
本実施例では、第一のレンチキュラーレンズの光軸と、前記スクリーンシート内部の映像光線が通過する領域の中心を、画面の中心部では、ほぼ一致させ、かつ画面端部に向かうに従って所定のディセンター量ｄを有し、このディセンター量ｄが徐々に大きくなる構成とした。
以下、第５図及び第６図を用いて最適ディセンター量ｄについて説明する。第５図は、一般的な背面投写型画像ディスプレイ装置の投写光学系の垂直方向断面の概略を折り返しミラーを省略して示した平面図である。また、第６図は第１図に示した本発明の第１の実施例におけるフレネルレンズシート２の画面中心付近から画面垂直方向下端までの要部を示す画面垂直方向断面の概略図（一部を省略して図示）である。第５図において、投写レンズの先端から透過型スクリーンまでの距離を（投写距離）Ｌ0とした場合に、スクリーン中心から距離Ｄ1離れた評価点Ｐ0における映像光線のスクリーンに対する入射角θ0は、
θ0＝ｔａｎ-1（Ｄ1／Ｌ0）    ……（数１）
によって求められる。また、第６図に示すように、透過型スクリーンを構成するフレネルレンズシート２のレンチキュラーレンズ基材４６の屈折率をｎ0’とすれば、屈折後の角度θ0’は、
θ0’＝ｓｉｎ-1（ｓｉｎ（ｔａｎ-1（Ｄ1／Ｌ0）／ｎ0））    ……（数２）
によって求められる。
映像発生源（図示せず）からフレネルレンズシート２に入射した映像光束は、画面中心部においては、フレネルレンズシート２にほぼ垂直に入射する。このため、第６図に示すように映像光束４２−１は、入射面に設けたレンチキュラーレンズ１のレンズ面から距離Ｌだけ離れた焦点Ｆに集光する。
ところが、画面中心から中域さらには下端に近づくにつれて映像光束がフレネルレンズシート２に入射する角度θ0は徐々に大きくなり、たとえば画面中域では映像光束４２−２がレンチキュラーレンズ１によって集光されても、光軸１１’上の焦点Ｆには集光されず光軸１１’から距離ｄ1だけ離れた場所に集光される。そこで、光吸収層４による開口（光通過部５）の中心位置を、光軸１１’から距離ｄ1（ディセンター量ｄ1）だけ離す。同様に、画面下端では、横長光吸収層４による開口（光通過部５）の中心位置を光軸１１’から距離ｄ2（ディセンター量ｄ2）だけ離すと所望の性能を得ることができる。
このディセンター量ｄ1は、数１及び数２から導かれる
ｄ＝Ｌｔａｎ（ｓｉｎ-1（ｓｉｎ（ｔａｎ-1（Ｄ1／Ｌ0）／ｎ0））……（数３）
により求めることができる。
ただし、Ｌは第一のレンチキュラーレンズの焦点距離とする。
本発明の実施例の横長レンチキュラーレンズの画面垂直方向の断面形状（レンズ形状）についての例を表１、表３、表５にそれぞれ示す。また表２は、表１に示した実施例に対応したスクリーン中心からの距離における最適なディセンター量ｄを示す。以下同様に、表４は、表３に対応し、表６は表５に対応したディセンター量ｄである。
次に、レンズ形状のデータの読み方について表１及び表２を基にして説明する。
0003689430.tif 000002
入射面に設けた横長レンチキュラーレンズのレンズ形状は、曲率半径が０．９３４５ｍｍであり、入射面から焦点Ｆまでの光軸上１１’の距離が２．５１３６ｍｍ、その間の基材の波長５４５ｎｍの光に対する屈折率ｎ0が１．５４０であることが示されている。また、横長レンチキュラーレンズの有効径が０．１４ｍｍであることが判る。このとき、焦点Ｆに集光する光束の直径は、計算上０．００６ｍｍとなるが、後述する製造方法による製造誤差と映像光束が画面上下端部へ入射した場合の光束の広がりを考慮して横長光吸収層４による開口（光通過部５）を０．０５ｍｍとした。この時、横長レンチキュラーレンズのレンズピッチが０．１４ｍｍであるのに対して光通過部５の幅が０．０５ｍｍとなるので光吸収層の比率は、約６５％となる。また、本実施例においては横長光吸収層４からフレネルレンズ面までの基材の波長５４５ｎｍの光に対する屈折率ｎ1も１．５４０である。
曲率半径の符号が正の場合は、そのレンズ面の曲率中心がレンズ面より、光軸の１から１’に向かう方向に位置することを示す。また非球面係数ＣＣ及びＡＥは、レンズ面形状を次式で表現した時の係数である。
0003689430.tif 000003
但し、Ｚはレンズ形状の定義説明図である図７に見られる如く、光軸の１から１’に向かう方向をＺ軸にとりレンズの半径方向をｒ軸にとった時のレンズ面の高さ（ｒの関数）を表し、ｒは半径方向の距離を示し、ＲDは曲率半径を示している。従ってＣＣ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧ、ＡＨの各係数が与えられれば、上記式に従ってレンズ面の高さ、すなわち形状が定まるわけである。
以上が表１に示したデータの読み方である。表３から表５に示した他の実施例のデータの読み方も、これと同様である。
0003689430.tif 000004
表２は、画面周辺部においては、映像発生源（図示せず）からの映像光束４２−２及び４２−３が、フレネルレンズシート２に入射する場合について、表１に示した実施例に対応したレンチキュラーレンズ形状において、スクリーン中心からの距離における最適なディセンター量ｄを示したものである。例えばスクリーン中心から画面垂直方向に４８５．６ｍｍ離れた場所でのディセンター量ｄは０．５３４２２ｍｍである。
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本発明の実施例として表１、表３、表５に示したように、レンチキュラーレンズ基材の屈折率ｎ0がフレネルレンズ基材の屈折率ｎ1に比べて小さい場合について示したが、この他、基材の屈折率の大小関係が異なる場合もしくは、それぞれの基材の接合面のレンズ面形状がそれぞれの基材の接合面を、第一のレンチキュラーレンズによって集光された映像光線をほぼ平行な光線に変換するレンズ作用を有する構成とすることも実質的に本発明に含まれることは言うまでもない。
第２図は、本発明の第２実施例としての透過型スクリーンの要部を示す斜視図である。第１図に示した第１の実施例との相違点は、フレネルレンズシート２の光入射面が、本実施例ではスクリーン画面垂直方向を長手方向とする縦長レンチキュラーレンズ１を画面水平方向に連続して並べた形状となっている点にある。
このために、第１の実施例と同様にレンチキュラーレンズ個々の焦点Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３もフレネルレンズシート２の内部に存在する。この焦点近傍の映像光線が通過しない部分に、スクリーン画面垂直方向を長手方向とする縦長光吸収層１３を設けた構成としている。
第３図は、本発明の第３実施例としての透過型スクリーンの要部を示す斜視図である。第１図に示した第１の実施例との相違点は、３枚構成の透過型スクリーンとなっている点である。本実施例では、映像発生源（図示せず）に最も近い位置にフレネルレンズシート３６を配置し、出射面に設けたフレネルレンズ３によって映像光線をほぼ平行な光線として、横長レンチキュラーシート６１に入射させる。横長レンチキュラーシート６１の入射面設けた横長レンチキュラーレンズ１によって映像光束は、それぞれのレンズの焦点Ｆに一旦集光され、マット処理された出射面から拡散する。この横長レンチキュラーシート６１内部の横長レンチキュラーレンズ１の焦点Ｆ近傍には第１の実施例と同様に横長光吸収層４を設けている。レンチキュラーシート７は、第１の実施例と同様の働きをするものであり、ここでは説明を省略する。
本実施例では、横長レンチキュラーシート６１の出射面がマット処理されたものについて述べたが、入射面が縦長レンチキュラーレンズである縦長レンチキュラーシートとしても、また、出射が平面の場合についても実質的に本発明に含まれることは言うまでもない。
本発明の実施例で示したフレネルレンズシートと横長レンチキュラーシートの製造方法について第８図から第１４図を用いて以下に説明する。第８図は、前述したそれぞれのシート基材を製造するための成形機をモデル化したものである。押出し成形機４３から押し出されたシート基材４６は、映像光の入射面に設けたレンチキュラーレンズ形状を転写するための転写用ドラム４４−２と、光吸収層を印刷するための平坦部と切りかけ部を転写するための転写用ドラム４４−１により所望の形状を転写される。その後、光吸収層印刷用ドラム４５により平坦部の表面に所望の光吸収層４を得る。
シート基材４６がそれぞれの転写用ドラム４４−１、４４−２により成形された後のシート基材４６の横断面形状を第９図及び第１０図に示す。第９図は、光吸収層を印刷する面に設けた切りかけ部４８の形状がＵ字型をした実施例である。映像光入射面にはレンチキュラーレンズが形成されている。また、第１０図は、光吸収層４を印刷する面に設けた切りかけ部の形状５０がＶ字型をした実施例である。
第８図に示した光吸収層印刷用ドラム４５により、平坦部の表面に所望の光吸収層を印刷した後のシート基材４６の横断面形状を第１１図及び第１２図に示す。第１１図は第９図に、第１２図は第１０図にそれぞれ対応する。
光吸収層４を印刷した後のシート基材４６は所望の寸法に裁断され、フレネルレンズを形成する最終工程に進む。光吸収層４を印刷した後のシート基材４６にフレネルレンズ３を形成する手段として、紫外線硬化樹脂を基材５２に用いた２Ｐ法などが一般的である。
光吸収層４を印刷した後のシート基材４６にフレネルレンズ３を形成した本発明の実施例の横断面形状を第１３図及び第１４図に示す。第１３図は第１１図、第１４図は第１２図にそれぞれ対応する。
第１５図及び第１６図は、第１３図、第１４図に示した本発明の実施例に映像光束が入射した場合の光線追跡結果を示したものである。本実施例では、レンチキュラーレンズ基材４６の屈折率ｎ０がフレネルレンズ基材５２の屈折率ｎ1より大きく、かつ、それぞれの基材の接合面が、第一のレンチキュラーレンズの焦点位置より映像光の入射面側に近い場合における接合面のレンズ形状と、光線追跡の結果を示したものである。
第１７図及び第１８図も、同様の条件の場合に接合面がとりえる他のレンズ形状と、光線追跡の結果を示したものである。観視側に凹のレンズ形状であり、前述した製造方法に最適なレンズ形状である。
以上、本発明の実施例としてのフレネルレンズシートを製造する方法について述べたが、この他、光吸収層を印刷した後のシート基材４６に例えば平面のマット面などのフレネルレンズ以外の形状を形成した構成も本発明は含む。
以上説明したように、本発明によれば透過型スクリーンを構成する少なくとも１枚のスクリーンシートの映像光入射面に、集光作用のあるレンズを連続的に設け、このスクリーンシート内部の映像光線が通過しない領域に光吸収層を設けるので、スクリーンシート間の多重反射や外光などを吸収するため不要反射光が低減され、画像のコントラストの低下及びフォーカス特性の低下を低減できる。
また、前記の映像光入射面に設けたレンズの焦点近傍に、映像光をほぼ平行光に変換する作用を有するレンズを設ける。このため、映像光線はほぼ平行光線となって観視側面に設けたフレネルレンズに入射するため、フレネルレンズへの入射角度を小さくでき、反射損失が軽減できるので画面の明るさが低下しない。
さらに、光吸収層を印刷した後に、フレネルレンズ面を形成するので、光吸収層を有する透過型スクリーンを極めて容易に製造できる。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明は、投写型画像ディスプレイ装置及びこれに用いる透過型スクリーンの構成及びその製造上で有用であり、特に、画像のコントラストの低下、フォーカス特性の低下、画面の明るさの低下等を防止する目的の透過型スクリーン技術として用いるのに適する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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