(57)【要約】【課題】  鉛直方向の視野角を広げて、観測者が鉛直方向に移動しても映像を観測することができる透過型スクリーン及び投写型表示装置を得ることを目的とする。【解決手段】  出光面にシリンドリカルレンズ５ａが鉛直方向に連接形成されているシリンドリカルレンズシート５がプロジェクタ１から照射された光線を広げて、拡散シート６がシリンドリカルレンズシート５の出光面から出射された光線を拡散するように構成する。これにより、鉛直方向の視野角が広がるため、観測者が鉛直方向に多少移動しても映像を観測することができるようになる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成され、発光体から照射された光線を広げるシリンドリカルレンズシートと、上記シリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線を拡散する拡散シートとを備えた透過型スクリーン。
【請求項２】
入光面にプリズムが形成され、発光体から照射された光線を偏向させるフレネル光学素子と、出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成され、上記フレネル光学素子の出光面から出射された光線を広げるシリンドリカルレンズシートと、上記シリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線を拡散する拡散シートとを備えた透過型スクリーン。
【請求項３】
入光面にプリズムが形成され、発光体から照射された光線を偏向させるフレネル光学素子と、出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成され、上記フレネル光学素子の出光面から出射された光線を広げるシリンドリカルレンズシートと、入光面にシリンドリカルレンズが水平方向に連接形成され、上記シリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線を広げるレンチキュラーシートと、上記レンチキュラーシートの出光面における非集光部に配置され、そのレンチキュラーシートの出光面から出射される光線以外の光線を吸収する光吸収部材と、上記レンチキュラーシートの出光面から出射された光線を拡散する拡散シートとを備えた透過型スクリーン。
【請求項４】
入光面にプリズムが形成され、発光体から照射された光線を偏向させるフレネル光学素子と、出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成され、上記フレネル光学素子の出光面から出射された光線を広げるシリンドリカルレンズシートと、上記シリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線の一部を全反射してから、その光線を出光させる台形状の単位レンズが水平方向に連接形成されたレンチキュラーシートと、上記レンチキュラーシートにおける単位レンズの谷部に配置され、そのレンチキュラーシートの単位レンズから出射される光線以外の光線を吸収する光吸収部材と、上記レンチキュラーシートの単位レンズから出射された光線を拡散する拡散シートとを備えた透過型スクリーン。
【請求項５】
入光面にプリズムが形成され、発光体から照射された光線を偏向させるフレネル光学素子と、上記フレネル光学素子の出光面から出射された光線の一部を全反射してから、その光線を出光させる台形状の単位レンズが水平方向に連接形成されたレンチキュラーシートと、上記レンチキュラーシートにおける単位レンズの谷部に配置され、そのレンチキュラーシートの単位レンズから出射される光線以外の光線を吸収する光吸収部材と、出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成され、上記レンチキュラーシートの単位レンズから出射された光線を広げるシリンドリカルレンズシートと、上記シリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線を拡散する拡散シートとを備えた透過型スクリーン。
【請求項６】
シリンドリカルレンズシートの出光面に形成されるシリンドリカルレンズが凸レンズであることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーン。
【請求項７】
シリンドリカルレンズシートの出光面に形成されるシリンドリカルレンズが凹レンズであることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーン。
【請求項８】
ヘイズ値が８０％から８５％の範囲内の拡散シートを使用することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーン。
【請求項９】
反射防止層、帯電防止層及びハードコート層のうちの少なくとも一つの層が拡散シートの出光面に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーン。
【請求項１０】
シリンドリカルレンズシートの出光面に形成されるシリンドリカルレンズの厚みがｄ、そのシリンドリカルレンズのピッチがｐ、そのシリンドリカルレンズの最大の傾きがθmaxであるとき、０．１０６＜ｄ／ｐ＜０．１３５、かつ、３５．８度＜θmax＜３６．９度の条件を満足する曲線で、そのシリンドリカルレンズの形状が表されることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーン。
【請求項１１】
フレネル光学素子がガラスの基盤に保持されていることを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーン。
【請求項１２】
フレネル光学素子が同心円状に配置されていることを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーン。
【請求項１３】
フレネル光学素子の中心が画面の外側に形成されていることを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーン。
【請求項１４】
フレネル光学素子のピッチが画面の画素より細かいことを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーン。
【請求項１５】
フレネル光学素子は、発光体から照射される光線を屈折させる屈折面を有するとともに、その屈折面で屈折された光線を反射させる反射面とを有するプリズムが鋸歯状に複数配置されている構造であることを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーン。
【請求項１６】
フレネル光学素子は、発光体から照射される光線を屈折させる屈折面を有するとともに、その屈折面で屈折された光線を反射させる反射面とを有する全反射プリズムと、上記発光体から照射される光線を屈折させる屈折面を有する屈折プリズムとが１つのピッチに形成されているプリズムが鋸歯状に複数配置されている構造であることを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーン。
【請求項１７】
手前のプリズムに遮断されて、発光体から光線が直接照射されないプリズムの非入射面が基盤面と略平行に形成されていることを特徴とする請求項１５記載の透過型スクリーン。
【請求項１８】
屈折面と反射面がなすプリズム先端部分の一部が、発光体から照射される光線と略並行に欠けていることを特徴とする請求項１５記載の透過型スクリーン。
【請求項１９】
光線を照射する発光体と、出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成され、上記発光体から照射された光線を広げるシリンドリカルレンズシートと、上記シリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線を拡散する拡散シートとを備えた投写型表示装置。
【請求項２０】
光線を照射する発光体と、入光面にプリズムが形成され、上記発光体から照射された光線を偏向させるフレネル光学素子と、出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成され、上記フレネル光学素子の出光面から出射された光線を広げるシリンドリカルレンズシートと、上記シリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線を拡散する拡散シートとを備えた投写型表示装置。
【請求項２１】
光線を照射する発光体と、入光面にプリズムが形成され、上記発光体から照射された光線を偏向させるフレネル光学素子と、出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成され、上記フレネル光学素子の出光面から出射された光線を広げるシリンドリカルレンズシートと、入光面にシリンドリカルレンズが水平方向に連接形成され、上記シリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線を広げるレンチキュラーシートと、上記レンチキュラーシートの出光面における非集光部に配置され、そのレンチキュラーシートの出光面から出射される光線以外の光線を吸収する光吸収部材と、上記レンチキュラーシートの出光面から出射された光線を拡散する拡散シートとを備えた投写型表示装置。
【請求項２２】
光線を照射する発光体と、入光面にプリズムが形成され、上記発光体から照射された光線を偏向させるフレネル光学素子と、出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成され、上記フレネル光学素子の出光面から出射された光線を広げるシリンドリカルレンズシートと、上記シリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線の一部を全反射してから、その光線を出光させる台形状の単位レンズが水平方向に連接形成されたレンチキュラーシートと、上記レンチキュラーシートにおける単位レンズの谷部に配置され、そのレンチキュラーシートの単位レンズから出射される光線以外の光線を吸収する光吸収部材と、上記レンチキュラーシートの単位レンズから出射された光線を拡散する拡散シートとを備えた投写型表示装置。
【請求項２３】
光線を照射する発光体と、入光面にプリズムが形成され、上記発光体から照射された光線を偏向させるフレネル光学素子と、上記フレネル光学素子の出光面から出射された光線の一部を全反射してから、その光線を出光させる台形状の単位レンズが水平方向に連接形成されたレンチキュラーシートと、上記レンチキュラーシートにおける単位レンズの谷部に配置され、そのレンチキュラーシートの単位レンズから出射される光線以外の光線を吸収する光吸収部材と、出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成され、上記レンチキュラーシートの単位レンズから出射された光線を広げるシリンドリカルレンズシートと、上記シリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線を拡散する拡散シートとを備えた投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プロジェクタなどの発光体から照射された光線を結像して表示する透過型スクリーン及び投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
背面投写型プロジェクタなどに代表される透過型スクリーンは、光源から照射された光線を観測者側に曲げてコリメートするフレネルレンズスクリーンと、光線の配光特性を整えるレンチキュラースクリーンと、光線を拡散する拡散シートとから構成される。
したがって、光線の配光特性はレンチキュラースクリーンに依存しており、以下の特許文献１には、水平方向にレンズ作用を有するレンズシートが配列されているレンチキュラースクリーンが開示されている。
また、以下の特許文献２には、直交する二つのレンズシートが配列されているレンチキュラースクリーンが開示されている。
【０００３】
なお、透過型スクリーンに表示される映像を観測する観測者は、左右方向には大きく移動するが、鉛直方向には大きく移動しないことに由来して、一般的に、透過型スクリーンの配光特性は鉛直方向と左右方向で異なる。
即ち、透過型スクリーンのレンチキュラースクリーンは、一般に、水平（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）方向の配光を広げるレンチキュラーレンズ（例えば、シリンドリカルレンズ）を入光面に形成しているため、水平方向の視野角（配光特性の広がり）は優れているが、鉛直（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）方向の配光はレンチキュラーレンズで広がらず、拡散シートの拡散のみで広がるため、輝度の半値片幅（輝度が半分になる中心からの角度）は、約１０度しかなく、水平方向に比べて極端に視野角が狭くなる。
なお、拡散シートで鉛直視野角を拡げる場合、画像のぼけの原因となるので好ましくない。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３８５１３号公報（図１）
【特許文献２】特開平５−１５８１５５号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の透過型スクリーンは以上のように構成されているので、鉛直方向の視野角が水平方向に比べて極端に狭くなり、観測者が鉛直方向に移動すると、映像を観測することができなくなる課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、鉛直方向の視野角を広げて、観測者が鉛直方向に移動しても映像を観測することができる透過型スクリーン及び投写型表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る透過型スクリーンは、出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成されているシリンドリカルレンズシートが発光体から照射された光線を広げて、拡散シートがシリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線を拡散するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、出光面にシリンドリカルレンズが鉛直方向に連接形成されているシリンドリカルレンズシートが発光体から照射された光線を広げて、拡散シートがシリンドリカルレンズシートの出光面から出射された光線を拡散するように構成したので、鉛直方向の視野角が広がり、その結果、観測者が鉛直方向に多少移動しても映像を観測することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による投写型表示装置を示す構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１による透過型スクリーンの一部を示す斜視図である。
図において、発光体であるプロジェクタ１は投写光学系１ａ、ライトバルブ１ｂ及び照明光学系１ｃから構成され、画像投影用の光線を透過型スクリーン２のフレネル光学素子３に照射する。
透過型スクリーン２はフレネル光学素子３、基盤４、レンズ要素であるシリンドリカルレンズシート５及び拡散シート６から構成されている。
【００１０】
フレネル光学素子３はプロジェクタ１から照射される光線を屈折させる屈折面と、その屈折面で屈折された光線を反射させる反射面とを有するフレネルプリズム３ａが鋸歯状に複数配置された構造である。
基盤４は光線を透過させるシート状の樹脂薄板又はガラス薄板であり、フレネル光学素子３を保持している。
シリンドリカルレンズシート５は出光面にシリンドリカルレンズ５ａが鉛直方向に連接形成され、基盤４を透過してきた光線を鉛直方向に広げる機能を有する。
拡散シート６はシリンドリカルレンズシート５の出光面から出射された光線を拡散する機能を有する。
【００１１】
次に動作について説明する。
この実施の形態１では、鉛直方向の配光は、シリンドリカルレンズシート５と拡散シート６の配光特性によって決定される。
したがって、シリンドリカルレンズシート５におけるシリンドリカルレンズ５ａのレンズ形状から求めた配光特性に、拡散シート６の配光特性を掛け合わせて、透過型スクリーン２としての総合的な配光特性を求める必要がある。
【００１２】
最初に、シリンドリカルレンズ５ａのレンズ形状について説明する。
図３はシリンドリカルレンズシート５におけるシリンドリカルレンズ５ａを示す模式図である。
ここでは、説明の簡単化のため、楕円の弧の一部を考える。シリンドリカルレンズ５ａの長半径にｚ軸をとり、光線が進行する方向を正とする。
また、ここでは、鉛直方向に連接されたシリンドリカルレンズ５ａを考えるため（断面が楕円のかまぼこ状のシリンドリカルレンズ５ａがｙ軸方向に積層されている構造）、ｙ軸は鉛直方向、ｘは水平方向となる。
図３の例では、鉛直方向にシリンドリカルレンズ５ａが並んでいるが、並び方向は水平方向であってもよい。また、１次元のレンズでなく、マイクロレンズアレーの配列でも同様に考えることができることは言うまでもない。また、楕円のような二次の非球面、二次の放物面、双曲面、高次の非球面も同様に考えることができることは言うまでもない。
【００１３】
楕円の弧は、長半径ａ、短半径ｂ及び切り出す大きさ（レンズピッチ）ｐの３つの自由度で決まる関数である。
楕円の場合、円弧は下記の式（１）で表すことができる。
ｆ（ｚ，ｙ；ａ，ｂ，ｐ）＝（ｚ／ａ）2＋（ｙ／ｂ）2−１＝０  （１）
−ｐ／２≦ｙ≦ｐ／２
しかしながら、配光特性は、円弧の傾きのみに依存して、大きさには依存しないため、スケール変換（相似変形）に対して不変である。つまり、スケール変換の自由度が１であるため、配光特性の自由度は２となる。
具体的には、例えば、レンズピッチｐで相似倍率ｐを指定することができるとともに、弧の形状ａ／ｐ，ｂ／ｐを指定することができる。
なお、レンズピッチｐは、投写された画素の大きさより小さい方が見栄えが良く、例えば画素が１．０ｍｍであれば、少なくともｐ＜０．５ｍｍであることが好ましい。
【００１４】
例えば、シリンドリカルレンズ５ａに平行光線が入射される場合において、シリンドリカルレンズ５ａが平坦に近ければ、レンズの役割（光線を曲げる機能）が小さいため、光線があまり曲がることなく出射される。反対にレンズの曲率が大きければ、光線が大きく曲げられて出射される。
光線が大きく曲がることは、配光の角度分布が広いことを意味し、あまり曲がらないことは、配光の角度分布が狭く、正面で明るいことを意味する。
一般にプロジェクタ１のスクリーンは「明るくて、視野角の広い」ものが望まれるが、エネルギー保存の法則より、両者はトレードオフの関係にあり、この配分が難しい。
【００１５】
スクリーンの明るさは、スクリーンゲインで表されることが多く、これは「完全拡散面に投写した輝度と同等の条件の輝度の比」で定義される。一般に正面（法線方向）が一番明るいため、これを特にピークゲインということもある。
また、視野角は、一般にピークゲインの１／２（α）、１／３（β）、１／１０（γ）になる角度で表される。
図１１はある拡散シートのスクリーンゲインで、視野角αと視野角γの例を示す説明図である。
【００１６】
ここで、図４に示すように、長半径がａ、短半径がｂの楕円を、レンズピッチｐで切り取った円弧の厚み（ピッチに垂直な方向）をｄとするとき、図４のように、シリンドリカルレンズ５ａの半径ａを小さくすると（ａ1＜ａ2）、シリンドリカルレンズ５ａのレンズ面が平坦に近づくため、シリンドリカルレンズ５ａのレンズ作用が小さくなり、正面に出る光が多くなる。このため、スクリーンゲインが大きくなることが予想される。
一方、図５のように、レンズピッチｐを小さくすると（ｐ1＜ｐ2）、シリンドリカルレンズ５ａの平坦な部分を相対的に多く使うことになるため、スクリーンゲインが大きくなることが予想される。
したがって、スクリーンゲインの大きいレンズを得るには、長半径ａ及びレンズピッチｐを短半径ｂに対して出来るだけ小さくすればよい。これは言い換えると、円弧の厚みｄがレンズピッチｐに対して出来るだけ小さくすることを意味する。
【００１７】
一般に、円弧ｆの微分から面の法線が求められる（図３を参照）。面の傾き、もしくは、法線の傾きをθとすると、法線の傾きθは下記のように表される。
θ＝ｔａｎ-1（∂yｆ／∂zｆ）                              （２）
ただし、∂yはｙの偏微分、∂zはｚの偏微分を意味する。レンズ面の最大の傾きθmaxは、図７に示すように、レンズピッチｐの端の傾きである。
例えば、楕円の場合、レンズ面の最大の傾きθmaxは、下記の式（３）のように表される。
θmax（ｐ／ｂ，ａ／ｂ）
＝ｔａｎ-1（［（ａ／ｂ）（ｐ／２ｂ）］／（１−（ｐ／２ｂ）2）1/2））
（３）
式（３）より、変数がｐ／ｂとａ／ｂの二つの比でのみ表されることがわかる。レンズ面の傾きはθ、光線の傾きはφで表記している。
【００１８】
角度φinで入射された光線は、図６に示すように、シリンドリカルレンズ５ａのレンズ面で、光の屈折現象により曲げられる。このときレンズ側の屈折率をｎin、レンズ外の屈折率をｎoutとする。ただし、屈折率は一定で、位置で変化しないものとする。
シリンドリカルレンズ５ａにより屈折されて出射される光線（全反射条件を満足しない場合）は、屈折率ｎin、ｎoutが一定であるとすると、傾きφoutは下記のように表される。
φout(θ;φin）
＝ｓｉｎ-1（（ｎin／ｎout）ｓｉｎ［θ−φin］）−θ
（４）
なお、シリンドリカルレンズシート５の前段には、通常、フレネル光学素子３が配置されるので、入射角φinは、通常、概ね０度になる。
【００１９】
したがって、式（４）を逆に解くと、下記の式（５）のようになる。
θ(φout;φin）
＝ｔａｎ-1（［ｎin／ｎout）ｓｉｎφin＋ｓｉｎφout］
／［（ｎin／ｎout）ｃｏｓφin−ｃｏｓφout］）
（５）
これは、傾きφoutとθの変換、つまり出射光線の傾きφoutとレンズの傾きθは入射角φinが同じである場合、一意に決まることを意味する。
【００２０】
上述したようにシリンドリカルレンズ５ａが平坦に近ければ、レンズとしての役割（光を曲げる機能）が小さいため、光線があまり曲がることなく出射される。
反対にレンズの曲率が大きければ、光線が大きく曲げられて出射される。
この関係が一意に定まることから、出射光線の最大角φmaxは、レンズ面の最大の傾きθmaxの位置となる（図７を参照）。
ただし、全反射条件を満足するθ＞θcの領域の場合、シリンドリカルレンズ５ａの外に屈折して出射されることがないので、レンズとして作用しない例外がある。ただし、θc＝ｓｉｎ-1（ｎout／ｎin）とする。つまり、出射光線の最大の傾きθmaxは、θmax＜φcとなる。ただし、φc＝π／２−θcとなる。
【００２１】
以上をまとめると、レンズ設計は、例えば、二次曲面（楕円）の場合、下記の２つを決定すれば、レンズ形状（相似変形のｐ倍を除く）が一意に決まることになる。
（１）スクリーンゲインの大小を支配するレンズピッチpに対する円弧の厚みｄ（つまりｄ／ｐ）
（２）配光の最大の広がりを支配するレンズの最大の傾きθmax
上述したように、二次曲面（楕円）の場合、レンズピッチｐで相似倍率、レンズ形状をａ／ｐ、ｂ／ｐで指定してもよく、これらは１：１対応となる。したがって、レンズ形状の測定では、前者（ｄ／ｐ、θmax）、レンズ形状の設計では、後者（ａ／ｐ、ｂ／ｐ）を指定しても、これらは一意に決まる。
【００２２】
以上のようにして、シリンドリカルレンズ５ａのレンズ形状を指定すると、スクリーンゲインを計算することができる。
図８、図９及び図１０はレンズ単体によるスクリーンゲインの角度依存性を表しており、横軸はスクリーン法線からの角度、縦軸はスクリーンゲインである。
レンズパラメータは下記のとおりである。
ｕ（ｄ／ｐ、θmax）＝（０．１１７，２６．８度）
ｖ＝（０．１０９，２４．０）
ｗ＝（０．１６２，３６．２）
ｘ＝（０．１５９，４２．１）
ｎ＝（０．１３５，３５．８）
ｌ＝（０．１０６，３６．９）
ｍ＝（０．１１９，３６．５）
図４６は屈折率ｎin＝１．５５０、屈折率ｎout＝１．０００、入射角φin＝０．０のときの計算例である。
図４６の計算例からも分かるように、ｄ／ｐが小さければ、ピークゲイン（スクリーンゲインの最大値ｇmax）が大きく、θmaxが大きければ、配光特性の角度の広がりが大きくなる。
【００２３】
図８のｕ，ｖの計算例を見ると、配光特性の最大角がφmax＜２０度となり、角度範囲が狭く、ピークゲインが大きくなることが分かる（ｇmax＞６）。
また、図９のｗ，ｘの計算例を見ると、反対に配光特性の最大角がφmax＞２０度となり、角度範囲が広くなるが、ピークゲインが小さくなることが分かる（ｇmax＜６）。
図１０のｎ，ｌ，ｍは、詳細な検討を行った結果、例えば、配光特性の最大角φmax＞２０度で、大きなピークゲイン（ｇmax＞６）を得ることに成功した場合の計算例である（成功条件は後述する）。この場合、明るくて視野角の広い配光特性を持つスクリーンを得ることができる。
【００２４】
上述したように、実際には、レンズ単体の配光特性だけでなく、拡散シート６の配光特性も掛け合わせたものを観測するので、拡散シート６の配光特性も考慮する必要がある。
図１１はヘイズ値が８５％、厚みが２ｍｍの拡散シートの配光特性を示す説明図であり、横軸はスクリーン法線からの角度、縦軸はピークゲインで規格化（＝１）されたスクリーンゲインである。
このようにヘイズ値が８５％の拡散シート６は、αで約１０度、γで約２２度の広がりがある。図示していないが、ヘイズ値が８０％の拡散シート６では、同様にαで約９度、γで約１９度の広がりがある。これは、いずれもレンズ単体の配光特性と比べて無視できる量ではない。
【００２５】
図１２、図１３及び図１４は、シリンドリカルレンズ５ａと拡散シート６の双方の配光特性が考慮された総合的なスクリーンゲインを示している。
総合的なスクリーンゲインは、レンズ単体の配光特性（図８〜１０）が、拡散シート６の配光特性（図１１を参照）で、更に滑らかになまされる。つまり、総合的なスクリーンゲインは、レンズ単体の配光特性と拡散シート６の配光特性を掛け合わせたものと近似的に考えられる。以下、レンズ単体のスクリーンゲインをg、総合的なスクリーンゲインをg'と表記する。
【００２６】
図１２、図１３及び図１４における各々の曲線は計算値であり、＋印は実際にシリンドリカルレンズ５ａを試作して、ヘイズ値８５％、厚み２ｍｍの拡散シート６と組み合わせて測定した実測値を示している。
なお、屈折率は、設計値と同様に、レンズピッチ（レンズピッチはスケール変換に対して不変のため関係ない）を８９ミクロンとしている。同じ角度で測定値が複数あるのは、測定におけるばらつきを示している。拡散シート６の配光特性は、裾が広い（９０度まで）ので、総合のスクリーンゲインは、レンズ単体で見えたカットオフがなまされて、図では目立ち難くなる。
【００２７】
以上、レンズ単体の最大角がφmax＜２０度の例（ｕ，ｖ）では、総合のピークゲインが大きくなる（ｇ’max＞４）
レンズ単体の最大角がφmax＞２０度の例（ｘ，ｗ）では、総合のピークゲインが小さくなる（ｇ’max＜４）
図１４のｎ，ｌ，ｍは、詳細な検討を行った結果、レンズ単体の最大角φmax＞２０度である場合でも、大きなピークゲイン（ｇ’max＞４）を得ることに成功した場合の計算例である（成功条件は後述する）。
【００２８】
レンズ単体のゲインチャートにおいて、従来カットオフが大きいものはピークゲインが小さく、カットオフが小さいものはピークゲインが大きいものであったが、シリンドリカルレンズ５ａのレンズ面形状を０．１０６＜ｄ／ｐ＜０．１３５、かつ、３５．８度＜θmax＜３６．９度の条件を満足することにより、カットオフが大きく、かつ、ピークゲインが大きくなるように作用させることができる。なお、上記の条件を満足しない場合、言うまでもないが、上記の作用を発揮しなくなるため、従来と同様の特性になる。
【００２９】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、出光面にシリンドリカルレンズ５ａが鉛直方向に連接形成されているシリンドリカルレンズシート５がプロジェクタ１から照射された光線を広げて、拡散シート６がシリンドリカルレンズシート５の出光面から出射された光線を拡散するように構成したので、鉛直方向の視野角が広がり、その結果、観測者が鉛直方向に多少移動しても映像を観測することができる効果を奏する。
【００３０】
また、この実施の形態１によれば、０．１０６＜ｄ／ｐ＜０．１３５、かつ、３５．８度＜θmax＜３６．９度の条件を満足する曲線で、そのシリンドリカルレンズ５ａの形状が表されるように構成したので、明るくて、視野角の広い透視型スクリーンを得ることができる効果を奏する。
【００３１】
なお、この実施の形態１では、プロジェクタ１から照射された光線がフレネル光学素子３に入射されるものについて示したが、図１５に示すように、プロジェクタ１から照射された光線が反射鏡７に反射し、その反射鏡７に反射された光線がフレネル光学素子３に入射されるようにしてもよい。
【００３２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、シリンドリカルレンズ５ａが凸レンズであるものについて示したが（図７を参照）、シリンドリカルレンズ５ａは、図１６に示すように、凹レンズであってもよく、配光特性は変わらない。これはレンズ面の傾きが円弧ｆの微分から求められるためである。つまり、レンズ面の傾きの積分が円弧であり、そこに積分定数の不定性があるため、凸、凹、フレネルレンズのように不連続でも配光は変わらない。
ただし、凸レンズの場合の焦点Ｓと、凹レンズの場合の焦点Ｓの位置は異なるが、レンズピッチｐは投写された１画素より小さく、ｐ＜０．５ｍｍ程度であることから、スクリーンから１〜２ｍ離れた観測者が見ると、焦点深度の違いは十分無視できるほど小さく、画像のぼけなどの不具合を発生することはない。
【００３３】
入射角φinは、上述したように、φin＝０である。
この場合、図１７に示すように、シリンドリカルレンズ５ａを分割して、フレネルレンズの形状にしても同等の配光特性を得ることができる。
φin≠０の場合でも、シリンドリカルレンズ５ａの分割を入射角φinと並行に行えば同様に、フレネルレンズの形状にしても同等の配光特性を得ることができる。
また、分割したシリンドリカルレンズ５ａを図１８のように並び替えても、出射光線が、分割したレンズと干渉しなければ、配光特性は変わらない。
【００３４】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、特に言及していないが、外光の影響を低減するために、反射を低減させる反射防止層を拡散シート６の出光面に形成するようにしてもよい。
また、見た目のぎらつきを押さえるためにアンチグレア層や、静電気による埃の付着を防止するために帯電防止層を拡散シート６の出光面に形成するようにしてもよい。
また、表面を保護するためにハードコート層を拡散シート６の出光面に形成するようにしてもよい。
【００３５】
実施の形態４．
透過型スクリーン２は、図１及び図１５に示すように、プロジェクタ１から照射された光線を観測者側に曲げるフレネル光学素子３のフレネルプリズム３ａがコリメートして、その光線をシリンドリカルレンズシート５に入射するものである。
したがって、シリンドリカルレンズシート５に対する光線の入射角φinは概ね０度になる。
【００３６】
一般のフレネルレンズは、プリズム部が出光面（基盤４側の面）に構成されている屈折を利用したものであることが多い。
プロジェクタ１からフレネルレンズへの入射角が約４０度を超えるような斜め投写の場合、上記のような出光面屈折型のフレネルレンズでは、光線をシリンドリカルレンズシート５に向けてコリメートすることができなくなる。
このような斜め投写の場合、入光面にフレネルプリズム３ａが形成されているフレネル光学素子３を利用するようにする。
具体的には、下記の（１）〜（４）のフレネル光学素子３を利用するようにする。
【００３７】
（１）プロジェクタ１から照射された光線を屈折させる屈折面と、その屈折面で屈折された光線を反射させる反射面とを有するフレネルプリズム３ａ（全反射プリズム）が鋸歯状に複数配置されているフレネル光学素子３（図１９、図２３を参照）
（２）プロジェクタ１から照射された光線を屈折させる屈折面と、その屈折面で屈折された光線を反射させる反射面とを有するフレネルプリズム３ａ（全反射プリズム）と、プロジェクタ１から照射された光線を屈折させる屈折面を有する屈折プリズム３ｂとが１つのピッチに形成されている混合型のフレネルプリズム（ハイブリッド型プリズム）が鋸歯状に複数配置されているフレネル光学素子３（図２０、図２４を参照）
（３）プロジェクタ１から照射された光線を屈折させる屈折面と、その屈折面で屈折された光線を反射させる反射面とを有するフレネルプリズム３ａが鋸歯状に複数配置されているフレネル光学素子３において、手前のフレネルプリズム３ａ（図中、下側のフレネルプリズム３ａ）に遮断されて、プロジェクタ１から光線が直接照射されない非入射面が基盤４の面と略平行に形成されているフレネルプリズム３ａ（部分全反射プリズム）が複数配置されているフレネル光学素子３（図２１、図２５を参照）
（４）プロジェクタ１から照射された光線を屈折させる屈折面と、その屈折面で屈折された光線を反射させる反射面とを有するフレネルプリズム３ａが鋸歯状に複数配置されているフレネル光学素子３において、屈折面と反射面がなすプリズム先端部分の一部が、プロジェクタ１から照射される光線と略並行に欠けているフレネルプリズム３ａ（部分全反射プリズム）が複数配置されているフレネル光学素子３（図２２、図２６を参照）
【００３８】
上記のフレネル光学素子３を利用する場合、従来の出光面屈折型のフレネルレンズと異なり、プリズム内部での全反射現象を利用して光の方向を変える。光の反射は、Ｓｎｅｌｌの法則から入射角と出射角が等しくなる。
入射光線から見ると出射光線は、図２７に示すように、面と入射光線のなす角δの２倍ほど曲げられる。
また、プリズム内部の屈折率が１より大きいため、プリズム内部の屈折率がｎである場合には、プリズムの外（屈折率を１とする）から見ると、約２ｎ倍ほど曲げられることになる。例えばプリズム内部の屈折率が１．５の場合、プリズムの外から見ると、約３倍曲げられることになる。
【００３９】
このように、全反射現象を利用したフレネル光学素子３は、大きく光線を曲げるため、プロジェクタ１からフレネル光学素子３への入射角が大きい場合でも、光線をシリンドリカルレンズシート５に向けて曲げることができるが、反面、全反射面の傾きが設計値より僅かにずれている場合、角度ずれも２ｎ倍拡大されることになる。
例えば、図１９におけるフレネルプリズム３ａの反射面が設計値よりΔだけ傾いている場合、プロジェクタ１から照射される光線は、正規の方向より２Δだけずれた方向に曲げられ、プリズムの外から見ると、約２ｎ1／ｎ0Δだけずれて観測される（光線は図１９の面ＤＯでも屈折する）。ただし、ｎ1はフレネルプリズム３ａの内部の屈折率、ｎ0はフレネルプリズム３ａの外部の屈折率である。
なお、図２０〜図２２でも同様に説明することができる。
【００４０】
そこで、プロジェクタ１からフレネル光学素子３への入射角が約４０度を超える大きな斜め投写の場合、同心円状に配置されるフレネル光学素子３の同心円の中心が画面の外に配置されるように構成する。
例えば、透過型スクリーンは、図２３に示すように、横長の長方形であるので、横長のプリズム円弧が鉛直方向に並列にならぶことになる。
全反射現象を利用したフレネル光学素子３では、全反射プリズムであるフレネルプリズム３ａによって光線がシリンドリカルレンズシート５に向けて曲げられる。角度ずれがない本来の場合、正規の方向に光線が曲げられるものが（実線の矢印を参照）、角度ずれがあると、ずれた方向に光線が曲げられる（点線の矢印を参照）。拡大される角度ずれは鉛直方向になる。
なお、図２４〜図２６でも同様に説明することができる。
【００４１】
一方、視野角が広い特性（広い配光特性）を持つ場合、光線の角度ずれが配光特性でなされて、光線の角度ずれが目立ち難くなるという新たな別の効果がある。
図４７はシリンドリカルレンズシート５による配光特性が狭い場合の例を模式的に示す説明図であり、図４８はリンドリカルレンズシート５による配光特性が広い場合の例を模式的に示す説明図である。
配光特性が狭い場合、図４７に示すように、正規の角度の光線と、ずれた角度の光線とに分離された光線は、狭い配光のために、十分に混ざり合わないため、分離して観測される。
一方、配光特性が広い場合、図４８に示すように、正規の角度の光線と、ずれた角度の光線とに分離された光線は、広い配光のために、十分に混ざり合うため、分離して観測されることはなく、光線のずれは観測されなくなる。
【００４２】
つまり、全反射現象を利用したフレネル光学素子３とシリンドリカルレンズシート５を組み合わせることにより、単純に配光特性を広げて見やすくするだけでなく、光線ずれ（輝度のムラ）を低減することができる効果を奏する。
なお、従来のように、入光面に屈折作用のあるプリズムが形成された入光面屈折型のフレネルレンズや、出光面にプリズムが形成された出光面屈折型のフレネルレンズでは、全反射現象を利用しないため、光が大きく曲がらず、設計値からのずれも拡大されないため、視野角が狭くても、角度ずれが検出されないため、問題になることはなかった。
【００４３】
実施の形態５．
全反射現象を利用したフレネル光学素子３を配置する透過型スクリーンは、上述したように、プロジェクタ１からフレネル光学素子３への入射角が約４０度を超えるような斜め投写に適用されることが多い。
このような極端な斜め投写の場合、フレネル光学素子３を保持する基盤４の撓みや歪みによる光線に与える影響が、通常の出光面屈折型のフレネルレンズに比べて大きい。
例えば、プロジェクタ１からの入射角度がΦの場合、基盤４の厚みをｔとすると、光線の高さ位置はｔ・ｔａｎΦで表される。
【００４４】
ただし、フレネル光学素子３におけるフレネルプリズム３ａの通常ピッチが〜０．１ｍｍの大きさであり、三角形状のフレネルプリズム３ａの高さ（厚み方向）もほぼ同じ大きさとなる。
一方、基盤４の厚みは、約１．０〜５．０ｍｍ程度であり、フレネルプリズム３ａより１０倍以上厚い（図１９〜図２２では、基盤４の厚みｔを圧縮して表記している）。
ここでは、ｈv＜＜ｔのため、フレネルプリズム３ａの厚み（例えば、図２１のｈv）を無視しているが、実際にはフレネルプリズム３ａの厚みと基盤４の厚みの和に比例することは言うまでもない。
なお、実際には、フレネル光学素子３と基盤４が一対になっていてもよい。例えば、フレネルプリズム３ａの形状が刻み込まれた金型に基盤４を押しつけて、押し出し成形することにより、基盤４にフレネルプリズム３ａの形状を写し取ったり、フィルム状のフレネルプリズム３ａを基盤４に接着層（図示せず）で貼合してもよい。
【００４５】
基盤４の撓みをΔｔとして、その撓みΔｔをフレネルプリズム３ａの位置の平行移動と近似すると、（ｔ＋Δｔ）ｔａｎΦで表される。
Φ＝４５度で、ｔａｎΦ＝１であるが、入射角度Φが４５度を超えると、急激にｔａｎΦが大きくなる。
例えば、Φ＝７０度で、ｔａｎΦ＝２．７４であり、撓みΔｔに対して、高さ位置が約３倍もずれることを意味する。
以上の説明は簡単化のため、撓みを単純に基盤４が平行移動したと考えたが、実際には角度も変わり、これは当然、前述の角度ずれの発生原因になることは言うまでもない。
以上のことから、全反射現象を利用したフレネル光学素子３を配置する透過型スクリーンの場合、フレネル光学素子３を保持する基盤４として、平面度の高い（撓みの少ない）ガラス等を用いると、基盤４とシリンドリカルレンズシート５の双方の作用により、角度ずれの低減効果が得られる。
【００４６】
実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、シリンドリカルレンズシート５の出光面から出射された光線を拡散シート６が拡散するものについて示したが、図２８に示すように、入光面にシリンドリカルレンズ８ａが水平方向に連接形成され、シリンドリカルレンズシート５の出光面から出射された光線を広げるレンチキュラーシート８と、レンチキュラーシート８の出光面における非集光部（図中、黒色の領域）に配置され、そのレンチキュラーシート８の出光面から出射される光線以外の光線を吸収するストライプ状の光吸収部材９とが、シリンドリカルレンズシート５と拡散シート６の間に配置されるようにしてもよい。
ただし、シリンドリカルレンズシート５におけるシリンドリカルレンズ５ａの形状に関する条件は、上記実施の形態１の場合と同様である。
即ち、シリンドリカルレンズ５ａの形状が、０．１０６＜ｄ／ｐ＜０．１３５、かつ、３５．８度＜θmax＜３６．９度の条件を満足する曲線で表されるようにする。
【００４７】
また、シリンドリカルレンズ５ａは、上述したように、凸レンズに限るものではなく、図２９に示すように、凹レンズであってもよい。また、図３０に示すように、フレネル形状のレンズであってもよい。
なお、図２８〜図３０の例では、フレネルプリズム３ａが（２）のハイブリッド型プリズムであるものについて示したが、これに限るものではなく、フレネルプリズム３ａが（１）の全反射プリズム（図３１を参照）、（３）の部分全反射プリズム（図３２を参照）、（４）の部分全反射プリズム（図３３を参照）であってもよいことは言うまでもない。
【００４８】
実施の形態７．
上記実施の形態６では、シリンドリカルレンズシート５と拡散シート６の間に、レンチキュラーシート８と光吸収部材９が配置されているものについて示したが、図３４に示すように、シリンドリカルレンズシート５の出光面から出射された光線の一部を全反射してから、その光線を出光させる台形状の単位レンズ１０ａが水平方向に連接形成されたレンチキュラーシート１０と、レンチキュラーシート１０における単位レンズ１０ａの谷部（図中、黒色の領域）に配置され、そのレンチキュラーシート１０の単位レンズ１０ａから出射される光線以外の光線を吸収するストライプ状の光吸収部材１１とが、シリンドリカルレンズシート５と拡散シート６の間に配置されるようにしてもよい。
ただし、シリンドリカルレンズシート５におけるシリンドリカルレンズ５ａの形状に関する条件は、上記実施の形態１の場合と同様である。
即ち、シリンドリカルレンズ５ａの形状が、０．１０６＜ｄ／ｐ＜０．１３５、かつ、３５．８度＜θmax＜３６．９度の条件を満足する曲線で表されるようにする。
【００４９】
また、シリンドリカルレンズ５ａは、上述したように、凸レンズに限るものではなく、図３５に示すように、凹レンズであってもよい。また、図３６に示すように、フレネル形状のレンズであってもよい。
なお、図３４〜図３６の例では、フレネルプリズム３ａが（２）のハイブリッド型プリズムであるものについて示したが、これに限るものではなく、フレネルプリズム３ａが（１）の全反射プリズム（図３７を参照）、（３）の部分全反射プリズム（図３８を参照）、（４）の部分全反射プリズム（図３９を参照）であってもよいことは言うまでもない。
【００５０】
実施の形態８．
上記実施の形態７では、シリンドリカルレンズシート５と拡散シート６の間に、レンチキュラーシート１０及び光吸収部材１１が配置されているものについて示したが、図４０〜４５に示すように、シリンドリカルレンズシート５とレンチキュラーシート１０及び光吸収部材１１の順番を入れ替えて、レンチキュラーシート１０及び光吸収部材１１をシリンドリカルレンズシート５の入射側に配置するようにしてもよい。
ただし、シリンドリカルレンズシート５におけるシリンドリカルレンズ５ａの形状に関する条件は、上記実施の形態１の場合と同様である。
即ち、シリンドリカルレンズ５ａの形状が、０．１０６＜ｄ／ｐ＜０．１３５、かつ、３５．８度＜θmax＜３６．９度の条件を満足する曲線で表されるようにする。
【００５１】
なお、上記実施の形態では、特に言及していないが、筐体、保持機構、空調、スピーカー、テレビ台、リモコン受光部、電気回路、幾何学補正回路、色補正回路などを、投写型表示装置の構成要素として付加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の実施の形態１による投写型表示装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による透過型スクリーンの一部を示す斜視図である。
【図３】シリンドリカルレンズシートのシリンドリカルレンズを示す模式図である。
【図４】半径が小さい場合のシリンドリカルレンズを示す模式図である。
【図５】レンズピッチを小さい場合のシリンドリカルレンズを示す模式図である。
【図６】光線の屈折現象を示す説明図である。
【図７】シリンドリカルレンズが凸レンズである場合の配光特性を示す説明図である。
【図８】レンズ単体によるスクリーンゲインの角度依存性を示す説明図である。
【図９】レンズ単体によるスクリーンゲインの角度依存性を示す説明図である。
【図１０】レンズ単体によるスクリーンゲインの角度依存性を示す説明図である。
【図１１】視野角α，γの例を示す説明図である。
【図１２】シリンドリカルレンズと拡散シートの双方の配光特性が考慮された総合的なスクリーンゲインを示す説明図である。
【図１３】シリンドリカルレンズと拡散シートの双方の配光特性が考慮された総合的なスクリーンゲインを示す説明図である。
【図１４】シリンドリカルレンズと拡散シートの双方の配光特性が考慮された総合的なスクリーンゲインを示す説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態１による他の投写型表示装置を示す構成図である。
【図１６】シリンドリカルレンズが凹レンズである場合の配光特性を示す説明図である。
【図１７】シリンドリカルレンズがフレネルレンズ形状である場合の配光特性を示す説明図である。
【図１８】シリンドリカルレンズがフレネルレンズ形状である場合の配光特性を示す説明図である。
【図１９】フレネル光学素子の形状や光線の光路を示す説明図である。
【図２０】フレネル光学素子の形状や光線の光路を示す説明図である。
【図２１】フレネル光学素子の形状や光線の光路を示す説明図である。
【図２２】フレネル光学素子の形状や光線の光路を示す説明図である。
【図２３】この発明の実施の形態４による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図２４】この発明の実施の形態４による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図２５】この発明の実施の形態４による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図２６】この発明の実施の形態４による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図２７】入射光線と出射光線の関係を示す説明図である。
【図２８】この発明の実施の形態６による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図２９】この発明の実施の形態６による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図３０】この発明の実施の形態６による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図３１】この発明の実施の形態６による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図３２】この発明の実施の形態６による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図３３】この発明の実施の形態６による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図３４】この発明の実施の形態７による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図３５】この発明の実施の形態７による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図３６】この発明の実施の形態７による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図３７】この発明の実施の形態７による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図３８】この発明の実施の形態７による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図３９】この発明の実施の形態７による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図４０】この発明の実施の形態８による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図４１】この発明の実施の形態８による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図４２】この発明の実施の形態８による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図４３】この発明の実施の形態８による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図４４】この発明の実施の形態８による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図４５】この発明の実施の形態８による透過型スクリーンを示す斜視図である。
【図４６】配光特性の計算結果を示す説明図である。
【図４７】シリンドリカルレンズシートによる配光特性が狭い場合の光線の輝度を示す説明図である。
【図４８】シリンドリカルレンズシートによる配光特性が広い場合の光線の輝度を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  プロジェクタ（発光体）、１ａ  投写光学系、１ｂ  ライトバルブ、１ｃ  照明光学系、２  透過型スクリーン、３  フレネル光学素子、３ａ  フレネルプリズム、４  基盤、５  シリンドリカルレンズシート、５ａ  シリンドリカルレンズ、６  拡散シート、７  反射鏡、８  レンチキュラーシート、８ａ  シリンドリカルレンズ、９  光吸収部材、１０  レンチキュラーシート、１０ａ  単位レンズ、１１  光吸収部材。
【図１】
2006301430.tif 000003
【図２】
2006301430.tif 000004
【図３】
2006301430.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006301430.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006301430.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006301430.tif 000013
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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