(57)【要約】  【課題】  画像光の減衰をより小さくして画像光をより有効に画像形成に利用できるようにし、更には、外光抑止効果を充分に享受し、外光による画像のコントラスト低下を防止できるようにする。  【解決手段】  本アプロジェクション用スクリーン２は、光源（プロジェクタ）側から観察者側に向かって、フレネルレンズ４と、このフレネルレンズ４を出た光を主として一つの方向（例えば垂直方向）へ拡散する異方性拡散手段（拡散板）６と、この拡散手段６を出た光を上記一つの方向と直交する方向（例えば水平方向）に拡散するレンティキュラレンズ１０を、配置してなる。【選択図】        図１
2011053407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側から観察者側に向かって、フレネルレンズと、このフレネルレンズを出た光を主として一つの方向へ拡散する異方性拡散手段と、その拡散手段を出た光を上記一つの方向と直交する方向に拡散するレンティキュラレンズを、順に配置してなる
ことを特徴とするリアプロジェクション用スクリーン。
【請求項２】
前記異方性拡散手段の拡散半値幅が±１０°〜±４０°の範囲内である
ことを特徴とする請求項１に記載のリアプロジェクション用スクリーン。
【請求項３】
前記異方性拡散手段が媒体内部に略周期的な屈折率分布の層構造を有する拡散素子である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のリアプロジェクション用スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い光利用効率、広い視野角、および高い外光抑制効果を有する、拡散フィルムをフレネルレンズとレンティキュラレンズの間に配置したリアプロジェクション用スクリーンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクションディスプレイとして、画像を投射するプロジェクタをスクリーンの背面側に配置したリアプロジェクションディスプレイがある。リアプロジェクション用スクリーンは、一般に３つの光学素子から構成されており、プロジェクタ側にプロジェクタ光を平行光にするためのフレネルレンズを、内側にプロジェクタ光を異方性拡散させるためのレンティキュラレンズを、観察者側にプロジェクタ光を等方性拡散させるための拡散層を配置したものが多い。
【０００３】
ここで、レンティキュラレンズは微細なシリンドリカルレンズ素子を複数平行に配置したシリンドリカルレンズ素子列により構成されているため拡散効果に異方性があり、入射した光をレンズの周期構造方向（一般的には水平方向となるように配置する）に拡散させるが、レンズの長手方向（一般的には垂直方向）にはほとんど拡散させず、ディスプレイの視野角が狭くなってしまう。
このため、レンティキュラレンズの観察者側面に拡散層が設けられており、長手方向における視野角不足が補われる。あるいは拡散層を設けずレンティキュラレンズ媒体内部に拡散剤を混入させることによっても、同様に視野角が拡大される。なお、これらの拡散は一般的に異方性を有さず等方性であり、長手方向のみではなく周期構造方向にも効果があるため、周期構造方向への視野角も広まる。
【０００４】
また、通常のディスプレイ観察環境には室内照明光・太陽光等の外光が存在し、画像のコントラスト比を低下させてしまうが、一般に用いられているレンティキュラレンズにはスクリーン内に侵入した外光を減衰させる外光抑制効果も付与されている。
具体的には、レンティキュラレンズの観察者側面にブラックストライプ層を設けたタイプＡと、プロジェクタ側面全面に減衰層を設けたタイプＢの2つに大別することができる。
【０００５】
図４（ａ）に示すようにタイプＡにおいては、レンティキュラレンズ観察者側面に配置されたブラックストライプｄが光を吸収する。図はレンティキュラレンズ周期構造方向の断面であり、一般的な例ではレンティキュラレンズａを垂直方向（真上あるいは真下）から見た断面である。ブラックストライプｄはレンティキュラレンズの複数のシリンドリカルレンズ素子ｃにとって、レンティキュラレンズ法線に対して略平行な入射光の焦点でない位置に形成される。プロジェクタ光は一般にレンティキュラレンズ法線に対して略平行であるため、ブラックストライプｄの開口を透過し吸収されない。プロジェクタ光のうち平行でない成分はブラックストライプｄの開口以外に当たり吸収される。
また図４（ｂ）に示すようにタイプＢにおいては、レンティキュラレンズａのプロジェクタ側面に全面に形成された減衰層ｂが光吸収媒体となる。プロジェクタ光は一般にレンティキュラレンズ法線に対して略平行であるため、減衰層ｂ中を通過する距離が比較的短く減衰が少ない。プロジェクタ光のうち平行でない成分は減衰層ｂ中を通過する距離が長くなり減衰が大きくなる。
【０００６】
同図から明らかなように、Ａ、Ｂいずれのタイプにおいても、スクリーンの法線に対して略平行の画像光については、概ね画像形成に比較的有効に寄与する。なお垂直方向から見て図のようになっていれば、入射光が少々垂直方向に傾いていても同じ議論が成り立つ。一方レンティキュラレンズａに入射するプロジェクタ光の平行でない成分は、遮光、あるいは減衰されるため、プロジェクタ光の平行性が光の利用効率に大きく影響を与える。ここでタイプＡの場合、厳密にはブラックストライプｄ層においてプロジェクタ光が焦点を結んでいることが重要であるため、レンティキュラレンズａに入射するプロジェクタ光の平行性が高いだけでなく、レンティキュラレンズ媒体に拡散効果がないことが望ましい。
【０００７】
ここでタイプＢではわずかとはいえプロジェクタ光が減衰層ｂを透過するため、効率の面で考えて明らかにタイプＡより劣っている。しかしタイプＢは減衰層ｂを全面的に作成すればよく、作りやすさの面でタイプＡより勝っているため、主に大画面スクリーンによく用いられる。
【０００８】
外光抑制効果について具体的に説明すると、タイプＡの場合、外光は観察者側面から入射するため、ブラックストライプｄの吸収媒体がレンティキュラレンズ観察者側面全体に占める割合に応じて吸収され、またブラックストライプｄのプロジェクタ側から界面反射・後方散乱で観察者側に戻って来る外光も同様に吸収される。
タイプＢの場合、外光が減衰層ｂのプロジェクタ側から界面反射・後方散乱で観察者側に戻って来ることを考えると、行きと帰りの２回減衰層ｂを通過しなければならず減衰が大きくなる。
【０００９】
ここで、前述のようにフレネルレンズ及びレンティキュラレンズからなるスクリーンでは、レンティキュラレンズａの長手方向への拡散角不足を補うため、レンティキュラレンズａのレンズ効果による異方性拡散以外に、拡散層の配置や媒体内部への拡散剤の混入等による等方性拡散が必要となる。
【００１０】
しかし、レンティキュラレンズａの観察者側に拡散層を設けた場合、タイプＡ、Ｂともに外光がレンティキュラレンズａに入射する前に拡散層により後方散乱してしまう。外光のレンティキュラレンズに入射しない成分はレンティキュラレンズの外光抑制効果の対象外となるため、画像のコントラスト比低下の大きいな原因となる。
また、媒体内部に拡散剤を混入させたタイプＡのレンティキュラレンズａでは画像光の斜め光成分が大きくなりスクリーンの光利用効率が低くなる（媒体内部に拡散剤を混入させたタイプＢのレンティキュラレンズではこのような問題は生じない）。
【００１１】
さらに、レンティキュラレンズ観察者側に拡散層を設けた場合であっても、媒体内部に拡散剤を混入させた場合であっても、表示画像の細部が不明瞭になり、解像度が低下してしまうという問題に直面する。
この問題に関しては解像度の低下を伴うことなく水平及び垂直方向における視野角を広めるべく、レンティキュラレンズの観客者側の面に異方性拡散手段（拡散板あるいは拡散シート）を設けることが提案され、それが特開２００２−２７７９６３号公報（：特許文献１）により紹介された。
【００１２】
図５はその特許文献１により紹介された発明の応用例を示す斜視図であり、同図において、１６は背面投射（リアプロジェクション）スクリーン、１６１はフレネルレンズ、１６２はこのフレネルレンズ１６１の観測者側に設けられたレンティキュラレンズで、互いに平行な複数のシリンドリカルレンズ素子列１６２ａを一体に形成した拡散層からなる。レンティキュラレンズ１６２の拡散層の底面には垂直拡散シート１７が接着剤１８を介して接着されており、１９はその観察者側に形成されたブラックストライプである。
このようなリアプロジェクション用スクリーンによれば、レンティキュラレンズの観察者側面に、一般のスクリーンで用いられる等方性拡散層に代えて、このレンズによる拡散方向、例えば水平方向と直交する垂直方向へ主として拡散する異方性拡散シートを設けることにより、不足していた垂直方向における視野角不足を充分に補うことができる。一般に拡散が強くなると解像度は低くなってしまうため、従来不必要であった水平方向の拡散を重複しておこなう事なしに十分な水平・垂直を得ることができる上記リアプロジェクション用スクリーンは、従来のものよりも解像度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−２７７９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上のように、レンティキュラレンズを用いたリアプロジェクション用スクリーンが有する問題は複雑であり、視野角を広げるためにはレンティキュラレンズ観察者側に配置された拡散層や、レンティキュラレンズ媒体内部への拡散剤の混入等により付与された拡散効果を大きくする必要があるが、光利用効率、コントラスト比、解像度の点から考えると拡散効果は小さい方が望ましい。
【００１５】
特許文献１に記載のリアプロジェクション用スクリーンはレンティキュラレンズの観察者側に拡散層を設けた場合に相当するため光利用効率低下の問題はない。また拡散効果を垂直方向のみに限定することで、解像度低下の問題を低減させており、後方散乱も解像度低下と同様に拡散が弱くなれば小さくなるため、目的とはしていないが結果的にコントラスト比も改善されている。しかし、拡散層が存在する以上必ず解像度、コントラスト比低下は生じ、特にＬＣＤやＰＤＰに比べコントラスト比が低いと指摘されているリアプロジェクションにとってコントラスト比低下の問題は小さくない。
【００１６】
そこで、本発明はそのような問題を解決すべく為されたもので、一つの方向、例えば垂直方向における視野角がそれと直交する方向、例えば水平方向における視野角に比較して極端に狭くなるという課題を解決し、以て、一つの方向例えば垂直方向における視野角が十分に広く、画像光の減衰をより小さくして画像光をより有効に画像形成に利用できるようにし、更には、外光抑止効果を充分に享受し、外光による画像のコントラスト低下を防止できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のリアプロジェクション用スクリーンは、光源側から観察者側に向かって、フレネルレンズと、このフレネルレンズを出た光を主として一つの方向（例えば垂直方向）へ拡散する拡散手段と、その拡散手段を出た光を上記一つの方向と直交する方向（例えば水平方向）に拡散する外光抑制手段付きレンティキュラレンズ（例えば、図４（ａ）に示すタイプＡ、あるいは図４（ｂ）に示すタイプＢ）を順に配置してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のリアプロジェクション用スクリーンによれば、フレネルレンズにより平行光にされた画像光は、拡散手段により一方向、例えば垂直方向により拡散され、その拡散手段を透過したあと、レンティキュラレンズにより上記一方向と直交する方向、例えば水平方向に拡散されて画像形成に寄与する。
従って、一方向（例えば垂直方向）及びそれと直交する方向（例えば水平方向）の拡散角度を広め、全方向における視野角を広めることができる。
【００１９】
上記過程において、プロジェクタからの画像光はフレネルレンズにより平行光にされたあと、拡散手段により一方向（例えば垂直方向＝レンティキュラレンズ長手方向）に拡散され、レンティキュラレンズに入射するが、レンティキュラレンズ周期構造方向の断面で視た場合拡散していないので、レンティキュラレンズの外光抑制手段での減衰は生じない。
従って、スクリーンに対して斜めに入射した光に対しては減衰が多く、画像光を有効に画像形成に利用できないという問題を回避することができる。これは一方向にのみ光を拡散させる以上、拡散効果の強さによらない。
【００２０】
また、本発明においては、レンティキュラレンズの観察者側に拡散手段を設けるのではなく、プロジェクタ側に拡散手段を設けるので、レンティキュラレンズの観察者側に拡散手段を設けた場合におけるような拡散手段による後方散乱がレンティキュラレンズの外光抑制効果の対象外となるおそれが無くなる。
依って、外光をレンティキュラレンズにより抑制する効果が低下するおそれをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明一つの実施例を示すリアプロジェクション用スクリーンの斜視図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は本実施例における水平拡散特性及び垂直拡散特性を、二つの従来例１、２と比較して示すもので、（Ａ）は水平拡散特性を、（Ｂ）は垂直拡散特性を示し、実線は本実施例の場合を、破線は拡散板をブラックストライプ層付きレンティキュラレンズの観察者側に位置させた従来例（従来例１）の場合を、２点鎖線はレンティキュラレンズとしてブラックストライプ層付きレンティキュラレンズを用い、拡散板を用いない従来例（従来例２）の場合を示す。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）はフレネルレンズから正面（観察者側）へ出射する方向からの入射光によるコノスコープ像を筆写したものであり、（Ａ）は本実施例の場合を、（Ｂ）は拡散板をブラックストライプ付きレンティキュラレンズの観察者側に位置させた従来例（従来例１）の場合を、（Ｃ）はレンティキュラレンズとしてブラックストライプ層付きレンティキュラレンズを用い、拡散板を用いない従来例（従来例２）の場合を示す。
【図４】（ａ）、（ｂ）は背景技術を説明するための従来のリアプロジェクション用スクリーンの二つのタイプＡ、Ｂについて画像光及び外光の経路を示すものである。
【図５】従来の一般的なレンティキュラレンズを用いたリアプロジェクション用（背面投射）スクリーンの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、基本的に、プロジェクタ側から観察者側に向かって、フレネルレンズと、このフレネルレンズを出た光を主として一つの方向へ拡散する異方性拡散手段と、その拡散手段を出た光を上記一つの方向と直交する方向に拡散するレンティキュラレンズを、順に配置してなるものである。拡散手段は平板状の拡散板と称されるものであっても良いし、フィルム状の拡散フィルムと称されるものであっても良く、また複数の拡散板あるいはフィルムを重ね合わせたものであっても良い。また図１ではフレネルレンズとして全反射型のフレネルレンズを用いた場合を図示したが、屈折型のフレネルレンズを用いても本発明の効果を得ることができる。
【００２３】
ここでディスプレイ垂直方向拡散角度は±１０°以上は必要であり、一般にブラックマスク層付きレンティキュラレンズでは約７°以上の斜め光から減衰が顕著になることから、上記異方性拡散手段は方位角の直交する方向に１．５倍以上の拡散角度異方性を有するもの適している。拡散角度はより拡散幅の広い方向に±１０°〜±４０°の範囲であることが望ましい。
このような異方性拡散手段としては、異方性表面形状拡散素子、異方性内部微粒子拡散素子、媒体内部に略周期的な屈折率分布の層構造を有する拡散素子、媒体内にプリズム上の光吸収剤を有する拡散素子が存在する。効率、異方性の高さ、から考えて媒体内部に略周期的な屈折率分布の層構造を有する拡散素子が好適乃至最適である。レンティキュラレンズも異方性拡散素子であるが空気界面が増えてしまうため効率、解像度、保持の点で問題がある。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の詳細を図示実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の一つの実施例を示すリアプロジェクション用スクリーンの斜視図である。
２は本発明の一つの実施例であるリアプロジェクション用スクリーンを示し、４はプロジェクタ側に位置されたフレネルレンズであり、プロジェクタからの画像光を平行光にする役割を果たす。６はこのフレネルレンズ４の観察者側に配置された拡散手段である拡散板（拡散シート）で、一方向、例えば垂直方向にのみに光を有効に拡散する機能を有する。本実施例においては、具体的には、住友化学社製異方性拡散用拡散板MFX-1515を用いる。例で用いたものの拡散角度は±２０°である。
【００２５】
上記拡散板６は、具体的には、フレネルレンズ４を出射した平行光を受け、その受けた光を垂直方向に拡散して出射する。
１０は拡散板６の観察者側に配置されたレンティキュラレンズであり、蒲鉾状の互いに平行に配置された複数のシリンドリカルレンズ素子１２、１２、・・・を一体に配列した拡散主部１４と、レンズ素子１２、１２、・・・の凹凸のない側の表面、レンズ素子の垂直入射光に対する焦点以外の面を覆うブラックストライプ層１５により構成されている。
【００２６】
このレンティキュラレンズ１０は、それを構成する各シリンドリカルレンズ素子１２、１２、・・・の凹凸のある側の面が拡散板６側を向き、そのレンズ素子１２、１２、・・・の周期構造方向に直行する方向が例えば垂直方向になるように配置されており、拡散板６を透過したプロジェクタからの画像光を水平方向に拡散する。
このような、リアプロジェクション用スクリーン２によれば、フレネルレンズ４により平行光にされた光は、拡散板６により垂直方向により拡散され、その拡散板６を透過した光は、レンティキュラレンズ１０により上記一方向と直交する方向、例えば水平方向に拡散されて画像形成に寄与する。
従って、垂直方向及び水平方向の拡散角度を広め、全方向における視野角を広めることができる。
【００２７】
そして、フレネルレンズ４からの画像光は拡散板６により垂直方向に拡散され、その拡散された光は、レンティキュラレンズ１０に入射するが、このレンティキュラレンズの周期構造方向の断面上で視た場合、プロジェクタからの画像光はフレネルレンズにより平行光にされているので、ブラックストライプ層１５での減衰は全く生じない。
従って、スクリーンに対して斜めに入射した光に対しては減衰が多く、画像光を有効に画像形成に利用できないという従来の問題を回避することができる。
【００２８】
また、本リアプロジェクション用スクリーン２によれば、レンティキュラレンズ１０の観察者側に拡散板６を設けるのではなく、プロジェクタ側に拡散板６を設けるので、レンティキュラレンズ１０の観察者側に拡散手段を設けた場合におけるような拡散板６により生じた後方散乱がレンティキュラレンズの外光抑制効果を受けないということが起こらない。
依って、外光がレンティキュラレンズ１０により外光抑制される効果の低下を伴うおそれが無くなり、延いては、画像の外光によるコントラスト低下を有効に防止することができる。
【００２９】
図２（Ａ）、（Ｂ）は本実施例における水平拡散特性及び垂直拡散特性を、二つの従来例１、２と比較して示すもので、（Ａ）は水平拡散特性を、（Ｂ）は垂直拡散特性を示す。
図２において、実線は本実施例の場合を、破線は拡散板をブラックストライプ層付きレンティキュラレンズの観察者側に位置させた従来例（従来例１）の場合を、２点鎖線はレンティキュラレンズとしてブラックストライプ層付きレンティキュラレンズを用い、拡散板を用いない従来例（従来例２）の場合を示す。
【００３０】
図２（Ａ）、（Ｂ）から明らかなように、本実施例によれば、水平拡散特性及び垂直拡散特性共に、従来例１とほとんど同程度の拡散性を有し、拡散板６を用いない場合である従来例２よりも顕著に拡散性が優れていることが解る。
従来例２ではゲインが高く光利用効率が高いが、垂直拡散特性の半値幅が狭く十分な視野角が得られていないことがわかる。一方、従来例１では拡散板が用いられているため、垂直拡散特性の半値幅が広がり十分な視野角が得られている。本実施例では拡散板として一方向（垂直方向）にのみ拡散効果を有するものを用いており、従来例１とゲインの値が同じ事からブラックストライプ層つきレンティキュラレンズで画像光が吸収されておらず、光利用効率が高いことがわかる。
【００３１】
図３（Ａ）〜（Ｃ）はフレネルレンズから正面へ（観察者側）出射する方向からの入射光によるコノスコープ像を筆写したものであり、（Ａ）は本実施例の場合を、（Ｂ）は拡散板をブラックストライプ層付きレンティキュラレンズの観察者側に位置させた従来例（従来例１）の場合を、（Ｃ）はレンティキュラレンズとしてブラックストライプ層付きレンティキュラレンズを用い、拡散板を用いない従来例（従来例２）の場合を示す。図から本実施例が水平方向、垂直方向以外でも広い視野角を有していることがわかる。
【００３２】
図３から、本実施例によれば、従来例１、２の場合よりも拡散特性をトップハットにガウス分布をかけ合わせたような、拡散性に優れた特性にすることができることが解る。
また、明環境において全黒画面にした場合の正面輝度（正面黒輝度）は本実施例の方が従来例１、２の場合に比較して低下しているという実験結果が得られており、これは後方散乱が低下したことによる効果であると推測できる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、背面投写型表示装置に用いるリアプロジェクション用スクリーンに広く産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００３４】
２・・・リアプロジェクション用スクリーン、４・・・フレネルレンズ、
６・・・拡散手段（拡散板）、１０・・・レンティキュラレンズ、
１６・・・減衰層。
【図１】
2011053407.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011053407.tif 000006
【図５】
2011053407.tif 000007