(57)【要約】  光学板(12)で特に、投影ディスプレイ装置のスクリーン内で使用されるものは、主軸(AA’)を含む面内で、光源からの受光された光線を曲げることで第1方向の光ビームにするように設計された光学素子(14)を第1側面上に有する。  第2側面(16)は、第1方向とは異なる第2方向のビームを曲げるために作製される。第2方向は主軸(AA’)上にあるのが好ましい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1側面上に第1の組をなす少なくとも2つの光学素子を有し、
前記光学素子は主軸を含む面で、光源からの受光された光を曲げることで第1方向に基本的に平行な光ビームにするように設計され、
前記第2側面で、前記第1方向とは異なる第2方向の前記ビームを曲げること、
を特徴とする光学板。
【請求項２】
前記第2側面は、前記第2方向のビームを曲げるため、少なくとも1つの光学素子を有することを特徴とする、請求項1に記載の光学板。
【請求項３】
前記第1光学素子は、前記第1方向の光線が前記第2方向に屈折するような面方向を有する少なくとも1つの側面を有することを特徴とする、請求項2に記載の光学板。
【請求項４】
前記第2側面は第2光学素子を有し、
前記第2光学素子は、前記面内にある前記第1光学素子の前記側面に基本的に平行な側面を有すること、
を特徴とする、請求項3に記載の光学板。
【請求項５】
前記第2側面は、前記第2方向のビームを曲げるホログラフィ装置を有することを特徴とする、請求項1に記載の光学板。
【請求項６】
前記光学素子は前記主軸に対して回転対称性を有し、そして
前記第2方向は基本的には前記主軸と一致する方向に進む、
ことを特徴とする、請求項1から5までのうちの1つに記載の光学板。
【請求項７】
前記光学素子は、前記光源からの光線を屈折によって曲げるように設計されていることを特徴とする、請求項1から6までのうちの1つに記載の光学板。
【請求項８】
前記光学素子の各々は、前記光源から前記第1方向を進む光線を反射するように設計されている側面を有することを特徴とする、請求項1から6までのうちの1つに記載の光学板。
【請求項９】
前記の少なくとも2つの光学素子からなる第1の組は、光源からの受光された光線を曲げることで前記第1方向と3°以下の角度をなす光ビームにすることを特徴とする、請求項1から8までのうちのいずれか1つに記載の光学板。
【請求項１０】
前記第2方向は前記第1方向と10°以上の角をなすことを特徴とする、請求項1から9までのうちのいずれか1つに記載の光学板。
【請求項１１】
像を生成する手段；
少なくとも1つの光学板を有するスクリーン；
を有し、
内部にある前記光学板は請求項1から8までのうちの1つに従ったものであること、
を特徴とする、投影ディスプレイ装置。
【請求項１２】
前記投影手段は、
前記光学板の一般方向に対して前記主軸に対して一致せず、かつ連続的な範囲で変化するような方向で前記光線が前記光学板によって受光されるようなものであって、及び、
前記第1方向は前記連続範囲のうちの方向の1つに対応する、
ことを特徴とする、請求項11に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学板及び、そのような光学板を用いた投影ディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
厚さの薄いレンズで一般的なコリメーション効果を得るために、フレネルレンズの光技術を使用することは周知である。よって、光源からの入射ビームをコリメートするため、レンズは光源からの受光した光を曲げることで平行光線ビームにするプリズム素子を有する。
【０００３】
特許文献1で開示されているように、プリズム素子は屈折（低入射角の場合）又は反射（高入射角の場合）のいずれかによって入射光線を曲げる。
【０００４】
そのようなレンズはたとえば、投影ディスプレイ装置に使用される。実際には、そのような装置では、小さな像が投影システムによって、所定の範囲の角度、たとえば30°から60°の入射角でディスプレイスクリーンへ投影される。
【０００５】
投影システムからの光はフレネルレンズによって全体的にコリメートされなくてはならない。つまり、ダークマトリックスを通り抜けてマイクロフォーカスされ、所望の観察領域へ広がる前に、水平方向での修正がなされる。
【特許文献１】特開  2002-221605号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ある入射角度、特に入射角20°から40°では、フレネルレンズのプリズム素子における光学有効性（又は効率）はほどほどである。実際、入射側に設けられているプリズム構造では、反射によってもまた屈折によっても、そのような入射角で良好な効率を実現するのは不可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
特にこの問題を解決するため、本発明は、フレネルレンズに代わって、第1側面上にある少なくとも2つの光学素子からなる第1の組を有する光学板を使用することを提案する。光学素子は主軸を含む面内で、光源からの受光された光線を曲げることで、第1方向と基本的に平行なビームにするように設計されていて、第1方向とは異なる第2方向の当該ビームを曲げるための手段は第2側面上に設けられている。
【０００８】
一の可能な解決法に従うと、第2側面は、第2方向のビームを曲げるため、少なくとも1つの第1光学素子を有する。この場合、第1光学素子は、第1方向の光線が第2方向に屈折するような方向を有する少なくとも1つの側面を有するのが好ましい。
【０００９】
そこで第2側面は有利になるように、第2光学素子を有して良い。第2光学素子は、当該面内の第1光学素子の当該側面と基本的に平行な側面を有する。
【００１０】
他の可能な解決法に従うと、第2側面は、第2方向のビームを曲げるためのホログラフィ装置を有する。
【００１１】
一般に光学素子は、主軸に対して回転対称性を有し、第2方向は、基本的に主軸と一致する方向に向かう。
【００１２】
第1実施例では、光学素子は光源からの光線を屈折によって曲げるように設計されている。第2実施例では、各光学素子は光源からの第1方向の光線を反射するように設計されている側面を有する。
【００１３】
好適態様に従うと、基本的に平行な光線は、第1方向と3°以下の角をなす。
【００１４】
当該第1方向は有利になるように、当該第2方向と10°以上の角をなす。
【００１５】
本発明は、像を生成する手段、像をスクリーンに投影する手段を有する投影ディスプレイ装置のスクリーンで光学板を使用することを提案する。スクリーンはまた、光学フォーカス及び/又は拡散素子をも有する。
【００１６】
特に有用な構築に従うと、投影手段は、
主軸と一致しない向きでかつ連続的な範囲で変化する光学板の一般方向に対する入射角で、光線が光学板によって受光され、及び、
第1方向は当該連続範囲のうちの一の配向に対応する、ようなものである。
【００１７】
本発明の他の態様は、添付の図を参照することで与えられる以下の説明で明らかになる。
【実施例】
【００１８】
図1で図示されたディスプレイ装置は、撮像装置（又はバルブ）4によって受光されるバイナリ光ビームBillを生成する照明系2を有する。
【００１９】
撮像装置4はバイナリビームBillのどの部分が結像系へ透過されなくてはならないのかを決定し、表示される像を表す第2光ビームBimgを生成する。
【００２０】
撮像装置4はたとえば、画素のアレイ形式で作製される。各画素は、表示される像中の対応する画素を明るくするのに必要な強度に応じて、入射光線（基本ビームBillの一部）に作用する。
【００２１】
撮像装置4からの光は結像系6によって、ディスプレイスクリーン10に向けて投影される。
【００２２】
図1に図示された例では、スクリーン10への入射光は底部の角度Θ1（約10°）から上部の角度Θ2（約60°）まで変化する入射角を有する。
【００２３】
以下の説明では、“光学エンジン”とは、スクリーン10のためのビームを生成する素子の組で特に、今回の場合、照明系2、撮像装置4及び結像系6を有する集合体を指すのに使用される。
【００２４】
本発明に従ったスクリーン10の第1実施例が図2に図示されている。
【００２５】
スクリーン10は光学板12を有する。光学板12の機能は、入射ビームRIを、主軸AA’と基本的に平行なビームRCにコリメートすることである（通常、主軸AA’は、水平でかつ光学板12で画定される面に垂直である）。
【００２６】
この目的のため、光学板12は、第1側面上に（光源、この場合特に光学エンジンからの光を受光する側面）第1プリズム素子14、及び、第2側面（光の射出側、従って上記の集光素子の方を向く）上に、第2プリズム素子16を有する。
【００２７】
光学板12は、主軸AA’（光学エンジンの射出軸）に対して回転対称性を有する。図2は、主軸AA’を含む面、この場合主軸AA’を含む垂直面、に沿った部分を図示している。
【００２８】
主軸AA’を含む各面では、第1プリズム素子14は、入射ビームRIを曲げることで、全体にわたって主軸AA’とは異なる第1方向Rintに平行なビームにする（従って、方向Rintは関係する主軸を含む面に依存する）。
【００２９】
よって、第1プリズム素子14への入射角θが如何なる値であっても（つまり、光学板12上の第1プリズム素子14の高さが如何なる値であっても）、入射光線RIは図3で詳細について説明するように、屈折して主軸AA’とある決まった角θintをなす光線Rintになる。実施例の変化形及び所与の製造における誤差に従うと、角θintは3°の範囲で変化しうる（θintは決まった値に±3°で等しい）。
【００３０】
従って、第2プリズム素子16は、（主軸AA’を含む各面では）基本的に平行な（つまり、所定の方向に対して±3°の範囲内の誤差で平行なことが好ましい）ビームRintを曲げることで主軸AA’に基本的に平行な（つまり、主軸に対して±5°の範囲内の誤差で平行であることが好ましく、ビームRcは光学板材料の外にある）第2方向のビームRcにする。従って、第2プリズム素子は光学板12の高さが如何なる値であっても（つまり、関係する第2プリズム素子16からの主軸AA’の距離が如何なる値であっても）同一である。第1方向と第2方向とのなす角は10°以上が好ましく、より好ましいのは15°である。
【００３１】
光学板12の射出面でコリメートされたビームRcは1組の集光素子20に向かって進む。集光素子20は、ビームをダークマトリックス22に通過させる。この通過によってコントラストが改善される。適切な立体角で像を投影するため、集光素子はまた通常、ビームを垂直及び水平方向に拡散させることが可能である。
【００３２】
もちろん、ビームの光学特性を改良するために、たとえばダークマトリックス22内に他の光学素子を提供することは可能である。
【００３３】
第1プリズム素子14及び第2プリズム素子16の詳細は、主軸AA’を含む垂直面の断面図として図3に図示されている。
【００３４】
第1プリズム素子14は、第1光学活性面24を有する。面24は、板18の一般的方向、つまりこの場合は垂直方向、とαの角をなす。前述したように、光学板12に角θ（主軸AA’とのなす角）で入射する光線RIは、光学板12内部の第1側面24によって屈折することで主軸と決まった角θintの角をなす第1方向の光線Rintになり、従って特にθに独立である。
【００３５】
屈折の法則に従うと、屈折率nの光学板では、従って以下の式が適用される。
sin(θ-α)=n・sin(θint-α)
上式は以下のように変形できる。
【００３６】
【数１】
2007518127.tif 000003
第1素子14の良好な屈折効率を得るため、θintは、第1側面24の実効入射角(θ-α)が板全体にわたって小さくなるように選ばれるのが好ましい。θintが入射角の範囲、つまりΘ1からΘ2までの範囲で、たとえばθint=(Θ1+Θ2)/2のときが上記のような選択に相当する。
【００３７】
第1プリズム素子14の第2側面28は光学活性ではなく、従ってほとんどの光線の光路に影響を及ぼすことがあってはならない。
【００３８】
θがθintより小さい場所では、βはθ及び/又はθintに近い値を取ることが好ましい（それは、側面28による光学板12の内部又は外部の光線への影響を回避するためである）。当然の結果として、βは必ずしも光学板12上で一定である必要はない。たとえば、各第1プリズム素子14でβ=θの値を取ることが可能である。他の解決法は、関係するプリズムすべてで厳密にβ=θintの値を使用することである。これらの解決法は、θが光学板12全体の高さにわたってθintに近いような上述の場合（θintの値はΘ1とΘ2との間を取る）で特に興味深い。θの値がθintより大きい場所では、側面28は、たとえばAA’にほぼ平行に取られる(β=3°)。
【００３９】
第2プリズム素子16は、第1光学活性側面26を有する。光学活性側面26は、光学板12の一般的な方向（この場合垂直方向）と角γをなす。前述から分かるように、第2プリズム素子16そして当然その第1側面26は、板内部で第1方向を進むビームRintを屈折によって曲げることで主軸AA’と基本的に平行な（つまり、主軸に対して±5°の誤差で平行あることが好ましく、ビームRcは光学板材料の外部である）第2方向のコリメートされたビームRcにする。第1方向と第2方向とのなす角は10°以上が好ましい。
【００４０】
屈折の法則に従うと、従って次式が適用される。
sinγ=n・sin(γ-θint)
よってγは以下のように定義される。
【００４１】
【数２】
2007518127.tif 000004
たとえ第1方向Rintが主軸AA’を含む各面内のみで一定であるとしても、第2方向Rcは主軸AA’に一致した方向に進み、従ってこの軸を含むすべての面で、つまり面全体にわたって一定であることが分かるだろう。
【００４２】
第2プリズム素子16の第2側面30は光学活性ではない。従って、たとえば主軸AA’とのなす角δをθintに近い又は同じ値で形成することで、第2側面30はプリズムの作製上、最も問題が起こらないように決定される。
【００４３】
スクリーン10の第2実施例が図4に図示されている。この図では、第1実施例中に存在する素子と同様なものは、同じ参照番号を有し、それらについて再度説明することはしない。
【００４４】
この場合のスクリーンもまた、光学板32を有する。光学板の機能は、入射ビームRIを主軸AA’に基本的に平行なビームRcにコリメートすることである。
【００４５】
第1実施例のように、この目的のため、光学板32は、第1側面上に第1プリズム素子34を、及び第2側面上に第2プリズム素子36を有する。
【００４６】
光学板32もまた、主軸AA’（光学エンジンの射出軸）に対して回転対称性を有する。図4は、主軸AA’を含む面、この場合は主軸AA’を含む垂直面、に沿った部分の断面を図示する。
【００４７】
第1実施例に関しては、第1プリズム素子34は、面全体にわたって、主軸AA’を含む各面において入射ビームRIを曲げることで主軸AA’とは異なる第1方向Rint（つまり、±3°の誤差で決定される方向に平行であることが好ましく、ビームRintは光学板材料内部にある）に平行なビームにする（従って、方向Rintは、関係する主軸を含む面に依存する）。第1方向と主軸とのなす角は10°以上であることが好ましい。
【００４８】
よって、第1プリズム素子34の入射角θが如何なる値であっても（つまり、光学板32の第1プリズム素子34の高さが如何なる値であっても）、入射光線RIは屈折し、反射されてRintになる。図5で詳細に説明されるように、光線RIは、主軸AA’と決まった角θint、この場合は負の値、をなす。
【００４９】
従って第2プリズム素子36は、（主軸AA’を含む各面で）基本的に平行なビームRintを曲げることで主軸AA’と基本的に平行な（つまり、±5°の範囲の誤差で平行であることが好ましく、ビームRcは光学板材料の外部にある）第2方向のビームRcにするように設計されている。従って、第2プリズム素子は、光学板32の高さが如何なる値であっても（つまり、考慮されるべき第2プリズム素子36からの主軸AA’の距離が如何なる値であっても）同一である。
【００５０】
第1プリズム素子34及び第2プリズム素子36の詳細は、図5において主軸AA’を含む垂直面の断面図として図示されている。
【００５１】
第1プリズム素子34は、第1側面38及び第2側面40を有する。角θ（主軸とのなす角）で光学板12に入射する光線RIは光学板32内部の第2側面40で屈折し、第1側面38に向かって進む光線RRになる。第1側面38は、この光線RRを反射することで主軸とゼロではない決まった値θintの角をなす第1方向の光線Rintにし、従って特にθに対して独立である。
【００５２】
第2プリズム素子36は、光学板32の一般的な方向（この場合は垂直方向）とゼロではない角をなす第1光学活性側面42を有する。先述の説明から分かるように、第2プリズム素子36従ってその第1側面42は、屈折によって光学板内部を第1方向に進むビームRintを曲げることで主軸AA’と基本的に平行な第2方向のコリメートされたビームRcにする。
【００５３】
第2プリズム素子36の第2側面44は光学活性ではなく、従って、作製する上で最も問題が起こりにくいようなプリズムを得るために決定される。
【００５４】
当然のことながら、本発明は上述の実施例に限定されるものではない。特に、内部ビームRintを曲げることで主軸に沿ってコリメートされたビームにする手段は、たとえば、光学板の第2側面でのホログラフィ面によって作製可能である。ホログラフィ構造は特に、疑似周期的に屈折率が変化する構造を有する。さらにこの解決法は特に有利である。なぜなら、主軸を含む各面での面内部の光線Rintを平行に整合するからである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明を適用した典型的なディスプレイ装置を図示する。
【図２】本発明の第1実施例で使用されている図1のスクリーンを図示する。
【図３】図2の詳細を図示している。
【図４】本発明の第2実施例で使用されている図1のスクリーンを図示する。
【図５】図4の詳細を図示している。
【図１】
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【図２】
2007518127.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年10月28日(2005.10.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸と呼ばれる射出軸を有するスクリーンに像を投影する手段を有し、
前記スクリーンは少なくとも1つの光学板を有し、
前記光学板は：
第1側面上に設けられていて、前記主軸を含む面で前記の像投影手段からの受光された光を曲げることで、第1方向と基本的に平行な光ビームにするように設計されている、第1の組をなす光学素子；
第2側面上に設けられていて、前記第1方向とは異なる第1方向の前記ビームを曲げる、第2の組をなす同一部分を有するプリズム素子、又はホログラフィ装置；
を有する、
ことを特徴とする投影ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記第2側面は第2の組をなす同一部分を有するプリズム素子を有し、
少なくとも複数の前記プリズム素子は、前記第1方向の前記光線が前記第2方向に屈折するような方向を有する第1側面を有する、
ことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
少なくとも複数の前記プリズム素子は第2側面を前記面に有し、
前記第2側面は基本的に前記第1光学素子の当該面と平行である、
ことを特徴とする、請求項2に記載の装置。
【請求項４】
前記第2側面は前記第2方向の前記ビームを曲げるホログラフィ装置を含むことを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記板は前記主軸に対して回転対称性を有し、
前記第2方向は基本的に前記主軸と一致する方向に進む、
ことを特徴とする、請求項1から4までのうちのいずれか1つに記載の装置。
【請求項６】
前記光学素子は、前記の光源からの光を屈折によって曲げるように設計されていることを特徴とする、請求項1から4までのうちの1つに記載の装置。
【請求項７】
前記各光学素子は前記の第1方向に進む光源からの光を反射するように設計されていることを特徴とする、請求項1から5までのうちの1つに記載の装置。
【請求項８】
前記の光学素子からなる第1組は投影手段からの受光された光線を曲げることで、前記第1方向と3°以下の角をなす光ビームにすることを特徴とする、請求項1から7までのうちのいずれか1つに記載の装置。
【請求項９】
前記第2方向は、前記第1方向と10°以上の角をなすことを特徴とする、請求項1から8までのうちのいずれか1つに記載の装置。
【請求項１０】
前記投影手段は、
前記光学板の一般的な方向に対して前記主軸に対して一致せず、かつ連続的な範囲で変化するような方向で前記光線が前記光学板によって受光されるようなものであって、及び、
前記第1方向は、前記連続範囲のうちの方向の1つに対応する、
ことを特徴とする、請求項1から9までのうちのいずれか1つに記載の装置。
【請求項１１】
請求項1から10までのうちのいずれか1つに記載の、主軸と呼ばれる射出軸を有する像投影手段を有する投影装置の光学板であって、
第1側面上に、当該光学素子は前記主軸を含む面で前記投影手段からの受光された光線を曲げることで第1方向と基本的に平行なビームにするように設計されている第1の組をなす光学素子を有し、
第1側面上に、前記第1方向とは異なる第2方向の前記ビームを曲げる、第2の組をなす同一部分を有するプリズム素子、又はホログラフィ装置を有する、
ことを特徴とする光学板。
【国際調査報告】
2007518127.tif 000010
2007518127.tif 000011
2007518127.tif 000012
2007518127.tif 000013
2007518127.tif 000014
2007518127.tif 000015