(57)【要約】【課題】背面投射型表示装置にて、短焦点化及び広角化を進めたときに顕著になるスクリーン面の周辺部での明るさの低下につながる周辺部での映像光の取り込み効率の低下を改善する。【解決手段】背面投射型表示装置１００は、入光面Ｓｉｎにフレネルレンズ部材１１を有する透過型スクリーン１０と、その背面に映像光Ｌを投射する映像源２０とを備え、フレネルレンズ部材はフレネルレンズ面Ｓｆを映像光の出光面Ｓｏとし、フレネルレンズ面の反対側の非レンズ面を映像光が入射する入光面とする向きで配置されている。映像光がフレネルレンズ部材の入光面に入射する入射角θｉ、入光面の面内で入射角θｉが最大となる最大入射角点Ｐθｍａｘでの角度を最大入射角θｍａｘとするとき、最大入射角点Ｐθｍａｘにて、映像光はその入射面Ｓｉｒによって規定される偏光成分として、Ｐ波成分がＳ波成分よりも多い偏光光とする。【選択図】図１
2015055856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型スクリーンと、この透過型スクリーンの背面に映像光を投射する映像源とを備える背面投射型表示装置であって、
前記透過型スクリーンは、その入光面側にフレネルレンズ部材を有し、
前記フレネルレンズ部材はフレネルレンズ面を前記映像光の出光面とし、当該フレネルレンズ面の反対側の非レンズ面を前記映像光が入射する前記入光面とする向きで配置され、
前記映像光が前記フレネルレンズ部材の前記入光面に入射する角度を入射角θｉとし、前記入光面の面内で最も前記入射角θｉが大きくなる部分の角度を最大入射角θｍａｘとし、この最大入射角θｍａｘを与える部分を最大入射角点Ｐθｍａｘとするとき、
前記最大入射角点Ｐθｍａｘにおいて、
前記映像光は、その入射面Ｓｉｒによって規定される偏光成分として、Ｐ波成分がＳ波成分よりも多い偏光光となっている、
背面投射型表示装置。
【請求項２】
前記透過型スクリーンは、そのスクリーン面を外接する外接長方形を有し、
前記映像光は、その偏光方向が前記外接長方形の長辺を含み前記入光面に垂直な面に平行となっている、
請求項１に記載の背面投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクリーンに背面から映像光を投射する背面投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、透過型スクリーンに、その背面から映像光を投射する背面投射型表示装置において、大画面化、装置の小型化、薄型化などの必要性から、映像光を至近距離から投射できるように、映像源の短焦点化及び広角化が進んでいる。こうした背面投射型表示装置は、アミューズメント機器、自動車など乗り物の分野でも注目されている。
ただ、短焦点化及び広角化を進めると、画面の中心部と周辺部との明るさの差が拡大する。こうした、表示画面の明るさの面内均一性、すなわち輝度均一性に対しては、従来から良好なる映像品質を得るために、各種工夫がなされている。例えば、透過型スクリーンに、フレネルレンズや光拡散層を設けた構成とする技術である（特許文献１）。
フレネルレンズを用いる構成には、そのフレネルレンズ面を観察者側に向ける構成と、映像源側に向ける構成とがあるが、映像源側に向ける構成の方が、より短焦点化及び広角化に対応して、輝度均一性を確保しやすい。
ただ、フレネルレンズ面を映像源側に向けた構成は、フレネルレンズ面の凹凸に付着した塵が取れにくいとか、凹凸が損傷して変形しやすいとか、映像品質の低下につながる欠点もある。
【０００３】
一方、映像品質を向上させるために偏光を利用する技術もある。例えば、外光反射による明室コントラスト低下を改善する技術が特許文献２に開示されている。特許文献２で開示される技術は、スクリーン面に入射する外光を、スクリーン面の観察者側に配置した１／４波長板と偏光板とを通過させて円偏光にすることで、スクリーン面で反射して戻ってくるときは、逆向きの円偏光となった外光が今度は１／４波長板及び偏光板で遮断されるため、外光反射が減って明室コントラスト向上が図られるという技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３８６８１号公報
【特許文献２】特開平３−２５６０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、透過型スクリーンとして、とくにフレネルレンズ面を観察者側に向けた構成では、短焦点化及び広角化を進めると、映像源からの映像光が透過型スクリーンの背面を構成するフレネルレンズの非レンズ面である入光面に入射する入射角がさらに大きくなる。このため、入光面での反射率が大きくなり、フレネルレンズ内部に取り込める映像光がその分減少して、取り込み効率が低下するため、とくにスクリーン面周辺での明るさが減り、輝度均一性が低下してしまう。
【０００６】
すなわち、本発明の課題は、短焦点化及び広角化を進めたときに顕著になるスクリーン面の周辺部での明るさの低下につながる周辺部での映像光の取り込み効率の低下を改善することができる背面投射型表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明による背面投射型表示装置は、以下の構成とした。
（１）透過型スクリーンと、この透過型スクリーンの背面に映像光を投射する映像源とを備える背面投射型表示装置であって、
前記透過型スクリーンは、その入光面側にフレネルレンズ部材を有し、
前記フレネルレンズ部材はフレネルレンズ面を前記映像光の出光面とし、当該フレネルレンズ面の反対側の非レンズ面を前記映像光が入射する前記入光面とする向きで配置され、
前記映像光が前記フレネルレンズ部材の前記入光面に入射する角度を入射角θｉとし、前記入光面の面内で最も前記入射角θｉが大きくなる部分の角度を最大入射角θｍａｘとし、この最大入射角θｍａｘを与える部分を最大入射角点Ｐθｍａｘとするとき、
前記最大入射角点Ｐθｍａｘにおいて、
前記映像光は、その入射面Ｓｉｒによって規定される偏光成分として、Ｐ波成分がＳ波成分よりも多い偏光光となっている、
背面投射型表示装置。
（２）前記透過型スクリーンは、そのスクリーン面を外接する外接長方形を有し、
前記映像光は、その偏光方向が前記外接長方形の長辺を含み前記入光面に垂直な面に平行となっている、
前記（１）の背面投射型表示装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の背面投射型表示装置によれば、短焦点化及び広角化を進めたときに顕著になるスクリーン面の周辺部での明るさの低下につながる周辺部での映像光の取り込み効率の低下を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による背面投射型表示装置をその一実施形態で説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は観察者側からみた正面図、（ｃ）は側面図。
【図２】物質の境界面での光の反射及び屈折に対するＰ波及びＳ波の振る舞いを説明する図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図。
【図３】物質の境界面での光の反射率のＰ波とＳ波の違いの一例を示すグラフ。
【図４−Ａ】フレネルレンズ部材の部分での映像光の偏光状態による透過効率の違いを示すシミュレーション結果の一部であり、実施例１としてのＰ波の光の場合を示すグラフ。
【図４−Ｂ】図４−Ａと同様のシミュレーションによるもので、比較例１としての光が無偏光光の場合。
【図４−Ｃ】図４−Ａと同様のシミュレーションによるもので、比較例２としてのＳ波の光の場合。
【図５】図４のグラフのシミュレーション時の光学系を説明する図。
【図６】横長のスクリーン面のときの、画面左右方向及び画面上下方向でのＰ波及びＳ波としての振る舞いを説明する正面図。
【図７】スクリーン面の形状例及びその外接長方形と、映像源の位置に応じた映像光の偏光方向の設定例を示す正面図。
【図８】横長のスクリーン面の場合に、映像源の位置に応じた映像光の偏光方向の設定例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図。
【図９】最大入射角点までの映像源からの距離が同じでも、最大入射角が異なる例として、透過型スクリーンが曲面形状の場合を例示する平面図。
【図１０】背面投射型表示装置の全体構成の一例を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面は概念図であり、構成要素の縮尺関係、縦横比等は誇張されていることがある。
先ず、至近距離、短焦点化、及び広角化とは、本発明においては、映像光Ｌの投射条件が、最大入射角θｍａｘで、３５°以上、好適には４５°以上、より好適には５５°以上、さらに好適には６５°以上となる条件のことを意味することとする。
偏光方向Ｄｐとは、本発明においては、その光の電場の振動方向のことを意味する。
取り込み効率とは、入光面において映像光を取り込める効率の意味であり、入光面における映像光の透過率と同じ意味である。
【００１１】
図１は、本発明の背面投射型表示装置をその一実施形態で説明する図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は観察者Ｖ側からみた正面図、図１（ｃ）は側面図である。
同図では、地面に対して鉛直方向をＺ軸方向とし、地面に立った観察者Ｖに対して左右方向をＸ軸方向とし、前後方向をＹ軸方向としてある。透過型スクリーン１０のスクリーン面は、平面でＸＺ面に平行な面である。
なお、図１以外の図面においても、座標軸が明示されている図面については、その座標軸のとり方は図１と同様である。
【００１２】
同図に示す、背面投射型表示装置1００は、透過型スクリーン１０と、この透過型スクリーン１０の背面に映像光Ｌを投射する映像源２０とを備える表示装置である。
透過型スクリーン１０は、その背面の入光面Ｓｉｎ側にフレネルレンズ部材１１を有し、このフレネルレンズ部材１１はフレネルレンズ面Ｓｆを映像光Ｌの出光面Ｓｏとし、フレネルレンズ面Ｓｆの反対側の非レンズ面を映像光Ｌが入射する入光面Ｓｉｎとする向きで配置されている構成を有する。
透過型スクリーン１０は、通常、同図に示す実施形態のように、フレネルレンズ部材１１と、このフレネルレンズ部材１１と空気層１３を介して配置されたスクリーン本体部１２とから構成される。スクリーン本体部１２は、通常、光拡散層を少なくとも有し、さらにレンチキュラーレンズなどを備えることができる。
【００１３】
こうした透過型スクリーン１０としては、その入光面Ｓｉｎの側にフレネルレンズ部材１１を有し、このフレネルレンズ部材１１がそのフレネルレンズ面Ｓｆを映像光Ｌの出光面Ｓｏとし、フレネルレンズ面Ｓｆの反対側の非レンズ面を映像光Ｌが入射する入光面Ｓｉｎとする向きで配置された構成のものであれば、特に制限はなく、従来公知のものを適宜採用することができる。
【００１４】
透過型スクリーン１０は、本実施形態においては、映像を表示可能な領域であるスクリーン面Ｓｓが、画面上下方向の寸法に対して画面左右方向の寸法が大きい横長の長方形形状で、平面をなし、スクリーン面Ｓｓと入光面Ｓｉｎとは互いに平行関係にある。したがって、スクリーン面Ｓｓに対する外接長方形Ｒｃは、スクリーン面Ｓｓの外形形状と同一の場合である。
この透過型スクリーン１０に対する映像源２０の配置位置は、透過型スクリーン１０のスクリーン面Ｓｓの幾何学的な中心ＣｔＳから、その背面側に向かって立てた法線の延長線上となっている。つまり、映像源２０からの映像光Ｌの光軸Ａｓが、スクリーン面Ｓｓの中心ＣｔＳに立てた法線と一致する配置である。
【００１５】
ただ、本実施形態の図１では、スクリーン面Ｓｓは、本発明による明るさ低下に対する改善効果がより顕著に表われる観点から、ハイビジョン画像を表示する縦横比９：１６に比べれば、かなり横方向に長い長方形形状となっている。図面では縦横比は大よそ１：４．５で描いてある。なお、もちろん各図面は概念図であり、縦横比は誇張して描かれていることがあり、本実施形態においても同様である。
【００１６】
映像源２０は、従来の背面投射型表示装置ならば、一般的なプロジェクタ、それも、とくに、至近距離から投射可能な超短焦点型のプロジェクタなどを採用できるところであるが、本実施形態においては、特にその映像光Ｌとして、透過型スクリーン１０のスクリーン面Ｓｓと映像源２０との位置関係に応じた特定方向を偏光方向Ｄｐとする偏光光を投射できるようにしたものを用いる。
こうした映像源２０は、偏光方向Ｄｐが特定方向となった偏光光で映像光Ｌを投射できるようにしたものであれば、特に制限はない。したかって、映像源２０の映像生成方式では、例えば、ＤＬＰ（登録商標）方式、ＬＣＤ方式、ＬＣＯＳ方式など、特に制限はない。映像源２０については、後ほど詳述する。
【００１７】
そこで、本発明では、偏光方向Ｄｐの上記特定方向として、映像源２０の映像光Ｌがフレネルレンズ部材１１の非レンズ面である入光面Ｓｉｎに入射する角度を入射角θｉとして、入光面Ｓｉｎの面内で最も入射角θｉが大きくなる部分の角度を最大入射角θｍａｘとし、この最大入射角θｍａｘを与える部分を最大入射角点Ｐθｍａｘとするとき、
最大入射角点Ｐθｍａｘにおいて、映像光Ｌはその入射面Ｓｉｒによって規定される偏光成分として、Ｐ波成分がＳ波成分よりも多い偏光光となる方向としてある。
【００１８】
本実施形態においては、透過型スクリーン１０の背面である入光面Ｓｉｎに対する映像光Ｌの入射角θｉは、画面左右方向の両端のうち画面上下方向の両端でもある四隅の最大入射角点Ｐθｍａｘにおいて最も角度が大きくなり、最大入射角θｍａｘとなる。したがって、この最大入射角点Ｐθｍａｘでは、従来ならば、映像源２０からの映像光Ｌは、透過型スクリーン１０の入光面Ｓｉｎ、より具体的にはフレネルレンズ部材１１の非レンズ面でもある入光面Ｓｉｎで屈折して、フレネルレンズ部材１１の内部に進入することなく、反射して無駄になってしまう光の割合が最も大きくなる。すなわち、最大入射角θｍａｘとなる最大入射角点Ｐθｍａｘで、光の反射率が最も大きく、取り込み効率が最も小さくなってしまう。
【００１９】
そこで、本発明においては、スクリーン面Ｓｓの周辺部での取り込み効率の低下を改善するために、最大入射角点Ｐθｍａｘにおける映像光Ｌの入射面Ｓｉｒによって規定される偏光成分として、Ｐ波成分がＳ波成分よりも多い偏光光としてある。具体的には、本実施形態においては、特定方向の偏光方向Ｄｐの設定を次のようにしてある。
【００２０】
＜偏光方向Ｄｐの設定＞
以下、最大入射角点Ｐθｍａｘで、映像光ＬのＰ波成分がＳ波成分よりも多い偏光光とするために、映像光Ｌの偏光方向Ｄｐをどのように設定するかについて説明する。
以下に述べる偏光方向Ｄｐの設定方法は、おおよその場合において適用可能な方法として、好ましい一方法を開示するものであり、本発明においては、偏光方向Ｄｐの設定は、以下に述べる方法に限定されるものではない。本発明においては、要は、最大入射角点Ｐθｍａｘで、映像光ＬのＰ波成分がＳ波成分よりも多い偏光光となっていればよい。
【００２１】
本実施形態においては、最大入射角点Ｐθｍａｘは１箇所ではなく、４箇所ある。このため、４箇所のうち任意の１箇所で最も効果的な偏光方向Ｄｐを採用すると、残りの３箇所の全てにおいては、同レベルの効果は期待できない。ただ、本実施形態においては、映像源２０の位置は、図１（ｂ）の正面図においてスクリーン面Ｓｓの中心ＣｔＳの真裏である。
このため、図１（ｂ）の正面図に示すように、スクリーン面Ｓｓに平行な面内において、映像源２０から左上の最大入射角点Ｐθｍａｘを結ぶ線分ｘ１と、映像源２０から右下の最大入射角点Ｐθｍａｘを結ぶ線分ｘ２とは互いに平行であり、互いの延長線は重なる。また、残りの２箇所の最大入射角点Ｐθｍａｘと映像源２０とを結ぶ線分ｘ３及び線分ｘ４についても同様の関係がある。したがって、線分ｘ１と線分ｘ２とを連結した線分ｘ１２と、線分ｘ３と線分ｘ４とを連結した線分ｘ３４とは、互いに交差する２本の線分ｘ１２と線分ｘ３４となって、線分ｘ１２及び線分ｘ３４の延びる方向として互いに交差する２方向、方向ｄ１２と方向ｄ３４とが存在する。
【００２２】
そこで、図１（ｂ）の正面図で示されるように、本実施形態においては、方向ｄ１２と方向ｄ３４とのなす角度のうち小さい方の角度（これを劣角という）の角度αを、２等分してα／２となる方向を、映像光Ｌの偏光方向Ｄｐの基準として採用する。α／２となる方向は、スクリーン面Ｓｓの外接長方形Ｒｃの長辺に平行な方向となる。偏光方向Ｄｐは図１（ｂ）では、Ｘ軸方向に平行に描かれている。この基準採用過程では、スクリーン面Ｓｓに平行な面内、換言するとＸＺ面に平行な面内で考えたが、映像光Ｌの進路はスクリーン面Ｓｓに垂直なＹ軸方向の成分も有し、これも偏光方向Ｄｐの設定に考慮する必要がある。
したがって、本実施形態においては、映像源２０からの映像光Ｌは、画面左右方向であるＸ軸方向に平行で且つＹ軸方向にも平行なＸＹ面に、平行な方向を偏光方向Ｄｐとする偏光光としてある。換言すると、偏光方向Ｄｐは、外接長方形Ｒｃの長辺を含み入光面Ｓｉｎに垂直な面に平行な方向となるように設定される。
こうすることによって、最大入射角点Ｐθｍａｘにおける映像光Ｌについて、その入射面Ｓｉｒによって規定される偏光成分として、完全にＰ波成分のみとはできないが、Ｐ波成分がＳ波成分よりも多い偏光光とすることが可能となる。
なお、図１中において、映像光Ｌの偏光方向Ｄｐは、図１（ａ）の平面図では、スクリーン面Ｓｓの中心ＣｔＳを含みＸＺ面に平行な面内における映像光Ｌについてのものを代表して描いてある。また、図１（ｃ）の側面図では、スクリーン面Ｓｓの中心ＣｔＳを含みＸＹ面に平行な面内における映像光Ｌについてのものを代表して描いてある。
【００２３】
こうして、本実施形態の背面投射型表示装置１００では、短焦点化及び広角化を進めたときに顕著になるスクリーン面Ｓｓの周辺部での明るさの低下につながる周辺部での映像光Ｌの取り込み効率の低下を改善することが可能となる。
【００２４】
＜物質の境界面での反射率と光の偏光状態＞
次に、入光面Ｓｉｎでの反射率は小さくし透過率を大きくすることができる理由について、さらに詳述する。
【００２５】
図２は、物質の境界面Ｓｂでの光の反射及び屈折によるＰ波及びＳ波の振る舞いを説明する図であり、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は斜視図である。同図では、物質の境界面Ｓｂは原点を含むＸＹ面とし、入射光Ｌｉは境界面Ｓｂに当たると、一部は反射し、一部は透過して屈折する。ここでは、入射光Ｌｉは無偏光光とする。無偏光光は、互いに偏光方向が直交する２つの偏光光の合成波として取り扱うことができる。この２つの偏光光を、入射光Ｌｉが境界面Ｓｂに入射角θｉで当たるときの入射面Ｓｉｒによって規定される偏光であるところの、Ｐ波とＳ波として、説明を進める。Ｐ波とは、その偏光方向が入射面Ｓｉｒに平行（Ｐａｒａｌｌｅｌ）な偏光光であり、Ｓ波とは、その偏光方向が入射面Ｓｉｒに垂直な偏光光である。
入射光Ｌｉに対する入射面Ｓｉｒは、境界面Ｓｂに垂直な面であって入射光Ｌｉをその面内に含む面であるので、同図では、原点を含むＹＺ面である。
【００２６】
そして、境界面Ｓｂに入射光Ｌｉが当たり反射した反射光Ｌｒは、入射面Ｓｉｒに偏光方向が垂直なＳ波が、入射面Ｓｉｒに偏光方向が平行なＰ波に比べてより多く含まれる光となる。一方、屈折して透過する光は、この逆で、Ｐ波がＳ波よりも多く含まれる透過光Ｌｔとなる。
なお、図面では、分かりやすくする意味から、反射光ＬｒはＳ波のみを含み、透過光ＬｔはＰ波のみを含むように描いてある。なお、Ｐ波の反射率Ｒｐの極小値が或る入射角θｉにおいて、ゼロになるとき、その入射角θｉにおいては、反射光ＬｒはＳ波のみとなり、透過光ＬｔはＰ波のみとなる（後述図３参照）。ただ、映像光Ｌの透過型スクリーン１０の背面の入光面Ｓｉｎに対する入射角θｉは、映像光Ｌが入射する入光面Ｓｉｎの場所（この場所は入射点と呼ばれる）によって異なるため一定値ではなく或る範囲を持つので、その投射光学系に応じた入射角θｉの範囲を想定してＰ波及びＳ波の作用を考えることになる。
以上のことから、反射光Ｌｒを減らし透過光Ｌｔを増やすためには、入射光Ｌｉの偏光成分として、Ｓ波を減らし、Ｐ波を増やせばよいことになる。
【００２７】
図２では、入射光Ｌｉが物質の境界面Ｓｂで反射及び屈折するときに、その反射光Ｌｒ及び透過光Ｌｔは、入射光Ｌｉに対して偏光状態が変化することを説明した。
次に、入射光Ｌｉが物質の境界面Ｓｂで反射及び屈折するときに、入射角θｉによって、反射光Ｌｒ中のＰ波とＳ波の割合が変化することを、図３を参照して説明する。
図３は、物質の境界面Ｓｂでの入射光Ｌｉの反射率のＰ波とＳ波の違の一例を模式的に示すグラフである。光の反射率は、境界面Ｓｂに入射する光の入射角θｉによって異なり、また、境界面Ｓｂに入射する光の偏光状態によっても異なる。同図のグラフでは、Ｐ波はＷｐで示し、Ｓ波はＷｓで示す。
同図に示すように、入射角θｉが０°ではなく有限であるとき、常にＳ波の反射率Ｒｓが、Ｐ波の反射率Ｒｐよりも大きく、入射角θｉの全領域ではないが、おおよそ入射角θｉが０°から大きくなるほど、或る入射角θｉまでは、その差は大きくなる。前記或る入射角θｉとは、Ｐ波の反射率Ｒｐが極小値となる角度である。ただし、入射角θｉが０°の垂直入射のときは、Ｐ波の反射率ＲｐとＳの反射率Ｒｓは同じである。
【００２８】
入射光Ｌｉが無偏光光であるときは、その入射光ＬｉはＰ波とＳ波が半々の合成光として扱うことができるから、無偏光光の入射光Ｌｉに対する反射率は、Ｐ波の反射率Ｒｐと、Ｓ波の反射率Ｒｓとの平均値となる。
【００２９】
反射率のＰ波とＳ波との違いは、以下に示す〔式１〕のフレネルの式として知られている。〔式１〕のとおり、Ｐ波の反射率Ｒｐ、及びＳ波の反射率Ｐｓは、入射角θｉ及び屈折角θｒから算出することができる。
【００３０】
【数１】
2015055856.tif 000003
【００３１】
入射角θｉと屈折角θｒとは、下記〔式２〕のスネルの法則による関係が知られている。
【００３２】
ｎ１×ｓｉｎθｉ＝ｎ２×ｓｉｎθｒ        〔式２〕
（ただし、ｎ１は入射光Ｌｉ側の物質の屈折率、ｎ２は透過光Ｌｔ側の物質の屈折率である。）
【００３３】
こうして、透過型スクリーン１０の背面の入光面Ｓｉｎに斜めに入射する光の反射率がＰ波とＳ波とでは違うことを利用して、とくに、入射角θｉがより大きい部分での反射光をより効果的に減らして、フレネルレンズ部材１１に取り込まれる映像光Ｌの取り込み効率を上げることができる。その結果、スクリーン面Ｓｓのとくに周辺部での映像光Ｌの明るさの低下を改善することが可能となる。
【００３４】
＜映像光Ｌが特定方向の偏光光のときの取り込み効率、透過効率Ｒｅｆの改善結果＞
次に、フレネルレンズ部材１１の入光面Ｓｉｎでの映像光Ｌの取り込み効率が改善することで、さらに、フレネルレンズ部材１１に取り込まれ映像光Ｌがフレネルレンズ部材１１を透過してフレネルレンズ面Ｓｆである出光面Ｓｏから出光するまでの、透過効率Ｒｅｆを改善できることを説明する。
【００３５】
「取り込み効率」とは、本発明においては、その光の電場の振動方向のことを意味する。取り込み効率とは、入光面において映像光を取り込める効率の意味であり、入光面における映像光の透過率と同じ意味である。
「透過効率Ｒｅｆ」とは、本発明において、下記〔式３〕で示すように、映像光Ｌのフレネルレンズ部材１１の入光面Ｓｉｎにおける透過率Ｒｉと、フレネルレンズ部材１１の出光面Ｓｏにおける透過率Ｒｏとを掛け合わせたものである。なお、各透過率は、前記反射率から算出することができる。
Ｒｅｆ＝Ｒｉ×Ｒｏ              〔式３〕
透過効率Ｒｅｆには、出光面Ｓｏの透過率Ｒｏも関係し、このため、出光面Ｓｏを通過するときの映像光Ｌの出光面Ｓｏに対する入射角θｉも関係する。この入射角θｉは、フレネルレンズ面Ｓｆの出光面Ｓｏとなる部分の（入光面Ｓｉｎに対する        ）傾斜角度が関係し、これにはフレネルレンズ部材１１から通常略平行光束として出光させる映像光Ｌの進行方向の設定も関係する。映像光Ｌの進行方向は、最終的に透過型スクリーン１０としての出光面Ｓｏから出光させる映像光Ｌの進行方向との兼ね合いで、用途に応じたものとなる。ここでは、進行方向がスクリーン面Ｓｓに対して垂直方向の場合で説明する。
【００３６】
図４としての図４−Ａ、図４−Ｂ及び図４−Ｃに示すグラフは、フレネルレンズ部材１１を通過する映像光Ｌの透過効率Ｒｅｆについて、入射光ＬｉがＰ波のみの場合、無偏光光の場合、Ｓ波のみの場合を、シミュレーションした結果である。入射光Ｌｉについて、図４−Ａは実施例１としてのＰ波の光の場合、図４−Ｂは比較例１としての無偏光波の場合、図４−Ｃは比較例２としてのＳ波の光の場合である。
【００３７】
図５は、図４の透過効率Ｒｅｆのグラフのシミュレーション時の光学系を説明する図である。フレネルレンズ部材１１は、映像源２０からの発散光である映像光Ｌを、入光面Ｓｉｎで受けて、そのフレネルレンズ面Ｓｆである出光面Ｓｏから、スクリーン面Ｓｓに垂直な方向の平行光束に光の進路を偏向させるものとする。フレネルレンズ部材１１の屈折率ｎは１．５５とした。
透過型スクリーン１０の構成要素であるフレネルレンズ部材１１は、複数の単位フレネルレンズが同心円状に形成されたサーキュラーフレネルレンズであり、フレネルレンズの光学的中心であるフレネル中心ＣｔＦが、スクリーン面Ｓｓの中心ＣｔＳに位置する。そして、フレネル中心ＣｔＦに映像源２０からの映像光Ｌの光軸Ａｓが通り、スクリーン面Ｓｓの中心ＣｔＳ且つフレネル中心ＣｔＦからの垂線上に映像源２０が位置する、フレネルレンズ部材１１と映像源２０との位置関係である。
映像源２０の投射光学系の焦点距離Ｆが映像源２０からフレネルレンズ部材１１の入光面Ｓｉｎまでの光軸Ａｓ上での距離であり、映像源２０から発散された映像光Ｌがフレネルレンズ部材１１の非レンズ面である入光面Ｓｉｎに入射する入射点のフレネル中心ＣｔＦからの距離が距離Ｄｆである。
【００３８】
以上の条件のもと、入射光Ｌｉについて、シミュレーションして得られた図４を見てみると、図４−ＡのＰ波の光の場合は、フレネル中心ＣｔＦからの距離が大きくなるほど、透過効率Ｒｅｆはおおよそ低下していくが、それほど顕著ではない。透過効率Ｒｅｆの低下は、焦点距離Ｆが８００ｍｍと４００ｍｍとでは、殆ど変わらないが、焦点距離Ｆが２００ｍｍのときは、フレネル中心ＣｔＦから入射点までの距離Ｄｆが６００ｍｍの場合で言えば、０．８２までの低下に止めることができる。
【００３９】
一方、図４−Ｂの無偏光光の場合は、焦点距離Ｆが８００ｍｍ、４００ｍｍ、２００ｍｍと短焦点化するにつれて、透過効率Ｒｅｆの低下が、図４−ＡのＰ波の光に比べて大きいことがわかる。例えば、焦点距離Ｆが２００ｍｍのときで、フレネル中心ＣｔＦから入射点までの距離Ｄｆが６００ｍｍの場合で言えば、０．５８まで透過効率Ｒｅｆは低下する。一方、図４−ＡのＰ波の光の場合は、透過効率Ｒｅｆの低下は０．８２と、無偏光光の場合に比べると、かなり抑えることができる。
【００４０】
ところで、透過効率Ｒｅｆをスクリーン面Ｓｓの全ての領域で一様に改善することは不可能である。映像光Ｌを、特定方向を偏光方向Ｄｐとする偏光光とすることによって、偏光光が直線偏光であるが故に、スクリーン面Ｓｓに平行な面内において、最大の効果が得られる方向に対して直交する方向については、改善効果をある程度犠牲にすることを容認しなくてはならないこともあり得る。以下、図６及び図４−Ｃを参照して説明する。
【００４１】
図６は、横長のスクリーン面Ｓｓのときの、特定の偏光方向Ｄｐの映像光Ｌについて、画面左右方向及び画面上下方向でのＰ波Ｗｐ及びＳ波Ｗｓとしての振る舞いを説明する正面図である。透過型スクリーン１０のスクリーン面Ｓｓと映像源２０との位置関係は、図１と同じである。
映像光Ｌの偏光方向ＤｐはＸＹ面に平行な方向である。したがって、スクリーン面Ｓｓの左右両端での上下中央の入射点Ｐｘは、映像源２０に対してＸ軸方向と平行な位置関係となるため、入射点Ｐｘにおける入射面Ｓｉｒは、ＸＹ面に平行な面となり、偏光方向Ｄｐと平行な面となる。したがって、偏光方向Ｄｐの偏光光とした映像光Ｌは、入射点Ｐｘにおいては、入射面Ｓｉｒに平行な方向を偏光方向とするＰ波Ｗｐのみとなる。このため、透過効率Ｒｅｆが向上することになる。
【００４２】
一方、スクリーン面Ｓｓの上下両端での左右中央の入射点Ｐｚと、映像源２０との位置関係は、ＹＺ面に平行な位置関係となるため、入射点Ｐｚにおける入射面Ｓｉｒは、ＹＺ面に平行な面となり、映像光Ｌの偏光方向Ｄｐを含まない面となる。映像源２０から入射点Ｐｚに向かう映像光Ｌについて言えば、ＸＹ面に平行なその偏光方向Ｄｐの方向は、ＸＹ面内でＸ軸方向であり、入射面Ｓｉｒに直交する方向となる。したがって、偏光方向Ｄｐの偏光光とした映像光Ｌは、入射点Ｐｚにおいて、入射面Ｓｉｒに垂直な方向を偏光方向とするＳ波Ｗｓとなる。このため、入射点Ｐｚにおいては、透過効率Ｒｅｆの向上は期待できないことになる。
【００４３】
なお、最大入射角θｍａｘを与える最大入射角点Ｐθｍａｘにおいては、偏光方向Ｄｐの偏光光とした映像光Ｌは、図６のような横長のスクリーン面Ｓｓと映像源２０との位置関係では、図６の正面図において、その入射面Ｓｉｒと偏光方向Ｄｐと（の劣角）が４５°よりも小さい角度をなすから、入射面Ｓｉｒに平行な方向を偏光方向とするＰ波の偏光成分に、若干、入射面Ｓｉｒに垂直な方向を偏光方向とするＳ波の偏光成分が加わった合成波ととらえることができる。したがって、透過効率Ｒｅｆは、入射点Ｐｘのそれに近いが若干低下する相応の改善効果が期待できることになる。
【００４４】
それでは、こうした改善効果の犠牲の程度は、どれ程であるかというのが、図４−ＣのＳ波の光の場合から確認できる。
つまり、図１（ｂ）の正面図で言えば、画面左右方向の両端近傍での明るさ低下に対する改善効果は、図４−Ｂの無偏光光に対する図４−ＡのＰ波の光の場合で分かるが、画面上下方向の両端近傍での明るさ低下に対する改善効果への犠牲の程度は、図４−ＣのＳ波の光の場合で分かる。なお、入射面ＳｉｒがＸＹ平面に対して４５°となる場合、これは入射面ＳｉｒがＹＺ面に対して４５°となる場合でもあるが、こうなる入射点に入射する映像光Ｌは、その入射点にとっては、Ｐ波が１／２、Ｓ波が１／２の合成波となる。
【００４５】
先ほど比較した、焦点距離Ｆが２００ｍｍ、フレネル中心ＣｔＦから入射点までの距離Ｄｆ６００で比較すれば、図４−ＣのＳ波の光の場合は、透過効率Ｒｅｆが０．３５まで低下してしまう。ただ、スクリーン面Ｓｓの形状は図１（ｂ）で示したように、横長であって、縦横比は１：１ではない。したがって、Ｓ波による透過効率Ｒｅｆを評価する入射点の位置は距離Ｄｆが６００ｍｍの地点ではなく、スクリーン面Ｓｓの縦横比が図１（ｂ）で描いた１：４．５ならば、距離Ｄｆ６００ｍｍの４．５分の１の地点、６００／４．５＝１３３ｍｍとなる距離Ｄｆの地点での透過効率Ｒｅｆで評価すべきである。すると、距離Ｄｆ１３３ｍｍでの透過効率Ｒｅｆは、０．８０程度に止まる。この値は、Ｐ波での距離Ｄｆ６００ｍｍでの透過効率Ｒｅｆの０．８１と、殆ど同等といってよい。
つまり、スクリーン面Ｓｓの画面左右方向両端での明るさの低下と、画面上限方向での明るさの低下を、同レベルにすることが可能となることを示している。
もちろん、この結果は、スクリーン面Ｓｓの縦横比など、スクリーン面Ｓｓの形状に依存するものであり、スクリーン面Ｓｓの形状などが異なれば、異なった結果が得られる。例えば、図１（ｂ）のように縦横比が１：４．５でなはく、仮に９：１６であるならば、画面上下方向両端の左右中央部での透過効率Ｒｅｆの低下はより大きくなる。
【００４６】
以上の説明から分かるように、本発明においては、最大入射角点Ｐθｍａｘにおいて、映像光ＬはＰ波のみから構成されていてもよく、Ｐ波のみから構成されることに限定されない。要は、Ｐ波成分がＳ波成分よりも多い偏光光となっていればよく、むしろ、こうした方が、より現実的でもあり、且つ本発明をより広範に適用させることができる。
Ｐ波のみから構成することは、或る一点の最大入射角点Ｐθｍａｘにおいてのみは成立させることができても、最大入射角点Ｐθｍａｘが２箇所以上存在するときは、残りの他の最大入射角点Ｐθｍａｘにおいては成立させることができないことがあり得るからである。
【００４７】
こうして、短焦点化及び広角化を進めたときに顕著になるスクリーン面Ｓｓの周辺部での明るさの低下につながる周辺部での映像光Ｌの取り込み効率の低下を改善できることになる。
【００４８】
＜スクリーン面Ｓｓの形状と外接長方形Ｒｃ＞
本実施形態においては、スクリーン面Ｓｓの外形がなす形状は長方形であり、その外接長方形Ｒｃはスクリーン面Ｓｓと同じ場合である。
しかし、本発明においては、透過型スクリーン１０のスクリーン面Ｓｓの外形形状は任意である。図７は、その形状例の一部を示す正面図である。同図では、特に四角形以外の形状を例示してある。スクリーン面ＳｓはＸＺ面に平行な平面であるとする。
また、同図では、こうした形状のスクリーン面Ｓｓに対する映像源２０の位置の一例も同時に示してある。
【００４９】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、透過型スクリーン１０のスクリーン面Ｓｓを外接する外接長方形Ｒｃを有する場合である。こうした、外接長方形Ｒｃを有するスクリーン面Ｓｓに対しては、映像光Ｌは、その偏光方向Ｄｐが外接長方形の長辺を含み入光面Ｓｉｎに垂直な面に平行な方向が偏光方向Ｄｐとなる偏光光とすることが好ましい。したがって、図７（ａ）では、外接長方形Ｒｃの長辺はＸ軸方向に平行であるため、この場合の偏光方向ＤｐはＸＹ面に平行で図面では左右方向となる。
一方、図７（ｂ）では、外接長方形Ｒｃの長辺はＺ軸方向に平行であるため、この場合の偏光方向ＤｐはＹＺ面に平行で図面では上下方向となる。
【００５０】
図７（ｃ）では、スクリーン面Ｓｓが円形であるため、これを外接する外接長方形Ｒｃは存在しないが、外接四角形は存在する。こうした場合は、一概に偏光方向Ｄｐを設定することはできない。むしろ、スクリーン面Ｓｓと映像源２０との位置関係が重要となる。図７（ｃ）では、映像源２０はスクリーン面Ｓｓの中心ＣｔＳに対して図面下側であるので、偏光方向Ｄｐは、中心ＣｔＳと映像源２０とを結ぶ線分がＹＺ面に平行であるため、ＹＺ面に平行方向の図面では上下方向とするとよい。
【００５１】
図７（ｃ）と同様のことは、図７（ａ）及び図７（ｂ）でも、その映像源２０のスクリーン面Ｓｓに対する位置によっては生じ得る。例えば、図７（ａ）にて、映像源２０をスクリーン面Ｓｓに対して図面左右方向で、スクリーン面Ｓｓから外れた位置に設置する場合である。ただ、このような位置関係は、通常はとらない。よって、本発明においては、通常の場合を想定したときに、映像光Ｌは、その偏光方向Ｄｐが外接長方形Ｒｃの長辺を含み入光面Ｓｉｎに垂直な面に平行な偏光光とすることが好ましい。
【００５２】
本発明においては、映像源２０のスクリーン面Ｓｓに対する位置は、もちろん、図７に例示の位置関係に限定されない。ただし、図７（ｃ）のスクリーン面Ｓｓが円形の場合は、本発明による改善効果が享受され得る構成となる点では、本発明の背面投射型表示装置１００においては、スクリーン面Ｓｓの中心ＣｔＳには映像源２０は設置しない。もしも、中心ＣｔＳの真裏の延長線上の方向に映像源２０を配置すると、円形形状のスクリーン面Ｓｓの外周部の全周で、入射角θｉが同じとなり、その結果、全外周部で明るさの低下は同じとなり且つ全周囲でその方向が３６０°回転する入射面Ｓｉｒに対して、Ｐ波成分をＳ波成分よりも多い偏光光を投射できないからである。
ただし、用途によっては、スクリーン面Ｓｓは円形であるが、その全周囲で明るさの低下を同じにしないで、例えば左右方向の端は明るく、上下方向の端は暗くする設定とするならば、本発明による改善効果を有効利用することができる。
【００５３】
（曲面形状の場合）
透過型スクリーン１０が曲面形状であるときの外接長方形Ｒｃとは、スクリーン面Ｓｓが最も大きく見える方向から透過型スクリーン１０を観察したときに、この方向から見えるスクリーン面Ｓｓを平面とみたてて、この仮想的平面のスクリーン面Ｓｓを外接する長方形を外接長方形Ｒｃとすることができる。
【００５４】
＜スクリーン面Ｓｓの形状及び映像源２０との位置関係による偏光方向Ｄｐの設定＞
図７（ａ）及び図７（ｂ）では、最大入射角点Ｐθｍａｘが複数、具体的には２箇所存在する。なお、図１（ｂ）の場合は最大入射角点Ｐθｍａｘが４箇所存在した。
このように、最大入射角点Ｐθｍａｘが複数存在する場合においては、図１（ｂ）で説明した方法によって、偏光方向Ｄｐを設定することができる。
最大入射角点Ｐθｍａｘが２箇所の図７（ａ）及び図７（ｂ）、並びに最大入射角点Ｐθｍａｘが４箇所の図１（ｂ）の場合も含めて、スクリーン面Ｓｓの外周に沿って隣接する最大入射角点Ｐθｍａｘについて、これら２つの最大入射角点Ｐθｍａｘのそれぞれと映像源２０とを結ぶ線分（より正確には、これらの最大入射角点Ｐθｍａｘ及び線分は、平面をなすスクリーン面Ｓｓに平行な面に平行投影した点及び線分として捉える）が、互いになす劣角を角αとして、その半分のα／２の角度を生成する方向を含み、且つ入光面Ｓｉｎに垂直な面に平行な方向として、偏光方向Ｄｐを設定することができる。
【００５５】
（曲面形状の場合）
透過型スクリーン１０が曲面形状であるとき、最大入射角点Ｐθｍａｘ及び、これと映像源２０とを結ぶ線分を平行投影する、「スクリーン面Ｓｓに平行な面」とは、そもそも、スクリーン面Ｓｓが平面ではなく曲面であるため存在しない。そこで、こうした場合では、上記外接長方形Ｒｃで述べたと同様の捉え方をすることができる。すなわち、「スクリーン面Ｓｓに平行な面」を、スクリーン面Ｓｓが最も大きく見える方向から透過型スクリーン１０を観察したときに、この方向から見えるスクリーン面Ｓｓを平面とみたてて、この仮想的平面のスクリーン面Ｓｓに対する平行な平面として扱う。また、入光面Ｓｉｎは、この仮想的平面のスクリーン面Ｓｓに平行な面として扱う。
【００５６】
＜スクリーン面Ｓｓと映像源２０との位置関係による偏光方向Ｄｐ＞
図８は、横長のスクリーン面Ｓｓの場合に、映像源２０の位置に応じた映像光Ｌの偏光方向Ｄｐの設定例を示し、図８（ａ）は側面図、図８（ｂ）は正面図である。
図１に示した一実施形態では、説明を単純化する意味もあって、映像源２０はスクリーン面Ｓｓの中心ＣｔＳの真裏の延長線上であった。
しかし、映像源２０のスクリーン面Ｓｓに対する位置は、図７でも例示したように、スクリーン面Ｓｓから外れた位置となることもあり得る。
偏光方向Ｄｐの設定は、最大入射角点Ｐθｍａｘが同じであっても、スクリーン面Ｓｓと映像源２０との位置関係によって変わってくる。したがって、一概に、横長のスクリーン面Ｓｓの場合は、そのスクリーン面Ｓｓの外接長方形Ｒｃの長辺を含み入光面Ｓｉｎに垂直な面に平行な方向に偏光方向Ｄｐが限定されることはない。
【００５７】
図８では、映像源２０が、位置Ｐ１と、位置Ｐ２との場合の比較を示す。映像源２０が位置Ｐ１でも位置Ｐ２でも、最大入射角点Ｐθｍａｘは同じである。しかし、映像光Ｌの偏光方向Ｄｐは、図８（ｂ）の正面図で示すように、位置Ｐ１のときは、図１で説明したと同様に、ＹＸ面に平行な方向に設定される。
【００５８】
一方、位置Ｐ２では、偏光方向Ｄｐは、ＹＺ面に平行な方向に設定される。これは、図面で位置Ｐ２よりも更に図面下方の無限遠の位置に映像源２０を移動させた場合を考えれば、映像光ＬはＹＺ面に平行な平行光とみなせ、入射面ＳｉｒはＹＺ面に平行になることから容易に理解し得る。
【００５９】
二つの線分同士がその交点でなす角度をその劣角で捉えたとき、（交点における角度の優劣（大小関係）によって区別される劣角は９０°未満のときに定義可能となるが、これを９０°まで拡張すると）、二つの最大入射角点Ｐθｍａｘと映像源２０とを結ぶそれぞれの線分同士がなす角度の最大は９０°であり、図中、位置Ｐ３がこれに該当する。
位置Ｐ３は、偏光方向Ｄｐの設定が変わる転換点である。このため、上記したように、位置Ｐ３よりも映像源２０がスクリーン面Ｓｓに近い位置Ｐ１に対する偏光方向Ｄｐと、位置Ｐ３よりも映像源２０がスクリーン面Ｓｓから遠い位置Ｐ２に対する偏光方向Ｄｐとは、（スクリーン面Ｓｓに平行な面内において）互いに直交する。
転換点となる位置Ｐ３では、偏光方向Ｄｐは入光面Ｓｉｎに垂直な面に平行であれば、ＹＸ面に平行な方向でも、これと直交するＹＺ面に平行な方向でも、どちらでも可能である。スクリーン面Ｓｓのどの部分の明るさを重視するかなど、別の要素を勘案して、どちらかを決めればよい。
【００６０】
＜最大入射角点Ｐθｍａｘと曲面形状の透過型スクリーン１０＞
図９は、最大入射角θｍａｘを与える最大入射角点Ｐθｍａｘ、及び、最大入射角点Ｐθｍａｘまでの映像源２０から映像源Ｌの最大光路長ＤＬｍａｘが同じでも、最大入射角θｍａｘが異なる例として、透過型スクリーン１０が曲面形状の場合を例示する平面図である。図９（ａ）が、その曲面形状をした透過型スクリーン１０を示し、図９（ｂ）が、比較としての平面形状をした透過型スクリーン１０を示す。
同様に、図１に示す実施形態は、複数の最大入射角点Ｐθｍａｘの全てが最大光路長ＤＬｍａｘともなる入射点であった。
しかし、スクリーン面Ｓｓが曲面形状でフレネルレンズ部材１１の入光面Ｓｉｎが曲面形状の場合では、最大入射角点Ｐθｍａｘが最大光路長ＤＬｍａｘとなるとは限らない。
このため、スクリーン面Ｓｓのうち暗くなる外周部に関係する最大光路長ＤＬｍａｘとなる入射点と映像源２０との位置関係に応じて、偏光方向Ｄｐを設定する手法も考えられる。ただ、本発明においては、取り込み効率に直接的に関係する最大入射角θｍａｘを与える最大入射角点Ｐθｍａｘに注目して、この最大入射角点Ｐθｍａｘと映像源２０との位置関係に応じて偏光方向Ｄｐを設定することで、取り込み効率を改善することが可能となる。
【００６１】
以下、構成要素ごとにさらに詳述する。
【００６２】
《透過型スクリーン１０》
透過型スクリーン１０としては、その入光面Ｓｉｎの側にフレネルレンズ部材１１を有し、このフレネルレンズ部材１１がそのフレネルレンズ面Ｓｆを映像光Ｌの出光面Ｓｏとし、フレネルレンズ面Ｓｆの反対側の非レンズ面を映像光Ｌが入射する入光面Ｓｉｎとする向きで配置された構成のものであれば、特に制限はなく、従来公知のものを適宜採用することができる。
【００６３】
＜フレネルレンズ部材１１＞
フレネルレンズ部材１１としては、従来公知のものを適宜採用することができる。ただし、その配置の向きは、上記したとおり、フレネルレンズ面Ｓｆを観察者Ｖ側の映像光Ｌの出光面Ｓｏとする向きである。
フレネルレンズ部材１１は、映像源２０から発散光束となって投射された映像光Ｌを、
透過型スクリーン１０の観察者Ｖ側に向かう略平行光束となるように、光の進行方向を偏向できる機能を有する。フレネルレンズ部材１１によって、映像光Ｌがスクリーン面Ｓｓに例えば略垂直な光束に変換されることによって、スクリーン面Ｓｓでの映像の輝度均一性が向上する。とくに、本発明のように、短焦点化及び広角化に好適なものとする背面投射型表示装置１００においては、こうした機能を有する光学要素は必須なものとなる。
【００６４】
本発明においては、フレネルレンズ部材１１によって、映像光Ｌを偏向する方向は、自動車など乗り物、アミューズメント機器などの用途に応じたスクリーン面Ｓｓに対する観察者Ｖの想定される位置に応じて、スクリーン面Ｓｓの正面方向でなくてもよい。
フレネルレンズ部材１１は、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などの樹脂成型など公知の材料及び形成法によって製造することができる。
【００６５】
本発明においては、フレネルレンズ部材１１は、透過型スクリーン１０と映像源２０との位置関係、及びスクリーン面Ｓｓと想定される観察者Ｖとの位置関係に応じて、その柱状の単位レンズ要素が同心円状又は円弧状に配列するサーキュラーフレネルレンズでもよいし、直線状に延びる単位レンズ要素が平行に配列するリニアフレネルレンズでもよい。
本発明においては、サーキュラーフレネルレンズの場合、そのフレネル中心ＣｔＦは、透過型スクリーン１０と映像源２０との位置関係、及びスクリーン面Ｓｓと想定される観察者Ｖとの位置関係に応じて、スクリーン面Ｓｓの領域外であってもよい。
【００６６】
本発明においては、フレネルレンズ部材１１は、平面のスクリーン面Ｓｓに対応した平面形状以外に、曲面のスクリーン面Ｓｓに対応した曲面形状であってもよい。
「曲面」は「三次元曲面」と「二次元曲面」との組み合わせの曲面でもよい。「曲面」は、凸側を観察者Ｖ側としても、映像源２０側としても、どちらでもよい。曲面形状とは、「曲面」が、スクリーン面Ｓｓの全域にあってもよいし、一部にあってもよい。すなわち、曲面形状とは、「曲面」を少なくも一部に有する形状である。
【００６７】
＜スクリーン本体部１２＞
スクリーン本体部１２は、通常、光拡散層を少なくとも有し、さらにレンチキュラーレンズ、光線制御層などを備えた積層体とすることができる。これらは、公知の材料及び形成法によるものを適宜採用することができる。
【００６８】
例えば、光拡散層は、その入光面側から入射した映像光Ｌを、通常は等方拡散して、その出光面側から出射させる機能を有する層である。この結果、スクリーン面Ｓｓで表示される映像の視野角を広げることができる。光拡散層は、例えば、透明樹脂からなる母材と、この母材中に分散された拡散成分とから構成される。
レンチキュラーレンズは、映像光Ｌを左右方向や上下方向などに広げて、視野角を制御する機能を有する。
光線制御層は映像光Ｌの光路を制御するとともに、外光を吸収することができる。この結果、光線制御層は、外光による明室コントラスト低下などを改善することができる。光線制御層には、光透過部と光吸収部とが一定の方向に交互に配置された構造を有し、微細なルーバー構造を有するものを採用することができる。
スクリーン本体部１２とフレネルレンズ部材１１との相対的位置関係の維持は、クリップ、フレームなどによって行うことができる。
【００６９】
《映像源２０》
映像源２０は、従来の背面投射型表示装置ならば、一般的なプロジェクタ、それも、とくに、至近距離から投射可能な超短焦点型のプロジェクタなどを採用できるところであるが、本発明においては、特にその映像光Ｌとして、透過型スクリーン１０の形状及び透過型スクリーン１０との位置関係に応じた特定方向を偏光方向Ｄｐとする偏光を投射できるようにしたものを用いる。
こうした映像源２０は、偏光方向Ｄｐが特定の方向となった偏光で映像光Ｌを投射できるようにしたものであれば、特に制限はない。
【００７０】
したかって、例えば、映像源２０の映像生成方式としては、
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）による複数のミラーを用いるＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；登録商標）方式（ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ；登録商標）方式とも呼ばれる）、
透過型液晶パネルを用いるＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）方式、
反射型液晶パネルを用いるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）方式、など特に制限はない。
また、これらは、カラー表示の場合、１つの映像生成素子を用いた単板方式の他、赤、緑、青の３原色毎に独立した合計３つの映像生成素子を用いた３板方式など、特に制限はない。
【００７１】
偏光方向Ｄｐを特定方向とした偏光光として映像光Ｌを投射するには、例えば、映像生成方式がＤＬＰ方式のように原理的に偏光を利用しない映像源２０とする場合は、映像光Ｌは、そのままでは無偏光光となる。このため、映像生成素子からの映像光Ｌが投影レンズによって出射されて透過型スクリーン１０に到達するまでの、映像生成素子と透過型スクリーン１０までの間に、偏光子を配置する。この偏光子の透過軸の方向を調整することで、特定方向の偏光方向Ｄｐとすることができる。
【００７２】
一方、映像生成方式がＬＣＤ方式やＬＣＯＳ方式のように原理的に偏光を利用する映像源２０とする場合は、もともと、映像光Ｌは偏光光となっている。つまり、映像生成素子の液晶パネルからの光は、偏光子を通過させることによって、はじめて目的とする映像情報を目視可能な状態で含んだ映像光Ｌとなる。しかし、この映像光Ｌは、液晶パネルを使った結果として、偏光光となるだけであって、その偏光方向は、透過型スクリーン１０での最大入射角θｍａｘを与える最大入射角点Ｐθｍａｘに応じて、意図的に特定方向の偏光方向Ｄｐとするものではない。
したがって、こうした偏光を利用する映像生成素子を用いた映像源２０においては、その映像生成素子からの光の通路に設置されている偏光子及び映像生成素子に入光する光を偏光する偏光子の両方について、それらの透過軸の方向を調整することで、特定の偏光方向Ｄｐとすることができる。
【００７３】
本発明においては、図７及び図８でも例示したように、映像源２０のスクリーン面Ｓｓに対する位置は、図１に示した一実施形態例以外に、スクリーン面Ｓｓに平行な面に映像源２０の位置を平行投影したときに、スクリーン面Ｓｓの領域外であってもよい。映像源２０の位置を調整することで、背面投射型表示装置１００としての形状、設置可能スペースなどに応じることができる。
【００７４】
《その他の構成要素》
本発明においては、背面投射型表示装置１００は、上述した構成要素以外に、適宜、従来公知の背面投射型表示装置における、その他の構成要素を採用することができる。例えば、以下に述べる筐体である。
【００７５】
＜筐体３０＞
本発明においては、背面投射型表示装置１００は、図１０に示すように、透過型スクリーン１０及び映像源２０以外に、さらに、これらを所定の位置関係に固定する筐体３０を有していてもよい。透過型スクリーン１０と映像源２０とが所定の位置関係に固定されることで、位置関係のずれによる映像品質の低下を抑制することができる。また、筐体３０を備えることで、透過型スクリーン１０の入光面Ｓｉｎに塵などが付着して映像品質が低下するのを抑制することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０    透過型スクリーン
１１    フレネルレンズ部材
１２    スクリーン本体部
１３    空気層
２０    映像源
３０    筐体
１００    背面投射型表示装置
Ａｓ    （映像光の）光軸
ＣｔＦ  フレネル中心
ＣｔＳ  スクリーン面の中心
ｄ１２  線分ｘ１２の延びる方向
ｄ３４  線分ｘ３４の延びる方向
Ｄｆ    （フレネル中心から入射点までの）距離
ＤＬｍａｘ  最大光路長
Ｄｐ    （映像光の）偏光方向
Ｆ      焦点距離（映像源から入光面までの光軸上での距離）
Ｌ      映像光
Ｌｉ    入射光
Ｌｒ    反射光
Ｌｔ    透過光（屈折光）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  映像源の位置
Ｐｘ，Ｐｚ  入射点
Ｐθｍａｘ  最大入射角点
Ｒｃ    外接長方形
Ｓｂ    境界面
Ｓｆ    フレネルレンズ面
Ｓｉｎ  （映像光の）入光面
Ｓｉｒ  入射面
Ｓｏ    （映像光の）の出光面
Ｓｓ    スクリーン面
Ｖ      観察者
Ｗｐ    Ｐ波
Ｗｓ    Ｓ波
ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４    線分
α      劣角
θｉ    入射角
θｒ    屈折角
θｍａｘ  最大入射角
【図１】
2015055856.tif 000004
【図３】
2015055856.tif 000005
【図４−Ａ】
2015055856.tif 000006
【図４−Ｂ】
2015055856.tif 000007
【図４−Ｃ】
2015055856.tif 000008
【図５】
2015055856.tif 000009
【図６】
2015055856.tif 000010
【図２】
2015055856.tif 000011
【図７】
2015055856.tif 000012
【図８】
2015055856.tif 000013
【図９】
2015055856.tif 000014
【図１０】
2015055856.tif 000015