(57)【要約】【課題】外光反射によって画質が低下するのを防止することができる背面投射型スクリーン及び背面投射型表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る背面投射型スクリーンは、フレネルレンズシート１１を備えた背面投射型スクリーン１であって、フレネルレンズシート１１の光学中心は、当該背面投射型スクリーン１の中心から上方に偏心した位置に配置され、偏心量は、当該背面投射型スクリーン１が取付けられた状態で垂直方向の幅に対して１０％以上である。また、本発明に係る背面投射方表示装置は、このような背面投射型スクリーン１を備えたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレネルレンズシートを備えた背面投射型スクリーンであって、
前記フレネルレンズシートの光学中心は、当該背面投射型スクリーンの中心から上方に偏心した位置に配置され、
前記偏心量は、当該背面投射型スクリーンが取付けられた状態で垂直方向の幅に対して１０％以上である背面投射型スクリーン。
【請求項２】
投射光は、前記フレネルレンズシートの光学中心ではシート面に対して直角に入射することを特徴とする請求項１に記載の背面投射型スクリーン。
【請求項３】
フレネルレンズシートを備えた背面投射型スクリーンであって、
前記フレネルレンズシートの光学中心は、当該背面投射型スクリーンの中心から上方に偏心した位置に配置され、
投射光は、前記フレネルレンズシートの光学中心ではシート面に対して直角に入射する背面投射型スクリーン。
【請求項４】
前記偏心量は、当該背面投射型スクリーンが取付けられた状態で垂直方向の幅に対して１５％以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の背面投射型スクリーン。
【請求項５】
前記偏心量は、当該背面投射型スクリーンが取付けられた状態で垂直方向の幅に対して２５％以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の背面投射型スクリーン。
【請求項６】
前記偏心量は、当該背面投射型スクリーンが取付けられた状態で垂直方向の幅に対して３５％以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の背面投射型スクリーン。
【請求項７】
前記偏心量は、当該背面投射型スクリーンが取付けられた状態で垂直方向の幅に対して５０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の背面投射型スクリーン。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の背面投射型スクリーンを備えた背面投射型表示装置。
【請求項９】
前記背面投射型スクリーンに対して映像光を投射する投射装置を、さらに備え、
前記投射装置の投射レンズの光軸は、前記フレネルレンズシートの光軸に一致することを特徴とする請求項８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、背面投射型スクリーン及び背面投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、映像投射装置からの映像光を背面からスクリーン上に拡大投射して、映像を観察する装置として、背面投射型プロジェクションテレビがある。映像投射装置としては、ＣＲＴ式のものがあり、近年では液晶（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）やマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ；Digital Micro mirror Device）等のマイクロディスプレイも用いられている。
【０００３】
背面投射型スクリーンはフレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートの２枚のシートを重ねて合せた構成を有する。さらに、観察側に前面シートが設けられることもある。これらのスクリーンシートには、ゴースト光を軽減する目的や視野角拡大のために光拡散材が混入されていることが多い。また、外光反射によるコントラスト低下を防ぐため、レンチキュラーレンズシートの観察側には遮光パターン、いわゆるブラックストライプが設けられている。
【０００４】
背面投射型スクリーンの重ね合わせられたレンズシートは、表示装置セットの枠体等に装着されて使用される。このようなスクリーンの使用形態について、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）はスクリーンを横方向から観察した側面図であり、図１０（ｂ）はスクリーンを上方（天井）から観察した上面図である。図１０（ａ）に示すように、一般に、背面投射型スクリーンは屋内で使用され、室内照明は天井に配置されることが多い。この室内照明からの外光は、観察者の上方からスクリーンへ入射し、フレネルレンズによって反射する。フレネルレンズが観察側に凸のレンズであるため、スクリーン上部に入射した外光は、このスクリーン上部で観察者の位置付近に向かって反射する。これに対して、中央部や下部に入射した外光は、この中央部や下部で観察者の位置より下方へ反射し、観察者に向かって反射することがない。
【０００５】
図１０（ｂ）に示すように、フレネルレンズが観察側に凸のレンズであるため、スクリーン中央部では外光が観察者の位置付近へ反射する。一方、左右端部に入射した外光は、これら左右端部で観察位置より右方向又は左方向へ反射する。さらに、右方向や左方向の斜め方向へ反射した外光は、レンチキュラーレンズへ入射すると光線の一部が遮光パターンによって遮られる。
【０００６】
このように、図１１に示すように、観察者がスクリーンを正面から見た場合には、天井の室内照明の下では、外光反射が目立つ部分（以下、額外光反射と呼ぶことがある）が画面中央部付近のみに観察される。この画面中央部分やこの位置から水平方向上寄りの位置に発生するので、この額外光反射が目立つ部分は映像観視上大きな問題となる。これによって、背面投射方表示装置の画質が大きく低下する。
【０００７】
他方、投射レンズの投射系光軸とフレネルレンズの光軸とをずらして出射角を偏向する技術がある。例えば、特許文献１には、光学中心が上方へ偏心したフレネルレンズシートを利用した技術が開示されている。この技術では、入射光線がフレネルレンズ全面に対し斜めに入射し、それとともに入射光線の出射方向も上方へ偏向している。また、この技術では、視角依存性を低減し、鮮やかな表示を実現するために、このような構成を提案している。
【０００８】
また例えば、特許文献２には、レンチキュラーレンズ、フレネルレンズおよびリニアフレネルレンズを組み合わせた背面投射型スクリーンにおいて、フレネルレンズを上方に偏心する構成が開示されている。この技術では、斜めの入射光線をリニアフレネルレンズによって偏向し、フレネルレンズへ平行光を出射する。また、この技術では、スクリーンの垂直方向の高さを小さくするために、このような構成を提案している。
【特許文献１】実開昭６０−１２９７８０号公報
【特許文献２】特開平５−３３３４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、従来の背面投射型スクリーンでは、室内照明からの外光反射が画面中央部付近に観察されるため、正面から見た観察者によっては画面が見にくくなり、画質が低下するという問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、外光反射によって画質が低下するのを防止することができる背面投射型スクリーン及び背面投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る背面投射型スクリーンは、フレネルレンズシートを備えた背面投写型スクリーンであって、前記フレネルレンズシートの光軸は、映像光を投射するための投射レンズの光軸と一致し、前記フレネルレンズシートの光学中心は、当該背面投射型スクリーンの中心から上方に偏心した位置に配置され、前記偏心量は、当該背面投射型スクリーンが取付けられた状態で垂直方向の幅に対して１０％以上である。
このような構成では、額外光反射のピークを上方にずらすことができるので、室内照明からの外光反射を目立ちにくくすることができる。それ故、外光反射によって画質が低下するのを防止することができる。
【００１１】
さらに、投射光は、前記フレネルレンズシートの光学中心ではシート面に対して直角に入射する。これにより、フレネルレンズシートからの出射光を平行光にすることができる。
【００１２】
他方、本発明に係る背面投射型スクリーンは、フレネルレンズシートを備えた背面投射型スクリーンであって、前記フレネルレンズシートの光学中心は、当該背面投射型スクリーンの中心から上方に偏心した位置に配置され、投射光は、前記フレネルレンズシートの光学中心ではシート面に対して直角に入射するものである。
このような構成では、額外光反射のピークを上方にずらすことができるので、室内照明からの外光反射を目立ちにくくすることができる。それ故、外光反射によって画質が低下するのを防止することができる。
【００１３】
好ましくは、前記偏心量は、当該背面投射型スクリーンが取付けられた状態で垂直方向の幅に対して１５％以上である。これにより、外光反射をより目立ちにくくすることができる。
【００１４】
より好ましくは、前記偏心量は、当該背面投射型スクリーンが取付けられた状態で垂直方向の幅に対して２５％以上である。これにより、外光反射をより一層目立ちにくくすることができる。
【００１５】
さらに好ましくは、前記偏心量は、当該背面投射型スクリーンが取付けられた状態で垂直方向の幅に対して３５％以上である。これにより、外光反射が目立つのを確実に防ぐことができる。
【００１６】
さらに、前記偏心量は、当該背面投射型スクリーンが取付けられた状態で垂直方向の幅に対して５０％以下である。これにより、フレネルレンズシートからの出射光をより確実に平行光にすることができる。
【００１７】
本発明に係る背面投射型表示装置は、このような背面投射型スクリーンを備えたものである。
このような構成では、額外光反射のピークを上方にずらすことができるので、室内照明からの外光反射を目立ちにくくすることができる。それ故、外光反射によって画質が低下するのを防止することができる。
【００１８】
さらに、本発明に係る背面投射型表示装置は、前記背面投射型スクリーンに対して映像光を投射する投射装置を備え、前記投射装置の投射レンズの光軸は、前記フレネルレンズシートの光軸に一致する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外光反射によって画質が低下するのを防止することができる背面投射型スクリーン及び背面投射型表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図を参照して説明する。
まず、図１を用いて、本発明に係る背面投射型スクリーンの構成について説明する。図１は、本発明に係る背面投射型スクリーンの一構成例を示す断面模式図である。ここで、図１は、背面投射型スクリーンを横から観察した模式図である。
図１に示すように、背面投射型スクリーン１は、フレネルレンズシート１１、レンチキュラーレンズシート１２、前面シート１３を備える。映像光の投射側から映像光の出射側に向かって、フレネルレンズシート１１、レンチキュラーレンズシート１２、前面シート１３が順次配置されている。
【００２１】
フレネルレンズシート１１は、入射光を観察者の方向に集光する機能を有する光学シートの一例である。このフレネルレンズシート１１は、基材１１１の片面にフレネルレンズ１１２を有し、フレネルレンズ１１２は、先端が鋭利な鋸歯形状のフレネルレンズから構成されている。このフレネルレンズ１１２は、映像光の出射側に向かって凹凸している。
【００２２】
レンチキュラーレンズシート１２は、フレネルレンズシート１１からの出射光を水平方向および垂直方向に拡散させる機能を有する光学シートの一例である。このレンチキュラーレンズシート１２は、基材１２１の片面にレンチキュラーレンズ１２２を有し、レンチキュラーレンズ１２２は、蒲鉾状の凸形状のレンチキュラーレンズから構成されている。このレンチキュラーレンズ１２２は、映像光の投射側に向かって凹凸している。従って、レンチキュラーレンズシート１２のレンチキュラーレンズ１２２は、フレネルレンズシート１１のフレネルレンズ１１２に対向している。
光を遮断する遮光パターン１２３は、レンチキュラーレンズ１２２のレンズ面と反対側の平坦面に並設され、映像光が通過しない非集光領域に形成されている。
前面シート１３は、出射光を拡散させたり、スクリーン前面を保護したりする機能を有する。この前面シート１３は、この遮光パターン１２３の面に、光学用途の接着剤または粘着剤を介して積層されている。
【００２３】
続いて、図２を用いて、本発明に係る背面投射型スクリーン１について詳細に説明する。図２には、本発明に係る背面投射型スクリーン１におけるフレネルレンズシート１１のみが示され、本発明の特徴を分かりやすくするために、レンチキュラーレンズシート１２、前面シート１３については省略している。
図２に示すように、フレネルレンズシート１１の光学中心は背面投射型スクリーン１の中心からずれている。具体的には、フレネルレンズシート１１の光学中心は、背面投射型スクリーン１が取付けられた状態で、背面投射型スクリーン１の中心から上方に偏心している。
【００２４】
フレネルレンズシート１１の光学中心の偏心量は、背面投射型スクリーン１が取付けられた状態で、スクリーン垂直方向の高さの１０％以上とすることができる。すなわち、偏心量は、額外光反射が明らかに目立つのを回避するために、スクリーン上下幅の１０％以上とすることができる。偏心量は、好ましくはスクリーン上下幅の１５％以上、より好ましくはスクリーン上下幅の２５％以上とすることができる。この場合には、額外光反射がより目立ちにくくすることができる。さらに、偏心量は、スクリーン上下幅の３５％以上とするとよく、この場合には、ほとんど額外光反射を目立たなくすることができる。
【００２５】
また、偏心量は、フレネルレンズシート１１の周辺部、特にシート下部の左右端における透過率の低下を考慮すると、スクリーン上下幅の５０％であることが好ましい。一般に、フレネルレンズシート１１の出射側焦点距離は無限遠、すなわち出射光線は平行光であることが好ましい。本発明におけるフレネルレンズシート１１は偏心しているため、出射光線が集光する構成であると出射光線が偏向し、垂直視野角が偏って好ましくない。そのため、偏心量は、スクリーン上下幅の５０％以下であることが好ましい。
【００２６】
フレネルレンズシート１１の光軸は、投射系光軸と一致している。ここで、投射系光軸とは、投射装置２０に設けられた投射レンズの実質的な光軸のことである。例えば、投射装置２０とフレネルレンズシート１１との間に投射光の方向を変える反射シート等が配置された場合に、仮想的な位置に配置された投射レンズの光軸のことである。換言すれば、フレネルレンズシート１１の光軸と投射系光軸とが一致することは、投射光がフレネルレンズシート１１の光学中心ではシート面に対して直角に入射することを示す。
【００２７】
本発明に係る背面投射型スクリーン１では、投射装置２０から出射された投射光は、フレネルレンズシート１１全面に入射する。具体的には、投射光は、フレネルレンズシート１１の光学中心ではは、シート面に対して直角に入射し、シート面に直角の光路を通過して出射する。これに対して、投射光は、フレネルレンズシート１１において光学中心が偏心した側に入射すると、この光学中心に近い位置に配置されたフレネルレンズ１１２によって屈折しながら入射し、フレネルレンズ１１２内で屈折しながら出射する。逆に、フレネルレンズシート１１において光学中心が偏心した側とは反対側に入射すると、この光学中心から遠い位置に配置されたフレネルレンズ１１２によって屈折しながら入射し、フレネルレンズ１１２内で屈折しながら出射する。
【００２８】
このとき、フレネルレンズシート１１の光学中心から遠い位置に入射した投射光は、その光学中心から近い位置に入射した投射光よりも小さい角度となるように屈折して出射する。換言すれば、投射光が入射されるフレネルレンズ１１の位置がフレネルレンズシート１１の光学中心から遠ざかるに従って、投射光は大きく屈折する。これによって、フレネルレンズシート１１と投射系光軸とが一致する場合には、投射光は平行光としてフレネルレンズシート１１から出射される。
【００２９】
以上、本発明に係る背面投射型スクリーン１では、外光光源の位置と観視位置、フレネルレンズの角度等を考慮した結果、フレネルレンズシート１１の光学中心を偏心させる。これによって、額外光反射の位置をスクリーン中央からずらすことができ、その反射量を抑制することができる。特に、フレネルレンズシート１１の光学中心を上方に偏心させることができる。この場合には、天井に設置された屋内照明による額外光反射を上方にずらし、その反射量を抑制することができる。このように、外光反射によって画質が低下するのを防止することができる。
【００３０】
図３（ａ）に、従来のフレネルレンズシートの一構成例が示されている。図３（ａ）に示すように、一般に、投射系光軸とフレネルレンズシートの光軸をずらして出射角を偏向する技術が知られている。この技術では、投写系光軸とフレネル光軸とが一致していないため、出射光は上方へ偏向するので、垂直視野角が上方に偏る。
また例えば、特許文献１には、光学中心が上方へ偏心したフレネルレンズシートを利用した技術が開示されている。この技術では、入射光線がフレネルレンズ全面に対し斜めに入射し、また出射方向も上方へ偏向している。それ故、図３（ａ）に示された構成と同様に、出射光が変更し垂直視野角が偏る。
これに対して、図２に示すように、本発明に係る背面投射型スクリーン１では、投写系光軸とフレネルレンズシート１１の光軸とが一致している。そのため、出射光はスクリーン平面に対し垂直に出射することができ、垂直視野角が偏るのを防ぐことができる。
【００３１】
また、図３（ａ）に示されたフレネルレンズシートでは、歪などの弊害を考慮すると、フレネルレンズシートにおける偏心量は、スクリーン垂直方向の高さの５％程度以内である。この場合には、上記のような本発明の効果を発揮することができず、外光反射によって画質が低下するのを防止することができない。
特許文献２には、レンチキュラーレンズ、フレネルレンズおよびリニアフレネルレンズを組み合わせたスクリーンにおいて、フレネルレンズを上方に偏心する構成が開示されている。図３（ｂ）に、この構成の一例が示されている。この技術では、斜めの入射光線をリニアフレネルレンズによって偏向し、フレネルレンズへ平行光を出射する。しかし本発明のように投写系光軸とフレネル光軸が一致した構成とは異なる。また偏心量は明確でない。
【実施例１】
【００３２】
図４に、本実施形態における背面投射型スクリーン１の配置構成が示され、図４（ａ）は側面模式図、図４（ｂ）は上面模式図である。本実施例では、図４（ａ），図４（ｂ）に示すように背面投射型スクリー１を配置して観察した時の額外光反射の強度、見える位置についてシミュレーションした。ここで、照明位置、照明間隔、照明高さ及びフレネル偏心量を種々変えてシミュレーションを行った。これらの各シミュレーションに共通した条件は、以下である。
<共通条件>
スクリーン画面中央高さ：観視高さに等しく、１．１（ｍ）
画面観察位置：スクリーン中央正面
観視位置：スクリーンから３．０（ｍ）
スクリーン上下寸法：８００（ｍｍ）
外光光源：微小面積光源を３点、等間隔で配置。その配光特性は図５に示すように光源に接する円形で、φ＝０°の時最大で、φ＝±９０°の時０となる。
スクリーン垂直拡散特性：フレネルレンズシートより観察側のスクリーン全体として、式（１）で表される拡散特性を示す。観察側から入射した時、およびフレネルレンズ面で反射し観察側へ出射する時それぞれにおいて垂直方向の拡散作用を考慮した。
【数１】
2008015242.tif 000003
ただしθは垂直方向の拡散角、ａ＝０．００２２、ｂ＝１．８５、ｃ＝２．７である（図６参照）。
【００３３】
フレネルレンズ形状は、式（２）で表される形状。
【数２】
2008015242.tif 000004
ただし、ｒ：光学中心からの距離（ｍｍ）、Ａ２、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０は以下の表に示された係数である。
【表１】
2008015242.tif 000005
【００３４】
反射光強度計算：スクリーン水平方向中央部を通る平面内の光線を考慮した。
各外光光源から発せられた光線がスクリーンで拡散透過し、フレネルレンズ面で反射後、再び観視側へ拡散されて出射する反射光線強度分布を計算する。
ついで、この反射光線強度分布から、観視位置の方向へ出射するスクリーン水平方向中央部を通る直線上の位置における強度を表した。
【００３５】
<実施例１>（一般家庭室内の場合）
照明高さ：３．３（ｍ）
観視距離：２．０（ｍ）
照明位置：１．０（ｍ）
照明間隔：１．０（ｍ）
【００３６】
<実施例２>（天井高め広間の場合）
照明高さ：４．０（ｍ）
観視距離：３．０（ｍ）
照明位置：２．０（ｍ）
照明間隔：２．０（ｍ）
【００３７】
実施例１，２について、フレネル偏心量を０（ｍｍ）から上方に３００（ｍｍ）まで５０（ｍｍ）ごとに計算した結果を図８，９に示す。また、図７の斜視模式図に、スクリーンと額外光反射の強度の位置関係が立体的に示されている。
図８，９から分かるように、シフト量が０（ｍｍ）では、スクリーン中央付近に額反射強度分布のピークが現れている。これに対し、シフト量が１００（ｍｍ）、スクリーン垂直方向高さの１３％の場合には、そのピークがスクリーン中央から大きく外れ、目立ちにくくなることが分かる。
シフト量が１５０（ｍｍ）、スクリーン垂直方向高さの１９％の場合には、そのピークがスクリーン中央からより大きく外れ、また額反射強度分布の一部はスクリーン外にあるので、額がより目立ちにくい。
シフト量が２００（ｍｍ）、スクリーン垂直方向高さの２５％の場合には、そのピークはスクリーン上端にあり、また額反射強度分布の多くの部分がスクリーン外にあるので、額がより一層目立ちにくい。
シフト量が３００（ｍｍ）、スクリーン垂直方向高さの３８％の場合には、額反射強度分布のほとんどがスクリーン外にあるので、額がほとんど目立たない。
【００３８】
このような額外光反射の抑制の効果を考慮すると、スクリーンの上下幅８００（ｍｍ）である場合には、偏心量はスクリーン上方向１５０ｍｍであることが好ましく、２００ｍｍ以上であることがより好ましい。また、フレネルレンズ周辺部（特に、下部左右端）における透過率の低下を考慮すると、偏心量は４００ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３９】
以上のように、投写系光軸とフレネル光軸とが一致し、フレネルレンズの光学中心がスクリーンの中心から上方に偏心しており、その偏心量がスクリーン垂直方向の高さの１０％以上であることによって額外光反射の強度を抑制することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る背面投射型スクリーンの一構成例を示す断面模式図である。
【図２】本発明に係る背面投射型スクリーンの一構成例を示す断面模式図である。
【図３】従来の背面投射型スクリーンの一構成例を示す断面模式図である。
【図４】本発明に係る背面投射型スクリーンの配置構成の一例を示す模式図である。
【図５】本発明に係る背面投射型スクリーンにおける照明光源の配光特性の一例を示すグラフである。
【図６】本発明に係る背面投射型スクリーンにおける拡散板の拡散特性の一例を示すグラフである。
【図７】本発明に係る背面投射型スクリーンにおける額外光反射の強度の一例を示す模式図である。
【図８】本発明に係る背面投射型スクリーンにおける額外光反射の強度の一例を示すグラフである。
【図９】本発明に係る背面投射型スクリーンにおける額外光反射の強度の一例を示すグラフである。
【図１０】従来の背面投射型スクリーンの配置構成の一例を示す模式図である。
【図１１】従来の背面投射型スクリーンにおける額外光反射の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…背面投射型スクリーン、１１…フレネルレンズシート、１１１…基材、１１２…フレネルレンズ、１２…レンチキュラーレンズシート、１２１…基材、１２２…レンチキュラーレンズ、１２３…遮光パターン、１３…前面シート
【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】
2008015242.tif 000012
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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