(57)【要約】【課題】入射角が０度近傍から、原理的に入射角が９０度までの投射光に対応可能な広入射角レンジ対応レンズシートおよびそれを用い、高品位な画像を表示することが可能な広入射角レンジ対応スクリーンを提供する。【解決手段】各トラックはそれぞれ、入射面で受光した投射光を屈折して出射面近傍の集光領域に集光する屈折型集光部および入射面で受光した投射光を透過するか屈折し、次いで全反射面で反射して前記集光領域に集光する全反射型集光部の、いずれか一方の体積率が０％になり、他方のそれが１００％になる場合を含む、複合型レンズで構成され、複合型レンズの全反射型集光部の体積率は、複合型レンズへ投射される投射光の入射角が大きくなるにつれて増加し、あるいは１００％になったのち一定となる広入射角レンジ対応レンズシートおよびそれを用いた広入射角レンジ対応スクリーン。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リアプロジェクションディスプレイ用スクリーンに用いるレンズシートであって、該レンズシートが光透過層からなり、かつその面内で光学エンジンから投射される投射光を入射面で受光し、出射面から出光する複数の同心円弧状のトラックに分かれており、
各トラックはそれぞれ、前記入射面で受光した投射光を屈折して出射面近傍の集光領域に集光する屈折型集光部および前記入射面で受光した投射光を透過するか屈折し、次いで全反射面で反射して前記集光領域に集光する全反射型集光部の、いずれか一方の体積率が０％になり、他方のそれが１００％になる場合を含む、複合型レンズで構成され、
該複合型レンズの全反射型集光部の体積率は、該複合型レンズへ投射される投射光の入射角が大きくなるにつれて増加し、あるいは１００％になったのち一定となることを特徴とする広入射角レンジ対応レンズシート。
【請求項２】
前記複合型レンズは、同一トラック内において、屈折型集光部を同心円の中心に近い側に、一方全反射型集光部を同心円の中心から遠い側に位置させ、１ピッチのトラックを構成してなることを特徴とする請求項１に記載の広入射角レンジ対応レンズシート。
【請求項３】
前記複合型レンズの頂部から出射面までの高さは、該複合型レンズへ投射される投射光の入射角が大きくなるにつれて増加することを特徴とする請求項１または２に記載の広入射角レンジ対応集光レンズシート。
【請求項４】
前記複合型レンズの集光領域を１ピッチごとにトラックの中央に位置させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の広入射角レンジ対応レンズシート。
【請求項５】
前記出射面に、前記複合型レンズの集光領域と対応する箇所に光透過領域を有するブラックマスク層が形成されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の広入射角レンジ対応レンズシート。
【請求項６】
前記光透過領域の面積とそれ以外のブラックマスク層が形成されてなる領域との面積の比率を0.1以下としてなることを特徴とする請求項５に記載の広入射角レンジ対応レンズシート。
【請求項７】
請求項５または６に記載の広入射角レンジ対応レンズシートと、その出射面に形成したブラックマスク層と対向配置した拡散板とで構成したことを特徴とするリアプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広入射角レンジ対応レンズシートおよびそれを用いたリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
リアプロジェクションディスプレイの需要が高まるにつれ、表示画像の高品位化が求められている。特に薄型・大画面化に対応するには、スクリーン背面側に広入射角で光学エンジンから投射光を投射する必要がある。このため高性能な光学エンジンを搭載し、しかも大きな光の偏向機能を有するリアプロジェクションディスプレイ用スクリーン（以下、単にスクリーンともいう）が提案されている。
【０００３】
例えば凸レンズと同等の働きをするフレネルレンズと、レンティキュラレンズとを必須としたスクリーンが開発されている（特許文献１、２、非特許文献１）。このようなスクリーンと、画像をスクリーン表示可能な光学エンジンＰＪと、非球面ミラーＭ１及び平面反射板Ｍ２を具備したリアプロジェクションディスプレイを図５に示した。図５（ａ）は、スクリーン１を背面側から見た状態を示し、図５（ｂ）はリアプロジェクションディスプレイの内部を示した。Ｌは、スクリーン１に画像を表示する投射光の光路を示す。なお薄型・大画面化に対応したスクリーンの場合、その背面側の最外周位置のトラックに形成したフレネルレンズに対して、例えば入射角が６０度以上の投射光を出射面に対して略垂直な方向に出光させる大きな光の偏向機能が要求される。
【０００４】
レンティキュラレンズを必須としたスクリーン１は、図６に示すように、大きな光の偏向機能を有するフレネルレンズシート10と、入射面側に左右方向の周期構造で単位レンズを配列した集光機能をもつレンティキュラレンズ11と、散乱特性を有する拡散板12とを備えてなる。ＢＭはレンティキュラレンズシート11の出射面に形成したブラックマスク層である。
【０００５】
しかしこのフレネルレンズシート10はその背面に、図７に示すように、ハイブリッドフレネルレンズ10Aが構成され、出射面から出光する光が平行となる。このため、集光機能をもつレンティキュラレンズ11と、外光対策用のブラックマスク層ＢＭ及び拡散板12とが必須となる。さらに、このフレネルレンズシート10は図６に示す斜線を施した領域の光ＬＡinをスクリーン法線方向へ偏向できず、迷光が発生する。よって光の利用効率が悪く、解像度低下等により高品位な画像表示ができない問題点があった。
【０００６】
そこで本発明者等は、レンティキュラレンズを不要としたスクリーンを提案した（特許文献３）。特許文献３に記載のスクリーンの特徴について、図４により説明する。このスクリーン１は、光学エンジンＰＪから投射される所定の入射角度領域の投射光を入射面５で受光したのち、偏向してその入射角度領域に応じて出射面から出光する大きな光の偏向機能と集光機能とを兼備した偏向素子と、その出射面から出光する光を所定角度領域に拡散させる拡散板３と具備してなる。
【０００７】
なお偏向素子は、投射光を入射面５で透過するか屈折し、次いで全反射面６で反射して集光領域に集光する全反射型集光部２Ｂのみで全トラックが形成されている。図４中、ｎは出射面法線方向を示す。ブラックマスク層ＢＭは、レンズシートの出射面に形成され、スクリーン面から入射した外光が迷光となるのを防止する機能を有する。以下これを全反射型レンズシート30と称する。この全反射型レンズシート30を用いたスクリーンによれば、外光の観察者側への拡散反射を抑制することで、高品位化と明所コントラスト比を改善できる。
【０００８】
ここで、入射角θが０度から９０度近くの広い入射角レンジの投射光に対応して、高品位な表示画像を表示できる広入射角レンジ対応レンズシートが実現できれば、さらなる薄型・大画面化を達成することができ、またスクリーン下部の袴と称される部分の高さを低くできる利点もある。
【特許文献１】特表2002-027399号公報
【特許文献２】特開2003-114481号公報
【特許文献３】特願2005-148265
【非特許文献１】Shikama,S.et al.SID02 DIGEST（5月22日〜23日、Mass.Boston) p.1250-1253
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、全反射型集光部のみで全トラックを構成した場合、広入射角の投射光に対応しようとすると、全反射型集光部の主機能が全反射を利用した光の偏向機能（プリズム作用）であることから、入射角θが５０度以下の投射光に対応することができないという解決困難な問題がある。図４でＬＡinは迷光ＬＡとなる投射光の光路を示す。
すなわち、入射角θが小さい領域で全反射型集光部２Ｂ間の溝深さが深くなることに起因し、以下の問題が起こる。（１）投射光が全反射面６に達せず、出射面で多重反射されて迷光ＬＡとなる。（２）投射光の利用効率が悪化する。このため、全反射型レンズシート30を用いたスクリーンでは、入射角θが小さい領域で高品位な画像を表示することが難しいことがわかった。
【００１０】
これに対して、屈折型集光部２Ａのみで全トラックを構成した場合の問題点について図３により説明する。屈折型集光部２Ａは、図３に示したように、光学エンジンＰＪから投射される所定の入射角θの投射光を入射面４で屈折させ、出射面近傍の集光領域に集光したのち、所定の出射角の出射光線として出射面から出光することを可能としたマイクロレンズである。この屈折型集光部２Ａの入射面４は、光学エンジンＰＪの光軸ＰＪ０を通る断面で見て、光学エンジンＰＪに向かって凸形状とされ、入射面４の中央位置における法線の傾きが光軸ＰＪ０から離れるにつれ、光軸ＰＪ０に対し大きくなるように形成されている。このようにする理由の一つは、光軸ＰＪ０から離れ、外側のトラックになるほど、光学エンジンＰＪからの投射光の入射角θが大きくなるため、入射面４で受光した投射光をスクリーン面の法線方向に向ける光の偏向機能（プリズム作用）を付与する必要があるからである。その他の理由は、屈折型レンズシート20の製造工程で、そのレンズシートの出射面にブラックマスク層ＢＭを形成する際、集光領域を１ピッチごとにトラックの中央に位置させ、集光領域と対応する箇所に光透過領域を有するブラックマスク層形成するためである（図３（ｂ）中、各同心円の間がトラック）。
【００１１】
この図からわかるように、入射面４で受光した投射光をスクリーン面の法線方向に向ける光の偏向機能（プリズム作用）を付与する必要があるため、入射面４につながる不要面８（図３（ａ）の丸で囲んだ部分）が発生する。この不要面は、外側のトラックになればなるほど、トラックの周長が長くなり、段差も大きくなってゆくため、その面積が増大するという問題のある面である。
【００１２】
この不要面問題に起因し、屈折型集光部２Ａのみからなる屈折型レンズシート20では、投射光の入射角θが大きいトラック領域で、投射光が不要面から入射して迷光が発生するという問題と、投射光の利用効率が低下するという問題が発生する。このため、屈折型レンズシート20を用いたスクリーンでは、同心円の中心から遠い側のトラック領域で高品位な画像を表示することが難しいことがわかった。
【００１３】
そこで本発明は、上記課題を解決し、入射角が０度近傍から、原理的に入射角が９０度までの投射光に対応可能な広入射角レンジ対応レンズシートを提供することを目的とする。またそれを用い、高品位な画像を表示することが可能な広入射角レンジ対応スクリーン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】
【００１４】
本発明者らは鋭意検討し、屈折型集光部２Ａのみからなる屈折型レンズシート20の場合、入射面４につながる不要面が発生し、同心円の中心から遠い側のトラックになればなるほど、トラックの周長が長く断差も大きくなるため、その面積が増大するという不要面問題（図３参照）は、同じトラック内に屈折型集光部と全反射型集光部とからなる複合型レンズを構成することで解決する。
【００１５】
そうすれば、従来の全反射型集光部２Ｂのみからなる全反射型レンズシート30で広入射角の投射光に対応しようとすると、入射角θが小さい領域すなわち入射角θが５０度以下の同心円の中心に近い側のトラック領域で、全反射型集光部間の溝深さが深くなるという解決困難な溝深さ問題も同時に解消できる、との知見を得て本発明をなした。
本発明は、以下のとおりである。
【００１６】
１.リアプロジェクションディスプレイ用スクリーンに用いるレンズシートであって、該レンズシートが光透過層からなり、かつその面内で光学エンジンから投射される投射光を入射面で受光し、出射面から出光する複数の同心円弧状のトラックに分かれており、各トラックはそれぞれ、前記入射面で受光した投射光を屈折して出射面近傍の集光領域に集光する屈折型集光部および前記入射面で受光した投射光を透過するか屈折し、次いで全反射面で反射して前記集光領域に集光する全反射型集光部の、いずれか一方の体積率が０％になり、他方のそれが１００％になる場合を含む、複合型レンズで構成され、該複合型レンズの全反射型集光部の体積率は、該複合型レンズへ投射される投射光の入射角が大きくなるにつれて増加し、あるいは１００％になったのち一定となることを特徴とする広入射角レンジ対応レンズシート。
【００１７】
２.前記複合型レンズは、同一トラック内において、屈折型集光部を同心円の中心に近い側に、一方全反射型集光部を同心円の中心から遠い側に位置させ、１ピッチのトラックを構成してなることを特徴とする１.に記載の広入射角レンジ対応レンズシート。
３.前記複合型レンズの頂部から出射面までの高さは、該複合型レンズへ投射される投射光の入射角が大きくなるにつれて増加することを特徴とする１.または２.に記載の広入射角レンジ対応レンズシート。
【００１８】
４.  前記複合型レンズの集光領域を１ピッチごとにトラックの中央に位置させることを特徴とする１.〜３.のいずれかに記載の広入射角レンジ対応レンズシート。
５.  前記出射面に、前記複合型レンズの集光領域と対応する箇所に光透過領域を有するブラックマスク層が形成されてなることを特徴とする１.〜４.のいずれかに記載の広入射角レンジ対応レンズシート。
【００１９】
６.  前記光透過領域の面積とそれ以外のブラックマスク層が形成されてなる領域との面積の比率を0.1以下としてなることを特徴とする５.に記載の広入射角レンジ対応レンズシート。
７.  ５.または６.に記載の広入射角レンジ対応レンズシートと、その出射面に形成したブラックマスク層と対向配置した拡散板とで構成したことを特徴とするリアプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の広入射角レンジ対応レンズシートによれば、屈折型集光部２Ａのみからなる屈折型レンズシート20の場合に、同心円の中心から遠いトラックになればなるほど、入射面４につながる不要面のトラック周長が長くかつ、断差が大きくなるため、その面積が増大するという不要面問題（図３参照）と、従来の全反射型レンズシート30（図４参照）で広い入射角レンジの投射光に対応しようとすると、入射角θが５０度以下の同心円の中心に近い側のトラック領域で、全反射型集光部２Ｂ間の溝深さが深くなるという解決困難な溝深さ問題と、を同時に解決できる。
【００２１】
このため、入射角が０度近傍から、原理的に入射角が９０度までの投射光に対応可能な広入射角レンジ対応レンズシートを実現できる。またそれを用い、高品位な画像を表示することが可能な広入射角レンジ対応スクリーンを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず、本発明の一実施例の広入射角レンジ対応レンズシートについて図１により説明する。図１は、リアプロジェクションディスプレイ用スクリーン１に、本発明の一実施例の広入射角レンジ対応レンズシート（以下単に、レンズシート２ともいう）を適用したときの構成を示す断面図である。レンズシート２は光透過層からなり、かつその面内でリアプロジェクションディスプレイ用の光学エンジンＰＪから投射される投射光を入射面で受光し、出射面から出光する複数の同心円弧状のトラックに分かれている。この構成は従来と同様である。
【００２３】
なお場合により複数の同心円のトラックに分かれていることもある。
本発明の一実施例のレンズシート２は各トラックがそれぞれ、屈折型集光部２Ａおよび全反射型集光部２Ｂの、いずれか一方の体積率が０％になり、他方のそれが１００％になる場合を含む、複合型レンズで構成されている。この場合、光学エンジンＰＪの光軸ＰＪ０を含むトラックが、屈折型集光部２Ａのみで構成され、該トラック内に占めるその体積率が１００％である。残る全反射型集光部２Ｂの体積率は、投射光の入射角θが大きくなるにつれて０％から１００％にまで増加し、投射光の入射角θがある値より大きいトラックで１００％になったのち一定となる。この複合型レンズは、同一トラック内において、屈折型集光部２Ａを同心円の中心に近い側に、一方全反射型集光部２Ｂを同心円の中心から遠い側に位置させ、各トラックを構成してなる。しかも複合型レンズの頂部から出射面までの高さは、投射光の入射角θが大きくなるにつれて増加するように形成されてなる。
【００２４】
ここで屈折型集光部２Ａは、図２に示すように、入射面４で受光した第１の投射光Ｌ１を屈折して出射面近傍の所定の集光領域に集光することができ、一方全反射型集光部２Ｂは、入射面５で受光した第２の投射光Ｌ２を透過するか屈折し、次いで全反射面６で反射して前記所定の集光領域に集光することができるようになっている。
このように構成した本発明の一実施例のレンズシート２によれば、屈折型集光部２Ａのみからなる屈折型レンズシート20場合、同心円の中心から遠いトラックになればなるほど、トラックの周長が長くかつ、断差が大きくなるため、その面積が増大するという不要面問題（図３参照）を効果的に解決できる。また従来の全反射型レンズシート30（図４参照）で広い入射角レンジの投射光に対応しようとすると、入射角θが小さい領域すなわち入射角θが５０度以下の同心円の中心側寄りのトラック領域で、全反射型集光部間の溝深さが深くなるという解決困難な溝深さ問題も同時に解消できる。このため、入射角が０度近傍から、原理的に入射角が９０度までの投射光に対応可能な広入射角レンジ対応レンズシートを実現できる。
【００２５】
以下、上記広入射角レンジ対応レンズシートの各トラックに形成した複合型レンズの作用について、図２を参照しつつ詳細に説明する。
複合型レンズを構成する全反射型集光部２Ｂは、区間ＰＲの入射面５と、区間ＰＱの全反射面６で形成される頂部Ｐを有し、大きな光の偏向機能（プリズム作用）を有する。一方屈折型集光部２Ａは、凸形状に形成された区間ＲＳの入射面４を有し、凸形状の入射面４は光学エンジンＰＪの光軸ＰＪ０を通る断面で見て、入射面４の中央位置における法線の傾きが光軸ＰＪ０から離れるにつれ、光軸ＰＪ０に対して大きくなるように形成されている。図２で、Ｌ１は屈折型集光部２Ａで処理される第１の投射光の光路を示し、Ｌ２は投射光全反射型集光部２Ｂで処理される第２の投射光の光路を示す。なおＬ１とＬ２の入射角θは略等しい。
【００２６】
ここで隣接する複合型レンズの一方、すなわち同心円の中心から遠い位置の複合型レンズ（図２の断面図で上方の複合型レンズ）に着目すると、上方の複合型レンズの入射面４にＳでつながる隔壁面７に向かう第２の投射光Ｌ２は、他方の複合型レンズ（図２の断面図で下方の複合型レンズ）を構成する全反射型集光部２Ｂで受光して処理されていることがわかる。この第１の投射光Ｌ１および第２の投射光は、隣接する他方の複合型レンズに対しても、光学エンジンＰＪから投射されるので（図１参照）、同様にして同心円の中心から遠い位置の複合型レンズの隔壁面７に向かう第２の投射光Ｌ２が、隣接する同心円の中心に近い方の複合型レンズの全反射型集光部２Ｂで処理できる。
【００２７】
なお隔壁面７は、図２中、破線で示したように、複数のトラックが屈折型集光部２Ａのみからなる場合、問題を起こす不要面である。すなわち、入射面４につながる不要面（図３（ａ）の丸で囲んだ部分）は、外側のトラックになればなるほど、トラックの周長が長くかつ、断差が大きくなるため、その面積が増大するという問題のある面で、この不要面問題に起因し、屈折型集光部２Ａのみからなる屈折型レンズシート20では、投射光が不要面から入射して迷光が発生するという問題と、投射光の利用効率が低下するという問題がおこる。
【００２８】
本発明では、このような不要面問題を解決することができ、投射光が入射して迷光が発生するという問題と、光学エンジンＰＪから投射される投射光の利用効率が低下する問題とを効果的に解決できる。
なお隔壁面７の高さ、すなわち溝底から出射面法線ｎ方向へ測った入射面４の角Ｓまでの高さは、投射光の入射角θが大きくなるほど高くなるが、同様に、同心円の中心から遠い位置のトラックを構成する複合型レンズの隔壁面７に向かう第２の投射光Ｌ２が、それと隣接する同心円の中心に近い方の複合型レンズの全反射型集光部２Ｂで処理できる。
【００２９】
これは前述したように、同一トラック内において、屈折型集光部２Ａを同心円の中心に近い側に位置させ、かつ全反射型集光部２Ｂを同心円の中心から遠い側に位置させて複合型レンズが構成され、しかも複合型レンズの頂部から出射面までの高さは、投射光の入射角θが大きくなるにつれて増加するように形成してあるからである。
したがって、図２に示したように、光学エンジンＰＪから投射される第１の投射光Ｌ１が屈折型集光部２Ａで処理され、所定の集光領域に集光するとともに、第１出射光線として出射面から出光する。一方光学エンジンＰＪから投射される第２の投射光Ｌ２は、全反射型集光部２Ｂで処理され、屈折型集光部２Ａと略同じ集光領域に集光したのち、出射面から第２出射光線として出光する。
【００３０】
このような作用効果を有する複合型レンズを、各トラックに形成してなる一実施例のレンズシート２は、その製造工程で、その出射面にブラックマスク層ＢＭを形成して、リアプロジェクションディスプレイ用スクリーン１に供する。その際、集光領域を１ピッチごとにトラックの中央に位置させ、集光領域と対応する箇所に光透過領域を有するブラックマスク層ＢＭを形成することが好ましい。また光透過領域の面積Ｓ１とそれ以外のブラックマスク層が形成されてなる領域との面積Ｓ２の比率Ｓ１／Ｓ２を0.1以下としてなるのがスクリーン面側から入射した外光が迷光となるのを防止する機能が顕著であるので好ましい。
【００３１】
そして出射面に、ブラックマスク層ＢＭを形成した広入射角レンジ対応レンズシート２と、ブラックマスク層ＢＭと対向配置した拡散板３とでリアプロジェクションディスプレイ用スクリーン１を構成する。この拡散板３は、出射面近傍の集光領域に集光した投射光を、スクリーン面から観察者のいる前面に向けて入射角に依存しない、トップハット型のように拡散する拡散特性を有するものが好ましく、さらに好ましくはその拡散特性が縦方向と横方向独立制御可能なように異なる複数層の拡散フィルムを積層した拡散板が、視野角特性に優れたスクリーン１とすることができるので好ましい。
【００３２】
このようにして構成したスクリーン１によれば、高品位な画像を表示することが可能な広入射角レンジ対応スクリーンを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の広入射角レンジ対応レンズシートを適用したリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンの一例の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の広入射角レンジ対応レンズシートの各トラックに形成した複合型レンズの作用を説明する要部断面図である。
【図３】屈折型集光部のみからなる屈折型レンズシートの問題点を説明する要部断面図である。
【図４】全反射型集光部のみからなる全反射型レンズシートの問題点を説明する要部断面図である。
【図５】非特許文献１記載のリアプロジェクションディスプレイの全体構成を示す（ａ）は正面図、（ｂ）は内部構造を示す断面図である。
【図６】従来のリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンの問題点を説明する要部断面図である。
【図７】従来のフレネルレンズシートの問題点を説明する要部断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      スクリーン
２      広入射角レンジ対応レンズシート
２Ａ    屈折型集光部
２Ｂ    全反射型集光部
３      拡散板
４、５  入射面
６      全反射面
７      隔壁面
８      不要面
θ      投射光の入射角
ｎ      出射面法線方向
Ｌ      投射光の光路（Ｌ１、Ｌ２  第１、第２の投射光）
ＬＡin   迷光となる投射光の光路
ＬＡ    迷光
ＢＭ    ブラックマスク層
ＰＪ    光学エンジン
ＰＪ０  光学エンジンの主軸
Ｍ２    背面平面反射板  ；  Ｍ１  非球面ミラー
10      従来のフレネルレンズシート
10A    ハイブリッドフレネルレンズ
20      屈折型レンズシート
30      全反射型レンズシート
【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】
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