(57)【要約】【課題】高輝度光源を用いたプロジェクタからの映像光が投影される透過型スクリーンにおいて、ホットバーが減少し、シンチレーションが緩和できる背面投射型表示装置を提供する。【解決手段】背面投射型表示装置の透過型スクリーンをフレネルレンズ１６１ａと拡散層１６１ｂとを組み合わせたフルネルレンズシート１６１により構成し、プロジェクタ１１２から投射レンズ１６０を通して投射される光線のフルネルレンズシート１６１への投射入射角度をα[deg]とし、拡散層１６１ｂでの光線の最大広がり角度をβ(α)[deg]とした時、投射レンズのＦナンバーＦと拡散層の拡散度合を擬似的に表す擬似Ｆナンバーとを組み合わせた合成ＦナンバーＦ´を明細書に記載した（３）式で設定される関係した。【選択図】図２
2008026628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を変調して映像光を投射する際に、複数の光学要素を経由して投射される映像光の位相を変動させる散乱手段及び投射レンズを有するプロジェクタと、前記映像光が投射される透過型スクリーン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、少なくともフレネルレンズと拡散層とを組み合わせたフルネルレンズシートにより構成され、前記プロジェクタから前記投射レンズを通して投射される光線の前記フルネルレンズシートへの投射入射角度をα[deg]とし、かつ前記拡散層での光線の最大広がり角度をβ(α)[deg]とした時、前記投射レンズのＦナンバーＦと前記拡散層の拡散度合を擬似的に表す擬似Ｆナンバーとを組み合わせた合成ＦナンバーＦ´が次式
2008026628.tif 000010
で設定された関係を有することを特徴とする背面投射型表示装置。
【請求項２】
前記拡散層での光線の散乱角における前記最大広がり角度はピークゲインの１０分の１となる部分であることを特徴とする請求項１記載の背面投射型表示装置。
【請求項３】
前記フレネルレンズシートのフレネルレンズはサーキュラー型であることを特徴とする請求項１記載の背面投射型表示装置。
【請求項４】
前記フレネルレンズシートのフレネルレンズはリニアー型であることを特徴とする請求項１記載の背面投射型表示装置。
【請求項５】
前記拡散層はレンチキュラーレンズであることを特徴とする請求項１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、透過／非透過、もしくは、透過／光分散、あるいは選択的な反射により表示画素が規定される画像表示素子に対して、照明光を照射して生成される表示画像光を投影する背面投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射（プロジェクション）方式のテレビジョン装置には、反射型（フロントタイプ）、透過型（リアタイプ）の２つの型があり、それぞれの映像の視覚に用いられるスクリーンとしては、反射型スクリーン、透過型スクリーンの２種類がある。特にリアプロジェクションテレビは、通常、光源と、映像表示素子と、投影レンズを有するプロジェクタから投影される映像光が、フレネルレンズ部を有するフレネルレンズシート、レンチキュラーレンズ部を有するレンチキュラーレンズシートからなるスクリーンを透過し、映像光が観察者に達するように構成されている。
また、前記リアプロジェクションテレビに用いられる前記スクリーンでは、水平方向に広く、垂直方向には水平方向よりやや狭く拡散するような指向性が求められているため、水平方向の拡散要素としてはレンチキュラーレンズを、垂直方向の拡散要素としては光拡散剤が分散された光拡散基板（光拡散性シート又は光拡散層）が用いられていることが一般的である。
【０００３】
なお、上記の画像表示素子としては、ＬＣＤ（液晶表示素子）やＤＭＤ（Digital Mirror Device：テキサス・インスツルメンツ社の商標）、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）などが挙げられる。
【０００４】
近年のリアプロジェクションテレビとして、広範囲で同色度の明るい画像が観察可能な透過型投影スクリーンの提供が求められている。前述の広範囲で同色度の明るい画像が観察可能な透過型投影スクリーンに関しては、特に光源である輝度の高い白色ランプが開発されたこともあって、高輝度で明るい画像が観察可能になってきた。
また、一方では、スクリーンの軽量化の要求があり、それに伴い光拡散基板を薄型化する傾向が見られ、これに伴い、種々の形態の透過型スクリーンが提案されている（例えば特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２４６９１６号公報
【特許文献２】特開平１１−３８５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、高輝度な光源を有するプロジェクタを用いた場合には高輝度の光が投影されるため、従来のスクリーンでは、スクリーン中央部に強い光が集中してしまう傾向がある。このようにスクリーン中央部に集中した強い光は、ホットバーまたはホットバンド（以下、ホットバーと称する）と呼ばれる明るい横縞模様として見えるような好ましくない現象が発生する傾向にある。
一般的に、スクリーンでの表示映像の明るさは、スクリーンに対して法線方向で最も大きく、スクリーンに対する観察角度が大きくなる（垂直方向から外れる）ほど減少する。また、観察角度の変化によるスクリーンの明るさ変化が著しく大きくなると、ホットバーが生じる。このホットバーはレンチキュラーレンズを透過すると、明るさのムラが水平方向に拡げられるため、スクリーン上で明るい横縞模様として観察されてしまう。
【０００６】
また、上記のように高輝度の光源を有するプロジェクタを用いた場合には高輝度の光が投影されるため、垂直方向の拡散要素として用いられる光拡散剤により、スクリーンにギラギラする微小な輝度ムラが生じるという問題が発生する。このギラギラする微小な輝度ムラは、一般的にシンチレーションと呼ばれている。
また、スクリーンを薄型化すると、拡散性を維持するために、従来のスクリーンより光拡散剤の添加量を増やす必要があり、微小なギラつきであるシンチレーションがより顕著になるという問題がある。
また、光学エンジンの小型化、プロジェクションテレビの薄型化により、プロジェクタの投射レンズのＦナンバーが大きくなる傾向があり、この傾向についてもシンチレーション問題に拍車をかけている。このシンチレーションはフレネルレンズ側の拡散度合を大きくすることによって低減可能であるが、拡散度合を大きくすると、解像度の低下、スクリーンゲインの低下が発生してしまい、問題となる。
【０００７】
上記のように、ＬＣＤやＤＭＤを映像表示体として用いる透過型スクリーンにおいて、高輝度で明るい画像を得るために高輝度光源を用いたり、スクリーンを軽量化するためにスクリーンを薄型化することが試みられているが、スクリーンに対する観察角度変化に伴う明るさ変化が大きいホットバーを生じさせたり、光学エンジンのＦナンバーの巨大化により微小なギラつきであるシンチレーションがより顕著に目立ち、観察しにくいという問題が生じていた。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、高輝度光源を用いたプロジェクタからの映像光が投影されるスクリーンにおいて、ホットバーが減少し、シンチレーションが緩和できる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】
【０００９】
上記の目的を達成するために本発明は、光源からの光を変調して映像光を投射する際に、複数の光学要素を経由して投射される映像光の位相を変動させる散乱手段及び投射レンズを有するプロジェクタと、前記映像光が投射される透過型スクリーン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、少なくともフレネルレンズと拡散層とを組み合わせたフルネルレンズシートにより構成され、前記プロジェクタから前記投射レンズを通して投射される光線の前記フルネルレンズシートへの投射入射角度をα[deg]とし、かつ前記拡散層での光線の最大広がり角度をβ(α)[deg]とした時、前記投射レンズのＦナンバーＦと前記拡散層の拡散度合を擬似的に表す擬似Ｆナンバーとを組み合わせた合成ＦナンバーＦ´が次式
2008026628.tif 000003
で設定された関係を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の背面投射型表示装置によれば、投射レンズのＦナンバーＦと拡散層の拡散度合を擬似的に表す擬似Ｆナンバーとを組み合わせた合成ＦナンバーＦ´が上記の式で設定された関係を有するため、投射入射角度αと拡散層の最大広がり角度β(α)がシンチレーションの低減に寄与し、この値を最適化することによって、フレネルレンズシートは高輝度、Ｆナンバーの大きいプロジェクタを使用した場合にホットバーが減少し、シンチレーションを緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明にかかる背面投射型表示装置の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明にかかる背面投射型表示装置は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態における背面投射型表示装置に適用されるプロジェクタの概略構成図、図２は本実施の形態における背面投射型表示装置の全体の概略構成図である。
図１は三板式プロジェクタを示すもので、このプロジェクタ１１２は、高圧水銀ランプ等の白色光源１１０を備えている。その光源１１０から出た光は、拡散層等からなる散乱手段１１５に入射するように配設されている。その散乱手段１１５の下流側には、青色光１３０のみを透過する青色光分光ミラー１３２、緑色光１４０を反射し赤色光を透過する緑色光分光ミラー１４２、及び赤色光１５０を反射する赤色光分光ミラー１５２が順に設けられている。
【００１３】
青色光分光ミラー１３２の下流側には、青色光１３０を平行光に変換する平行光変換レンズ１３４と、青色光１３０を変調して青色映像光を作成する光変調素子としての青色光変調用液晶ライトバルブ（以下、「青色光用ＬＶ」という。）１３６と、青色光を反射する青色光集光ミラー１３８とが設けられている。同様に、緑色光分光ミラー１４２の下流側には、平行光変換レンズ１４４と、緑色光変調用液晶ライトバルブ（以下、「緑色光用ＬＶ」という。）１４６と、緑色光を反射し青色光を透過する緑色光集光ミラー１４８とが設けられている。赤色光分光ミラー１５２の下流側には、平行光変換レンズ１５４と、赤色光変調用液晶ライトバルブ（以下、「赤色光用ＬＶ」という。）１５６と、赤色光１５０のみを透過する赤色光集光ミラー１５８とが設けられている。さらに、各色光集光ミラー１３８，１４８，１５８の下流側には、映像光を拡大投射する投射レンズ１６０が設けられている。
【００１４】
背面投射型表示装置は、図２に示すように、プロジェクタ１１２及びプロジェクタ１１２からの映像光が投射されるフルネルレンズシート（透過型スクリーン）１６１を備える。
プロジェクタ１１２は、光源からの光を変調する青色光用ＬＶ１３６、緑色光用ＬＶ１４６、赤色光用ＬＶ１５６、これらの変調された映像光を投射する際に複数の光学要素を経由して投射される映像光の位相を変動させる散乱手段１６４、及び映像光を拡大投射する投射レンズ１６０を有する。散乱手段１６４は光学系上に配置され、光学系で一定の面積に広げられた光を時間的に変動散乱させるものであり、投射レンズ１６４は、各色光集光ミラー１３８，１４８，１５８の下流側に設けられている。また、フルネルレンズシート１６１は、少なくとも、投射レンズ１６０により投射される映像光を略平行な光に変換するフレネルレンズ１６１ａと、このフレネルレンズ１６１ａからの平行光を拡散層１６１ｂとを組み合わせたものから構成されている。
【００１５】
散乱手段１６４は、時間的に回転もしくは振動する拡散層や、液晶などの位相変調素子などから構成されるものであり、散乱手段１６４が回転する場合、回転軸と光軸が一致しても良いが、回転中心の位相変動が少なくなるため、光軸と異なる位置に回転中心を配置することが望ましい。さらに、散乱手段１６４には空間的に一定の面積をもって光が入射するように配置する。例えば光源からの光が、光ファイバーやライトパイプを透過するような細い光線である場合、レンズや曲面ミラーなどで光を広げてから散乱手段１６４に入射することが望ましい。なぜならば、シンチレーションの低減では、スクリーン上での位相の傾き変化が大きいほど効果が大きいため、散乱手段１６４に入射する光の面積が小さくなると、スクリーン上での位相の傾き変化量が得られなくなる。散乱手段１６４に入射する光の幅は、光変調素子の幅の１／２以上であることが望ましく、光変調素子の幅とほぼ同等であるとさらに良い。
【００１６】
また、図２において、プロジェクタ１１２から投射レンズ１６４を通して投射される光線のフルネルレンズシート１６１への投射入射角度をα[deg]とし、拡散層１６１ｂでの光線の最大広がり角度をβ(α)[deg]とした時、プロジェクタ１１２側の投射レンズ１６４のＦナンバーは（１）式
2008026628.tif 000004
で表すことができ、フルネルレンズシート１６１側の拡散層１６１ｂの拡散度合を擬似的にＦナンバーで表すと、次の（２）式で表すことができる
2008026628.tif 000005
上記（１）式と（２）式を組み合わせることによって、プロジェクタ側の投射レンズ１６４のＦナンバーと、フレネルレンズシート側の拡散層１６１ｂの擬似Ｆナンバーを組み合わせた合成ＦナンバーＦ´は次の（３）で算出することができる。
2008026628.tif 000006
この合成ＦナンバーＦ´は大きければシンチレーションが増大する傾向があり、この値をできるだけ小さくすることによって、シンチレーションを緩和することが可能になる。
【００１７】
なお、図３に示すように、図示省略のプロジェクタから投射レンズを通して投射される光線３１がフルネルレンズシートの拡散層１６１ｂを透過すると、この拡散層１６１ｂから出射される光線３２は図３に示すように散乱される。そして、この光線３２の散乱角における最大広がり角度β(α)[deg]は、図４に示すように、光線３２の強度がピークゲインの１０分の1となる角度である。
【００１８】
ここで、スクリーンであるフルネルレンズシート１６１への入射角度α[deg]とプロジェクタのＦナンバーとの間には、次の（４）式
2008026628.tif 000007
で示す関係がある。ここでいうαは言い換えると、プロジェクタ１１２の光変調素子1画素から、投射レンズ１６４を通してスクリーンであるフルネルレンズシート１６１への見込み角度を表している。この見込み角と、フルネルレンズシート１６１の拡散角度がシンチレーションの低減に寄与していると考えられる。よって、この値を最適化することによって、シンチレーションを低減させたフレネルレンズシート及び投射型プロジェクションテレビ（背面投射型表示装置）を得ることが可能になる。
【００１９】
（実施例１）
次に実施例について述べる。
表１は、プロジェクタ１１２の投射レンズ１６４のＦナンバーを変えた時に、合成ＦナンバーＦ´がどのように変化していくか、さらにはシンチレーションがどのように変化していくかを表したものである。この時のフルネルレンズシート１６１の拡散層１６１ｂにはヘイズ値が５５％程度のものを使用されている。
【００２０】
【表１】
2008026628.tif 000008
【００２１】
この表１において、「×」印及び「△」印が付されたシンチレーションに対応する合成ＦナンバーＦ´の値ではシンチレーションの低減が望めないが、合成ＦナンバーＦ´がだいたい１．５を境目にして、「○」印を付したシンチレーションに対応する合成ＦナンバーＦ´なると、シンチレーションを良好に低減されることが認められた。
【００２２】
（実施例２）
表２は、プロジェクタ１１２の投射レンズ１６４のＦナンバーを変えた時に、合成ＦナンバーＦ´がどのように変化していくか、さらにはシンチレーションがどのように変化していくかを表したものである。この時のフルネルレンズシート１６１の拡散層１６１ｂにはヘイズ値が７０％程度のものを使用されている。
【００２３】
【表２】
2008026628.tif 000009
【００２４】
この表２において、「×」印及び「△」印が付されたシンチレーションに対応する合成ＦナンバーＦ´の値ではシンチレーションの低減が望めないが、表１に示す場合と同様に合成ＦナンバーＦ´がだいたい１．５を境目にして、「○」印を付したシンチレーションに対応する合成ＦナンバーＦ´なると、シンチレーションを良好に低減されることが認められた。
【００２５】
なお、本発明において、透過型スクリーンを構成するフルネルレンズシート１６１のフレネルレンズ１６１ａはサーキュラー型のもの、またはリニアー型のものでもよいほか、拡散層１６１ｂをレンチキュラーレンズで構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態における背面投射型表示装置に適用されるプロジェクタの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における背面投射型表示装置の全体の概略構成図である。
【図３】本実施の形態に示す拡散層から出射する光の拡散状態を示す説明図である。
【図４】本実施の形態に示す拡散層から出射する光線３２の強度と拡散角度との関係を示す視野角分布図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１０……光源、１１２……プロジェクタ、１１５……散乱手段、１３６……青色光用ＬＶ、１４６……緑色光用ＬＶ、１５６……赤色光用ＬＶ、１６０……投射レンズ、１６１……フルネルレンズシート、１６１ａ……フレネルレンズ、１６１ｂ……拡散層。
【図１】
2008026628.tif 000011
【図２】
2008026628.tif 000012
【図３】
2008026628.tif 000013
【図４】
2008026628.tif 000014