(57)【要約】【課題】画像発生源の有効画面サイズが小さく、投写レンズの口径Ｄが小さくなってくるとスペックルと呼ばれる画像妨害が発生する。【解決手段】本発明の背面投写型スクリーンは、画像光の進行方向に沿って配置された第１のシート及び第２のシートを備えている。第１のシートは、その出射面にフレネルレンズが形成されたフレネルシート（６）を含み、第２のシートは、その画像発生源側に配置された、画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ（８）と、画像観察側に配置された、粒子状の光拡散材を含有する拡散シート（７）とを備える。この構成により、画像発生源に投写型ブラウン管に替わって反射型や透過型の液晶パネル、微小なミラーを複数備えた表示素子等の画像変調素子が用いても、スペックルの発生を低減することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像発生源と、前記画像発生源の映像を拡大投写する光学部品と、前記光学部品から投写された投写映像を映出する背面投写型スクリーンとを備え、前記背面投写型スクリーンは、少なくとも画像発生源側に配置されたフレネルレンズシートと、画像観視側に配置され、映像光を拡散させる拡散シートとを含み、
前記拡散シートの前記フレネルレンズシート側に、前記画像発生源側に凹形状を為して画面垂直方向に延びる複数のレンチキュラーレンズを、画面水平方向に並べて形成したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像表示装置において、前記複数のレンチキュラーレンズ相互間の境界部にブラックストライプを設けたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
請求項１記載の画像表示装置において、前記拡散シートの画像観視側に、着色シートを設けたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】
請求項１記載の画像表示装置において、前記拡散シートを着色したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
請求項１記載の画像表示装置において、前記拡散シートの観視側に、着色された粘着材を用いて反射防止シートを接着したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
請求項１記載の画像表示装置において、前記レンチキュラーレンズは、吸湿による線膨張率の大きい材料で構成され、前記拡散シートは、該レンチキュラーレンズに比べ吸湿の少ない材料で構成されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項７】
光学部品から投写された画像発生源の映像を映出する背面投写型スクリーンにおいて、
少なくとも画像発生源側に配置されたフレネルレンズシートと、画像観視側に配置され、映像光を拡散させる拡散シートとを含み、
前記拡散シートの前記フレネルレンズシート側に、前記画像発生源側に凹形状を為して画面垂直方向に延びる複数のレンチキュラーレンズを、画面水平方向に並べて形成したことを特徴とする背面投写型スクリーン。
【請求項８】
請求項７記載の背面投写型スクリーンにおいて、前記複数のレンチキュラーレンズ相互間の境界部にブラックストライプを設たことを特徴とする背面投写型スクリーン。
【請求項９】
請求項７記載の背面投写型スクリーンにおいて、前記拡散シートの画像観視側に、着色シートを設けたことを特徴とする背面投写型スクリーン。
【請求項１０】
請求項７記載の背面投写型スクリーンにおいて、前記拡散シートを着色したことを特徴とする背面投写型スクリーン。
【請求項１１】
請求項７記載の背面投写型スクリーンにおいて、前記拡散シートの観視側に、着色された粘着材を用いて反射防止シートを接着したことを特徴とする背面投写型スクリーン。
【請求項１２】
請求項７記載の背面投写型スクリーンにおいて、前記レンチキュラーレンズは、吸湿による線膨張率の大きい材料で構成され、前記拡散シートは、該レンチキュラーレンズに比べ吸湿の少ない材料で構成されることを背面投写型スクリーン。
【請求項１３】
光学部品から投写された画像発生源の映像を映出する背面投写型スクリーンにおいて、
前記画像発生源からの画像光の進行方向に沿って、第１のシート、第２のシートの順に配置され、前記第１のシートは、その少なくとも一方の面にフレネルレンズが形成され、前記第２のシートは、その光入射側に、前記画像発生源側に凹形状を為して画面垂直方向に延びる複数のレンチキュラーレンズが形成され、かつその光出射側に前記画像光を拡散するための拡散材を含有する拡散層が設けられることを特徴とする背面投写型スクリーン。
【請求項１４】
前記凹形状レンチキュラーレンズの光軸方向において、該凹形状レンチキュラーレンズの頂点部と前記拡散層の光入射面との間の距離が、該凹形状レンチキュラーレンズの焦点距離と略等しくしたことを特徴とする請求項１３記載の背面投写型スクリーン。
【請求項１５】
前記複数の凹形状レンチキュラーレンズ相互間の境界部に、光吸収部を設けたことを特徴とする請求項１３記載の背面投写型スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像発生源の映像を投写レンズで拡大してスクリーンに投写するようにした画像表示装置、及びそれに用いられる背面投写型スクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
投写型の画像表示装置において、小型画像発生源として、投写型ブラウン管に代えて反射型や透過型の液晶パネル、または微小なミラーを複数備えた表示素子等の画像変調素子が用いられるようになってきた。このような画像変調素子用の投写レンズの口径は、投写型ブラウン管用の投写レンズに比べ小さく、背面投写型スクリーン内の光拡散材によってスペックルと呼ばれる画像妨害が発生し易くなるという問題がある。このような問題、及びその対策については、例えば下記特許文献１に記載されている。
【０００３】
また、上記画像変調素子の出射光が投写型ブラウン管に比べコリメート光（平行光）に近いことも上記スペックル発生の原因になること、及びその対策については、例えば下記特許文献２に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１６８２８２号公報
【特許文献２】特開平１１−３８５１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記スペックルは、空間的に離れたところにある微小な拡散要素で散乱した光が、後方の１点に作用して互いに干渉して生じる。言い換えれば画像発生源５１上の任意の１点から出た光がスクリーン上の２点を通って干渉する訳であるから画像発生源５１が小さくなって出射光の面密度が高くなれば高くなるほど、レンズの口径Ｄが小さくなればなるほど干渉は強くなり、スペックルのコントラストも大きくなっていく。
【０００６】
従って、スペックルを低減するには画像発生源の有効画面サイズを大きくしたり、レンズの口径Ｄを大きくしたりする必要があるが、画像発生源に画像変調素子を用いるというトレンドに反することになる。そこで、スクリーン上の２点から出た光が互いに干渉しないようにするか、もしくは干渉した光を更に拡散させホワイトノイズにしてしまう対策がとられている。
【０００７】
前者の対策については、上記特許文献１に開示されているように、背面投写型スクリーンを構成するレンチキュラーレンズシートに拡散材を練り込まず、該レンチキュラーレンズの焦点距離のほぼ３倍以上はなれた位置に拡散層を設けると言うものである。これによりスペックルの原因になる拡散材に入射する光線の方向をレンチキュラーレンズで大きくして干渉しないようにしている。しかしながら、この対策は、スペックルの発生原因を取り除くことであり極めて効果的であるが、拡散層を該レンチキュラーレンズの焦点距離のほぼ３倍以上はなれた位置に設けなければならず、解像度が大幅に劣化すると言う新たな課題が生じる。
【０００８】
また後者の対策については、上記特許文献２に開示されているように、背面投写型スクリーンを構成するレンチキュラーレンズシートに拡散材を単純に練り込むのではなく、透明中間層をもつ３層構造にして第１層の拡散層で発生したスペックルを第３層の拡散層で隠蔽するようにしている。この対策も、解像度が劣化するだけでなく、観視側にある拡散層が外光により白く見え、明るい場所でのコントラスト性能が劣化すると言った課題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、解像度やコントラスト性能の低下を抑えつつスペックルの発生を低減せしめた背面投写型スクリーン、及びそれを用いた画像表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、レンチキュラーレンズシートのレンチキュラーレンズを、従来画像発生源側に凸であったレンズ形状を画像発生源側に凹にするとともに、従来レンチキュラーレンズシートに練り込まれていた拡散材を該レンチキュラーレンズには練り込まず該レンチキュラーレンズより観視側に設けた。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について実施例を用い、図を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明が適用される投写型の画像表示装置の一部断面斜視図である。画像発生源１は、例えば反射型または透過型の液晶パネル、または微小なミラーを複数備えた表示素子等の画像変調素子で構成される。画像発生源１に表示された画像（画像変調素子で変調された画像光）は、投写レンズ２により拡大され、反射ミラー４により反射されて背面投写型スクリーン３の背面から投写される。上記画像発生源１、投写レンズ２、背面投写型スクリーン３及び反射ミラー４は、筐体５の所定位置に固定され、収納される。投写レンズ２は前記画像を背面投写型スクリーン３に投写するが、一般に投写距離が長いことから、画像表示装置の奥行を低減するために反射ミラー４がその光路の途中に設けられている。
【００１３】
上記のような画像変調素子は、その有効画面サイズが１インチ前後と小さく、またその出射光は投写型ブラウン管に比べコリメート光に近い。このため、本実施形態に用いられる投写レンズ２は、投写型ブラウン管用の投写レンズに比べ、小型で高Ｆ値（Ｆ値はレンズの明るさを表す数値であり、レンズの焦点距離ｆとレンズの口径Ｄの比ｆ／Ｄに等しい。高Ｆ値とは、焦点距離ｆが同じであればレンズの口径Ｄが小さいことを表している。レンズに入射する光がコリメート光に近ければ、レンズの口径Ｄが小さくとも明るさを確保する事ができる。）となっている。
【００１４】
図２は本発明による背面投写型スクリーン３の構造を示す模式図である。この背面投写型スクリーン３は、画像光の進行方向（図２では矢印ｂの方向）に沿って配置された第１のシート及び第２のシートを備えている。第１のシートは、光入射面及び光出射面のいずれか一方（本実施形態では光出射面）の面に同心円状のフレネルレンズが形成されたフレネルレンズシート６を含む。また第２のシートは、画像発生源側に凹形状で、画面垂直方向に延びる複数のレンチキュラーレンズ８と、画像光を拡散するための粒子状の拡散材を含有する拡散層である拡散シート７とを含む。上記凹形状のレンチキュラーレンズ８は、複数個、画面水平方向に並んで設けられている。矢印ｂの方向から投写される拡大投写映像（図示せず）は、フレネルレンズシート６で略平行光ないし若干内側を向く光に変換され拡散シート７に入射する。これらの作用を図３により説明する。図３は図２に示した本発明による背面投写型スクリーン３の横断面図で位置的には図１の背面投写型スクリーン３の中央右端近傍である。図中の矢印は光線の方向を表す。図の左下方より入射する光線群はフレネルレンズシート６でほぼ水平方向に方向を変えられ画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ８に入射する。画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ８にほぼ水平方向に入射した光線群は画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズで発散させられ更に拡散シート７で拡散させられた後観視側（矢印ｃの方向）に出光する。
【００１５】
前述のようにスペックルは、空間的に離れたところにある微小な拡散要素で散乱した光が後方の１点に作用して互いに干渉して生じるが、本発明では拡散要素に至るまでに光線は画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズで発散させられるため拡散材があっても互いに干渉することが殆どない。これを図４、図５を用いて説明する。図４は画像発生源側に凸形状のレンチキュラーレンズの作用を説明する図であり、フレネルレンズシ−ト（図示せず）から入射する光線は画像発生源側に凸形状のレンチキュラーレンズで一旦収束させられた後発散させられる。そのためその焦点距離ｆの２倍までの範囲に拡散材が存在するとスペックルが発生する。従来の技術で述べたように拡散材をレンチキュラーレンズの焦点距離のほぼ３倍以上はなれた位置に設ければスペックルの発生はないが解像度が極めて悪くなると言った課題がある。図５は本発明の画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズの作用を説明する図であり、フレネルレンズシ−ト（図示せず）から入射する光線は画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズで発散させられる。そのため拡散材がレンチキュラーレンズ近傍にあってもスペックルの発生は極めて少ない。図に示すように拡散材をレンチキュラーレンズの焦点距離ｆ分だけ離せば、画像発生源側に凸形状のレンチキュラーレンズの焦点距離の３倍離したのと同じ効果をもつ。すなわち、本実施形態では、凹形状レンチキュラーレンズ８の頂点部（光軸付近の曲面）と拡散シート７の光入射面（レンチキュラーレンズ８と拡散シート７との境界面）との間の距離を、該凹形状レンチキュラーレンズの焦点距離ｆと略等しくしている。このように、本発明ではレンチキュラーレンズと拡散材が近い距離にあるため、解像度の劣化は少ない。
【００１６】
図６は本発明による背面投写型スクリーン３のその他の実施例の構造を示す模式図である。図において図２と同一番号は同一部品をあらわす。本実施例が図２の実施例と異なる点は、拡散シート７のフレネルレンズシート６側に設けられた画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ９相互間の境界部（以下、稜と呼ぶ）にブラックストライプ１０が設けられていることにある。以下、図７、図８を用いてブラックストライプ１０の作用を説明する。図７は図２に示した本発明による拡散シート７及び該拡散シート７のフレネルレンズシート（図示せず）側に設けられた画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ８の横断面図である。図において矢印は外光を表す。観視側から入光した外光の一部は図示するように画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ８の界面で全反射を繰り返しレンチキュラーレンズ８の稜ｄに集光する。このことは図２の実施例では外光が存在するとレンチキュラーレンズ８の稜が光ると言う不都合が生じることを意味している。図８は図６に示した本発明による拡散シート７及び該拡散シート７のフレネルレンズシート（図示せず）側に設けられた画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ９の横断面図である。図７と異なる点はレンチキュラーレンズ９の稜にブラックストライプ１０が設けられていることにある。このブラックストライプ１０はレンチキュラーレンズ９の界面で全反射を繰り返しレンチキュラーレンズ９の稜に集光する外光を吸収するため外光が存在してもレンチキュラーレンズ９の稜が光ることはない。ただし、このブラックストライプ１０はレンチキュラーレンズの入光側にあるため該レンチキュラーレンズの開口率を低下させる。従って、外光が存在しない条件で本発明を実施する場合にはブラックストライプ１０は無い方がよい。また、ブラックストライプ１０を設ける場合でもその幅はできる限り細くする必要がある。現時点の技術水準では０．０１ｍｍ程度の幅が限界でスクリーン印刷乃至艶消し黒色顔料系箔を用いたホットスタンプ等で製造する。
【００１７】
図９は本発明による背面投写型スクリーン３のその他の実施例の構造を示す模式図である。図において図６と同一番号は同一部品をあらわす。本実施例が図６の実施例と異なる点は、拡散シート７の観視側（フレネルレンズシート６の反対側）に着色シート１１が設けられていることにある。着色シート１１は、拡散シート７に練り込まれた拡散材が外光により白く光る課題を低減する作用を持つ。図９に示すように着色シート１１は拡散シート７より観視側に設けるのがよい。これは着色シート１１の透過率をηとした時、観視側から拡散シート７に練り込まれた拡散材に入光し該拡散材で反射して再び観視側に戻る外光はη２減衰され着色シート１１の効果が最も良くなるためである。
【００１８】
図１０は本発明による背面投写型スクリーン３のその他の実施例の構造を示す模式図である。図において図６と同一番号は同一部品をあらわす。本実施例が図６の実施例と異なる点は、拡散シート１２が着色されていることにある。図９に示した実施例に比べ着色の効果は低くなるが部品点数が少なくなると言うメリットがある。
【００１９】
図１１は本発明による背面投写型スクリーン３のその他の実施例の構造を示す模式図である。図において図６と同一番号は同一部品をあらわす。本実施例が図６の実施例と異なる点は、拡散シート７の観視側（フレネルレンズシート６の反対側）に反射防止シート１３が設けられていることにある。反射防止シート１３は着色された粘着材１４で拡散シート７に接着される。反射防止シート１３は外光の映り込みを低減するために一般的に用いられるが、本発明のように粘着材１４を着色することにより図９に示した実施例と同等の着色の効果が得られる。
【００２０】
図２、６、９、１０、１１で本発明の実施例を説明してきたが、以下これらの製造方法と材料選択について説明する。図１２、１３は本発明の画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ９をシート単位で製造する方法を模式的に表した図である。図１２において１５はレンチキュラーレンズの金型で、通常真鍮等の薄板を加工用ドラム（図示せず）に巻きつけて旋盤（図示せず）で加工して作る。このとき加工用工具のバイト（図示せず）は工業用ダイヤで作られるが先端が凸形状の物しか作れない。従って図に示すように金型１５は凹形状になり、このままでは凸形状のレンチキュラーレンズしかできないことになる。そこで図１２に示すように金型１５の上に型用のＵＶ樹脂を流しガラス板１６で押え、更にガラス板１６の上からＵＶ照射してＵＶ樹脂を固めて金型１５を反転した樹脂型を作る。
【００２１】
図１３は上述のようにして作成した樹脂型を使って画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ９を作る方法を示した図である。図において１７は樹脂型、７は拡散シート、１６はガラス板である。樹脂型１７の上に透明のＵＶ樹脂を流し、ＵＶ樹脂の接着性を向上させるため表面処理を施した拡散シート７を載せ、更にガラス板１６で押えてガラス板１６の上からＵＶ照射してＵＶ樹脂を固めて製造する。画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ９は表面処理を施した拡散シート７に接着し一枚のシートを形成する。この後必要に応じてスクリーン印刷乃至艶消し黒色顔料系箔を用いたホットスタンプ等でレンチキュラーレンズ９の稜にブラックストライプ１０を設けたり、着色された粘着材１４で拡散シート７に反射防止シート１３を接着したりする。
【００２２】
図１４は図１２で作った樹脂型１７を成形ドラム１８に巻きつけてレンチキュラーレンズを連続成形する方法を模式的に表した図である。図において１９ａは上部ガイドローラー、１９ｂは下部ガイドローラー、２０はＵＶ樹脂の接着性を向上させるため表面処理を施したベースシートである。ベースシート２０はガイドローラー１９ａ、１９ｂで樹脂型１７を巻きつけた成形ドラム１８に押し付けられながら上方から下方へ移動する。透明のＵＶ樹脂はベースシート２０と樹脂型１７を巻きつけた成形ドラム１８が接触し始める位置に投入し、ベースシート２０と成形ドラム１８が接触している間にＵＶ照射してＵＶ樹脂を固める。また、後工程としてスクリーン印刷乃至艶消し黒色顔料系箔を用いたホットスタンプ等でレンチキュラーレンズ９の稜にブラックストライプ１０を連続的に設けることもできる。この後所定寸法に裁断し透明粘着材で拡散シート７に接着する。また必要に応じて着色された粘着材１４で拡散シート７に反射防止シート１３を接着する。
【００２３】
本発明の画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ９は吸湿による線膨張率の大きい材料例えばポリメチルメタクリレート系のＵＶ樹脂で製造する。反対に拡散シート７は該レンチキュラーレンズ９に比べ吸湿の少ない材料例えばメチルメタクリレート−スチレンの共重合体とかポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネイト等を選択する。このように構成することによりスクリーンが吸湿した時、拡散シート７とレンチキュラーレンズ９はフレネルレンズシート６側に凸形状になるように反るため、スクリーン周辺部を固定しておけばスクリーン中心部でフレネルレンズシート６とレンチキュラーレンズ９は密着状態に保たれる。
【００２４】
以上の説明の通り、本発明によれば、画像の解像度、及び／またはコントラスト性能の劣化を抑えつつスペックルの発生を低減することができ、従って、高画質は映像をスクリーン上に表示することを可能にするという効果を奏するものである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、スクリーン上に高画質な映像を表示することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像表示装置の一実施例を示す一部断面斜視図である。
【図２】図１に示す画像表示装置の背面投写型スクリーン３の構造を示す模式図である。
【図３】図２に示した本発明による背面投写型スクリーン３の横断面図である。
【図４】画像発生源側に凸形状のレンチキュラーレンズの作用を説明する図である。
【図５】本発明の画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズの作用を説明する図である。
【図６】本発明による背面投写型スクリーン３の他の実施例の構造を示す模式図である。
【図７】図２に示した本発明による拡散シート７及び凹形状のレンチキュラーレンズ８の横断面図である。
【図８】図６に示した本発明による拡散シート７及び凹形状のレンチキュラーレンズ９の横断面図である。
【図９】本発明による背面投写型スクリーン３の他の実施例の構造を示す模式図である。
【図１０】本発明による背面投写型スクリーン３の他の実施例の構造を示す模式図である。
【図１１】本発明による背面投写型スクリーン３のその他の実施例の構造を示す模式図である。
【図１２】本発明の画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ９をシート単位で製造するための樹脂型を製造する方法を模式的に表した図である。
【図１３】本発明の画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ９をシート単位で製造する方法を模式的に表した図である。
【図１４】本発明の画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズを連続成形する方法を模式的に表した図である。
【符号の説明】
１…画像発生源、２…投写レンズ、３…背面投写型スクリーン、４…反射ミラー、５…筐体、６…フレネルレンズシート、７…拡散シート、８…画像発生源側に凹形状のレンチキュラーレンズ、１０…ブラックストライプ、１１…着色シート、１３…反射防止シート、１４…着色された粘着材
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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