(57)【要約】【課題】背面投写型画像ディスプレイ装置において、画像のコントラストを良好に、しかも、奥行きを短くすることができる。【解決手段】透過型スクリーン１を構成するレンチキュラーレンズシートの基材の中には光拡散材の微粒子が分散されていない。投写型ブラウン管７Ｇと投写レンズ８Ｇとの間の結合器９Ｇ内の空間に液体冷媒が封入されている。筐体１２内は黒く着色されている。照明光などの外光があるときの画像のコントラスト比は７０以上である。画面サイズが対角３５インチのとき、投写レンズ８Ｇの光出射面から透過型スクリーン１までの投写距離は約５６０ｍｍ、透過型スクリーン１の対角寸法は約８９０ｍｍであり、画角は約７７°である。【選択図】　　　　図１
2004004916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像発生源に表示された画像を、投写レンズにより拡大して、透過型スクリーンに背面より投写する背面投写型画像ディスプレイ装置であって、前記透過型スクリーンに投写された画像のコントラスト比が７０以上で、かつ、画角が７２°以上１００°未満であることを特徴とする背面投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項２】
画像発生源に表示された画像を、投写レンズにより拡大して、透過型スクリーンに背面より投写する背面投写型画像ディスプレイ装置であって、前記透過型スクリーンに投写された画像のうち、該透過型スクリーンの画面中心の画像を最も明るく観視し得る方向を基準方向としたとき、前記画面中心の輝度が、前記基準方向に対し水平方向に５０°の方向においては前記基準方向における輝度に対し５０％以上の輝度となり、前記基準方向に対し水平方向に６５°の方向においては前記基準方向における輝度に対し１０％以上の輝度となり、前記基準方向に対し垂直方向に１０°の方向においては前記基準方向における輝度に対し５０％以上の輝度となり、前記基準方向に対し垂直方向に２５°の方向の各方向においては前記基準方向における輝度に対し１０％以上の輝度となる指向特性を有することを特徴とする背面投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項３】
画像発生源に表示された画像を、投写レンズにより拡大して、透過型スクリーンに背面より投写する背面投写型画像ディスプレイ装置であって、前記透過型スクリーンに投写された画像のうち、該透過型スクリーンの画面中心の画像の光量に対する画面周辺部の画像の相対光量が３０％以上で、かつ、画角が７２°以上１００°未満であることを特徴とする背面投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項４】
背面投写型画像ディスプレイ装置に用いる透過型スクリーンであって、光沢のある光吸収層を有することを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項５】
背面投写型画像ディスプレイ装置に用いる透過型スクリーンであって、光出射面が鏡面であることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項６】
画像発生源に表示された画像を、投写レンズにより拡大して、透過型スクリーンに背面より投写する背面投写型画像ディスプレイ装置でおいて、前記透過型スクリーンとして請求項４に記載の透過型スクリーンを用いることを特徴とする背面投写型画像ディスプレイ装置。
【請求項７】
画像発生源に表示された画像を、投写レンズにより拡大して、透過型スクリーンに背面より投写する背面投写型画像ディスプレイ装置でおいて、前記透過型スクリーンとして請求項５に記載の透過型スクリーンを用いることを特徴とする背面投写型画像ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、背面投写型画像ディスプレイ装置と、それに用いる透過型スクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型画像発生源としての投写型ブラウン管などに表示された画像を、投写レンズにより拡大し、透過型スクリーンに背面より投写する背面投写型テレビジョン受像機等の背面投写型画像ディスプレイ装置は、近年、画質の向上が著しく、大画面による迫力ある臨場感を楽しむことができるため、家庭用、業務用に普及が進んでいる。
【０００３】
この背面投写型画像ディスプレイ装置においては、投写型ブラウン管を画像発生源として用いる場合、透過型スクリーン上の画面の輝度を十分に明るくするために、従来より、一般に、赤、緑、青の３原色についてそれぞれブラウン管と投写レンズを組み合わせて、透過型スクリーン上で３原色の画像の合成を行っていた。
【０００４】
図２５は、従来の背面投写型画像ディスプレイ装置としての家庭用の背面投写型テレビジョン受像機における、側面から見たときの内部構成を示す断面図である。
【０００５】
図２５において、１は透過型スクリーン、７Ｇは緑の投写型ブラウン管、８Ｇは投写型ブラウン管７Ｇ用の投写レンズ、９Ｇは投写型ブラウン管７Ｇと投写レンズ８Ｇを結合する結合器、１０Ｇは緑の投写光束、１１は反射鏡、１２は筐体である。
【０００６】
従来の背面投写型画像ディスプレイ装置としての家庭用の背面投写型テレビジョン受像機においては、投写レンズ８Ｇとして、たとえば、特開平１−２５０９１６号公報、特開平３−２４６５１２号公報、特開平３−２７６１１３号公報、米国特許４９６３００７号に開示されている投写レンズのように、ガラス製の凸レンズ素子と、メタクリル樹脂製のレンズ素子を組み合わせた構成の投写レンズが主に用いられている。また、透過型スクリーン１としては、たとえば、特開昭５６−１１７２２６号公報、特開昭５８−５９４３６号公報に開示されている透過型スクリーンのように、フレネルレンズシートと、ガラスビーズなどの光拡散材を有するレンチキュラーレンズシートとの２枚構成の透過型スクリーンが主に用いられている。
上記の従来の背面投写型画像ディスプレイ装置において一般に用いられてきた２枚構成の透過型スクリーンについて、さらに詳しく説明する。
【０００７】
図２６は、図２５の背面投写型画像ディスプレイ装置における透過型スクリーン１の要部を示す斜視図である。
図２６において、１は透過型スクリーン、２は画像発生源（ブラウン管画面）側に配置されるフレネルレンズシート、４は画像観視側に配置されるレンチキュラーレンズシートである。２０、４０はそれぞれフレネルレンズシート２、レンチキュラーレンズシート４の基材であり、いずれも透明熱可塑性樹脂よりなる。このうち、レンチキュラーレンズシート４の基材４０中には、光を散乱させる光拡散材の微粒子が分散されている。この光拡散材の微粒子は、レンチキュラーレンズシートの内部に分散される場合のほか、シートの表面に光拡散層として積層される場合もある。２１、２２はフレネルレンズシート２の、それぞれ光入射面、光出射面であり、光入射面２１は平面に、光出射面２２はフレネル凸レンズ形状になっている。
【０００８】
また、４１は、レンチキュラーレンズシート４の光入射面であり、スクリーン画面垂直方向を長手方向とする第一の縦長レンチキュラーレンズをスクリーン画面水平方向に複数並べた形状となっている。４２はレンチキュラーレンズシート４の光出射面であり、光入射面４１の第一の縦長レンチキュラーレンズにほぼ相対して、同じような形状の第二の縦長レンチキュラーレンズが複数配列されるとともに、隣り合うレンチキュラーレンズ相互の間には、凸形突起部４３が設けられ、この凸形突起部４３上に光吸収帯（ブラックストライプ）１６が、艶消し黒色の着色材層として積層されている。
【０００９】
上記の従来の透過型スクリーンにおいては、投写型ブラウン管管面上の表示画像の各点から出射した光束は、投写レンズ（いずれも図示せず）を経て、フレネルレンズシート２の光入射面２１に入射後、光出射面２２のフレネルレンズによりほぼ平行光束に変換され、レンチキュラーレンズシート４に入射する。
【００１０】
レンチキュラーレンズシート４に入射した光束は、光入射面４１の第一の縦長レンチキュラーレンズにより光出射面４２上の第二の縦長レンチキュラーレンズ面付近の焦点に向かい、その焦点からスクリーン画面水平方向に拡散するとともに、基材４０内に分散された前記の光拡散材の微粒子により、スクリーン画面垂直方向及び水平方向に拡散されながら画像観視側に出射する。
【００１１】
上記の従来の透過型スクリーンにおいては、レンチキュラーレンズシート４の基材４０内の光拡散材の量を増すことにより、スクリーン画面垂直方向の指向特性を拡大することができる。
【００１２】
一方、上記の従来の透過型スクリーンにおいては、照明光などの外光があるとき、外光の半分程度はレンチキュラーレンズシート４の光出射面４２に設けられた前記の光吸収帯１６に入射する。光吸収帯１６への入射光は、ごく一部が拡散反射されるほかは、ほとんどが光吸収帯１６に吸収される。
【００１３】
透過型スクリーン１への入射光束が、レンチキュラーレンズシート４の基材４０内に分散された前記の光拡散材の微粒子により拡散される様子についてさらに説明する。
【００１４】
図２７は、図２６の透過型スクリーン１の垂直断面を示す断面図であり、１４は透過型スクリーン１への入射光束である。
図２７に示すように、入射光束１４は、レンチキュラーレンズシート４内では基材４０内の光拡散材１５によって拡散されながら進み、光出射面４２から出射する。したがって、画像観視側から見たときの光束の幅ｄは入射光束１４の幅より大きくなって、透過型スクリーン１に画像を映出したときの光出射面４２における走査線幅あるいは画素サイズが大きくなり、結果として画像のフォーカス特性は低下し、画像がぼけて見える。
【００１５】
さらに、レンチキュラーレンズシート４において、入射光束１４は基材４０内の光拡散材１５によって拡散されるのみならず、散乱されるため、一部の光線は再び光入射面４１側に反射されたり、レンチキュラーレンズシート４内の迷光となったり、あるいは前記の光吸収帯１６で吸収されたりして、光出射面４２付近の焦点に到達せず、光出射面４２から出射しないこととなり、画像観視側から見たスクリーン画面の明るさが低下する。
【００１６】
また、入射光束１４のうち、上記のように光拡散材１５によって散乱され、迷光となった光は、投写光学系内を不要反射光として往来したのち、その一部が最終的にレンチキュラーレンズシート４の光出射面４２に到達し、画像のコントラストが低下する。さらに照明光などの外光があるとき、外光の半分程度は前記のようにレンチキュラーレンズシート４の光吸収帯１６に入射するが、その残りは光出射面４２の第二の縦長レンチキュラーレンズに入射し、光拡散材１５により拡散反射され、同じく、画像のコントラストの低下を招く。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前記の投写レンズ、及び、前記の透過型スクリーンを用いた従来の背面投写型テレビジョン受像機などの背面投写型画像ディスプレイ装置においては、以下に述べるような問題点があった。
【００１８】
（１）　画像に良好なコントラストが得られない。特に照明光などの外光があるときは、画像全体が白味を帯び、コントラスト比は６５程度と、外光がないときのコントラスト比（１００程度）に比較して甚しくコントラスト不良となる。これは、透過型スクリーンが光拡散材を有していることに起因する。
【００１９】
（２）　画像にぼけがある。これは、従来の投写レンズに収差が少なからずあることと、従来の透過型スクリーンが光拡散材を有していることの影響が大きい。
【００２０】
（３）　スクリーン画面垂直方向の指向特性が狭い。これは、指向特性を拡大するために透過型スクリーンの光拡散材を増量しようとすると、上記（１）のコントラストと、（２）の画像のぼけがさらに著しくなるために、光拡散材を多くは練り込めないことに起因する。たとえば、スクリーン画面垂直方向の指向特性を２倍に拡大すると、照明光などの外光があるときのコントラスト比は３０程度となる。
【００２１】
（４）　奥行きが長く、設置のための占有面積が大きい。たとえば、画面サイズが対角４０インチ程度のものでは、奥行きが６０ないし７０ｃｍ程度となる。これは、投写レンズの画角が小さく、投写距離が長いことに起因する。
【００２２】
（５）　画面周辺部の明るさが画面中心に比較して暗い。たとえば、スクリーン画面対角方向の相対像高０．９付近の部分では、画面中心の約２５％程度の明るさとなる。これは、投写レンズのレンズ設計においてレンズ構成の点から生じる制約に依存する。ここで、相対像高とは、画面中心からの距離を、画面対角長の半分を１として規準化した値を言う。
【００２３】
（６）　背面投写型画像ディスプレイ装置の外観に高級感がない。特に、画像を何も映出していないときに、観視者には透過型スクリーンが全体に墨を塗ったような艶消しの薄い黒色に見えて、印象がよくない。これは透過型スクリーンの観視側表面が、光出射面、光吸収層とも光の正反射がなく、拡散反射のみのために光沢がないことに起因する。
【００２４】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、画像のコントラスト、ぼけの少なさ、画面周辺部の明るさが良好で、しかも、スクリーン画面垂直方向の指向特性が広く、さらに、奥行きが短く、外観に高級感のある背面投写型画像ディスプレイ装置、及びそれに用いる透過型スクリーンを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明では、画像発生源に表示された画像を、投写レンズにより拡大して、透過型スクリーンに背面より投写する背面投写型画像ディスプレイ装置において、前記透過型スクリーンに投写された画像のコントラスト比が７０以上で、かつ、画角が７２°以上１００°未満となるようにした。
【００２６】
また、前記透過型スクリーンに投写された画像のうち、該透過型スクリーンの画面中心の画像を最も明るく観視し得る方向を基準方向としたとき、前記画面中心の輝度が、前記基準方向に対し水平方向に５０°の方向においては前記基準方向における輝度に対し５０％以上の輝度となり、前記基準方向に対し水平方向に６５°の方向においては前記基準方向における輝度に対し１０％以上の輝度となり、前記基準方向に対し垂直方向に１０°の方向においては前記基準方向における輝度に対し５０％以上の輝度となり、前記基準方向に対し垂直方向に２５°の方向の各方向においては前記基準方向における輝度に対し１０％以上の輝度となる指向特性を有するようした。
【００２７】
また、前記透過型スクリーンに投写された画像のうち、該透過型スクリーンの画面中心の画像の光量に対する画面周辺部の画像の相対光量が３０％以上で、かつ、画角が７２°以上１００°未満となるようにした。
またさらに、前記透過型スクリーンが光沢のある光吸収層を有するようにするか、または、前記透過型スクリーンの光出射面を鏡面とするようにした。
【００２８】
本発明では、前記透過型スクリーンに投写された画像のコントラスト比が７０以上で、かつ、画角が７２°以上１００°未満となるようにすることにより、画像のコントラストを良好に、しかも、奥行きを短くすることができる。
また、前記画面中心の輝度、上記の如き輝度となる指向特性を有するようにすることにより、スクリーン画面垂直方向の指向特性を広くすることができる。
【００２９】
また、前記透過型スクリーンに投写された画像のうち、該透過型スクリーンの画面中心の画像の光量に対する画面周辺部の画像の相対光量が３０％以上で、かつ、画角が７２°以上１００°未満となるようにすることにより、画面周辺部の明るさを良好にすることができる。
【００３０】
またさらに、前記透過型スクリーンが光沢のある光吸収層を有するようにするか、または、前記透過型スクリーンの光出射面を鏡面とすることにより、外観に高級感を与えることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例としての背面投写型画像ディスプレイ装置における、側面から見たときの内部構成を示す断面図である。
【００３２】
図１において、１は透過型スクリーン、７Ｇは緑の投写型ブラウン管、８Ｇは投写型ブラウン管７Ｇ用の投写レンズ、９Ｇは投写型ブラウン管７Ｇと投写レンズ８Ｇとを結合する結合器、１０Ｇは緑の投写光束、１１は投写光束１０Ｇを折り返すための反射鏡、１２は筐体である。
【００３３】
本実施例における背面投写型画像ディスプレイ装置では、奥行き寸法が、画面サイズが対角３５インチのときには３５ｃｍ程度と、従来の背面投写型画像ディスプレイ装置に比較してきわめて薄く、１４形（ブラウン管の対角寸法が約１４インチ）の直視型テレビジョン受像機と同程度の奥行き寸法となっており、設置に必要な占有面積が従来より小面積ですむ特長がある。画面サイズが対角４０インチのときには、奥行き寸法は４０ｃｍ程度となり、１９形の直視型テレビジョン受像機と同程度の奥行き寸法となる。
【００３４】
さらに、本実施例における背面投写型画像ディスプレイ装置では、画像のコントラスト、ぼけ、スクリーン画面垂直方向の指向特性、画面周辺部の明るさ、外観の高級感が、従来より改善されている。これらについては後述する。
【００３５】
図２は、図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における、正面から見たときの内部構成を示す断面図である。
図２において、７Ｒ、７Ｇ、７Ｂはそれぞれ赤、緑、青の投写型ブラウン管、８Ｒ、８Ｇ、８Ｂはそれぞれ投写型ブラウン管７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ用の投写レンズ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂは投写型ブラウン管７Ｒ、７Ｇ、７Ｂと、投写レンズ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂとをそれぞれ結合する結合器、１１は投写光束１０Ｇを折り返すための反射鏡、１２は筐体である。
【００３６】
本実施例における背面投写型画像ディスプレイ装置では、幅、高さが、画面サイズが対角３５インチのときにはそれぞれ７５ｃｍ程度、１０５ｃｍ程度と、２９形（ブラウン管の対角寸法が約１４インチ）の直視型テレビジョン受像機と同程度の幅と高さを有している。したがって、一般的な家庭において、従来、２９形の直視型テレビジョン受像機を設置していたような場所に、本発明による、より画面サイズの大きい３５形の背面投写型テレビジョン受像機を設置すれば、設置面積が小さくなってなおかつ大画面を楽しむことができる効果がある。
【００３７】
図３は、図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における投写光学系の一部を所定平面上に展開したときの概略展開図であり、すなわち、緑の投写型ブラウン管７Ｇから透過型スクリーン１に至る光路において、反射鏡１１による光路の折り曲げをなくし、緑用投写レンズ８Ｇの光出射面の中心点と透過型スクリーン１の画面対角線とを含む平面上に展開したときの展開図である。
【００３８】
図３において、１は透過型スクリーン、７Ｇは緑の投写型ブラウン管、８Ｇは緑用投写レンズ、９Ｇは投写型ブラウン管７Ｇと投写レンズ８Ｇとを結合する結合器である。
【００３９】
一般に、投写レンズの射出瞳の中心から画像の対角線を見込む角度は画角と呼ばれ、その２分の１の角度は半画角と呼ばれる。しかしながら、投写レンズの射出瞳は有形のものではなく、仮想的なものであるため、上記の画角を実際に測定することは難しい。
【００４０】
通常、投写レンズの射出瞳は、投写レンズの最も透過型スクリーン側に位置するレンズ素子の光出射面から２０ないし３０ｍｍ程度の距離だけ投写型ブラウン管寄りにあり、その距離は、投写レンズから透過型スクリーンに至る投写距離に比較して非常に小さい。このため、本明細書においては、近似的定義として、図３に示すように、緑用投写レンズ８Ｇの光出射面の中心点から透過型スクリーン１の画面対角線を見込む角度を画角２ωとし、その２分の１を半画角ωとする。
【００４１】
本実施例における背面投写型画像ディスプレイ装置においては、画面サイズが対角３５インチのとき、投写レンズの光出射面から透過型スクリーンまでの投写距離は約５６０ｍｍ、透過型スクリーンの対角寸法は約８９０ｍｍであり、画角２ωは約７７°である。従来の背面投写型画像ディスプレイ装置においては、画角がたとえば５６°ないし６６°程度と小さいことから、画面サイズ対角４０インチで奥行きが６０ないし７０ｃｍ程度となり、奥行きを充分に薄くすることができなかったが、本実施例の背面投写型画像ディスプレイ装置では、投写レンズの焦点距離を短くすることにより、画角を大きくし、奥行きを薄くすることを可能としている。投写レンズの短焦点化については後述する。
【００４２】
なお、画角２ωが９０°を超えるあたりから徐々に、背面投写型画像デイスプレイ装置の構成を、投写レンズから透過型スクリーンに至る光路を反射鏡１１により折り曲げて図１に示したような構成とすることが難しくなり、おおよそ１００°を超えると、そのような構成とすることがついには不可能となり、そのため、背面投写型画像デイスプレイ装置の奥行き寸法を薄くすることができなくなる。
【００４３】
次に、本実施例における背面投写型画像ディスプレイ装置に用いる透過型スクリーンについて説明する。
図４は、図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における透過型スクリーン１の要部を示す斜視図である。
【００４４】
図４において、２はフレネルレンズシート、４はレンチキュラーレンズシートである。フレネルレンズシート２、レンチキュラーレンズシート４はそれぞれ端部（図示せず）で相互に固定されている。２０、４０はそれぞれフレネルレンズシート２、レンチキュラーレンズシート４の基材であり、いずれもほぼ透明な熱可塑性樹脂材料よりなる。
【００４５】
２１はフレネルレンズシート２の光入射面であり、スクリーン画面水平方向を長手方向とする横長レンチキュラーレンズをスクリーン画面垂直方向に連続して複数並べた形状となっている。２２はフレネルレンズシート２の光出射面であり、フレネル凸レンズ形状になっている。
【００４６】
４１はレンチキュラーレンズシート４の光入射面であり、スクリーン画面垂直方向を長手方向とする第一の縦長レンチキュラーレンズをスクリーン画面水平方向に連続して複数並べた形状となっている。４２はレンチキュラーレンズシート４の光出射面であり、スクリーン画面垂直方向を長手方向とする第二の縦長レンチキュラーレンズを光入射面４１の第一の縦長レンチキュラーレンズにほぼ対向してスクリーン画面水平方向に連続して複数並べた形状となっている。さらに第二のレンチキュラーレンズ相互間の境界部分には、凸形突起部４３が設けられ、その上に有限幅の光吸収帯１６が設けられている。
【００４７】
本実施例が、図２６に示した従来の透過型スクリーンと相違する点は、図４に示すように、フレネルレンズシート２の光入射面２１に横長レンチキュラーレンズを設けた点、フレネルレンズシート２のシート厚さがレンチキュラーレンズシート４と同程度の厚さに薄くなった点、レンチキュラーレンズシート４の基材４０の中に光拡散材の微粒子が分散されていない点、さらに、レンチキュラーレンズシート４の光入射面４１の第一の縦長レンチキュラーレンズと光出射面４２の第二の縦長レンチキュラーレンズの形状が従来のそれと異なる点の４点にある。
【００４８】
これらのうち、レンチキュラーレンズシート４の基材４０の中に光拡散材が分散されていないという点は、背面投写型画像ディスプレイ装置の画像のコントラストの向上と、画像のぼけの低減に効果がある。また、フレネルレンズシート２のシート厚さが薄いという点は、同じく画像のぼけの低減に効果がある。
【００４９】
フレネルレンズシート２の光入射面２１の横長レンチキュラーレンズ、及び、レンチキュラーレンズシート４の光入射面４１の第一の縦長レンチキュラーレンズと光出射面４２の第二の縦長レンチキュラーレンズについては、新規のレンズ形状の設計により、透過型スクリーンとしての指向特性を、裾の広い指向特性とすることができる。詳細については後述する。
【００５０】
次に、図４に示した透過型スクリーン１を構成するフレネルレンズシート２、レンチキュラーレンズシート４について、まず、フレネルレンズシート２から詳細に説明する。
【００５１】
フレネルレンズシート２の光出射面２２に設けられているフレネル凸レンズは、従来の透過型スクリーンのフレネルレンズシートの場合と同様に、光入射面２１全体に入射する赤、緑、青の投写画像光の光束を、それぞれの色ごとにほぼ平行な光束に変換し、レンチキュラーレンズシート４に入射させる機能を有している。以下、これについて説明する。
【００５２】
図５は、図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における投写光学系を水平面上に展開したときの概略展開図である。
図５において、１は透過型スクリーン、７Ｒ、７Ｇ、７Ｂはそれぞれ赤、緑、青の投写型ブラウン管、８Ｒ、８Ｇ、８Ｂはそれぞれ投写型ブラウン管７Ｒ、７Ｇ、７Ｂ用の投写レンズ、１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂはそれぞれ赤、緑、青の投写光束、１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂはそれぞれ投写レンズ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの光軸であり、透過型スクリーン１の中心付近の一点Ｓ０において、光軸集中角θで交わっている。図１においては、投写光束１０Ｇを折り返すための反射鏡１１が背面投写型画像ディスプレイ装置の構成要素として描かれているが、図５ではこの反射鏡１１を省略した展開図となっている。
【００５３】
図５において、投写光束１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは広がりながら透過型スクリーン１に入射している。これに伴い、透過型スクリーン１上の画像の各画素においては、特定の１色、たとえば赤の光線について見ると、各画素の主光線は平行ではなく、透過型スクリーン１の中心画素の主光線に対し互いに遠ざかる方向で透過型スクリーン１に入射する。このとき、透過型スクリーン１上の各画素については、それぞれの画素の主光線の方向が最も光の強度が強い方向となるため、一定位置にいる観視者にとっては、画像の一部分のみ明るく、その周囲は非常に暗く見えることになる。
【００５４】
これに対し、透過型スクリーン１において、フレネルレンズシート２は、従来の透過型スクリーンのフレネルレンズシートの場合と同様に、光入射面２１全体に入射する画像光の光束が、赤、緑、青の色ごとにほぼ平行光束となるように、光出射面２２のフレネル凸レンズにより変換し、レンチキュラーレンズシート４に入射させる機能を有しており、透過型スクリーン１上の画面の明るさの分布を改善できる効果がある。
【００５５】
ただし、このとき、前述のように、図５において、緑の光軸１３Ｇは、赤の光軸１３Ｒ、青の光軸１３Ｂと光軸集中角θで交わっている。これに伴い、透過型スクリーン１上の各画素においては、赤、緑、青の各主光線は互いに異なる角度でフレネルレンズシート２に入射し、異なる角度でフレネルレンズシート２から出射する。このため、赤、緑、青の光線のレンチキュラーレンズシート４への入射角も互いに異なる角度となる。
【００５６】
赤、緑、青の各色の投写光束がレンチキュラーレンズシート４によりスクリーン画面水平方向に拡散されるとき、各画素ごとに各色の主光線の方向が最も明るい方向となるため、観視者が画像を見る水平方向の位置によって、赤、緑、青の３原色の色のバランスが変化し、画像の色が変化して見える。この現象は「カラーシフト」と呼ばれている。
【００５７】
一方、フレネルレンズシート２の光入射面２１には、スクリーン画面水平方向を長手方向とする横長レンチキュラーレンズが設けられている。この横長レンチキュラーレンズは、入射光束をスクリーン画面垂直方向に拡散する機能を有している。
【００５８】
図６は、図４の透過型スクリーン１の垂直断面を示す断面図である。
図６において、１４は入射光束である。その他、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
図６に示すように、入射光束１４は、光入射面２１の横長レンチキュラーレンズから入射するとき、同じ走査線、または同じ画素であっても、光入射面２１への入射位置の違いにより入射角が違ってくるため、異なる角度に屈折し、スクリーン画面垂直方向に拡散する。
【００６０】
次に、レンチキュラーレンズシート４について説明する。
図４において、レンチキュラーレンズシート４の光入射面４１に設けられている第一の縦長レンチキュラーレンズは、フレネルレンズシート２から出射した投写画像光の光束を、各画素ごとにスクリーン画面水平方向に拡散させ、画像観視側に出射させる機能を有している。
【００６１】
この第一の縦長レンチキュラーレンズは、楕円形状に近い非球面の断面形状を有する柱面の一部を複数連続して配置した形状である。前述のフレネルレンズシート２の光入射面２１の横長レンチキュラーレンズの場合と同様に、入射光束は、第一の縦長レンチキュラーレンズへ入射するとき、同じ走査線、または同じ画素であっても、光入射面４１への入射位置の違いにより入射角が違ってくるため、異なる角度に屈折し、光出射面４２に設けられている第二の縦長レンチキュラーレンズのレンズ面の前後の近傍でほぼ集束したのち、スクリーン画面水平方向に拡散する。
【００６２】
レンチキュラーレンズシート４の光出射面４２に設けられている第二の縦長レンチキュラーレンズは、第一の縦長レンチキュラーレンズの断面形状とほぼ対称な断面形状を有する柱面となっている。この第二の縦長レンチキュラーレンズは、赤、緑、青の入射光束に対し、これらの各色の出射光束の指向特性を相互にほぼ平行にする機能を有しており、後述のカラーシフトを大幅に低減することができる効果がある。
【００６３】
一方、第一の縦長レンチキュラーレンズへの入射光束は、第二の縦長レンチキュラーレンズ付近で一旦集束するため、光出射面４２においては、光束の通らない部分がある。このため、その部分付近には凸形突起部４３を設け、その上には有限幅の光吸収帯１６を設けている。この光吸収帯１６は、照明光などの外光が入射した場合、その外光の一部を反射せず吸収する機能を有している。
【００６４】
また、本実施例においては、前述のように、フレネルレンズシート２の光入射面２１に設けられた横長レンチキュラーレンズによって、スクリーン画面垂直方向の光の拡散を行う構成としているので、レンチキュラーレンズシート４の基材４０の中には、従来の透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシートの場合と異なって、光拡散材の微粒子が分散されていない。これによって画像のコントラストが良好になり、さらに、画像のぼけが低減できる。詳細について以下に述べる。
【００６５】
図６に示したように、フレネルレンズシート２のシート厚さは、レンチキュラーレンズシート４のシート厚さと同程度の厚さであり、したがって、フレネルレンズシート２の光入射面２１の横長レンチキュラーレンズと、レンチキュラーレンズシート４の光入射面４１の縦長レンチキュラーレンズとは、相互に近接するような配置となっている。
【００６６】
このとき、フレネルレンズシート２への入射光束１４は、光入射面２１の横長レンチキュラーレンズによりスクリーン画面垂直方向に拡散されたのち、ただちにレンチキュラーレンズシート４の光入射面４１の縦長レンチキュラーレンズにおいてスクリーン画面水平方向に拡散される。すなわち、入射光束１４のスクリーン画面水平方向の光拡散の開始点とスクリーン画面垂直方向の光拡散の開始点とが近接している。
【００６７】
さらに、前述のように、図２６に示した従来の透過型スクリーン１では、レンチキュラーレンズシート４の基材４０中に光拡散材が微粒子として分散されているために、レンチキュラーレンズシート４の光入射面４１への入射光線が光出射面４２に至る前に光拡散材により散乱されてフレアや迷光を生じていたのに対し、図４の透過型スクリーンでは、レンチキュラーレンズシート４の基材４０中に光拡散材を含まないため、レンチキュラーレンズシート４の光入射面４１への入射光線が光出射面４２に至る前に光拡散材により散乱されてフレアや迷光を生じることがない。この結果、画像観視側から見たときの入射光束１４に対する出射光束のスクリーン画面垂直方向の幅ｄは、概ねフレネルレンズシート２の光出射面２２上に現れる光束の幅で認識され、図２７に示した従来の透過型スクリーンによる光束の幅ｄより小さくなり、画像がぼやけることがない。
【００６８】
また一方、上記のように、図４の透過型スクリーンでは、レンチキュラーレンズシート４の光入射面４１への入射光線が光出射面４２に至る前に光拡散材により散乱されてフレアや迷光を生じることがないため、従来の透過型スクリーンに比較して画像のコントラスト、及び明るさが向上する。さらに、照明光などの外光があるとき、光出射面４２に入射した外光が光拡散材により散乱されたりすることもないので、従来の透過型スクリーンに比較して飛躍的に画像のコントラストが向上し、明るい場所でも、きれがよく、見やすい画像となる。
【００６９】
次に、透過型スクリーン１の指向特性について説明する。
図２６に示した従来の透過型スクリーン１のレンチキュラーレンズシート４においては、前述のように、投写画像光は、スクリーン画面垂直方向には、レンチキュラーレンズシート４の基材４０中に分散されている光拡散材によって拡散され、裾を引いた指向特性となっていた。また、スクリーン画面水平方向には、光入射面４１の第一の縦長レンチキュラーレンズにより拡散されるほか、光拡散材の微粒子によっても、わずかながらさらに拡散され、裾を引いた指向特性となっていた。
【００７０】
これに対し、図４の透過型スクリーン１のレンチキュラーレンズシート４の基材４０の中には、前述のように、光拡散材が分散されていないため、フレネルレンズシート２の光入射面２１の横長レンチキュラーレンズ、及びレンチキュラーレンズシート４の光入射面４１の第一の縦長レンチキュラーレンズ、光出射面の４２の第二の縦長レンチキュラーレンズの形状を、それぞれ単純な円柱状や楕円柱状にすると、スクリーン画面垂直方向、またはスクリーン画面水平方向の指向特性において、裾を引かずカットオフを生じ、この結果、ある角度範囲を超えると、投写画像光がなくなり、観視者には画像が見えなくなってしまう。
【００７１】
このため、本実施例においては、横長レンチキュラーレンズ、及び第一の縦長レンチキュラーレンズ、第二の縦長レンチキュラーレンズの形状を、光拡散材がなくても裾を引くような広い指向特性が得られるような非球面形状にしておく必要がある。その具体例を以下に説明する。
【００７２】
図７は、一般的なレンズの非球面形状を定義するための座標系を示す説明図である。
図７において、レンズの光軸方向をＺ軸とし、光束の進む方向を正の方向とする。Ｚ軸に垂直な半径方向の軸をｒ軸とし、Ｚ軸からの径方向距離をｒとする。
このとき、レンズの面形状Ｚ（ｒ）を数１で定義する。
【００７３】
【数１】
2004004916.tif 000003
【００７４】
数１において、ＲＤは曲率半径を表し、ＣＣ、ＡＥ、ＡＦ、ＡＧ、ＡＨは非球面係数である。数１ではｒの１０次の項までしか示していないが、これに限定されるわけではなく、１２次以上の偶数次の項についても同様に設定してもよい。そのような場合にも、光軸に対して対称なレンズ面を得ることができる。
【００７５】
表１に、本実施例におけるフレネルレンズシート２の光入射面２１の横長レンチキュラーレンズと光出射面２２のフレネルレンズの形状の一具体例として、数１における曲率半径と非球面係数の各値を示す。
【００７６】
【表１】
2004004916.tif 000004
【００７７】
図８は、表１により得られた横長レンチキュラーレンズの形状を示す断面図である。
図９は、表１により得られた横長レンチキュラーレンズの形状を用いた場合の、透過型スクリーン１のスクリーン画面垂直方向の指向特性（垂直指向特性）を示す特性図である。
【００７８】
図９に示すように、スクリーン画面垂直方向には、画面正面方向から上下に±６８°まで画像が観視できる。また、画面正面方向の輝度に対し、輝度が５０％となる方向は、画面正面方向から上下に±１０°の方向であり、実用上充分な性能を得ている。
【００７９】
表２に、本実施例におけるレンチキュラーレンズシート４の光入射面４１の第一の縦長レンチキュラーレンズと光出射面４２の第二の縦長レンチキュラーレンズの形状の一具体例として、数１における曲率半径と非球面係数の各値を示す。
【００８０】
【表２】
2004004916.tif 000005
【００８１】
図１０は、表２により得られた第一の縦長レンチキュラーレンズと第二の縦長レンチキュラーレンズの形状を示す断面図である。
図１１は、表２により得られた第一の縦長レンチキュラーレンズと第二の縦長レンチキュラーレンズの形状を用いた場合の、透過型スクリーン１のスクリーン画面水平方向の指向特性（水平指向特性）を示す特性図である。
【００８２】
図１１に示すように、スクリーン画面水平方向には、画面正面方向から左右に±６７°まで画像が観視できる。また、画面正面方向の輝度に対し、輝度が５０％となる方向は、画面正面方向から左右に±４２°の方向であり、実用上充分な性能を得ている。
【００８３】
上記の透過型スクリーン１においては、フレネルレンズシート２、レンチキュラーレンズシート４のいずれも光拡散材を含有せず、無色透明となっている構成としたが、画像のコントラストをさらに向上するためには、レンチキュラーレンズシート４を半透明に着色する構成とするのが好ましい。
【００８４】
この場合、画像発生源側から画像観視側に至る投写画像光は、レンチキュラーレンズシート４を１回だけ透過するため、光量がレンチキュラーレンズシート４の透過率に比例して減衰するのに対し、照明光などの外光が透過型スクリーン１で反射されて画像観視側に至るときは、レンチキュラーレンズシート４の最も画像観視側の面となる光出射面４２で反射される光を除き、レンチキュラーレンズシート４を少なくとも１往復通るため、光量がレンチキュラーレンズシート４の透過率の２乗に比例して減衰する。これにより、投写画像光より外光の方が、多く吸収されて損失光の比率が大きくなり、照明光などの外光があるときの画像のコントラストが向上する効果がある。
【００８５】
以上述べたように、図４の透過型スクリーン１においては、レンチキュラーレンズシート４の基材４０の中の光拡散材をなくし、フレネルレンズシート２のシート厚さをレンチキュラーレンズシート４と同程度に薄くすることにより、画像のコントラストを向上でき、また、画像のぼけを低減でき、さらに、画像の明るさを向上させると同時に、スクリーン画面垂直方向の指向特性を拡大できる効果がある。
【００８６】
次に、背面投写型画像ディスプレイ装置の外観の高級感と透過型スクリーン１との関係について述べる。
図１２は、透過型スクリーン１のレンチキュラーレンズシート４の光吸収帯１６における外光の反射強度の分布を従来技術と本発明とで比較して示した概念図であり、図１２（ａ）は図２６に示した従来の背面投写型画像ディスプレイ装置における透過型スクリーン１について、図１２（ｂ）は図４に示した本実施例における透過型スクリーン１について、それぞれ示している。
【００８７】
前述のように、図２６に示した従来の背面投写型画像ディスプレイ装置における透過型スクリーン１においては、レンチキュラーレンズシート４の光出射面４２の隣り合うレンチキュラーレンズ相互の間には、凸形突起部４３が設けられ、この凸形突起部４３上に光吸収帯（ブラックストライプ）１６が、艶消し黒色の着色材層として積層されている。また、レンチキュラーレンズシート４は光拡散材を有している。このため、透過型スクリーン１の画像観視側の表面が、第二の縦長レンチキュラーレンズ面、光吸収帯１６とも光の正反射がなく、拡散反射のみとなる。ただし、照明光などの外光６０があるとき、外光６０の半分程度は光吸収帯１６に入射し、光吸収帯１６への入射光は、図１２（ａ）に示したように、ごく一部が拡散反射されるほかは、ほとんどが光吸収帯１６に吸収される。このため、画像を何も映出していないときには、光沢がなく全体に墨を塗ったような艶消しの薄い黒色に見え、背面投写型画像ディスプレイ装置の外観の高級感を落している。
【００８８】
これに対し、図４に示した本実施例における透過型スクリーン１においては、レンチキュラーレンズシート４は光拡散材を有していないことから、第二の縦長レンチキュラーレンズ面を鏡面仕上げとし、さらに光吸収帯１６を艶のある黒色の着色材層として積層すれば、透過型スクリーン１の観視側表面において外光６０が反射するときに、図１２（ｂ）に光吸収帯１６における例として示したように、正反射成分６１を生じて光沢がつき、背面投写型画像ディスプレイ装置の外観の高級感が増す効果がある。
【００８９】
次に、本実施例における背面投写型画像ディスプレイ装置に用いる投写レンズについて説明する。
【００９０】
図１３は、図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における投写型ブラウン管と投写レンズの結合部の断面を示す断面図である。
【００９１】
図１３において、７Ｇは緑の投写型ブラウン管、８Ｇは投写型ブラウン管７Ｇ用の投写レンズ、９Ｇは投写型ブラウン管７Ｇと投写レンズ８Ｇを結合する結合器、１８はレンズ鏡筒、８１、８２、８３、８４、８５は投写レンズ８Ｇのそれぞれ第一、第二、第三、第四、第五のレンズ素子である。
【００９２】
第一のレンズ素子８１は、投写型ブラウン管７Ｇ側が凸面でかつ透過型スクリーン側が凹面となる凹レンズとなっており、このレンズ素子８１と投写型ブラウン管７Ｇとの間の空間に液体冷媒１７が封入されている。投写型ブラウン管７Ｇの液体冷媒１７に接する部分は通常ガラスからなり、レンズ素子８１はガラス、またはプラスチックからなり、液体冷媒１７としてはエチレングリコール、水、グリセリンなど、もしくはこれらの混合液が用いられる。
【００９３】
レンズ素子８３は、投写レンズ８Ｇ全体の拡大作用のうちの主たる拡大作用を分担しており、材料としては温度変動と湿度変動に対して変形が少ない観点からガラスを用いるのが好ましいが、これに限定されるものではない。このレンズ素子８３の直径をなるべく大きくし、投写レンズの実効Ｆ値がたとえば１．２程度となるように設計することにより、背面投写型画像ディスプレイ装置の画像の明るさを明るくすることができる。
【００９４】
レンズ素子８２、８４、８５は主として収差補正作用を有しており、材料としてはガラス、プラスチックのいずれでもよい。ただし、レンズ素子８４は、光の波長の変化に対して屈折率が変化する特性（分散）が、他のレンズ素子の材料と異なる材料を用いて、色収差補正を行うものとする。たとえば、レンズ素子８３としては分散が小さくアッベ数の大きい材料のガラスを用い、レンズ素子８１、８２、８５としてはメタクリル樹脂などの分散が小さくアッベ数の大きい材料を用い、レンズ素子８４としてはポリカーボネート樹脂もしくはスチロール樹脂などの分散が大きくアッベ数の小さい材料を用いればよい。このとき、レンズ素子８２、８４、８５をそれぞれ両面とも非球面として設計することにより、きわめてフォーカス特性がよく、画像のぼけの少ない投写レンズが実現できる。
【００９５】
上記のレンズ素子のうち、レンズ素子８２の直径をなるべく大きくすれば、背面投写型画像ディスプレイ装置の画像の画面周辺部の明るさを明るくすることができる。
【００９６】
一方、前述のように、背面投写型画像ディスプレイ装置の奥行き寸法を薄くするために、投写光学系の画角を大きくするには、投写レンズ８Ｇの焦点距離を短くするようなレンズ設計が必須である。そのためには、投写レンズの全長を短くし、たとえば、投写型ブラウン管７Ｇの蛍光面における対角４．５インチ程度の画面を透過型スクリーン上で画面サイズ３５インチ程度に拡大投写するような場合、投写型ブラウン管７Ｇの蛍光面から投写レンズ８Ｇのレンズ素子８５の光出射面までの距離が１３０ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００９７】
さて、液体冷媒１７は、投写型ブラウン管７Ｇが発生した熱を、対流熱伝達により効率よく放熱する機能を有するとともに、画像のコントラスト向上のために有効であることが従来から知られている。
【００９８】
すなわち、液体冷媒１７がなく、投写型ブラウン管７Ｇとレンズ素子８１との間に単に空気があるに過ぎない場合は、投写型ブラウン管７Ｇから出射しレンズ素子８１に至る画像光の一部が、投写型ブラウン管７Ｇと液体冷媒１７との境界面、及び液体冷媒１７とレンズ素子８１との境界面における光の反射損失により、投写光学系内の迷光となり、この迷光が背面投写型画像ディスプレイ装置の投写光学系内、もしくは筐体内を往来した末に透過型スクリーンに至ると、画像のコントラストとして良好なコントラストは得られない。
【００９９】
これに対し、液体冷媒１７がある場合は、投写型ブラウン管７Ｇ、液体冷媒１７、レンズ素子８１の屈折率がいずれも１．５前後の近い値となるため、投写型ブラウン管７Ｇから出射しレンズ素子８１に至る画像光は、投写型ブラウン管７Ｇと液体冷媒１７との境界面、及び液体冷媒１７とレンズ素子８１との境界面における光の反射損失がきわめて少なく、良好な画像のコントラストが得られる。このとき、投写レンズ８Ｇの光軸上において、投写型ブラウン管７Ｇと液体冷媒１７との境界面から、液体冷媒１７とレンズ素子８１との境界面に至る距離を長くとることにより、画像のコントラストの向上に効果がある。たとえば、投写型ブラウン管７Ｇの蛍光面における対角４．５インチ程度の画面を透過型スクリーン上で画面サイズ３５インチ程度に拡大投写するような場合、投写レンズ８Ｇ全体の直径が１１５ｍｍ、投写型ブラウン管７Ｇの蛍光面から投写レンズ８Ｇのレンズ素子８５の光出射面までの距離が１３０ｍｍ程度のとき、おおよそ９ｍｍ以上の距離とするのが好ましい。
【０１００】
また、投写レンズ８Ｇを構成する各レンズ素子の表面に誘電体多層膜からなる反射防止膜を成膜したり、前記の結合器９Ｇの内面を艶消しの黒色に着色したり、レンズ鏡筒１８の内面を同じく艶消しの黒色に着色したりすることが、いずれも画像のコントラスト向上のために有効であることが従来から知られており、図１３に示した投写レンズ８Ｇ、結合器９Ｇについてもこれらの処理をするのが好ましい。
なお、投写型ブラウン管７Ｇの蛍光面は、図１３では投写レンズ８Ｇ側に凹面をなしているが、平面であってもよい。
【０１０１】
次に、本実施例における背面投写型画像ディスプレイ装置に用いる反射鏡について説明する。
図１４は、背面投写型画像ディスプレイ装置における反射鏡１１の断面を本発明と従来技術とで比較して示した断面図であり、図１４（ａ）は図１に示した本実施例における反射鏡１１の断面を、図１４（ｂ）は従来の背面投写型画像ディスプレイ装置における反射鏡１１の断面を、それぞれ示している。
【０１０２】
ここで、図１４（ａ）に示す反射鏡１１は、反射鏡１１の基材の表面のうち、投写レンズ８Ｇ及び透過型スクリーン１に対向する側の表面上に光反射性光学薄膜を成膜された構成の反射鏡であり、図１４（ｂ）に示す反射鏡１１は、反射鏡１１の基材の表面のうち、投写レンズ８Ｇ及び透過型スクリーン１に対向する側の反対側の表面上に光反射性光学薄膜を成膜された構成の反射鏡である。
【０１０３】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）において、１１Ｂは反射鏡１１の基材であり、通常はガラス板よりなる。また、１４′は入射光線、１９は光反射性光学薄膜である。
【０１０４】
図１４（ｂ）に示す反射鏡１１においては、入射光線１４′は反射鏡１１の基材１１Ｂ内で多重反射を起こすことから、反射光が広がってしまい、この結果、背面投写型画像ディスプレイ装置の透過型スクリーン１上で画像のぼけを生じる。
【０１０５】
これに対し、図１４（ａ）に示す反射鏡１１においては、入射光線１４′は反射鏡１１の投写レンズ８Ｇ及び透過型スクリーン１に対向する側の表面で反射するので、反射光が広がることがなく、透過型スクリーン１上で画像のぼけを生じることがない。
【０１０６】
以上の説明から明らかなように、本実施例における背面投写型画像ディスプレイ装置において、図４に示した透過型スクリーン１、図１３に示した投写レンズ、図１４（ａ）に示した反射鏡１１を用いることにより、画像のコントラストが、照明光などの外光があるときでもきわめて良好で、画像全体が白味を帯びたりすることがなく、また、画像にぼけがなく、スクリーン画面垂直方向の指向特性が広く、画面周辺部の明るさが暗くならないようにすることができ、さらに、装置の奥行き寸法を短くでき、外観に高級感を与えることができる。
【０１０７】
なお、図４に示した透過型スクリーン１は、レンチキュラーレンズシート４に光拡散材を有していないため、照明光などの外光が透過型スクリーン１を透過して筐体１２内に入り込む場合には、光拡散材で散乱されずに強い指向性で筐体１２内を照射すると考えられる。このとき、筐体１２内で不要な反射光を生じると、画像のコントラストの低下要因となるので、筐体１２内は黒く着色して反射防止を図る必要がある。
【０１０８】
上記の背面投写型画像ディスプレイ装置においては、画面中心の画像を最も明るく観視し得る方向を基準方向としたとき、画面中心の輝度が、基準方向に対し水平方向に４２°の方向、基準方向に対し水平方向に６５°の方向、基準方向に対し垂直方向に１０°の方向、基準方向に対し垂直方向に２５°の方向の各方向において、それぞれ、前記基準方向における輝度の、５０％以上、１０％以上、５０％以上、１０％以上となる指向特性とすることができると同時に、照明光などの外光があるときの画像のコントラスト比として７０以上のコントラスト比を得ることができ、さらに、画像の画面周辺部の相対光量として３０％以上の相対光量を得ることができる。
【０１０９】
次に、本実施例における背面投写型画像ディスプレイ装置の指向特性、画像のコントラスト比、画像の画面周辺部の相対光量、画像のぼけの程度、透過型スクリーンの光沢度の各測定方法について、以下説明する。
【０１１０】
なお、これらのうち、透過型スクリーンの光沢度の測定については、日本工業規格「鏡面光沢度測定方法」（ＪＩＳ　Ｚ８７４１−１９８３、昭和５８年改正）に基づいて行えばよいため、その説明は省略する。
【０１１１】
まず、指向特性の測定方法について説明する。
図１５は、背面投写型画像ディスプレイ装置のスクリーン画面垂直方向の指向特性（垂直指向特性）を測定するときの、測定対象としての背面投写型画像ディスプレイ装置と、測定器との位置関係を示す説明図である。
【０１１２】
図１５に示すように、背面投写型画像ディスプレイ装置１００は堅固な床面上に正立させる。測定器たる輝度計１１０は、三脚（図示せず）などの上に、雲台、または垂直方向に回動可能な微動台を介して固定し、背面投写型画像ディスプレイ装置１００の透過型スクリーンの画面中心の法線方向から垂直方向に観視角度θをなす方向の、画面中心から距離Ｄの位置に輝度計１１０の最外レンズ面が位置するように配置する。
【０１１３】
一方、背面投写型画像ディスプレイ装置１００においては、指向特性を測定するときの画像パターンとして、画面全面に白を映出した画像パターンを使用する。この画像パターンは、日本工業規格「テレビジョン受信機試験方法」（ＪＩＳＣ６１０１−１９８８、昭和６３年改正）第２章（８）に記載されている全白の試験映像信号による。
【０１１４】
指向特性の測定にあたっては、測定対象の画像ディスプレイ装置１００のコントラスト調整器と明るさ調整器をいずれも最大に調節して、スクリーン画面中心の明るさを測定するものとする。
【０１１５】
上記の配置において、Ｄ＝３（ｍ）とし、観視角度θを変化させて輝度計１１０により画面中心の輝度を測定する。輝度計１１０としては米国フォトリサーチ（Ｐｈｏｔｏ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ）社製プリチャード（Ｐｒｉｔｃｈａｒｄ）１９８０Ｂ形分光放射計、もしくはその同等品を用い、視感度フィルタを装着し、視野角１°で測定するものとする。
【０１１６】
この場合、上記とは逆に、輝度計１１０を定位置に固定し、背面投写型画像ディスプレイ装置１００をスクリーン画面中心のまわりに回転させることにより、相対的位置関係を上記の測定方法と同じにすることができるので、そのような方法で測定してもかまわない。
【０１１７】
なお、必要に応じて、測定対象の背面投写型画像ディスプレイ装置１００の赤、緑、青の投写レンズの内の２本に、投写光束を遮蔽する遮蔽板をかぶせ、赤、緑、青の各色ごとに指向特性を測定してもかまわない。
【０１１８】
図１６は、背面投写型画像ディスプレイ装置のスクリーン画面水平方向の指向特性（水平指向特性）を測定するときの、測定対象としての背面投写型画像ディスプレイ装置と、測定器との位置関係を示す説明図である。
【０１１９】
前述のスクリーン画面垂直方向の指向特性の測定との違いは、測定器たる輝度計１１０の配置位置のみである。すなわち、背面投写型画像ディスプレイ装置１００の透過型スクリーンの画面中心の法線方向から水平方向に観視角度θをなす方向の、画面中心から距離Ｄの位置に輝度計１１０の最外レンズ面が位置するように配置する。上記の配置において、Ｄ＝３（ｍ）とし、観視角度θを変化させて輝度計１１０により画面中心の輝度を測定する。
【０１２０】
この場合、上記とは逆に、輝度計１１０を定位置に固定し、背面投写型画像ディスプレイ装置１００をスクリーン画面中心のまわりに回転させることにより、相対的位置関係を上記の測定方法と同じにすることができるので、そのような方法で測定してもかまわない。
その他の測定条件は、スクリーン画面垂直方向の指向特性の測定の場合と同じである。
【０１２１】
次に、画像のコントラスト比の測定方法について説明する。
図１７は、照明下での画像のコントラスト比を測定するときの、測定対象としての背面投写型画像ディスプレイ装置と、測定器と、照明との位置関係を示す説明図である。
【０１２２】
図１７に示すように、背面投写型画像ディスプレイ装置１００は堅固な床面上に正立させる。測定器たる輝度計１１０は、三脚などの上に、雲台、または水平方向に回動可能な微動台を介して固定し、背面投写型画像ディスプレイ装置１００の透過型スクリーンの画面中心の前方の距離Ｄの位置に輝度計１１０の最外レンズ面が位置するように配置する。また、照明１２０は、スクリーン画面中心の法線方向から上方に角度θをなす方向に一般用直管形白色蛍光灯を配置する。このとき、蛍光灯は、蛍光灯の長手方向が、背面投写型画像ディスプレイ装置１００の画面水平方向に平行な方向となるよう、かつ直管形蛍光灯の長手方向中心の真下にスクリーン画面中心の法線があるように配置する。
【０１２３】
上記の配置において、Ｄ＝３（ｍ）、θ＝４５（°）とし、また、蛍光灯の明るさは、スクリーン画面中心における法線方向の照度Ｉが、１００（ｌｘ）となるように調節する。この照度の測定は、（株）トプコン製デジタル照度計ＩＭ−３、もしくは、ミノルタカメラ（株）製デジタル照度計Ｔ−１またはＴ−１Ｈにより行う。輝度計１１０としては米国フォトリサーチ（Ｐｈｏｔｏ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ）社製プリチャード（Ｐｒｉｔｃｈａｒｄ）１９８０Ｂ形分光放射計、もしくはその同等品を用い、視感度フィルタを装着し、視野角１°で測定するものとする。
【０１２４】
図１８は、背面投写型画像ディスプレイ装置の画像のコントラスト比を測定するための画像パターンの一例を示す説明図である。
この画像パターンは、横幅Ｗの画面を５等分し、３本の白しまと２本の黒しまを映出したパターンであり、日本工業規格「テレビジョン受信機試験方法」（ＪＩＳＣ６１０１−１９７１、昭和４６年改正）第６章６．１節６．１．３項（２）に記載されている大面積最大コントラストの測定用パターンに基づくものである。
【０１２５】
コントラスト比の測定にあたっては、上記の画像パターンの白しまの部分が最も明るくなるように測定対象の画像ディスプレイ装置１００のコントラスト調整器を調節し、さらに、黒しまの部分が発光しないように画像ディスプレイ装置１００の明るさ調整器を調節したのち、黒しまの中央の点Ｐ１、Ｐ３、及び白しまの中央の点Ｐ２の明るさを、前記の雲台、または微動台により輝度計１１０を水平方向に回転させて測定するものとする。
点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の明るさをＬ１、Ｌ２、Ｌ３とすると、コントラスト比ａは、数２で表される。
【０１２６】
【数２】
2004004916.tif 000006
【０１２７】
次に、画像の画面周辺部の相対光量の測定方法について説明する。
図１９は、背面投写型画像ディスプレイ装置の画面周辺部の相対光量を測定するときの、測定対象としての背面投写型画像ディスプレイ装置と、測定器との位置関係を示す説明図である。
【０１２８】
図１９に示すように、背面投写型画像ディスプレイ装置１００は堅固な床面上に正立させる。測定器たる輝度計１１０は、三脚などの上に、雲台、または水平方向及び垂直方向に回動可能な微動台を介して固定し、背面投写型画像ディスプレイ装置１００の透過型スクリーンの画面中心の前方の距離Ｄの位置に輝度計１１０の最外レンズ面が位置するように配置する。
【０１２９】
上記の配置において、Ｄ＝３（ｍ）とし、輝度計１１０により後述の画面上の測定点の輝度を測定する。輝度計１１０としては米国フォトリサーチ（Ｐｈｏｔｏ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ）社製プリチャード（Ｐｒｉｔｃｈａｒｄ）１９８０Ｂ形分光放射計、もしくはその同等品を用い、視感度フィルタを装着し、視野角１°で測定するものとする。
【０１３０】
一方、背面投写型画像ディスプレイ装置１００においては、画面周辺部の相対光量を測定するときの画像パターンとして、前述の指向特性の測定と同じく、画面全面に白を映出した画像パターンを使用し、測定対象の画像ディスプレイ装置１００のコントラスト調整器と明るさ調整器をいずれも最大に調節して測定する。
【０１３１】
図２０は、背面投写型画像ディスプレイ装置の画面周辺部の相対光量を測定するときの、画面における測定点を示す説明図である。
図２０に示すように、スクリーン画面対角方向の相対像高０．９の点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４と、画面中心点Ｑ０を測定点とする。相対像高とは、画面中心からの距離を、画面対角長の半分を１として規準化した値を言う。上記の測定点Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４の輝度を、前記の雲台、または微動台により輝度計１１０を水平方向及び垂直方向に回転させて測定し、画面中心点Ｑ０の輝度に対する比率を求めるものとする。
【０１３２】
なお、必要に応じて、測定対象の背面投写型画像ディスプレイ装置１００の赤、緑、青の投写レンズの内の２本に、投写光束を遮蔽する遮蔽板をかぶせ、赤、緑、青の各色ごとに画面周辺部の相対光量を測定してもかまわない。
【０１３３】
次に、画像のぼけの程度の測定方法について説明する。なお、ここでは、画像のぼけの程度を、画像のフォーカス振幅伝達特性（以下、フォーカスＭＴＦ〔Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ〕特性という）として測定する場合について説明する。
【０１３４】
測定は、背面投写型画像ディスプレイ装置１００の画面上に、緑色の走査線を１本だけ映出し、スクリーン画面上の画面垂直方向の光出力分布を測定し、その結果をフーリエ変換することにより行うものとする。この測定は、投写型ブラウン管、投写レンズ、反射鏡、透過型スクリーンを総合した特性の測定に適する。
【０１３５】
図２１は、背面投写型画像ディスプレイ装置の画像のフォーカスＭＴＦ特性を測定するときの、測定対象としての背面投写型画像ディスプレイ装置と、測定器との位置関係を示す説明図である。
【０１３６】
図２１に示すように、背面投写型画像ディスプレイ装置１００は堅固な床面上に正立させる。測定対象の背面投写型画像ディスプレイ装置１００の赤と青の投写レンズには、投写光束を遮蔽する遮蔽板をかぶせ、緑色の走査線を１本だけ映出する。このとき、試験映像信号は白色の走査線を１本だけ映出するような信号とする。測定器たる輝度計１１０は、大型ＸＹＺステージなどの上に、輝度計１１０のレンズの光軸が透過型スクリーンの法線方向に平行になるように固定し、透過型スクリーンの画像観視側に配置する。
【０１３７】
輝度計１１０としては、米国フォトリサーチ（Ｐｈｏｔｏ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ）社製プリチャード（Ｐｒｉｔｃｈａｒｄ）１９８０Ｂ形分光放射計を用い、視感度フィルタを装着し、同社製マイクロスキャナー（Ｍｉｃｒｏｓｃａｎｎｅｒ）ＳＣ−８０Ａ形微小走査装置を取り付け、視野角０．２°で、画面垂直方向に走査しながら光出力分布を測定するものとする。
【０１３８】
なお、背面投写型画像ディスプレイ装置１００において投写型ブラウン管を除き、投写レンズ、反射鏡、透過型スクリーンだけのフォーカスＭＴＦ特性を測定しようとする場合は、画面水平方向を長手方向とするスリット像に対する出力像の画面垂直方向の光出力分布を測定し、その結果をフーリエ変換することにより行うのがよい。
【０１３９】
この場合は、投写型ブラウン管に代わって、投写型ブラウン管のフェイスパネルと同形状の擬似フェイスパネルを使用する。擬似フェイスパネルの蛍光面相当面には、蛍光体は塗布せず、ガラス表面に後述の測定用スリットを直接貼り付ける。擬似フェイスパネルの、投写レンズ側と反対の側には、擬似フェイスパネルに近接して緑色の投写型ブラウン管を配置し、画面全体を発光させる。
【０１４０】
図２２は、背面投写型画像ディスプレイ装置の投写レンズ、反射鏡、透過型スクリーンの総合フォーカスＭＴＦ特性を測定するときの、透過型スクリーン面におけるスリット像の位置の例を示す説明図である。
【０１４１】
図２２に示すように、スリット像１３０は、画面中心、及び、画面水平方向の相対像高（画面中心からの距離を、画面対角長の半分を１として規準化した値）０．２、０．４、０．６、０．７２の各点、画面垂直方向の相対像高０．２、０．４、０．５４の各点、画面対角方向の相対像高０．２、０．４、０．６、０．８、０．９の各点に表示されるようにする。このとき、前記の擬似フェイスパネルの蛍光面相当面の対応する位置に、たとえば、０．５ｍｍ幅のスリットを貼付する。
【０１４２】
各スリット像の画面垂直方向の光分布の測定は、そのスリットの法線方向前方に輝度計１１０を移動した上で、前述の図２１の場合と同様に、前記の微小走査装置により画面垂直方向に走査して測定するものとする。
【０１４３】
以上、本実施例における背面投写型画像ディスプレイ装置の指向特性、画像のコントラスト比、画像の画面周辺部の相対光量、画像のぼけの程度、透過型スクリーンの光沢度の各測定方法について説明した。
【０１４４】
ところで、本実施例における背面投写型画像ディスプレイ装置に用いる透過型スクリーン１として、図４に示した透過型スクリーン１について先に説明したが、透過型スクリーン１としてはこれに限定されるものではなく、図２３または図２４に示す透過型スクリーン１を用いても良い。
【０１４５】
図２３は、図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における透過型スクリーン１の他の例の要部を示す斜視図である。
図２３において、５は光吸収シート、５１、５２はそれぞれ光吸収シート５の光入射面、光出射面である。その他、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１４６】
本実施例が、図４に示した透過型スクリーン１と相違する点は、図２３に示すように、レンチキュラーレンズシート４より画像観視側に、半透明に着色されてなる光吸収シート５が新たに構成要素として加わった点にある。
【０１４７】
本実施例においては、図４に示した透過型スクリーン１においてレンチキュラーレンズシート４を半透明に着色する場合と同様に、画像発生源側から画像観視側に至る投写画像光は、光吸収シート５を１回だけ透過するため、光量が光吸収シート５の透過率に比例して減衰するのに対し、照明光などの外光が透過型スクリーン１で反射されて画像観視側に至るときは、光吸収シート５の最も画像観視側の面となる光出射面５２で反射される光を除き、光吸収シート５を少なくとも１往復通るため、光量が光吸収シート５の透過率の２乗に比例して減衰する。これにより、投写画像光より外光の方が、多く吸収されて損失光の比率が大きくなり、照明光などの外光があるときの画像のコントラストが向上する効果がある。
【０１４８】
図２４は、図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における透過型スクリーン１の別の例の要部を示す斜視図である。図２４において、３は横長レンチキュラーレンズシート、３１、３２はそれぞれ横長レンチキュラーレンズシート３の光入射面、光出射面である。その他、図４と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１４９】
本実施例が、図４に示した透過型スクリーン１と相違する点は、図２４に示すように、フレネルレンズシート２の光入射面２１が平面になったことと、フレネルレンズシート２とレンチキュラーレンズシート４との間にシート厚さの薄い横長レンチキュラーレンズシート３が透過型スクリーン１の構成要素として加わった点にある。
【０１５０】
本実施例の透過型スクリーン１においては、フレネルレンズシート２の光入射面２１ではなく、横長レンチキュラーレンズシート３の光入射面３１にスクリーン画面水平方向を長手方向とする横長レンチキュラーレンズが設けられている。したがって、スクリーン画面水平方向の光拡散の開始点とスクリーン画面垂直方向の光拡散の開始点とが、図４に示した透過型スクリーン１の場合よりさらに近接しているので、画像のぼけがさらに少なくなる効果がある。
【０１５１】
画像のコントラストについては図４に示した透過型スクリーン１の場合と同等の効果があり、特にレンチキュラーレンズシート４を半透明に着色した場合には、良好なコントラストが得られる。
【０１５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画像のコントラスト、ぼけの少なさ、画面周辺部の明るさが良好で、しかも、スクリーン画面垂直方向の指向特性が広く、さらに、奥行きが短く、外観に高級感のある背面投写型画像ディスプレイ装置、及びそれに用いる透過型スクリーンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての背面投写型画像ディスプレイ装置における、側面から見たときの内部構成を示す断面図である。
【図２】図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における、正面から見たときの内部構成を示す断面図である。
【図３】図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における投写光学系の一部を所定平面上に展開したときの概略展開図である。
【図４】図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における透過型スクリーン１の要部を示す斜視図である。
【図５】図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における投写光学系を水平面上に展開したときの概略展開図である。
【図６】図４の透過型スクリーン１の垂直断面を示す断面図である。
【図７】一般的なレンズの非球面形状を定義するための座標系を示す説明図である。
【図８】表１により得られた横長レンチキュラーレンズの形状を示す断面図である。
【図９】表１により得られた横長レンチキュラーレンズの形状を用いた場合の、透過型スクリーン１のスクリーン画面垂直方向の指向特性（垂直指向特性）を示す特性図である。
【図１０】表２により得られた第一の縦長レンチキュラーレンズと第二の縦長レンチキュラーレンズの形状を示す断面図である。
【図１１】表２により得られた第一の縦長レンチキュラーレンズと第二の縦長レンチキュラーレンズの形状を用いた場合の、透過型スクリーン１のスクリーン画面水平方向の指向特性（水平指向特性）を示す特性図である。
【図１２】透過型スクリーン１のレンチキュラーレンズシート４の光吸収帯１６における外光の反射強度の分布を従来技術と本発明とで比較して示した概念図である。
【図１３】図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における投写型ブラウン管と投写レンズの結合部の断面を示す断面図である。
【図１４】背面投写型画像ディスプレイ装置における反射鏡１１の断面を本発明と従来技術とで比較して示した断面図である。
【図１５】背面投写型画像ディスプレイ装置のスクリーン画面垂直方向の指向特性（垂直指向特性）を測定するときの、測定対象としての背面投写型画像ディスプレイ装置と、測定器との位置関係を示す説明図である。
【図１６】背面投写型画像ディスプレイ装置のスクリーン画面水平方向の指向特性（水平指向特性）を測定するときの、測定対象としての背面投写型画像ディスプレイ装置と、測定器との位置関係を示す説明図である。
【図１７】照明下での画像のコントラスト比を測定するときの、測定対象としての背面投写型画像ディスプレイ装置と、測定器と、照明との位置関係を示す説明図である。
【図１８】背面投写型画像ディスプレイ装置の画像のコントラスト比を測定するための画像パターンの一例を示す説明図である。
【図１９】背面投写型画像ディスプレイ装置の画面周辺部の相対光量を測定するときの、測定対象としての背面投写型画像ディスプレイ装置と、測定器との位置関係を示す説明図である。
【図２０】背面投写型画像ディスプレイ装置の画面周辺部の相対光量を測定するときの、画面における測定点を示す説明図である。
【図２１】背面投写型画像ディスプレイ装置の画像のフォーカスＭＴＦ特性を測定するときの、測定対象としての背面投写型画像ディスプレイ装置と、測定器との位置関係を示す説明図である。
【図２２】背面投写型画像ディスプレイ装置の投写レンズ、反射鏡、透過型スクリーンの総合フォーカスＭＴＦ特性を測定するときの、透過型スクリーン面におけるスリット像の位置の例を示す説明図である。
【図２３】図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における透過型スクリーン１の他の例の要部を示す斜視図である。
【図２４】図１の背面投写型画像ディスプレイ装置における透過型スクリーン１の別の例の要部を示す斜視図である。
【図２５】従来の背面投写型画像ディスプレイ装置としての家庭用の背面投写型テレビジョン受像機における、側面から見たときの内部構成を示す断面図である。
【図２６】図２５の背面投写型画像ディスプレイ装置における透過型スクリーン１の要部を示す斜視図である。
【図２７】図２６の透過型スクリーン１の垂直断面を示す断面図である。
【符号の説明】
１…透過型スクリーン、２…フレネルレンズシート、３…横長レンチキュラーレンズシート、４…レンチキュラーレンズシート、５…光吸収シート、７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ…投写型ブラウン管、８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ…投写レンズ、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ…結合器、１１…反射鏡、１１Ｂ…反射鏡の基材、１２…筐体、１５…光拡散材、１６…光吸収帯、１７…透明液体冷媒、１８…レンズ鏡筒、１９…光反射性光学薄膜、２０，３０，４０，５０…基材、２１，３１，４１，５１…光入射面、２２，３２，４２，５２…光出射面、４３…凸形突起部、８１…第一のレンズ素子、８２…第二のレンズ素子、８３…第三のレンズ素子、８４…第四のレンズ素子、８５…第五のレンズ素子。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年8月5日(2003.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像発生源側からの投写画像光が入射される透過型スクリーンにおいて、
光入射面に画面水平方向に延びる横長レンチキュラーレンズが画面垂直方向に複数形成され、光出射面にフレネルレンズが形成されたフレネルレンズシートと、
該フレネルレンズシートの光出射側に配置され、光入射面に、画面垂直方向に延びる縦長レンチキュラーレンズが画面水平方向に複数形成されたレンチキュラーレンズシートとを備え、
前記レンチキュラーレンズシートの光出射面の、前記複数のレンチキュラーレンズ相互間の境界に対応する位置に光吸収帯が設けられ、該光吸収帯の表面が光沢を有し、
前記縦長レンチキュラーレンズの断面形状を非球面形状とすることによって、画面正面方向から左右に±５０°における相対輝度を５０％以上としたことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項２】
前記レンチキュラーレンズシートの光出射側に、着色された光吸収シートを配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の透過型スクリーン。
【請求項３】
前記レンチキュラーレンズシートに光出射面の、前記入射面に形成された縦長レンチキュラーレンズと対向した位置であって、前記光吸収帯の相互間に、第二の縦長レンチキュラーレンズを形成したことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項４】
前記第二のレンチキュラーレンズ面を鏡面処理したことを特徴とする請求項４に記載の透過型スクリーン。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の透過型スクリーンを備えた背面投射型画像ディスプレイ装置。