(57)【要約】【課題】  背面投射型ディスプレイ装置のさらなる薄型化を可能にする。【解決手段】  フレネルレンズ３０が、入射光の方向を整えて出射光とするレンズ部３３を有する略長方形平板状のレンズ本体３１と、レンズ本体３１の中心Ｐ２を通るレンズ本体３１の短辺３１Ａに沿う方向Ｘにおいてレンズ本体３１から外れた位置を通るように配置された光軸Ｐ１とを備える。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の方向を整えて出射光とするレンズ部を有する略長方形平板状のレンズ本体と、
前記レンズ本体の中心を通る前記レンズ本体の短辺に沿う方向において前記レンズ本体から外れた位置を通るように配置された光軸とを備えていることを特徴とするフレネルレンズ。
【請求項２】
請求項１に記載のフレネルレンズにおいて、
前記光軸上に配置される光源から投射されて前記レンズ本体の一対の長辺のうちの前記光軸から離れた一方の長辺に対して入射する入射光が、前記光軸に対してなす傾斜角をＡとし、前記光源から投射されて前記レンズ本体の一対の長辺のうちの前記光軸に近い他方の長辺に対して入射する入射光が、前記光軸に対してなす傾斜角をＢとしたときに、以下の式を満たしていることを特徴とするフレネルレンズ。
０＜（Ｂ／Ａ）＜１、Ａ＞Ｂ
ただし、傾斜角Ａ及び傾斜角Ｂは、前記入射光がその進行方向後方側へ向かうにしたがい、前記光軸に近づくように傾斜するときを正とし、前記光軸から離れるように傾斜するときを負とする。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のフレネルレンズにおいて、
前記光軸上に配置される光源から投射されて前記レンズ本体の一対の長辺に対して入射する入射光が前記出射光とされたときに、この出射光が前記光軸に対してなす傾斜角が、±５°の範囲に設定されていることを特徴とするフレネルレンズ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のフレネルレンズと、
複数のシリンドリカルレンズが略平行に配列された第１のレンズアレイと複数のシリンドリカルレンズが略平行に配列された第２のレンズアレイとがそれらのシリンドリカルレンズの長さ方向を互いに交差させるように同一平面上に配置されてなるレンズ部を有し、前記フレネルレンズからの前記出射光を拡散させるクロスレンチレンズシートとを備えていることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項５】
請求項４に記載の透過型スクリーンにおいて、
前記クロスレンチレンズシートは、前記シリンドリカルレンズの非集光部を遮光する遮光層を有していることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項６】
請求項５に記載の透過型スクリーンにおいて、
前記遮光層の遮光率が、５０％〜８０％の範囲に設定されていることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項７】
請求項４〜請求項６のいずれかに記載の透過型スクリーンと、
前記光軸上に配置され、前記フレネルレンズに映像光を投射する光源とを備えていることを特徴とする背面投射型ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばリアプロジェクションテレビなどの背面投射型ディスプレイ装置の透過型スクリーンに用いられるフレネルレンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、透過型スクリーンを備えた背面投射型ディスプレイ装置として、例えば図６に示すようなリアプロジェクションテレビ１が知られている。
リアプロジェクションテレビ１は、図６に示すように、光源としてのプロジェクタ２から投射される映像光を、反射鏡３Ａ，３Ｂによって反射させて略長方形平板状をなす透過型スクリーン４の背面に入射させることにより、この透過型スクリーン４の前面側に位置する観察者が、透過型スクリーン４を透過して出射する映像光を観察することができるように構成されている。
【０００３】
透過型スクリーン４は、例えば図７に示すように、入射光の方向を整えて出射光とするレンズ部５Ｃを有するレンズ本体５Ａを備えたフレネルレンズ５と、フレネルレンズ５からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）に拡散させるレンチキュラーレンズシート６及びスクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散層７とを備えている（例えば特許文献１参照）。
このような透過型スクリーン４の背面に入射する映像光は、まず、フレネルレンズ５により略平行光となり、次いで、レンチキュラーレンズシート６によりスクリーンの左右方向に拡散するとともに拡散層７によりスクリーンの上下方向に拡散する。これにより、スクリーン左右方向及び上下方向の視野角が制御される。
【０００４】
また、透過型スクリーン４に用いられるフレネルレンズ５のレンズ本体５Ａは、図７及び図８に示すように、レンズ基板５Ｂの片面（例えばレンチキュラーレンズシート６側を向く片面）に、同心円状の凹凸からなるレンズ部５Ｃが設けられることによって構成されており、このフレネルレンズ５の光軸５Ｄ（レンズ部５Ｃの凹凸がなす同心円の中心）は、レンズ本体５Ａの中心５Ｅと一致させられている。
なお、フレネルレンズ５は、図８に示すように、略円形平板状をなすレンズ基板の片面に、このレンズ基板の中心を中心（光軸５Ｄ）とする同心円状の凹凸からなるレンズ部が設けられることによって構成されたフレネルレンズ素材５Ｆから、上記光軸５Ｄを中心５Ｅとする略長方形平板状のレンズ本体５Ａを切り出すことによって製造される。
【特許文献１】特開２００２−１７４７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、リアプロジェクションテレビ１においては、透過型スクリーンの背面に映像光を入射させるための光学系の占める空間が大きいため、反射鏡３Ａ，３Ｂによってプロジェクタ２から投射される映像光の光路を偏向させて、プロジェクタ２を透過型スクリーン４と反射鏡３Ｂとの間の領域から下方側に外れた側領域に配置することにより、奥行きを極力小さくして薄型化を図るようにしている。
しかしながら、プロジェクタ２は、フレネルレンズ５の光軸５Ｄ上に配置されるため、上記のようにフレネルレンズ５の光軸５Ｄがレンズ本体５Ａの中心５Ｅに一致していると、このプロジェクタ２が、反射鏡３Ａ，３Ｂによって映像光の光路を偏向させていない状態において、図６中の２点鎖線で示すように透過型スクリーン４の背面に対向配置されることになる。
【０００６】
そのため、映像光の光路を偏向させる反射鏡３Ａ，３Ｂのうち、透過型スクリーン４の背面に対向配置される反射鏡３Ｂを、透過型スクリーン４に対して略平行ではなく所定角度傾斜させなければ、プロジェクタ２を透過型スクリーン４と反射鏡３Ｂとの間の領域から下方側に外れた領域に配置することができず、これに起因してリアプロジェクションテレビ１の奥行きを小さくすることに限界が生じていた。
つまり、反射鏡３Ｂを傾斜させた分だけ、リアプロジェクションテレビ１の奥行きを大きく確保しなければならないことになり、この反射鏡３Ｂの傾斜が、リアプロジェクションテレビ１の薄型化を図る上での大きな障害となっていたのである。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、背面投射型ディスプレイ装置のさらなる薄型化を可能にするフレネルレンズと、このフレネルレンズを用いた透過型スクリーンと、この透過型スクリーンを用いた背面投射型ディスプレイ装置とを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明によるフレネルレンズは、入射光の方向を整えて出射光とするレンズ部を有する略長方形平板状のレンズ本体と、前記レンズ本体の中心を通る前記レンズ本体の短辺に沿う方向において前記レンズ本体から外れた位置を通るように配置された光軸とを備えていることを特徴としている。
本発明による透過型スクリーンは、本発明のフレネルレンズと、複数のシリンドリカルレンズが略平行に配列された第１のレンズアレイと複数のシリンドリカルレンズが略平行に配列された第２のレンズアレイとがそれらのシリンドリカルレンズの長さ方向を互いに交差させるように同一平面上に配置されてなるレンズ部を有し、前記フレネルレンズからの前記出射光を拡散させるクロスレンチレンズシートとを備えていることを特徴としている。
本発明による背面投射型ディスプレイ装置は、本発明の透過型スクリーンと、前記光軸上に配置され、前記フレネルレンズに映像光を投射する光源とを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のフレネルレンズでは、その光軸が、レンズ本体の中心を通るレンズ本体の短辺に沿う方向においてレンズ本体から外れた位置を通るように配置されている。そのため、このようなフレネルレンズとクロスレンチレンズシートとを備えた透過型スクリーンを用いて背面投射型ディスプレイ装置を構成したときには、フレネルレンズの光軸上に配置される光源が、反射鏡によって映像光の光路を偏向させていない状態において、透過型スクリーンの背面に対向する領域から外れた領域に配置される。
したがって、本発明のフレネルレンズを用いた背面投射型ディスプレイ装置において、光源から投射される映像光の光路を透過型スクリーンの背面に対向配置される反射鏡によって偏向させる場合に、この反射鏡を透過型スクリーンに対して略平行となるように配置したとしても、光源を透過型スクリーンと反射鏡との間の領域から外れた領域に配置することができるので、上記反射鏡を傾斜させる必要がなくなり、背面投射型ディスプレイ装置のさらなる薄型化を実現することができる。
【００１０】
また、本発明のフレネルレンズにおいて、前記光軸上に配置される光源から投射されて前記レンズ本体の一対の長辺のうちの前記光軸から離れた一方の長辺に対して入射する入射光が、前記光軸に対してなす傾斜角をＡとし、前記光源から投射されて前記レンズ本体の一対の長辺のうちの前記光軸に近い他方の長辺に対して入射する入射光が、前記光軸に対してなす傾斜角をＢとしたときに、以下の式を満たしていることが好ましい。
０＜（Ｂ／Ａ）＜１、Ａ＞Ｂ
ただし、傾斜角Ａ及び傾斜角Ｂは、前記入射光がその進行方向後方側へ向かうにしたがい、前記光軸に近づくように傾斜するときを正とし、前記光軸から離れるように傾斜するときを負とする。
【００１１】
また、本発明のフレネルレンズにおいて、前記光軸上に配置される光源から投射されて前記レンズ本体の一対の長辺に対して入射する入射光が前記出射光とされたときに、この出射光が前記光軸に対してなす傾斜角が、±５°の範囲に設定されていることが好ましい。
このような構成とすると、フレネルレンズからの出射光をレンズ本体の全域に亘って略平行化してクロスレンチレンズシートに入射させることができるので、透過型スクリーンとしての機能を十分に発揮することができる。
【００１２】
また、本発明の透過型スクリーンにおいて、前記クロスレンチレンズシートは、前記シリンドリカルレンズの非集光部を遮光する遮光層、例えば遮光率が５０％〜８０％の範囲に設定された遮光層を有していることが好ましい。
このような構成とすると、遮光層によってクロスレンチレンズシートの集光部以外の部分を確実に遮光し、ノイズ成分となる外光を吸収してＳ／Ｎ比を向上させることができるとともに、高いコントラストを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
本実施形態による背面投射型ディスプレイ装置としてのリアプロジェクションテレビ１０は、図１に示すように、筐体１１と、前面側（図１中の左側）を筐体１１の外部へ露出させるとともに背面側（図１中の右側）を筐体１１の内部へ露出させた略長方形平板状をなす透過型スクリーン２０と、筐体１１内に配置され、透過型スクリーン２０の背面に対して映像光を投射する光源としてのプロジェクタ１２と、同じく筐体１１内に配置され、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路を偏向させる例えば２枚の反射鏡１３，１４とを備えている。
【００１４】
透過型スクリーン２０は、図２に示すように、入射光の方向を整えて出射光とするレンズ部３３を有するレンズ本体３１を備えたフレネルレンズ３０と、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）及び上下方向（垂直方向）に拡散させるクロスレンチレンズシート４０（拡散手段）とを備えている。
これらフレネルレンズ３０、クロスレンチレンズシート４０は、透過型スクリーン２０の背面側（図２中の右側）から前面側（図２中の左側）にかけて順次配置されているとともに、互いに略平行となるように配置されている。
【００１５】
フレネルレンズ３０のレンズ本体３１は、図２及び図３に示すように、略長方形平板状をなすレンズ基板３２におけるクロスレンチレンズシート４０側を向く片面（透過型スクリーン２０の前面側を向く片面）に、同心円状の凹凸からなるレンズ部３３が設けられることによって構成されている。
本実施形態において、レンズ部３３の凹凸がなす同心円の中心を通ってレンズ本体３１の法線に沿う方向、つまり、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１は、図３に示すように、レンズ本体３１の中心Ｐ２を通るレンズ本体３１の短辺３１Ａに沿う方向Ｘにおいてレンズ本体３１の長辺３１Ｂよりも外側でレンズ本体３１から外れた位置を通るように配置されている。
【００１６】
このようなフレネルレンズ３０を製造するには、図３に示すように、略円形平板状をなすレンズ基板の片面に、このレンズ基板の中心を通ってレンズ基板の法線に沿う方向を中心（光軸Ｐ１）とする同心円状の凹凸からなるレンズ部が設けられることによって構成されたフレネルレンズ素材３４を用意する。このフレネルレンズ素材３４は、金型法によりフレネルレンズを製作する場合には、その金型に相当する。
このフレネルレンズ素材３４から、上記光軸Ｐ１をレンズ本体３１の長辺３１Ｂよりも外側でレンズ本体３１から外れた位置を通るように、かつ、上記光軸Ｐ１及び中心Ｐ２を短辺３１Ａに沿う方向Ｘ上に位置させるように、略長方形平板状のレンズ本体３１を切り出すことによって、上述したフレネルレンズ３０を得ることができる。
【００１７】
上記のような構成とされたフレネルレンズ３０は、その光軸Ｐ１を例えば下方側に位置させるようにして透過型スクリーン２０に備えられている。
そして、プロジェクタ１２から投射される映像光を透過型スクリーン２０の背面に入射させる、つまり、プロジェクタ１２から投射される映像光を透過型スクリーン２０の背面側に位置するフレネルレンズ３０に入射させると、このフレネルレンズ３０は、入射した映像光の方向を整えて略平行光としてからクロスレンチレンズシート４０に向けて出射する。
【００１８】
ここで、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路を反射鏡１３，１４によって偏向させていない状態を考えると、プロジェクタ１２は、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１上に配置されるために、図１中の２点鎖線で示すように透過型スクリーン２０の背面に対向する領域から例えば下方側に外れた領域に配置された状態となっている。
そして、このような配置とされるプロジェクタ１２から投射される映像光の光路を、透過型スクリーン２０の背面に対向配置されるとともに透過型スクリーン２０に対して略平行となるように配置される反射鏡１４とさらにもう一つの反射鏡１３とによって偏向させることにより、プロジェクタ１２が、筐体１１内において透過型スクリーン２０と反射鏡１４との間の領域から例えば下方側に外れた領域に配置されている。
【００１９】
また、上記Ｘ方向に沿う断面で見て図４に示すように、光軸Ｐ１上に配置されるプロジェクタ１２から投射されてレンズ本体３１の一対の長辺３１Ｂ，３１Ｂのうちの光軸Ｐ１から離れた一方の長辺３１Ｂ（図４における上側の長辺３１Ｂ）に対して入射する入射光Ｌ１が、光軸Ｐ１に対してなす傾斜角をＡとし、同じくプロジェクタ１２から投射されてレンズ本体３１の一対の長辺３１Ｂ，３１Ｂのうちの光軸Ｐ１に近い他方の長辺３１Ｂ（図４における下側の長辺３１Ｂ）に対して入射する入射光Ｌ２が、光軸Ｐ１に対してなす傾斜角をＢとすると、以下の式を満たすことになる。
０＜（Ｂ／Ａ）＜１、Ａ＞Ｂ
ただし、傾斜角Ａ及び傾斜角Ｂは、入射光Ｌ１，Ｌ２がその進行方向後方側へ向かうにしたがい、光軸Ｐ１に近づくように傾斜するときを正とし、光軸１から離れるように傾斜するときを負とする（本実施形態では、傾斜角Ａ及び傾斜角Ｂは、ともに正となる）。
【００２０】
さらに、上記Ｘ方向に沿う断面で見て図４に示すように、光軸Ｐ１上に配置されるプロジェクタ１２から投射されてレンズ本体３１の一対の長辺３１Ｂ，３１Ｂに対して入射する入射光Ｌ１，Ｌ２が、その方向を整えられて出射光Ｌ３，Ｌ４となったときには、これら出射光Ｌ３，Ｌ４が光軸Ｐ１に対してなす傾斜角が、それぞれ±５°の範囲に設定されている。
【００２１】
クロスレンチレンズシート４０は、図２及び図５に示すように、略長方形平板状をなすシート基板４１におけるフレネルレンズ３０側を向く片面（透過型スクリーン２０の背面側を向く片面）に、略半円柱状をなす複数のシリンドリカルレンズ４２が互いに略平行となるように配列された第１のレンズアレイ４３と、同じく略半円柱状をなす複数のシリンドリカルレンズ４４が互いに略平行となるように配置された第２のレンズアレイ４５とが、それらのシリンドリカルレンズ４２，４４の長さ方向を互いに略直交させるように同一平面上に配置されてなるレンズ部４６が設けられることによって構成されている。
【００２２】
レンズ部４６の第１のレンズアレイ４３を構成する複数のシリンドリカルレンズ４２と第２のレンズアレイ４５を構成する複数のシリンドリカルレンズ４４とは、それらの長さ方向をそれぞれスクリーンの上下方向（垂直方向）及び左右方向（水平方向）に略一致させており、フレネルレンズ３０から出射される映像光がクロスレンチレンズシート４０に入射すると、このクロスレンチレンズシート４０は、入射した映像光をスクリーンの左右方向（水平方向）及び上下方向（垂直方向）で集光・拡散してマトリックス状の光としてから透過型スクリーン２０の前面側に向けて出射する。
【００２３】
また、クロスレンチレンズシート４０は、図２に示すように、シート基板４１における透過型スクリーン２０の前面側を向く片面に、第１のレンズアレイ４３及び第２のレンズアレイ４５の複数のシリンドリカルレンズ４２，４４によるマトリックス状の集光部に対応する開口部４８を有するとともにマトリックス状の非集光部を遮光する遮光層４７（ＢＭ＝ブラック・マトリックス）が設けられている。
ここで、遮光層４７（ＢＭ）の遮光率（ＢＭ率＝ブラック・マトリックス率）、つまり、略長方形状の遮光層４７の全面積に対して開口部４８を除いた遮光部分の面積の割合は、５０％〜８０％の範囲に設定されている。
【００２４】
以上のような構成とされた本実施形態によるリアプロジェクションテレビ１０では、その透過型スクリーン２０に用いられるフレネルレンズ３０の光軸Ｐ１が、レンズ本体３１の中心Ｐ２を通るレンズ本体３１の短辺３１Ａに沿う方向Ｘにおいて、レンズ本体３１から外れた位置を通るように配置されている。
そのため、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１上に配置されるプロジェクタ１２を、反射鏡１３，１４によって映像光の光路を偏向させていない状態において、透過型スクリーン２０の背面に対向する領域から例えば下方側に外れた領域に配置することができている。換言すれば、図４で説明したように、レンズ本体３１の一方の長辺３１Ｂに対して入射する入射光Ｌ１が光軸Ｐ１に対してなす傾斜角Ａと、レンズ本体３１の他方の長辺３１Ｂに対して入射する入射光Ｌ２が光軸Ｐ１に対してなす傾斜角Ｂとの関係が、０＜（Ｂ／Ａ）＜１、Ａ＞Ｂを満たすようになっている。
【００２５】
したがって、本実施形態によるリアプロジェクションテレビ１０において、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路を透過型スクリーン２０の背面に対向配置された反射鏡１４によって偏向させるときには、この反射鏡１４が透過型スクリーン２０の背面に対して略平行となっていたとしても、プロジェクタ１２を透過型スクリーン２０と反射鏡１４との間の領域から例えば下方側に外れた領域に配置することができる。
このように、透過型スクリーン２０の背面に対向配置される反射鏡１４を透過型スクリーン２０に対して略平行となるように配置することができていると、従来では反射鏡１４の傾斜の分だけ必要となっていた筐体１１の奥行きが不必要になり、リアプロジェクションテレビ１０のさらなる薄型化を実現することができる。
【００２６】
また、本実施形態によるフレネルレンズ３０について、図４で説明したように、光軸Ｐ１上に配置されるプロジェクタ１２から投射されてレンズ本体３１の一対の長辺３１Ｂ，３１Ｂに対して入射する入射光Ｌ１，Ｌ２が、出射光Ｌ３，Ｌ４となったときには、これら出射光Ｌ３，Ｌ４が光軸Ｐ１に対してなす傾斜角が、それぞれ±５°の範囲に設定されている。
そのため、フレネルレンズ３０からの出射光をレンズ本体３１の全域に亘って確実に略平行化してクロスレンチレンズシート４０に入射させることができ、透過型スクリーン２０としての機能を十分に発揮することができる。
【００２７】
さらに、本実施形態の透過型スクリーン２０について、そのクロスレンチレンズシート４０が、遮光率（ＢＭ率）が５０％〜８０％に設定された遮光層４７（ＢＭ）を有していることから、この遮光層４７によってクロスレンチレンズシート４０の集光部以外の部分を確実に遮光し、ノイズ成分となる外光を吸収してＳ／Ｎ比を向上させることができるとともに、高いコントラストを得ることができる。
この遮光率が５０％よりも小さくなると、Ｓ／Ｎ比を向上させたり、高いコントラストを得ることができなくなるおそれがあり、一方、遮光率が８０％よりも大きくなると、観察者がスクリーンの観察角度を大きくしたときに開口部４８が見えなくなって、映像を観察できなくなってしまうおそれがある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態によるリアプロジェクションテレビの一例を示す概略説明図である。
【図２】本発明の実施形態による透過型スクリーンの一例を示す概略説明図である。
【図３】本発明の実施形態によるフレネルレンズの一例を示す概略説明図である。
【図４】本発明の実施形態によるフレネルレンズの一例を示す概略説明図である。
【図５】本発明の実施形態による拡散手段の一例を示す概略説明図である。
【図６】従来のリアプロジェクションテレビの一例を示す概略説明図である。
【図７】従来の透過型スクリーンの一例を示す概略説明図である。
【図８】従来のフレネルレンズの一例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  リアプロジェクションテレビ（背面投射型ディスプレイ装置）
１２  プロジェクタ（光源）
１４  反射鏡
２０  透過型スクリーン
３０  フレネルレンズ
３１  レンズ本体
３１Ａ  短辺
３１Ｂ  長辺
３２  レンズ基板
３３  レンズ部
４０  マイクロレンズシート（拡散手段）
４１  シート基板
４２  シリンドリカルレンズ
４３  第１のレンズアレイ
４４  シリンドリカルレンズ
４５  第２のレンズアレイ
４６  レンズ部
４７  遮光層（ブラック・マトリックス）
Ｐ１  フレネルレンズの光軸
Ｐ２  レンズ本体の中心
Ｌ１，Ｌ２  入射光
Ｌ３，Ｌ４  出射光
【図１】
2005266486.tif 000003
【図２】
2005266486.tif 000004
【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】
2005266486.tif 000009
【図８】
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