(57)【要約】本明細書記載の超薄型リアプロジェクション表示装置は、広角レンズシステムと、画像が表示されるスクリーンに対して平行になっている一または複数の平面鏡とを備えている。一つの実施形態では、複数の溝角を有するスクリーンは単一の溝角を有するスクリーンよりも優れたイルミネーションを提供する。
2006504120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンと、
広角レンズシステムのレンズフィールドの一部分を用いて画像を投影するための広角レンズシステムと、
前記画像を前記スクリーンに反射するための平面状の背面鏡とを備えており、
前記背面鏡が、前記広角レンズシステムの光軸に対して略垂直であるとともに前記スクリーンに対して略平行である、表示装置。
【請求項２】
前記広角レンズシステムにより映写される前記画像を前記背面鏡に反射するためのほぼ平面形状の中間鏡をさらに備えており、該中間鏡が前記背面鏡に対して略平行になっている、請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記スクリーンが、全反射（ＴＩＲ）型フレネルレンズを備えてなる、請求項１記載の表示装置。
【請求項４】
前記スクリーンが、屈折型フレネルレンズを備えてなる、請求項１記載の表示装置。
【請求項５】
前記広角レンズシステムが、前記レンズフィールドのうちの半分の部分を用いて前記画像を投影するように構成されている、請求項１記載の表示装置。
【請求項６】
前記広角レンズシステムが、前記レンズフィールドのうちの２分の１より小さい部分を用いて前記画像を投影するように構成されている、請求項１記載の表示装置。
【請求項７】
前記広角レンズシステムに前記画像を投影するために少なくとも一つの微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）をさらに備えてなる、請求項１記載の表示装置。
【請求項８】
前記広角レンズシステムに前記画像を投影するために少なくとも一つのデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）をさらに備えてなる、請求項７記載の表示装置。
【請求項９】
前記広角レンズシステムに前記画像を投影するために少なくとも一つのグレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）をさらに備えてなる、請求項１記載の表示装置。
【請求項１０】
前記広角レンズシステムに前記画像を投影するために少なくとも一つの液晶表示装置（ＬＣＤ）をさらに備えてなる、請求項１記載の表示装置。
【請求項１１】
前記広角レンズシステムに前記画像を投影するために反射型液晶素子（ＬＣＯＳ）をさらに備えてなる、請求項１０記載の表示装置。
【請求項１２】
前記スクリーンが、溝角度が連続的に変化するフレネルレンズを備えてなる、請求項１記載の表示装置。
【請求項１３】
前記スクリーンが第一のゾーンと第二のゾーンとを有しており、該第一のゾーンが第一の溝角度を有し、該第二のゾーンが第二の溝角度を有してなる、請求項１記載の表示装置。
【請求項１４】
前記第二のゾーンが前記第一のゾーンを囲むように構成されている、請求項１３記載の表示装置。
【請求項１５】
前記第一の溝角度が前記第二の溝角度より小さくなるように構成されている、請求項１４記載の表示装置。
【請求項１６】
前記第一の溝角度が前記第二の溝角度より大きくなるように構成されている、請求項１４記載の表示装置。
【請求項１７】
前記第一のゾーンが前記第二のゾーンを部分的に囲むように構成されている、請求項１３記載の表示装置。
【請求項１８】
前記第一の溝角度が、前記第二の溝角度より小さくなるように構成されている、請求項１７記載の表示装置。
【請求項１９】
前記第一の溝角度が、前記第二の溝角度より大きくなるように構成されている、請求項１７記載の表示装置。
【請求項２０】
前記第一の溝角度が約３５°であり、前記第二の溝角度が約４１°であるように構成されている、請求項１３記載の表示装置。
【請求項２１】
前記第二のゾーンが、全反射領域を供するように構成されている、請求項１３記載の表示装置。
【請求項２２】
前記第一のゾーンと前記第二のゾーンとが、前記レンズの第一の側にあるように構成されている、請求項１３記載の表示装置。
【請求項２３】
前記第一のゾーンと第二のゾーンとの間の境界では、前記第一のゾーンの面角度と前記第二のゾーンの面角度とが略等しくなるように構成されている、請求項１３記載の表示装置。
【請求項２４】
前記第一のゾーンと前記第二のゾーンとの間の境界では、前記第一のゾーンの面角度の変化率と前記第二のゾーンの面角度の変化率とが略等しくなるように構成されている、請求項２３記載の表示装置。
【請求項２５】
前記第一のゾーンが前記レンズの第一の側にあり、前記第二のゾーンが前記レンズの第二の側にあるように構成されている、請求項１３記載の表示装置。
【請求項２６】
前記スクリーンが、前記レンズの中央から最も遠い位置にある隅からの光を前記レンズの中央方向に導くとともに前記レンズに対して略垂直な方向にある前記レンズの中央領域からの光を導くフレネルレンズを備えてなる、請求項１記載の表示装置。
【請求項２７】
広角レンズシステムのレンズフィールドの一部分を用いて画像を投影することと、
平面鏡を用いてスクリーンに画像を反射させることとを含んでおり、
前記平面鏡が前記スクリーンに略平行であるとともに前記広角レンズシステムの光軸が前記平面鏡に略垂直である、方法。
【請求項２８】
前記広角レンズシステムによって投影される前記画像を中間鏡を用いて前記平面鏡に反射させることをさらに含んでおり、該中間鏡が平板形状であるとともに前記スクリーンに対しては略平行であり前記広角レンズシステムの光軸に対しては略垂直である、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記広角レンズシステムが、前記レンズフィールドのうちの半分の部分を用いて前記画像を投影する、請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
前記広角レンズシステムが、前記レンズフィールドのうちの２分の１よりも小さい部分を用いて前記画像を投影する、請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
第一のゾーンと第二のゾーンとを備えており、前記第一のゾーン内の溝に対して第一の溝角度を有するとともに前記第二のゾーン内の溝に対して第二の溝角度を有してなる、フレネルレンズ。
【請求項３２】
前記第一のゾーン内の前記溝が複数の同芯の溝を備えてなる、請求項３１記載のフレネルレンズ。
【請求項３３】
前記第一のゾーンの前記溝が一または複数の螺旋形状の溝を備えてなる、請求項３１記載のフレネルレンズ。
【請求項３４】
前記第二のゾーン内の前記溝が複数の同芯の溝を備えてなる、請求項３１記載のフレネルレンズ。
【請求項３５】
前記第二のゾーン内の前記溝が一または複数の螺旋形状の溝を備えてなる、請求項３１記載フレネルレンズ。
【請求項３６】
前記第一のゾーンが前記第二のゾーンを囲むように構成されている、請求項３１記載のフレネルレンズ。
【請求項３７】
前記第一の溝角度が前記第二の溝角度よりも小さくなるように構成されている、請求項３６記載のフレネルレンズ。
【請求項３８】
前記第一の溝角度が前記第二の溝角度よりも大きくなるように構成されている、請求項３６記載のフレネルレンズ。
【請求項３９】
前記第一のゾーンが前記第二のゾーンを部分的に囲むように構成されている、請求項３１記載のフレネルレンズ。
【請求項４０】
前記第一の溝角度が前記第二の溝角度よりも小さくなるように構成されている、請求項３９記載のフレネルレンズ。
【請求項４１】
前記第一の溝角度が前記第二の溝角度よりも大きくなるように構成されている、請求項３９記載のフレネルレンズ。
【請求項４２】
前記第一の溝角度が約３５°であり、前記第二の溝角度が約４１°であるように構成されている、請求項３１記載のフレネルレンズ。
【請求項４３】
前記第二のゾーンが全反射領域を供するように構成されている、請求項３１記載のフレネルレンズ。
【請求項４４】
前記第一のゾーンと前記第二のゾーンとが前記レンズの第一の側にあるように構成されている、請求項３１記載のフレネルレンズ。
【請求項４５】
前記第一のゾーンが前記レンズの第一の側にあり前記第二のゾーンが前記レンズの第二の側にあるように構成されている、請求項３１記載のフレネルレンズ。
【請求項４６】
前記レンズは、上隅からの光を下方に導くとともに前記レンズに略垂直な中央領域からの光を導くように構成されている、請求項３１記載のフレネルレンズ。
【請求項４７】
前記第一のゾーンと前記第二のゾーンとの間の境界において、前記第一のゾーンの面角度の変化率と前記第二のゾーンの面角度の変化率とが略等しくなるように構成されている、請求項３１記載のフレネルレンズ。
【請求項４８】
前記第一のゾーンと前記第二のゾーンとの間の境界において、前記第一のゾーンの面角度の変化率が前記第二のゾーンの面角度の変化率に略等しいように構成されている、請求項４７記載のフレネルレンズ。
【請求項４９】
請求項３１記載のフレネルレンズを有する表示装置。
【請求項５０】
溝角度が連続的に変化するフレネルレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に関するものである。さらに詳細には、本発明は薄型リアプロジェクション表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
約４０インチより大きなスクリーンサイズを有するテレビを実現するために、通常、直視型ブラウン管（ＣＲＴ）以外の表示装置が用いられている。ＣＲＴのスクリーンサイズが増大するにつれ、奥行きも増大する。スクリーンサイズが４０インチを超える場合、直視型ＣＲＴはもはや現実的ではないことが一般的に受け入れられている。大型スクリーン（４０インチを超えるスクリーンサイズ）用の表示装置の場合には、プロジェクション表示装置とプラズマ表示装置との二つの選択肢がある。
【０００３】
今日のプラズマ表示装置はプロジェクション表示装置よりもかなり高価である。一般的に、プラズマ表示装置は壁に取り付けられるくらい十分に薄いが、重すぎるために取り付けが困難である場合がある。たとえば、今日の４２インチプラズマ表示装置は、８０ポンド（３６ｋｇ）以上の重さを有しており、６０インチプラズマ表示装置は、１５０ポンド（６８ｋｇ）以上の重さを有しうる。今日のプロジェクション表示装置に比べた場合のプラズマ表示装置の一つの利点は、プラズマ表示装置が通常同一のスクリーンサイズを有する今日のプロジェクション表示装置よりも非常に薄いということである。
【０００４】
プロジェクション表示装置、とくにリアプロジェクション装置表示は、通常、プラズマ表示装置よりも費用対効果がよりすぐれている。また、プロジェクション表示装置は、一つの部屋で多くのスペースを取りすぎるために、大型スクリーンニーズに対する現実的な解決策を提供することができない。たとえば、典型的な６０インチリアプロジェクション表示装置は、厚みが２４インチ（６１ｃｍ）で、重さが２００〜３００ポンド（９０〜１３６ｋｇ）でありうる。
【０００５】
図１は、従来のリアプロジェクション表示装置を示している。一般的に、表示装置100は、光学エンジン140と、投影レンズ130と、背面鏡120と、スクリーン110とを備えている。光学エンジン140は、スクリーン110上に投影される画像を生成する。プロジェクションレンズ130は、光学エンジン140からの画像を背面鏡120上に投影し、背面鏡120は、その画像をスクリーン110へ反射する。表示装置100のサイズはスクリーン110上に表示される画像のサイズに比例する。したがって、大型のスクリーンサイズ（たとえば、＞６０インチ）の場合、表示装置100全体のサイズは非常に大きくなりうる。
【０００６】
１２インチ（３０ｃｍ）未満の厚みを有する薄型リアプロジェクション表示装置が開発されてきた。しかしながら、これらの薄型リアプロジェクション装置は、製造が困難であるとともに位置調整が困難である非球面鏡に頼っている。この非球面鏡に付随する困難さのため、今日の薄型リアプロジェクション表示装置が高価なものとなり、その結果、望ましいパッケージのリアプロジェクション表示装置の利用が制限されている。
【０００７】
図２は、非球面鏡を有する従来の薄型リアプロジェクション表示装置を示している。光学エンジン260からの画像は、投影レンズ250により反射鏡240上に投影される。反射鏡240は、その画像を非球面鏡230へ反射し、この非球面鏡230は、投影された画像を拡大し、視野角を広げる。非球面鏡230は、画像を背面鏡220へ反射し、次いで、この背面鏡220は、画像をスクリーン210へ反射する。スクリーンが同一のサイズの場合、リアプロジェクション表示装置200は図１の表示装置100と比較してより薄いパケージを提供するが、表示装置200のコストは、非球面鏡230の利用に伴う製造問題および位置調整問題のために、著しく上昇する。
【０００８】
表示装置200の他の欠点は、鏡220、230、240およびスクリーン210に対する光学エンジン260の角度である。補償が行われない場合、光学エンジンの前記角度によって、画像が台形状またはキーストーン状になる。方形画像を提供するために角度に対して補償を行うと表示装置200のコストおよび複雑さがさらに増加する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
表示装置は、スクリーンと、システム内のレンズフィールドの一部を用いて画像を投影するための広角レンズシステムと、画像をスクリーンに反射するためのほぼ平面形状の背面鏡とを備えている。この背面鏡は、広角レンズシステムの光軸に対してほぼ直角に、そして、スクリーンに対してほぼ平行になっている。一つの実施形態では、かかる表示装置は、広角レンズシステムにより背面鏡に投影される画像を背面鏡に反射するほぼ平面形状の中間鏡をさらに備えている。この中間鏡は背面鏡に対して平行になっている。一つの実施形態では、スクリーンは第一のゾーンと第二のゾーンとを有しており、第一のゾーンは第一の溝角度を有しており、第二のゾーンは第二の溝角度を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
超薄型リアプロジェクション表示システムが記載されている。以下の記載では、その説明の便宜上、本発明を十分に理解させるために複数の個別事項の詳細が記載されている。しかしながら、これらの個別事項の詳細がなくとも本発明を実施することが可能であることは当業者にとって明らかである。他の一例では、本発明を不明瞭にすることを回避するために構造体および装置はブロック線図形式で示されている。
【００１１】
本明細書記載の超薄型リアプロジェクション表示装置は、広角レンズシステムと、画像が表示されるスクリーンに対して平行になっている一または複数の平面鏡とを備えている。一つの実施形態では、単一の溝角を有するスクリーンよりも優れたイルミネーションを提供する複数の溝角を有するスクリーンが提供されている。
【００１２】
以下でさらに詳細に記載するように、このスクリーンは一または複数の溝角を有するフレネルレンズであってもよい。しかしながら、画像を表示するためのスクリーンとして機能可能なものは他にも多くある。一般的に、光を拡散させるいかなるものでもスクリーンとして用いられうる。たとえば、壁、水、霧をスクリーンとして用いうる。
【００１３】
図３には、スクリーンに対して平行になっている平面鏡を有する超薄型リアプロジェクション表示装置の一つの実施形態が示されている。以下でさらに詳細に記載するように、スクリーンに対して平行な平面鏡とこれらの平面鏡およびスクリーンに対して直角な光軸を有する広角投影レンズとを用いることにより、超薄型リアプロジェクション表示装置を従来のリアプロジェクション表示装置よりもさらに薄くかつ簡易なものとすることができる。たとえば、本明細書記載の７インチ（１７．８ｃｍ）よりも小さな厚みを有する超薄型リアプロジェクション表示装置は６０インチの画像を提供することが可能である。
【００１４】
一つの実施形態では、超薄型リアプロジェクション表示装置300は、スクリーン310と、背面鏡320と、中間鏡330と、レンズシステム340と、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）350とを備えている。説明を簡単にするために、画像生成構成部品などの如き他の構成部品は示されていない。画像は、当該技術分野におけるいかなる公知の方法でＤＭＤ350に対して供与されてもよい。ＤＭＤ350は、レンズシステム340に対して光源（図３に図示せず）からの光を選択的に反射する。当該技術分野において公知のいかなるタイプの表示装置を前記表示装置300に用いてもよい。画像をレンズシステム340に供与するために、他のタイプの装置（たとえば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）、反射型液晶素子（ＬＣＯＳ））を用いてもよい。一つの実施形態では、鏡はスクリーンに対してほぼ並行になっており、このことは、配置誤差が±１０°であることを意味している。一つの実施形態では、広角レンズシステムの光軸は、スクリーンに対してほぼ直角であり、このことは、配置誤差が±１０°であることを意味している。
【００１５】
一つの実施形態では、ＤＭＤ350は、使用可能なレンズフィールドの一部（たとえば、５０％、６０％、４０％）のみを用いるようにレンズシステム340の光軸からずらされている。ＤＭＤ350をレンズシステム340の光軸光軸に対してずらすことにより、ＤＭＤ350からの画像はレンズシステム340のレンズフィールドの上側部分によって中間鏡330へ投影される。これに代えて、レンズフィールドの下側部分が、画像を中間鏡330へ投影するために用いられてもよい。このように構成すると、レンズシステム340は、中間鏡330よりも上方の位置に配置されうるし、中間鏡330は、背面鏡320よりも上方の位置に配置されうる。
【００１６】
記載されたように画像を投影するためには、レンズシステム340は非常に広角なレンズシステムとなる。一つの実施形態では、レンズシステム340は１５２°以上の視野角を有している。しかしながら、他のレンズを用いてもよい。一般的に、レンズシステム340の視野角が広ければ広いほど、表示装置300をより薄く形成することが可能となる。適切な広角レンズシステムは、先に説明した特許出願書類に記載されており、その内容は参照することによりここに援用される。
【００１７】
中間鏡330は、画像を背面鏡320へ反射し、この背面鏡320は画像をスクリーン310へ反射する。一つの実施形態では、スクリーン310はフレネルレンズにより構成される。また、背面鏡320は、平板鏡であり、スクリーン310に対して平行であり、レンズシステム340の光軸に対して直角である。レンズシステム340の光軸が中間鏡330に対して直角であり、中間鏡330および背面鏡320の両方が平板形状であるとともにスクリーン310に対して平行であるので、山形状断面を有するレンズおよび非球面鏡により引き起こされる歪みは表示装置300では発生しない。このことにより、表示装置300の設計が容易になり、製造コストおよび製造行程の複雑さが低減される。
【００１８】
図４は、リアプロジェクションスクリーンに用いられる部分の輪郭を有するフレネルレンズを示している。図４は、さまざまなリアプロジェクション表示装置に用いられうるフレネルレンズの部分を概念的に示した図を提供している。フレネルレンズを二つの角度を用いて説明することができる。面角は、レンズの光軸に対して光が入射するまたはある種の屈折設計の場合には出射するフレネルレンズの個々の溝の面の角度として定義される。溝角は、入射面と反射面との間でまたは屈折レンズの場合には溝の光学面と非光学面との間で形成される角度である。
【００１９】
一つの実施形態では、フレネルレンズ400は、一または複数の所定の溝角を有する複数の同心溝を備えうる。単一の溝角を有するフレネルレンズを製造または使用するための技術は当該技術分野において公知である。投影レンズシステムの全レンズフィールドを用いるリアプロジェクション表示装置では、フレネルレンズ400の中央部420は、その表示装置のレンズのために用いられる。
【００２０】
破線により表示されている長方形420は、フレネルレンズ400の中央部に位置するスクリーンを示している。用いられるレンズの部分のサイズおよび形状は、表示装置のスクリーンのサイズおよび形状に対応している。従来のリアプロジェクション表示装置の場合、スクリーンのために用いられる部分420の中央部がフレネルレンズの中央部420である。
【００２１】
投影レンズフィールドの一部のみを用いるようにＤＭＤ（または、他の装置）をずらして用いる場合、フレネルレンズ400のスクリーンのために用いられる部分は、その分だけ、フレネルレンズ400の中央部かずらされる。たとえば、投影レンズフィールドの上半分が用いられる場合、スクリーン部410の底辺はフレネルレンズ400の中央部を通過する。
【００２２】
図５は、３９°の溝角510を有するフレネルレンズ500の断面形状図を示している。図５のレンズは、たとえば図３の表示システムに用いられうる。図４に関連して記載されているようなずれ条件が図３に示されている表示システムに用いられた場合、３９°の溝角により、ダイアモンドカッタによる構造的完全性とレンズ性能との間でバランスが保たれる。
【００２３】
この溝角が大きくなると、光線が反射されずにレンズを通過するため、レンズ500の底辺中央に対して投影された画像は暗くなる。溝角が小さくなると、反射された光線が下方に導かれて見る人から遠ざかるため、レンズ500の上隅に対して投影された画像が暗くなる。また、溝角が小さくなると、レンズ500の製造に用いられる道具は、脆弱すぎるために、効果的に加工を行うことができない。
【００２４】
図６ａでは、各々が異なる溝角を有する二つのゾーンを備えたフレネルレンズの正面図が示されている。図６ａの実施形態では、二つの溝角にそれぞれ対応する二つのゾーンが示されている。しかしながら、それぞれ対応する溝角を有するいかなる数のゾーンが用いられてもよい。レンズの溝角は連続的に変化してもよい。また、図６ａの一例では円形状の領域が示されているが、他の形状が用いられてもよい。
【００２５】
一つの実施形態では、内部領域620は約３５°の溝を有している。しかしながら、他の溝角度が用いられてもよい。大型のスクリーンに用いられる場合、全体にわたり単一の溝角を有するフレネルレンズでは、明るさにばらつきがある。一つの実施形態では、外部領域610は約４１度の溝を有している。しかしながら、他の溝角度が用いられてもよい。他の実施形態では、内部領域620および外部領域610は、屈折レンズおよび／または反射レンズをどのように組合わせたものであってもよい。一つの実施形態では、レンズ600のプロジェクション側は溝を有しており、その見る人側は平面を有している。他の実施形態では、レンズ600は両側に溝を有している。
【００２６】
図６ｂには、  溝角度が３５°である第一のゾーンと溝角度が４１°である第二のゾーンとを有する２ゾーンフレネルレンズの横断面形状図が示されている。図６ｂのレンズは、たとえば図３の表示システムでもって用いられる。図６ｂのレンズは、図５のレンズと比べて均一性が改良されている。
【００２７】
一つの実施形態では、ゾーン620の溝は屈折レンズを形成し、ゾーン610は全反射レンズ（ＴＩＲ）を形成する。レンズ600の屈折ゾーンおよび反射ゾーンは、レンズの同一側（たとえば、プロジェクタ側）に設けられてもよいし、または、レンズ600の屈折ゾーンおよび反射ゾーンは、両側に設けられてもよい（たとえば、反射ゾーンがプロジェクタ側そして屈折ゾーンが見る人側）。以下でさらに詳細に記載するように、ゾーン間の転移により引き起こされる画像誤差（ｉｍａｇｅ  ａｒｔｉｆａｃｔｓ）を削減または削除するために転移領域が用いられてもよい。両面レンズの場合、二つの単一面レンズが一列に並べられ、各レンズの平面側が相互に接続される。これに代えて、レンズの一方を上記のように製造して、さらなる溝をレンズ素材上に直接形成してもよい。
【００２８】
図７には、面角度が１０°であるフレネルレンズに対して６０°の入射角度を有する入射光線が示されている。光の入射角度が急である（たとえば、約４５°を超える）場合、全ての光が、フレネルレンズに入射し、反射面で反射して、見る人側の方向に直接進行するように面角度を設計することが可能である。たとえば、入射光620は、溝面600を通過し、わずかに屈折される。屈折光630は、反射面610により見る人側の方向に反射される（図７に図示せず）。ほとんどの使用では、反射光640は見る人側に導かれる。
【００２９】
入射光の角度が小さくなっていくと、ある角度において、屈折光は反射面710から外れてしまう。これは、たとえばスクリーンの底辺中央部のフレネル中心に最も近い溝において生じる。この光は、無くなってしまうこととなり、フレネル構造体を通過して進み、ゴースト画像を生じさせるかまたはコントラストを低減する。この消失した光により、スクリーンエリアの底辺中央部で（および、スクリーンに対する鏡の位置に応じてあらゆる場所において）コントラストが低下する。
【００３０】
これらのエリアにおいてゴースト線を削減しコントラストを向上させる一つの技法は、光を見る人側に導く代わりに光を可及的に多く収集するようにレンズが構成されるよう反射面角度を変更することである。こうすることにより、反射光線740は下方に進むようになる。このことにより、表示画面のコントラストは向上されるものの、下方に進む光が見る人側に再び導き入れられることはなく暗くなる。
【００３１】
この面角度は、光線の入射角度が急なスクリーン縁部からの光により反射光がレンズの中央部の方向に導き入れられ画像縁部の明るさ感を向上させるように設計されうる。
【００３２】
一つの実施形態では、すべての溝がレンズのプロジェクション側であり、レンズの見る人側は平面である。他の実施形態では、一つのゾーンの溝はレンズのプロジェクション側に形成され、他のゾーンの溝はレンズの見る人側に形成される。
【００３３】
図８には、異なる溝角度を有する二つのゾーンとこれらのゾーンのための転移領域とを有するようにデザインされたフレネルレンズの断面形状図が示されている。少数の溝、ゾーン、および領域を有するレンズ800が示されている。これは説明を容易にするためである。いかなる数の溝、ゾーン、および／または領域を有するフレネルレンズを用いてもよい。
【００３４】
本明細書で用いられる場合、「ゾーン」とは、（溝角度が連続的に変化可能でない場合）特定の溝角を有するフレネルレンズのエリアのことである。「領域」とは、面角度（γ）が単一の式で定義されるフレネルレンズのエリアのことである。一つのゾーンは複数の領域を有してもよい。一つの実施形態では、ゾーンの転移をなめらかにするために、一または複数の転移領域がゾーン境界に設けられる。
【００３５】
一つの実施形態では、半径rの関数であって第一の領域の面角度を規定する式Fと、第二の領域の面角度を規定する式Gとは、領域境界において等しい。換言すれば、F(r1) = G(r1)であり、この式で、r1は領域境界である。さらに、ある領域の面角度を規定する式の第一の微分は、その領域の境界における面角度を規定する式の第一の微分と等しい。換言すれば、F’(r1) = G’(r1) であり、この式で、r1は領域境界である。
【００３６】
図９には、デザインされたフレネルレンズの断面形状図が示されている。一つの実施形態では、以下の式は、デザインされたフレネルレンズのさまざまな角度を表す。他の角度関係を用いてもよい。以下の式では、θ６は入射光線角度、すなわち水平線からの入射光線920の角度であり、γは面角度、すなわち水平線からの屈折面910の角度であり、δは反射面角度、すなわち水平線からも屈折面900の角度であり、ρは屈折光線角度、すなわち水平線からの屈折光線930の角度であり、θ２は反射光線角度、すなわち水平線からの反射光線950の角度であり、そして、βは出射光線角度、すなわち水平線からの出射光線960の角度である。
【００３７】
一つの実施形態では、さまざまな領域のために用いる角度を決定するために以下の式が用いられる。最大角度が固定されている場合（最大角度k = γ＋δ）、上記の底辺中央部の近傍でゴースト光線を有しないフレネルレンズを作製するための面角を計算することができる。また、これらの面角度は処理能力を増大させるために変更される。
【００３８】
二つの領域を有する実施形態の場合、その内部領域は以下の式で表されるロスレス（ｌｏｓｓｌｅｓｓ）システムでありうる：
【００３９】
【数１】
2006504120.tif 000003
この式で、nはフレネルレンズ素材の屈折率であり、kは溝角度であり、Rはフレネルレンズの中心からの半径であり、f1は、フレネルレンズの焦点距離である。外部領域は以下の式で表される：
【００４０】
【数２】
2006504120.tif 000004
図１０には、レンズの両側の二つのゾーンとこれら二つのゾーンのための転移領域とを有するフレネルレンズの一つの実施形態が示されている。フレネルレンズ1090は、屈折ゾーンおよび反射ゾーンの二つのゾーンと、転移領域とを備えている。他の実施形態では、レンズ1090は、一側に、一または複数のゾーンを備えうる。
【００４１】
一つの実施形態では、フレネルレンズ1090は、従来の屈折型フレネルレンズ1000からなる内部ゾーンを備えている。この内部ゾーンは、外部ゾーンが内部ゾーンよりも効率がよくなるまでレンズ1090の中心から外方に向かって延びている。さらに、フレネルレンズ1090は、全反射型フレネルレンズ1020からなる外部ゾーンを備えている。この外部ゾーンは、屈折型に設計された内部ゾーンがレンズの縁まで延びている場合と比較してその場合よりも多くの光を見る人側の方向に導く。
【００４２】
レンズ1090の屈折部と反射部との間の不連続部を削減または削除するために、転移領域1010が設けられている。一つの実施形態では、転移領域1010おいて、フレネルレンズ1090の内側の光線は、屈折レンズの上方角度から徐々に反射レンズの水平角度に変わっていく。このように徐々に変化していくことにより、光線の重なり合いに起因する画像の不連続性が削減される。
【００４３】
図１１には、広角レンズを有するリアプロジェクション表示装置の一つの実施形態が示されている。表示装置1100は、スクリーン1110と、広角レンズシステム1120と、ＤＭＤ1130とを備えている。一つの実施形態では、スクリーン1110は、以上で詳細に示したようにフレネルレンズから構成されている。
【００４４】
画像は、当該技術分野において公知の光学エンジン（図１１に図示せず）に依って生成・提供され、ＤＭＤ1130を通じて広角レンズシステム1120へ送られる。他の実施形態では、ＤＭＤ1130は、たとえば、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）、反射型液晶素子（ＬＣＯＳ））などのような他のコンポーネントに交換されてもよい。一つの実施形態では、ＤＭＤ1130の光軸は、スクリーン1110に対する画像の投影にレンズフィールドすべてが用いられるように、広角レンズシステム1120の光軸と一直線に並べられる。他の実施形態では、ＤＭＤ130の光軸は広角レンズシステム1120の光軸からずらされてもよい。上述のようフレネルレンズを用いることにより、より均一な明るさを有するより薄型のシステムが提供される。
【００４５】
本明細書において「一つの実施形態」または「ある実施形態」という参照表現は、その実施形態に関連して記載される特定の機能、構成、特徴が本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれるということ意味している。本明細書内のさまざまな場所において表現「一つの実施形態では」が表れるが、これらのすべてが必ずしも同一の実施形態のことを言及しているわけではない。
【００４６】
以上のように、本発明は特定の実施形態を参照して記載されてきた。しかしながら、本発明の精神および範疇から逸脱することなく、さまざまな修正および変更を実施形態に対し加えうるということは明らかである。したがって、本明細書および図面は説明を意図したものであり制限を意図したものではないと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
本発明は、添付の図面に一例として示されているが、それらの図面によって限定されるものではない。なお、これらの図では、同等の部材は同一の参照番号により示されている。
【図１】従来のリアプロジェクション表示装置を示している。
【図２】非球面鏡を有する従来の薄型リアプロジェクション表示装置を示している。
【図３】スクリーンに対して平行な平面鏡を有する超薄型リアプロジェクション表示装置の一つの実施形態を示している。
【図４】リアプロジェクションスクリーンに用いられるエリアの輪郭を有するフレネルレンズを示す図である。
【図５】溝角度３９°を有するフレネルレンズの断面形状図を示している。
【図６ａ】各々が異なる溝角度を有する二つのゾーンを備えるフレネルレンズの正面図を示している。
【図６ｂ】溝角度が３５°である第一のゾーンと溝角度が４１°である第二のゾーンとを有する２ゾーンフレネルレンズの断面形状図を示している。
【図７】面角が１０°であるフレネルレンズに対して６０°の入射角度を有する入射線を示している。
【図８】異となる溝角度を有する二つのゾーンとこれらのゾーンのための転移領域とを有するようにデザインされたフレネルレンズの断面形状図を示している。
【図９】デザインされたフレネルレンズの断面形状図を示している。
【図１０】レンズの両側の二つのゾーンとこれら二つのゾーンのための転移領域とを有するフレネルレンズの一つの実施形態を示している。
【図１１】広角レンズを有するリアプロジェクション表示装置の一つの実施形態を示している。
【符号の説明】
【００４８】
100、200、300、600  表示装置
110、210、310、610  スクリーン
120、220、320  背面鏡
130、250  投影レンズ
140、260  光学エンジン
230  非球面鏡
240  反射鏡
330  中間鏡
340  レンズシステム
350  デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）
400、500  フレネルレンズ、反射光
410  スクリーン部
420  長方形、中央部
600  レンズ、溝面
610  外部領域、ゾーン、反射面
620  内部領域、ゾーン、屈折光
710  反射面
740  反射光線
800  レンズ
1000  従来の屈折型フレネルレンズ
1010  転移領域
1020  全反射型フレネルレンズ
1090  フレネルレンズ
1100  表示装置
1110  スクリーン
1120  広角レンズシステム
1130  ＤＭＤ
【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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【国際調査報告】
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