(57)【要約】本発明によれば、１つの同一のジオプタにわたって分布されたエレメント７１によって、スクリーンへ投射された光線を反射させることにより、マクロコリメートおよびマイクロフォーカシングすることが可能になる。屈折エレメント７２もまた、該ジオプタにわたって分布させることができる。しかし本発明によるスクリーンは、単一の光学的コンポーネント本体７を有するので、該スクリーンを非常に低コストで製造することができる。本発明はとりわけ、非常にコンパクトな投影装置に適用され、投影入射角が大きい場合にも適用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光線のエンベロープの領域内に配置すべきバックプロジェクションスクリーン（１）において、
該バックプロジェクションスクリーンは、１つの同一のジオプタにわたって分布されたエレメント（７１）を有しており、
該ジオプタにより、光線が反射によってマクロコリメートおよびマイクロフォーカシングされることを特徴とするバックプロジェクションスクリーン。
【請求項２】
該スクリーンの面における前記エンベロープの光軸の入射角は７０°以上である、請求項１記載のバックプロジェクションスクリーン。
【請求項３】
該反射は全反射である、請求項１記載のバックプロジェクションスクリーン。
【請求項４】
前記ジオプタはさらに、屈折によってコリメートおよび／またはフォーカシングするエレメント（７２）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載のバックプロジェクションスクリーン。
【請求項５】
前記ジオプタは、該スクリーンの光学的コンポーネント本体（７）の背面に相応する、請求項１から４までのいずれか１項記載のバックプロジェクションスクリーン。
【請求項６】
画像をバックプロジェクションによって表示するためのシステムにおいて、
請求項１から５までのいずれか１項記載のバックプロジェクションスクリーン上に画像を表示するために使用されることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビジョンバックプロジェクタで使用される形式の画像バックプロジェクションスクリーンに関する。
【０００２】
図１は、バックプロジェクションスクリーン１上に画像を表示するためのシステムを示している。該システムには、前記スクリーンから離れて、少なくとも１つの画像ソース（図示されていない）と、このソースの画像をスクリーン上に少なくとも１つの対物レンズ２を介して形成するための光学的手段が設けられている。ＵＳ３７９１７１２にこの種のシステムが記載されている。
【０００３】
画像ソースは、たとえば陰極線管の前面または電気光学的なバルブのマトリクスによって形成される。この電気光学的なバルブはたとえば液晶セルから形成され、該マトリクスは光源と組み合わされている。
【０００４】
レーザプロジェクタの場合、画像をプロジェクションスクリーン上に表示するためのシステムは、レーザ光線源と、該レーザ光線源の放射強度を変更するための手段と、該レーザ光線源からスクリーンの表面へ放射された、変更された光線を完全に検出するための手段とが設けられている。この検出手段は回転鏡を基礎とすることができ、このことはＵＳ６０２０９３７に記載されている。
【０００５】
したがって、スクリーン上に形成された画像の各画素は、たとえば液晶セルのマトリクスの１つのエレメントに相応するか、または検出および変更の時点におけるレーザ光線の衝撃に相応する。
【０００６】
画像表示システムをよりコンパクトにするため、一般的な手段として、スクリーンと対物レンズ２またはレーザ源との間の光路に鏡を配置する。このようなコンパクトなシステムは、ＵＳ４５１２６３１の図１に記載されている。別の変形形態によれば、この鏡の代わりに、同機能を有するホログラフィのコンポーネントを使用することもできる。
【０００７】
最後に、カラー画像を表示するため、このようなシステムは原色と同数の画像ソースを有する。これらの画像ソースは、該スクリーン１上において異なる原色の画像を重ねるために配置される。
【０００８】
図２には画像バックプロジェクションスクリーン１が示されている。このスクリーンの後方には、対物レンズ２またはレーザ源に由来する光線をマクロコリメートするための手段が設けられており、該スクリーンの前方には、周辺光でディスプレイのコントラストを強調するための手段が設けられている。
【０００９】
「マクロコリメート手段」という用語は、対物レンズ２またはレーザ源に由来する光線を、スクリーンの平面に対して垂直な方向とほぼ同じ方向に配向するのに適した光学的な手段を意味する。したがって、スクリーンへ入射される光線のエンベロープの光軸が、該スクリーンに対して垂直である（入射角が０である）場合、前記手段は一般的には、フレネルレンズ３によって形成される。
【００１０】
コントラストを強調するための手段は、図２に示されているように、一般的にはブラックバンド４のマトリクスによって形成される。
【００１１】
一般的な手段として、フレネルレンズ３とブラックバンド４のマトリクスとの間に、該レンズ３に由来する平行な光線をマイクロフォーカシングするための手段が配置される。この手段は、大部分の光束にブラックバンド４間を通過させるのと、変位すべき画像を監視するための補助装置へ光を配向するのと、双方に適している。このような構成により、ブラックバンドと組み合わせることによって、コントラストを強調すると同時に、スクリーンの発光面領域を最小にすることができる。またこのような構成により、光散乱機能も得ることができる。このマイクロフォーカシング手段は、一般的にはレンチキュラーシート５によって形成されている。この場合は、図２に示されているように、該レンチキュラーシート５の背面にマイクロレンズ５１が設けられており、前面にもマイクロレンズ５２が設けられている。このマイクロレンズ５２は、ブラックマトリクスのバンド４の間に配置されている。
【００１２】
図３には、図２のスクリーンの断面の一部が概略的に示されている。対物レンズまたはレーザ源（これらは図示されていない）に由来する入射光線は、フレネルレンズ３の各プリズムエレメント３１を介して屈折されて偏向され、平行な光線のビームとなる。このビームの光線は、すべてスクリーンに対して直交する。レンチキュラーシート５の各マイクロレンズ５１により、該マイクロレンズ５１によってブラックマトリクスのバンド４間で受け取られた平行な光線が収束される。
【００１３】
対物レンズ２またはレーザ源に由来する光線がスクリーン１上に入射する角度が非常に大きい場合、すなわち図４に示されているように、スクリーンに対する垂線から非常に離れている場合、マクロコリメート手段を、反射によって機能するプリズムエレメントによって形成することができる。このことは、ＵＳ４００３０８０に記載されている（とりわけ、本願の図３および図４を参照せよ）。ここに添付された図５は、プリズムエレメント３２から形成されたマクロコリメート手段が設けられているスクリーン１の断面図である。前記プリズムエレメント３２は、全反射かまたは金属面での反射によって機能する。
【００１４】
それゆえ、該構成、バックプロジェクションスクリーンが何を有しているかに関わらず、マクロコリメート手段２は一般的にプリズムエレメント３１；３２から形成されており、マイクロフォーカシング手段５は一般的にマイクロレンズ５１，５２から形成されている。
【００１５】
したがって、このようなスクリーンを製造するのが高価である理由は、該スクリーンが、別個に製造すべき２つの別個の光学的エレメント、たとえばフレネルレンズおよびレンチキュラーシートを有しているということだけではなく、これら２つの別個のエレメントを精確に組み立てて配向しなければならないことでもある。このような複雑な製造および組み立てステップは、経済的に不利である。
【００１６】
本発明の目的は、前記欠点を改善することである。
【００１７】
そのため、本発明の主題は、投影光線のエンベロープの領域内に配置されるバックプロジェクションスクリーンにおいて、１つの同一のジオプタにわたって分布されたエレメントを有し、前記ジオプタが前記光線を反射によってマクロコリメートおよびマイクロフォーカシング両方できることを特徴とするバックプロジェクションスクリーンである。
【００１８】
従来の技術のように、マクロコリメートするためにフレネルレンズを使用し、かつマイクロフォーカシングするためにレンチキュラーシートを使用するのではなく、同一のエレメントによってマクロコリメートおよびマイクロフォーカシングの両方が可能であるため、単一の光学的コンポーネントを使用して２つの機能が同時に遂行される。このことは、経済的に有意な利点である。
【００１９】
唯一のジオプタのみが使用されるので、従来は２つの別個の光学的コンポーネントによって提供された機能が、同一の表面によって果たされる。マクロコリメート機能およびマイクロフォーカシング機能に関するスクリーンのすべての光学的エレメントが、本発明では同一の面にわたって分布しているので、フレネルレンズまたはレンチキュラーシートを製造するために使用されたような従来の方法によって、たとえば射出成形または圧縮成形によって、本発明によるスクリーンを製造することができる。したがって本発明によるスクリーンは、特に低コストで製造できる。
【００２０】
１つの同一のジオプタにわたって分布された、反射によって作用するエレメントと同様に、本発明によるスクリーンは、非常に斜めな投影入射角に特に適している。また本発明により、鏡を使用しなくても、非常にコンパクトな投影装置を実現することができる。したがって、入射光線のエンベロープの光軸とスクリーンの平面との入射角を、簡単に７０°以上にすることができる。
【００２１】
有利には前記反射は、金属面の正反射と反対である全反射である。
【００２２】
本発明の変形形態によれば、マクロコリメート機能およびマイクロフォーカシング機能に関連してすでに挙げられた光学的エレメントと異なり、前記ジオプタには、反射によってコリメート機能および／またはフォーカシング機能に寄与するエレメントが設けられている。
【００２３】
有利にはこのジオプタは、該スクリーンの光学的コンポーネント本体の背面に相応する。
【００２４】
本発明によるスクリーンは、すべてのバックプロジェクション画像表示システムにおいて、とりわけ少なくとも１つのレーザ源を有するシステムにおいて使用することができる。
【００２５】
本発明は、以下の説明を読めば、より明瞭に理解することができる。以下では、制限されない実施例によって、添付された図面に関連して説明がなされている。
【００２６】
図面
図１および４  バックプロジェクション表示装置の簡単な図である。
【００２７】
図２    従来の技術による、図１の装置のスクリーンを斜視的に示した図である。
【００２８】
図３    図２のスクリーンの断面の一部を概略的に示した図である。
【００２９】
図５    従来の技術による、図４の装置のスクリーンの断面の一部を概略的に示した図である。
【００３０】
図６    本発明の１つの実施形態によるスクリーンの層の一部を概略的に示した図である。
【００３１】
図７    図６のスクリーンの光学的コンポーネント本体の背面を斜視的に示した図である。
【００３２】
説明を簡単にし、かつ本発明と従来の技術との相違点および本発明が従来の技術よりも優れている点を明らかにするため、同じ機能を果たす構成要素に対して同一の参照番号を使用する。
【００３３】
本発明によるスクリーンが配置された領域内の入射光線は、たとえば投影対物レンズまたはレーザ源（これらは図示されていない）に由来する。
【００３４】
図６には、本発明による１つの実施例の断面の一部が示されており、この図６を参照すると、該スクリーンの前面には、ブラックコントラストバンド４のマトリクスが設けられている。１つの同一の表面またはジオプタにわたって連続したジオプタエレメント（屈折エレメント）７１が分布されており、これらのジオプタエレメント７１は、反射によって入射ビームの光線（または光線のエンベロープ）を、一般的にスクリーンに対する垂線のあたりを中心とする方向に配向し、前記ビームの一部をフォーカシングする。このようにして該光線は、スクリーンのブラックマトリクスのバンド４間を通過し、スクリーン上に表示された画像を監視するための補助装置へ配向される。したがって、ブラックバンド４間の各間隙と反対側に配置されているのは、ジオプタエレメント７１である。このジオプタエレメント７１は、少なくとも部分的に、コリメートおよびフォーカシングの２つの機能を同時に果たす。図６に示されているように、すべての入射ビームをマクロコリメートおよびマイクロフォーカシングするために、連続したジオプタエレメント７１が相互に隣接して配置されている。これらのジオプタエレメント７１は別の表面エレメント７２に結合されており、こうするために、エレメント７１，７２のセットが、本発明によるスクリーンの背面を形成している。背面エレメント７２はここでは扁平であり、入射光線の方向に対して直交的に配向されている。こうすることにより、該光線の伝搬方向が偏向されなくなる。したがって該バックプロジェクションスクリーンは単一の光学的コンポーネント本体７からのみ形成されており、該光学的コンポーネント７の背面は単一のジオプタに相応する。この単一のジオプタによって、エレメント７１および７２が組み合わされている。該光学的コンポーネント７の前面は、ここではブラックバンド４のマトリクスを担持する。本発明の変形形態によれば、前記光学的コンポーネント本体７において、ブラックバンド４間にレンチキュラーエレメントを設けることができる。このことは図２におけるエレメント５２と同様である。
【００３５】
本発明によるスクリーンの光学的コンポーネント７は、フレネルレンズまたはレンチキュラーシートを製造するために使用されるような従来の方法によって、たとえば射出成形または圧縮成形によって製造することができる。したがって、本発明によるスクリーンを特に低コストで製造することができる。というのも、従来は別個に製造した後に組み立てるべき２つの別個のコンポーネントによって提供された機能が、ここでは単一のコンポーネントによって提供されるからである。
【００３６】
図６に示されているように、ジオプタエレメント７１は反射によって機能するので、スクリーンが配置されている領域内の光線の入射角は非常に大きい。すなわち、スクリーンに対する垂線から非常に離れている。
【００３７】
本発明の変形形態によれば、表面エレメント７１もまた、反射によるコリメート機能および／またはフォーカシング機能を有する。この変形形態は、ここでは詳細に示されていない。たとえば、これらのエレメントもまた平面であり、もはや入射光線の方向に対して直交的に配置されない。たとえば、これらのエレメントはもはや平面ではなく、コリメート機能および／またはフォーカシング機能を有するのに適した形態である。この変形形態によれば、該スクリーン１の光学的コンポーネント本体７の背面によって形成されたジオプタは、表面エレメント７２における反射および表面エレメント７１における反射によって機能する。
【００３８】
有利には、該スクリーン１の光学的コンポーネント本体７の背面によって形成されたジオプタは、完全にコリメート機能およびフォーカシング機能を同時に果たすように構成される。
【００３９】
それゆえ、本発明によるスクリーンは特に、光線が該スクリーンの平面へ投射され、この光線のエンベロープの光軸の入射角が７０°以上である場合に適していると見なすことができる。
【００４０】
図７は、ジオプタエレメント７１の円形アーチの形態での配置を概略的に示している。この配置は、同一のジオプタに当たる光線の入射角を該スクリーンの幅全体にわたって一定であるようにするのに適している。このような配置は、ＵＳ４６７４８３６の図７にも、従来のスクリーンのケースで記載されている。有利には、光学的コンポーネント７の他方の面上のブラックバンドも同様の円弧状の形状を有しており、スクリーンの幅全体にわたって設けられた各ジオプタエレメント間に配置されている。
【００４１】
本発明によるスクリーンは有利には、すべてのバックプロジェクション画像表示システムにおいて、とりわけ非常にコンパクトなシステムにおいて使用される。該スクリーンはとりわけ、レーザプロジェクタにおいて使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】バックプロジェクション表示装置の簡単な図である。
【００４３】
【図２】従来の技術による、図１の装置のスクリーンを斜視的に示した図である。
【００４４】
【図３】図２のスクリーンの断面の一部を概略的に示した図である。
【００４５】
【図４】バックプロジェクション表示装置の簡単な図である。
【００４６】
【図５】従来の技術による、図４の装置のスクリーンの断面の一部を概略的に示した図である。
【００４７】
【図６】本発明の１つの実施形態によるスクリーンの層の一部を概略的に示した図である。
【００４８】
【図７】図６のスクリーンの光学的コンポーネント本体の背面を斜視的に示した図である。
【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月23日(2003.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光線のエンベロープの領域内に配置すべきバックプロジェクションスクリーン（１）において、
該バックプロジェクションスクリーンは、１つの同一のジオプタにわたって分布されたエレメント（７１）を有しており、
該ジオプタにより、光線が反射によってマクロコリメートおよびマイクロフォーカシングされることを特徴とするバックプロジェクションスクリーン。
【請求項２】
前記エレメントは円弧状に分布されている、請求項１記載のバックプロジェクションスクリーン。
【請求項３】
該反射は全反射である、請求項１または２記載のバックプロジェクションスクリーン。
【請求項４】
前記ジオプタはさらに、屈折によってコリメートおよび／またはフォーカシングするエレメント（７２）を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載のバックプロジェクションスクリーン。
【請求項５】
前記ジオプタは、該スクリーンの背面に相応する、請求項１から４までのいずれか１項記載のバックプロジェクションスクリーン。
【請求項６】
バックプロジェクション画像表示システムにおいて、
請求項１から５までのいずれか１項記載のバックプロジェクションスクリーンと、少なくとも１つの画像ソースと、該画像ソースの画像を該スクリーン上に少なくとも１つの対物レンズを介して形成するための光学的手段とが設けられており、
前記対物レンズは投影光線のエンベロープを形成することを特徴とする、バックプロジェクション画像表示システム。
【請求項７】
該スクリーンの平面における前記エンベロープの光軸の入射角は７０°以上である、請求項６記載のバックプロジェクション画像表示システム。
【請求項８】
同一のジオプタエレメント（７１）に当たる光線の入射角は、該スクリーンの幅全体にわたって一定である、請求項６または７記載のバックプロジェクション画像表示システム。
【国際調査報告】
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