(57)【要約】【課題】２重像・ゴースト像が正規の投写画像に重畳して表示されてしまうという課題があった。【解決手段】入射面に成型した屈折全反射フレネル面の屈折・反射の光学的作用を投写光束５０へ与えて出射面１５から出射する屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃと、透過基板２２の入射面に上下方向の周期構造で単位レンズを配列した集光レンズアレイ２１と、単位レンズの集光点近傍に設けられた透明部２０１と、単位レンズの集光点周辺に設けられた不透明部２００とを透過基板２２の出射面に上下方向の周期構造で交互に配列したブラックストライプ２３とから構成される迷光除去板２０と、その散乱特性によって光束を散乱させる透過基板３２の入射面に水平方向の周期構造で単位レンズを配列したレンチキュラーレンズ３１からなる結像表示板３０とを備える。【選択図】図１
2007328359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面に成型したフレネル面の光学的作用を投写された光束へ与えて出射面から出射するフレネルレンズ手段と、
上記フレネル面の光学的作用の差異によって異なる角度を持った光束のみを除去する迷光除去手段と、
上記迷光除去手段からの光束を散乱して結像させる結像表示手段とを備え、
上記フレネルレンズ手段は、透過型スクリーンの中心線上かつ下辺近傍に回転対称軸を有することを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項２】
フレネルレンズ手段は、
光束を屈折する屈折斜面と、無効ファセット面との周期構造からなる屈折フレネル面を入射面に形成した屈折フレネルレンズ手段とすることを特徴とする請求項１記載の透過型スクリーン。
【請求項３】
フレネルレンズ手段は、
光束を屈折する透過斜面と、上記透過斜面で屈折した上記光束を反射する全反射斜面との周期構造からなる全反射フレネル面を入射面に形成した全反射フレネルレンズ手段とすることを特徴とする請求項１記載の透過型スクリーン。
【請求項４】
フレネルレンズ手段は、
光束を屈折する屈折斜面と、無効ファセット面と、上記光束を屈折する透過斜面と、上記透過斜面で屈折した上記光束を反射する全反射斜面との周期構造からなる屈折全反射フレネル面を入射面に形成した屈折全反射フレネルレンズ手段とすることを特徴とする請求項１記載の透過型スクリーン。
【請求項５】
フレネルレンズ手段は、
投写された光束を出射面の法線と略平行な方向へ屈折斜面で屈折することを特徴とする請求項２記載の透過型スクリーン。
【請求項６】
フレネルレンズ手段は、
透過斜面で屈折した光束を出射面の法線と略平行な方向へ全反射斜面で反射することを特徴とする請求項３記載の透過型スクリーン。
【請求項７】
フレネルレンズ手段は、
投射された光束を出射面の法線と略平行な方向へ屈折斜面で屈折するとともに、透過斜面で屈折した光束を上記出射面の法線と略平行な方向へ全反射斜面で反射することを特徴とする請求項４記載の透過型スクリーン。
【請求項８】
フレネルレンズ手段は、
その回転中心からの距離に応じて、透過斜面および全反射斜面からなる全反射フレネル部と、屈折斜面および無効ファセット面からなる屈折フレネル部との割合を変化させることを特徴とする請求項４記載の透過型スクリーン。
【請求項９】
迷光除去手段は、
第１透過基板の入射面に上下方向の周期構造で単位レンズを配列した集光レンズアレイ手段と、
上記単位レンズの集光点近傍に設けられた透明部と、上記単位レンズの集光点周辺に設けられた不透明部とを上記第１透過基板の出射面に上下方向の周期構造で交互に配列した第１ブラックストライプ手段とから構成されることを特徴とする請求項１記載の透過型スクリーン。
【請求項１０】
結像表示手段は、
その散乱特性によって光束を散乱させる第２透過基板の入射面に水平方向の周期構造で単位レンズを配列したレンチキュラーレンズ手段とすることを特徴とする請求項１記載の透過型スクリーン。
【請求項１１】
迷光除去手段は、
第１透過基板、集光レンズアレイ手段および第１ブラックストライプ手段を保持する保持用透過基板を備えることを特徴とする請求項９記載の透過型スクリーン。
【請求項１２】
迷光除去手段は、
フレネルレンズ手段の回転中心に対して同心円状の周期構造で成型した集光レンズアレイ手段および第１ブラックストライプ手段を備えることを特徴とする請求項９記載の透過型スクリーン。
【請求項１３】
迷光除去手段は、
直線状の周期構造で成型した集光レンズアレイ手段および第１ブラックストライプ手段を備えることを特徴とする請求項９記載の透過型スクリーン。
【請求項１４】
迷光除去手段は、
散乱特性を付与した第１透過基板または上記散乱特性を付与した集光レンズアレイ手段を備えることを特徴とする請求項９記載の透過型スクリーン。
【請求項１５】
結像表示手段は、
第２透過基板とレンチキュラーレンズ手段との間に、上記レンチキュラーレンズ手段の単位レンズの集光点近傍に設けられた透明部と、上記単位レンズの集光点周辺に設けられた不透明部とを第３透過基板の出射面に水平方向の周期構造で交互に配列した第２ブラックストライプ手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の透過型スクリーン。
【請求項１６】
迷光除去手段は、
光束を透過する透明部と、
上記透明部を上下方向の周期構造でそれぞれ挟んで配列した水平方向ルーバ状不透明部と、
上記透明部を水平方向の周期構造でそれぞれ挟んで配列した上下方向ルーバ状不透明部とから構成されることを特徴とする請求項１記載の透過型スクリーン。
【請求項１７】
迷光除去手段は、
光束を透過する透明部と、
上記透明部を上下方向の周期構造でそれぞれ挟んで配列した水平方向ルーバ状不透明部とから構成され、
結像表示手段は、
第２透過基板とレンチキュラーレンズ手段との間に、上記レンチキュラーレンズ手段の単位レンズの集光点近傍に設けられた透明部と、上記単位レンズの集光点周辺に設けられた不透明部とを第３透過基板の出射面に水平方向の周期構造で交互に配列した第２ブラックストライプ手段を備えることを特徴とする請求項１０記載の透過型スクリーン。
【請求項１８】
迷光除去手段は、
フレネルレンズ手段の出射面の法線に沿って幅の変化する台形状にルーバ状不透明部の断面形状を形成することを特徴とする請求項１６または請求項１７記載の透過型スクリーン。
【請求項１９】
迷光除去手段は、
フレネルレンズ手段の出射面に一体成型されることを特徴とする請求項１６または請求項１７記載の透過型スクリーン。
【請求項２０】
請求項１から請求項１９のうちのいずれか１項記載の透過型スクリーンと、
上記透過型スクリーンへ光束を投写して、上記透過型スクリーンに画像を表示させる投写光学系とを備えることを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、その内部で発生する無効光束による表示特性の劣化を除去する透過型スクリーンに関するものであり、またこの発明は、透過型スクリーンを用いた投写型表示装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、図６から図８までを用いて、屈折フレネルレンズ板、全反射フレネルレンズ板および屈折全反射フレネルレンズ板の各種フレネルレンズ手段をそれぞれ用いた従来の透過型スクリーンの課題について説明する。
【０００３】
図６は従来の屈折フレネルレンズ板の構造・動作を説明するための図であり、屈折フレネル面を投写光束の入射側に形成した屈折フレネルレンズ板の断面形状を示している。
【０００４】
図６において、１１０Ａは屈折フレネルレンズ板（屈折フレネルレンズ手段）、１１１は屈折斜面（屈折フレネル面）、１１２は無効ファセット面（屈折フレネル面）、１１５は出射面、ｎは屈折フレネルレンズ板１１０Ａ（または出射面１１５）の法線である。また、１５０は屈折フレネルレンズ板１１０Ａへの投写光束、１５２は無効光束、１５３は有効光束である。屈折フレネルレンズ板１１０Ａは、屈折斜面１１１と、この屈折斜面１１１に隣接した無効ファセット面１１２との組合せからなる周期構造により構成されている。
【０００５】
次に動作について説明する。
投写光束１５０は、屈折フレネルレンズ板１１０Ａの法線ｎに対して斜め方向から入射し、一部は屈折斜面１１１で法線ｎの方向へ屈折（光学的作用）されて、屈折フレネルレンズ板１１０Ａの出射面１１５から有効光束１５３として出射する。
【０００６】
一方、投写光束１５０の残りの部分は、無効ファセット面１１２で屈折（光学的作用）されて無効光束１５２になる。無効光束１５２は法線ｎの方向から傾いており、その一部は出射面１１５から出射し、別の一部は出射面１１５で反射する。出射面１１５で反射した無効光束１５２は、その後屈折フレネルレンズ板１１０Ａを構成する屈折斜面１１１または無効ファセット面１１２へ再度入射し、屈折斜面１１１または無効ファセット面１１２と出射面１１５との間で屈折・反射を繰り返す。
【０００７】
以上の各光束のうち有効光束１５３が正規の画像光であり、無効光束１５２は正規の表示位置以外に輝点や線像などが表示される２重像やゴースト像を発生させる原因となっていた。
【０００８】
図７は従来の全反射フレネルレンズ板の構造・動作を説明するための図であり、全反射フレネル面を投写光束の入射側に形成した全反射フレネルレンズ板の断面形状を示している。
【０００９】
図７において、１１０Ｂは全反射フレネルレンズ板（全反射フレネルレンズ手段）、１１３は全反射斜面（全反射フレネル面）、１１４は透過斜面（全反射フレネル面）、１１５は出射面、ｎは全反射フレネルレンズ板１１０Ｂ（または出射面１１５）の法線である。また、１５０は全反射フレネルレンズ板１１０Ｂへの投写光束、１５１は有効光束、１５２は「それ光束」（無効光束）である。全反射フレネルレンズ板１１０Ｂは、全反射斜面１１３と、この全反射斜面１１３に隣接した透過斜面１１４との組合せからなる周期構造により構成されている。
【００１０】
次に動作について説明する。
投写光束１５０は全反射フレネルレンズ板１１０Ｂの法線ｎに対して斜め方向から入射し、一部は透過斜面１１４で屈折（光学的作用）されてから全反射斜面１１３で法線ｎの方向へ反射（光学的作用）され、全反射フレネルレンズ板１１０Ｂの出射面１１５から有効光束１５１として出射する。
【００１１】
一方、投写光束１５０の残りの部分は、全反射斜面１１３で反射されずに「それ光束」１５２になる。「それ光束」１５２は法線ｎの方向から傾いており、その一部は出射面１１５から出射し、別の一部は出射面１１５で反射する。出射面１１５で反射した「それ光束」１５２は、その後全反射フレネルレンズ板１１０Ｂを構成する全反射斜面１１３または透過斜面１１４へ再度入射し、全反射斜面１１３または透過斜面１１４と出射面１１５との間で屈折・反射を繰り返す。
【００１２】
以上の各光束のうち有効光束１５１が正規の画像光であり、「それ光束」１５２は正規の表示位置以外に輝点や線像などが表示される２重像やゴースト像を発生させる原因となっていた。
【００１３】
図８は従来の屈折全反射フレネルレンズ板の構造・動作を説明するための図であり、屈折フレネル面および全反射フレネル面の両方を投写光束の入射側に形成した屈折全反射フレネルレンズ板の構造を示している。図６，図７と同一符号は同一または相当する構成である。図８において、１１０Ｃは屈折全反射フレネルレンズ板（屈折全反射フレネルレンズ手段）である。
【００１４】
次に動作について説明する。
投写光束１５０は屈折全反射フレネルレンズ板１１０Ｃの法線ｎに対し斜め方向から入射する。屈折斜面１１１で屈折（光学的作用）した光束は法線ｎの方向へ進行する有効光束１５３となる。また、透過斜面１１４で屈折（光学的作用）して全反射斜面１１３で反射（光学的作用）した光束は法線ｎの方向へ進行する有効光束１５１となる。
【００１５】
一方、無効ファセット面１１２で屈折（光学的作用）した投写光束１５０および透過斜面１１４で屈折（光学的作用）した後に全反射斜面１１３で全反射されなかった投写光束１５０は、無効光束（「それ光束」）１５２となる。無効光束１５２は法線ｎから傾いた方向へ進行して、その一部は出射面１１５から出射し、別の一部は出射面１１５で反射する。出射面１１５で反射した無効光束１５２はその後、屈折全反射フレネルレンズ板１１０Ｃを構成する屈折斜面１１１，無効ファセット面１１２，全反射斜面１１３，透過斜面１１４へ再度入射し、屈折斜面１１１，無効ファセット面１１２，全反射斜面１１３，透過斜面１１４と出射面１１５との間で屈折・反射を繰り返す。
【００１６】
以上の各光束のうち有効光束１５１，１５３が正規の画像光であり、無効光束１５２は正規の表示位置以外に輝点や線像などが表示される２重像やゴースト像を発生させる原因となっていた。
【００１７】
なお、従来の透過型スクリーンは、図６〜図８に示したフレネルレンズ板１１０Ａ，全反射フレネルレンズ板１１０Ｂ，屈折全反射フレネルレンズ板１１０Ｃの出射面１１５側に、水平・垂直方向に視野角を制御し、かつ画像を結像させるためのレンチキュラーレンズ板が配置される（図示省略）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従来の透過型スクリーンは以上のように構成されているので、正規の投写画像の表示に寄与する有効光束以外に、２重像・ゴースト像の原因となる無効光束の発生が原理的に避けられず、２重像・ゴースト像が正規の投写画像に重畳して表示されてしまうという課題があった。
【００１９】
２重像・ゴースト像の発生は高画質な画像表示を行う上で障害となるので、これらの減少を改善することが求められる。
【００２０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、無効光束を除去し、有効光束だけで正規の投写画像を表示できる高画質な透過型スクリーンを提供することを目的とする。
【００２１】
また、この発明は、２重像・ゴースト像の発生を除去して高画質な画像を表示できる投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
この発明に係る透過型スクリーンは、入射面に成型したフレネル面の光学的作用を投写された光束へ与えて出射面から出射するフレネルレンズ手段と、上記フレネル面の光学的作用の差異によって異なる角度を持った光束のみを除去する迷光除去手段と、上記迷光除去手段からの光束を散乱して結像させる結像表示手段とを備え、上記フレネルレンズ手段が、透過型スクリーンの中心線上かつ下辺近傍に回転対称軸を有するものである。
【発明の効果】
【００２３】
この発明に係る透過型スクリーンは、入射面に成型したフレネル面の光学的作用を投写された光束へ与えて出射面から出射するフレネルレンズ手段と、フレネル面の光学的作用の差異によって異なる角度を持った光束のみを除去する迷光除去手段と、迷光除去手段からの光束を散乱して結像させる結像表示手段とを備え、フルネルレンズ手段が透過型スクリーンの中心線上かつ下辺近傍に回転対称軸を有するように構成したので、上下方向に発生する無効光束を迷光除去手段で除去し、迷光除去手段と結像表示手段との組み合わせにより透過型スクリーン中央から左右に外れた領域の斜めに生じる無効光束を除去することができるので、２重像・ゴースト像を緻密に除去し表示画像の高画質化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。なお、各図面における同一符号は同一または相当する構成要素を示している。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による透過型スクリーンの上下方向断面構造を示す図であり、図２はこの発明の実施の形態１による透過型スクリーンの斜視構造を示す図である。
【００２５】
図１において、１０Ｃは屈折全反射フレネルレンズ板（屈折全反射フレネルレンズ手段）、２０は迷光除去板（迷光除去手段）、３０は結像表示板（結像表示手段）である。屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃ，迷光除去板２０および結像表示板３０から透過型スクリーンが構成されている。ｎは屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃ，迷光除去板２０，結像表示板３０に共通の法線である。また図２において、４０は投写光束５０を出射する投写光学系、９０は拡大表示画像の鑑賞者である。
【００２６】
次に動作について説明する。
投写光学系４０から出射し、法線ｎに対して傾斜して屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃへ入射する投写光束５０の一部は、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの入射面に設けられた屈折斜面１１で屈折されて法線ｎに平行な有効光束５３となる。また投写光束５０の別の一部は透過斜面１４で屈折した後に全反射斜面１３で反射され、法線ｎに平行な有効光束５１となる。
【００２７】
これら以外の投写光束５０は、屈折斜面１１に隣接する無効ファセット面１２で屈折するか、もしくは透過斜面１４で屈折した後に全反射斜面１３で反射せず法線ｎに対して傾斜した無効光束（「それ光束」）５２となり、両者とも出射面１５へ入射する。
【００２８】
迷光除去板２０は、透過基板（第１透過基板）２２の入射面側に形成された集光レンズアレイ（集光レンズアレイ手段）２１と、透過基板２２の出射面側に形成されたブラックストライプ（第１ブラックストライプ手段）２３とから構成されている。集光レンズアレイ２１とブラックストライプ２３とは、典型的には図２のように、上下方向に周期性を有するレンズアレイと、透明／不透明の格子板の構造とからなっている。ブラックストライプ２３は、集光レンズアレイ２１を構成する各単位レンズの集光点近傍の透明部２０１と集光点周辺の不透明部２００とが周期的に交互に形成されている。
【００２９】
図１において、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃで法線ｎに沿う方向へ偏向された有効光束５１，５３は集光レンズアレイ２１へ入射後、集光レンズアレイ２１の単位レンズの焦点近傍に集光され、透明部２０１を透過して有効出射光束５５となり、結像表示板３０へ入射する。このために、集光レンズアレイ２１の各単位レンズの中心と透明部２０１の中心とは、断面構造を示す図１の如く略一致するように互いに配置されている。
【００３０】
結像表示板３０の入射面には、水平方向に周期性を持つレンチキュラーレンズ（シリンドリカルレンズアレイ、レンチキュラーレンズ手段）３１が設けられ、また結像表示板３０の出射面側には、透過基板（第２透過基板）３２が設けられてレンチキュラーレンズ３１を保持している。
【００３１】
レンチキュラーレンズ３１は入射する光を水平方向へ拡散させる作用がある。また、透過基板３２の内部もしくは表面近傍には公知の材料よりなる散乱粒子が分散保持されており、透過基板３２は拡散板として作用することで投写画像を結像させる。よって透過型スクリーンから出射する画像光束８０の水平方向の配光特性はレンチキュラーレンズ３１の屈折力と透過基板３２の散乱特性とから決定される。また、画像光束８０の上下方向の配光特性は、迷光除去板２０の集光レンズアレイ２１の屈折力と透過基板３２の散乱特性とから決定される。
【００３２】
なお、有効光束５１，５３は屈折斜面１１および全反射斜面１３によって法線ｎに沿う方向へ偏向されているので、透過型スクリーンから出射する画像光束８０は法線ｎに対して対称性の良い配光特性となり、透過型スクリーンの正面に位置する鑑賞者９０が画像を鑑賞する上で都合が良い。
【００３３】
続いて、迷光除去板２０の無効光束除去作用について述べる。
屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃで生じた無効光束５２は、法線ｎに対して傾斜した状態で出射面１５を通じて迷光除去板２０へ入射する。もしくは無効光束５２は出射面１５で反射無効光束５４として反射した後、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの入射面側の屈折斜面１１，無効ファセット面１２，全反射斜面１３，透過斜面１４などによって再度屈折・反射され、一部の光束が出射面１５を透過して迷光除去板２０へ無効光束として再入射する。詳細な光線追跡シミュレーションによれば、この再入射の際の無効光束もその大部分は法線ｎに対して大きく傾斜した光束であることが判明している。
【００３４】
法線ｎに対して傾斜して迷光除去板２０へ入射する無効光束（再入射する無効光束も含む）５２は、集光レンズアレイ２１を透過後、ブラックストライプ２３の不透明部２００により吸収されるので、結像表示板３０への入射が防止される。よって無効光束５２に起因する２重像やゴースト像の発生が大幅に改善されるようになる。
【００３５】
なお、不透明部２００は、公知の各種黒色塗料の選択塗布、パターニング、透過基板２２の出射側表面の選択的粗面加工、もしくはこれらの組合せにより構成される。
【００３６】
また、この発明に用いている迷光除去板２０の無効光束除去機能は、上下方向に周期性のある集光レンズアレイ２１とブラックストライプ２３とにより実現されているので、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの回転対称軸が透過型スクリーンの左右中心線上に位置する場合には、この中心線を含む断面内で理想的に機能する。
【００３７】
さらに、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの回転中心に対して、集光レンズアレイ２１およびブラックストライプ２３を同心円状の周期構造とすることにより、迷光除去板２０の無効光束除去機能をより有効に機能させることができる。
【００３８】
さらに、理想的には、迷光除去板２０の遮光機能は透過基板２２や集光レンズアレイ２１に散乱機能がない場合に本来発揮されるものであり、結像のための散乱作用は透過基板３２に主に分担させて配置するのが通常の手法ではあるが、迷光除去板２０の構成要素である透過基板２２や集光レンズアレイ２１の材料に散乱機能を付与して、透過型スクリーンの出射光の配光特性や結像作用を制御することも可能である。
【００３９】
例えば、画像光束８０に生じるシンチレーションによる投写画像の劣化を防止するために、透過基板２２や集光レンズアレイ２１の材料に微小粒子を意図的に混入して若干の散乱特性を付与し、物理的に距離のある透過基板３２の散乱特性と合わせて透過型スクリーンの法線ｎ方向に散乱機能を分散配置するのが有効な場合もある。したがって、迷光除去板２０の構成要素に散乱機能を持たせるかどうかは、投写型表示装置のシステム設計に依存する事項である。
【００４０】
さらに、迷光除去板２０を構成するレンズアレイ２１，透過基板２２，ブラックストライプ２３の層厚が薄く保持に不都合な場合には、図１に点線で示したように透過基板（保持用透過基板）２４でこれらを保持するように構成しても良い。
【００４１】
さらに、本願発明者らは、図２の如く上下方向に周期性のある直線状の集光レンズアレイ２１と同じく上下方向に周期性のある直線状のブラックストライプ２３により構成された迷光除去板２０を回転対称軸が透過型スクリーン中心線上でかつ透過型スクリーンの下部付近にある屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃに組み合わせて、投写画像の観測を行なった。この結果、表示画像に重畳される２重像・ゴースト像は、画像中心を通る上下方向の部分を中心に、透過型スクリーン面内の相当領域において低減されることが確認できた。
【００４２】
このことは、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの中心に対して理想的には同心円構造とすべき迷光除去板２０を、直線ストライプ構造の集光レンズアレイとブラックストライプとから構成された迷光除去板で代用しても、一定の画質改善効果が得られることを意味している。この迷光除去板で代用することにより、迷光除去板の製造上の制約を大幅に緩和し、良好な画像を低コストで表示できる透過型スクリーンを提供できるようになる。
【００４３】
以上のように、この実施の形態１によれば、入射面に成型した屈折全反射フレネル面の屈折・反射の光学的作用を投写光束５０へ与えて出射面１５から出射する屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃと、透過基板２２の入射面に上下方向の周期構造で単位レンズを配列した集光レンズアレイ２１と、単位レンズの集光点近傍に設けられた透明部２０１と、単位レンズの集光点周辺に設けられた不透明部２００とを透過基板２２の出射面に上下方向の周期構造で交互に配列したブラックストライプ２３とから構成される迷光除去板２０と、その散乱特性によって光束を散乱させる透過基板３２の入射面に水平方向の周期構造で単位レンズを配列したレンチキュラーレンズ３１からなる結像表示板３０とを備えるようにしたので、無効光束５２，５４を除去し、有効光束５１，５３だけで正規の投写画像を表示できる高画質な透過型スクリーンを提供できるという効果が得られる。
【００４４】
また、この実施の形態１によれば、投射光束５０を出射面１５の法線ｎと略平行な方向へ屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃが屈折斜面１１で屈折するとともに、透過斜面１４で屈折した光束を出射面１５の法線ｎと略平行な方向へ屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃが全反射斜面１３で反射するようにしたので、透過型スクリーンの法線ｎ方向に対して対称性のある配光特性の表示画像を形成でき、透過型スクリーン中心に位置する鑑賞者９０に最適な条件で画像を表示できるという効果が得られる。
【００４５】
さらに、この実施の形態１によれば、透過基板２２，集光レンズアレイ２１およびブラックストライプ２３を保持する保持用の透過基板２４を迷光除去板２０が備えるようにしたので、透過基板２２，集光レンズアレイ２１，ブラックストライプ２３の層が薄い場合でも、迷光除去板２０を構成できるという効果が得られる。
【００４６】
さらに、この実施の形態１によれば、フレネルレンズ板１０Ｃの回転中心に対して同心円状の周期構造で成型した集光レンズアレイおよび第１ブラックストライプを迷光除去板２０が備えるようにしたので、迷光除去板２０の無効光束除去機能をより有効に機能させることができるという効果が得られる。
【００４７】
さらに、この実施の形態１によれば、直線状の周期構造で成型した集光レンズアレイおよび第１ブラックストライプを迷光除去板２０が備えるようにしたので、迷光除去板２０の製造上の制約を大幅に緩和し、良好な画像を低コストで表示できるという効果が得られる。
【００４８】
さらに、この実施の形態１によれば、散乱特性を付与した透過基板２２または散乱特性を付与した集光レンズアレイ２１を迷光除去板２０が備えるようにしたので、画像光束８０に生じるシンチレーションによる投写画像の劣化を防止できるという効果が得られる。
【００４９】
さらに、この実施の形態１によれば、透過型スクリーンへ投写光束５０を投写して、透過型スクリーンに画像を表示させる投写光学系４０を備えるようにしたので、２重像・ゴースト像の発生を除去して高画質な画像を表示できる投写型表示装置を提供できるという効果が得られる。
【００５０】
実施の形態２．
この実施の形態２では、投写画像内のより広い領域において、２重像・ゴースト像を低減できる手法について説明する。
【００５１】
図３はこの発明の実施の形態２による透過型スクリーンの構造を示す図である。図３において、３３は透過基板（第３透過基板）、３４はブラックストライプ（第２ブラックストライプ手段）である。
図３では、無効光束の水平方向成分を除去する迷光除去板２０の機能を結像表示板３０に持たせている。このために、水平方向に周期性を有するレンチキュラーレンズ３１と透過基板３２との間に、水平方向に周期性を持つブラックストライプ３４と透過基板３３とを配置している。これ以外の構成は図１，図２と同様なので、構成の説明を省略する。
【００５２】
図３（ａ）の結像表示板３０の構造拡大図を図３（ｂ）に示す。図２の実施の形態１と同じく投写画像を結像させるべく、透過基板３２は、拡散特性を持たせるように透過基板３２の内部もしくは表面近傍に公知の材料よりなる散乱粒子が分散保持されている。また、レンチキュラーレンズ３１は上下方向に延伸し水平方向に周期性を有する円筒状のレンズアレイである。
【００５３】
さらに、ブラックストライプ３４は、レンチキュラーレンズ３１の各単位レンズ中心に透明部３０１を合わせ、レンズ中心から不透明部３００を外すような水平方向の周期構造を有している。さらに、不透明部３００は、公知の各種黒色塗料の選択塗布、パターニング、透過基板３３の出射側表面の選択的粗面加工、もしくはこれらの組合せにより構成されている。ブラックストライプ３４とレンチキュラーレンズ３１とは、透過基板３３を挟んで所定の距離を保つように保持され、さらにブラックストライプ３４側が透過基板３２に接着などの方法で装着されている。
【００５４】
以上のように、結像表示板３０を構成することにより、図２の迷光除去板２０と同じ原理で、結像表示板３０に水平方向の無効光束除去機能を持たせることができる。これによって、回転対称軸が透過型スクリーン中心線上で、かつ透過型スクリーンの下部付近にある屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃを用いた場合には、透過型スクリーンの水平方向中央部近傍で上下方向に発生する無効光束を迷光除去板２０で除去し、迷光除去板２０と結像表示板３０との組合せによって、透過型スクリーン中央から左右に外れた領域の斜めに生じる無効光束を除去できるので、図１，図２の場合と比較して、２重像・ゴースト像をより緻密に除去できる。
【００５５】
以上のように、この実施の形態２によれば、透過基板３２とレンチキュラーレンズ３１との間に、レンチキュラーレンズ３１の単位レンズの集光点近傍に設けられた透明部３０１と、単位レンズの集光点周辺に設けられた不透明部３００とを透過基板３３の出射面に水平方向の周期構造で交互に配列したブラックストライプ３４を結像表示板３０が備えるようにしたので、無効光束５２の上下方向成分、水平方向成分を除去できるようになり、２重像・ゴースト像をより緻密に除去できるという効果が得られる。
【００５６】
実施の形態３．
この実施の形態３では、実施の形態２と同様に無効光束の上下方向成分と水平方向成分とを共に除去できる透過型スクリーンの構成変形例について説明する。
【００５７】
図４はこの発明の実施の形態３による透過型スクリーンの構造を示す図である。図４（ａ）において、１０Ｃは図１と同様の屈折全反射フレネルレンズ板、２０は屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの出射面１５側に配置された迷光除去板、２６は迷光除去板２０の透明部、２５は迷光除去板２０のルーバ状不透明部、５５は迷光除去板２０の有効出射光束である。また、結像表示板３０の構成は図１と同様である。
【００５８】
さらに図４（ｂ）には、迷光除去板２０と屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃを有効出射光束５５の側から見た拡大斜視図が描かれている。この拡大斜視図において、２５Ｈは水平方向ルーバ状不透明部であり、上下方向に透明部２６を挟み周期的に配列されている。２５Ｖは上下方向ルーバ状不透明部であり、水平方向に透明部２６を挟み周期的に配列されている。
【００５９】
次に図４の透過型スクリーンの動作について説明する。
図１の場合と同様に、屈折斜面１１の屈折作用と透過斜面１４および全反射斜面１３の作用とにより、投写光束５０は透過型スクリーンの法線ｎの方向に進行する有効光束５３，５１となる。有効光束５３，５１は透明部２６を透過して有効出射光束５５となって結像表示板３０へ入射し、レンチキュラーレンズ３１によって水平方向に拡散された後、散乱性のある透過基板３２上に投写画像が結像される。画像光束８０の水平方向の配光特性は、レンチキュラーレンズ３１の水平方向拡散特性と透過基板３２の散乱特性とによって決定される。また、上下方向の配光特性は透過基板３２の散乱特性により決定される。
【００６０】
符号５２を付した点線矢印は、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの無効ファセット面１２を透過した無効光束、もしくは透過斜面１４を透過して全反射斜面１３で反射されずに生じた無効光束である。この無効光束５２は、法線ｎの方向へ沿うように構成されたルーバ状不透明部２５により吸収されるか、もしくは屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃと迷光除去板２０との界面１５で反射されて反射無効光束５４となる。界面１５での反射無効光束５４は、この後、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃ入射側の屈折斜面１１，無効ファセット面１２，全反射斜面１３，透過斜面１４で屈折／反射を受け、界面１５へ再度入射してルーバ状不透明部５２で大部分が吸収される。
【００６１】
界面１５による反射無効光束５４は、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの裏面（出射面）側に迷光除去板２０が一体成型されるか、もしくは両者が接着剤等で貼り合わせられる場合には殆ど発生しないので考慮する必要はない。迷光除去板２０は、例えばアクリル材料を用いて、ルーバ状不透明部２５に相当する突起列を形成した金型で格子状の溝を成型し、吸収性のある墨やインクを溝部に注入することで形成できる。
【００６２】
墨もしくはインクを注入する際に、迷光除去板２０の表面に残った汚れ成分は適宜ふき取るなどして、透明部２６の透過特性を妨げないように処理しておく必要がある。このようにして作成した迷光除去板２０を、例えばアクリル材から構成された屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃに、アクリルと屈折率の類似した接着剤で貼り付けることで両者が一体成型され、かつ反射無効光束５４の発生を最小限に抑えることができる。もちろん、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの裏面側に迷光除去板２０を直接一体成型した後、墨やインクを注入することで作成しても問題ない。
【００６３】
なお、図４（ａ）には透過型スクリーンの上下方向断面図を示したが、投写光束５０には斜め方向成分もしくは水平方向成分もあり、この場合に生じる無効光束の水平方向成分は上下方向ルーバ状不透明部２５Ｖで主に吸収されることになる。また無効光束の上下方向成分は水平方向ルーバ状不透明部２５Ｈで主に吸収されることになる。
【００６４】
また、ルーバ状不透明部２５，２５Ｖ，２５Ｈは、型成型の容易性や墨／インクの注入容易性を考慮して、法線ｎの方向に沿って幅がゆるやかに変化するような形状としても良い。この場合、透過型スクリーンの断面図を示す図４（ａ）において、ルーバ状不透明部２５は、法線ｎに沿って幅が変化するゆるやかな台形状となる（図示省略）。
【００６５】
以上のように、この実施の形態３によれば、光束を透過する透明部２６と、透明部２６を上下方向の周期構造でそれぞれ挟んで配列した水平方向ルーバ状不透明部２５Ｈと、透明部２６を水平方向の周期構造でそれぞれ挟んで配列した上下方向ルーバ状不透明部２５Ｖとから迷光除去板２０が構成されるようにしたので、無効光束５２の上下方向成分、水平方向成分を除去できるようになり、２重像・ゴースト像をより緻密に除去できるという効果が得られる。
【００６６】
また、この実施の形態３によれば、フレネルレンズ板１０Ｃの出射面１５の法線ｎに沿って幅の変化する台形状にルーバ状不透明部２５Ｈ，２５Ｖの断面形状を迷光除去板２０が形成するようにしたので、迷光除去板２０の型成型やルーバ状不透明部に相当する墨／インクの注入を容易に行なうことができるという効果が得られる。
【００６７】
さらに、この実施の形態３によれば、フレネルレンズ板１０Ｃの出射面１５に迷光除去板２０が一体成型されるようにしたので、フレネルレンズ板１０Ｃの出射面で生じる反射無効光束の発生を最小限に抑制できるという効果が得られる。
【００６８】
実施の形態４．
ルーバ素子とブラックストライプ付きのレンチキュラーレンズとを組み合わせて、無効光束の上下方向成分と水平方向成分とを共に除去できる構成例を次の図５に示す。
【００６９】
図５はこの発明の実施の形態４による透過型スクリーンの構造を示す図である。
図５において、２０は迷光除去板であり、ルーバ状不透明部２５と透明部２６とから構成されている。図５（ｂ）に図示するように、ルーバ状不透明部２５は上下方向に周期的に配列された水平方向ルーバ状不透明部２５Ｈからのみ構成されている。また、結像表示板３０は、有効出射光束５５の入射側から順に、レンチキュラーレンズ３１，透過基板３３，ブラックストライプ３４，透過基板３２が順に積層されて構成されている。
【００７０】
ブラックストライプ３４は、図５（ｃ）に拡大描画したように、水平方向に周期的に配置されたストライプ状の不透明部３００と透明部３０１より構成され、透明部３０１の水平方向中心部はレンチキュラーレンズ３１の各単位レンズの中心部に合わせて配置されている。また、透過基板３３はレンチキュラーレンズ３１とブラックストライプ３４との間の間隔を設定保持している。屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの構成は図１と同様であり説明を省略する。
【００７１】
次に図５の透過型スクリーンの動作につき説明する。
投写光束５０は、図１の場合と同様に屈折斜面１１の屈折作用と、透過斜面１４および全反射斜面１３の作用とにより、透過型スクリーンの法線ｎの方向へ進行する有効光束５３，５１となる。有効光束５３，５１は透明部２６を透過して有効出射光束５５となって結像表示板３０へ入射し、レンチキュラーレンズ３１によって水平方向に拡散された後、散乱性のある透過基板３２上へ投写画像が結像される。画像光束８０の水平方向の配光特性は、レンチキュラーレンズ３１の水平方向拡散特性と透過基板３２の散乱特性とにより決定される。また、上下方向の配光特性は、透過基板３２の散乱特性により決定される。
【００７２】
符号５２を付した点線矢印は、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの無効ファセット面１２を透過した無効光束、もしくは透過斜面１４を透過して全反射斜面１３で反射されずに生じた無効光束である。無効光束５２は、法線ｎの方向に沿うように構成されたルーバ状不透明部２５により吸収されるか、もしくは屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃと迷光除去板２０との界面１５で反射された反射無効光束５４となる。この反射無効光束５４は、この後、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの入射側の屈折斜面１１，無効ファセット面１２，全反射斜面１３，透過斜面１４で屈折／反射を受け、界面１５へ再度入射しルーバ状不透明部５２で大部分が吸収される。
【００７３】
界面１５による反射無効光束５４は、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの裏面側に迷光除去板２０が一体成型されるか、もしくは両者が接着剤等で貼り合わせられる場合には殆ど発生しないので考慮する必要はない。迷光除去板２０は、例えばアクリル材料を用いて、ルーバ状不透明部２５に相当する突起列を形成した金型で格子状の溝を成型し、溝部に吸収性のある墨やインクを注入することで形成できる。墨もしくはインクを注入の際に迷光除去板の表面に残った汚れ成分は、適宜ふき取るなどして透明部２６の透過特性を妨げないように処理しておく必要がある。
【００７４】
このようにして作成した迷光除去板２０を例えばアクリル材から構成された屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃに、これと屈折率の類似した接着剤で貼りつけることで両者が一体成形される。もちろん、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃの裏面側に迷光除去板２０を直接一体成型した後、墨やインクを注入することで作成しても問題ない。
【００７５】
ルーバ状不透明部２５，２５Ｈは、型成型の容易性や墨／インクの注入容易性を考慮して、法線ｎの方向に沿って幅が緩やかに変化するような形状としても良い。この場合、断面図を示す図５（ａ）において、ルーバ状不透明部２５は、法線ｎに沿って幅が変化する緩やかな台形状となる（図示省略）。
【００７６】
なお、図５（ａ）には透過型スクリーンの上下方向断面図を示したが、投写光束５０には斜め方向成分もしくは水平方向成分もあり、この場合に生じる無効光束の水平方向成分は主に結像表示板３０内のレンチキュラーレンズ３１とブラックストライプ３４の不透明部３００の作用により吸収除去される（図５（ｃ）参照）。
【００７７】
また、レンチキュラーレンズ３１とブラックストライプ３４は水平方向に周期性を持つように配置されており、図１の集光レンズアレイ２１とブラックストライプ２３とは９０°回転した配置であるが、無効光束の吸収原理は同じである。
【００７８】
さらに、無効光束の上下方向成分は主に水平方向ルーバ状不透明部２５Ｈで吸収されることになる（図５（ｃ）参照）。
【００７９】
以上のように、この実施の形態４によれば、光束を透過する透明部２６と、透明部を上下方向の周期構造でそれぞれ挟んで配列した水平方向ルーバ状不透明部２５Ｈとから迷光除去板２０が構成され、透過基板３２とレンチキュラーレンズ３１との間に、レンチキュラーレンズ３１の単位レンズの集光点近傍に設けられた透明部３０１と、単位レンズの集光点周辺に設けられた不透明部３００とを透過基板３３の出射面に水平方向の周期構造で交互に配列したブラックストライプ３４を結像表示板３０が備えるようにしたので、無効光束５２の上下方向成分、水平方向成分を除去できるようになり、２重像・ゴースト像をより緻密に除去できるという効果が得られる。
【００８０】
また、この実施の形態４によれば、フレネルレンズ板１０Ｃの出射面１５の法線ｎに沿って幅の変化する台形状にルーバ状不透明部２５Ｈの断面形状を迷光除去板２０が形成するようにしたので、迷光除去板２０の型成型やルーバ状不透明部に相当する墨／インクの注入を容易に行なうことができるという効果が得られる。
【００８１】
さらに、この実施の形態４によれば、フレネルレンズ板１０Ｃの出射面１５に迷光除去板２０が一体成型されるようにしたので、フレネルレンズ板１０Ｃの出射面で生じる反射無効光束の発生を最小限に抑制できるという効果が得られる。
【００８２】
なお、図１から図５の各実施の形態では、屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃとの組合せによる透過型スクリーンの構成と動作について述べた。しかし、図１から図５の屈折全反射フレネルレンズ板１０Ｃを次の（１）〜（３）のフレネルレンズ板に置換えた透過型スクリーンに適用しても良く、同様の効果が得られる。
【００８３】
（１）  屈折斜面および無効ファセット面からなる周期構造の屈折フレネル面が入射面側に形成された屈折フレネルレンズ板（図６）に置換えた透過型スクリーン。
【００８４】
（２）  全反射斜面および透過斜面からなる周期構造の全反射フレネル面が入射面側に形成された全反射フレネルレンズ板（図７）に置換えた透過型スクリーン。
【００８５】
（３）  屈折全反射フレネルレンズ板は同心円構造なので、半径の小さな部分では透過効率を高めるために、全反射斜面および透過斜面からなる全反射フレネル部に対して、屈折斜面および無効ファセット面からなる屈折フレネル部の割合を大きくし、半径の大きな部分では全反射フレネル部の割合を大きくして透過効率を徐々に高め、半径の非常に大きな部分では全反射フレネル部のみで高透過効率を得るハイブリッド構造の屈折全反射フレネルレンズ板に置換えた透過型スクリーン。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】この発明の実施の形態１による透過型スクリーンの上下方向断面構造を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による透過型スクリーンの斜視構造を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による透過型スクリーンの構造を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３による透過型スクリーンの構造を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態４による透過型スクリーンの構造を示す図である。
【図６】従来の屈折フレネルレンズ板の構造・動作を説明するための図である。
【図７】従来の全反射フレネルレンズ板の構造・動作を説明するための図である。
【図８】従来の屈折全反射フレネルレンズ板の構造・動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０Ｃ  屈折全反射フレネルレンズ板（屈折全反射フレネルレンズ手段）、１１  屈折斜面、１２  無効ファセット面、１３  全反射斜面、１４  透過斜面、１５  出射面、２０  迷光除去板（迷光除去手段）、２１  集光レンズアレイ（集光レンズアレイ手段）、２２  透過基板（第１透過基板）、２３  ブラックストライプ（第１ブラックストライプ手段）、２４  透過基板（保持用透過基板）、２５  ルーバ状不透明部、２５Ｈ  水平方向ルーバ状不透明部、２５Ｖ  上下方向ルーバ状不透明部、２６，２０１，３０１  透明部、３０  結像表示板（結像表示手段）、３１  レンチキュラーレンズ（レンチキュラーレンズ手段）、３２  透過基板（第２透過基板）、３３  透過基板（第３透過基板）、３４  ブラックストライプ（第２ブラックストライプ手段）、４０  投写光学系、５０  投写光束、５１，５３  有効光束、５２  無効光束、５４  反射無効光束、５５  有効出射光束、８０  画像光束、９０  鑑賞者、２００，３００  不透明部、ｎ  法線。
【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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