(57)【要約】【課題】スクリーンに要求される機能を、微粒子を含有しない１枚のみの光学デバイスにより実現し、高解像度で広視野角かつ高コントラストな像表示が可能な拡散フィルム及びこれを用いた投写システムを提供する。【解決手段】入射光を拡散させて出射させる１枚のフィルムであって、前記拡散は表面形状のみによって実現し、入射角によらずほぼ一定のトップハット的拡散特性を有する拡散フィルム３であり、さらには、入射角度領域の大きさと出射拡散角度領域の大きさとが互いに独立に制御可能、及び、入射角度領域の中心方向の角度と出射拡散角度領域の中心方向の角度とが互いに独立に制御可能である。拡散を実現させる表面形状は、例えば、マイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状とされる。【選択図】図２
2007183498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を拡散させて出射させる１枚のフィルムであって、前記拡散は表面形状のみによって実現し、入射角によらずほぼ一定のトップハット的拡散特性を有することを特徴とする拡散フィルム。
【請求項２】
入射角度領域の大きさと出射拡散角度領域の大きさとが互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項１に記載の拡散フィルム。
【請求項３】
入射角度領域の中心方向の角度と出射拡散角度領域の中心方向の角度とが互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の拡散フィルム。
【請求項４】
入射側と出射側との双方の表面形状を、マイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の拡散フィルム。
【請求項５】
入射角度領域の大きさと出射拡散角度領域の大きさとは、入射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズのＮＡと、出射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズのＮＡとをそれぞれ調整することにより、互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項４に記載の拡散フィルム。
【請求項６】
入射角度領域の中心方向の角度と出射拡散角度領域の中心方向の角度とは、入射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズと、出射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズとの双方で、光軸のずれ量、及び部分形状の選択範囲を調整することにより、互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項４又は５に記載の拡散フィルム。
【請求項７】
入射側のマイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状をなすレンズが全反射型のものであることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の拡散フィルム。
【請求項８】
請求項４〜６のいずれかに記載の拡散フィルムの入射側のマイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状をなすレンズ表面の一部を反射媒体で被覆してなる拡散フィルム。
【請求項９】
拡散を実現させる表面形状が、フィルム片面側のみに形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の拡散フィルム。
【請求項１０】
フィルム片面側のみに形成された、拡散を実現させる表面形状が、レンズとミラーを組合せた光学素子アレイ形状であり、請求項４〜６のいずれかに記載の制御と等価な制御が可能であることを特徴とする請求項９に記載の拡散フィルム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の拡散フィルムの光学素子アレイ形状中のミラー部を、反射媒体で被覆してなる拡散フィルム。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の拡散フィルムの、入射側、出射側のいずれか一方又は双方の、表面の一部を外光対策用のブラックマスクで覆ってなることを特徴とする拡散フィルム。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の拡散フィルムに、外光対策用の偏光板又は円偏光板が付加されてなることを特徴とする拡散フィルム。
【請求項１４】
入射角度領域とこれに対応する出射拡散角度領域との組を複数有し、各組の入射角度領域は他組のものと重複せず、かつ各組の出射拡散角度領域は他組のものと重複しないことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の拡散フィルム。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載の拡散フィルムに、反射板を付加して、反射型のものとしたことを特徴とする拡散フィルム。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の拡散フィルムを、リアプロジェクションシステム又はフロントプロジェクションシステムに応用してなることを特徴とする投写システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡散フィルム及び投写システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プロジェクションディスプレイの需要が高まるにつれて、スクリーンの広視野角化、高コントラスト化、高解像度化が求められている。これらに対する従来技術として、広視野角化に対しては、フレネルレンズ、レンティキュラレンズ、及び、微粒子等による拡散板の組合せによる技術があり、高コントラスト化に関しては、ブラックマスクによる外光制御技術があり（例えば非特許文献１）、又、高解像度化に関しては、レンティキュラレンズのピッチを高精細に形成する技術が知られている（例えば非特許文献１）。
【非特許文献１】SID 2005, p.1914-1917,'A Super Fine-Pitch Screen for Rear Projection TV.';S.Iwata etc.;Toppan Printing Co.,Ltd.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
プロジェクションシステムの大画面化、薄型化が進むと、スクリーンの位置における入射光の角度は大きく変化することになる。これらの光を観察者側へ届けるにあたり、従来技術では、まずフレネルレンズによってほぼスクリーン法線方向へ光の進行方向を揃え、次にレンティキュラレンズによる横方向拡散に加え、集光点におけるブラックマスク（ストライプ）による外光対策を行い、最後に微粒子等による拡散板によって主に縦方向の拡散を実現している。
【０００４】
上記の従来技術では、スクリーンに求められる機能を、異なる４枚の光学デバイス（フレネルレンズ、レンティキュラレンズ、ブラックマスク、及び、微粒子等による拡散板）を積層し、各層の光学デバイスで前記機能を分担させることにより、実現しているため、積層した光学デバイス界面での多重反射による多重像が発生する。これを回避するため、従来技術では、フレネルレンズやレンティキュラレンズに微粒子を含有させ、ぼかすことにより、多重像を見えなくしているのが現状である。よって、この従来技術によるスクリーンでは、原理的に高解像度の画像を広視野角で表示することは困難である。さらに、微粒子等による拡散（略して微粒子拡散）板では、広視野角にすればするほど、ますます後方散乱が生じ、コントラストを悪化（解像度を劣化）させることになる。
【０００５】
そこで、本発明では、スクリーンに要求される機能を、積層した複数枚の光学デバイスで分担させるのではなく、１枚のみの光学デバイスにより実現し、かつ、拡散の物理メカニズムに微粒子を全く用いない光学系によって、従来技術では困難な、高解像度で広視野角かつ高コントラストな像表示が可能な拡散フィルム及びこれを用いた投写システムを提供することを目的とする。
【０００６】
なお、１枚のみのフィルムの表面（及び／又は裏面）を部分的にフィルム媒体以外の媒体の薄膜で被覆した光学デバイス（又は光学系）も１枚と数えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者らは、多重像や、微粒子拡散による解像度劣化を回避するには、スクリーンに要求される機能を１枚の薄い微小光学系フィルムのみによって実現する必要があると判断した。
まず、フレネルレンズとレンティキュラレンズの機能を融合すると、入射角度が変化しても一定の拡散特性を示すシステムが必要となる。拡散特性としては、一定の拡散角度領域内で均一に拡散し、かつ、それ以外にはエネルギーを広げず、拡散角度領域で明るい、トップハット的拡散が望ましい。しかも、光学系は、スクリーン内の異なる場所で同じ構造を有するものであれば、製造するのが非常に容易となる。拡散の物理メカニズムを、後方散乱の小さいものとするためには、微粒子ではなく表面形状による拡散が優れている。よって、表面形状のみにより拡散を行なう１枚のみの光学系（単一の光学フィルムからなる光学系）であって、しかも面内の異なる場所で同じ表面形状を有するスクリーンをなす光学系が、非常に特性がよく、製造容易性にも優れると考えられる。
【０００８】
発明者らは、上記の新概念を基盤に鋭意考究した結果、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
［請求項１］  入射光を拡散させて出射させる１枚のフィルムであって、前記拡散は表面形状のみによって実現し、入射角によらずほぼ一定のトップハット的拡散特性を有することを特徴とする拡散フィルム。
【０００９】
［請求項２］  入射角度領域の大きさと出射拡散角度領域の大きさとが互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項１に記載の拡散フィルム。
［請求項３］  入射角度領域の中心方向の角度と出射拡散角度領域の中心方向の角度とが互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の拡散フィルム。
［請求項４］  入射側と出射側との双方の表面形状を、マイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の拡散フィルム。
【００１０】
［請求項５］  入射角度領域の大きさと出射拡散角度領域の大きさとは、入射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズのＮＡと、出射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズのＮＡとをそれぞれ調整することにより、互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項４に記載の拡散フィルム。
［請求項６］  入射角度領域の中心方向の角度と出射拡散角度領域の中心方向の角度とは、入射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズと、出射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズとの双方で、光軸のずれ量、及び部分形状の選択範囲を調整することにより、互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項４又は５に記載の拡散フィルム。
【００１１】
［請求項７］  入射側のマイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状をなすレンズが全反射型のものであることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の拡散フィルム。
［請求項８］  請求項４〜６のいずれかに記載の拡散フィルムの入射側のマイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状をなすレンズ表面の一部を反射媒体で被覆してなる拡散フィルム。
【００１２】
［請求項９］  拡散を実現させる表面形状が、フィルム片面側のみに形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の拡散フィルム。
［請求項１０］  フィルム片面側のみに形成された、拡散を実現させる表面形状が、レンズとミラーを組合せた光学素子アレイ形状であり、請求項４〜６のいずれかに記載の制御と等価な制御が可能であることを特徴とする請求項９に記載の拡散フィルム。
【００１３】
［請求項１１］  請求項１０に記載の拡散フィルムの光学素子アレイ形状中のミラー部を、反射媒体で被覆してなる拡散フィルム。
［請求項１２］  請求項１〜１１のいずれかに記載の拡散フィルムの、入射側、出射側のいずれか一方又は双方の、表面の一部を外光対策用のブラックマスクで覆ってなることを特徴とする拡散フィルム。
【００１４】
［請求項１３］  請求項１〜１２のいずれかに記載の拡散フィルムに、外光対策用の偏光板又は円偏光板が付加されてなることを特徴とする拡散フィルム。
［請求項１４］  入射角度領域とこれに対応する出射拡散角度領域との組を複数有し、各組の入射角度領域は他組のものと重複せず、かつ各組の出射拡散角度領域は他組のものと重複しないことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の拡散フィルム。
【００１５】
［請求項１５］  請求項１〜１４のいずれかに記載の拡散フィルムに、反射板を付加して、反射型のものとしたことを特徴とする拡散フィルム。
［請求項１６］  請求項１〜１５のいずれかに記載の拡散フィルムを、リアプロジェクションシステム又はフロントプロジェクションシステムに応用してなることを特徴とする投写システム。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、表面形状のみによって、しかも光学デバイス１枚のみによって、プロジェクションシステム用スクリーンに要求される機能を実現できて、高解像度の画像表示が可能となる。さらに、微粒子等の散乱メカニズムが存在せず、高コントラストな画像表示が得られる。加えて、入射角度によらない一定のほぼトップハット的拡散特性による、均一で広視野角な特性も可能であり、入射角度領域と出射拡散角度領域とで互いに独立に、角度領域の大きさ及び方向を制御できることにより、超薄型リアプロジェクションディスプレイ等での幅広い応用が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の拡散フィルム（以下、新型D-filmともいう）は、１枚の薄い光学系フィルムの表面形状のみで、フレネルレンズ、レンティキュラレンズ及び拡散板の各機能を融合した機能を発現することが、高解像度、高コントラストの画像表示上、理想的であり、かつ異なる場所で均一な構造を有することが、製造上も理想的である。この最良の形態が、請求項１〜３、８に対応し、新型D-filmの表面形状の要件が、請求項４〜７、９に対応する。
【００１８】
最初に、新型D-filmの基本機能である請求項１に記載の拡散特性を発現させる表面形状の最良の形態である請求項４について説明する。図１は請求項４に記載の拡散フィルムの原理を説明するための図であり、（ａ）は光学系の構造、（ｂ）は機能を示す。図１（ａ）に示すように、２枚構成のレンズ光学系を考える。２枚のレンズ１，２の焦点距離をそれぞれf1,f2とする。ここでは、f1＝f2であり、かつ両レンズの光軸（レンズ光軸）が一致し、レンズ間距離＝f1（＝f2）の場合を考える。レンズ直径は両レンズとも同じｄとする。光線102,105は、レンズ光軸と平行に入射する、垂直入射光であり、レンズ１によって、光軸上の焦点の位置に集光する。レンズ２の光軸はレンズ１の光軸と一致しており、レンズ１とレンズ２の主平面間距離はf1＝f2であるので、光線102,105はレンズ２の中心（節）に集光することとなり、光線の方向は変化することなくレンズ２を通過する。このとき光線102,105は光軸に対して、次式で表される角±θ1をなして、出射することとなる。
【００１９】
【数１】
2007183498.tif 000003
次に、レンズ光軸上方θ1の角度で入射してくる光線101,104を考える。この光はレンズ１によってレンズ１の焦点面に集光するが、この焦点面に設置されたレンズ２の作用によって、光軸と±θ1の角をなして出射することになる。この拡散特性は、光線102,105と同じである。理由は後述する。次に、レンズ光軸下方θ1の角度で入射してくる光線106,103を考える。この光も光線102,105と同様に、レンズ１によってレンズ１の焦点面に集光し、レンズ２によって、光軸と±θ1の角をなして出射することになる。次に、この光学的メカニズムを説明する。
【００２０】
今、図１（ａ）のレンズ１の上端点に着目する。この点から光線101,102,103がレンズ２に向かって出射している。レンズ主平面間距離がf2（＝f1）であるため、レンズ２からこれら光線101,102,103を見ると、レンズ２の前焦点面上の１点から出た光がレンズ２へ入射することになるため、レンズ２の出射側では光線101,102,103は互いに平行となる。同様に、レンズ１の下端点に着目すると、光線104,105,106は、レンズ２の前焦点面上の１点からレンズ２へ入射しているため、レンズ２の出射側では互いに平行となる。
【００２１】
今、光線105,102が光軸に対し±θ1で出射し、かつ光線101,102,103は出射側で互いに平行、及び光線104,105,106は出射側で互いに平行であるならば、光線101,104は光軸に対し±θ1で出射し、光線103,106も光軸に対し±θ1で出射することになる。
上述の議論は、レンズ１への入射光の角度が０°と±θ1のみの場合であるが、レンズ１への入射角θinが、−θ1≦θin≦＋θ1の間で連続的に変化しても、レンズ２の主平面上の集光点の位置が、−ｄ/2から＋ｄ/2へ変化するだけであり、出射光の角度は、いずれの場合も、光軸に対し±θ1と一定の角度となる。
【００２２】
次に、入射光の入射位置について議論する。今、入射角が光軸上方θ1の光線101,104に着目し、光線101,104に平行で、入射位置が光線101,104の間にある光線を考える。これらの光線は、入射位置に応じて、出射角は−θ1〜＋θ1の間で、光の方向が変化し、拡散することは、図より明らかである。よって、光線101,104をビームの上端,下端とする、入射角が光軸上方の平行ビームは、出射側のレンズ２の下端より、−θ1〜＋θ1で拡散して出射することになる。同様に、光線102,105を上端，下端とする垂直入射の平行ビームを考えると、出射側ではレンズ２の中心位置から、−θ1〜＋θ1で拡散する光となり、光線103,106を上端,下端とする、入射角が光軸下方θ1の平行ビームは、出射側のレンズ２の上端より、−θ1〜＋θ1で拡散して出射することになる。
【００２３】
入射角が−θ1〜＋θ1と連続的に変化する、レンズの上端,下端をビームの上端,下端とする平行ビーム全てに上述の議論が成立するのは明らかである。以上の特性をグラフで表したものが図１（ｂ）である。図１（ｂ）の上部分に示すように、入射角−θ1〜＋θ1で入射する平行ビームは、グラフ上でδ関数となり、入射角に応じて、入射角度領域−θ1≦θin≦＋θ1の間をδ関数は移動することとなる。出射角に対する特性が下部のグラフであり、上部分のグラフのδ関数が移動しても、出射光は一定のトップハット的拡散特性を示し、出射拡散角度領域の左端,右端の角度−θ1,＋θ1は変化しないことを表示している。
【００２４】
以上の議論より、図１（ａ）の光学系（図２（ａ）〜（ｃ）にビーム入射角度ごとに示した）のサイズを必要とする解像度よりも細かくしたマイクロ光学系アレイを、フィルムの表裏両面側の表面形状とすると、図２（ｄ）に示すような拡散フィルム３が得られる。この拡散フィルム３は、請求項４に対応するものであって、表裏面間がフィルム媒体で埋まっており、表裏面形状は、表と裏にレンズ１,２に対応する平凸レンズが凸面側を空気界面側として光軸を一致させて複数配置された形状にしてあり、フィルムの厚さは、媒体中のレンズの焦点距離で決まる。レンズの大きさは必要とする解像度以下である。これによれば、図１（ｂ）と同等なトップハット的拡散特性が得られる。トップハット的拡散特性が２次元的の場合、フィルム両面形状はマイクロレンズアレイ形状であり、１次元的の場合がレンティキュラレンズアレイ形状である。
【００２５】
なお、トップハット的拡散特性は、理想的には「一定」であるが、近似誤差や製造誤差等により一定からずれることがある。もっとも、そのずれが許容範囲内であれば格別の問題はないから、かかる場合を含める意味で、本発明に係る拡散フィルムのトップハット的拡散特性は「ほぼ一定」であるとした。前記一定からのずれの許容範囲としては、出射拡散角度領域内の光強度分布の半値領域の大きさを、出射拡散角度領域全体の大きさの５０％以上（当然１００％以下）とし、かつ、前記半値領域内において、光強度のばらつき範囲を、光強度の平均値±５０％以内とするのがよい。
【００２６】
次に、請求項２に記載の機能を実現する請求項５に記載の拡散フィルムについて説明する。この機能を実現するレンズ２枚構成の光学系を図３（ａ）に、その機能を図３（ｂ）に示す。基本的に、図１に示した光学系のメカニズムと同じ原理で動作するが、入射側のレンズのＮＡ（Ｆナンバー）と出射側のレンズのＮＡ（Ｆナンバー）を変化させることによって、入射角度領域の大きさと出射拡散角度領域の大きさを制御している点で、図１の光学系と異なっている。
【００２７】
図３には、入射角度領域より出射拡散角度領域を大きくする場合を示している。この場合、入射側のレンズ１のＮＡを小さくし、出射側のレンズ２のＮＡを大きく設計すればよい。レンズ径ｄが同じなので、f1＞f2である。ここでf1,f2はそれぞれレンズ１,２の焦点距離である。レンズ１，２の光軸は一致させてあり、レンズ１，２の主平面間距離はf2である。入射角θinの範囲は、(1)式で示されるθ1より、−θ1≦θin≦＋θ1、であるが、出射拡散角θoutの範囲は、次式で示されるθ2により、−θ2≦θout≦＋θ2、となる。
【００２８】
【数２】
2007183498.tif 000004
光学的メカニズムは、図１の光学系とほぼ同等である。今、光線109,110に着目しよう。光線109,110は入射角±θ1でレンズ１の端に入射し、レンズ１の前焦点面と光軸との交点を通過する光であるから、レンズ１を通過後は光軸と平行になり、レンズ２を通過後は、レンズ２の光軸上の後焦点に集光する。よって、光線109,110の出射角は±θ2となる。次に、レンズ１の上端点に着目すると、光線107,108,109はこの１点からレンズ２へ入射している。レンズ１はレンズ２の前焦点面に設置してあるから、光線107,108,109はレンズ２を通過後は互いに平行となる。光線110,111,112についても同じ理由で、レンズ２を通過後は互いに平行となる。よって、光線112,109で決まる拡散角は±θ2であり、光線111,108で決まる拡散角も±θ2となる。同様に、光線110,107で決まる拡散角も±θ2となる。
【００２９】
この光学系の特性をグラフで示すと、図３（ｂ）のようになる。−θ1〜＋θ1の角度範囲で入射してきた光は、入射角によらず一定のトップハット的拡散特性を示し、トップハット的拡散特性の左右端である±θ2は変化しない。θ1とθ2とには、(1),(2)式より、次式の関係が成立する。
【００３０】
【数３】
2007183498.tif 000005
(3a)式は、レンズ１のf1とレンズ２のf2を設定することにより、入射角度領域の大きさと出射拡散角度領域の大きさを互いに独立に制御できることを意味している。
そこで、図３（ａ）の光学系（図４（ａ）〜（ｃ）にビーム入射角度ごとに示した）のサイズを必要とする解像度よりも細かくしたマイクロ光学系アレイを、フィルムの表裏両面側の表面形状とすると、図３（ｄ）に示すような拡散フィルム３が得られる。これは、請求項５に対応するものであり、表裏面間がフィルム媒体で埋まっており、表裏面形状は、表,裏にそれぞれレンズ１,２に対応する平凸レンズが凸面側を空気界面側として光軸を一致させて複数配置された形状にしてあり、フィルムの厚さは、媒体中のレンズ２の焦点距離f2で決まる。レンズの大きさは必要とする解像度以下である。これによれば、図３（ｂ）と同等なトップハット的拡散特性が得られる。トップハット的拡散特性が２次元的の場合、フィルム両面形状はマイクロレンズアレイ形状であり、１次元的の場合がレンティキュラレンズアレイ形状である。
【００３１】
次に、請求項６について説明する。最初に、請求項６中の、入射側と出射側のレンズの部分形状の選択範囲の調整により、入射角度領域の中心方向の角度と出射拡散角度領域の中心方向の角度とが互いに独立に制御可能という要件の原理について説明する。
この制御機能を実現する光学系を図５（ａ）に、その機能をグラフで図５（ｂ）に示す。この光学系は２枚レンズ構成であり、入力側（入射側），出力側（出射側）のレンズ１，２は光軸が一致しているが、出力側のレンズ２は、光軸からの距離がｄ1〜ｄ2である領域にレンズ主平面の実効部分が存在する。つまり、レンズ２は、レンズ全体の一部分だけを選択して使用している。もちろんレンズ１の一部分だけを選択したり、レンズ１，２の両方をそれぞれ一部分だけ選択しても機能させることは可能である。
【００３２】
図５は、レンズ２の一部分を選択した例である。２枚のレンズの主平面間距離はf2（f2＝f1とした）である。この光学系のメカニズムは基本的に図１（ａ）に示した光学系と同じである。レンズ２の光軸付近を使用していないだけなので、図１（ａ）の光学系に入射するビームの入射角を、図５（ａ）のレンズ２の存在する範囲まで変化させれば、容易に機能は理解できる。図１の光学系の機能より、入射角を変化させても、トップハット的拡散特性は変化しないから、図５のトップハット的拡散特性も変化しない。よって、出射側のトップハット的拡散特性は、図１（ｂ）のそれと同じ−θ1〜＋θ1の範囲内で固定した特性となる。図３（ａ）の光学系を、図１（ａ）から図５（ａ）への変形と同様に変形した場合は、図３（ｂ）のそれと同じ−θ2〜＋θ2の範囲内で固定した特性となる。
【００３３】
入射角度領域は、レンズ１を通過した平行光が、レンズ２を通過できる入射角で決まるので、光線113,116を上端,下端とする平行ビームの中心になる光線119と、光線115,118を上端,下端とする平行ビームの中心になる光線120の入射角で決まる。光線119,120はレンズ１の中心（節）を通過するため、レンズ１では方向は変化しない。よって、図より光線119,120の入射角は、次式で示すθ3,θ4となる。
【００３４】
【数４】
2007183498.tif 000006
よって、この光学系にθ3〜θ4の範囲内の平行ビームを入射しても、図５（ｂ）の上部分に示すように、常に一定のトップハット的拡散特性が発現する。θ3とθ4は、ｄ1とｄ2によって制御できるため、θ1を固定したまま、つまり、出射拡散角度領域を固定したまま、独立に入射角度領域を制御できることを意味している。
【００３５】
そこで、図５（ａ）の光学系（図６（ａ）〜（ｃ）にビーム入射角度ごとに示した）のサイズを必要とする解像度よりも細かくしたマイクロ光学系アレイを、フィルムの表裏両面側の表面形状とすると、図６（ｄ）に示すような拡散フィルム３が得られる。これは、請求項６に対応するものであり、表裏面間がフィルム媒体で埋まっており、表裏面形状は、表,裏にそれぞれレンズ１,２に対応する平凸レンズ（の一部分）が凸面側を空気界面側として光軸を一致させて複数配置された形状にしてあり、フィルムの厚さは、媒体中のレンズ２の焦点距離f2である。レンズの大きさは必要とする解像度以下である。これによれば、図５（ｂ）と同等なトップハット的拡散特性が得られる。トップハット的拡散特性が２次元的の場合、フィルム両面形状はマイクロレンズアレイ形状であり、１次元的の場合がレンティキュラレンズアレイ形状である。
【００３６】
次に、請求項６中の、入射側と出射側のレンズの光軸のずれ量の調整により、入射角度領域の中心方向の角度と出射拡散角度領域の中心方向の角度とが互いに独立に制御可能という要件の原理について説明する。
この制御機能を実現する光学系を図７（ａ）に、その機能をグラフで図７（ｂ）に示す。この光学系は２枚レンズ構成であり、入力側（入射側），出力側（出射側）のレンズ１,２の光軸は互いに距離ａだけずれている。レンズ１,２の主平面間距離は、レンズ２の焦点距離f2（f2＝f1とした）である。この光学系のメカニズムも、基本的に図１（ａ）の光学系のそれと同じである。
【００３７】
最初に、レンズ１,２の各中心（節）を通過する光線と平行に入射する光線123,126を考える。この光線はレンズ２の中心（節）へ集光するから、レンズ２では光の方向は変化しない。よって図より、光線123,126の各出射角θ5,θ6は、次式で与えられる。
【００３８】
【数５】
2007183498.tif 000007
次に、レンズ１への入射角が変化した場合を考える。レンズ１の上端点に着目する。この点から光線121,122,123がレンズ２へ入射しているが、レンズ１はレンズ２の前焦点面に設置されているので、光線121,122,123はレンズ２を通過後互いに平行となり、それらの出射角は全てθ5となる。同様に、レンズ１の下端点に着目すると、光線124,125,126は、レンズ２通過後は互いに平行になるから、それらの出射角は全てθ6となる。
【００３９】
よって、図７（ｂ）に示すように、入射角−θ1〜＋θ1の範囲（入射角度領域）内に入力した平行ビームは、入射角によらずに、θ5〜θ6の範囲（出射拡散角度領域）内で一定のトップハット的拡散特性を発現する。(5),(6)式は、光軸のずれ量ａを調整することにより、θ1とは独立に、θ5とθ6を制御できることを示している。
図７（ａ）の光学系を１枚のフィルムにするには、上下方向に複数並べたレンズ１,２の間をフィルム媒体（レンズと同一材質）で詰め、フィルムの両面の表面形状を、一方の面がレンズ１、他方の面がレンズ２の、平凸レンズ部の凸側の配列からなる、レンズアレイ形状とすればよい（図２（ｄ），図４（ｄ），図６（ｄ）と類似した形態となるが、図示は省略する）。フィルムの厚さは、媒体中でのレンズ２の焦点距離f2である。レンズ１とレンズ２の光軸はａだけずれている。レンズの大きさは必要とする解像度以下である。これによれば、図７（ｂ）と同等なトップハット的拡散特性が得られる。トップハット的拡散特性が２次元的の場合、フィルム両面形状はマイクロレンズアレイ形状であり、１次元的の場合がレンティキュラレンズアレイ形状である。
【００４０】
なお、請求項４〜６のいずれかにおいて、入射側のレンズを全反射型のもの（すなわち所定の入射角度領域からレンズ内に入射した光がレンズ内面で全反射する表面形状のもの）とすること（請求項７に対応）や、請求項４〜６のいずれかに記載の拡散フィルムの入射側のマイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状をなすレンズ表面の一部を反射媒体で被覆すること（請求項８に対応）で、入射側表面形状を反射型の光学素子アレイ形状に転化させると、より大きな入射角に対しても、上述のトップハット的拡散特性を発現しうるので、プロジェクションシステムのさらなる薄型化に寄与できると期待される。
【００４１】
ここで、反射媒体で被覆するには、アルミコートや銀コートなどが好ましく用いうる。
次に、請求項９，１０に記載の拡散フィルムの最良の形態について説明する。今まで説明してきた請求項１〜８に記載の拡散フィルムは、フィルム両面にレンズ形状を有し、この両面の一方の面形状と他方の面形状との相互位置合わせに精度が要求されるものである。この点、請求項９に記載の拡散フィルムでは、拡散を実現させる表面形状が、フィルム片面側のみに形成されているから、前記位置合わせは全く必要なく、製造容易性に優れる。
【００４２】
また、請求項１０に記載の拡散フィルムは、請求項８において、フィルム片面側のみに形成された、拡散を実現させる表面形状が、レンズとミラーを組合せた光学素子アレイ形状であり、しかも請求項４〜６と同様、入射角度領域と出射拡散角度領域とで互いに独立に、これらの角度領域の大きさや方向を制御できるから、製造容易性に優れる利点に加え、より大きな入射角の斜め入射光を所望の方向かつ大きさの範囲に拡散出射させることができる利点を有し、従って、超薄型リアプロジェクションディスプレイのスクリーン等に、極めて有利に応用することができる。
【００４３】
ここで、レンズとミラーを組合せた光学素子アレイ形状における基本光学系としては、レンズと非軸放物面ミラーの組合せが挙げられる。この基本光学系は、図１（ａ），３（ａ），５（ａ），７（ａ）の各図に示したものにおいて、出力側のレンズ２を非軸（off axis）放物面ミラーに変え、これを入力側へ配置転換してレンズ１と一体化したものである。この基本光学系の例を図８Ａ〜図８Ｆに示す。
【００４４】
これらの図の中で代表として、90°非軸放物面ミラー４Ｄを図１のレンズ２の代替として用いた図８Ｄにおいて、より詳細に光線を記述した、図８Ｄ１について説明を行なう。
図１と同様にレンズ１の焦点距離はf1である。90°非軸放物面ミラー４Ｄは、図中のx-y座標系（原点OはVertexと呼ばれる）において、式：y＝(1/(4f2))x2、で記述される２次関数を、y軸を回転軸として回転した面から切り出した面形状のミラーであり、この放物面の焦点F(0,f2)がレンズ１の中心にくるように、x-y座標系を設定する。なお、放物面の焦点Fと原点O間の距離はPFL(Parent Focal Length)と呼ばれ、ここではPFL＝f2である。90°非軸の場合は、放物面座標系のy軸がレンズ１の主平面に含まれるように設定する。さらに、90°非軸放物面ミラー４ＤのREFL(Reflected Effective Focal Length；)に、レンズ１の焦点距離f1を一致させる。
【００４５】
この光学系に入射してくる光線のうち、レンズ１の光軸に平行な光線8-4,8-5,8-6を最初に考える。これらの光線は、レンズ１の後焦点面とレンズ１の光軸との交点Cに集光する。この点Cはちょうど90°非軸放物面ミラー４Ｄ上にあるため、主光線8-5は90°方向を変え反射し、この点Cに、レンズ１の光軸に対し（すなわち主光線8-5に対し）±θ1で入射してくる光線8-4,8-6は、90°非軸放物面ミラー４Ｄで90°方向が変化した主光線8-5に対しても、±θ1で反射することになる。よって、レンズ１の光軸と平行で光線8-4,8-6を上端，下端とする平行ビームは、図１の光学系同様90°方向を変えて、±θ1で拡散することになる。
【００４６】
次に、レンズ１の光軸に対し、上方よりθ1で入射してくる光線8-1,8-2,8-3と、下方よりθ1で入射してくる光線8-7,8-8,8-9を考える。この±θ1で入射してくる平行ビームの中心の主光線8-2,8-8を考える。これらの光は、入射側のレンズ１に対し、レンズの中心（節）を通過するため、光の方向は変化しない。90°非軸放物面ミラー４Ｄに対しては、放物面の焦点F(0,f2)を通過するため、主光線8-2,8-8は、レンズ１の光軸方向から入射するビームの主光線8-5と平行に反射することになる。よって、±θ1で入射してくる光がこの光学系で拡散しても、拡散した光の主光線は、０°入射光の出力である±θ1で拡散した光の主光線と一致している。
【００４７】
図より明らかなように、入射角は、0°,±θ1とディスクリートである必要はなく、入射角の範囲も-θ1〜+θ1を内包するもの（範囲の上下限の絶対値がθ1以上のもの）であっても、この光学系に入射し、90°方向を変えて拡散した拡散光の主光線は、入射角によらずに常にy軸方向となる。
次に、主光線からの拡散角度幅について説明する。図１の光学系の原理説明同様、レンズ１の上端,下端に着目する。今、このレンズ上端と下端が90°非軸放物面ミラー４Ｄの焦点F(0,f2)近傍であるとする。よって、レンズ上端から90°非軸放物面ミラー４Ｄへ出射している光線8-1,8-4,8-7は、90°非軸放物面ミラー４Ｄで反射した後、互いにほぼ平行な光となる。光線8-4がy軸に対し+θ1の角度で出射しているので、光線8-1,8-7もほぼy軸に対し+θ1の角度で出射することになる。同様の議論をレンズ下端から90°非軸放物面ミラー４Ｄへ出射している光線8-3,8-6,8-9について行なうと、これらの光も90°非軸放物面ミラー４Ｄで反射した後、互いにほぼ平行な光となる。光線8-6がy軸に対し-θ1の角度で出射しているので、光線8-3,8-9もほぼy軸に対し-θ1の角度で出射することになる。
【００４８】
以上の議論より、レンズ上方θ1で入射した平行光は、y軸に対し、ほぼ±θ1の範囲内でトップハット的に拡散し、レンズ下方θ1で入射した平行光も同様に、y軸に対し、ほぼ±θ1の範囲内でトップハット的に拡散することになる。図より明らかなように、入射角は、±θ1とディスクリートでなくても成立するので、-θ1〜+θ1の連続的な入射角全てに対し、y軸に対し、ほぼ±θ1の範囲内のトップハット的拡散特性が発現する。
【００４９】
以上が、レンズ２に替えて90°非軸放物面ミラー４Ｄを用いた場合の光学系の原理説明である。非軸角度が90°以外である非軸放物面ミラーを用いたいくつかの場合の光学系の基本構成を図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｅ、図８Ｆに示す。これらの基本構成の中でも、超薄型リアプロジェクションシステムを考えた場合、重要な構成は図８Ｆに示す、100°非軸放物面ミラー４Ｆを用いた構成である。これは、図８Ｇに示すように、スクリーン20に対して、入射角80°の主光線の角度を考えると、100°非軸放物面ミラーを用いたシステムは、スクリーン法線方向を、出射拡散光の主光線の方向に一致させうるためである（好適非軸角度＝90°−入射角＋90°＝180°−入射角）。よって、70°〜90°の斜め入射で動作する超薄型リアプロジェクションシステムの場合、110°〜90°非軸放物面ミラーを用いたシステムが適していることになる。
【００５０】
図８Ｆに示す、100°非軸放物面ミラー４Ｆを用いた光学系を、より詳細に図８Ｆ１に示す。基本的に図８Ｄ１の光学系と同じ動作原理である。構造的に異なる点は、100°非軸放物面ミラー４Ｆのy軸が、レンズ１の主平面と10°傾いている点である。
以上が、請求項９，１０に記載の拡散フィルムの基本構成と原理である。次に、請求項２，３の機能を図８Ａ〜図８Ｆに示す光学系で実現する手段について説明する。光線をより詳細に記述した図８Ｄ１と図８Ｆ１より明らかなように、入力角度領域の大きさや同領域の中心方向の角度の制御は、用いる非軸放物面ミラーの設置範囲に２次関数y=(1/(4f2))x2のどの部分を充当するか、によって制御可能である。又、図８Ａ〜図８Ｆ，図８Ｄ１，図８Ｆ１は全て、非軸放物面ミラー４の焦点が、レンズ１の中心（節）となるように設定してあるが、レンズ１を、図のレンズ主平面内でシフトして、光軸をずらすと、使用する非軸放物面ミラーの範囲を固定して、入力角度領域の中心方向の角度を制御することが可能となる（図示省略）。
【００５１】
次に、出射拡散角度領域の大きさと、同領域の中心方向の角度の制御について説明する。図８Ｄ１の原理説明で述べたように、出射拡散角度領域はy軸に対し±θ1であるので、大きさは２θ1となり、θ1＝tan−1(ｄ/(2f1))より、レンズ１の焦点距離f1と径ｄで制御可能である。又、出射拡散角度領域の中心方向の角度の制御は、拡散光の中心方向である主光線の方向が入射角によらず常に非軸放物面ミラーのy軸と平行になるので、このy軸の方向を制御すれば、入射角度領域とは独立に制御可能である。以上の説明で、請求項１〜３の機能を図８Ａ〜図８Ｆ，図８Ｄ１，図８Ｆ１に示す光学系で実現できることを示した。
【００５２】
次に、図８Ａ〜図８Ｆ，図８Ｄ１，図８Ｆ１に示す光学系が、フィルムの片面側のみに形成されうる点（請求項９，１０の要件）について説明する。請求項９，１０に記載の拡散フィルムは、超薄型リアプロのスクリーンを用途目的としており、入射光はスクリーンに対し大きな角度で斜め入射する。よって、図８Ａ〜図８Ｆに示す光学系は、フィルムに対しほぼ平行に設置する。よって、レンズ１と非軸放物面ミラー４は拡散フィルムの片側（入射側）の面のみに存在する。
【００５３】
フィルムの片面にレンズ１と非軸放物面ミラー４を組合せた光学素子アレイを実装（請求項１０に対応）する場合、できるだけ簡単な形状が製造上有利となる。よって、レンズ１と非軸放物面ミラー４の間をフィルム媒体で埋めて、１つのデバイス形状とする。非軸放物面ミラー４は、全反射条件を満足するように設計すれば、表面形状のみで動作可能である。全反射条件を満足しない場合、反射面を、アルミコートや銀コート等の反射媒体で被覆すれば、同様に動作可能である（請求項１１に対応）。
【００５４】
入力側のレンズ１は、球面レンズが、製造容易であり、半球レンズの上半部の一部を用いることにする。最初に、入力側の半球レンズについて解析する。図９に、半球レンズ５の上半分の一部の動作を示す。半球レンズ５の屈折率はｎ2であり、半球レンズ５の右側は屈折率はｎ2の媒体（フィルム）である。半球レンズ５の左側は屈折率ｎ1の媒体（空気）である。半球の球中心にx-y座標系の原点Oを設定する。x軸がレンズ光軸となる。光線9-1,9-2は光軸と平行に入射する光である。光線9-1は半球レンズ表面との交点Aで屈折し、x軸と点A'で交わるものとする。同様に光線9-2は半球レンズ表面との交点Bで屈折し、x軸と点B'で交わるものとする。又、x軸と半球レンズ表面との交点を点Cとする。
【００５５】
図９において、∠AOC＝θ11，∠BOC＝θ21，∠OAA'＝θ12，∠OBB'＝θ22とすると、∠AA'O＝θ11−θ12，∠BB'O＝θ21−θ22となる。点A、点Bにスネル則を適用すると、次式が成立する。
【００５６】
【数６】
2007183498.tif 000008
△OAA'と△OBB'に正弦定理を適用すると、次式が成立する。
【００５７】
【数７】
2007183498.tif 000009
ここで、ｒは半球レンズの球面の半径、f1は線分OA’の長さ、f2は線分OB'の長さである。(7),(9)式より、次式が成立する。
【００５８】
【数８】
2007183498.tif 000010
(8),(10)式より、次式が成立する。
【００５９】
【数９】
2007183498.tif 000011
光線9-1が半球レンズ表面で屈折した後の方程式は、θ11，ｎ1，ｎ2，ｒが決まれば、(11),(12)式のf1とθ12を用いて次式で表せる。
【００６０】
【数１０】
2007183498.tif 000012
同様に光線9-2についても次式で表せる。
【００６１】
【数１１】
2007183498.tif 000013
(15),(16)式を連立させて解くと、光線9-1と光線9-2との交点座標(xf,yf)が導出でき、次式で表せる。
【００６２】
【数１２】
2007183498.tif 000014
半球レンズ５において、光線9-1,9-2の間の部分のみを使用することを考えると、(17),(18)式が、同レンズの焦点座標を与えることになる。今、光線9-1,9-2の間の中央の主光線が半球レンズ表面に対し、入射角がほぼ45°となる部分を考える。この入射角45°に対し、±5°の範囲を考えると、光線9-1の半球レンズ表面に対する入射角θ11＝40°、光線9-2の半球レンズ表面に対する入射角θ21＝50°となる。ｎ1＝1.0（空気の屈折率）、ｎ1＝1.5（ガラス又はフィルム媒体の屈折率）とすると、(17),(18)式より、xf＝1.10ｒ,yf＝0.155ｒとなる。以上の結果より、レンズ表面に対し45°の入射角近傍で、球面レンズの焦点は、入射側の球面を出射側まで考えた場合、この球面と、入射光と平行で球の中心を通る光軸との交点近傍に存在することになる。
【００６３】
図８Ａ〜図８Ｆに示す光学系を機能させるには、この焦点位置(xf,yf)が、非軸放物面ミラー表面に存在し、かつ、非軸放物面ミラーの焦点の位置が、光線9-1,9-2の間の中央の主光線と、半球レンズ表面との交点の位置にくるように設定する。かかる設定を図８Ｆの場合（100°非軸放物面ミラー４Ｆの場合）について行なった光学設計例を図１０に示す。同図において、光線10-1,10-2は、球面レンズ６表面に対し、それぞれ入射角が20°,70°である場合を示してある。
【００６４】
図１１は、図１０の形状を、フィルム媒体11で、片面に形成し、２次元アレイとして配置し、かつ、外光対策のためのブラックマスク23を設置して、リアプロジェクションシステム用スクリーン20とした設計例を示すものである。この例は請求項１２の例でもある。図１１において（ａ）はスクリーンの背面図、（ｂ）は断面図である。光学エンジンＸからの大きな斜め入射で、画像がスクリーン20背面（裏面）に結像する。このスクリーン20は、図８Ｆ１で示した機能により、極角と方位角の異なる入射角の光に対して、入射角に依存せず、片側の表面形状のみによって、拡散光主光線が、常にスクリーン面の法線方向を向く、トップハット的特性を発現できることを、図１１は示している。
【００６５】
このように、新型D-film３で構成したスクリーン20は、スクリーンに要求される機能を、片面の表面形状のみで実現できるため、画像のボケはほとんど発生せず、高解像度な画像表示が可能となる。さらに、このスクリーン20では、通常の拡散フィルムで構成したスクリーンに発生する後方散乱は、発生せず、加えて、図示のような、スクリーン背面のブラックマスク23と、スクリーン表面の反射防止膜24により、明るい環境下でも、外光はほとんど吸収され、高コントラストな画像表示が期待できる。このような、新型D-film３で構成したスクリーン20の長所を、図１２に模式図で示した。以上で、請求項９，１０に記載の拡散フィルムの最良の形態についての説明を終える。
【００６６】
次に、請求項１２について説明する。請求項１〜１１に記載の拡散フィルムを、リアプロジェクションシステム（略してリアプロ）等にスクリーンとして応用する場合、明環境下で高コントラストな画像表示を得るために外光対策が必要である。この外光対策の１つの手段としてブラックマスクがある。本発明の拡散フィルムにも、このブラックマスクは有効である。基本的に、本発明の拡散フィルムをシステムに組み込み、動作させた時、光が通過していない面全てにブラックマスクを設置できれば、非常に大きな外光対策効果が期待できる。特に本発明の拡散フィルム（スクリーン）は、２枚のレンズの焦点面近傍にデバイス表面が存在するため、この表面の、光が通過していない面分にブラックマスクを付けると、効果は非常に大きい。
【００６７】
図１３，図１４は、請求項１〜８に記載の拡散フィルム３をリアプロ用スクリーン20として用いたものにブラックマスク23を付加した例の一部であって、それぞれ図４，図５の各拡散フィルム３にブラックマスク23を付加したものを示している。なお、請求項９，１０に記載の拡散フィルムにブラックマスクを付加した例として図１１に示したものにおいては、非軸放物面ミラーの反射面にブラックマスクが付いていないが、図１３，図１４の例に示されるように、光線が反射していない面にはブラックマスクを付加しても問題はないから、かかる面には、ピンホール的なブラックマスクの穴25を除いた全面にブラックマスク23を付加できる。よって、さらなる外光対策効果が期待できる。
【００６８】
次に、請求項１３について説明する。本発明の拡散フィルムをリアプロ等のスクリーンとして用い、かつ、光学エンジンがLCDやLCOS等の、偏光を用いたものである場合、外光対策として、偏光子や円偏光子を応用することが考えられる。本発明の拡散フィルムの物理的拡散メカニズムは、散乱による部分はなく、レンズによる屈折やミラー（反射面）による反射のみであり、従って偏光保持率は、従来一般の拡散フィルムより、はるかに優れていると考えられる。
【００６９】
よって、偏光板を、本発明の拡散フィルム（あるいはこれを用いたスクリーン）に付加するだけで、光の利用効率をほとんど下げることなく、外光を半分吸収できることになる。
さらに、円偏光板を用いれば、リアプロ内部に進入した外光が、内部のミラーで反射し、リアプロ外部へ出る場合でも、これを有効に遮断できるので、さらなる外光対策効果が期待できる。この場合、光学エンジン側には、スクリーンに付加した円偏光板中のλ/４板（４分の１波長板）部の作用を打消す向きに、λ/４板を設置して、光の利用効率を確保する。以上が、請求項１３の説明である。なお、請求項１２のブラックマスクを用いた外光対策と、請求項１３の偏光板や円偏光板を用いた外光対策とは、併用しても問題は生じず、併用するとさらなる外光対策効果が期待できる。
【００７０】
ここまでに述べてきた本発明の実施の形態は、拡散フィルムのリアプロへの応用形態である。一方、請求項１４，１５は、フロントプロジェクションシステムのへの応用形態に対応するものである。まず、請求項１４の説明を行なう。請求項１４に記載の拡散フィルムの基本構成は、請求項１〜６のそれと同じである。例として、図１に示したものと同じ基本構成を有するものについて説明する。
【００７１】
図１５は、請求項１４に記載の拡散フィルムで発現するｎ次固定トップハット的拡散特性の原理説明図であり、（ａ），（ｂ）は基本光学系、（ｃ）はその機能を示している。図１５（ａ）は、図１と同様の、０次固定トップハット的拡散を表し、図１５（ｂ）は、図１では登場しなかった、ｎ次固定トップハット的拡散の、ｎ＝１の場合を表す。０次固定トップハット的拡散が、入射側のレンズ１と出射側のレンズ２とで互いに光軸を同じくした２枚のレンズ１，２を通過する光によって発現するのに対し、１次固定トップハット的拡散は、入射側，出射側のレンズ１，２にそれぞれ隣接し、かつレンズ１，２とそれぞれ主平面を共有し、かつ互いに光軸を共有する、レンズ１’、２’が、レンズ１，２に加わった光学系において、２枚のレンズ１，２’を通過する光によって発現するものである。
【００７２】
これら２枚のレンズ１，２’によって発現する１次固定トップハット的拡散のメカニズムも、図１に示した光学系のそれとほぼ同じである。レンズ１，２’相互の主平面間距離は、レンズ２’の焦点距離f2である。図１５では、このf2は、レンズ１の焦点距離f1と一致させた。今、レンズ１，２’の各中心（節）である２点を結ぶ直線に平行に入射する光線15-3,15-6を考える。これらの光線は、レンズ１を通過後レンズ２’の中心（節）へ集光するので、レンズ２’では光の方向は変化せず、出射する。光線15-3の出射角は、図より、
【００７３】
【数１３】
2007183498.tif 000015
であり、光線15-6の出射角は、図より、
【００７４】
【数１４】
2007183498.tif 000016
である。
次に、レンズ１の上端からレンズ２’へ向かう光線15-2,15-3,15-4に着目する。これらの光線は、レンズ２’の前焦点面内の同じ点から出ているので、レンズ２’を通過後互いに平行となる。同様に、レンズ１の下端からレンズ２’へ向かう光線15-5,15-6,15-7も、レンズ２’の前焦点面内の同じ点から出ているので、レンズ２’を通過後互いに平行となる。よって、光線15-2,15-4の出射角は光線15-3の出射角（＝−θ1-1）に等しく、光線15-5,15-7の出射角は光線15-6の出射角（＝−θ1-0）に等しい。レンズ１の中心（節）とレンズ２’の下端を結ぶ直線に平行に入射する光線15-2,15-5の入射角は、図より、−θ1-1であり、レンズ１の中心（節）とレンズ２’の上端を結ぶ直線に平行に入射する光線15-4,15-7の入射角は、図より、−θ1-0である。従って、入射側のレンズ１と出射側のレンズ２’とをペアにした光学系に、−θ1-1〜−θ1-0の入射角度領域内から入射する平行光は、入射角によらずに、−θ1-1〜−θ1-0の出射拡散角度領域内で固定したトップハット的拡散特性を発現する。以上が、図１５（ｂ）の１次固定トップハット的拡散特性の発現メカニズムである。
【００７５】
上述の固定トップハット的拡散の次数は１次に限らず、一般に、±ｎ次固定トップハット的拡散が存在する。ｎ次固定トップハット的拡散特性の入射角度θin-nの範囲すなわち入射角度領域は、次式で表される。
【００７６】
【数１５】
2007183498.tif 000017
又、ｎ次固定トップハット的拡散特性の出射角度θout-nの範囲すなわち出射拡散角度領域は、次式で表される。
【００７７】
【数１６】
2007183498.tif 000018
(19),(20)式より、n-1次固定トップハット的拡散における入射角度領域,出射拡散角度領域の上限値は、ｎ次固定トップハット的拡散における対応（同名の）領域の下限値と完全に一致しており、入射角度領域，出射拡散角度領域のそれぞれが、n-1次とｎ次とで互いに重複することなく、かつ、とぎれることもないことがわかる。これが請求項１４での限定特性である。この特性は、請求項３，６に記載の拡散フィルムにも付与でき、複数の入射角度領域の中心方向の角度と、複数の出射拡散角度領域のそれとを、互いに独立に制御可能である。
【００７８】
なお、請求項２，５に記載の拡散フィルムにも、請求項１４での限定特性を付与できるが、その場合、入射側のNA＜出射側のNA、とすると、出射拡散角度領域に重複が生じ、逆に、入射側のNA＞出射側のNA、とすると、出射拡散角度領域にとぎれが生じる。以上で、請求項１４の説明を終える。
次に、請求項１５について説明する。請求項１５は、請求項１〜１４のいずれかに記載の拡散フィルムに、ミラー等の反射板を付加して反射型の拡散フィルムとしたものであって、主にフロントプロジェクションシステムへの応用形態に対応する。これの１例として、図１６に、請求項１４に記載の拡散フィルムにおいて、f1＝f2とし、入力側と出力側のレンズ主平面間の中央にミラー30を設置した光学系を示す。これによれば、ミラー30の作用により、入力側のレンズは出力側のレンズにもなり、フィルム片側の表面形状のみで請求項１４での限定特性が発現するので、フィルムの表裏でのレンズ光軸の位置合わせが不要であり、製造が非常に容易となる。
【００７９】
さらに、図１６に示すような、フロントプロジェクションシステムのスクリーン20への応用形態では、大きな利点として、外光抑制機能がある。図示のように、このスクリーン20では、互いに異なるｎ次固定トップハット的拡散の入出力角度領域（ｎ次の入出力角度領域という）間に重複がなく、完全に量子化されているという、優れた特性を有しており、この特性を応用すると、強力な外光抑制機能が発現する。つまり、０次の入出力角度領域内にプロジェクタＸを設置し、この領域内でスクリーンへ投写された画像を観る場合を考えると、プロジェクタ光は０次の入出力角度領域内のみに均一に拡散し、一方、０次の入出力角度領域外に存在する外光は決して０次の入出力角度領域内に拡散してくることはないので、明るい環境下でも高コントラストな画像を観ることが可能である。なお、プロジェクタを０次以外のｍ次の入出力角度領域内に設置した場合、−ｍ次の入出力角度領域内で画像を観れば、同様の効果が得られる。
【００８０】
請求項１５に記載の拡散フィルム（及びこれを応用したスクリーン）のもう１つのタイプとして、図１７に示すものが挙げられる。このスクリーン20は、大きな角度の斜め入射が可能なフロントプロジェクションシステム用である。スクリーン20の機能は、図１のそれと等価であり、大きな角度の斜め入射光に対し、表面の、図１のレンズ１と同じ機能を有する全反射タイプの反射鏡18で集光し、裏面のミラー30で反射させ、表面の、図１のレンズ２と同じ機能を有するレンズ19の主平面に焦点を結ばせて、固定トップハット的拡散特性を発現させるものである。前記全反射タイプの反射鏡18の光軸と、前記レンズ19の光軸を一致させておくと、入射角によらず、常にスクリーン法線方向を主光線方向とする固定トップハット的拡散特性が発現する。このスクリーンに、請求項１〜６のいずれかに記載の技術を適用すれば、NAや中心方向の角度に対する、入力側と出力側とでの独立制御を実現することができる。フィルム裏面に付加したブラックマスク23は、外光抑制に大きな効果を奏する。以上で、請求項１５の説明を終える。
【００８１】
最後に、請求項１６に記載の投写システムは、本発明の拡散フィルム（新型D-film）を、リアプロジェクションシステム又はフロントプロジェクションシステムに応用したものであり、これによれば、これまで詳述してきた、新型D-filmの各種実施形態によって得られる効果により、超薄型の構造で、高コントラストかつ高解像度な画像表示が可能なシステムとすることができるので、かかる投写システムも本発明に含めるものとした。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】請求項４に記載の拡散フィルムの機能の原理説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１を補足する説明図、（ｄ）は請求項４に記載の拡散フィルムの概念図である。
【図３】請求項５に記載の拡散フィルムの機能の原理説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は図３を補足する説明図、（ｄ）は請求項５に記載の拡散フィルムの概念図である。
【図５】請求項６中の１つの要件の原理説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は図５を補足する説明図、（ｄ）は請求項６に記載の拡散フィルムの概念図である。
【図７】請求項６中のもう１つの要件の原理説明図である。
【図８Ａ】請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、60°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。
【図８Ｂ】請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、120°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。
【図８Ｃ】請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、30°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。
【図８Ｄ】請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、90°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。
【図８Ｄ１】図８Ｄの光学系の動作原理説明図である。
【図８Ｅ】請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、150°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。
【図８Ｆ】請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、100°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。
【図８Ｆ１】図８Ｆの光学系の動作原理説明図である。
【図８Ｇ】スクリーンへの入射角に対応した、該スクリーンに応用される請求項１０に記載の拡散フィルム中の非軸放物面ミラーの好適な非軸角度の説明図である。
【図９】半球レンズの動作（光学的挙動）原理説明図である。
【図１０】請求項１０に記載の拡散フィルムの光学設計例を示す断面図である。
【図１１】図１０の拡散フィルムを用いて構成したスクリーンの例を示す背面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
【図１２】新型D-filmで構成したスクリーン（リアプロ用）の長所を示す模式図である。
【図１３】図４の拡散フィルムをリアプロ用スクリーンとして用いたものにブラックマスクを付加した例の一部を示す概略図である。
【図１４】図５の拡散フィルムをリアプロ用スクリーンとして用いたものにブラックマスクを付加した例（請求項１２に対応）の一部を示す概略図である。
【図１５】請求項１４に記載の拡散フィルムで発現するｎ次固定トップハット的拡散特性の原理説明図である。
【図１６】請求項１５に記載の拡散フィルムの１例（フロントプロジェクションシステムへの適用例）を示す模式図である。
【図１７】請求項１５に記載の拡散フィルムの１例（フロントプロジェクションシステムへの適用例；前例とは別形態）を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８３】
１，１’，２，２’  レンズ
３  拡散フィルム（新型D-film）
４  非軸放物面ミラー（付属の英字符号は非軸角度に対応する）
５  半球レンズ
６  球面レンズ
７  フィルム面
8-1〜8-9,9-1,9-2,10-1〜10-3,15-1〜15-7,101〜126  光線（あるいは主光線）
11  フィルム媒体
18  図１のレンズ１と同じ機能を有する全反射タイプの反射鏡
19  図１のレンズ２と同じ機能を有するレンズ
20  スクリーン
21  入力側レンズ面
22  非軸放物面ミラーの反射面
23  ブラックマスク
24  反射防止膜
25  ブラックマスクの穴
26  マイクロレンズアレイ
30  ミラー（平面ミラー）
Ｘ  光学エンジン（プロジェクタ）
【図１】
2007183498.tif 000019
【図２】
2007183498.tif 000020
【図３】
2007183498.tif 000021
【図４】
2007183498.tif 000022
【図５】
2007183498.tif 000023
【図６】
2007183498.tif 000024
【図７】
2007183498.tif 000025
【図８Ａ】
2007183498.tif 000026
【図８Ｂ】
2007183498.tif 000027
【図８Ｃ】
2007183498.tif 000028
【図８Ｄ】
2007183498.tif 000029
【図８Ｄ１】
2007183498.tif 000030
【図８Ｅ】
2007183498.tif 000031
【図８Ｆ】
2007183498.tif 000032
【図８Ｆ１】
2007183498.tif 000033
【図８Ｇ】
2007183498.tif 000034
【図９】
2007183498.tif 000035
【図１０】
2007183498.tif 000036
【図１１】
2007183498.tif 000037
【図１２】
2007183498.tif 000038
【図１３】
2007183498.tif 000039
【図１４】
2007183498.tif 000040
【図１５】
2007183498.tif 000041
【図１６】
2007183498.tif 000042
【図１７】
2007183498.tif 000043