(57)【要約】【課題】上下方向への光の拡散角度を所定の範囲に設定できる光の拡散機能を持ったプリズムアレイを提供する。【解決手段】プリズムの反射面のうちプロジェクタ光の当たる部分を曲面形状としてなるプリズムアレイ。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の入光角のプロジェクタ光を受光面で受光した後、反射面で全反射させ、反射光をスクリーン面に向けて出光するプリズムを多数形成してなるプリズムアレイでスクリーンを構成するに際し、
前記プリズムの反射面のうちプロジェクタ光の当たる部分を曲面形状としてなることを特徴とするプリズムアレイ。
【請求項２】
前記プリズムの反射面のうちプロジェクタ光の当たる部分を、その一端と他端での法線と前記スクリーン面とのなす角の角度差Δθが、上下方向への光の拡散角度範囲のほぼ１／２である曲面形状としてなることを特徴とする請求項１に記載のプリズムアレイ。
【請求項３】
前記プリズムの反射面のうちプロジェクタ光の当たる部分を、その部分で全反射した反射光が前記スクリーン面に到達する途中もしくはスクリーン面上で互いに交差する曲面形状としてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のプリズムアレイ。
【請求項４】
前記プリズムの反射面のうちプロジェクタ光の当たる部分を、その一端から他端にわたり前記角度差Δθを均一に配分した曲面形状としてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプリズムアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の偏向機能に加え、上下方向への光の拡散機能を有し、薄型リアプロジェクション・ディスプレイのスクリーンに好適なプリズムアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクション・ディスプレイの需要が高まるにつれ、表示画像の高品位化が求められている。
特に、薄型リアプロジェクション・ディスプレイは、背面側から急な角度でスクリーン背面に光を投射する必要があり、光学エンジンを搭載した高機能なプロジェクタと、大きな光の偏向機能を有するスクリーンが必要である。
【０００３】
図３、４には、従来のリアプロジェクション・ディスプレイの光学系の例を縦断面図で示した。図中、ＰＪ１はプロジェクタ、ＰＪ２はスクリーンをそれぞれ示す。Ｄは平面反射板とスクリーン間の間隔である。なお、図３は平面反射板ＰＪ３を内蔵しない装置で、図４は平面反射板ＰＪ３を配置した装置である。
スクリーン縦寸法Ｈを同じとした場合、平面反射板ＰＪ３を配置した方がＬｂ＜Ｌａとなるから、それを配置しない場合よりリアプロジェクション装置の薄型化が可能である。
【０００４】
どちらの光学系を採用した装置でもさらに薄型化すると、プロジェクタ光Ｓがスクリーン面に垂直なｚ軸となす角度γが大きくなり、スクリーン最上部においてｚ軸となすプロジェクタ光Ｓの入光角γｔが６０度以上にもなる。このため、表示画像の高品位化と、さらなる薄型化を達成したリアプロジェクション・ディスプレイを実現するには、大きな光の偏向機能に加え、上下方向への光の拡散機能を有するスクリーンが必須である。
【０００５】
従来、リアプロジェクションスクリーンとして、図５に示すような、全反射と屈折を利用し光の偏向作用を発現するフレネルレンズ１０、水平方向への拡散媒体であるレンティキュラレンズ１１、及び上下方向への拡散を行う微粒子または粗面の拡散媒体１２からなるスクリーン（非特許文献１）が広く用いられている。
【非特許文献１】Shikama,S.et al.SID02 DIGEST p.1250-1253
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、非特許文献１のスクリーンでは、プリズムアレイ１０からレンティキュラレンズ１１へ出射する光がｚ軸と平行な方向に制限され、かつ観察側で、光の拡散を微粒子または粗面の拡散媒体１２で行うため、観察側への光の拡散角度を所定の範囲に制御するのが非常に困難であるという、欠点があった。
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、上下方向への光の拡散角度を所定の範囲に設定できる光の拡散機能を持ったプリズムアレイ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】
【０００７】
本発明は、以下のとおりである。
１．所定の入光角のプロジェクタ光を受光面で受光した後、反射面で全反射させ、反射光をスクリーン面に向けて出光するプリズムを多数形成してなるプリズムアレイでスクリーンを構成するに際し、前記プリズムの反射面のうちプロジェクタ光の当たる部分を曲面形状としてなることを特徴とするプリズムアレイ。
【０００８】
２．前記プリズムの反射面のうちプロジェクタ光の当たる部分を、その一端と他端での法線と前記スクリーン面とのなす角の角度差Δθが、上下方向への光の拡散角度範囲のほぼ１／２である曲面形状としてなることを特徴とする上記１．に記載のプリズムアレイ。
３．前記プリズムの反射面のうちプロジェクタ光の当たる部分を、その部分で全反射した反射光が前記スクリーン面に到達する途中もしくはスクリーン面上で互いに交差する曲面形状としてなることを特徴とする上記１．又は２．に記載のプリズムアレイ。
【０００９】
４．前記プリズムの反射面のうちプロジェクタ光の当たる部分を、その一端から他端にわたり前記角度差Δθを均一に配分した曲面形状としてなることを特徴とする上記１．〜３．のいずれかに記載のプリズムアレイ。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のプリズムアレイによれば、光の偏向機能に加え、上下方向への光の拡散角度を所定の範囲（２・Δθ）に設定できる光の拡散機能を持ったスクリーンを実現できる。このプリズムアレイは、薄型リアプロジェクション・ディスプレイのスクリーンに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係るプリズムアレイについて、図を用い、詳細に説明する。
このプリズムアレイには、以下に説明する光の偏向機能に加え、上下方向への光の拡散機能を持ったプリズムが多数形成されている。各プリズムは、図１に示すように、反射面２と受光面３とで頂部Ｐが構成され、ベースシート上に隣接して形成されてなる。図１中、ａは谷底から頂部Ｐまでのプリズム高さ、ｂはベース厚を示す。
【００１２】
なお、図１は、上記プリズムアレイで構成してなるリアプロジェクションスクリーン（以下、単にスクリーンともいう）の縦断面図であり、隣り合う２つのプリズムの上側につき、プロジェクタ光Ｓの光路を示した。このスクリーンを用いたリアプロジェクション・ディスプレイは、下方にプロジェクタ（図示せず）を有し、スクリーン面を垂直に保持した装置である。
【００１３】
上のプリズムの反射面２のうち部分ＰＱは、プロジェクタ光Ｓが当たる部分である。このプリズムの反射面２のうちプロジェクタ光Ｓが当たる部分は、曲面形状とされ、受光面３で受光された入光角γのプロジェクタ光Ｓがプリズム内を直進し、内面で当たり、全反射する部分である。それ以外の各プリズムの反射面２のうち上記と同様な部分も、曲面形状とされ、全反射条件を満たすように形成されている。
【００１４】
この場合、プロジェクタ光Ｓ１の光路は、上のプリズムの反射面２のうち頂部Ｐの内面で全反射され、偏向されて反射光Ｒ１となり、スクリーン面１に向かって出光される臨界パスを示し、一方、プロジェクタ光Ｓ２の光路は、隣り合う下のプリズムの頂点近くを通った光が受光面３で受光され、屈折した後、プリズム内を直進し、反射面２のＱの内面で全反射され、偏向されて反射光Ｒ２となり、スクリーン面１に向かって出光される臨界パスを示している。
【００１５】
図１の場合には、スクリーン面１に対する受光面３の傾き角αを、プロジェクタ光Ｓが屈折する角度としているが、本発明では、受光される受光面３の傾き角αを、プロジェクタ光Ｓが屈折しないように設定してもよい。
ここで、本発明の実施の形態に係るプリズムアレイは、上下方向への光の拡散角度を所定の範囲（２・Δθ）に設定できるよう、反射面２のうちプロジェクタ光の当たる部分ＰＱが曲面形状に形成されてなることが特徴である。
【００１６】
このような所定の入光角γのプロジェクタ光Ｓをプリズムで偏向する光の偏向機能に加え、上下方向への光の拡散機能を有するプリズムアレイを構成するには、図２に示すように、反射面２のうちプロジェクタ光の当たる部分ＰＱで、点Ｐ、Ｑでのそれぞれの法線とスクリーン面１とのなす角の角度差Δθが、所望とする上下方向への光の拡散角度の所定の範囲のほぼ１／２である形状とすればよい。
【００１７】
ただし、角度差Δθ＝θ１−θ２（θ１：Ｐでの法線とスクリーン面１に平行な上下方向とのなす角、θ２：Ｑでの法線とスクリーン面１に平行な上下方向とのなす角）で、図１での角度差Δθの値は、設計値２・△θの半分である。すなわち、プリズムアレイを成形する工程では設計値に対して多少のバラツキが生じ、またスクリーンの特性上、実際のものにおける部分ＰＱでは、角度差Δθ＝Θ＋Θ×０．１（Θ：所望とする上下方向への光の拡散角度の１／２）の範囲であれば、問題がない。
【００１８】
従来のプリズムアレイのように、プリズムの反射面２の部分ＰＱに角度差Δθがない場合、所定の入光角γのプロジェクタ光Ｓは、その部分で正反射され、互いに平行な反射光となって出光されるが、これに対して、その部分ＰＱに角度差Δθを設けた場合には、上述したように、設計上、その部分で全反射された反射光Ｒ１，Ｒ２が上下方向へ所定の範囲（２・Δθ）で互いに交差する光の拡散機能を持つことになる。
【００１９】
このようなプリズムアレイの形状を決定するには、プリズム形状だけでなく、図１に示したベース厚ｂも重要な要因である。ベース厚ｂが過度に薄い場合には、反射光Ｒ１、Ｒ２がスクリーン面１に到達するまでに（本発明では、プリズムアレイだけではなく、観察側に何らかの材料を配置し、その材料とプリズムアレイとの間に間隔を取ってスクリーンとする場合もあり得る。）交差する条件を決定できなくなる。このため、ベース厚ｂを含む幾何学的条件及び光学的条件を勘案し、反射面２のうちプロジェクタ光の当たる部分ＰＱの形状を決定する。
【００２０】
反射面２のうちプロジェクタ光の当たる部分ＰＱを、その部分で全反射された反射光Ｒ１、Ｒ２がスクリーン面１に到達する途中もしくはスクリーン上で互いに交差する曲面形状としてなるのが好ましい。この理由は、そのように決めておかないと、反射光Ｒ１、Ｒ２がそれ以外のとこで交差する場合が起こり得るからである。
また、プリズムの反射面２のうち光の当たる部分ＰＱを、その一端Ｐから他端Ｑにわたり前記角度差Δθを均一に配分した曲面形状としてなることが、上下方向への光の拡散を所定の範囲（２・Δθ）に一様に行うことができるので好ましい。
【００２１】
以上説明した本発明の実施の形態に係るプリズムアレイは、光の偏向機能に加え、上下方向への光の拡散角度をほぼ所定の範囲（２・Δθ）に設定できるので、薄型リアプロジェクション・ディスプレイのシートに用いて好適である。このようなプリズムアレイは、光学用透明物質、例えば光学用透明樹脂を用い、成形して得ることができる。光学用透明樹脂には、成形の容易な公知の透明合成樹脂シートを用いるのが好適である。
【００２２】
このようなプリズムを多数形成したプリズムアレイは、実施例のように、数値計算によって決定するのが正確でかつ効率的である。
【実施例】
【００２３】
光の偏向機能に加え、上下方向への光の拡散角度（設計値：２・Δθ＝２２度に設定できる光の拡散機能を持ったプリズムアレイを数値計算によって決定した。
《光の拡散条件》  
反射光がスクリーン面１に到達する途中で交差する。
《光学的条件》
プリズムアレイの屈折率（プリズムも同じ：空気に対する値）＝１．５、
入光角γの値＝８０°。
《幾何学的条件：プリズムアレイを縦断面で見た状態で》
プリズム高さａ＝０．８８ｍｍ、
ベース厚ｂ＝０．７０ｍｍ、
隣り合う２つのプリズムの上下方向の間隔であるプリズムピッチ＝０．１ｍｍ、
プロジェクタ光Ｓを受光する受光面３とスクリーン面１とがなす角α＝６０度。
【００２４】
この条件で、プロジェクタ光の当たるプリズムの反射面２の部分ＰＱに角度の差Δθ＝１１度を設けることによって、反射光がスクリーン面１に到達する途中で、２・Δθ＝２２度で交差する上下方向への光の拡散機能を有するプリズム形状を決定できた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明を適用したリアプロジェクションスクリーンを示す縦断面図である。
【図２】図１の作用効果を説明する要部の縦断面図である。
【図３】従来のリアプロジェクション・ディスプレイの光学系の一例を示す縦断面図である。
【図４】従来のリアプロジェクション・ディスプレイの光学系の一例を示す縦断面図である。
【図５】従来のリアプロジェクションスクリーンの問題点を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    スクリーン面
２    受光面
３    反射面
ａ    プリズム高さ
ｂ    ベース厚
ＰＱ  プロジェクタ光の当たる範囲
Ｓ    プロジェクタ光（Ｓ１，Ｓ２）
Ｒ    反射光（Ｒ１，Ｒ２）
α    スクリーン面に対する受光面の傾き角
γ    プロジェクタ光の入光角（スクリーン面に垂直な方向に対する傾き角）
Δθ  点Ｐ、Ｑでのそれぞれの法線とスクリーン面とのなす角
θ１    点Ｐでの法線とスクリーン面に平行な上下方向とのなす角
θ２    点Ｑでの法線とスクリーン面に平行な上下方向とのなす角
ＰＪ１  プロジェクタ
ＰＪ２  スクリーン
ＰＪ３  平面反射板
Ｈ  スクリーン縦寸法
Ｄ  平面反射板とスクリーン間の間隔
Ｌａ、Ｌｂ    プロジェクタ投射窓からスクリーン面まで前後方向距離
１０  プリズムアレイ
１１  レンティキュラレンズ
１２  微粒子または粗面の拡散媒体
【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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