(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各イメージプロジェクタは投影軸を有し、隣接する任意の２つのイメージプロジェクタはイメージプロジェクタの対を規定し、各イメージプロジェクタの対は、入射角を規定する投影軸を有する、いくつかの異なる色のそれぞれのイメージ用の複数のイメージプロジェクタ（１４，１６，１８）と、
少なくとも１つの透光パネル（３８）上に重ね合された基板（２４）上に配設された少なくとも１つのホログラム（２６）によって形成され、前記スクリーンは前記プロジェクタからのイメージを第１の面で受け取り、前記表示されるイメージの光拡散を制御して前記イメージを第２の面に表示する、投影スクリーン（２２）と、
少なくとも１つの鏡は前記プロジェクタからのイメージを前記第１の面上に反射させ、前記スクリーンに直交する軸に対して約±３０度の範囲の投影角（φｈ，φｖ）を各イメージごとに規定する、前記プロジェクタ（１４，１６，１８）と前記投影スクリーン（２２）との間の光路に沿った少なくとも１つの鏡（２０）と
を備え、
前記投影スクリーンは、前記第２の面上に表示されるイメージが前記スクリーンに直交する軸に対するある表示角範囲（±β）内の表示角（θ）に配向されるように、スクリーン上に反射されるイメージの方向を変更し、
前記スクリーン（２２）は、視野を横切って水平方向および垂直方向に変動する光学特性を有する干渉アレイを形成し、前記スクリーンは、下記の数式の少なくとも１つから得られる最大値によって求められるように、前記範囲内のすべての前記投影角（φｈ，φｖ）についてほぼ５より小さいかまたは等しい色ずれ（Ｃ）を有し、
【数１】
0003897980.tif 000007
【数２】
0003897980.tif 000008
上式で、θは前記水平視野角の範囲（±β）の任意の角度であり、Ｃ（θ）は角度θでの色ずれであり、ｒｅｄ（θ）は角度θでの赤輝度レベルであり、ｂｌｕｅ（θ）は角度θでの青輝度レベルであり、ｇｒｅｅｎ（θ）は角度θでの緑輝度レベルであることを特徴とする投影テレビジョン。
【請求項２】
前記投影角の範囲は、前記スクリーンに直交する前記軸に対して約１５度から３０度であり、および前記スクリーンに直交する前記軸に対して約−１５度から−３０度であることを特徴とする請求項１に記載の投影テレビジョン。
【請求項３】
前記投影角の範囲は、前記スクリーンに直交する前記軸に対して約１５度より大きいかまたは等しく、および前記スクリーンに直交する前記軸に対して約−１５度より小さいかまたは等しいことを特徴とする請求項１に記載の投影テレビジョン。
【請求項４】
前記少なくとも１つの鏡（２０）は、前記投影軸が前記スクリーンで規定される平面と複数のイメージプロジェクタの前記投影軸のうちの任意の１つの投影軸との間の角度として規定される、約１０度から３０度の範囲の極端な上向き角度に配設されるように、前記複数のイメージプロジェクタ（１４，１６，１８）と前記投影スクリーン（２２）との間に配向されることを特徴とする請求項１に記載の投影テレビジョン。
【請求項５】
前記少なくとも１つの鏡（２０）は、前記投影軸が前記スクリーンで規定される平面と複数のイメージプロジェクタの前記投影軸のうちの任意の１つの投影軸との間の角度として規定される、約１０度から３０度の範囲の極端な側面角度に配設されるように、前記複数のイメージプロジェクタ（１４，１６，１８）と前記投影スクリーン（２２）との間に配向されることを特徴とする請求項１に記載の投影テレビジョン。
【請求項６】
前記少なくとも１つの鏡（２０）は、前記各イメージプロジェクタ（１４，１６，１８）ごとに少なくとも１つの独立の鏡を備えることを特徴とする請求項１に記載の投影テレビジョン。
【請求項７】
前記少なくとも１つのホログラムは、赤イメージおよび青イメージのそれぞれの前記光拡散を２つの異なる方向のうちの少なくとも一方に制御する第１のホログラムを備えることを特徴とする請求項１に記載の投影テレビジョン。
【請求項８】
前記スクリーン（２２）は、互いに積み重ねられた第１のホログラムおよび第２のホログラムを備え、前記第１のホログラムは、赤イメージおよび青イメージのそれぞれの前記光拡散を２つの異なる方向のうちの一方に制御し、前記第２のホログラムは、赤イメージおよび青イメージのそれぞれの前記光拡散を前記２つの異なる方向のうちの他方に制御することを特徴とする請求項１に記載の投影テレビジョン。
【請求項９】
前記スクリーンは、
水平半視野角：３８度±３度、
垂直半視野角：１０度±１度、
スクリーン利得：≧８、
色ずれ：≦３
の各性能仕様を有することを特徴とする請求項１に記載の投影テレビジョン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（背景）
（発明の分野）
本発明は、投影テレビジョン受像器の分野に関し、詳細には、光をホログラフィックスクリーンの背面上に送る少なくとも１つの鏡の方に配向された投影源を有する投影テレビジョン受像器に関する。ホログラフィックスクリーンは、ある入射角範囲にわたる光を集束させ、この光の方向をスクリーンに対する直交軸により平行になるように変更する。ホログラフィックスクリーンを１つまたは２つ以上の鏡と組み合わせることによって、色ずれが著しく低減され、輝度が改善し、キャビネットの奥行きを著しく小さくすることが可能になる。
【０００２】
（背景情報）
色ずれは、垂直視野角における輝度のピークを観測することにより、水平平面内の様々な角度で見たときの、赤投影チューブ、緑投影チューブ、青投影チューブからの投影イメージによって投影スクリーンの中央に形成される白イメージの赤／青比または緑／青比の変化として定義される。
【０００３】
色ずれ問題は、いくつかの異なる色、たとえば、赤、青、緑のそれぞれのイメージ用の少なくとも３つのイメージプロジェクタが必要であるために生じる。投影スクリーンは、少なくとも３つのプロジェクタからのイメージを第１の面で受け取り、表示されるすべてのイメージについて制御された光分散でイメージを第２の面に表示する。１つのプロジェクタ、すなわち、通常は緑であり、通常はプロジェクタアレイの中央にあるプロジェクタは、スクリーンにほぼ直交する方向の第１の光路を有する。少なくとも２つのプロジェクタ、すなわち、通常は赤および青であり、通常はアレイ内の中央の緑プロジェクタの両側に位置決めされるプロジェクタは、規定された入射角αの、非直交方向で第１の光路の方へ収束するそれぞれの光路を有する。色ずれは、スクリーンおよび緑プロジェクタに対する赤プロジェクタおよび青プロジェクタの非直交関係によって生じる。色ずれの結果として、色調はスクリーン上のあらゆる位置で異なるものとなる。色調の違いが大きな状態を、しばしば、不十分な白一様性、と呼ぶ。色ずれが小さければ小さいほど、白一様性が向上する。
【０００４】
色ずれは、数のスケールによって示され、より小さい数はより弱い色ずれおよびより優れた白一様性を示す。一般的な手順によれば、通常は、少なくとも約−４０度ないし＋４０度から約−６０度ないし＋６０度程度まで、５度または１０度の増分で様々な水平視野角から赤輝度、緑輝度、および青輝度の値がスクリーンで測定される。正の角度および負の角度は、それぞれ、スクリーン中央に対して右および左の水平視野角を表す。これらの測定値は、ピーク垂直視野角で得られる。赤データ、緑データ、および青データは０度で１に正規化される。以下の数式（Ｉ）および（ＩＩ）の一方または両方が各角度で評価される。
【０００５】
【数３】
0003897980.tif 000002
【０００６】
【数４】
0003897980.tif 000003
【０００７】
上式で、θは水平視野角内の任意の角度であり、Ｃ（θ）は角度θでの色ずれであり、red（θ）は角度θでの赤輝度レベルであり、blue（θ）は角度θでの青輝度レベルであり、green（θ）は角度θでの緑輝度レベルである。これらの値の最大値はスクリーンの色ずれである。
【０００８】
一般に、色ずれは、商業的に受け入れられるスクリーン設計では、名目上５以下であるべきである。他のエンジニアリングおよび設計上の制約では、場合によっては色ずれを５よりもいくらか高くする必要があるときがあるかも知れないが、このような色ずれ性能は望ましくなく、通常は白一様性が不十分な知覚的に劣ったイメージをもたらす。
【０００９】
投影テレビジョン受像機用のスクリーンは、一般に、熱可塑性シート材料の表面を形成するために、１つまたは２つ以上のパターン化されたローラを使用した押出しプロセスによって製造される。この形状は、一般に、レンチキュール（lenticule）およびレンズレット（lenslet）とも呼ばれるレンチキュラ要素（lenticular element）のアレイである。レンチキュラ要素は、同じシート材料の一面または両面上に形成するか、あるいはいくつかの異なるシートの一面上にのみ形成し、次いでこれらのシートを積層ユニットとして永久的に組み合わせるか、あるいは積層ユニットとして機能するように互いに隣接するように他の方法で取り付けることができる。多くの設計では、スクリーンの一方の表面は、光を拡散させるようにフレネルレンズとして設計される。色ずれを低減し白一様性を向上させる従来の技術上の奮闘は、スクリーンの２つの態様にのみ焦点が当てられている。１つの態様はレンチキュラ要素の形状および配置である。他方の態様は、スクリーン材料または、光拡散を制御するためにその一部に光拡散粒子がドープされているスクリーン材料の範囲である。これらの奮闘は以下の特許文書によって例示される。
【００１０】
米国特許第４，４３２，０１０号および米国特許第４，５３６，０５６号では、投影スクリーンは、入射表面と出射表面を有する光透過レンチキュラシートを含んでいる。その入力表面は、０．５から１．８の範囲の波打ち深さＸｖと近軸曲率半径Ｒ１の比（Ｘｖ／Ｒ１）を有する水平拡散レンチキュラプロファイルを特徴とする。そのプロファイルは、光軸に沿って縦長であり、非球面入力レンチキュラレンズを形成している。
【００１１】
両面レンチキュラレンズを有するスクリーンを使用することは一般的である。このようなスクリーンは、スクリーンの入射表面上の円筒形入射レンチキュラ要素と、スクリーンの出射表面上に形成された円筒形レンチキュラ要素と、出射表面の光非収束部に形成された光吸収層とを有している。その入射レンチキュラ要素および出射レンチキュラ要素は、それぞれ、以下の数式（ＩＩＩ）で表される円、楕円、または双曲線の形状で示される。
【００１２】
【数５】
0003897980.tif 000004
【００１３】
上式で、Ｃは主曲率であり、Ｋは円錐定数である。
【００１４】
別法として、そのレンズレット群は、二次よりも高次の項が追加された曲線を有する。
【００１５】
両面レンチキュラレンズのようなものを使用して作られたスクリーンでは、入射レンズと出射レンズの間の位置関係、またはレンズを形成するレンチキュラ要素同士の間の位置関係を特定することが提案されている。たとえば、米国特許第４，４４３，８１４号では、一方のレンズのレンズ表面が他方のレンズの焦点に存在するように入射レンズと出射レンズを位置決めすることが教示されている。たとえば、日本特許出願第５８−５９４３６号には、入射レンズの偏心率を、レンチキュラレンズを構成する材料の屈折率の逆数にほぼ等しくすることも教示されている。さらに、たとえば、米国特許第４，５０２，７５５号には、それぞれのレンチキュラレンズの光軸平面が互いに直角になるように両面レンチキュラレンズの２枚のシートを組合せ、かつ一方のレンズの周辺にある入射レンズと出射レンズが光軸に対して非対称的になるような両面レンチキュラレンズを形成することが教示されている。米国特許第４，９５３，９４８号では、光軸の位置ずれの公差および厚さの違いの許容量を大きくするか、あるいは色ずれを小さくすることができるように、入射レンズの谷でのみ光収束位置を出射レンズの表面から視野側の方へずらすことも教示されている。
【００１６】
色ずれまたは白の非一様性を低減するための様々な提案だけでなく、投影スクリーン性能を向上させるための他の提案は、水平方向と垂直方向の両方で、イメージを明るくすることと、適切な視野を確保することに向けられている。多数のこのような提案の概要は、米国特許第５，１９６，９６０号に記載されている。この特許自体は、入射レンズを有する入射レンズ層と、出射レンズを有する出射レンズ層とを備え、出射レンズのレンズ表面が入射レンズの光収束点またはその近傍に形成され、入射レンズ層および出射レンズ層がそれぞれ、ほぼ透明な熱可塑性樹脂で形成され、少なくとも出射層が拡散微粒子を含み、入射レンズ層と出射レンズ層との間に光拡散特性の違いが存在する両側面レンチキュラレンズシートを教示している。複数の入射レンズが円筒形レンズを形成している。この出射レンズは複数の出射レンズ層で形成され、入射レンズ層の各レンズの光収束点に、またはその近傍にレンズ表面を有している。また、光吸収層がその出射レンズ層の非収束部に形成されている。このスクリーン設計は、十分な水平視野角を与え、色ずれを低減し、イメージをより明るくすると共に、押出しプロセスによる製造を容易にすると言われている。
【００１７】
投影スクリーン設計において何年にもわたって積極的に開発されてきたにもかかわらず、その達成された改良はせいぜい増分的なものであり、さらに、ある基準を超えることには成功していない。イメージ投影機の幾何学的構成によって規定されるその入射角は、本明細書では角度αと呼ばれ、一般に、０度よりも大きく、かつ約１０度または１１度より小さいかまたは等しい範囲に限られている。イメージプロジェクタおよび／またはその光学系の寸法のために、角度αを０度に近くすることはほぼ不可能である。角度αが約１０度または１１度よりも小さい範囲では、達成されている最高の色ずれ性能は、数式（Ｉ）および（ＩＩ）にしたがって測定されたとして、約５である。角度が約１０度または１１度を超える範囲で既に達成されている最良の色ずれ性能は、商業的には受け入れられてはいない。実際、角度αが１０度または１１度よりも大きな角度を持つ投影テレビジョン受像機が販売されたことは知られていない。
【００１８】
αの角度が小さい場合は、顕著で望ましくない結果、すなわち、非常に大きなキャビネット奥行きが、家庭用投影テレビジョン受像機に必要になる、ということを生じさせる。この大きな奥行きは、小さな入射角（α）を有する光路に対処する必要があることの直接的な結果である。イメージプロジェクタおよび光学要素の所定寸法については、単にイメージプロジェクタまたはその光学系とスクリーンとの間の光路長を大きくすることによってのみ入射角を小さくすることができる。
【００１９】
投影テレビジョンキャビネットの寸法を削減する技法は、一般に、長い光路を折り畳む鏡に依存している。可能な入射角の範囲にはたとえ鏡を使用しても下限があるので、このような努力に対する色ずれ対策の成功は、結局、限界がある。
【００２０】
Ｐｏｌａｒｏｉｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、ＤＭＰ−１２８（登録商標）としてデザインされた光ポリマーを販売しており、Ｐｏｌａｒｏｉｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが、独占権を持つプロセスを使用し、３次元ホログラムとして製造することができる。このホログラフィック製造プロセスは、米国特許第５，５７６，８５３号に部分的に記載されている。ホログラフィック光ポリマーは、一般に、コヒーレント光を照明ビームと参照ビームに分割することによって写真イメージを記録する場合に有用である。その照明ビームはその被写体に照射される。その被写体からの反射ビームと、被写体をバイパスする参照ビームは、現像可能な感光写真組成を含む光ポリマー媒質に照射される。この２条のビームの光波は互いに干渉し、すなわち、増強および打ち消しの干渉によって、局所的にその写真組成に感光させる正弦ピークの定常波パターンと局所的にその組成を感光させないヌルの定在波パターンを生成する。この写真媒質を現像すると、対応する干渉パターンが媒質に記録される。コヒーレント参照ビームで媒質を照明することによって、被写体のイメージが再生され、所定角度範囲にわたってこのイメージを見ることができる。
【００２１】
被写体上の照明されたすべての点からの光がホログラム上のすべての点で参照ビームと干渉するので、典型的な写真の被写体を表すホログラムの記録された干渉パターンは複雑である。空白「被写体」のイメージを記録することによって（実際上、２条の参照ビームの干渉によって）空白ホログラムを作製することが可能であり、その空白ホログラムの内部の干渉パターンはより規則的である。この場合、その干渉パターンは回折格子に類似しているが、その回折格子のピッチまたは解像度は、後方の投影チューブから特定の方向へ光を湾曲または屈折させる形状にされたマクロサイズのレンチキュラ要素を有する投影スクリーンのピッチと比べてかなり密になる。
【００２２】
投影テレビジョン用の３次元ホログラフィックスクリーンは、ＤＭＰ−１２８（登録商標）光ポリマーホログラフィック製品の市場を確立するための努力がなされる間に示された多数の提案のうちの１つとしてＰｏｌａｒｏｉｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提案された。この提案は、より高い輝度および解像度、より低い製造コスト、より小さい重量、および２ピーススクリーンが輸送中に受ける磨耗に対する抵抗力の項目に関して、Ｐｏｌａｒｏｉｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが期待した利点に基づいた提案であった。Ｐｏｌａｒｏｉｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、ホログラフィック投影テレビジョンスクリーンのようなものを作成可能かもしれない多量のホログラフィック要素に対する如何なる特定のホログラフィック構成をも提案しておらず、ホログラフィックであるか、その他の種類であるかにかかわらず、どんな種類の投影テレビジョンスクリーンにおける色ずれ問題も、考慮さえされていない。
【００２３】
全般的に、色ずれが５よりも小さく、場合によっては５よりもずっと小さいスクリーン、また角度αが１０度または１１度よりもずっと大きい場合に色ずれが５程度に低いスクリーンを有する投影テレビジョン受像機を提供するための開発が何年にもわたって集中的に行われてきたにもかかわらず、従来型の投影スクリーンにおけるレンチキュラ要素形状および位置および散光器を増分的に変更することを除いて、色ずれ問題の解決策は進歩していない。さらに、投影スクリーンには３次元ホログラムが有用であるという提案にもかかわらず、色ずれに関してすることがないという理由であるが、３次元ホログラフィックスクリーンを使用した投影テレビジョンを提供する努力はなされていない。著しく向上した色ずれ性能を有し、著しく小さなキャビネットに組み込むことのできる投影テレビジョン受像機に対してずっと前から探し求められているニーズは依然として満たされていない。
【００２４】
（概要）
本明細書で教示される本発明の構成による投影テレビジョン受像機は、何桁ものオーダーで測定される色ずれ性能を著しく向上させるので、１０度または１１度よりも小さな範囲の入射角αを有する投影テレビジョン受像機を用いて２以下の色ずれを達成することができる。さらに、色ずれ性能が著しく高いので、入射角が最大約３０度の商業的に受け入れられる投影テレビジョン受像機を、ずっと小さなキャビネットで提供することができる。これらの要因は、本発明にしたがって１つまたは２つ以上の鏡を収容し、光路長を延長することで増大する。そのような大きいα角度の受像機のその色ずれ性能は、たとえば５の色ずれ性能を持つα角度の小さな従来型の受像機と少なくとも同程度に良好であり、α角度の小さな受像機および比較的小さなキャビネットと同様に、約２程度に低い値に近づくか、あるいは場合によってはそのような値に達するものと期待することができる。
【００２５】
これらの結果は、押出しレンズスクリーン技法を完全に放棄することによって得られる。その代わりに、本発明の構成による投影テレビジョン受像機は、基板、たとえばＭｙｌａｒ（登録商標）などのポリエチレンフィルム上に形成された３次元ホログラムで形成されたスクリーンを有する。
【００２６】
このような３次元ホログラフィックスクリーンは最初、より高い輝度および解像度、より低い製造コスト、より小さい重量、および２ピーススクリーンがたとえば輸送中に受ける磨耗に対する抵抗力の項目に関して期待した利点のために開発された。その３次元ホログラフィックスクリーンの色ずれ性能は、その３次元スクリーンの光学特性が少なくとも従来型のスクリーンと同程度に良好であるかどうかを判定するための試験を行ったときに見出された。数式（Ｉ）および（ＩＩ）によって測定されたその３次元ホログラフィックスクリーンの色ずれ性能は、衝撃を受けるほど思いがけず低かった。従来技術の改良を増分ステップに制限していた障壁も完全になくなっていた。そのうえ、現在、より大きなα入射角を特徴とする投影幾何形状を有する、より小さなキャビネットを開発することが可能である。
【００２７】
３次元ホログラフィックスクリーンに関係する予想を上回る特性を有し、そして、本明細書で教示する本発明の構成による投影テレビジョンは、以下で構成されている。それぞれの異なる色のそれぞれのイメージ用の少なくとも３つのイメージプロジェクタ；基板上に配設された３次元ホログラムで形成され、プロジェクタからのイメージを第１の面で受け取り、表示されるすべてのイメージについて制御された光分散でイメージを第２の面に表示する投影スクリーン；そこでは各イメージプロジェクタは投影軸を有し、およびイメージプロジェクタは、隣接する任意の２つのイメージプロジェクタが入射角αを規定する投影の収束軸（converging axes）を有するように構成される；そして、レンチキュラ要素の３次元アレイを表しているその３次元ホログラムは、表示されたイメージの色ずれを低減するうえで有効な構成を有し、そのスクリーンは０度よりも大きく、かつ約３０度より小さいかまたは等しい範囲内のすべての入射角について約５より小さいかまたは等しい色ずれを持つ、ここで色ずれは以下の式の少なくとも一方から得られる最大値によって求められる：
【００２８】
【数６】
0003897980.tif 000005
【００２９】
【数７】
0003897980.tif 000006
【００３０】
ここで、θは一連の水平視野角内の任意の角度であり、Ｃ（θ）は角度θでの色ずれであり、ｒｅｄ（θ）は角度θでの赤輝度レベルであり、ｂｌｕｅ（θ）は角度θでの青輝度レベルであり、ｇｒｅｅｎ（θ）は角度θでの緑輝度レベルである。そのスクリーンの色ずれは、５より小さく、たとえば、約４、３、または場合によっては２より小さいかまたは等しくなると予想することができる。
【００３１】
入射角が約１０度または１１度のときの既知の障壁に関して、そのスクリーンの色ずれは、０度よりも大きくかつ約１０度より小さいかまたは等しい入射角の第１のサブレンジ内のすべての入射角について約２より小さいかまたは等しく、約１０度よりも大きくかつ約３０度より小さいかまたは等しい入射角の第２のサブレンジ内のすべての入射角について約５より小さいかまたは等しい。
【００３２】
そのスクリーンは、さらに、たとえば、約２ｍｍ〜４ｍｍの範囲の厚さを有する層状のアクリル材料の光透過強化部材を備える。その基板は、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムなど、耐久性が高く透明な撥水性のフィルムで構成される。その基板は、約１ミル〜１０ミル（約２５．４ミクロン〜２５４ミクロン）の範囲の厚さを有するフィルムでよい。約７ミルの厚さは、その３次元ホログラムを適切に支持することが判明している。そのフィルムのその厚さは性能とは関係がない。その３次元ホログラムは、約２０ミクロン以下の範囲の厚さを有する。
【００３３】
本発明の態様によれば、投影テレビジョンは、イメージプロジェクタとスクリーンの間の光路に沿って少なくとも１つの鏡を有する。イメージプロジェクタは、それぞれのイメージを個別にあるいは集合的に鏡上に投影させ、鏡は、これらのイメージをスクリーンの第１の側に反射させ、各イメージごとにスクリーンに直交する軸に対する投影角を規定する。投影スクリーンは、スクリーンの第２の側に表示されるイメージが、スクリーンに直交する軸に対して０度から５度の表示角に向けられるように、鏡によって投影スクリーン上に反射されたイメージを集束させその方向を変更する。ホログラフィックスクリーンは、ある入射角範囲にわたる入射光を収束させ、ほぼ、直交軸に垂直な線上に放出する。
【００３４】
本発明の他の態様によれば、投影スクリーンの色ずれ性能は、複数のホログラフィックスクリーン要素および／または視準要素を積み重ねることによってさらに改善することができる。たとえば、垂直視野角のスパンまたは水平視野角のスパンにわたる透光性の所望の変動を実現する垂直水平線形フレネルレンズをホログラフィックスクリーンの後方に設けることができる。代替または追加の方法として、ある視野角スパンにわたって透光性が変動する複数のホログラフィックスクリーン要素を積み重ねることができる。実際的な実施形態によれば、一方が垂直スパンを横切る所定の変動を生成し、他方が水平スパンを横切る所定の変動を生成する、少なくとも２つのホログラフィック要素が積み重ねられる。このように、ある有用な視野角範囲にわたるイメージの輝度を、利用可能な照明を十分に活用するように調整しおよび最適化することができる。また、線形変動要素は円形変動要素よりも低いコストで製造できるので、ホログラフィック要素および／または視準要素を積み重ねることによって、好ましいコストで様々な性能領域に適応できる。たとえば、線形変動フレネル要素は、円形フレネルの２５％程度の低コストで型押しするか、あるいはローラ押出しすることができる。同様に、線形に変動するホログラフィックマスタは、２つの次元での変動を規定する円形のホログラフィックマスタよりも簡単であり廉価である。
【００３５】
（好適実施形態の説明）
投影テレビジョン受像機１０を図１に図示する。投影陰極線管１４、１６、および１８のアレイ１２はそれぞれ、赤、緑、および青のイメージを生成する。それぞれの陰極線管はそれぞれのレンズ１５、１７、および１９を備える。その投影されたイメージは、鏡２０によって投影スクリーン２２上に反射される。その光路の特定の幾何形状に応じて、付加的な鏡が使用されている。その緑陰極線管１６は光路３２に沿って緑イメージを投影し、光路３２はこの例では、スクリーン２２にほぼ直交するように向けられている。言い換えれば、その光路のその中心線はスクリーンに対して垂直である。その赤陰極線管および青陰極線管はそれぞれの光路３４および３６を有し、光路３４および３６は、直交しない方向の規定された入射角αで第１の光路３２の方へ向かって収束する。この入射角は色ずれの問題を生じさせる。
【００３６】
そのスクリーン２２は、基板２４上に配設された３次元ホログラム２６を備える。ホログラム２６は、マスタホログラムを印刷したものであり、３つのプロジェクタ１４、１６、１８からの光エネルギーの分配を管理する回折パターンを実質上形成し、スクリーンの幅および／または高さを横切る方向にこの回折パターンを変化させて作ることができる。好ましい構成では、このホログラムは、光入射を入射角の範囲からのホログラム上で新しい方向に向け、より直接、前方へ光を放射することに役立つ「センタオンリ（center only）」ホログラムである。そのスクリーンは、プロジェクタからのイメージを第１の入射表面側２８で受け取り、表示されたすべてのイメージについて制御された光分散でイメージを第２の出射表面側３０上にそのイメージを表示する。
【００３７】
その基板は、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムのような、耐久性が高く透明で、撥水性のあるフィルムが好ましい。このようなフィルムの１つは、商標Ｍｙｌａｒ（登録商標）として、Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ＆  Ｃｏ．から得ることができる。そのフィルム基板は、約１ミル〜１０ミル、すなわち、約０．００１インチ〜０．０１インチまたは約２５．４ミクロン〜２５４ミクロンの範囲の厚さを有する。その厚さが約７ミル（１７７．８ミクロン）のフィルムは、その上に配設された３次元ホログラムを適切に支持することが判明している。そのフィルムの厚さは、一般にスクリーン性能に影響を与えず、また特に色ずれ性能に影響を与えず、いくつかの異なる厚さのフィルムを使用してもよい。その３次元ホログラム２６の厚さは約２０ミクロン以下である。
【００３８】
この３次元ホログラフィックスクリーンは少なくとも２つの供給源から得ることができる。Ｐｏｌａｒｏｉｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは独自の湿式化学プロセスを使用して、そのＤＭＰ−１２８光ポリマー材料で３次元ホログラムを形成している。このプロセスは、回折ホログラフィックパターンを光ポリマー材料で形成することを含み、このパターンは、水平および／または垂直視野角の範囲にわたって変化したスクリーン利得を持たせることができる。参照ビームと、利得の所望の変化形態に対応した明暗形態を有する平面パターンから反射されたビームとを含むコヒーレント光で光ポリマーホログラフィック媒質を感光させることによって、マスタホログラムを作製することができる。
【００３９】
本明細書で説明し請求する投影テレビジョン受像機で使用されるその３次元ホログラフィックスクリーンについて提起した実施形態は、以下の性能仕様にしたがってＰｏｌａｒｏｉｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ湿式化学プロセスによって製造された。
水平半視野角：３８度±３度
垂直半視野角：１０度±１度
スクリーン利得：≧８
色ずれ：≦３
ここで、水平視野角および垂直視野角は従来の方法で測定され、スクリーン利得は、そのスクリーンに直交する方向で測定された、光源から視野表面の背面の方へ向かう光強度と視野表面の前面から観察者の方への光強度との商であり、色ずれは前述のように測定される。その３次元ホログラフィック投影スクリーンの並はずれた色ずれ性能は、概要で説明したように、全く予想外のものであった。
【００４０】
図２は、色ずれ性能について説明するための、鏡およびレンズを省略した投影テレビジョンの簡単な例図である。赤陰極線管１４および青陰極線管１８の光軸３４および３６は、緑陰極線管１６の光軸３２に対して入射角αの位置に対称的に位置合わせされる。キャビネットの最小奥行きＤは、スクリーン２２と陰極線管の背縁部との間の距離によって決定される。角度αを小さくすべきである場合、それぞれの陰極線管は互いに接近して配置しなければならず、かつ／あるいは陰極線管用のすきまを取るためにスクリーンからさらに離隔して設けなければならないことを理解されたい。十分に小さな角度αでは、このような干渉を回避することはできない。この場合、キャビネットの最小奥行きＤが大きくなるので望ましくない。逆に、角度αが大きくなるにつれて、陰極線管をスクリーン２２に近づけ、キャビネットの最小奥行きＤを小さくすることができる。
【００４１】
スクリーン２２の視野側では、２つの水平半視野角は−βおよび＋βとして指定される。総水平視野角２βも定義される。半視野角は通常、±４０度から±６０度の範囲である。各半角内に複数の特定の角度θがあり、この角度で、前述の数式（Ｉ）および（ＩＩ）にしたがって色ずれを測定し求めることができる。
【００４２】
入射角約１０度または１１度での既知の障壁に関して、３次元ホログラフィックスクリーンの色ずれは、入射角が０度よりも大きくかつ約１０度より小さいかまたは等しい第１のサブレンジ内のすべての入射角について約２より小さいかまたは等しく、このスクリーンの色ずれは、入射角が約１０度よりも大きくかつ約３０度より小さいかまたは等しい第２のサブレンジ内のすべての入射角について、約５より小さいかまたは等しい。第１のサブレンジのような約２より小さいかまたは等しい色ずれを、より大きな入射角の第２のサブレンジでも達成できることが期待される。
【００４３】
図３を参照するとわかるように、基板２４は、前述のように、Ｍｙｌａｒ（登録商標）などの透明フィルムを含む。３次元ホログラム２６が形成される光ポリマー材料はフィルム層２４上に支持される。適切な光ポリマー材料はＤＭＰ−１２８（登録商標）である。
【００４４】
スクリーン２２はさらに、たとえば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル材料の光透過強化部材３８を含むことができる。ポリカーボネート材料を使用することもできる。強化部材３８はこの実施形態では、約２ｍｍ〜４ｍｍの範囲の厚さを有する層である。スクリーン２２および強化部材は、ホログラフィック層２６と強化部材３８の相互境界４０全体にわたって互いに接着される。接着剤、放射、および／または熱結合技法を使用することができる。たとえば、ティンティング（tinting）、ギラツキ防止（anti-glare）コーティング、スクラッチ防止（anti-scratch）コーティングのうちの１つまたは複数によって強化層の表面４２を処理することもできる。
【００４５】
３次元ホログラフィック投影スクリーンの改良された色ずれ性能を低減せず、従来型の投影スクリーンで知られているような、色ずれ性能以外の性能特性に関する投影スクリーンの態様を制御するために、スクリーンおよび／またはその構成要素層の様々な表面に他の光学レンズまたはレンチキュラアレイ  （lenticular array）を設けることができる。図４は、少なくとも２つのホログラムが重ね合わされるか、あるいは積み重ねられる第１のそのような変形形態を示す。図の例によれば、±４０度の視野を横切る水平利得変化特性を有する第１のホログラムと、±２０度の視野を横切る垂直利得変化特性を有する第２のホログラムが積み重ねられる。利得変化特性は図面中の陰影によって示されているが、実際のホログラフィック要素は、照明されていないとき、その表面を横切って拡散しているように見えるに過ぎない。水平利得変化特性ホログラムおよび垂直利得変化特性ホログラムを重ね合せた結果は、センタオンリ（center-only）ホログラムとほぼ同等であるが、水平スパンは垂直スパンよりもかなり大きいので、輝度レベルは水平スパンおよび垂直スパンにわたってそれぞれの異なる率で変化する。
【００４６】
図５は、スクリーンの中央にある点での、水平視野スパン±４０度にわたるピーク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグラフである。グラフ上の２本の線は、水平変化特性ホログラムのみを使用した輝度と、積み重ねられた水平変化特性ホログラムおよび垂直変化特性ホログラムを使用した輝度を表す。積み重ねられたホログラムを用いた水平輝度変化特性は、水平ホログラムのみの性能にほぼ等しいか、あるいはそれよりもわずかに向上している。
【００４７】
様々な性能ドメインに関してホログラフィックスクリーンを設計する際、すべての所望の性能特性を一度に実現するスクリーンを作製することが困難であることがある。利得の垂直変化特性や水平変化特性など、いくつかの異なる要求は、積み重ねによって別々に処理することができる。この構成は、積み重ねられた２つのホログラムに限らず、たとえば、スクリーンを通る光透過の他の態様を制御するために、積み重ねられた追加のホログラムに適用することもできる。
【００４８】
図６は、水平および回転する垂直のコリメーション（collimation）を行うためにセンタオンリホログラム（すなわち、水平垂直利得変化特性を有する）と線形フレネルが積み重ねられる他の変形形態を示す。線形フレネルは、円形フレネルと比べて廉価に浮出しまたはローラ押出しすることができるので、この実施形態は好ましいコスト態様を有する。円形フレネルは、従来型のスクリーンのコストの６０％程度を占める可能性がある。線形フレネルのコストは円形フレネルのコストの約２５％である。したがって、３０％のコスト節約は可能である（すなわち、（２５％＋２５％）*６０％＝３０％）。前述の水平ホログラムおよび回転ホログラムの場合と同様に、線形フレネルを必要に応じて水平視野スパンおよび／または垂直視野スパンを横切る方向へ変化させ、たとえば、垂直スパンおよび水平スパンで焦点距離を独立に変化させることができる。積み重ねられた２つの線形フレネルをホログラフィック要素の後方にいずれかの順序で配置することができる。
【００４９】
本発明の構成の他の態様は、十分に小さなキャビネット奥行きを有する背面投影テレジビジョンを設計する能力である。特に、本発明によるその背面投影テレビジョンは、どのイメージプロジェクタもスクリーンの直交軸に一致する投影軸を有さない複数のイメージプロジェクタを組み込むことができる。本発明の態様は、各イメージプロジェクタが、スクリーンの直交軸に対する投影角φを規定する投影軸を有する、背面投影テレビジョンを提供することができる。本発明のそのテレビジョンは、スクリーン上に表示されるイメージが、０度から５度の範囲の、スクリーンの直交軸に対する表示角度に向けられる際に、最大で３０度までの投影角φに対して補正することができる。
【００５０】
たとえば、本発明のテレビジョン設計は、極端な上向き角度を形成する投影角度に適応し、それによって、必要なキャビネット奥行きを著しく小さくすることができる。図７は、投影陰極線管１４、１６、および１８によって鏡２０上に投影されたイメージが、垂直平面内で極端に上向きの角度を形成する投影角φvで投影スクリーン２２上に反射されるように、スクリーン２２に対して垂直平面内で角度γvに配向させた鏡２０を示す。スクリーン２２は、スクリーン２２を透過したイメージが垂直平面内の表示角度θv０度から５度、好ましくは３度から５度に向けられるように、スクリーン２２上に反射されたイメージの方向を変更し、この場合、イメージは、極端な上向き角度を形成する投影角φv１０度から３０度、好ましくは１５度から３０度、最も好ましくは少なくとも１５度でスクリーン２２上に反射される。
【００５１】
本発明のこの態様を３つの異なる投影角φv、すなわち１０度、２０度、３０度について試験した。具体的には、光を所与の投影角φvでスクリーン２２の背面に反射させ、同時にいくつかの異なる垂直視野角度でスクリーン２２を透過した光の強度を測定した。これらの試験の結果を図８にグラフ形で示す。具体的には、図８は、スクリーンの中央にある点で、垂直視野スパン±２０度にわたるピーク白輝度の割合として測定された輝度のグラフである。
【００５２】
本発明の構成の他の態様は、極端な側面接近角度を形成する投影角を容易にする鏡２０を使用する能力である。図９は、投影陰極線管１６によって鏡２０上に投影されたイメージが、水平平面内で極端な側面接近角度を形成する投影角φhで投影スクリーン２２上に反射されるように、スクリーン２２に対して水平平面内で角度γhに配向させた鏡２０を示す。スクリーン２２は、スクリーン２２を透過したイメージが表示角度θh０度から５度、好ましくは３度から５度に向けられるようにスクリーン２２で反射されたイメージの方向を変更し、この場合、イメージは、極端な側面接近角度を形成する投影角φh１０度から３０度、好ましくは１５度から３０度、最も好ましくは少なくとも１５度程度でスクリーン２２上に反射される。
【００５３】
本発明のこの態様を４つの極端な側面接近角度φh、すなわち０度、１５度、３０度、４５度について試験した。具体的には、光を所与の投影角φhでスクリーン２２の背面に反射させ、同時に、スクリーン２２を透過した光の強度を測定し、赤／緑色ずれおよび赤／青色ずれを水平視野角の関数として測定した。これらの試験の結果を図１０から図１７にグラフ形で示す。具体的には、図１０および図１１は、それぞれ、角度φh０度についての、水平視野スパン±４０度にわたって観測された赤／緑色ずれおよび赤／青色ずれのグラフと、スクリーンの中央にある点で、水平視野スパン±４０度にわたるピーク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグラフである。図１２および図１３は、それぞれ、角度φh１５度についての、水平視野スパン±４０度にわたって観測された赤／緑色ずれおよび赤／青色ずれのグラフと、スクリーンの中央にある点で、水平視野スパン±４０度にわたるピーク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグラフである。図１４および図１５は、それぞれ、角度φh３０度についての、水平視野スパン±４０度にわたって観測された赤／緑色ずれおよび赤／青色ずれのグラフと、スクリーンの中央にある点で、水平視野スパン±４０度にわたるピーク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグラフである。図１６および図１７は、それぞれ、角度φh４５度についての、水平視野スパン±４０度にわたって観測された赤／緑色ずれおよび赤／青色ずれのグラフと、スクリーンの中央にある点で、水平視野スパン±４０度にわたるピーク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグラフである。
【００５４】
本発明の他の変形形態では、個々の各投影陰極線管が別々の少なくとも１つの鏡と協働し、別々の鏡が、それによって反射されたそれぞれのイメージがスクリーンの背面上の同じ点に収束するように配向される。図１８は、本発明のこの変形形態の好ましい例を示し、この場合、鏡２０は鏡５０、５５、および６０で置き換えられる。鏡５０、５５、および６０は、スクリーン２２の中央に収束する光軸に沿って光を反射するように個別に配向され、イメージはそれぞれ、投影陰極線管１４、１６、および１８によって投影される。本発明、および特にホログラフィックスクリーンの概念によれば、光軸をスクリーン２２に直交する方向に極端に近づける必要のない鏡５０、５５、および６０を使用することができる。むしろ、本発明の概念を使用した場合、鏡５０、５５、および６０によってスクリーン２２上に反射されるイメージは、投影角φ０度から３０度、好ましくは１５度から３０度、最も好ましくは約１５度でスクリーン２２に入射することができる。
【００５５】
本明細書で行った開示に照らして当業者にとって直ちに明らかになる本発明のこれらおよび他の態様により、可能と考えられていたものよりも小さいキャビネットサイズを有する後方投影スクリーンテレビジョンの設計および生産を容易にすることが可能である。
【００５６】
本発明を前述の例示的な実施形態と共に開示したが、当業者には他の実施形態が明らかであろう。本発明は、具体的に説明した実施形態に限るものではなく、したがって、排他的な権利が請求されている本発明の趣旨および範囲を評価するには、上記の議論ではなく添付の特許請求の範囲を参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
現在好ましい本発明のある例示的な実施形態が図示されている。本発明が、一例として開示されている実施形態に限らず、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内で変更できることを理解するであろう。
【図１】  本明細書で教示されている本発明の構成による投影テレビジョンの図である。
【図２】  本発明の構成を説明する上で有用な投影テレビジョン幾何形状の簡略図である。
【図３】  本発明の構成による補強投影スクリーンの側面図である。
【図４】  水平視野角および垂直視野角をそれぞれ横切る利得変動を含む重ね合わせられた２つのホログラムを有する投影スクリーンの代替実施形態の概略図である。
【図５】  積み重ねられた垂直変動ホログラフィック要素を有する水平変動ホログラフィック要素と、積み重ねられた垂直変動ホログラフィック要素を有しない水平変動ホログラフィック要素とを使用した、水平視野角の関数としてのピーク白輝度の割合のグラフを示す図である。
【図６】  積み重ねられたホログラフィックスクリーン層および視準スクリーン層を有する代替実施形態の概略図である。
【図７】  本発明の構成を説明する上で有用な投影テレビジョン幾何形状の他の簡略図である。
【図８】  垂直平面内の投影角度φV１０度、２０度、および３０度について、スクリーンの中心にある点で、垂直視野スパン±２０度にわたってピーク白輝度の割合として測定された輝度のグラフである。
【図９】  本発明の構成について説明する上で有用な投影テレビジョン幾何形状の他の簡略図である。
【図１０】  水平平面内の投影角度φh０度について、水平視野スパン±４０度にわたって観測された赤／緑および赤／青色ずれのグラフである。
【図１１】  水平平面内の投影角度φh０度について、スクリーンの中心にある点で、水平視野スパン±４０度にわたってピーク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグラフである。
【図１２】  水平平面内の投影角度φh１５度について、水平視野スパン±４０度にわたって観測された赤／緑および赤／青色ずれのグラフである。
【図１３】  水平平面内の投影角度φh１５度について、スクリーンの中心にある点で、水平視野スパン±４０度にわたってピーク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグラフである。
【図１４】  水平平面内の投影角度φh３０度について、水平視野スパン±４０度にわたって観測された赤／緑および赤／青色ずれのグラフである。
【図１５】  水平平面内の投影角度φh３０度について、スクリーンの中心にある点で、水平視野スパン±４０度にわたってピーク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグラフである。
【図１６】  水平平面内の投影角度φh４５度について、水平視野スパン±４０度にわたって観測された赤／緑および赤／青色ずれのグラフである。
【図１７】  水平平面内の投影角度φh４５度について、スクリーンの中心にある点で、水平視野スパン±４０度にわたってピーク白輝度の割合として測定されたスクリーン輝度のグラフである。
【図１８】  本発明の構成について説明する上で有用な投影テレビジョン幾何形状の他の簡略図である。
【図１】
0003897980.tif 000009
【図２】
0003897980.tif 000010
【図３】
0003897980.tif 000011
【図４】
0003897980.tif 000012
【図５】
0003897980.tif 000013
【図６】
0003897980.tif 000014
【図７】
0003897980.tif 000015
【図８】
0003897980.tif 000016
【図９】
0003897980.tif 000017
【図１０】
0003897980.tif 000018
【図１１】
0003897980.tif 000019
【図１２】
0003897980.tif 000020
【図１３】
0003897980.tif 000021
【図１４】
0003897980.tif 000022
【図１５】
0003897980.tif 000023
【図１６】
0003897980.tif 000024
【図１７】
0003897980.tif 000025
【図１８】
0003897980.tif 000026