(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光入射面又は光出射面の何れか一方の面に、断面がプリズム形状をしたフレネルレンズが同心円状に複数形成されたフレネルスクリーンであって、
前記フレネルスクリーンの中心から所定の距離以上離れたフレネルレンズの、同一円周内におけるプリズム形状は異なるように形成され、
前記フレネルスクリーンの中心を通る水平線及び垂直線で分割した４つの象限のうち、第１象限の水平下端から反時計周りに順に、角度領域Ａ、Ｂ，Ｃに分割したとき、前記角度領域Ａのプリズム角をθ１、前記角度領域Ｂのプリズム角をθ２、前記角度領域Ｃのプリズム角をθ３とした場合、
θ１＜θ２＜θ３とし、かつ隣接する象限における各プリズム角を互いに線対称としたことを特徴とするフレネルスクリーン。
【請求項２】
前記フレネルスクリーンの中心から所定の距離以上離れたフレネルレンズの、少なくとも該中心を通る垂直線を含む第１の領域と該中心を通る水平線を含む第２の領域とで、前記プリズム形状を互いに異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のフレネルスクリーン。
【請求項３】
前記第１の領域における共役点距離が、前記第２の領域における共役点距離よりも短くなるように、該第１及び第２の領域のプリズム形状を互いに異ならせたことを特徴とする請求項２に記載のフレネルスクリーン。
【請求項４】
前記第１の領域は、前記垂直線を基準に±45°の範囲の領域であって、該第１の領域における共役点距離が2000mm〜6000mmで、前記第２の領域は、前記水平線を基準に±30°の範囲の領域であって、該第２の領域における共役点距離が20000mm〜30000mmであることを特徴とする請求項３に記載のフレネルスクリーン。
【請求項５】
少なくとも光入射面又は光出射面の何れか一方の面に、フレネルレンズが同心円状に複数形成されたフレネルスクリーンであって、
前記フレネルスクリーンの中心から所定の距離以上離れたフレネルレンズの、同一円周内における共役点距離は異なるように形成され、
前記フレネルスクリーンの中心を通る水平線及び垂直線で分割した４つの象限のうち、第１象限の水平下端から反時計周りに順に角度領域Ａ、Ｂ，Ｃに分割したとき、角度領域Ａの側の共役点距離をｆ1、角度領域Ｂの共役点距離をｆ2、角度領域Ｃの共役点距離をｆ3とした場合、
ｆ1＞ｆ2＞ｆ3とし、かつ隣接する象限における各共役点距離を互いに線対称としたことを特徴とするフレネルスクリーン。
【請求項６】
前記フレネルスクリーンの中心から所定の距離以上離れたフレネルレンズの、少なくとも該中心を通る垂直線を含む第１の領域と該中心を通る水平線を含む第２の領域とで、前記共役点距離を互いに異ならせたことを特徴とする請求項５に記載のフレネルスクリーン。
【請求項７】
前記第１の領域における共役点距離が、前記第２の領域における共役点距離よりも短いことを特徴とする請求項６に記載のフレネルスクリーン。
【請求項８】
前記第１の領域は、前記垂直線を基準に±45°範囲の領域であって、該第１の領域における共役点距離が2000mm〜6000mmで、前記第１の領域は、前記水平線を基準に±30°の範囲の領域であって、該第２の領域における共役点距離が20000mm〜30000mmであることを特徴とする請求項７に記載のフレネルスクリーン。
【請求項９】
請求項１から８の何れかに記載のフレネルスクリーンを備えた背面投写形ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶パネル、透過型液晶パネルや複数のマイクロミラーを備える表示デバイス、あるいは投写形ブラウン管等のような小型な画像表示手段を用いた背面投写型ディスプレイ装置及びそれに用いられるフレネルスクリーンに係り、特に、当該装置の表示画面を下部から観視した場合の画面輝度（明るさ）むらを低減する好適な、背面投写型ディスプレイ装置及びそれに用いられるフレネルスクリーンに関する。
【０００２】
【従来技術】
図８は従来の透過型スクリ−ンを示す斜視図である。透過型スクリ−ンは、例えば特開平４−３２２２４０号公報に開示されているように、その断面形状が略プリズム形状をしたフレネルレンズ２’が同心円状に複数形成されているフレネルスクリーン１と、これと組合せて用いる水平レンチレンチキュラースクリーン５とを有している。また、例えば実開昭６３−１８８６４６号公報には、スクリーン中心から外周に向かって、フレネルスクリーンに形成されたフレネルレンズの集光点、すなわち出射側の共役点距離が単調増加（5000mm〜30000mm）するように、当該フレネルレンズのプリズム形状をスクリーン中心からの径方向距離ｒによって異ならせて形成することが開示されている。尚、この従来技術におけるフレネルレンズの、同一円周内のプリズム形状は一定で、従って同一円周内の共役点距離も一定である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術のように、フレネルスクリーンの共役点距離をスクリーンの中心部から外周に向かって単調増加するように構成すれば、（1）反射損失を低減して画面周辺部を明るくできる。また（2）赤、緑、青色の投写管を使うような背面投写形ディスプレイ装置にあっては赤、緑、青色の反射損失が各色で一定にならないことが原因で発生するカラーバランス（色むら）を向上できる。
【０００４】
しかしながら、このような構成であっても、特に低い姿勢で透過型スクリーン上に映出された画像を観視する場合、画面の上下端の輝度(明るさ)に差が生じ画質品位を損ねていた。それは、画面(スクリーン出射面)の下方を視点とした場合、画面上部における見込み角(そのスクリーン上部のある点におけるスクリーンの垂線と、当該点と視点とを結ぶ線との為す角度)が、画面下部における見込み角よりも大きくなるからである。画面の輝度は、視点からの見込み角とスクリーン集光点からの見込み角との差に略比例して減少する特性を持っている。よって、視点が下方にある場合、見込み角が大きい画面上部は上記差も大きくなるため、見込み角が小さい画面下部に比べ輝度が低く見える。
【０００５】
一般家庭において、代表的な背面投写型ディスプレイ装置であるプロジェクションテレビ装置を観視する場合、椅子などに腰掛けて観視する場合もあるが、例えば床上に寝転んで観視する、すなわち視点が装置の画面下端よりも下に位置するように低姿勢で観視する場合も多いと考えられる。よって後者の場合でも、画面上下の輝度むらを低減させることが好ましい。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであって、その目的は、低い姿勢でスクリーン上の画面を見ても、スクリーン上の画面の上下端での輝度差を低減するのに好適なフレネルスクリーン及びそれを用いた背面投写型ディスプレイ装置を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するために、例えば、特許請求の範囲に記載されたように構成すればよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明によるフレネルスクリーン１’であって、矩形に作製したシートを、その中心を通る垂直線及び水平線で４分割したうちの一つを示している（以下、第１象限と言う）。２は同心円上に形成したフレネルレンズの内、中心からの距離R１におけるフレネルレンズである。第１象限は、スクリ−ン１’の中心を含む画面長手方向である水平軸から反時計回りに、順にスクリ−ン１’の中心を含む、Aゾーン，Bゾーン，Cゾ−ンの３つの領域に分けている。
【００１１】
Aゾーンは、スクリーン１’の中心を通る水平線を含む領域であり、そのゾーン内にあるフレネルレンズ２のプリズム形状がスクリーン１’の画面水平方向(画面左右端部)の共役点距離を定めている。このAゾーンを、請求項では第２の領域としている。またCゾーンは、スクリーン１’の中心を通る垂直線を含む領域であり、そのゾーン内にあるフレネルレンズ２のプリズム形状がスクリーン１’の画面垂直方向(画面上下端部)の共役点距離を定めている。このCゾーンを請求項では第１の領域としている。Bゾーンは、Aゾーン(第２の領域)内のプリズム形状とCゾーン(第１の領域)内のプリズム形状を連続にするためのものであり、そのプリズム形状は、Aゾーン、Cゾーン２のそれぞれの領域内におけるプリズム角の中間の値を持っている。尚、図１中、Ｗ０は第１象限の垂直方向高さとほぼ同じ寸法(すなわち、スクリーン全体の垂直方向高さの半分)である。本実施の形態では、Aゾーンは、前記水平線と、この水平線と30°の角度をなす線分とに挟まれた範囲を含む領域であり、図示しない第４象限を併せると、水平線を基準にした±30°の範囲の領域としている。同様にCゾーンは、前記垂直線と、この垂直線と45°の角度をなす線分とに挟まれた範囲を含む領域であり、図示しない第２象限を併せると、垂直線を基準に±45°の範囲の領域としている。また、ｆ1，ｆ2，ｆ3はそれぞれAゾーン、Bゾーン、Cゾーンにおける共役点距離である。
【００１２】
図１では、少なくとも３つのゾ−ンA，B，C ではフレネルレンズ２の共役点距離ｆが異なっている。すなわち、本発明に係るフレネルスクリーン１’は、A，B，C３つのゾーンでそれぞれ異なる共役点距離を持つように、同一円周内のフレネルレンズ形状（プリズム形状）が、少なくともA，B，C３つのゾーンで異なる形状としていることを特徴としているものである。
【００１３】
図２は本発明によるフレネルスクリーン１’に形成された、フレネルレンズ２の第１象限における共役点距離の違いを概念的に表した図である。図２において、Aゾーン、Bゾーン、Cゾーンにおける共役点距離をそれぞれｆ1，ｆ2，ｆ3とするとき、Aゾーンでは一定のｆ1が、Cゾーンではｆ1とは異なる一定のｆ3が得られるようレンズを形成する。そして、Bゾーンではｆ1とｆ3の中間的な値のｆ2が得られ、しかも、ｆ1からｆ3に連続的にレンズが形成されるようｆ2は可変とした。そして、これら共役点距離の大小関係をｆ1＞ｆ2＞ｆ3となるよう設定する。
【００１４】
図３はフレネルレンズ２のプリズム角を示した図であり、図１中の断面a-a、b-b、d-dを示している。Aゾーンのプリズム角はθ１（図３(3)）であり、Bゾーンのプリズム角はθ2（図３(2)）、Cゾーンのプリズム角はθ3（図３(1)）であり、前記f1＞f2＞f3に対応して、θ1＜θ2＜θ3の関係にあるようにプリズムを形成している。
【００１５】
一方、図４はフレネルスクリーン１’の中心からの径方向の任意の距離におけるフレネルレンズの共役点距離を示した図である。図４で、横軸は相対距離、縦軸は共役点距離である。相対距離は、図１において、スクリ−ン１’中心からの対角線の長さ（距離）で、スクリ−ン１’の中心からの径方向の任意の長さ（距離）を割って正規化したものである。従って、例えば相対距離0.6はスクリ−ン１’の中心からスクリ−ン上端までの距離であり、0.8はスクリ−ン１’の中心からスクリ−ン水平端までの距離である。
【００１６】
図４に示すように、Aゾーン、Bゾーンの共役点距離ｆ1、ｆ2は共に相対距離が大きくなるにつれて大きくなるようにし、一方、Cゾーンの共役点距離ｆ3は相対距離が大きくなるにつれて小さくなるように、フレネルレンズを形成する。そして、相対距離0.6以内の範囲でｆ1＞ｆ2＞ｆ3であり、相対距離が0.6以上1以下ではｆ1＞ｆ2である。
【００１７】
そして、中心から相対距離ｒ0の範囲ではｆ1=ｆ2=ｆ3となるようにする。これは、Bゾーンにおける共役点距離ｆ2を可変とする為のプリズム角θ２を連続して変わるように加工する為の、金型加工上の制約からである。即ち、プリズム角を連続変化させるには加工用バイトの刃先幅、取り付け工具の大きさ等から一定の長さの円周距離が必要であるからであり、画面サイズにより相対値ｒ0が異なる。
【００１８】
一方、Cゾーンはフレネルスクリーン１'の前面（出射側）に配置する水平レンチキュラーシート（図示せず）へ入射する光線の角度を考慮して決める。本発明では、フレネルスクリーン１'の垂直方向高さＶの半分と概略等しくなるように、Ｗ0（=Ｖ0/2）を定めている（図１）。
【００１９】
以下、図４を用いて実施形態を詳述する。フレネルスクリーン１は対角50インチ（アスペクト比＝4：3）であり、中心近傍の共役点距離はｆ1＝ｆ2＝ｆ3≒6000ｍｍ、Aゾーンの相対距離0.8ではｆ1≒20000〜30000ｍｍ、Bゾーンの相対距離1.0ではｆ2≒6000〜20000ｍｍ、Cゾーンの相対距離0.6ではｆ3≒2000〜6000ｍｍである。そして、フレネルスクリーン１の中心から相対距離ｒ0≒0.1 までは共役点距離は、各ゾーンとも共通で、約6000ｍｍである。
【００２０】
このように構成した本発明に係るフレネルスクリーン１の効果について、図５及び図６並びに表１を用いて従来技術のものと比較しつつ説明する。図５は背面投写形ディスプレイ装置を低い姿勢（寝転んで見る：寝見）で見る場合を示した側面図であり、画面サイズが対角50インチ（アスペクト比４：３）の背面投写形ディスプレイ装置３の画面上下端A１、A2を、距離Ｌ＝２ｍ（2000mm）から見た場合を示している。
【００２１】
まず、従来技術の場合について説明する。透過型スクリーン４の、画面上下に対応するフレネルスクリーンの光出射側の共役点距離（フレネルスクリーンの面から集光点Pまでの距離）を約７.５ｍ（7500ｍｍ）、集光点Ｐからこの場所を見込む角度をβ０、場所Ｂ１から見込む角度をβ１（＝arc tan[(h×2＋h0)/2000]）とする（角度は水平に対して時計周りの方向を＋とする）。
【００２２】
この場合において、画面の明るさは、角度β０の時最も明るく、これから角度Δβ(＝|β０−β１|)ずれた方向の明るさは、COSΔβに比例する。今、h＝380mm、h0＝600 mmとしてA１、A2におけるβ0はそれぞれ約2.9°、約−2.9°であり、β1はそれぞれ約34.2°、約16.7°である。その結果、A1及びA2におけるΔβは、それぞれ約31.3°、約19.6°となる。よってA1及びA2におけるCOSΔβは、それぞれ0.854、0.948となり、画面下端A2の輝度を基準にすると、画面上端A1の相対輝度は10％程度暗くなることが判る。
【００２３】
すなわち、従来技術のものでは、画面の下方からスクリーン上の画面を見上げるようにして観視した場合、画面の上下間で輝度差がほぼ10％程度発生する。このような相対的輝度変化の特性を画面上下方向に渡って表したのが図６である。図６において、横軸はスクリーン４の画面上下方向の位置、縦軸は画面中央での明るさを１とした場合の相対的明るさである。従来の場合の相対的明るさを細い実線で示す。この図６の特性(細い実線で示された特性)から明らかなように、従来技術のものでは、画面の下方からスクリーン上の画面を見上げるようにして観視した場合、画面下端近傍では輝度の低下が少ないが、画面上端近傍では輝度の低下が著しくなり、結果的に画面上部近傍と画面下部近傍とで大きな輝度差が生じることになる。このような現象は、画面サイズが大きくなるほどより顕著になる。
【００２４】
一方、観視距離(Ｌ＝２ｍ)、画面上端A1の高さ(ｈ＝380ｍｍ)及び画面下端A2の高さ(観視点Ｂ１からの高さｈ0＝600ｍｍに相当する位置)を上記のものと同じにし、スクリーン４の画面上下端部における共役点距離のみを本発明の実施形態のように約2000ｍｍとした場合、集光点Ｐから画面上端A1、及び画面下端A2を見込む角β0はそれぞれ約10.8°、約−10.8度観視点Ｂ１から見込む角β１はそれぞれ約34.2°、約16.7°となり、Δβ（＝|β0−β１|）はそれぞれ、約23.4°、約27.5°となる。従って、画面上端A1及び画面下端A2におけるCOSΔβはそれぞれ0.918、0.887となり、画面下端A2のCOSΔβを基準にすると、画面上端A1の相対輝度は3％程度となる。この相対輝度の計算結果を従来技術と比較して表１に示す。
【００２５】
【表１】
0003899853.tif 000002
表１から明らかなように、本発明によれば、画面の下方からスクリーン上の画面を見上げるようにして観視した場合の、画面上下間の輝度差を従来技術のものよりも大幅に小さくすることができる。すなわち、本発明では、スクリーン４の画面上下端部における共役点距離を従来技術よりも短く(約2000ｍｍ)することによって画面上端A1及び画面下端A2を見込む角β0(すなわちCOSΔβ)を小さくし、画面の下方からスクリーン上の画面を見上げた場合の画面上下端部における相対輝度差を小さくしているものである。水平方向の左右端部における共役点距離については、従来技術のものと同等の値を持たせて所望の水平方向の発散角が得られるようにしている。図６に、画面上下方向についての本発明による相対輝度（明るさ）を太い実線で示してある。細い実線で示された従来の相対輝度との比較から明らかなように、従来技術よりも相対輝度差が少なくなっている、即ち、均一な明るさであることが判る。
【００２６】
前記したように図１はフレネルスクリ−ン１’の矩形の第１象限のみを示しているが、図示していない他の矩形領域を、反時計回りに順に第２象限、第３象限、第４象限としたとき、合い隣り合う象限ごとに線対称に形成することは言うまでもない。また、本実施の形態においては、光出射側にフレネルレンズを形成した場合を説明したが、光入射側にフレネルレンズを形成しても、本発明の意図する効果が得られることは言うまでもない。更に、本実施の形態では、画面上部の共役点距離と画面下部の共役点距離とを等しくするようにフレネルレンズのプリズム形状を定めているが、画面上部と下部との相対輝度差を更に小さくするように、画面上部の共役点距離が仮面下部の共役点距離よりも短くなるようにフレネルレンズのプリズム形状を定めてもよい。
【００２７】
図７は本発明のフレネルスクリーン１'を搭載した背面投写型ディスプレイ装置の要部縦断面を示す図である。図７において、回路ブロック７からの映像信号を受けて形成された、画像表示素子(図示せず)上の画像は、投写光学系６で投写され、反射ミラ−８で反射されてフレネルスクリーン１'に結像される。フレネルスクリーンとして、本発明によるフレネルスクリーン１'が搭載されているので、スクリ−ン上下端での輝度差が少ない、均一な明るさで画像を見ることが出来る。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、一般家庭で、特に寝ころんで画面見るような場合において画面上下端の輝度差が少なく、改善された均一な明るさの画像を楽しむことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフレネルスクリーンの第１象限を示した図
【図２】本発明に係るフレネルスクリーンの、光出射側の共役点距離の説明図
【図３】本発明に係るフレネルレンズのプリズム角の説明図
【図４】本発明に係るフレネルスクリーンの、中心から任意の距離における光出射側の共役点距離の説明図
【図５】背面投写型ディスプレイ装置を低い姿勢で見た時を示す側面図
【図６】画面上下端にわたる相対明るさを示した図
【図７】本発明のフレネルスクリーンを搭載したセットの要部縦断面図
【図８】従来の透過型スクリーン
【符号の説明】
１、１’…フレネルスクリーン、２、２’…フレネルレンズ、３…背面投写ディスプレイ装置、４…透過型スクリーン、５…水平レンチキュラーシート、６…投写光学系、７…駆動回路ブロック、８…反射ミラー。
【図１】
0003899853.tif 000003
【図２】
0003899853.tif 000004
【図３】
0003899853.tif 000005
【図４】
0003899853.tif 000006
【図５】
0003899853.tif 000007
【図６】
0003899853.tif 000008
【図７】
0003899853.tif 000009
【図８】
0003899853.tif 000010