(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型スクリーンの光入射面に光入射面側から見た形状が球形状に形成された球面もしくは非球面形状の複数の凸レンズを配し、光出射面にフレネルレンズを配置するとともに、光入射面に形成した複数の前記凸レンズを同心円状に配置し、その同心円に１：１で対応するよう前記フレネルレンズの同心円を配置したことを特徴とした透過型スクリーン。
【請求項２】
光入射面に形成した前記各凸レンズの略焦点位置に、前記フレネルレンズ面を配置したことを特徴とした請求項１に記載の透過型スクリーン。
【請求項３】
光入射面に形成した前記各凸レンズを通過した光線が前記各凸レンズに対応する前記フレネルレンズの有効面を通過するよう配置したことを特徴とした請求項１に記載の透過型スクリーン。
【請求項４】
光入射面に形成した前記各凸レンズを通過した光線を遮らない範囲に光吸収層を設けたことを特徴とした請求項１から３のいずれかに記載の透過型スクリーン。
【請求項５】
前記光吸収層の面積がスクリーン全体の５０％以上であることを特徴とした請求項４に記載の透過型スクリーン。
【請求項６】
光入射面に形成した前記各凸レンズに対応する前記フレネルレンズの光透過範囲の位置を、画像光を拡大投影する投射レンズの画角に応じて前記フレネルレンズの周辺部側にシフトしたことを特徴とした請求項４または請求項５に記載の透過型スクリーン。
【請求項７】
光入射面に形成した複数の前記凸レンズを同心円状に配置し、その同心円に１：１で対応するよう前記フレネルレンズの同心円を配置し、かつ、光入射面に形成した前記各凸レンズに対応する前記フレネルレンズの光透過範囲の位置を、画像光を拡大投影する投射レンズの画角に応じて前記フレネルレンズの周辺部側にシフトしたことを特徴とした請求項４または請求項５に記載の透過型スクリーン。
【請求項８】
画像光を投射レンズ光学系により拡大して透過型スクリ−ンに背面から投影する背面投射型画像表示装置であって、前記透過型スクリ−ンとして、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の透過型スクリ−ンを用いたことを特徴とする背面投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像光が投射されて画像表示される透過型スクリーン及びそれを用いた背面投射型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られている背面投射型画像表示装置用の透過型のスクリーンは、例えば、特開昭５８−５９４３６号公報（第１例）に記載されているように、フレネルレンズシートと、光出射面に光吸収層（黒縞細条）を備えた水平レンチキュラーレンズシートの２枚のシートから構成されているものや、特開昭５８−２１６２３５号公報（第２例）に記載されているように、光出射面に光吸収層（遮光層）を備え、光入射面と光出射面の両面に複数の凸レンズを備えた１枚のシートで構成されたものがある。
【０００３】
これらのスクリーンにおいて、フレネルレンズと水平レンチキュラーレンズの組合せや凸レンズは、画面周辺まで明るくし、かつ、観視範囲を広げる作用をし、光吸収層は、外光やスクリーン内部の迷光を吸収し、コントラストを向上させる作用をする。
【０００４】
前述の第１例に示した、フレネルレンズシートと水平レンチキュラーレンズシートの２枚構成のスクリーンでは、フレネルレンズシートと水平レンチキュラーレンズシートの２枚のシ−トがシ−ト間に空気層を挟んで固定されているので、温度や湿度の変化による膨張収縮のため、スクリーンが変形し、２枚のシートが離れ、スクリーン上に投影された画像のフォーカスぼけを生じることがあった。また、前述の第２例に示した、両面に凸レンズを備えた１枚構成のスクリーンでは、ブラウン管や液晶パネル等の画像素子からスクリーンまでの距離が短い（すなわち、画像光を拡大する投射レンズの画角が大きい）光学系では、画面周辺の十分な明るさが得られない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、かかる課題を解決し、フォ−カスぼけを軽減し、１枚構成で画面周辺でも十分な明るさを得られる透過型スクリ−ンを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、
（１）透過型スクリーンとして、光入射面に光入射面側から見た形状が球形状に形成された球面もしくは非球面形状の複数の凸レンズを配し、光出射面にフレネルレンズを配置するとともに、光入射面に形成した複数の前記凸レンズを同心円状に配置し、その同心円に１：１で対応するよう前記フレネルレンズの同心円を配置した構成とする。
（２）透過型スクリーンとして、上記（１）に記載の構成に加え、光入射面に形成した前記各凸レンズの略焦点位置に前記フレネルレンズ面を配するようにする。
（３）透過型スクリーンとして、上記（１）に記載の構成に加え、光入射面に形成した前記各凸レンズを通過した光線が前記各凸レンズに対応する前記フレネルレンズの有効面を通過するようにする。
（４）透過型スクリーンとして、上記（１）から（３）のいずれかに記載の構成に加え、光入射面に形成した前記各凸レンズを通過した光線を遮らない範囲に光吸収層を設けるようにする。
（５）透過型スクリーンとして、上記（４）に記載の構成に加え、前記光吸収層の面積がスクリーン全体の５０％以上となるようにする。
（６）透過型スクリーンとして、上記（１）から（５）のいずれかに記載の構成に加え、光入射面に形成した複数の前記凸レンズを同心円状に配置し、その同心円に１：１で対応するよう前記フレネルレンズの同心円を配置するようにする。
（７）透過型スクリーンとして、上記（４）または（５）に記載の構成に加え、光入射面に形成した前記各凸レンズに対応する前記フレネルレンズの光透過範囲の位置を、画像光が遮られないように、画像光を拡大投影する投射レンズの画角に応じて前記フレネルレンズの周辺部側にシフトするようにする。
（８）透過型スクリーンとして、上記（４）または（５）に記載の構成に加え、光入射面に形成した複数の前記凸レンズを同心円状に配置し、その同心円に１：１で対応するよう前記フレネルレンズの同心円を配置し、かつ、光入射面に形成した前記各凸レンズに対応する前記フレネルレンズの光透過範囲の位置を、画像光が遮られないように、画像光を拡大投影する投射レンズの画角に応じて前記フレネルレンズの周辺部側にシフトするようにする。
（９）画像光を投射レンズ光学系により拡大して透過型スクリ−ンに背面から投影する背面投射型画像表示装置に、上記（１）から（８）のいずれかに記載の透過型スクリ−ンを用いた構成とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。尚、以下の各図において、各図に同一な部分には同一符号を付して示す。
【０００８】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す。本実施の形態は、１枚構成の透過型スクリ−ンにおいて、光入射側に光入射面側から見た形状が球形状に形成された球面もしくは非球面形状の凸レンズを２次元状に複数設け、光出射側に同心円状のフレネルレンズを設けるとともに、光入射面に形成した複数の前記凸レンズを同心円状に配置し、その同心円に１：１で対応するよう前記フレネルレンズの同心円を配置した透過型スクリ−ンの構成である。
【０００９】
図１において、１は液晶パネル等の画像表示素子、２は投射レンズ、３は透過型スクリーン（以下スクリ−ンと略す）、４はスクリ−ン３の入射側に２次元状に複数設けられ光入射面側から見た形状が球形状に形成された球面もしくは非球面形状の凸レンズ、５はフレネルレンズであり、光入射面に形成した複数の前記凸レンズ４を同心円状に配置し、その同心円に１：１で対応するよう前記フレネルレンズ５の同心円を配置した。
【００１０】
図１において、画像表示素子１で形成された画像光は、投射レンズ２によって拡大されて、スクリーン３上に投影される。スクリーン３では、画像光が、各凸レンズ４により拡散され水平及び垂直方向に観視範囲を広げられた状態でフレネルレンズ５に入射し、フレネルレンズ５では、各凸レンズ４によって拡散された拡散光の主光線が投射レンズ２の光軸とほぼ平行になるようにされた状態で出射される。観視者は、該フレネルレンズ５からの出射光を投射画像として観視する。
【００１１】
本発明により、観視者は、観視範囲が広く、スクリーンの周辺まで明るい投射画像を観視することができる。なお、光入射側にフレネルレンズを設けると、特開昭５８−５９４３６号公報にも記載されているように、スクリーンの周辺でフレネルレンズの非有効面に入射する画像光が多くなり、光利用効率が悪いので、本発明の透過型スクリーンにおけるフレネルレンズは光出射側に設ける。
【００１２】
図２は、図１を上方から見た断面図であって、ｘはスクリーンの中央部、ｙはスクリーンの周辺部を示している。
【００１３】
このように本発明の透過型スクリーンは、光入射面に光入射面側から見た形状が球形状に形成された球面もしくは非球面形状の複数の凸レンズを配し、光出射面にフレネルレンズを配するとともに、入射面に形成した複数の前記凸レンズを同心円状に配置し、その同心円に１：１で対応するよう前記フレネルレンズの同心円を配置して構成される。
【００１４】
図３は、図２のｘ部の拡大図である。図３（ａ）では、凸レンズ４とフレネルレンズ５のピッチが１：１に対応しており、凸レンズ４を通過した画像光は凸レンズの焦点で一度集光した後拡散するが、拡散した画像光はフレネルレンズ５の有効面に入射するよう配置されている。図３（ｂ）は、凸レンズ４とフレネルレンズ５のピッチが１：１に対応しており、かつ、フレネルレンズ５の位置を凸レンズ４の焦点距離付近に配置した例で、画像光が集光した位置にフレネルレンズ５の有効面があるので、製造バラツキなどにより凸レンズとフレネルレンズの位置ずれが生じても画像光がフレネルレンズの有効面から外れにくいようにしてある。図３（ｃ）は、フレネルレンズ５のピッチよりも凸レンズ４のピッチを小さくした実施の形態で、画像光の一部はフレネルレンズの非有効面にも入射するが、フレネルレンズの有効面に入る画像光の方が多いので、この場合でもスクリーンとして十分機能する。
【００１５】
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、本発明の透過型スクリーンは、光入射面に形成した各凸レンズの略焦点位置に、フレネルレンズ面を配置した。
【００１６】
図４の（ａ）から（ｃ）は、それぞれ図３の（ａ）から（ｃ）のスクリーンに対応する図２の周辺部（図２のｙの部分の拡大図）を示している。図２で示したとおり、スクリーン周辺部ｙでは画像光が斜めに入る。したがって、凸レンズ４とフレネルレンズ５のピッチが１：１に対応している場合、フレネルレンズ５の有効面に画像光を有効に入射させるためには、フレネルレンズ５の有効面の位置を、凸レンズ４の位置に対して、投写レンズの画角に応じてずらす必要があり、その実施の形態が図４（ａ）及び（ｂ）である。
【００１７】
図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、本発明の透過型スクリーンは、光入射面に形成した各凸レンズを通過した光線が各凸レンズに対応するフレネルレンズの有効面を通過するよう配置した。
【００１８】
図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、本発明の透過型スクリーンは、光入射面に形成した各凸レンズに対応するフレネルレンズの光透過範囲の位置を、画像光を拡大投影する投射レンズの画角に応じてフレネルレンズの周辺部側にシフトした。さらに、光入射面に形成した複数の前記凸レンズを同心円状に配置し、その同心円に１：１で対応するようフレネルレンズの同心円を配置し、かつ、光入射面に形成した各凸レンズに対応するフレネルレンズの光透過範囲の位置を、画像光を拡大投影する投射レンズの画角に応じて前記フレネルレンズの周辺部側にシフトした。
【００１９】
なお、図４（ｃ）の場合はフレネルレンズ５の１つのピッチに対応する凸レンズの数が多いので、位置がずれてもフレネルレンズ５の有効面に入射する光量はほとんど変わらないので、この場合はフレネルレンズ５の有効面の位置を考慮する必要はない。
【００２０】
次に、スクリ−ンに光吸収層を追加して外光やスクリーン内部の迷光を吸収し、コントラストを向上させた実施の形態を示す。図５の（ａ），（ｂ）及び図６は、図４の（ａ）から（ｃ）の構成に光透過部分７を有する光吸収層６を追加した発明の実施の形態である。なお、図４は、図２に示すスクリーンの周辺部分ｙを拡大して示した図であるが、スクリーンの中心部分との違いは、凸レンズ４に対してフレネルレンズ５の有効面の位置をずらした（シフトした）構成となっているだけなので、以下に説明する内容においては、スクリーン中央部を省略し、スクリーンの周辺部分の図のみを用いて説明する。
【００２１】
図５（ａ）は、光透過部分７を有する光吸収層６を透過型スクリーン３の内部に設けた構造を有する例であり、画像光を遮らないように、かつ、光吸収層６の面積ができるだけ大きくなるように、凸レンズ４の焦点位置近傍で光透過範囲（光透過部分）６を避け、投射レンズの画角に応じてシフトした位置に、光吸収層６をスクリーン３の内部に設けてある。このような構成にすることによって、画像光を遮光することなく、また、外光やスクリーン内部の反射による迷光を光吸収層６で吸収することができるので、明るく、コントラストのよい画像をスクリーンに映し出すことができる。
【００２２】
図５（ｂ）は、フレネルレンズ５の位置が凸レンズ４のほぼ焦点の位置にあるので、光吸収層６をフレネルレンズ５の表面に設けた実施の形態である。なお、ここでは図示しないが、光吸収層６を設けた部分のフレネルレンズ面の形状は、画像光が入射しない部分であるので、光吸収層６は、必ずしも図５（ｂ）で示したような鋸歯状の断面形状である必要はなく、画像光を遮らない形状であり、迷光や反射光を吸収する形状であればどのような形状をしていてもよい。図６は、図４（ｃ）の構造に光吸収層６を追加した実施の形態である。
【００２３】
図５及び図６に示すように、本発明の透過型スクリーンは、光入射面に形成した各凸レンズを通過した光線を遮らない範囲に光吸収層６を設けている。
【００２４】
図７は、スクリーン３を光入射面側から見た正面図で、光入射面側から見た形状が球形状に形成された球面もしくは非球面形状の複数の凸レンズ４を同心円状に配列するとともに、入射面に形成した複数の前記凸レンズを同心円状に配置し、その同心円に１：１で対応するようフレネルレンズの同心円を配置した実施の形態である。なお、同心円であることが判り易いように、スクリーン周辺部の凸レンズは省略して図示してある。このような配列にすることによって、同一同心円上にある凸レンズ４によって集光した光を、対応する同心円上にあるフレネルレンズの有効面に１対１に対応して入射させることができる。
【００２５】
図７に示すように、本発明の透過型スクリーンは、光入射面に球形状に形成した複数の前記凸レンズを同心円状に配置し、その同心円に１：１で対応するよう前記フレネルレンズの同心円を配置した。
【００２６】
図８は、スクリーン３の正面図で、図７の構成に光吸収層６を追加した実施の形態であり、光吸収層６の形状を示している。この場合、図示したように、光吸収層６には、光透過部分７が凸レンズ４にほぼ対応して同心円状に配列される。
【００２７】
なお、前述した光吸収層６の面積は、いずれの場合においても、良好なコントラストを得るためには５０％以上であることが望ましい。
【００２８】
また、図７では凸レンズ４を同心円状に配列する実施の形態を示したが、凸レンズがランダムに配列されていても、フレネルレンズを不連続な同心円形状として、フレネルレンズの有効面の位置を凸レンズに１：１で対応させれば、本発明の効果が得られる。
【００２９】
図９は、本発明による透過型スクリーンを背面投射型画像表示装置に用いた実施の形態である。
【００３０】
図９において、１は液晶パネル等の画像表示素子、２は投射レンズ、３は本発明にかかる透過型スクリーン、１５は光源ユニット、２０はミラー、３０は画像表示素子１の駆動回路である。光源ユニット１５からの光は、画像表示素子１で光変調されて画像光として出射され、投射レンズ２によって拡大されて、ミラー２０で反射された後、透過型スクリーンの３上に背面から投影される。
【００３１】
このように、本発明にかかる透過形スクリーンを用いた背面投射型画像表示装置は、フォーカスぼけを軽減でき、良好な画像表示が可能な画面周辺でも十分な明るさを得られる画像表示装置とすることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、１枚構成で、フォーカスぼけを軽減でき、良好な画像表示が可能な画面周辺でも十分な明るさを得られる透過型スクリ−ン、および、この透過型スクリーンを用いた背面投射型画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる透過型スクリーンの構成を示す斜視図。
【図２】図１に示した透過型スクリーンの上面断面図。
【図３】図２に示した透過型スクリーンのスクリーン中央断面図。
【図４】図２に示した透過型スクリーンのスクリーン周辺断面図。
【図５】図２に示した透過型スクリーンに光吸収層を追加した構成のスクリーン周辺断面図。
【図６】図２に示した透過型スクリーンに光吸収層を追加した構成のスクリーン周辺断面図。
【図７】本発明の実施の形態にかかる透過型スクリーンのレンズの配置形状を説明するスクリーン正面図。
【図８】本発明の実施の形態にかかる透過型スクリーンの光吸収層の形状を説明するスクリーン正面図。
【図９】透過型スクリーンを用いた背面投射型画像表示装置の実施の形態を示す図。
【符号の説明】
１  画像表示素子
２  投射レンズ
３  透過型スクリーン
４  凸レンズ
５  フレネルレンズ
６  光吸収層
７  光透過部分
１５  光源ユニット
２０  ミラー
３０  画像表示素子の駆動回路
【図１】
0003820115.tif 000002
【図２】
0003820115.tif 000003
【図３】
0003820115.tif 000004
【図４】
0003820115.tif 000005
【図５】
0003820115.tif 000006
【図６】
0003820115.tif 000007
【図７】
0003820115.tif 000008
【図８】
0003820115.tif 000009
【図９】
0003820115.tif 000010