JPH02146535A - 背面投射型スクリーン及びこれを用いた背面投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は背面投射型スクリーン及びそれを用いた背面投
射型表示装置に関し、特に、投影手段により角度をなし
て投影されて形成された像を、投影手段と反対側の空間
から観察するようにしたビデオプロジェクタ等の投影装
置用として好適な背面投射型スクリーン及びそれを用い
た背面投射型表示装置に関する［従来の技術〕 従来より、ビデオプロジェクタ等の投影装置においては
、投影手段からの像をスクリーン上に形成し、この投影
像を投影側すなわち背面側と反対側の空間から観察する
ようにした所謂背面投射型スクリーンが広（用いられて
いる。

第４図（ａ）は往来の背面投射型スクリーンを用いた投
影システムの一例の概略を示す。同図において、３１は
フレネルレンズを有する透過型のスクリーン、３３はＣ
ＲＴ、３４は投影レンズである。スクリーン３１は例え
ば対角線長５０インチ（１１００１００ｍｍＸ６００の
大きさを有し、ここに投影レンズ３４による投影像が形
成される。第４図（ｂ）はこの投影システムをキャビネ
ット内に納めた背面投射型表示装置の一例を示す。３５
及び３６はミラー　３７はキャビネットである。

第４図（ａ）において、ＣＲＴ３３から１３０ｍｍ、ス
クリーン３１から１５００ｍｍの所にある投影レンズ３
４の瞳中心からスクリーン３１の対角線上の最周辺部へ
入射する光束のスクリーン３１に対する入射角は約２３
度になり、スクリーン３１を透過した光束はスクリーン
３１上のフレネルレンズにより、スクリーン３１の高さ
（６００ｍｍ）の約８倍の距離の所に集光されるように
設定されている。

第４図（ａ）ないしくｂ）のスクリーン３１の例として
は、第５図（ａ）、（ｂ）にその中央部断面を示すよう
なものがある。第５図（ａ）のスクリーン４１は光束入
射側がフレネルレンズ面４１ａとなり、射出側がレンチ
キュラーレンズ面となっている。

このスクリーン４１の最周辺部に、投影レンズ３４の光
軸（第４図（ａ）の鎖線で示す）に対して２３度の角度
をなして入射する光束の光路を第６図（ａ）に示す。こ
こではスクリーン４１の材質の屈折率を１．５として、
スクリーン４１の出射側を平面として示した。同図の下
方には、各面の透過前後における光束の進行角α（投影
レンズ３４の光軸すなわち水平方向に対する角度）が示
されている。

フレネルレンズ面４１ａの周辺部を形成する円弧状に延
びたプリズムの断面形状を第６図（ａ）に示すようなも
のとすると、プリズムのフレネルレンズ有効面４Ｌｃへ
の入射角は６５度となり、このときの透過率は８８％で
ある。射出面への入射角は一５度（上記光軸から測って
時計方向の場合はマイナスとする）となり、このとき射
出面での透過率は９６％である。更に、フレネルレンズ
面４１ａの非有効面４１ｄへ入射する光束は損失となり
、入射光量に対する損失光の損失割合ＱはＱ＝ｔａｎａ
　・ｔａｎθ と表わされる。第６１”ｌ　（ａ）の例ではＱは約３８
％である。

これより、第５図（ａ）に示すスクリーン４１を用いた
垂直入射方式の投影システムの場合、スクリーン４１の
最周辺部での透過率ＴＩは　Ｔｌ＝０．８８Ｘ　（１−
０，３８）Ｘｏ、９６Ｘ１００ ＝５２（％） に止まり、スクリーンの中心部での透過率９２％に対し
て約４３％の光量低下を招いてしまう。

これに対して第５図（ｂ）に示すスクリーン４２は、周
辺部での光量低下を防ぐ為のものである。同図において
、４３は、入射側すなわち背面側が平面で射出側すなわ
ち観察側がフレネルレンズ面４３ａとなった透光性シー
トで、４４は、入射側が平面で射出側がレンチキュラー
レンズ面４４ａとなった透光性シートである。

第６図（ｂ）は、シート４３の最周辺部に入射する光束
の光路を、第６図（ａ）と同様な条件において示す。フ
レネルレンズ面４３ａの周辺部を形成するプリズムの断
面形状を図示の如きものとすると、■で示した光束は非
有効面４３ｂで損失することなくフレネルレンズ面４３
ａを透過するので、この場合、損失は表面反射骨のみと
なる。よって最周辺部での透過率は約９０％となり、ス
クリーン４２の中心部とほぼ等しくなる。

以上は、投影レンズ３４の光軸がスクリーン面の中心に
おいて垂直に交わる垂直入射方式の投影システムに関す
るものである。しかし乍ら、現在では、システム全体の
小型化を図る為に、第４図（ａ）の破線で示すような、
ＣＲＴ３３ａからの像を投影レンズ３４ａを介してスク
リーン３１ａ上に角度をなして投影する方式、すなわち
投影レンズの光軸がスクリーン面の中心で斜めに交差す
る斜入射方式の投影システムの実現が望まれている。

この方式の背面投射型表示装置は第４図（Ｃ）に示すよ
うに構成されている。同図において、３５ａ及び３６ａ
はミラー　３７ａはキャビネットであり、ＣＲＴ３３ａ
の管面上に表示される画像がスクリーン３１ａに右上方
から斜めに投射される。

尚、第４図（ｃ）では、第４図（ａ）の破線で示すシス
テムとは像投影の方向が異なるが、両者は光学的には同
等のものである。

この様な構成により、垂直入射方式のものに比して、キ
ャビネット３７ａの奥行を小さくすることが可能となる
。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、斜入射方式では、スクリーン３１ａの最周辺部
（特に、第４図（ｃ）において下部周辺部）へ入射する
光束の入射角は４５度にも達する場合がある。この場合
、垂直入射方式では良好に機能した第５図（ｂ）に示す
スクリーン４２を用いたとしても、最周辺部（特に下部
）におけるスクリーン４２の第２面（すなわち第６図（
ｂ）のフレネルレンズ面４３ａ）への光束の入射角が全
反射角近傍に達するか又は全反射角を越えてしまう為、
周辺光量が急激に低下する。特に、カラー画像用のプロ
ジェクタとして赤、緑、青の３本のＣＲＴを並置した構
成では、スクリーンへの入射角が各色で異なりカラーシ
フトが発生するが、上述の面での反射率の急激な増大に
よりカラーシフトが更に増幅されてしまうこの問題を解
決する手段として、多数のプリズムが形成されてフレネ
ルレンズ面を持つ透光性シートを複数用いてパワーを分
散し、スクリーン周辺部への光束の入射角が増しても周
辺光量が急激に低下しないようにすることが考えられる
。しかし、この構成にすると、？！数のシート上のプリ
ズム群の繰り返し周期構造に起因するモアレや多重像が
発生して投影像の観察を妨げる恐れがある。

更に、第４図（ｃ）の構成の場合、スクリーン３１ａか
ら左方の観察側に出射される投影像光が水平方向から角
度θ。たけ下側に出て（る為、スクリーン３ｔａの正面
から観察する観察者にとって像が暗（なってしまう。

そこで、スクリーン３１ａから水平方向に投影像光を出
射させるべく、スクリーン３１ａの内側（第４図（ｃ）
右方）に、第４図（ｄｌ、（ｅ）に示す如き片面タイプ
の偏心フレネルレンズ４６や両面タイプの偏心フレネル
レンズ４７を配置ないし重ねて像を明るくすることが考
＾られる。

しかし、この場合も、上述した如きフレネルレンズ面で
の反射ロスの問題（特に第４図（ｄ）の場合）や非有効
部でのケラレによるモアレや多重像の問題（特に第４図
（ｅ）の場合）が残る。

従って、本発明は、多数のプリズムが形成されたフレネ
ルレンズ面を持つシートを複数用いつつも、モアレや多
重像を発生せず、更に簡単な構成となることを可能にし
た背面投射型スクリーン及びそれを用いた背面投射型表
示装置を得ることを目的とする。

更に、本発明は、上記に加え、斜入射方式でありつつ水
平方向に投影像光を出射させることをも満たす背面投射
型スクリーン及びそれを用いた背面投射型表示装置を得
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成する為に、本発明の背面投射型スクリー
ンにおいては、対向配置された複数枚のシートから構成
され、これらシートのうち、少なくとも２枚のシートに
は直線状ないし曲線状に延びる多数のプリズムが形成さ
れ、上記少なくとも２枚のシートのうち、最も観察側に
あるシートでは、その背面側（入射側）の面に多数のプ
リズムが設けられ。

上記少なくとも２枚のシートの残りのシートでは、その
背面側の面が平面で、その観察側（出射側）の面に、上
記多数のプリズムの非有効部がプリズムへの光束の進行
方向にほぼ沿った面で構成された多数のプリズムが形成
されている。

更に、上記目的を達成するために、上記の構成に加えて
、少なくとも１枚のシートのプリズム形成面が、多数の
同心円プリズムの中心とスクリーンの中心がずれたフレ
ネルレンズ面となっている。

また、上記最も観察側にあるシートの観察側の面を光拡
散機能を有する面とすれば、別に光拡散シートを設ける
必要がなくなり、それだけシートの枚数が減って構成が
簡単となる。

［作用］ 上記の如く構成された背面投射型スクリーンでは、複数
のプリズム形成面によってパワーが分散されるので、ス
クリーン面に対する入射角が大きい光束に対しても各プ
リズム形成面では入射角を比較的小さく抑えることが可
能となり、各面での反射ロスが少なくなる。これと共に
、１枚のシートを除いて、プリズム形成面の非有効部が
プリズム形成面各部への光束の進行方向にほぼ沿った面
となっているので、非有効面でのケラレで２プリズム群
の繰り返し周期構造の好ましくない影響が出るのは上記
１枚のシートからのみとなり、複数の繰り返し周期１”
Ｒ造間でのモアレ現象などが殆ど発生しなくなる。

［実施例］ 第１図（ａ）は、本発明のスクリーン１の実施例を斜入
射方式の投影システムに適用したときの要部概略構造を
示す。同図で、３はＣＲＴであり、被投影像が形成され
る。４は投影レンズで、これの光軸Ｓが水平方向に対し
て３０度だけ傾斜している。ＣＲＴ３と投影レンズ４は
投影手段の要素となっている。

同図中、６００等の数値は寸法ないし距離を表わす（単
位はｍｍ）。

第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のシステムをキャビネッ
ト内に納めた背面投射型表示装置の実施例を示し、５及
び６はミラー、７はキャビネットである。

第２図は、第１図（ａ）、（ｂ）のスクリーン１の一部
の拡大図及び、スクリーン周辺部（特に、第１図（ａ）
の上部、第１図（ｂ）の下部）での入射光束の光路を示
す。同図の下方には、各面における入射光束の水平方向
に対する進行角αが示されている。この実施例では、ス
クリーン１は、多数のプリズムから成るフレネルレンズ
面を有する２つの透光性シート１１．１２より成り、材
質は屈折率１．５程度のメタクリル樹脂などである。

背面側すなわち光束入射側にあるシート１１は、入射側
の第１面１１ａが平面であり、観察側すなわち射出側の
第２面ｔｔｂの第１図（ｂ）の下部が図示の傾斜角θ１
７、θ１２を有する形状の多数のプリズムが形成された
第１フレネルレンズ面となっている。

この第１フレネルレンズ面の有効部ＩＬｃは焦点距離ｆ
ｔで、第１図（ａ）の点１ａに中心を有する同心円形状
を有する。第１図（ｂ）の場合は、この同心円形状の中
心はスクリーン１の上方に来る。

観察側のシート１２は、出射側の面１２ｂが平面であり
、入射側の面１２ａが、上記第１フレネルレンズ面ｔｉ
ｂとは異なった形状（傾斜角θ２８、θ２２）のプリズ
ムが形成された第２フレネルレンズ面となっている。第
２フレネルレンズ面の有効部１２ｃは焦点距離ｆ２で、
第１図（ａ）の点１ａに中心を有する同心円形状を有す
る。

この構成のスクリーン１により、投影像からの光束は屈
折され、観察側の第１図（ａ）の点１ｂ（スクリーンｌ
の高さの約８倍の距離だけスクリーン１から雌れたとこ
る）に集光するように進む。

このとき、第２図に示すように、スクリーン１の最周辺
部（第１図（ｂ）の下部）へ入射する光束のシート１１
の第１面１１ａへの入射角は４５度で透過率は略９５％
、第２面１１ｂの有効面１１ｃへの入射角は２２度で透
過率は略９６％である。

更に、シート１２の第１面１２ａの有効面１２ｃへの入
射角は５３度で透過率は略９４％、第２面１２ｂへの入
射角は一５度で透過率は略９６％である。こうして光束
はシート１２の第２面１２ｂから−７，５度の進行角で
出射している。ここで、シート１２の非有効部１２ｄの
角度θ２□を９０度とすると、この面での光束ケラレの
割合は約２２％となる従って、本実施例ではスクリーン
ｌの最周辺部での透過率Ｔ２は Ｔ、＝０．９５ｘ０．９６ｘ０．９４ｘ　（１−０，２
２）Ｘｏ、９６Ｘ１００ ＝６４（％） となる。

よって、スクリーン１の中心部における透過率８５％に
対して、６４／８５＝０．７５となり、スクリーン周辺
部（第１図（ｂ）の下部）においても十分な光量が確保
されている。

更に、本実施例では、シート１１の第１フレネルレンズ
部１１ｂの非有効面ｌｉｄの傾斜をこの部分への入射光
束の進行方向にほぼ沿うようにしている。

即ち、本実施例の第２図に示した部分において、非有効
面ｌｉｄでケラレの全く生じない条件はθｌ□が６２度
（有効面１１ｃへの入射光線に平行であることから２２
＋　（９０−５０（θ、、））＝６２となる）以上で７
４度（有効面１１ｃからの出射光線に平行であることか
ら３４＋　（９０−５０（θ、、）　）　＝７４となる
）以下であり、θｌ□＝６８度はこの条件を満たす。

こうして、シー）１１の非有効部ｌｉｄにおける光束ケ
ラレは殆どなくなるので、たとえシート１２の非有効部
１２ｄにおいて光束ケラレが生じても、両シート１１．
１２の周期構造間のモアレは殆ど発生しない。

この場合、シート１１の入射側、またはシート１１とシ
ート１２との間に、シート１１と同様なシートが配列さ
れるなら、この追加され乍シートについても、シー）−
１１と同様にフレネルレンズ面の非有効部がこの部分へ
の入射光束の進行方向とほぼ平行な面となるように構成
する必要がある。

上記の条件は、フレネルレンズ面のプリズムの形状にの
み関することで、これのピッチ比などには係らない。ま
た、このモアレ抑制方法は、フレネルレンズ面間の間隔
を広げる等の方法に比べ格段に有効であると共に、フレ
ネルレンズ面間の間隔を小さ（できて、解像力低下の抑
制や、スクリーンの厚み減少による軽量化や、スクリー
ンの保持機構の簡略化等の点でも優れている。

第３図（ａ）乃至（ｄ）には他の実施例が示されている
。

第３図（ａ）では、最も観察側に、光拡散機能を有する
シート１３を付加した実施例が示されている。シート１
３は入射面が拡散面となっている。

第３図（ｂ）では、縦型（上下方向に延びる）レンチキ
ュラーレンズシートが付加されている。

第３図（ｃ）の実施例では、最も観察側のシート１２の
観察側の面が拡散面１５となっている。

第３図（ｄ）の実施例では、最も観察側のシートの観察
側の面に縦型レンチキュラーレンズ１６が形成されて、
視野角の制御等の機能が付加されている。

以上に示した実施例では、同心の偏心円形フレネルレン
ズ面が形成された複数のシートの例を示したが、リニア
フレネルレンズやパワー無しのフレネルレンズ等の組合
わせも可能であるし、偏心することも必ずしも必須では
ない。

［発明の効果］ 本発明は以上のような構成を有するので、複数のフレネ
ルレンズシートを用いてパワー分散を行っても、各シー
ト上のプリズム群の繰り返し周期構造間のモアレ現象な
どが極力抑えられ、スクリーン全面に亘り明る（て良好
な投影像が観察できる。また、最も観察側のシートの入
射側の面をフレネルレンズ面とし、出射側の面を光り拡
散機能面とすれば、比較的枚数の少ない構成となって薄
型で軽量のスクリーンが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例を斜入射方式の投影シ
ステムに適用したときの概略図、第１図（ｂ）は第１図
（ａ）に対応した背面投射型表示装置の一実施例を示す
図、第２図は第１図（ｂ）のスクリーンの部分拡大図、
第３図（ａ）乃至（ｄ）は他の実施例を示す図、第４図
（ａ）は従来の投影システムの概略図、第４図（ｂ）は
第４図（ａ）に対応した従来の背面投射型表示装置を示
す図、第４図（ｃ）は従来の斜入射方式の背面投射型表
示装置を示す図、第４図（ｄ）、（ｅ）は従来の偏心フ
レネルレンズを示す図、第５図（ａ）、（ｂ）は従来の
背面投射型スクリーンを示す図、第６図（ａ）（ｂｌは
従来のフレネルレンズ面における入射光束の光路を説明
する図である。 ｌ・・・・スクリーン、３・・・・・ＣＲＴ、４・・・
・投影レンズ、５．６・・・ミラー１１．１２．１３．
１４・　・　・・・シート。 １１ｂ％　１２ａ・・・・フレネルレンズ面、１５・・
・・拡散層、１６・・・・レンチキュラーレンズ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、背面側から像を投影して観察するための背面投射型
   スクリーンに於いて、対向配置された複数枚のシートか
   ら構成され、該シートのうち、少なくとも２枚のシート
   には直線状ないし曲線状に延びる多数のプリズムが形成
   され、該少なくとも２枚のシートのうち、最も観察側に
   あるシートでは、その背面側の面に該多数のプリズムが
   設けられ、該少なくとも２枚のシートの残りのシートで
   は、その背面側の面が平面で、その観察側の面に、該多
   数のプリズムへの光束の進行方向へほぼ沿った面で構成
   された該多数のプリズムが設けられている背面投射型ス
   クリーン。 ２、前記最も観察側にあるシートの観察側の面が光拡散
   機能を持っている請求項１記載の背面投射型スクリーン
   。 ３、最も観察側に近いシートの少なくとも片面を光拡散
   機能を持つ面となした請求項１記載の背面投射型スクリ
   ーン。 ４、前記少なくとも２枚のシートのうち、少なくとも１
   枚のシートのプリズム形成面は、多数の同心円プリズム
   の中心がスクリーンの中心から偏心したフレネルレンズ
   面となっている請求項１、２又は３記載の背面投射型ス
   クリーン。 ５、請求項１、２、３又は４記載の背面投射型スクリー
   ンとディスプレイデバイイスを有し、該スクリーンに背
   面側から像を投影するように該ディスプレイデバイスが
   配置されている背面投射型表示装置。