JPH03213840A - 背面投射型スクリーン及びこれを用いた背面投射型画像表示装置 - 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〕 本発明は、大きなアスペクト比を持ちながら比較的輝度
ムラの少ない画像を可能にした背部投射型のスクリーン
及びそれを用いた背面校則型画像表示装置に関する。

［従来の技術１ 従来、第９図に示すような、背面投射型画像表示装置が
存在する。同図では、キャビネット等は省略し、概略構
成を示す、ここにおいて。

ｌはＣＲＴなどのデイスプレィデバイス、２は投影レン
ズ％８は集光用レンズとしてのフレネルレンズが形成さ
れたフレネルレンズシート、９は視野角制御用のレンチ
キュラーレンズシートである。レンチキュラーレンズシ
ート９には拡散剤が混入されたりもするし、またこれに
替えて、或は加えて拡散機なとも配置される。フレネル
レンズは図示するように同心円状のものが一般的である
。第９図のものは、投影レンズ２からの拡大画像光がフ
レネルレンズシート８に垂直に（中心部分において）入
射されるものであるが、第１０図に示すような、斜めに
入射されるものも存在する。

第１０図において、投影レンズ２による拡大画像光はミ
ラー３，４により反射されてスクリーン１０に入射角θ
。で投射される。５はキャビネットである。

第１０図のように構成することにより、入射角θ。＝０
である第９図の垂直入射方式と比べて、キャビネット５
の奥行ｐを相当小さく出来る。しかし、スクリーン１０
から観察者側に出射される画像光が、水平方向から角度
θ。たけ下側に出てくるため、肚察者にとって画面が暗
くなるとか、スクリーンｌＯの下部における人ＩＪ４角
θ１が大きくなってスクリーン■０を構成するフレネル
レンズ面などに右ける反射ロスや光束ケラレが問題にな
るといったことがあった、そこで、スクリーン１０の内
側（画像光の入射側）に偏心フレネルレンズを７１数設
けて、画ｆ象光な水平方向に屈折させたり、大人射角の
画像光もパワー分散された偏心フレネルレンズで無理な
（徐々に屈折偏向させたりすることが考えられた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記垂直入射及び斜入射方式のいずれにおいて
も、同心円状のフレネルレンズであるため、従来のＮＴ
ＳＣ方式の画像表示装置よりスクリーンのアスペクト比
が大きい横長仕様の高品位テレビジョン（ＨＤＴＶ）な
どでは、スクリーンの左右周辺での輝度低下は太き（な
らざるを得ない、つまり、ＮＴＳＣ方式のようにアクペ
クト比が３＝４である場合は、上下周辺部の輝度と左右
周辺部の輝度との比（輝度差）は左程間肪にならない程
度であったが、ＨＤＴＶのように９：１６となると、従
来１．３倍Ｃ〜４／３）であったものが１．８倍（〜１
６／９）となり上記の輝度差は無視できない。

より詳細に説明すると次のようになる。第１１図は、Ｃ
ＲＴｌの画像が投影レンズ２を介してスクリーンｌＯ上
に結像する関係の概略を示す。

像の明るさはスクリーン１０全域に渡って一定であるこ
とが望ましいが、実際には光軸Ｏ上から光軸外に行くに
つれて低下する。つまり、光軸外の像の明るさは、レン
ズ２の入射瞳の面積が一定に保たれていても、光学系に
入射する主光線の光軸に対する傾角ωの余弦の４乗に比
例して低下する（ｃｏｓｉｎｅ４乗法則）。

従って、横長のスクリーンでは左右周辺部で傾角ωが太
き（なり、ｃｏｓ　ｉ　ｎｅ４乗法則より、左右周辺部
の輝度が上下周辺部の輝度より低下することになるゆ 以上のように、垂直入射、斜入射方式のいずれにせよ、
横長の大スクリーンになると左右周辺部での輝度低下が
問題となる。

従って、本発明の目的は、スクリーンの長辺方向周辺部
の輝度低下を緩和した背面投射型スクリーン及びこれを
用いた背面投射型画像表示装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために、後述する本発明の実施例の
スクリーン及びこれを用いた画像表示装置では、楕円状
のフレネルレンズが形成されたシートを含むスクリーン
構成となっているこれにより、スクリーンの長辺方向と
短辺方向の集光パワー（即ち焦点距離）が変えられ。

観察点における輝度ムラが緩和される。

［実施例］ 第１図は、垂直入射方式の画像表示装置に本発明の楕円
状フレネルレンズを適用した一実施例を示す。

同図において、１１はＣＲＴ、１２は投影レンズ、１３
は楕円状フレネルレンズシート、１４は拡散板、レンチ
キュラーレンズシートなどの拡散機能を有するシートで
ある。

第２図には、楕円状フレネルレンズシート１３を正面か
ら見た様子が示されている。楕円群の中心がシート１３
の中心にあり、楕円の長軸がシート１３の短辺方向（Ｈ
で示す方向）にそろっている。

投影レンズ１２からの画像光の、投影レンズ１２の瞳の
中心を通る光線、即ち主光線は、楕円状フレネルレンズ
シート１３が上下、左右方向で異なる焦点距離ｆ＋　、
ｆｔ　　（ｆｔ　＞ｆｘ　）を有するため、上下、左右
方向で異なる集光点Ｆ　９、Ｆ　ｓに集光される。すな
わち、レンズ上下部分で曲げられた光は概ね集光点Ｆ１
に集まり、レンズ左右方向で曲げられた光は概ね集光点
Ｆ１に集まる。従って、観察点Ａの辺りでスクリーン１
５を見るとき、ｆ　＋　＝　ｋ　ｆ　＊のｋを適当に設
定することにより、スクリーン１５の左右、上下周辺部
の輝度ないし明るさを概ね均一とすることができる。こ
の設定の仕方は、投影レンズ１２からスクリーン１５に
投射される画像光の状態、スクリーン１５のアスペクト
比、観察点Ａのスクリーン１５からの距離などのファク
ターにより決まるものである０通常、　ＨＤＴＶでは観
察者はスクリーン１５の高さＨの３倍程度の所で見るも
のとしているので、スクリーン１５から集光点Ｆ、、Ｆ
、までの距離をそれぞれす、ｂ’　とするとす、ｂ′を
ｂ′＃３Ｈ〜６Ｈ，ｂ４６Ｈ〜８Ｈ（ただし、ｂ’　＜
ｂ）に選ぶのが適当である。

この様に設定するとスクリーン１５の 長辺方向両端部から出射する光の角度毎の光強度分布の
中心になる角度と観察者の存在する方向とが略一致させ
られるので、両端部から観察者に達する光の強度を大き
くすることができ、その結果、観察者から見て画面の輝
度ムラが緩和される。更に詳しく言うとスクリーン１５
から観察者までの距離に対し、短い方の集光点距離、即
ち長辺方向の集光点Ｆ２までの距離ｂ′を大体一致させ
るか、この集光点Ｆ３よりも前に観察者が存在する様に
スクリーン１５を配置すれば、長辺方向両端部からの光
の強度を大きくして輝度ムラを緩和することができる。

第３図には、ＣＲＴＩＩ等に替えて、放物面（凹面）反
射８１１６、光源１７、コンデンサーレンズ１８、液晶
デイスプレィ１９が設けられた例が示されている。光源
１７からの光は反射鏡１６で反射されてコンデンサーレ
ンズ１８により集光された後、液晶デイスプレィ１９に
映し出された像を投影レンズ１２に投射する。その他は
第１図の実施例と同じである。

次に、斜入射方式の場合を説明する。

第４図と第５図は、夫々、斜入射方式の背面投射型画像
表示装置の実施例の側面と平面図である。同図において
、２１はＣＲＴ、２２は投影レンズ、３１は偏心楕円状
フレネルレンズシートを含むスクリーンであり、投影レ
ンズ２２の光軸が水平方向に対して３０度の角度をなす
ように設定されている。

第６図は、スクリーン３１の第４図の口で示す部分とそ
こでの入射光束りの光路を示す。スクリーン３１は、楕
円状フレネルレンズを有する２つの透光性シート２３．
２４と、拡散層２５ａを有する拡散板２５より成る。こ
れらの材質は、屈折率１．５程度のメタクリル樹脂等で
ある。シート２３．２４において、光入射側が平面とな
り、光出射側に所定形状の傾斜角を持つ同心楕円状の微
小プリズム群が形成されている。このプリズム群の中心
はシート２３．２４の中心から偏心している。この偏心
の様子が第７図に示されている。

楕円は、第７図の如く、長軸と短軸の比がｄ：Ｃとなっ
た同心のものである（ｄ＞ｃ）、そして、長軸ｄ方向が
シート２３．２４の短辺方向となっている。

従って、シート２３．２４の左右方向のレンズパワーが
上下方向のそれより大きくなっている。

例えば、ａ、ｂ、ｂ’　、Ｈを第４図と第５図に示す長
さとして、上下方向の焦点路ＩＷｆ、と左右方向の焦点
距離ｆ２ を次の様に設定できる １　／　ｆ　ｌ＝　１　／　ａ　　　１　／　ｂ　＝　
１　／　ａ　　　ｌ　／　８　Ｈ１／　ｆｚ　　＝　１
／ａ−１／ｂ’　　＝　１／ａ　　　１／６すなわち、
第４図において上下方向に入射した光束の主光線はスク
リーン３１からこれの高さＨの８倍の距離の集光点Ｆ１
にほぼ集まり。

第５図において左右方向に入射した光束の主光線はスク
リーン３１から６Ｈの距離の集光点Ｆよにほぼ集まる。

こうして、前述した様に、左右方向のパワーを大とする
ことにより同方向の明るさの低下が緩和され比較的輝度
ムラのない画像が得られる尚、偏心フレネルレンズ面が
２つ設けたことにより、第６図に示す如く、大きな入射
角（例えば４５度）でスクリーン周辺部に入射してきた
光束も無理なく徐々に偏向できて、出射角が第４図のＦ
５点に向かって略法線方向、ここでは７．５度程度にで
きる。こうして斜入射方式において特に発生する前記問
題点も解消される第６図のスクリーン３１では、拡散板
２５を用いているが、第８図に示す様に、レンチキュラ
ーレンズシート２６を設けて視野角の制御を行なっても
よい。

また、ｂ＞ｂ’であればよいので、例えば、ｂ＝６８．
ｂ’　＝４Ｈとすれば、集光する光束が多くなって、よ
り明る（画像を観察できる。

［発明の効果］ 以上のような構成を有するので１本発明においては、ス
クリーン面周辺部、特に長辺方向周辺部での輝度低下を
抑えられ、輝度ムラのないスクリーン画面が実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は垂直入射方式の本発明の一実施例の概略構成図
、第２図は第１図の楕円状フレネルレンズシートの正面
図、第３図は変形例を示す図、第４図は斜入射方式の、
本発明の一実施例の側面の概略構成図、第５図はその平
面の概略構成図、第６図はスクリーンの構成を示す図、
第７図は第６図の偏心楕円状フレネルレンズシートを示
す図、第８図はスクリーンの変形例を示す図、第９図は
従来の垂直入射方式の構成を説明する図、第１Ｏ図は従
来の斜入射方式の構成を説明する図、第１１図は輝度ム
ラの発生を説明する図である。 １１．１２・・・・・ＣＲＴ、１２．２２・・・・・投
影レンズ、１３・・・・・楕円状フレネルレンズシート
、１４．２５・・・・・拡散板、１５．３１・・・・・
スクリーン、２３．２４・・・・・偏心楕円状フレネル
レンズシート、２６・・・・・レンチキュラーレンズシ
ート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、背面から画像光を投射する背面投射型スクリーンに
   おいて、長手方向と短手方向とを有する透明シートを含
   み、該透明シートには、長手方向の焦点距離が短手方向
   の焦点距離より小さいフレネルレンズ面が片面側に形成
   されていることを特徴とするスクリーン。 ２、前記フレネルレンズ面は複数の同心楕円状のプリズ
   ムによって形成され、該同心楕円の中心が前記透明シー
   トの中心からずれていることを特徴とする請求項１記載
   のスクリーン。 ３、更に、入射光束を集光して出射させるための、長手
   方向の焦点距離が短手方向の焦点距離より小さいフレネ
   ルレンズ面が片面側に形成された第２透明シートを有し
   、該第２透明シートを前記透明シートに対向して設けて
   いることを特徴とする請求項２記載のスクリーン。 ４、表示画像を投影するための画像投影手段と該画像投
   影手段が画像を形成する位置に配置されたスクリーンと
   を含み、該スクリーンは長手方向と短手方向とを有する
   透明シートを有し、該透明シートの片面側に入射光束を
   集光して出射させるフレネルレンズ面が形成され、該フ
   レネルレンズ面は、前記透明シートの長手方向の焦点距
   離が短手方向の焦点距離より小さいことを特徴とする画
   像表示装置。 ５、前記フレネルレンズ面は複数の同心楕円状のプリズ
   ムによって形成され、該同心楕円の中心が前記透明シー
   トの中心からずれていることを特徴とする請求項４記載
   の画像表示装置。 ６、前記画像投影手段は光束を前記透明シートに斜め方
   向から入射し、前記フレネルレンズ面は前記入射した光
   束の主光線を前記透明シートの略法線方向に偏向して出
   射することを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。 ７、前記スクリーンは更に、入射光束を集光して出射さ
   せるための、長手方向の焦点距離が短手方向の焦点距離
   より小さいフレネルレンズ面が片面側に形成された第２
   透明シートを有し、該第２透明シートを前記透明シート
   に対向して設けていることを特徴とする請求項６記載の
   画像表示装置。