JPH0360104B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は画面の輝度のむらがない改良された透
過型投影スクリーンに関する。特に本発明はカラ
ーテレビジヨンの投影用に適した色調不良の少な
い透過型投影スクリーンに関する。

観察側とは反対の側から投影し拡大する透過型
投影スクリーンとしては投影光の利用効率が高
く、かつ、明室内で使用したときに画像のコント
ラストの低下が少ないものが望ましい。

このような条件を満足するものとしては例えば
第１図に示すようにサーキユラーフレネルレンズ
シート１とレンチキユラーレンズシート２とをレ
ンチキユラーレンズシート２のレンズ面がサーキ
ユラーフレネルレンズシート１側を向くようにし
て組み合わせ、プロジエクターＰから発した投影
光をまずサーキユラーフレネルレンズ１により集
光させ、次いでレンチキユラーレンズ２を用いて
水平方向に適宜な角度αをもつて拡散させると共
に、レンチキユラーレンズ２の出射側に、レンチ
キユラーレンズの非集光部に相当する箇所に光吸
収層３を設け、観察者側から来る外光の反射を極
力減らして画像のコントラストを向上させたもの
が知られている。

上記の従来の透過型投影スクリーンはサーキユ
ラーフレネルレンズにより投影光を集光させてい
るので投影光の利用効率が高く、レンチキユラー
レンズの焦点距離を変えることにより、出射光の
拡散角度を調節しうるから出射光をある好ましい
範囲に均一に配分することができ、見る位置が多
少変わつても画像の輝度の変化が少ないようにす
ることができる利点を有している。

しかしながら上記の従来の透過型投影スクリー
ンにおいては光吸収層は各レンチキユラーレンズ
の境界の丁度裏側に設けられているので、レンチ
キユラーレンズシートの中央付近では第２図に示
すように入射光はレンチキユラーレンズの光軸４
にほぼ平行に入射するので差支えないが、レンチ
キユラーレンズシートの周辺付近では第３図に示
すように入射光がレンズの光軸４に対し角度を持
つて入射するため屈折して出射しようとする光の
一部ないし全部が光吸収層に遮られるため画像の
輝度が低下するものであり、又、多くのカラーテ
レビジヨン投影装置のごとく、赤、緑、青のプロ
ジエクターが水平方向に並んでいるような投影装
置を用いると、同一のレンチキユラーレンズに入
射する各色光の入射角度が異なるため光吸収層に
よる光の遮られ方が異なり、正規の色調が得られ
ない等の欠点を有している。

上記の欠点は透過型投影スクリーンの光吸収層
の位置を出射光を遮らない位置にずらして形成す
ることにより解消されること自体は容易に理解さ
れようが、各光吸収層の形成位置を決定するに
は、使用状態での各レンチキユラーレンズ毎の屈
折を詳細に解析し、特にカラーテレビジヨン投影
装置においては各色光毎に光の出射範囲を調べる
必要があり、なおかつ、解析の結果を光吸収層の
形成に反映させることは非常に煩雑である。

したがつて、本発明は、周辺部での投影光の損
失が極めて少なく、光吸収層が最大の面積で形成
されているために良好なコントラストの画像が得
られ、かつ、３管投影式のカラーテレビジヨンに
適用する場合に正規の色調が得られ色ムラ等の色
調不良のない透過型投影スクリーンを提供するこ
とを目的とする。

本発明は、投影側にフレネルレンズシート、観
察側にレンチキユラーレンズシートを重ね合わせ
て配置してなり、レンチキユラーレンズシートは
フレネルレンズシート側にレンチキユラーレンズ
を有すると共に、フレネルレンズシートとは反対
の側に、レンチキユラーレンズの各々の非集光部
に光吸収層を有する透過型投影スクリーンにおい
て、フレネルレンズシートからレンチキユラーレ
ンズの中央部に入射した光が光吸収層の間の中心
を通るように光吸収層の位置を設定することによ
つて、周辺部での投影光の損失が極めて少なく、
光吸収層が最大の面積で形成され良好なコントラ
ストの画像が得られ、かつ、３管投影式のカラー
テレビジヨンに適用する場合に正規の色調が得ら
れ色ムラ等の色調不良のない透過型投影スクリー
ンを構成することができるという事実を見い出し
てなされたものである。

すなわち、本発明の透過型投影スクリーンは、
投影側にフレネルレンズシート、観察側にレンチ
キユラーレンズシートを重ね合わせて配置してな
り、前記レンチキユラーレンズシートはフレネル
レンズシート側にレンチキユラーレンズを有する
と共に、フレネルレンズシートとは反対の側に、
前記レンチキユラーレンズの各々の非集光部に光
吸収層を有し、前記光吸収層の中心は各レンチキ
ユラーレンズの境界線に相当する裏面の位置から
下記関係式で表されるｄだけレンチキユラーレン
ズシートの中心線に向かつてずれて設けられてい
ることを特徴とするものである。

ｄ＝ｔ×tan sin^-1sin tan^-1（Ｒ／Ｆ）／ｎ （但し、ｄはずれ、 ｔはレンチキユラーレンズシートの厚み、 Ｒは中心がｄだけずれた光吸収層が対応する境
界線に対して中心線からみて外側に近接して位置
するレンチキユラーレンズの中央部とレンチキユ
ラーレンズシートの中心との距離、 Ｆはフレネルレンズシートの観察側の焦点距
離、 ｎはレンチキユラーレンズシートの材料の屈折
率である。） 以下、本発明について図面を用いて説明する。

第４図は本発明の透過型投影スクリーンＡの構
造の一例を示す模式的な断面図であつてサーキユ
ラーフレネルレンズシート５とレンチキユラーレ
ンズシート６とが各々のレンズ面どうしが相対す
るように配置されており、レンチキユラーレンズ
シート６の非レンズ面、即ち第４図では下側の面
に光吸収層７が、レンチキユラーレンズシート中
央部では各レンズの境界の真下に、レンチキユラ
ーレンズシートの左右両端に近づくにつれ、真下
の位置よりもレンズシートの中央線８寄りに設け
られている。

上記において光吸収層７を設けるに際して従来
の透過型投影スクリーンにおける光吸収層の位置
よりもずらして設けるときのずれｄを第５図を用
いて説明すると、プロジエクターより発し、サー
キユラーフレネルレンズ５で屈折された後、レン
チキユラーレンズシート６中央線８からＲだけ離
れた位置のレンチキユラーレンズの中央（最凸
部）にそのレンズの光軸に対して角度θを持つて
入射した光は下記式(イ)に従つて屈折する。

sinθ＝ｎ sinφ …(イ) （但しｎはレンチキユラーレンズシートの材料
の屈折率） 従つてその出射する筈の位置はレンズの光軸か
らｄだけレンチキユラーレンズシートの中央側に
寄つた位置であつて、レンチキユラーレンズシー
ト６の光吸収層のない部分の厚みをｔとすると、
ｄは下記式(ロ)で表わされる。

ｄ＝ｔ×tanφ …(ロ) (イ)の式から φ＝sin^-1sinθ／ｎ …(ハ) であり、(ハ)を(ロ)に代入すると、 ｄ＝ｔ×tan sin^-1sinθ／ｎ …(ニ) であり、θはレンチキユラーレンズの上記した入
射位置とそのレンズを有するレンズシートの中心
との距離Ｒ及びフレネルレンズシートの観察側共
役点の距離Ｆから θ＝tan^-1Ｒ／Ｆ …(ホ) で表わされるから、(ホ)を(ニ)に代入することによつ
て、 ｄ＝ｔ×tan sin^-1sin tan^-1（Ｒ／Ｆ）／ｎ となる。

上記の実施例におけるレンチキユラーレンズシ
ート６の作用を説明すると第６図に示すようにレ
ンズシート中央部においては光吸収層は各レンチ
キユラーレンズの境界の丁度反対側の位置を中心
に例えば線ｂを中心に設けられているので、ほぼ
光軸に平行に入射した光は第８図に示すように屈
折後、光吸収層の間の中央から出射し、レンズシ
ートの周辺部においては光吸収層はレンチキユラ
ーレンズの境界の丁度反対側の位置即ち線ｂの位
置から前記したようにｄだけ離れているのでやは
り光吸収層により遮られることなく隣接する光吸
収層の間の中央より出射が可能である。

また、式(ヘ)より、レンチキユラーレンズシート
の厚みｔ、フレネルレンズシートの観察側の焦点
距離Ｆ、レンチキユラーシートの材料の屈折率ｎ
が決まれば、光吸収層のずれｄは、レンチキユラ
ーレンズシートに設けられる光吸収層の外側に接
している光出射部に対応する裏面のレンチキユラ
ーレンズの中央部とレンチキユラーレンズシート
の中心との距離Ｒのみの関数となるので、複雑な
光線解析を行わなくてもよく、透過型投影スクリ
ーンの設計、製造がきわめて簡単に行える。

上記のように、レンチキユラーレンズの最凸部
（中央部）を通つて角度θをもつて入射し、屈析
角φで屈折した光が光吸収層の間の光透過部の中
央を通るように上記式(ヘ)に従つて光吸収層のずれ
ｄを設定すると、この光を３管投影式カラーテレ
ビジヨンの中央の緑色光のプロジエクターからの
光に対応させれば、中央の緑色光のプロジエクタ
ーの両側の水平方向（第４図の紙面方向）に位置
する赤色光のプロジエクター及び青色光のプロジ
エクターからの光は、光吸収層の間の光透過部の
中央を挟んで、略同じの微小な距離だけ離れた位
置を通過し、光吸収層でほとんどケラレることは
ないので、これら３つのプロジエクターから投影
されたカラー像は正規の色調を再現することがで
き、色ムラ等の色調不良を生じない。

さらに、式(ヘ)において、距離Ｒがフレネルレン
ズシートの観察側共役点の距離Ｆより十分に小さ
く、 ０＜（Ｒ／Ｆ）《１ …(ト) なる条件の範囲にある場合は、式(ヘ)は、 とみなすことができる。

通常の透過型投影スクリーンにおいては、式(ト)
の関係が成り立つので、光吸収層のずれｄは、式
(チ)で表される、距離Ｒに対して直線的に変化する
関数に近似することができる。

従つて本発明によれば、レンチキユラーレンズ
のピツチに対して光吸収層のピツチを、光吸収層
のずれｄの分だけ小さくしたピツチとして製造す
ればよい。

なお以上の説明における、サーキユラーフレネ
ルレンズシート及びレンチキユラーレンズシート
の諸元について触れると、まずサーキユラーフレ
ネルレンズの観察側共役点の距離Ｆは２〜20ｍ、
より好ましくは５〜10ｍである。ここでサーキユ
ラーフレネルレンズの共役点の距離Ｆは、平行光
を用いて測定することにより得られるものではな
く、実際にプロジエクターを配置し、投影を行な
う際の観察者側の実際の共役点の距離を意味す
る。即ちプロジエクターの位置は通常、サーキユ
ラーフレネルレンズの入射側の本来の焦点よりも
やや遠い位置で、しかも投影光が平行光とはなら
ない程度の位置に配置されているから、プロジエ
クターから発した投影光は拡散しながらサーキユ
ラーフレネルレンズに入射し、屈折後、出射側の
本来の焦点よりも遠い位置に焦点を結ぶ。

次にサーキユラーフレネルレンズシート及びレ
ンチキユラーレンズシートの大きさは水平方向の
長さ、即ち観察者から見れば横の寸法が500〜
2000mm、より好ましくは700〜1200mmであり、又、
レンチキユラーレンズシートの光吸収層を設けて
ない部分の厚みは出射光の出射範囲が最も狭くな
るよう、言い換えれば光吸収層が出射光を遮らず
にしかも最大面積になるように設けられるよう決
める必要があり、好ましくは0.8〜２mm程度であ
る。なおレンチキユラーレンズシートのレンチキ
ユラーレンズの断面形状としては円形、だ円形、
放物線の一部等の一般的なものが使用できる。

サーキユラーフレネルレンズシートの凸レンズ
の不連続面の間隔は通常、0.1〜1.0mmであり、レ
ンチキユラーレンズシートのレンズのピツチは通
常0.8〜1.5mmである。前者の間隔と後者のピツチ
が同一ないし近似していると干渉によるモアレ模
様が発生しやすいので、例えば２：３のように変
えてやるとよい。又、レンチキユラーレンズシー
トに設ける光吸収層の巾は一概には言えないが上
記レンチキユラーレンズのピツチの40％〜70％で
あり、前記したずれの大きさは、一例として横
950mmのレンチキユラーレンズシートでは最大
50μ程度である。

以上説明した本発明の実施例の投過型投影スク
リーンは適宜な方法により製作しうるが、一つの
典型的な方法として熱可塑性樹脂の溶融押し出し
時に金型ロールを用いて賦型する方法がある。即
ち、アクリル樹脂のような透明性が高く屈折率の
大きい熱可塑性合成樹脂を溶融押し出ししてシー
ト状となし、直ちに所定の金型を用いて賦型する
方法である。金型ロールとしてはサーキユラーフ
レネルレンズシート製作用には同レンズの逆型形
状を有する金型ロールを用い、表面が平滑なロー
ルと併用すればよく、レンチキユラーレンズシー
ト製作用には同レンズの逆型形状を有する金型ロ
ールと、光吸収層を設けるための凸状部の逆型形
状を有する金型ロールとを併用すればよい。光吸
収層の形成は印刷、転写、塗布、植毛等によつて
行なえるが、適宜な合成樹脂塗料に遮光性の顔
料、好ましくは黒色の顔料と必要により艶消剤を
添加して作成した光吸収性塗料を用いた印刷、転
写、塗布の方法によるのが容易である。

以上、本発明の一実施例について説明したが、
本発明は以上の説明に限定されるものではなく本
発明の主旨を変更しない範囲で次のような種種の
態様をとることもできる。

まず、サーキユラーフレネルレンズシートのレ
ンズ面とレンチキユラーレンズシートのレンズ面
は以上の説明では向き合うように配置されている
が、サーキユラークレネルレンズのレンズ面はこ
れとは反対に入射光側に向いていてもよい。しか
し、両レンズシートのレンズ面どうしが向き合つ
ており、かつ両レンズシートを密着させておく
と、ごみの付着や汚染の点で有利であり、又、入
射光の全反射が起きにくいのでサーキユラーフレ
ネルレンズシートの短焦点化が可能でプロジエク
ターと透過型投影スクリーンを組み合わせて一つ
の投影装置を作る際に装置を小型化でき、更にレ
ンズの不連続部分における光量のロスが防げる。

次に光吸収層は第４図に示すように凸状部に設
けてもよいが、第８図、第９図に示すように平坦
部に設けても、或いは凹部に設けてもよい。これ
らのうち凸状部に光吸収層を有する構造は予めレ
ンチキユラーシートを作成する際に光吸収層を設
ける位置が定まるので、シート作成後に印刷、転
写、若しくはロール塗布等により光吸収層を形成
する際に、単に凸状部のみに光吸収性組成物を付
着させるだけでよく製造上の利点がある。凸状部
の断面形状は以上の説明では四角形の一部である
が、この他円形、だ円形、台形などとしてもよ
く、このようにすると出射光が凸状部に当たつて
しまうのが防止できる。同様な意味で断面が四角
形や台形の一部であるときは角に丸味をつけても
よい。このように丸味をつけたものや円形、だ円
形の一部をなす凸状部に塗料を用いて光吸収層を
設けると、塗料が垂れ下がつて凸状部の側面も光
吸収性とすることができ、観察側における外光の
反射が一層確実になる。なお、凸状部の頂上をく
ぼませておくと、観察側からレンチキユラーレン
ズシート内部に入射し全反射して戻つてくる光は
光吸収層の中央付近に戻つてくることが多いの
で、くぼませた部分の光吸収層を厚くし、遮光を
より確実にすることができる。なお、光吸収層を
植毛法によつて設けると艶消の度合が大きく、
又、塗料を用いて設けるのにくらべ角度を変えて
眺めると光つて見えるシーン効果が少ないので画
像のコントラスト向上が図れる。

なお、レンチキユラーレンズシートを熱可塑性
樹脂の溶融押し出し及び金属ロールを用いたエン
ボスによつて製作するときには、シートの溶融押
し出しを円滑にするためにダイス中央から押し出
される樹脂の温度がダイス両端から押し出される
樹脂の温度よりも低く、このように樹脂の温度の
差があると、より温度の低いダイス中央から押し
出された樹脂の部分では両端にくらべて金型ロー
ルの再現性が悪く、レンチキユラーレンズの断面
形状の曲率が小さいものになり、焦点距離も中央
が長く、両端に近づくにつれ短かくなる傾向があ
る。従つてこのような焦点距離の分布を有する結
果、レンチキユラーレンズシート全体の厚みを中
央部の集光位置に合わせ、非集光部に光吸収層を
設けると両端部では集光した光が拡散しはじめて
から光吸収層にぶつかるので両端が暗くなり、逆
にレンチキユラーレンズシート全体の厚みを両端
部の集光位置に合わせ、非集光部に光吸収層を設
けると中央部では光の集光が充分でないうちに光
吸収層にぶつかつてしまう欠点がある。このよう
な欠点を防止するためレンチキユラーレンズシー
トの厚みを中央部では厚く、両端部に近づくにつ
れ薄くするか、或いは金型ロールにおけるレンチ
キユラーレンズの逆型形状の曲率半径をレンチキ
ユラーレンズシートの両端部に近づくにつれ大き
くしておくとよい。

更にレンチキユラーレンズシートを透明着色す
ると光吸収層を設けていない部分の光の反射率が
実際にも又、視覚心理的にも低下するので画像の
コントラスト向上が図れる。透明着色は塗布、貼
着、印刷、転写等の外的な操作によつても行なえ
るが、レンチキユラーレンズシートの成型時に予
めその材料に染料や顔料の着色材を練り込んでお
くことによつても行なえ、或いは通常、レンチキ
ユラーレンズシートの垂直方向の出射光の拡散を
図るために添加される光散乱材、例えばシリカ粉
末やガラス粉末、ガラスビーズ等を予め着色して
おくことによつて行なつてもよい。光散乱材を用
いる場合にはレンズシート内に均一に分布させる
と画像のシヤープさが若干失なわれるので出射側
表面近くに集中させるとよい。この他、サンドプ
ラストによる出射表面マツト化も画像コントラス
トの向上に寄与しうる。

以上のように、本発明の透過型投影スクリーン
によると、投影側にフレネルレンズシート、観察
側にレンチキユラーレンズシートを重ね合わせて
配置してなり、レンチキユラーレンズシートはフ
レネルレンズシート側にレンチキユラーレンズを
有すると共に、フレネルレンズシートとは反対の
側に、レンチキユラーレンズの各々の非集光部に
光吸収層を有する透過型投影スクリーンにおい
て、フレネルレンズシートからレンチキユラーレ
ンズの中央部に入射した光が式(ヘ)に従つて光吸収
層の間の光透過部の中心を通るように、光吸収層
の位置が設定されているので、周辺部での投影光
の損失が極めて少なく、光吸収層が最大の面積で
形成され良好なコントラストの画像が得られ、か
つ、３管投影式のカラーテレビジヨンに適用する
場合に何れのプロジクターからの光もケラレて遮
られることはないので、正規の色調が得られ色ム
ラ等の色調不良のない透過型投影スクリーンを構
成することができる。

又、本発明の透過型投影スクリーンの光吸収層
を設けるべき位置はレンチキユラーレンズシート
の厚み、材料の屈折率、フレネルレンズシートの
観察側の焦点距離が決まればレンチキユラーレン
ズシートの中央線から各レンチキユラーレンズま
での距離の関数として定まるから設計や製造が容
易であり、複雑な解析を行なう必要性がない。さ
らに、本発明の透過型投影スクリーンは、レンチ
キユラーレンズシートのレンチキユラーレンズの
ピツチに対して光吸収層のピツチを、光吸収層の
ずれｄの分だけ小さくしたピツチとすればよいか
ら製造がきわめて容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は従来の透過型投影スクリーン
の断面図、第４図〜第７図は本発明の一実施例の
透過型投影スクリーンに関する図で第４図、第６
図及び第７図は断面図、第５図は光吸収層を設け
る位置を説明するための説明図、第８図及び第９
図は本発明の他の実施例の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 投影側にフレネルレンズシート、観察側にレ
   ンチキユラーレンズシートを重ね合わせて配置し
   てなり、前記レンチキユラーレンズシートはフレ
   ネルレンズシート側にレンチキユラーレンズを有
   すると共に、フレネルレンズシートとは反対の側
   に、前記レンチキユラーレンズの各々の非集光部
   に光吸収層を有し、前記光吸収層の中心は各レン
   チキユラーレンズの境界線に相当する裏面の位置
   から下記関係式で表されるｄだけレンチキユラー
   レンズシートの中心線に向かつてずれて設けられ
   ていることを特徴とする透過型投影スクリーン。 ｄ＝ｔ×tan sin^-1sin tan^-1（Ｒ／Ｆ）／ｎ （但し、ｄはずれ、 ｔはレンチキユラーレンズシートの厚み、 Ｒは中心がｄだけずれた光吸収層が対応する境
   界線に対して中心線からみて外側に近接して位置
   するレンチキユラーレンズの中央部とレンチキユ
   ラーレンズシートの中心との距離、 Ｆはフレネルレンズシートの観察側共役点の距
   離、 ｎはレンチキユラーレンズシートの材料の屈折
   率である。）