JPH046315B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は背面投射式テレビジヨン表示装置、
特に複数個のスクリーン素子層を含む背面投射式
スクリーンに関する。

〔発明の背景〕

背面投射式テレビジヨン受像機は１個またはそ
れ以上の映像管のようなビデオ画像源からの光を
背面に受け、その光を集束して前面にそのビデオ
画像の拡大された可視像を形成するスクリーンを
有する。画像源からの光はこのスクリーンに達す
る前に画像源の光路内に設けられたレンズ構体を
通り、コンパクトな構体内に所要の光路長を与え
る複数個の鏡面により反射されることもある。

投射スクリーン自体は一般にビデオ画像源から
の光を実質的に平行化する働らきをするフイール
ドレンズ素子やその平行化された光をスクリーン
前面の画像面上に集束して可視画像を形成する集
束レンズ素子のような複数個のレンズ素子層を含
んでいる。代表的な背面投射式スクリーンでは、
フイールドレンズが円形フレネルレンズから成
り、集束レンズが垂直に配置されてレンチキユラ
レンズ配列を形成する複数個のレンチキユラレン
ズ素子から成つている。レンチキユラレンズ配列
はスクリーンのコントラストを増すために各レン
チキユラレンズ素子間に垂直の黒線を付設するこ
ともある。

スクリーンによつて行われるのが望ましい他の
機能は観衆の観覧包絡面すなわちスクリーンによ
つて与えられる照度が許容可能の観覧限界内にあ
る領域を拡大することである。これは一般にスク
リーンの輝度が中心光線軸に沿つて測つたそれの
50％の位置間の領域と定義される。観衆包絡面の
水平方向の視角は各レンチキユラレンズ素子の寸
法形状の選択の結果としてレンチキユラレンズ配
列により大きく決定される。

垂直方向の望ましい観衆包絡線は「ハエの眼」
スクリーンを形成して水平垂直の両観衆包絡線を
与える個別レンチキユラレンズ素子によつて作る
ことができる。この「ハエの眼」スクリーンは、
一般に、別のスクリーン素子を含むか、他のスク
リーン素子の１つに拡散被覆を施したものを含む
ことのあるスクリーン拡散素子を用いることによ
り形成される。この拡散面はフレネルレンズとレ
ンチキユラレンズ配列の間に設けるのが望まし
い。拡散層は光線を充分散乱して許容視角の垂直
観衆包絡線を生成するように設計されているが、
レンチキユラレンズ配列の一部としてコントラス
ト強調用の黒線を用いたスクリーンでは、その拡
散層もその黒線による吸光のためのスクリーンを
透過する光量を減ずる。このため投射式テレビジ
ヨン受像機では不都合なスクリーン効率の低下を
生じ、高いスクリーン輝度が得難くなる。外部光
源からの反射と各スクリーン素子の表面間の反射
を減ずるためには、前記「ハエの眼」スクリーン
を含むすべてのスクリーンで拡散面が望ましい。
フレネルレンズは完全に透明ではないため、本来
スクリーンの中心から離れた領域で画像源からの
光をいくらか反射する。このためスクリーンの中
心に明るい円形部分が生ずる。拡散面はこの明る
い部分の出現を防ぐ上、画像源から直接スクリー
ンに達して目障りな漂遊光をすべて散乱する。こ
の望ましい拡散面の長所を有し、スクリーン効率
低下の短所を持たない背面投射スクリーンがあれ
ば好都合である。

垂直観衆包絡線または視角は観覧位置の違いに
よつて高さの異なる観客が所要の輝度領域内に入
るように充分大きくなければならない。スクリー
ンが床面に近い次第に一般的になつている形式の
投射型テレビジヨン受像機では、大部分の観客の
眼の高さがスクリーンの中心より上に来る。従つ
て拡散層により与えられる垂直方向に対称の光散
乱により、スクリーンの光出力の多くが床または
通常観客のいない領域に向けられる。

スクリーンからの光出力の相当な部分を正規の
観覧領域内に向けるには、垂直観衆包絡線をスク
リーン面に垂直な水平面に対して上方に傾斜させ
る必要がある。これは特願昭58−76072号明細書
に開示されたスクリーン構成により達し得るが、
このスクリーンは垂直観衆包絡線をスクリーンに
対して正の角で配向するため可視画像の中心から
垂直方向に中心を変位または偏倚させた円形フレ
ネルレンズを有する。この中心軸の偏倚にはフレ
ネルレンズの有効寸法の増大を必要とし、そのた
めスクリーン製造の複雑性と費用を増すことがあ
る。デンマークのスキヤン・スクリーン社
（Scan Screen APS）で開発された単切子面プリ
ズム素子を用いたスクリーンも垂直観衆包絡線を
上に向けるが、視角を小さくして許容観覧領域を
制限する欠点がある。上記構成は何れもフレネル
レンズとレンチキユラレンズの間にスクリーン効
率を50％に制限するスクリーン拡散層が用いられ
ている。

〔発明の概要〕

この発明の目的は垂直観衆包絡線の位置と視角
に対する制御を極めて大きくして表示構体を簡単
かつ安価にすることのできる背面投射式テレビジ
ヨンスクリーンを提供することである。またこの
発明のスクリーンでは通常必要な拡散層を省略す
ることができるためスクリーン効率が実質的に上
昇する。

この発明による背面投射式テレビジヨン表示装
置は、画像源と、この画像源からの光を反射する
少なくとも１つの鏡面と、画像源からの光を受け
てそれを平行化するフイールドレンズを含む背面
投射スクリーンとを含んでいる。その平行化され
た光を受けるプリズムレンズがフイールドレンズ
に隣接して設けられ、そのレンズは平行光を複数
個の角方向に向けるための切子面を有する複数個
の水平プリズムレンズ素子を含んでいる。集束レ
ンズはこのプリズムレンズから指向された光を受
けてこれを画像面上に集束する。

〔詳細な説明〕

第１図には筐体１１を含む背面投射式テレビジ
ヨン表示装置１０の一部が示されている。筐体１
１内にはフエースプレート上にビデオ画像を生成
する映像管１２のようなビデオ画像源が１個また
はそれ以上（１個だけ図示）設けられている。代
表例としてカラー投射式テレビジヨンでは、通常
のカラー映像管の赤、緑、青の電子銃の機能と同
様にそれぞれ赤、緑、青の画像を生成する３つの
映像管が用いられる。各映像管に隣接してその映
像管の画像に所要の拡大を行うレンズ構体１３が
ある。

レンズ構体１３を透過した光は小鏡面１４と大
鏡面１５により反射され、これにより光路が折曲
されてコンパクトな筐体内で所要の倍率を得るに
必要な光路長が得られる。

大鏡面１５で反射された光は光制御面を有する
複数個のレンズを含むスクリーン構体１６の背面
に入射する。スクリーン１６は第２図に示すよう
な円形フレネルフイールドレンズ１７を含み、こ
れが大鏡面１５からの光を実質的に平行化する作
用をする。フレネルレンズ１７は例えば成形プラ
スチツクで形成され、各フレネル素子１８の幅は
約0.85mmである。フレネルレンズ素子の角がこの
レンズの焦点距離を決定する。

フレネルレンズ１７に隣接してこのレンズ１７
からの光を所要方向に向けるためのプリズムレン
ズ２０がある。このプリズムレンズ２０は後に詳
述するようにこの発明によつて独特の構造を持つ
水平に整列したプリズム素子２１を有する。この
プリズム素子２１もまた約0.38mm程度の幅を持
つ。プリズムレンズ２０は投射スクリーン１６の
別の層として形成することもできるが、例えばプ
ラスチツク板の反対側に成形された各レンズ構体
と共に単一の層としてフレネルレンズ１７と組合
すのが好ましい。フレネルレンズとプリズムレン
ズを１つのパネル上に形成すると光の反射面が減
るため、スクリーン効率が上昇する。プリズムレ
ンズ２０は後述のようにして垂直観衆包絡線を画
定する。プリズムレンズがフイールドレンズより
先にビデオ画像源からの光に作用するようにプリ
ズムレンズとフイールドレンズの位置を交換する
こともできる。

投射スクリーン構体１６はまた第３図および第
３Ａ図に示すようなレンチキユラレンズ配列２２
をプリズムレンズ２０に隣接して有する。レンチ
キユラレンズ配列２２は垂直に配向されて画像源
から受けた光を画像面５２上に集束して見えるよ
うにする複数個のレンチキユラレンズ素子２３を
含んでいる。このレンチキユラレンズ配列はまた
水平面内に観衆包絡線を画定するために用いるこ
ともでき、また投射画像のコントラストを強調す
るために各レンチキユラ素子間に黒線２９を設け
ることもできる。

第４図は第１図の投射スクリーン構体１６のプ
リズムレンズ２０の一部の拡大図である。この発
明によつて各プリズム素子２１が個別切子面２
４，２５を有する。画像源からの主光線または中
心光線２６，２７は第１図のような代表的光路３
０を通り、フレネルフイールドレンズ１７で平行
化されてプリズムレンズ２０のプリズムレンズ素
子２１の切子面２４，２５の正面に入射する。こ
の発明により切子面２４，２５は垂直面に対して
異つた角度で形成されている。例えば切子面２４
は垂直面に対して約8.5゜の角φ₂₄を成し、切子面２
５は垂直面に対して約16゜の角φ₂₅を成している。
切子面２４は中心光線２６をその周りに対称的に
分布する光束と共に角φ₂₆だけ上方に曲げ、切子
面２５は同様に中心光線２７を角φ₂₇だけ上方に
曲げる。第４Ａ図は垂直角に対する光束の強度分
布の一例を示す。中心光線は最大強度点に生じ
る。従つて切子面２４，２５はそれぞれ自身の垂
直観衆包絡線を形成し、全スクリーンに対する合
成垂直観衆包絡線は各切子面２４と各切子面２５
からの光分布の和であつて、第４Ａ図に曲線
V_SUMで示すようになる。

従つてスクリーンの垂直観衆包絡線はこの発明
の多切子面プリズムレンズにより精確に制御され
る。切子面φ₂₄，φ₂₅および第４図に寸法l₂₄，l₂₅
で示す切子面の相対寸法を注意して選ぶことによ
り、どんな所要の形状の垂直観衆包絡線も選ぶこ
とができる。プリズムレンズ２０は図示の例では
各プリズム素子２１に２つの切子面があるが、こ
の切子面の数は３つまたはそれ以上でもよい。こ
の切子面の数が増すほど、垂直観衆包絡線の形状
と光分布の制御が向上する。

プリズムレンズ２０は所要の垂直観衆包絡線を
形成する機能を果すから、このためのスクリーン
拡散層は不要である。プリズムレンズはまたフレ
ネルレンズ１７を通過した若干の光を反射し、前
述のように不均一なフレネルレンズの透過度によ
る中心部の輝度または画像源からの漂遊光による
スクリーンの他の領域の輝度の出現を抑制する働
らきをする。従つてプリズムレンズ２０の存在に
よりフレネルレンズとレンチキユラレンズの間の
拡散層の必要が全くなくなり、これによつてスク
リーン効率が71％程度まで大きく向上する。

許容可能のスクリーン性能のためには必要ない
が、水平観衆包絡線の決定と反射の防止による周
囲光下のスクリーンのコントラストの増大を助け
るため、第３Ｂ図のようにレンチキユラレンズ配
列の画像面に拡散層または拡散面３８を設けるこ
ともできる。このような拡散面はこれがない場合
の10倍もスクリーンのコントラストを増大させ
る。拡散面は画像面に設けられるから、拡散した
光はスクリーン上の黒色マトリツクス縞により吸
収されないため、スクリーンの効率は低下しな
い。拡散面は例えばスクリーンを被覆するか、ス
クリーン表面を粗面化するか組織化することによ
り形成することもできる。

投射式テレビジヨン受像機の筐体は、製造費と
輸送費を下げ、受像機の家具としての邪魔な外観
を少なくするために小型化することが望ましい。
U.S.プレシージヨン・レンズ（Precision Lens）
社製のコンパクトな投射レンズ構体を用いると、
第５図に示すようにただ１枚の鏡面３１を用いて
投射式テレビジヨン表示装置１０′を構成するこ
とができる。しかしこの有利な設計を有効に利用
するには、光路３３で示す画像源３２とレンズ構
体３９からの中心光線が水平より下方12゜程度の
角θ₃₃でスクリーン３４に入射する。通常の投射
式スクリーンはこの角度の画像光線を受入れるこ
とができず、なお垂直観衆包絡線に所要の上方へ
の曲りを与える。従つてこのような受像機はこの
有効な経費と空間では製造が容易でない。しか
し、この発明による投射スクリーンは、このよう
な受像機構造により与えられる制限が容易に適応
し得る程度に垂直観衆包絡線を制御することがで
きる。第５Ａ図は鏡面３１からの入来光線が水平
より12゜下傾する状態に対して所要の観衆包絡線
を与えるプリズムレンズ３５の一部を示す。例と
して、図示のプリズムレンズ素子の切子面３６，
３７の垂直面に対して成す角は、θ₃₆＝40゜，θ₃₇＝
44.3゜である。

第５図に示すような表示装置は、レンズ構体３
９から出る光がスクリーン３４から遠ざかるた
め、スクリーン３４に達する漂遊光が少ないとい
う他の利点を有する。

プリズムの屈折率は入来光の波長に依存するた
め、上記プリズムレンズ２０，３５は赤、緑、青
の各映像管からの光を異る角度に屈折させる。こ
のためスクリーン上の所定位置で異る色成分の位
置に変位を生ずることがある。この垂直方向の色
の変位は大きくはないが、その結果は色フリンジ
となつて視聴者の目障りになることがある。

この垂直色変位に関連する問題を正すために、
第７図に誇張して示したように赤と青の映像管の
位置を変えることができる。青の映像管１２Ｂと
その付属レンズ構体を調節して、その映像管のフ
エースプレートの水平中心線に垂直な平面５０Ｂ
が緑の映像管のフエースプレートの水平中心線に
垂直な平面５０Ｇに対して変位または偏倚するよ
うにすると共に、赤の映像管を調節してそのフエ
ースプレートの水平中心線に垂直な平面５０Ｒも
緑の映像管の垂直平面に対して変位または偏倚す
るようにする。次に青と赤の映像管をレンズの出
射瞳に対して横向きに移動することにより、その
映像管の目標をスクリーン上のもとのビーム入射
点に調節する。

第７図において、青と赤の映像管１２Ｂ，１２
Ｒの変位は例えば映像管１２Ｂとその付属レンズ
構体を緑の映像管に対して角θ_Bだけ回転し、赤の
映像管１２Ｒとその付属レンズ構体を緑の映像管
に対して角θ_Rだけ回転することにより達せられ
る。第５図の形式の投射式テレビジヨン表示装置
では、例として、θ_Bが約0.26゜、θ_Rが約0.06゜程度で
ある。

映像管１２Ｂ，１２Ｒを回転すると、プリズム
レンズに対する３色の入射角が異つて、そのプリ
ズムレンズによる屈折率の差のためプリズムレン
ズを離れる３色成分がスクリーン１６で集中し、
垂直色変位を解消するようになる。この垂直色変
位の修正に要する緑の映像管に対する赤と青の映
像管の回転または精確な移動の量は、プリズム素
子の垂直角や映像管の中心光線のスクリーンへの
入射角のようないくつかの因子に依存する。

第６図に示すプリズムレンズの実施例40は、プ
リズム素子４１が垂直面に対する角の異る２つの
切子面を構成する２つの副素子４１ａ，４１ｂか
ら成つている。その切子面の角とプリズム素子の
各切子面の寸法は、前述の実施例と同様に所要の
垂直観衆包絡面を決定するように選択することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によつて構成されたスクリー
ンを用いた背面投射式テレビジヨン表示装置の側
断面図、第２図は第１図の投射式テレビジヨンス
クリーンの背面図、第３図は第１図の投射式テレ
ビジヨンスクリーンの前面図、第３Ａ図は第１図
の投射式テレビジヨンスクリーンの一部の上面
図、第３Ｂ図は投射式テレビジヨンスクリーンの
一部の他の実施例の上面図、第４図は第１図の投
射式テレビジヨンスクリーンの一部の側面図、第
４Ａ図は第１図の投射式テレビジヨンスクリーン
の動作を示す曲線図、第５図はこの発明によつて
構成された投射式スクリーンを用いた背面投射式
テレビジヨン受像機の他の実施例の側断面図、第
５Ａ図は第５図の投射式テレビジヨンスクリーン
の一部の側面図、第６図は他の実施例を示す背面
投射式テレビジヨンスクリーンの側面図、第７図
はこの発明による背面投射式テレビジヨンスクリ
ーンに用いる映像管の位置決め装置の側面図であ
る。 １０…背面投射式テレビジヨン表示装置、１２
…ビデオ画像源、１６…背面投射式スクリーン、
１７…フイールドレンズ、２０…プリズムレン
ズ、２１…プリズムレンズ素子、２２…集束レン
ズ、２４，２５…切子面、５２…画像面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ビデオ画像源と、背面投射式スクリーンとを
   含み、上記スクリーンがフイールドレンズ、プリ
   ズム配列および集束レンズを含み、上記プリズム
   配列がそれぞれ光を複数個の異なる所定角に分布
   する切子面を有する水平方向に配列された複数個
   のプリズムレンズ素子を含み、上記各分布角は垂
   直観衆包絡線の成分の主光線角を画定し、上記集
   束レンズが上記分布された光を画像面に集束する
   ように配置されていることを特徴とする背面投射
   式テレビジヨン表示装置。