JPS6128978B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばビデオプロジエクター用のス
クリーン等に用いる背面投影スクリーンに関する
ものである。

背面投影型のスクリーンは、ビデオプロジエタ
ーやマイクロフイルムリーダあるいはコンピユー
ター用デイスプレイ等の投影面として用いられる
が、その視野角度を大きくする等その光透過特性
について各種の検討がなされている。そしてこの
ような目的を達成するための手段の１つとして、
微小な円筒レンズを連続的に多数形成したレンチ
キユラーレンズシートを単独あるいは他のレンズ
または拡散板と組合せて使用することが行なわれ
ている。

このレンチキユラーレンズシートは、前述した
ように入射光を拡散させるのに効果があり、垂直
方向に微小な円筒レンズを連続的に多数形成した
ものは水平方向に光を拡散させ、水平方向に微小
な円筒レンズを形成したものは垂直方向に光を拡
散させる機能を有している。またこのレンチキユ
ラーレンズシートをスクリーンとして用いる際、
レンズ面を入射光線側即ち光源側に向けた場合
と、射出側即ち観察者側に向けた場合とでは、そ
れぞれ最大拡散角度は限定され、光源側に向けた
場合の方が観察者側に向けた場合に比して拡散角
度を大きくすることができることが知られてい
る。しかしながら一般にこの種レンチキユラーレ
ンズによる光の拡散はその角度が狭く例えば第１
５図に示す通り、中心から30゜を越える箇所で急
激に明るさが低下するという難点を有している。

このようなスクリーンに関し、本発明者等は視
野角度を広げた背面投影スクリーンを即に特願昭
56−51194号の発明として提案している。この発
明はレンチキユラーレンズのレンズ単位の両側面
部に、全反射面を形成し、全反射した光線を頂部
から出射させるようにしたもので、これによつて
明るくかつ視野角度の大きい背面投影スクリーン
が得られることが判明した。しかしながらこの発
明にさらに検討を加えた結果、光の屈曲に関与し
ない抜きテーパーができ、山部の高さも高くなつ
て製作しにくい面がみられたので、本発明におい
ては、これらの点を改善し、性能の優れた背面投
影スクリーンを提供しようとするものである。

すなわち本発明の要旨とするところは、少なく
とも媒体の観察側にレンチキユラーレンズが形成
された背面投影スクリーンであつて、そのレンチ
キユラーレンズは１つの凹面で形成された頂部と
両側面部とを備えたレンズ単位が連設されて構成
されており、このレンズ単位の頂部の凹面はこの
部分に直接入射した光線を出射させるように形成
され、しかもレンズ単位の各側面部の少なくとも
一部にはこの部分に入射した光線が全反射する全
反射面がそれぞれ形成され、かつ全反射面で全反
射した光線の大部分が凹面の当該全反射面に近い
側から出射するようにしたことを特徴とする背面
投影スクリーンを第１の発明とし、少なくとも媒
体の観察側にレンチキユラーレンズが形成された
背面投影スクリーンであつて、そのレンチキユラ
ーレンズは１つの凹面で形成された頂部と両側面
部とを備えた第１のレンズ単位と、該第１のレン
ズ単位間に位置する第２のレンズ単位とが交互に
連設されて構成されており、このうちの第１のレ
ンズ単位の頂部の凹面はこの部分に直接入射した
光線を出射させるように形成され、しかも該レン
ズ単位の各側面部の少なくとも一部にはこの部分
に入射した光線が全反射する全反射面がそれぞれ
形成され、かつ全反射面で全反射した光線の大部
分が凹面の当該全反射面に近い側から出射するよ
うになつていると共に、上記第２のレンズ単位に
はこの部分に直接入射した光線を出射させるレン
ズ面が形成されていることを特徴とする背面投影
スクリーンを第２の発明とするところにある。

以下本発明を実施例の図面に従つて説明する。

第１図は第１の発明の実施例を示す背面投影ス
クリーンの斜視図であり、第３図は第１図−
線に沿つて切断した断面平面図である。まずこの
実施例について説明すると、１はレンチキユラー
レンズを構成するレンズ単位で、１つの凹面１０
ａで形成された頂部１０と両側面部１１とで構成
されている。そしてこの例においてはこの両側面
部１１全面が全反射面となつているが、一部に形
成されていてもよい。また両側面部１１の全反射
面は、後述するようにこの部分に入射した光線を
全反射して凹面１０ａより出射させるようになつ
ている。なお図中３はレンチキユラーレンズとは
反対側の入射面である。この形状を第６図に基づ
いてさらに詳しく説明すると、これは本発明のレ
ンチキユラーレンズのレンズ単位１を拡大したも
ので、頂部１０は凹面１０ａに、両側面部１１に
は全反射面が形成されている。このようなレンチ
キユラーレンズに対し、入射面３から平行な光が
入射すると、第６図に示すように、頂部１０に相
当する部分Ｂに直接入射した光線は媒体内を直進
し、凹面１ａで屈折し出射する。この際両側面部
１１に入射したＡまたはA′の部分の光線は、全
反射しその大部分は凹面１０ａの当該全反射面に
近い側から出射する。

本発明のレンチキユラーレンズのレンズ単位１
は以上のように構成されているが、全反射面は、
媒体に入射した光線がこの面で全反射してこれが
凹面１０ａより出射するようになすと共に上記全
反射光および直接凹面１０ａに到達する光が、凹
面１０ａにおいて再び全反射することがないよう
にすることを要するものであり、この全反射面が
レンチキユラーレンズの凹面１０ａを結ぶ面、言
い換えれば光軸になす角度θは、媒体の屈折率ｎ
により決定されるものであり、これを数式で求め
るようになる。

いま、第６図に示す如く、垂直軸と平行な光線
A₁が角度θで入射し、これが全反射して凹面１
０ａから射出したとすると、この光線は光軸であ
る垂直軸Ｎに対し角度２θで交叉し、凹面１０ａ
から出射する。そして、この光線A₁が、凹面１
０ａで全て外部に射出する条件は、この面で全反
射してはならないから、この角度２θが全反射角
以下でなければならない。この関係を全反射の式
より求めると、 ｎ sin2θ≦１、 故に sin2θ≦１／ｎとなり、 ２θ≦sin^-1１／ｎ、さらに θ≦１／２sin^-1１／ｎ となる。このことから全反射面の水平面となす角
度αは、 α≧90゜−１／２sin^-1１／ｎ となる。

以上の式から全反射面のなす角度αが求められ
るが、例えば媒体をアクリル樹脂とした場合その
屈折率ｎを1.492とすると、 α≧90゜−１／２sin^-1１／１．４９２ α≧90゜−１／２×42.09゜ α≧68.96゜となり、 約69゜以上の角度であることが必要となる。な
お、凹面１０ａを通る光線の角度２θが臨界角
42.09゜に近づきすぎると、凹面１０ａで内部反
射する率が高くなるので、これより小さい角度α
としては90゜により近い程好ましいものとなる。
しかし余りに全反射面の角度αが大きくなり過ぎ
ると、製作上の難点も生ずるので、結局媒体とし
てアクリル樹脂を用いるときは、角度αが70〜80
゜であることが特に好ましい。

一方凹面１０ａの形状は、図示するような凹レ
ンズ状の凹面とすることが望ましいが、この凹面
１０ａに到達した光がこの面で全反射しないこと
が好ましい。すなわちこの頂面において全反射を
起こさない条件について考えると、第７図のよう
に凹面１０ａのピツチをP₁とし、凹面１０ａの曲
流をr₁とし、この凹面１０ａの端を（Ｒ）点とす
ると、（Ｒ）点の法線とするr₁と中心線Ｎとのな
す角βは、 となり、この角は（Ｒ）点を通る光線Ｖの入射角
となるからr₁＝Ｐ_１ｎ／２となるように定めるとよい。

次に第２図および第４図に示す第２の発明の実
施例について説明すると、この場合は上記のレン
ズ単位と同様な構造のものを第１のレンズ単位と
し、この第１のレンズ単位間にレンズ面を備えた
第２のレンズ単位を位置させ、両者を交互に連設
させたものである。すなわち第８図に示すよう
に、第１のレンズ単位１の間のレンズ面２０を備
えた第２のレンズ単位２を位置させてあるので、
第１のレンズ単位１に入射した光線ＢおよびＡ，
A′の部分は、上記第１の発明の実施例と同様に
して出射することとなるが、Ｃの部分の光線は直
接レンズ面２０から出射する。したがつて、この
例の場合はレンズ面２０から出射する光線により
視野角度の小さい範囲の光量も確保することがで
きることとなる。なお、このレンズ面２０は図示
したように凸レンズでもよいが、第５図のように
凹レンズであつてもよく、またこのレンズ面２０
はこの面より出射する光が全反射を起こさないも
のであることが望ましく、前述した第７図の考え
方と同様に所定の曲率を設定するとよい。

本発明に係る背面投影スクリーンは、上述した
ようなレンチキユラーレンズ単独でスクリーンと
して用いることもできるし、他のスクリーンある
いはレンズと組合せてスクリーンとなすこともで
きるものである。この際、本発明に係るレンチキ
ユラーレンズにおける全反射面は、これが必ずし
も平面状である必要はなく、その外面を凸面とす
る彎曲面であつても、要は入射光線を全反射し得
るものであればよい。

また本発明のいずれの発明における場合も、観
察側となるレンチキユラーレンズ面に外部光線が
照射されると、これが画素のコントラストを低下
することになる。これを防止するため、第９図や
第１０図の実施例に示す如く、両側面部１１の全
反射面に光線の透過を防止する外光吸収層４を形
成することによつて各レンチキユラーレンズが対
面する画素のコントラストを高めることができ
る。しかしながら、このような外光吸収層４が全
反射面で反射する光線の一部を僅かではあるが吸
収する惧れがある。このような光線の吸収を防止
するためには、第１１図や第１２図の実施例に示
す如く、少なくとも全反射面上に媒体の屈折率ｎ
より小さい屈折率の物質層５を被覆し、その上に
外光吸収層４を形成することによつて全反射面に
おける反射光線の僅かな吸収は、これを防ぐこと
ができ、画素よりの光線をより有効に投射させる
ことができる。この屈折率の低い物質としては、
例えば媒体がアクリル樹脂の場合には、含フツソ
系樹脂が挙げられる。

本発明に係る背面投影スクリーンは、上記した
如く、一方のレンズ面の構成によつて、高い拡散
特性が得られるので、これを単独でスクリーンと
して使用し得るものであるが、媒体に光線が入射
する入射面３をさらに組合せて利用することも可
能である。このような観点からすると、入射面３
を平滑な面とすることなく、これを微細な凹凸面
としてもよく、あるいは傾斜面またはその他のレ
ンズ面となしてもよい。このように入射側の面を
有効に利用すると、１枚構成のレンズで有効なス
クリーンとすることができるので有効である。特
に本発明において、第１３図および第１４図に示
した実施例の如くレンチキユラーレンズの入射側
面をフレネルレンズ６とすれば、光線を有効に利
用することができ、優れたスクリーンになし得
る。

次に投射される光線について説明すると、第１
の発明においては第６図に示すようにレンズ単位
の凹面１０ａに相当する範囲の光Ｂは凹面１０ａ
よりＢの如く出射され、全反射面に相当する範囲
の光Ａ，A′はそれぞれ屈折されてＡ，A′の如く
出射される。このように広く出射して拡散される
と、第１６図の如く視野角が広くなる。すなわち
第１６図に示すように本発明におけるレンチキユ
ラーレンズにより拡散は中心での明るさはやや低
下するものの、Ｂに相当する光の拡散が中心より
30゜付近で著しく低下することをＡに相当する光
でこれを補い、全体として中心から30゜付近まで
所定の明るさを保持することができる。なお、同
図において点線で示した範囲は、上記ＡとＢの和
および後述する光拡散手段を付加した場合の明る
さを示すものである。上記の説明においては、第
６図により第１の実施例について説明したが、第
８図における第２の実施例においてもほぼ同様で
あるが、レンズ面２０の存在によりＢに相当する
中心部分の明るさが、増加されバランスのとれた
視野角度の大きいスクリーンが提供できる。なお
視野角度の程度は、レンチキユラーレンズのピツ
チとレンズ単位（または第１のレンズ単位）１の
高さあるいは凹面１０ａの形状等により種々選択
できるものであるが、例えばピツチＰとしては
0.3〜1.5mm程度、頂部１０の高さとしては0.3〜２
mm程度とするとよい。

本発明の背面投影スクリーンに使用する媒体と
しては、前記実施例においてアクリル樹脂につい
て説明したが、これは光学特性および成形加工性
の点からアクリル樹脂が特に優れているからであ
る。しかしながらこれに換えて塩化ビニール樹
脂、ポリカーボネート樹脂、オレフイン系樹脂、
スチレン系樹脂等を用いることもでき、これら合
成樹脂材料を用いるときは、押出し成形、加熱プ
レス、あるいは射出成形によつて本発明に係るレ
ンチキユラーレンズを製作することができる。

本発明に係る背面投影スクリーンの光拡散性を
一層向上させるためには、媒体に別の光拡散手段
を講じるとよい。この光拡散手段としては媒体を
構成する合成樹脂、例えばアクリル樹脂に
SiO₂、CaCO₃、Al₂O₃、TiO₃、BaSO₄、ZnO、ガ
ラス微粉末、あるいは有機拡散剤等の液状合成樹
脂媒体に融解または化学変化をしない拡散物質の
１種または２種以上の添加物を媒体中に一様に混
入分散分布させるか、またはこれらの拡散物質を
含む層を形成するか、あるいは入射面およびまた
山部に微細な凹凸面を形成してもよい。このよう
に光拡散手段を講ずると、例えば第１６図におけ
る範囲ＡとＢとの間に多くの光を拡散させて極端
な分布をなくすことが可能となり、また第１図ま
たは第２図の上下方向の光の拡散にも寄与するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明レンチキユラーレンズの第１の
実施例を示す投影側からみた斜視図、第２図は第
２の実施例を示す同様な斜視図、第３図は第１図
−線に沿つて切断した断面平面図、第４図は
第２図−線に沿つて切断した断面平面図、第
５図はさらに他の例を示す断面平面図、第６図お
よび第７図は第１の実施例における光の拡散状態
を説明する説明図、第８図は第２の実施例におけ
る光の拡散状態の説明図、第９図および第１０図
は光吸収層を形成した実施例の断面平面図、第１
１図および第１２図は外光吸収層および物質層を
形成した実施例の断面平面図、第１３図および第
１４図は反対面にフレネルレンズを形成した実施
例の断面平面図、第１５図は従来のレンチキユラ
ーレンズの光の拡散を示すグラフ、第１６図は本
発明のレンチキユラーレンズの光の拡散を示すグ
ラフである。 １……（第１の）レンズ単位、１０……頂部、
１０ａ……凹面、１１……両側面部、２……第２
のレンズ単位、２０……レンズ面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも媒体の観察側にレンチキユラーレ
   ンズが形成された背面投影スクリーンであつて、
   そのレンチキユラーレンズは１つの凹面で形成さ
   れた頂部と両側面部とを備えたレンズ単位が連設
   されて構成されており、このレンズ単位の頂部の
   凹面はこの部分に直接入射した光線を出射させる
   ように形成され、しかもレンズ単位の各側面部の
   少なくとも一部にはこの部分に入射した光線が全
   反射する全反射面がそれぞれ形成され、かつ全反
   射面で全反射した光線の大部分が凹面の当該全反
   射面に近い側から出射するようにしたことを特徴
   とする背面投影スクリーン。 ２ 全反射面が光軸と直交する面となす角をαと
   すると、 α≧90゜−１／２sin^-1１／ｎ （ただし、ｎは媒体の屈折率とする） となしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の背面投影スクリーン。 ３ 両側面部の全反射面を覆う位置に外光吸収層
   が形成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の背面投影スクリー
   ン。 ４ 両側面部の全反射面を覆う位置に、屈折率が
   媒体の屈折率より小さに物質および外光吸収層が
   それぞれ形成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の背面投影スク
   リーン。 ５ 媒体が光拡散手段を備えたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項、第２項、第３項または第
   ４項記載の背面投影スクリーン。 ６ 少なくとも媒体の観察側にレンチキユラーレ
   ンズが形成された背面投影スクリーンであつて、
   そのレンチキユラーレンズは１つの凹面で形成さ
   れた頂部と両側面部とを備えた第１のレンズ単位
   と、該第１のレンズ単位間に位置する第２のレン
   ズ単位とが交互に連設されて構成されており、こ
   のうちの第１のレンズ単位の頂部の凹面はこの部
   分に直接入射した光線を出射させるように形成さ
   れ、しかも該レンズ単位の各側面部の少なくとも
   一部にはこの部分に入射した光線が全反射する全
   反射面がそれぞれ形成され、かつ全反射面で全反
   射した光線の大部分が凹面の当該全反射面に近い
   側から出射するようになつていると共に、上記第
   ２のレンズ単位にはこの部分に直接入射した光線
   を出射させるレンズ面が形成されていることを特
   徴とする背面投影スクリーン。 ７ 第１のレンズ単位における両側面部の全反射
   面が光軸と直交する面となす角をαとすると、 α≧90゜−１／２sin^-1１／ｎ （ただし、ｎは媒体の屈折率とする） となしたことを特徴とする特許請求の範囲第６項
   記載の背面投影スクリーン。 ８ 第１のレンズ単位における両側面部の全反射
   面を覆う位置に外光吸収層が形成されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項または第７項
   記載の背面投影スクリーン。 ９ 第１のレンズ単位における両側面部の全反射
   面を覆う位置に、屈折率が媒体の屈折率より小さ
   い物質および外光吸収層がそれぞれ形成されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第６項または
   第７項記載の背面投影スクリーン。 １０ 媒体が光拡散手段を備えたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項、第７項、第８項または
   第９項記載の背面投影スクリーン。