JPS626219B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、フレネルレンズと独得な縦方向のレ
ンチキユラーレンズとを備えた背面投影スクリー
ンに係わり、視野角を広げるようにすると共にモ
アレ現象を著しく軽減させほとんど目立たせなく
した背面投影スクリーンを提供しようとするもの
である。 ビデオプロジエクシヨンテレビ等に用いる背面
投影スクリーンは、その輝度を高めると共に広い
範囲で映像が観察できることが必要となる。この
ため従来からスクリーン基板に対してレンチキユ
ラーを形成する等各種の工夫が施されているが、
その視野角が中心から水平方向で30度前後にまで
拡げるのが限界であり、この改善が望まれてい
た。 そこで本出願人は、水平方向の視野角を拡げる
ために検討した結果、光源からスクリーンに入射
した光の一部を、縦方向のレンチキユラーのレン
ズの一部で全反射させて観察側に出射させること
により、視野角を拡げることについて提案した
（特願昭56−51194号（特開昭57−165830号）、特
願昭56−90544号（特開昭57−205727号）、特願昭
56−91896号（特開昭57−207235号）および特願
昭57−29178号（特開昭58−145933号））。またこ
のように視野角を広げる一方、投影側の面にはス
クリーンの周辺部の明るさを維持し、均一な明る
さを発揮するためにサーキユラーのフレネルレン
ズを形成することが行なわれており、上記の提案
においてもこのような組合せが盛り込れている。 しかしこのようにフレネルレンズとレンチキユ
ラーレンズとを近接した状態で用いると、モアレ
現象が生じ、観察する映像に悪影響を及ぼす。こ
のモアレ現象は、フレネルレンズとレンチキユラ
ーレンズとが微少角で交わるときの、その中心部
の左右に現われるが、この現象はフレネルレンズ
とレンチキユラーがピツチに合わせて明暗を生じ
させるためであり、夫々単独のレンズでは識別で
きなくとも両者を組合せることにより、肉眼によ
つて識別できるようになる。 モアレ現象を軽減させる一つの方法として、フ
レネルレンズとレンチキユラーレンズとの間に空
気層を介在させたり、レンチキユラーレンズ面に
微細な凹凸を形成したりすることが考えられる
が、モアレ現象が激しいときには、有効な方法と
はいえない。モアレの強弱を決定するのは両レン
ズの幅の比であり、この比の設定が重要である。 このため本出願人は、レンチキユラーとフレネ
ルレンズの幅の比を１：1.35〜1.43（あるいは
１／１．４３〜１／１．３５）の範囲にする背面投影ス
クリーンに ついて既に提案（特願昭56−77736号（特開昭57
−191627号））しているが、本発明においてはこ
の提案を視野角を広げたレンチキユラーレンズに
適用してなしたものである。 すなわち本発明の要旨とするところは、観察側
の面に縦方向のレンチキユラーレンズが形成され
投影側の面にフレネル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
ズは頂部と両側面部とを備えた第１のレンズ単位
と、該レンズ単位間に隣接する第２のレンズ単位
とをユニツトとして構成されており、このうちの
第１のレンズ単位の頂部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、かつ該全反射面で全反射した光線の
大部分が頂部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、な
おかつ上記フレネルレンズの幅を１としたときユ
ニツトの幅の比が、Ｎ＋0.35〜0.43または
１／Ｎ＋０．３５〜０．４３または１／Ｎ＋０．３５〜
０．４３（但しＮは１ 〜12の自然数）の範囲にあることを特徴とする背
面投影スクリーンにある。 以下、本発明を実施例の図面に従つて詳細に説
明する。 第１図は本発明の背面投影スクリーンの投影系
を示す概略的な説明図で、Ｐが投影機、Ｓが背面
投影スクリーン、Ｍが観察者である。一般に背面
投影スクリーンは、図のようにスクリーンの背面
から投影された像を、スクリーンの反対面より観
察するようになつているが、スクリーンの真正面
からだけではなく、水平方向の広い角度にわたつ
て眺めることができるものであることが望まれて
いる。 第１図および第２図においては、観察側の面Ａ
に縦方向のレンチキユラーレンズ１が、また投影
側の面Ｂにはサーキユラーのフレネルレンズ２が
形成されている。このようなフレネルレンズ２を
設けるとスクリーンＳの隅部まで均一に明るくす
ることができて効果的である。そして本発明にお
いては、観察側の面Ａにおけるレンチキユラーレ
ンズ１として入射した光が一旦全反射したのち頂
面を透過して出射されるような全反射面Ｔを備え
た第１のレンズ単位１１と、該レンズ単位１１間
に隣接する断面円形または非円形の第２のレンズ
単位１２とでユニツトＵが形成されている。本発
明において使用される第２のレンズ単位１２は、
断面が円形または非円形のものが用いられるが、
円形とは円の一部より構成されるレンズをいい、
また非円形とは放物線の組合せやその他の非円形
のレンズ形状からなるものを総称している。 まず第３図に基づきこのような全反射面Ｔを備
えた第１のレンズ単位１１の特性について説明す
る。すなわち、第１のレンズ単位１１の両側面部
１１ｂの少なくとも一部には全反射面Ｔが設けら
れ、ここに入射した平行な光X₁−Y₁およびX₂−
Y₂は、全反射面Ｔで全反射され、それぞれの
範囲として凸レンズ状の頂面１１ａより出射す
る。このの範囲の光は、第４図に示すように曲
げ角の大きい箇所に強い光として出射すること
となる。一方頂面１１ａに直接入射するX₁−X₂
の光は、X₁′−X₂′の如くωの範囲で出射する。こ
のωとφの光の和が第４図におけるの光として
出射している。なお図において輝度比とは、曲げ
角０゜のとき最大の利得（ピーゲイン）を１とし
たときの各曲げ角における利得（ゲイン）の比で
ある。全反射面Ｔを有するレンズ１１の傾き角θ
は、材質の屈折率ｎとスネルの式により、 θ≧90゜−１／２sin^-1１／ｎ で求められる。例えばｎが1.492のアクリル樹脂
を用いたときには、上記の式よりθは69゜以上と
なるが、実用性を考慮すると、70〜80゜の範囲で
選定される。なお、本発明のように全反射面Ｔを
有する第１のレンズ単位１１と第２のレンズ単位
１２とを組合せると、第４図におけるとの光
の谷間を小さくすることができる。 本発明は、上記の如き全反射面Ｔを有する第１
のレンズ単位１１により視野範囲が大幅に広がる
が、第２図に示すようにレンチキユラーレンズ１
とフレネルレンズ２とが基材の両面に形成されて
いるため概してモアレが発生しやすい。例えばフ
レネルレンズ２の幅を１としたときレンチキユラ
ーレンズ１を同幅の１としたときは放物線状のモ
アレが激しく、これを1.5にしても細かいモアレ
が消えない。この比を１：1.5にしたときは、モ
アレの消えないのは、１つおきに１：１の比が形
成されることに起因しているとみられ、同様に
１：Ｎ（但しＮは自然数）の構成したときも同じ
ような現象となり、結局このような組合せではモ
アレを解消できないことが分つている。 本発明はこのようなモアレ現象について検討し
たところ、１：約1.4の比の箇所にモアレの発生
の少ない領域が存することを見出し、さきに特許
出願したところであるが、この比を全反射面を有
する第１のレンズ単位と第２のレンズとからなる
ユニツトＵから構成されたレンチキユラーに適用
すると効果があることが判明し、さらに検討した
ところ、１：約2.4、１：約3.4、１：約4.4……の
如く１：約2.4以上の箇所にも好ましい領域があ
ることが分つた。そこで本発明においては、フレ
ネルレンズ２の幅P₁を１としたとき、ユニツトＵ
の幅P₂をＮ＋0.35〜0.43または１／Ｎ＋０．３５〜０．
４３（但 しＮは１〜12の自然数）の範囲に設定したもので
ある。なお、縦方向のレンチキユラーレンズ１に
おける比をユニツトＵ単位としたのは、モアレを
生じさせる光の強弱のくり返しが、このユニツト
Ｕ毎に起きるためである。このような範囲にした
場合は、解像度を良くするためにフレネルレンズ
２またはレンチキユラーレンズ１との幅を小さく
したときに有効である。なぜならこれらいずれか
一方の幅を小さくしていくと、幅の比は大きくな
る傾向にあり、両者の幅の比を大きくとることは
好ましいこととなるからである。なお、幅の比に
おいてＮが12を超えるような範囲は、実用性に欠
け、また型の製作上からも制約がある。 第５図および第６図は、本発明の他の例を示す
断面図で、第５図は上記例で説明した全反射面Ｔ
を有する第１のレンズ単位１１の頂部１１ａを凸
レンズ状から凹レンズ状に代えたもの、第６図は
全反射面を有する第１のレンズ単位１１の頂部１
１ａに２分された凸レンズを形成させたものを示
している。なお、本発明はこれらの例に限定され
るものではなく、例えば形状の異なる全反射面を
備えたレンズ単位を複数組合せてユニツトを構成
するようにしたレンチキユラーとしてもよい。 本発明の背面投影スクリーンに使用する媒体と
しては、前記例においてアクリル樹脂を挙げて説
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、これにか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、これらの合成樹脂を
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、本発明に係る背面投影スクリ
ーンを製作することができる。また、本発明の背
面投影スクリーンは、透明材料で構成してもよい
が、拡散剤を使用するとモアレの抑制に効果的で
ある。すなわち拡散剤をスクリーンに均一に混入
すると有効であるが、この場合の拡散剤として
は、例えばSiO₂，CaCO₃，Al₂O₃，TiO₂，
BaSO₄，ZnO、ガラス微粉末の無機系拡散剤ある
いは有機系拡散剤が使用できる。また表面の正反
射を低減させてコントラストを向上させるために
は観察側の面Ｂまたは投影側の面Ａあるいは両方
の面Ａ，Ｂに微細な凹凸を形成することも有効で
ある。 以下具体的実施例について説明する。 メタクリル樹脂板を製造するに際し、酸化ケイ
素を光拡散剤として均一に混入させて基材となる
樹脂板を製作した。そしてこの樹脂板の一方にフ
レネルレンズ面をもつた型、他方の面にレンチキ
ユラーをもつた型を当てがい加熱（約150〜170
℃）したのち加圧（40〜60Kg／cm³）してほぼ第２
図に示すような１枚構成の背面投影式スクリーン
を３種類作成した。その試料にモアレの発生の状
況を観察したところ第１表の通りであつた。

【表】 上記実施例および図面等の説明においては、フ
レネルレンズ２の幅よりレンチキユラーレンズ１
のユニツトＵの幅の方が大きい組合せについて説
明したが１／Ｎ＋０．３５〜０．４３の範囲で比を逆に
しても 構わない。 本発明は以上詳述した如き構成からなるもので
あつて縦方向のレンチキユラーレンズは入射した
光が一旦全反射した後頂面を透過して出射するよ
うな全反射面を備えた第１のレンズ単位と、第２
のレンズ単位とを交互に配したユニツトで構成す
ると共に、フレネルレンズの幅とレンチキユラー
レンズにおけるユニツトの幅の比を特定範囲内に
設定したものであるから、視野角を可及的に拡げ
ることができると共に、モアレ現象の発生を著し
く軽減させることができ、しかも従来の方法と同
様な設備、方法で入手することができる等の利点
を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
背面投影スクリーンの投影系の説明図、第２図は
背面投影スクリーンの斜視図、第３図はレンチキ
ユラーのユニツトの透過状態を示す断面図、第４
図はそのグラフ、第５図および第６図は他の背面
投影スクリーンの実施例を示す断面図である。 Ａ……観察側の面、Ｂ……投影側の面、１……
縦方向のレンチキユラーレンズ、１１……第１の
レンズ単位、１２……第２のレンズ単位、Ｔ……
全反射面、θ……傾き角、２……フレネルレン
ズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 観察側の面に縦方向のレンチキユラーレンズ
   が形成され投影側の面にフレネルレンズが形成さ
   れた背面投影スクリーンであつて、そのレンチキ
   ユラーレンズは頂部と両側面部とを備えた第１の
   レンズ単位と、該レンズ単位間に隣接する第２の
   レンズ単位とをユニツトとして構成されており、
   このうちの第１のレンズ単位の頂部はこの部分に
   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、かつ該全反射面で全反射
   した光線の大部分が頂部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、なおかつ上記フレネルレンズの幅を１と
   したとき上記ユニツトの幅の比が、Ｎ＋0.35〜
   0.43または １／Ｎ＋０．３５〜０．４３（但しＮは１〜12の自然数
   ）の範 囲にあることを特徴とする背面投影スクリーン。 ２ 拡散剤が添加され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 観察側の面に微細な凹凸が形成されたことを
   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 投影側の面に微細な凹凸が形成されたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または
   第３項記載の背面投影スクリーン。