JPS626221B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水平方向の視野範囲を極端に広くす
ることが可能な背面投影スクリーンに関するもの
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））。このよ
うな独得なレンズ形状を備えたレンチキユラーに
することにより、その視野範囲はβ値で片側30〜
40゜あるいはそれを超える程度に広げることがで
きることとなつたが、一方ではさらに高視野の背
面投影スクリーンの要求が出されている。

本発明はこのような状況に鑑みて検討した結
果、上記の如き全反射面を有するレンズからなる
レンチキユラーには一定の限度があることから、
全反射面の傾き角が互いに異なる２種類のレンズ
単位をくり返し単位とし、しかも全反射面から出
射する光が全体としてバランスするように配列さ
れたレンチキユラーにすることにより、きわめて
高い視野角の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、
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多数のくり返し単位から構成
されていると共に、該くり返し単位は全反射機能
を有する２種類のレンズ単位で構成されており、
それぞれのレンズ単位は頂部と両側面部とを備え
ていて、このうちの第１のレンズ単位は互いの側
面部が異なる傾き角θ_１，θ_２と異なり、第２の
レンズ単位は各側面部が傾き角θ_２，θ_１と異な
つていて互いに断面形状が対称形をなしており、
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
が形成され、これら第１および第２のレンズ単位
が上記くり返し単位内に同数配置されており、そ
して上記レンズ単位の頂部に入射した光線を出射
させるように形成され、また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１の発明とし、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多数のくり
返し単位から構成されていると共に、該くり返し
単位は全反射機能を有する２種類のレンズ単位と
他のレンズ単位とで構成されており、このうちの
全反射機能を有する２種類のレンズ単位は頂部と
両側面部とを備えていて、このうちの第１のレン
ズ単位は互いの側面部が異なる傾き角θ_１，θ_２
を有し、第２のレンズ単位は各側面部が傾き角θ
_２，θ_１を有していて、両レンズ単位の断面形状
が対称形をなしており、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形成され、これら第１
および第２のレンズ単位が上記くり返し単位内に
同数配置されており、そして上記全反射機能を有
するレンズ単位の頂部と他のレンズ単位に入射し
た光線を出射させるように形成され、また全反射
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。

本発明はこのようなスクリーンにおいて、全反
射機能を有する２種類のレンズ単位を巧みに用い
て、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が、まず第２図ないし第４図
により全反射機能を有するレンチキユラーの特性
について説明する。

すなわち第２図に示した例は、観察側の面Ａに
縦方向のレンチキユラー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が、勿論これを省略すること
もできる。そして観察側の面Ａにおけるレンチキ
ユラー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を備
えたレンズ単位を主体とし、これに断面円形また
は非円形のレンズからなる他のレンズ単位を組合
せたものが形成されている。

以下第３図に基づきこのような全反射面Ｔを備
えたレンズの特性について説明する。すなわち、
両側面部１０ａに全反射面を有するレンズ単位１
０の全反射面Ｔ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
れの範囲として頂面１０ｂ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１０ｂに入射するX₁−X₂の光は、X₁′−
X₂′の如くωの範囲で出射する。また、他のレン
ズ単位１２に入射するZ₁−Z₂の光も同様にZ₁′−
Z₂′としてφ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、曲げ角が０゜
のときの最大の利得（ピークゲイン）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。このような全反射面Ｔを有するレンズ単位１
０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）は約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。

このように全反射面Ｔを有するレンズ単位１０
は、視野角を広げる役割を果すものであるが、第
３図に示す如きレンズ単位１０のみあるいは他の
レンズ単位１２と組合せてレンチキユラーを構成
したときには、その設定された全反射面Ｔの傾き
角θによつて出射の範囲は決まつてまう。上述し
たようにこの傾き角θは70〜80゜の範囲で選定し
うるが、この角度によつて当然に出射する範囲は
異なつてくる。

本発明はこのような全反射面の機能をふまえ、
全反射面を形成する両側面部の傾き角が異なる２
種類のレンズ単位を用いて、全反射面によつて出
射の範囲を変化させ、これによつて一層広い範囲
の光透過を果させようとしたものである。

すなわちこの点について第５図で説明すると同
図Ａが第１の発明の例で、Ｂが第２の発明の例で
あり、いずれの例においても１１Ａが第１のレン
ズ単位、１１Ｂが第２のレンズ単位である。これ
らのレンズ単位１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ頂部
１１A₁，１１B₁および両側面部１１A₂，１１B₂
とを備えていて、しかもこの各側面部が異なる傾
き角θ_１とθ_２，θ_２とθ_１とを有しており、断
面形状が対称形となつている。そして第２の発明
においては、同図Ｂの如く他のレンズ単位１２が
交互に配列されてなつている。なお本発明の第２
の発明における他のレンズ単位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。

次に本発明のレンズ単位の透過特性について第
６図の第２の発明の例に基づいて説明する。すな
わちこの例は、第１のレンズ単位１１Ａの一方の
全反射面T₁の傾き角θ_１を77.5゜、他方の全反射
面T₂の傾き角θ_２を72.5゜とすると共に、第２の
レンズ単位１１Ｂはこれと断面形状が対称形と
し、これらのレンズ単位１１Ａ，１１Ｂの間に他
のレンズ単位１２が位置するように配列したレン
チキユラーをアクリル樹脂にて製作したものであ
る。このとき投影側の面Ｂには、0.5mm幅のフレ
ネルレンズを形成した。なお、この例においてP₁
およびP₂は0.6mm、P₃が0.12mm、P₄が0.3mm、P₅が
0.18mm、γは0.3mmとした。本発明における全反
射面T₁，T₂を有するレンズ単位１１Ａ，１１Ｂ
は以上のように構成しているが他のレンズ単位１
２を介してあるいは介さないで隣り合うレンズ単
位１１Ａ，１１Ｂの全反射面は、同一のものが隣
り（他のレンズ単位を介在しているときもある）
に位置するように配列している。すなわち第６図
において他方の全反射面T₂の隣りには他のレン
ズ単位１２を介して同じ他方の全反射面T₂が位
置し、このときの傾き角θ_２も72.5゜とする。逆
に一方の全反射面T₁も他のレンズ単位１２を介
して隣り合う全反射面T₁も同一とする。このよ
うに全反射面T₁，T₂を位置させると、光の透過
のバランスがとれることとなる。

なお、傾き角の異なる全反射面から出射する光
が全体としてバランスするように配列するという
ことは上記の如く異なる傾き角の全反射面のう
ち、同一のものが隣り合うように配列するほか
に、この配列単位を二つおきに配列することもで
き、要は全反射面からの光をスクリーン全体とし
てバランスさせればよい。

以上のように構成した背面投影スクリーンの透
過特性を示したのが第７図である。第６図の如き
独得なレンチキユラー１の形状とすると、まず他
のレンズ単位１２および頂面１１A₁，１１B₁に
入射した平行光はの光として出射する。そして
一方の全反射面T₁からの光はとして、また他
方の全反射面T₂からの光はとしてそれぞれ出
射する。したがつてこれらの光の総和によつて曲
げ角60゜を超える箇所においても観察しうる。き
わめて高視野の背面投影スクリーンが得られる。

なお、この例においては全反射面を有するレン
ズ単位１１Ａ，１１Ｂと他のレンズ単位１２とを
交互に配して、部分と部分の光量の谷間を小
さくしているが、他のレンズ単位１２を省略する
と、第１の発明の構成となる。この場合は、レン
ズ面による光の出射がないため、スクリーン中心
の光すなわちの部分の光の出射が少なくなり、
輝度比が若干下るが、十分所期の目的を達成する
ことができる。

第８図および第９図は、本発明の他の実施例を
示す断面図で、第８図は上記例で説明した全反射
面Ｔを有するレンズ単位１１Ａ，１１Ｂの頂面１
１A₁，１１B₁を凹レンズに代えたものであり、
同図Ａは第１の発明の例、同図Ｂは第２の発明の
例である。また、第９図は全反射面を有するレン
ズ単位１１Ａ，１１Ｂの頂面１１A₁，１１B₁に
２分された凸レンズを形成させたもので、同様に
同図Ａは第１の発明の例、同図Ｂは第２の発明の
例である。

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、補完的に拡散剤を使用してもよい。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。

本発明は以上詳述した如き構成からなるもので
あり、縦方向のレンチキユラーを構成する全反射
機能を有する２種類のレンズ単位の、その両側面
部の少なくとも一部に設けられた全反射面の傾き
角が互いに異なるように構成されてなるため、こ
れらレンズ単位の出射範囲を適宜規制して、一層
視野範囲が広く、光のバランスのとれた背面投影
スクリーンを提供しうる利点がある。

【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
全反射機能を有する背面投影スクリーンの斜視
図、第３図は全反射機能を有するレンズの透過状
態を示す断面図、第４図はそのグラフ、第５図
Ａ，Ｂは本発明の背面投影スクリーンのレンチキ
ユラーレンズを示す断面図、第６図は本発明の第
２の発明のレンズ単位を備えたレンチキユラーの
透過状態を示す断面図、第７図はそのグラフ、第
８図および第９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、１１，１１Ａ，１１Ｂ
……全反射機能を有するレンズ単位、１１A₁，
１１B₁……頂部、１１A₂，１１B₂……両側面
部、１２……他のレンズ単位、Ｔ，T₁，T₂……
全反射面、θ，θ_１，θ_２……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多数のくり返し単位から
   構成されていると共に、該くり辺し単位は全反射
   機能を有する２種類のレンズ単位で構成されてお
   り、それぞれのレンズ単位は頂部と両側面部とを
   備えていて、このうちの第１のレンズ単位は各側
   面部が異なる傾き角θ_１，θ_２を有し、第２のレ
   ンズ単位は各側面部が傾き角θ_２，θ_１を有して
   いて、両レンズ単位の断面形状が対称形をなして
   おり、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
   反射面が形成され、これら第１および第２のレン
   ズ単位が上記くり返し単位内に同数配置されてお
   り、そして上記レンズ単位の頂部に入射した光線
   を出射させるように形成され、また全反射面で全
   反射した光線の大部分が頂部から出射するように
   形成されていることを特徴とする背面投影スクリ
   ーン。 ２ 投影側の面にフレネルレンズが形成されたこ
   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 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項または第２項記載の背面投影スク
   リーン。 ４ 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、第２項または
   第３項記載の背面投影スクリーン。 ５ 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、第３
   項または第４項記載の背面投影スクリーン。 ６ 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多数のくり返し単位から
   構成されていると共に、該くり返し単位は全反射
   機能を有する２種類のレンズ単位と他のレンズ単
   位とで構成されており、このうちの全反射機能を
   有する２種類のレンズ単位は頂部と両側面部とを
   備えていて、このうちの第１のレンズ単位は互い
   の側面部が異なる傾き角θ_１，θ_２を有し、第２
   のレンズ単位は各側面部が傾き角θ_２，θ_１を有
   していて、両レンズ単位の断面形状が対称形をな
   しており、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
   る全反射面が形成され、これら第１および第２の
   レンズ単位が上記くり返し単位内に同数配置され
   ており、そして上記全反射機能を有するレンズ単
   位の頂部と他のレンズ単位に入射した光線を出射
   させるように形成され、また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 投影側の面にフレネルレンズが形成されたこ
   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 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６項または第７項記載の背面投影スク
   リーン。 ９ 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６項、第７項または
   第８項記載の背面投影スクリーン。 １０ 投影側の面に微細な凹凸が形成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項、第７
   項、第８項または第９項記載の背面投影スクリー
   ン。