JP2002514316A - 中心縁部間変化特性を有するホログラフィックスクリーンを含む投影テレビジョン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 テレビジョン用の投影スクリーン（２２）は、フィルム基板（２４）上に３次元ホログラム（２６）を有する。スクリーン（２２）は、垂直方向および水平方向に変動する光学特性を有する複数の積み重ねられたホログラムおよび／またはフレネル・レンズを有することができる。いくつかの異なる色用の画像プロジェクタ（１４、１６、１８）は、投影スクリーン（２２）に収束する画像を方向付け、投影スクリーン（２２）は、光透過パネル上の少なくとも１つのホログラム（２６）で形成され、プロジェクタ（１４、１６、１８）からの収束光を背面に収集し、画像をほぼ前方に配向させるように制御された光分散で画像を前面に表示する。ホログラフィックスクリーン（２２）は、干渉アレイを形成し、ホログラフィック利得、コリメーション、および心合わせの少なくとも１つにおいて、視野を横切って水平方向および垂直方向に変化する光学特性を有する。コリメーションは少なくとも１つのフレネル要素によって行われ、このフレネル要素は、光線をより内側に中心軸の方へ向けることによって縁部の明るさを向上させるために、中心点から縁部へ変化する焦点距離を有することができる。中心点はスクリーンの中央から、特に、垂直方向へ変位させることができ、フレネル焦点距離の変化率は、中心点から両方向に漸次変化するか、あるいは中心点からそれぞれの異なる平面において変化することができる。好ましくは、フレネル要素は線形レンチキュラフレネルである。

Description

【発明の詳細な説明】 中心縁部間変化特性を有するホログラフィックスクリーンを含む 投影テレビジョン 背景 発明分野 本発明は、一般的には、投影テレビジョン受像機の分野に関し、詳細には、著 しく低減された色ずれ、かつ／あるいは、奥行きが著しく低減したキャビネット を提供するスクリーンを有する投影テレビジョン受像機に関する。 背景情報 色ずれは、垂直視野角における明るさのピークを観測することにより、水平平 面内の様々な角度で見たときの、赤投影チューブ、緑投影チューブ、青投影チュ ーブからの投影画像によって投影スクリーンの中央に形成される白画像の赤／青 比または緑／青比の変化として定義される。 色ずれ問題は、いくつかの異なる色、たとえば、赤、青、緑のそれぞれの画像 用の少なくとも３つの画像プロジェクタが必要であるために生じる。投影スクリ ーンは、少なくとも３つのプロジェクタからの画像を第１の面で受け取り、表示 されるすべての画像について制御された光分散で画像を第２の面に表示する。１ つのプロジェクタ、すなわち、通常は緑であり、通常はプロジェクタアレイの中 央にあるプロジェクタは、スクリーンにほぼ直交する方向の第１の光路を有する 。少なくとも２つのプロジェクタ、すなわち、通常は赤および青であり、通常は アレイ内の中央の緑プロジェクタの両側に位置決めされるプロジェクタは、規定 された入射角の、直交方向とならない方向で第１の光路の方へ収束するそれぞれ の光路を有する。色ずれは、スクリーンおよび緑プロジェクタに対する赤プロジ ェクタおよび青プロジェクタの非直交関係によって生じる。色ずれの結果として 、色調はスクリーン上のあらゆる位置で異なるものとなる。色調の違いが大きな 状態を、しばしば、不十分な白一様性、と呼ぶ。色ずれが小さければ小さいほど 、白一様性が向上する。 色ずれは、数のスケールによって示され、より小さい数はより弱い色ずれおよ びより優れた白一様性を示す。一般的な手順によれば、通常は、少なくとも約− ４０度ないし＋４０度から約−６０度ないし＋６０度程度まで、５度または１０ 度の増分で様々な水平視野角から赤輝度、緑輝度、および青輝度の値がスクリー ンで測定される。正の角度および負の角度は、それぞれ、スクリーン中央に対し て右および左の水平視野角を表す。これらの測定値は、ピータ垂直視野角で得ら れる。赤データ、緑データ、および青データは０度で１に正規化される。以下の 数式（Ｉ）および（ＩＩ）の一方または両方が各角度で評価される。 上式で、θは水平視野角内の任意の角度であり、Ｃ（θ）は角度θでの色ずれで あり、red（θ）は角度θでの赤輝度レベルであり、blue（θ）は角度θでの青 輝度レベルであり、green（θ）は角度θでの緑輝度レベルである。これらの値 の最大値はスクリーンの色ずれである。 一般に、色ずれは、商業的に受け入れられるスクリーン設計では、名目上５以 下であるべきである。他のエンジニアリングおよび設計上の制約では、場合によ っては色ずれを５よりもいくらか高くする必要があるときがあるかも知れないが 、このような色ずれ性能は望ましくなく、通常は白一様性が不十分な知覚的に劣 った画像をもたらす。 投影テレビジョン受像機用のスクリーンは、一般に、熱可塑性シート材料の表 面を形成するために、１つまたは複数のパターン化されたローラを使用した押出 しプロセスによって製造される。この形状は、一般に、レンチキュールおよびレ ンズレットとも呼ばれるレンチキュラ要素のアレイである。レンチキュラ要素は 、同じシート材料の一面または両面上に形成するか、あるいはいくつかの異なる シートの一面上にのみ形成し、次いでこれらのシートを積層ユニットとして永久 的に組み合わせるか、あるいは積層ユニットとして機能するように互いに隣接す るように他の方法で取り付けることができる。多くの設計では、スクリーンの一 方の表面は、光を拡散させるようにフレネルレンズとして設計される。色ずれを 低減し白一様性を向上させる従来の技術上の奮闘は、スクリーンの２つの態様に のみ焦点が当てられている。１つの態様はレンチキュラ要素の形状および配置で ある。他方の態様は、スクリーン材料または、光拡散を制御するためにその一部 に光拡散粒子がドープされているスクリーン材料の範囲である。これらの奮闘は 以下の特許文書によって例示される。 米国特許第４４３２０１０号および米国特許第４５３６０５６号では、投影ス クリーンは、入射表面と出射表面を有する光透過レンチキュラシートを含んでい る。その入力表面は、０．５から１．８の範囲の波打ち深さＸｖと近軸曲率半径 Ｒ１の比（Ｘｖ／Ｒ１）を有する水平拡散レンチキュラプロファイルを特徴とす る。そのプロファイルは、光軸に沿って縦長であり、非球面入力レンチキュラレ ンズを形成している。 両面レンチキュラレンズを有するスクリーンを使用することは一般的である。 このようなスクリーンは、スクリーンの入射表面上の円筒形入射レンチキュラ要 素と、スクリーンの出射表面上に形成された円筒形レンチキュラ要素と、出射表 面の光非収束部に形成された光吸収層とを有している。その入射レンチキュラ要 素および出射レンチキュラ要素は、それぞれ、以下の数式（ＩＩＩ）で表される 円、楕円、または双曲線の形状で示される。 上式で、Ｃは主曲率であり、Ｋは円錐定数である。 別法として、そのレンズレット群は、二次よりも高次の項が追加された曲線を 有する。 両面レンチキュラレンズのようなものを使用して作られたスクリーンでは、入 射レンズと出射レンズの間の位置関係、またはレンズを形成するレンチキュラ要 素同士の間の位置関係を特定することが提案されている。たとえば、米国特許第 ４４４３８１４号では、一方のレンズのレンズ表面が他方のレンズの焦点に存在 するように入射レンズと出射レンズを位置決めすることが教示されている。たと えば、日本特許出願第５８−５９４３６号には、入射レンズの偏心率を、レンチ キュラレンズを構成する材料の屈折率の逆数にほぼ等しくすることも教示されて いる。さらに、たとえば、米国特許第４５０２７５５号には、それぞれのレンチ キュラレンズの光軸平面が互いに直角になるように両面レンチキュラレンズの２ 枚のシートを組合せ、かつ一方のレンズの周辺にある入射レンズと出射レンズが 光軸に対して非対称的になるような両面レンチキュラレンズを形成することが教 示されている。米国特許第４９５３９４８号では、光軸の位置ずれの公差および 厚さの違いの許容量を大きくするか、あるいは色ずれを小さくすることができる ように、入射レンズの谷でのみ光収束位置を出射レンズの表面から視野側の方へ ずらすことも教示されている。 色ずれまたは白の非一様性を低減するための様々な提案だけでなく、投影スク リーン性能を向上させるための他の提案は、水平方向と垂直方向の両方で、画像 を明るくすることと、適切な視野を確保することに向けられている。多数のこの ような提案の概要は、米国特許第５１９６９６０号に記載されている。この特許 自体は、入射レンズを有する入射レンズ層と、出射レンズを有する出射レンズ層 とを備え、出射レンズのレンズ表面が入射レンズの光収束点またはその近傍に形 成され、入射レンズ層および出射レンズ層がそれぞれ、ほぼ透明な熱可塑性樹脂 で形成され、少なくとも出射層が拡散微粒子を含み、入射レンズ層と出射レンズ 層との間に光拡散特性の違いが存在する両側面レンチキュラレンズシートを教示 している。複数の入射レンズが円筒形レンズを形成している。この出射レンズは 複数の出射レンズ層で形成され、入射レンズ層の各レンズの光収束点に、または その近傍にレンズ表面を有している。また、光吸収層がその出射レンズ層の非収 束部に形成されている。このスクリーン設計は、十分な水平視野角を与え、色ず れを低減し、画像をより明るくすると共に、押出しプロセスによる製造を容易に すると言われている。 投影システムの性質に起因していくつかの他の明るさ問題が起こる。投影テレ ビジョン設計の１つの共通的な性能問題は、同等な照度の下でスクリーン縁部と スクリーン中央との間に明るさの相対的な差が生じることである。通常、隅部に ある画像は、画像の中央ほど明るくはない。相対的な明るさの差が生じるのは、 １つには、プロジェクタからスクリーンの中央までの光路が、プロジェクタから スクリーンの縁部までの光路よりも短いからである。この差が生じるのは、また １つには、プロジェクタが一般にスクリーンの中央寄りに配向され、プロジェク タのビームが通常、中央に収束するからである。したがって、プロジェクタは、 （距離のために）中央よりも低い光強度で、かつ中央よりも斜めに縁部と隅部の 両方を照明する。 縁部の明るさに対処する１つの方法は、スクリーンの拡散パネルまたはレンチ キュラパネルの後方にフレネルレンズを使用することである。このフレネルレン ズは、コリメーションするレンズ（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｌｅｎｓ）であっ て、このレンズとプロジェクタの出射レンズ瞳との間の軸方向距離に等しい焦点 距離を有している。このレンズの目的は、各投影チューブからの投影軸に沿った それぞれの光線が、スクリーンからその軸に平行に出射するように、プロジェク タから発散する光線の方向を変えることである。 フレネルレンズはリッジに細分され、これらのリッジは、レンズの縁部の方へ 向かって漸次大きく傾斜していき、固体コリメーションレンズ（ｓｏｌｉｄ ｃ ｏｌｌｉｍａｔｉｎｇ ｌｅｎｓ）の勾配にほぼ等しい勾配を有し、そのリッジ の特定の角度は、レンズの表面にある空気／ガラス（または空気／プラスチック ）界面における屈折が、光線を必要な方向に湾曲するように、選択されるている 。特に、スクリーンの中心Ｐ軸から散開している光線は、中心軸の方へ向かって 内側に湾曲し、中心軸に平行に出射する。このため、スクリーンの縁部での屈折 を漸次大きくし、中央では屈折が起こらないようにする必要がある。 従来型の投影スクリーンでは、画像の中央から外側へ向かうフレネルリッジの 焦点距離を大きくすることが知られている。スクリーン縁部での軸外光線は、中 心軸に平行な方向を越えて湾曲し、いくらか内側に中心軸の方へ向かう。この性 質によって、そのスクリーンを中心軸に沿って見た場合は画像の縁部がより明る く見えるが、この性質は、他の位置からスクリーンを見る場合には有用ではない 。 スクリーンの中央よりも上方の点から見ているユーザの方向へ光を向けるよう にフレネルが配置される投影テレビジョン、たとえば、比較的低いキャビネット を有する投影テレビジョンでは、他の明るのバラツキ問題が起こる可能性がある 。この問題は、フレネルの中心線をスクリーンの中央に対して上向きにずらすこ とによって解決される。この場合、特にその隅部で相対的な明るさを向上させる ことができるが、全体として見ると、スクリーンの上端はスクリーンの下端より 明るく見える。 投影スクリーン設計において何年にもわたって積極的に開発されてきたにもか かわらず、その達成された改良はせいぜい増分的なものであり、さらに、ある基 準を超えることには成功していない。画像投影機の幾何学的構成によって規定さ れるその入射角は、本明細書では角度αと呼ばれ、一般に、０度よりも大きくか つ約１０度または１１度以下である範囲に限られている。画像プロジェクタおよ び／またはその光学系の寸法のために、角度αを０度に近くすることはほぼ不可 能である。角度αが約１０度または１１度よりも小さい範囲では、達成されてい る最高の色ずれ性能は、数式（Ｉ）および（ＩＩ）にしたがって測定されたとし て、約５である。角度が約１０度または１１度を超える範囲で既に達成されてい る最良の色ずれ性能は、商業的には受け入れられてはいない。実際、角度αが１ ０度または１１度よりも大きな角度を持つ投影テレビジョン受像機が販売された ことは知られていない。 αの角度が小さい場合は、顕著で望ましくない結果、すなわち、非常に大きな キャビネット奥行きが、家庭用投影テレビジョン受像機に必要になる、というこ とを生じさせる。この大きな奥行きは、小さな入射角（α）を有する光路に対処 する必要があることの直接的な結果である。画像プロジェクタおよび光学要素の 所定寸法については、単に画像プロジェクタまたはその光学系とスクリーンとの 間の光路長を大きくすることによってのみ入射角を小さくすることができる。投 影テレビジョンキャビネットの寸法を削減する技法は、一般に、長い光路を折り 畳む鏡に依存している。可能な入射角の範囲には下限があるので、このような努 力に対する色ずれ対策の成功は、結局、限界がある。 Ｐｏｌａｒｏｉｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、ＤＭＰ−１２８（登録商標） としてデザインされた光ポリマーを販売しており、Ｐｏｌａｒｏｉｄ Ｃｏｒｐ ｏｒａｔｉｏｎが、独占権を持つプロセスを使用し、３次元ホログラムとして製 造することができる。このホログラフィック製造プロセスは、米国特許第５５７ ６８５３号に部分的に記載されている。ホログラフィック光ポリマーは、一般に 、コヒーレント光を照明ビームと参照ビームに分割することによって写真画像を 記録する場合に有用である。その照明ビームはその被写体に照射される。その被 写体からの反射ビームと、被写体をバイパスする参照ビームは、現像可能な感光 写真組成を含む光ポリマー媒質に照射される。この２条のビームの光波は互いに 干渉し、すなわち、増強および打ち消しの干渉によって、局所的にその写真組成 に感光させる正弦ピークの定常波パターンと局所的にその組成を感光させないヌ ルの定在波パターンを生成する。この写真媒質を現像すると、対応する干渉パタ ーンが媒質に記録される。コヒーレント参照ビームで媒質を照明することによっ て、被写体の画像が再生され、所定角度範囲にわたってこの画像を見ることがで きる。 被写体上の照明されたすべての点からの光がホログラム上のすべての点で参照 ビームと干渉するので、典型的な写真の被写体を表すホログラムの記録された干 渉パターンは複雑である。空白「被写体」の画像を記録することによって（実際 上、２条の参照ビームの干渉によって）空白ホログラムを作製することが可能で あり、空白ホログラムは、正弦格子とも呼ばれ、その内部の干渉パターンはより 規則的である。この場合、その干渉パターンは回折格子に類似しているが、その 回折格子のピッチまたは解像度は、後方の投影チューブから特定の方向へ光を湾 曲または屈折させる形状にされたマクロサイズのレンチキュラ要素を有する投影 スクリーンのピッチと比べてかなり密になる。 投影テレビジョン用の３次元ホログラフィックスクリーンは、ＤＭＰ−１２８ （登録商標）光ポリマーホログラフィック製品の市場を確立するための努力がな される間に示された多数の提案のうちの１つとしてＰｏｌａｒｏｉｄ Ｃｏｒｐ ｏｒａｔｉｏｎによって提案された。この提案は、より高い明るさおよび解像度 、より低い製造コスト、より小さい重量、および２ピーススクリーンが輸送中に 受ける磨耗に対する抵抗力の項目に関して、Ｐｏｌａｒｏｉｄ Ｃｏｒｐｏｒａ ｔｉｏｎが期待した利点に基づいた提案であった。Ｐｏｌａｒｏｉｄ Ｃｏｒｐ ｏ ｒａｔｉｏｎは、ホログラフィック投影テレビジョンスクリーンのようなものを 作成可能かもしれない多量のホログラフィック要素に対する如何なる特定のホロ グラフィック構成をも提案しておらず、ホログラフィックであるか、その他の種 類であるかにかかわらず、どんな種類の投影テレビジョンスクリーンにおける色 ずれ問題も、考慮されてさえいない。 全般的に、色ずれが５よりも小さく、場合によっては５よりもずっと小さいス クリーン、また角度αが１０度または１１度よりもずっと大きい場合に色ずれが ５程度に低いスクリーンを有する投影テレビジョン受像機を提供するための開発 が何年にもわたって集中的に行われてきたにもかかわらず、従来型の投影スクリ ーンにおけるレンチキュラ要素形状および位置および散光器を増分的に変更する ことを除いて、色ずれ問題の解決策は進歩していない。さらに、投影スクリーン には３次元ホログラムが有用であるという提案にもかかわらず、色ずれに関して することがないという理由であるが、３次元ホログラフィックスクリーンを使用 した投影テレビジョンを提供する努力はなされていない。著しく向上した色ずれ 性能を有し、著しく小さなキャビネットに組み込むことのできる投影テレビジョ ン受像機に対してずっと前から探し求められているニーズは依然として満たされ ていない。 要約 本明細書で教示される本発明の構成による投影テレビジョン受像機は、量とし て測定される色ずれ性能を著しく向上させ、すなわち、１０度または１１度より も小さな範囲の入射角αを有する投影テレビジョン受像機を用いて２以下の色ず れを達成することができる。さらに、色ずれ性能が著しく高いので、入射角が最 大約３０度の商業的に受け入れられる投影テレビジョン受像機を、ずっと小さな キャビネットで提供することができる。そのような大きいα角度の受像機のその 色ずれ性能は、たとえば５の色ずれ性能を持つα角度の小さな従来型の受像機と 少なくとも同程度に良好であり、α角度の小さな受像機と同様に、約２程度に低 い値に近づくか、あるいは場合によってはそのような値に達するものと期待する ことができる。 これらの結果は、押出しレンズスクリーン技法を完全に放棄することによっ て得られる。その代わりに、本発明の構成による投影テレビジョン受像機は、基 板、たとえばＭｙｌａｒ（登録商標）などのポリエチレンフィルム上に形成され た３次元ホログラムで形成されたスクリーンを有する。 このような３次元ホログラフィックスクリーンは最初、より高い明るさおよび 解像度、より低い製造コスト、より小さい重量、および２ピーススクリーンがた とえば輸送中に受ける磨耗に対する抵抗力の項目に関して期待した利点のために 開発された。その３次元ホログラフィックスクリーンの色ずれ性能は、その３次 元スクリーンの光学特性が少なくとも従来型のスクリーンと同程度に良好である かどうかを判定するための試験を行ったときに見出された。数式（Ｉ）および（ ＩＩ）によって測定されたその３次元ホログラフィックスクリーンの色ずれ性能 は、予想されたよりもショックを受けた程に低かった。従来技術の改良を増分ス テップに制限していた障壁も完全になくなっていた。現在、より大きなα入射角 を特徴とする投影幾何形状を有する、なお一層小さなキャビネットを開発するこ とが可能である。 ３次元ホログラフィックスクリーンに関係する予想を上回る特性を有し、そし て、本明細書で教示する本発明の構成による投影テレビジョンは、以下で構成さ れている。それぞれの異なる色のそれぞれの画像用の少なくとも３つの画像プロ ジェクタ；基板上に配設された３次元ホログラムで形成され、プロジェクタから の画像を第１の面で受け取り、表示されるすべての画像について制御された光分 散で画像を第２の面に表示する投影スクリーン；そのプロジェクタの１つはスク リーンにほぼ直交する方向の第１の光路を有し、そして、そのプロジェクタの少 なくとも２つは規定された入射角の、スクリーンに対して直交方向とならない方 向で第１の光路の方へ収束するそれぞれの光路を有する；そして、レンチキュラ 要素の３次元アレイを表しているその３次元ホログラムは、表示された画像の色 ずれを低減するうえで有効な構成を有し、そのスクリーンは０度よりも大きくか つ約３０度以下である範囲内のすべての入射角について約５以下である色ずれを 持つ、ここで色ずれは以下の式の少なくとも一方から得られる最大値によって求 められる： ここで、θは一連の水平視野角内の任意の角度であり、Ｃ（θ）は角度θでの色 ずれであり、ｒｅｄ（θ）は角度θでの赤輝度レベルであり、ｂｌｕｅ（θ）は 角度θでの青輝度レベルであり、ｇｒｅｅｎ（θ）は角度θでの緑輝度レベルで ある。そのスクリーンの色ずれは、５未満、たとえば、約４、３、または場合に よっては２以下になると予想することができる。 入射角が約１０度または１１度のときの既知の障壁に関して、そのスクリーン の色ずれは、０度よりも大きくかつ約１０度以下である入射角の第１のサブレン ジ内のすべての入射角について約２以下であり、約１０度よりも大きくかつ約３ ０度以下である入射角の第２のサブレンジ内のすべての入射角について約５以下 である。 そのスクリーンは、さらに、たとえば、約２ｍｍ〜４ｍｍの範囲の厚さを有す る層状のアクリル材料の光透過強化部材を備える。その基板は、ポリエチレンテ レフタレート樹脂フィルムなど、耐久性が高く透明な撥水性のフィルムで構成さ れる。その基板は、約１ミル〜１０ミル（約２５．４ミクロン〜２５４ミクロン ）の範囲の厚さを有するフィルムでよい。約７ミルの厚さは、その３次元ホログ ラムを適切に支持することが判明している。そのフィルムのその厚さは性能とは 関係がない。その３次元ホログラムは、約２０ミクロン以下の範囲の厚さを有す る。その投影テレビジョンは、さらに、その画像プロジェクタとそのスクリーン の間に１つまたは複数の鏡を備えてもよい。 発明態様によると、投影スクリーンは、特に、投影ビームの広範囲の入射角に わたって明るさおよび一様性を向上させるように特に取り決められる。これは、 前述のように、縁部へ近づくにつれてより高い利得を持ち、中心から縁部へ焦点 距離が漸次変化するリッジを有する１つまたは複数の線形フレネルパネルで裏打 ちされた、ホログラフィックスクリーンを使用して行われる。そのスクリーンの フレネルパネルは、また、そのスクリーンの中心軸から離れた観察者の視点から のスクリーンの明るさと一様性を最適化するため、そのスクリーンの下部と上部 の間で僅かに異なった焦点距離を持つことが可能である。 図面の簡単な説明 図１は、本明細書で教示される本発明の構成による投影テレビジョンの略図表 現である。 図２は、本発明の構成について説明するうえで有用な投影テレビジョン幾何形 状の簡略図である。 図３は、本発明の構成による増強された投影スクリーンの側面図である。 図４は、重ね合せられた線形フレネルとホログラムを有する投影スクリーンの 代替実施形態の概念表現である。 図５は、スクリーンの長さまたは幅を横切る形でホログラフィック利得および フレネル焦点距離の変化させている効果を、利得および／または焦点距離の変化 について、中心のずれと共に示す概念表現である。 図６は、所定の画像に対して線形フレネルレンズの焦点距離を変化させている 効果についてのグラフ表現である。 好適実施例の説明 投影テレビジョン受像機１０を図１に示す。投影陰極線管１４、１６、および １８のアレイ１２はそれぞれ、赤、緑、および青の画像を生成する。それぞれの 陰極線管はそれぞれのレンズ１５、１７、および１９を備える。その投影された 画像は、鏡２０によって投影スクリーン２２上に反射される。その光路の特定の 幾何形状に応じて、付加的な鏡が使用されている。その緑陰極線管１６は光路３ ２に沿って緑画像を投影し、光路３２はこの例では、スクリーン２２にほぼ直交 するように向けられている。言い換えれば、その光路のその中心線はスクリーン に対して垂直である。その赤陰極線管および青陰極線管はそれぞれの光路３４お よび３６を有し、光路３４および３６は、直交しない方向の規定された入射角α で第１の光路３２の方へ向かって収束する。この入射角は色ずれの問題を生じさ せる。 そのスクリーン２２は、基板２４上に配設された３次元ホログラム２６を備え る。ホログラム２６は、マスタホログラムを印刷したものであり、３つのプロジ ェクタ１４、１６、１８からの光エネルギーの分配を管理する回折パターンを実 質上形成し、スクリーンの幅および／または高さを横切る方向にこの回折パター ンを変化させて作ることができる。提起している構成では、このホログラムは、 入射光を新しい方向に向けることに役立つ「センタオンリ（ｃｅｎｔｅｒｏｎｌ ｙ）」ホログラムである。そのスクリーンは、プロジェクタからの画像を第１の 入射表面側２８で受け取り、表示されたすべての画像について制御された光分散 で画像を第２の出射表面側３０上にその画像を表示する。その基板は、ポリエチ レンテレフタレート樹脂フィルムのような、耐久性が高く透明で、撥水性のある フィルムが好ましい。このようなフィルムの１つは、商標Ｍｙｌａｒ（登録商標 ）として、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．から得 ることができる。そのフィルム基板は、約１ミル〜１０ミル、すなわち、約０． ００１インチ〜０．０１インチまたは約２５．４ミクロン〜２５４ミクロンの範 囲の厚さを有する。その厚さが約７ミル（１７７．８ミクロン）のフィルムは、 その上に配設された３次元ホログラムを適切に支持することが判明している。そ のフィルムの厚さは、一般にスクリーン性能に影響を与えず、また特に色ずれ性 能に影響を与えず、いくつかの異なる厚さのフィルムを使用してもよい。その３ 次元ホログラム２６の厚さは約２０ミクロン以下である。 この３次元ホログラフィックスクリーンは少なくとも２つの供給源から得るこ とができる。Ｐｏｌａｒｏｉｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは独自の湿式化学プロ セスを使用して、そのＤＭＰ−１２８光ポリマー材料で３次元ホログラムを形成 している。このプロセスは、回折ホログラフィックパターンを光ポリマー材料で 形成することを含み、このパターンは、水平および／または垂直視野角の範囲に わたって変化したスクリーン利得を持たせることができる。参照ビームと、利得 の所望の変化形態に対応した明暗形態を有する平面パターンから反射されたビー ムとを含むコヒーレント光で光ポリマーホログラフィック媒質を感光させること によって、マスタホログラムを作製することができる。 本明細書で説明し請求する投影テレビジョン受像機で使用されるその３次元ホ ログラフィックスクリーンについて提起した実施形態は、以下の性能仕様にした がってＰｏｌａｒｏｉｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ湿式化学プロセスによって製 造された。 水平半視野角：３８度±３度 垂直半視野角：１０度±１度 スクリーン利得：≧８ 色ずれ：≦３ ここで、水平視野角および垂直視野角は従来の方法で測定され、スクリーン利得 は、そのスクリーンに直交する方向で測定された、光源から視野表面の背而の方 へ向かう光強度と視野表面の前面から観察者の方への光強度との商であり、色ず れは前述のように測定される。その３次元ホログラフィック投影スクリーンの並 はずれた色ずれ性能は、概要で説明したように、全く予想外のものであった。 図２は、色ずれ性能について説明するための、鏡およびレンズを省略した投影 テレビジョンの簡略図である。赤陰極線管１４および青陰極線管１８の光軸３４ および３６は、緑陰極線管１６の光軸３２に対して入射角αの位置に対称的に位 置合わせされる。キャビネットの最小奥行きＤは、スクリーン２２と陰極線管の 背縁部との間の距離によって決定される。角度αを小さくすべきである場合、そ れぞれの陰極線管は互いに接近して配置しなければならず、かつ／あるいは陰極 線管用のすきまを取るためにスクリーンからさらに離隔して設けなければならな いことを理解されたい。十分に小さな角度αでは、このような干渉を回避するこ とはできない。この場合、キャビネットの最小奥行きＤが大きくなるので望まし くない。逆に、角度αが大きくなるにつれて、陰極線管をスクリーン２２に近づ け、キャビネットの最小奥行きＤを小さくすることができる。 スクリーン２２の視野側では、２つの水平半視野角は−βおよび＋βとして指 定される。総水平視野角２βも定義される。半視野角は通常、±４０度から±６ ０度の範囲である。各半角内に複数の特定の角度θがあり、この角度で、前述の 数式（Ｉ）および（ＩＩ）にしたがって色ずれを測定し求めることができる。 入射角約１０度または１１度での既知の障壁に関して、３次元ホログラフィッ クスクリーンの色ずれは、入射角が０度よりも大きくかつ約１０度以下である第 １のサブレンジ内のすべての入射角について約２以下であり、このスクリーンの 色ずれは、入射角が約１０度よりも大きくかつ約３０度以下である第２のサブレ ンジ内のすべての入射角について約５以下である。第１のサブレンジのような約 ２以下の色ずれを、より大きな入射角の第２のサブレンジでも達成できることが 期待される。 図３を参照するとわかるように、基板２４は、前述のように、Ｍｙｌａｒ（登 録商標）などの透明フィルムを含む。３次元ホログラム２６が形成される光ポリ マー材料はフィルム層２４上に支持される。適切な光ポリマー材料はＤＭＰ−１ ２８（登録商標）である。 スクリーン２２はさらに、たとえば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ） などのアクリル材料の光透過強化部材３８を含むことができる。ポリカーボネー ト材料を使用することもできる。強化部材３８はこの実施形態では、約２ｍｍ〜 ４ｍｍの範囲の厚さを有する層である。スクリーン２２および強化部材は、ホロ グラフィック層２６と強化部材３８の相互境界４０全体にわたって互いに接着さ れる。接着剤、放射、および／または熱結合技法を使用することができる。たと えば、ティンティング、惑光防止コーティング、耐ひっかきコーティングのうち の１つまたは複数によって強化層の表面４２を処理することもできる。 色ずれ性能以外の性能特性に関する投影スクリーンの態様を制御するために、 スクリーンおよび／またはその構成要素層の様々な表面に他の光学レンズまたは レンチキュラアレイを設けることができる。これらの態様は、そのホログラフィ ックスクリーンの特性から相補的に行うことが可能である。図４は、円形ホログ ラフ要素が線形フレネルに積み重ねられる最初のこのような変形の概念図である 。 この実施形態では、水平アクティブ（垂直レンチキュラ）フレネル２９および垂 直アクティブ（水平レンチキュラ）フレネル３１が設けられる。積み重ねによっ て、垂直と水平のコリメーション（ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ）を別々に処理する ことができ、線形フレネルの経費を円形フレネルよりも安くすることができる。 さらに、１つまたは複数の線形フレネルは、図５に示すように追加の自由度 を与える。ディスプレイの明るさはすべての角度からできるだけ一様であり、か つスクリーンのすべての点でできるかぎり一様であることが望ましい。したがっ て、円形フレネル（図示せず）をスクリーン上で心合わせし、かつ投影チューブ の出射瞳とスクリーンとの間の距離に等しい焦点距離をこの円形フレネルに与え ることができる。フレネルは、光が到着する角度にかかわらずに投影チューブか らの光をスクリーン表面に垂直に配向させる。このことは、以下の薄レンズ式に よって近似的に示される。 上式で、ｓはその出射瞳からスクリーンまでの距離であり、ｓ’はスクリーンか ら見掛けの”像”までの距離であり、ｆはフレネルの焦点距離である。ｓ＝ｆで ある場合、ｓ’は無限位置に近づき、画像が見掛け上無限位置にある場合は、ス クリーンから離れた各光線が互いに平行であることを意味する。 実際上、スクリーンの縁部の光をより内側に、スクリーンの中心軸の方へ向け ることにより、スクリーン縁部の明るさを中央と比べて向上させる手段としてス クリーンの中央からスクリーン縁部までの焦点距離を連続的に変化させることが 知られている。薄レンズ式では、たとえば、フレネル上の２つの点の間の焦点距 離（たとえば、中心から縁部まで）の増分差を表す変数δを仮定し、ｆにｆ＋δ を代入した場合、以下の解は、ｆ、すなわち見掛けの画像までの距離に対する効 果を示す。この関数は、図６に示されており、焦点距離が減少するにつれて見掛けの画像が 近づくことを示す。 円形フレネルの場合、スクリーンの中央から外側へのすべての方向で補正量を 最適化することができる。しかし、スクリーンの縦横比は一般に、水平方向に広 く(４：３または１６：９)、したがって、水平スクリーン縁部について最適化 するにはより大規模な補正が必要である。線形フレネル要素および水平フレネル 要素を用いた場合、垂直要素および水平要素のすべてのパワーを使用して光を内 側に、それぞれの垂直平面または水平平面内の軸の方へ移動することができる。 スクリーンから縁部までの、垂直方向および水平方向のその焦点距離変化特性は それぞれの異なる率で行うことができる。この結果、円形フレネルと比べて短軸 および隅部の照明が向上する。 図５を参照するとわかるように、線形フレネルによるさらなる自由度として、 垂直方向と水平方向を独立に心合わせすることができる。一般に、スクリーン表 示は水平視野角の範囲にわたって対称的であると有利である。しかし、垂直方向 に関しては、たとえば、それぞれの床取付け投影スクリーンまたは天井取付け投 影スクリーンでそれぞれ、いくらかの上向き角度または下向き角度を有すること が望ましいことがある。垂直視野ずれに対処するには、水平フレネルを心合わせ されたままにしておき、線形垂直フレネルを必要な方向へずらすことができる。 この欠点は、スクリーンの明るさがスクリーンの下端の近傍よりもスクリーンの 上端の近傍の方が高いことである。 従来型のフレネルは、（その中心がスクリーン上でずれるかどうかにかかわら ず）その中心の周りで対称的である。本発明の他の態様によれば、垂直フレネル の焦点距離は、中心から上向きに進む場合と下向きに進む場合で異なる率で変化 させることができる。スクリーンの上端と下端で焦点距離が適度に異なるので、 フレネルの中心点を垂直方向にずらすことによって生じる明るさの差が平衡され 、より一様な明るさが与えられる。 本発明の他の態様によれば、中央と縁部の明るさの差は、ホログラフィックス クリーン要素２６の利得の変化特性を対応させることによって釣合いがとられる 。以下の測定は、それぞれの非可変利得が１４．８および２２．５である２つの ホログラフィックスクリーンの中央明るさおよび縁部明るさと、利得が中心で１ ４．８であり縁部で２２．５であるホログラフィックスクリーンの中心明るさお よび縁部明るさを比較するために行った測定である。各点は、時計の文字盤式の 番号付けを使用して長軸および短軸に関する縁点を区別することによって識別さ れ、明るさ測定値Ｗはフートキャンドル単位である。 例１ 非可変ホログラフィック利得１４．８ 例２ 非可変ホログラフィック利得２２．５ 例３ 可変ホログラフィック利得、中心で１４．８、縁部で２２．５ 上記の例から、比率として、両縁部での平均明るさを検討した場合、ホログラ フィックスクリーンの利得を本件のように変化させると、中心明るさに対する比 率としての縁部明るさの向上として評価された値、その長軸（３時および９時） の縁部の明るさ向上は７２％になり、短軸縁部の向上（６時および１２時）は５ ５％になり、末端隅部の向上は５０％になる、ことがわかる。 前述の中心縁部間変化特性は個別にかつ組合せとして有用であり、たとえば、 複数の層スクリーンとして実現することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 プファイル，ウェンディー，レーン. アメリカ合衆国 46226 インディアナ州 インディアナポリス イーストバーン ドライブ 4540 【要約の続き】 から縁部へ変化する焦点距離を有することができる。中 心点はスクリーンの中央から、特に、垂直方向へ変位さ せることができ、フレネル焦点距離の変化率は、中心点 から両方向に漸次変化するか、あるいは中心点からそれ ぞれの異なる平面において変化することができる。好ま しくは、フレネル要素は線形レンチキュラフレネルであ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．異なる色のそれぞれの画像用の複数の画像プロジェクタ（１４、１６、１８ ）と、 少なくとも１つの光透過パネル（３８）に重ね合わされた基板（２４）上に配 設された少なくとも１つのホログラム（２６）によって形成される投影スクリー ン（２２）とを具え、 前記スクリーンは、前記プロジェクタ（１４、１６、１８）からの画像を第１ の面で受け取り、そして制御された光分散で前記画像を第２の面に表示し、 前記スクリーン（２２）は、視野を横切って水平方向および垂直方向に変化す る光学特性を有する干渉アレイを形成し、 前記光学特性は、ホログラフィック利得、コリメーション、および心合わせの 少なくとも１つにおいて変化する、 ことを備えることを特徴とする投影テレビジョン。 ２．前記スクリーン（２２）は、少なくとも１つのホログラム（２６）と少なく とも１つのフレネル要素とを備えることを特徴とする請求項１に記載の投影テレ ビジョン。 ３．前記ホログラム（２６）および前記フレネル要素は、中心点と前記スクリー ンの縁部との間で円方向、垂直方向および水平方向の少なくとも１つで変化する 光学特性を有することを特徴とする請求項２に記載の投影スクリーン。 ４．前記中心点は前記スクリーンの中央に対応することを特徴とする請求項３に 記載の投影スクリーン。 ５．前記中心点は前記スクリーンの中央から垂直方向に変位されることを特徴と する請求項３に記載の投影スクリーン。 ６．前記ホログラム（２６）および前記フレネル要素の光学特性は前記中心と前 記縁部の間で別々に変化することを特徴とする請求項３に記載の投影スクリーン 。 ７．前記ホログラム（２６）の後方に積み重ねられた少なくとも２つのフレネル 要素（２９、３１）を備え、前記２つのフレネル要素（２９、３１）の少なくと も一方は、線形のレンチキュールを設けたパネルを備えることを特徴とする請求 項６に記載の投影スクリーン。 ８．前記少なくとも２つのフレネル要素（２９、３１）は、それぞれ、前記視野 の垂直スパンおよび水平スパンを横切って変化する光学特性を有することを特徴 とする請求項７に記載の投影スクリーン。 ９．前記少なくとも２つのフレネル要素（２９、３１）は、それぞれ、視野の垂 直スパンおよび水平スパンを横切って変化する焦点距離を有することを特徴とす る請求項８に記載の投影スクリーン。 １０．前記フレネル要素（２９、３１）は、水平方向に心合わせされ、垂直方向 に変位されることを特徴とする請求項９に記載の投影スクリーン。 １１．前記ホログラム（２６）は、前記中心点から前記縁部の方へ向かって増大 する利得を有することを特徴とする請求項３に記載の投影スクリーン。 １２．前記利得は、前記中心点での約１４．８と、少なくとも垂直平面および水 平平面の一方の平面内の縁部での２２．５との間で変化することを特徴とする請 求項１１に記載の投影スクリーン。 １３．前記利得は、前記中心点から前記縁部の方へ、前記スクリーンの縦横比に 対応するパターンで変動することを特徴とする請求項１１に記載の投影スクリー ン。 １４．前記中心点は、前記スクリーンの中央に対応することを特徴とする請求項 １１に記載の投影スクリーン。 １５．前記中心点が前記スクリーンの中央から垂直方向に変位されることを特徴 とする請求項１１に記載の投影スクリーン。