JP2003015227A - レンチキュラ−レンズシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズ自体の厚さを薄くすると、レンズシー
ト自体の強度が弱くなり実用性がなくなるため、そのシ
ートに支持材となる別の透明なシートを貼り合わせる必
要があるが、支持体を貼り合わせることは、実質シート
全体が厚くなることと同じで、焦点位置がシート内に移
動しシート内で光が拡散する。 【解決手段】 レンチキュラーレンズ２を支持する機能
を有する遮光材（金属シート）３を備えることにより、
レンチキュラーレンズ２の凸レンズ部の厚さを薄くして
指向性を持たせることができる。また、金属シート３の
開口部にテーパーを設けるとともに、凸レンズ部を平面
的に効率的に配置し光を集光させて輝度低下を防ぐ。さ
らに、金属シート３に黒く着色する等の表面処理を施す
ことにより、外光に対する反射を抑えコントラストを向
上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透過型または反射
型液晶やマイクロミラーデバイスなどの空間光変調素子
（ライトバブル）を使用したリアプロジェクションのス
クリーン部に使用して好適な薄形レンチキュラ−レンズ
シートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リアプロジェクションの一般的な方式
は、放電灯などの光源からの出射光を、レンズ、反射
鏡、プリズム、透過型或いは反射型ライトバブルなどが
組み込まれた光学エンジン部にて映像光に変換し、投射
レンズを通して投射スクリーンに拡大（数十倍から100
倍余）投射するものである。

【０００３】図７にリヤプロジェクションの代表的な光
学エンジンの構造図を示す。図７において、光源である
ランプより照射された白色光は、透過型または反射型液
晶やマイクロミラーデバイスなどの空間光変調素子（ラ
イトバブル）の直前のコンデンサレンズにより、投射レ
ンズの絞りに集光される。

【０００４】また、カラー表示のためにダイクロイック
ミラーにより、赤、緑、青の３原色の光に分離された
後、それぞれ３枚のライトバブルで変調された分離光が
クロスプリズムにより再び合成されて、投射レンズを経
てスクリーン面に投影される。

【０００５】スクリーンは、全面にプリズムを同心円状
につなげたフレネルレンズシートにより、入射した光を
平行光に曲げ変換した後、その平行光をレンズ群からな
るレンチキュラ−レンズシートにて結像させる構成とな
っている。

【０００６】レンチキュラ−レンズのレンズは、投射レ
ンズにて拡大されたライトバブルの画素に対応してお
り、画素ピッチに対するレンズピッチは鮮明な画像を得
るために出来るだけ小さくすることが必要である。

【０００７】リアプロジェクションのスクリーンには、
投射光に対する高い透過率、解像度が求められ、更にス
クリーンを見る角度による見え方の差（見え方の角度依
存性）を小さくするための、スクリーン表面での透過光
の広い拡散（無指向性）、また外光によるコントラスト
の低下を改善する外光反射の抑制等が求められる。

【０００８】上記要件を満たすために、リヤプロジェク
ションのスクリーンには、図８に示すような凸レンズ部
（シリンドリカル面）とそれを支持する支持部（平坦
面）とで構成されたシート、或いは、図示していないが
支持部と凸レンズ部とが一体で構成されたシートであっ
て、外光を遮断するための光遮蔽部（例えばブラックス
トライプ）を支持部に設けたシートが用いられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のレンチキュラ−レンズシートにおいては、以下
のような問題があった。

【００１０】スクリーンの解像度を向上させるために、
凸レンズの球体径を小さくしてレンズピッチを狭くした
場合、球体径が小さくなるのに伴って、レンズの焦点距
離が短くなる。

【００１１】尚、レンズの曲率を変えずにレンズのピッ
チを狭くすると、レンズ曲率による凹凸面が少なくなる
ため、曲率を変えずにピッチを狭くするには限界があ
る。

【００１２】焦点距離が短くなった結果、支持部を含む
レンズシートの厚みを変えないと、図９に示すように、
焦点距離が短くなった分、焦点はレンズシート内部へ移
動するので、光遮蔽部の手前で結ぶようになる。

【００１３】このように、レンズシート内で焦点が結ば
れると、支持部より出射された光は、支持部と外部の空
気との境界面でフレネルの法則にしたがって出射角が大
きくなり、焦点がボケる。

【００１４】また、支持部から広角で出射された光は、
隣接した他のレンズから出射された光と支持部近辺の強
い光線により干渉され、シンチレーションと言われる現
象が生じて画質を損ねる。さらに、出射光が大きな角度
で光が広がるため、光の密度が小さくなり輝度が低下す
る。

【００１５】そしてまた、光の広がりを抑制したり、外
光の反射を防止するために、光遮光部を支持部に設けた
場合、この光遮蔽部で光が吸収されて輝度の低下を招来
する。

【００１６】上述したような問題に対しては、レンズ径
をできるだけ大きくする、レンズ部の支持部の厚みを薄
くする、支持部にガラス或いはプラスチック材のビーズ
などの拡散材を入れてモアレ及びシンチレーションを解
消する、等の対策がとられているが、その場合は次のよ
うな問題が発生する。

【００１７】レンズ径を大きくすると、レンズ間のピッ
チが小さい場合、レンズの山谷が少なくなることから、
微小ピッチの実現が難しく、結局解像度を高めることが
できない。また、レンズシートの支持部の厚みを薄くす
ると、レンズシートが薄くなり、シート自体を支えるこ
とが困難になる。さらに、拡散材の分散が不均一にな
り、画質、輝度ムラが生じる。

【００１８】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、レンチキュラーレンズシートを薄くすることが
可能で、且つ、画像を高精細化するためにレンズ径を小
さくした場合でも、レンズの焦点位置をレンズ面或いは
レンズの外側に置くことができるレンチキュラーレンズ
シートを提供するものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本願の第１の発明は、光
透過用の開口部を備えた遮光材と、前記遮光材によって
支持され、該遮光材に設けられた光透過用の開口部に対
応する１つ或いは複数個の凸レンズを有するレンチキュ
ラーレンズ部と、から構成されるレンチキュラ−レンズ
シートであって、前記レンチキュラーレンズ部の凸レン
ズの焦点距離が、前記レンチキュラ−レンズ部の厚さ以
上になるように、レンズ球体の径を設定し、前記凸レン
ズの焦点が、前記遮光材の開口部の出射面或いは外部に
位置するように、前記レンチキュラ−レンズ部及び遮光
材を配置したことを特徴とする。

【００２０】本願の第２の発明は、前記凸レンズで集光
された光束の形状に合わせて、前記遮光材の開口部にテ
ーパーを設けたことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の薄形レンチキュラ
−レンズシートの第１実施形態を、図１及び図２ととも
に詳細に説明するが、上記従来例と同一部分については
その説明を省略する。

【００２２】図１は本実施形態による薄形レンチキュラ
−レンズシートを示す側断面説明図であり、遮光材３と
して金属シートの片面加工品を採用した場合を表わして
いる。

【００２３】尚、本実施形態のレンチキュラ−レンズシ
ートは、上記従来例と同様、投射レンズと投射スクリー
ン（スクリーン自体がレンチキュラ−レンズシートであ
る場合もある）との間に、フレネルレンズ１とレンチキ
ュラ−レンズ２との組合せで配置されている。

【００２４】投射レンズからの指向性を持つ出射光は、
フレネルレンズ１により平行光線に変換され、その平行
光はレンチキュラ−レンズシートに微細ピッチで配置さ
れた個々の凸レンズに集光され、スクリーン面に対して
指向性を有する光に変換されてスクリーンに出射され
る。

【００２５】金属シートからなる遮光材３は、レンチキ
ュラーレンズ２を支持する機能を有しており、レンズピ
ッチに合ったピッチで開口部が設けられている。また、
レンチキュラーレンズ２によって集光された光の通過に
対し、支障を与えないように、その入射側に大きく磨り
鉢状のテーパーが設けられている。

【００２６】尚、遮光材３の開口部に対応する凸レンズ
の口径寸法は、遮光材３の開口部の最大口径より大きく
形成されている。これによって、遮光材３の開口ピッチ
を小さくして解像度を高めても、光の透過率を低下させ
ることがなく、実質的には開口率を落とすことなく、画
面を明るくすることが可能である。

【００２７】また、レンチキュラーレンズ２と遮光材３
は、透明性の良いメタアクリル樹脂の液状樹脂或いはモ
ノマーによる注型成形法、或いは一般的な射出成形など
を用いて一体成形されている。

【００２８】例えば、金属シート板厚２００μmの遮光
材３面にメタアクリル樹脂（屈折率n≒1.50）を使用し
たレンズ厚さ３００μmのレンチキュラーレンズ２を形
成した場合の球面径を求める。

【００２９】図２において、レンチキュラーレンズ２の
厚さは、 レンズ厚さｄ＝レンズ球径ｒ×ｎ／（ｎ−１）・・・（式１） で求められ、式１にメタアクリル樹脂の屈折率ｎ＝１．
５を代入することにより、球面径ｒはレンズ厚さｄの約
１／３倍（ｄ≒３ｒ）となる。

【００３０】従って、凸レンズの球径ｒはレンズ厚さｄ
の１／３であるから１００μmとなり、１００μm以上有
れば、焦点が開口部の出射面或いは外部（孔の外方部）
に位置することになる。この場合、レンズピッチｐ＜２
ｒ（＝２００μm）となる。

【００３１】また、遮光材（金属シート）３は、表面全
体に黒化処理が施されており、開口部を光が通過する部
分における無駄な光の反射を抑えるとともに、外部の光
の入射に対する光の吸収を促進して、コントラストを減
ずる反射を抑えている。

【００３２】ここで、遮光材３として用いる金属シート
は、テレビのシャドウマスクに使用されている２００μ
m以下の板厚で純鉄、低熱膨張金属、銅板、アルミ材な
どの金属を用い、開口部はフォトエッチング技術、NC制
御のドリル、特に最新技術のマイクロマシ−ニング技
術、レーザー光線による加工を用いて穴を開ける。

【００３３】尚、金属シートの開口部ピッチは、解像度
を上げるために極力微細ピッチにする必要があり、板厚
より小さいピッチで小さな穴を開けることが望まれる。
例えば、純鉄のフォトエッチングによる穴あけは、エッ
チングの速度は板厚方向(縦方向)と板方向（横方向）と
が同時に溶解が進み、板に穴が開くと同時に、サイドエ
ッチングにより穴の側面もテーパー上に加工される。

【００３４】従来、このサイドエッチングは加工精度の
点で問題であり、板厚方向のエッチング速度を速めるた
め、シャワーなどによりエッチング液を噴射させたりし
てサイドエッチングを極力抑えた加工を行っていたが、
本実施形態のレンチキュラ−レンズシートに用いる金属
シートは、むしろサイドエッチングによるテーパー面が
好ましく、噴霧による加工にて更に小さな穴加工が可能
で、穴ピッチの間隔を小さくして、解像度を上げること
ができる。

【００３５】また、本実施形態のレンチキュラ−レンズ
シートにおいては、凸レンズが金属シート全体に隙間を
最小とするように配置されており、金属シートの穴以外
の部分もレンズ全面で光を受けて金属シートの穴の部分
で集光させることができるため、開口率を高めることが
可能となっている。

【００３６】尚、このテーパーをドリル加工する場合に
おいても、ドリルカッターにテーパーを持たすことがで
きるため、ドリル径を太くすること可能であり、加工を
容易にすることが可能である。

【００３７】次に、本発明の薄形レンチキュラ−レンズ
シートの第２実施形態を、図３及び図４とともに説明す
るが、上記第１実施形態と同一部分については同一符号
を付し、その説明は省略する。

【００３８】図３及び図４は本実施形態による薄形レン
チキュラ−レンズシートを示す側断面説明図であり、遮
光材３としての金属シートの板厚が厚い場合に金属シー
トを両サイドからエッチングすることにより、穴径の小
さな加工を可能とした場合を表わしている。

【００３９】図３に示すように、遮光材３に対して両サ
イドからテーパーをかけた形の開口部を形成した場合、
テーパーの掛け方によって、開口部の大きさが最小とな
るポイントを、遮光材３内部の任意の位置に設定するこ
とができる。例えば、図４に示すような構成とすること
により、焦点距離を更に長くとることも可能である。

【００４０】次に、本発明の薄形レンチキュラ−レンズ
シートの第３実施形態を、図５及び図６とともに説明す
るが、上記第１、２実施形態と同一部分については同一
符号を付し、その説明は省略する。

【００４１】図５及び図６はそれぞれ本実施形態による
薄形レンチキュラ−レンズシートを示す側断面説明図、
平面説明図であり、遮光材３に設けられた大きな開口部
に対して、複数個の凸レンズ群を構成した場合を表わし
ている。

【００４２】大型のスクリーンサイズの金型の全面に、
微細な凸レンズ形状を加工するのは非常に難しいため、
小さなブロックに分けて、それぞれのブロックに複数個
の凸レンズを加工したものを組み合わせることにより、
容易に大きなサイズに仕上げることが可能となる。

【００４３】このように、遮光材３の開口部に対応させ
て、複数個の凸レンズ群からなるブロック単位を構成す
ることにより、金属シャーシ３をブロック単位で穴ピッ
チ加工して、レンズ金型と組み合わせることが出来るた
め、遮光材（金属シャーシ）３の開口部を大きくするこ
とが可能になる。すなわち、レンズの金型のブロック
化、金属シャーシの加工性が向上する。

【００４４】また、レンズ金型の各ブロック間の継ぎ目
（ブッシングライン）は、金属シャーシの開口部間の繋
ぎ部分で隠れるため、繋ぎ目がスクリーン面上に表れて
映像に影響をあたえることがない。

【００４５】尚、金属シート３が厚い場合は、図３及び
図４とともに上述した第２実施形態のように、金属シー
ト３の出射側面に凹みの段差（テーパー）を設けて、段
差面に焦点を結ぶよう構成すれば良い。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、遮光材がレンチキュラ
ーレンズ部の支持材としての機能を兼ねるような構成と
しているので、レンチキュラーレンズシートを薄くする
ことが可能で、画像を高精細化するためにレンズ径を小
さくした場合であっても、レンズの焦点位置をレンズ面
或いはレンズの外側に置くことができるため、指向性の
ある光を出射することが可能となる。

【００４７】また、遮光材の開口部の片面或いは両面に
テーパーを設けることにより、集光された光が開口部の
孔の内面で遮れるのを防ぐことができ、光の透過率を向
上することが可能である。

【００４８】さらに、レンズだけでなく、開口部の孔の
形状（テーパー）によって、光の射出方向を制御するこ
とができるため、不要な光の透過を防ぎ、シンチレーシ
ョンを抑制することができ、画像のコントラストを向上
させることが可能となる。また、光透過用の開口部にテ
ーパーを備えることで、微細な光透過用の開口部の形成
加工を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレンチキュラ−レンズシートの第１実
施形態を示す側断面図である。

【図２】厚肉レンズの計算例を示す説明図である。

【図３】本発明のレンチキュラ−レンズシートの第２の
実施形態における一構造例を示す側断面図である。

【図４】本発明のレンチキュラ−レンズシートの第２の
実施形態における他の構造例を示す側断面図である。

【図５】本発明のレンチキュラ−レンズシートの第３の
実施形態を示す側断面図である。

【図６】本発明のレンチキュラ−レンズシートの第３の
実施形態を示す平面図である。

【図７】リヤプロジェクションの代表的な光学エンジン
構造図である。

【図８】従来のレンチキュラーレンズシートの一例を示
す側断面図である。

【図９】従来のレンチキュラーレンズシートにおけるレ
ンズ球体径が小さく焦点距離が短くなった場合を示す側
断面図である。

【符号の説明】 １ フレネルレンズ ２ レンチキュラーレンズ ３ 金属シート（遮光材）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光透過用の開口部を備えた遮光材と、 前記遮光材によって支持され、該遮光材に設けられた光
   透過用の開口部に対応する１つ或いは複数個の凸レンズ
   を有するレンチキュラーレンズ部と、から構成されるレ
   ンチキュラ−レンズシートであって、 前記レンチキュラーレンズ部の凸レンズの焦点距離が、
   前記レンチキュラーレンズ部の厚さ以上になるように、
   レンズ球体の径を設定し、 前記凸レンズの焦点が、前記遮光材の開口部の出射面或
   いは外部に位置するように、前記レンチキュラ−レンズ
   部及び遮光材を配置したことを特徴とするレンチキュラ
   −レンズシート。
2. 【請求項２】 前記凸レンズで集光された光束の形状に
   合わせて、前記遮光材の開口部にテーパーを設けたこと
   を特徴とする前記請求項１に記載のレンチキュラ−レン
   ズシート。