JP2003228131A - 背面投写型表示装置 - Google Patents
背面投写型表示装置Info
- Publication number
- JP2003228131A JP2003228131A JP2002028968A JP2002028968A JP2003228131A JP 2003228131 A JP2003228131 A JP 2003228131A JP 2002028968 A JP2002028968 A JP 2002028968A JP 2002028968 A JP2002028968 A JP 2002028968A JP 2003228131 A JP2003228131 A JP 2003228131A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- screen
- sin
- display device
- fresnel lens
- rear projection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】十分な薄型化が可能であり、しかも良好な投写
画像を得ることができる背面投写型表示装置を提供す
る。 【解決手段】画像光をスクリーンに背面投写する構成に
おいて、以下の条件式を満足することを特徴とする。 ｉ≒sin-1［ｎsin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／
ｎ｝〕］ 但し、 ｉ：スクリーン上端部への主光線の入射角度 ｎ：スクリーンを形成するフレネルレンズの素材の屈折
率 θ：スクリーンを形成するフレネルレンズのブレーズ限
界角度 α：スクリーン上端部からの主光線の射出角度 である。
画像を得ることができる背面投写型表示装置を提供す
る。 【解決手段】画像光をスクリーンに背面投写する構成に
おいて、以下の条件式を満足することを特徴とする。 ｉ≒sin-1［ｎsin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／
ｎ｝〕］ 但し、 ｉ：スクリーン上端部への主光線の入射角度 ｎ：スクリーンを形成するフレネルレンズの素材の屈折
率 θ：スクリーンを形成するフレネルレンズのブレーズ限
界角度 α：スクリーン上端部からの主光線の射出角度 である。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、背面投写型表示装
置に関するものであり、特に、斜め投写光学系における
スクリーンの最適な条件に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より、背面投写型表示装置における
フレネルスクリーンの設計については、スクリーン面上
から射出される射出光の主光線の向きを、スクリーン面
に対して全て垂直とするか、或いは観察者位置を集光ポ
イントとして一律に集光させるといった、簡易な手法が
用いられていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、背面投
写型表示装置の薄型化を実現するため、画像光をスクリ
ーンの背面に斜め投写する、いわゆる斜め投写光学系を
用いた場合は、スクリーン製作上の制約もあって、単に
集光ポイントを設計目標としただけでは、スクリーン系
として実現不可能な場合も生じていた。 【０００４】本発明は、このような問題点に鑑み、十分
な薄型化が可能であり、しかも良好な投写画像を得るこ
とができる背面投写型表示装置を提供することを目的と
する。具体的には、４０〜６０インチの背面投写型表示
装置の集光ポイントについて最適な設計を行い、特に斜
め投写光学系の設計を行う場合のスクリーン上端への入
射角度を限定するものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、画像光をスクリーンに背面投写する構
成において、以下の条件式を満足することを特徴とす
る。 ｉ≒sin-1［ｎsin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／
ｎ｝〕］ 但し、 ｉ：スクリーン上端部への主光線の入射角度 ｎ：スクリーンを形成するフレネルレンズの素材の屈折
率 θ：スクリーンを形成するフレネルレンズのブレーズ限
界角度 α：スクリーン上端部からの主光線の射出角度 である。 【０００６】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の背
面投写型表示装置の一実施形態に係る、集光ポイント設
定方法について模式的に示す図である。同図において、
Ｓは画像光が背面投写されるスクリーン、Ｐはスクリー
ンＳからの射出光Ｌｏが光軸上で集光する集光ポイント
である。そして、スクリーンＳにおける画面垂直方向高
さをｈとおく。 【０００７】一般に、背面投写型表示装置のフレネルレ
ンズ設計では、画面中央部に比べて上下端部が暗くな
る、いわゆるホットバー現象の発生を抑制するため、観
察位置やディスプレイの設置環境に応じて、同図に示す
ように、スクリーンＳの前方Ｘｈ（Ｘは３〜１５）即ち
３ｈ〜１５ｈの位置に集光ポイントＰを設定する。同図
では特に１５ｈのポイントを図示している。 【０００８】ここで、従来の投写光学系では、同図に示
したような設定を行うことは容易であるが、薄型化を目
的とした斜め投写光学系では、後述するフレネルレンズ
のブレーズ角度の制約を受けるので、集光ポイントを任
意のポイントに設定することは困難となる。そこで、フ
レネルレンズの設定を適切に行うためには、予め、斜め
投写光学系によるスクリーン上端部への入射角度を制限
する必要がある。 【０００９】ところで、背面投写型表示装置のスクリー
ンの構成としては、基本的に以下の２つのパターンが考
えられる。一つには、拡散スクリーンの裏面にフレネル
スクリーンが構成されている、単体のスクリーンがあ
る。もう一つには、拡散スクリーンの他に透明フレネル
スクリーンが使用され、それら２枚でスクリーンが構成
されるものがある。本実施形態では、後者の透明フレネ
ルスクリーンを使用する構成としているが、原理的には
前者の拡散スクリーンと一体になったものでも適用でき
る。 【００１０】図２は、スクリーンに対する入射光と射出
光の関係を模式的に示す図である。同図では、スクリー
ンＳ上端部への入射光をＬｉとし、主光線の入射角度を
ｉとおく。また、スクリーンＳ上端部からの射出光をＬ
ｏとし、主光線の射出角度をαとおく。これらの角度
は、いずれも水平線より下側を正としている。さらに、
同図におけるスクリーン上端部のＡ部詳細を図３に示
す。 【００１１】図３では、上記スクリーンＳにおけるフレ
ネルレンズＦの詳細な構成を示している。同図に示すよ
うに、フレネルレンズＦのブレーズ限界角度をθとお
く。また、フレネルレンズＦ内部の透過光Ｌｔがブレー
ズ面ａに入射するときの主光線の入射角度をｊ’とお
き、ブレーズ面ａから射出する主光線（Ｌｏの主光線に
一致）の射出角度をｊとおく。一方、フレネルレンズＦ
の背面ｂに入射する入射光Ｌｉの主光線の入射角度は上
記定義の如くｉであり、背面ｂから射出する透過光Ｌｔ
の主光線の射出角度をｉ’とおく。ここで、フレネルレ
ンズＦの素材の屈折率をｎとし、周囲の空気の屈折率を
ｎｏ＝１とする。 【００１２】このとき、以下の式が成り立つ。まず、ス
ネルの法則より、入射側から見て、 ｎsinｉ’＝sinｉ ｉ’＝sin-1（sinｉ／ｎ） （１） となる。また、射出側から見て、 sinｊ＝ｎsinｊ’ ｊ’＝sin-1（sinｊ／ｎ） （２） となる。 【００１３】ここで図より、 ｉ’＋ｊ’＝θ，ｊ＝θ＋α であるから、式（１），（２）より、 sin-1（sinｉ／ｎ）＋sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ）＝θ sin-1（sinｉ／ｎ）＝θ−sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ｝ （３） となる。 【００１４】最後に、式（３）両辺の正弦を求めて変形
すると、 sin｛sin-1（sinｉ／ｎ）｝＝sin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ｝〕 sinｉ／ｎ＝sin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ｝〕 sinｉ＝ｎsin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ｝〕 ∴ ｉ＝sin-1［ｎsin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ｝〕］ （４） となる。故に、スクリーン上端部への入射角度を以下の
条件で設計すればよい。 ｉ≒sin-1［ｎsin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／
ｎ｝〕］ 【００１５】ところで、本実施形態は、５０型（１６：
９）スクリ−ンの集光ポイントを１５ｈに設定する場合
を想定しており、図２に示したように、 tanα＝（１／２）ｈ／（Ｘｈ）＝１／（２Ｘ） となり、Ｘ＝１５であるから、 α＝tan-1｛１／（２Ｘ）｝＝tan-1｛１／３０｝≒１．
９° となる。 【００１６】また、フレネルレンズのブレーズ限界角度
θ＝７２°、フレネルレンズの素材の屈折率ｎ＝１．５
とした場合、射出角度α＝１．９°を実現するために
は、式（４）より、スクリーン上端部への主光線の入射
角度をｉ＝５３°以下にすれば良い。 【００１７】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
十分な薄型化が可能であり、しかも良好な投写画像を得
ることができる背面投写型表示装置を提供することがで
きる。
置に関するものであり、特に、斜め投写光学系における
スクリーンの最適な条件に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より、背面投写型表示装置における
フレネルスクリーンの設計については、スクリーン面上
から射出される射出光の主光線の向きを、スクリーン面
に対して全て垂直とするか、或いは観察者位置を集光ポ
イントとして一律に集光させるといった、簡易な手法が
用いられていた。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、背面投
写型表示装置の薄型化を実現するため、画像光をスクリ
ーンの背面に斜め投写する、いわゆる斜め投写光学系を
用いた場合は、スクリーン製作上の制約もあって、単に
集光ポイントを設計目標としただけでは、スクリーン系
として実現不可能な場合も生じていた。 【０００４】本発明は、このような問題点に鑑み、十分
な薄型化が可能であり、しかも良好な投写画像を得るこ
とができる背面投写型表示装置を提供することを目的と
する。具体的には、４０〜６０インチの背面投写型表示
装置の集光ポイントについて最適な設計を行い、特に斜
め投写光学系の設計を行う場合のスクリーン上端への入
射角度を限定するものである。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、画像光をスクリーンに背面投写する構
成において、以下の条件式を満足することを特徴とす
る。 ｉ≒sin-1［ｎsin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／
ｎ｝〕］ 但し、 ｉ：スクリーン上端部への主光線の入射角度 ｎ：スクリーンを形成するフレネルレンズの素材の屈折
率 θ：スクリーンを形成するフレネルレンズのブレーズ限
界角度 α：スクリーン上端部からの主光線の射出角度 である。 【０００６】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の背
面投写型表示装置の一実施形態に係る、集光ポイント設
定方法について模式的に示す図である。同図において、
Ｓは画像光が背面投写されるスクリーン、Ｐはスクリー
ンＳからの射出光Ｌｏが光軸上で集光する集光ポイント
である。そして、スクリーンＳにおける画面垂直方向高
さをｈとおく。 【０００７】一般に、背面投写型表示装置のフレネルレ
ンズ設計では、画面中央部に比べて上下端部が暗くな
る、いわゆるホットバー現象の発生を抑制するため、観
察位置やディスプレイの設置環境に応じて、同図に示す
ように、スクリーンＳの前方Ｘｈ（Ｘは３〜１５）即ち
３ｈ〜１５ｈの位置に集光ポイントＰを設定する。同図
では特に１５ｈのポイントを図示している。 【０００８】ここで、従来の投写光学系では、同図に示
したような設定を行うことは容易であるが、薄型化を目
的とした斜め投写光学系では、後述するフレネルレンズ
のブレーズ角度の制約を受けるので、集光ポイントを任
意のポイントに設定することは困難となる。そこで、フ
レネルレンズの設定を適切に行うためには、予め、斜め
投写光学系によるスクリーン上端部への入射角度を制限
する必要がある。 【０００９】ところで、背面投写型表示装置のスクリー
ンの構成としては、基本的に以下の２つのパターンが考
えられる。一つには、拡散スクリーンの裏面にフレネル
スクリーンが構成されている、単体のスクリーンがあ
る。もう一つには、拡散スクリーンの他に透明フレネル
スクリーンが使用され、それら２枚でスクリーンが構成
されるものがある。本実施形態では、後者の透明フレネ
ルスクリーンを使用する構成としているが、原理的には
前者の拡散スクリーンと一体になったものでも適用でき
る。 【００１０】図２は、スクリーンに対する入射光と射出
光の関係を模式的に示す図である。同図では、スクリー
ンＳ上端部への入射光をＬｉとし、主光線の入射角度を
ｉとおく。また、スクリーンＳ上端部からの射出光をＬ
ｏとし、主光線の射出角度をαとおく。これらの角度
は、いずれも水平線より下側を正としている。さらに、
同図におけるスクリーン上端部のＡ部詳細を図３に示
す。 【００１１】図３では、上記スクリーンＳにおけるフレ
ネルレンズＦの詳細な構成を示している。同図に示すよ
うに、フレネルレンズＦのブレーズ限界角度をθとお
く。また、フレネルレンズＦ内部の透過光Ｌｔがブレー
ズ面ａに入射するときの主光線の入射角度をｊ’とお
き、ブレーズ面ａから射出する主光線（Ｌｏの主光線に
一致）の射出角度をｊとおく。一方、フレネルレンズＦ
の背面ｂに入射する入射光Ｌｉの主光線の入射角度は上
記定義の如くｉであり、背面ｂから射出する透過光Ｌｔ
の主光線の射出角度をｉ’とおく。ここで、フレネルレ
ンズＦの素材の屈折率をｎとし、周囲の空気の屈折率を
ｎｏ＝１とする。 【００１２】このとき、以下の式が成り立つ。まず、ス
ネルの法則より、入射側から見て、 ｎsinｉ’＝sinｉ ｉ’＝sin-1（sinｉ／ｎ） （１） となる。また、射出側から見て、 sinｊ＝ｎsinｊ’ ｊ’＝sin-1（sinｊ／ｎ） （２） となる。 【００１３】ここで図より、 ｉ’＋ｊ’＝θ，ｊ＝θ＋α であるから、式（１），（２）より、 sin-1（sinｉ／ｎ）＋sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ）＝θ sin-1（sinｉ／ｎ）＝θ−sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ｝ （３） となる。 【００１４】最後に、式（３）両辺の正弦を求めて変形
すると、 sin｛sin-1（sinｉ／ｎ）｝＝sin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ｝〕 sinｉ／ｎ＝sin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ｝〕 sinｉ＝ｎsin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ｝〕 ∴ ｉ＝sin-1［ｎsin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／ｎ｝〕］ （４） となる。故に、スクリーン上端部への入射角度を以下の
条件で設計すればよい。 ｉ≒sin-1［ｎsin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／
ｎ｝〕］ 【００１５】ところで、本実施形態は、５０型（１６：
９）スクリ−ンの集光ポイントを１５ｈに設定する場合
を想定しており、図２に示したように、 tanα＝（１／２）ｈ／（Ｘｈ）＝１／（２Ｘ） となり、Ｘ＝１５であるから、 α＝tan-1｛１／（２Ｘ）｝＝tan-1｛１／３０｝≒１．
９° となる。 【００１６】また、フレネルレンズのブレーズ限界角度
θ＝７２°、フレネルレンズの素材の屈折率ｎ＝１．５
とした場合、射出角度α＝１．９°を実現するために
は、式（４）より、スクリーン上端部への主光線の入射
角度をｉ＝５３°以下にすれば良い。 【００１７】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
十分な薄型化が可能であり、しかも良好な投写画像を得
ることができる背面投写型表示装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の背面投写型表示装置の一実施形態に係
る、集光ポイント設定方法について模式的に示す図。 【図２】スクリーンに対する入射光と射出光の関係を模
式的に示す図。 【図３】図２におけるスクリーン上端部のＡ部詳細を示
す図。 【符号の説明】 Ｓ スクリーン Ｐ 集光ポイント Ｆ フレネルレンズ
る、集光ポイント設定方法について模式的に示す図。 【図２】スクリーンに対する入射光と射出光の関係を模
式的に示す図。 【図３】図２におけるスクリーン上端部のＡ部詳細を示
す図。 【符号の説明】 Ｓ スクリーン Ｐ 集光ポイント Ｆ フレネルレンズ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 画像光をスクリーンに背面投写する背面
投写型表示装置において、以下の条件式を満足すること
を特徴とする背面投写型表示装置。 ｉ≒sin-1［ｎsin〔θ−sin-1｛sin（θ＋α）／
ｎ｝〕］ 但し、 ｉ：スクリーン上端部への主光線の入射角度 ｎ：スクリーンを形成するフレネルレンズの素材の屈折
率 θ：スクリーンを形成するフレネルレンズのブレーズ限
界角度 α：スクリーン上端部からの主光線の射出角度 である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002028968A JP2003228131A (ja) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | 背面投写型表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002028968A JP2003228131A (ja) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | 背面投写型表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003228131A true JP2003228131A (ja) | 2003-08-15 |
Family
ID=27749958
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002028968A Pending JP2003228131A (ja) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | 背面投写型表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003228131A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005036260A1 (ja) * | 2003-10-14 | 2007-11-22 | 凸版印刷株式会社 | フレネルレンズ及び透過型スクリーン、並びにこれらを用いた背面投写型ディスプレイ装置 |
-
2002
- 2002-02-06 JP JP2002028968A patent/JP2003228131A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005036260A1 (ja) * | 2003-10-14 | 2007-11-22 | 凸版印刷株式会社 | フレネルレンズ及び透過型スクリーン、並びにこれらを用いた背面投写型ディスプレイ装置 |
| JP4556872B2 (ja) * | 2003-10-14 | 2010-10-06 | 凸版印刷株式会社 | フレネルレンズ及び透過型スクリーンを用いた背面投写型ディスプレイ装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040123 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040224 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040510 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060206 |