JP2004102253A - 投写型画像ディスプレイ装置及びそれに用いるスクリーン - Google Patents
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Abstract
【課題】コントラスト低下が少なく、モアレによる画質劣化が軽減される投写型デイスプレイ装置及びスクリーンを提供する。
【解決手段】スクリーンとして、第１の構成要素の画像観視側面のレンチキュラーレンズの焦点近傍には開口部を設け、該開口部が相互の境界部分には有限幅の光吸層を設け、また、第２の構成要素の画像観視側面には反射防止処理を施し、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素とを結合した構成とする。
【選択図】 図５
【解決手段】スクリーンとして、第１の構成要素の画像観視側面のレンチキュラーレンズの焦点近傍には開口部を設け、該開口部が相互の境界部分には有限幅の光吸層を設け、また、第２の構成要素の画像観視側面には反射防止処理を施し、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素とを結合した構成とする。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投写型テレビジョン装置等の投写型画像ディスプレイ装置及びそれに用いるスクリーンに係り、特に、画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等が用いた装置において、外光の映り込みが小さくコントラスト低下を最小限に押さえかつ、モアレによる画質の低下が軽減された投写型デイスプレイ装置及びそれに用いられるスクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
映像ソースの多様化に伴い、大画面の投写光学装置として軽量、低価格、コンパクトと言う市場性から投写型画像ディスプレイ装置が、市場に広く普及している。こうしたなかで、液晶パネルの精細度と開口率の大幅な向上により、近年投写型画像ディスプレイ装置に使用する映像発生源として液晶パネルを用いたセットが上市され始めている。この投写型画像ディスプレイ装置は、液晶パネルに表示された原画像を投写用レンズ装置によりスクリーン上に拡大してフルカラーの映像を表示する構成となっている。
【０００３】
この投写型画像ディスプレイ装置の光学系は、特開平９−９６７５９号公報の図１９に示されたように液晶パネルを３枚使用する３板方式と、特開平４−６０５３８号公報の図１に示されたように液晶パネルを１枚のみを使用する単板方式がある。まず、単板式（液晶パネル１枚使用）光学系の構成を図１を用いて説明する。図１に示したようにメタルハライドランプ（他にキセノン、ハロゲン、高圧水銀ランプ）等の白色光源２８から発した光束を反射ミラー２９により、集光レンズ２７に効率良く入射させ、コリメータレンズ２６によってほぼ平行な白色光とする。コリメータレンズ２６の前方には３種類のダイクロイックミラー２３、２４、２５が配置されている。各ダイクロイックミラー２３、２４、２５はそれぞれ緑、赤、青の各波長の光を選択的に反射し他を透過させる特性を有している。図中のＲ、Ｇ、Ｂはそれぞれダイクロイックミラーにより分離された赤、緑、青の光を表す。本従来例では、赤色光線を基準に青色光線と緑色光線が斜め方向から液晶パネル２２に入射する構成となっている。
【０００４】
液晶パネル２２には、赤、緑、青の３原色に対応した画素が設けられ、それぞれの画素は、映像信号の輝度信号のレベルに対応した光透過率が得られるように設定されている。このため、映像信号のレベルに合わせて赤、緑、青の光が変調され液晶パネル上に所望の映像を得ることが出来る。この液晶パネル２２上に表示された画像を投写用レンズ装置２１によってスクリーン２０上に拡大投写する。
【０００５】
液晶パネル２２から出射する映像光を効率良く投写レンズ装置２１に取り込むために、液晶パネル２２と投写レンズ装置２１の間に集光作用のある凸レンズを設けた光学系も存在する（図１には図示せず）。
【０００６】
白色光源２８は、自身の発熱により、また液晶パネル（偏光板も含め）は、入射した光の吸収により発熱し、それぞれ破損の原因になる。そこで、温度上昇を軽減する為に、冷却ファン（図示せず）により、強制冷却することで所望の温度範囲で使用することが可能となっている。
【０００７】
図２は、従来の３板式（液晶パネル３枚使用）光学系の実施例を示したものである。図１に示した光学系と同じ構成部品には同一番号が付してある。メタルハライドランプ（他にキセノン、ハロゲン、高圧水銀ランプ）等の白色光源２８から発した光束を反射ミラー２９により、略平行光束として、コリメートされ前方の２種類のダイクロイックミラー３１、３２により色分離され、対応する液晶パネル３３、３４、３５に入射する構成となっている。それぞれの液晶パネルに映出された映像を色合成プリズムにて合成し、投写用レンズ装置２１によりスクリーン２０上に拡大投写する構成となっている。図１の従来例と同様の働きをするために説明は省略する。
【０００８】
また、白色光源２８と液晶パネル（偏光板も含め）の強制冷却についても図１と同様である。また近年光の利用効率を向上するため、光源から発した光を偏光ビームスプリッタによりＰ偏光とＳ偏光を合成する偏光合成機能を有した照明系が主流となっている。
【０００９】
以上説明した光学系を使用した背面投写型画像ディスプレイ装置を図３、図４に示す。１１は光源を含む照明系、１２は投写レンズ、１３は光路折り返しミラー１４はスクリーン、１５は筐体を示す。投写レンズの投写距離（投写レンズからスクリーンまでの間隔）を短くすることで、折り返しミラー１枚でもコンパクトなセットが実現できる。またスクリーンとしては、図１０に示したブラウン管４３を使用した投写型画像ディスプレイ装置で使用しているレンチキュラーレンズシート５２とフレネルレンズシート５１から成る２枚構成のものが一般的である。
【００１０】
詳細を図１２及び図１３に示す。図１２に示したスクリーンと図１３に示したスクリーンの違いはフレネルシート５１の映像光入斜面に画面水平方向を長手方向としたレンチキュラーレンズ５８を設けてあるか否かである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の投写型ブラウン管を使用した背面投写型画像ディスプレイ装置で使用しているレンチキュラーレンズシート５２とフレネルレンズシート５１から成る２枚構成のスクリーンにおいて、レンチキュラーレンズシート５２の映像観視側に設けた光吸収層５７の画面水平方向の幅はレンチキュラーレンズ部の幅に比べて大きく出来ないため、外光の映り込みを一定量より小さくできずコントラスト低下を一定量以上に押さ込めないという解決すべき第１の問題点が存在する。
【００１２】
以下その理由につき説明する。
【００１３】
図１１は従来の投写型ブラウン管を使用した背面投写型画像ディスプレイ装置の一般的であるの投写光学系を水平面上展開した時の概略を示す平面図である。
【００１４】
図１１において７Ｒ、７Ｇ，７Ｂはそれぞれ赤、緑、青投写型ブラウン管、８Ｒ、８Ｇ，８Ｂはそれぞれそれぞれ赤、緑、青投写型ブラウン管７Ｒ、７Ｇ，７Ｂ用の投写レンズ、１０Ｒ、１０Ｇ，１０Ｂはそれぞれ赤、緑、青の投写光束である。背面投写型画像ディスプレイ装置の投写光学系には、本来、投写光束１０Ｒ、１０Ｇ，１０Ｂを折り返す為の反射鏡が存在するが、図３４ではこの反射鏡は省略している。また、１３Ｒ、１３Ｇ，１３Ｂはそれぞれ投写レンズ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの光軸であり、スクリーン４０の中心付近の一点Ｓ０において、光軸集中角θで交わっている。
【００１５】
図１１において、投写光束１０Ｒ、１０Ｇ，１０Ｂは広がりながらスクリーン４０に入射している。これに伴い特定の一色、例えば、赤の投写光束についてみると投写レンズ８Ｒからスクリーン４０上の各画素に至る主光線は相互に平行ではなく、スクリーン４０上の中心画素に至る主光線から遠ざかっている。このとき、スクリーン４０上の各画素については、それぞれの画素の主光線の方向が最も光の強度が強い方向となるため、一定位置にいる観視者にとっては、画像の一部分のみ明るく、その周囲は非常に暗く見えることになる。この現象はカラーシフトと呼ばれている。このカラーシフトを低減するために図１２及び図１３に示した従来技術によるスクリーンにおいてはフレネルレンズシート５１が入斜面全面に広がって入射する映像光束が、赤、緑、青の色ごとにほぼ平行光束となるように、出射面５３のフレネル凸レンズにより変換し、レンチキュラーレンズシート５２に入射させる機能を有している。
【００１６】
図１４及び、図１５はレンチキュラーレンズの画面水平方向断面図である。
【００１７】
これらの図において、５４は映像光入射面に設けたレンチキュラーレンズ面、５６は映像光出射面に設けたレンチキュラーレンズ面である。
【００１８】
特開昭５８−５９４３６号公報により開示された従来技術によれば、入射面のレンチキュラーレンズ５４は楕円柱面の一部であり、その楕円は入射面５４と出射面５６の厚さ方向（図面中ｌ、ｌ’により示す）を長軸方向とし、楕円の２焦点のうち１焦点が基材２０の内部に位置し、他の１焦点が出射面２２付近に位置するように構成されている。また、楕円の離心率ｅは基材の屈折率ｎのほぼ逆数となるように選ばれている。
【００１９】
こうすることで、楕円の長軸に平行に入射面レンチキュラーレンズに入射した光線は、全て出斜面 ５６付近の焦点に収束し、この焦点からスクリーン画面水平方向に拡散される。
【００２０】
一方、出射面に設けたレンチキュラーレンズ５６は出射面の表面において入射面の楕円柱面とほぼ対称な楕円柱面としている。この出射面のレンチキュラーレンズ面は図１４に示す緑の入射光束６０に対し、出射光の指向特性をほぼ光軸（図面中ｌ、ｌ’）と平行にする機能を有している。さらに図１５に示すように赤、青の斜め方向から入射する光束６２に対しても、出射光の指向特性をほぼ光軸（図面中ｌ、ｌ’）と平行にする機能を有している。また、この時出射面近傍では発生するコマ収差のため光束が一点に集光せず、画面水平方向に広がりを持つ。
【００２１】
実際のレンチキュラーレンズシート５２は図１２及び図１３に示したように内部に拡散材５８が存在するため実際には光束はさらに広がる。このため原理的に光吸収層５７の画面水平方向の幅をレンズ面の幅に対して大きくできないので、外光の映り込みによる反射光を小さくできずコントラスト低下を一定量以上に押さ込めない。
【００２２】
また、上述したように赤、青の斜め方向から入射する光束６２は出射面近傍で発生するコマ収差のため光束が一点に集光せず、画面水平方向に広がりを持つためレンチキュラーレンズ面の幅も小さくできない。このため、入射面と出射面の両面にレンチキュラーレンズを設けた従来方式のレンチキュラーレンズシートでは画面水平方向のレンチキュラーレンズピッチを小さく出来ない。（最小で０．５ｍｍ程度）という第２の問題点がある。このため従来の背面投写型画像ディスプレイ装置の総合的なフォーカス性能（水平解像度）は投写型ブラウン管と投写レンズの性能に比べて劣るレンチキュラーレンズのレンズピッチにより支配されていた。
【００２３】
さらに、レンチキュラーレンズのピッチを小さくできないため、画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等が用いた装置に使用すると、スクリーン上に拡大投写された画素とレンチキュラーレンズシートに設けたレンチキュラーレンズとフレネルレンズの３者によって生じる画面全面に生じるモアレにより画質が低下するという第３の問題点がある。
【００２４】
本発明の目的は、上述した従来技術における問題点を解決し、画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等を用い、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する構成としても、外光の映り込みが小さくコントラスト低下を最小限に押さえかつ、モアレによる画質の低下が軽減された投写型デイスプレイ装置及びそれに用いられるスクリーンを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等を用いた投写型デイスプレイ装置の光学系は、図１及び図２に示すように投写レンズ２１が１本の構成である。このため、スクリーンにおいて緑映像光に対して、赤、青の映像光は斜め方向入射しないのでコマ収差が発生しない。
【００２６】
このためレンチキュラーシートの映像光出射面に設けたのレンチキュラーレンズの幅を小さくし、光吸収層の幅を相対的に大きく出来るので外光の映り込みによるコントラスト性能の低下を押さえることが出来る。
【００２７】
また、レンチキュラーレンズシート入射面に設けたレンズ形状を楕円柱面または、高次の非球面柱の一部とし、（以下では楕円柱面について説明）その楕円は入射面と出射面の厚さ方向を長軸方向とし、楕円の２焦点のうち１焦点が基材の内部に位置し、他の１焦点が出射面付近に位置するように構成する。この時、楕円の離心率ｅは基材の屈折率ｎのほぼ逆数となるように選定する。
【００２８】
こうすることで、楕円の長軸に平行に入射面レンチキュラーレンズに入射した光線は、全て出斜面 ５６付近の焦点に収束し、この焦点からスクリーン画面水平方向に拡散される。このため、出射面に設けたレンチキュラーレンズの画面水平方向の幅を小さくできる。この時、レンチキュラーレンズシート入射面に設けたレンズ形状を高次非球面形状として集光の効率を更に高めても良い。
【００２９】
以上述べた理由によりレンチキュラーレンズシート出射面に設けたレンチキュラーレンズの画面水平方向の幅を小さくできるので、レンチキュラーレンズのレンズピッチを小さくできるので、このスクリーンを用いた背面投写型画像ディスプレイ装置の総合的なフォーカス性能（水平解像度）を向上させることが可能となる。
【００３０】
また、本願発明のスクリーンにおいては、レンチキュラーレンズのレンズピッチを小さくできるので、画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等が用いた装置に本願発明のスクリーンを使用しても、スクリーン上に拡大投写された画素とレンチキュラーレンズシートに設けたレンチキュラーレンズとフレネルレンズの３者によって生じる画面全面に生じるモアレは充分目立たなくなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例についてを用いて説明する。図５は本発明の第１の実施例としての透過型スクリーンの要部を示す斜視図である。図５において７７はスクリーン、７６はフレネルレンズシート（第３の構成要素）、７５は前面板により構成されている。このフレネルレンズシート７６と前面板７５それぞれ端部（図示せず）で相互に固定されている。７５、７６の基材はいずれもほぼ透明な熱可塑性樹脂材料からなる。７９はフレネルレンズシートの映像光入射面であり本実施例ではスクリーン画面水平方向を長手方向とするレンチキュラーレンズ８０を画面垂直方向に連続して並べた形状となっている。映像光出射面はフレネル凸レンズ７８になっている。このフレネル凸レンズを得る方法としてコンプレッション成形を行ってもよいが、ＵＶ樹脂を基材の熱可塑成樹脂に積層することで大幅なコスト削減を実現する。また、ＵＶ樹脂によりフレネル凸レンズを形成する場合には、マスターとなる金型は１個でよく、フレネルレンズのピッチを細かくしてもコストアップを招かないので実用上１２０ミクロンから６０ミクロンピッチ程度まで微細加工が可能となっている。７４は第１の構成要素１の入射面に設けたレンチキュラーレンズ面で、スクリーン画面垂直方向を長手方向とするレンチキュラーレンズ７４を画面水平方向に連続して並べた形状となっている。それぞれのレンチキュラーレンズの焦点近傍には映像光束が通過するための光通過窓８１が設けてある。さらに、隣あった光通過窓の間には光吸収層７２を設け外光の影響によるコントラスト性能低下を防止している。
【００３２】
一方、第１の構成要素の光軸方向の厚さｔは、レンズ形状が楕円の場合はレンズピッチの１．５倍程度であり、仮に非球面を使って焦点位置をずらしても５倍程度である。このため、レンズピッチを細かくした場合には、厚さも薄くなり強度が低下する。そこで本願発明においては、第２の構成要素（コスト面から熱可塑成樹脂を用いるのが一般的である。）に前記第１の構成要素を接着または、粘着することで実用上問題にならない強度を得る。例えば、対角５０インチのスクリーンの場合には厚さが１ｍｍ以上であれば実用上問題が無い強度が得られる。）またこの時、第１の構成要素と第２の構成要素の間に空気界面が無くなり不要な反射光によるコントラスト低下を軽減できる。さらに、第２の構成要素の観視側面には反射防止膜を設けて外光の反射による画質低下を軽減する。この反射防止膜として日本油脂（株）製の特殊低反射フィルム（商品名：リアルック）等を第２の構成要素の観視側面に接着又は粘着させると可視光の波長領域での反射率が１％以下と成り外光の映り込みによる画質の低下を大幅に軽減できる。
【００３３】
以上、本発明のスクリーンの一実施例について説明したが、フレネルレンズシートの映像光入射面が平面または、マット面等であってもその他のスクリーン構成が同一であれば本発明に抵触することは言うまでも無い。
【００３４】
図６及び図７は本発明の図５に示した構成のスクリーンの画面水平方向断面図で、同一の構成部品には同じ番号を付してある。図６においてフレネルレンズシートの映像源側（入射）面７９から入射した映像光８１はフレネル凸レンズ７８のレンズ作用によって略平行光となってレンチキュラーレンズシート７５の入射面に設けたレンチキュラーレンズ７４に入射する。そして、レンチキュラーレンズのレンズ作用によって、光吸収層に入らずに光通過窓８１を通過する。第１の構成要素７３と第２の構成要素の間には拡散材８２を含んだ拡散層を設けそれぞれを接着または粘着して固定する構造とする。この拡散層は、画面の垂直方向及び水平方向への映像光の拡散の一部を分担している。この拡散層で拡散した映像光は第２の構成要素中を観視側に向かって進み、反射防止膜を通過して観視側に出射する。
【００３５】
図７の他の実施例は、図６のように拡散層を設けず、第２の構成要素中に拡散材を混入した構成としているほかは、図６の実施例と同じである。
【００３６】
以上述べた構成のスクリ―ンとすることで外光の映り込みによる画質低下を大幅に低減できる。また、レンチキュラーレンズのピッチを細かくしてもスクリーン強度を充分に維持できるのでファインピッチ化が可能となり、水平解像度の低下を招くことが少なくなる。
【００３７】
次にモアレの解決手段について説明する。
【００３８】
投射型画像ディスプレイ装置の光学系においてマトリックス構造を持つ光学素子を画像発生源とした場合に生じるモアレ軽減技術について以下述べる。説明の都合上液晶ライトバルブを挙げて説明するが、他の素子（例えばＤｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などについても同様の効果があることは言うまでもない。
【００３９】
図８は、液晶パネル３枚を用いた３板式の光学系を用いてスクリーン上に画像を拡大投写した場合の拡大された画素とレンチキュラーレンズスクリーンの関係を示した平面図である。説明の都合上フレネルレンズについては省略している。
【００４０】
また、実際には３枚の液晶パネル上の画素が画面全体で全て重なることは考えられ無いがここでは、説明の都合上一致するものとした。
【００４１】
７２はレンチキュラーレンズシートの第１の構成要素に設けた光吸収層、８３は液晶パネルの遮光領域、８４は液晶パネルの画素（有効部）である。フレネルレンズについては、図面を簡略化するために省略してある。
【００４２】
スクリーンの開発は歴史が長く、フレネルレンズとレンチキュラーレンズにより発生するモアレの低減については国内ですでに特許化されたものがあり、その特許を回避できる条件を見出す必要がある。まず第１として特公平３−７２９７２号公報がある。この特許では、フレネルレンズのピッチＬｐとレンチキュラーレンズのピッチＦｐの比率を Ｌｐ／Ｆｐ＝Ｎ＋α 但しＮは１〜１２の自然数
α＝０．３５〜０．４３
としている。また第２の特許として特公平５−６３７８１号公報には、
Ｌｐ／Ｆｐ＝５．５２５〜５．６８２ または ６．４７２〜６．６４５
としている。さらに第３の特許として、特公平７−１１７８１８号公報には、
Ｉｐ／ Ｌｐ＝Ｎ＋０．５ 但しＮは自然数
としている。
【００４３】
ここで、液晶画素の縦サイズをＨ、横サイズをＷとし液晶画素有効部の縦サイズをＨＡ、横サイズをＷＡとし、水平方向の画素ピッチをＩｐｈ、垂直平方向の画素ピッチをＩｐｖ、レンチキュラーレンズシートの第１の構成要素に設けた光吸収層のピッチをＬｐ、フレネルレンズ（図示せず）のピッチをＦｐとする。また、ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１、ＬｐとＩｐによるモアレピッチをＭｐ２（水平方向Ｍｐ２ｈ、垂直方向Ｍｐ２ｖ）、Ｍｐ１とＩｐによるモアレのピッチをＭｐ３（水平方向Ｍｐ３ｈ、垂直方向Ｍｐ３ｖ）としてモアレの発生が少ない範囲をまず計算により求め、実機においては、現時点で入手可能なファインピッチのフレネルレンズシートとファインピッチのレンチキュラーシートを基にして投写サイズ（画素の投写倍率）をパラメータにして最適条件を求め実際に試作して確認した。
【００４４】
モアレの周波数Ｆｍ（ｋ、ｌ）（ｃｙｃｌｅ ／ ｍｍ）の計算は下記の近似式により行った。
【００４５】
Ｆｍ（ｋ、ｌ）＝ ｋ／Ｆｐ−ｌ／Ｌｐ 但しｋはフレネル高調波次数
この時、Ｆｍが正極性の場合は楕円のモアレが発生
負極性の場合は双曲のモアレが発生する。
【００４６】
確認実験を行った光学系は以下の通り、
水平方向に生じるモアレの計算評価を４０．３インチ投写時について行った。
【００４７】
ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１ｈをＦｐをパラメータとして変化させ １．５５〜１．６５まで０．０２５刻みで評価した。その結果、 Ｍｐ１ｈとＩｐｈによるモアレのピッチＭｐ３ｈは４０．３インチ投写時には、約１．０２ｍｍとなり、スクリーン上の水平方向の画素ピッチをＩｐｈとほぼ等しい値となった。この組み合わせを実機にて確認したところ実用上問題（画質が大幅に低下する。）となるモアレがほとんど発生していなかった。この時、 ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１ｈは１．５７５〜１．６２５までの範囲であれば良好な性能が得られることを実機にて確認した。この時のフレネルピッチは、０．０９８４ｍｍ、０．０９６９ｍｍ、０．０９５４ｍｍである。また、垂直平方向の画素ピッチをＩｐｖ、の比率（Ｉｐｖ／Ｆｐ）が４倍近くあるためとレンチキュラーレンズシートの拡散層の光拡散効果によってほとんど識別できなかった。
【００４８】
同様に、水平方向に生じるモアレの計算評価を５２．５インチ投写時について行った。ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１ｈをＦｐをパラメータとして変化させ １．５５、１．５５８、１．６００、１．６４９と変化させ評価した。その結果、 Ｍｐ１ｈとＩｐｈによるモアレのピッチＭｐ３ｈは５２．５インチ投写時には、約１．３３４ｍｍとなり、スクリーン上の水平方向の画素ピッチをＩｐｈと一致した。この組み合わせを実機にて確認したところ実用上問題（画質が大幅に低下する）となるようなモアレがほとんど発生しなかった。この時、 ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１ｈは１．５５８〜１．６４９までの範囲であればほぼ良好な性能が得られることを実機にて確認した。この時のフレネルピッチは、０．０９９５ｍｍ、０．０９６９ｍｍ、０．０９４０ｍｍである。また垂直平方向の画素ピッチをＩｐｖ、の比率（Ｉｐｖ／Ｆｐ）が４倍近くあるためとレンチキュラーレンズシートの拡散層の光拡散効果によってほとんど識別できなかった。
【００４９】
以上述べたように、画素がマトリックス状に配列された素子に映し出された源画像を投写レンズによりスクリーン上に拡大投写しても、拡大された画素のピッチＩｐ（水平、垂直両方向を考慮）とレンチキュラーレンズのピッチＬｐとフレネルレンズのピッチＦｐにより生じるモアレを低減するには、レンチキュラーレンズシートの第１の構成要素に設けた光吸収層のピッチＬｐと、フレネルレンズ（図示せず）のピッチＦｐの比率（Ｌｐ／Ｆｐ）を１．６近傍とし、かつ、ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１を拡大された画素のピッチＩｐの水平成分Ｉｐｈとほぼ等しくし、さらに拡大された画素のピッチＩｐの垂直成分ＩｐｖとフレネルレンズのピッチＦｐの比率（Ｉｐｖ／Ｆｐ）が２倍以上あれば、スクリーン上の投写画面全体について、画質を大幅に低下させるモアレは発生しない。
【００５０】
次に、フレネルレンズのピッチを６０μｍとして同様の評価を行ったところ更に次数の高いモアレまで識別できなくなりより優れた性能が得られることを実機において確認した。
【００５１】
以上、液晶パネル３枚を用いた３板式の光学系を用いてスクリーン上に画像を拡大投写した場合について述べたが、図９に示したような、液晶パネルを１枚のみ使用した単板方式においては、画素１トリオピッチ（３つの画素を１ペアと考える）が前述の３板式の画素ピッチと同じとして取り扱えることを実機において確認した。
【００５２】
以上述べた構成のスクリーンを用いれば、画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等を用い、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する構成の投写型デイスプレイ装置としても、外光の映り込みが小さくコントラスト低下を最小限に押さえかつ、解像度低下が少なくモアレによる画質の低下が軽減された良好な性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単板式の液晶パネルを用いた投写光学系の配置を示す断面図である。
【図２】３板式の液晶パネルを用いた投写光学系の配置を示す断面図投写レンズ装置の配置を示す断面図である。
【図３】投写光学系を搭載した背面投写型画像ディスプレイ装置の主要部を示す垂直方向断面図である。
【図４】投写光学系を搭載した背面投写型画像ディスプレイ装置の主要部を示す垂直方向断面図である。
【図５】本発明のスクリーンの配置を示す断面図である。
【図６】本発明のスクリーンの作用を説明するための断面図である。
【図７】本発明のスクリーンの作用を説明するための断面図である。
【図８】本発明のスクリーンの作用を説明するための平面図である。
【図９】本発明のスクリーンの作用を説明するための平面図である。
【図１０】投写型ブラウン管を用いた背面投写型画像ディスプレイ装置の主要部を示す垂直方向断面図である。
【図１１】投写型ブラウン管を用いた背面投写型画像ディスプレイ装置の投写光学系を水平面上に展開した時の概略を示す平面図である。
【図１２】従来技術によるスクリーンの一例の要部を示す斜視図である。
【図１３】従来技術によるスクリーンの他の例の要部を示す斜視図である。
【図１４】従来技術によるスクリーンに用いる水平レンチキュラーレンズシートの要部断面図と光線追跡結果を示す図である。
【図１５】従来技術によるスクリーンに用いる水平レンチキュラーレンズシートの要部断面図と光線追跡結果を示す図である。
【符号の説明】
１１…光学ユニット、１２…投写用レンズ、１３…折り返しミラー、１４…スクリーン、１５…キャビネット、２０…スクリーン、２１…投写用レンズ、２２３３、３４、３５…液晶パネル、２３、２４、２５、３１、３２…ダイクロイックミラー、２６…コンデンサーレンズ、２７…集光レンズ、２８…白色光源、２９…反射ミラー、３０…反射ミラー、４０…スクリーン、５１…フレネルレンズシート、５２…レンチキュラーレンズシート、５３…フレネルレンズ、５４…レンチキュラーレンズ（入射面）、５５…突起部、５６…レンチキュラーレンズ（出射面）、５７…光吸収層、５８…拡散材、６０…緑映像光束、６２…赤または青映像光束、４３…投写型ブラウン管、４２…ブラケット、４１…投写用レンズ、４５…折り返しミラー、４０…スクリーン、４６…キャビネット、７Ｂ，７Ｇ，７Ｒ…投写型ブラウン管、８Ｂ，８Ｇ，８Ｒ…投写用レンズ、１０Ｂ、１０Ｇ，１０Ｒ…投射光束、１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒ…光軸、θ…集中角、７７…スクリーン、７６…フレネルレンズシート、７５…前面板、７８…フレネルレンズ、７４…レンチキュラーレンズ（入射面）、５５…突起部、５６…レンチキュラーレンズ（出射面）、７０…反射防止膜７１…第２の構成要素、７２…光吸収層、７３…第１の構成要素、８１…光通過窓、７９…入射面、８０…垂直レンチキュラーレンズ、８２…拡散材、８３…遮光領域、８４、８５、８６、８７…画素。
【発明の属する技術分野】
本発明は、投写型テレビジョン装置等の投写型画像ディスプレイ装置及びそれに用いるスクリーンに係り、特に、画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等が用いた装置において、外光の映り込みが小さくコントラスト低下を最小限に押さえかつ、モアレによる画質の低下が軽減された投写型デイスプレイ装置及びそれに用いられるスクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
映像ソースの多様化に伴い、大画面の投写光学装置として軽量、低価格、コンパクトと言う市場性から投写型画像ディスプレイ装置が、市場に広く普及している。こうしたなかで、液晶パネルの精細度と開口率の大幅な向上により、近年投写型画像ディスプレイ装置に使用する映像発生源として液晶パネルを用いたセットが上市され始めている。この投写型画像ディスプレイ装置は、液晶パネルに表示された原画像を投写用レンズ装置によりスクリーン上に拡大してフルカラーの映像を表示する構成となっている。
【０００３】
この投写型画像ディスプレイ装置の光学系は、特開平９−９６７５９号公報の図１９に示されたように液晶パネルを３枚使用する３板方式と、特開平４−６０５３８号公報の図１に示されたように液晶パネルを１枚のみを使用する単板方式がある。まず、単板式（液晶パネル１枚使用）光学系の構成を図１を用いて説明する。図１に示したようにメタルハライドランプ（他にキセノン、ハロゲン、高圧水銀ランプ）等の白色光源２８から発した光束を反射ミラー２９により、集光レンズ２７に効率良く入射させ、コリメータレンズ２６によってほぼ平行な白色光とする。コリメータレンズ２６の前方には３種類のダイクロイックミラー２３、２４、２５が配置されている。各ダイクロイックミラー２３、２４、２５はそれぞれ緑、赤、青の各波長の光を選択的に反射し他を透過させる特性を有している。図中のＲ、Ｇ、Ｂはそれぞれダイクロイックミラーにより分離された赤、緑、青の光を表す。本従来例では、赤色光線を基準に青色光線と緑色光線が斜め方向から液晶パネル２２に入射する構成となっている。
【０００４】
液晶パネル２２には、赤、緑、青の３原色に対応した画素が設けられ、それぞれの画素は、映像信号の輝度信号のレベルに対応した光透過率が得られるように設定されている。このため、映像信号のレベルに合わせて赤、緑、青の光が変調され液晶パネル上に所望の映像を得ることが出来る。この液晶パネル２２上に表示された画像を投写用レンズ装置２１によってスクリーン２０上に拡大投写する。
【０００５】
液晶パネル２２から出射する映像光を効率良く投写レンズ装置２１に取り込むために、液晶パネル２２と投写レンズ装置２１の間に集光作用のある凸レンズを設けた光学系も存在する（図１には図示せず）。
【０００６】
白色光源２８は、自身の発熱により、また液晶パネル（偏光板も含め）は、入射した光の吸収により発熱し、それぞれ破損の原因になる。そこで、温度上昇を軽減する為に、冷却ファン（図示せず）により、強制冷却することで所望の温度範囲で使用することが可能となっている。
【０００７】
図２は、従来の３板式（液晶パネル３枚使用）光学系の実施例を示したものである。図１に示した光学系と同じ構成部品には同一番号が付してある。メタルハライドランプ（他にキセノン、ハロゲン、高圧水銀ランプ）等の白色光源２８から発した光束を反射ミラー２９により、略平行光束として、コリメートされ前方の２種類のダイクロイックミラー３１、３２により色分離され、対応する液晶パネル３３、３４、３５に入射する構成となっている。それぞれの液晶パネルに映出された映像を色合成プリズムにて合成し、投写用レンズ装置２１によりスクリーン２０上に拡大投写する構成となっている。図１の従来例と同様の働きをするために説明は省略する。
【０００８】
また、白色光源２８と液晶パネル（偏光板も含め）の強制冷却についても図１と同様である。また近年光の利用効率を向上するため、光源から発した光を偏光ビームスプリッタによりＰ偏光とＳ偏光を合成する偏光合成機能を有した照明系が主流となっている。
【０００９】
以上説明した光学系を使用した背面投写型画像ディスプレイ装置を図３、図４に示す。１１は光源を含む照明系、１２は投写レンズ、１３は光路折り返しミラー１４はスクリーン、１５は筐体を示す。投写レンズの投写距離（投写レンズからスクリーンまでの間隔）を短くすることで、折り返しミラー１枚でもコンパクトなセットが実現できる。またスクリーンとしては、図１０に示したブラウン管４３を使用した投写型画像ディスプレイ装置で使用しているレンチキュラーレンズシート５２とフレネルレンズシート５１から成る２枚構成のものが一般的である。
【００１０】
詳細を図１２及び図１３に示す。図１２に示したスクリーンと図１３に示したスクリーンの違いはフレネルシート５１の映像光入斜面に画面水平方向を長手方向としたレンチキュラーレンズ５８を設けてあるか否かである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の投写型ブラウン管を使用した背面投写型画像ディスプレイ装置で使用しているレンチキュラーレンズシート５２とフレネルレンズシート５１から成る２枚構成のスクリーンにおいて、レンチキュラーレンズシート５２の映像観視側に設けた光吸収層５７の画面水平方向の幅はレンチキュラーレンズ部の幅に比べて大きく出来ないため、外光の映り込みを一定量より小さくできずコントラスト低下を一定量以上に押さ込めないという解決すべき第１の問題点が存在する。
【００１２】
以下その理由につき説明する。
【００１３】
図１１は従来の投写型ブラウン管を使用した背面投写型画像ディスプレイ装置の一般的であるの投写光学系を水平面上展開した時の概略を示す平面図である。
【００１４】
図１１において７Ｒ、７Ｇ，７Ｂはそれぞれ赤、緑、青投写型ブラウン管、８Ｒ、８Ｇ，８Ｂはそれぞれそれぞれ赤、緑、青投写型ブラウン管７Ｒ、７Ｇ，７Ｂ用の投写レンズ、１０Ｒ、１０Ｇ，１０Ｂはそれぞれ赤、緑、青の投写光束である。背面投写型画像ディスプレイ装置の投写光学系には、本来、投写光束１０Ｒ、１０Ｇ，１０Ｂを折り返す為の反射鏡が存在するが、図３４ではこの反射鏡は省略している。また、１３Ｒ、１３Ｇ，１３Ｂはそれぞれ投写レンズ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂの光軸であり、スクリーン４０の中心付近の一点Ｓ０において、光軸集中角θで交わっている。
【００１５】
図１１において、投写光束１０Ｒ、１０Ｇ，１０Ｂは広がりながらスクリーン４０に入射している。これに伴い特定の一色、例えば、赤の投写光束についてみると投写レンズ８Ｒからスクリーン４０上の各画素に至る主光線は相互に平行ではなく、スクリーン４０上の中心画素に至る主光線から遠ざかっている。このとき、スクリーン４０上の各画素については、それぞれの画素の主光線の方向が最も光の強度が強い方向となるため、一定位置にいる観視者にとっては、画像の一部分のみ明るく、その周囲は非常に暗く見えることになる。この現象はカラーシフトと呼ばれている。このカラーシフトを低減するために図１２及び図１３に示した従来技術によるスクリーンにおいてはフレネルレンズシート５１が入斜面全面に広がって入射する映像光束が、赤、緑、青の色ごとにほぼ平行光束となるように、出射面５３のフレネル凸レンズにより変換し、レンチキュラーレンズシート５２に入射させる機能を有している。
【００１６】
図１４及び、図１５はレンチキュラーレンズの画面水平方向断面図である。
【００１７】
これらの図において、５４は映像光入射面に設けたレンチキュラーレンズ面、５６は映像光出射面に設けたレンチキュラーレンズ面である。
【００１８】
特開昭５８−５９４３６号公報により開示された従来技術によれば、入射面のレンチキュラーレンズ５４は楕円柱面の一部であり、その楕円は入射面５４と出射面５６の厚さ方向（図面中ｌ、ｌ’により示す）を長軸方向とし、楕円の２焦点のうち１焦点が基材２０の内部に位置し、他の１焦点が出射面２２付近に位置するように構成されている。また、楕円の離心率ｅは基材の屈折率ｎのほぼ逆数となるように選ばれている。
【００１９】
こうすることで、楕円の長軸に平行に入射面レンチキュラーレンズに入射した光線は、全て出斜面 ５６付近の焦点に収束し、この焦点からスクリーン画面水平方向に拡散される。
【００２０】
一方、出射面に設けたレンチキュラーレンズ５６は出射面の表面において入射面の楕円柱面とほぼ対称な楕円柱面としている。この出射面のレンチキュラーレンズ面は図１４に示す緑の入射光束６０に対し、出射光の指向特性をほぼ光軸（図面中ｌ、ｌ’）と平行にする機能を有している。さらに図１５に示すように赤、青の斜め方向から入射する光束６２に対しても、出射光の指向特性をほぼ光軸（図面中ｌ、ｌ’）と平行にする機能を有している。また、この時出射面近傍では発生するコマ収差のため光束が一点に集光せず、画面水平方向に広がりを持つ。
【００２１】
実際のレンチキュラーレンズシート５２は図１２及び図１３に示したように内部に拡散材５８が存在するため実際には光束はさらに広がる。このため原理的に光吸収層５７の画面水平方向の幅をレンズ面の幅に対して大きくできないので、外光の映り込みによる反射光を小さくできずコントラスト低下を一定量以上に押さ込めない。
【００２２】
また、上述したように赤、青の斜め方向から入射する光束６２は出射面近傍で発生するコマ収差のため光束が一点に集光せず、画面水平方向に広がりを持つためレンチキュラーレンズ面の幅も小さくできない。このため、入射面と出射面の両面にレンチキュラーレンズを設けた従来方式のレンチキュラーレンズシートでは画面水平方向のレンチキュラーレンズピッチを小さく出来ない。（最小で０．５ｍｍ程度）という第２の問題点がある。このため従来の背面投写型画像ディスプレイ装置の総合的なフォーカス性能（水平解像度）は投写型ブラウン管と投写レンズの性能に比べて劣るレンチキュラーレンズのレンズピッチにより支配されていた。
【００２３】
さらに、レンチキュラーレンズのピッチを小さくできないため、画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等が用いた装置に使用すると、スクリーン上に拡大投写された画素とレンチキュラーレンズシートに設けたレンチキュラーレンズとフレネルレンズの３者によって生じる画面全面に生じるモアレにより画質が低下するという第３の問題点がある。
【００２４】
本発明の目的は、上述した従来技術における問題点を解決し、画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等を用い、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する構成としても、外光の映り込みが小さくコントラスト低下を最小限に押さえかつ、モアレによる画質の低下が軽減された投写型デイスプレイ装置及びそれに用いられるスクリーンを提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等を用いた投写型デイスプレイ装置の光学系は、図１及び図２に示すように投写レンズ２１が１本の構成である。このため、スクリーンにおいて緑映像光に対して、赤、青の映像光は斜め方向入射しないのでコマ収差が発生しない。
【００２６】
このためレンチキュラーシートの映像光出射面に設けたのレンチキュラーレンズの幅を小さくし、光吸収層の幅を相対的に大きく出来るので外光の映り込みによるコントラスト性能の低下を押さえることが出来る。
【００２７】
また、レンチキュラーレンズシート入射面に設けたレンズ形状を楕円柱面または、高次の非球面柱の一部とし、（以下では楕円柱面について説明）その楕円は入射面と出射面の厚さ方向を長軸方向とし、楕円の２焦点のうち１焦点が基材の内部に位置し、他の１焦点が出射面付近に位置するように構成する。この時、楕円の離心率ｅは基材の屈折率ｎのほぼ逆数となるように選定する。
【００２８】
こうすることで、楕円の長軸に平行に入射面レンチキュラーレンズに入射した光線は、全て出斜面 ５６付近の焦点に収束し、この焦点からスクリーン画面水平方向に拡散される。このため、出射面に設けたレンチキュラーレンズの画面水平方向の幅を小さくできる。この時、レンチキュラーレンズシート入射面に設けたレンズ形状を高次非球面形状として集光の効率を更に高めても良い。
【００２９】
以上述べた理由によりレンチキュラーレンズシート出射面に設けたレンチキュラーレンズの画面水平方向の幅を小さくできるので、レンチキュラーレンズのレンズピッチを小さくできるので、このスクリーンを用いた背面投写型画像ディスプレイ装置の総合的なフォーカス性能（水平解像度）を向上させることが可能となる。
【００３０】
また、本願発明のスクリーンにおいては、レンチキュラーレンズのレンズピッチを小さくできるので、画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等が用いた装置に本願発明のスクリーンを使用しても、スクリーン上に拡大投写された画素とレンチキュラーレンズシートに設けたレンチキュラーレンズとフレネルレンズの３者によって生じる画面全面に生じるモアレは充分目立たなくなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例についてを用いて説明する。図５は本発明の第１の実施例としての透過型スクリーンの要部を示す斜視図である。図５において７７はスクリーン、７６はフレネルレンズシート（第３の構成要素）、７５は前面板により構成されている。このフレネルレンズシート７６と前面板７５それぞれ端部（図示せず）で相互に固定されている。７５、７６の基材はいずれもほぼ透明な熱可塑性樹脂材料からなる。７９はフレネルレンズシートの映像光入射面であり本実施例ではスクリーン画面水平方向を長手方向とするレンチキュラーレンズ８０を画面垂直方向に連続して並べた形状となっている。映像光出射面はフレネル凸レンズ７８になっている。このフレネル凸レンズを得る方法としてコンプレッション成形を行ってもよいが、ＵＶ樹脂を基材の熱可塑成樹脂に積層することで大幅なコスト削減を実現する。また、ＵＶ樹脂によりフレネル凸レンズを形成する場合には、マスターとなる金型は１個でよく、フレネルレンズのピッチを細かくしてもコストアップを招かないので実用上１２０ミクロンから６０ミクロンピッチ程度まで微細加工が可能となっている。７４は第１の構成要素１の入射面に設けたレンチキュラーレンズ面で、スクリーン画面垂直方向を長手方向とするレンチキュラーレンズ７４を画面水平方向に連続して並べた形状となっている。それぞれのレンチキュラーレンズの焦点近傍には映像光束が通過するための光通過窓８１が設けてある。さらに、隣あった光通過窓の間には光吸収層７２を設け外光の影響によるコントラスト性能低下を防止している。
【００３２】
一方、第１の構成要素の光軸方向の厚さｔは、レンズ形状が楕円の場合はレンズピッチの１．５倍程度であり、仮に非球面を使って焦点位置をずらしても５倍程度である。このため、レンズピッチを細かくした場合には、厚さも薄くなり強度が低下する。そこで本願発明においては、第２の構成要素（コスト面から熱可塑成樹脂を用いるのが一般的である。）に前記第１の構成要素を接着または、粘着することで実用上問題にならない強度を得る。例えば、対角５０インチのスクリーンの場合には厚さが１ｍｍ以上であれば実用上問題が無い強度が得られる。）またこの時、第１の構成要素と第２の構成要素の間に空気界面が無くなり不要な反射光によるコントラスト低下を軽減できる。さらに、第２の構成要素の観視側面には反射防止膜を設けて外光の反射による画質低下を軽減する。この反射防止膜として日本油脂（株）製の特殊低反射フィルム（商品名：リアルック）等を第２の構成要素の観視側面に接着又は粘着させると可視光の波長領域での反射率が１％以下と成り外光の映り込みによる画質の低下を大幅に軽減できる。
【００３３】
以上、本発明のスクリーンの一実施例について説明したが、フレネルレンズシートの映像光入射面が平面または、マット面等であってもその他のスクリーン構成が同一であれば本発明に抵触することは言うまでも無い。
【００３４】
図６及び図７は本発明の図５に示した構成のスクリーンの画面水平方向断面図で、同一の構成部品には同じ番号を付してある。図６においてフレネルレンズシートの映像源側（入射）面７９から入射した映像光８１はフレネル凸レンズ７８のレンズ作用によって略平行光となってレンチキュラーレンズシート７５の入射面に設けたレンチキュラーレンズ７４に入射する。そして、レンチキュラーレンズのレンズ作用によって、光吸収層に入らずに光通過窓８１を通過する。第１の構成要素７３と第２の構成要素の間には拡散材８２を含んだ拡散層を設けそれぞれを接着または粘着して固定する構造とする。この拡散層は、画面の垂直方向及び水平方向への映像光の拡散の一部を分担している。この拡散層で拡散した映像光は第２の構成要素中を観視側に向かって進み、反射防止膜を通過して観視側に出射する。
【００３５】
図７の他の実施例は、図６のように拡散層を設けず、第２の構成要素中に拡散材を混入した構成としているほかは、図６の実施例と同じである。
【００３６】
以上述べた構成のスクリ―ンとすることで外光の映り込みによる画質低下を大幅に低減できる。また、レンチキュラーレンズのピッチを細かくしてもスクリーン強度を充分に維持できるのでファインピッチ化が可能となり、水平解像度の低下を招くことが少なくなる。
【００３７】
次にモアレの解決手段について説明する。
【００３８】
投射型画像ディスプレイ装置の光学系においてマトリックス構造を持つ光学素子を画像発生源とした場合に生じるモアレ軽減技術について以下述べる。説明の都合上液晶ライトバルブを挙げて説明するが、他の素子（例えばＤｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などについても同様の効果があることは言うまでもない。
【００３９】
図８は、液晶パネル３枚を用いた３板式の光学系を用いてスクリーン上に画像を拡大投写した場合の拡大された画素とレンチキュラーレンズスクリーンの関係を示した平面図である。説明の都合上フレネルレンズについては省略している。
【００４０】
また、実際には３枚の液晶パネル上の画素が画面全体で全て重なることは考えられ無いがここでは、説明の都合上一致するものとした。
【００４１】
７２はレンチキュラーレンズシートの第１の構成要素に設けた光吸収層、８３は液晶パネルの遮光領域、８４は液晶パネルの画素（有効部）である。フレネルレンズについては、図面を簡略化するために省略してある。
【００４２】
スクリーンの開発は歴史が長く、フレネルレンズとレンチキュラーレンズにより発生するモアレの低減については国内ですでに特許化されたものがあり、その特許を回避できる条件を見出す必要がある。まず第１として特公平３−７２９７２号公報がある。この特許では、フレネルレンズのピッチＬｐとレンチキュラーレンズのピッチＦｐの比率を Ｌｐ／Ｆｐ＝Ｎ＋α 但しＮは１〜１２の自然数
α＝０．３５〜０．４３
としている。また第２の特許として特公平５−６３７８１号公報には、
Ｌｐ／Ｆｐ＝５．５２５〜５．６８２ または ６．４７２〜６．６４５
としている。さらに第３の特許として、特公平７−１１７８１８号公報には、
Ｉｐ／ Ｌｐ＝Ｎ＋０．５ 但しＮは自然数
としている。
【００４３】
ここで、液晶画素の縦サイズをＨ、横サイズをＷとし液晶画素有効部の縦サイズをＨＡ、横サイズをＷＡとし、水平方向の画素ピッチをＩｐｈ、垂直平方向の画素ピッチをＩｐｖ、レンチキュラーレンズシートの第１の構成要素に設けた光吸収層のピッチをＬｐ、フレネルレンズ（図示せず）のピッチをＦｐとする。また、ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１、ＬｐとＩｐによるモアレピッチをＭｐ２（水平方向Ｍｐ２ｈ、垂直方向Ｍｐ２ｖ）、Ｍｐ１とＩｐによるモアレのピッチをＭｐ３（水平方向Ｍｐ３ｈ、垂直方向Ｍｐ３ｖ）としてモアレの発生が少ない範囲をまず計算により求め、実機においては、現時点で入手可能なファインピッチのフレネルレンズシートとファインピッチのレンチキュラーシートを基にして投写サイズ（画素の投写倍率）をパラメータにして最適条件を求め実際に試作して確認した。
【００４４】
モアレの周波数Ｆｍ（ｋ、ｌ）（ｃｙｃｌｅ ／ ｍｍ）の計算は下記の近似式により行った。
【００４５】
Ｆｍ（ｋ、ｌ）＝ ｋ／Ｆｐ−ｌ／Ｌｐ 但しｋはフレネル高調波次数
この時、Ｆｍが正極性の場合は楕円のモアレが発生
負極性の場合は双曲のモアレが発生する。
【００４６】
確認実験を行った光学系は以下の通り、
【００４７】
ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１ｈをＦｐをパラメータとして変化させ １．５５〜１．６５まで０．０２５刻みで評価した。その結果、 Ｍｐ１ｈとＩｐｈによるモアレのピッチＭｐ３ｈは４０．３インチ投写時には、約１．０２ｍｍとなり、スクリーン上の水平方向の画素ピッチをＩｐｈとほぼ等しい値となった。この組み合わせを実機にて確認したところ実用上問題（画質が大幅に低下する。）となるモアレがほとんど発生していなかった。この時、 ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１ｈは１．５７５〜１．６２５までの範囲であれば良好な性能が得られることを実機にて確認した。この時のフレネルピッチは、０．０９８４ｍｍ、０．０９６９ｍｍ、０．０９５４ｍｍである。また、垂直平方向の画素ピッチをＩｐｖ、の比率（Ｉｐｖ／Ｆｐ）が４倍近くあるためとレンチキュラーレンズシートの拡散層の光拡散効果によってほとんど識別できなかった。
【００４８】
同様に、水平方向に生じるモアレの計算評価を５２．５インチ投写時について行った。ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１ｈをＦｐをパラメータとして変化させ １．５５、１．５５８、１．６００、１．６４９と変化させ評価した。その結果、 Ｍｐ１ｈとＩｐｈによるモアレのピッチＭｐ３ｈは５２．５インチ投写時には、約１．３３４ｍｍとなり、スクリーン上の水平方向の画素ピッチをＩｐｈと一致した。この組み合わせを実機にて確認したところ実用上問題（画質が大幅に低下する）となるようなモアレがほとんど発生しなかった。この時、 ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１ｈは１．５５８〜１．６４９までの範囲であればほぼ良好な性能が得られることを実機にて確認した。この時のフレネルピッチは、０．０９９５ｍｍ、０．０９６９ｍｍ、０．０９４０ｍｍである。また垂直平方向の画素ピッチをＩｐｖ、の比率（Ｉｐｖ／Ｆｐ）が４倍近くあるためとレンチキュラーレンズシートの拡散層の光拡散効果によってほとんど識別できなかった。
【００４９】
以上述べたように、画素がマトリックス状に配列された素子に映し出された源画像を投写レンズによりスクリーン上に拡大投写しても、拡大された画素のピッチＩｐ（水平、垂直両方向を考慮）とレンチキュラーレンズのピッチＬｐとフレネルレンズのピッチＦｐにより生じるモアレを低減するには、レンチキュラーレンズシートの第１の構成要素に設けた光吸収層のピッチＬｐと、フレネルレンズ（図示せず）のピッチＦｐの比率（Ｌｐ／Ｆｐ）を１．６近傍とし、かつ、ＬｐとＦｐにより生じるモアレピッチをＭｐ１を拡大された画素のピッチＩｐの水平成分Ｉｐｈとほぼ等しくし、さらに拡大された画素のピッチＩｐの垂直成分ＩｐｖとフレネルレンズのピッチＦｐの比率（Ｉｐｖ／Ｆｐ）が２倍以上あれば、スクリーン上の投写画面全体について、画質を大幅に低下させるモアレは発生しない。
【００５０】
次に、フレネルレンズのピッチを６０μｍとして同様の評価を行ったところ更に次数の高いモアレまで識別できなくなりより優れた性能が得られることを実機において確認した。
【００５１】
以上、液晶パネル３枚を用いた３板式の光学系を用いてスクリーン上に画像を拡大投写した場合について述べたが、図９に示したような、液晶パネルを１枚のみ使用した単板方式においては、画素１トリオピッチ（３つの画素を１ペアと考える）が前述の３板式の画素ピッチと同じとして取り扱えることを実機において確認した。
【００５２】
以上述べた構成のスクリーンを用いれば、画像発生源として画素がマトリックス状に配列された構造を持つ光学素子（例えば、液晶パネルやＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）素子等を用い、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する構成の投写型デイスプレイ装置としても、外光の映り込みが小さくコントラスト低下を最小限に押さえかつ、解像度低下が少なくモアレによる画質の低下が軽減された良好な性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単板式の液晶パネルを用いた投写光学系の配置を示す断面図である。
【図２】３板式の液晶パネルを用いた投写光学系の配置を示す断面図投写レンズ装置の配置を示す断面図である。
【図３】投写光学系を搭載した背面投写型画像ディスプレイ装置の主要部を示す垂直方向断面図である。
【図４】投写光学系を搭載した背面投写型画像ディスプレイ装置の主要部を示す垂直方向断面図である。
【図５】本発明のスクリーンの配置を示す断面図である。
【図６】本発明のスクリーンの作用を説明するための断面図である。
【図７】本発明のスクリーンの作用を説明するための断面図である。
【図８】本発明のスクリーンの作用を説明するための平面図である。
【図９】本発明のスクリーンの作用を説明するための平面図である。
【図１０】投写型ブラウン管を用いた背面投写型画像ディスプレイ装置の主要部を示す垂直方向断面図である。
【図１１】投写型ブラウン管を用いた背面投写型画像ディスプレイ装置の投写光学系を水平面上に展開した時の概略を示す平面図である。
【図１２】従来技術によるスクリーンの一例の要部を示す斜視図である。
【図１３】従来技術によるスクリーンの他の例の要部を示す斜視図である。
【図１４】従来技術によるスクリーンに用いる水平レンチキュラーレンズシートの要部断面図と光線追跡結果を示す図である。
【図１５】従来技術によるスクリーンに用いる水平レンチキュラーレンズシートの要部断面図と光線追跡結果を示す図である。
【符号の説明】
１１…光学ユニット、１２…投写用レンズ、１３…折り返しミラー、１４…スクリーン、１５…キャビネット、２０…スクリーン、２１…投写用レンズ、２２３３、３４、３５…液晶パネル、２３、２４、２５、３１、３２…ダイクロイックミラー、２６…コンデンサーレンズ、２７…集光レンズ、２８…白色光源、２９…反射ミラー、３０…反射ミラー、４０…スクリーン、５１…フレネルレンズシート、５２…レンチキュラーレンズシート、５３…フレネルレンズ、５４…レンチキュラーレンズ（入射面）、５５…突起部、５６…レンチキュラーレンズ（出射面）、５７…光吸収層、５８…拡散材、６０…緑映像光束、６２…赤または青映像光束、４３…投写型ブラウン管、４２…ブラケット、４１…投写用レンズ、４５…折り返しミラー、４０…スクリーン、４６…キャビネット、７Ｂ，７Ｇ，７Ｒ…投写型ブラウン管、８Ｂ，８Ｇ，８Ｒ…投写用レンズ、１０Ｂ、１０Ｇ，１０Ｒ…投射光束、１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒ…光軸、θ…集中角、７７…スクリーン、７６…フレネルレンズシート、７５…前面板、７８…フレネルレンズ、７４…レンチキュラーレンズ（入射面）、５５…突起部、５６…レンチキュラーレンズ（出射面）、７０…反射防止膜７１…第２の構成要素、７２…光吸収層、７３…第１の構成要素、８１…光通過窓、７９…入射面、８０…垂直レンチキュラーレンズ、８２…拡散材、８３…遮光領域、８４、８５、８６、８７…画素。
Claims (8)
- 光源と、前記光源からの光強度を変調する手段を有する画素をマトリックス状に配置した画像表示素子と、前記画像表示素子上の表示画像を投写する投写光学手段と、前記投写光学手段によって画像が拡大投写されるスクリーンとからなる投写型画像ディスプレイ装置において、前記スクリーンは複数枚の構成要素から構成され、画像表示素子側にはスクリーン画面垂直方向を長手方向とした第１のレンチキュラーレンズを複数個、スクリーン画面水平方向に連続して配置した形状を成し、画像観視側には該レンチキュラーレンズの焦点近傍に開口部を設け、それぞれ隣接する開口部との境界部分には有限幅の光吸層を設けた厚さｔの第１の構成要素と、画像観視側に可視光に対して反射防止処理を施した第２の構成要素とを接着または粘着した構成を成し、前記開口部のピッチを前記画像表示素子のスクリーン上への拡大像の画素ピッチに比べて小さくし、両者の干渉によって生じる干渉縞のピッチを、前記画像表示素子のスクリーン上への拡大像の画素ピッチに比べてほぼ同等以下としたことを特徴とするスクリーン。
- 請求項１に記載のスクリーンにおいて、前記スクリーンを構成する第２の構成要素の内部に光拡散材を混入したことを特徴とするスクリーン。
- 請求項１に記載のスクリーンにおいて、前記スクリーンを構成する第１の構成要素と第２の構成要素との間に光拡散層を設けたことを特徴とするスクリーン。
- 請求項１に記載のスクリーンにおいて、前記スクリーンには画像観視側面にレンズピッチＦｐのフレネルレンズを設けた第３の構成要素を含み、該フレネルレンズのピッチと前記第１の構成要素の画像観視側に設けた開口部の画面水平方向のピッチＬｐの比（Ｌｐ／Ｆｐ）を１．５５８から１．６４９の範囲とし両者の干渉により生じるモアレ縞のピッチＭｐ１を、前記画像表示素子のスクリーン上への拡大像の画面水平方向の画素ピッチＩｐｈに比べて小さくし、両者の干渉によって生じる干渉縞のピッチを、前記画像表示素子のスクリーン上への拡大像の画素ピッチに比べてほぼ同等以下としたことを特徴とするスクリーン。
- 光源と、前記光源からの光強度を変調する手段を有する画素をマトリックス状に配置した画像表示素子と、前記画像表示素子上の表示画像を投写する投写光学手段と、前記投写光学手段によって画像が拡大投写されるスクリーンとからなり、前記スクリーンは複数枚の構成要素から構成され、第１の構成要素の画像表示素子側面にはスクリーン画面垂直方向を長手方向とした第１のレンチキュラーレンズを複数個、スクリーン画面水平方向に連続して配置した形状を成し、画像観視側面には該レンチキュラーレンズの焦点近傍に開口部を設け、それぞれ隣接する開口部との境界部分には有限幅の光吸層を設け、第２の構成要素の画像観視側面に可視光に対して反射防止処理を施し、前記第１の構成要素と前記第２の構成要素を接着または粘着して構成し、前記開口部のピッチを前記画像表示素子のスクリーン上への拡大像の画素ピッチに比べて小さくし、両者の干渉によって生じる干渉縞のピッチを、前記画像表示素子のスクリーン上への拡大像の画素ピッチに比べてほぼ同等以下としたスクリーンを備えたことを特徴とする投写型画像ディスプレイ装置。
- 請求項５に記載の投写型画像ディスプレイ装置において、前記スクリーンを構成する第２の構成要素の内部に光拡散材を混入したスクリーンを備えたことを特徴とする投写型画像ディスプレイ装置。
- 請求項５に記載の投写型画像ディスプレイ装置において、前記スクリーンを構成する第１の構成要素と第２の構成要素との間に光拡散層を設けたスクリーンを備えたことを特徴とする投写型画像ディスプレイ装置。
- 請求項５に記載の投写型画像ディスプレイ装置において、前記スクリーンには画像観視側面にレンズピッチＦｐのフレネルレンズを設けた第３の構成要素を含み、該フレネルレンズのピッチと前記第１の構成要素の画像観視側に設けた開口部の画面水平方向のピッチＬｐの比（Ｌｐ／Ｆｐ）を１．５５８から１．６４９の範囲とし、両者の干渉により生じるモアレ縞のピッチＭｐ１を、前記画像表示素子のスクリーン上への拡大像の画面水平方向の画素ピッチＩｐｈに比べて小さくし、両者の干渉によって生じる干渉縞のピッチを、前記画像表示素子のスクリーン上への拡大像の画素ピッチに比べてほぼ同等以下としたスクリーンを備えたことを特徴とする投写型画像ディスプレイ装置。
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