JP2004145251A - 透過型スクリーン及びリア型プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】回折光やモアレが発生しにくい透過型スクリーンを提供するとともに、そのように優れた透過型スクリーンを備えたリア型プロジェクタを提供する。
【解決手段】射出面側表面にフレネルレンズが形成されたフレネルレンズ部と、このフレネルレンズ部の射出面側に配置され入射面側表面に多数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ部と、前記フレネルレンズ部と前記マイクロレンズ部との間に配置された光拡散部とを備えたことを特徴とする透過型スクリーン。また、そのような優れた透過型スクリーンを備えたことを特徴とするリア型プロジェクタ。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は透過型スクリーン及びリア型プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、リア型プロジェクタは、ホームシアター用モニター、大画面テレビなどに好適なディスプレイとして、需要が高まりつつある。
【０００３】
図８は、リア型プロジェクタの光学系を示す図である。このリア型プロジェクタ１４は、図８に示されるように、画像を投写する投写光学ユニット２０と、この投写光学ユニット２０により投写された投写画像を導光する導光ミラー３０と、この導光ミラー３０により導光された投写画像が投写される透過型スクリーン４２とが筐体５０内に配置された構成を有している。
【０００４】
このようなリア型プロジェクタ１４に用いられる透過型スクリーン４２としては、特に広視野角特性が求められている。特許文献１には、このような広視野角特性を有する透過型スクリーンが開示されている。図９は、この透過型スクリーンの断面構造を示す図である。この透過型スクリーン９００は、図９に示されるように、射出面側表面にフレネルレンズが形成されたフレネルレンズ部９１０と、このフレネルレンズ部９１０の射出面側に配置され入射面側表面に多数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ部９２０と、前記マイクロレンズアレイ部の射出面側に配置された遮光部９３０と、この遮光部９３０の射出面側に配置された拡散シート９４０とを備えている。
【０００５】
このため、この透過型スクリーン９００においては、マイクロレンズによる光屈折作用により、上下方向ともに良好な視野角特性が得られるという利点がある。
【０００６】
しかしながら、上記した透過型スクリーン９００においては回折光が発生しやすいという問題点があった。また、上記した透過型スクリーン９００においてはモアレが発生しやすいという問題点もあった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１３１５０６号公報（図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、回折光やモアレが発生しにくい透過型スクリーンを提供するとともに、そのように優れた透過型スクリーンを備えたリア型プロジェクタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意努力した結果、フレネルレンズ部とマイクロレンズアレイ部との間に光拡散部を配置することによって、透過型スクリーンの回折光やモアレの発生が効果的に抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
（１）本発明の透過型スクリーンは、光の射出面側表面にフレネルレンズが形成されたフレネルレンズ部と、該フレネルレンズ部の射出面側に配置され入射側表面に多数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ部と、前記フレネルレンズ部と前記マイクロレンズ部との間に配置された光拡散部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の透過型スクリーンによれば、フレネルレンズ部とマイクロレンズアレイ部との間に光拡散部が配置されているので、透過型スクリーンの回折光やモアレの発生を効果的に抑制することができる。
【００１２】
本発明の発明者らは、上記した従来の透過型スクリーンにおいて回折光が発生するメカニズムを解析した結果、従来の透過型スクリーンの場合は、マイクロレンズアレイ部において、複数のマイクロレンズを一定の間隔で緻密に配列させたことで回折光を発生させていることが明らかになった。そこで、本発明のように、マイクロレンズアレイ部の入射面側に光拡散部を配置して、各マイクロレンズに入射される光（強度、角度、位相など）の規則性を低下させたところ、マイクロレンズアレイ部における回折光の発生を効果的に抑制することができた。
【００１３】
また、本発明の発明者らは、上記した従来の透過型スクリーンにおいてモアレが発生するメカニズムを解析した結果、フレネルレンズが一定の間隔で配列された規則的な構造を有するフレネルレンズ部と、同じくマイクロレンズが一定の間隔で配列された規則的な構造を有するマイクロレンズアレイ部とが、レンズ同士の間隔が異なるものの、互いに重なり合うことにより、規則的な干渉パターンを生み出し、この規則的な干渉パターンがモアレを発生させていることが明らかになった。そこで、本発明のように、フレネルレンズ部とマイクロレンズアレイ部との間に光拡散部を配置して、フレネルレンズを通過した光がいったん光拡散部で拡散された後にマイクロレンズアレイ部に入射されるようにして、規則的な干渉パターンの発生を抑制したところ、フレネルレンズ部とマイクロレンズアレイ部におけるモアレの発生を効果的に抑制することができた。
【００１４】
（２）上記（１）に記載の透過型スクリーンにおいて、前記光拡散部は、略表面で光拡散する光拡散部であることが好ましい。
【００１５】
光拡散部内に光拡散剤を添加した光拡散部は当該光拡散部の厚みを薄くすると、薄くなるに従い光拡散機能が低下してしまうが、光拡散部の略表面で光拡散するような構成であれば、光拡散部を構成する基材の厚みを薄くしても光拡散機能は低下しないため、光拡散部を構成する基材の厚みを薄くすることができる。このため、フレネルレンズ部とマイクロレンズアレイ部との距離を短くすることができ、内部拡散によるゴーストの発生、コントラスト低下及び透過率の低下を最小限のものとすることができる。また、フレネルレンズ部とマイクロレンズアレイ部との距離を広げると距離に応じて解像度の劣化を引き起こしてしまうが、略表面で光拡散する光拡散部を採用することにより、光拡散部を構成する基材の厚みを薄くすることでフレネルレンズ部とマイクロレンズアレイ部との距離を広げすぎないようにして解像度の劣化を防止することができる。
【００１６】
（３）上記（１）又は（２）に記載の透過型スクリーンにおいては、前記光拡散部のヘイズ値を５％〜９９％の範囲内の値とすることが好ましい。
【００１７】
前記光拡散部のヘイズ値を５％以上としたのは、各マイクロレンズに入射される光（強度、角度、位相など）の規則性を十分に低下させて、回折光やモアレの発生を十分許容できる範囲に抑制するためである。この観点からいえば、前記光拡散部のヘイズ値を２０％以上とすることがより好ましく、５０％以上とすることがさらに好ましい。一方、前記光拡散部のヘイズ値を９９％以下としたのは、ヘイズ値が大きすぎることによるにごりやボケの発生を十分許容できる範囲に抑制するためである。この観点からいえば、前記光拡散部のヘイズ値を８３％以下とすることがより好ましく、７５％以下とすることがさらに好ましい。
【００１８】
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいては、前記光拡散部の光沢度を５％〜６５％の範囲内の値とすることが好ましい。
【００１９】
前記光拡散部の光沢度を６５％以下としたのは、それぞれのレンズが一定の間隔で規則的に配置されたフレネルレンズ部とマイクロレンズアレイ部を重ね合わせることで生じる規則的な干渉パターンの発生を十分に抑制して、回折光やモアレの発生を十分許容できる範囲に抑制するためである。この観点からいえば、前記光拡散部の光沢度を５０％以下とすることがより好ましく、３０％以下とすることがさらに好ましい。一方、前記光拡散部の光沢度を５％以上としたのは、本発明の透過型スクリーンにおいて光沢度が小さすぎることによるざらつき感やボケの発生を十分許容できる範囲に抑制するためである。この観点からいえば、前記光拡散部の光沢度を１０％以上とすることがより好ましく、２０％以上とすることがさらに好ましい。
【００２０】
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいては、前記光拡散部の表面は略錐状の凹凸形状を有していることが好ましい。
【００２１】
このように構成することにより、本発明の透過型スクリーンにおいて回折光やモアレの発生を十分許容できる範囲に抑制することができる。本発明の透過型スクリーンにおいては、この略錐状体の高低差を５μｍ〜２０μｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００２２】
（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいては、前記光拡散部は一方の表面が粗面化された樹脂シートであることが好ましい。
【００２３】
このように構成することにより、回折光やモアレの発生が十分許容できる範囲に抑制された光拡散部とすることができる。この樹脂シートは、サンドブラスト法により粗面化された金型を使用して、キャスト法や押し出し成形法により樹脂シートへの転写を行うことにより、比較的簡単な方法で製造することができる。
【００２４】
（７）上記（１）乃至（６）のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいては、前記マイクロレンズの直径を１０μｍ〜１５０μｍの範囲内の値とすることが好ましい。
【００２５】
前記マイクロレンズの直径を１５０μｍ以下としたのは、この透過型スクリーンに投写される画素の大きさと比較して大きくなりすぎて解像度を低下させないようにするためである。この観点からいえば、前記マイクロレンズの直径を１００μｍ以下とすることがより好ましく、８０μｍ以下とすることがさらに好ましい。一方、前記マイクロレンズの直径を１０μｍ以上としたのは、製造を容易にするためである。この観点からいえば、前記マイクロレンズの直径を２０μｍ以上とすることがより好ましく、３０μｍ以上とすることがさらに好ましい。
【００２６】
（８）上記（１）乃至（７）のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいては、前記マイクロレンズアレイは、隣接する前記マイクロレンズ同士がその辺を共有して接するように前記マイクロレンズを縦横に配列したものを４５度回転させてなるものであることが好ましい。
【００２７】
このため、マイクロレンズは、マイクロレンズの配列方向に沿って隙間なく配列されることになる。その結果、マイクロレンズ部におけるマイクロレンズの有効面積を大きく取ることが可能になり、光の利用効率を向上させることができる。
【００２８】
また、マイクロレンズ部においては、上記のように配列させたものを、さらに４５度回転させているため、これを透過型スクリーンに組み入れた場合、透過型スクリーンの上下左右方向における各マイクロレンズの入射瞳を大きくすることが可能になる。その結果、スクリーンの上下左右方向においては、各マイクロレンズ周辺領域（スクリーンの斜め方向の場合には存在しない領域）の強い屈折作用を受けることにより十分な光拡散が行なわれるため、リア型プロジェクタの透過型スクリーンとして好適な視野角特性を得ることができる。
【００２９】
（９）本発明のリア型プロジェクタは、投写光学ユニットと、上記（１）乃至（８）のいずれかに記載の透過型スクリーンと、を備えたことを特徴とする。
【００３０】
このため、本発明のリア型プロジェクタは、回折光やモアレが発生しにくく、かつ、視野角が水平、垂直、均等に広い透過型スクリーンを備えているので、回折光やモアレの発生が抑制された表示品質の良い優れたリア型プロジェクタとなる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。
【００３２】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る透過型スクリーンの断面構造を示す図である。また、図２は、実施形態１に係る透過型スクリーンの分解斜視図を示す図である。図１及び図２に示されるように、この透過型スクリーン１００は、射出面側表面にフレネルレンズが形成されたフレネルレンズ部１１０と、フレネルレンズ部１１０の射出面側に配置され入射面側表面に多数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ部１２０と、フレネルレンズ部１１０とマイクロレンズ部１２０との間に配置された光拡散部１３０とを備えている。
【００３３】
このため、この透過型スクリーン１００によれば、フレネルレンズ部１１０とマイクロレンズアレイ部１２０との間に光拡散部１３０が配置されているので、透過型スクリーン１００の回折光やモアレの発生を効果的に抑制することができる。
【００３４】
すなわち、実施形態１のように、マイクロレンズアレイ部１２０の入射面側に光拡散部１３０を配置することにより、各マイクロレンズに入射される光（強度、角度、位相など）の規則性が低下し、マイクロレンズアレイ部１２０における回折光の発生が効果的に抑制される。
【００３５】
また、実施形態１のように、フレネルレンズ部１１０とマイクロレンズアレイ部１２０との間に光拡散部１３０を配置することにより、フレネルレンズを通過した光はいったん光拡散部１３０で拡散された後にマイクロレンズアレイ部１２０に入射されるようになる結果、規則的な干渉パターンの発生が抑制され、フレネルレンズ部１１０とマイクロレンズアレイ部１２０におけるモアレの発生が効果的に抑制される。
【００３６】
実施形態１に係る透過型スクリーン１００においては、光拡散部１３０は一方の表面が粗面化された（略表面で光拡散する）いわゆる表面光拡散方式の樹脂シートである。このため、光拡散機能は樹脂シート表面で発揮されるため、樹脂シートを薄くしても光拡散機能は低下しない。このため、フレネルレンズ部１１０とマイクロレンズアレイ部１２０との間隔を短くすることができ、内部拡散によるゴーストの発生、コントラスト低下及び透過率の低下を最小限のものとすることができる。樹脂シートは、サンドブラスト法により粗面化された金型を使用して、キャスト法や押し出し成形法により樹脂シートへの転写を行う方法により製造している。このため、回折光やモアレの発生が十分許容できる範囲に抑制された光拡散部を、比較的簡単な方法で製造することができる。
【００３７】
実施形態１に係る透過型スクリーン１００においては、光拡散部１３０として、ヘイズ値の値が６０％のものを用いている。このため、にごりやボケの発生を十分許容できる範囲に抑制しつつ、回折光やモアレの発生を十分許容できる範囲に抑制することが可能となっている。
【００３８】
実施形態１に係る透過型スクリーン１００においては、光拡散部１３０として、光沢度の値が２０％のものを用いている。このため、ざらつき感やボケの発生を十分許容できる範囲に抑制しつつ、回折光やモアレの発生を十分許容できる範囲に抑制することが可能となっている。
【００３９】
図３は、光拡散部１３０を構成する樹脂シートの表面のＳＥＭ写真を示す図である。図３にも示されるように、光拡散部１３０を構成する樹脂シートの表面は略錘状体の凹凸形状を有している。また、この略錘状体の高低差を５μｍ〜２０μｍの範囲の値としている。このため、実施形態１に係る透過型スクリーン１００においては、回折光やモアレの発生を十分許容できる範囲に抑制することが可能となっている。
【００４０】
図４は、マイクロレンズアレイ部１２０の表面の様子を示す図である。図４（ａ）は、表面のＳＥＭ写真を示す図であり、図４（ｂ）は、表面の部分拡大平面図である。図４（ａ）及び（ｂ）に示されるように、マイクロレンズアレイ部１２０においては、マイクロレンズ１２０ａが、隣接するマイクロレンズ１２０ａ同士がその辺を共有して接するように、図４（ｂ）に示すＸＹ方向に沿って、縦横配列されている。従って、マイクロレンズ１２０ａは、少なくともＸＹ方向に沿っては隙間なく配列されている。このため、マイクロレンズ部１２０におけるマイクロレンズ１２０ａの有効面積を大きく取ることが可能になり、光の利用効率を向上させることができる。
【００４１】
また、マイクロレンズ部１２０においては、ＸＹ方向に沿ってマイクロレンズ１２０ａを配列させたものを、さらに４５度回転させて、透過型スクリーン１００に組み入れている（図５参照。）。すなわち、透過型スクリーン１００においてはマイクロレンズ１２０ａが透過型スクリーン１００の斜め方向（ＸＹ方向）に配列されることになる。このため、マイクロレンズ１２０ａの縦横方向（ＸＹ方向）のピッチｄ１，ｄ２（又は間隔）よりもマイクロレンズ１２０ａの斜め方向（ＶＨ方向）のピッチｄ３，ｄ４（又は間隔）が長くなり、スクリーンの上下左右方向（ＶＨ方向）における各マイクロレンズ１２０ａの入射瞳を大きくすることが可能になる。その結果、スクリーンの上下左右方向（ＶＨ方向）においては、各マイクロレンズ周辺領域Ｐ（スクリーンの斜め方向（ＸＹ方向）の場合には存在しない領域）の強い屈折作用を受けることにより十分な光拡散が行なわれるため、リア型プロジェクタの透過型スクリーンとして好適な視野角特性を得ることができる。
【００４２】
なお、これらのマイクロレンズ１２０ａをＸＹ方向にさらに詰めて配列することにより、スクリーンの上下左右方向（ＶＨ方向）に隣接するマイクロレンズ１２０ａの間隙に存在する非レンズ領域Ｑをなくすることもでき、この場合には、光の利用効率をさらに向上させることができるとともに、リア型プロジェクタの透過型スクリーンとしてさらに好適な視野角特性を得ることができる。
【００４３】
マイクロレンズアレイ部１２０におけるマイクロレンズの直径は４０μｍとしている。このため、解像度の低下による表示品質の劣化がない。なお、マイクロレンズアレイ部１２０においては、このマイクロレンズが隙間なく縦横配列されているので、マイクロレンズの配列ピッチは縦横とも３０μｍ以下となっている。
【００４４】
（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２に係るリア型プロジェクタの外観図である。図６は、本発明の実施形態２に係るリア型プロジェクタの光学系を示す図である。図５及び図６に示されるように、実施形態２に係るリア型プロジェクタ１０は、投写光学ユニット２０と、導光ミラー３０と、透過型スクリーン４０と、が筐体５０に配置された構成を有している。
【００４５】
そして、このリア型プロジェクタ１０は、その透過型スクリーン４０として、回折光やモアレが発生しにくい実施形態１に係る透過型スクリーン１００を採用している。このため、回折光やモアレの発生が抑制された表示品質の良い優れたリア型プロジェクタとなる。
【００４６】
（実施形態３）
図７は、本発明の実施形態３に係るリア型プロジェクタの光学系を示す図である。図７に示されるように、実施形態３に係るリア型プロジェクタ１２は、投写光学ユニット２０と、透過型スクリーン４０と、が筐体５０に配置された構成を有している。
実施形態３に係るリア型プロジェクタ１２が実施形態２に係るリア型プロジェクタ１０と異なるのは、導光ミラーの有無である。すなわち、実施形態２に係るリア型プロジェクタ１０が導光ミラー３０を備えているのに対して、実施形態３に係るリア型プロジェクタ１２は導光ミラーを備えていない。このため、投写画像が導光ミラーで反射されることによる画像劣化をなくすることができるので、スクリーン４０上に投写される投写画像の表示品質を向上させることができる。
【００４７】
そして、このリア型プロジェクタ１２も、その透過型スクリーン４０として、回折光やモアレが発生しにくい実施形態１に係る透過型スクリーン１００を採用している。このため、回折光やモアレの発生が抑制された表示品質の良い優れたリア型プロジェクタとなる。
【００４８】
なお、実施形態１に係る透過型スクリーン１００、実施形態２に係るリア型プロジェクタ１０及び実施形態３に係るリア型プロジェクタ１２を例にとって、本発明の透過型スクリーンを説明したが、本発明の透過型スクリーンは、これに限られない。例えば、マイクロレンズアレイ部１２０の射出面側に、ブラックストライプや光拡散板や他のマイクロレンズをさらに採用した透過型スクリーンとすることもでき、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変形例が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る透過型スクリーンの断面構造を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る透過型スクリーンの分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る光拡散部を構成する樹脂シートの表面のＳＥＭ写真を示す図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るマイクロレンズアレイ部の表面のＳＥＭ写真を示す図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るリア型プロジェクタの外観図である。
【図６】本発明の実施形態２に係るリア型プロジェクタの光学系を示す図である。
【図７】本発明の実施形態３に係るリア型プロジェクタの光学系を示す図である。
【図８】従来のリア型プロジェクタの光学系を示す図である。
【図９】従来の透過型スクリーンの断面構造を示す図である。
【符号の説明】
１０，１２，１４　リア型プロジェクタ、２０　画像投写ユニット、３０　投写画像導光ミラー、４０，４２　透過型スクリーン、５０，５２　筐体、１００，９００　透過型スクリーン、１１０，９１０　フレネルレンズ部、１２０，９２０　マイクロレンズアレイ部、１２０ａ　マイクロレンズ、１３０　光拡散部、９３０　遮光部、９４０　拡散シート、Ｐ　マイクロレンズの周辺領域、Ｑ　非レンズ領域

Claims (9)

1. 光の射出面側表面にフレネルレンズが形成されたフレネルレンズ部と、該フレネルレンズ部の射出面側に配置され入射面側表面に多数のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイ部と、前記フレネルレンズ部と前記マイクロレンズ部との間に配置された光拡散部とを備えたことを特徴とする透過型スクリーン。
2. 請求項１に記載の透過型スクリーンにおいて、前記光拡散部は、略表面で光拡散する光拡散部であることを特徴とする透過型スクリーン。
3. 請求項１又は２に記載の透過型スクリーンにおいて、前記光拡散部のヘイズ値を５％〜９９％の範囲内の値とすることを特徴とする透過型スクリーン。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいて、前記光拡散部の光沢度を５％〜６５％の範囲内の値とすることを特徴とする透過型スクリーン。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいて、前記光拡散部の表面は略錐状の凹凸形状を有していることを特徴とする透過型スクリーン。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいて、前記光拡散部は一方の表面が粗面化された樹脂シートであることを特徴とする透過型スクリーン。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいて、前記マイクロレンズの直径を１０μｍ〜１５０μｍの範囲内の値とすることを特徴とする透過型スクリーン。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいて、前記マイクロレンズアレイは、隣接する前記マイクロレンズ同士がその辺を共有して接するように前記マイクロレンズを縦横に配列したものを４５度回転させてなるものであることを特徴とする透過型スクリーン。
9. 投写光学ユニットと、請求項１乃至８のいずれかに記載の透過型スクリーンと、を備えたことを特徴とするリア型プロジェクタ。

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