JP2004171011A - 背面投写式ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】
ライトバルブ式背面投写形ディスプレイにおいて、コントラスト比の向上とスペックル妨害の低減を図る。
【解決手段】
図１７において、６７は垂直方向光発散用兼スペックル妨害低減用マイクロレンチキュラーレンズ、６６はフレネルレンズ、６３は主レンチキュラーレンズ、６５は光拡散層、６４は面積率６０％以上のブラックストライプ層、６９は光透過層、７１はスペックル妨害低減用兼周囲光映り込み妨害低減用のマット状光拡散要素である。マイクロレンチキュラーレンズ６７とマット状光拡散要素７１によってスペックル妨害が低減される。ブラックストライプ層６４とマット状光拡散要素７１によってコントラスト比の向上と周囲光映り込み妨害の低減とが達成される。
【選択図】 図１７

Description

本発明は、画素構造を有するライトバルブを用いた背面投写形ディスプレイ装置に関り、ライトバルブの画素構造と透過式スクリーンのレンチキュラー構造との間の干渉で発生するモアレ妨害の低減及びライトバルブの投写光線とスクリーン中のランダムディフューザ要素との干渉で発生するスペックル妨害の低減に関する。

本発明者による特公平７−１９０２９号公報には一般的なブラックストライプ（以下ＢＳと略記する）式スクリーンの基本形式が提示されており、更に特開平７−０３４９０９号公報には、その改良形が提示されている。これらはスクリーンの水平視野角の拡大及びコントラスト比の向上等の画質改善に関して有効である。

特公平７−７１７９号公報には、スクリーンを構成するフレネル要素とレンチキュラー要素との間のモアレ妨害を消去するための手段が提示されている。
実公平７−４３７１２号公報には、ライトバルブの画素構造とＢＳスクリーンのレンチキュラー構造との間のモアレ妨害を低減するために、図１に示す構成が提示されている。同図で１は画素構造を有するライトバルブ、２は投写レンズ等の投写結像手段、３はフレネルシート、４はレンチキュラーシート、５は主レンチキュラーレンズ、６はブラックストライプ、７はフレネルレンズ、８はマイクロレンチキュラーレンズであってその配列方向は主レンチキュラーレンズと平行である。

本構成によれば、マイクロレンチキュラーレンズ（８）によって、水平方向に光を発散させることができ、その結果、モアレ妨害を低減できる。しかし乍ら、上記構成において、下記問題点が残存していた。

（１）マイクロレンチキュラーレンズ（８）によって水平方向に光が発散するためにブラックストライプの面積率を減らさざるを得ない。従ってコントラスト比向上効果が阻害される。
図２にそのことを説明してある。同図は主レンチキュラーシート（４）の水平断面である。実線９は平行光線を示し、点線１０は発散光を示す。
この発散光を通過させるために実際上、ＢＳの幅を５０％以下に狭めざるを得ないという問題点が残存していた。

（２）投写結像手段のひとみをスクリーン側から見込む角度が小さい場合に、いわゆるスペックル妨害を発生する。スペックル妨害とは、レーザ光で拡散面を照射した場合に典型的に発生するもので、本来一様な白色で再現されるべき画像中に星状にキラキラ光る輝点が発生する障害である。

本発明のひとつの目的は、上記従来技術の問題点を克服し、コントラスト比のより優れた背面投写形ディスプレイを提供するにある。本発明の他の目的は、ライトバルブの画素構造とスクリーンの主レンチキュラー構造との間の干渉で発生するモアレ妨害の低減された背面投写形ディスプレイを提供するにある。本発明の更に他の目的はスペックル妨害の低減された背面投写形ディスプレイを提供するにある。

本発明の基本思想は、スクリーンを除いた残余の入射側光学系（ライトバルブ、投写結像手段、及び空間フィルタ手段）においてモアレ妨害の原因の大部分を消去し、スクリーンにおいて、スペックル妨害の低減、効率向上、及びコントラスト比向上を図ることにある。

上記目的を達成するために、本発明の各実施例においては、スクリーン上に投写されたライトバルブの画素の水平配列周期：ＴＰと、スクリーン上のＢＳ配列：ＴＢＳとの比の値ＴＰ／ＴＢＳが１．５以上（水平解像度確保条件）３．５以下（スクリーン 製造 容易化条件）であることが前提される。更にスクリーンのＢＳ部の面積占有率が６０％以上となるように形成される。

本発明のいくつかの実施例においては、スクリーンを除いた残余の入射側光学系において、ライトバルブの水平方向画素配列スペクトル中の第２及び第３の内の少なくとも一方の高調波成分を低減するための高調波低減手段を備える。

本発明のひとつの実施例においては、上記高調波低減手段が、高調波低減形ライトバルブ手段によって形成される。高調波低減形ライトバルブ手段は、その水平方向有効画素配列パタンのスペクトルにおいて零周波スペクトルに対する第２及び第３の内の少なくとも一方の高調波スペクトルの比が０．１以下であることを特徴とする。従って、ライトバルブの水平方向画素配列の高調波成分とスクリーン上のＢＳ配列周期成分との間の干渉に起因するモアレ妨害を２０ｄＢ以上（０．１倍以下の意）減衰できる。

本発明の他の一実施例においては、上記高調波低減手段がライトバルブと投写結像手段との間に配置される１／４画素シフト手段によって形成される。該画素シフト手段は、複屈折材から形成され、常光線偏光成分出力と異常光線偏光成分出力との間に少なくとも水平方向にＴＰ（1／3.5〜1／6.5）の間隔を生ずるように作用する。その結果、第２及び第３の内の少なくとも一方の高調波成分が低減され、それに起因するモアレ妨害が低減される。

本発明の他の一実施例においては、スクリーンを除く残余の投写光学系に、ライトバルブの水平方向画素配列の第２及び第３の内の少なくとも一方の高調波成分を２０ｄＢ以上減衰させる高調波減衰手段を備え、かつ、ＢＳ率が６０％以上の透過式スクリーン手段を備える。該透過式スクリーンは、少なくとも光入射側のフレネルシートと光出射側のレンチキュラーシートから形成される。

該フレネルシートは、その入射面に光を垂直方向に発散するマイクロレンチキュラーレンズ要素と光拡散要素とを備え、その出射面にフレネルレンズを備える。該フレネルシートの垂直方向光発散半値角は１０度PP以上に、かつ、水平方向光発散半値角は５度PP以下に限定される。該レンチキュラーシートは入射面に水平方向に光を発散する主レンチキュラーレンズを備え、該主レンチキュラーレンズの焦平面にはその光発散半値角１０度PP以上の光拡散層とブラックストライプ層とが形成され、更にその出射側に光透過層が形成される。該レンチキュラーシートのブラックストライプ層の面積率は６０％以上に限定されることによってコントラスト比の向上が達成される。また、該フレネルシートにマイクロレンチキュラーレンズ要素及び光拡散要素を設けたことによって、スペックル妨害を低減できる。またフレネルシートの水平方向光発散半値角を５度PP以下に限定したことにより、後続ブラックストライプ層での光のケラレ損失を回避して光伝送効率を向上できる。

本発明の他のひとつの実施例においては、透過式スクリーンが少なくとも、光入射側のフレネルシートと光出射側のレンチキュラーシートから形成される。該フレネルシートはその出射面にフレネルレンズを備える。該レンチキュラーシートは入射面に水平方向に光を発散する主レンチキュラーレンズを備え、該主レンチキュラーレンズの焦平面には、光発散半値角１０度PP以上の光拡散層及び面積率６０％以上のブラックストライプ層が形成され、更にその出射側に光透過層が形成され、更にその出射面にマット状光拡散要素が形成される。該光拡散要素の光発散半値角θＤと該光透過層の厚みＴＤとの積で与えられる光拡がり幅θＤＴＤを、投写結像手段のＦ値と投写倍率Ｍと光の波長λとの積で与えられる回折相関距離λＦＭより大ならしめるように形成されることによって、スペックル妨害の低減が図られる。同時にマット状光拡散要素によって周囲外光の映り込み妨害が解消され、コントラスト比の向上が達成される。

本発明によれば、ライトバルブ式背面投写形ディスプレイに固有のスペックル妨害を低減することができる。またブラックストライプによる光のケラレを防止できるため、光伝送効率に優れ、かつ、コントラスト比の高い良質の画像を提供できる。

まず始めに本発明において採用されるモアレ妨害低減原理を概念的に説明する。図３にモアレ妨害説明用ブロック図を示す。同図で、１１はライトバルブ、１２は空間フィルタ、１３は投写結像手段、１４はスクリーンを構成する主レンチキュラーシート（図２の４）の中に形成される光拡散層、１５は主レンチキュラーレンズ（図２の５）を表わす。

モアレ妨害は一般にスクリーン全面に白色を映し出した状態において顕著に発生する。即ち、ライトバルブの有効画素領域の水平方向分布Ｔ１（ｘ）と、主レンチキュラーレンズの水平周期構造との間の干渉（乗算）によって発生する。何故なら、特公平７−７１７９号公報に記されている通り、例えばスクリーンの正面法線方向に位置する観視者は、主レンチキュラーレンズの各山頂付近へ入射する光のみを見ることになるからである。換言すれば、主レンチキュラーレンズは、その配列周期ＴＢＳ毎に情報をサンプリングする“サンプラ”と見なすことができる。

図４に原理説明波形図、図５に原理説明用スペクトル図を示す。ｘは水平方向位置座標を表わし、ｆは空間周波数［cycle/min］を表わす。ライトバルブ上での水平座標とスクリーン上での水平座標とは、投写倍率の比を有するが、説明の簡潔化のため、倍率を１に等しいと仮定して以下記す。Ｔ２（ｘ）〜Ｔ５（ｘ）は各々１２〜１５のインパルスレスポンスであり、Ｇ２（ｆ）〜Ｇ５（ｆ）は各々のフーリエスペクトルである。Ｔ６（ｘ）はスクリーン出力分布、Ｇ６（ｆ）はそのフーリエスペクトルである。これらの間には次式（１）〜（５）の関係がある。

光拡散層（図２の４'）のインパルスレスポンスＴ４（ｘ）は、光拡散層の水平指向性分布Ｐ（θ）においてθをｘ／ｆ０（ここにｆ０は主レンチキュラーレンズの焦点距離）に置換することによって近似的に得られる。このことの詳細原理は、本発明者による特公平７−７１７９号公報に記されている。図４は、画素配列周期ＴＰが主レンチキュラーレンズ配列周期ＴＢＳの２倍である場合を示している。図３において、ｆＰはＴＰの逆数、ｆＢＳはＴＢＳの逆数である。従って、ｆＢＳは同図では２ｆＰに等しい。

本発明においては、ＴＰを（１．５〜３．５）ＴＢＳの範囲に限定する。従ってｆＢＳは（１．５〜３．５）ｆＰの範囲内にある。従ってモアレ妨害の主要因は、Ｇ５（±ｆＢＳ）成分とＧ１４（±２ｆＰ）成分（第２高調波成分）またはＧ１４（±３ｆＰ）成分（第３高調波成分）との間のビート干渉である。スクリーン上では各々ｆＢＳ−２ｆＰ，３ｆＰ−ｆＢＳの低周波模様の妨害となる。両ビート周波数の和は、ｆＰに等しいので、少なくとも一方のビート周波数は０．５ｆＰ以下となる。これは、サンプリング周波数ｆＰのライトバルブによって表現できる上限周波数に一致する。従って有害な妨害模様となる。図５の３１’は、ライトバルブによって表現可能な周波数領域が０．５ｆＰであることを示す。モアレ妨害の検知限界変調度は、低周波数ビートの場合約１．６％PP（peak to peak）であり、実用限界は高周波数ビートの場合約１０％PPである。４Ｇ（２ｆＰ）及び４Ｇ（３ｆＰ）の各値がPP変調度に対応することがフーリエ解析から結論される（特公平７−７１７９号参照）。

図５において、３３’は投写結像手段の帯域外特性を示す。この領域でのＧ３（ｆ）の値は、約０．３〜０．２以下である。この値を更に小さくすることが、モアレ妨害低減に有効である。しかし投写結像手段の原価上昇との兼ね合いとなる。

本発明はＧ１（２ｆＰ），Ｇ１（３ｆＰ），Ｇ２（２ｆＰ），Ｇ２（３ｆＰ）の値を０．１以下に低減するための新規な手段を提供しようとするものである。図６に本発明に係る第１の実施例の要部を示す。同図で４１は高調波スペクトル低減形ライトバルブ手段、４２は有効画素領域、４３は非有効画素領域、ＴＰは水平方向画素配列周期、ｄ１は水平方向有効画素幅率で有効画素領域の幅を画素配列周期で除した値に等しい。一般に、ライトバルブは約５００×５００以上のマトリクス状に配置された画素からなるが、本例では３×３の部分のみを示す。

本例の構成要件は、ＴＰ／ＴＢＳ比が１．５〜３．５であってかつ、ライトバルブの水平方向有効画素配列パタンの第２及び第３の内、少なくとも一方の高周波スペクトルの零周波スペクトルに対する比を０．１以下としたことである。図７に図６のパタンのスペクトル図を示す。同図はｄ１値０．５に対応する。点線４４は、有効画素１個分のスペクトルであり、矢印付実線はライトバルブ全体のスペクトルである。点線４７は次式のＦ１（ｆ）で与えられる。

上式（７）のｆに２ｆＰを代入し、上記構成要件を代入すると、ｄ１の値の範囲は０．４５〜０．５５または、０．９〜１．０となる。また、ｆに３ｆＰを代入すると、ｄ１の値の範囲は０．６０〜０．７３または０．９〜１．０と求まる。

従って上記構成要件は有効画素領域の形状を実質的に長方形状とし、水平方向有効画素幅率ｄ１を０．４５〜０．５５，０．６０〜０．７３，及び０．９０〜１．０の範囲中の少なくともひとつの範囲に限定することと等価である。第６の非有効画素領域４３は、電気信号の配線用及び電気回路素子（例えば、トランジスタ、キャパシタ）の配置用に活用される。

本発明の第２実施例の要部を図８に示す。同図で１はライトバルブ、２は投写結像手段、５０は透過式スクリーンであって、既述のレンチキュラーシートを含み、ＴＰ／ＴＢＳ比は１．５〜３．５の範囲内に構成される。５１は、画素シフト手段の水平断面図であって、常光線出力と異常光線出力との水平方向の間隔：△を発生させる作用を有する。

以下その原理を説明する。同図に座標系を示す通り、投写光学系の光軸方向をＺ軸とし、水平方向をＸ軸とし、紙面の法線方向をＹ軸とする。画素シフト手段は、複屈折現象を有する材質、例えば水晶、方解石等からなり、その複屈折材の対称光軸の方向（同図では、０で示す。）をＺ軸から角αだけ傾けて形成する。材質として水晶を用いた場合について以下に数値例を示す。水晶の常光線屈折率ｎ０は、１．５４４，異常光線屈折率ｎｅは１．５５３である。

従ってｎｅ／ｎ０比は約１．００６である。図８において、実線矢印５２は常光線（電界の方向がＹ軸と平行である光線）、点線矢印５３は異常光線（電界の
方向がＸ軸と平行である光線）を示す。複屈折媒質内における分離角θは複屈折材の対称光軸の傾斜角αを約４５°とした場合、最大となり、θ値は前記比１．００６から１を減じた値となる。即ち６ｍradとなる。従って画素シフト量△は次式で求まる。

従って厚みｔを１．７ｍｍとすると、△は約１０μｍとなる。ライトバルブの画素配列周期ＴＰは約４０μｍのオーダである。上記画素シフト手段のスペクトル（フーリエ変換）Ｇ２（ｆ）は次式で与えられる。

図９に上式をグラフ化して示す。△／ＴＰ比を上記の通り１／４とすると、６２に示す特性となり、従って、第２高調波成分を低減できる。△／ＴＰ比を１／６（厚さ１．１１ｍｍに対応する）とすると、６３に示す特性となり、第３高調波成分を低減できる。

本実施例の構成要件は、ＴＰ／ＴＢＳ比が１．５〜３．５であってかつ、画素シフト手段の画素シフト量△をＴＰの1/3.5〜1/6.5とすることである。そうすることによって第２、第３の内の少なくとも一方の高調波成分を１６ｄＢ以上低減することができ、従ってモアレ妨害の低減に有効である。

尚、上記第２実施例は、画像シフト手段５１への入射光中に、常光線と異常光線とが等量含まれていることを前提条件としている。このような前提条件を満たす例として円偏波光及びＸＹ平面内で４５°方向の直線偏波光がある。Ｙ軸方向の直線偏波光は上記条件を満たさない。従って、変換器を前置する必要がある。図１０に対応策を示す。同図で１，２，５０，５１は前述のものと同一である。

５４は１／４波長板または１／２波長板である。１／４波長板を用いればＹ軸方向の直線偏波光入力を円偏波光出力に変換できる。１／２波長板を用いれば４５°方向の直線偏波に変換できる。以上で本実施例の説明を終わる。

尚、本発明における高調波低減手段は、必ずしも上記したものに限定されることなく、他のもので代用することができる。例えば、ＰＣＴ／ＪＰ９５／０２１２３号に示されている通り、少なくとも水平方向に光を発散する光発散手段をライトバルブに近接配置することで代用することができる。

図１１に本発明の第３実施例の要部を斜視図にて示す。同図で６１はフレネルシート、６２はレンチキュラーシート、６３は主レンチキュラーレンズ、６４はブラックストライプ、６５は光拡散層、６６はフレネルレンズ、６７は垂直方向に光を発散するマイクロレンチキュラーレンズ要素、６８は光拡散要素、６７，６８はスペックル妨害低減用である。６３は主レンチキュラーレンズ、６５は光拡散層、６４はブラックストライプ層である。フレネルレンズ６６は出射光を平行光化するように作用する。主レンチキュラーレンズの焦平面は、ブラックストライプ層の位置に形成され、ＢＳ率６０％以上のブラックストライプ層相互間の光透過部から投写光が出射される。光拡散層６５の光発散半値角は、１０度以上に限定される。

フレネルシート６１の垂直方向光発散半値角は１０度PP以上に、かつ、水平方向光発散半値角は５度PP以下に限定される。１０度PP以上の限定は後述の通りスペックル妨害低減用及び垂直視野角付与用であり、５度PP以下の限定は、後述の通りブラックストライプ層における光のケラレ損失回避用である。

次にスペックル妨害発生原理と低減原理について記す。周知の通りレーザ光でスリガラス面を照射すると星がキラキラ光って見えるいわゆるシンチレーション妨害を発生する。ライトバルブの光学系は、スクリーンから投写結像手段のひとみを見込む角θが小さいために、同様の現象を発生する。図１２において、２は投写結像手段であり、６５は拡散層である。

角θ〔rad〕の値は投写結像手段のＦ値及び倍率Ｍの積の逆数に等しい。像面における光の位相の相互干渉の及ぶ回折相関距離をＤとすると、これはほぼλ／θのオーダーである。波長λを０．５μｍとし、実際なＦ値２．４、倍率Ｍ：５０倍を代入すると、相関距離Ｄは約６０μｍのオーダーとなる。拡散層を形成する粒子径は通常６０μｍより十分小さい。この場合、拡散層を一層のランダム位相変調粒子層と仮定すると、像面における輝度のゆらぎ（スペックル）の標準偏差σと平均輝度Ｂ０との比は１に等しいことが知られている。スクリーン上の画素サイズ（ＴＰ）を１ｍｍとし、適視距離から観察する場合、人間の目によって、約（１ｍｍ)２の面積での積分平均値が検出されると考えられる。平均値の標準偏差をσ０と記すと次式が成立する。

スペックル妨害の検知限界はσ０／Ｂ０比、約０．０２故、約１／３倍に低減する必要がある。１／３倍に低減するには、回折相関距離Ｄに相当する面積Ｄ２の３２倍の面積にわたって像を平均化するための空間フィルタ作用が必要とされる。

この空間フィルタ作用は、図１１において、垂直方向光発散用マイクロレンズ要素６７と光拡散要素６８によって提供される。その空間フィルタ作用を図１３、図１４によって説明する。

図１３は、垂直断面図であって垂直方向の平均化作用を説明する。同図でｔ０は、フレネルシートの入射面からレンチキュラーシートの光拡散層までの距離であって、フレネルシートの厚み（通常約３ｍｍ）とレンチキュラーレンズの焦点距離（通常約０．７ｍｍ）の和に等しい。θｖはフレネルシートの媒質内での垂直方向光発散半値角〔rad〕である。ＴＤＶは垂直方向の平均化区間長であってθｖｔ０積に等しい。既述の（空中での）「発散半値角１０度pp以上」は媒質内では屈折率値約１．５で除して約６．７度pp故θｖ値は約０．１２ｒａｄとなる。

前記ｔ０値３．７ｍｍを代入すると、ＴＤＶ値は約０．４３ｍｍとなる。この値は前述のＤ値６０μｍの７倍に相当するので、既述の必要倍数９倍に比べ少し不足している。この不足分は、第１４図に示す水平方向平均化作用によって充足される。図１４は水平断面図であって、水平方向の平均化作用を説明する。既述５度ppの発散角は媒質内でのθＨ換算０．０６ｒａｄに相当する。従って水平方向の平均化区間ＴＤＨはｔ１値３ｍｍの場合１８０μｍに相当する。この値は、前記Ｄ値６０μｍより大きいので平均化作用によってスペックル妨害を低減するのに有効である。

一方、この発散角θＨに起因する、レンチキュラーシート６２の焦平面における光の拡がり幅をＷとすると、ＷはθＨｔ２積に等しい。前記０．０６ｒａｄ、０．７ｍｍを代入して拡がり半値幅Ｗは４２μｍとなる。主レンチキュラーレンズの配列周期ＴＢＳは通常ほぼｔ２の０．７倍に等しく、０．５ｍｍのオーダーである。上記拡がり半値幅ＷはＴＢＳの１０％以下であるため、ＢＳ率の向上と両立させることができる。上記平均化作用によって改善された後のスペックル比は次式で与えられる。

従って検知限界以下にスペックル妨害を低減することができる。上記実施例の代表的諸元を付記する。マイクロレンズ６７のピッチは８０μｍ、フレネルレンズ６６のピッチは１００μｍ、これらは、主レンチキュラーレンズのピッチ（ＴＢＳ）５００μｍの１／３以下に限定される。これはスクリーン内部での相互間モアレ現象を回避するためである。以上で第３実施例の説明を終わる。

次に第３実施例の局所改良例を第４実施例として、図１５に示す。同図は、図１１におけるレンチキュラーシート６２の出射部に光透過樹脂層６９が付加されていることを示す。即ち、ブラックストライプ層６４と光拡散層６５とが、光透過樹脂層６９の内側にうめこまれた状態にある。

試作実験の結果、この形式は、画像の質感（透明感）を向上する効果大であることが判明した。上記第４実施例の変形例として、光透過樹脂層の出射面（図１５の７０）に反射防止膜を形成することが有効である。更に、光透過樹脂層に色フィルタを付加することが推奨される。何故なら一般に、ライトバルブ用光源は、所望の３原色スペクトル成分光の他に、寄生的に色純度劣化の原因となる中間色スペクトル成分（例えば水銀に起因する５７５ｍｍの黄色成分）を有するからである。色フィルタの付加によって、色純度を改善できるのみならず、コントラスト比の向上即ち画質の向上を達成できる。

本発明の第５の実施例を図１６に示す。同図で６１はフレネルシート、６６はフレネルレンズ、６２はレンチキュラーシート、６３は主レンチキュラーレンズ、６４はＢＳ率６０％以上のブラックストライプ層、６５は光拡散層、６９は光透過層、７１はレンチキュラーシートの出射面に形成されたマット状光拡散要素である。光拡散層６５の光発散半値角は１０度pp以上に形成される。

マット状光拡散要素７１の媒質内光発散半値角をθＤ、光透過層の厚みをｔＤとすると、光拡散要素７１による光拡散半値幅ＴＤはθＤｔＤで与えられる。この値が既述の回折相関距離Ｄより大となるように形成される。この条件は次式で表わされる。

上式において、λは光の波長で約０．５μｍ、Ｆはスクリーンの入射側に配置される投写結像手段のＦ値、Ｍは投写倍率である。本実施例によればスペックル妨害を低減できるだけでなく、スクリーン出射側の周囲照明用光源（図１６の８０）のスクリーンへの映り込みを防止できるという長所を有する。即ち、スクリーン出射面を平滑面とした構成（図１５）においては周囲照明用光源の像がスクリーン上に映りこむという欠点を有するが、図１６の構成においてはその欠点が克服されている。更に本実施例においては、フレネルシート６６の中に光拡散要素を含まないため、ＢＳ層における光のケラレ損失を最小化できるという長所を有する。

第５実施例の変形例として、マット状光拡散要素７１の表面に反射防止膜を形成する。そうすることが再生画像のコントラスト比の向上、画質の向上に有効である。

図１７に他のひとつの変形例を示す。同図で６７は垂直方向に光を発散するマイクロレンチキュラーレンズ要素である。その他は、図１６と同一である。マイクロレンチキュラーレンズ６７の付加によって、スペックル妨害を更に低減できるという効果が得られる。

図１８に他のひとつの変形例を示す。同図で６８は、光拡散要素であって、図１１で既述したものと同一である。図１１〜図１８に示した各スクリーンを、図１０以前において既述したモアレ妨害低減手段と組み合わせて用いることができる。図１９にライトバルブの画素配列の２例を示す。図１９（ａ）はマトリクス状配置と称され、図１９（ｂ）はデルタ状配置と称される。両図で４２は画素である。本発明における画素配列周期ＴＰは図示の通りに定義される。

従来技術を示す斜視図。 主レンチキュラーシートの水平断面図。 本発明のモアレ妨害低減原理説明用ブロック図。 図３の波形図。 図４のスペクトル図。 本発明の第１実施例の要部を示す平面図。 図６のスペクトル図。 本発明の第２実施例の構成を示す水平断面図。 本発明の第２実施例の原理説明用グラフ図。 本発明の第２実施例の変形例を示す図。 本発明の第３実施例を示す斜視図。 投写結像手段の回折相関距離説明用概念図。 第３実施例の動作説明用の垂直断面図。 第３実施例の動作説明用の水平断面図。 本発明の第４実施例の要部を示す水平断面図。 本発明の第５実施例を示す斜視図。 本発明の第５実施例の変形例を示す斜視図。 本発明の第５実施例の変形例を示す斜視図。 画素配列周期の定義を示す図。

符号の説明

１，１１，４１，４４…ライトバルブ、
２，１３…投写結像手段、
３…フレネルシート、
４…レンチキュラーシート、
４’，１４…光拡散層、
６…ブラックストライプ、
５，１５…主レンチキュラーレンズ、
１２…空間フィルタ、
４２…有効画素領域、
４３…非有効画素領域、
５１…画素シフト手段、
５０…透過式スクリーン、
６１…フレネルシート、
６２…レンチキュラーシート、
６３…主レンチキュラーレンズ、
６４…ブラックストライプ層、
６５…光拡散層、
６６…フレネルレンズ、
６７…垂直発散用マイクロレンチキュラーレンズ要素、
６８…光拡散要素、
６９…光透過層、
７１…マット状光拡散要素。

Claims (5)

1. 画素配列構造を有するライトバルブ、投写結像手段及び透過式スクリーンを備えた背面投写式ディスプレイにおいて、該透過式スクリーンは、少なくとも光入射側のフレネルシートと光出射側のレンチキュラーシートから構成され、該フレネルシートはその出射面にフレネルレンズを備え、該レンチキュラーシートはその入射面に水平方向に光を発散する主レンチキュラーレンズを備え、該主レンチキュラーレンズの焦平面に光発散半値角１０度PP以上の光拡散層と、面積率６０％以上のブラックストライプ層が形成され、更に両層の出射側に光透過層が形成され、該光透過層の出射面にマット状光拡散要素が形成され、該マット状光拡散要素の光発散半値角θＤと該光透過層の厚みｔＤとの積で与えられる光拡がり幅：θＤｔＤが該投写結像手段のＦ値と倍率Ｍと光の波長λとの積：λＦＭで与えられる回折相関距離より大となるように形成され、かつ、スクリーン面上に投写されたライトバルブの画素構造の水平配列周期ＴＰと該主レンチキュラーレンズの配列周期ＴＢＳとの比が１．５〜３．５の範囲内に構成され、更に、水平方向画素配列スペクトルの第２及び第３高調波成分の内の少なくとも一方を低減させる高調波低減手段を備えてなる背面投写形ディスプレイ装置。
2. １項において、更に該フレネルシートの入射面に光を垂直方向に発散するマイクロレンチキュラーレンズ要素が形成されてなる背面投写形ディスプレイ装置。
3. １項において、該高調波低減手段が画素シフト手段によって形成されてなる背面投写形ディスプレイ装置。
4. １項において、該高調波低減手段が少なくとも水平方向に光を発散する光発散手段によって形成されてなる背面投写形ディスプレイ装置。
5. 画素配列構造を有するライトバルブ、投写結像手段及び透過式スクリーンを備えた背面投写式ディスプレイにおいて、該透過式スクリーンは、少なくとも光入射側のフレネルシートと光出射側のレンチキュラーシートから構成され、該フレネルシートはその入射側に垂直方向に光を発散するマイクロレンチキュラーレンズ要素と光拡散要素とを備え、その出射面にフレネルレンズを備え、該フレネルシートの垂直方向光発散半値角は１０度PP以上に、かつ水平方向光発散半値角は５度PP以下に形成され、
   該レンチキュラーシートの入射面には主レンチキュラーレンズが形成され、該主レンチキュラーレンズの焦平面に光発散半値角１０度PP以上の光拡散層と面積率６０％以上のブラックストライプ層とが形成され、更に両層の出射側に光透過層が形成され、かつ、
   スクリーン面上に投写されたライトバルブの画素構造の水平配列周期ＴＰと該主レンチキュラーレンズの配列周期との比が１．５〜３．５の範囲内に構成され、更にスクリーンを除いた残余の入射側光学系において水平方向画素配列スペクトルの第２及び第３高調波成分の内の少なくとも一方を低減させる高調波低減手段を備えてなる背面投写形ディスプレイ装置。
   

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