【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影型表示装置に関し、さらに詳しくは、背面投影型表示装置及びそれに用いる透過型スクリーンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、形状が回転楕円体等であって異方性を有しており軸方向が互いに揃えられて面状に配列されている複数の粒子を透過型スクリーンが有しており、入射光に対する出射光の配光分布に異方性があり、しかも、粒子は微細化が容易であるので、出射光を細分化することができ、出射光の分布密度を高めることができる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術により、視野角の設計の自由度と解像度との両方を高めることができる。
また、入射面が、出射面の方向の何れの断面方向についても大きな形状であり、且つこの入射面の外周付近と出射面の外周付近より形成される任意空間をミラー（反射鏡）で囲んだカライドスコープを平面状に複数個埋設したカライドスクリーンを設けるようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−１３３５１２号公報
【特許文献２】特開２０００−３０５１７９公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
背面投影型表示装置は広い視野角が必要とされる。水平方向における鑑賞者の移動及び配置は垂直方向に比べて範囲が広くそれに応じた広い視野角が必要とされ水平、垂直の各方向において異なる視野範囲が望まれる。これを実現するためにその表示部となるスクリーンは従来の構成として、水平方向にのみ曲率を持つレンズを水平方向に多数配列したレンチキュラーレンズと拡散層とで構成されレンチキュラーレンズにより水平方向の視野角を広げ垂直方向には拡散層により視野角拡大を図っている。
しかしながら同構成においては垂直方向についての視野角の制御が十分に行えないという問題がある。また、他の構成としては透明球状のビーズを基材上に複数配列させてビーズのレンズ効果により視野角の拡大を図っている。しかし、同構成においては、ビーズ形状が球体であるために視野角が水平、垂直方向ともに同等であり、それぞれの方向について独立した制御が行えないという問題がある。
上述したような問題を解決するために特開平１１−１３３５１２号公報においては、楕円球状の複数の粒子をその軸方向が揃うように配列させる構成として、楕円球の短軸方向と長軸方向との曲率を変えることにより、垂直方向、水平方向それぞれの視野角を独立して制御する技術を開示している。
この発明におけるスクリーンは、水平方向が垂直方向に対して広い視野角を得ることができるが、同一形状のビーズを用いているために視野範囲はスクリーンのどの場所においても上下および、左右に対称である。上下に対称であるということはスクリーンにおいて鑑賞者の目線以上の高さからさらに上方に、目線以下からさらに下方にと光が分配されることになり、結果として入射光量を有効に利用できないという問題点を有する。
【０００４】
他の構成としては、特開２０００−３０５１７９公報において、スクリーンの光が進行する方向において開口断面を縮小した形状とし、その入出射面以外の面を金属膜による反射鏡とし、その面との反射により出射光の角度を増して視野角拡大効果を図っている。この構成においては開口断面の縮小のさせ方により垂直方向、水平方向の視野角を独立して制御することが可能である。
しかしながら同構成における出射光の角度は、反射面における反射回数により不連続に変わってゆくためにその回数を大きくすなわち入射面から出射面までの距離を長く取る必要があり、スクリーンとしての厚さが厚く、その結果重量も増してしまうという問題がある。さらに、金属面での反射を利用しているために反射とともに光量は減少するので、上述した理由で反射回数を大きく取ると、入射光に対して出射光は大幅に減少し、暗い映像になってしまうという問題点がある。
以上のような問題から、本発明においては水平方向に広い視野角を持ちかつ、垂直方向においては目的の範囲に配光することができる背面投影型表示装置とそれに用いるスクリーンを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、透明基板の片側表面に二次元状に多数の微細な凸レンズ要素が配されたレンズアレイにおいて、前記凸レンズ要素の重心と頂点とが異なった位置にある形状であるレンズアレイを最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、請求項１記載のレンズアレイにおいて、それを構成する凸レンズ要素の形状が左右対称となる軸を一軸のみ有し、重心と頂点がともにこの軸上にあるレンズアレイを主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項２記載のレンズアレイにおいて、各凸レンズ要素が同じ方向を向き左右対称となる軸が互いに全て平行であるレンズアレイを主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項２、３記載のレンズアレイにおいて、それを構成する凸レンズ要素の形状が左右対称となる軸断面での近似曲率半径Ｒ１と、この軸に直交しレンズ頂点を通る断面における近似曲率半径Ｒ２においてＲ１≧Ｒ２であるレンズアレイを主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項３、４記載のレンズアレイにおいて、各レンズ要素がほぼ同じ形状であるレンズアレイを主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項３、４記載のレンズアレイにおいて、レンズ要素の左右対称となる軸を垂直方向に配した場合に各レンズ要素の頂点と重心との距離がレンズアレイにおいて下に行くほど小さくなるレンズアレイを主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、映像光の投射側より順に少なくともフレネルレンズシートと二次元状にレンズが配されたレンズアレイから構成される背面投影型表示装置のスクリーンにおいて、前記レンズアレイに請求項５記載のレンズアレイをレンズ左右対称軸がスクリーンにおいて垂直方向になるように用いる背面投影型表示装置のスクリーンを主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、映像光の投射側より順に少なくともフレネルレンズシートと二次元状にレンズが配されたレンズアレイから構成される背面投影型表示装置のスクリーンにおいて、前記レンズアレイに請求項６記載のレンズアレイをレンズ対称軸がスクリーンにおいて垂直方向になるように用いる背面投影型表示装置のスクリーンを主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、映像光の投射側より順に少なくともフレネルレンズシートと二次元状にレンズが配されたレンズアレイから構成される背面投影型表示装置のスクリーンにおいて、前記レンズアレイに請求項６記載のレンズアレイを用い、さらにレンズ要素の重心と頂点が一致するようなレンズアレイを配しさらに今度は重心と頂点との距離が大きくなるようなレンズアレイを配した背面投影型表示装置のスクリーンを主要な特徴とする。
請求項１０記載の発明では、請求項７から９記載のスクリーンを用いた背面投影型表示装置を主要な特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係るレンズアレイの凸レンズ要素の一例である。この凸レンズ要素Ｌは、重心１の位置と頂点２の位置が異なった形状になっており、この２点を通る軸Ａに関して対称形である。このようなレンズＬに平行光が入射し、透過後の光線の様子を示したのが図２である。図２（ａ）は対称軸Ａに対して垂直な断面における光線の様子を示し、図２（ｂ）は対称軸Ａでの断面における光線の様子を示す。
図２（ａ）のようにこの方向に関しては、平行光は透過後一旦収束した後、対称に広がりながら進行する。一方、（ｂ）のように対称軸を断面とする方向に関しては、頂点２を境にしてそれより上側の部分に入射した光線は下側に、頂点２よりも下側の部分に入射した光線は上側へ屈折して進行するが、頂点２の位置が図においては下側にずれている。したがってレンズＬに入射する光線のうち頂点より上側へ入射する光線の方が多くなり、その結果透過後の光線は下向きに進行する割合が多くなり、下向きの配光特性を示すことになる。
上記の如きレンズＬを複数配列したレンズアレイにおいて、構成する各凸レンズ要素Ｌの形状が左右対称となる軸Ａの断面での近似曲率半径Ｒ１と、この軸Ｌに直交し且つレンズ頂点を通る断面における近似曲率半径Ｒ２との関係を、Ｒ１≧Ｒ２とすることにより、左右対称となる軸Ａに直交する断面における近似曲率半径Ｒ２の方が小さくなるために、この断面方向により屈折される光の程度のほうが大きくより広範囲に配光することができる。
【０００７】
図３は、図２（ｂ）のレンズ透過後の光量とレンズアレイとのなす角度との関係を示す図である。図３中、角度９０度がレンズアレイに垂直な方向を示し、それより小さい角度では上向き、大きい角度では下向きを示す。ほぼ１４０度にピークを持ち下向きに配光していた。
本発明の他の実施例として、図１におけるレンズＬの頂点２が重心１に近づいた形状について説明する。このような形状のレンズＬに平行光が入射すると、図２（ａ）においては同様の結果が得られるが、図２（ｂ）においては頂点及び重心の位置が上寄りになっているために、頂点２より下側に入射する光量の割合が増し、その結果として透過後上向きの光量が増す。そのため全体としては垂直よりも下向きにかつ上記例よりは上向きな配光が得られた。
【０００８】
次に、上述したレンズ要素が同じ向きに配列したレンズアレイの配光特性についての説明を行う。図４は、本発明のレンズアレイの一実施例をレンズ形成面側より見た図である。図１に示したようなレンズＬをその各対称軸が互いに平行になるように配列している。そのためレンズ透過後の光は、みな同様に振る舞い、その結果、図５に示すようにレンズ列に対して下向きにいずれの場所からもほぼ同様な配光状態が得られる。レンズアレイの他の実施例として図６に示すような配列をしても良い。
本発明の更なる実施例として図７に示すようなレンズアレイがある。図中の下に行くほど頂点の位置が重心に近づく形状をなしている。図中の例では一段毎にレンズの形状を変えているが、これは一例であり、複数段毎に同一形状のレンズで構成されていてもかまわない。
このようなレンズアレイに対して平行光を入射させると、図８に示すようにレンズアレイ上部を通過した光は下向きに配光しレンズアレイ下部に行くに従い正面方向を中心に配光するようになる。それらの重ね合わせからレンズアレイに垂直よりやや下方にかけて配光した。
【０００９】
次に、本発明に係るスクリーンについて説明する。既述の実施例で説明したようにスクリーン面に対して左右方向においては対称的に広範な視野角が得られ、垂直方向に対しては主に下方に向かって配光している。このような配光特性を有しているので、スクリーンを鑑賞者に対して高い位置に配する場合に好適である。また、この下方への配光のさせ方は、構成するレンズの形状（重心と頂点の位置関係）を変えることで設計可能である。
このような構成のスクリーンは、上部から下部に向かい構成するレンズの頂点位置がレンズ重心に対して下から一致するように距離を小さくしている。従ってスクリーン上部ほど下向きに配光し、下部に行くほど水平に近い配光特性になる。従って大きなサイズのスクリーンでスクリーン下部が鑑賞者の目線に近くスクリーン上部が鑑賞者の目線に対して高い位置にあるような配置に好適である。
又、このような構成のスクリーンは、それを構成するレンズの頂点位置がスクリーン上部から下部に向かいレンズ重心より下部から一致するように変化して、一致した後さらに下方においてはレンズ重心より上方に位置する。従ってスクリーン上部においては下方に向かった配光が得られ、スクリーン位置が下がるにつれて水平に近い配光となり、レンズの重心と頂点とが一致する領域より下方では上方へ配光するようになる。従って大きなサイズのスクリーンでその下端が鑑賞者の目線よりも下方にあり、上端が鑑賞者の目線より高い位置にあるような配置に好適である。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１によれば、透明基板の片側表面に二次元状に多数の微細な凸レンズ要素が配されたレンズアレイにおいて、前記凸レンズ要素の重心と頂点とが異なった位置にある形状であることを特徴とするレンズアレイにより、凸レンズの重心位置と頂点位置が異なるためにレンズ透過後に回転対称性から外れた光量分布が得られる。
請求項２によれば、請求項１記載のレンズアレイにおいて、それを構成する凸レンズ要素の形状が左右対称となる軸を一軸のみ有し、重心と頂点がともにこの軸上にあることを特徴とするレンズアレイにより、一軸に関してのみ対称性を有するのでレンズ透過後の光量はこの軸に関してのみ対称な光量分布が得られる。
請求項３によれば、請求項２記載のレンズアレイにおいて、各凸レンズ要素が同じ方向を向き左右対称となる軸が互いに全て平行であることを特徴とするレンズアレイにより、各レンズ要素が同じ向きであるために各レンズ要素透過後の光量分布が互いに重畳されレンズ対称軸及びレンズアレイに直交する断面において左右対称な光量分布で、レンズアレイに直交しレンズ対称軸に平行な面においては非対称な光量分布が得られる。
請求項４によれば、請求項２、３記載のレンズアレイにおいて、それを構成する凸レンズ要素の形状が左右対称となる軸断面での近似曲率半径Ｒ１と、この軸に直交しレンズ頂点を通る断面における近似曲率半径Ｒ２においてＲ１≧Ｒ２であることを特徴とするレンズアレイにより、左右対称となる軸に直交する断面における近似曲率半径のほうが小さいために、この断面方向により屈折される光の程度のほうが大きくより広範囲に配光することができる。
請求項５記載の各レンズ要素が同じ形状であるので、請求項３、４記載のレンズアレイにおいて、各レンズ要素がほぼ同じ形状であることを特徴とするレンズアレイにより、レンズアレイのいかなる場所を透過してきた光も同じ配光特性を示し、レンズ形状の対称軸に対しては対称な配光特性が得られ、それに直交する方向においてはレンズアレイの法線に対して角度を有するような配光特性を得ることができる。
【００１１】
請求項６によれば、請求項３または４記載のレンズアレイにおいて、レンズ要素の左右対称となる軸を垂直方向に配した場合に各レンズ要素の頂点と重心との距離がレンズアレイにおいて下に行くほど小さくなることを特徴とするレンズアレイにより、構成するレンズ要素が左右対称形状であり、上下方向には重心と頂点との位置が異なり、その距離がレンズアレイ下方に行くほど小さくなるために、レンズアレイ上部においては透過してきた光が下方に向かって配光しその程度がスクリーン下部に行くほど小さくなるような配光特性を得ることができる。
請求項７によれば、映像光の投射側より順に少なくともフレネルレンズシートと二次元状にレンズが配されたレンズアレイから構成される背面投影型表示装置のスクリーンにおいて、前記レンズアレイに請求項５記載のレンズアレイをレンズ左右対称軸がスクリーンにおいて垂直方向になるように用いることを特徴とするレンズアレイにより、請求項５記載のレンズアレイをレンズ左右対称軸が垂直になるように用いているために左右方向においては均等に広い視野角が得られ、垂直方向においてはスクリーン面に垂直な方向に対して異なる方向に配光させることができる。
請求項８によれば、映像光の投射側より順に少なくともフレネルレンズシートと二次元状にレンズが配されたレンズアレイから構成される背面投影型表示装置のスクリーンにおいて、前記レンズアレイに請求項６記載のレンズアレイをレンズ対称軸がスクリーンにおいて垂直方向になるように用いることを特徴とする背面投影型表示装置のスクリーンにより、請求項６記載のレンズアレイをレンズ左右対称軸が垂直になるように用いているために左右方向においては均等に広い視野角が得られ、垂直方向においてはスクリーン上部ほど下方に配光し下部になるほど上下均等な配光を得ることができる。
請求項９によれば、映像光の投射側より順に少なくともフレネルレンズシートと二次元状にレンズが配されたレンズアレイから構成される背面投影型表示装置のスクリーンにおいて、前記レンズアレイに請求項６記載のレンズアレイを用い、さらにレンズ要素の重心と頂点が一致するようなレンズアレイを配しさらに今度は重心と頂点との距離が大きくなるようなレンズアレイを配したことを特徴とする背面投影型表示装置のスクリーンにより、スクリーン上下方向においてレンズ重心と頂点の距離が徐々に小さくなり一致した後さらに大きくなるような形状のレンズが配列されているので、スクリーン上部においては透過してきた光は下方に向かいスクリーン下部に行くに従い上下均等に移行するようになりさらに下方においては上方に向かうような配光を得ることができる。
請求項１０によれば、請求項７から９記載のスクリーンを用いた背面投影型表示装置により、水平方向には広い視野角で垂直方向には狙いとする領域へ効率よく配光することができるので高品位な明るい画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレンズアレイに使用する凸レンズ要素の一例の平面図である。
【図２】（ａ）は本発明のレンズアレイ用凸レンズの対称軸に垂直な断面での光路説明図、（ｂ）は本発明のレンズアレイ用凸レンズの対称軸での断面における光路説明図である。
【図３】図２（ｂ）でのレンズ通過後光量と対レンズ角度との関係説明図である。
【図４】本発明のレンズアレイのレンズ形成面の立体的平面図である。
【図５】本発明のレンズアレイの前記平面図のレンズの断面図と光路説明図である。
【図６】本発明のレンズアレイの前記レンズ形成面の他の例の立体的平面図である。
【図７】本発明のアレイで図面下方向順に頂点が重心に近づく例の立体的平面図である。
【図８】本発明のアレイで前記下方向順に頂点が重心に近づく例の光路説明図である。
【図９】本発明のアレイで前記頂点と重心の関係が中央部で一致後反転する例の立体的平面図である。
【図１０】本発明のアレイで前記頂点と重心が中央部一致後反転の例の光路説明図である。
【符号の説明】
１ 重心
２ 頂点[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display device, and more particularly, to a rear projection display device and a transmission screen used therein.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique, a transmission screen has a plurality of particles which are spheroidal in shape, have anisotropy, and are arranged in a plane with their axial directions aligned with each other. There is known a technology that has anisotropy in the light distribution of emitted light with respect to the light and that the particles can be easily miniaturized, so that the emitted light can be subdivided and the distribution density of the emitted light can be increased. (For example, see Patent Document 1). This technique can increase both the degree of freedom in designing the viewing angle and the resolution.
In addition, the incident surface has a large shape in any cross-sectional direction of the exit surface, and an arbitrary space formed by the periphery of the entrance surface and the periphery of the exit surface is surrounded by a mirror (reflection mirror). There is also known one provided with a callide screen in which a plurality of callide scopes are embedded in a plane (for example, see Patent Document 2).
[Patent Document 1] JP-A-11-133512 [Patent Document 2] JP-A-2000-305179
[Problems to be solved by the invention]
A rear projection display device requires a wide viewing angle. The range of movement and arrangement of the viewer in the horizontal direction is wider than that in the vertical direction, and a wide viewing angle is required. Accordingly, different viewing ranges are desired in the horizontal and vertical directions. In order to realize this, the screen serving as the display unit has a conventional configuration, which is composed of a lenticular lens in which a large number of lenses having a curvature only in the horizontal direction are arranged in the horizontal direction and a diffusion layer, and the lenticular lens has a horizontal viewing angle. The viewing angle is increased in the vertical direction by a diffusion layer.
However, this configuration has a problem that the viewing angle in the vertical direction cannot be sufficiently controlled. Further, as another configuration, a plurality of transparent spherical beads are arranged on a substrate, and the viewing angle is expanded by the lens effect of the beads. However, in this configuration, since the bead shape is a sphere, the viewing angle is the same in both the horizontal and vertical directions, and there is a problem that independent control cannot be performed in each direction.
In order to solve the above-described problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-133512 discloses a configuration in which a plurality of elliptical spherical particles are arranged so that their axial directions are aligned. A technique is disclosed in which the viewing angle in each of the vertical direction and the horizontal direction is independently controlled by changing the curvature of the image.
The screen in the present invention can obtain a wide viewing angle in the horizontal direction with respect to the vertical direction. However, since the same shape of beads is used, the viewing range is symmetrical vertically and horizontally at any place on the screen. is there. The fact that the screen is symmetrical up and down means that light is distributed further upward from the height above the line of sight of the viewer, and further downward from below the line of sight on the screen. As a result, the amount of incident light cannot be used effectively. Have a point.
[0004]
Another configuration is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-305179, in which the cross section of the opening is reduced in the direction in which light travels on the screen, and a surface other than the entrance / exit surface is a reflecting mirror made of a metal film. Thus, the angle of the emitted light is increased to achieve a viewing angle expanding effect. In this configuration, the vertical and horizontal viewing angles can be independently controlled by reducing the opening cross section.
However, since the angle of the emitted light in the same configuration changes discontinuously due to the number of reflections on the reflection surface, it is necessary to increase the number of times, that is, to increase the distance from the incidence surface to the emission surface, and the thickness of the screen is reduced. However, there is a problem that the weight is increased as a result. In addition, since the amount of light decreases with reflection due to the use of reflection on a metal surface, if the number of reflections is increased for the above-described reasons, the amount of outgoing light is greatly reduced with respect to the amount of incident light, resulting in a dark image. There is a problem that.
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a rear projection display device having a wide viewing angle in the horizontal direction and capable of distributing light in a target range in the vertical direction, and a screen used therefor. And
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to claim 1, in a lens array in which a large number of fine convex lens elements are arranged two-dimensionally on one surface of a transparent substrate, the center of gravity and the vertex of the convex lens element are The most important feature is a lens array having shapes at different positions.
According to the second aspect of the present invention, there is provided the lens array according to the first aspect, wherein the convex lens element has only one axis in which the shape of the convex lens element is bilaterally symmetric, and both the center of gravity and the vertex are on this axis. Main features.
According to a third aspect of the present invention, in the lens array according to the second aspect, a main feature of the lens array is that each convex lens element faces in the same direction and all symmetrical axes are parallel to each other.
According to a fourth aspect of the present invention, in the lens array according to the second or third aspect, an approximate radius of curvature R1 in an axial section in which the shape of the convex lens element constituting the lens array is symmetrical, and a lens vertex perpendicular to the axis. The main feature is a lens array that satisfies R1 ≧ R2 at an approximate radius of curvature R2 in a cross section passing through.
According to a fifth aspect of the present invention, in the lens array according to the third or fourth aspect, the main feature is a lens array in which each lens element has substantially the same shape.
According to a sixth aspect of the present invention, in the lens array according to the third or fourth aspect, when a bilaterally symmetric axis of the lens element is arranged in a vertical direction, a distance between a vertex of each lens element and a center of gravity is lower in the lens array. The main feature is that the lens array becomes smaller as going to.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a screen of a rear projection display device including at least a Fresnel lens sheet and a lens array in which lenses are two-dimensionally arranged in order from a projection side of image light. A main feature of the screen is a screen of a rear projection display device using the lens array described in 5 so that the left-right symmetry axis of the lens is vertical to the screen.
According to an eighth aspect of the present invention, in a screen of a rear projection type display device comprising at least a Fresnel lens sheet and a lens array in which lenses are two-dimensionally arranged in order from the projection side of the image light, the lens array has A main feature of a screen of a rear projection display device using the lens array described in Item 6 so that the axis of lens symmetry is vertical to the screen.
According to a ninth aspect of the present invention, in the screen of a rear projection display apparatus including at least a Fresnel lens sheet and a lens array in which lenses are two-dimensionally arranged in order from the projection side of the image light, the lens array has 6. A rear projection display device using the lens array according to 6, further including a lens array in which the center of gravity of the lens element coincides with the vertex, and further including a lens array in which the distance between the center of gravity and the vertex increases. The screen is the main feature.
According to a tenth aspect of the present invention, a rear projection display device using the screen according to the seventh to ninth aspects is a main feature.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an example of a convex lens element of a lens array according to the present invention. The convex lens element L has a different shape at the position of the center of gravity 1 and the position of the vertex 2, and is symmetrical with respect to the axis A passing through the two points. FIG. 2 shows the state of light rays after the parallel light is incident on such a lens L and transmitted. FIG. 2A shows a state of a light ray in a cross section perpendicular to the symmetry axis A, and FIG. 2B shows a state of a light ray in a cross section along the symmetry axis A.
As shown in FIG. 2A, in this direction, the parallel light once converges after transmission, and then proceeds while spreading symmetrically. On the other hand, with respect to the direction having a cross section of the symmetry axis as shown in FIG. 2B, the light rays incident on the portion above the vertex 2 are lower, and the light rays incident on the portion lower than the vertex 2 are shown below. Is refracted upward and proceeds, but the position of the vertex 2 is shifted downward in the figure. Accordingly, of the light rays incident on the lens L, more light rays are incident on the upper side than the apex, and as a result, the rate of the light rays transmitted therethrough is increased downward, thereby exhibiting a downward light distribution characteristic.
In the lens array formed by arranging a plurality of such lens L described above, through the approximate radius of curvature R 1 in a cross section of the axis A shape is symmetrical for each lens element L constituting a and lens vertex perpendicular to this axis L By setting the relationship with the approximate radius of curvature R 2 in the cross section to be R 1 ≧ R 2 , the approximate radius of curvature R 2 in the cross section orthogonal to the symmetrical axis A becomes smaller. The degree of the refracted light is larger, and the light can be distributed over a wider range.
[0007]
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amount of light transmitted through the lens of FIG. 2B and the angle formed by the lens array. In FIG. 3, an angle of 90 degrees indicates a direction perpendicular to the lens array, and a smaller angle indicates an upward direction, and a large angle indicates a downward direction. The light had a peak at approximately 140 degrees and was distributed downward.
As another embodiment of the present invention, a shape in which the vertex 2 of the lens L in FIG. When parallel light is incident on the lens L having such a shape, a similar result is obtained in FIG. 2A, but in FIG. 2B, the positions of the apex and the center of gravity are shifted upward. The ratio of the amount of light incident below the vertex 2 increases, and as a result, the amount of upward light after transmission increases. As a result, a light distribution downward as a whole and upward as compared to the above example was obtained.
[0008]
Next, the light distribution characteristics of the lens array in which the above-described lens elements are arranged in the same direction will be described. FIG. 4 is a view of one embodiment of the lens array of the present invention as viewed from the lens forming surface side. The lenses L as shown in FIG. 1 are arranged such that their respective symmetry axes are parallel to each other. Therefore, all the lights transmitted through the lens behave similarly, and as a result, almost the same light distribution state can be obtained from any position downward with respect to the lens row as shown in FIG. As another embodiment of the lens array, an arrangement as shown in FIG. 6 may be adopted.
As a further embodiment of the present invention, there is a lens array as shown in FIG. The shape of the vertex is closer to the center of gravity as it goes down in the figure. In the example in the drawing, the shape of the lens is changed for each stage. However, this is an example, and a lens having the same shape may be formed for each of a plurality of stages.
When parallel light is incident on such a lens array, as shown in FIG. 8, light passing through the upper part of the lens array is distributed downward, and is distributed mainly in the front direction toward the lower part of the lens array. Become. Light was distributed from the superimposition of the lenses to the lens array slightly below the vertical.
[0009]
Next, the screen according to the present invention will be described. As described in the above-described embodiment, a wide viewing angle is obtained symmetrically in the left-right direction with respect to the screen surface, and light is mainly distributed downward in the vertical direction. Having such light distribution characteristics, it is suitable for disposing the screen at a high position with respect to the viewer. The downward light distribution can be designed by changing the shape of the constituent lenses (the positional relationship between the center of gravity and the apex).
In the screen having such a configuration, the distance is reduced so that the vertex position of the lens, which is configured from the upper part to the lower part, matches the center of gravity of the lens from below. Therefore, the light distribution characteristic is downward toward the upper part of the screen, and is closer to horizontal as it goes toward the lower part. Therefore, it is suitable for an arrangement in which the lower portion of the screen is close to the line of sight of the viewer and the upper portion of the screen is higher than the line of sight of the viewer.
Also, in the screen having such a configuration, the vertex position of the lens constituting the screen changes from the upper part of the screen toward the lower part so as to match from the lower part of the lens center of gravity. To position. Therefore, a light distribution directed downward is obtained at the upper portion of the screen, and the light distribution becomes almost horizontal as the screen position decreases, and the light is distributed upward below a region where the center of gravity of the lens coincides with the vertex. Therefore, it is suitable for an arrangement in which the lower end of the large screen is located below the line of sight of the viewer, and the upper end of the screen is higher than the line of sight of the viewer.
[0010]
【The invention's effect】
As described above, according to claim 1, in a lens array in which a large number of fine convex lens elements are two-dimensionally arranged on one surface of a transparent substrate, the center of gravity and the apex of the convex lens element are located at different positions. With a lens array characterized by having a certain shape, a light amount distribution deviating from rotational symmetry after transmission through the lens can be obtained because the position of the center of gravity and the position of the vertex of the convex lens are different.
According to a second aspect, in the lens array according to the first aspect, the convex lens element constituting the lens array has only one axis in which the shape is bilaterally symmetric, and both the center of gravity and the vertex are on this axis. Since the lens array has symmetry only with respect to one axis, a light quantity distribution after passing through the lens is symmetrical only with respect to this axis.
According to a third aspect, in the lens array according to the second aspect, each of the convex lens elements faces in the same direction and all symmetrical axes are parallel to each other. Therefore, the light amount distribution after transmission through each lens element is superimposed on each other, and the light amount distribution is bilaterally symmetric in a section orthogonal to the lens symmetry axis and the lens array, and asymmetric in a plane orthogonal to the lens array and parallel to the lens symmetry axis. A light quantity distribution is obtained.
According to claim 4, in the lens array according to claim 2, wherein, the approximate radius of curvature R 1 in the axial cross-section the shape of a convex lens element constituting it becomes symmetrical, the lens apex perpendicular to this axis The lens array is characterized in that R 1 ≧ R 2 in the approximate radius of curvature R 2 in the cross section passing therethrough. Since the approximate radius of curvature in the cross section orthogonal to the bilaterally symmetric axis is smaller, the lens is refracted in this cross-sectional direction. The light intensity is higher and the light can be distributed over a wider range.
Since each lens element according to the fifth aspect has the same shape, the lens array according to the third and fourth aspects is characterized in that each lens element has substantially the same shape. The transmitted light shows the same light distribution characteristics, and a light distribution characteristic symmetrical with respect to the axis of symmetry of the lens shape is obtained, and a light distribution characteristic having an angle with respect to the normal line of the lens array in a direction perpendicular to the characteristic. Optical characteristics can be obtained.
[0011]
According to the sixth aspect, in the lens array according to the third or fourth aspect, when the bilaterally symmetric axis of the lens element is arranged in the vertical direction, the distance between the vertex of each lens element and the center of gravity is lower in the lens array. Since the lens array is characterized by becoming smaller as it goes, the constituent lens elements are symmetrical in shape, the positions of the center of gravity and the apex are different in the vertical direction, and the distance becomes smaller as going down the lens array. In the upper part of the lens array, it is possible to obtain a light distribution characteristic in which the transmitted light is distributed downward, and the degree thereof is reduced toward the lower part of the screen.
According to the seventh aspect, in a screen of a rear projection type display device including at least a Fresnel lens sheet and a lens array in which lenses are two-dimensionally arranged in order from the projection side of the image light, the lens array has the fifth aspect. The lens array according to claim 5 is used such that the axis of left-right symmetry is perpendicular to the screen, so that the lens array according to claim 5 is used so that the axis of left-right symmetry is vertical. In the horizontal direction, an even wide viewing angle is obtained, and in the vertical direction, light can be distributed in a direction different from the direction perpendicular to the screen surface.
According to claim 8, in a screen of a rear projection type display device including at least a Fresnel lens sheet and a lens array in which lenses are two-dimensionally arranged in order from the projection side of the image light, the lens array has A screen of a rear projection display device, wherein the lens array according to claim 6 is used such that the axis of symmetry of the lens is perpendicular to the screen. Because of the use, a wide viewing angle can be obtained evenly in the left-right direction, and in the vertical direction, light can be distributed downward toward the upper portion of the screen and can be distributed more uniformly vertically toward the lower portion.
According to the ninth aspect, in a screen of a rear projection display apparatus including at least a Fresnel lens sheet and a lens array in which lenses are two-dimensionally arranged in order from the projection side of the image light, the lens array has the sixth aspect. Rear projection, characterized by using the lens array described above, further arranging a lens array in which the center of gravity of the lens element coincides with the vertex, and further arranging a lens array in which the distance between the center of gravity and the vertex increases. According to the screen of the type display device, the lenses are arranged such that the distance between the center of gravity of the lens and the vertex gradually decreases and coincides with each other in the vertical direction of the screen. As it goes to the lower part of the screen, it moves up and down equally, and further downwards, it moves upward. It can be obtained Migihitsuji light distribution.
According to the tenth aspect, with the rear projection display device using the screen according to the seventh to ninth aspects, light can be efficiently distributed to a target region in the vertical direction with a wide viewing angle in the horizontal direction. Therefore, a high-quality bright image can be displayed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an example of a convex lens element used for a lens array of the present invention.
2A is an explanatory diagram of an optical path in a section perpendicular to a symmetry axis of a convex lens for a lens array of the present invention, and FIG. 2B is an explanatory diagram of an optical path in a cross section along a symmetry axis of the convex lens for a lens array of the present invention. is there.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a relationship between a light amount after passing through a lens and an angle to a lens in FIG. 2B.
FIG. 4 is a three-dimensional plan view of a lens forming surface of the lens array of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view and an explanatory view of an optical path of the lens in the plan view of the lens array of the present invention.
FIG. 6 is a three-dimensional plan view of another example of the lens forming surface of the lens array of the present invention.
FIG. 7 is a three-dimensional plan view of an example in which vertices approach the center of gravity in the downward order in the drawing in the array of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an optical path in which an apex approaches a center of gravity in the downward order in the array of the present invention.
FIG. 9 is a three-dimensional plan view of an example in which the relationship between the vertices and the center of gravity in the array of the present invention is reversed after matching at the center.
FIG. 10 is an explanatory diagram of an optical path of an example in which the vertex and the center of gravity of the array according to the present invention are reversed after the center part coincides.
[Explanation of symbols]
1 Center of gravity 2 Vertex
