JP2005148553A - 透過型スクリーンおよび背面投射型表示装置 - Google Patents

透過型スクリーンおよび背面投射型表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 モアレの発生を抑制して画質の劣化のない透過型スクリーンを得る。
【解決手段】 フレネルレンズ部４１が形成されたフレネルレンズシート４０とマイクロレンズ部５１が形成されたマイクロレンズアレイシート５０とを対向配置してなるスクリーンであって、投射画像を該スクリーンの一方の面から入射して他方の面に投影表示させる透過型スクリーン６０において、マイクロレンズ部５１の一方のレンズピッチをＰ、フレネルレンズ部４１のレンズピッチをＰｆ、スクリーン６０に投影される画素枠ピッチをＰｂとしたとき、Ｐ≠Ｐｂ・Ｐｆ／（Ｐｂ＋Ｐｆ）、Ｐ≠Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ＋Ｐｆ）およびＰ≠Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ−Ｐｆ）を満たすようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、透過型スクリーンおよびそれを備えた背面投射型表示装置に関する。
投射画像をスクリーンの背面から入射して該スクリーンの正面に表示させる背面投射型表示装置はリアプロジェクタ等として現在広く利用されている。背面投射型表示装置は周囲環境が明るくても鮮明な画像を得ることができる利点を有する。このような背面投射型表示装置では、投射装置として、通常、液晶パネルを利用した液晶プロジェクタが内蔵されている。また、その表示スクリーンとして、複数枚のレンズシートを必要に応じて組み合わせた透過型スクリーンが用いられている。従来、この種の透過型スクリーンは、フレネルレンズシート、レンチキュラレンズシート、プリズムレンズシート、拡散シート等を組み合わせて構成してあり、なかでもスクリーン面が明るく視野角も広いという利点から、フレネルレンズシートとレンチキュラレンズシートとを組み合わせたものが多い。
しかし、液晶プロジェクタは、光源光を画素枠によって区切られたセグメントを持つ液晶パネルを透過して投影するので、その画素枠の影とフレネルレンズの同心円状の縞およびレンチキュラーレンズの縦縞とが干渉して、顕著なモアレが発生し画質を劣化させるという問題があった。これを改善するために、液晶プロジェクタにより投射される投影画素枠のピッチとフレネルレンズシートのレンズピッチ、およびその投影画素枠のピッチとレンチキュラレンズシートのレンズピッチとを一定の範囲に調整することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許公報第２９２２２３３号
マイクロレンズアレイシートに用いた場合おいても、上記のようにすることで、投影画素枠とフレネルレンズシート、および投影画素枠とマイクロレンズアレイシートの間で生ずるモアレを改善することは出来た。しかしながら、従来の場合、フレネルレンズシートとマイクロレンズアレイシートの間で生ずるモアレと投影画素枠とによるモアレが発生して、画質が劣化する問題が依然として生じていた。
本発明の目的は、この課題を解決して、液晶プロジェクタ等の投射装置から画像を投影した場合に、モアレの発生を抑制して、画質の劣化のない透過型スクリーンおよびそれを備えた背面投射型表示装置を提供することである。
本発明の透過型スクリーンは、複数のレンズが等間隔に形成されているフレネルレンズ部を有したフレネルレンズシートと、複数のレンズが等間隔に形成されているマイクロレンズ部を有したマイクロレンズアレイシートとを対向配置してなるスクリーンであって、投射画像を該スクリーンの一方の面から入射して他方の面に投影表示させる透過型スクリーンにおいて、前記マイクロレンズ部の一方のレンズピッチをＰ、前記フレネルレンズ部のレンズピッチをＰｆ、前記スクリーンに投影される画像の投影画素枠ピッチをＰｂとしたとき、前記マイクロレンズ部の一方のレンズピッチＰを前記フレネルレンズ部のレンズピッチＰｆの０．８〜０．５５倍、０．４５〜０．３６倍、または０．３倍以下とし、前記マイクロレンズ部の一方のレンズピッチＰを前記画素枠ピッチＰｂの０．８〜０．５５倍、０．４５〜０．３６倍、または０．３倍以下とし、前記フレネルレンズ部のレンズピッチＰｆを前記画素枠ピッチＰｂの０．８〜０．５５倍、０．４５〜０．３６倍、または０．３倍以下とし、さらに、
Ｐ≠Ｐｂ・Ｐｆ／（Ｐｂ＋Ｐｆ）、
Ｐ≠Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ＋Ｐｆ）および
Ｐ≠Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ−Ｐｆ）を満たすようにしたものである。
このスクリーンによれば、マイクロレンズアレイシートと、フレネルレンズシートと、スクリーンに投影される画素枠との相互間、およびフレネルレンズシートとマイクロレンズアレイシートとの間で生ずるモアレと上記画素枠とによるモアレの発生が抑制されて、モアレが目立たない優れた画質の画像が表示される。
また、上記において、
（ａ）Ｐ≦０．９×Ｐｂ・Ｐｆ／（Ｐｂ＋Ｐｆ）または
Ｐ≧１．１×Ｐｂ・Ｐｆ／（Ｐｂ＋Ｐｆ）、
（ｂ）Ｐ≦０．９５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ＋Ｐｆ）または
Ｐ≧１．０５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ＋Ｐｆ）、
（ｃ）Ｐ≦０．９５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ−Ｐｆ）または
Ｐ≧１．０５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ−Ｐｆ）、
の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の全てを満たすようにしたものである。
このスクリーンによれば、マイクロレンズアレイシートと、フレネルレンズシートと、スクリーンに投影される画素枠との相互間、およびフレネルレンズシートとマイクロレンズアレイシートとの間で生ずるモアレと上記画素枠とによるモアレの発生がさらに抑制されて、モアレがほとんど目立たない優れた画質の画像が表示される。
本発明の背面投射型表示装置は、上記何れかに記載の透過型スクリーンと投射装置とを備え、前記投射装置からの投射画像を前記透過型スクリーンの背面から入射して該スクリーンの正面に表示するものである。これにより、モアレの発生が実用上問題とならない、優れた画質の画像表示が可能な背面投射型表示装置が得られる。
図１は本発明の実施形態に係る背面投射型表示装置の構成図、図２は本発明の実施形態に係る透過型スクリーンを説明する模式図である。背面投射型表示装置１は、投射光学ユニット１０、投射光学ユニット１０からの投影光の光路を調整するミラー３０、その投影光を背面から入射して正面に画像を表示する透過型スクリーン６０を備えている。
投射光学ユニット１０は、内部に液晶パネル（図示しない）を有し、液晶パネルで生成された画像を光源からの照明光により透過型スクリーン６０に投影している。
透過型スクリーン６０は、多数の鋸歯状レンズが等しいピッチＰｆで形成されているフレネルレンズ部４１を有したフレネルレンズシート４０と、多数の球面状レンズ（マイクロレンズ）が等しいピッチＰで形成されているマイクロレンズ部５１を有したマイクロレンズアレイシート５０とを、互いのレンズ部４１，５１が向かい合うように対向配置している。なお、ここでは、フレネルレンズシート４０は投射光学ユニット１０側に、そしてマイクロレンズアレイシート５０は視聴者側に配置されている。
上記のような構成の背面投射型表示装置の場合、液晶パネルの画素枠の投影された投影画素枠７０とフレネルレンズシート４０のフレネルレンズ部４１、投影画素枠７０とマイクロレンズアレイシート５０のマイクロレンズ部５１、およびフレネルレンズシート４０のフレネルレンズ部４１とマイクロレンズアレイシート５０のマイクロレンズ部５１との関係に起因してモアレが発生することがある。また、フレネルレンズ部４１とマイクロレンズ部５１との関係に起因して生じたモアレと投影画素枠７０とに起因して発生するモアレもある。なお、ここでは、図２に示すように、フレネルレンズ部４１のレンズピッチをＰｆ、フレネルレンズ部４１のレンズピッチＰｆの方向に対応する方向のマイクロレンズ部５１のレンズピッチをＰ、投影画素枠７０のピッチＰｂとする。
ところで、モアレについては一般的に以下のことが知られている。
（１）関係する対象物の互いのピッチ比が整数倍に近くなった時に顕著なモアレが発生する。例えば、投影画素枠ピッチとレンズ部のピッチが等ピッチである場合に、顕著で周期の大きなモアレが生じる。そのため、両者のピッチが２倍、３倍…の関係にあるときも周期の大きなモアレが生ずることとなり、ピッチ同士は、ｎ倍（ｎは整数）または1/ｎ倍の関係からはずれた方がモアレは弱くなる。また、ｎ倍あるいは1/ｎ倍のｎの値が大きくなるにしたがってモアレの濃度は低くなり、ｎの値が４以上になると実用上問題のない水準になる。
（２）モアレのピッチは関係する対象物の互いのピッチの逆数（空間周波数）の差の逆数になる。すなわち、ピッチＰｆのフレネルレンズ部４１とピッチＰのマイクロレンズ部５１とのモアレ（以下、レンズ部間モアレという）のピッチは、
１／｜１／ｍ・Ｐｆ−１／ｎ・Ｐ｜＝ｍ・ｎ・Ｐｆ・Ｐ／｜ｎ・Ｐ−ｍ・Ｐｆ｜
となる。ここで、ｍ、ｎは整数である。
さらに、上記レンズ部間モアレと投影画素枠７０とのモアレは、レンズ部間モアレのピッチと投影画素枠７０のピッチＰｂとが等しくなると発生しやすくなるので、
ｍ・ｎ・Ｐｆ・Ｐ／｜ｎ・Ｐ−ｍ・Ｐｆ｜＝Ｐｂ
となる。これをＰについて解くと、
ｎ・Ｐ−ｍ・Ｐｆが正のときは、Ｐ＝Ｐｂ・Ｐｆ／ｎ・（Ｐｂ−Ｐｆ）
ｎ・Ｐ−ｍ・Ｐｆが負のときは、Ｐ＝Ｐｂ・Ｐｆ／ｎ・（Ｐｂ＋Ｐｆ）
となる。ただし、実際にフレネルレンズ部のレンズピッチより大きいレンズピッチを有するマイクロレンズ部を作成することは想定していないため、ｍは１で固定してよい。さらに、ｎが大きくなるとモアレがあまり目立たなくなるので、レンズ部間モアレと投影画素枠７０とによるモアレに関しては、ｎは１または２の場合のみ考慮すればよい。
上記（１）の観点から、マイクロレンズ部５１の一方のレンズピッチＰをフレネルレンズ部４１のレンズピッチＰｆの０．８〜０．５５倍、０．４５〜０．３６倍、または０．３倍以下とし、マイクロレンズ部５１の一方のレンズピッチＰを投影画素枠７０のピッチＰｂの０．８〜０．５５倍、０．４５〜０．３６倍、または０．３倍以下とし、さらに、フレネルレンズ部４１のレンズピッチＰｆを投影画素枠７０のピッチＰｂの０．８〜０．５５倍、０．４５〜０．３６倍、または０．３倍以下とするのがよい（条件１）。
また、上記（２）の観点から、
Ｐ≠Ｐｂ・Ｐｆ／（Ｐｂ＋Ｐｆ）、
Ｐ≠Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ＋Ｐｆ）および
Ｐ≠Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ−Ｐｆ）
とすると（条件２）、レンズ部間モアレと投影画素枠７０とに起因するモアレを目立たせなくできる。そして特に、
（ａ）Ｐ≦０．９×Ｐｂ・Ｐｆ／（Ｐｂ＋Ｐｆ）または、
Ｐ≧１．１×Ｐｂ・Ｐｆ／（Ｐｂ＋Ｐｆ）
（ｂ）Ｐ≦０．９５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ＋Ｐｆ）または
Ｐ≧１．０５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ＋Ｐｆ）
（ｃ）Ｐ≦０．９５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ−Ｐｆ）または
Ｐ≧１．０５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ−Ｐｆ）
とすると（条件３）、レンズ部間モアレと投影画素枠７０とに起因するモアレをほとんど目立たせなくできる。
フレネルレンズ部４１のレンズピッチＰｆを１１２μｍとし、液晶パネルの画素枠に起因する投影画素枠７０のピッチＰｂを４００μｍ、６００μｍ、８００μｍのそれぞれに設定して、マイクロレンズ部５１の一方のレンズピッチＰを４０μｍから９０μｍの間で５μｍ間隔で変化させて構成した透過型スクリーン６０に、液晶プロジェクタからの投射光を投影してモアレの発生状態を実験した。その結果は、表１に示すような結果となった。
Figure 2005148553
表１に◎、○、△で示されている組み合わせの場合は、モアレの発生が目立つことなく、表示された画像の画質は良好または実用上問題にないレベルであった。それらの組み合わせは前述した条件１および条件２、または条件１および条件３を満たすものである。
一方、表１に×で示されている組み合わせの場合は、モアレの発生が目立ち、表示された画像の画質が実用的でないほどに劣化したもので、これらの組み合わせは条件１あるいは条件２からはずれたものである。
本発明の透過型スクリーンは、スクリーンの背面から画像を投射してそのスクリーンの正面に画像を表示するテレビ、遊技機等、各種の背面投射型表示装置に利用可能である。なお、この背面投射型表示装置で用いる投射装置は、必ずしも液晶プロジェクタに限られるものではなく、他のデバイスによる投射装置であってもかまわない。
本発明の実施形態に係る背面投射型表示装置の構成図。 本発明の実施形態に係る透過型スクリーンを説明する模式図。
符号の説明
１…背面投射型表示装置、１０…投射光学ユニット、３０…ミラー、４０…フレネルレンズシート、４１…フレネルレンズ部、５０…マイクロレンズアレイシート、５１…マイクロレンズ部、６０…透過型スクリーン、７０…投影画素枠。

Claims (3)

  1. 複数のレンズが等間隔に形成されているフレネルレンズ部を有したフレネルレンズシートと、複数のレンズが等間隔に形成されているマイクロレンズ部を有したマイクロレンズアレイシートとを対向配置してなるスクリーンであって、投射画像を該スクリーンの一方の面から入射して他方の面に投影表示させる透過型スクリーンにおいて、
    前記マイクロレンズ部の一方のレンズピッチをＰ、前記フレネルレンズ部のレンズピッチをＰｆ、前記スクリーンに投影される画像の投影画素枠ピッチをＰｂとしたとき、
    前記マイクロレンズ部の一方のレンズピッチＰを前記フレネルレンズ部のレンズピッチＰｆの０．８〜０．５５倍、０．４５〜０．３６倍、または０．３倍以下とし、
    前記マイクロレンズ部の一方のレンズピッチＰを前記画素枠ピッチＰｂの０．８〜０．５５倍、０．４５〜０．３６倍、または０．３倍以下とし、
    前記フレネルレンズ部のレンズピッチＰｆを前記画素枠ピッチＰｂの０．８〜０．５５倍、０．４５〜０．３６倍、または０．３倍以下とし、さらに、
    Ｐ≠Ｐｂ・Ｐｆ／（Ｐｂ＋Ｐｆ）、
    Ｐ≠Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ＋Ｐｆ）および
    Ｐ≠Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ−Ｐｆ）を満たすことを特徴とする透過型スクリーン。
  2. （ａ）Ｐ≦０．９×Ｐｂ・Ｐｆ／（Ｐｂ＋Ｐｆ）または
    Ｐ≧１．１×Ｐｂ・Ｐｆ／（Ｐｂ＋Ｐｆ）、
    （ｂ）Ｐ≦０．９５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ＋Ｐｆ）または
    Ｐ≧１．０５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ＋Ｐｆ）、
    （ｃ）Ｐ≦０．９５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ−Ｐｆ）または
    Ｐ≧１．０５×Ｐｂ・Ｐｆ／２×（Ｐｂ−Ｐｆ）、
    の上記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の全てを満たすことを特徴とする請求項１記載の透過型スクリーン。
  3. 前記請求項１または２に記載の透過型スクリーンと投射装置とを備え、前記投射装置からの投射画像を前記透過型スクリーンの背面から入射して該スクリーンの正面に表示することを特徴とする背面投射型表示装置。
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