JP2005292299A - 透過型スクリーン及び背面投射型ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 偏心した光軸を有するフレネルレンズを用いることにより、背面投射型ディスプレイ装置の薄型化を図った場合であっても、映像光のロスを極力少なくする。
【解決手段】 レンチキュラーレンズシート４０のシート本体４１を、遮光部４５及び通過部４６を含む直線上での断面で見たときに、フレネルレンズからの出射光の７５％が通過部４６を通過する場合において通過部４６に対向配置される入射面上の一点４３Ａと通過部４６の端部４６Ａ，４６Ａとを結ぶ直線同士がなす挟角をαとし、入射面上の一点４３Ａからシリンドリカルレンズ４３の集光部までの距離をＨとし、シリンドリカルレンズ４３のピッチをＰとすると、出射面４１Ａ上での遮光部４５の比率Ｂが、Ｂ≦１−（２・Ｈ・tan（α／２）／Ｐ）を満たすようにする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、例えばリアプロジェクションテレビなどの背面投射型ディスプレイ装置に用いられる透過型スクリーンに関するものである。

従来より、透過型スクリーンを備えた背面投射型ディスプレイ装置として、例えば図１６に示すようなリアプロジェクションテレビ１が知られている。
リアプロジェクションテレビ１は、図１６に示すように、光源としてのプロジェクタ２から投射される映像光を、反射鏡３Ａ，３Ｂによって反射させて略長方形平板状をなす透過型スクリーン４の背面に入射させることにより、この透過型スクリーン４の前面側に位置する観察者が、透過型スクリーン４を透過して出射する映像光を観察することができるように構成されている。

透過型スクリーン４は、例えば図１７に示すように、入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部５Ｃを有するフレネルレンズ５と、このフレネルレンズ５からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）に拡散させる拡散レンズ部６Ｃを有するレンチキュラーレンズシート（拡散レンズシート）６と、このレンチキュラーレンズシート６からの出射光をスクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散層７とを備えている（例えば特許文献１参照）。

この透過型スクリーン４に用いられるフレネルレンズ５のレンズ本体５Ａは、図１７及び図１８に示すように、レンズ基板５Ｂにおける例えばレンチキュラーレンズシート６側を向く片面に、同心円状の凹凸からなるフレネルレンズ部５Ｃがレンズ本体５Ａの出射面側に位置するように設けられて構成されており、このフレネルレンズ５の光軸５Ｄ（レンズ部５Ｃの凹凸がなす同心円の中心）は、レンズ本体５Ａの中心５Ｅと一致させられている。
また、透過型スクリーン４に用いられるレンチキュラーレンズシート６のシート本体６Ａは、図１７に示すように、シート基板６Ｂにおけるフレネルレンズ５側を向く片面に、複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）６Ｄが配列されてなる拡散レンズ部６Ｃがシート本体６の入射面側に位置するように設けられ、かつ、シート基板６Ｂにおける拡散層７側を向く片面に、複数のシリンドリカルレンズ６Ｄの非集光部を遮光する遮光部６Ｅがシート本体６の出射面側に位置するように設けられて構成されている。

このような透過型スクリーン４の背面に入射する映像光は、まず、フレネルレンズ５により略平行光となり、次いで、レンチキュラーレンズシート６によりスクリーンの左右方向に拡散するとともに拡散層７によりスクリーンの上下方向に拡散する。これにより、スクリーン左右方向及び上下方向の視野角が制御される。
ここで、レンチキュラーレンズシート６のシート本体６Ａには、その出射面側に上記遮光部６Ｅが設けられており、フレネルレンズ５からの出射光を、複数のシリンドリカルレンズ６Ｄの集光部に位置する通過部６Ｆだけを通過させるようにして拡散させる構成となっている。そのため、上記遮光部６Ｅによって複数のシリンドリカルレンズ６Ｄによる集光部以外の部分を確実に遮光し、ノイズ成分となる外光を吸収してＳ／Ｎ比を向上させるとともに、高いコントラストを得ることが可能となっている。

ところで、リアプロジェクションテレビ１においては、透過型スクリーンの背面に映像光を入射させるための光学系の占める空間が大きいため、反射鏡３Ａ，３Ｂによってプロジェクタ２から投射される映像光の光路を偏向させて、プロジェクタ２を透過型スクリーン４と反射鏡３Ｂとの間の領域から下方側に外れた領域に配置することにより、奥行きを極力小さくして薄型化を図るようにしている。
しかしながら、プロジェクタ２は、フレネルレンズ５の光軸５Ｄ上に配置されるため、上記のようにフレネルレンズ５の光軸５Ｄがレンズ本体５Ａの中心５Ｅに一致していると、このプロジェクタ２が、反射鏡３Ａ，３Ｂによって映像光の光路を偏向させていない状態において、図１６中の２点鎖線で示すように透過型スクリーン４の背面に対向配置されることになる。

そのため、映像光の光路を偏向させる反射鏡３Ａ，３Ｂのうち、透過型スクリーン４の背面に対向配置される反射鏡３Ｂを、透過型スクリーン４に対して大きな傾斜角で傾斜させなければ、プロジェクタ２を透過型スクリーン４と反射鏡３Ｂとの間の領域から下方側に外れた領域に配置することができず、これに起因してリアプロジェクションテレビ１の奥行きを小さくすることに限界が生じていた。
つまり、反射鏡３Ｂを傾斜させた分だけ、リアプロジェクションテレビ１の奥行きを大きく確保しなければならないことになり、この反射鏡３Ｂの傾斜が、リアプロジェクションテレビ１の薄型化を図る上での大きな障害となっていたのである。
特開２００２−１７４７０３号公報

これに対して最近では、図１９に示すように、光軸５Ｄがレンズ本体５Ａの中心５Ｅを通るレンズ本体５Ａの短辺に沿う方向Ｘにおいて中心５Ｅから外れた位置を通るように配置されたフレネルレンズ５を用いることにより、上記反射鏡３Ｂの傾斜を緩やかにして、リアプロジェクションテレビ１の薄型化を図ることが考えられている。
しかしながら、このようにフレネルレンズ５の光軸５Ｄを偏心させると、このフレネルレンズ５の光軸５Ｄ上に配置される光源から投射された映像光は、従来よりも大きな入射角度でもってフレネルレンズ５のレンズ本体５Ａに入射するため、映像光のロスが大きくなってしまう。

図２０に示すように、フレネルレンズ５のレンズ本体５Ａに対して入射する映像光は、まず、レンズ本体５Ａにおける略平坦な入射面５Ｆによって屈折させられ、次いで、フレネルレンズ部５Ｃのフレネル面５Ｇによってさらに屈折させられて略平行光として出射される。
そのため、映像光の入射角度θが大きくなると、入射面５Ｆでの反射や散乱によるロス（図２０中のＡ１部分）、フレネル面５Ｇのフレネル角が大きくなることに起因したフレネル面５Ｇでの反射や散乱によるロス（図２０中のＡ２部分）、フレネル角の増大に対応してライズ面５Ｈの面積が増大することに起因したライズ面５Ｈでの散乱によるロス（図２０中のＡ３部分）などが大きくなるのである。

そして、このような偏心した光軸５Ｄを有するフレネルレンズ５と、遮光部６Ｅを有する従来のレンチキュラーレンズシート６とによって透過型スクリーン４を構成した場合、上述したようにフレネルレンズ５からの出射光には略平行光ではない散乱成分が多く含まれてしまうことから、図２１に示すように、レンチキュラーレンズシート６のシート本体６Ａに対して入射する映像光のうち、遮光部６Ｅによって遮られる量が多くなる。
したがって、さらなる映像光のロスを生じさせるという悪循環を招いてしまい、リアプロジェクションテレビ１における透過型スクリーン２上に、暗い映像を表示させてしまうという問題があった。また、リアプロジェクションテレビ１のより一層の薄型化を図るため、フレネルレンズ５の光軸５Ｄ上に配置される光源からフレネルレンズ５のレンズ本体５Ａまでの投射距離を短くすることも求められているが、このような場合においても映像光の入射角度θが大きくなるので、上記の問題が助長される。

例えば、フレネルレンズ５のレンズ本体５Ａの中心５Ｄと光軸５Ｅとの間の距離Ｓと、レンズ本体５Ａの短辺の長さＤとの比Ｓ／Ｄが４０％であり、プロジェクタ２からフレネルレンズ５のレンズ本体５Ａまでの投射距離Ｌと、レンズ本体５Ａの短辺の長さＤとの比Ｌ／Ｄが０．５である場合には、フレネルレンズ５のレンズ本体５Ａに対して入射する映像光の入射角度θの最大値、つまり最大入射角度θmaxは約６０°となる。この場合、上記反射によるロスが約１０％、上記散乱によるロスが約１０％となって、合わせて２０％以上の映像光のロスが生じることになるため、上記遮光部６Ｅによって遮られる映像光の量が多くなり、暗い画像が透過型スクリーン４上に表示されるのである。
一般に、このような入射角度θの増大に起因した映像光のロスの影響は、入射角度θが約４５°よりも大きくなる領域で確認され、約６０°よりも大きくなる領域でとくに顕著になる。また、このような影響は、フレネルレンズ５のフレネルレンズ部５Ｃが、レンズ本体５Ａの出射面側に設けられている場合に顕著になる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、偏心した光軸を有するフレネルレンズを用いることにより、背面投射型ディスプレイ装置の薄型化を図った場合であっても、映像光のロスを極力少なくすることができる透過型スクリーンと、この透過型スクリーンを用いた背面投射型ディスプレイ装置とを提供することを目的としている。

上記の課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明による透過型スクリーンは、入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部が設けられた略長方形平板状のレンズ本体を有し、光軸が前記レンズ本体の中心を通る前記レンズ本体の短辺に沿う方向において前記中心から外れた位置を通るように配置されたフレネルレンズと、複数の単位レンズが配列されてなる拡散レンズ部と前記単位レンズの非集光部を遮光する遮光部とが設けられたシート本体を有し、前記フレネルレンズからの前記出射光を、前記単位レンズの集光部に位置する通過部を通過させるようにして拡散させる拡散レンズシートと、を備えた透過型スクリーンであって、前記拡散レンズシートのシート本体を、前記遮光部及び前記通過部を含む直線上での断面で見たときに、前記フレネルレンズからの前記出射光の７５％が前記通過部を通過する場合において前記通過部に対向配置される入射面上の一点と前記通過部の端部とを結ぶ直線同士がなす挟角をαとし、前記入射面上の一点から前記単位レンズの集光部までの距離をＨとし、前記単位レンズのピッチをＰとすると、前記出射面上での前記遮光部の比率Ｂが、Ｂ≦１−（２・Ｈ・tan（α／２）／Ｐ）を満たしていることを特徴としている。
また、本発明による背面投射型ディスプレイ装置は、本発明の透過型スクリーンと、前記フレネルレンズの光軸上に配置され、前記フレネルレンズに映像光を投射する光源とを備えていることを特徴としている。

本発明の透過型スクリーンでは、まず、フレネルレンズの光軸がレンズ本体の中心から外れるように配置されていることから、この透過型スクリーンを用いて背面投射型ディスプレイ装置を構成したときには、透過型スクリーンの背面に対向配置される反射鏡の傾斜を緩やかにして、背面投射型ディスプレイ装置の薄型化を図ることが可能となっている。
ここで、上記のように光軸が偏心したフレネルレンズを用いたことにより、このフレネルレンズのレンズ本体に入射する映像光の入射角度が大きくなって、フレネルレンズから拡散レンズシートに向けて出射される映像光に略平行光ではない散乱成分が多く含まれてしまう。しかしながら、本発明の透過型スクリーンにおいては、このような映像光が入射する拡散レンズシートのシート本体に設けられた遮光部の比率Ｂを、上記の範囲に設定したことから、この拡散レンズシートのシート本体に対して入射する映像光の７５％以上が、拡散レンズ部の単位レンズによる集光部に位置する通過部を確実に通過して出射される。そのため、映像光のロスを極力少なくして、透過型スクリーン上に暗い画像が表示されてしまうのを防止することができる。また、透過型スクリーン上での光量ムラを抑制する効果を得ることもできる。

本発明は、以下に示すような場合において、有効に活用される。
（１）前記フレネルレンズのレンズ本体の中心と前記フレネルレンズの光軸との間の距離Ｓと、前記レンズ本体の短辺の長さＤとの関係が、（Ｓ／Ｄ）≧４０％を満たしている場合。
（２）前記フレネルレンズの光軸上に配置される光源から前記フレネルレンズのレンズ本体までの投射距離Ｌと、前記レンズ本体の短辺の長さＤとの関係が、（Ｌ／Ｄ）≦１．０を満たしている場合。
（３）前記フレネルレンズのフレネルレンズ部が、前記レンズ本体の出射面側に設けられている場合。
（４）前記フレネルレンズの光軸上に配置される光源から投射されて前記フレネルレンズのレンズ本体に入射する入射光の最大入射角度θmaxが、θmax≧４５°を満たしている場合。

以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
本実施形態による背面投射型ディスプレイ装置としてのリアプロジェクションテレビ１０は、図１に示すように、筐体１１と、前面側（図１中の左側）を筐体１１の外部へ露出させるとともに背面側（図１中の右側）を筐体１１の内部へ露出させた略長方形平板状をなす透過型スクリーン２０と、筐体１１内に配置され、透過型スクリーン２０の背面に対して映像光を投射する光源としてのプロジェクタ１２と、同じく筐体１１内に配置され、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路を偏向させる例えば２枚の反射鏡１３，１４とを備えている。

透過型スクリーン２０は、図２に示すように、入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部３３を有するフレネルレンズ３０と、このフレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）に拡散させる拡散レンズ部４４を有するレンチキュラーレンズシート（拡散レンズシート）４０と、このレンチキュラーレンズシート４０からの出射光をスクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散層５０とを備えている。
これらフレネルレンズ３０、レンチキュラーレンズシート４０、拡散層５０は、透過型スクリーン２０の背面側（図２中の右側）から前面側（図２中の左側）にかけて順次配置されているとともに、互いに略平行となるように配置されている。

フレネルレンズ３０のレンズ本体３１は、図２及び図３に示すように、略長方形平板状をなすレンズ基板３２におけるレンチキュラーレンズシート４０側を向く片面（透過型スクリーン２０の前面側を向く片面）に、フレネルレンズ部３３が設けられることによって構成されている。このフレネルレンズ部３３は、同心円状の凹凸からなり、レンズ本体３１の出射面側に位置させられている。
本実施形態において、レンズ部３３の凹凸がなす同心円の中心を通ってレンズ本体３１の法線に沿う方向、つまり、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１は、図３に示すように、レンズ本体３１の中心Ｐ２を通るレンズ本体３１の短辺３１Ａに沿う方向Ｘにおいて中心Ｐ２から距離Ｓだけ離間した位置を通るように配置されている。そして、この距離Ｓ（フレネルレンズ３０のレンズ本体３１の中心Ｐ２と光軸Ｐ１との間の距離Ｓ）と、フレネルレンズ３０のレンズ本体３１の短辺３１Ａの長さＤとの関係が、（Ｓ／Ｄ）≧４０％を満たしており、とくに（Ｓ／Ｄ）≧５０％を満たしている。

このようなフレネルレンズ３０を製造するには、図３に示すように、略円形平板状をなすレンズ基板の片面に、このレンズ基板の中心を通ってレンズ基板の法線に沿う方向を中心（光軸Ｐ１）とする同心円状の凹凸からなるフレネルレンズ部が設けられることによって構成されたフレネルレンズ素材３４を用意する。このフレネルレンズ素材３４は、金型法によりフレネルレンズを製作する場合には、その金型に相当する。
このフレネルレンズ素材３４から、上記光軸Ｐ１から距離Ｓだけ離間した位置を通ってフレネルレンズ素材３４の法線に沿う方向を中心Ｐ２とするように、かつ、上記光軸Ｐ１及び中心Ｐ２を短辺３１Ａに沿う方向Ｘ上に位置させるように、略長方形平板状のレンズ本体３１を切り出すことによって、上述したフレネルレンズ３０を得ることができる。

上記のような構成とされたフレネルレンズ３０は、その光軸Ｐ１を例えば下方側に位置させるようにして透過型スクリーン２０に備えられている。
そして、プロジェクタ１２から投射される映像光を透過型スクリーン２０の背面に入射させる、つまり、プロジェクタ１２から投射される映像光を透過型スクリーン２０の背面側に位置するフレネルレンズ３０に入射させると、このフレネルレンズ３０は、入射した映像光の方向を整えて略平行光としてからレンチキュラーレンズシート４０に向けて出射する。

ここで、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路を反射鏡１３，１４によって偏向させていない状態を考えると、プロジェクタ１２は、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１上に配置されるために、図１中の２点鎖線で示すように透過型スクリーン２０の背面に対向する領域から例えば下方側に外れた領域に配置された状態となっている。
そして、このような配置とされるプロジェクタ１２から投射される映像光の光路を、透過型スクリーン２０の背面に対向配置されるとともに透過型スクリーン２０に対して略平行となるように配置される反射鏡１４とさらにもう一つの反射鏡１３とによって偏向させることにより、プロジェクタ１２が、筐体１１内において透過型スクリーン２０と反射鏡１４との間の領域から例えば下方側に外れた領域に配置されている。

また、上記Ｘ方向に沿う断面で見て図４に示すように、光軸Ｐ１上に配置されるプロジェクタ１２から投射されてレンズ本体３１に入射する入射光の最大入射角θmax、つまり、レンズ本体３１の一対の長辺３１Ｂ，３１Ｂのうちの光軸Ｐ１から離れた一方の長辺３１Ｂ（図４における上側の長辺３１Ｂ）に対して入射する入射光が光軸Ｐ１に対してなす傾斜角θmaxは、θmax≧４５°、とくにθmax≧６０°を満たしている。
さらに、上記Ｘ方向に沿う断面で見て図４に示すように、光軸Ｐ１上に配置されるプロジェクタ１２（の投射レンズの投射瞳）からフレネルレンズ３０のレンズ本体３１までの投射距離Ｌ、つまり、反射鏡１３，１４によって映像光の光路を偏向させていない状態において、プロジェクタ１２（の投射レンズの投射瞳）からフレネルレンズ３０のレンズ本体３１までの光軸Ｐ１に沿った方向での距離Ｌと、フレネルレンズ３０のレンズ本体３１の短辺３１Ａの長さＤとの関係が、（Ｌ／Ｄ）≦１．０、とくに（Ｌ／Ｄ）≦０．５を満たしている。なお、投射距離Ｌは、一般的にはフレネルレンズ３０の焦点距離と略等しくなるように設定される。

レンチキュラーレンズシート４０のシート本体４１は、図２及び図５に示すように、略長方形平板状をなすシート基板４２におけるフレネルレンズ３０側を向く片面（透過型スクリーン２０の背面側を向く片面）に、拡散レンズ部４４が設けられ、かつ、シート基板４２における拡散層５０側を向く片面（透過型スクリーン２０の前面側を向く片面）に、遮光部４５が設けられることによって構成されている。

拡散レンズ部４４は、略半円柱状をなす複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）４３が互いに略平行となるように配列されてなり、シート本体４１の入射面側に位置させられている。
この拡散レンズ部４４を構成する複数のシリンドリカルレンズ４３は、その長さ方向をスクリーンの上下方向（垂直方向）に略一致させており、フレネルレンズ３０から出射される映像光がレンチキュラーレンズシート４０に入射すると、このレンチキュラーレンズシート４０は、入射した映像光をスクリーンの左右方向（水平方向）で集光・拡散してストライプ状の光としてから拡散層５０に向けて出射する。なお、図２においては、説明上分かりやすくするため、シリンドリカルレンズ４３の長さ方向をスクリーンの上下方向（垂直方向）ではなく左右方向（水平方向）に略一致させて示してある。

遮光部（ＢＳ＝ブラック・ストライプ）４５は、複数のシリンドリカルレンズ４３によるストライプ状の非集光部を遮光するように、シート本体４１の出射面４１Ａ側に位置させられている。
これに対し、複数のシリンドリカルレンズ４３によるストライプ状の集光部に対応する領域は、シート本体４１の出射面４１Ａ側に位置させられた通過部４６とされており、シリンドリカルレンズ４３によって集光した映像光が、この通過部４６を通過するようにして拡散することになる。

ここで、図６に示すように、レンチキュラーレンズシート４０のシート本体４１を、遮光部４５及び通過部４６を含む直線上での断面で見たとき、つまり、スクリーンの左右方向において遮光部４５及び通過部４６を含む直線上での断面で見たときを考える。
まず、フレネルレンズ３０から出射される映像光の７５％が上記通過部４６を通過する場合について、この通過部４６に対向配置される入射面上の一点４３Ａ、つまり入射面となるシリンドリカルレンズ４３の外周面の頂部４３Ａと、出射面４１Ａ上における通過部４６の一対の端部４６Ａ，４６Ａとをそれぞれ結んだ一対の直線同士がなす挟角をαとし、上記入射面上の一点４３Ａからシリンドリカルレンズ４３の集光部までの光軸Ｐ１に沿った方向での距離（＝上記入射面上の一点４３Ａからレンチキュラーレンズシート４０のシート本体４１の出射面４１Ａまでの光軸Ｐ１に沿った方向での距離）をＨとし、複数のシリンドリカルレンズ４３のピッチをＰとする。

すると、上記断面における出射面４１Ａでの通過部４６の幅ｘを、
２・Ｈ・tan（α／２）
で表すことができ、さらに、上記断面における出射面４１Ａ上での遮光部４５の比率を、
１−（２・Ｈ・tan（α／２）／Ｐ）
で表すことができる。
そして、本実施形態では、上記断面で見たときの出射面４１Ａ上での遮光部４５の比率Ｂが下記の（１）式を満たすように、この遮光部４５が形成されている。
Ｂ≦１−（２・Ｈ・tan（α／２）／Ｐ） … （１）

拡散層５０は、略長方形平板状をなす基材中に拡散材が分散配置されることによって構成されており、レンチキュラーレンズシート４０から出射される映像光が拡散層５０に入射すると、この拡散層５０は、入射した映像光をスクリーンの上下方向（垂直方向）へ拡散してから透過型スクリーン２０の前面側に向けて出射する。

以上のような構成とされた本実施形態によるリアプロジェクションテレビ１０では、まず、透過型スクリーン２０に用いられるフレネルレンズ３０の光軸Ｐ１が、レンズ本体３１の中心Ｐ２を通るレンズ本体３１の短辺３１Ａに沿う方向Ｘにおいて、中心Ｐ２から短辺３１Ａの長さＤの５０％以上の距離Ｓだけ離間した位置を通るように配置されている。
そのため、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１上に配置されるプロジェクタ１２を、反射鏡１３，１４によって映像光の光路を偏向させていない状態において、透過型スクリーン２０の背面に対向する領域から例えば下方側に外れた領域に配置することができている。

したがって、本実施形態によるリアプロジェクションテレビ１０において、プロジェクタ１２から投射される映像光の光路を透過型スクリーン２０の背面に対向配置された反射鏡１４によって偏向させるときには、この反射鏡１４が透過型スクリーン２０の背面に対して略平行となっていたとしても、プロジェクタ１２を透過型スクリーン２０と反射鏡１４との間の領域から例えば下方側に外れた領域に配置することができる。
このように、透過型スクリーン２０の背面に対向配置される反射鏡１４を透過型スクリーン２０に対して略平行となるように配置することができていると、従来では反射鏡１４の傾斜の分だけ必要となっていた筐体１１の奥行きが不必要になり、リアプロジェクションテレビ１０のさらなる薄型化を実現することができる。

ここで、上記のように光軸Ｐ１が偏心したフレネルレンズ３０を用いたことにより、このフレネルレンズ３０のレンズ本体３１に入射する映像光の入射角度が大きなっており、例えば、最大入射角度θmaxが４５°以上、とくに最大入射角度θmaxが６０°以上となっている。
そのため、フレネルレンズ３０からレンチキュラーレンズシート４０に向けて出射される映像光には略平行光ではない散乱成分が多く含まれてしまい、映像光のロスが生じやすいのであるが、本実施形態では、レンチキュラーレンズシート４０の遮光部４５についての上記比率Ｂを上記（１）式を満たす範囲に設定することにより、このような問題を解決することができている。

すなわち、上記（１）式を満たす遮光部４５を有するレンチキュラーレンズシート４０のシート本体４１に対して入射する映像光は、その７５％以上がシリンドリカルレンズ４３による集光部に位置する通過部４６を確実に通過して出射されることになる。
したがって、映像光のロスを極力少なくすることができるので、リアプロジェクションテレビ１０の透過型スクリーン２０上に暗い画像が表示されてしまうのを防止することが可能となり、また、透過型スクリーン２０上での光量ムラを抑制することも可能となる。

具体的に言うと、遮光部４５の上記比率Ｂは、７０％以下に設定することが好ましく、さらに、遮光部４５の上記比率Ｂは、６３％以下に設定することがより好ましい。
これは、フレネルレンズ３０から出射された映像光の７５％が、−８°〜＋８°の範囲に入っており、さらに、フレネルレンズ３０から出射された映像光の８５％が、−１１°〜＋１１°の範囲に入っていることになる。

一方、遮光部４５の上記比率Ｂの下限については、この比率Ｂが小さくなりすぎると、ノイズ成分となる外光を吸収してＳ／Ｎ比を向上させることができなくなったり、高いコントラストを得ることができなくなってしまうので、これらの効果を損ねない範囲内においてレンチキュラーレンズシート４０の諸元に基づいて適宜設定される。
例えば、上記比率Ｂは、図６を用いて説明したのと同様に、フレネルレンズ３０から出射される映像光の９８％が上記通過部４６を通過する場合について上記挟角αがβになるとして、
Ｂ≧１−（２・Ｈ・tan（β／２）／Ｐ）
を満たすように設定される。

また、本実施形態では、リアプロジェクションテレビ１０の薄型化を図るために、フレネルレンズ３０のレンズ本体３１の中心Ｐ２と光軸Ｐ１との間の距離Ｓと、レンズ本体３１の短辺３１Ａの長さＤとの関係が、（Ｓ／Ｄ）≧４０％、とくに（Ｓ／Ｄ）≧５０％を満たし、かつ、フレネルレンズ３０の光軸Ｐ１上に配置されるプロジェクタ１２からフレネルレンズ３０のレンズ本体３１までの投射距離Ｌと、レンズ本体３１の短辺３１Ａの長さＤとの関係が、（Ｌ／Ｄ）≦１．０、とくに（Ｌ／Ｄ）≦０．５を満たしている。
つまり、フレネルレンズ３０のレンズ本体３１Ａに入射する映像光の入射角度がとくに大きくなっていることから、遮光部４５の上記比率Ｂを上記（１）式を満たすような範囲に設定したことによって得られる効果が大きくなっている。

さらに、本実施形態では、フレネルレンズ３０のフレネルレンズ部３３が、レンズ本体３１の出射面側に設けられており、レンズ本体３１の入射面が略平坦面となっている。
そのため、映像光が大きな入射角度でもってフレネルレンズ３０のレンズ本体３１に入射する際に、レンズ本体３１の入射面での反射や散乱による映像光のロスが大きくなるので、遮光部４５の上記比率Ｂを上記（１）式を満たすような範囲に設定したことによって得られる効果をより大きくすることができる。

なお、本実施形態においては、フレネルレンズ３０のフレネルレンズ部３３をレンズ本体３１の出射面側に設けるようにしているが、フレネルレンズ３０のフレネルレンズ部３３をレンズ本体３１の入射面側に設け、このレンズ本体３１に入射する映像光をフレネルレンズ部３３内で少なくとも１回全反射させて方向を整えてから出射するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向に拡散させる拡散レンズシートとして、複数のシリンドリカルレンズ４３が略平行に配列されてなる拡散レンズ部４４を有するレンチキュラーレンズシート４０を備え、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの上下方向に拡散させる拡散手段として、拡散層５０を備えているようにしたが、上記のような拡散レンズシートだけに限定されることはない。

例えば、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）及び上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散レンズシートとして、複数の単位レンズが配列されてなる拡散レンズ部を有するマイクロレンズシートを備えているようにしてもよい。なお、必要に応じて透過型スクリーン２０が拡散層５０を備えていてもよい。

具体的な一例を説明すると、図７及び図８に示すように、マイクロレンズシート１４０のシート本体１４１は、略長方形平板状をなすシート基板１４２におけるフレネルレンズ３０側を向く片面（透過型スクリーン２０の背面側を向く片面）に、拡散レンズ部１４４が設けられ、かつ、シート基板１４２における透過型スクリーン２０の前面側を向く片面に、遮光部１４５が設けられることによって構成されている。

拡散レンズ部１４４は、略半球状をなす複数の単位レンズ１４３がマトリックス状に配列されてなり、シート本体１４１の入射面側に位置させられている。
フレネルレンズ３０から出射される映像光がマイクロレンズシート１４０に入射すると、このマイクロレンズシート１４０は、入射した映像光をスクリーンの左右方向（水平方向）及び上下方向（垂直方向）で集光・拡散してマトリックス状の光としてから透過型スクリーン２０の前面側に向けて出射する。

遮光部（ＢＭ＝ブラック・マトリックス）１４５は、複数の単位レンズ１４３によるマトリックス状の非集光部を遮光するように、シート本体１４１の出射面１４１Ａ側に位置させられている。
これに対し、複数の単位レンズ１４３によるマトリックス状の集光部に対応する領域は、シート本体１４１の出射面１４１Ａ側に位置させられた通過部１４６とされており、単位レンズ１４３によって集光した映像光が、この通過部１４６を通過するようにして拡散することになる。

ここで、図９に示すように、マイクロレンズシート１４０のシート本体１４１を、遮光部１４５及び通過部１４６を含む直線上での断面で見たときを考える。
まず、フレネルレンズ３０から出射される映像光の７５％が上記通過部１４６を通過する場合について、この通過部１４６に対向配置される入射面上の一点１４３Ａ、つまり入射面となる単位レンズ１４３の外周面の頂部１４３Ａと、出射面１４１Ａ上における通過部１４６の一対の端部１４６Ａ，１４６Ａとをそれぞれ結んだ一対の直線同士がなす挟角をαとし、上記入射面上の一点１４３Ａから単位レンズ１４３の集光部までの光軸Ｐ１に沿った方向での距離（＝上記入射面上の一点１４３Ａからマイクロレンズシート１４０のシート本体１４１までの光軸Ｐ１に沿った方向での距離）をＨとし、複数のシリンドリカルレンズ１４３のピッチをＰとする。

すると、上記断面における出射面１４１Ａでの通過部１４６の幅ｘを、
２・Ｈ・tan（α／２）
で表すことができ、さらに、上記断面における出射面１４１Ａ上での遮光部１４５の比率を、
１−（２・Ｈ・tan（α／２）／Ｐ）
で表すことができる。
そして、上記断面で見たときの出射面１４１Ａ上での遮光部１４５の比率Ｂが下記の（１）式を満たすように、この遮光部１４５が形成されている。
Ｂ≦１−（２・Ｈ・tan（α／２）／Ｐ） … （１）

また、例えば、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）及び上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散レンズシートとして、複数のシリンドリカルレンズが略平行に配列された第１のレンズアレイと複数のシリンドリカルレンズが略平行に配列された第２のレンズアレイとがそれらのシリンドリカルレンズの長さ方向を互いに交差させるように同一平面上に配置されてなる拡散レンズ部を有するクロスレンチレンズシートを備えているようにしてもよい。なお、必要に応じて透過型スクリーン２０が拡散層５０を備えていてもよい。

具体的な一例を説明すると、図１０及び図１１に示すように、クロスレンチレンズシート２４０のシート本体２４１は、略長方形平板状をなすシート基板２４２におけるフレネルレンズ３０側を向く片面（透過型スクリーン２０の背面側を向く片面）に、拡散レンズ部２４７が設けられ、かつ、シート基板２４２における透過型スクリーン２０の前面側を向く片面に、遮光部２４８が設けられることによって構成されている。

拡散レンズ部２４７は、略半円柱状をなす複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）２４３が互いに略平行となるように配列された第１のレンズアレイ２４４と、同じく略半円柱状をなす複数のシリンドリカルレンズ（単位レンズ）２４５が互いに略平行となるように配置された第２のレンズアレイ２４６とが、それらのシリンドリカルレンズ２４３，２４５の長さ方向を互いに略直交させるように同一平面上に配置されてなり、シート本体１４１の入射面側に位置させられている。
この拡散レンズ部２４７の第１のレンズアレイ２４４を構成する複数のシリンドリカルレンズ２４３と第２のレンズアレイ２４６を構成する複数のシリンドリカルレンズ２４５とは、それらの長さ方向をそれぞれスクリーンの上下方向（垂直方向）及び左右方向（水平方向）に略一致させており、フレネルレンズ３０から出射される映像光がクロスレンチレンズシート２４０に入射すると、このクロスレンチレンズシート２４０は、入射した映像光をスクリーンの左右方向（水平方向）及び上下方向（垂直方向）で集光・拡散してマトリックス状の光としてから透過型スクリーン２０の前面側に向けて出射する。

遮光部（ＢＭ＝ブラック・マトリックス）２４８は、第１のレンズアレイ２４４及び第２のレンズアレイ２４６の複数のシリンドリカルレンズ２４３，２４５によるマトリックス状の非集光部を遮光するように、シート本体２４１の出射面２４１Ａ側に位置させられている。
これに対し、第１のレンズアレイ２４４及び第２のレンズアレイ２４６の複数のシリンドリカルレンズ２４３，２４５によるマトリックス状の集光部に対応する領域は、シート本体２４１の出射面２４１Ａ側に位置させられた通過部２４９とされており、シリンドリカルレンズ２４３，２４５によって集光した映像光が、この通過部２４９を通過するようにして拡散することになる。

ここで、図１２に示すように、クロスレンチレンズシート２４０のシート本体２４１を、遮光部２４８及び通過部２４９を含む直線上での断面で見たとき、つまり、スクリーンの左右方向（あるいは上下方向）において遮光部２４８及び通過部２４９を含む直線上での断面で見たときを考える。
まず、フレネルレンズ３０から出射される映像光の７５％が上記通過部２４９を通過する場合について、この通過部２４９に対向配置される入射面上の一点２４３Ａ（２４５Ａ）、つまり入射面となるシリンドリカルレンズ２４３，２４５の交差部分の外周面の頂部２４３Ａ（２４５Ａ）と、出射面２４１Ａ上における通過部２４９の一対の端部２４９Ａ，２４９Ａとをそれぞれ結んだ一対の直線同士がなす挟角をαとし、上記入射面上の一点２４３Ａ（２４５Ａ）からシリンドリカルレンズ２４３（２４５）の集光部までの光軸Ｐ１に沿った方向での距離（＝上記入射面上の一点２４３Ａからクロスレンチレンズシート２４０のシート本体２４１の出射面２４１Ａまでの光軸Ｐ１に沿った方向での距離）をＨとし、複数のシリンドリカルレンズ２４３（２４５）のピッチをＰとする。

すると、上記断面における出射面２４１Ａでの通過部２４９の幅ｘを、
２・Ｈ・tan（α／２）
で表すことができ、さらに、上記断面における出射面２４１Ａ上での遮光部２４８の比率を、
１−（２・Ｈ・tan（α／２）／Ｐ）
で表すことができる。
そして、上記断面で見たときの出射面２４１Ａ上での遮光部２４８の比率Ｂが下記の（１）式を満たすように、この遮光部２４８が形成されている。
Ｂ≦１−（２・Ｈ・tan（α／２）／Ｐ） … （１）

また、例えば、透過型スクリーン２０が、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの左右方向（水平方向）に拡散させる拡散レンズシートとして、映像光を反射して拡散させる複数の単位レンズが配列されてなる拡散レンズ部を有するプリズムレンズシートを備え、フレネルレンズ３０からの出射光をスクリーンの上下方向（垂直方向）に拡散させる拡散手段として、拡散層５０を備えているようにしてもよい。

具体的な一例を説明すると、図１３及び図１４に示すように、プリズムレンズシート３４０のシート本体３４１は、略長方形平板状をなすシート基板３４２における拡散層５０側を向く片面（透過型スクリーン２０の前面側を向く片面）側の内部に、拡散レンズ部３４４が設けられることによって構成されている。

拡散レンズ部３４４は、略三角柱状をなす複数の単位レンズ３４３が互いに略平行かつ所定間隔を介して配列されてなり、シート本体３４１の出射面側に位置させられている。
複数の単位レンズ３４３は、それらの断面がなす略三角形の頂点をフレネルレンズ３０側に向けて配置されている。また、単位レンズ３４３を構成する材料は、所定の濃度に着色されているとともに、屈折率がシート基板３４２を構成する材料とは異なっている。これにより、略三角柱状をなす複数の単位レンズ３４３の斜面が、入射する映像光を反射して、隣接する単位レンズ３４３同士の間（後述する通過部３４５）を通過するように拡散させて出射する反射面３４３Ａとなっている。

この拡散レンズ部３４４を構成する複数の単位レンズ３４３は、その長さ方向をスクリーンの上下方向（垂直方向）に略一致させており、フレネルレンズ３０から出射される映像光がプリズムレンズシート３４０に入射すると、このプリズムレンズシート３４０は、入射した映像光を単位レンズ３４３の反射面３４３Ａによってスクリーンの左右方向（水平方向）で反射・拡散してストライプ状の光としてから拡散層５０に向けて出射する。なお、図１３においては、説明上分かりやすくするため、単位レンズ３４３の長さ方向をスクリーンの上下方向（垂直方向）ではなく左右方向（水平方向）に略一致させて示してある。

また、複数の単位レンズ３４３が所定の濃度に着色されていることから、この単位レンズ３４３自体が、複数の単位レンズ３４３によるストライプ状の非集光部を遮光するように、シート本体３４１の出射面３４１Ａ側に位置させられた遮光部となっている。
これに対し、複数の単位レンズ３４３によるストライプ状の集光部に対応する領域は、シート本体３４１の出射面３４１Ａ側に位置させられた上記通過部３４５とされており、単位レンズ３４３によって集光した映像光が、この通過部３４５を通過するようにして拡散することになる。

ここで、図１５に示すように、プリズムレンズシート３４０のシート本体３４１を、遮光部（単位レンズ３４３）及び通過部３４５を含む直線上での断面で見たとき、つまり、スクリーンの左右方向において遮光部（単位レンズ３４３）及び通過部３４５を含む直線上での断面で見たときを考える。
まず、フレネルレンズ３０から出射される映像光の７５％が上記通過部３４５を通過する場合について、この通過部３４５に対向配置される入射面上の一点３４２Ａと、出射面３４１Ａ上における通過部３４５の一対の端部３４５Ａ，３４５Ａとをそれぞれ結んだ一対の直線同士がなす挟角をαとし、上記入射面上の一点３４２Ａから単位レンズ３４３の集光部までの光軸Ｐ１に沿った方向での距離（＝上記入射面上の一点３４２Ａからプリズムレンズシート３４０のシート本体３４１の出射面３４１Ａまでの光軸Ｐ１に沿った方向での距離）をＨとし、複数の単位レンズ３４３のピッチをＰとする。

すると、上記断面における出射面３４１Ａでの通過部３４５の幅ｘを、
２・Ｈ・tan（α／２）
で表すことができ、さらに、上記断面における出射面３４１Ａ上での遮光部（単位レンズ３４３）の比率を、
１−（２・Ｈ・tan（α／２）／Ｐ）
で表すことができる。
そして、上記断面で見たときの出射面３４１Ａ上での遮光部（単位レンズ３４３）の比率Ｂが下記の（１）式を満たすように、この遮光部（単位レンズ３４３）が形成されている。
Ｂ≦１−（２・Ｈ・tan（α／２）／Ｐ） … （１）

拡散層５０は、略長方形平板状をなす基材中に拡散材が分散配置されることによって構成されており、プリズムレンズシート３４０から出射される映像光が拡散層５０に入射すると、この拡散層５０は、入射した映像光をスクリーンの上下方向（垂直方向）へ拡散してから透過型スクリーン２０の前面側に向けて出射する。
なお、プリズムレンズシート３４０における複数の単位レンズ３４３の形状・配列によっては、必ずしも拡散層５０を必要としない。

本発明の実施形態によるリアプロジェクションテレビの一例を示す概略説明図である。 本発明の実施形態による透過型スクリーンの一例を示す概略説明図である。 本発明の実施形態によるフレネルレンズの一例を示す概略説明図である。 本発明の実施形態によるフレネルレンズの一例を示す概略説明図である。 本発明の実施形態による拡散レンズシートの一例を示す概略説明図である。 本発明の実施形態による拡散レンズシートの一例を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態による透過型スクリーンの他の一例を示す概略説明図である。 本発明の実施形態による拡散レンズシートの他の一例を示す概略説明図である。 本発明の実施形態による拡散レンズシートの他の一例を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態による透過型スクリーンの他の一例を示す概略説明図である。 本発明の実施形態による拡散レンズシートの他の一例を示す概略説明図である。 本発明の実施形態による拡散レンズシートの他の一例を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態による透過型スクリーンの他の一例を示す概略説明図である。 本発明の実施形態による拡散レンズシートの他の一例を示す概略説明図である。 本発明の実施形態による拡散レンズシートの他の一例を示す要部拡大断面図である。 従来のリアプロジェクションテレビの一例を示す概略説明図である。 従来の透過型スクリーンの一例を示す概略説明図である。 従来のフレネルレンズの一例を示す概略説明図である。 従来のフレネルレンズの他の一例を示す概略説明図である。 従来のフレネルレンズの問題点を示す概略説明図である。 従来の透過型スクリーンの問題点を示す概略説明図である。

符号の説明

１０ リアプロジェクションテレビ（背面投射型ディスプレイ装置）
１２ プロジェクタ（光源）
２０ 透過型スクリーン
３０ フレネルレンズ
３１ レンズ本体
３３ フレネルレンズ部
４０ レンチキュラーレンズシート（拡散レンズシート）
４３ シリンドリカルレンズ（単位レンズ）
４４ 拡散レンズ部
４５ 遮光部
４６ 通過部
５０ 拡散層
１４０ マイクロレンズシート（拡散レンズシート）
１４３ 単位レンズ
１４４ 拡散レンズ部
１４５ 遮光部
１４６ 通過部
２４０ クロスレンチレンズシート（拡散レンズシート）
２４３，２４５ シリンドリカルレンズ（単位レンズ）
２４７ 拡散レンズ部
２４８ 遮光部
２４９ 通過部
３４０ プリズムレンズシート（拡散レンズシート）
３４３ 単位レンズ（遮光部）
３４４ 拡散レンズ部
３４５ 通過部
Ｐ１ フレネルレンズの光軸
Ｐ２ フレネルレンズのレンズ本体の中心

Claims (6)

1. 入射光の方向を整えて出射光とするフレネルレンズ部が設けられた略長方形平板状のレンズ本体を有し、光軸が前記レンズ本体の中心を通る前記レンズ本体の短辺に沿う方向において前記中心から外れた位置を通るように配置されたフレネルレンズと、
   複数の単位レンズが配列されてなる拡散レンズ部と前記単位レンズの非集光部を遮光する遮光部とが設けられたシート本体を有し、前記フレネルレンズからの前記出射光を、前記単位レンズの集光部に位置する通過部を通過させるようにして拡散させる拡散レンズシートと、を備えた透過型スクリーンであって、
   前記拡散レンズシートのシート本体を、前記遮光部及び前記通過部を含む直線上での断面で見たときに、
   前記フレネルレンズからの前記出射光の７５％が前記通過部を通過する場合において前記通過部に対向配置される入射面上の一点と前記通過部の端部とを結ぶ直線同士がなす挟角をαとし、前記入射面上の一点から前記単位レンズの集光部までの距離をＨとし、前記単位レンズのピッチをＰとすると、前記出射面上での前記遮光部の比率Ｂが、
   Ｂ≦１−（２・Ｈ・tan（α／２）／Ｐ）
   を満たしている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、
   前記フレネルレンズのレンズ本体の中心と前記フレネルレンズの光軸との間の距離Ｓと、前記レンズ本体の短辺の長さＤとの関係が、
   （Ｓ／Ｄ）≧４０％
   を満たしていることを特徴とする透過型スクリーン。
3. 請求項１または請求項２に記載の透過型スクリーンにおいて、
   前記フレネルレンズの光軸上に配置される光源から前記フレネルレンズのレンズ本体までの投射距離Ｌと、前記レンズ本体の短辺の長さＤとの関係が、
   （Ｌ／Ｄ）≦１．０
   を満たしていることを特徴とする透過型スクリーン。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいて、
   前記フレネルレンズのフレネルレンズ部が、前記レンズ本体の出射面側に設けられていることを特徴とする透過型スクリーン。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の透過型スクリーンにおいて、
   前記フレネルレンズの光軸上に配置される光源から投射されて前記フレネルレンズのレンズ本体に入射する入射光の最大入射角度θmaxが、
   θmax≧４５°
   を満た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〜請求項５のいずれかに記載の透過型スクリーンと、
   前記フレネルレンズの光軸上に配置され、前記フレネルレンズに映像光を投射する光源とを備えていることを特徴とする背面投射型ディスプレイ装置。
   

Images