JP2006195011A - フレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 フレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイにおいて、フレネルレンズ部に製作誤差があっても画質劣化を起こしにくく、しかも生産性を向上することができるようにする。
【解決手段】 透明基板３２の一方の面にフレネルレンズ３１を形成し、フレネルレンズ３１の内部にはフィラーを分散して光拡散性を持たせるとともに、透明基板３２の他方の面に入射光を表面で拡散するマット面３２Ａを形成してフレネルレンズシート３０を構成する。そして、フレネルレンズシート３０を備える透過型スクリーン２０を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイに関する。

従来、透過型スクリーンを備えた投射型ディスプレイとして、リアプロジェクションテレビが知られている。リアプロジェクションテレビは、光源としてのプロジェクタから投射される映像光を、反射鏡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の背面に入射させることにより、この透過型スクリーンの前面側に位置する観察者が、透過型スクリーン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たものである。

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シートと、このフレネルレンズシートからの出射光を拡散させるレンチキュラーレンズシート（光拡散レンズアレイシート）とを備えている。
フレネルレンズシートは、高輝度を確保するため、レンチキュラーレンズシートと近接して配置されるが、例えば特許文献１に記載されたように、フレネルレンズとレンチキュラーレンズとの配置ピッチの関係でモアレが発生しやすくなり、画質が劣化することが知られている。そして、特許文献１には、解像の劣化を抑制しつつモアレの解消を図るために、透明な基材層、光拡散剤が混入された中間層、およびフレネルレンズ形状のレンズ部から構成されたフレネルレンズシートが記載されている。また、中間層を備えず光拡散剤がレンズ部に混入した構成が記載されている。
特許第２９４２８８１号公報（第２頁、図７−８）

しかしながら、上記のような従来のフレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイには、以下のような問題があった。
特許文献１に記載された技術のうちフレネルレンズシートに光拡散剤を混入した中間層を設けた場合には、基材層に形成された中間層により、入射光がレンズ部の透過する前に拡散されてからレンズ部に入射するので、レンズ部に部分的な製作誤差があるとレンズ部透過後の光路は、一部がその製作誤差を反映した光路となる。そのため、部分的に光学特性が劣化して、例えば輝度ムラなどが発生し、投射型ディスプレイの画質が劣化するという問題がある。
また、このような中間層は、例えば１００μｍ〜２００μｍ程度の薄層に形成する必要があるが、層厚の均一性と生産効率とを両立させることが困難であるという問題がある。
また特許文献１に記載された技術のうちレンズ部に光拡散剤を混入した場合には、フレネルレンズを構成するレンズ部のレンズ高さの差に応じて光拡散性の大きさの分布が生じるため、輝度ムラが激しくなるという問題がある。
また特許文献１にはまったく記載されていないが、このレンズ部では、映像光がレンズ部の屈折面においても拡散されるので、画像が多少ぼける代わりにレンズ部に製作誤差に伴う画質劣化をある程度平滑化することができる。そのため、上記の中間層を設ける構成に比べて、レンズ部の部分的な製作誤差による画質劣化を低減しやすいと考えられる。ただし、光拡散性が小さい部位に生じた製作誤差による画質劣化は防止できないという問題がある。
また特許文献１にはまったく記載されていないが、従来の投射型ディスプレイに用いるフレネルレンズシートは、画面の大型化と高精細化が進み、フレネルレンズを樹脂成形で製造する場合、離型性の悪さから製造不良が発生しやすく生産性がよくないという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、フレネルレンズ部に製作誤差があっても画質劣化を起こしにくく、しかも生産性を向上することができるフレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、透明基板の一方の面にフレネルレンズ部が形成されたフレネルレンズシートであって、前記フレネルレンズ部の内部に光拡散材が分散され、前記透明基板の他方の面に入射光を表面で拡散する表面拡散部が形成された構成とする。
この発明によれば、表面拡散部により入射光が表面拡散されるとともに、フレネルレンズ部の内部に光拡散材が分散されることにより、フレネルレンズ部の透過光が拡散される。そのため、フレネルレンズ部の製作誤差、例えば輪帯の境界の形状誤差などがあったとしても、それによる透過光の光路のずれがぼかされることになるので、製作誤差による光学性能の劣化、例えば輝度ムラなどを光拡散性の大きさに応じた範囲内で平滑化することができる。また、フレネルレンズ部の内部反射光が表面拡散部により拡散されるにより迷光の発生を低減することができる。
また、少なくとも透明基板の厚さだけ離された表面拡散部とフレネルレンズ部とにより二重に光拡散を行うため、それぞれにより光拡散性の大きさを分担することができる。そのため、光拡散性の大きさの割に解像度などの光学特性の劣化を低減することができる。また、それぞれに大きな光拡散性を付与する必要がないので、光量損失を低減することができるとともに、生産性を向上することができる。
特に、フレネルレンズ部を樹脂成形により形成する場合には、成形樹脂に光拡散材を予め分散して成形を行うことにより、離型性の向上を図ることができ、高精度かつ容易に製造することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記フレネルレンズ部が、前記透明基板の一方の面から前記フレネルレンズ部の溝底までの厚さを前記一方の面上の位置に応じて変えた構成とする。
この発明によれば、フレネルレンズ部において、透明基板の一方の面からフレネルレンズ部の溝底までの厚さを一方の面上の位置に応じて変えるので、光拡散特性をフレネルレンズシート上の位置に応じて可変することができる。したがって、例えば、フレネルレンズ部のレンズ高さの違いにより光拡散特性にバラツキが生じる場合に、フレネルレンズ部の溝底から透明基板の一方の面までの層の高さを可変することにより光拡散特性の補正を行うことができる。また例えば、入射光がフレネルレンズシート上で所定の輝度分布を有する場合、高輝度部の光拡散性を強化することにより、輝度分布を調整することができる。例えば、所定の輝度分布がフレネルレンズシートの中心部で高輝度となる場合、中心部における一方の面からフレネルレンズ部の溝底までの高さを周辺部に対して高くすることにより光拡散材による光拡散性を増大させることで輝度分布を平坦化することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記フレネルレンズ部の溝底の包絡面が滑らかな湾曲を有する構成とする。
この発明によれば、フレネルレンズ部の溝底の包絡面が滑らかな湾曲を有するので、光拡散性の変化が滑らかとなり、輝度ムラの発生を防止することができる。
また、このような構成のフレネルレンズシートは、樹脂成形により形成する場合、透明基板の一方の面からフレネルレンズ部の溝底までの厚さが一定となるフレネルレンズ部を成形する金型を湾曲させることにより製造できるので、既成の金型により容易に製造することができる。金型を湾曲させるには、金型の支持面からの高さを変えることにより容易に湾曲させることができる。

ここで、包絡面の湾曲は必要に応じてフレネルレンズシートの全体にわたってもよいし、部分的であってもよい。例えば包絡面の一部が平面であってもよい。例えば、フレネルレンズの中心部に平坦面を有し周辺部に向かって湾曲が形成されていてもよいし、フレネルレンズの中心部が湾曲面からなり周辺部が直線状に傾斜する面が形成されていてもよい。

請求項４に記載の発明では、透過型スクリーンにおいて、請求項１〜３のいずれかに記載のフレネルレンズシートと、該フレネルレンズシートの出射面側に視野角を広げるための光拡散レンズアレイシートとを備える構成とする。
この発明によれば、請求項１〜３のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備えるとともに、フレネルレンズシートの出射面側に光拡散レンズアレイシートを設けるので、視野角が大きくて見やすい透過型スクリーンとすることができる。

請求項５に記載の発明では、投射型ディスプレイにおいて、請求項４に記載の透過型スクリーンを備える構成とする。
この発明によれば、請求項４に記載の透過型スクリーンを備えるので、請求項４に記載の発明と同様な作用効果を備える。

本発明のフレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイによれば、光拡散材を添加したフレネルレンズ部により透過光を拡散させることにより、フレネルレンズ部の製作誤差があっても光路のずれをぼかすことができるので、フレネルレンズ部の製作誤差による例えば輝度ムラなどの画質の劣化を低減して良好な画質を得ることができるとともに、光拡散材を添加することにより離型性を向上して生産性を向上することができるという効果を奏する。

以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
本発明の実施形態に係るフレネルレンズシート、透過型スクリーンおよび投射型ディスプレイについて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る投射型ディスプレイについて説明するための投射光学系の光軸を含む断面視の模式説明図である。図２は、本発明の実施形態に係る透過型スクリーンの概略構成について説明するための図１における紙面垂直方向に沿う断面説明図である。図３は、本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートの詳細形状について説明するための断面説明図である。図４は、本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートとプロジェクタとの位置関係について説明するための斜視説明図である。

本実施形態のリアプロジェクションテレビ１０（投射型ディスプレイ）は、図１に示すように、筐体１１と、前面側（図１の右側）を筐体１１の外部へ露出させるとともに背面側（図１の左側）を筐体１１の内部へ露出させた略矩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。
なお以下では、方向を参照する便宜のため、リアプロジェクションテレビ１０の通常の配置姿勢および鑑賞者の鑑賞姿勢に基づいて、図１の上下方向をスクリーンの上下方向（鉛直方向）、図１の紙面垂直方向をスクリーンの左右方向（水平方向）と称する場合がある。

ここで、反射鏡１３、１４による偏向がない場合には、プロジェクタ１２の配置位置は、図１における２点鎖線の位置と光学的に等価となっており、以下では、特に断らない限りこのような光学配置に基づいて説明する。
すなわち、後述するフレネルレンズシート３０のレンズ光軸に一致する透過型スクリーン２０の光軸Ｐ１は、透過型スクリーン２０の中心Ｐ２より下方に平行移動された位置にあり、プロジェクタ１２は、光軸Ｐ１上において透過型スクリーン２０の入射面から背面側（図１の左側）に所定距離だけ離して配置されている。例えば、透過型スクリーン２０を幅Ｗ、高さＨの矩形状とすると、中心Ｐ２はそれぞれの垂直二等分線の交点を通る直線であり、光軸Ｐ１に対して、例えば、（Ｈ_０＋Ｈ／２）だけ離間されている（図４参照）。

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３１（フレネルレンズ部）を有するフレネルレンズシート３０と、このフレネルレンズシート３０からの出射光をスクリーンの左右方向（図２の上下方向）および上下方向（図２の紙面垂直方向）に拡散させる拡散レンズ部４４を有する光学部材、例えばレンチキュラーレンズシート４０（光拡散レンズアレイシート）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（鉛直方向）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シート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の左側）から前面側（図２の右側）にかけて順次配置されているとともに、互いに略平行に配置されている。

フレネルレンズシート３０は、図２に示すように、フレネルレンズ３１と透明基板３２とが接合面３７で接合されてなり、フレネルレンズ３１がレンチキュラーレンズシート４０の側に向くように配置されている。

透明基板３２は、フレネルレンズ３１を支持するための略矩形状の光透過性の平板である。そして、一方の面がフレネルレンズ３１を接合するための平滑な接合面３７からなり、他方の面が入射光を表面拡散させるためのマット面３２Ａ（表面拡散部）からなる。
透明基板３２の材質としては、透明な板部材であればどのような材質でもよいが、例えば、アクリル−スチレン共重合樹脂などを好適に採用することができる。
マット面３２Ａは、例えば、表面粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に規定される十点平均粗さＲｚ）が２〜６μｍ、６０°入射による光沢度（ＪＩＳ Ｚ ８７４１−１９９７）が６０以下に設定されている構成を採用することができる。
マット面３２Ａの形成方法は、例えば、表面にエンボスロールの凹凸を転写して形成してもよいし、サンドブラストなどにより凹凸を形成してもよい。

フレネルレンズ３１は、光軸方向には、図３に示すように、光軸を含む断面が光軸に対称な略鋸歯状の形状を形成する複数のレンズ部３１Ａと、各レンズ部３１Ａの接合面３７に対する光軸方向の設置位置を接合面３７上の位置に応じて変えるための肉厚形成部３１Ｂとを有する。各レンズ部３１Ａは、光軸方向から見ると、図４に示すように、光軸Ｐ１を中心とする同心円状に配置され、溝底Ｖで区切られた輪帯が形成されている。

フレネルレンズ３１の材質は、光透過性の母材樹脂に光拡散性を付与するとともに、樹脂成形時の離型性を向上するためのフィラー３１ｃ…（光拡散材）を添加した材質とする。
母材樹脂としては、光透過性を有する樹脂であればどのような樹脂でもよいが、例えば紫外線（ＵＶ）硬化樹脂を採用することができる。
フィラー３１ｃとしては、母材樹脂と屈折率が異なる適宜のフィラーを採用することができる。例えば、樹脂ビーズなどの有機フィラーや、ガラスビーズなどの無機フィラーを好適に採用することができる。
フィラー３１ｃの平均粒径は、１μｍ〜１０μｍであることが好ましい。平均粒径が１μｍより小さいと、同程度の波長光の散乱が大きくなりすぎ、透過光の波長特性のバランスがくずれるため良好な画質が得られない。また平均粒径が１０μｍより大きいと、散乱ムラが大きくなるとともに、成形性が悪化するので良好な形状精度が得られない。
より良好な画質を得るためには、フィラー３１ｃの平均粒径の最小値はより大きいことが好ましく、平均粒径を、例えば、３μｍ〜３０μｍとすることが好ましい。
フィラー３１ｃの母材樹脂に対する添加率は、所望の光拡散特性や離型性に応じて適宜の添加率とすることができるが、例えば、１ｗｔ％〜３０ｗｔ％とすることが好ましい。添加率が１ｗｔ％より少ないと、フィラー３１ｃの屈折率を大きくしても十分な光拡散性が得られない。また、添加率が３０ｗｔ％より多いと、透明基板３２との密着性が悪くなり生産性が悪化する。

レンズ部３１Ａは、透過光を屈折させるレンズ面３１ａと、光軸Ｐ１に略平行で、隣接するレンズ面３１ａに接続する側面３１ｂとを備える。
レンズ面３１ａは、フレネルレンズ３１の設計条件に応じて、例えば球面や非球面などレンズ面の一部を光軸Ｐ１を中心とする略円筒面状の側面３１ｂにより切り取った形状とされる。
本実施形態のように、フレネルレンズ３１が、リアプロジェクションテレビ１０に用いる投影レンズの場合、もしフィラー３１ｃを含まないとすれば、光軸Ｐ１上の焦点位置から投射された映像光がその投射角度に応じた位置においてフレネルレンズシート３０に入射したときレンズ面３１ａで屈折されることにより光軸Ｐ１に略平行な光として出射される構成とされる。すなわち、球面または非球面の凸レンズの曲面を適宜数の輪帯に分割した形状とされる。
実際には、フィラー３１ｃが添加されているため、フレネルレンズ３１の内部を透過し、レンズ面３１ａから出射されるときに、光軸Ｐ１に対して略平行な光線を中心とした所定の立体角の範囲に分布する拡散光として出射されるようになっている。立体角の大きさは、フレネルレンズ３１の光拡散性の大きさ（拡散度合）に依存する。

肉厚形成部３１Ｂは、各レンズ部３１Ａの接合面３７に対する光軸方向の設置位置を接合面３７上の位置に応じて変え、そのことによりフレネルレンズ３１の各透過位置による透過光の拡散度合を変化させることができるようになっている。
肉厚形成部３１Ｂの形状は、本実施形態では、図３に示すように、中心Ｐ２で光軸方向の厚さＨが、最大値ｈ_０となり、周辺に向かうにつれてＨが減少するような形状とされ、各レンズ部３１Ａの溝底Ｖの包絡面Ｓが、図示下に凸の滑らかな曲面となっている。

ここで、接合面３７上の任意の位置を、図３、４に示すように、中心Ｐ２を原点として、幅方向をｘ方向、高さ方向をｙ方向とするｘｙ座標で表し、レンズ面３１ａの溝底Ｖからの光軸方向の高さｈを、ｈ＝ｈ_Ａ（ｘ，ｙ）とし、肉厚形成部３１Ｂの接合面３７に対する光軸方向の高さＨを、Ｈ＝ｈ_Ｂ（ｘ，ｙ）とすると、接合面３７上の任意位置におけるフレネルレンズ３１のレンズ厚Ｔは、次式のようになる。
Ｔ＝ｈ＋Ｈ＝ｈ_Ａ（ｘ，ｙ）＋ｈ_Ｂ（ｘ，ｙ） （１）

拡散度合は、ｈ_Ｂ（ｘ，ｙ）の大きさを変えることで、必要に応じて変化させることができる。
例えば、フレネルレンズ３１を透過する映像光は、光源の輝度分布に応じた輝度分布を有するが、一般には、光軸近傍の輝度が高く、光軸から離れる周辺部での輝度は低下している。そのため、映像光の輝度は中心Ｐ２近傍で高くなりやすい。
そこで、本実施形態では、中心Ｐ２に近い肉厚形成部３１Ｂの厚みを厚く設定することにより、光源の輝度分布に起因する輝度ムラを補正するようにしている。

また、一般に、レンズ部３１Ａの高さｈ_Ａ（ｘ，ｙ）は、光軸Ｐ１から遠い輪帯ほど大きくなるので、光軸Ｐ１近傍に比して拡散度合が大きくなり、輝度ムラとなって現われやすい。
そこで、光軸Ｐ１に近い輪帯の拡散度合を増大するために光軸Ｐ１に近い肉厚形成部３１Ｂの厚みを厚く設定することにより、フレネルレンズ３１の輝度ムラを補正してもよい。
例えば、レンズ部３１Ａの光軸上のレンズ高さが１０μｍであり、もっとも光軸から遠い輪帯のレンズ高さが６０μｍであるとする。この場合には、最大で５０μｍの差があるから、例えば、光軸上のｈ_Ｂを５０μｍとし、もっとも光軸から遠い輪帯下のｈ_Ｂを０μｍとすることができる。また、最も遠い輪帯の平均的なレンズ高さを求めてその高さとの差をｈ_Ｂに当てることもできる。このようなｈ_Ｂの大きさは、輝度ムラが許容範囲に収まるように適宜設定することができる。

本実施形態のフレネルレンズシート３０の製造方法について説明する。
図５は、本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートの製造工程について説明するための工程説明図である。
本実施形態では、フレネルレンズシート３０を樹脂成形により製造している。そのために、図５（ａ）に示すようなレンズ金型１００を用いる。
レンズ金型１００は、金型面として、それぞれレンズ面３１ａ、側面３１ｂに対応して、レンズ部金型面１００ａ、側面部金型面１００ｂが加工されたものである。そして、レンズ金型１００を支持台１１０の水平面上に載置したとき、レンズ部金型面１００ａと側面部金型面１００ｂとの交差部でありフレネルレンズ３１の溝底Ｖに対応する金型頂部ｖが、略水平面に整列されている。

次に、肉厚形成部３１Ｂを形成するために、図５（ｂ）に示すように、レンズ金型１００の周辺部を支持台１１０に対して高さｈ_０だけ持ち上げて、金型頂部ｖの包絡面が肉厚形成部３１Ｂの包絡面Ｓと一致するような形状にレンズ金型１００を湾曲させる。
すなわち、支持台１１０とレンズ金型１００の裏面との間に、必要な湾曲を形成するための支持部材（不図示）を挿入して必要な湾曲を形成する。
この場合、拡散度合の設定にもよるが、一般には湾曲量は非常に小さくいので、支持部材として適宜厚さのシムをレンズ金型１００の下面の適宜位置に挿入することにより適宜の湾曲形状を形成することができる。
この場合、肉厚形成部３１Ｂの厚さはレンズ部３１Ａのレンズ作用にほとんど影響しないので、湾曲形状は、例えばレンズ面などのように厳密な数式で決定される面形状に合わせる必要はない。
また、湾曲形状は必要に応じて形成すればよく、レンズ金型１００の一部が平面状であってもよい。

次に、樹脂供給口１２０からフィラー３１ｃが分散された紫外線硬化樹脂２００をレンズ金型１００に供給する。そして、図５（ｃ）に示すように、接合面３７が紫外線硬化樹脂２００に密着するように透明基板３２を配置する。そして必要に応じて、例えばローラなどによりレンズ金型１００に押圧して、余分な紫外線硬化樹脂２００を排出する。
その状態で透明基板３２を通してＵＶ照明Ｕから紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂２００を硬化させる。
そして、紫外線硬化樹脂２００が硬化した後、レンズ金型１００を脱型する。
このような工程により、図３に示すようなフレネルレンズシート３０が製造される。

本実施形態の製造方法によれば、従来のフレネルレンズシートを成形するためのレンズ金型１００を用いて、支持部材により湾曲量を可変するだけで肉厚形成部３１Ｂを有するフレネルレンズ３１を形成できるので、光拡散特性を補正したフレネルレンズシート３０を容易かつ安価に製造することができる。
また、紫外線硬化樹脂２００にフィラー３１ｃを添加して、樹脂成形を行うので、フィラー３１ｃがない場合に比べて離型性が向上し、円滑に脱型される。そのため、高精度のレンズ面３１ａ形状を容易に形成することができ、製造効率を向上することができる。

次に、レンチキュラーレンズシート４０の構成について簡単に説明する。
レンチキュラーレンズシート４０は、図２に示すように、フレネルレンズシート３０側から、拡散レンズ部４４、シート基板４２、遮光部４５、透明層４７、拡散層５０、透明基板４８がこの順に層状に配置された平板状部材である。光軸方向から見た形状はフレネルレンズシート３０と同様な略矩形状とされている。

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４３が互いに略平行に配列され、上下方向（鉛直方向、図示の紙面垂直方向）に延されたもので、レンチキュラーレンズシート４０の入射面を構成している。
このような構成により、フレネルレンズシート３０から出射される映像光をスクリーンの左右方向（水平方向、図示の上下方向）に集光・拡散してストライプ状の光としてから拡散層５０に向けて出射できるようになっている。

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が設けられたシート基板４２の裏面側に、各シリンドリカルレンズ４３の集光位置の間に形成されたストライプ状の非集光部を遮光するためにストライプ状に設けられた光吸収帯である。そして、各遮光部４５の間には、シリンドリカルレンズ４３によって集光された映像光が通過する通過部４６が形成され、拡散層５０に向けて拡散光として出射されるようになっている。

透明層４３は、通過部４６と拡散層５０とから出射された拡散光を所定距離だけ離して拡散層５０に入射するためのものである。
拡散層５０は、基材中に光拡散性の拡散材が分散配置されることによって構成されている。そして、拡散層５０に映像光が入射すると、入射した映像光をスクリーンの上下方向（鉛直方向）へ拡散できるようになっている。
透明基板４８は、レンチキュラーレンズシート４０の支持基板であり、拡散層５０から出射された上下左右方向にそれぞれ拡散する拡散光を、透過型スクリーン２０の前面側に向けて出射できるようになっている。

次に、本実施形態のリアプロジェクションテレビ１０の作用について、フレネルレンズシート３０および透過型スクリーン２０の作用を中心に説明する。
プロジェクタ１２から出射された映像光は、図１に示すように、反射鏡１３、１４により偏向され、透過型スクリーン２０に対して斜め下側から投射される。そして、フレネルレンズシート３０のマット面３２Ａに入射し表面拡散されつつ、透明基板３２内を透過する。

そして、接合面３７からフレネルレンズ３１に入射する。このとき、映像光は接合面３７上の入射位置座標（ｘ，ｙ）に応じて、式（１）で表されるような距離Ｔだけ進んで、レンズ面３１ａに到達する。
映像光は、距離Ｔだけ進んでレンズ面３１ａに到達するまでに、フレネルレンズ３１に添加されたフィラー３１ｃの光拡散作用により、さらに拡散される。フィラー３１ｃはフレネルレンズ３１に略均等に分散するように添加されているので、拡散度合は距離Ｔに比例している。

映像光がレンズ面３１ａに到達するとレンズ面３１ａにより屈折作用を受けてフレネルレンズシート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。プロジェクタ１２の出射位置がフレネルレンズ３１の略焦点位置に配置されているので、フレネルレンズシート３０から出射される映像光は、光軸Ｐ１に略平行な光線を中心として所定の立体角内に拡散する拡散光となる。
このように、フレネルレンズ３１自体に光拡散機能を持たせることにより、透過光による像はある程度のボケが生じるものである。そのため、レンズ面３１ａに製作誤差があって透過光が像面上で設計値からずれた位置に到達しても、透過光はその近傍でぼかされるので、画質に及ぼす影響を低減することが可能となる。
例えば、レンズ面３１ａの輪帯の真円度誤差は、フレネルレンズ３１が大型化するほど増大し、映像光の像の微小な歪みとなる。またレンズ面３１ａの部分的な製作誤差は、画像のちらつきや微小輝点などの原因となる。
フレネルレンズ３１によれば、このような微小な製作誤差に基づく光路の誤差がぼかされ、それに伴って輝度ムラなどの画像の欠陥が平滑化され、視覚的に目立ちにくいものとなる。

この拡散光の拡散度合は、マット面３２Ａの光拡散特性とフレネルレンズ３１の光拡散特性とを合成した特性となっている。そのため、必要な拡散度合をそれぞれの光拡散特性に適宜割り振ることができるという利点がある。この場合、必要であれば、それぞれの光拡散特性を位置（ｘ，ｙ）に応じて可変してもよい。
また、透明基板３２の両面にマット面３２Ａ、フレネルレンズ３１が形成されているので、それぞれの面における内部反射光は、反対側に到達したとき拡散されるから、迷光成分が低減されるという利点がある。

また、映像光が通過する距離Ｔは、肉厚形成部３１Ｂの厚さｈ_Ｂ（ｘ，ｙ）の分布により、フレネルレンズ３１の中心Ｐ２近傍の輝度と中心Ｐ２から離れた位置での輝度との差が許容範囲となるように調整されているので、プロジェクタ１２の光源に輝度分布があっても、映像光は略均一な輝度分布に補正されている。

レンチキュラーレンズシート４０に入射した映像光は、拡散レンズ部４４によりスクリーンの左右方向（水平方向）に集光されて、ストライプ状とされてから、通過部４６を透過しスクリーンの左右方向に拡散される。そして、拡散層５０に入射されることによりスクリーンの上下方向（鉛直方向）にも拡散されて透明基板４８から出射される。
このため、透過型スクリーン２０から前面側に、スクリーンの法線方向に対して、上下方向および左右方向にそれぞれ所定角度範囲に拡散する映像光が出射されるから、透過型スクリーン２０の前面では、所定の視野角の範囲内で映像光を鑑賞することが可能となる。

なお、上記の説明では、肉厚形成部３１Ｂが接合面３７上の位置により変化する場合について説明したが、例えば、フレネルレンズ３１の拡散度合の絶対値が小さい場合には、位置による輝度ムラの値も小さくなるので、肉厚形成部３１Ｂの高さｈ_Ｂを一定としてもよい。すなわち、フレネルレンズシートのフレネルレンズ部の溝底が透明基板の一方の面から一定距離だけ離れた構成としてもよい。この場合でも、フレネルレンズ部に光拡散性を付与することにより、フレネルレンズ部の製作誤差による光路の誤差をぼかすことができるので、画質劣化を防止できるものである。また、離型性がよくなるため生産性を向上できるものである。

また、上記の説明では、フレネルレンズシートの例として、フレネルレンズシートの中心Ｐ２とフレネルレンズシートの光軸Ｐ１とをずらしてレイアウトすることにより比較的薄型に構成されたリアプロジェクションテレビ１０に用いるため、フレネルレンズ部の光軸Ｐ１がフレネルレンズシートの外部に位置する例で説明したが、本発明のフレネルレンズシートは、光軸がシート内に存在する場合にも当然に適用できるものである。
図６（ａ）は、本発明の他の実施形態に係る投射型ディスプレイの概略構成を説明するための投射光学系の光軸を含む断面視の模式説明図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の投射型ディスプレイに用いる透過型スクリーンの平面説明図である。

本実施形態のリアプロジェクションテレビ６０は、リアプロジェクションテレビ１０の透過型スクリーン２０に代えて、光軸Ｐ１が中心に配置されたフレネルレンズシートと上記実施形態のレンチキュラーレンズシート４０とからなる透過型スクリーン６１を備える。すなわち、図６（ｂ）に示すように、透過型スクリーン６１を平面視した状態では、フレネルレンズシートの溝底Ｖ…が同心円状に形成されている。本実施形態のフレネルレンズシートは、光軸Ｐ１の位置以外は上記の実施形態のフレネルレンズシート３０と全く同様な構成を有する。
このような構成によれば、プロジェクタ１２の光軸とフレネルレンズシートの光軸Ｐ１とが一致するので、肉厚形成部をフレネルレンズシートの中心Ｐ２に対して略対称に形成することにより、フレネルレンズ部の高さの違いによる輝度分布とプロジェクタ１２の光源に起因する輝度分布とを同時に補正することができるという利点がある。

また、上記の説明では、肉厚形成部３１Ｂを形成するため、レンズ金型１００を湾曲させる場合の例で説明したが、予め肉厚形成部３１Ｂの形状を考慮した金型を製作してもよい。

また、上記の説明では、肉厚形成部３１Ｂが溝底Ｖに対して滑らかな包絡面Ｓを形成する場合の例で説明したが、光拡散性の大きさを連続的に可変するだけでもよい。例えば、包絡面Ｓの代わりに１次微分係数が連続しない屈曲部を有する曲面を有する形状に形成してもよい。このような肉厚形成部３１Ｂは、金型を適宜加工することにより容易に形成することができる。

また、上記の説明では、透過型スクリーンに用いる光拡散レンズアレイシートとして、レンチキュラーレンズシート４０を用いた例で説明したが、本発明の透過型スクリーンの光拡散レンズアレイシートは、フレネルレンズシートの出射面側で視野角を広げることができれば、レンチキュラーレンズシート４０の構成は限定されない。

また、上記の説明では、フレネルレンズ部を樹脂成形により形成する例で説明したが、フレネルレンズ部の製造方法は、樹脂成形に限定されるものではない。例えば、予めフィラー３１ｃが分散された透明樹脂平板を切削加工して製造してもよい。

また、上記の説明では、フレネルレンズ部の光軸方向の厚さを変えることにより、フレネルレンズ部の光拡散特性を可変する例で説明したが、フレネルレンズ部の光拡散特性を他の手段により調整するように変形してもよい。
図７（ａ）は、本発明の実施形態の変形例のフレネルレンズシートについて説明するための断面説明図である。図７（ｂ）は、同じく変形例のフレネルレンズシートにおける平均的な光拡散性の大きさの分布について説明するための模式的なグラフである。横軸は、フレネルレンズシートの中心からの位置であり、縦軸は、光拡散性の大きさを表す。

本変形例のフレネルレンズシート３００は、上記実施形態のフレネルレンズシート３０のフレネルレンズ３１に代えて、フレネルレンズ３１０を備える。
フレネルレンズ３１０は、図５（ａ）に示すようなレンズ金型１００により樹脂成形されたもので、レンズ部と一定厚さの肉厚形成部とからなる。
そして、フレネルレンズ３１０は、平均的には、図５（ｂ）に示すような光拡散性の大きさの分布を有する。すなわち、曲線２１０に示されるような、フレネルレンズ３１０の中心Ｐ２を原点Ｏとして中心Ｐ２から離れるにつれて光拡散性の大きさが低下するような光拡散性特性を有する。曲線２１０は、平均的な光拡散性の大きさを表しており、実際には、レンズ部の高さ変化によるリップルが重畳されるものである。
このような光拡散特性は、例えば、フィラー３１ｃの添加率を場所によって変えたり、屈折率や平均粒径などの光拡散性に影響する特性値を変えたりすることにより実現することができる。例えば、フィラー３１ｃの添加率、屈折率の場合はそれぞれが増大するほど、また平均粒径の場合はそれが減少するほど、それぞれ光拡散性を増大させることができる。

本発明の実施形態に係る投射型ディスプレイについて説明するための投射光学系の光軸を含む断面視の模式説明図である。 本発明の実施形態に係る透過型スクリーンの概略構成について説明するための図１における紙面垂直方向に沿う断面説明図である。 本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートの詳細形状について説明するための断面説明図である。 本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートとプロジェクタとの位置関係について説明するための斜視説明図である。 本発明の実施形態に係るフレネルレンズシートの製造工程について説明するための工程説明図である。 本発明の他の実施形態に係る投射型ディスプレイの概略構成を説明するための投射光学系の光軸を含む断面視の模式説明図、およびそれに用いる透過型スクリーンの平面説明図である。 本発明の実施形態の変形例のフレネルレンズシートについて説明するための断面説明図およびその光拡散性の大きさの分布について説明するための模式的なグラフである。

符号の説明

１０、６０ リアプロジェクションテレビ（投射型ディスプレイ）
１２ プロジェクタ
２０、６１ 透過型スクリーン
３０ フレネルレンズシート
３１ フレネルレンズ（フレネルレンズ部）
３１Ａ レンズ部
３１Ｂ 肉厚形成部
３１ｃ フィラー（光拡散材）
３２ 透明基板
３２Ａ マット面（表面拡散部）
３７ 接合面（透明基板の一方の面）
４０ レンチキュラーレンズシート（光拡散レンズアレイシート）
５０ 拡散層
１００ レンズ金型
２００ 紫外線硬化樹脂
Ｐ１ 光軸
Ｐ２ 中心
Ｓ 包絡面
Ｖ 溝底

Claims (5)

1. 透明基板の一方の面にフレネルレンズ部が形成されたフレネルレンズシートであって、
   前記フレネルレンズ部の内部に光拡散材が分散され、
   前記透明基板の他方の面に入射光を表面で拡散する表面拡散部が形成されたことを特徴とするフレネルレンズシート。
2. 前記フレネルレンズ部が、前記透明基板の一方の面から前記フレネルレンズ部の溝底までの厚さを前記一方の面上の位置に応じて変えた構成を有することを特徴とする請求項１に記載のフレネルレンズシート。
3. 前記フレネルレンズ部の溝底の包絡面が滑らかな湾曲を有することを特徴とする請求項２に記載のフレネルレンズシート。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のフレネルレンズシートと、
   該フレネルレンズシートの出射面側に視野角を広げるための光拡散レンズアレイシートとを備えることを特徴とする透過型スクリーン。
5. 請求項４に記載の透過型スクリーンを備えることを特徴とする投射型ディスプレイ。

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