JP2006330336A - スクリーン及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に製造可能な構成を用いて、広範囲な入射角の光を観察者の方向へ効率良く進行させることが可能なスクリーン等を提供すること。
【解決手段】画像信号に応じた光を透過させるスクリーン１１０であって、画像信号に応じた光を角度変換して出射する角度変換部であるフレネルレンズ１２０を有し、フレネルレンズ１２０は、画像信号に応じた光の入射側に設けられた反射光学部１２２と、画像信号に応じた光の出射側に設けられた屈折光学部１２５と、を有し、反射光学部１２２は、画像信号に応じた光を反射することにより角度変換し、屈折光学部１２５は、画像信号に応じた光を屈折させることにより角度変換する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スクリーン及び画像表示装置、特に、画像信号に応じた光を透過させることにより画像を表示する画像表示装置のスクリーンに関する。

画像信号に応じた光を透過させることにより画像を表示する、いわゆるリアプロジェクタには、光を透過させる透過型のスクリーンが用いられる。リアプロジェクタは、スクリーンに対して斜め方向から画像信号に応じた光を入射させる構成とすることで、薄型化が図られている。スクリーンに入射する光は、入射角度が大きくなるほど、スクリーンの入射側の界面で反射し易くなる。スクリーンでの反射によって光がプロジェクタの内部に取り込まれると、明るい画像を表示することが困難になる。さらに、プロジェクタの内部に光が取り込まれると、迷光の多重反射によるゴーストを生じる場合もある。このため、スクリーンは、明るい画像を得るためには、斜めに入射した光を効率良く透過させる構成とする必要がある。斜めに入射した光を効率良く透過させるためのスクリーンの技術は、例えば、特許文献１に提案されている。

特開２００３−１４９７４４号公報

特許文献１には、フレネルレンズに入射した光を反射することにより観察者の方向へ進行させる反射プリズムを用いる技術が提案されている。反射プリズムは、スクリーンから見てライトバルブが設けられている側である下側の斜面から光を入射させ、下側の斜面からの光を上側の斜面で全反射させる。画像表示装置の薄型化を図るためには、フレネルレンズは、広範囲な入射角の光を観察者側へ進行させる必要がある。この場合、小さい入射角の光が入射する領域には、フレネルレンズの法線方向に長い形状の反射プリズムを用いる必要がある。このように大きいアスペクト比の全反射プリズムを備えるフレネルレンズは、高い精度で製造することが非常に困難である。小さいアスペクト比の全反射プリズムを用いることとすると、入射角が大きい光のみを用いて画像を表示することになるため、大きい画像を表示することが困難になる。また、全反射プリズムは、上側の斜面及び下側の斜面のうち、上側の斜面及び下側の斜面が接合する稜線部付近で光の進行方向を変換させる。このため、全反射プリズムは、稜線部に近い先端部ほど正確な角度で形成しなければならない。このように、画像表示装置の薄型化を図るために画像信号に応じた光を広範囲な入射角で入射させる構成とする場合、光を角度変換するための構成を製造することが困難であるという問題を生じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、容易に製造可能な構成を用いて、広範囲な入射角の光を観察者の方向へ効率良く進行させることが可能なスクリーン、及びそのスクリーンを用いる画像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、画像信号に応じた光を透過させるスクリーンであって、画像信号に応じた光を角度変換して出射する角度変換部を有し、角度変換部は、画像信号に応じた光の入射側に設けられた反射光学部と、画像信号に応じた光の出射側に設けられた屈折光学部と、を有し、反射光学部は、画像信号に応じた光を反射することにより角度変換し、屈折光学部は、画像信号に応じた光を屈折させることにより角度変換することを特徴とするスクリーンを提供することができる。

例えば、角度変換部の出射側に設けられた屈折光学部のみを用いて光を角度変換する場合、スクリーンに入射する光の入射角が大きくなるほど、スクリーンの入射側の界面で光が反射し易くなる。また、角度変換部の入射側に設けられた反射光学部のみを用いて光を角度変換する場合、スクリーンに入射する光の入射角が小さくなるほど、アスペクト比が大きい反射光学部を形成する必要が生じる。本発明のスクリーンは、反射光学部と屈折光学部とを備える角度変換部を用いることにより、反射光学部と屈折光学部とを用いて光を角度変換することが可能である。例えば、角度変換部は、入射角が小さい光が入射する領域では反射光学部を用いて光を角度変換し、入射角が大きい光が入射する領域では屈折光学部を用いて光を角度変換する構成とすることができる。この場合、入射角が大きい光が入射する領域では反射光学部を用いて光を角度変換するため、スクリーンの入射側の界面における光の反射を低減することができる。また、入射角が小さい光が入射する領域では屈折光学部を用いて光を角度変換するため、大きいアスペクト比の反射光学部を形成する必要が無くなる。このことから、容易に製造可能な構成の角度変換部を用いて、広範囲な入射角の光を観察者の方向へ効率良く進行させることが可能となる。これにより、容易に製造可能な構成を用いて、広範囲な入射角の光を観察者の方向へ効率良く進行させることが可能なスクリーンを得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、角度変換部は、画像信号に応じた光を反射光学部及び屈折光学部のいずれか一方のみへ入射させる領域を有することが望ましい。これにより、角度変換部及び屈折光学部の少なくとも一方を用いて光を角度変換する領域を設けることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、角度変換部は、反射光学部で反射した画像信号に応じた光を、屈折光学部へ入射させる領域を有することが望ましい。反射光学部で反射した光を屈折光学部へ入射させる領域では、反射光学部での反射と、屈折光学部での屈折とを用いて光を角度変換する。反射光学部と屈折光学部とを用いて光を角度変換する領域を設けると、反射光学部のみにより光を角度変換する領域と、屈折光学部のみにより光を角度変換する領域との間に生じる輝度ムラや、不連続感を低減することが可能となる。また、反射光学部で光が十分に角度変換されない場合であっても、屈折光学部による屈折作用を併用することで光を観察者方向へ進行させることが可能となる。従って、反射光学部は、さらにアスペクト比が小さく容易に形成可能な反射光学部を用いる構成とすることが可能になる。これにより、さらに容易に製造可能な構成を用いて、違和感が低減された画像を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、反射光学部は、角度変換部が設けられる基準面の法線に対して４０度以上９０度未満の角度で進行する画像信号に応じた光が入射する領域に設けられることが望ましい。例えば、スクリーンの入射側の界面を略平坦に形成したとすると、基準面の法線に対して所定の角度以上の角度で進行する光は、スクリーンの入射側の界面で反射されてしまう。基準面の法線に対して４０度以上の角度で進行する光が入射する位置に反射光学部を設けることにより、スクリーンの入射側の界面における光の反射を低減し、光を効率良く観察者側へ導くことが可能となる。また、反射光学部は、基準面の法線に対して４０度以下の角度で進行する光を角度変換する場合、アスペクト比が大きく形成が困難な形状の反射プリズムを用いることとなる。基準面の法線に対して４０度以上の角度で進行する光が入射する位置に設けられる反射光学部は、アスペクト比が小さく容易に形成可能な形状とすることが可能である。これにより、容易に製造可能な構成を用いて、４０度以上９０度未満の大きい角度で入射する光を効率良く観察者の方向へ進行させることができる。さらに好ましくは、反射光学部は、基準面の法線に対して４５度以上９０度未満の角度で進行する画像信号に応じた光が入射する領域に設けられることが望ましい。これにより、さらに容易に製造可能な構成を用いて、４５度以上９０度未満の角度で入射する光を効率良く観察者の方向へ進行させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、屈折光学部は、角度変換部が設けられる基準面の法線に対して０度以上５５度以下の角度で進行する画像信号に応じた光が入射する領域に設けられることが望ましい。法線に対して０度の角度で進行する光とは、法線の方向へ進行する光である。これにより、０度以上５５度以下の小さい角度で進行する光を効率良く観察者の方向へ進行させることができる。さらに好ましくは、屈折光学部は、基準面の法線に対して０度以上４５度以下の角度で進行する画像信号に応じた光が入射する領域に設けられることが望ましい。これにより、０度以上４５度以下の小さい角度で進行する光を効率良く観察者の方向へ進行させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、角度変換部は、反射光学部が設けられた第１の構造体と、屈折光学部が設けられた第２の構造体と、を備えることが望ましい。かかる構成の角度変換部は、それぞれ別途形成された第１の構造体と第２の構造体とを重ね合わせることにより、容易に形成することができる。これにより、角度変換部を容易に製造することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、角度変換部は、角度変換部が設けられる基準面の法線と略同一の方向へ進行する光が入射する所定位置に近い側の領域に屈折光学部が設けられ、所定位置から遠い側の領域に反射光学部が設けられることが望ましい。かかる構成の角度変換部は、入射角が小さい光が入射する領域では反射光学部を用いて光を角度変換し、入射角が大きい光が入射する領域では屈折光学部を用いて光を角度変換する。これにより、広範囲な入射角の光を観察者の方向へ効率良く進行させることができる。

さらに、本発明によれば、光を供給する光源部と、光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、上記のスクリーンと、を有することを特徴とする画像表示装置を提供することができる。上記のスクリーンを用いることにより、容易に製造可能な構成を用いて、広範囲な入射角の光を観察者の方向へ効率良く進行させることができる。広範囲な入射角の光を観察者の方向へ進行させることが可能であれば、画像表示装置を薄型化することができる。これにより、製造が容易で、薄型かつ明るい画像を表示することが可能な画像表示装置を得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置であるプロジェクタ１００の概略構成を示す。プロジェクタ１００は、スクリーン１１０の一方の面に光を投写し、スクリーン１１０の他方の面から出射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタである。光源部である超高圧水銀ランプ１１は、第１色光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、第２色光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する。

インテグレータ１２は、超高圧水銀ランプ１１からの光の照度分布を略均一にする。照度分布が均一化された光は、偏光変換素子１３にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒに入射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１５に入射する。反射ミラー１５は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、空間光変調装置１７Ｒに入射する。空間光変調装置１７Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても光の偏光方向は変化しないため、空間光変調装置１７Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。

空間光変調装置１７Ｒに入射したｓ偏光光は、不図示の液晶パネルに入射する。液晶パネルは、２つの透明基板の間に、画像表示のための液晶層を封入している。液晶パネルに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調によりｐ偏光光に変換される。空間光変調装置１７Ｒは、変調によりｐ偏光光に変換されたＲ光を出射する。このようにして、空間光変調装置１７Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１８に入射する。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒで反射されたＧ光及びＢ光は、光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光及びＢ光は、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇで反射されたＧ光は、空間光変調装置１７Ｇに入射する。空間光変調装置１７Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置１７Ｇに入射したｓ偏光光は、液晶パネルでの変調によりｐ偏光光に変換される。空間光変調装置１７Ｇは、変調によりｐ偏光光に変換されたＧ光を出射する。このようにして、空間光変調装置１７Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム１８に入射する。

Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１６と、２枚の反射ミラー１５とを経由して、空間光変調装置１７Ｂに入射する。空間光変調装置１７Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、Ｂ光にリレーレンズ１６を経由させるのは、Ｂ光の光路がＲ光及びＧ光の光路よりも長いためである。リレーレンズ１６を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇを透過したＢ光を、そのまま空間光変調装置１７Ｂへ導くことができる。

空間光変調装置１７Ｂに入射したｓ偏光光は、液晶パネルでの変調によりｐ偏光光に変換される。空間光変調装置１７Ｂは、変調によりｐ偏光光に変換されたＢ光を出射する。このようにして、空間光変調装置１７Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１８に入射する。色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１４ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇとは、超高圧水銀ランプ１１から供給される光を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に分離する。なお、空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、変調によりｓ偏光光をｐ偏光光に変換するほか、ｐ偏光光をｓ偏光光に変換することとしても良い。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１８は、２つのダイクロイック膜１８ａ、１８ｂをＸ字型に直交するように配置して構成されている。ダイクロイック膜１８ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１８ｂは、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１８は、空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。

投写レンズ２０は、クロスダイクロイックプリズム１８で合成された光を反射ミラー１０５の方向へ投写する。反射ミラー１０５は、筐体１０７の内面であって、スクリーン１１０に対向する位置に設けられている。反射ミラー１０５は、投写レンズ２０からの投写光をスクリーン１１０の方向へ反射する。反射ミラー１０５は、平面形状に限られず、曲面形状としても良い。スクリーン１１０は、画像信号に応じた光を透過することにより鑑賞者側の面に投写像を表示する、透過型スクリーンである。スクリーン１１０は、筐体１０７の所定の一面に設けられている。

スクリーン１１０は、画像信号に応じた光が入射する側に設けられたフレネルレンズ１２０を有する。フレネルレンズ１２０は、画像信号に応じた光を角度変換して観察者の方向へ出射する角度変換部である。フレネルレンズ１２０は、画像信号に応じた光の入射側に設けられた反射光学部１２２と、画像信号に応じた光の出射側に設けられた屈折光学部１２５とを有する。反射光学部１２２は、基板１２７の入射側の面に形成されている。反射光学部１２２は、画像信号に応じた光を反射することにより角度変換する複数の反射プリズム１２３を有する。屈折光学部１２５は、基板１２７の出射側の面に形成されている。屈折光学部１２５は、画像信号に応じた光を屈折させることにより角度変換する複数の屈折プリズム１２６を有する。

基板１２７及び屈折光学部１２５の出射側には、屈折光学部１２５を保護するためのカバーガラス１３１が設けられている。スクリーン１１０は、フレネルレンズ１２０及びカバーガラス１３１以外の他の構成、例えば、良好な視野角を得るためのマイクロレンズアレイや光を拡散させる拡散板等を設けることとしても良い。投写レンズ２０は、スクリーン１１０に対して下側の位置から斜め方向へ光を入射させる。プロジェクタ１００は、スクリーン１１０に対して斜め方向から画像信号に応じた光を入射させる構成とすることで、筐体１０７を薄型にすることができる。

図２は、筐体１０７内部から見たフレネルレンズ１２０の平面構成を示す。フレネルレンズ１２０を筐体１０７の内部側から見ると、反射光学部１２２は手前側、屈折光学部１２５は向こう側に設けられている。反射プリズム１２３及び屈折プリズム１２６は、フレネルレンズ１２０上の所定位置Ｏを中心として略同心円状に形成されている。屈折光学部１２５は、フレネルレンズ１２０のうち位置Ｏに近い側である、マイナスＹ側の領域に設けられている。反射光学部１２２は、フレネルレンズ１２０のうち位置Ｏから遠い側である、プラスＹ側の領域に設けられている。位置Ｏは、フレネルレンズ１２０の下側の外縁のうち、略中心の位置である。反射光学部１２２及び屈折光学部１２５は、凸レンズの凸面を切り出した輪状の切片をＸＹ平面上に並べた形状を有する。反射プリズム１２３及び屈折プリズム１２６は、例えば約０．１ｍｍピッチで配置されている。

なお、反射プリズム１２３及び屈折プリズム１２６は、フレネルレンズ１２０上の所定位置Ｏを中心として略同心円状に形成される構成に限られない。反射プリズム１２３及び屈折プリズム１２６は、例えば、フレネルレンズ１２０外の位置を中心とする他、フレネルレンズ１２０の中心部を中心として形成することとしても良い。また、反射プリズム１２３及び屈折プリズム１２６は、同心円状に形成される構成に限られず、例えば、略同一位置に焦点を有する楕円状に形成することとしても良い。

図３は、フレネルレンズ１２０のうち、反射光学部１２２が形成される部分の要部断面構成を示す。図３は、Ｙ軸に略平行かつフレネルレンズ１２０の略中心を通過する断面を示している。反射光学部１２２は、基板１２７の入射側の面である基準面Ｓ１上に形成されている。図示する断面構成において、反射プリズム１２３は、第１面３０１、第２面３０２、及び基準面Ｓ１を３辺とする三角形状を有する。第１面３０１は、スクリーン１１０から見て投写レンズ２０（図１参照）が設けられている側である下側に設けられた面である。第２面３０２は、スクリーン１１０から見て投写レンズ２０が設けられている側とは反対側である上側に設けられた面である。第１面３０１と第２面３０２とは、稜線部３０５で接合されている。

投写レンズ２０から反射光学部１２２へ進行する光は、反射プリズム１２３の第１面３０１に入射する。第１面３０１に入射した光は、反射プリズム１２３の内部を進行し、第２面３０２に入射する。第２面３０２に入射した光は、第２面３０２で全反射した後、基板１２７の方向へ進行する。反射プリズム１２３は、第２面３０２における全反射により、画像信号に応じた光を観察者側へ進行させる。第１面３０１及び第２面３０２は、画像信号に応じた光を観察者側へ角度変換するように設計されている。

図４は、フレネルレンズ１２０のうち、屈折光学部１２５が形成される部分の要部断面構成を示す。図４は、Ｙ軸に略平行かつフレネルレンズ１２０の略中心を通過する断面を示している。屈折光学部１２５は、基板１２７の出射側の面Ｓ２上に形成されている。面Ｓ２は、基準面Ｓ１と平行な面である。図示する断面構成において、屈折プリズム１２６は、第１面４０１、第２面４０２、及び面Ｓ２を３辺とする三角形状を有する。第１面４０１は、下側に設けられた面である。第２面４０２は、上側に設けられた面である。第１面４０１と第２面４０２とは、稜線部４０５で接合されている。

投写レンズ２０から屈折光学部１２５の方向へ進行する光は、面Ｓ２から屈折プリズム１２６へ入射する。屈折プリズム１２６へ入射した光は、屈折プリズム１２６の内部を進行し、第２面４０２に入射する。第２面４０２に入射した光は、第２面４０２で屈折された後、観察者側へ進行する。第２面４０２は、画像信号に応じた光を観察者側へ角度変換するように設計されている。

図５は、反射光学部１２２が設けられる領域と、屈折光学部１２５が設けられる領域とについて説明するものである。ここでは、投写レンズ２０からフレネルレンズ１２０の基準面Ｓ１上へ入射する光の入射角を用いて、反射光学部１２２及び屈折光学部１２５の位置を説明する。また、図５では、反射ミラー１０５により光路が折り曲げられる部分を省略し、投写レンズ２０からの光は直接スクリーン１１０へ入射するものとしている。

投写レンズ２０の瞳位置Ｐから基準面Ｓ１のうち下側の外縁に近い位置Ｑ１に入射する光は、基準面Ｓ１の法線Ｎに対して０度の角度で入射する。法線Ｎに対して０度の角度で進行する光とは、法線Ｎの方向へ進行する光である。位置Ｑ１は、略同心円状に設けられた反射プリズム１２３及び屈折プリズム１２６の中心位置Ｏ（図２参照）である。瞳位置Ｐから基準面Ｓ１のうち中心に近い位置Ｑ２に入射する光は、法線Ｎに対して４５度の角度で入射する。瞳位置Ｐから基準面Ｓ１のうち上側の外縁に近い位置Ｑ３へ入射する光は、法線Ｎに対して４５度より大きい角度、例えば８０度の角度で入射する。このように、位置Ｑ１から離れるほど、スクリーン１１０には、法線Ｎに対して大きな角度をなす光が入射することとなる。

反射光学部１２２は、位置Ｑ２から位置Ｑ３までの領域ＡＲ１に設けられている。領域ＡＲ１は、法線Ｎに対して４５度以上９０度未満の角度で進行する画像信号に応じた光が入射する領域である。屈折光学部１２５は、位置Ｑ１から位置Ｑ２までの領域ＡＲ２に設けられている。領域ＡＲ２は、法線Ｎに対して０度以上４５度以下の角度で進行する画像信号に応じた光が入射する位置である。領域ＡＲ１に入射した光は、反射光学部１２２により、観察者の方向へ角度変換される。領域ＡＲ２に入射した光は、屈折光学部１２５により、観察者の方向へ角度変換される。フレネルレンズ１２０は、反射光学部１２２及び屈折光学部１２５のうち、画像信号に応じた光を反射光学部１２２のみに入射させる領域ＡＲ１と、屈折光学部１２５のみに入射させる領域ＡＲ２とを有する。

図６は、光の入射角θ１と、反射プリズム１２３の形状との関係を説明するものである。図６に示す断面において、反射光学部１２２へ入射する光の入射角θ１は、光の入射位置がプラスＹ側であるほど大きい。反射光学部１２２上にそれぞれ異なる入射角で入射する光を平行化して観察者側へ進行させるためには、反射プリズム１２３の第２面３０２は、大きい入射角の光が入射するほど、法線Ｎに対する角度θ２を小さくする必要がある。従って、反射プリズム１２３は、位置Ｏに近くなるに従い、法線Ｎに対する第２面３０２の角度θ２が小さくなる。なお、反射光学部１２２は、略同一のピッチで反射プリズム１２３を配置する構成に限られない。反射光学部１２２は、反射プリズム１２３のＺ方向の高さを略同一とし、反射プリズム１２３のピッチを適宜異ならせることとしても良い。

図７は、光の入射角θ３と、屈折プリズム１２６の形状との関係を説明するものである。図７に示す断面において、屈折光学部１２５へ入射する光の入射角θ３は、光の入射位置がプラスＹ側であるほど大きい。屈折光学部１２５上にそれぞれ異なる入射角で入射する光を平行化して観察者側へ進行させるためには、屈折プリズム１２６の第２面４０２は、小さい入射角の光が入射するほど、法線Ｎに対する角度θ４を大きくする必要がある。従って、屈折プリズム１２６は、位置Ｏに近くなるに従い、法線Ｎに対する第２面４０２の角度θ４が大きくなる。

また、法線Ｎの方向へ進行する光が入射する位置Ｏには、屈折プリズム１２６が設けられていない。法線Ｎの方向へ進行する光は、基板１２７を透過し、そのまま法線Ｎの方向へ進行する。なお、屈折光学部１２５は、略同一のピッチで屈折プリズム１２６を配置する構成に限られない。屈折光学部１２５は、屈折プリズム１２６のＺ方向の高さを略同一とし、屈折プリズム１２６のピッチを適宜異ならせることとしても良い。図８の曲線ｇａは、スクリーン１１０への入射角θ１と、反射プリズム１２３の第２面３０２の角度θ２との関係の例を示すものである。図８の曲線ｇｂは、スクリーン１１０への入射角θ３と、屈折プリズム１２６の第２面４０２との関係の例を示すものである。

例えば、スクリーン１１０の入射側の界面を略平坦に形成したとすると、基準面Ｓ１の法線Ｎに対して所定の角度以上の角度で進行する光は、スクリーン１１０の入射側の界面で反射されてしまう。本実施例では、法線Ｎに対して４５度以上の角度で進行する光が入射する領域ＡＲ１に反射光学部１２２を設ける構成とすることにより、スクリーン１１０の入射側の界面における光の反射を低減し、光を効率良く観察者側へ導くことが可能となる。また、反射光学部１２２は、法線Ｎに対して４５度以下の角度で進行する光を角度変換する場合、アスペクト比が大きく形成が困難な形状の反射プリズム１２３を用いることとなる。本実施例のフレネルレンズ１２０は法線Ｎに対して４５度以上の角度で光が入射する位置に反射光学部１２２を設けるため、アスペクト比が小さく容易に形成可能な形状の反射プリズム１２３を用いることが可能である。反射光学部１２２により、４５度以上９０度未満の大きい角度でスクリーン１１０に入射する光を効率良く観察者側へ進行させることができる。

また、法線Ｎに対して４５度以上の角度で進行する光が入射する領域ＡＲ２に屈折光学部１２５を設ける構成とすることにより、０度以上４５度以下の小さい角度でスクリーン１１０に入射する光を効率良く観察者側へ進行させることができる。以上により、容易に製造可能な構成のフレネルレンズ１２０を用いて、広範囲な入射角の光を観察者側へ効率良く進行させることが可能となる。これにより、容易に製造可能な構成を用いて、広範囲な入射角の光を観察者側へ効率良く進行させることができるという効果を奏する。また、広範囲な入射角の光を観察者側へ進行させることが可能であれば、プロジェクタ１００を薄型化することができる。これにより、製造が容易で、薄型かつ明るい画像を表示することが可能なプロジェクタ１００を得られる。

なお、反射光学部１２２は、４５度以上９０度未満の角度で進行する光が入射する領域に設ける構成に限られず、４０度以上９０度未満の角度で進行する光が入射する領域に設ける構成としても良い。また、屈折光学部１２５は、０度以上４５度以下の角度で進行する光が入射する領域に設ける構成に限られず、０度以上５５度以下の角度で進行する光が入射する領域に設ける構成としても良い。

図９は、本実施例の変形例に係るスクリーン９１０の断面構成を示す。スクリーン９１０は、反射光学部１２２が設けられた第１の構造体９１１と、屈折光学部１２５が設けられた第２の構造体９１２とを備えるフレネルレンズ９２０を有することを特徴とする。フレネルレンズ９２０は、画像信号に応じた光を角度変換して出射する角度変換部である。

第１の構造体９１１は、基板９０１と、基板９０１の入射側の面に設けられた反射光学部１２２とを有する。第２の構造体９１２は、基板９０２と、基板９０２の出射側の面に設けられた屈折光学部１２５とを有する。反射光学部１２２が設けられる領域、及び屈折光学部１２５が設けられる領域は、上記のスクリーン１１０と同様である。フレネルレンズ９２０は、それぞれ別途形成された第１の構造体９１１と第２の構造体９１２とを重ね合わせることにより、容易に形成することができる。これにより、フレネルレンズ９２０を容易に製造することができる。

図１０は、本発明の実施例２に係るスクリーン１０１０の断面構成を示す。スクリーン１０１０は、上記実施例１に係るプロジェクタ１００に適用することができる。上記実施例１のスクリーン１１０と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例のスクリーン１０１０は、反射光学部１２２で反射した光を、屈折光学部１２５へ入射させる領域ＡＲ３を有するフレネルレンズ１０２０を備えることを特徴とする。

フレネルレンズ１０２０は、画像信号に応じた光を角度変換して出射する角度変換部である。反射光学部１２２は、上記実施例１と同様に、基準面の法線に対して４５度以上９０度未満の角度で進行する光が入射する領域に設けられている。屈折光学部１２５は、基準面の法線に対して０度以上４５度以下の角度で進行する光が入射する領域のほか、反射光学部１２２が設けられる部分に重なる領域ＡＲ３にも設けられている。

例えば、反射プリズム１２３における光の反射効率と、屈折プリズム１２６における光の透過効率とが互いに異なる場合、反射光学部１２２が設けられる領域と屈折光学部１２５が設けられる領域とで異なる明るさの画像が表示されることが考えられる。また、反射光学部１２２と屈折光学部１２５とでは光を角度変換する方式が異なることから、反射光学部１２２が設けられる領域と屈折光学部１２５が設けられる領域との境目が認識されてしまうことも考えられる。反射光学部１２２と屈折光学部１２５とを備えるフレネルレンズは、反射光学部１２２が設けられる領域と屈折光学部１２５が設けられる領域とで、輝度ムラや不連続感が生じることが考えられる。本実施例のスクリーン１０１０は、反射光学部１２２と屈折光学部１２５とを用いて光を角度変換する領域ＡＲ３を設けることにより、反射光学部１２２のみにより光を角度変換する領域と、屈折光学部１２５のみにより光を角度変換する領域との間に生じる輝度ムラや、不連続感を低減することが可能となる。

図１１は、フレネルレンズ１０２０の要部断面構成を示す。反射プリズム１２３から領域ＡＲ３へ進行する光は、反射プリズム１２３と、領域ＡＲ３に設けられた屈折プリズム１２６により角度変換される。本実施例の場合、反射プリズム１２３で光が十分に角度変換されない場合であっても、屈折プリズム１２６による屈折作用を併用することで光を観察者方向へ進行させることが可能となる。従って、反射光学部１２２は、さらにアスペクト比が小さく容易に形成可能な反射プリズム１２３を用いる構成とすることが可能になる。

反射光学部１２２は、位置Ｏに近くなるに従い、基準面Ｓ１の法線に対する第２面３０２の傾きが小さくなるように構成される点は、上記実施例１と同様である。また、領域ＡＲ３から見て位置Ｏに近い側、図１１の断面構成においてマイナスＹ側では、屈折光学部１２５は、位置Ｏに近くなるに従い、基準面Ｓ１の法線に対する第２面４０２の傾きが大きくなる点も、上記実施例１と同様である。

反射光学部１２２は、位置Ｏに近い部分ほど、アスペクト比が大きい形状の反射プリズム１２３を用いる必要がある。そこで、フレネルレンズ１０２０は、領域ＡＲ３のうち大きいアスペクト比で反射プリズム１２３を形成する必要がある位置Ｏに近づくに従い、屈折の度合いが大きくなるような屈折プリズム１２６を設けている。かかる構成により、領域ＡＲ３のうち位置Ｏに近い位置においても、小さいアスペクト比の反射プリズム１２３を用いることが可能となる。従って、屈折光学部１２５は、領域ＡＲ３では、位置Ｏに近くなるに従い、基準面Ｓ１の法線に対する第２面４０２の傾きが小さくなるように構成されている。これにより、さらに容易に製造可能な構成を用いて、違和感が低減された画像を得ることができるという効果を奏する。

なお、領域ＡＲ３に光を進行させる反射光学部１２２及び屈折光学部１２５は、位置Ｏに近くなるに従い第２面３０２及び第２面４０２の傾きを小さくする構成に限られない。反射光学部１２２における光の角度変換と、屈折光学部１２５における光の角度変換とにより光を観察者側へ進行させる構成であれば良い。例えば、領域ＡＲ３に光を進行させる第２面４０２の傾きをいずれも略同じとし、屈折プリズム１２６によって光の進行方向を調節することとしても良い。また、図１２に示すスクリーン１２１０のように、基板１２７の出射側の面の全体に屈折光学部１２５が形成されたフレネルレンズ１２２０を備える構成としても良い。フレネルレンズ１２２０は、画像信号に応じた光を角度変換して出射する角度変換部である。

上記実施例に係るプロジェクタ１００は、光源部として超高圧水銀ランプを用いているが、これに限られない。例えば、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いても良い。また、３つの透過型液晶表示装置を設けた、いわゆる３板式のプロジェクタに限らず、例えば、反射型液晶表示装置を用いたプロジェクタやティルトミラーデバイスを用いたプロジェクタであっても良い。

以上のように、本発明に係るスクリーンは、画像信号に応じた光を透過させるプロジェクタのスクリーンとして用いる場合に有用であり、特に、薄型なプロジェクタに用いる場合に適している。

本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成を示す図。 フレネルレンズの平面構成を示す図。 フレネルレンズの要部断面構成を示す図。 フレネルレンズの要部断面構成を示す図。 反射光学部を設ける領域、及び屈折光学部を設ける領域を説明する図。 光の入射角と、反射プリズムの形状との関係を説明する図。 光の入射角と、屈折プリズムの形状との関係を説明する図。 反射プリズムの形状、屈折プリズムの形状について説明する図。 実施例１の変形例に係るスクリーンの断面構成を示す図。 本発明の実施例２に係るスクリーンの断面構成を示す図。 フレネルレンズの要部断面構成を示す図。 基板の出射側の面の全体の屈折光学部が形成された構成を説明する図。

符号の説明

１１ 超高圧水銀ランプ、１２ インテグレータ、１３ 偏光変換素子、１４Ｒ Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１４Ｇ Ｂ光透過ダイクロイックミラー、１５ 反射ミラー、１６ リレーレンズ、１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ 空間光変調装置、１８ クロスダイクロイックプリズム、１８ａ、１８ｂ ダイクロイック膜、２０ 投写レンズ、１００ プロジェクタ、１０５ 反射ミラー、１０７ 筐体、１１０ スクリーン、１２０ フレネルレンズ、１２２ 反射光学部、１２３ 反射プリズム、１２５ 屈折光学部、１２６ 屈折プリズム、１２７ 基板、１３１ カバーガラス、３０１ 第１面、３０２ 第２面、３０５ 稜線部、Ｓ１ 基準面、４０１ 第１面、４０２ 第２面、４０５ 稜線部、Ｓ２ 面、Ｎ 法線、９０１、９０２ 基板、９１０ スクリーン、９１１ 第１の構造体、９１２ 第２の構造体、９２０ フレネルレンズ、１０１０ スクリーン、１０２０ フレネルレンズ、１２１０ スクリーン、１２２０ フレネルレンズ

Claims (8)

1. 画像信号に応じた光を透過させるスクリーンであって、
   前記画像信号に応じた光を角度変換して出射する角度変換部を有し、
   前記角度変換部は、前記画像信号に応じた光の入射側に設けられた反射光学部と、前記画像信号に応じた光の出射側に設けられた屈折光学部と、を有し、
   前記反射光学部は、前記画像信号に応じた光を反射することにより角度変換し、
   前記屈折光学部は、前記画像信号に応じた光を屈折させることにより角度変換することを特徴とするスクリーン。
2. 前記角度変換部は、前記画像信号に応じた光を前記反射光学部及び前記屈折光学部のいずれか一方のみへ入射させる領域を有することを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記角度変換部は、前記反射光学部で反射した前記画像信号に応じた光を、前記屈折光学部へ入射させる領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリーン。
4. 前記反射光学部は、前記角度変換部が設けられる基準面の法線に対して４０度以上９０度未満の角度で進行する前記画像信号に応じた光が入射する領域に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクリーン。
5. 前記屈折光学部は、前記角度変換部が設けられる基準面の法線に対して０度以上５５度以下の角度で進行する前記画像信号に応じた光が入射する領域に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスクリーン。
6. 前記角度変換部は、前記反射光学部が設けられた第１の構造体と、前記屈折光学部が設けられた第２の構造体と、を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のスクリーン。
7. 前記角度変換部は、前記角度変換部が設けられる基準面の法線と略同一の方向へ進行する光が入射する所定位置に近い側の領域に前記屈折光学部が設けられ、前記所定位置から遠い側の領域に前記反射光学部が設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスクリーン。
8. 光を供給する光源部と、
   前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のスクリーンと、を有することを特徴とする画像表示装置。

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