JP2007219111A - 背面投影型テレビジョン用光学部品 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロレンズアレイシートを用いた際に全方位において画面の明るさが均一で光効率が高く、コントラストの高い高品位な画像を実現するための透過型リアスクリーン特にプロジェクター拡大背面投影型テレビジョン（リアプロジェクションテレビ）の投影画面などに使用する背面投影型テレビジョン用光学部品を提供する。
【解決手段】単位凸レンズが２次元的に略マトリックス配置してなるマイクロレンズアレイが、フィルム基材上に成型され、前記フィルム基材のレンズアレイ非成型側に遮光層を有するマイクロレンズアレイシートが、透光性基板に貼り合わされた光学部品において、前記マイクロレンズアレイ21a が、３種類以上のレンズ幅をもつ複数の各々単位凸レンズを重なりや隙間を有することなく密に配列されたものからなり、且つ前記各々単位凸レンズのレンズ幅ｗとレンズ曲率半径ｒの比ｗ／ｒが一定である。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクター拡大背面投影型テレビジョンの投影画面などに透過型リアスクリーンとして使用する背面投影型テレビジョン用光学部品に関する。

従来、背面投影型テレビジョン（リアプロジェクションＴＶ）においては、主に画面の明るさ、視野角の広さといったものが要求されていた。

背面投影型テレビジョンに用いられる透過型リアスクリーンとしては、視野角が広い、コントラストが高い、ギラッキが少ない、モワレが無い、迷光、ボケ、歪みの発生が無いといった光学的特性を持つものが要求される。

視野角が広いと、観察者にとって映像可視領域が広くなり、また、コントラストが高いと、映像の視認性が高く、また、ギラッキが少ないと、観察者の眼の疲労が少なく、またモワレ、迷光、ボケ、歪み等が無いと映像品位が向上することに繋がる。

特に視野角を拡げる手段の一つとして、シリンドリカルレンズ群が並列に配置されたレンチキュラーレンズシートを用い、投影される映像光をスクリーンに対して水平方向、又は垂直方向に拡げる方法がある。

さらには、光拡散材等を、基板やレンズ等、スクリーンを構成するいずれかの層に備えることにより、映像光を等方的に拡げる方法が採用される。

また、上記レンチキュラーレンズシートに適切な遮光層を設けることにより、外光反射や迷光（スクリーン内での多重反射光）を吸収し、コントラストを向上させることができる。レンズに入射された映像光の効率を低下することのないような遮光層を設ける方法として、セルフアライメント方式が知られている（例えば特許文献１、２参照）
近年では、上記レンチキュラーレンズシートの代わりにクロスレンチキュラーレンズシートを用いて、水平方向と垂直方向に映像光を拡げる方法、さらにはマイクロレンズアレイシートを用いて全方位に映像光を拡げる方法が提案されている。（例えば特許文献３〜６参照）。この場合も、上記レンチキュラーレンズシートの場合と全く同様に、セルフアライメント方式によって遮光層を付与し、コントラストを向上させることができる。

以下に本発明に関連する公知文献を記載する。
特開平９−１２０１０１号公報 特開平９−１２０１０２号公報 特開２００３−１６７２９８号公報 特開２００４−０７８０４９号公報 特開平１１−１７４２０７号公報 特開２００２−３５７８６９号公報 特にマイクロレンズアレイシートは、単位凸レンズを２次元的に縦横方向に規則的に複数配列したレンズアレイを備え、スクリーン面の縦横方向の全方位に視野を拡げることができる理想的なレンズシートといえるが、単位凸レンズの配列により構成されるものであるため、下記のような問題点がある。

リアプロジェクションＴＶにおいては、マトリックス状のＴＶ画素とフレネルレンズとスクリーン面の縦横方向に微細な単位凸レンズをマトリクス配列したマイクロレンズアレイシートによる前面レンズとの重ね合わせによるモアレが発生しないように、それぞれのピッチを設定する必要があるが、前面レンズスクリーンとしてマイクロレンズアレイを用いる場合、配列面内での多方向の周期性を考慮しなければならず、全方位においてモアレの発生しないようにすることは非常に困難であるか、またはレンズの大きさなどを限定することになってしまう。

仮に各単位凸レンズをランダムに配列した場合でも、各単位凸レンズの大きさが異なる場合、つまりそれぞれの単位凸レンズが異なる光拡散特性を持つ場合は、全方位において画面の明るさを均一にすることが難しくなり、また各単位凸レンズの大きさを等しくした場合は、近接する単位凸レンズ同士の間に隙間や重なりが生じてしまい、光効率（入射光量に対する出射光量の比率、光利得）のロスや光拡散特性の劣化に繋がってしまう。

本発明は、上記の技術的背景を考慮してなされたものであり、マイクロレンズアレイシートを用いた際に、全方位において画面の明るさが均一で、光効率が高く、コントラストの高い高品位な画像を実現するための透過型リアスクリーン、特にプロジェクター拡大背面投影型テレビジョン（リアプロジェクションテレビ）の投影画面などに透過型リアスクリーンとして使用する背面投影型テレビジョン用光学部品を提供するものである。

本発明の請求項１に係る発明は、単位凸レンズを２次元的に略マトリックス配置してなるマイクロレンズアレイが、フィルム基材上に成型され、前記フィルム基材のレンズアレイ非成型側に遮光層を有するマイクロレンズアレイシートが、透光性基板に貼り合わされた光学部品において、前記マイクロレンズアレイが、３種類以上のレンズ幅をもつ複数の各々単位凸レンズを重なりや隙間を有することなく密に配列されたものからなり、且つ前記各々単位凸レンズのレンズ幅（ｗ）とレンズ曲率半径（ｒ）の比ｗ／ｒが一定であることを特徴とする背面投影型テレビジョン用光学部品である。

本発明の請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る背面投影型テレビジョン用光学部品において、前記各々単位凸レンズのレンズ幅（ｗ）が６０〜１２０μｍであることを特徴とする背面投影型テレビジョン用光学部品である。

本発明の請求項３に係る発明は、上記請求項１又は２に係る背面投影型テレビジョン用光学部品において、前記遮光層の開口面積Ａ1 の合計（Ａ0 ）と、それに対応する前記複数の各々単位凸レンズの底面積Ｂ1 の合計（Ｂ0 ）との比Ａ0 ／Ｂ0 が０．３以下であることを特徴とする背面投影型テレビジョン用光学部品である。

本発明の請求項４に係る発明は、上記請求項１乃至３のいずれか１項に係る背面投影型テレビジョン用光学部品において、前記透光性基板が０．１〜４．０ｍｍの厚さを有することを特徴とする背面投影型テレビジョン用光学部品である。

本発明の背面投影型テレビジョン用光学部品によれば、全方位において画面の明るさが
均一で、光効率（光利得）が高く、コントラストの高い、高品位な投影画像を提供することができるプロジェクター拡大背面投影型テレビジョン（リアプロジェクションＴＶ）向けの透過型リアスクリーンとして使用する背面投影型テレビジョン用光学部品を提供することができるものである。

本発明の背面投影型テレビジョン用光学部品を、実施の形態に沿って図面に基づいて以下に詳細に説明する。

図１に本発明の光学部品の構成を示す。これは、プロジェクター拡大背面投影型テレビジョン（リアプロジェクションテレビ）向けの透過型リアスクリーンの構成である。

リアプロジェクションテレビにおいては、光源からの画像光は、テレビプロジェクター（出射用光学凸レンズ）３から発散状に出射した投影画像光Ｌは、フレネルレンズシート１（１ａは、リニアフレネルレンズ面又はロータリーフレネルレンズ面）に入射して略平行光Ｌ1 となり、フレネルレンズシート１を通過した略平行光Ｌ1 は、その後に透過型リアスクリーン２に入射して、所定の方位に拡散された拡散画像光Ｌ2 として透過型リアスクリーン２の前面側（フレネルレンズシート１と反対面側）の観察者に届けられるものである。

透過型リアスクリーン２は、図１に示すように、マイクロレンズアレイシート２１と、透光性基板２２から構成され、マイクロレンズアレイシート２１が透光性基板２２に貼り合わされて光学部品となっている。

マイクロレンズアレイシート２１は、図１に示すように、フィルム基材２１ｂの片面に半球体より小さい部分球体状の複数の単位凸レンズを２次元的に略マトリックス状に配置してなるマイクロレンズアレイ２１ａが成型されていて、該フィルム基材２１ｂのレンズアレイ非成型側である他面に、ブラックマトリクス等の遮光領域としての遮光層２１ｄ（暗色着色層）と、該遮光層２１ｄの無い非遮光領域としての開口部２１ｅとが形成されている。

本発明の透過型リアスクリーン２におけるマイクロレンズアレイシート２１のマイクロレンズアレイ２１ａは、３種類以上のレンズ幅（ｗ）を持つ複数の各々単位凸レンズを、重なりや隙間を有することなく密に配列されたものから構成されている。

そして、本発明におけるマイクロレンズアレイシート２１のマイクロレンズアレイ２１ａは、前記各々単位凸レンズのレンズ幅（ｗ）とレンズ曲率半径（ｒ）の比ｗ／ｒが一定となっている。

これにより、図１に示すように、フレネルレンズシート１から透過型リアスクリーン２のマイクロレンズアレイ２１ａに入射した略平行光Ｌ1 は、マイクロレンズアレイ２１ａのｗ／ｒが一定な各々単位凸レンズによって、各単位凸レンズに対応する開口部２１ｅを通過して、各単位凸レンズに対応して焦点ｐf に向かって画像光Ｌ2 として集光するようになっている。

前記透過型リアスクリーン２は、マイクロレンズアレイシート２１を、透光性基板２２に貼り合わせた構造となっていて、該基板２２には、この基板２２を通過する光を拡散画像光Ｌ2 として等方向に拡散されるために、光拡散材（ガラス粉体、カオリン、炭酸カルシウム等）を混入したり、光拡散塗料を塗布したりすることにより、画像光Ｌ2 の配光分布を微調整する。

また、該基板２２の表面を表面改質することによって、基板２２の表面における画像光Ｌ2 以外の外光による反射光（ノイズ光）の発生を抑制し、反射光の影響による透過型リアスクリーン２を出射する画像光Ｌ2 のコントラストの低下や、鮮明性の低下を抑制する機能を持たせるものである。

次に、本発明の透過型リアスクリーン２のマイクロレンズアレイシート２１の作製方法を示す。

まず、プレス法、キャスティング法、又は平面スタンパー、ロールスタンパー等のマイクロレンズアレイ状の凹凸形成用型面に、紫外線硬化型樹脂（ＵＶ樹脂）や電子線硬化型樹脂等の電離放射線樹脂を塗布または注入する。

次に、その電離放射線樹脂上に、透光性のフィルム基材２１ｂを被覆するように重ね合わせて配置して、紫外線、電子線等の電離放射線を照射して電離放射線樹脂を硬化処理する。その後、硬化した電離放射線樹脂をフィルム基材２１ｂと共に型面から離型することにより、フィルム基材２１ｂの片面にマイクロレンズアレイ２１ａが成形された遮光層の無いマイクロレンズアレイシートが得られる。

フィルム基材２１ｂの厚さは、後述の遮光層２１ｄの形成時を考慮すると、０．０５〜０．２０ｍｍ程度とすることが好ましい。また、上記電離放射線樹脂には、光硬化時に成形型との離型性がよく、また、レンズとした時の耐光性に優れ、レンズ硬さの硬いものが好適である。

次に、フィルム基材２１ｂの片面にマイクロレンズアレイ２１ａが成形されたマイクロレンズアレイシートの他面に、遮光層２１ｄを形成する方法について図２（ａ）〜（ｂ）に基づいて以下に説明する。

ここでは、セルフアライメント方式の例にて説明する。この方式は、レンチキュラーレンズシートを作製する際に、遮光層を形成する方法として既に提案されているが、原理上は、そのまま本発明におけるマイクロレンズアレイシート２１の作製の場合にも適用できるものである。

まず、図２（ａ）に示すように、上記にて作製した遮光層の無いマイクロレンズアレイシートのフィルム基材２１ｂの非レンズ成型面に、粘着性感光層２１ｃを塗布、又は貼り合わせにより設ける。

次に、フィルム基材２１ｂのマイクロレンズアレイ２１ａ側から、平行光Ｌ1 を露光すると、平行光Ｌ1 はマイクロレンズアレイ２１ａの各単位レンズによって、粘着性感光層２１ｃにて所定の幅に集光し、粘着性感光層２１ｃの集光部位である露光部２１ｃ1 は粘着性を失う。

次に、粘着性感光層２１ｃに、カーボンブラックなどの暗色着色剤（顔料又は染料）を含有する暗色着色層（黒色層等、後に遮光層２１ｄとなる層）を転写することにより、図２（ｂ）に示すように、粘着性感光層２１ｃの粘着性の残存している未露光部２１ｃ2 のみに暗色着色層が遮光層２１ｄとして転写して、フィルム基材２１ｂの他面に、遮光層２１ｄと、非遮光部領域としての開口部２１ｅとを備えた本発明におけるマイクロレンズアレイシート２１を得ることができる。

ここで図１に示すように、透過型リアスクリーン２のマイクロレンズアレイシート２１
の片面に形成されたマイクロレンズアレイ２１ａの各単位凸レンズ毎に対応する他面に形成された非遮光部領域としての開口部２１ｅの開口面積をＡ1 とし、その全ての単位凸レンズの合計開口面積をＡO とする。また、各単位凸レンズの焦点側の底面積をＢ1 とし、その全ての単位凸レンズの合計底面積をＢO とする。

その時、マイクロレンズアレイシート２１の遮光率Ｓ（％）と開口率Ｇ（％）は、下記のようになる。

Ｓ＝［（ＢO −ＡO ）／ＢO ］×１００
Ｇ＝（ＡO ／ＢO ）×１００
特に、リアプロジェクションＴＶ受像機などの大画面のテレビジョンとする場合には、透過型リアスクリーン２に貼り合わされるマイクロレンズアレイシート２１の遮光層２１ｄによる遮光率Ｓ（％）を７０％以上に設定することにより、観察者に対して、高いコントラストを備えた画像を提供することができる。

したがって、透過型リアスクリーン２に貼り合わされるマイクロレンズアレイシート２１の遮光層２１ｄの形成されていない非遮光領域である開口部２１ｅによる開口率Ｇ（％）を３０％以下に設定することが適当である。

最後に、上記マイクロレンズアレイシート２１を、例えば、厚さ０．１〜４．０ｍｍ程度の透光性基板２２（ブラスチックシート、ガラスシート等）に貼り合わせることにより図１に示すような本発明の透過型リアスクリーン２を得ることができる。

透過型リアスクリーン２のスクリーン単体としての平面性を保持する場合は、前記基板２２の厚さを１．０〜４．０程度ｍｍとすれば良く、また、フィルム状の透過型リアスクリーン２として他の光学部品、若しくは筐体の補助を受けて平面性を確保する場合には、基板２２の厚さを０．１〜１．０ｍｍ程度に薄く設定することができる。

次に、本発明におけるマイクロレンズアレイシート２１のマイクロレンズアレイ２１ａの詳細な構成について以下に説明する。

マイクロレンズアレイシート２１に形成されたマイクロレンズアレイ２１ａを構成する複数の各単位凸レンズの配列は、モアレを低減するためにもランダムな配列とし、さらに光効率（光利得、マイクロレンズアレイシート２１の入射光量に対する出射光量の比率）を低下させることなく、高い光拡散性を得るためには、各単位凸レンズに、互いに重なりや隙間のないような配列とすることが適当である。

さらに、マイクロレンズアレイ２１ａの各単位凸レンズが異なるレンズ幅（ｗ）を有しているとしても、それぞれの前記単位凸レンズの幅と曲率半径の比が一定となるようにすることで、スクリーン上でのミクロな輝度バラツキの発生を抑制することができる。

上述のランダムな配列は、異なるランダムなレンズ幅（ｗ）をもつ単位凸レンズを配列することで得られる。実際にはプロジェクター３からの拡大投影画像光Ｌの画素ピッチとフレネルレンズ１のレンズピッチを考慮し、各単位凸レンズの特性差がでないように、単位凸レンズのレンズ幅（ｗ）を６０〜１２０μｍ程度に設定するものである。

本発明に係る背面投影型テレビジョン用光学部品の構成の一例を概略的に示したものである。 本発明に係る背面投影型テレビジョン用光学部品の製造方法の一例を概略的に示したものである。

符号の説明

１…フレネルレンズシート
２…マイクロレンズアレイシート
２１ａ…マイクロレンズアレイ
２１ｂ…フィルム基材
２１ｃ…粘着性感光層
２１ｄ…遮光層
２２…基板

Claims (4)

1. 単位凸レンズを２次元的に略マトリックス配置してなるマイクロレンズアレイが、フィルム基材上に成型され、前記フィルム基材のレンズアレイ非成型側に遮光層を有するマイクロレンズアレイシートが、透光性基板に貼り合わされた光学部品において、前記マイクロレンズアレイが、３種類以上のレンズ幅をもつ複数の各々単位凸レンズを重なりや隙間を有することなく密に配列されたものからなり、且つ前記各々単位凸レンズのレンズ幅（ｗ）とレンズ曲率半径（ｒ）の比ｗ／ｒが一定であることを特徴とする背面投影型テレビジョン用光学部品。
2. 前記各々単位凸レンズのレンズ幅（ｗ）が６０〜１２０μｍであることを特徴とする請求項１記載の背面投影型テレビジョン用光学部品。
3. 前記遮光層の開口面積Ａ1 の合計（Ａ0 ）と、それに対応する前記複数の各々単位凸レンズの底面積Ｂ1 の合計（Ｂ0 ）との比Ａ0 ／Ｂ0 が０．３以下であることを特徴とする請求項１、２記載の背面投影型テレビジョン用光学部品。
4. 前記透光性基板が０．１〜４．０ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の背面投影型テレビジョン用光学部品。

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