JP2015055856A - Rear projection type display device - Google Patents

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JP2015055856A JP2013190902A JP2013190902A JP2015055856A JP 2015055856 A JP2015055856 A JP 2015055856A JP 2013190902 A JP2013190902 A JP 2013190902A JP 2013190902 A JP2013190902 A JP 2013190902A JP 2015055856 A JP2015055856 A JP 2015055856A
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小島 弘
Hiroshi Kojima
弘 小島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reduction in take-in efficiency of video light at peripheral parts of a screen surface leading to fall-off of illumination conspicuous at the peripheral parts thereof upon proceeding with a short focus and wide-angle in rear projection type display devices.SOLUTION: A rear projection type display device 100 comprises: a transmission type screen 10 that has a Fresnel lens member 11 on an incidence plane Sin; and a video source 20 that projects video light L on the rear of the screen. The Fresnel lens member is arranged so as to have a direction causing a Fresnel lens surface Sf to be an emerging surface So of the video light, and causing a non-lens surface on an opposite side of the Fresnel lens surface to be an incidence plane into which the video light enters. Let an angle of incidence at which the video light is incident to the incidence plane of the Fresnel lens member be denoted as θi, and a maximum angle point of incidence at which the angle of incidence θi is maximum in a plane of the incidence plane be denoted as Pθmax, at the maximum angle point of incidence Pθmax, the video light is such that, as a polarization component to be defined by the incidence plane Sir, a P-wave component is greater than a S-wave component.

Description

本発明はスクリーンに背面から映像光を投射する背面投射型表示装置に関する。   The present invention relates to a rear projection display device that projects image light from a rear surface onto a screen.

近年、透過型スクリーンに、その背面から映像光を投射する背面投射型表示装置において、大画面化、装置の小型化、薄型化などの必要性から、映像光を至近距離から投射できるように、映像源の短焦点化及び広角化が進んでいる。こうした背面投射型表示装置は、アミューズメント機器、自動車など乗り物の分野でも注目されている。
ただ、短焦点化及び広角化を進めると、画面の中心部と周辺部との明るさの差が拡大する。こうした、表示画面の明るさの面内均一性、すなわち輝度均一性に対しては、従来から良好なる映像品質を得るために、各種工夫がなされている。例えば、透過型スクリーンに、フレネルレンズや光拡散層を設けた構成とする技術である(特許文献1)。
フレネルレンズを用いる構成には、そのフレネルレンズ面を観察者側に向ける構成と、映像源側に向ける構成とがあるが、映像源側に向ける構成の方が、より短焦点化及び広角化に対応して、輝度均一性を確保しやすい。
ただ、フレネルレンズ面を映像源側に向けた構成は、フレネルレンズ面の凹凸に付着した塵が取れにくいとか、凹凸が損傷して変形しやすいとか、映像品質の低下につながる欠点もある。
In recent years, in a rear projection display device that projects image light from the back to a transmissive screen, in order to be able to project image light from a close range due to the need for a larger screen, a smaller device, a thinner device, etc. Video sources have become shorter and wider in angle. Such rear projection type display devices are attracting attention in the field of vehicles such as amusement machines and automobiles.
However, when the focal length is shortened and the angle is increased, the difference in brightness between the central portion and the peripheral portion of the screen increases. For such in-plane uniformity of brightness of the display screen, that is, luminance uniformity, various devices have been conventionally made in order to obtain a good video quality. For example, this is a technique in which a Fresnel lens and a light diffusion layer are provided on a transmission screen (Patent Document 1).
The configuration using the Fresnel lens includes a configuration in which the Fresnel lens surface is directed toward the observer side and a configuration in which the Fresnel lens surface is directed toward the image source side. Correspondingly, it is easy to ensure brightness uniformity.
However, the configuration in which the Fresnel lens surface is directed to the image source side has drawbacks that it is difficult to remove dust adhering to the irregularities of the Fresnel lens surface, the irregularities are easily damaged and deformed, and the video quality is deteriorated.

一方、映像品質を向上させるために偏光を利用する技術もある。例えば、外光反射による明室コントラスト低下を改善する技術が特許文献2に開示されている。特許文献2で開示される技術は、スクリーン面に入射する外光を、スクリーン面の観察者側に配置した1/4波長板と偏光板とを通過させて円偏光にすることで、スクリーン面で反射して戻ってくるときは、逆向きの円偏光となった外光が今度は1/4波長板及び偏光板で遮断されるため、外光反射が減って明室コントラスト向上が図られるという技術である。   On the other hand, there is also a technology that uses polarized light to improve image quality. For example, Patent Literature 2 discloses a technique for improving a decrease in bright room contrast due to external light reflection. The technology disclosed in Patent Document 2 allows screen light to pass outside light incident on the screen surface through a quarter-wave plate and a polarizing plate disposed on the viewer side of the screen surface to form circularly polarized light. When the light is reflected and returned, the external light that has become circularly polarized light in the opposite direction is blocked by the quarter-wave plate and the polarizing plate, so that the external light reflection is reduced and the bright room contrast is improved. It is a technology.

特開2005−338681号公報JP 2005-338681 A 特開平3−256020号公報JP-A-3-256020

しかしながら、透過型スクリーンとして、とくにフレネルレンズ面を観察者側に向けた構成では、短焦点化及び広角化を進めると、映像源からの映像光が透過型スクリーンの背面を構成するフレネルレンズの非レンズ面である入光面に入射する入射角がさらに大きくなる。このため、入光面での反射率が大きくなり、フレネルレンズ内部に取り込める映像光がその分減少して、取り込み効率が低下するため、とくにスクリーン面周辺での明るさが減り、輝度均一性が低下してしまう。   However, in a configuration where the Fresnel lens surface is directed toward the viewer, particularly as a transmissive screen, when the focal length and the wide angle are increased, the image light from the image source is not exposed to the Fresnel lens that forms the back of the transmissive screen. The incident angle incident on the light incident surface which is a lens surface is further increased. For this reason, the reflectance at the light incident surface increases, and the image light that can be captured inside the Fresnel lens decreases accordingly, and the capture efficiency decreases. It will decline.

すなわち、本発明の課題は、短焦点化及び広角化を進めたときに顕著になるスクリーン面の周辺部での明るさの低下につながる周辺部での映像光の取り込み効率の低下を改善することができる背面投射型表示装置を提供することである。   That is, an object of the present invention is to improve the reduction in the efficiency of capturing image light in the peripheral portion that leads to a decrease in brightness in the peripheral portion of the screen surface, which becomes noticeable when shortening the focus and widening the angle. It is to provide a rear projection type display device capable of performing the above.

そこで、本発明による背面投射型表示装置は、以下の構成とした。
(1)透過型スクリーンと、この透過型スクリーンの背面に映像光を投射する映像源とを備える背面投射型表示装置であって、
前記透過型スクリーンは、その入光面側にフレネルレンズ部材を有し、
前記フレネルレンズ部材はフレネルレンズ面を前記映像光の出光面とし、当該フレネルレンズ面の反対側の非レンズ面を前記映像光が入射する前記入光面とする向きで配置され、
前記映像光が前記フレネルレンズ部材の前記入光面に入射する角度を入射角θiとし、前記入光面の面内で最も前記入射角θiが大きくなる部分の角度を最大入射角θmaxとし、この最大入射角θmaxを与える部分を最大入射角点Pθmaxとするとき、
前記最大入射角点Pθmaxにおいて、
前記映像光は、その入射面Sirによって規定される偏光成分として、P波成分がS波成分よりも多い偏光光となっている、
背面投射型表示装置。
(2)前記透過型スクリーンは、そのスクリーン面を外接する外接長方形を有し、
前記映像光は、その偏光方向が前記外接長方形の長辺を含み前記入光面に垂直な面に平行となっている、
前記(1)の背面投射型表示装置。
Therefore, the rear projection type display device according to the present invention has the following configuration.
(1) A rear projection display device comprising a transmissive screen and an image source for projecting image light on the rear surface of the transmissive screen,
The transmission screen has a Fresnel lens member on the light incident surface side thereof,
The Fresnel lens member is disposed in an orientation in which the Fresnel lens surface is the light exit surface of the image light, and the non-lens surface opposite to the Fresnel lens surface is the light incident surface on which the image light is incident,
An incident angle θi is an angle at which the image light is incident on the light incident surface of the Fresnel lens member, and an angle of a portion where the incident angle θi is the largest in the surface of the light incident surface is a maximum incident angle θmax. When the portion that gives the maximum incident angle θmax is the maximum incident angle point Pθmax,
At the maximum incident angle point Pθmax,
The image light is a polarized light having a P wave component larger than an S wave component as a polarized light component defined by the incident surface Sir.
Rear projection display device.
(2) The transmission screen has a circumscribed rectangle circumscribing the screen surface,
The image light has a polarization direction parallel to a plane that includes a long side of the circumscribed rectangle and is perpendicular to the light incident surface.
(1) The rear projection type display device.

本発明の背面投射型表示装置によれば、短焦点化及び広角化を進めたときに顕著になるスクリーン面の周辺部での明るさの低下につながる周辺部での映像光の取り込み効率の低下を改善することができる。   According to the rear projection type display device of the present invention, when the focus is shortened and the angle is increased, the image light capturing efficiency is reduced at the peripheral portion which leads to a decrease in brightness at the peripheral portion of the screen surface. Can be improved.

本発明による背面投射型表示装置をその一実施形態で説明する図であり、(a)は平面図、(b)は観察者側からみた正面図、(c)は側面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure explaining the rear projection type display apparatus by this invention by the one Embodiment, (a) is a top view, (b) is the front view seen from the observer side, (c) is a side view. 物質の境界面での光の反射及び屈折に対するP波及びS波の振る舞いを説明する図であり、(a)は断面図、(b)は斜視図。It is a figure explaining the behavior of the P wave and S wave with respect to reflection and refraction of light at the boundary surface of a substance, (a) is a sectional view, (b) is a perspective view. 物質の境界面での光の反射率のP波とS波の違いの一例を示すグラフ。The graph which shows an example of the difference of the P wave and the S wave of the reflectance of the light in the boundary surface of a substance. フレネルレンズ部材の部分での映像光の偏光状態による透過効率の違いを示すシミュレーション結果の一部であり、実施例1としてのP波の光の場合を示すグラフ。6 is a graph showing a part of a simulation result showing a difference in transmission efficiency depending on a polarization state of image light in a Fresnel lens member, and showing a case of P-wave light as Example 1. FIG. 図4−Aと同様のシミュレーションによるもので、比較例1としての光が無偏光光の場合。This is based on the same simulation as in FIG. 4-A, and the light as Comparative Example 1 is non-polarized light. 図4−Aと同様のシミュレーションによるもので、比較例2としてのS波の光の場合。FIG. 4A is a simulation similar to that in FIG. 図4のグラフのシミュレーション時の光学系を説明する図。The figure explaining the optical system at the time of simulation of the graph of FIG. 横長のスクリーン面のときの、画面左右方向及び画面上下方向でのP波及びS波としての振る舞いを説明する正面図。The front view explaining the behavior as a P wave and an S wave in the horizontal direction of the screen and the vertical direction of the screen when the screen is horizontally long. スクリーン面の形状例及びその外接長方形と、映像源の位置に応じた映像光の偏光方向の設定例を示す正面図。The front view which shows the example of a shape of a screen surface, its circumscribed rectangle, and the setting example of the polarization direction of the image light according to the position of an image source. 横長のスクリーン面の場合に、映像源の位置に応じた映像光の偏光方向の設定例を示す図であり、(a)は側面図、(b)は正面図。In the case of a horizontally long screen surface, it is a figure which shows the example of a setting of the polarization direction of the image light according to the position of an image source, (a) is a side view, (b) is a front view. 最大入射角点までの映像源からの距離が同じでも、最大入射角が異なる例として、透過型スクリーンが曲面形状の場合を例示する平面図。The top view which illustrates the case where the transmission type screen is a curved surface as an example in which the maximum incident angle is different even though the distance from the image source to the maximum incident angle point is the same. 背面投射型表示装置の全体構成の一例を模式的に示す図。The figure which shows typically an example of the whole structure of a rear projection type display apparatus.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面は概念図であり、構成要素の縮尺関係、縦横比等は誇張されていることがある。
先ず、至近距離、短焦点化、及び広角化とは、本発明においては、映像光Lの投射条件が、最大入射角θmaxで、35°以上、好適には45°以上、より好適には55°以上、さらに好適には65°以上となる条件のことを意味することとする。
偏光方向Dpとは、本発明においては、その光の電場の振動方向のことを意味する。
取り込み効率とは、入光面において映像光を取り込める効率の意味であり、入光面における映像光の透過率と同じ意味である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the drawings are conceptual diagrams, and the scale relationships, aspect ratios, and the like of components may be exaggerated.
First, in the present invention, the short distance, the short focus, and the wide angle are the projection conditions of the image light L at the maximum incident angle θmax of 35 ° or more, preferably 45 ° or more, more preferably 55. It means a condition that is at least °, more preferably at least 65 °.
In the present invention, the polarization direction Dp means the vibration direction of the electric field of the light.
The capturing efficiency means the efficiency of capturing image light on the light incident surface, and has the same meaning as the transmittance of image light on the light incident surface.

図1は、本発明の背面投射型表示装置をその一実施形態で説明する図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は観察者V側からみた正面図、図1(c)は側面図である。
同図では、地面に対して鉛直方向をZ軸方向とし、地面に立った観察者Vに対して左右方向をX軸方向とし、前後方向をY軸方向としてある。透過型スクリーン10のスクリーン面は、平面でXZ面に平行な面である。
なお、図1以外の図面においても、座標軸が明示されている図面については、その座標軸のとり方は図1と同様である。
FIG. 1 is a diagram for explaining a rear projection display device according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1 (a) is a plan view, FIG. 1 (b) is a front view seen from an observer V side, FIG. (C) is a side view.
In this figure, the vertical direction with respect to the ground is the Z-axis direction, the left-right direction with respect to the observer V standing on the ground is the X-axis direction, and the front-rear direction is the Y-axis direction. The screen surface of the transmissive screen 10 is a plane that is parallel to the XZ plane.
In the drawings other than FIG. 1, for the drawings in which the coordinate axes are clearly shown, the way of taking the coordinate axes is the same as in FIG. 1.

同図に示す、背面投射型表示装置100は、透過型スクリーン10と、この透過型スクリーン10の背面に映像光Lを投射する映像源20とを備える表示装置である。
透過型スクリーン10は、その背面の入光面Sin側にフレネルレンズ部材11を有し、このフレネルレンズ部材11はフレネルレンズ面Sfを映像光Lの出光面Soとし、フレネルレンズ面Sfの反対側の非レンズ面を映像光Lが入射する入光面Sinとする向きで配置されている構成を有する。
透過型スクリーン10は、通常、同図に示す実施形態のように、フレネルレンズ部材11と、このフレネルレンズ部材11と空気層13を介して配置されたスクリーン本体部12とから構成される。スクリーン本体部12は、通常、光拡散層を少なくとも有し、さらにレンチキュラーレンズなどを備えることができる。
A rear projection display device 100 shown in FIG. 1 is a display device that includes a transmissive screen 10 and a video source 20 that projects video light L on the rear surface of the transmissive screen 10.
The transmissive screen 10 has a Fresnel lens member 11 on the light incident surface Sin side of the back surface thereof. The Fresnel lens member 11 uses the Fresnel lens surface Sf as the light exit surface So of the image light L and is opposite to the Fresnel lens surface Sf. The non-lens surface is arranged in a direction to be a light incident surface Sin on which the image light L is incident.
The transmissive screen 10 is generally composed of a Fresnel lens member 11 and a screen main body 12 disposed via the Fresnel lens member 11 and an air layer 13 as in the embodiment shown in FIG. The screen main body 12 usually has at least a light diffusion layer, and can further include a lenticular lens.

こうした透過型スクリーン10としては、その入光面Sinの側にフレネルレンズ部材11を有し、このフレネルレンズ部材11がそのフレネルレンズ面Sfを映像光Lの出光面Soとし、フレネルレンズ面Sfの反対側の非レンズ面を映像光Lが入射する入光面Sinとする向きで配置された構成のものであれば、特に制限はなく、従来公知のものを適宜採用することができる。   Such a transmissive screen 10 has a Fresnel lens member 11 on the light incident surface Sin side. The Fresnel lens member 11 uses the Fresnel lens surface Sf as the light exit surface So of the image light L, and the Fresnel lens surface Sf There is no particular limitation as long as the configuration is such that the opposite non-lens surface is arranged to be the light incident surface Sin on which the image light L is incident, and any conventionally known one can be appropriately employed.

透過型スクリーン10は、本実施形態においては、映像を表示可能な領域であるスクリーン面Ssが、画面上下方向の寸法に対して画面左右方向の寸法が大きい横長の長方形形状で、平面をなし、スクリーン面Ssと入光面Sinとは互いに平行関係にある。したがって、スクリーン面Ssに対する外接長方形Rcは、スクリーン面Ssの外形形状と同一の場合である。
この透過型スクリーン10に対する映像源20の配置位置は、透過型スクリーン10のスクリーン面Ssの幾何学的な中心CtSから、その背面側に向かって立てた法線の延長線上となっている。つまり、映像源20からの映像光Lの光軸Asが、スクリーン面Ssの中心CtSに立てた法線と一致する配置である。
In the present embodiment, the transmissive screen 10 has a plane in which the screen surface Ss, which is an area in which an image can be displayed, is a horizontally long rectangular shape having a large size in the horizontal direction of the screen relative to the vertical size of the screen. The screen surface Ss and the light incident surface Sin are parallel to each other. Therefore, the circumscribed rectangle Rc with respect to the screen surface Ss is the same as the outer shape of the screen surface Ss.
The arrangement position of the image source 20 with respect to the transmissive screen 10 is an extension of the normal line standing from the geometric center CtS of the screen surface Ss of the transmissive screen 10 toward the back side thereof. That is, the optical axis As of the image light L from the image source 20 is arranged so as to coincide with the normal line set at the center CtS of the screen surface Ss.

ただ、本実施形態の図1では、スクリーン面Ssは、本発明による明るさ低下に対する改善効果がより顕著に表われる観点から、ハイビジョン画像を表示する縦横比9:16に比べれば、かなり横方向に長い長方形形状となっている。図面では縦横比は大よそ1:4.5で描いてある。なお、もちろん各図面は概念図であり、縦横比は誇張して描かれていることがあり、本実施形態においても同様である。   However, in FIG. 1 of the present embodiment, the screen surface Ss has a considerably horizontal direction compared to the aspect ratio 9:16 for displaying a high-definition image from the viewpoint that the improvement effect on the brightness reduction according to the present invention appears more remarkably. It has a long rectangular shape. In the drawing, the aspect ratio is drawn at about 1: 4.5. Of course, each drawing is a conceptual diagram, and the aspect ratio may be exaggerated, and the same applies to this embodiment.

映像源20は、従来の背面投射型表示装置ならば、一般的なプロジェクタ、それも、とくに、至近距離から投射可能な超短焦点型のプロジェクタなどを採用できるところであるが、本実施形態においては、特にその映像光Lとして、透過型スクリーン10のスクリーン面Ssと映像源20との位置関係に応じた特定方向を偏光方向Dpとする偏光光を投射できるようにしたものを用いる。
こうした映像源20は、偏光方向Dpが特定方向となった偏光光で映像光Lを投射できるようにしたものであれば、特に制限はない。したかって、映像源20の映像生成方式では、例えば、DLP(登録商標)方式、LCD方式、LCOS方式など、特に制限はない。映像源20については、後ほど詳述する。
If the image source 20 is a conventional rear projection type display device, a general projector, particularly an ultra-short focus type projector capable of projecting from a close range, etc. can be adopted. In particular, as the image light L, one that can project polarized light whose polarization direction Dp is a specific direction corresponding to the positional relationship between the screen surface Ss of the transmission screen 10 and the image source 20 is used.
The image source 20 is not particularly limited as long as the image light L can be projected with polarized light whose polarization direction Dp is a specific direction. Therefore, the video generation method of the video source 20 is not particularly limited, for example, a DLP (registered trademark) method, an LCD method, an LCOS method, or the like. The video source 20 will be described in detail later.

そこで、本発明では、偏光方向Dpの上記特定方向として、映像源20の映像光Lがフレネルレンズ部材11の非レンズ面である入光面Sinに入射する角度を入射角θiとして、入光面Sinの面内で最も入射角θiが大きくなる部分の角度を最大入射角θmaxとし、この最大入射角θmaxを与える部分を最大入射角点Pθmaxとするとき、
最大入射角点Pθmaxにおいて、映像光Lはその入射面Sirによって規定される偏光成分として、P波成分がS波成分よりも多い偏光光となる方向としてある。
Therefore, in the present invention, as the specific direction of the polarization direction Dp, the angle at which the image light L of the image source 20 is incident on the light incident surface Sin that is a non-lens surface of the Fresnel lens member 11 is defined as an incident angle θi. When the angle at which the incident angle θi is the largest in the plane of Sin is the maximum incident angle θmax, and the portion that gives this maximum incident angle θmax is the maximum incident angle point Pθmax,
At the maximum incident angle point Pθmax, the image light L is in a direction in which the P wave component is polarized light having more P wave components than the S wave component as a polarized light component defined by the incident surface Sir.

本実施形態においては、透過型スクリーン10の背面である入光面Sinに対する映像光Lの入射角θiは、画面左右方向の両端のうち画面上下方向の両端でもある四隅の最大入射角点Pθmaxにおいて最も角度が大きくなり、最大入射角θmaxとなる。したがって、この最大入射角点Pθmaxでは、従来ならば、映像源20からの映像光Lは、透過型スクリーン10の入光面Sin、より具体的にはフレネルレンズ部材11の非レンズ面でもある入光面Sinで屈折して、フレネルレンズ部材11の内部に進入することなく、反射して無駄になってしまう光の割合が最も大きくなる。すなわち、最大入射角θmaxとなる最大入射角点Pθmaxで、光の反射率が最も大きく、取り込み効率が最も小さくなってしまう。   In the present embodiment, the incident angle θi of the image light L with respect to the light incident surface Sin that is the back surface of the transmissive screen 10 is the maximum incident angle point Pθmax at the four corners that are both ends in the vertical direction of the screen. The angle becomes the largest and becomes the maximum incident angle θmax. Therefore, at this maximum incident angle point Pθmax, conventionally, the image light L from the image source 20 is an incident surface Sin of the transmission screen 10, more specifically, an incident lens surface of the Fresnel lens member 11. The ratio of the light that is refracted by the light surface Sin and is reflected and wasted without entering the inside of the Fresnel lens member 11 becomes the largest. That is, at the maximum incident angle point Pθmax that is the maximum incident angle θmax, the light reflectance is the highest and the capturing efficiency is the lowest.

そこで、本発明においては、スクリーン面Ssの周辺部での取り込み効率の低下を改善するために、最大入射角点Pθmaxにおける映像光Lの入射面Sirによって規定される偏光成分として、P波成分がS波成分よりも多い偏光光としてある。具体的には、本実施形態においては、特定方向の偏光方向Dpの設定を次のようにしてある。   Therefore, in the present invention, in order to improve the reduction in capture efficiency in the peripheral portion of the screen surface Ss, a P wave component is used as a polarization component defined by the incident surface Sir of the image light L at the maximum incident angle point Pθmax. The polarized light is more than the S wave component. Specifically, in this embodiment, the setting of the polarization direction Dp in a specific direction is performed as follows.

<偏光方向Dpの設定>
以下、最大入射角点Pθmaxで、映像光LのP波成分がS波成分よりも多い偏光光とするために、映像光Lの偏光方向Dpをどのように設定するかについて説明する。
以下に述べる偏光方向Dpの設定方法は、おおよその場合において適用可能な方法として、好ましい一方法を開示するものであり、本発明においては、偏光方向Dpの設定は、以下に述べる方法に限定されるものではない。本発明においては、要は、最大入射角点Pθmaxで、映像光LのP波成分がS波成分よりも多い偏光光となっていればよい。
<Setting of polarization direction Dp>
Hereinafter, how to set the polarization direction Dp of the image light L so that the P-wave component of the image light L is larger than the S-wave component at the maximum incident angle point Pθmax will be described.
The method of setting the polarization direction Dp described below discloses a preferred method as a method applicable in the approximate case. In the present invention, the setting of the polarization direction Dp is limited to the method described below. It is not something. In the present invention, it is essential that the P-wave component of the image light L is a polarized light having more than the S-wave component at the maximum incident angle point Pθmax.

本実施形態においては、最大入射角点Pθmaxは1箇所ではなく、4箇所ある。このため、4箇所のうち任意の1箇所で最も効果的な偏光方向Dpを採用すると、残りの3箇所の全てにおいては、同レベルの効果は期待できない。ただ、本実施形態においては、映像源20の位置は、図1(b)の正面図においてスクリーン面Ssの中心CtSの真裏である。
このため、図1(b)の正面図に示すように、スクリーン面Ssに平行な面内において、映像源20から左上の最大入射角点Pθmaxを結ぶ線分x1と、映像源20から右下の最大入射角点Pθmaxを結ぶ線分x2とは互いに平行であり、互いの延長線は重なる。また、残りの2箇所の最大入射角点Pθmaxと映像源20とを結ぶ線分x3及び線分x4についても同様の関係がある。したがって、線分x1と線分x2とを連結した線分x12と、線分x3と線分x4とを連結した線分x34とは、互いに交差する2本の線分x12と線分x34となって、線分x12及び線分x34の延びる方向として互いに交差する2方向、方向d12と方向d34とが存在する。
In the present embodiment, the maximum incident angle point Pθmax is not one, but four. For this reason, if the most effective polarization direction Dp is adopted in any one of the four places, the same level of effect cannot be expected in all the remaining three places. However, in the present embodiment, the position of the video source 20 is directly behind the center CtS of the screen surface Ss in the front view of FIG.
For this reason, as shown in the front view of FIG. 1B, in the plane parallel to the screen surface Ss, the line segment x1 connecting the upper left maximum incidence angle point Pθmax from the image source 20 and the lower right from the image source 20 Are parallel to each other and line segments x2 connecting the maximum incident angle points Pθmax are overlapped with each other. Further, the same relationship applies to the line segment x3 and the line segment x4 connecting the remaining two maximum incident angle points Pθmax and the video source 20. Accordingly, the line segment x12 connecting the line segment x1 and the line segment x2 and the line segment x34 connecting the line segment x3 and the line segment x4 are two line segments x12 and x34 that intersect each other. Thus, there are two directions, a direction d12 and a direction d34, which intersect each other as the extending direction of the line segment x12 and the line segment x34.

そこで、図1(b)の正面図で示されるように、本実施形態においては、方向d12と方向d34とのなす角度のうち小さい方の角度(これを劣角という)の角度αを、2等分してα/2となる方向を、映像光Lの偏光方向Dpの基準として採用する。α/2となる方向は、スクリーン面Ssの外接長方形Rcの長辺に平行な方向となる。偏光方向Dpは図1(b)では、X軸方向に平行に描かれている。この基準採用過程では、スクリーン面Ssに平行な面内、換言するとXZ面に平行な面内で考えたが、映像光Lの進路はスクリーン面Ssに垂直なY軸方向の成分も有し、これも偏光方向Dpの設定に考慮する必要がある。
したがって、本実施形態においては、映像源20からの映像光Lは、画面左右方向であるX軸方向に平行で且つY軸方向にも平行なXY面に、平行な方向を偏光方向Dpとする偏光光としてある。換言すると、偏光方向Dpは、外接長方形Rcの長辺を含み入光面Sinに垂直な面に平行な方向となるように設定される。
こうすることによって、最大入射角点Pθmaxにおける映像光Lについて、その入射面Sirによって規定される偏光成分として、完全にP波成分のみとはできないが、P波成分がS波成分よりも多い偏光光とすることが可能となる。
なお、図1中において、映像光Lの偏光方向Dpは、図1(a)の平面図では、スクリーン面Ssの中心CtSを含みXZ面に平行な面内における映像光Lについてのものを代表して描いてある。また、図1(c)の側面図では、スクリーン面Ssの中心CtSを含みXY面に平行な面内における映像光Lについてのものを代表して描いてある。
Therefore, as shown in the front view of FIG. 1 (b), in the present embodiment, the angle α, which is the smaller one of the angles formed by the direction d12 and the direction d34 (referred to as a subordinate angle), is 2 A direction that is equally divided to α / 2 is adopted as a reference for the polarization direction Dp of the image light L. The direction of α / 2 is a direction parallel to the long side of the circumscribed rectangle Rc of the screen surface Ss. The polarization direction Dp is drawn parallel to the X-axis direction in FIG. In the process of adopting the reference, although it was considered in a plane parallel to the screen surface Ss, in other words, in a plane parallel to the XZ plane, the path of the image light L also has a component in the Y-axis direction perpendicular to the screen surface Ss. This also needs to be considered in setting the polarization direction Dp.
Therefore, in the present embodiment, the image light L from the image source 20 is set to the polarization direction Dp in the direction parallel to the XY plane parallel to the X-axis direction that is the horizontal direction of the screen and also parallel to the Y-axis direction. As polarized light. In other words, the polarization direction Dp is set so as to be parallel to a plane that includes the long side of the circumscribed rectangle Rc and is perpendicular to the light incident surface Sin.
By doing so, the image light L at the maximum incident angle point Pθmax cannot be completely made up of only the P wave component as the polarization component defined by the incident surface Sir, but the polarized light having the P wave component larger than the S wave component. It becomes possible to use light.
In FIG. 1, the polarization direction Dp of the image light L is representative of the image light L in the plane parallel to the XZ plane including the center CtS of the screen surface Ss in the plan view of FIG. It is drawn. Further, in the side view of FIG. 1C, the image light L in the plane including the center CtS of the screen surface Ss and parallel to the XY plane is representatively drawn.

こうして、本実施形態の背面投射型表示装置100では、短焦点化及び広角化を進めたときに顕著になるスクリーン面Ssの周辺部での明るさの低下につながる周辺部での映像光Lの取り込み効率の低下を改善することが可能となる。   Thus, in the rear projection display device 100 of the present embodiment, the image light L at the peripheral portion that leads to a decrease in brightness at the peripheral portion of the screen surface Ss that becomes prominent when shortening and widening of the angle are advanced. It is possible to improve the reduction in the capture efficiency.

<物質の境界面での反射率と光の偏光状態>
次に、入光面Sinでの反射率は小さくし透過率を大きくすることができる理由について、さらに詳述する。
<Reflectance and polarization state of light at the interface between materials>
Next, the reason why the reflectance at the light incident surface Sin can be reduced and the transmittance can be increased will be described in detail.

図2は、物質の境界面Sbでの光の反射及び屈折によるP波及びS波の振る舞いを説明する図であり、図2(a)は断面図、図2(b)は斜視図である。同図では、物質の境界面Sbは原点を含むXY面とし、入射光Liは境界面Sbに当たると、一部は反射し、一部は透過して屈折する。ここでは、入射光Liは無偏光光とする。無偏光光は、互いに偏光方向が直交する2つの偏光光の合成波として取り扱うことができる。この2つの偏光光を、入射光Liが境界面Sbに入射角θiで当たるときの入射面Sirによって規定される偏光であるところの、P波とS波として、説明を進める。P波とは、その偏光方向が入射面Sirに平行(Parallel)な偏光光であり、S波とは、その偏光方向が入射面Sirに垂直な偏光光である。
入射光Liに対する入射面Sirは、境界面Sbに垂直な面であって入射光Liをその面内に含む面であるので、同図では、原点を含むYZ面である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the behavior of the P wave and the S wave due to reflection and refraction of light at the boundary surface Sb of the substance, FIG. 2A is a cross-sectional view, and FIG. 2B is a perspective view. . In this figure, the boundary surface Sb of the substance is an XY plane including the origin, and when the incident light Li hits the boundary surface Sb, part of it is reflected and part of it is transmitted and refracted. Here, the incident light Li is non-polarized light. Non-polarized light can be handled as a combined wave of two polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other. The two polarized lights will be described as a P wave and an S wave, which are polarized lights defined by the incident surface Sir when the incident light Li strikes the boundary surface Sb at the incident angle θi. The P wave is polarized light whose polarization direction is parallel to the incident plane Sir, and the S wave is polarized light whose polarization direction is perpendicular to the incident plane Sir.
Since the incident surface Sir for the incident light Li is a surface perpendicular to the boundary surface Sb and includes the incident light Li in the surface, in FIG.

そして、境界面Sbに入射光Liが当たり反射した反射光Lrは、入射面Sirに偏光方向が垂直なS波が、入射面Sirに偏光方向が平行なP波に比べてより多く含まれる光となる。一方、屈折して透過する光は、この逆で、P波がS波よりも多く含まれる透過光Ltとなる。
なお、図面では、分かりやすくする意味から、反射光LrはS波のみを含み、透過光LtはP波のみを含むように描いてある。なお、P波の反射率Rpの極小値が或る入射角θiにおいて、ゼロになるとき、その入射角θiにおいては、反射光LrはS波のみとなり、透過光LtはP波のみとなる(後述図3参照)。ただ、映像光Lの透過型スクリーン10の背面の入光面Sinに対する入射角θiは、映像光Lが入射する入光面Sinの場所(この場所は入射点と呼ばれる)によって異なるため一定値ではなく或る範囲を持つので、その投射光学系に応じた入射角θiの範囲を想定してP波及びS波の作用を考えることになる。
以上のことから、反射光Lrを減らし透過光Ltを増やすためには、入射光Liの偏光成分として、S波を減らし、P波を増やせばよいことになる。
The reflected light Lr reflected by the incident light Li hitting the boundary surface Sb is light that contains more S waves whose polarization direction is perpendicular to the incident surface Sir than the P waves whose polarization direction is parallel to the incident surface Sir. It becomes. On the other hand, the light that is refracted and transmitted becomes the transmitted light Lt containing the P wave more than the S wave.
In the drawing, for the sake of simplicity, the reflected light Lr is drawn to include only the S wave, and the transmitted light Lt is illustrated to include only the P wave. When the minimum value of the reflectance Rp of the P wave becomes zero at a certain incident angle θi, the reflected light Lr becomes only the S wave and the transmitted light Lt becomes only the P wave at the incident angle θi ( (See FIG. 3 below). However, the incident angle θi of the image light L with respect to the light incident surface Sin on the back surface of the transmissive screen 10 differs depending on the location of the light incident surface Sin on which the image light L is incident (this location is referred to as an incident point). Since there is a certain range, the action of the P wave and the S wave is considered assuming the range of the incident angle θi according to the projection optical system.
From the above, in order to reduce the reflected light Lr and increase the transmitted light Lt, it is only necessary to reduce the S wave and increase the P wave as the polarization component of the incident light Li.

図2では、入射光Liが物質の境界面Sbで反射及び屈折するときに、その反射光Lr及び透過光Ltは、入射光Liに対して偏光状態が変化することを説明した。
次に、入射光Liが物質の境界面Sbで反射及び屈折するときに、入射角θiによって、反射光Lr中のP波とS波の割合が変化することを、図3を参照して説明する。
図3は、物質の境界面Sbでの入射光Liの反射率のP波とS波の違の一例を模式的に示すグラフである。光の反射率は、境界面Sbに入射する光の入射角θiによって異なり、また、境界面Sbに入射する光の偏光状態によっても異なる。同図のグラフでは、P波はWpで示し、S波はWsで示す。
同図に示すように、入射角θiが0°ではなく有限であるとき、常にS波の反射率Rsが、P波の反射率Rpよりも大きく、入射角θiの全領域ではないが、おおよそ入射角θiが0°から大きくなるほど、或る入射角θiまでは、その差は大きくなる。前記或る入射角θiとは、P波の反射率Rpが極小値となる角度である。ただし、入射角θiが0°の垂直入射のときは、P波の反射率RpとSの反射率Rsは同じである。
In FIG. 2, when the incident light Li is reflected and refracted by the boundary surface Sb of the substance, the polarization state of the reflected light Lr and the transmitted light Lt changes with respect to the incident light Li.
Next, with reference to FIG. 3, the ratio of the P wave and the S wave in the reflected light Lr changes depending on the incident angle θi when the incident light Li is reflected and refracted by the boundary surface Sb of the substance. To do.
FIG. 3 is a graph schematically showing an example of the difference between the P wave and the S wave in the reflectance of the incident light Li at the boundary surface Sb of the substance. The light reflectance varies depending on the incident angle θi of the light incident on the boundary surface Sb, and also varies depending on the polarization state of the light incident on the boundary surface Sb. In the graph of the figure, the P wave is indicated by Wp, and the S wave is indicated by Ws.
As shown in the figure, when the incident angle θi is not 0 ° but finite, the S-wave reflectance Rs is always larger than the P-wave reflectance Rp and is not the entire region of the incident angle θi. As the incident angle θi increases from 0 °, the difference increases up to a certain incident angle θi. The certain incident angle θi is an angle at which the reflectance Rp of the P wave becomes a minimum value. However, when the incident angle θi is vertical incidence of 0 °, the P-wave reflectivity Rp and the S reflectivity Rs are the same.

入射光Liが無偏光光であるときは、その入射光LiはP波とS波が半々の合成光として扱うことができるから、無偏光光の入射光Liに対する反射率は、P波の反射率Rpと、S波の反射率Rsとの平均値となる。   When the incident light Li is non-polarized light, the incident light Li can be treated as a combined light in which the P wave and the S wave are halved. Therefore, the reflectance of the unpolarized light with respect to the incident light Li is the reflection of the P wave. It is an average value of the rate Rp and the reflectance Rs of the S wave.

反射率のP波とS波との違いは、以下に示す〔式1〕のフレネルの式として知られている。〔式1〕のとおり、P波の反射率Rp、及びS波の反射率Psは、入射角θi及び屈折角θrから算出することができる。   The difference between the P wave and the S wave of reflectivity is known as the Fresnel equation of [Equation 1] shown below. As in [Formula 1], the reflectance Rp of the P wave and the reflectance Ps of the S wave can be calculated from the incident angle θi and the refraction angle θr.

入射角θiと屈折角θrとは、下記〔式2〕のスネルの法則による関係が知られている。   The relationship between the incident angle θi and the refraction angle θr is known according to Snell's law of the following [Equation 2].

n1×sinθi=n2×sinθr 〔式2〕
(ただし、n1は入射光Li側の物質の屈折率、n2は透過光Lt側の物質の屈折率である。)
n1 × sin θi = n2 × sin θr [Formula 2]
(Where n1 is the refractive index of the substance on the incident light Li side, and n2 is the refractive index of the substance on the transmitted light Lt side.)

こうして、透過型スクリーン10の背面の入光面Sinに斜めに入射する光の反射率がP波とS波とでは違うことを利用して、とくに、入射角θiがより大きい部分での反射光をより効果的に減らして、フレネルレンズ部材11に取り込まれる映像光Lの取り込み効率を上げることができる。その結果、スクリーン面Ssのとくに周辺部での映像光Lの明るさの低下を改善することが可能となる。   Thus, utilizing the fact that the reflectance of the light incident obliquely on the light incident surface Sin on the back surface of the transmissive screen 10 is different between the P wave and the S wave, the reflected light particularly in a portion where the incident angle θi is larger. Can be more effectively reduced, and the capture efficiency of the image light L captured by the Fresnel lens member 11 can be increased. As a result, it is possible to improve the decrease in the brightness of the image light L particularly on the periphery of the screen surface Ss.

<映像光Lが特定方向の偏光光のときの取り込み効率、透過効率Refの改善結果>
次に、フレネルレンズ部材11の入光面Sinでの映像光Lの取り込み効率が改善することで、さらに、フレネルレンズ部材11に取り込まれ映像光Lがフレネルレンズ部材11を透過してフレネルレンズ面Sfである出光面Soから出光するまでの、透過効率Refを改善できることを説明する。
<Improvement result of capture efficiency and transmission efficiency Ref when the image light L is polarized light in a specific direction>
Next, since the capturing efficiency of the image light L on the light incident surface Sin of the Fresnel lens member 11 is improved, the image light L further captured by the Fresnel lens member 11 is transmitted through the Fresnel lens member 11 and the Fresnel lens surface. It will be described that the transmission efficiency Ref until light exits from the light exit surface So, which is Sf, can be improved.

「取り込み効率」とは、本発明においては、その光の電場の振動方向のことを意味する。取り込み効率とは、入光面において映像光を取り込める効率の意味であり、入光面における映像光の透過率と同じ意味である。
「透過効率Ref」とは、本発明において、下記〔式3〕で示すように、映像光Lのフレネルレンズ部材11の入光面Sinにおける透過率Riと、フレネルレンズ部材11の出光面Soにおける透過率Roとを掛け合わせたものである。なお、各透過率は、前記反射率から算出することができる。
Ref=Ri×Ro 〔式3〕
透過効率Refには、出光面Soの透過率Roも関係し、このため、出光面Soを通過するときの映像光Lの出光面Soに対する入射角θiも関係する。この入射角θiは、フレネルレンズ面Sfの出光面Soとなる部分の(入光面Sinに対する )傾斜角度が関係し、これにはフレネルレンズ部材11から通常略平行光束として出光させる映像光Lの進行方向の設定も関係する。映像光Lの進行方向は、最終的に透過型スクリーン10としての出光面Soから出光させる映像光Lの進行方向との兼ね合いで、用途に応じたものとなる。ここでは、進行方向がスクリーン面Ssに対して垂直方向の場合で説明する。
In the present invention, “uptake efficiency” means the vibration direction of the electric field of the light. The capturing efficiency means the efficiency of capturing image light on the light incident surface, and has the same meaning as the transmittance of image light on the light incident surface.
In the present invention, “transmission efficiency Ref” refers to the transmittance Ri of the image light L on the light incident surface Sin of the Fresnel lens member 11 and the light output surface So of the Fresnel lens member 11 as shown in [Equation 3] below. This is multiplied by the transmittance Ro. Each transmittance can be calculated from the reflectance.
Ref = Ri × Ro [Formula 3]
The transmission efficiency Ref is also related to the transmittance Ro of the light exit surface So, and therefore the incident angle θi of the image light L with respect to the light exit surface So when passing through the light exit surface So is also related. The incident angle θi is related to the inclination angle (relative to the light incident surface Sin) of the portion of the Fresnel lens surface Sf that becomes the light exit surface So, and this is usually the light beam emitted from the Fresnel lens member 11 as a substantially parallel light beam. The setting of the direction of travel is also relevant. The traveling direction of the image light L is in accordance with the use direction in consideration of the traveling direction of the image light L finally emitted from the light exit surface So as the transmission screen 10. Here, a case where the traveling direction is a direction perpendicular to the screen surface Ss will be described.

図4としての図4−A、図4−B及び図4−Cに示すグラフは、フレネルレンズ部材11を通過する映像光Lの透過効率Refについて、入射光LiがP波のみの場合、無偏光光の場合、S波のみの場合を、シミュレーションした結果である。入射光Liについて、図4−Aは実施例1としてのP波の光の場合、図4−Bは比較例1としての無偏光波の場合、図4−Cは比較例2としてのS波の光の場合である。   The graphs shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C as FIG. 4 show that the transmission efficiency Ref of the image light L that passes through the Fresnel lens member 11 is not present when the incident light Li is only a P wave. In the case of polarized light, the result is a simulation of only the S wave. As for the incident light Li, FIG. 4-A shows the case of P-wave light as Example 1, FIG. 4-B shows the case of non-polarized wave as Comparative Example 1, and FIG. 4-C shows the S wave as Comparative Example 2. This is the case of light.

図5は、図4の透過効率Refのグラフのシミュレーション時の光学系を説明する図である。フレネルレンズ部材11は、映像源20からの発散光である映像光Lを、入光面Sinで受けて、そのフレネルレンズ面Sfである出光面Soから、スクリーン面Ssに垂直な方向の平行光束に光の進路を偏向させるものとする。フレネルレンズ部材11の屈折率nは1.55とした。
透過型スクリーン10の構成要素であるフレネルレンズ部材11は、複数の単位フレネルレンズが同心円状に形成されたサーキュラーフレネルレンズであり、フレネルレンズの光学的中心であるフレネル中心CtFが、スクリーン面Ssの中心CtSに位置する。そして、フレネル中心CtFに映像源20からの映像光Lの光軸Asが通り、スクリーン面Ssの中心CtS且つフレネル中心CtFからの垂線上に映像源20が位置する、フレネルレンズ部材11と映像源20との位置関係である。
映像源20の投射光学系の焦点距離Fが映像源20からフレネルレンズ部材11の入光面Sinまでの光軸As上での距離であり、映像源20から発散された映像光Lがフレネルレンズ部材11の非レンズ面である入光面Sinに入射する入射点のフレネル中心CtFからの距離が距離Dfである。
FIG. 5 is a diagram for explaining an optical system at the time of simulation of the graph of the transmission efficiency Ref of FIG. The Fresnel lens member 11 receives the image light L, which is divergent light from the image source 20, at the light incident surface Sin, and the parallel light flux in the direction perpendicular to the screen surface Ss from the light exit surface So that is the Fresnel lens surface Sf. It is assumed that the light path is deflected. The refractive index n of the Fresnel lens member 11 was 1.55.
The Fresnel lens member 11 that is a constituent element of the transmissive screen 10 is a circular Fresnel lens in which a plurality of unit Fresnel lenses are formed concentrically, and the Fresnel center CtF that is the optical center of the Fresnel lens is on the screen surface Ss. Located at the center CtS. The Fresnel lens member 11 and the image source, in which the optical axis As of the image light L from the image source 20 passes through the Fresnel center CtF, and the image source 20 is located on the center CtS of the screen surface Ss and the perpendicular from the Fresnel center CtF. 20 and the positional relationship.
The focal length F of the projection optical system of the image source 20 is the distance on the optical axis As from the image source 20 to the light incident surface Sin of the Fresnel lens member 11, and the image light L emitted from the image source 20 is the Fresnel lens. The distance from the Fresnel center CtF of the incident point incident on the light incident surface Sin which is the non-lens surface of the member 11 is the distance Df.

以上の条件のもと、入射光Liについて、シミュレーションして得られた図4を見てみると、図4−AのP波の光の場合は、フレネル中心CtFからの距離が大きくなるほど、透過効率Refはおおよそ低下していくが、それほど顕著ではない。透過効率Refの低下は、焦点距離Fが800mmと400mmとでは、殆ど変わらないが、焦点距離Fが200mmのときは、フレネル中心CtFから入射点までの距離Dfが600mmの場合で言えば、0.82までの低下に止めることができる。   Under the above conditions, the simulation of the incident light Li shown in FIG. 4 shows that in the case of the P-wave light in FIG. 4-A, the transmission distance increases as the distance from the Fresnel center CtF increases. The efficiency Ref decreases approximately, but is not so remarkable. The decrease in the transmission efficiency Ref is almost the same when the focal length F is 800 mm and 400 mm. However, when the focal length F is 200 mm, the distance Df from the Fresnel center CtF to the incident point is 600 mm. .82 can be stopped.

一方、図4−Bの無偏光光の場合は、焦点距離Fが800mm、400mm、200mmと短焦点化するにつれて、透過効率Refの低下が、図4−AのP波の光に比べて大きいことがわかる。例えば、焦点距離Fが200mmのときで、フレネル中心CtFから入射点までの距離Dfが600mmの場合で言えば、0.58まで透過効率Refは低下する。一方、図4−AのP波の光の場合は、透過効率Refの低下は0.82と、無偏光光の場合に比べると、かなり抑えることができる。   On the other hand, in the case of the non-polarized light in FIG. 4-B, as the focal length F is shortened to 800 mm, 400 mm, and 200 mm, the reduction in the transmission efficiency Ref is larger than the P-wave light in FIG. 4-A. I understand that. For example, when the focal length F is 200 mm and the distance Df from the Fresnel center CtF to the incident point is 600 mm, the transmission efficiency Ref decreases to 0.58. On the other hand, in the case of the P-wave light in FIG. 4-A, the decrease in the transmission efficiency Ref is 0.82, which can be suppressed considerably compared to the case of non-polarized light.

ところで、透過効率Refをスクリーン面Ssの全ての領域で一様に改善することは不可能である。映像光Lを、特定方向を偏光方向Dpとする偏光光とすることによって、偏光光が直線偏光であるが故に、スクリーン面Ssに平行な面内において、最大の効果が得られる方向に対して直交する方向については、改善効果をある程度犠牲にすることを容認しなくてはならないこともあり得る。以下、図6及び図4−Cを参照して説明する。   Incidentally, it is impossible to improve the transmission efficiency Ref uniformly in all regions of the screen surface Ss. By making the image light L a polarized light whose specific direction is the polarization direction Dp, the polarized light is a linearly polarized light, and therefore the direction in which the maximum effect is obtained in a plane parallel to the screen surface Ss. For orthogonal directions, it may be necessary to allow some improvement to be sacrificed. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG. 6 and FIG.

図6は、横長のスクリーン面Ssのときの、特定の偏光方向Dpの映像光Lについて、画面左右方向及び画面上下方向でのP波Wp及びS波Wsとしての振る舞いを説明する正面図である。透過型スクリーン10のスクリーン面Ssと映像源20との位置関係は、図1と同じである。
映像光Lの偏光方向DpはXY面に平行な方向である。したがって、スクリーン面Ssの左右両端での上下中央の入射点Pxは、映像源20に対してX軸方向と平行な位置関係となるため、入射点Pxにおける入射面Sirは、XY面に平行な面となり、偏光方向Dpと平行な面となる。したがって、偏光方向Dpの偏光光とした映像光Lは、入射点Pxにおいては、入射面Sirに平行な方向を偏光方向とするP波Wpのみとなる。このため、透過効率Refが向上することになる。
FIG. 6 is a front view for explaining the behavior as the P wave Wp and the S wave Ws in the horizontal direction of the screen and the vertical direction of the screen with respect to the image light L having a specific polarization direction Dp when the screen surface Ss is horizontally long. . The positional relationship between the screen surface Ss of the transmissive screen 10 and the video source 20 is the same as in FIG.
The polarization direction Dp of the image light L is a direction parallel to the XY plane. Accordingly, since the incident points Px at the upper and lower centers at the left and right ends of the screen surface Ss are in a positional relationship parallel to the X-axis direction with respect to the video source 20, the incident surface Sir at the incident point Px is parallel to the XY plane. A plane parallel to the polarization direction Dp. Accordingly, the image light L that is polarized light having the polarization direction Dp is only the P wave Wp having the polarization direction in the direction parallel to the incident surface Sir at the incident point Px. For this reason, the transmission efficiency Ref is improved.

一方、スクリーン面Ssの上下両端での左右中央の入射点Pzと、映像源20との位置関係は、YZ面に平行な位置関係となるため、入射点Pzにおける入射面Sirは、YZ面に平行な面となり、映像光Lの偏光方向Dpを含まない面となる。映像源20から入射点Pzに向かう映像光Lについて言えば、XY面に平行なその偏光方向Dpの方向は、XY面内でX軸方向であり、入射面Sirに直交する方向となる。したがって、偏光方向Dpの偏光光とした映像光Lは、入射点Pzにおいて、入射面Sirに垂直な方向を偏光方向とするS波Wsとなる。このため、入射点Pzにおいては、透過効率Refの向上は期待できないことになる。   On the other hand, since the positional relationship between the left and right incident points Pz at the upper and lower ends of the screen surface Ss and the image source 20 is parallel to the YZ plane, the incident surface Sir at the incident point Pz is on the YZ plane. The planes are parallel and do not include the polarization direction Dp of the image light L. Speaking of the image light L from the image source 20 toward the incident point Pz, the direction of the polarization direction Dp parallel to the XY plane is the X-axis direction in the XY plane and is a direction orthogonal to the incident surface Sir. Therefore, the image light L which is the polarized light having the polarization direction Dp becomes an S wave Ws having the direction perpendicular to the incident surface Sir as the polarization direction at the incident point Pz. For this reason, at the incident point Pz, the improvement of the transmission efficiency Ref cannot be expected.

なお、最大入射角θmaxを与える最大入射角点Pθmaxにおいては、偏光方向Dpの偏光光とした映像光Lは、図6のような横長のスクリーン面Ssと映像源20との位置関係では、図6の正面図において、その入射面Sirと偏光方向Dpと(の劣角)が45°よりも小さい角度をなすから、入射面Sirに平行な方向を偏光方向とするP波の偏光成分に、若干、入射面Sirに垂直な方向を偏光方向とするS波の偏光成分が加わった合成波ととらえることができる。したがって、透過効率Refは、入射点Pxのそれに近いが若干低下する相応の改善効果が期待できることになる。   Note that, at the maximum incident angle point Pθmax that gives the maximum incident angle θmax, the image light L that has been polarized in the polarization direction Dp is not shown in the positional relationship between the horizontally long screen surface Ss and the image source 20 as shown in FIG. In the front view of FIG. 6, the incident surface Sir and the polarization direction Dp (the minor angle) form an angle smaller than 45 °, so that the polarization component of the P wave whose polarization direction is parallel to the incident surface Sir is It can be regarded as a synthesized wave to which a polarization component of S wave having a polarization direction in a direction perpendicular to the incident surface Sir is added. Accordingly, the transmission efficiency Ref can be expected to have a corresponding improvement effect that is close to that of the incident point Px but slightly decreases.

それでは、こうした改善効果の犠牲の程度は、どれ程であるかというのが、図4−CのS波の光の場合から確認できる。
つまり、図1(b)の正面図で言えば、画面左右方向の両端近傍での明るさ低下に対する改善効果は、図4−Bの無偏光光に対する図4−AのP波の光の場合で分かるが、画面上下方向の両端近傍での明るさ低下に対する改善効果への犠牲の程度は、図4−CのS波の光の場合で分かる。なお、入射面SirがXY平面に対して45°となる場合、これは入射面SirがYZ面に対して45°となる場合でもあるが、こうなる入射点に入射する映像光Lは、その入射点にとっては、P波が1/2、S波が1/2の合成波となる。
Then, it can be confirmed from the case of S-wave light in FIG.
That is, in the front view of FIG. 1B, the improvement effect for the brightness reduction near both ends in the horizontal direction of the screen is the case of the P wave light of FIG. 4-A with respect to the non-polarized light of FIG. 4-B. As can be seen from FIG. 4C, the degree of sacrifice for the improvement effect with respect to the decrease in brightness in the vicinity of both ends in the vertical direction of the screen can be understood in the case of S wave light in FIG. When the incident surface Sir is 45 ° with respect to the XY plane, this is also the case where the incident surface Sir is 45 ° with respect to the YZ plane. For the incident point, the P wave is a combined wave of 1/2 and the S wave is 1/2.

先ほど比較した、焦点距離Fが200mm、フレネル中心CtFから入射点までの距離Df600で比較すれば、図4−CのS波の光の場合は、透過効率Refが0.35まで低下してしまう。ただ、スクリーン面Ssの形状は図1(b)で示したように、横長であって、縦横比は1:1ではない。したがって、S波による透過効率Refを評価する入射点の位置は距離Dfが600mmの地点ではなく、スクリーン面Ssの縦横比が図1(b)で描いた1:4.5ならば、距離Df600mmの4.5分の1の地点、600/4.5=133mmとなる距離Dfの地点での透過効率Refで評価すべきである。すると、距離Df133mmでの透過効率Refは、0.80程度に止まる。この値は、P波での距離Df600mmでの透過効率Refの0.81と、殆ど同等といってよい。
つまり、スクリーン面Ssの画面左右方向両端での明るさの低下と、画面上限方向での明るさの低下を、同レベルにすることが可能となることを示している。
もちろん、この結果は、スクリーン面Ssの縦横比など、スクリーン面Ssの形状に依存するものであり、スクリーン面Ssの形状などが異なれば、異なった結果が得られる。例えば、図1(b)のように縦横比が1:4.5でなはく、仮に9:16であるならば、画面上下方向両端の左右中央部での透過効率Refの低下はより大きくなる。
When compared with the focal length F of 200 mm and the distance Df600 from the Fresnel center CtF to the incident point, the transmission efficiency Ref decreases to 0.35 in the case of the S-wave light in FIG. . However, as shown in FIG. 1B, the shape of the screen surface Ss is horizontally long, and the aspect ratio is not 1: 1. Therefore, the position of the incident point for evaluating the transmission efficiency Ref by the S wave is not a point where the distance Df is 600 mm. If the aspect ratio of the screen surface Ss is 1: 4.5 drawn in FIG. 1B, the distance Df is 600 mm. The transmission efficiency Ref should be evaluated at a point of a distance Df that is 1 / 4.5th of the distance and 600 / 4.5 = 133 mm. Then, the transmission efficiency Ref at the distance Df 133 mm stops at about 0.80. This value can be said to be almost equivalent to 0.81 of the transmission efficiency Ref at a distance Df of 600 mm in the P wave.
That is, it is shown that the brightness reduction at both ends of the screen surface Ss in the left-right direction of the screen and the brightness reduction in the screen upper limit direction can be made the same level.
Of course, this result depends on the shape of the screen surface Ss, such as the aspect ratio of the screen surface Ss, and different results are obtained if the shape of the screen surface Ss is different. For example, as shown in FIG. 1B, if the aspect ratio is not 1: 4.5 but 9:16, the reduction in transmission efficiency Ref at the left and right central portions at both ends in the vertical direction of the screen is larger. Become.

以上の説明から分かるように、本発明においては、最大入射角点Pθmaxにおいて、映像光LはP波のみから構成されていてもよく、P波のみから構成されることに限定されない。要は、P波成分がS波成分よりも多い偏光光となっていればよく、むしろ、こうした方が、より現実的でもあり、且つ本発明をより広範に適用させることができる。
P波のみから構成することは、或る一点の最大入射角点Pθmaxにおいてのみは成立させることができても、最大入射角点Pθmaxが2箇所以上存在するときは、残りの他の最大入射角点Pθmaxにおいては成立させることができないことがあり得るからである。
As can be seen from the above description, in the present invention, at the maximum incident angle point Pθmax, the image light L may be composed only of P waves, and is not limited to being composed only of P waves. In short, it is sufficient that the P-wave component is more polarized light than the S-wave component. Rather, this is more realistic, and the present invention can be applied more widely.
Even if it can be established only at a certain maximum incident angle point Pθmax, if there are two or more maximum incident angle points Pθmax, the remaining maximum incident angles can be established. This is because the point Pθmax may not be established.

こうして、短焦点化及び広角化を進めたときに顕著になるスクリーン面Ssの周辺部での明るさの低下につながる周辺部での映像光Lの取り込み効率の低下を改善できることになる。   In this way, it is possible to improve the reduction in the capture efficiency of the image light L in the peripheral portion that leads to a decrease in brightness in the peripheral portion of the screen surface Ss, which becomes noticeable when shortening the focus and widening the angle.

<スクリーン面Ssの形状と外接長方形Rc>
本実施形態においては、スクリーン面Ssの外形がなす形状は長方形であり、その外接長方形Rcはスクリーン面Ssと同じ場合である。
しかし、本発明においては、透過型スクリーン10のスクリーン面Ssの外形形状は任意である。図7は、その形状例の一部を示す正面図である。同図では、特に四角形以外の形状を例示してある。スクリーン面SsはXZ面に平行な平面であるとする。
また、同図では、こうした形状のスクリーン面Ssに対する映像源20の位置の一例も同時に示してある。
<Shape of screen surface Ss and circumscribed rectangle Rc>
In the present embodiment, the shape formed by the outer shape of the screen surface Ss is a rectangle, and the circumscribed rectangle Rc is the same as the screen surface Ss.
However, in the present invention, the outer shape of the screen surface Ss of the transmissive screen 10 is arbitrary. FIG. 7 is a front view showing a part of the shape example. In the figure, shapes other than a quadrangle are particularly illustrated. The screen surface Ss is assumed to be a plane parallel to the XZ plane.
In the same figure, an example of the position of the image source 20 with respect to the screen surface Ss having such a shape is also shown.

図7(a)及び図7(b)は、透過型スクリーン10のスクリーン面Ssを外接する外接長方形Rcを有する場合である。こうした、外接長方形Rcを有するスクリーン面Ssに対しては、映像光Lは、その偏光方向Dpが外接長方形の長辺を含み入光面Sinに垂直な面に平行な方向が偏光方向Dpとなる偏光光とすることが好ましい。したがって、図7(a)では、外接長方形Rcの長辺はX軸方向に平行であるため、この場合の偏光方向DpはXY面に平行で図面では左右方向となる。
一方、図7(b)では、外接長方形Rcの長辺はZ軸方向に平行であるため、この場合の偏光方向DpはYZ面に平行で図面では上下方向となる。
FIG. 7A and FIG. 7B show a case where a circumscribed rectangle Rc circumscribing the screen surface Ss of the transmissive screen 10 is provided. For such a screen surface Ss having a circumscribed rectangle Rc, the image light L has a polarization direction Dp whose direction of polarization Dp includes a long side of the circumscribed rectangle and is parallel to a plane perpendicular to the light incident surface Sin. It is preferable to use polarized light. Therefore, in FIG. 7A, since the long side of the circumscribed rectangle Rc is parallel to the X-axis direction, the polarization direction Dp in this case is parallel to the XY plane and is the left-right direction in the drawing.
On the other hand, in FIG. 7B, since the long side of the circumscribed rectangle Rc is parallel to the Z-axis direction, the polarization direction Dp in this case is parallel to the YZ plane and is vertical in the drawing.

図7(c)では、スクリーン面Ssが円形であるため、これを外接する外接長方形Rcは存在しないが、外接四角形は存在する。こうした場合は、一概に偏光方向Dpを設定することはできない。むしろ、スクリーン面Ssと映像源20との位置関係が重要となる。図7(c)では、映像源20はスクリーン面Ssの中心CtSに対して図面下側であるので、偏光方向Dpは、中心CtSと映像源20とを結ぶ線分がYZ面に平行であるため、YZ面に平行方向の図面では上下方向とするとよい。   In FIG. 7C, since the screen surface Ss is circular, there is no circumscribed rectangle Rc circumscribing it, but there is a circumscribed rectangle. In such a case, the polarization direction Dp cannot be set generally. Rather, the positional relationship between the screen surface Ss and the video source 20 is important. In FIG. 7C, since the video source 20 is on the lower side of the screen with respect to the center CtS of the screen surface Ss, in the polarization direction Dp, the line segment connecting the center CtS and the video source 20 is parallel to the YZ plane. For this reason, the vertical direction is preferable in the drawing parallel to the YZ plane.

図7(c)と同様のことは、図7(a)及び図7(b)でも、その映像源20のスクリーン面Ssに対する位置によっては生じ得る。例えば、図7(a)にて、映像源20をスクリーン面Ssに対して図面左右方向で、スクリーン面Ssから外れた位置に設置する場合である。ただ、このような位置関係は、通常はとらない。よって、本発明においては、通常の場合を想定したときに、映像光Lは、その偏光方向Dpが外接長方形Rcの長辺を含み入光面Sinに垂直な面に平行な偏光光とすることが好ましい。   The same thing as FIG.7 (c) may arise depending on the position with respect to the screen surface Ss of the video source 20 also in FIG.7 (a) and FIG.7 (b). For example, in FIG. 7A, the video source 20 is installed at a position deviating from the screen surface Ss in the horizontal direction of the drawing with respect to the screen surface Ss. However, such a positional relationship is not usually taken. Therefore, in the present invention, when a normal case is assumed, the image light L is polarized light whose polarization direction Dp includes a long side of the circumscribed rectangle Rc and is parallel to a plane perpendicular to the light incident surface Sin. Is preferred.

本発明においては、映像源20のスクリーン面Ssに対する位置は、もちろん、図7に例示の位置関係に限定されない。ただし、図7(c)のスクリーン面Ssが円形の場合は、本発明による改善効果が享受され得る構成となる点では、本発明の背面投射型表示装置100においては、スクリーン面Ssの中心CtSには映像源20は設置しない。もしも、中心CtSの真裏の延長線上の方向に映像源20を配置すると、円形形状のスクリーン面Ssの外周部の全周で、入射角θiが同じとなり、その結果、全外周部で明るさの低下は同じとなり且つ全周囲でその方向が360°回転する入射面Sirに対して、P波成分をS波成分よりも多い偏光光を投射できないからである。
ただし、用途によっては、スクリーン面Ssは円形であるが、その全周囲で明るさの低下を同じにしないで、例えば左右方向の端は明るく、上下方向の端は暗くする設定とするならば、本発明による改善効果を有効利用することができる。
In the present invention, the position of the video source 20 with respect to the screen surface Ss is not limited to the positional relationship illustrated in FIG. However, when the screen surface Ss in FIG. 7C is circular, in the rear projection display device 100 of the present invention, the center CtS of the screen surface Ss is obtained in that the improvement effect according to the present invention can be enjoyed. The video source 20 is not installed. If the image source 20 is arranged in the direction on the extension line directly behind the center CtS, the incident angle θi is the same at the entire outer periphery of the circular screen surface Ss. As a result, the brightness is increased at the entire outer periphery. This is because the decrease is the same and polarized light having more P wave components than S wave components cannot be projected onto the incident surface Sir whose direction rotates 360 ° around the entire circumference.
However, depending on the application, the screen surface Ss has a circular shape. However, if the setting is made such that, for example, the left and right edges are bright and the vertical edges are dark without making the brightness decrease the same around the entire periphery. The improvement effect by this invention can be utilized effectively.

(曲面形状の場合)
透過型スクリーン10が曲面形状であるときの外接長方形Rcとは、スクリーン面Ssが最も大きく見える方向から透過型スクリーン10を観察したときに、この方向から見えるスクリーン面Ssを平面とみたてて、この仮想的平面のスクリーン面Ssを外接する長方形を外接長方形Rcとすることができる。
(Curved surface shape)
The circumscribed rectangle Rc when the transmissive screen 10 has a curved surface shape is that when the transmissive screen 10 is observed from the direction in which the screen surface Ss can be seen most greatly, the screen surface Ss seen from this direction is regarded as a plane. A rectangle circumscribing this virtual plane screen surface Ss can be defined as a circumscribed rectangle Rc.

<スクリーン面Ssの形状及び映像源20との位置関係による偏光方向Dpの設定>
図7(a)及び図7(b)では、最大入射角点Pθmaxが複数、具体的には2箇所存在する。なお、図1(b)の場合は最大入射角点Pθmaxが4箇所存在した。
このように、最大入射角点Pθmaxが複数存在する場合においては、図1(b)で説明した方法によって、偏光方向Dpを設定することができる。
最大入射角点Pθmaxが2箇所の図7(a)及び図7(b)、並びに最大入射角点Pθmaxが4箇所の図1(b)の場合も含めて、スクリーン面Ssの外周に沿って隣接する最大入射角点Pθmaxについて、これら2つの最大入射角点Pθmaxのそれぞれと映像源20とを結ぶ線分(より正確には、これらの最大入射角点Pθmax及び線分は、平面をなすスクリーン面Ssに平行な面に平行投影した点及び線分として捉える)が、互いになす劣角を角αとして、その半分のα/2の角度を生成する方向を含み、且つ入光面Sinに垂直な面に平行な方向として、偏光方向Dpを設定することができる。
<Setting of the polarization direction Dp according to the shape of the screen surface Ss and the positional relationship with the image source 20>
7A and 7B, there are a plurality of maximum incident angle points Pθmax, specifically two places. In the case of FIG. 1B, there are four maximum incident angle points Pθmax.
Thus, in the case where there are a plurality of maximum incident angle points Pθmax, the polarization direction Dp can be set by the method described in FIG.
7A and 7B where the maximum incident angle point Pθmax is two, and FIG. 1B where the maximum incident angle point Pθmax is four, along the outer periphery of the screen surface Ss. With respect to the adjacent maximum incident angle point Pθmax, a line segment connecting each of these two maximum incident angle points Pθmax and the image source 20 (more precisely, these maximum incident angle point Pθmax and line segment are screens forming a plane). A point parallel to the surface Ss and a line segment) is taken as an angle α, and a half angle α / 2 is generated, and is perpendicular to the light incident surface Sin. The polarization direction Dp can be set as a direction parallel to a flat surface.

(曲面形状の場合)
透過型スクリーン10が曲面形状であるとき、最大入射角点Pθmax及び、これと映像源20とを結ぶ線分を平行投影する、「スクリーン面Ssに平行な面」とは、そもそも、スクリーン面Ssが平面ではなく曲面であるため存在しない。そこで、こうした場合では、上記外接長方形Rcで述べたと同様の捉え方をすることができる。すなわち、「スクリーン面Ssに平行な面」を、スクリーン面Ssが最も大きく見える方向から透過型スクリーン10を観察したときに、この方向から見えるスクリーン面Ssを平面とみたてて、この仮想的平面のスクリーン面Ssに対する平行な平面として扱う。また、入光面Sinは、この仮想的平面のスクリーン面Ssに平行な面として扱う。
(Curved surface shape)
When the transmissive screen 10 has a curved surface shape, the “plane parallel to the screen surface Ss” in which the maximum incident angle point Pθmax and the line segment connecting the maximum incident angle point Pθmax and the image source 20 are projected in parallel is originally the screen surface Ss. Does not exist because is a curved surface rather than a flat surface. Therefore, in such a case, the same way as described in the circumscribed rectangle Rc can be taken. That is, when the transmissive screen 10 is observed as a “plane parallel to the screen surface Ss” from the direction in which the screen surface Ss can be seen largest, the screen surface Ss seen from this direction is regarded as a plane, and this virtual plane Are treated as planes parallel to the screen surface Ss. The light incident surface Sin is treated as a surface parallel to the virtual plane screen surface Ss.

<スクリーン面Ssと映像源20との位置関係による偏光方向Dp>
図8は、横長のスクリーン面Ssの場合に、映像源20の位置に応じた映像光Lの偏光方向Dpの設定例を示し、図8(a)は側面図、図8(b)は正面図である。
図1に示した一実施形態では、説明を単純化する意味もあって、映像源20はスクリーン面Ssの中心CtSの真裏の延長線上であった。
しかし、映像源20のスクリーン面Ssに対する位置は、図7でも例示したように、スクリーン面Ssから外れた位置となることもあり得る。
偏光方向Dpの設定は、最大入射角点Pθmaxが同じであっても、スクリーン面Ssと映像源20との位置関係によって変わってくる。したがって、一概に、横長のスクリーン面Ssの場合は、そのスクリーン面Ssの外接長方形Rcの長辺を含み入光面Sinに垂直な面に平行な方向に偏光方向Dpが限定されることはない。
<Polarization direction Dp depending on the positional relationship between the screen surface Ss and the image source 20>
FIG. 8 shows a setting example of the polarization direction Dp of the image light L in accordance with the position of the image source 20 in the case of the horizontally long screen surface Ss, FIG. 8A is a side view, and FIG. FIG.
In the embodiment shown in FIG. 1, the image source 20 is on an extension line directly behind the center CtS of the screen surface Ss in order to simplify the description.
However, the position of the video source 20 with respect to the screen surface Ss may be a position deviated from the screen surface Ss as illustrated in FIG.
The setting of the polarization direction Dp varies depending on the positional relationship between the screen surface Ss and the video source 20 even when the maximum incident angle point Pθmax is the same. Therefore, generally, in the case of a horizontally long screen surface Ss, the polarization direction Dp is not limited to a direction parallel to a surface that includes the long side of the circumscribed rectangle Rc of the screen surface Ss and is perpendicular to the light incident surface Sin. .

図8では、映像源20が、位置P1と、位置P2との場合の比較を示す。映像源20が位置P1でも位置P2でも、最大入射角点Pθmaxは同じである。しかし、映像光Lの偏光方向Dpは、図8(b)の正面図で示すように、位置P1のときは、図1で説明したと同様に、YX面に平行な方向に設定される。   FIG. 8 shows a comparison when the video source 20 is at the position P1 and the position P2. The maximum incident angle point Pθmax is the same regardless of whether the video source 20 is at the position P1 or the position P2. However, as shown in the front view of FIG. 8B, the polarization direction Dp of the image light L is set in a direction parallel to the YX plane at the position P1, as described in FIG.

一方、位置P2では、偏光方向Dpは、YZ面に平行な方向に設定される。これは、図面で位置P2よりも更に図面下方の無限遠の位置に映像源20を移動させた場合を考えれば、映像光LはYZ面に平行な平行光とみなせ、入射面SirはYZ面に平行になることから容易に理解し得る。   On the other hand, at the position P2, the polarization direction Dp is set in a direction parallel to the YZ plane. This is because the image light L can be regarded as parallel light parallel to the YZ plane when the image source 20 is moved to an infinitely far position below the position P2 in the drawing, and the incident surface Sir is the YZ plane. It can be easily understood from being parallel to

二つの線分同士がその交点でなす角度をその劣角で捉えたとき、(交点における角度の優劣(大小関係)によって区別される劣角は90°未満のときに定義可能となるが、これを90°まで拡張すると)、二つの最大入射角点Pθmaxと映像源20とを結ぶそれぞれの線分同士がなす角度の最大は90°であり、図中、位置P3がこれに該当する。
位置P3は、偏光方向Dpの設定が変わる転換点である。このため、上記したように、位置P3よりも映像源20がスクリーン面Ssに近い位置P1に対する偏光方向Dpと、位置P3よりも映像源20がスクリーン面Ssから遠い位置P2に対する偏光方向Dpとは、(スクリーン面Ssに平行な面内において)互いに直交する。
転換点となる位置P3では、偏光方向Dpは入光面Sinに垂直な面に平行であれば、YX面に平行な方向でも、これと直交するYZ面に平行な方向でも、どちらでも可能である。スクリーン面Ssのどの部分の明るさを重視するかなど、別の要素を勘案して、どちらかを決めればよい。
When the angle formed by the two line segments at the intersection is captured as the minor angle, the minor angle distinguished by the superiority of the angle at the intersection (large or small relationship) can be defined when it is less than 90 °. Is expanded to 90 °), the maximum angle formed by the line segments connecting the two maximum incident angle points Pθmax and the image source 20 is 90 °, and the position P3 corresponds to this.
The position P3 is a turning point where the setting of the polarization direction Dp changes. Therefore, as described above, the polarization direction Dp with respect to the position P1 where the image source 20 is closer to the screen surface Ss than the position P3 and the polarization direction Dp with respect to the position P2 where the image source 20 is further from the screen surface Ss than the position P3. , (In a plane parallel to the screen surface Ss).
At the turning point P3, the polarization direction Dp can be either a direction parallel to the YX plane or a direction parallel to the YZ plane orthogonal to the YX plane as long as it is parallel to the plane perpendicular to the light incident surface Sin. is there. It may be determined in consideration of other factors, such as which part of the screen surface Ss is to be emphasized.

<最大入射角点Pθmaxと曲面形状の透過型スクリーン10>
図9は、最大入射角θmaxを与える最大入射角点Pθmax、及び、最大入射角点Pθmaxまでの映像源20から映像源Lの最大光路長DLmaxが同じでも、最大入射角θmaxが異なる例として、透過型スクリーン10が曲面形状の場合を例示する平面図である。図9(a)が、その曲面形状をした透過型スクリーン10を示し、図9(b)が、比較としての平面形状をした透過型スクリーン10を示す。
同様に、図1に示す実施形態は、複数の最大入射角点Pθmaxの全てが最大光路長DLmaxともなる入射点であった。
しかし、スクリーン面Ssが曲面形状でフレネルレンズ部材11の入光面Sinが曲面形状の場合では、最大入射角点Pθmaxが最大光路長DLmaxとなるとは限らない。
このため、スクリーン面Ssのうち暗くなる外周部に関係する最大光路長DLmaxとなる入射点と映像源20との位置関係に応じて、偏光方向Dpを設定する手法も考えられる。ただ、本発明においては、取り込み効率に直接的に関係する最大入射角θmaxを与える最大入射角点Pθmaxに注目して、この最大入射角点Pθmaxと映像源20との位置関係に応じて偏光方向Dpを設定することで、取り込み効率を改善することが可能となる。
<Maximum incident angle point Pθmax and curved transmission screen 10>
FIG. 9 shows an example in which the maximum incident angle θmax giving the maximum incident angle θmax and the maximum optical path length DLmax from the image source 20 to the maximum incident angle point Pθmax up to the maximum incident angle point Pθmax are the same, but the maximum incident angle θmax is different. It is a top view which illustrates the case where the transmissive screen 10 has a curved surface shape. FIG. 9A shows the transmissive screen 10 having the curved surface shape, and FIG. 9B shows the transmissive screen 10 having the flat shape as a comparison.
Similarly, in the embodiment shown in FIG. 1, all of the plurality of maximum incident angle points Pθmax are incident points that are also the maximum optical path length DLmax.
However, when the screen surface Ss is curved and the light incident surface Sin of the Fresnel lens member 11 is curved, the maximum incident angle point Pθmax is not always the maximum optical path length DLmax.
For this reason, a method of setting the polarization direction Dp according to the positional relationship between the image source 20 and the incident point having the maximum optical path length DLmax related to the darkened outer peripheral portion of the screen surface Ss is also conceivable. However, in the present invention, paying attention to the maximum incident angle point Pθmax that gives the maximum incident angle θmax that is directly related to the capture efficiency, the polarization direction depends on the positional relationship between the maximum incident angle point Pθmax and the image source 20. By setting Dp, it is possible to improve the capture efficiency.

以下、構成要素ごとにさらに詳述する。   Hereinafter, each component will be described in detail.

《透過型スクリーン10》
透過型スクリーン10としては、その入光面Sinの側にフレネルレンズ部材11を有し、このフレネルレンズ部材11がそのフレネルレンズ面Sfを映像光Lの出光面Soとし、フレネルレンズ面Sfの反対側の非レンズ面を映像光Lが入射する入光面Sinとする向きで配置された構成のものであれば、特に制限はなく、従来公知のものを適宜採用することができる。
<< Transmissive screen 10 >>
The transmissive screen 10 has a Fresnel lens member 11 on the light incident surface Sin side. The Fresnel lens member 11 uses the Fresnel lens surface Sf as the light exit surface So of the image light L and is opposite to the Fresnel lens surface Sf. There are no particular limitations as long as the non-lens surface on the side is arranged in a direction that makes the incident light surface Sin on which the image light L is incident, and conventionally known ones can be appropriately employed.

<フレネルレンズ部材11>
フレネルレンズ部材11としては、従来公知のものを適宜採用することができる。ただし、その配置の向きは、上記したとおり、フレネルレンズ面Sfを観察者V側の映像光Lの出光面Soとする向きである。
フレネルレンズ部材11は、映像源20から発散光束となって投射された映像光Lを、
透過型スクリーン10の観察者V側に向かう略平行光束となるように、光の進行方向を偏向できる機能を有する。フレネルレンズ部材11によって、映像光Lがスクリーン面Ssに例えば略垂直な光束に変換されることによって、スクリーン面Ssでの映像の輝度均一性が向上する。とくに、本発明のように、短焦点化及び広角化に好適なものとする背面投射型表示装置100においては、こうした機能を有する光学要素は必須なものとなる。
<Fresnel lens member 11>
As the Fresnel lens member 11, a conventionally known one can be appropriately employed. However, the orientation of the arrangement is the direction in which the Fresnel lens surface Sf is the light exit surface So of the image light L on the viewer V side, as described above.
The Fresnel lens member 11 receives the image light L projected from the image source 20 as a divergent light beam,
The transmission screen 10 has a function of deflecting the traveling direction of light so as to be a substantially parallel light beam toward the viewer V side. The image light L is converted into, for example, a light beam substantially perpendicular to the screen surface Ss by the Fresnel lens member 11, so that the luminance uniformity of the image on the screen surface Ss is improved. In particular, in the rear projection display device 100 that is suitable for shortening the focus and widening the angle as in the present invention, an optical element having such a function is essential.

本発明においては、フレネルレンズ部材11によって、映像光Lを偏向する方向は、自動車など乗り物、アミューズメント機器などの用途に応じたスクリーン面Ssに対する観察者Vの想定される位置に応じて、スクリーン面Ssの正面方向でなくてもよい。
フレネルレンズ部材11は、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などの樹脂成型など公知の材料及び形成法によって製造することができる。
In the present invention, the direction in which the image light L is deflected by the Fresnel lens member 11 depends on the position assumed by the observer V with respect to the screen surface Ss corresponding to the use of a vehicle such as an automobile or an amusement device. It may not be the front direction of Ss.
The Fresnel lens member 11 can be manufactured by known materials and forming methods such as resin molding such as acrylic resin and polycarbonate resin.

本発明においては、フレネルレンズ部材11は、透過型スクリーン10と映像源20との位置関係、及びスクリーン面Ssと想定される観察者Vとの位置関係に応じて、その柱状の単位レンズ要素が同心円状又は円弧状に配列するサーキュラーフレネルレンズでもよいし、直線状に延びる単位レンズ要素が平行に配列するリニアフレネルレンズでもよい。
本発明においては、サーキュラーフレネルレンズの場合、そのフレネル中心CtFは、透過型スクリーン10と映像源20との位置関係、及びスクリーン面Ssと想定される観察者Vとの位置関係に応じて、スクリーン面Ssの領域外であってもよい。
In the present invention, the Fresnel lens member 11 has columnar unit lens elements according to the positional relationship between the transmissive screen 10 and the image source 20 and the positional relationship between the screen surface Ss and the assumed viewer V. Circular Fresnel lenses arranged concentrically or arcuately or linear Fresnel lenses in which unit lens elements extending in a straight line are arranged in parallel may be used.
In the present invention, in the case of a circular Fresnel lens, the Fresnel center CtF depends on the positional relationship between the transmission screen 10 and the image source 20 and the positional relationship between the screen surface Ss and the assumed viewer V. It may be outside the area of the surface Ss.

本発明においては、フレネルレンズ部材11は、平面のスクリーン面Ssに対応した平面形状以外に、曲面のスクリーン面Ssに対応した曲面形状であってもよい。
「曲面」は「三次元曲面」と「二次元曲面」との組み合わせの曲面でもよい。「曲面」は、凸側を観察者V側としても、映像源20側としても、どちらでもよい。曲面形状とは、「曲面」が、スクリーン面Ssの全域にあってもよいし、一部にあってもよい。すなわち、曲面形状とは、「曲面」を少なくも一部に有する形状である。
In the present invention, the Fresnel lens member 11 may have a curved shape corresponding to the curved screen surface Ss in addition to the planar shape corresponding to the flat screen surface Ss.
The “curved surface” may be a combined curved surface of “three-dimensional curved surface” and “two-dimensional curved surface”. The “curved surface” may be on either the observer V side or the image source 20 side on the convex side. With the curved surface shape, the “curved surface” may be in the whole area or part of the screen surface Ss. That is, the curved surface shape is a shape having “curved surface” at least in part.

<スクリーン本体部12>
スクリーン本体部12は、通常、光拡散層を少なくとも有し、さらにレンチキュラーレンズ、光線制御層などを備えた積層体とすることができる。これらは、公知の材料及び形成法によるものを適宜採用することができる。
<Screen body 12>
The screen main body 12 usually has at least a light diffusing layer and can be a laminate including a lenticular lens, a light control layer, and the like. These may be appropriately selected from known materials and forming methods.

例えば、光拡散層は、その入光面側から入射した映像光Lを、通常は等方拡散して、その出光面側から出射させる機能を有する層である。この結果、スクリーン面Ssで表示される映像の視野角を広げることができる。光拡散層は、例えば、透明樹脂からなる母材と、この母材中に分散された拡散成分とから構成される。
レンチキュラーレンズは、映像光Lを左右方向や上下方向などに広げて、視野角を制御する機能を有する。
光線制御層は映像光Lの光路を制御するとともに、外光を吸収することができる。この結果、光線制御層は、外光による明室コントラスト低下などを改善することができる。光線制御層には、光透過部と光吸収部とが一定の方向に交互に配置された構造を有し、微細なルーバー構造を有するものを採用することができる。
スクリーン本体部12とフレネルレンズ部材11との相対的位置関係の維持は、クリップ、フレームなどによって行うことができる。
For example, the light diffusion layer is a layer having a function of normally diffusing the image light L incident from the light incident surface side and emitting the image light L from the light output surface side. As a result, the viewing angle of the image displayed on the screen surface Ss can be widened. The light diffusion layer is composed of, for example, a base material made of a transparent resin and a diffusion component dispersed in the base material.
The lenticular lens has a function of controlling the viewing angle by spreading the image light L in the horizontal direction and the vertical direction.
The light beam control layer can control the optical path of the image light L and absorb external light. As a result, the light control layer can improve a decrease in bright room contrast due to external light. The light control layer may have a structure in which light transmitting portions and light absorbing portions are alternately arranged in a certain direction, and may have a fine louver structure.
The relative positional relationship between the screen main body 12 and the Fresnel lens member 11 can be maintained by a clip, a frame, or the like.

《映像源20》
映像源20は、従来の背面投射型表示装置ならば、一般的なプロジェクタ、それも、とくに、至近距離から投射可能な超短焦点型のプロジェクタなどを採用できるところであるが、本発明においては、特にその映像光Lとして、透過型スクリーン10の形状及び透過型スクリーン10との位置関係に応じた特定方向を偏光方向Dpとする偏光を投射できるようにしたものを用いる。
こうした映像源20は、偏光方向Dpが特定の方向となった偏光で映像光Lを投射できるようにしたものであれば、特に制限はない。
<< Image Source 20 >>
If the image source 20 is a conventional rear projection type display device, a general projector, particularly an ultra-short focus type projector capable of projecting from a close range can be adopted. However, in the present invention, In particular, as the image light L, one that can project polarized light having a polarization direction Dp in a specific direction corresponding to the shape of the transmissive screen 10 and the positional relationship with the transmissive screen 10 is used.
The video source 20 is not particularly limited as long as the video light L can be projected with polarized light whose polarization direction Dp is a specific direction.

したかって、例えば、映像源20の映像生成方式としては、
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)による複数のミラーを用いるDLP(Digital Light Processing;登録商標)方式(DMD(Digital Micromirror Device;登録商標)方式とも呼ばれる)、
透過型液晶パネルを用いるLCD(Liquid Crystal Display)方式、
反射型液晶パネルを用いるLCOS(Liquid Crystal on Silicon)方式、など特に制限はない。
また、これらは、カラー表示の場合、1つの映像生成素子を用いた単板方式の他、赤、緑、青の3原色毎に独立した合計3つの映像生成素子を用いた3板方式など、特に制限はない。
Therefore, for example, as a video generation method of the video source 20,
DLP (Digital Light Processing; registered trademark) method (also called DMD (Digital Micromirror Device; registered trademark) method) using a plurality of mirrors by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems),
LCD (Liquid Crystal Display) method using a transmissive liquid crystal panel,
There is no particular limitation such as an LCOS (Liquid Crystal on Silicon) method using a reflective liquid crystal panel.
In addition, in the case of color display, in addition to a single plate method using one video generation element, a three-plate method using a total of three video generation elements independent for each of the three primary colors red, green, and blue, etc. There is no particular limitation.

偏光方向Dpを特定方向とした偏光光として映像光Lを投射するには、例えば、映像生成方式がDLP方式のように原理的に偏光を利用しない映像源20とする場合は、映像光Lは、そのままでは無偏光光となる。このため、映像生成素子からの映像光Lが投影レンズによって出射されて透過型スクリーン10に到達するまでの、映像生成素子と透過型スクリーン10までの間に、偏光子を配置する。この偏光子の透過軸の方向を調整することで、特定方向の偏光方向Dpとすることができる。   In order to project the image light L as polarized light having the polarization direction Dp as a specific direction, for example, when the image generation method is the image source 20 that does not use polarization in principle as in the DLP method, the image light L is As it is, it becomes non-polarized light. For this reason, a polarizer is disposed between the image generation element and the transmission screen 10 until the image light L from the image generation element is emitted by the projection lens and reaches the transmission screen 10. By adjusting the direction of the transmission axis of this polarizer, the polarization direction Dp in a specific direction can be obtained.

一方、映像生成方式がLCD方式やLCOS方式のように原理的に偏光を利用する映像源20とする場合は、もともと、映像光Lは偏光光となっている。つまり、映像生成素子の液晶パネルからの光は、偏光子を通過させることによって、はじめて目的とする映像情報を目視可能な状態で含んだ映像光Lとなる。しかし、この映像光Lは、液晶パネルを使った結果として、偏光光となるだけであって、その偏光方向は、透過型スクリーン10での最大入射角θmaxを与える最大入射角点Pθmaxに応じて、意図的に特定方向の偏光方向Dpとするものではない。
したがって、こうした偏光を利用する映像生成素子を用いた映像源20においては、その映像生成素子からの光の通路に設置されている偏光子及び映像生成素子に入光する光を偏光する偏光子の両方について、それらの透過軸の方向を調整することで、特定の偏光方向Dpとすることができる。
On the other hand, when the image generation method is the image source 20 that uses polarization in principle as in the LCD method or the LCOS method, the image light L is originally polarized light. In other words, the light from the liquid crystal panel of the image generating element becomes the image light L containing the target image information in a state where it can be seen for the first time by passing through the polarizer. However, the image light L is only polarized light as a result of using the liquid crystal panel, and the polarization direction thereof depends on the maximum incident angle point Pθmax that gives the maximum incident angle θmax on the transmission screen 10. The polarization direction Dp in a specific direction is not intentionally set.
Therefore, in the image source 20 using the image generation element using such polarized light, a polarizer installed in a light path from the image generation element and a polarizer for polarizing light incident on the image generation element. For both, a specific polarization direction Dp can be obtained by adjusting the direction of their transmission axes.

本発明においては、図7及び図8でも例示したように、映像源20のスクリーン面Ssに対する位置は、図1に示した一実施形態例以外に、スクリーン面Ssに平行な面に映像源20の位置を平行投影したときに、スクリーン面Ssの領域外であってもよい。映像源20の位置を調整することで、背面投射型表示装置100としての形状、設置可能スペースなどに応じることができる。   In the present invention, as illustrated in FIGS. 7 and 8, the position of the image source 20 with respect to the screen surface Ss is in a plane parallel to the screen surface Ss in addition to the embodiment shown in FIG. 1. May be outside the area of the screen surface Ss. By adjusting the position of the video source 20, it is possible to respond to the shape, installation space, and the like of the rear projection type display device 100.

《その他の構成要素》
本発明においては、背面投射型表示装置100は、上述した構成要素以外に、適宜、従来公知の背面投射型表示装置における、その他の構成要素を採用することができる。例えば、以下に述べる筐体である。
<Other components>
In the present invention, the rear projection display device 100 can employ other components in the conventionally known rear projection display device as appropriate in addition to the above-described components. For example, the housing described below.

<筐体30>
本発明においては、背面投射型表示装置100は、図10に示すように、透過型スクリーン10及び映像源20以外に、さらに、これらを所定の位置関係に固定する筐体30を有していてもよい。透過型スクリーン10と映像源20とが所定の位置関係に固定されることで、位置関係のずれによる映像品質の低下を抑制することができる。また、筐体30を備えることで、透過型スクリーン10の入光面Sinに塵などが付着して映像品質が低下するのを抑制することができる。
<Case 30>
In the present invention, as shown in FIG. 10, the rear projection display device 100 has a casing 30 that fixes them in a predetermined positional relationship in addition to the transmissive screen 10 and the video source 20. Also good. By fixing the transmissive screen 10 and the video source 20 to a predetermined positional relationship, it is possible to suppress a decrease in video quality due to a shift in the positional relationship. In addition, by providing the housing 30, it is possible to suppress the image quality from being deteriorated due to dust or the like adhering to the light incident surface Sin of the transmissive screen 10.

10 透過型スクリーン
11 フレネルレンズ部材
12 スクリーン本体部
13 空気層
20 映像源
30 筐体
100 背面投射型表示装置
As (映像光の)光軸
CtF フレネル中心
CtS スクリーン面の中心
d12 線分x12の延びる方向
d34 線分x34の延びる方向
Df (フレネル中心から入射点までの)距離
DLmax 最大光路長
Dp (映像光の)偏光方向
F 焦点距離(映像源から入光面までの光軸上での距離)
L 映像光
Li 入射光
Lr 反射光
Lt 透過光(屈折光)
P1,P2,P3 映像源の位置
Px,Pz 入射点
Pθmax 最大入射角点
Rc 外接長方形
Sb 境界面
Sf フレネルレンズ面
Sin (映像光の)入光面
Sir 入射面
So (映像光の)の出光面
Ss スクリーン面
V 観察者
Wp P波
Ws S波
x1,x2,x3,x4 線分
α 劣角
θi 入射角
θr 屈折角
θmax 最大入射角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transmission type screen 11 Fresnel lens member 12 Screen main body part 13 Air layer 20 Image source 30 Case 100 Rear projection type display device As (image light) optical axis CtF Fresnel center CtS Screen surface center d12 Direction of extension of line segment x12 d34 The direction in which the line segment x34 extends Df (from the center of the Fresnel to the incident point) DLmax Maximum optical path length Dp (image light) polarization direction F Focal length (distance on the optical axis from the image source to the light incident surface)
L image light Li incident light Lr reflected light Lt transmitted light (refracted light)
P1, P2, P3 Image source position Px, Pz Incident point Pθmax Maximum incident angle point Rc circumscribed rectangle Sb Boundary surface Sf Fresnel lens surface Sin (image light) incident surface Sir incident surface So (image light) exit surface Ss screen surface V observer Wp P wave Ws S wave x1, x2, x3, x4 line segment α minor angle θi incident angle θr refraction angle θmax maximum incident angle

Claims (2)

透過型スクリーンと、この透過型スクリーンの背面に映像光を投射する映像源とを備える背面投射型表示装置であって、
前記透過型スクリーンは、その入光面側にフレネルレンズ部材を有し、
前記フレネルレンズ部材はフレネルレンズ面を前記映像光の出光面とし、当該フレネルレンズ面の反対側の非レンズ面を前記映像光が入射する前記入光面とする向きで配置され、
前記映像光が前記フレネルレンズ部材の前記入光面に入射する角度を入射角θiとし、前記入光面の面内で最も前記入射角θiが大きくなる部分の角度を最大入射角θmaxとし、この最大入射角θmaxを与える部分を最大入射角点Pθmaxとするとき、
前記最大入射角点Pθmaxにおいて、
前記映像光は、その入射面Sirによって規定される偏光成分として、P波成分がS波成分よりも多い偏光光となっている、
背面投射型表示装置。
A rear projection display device comprising a transmissive screen and a video source for projecting video light on the back of the transmissive screen,
The transmission screen has a Fresnel lens member on the light incident surface side thereof,
The Fresnel lens member is disposed in an orientation in which the Fresnel lens surface is the light exit surface of the image light, and the non-lens surface opposite to the Fresnel lens surface is the light incident surface on which the image light is incident,
An incident angle θi is an angle at which the image light is incident on the light incident surface of the Fresnel lens member, and an angle of a portion where the incident angle θi is the largest in the surface of the light incident surface is a maximum incident angle θmax. When the portion that gives the maximum incident angle θmax is the maximum incident angle point Pθmax,
At the maximum incident angle point Pθmax,
The image light is a polarized light having a P wave component larger than an S wave component as a polarized light component defined by the incident surface Sir.
Rear projection display device.
前記透過型スクリーンは、そのスクリーン面を外接する外接長方形を有し、
前記映像光は、その偏光方向が前記外接長方形の長辺を含み前記入光面に垂直な面に平行となっている、
請求項1に記載の背面投射型表示装置。
The transmission screen has a circumscribed rectangle circumscribing the screen surface,
The image light has a polarization direction parallel to a plane that includes a long side of the circumscribed rectangle and is perpendicular to the light incident surface.
The rear projection type display device according to claim 1.
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