JP2837192B2

JP2837192B2 - 背面投写スクリーン

Info

Publication number: JP2837192B2
Application number: JP1253702A
Authority: JP
Inventors: エリック、クラウゼン; ヨハンネス、クラウゼン
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1988-09-28
Filing date: 1989-09-28
Publication date: 1998-12-14
Anticipated expiration: 2013-12-14
Also published as: DK541388D0; KR970009132B1; KR900005222A; EP0361918A2; DE68912487T2; DK541388A; DK160593C; CA1324906C; EP0361918B1; DE68912487D1; US4979800A; EP0361918A3; JPH02118561A; DK160593B

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は透明の背面投写スクリーンに関し、さらに詳
しくは、投写器に面するスクリーンの背面に、投写器か
らの光を平行にするレンズ群を有し、スクリーンの前
に、水平方向に間隔をおいて垂直に配置された三角形断
面を有する凸状出光部と、これら凸状出光部の間に位置
する凸レンズとからなるレンズ群を有する型式の背面投
写スクリーンに関する。

〔従来の技術〕

背面投写スクリーンは、映像投写装置、マイクロフィ
ルム読取り装置、データ装置、及びフライトシュミレー
タに、広範囲に使用されている。この種の背面投写スク
リーンとしては、1985年４月９日に発行された米国特許
第4,509,822号明細書に記載のものが知られており、三
原色（赤色、緑色、青色）の三つの投写器を用いて、光
を透過するスクリーンに向けて、テレビジョン画像を得
ることも公知である。

前記三つの投写器は、通常水平方向に互いに隣接して
配置され、これら投写器によって生成された拡大映像
を、光を透過するスクリーンに投写する。これら三つの
投写器が互いに隣接して配置されるために、それらより
発する光の光軸は互いに角度をなす。通常、これら光軸
は、投写器の寸法と投写器から光を透過するスクリーン
までの距離により、７度乃至12度の角度をなす。

大部分の投写型テレビの設計者は、緑色の投写器を、
赤色と青色の投写器の間に配置し、緑色の映像の光軸が
光を透過するスクリーンに対し、直角となるようにす
る。これにより、赤色あるいは青色の光軸は緑の光軸に
対して、例えば９度傾くことになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記投写型テレビにおいて、もし、平面状艶消しスク
リーンが使用されていて、かつ、視聴者がスクリーンを
斜め方向より見ている場合には、その視聴者が、赤色の
映像を生成する赤色の光軸か青色のそれのどちからに近
いかにより、青色または赤色がかかった映像をみること
となる。この問題は、“カラーシャドゥ（colourshado
w）”と呼ばれている。

前記米国特許明細書に記載の従来技術では、背面投写
スクリーンの前面に配置された凸状出光部は、全反射す
るように設計されている。すなわち、投写器からの光
は、平行にされた後、スクリーンの全体面に対し直角を
なしつつ、凸状出光部の側面に入射され、そして、凸状
出光部の頂点及び側面を全反射して放射される。このよ
うな従来技術では、“カラーシャドゥ”の問題を解消す
るのは難しい。

従来技術ではカラー・シャドゥの改善を目的とするも
のであるが、その効果は十分ではなかった。従来技術の
スクリーンにおいては、スクリーン面に垂直に入射する
緑の光源光の一部は、三角形断面を持つレンズの２つの
全反射面により全反射されて対向する面から放出され
る。従って、緑の光源光の輝度特性は観察角度０度の軸
に対称に０度以外の観察角度に２つの極大値を持ってい
る。また、赤、青の両方の光源光についても輝度特性は
緑の光源光と同様に２つの極大値を示すが、これは光源
の配置角度の違いに起因する光源光の入射角度の変位に
対応してシフトして現れるため、各色の輝度はその観察
角度によって変化してしまい、スクリーンをいろいろな
角度から観察するとカラー・シャドゥが発生する問題が
あった。一方、例えば特表昭60−501278号公報により、
背面投写スクリーンの前面に、水平方向に間隔をおいて
垂直に配置された三角形断面の凸状出光部と、隣接する
凸状出光部の間に位置する一つまたは二つの凸レンズと
を設けたものが知られている。

ところが、この種の公知の背面投写スクリーンでは、
背面からスクリーン内へ入射した映像光のかなりの部分
は前記凸レンズの内面に到達した後、そこで全反射を繰
り返して入射側へ戻されてしまう傾向が強かった。した
がって、これを避けるために、凸レンズの曲率半径を大
きくして入射側へ映像光を戻す全反射を極力抑える必要
があったが、曲率半径の増大にも限度があり、全反射に
よる映像光の入射側への戻りを防ぐのは容易ではなかっ
た。

本発明の目的は、スクリーンの法線に対して約±30度
以内の水平範囲内、すなわち、凸レンズの水平作用範囲
内で見ている視聴者に発生する“カラーシャドゥ”の問
題を解決することにある。本発明は、凸状出光部間の凸
レンズによる光の入射側への戻りを極力抑えることをも
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の背面投写スクリ
ーンは、投写器に面するスクリーン背面に、投写器より
の光を平行にするレンズ群（15）を有し、かつ、スクリ
ーン前面に、水平方向に間隔をおいて垂直に配置された
三角形断面を有する凸状出光部（14）と、この凸状出光
部（14）の間に配置された１対に並んだ凸レンズ（12,1
3）とを有し、前記凸状出交部（14）の各側面（18,19）
は投写器よりの光を全反射する角度に設けられ、この各
側面（18,19）上に光拡散手段が形成されており、前記
凸レンズ（12、13）は、凸状出光部（14）の各側面（1
8、19）とそれに隣接する凸レンズ（12、13）との交線
（J2）が、１対の並んだ凸レンズ（12、13）同士の交線
（J1）よりも、スクリーン背面から遠い位置に来るよう
にスクリーン主面に対し傾斜して設けられていることを
特徴とする。

この光を拡散する手段は、レンズ側面の表面を、不規
則面にする事や、艶消しにする事や、光拡散粒子を含有
するコーティングを施す事によって得ることができる。

〔作用〕

上記構成において、背面投写スクリーンの背面のレン
ズ群（15）によりほぼ平行な光と成された投写器からの
光は凸状出光部（14）およびその間に配置された凸レン
ズ（12,13）へと導かれる。

凸状出光部の各側面（18,19）は、入射した光を全反
射する角度に設けられているが、この側面（18,19）に
形成された光拡散手段（22,22A）により、例えば側面
（19）に入射した光の一部は反射するとともに拡散され
て対向する側面（18）より放射され、残る部分の光は屈
折、拡散されて（19）より放射される。いずれの側面か
ら放射される光も光拡散手段により拡散されているため
各色の混合や交差が生じ、カラー・シャドウが減少す
る。

凸状出状部から放射される光は比較的高い視野角度で
与えられ、凸レンズ（12,13）に入射した光は比較的低
い視野角度で与えられる。従って、両者が補い合うこと
により広い視野角度で良好な画像が得られる。

〔実施例〕

以下に図面を参照しつつ、本発明を、より詳細に説明
する。

第１図には、三つの投写器１、２、３によって、テレ
ビジョン画像が従来の背面投写スクリーン4bの背面に投
写されている投写背面型テレビジョンが概略的に示され
ている。これら三つの投写器は、夫々、赤色、緑色、青
色を投写する。この三つの投写器は、互いに水平に隣接
し、中央の投写器（これは大抵は緑色の投写器である）
は、光軸がスクリーン4bに対して、直角となるように配
置されている。スクリーン4bは、投写器１、２、３から
の光を平行にするフレネルレンズシート4aと共に用いら
れる。

投写器1,3の光軸は、しばしば投写器２の光軸と６度
乃至10度の角度をなす。投写器は、前面に取り付けられ
たレンズ５、６、７により、スクリーン４上に投写器に
比例した拡大映像を写すことが可能である。

従来技術によれば、スクリーンの中心線Ｏ−Ｏの右
側、あるいは左側の前面に位置する視聴者は、赤色の投
写器の光軸に近いか、青色のそれに近いかより、夫々赤
色または青色がかった映像を見ることとなる。スクリー
ンの中心線Ｏ−Ｏに対して、右側に赤色の投写器の光軸
が位置する場合、スクリーンの中心線に反対側に位置す
る視聴者は、スクリーンの右側に赤色がかった映像を見
ることとなる。スクリーン前面の視聴者が見るここの色
むらこそ、本発明が解決しようとしているものである。

第２図および第３図に示すように、本発明の背面投写
スクリーン４は、本体11（たとえばアクリル樹脂とする
ことができる）の投写器に面する背面にフレネルレンズ
15を有する。これらフレネルレンズ15は、投写器からの
光を、平行にし、かつ、スクリーン全体を含む面に対し
て直角に、スクリーン４の前面に指向させる働きをす
る。スクリーン前面には、水平方向に定間隔に配置され
た、三角形断面を有する垂直または鉛直に縦走する凸状
出光部14が設けられている。凸状出光部14の両側には、
凸レンズ12及び13が設けられている。凸レンズ12及び13
は、隣接する凸状出光部14、14の間にもけられる１対の
並んだ凸レンズであり、それらの間には交線J1が存在す
る。また、各凸状出光部14の側面18及び19とそれに隣接
する凸レンズ12及び13との間にも交線J2が存在する。第
６図に最も良く示されるように、側面18及び19とそれに
隣接する凸レンズ12及び13との交線J2は、隣接する凸レ
ンズ12及び13の交線J1よりも、スクリーン背面から遠い
位置にある。したがって、凸レンズ12、13はスクリーン
の主面に対して相互に反対方向に傾斜していることにな
る。フレネルレンズ15は第１図のフレネルレズシート4a
に、また、レンズ12、13及び凸状出光部14は、第１図の
スクリーン4bに夫々対応する。上述のように凸レンズ1
2、13をスクリーンの主面に対して傾斜して配設するこ
とにより、第６図に矢印G6で示すようにスクリーン背面
から入射した映像光は、凸レンズ12の傾斜により１回の
全反射の後、三角形断面凸状出光部14の側面18に向かっ
て前向きの成分をもって進み、側面18から出射する。凸
レンズ13の場合でも同じ現象が生ずる。したがって、せ
っかくスクリーン内へ入射した映像光が凸レンズの内面
で全発射して入射側へ戻って映像光の損失が生じる従来
のような問題が生じることがなく、入射した映像光を有
効に前方へ送り出すことができる。従来の場合は、凸レ
ンズは、第６図の凸レンズ12、13のような傾斜がないた
め、凸レンズ内面で全反射された映像光は入射側へ向か
う成分をもつことになり、入射側へ戻されてしまう。

第３図は、投写器からの光（17）が、フレネルレンズ
15によって、スクリーン４の全体を含む面に対して垂直
なビーム17aに変換されることを示している。ビーム17a
は、鋭角βを有する凸状出光部14の即面18及び19に入射
する。

本発明によれば、夫々の凸状出光部14の側面18,19に
は、光拡散性のラッカー層22が塗布により形成されてい
る。前記ラッカーは、スクリーン３の材質に等しいか又
はより大きい屈折率を有する。ラッカー層22の厚さは、
２乃至３μｍである。前記ラッカーには、望ましい光拡
散を得るためにワックスが与えられ、さらに炭酸カルシ
ウム（CaCO₃）を加えることもできる。

光の拡散の結果、ビーム17aは、二つのベクトル群20
と21に分割され、その一つのベクトル群21は、側面19の
層22を通過して放射され、そして、もう一つのベクトル
群20は、側面19の反射によって生成される。ベクトル群
21は、側面19の法線に対して角度α、かつ、通常、側面
19の面に対して４分の１α（α/4）の角度に偏向され
る。４分の１α（α/4）を15度とするために、凸状出光
部の頂角βは、塗布されるラッカーの屈折率とラッカー
への添加する光拡散粒子によって異なるが、30度より大
きく、しかし、43度未満の、望むらくは37度の角度とす
る。スクリーン４から放射されるベクトル群20及び21
は、相互に偏向した光線を含み、その事により、法線に
対して±10度以内の範囲では、色の変化を中和する。こ
の現象は、光線の混合と交差を生じさせる層22の光拡散
機能、によって起こる。

第４図には、夫々、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の二つの投写
器からの光線と経路が示されている。第４図において
は、投写器は、光軸が相互に16度をなすように配置され
ている。

第５図には、凸状出光部14の側面18及び19が、不規則
な、又は、波状の面22Aとなっている本発明の別の実施
例が示されている。面22Aの波のピッチは、光の最大波
長の平均長の３倍以下であり、かつ、この平均長よりは
大きくなければならない。この様な不規則な、または、
波状の面は、側面18及び19の面絶対の法線に対して、異
なる方向の多数の法線を有するため、屈折された光線20
及び21は、種々の方向に偏向され、光の色の変化を中和
する。第５図の不規則面の形状は誇張して描かれてお
り、実際には微細な起伏となっている。

側面18及び19の不規則面は、艶消し面とすることがで
きる。この艶消し面は、人工ダイヤを用いて作られる型
により、注型成型されるのが望ましい。前記型は、ダイ
ヤの粒状の構造により、ダイヤ上の粒子のサイズと等し
い不規則な面を生成する。艶消し面の微細な不規則性
は、屈折された光線を分散、または、混合し、夫々の色
の光線の優勢な方向を消失させる。前記型は、上記方法
で製作後、10乃至20μｍの酸化アルミニウム膜を付着さ
せる表面処理を施す。この表面処理は、 A:型の表面硬度が向上する。

B:本発明の背面投写スクリーンの、外部（スクリーン前
方）からの光の不必要な反射が減少する。

という利点がある。

また、上記の表面処理は、ラッカーコーティングと同
じ効果を与えるものである。

スクリーン４には、光を屈折させる媒質を、均一に、
あるいは、スクリーンの一方の側に含ませる事ができ
る。その媒質は、有機または無機の顔料であって、カラ
ーシャドゥを打ち消す働きをする。

第６図は、緑の光が、垂直に配列された凸レンズ12,1
3および凸状出光部14を通過するときの経路を示す。ビ
ームG₁,G₂,G₄は、そのスクリーンの材質の屈折率に応じ
て屈折する。レンズ12,13の曲面の半径がさらに大きく
なれば、このレンズ面で全反射が起こるようになる。凸
状出光部14における光の経路は前述の通りであるが、第
６図から明らかのように、レンズ12.13,凸状出光部14が
互いに補助しあって、視野角が約150度となる。

第７図、第８図、及び第９図は、本発明による、背面
投写スクリーンの実施例を示す。

第１実施例第７図に示す形状をもつ型を用いて、厚さ３ミリメー
トルのPMMA（ポリメチルアクリレート）の板が中型成型
された。このPMMA板には、一平方メートル当たり、粒径
５乃至35μｍの二酸化硅素を20グラム含ませた。凸状出
光部14の頂点間の距離Ｄは0.8ミリメートルとし、凸レ
ンズ12,13の曲率半径Ｒは0.30ミリメートル、頂角βは3
8度とした。側面18,19の凸レンズ12,13と交わる点の間
の距離ｄは、0.26ミリメートルとした。さらに、凸レン
ズ12,13と凸状出光部14と交わる点における凸レンズ12,
13の半径と接線のなす角度は90度とした。スクリーンを
注型成型した後、屈折率1.50のラッカーに、ラッカー１
リットル当たり25グラムのワックスと15グラムの炭酸カ
ルシウムを加えたものをスクリーンに塗布した。

このスクリーンの特性は下記の通りであった。

ピークゲイン： 5.6 水平拡散半値角： 38度垂直拡散半値角： 7.5度ピークゲインとは、スクリーンに対して、垂直方向か
ら測った直接の透過光の明るさであって、既知の基準値
（MgCO₃）と比較した値である。

本スクリーンは、±75度以上の視野角で、映像を視認
できる良い性能を示した。さらに、本スクリーンは、良
好な色で均一性を示した。

第２実施例この実施例では、第８図に示すような設計が施され
た。凸レンズ12,13は、全体が円の一部ではなく、互い
に接する所において、平面をなすようにした。この設計
は、投写管の光学軸のなす角度が８度以上の投写方式の
テレビジョンの特に適していた。製造方法は第１実施例
で述べた方法と殆ど同一である。

本スクリーンの特性は下記の通りである。

ピークゲイン 5.8 水平半値角:36度垂直半値角:8度背面投写スクリーンの垂直方向と水平方向の双方の光
の拡散をさらに増やすためには、拡散用の媒質を加える
ことが推奨できる。このような拡散用の媒質としては、
例えば、二酸化硅素、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、
及び基材より屈折率が0.05乃至0.07大きいまたは小さい
微粉末ガラスがある。前記器材としては、屈折率1.49の
アクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート）を用いる
ことができる。

第３実施例第９図には、下記の仕様の設計が示されている。

凸状出光部14の頂角β＝40度、角度γ_１＝80度、Ｒ＝
0.15ミリメートル、距離Ｄ＝0.40ミリメートル、角度γ
_２＝50度、ｄ＝0.14ミリメートルとした。前記第２実施
例に対する主な変更点は、角度γ_１を90度から80度に変
更した事である。この変更によって、測定範囲±８度以
内の直接透過光が減り、ピークゲインは低くなったが、
より均一な光の分布を得た。

本スクリーンの特性は下記の通りである。

ピークゲイン： 4.2 水平拡散半値角： 36度垂直拡散半値角:8度本スクリーンは、これら三つの実施例のうち、もっと
も良い色の均一性を示す。

〔発明の効果〕本発明によれば、背面投写スクリーンの前面の凸状出
光部の各々の背面に、光拡散手段を設けたことによっ
て、投写器から発せられた光は、スクリーンの背面で平
行にさせられた後、前記凸状出光部の側面を通過する
際、拡散させされ、その結果、凸レンズの水平作用範囲
内で見ている視聴者に発生する“カラーシャドゥ”の問
題を解決することができる。

また、本発明では、凸状出光部間の１対の凸レンズ
を、凸状出光部側面と隣接凸レンズとの交線が、１対の
凸レンズ同士の交線よりスクリーン背面から遠くなるよ
うに傾斜させて設けたために、背面から入射する映像光
が凸レンズ内面で全反射した後、凸状出光部側面へ向か
うようになり、したがって、入射した映像光を有効に前
方へ送り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は三つの投写器と従来の背面投写スクリーンを示
す概略平面図、第２図は本発明による背面投写スクリー
ンの水平断面図、第３図は、本発明の第１実施例を示す
前記第２図の部分拡大図、第４図は、本発明の第１実施
例において赤色ビームと青色ビームの反射と屈折を示す
図、第５図は、本発明の第２実施例を示す図、第６図
は、光が本発明のスクリーンを透過する状態を示した
図、第７図と第８図と第９図は、夫々本発明の異なる実
施例を示す図である。 1,2,3……投写器、４……背面投写スクリーン、12,13…
…凸レンズ、14……凸状出光部、15……フレネルレン
ズ、18,19……凸状出光部の側面、22……光拡散性のラ
ッカー層、22A……不規則面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03B 21/62 H04N 5/74

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】投写器に面するスクリーン背面に、投写器
よりの光を平行にするレンズ群（15）を有し、かつ、ス
クリーン前面に、水平方向に間隔をおいて垂直に配置さ
れた三角形断面の凸状出光部（14）と、これらの凸状出
光部（14）の間に配置された１対の並んだ凸レンズ（1
2,13）とを有し、前記凸状出光部（14）の各側面（18,1
9）は投写器よりの光を全反射する角度に設けられ、こ
の各側面（18,19）上に光拡散手段（22,22A）が形成さ
れ、前記凸レンズ（12,13）は、凸状出光部（14）の各
側面（18,19）とそれに隣接する凸レンズとの交線（J
2）が、前記１対の並んだ凸レンズ（12,13）同士の交線
（J1）よりも、スクリーン背面から遠い位置に来るよう
にスクリーン主面に対し傾斜して設けられていることを
特徴とする背面投写スクリーン。
【請求項２】光拡散手段が、光拡散粒子を含有するラッ
カー層（22）である請求項１記載の背面投写スクリー
ン。
【請求項３】光拡散手段が、凸状出光部（14）の背面
（18,19）に形成された不規則な形状の表面（22A）であ
る請求項１記載の背面投写スクリーン。
【請求項４】光拡散手段が、凸状出光部（14）の側面
（18,19）に形成された艶消し面（22A）である請求項１
記載の背面投写スクリーン。