JP3317785B2 - フレネルレンズシートおよび透過型スクリーン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プロジェクションテレ
ビやマイクロフィルムリーダー等の画面として用いられ
るフレネルレンズシートおよび透過型スクリーンに関す
るものであり、さらに詳しくは、モアレが著しく軽減さ
れた高品質の画像を提供できるフレネルレンズシートお
よび透過型スクリーンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】背面投写型プロジェクションテレビ等に
おいて使用される透過型スクリーンは、投影光を拡散し
て画面の明るさおよび均一性が得られるように、また斜
め方向から観察した場合でもある程度の明るい像が観察
できるようにしている。このような透過型スクリーン
は、一般的に、光源側にフレネルレンズを、観察側にブ
ラックストライプ加工を施したレンチキュラーレンズを
配置した構成となっている。フレネルレンズは、光源か
ら入射した光線を観察者の方向に向け、画面の四隅周辺
が暗くならないようにしている。また、レンチキュラー
レンズは、３管式のプロジェクターから入射した赤、
緑、青の３色（ＲＧＢ）の光のミキシングを行いカラー
ユニフォーミティーを与えるとともに、水平方向へ光線
を拡散させ水平視野角を広げている。

【０００３】透過型スクリーンには、光源側の面にフレ
ネルレンズを形成し、観察側の面にレンチキュラーレン
ズを形成した単一基材から構成されるもの、片面にフレ
ネルレンズを形成したフレネルレンズシートと、片面あ
るいは両面にレンチキュラーレンズを形成したレンチキ
ュラーレンズシートとから構成されるもの等がある。フ
レネルレンズシートとレンチキュラーレンレンズシート
から構成される透過型スクリーンとしては、フレネルレ
ンズシートのレンズ面を光源側に配置したもの、フレネ
ルレンズシートのレンズ面をレンチキュラーレンズシー
ト側に配置したもの等がある。

【０００４】これらの透過型スクリーンでは、いずれも
フレネルレンズとレンチキュラーレンズが接近して配置
されるため、フレネルレンズによって形成される円形の
明暗パターンとレンチキュラーレンズの縦方向のパター
ンとの干渉による部分的なモアレが発生しやすく、モア
レによる画質の劣化という問題点を有していた。特に、
フレネルレンズシートのレンズ面をレンチキュラーレン
ズシート側に配置した透過型スクリーンでは、フレネル
レンズとレンチキュラーレンズが隣接して配置されるこ
とになり、モアレが発生しやすいものであった。

【０００５】このようなモアレの軽減を目的として、フ
レネルレンズシートに光拡散機能を付与させる方法が提
案されている。一般的に、光拡散機能としては、光拡散
剤を用いることによって、光を拡散させる方法が行われ
ている。例えば、フレネルレンズシート全体に光拡散剤
を混入させる方法、フレネルレンズシートの基材層に光
拡散剤を混入させる方法、フレネルレンズシートのレン
ズ層に光拡散剤を混入させる方法等が挙げられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光拡散
剤を使用する方法では、モアレを著しく軽減させるため
には多量の光拡散剤を使用する必要があり、輝度の低下
による明るさの低下、画質の劣化という問題点を有して
いた。また、フレネルレンズシート全体に光拡散剤を混
入させる方法や基材層に光拡散剤を混入させる方法で
は、スクリーンに入射した入射光が光拡散剤により拡散
されてからレンチキュラーレンズに達するまでの距離が
長くなり、画像がぼけてしまうという問題点を有してい
た。さらに、レンズ層に光拡散剤を混入させる方法で
は、各レンズ単位で周辺部と中心部での光拡散層の厚さ
が異なり、輝度に差が生じてしまうという問題点を有し
ていた。そこで、本発明の目的は、輝度の低下や画像の
ぼけ等の画質劣化がなく、モアレを著しく軽減できるフ
レネルレンズシートおよび透過型スクリーンを提供する
ものである。

【０００７】

【課題を解決させるための手段】本発明者等は、上記従
来技術の有する問題点を鑑み、フレネルレンズのレンズ
形状について鋭意検討を行った結果、本発明に到達した
ものである。すなわち、本発明のフレネルレンズシート
は、透過型スクリーンを構成するフレネルレンズシート
において、フレネルレンズの各レンズ単位のレンズ面が
断面円弧状の凸状および／または凹状に形成されてお
り、該断面円弧状の凸状および凹状が、そのピッチ
（Ｐ）と曲率半径（ｒ）との比（Ｐ／ｒ）が０．５〜１
であることを特徴とするものである。また、本発明のフ
レネルレンズシートは、透過型スクリーンを構成するフ
レネルレンズシートにおいて、断面円弧状の凸状および
／または凹状に形成されレンズ面を有するレンズ単位
が、フレネルレンズの中心から１０ｃｍ以上の部分に形
成されていることを特徴とするものである。さらに、本
発明の透過型スクリーンは、上記のような構成のフレネ
ルレンズを有することを特徴とするものである。

【０００８】本発明のフレネルレンズシートおよび透過
型スクリーンは、図１〜図３に例示したように、フレネ
ルレンズ１の各レンズ単位２のレンズ面３が断面円弧状
の凸状あるいは凹状からなる曲面から構成されている。
このように、フレネルレンズ１のレンズ面３を断面円弧
状の凸状および／または凹状に形成することによって、
レンズ面３から出射する光線が拡散され、フレネルレン
ズ１によって形成される光線の明暗パターンが軽減さ
れ、モアレを著しく軽減することができるとともに、垂
直方向の視野角も広げることもできる。

【０００９】フレネルレンズ１のレンズ面３は、図１に
示したように１個の断面円弧状の凸状あるいは凹状で形
成してもよく、図２および図３に示したように２個以上
の断面円弧状の凸状あるいは凹状で形成してもよいし、
断面円弧状の凸状および凹状を組合せて形成してもよ
い。フレネルレンズの生産性や光の拡散特性等の観点か
ら、２個以上の断面円弧状の凸状あるいは凹状でレンズ
面を形成したものが好ましく、さらに好ましくは２〜５
個の断面円弧状の凸状あるいは凹状で形成したものであ
る。また、本発明においては、フレネルレンズ１とし
て、レンズ面を断面円弧状の凸状に形成したレンズ単位
と、レンズ面を断面円弧状の凹状に形成したレンズ単位
とを混在した構成とすることもできる。

【００１０】本発明において、フレネルレンズ１のレン
ズ面３を構成する断面円弧状の凸状あるいは凹状の大き
さは、フレネルレンズ１の大きさ等によって適宜選定さ
れ、特に限定されるものではないが、モアレの軽減、垂
直方向の視野角および輝度等の観点からは、ピッチ
（Ｐ）と曲率半径（ｒ）との比（Ｐ／ｒ）を０．０５〜
１．０の範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは
０．１〜０．９の範囲である。これは、ピッチ（Ｐ）と
曲率半径（ｒ）との比（Ｐ／ｒ）が０．０５未満である
と、レンズ面３から出射する光線が十分に拡散されず、
モアレの軽減効果が不十分となるともに、垂直方向の視
野角の広がりも十分でなくなる傾向にあるためであり、
逆に１．０を超えると輝度が低下して明るい画像が得ら
れなくなる傾向にあるためである。特に、フレネルレン
ズ１のレンズ面３が断面円弧状の凹状に形成される場合
には、そのピッチ（Ｐ）と曲率半径（ｒ）との比（Ｐ／
ｒ）を０．０５〜０．５の範囲とすることが好ましく、
さらに好ましくは０．０７〜０．４の範囲である。

【００１１】なお、本発明においては、フレネルレンズ
１のレンズ面３は断面円弧状の凹状に形成することが、
モアレの軽減や輝度の低下抑制等の観点から好ましい。
これは、レンズ面３を断面円弧状の凸状に形成する場合
には、断面円弧状の凹状に形成する場合と比較して、同
等の光線の拡散性能を得るためにはその曲率半径を大き
くする必要があり、透過型スクリーンとしての輝度が低
下して十分に明るい画像が得られない傾向にあるためで
ある。また、レンズ面３を断面円弧状の凸状に形成する
場合には、レンズ面３を通過した光線は一旦集光した後
に拡散するために、集光によりモアレに好ましくない影
響を及ぼす場合があるためである。

【００１２】本発明のフレネルレンズにおいては、モア
レの発生しやすい部分のレンズ単位のレンズ面のみを断
面円弧状の凸状および／または凹状に形成してもよい。
例えば、中心から半径１０ｃｍ程度の範囲のレンズ単位
のレンズ面は平坦な面とし、それ以外の部分のレンズ単
位のレンズ面を断面円弧状の凸状および／または凹状に
形成することによって、中心部での乱反射や輝度低下に
よる中心部の画像が白っぽくなったり、画像がぼけたり
するという現象を招くことなく、周辺部でのモアレを著
しく軽減できる。

【００１３】本発明のフレネルレンズは、アクリル系樹
脂、ポリカーボネート系樹脂、オレフィン系樹脂、スチ
レン系樹脂、塩化ビニル系樹脂あるいはこれらの混合樹
脂等の光透過性の良い合成樹脂基材から構成されてお
り、鋳込み成形法、射出成形法、熱プレス成形法あるい
は活性エネルギー線硬化型樹脂を用いる方法等の通常使
用されている方法によって製造される。また、本発明に
おいては、垂直方向の視野角をより広げる等の目的で、
アルミナ、シリカ、炭酸カルシウム、ポリマービーズ等
の光拡散剤を、輝度を損なわない程度の少量であれば添
加してもよい。

【００１４】上記のようなレンズ面形状のフレネルレン
ズ１を備えたフレネルレンズシート４は、例えば、図４
に示したように、レンチキュラーレンズシート５と組合
せて透過型スクリーンを構成する。図４に示した透過型
スクリーンにおいては、観察側にレンチキュラーレンズ
シート５が配置され、光源側にフレネルレンズ面がレン
チキュラーレンズシート５側に位置するようにしてフレ
ンルレンズシート４が配置されている。本発明において
は、モアレが発生しやすいこのような構成の透過型スク
リーンに特に適したものであるが、これに限定されるも
のではなく、フレネルレンズ１を上記のようなレンズ面
形状とした透過型スクリーンであれば、例えば、フレネ
ルレンズシート５のフレネルレンズ面が光源側に位置す
るように配置した構成のものでもよいし、光源側の面に
フレネルレンズを形成し観察側の面にレンチキュラーレ
ンズを形成した単一構成のものでもよい。

【００１５】本発明のレンチキュラーレンズシート５
は、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、オレフ
ィン系樹脂、スチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂あるい
はこれらの混合樹脂等の光透過性の良い合成樹脂から構
成されており、押出成形法、鋳込み成形法、射出成形法
あるいは加熱プレス成形法等の通常使用されている方法
によって製造される。

【００１６】レンチキュラーレンズシート５に形成され
るレンチキュラーレンズのレンズ形状は、特に限定され
るものではなく、通常使用されている断面半円状、断面
半楕円状等の断面円弧状レンチキュラーレンズの形状が
使用できる。また、レンチキュラーレンズシート５とし
ては、出射面あるいは入射面のいずれか一方にレンチキ
ュラーレンズが形成された片面レンシキュラーレンズシ
ート、出射面および入射面の両方にレンチキュラーレン
ズが形成された両面レンチキュラーレンズシートが使用
できる。さらに、レンチキュラーレンズシート５の観察
側の面には、画像のコントラストを向上させる目的で、
レンチキュラーレンズの光不透過部にブラックストライ
プ６が形成されている。

【００１７】また、本発明においては、フレネルレンズ
とレンチキュラーレンズによるモアレをより軽減させる
ために、フレネルレンズのピッチを１としたときに、レ
ンチキュラーレンズのピッチがＮ＋０．３５〜０．４
３、Ｎ＋０．５５〜０．７３、１／（Ｎ＋０．３５〜
０．４３）または１／（Ｎ＋０．５５〜０．７３）の範
囲とすることが好ましい。但し、Ｎは１〜１２の自然数
である。

【００１８】

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。 実施例１ 各レンズ単位のレンズ面にピッチ０．０６ｍｍ、曲率半
径０．１６ｍｍの断面円弧状の凸状部が連続して３個形
成され、ピッチ０．１２ｍｍのサーキュラーフレネルレ
ンズパターンを有する黄銅製のレンズ型を用いて、厚さ
３ｍｍの透明メタクリル樹脂板（三菱レイヨン社製アク
リライトＬ＃００１）を加熱プレス法により成形して、
図２に示したような各レンズ単位のレンズ面３がピッチ
０．０６ｍｍ、曲率半径０．１６ｍｍの断面円弧状の凹
状が３個連続した曲面で形成されたフレネルレンズシー
ト４を得た。

【００１９】得られたフレネルレンズシート４と、前面
にブラックストライプ６を施したピッチ０．４１ｍｍの
レンチキュラーレンズシート５とを、図４に示したよう
に組合せ、プロジェクションテレビに透過型スクリーン
として取付け、その映像およびモアレを観察した。その
結果、モアレはほとんど見られず、ゲイン（Ｇ₀ ）が
４．３と明るく高品質の画像が得られた。また、垂直指
向性（αＶ）が９度と垂直方向の視野角も広いものであ
った。

【００２０】実施例２ 各レンズ単位のレンズ面にピッチ０．０６ｍｍ、曲率半
径０．０７４ｍｍの断面円弧状の凹状部が連続して２個
形成され、ピッチ０．１２ｍｍのサーキュラーフレネル
レンズパターンを有する黄銅製のレンズ型を用いて、厚
さ３ｍｍの透明メタクリル樹脂板（三菱レイヨン社製ア
クリライトＬ＃００１）を加熱プレス法により成形し
て、各レンズ単位のレンズ面がピッチ０．０６ｍｍ、曲
率半径０．７４ｍｍの断面円弧状の凸状が２個連続した
曲面で形成されたフレネルレンズシート４を得た。

【００２１】得られたフレネルレンズシート４と、前面
にブラックストライプ６を施したピッチ０．４１ｍｍの
レンチキュラーレンズシート５を組合せ、プロジェクシ
ョンテレビに透過型スクリーンとして取付け、その映像
およびモアレを観察した。その結果、ゲイン（Ｇ₀ ）が
２．２とやや低いものであったが、モアレはほとんど見
られない高品質の画像が得られた。また、垂直指向性
（αＶ）が１８度と垂直方向の視野角も広いものであっ
た。

【００２２】実施例３ 中心部から半径１０ｃｍ以内の部分の各レンズ単位のレ
ンズ面が平坦面で、それ以外の各レンズ単位のレンズ面
にピッチ０．０６ｍｍ、曲率半径０．１６ｍｍの断面円
弧状の凸状部が連続して３個形成され、ピッチ０．１２
ｍｍのサーキュラーフレネルレンズパターンを有する黄
銅製のレンズ型を用いて、厚さ３ｍｍの透明メタクリル
樹脂板（三菱レイヨン社製アクリライトＬ＃００１）を
加熱プレス法により成形して、中心部から半径１０ｃｍ
以内の部分の各レンズ単位のレンズ面が平坦面で、それ
以外の部分の各レンズ単位のレンズ面がピッチ０．０６
ｍｍ、曲率半径０．１６ｍｍの断面円弧状の凹状が３個
連続した曲面で形成されたフレネルレンズシート４を得
た。

【００２３】得られたフレネルレンズシート４と、前面
にブラックストライプ６を施したピッチ０．４１ｍｍの
レンチキュラーレンズシート５とを、図４に示したよう
に組合せ、プロジェクションテレビに透過型スクリーン
として取付け、その映像およびモアレを観察した。その
結果、モアレはほとんど見られず、ゲイン（Ｇ₀ ）が
４．５と明るく高品質の画像が得られた。特に、中心部
での画像の劣化は全く認められなかった。また、垂直指
向性（αＶ）が９度と垂直方向の視野角も広いものであ
った。

【００２４】比較例１ 各レンズ単位のレンズ面が平面状のピッチ０．１２ｍｍ
のサーキュラーフレネルレンズパターンを有する黄銅製
のレンズ型を用いて、厚さ３ｍｍの透明メタクリル樹脂
板（三菱レイヨン社製アクリライトＬ＃００１）を加熱
プレス法により成形してフレネルレンズシート４を得
た。得られたフレネルレンズシート４と、前面にブラッ
クストライプ６を施したピッチ０．４１ｍｍのレンチキ
ュラーレンズシート５とを、図４に示したように組合
せ、プロジェクションテレビに透過型スクリーンとして
取付け、その映像およびモアレを観察した。その結果、
ゲイン（Ｇ₀ ）が５．０と明るい画像が得られたが、モ
アレが著しいものであった。また、垂直指向性（αＶ）
は７度と垂直方向の視野角もやや狭いものであった。

【００２５】比較例２ 粒径４μｍのシリカ粒子を０．３重量％含有するメタク
リル樹脂板を使用した以外は比較例１と同様にしてフレ
ネルレンズシート４を得た。得られたフレネルレンズシ
ート４と、前面にブラックストライプ６を施したピッチ
０．４１ｍｍのレンチキュラーレンズシート５とを、図
４に示したように組合せ、プロジェクションテレビに透
過型スクリーンとして取付け、その映像およびモアレを
観察した。その結果、ゲイン（Ｇ₀ ）が４．３と明るい
画像が得られ、垂直指向性（αＶ）は９度と垂直方向の
視野角も広いものであったが、モアレが著しいものであ
った。

【００２６】比較例３ 粒径４μｍのシリカ粒子を５重量％含有するメタクリル
樹脂板を使用した以外は比較例１と同様にしてフレネル
レンズシート４を得た。得られたフレネルレンズシート
４と、前面にブラックストライプ６を施したピッチ０．
４１ｍｍのレンチキュラーレンズシート５とを、図４に
示したように組合せ、プロジェクションテレビに透過型
スクリーンとして取付け、その映像およびモアレを観察
した。その結果、垂直指向性（αＶ）は１２度と垂直方
向の視野角は広いものであったが、ゲイン（Ｇ₀ ）が
３．３とやや低く、モアレも見られた。

【００２７】本発明のフレネルレンズシートを使用した
実施例１および３の透過型スクリーンは、モアレ、画像
のぼけ、明るさの低下もない優れたものであり、垂直方
向の視野角の広いものであった。また、実施例２では、
モアレはなく、垂直方向の視野角も十分に広く、全体的
に若干明るさの低下が見られたが実用上は特に問題にな
らない程度であった。一方、比較例１の透過型スクリー
ンは、画像のぼけや明るさの低下は見られなかったが、
モアレが著しく非常に見ずらいものであり、垂直方向の
視野角のやや狭いのもであった。比較例２では、明るさ
の低下がなく、垂直方向の視野角の広いものであった
が、モアレが著しく、画像が若干ぼけてしまい、見ずら
いものであった。比較例３では、垂直方向の視野角の広
いものであったが、モアレが発生するとともに、画像が
ぼけてしまい、見ずらいものであった。

【００２８】

【発明の効果】本発明のフレネルレンズシートおよび透
過型スクリーンは、フレネルレンズのレンズ面を特定の
形状とすることによって、画像のぼけや輝度の低下等の
画像の劣化を招くことなく、モアレを著しく軽減できる
とともに、垂直方向の視野角の広い優れた透過型スクリ
ーンを提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフレネルレンズシートの構造を示す部
分断面図である。

【図２】本発明のフレネルレンズシートの構造を示す部
分断面図である。

【図３】本発明のフレネルレンズシートの構造を示す部
分断面図である。

【図４】本発明の透過型スクリーンの構造を示す断面図
である。 １ ： フレネルレンズ ２ ： レンズ単位 ３ ： レンズ面 ４ ： フレネルレンズシート ５ ： レンチキュラーレンズシート ６ ： ブラックストライプ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透過型スクリーンを構成するフレネルレ
   ンズシートにおいて、フレネルレンズの各レンズ単位の
   レンズ面が断面円弧状の凸状および／または凹状に形成
   されており、該断面円弧状の凸状および凹状が、そのピ
   ッチ（Ｐ）と曲率半径（ｒ）との比（Ｐ／ｒ）が０．５
   〜１であることを特徴とするフレネルレンズシート。
2. 【請求項２】 透過型スクリーンを構成するフレネルレ
   ンズシートにおいて、断面円弧状の凸状および／または
   凹状に形成されレンズ面を有するレンズ単位が、フレネ
   ルレンズの中心から１０ｃｍ以上の部分に形成されてい
   ることを特徴とするフレネルレンズシート。
3. 【請求項３】 請求項１〜２のいずれかに記載のフレネ
   ルレンズを有することを特徴とする透過型スクリーン。