JP3357171B2 - マルチ映像装置用スクリーン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の画像投写装置を
用いて一つの大きい画像を表示するマルチ映像装置のス
クリーンに用いられるフレネルレンズシートの接合に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、公共の広場、放送等、多人数での
視聴に用いられる大画面の画像表示装置が求められるよ
うになってきた。背面投写型映像装置は、比較的容易に
７０インチ以上の大画面が実現されるものとして注目さ
れている。しかし、１００インチ以上となると投写距離
が長くなるため、奥行きが大きくなりすぎる。また、ス
クリーンを製造するために必要な金型の加工が困難とな
り、コストが高くなるという問題が生じる。そのため
に、複数の比較的小型の投写装置を縦横に配列して１つ
の大画面映像を得るというマルチ映像システムが提案さ
れ実用化されている。このマルチ映像システムに用いら
れるスクリーンは、それぞれ個々の投写装置の投写光を
一定方向に向けるフレネルレンズシートと、画像が結像
し、映像光を拡散するレンチキュラーレンズシートによ
り成っている。従って、フレネルレンズシートは、構成
する投写装置の数だけ必要となる。

【０００３】従来のマルチ映像システムでは、それぞれ
のフレネルレンズシートおよびレンチキュラーレンズシ
ートを金属あるいは合成樹脂製の枠により取りつけるこ
とによってスクリーンを構成していたが、画像中に枠が
存在するため、その枠によって画像が欠けたり、枠が目
障りになるという欠点があった。

【０００４】このような欠点を改良するためには、次の
３種類の方法が提案されている。縦横２面ずつ、合計４
面のマルチ映像システムを例にして、３種類の方法を説
明する。

【０００５】第１の方法は、図１１に示すように、４枚
のフレネルレンズシート１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを単に
つき合わせる方法である。この方法においては、それぞ
れのフレネルレンズシートは一体化されていないので、
隣り合うフレネルレンズシートを細いワイヤで継いだり
フレネルレンズシートの入射側に別の透明板を設け、こ
の透明板にビスで止めることにより、一体化させてい
る。

【０００６】第２の方法は、図１２に示すように、４枚
のフレネルレンズシート１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを接着
する方法である。接着剤２の屈折率をフレネルレンズシ
ートの屈折率と同等にすれば、接合界面での反射を防ぐ
ことが可能である。また、特開平３−１８１９３５号
に、接合界面に光吸収性のある遮光部を設けることによ
り、隣接するスクリーンへの光の侵入を防ぐ提案がなさ
れている。

【０００７】第３の方法は、図１３に示すように、４枚
のフレネルレンズシートが完全に一体化されたものであ
る。このような一体化されたフレネルレンズシート１を
製造するためには、４枚のフレネルレンズ金型を連結さ
せたり、４つのフレネルレンズが一体化された金型を使
用し、成型すればよい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】マルチ映像システムは
通常、明室内で観視されるが、従来法によるスクリーン
を用いると、フレネルレンズシートの境界部において画
像上の欠点を有する。図１０は、図１１、図１２、図１
３のＡ部を拡大し、観察者側より見たものである。

【０００９】従来例第１〜第３の方法により接合された
フレネルレンズシートに、ブラックストライプ付のレン
チキュラーレンズを重ねて、スクリーンを構成し、外光
照明装置を、左右対称に設置して、スクリーン面を照明
すると、フレネルレンズシートの厚みの２〜３倍の巾
（図中で示しているａが厚みの２〜３倍）で、黒レベル
が異なるのが観察される。境界部と、非境界部との黒レ
ベルの差は接合する方法により異なるので、その違いを
表１に示す。いずれにしても、従来の方法では、境界部
において黒レベルが不連続となり、画像上の欠点とな
る。

【００１０】

【表１】

【００１１】

【課題を解決するための手段】まず、上記課題のような
現象が発生するメカニズムについて考察した結果を、光
線追跡した図面により説明する。図１３のＡ部の断面を
示したのが図７〜図９である。アクリル製で焦点距離８
５０ｍｍ、厚み３ｍｍのフレネルレンズシートにおいて
は、この部分のフレネル角は約５０°、ライス角は約１
０°である。図７〜図９は、境界界面での反射は全くな
いものとし、フレネルレンズの境界部に観察者側の斜め
３５°から平行光線が入射時の光線追跡をしたものを示
している。図中で示されている数値は、入射した光の光
強度を１とした時の相対的な光強度を示したものであ
る。図７は、境界部よりやや離れた位置で右側のフレネ
ルレンズに入射した場合を示しているが、左側のフレネ
ルレンズより出射する光はない。

【００１２】光線Ａは、フレネル裏面では全反射するた
め、再度フレネル面に到達する時点では光強度は大きい
が、再度フレネル面から出射する後、隣りのフレネルの
山に再入射をくり返す光の割合が多いため、やや減衰す
る。

【００１３】図８は、境界部付近での右側のフレネルレ
ンズに入射した場合を示しているが、左側のフレネルレ
ンズより出射する光があり、しかも、光線Ｂは出射強度
が強いことがわかる。

【００１４】光線Ｂは、光線Ａと同様にフレネル裏面で
全反射して再度フレネル面に到達するが、再度フレネル
面から出射する際、隣りのフレネルの山に再入射するこ
とはないため光線Ａよりも光強度が大きい。なお、フレ
ネル裏面での全反射角度は３８°であるので、光線Ｂは
境界線より左側約７．７ｍｍ（２×３ｍｍ／ｔａｎ３８
°＝７．７ｍｍ）の巾で存在することとなる。

【００１５】更に、図９は、左側のフレネルレンズに入
射した場合を示している。入射した位置が、境界部付近
であれば一部の光が右側のフレネルレンズより出射する
が、その光強度は弱いことがわかる。

【００１６】この強度の大きい光Ｂの巾及び出射する角
度は、フレネルレンズの厚さ、入射する平行光線の角度
によって変化するが、このような強度の大きい光が境界
部に発生することは一般的である。また、平行光線を左
右から対称に入射すれば、境界部の左右で、同じ巾、同
一の強度の光が出射することは明らかである。フレネル
レンズより観察者側にレンチキュラーレンズや拡散板を
設ければ、観察者側より入射する光は、やや拡散されて
入射し、入射した後に、フレネルレンズ内を透過・反射
して、再度レンチキュラーレンズに入射した光は、拡散
されて観察者の目に届くことになるため、境界部近傍が
約７〜８ｍｍの巾で、ぼんやり白く見えることになる。
このような理由のため、表１に示した、の接合で
は、境界部から白っぽく見えることになる。

【００１７】次に、表１に示した，のように境界界
面を完全に遮光した場合には、図７〜図９における出射
光線Ｂが消失するため、境界線より左側約７．７ｍｍの
巾で出射する光が極めて弱くなるため境界部が黒っぽく
見えることになる。

【００１８】表１のの接合のように、単につき合わせ
た場合（即ち、境界界面に空気層がある）には、光線Ｂ
は接合境界面で、透過光と反射光とに分岐し、反射光
は、接合界面を対称面として透過光と対称な光路境界線
右側より出射する。但し、接合界面での反射率は小さい
ので、光線Ｂの光強度はやや小さくなる程度で、やは
り、境界線より左側が約７〜８ｍｍの巾で白く見えるこ
とになる。

【００１９】さらに、表１ののように接合境界面に、
光反射効果の大きい処理を施すと、図８の光線Ｂは消失
するが、光線Ｃの強度が増大するため、逆に右側のフレ
ネルレンズの境界部が白っぽく見えることになる。以上
の理由により、表１のいずれの接合においても、境界部
近傍の黒レベルは不連続となる。

【００２０】本発明は、以上の考察より発明したもの
で、フレネルレンズの接合界面の光の透過率と反射率の
和を２０〜７０％の範囲に制御することにより、観察者
側に設置された照明による外光がフレネルレンズに入射
後再度フレネルレンズから観察者側に出射する光の中
で、フレネルレンズの接合近傍部から出射する光の強度
を、接合非近傍部から出射する光の強度と同等とし、接
合境界部付近の黒レベルの不連続性を低減したものであ
る。

【００２１】光線Ｂの強度を低下させるためには、接合
界面の光吸収率を増加させ光透過率を低下させればよ
く、光線Ｃの強度を低下させるためには、接合界面の光
吸収率を増加させ光反射率を低下させればよい。より一
般的には光線Ｂと光線Ｃとが共に存在し、その場合に
は、接合界面の光吸収率を増加させて光透過率と光反射
率との和を低下させればよい。なぜならば、通常の照明
光はスクリーンに対して左右対称に入射するため、接合
界面の光反射率と光透過率とは等価になるためである。
また、本発明における、光反射率、光透過率はそれぞれ
拡散光までも含めた全光線反射率、全光線透過率であ
る。

【００２２】本発明の一体化されたフレネルレンズシー
トは、次の２種類に大別される。第１は、接合界面での
光透過率は極めて小さく、光の吸収率を変えることによ
り光の反射率を制御するタイプ、第２は、接合境界面で
の光の反射率は極めて小さく、光の救出率を変えること
により光の透過率を制御するタイプである。

【００２３】図１は、本発明の第１のタイプの一体化さ
れたフレネルレンズシートの境界断面を示したものであ
る。各フレネルレンズ１ａ，１ｂ接合端面には、ある割
合で光を吸収する光反射率調整層３ａ，３ｂと光反射層
４ａ，４ｂとが設けられている。各フレネルレンズの間
は空気を介したつき合わせ方式としても良いし、接着層
を更に設けて接着方式としてもよい。

【００２４】図１の構成の一体化されたフレネルレンズ
シートの製造方法としては片面に粘着材がコートされて
いる光透過性の極めて小さい灰色のテープを各フレネル
レンズの端面に貼り、従来の方法によりそれぞれのフレ
ネルレンズをつき合わせるか、接着する方法である。

【００２５】図２は、本発明の第１のタイプの別構成の
一体化されたフレネルレンズシートの境界断面を示した
ものである。各フレネルレンズの接合端面には、光透過
率が極めて小さく、ある割合で光を反射する光反射率調
整層５ａ，５ｂが設けられている。各フレネルレンズの
間は空気を介したつき合わせて方式としても良いし、接
着層を更に設けて接着方式としても良い。図２の構成の
一体化されたフレネルレンズシートの製造方法として
は、灰色の光反射性のインク（塗料）で、各フレネルレ
ンズの端面を塗装し、従来の方法によりそれぞれのフレ
ネルレンズをつき合わせるか、接着する方法である。

【００２６】図３は、本発明の第２のタイプの一体化さ
れたフレネルレンズの境界断面を示したものである。各
フレネルレンズ１ａ，１ｂの接合端面には、ある割合で
光を吸収する光透過調整層６ａ，６ｂが設けられ、実質
的に透明な接着層２により接着されている。図３の構成
の一体化されたフレネルレンズシートの製造方法として
は、灰色の光透過性の塗料で各フレネルレンズ端面を塗
装し、従来の方法により透明な接着剤を用いて接着する
方法である。

【００２７】図４は、本発明の第２のタイプの別構成の
一体化されたフレネルレンズシートの境界断面を示した
もので、ある割合で光を吸収し、しかもそれぞれフレネ
ルレンズ１ａ，１ｂを接着する光透過率調整接着層７が
設けられている。

【００２８】図４に構成の一体化されたフレネルレンズ
シートの製造方法としては、ある割合で光を吸収される
ための顔料あるいは色素を添加した接着剤を用いて接着
する方法である。

【００２９】以上４種類の構成の本発明の一体化された
フレネルレンズシートを製造する際、透過率あるいは反
射率を調整する場合、透過率あるいは反射率が大きい領
域と、透過率あるいは反射率が小さい領域とを、細かい
周期で交互に設けることに調整しても良い。具体的方法
としては、図５に示すように光吸収性のドットパターン
（ａ）、格子パターン（ｂ）を用いて、その面積比を変
えることにより、透過率あるいは反射率の調整を行な
う。従来の一体化されたフレネルレンズシートでは接合
位置により、接合境界部付近の黒レベルの不連続性のレ
ベルは異なるので、１枚の一体化フレネルレンズシート
において接合位置に応じて光吸収性のドットあるいは格
子の面積比を変えることにより、透過率あるいは反射率
を変えることにより、更に接合境界部付近の黒レベルの
不連続性をさらに低減させることができる。

【００３０】本発明の一体化されたフレネルレンズシー
トにおける接合界面の透過率と反射率の和は２０〜７０
％が必要であり、望ましくは、３０〜６０％である。そ
の和が７０％より大きいと接合近傍部が白く見え、その
和が２０％より小さいと接合近傍部がやや黒く見える傾
向がある。

【００３１】

【実施例】

（実施例１）厚さ３ｍｍ、外形サイズ１０００×７５０
のＰＭＭＡ製の４枚のフレネルレンズシートの端面にそ
れぞれ全光線反射率４５％の灰色のテープを貼り、つき
合わせにより各フレネルレンズシートを接合し、その前
面にレンチキュラーレンズシートを合わせた。蛍光灯を
天井に設置し、スクリーン面で５００ルクスの照度が得
られるよう照明の明るさを調整した。各フレネルレンズ
シートを接合している境界付近は約１０ｍｍの巾で、わ
ずかに黒く見える程度であった。

【００３２】（比較例１）実施例１と同一条件で、全光
線反射率７５％のテープを貼って実験を行なったとこ
ろ、各フレネルレンズシートを接合している境界付近は
約１０ｍｍの巾で、白く見えた。

【００３３】（比較例２）実施例１と同一条件で、全光
線反射率１５％のテープを貼って実験を行なったとこ
ろ、各フレネルレンズシートを接合している境界付近は
約１０ｍｍの巾で黒く見えた。

【００３４】（実施例２）厚さ３ｍｍ、外形サイズ１０
００×７５０のＰＭＭＡ製の４枚のフレネルレンズシー
トの端面に灰色の塗料を用いて、塗装を施し、つき合わ
せにより各フレネルレンズシートを接合し、その前面に
レンチキュラーレンズシートを合わせた。塗料後の全光
線反射率は５２％であった。実施例１と同様の外光照明
を当てたところ、各フレネルレンズシートを接合してい
る境界付近は約１０ｍｍの巾で、わずかに白く見える程
度であった。

【００３５】（実施例３）厚さ３ｍｍ、外形サイズ１０
００×７５０のＰＭＭＡ製の４枚のフレネルレンズシー
トを灰色に着色した接着剤を用いて接着した。

【００３６】接着固定後の界面の光透過率は４７％であ
った。実施例１と同様の外光照明を当てたところ、各フ
レネルレンズシートを接合している境界付近には約１０
ｍｍの巾で、わずかに白く見える程度であった。

【００３７】

【発明の効果】本発明の一体化されたフレネルレンズシ
ートによれば、観視者側に設置された照明装置により、
照明された場合においても、各フレネルレンズの接合境
界付近で黒レベルが不連続に変化することがなくなるた
め、より画像上の継ぎ目の目立たないマルチ映像システ
ムを達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるフレネルレンズシートの接合部の
断面構造を示す図である。

【図２】本発明によるフレネルレンズシートの接合部の
断面構造を示す図である。

【図３】本発明によるフレネルレンズシートの接合部の
断面構造を示す図である。

【図４】本発明によるフレネルレンズシートの接合部の
断面構造を示す図である。

【図５】本発明によるフレネルレンズシートの接合端面
に設ける光透過率あるいは光反射率を調整するためのパ
ターンを示した図である。

【図６】本発明によるフレネルレンズシートの接合端面
に設ける光透過率あるいは光反射率を調整するためのパ
ターンを示した図である。

【図７】従来のフレネルレンズシート接合近傍部の光線
追跡図である。

【図８】従来のフレネルレンズシート接合近傍部の光線
追跡図である。

【図９】従来のフレネルレンズシート接合近傍部の光線
追跡図である。

【図１０】従来のフレネルレンズシートの接合近傍部に
発生する黒レベルの不連続性を示す図である。

【図１１】従来のフレネルレンズシートを示す図であ
る。

【図１２】従来のフレネルレンズシートを示す図であ
る。

【図１３】従来のフレネルレンズシートを示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/56 - 21/64

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のフレネルレンズを接合したものを
   用いてなるマルチ映像装置用スクリーンにおいて、観察
   者側のフレネルレンズに入射後再度フレネルレンズから
   観察者側に出射する光の中で、フレネルレンズの接合近
   傍部から出射する光の強度を、接合非近傍部から出射す
   る光の強度とほぼ同等とするように、フレネルレンズ接
   合界面の光透過率と光反射率の和を２０〜７０％の範囲
   内に制御することを特徴とするマルチ映像装置用スクリ
   ーン。