JP3618340B2 - 透過型スクリーン - Google Patents

Description

本発明は、透過型スクリーンに関し、特に、液晶プロジェクタやライトバルブ等のレンズ径の小さい投影管を有するリアプロジェクションテレビ等に好適な透過型スクリーンに関するものである。

この種の透過型スクリーンは、投影されたテレビジョン画像、フィルム広告、その他の表示目的のために広く用いられており、最近では液晶プロジェクタやライトバルブなどの取扱の容易な、レンズ径の小さい投影管と共に用いられるようになってきた。従来はこのようなスクリーンも通常のＣＲＴ型プロジェクタと同様のスクリーンを用いていた。
しかし、このような通常のスクリーンをレンズ径の小さいプロジェクタに用いると、拡散剤等の微小拡散要素によりシンチレーションまたはスペックルと呼ばれる出射光のちらっきが発生するという問題点があった。
この問題点を解決する方法としては、従来の透過型スクリーンでは、例えばレーザー光源でレンズ上を走査する方法（特許文献１）、スクリーンを振動させる方法、拡散剤を多量に用いる方法などが知られている。

前述した液晶プロジェクタやライトバルブ等のレンズ径の小さいプロジェクタでは、瞳角（スクリーンのある一点から光源を臨む角度を瞳角という。）が小さく、近似的に点光源に見なされる。このような点光源では光源からの光は、レーザー光と同様に干渉を生じうる性質がある。そのために、各微小拡散要素からの光は干渉し合って色分解された明暗となり、これがシンチレーションの原因となる。
ところが、上記の従来の解決方法は、これまでのプロジェクタに用いることができない、付加装置が必要になる、解像度を著しく落としてしまう、のいずれか、あるいはそれらの欠点が重なったものであった。
特開平５−１７３０９４号公報

本発明の目的は、前述の課題を解決し、スクリーンのレンズ要素を構成するレンズと拡散層の距離を、このレンズの焦点距離のほぼ３倍以上離れるように配置することにより、レンズ径の小さいプロジェクタを用いた場合でも、特別な付加装置を必要としないで、また解像度をさほど落とすことなく、シンチレーションが気にならない程度まで改善されるような透過型スクリーンを提供することである。

前記課題を解決するために、請求項１の発明は、液晶プロジェクタやライトバルブに代表されるレンズ径の小さいプロジェクタを光源として使用し、入射側に設けられ入射光を集光する単独あるいは複数のレンズから構成されたレンズ要素を備えるとともに、前記レンズ要素を通過した光を拡散させる少なくとも一つの拡散層を含む光学要素を備えており、前記レンズ要素と前記光学要素を一体化して、あるいは別体に設けた透過型スクリーンにおいて、前記拡散層が前記レンズから該レンズの焦点距離の３倍を超えて離れるように、透明基板上に設けられた前記レンズ要素に対して、該透明基板の前記レンズ要素の反対側に一体化または別体として前記光学要素を配置し、前記光学要素を透明基板上に拡散層を積層して構成し、前記拡散層が前記レンズから該レンズの焦点距離の３倍を超えて離れるように、前記透明基板の厚さを設定したことを特徴とする透過型スクリーンである。

瞳角の小さい光源では、前述のように干渉によって強いシンチレーションが現れるが、瞳角を大きくしてゆくと、この干渉斑が重なり合う効果により、シンチレーションが消えてゆく。
本発明によれば、入射光を集光するレンズ要素のレンズと、該レンズを通過した光を拡散させる拡散層との間の距離を、前記レンズの焦点距離の３倍を超えているので、このようなスクリーンでは拡散層に入る光は、その手前のレンズによりレンズ２面分以上の光が重なった状態になり、その結果瞳角の大きな光源とみなすことができる。したがって拡散層を出る光はシンチレーションが著しく改善された出射光となる。

本発明によれば、入射側に配置したレンズ要素のレンズと、出射側に配置した光学要素の拡散層の間の距離を、そのレンズの焦点距離の３倍を超えて離すことによって、レンズ２面分以上の光が拡散層に入ることになるので、液晶プロジェクタやライトバルブなどのレンズ径が小さく、近似的に点光源と見なされるプロジェクタであっても、簡単な構造のスクリーンで瞳角が大きい場合同様の効果が得られる。
したがって、本発明を実施することによって、特別な付加装置を必要とせずシンチレーションを大幅に改善することができる、という効果がある。

以下、図面等を参照して、実施例につき、本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明による一実施例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。図２は、本発明による他の一実施例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。図３は、図１の実施例の一部の斜視図である。図４は、図２の実施例の一部の斜視図である。図１〜図４において、１はレンズ要素、２は光学要素、３はレンズ要素１と光学要素２の間の間隙である。

図１〜図４において、レンズ要素１は、透明基板１０の光の入射側になる面に垂直あるいは水平方向（この場合は水平方向）拡散用レンチキュラーレンズ１１を構成している。また透明基板１０の光出射側となる面に、レンチキュラーレンズ１１の非集光位置に対応して出射光を妨げない凸部１２が設けられている。光学要素２は、図１（図３）では、拡散層のみで形成した拡散板２２によって構成されている。図２（図４）では、透明基板２０の出射側になる面に拡散剤を含有する層あるいは表面が光拡散性を有するようにマット化されたフィルム等の拡散層２１が積層化（以下、ラミネートという）されて形成されている。

光学要素２は、レンズ要素１の出射側（凸部１２側）に、図１（図３）の場合は適当な間隙２を隔てて、図２（図４）の場合は光学要素２の透明基板２０の入射側がレンズ要素１の凸部１２に密着するよう配置されている。そして図１〜図４の実施例のいずれも本発明の特徴として、レンズ（レンチキュラーレンズ１１）と拡散層２１（拡散板２２）の距離は、レンズの焦点距離ｔのほぼ３倍（＝３ｔ）あるいはそれ以上になるよう設定されている。
なお、図２（図４）の実施例で、レンズ要素１の凸部１２の上に光学要素２の透明基板２０をラミネートし、透明基板２０の上にさらに拡散層２１を積層化して全体を構成してもよい。

レンチキュラーレンズ１１は、入射した光が各レンズ毎に一つの線状に、あるいは一点に集光するように設定してあり、その集光位置は、本実施例の場合はレンチキュラーレンズの最前面より４００μｍ離れたところにある。このレンチキュラーレンズの出射面側に厚さ５００μｍの拡散層２１（２２）を１．２ｍｍ以上離して配置し、拡散層２１（２２）上でレンチキュラーレンズ２ピッチ分以上の光が重なるようにしてある。図１（図３）に示す実施例における拡散板２２に含有される拡散剤は、通常レンチキュラーレンズ内部で用いるよりも若干高密度としてある。

図５は、本発明の原理を説明するための説明図で図１に対応するものである。図５において、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅはそれぞれレンチキュラーレンズ１１を構成する、互いに隣接関係にある一連のレンズ単位である。図では煩雑を避けるため、隣接する任意のレンズ単位１１ｃと１１ｄのみについて、光の通過状況を実線と点線の細線で示した。そのうち実線（細線）は、任意のレンズ１１ｃの光通過状況を示し、点線（細線）は、隣接するレンズ１１ｄの光通過状況を示している。そして、１３ｃはレンズ１１ｃの焦点、１３ｄはレンズ１１ｄの焦点である。

図５において、レンズ１１ａ〜１１ｅ・・・の焦点距離は等しく、これをｔμｍとすれば、各レンズ１１ａ〜１１ｅから拡散層（拡散板）２２までの距離がほぼ３ｔμｍとなるよう拡散板２２を配置してある。そこで、図を見ても判るように、拡散板２２の入射面の一部の点２２ｃと点２２ｄの間（Ｓｃｄの間）では、レンズ１１ｃと１１ｄの二つのレンズを通過した光が同時に入ってくる。したがって拡散板２２の出射光はレンズ２面分、あるいはそれ以上の光が重なった出射光となる。

液晶プロジェクタやライトバルブなどのレンズ径の小さいプロジェクタでは瞳角が小さいが、瞳角の小さい光源では干渉によって強いシンチレーションが現れる。この瞳角を大きくすれば、この干渉斑が重なり合う効果で、シンチレーションが消えてゆく。本実施例のようなスクリーンでは拡散層に入る光は、レンズ２面分以上の光が重なった状態になるので、その結果瞳角の大きな光源とみなすことができる。したがって、拡散層を出る光はシンチレーションが著しく改善された出射光となる。この状況は例えば、基本原理は異なるが、ちらつき防止措置が施されていない蛍光灯の１灯のみによる照射面のちらつきに対して、２灯以上による照射面ではちらつきが大幅に改善されるのと似ている。そして、この様な改善効果は、拡散板２２の全ての部分において発生する。

図６は、本発明の他の一実施例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。図６は、レンズ要素として、垂直または水平方向拡散用レンチキュラーレンズ（この場合は水平方向拡散）３１が一枚の透明な基板３０の出射側に設けられ、かつ、そのレンズ要素の焦点距離のほぼ３倍以上離れた位置に、光学要素として、拡散板（拡散フィルムまたはシート）３２が設けられているものである。なお、３３はレンズ要素と光学要素の間の空隙である。

図７は、図６の実施例の一変形例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。図７の実施例は、図６と同様のレンズ要素に対し、光学要素として、拡散フィルムまたはシート３４を透明基板３３上にラミネートして構成し、その光学要素の透明基板３３をレンチキュラーレンズ３１に密着させたものである。そして、レンチキュラーレンズ３１と拡散フィルムまたはシート３４との距離がレンズの焦点距離のほぼ３倍になるよう透明基板３３の厚さが決められている。

図８は、本発明のさらに他の一実施例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。図８の実施例は、レンズ要素として、垂直または水平方向拡散用レンチキュラーレンズ（この場合は水平方向拡散）４１が一枚の透明な基板４０の入射側に設けられ、かつ、レンチキュラーレンズ４１の集光位置に対応する出射側に、側面がその出射光を妨げない凸部４２が設けられている。そして、そのレンズ要素の焦点距離のほぼ３倍以上離れた位置に光学要素として拡散フィルムあるいはシート４３が配置されている。なお４４はレンズ要素と光学要素の間の空隙である。

図９は、図８の実施例の一変形例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。図９の実施例は、レンズ要素は図８と同様とし、光学要素は、レンズ要素の凸部４２上に透明基板４５をラミネートし、その透明基板４５上にさらに拡散フィルムまたはシート４６をラミネートしたものである。そして、レンチキュラーレンズ４１と拡散フィルムまたはシート４６との距離がレンズの焦点距離のほぼ３倍になるよう透明基板４５の厚さが決められている。なおこの他にも種々な変形例や応用例が考えられ、レンズ要素の前記凸部（１２、４２など）の一部または全部に外光吸収処理が施されているもの、レンズ要素がフィルム状になっていて、光学要素として拡散層が局在するシートと前記フィルム状のレンズ要素とラミネートされているものなどがある。

図１０〜図２３は、そのような変形例あるいは応用例の一部を示す斜視図であり、いずれも連続した構造の一部を示している。図１０は、レンズ要素の透明基板５０の入射側に垂直方向拡散用レンチキュラーレンズ５１を、出射側に水平方向拡散用レンチキュラーレンズ５２を設け、空隙５４を隔てて拡散板５３を配置したものである。
図１１は、図１０と同様のレンズ要素に、透明基板５５に拡散層５６をラミネートした光学要素を密着させて構成したものである。

図１２は、垂直方向拡散用レンチキュラーレンズ６１が透明基板６０の入射側に設けられ、出射側に水平方向拡散用レンチキュラーレンズ６２が設けられ、かつ、垂直方向拡散用レンチキュラーレンズ６１の非集光位置に対応する出射側に、出射光を妨げない凸部６３を設け、光学要素として拡散板６４を空隙６５を隔てて配置したものである。なお、凸部６３の出射側の面には外光吸収層が設けられている。
図１３は、図１２同様のレンズ要素と、透明基板６６に拡散層６７をラミネートした光学要素を密着させるか、あるいは凸部６３に透明基板６６をラミネートし、その上にさらに拡散層６７をラミネートしたものである。

図１４は、レンズ要素の透明基板７０の入射側に蠅の目状のレンズ群７１を形成し、空隙７３を隔てて拡散板７２を配置したものである。
図１５は、図１４と同様のレンズ要素に、透明基板７４に拡散層７５をラミネートした光学要素を密着させたものである。なお、レンズ要素の透明基板７０と光学要素の透明基板７４を一体化し、その出射側に拡散層７５をラミネートしてもよい。

図１６は、レンズ要素の透明基板８０の入射側と出射側に、蠅の目状のレンズ群８１，８２を形成し、レンズの非集光位置に対応する出射側に、出射光を妨げない凸部８３を設け、その凸部８３の出射側の面には外光吸収層を設け、空隙８５を隔てて拡散板８４を配置したものである。
図１７は、図１６と同様のレンズ要素に、透明基板８６に拡散層８７をラミネートした光学要素を密着させるか、あるいは凸部８３に透明基板８６をラミネートし、その透明基板８６に、さらに拡散層８７をラミネートしたものである。

図１８は、レンズ要素の透明基板９０の入射側に蠅の目状のレンズ群９１を形成し、レンズの集光位置に対応する出射側に、側面が出射光を妨げない凸部９２を設け、空隙９４を隔てて拡散板を配置したものである。なお前記凸部９２の出射光を妨げない側面部は外光吸収処理が施されている。
図１９は、図１８と同様のレンズ要素に、透明基板９５に拡散層９６をラミネートした光学要素を密着させるか、あるいは凸部９２に透明基板９５をラミネートし、透明基板９５にさらに拡散層９６をラミネートしたものである。

図２０は、レンズ要素は、出射側に垂直方向拡散用レンチキュラーレンズ１０１を設けた透明基板１００と、入射側に水平方向拡散用レンチキュラーレンズ１０３を設けた透明基板１０２を組み合わせて構成し、空隙１０５を隔てて拡散板１０４を配置したものである。
図２１は、図２０と同様のレンズ要素に、透明基板１０６に拡散層１０７をラミネートした光学要素を密着させたものである。なお、透明基板１０２と透明基板１０６を一体化し、その出射側に拡散層１０７をラミネートしてもよい。

図２２は、レンズ要素は、入射側に垂直方向拡散用レンチキュラーレンズ１１１を設けた透明基板１１０と、入射側に水平方向拡散用レンチキュラーレンズ１１３を設けた透明基板１１２を組み合わせて構成し、出射側に配置した水平方向拡散用レンチキュラーレンズ１１３を設けた透明基板１１２の出射側の非集光位置に出射光を妨げない凸部１１４を設け、その凸部１１４の出射側の面には外光吸収層を設け、空隙１１８を隔てて光学要素を配置したものである。光学要素は、透明基板１１５の入射側に拡散層１１６を設け、出射側にハードコート、帯電防止、反射防止などの処理を施した部分１１７を設けている。

図２３は、図２２と同様のレンズ要素と光学要素を密着配置するか、あるいはレンズ要素の凸部１１４に光学要素の透明基板１１９、その上に拡散層１１６、さらに透明基板１１５をラミネートし、透明基板１１５の出射側にハードコート、帯電防止、反射防止などの処理を施した部分１１７を設けたものである。なお、図１０〜図２３の実施例はいずれもレンズと拡散層（拡散板）の距離を、レンズの焦点距離のほぼ３倍か、あるいはそれ以上にしてあり、その距離は大きく離れる程シンチレーションの改善効果は大きいが、スクリーン全体の厚さが増して場所を多く必要とするようになる。
また、図１〜図２３の実施例以外にも多くの変形例および応用例が考えられるが、本発明の趣旨に沿うものであればそのいずれでもよい。

本発明の一実施例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。 他の一実施例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。 図１の実施例の一部の斜視図である。 図２の実施例の一部の斜視図である。 本発明の原理を説明するための図１に対応する説明図である。 他の一実施例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。 図６の実施例の一変形例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。 他の一実施例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。 図８の実施例の一変形例の連続した構造の一部を上端部から見て示した説明図（平面図）である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。 他の一実施例の一部を示す斜視図である。

符号の説明

１ レンズ要素
２ 光学要素
３ 間隙
１０，２０，３０，３３，４０，４５，５０，５５，６０，６６，７０，７４，８０，８６，９０，９５，１００，１０２，１０６，１１０，１１２，１１５，１１９ 透明基板
１１，３１，４１，５１，５２，６１，６２，１０１，１０３，１１１，１１３ レンチキュラーレンズ
１１ａ〜１１ｅ レンズ
１２，４２，６３，８３，９２，１１４ 凸部
１３ｃ，１３ｄ レンズの焦点
２１，３４，５６，６７，７５，８７，９６，１０７，１１６ 拡散層
２２，３２，４３，５３，６４，７２，８４，９３，１０４ 拡散板（拡散層）
ｔ レンズの焦点距離

Claims (1)

1. 液晶プロジェクタやライトバルブに代表されるレンズ径の小さいプロジェクタを光源として使用し、
   入射側に設けられ入射光を集光する単独あるいは複数のレンズから構成されたレンズ要素を備えるとともに、前記レンズ要素を通過した光を拡散させる少なくとも一つの拡散層を含む光学要素を備えており、前記レンズ要素と前記光学要素を一体化して、あるいは別体に設けた透過型スクリーンにおいて、
   前記拡散層が前記レンズから該レンズの焦点距離の３倍を超えて離れるように、透明基板上に設けられた前記レンズ要素に対して、該透明基板の前記レンズ要素の反対側に一体化または別体として前記光学要素を配置し、
   前記光学要素を透明基板上に拡散層を積層して構成し、前記拡散層が前記レンズから該レンズの焦点距離の３倍を超えて離れるように、前記透明基板の厚さを設定した
   ことを特徴とする透過型スクリーン。

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