JP3772840B2 - 透過型スクリーン及び背面投写型画像ディスプレイ装置並びにマルチスクリーンディスプレイ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型スクリーン、透過型スクリーンを備えた背面投写型画像ディスプレイユニット、及び複数の背面投写型画像ディスプレイユニットから構成されるマルチスクリーンディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の映像発生源としての投写型ブラウン管や液晶表示装置などに表示された映像を、投写レンズにより拡大し透過型スクリーンに背面より投写する背面投写型画像ディスプレイ装置は、単体で映像表示装置として利用できるのみならず、例えば１台の背面投写型画像ディスプレイ装置を１ユニットとして、複数のユニットを縦横方向に隣接して設置し、各ユニットの画面に表示される映像を組み合わせて各種映像の合成・加工を行うマルチビジョン映像システムとしても利用されている。こうしたマルチビジョン映像システムに使用するマルチスクリーンディスプレイ装置は、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットのスクリーン上に、拡大した映像パターンを効果的に演出して表示でき、視聴者に強烈な印象を与えることができるため、ショールーム、イベント会場、ホテル、空港、駅などに幅広く設置され活用されている。
【０００３】
図２６は一般的な一体型マルチスクリーンディスプレイ装置の一例を示す斜視図である。４個の背面投写型画像ディスプレイユニットを２列２段に配列し、これら４個の背面投写型画像ディスプレイユニットの画面があたかも１つの大画面を形成するように構成したものである。
【０００４】
また、図２７は、図２６に示すマルチスクリーンディスプレイ装置の縦断面の要部を示す断面図であり、図２８は、マルチスクリーンディスプレイ装置において使用される透過型スクリーンの一例の要部を示す斜視図である。
【０００５】
図２６、図２７、及び図２８において、１はマルチスクリーンディスプレイ装置の本体、１−１、１−２、１−３、１−４は背面投写型画像ディスプレイユニットのユニット筐体、２はスクリーン枠、５、５ａ、５ｂは光束を反射して折り曲げるためのミラー、６、６ａ、６ｂは投写レンズ、７は透過型スクリーン、８は投写型ブラウン管である。
【０００６】
図２６のマルチスクリーンディスプレイ装置において、各背面投写型画像ディスプレイユニットは、小型の映像発生源としての投写型ブラウン管の管面上に表示された画像を、投写レンズ６ａ、６ｂにより拡大し、光路折り曲げ用のミラー５ａ、５ｂを介して透過型スクリーン７に背面より投写する構成となっている。１ユニットの画面サイズは、対角で通常４０インチ〜５０インチ程度である。
【０００７】
各背面投写型画像ディスプレイユニットの透過型スクリーン７は、フレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートを組み合わせた構成となっているが、図２６のマルチスクリーンディスプレイ装置においては、図２８に示すように、各ユニットのフレネルレンズシート４ａ、４ｂ、４ｃ、及び４ｄを相互に隣接する端部で接着し、その観視側に４ユニット分相当の画面サイズのレンチキュラーレンズシート３を配置した一体型の構成となっている。この透過型スクリーン７は、スクリーン枠２によって保持され、ユニット筐体１−１、１−２、１−３、及び１−４が連結されてなるマルチスクリーンディスプレイ装置の本体１の前面に固定されている。
【０００８】
マルチスクリーンディスプレイ装置としては、上述のような光路折り曲げ用のミラー５を有する背面投写型画像ディスプレイユニットを使用するもののほか、ミラー５を投写レンズと透過型スクリーンとの間に配置しないで、直接背面側より映像光を透過型スクリーンに投写する構成のユニットを使用したものもある。
【０００９】
ここで、前記の個々の背面投写型画像ディスプレイユニットの投写光学系の構成について説明する。
【００１０】
図２９は、画像ディスプレイユニットの投写光学系を水平面上に展開したときの概略を示す平面図である。
【００１１】
図２９において、８Ｒ、８Ｇ、８Ｂはそれぞれ赤、緑、青の投写型ブラウン管、６Ｒ、６Ｇ、６Ｂはそれぞれ投写型ブラウン管８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ用の投写レンズ、１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂはそれぞれ赤、緑、青の投写光束である。図２６、図２７に示したマルチスクリーンディスプレイ装置の背面投写型画像ディスプレイユニットでは、投写光束１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを折り返すためのミラーを使用しているが、図２９ではこのミラーを省略し、直接投写する構成としている。また、９Ｒ、９Ｇ、９Ｂはそれぞれ投写レンズ６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの光軸であり、透過型スクリーン７の中心付近の一点Ｓｏにおいて、レンズ集中角θ′で交わっている。
【００１２】
図３０は、上記の投写光学系に使用される従来技術の透過型スクリーン７の一例の、１ユニット部分の基本構成の要部を示す斜視図、また、図３１は図３０に示したレンチキュラーレンズシート３の、後述の第一、第二のレンチキュラーレンズが対向する部分の縦断面を示す断面図である。
【００１３】
図３０、図３１において、３はレンチキュラーレンズシート、４はフレネルレンズシートである。１４、１７はそれぞれレンチキュラーレンズシート３、フレネルレンズシート４の基材であり、いずれも透明熱可塑性樹脂からなる。
【００１４】
フレネルレンズシート４は、平面状の映像光入射面１８と、フレネル凸レンズ形状の映像光出射面１９とを有している。また、レンチキュラーレンズシート３は、第一のレンチキュラーレンズを連続して並べた形状の映像光入射面１５と、第二のレンチキュラーレンズを並べた形状の映像光出射面１６を有している。第一、第二のレンチキュラーレンズは、いずれもスクリーン画面垂直方向を長手方向とし、相互にほぼ対向して画面水平方向に配列される。光出射面１６の第二のレンチキュラーレンズ相互間の境界部分には、凸形突起部１２が設けられ、その上に有限幅の光吸収層（ブラックストライプ）１３が設けられている。また、レンチキュラーレンズシート３の基材１４中には、光を散乱させる光拡散材１１の微粒子が分散されている。
【００１５】
図３０、図３１に示す透過型スクリーン７においては、投写レンズからの映像光の光束Ｆは、フレネルレンズシート４によりほぼ平行な光束に変換され、レンチキュラーレンズシート３で画面水平方向、及び垂直方向に拡散される。このうち、画面水平方向の拡散は主に第一、第二のレンチキュラーレンズのレンズ作用によって行われ、画面垂直方向の拡散は光拡散材１１によって行われる。
【００１６】
上記のレンチキュラーレンズシート３とフレネルレンズシート４の基本的作用については、例えば、特開昭５８−５９４３６号公報、特開昭５８−１３４６２７号公報に開示されている。また、基材中に光拡散材の微粒子が分散されたレンチキュラーレンズシートについては、例えば特開昭５８−１９２０２２号公報に開示されている。
【００１７】
レンチキュラーレンズシートの基材１４が光拡散材１１を含有せず、レンチキュラーシートの光出射面１６に設けられた厚さの薄い光拡散層中に光拡散材が分散された構成の透過型スクリーンも実用化されている。この種の透過型スクリーンについては、例えば、特開平３−３９９４４号に開示されている。
【００１８】
また、画面垂直方向の光拡散を、スクリーン画面水平方向を長手方向とする横長レンチキュラーレンズの列をフレネルレンズシート４の光入射面に設け、上記の光拡散材と併用して行う技術も広く行われている。この横長レンチキュラーレンズについては、例えば、特開昭５８−９３０４３号公報に開示されている。
【００１９】
フレネルレンズシート４の光束変換作用については、上記の説明において「ほぼ平行な光束に変換」と述べた。しかしながら、より正確には、単体の背面投写型画像ディスプレイ装置である家庭用のプロジェクションテレビの場合、例えば実開昭６１−７５６７７号公報（または実公平５−５７４８号公報）に開示されているように、透過型スクリーンの画面中心を通る法線とほぼ光軸が一致する投写光束（一般には緑色の投写光束）に着目し、この光束がフレネルレンズシート４を通過することにより有限の距離の点への集光光束に変換されるよう設計されるのが一般的である。これに対し、複数の背面投写型画像ディスプレイユニットから構成されるマルチスクリーンディスプレイ装置の場合は、例えば特開昭６０−２２７２４０号公報、特開平３−２２６０８２号公報に開示されているように、いずれのユニットにおいても、透過型スクリーンの画面中心を通る法線とほぼ光軸が一致する投写光束（一般には緑色の投写光束）を、フレネルレンズシート４によってスクリーン面に垂直な平行光束に変換するよう設計されるのが一般的であり、詳細については後述する。
【００２０】
ここで、透過型スクリーン７の指向特性について説明する。
【００２１】
投写レンズから透過型スクリーンに投写される映像光の光量は有限であり、このため、観視者の観視方向として最もありふれた方向である画面正面方向から画面を見たときに明るく見えるように、透過型スクリーンには、元来、正面方向に重点的に光を配分するような指向性を与えるのが一般的である。
【００２２】
図３２は、透過型スクリーンに映出された映像を観視するときの、水平方向観視角α及び垂直方向観視角βについて説明するための概略斜視図であり、同図に示すように、スクリーンの法線方向をＺ方向（観視側が正の方向）、画面水平方向をＸ方向（右が正の方向）、画面垂直方向をＹ方向（上が正の方向）とする。
【００２３】
図３２において、画面上の注視点（以下の説明において、特記しない場合は画面中心）を画面水平横方向の観視位置から観視するときの、観視方向とＺ方向のなす角度αを水平方向観視角αと呼び、Ｘ方向の正の方向を水平方向観視角αの正の方向とする。同様に、その注視点を画面垂直上下方向の観視位置から観視するときの、観視方向とＺ方向のなす角度βを垂直方向観視角βと呼び、Ｙ方向の正の方向を垂直方向観視角βの正の方向とする。注視点を正面方向（Ｚ方向）から観視するときは、水平方向観視角α、垂直方向観視角βとも０である。
【００２４】
水平方向観視角α、または垂直方向観視角βの変化に対するスクリーン上の画像の輝度の変化の特性を、それぞれ、水平指向特性、垂直指向特性と呼ぶ。
【００２５】
以下の説明においては、水平指向特性、垂直指向特性とも、画面に全白信号の映像を映出したときの注視点の輝度を、それぞれ最も明るい方向（最も輝度の高い方向）の輝度を基準（１００％）とした相対輝度で論ずる。
【００２６】
さて、水平指向特性については、前述のように投写レンズ６Ｒ、６Ｇ、６Ｂが画面水平方向にずれた位置に配置されることから、透過型スクリーン７の画面上の各点において、赤、緑、青の投写レンズからの主光線が異なる角度で入射するために、赤、緑、青の指向特性が一致せず、観視方向によって映像に赤み、あるいは青みを帯びるという現象が生じる。この現象はカラーシフトと呼ばれ、一般に、同一の透過型スクリーンであっても前述の各色の投写レンズの光軸のなすレンズ集中角θ′が大きくなるほど大きくなる。
【００２７】
このカラーシフトを低減する方法として、前述の特開昭５８−５９４３６号公報では、画面中央において赤、緑、青の主光線がいずれも画面正面方向に出射するように、レンチキュラーレンズシート３の光出射面１６の第二のレンチキュラーレンズの形状を楕円柱面とする技術が開示されている。また、前述の特開昭５８−１３４６２７号公報では、各色の水平指向特性が互いにより近づくように、レンチキュラーレンズシート３の光入射面１５の第一のレンチキュラーレンズの形状を、緑の光束に対して斜めに入射する赤と青の光束に光出射面付近でコマ収差を生じさせるような形状とし、光出射面１６の第二のレンチキュラーレンズの形状を、上述のコマ収差に応じて赤と青の光束の出射方向を補償するような形状とする技術が開示されている。
【００２８】
図３３及び図３４は、図３０のレンチキュラーレンズシート３のＡ部の横断面における、それぞれ、緑の光束の光線追跡図、赤（または青）の光束の光線追跡図である。
【００２９】
これらの図において、１５Ｌ、１６Ｌは、それぞれ、対をなすレンチキュラーレンズの光入射面と光出射面であり、図に示すように、第一のレンチキュラーレンズ面Ｓ₀、第二のレンチキュラーレンズ面Ｓ₁となっている。これらのレンズ面は、いずれも上記の特開昭５８−５９４３６号公報に開示された従来技術に基づく楕円柱面形状とされている。図中ｌ−ｌ’は、第一、第二のレンチキュラーレンズ面の光軸である。
【００３０】
レンチキュラーレンズ３をこのような構成とすることにより、前述のレンズ集中角θ′が大きくない場合には、赤、緑、青の水平指向特性を近づけてカラーシフトを低減することができる。
【００３１】
次に、マルチスクリーンディスプレイ装置の背面投写型画像ディスプレイユニットにおけるフレネルレンズシート４の光束変換作用について説明する。
【００３２】
図３２において、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは、それぞれ、赤、緑、青の投写型ブラウン管に結合された各色用の投写レンズの射出瞳を示す。
【００３３】
従来のマルチスクリーンディスプレイ装置では、画面の明るさの均一性を向上するために、前述のように、透過型スクリーンの画面中心を通る法線とほぼ光軸が一致する投写光束（一般には緑色の投写光束）を、フレネルレンズシート４によってスクリーン面に垂直な平行光束に変換するよう設計されている。
【００３４】
具体的には、フレネルレンズシート４の物側共役点の位置は、図３２に示されている緑の投写型ブラウン管用の投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心の位置に設定され、像側共役点の位置は映像観視側の無限遠の位置に設定される。
【００３５】
図３５は、従来の背面投写型画像ディスプレイユニットの透過型スクリーン７に使用される上記のフレネルレンズシート４の光束変換作用の概略を示す平面図であり、先に説明した図２９と同様に水平面上に投写光学系を展開して描いてあるが、説明の都合上、レンチキュラーレンズシート３は記載を省略してある。
【００３６】
また、図２９においては投写レンズの光軸のなすレンズ集中角θ′を表示していたが、図３５においては、赤と青の投写レンズの射出瞳２０Ｒ、２０Ｂのそれぞれ中心と透過型スクリーンの画面中心を結ぶ直線が、緑の投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心と透過型スクリーンの画面中心を結ぶ直線となす角度θ（以下、スクリーン集中角と記す）を表示している。そのほか、図３５において、図２９と同等の部分には、共通の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
図３５において、フレネルレンズシート４の物側共役点の位置は、緑の投写型ブラウン管用の投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心の位置に設定され、像側共役点の位置は映像観視側の無限遠の位置に設定されており、緑の投写光束のうち投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心を通る主光線は、フレネルレンズシート４を通過すると全てスクリーン面に垂直な平行光束に変換される。
【００３８】
このとき、背面投写型画像ディスプレイユニットを上下左右に連結すると、全部のユニットのフレネルレンズシート４から出射する緑色の主光線の光束は互いに平行となり、ユニットの連結部分においても連続的に分布することになるため、ある観視位置からマルチスクリーンディスプレイ装置の画面全体を観視したときの画面の明るさの均一性が良好となる。
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の透過型スクリーン、背面投写型画像ディスプレイユニット、及びマルチスクリーンディスプレイ装置においては、いくつかの解決すべき課題がある。以下これらの課題について、実際の設計例に即して説明する。
【００４０】
まず、従来の透過型スクリーンの設計例を次に示す。
【００４１】
表１は、従来の透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシート３の光入射面１５Ｌ(レンズ面Ｓ₀)と光出射面１６Ｌ（レンズ面Ｓ₁）のレンチキュラーレンズ形状の設計例を示す表である。
【００４２】
また、表２は、従来の透過型スクリーンのフレネルレンズシート４の光入射面１８(レンズ面Ｓ₀)と光出射面１９（レンズ面Ｓ₁）のレンズ形状の設計例を示す表である。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【表２】

【００４５】
ここで、表１と表２のレンズ形状のデータの読み方について説明する。
【００４６】
図３６はレンズ形状を定義するための座標軸を示す説明図である。同図に示すように、レンズの光軸方向をＺ軸にとり、レンズの半径方向をｒ軸にとる。Ｚ軸の正の方向は、図３２におけるＺ方向と同じく、透過型スクリーンから画像観視側に向かう方向とする。ｒ軸の正の方向は、図３２におけるＸ方向の正の方向とするが、レンチキュラーレンズの場合にあっては、Ｘ方向の負の方向をｒ軸の正の方向と考えても差し支えない。
【００４７】
このとき、レンズの断面輪郭形状を、Ｚ軸からの半径方向の距離ｒの関数Ｚ（ｒ）で表す。
【００４８】
表１、及び表２に示す曲率半径ＲＤ、円錐係数ＣＣ、非球面係数ＡＥ、ＡＦ、ＡＧ、ＡＨは、レンズ形状Ｚ（ｒ）を次式で表現したときの係数である。
【００４９】
【数１４】

【００５０】
数１４において、曲率半径ＲＤの符号が正の場合は、そのレンズ面の曲率中心が、レンズ面よりＺ軸の正の方向（光軸のｌからｌ’に向かう方向）に位置することを示す。
【００５１】
さて、表１においては、光入射面１５Ｌ（表中ではＳ₀と表示）の曲率半径ＲＤが０．３６２１３ｍｍであり、また、レンチキュラーレンズのピッチＰが０．８５０ｍｍ、光入射面１５Ｌから光出射面１６Ｌ（表中ではＳ₁と表示）までの光軸ｌ−ｌ’上の面間距離（面間隔）ｔが１．０９ｍｍ、その間の媒質の屈折率が波長５４５ｎｍの光に対して１．４９４であることが示されている。光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズの有効半径は、レンズピッチＰの１／２であり、０．４２５ｍｍとなる。
【００５２】
一方、表２においては、光入射面１８（Ｓ₀）は、曲率半径が無限大、すなわち平面であり、有効半径が５５８．０ｍｍ、光入射面１８（Ｓ₀）から光出射面１９（Ｓ₁）までの光軸ｌ−ｌ’上の距離（面間隔）が３．０ｍｍ、その間の媒質の屈折率が波長５４５ｎｍの光に対して１．５４０であることが示されている。有効半径は、画面対角寸法の１／２である。
【００５３】
光出射面１９（Ｓ₁）のレンズ形状は、実際にはフレネルレンズ形状であり、表２に示すレンズ形状を、光軸を中心とする所定のピッチの輪帯に区切り、断面が鋸歯状となるようフレネルレンズ化した形状となっている。この場合、レンズ形状設計にあたっては、フレネルレンズの輪帯ピッチを仮想的に無限小とし、画面上の各点において必要なレンズ面の傾きから数１４の各係数を求めるという手順で設計される。
【００５４】
以上が表１、及び表２のレンズ形状のデータの読み方である。
【００５５】
ここで、上記の従来技術の透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシート３の設計例における、光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を表す関数Ｚ（ｒ）をｒで２回微分して得られる２次微分係数ｄ²Ｚ（ｒ）／ｄｒ²（以下、Ｚ″（ｒ）と略記する）について示しておく。
【００５６】
図３７は、表１のレンチキュラーレンズシート３の光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を表す関数Ｚ（ｒ）の２次微分係数Ｚ″（ｒ）の値を示す特性図である。
【００５７】
同図において、横軸は、レンチキュラーレンズの半径方向の距離ｒ（図３６に示すｒ軸座標による）の、有効半径Ｐ／２に対する相対半径であり、縦軸は、２次微分係数Ｚ″（ｒ）の値である。
【００５８】
この２次微分係数Ｚ″（ｒ）については、後述する本発明の実施の形態の説明において、詳細に述べる。
【００５９】
さて次に、上記の透過型スクリーンの設計例に基づき、透過型スクリーンと背面投写型画像ディスプレイユニットの解決すべき課題について述べる。
【００６０】
透過型スクリーンと背面投写型画像ディスプレイユニットの課題としては、スクリーン集中角が大きい投写光学系においても充分に適視範囲を拡大し、より広い範囲から観視できるようにすることが挙げられる。
【００６１】
これを実現するためには、赤、緑、青の３原色の水平指向特性を拡大すると同時に、カラーシフトを低減する必要がある。以下、これについて説明する。
【００６２】
前述のように、透過型スクリーンには、元来、正面方向に重点的に光を配分するような水平指向特性、垂直指向特性が与えられている。このため、水平指向特性と垂直指向特性を拡大するためには、画面の明るさを犠牲にしなければならないというトレードオフの関係がある。
【００６３】
透過型スクリーン上に表示される映像を観視するのに適した地点は、画面の明るさが観視に堪える明るさであることと、赤、緑、青の３原色の色バランスの破綻がないという２条件を満足する一定の領域（以下、適視領域という）に限定される。
【００６４】
一方、近年、背面投写型画像ディスプレイユニット、マルチスクリーンディスプレイ装置は、狭い設置スペースでも設置できるように奥行きの短縮のニーズがあり、このため、スクリーン集中角θが大きくなる傾向がある。この場合、従来の透過型スクリーンをそのまま、スクリーン集中角の大きい光学系に使用すると、前述のカラーシフトが増加し、水平方向の適視領域が狭くなってしまう。
【００６５】
スクリーン集中角の大きい投写光学系を有する背面投写型画像ディスプレイユニットの場合の例として、スクリーン集中角θが１０度のときの、前述の透過型スクリーンによる水平指向特性を次に示す。
【００６６】
図３８、図３９は、スクリーン集中角θが１０度の投写光学系において、透過型スクリーン７として表１に示した従来技術によるレンチキュラーレンズシート３と、表２に示した従来技術によるフレネルレンズシート４を用いた場合について、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットの画面中心を注視点としたときの、緑の水平指向特性と、赤と青の水平指向特性の計算結果をそれぞれ示す。計算にあたっては、レンチキュラーレンズシート３は光拡散材を有していないものとして計算した。
【００６７】
また、図４０は、同じく、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットの画面水平方向右端の中央を注視点としたときの、赤と青の水平指向特性の計算結果を示しているが、詳細については後述する。
【００６８】
図３８に示すように、従来技術による透過型スクリーンでは、水平方向観視角αが±４８度を超える位置においてスクリーン上の画像を観視できない。この透過型スクリーンをマルチスクリーンディスプレイ装置に使用すると、観視位置によっては、画面の一部が見えなくなったりするという問題が発生する。
【００６９】
また、カラーシフトについては、図３９に示すように、±４５度の水平方向観視角αでは、相対輝度で５０％もの差が生じ、極めて大きいカラーシフトとなっている。
【００７０】
これらの点から、従来技術による透過型スクリーンでは、投写光学系のスクリーン集中角が大きくなると、水平方向には充分な適視領域が得られない。
【００７１】
一方、各色の垂直指向特性については、図２９に示したような、赤、緑、青の３色の投写型ブラウン管を水平方向に配置した投写光学系では、ほぼ同等となってカラーシフトの問題は発生しない。
【００７２】
図４１は、前述の特開昭５８−１９２０２２号公報と特開昭５８−９３０４３号公報とに開示された従来技術の併用により得られる一般的な透過型スクリーンにおける垂直指向特性を示す。この特性は、赤、緑、青のいずれの色の投写光についてもほぼ同等である。
【００７３】
図４１に示すように、垂直方向観視角βが±３０度を超える位置においてはスクリーン上の画像をほとんど観視できない。また、相対輝度が５０％となる観視角βは±８．５度程度であり、充分に広いとは言えない。
【００７４】
この垂直指向特性は、レンチキュラーレンズ３の基材１４中の光拡散材を増量するなどの方法により拡大することができるが、画面の明るさがトレードオフの関係にある。垂直指向特性については、本発明の議論の範囲外であり、詳細は省略する。
【００７５】
次に、マルチスクリーンディスプレイ装置の解決すべき課題について述べる。
【００７６】
マルチスクリーンディスプレイ装置の課題としては、画面の色均一性向上が挙げられる。
【００７７】
従来のマルチスクリーンディスプレイ装置においては、前述のように、透過型スクリーンの画面中心を通る法線とほぼ光軸が一致する投写光束（一般には緑色の投写光束）について、投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心の位置と、映像観視側の無限遠の位置とをそれぞれフレネルレンズシート４の物側共役点、像側共役点の位置とすることにより、投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心を通る主光線について、フレネルレンズシート４からの出射光束がスクリーン面に垂直な平行光束となるようにして画面の明るさの均一性を向上させている。なお、以下の説明においても、説明を簡明にするため、フレネルレンズシート４からの赤、緑、青の各色の出射光束については、それぞれ投写レンズの射出瞳２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの中心を通る主光線の光束について述べることとする。
【００７８】
さて、上記の場合、図３５において示したように、フレネルレンズシート４の中心において、前述のスクリーン集中角θに起因して、緑の投写光束についてはフレネルレンズシート４からの出射光束がスクリーン面に垂直な平行光束となっても、赤と青の投写光束については平行光束とはならず、収束光束となってしまう。
【００７９】
このため、フレネルレンズシート４の観視側に位置するレンチキュラーレンズシート３への、赤色光線と青色光線の入射角度の水平角度成分（図３２において、赤色入射光線、青色入射光線を、同図のＹ方向に垂直な水平面に投影した線が、Ｚ方向となす角度をいう）が画面各部で一様ではなく変化するので、赤色映像光と青色映像光の水平指向特性が透過型スクリーン上の場所ごとに変わってしまう。これにより、マルチスクリーンディスプレイ装置の奥行き短縮のためにスクリーン集中角θを大きくしたときに、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットの表示画面の色の均一性、さらには複数のユニットを連結してなるマルチスクリーンディスプレイ装置の表示画面の色の均一性は、著しく損なわれてしまう。
【００８０】
これについて、前述の従来技術の透過型スクリーンの設計例に基づいてさらに説明する。
【００８１】
表２に示したフレネルレンズシート４のレンズ形状の設計例では、フレネルレンズシート４の物側共役点位置を緑色光束の投写レンズ６Ｇの射出瞳２０Ｇの中心位置とし、像側共役点位置を透過型スクリーンに垂直な方向の無限遠としている。物側共役点距離（フレネルレンズシート４から物側共役点までの距離）は７４５ｍｍである。
【００８２】
次に、上記の表２の設計例のフレネルレンズシート４を図３５に示す投写光学系に用いたときの、フレネルレンズシート４からの赤、緑、青の各色の投写光束の出射方向を計算した結果を示す。
【００８３】
図４２は、表２の設計例のフレネルレンズシート４について、赤、緑、青の投写光束がフレネルレンズシート４から出射するときの出射角度の水平角度成分を計算した結果を示す。ここで、出射角度の水平角度成分とは、図３２において、各色の出射光線を、Ｙ方向に垂直な水平面に投影した線がＺ方向となす角度をいう。計算にあたっては、スクリーン集中角θを１０度として計算した。
【００８４】
図４２において、横軸はフレネル中心からの距離ｒ、縦軸は赤、緑、青の映像光の、フレネルレンズシートからの出射角度の水平角度成分α_R、α_G、α_Bを示している。ｒの正の方向は図３２に示すＸ方向の正の方向と同じであり、α_R、α_G、α_Bの符号は、図３２に示す水平方向観視角αの正負と同じとしている。
【００８５】
図４２からわかるように、画面中央と周辺部とではフレネルレンズシート４からの映像光線の出射角度の水平角度成分が変化する。画面中央では、各色映像光の出射角度は、緑（α_G）が０度（すなわち、フレネルレンズシート４の光軸に平行）、赤（α_R）、青（α_B）がそれぞれ１０度、−１０度であるのに対して、例えば画面水平方向右端における出射角度の水平角度成分は、赤（α_R）が８．２度と画面中央より小さくなり、青（α_B）が−１１．８度と画面中央より大きくなる（絶対値で比較）。
【００８６】
このため、緑の映像光の光束についてはフレネルレンズシート４からの出射光束がスクリーン面に垂直な平行光束となっても、赤と青の映像光の光束については平行光束ではなく、収束光束となっている。
【００８７】
このことは、赤と青の映像光の光束のレンチキュラーレンズシート３への入射角度の水平角度成分が画面中央と周辺部とで変わることを意味し、レンチキュラーレンズシート３のレンズ形状が画面中央と画面周辺部とで同じであっても、赤色映像光と青色映像光の水平指向特性が、画面上の場所によって異なる特性となる。
【００８８】
先に示した図３８、図３９、図４０は、いずれも、表２の設計例のフレネルレンズシート４を、前述の従来技術によるレンチキュラーレンズシート３と組み合わせて透過型スクリーン７としたときの各色の水平指向特性の計算結果を示している。図４０（個々の背面投写型画像ディスプレイユニットの画面水平方向右端の中央を注視点としたときの計算結果）と、図３９（同じく、画面中央を注視点としたときの計算結果）とを比較すると、赤と青の水平指向特性が注視点によって大きく異なっていることがわかる。これにより、従来技術による透過型スクリーンでは、スクリーン集中角が大きくなると、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットの表示画面、さらには複数のユニットを連結してなるマルチスクリーンディスプレイ装置の表示画面をある観視位置から観視したときの色の均一性が、大きく損なわれる。
【００８９】
以上述べたような点から、従来技術による透過型スクリーンでは、スクリーン集中角が大きくなると、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットの表示画面、さらには複数のユニットを連結してなるマルチスクリーンディスプレイ装置の表示画面において、充分な色の均一性が得られない。
【００９０】
本発明の目的は、上述の従来技術における課題を解決し、スクリーン集中角が大きい投写光学系を使用するにあたっても充分広い適視領域を有し、かつ、画面の色の均一な透過型スクリーンと、その透過型スクリーンを備えて広い範囲から観視でき、画面の色の均一性に優れた背面投写型画像ディスプレイユニットと、その背面投写型画像ディスプレイユニットを複数連結して構成されるマルチスクリーンディスプレイ装置を提供することにある。
【００９１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の透過型スクリーンにおいては、少なくとも１枚のレンチキュラーレンズシートの光入射面と光出射面とに設けるスクリーン画面垂直方向を長手方向とする第一、第二のレンチキュラーレンズの形状を最適化することにより、投写光学系の集中角が大きい場合であっても各色映像光の水平指向特性が大幅に改善されるようにした。
【００９２】
具体的には、レンチキュラーレンズシートを下記のような設計とする。
【００９３】
（１）光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を、映像発生源側に凸形で、かつ光軸に関してほぼ対称で、さらに下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような縦球面収差特性（一般的な定義については後述する）を有する形状とする。
【００９４】
（ａ）投写レンズの射出瞳の中心を通る映像光の主光線の光束のうち、光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズ面を光軸ｌ−ｌ’付近において通過する光線が、光出射面のレンチキュラーレンズ１６Ｌに至る手前で一旦結像する。この結果、水平方向観視角が１０度から３５度にかけての相対輝度を大きくすることができる。
【００９５】
（ｂ）映像光の主光線の光束のうち、光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズ面を光軸ｌ−ｌ’付近で通過する光線の結像の位置が、光軸ｌ−ｌ’から離れた場所で通過する光線の結像位置より光入射面側（Ｚ軸の負の方向）にある。
【００９６】
（ｃ）光軸ｌ−ｌ’にほぼ平行な緑色映像光の主光線の光束のうち、光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズ面を光軸ｌ−ｌ’から離れた場所で通過する光線は、光軸と交差せずに光出射面のレンチキュラーレンズ１６Ｌに至る。
【００９７】
（２）光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズは、その断面輪郭形状を前述の数１４に示す関数Ｚ（ｒ）で表したときの２次微分係数ｄ²Ｚ（ｒ）／ｄｒ²（以下、Ｚ″（ｒ）と略記する）の値が下記のような特性を有する形状とする。ただし、Ｚ軸の正の方向は、図３６に示すように、透過型スクリーンから画像観視側に向かう方向である。
【００９８】
（ｄ）２次微分係数Ｚ″（ｒ）は、相対半径ｒ／（Ｐ／２）＝０の点（光軸上の点）で極小値Ｚ″（０）となり、相対半径が０から大きくなるにつれて徐々に増加し、相対半径０．７５付近の点（ｒ＝ｈ₁の点）で極大値Ｚ″（ｈ₁）となり、相対半径がさらに大きくなると２次微分係数Ｚ″（ｒ）は単調減少となって、相対半径が０．９０付近の点（ｒ＝ｈ₂の点）で符号が正から負に反転する。これにより、相対半径が０から０．７５付近にかけてはレンズ作用が強くなり、相対半径が０．７５付近から１．０にかけてはレンズ作用が弱まる形状となっている。
【００９９】
（ｅ）２次微分係数Ｚ″（ｒ）の極大値Ｚ″（ｈ₁）と極小値Ｚ″（０）の比率ｐ＝Ｚ″（ｈ₁）／Ｚ″（０）の値が１．９５＜ｐ＜２．２４、より好ましくは、２．０８＜ｐ＜２．２３を満足する。
【０１００】
比率ｐがこの範囲の上限値より大きい場合、あるいは下限値より小さい場合には、赤、緑、青の各色の水平指向特性が近い特性とならず、カラーシフトがあまり低減されないため、画像の色の均一性が悪くなる。
【０１０１】
なお、従来技術によるレンチキュラーレンズシートでは、図３７に示したように、光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズは、その断面輪郭形状を表す関数Ｚ（ｒ）の２次微分係数Ｚ″（ｒ）は、ｒ＝０（光軸上）で極小値となり、相対半径が大きくなるにつれて単調増加となり、レンズ作用が徐々に強まる形状となっている。
【０１０２】
（３）光出射面１６Ｌの第二のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状は、画像観視側に凸形となり、かつ光軸に関してほぼ対称である。
【０１０３】
（４）光軸上における光入射面と光出射面の距離（面間距離）ｔが、光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズ面を半径ｒ＝±ｈ₁の点に入射する光軸ｌ−ｌ’にほぼ平行な光線が光軸ｌ−ｌ’を横切る点と光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズの頂点との距離Ｌより長く、同様にレンチキュラーレンズ面を半径ｒ＝±ｈ₂の点に入射する光軸ｌ−ｌ’にほぼ平行な光線が光軸ｌ−ｌ’を横切る点（図示せず）と光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズの頂点との距離より短い。ただし、ｈ₁、ｈ₂は、それぞれ、上述の２次微分係数Ｚ″（ｒ）が極大値となる点と、符号が反転する点の半径ｒの値である。
【０１０４】
上記のような設計によるレンチキュラーレンズシートの作用について説明するに先立ち、ここで縦球面収差の一般的な定義について説明しておく。
【０１０５】
図４３は、レンチキュラーレンズの横断面における一般的な縦球面収差を説明するための断面図である。
【０１０６】
図４３において、光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズの断面形状は円としている。このとき、光軸ｌ−ｌ’に平行な入射光束のうち、光軸ｌ−ｌ’付近を通過する光線（図中Ｈ₀で入射位置を示す）と、光軸ｌ−ｌ’から離れた場所を通過する光線（図中Ｈ₂で入射位置を示す）とでは、レンチキュラーレンズ面Ｓ₀の屈折力が異なり、光出射面１６Ｌ付近での結像位置が異なり、収差が発生している。
【０１０７】
すなわち、光軸ｌ−ｌ’から離れた場所に入射する光線による結像位置の方が、光軸ｌ−ｌ’付近に入射する光線による結像位置より光入射面１５Ｌに近くなっている。
【０１０８】
このような収差が、一般に、縦球面収差と呼ばれる。上記の場合のように、光軸ｌ−ｌ’から離れた場所に入射する光線による結像位置の方が、光軸ｌ−ｌ’付近に入射する光線による結像位置より光入射面１５Ｌに近い場合を、以下では「正の縦球面収差」とし、その逆に、光軸ｌ−ｌ’付近に入射する光線による結像位置の方が、光軸ｌ−ｌ’から離れた場所に入射する光線による結像位置より光入射面１５Ｌに近い場合を、以下では「負の縦球面収差」とする。
【０１０９】
さて、前述のレンチキュラーレンズシートの作用について、次に説明する。
【０１１０】
光入射面１５Ｌ、光出射面１６Ｌの形状を上記のような形状にすると、光軸ｌ−ｌ’から離れた場所を通過する光線は、光出射面１６Ｌに臨界角に近い角度で入射するため映像光線は光出射面１６Ｌにおいて大きく屈折する。このため、従来技術のレンチキュラーレンズシートに比べて、各色の水平指向特性を大幅に拡大できる。また、スクリーン集中角θが１０度程度と大きい場合でも、入射光束のほぼ中心に位置する映像光線は、光出射面１６Ｌで屈折したのち光軸ｌ−ｌ’にほぼ平行に出射され、各色の水平指向特性が近い特性となり、カラーシフトが大幅に低減する。
【０１１１】
特に、光入射面１５Ｌに斜めに入射する赤色光、青色光の光線のうち、光軸ｌ−ｌ’から離れた点に入射する光線は、光入射面１５Ｌにおいて２次微分係数Ｚ″（ｒ）の値が減少する領域を通過し、光出射面１６Ｌにおいて光軸ｌ−ｌ’付近のレンズ面の傾きが比較的小さい領域を通過し、水平方向観視角αが±３０度を超える領域に出射する。これにより、光入射面１５Ｌと光出射面１６Ｌのレンチキュラーレンズの形状は、光入射面１５Ｌへの映像光線の入射角が若干変化しても、水平指向特性に与える影響が僅少に抑えられている。
【０１１２】
このとき、ある観視位置から画面上の異なる注視点を観視したとき、それらの注視点の水平方向観視角αは少し異なるが、各色の水平指向特性が近い特性になっているため画面の色均一性は良好になる。本実施例の透過型スクリーンによれば、水平方向のほとんどの観視位置において画面の色均一性が優れており、スクリーン集中角が大きい場合であっても広い適視領域を実現できる。
【０１１３】
また、マルチスクリーンディスプレイ装置の画面の色均一性向上については、少なくとも１枚のフレネルレンズシートの物側共役点の位置を緑色投写光束の投写レンズの射出瞳の中心点に配置し、像側共役点の位置を最適設計することにより、投写光学系の集中角が大きい場合であっても大幅に改善されるようにした。
【０１１４】
具体的には、フレネルレンズのレンズ形状を、緑色投写光束に関して、像側共役点を物側に配置し、投写レンズの射出瞳の虚像を発生させ、フレネルレンズシート４からの出射する緑の映像光線のうち投写レンズの射出瞳の中心を通る主光線が若干発散光束となるような形状とする。
【０１１５】
このとき、フレネルレンズシート４の物側共役点を投写レンズの射出瞳の中心に配置し、像側共役点を物側共役点より映像発生源側に配置し、物側共役点と像側共役点の間にフレネル焦点が存在するように、次の関係式を満足する設計とする。ただし、物側共役点Ａからフレネルレンズシート４までの距離（以下、物側共役点距離という）をＬａとし、フレネルレンズシート４から像側共役点Ｂまでの距離（以下、像側共役点距離という）をＬｂとし、フレネルレンズの焦点距離をｆｃとし、Ｌａ、Ｌｂ、ｆｃはいずれも正の値とする。
【０１１６】
【数１５】
Ｌａ＜ｆｃ＜Ｌｂ
上記のようにフレネルレンズシートを設計することにより、画面中央と周辺部でのフレネルレンズシート４からの赤色映像光の出射角度の水平角度成分α_Rと青色映像光の出射角度の水平角度成分α_Bの変化が軽減され、赤色映像光と青色映像光の指向特性がスクリーンの全領域でほぼ近い特性となる。
【０１１７】
このとき、α_Rとα_Bは、画面全域にわたって、次の条件式を満足する設計とするのが好ましい。
【０１１８】
【数１６】
｜α_R＋α_B｜＜｜θ／３｜
さらにより良好な性能を得るためには、次の条件式を満足する設計とすればよい。
【０１１９】
【数１７】
｜α_R＋α_B｜＜｜θ／５｜
上記の条件式が満足されない場合には、従来の透過型スクリーンのフレネルレンズシートのように、フレネルレンズシート４からの赤色映像光の出射角度の水平角度成分α_Rと青色映像光の出射角度の水平角度成分α_Bの変化が大きくなり、画面上の位置によっては、赤色映像光と青色映像光の指向特性が大きく食い違ってカラーシフトが大きくなり、画像の色の均一性が損なわれる。
【０１２０】
一方、フレネルレンズシート４からの出射する緑の映像光線が若干発散光束となるようフレネルレンズ形状を設計する場合、緑の映像光線が発散しすぎると画面周辺部の明るさが暗くなったり、背面投写型画像ディスプレイユニットを積み上げてマルチスクリーンディスプレイを構成したときに上下に隣接するユニットの境界部で画像の明るさに段差を生じたりすることがある。このような副作用を防ぐため、各背面投写型画像ディスプレイユニットの画像の明るさの均一性を向上するとともに、上下に隣接するユニットの境界部で画像の明るさをほぼ同等にしなければならない。
【０１２１】
各背面投写型画像ディスプレイユニットの画像の明るさの均一性を向上するためには、透過型スクリーンの画面垂直寸法Ｈと投写レンズ６の射出瞳の直径Ｄの関係が次式を満足するように、物側共役点距離Ｌａと像側共役点距離Ｌｂを決めれば良い。
【０１２２】
【数１８】
Ｄ×Ｌｂ／Ｌａ≧Ｈ
このとき、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットにおいて、フレネルレンズシートにより投写レンズの射出瞳の拡大虚像が作られ、観視位置から見ると投写レンズの射出瞳が巨大に見えるようになり、レンチキュラーレンズシートを組合せたときの画面全体の明るさの均一性を向上する。この条件を満足しない場合は、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットにおいて、フレネルレンズシートによって作られる投写レンズの射出瞳の虚像が画面縦寸法より小さくなり、観視位置から見ると投写レンズの射出瞳が小面積部分のみで明るく見えるようになり、レンチキュラーレンズシートを組合せたときの画面全体の明るさの均一性が良好ではなくなる。
【０１２３】
一方、上下に隣接するユニットの境界部で画像の明るさをほぼ同等にするためには、フレネルレンズシートの光出射面から出射する緑色映像光の出射角度の垂直角度成分θｓが、１．７５度以下となるようにフレネルレンズを設計すればよい。ここで、出射角度の垂直角度成分θｓとは、緑色の出射光線を、図３２に示すＸ方向に垂直な垂直断面に投影した線がＺ方向となす角度をいい、光束が発散のとき正の値をとるものとする。
【０１２４】
このとき、背面投写型画像ディスプレイユニットを２段重ね、上段の画面の最下点と下段の画面の最上点を注視点とした場合、下段の画面の正面方向５ｍの距離から観視すると、これらの２点の明るさは不連続となるが、輝度比は１ｄＢ以下に収まり、実用上問題ない水準となる。
【０１２５】
さらに優れた性能を得るためには、フレネルレンズシートの光出射面から出射する緑色映像光の出射角度の垂直角度成分θｓを１．０度以下となるようにフレネルレンズを設計すればよい。このときは、下段の画面の正面方向３ｍの距離から観視したときの輝度比が１ｄＢ以下に収まる。
【０１２６】
上記構成のレンチキュラーレンズシートとフレネルレンズシートを組み合わせて透過型スクリーンを構成すると、背面投写型画像ディスプレイユニット、及びマルチスクリーンディスプレイ装置において、インライン配置の中央に位置する投写型ブラウン管などの映像発生源からの出射光は投写レンズを経て透過型スクリーンに入射し、フレネルレンズシート４において若干の発散光となって通過する。この時、スクリーン集中角が１０度程度と大きい場合であっても、インライン配置された他の映像発生源から発してフレネルレンズを通過する映像光のレンズ面からの出射角は中心から周辺部まで大きく変化せず、そのまま透過型スクリーンの映像観視側に配置されたレンチキュラーシート３に入射し、このレンチキュラーシート３の入射面と出射面に設けられたレンチキュラーレンズの形状により画面水平方向の拡散が制御され、水平指向特性が十分に広く、かつカラーシフトの発生が極めて少なく、広い適視領域が得られる。
【０１２７】
なお、この場合、フレネルレンズシートからの赤色、緑色、及び青色の映像光の出射角度の水平角度成分（それぞれ、α_R、α_G、α_B）のバランスをとった設計とすれば、より一層の効果が得られる。
【０１２８】
具体的には、次の条件式を満足するようにフレネルレンズシートを設計すればよい。
【０１２９】
【数１９】
｜α_R−θ｜＋｜α_G｜＋｜α_B＋θ｜＜｜θ／３｜
より好ましくは、次の条件式を満足するようにすれば、さらに充分な効果が得られる。
【０１３０】
【数２０】
｜α_R−θ｜＋｜α_G｜＋｜α_B＋θ｜＜｜θ／５｜
上記の条件式を満足するフレネルレンズシートを用いた透過型スクリーンによれば、画面明るさの均一性と画面の色均一性の極めて良好なマルチスクリーンディスプレイ装置を実現することができる。
【０１３１】
【発明の実施の形態】
まず最初に、本発明の透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシートの実施の形態の例について図面を用いて説明する。
【０１３２】
本発明の透過型スクリーンは、図３０に示した従来の透過型スクリーンと同様に、少なくともフレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートとを構成要素として有している。従来技術としてのこれらのシートの基本的な構成及び作用については、その概要を先に述べたのでここでは説明を省略する。
【０１３３】
図１、及び図２は、本発明の透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシート３における１対の光入射面と光出射面の部分の横断面を示す拡大断面図であり、このうち図１には、光軸ｌ−ｌ’に平行に映像光線が入射した場合の光線の概略の経路を示し、また、図２には、光軸ｌ−ｌ’に対して斜め方向（スクリーン集中角θが１０度に相当）から映像光線が入射した場合の光線の概略の経路を示している。
【０１３４】
これらの図において、１５Ｌ、１６Ｌは、それぞれ第一のレンチキュラーレンズ面形状を有する光入射面、第二のレンチキュラーレンズ面形状を有する光出射面、１２は凸形突起部、１３は光吸収層である。
【０１３５】
表３に、図１、及び図２に示すレンチキュラーレンズシート３の光入射面１５Ｌ(表中ではＳ₀と表示)と光出射面１６Ｌ（表中ではＳ₁と表示）のレンチキュラーレンズ形状の設計例を示す。この設計例では、光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズの有効半径Ｐ／２は０．３６０５ｍｍである（ピッチＰの１／２倍）。
【０１３６】
【表３】

【０１３７】
ここで、表３のレンズ形状のデータの読み方は、前述の表１のレンズ形状のデータの読み方と同じである。
【０１３８】
表３の設計例のレンチキュラーレンズシート３の光入射面１５Ｌ及び光出射面１６Ｌに設けた第一、第二のレンチキュラーレンズの形状について、図を用いて詳細に説明する。
【０１３９】
図３、及び図４は、表３の設計例の第一、第二のレンチキュラーレンズの１対の部分の横断面を示す拡大断面図であり、このうち図３には、緑色の映像光線のうち投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心を通る主光線の光束が、光軸ｌ−ｌ’に平行に入射した場合の光線の概略の経路を示す。また、図４には、赤色または青色の映像光線のうち投写レンズの射出瞳２０Ｒまたは２０Ｂの中心を通る主光線の光束が、光軸ｌ−ｌ’に対して斜め方向（スクリーン集中角θが１０度に相当）から入射した場合の光線の概略の経路を示している。以下の説明においても、説明を簡明にするため、レンチキュラーレンズシート３への赤、緑、青の各色の入射光束については、それぞれ投写レンズの射出瞳２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの中心を通る主光線の光束について述べることとする。
【０１４０】
また、図５は、表３の設計例のレンチキュラーレンズシート３の光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を、前述の数１４に示す関数Ｚ（ｒ）で表したときの２次微分係数ｄ²Ｚ（ｒ）／Ｄｒ²（以下、Ｚ″（ｒ）と略記する）を示す特性図である。
【０１４１】
同図において、横軸は、レンチキュラーレンズの半径方向の距離ｒ（図３６に示すｒ軸座標による）の、有効半径Ｐ／２に対する相対半径であり、縦軸は、２次微分係数Ｚ″（ｒ）の値である。
【０１４２】
図３、図４、図５に示すように、表３のレンチキュラーレンズシートの設計例では、光入射面１５Ｌ、光出射面１６Ｌの各レンチキュラーレンズの断面輪郭形状が下記のような設計となっている。
【０１４３】
（１）光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズは、映像発生源側に凸形で、光軸に関してほぼ対称であり、かつ、下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような負の縦球面収差特性を有している。
【０１４４】
（ａ）映像光の光束のうち、光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズ面を光軸ｌ−ｌ’付近（図３の緑色光の場合、半径方向の距離ｒが、概ね０≦ｒ≦ｈ₁の範囲）において通過する光線が、光出射面のレンチキュラーレンズ１６Ｌに至る手前で一旦結像する（赤色光、青色光についても同様である）。この結果、水平方向観視角が１０度から３５度にかけての相対輝度を大きくすることができる。
【０１４５】
（ｂ）映像光の光束のうち、光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズ面を光軸ｌ−ｌ’付近（図３の緑色光の場合、半径方向の距離ｒが、概ね０≦ｒ≦ｈ₁の範囲）で通過する光線の結像の位置が、光軸ｌ−ｌ’から離れた場所（図３の緑色光の場合、半径方向の距離ｒが、概ねｒ≧ｈ₂の範囲）を通過する光線の結像位置より光入射面側（Ｚ軸の負の方向）にある（赤色光、青色光についても同様である）。
【０１４６】
（ｃ）光軸ｌ−ｌ’にほぼ平行な緑色光の場合、図３に示すように緑色光の入射光束のうち、光軸ｌ−ｌ’から離れた場所（半径方向の距離ｒが、概ねｒ≧ｈ₂の範囲）を通過する光線は、光軸と交差せずに光出射面１６Ｌの第二のレンチキュラーレンズに至る。
【０１４７】
（２）光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズは、その断面輪郭形状を前述の数１４に示す関数Ｚ（ｒ）で表したときの２次微分係数Ｚ″（ｒ）の値が下記のような特性を有する形状とする。
【０１４８】
（ｄ）２次微分係数Ｚ″（ｒ）は、相対半径ｒ／（Ｐ／２）＝０の点（光軸上の点）で極小値Ｚ″（０）＝３．５０となり、相対半径が０から大きくなるにつれて徐々に増加し、相対半径０．７５２の点（ｒ＝ｈ₁の点）で極大値Ｚ″（ｈ₁）＝７．５４となり、相対半径がさらに大きくなると２次微分係数Ｚ″（ｒ）は単調減少となって、相対半径が０．９０付近の点（ｒ＝ｈ₂の点）で符号が正から負に反転する。これにより、相対半径が０から０．７５２にかけてはレンズ作用が強くなり、相対半径が０．７５２から１．０にかけてはレンズ作用が弱まる形状となっている。
【０１４９】
（ｅ）このとき比率ｐ＝Ｚ″（ｈ₁）／Ｚ″（０）の値が２．１６となり、１．９５＜ｐ＜２．２４の条件、さらには２．０８＜ｐ＜２．２３の条件を満足する。
【０１５０】
なお、従来技術によるレンチキュラーレンズシートでは、図３７に示したように、光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズは、その断面輪郭形状を表す関数Ｚ（ｒ）の２次微分係数Ｚ″（ｒ）は、ｒ＝０（光軸上）で極小値となり、相対半径が大きくなるにつれて単調増加となっている。このため、レンズ作用が徐々に強まる形状となっている。
【０１５１】
（３）光出射面１６Ｌの第二のレンチキュラーレンズは、画像観視側に凸形となり、かつ光軸に関してほぼ対称である。
【０１５２】
（４）光軸上における光入射面と光出射面の距離（面間距離）ｔが、光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズ面を半径ｒ＝±ｈ₁の点に入射する光軸ｌ−ｌ’にほぼ平行な緑色光の光線が光軸ｌ−ｌ’を横切る点と光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズの頂点との距離Ｌより長く、同様にレンチキュラーレンズ面を半径ｒ＝±ｈ₂の点に入射する光軸ｌ−ｌ’にほぼ平行な光線が光軸ｌ−ｌ’を横切る点（図示せず）と光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズの頂点との距離Ｌ′より短く、Ｌ＜ｔ＜Ｌ′の関係を満足する。ただし、ｈ₁、ｈ₂は、それぞれ、上述の２次微分係数Ｚ″（ｒ）が極大値となる点と、符号が反転する点の半径ｒの値である。
【０１５３】
光入射面１５Ｌ、光出射面１６Ｌの形状を上記のような形状にしたときの、透過型スクリーンの水平指向特性を次に示す。
【０１５４】
図６、図７は、スクリーン集中角θが１０度の投写光学系において、透過型スクリーン７として表３に示した本実施例のレンチキュラーレンズシート３と、表２に示した従来技術によるフレネルレンズシート４を用いた場合について、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットの画面中心を注視点としたときの、緑の水平指向特性と、赤と青の水平指向特性の計算結果をそれぞれ示す。計算にあたっては、スクリーン集中角θを１０度とし、レンチキュラーレンズシート３は光拡散材を有していないものとして計算した。
【０１５５】
これらの図に示すように、本実施例によるレンチキュラーレンズシートによれば、従来スクリーンと比べてカラ−シフトをほぼ半減でき、水平観視範囲を±６５度と従来スクリーンに比べ大幅に拡大できる。
【０１５６】
光入射面１５Ｌ、光出射面１６Ｌの形状を上記のような形状にすると、図３、及び図４に示すように、光軸ｌ−ｌ’から離れた場所を通過する光線は、光出射面１６Ｌに臨界角に近い角度で入射するため映像光線は光出射面１６Ｌにおいて大きく屈折する。このため、従来技術のレンチキュラーレンズシートに比べて、各色の水平指向特性を大幅に拡大できる。
【０１５７】
また、図４に示すように、スクリーン集中角θが１０度程度と大きい場合でも、入射光束のほぼ中心に位置する映像光線Ａは、光出射面１６Ｌで屈折したのち光軸ｌ−ｌ’にほぼ平行に出射され、各色の水平指向特性が近い特性となり、カラーシフトが大幅に低減する。
【０１５８】
さらに、本実施例のレンチキュラーレンズシート３を構成要素に含む透過型スクリーンをマルチスクリーンディスプレイ装置に使用することで、画面の色均一性を向上することができる。以下その理由を図を用いて説明する。
【０１５９】
図８は、図６、及び図７と同じく、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットにおいて本実施例のレンチキュラーレンズシート３を表２に示す従来技術のフレネルレンズシートと組み合わせた場合の、画面水平方向右端の中央（画面中心から約４５０ｍｍ）を注視点としたときの、赤色映像光と青色映像光の水平指向特性をシミュレーションにより求めたものである。なお、この時のフレネルレンズシート４からの赤色映像光と青色映像光の出射角度は、図４０に示した従来技術の透過型スクリーンによる赤色映像光と青色映像光の水平指向特性のシミュレーション時と同一条件としている。
【０１６０】
上記の図８と図４０とを、それぞれの画面中心における赤色映像光と青色映像光の水平指向特性である図７及び図３９と比較すると、本実施例の透過型スクリーン、従来技術の透過型スクリーンをそれぞれ背面投写型画像ディスプレイユニットに用いたときの画面の色均一性の違いを説明できる。
【０１６１】
すなわち、図４０を図３９と比較すると、赤色と青色の水平指向特性の変化が大きいのに対し、図８を図７と比較すると、赤色と青色の水平指向特性の変化が小さくなっている。このとき、ある観視位置から画面上の異なる注視点を観視したとき、それらの注視点の水平方向観視角αは異なることになり、したがって、各色の水平指向特性が近い特性であるほど画面の色均一性は良好になる。本実施例の透過型スクリーンによれば、水平方向のほとんどの観視位置において画面の色均一性が優れており、スクリーン集中角が大きい場合であっても広い適視領域を実現できる。
【０１６２】
次に、この理由について図４を用いて説明する。図４において、映像光線Ｒ５からＲ４の範囲の光束及びＲ５’からＲ４’の範囲の光束は、光出射面１６Ｌにおいて水平方向観視角αが±３０度を超える領域に出射する。これらの光束は光入射面１５Ｌでは、図５における２次微分係数Ｚ″（ｒ）の値が減少する領域を通過する。また、光出射面１６Ｌにおいては、光軸ｌ−ｌ’付近のレンズ面の傾きが比較的小さい領域を通過する。光入射面１５Ｌと光出射面１６Ｌのレンチキュラーレンズの形状は、上記の２点により、レンチキュラーレンズシート３の光入射面１５Ｌへの映像光線の入射角が若干変化しても、水平指向特性に与える影響が少なくてすむ形状となっている。
【０１６３】
以上説明したように、本実施例のレンチキュラーレンズシート３を含む透過型スクリーン７によれば、スクリーン集中角が１０度程度と大きい場合であっても、水平指向特性が広く、カラーシフトが小さく、画面の色均一性が良好になり、適視領域の広い背面投写型画像ディスプレイユニット、及びそれを用いたマルチスクリーンディスプレイ装置を実現することができる。
【０１６４】
本実施例におけるレンチキュラーレンズシート３の設計は前記の表３に記載した設計例に限定されるものではなく、前述の課題を解決するための手段の項に記載した設計の考え方の範囲内で変更することが可能である。
【０１６５】
表４、表５、及び表６に、図１、及び図２に示すレンチキュラーレンズシート３の光入射面１５Ｌと光出射面１６Ｌのレンチキュラーレンズ形状の他の設計例を示す。これらの表のデータの読み方は、前述の表１の読み方と同様である。表４と表５の設計例ではレンチキュラーレンズの有効半径Ｐ／２は０．３６０５ｍｍ（ピッチＰの１／２倍）であるが、表６の設計例では０．４２５ｍｍである。
【０１６６】
【表４】

【０１６７】
【表５】

【０１６８】
【表６】

【０１６９】
これらの設計例の第一、第二のレンチキュラーレンズの横断面は、図３、及び図４とほぼ同等である。
【０１７０】
また、表４、表５の設計例のレンチキュラーレンズシート３の光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズについては、２次微分係数Ｚ″（ｒ）の特性は図５とほぼ同等である。
【０１７１】
表４の設計例の光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を表す関数Ｚ（ｒ）の２次微分係数Ｚ″（ｒ）の値は、相対半径ｒ／（Ｐ／２）＝０の点（光軸上の点）で極小値Ｚ″（ｒ）＝３．３７となり、相対半径０．７５２の点（ｒ＝ｈ₁の点）で極大値Ｚ″（ｈ₁）＝７．３９となり、比率ｐ＝Ｚ″（ｈ₁）／Ｚ″（０）の値が２．１９となる。
【０１７２】
表５の設計例の光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を表す関数Ｚ（ｒ）の２次微分係数Ｚ″（ｒ）の値は、相対半径ｒ／（Ｐ／２）＝０の点（光軸上の点）で極小値Ｚ″（ｒ）＝３．４２となり、相対半径０．７５２の点（ｒ＝ｈ₁の点）で極大値Ｚ″（ｈ₁）＝７．４２となり、比率ｐ＝Ｚ″（ｈ₁）／Ｚ″（０）の値が２．１７となる。
【０１７３】
また、図９は、表６の設計例のレンチキュラーレンズシート３の光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を、前述の数１４に示す関数Ｚ（ｒ）で表したときの２次微分係数Ｚ″（ｒ）を示す特性図である。
【０１７４】
同図において、横軸は、レンチキュラーレンズの半径方向の距離ｒ（図３６に示すｒ軸座標による）の、有効半径Ｐ／２に対する相対半径であり、縦軸は、２次微分係数Ｚ″（ｒ）の値である。
【０１７５】
表６の設計例の光入射面１５Ｌの第一のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を表す関数Ｚ（ｒ）の２次微分係数Ｚ″（ｒ）の値は、相対半径ｒ／（Ｐ／２）＝０の点（光軸上の点）で極小値Ｚ″（ｒ）＝２．８６となり、相対半径０．７５３の点（ｒ＝ｈ₁の点）で極大値Ｚ″（ｈ₁）＝６．２７となり、比率ｐ＝Ｚ″（ｈ₁）／Ｚ″（０）の値が２．１９となる。
【０１７６】
上記の表４、表５、及び表６の設計例のレンチキュラーレンズシート３を用いたときの透過型スクリーンの水平指向特性についても、前述の表３の設計例の場合に近い特性となる。
【０１７７】
図１０、図１１は、スクリーン集中角θが１０度の投写光学系において、透過型スクリーン７として表４に示した本実施例のレンチキュラーレンズシート３と、表２に示した従来技術によるフレネルレンズシート４を用いた場合について、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットの画面中心を注視点としたときの、緑の水平指向特性と、赤と青の水平指向特性の計算結果をそれぞれ示す。計算にあたっては、図６及び図７と同様に、スクリーン集中角θを１０度とし、レンチキュラーレンズシート３は光拡散材を有していないものとして計算した。
【０１７８】
これらの図に示すように、本実施例によるレンチキュラーレンズシートによれば、従来スクリーンと比べてカラ−シフトをほぼ半減でき、水平観視範囲を±６７度と従来スクリーンに比べ大幅に拡大できる。
【０１７９】
図１２は、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットにおいて本実施例のレンチキュラーレンズシート３を、後述の本発明によるフレネルレンズシートと組み合わせた場合の、画面水平方向右端の中央（画面中心から約４５０ｍｍ）を注視点としたときの、赤色映像光と青色映像光の水平指向特性をシミュレーションにより求めたものであり、詳しくは後述する。なお、この時のフレネルレンズシート４からの赤色映像光と青色映像光の出射角度は、図４０に示した従来技術の透過型スクリーンによる赤色映像光と青色映像光の水平指向特性のシミュレーション時と同一条件としている。
【０１８０】
これらの設計例によっても、前記の表３の設計例の場合と同様に、スクリーン集中角が１０度程度と大きい場合であっても、水平指向特性が広く、カラーシフトが小さく、画面の色均一性が良好になり、適視領域の広い背面投写型画像ディスプレイユニット、及びそれを用いたマルチスクリーンディスプレイ装置を実現することができる効果がある。
【０１８１】
なお、本実施例のレンチキュラーレンズシート３においては、従来技術のレンチキュラーレンズシート３の光出射面１６Ｌと同様に、映像光線の光束は光出射面１６Ｌにおいて光軸の近傍付近に収斂されるため、光軸の近傍付近の両側の、隣接するレンズ面（レンチキュラーレンズ面）との境界部付近においては光は通らない。このため、その境界部分付近に凸形突起部１２を設け、その上に有限幅の光吸収層１３が設けられている。
【０１８２】
この光吸収層１３は、照明光などの外光が入射しても、そのうちの一部を反射せず吸収する機能を有しており、明るい場所で画像を観視するときのコントラストを向上させる効果がある。
【０１８３】
次に、本発明の透過型スクリーンのフレネルレンズシートの実施の形態の例について図面を用いて説明する。
【０１８４】
従来のマルチスクリーンディスプレイ装置においては、フレネルレンズシート４の物側共役点の位置は、図３２に示されている緑の投写型ブラウン管用の投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心の位置に設定され、像側共役点の位置は映像観視側の無限遠の位置に設定されていた。これにより、図３５に示したように、緑の投写光束のうち投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心を通る主光線は、フレネルレンズシート４を通過すると全てスクリーン面に垂直な平行光束に変換されるようになっていた。
【０１８５】
これに対し、本発明のフレネルレンズシート４においては、物側共役点の位置は、従来のフレネルレンズシートと同様に、緑の投写型ブラウン管用の投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心の位置に設定されるが、像側共役点の位置も、物側共役点側に設定され、フレネルレンズシート４からの出射する緑の映像光線が若干発散光束となるようフレネルレンズ形状を設定する。
【０１８６】
図１３は、本発明の背面投写型画像ディスプレイユニットの透過型スクリーン７に使用されるフレネルレンズシート４の光束変換作用の概略を示す平面図であり、先に説明した図２９及び図３５と同様に、水平面上に投写光学系を展開して描いてあるが、説明の都合上、レンチキュラーレンズシート３は記載を省略してある。
【０１８７】
また、図２９においては投写レンズの光軸のなすレンズ集中角θ′を表示していたが、図１３においては、図３５と同様に、スクリーン集中角θを表示している。そのほか、図２９、図３５と同等の部分には、共通の符号を付して説明を省略する。
【０１８８】
図１３において、フレネルレンズシート４の物側共役点の位置は、緑の投写型ブラウン管用の投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心の位置に設定され、像側共役点の位置も、物側共役点側に設定されており、緑の投写光束のうち投写レンズの射出瞳２０Ｇの中心を通る主光線は、フレネルレンズシート４を通過すると、若干発散する光束に変換される。これにより、画面中央と周辺部でのフレネルレンズシート４からの赤色映像光の出射角度の水平角度成分α_Rと青色映像光の出射角度の水平角度成分α_Bの変化が軽減できる。
【０１８９】
なお、以下の説明においても、説明を簡明にするため、フレネルレンズシート４からの赤、緑、青の各色の出射光束については、それぞれ投写レンズの射出瞳２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂの中心を通る主光線の光束について述べることとする。
【０１９０】
表７、表８、及び表９に、図１３に示すフレネルレンズシート４の光入射面１８(レンズ面Ｓ₀)と光出射面１９（レンズ面Ｓ₁）のフレネルレンズ形状の設計例を示す。この設計例では、緑の物側共役点距離（フレネルレンズシート４から物側共役点までの距離）を７４５ｍｍに設定している。
【０１９１】
これらの各表のレンズ形状のデータの読み方は、前述の表２のレンズ形状のデータの読み方と同じである。
【０１９２】
【表７】

【０１９３】
【表８】

【０１９４】
【表９】

【０１９５】
表７、表８、及び表９の設計例のフレネルレンズシート４の光出射面１９に設けたフレネルレンズの形状について、図を用いて詳細に説明する。
【０１９６】
図１４、図１５、及び図１６は、それぞれ、表７、表８、及び表９の設計例のフレネルレンズシート４を図１３に示す投写光学系に用いたときの、フレネルレンズシート４からの赤、緑、青の各色の投写光束の出射角度の水平角度成分を計算した結果を示す。計算にあたっては、スクリーン集中角θを１０度として計算した。
【０１９７】
図１４、図１５、及び図１６において、横軸はフレネル中心からの距離ｒ、縦軸は赤、緑、青の映像光の、フレネルレンズシートからの出射角度の水平角度成分α_R、α_G、α_Bを示している。それぞれの符号は図３２に示すＸ方向の正負、あるいは水平方向観視角αの正負と同じとしている。
【０１９８】
図１４に示す表７の設計例では、画面中央と周辺部ではフレネルレンズシート４からの映像光線の出射角度が若干変化する。画面中央では緑色映像光の出射角が０度（フレネルレンズシート４の光軸に平行）赤色映像光、青色映像光の出射角がそれぞれ１０度、−１０度であるのに対して例えば画面水平方向右端の中央においては、緑色光がα_G＝１．４度、赤色光がα_R＝９．４度、青色光がα_B＝−９．５度となり、α_Rとα_Bはその絶対値が画面中央より小さく、また、｜α_R＋α_B｜は−０．１度となるのに対し、θ／３は３．３３度、θ／５は２度であり、既述の次式の条件をいずれも満足する構成となっている。
【０１９９】
【数２１】
｜α_R＋α_B｜＜｜θ／３｜
【０２００】
【数２２】
｜α_R＋α_B｜＜｜θ／５｜
また、｜α_R−θ｜＋｜α_G｜＋｜α_B＋θ｜＝２．５度となることから、既述の次式の条件も満足され、レンチキュラーレンズシート３と組み合わせたときの画面の明るさの均一性と色の均一性が両立する構成となっている。
【０２０１】
【数２３】
｜α_R−θ｜＋｜α_G｜＋｜α_B＋θ｜＜｜θ／３｜
図１５に示す表８の設計例では、同様に、画面水平方向右端の中央においては、緑色光がα_G＝０．７５度、赤色光がα_R＝９．２度、青色光がα_B＝−１０．２度となり、｜α_R＋α_B｜は−１．０度となるので、上記の数１６及び数１７の条件がいずれも満足される構成となっている。
【０２０２】
また、｜α_R−θ｜＋｜α_G｜＋｜α_B＋θ｜＝１．７５度となることから、既述の数１９の条件と次式の条件が満足される構成となっている。
【０２０３】
【数２４】
｜α_R−θ｜＋｜α_G｜＋｜α_B＋θ｜＜｜θ／５｜
図１６に示す表９の設計例でも同様に、画面水平方向右端の中央において、緑色光がα_G＝０．６５度、赤色光がα_R＝８．９度、青色光がα_B＝−１０．６度となり、｜α_R＋α_B｜は−１．７度、｜α_R−θ｜＋｜α_G｜＋｜α_B＋θ｜は２．３５度となることから、上記の数１６、数１７、及び数１９の条件がいずれも満足される構成となっている。
【０２０４】
これらの例では、画面水平方向の全領域において、α_Rとα_Bの絶対値はほぼ等しい値となり、その差が従来技術によるフレネルレンズシートより小さくなっている。
【０２０５】
なお、図４２に示した従来のフレネルレンズシートでは、｜α_R＋α_B｜の値、｜α_R−θ｜＋｜α_G｜＋｜α_B＋θ｜値はいずれも３．６度である。
【０２０６】
このために、実際の透過型スクリーンにおいては、フレネルレンズシート４の観視側に位置するレンチキュラーレンズ３への赤色映像光と青色映像光の入射角度の水平角度成分が画面全領域でほぼ等しくなるため、赤色映像光と青色映像光の指向特性がスクリーンの全領域でほぼ一致する。
【０２０７】
図１２は、表８に示した設計例のフレネルレンズシートと、前述の表４に示した設計例のレンチキュラーレンズシートを組み合わせたときの、画面水平方向右端の中央における赤色映像光と青色映像光の水平指向特性をシミュレーションにより求めた結果の特性図である。この組み合わせの場合の画面中心における赤色映像光と青色映像光の水平指向特性は、先に説明した図１１に示した図と同等である（フレネルレンズシートの共役点距離をどのように設計しても、画面中心ではフレネルレンズシートは実質的にほぼ平行平板であることによる）。したがって、図１２は図１１と比較してよく、この比較により、画面水平方向右端の中央における赤色映像光と青色映像光の水平指向特性は、画面中央における特性とほぼ同様な特性であることがわかる。
【０２０８】
これにより、個々の背面投写型画像ディスプレイユニットのスクリーン上に表示された映像を観視した場合には、色の均一性に優れた映像を観視できる。
【０２０９】
なお、上記の説明においては、フレネルレンズシートからの赤、緑、青の各色の光線の出射角度の水平角度成分として、画面の中心を通る水平線上の注視点のみに着目して説明した。実際にフレネルレンズ形状を設計する上で実用的にはこれでほぼ十分であるが、さらに高精度に設計を行おうとする場合には、画面上端部の水平線上、及び画面下端部の水平線上の注視点等、画面全体にわたって配慮して設計をすればよい。
【０２１０】
上記の説明においては、フレネルレンズシート４の像側共役点の位置を、映像発生源側に設定し、フレネルレンズシート４からの出射する緑の映像光線が若干発散光束となるようフレネルレンズ形状を設定すると述べた。しかしながら、緑の映像光線が発散しすぎた場合には、各背面投写型画像ディスプレイユニットの画面周辺部の明るさが暗くなったり、背面投写型画像ディスプレイユニットを積み上げてマルチスクリーンディスプレイを構成したときに上下に隣接するユニットの境界部で画像の明るさに段差を生じたりすることがある。このような副作用を防ぐため、各背面投写型画像ディスプレイユニットの画像の明るさの均一性を向上するとともに、上下に隣接するユニットの境界部で画像の明るさをほぼ同等にしなければならない。以下、その方法について説明する。
【０２１１】
まず、背面投写型画像ディスプレイユニットの画面全体の明るさの均一性を向上するための技術手段について図１７により説明する。
【０２１２】
図１７は、本発明の背面投写型画像ディスプレイユニットの透過型スクリーン７に使用されるフレネルレンズシ−ト４の光束変換作用の概略を示す縦断面図であり、先に図１３に水平面上に展開して示した投写光学系の縦断面図に相当する。
【０２１３】
また、図１８は、背面投写型画像ディスプレイユニットの投写光学系における、緑色用の投写レンズ６の射出瞳２０Ｇとフレネルレンズシート４の位置関係の概略を示す斜視図である。図１７、図１８とも説明の都合上、レンチキュラーレンズシート３は記載を省略してある。
【０２１４】
これらの図に示すように、本発明の実施例では、フレネルレンズシート４において、物側共役点Ａを投写レンズ６の射出瞳の中心に配置し、像側共役点Ｂを物側共役点Ａより映像発生源側に配置し、物側共役点Ａと像側共役点Ｂの間にフレネル焦点Ｆが存在するように設定されている。
【０２１５】
このとき、近軸近似では、物側共役点Ａからフレネルレンズシート４までの距離（以下、物側共役点距離という）をＬａとし、フレネルレンズシート４から像側共役点Ｂまでの距離（以下、像側共役点距離という）をＬｂとし、フレネルレンズの焦点距離をｆｃとすると、次の関係がある。ただし、Ｌａ、Ｌｂ、ｆｃはいずれも正の値とする。
【０２１６】
【数２５】
１／Ｌａ−１／Ｌｂ＝１／ｆｃ
【０２１７】
【数２６】
Ｌａ＜ｆｃ＜Ｌｂ
上記のような構成の場合、像側共役点Ｂの位置には投写レンズ６の射出瞳の虚像が存在することになり、これは、虫眼鏡などの拡大鏡で、その焦点距離より近くにある物を拡大した虚像を観察するのと同等の原理の構成になる。
【０２１８】
このときの拡大倍率Ｍは、次式のように、物側共役点距離Ｌａに対する像側共役点距離Ｌｂの比率によって得られる。
【０２１９】
【数２７】
Ｍ＝Ｌｂ／Ｌａ
このとき、透過型スクリーンの画面垂直寸法Ｈと投写レンズ６の射出瞳の直径Ｄの関係が、次式を満足するようにフレネルレンズシート４と投写レンズを配置すれば透過型スクリーン７の画面垂直寸法いっぱいに明るい映像を得ることができる。
【０２２０】
【数２８】
Ｄ×Ｌｂ／Ｌａ≧Ｈ
図１９は、前述の本発明の実施例のフレネルレンズシート４の設計例による拡大倍率を示す特性図である。同図において、横軸は画面中心からの距離ｒを画面対角隅までの有効半径で正規化した相対半径であり、縦軸はフレネルレンズシートにより得られる虚像の拡大倍率Ｍである。
【０２２１】
図中の条件１の実線は、表８の設計例のフレネルレンズの拡大倍率を示し、また条件２の破線は表７のフレネルレンズの拡大倍率を示している。
【０２２２】
本発明による個々の背面投写型画像ディスプレイユニットにおいては、上述のように、フレネルレンズシート４により投写レンズ６の射出瞳の拡大虚像を作ることにより、画面全体の明るさの均一性を向上している。
【０２２３】
次に、背面投写型画像ディスプレイユニットを組み上げてマルチスクリーンディスプレイ装置を構成したときの、上下に隣接するユニットの境界部における画像の明るさの均一性を向上するための技術手段について説明する。
【０２２４】
図２０は、背面投写型画像ディスプレイユニットを２段重ねた場合の隣接する２つの注視点と、観視位置Ａ、及び観視位置Ｂとの位置関係の概略を示す縦断面図である。
【０２２５】
また、図２１は、図２０における注視点付近（Ｃ部）を拡大して示す縦断面図である。
【０２２６】
前述のように、フレネルレンズシート４の像側共役点の位置を、映像発生源側に設定し、フレネルレンズシート４からの出射する緑の映像光線が発散光束となるようフレネルレンズ形状を設定すると、図２０、及び図２１に示すように背面投写型画像ディスプレイユニットを２段重ねた場合、隣接する２つの注視点（両図におけるａ点とｂ点）を、例えば、観測位置Ｂ（ディスプレイユニットからの距離は３ｍ）及び観測位置Ａ（ディスプレイユニットからの距離は５ｍ）から観視した場合のスクリーン上の注視点ａ点の明るさと注視点ｂ点の明るさは不連続となる。
【０２２７】
図２２は、図２０、及び図２１に示す観視位置Ａ、Ｂから、隣接する注視点ａ点と注視点ｂ点を観視したときの、注視点ａ点の輝度Ｂａと注視点ｂ点の輝度Ｂｂの比率を対数表示した特性図である。
【０２２８】
同図において、横軸はフレネルレンズシート４の光出射面１９から出射する緑色映像光の出射角度の垂直角度成分θｓであり、縦軸はｌｏｇ（Ｂａ／Ｂｂ）の値である。出射角度の垂直角度成分θｓとは、図２１に示すように、緑色の出射光線を、図３２に示すＸ方向に垂直な垂直断面に投影した線がＺ方向となす角度をいい、光束が発散のときの符号を正とする。
【０２２９】
上記の隣接する２つの注視点の明るさの比率がどの程度まで許容できるかについて、実際にフレネルレンズシート４を試作して比較検討を行った結果、ディスプレイユニットから５ｍ離れている観視点Ａから観視したときに、輝度比が１ｄＢ原２ｄＢ以下であれば実用上問題ないことが判った。すなわち、緑色映像光の出射角度の垂直角度成分θｓが１．７５度以下となるようにフレネルレンズシート４のフレネルレンズを設計すればよい。
【０２３０】
前述の表７、表８、表９に示したフレネルレンズの設計例では、それぞれ図１４、図１５、図１６に示すように、フレネルレンズの有効半径に対する相対半径が０．６となるｒ＝３３５ｍｍ付近の緑色光の出射角度の水平角度成分がそれぞれ１．２度、０．７度、０．５度となっており、これらは画面上端における緑色光の出射角度の垂直角度成分θｓと読み替えることができるので、いずれも上記の条件を満足する設計となっている。
【０２３１】
さらに優れた性能を得るためには、ディスプレイユニットから３ｍ離れている観視点Ｂから観視したときに、輝度比が１ｄＢ以下になるようにすればよく、この時の緑色映像光の出射角度の垂直角度成分θｓは１．０度以下となるようにフレネルレンズシート４のフレネルレンズを設計すればよい。
【０２３２】
前述のフレネルレンズの設計例のうちでは、表８、表９に示した設計例がこの条件を満足する設計となっている。
【０２３３】
以上述べたように、本実施例のフレネルレンズシートによれば、スクリーン集中角が１０度程度と大きい場合であっても、画面の明るさの均一性が良好な背面投写型画像ディスプレイユニット、及びマルチスクリーンディスプレイ装置を実現することができる効果がある。
【０２３４】
さらに、前述のレンチキュラーレンズシートと組み合わせれば、画面明るさの均一性向上と画面の色均一性の向上を両立させた背面投写型画像ディスプレイユニット、及びマルチスクリーンディスプレイ装置を実現することができる効果がある。
【０２３５】
なお、本発明の透過型スクリーンにおいては、フレネルレンズシート４の基材１７及びレンチキュラーレンズシート３の基材１４はいずれも透明熱可塑性樹脂としており、これらの屈折率は一般に１．５０程度である。映像光線がそれぞれのシート面に垂直に入射する場合において、光の反射率は、よく知られているように、１面ごとに４％程度である。この反射による反射光線は、投写光学系内で迷光となり、最終的にスクリーン画面に到達すると画像のコントラストの低下を招くと共に、フォーカス特性の低下を招く。
【０２３６】
これに対し、レンチキュラーシート３とフレネルレンズシート４の表面に反射防止処理を施すことで、不要反射光によりスクリーン上の像がぼやけることなく、良好なフォーカス特性が得られ、かつ、映像光がスクリーンを通過する途中での光損失がなく、スクリーン上の画面の明るさとコントラストの特性は良好なものとなる。
【０２３７】
本発明の他の実施例について、以下説明する。
【０２３８】
図２３は、本発明の第二の実施例の透過型スクリーンの構成の概略を示す斜視図である。図３０に示す透過型スクリーンとの相違点は、フレネルレンズシート４の光入射面にスクリーン画面水平方向を長手方向とするレンチキュラーレンズを画面垂直方向に連続して配置した形状として、映像光の画面垂直方向の光拡散をレンチキュラーレンズシート３内の光拡散材１１と分担している点である。
【０２３９】
図２４は、本発明の第三の実施例の透過型スクリーンの構成の概略を示す斜視図である。図３０に示す透過型スクリーンとの相違点は、フレネルレンズシート４とレンチキュラーレンズシート３の間に、光入射面にスクリーン画面水平方向を長手方向とするレンチキュラーレンズを画面垂直方向に連続して配置した光入射面形状２１を有する垂直レンチキュラーレンズシート２０が配置され、これにより、映像光の画面垂直方向の光拡散をレンチキュラーレンズシート３内の光拡散材１１と分担している点である。
【０２４０】
また、本実施例のほかに、前述の垂直レンチキュラーレンズシート２０の形状を、光出射面もしくは、光出射面と光入射面の両面にスクリーン画面水平方向を長手方向とするレンチキュラーレンズを画面垂直方向に連続して配置した面形状を有する垂直レンチキュラーレンズシート２０を配置することで、映像光の画面垂直方向の光拡散をレンチキュラーレンズシート３内の光拡散材１１と分担するような構成としても実質的に本発明に含まれることは言うまでもない。
【０２４１】
図２５は、本発明の第四の実施例の透過型スクリーンの構成の概略を示す斜視図である。この実施例の透過型スクリーンにおいては、図２５に示すようなダークティント板２４を、前述の第三の実施例の透過型スクリーン７の映像観視側に配置する。このダークティント板２４は、半透明に着色された熱可塑性樹脂材料より成り、投写された画像光より外光を多く吸収する機能を有している。すなわち、映像発生源から観視者に至る投写画像光は、ダークティント板２４を１回だけ透過するために光量がダークティント板２４の透過率に比例して減衰するのに対し、照明光などの外光が透過型スクリーンで反射されて観視者に至るときは、ダークティント板２４の映像観視側の出射面で反射される光を除き、ダークティント板２４を少なくとも１往復通るため、光量がダークティント板２４の透過率の２乗に比例して減衰する。
【０２４２】
これにより、投写光より外光の方が損失光の比率が大きくなり、照明光などの外光があるときのコントラストが向上する効果がある。
【０２４３】
さらに、ダークティント板２４の光出射面２６の表面処理として、防眩処理を行ったときは、映像観視側の物体や照明光などのスクリーン画面への映り込みを防止できる効果がある。また、同じく帯電防止処理を行ったときは、ダークティント板２４の表面の帯電により塵埃が付着するのを防止できる効果がある。さらに、ハードコーティング処理などの表面硬化処理を施したときは、映像観視側から何らかの物体が衝突しても光吸収シートの表面に傷がつきにくくなる効果がある。
【０２４４】
これらの第二、第三、第四の実施例において、第一の実施例と同様の設計のレンチキュラーレンズシートとフレネルレンズシートと用いれば、前述の第一の実施例と同様、画面明るさの均一性向上と画面の色均一性の向上を両立させた透過型スクリーン、背面投写型画像ディスプレイユニット、及びマルチスクリーンディスプレイ装置を実現することができる効果がある。
【０２４５】
以上の説明は、赤，緑，青，の単色の投写型ブラウン管３本を用いた光学系、及びその光学系を使用した画像ディスプレイ装置とマルチスクリーンディスプレイ装置に関して行ったが、ブラウン管の本数を６本、９本等に増やした場合、あるいは、映像発生源がスライドフィルムのようなカラー画像（光学系の途中で合成する場合も含む）を１本の投写レンズで投写する光学系、及びその光学系を使用した画像ディスプレイ装置の場合にも、実質的に本発明に含まれることは言うまでもない。
【０２４６】
また、以上の説明では、マルチスクリーンディスプレイ装置として、専ら、各背面投写型画像ディスプレイユニットの透過型スクリーンの画面が平面状につながるように、背面投写型画像ディスプレイユニットを組み上げた例を念頭において説明してきた。しかしながら、マルチスクリーンディスプレイ装置の形態についてはこれに限定されるものではなく、例えば、本発明の出願人が先に提案した特願平７−１２８２６号公報、特願平７−１５０３６７号公報の出願にあるように、透過型スクリーンの画面が多面体状、または多面体の一部となるように背面投写型画像ディスプレイユニットを連結して構成される形態も考えられ、このようなマルチスクリーンディスプレイにおいて本発明を実施する場合には、隣接する背面投写型画像ディスプレイ装置のそれぞれの前記透過型スクリーンのフレネルレンズシートから出射する緑色映像光の主光線の光束が、その隣接部で、互いに一部の領域が重なるようにするとともに、赤色映像光の主光線の光束と青色映像光の主光線の光束については、フレネルレンズシートから出射するときに隣接するフレネルレンズシートから出射する同色の光束とそれぞれほぼ接するように構成することにより、本発明の効果を得ることができる。
【０２４７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、投写型ブラウン管などの映像発生源からの映像光が、投写レンズを経て、透過型スクリーンに入射する投写光学系において、本発明によれば、スクリーン集中角θが１０度程度と大きい場合であっても、スクリーン画面水平方向の指向特性の大幅改善とカラーシフトの大幅低減がレンチキュラーレンズシート３の光入射面の第一のレンチキュラーレンズ及び、光出射面の第二のレンチキュラーレンズの形状最適化により実現し、広い適視領域が実現できる効果がある。
【０２４８】
また、フレネルレンズシートの像側共役点距離を最適設計し、画面の全領域においてフレネルレンズシートからの青色映像光と赤色映像光の出射角度がほぼ等しくなるようにすることで、画像の色の均一性を向上し、画面の色づきを低減できる効果がある。
【０２４９】
さらに、これらのレンチキュラーレンズシートとフレネルレンズシートを組み合わせることにより、画像の明るさの均一性と色の均一性を両立した背面投写型画像ディスプレイユニット、及びマルチスクリーンディスプレイ装置が実現できる効果がある。
【０２５０】
また、フレネルレンズシート４とレンチキュラーレンズシート３の表面に反射防止処理を行うことで、不要反射光が低減されるので、画像のコントラストの低下及びフォーカス特性の低下を招くことがない。
【０２５１】
以上の述べたように本発明の透過型スクリーンを用いることでマルチスクリーンディスプレイ装置の光学性能が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシート３における１対の光入射面と光出射面の部分の横断面を示す拡大断面図である。
【図２】本発明の透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシート３における１対の光入射面と光出射面の部分の横断面を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシート３の表３に示す設計例の第一、第二のレンチキュラーレンズの１対の部分の横断面を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシート３の表３に示す設計例の第一、第二のレンチキュラーレンズの１対の部分の横断面を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシート３の表３に示す設計例の第一のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を関数Ｚ（ｒ）で表したときの２次微分係数ｄ²Ｚ（ｒ）／Ｄｒ²の値を示す特性図である。
【図６】表３に示した本発明の実施例のレンチキュラーレンズシート３と、表２に示した従来技術によるフレネルレンズシート４を組み合わせた透過型スクリーンの緑の水平指向特性を示す特性図である。
【図７】表３に示した本発明の実施例のレンチキュラーレンズシート３と、表２に示した従来技術によるフレネルレンズシート４を組み合わせた透過型スクリーンの赤と青の水平指向特性を示す特性図である。
【図８】表３に示した本発明の実施例のレンチキュラーレンズシート３と、表２に示した従来技術によるフレネルレンズシート４を組み合わせた透過型スクリーンの赤と青の水平指向特性を示す特性図である。
【図９】本発明の透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシート３の表６に示す設計例の第一のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を関数Ｚ（ｒ）で表したときの２次微分係数ｄ²Ｚ（ｒ）／Ｄｒ²の値を示す特性図である。
【図１０】表４に示した本発明の実施例のレンチキュラーレンズシート３と、表２に示した従来技術によるフレネルレンズシート４を組み合わせた透過型スクリーンの緑の水平指向特性を示す特性図である。
【図１１】表４に示した本発明の実施例のレンチキュラーレンズシート３と、表２に示した従来技術による
【図１２】表４に示した本発明の実施例のレンチキュラーレンズシート３と、表に示した本発明の実施例のフレネルレンズシート４を組み合わせた透過型スクリーンの赤と青の水平指向特性を示す特性図である。
【図１３】本発明の背面投写型画像ディスプレイユニットの透過型スクリーン７に使用されるフレネルレンズシート４の光束変換作用の概略を示す平面図である。
【図１４】本発明の実施例の透過型スクリーンに表７に示す設計例のフレネルレンズシート４を用いたときの、フレネルレンズシート４からの赤、緑、青の各色の映像光の主光線の出射角度の水平角度成分の特性図を示す。
【図１５】本発明の実施例の透過型スクリーンに表８に示す設計例のフレネルレンズシート４を用いたときの、フレネルレンズシート４からの赤、緑、青の各色の映像光の主光線の出射角度の水平角度成分の特性図を示す。
【図１６】本発明の実施例の透過型スクリーンに表９に示す設計例のフレネルレンズシート４を用いたときの、フレネルレンズシート４からの赤、緑、青の各色の映像光の主光線の出射角度の水平角度成分の特性図を示す。
【図１７】本発明の背面投写型画像ディスプレイユニットの透過型スクリーン７に使用されるフレネルレンズシ−ト４の光束変換作用の概略を示す縦断面図である。
【図１８】本発明の背面投写型画像ディスプレイユニットの投写光学系における、緑色用の投写レンズ６の射出瞳２０Ｇとフレネルレンズシート４の位置関係の概略を示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施例のフレネルレンズシート４の設計例による拡大倍率を示す特性図である。
【図２０】本発明の背面投写型画像ディスプレイユニットを２段重ねた場合の隣接する２つの注視点と、観視位置Ａ、及び観視位置Ｂとの位置関係の概略を示す縦断面図である。
【図２１】本発明の背面投写型画像ディスプレイユニットを２段重ねた場合の隣接する２つの注視点付近（Ｃ部）を拡大して示す縦断面図である。
【図２２】本発明の背面投写型画像ディスプレイユニットを２段重ねた場合の隣接する２つの注視点を、観視位置Ａ、Ｂから観視したときの、注視点ａ点の輝度Ｂａと注視点ｂ点の輝度Ｂｂの比率を対数表示した特性図である。
【図２３】本発明の第二の実施例の透過型スクリーンの構成の概略を示す斜視図である。
【図２４】本発明の第三の実施例の透過型スクリーンの構成の概略を示す斜視図である。
【図２５】本発明の第四の実施例の透過型スクリーンの構成の概略を示す斜視図である。
【図２６】一般的な一体型マルチスクリーンディスプレイ装置の一例を示す斜視図である。
【図２７】図２６に示すマルチスクリーンディスプレイ装置の縦断面の要部を示す断面図である。
【図２８】マルチスクリーンディスプレイ装置において使用される透過型スクリーンの一例の要部を示す斜視図である。
【図２９】背面投写型画像ディスプレイユニットの投写光学系を水平面上に展開したときの概略を示す平面図である。
【図３０】背面投写型画像ディスプレイユニットの投写光学系に使用される従来技術の透過型スクリーン７の一例の基本構成の要部を示す斜視図である。
【図３１】図３０に示したレンチキュラーレンズシート３の第一、第二のレンチキュラーレンズが対向する部分の縦断面を示す断面図である。
【図３２】透過型スクリーンに映出された映像を観視するときの水平方向観視角α及び垂直方向観視角βを示す概略斜視図である。
【図３３】図３０に示した従来技術の透過型スクリーン７のレンチキュラーレンズシート３のＡ部の横断面における緑の光束の光線追跡図である。
【図３４】図３０に示した従来技術の透過型スクリーン７のレンチキュラーレンズシート３のＡ部の横断面における赤（または青）の光束の光線追跡図である。
【図３５】従来の背面投写型画像ディスプレイユニットの透過型スクリーン７に使用されるフレネルレンズシート４の光束変換作用の概略を示す平面図である。
【図３６】レンズ形状を定義するための座標軸を示す説明図である。
【図３７】表１に示す従来技術の透過型スクリーン７のレンチキュラーレンズシート３の光入射面１５Ｌのレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を表す関数Ｚ（ｒ）の２次微分係数Ｚ″（ｒ）の値を示す特性図である。
【図３８】従来技術の透過型スクリーン７として、表１に示したレンチキュラーレンズシート３と表２に示したフレネルレンズシート４を用いた場合の緑の水平指向特性を示す特性図である。
【図３９】従来技術の透過型スクリーン７として、表１に示したレンチキュラーレンズシート３と表２に示したフレネルレンズシート４を用いた場合の赤と青の水平指向特性を示す特性図である。
【図４０】従来技術の透過型スクリーン７として、表１に示したレンチキュラーレンズシート３と、表２に示したフレネルレンズシート４を用いた場合の赤と青の水平指向特性を示す特性図である。
【図４１】従来技術による一般的な透過型スクリーンの垂直指向特性を示す特性図である。
【図４２】表２に示す従来技術の透過型スクリーン７のフレネルレンズシート４の赤、緑、青の投写光束の出射角度の水平角度成分を示す特性図である。
【図４３】レンチキュラーレンズの横断面における一般的な縦球面収差を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１…マルチスクリーンディスプレイ装置本体、
２…スクリーン枠、
３…レンチキュラーレンズシート、
４ａ，４ｂ，４ｃ…フレネルレンズシート、
５ａ，５ｂ…光路折り返し用ミラー、
６ａ，６ｂ，６Ｂ，６Ｇ，６Ｒ…投写レンズ、
７…透過型スクリーン、
８，８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ…投写型ブラウン管、
９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ…光軸、
１４，１７，２３，２７…基材、
１５，１８，２１，２５…光入射面、
１３…光吸収層、
１６，１９，２２，２６…光出射面、
１２…凸形突起部、
１５（Ｓ₀）…光入射面、
１６（Ｓ₁）…光出射面。

Claims (9)

1. 映像発生源の映像光が投写レンズを介して入射され、
   光入射面に、画面垂直方向に延びるレンチキュラーレンズが複数個、画面水平方向に配列されたレンチキュラーレンズシートと、
   該レンチキュラーレンズシートの映像発生源側に配置されるものであって、光入射面に、画面水平方向に延びるレンチキュラーレンズが複数個、画面垂直方向に配列され、光出射面にフレネルレンズが形成されたフレネルレンズシートとを備えた透過型スクリーンにおいて、
   前記レンチキュラーレンズの各々の断面輪郭形状は、前記映像発生源側に凸で、かつ負の縦球面収差を発生させるとともに、前記レンチキュラーレンズ面をその光軸から離れた場所で通過する光軸と略平行な光線が、光軸と交差せずにレンチキュラーレンズの出射面に至ような非球面形状を為し、
   前記映像光のうち、前記レンチキュラーレンズのレンズ面を光軸付近で通過する光線の結像位置が、前記レンチキュラーレンズシートの光出射面の手前にあることを特徴とする透過型スクリーン。
2. 前記レンチキュラーレンズの断面輪郭形状を表わす関数Ｚ(ｒ)の２次微分係数Ｚ''(ｒ)の値(但し、ｒは前記レンチキュラーレンズの光軸から半径方向のレンズ面までの距離)は、相対半径(＝ｒ／(Ｐ／２)：但し、Ｐを前記レンチキュラーレンズのピッチ)が０から大きくなるにつれて増加して極大値となり、前記相対半径がさらに大きくなると前記極大値から単調減少することを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーン。
3. 映像発生源の映像光が投写レンズを介して入射される透過型スクリーンであって、
   光入射面に、画面垂直方向に延びる第一のレンチキュラーレンズが複数個、画面水平方向に配列され、光出射面に、画面垂直方向に延びる第二のレンチキュラーレンズが複数個、前記第一のレンチキュラーレンズと対向するように画面水平方向に配列されたレンチキュラーレンズシートと、
   該レンチキュラーレンズシートの映像発生源側に配置され、光入射面に、画面水平方向に延びる第三のレンチキュラーレンズが複数個、画面垂直方向に配列され、光出射面にフレネルレンズが形成されたフレネルレンズシートと、を備えた透過型スクリーンにおいて、
   前記第一のレンチキュラーレンズの、各々の断面輪郭形状は、前記映像発生源側に凸で、かつ負の縦球面収差を発生させるとともに、前記第一のレンチキュラーレンズ面をその光軸から離れた場所で通過する光軸と略平行な光線が、光軸と交差せずに第二のレンチキュラーレンズ面に至るような非球面形状を為し、
   前記映像光のうち、前記第一のレンチキュラーレンズのレンズ面を光軸付近で通過する光線の結像位置が、前記第二のレンチキュラーレンズのレンズ面よりも手前にあることを特徴とする透過型スクリーン。
4. 前記第一のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を表わす関数Ｚ(ｒ)の２次微分係数Ｚ''(ｒ)の値(但し、ｒは前記第一のレンチキュラーレンズの光軸から半径方向のレンズ面までの距離)は、相対半径(＝ｒ／(Ｐ／２)：但し、Ｐを前記第一のレンチキュラーレンズのピッチ)が０から大きくなるにつれて増加して極大値となり、前記相対半径がさらに大きくなると前記極大値から単調減少することを特徴とする請求項３に記載の透過型スクリーン。
5. 前記第二のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状は、画像観視側に凸形であることを特徴とする請求項３に記載の透過型スクリーン。
6. 前記関数Ｚ(ｒ)が、下式であることを特徴とする請求項４に記載の透過型スクリーン。
   

   
7. 前記２次微分係数Ｚ''(ｒ)の前記極大値を該２次微分係数Ｚ''(ｒ)の極小値で除して得られる比率ｐの値が、
   

   

   を満足することを特徴とする請求項４に記載の透過型スクリーン。
8. 前記２次微分係数Ｚ''(ｒ)の前記極大値を該２次微分係数Ｚ''(ｒ)の極小値で除して得られる比率ｐの値が、
   

   

   を満足することを特徴とする請求項３に記載の透過型スクリーン。
9. 前記第一のレンチキュラーレンズの断面輪郭形状を前記の関数Ｚ(ｒ)で表したときの前記２次微分係数Ｚ''(ｒ)が、極大値をとる点と、符号が反転する点のｒ軸座標の値をそれぞれｈ₁、ｈ₂とし、前記第一のレンチキュラーレンズに、光軸にほぼ平行にｒ＝ｈ₁、及びｒ＝ｈ₂の位置において入射し屈折した光線が光軸を横切る点のＺ軸座標の値を、それぞれ、Ｚ＝Ｌ、Ｚ＝Ｌ′としたとき、前記第一のレンチキュラーレンズの面と前記第二のレンチキュラーレンズの面とが光軸上においてなす面間距離ｔが、
   

   

   となることを特徴とする請求項６に記載の透過型スクリーン。

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