JP3939458B2 - 背面投写型スクリーン - Google Patents

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    • G02B5/0278Diffusing elements; Afocal elements characterized by the use used in transmission

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は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備えた背面投写型スクリーンに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から一般に用いられている背面投写型スクリーンの概略構成図を図1に示す。図1において、1はフレネルレンズシートであり、2はレンチキュラーレンズシートである。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は通常、両シートが密着された状態で背面投写型スクリーンとして用いられる。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備えた背面投写型スクリーンの背面から投写された映像光は、フレネルレンズシートによって平行光あるいはスクリーンから5〜20m観察側寄りの位置に焦点を結ぶ収束光に換えられる。フレネルレンズシートから出射された平行光または収束光は、レンチキュラーレンズシートにより水平方向に大きく拡散され、これによって水平方向の広い視野範囲で映像を観察することが可能となる。水平方向のみならず垂直方向においても映像観察が可能な範囲を拡大するために、レンチキュラーレンズシートには一般に拡散剤が分散された材料が用いられている。
【0003】
図2にフレネルレンズシートの概略断面図を示す。一般に、フレネルレンズシートは等間隔で同心円状の微細ピッチのレンズからなるフレネルレンズが光出射面に設けられたシートで構成されている。ここで、フレネルレンズシートの光入射面側に垂直方向に映像光を拡散させる機能をもつ微細レンチキュラーレンズが必要により設けられることもある。また、フレネルレンズシート内部での映像光の反射によるゴースト光の発生を防ぐ目的で、フレネルレンズシートに拡散剤が含有されることもある。図3にレンチキュラーレンズシートの概略断面図を示す。図3に示すように、レンチキュラーレンズシートは光入射面側および光出射面側に等間隔になるようにかまぼこ型のレンズがそれぞれ配置されている。外部からの光がレンチキュラーレンズシート表面で反射されて観察者に戻ることを防ぐために、ブラックストライプが光出射面側のかまぼこ型レンズの間に設けられることが一般的である。なお、かまぼこ型のレンズが光入射面側のみに設けられたタイプのレンチキュラーレンズシートもある。
【0004】
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組み合わせて用いる場合、両シートにそれぞれ設けられた等間隔のレンズによって光が透過する部分と光が透過しない部分とが生じるためにモアレと呼ばれる現象が発生する。すなわち、フレネルレンズシートを観察側から見た場合、図2に示す領域aでは光が透過してくるが、領域bでは光が透過して来ず、微細な等間隔の明暗による同心円状縞模様ができる。また、レンチキュラーレンズシートでは、レンチキュラーレンズシートの一部分から光が出射され、他の部分からは光が出て来ないため、図3に示すように微細な等間隔の明暗の縦縞模様が生じる。
【0005】
これら2つのシートの干渉によるモアレの発生を完全に防止することは基本的に困難であるが、実用上問題のない範囲にまでモアレの低減を図ることは可能である。モアレのピッチを最適化し、観察者に目立ちにくくするため、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のそれぞれのレンズピッチの比を特定のものとする技術が開発されており、例えば、レンチキュラーレンズのレンズピッチとフレネルレンズのレンズピッチとの比をN+0.35〜0.45(ただし、Nは自然数。)とすること(特開昭59−95525号公報参照)、レンチキュラーレンズのレンズピッチとフレネルレンズのレンズピッチとの比をN+0.25〜0.75(ただし、Nは3以上の整数。)とすること(特開昭60−263932号公報参照)、フレネルレンズのレンズピッチとレンチキュラーレンズのレンズピッチとの比を0.1505〜0.1545あるいは0.1760〜0.181とすること(特開平3−149540号公報参照)などが知られている。これら各先行文献においてクレームされたフレネルレンズとレンチキュラーレンズとのピッチ比は、モアレが目立ちにくい範囲を実験的に求めたものであった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
デジタルテレビに代表される映像光源の解像度の向上にともない、近年、背面投写型スクリーンのレンチキュラーレンズシートおよびフレネルレンズシートのレンズピッチが微細化されてきている。従来、一般に用いられていたレンチキュラーレンズシートのレンズピッチは約0.7〜1.2mm程度であったものが、映像光源の微細化にともなって、約0.1〜0.52mm程度の微細なものが使用されるようになってきた。レンズピッチが微細化されたレンチキュラーレンズシートおよびフレネルレンズシートを用いた場合には、上記の各先行文献で最適であるとされていた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のレンズピッチ比では、モアレを十分に解消できないことが分かった。
【0007】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、微細なレンズピッチをもつ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で構成された背面投写型スクリーンにおけるモアレを効果的に解消することができる背面投写型スクリーンを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の背面投写型スクリーンは、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備える背面投写型スクリーンであって、フレネルレンズシートに設けられたフレネルレンズのレンズピッチが0.12mm未満であり、レンチキュラーレンズシートに設けられたレンチキュラーレンズのレンズピッチが0.6mm以下であり、上記フレネルレンズのレンズピッチおよびレンチキュラーレンズのレンズピッチのうち、大きさが小さい方のレンズピッチをP(mm)で、他方のレンズピッチをP(mm)でそれぞれ表したとき、下記の式(1)、
=1/│n/P−m/P│ (1)
(ただし、nおよびmはそれぞれ下記の式(2)および(3)、
n≦15×P/P (2)
m≦15×P/P (3)
を満足する自然数である。)
で求められるフレネルレンズとレンチキュラーレンズとの間で発生するモアレのピッチP(mm)が3mm以下であることを特徴とする。フレネルレンズのレンズピッチをP(mm)で、レンチキュラーレンズのレンズピッチをP(mm)でそれぞれ表したとき、モアレが発生しやすい特性をもつ、P/Pが5以下である背面投写型スクリーンに上記本発明を適用することが特に有効である。
【0009】
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の組み合わせにより発生するモアレのピッチPM(mm)は、上記の通りの式(1)によって表される。以下の説明では、フレネルレンズのピッチ<レンチキュラーレンズのピッチなる関係を有する場合、すなわち、フレネルレンズのピッチがP1(mm)で、レンチキュラーレンズのピッチがP2(mm)でそれぞれ表される場合を考える。なお、以下の説明は、これとは逆に、フレネルレンズのピッチ>レンチキュラーレンズのピッチなる関係の背面投写型スクリーンにおいても同様に考えることができる。
【0010】
式(1)においてn=1であるとき、フレネルレンズのレンズピッチの空間周波数の基本波を示し、モアレピッチPMはP2=mP1となったときに最大となる。つまり、レンチキュラーレンズのレンズピッチがフレネルレンズのレンズピッチの整数倍であると目立ちやすいモアレが発生する。次に、n=2の場合を考える。 n=2であるとき、フレネルレンズのレンズピッチの空間周波数の2倍波を示し、モアレピッチPMはP2=0.5×mP1となったときに最大となる。つまり、レンチキュラーレンズのレンズピッチがフレネルレンズのレンズピッチの1/2倍の整数倍であると目立ちやすいモアレが発生する。同様にn=3であるときは3倍の高調波であり、n=4であるときは4倍の高調波となる。このとき、それぞれレンチキュラーレンズのレンズピッチがフレネルレンズのレンズピッチの1/3倍あるいは1/4倍の整数倍であると目立ちやすいモアレが発生する。なお、nが5以上であるときも同様である。上記の通り、モアレは3次以上の全ての高調波においても発生しており、高調波域のモアレをも全て解消することができるレンズピッチ比の解を求めることは非常に困難である。
【0011】
モアレ低減のための従来の技術では、明暗模様の1次あるいは2次成分のみを考慮してレンチキュラーレンズとフレネルレンズとのレンズピッチ比が最適化されており、3次以上の高調波成分は全く考慮されていなかった。これは、従来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を組み合わせた背面投写型スクリーンにおいては、上記レンズピッチ比を6以上というように大きくとることができていたために、高調波によるモアレが問題とはならなかったからである。しかし、レンズピッチの微細化にともなって上記レンズピッチ比が5以下になるように設計されるようになってきたことに伴って、3次以上の高調波成分を無視することができなくなってきた。
【0012】
本発明では、フレネルレンズシートに設けられたフレネルレンズのレンズピッチが0.12mm以下であり、レンチキュラーレンズシートに設けられたレンチキュラーレンズのレンズピッチが0.6mm以下である背面投写型スクリーンにおけるモアレの解消を対象とする。従来、一般に用いられていたフレネルレンズのレンズピッチは約0.12mm程度であり、レンチキュラーレンズのレンズピッチは0.7〜1.2mmである。すなわち、レンチキュラーレンズのレンズピッチとフレネルレンズのレンズピッチとの比は6〜10倍程度であり、フレネルレンズのレンズピッチの空間周波数の3倍の高調波では高調波のピッチとレンチキュラーレンズピッチとの比が15倍を越えており、3倍以上の高調波によるモアレを考慮する必要がなかった。これに対し、フレネルレンズシートに設けられたフレネルレンズのレンズピッチが0.12mm以下であり、レンチキュラーレンズシートに設けられたレンチキュラーレンズのレンズピッチが0.6mm以下である背面投写型スクリーンでは、フレネルレンズのレンズピッチの空間周波数の3倍の高調波においても、高調波のピッチとレンチキュラーレンズのレンズピッチとの比が15倍を下回ってくることになり、高調波成分によるモアレを考慮する必要が生じてくる。
【0013】
ところで、高調波に相当するモアレが、フレネルレンズシート等に含まれる拡散剤等の影響でぼかされると事実上モアレとして視認されなくなる。フレネルレンズのレンズピッチの高調波ピッチとレンチキュラーレンズのレンズピッチとの比に着目してモアレが視認されるか否かを観察すると、CRT方式、LCD方式、DMD方式等の用途向けの背面投写型スクリーンにおいて、フレネルレンズのレンズピッチの高調波ピッチとレンチキュラーレンズのレンズピッチとの比が10〜15倍程度あれば、モアレが事実上問題とならないことが解った。したがって、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の組み合わせにより発生するモアレのピッチを示す式(1)、
M=1/│n/P1−m/P2│ (1)
においてnおよびmがそれぞれ上記の式(2)および(3)、
n≦15×P1/P2 (2)
m≦15×P2/P1 (3)
を満足する場合にのみ、高調波によるモアレの解消を図れば良いことになる。
【0014】
そして、3mm以下のモアレであれば、これを視認することが可能であっても画質上大きな問題とはならないから、3/P以上の空間周波数において、上記の式(1)で表されるモアレピッチが3mm以下であれば良い。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明による背面投写型スクリーンの構成は従来のスクリーンについて示した図1と同様であり、また本発明の背面投写型スクリーンを構成する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もそれぞれ従来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について説明する図2および図3と同様である。なお、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に前面板等を組み合わせて背面投写型スクリーンを構成しても良い。以下、本発明の実施例を示し、本発明の効果を説明する。
【0016】
参考例1、実施例2、実施例3
レンチキュラーレンズピッチが0.179mmであるレンチキュラーレンズシートと、フレネルレンズピッチが0.1124mmであるフレネルレンズシートとで構成された背面投写型スクリーンにおけるモアレの長さ(mm)および高調波成分に対するレンチキュラーレンズピッチの比を表1に示す(参考例1)。また、レンチキュラーレンズピッチが0.118mmであるレンチキュラーレンズシートと、フレネルレンズピッチが0.0835mmであるフレネルレンズシートとで構成された背面投写型スクリーンにおけるモアレの長さ(mm)および高調波成分に対するレンチキュラーレンズピッチの比を表2に示す(実施例2)。さらに、レンチキュラーレンズピッチが0.518mmであるレンチキュラーレンズシートと、フレネルレンズピッチが0.1124mmであるフレネルレンズシートとで構成された背面投写型スクリーンにおけるモアレの長さ(mm)および高調波成分に対するレンチキュラーレンズピッチの比を表3に示す(実施例3)。なお、以下の各表において、「波長比」は、式(P×n)/P(以下の各実施例および比較例では、レンチキュラーレンズピッチがPに、フレネルレンズピッチがPにそれぞれ対応する。)により計算される数値を表し、物理的には、レンチキュラーレンズピッチに対するフレネルレンズ高調波ピッチ(n/フレネルレンズピッチ)の比を意味する。また、「モアレ長」は、式(1)により計算した数値である(式(1)のmについては種々の値を取り得るが、表で示したモアレ長は、式(1)により求められるモアレ長が最も大きくなるmで計算したものである。)。
【0017】
【表1】
Figure 0003939458
【0018】
【表2】
Figure 0003939458
【0019】
【表3】
Figure 0003939458
【0020】
上記の各フレネルレンズシートにはヘーズ値で18%の拡散材が添加された厚さが1.85mmの基板が用いられており、2P法によりフレネルレンズが形成されている。各レンチキュラーレンズシートは押し出し成形法により作製されており、レンズピッチが0.179mmのもの(実施例1)および0.118mmのもの(実施例2)には、入射側のみにレンチキュラーレンズが成形されている(いわゆる「片面レンチ」タイプ)。これらのレンチキュラーレンズシートのスクリーンゲインは6.0である。また、レンズピッチが0.518mmのもの(実施例3)には両面にレンチキュラーレンズが成形され、出射側にはブラックストライプが形成されている。このレンチキュラーレンズシートのスクリーンゲインも6.0である。各実施例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LCDを用いた投写光学系に取り付け、モアレを確認した結果、視認上問題となるモアレは発生しなかった。
【0021】
(比較例1〜2)
レンチキュラーレンズピッチが0.179mmであるレンチキュラーレンズシートと、フレネルレンズピッチが0.1135mmであるフレネルレンズシートとで構成された背面投写型スクリーンにおけるモアレの長さ(mm)および高調波成分に対するレンチキュラーレンズピッチの比を表4に示す(比較例1)。また、レンチキュラーレンズピッチが0.118mmであるレンチキュラーレンズシートと、フレネルレンズピッチが0.0843mmであるフレネルレンズシートとで構成された背面投写型スクリーンにおけるモアレの長さ(mm)および高調波成分に対するレンチキュラーレンズピッチの比を表5に示す(比較例2)。
【0022】
【表4】
Figure 0003939458
【0023】
【表5】
Figure 0003939458
【0024】
上記の各フレネルレンズシートにはヘーズ値で18%の拡散材が添加された厚さが1.85mmの基板が用いられており、2P法によりフレネルレンズが形成されている。また、レンチキュラーレンズシートは押し出し成形法により作製されており、入射側のみにレンチキュラーレンズが成形されている。このレンチキュラーレンズシートのスクリーンゲインは6.0である。これら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LCDを用いた投写光学系に取り付け、モアレを確認した結果、明確に視認されるモアレが発生した。
【0025】
(比較例3)
レンチキュラーレンズピッチが0.189mmであるレンチキュラーレンズシートと、フレネルレンズピッチが0.1128mmであるフレネルレンズシートとで構成された背面投写型スクリーンにおけるモアレの長さ(mm)および高調波成分に対するレンチキュラーレンズピッチの比を表6に示す(比較例3)。
【0026】
【表6】
Figure 0003939458
【0027】
上記のフレネルレンズシートにはヘーズ値で30%の拡散材が添加された厚さが1.85mmの基板が用いられており、2P法によりフレネルレンズが形成されている。また、レンチキュラーレンズシートは入射側のみにレンズが成形されている。このレンチキュラーレンズシートのスクリーンゲインは4.0である。これら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LCDを用いた投写光学系に取り付け、モアレを確認した結果、明確に視認されるモアレが発生した。
【0028】
【発明の効果】
本発明により、微細なレンズピッチをもつ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が組み合わされた背面投写型スクリーンであってもモアレを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】背面投写型スクリーンの概略図である。
【図2】背面投写型スクリーンに用いられるフレネルレンズシートの模式図である。
【図3】背面投写型スクリーンに用いられるレンチキュラーレンズシートの模式図である。
【符号の説明】
1:フレネルレンズシート
2:レンチキュラーレンズシート

Claims (2)

  1. 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備える背面投写型スクリーンであって、フレネルレンズシートに設けられたフレネルレンズのレンズピッチが0.12mm未満であり、レンチキュラーレンズシートに設けられたレンチキュラーレンズのレンズピッチが0.6mm以下であり、上記フレネルレンズのレンズピッチおよびレンチキュラーレンズのレンズピッチのうち、大きさが小さい方のレンズピッチをP(mm)で、他方のレンズピッチをP(mm)でそれぞれ表したとき、下記の式(1)、
    =1/│n/P−m/P│ (1)
    (ただし、nおよびmはそれぞれ下記の式(2)および(3)、
    n≦15×P/P (2)
    m≦15×P/P (3)
    を満足する自然数である。)
    で求められるフレネルレンズとレンチキュラーレンズとの間で発生するモアレのピッチP(mm)が3mm以下であることを特徴とする背面投写型スクリーン。
  2. フレネルレンズのレンズピッチをPF(mm)で、レンチキュラーレンズのレンズピッチをPL(mm)でそれぞれ表したとき、PL/ PFが5以下である請求項1記載の背面投写型スクリーン。
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