JP3999612B2 - 背面投射用スクリーン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、背面投射用スクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、背面投射用スクリーンは、主にフレネルレンズとレンチキュラーレンズとにより構成されている。
【０００３】
このような構成の背面投射用スクリーンでは、投射器（投射レンズ）からの広がった投射光をフレネルレンズで平行光束化し、レンチキュラーレンズで水平方向に光束をひろげ水平方向の指向性を広くしている。ここで、水平方向に指向性を広くするのは、スクリーンを上方，下方から見ることは少なくても、スクリーンを左右方向から見やすくするためである。
【０００４】
すなわち、上述した従来の背面投射用スクリーンでは、スクリーンの遠方からスクリーンが明るく見える指向性をもっている。ここで、鉛直方向の指向性はあえて狭く設計してスクリーンの明るさを確保している。すなわち、鉛直方向も広指向性にすると、発表者側ではスクリーンの上端近くや下端近くも見やすくなるが、スクリーンから離れた観客側ではスクリーンが暗くなってしまうからである。従って、鉛直方向の指向性はあえて狭く設計することにより、スクリーンの観測者は、スクリーンから離れた場所でも明るく良好なスクリーン画像を見ることができる。
【０００５】
ところで、１つの大型表示装置を使ってプレゼンテーションをする時、そのスクリーンが例えばタッチパネルであれば発表者はスクリーンの近く（スクリーン近傍）に位置することになる。従って、この種の表示装置の分野において、当業者間には、同じ表示画像（スクリーン画像）をスクリーン近傍にいる発表者にも、また、スクリーンから離れた観測者にも良好に表示する技術の確立が望まれている。
【０００６】
しかしながら、上述した従来の背面投射用スクリーンでは、スクリーンから離れた観測者には良好に表示するが、スクリーン近傍にいる発表者は良好に表示することができないという問題がある。
【０００７】
なお、１つのスクリーンに２つの投射器を使って、２つの投射器からの２種類の画像（光束）をスクリーンに投射し、一方の投射器からの画像を発表者側に表示させ、他方の投射器からの画像を観客側に表示させる表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０７−１２０８３７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に示されている表示装置では、スクリーン自体は、スクリーン近傍とスクリーン遠方との両方の位置で明るく見える指向性を有しておらず、スクリーン近傍とスクリーン遠方との両方の位置で明るく見えるためには、２つの投射器を用いなければならない。
【００１１】
本発明は、例えばスクリーン近傍とスクリーン遠方との両方の位置で明るく見える指向性を有する新規な背面投射用スクリーンを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、投射器から出射された光束を、複数の指向性をもつ光束に偏向する背面投射用スクリーンであって、該スクリーンへの投射光を平行光束化する平行光束化手段と、対面する前記背面投射用スクリーンの前方方向に光線強度がある第２の指向性を得るためのレンズアレイと、対面する前記背面投射用スクリーンで、前記第２の指向性をもつ光束の左右の少なくとも一方の方向に光線強度がある第１の指向性を得るための分光素子とを備えていることを特徴としている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１９（ａ）,（ｂ）は従来の背面投射用スクリーンの指向性を説明するための図である。なお、図１９（ａ）は背面投射型表示装置の上面図（平面図）であり、図１９（ｂ）は背面投射型表示装置の側面図である。図１９（ａ）,（ｂ）の背面投射型表示装置は、１つの投射器１１と、背面投射用スクリーン１０とを備えている。
【００３１】
ここで、背面投射用スクリーン１０は、投射器（投射レンズ）１１からの拡大投影光を平行光束化するフレネルレンズ１２と、従来の背面投射用スクリーンの指向性と同様の指向性２を得るためのレンチキュラーレンズ１３とにより構成されている。
【００３２】
図１９（ａ）,（ｂ）からわかるように、従来の背面投射用スクリーンの指向性２は、スクリーンから離れた観客側がスクリーン画像を見やすくなるように設定されており、この場合、スクリーンの近傍にいる者（例えば発表者）は、光線強度が低下しているスクリーンの端からの画像を見ることになり、スクリーン画像が見づらい。
【００３３】
本発明は、これを解決するために、図１９（ａ）,（ｂ）に示したような従来の背面投射用スクリーンの指向性２に加えて、さらに、従来のスクリーンの指向性２とは異なる方位の指向性をスクリーンにもたせた。
【００３４】
この場合、図１９（ａ）,（ｂ）に示した従来のスクリーンの指向性２を広げれば、所定の方位（例えばスクリーン近傍）からもスクリーンから離れた位置からも、スクリーン全体を見ることは可能になるが、この場合には、スクリーンゲインが小さくなるためにスクリーン画像は暗く見える。
【００３５】
本発明は、必要最小限に指向性を広げて、従来のスクリーンの指向性２とは異なる方位の指向性をスクリーンにもたせ、これにより、例えば、スクリーンから離れた位置からも、所定の方位（例えばスクリーン近傍）からも、良好にスクリーン画像を見ることができ、かつ、スクリーンゲインの低下を最小限に抑えることを意図している。
【００３６】
（第１の実施形態）
図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施形態を説明するための図である。なお、図１（ａ）は背面投射型表示装置の上面図、図１（ｂ）は背面投射型表示装置の側面図である。図１（ａ），（ｂ）を参照すると、第１の実施形態の背面投射型表示装置は、１つの投射器１１と、背面投射用スクリーン１０１とを備え、前記背面投射用スクリーン１０１は、１つの投射器１１から出射された光束を、複数の指向性をもつ光束に偏向するようになっている。
【００３７】
なお、図１（ａ），（ｂ）の例では、背面投射用スクリーン１０１は、投射器（投射レンズ）１１からの拡大投影光を平行光束化するフレネルレンズ１２と、従来の背面投射用スクリーンの指向性と同様の指向性２を得るためのレンチキュラーレンズ１３と、従来の背面投射用スクリーンの指向性とは異なる指向性１ａ，１ｂを得るための分光素子１４とにより構成されている場合が示されている。
【００３８】
図１（ａ），（ｂ）の例のスクリーンにおいて、指向性２は、上述したように、従来のスクリーンと同様の指向性であり、スクリーンから離れて位置する観客が見やすいように、水平方向には所定範囲で所定の大きさの光線強度をもち、また、鉛直方向は水平方向に比べて指向性の制限を厳しくとっている。この指向性２に追加された指向性１ａ，１ｂが、本発明においてスクリーンに新たに付加された指向性であって、所定の方位に光線強度を有する指向性（配向分布）となっている。すなわち、図１（ａ），（ｂ）の例では、指向性１ａ，１ｂはスクリーンの左右への斜め方向にも光線強度を有する指向性（配向分布）となっている。
【００３９】
また、図１（ａ），（ｂ）のスクリーンにおいて、分光素子１４としては、例えば回折格子を用いることができる。一例として、表面レリーフ型回折格子を用いれば、格子の溝がスクリーンの表面に対して鉛直方向に沿って刻まれていることから、レンチキュラーレンズ１３からの光を０次光，±１次光に分光させることができる。なお、分光素子１４が回折格子であるとき、回折格子１４はフレネルレンズ１２とレンチキュラーレンズ１３の間に配置しても良い。
【００４０】
また、図１（ａ），（ｂ）では、指向性２のさらに左右に、複数の指向性１ａ，１ｂが備わった例を示しているが、例えば、指向性１ｂを無くして、指向性２と指向性１ａとだけを有するように、本発明のスクリーンを構成することもできる。さらに、上述の例では、水平方向に指向性を追加させたが、鉛直方向に対して指向性２以外に指向性を追加させても良い（図示せず）。
【００４１】
このように、この第１の実施形態の背面投射用スクリーンは、１つの投射器１１から出射された光束を、複数の指向性をもつ光束に偏向するので、必要最小限に指向性を広げて、例えば、スクリーンから離れた位置からも、所定の方位（例えばスクリーン近傍の所定位置）からも、良好にスクリーン画像を見ることができ、かつ、スクリーンゲインの低下を最小限に抑えることができる。すなわち、従来のスクリーンの指向性と同様の指向性に加え、それ以外の方向でも良好にスクリーン画像を見ることの可能なスクリーンを提供することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第２の実施形態を説明するための図である。なお、図２（ａ）は背面投射型表示装置の正面図、図２（ｂ）は背面投射型表示装置の上面図、図２（ｃ）は背面投射型表示装置の側面図である。
【００４３】
この第２の実施形態の背面投射型表示装置は、第１の実施形態の背面投射型表示装置において、背面投射用スクリーン１０１は、１つの投射器１１から出射された光束を、該背面投射用スクリーン１０１の遠方から該スクリーン１０１が明るく見える第２の指向性と、該スクリーン１０１の端に向かうに従って光束の偏向角が大きくなる第１の指向性とをもつ光束に偏向するようになっている。
【００４４】
換言すれば、この第２の実施形態の背面投射型表示装置は、第１の実施形態の背面投射型表示装置において、前記背面投射用スクリーン１０１は、１つの投射器１１から出射された光束を、該背面投射用スクリーン１０１の遠方から該スクリーン１０１が明るく見える第２の指向性と、該スクリーン１０１の近傍で該スクリーン１０１が明るく見える第１の指向性とをもつ光束に偏向するようになっている。ここで、スクリーン近傍とは、概ねスクリーン１０１からスクリーン１０１の対角サイズの距離までの範囲を意味している。
【００４５】
なお、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、スクリーン１０１は、投射器（投射レンズ）１１からの拡大投影光を平行光束化させるフレネルレンズ１２と、従来の背面投射用スクリーンの指向性と同様の指向性２を得るためのレンチキュラーレンズ１３と、指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを得るための分光素子１４とにより構成されている場合が示されている。なお、分光素子１４としては、回折格子などを用いることができる。
【００４６】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の例のスクリーン１０１において、指向性２は、上述したように、従来のスクリーンと同様の指向性であり、スクリーン１０１から離れて位置する観客が見やすいように、水平方向には所定範囲で所定の大きさの光線強度をもち、また、鉛直方向は水平方向に比べて指向性の制限を厳しくとっている。この指向性２に追加された指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆが本発明においてスクリーンに新たに付加された指向性であって、所定の位置にスクリーン１０１からの光が集まるような指向性（配向分布）となっている。すなわち、図２では、指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆはスクリーン１０１の端に向かうに従って光束の偏向角が大きくなる指向性であり、スクリーン近傍の位置にスクリーン１０１からの光が集まるような指向性（配向分布）となっている。
【００４７】
本発明の背面投射用スクリーン１０１の指向性について、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いてより詳細に説明する。図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、本発明の背面投射用スクリーン１０１は２通りの指向性（すなわち、第１の指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと第２の指向性２）を有する。ここで、第１の指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは、スクリーン近傍に光を集める配向分布であって、スクリーンの両端からはスクリーン近傍の内側に向かって指向性を有している。また、第２の指向性２は、従来のスクリーンの指向性と同様に水平方向に大きく広がり鉛直方向には広がりを抑えた配向特性を有している。この際、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、第２の指向性２はスクリーンの全域にわたって同様の指向性となっている。これに対し、第１の指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは、スクリーンの端に向かうに従って光束の偏向角が大きくなっている。具体的に、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、スクリーンの場所ごとで指向性をみると、スクリーンの右端では従来の第２の指向性２とスクリーン近傍の所定位置に光を集めるための第１の指向性１ｄ，１ｆが兼ね備わる。スクリーンの中央付近に近づくほど第１の指向性１ｄ，１ｆは無くなり、スクリーン左側では第２の指向性２に加えて第１の指向性１ｃ，１ｅを兼ね備える。なお、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、第１の指向性は、スクリーン近傍で、かつ、スクリーン中央からの法線上に位置する領域に光を集める指向性であるが、スクリーン中央にこだわる必要は無い。また、スクリーン近傍の複数の所定位置に光を配分させる配向特性（指向性）であっても良い。
【００４８】
このような複数の指向性が複合されていると、スクリーンの近くでも、スクリーンから離れた位置からでも、スクリーン全域の画像を良好に見ることができる。特に注目すべきは、スクリーンの端の配向特性（指向性）で、従来の配向特性（指向性）ではスクリーン近傍には端部からの光はほとんど届かずに非常に暗くなっている。従来の指向性をさらに広げればスクリーン端部からスクリーン近傍に光が届くことになるが、広範囲に光を広げるためスクリーンの画像は暗くなってしまう（スクリーンのゲインが小さくなる）。
【００４９】
このように、この第２の実施形態では、第１の実施形態の背面投射型表示装置において、前記背面投射用スクリーンは、１つの投射器から出射された光束を、該背面投射用スクリーンの遠方から該スクリーンが明るく見える第２の指向性と、該スクリーンの端に向かうに従って光束の偏向角が大きくなる第１の指向性とをもつ光束に偏向するので、従来の指向性に加えて複数の所定の位置に光が集まるような指向性をスクリーンに付加することができる。
【００５０】
換言すれば、第２の実施形態では、第１の実施形態の背面投射型表示装置において、前記背面投射用スクリーンは、１つの投射器から出射された光束を、該背面投射用スクリーンの遠方から該スクリーンが明るく見える第２の指向性と、該スクリーンの近傍で該スクリーンが明るく見える第１の指向性とをもつ光束に偏向するので、スクリーンを遠くから（離れて）見る観測者（観客）とスクリーン近傍に位置する者（例えば発表者）との両方に、良好なスクリーン表示を提供できる。
【００５１】
なお、スクリーンが完全拡散するタイプのスクリーンである場合にも、スクリーンの遠方のみならずスクリーン近傍からもスクリーン画像を見ることは可能であるが、この場合には、必要以上に指向性を広げるためスクリーンゲインが大変小さくなり、スクリーンは暗く見えてしまう。すなわち、見づらいものとなってしまう。これに対し、本発明では、指向性を広げるのを必要最小限にとどめるために、スクリーンを必要以上に暗くすることなく、スクリーンを明るく表示させることができる。
【００５２】
このように、第２の実施形態では、従来のスクリーンの指向性と同様の指向性に加えて、特定のスクリーン近傍位置でも、良好にスクリーン画像が見られ、かつ、この場合でも、ゲインの低下を抑えることができる。
【００５３】
次に、本発明の背面投射用スクリーンのより具体的な構成例について説明する。
【００５４】
図３（ａ），（ｂ）は本発明の背面投射用スクリーンの第１の構成例を示す図である。この第１の構成例の背面投射用スクリーンは、１つの投射器（投射レンズ）１１からの投射光（スクリーンへの投射光）を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）１２と、空間的に領域分割された複合機能素子２０とを備えている。
【００５５】
図３（ｂ）には、観客側からスクリーンを見た場合の空間的に領域分割された複合機能素子２０の一例（正面図）が示されている。図３（ｂ）の例では、空間的に領域分割された複合機能素子２０は、レンチキュラーレンズ領域２１とフレネルレンズ領域２２との領域分割レンズによって構成されている。ここで、レンチキュラーレンズ領域２１は、例えば、従来のスクリーンと同様の第２の指向性２を与える機能を有し、また、フレネルレンズ領域２２は、例えば図２における指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを与える機能を有している。すなわち、フレネルレンズ領域２２は、特定の領域に、具体的にはスクリーン近傍に、光を集める指向性を与える機能を有している。
【００５６】
このように、図３（ａ），（ｂ）に示す第１の構成例の背面投射用スクリーンでは、従来のスクリーンの指向性２と同様の指向性に加えて、所定方位（例えば特定のスクリーン近傍位置）でも、良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができ、また、空間的に領域分割された複合機能素子２０の領域分割比で複数の指向性の光量配分比を変えることができる。
【００５７】
なお、スクリーン中央付近からの指向性はレンチキュラーレンズ領域２１で配向される光で対応できるため、図４に示すように、領域分割レンズ２０のフレネルレンズ領域２２はスクリーンの周辺に主に作製されていれば良く、フレネルレンズ領域２２はスクリーン中央付近２３には必ずしも作製される必要は無い。
【００５８】
図５は本発明の背面投射用スクリーンの第２の構成例を示す図である。この第２の構成例の背面投射用スクリーンは、１つの投射器（投射レンズ）１１からの投射光を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）１２とレンズアレイ（例えばレンチキュラーレンズ）１３との間に、正の屈折パワーをもつ光学素子（例えば凸レンズの機能をもつ光学素子）１９が設けられている。図５の例では、正の屈折パワーをもつ光学素子１９は、レンチキュラーレンズ１３の裏面に形成されているフレネルゾーンプレートとなっている。
【００５９】
なお、図５の構成例において、フレネルレンズ１２，レンチキュラーレンズ１３，フレネルゾーンプレート１９の順になるように、レンチキュラーレンズ１３の表裏は図５と逆転していても構わない。
【００６０】
ここで、レンチキュラーレンズ１３は、例えば、従来のスクリーンと同様の第２の指向性２を与え（すなわち、水平方向にスクリーンからの光を広げる指向性２を与え）、また、フレネルゾーンプレート１９は、図２（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に示した第１の指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと同様の指向性を与える機能（すなわち、スクリーン近傍の所定位置に光を集める機能）を有している。
【００６１】
また、スクリーン中央付近からの指向性はレンチキュラーレンズ１３で配向される光で対応できるため、図４で示した例の場合と同様に、フレネルゾーンプレート１９は、スクリーンの周辺のみに形成されていても良い。
【００６２】
この第２の構成例（特に、図５の例）では、レンチキュラーレンズ１３の裏面にフレネルゾーンプレート１９を配置するだけで良いので（すなわち、フレネルゾーンプレート１９をレンチキュラーレンズ１３に貼り合わせるだけで良いので）、作製が容易となる。すなわち、この第２の構成例では、従来のスクリーンの指向性と同様の指向性に加えて所定方位または特定のスクリーン近傍位置でも、良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができ、さらに、作製が容易となる。
【００６３】
図６は本発明の背面投射用スクリーンの第３の構成例を示す図である。この第３の構成例の背面投射用スクリーンは、１つの投射器（投射レンズ）１１からの投射光を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）１２と、光束の偏光状態を制御する偏光制御手段１５と、所定の偏光状態の光束を偏向する偏光依存性回折格子１７と、レンズアレイ（例えばレンチキュラーレンズ）１３とを備えている。
【００６４】
ここで、フレネルレンズ１２とレンチキュラーレンズ１３は、前述したと同様の機能を有している。
【００６５】
また、偏光制御手段１５には、例えば位相差板（手動で回す操作をすることで、光束の偏光状態を変えることの可能な手段）を用いることができ、この場合、位相差板には、ポリカーボネイトのような複屈折材料を利用することができる。
【００６６】
また、偏光依存性回折格子１７には、例えば体積ホログラムを用いることができる。この偏光依存性回折格子１７は、例えば図７に示すような二光束干渉露光光学系で作製することができる。すなわち、図７のような露光光学系を用いることによって、スクリーン近傍に光を集める機能をもつ偏光依存性回折格子（例えば図２（ａ），（ｂ），（ｃ）のような指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆをスクリーンにもたせる偏光依存性回折格子）１７を作製することができる。
【００６７】
なお、図７において、１７は感光材料を塗布した基板である。フレネルレンズ１２、レンチキュラーレンズ１３、基板１７、ミラーＭ１，Ｍ２、ハーフミラーＨＭで露光光学系を組む。ここで、フレネルレンズ１２へのレーザ光は、実際の投射レンズからの光の角度とほぼ一致するようにレンズなどで広げる。一方、基板１７へのレーザ光はスクリーン近傍へ光を集める指向性に合うような照射角となるようにレンズで広げる。そして、ミラーＭ１，Ｍ２からの２光束（レーザ光）によって感光材料を露光し（干渉縞を形成し）、回折格子を作製することができる。なお、必要に応じて波長の異なるレーザ光を使って多重露光をしても良い。レーザ光の偏光方向が例えば紙面に垂直である場合、図６において偏光制御手段１５からの光のうち紙面に垂直な偏光成分のみがスクリーン近傍に光を集める指向性を有することになる。
【００６８】
スクリーン近傍の複数の位置に光を集める場合には、図７のミラーＭ２側のビームを複数本に分光してから基板１７に所定の角度でレーザ光を入射させる。さらに、図１に示すような第２の指向性２をもたせるためには、図７のミラーＭ２からのビームを必要なビーム数に分光し、ミラーＭ２の直後のレンズをビームエキスパンダに換えて、所定の角度で基板１７に入射させる必要がある。
【００６９】
また、図８は図６に示した背面投射用スクリーンの変形例を示す図である。図８の例は、フレネルレンズ１２とレンチキュラーレンズ１３との間に、偏光制御手段１５と偏光依存性回折格子１６が配置されている。この偏光依存性回折格子１６を作製する露光光学系では、フレネルレンズ１２の左側のレンズをビームエキスパンダに置き換えて、ビーム径を大きくした平行光とする（図示せず）。
【００７０】
図６，図８のいずれの例の場合でも、偏光制御手段１５の制御によって（例えば、位相差板を回転させることによって）、偏光依存性回折格子１６，１７へ入射する偏光状態を変えることができる。例えば、鉛直方向と水平方向の成分を所望の比率になる様に楕円偏光または直線偏光の傾きを変えることができる。これにより、偏光依存性回折格子１６，１７の回折効率が変わり、複数の指向性の光量配分を調整することが可能となる。
【００７１】
このように、この第３の構成例では、背面投射用スクリーンへの投射光を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）と、光束の偏光状態を制御する偏光制御手段と、所定の偏光状態の光束を偏向する偏光依存性回折格子と、レンズアレイ（例えばレンチキュラーレンズ）とを備えているので、従来のスクリーンの指向性２と同様の指向性に加えて、所定方位（例えばスクリーン近傍位置）でも、良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができ、さらに、偏光制御手段（例えば位相差板）によって、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。
【００７２】
図９は本発明の背面投射用スクリーンの第４の構成例を示す図である。この第４の構成例の背面投射用スクリーンは、１つの投射器（投射レンズ）１１からの投射光を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）１２と、光束の偏光状態を制御する偏光制御手段１５と、互いに異なる偏光状態の光束を、それぞれ異なる指向性をもつ光束に偏向する複数の偏光依存性回折格子とを備えている。
【００７３】
ここで、フレネルレンズ１２は、投射レンズ１１からの投射光を平行光束化する機能を有している。
【００７４】
また、偏光制御手段１５には、例えば位相差板（手動で回す操作をすることで、光束の偏光状態を変えることの可能な手段）を用いることができ、この場合、位相差板には、ポリカーボネイトのような複屈折材料を利用することができる。
【００７５】
また、図９の例では、複数の偏光依存性回折格子は、第１の偏光依存性回折格子１６と、第２の偏光依存性回折格子１７とで構成されている。
【００７６】
図９の構成例では、フレネルレンズ１２からの光の偏光状態を偏光制御手段１５によって変えることができる。例えば、鉛直方向と水平方向の成分が所望の比率になる様に楕円偏光または直線偏光の傾きを変えることができる。そして、第１の偏光依存性回折格子１６によって鉛直方向の偏光成分のみを回折させ、第２の偏光依存性回折格子１７によって水平方向の偏光成分のみを回折させる。
【００７７】
例えば、スクリーンの複数の指向性として、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すような指向性のものにするならば、各偏光依存性回折格子１６，１７は、第１の指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、第２の指向性２とを、それぞれ与えるように、露光光学系を組むことによって作製することができる。
【００７８】
図９の構成例では、偏光制御手段１５によって偏光状態を変えることによって、指向性２とその他の指向性との光量配分を所望の比率にすることができる。偏光依存性は、水平・鉛直に限定されることは無い。望ましくは、回折格子１６，１７の偏光依存性方向が直交しているのが好ましい。すなわち、回折格子１６，１７の偏光依存性方向が直交していれば、第１の偏光依存性回折格子１６で回折された指向性の光は、第２の偏光依存性回折格子１７では回折を受けずにそのまま透過するため、両者の指向性は独立に作用させることができる。
【００７９】
このように、この第４の構成例では、背面投射用スクリーンへの投射光を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）と、光束の偏光状態を制御する偏光制御手段と、偏光制御手段からの互いに異なる偏光状態の光束を、それぞれ異なる指向性をもつ光束に偏向する複数の（例えば２組の）偏光依存性回折格子とを備えているので、従来のスクリーンの指向性２と同様の指向性に加えて所定の方位（例えばスクリーン近傍位置）からでも、良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができ、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。さらに、回折格子１６，１７の偏光依存性方向を直交させることにより、複数の指向性の間でクロストークをなくすことができる。
【００８０】
なお、図９の構成例において、偏光制御手段（例えば位相差板）１５を省略することもできる。すなわち、偏光制御手段（例えば位相差板）１５を省略するときには、偏光依存性回折格子１６，１７の偏光依存方向によって２つの指向性をスクリーンにもたせることが可能である。例えば、投射レンズ１１からの光が鉛直方向（または水平方向）に偏光が揃っているとする。フレネルレンズ１２の後に偏光依存性回折格子１６，１７を配置するが、回折格子１６の偏光依存は鉛直方向（水平方向）から所定の角度（例えば４５°）だけ傾いた偏光に対して光を回折させ、さらに、回折格子１７の偏光依存はさらに９０°回転した偏光を回折させるように、偏光依存性回折格子１６，１７を配置することができる。この場合、偏光依存性回折格子１６，１７の設計次第で、２通りの指向性の光量配分ができる。
【００８１】
図１０は本発明の背面投射用スクリーンの第５の構成例を示す図である。この第５の構成例の背面投射用スクリーンは、図６または図８または図９の構成例の背面投射用スクリーンにおいて、偏光制御手段１５が、液晶素子となっている。
【００８２】
ここで、液晶素子１５としては、例えば、ネマチック液晶や強誘電性液晶などを用いることができる。ネマチック液晶を用いれば、位相量を電圧で無段階に調整できる位相差板として機能させることがでる。このため、液晶素子１５への印加電圧（図１０の駆動手段１８からの印加電圧）を調整することによって、複数の指向性の光量配分比を任意に調整することができる。この際、液晶素子１５への印加電圧をスイッチングすることで（例えば、液晶素子１５として、２つの配向方向をスイッチングできる強誘電性液晶を使用し、液晶素子１５への印加電圧をスイッチングすることで）、スクリーン近傍や所定の角度で見やすくなる第１の指向性と、スクリーンから離れた観客が見やすい第２の指向性とを、時分割で高速に切り替えることも可能になる。
【００８３】
このように、第５の構成例では、図６または図８または図９の背面投射用スクリーンにおいて、偏光制御手段１５が液晶素子であるので、所定の方位（例えばスクリーン近傍）からでも、また、スクリーンから離れた場所でも、良好なスクリーン画像が見え、かつ、スクリーンゲインの低下を抑えることができるという効果に加えて、スクリーンの構成部材（前述した構成例では、例えば、位相差板）を物理的に移動（回転）させたりすることなく、印加電圧の大きさを調整するだけで、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。すなわち、従来のスクリーンの指向性と同様の指向性に加えて特定のスクリーン近傍位置でも良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができることに加えて、位相差板などの素子を物理的に移動回転させたりすることなく、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。さらに、偏光制御手段１５が液晶素子であるときには、複数の指向性を時分割で高速に切り替えることも可能になる。
【００８４】
図１１は本発明の背面投射用スクリーンの第６の構成例を示す図である。この第６の構成例の背面投射用スクリーンは、表面レリーフ構造の基板を用いた屈折率制御手段と、レンズアレイ（例えばレンチキュラーレンズ）とを少なくとも備えていることを特徴としている。
【００８５】
図１１の例では、背面投射用スクリーンは、フレネルレンズ１２と、表面レリーフ構造の基板を用いた液晶素子３０と、レンチキュラーレンズ１３とで構成されている。
【００８６】
ここで、図１１の例では、表面レリーフ構造の基板として、フレネルレンズ基板３１を用いている。また、図１１の例では、液晶素子３０は、フレネルレンズ基板３１と平行基板３３との間に、液晶３２が封入されて構成されている。液晶３２の液晶分子は、駆動手段１８からの印加電圧のスイッチングによって、紙面内上下方向と紙面に垂直（または特定の角度）方向との２通りの配向状態を切り替えることができる。さらに、液晶３２の常光屈折率ｎｏはフレネルレンズ基板３１の屈折率ｎ１と同じであることが最良であるが、ｎｏとｎ１の差、および、液晶３２の異常光屈折率ｎｅと平行基板３３の屈折率ｎ２の差は、ともに、ｎｅ−ｎｏの値よりも小さくすることが望ましい。
【００８７】
図１１の構成例では、投射レンズ１１からの投射光は、フレネルレンズ１２で平行光束化されて液晶素子３０に入射する。この時の偏光状態を紙面に垂直な振動方向とする。液晶３２は、紙面に平行な配向状態の時には、フレネルレンズ基板３１と液晶層３２との屈折率差は非常に小さくなり、この場合には、フレネルレンズ基板３１のレンズ効果は低いため、スクリーンへの入射光は、略平行光を保ってレンチキュラーレンズ１３に入射し、これにより、スクリーンから離れて良好に見える第２の指向性が得られる。
【００８８】
次に、液晶３２が紙面と非平行な配向状態にスイッチングされると、紙面に垂直な偏光の光は、フレネルレンズ基板３１と液晶３２との屈折率差を感じるため、液晶素子３０はフレネルレンズとしてはたらく。このためスクリーン近傍に光を集める第１の指向性が得られる。
【００８９】
なお、表面レリーフ構造の基板としては、図１８に示すような基板でも良い。図１８の基板では、基板の溝深さと、基板屈折率と液晶の異常光屈折率との差を調整することによって、液晶素子３０からの光が０次光，±１次光などに分光する。分光したときの回折角は基板の凹凸のピッチに依存する。この構成の場合には、スクリーンから複数の所定の角度に指向性を持たせることができる。
【００９０】
このように、第６の構成例では、表面レリーフ構造の基板を用いた液晶素子を用いることにより、第５の構成例と同様の効果を得ることができる。すなわち、所定の方位（例えばスクリーンの近傍）からでも、また、スクリーンから離れた場所でも、良好なスクリーン画像が見え、かつ、スクリーンゲインの低下を抑えることができるという効果に加えて、スクリーンの構成部材（前述した構成例では、例えば、位相差板）を物理的に移動（回転）させたりすることなく、印加電圧の大きさを調整するだけで、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。すなわち、従来のスクリーンの指向性２と同様の指向性に加えて特定の方位（例えばスクリーン近傍位置）からでも良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができることに加えて、位相差板などの素子を物理的に移動回転させたりすることなく、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。さらに、液晶素子３０が用いられていることによって、スクリーン近傍や所定の角度で見やすくなる第１の指向性と、スクリーンから離れた観客が見やすい第２の指向性とを、時分割で高速に切り替えることも可能になる。換言すれば、スクリーンの指向性を時間的に切り替えることができる。具体的に、液晶が紙面に平行な配向状態を保てば、スクリーンから離れて良好に見える指向性を維持することができる。また、スクリーン近傍でも見やすくさせたい時に液晶素子３０を駆動させれば、必要な時にのみ複数の指向性が得ることができる。すなわち、必要なときのみ特定の位置（例えばスクリーン近傍）にも指向性を与え、それ以外は従来の指向性のみにしてゲインの低下を最小限に抑えることができる。このように、第６の構成例では、複数の指向性の光量配分比と指向性のスイッチングを任意に設定することが可能で、構成部品点数を減らすことができる。
【００９１】
図１２は本発明の背面投射用スクリーンの第７の構成例を示す図である。この第７の構成例の背面投射用スクリーンは、表面レリーフ構造の基板を用いた屈折率制御手段と、レンチキュラーレンズ基板を用いた屈折率制御手段とを少なくとも備えていることを特徴としている。
【００９２】
図１２の例では、背面投射用スクリーンは、フレネルレンズ１２と、表面レリーフ構造の基板３１を用いた液晶素子３０と、レンチキュラーレンズ基板５１を用いた液晶素子５０とで構成されている。
【００９３】
図１２の例では、表面レリーフ構造の基板３１として、フレネルレンズ基板を用いている。なお、表面レリーフ構造の基板３１としてフレネルレンズ基板の代わりに、図１８に示す基板を用いても良い。この場合、基板の溝深さと、基板屈折率と液晶の異常光屈折率との差を調整することによって、液晶素子３０からの光が０次光，±１次光などに分光する。分光したときの回折角は基板の凹凸のピッチに依存する。この構成の場合には、スクリーンから複数の所定の角度に指向性を持たせることができる。
【００９４】
また、レンチキュラーレンズ基板５１を用いた液晶素子５０は、レンチキュラーレンズ基板５１と平行基板５３との間に液晶５２が封入されたものとなっている。
【００９５】
図１２の構成例において、フレネルレンズ基板３１とレンチキュラーレンズ基板５１の屈折率をともにｎ１とし、平行基板３３，５３の屈折率をともにｎ２とするときに、液晶３２，５２の常光屈折率ｎｏがほぼｎ１と等しく、かつ、異常光屈折率ｎｅがｎ２とほぼ等しくなるように組み合わせる。ｎｏとｎ１の差、および、ｎｅとｎ２の差は、ともに、ｎｅ−ｎｏの値よりも小さくすることが望ましい。
【００９６】
図１２の構成例において、２つの液晶素子３０，５０の動作を図１３，図１４を用いて説明する。スイッチングによって、液晶３２を紙面に平行な配向状態にし、液晶５２を紙面に垂直な配向状態にする。このとき、フレネルレンズ１２で略平行にされた光が紙面に垂直な偏光とすると、図１３に示すように、液晶素子３０では、フレネルレンズ基板３１の屈折率と液晶層の屈折率がほぼ等しいため、光は偏向されずに透過する。一方、液晶素子５０では、レンチキュラーレンズ基板５１と液晶層との屈折率差があるために、レンチキュラーレンズを通過した光と同様に光は広がる。この状態がスクリーンから離れて良好に見える第２の指向性である。
【００９７】
次に、図１４に示すように、液晶３２の配向状態を紙面に垂直に、かつ、液晶５２の配向状態を紙面に平行な状態にスイッチングさせる。この場合には、フレネルレンズ基板３１と液晶３２との屈折率差が生じて、液晶素子３０はフレネルレンズとして機能する。一方、液晶素子５０では、レンチキュラーレンズ基板５１と液晶５２との屈折率がほぼ等しいため、光は偏向されずに透過する。従って、スクリーン近傍で良好に見える指向性が得られる。基板３１が図１８に示す基板であれば、スクリーンから複数の所定方位に対して良好に見える指向性となる。
【００９８】
このように、第７の構成例では、表面レリーフ構造の基板を用いた液晶素子とレンチキュラーレンズを用いた液晶素子とを、各々、液晶の配向状態を切り替えることで、従来のスクリーンの指向性と同様の第２の指向性と本発明において付加された第１の指向性とをスイッチングすることができ、液晶素子の駆動時間を調整することによって、第１の指向性と第２の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。
【００９９】
図１５は本発明の背面投射用スクリーンの第８の構成例を示す図である。この第８の構成例の背面投射用スクリーンは、表面レリーフ構造の基板とレンチキュラーレンズ基板とを用いた屈折率制御手段を少なくとも備えていることを特徴としている。
【０１００】
図１５の例では、背面投射用スクリーンは、フレネルレンズ１２と、表面レリーフ構造の基板６１とレンチキュラーレンズ基板６３との間に液晶６２が封入された液晶素子６０とで構成されている。
【０１０１】
図１５の例では、表面レリーフ構造の基板６１として、フレネルレンズ基板を用いている。なお、表面レリーフ構造の基板６１としてフレネルレンズ基板の代わりに、図１８に示す基板を用いても良い。この場合、基板の溝深さと、基板屈折率と液晶の異常光屈折率との差を調整することによって、液晶素子６０からの光が０次光，±１次光などに分光する。分光したときの回折角は基板の凹凸のピッチに依存する。この構成の場合には、スクリーンから複数の所定の角度に指向性を持たせることができる。
【０１０２】
フレネルレンズ基板６１の屈折率をｎ１とし、レンチキュラーレンズ基板６３の屈折率をｎ２とするときに、液晶６２の常光屈折率ｎｏがｎ１にほぼ等しく、異常光屈折率ｎｅはｎ２にほぼ等しくなるように組み合わせる。ｎｏとｎ１の差、および、ｎｅとｎ２の差は、ともに、ｎｅ−ｎｏの値より小さくすることが望ましい。
【０１０３】
図１５の構成の背面投射用スクリーンの動作を図１６，図１７を用いて説明する。フレネルレンズ１２で略平行になった光の偏光が紙面に垂直であるとすると、図１６に示すように、液晶を紙面に平行に配向させる。この場合、フレネルレンズ基板６１と液晶層６２との屈折率がほぼ等しいため、フレネルレンズ基板６１と液晶層６２との界面ではレンズ効果がなく、光は直進する。一方、液晶６２とレンチキュラーレンズ基板６３とは屈折率差が生じるため、レンチキュラーレンズの効果によって光は拡散する。この状態の時、スクリーンから離れた位置で良好に見える第２の指向性２が得られる。
【０１０４】
次に、スイッチングによって、液晶を図１７に示すように、紙面に垂直な状態にすると、フレネルレンズ基板６１と液晶６２との屈折率差が生じるため、フレネルレンズ効果で光は偏向される。一方、液晶６２とレンチキュラーレンズ基板６３とは、屈折率がほぼ等しいため、レンチキュラーレンズとして機能しない。従って、液晶素子６０は、この場合、フレネルレンズとして作用し、スクリーン近傍に光を集める第１の指向性が得られる。
【０１０５】
このように、第８の構成例では、表面レリーフ構造の基板とレンチキュラーレンズ基板とで液晶を挟んだ液晶素子を用いることによって、液晶のスイッチングでスクリーンに２通りの指向性を持たせることができる。そして、この第８の構成例（図１５の構成例）では、第７の構成例（図１２の構成例）に比べて、部品点数が少なく、かつ、液晶素子の駆動は１つなので、低消費電力にできる。
【０１０６】
また、上述した第１〜第８の構成例のいずれかの背面投射用スクリーンを用いて、背面投射型表示装置を構成することができる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１記載の発明によれば、投射器から出射された光束を、複数の指向性をもつ光束に偏向する背面投射用スクリーンであって、該スクリーンへの投射光を平行光束化する平行光束化手段と、対面する前記背面投射用スクリーンの前方方向に光線強度がある第２の指向性を得るためのレンズアレイと、対面する前記背面投射用スクリーンで、前記第２の指向性をもつ光束の左右の少なくとも一方の方向に光線強度がある第１の指向性を得るための分光素子とを備えており、投射器から出射された光束を、該背面投射用スクリーンの遠方から該スクリーンが明るく見える第２の指向性をもつ光束と、該スクリーンの近傍で該スクリーンが明るく見える第１の指向性をもつ光束とに偏向するので、従来のスクリーンの指向性と同様の指向性に加えて、スクリーン近傍位置でも、良好にスクリーン画像が見られ、かつ、この場合でも、ゲインの低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を説明するための図である。
【図３】本発明の背面投射用スクリーンの第１の構成例を示す図である。
【図４】図３の背面投射用スクリーンの変形例を示す図である。
【図５】本発明の背面投射用スクリーンの第２の構成例を示す図である。
【図６】本発明の背面投射用スクリーンの第３の構成例を示す図である。
【図７】偏光依存性回折格子を作製するための二光束干渉露光光学系を示す図である。
【図８】図６に示した背面投射用スクリーンの変形例を示す図である。
【図９】本発明の背面投射用スクリーンの第４の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の背面投射用スクリーンの第５の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の背面投射用スクリーンの第６の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の背面投射用スクリーンの第７の構成例を示す図である。
【図１３】図１２の背面投射用スクリーンの動作を説明するための図である。
【図１４】図１２の背面投射用スクリーンの動作を説明するための図である。
【図１５】本発明の背面投射用スクリーンの第８の構成例を示す図である。
【図１６】図１５の構成の背面投射用スクリーンの動作を説明するための図である。
【図１７】図１５の構成の背面投射用スクリーンの動作を説明するための図である。
【図１８】表面レリーフ構造の基板の一例を示す図である。
【図１９】従来の背面投射用スクリーンの指向性を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 第１の指向性
２ 第２の指向性
１１ 投射器（投射レンズ）
１２ 平行光束化手段（フレネルレンズ）
１３ レンズアレイ（レンチキュラーレンズ）
１４ 分光素子
１５ 偏光制御手段
１６，１７ 偏光依存性回折格子
１８ 駆動手段
１９ フレネルゾーンプレート
２０ 複合機能素子（領域分割レンズ）
２１ レンチキュラーレンズ領域
２２ フレネルレンズ領域
３０ 液晶素子
３１ フレネルレンズ基板
３２ 液晶層
３３ 平行基板
４０ 液晶レンズアレイ
５０ 液晶素子
５１ レンチキュラーレンズ基板
５２ 液晶
５３ 平行基板
６０ 液晶素子
６１ 表面レリーフ構造の基板
６２ 液晶
６３ レンチキュラーレンズ基板
１０１ 背面投射用スクリーン
【発明の属する技術分野】
本発明は、背面投射用スクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、背面投射用スクリーンは、主にフレネルレンズとレンチキュラーレンズとにより構成されている。
【０００３】
このような構成の背面投射用スクリーンでは、投射器（投射レンズ）からの広がった投射光をフレネルレンズで平行光束化し、レンチキュラーレンズで水平方向に光束をひろげ水平方向の指向性を広くしている。ここで、水平方向に指向性を広くするのは、スクリーンを上方，下方から見ることは少なくても、スクリーンを左右方向から見やすくするためである。
【０００４】
すなわち、上述した従来の背面投射用スクリーンでは、スクリーンの遠方からスクリーンが明るく見える指向性をもっている。ここで、鉛直方向の指向性はあえて狭く設計してスクリーンの明るさを確保している。すなわち、鉛直方向も広指向性にすると、発表者側ではスクリーンの上端近くや下端近くも見やすくなるが、スクリーンから離れた観客側ではスクリーンが暗くなってしまうからである。従って、鉛直方向の指向性はあえて狭く設計することにより、スクリーンの観測者は、スクリーンから離れた場所でも明るく良好なスクリーン画像を見ることができる。
【０００５】
ところで、１つの大型表示装置を使ってプレゼンテーションをする時、そのスクリーンが例えばタッチパネルであれば発表者はスクリーンの近く（スクリーン近傍）に位置することになる。従って、この種の表示装置の分野において、当業者間には、同じ表示画像（スクリーン画像）をスクリーン近傍にいる発表者にも、また、スクリーンから離れた観測者にも良好に表示する技術の確立が望まれている。
【０００６】
しかしながら、上述した従来の背面投射用スクリーンでは、スクリーンから離れた観測者には良好に表示するが、スクリーン近傍にいる発表者は良好に表示することができないという問題がある。
【０００７】
なお、１つのスクリーンに２つの投射器を使って、２つの投射器からの２種類の画像（光束）をスクリーンに投射し、一方の投射器からの画像を発表者側に表示させ、他方の投射器からの画像を観客側に表示させる表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０７−１２０８３７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に示されている表示装置では、スクリーン自体は、スクリーン近傍とスクリーン遠方との両方の位置で明るく見える指向性を有しておらず、スクリーン近傍とスクリーン遠方との両方の位置で明るく見えるためには、２つの投射器を用いなければならない。
【００１１】
本発明は、例えばスクリーン近傍とスクリーン遠方との両方の位置で明るく見える指向性を有する新規な背面投射用スクリーンを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、投射器から出射された光束を、複数の指向性をもつ光束に偏向する背面投射用スクリーンであって、該スクリーンへの投射光を平行光束化する平行光束化手段と、対面する前記背面投射用スクリーンの前方方向に光線強度がある第２の指向性を得るためのレンズアレイと、対面する前記背面投射用スクリーンで、前記第２の指向性をもつ光束の左右の少なくとも一方の方向に光線強度がある第１の指向性を得るための分光素子とを備えていることを特徴としている。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１９（ａ）,（ｂ）は従来の背面投射用スクリーンの指向性を説明するための図である。なお、図１９（ａ）は背面投射型表示装置の上面図（平面図）であり、図１９（ｂ）は背面投射型表示装置の側面図である。図１９（ａ）,（ｂ）の背面投射型表示装置は、１つの投射器１１と、背面投射用スクリーン１０とを備えている。
【００３１】
ここで、背面投射用スクリーン１０は、投射器（投射レンズ）１１からの拡大投影光を平行光束化するフレネルレンズ１２と、従来の背面投射用スクリーンの指向性と同様の指向性２を得るためのレンチキュラーレンズ１３とにより構成されている。
【００３２】
図１９（ａ）,（ｂ）からわかるように、従来の背面投射用スクリーンの指向性２は、スクリーンから離れた観客側がスクリーン画像を見やすくなるように設定されており、この場合、スクリーンの近傍にいる者（例えば発表者）は、光線強度が低下しているスクリーンの端からの画像を見ることになり、スクリーン画像が見づらい。
【００３３】
本発明は、これを解決するために、図１９（ａ）,（ｂ）に示したような従来の背面投射用スクリーンの指向性２に加えて、さらに、従来のスクリーンの指向性２とは異なる方位の指向性をスクリーンにもたせた。
【００３４】
この場合、図１９（ａ）,（ｂ）に示した従来のスクリーンの指向性２を広げれば、所定の方位（例えばスクリーン近傍）からもスクリーンから離れた位置からも、スクリーン全体を見ることは可能になるが、この場合には、スクリーンゲインが小さくなるためにスクリーン画像は暗く見える。
【００３５】
本発明は、必要最小限に指向性を広げて、従来のスクリーンの指向性２とは異なる方位の指向性をスクリーンにもたせ、これにより、例えば、スクリーンから離れた位置からも、所定の方位（例えばスクリーン近傍）からも、良好にスクリーン画像を見ることができ、かつ、スクリーンゲインの低下を最小限に抑えることを意図している。
【００３６】
（第１の実施形態）
図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施形態を説明するための図である。なお、図１（ａ）は背面投射型表示装置の上面図、図１（ｂ）は背面投射型表示装置の側面図である。図１（ａ），（ｂ）を参照すると、第１の実施形態の背面投射型表示装置は、１つの投射器１１と、背面投射用スクリーン１０１とを備え、前記背面投射用スクリーン１０１は、１つの投射器１１から出射された光束を、複数の指向性をもつ光束に偏向するようになっている。
【００３７】
なお、図１（ａ），（ｂ）の例では、背面投射用スクリーン１０１は、投射器（投射レンズ）１１からの拡大投影光を平行光束化するフレネルレンズ１２と、従来の背面投射用スクリーンの指向性と同様の指向性２を得るためのレンチキュラーレンズ１３と、従来の背面投射用スクリーンの指向性とは異なる指向性１ａ，１ｂを得るための分光素子１４とにより構成されている場合が示されている。
【００３８】
図１（ａ），（ｂ）の例のスクリーンにおいて、指向性２は、上述したように、従来のスクリーンと同様の指向性であり、スクリーンから離れて位置する観客が見やすいように、水平方向には所定範囲で所定の大きさの光線強度をもち、また、鉛直方向は水平方向に比べて指向性の制限を厳しくとっている。この指向性２に追加された指向性１ａ，１ｂが、本発明においてスクリーンに新たに付加された指向性であって、所定の方位に光線強度を有する指向性（配向分布）となっている。すなわち、図１（ａ），（ｂ）の例では、指向性１ａ，１ｂはスクリーンの左右への斜め方向にも光線強度を有する指向性（配向分布）となっている。
【００３９】
また、図１（ａ），（ｂ）のスクリーンにおいて、分光素子１４としては、例えば回折格子を用いることができる。一例として、表面レリーフ型回折格子を用いれば、格子の溝がスクリーンの表面に対して鉛直方向に沿って刻まれていることから、レンチキュラーレンズ１３からの光を０次光，±１次光に分光させることができる。なお、分光素子１４が回折格子であるとき、回折格子１４はフレネルレンズ１２とレンチキュラーレンズ１３の間に配置しても良い。
【００４０】
また、図１（ａ），（ｂ）では、指向性２のさらに左右に、複数の指向性１ａ，１ｂが備わった例を示しているが、例えば、指向性１ｂを無くして、指向性２と指向性１ａとだけを有するように、本発明のスクリーンを構成することもできる。さらに、上述の例では、水平方向に指向性を追加させたが、鉛直方向に対して指向性２以外に指向性を追加させても良い（図示せず）。
【００４１】
このように、この第１の実施形態の背面投射用スクリーンは、１つの投射器１１から出射された光束を、複数の指向性をもつ光束に偏向するので、必要最小限に指向性を広げて、例えば、スクリーンから離れた位置からも、所定の方位（例えばスクリーン近傍の所定位置）からも、良好にスクリーン画像を見ることができ、かつ、スクリーンゲインの低下を最小限に抑えることができる。すなわち、従来のスクリーンの指向性と同様の指向性に加え、それ以外の方向でも良好にスクリーン画像を見ることの可能なスクリーンを提供することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第２の実施形態を説明するための図である。なお、図２（ａ）は背面投射型表示装置の正面図、図２（ｂ）は背面投射型表示装置の上面図、図２（ｃ）は背面投射型表示装置の側面図である。
【００４３】
この第２の実施形態の背面投射型表示装置は、第１の実施形態の背面投射型表示装置において、背面投射用スクリーン１０１は、１つの投射器１１から出射された光束を、該背面投射用スクリーン１０１の遠方から該スクリーン１０１が明るく見える第２の指向性と、該スクリーン１０１の端に向かうに従って光束の偏向角が大きくなる第１の指向性とをもつ光束に偏向するようになっている。
【００４４】
換言すれば、この第２の実施形態の背面投射型表示装置は、第１の実施形態の背面投射型表示装置において、前記背面投射用スクリーン１０１は、１つの投射器１１から出射された光束を、該背面投射用スクリーン１０１の遠方から該スクリーン１０１が明るく見える第２の指向性と、該スクリーン１０１の近傍で該スクリーン１０１が明るく見える第１の指向性とをもつ光束に偏向するようになっている。ここで、スクリーン近傍とは、概ねスクリーン１０１からスクリーン１０１の対角サイズの距離までの範囲を意味している。
【００４５】
なお、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、スクリーン１０１は、投射器（投射レンズ）１１からの拡大投影光を平行光束化させるフレネルレンズ１２と、従来の背面投射用スクリーンの指向性と同様の指向性２を得るためのレンチキュラーレンズ１３と、指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを得るための分光素子１４とにより構成されている場合が示されている。なお、分光素子１４としては、回折格子などを用いることができる。
【００４６】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の例のスクリーン１０１において、指向性２は、上述したように、従来のスクリーンと同様の指向性であり、スクリーン１０１から離れて位置する観客が見やすいように、水平方向には所定範囲で所定の大きさの光線強度をもち、また、鉛直方向は水平方向に比べて指向性の制限を厳しくとっている。この指向性２に追加された指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆが本発明においてスクリーンに新たに付加された指向性であって、所定の位置にスクリーン１０１からの光が集まるような指向性（配向分布）となっている。すなわち、図２では、指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆはスクリーン１０１の端に向かうに従って光束の偏向角が大きくなる指向性であり、スクリーン近傍の位置にスクリーン１０１からの光が集まるような指向性（配向分布）となっている。
【００４７】
本発明の背面投射用スクリーン１０１の指向性について、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いてより詳細に説明する。図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、本発明の背面投射用スクリーン１０１は２通りの指向性（すなわち、第１の指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと第２の指向性２）を有する。ここで、第１の指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは、スクリーン近傍に光を集める配向分布であって、スクリーンの両端からはスクリーン近傍の内側に向かって指向性を有している。また、第２の指向性２は、従来のスクリーンの指向性と同様に水平方向に大きく広がり鉛直方向には広がりを抑えた配向特性を有している。この際、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、第２の指向性２はスクリーンの全域にわたって同様の指向性となっている。これに対し、第１の指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは、スクリーンの端に向かうに従って光束の偏向角が大きくなっている。具体的に、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、スクリーンの場所ごとで指向性をみると、スクリーンの右端では従来の第２の指向性２とスクリーン近傍の所定位置に光を集めるための第１の指向性１ｄ，１ｆが兼ね備わる。スクリーンの中央付近に近づくほど第１の指向性１ｄ，１ｆは無くなり、スクリーン左側では第２の指向性２に加えて第１の指向性１ｃ，１ｅを兼ね備える。なお、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の例では、第１の指向性は、スクリーン近傍で、かつ、スクリーン中央からの法線上に位置する領域に光を集める指向性であるが、スクリーン中央にこだわる必要は無い。また、スクリーン近傍の複数の所定位置に光を配分させる配向特性（指向性）であっても良い。
【００４８】
このような複数の指向性が複合されていると、スクリーンの近くでも、スクリーンから離れた位置からでも、スクリーン全域の画像を良好に見ることができる。特に注目すべきは、スクリーンの端の配向特性（指向性）で、従来の配向特性（指向性）ではスクリーン近傍には端部からの光はほとんど届かずに非常に暗くなっている。従来の指向性をさらに広げればスクリーン端部からスクリーン近傍に光が届くことになるが、広範囲に光を広げるためスクリーンの画像は暗くなってしまう（スクリーンのゲインが小さくなる）。
【００４９】
このように、この第２の実施形態では、第１の実施形態の背面投射型表示装置において、前記背面投射用スクリーンは、１つの投射器から出射された光束を、該背面投射用スクリーンの遠方から該スクリーンが明るく見える第２の指向性と、該スクリーンの端に向かうに従って光束の偏向角が大きくなる第１の指向性とをもつ光束に偏向するので、従来の指向性に加えて複数の所定の位置に光が集まるような指向性をスクリーンに付加することができる。
【００５０】
換言すれば、第２の実施形態では、第１の実施形態の背面投射型表示装置において、前記背面投射用スクリーンは、１つの投射器から出射された光束を、該背面投射用スクリーンの遠方から該スクリーンが明るく見える第２の指向性と、該スクリーンの近傍で該スクリーンが明るく見える第１の指向性とをもつ光束に偏向するので、スクリーンを遠くから（離れて）見る観測者（観客）とスクリーン近傍に位置する者（例えば発表者）との両方に、良好なスクリーン表示を提供できる。
【００５１】
なお、スクリーンが完全拡散するタイプのスクリーンである場合にも、スクリーンの遠方のみならずスクリーン近傍からもスクリーン画像を見ることは可能であるが、この場合には、必要以上に指向性を広げるためスクリーンゲインが大変小さくなり、スクリーンは暗く見えてしまう。すなわち、見づらいものとなってしまう。これに対し、本発明では、指向性を広げるのを必要最小限にとどめるために、スクリーンを必要以上に暗くすることなく、スクリーンを明るく表示させることができる。
【００５２】
このように、第２の実施形態では、従来のスクリーンの指向性と同様の指向性に加えて、特定のスクリーン近傍位置でも、良好にスクリーン画像が見られ、かつ、この場合でも、ゲインの低下を抑えることができる。
【００５３】
次に、本発明の背面投射用スクリーンのより具体的な構成例について説明する。
【００５４】
図３（ａ），（ｂ）は本発明の背面投射用スクリーンの第１の構成例を示す図である。この第１の構成例の背面投射用スクリーンは、１つの投射器（投射レンズ）１１からの投射光（スクリーンへの投射光）を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）１２と、空間的に領域分割された複合機能素子２０とを備えている。
【００５５】
図３（ｂ）には、観客側からスクリーンを見た場合の空間的に領域分割された複合機能素子２０の一例（正面図）が示されている。図３（ｂ）の例では、空間的に領域分割された複合機能素子２０は、レンチキュラーレンズ領域２１とフレネルレンズ領域２２との領域分割レンズによって構成されている。ここで、レンチキュラーレンズ領域２１は、例えば、従来のスクリーンと同様の第２の指向性２を与える機能を有し、また、フレネルレンズ領域２２は、例えば図２における指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを与える機能を有している。すなわち、フレネルレンズ領域２２は、特定の領域に、具体的にはスクリーン近傍に、光を集める指向性を与える機能を有している。
【００５６】
このように、図３（ａ），（ｂ）に示す第１の構成例の背面投射用スクリーンでは、従来のスクリーンの指向性２と同様の指向性に加えて、所定方位（例えば特定のスクリーン近傍位置）でも、良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができ、また、空間的に領域分割された複合機能素子２０の領域分割比で複数の指向性の光量配分比を変えることができる。
【００５７】
なお、スクリーン中央付近からの指向性はレンチキュラーレンズ領域２１で配向される光で対応できるため、図４に示すように、領域分割レンズ２０のフレネルレンズ領域２２はスクリーンの周辺に主に作製されていれば良く、フレネルレンズ領域２２はスクリーン中央付近２３には必ずしも作製される必要は無い。
【００５８】
図５は本発明の背面投射用スクリーンの第２の構成例を示す図である。この第２の構成例の背面投射用スクリーンは、１つの投射器（投射レンズ）１１からの投射光を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）１２とレンズアレイ（例えばレンチキュラーレンズ）１３との間に、正の屈折パワーをもつ光学素子（例えば凸レンズの機能をもつ光学素子）１９が設けられている。図５の例では、正の屈折パワーをもつ光学素子１９は、レンチキュラーレンズ１３の裏面に形成されているフレネルゾーンプレートとなっている。
【００５９】
なお、図５の構成例において、フレネルレンズ１２，レンチキュラーレンズ１３，フレネルゾーンプレート１９の順になるように、レンチキュラーレンズ１３の表裏は図５と逆転していても構わない。
【００６０】
ここで、レンチキュラーレンズ１３は、例えば、従来のスクリーンと同様の第２の指向性２を与え（すなわち、水平方向にスクリーンからの光を広げる指向性２を与え）、また、フレネルゾーンプレート１９は、図２（ａ）,（ｂ）,（ｃ）に示した第１の指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと同様の指向性を与える機能（すなわち、スクリーン近傍の所定位置に光を集める機能）を有している。
【００６１】
また、スクリーン中央付近からの指向性はレンチキュラーレンズ１３で配向される光で対応できるため、図４で示した例の場合と同様に、フレネルゾーンプレート１９は、スクリーンの周辺のみに形成されていても良い。
【００６２】
この第２の構成例（特に、図５の例）では、レンチキュラーレンズ１３の裏面にフレネルゾーンプレート１９を配置するだけで良いので（すなわち、フレネルゾーンプレート１９をレンチキュラーレンズ１３に貼り合わせるだけで良いので）、作製が容易となる。すなわち、この第２の構成例では、従来のスクリーンの指向性と同様の指向性に加えて所定方位または特定のスクリーン近傍位置でも、良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができ、さらに、作製が容易となる。
【００６３】
図６は本発明の背面投射用スクリーンの第３の構成例を示す図である。この第３の構成例の背面投射用スクリーンは、１つの投射器（投射レンズ）１１からの投射光を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）１２と、光束の偏光状態を制御する偏光制御手段１５と、所定の偏光状態の光束を偏向する偏光依存性回折格子１７と、レンズアレイ（例えばレンチキュラーレンズ）１３とを備えている。
【００６４】
ここで、フレネルレンズ１２とレンチキュラーレンズ１３は、前述したと同様の機能を有している。
【００６５】
また、偏光制御手段１５には、例えば位相差板（手動で回す操作をすることで、光束の偏光状態を変えることの可能な手段）を用いることができ、この場合、位相差板には、ポリカーボネイトのような複屈折材料を利用することができる。
【００６６】
また、偏光依存性回折格子１７には、例えば体積ホログラムを用いることができる。この偏光依存性回折格子１７は、例えば図７に示すような二光束干渉露光光学系で作製することができる。すなわち、図７のような露光光学系を用いることによって、スクリーン近傍に光を集める機能をもつ偏光依存性回折格子（例えば図２（ａ），（ｂ），（ｃ）のような指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆをスクリーンにもたせる偏光依存性回折格子）１７を作製することができる。
【００６７】
なお、図７において、１７は感光材料を塗布した基板である。フレネルレンズ１２、レンチキュラーレンズ１３、基板１７、ミラーＭ１，Ｍ２、ハーフミラーＨＭで露光光学系を組む。ここで、フレネルレンズ１２へのレーザ光は、実際の投射レンズからの光の角度とほぼ一致するようにレンズなどで広げる。一方、基板１７へのレーザ光はスクリーン近傍へ光を集める指向性に合うような照射角となるようにレンズで広げる。そして、ミラーＭ１，Ｍ２からの２光束（レーザ光）によって感光材料を露光し（干渉縞を形成し）、回折格子を作製することができる。なお、必要に応じて波長の異なるレーザ光を使って多重露光をしても良い。レーザ光の偏光方向が例えば紙面に垂直である場合、図６において偏光制御手段１５からの光のうち紙面に垂直な偏光成分のみがスクリーン近傍に光を集める指向性を有することになる。
【００６８】
スクリーン近傍の複数の位置に光を集める場合には、図７のミラーＭ２側のビームを複数本に分光してから基板１７に所定の角度でレーザ光を入射させる。さらに、図１に示すような第２の指向性２をもたせるためには、図７のミラーＭ２からのビームを必要なビーム数に分光し、ミラーＭ２の直後のレンズをビームエキスパンダに換えて、所定の角度で基板１７に入射させる必要がある。
【００６９】
また、図８は図６に示した背面投射用スクリーンの変形例を示す図である。図８の例は、フレネルレンズ１２とレンチキュラーレンズ１３との間に、偏光制御手段１５と偏光依存性回折格子１６が配置されている。この偏光依存性回折格子１６を作製する露光光学系では、フレネルレンズ１２の左側のレンズをビームエキスパンダに置き換えて、ビーム径を大きくした平行光とする（図示せず）。
【００７０】
図６，図８のいずれの例の場合でも、偏光制御手段１５の制御によって（例えば、位相差板を回転させることによって）、偏光依存性回折格子１６，１７へ入射する偏光状態を変えることができる。例えば、鉛直方向と水平方向の成分を所望の比率になる様に楕円偏光または直線偏光の傾きを変えることができる。これにより、偏光依存性回折格子１６，１７の回折効率が変わり、複数の指向性の光量配分を調整することが可能となる。
【００７１】
このように、この第３の構成例では、背面投射用スクリーンへの投射光を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）と、光束の偏光状態を制御する偏光制御手段と、所定の偏光状態の光束を偏向する偏光依存性回折格子と、レンズアレイ（例えばレンチキュラーレンズ）とを備えているので、従来のスクリーンの指向性２と同様の指向性に加えて、所定方位（例えばスクリーン近傍位置）でも、良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができ、さらに、偏光制御手段（例えば位相差板）によって、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。
【００７２】
図９は本発明の背面投射用スクリーンの第４の構成例を示す図である。この第４の構成例の背面投射用スクリーンは、１つの投射器（投射レンズ）１１からの投射光を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）１２と、光束の偏光状態を制御する偏光制御手段１５と、互いに異なる偏光状態の光束を、それぞれ異なる指向性をもつ光束に偏向する複数の偏光依存性回折格子とを備えている。
【００７３】
ここで、フレネルレンズ１２は、投射レンズ１１からの投射光を平行光束化する機能を有している。
【００７４】
また、偏光制御手段１５には、例えば位相差板（手動で回す操作をすることで、光束の偏光状態を変えることの可能な手段）を用いることができ、この場合、位相差板には、ポリカーボネイトのような複屈折材料を利用することができる。
【００７５】
また、図９の例では、複数の偏光依存性回折格子は、第１の偏光依存性回折格子１６と、第２の偏光依存性回折格子１７とで構成されている。
【００７６】
図９の構成例では、フレネルレンズ１２からの光の偏光状態を偏光制御手段１５によって変えることができる。例えば、鉛直方向と水平方向の成分が所望の比率になる様に楕円偏光または直線偏光の傾きを変えることができる。そして、第１の偏光依存性回折格子１６によって鉛直方向の偏光成分のみを回折させ、第２の偏光依存性回折格子１７によって水平方向の偏光成分のみを回折させる。
【００７７】
例えば、スクリーンの複数の指向性として、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すような指向性のものにするならば、各偏光依存性回折格子１６，１７は、第１の指向性１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆと、第２の指向性２とを、それぞれ与えるように、露光光学系を組むことによって作製することができる。
【００７８】
図９の構成例では、偏光制御手段１５によって偏光状態を変えることによって、指向性２とその他の指向性との光量配分を所望の比率にすることができる。偏光依存性は、水平・鉛直に限定されることは無い。望ましくは、回折格子１６，１７の偏光依存性方向が直交しているのが好ましい。すなわち、回折格子１６，１７の偏光依存性方向が直交していれば、第１の偏光依存性回折格子１６で回折された指向性の光は、第２の偏光依存性回折格子１７では回折を受けずにそのまま透過するため、両者の指向性は独立に作用させることができる。
【００７９】
このように、この第４の構成例では、背面投射用スクリーンへの投射光を平行光束化する平行光束化手段（例えばフレネルレンズ）と、光束の偏光状態を制御する偏光制御手段と、偏光制御手段からの互いに異なる偏光状態の光束を、それぞれ異なる指向性をもつ光束に偏向する複数の（例えば２組の）偏光依存性回折格子とを備えているので、従来のスクリーンの指向性２と同様の指向性に加えて所定の方位（例えばスクリーン近傍位置）からでも、良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができ、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。さらに、回折格子１６，１７の偏光依存性方向を直交させることにより、複数の指向性の間でクロストークをなくすことができる。
【００８０】
なお、図９の構成例において、偏光制御手段（例えば位相差板）１５を省略することもできる。すなわち、偏光制御手段（例えば位相差板）１５を省略するときには、偏光依存性回折格子１６，１７の偏光依存方向によって２つの指向性をスクリーンにもたせることが可能である。例えば、投射レンズ１１からの光が鉛直方向（または水平方向）に偏光が揃っているとする。フレネルレンズ１２の後に偏光依存性回折格子１６，１７を配置するが、回折格子１６の偏光依存は鉛直方向（水平方向）から所定の角度（例えば４５°）だけ傾いた偏光に対して光を回折させ、さらに、回折格子１７の偏光依存はさらに９０°回転した偏光を回折させるように、偏光依存性回折格子１６，１７を配置することができる。この場合、偏光依存性回折格子１６，１７の設計次第で、２通りの指向性の光量配分ができる。
【００８１】
図１０は本発明の背面投射用スクリーンの第５の構成例を示す図である。この第５の構成例の背面投射用スクリーンは、図６または図８または図９の構成例の背面投射用スクリーンにおいて、偏光制御手段１５が、液晶素子となっている。
【００８２】
ここで、液晶素子１５としては、例えば、ネマチック液晶や強誘電性液晶などを用いることができる。ネマチック液晶を用いれば、位相量を電圧で無段階に調整できる位相差板として機能させることがでる。このため、液晶素子１５への印加電圧（図１０の駆動手段１８からの印加電圧）を調整することによって、複数の指向性の光量配分比を任意に調整することができる。この際、液晶素子１５への印加電圧をスイッチングすることで（例えば、液晶素子１５として、２つの配向方向をスイッチングできる強誘電性液晶を使用し、液晶素子１５への印加電圧をスイッチングすることで）、スクリーン近傍や所定の角度で見やすくなる第１の指向性と、スクリーンから離れた観客が見やすい第２の指向性とを、時分割で高速に切り替えることも可能になる。
【００８３】
このように、第５の構成例では、図６または図８または図９の背面投射用スクリーンにおいて、偏光制御手段１５が液晶素子であるので、所定の方位（例えばスクリーン近傍）からでも、また、スクリーンから離れた場所でも、良好なスクリーン画像が見え、かつ、スクリーンゲインの低下を抑えることができるという効果に加えて、スクリーンの構成部材（前述した構成例では、例えば、位相差板）を物理的に移動（回転）させたりすることなく、印加電圧の大きさを調整するだけで、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。すなわち、従来のスクリーンの指向性と同様の指向性に加えて特定のスクリーン近傍位置でも良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができることに加えて、位相差板などの素子を物理的に移動回転させたりすることなく、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。さらに、偏光制御手段１５が液晶素子であるときには、複数の指向性を時分割で高速に切り替えることも可能になる。
【００８４】
図１１は本発明の背面投射用スクリーンの第６の構成例を示す図である。この第６の構成例の背面投射用スクリーンは、表面レリーフ構造の基板を用いた屈折率制御手段と、レンズアレイ（例えばレンチキュラーレンズ）とを少なくとも備えていることを特徴としている。
【００８５】
図１１の例では、背面投射用スクリーンは、フレネルレンズ１２と、表面レリーフ構造の基板を用いた液晶素子３０と、レンチキュラーレンズ１３とで構成されている。
【００８６】
ここで、図１１の例では、表面レリーフ構造の基板として、フレネルレンズ基板３１を用いている。また、図１１の例では、液晶素子３０は、フレネルレンズ基板３１と平行基板３３との間に、液晶３２が封入されて構成されている。液晶３２の液晶分子は、駆動手段１８からの印加電圧のスイッチングによって、紙面内上下方向と紙面に垂直（または特定の角度）方向との２通りの配向状態を切り替えることができる。さらに、液晶３２の常光屈折率ｎｏはフレネルレンズ基板３１の屈折率ｎ１と同じであることが最良であるが、ｎｏとｎ１の差、および、液晶３２の異常光屈折率ｎｅと平行基板３３の屈折率ｎ２の差は、ともに、ｎｅ−ｎｏの値よりも小さくすることが望ましい。
【００８７】
図１１の構成例では、投射レンズ１１からの投射光は、フレネルレンズ１２で平行光束化されて液晶素子３０に入射する。この時の偏光状態を紙面に垂直な振動方向とする。液晶３２は、紙面に平行な配向状態の時には、フレネルレンズ基板３１と液晶層３２との屈折率差は非常に小さくなり、この場合には、フレネルレンズ基板３１のレンズ効果は低いため、スクリーンへの入射光は、略平行光を保ってレンチキュラーレンズ１３に入射し、これにより、スクリーンから離れて良好に見える第２の指向性が得られる。
【００８８】
次に、液晶３２が紙面と非平行な配向状態にスイッチングされると、紙面に垂直な偏光の光は、フレネルレンズ基板３１と液晶３２との屈折率差を感じるため、液晶素子３０はフレネルレンズとしてはたらく。このためスクリーン近傍に光を集める第１の指向性が得られる。
【００８９】
なお、表面レリーフ構造の基板としては、図１８に示すような基板でも良い。図１８の基板では、基板の溝深さと、基板屈折率と液晶の異常光屈折率との差を調整することによって、液晶素子３０からの光が０次光，±１次光などに分光する。分光したときの回折角は基板の凹凸のピッチに依存する。この構成の場合には、スクリーンから複数の所定の角度に指向性を持たせることができる。
【００９０】
このように、第６の構成例では、表面レリーフ構造の基板を用いた液晶素子を用いることにより、第５の構成例と同様の効果を得ることができる。すなわち、所定の方位（例えばスクリーンの近傍）からでも、また、スクリーンから離れた場所でも、良好なスクリーン画像が見え、かつ、スクリーンゲインの低下を抑えることができるという効果に加えて、スクリーンの構成部材（前述した構成例では、例えば、位相差板）を物理的に移動（回転）させたりすることなく、印加電圧の大きさを調整するだけで、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。すなわち、従来のスクリーンの指向性２と同様の指向性に加えて特定の方位（例えばスクリーン近傍位置）からでも良好にスクリーン画像が見え、かつ、ゲインの低下を抑えることができることに加えて、位相差板などの素子を物理的に移動回転させたりすることなく、複数の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。さらに、液晶素子３０が用いられていることによって、スクリーン近傍や所定の角度で見やすくなる第１の指向性と、スクリーンから離れた観客が見やすい第２の指向性とを、時分割で高速に切り替えることも可能になる。換言すれば、スクリーンの指向性を時間的に切り替えることができる。具体的に、液晶が紙面に平行な配向状態を保てば、スクリーンから離れて良好に見える指向性を維持することができる。また、スクリーン近傍でも見やすくさせたい時に液晶素子３０を駆動させれば、必要な時にのみ複数の指向性が得ることができる。すなわち、必要なときのみ特定の位置（例えばスクリーン近傍）にも指向性を与え、それ以外は従来の指向性のみにしてゲインの低下を最小限に抑えることができる。このように、第６の構成例では、複数の指向性の光量配分比と指向性のスイッチングを任意に設定することが可能で、構成部品点数を減らすことができる。
【００９１】
図１２は本発明の背面投射用スクリーンの第７の構成例を示す図である。この第７の構成例の背面投射用スクリーンは、表面レリーフ構造の基板を用いた屈折率制御手段と、レンチキュラーレンズ基板を用いた屈折率制御手段とを少なくとも備えていることを特徴としている。
【００９２】
図１２の例では、背面投射用スクリーンは、フレネルレンズ１２と、表面レリーフ構造の基板３１を用いた液晶素子３０と、レンチキュラーレンズ基板５１を用いた液晶素子５０とで構成されている。
【００９３】
図１２の例では、表面レリーフ構造の基板３１として、フレネルレンズ基板を用いている。なお、表面レリーフ構造の基板３１としてフレネルレンズ基板の代わりに、図１８に示す基板を用いても良い。この場合、基板の溝深さと、基板屈折率と液晶の異常光屈折率との差を調整することによって、液晶素子３０からの光が０次光，±１次光などに分光する。分光したときの回折角は基板の凹凸のピッチに依存する。この構成の場合には、スクリーンから複数の所定の角度に指向性を持たせることができる。
【００９４】
また、レンチキュラーレンズ基板５１を用いた液晶素子５０は、レンチキュラーレンズ基板５１と平行基板５３との間に液晶５２が封入されたものとなっている。
【００９５】
図１２の構成例において、フレネルレンズ基板３１とレンチキュラーレンズ基板５１の屈折率をともにｎ１とし、平行基板３３，５３の屈折率をともにｎ２とするときに、液晶３２，５２の常光屈折率ｎｏがほぼｎ１と等しく、かつ、異常光屈折率ｎｅがｎ２とほぼ等しくなるように組み合わせる。ｎｏとｎ１の差、および、ｎｅとｎ２の差は、ともに、ｎｅ−ｎｏの値よりも小さくすることが望ましい。
【００９６】
図１２の構成例において、２つの液晶素子３０，５０の動作を図１３，図１４を用いて説明する。スイッチングによって、液晶３２を紙面に平行な配向状態にし、液晶５２を紙面に垂直な配向状態にする。このとき、フレネルレンズ１２で略平行にされた光が紙面に垂直な偏光とすると、図１３に示すように、液晶素子３０では、フレネルレンズ基板３１の屈折率と液晶層の屈折率がほぼ等しいため、光は偏向されずに透過する。一方、液晶素子５０では、レンチキュラーレンズ基板５１と液晶層との屈折率差があるために、レンチキュラーレンズを通過した光と同様に光は広がる。この状態がスクリーンから離れて良好に見える第２の指向性である。
【００９７】
次に、図１４に示すように、液晶３２の配向状態を紙面に垂直に、かつ、液晶５２の配向状態を紙面に平行な状態にスイッチングさせる。この場合には、フレネルレンズ基板３１と液晶３２との屈折率差が生じて、液晶素子３０はフレネルレンズとして機能する。一方、液晶素子５０では、レンチキュラーレンズ基板５１と液晶５２との屈折率がほぼ等しいため、光は偏向されずに透過する。従って、スクリーン近傍で良好に見える指向性が得られる。基板３１が図１８に示す基板であれば、スクリーンから複数の所定方位に対して良好に見える指向性となる。
【００９８】
このように、第７の構成例では、表面レリーフ構造の基板を用いた液晶素子とレンチキュラーレンズを用いた液晶素子とを、各々、液晶の配向状態を切り替えることで、従来のスクリーンの指向性と同様の第２の指向性と本発明において付加された第１の指向性とをスイッチングすることができ、液晶素子の駆動時間を調整することによって、第１の指向性と第２の指向性の光量配分比を任意に変えることができる。
【００９９】
図１５は本発明の背面投射用スクリーンの第８の構成例を示す図である。この第８の構成例の背面投射用スクリーンは、表面レリーフ構造の基板とレンチキュラーレンズ基板とを用いた屈折率制御手段を少なくとも備えていることを特徴としている。
【０１００】
図１５の例では、背面投射用スクリーンは、フレネルレンズ１２と、表面レリーフ構造の基板６１とレンチキュラーレンズ基板６３との間に液晶６２が封入された液晶素子６０とで構成されている。
【０１０１】
図１５の例では、表面レリーフ構造の基板６１として、フレネルレンズ基板を用いている。なお、表面レリーフ構造の基板６１としてフレネルレンズ基板の代わりに、図１８に示す基板を用いても良い。この場合、基板の溝深さと、基板屈折率と液晶の異常光屈折率との差を調整することによって、液晶素子６０からの光が０次光，±１次光などに分光する。分光したときの回折角は基板の凹凸のピッチに依存する。この構成の場合には、スクリーンから複数の所定の角度に指向性を持たせることができる。
【０１０２】
フレネルレンズ基板６１の屈折率をｎ１とし、レンチキュラーレンズ基板６３の屈折率をｎ２とするときに、液晶６２の常光屈折率ｎｏがｎ１にほぼ等しく、異常光屈折率ｎｅはｎ２にほぼ等しくなるように組み合わせる。ｎｏとｎ１の差、および、ｎｅとｎ２の差は、ともに、ｎｅ−ｎｏの値より小さくすることが望ましい。
【０１０３】
図１５の構成の背面投射用スクリーンの動作を図１６，図１７を用いて説明する。フレネルレンズ１２で略平行になった光の偏光が紙面に垂直であるとすると、図１６に示すように、液晶を紙面に平行に配向させる。この場合、フレネルレンズ基板６１と液晶層６２との屈折率がほぼ等しいため、フレネルレンズ基板６１と液晶層６２との界面ではレンズ効果がなく、光は直進する。一方、液晶６２とレンチキュラーレンズ基板６３とは屈折率差が生じるため、レンチキュラーレンズの効果によって光は拡散する。この状態の時、スクリーンから離れた位置で良好に見える第２の指向性２が得られる。
【０１０４】
次に、スイッチングによって、液晶を図１７に示すように、紙面に垂直な状態にすると、フレネルレンズ基板６１と液晶６２との屈折率差が生じるため、フレネルレンズ効果で光は偏向される。一方、液晶６２とレンチキュラーレンズ基板６３とは、屈折率がほぼ等しいため、レンチキュラーレンズとして機能しない。従って、液晶素子６０は、この場合、フレネルレンズとして作用し、スクリーン近傍に光を集める第１の指向性が得られる。
【０１０５】
このように、第８の構成例では、表面レリーフ構造の基板とレンチキュラーレンズ基板とで液晶を挟んだ液晶素子を用いることによって、液晶のスイッチングでスクリーンに２通りの指向性を持たせることができる。そして、この第８の構成例（図１５の構成例）では、第７の構成例（図１２の構成例）に比べて、部品点数が少なく、かつ、液晶素子の駆動は１つなので、低消費電力にできる。
【０１０６】
また、上述した第１〜第８の構成例のいずれかの背面投射用スクリーンを用いて、背面投射型表示装置を構成することができる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１記載の発明によれば、投射器から出射された光束を、複数の指向性をもつ光束に偏向する背面投射用スクリーンであって、該スクリーンへの投射光を平行光束化する平行光束化手段と、対面する前記背面投射用スクリーンの前方方向に光線強度がある第２の指向性を得るためのレンズアレイと、対面する前記背面投射用スクリーンで、前記第２の指向性をもつ光束の左右の少なくとも一方の方向に光線強度がある第１の指向性を得るための分光素子とを備えており、投射器から出射された光束を、該背面投射用スクリーンの遠方から該スクリーンが明るく見える第２の指向性をもつ光束と、該スクリーンの近傍で該スクリーンが明るく見える第１の指向性をもつ光束とに偏向するので、従来のスクリーンの指向性と同様の指向性に加えて、スクリーン近傍位置でも、良好にスクリーン画像が見られ、かつ、この場合でも、ゲインの低下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を説明するための図である。
【図３】本発明の背面投射用スクリーンの第１の構成例を示す図である。
【図４】図３の背面投射用スクリーンの変形例を示す図である。
【図５】本発明の背面投射用スクリーンの第２の構成例を示す図である。
【図６】本発明の背面投射用スクリーンの第３の構成例を示す図である。
【図７】偏光依存性回折格子を作製するための二光束干渉露光光学系を示す図である。
【図８】図６に示した背面投射用スクリーンの変形例を示す図である。
【図９】本発明の背面投射用スクリーンの第４の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の背面投射用スクリーンの第５の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の背面投射用スクリーンの第６の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の背面投射用スクリーンの第７の構成例を示す図である。
【図１３】図１２の背面投射用スクリーンの動作を説明するための図である。
【図１４】図１２の背面投射用スクリーンの動作を説明するための図である。
【図１５】本発明の背面投射用スクリーンの第８の構成例を示す図である。
【図１６】図１５の構成の背面投射用スクリーンの動作を説明するための図である。
【図１７】図１５の構成の背面投射用スクリーンの動作を説明するための図である。
【図１８】表面レリーフ構造の基板の一例を示す図である。
【図１９】従来の背面投射用スクリーンの指向性を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 第１の指向性
２ 第２の指向性
１１ 投射器（投射レンズ）
１２ 平行光束化手段（フレネルレンズ）
１３ レンズアレイ（レンチキュラーレンズ）
１４ 分光素子
１５ 偏光制御手段
１６，１７ 偏光依存性回折格子
１８ 駆動手段
１９ フレネルゾーンプレート
２０ 複合機能素子（領域分割レンズ）
２１ レンチキュラーレンズ領域
２２ フレネルレンズ領域
３０ 液晶素子
３１ フレネルレンズ基板
３２ 液晶層
３３ 平行基板
４０ 液晶レンズアレイ
５０ 液晶素子
５１ レンチキュラーレンズ基板
５２ 液晶
５３ 平行基板
６０ 液晶素子
６１ 表面レリーフ構造の基板
６２ 液晶
６３ レンチキュラーレンズ基板
１０１ 背面投射用スクリーン
Claims (1)
- 投射器から出射された光束を、複数の指向性をもつ光束に偏向する背面投射用スクリーンであって、該スクリーンへの投射光を平行光束化する平行光束化手段と、対面する前記背面投射用スクリーンの前方方向に光線強度がある第２の指向性を得るためのレンズアレイと、対面する前記背面投射用スクリーンで、前記第２の指向性をもつ光束の左右の少なくとも一方の方向に光線強度がある第１の指向性を得るための分光素子とを備えていることを特徴とする背面投射用スクリーン。
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