JP4103911B2 - スクリーン及び画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、スクリーン及び画像表示装置、特に、画像信号に応じた光を透過させることにより画像を表示する画像表示装置に好適なスクリーンの技術に関する。

画像信号に応じた光を透過させることにより画像を表示する、いわゆるリアプロジェクタには、光を透過させる透過型のスクリーンが用いられる。リアプロジェクタは、スクリーンに対して斜め方向から画像信号に応じた光を入射させる構成とすることで、薄型化が図られている。スクリーンに対して斜め方向から光を入射させる場合、スクリーンは、斜めに入射した光を観察者の方向へ角度変換する構成とする必要がある。また、スクリーンに入射する光の入射角度が大きくなるほど、スクリーンの界面で光が全反射し易くなると考えられる。スクリーンでの全反射によって光がプロジェクタの内部に取り込まれると、明るい画像を表示することが困難になる。さらに、プロジェクタの内部に光が取り込まれると、迷光の多重反射からゴーストを生じる場合もある。このため、スクリーンは、明るく高品質な画像を得るためには、斜めに入射した光を観察者の方向へ効率良く進行させる構成とする必要がある。斜めに入射した光を観察者の方向へ効率良く進行させるためのスクリーンの技術は、例えば、特許文献１に提案されている。

特開２００３−１４９７４４号公報

フレネルレンズは、スクリーンから見てライトバルブが設けられている側である下側の斜面から光を入射し、入射した光を上側の斜面で全反射させる。しかしながら、特許文献１に提案される技術では、フレネルレンズから出射する光に明るさムラを多く生じてしまう。このため、フレネルレンズの出射側に拡散層等を設けることにより光の均一化を図ることとしても、スクリーンからの光の明るさムラを解消することが難しいという問題がある。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、入射した光を効率良く所定の出射方向へ進行させ、かつ明るさムラを低減することが可能なスクリーン、及び画像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、画像信号に応じた光を透過するスクリーンであって、画像信号に応じた光の入射側に設けられた第１面及び第２面と、画像信号に応じた光を出射する出射面と、を備え、画像信号に応じた光を角度変換して出射する角度変換部を有し、第２面は、第１面から入射した光を、出射面の方向へ反射し、第１面及び第２面の少なくとも一方は、入射した光を発散させる光発散機能、及び、入射した光を収束させる光収束機能のいずれかを備えることを特徴とするスクリーンを提供することができる。

スクリーンに対して斜めに進行した光は、角度変換部の第１面に入射する。第１面から角度変換部に入射した光は、第２面から出射面の方向へ反射する。出射面の方向へ進行した光は、スクリーンから出射した後、観察者の方向へ進行する。このようにして、スクリーンに対して斜めに入射した光を観察者の方向へ効率良く進行させることができる。画像信号に応じた光を観察者の方向へ効率良く進行させることにより、迷光の発生も低減できる。

光発散機能を備える面に入射した光は、発散しながら進行する。光収束機能を備える面に入射した光は、一旦収束した後、発散しながら進行する。第１面及び第２面の少なくとも一方が光発散機能及び光収束機能のいずれかを備えることにより、画像信号に応じた光を発散させながら出射面の方向へ進行させることができる。画像信号に応じた光が出射面において略均一となるように発散させることにより、角度変換部からの光の明るさムラを低減することができる。これにより、入射した光を効率良く所定の出射方向へ進行させ、かつ明るさムラを低減することが可能なスクリーンを得られる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１面及び第２面のうち、光発散機能、及び光収束機能のいずれかを備える面は、第１面及び第２面の長辺に略直交する断面において曲線で表される曲面であることが望ましい。これにより、第１面及び第２面の少なくとも一方が光発散機能、及び光収束機能のいずれかを備える構成とすることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１面は、断面において直線で表される平面であって、第２面は、断面において曲線で表される曲面であることが望ましい。第１面を平面とすることにより、第１面を、投写レンズからの光の進行方向に対して垂直に近い面とすることができる。第１面に対して略垂直に入射する光が多いほど、投写レンズからの光を効率良く角度変換部に取り込むことができる。また、第１面における画像信号に応じた光の反射を低減することもできる。これにより、画像信号に応じた光を効率良く角度変換部に取り込むことができる。

また、本発明の好ましい態様としては、曲面は、凹面を有することが望ましい。第１面及び第２面の少なくとも一方を凹面とすることで、第１面及び第２面の少なくとも一方が光発散機能を備える構成とすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、曲面は、凸面を有することが望ましい。第１面及び第２面の少なくとも一方を凸面とすることで、第１面及び第２面の少なくとも一方が光収束機能を備える構成とすることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１面及び第２面は、略同心円状に配置され、曲面は、第１面及び第２面を配置する同心円の中心からの距離に応じて設定された曲率をなすことが望ましい。例えば、投写レンズからスクリーンへ画像信号に応じた光を入射させる場合、スクリーンへ入射する光の入射角度は、投写レンズをスクリーン上に投影させた位置を中心として変化することとなる。第１面及び第２面を略同心円状に配置させた角度変換部を用いることにより、投写レンズからの光を観察者の方向へ角度変換することができる。スクリーンへの入射角度が変化すると、角度変換された光ごとの隙間の大きさも変化することとなる。曲面の曲率を同心円の中心からの距離に応じて設定することにより、スクリーンへの入射角度に関わらず、角度変換された光同士の隙間及び重なりをスクリーン全体について低減することが可能である。これにより、スクリーン全体について明るさムラやノイズを低減し、高品質な画像を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、曲面は、同心円の中心から離れるに従い大きい曲率をなすことが望ましい。投写レンズからスクリーンへ画像信号に応じた光を入射させる場合、スクリーンへ入射する光の入射角度は、投写レンズをスクリーン上に投影させた位置から離れるに従い大きくなる。スクリーンへの入射角度が大きくなるに従い、角度変換された光ごとの隙間も大きくなる。同心円の中心から離れるほど曲面の曲率を大きくする構成とすることにより、スクリーンへの入射角度に関わらず、角度変換された光同士の隙間及び重なりをスクリーン全体について低減することが可能である。これにより、スクリーン全体について明るさムラやノイズを低減することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１面及び第２面のうち、光収束機能を備える面は、角度変換部の内部に焦点を形成し、かつ、出射面にて光を拡散させることが望ましい。例えば、光収束機能を備える面により角度変換部の出射面上、又は角度変換部より外側に焦点を形成する場合、出射面上では、光収束機能を備える面で反射したときより光は絞られた状態となる。このため、出射面では、角度変換された光ごとに隙間が形成される。特に、角度変換部の出射面上に焦点を形成する構成とする場合、角度変換部の規則的な構造に起因する映像光の周期性が強められる。この場合、角度変換部と他の規則的な構造を持つ構成、例えばレンチキュラーレンズアレイに光を透過させることにより、モアレが発生し易い状態となる。光収束機能を備える面により角度変換部の内部に焦点を形成し、かつ出射面にて光を拡散させる構成とすることで、出射面における光ごとの隙間を小さくすることが可能である。これにより、明るさムラやノイズを低減することができる。また、モアレが発生し易い状態を回避することも可能である。

また、本発明の好ましい態様としては、第１面及び第２面は、プリズム体を構成し、かつ、互いに隣接するプリズム体からの光が入射する出射面上の領域同士が互いに連続して並列するように配置されることが望ましい。領域同士が互いに連続するとは、領域間に隙間が認められない状態をいい、領域同士が並列するとは、領域同士の重畳が認められない状態をいうものとする。互いに隣接するプリズム体からの光が入射する出射面上の領域同士を、隙間が無いように連続させ、かつ重なり合わないように並列させることで、出射面において画像信号に応じた光を均一にすることが可能となる。出射面上にて互いに隣接するプリズム体からの光が入射する領域同士を互いに連続して並列させるように第１面及び第２面を配置することにより、明るさムラやノイズを低減することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１面及び第２面のうち、光発散機能、及び光収束機能のいずれかを備える面は、角度変換部が設けられる基準面の法線に対して４０度以上８５度以下の角度で進行する光が入射する領域に設けられることが望ましい。角度変換された光ごとの隙間は、特に、入射角度が４０度以上である場合に目立ち易くなる。入射角度が４０度以上８５度以下である光が入射する位置に光発散機能、及び光収束機能のいずれかを備える面を設けることで、角度変換された光ごとの隙間を低減することができる。これにより、明るさムラやノイズを低減することができる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１面及び第２面は、プリズム体を構成し、プリズム体は、第１面へ入射する光の進行方向に沿って形成された第３面を有することが望ましい。例えば、稜線部を挟んで第１面及び第２面を配置する構成では、稜線部を含む先端部を非常に細く形成しなければならない場合が考えられる。細い先端部を備えるプリズム体は、高い精度で製造することが困難である。プリズム体は、第３面を備えることで、製造が困難な部分を省き、かつ光の角度変換も可能な構成とすることができる。第３面を備えることで、細い先端部を設ける場合と比較して、プリズム体を容易に製造することが可能となる。これにより、スクリーンを容易に製造可能な構成とし、製造コストの低減を図れる。また、スクリーンの製造後におけるプリズム体の破損も低減でき、信頼性の向上も図れる。

また、本発明の好ましい態様としては、第１面及び第２面は、プリズム体を構成し、隣接するプリズム体同士の間に設けられた平坦部を有することが望ましい。例えば、プリズム体同士を隣接させる場合、プリズム体同士の間に形成される溝部を高い精度で製造することが困難な場合が考えられる。角度変換部は、平坦部を備えることで、製造が困難な部分を省き、かつ光の角度変換も可能な構成とすることができる。平坦部を備えることで、プリズム体同士の間に溝部を形成する場合と比較して、角度変換部を容易に製造することが可能となる。これにより、スクリーンを容易に製造可能な構成とし、製造コストの低減を図れる。さらに、平坦部を備える角度変換部は金型を用いた型転写によって容易に形成可能であることから、型転写を用いた角度変換部の形成によりスクリーンの量産性の向上も図れる。

また、本発明の好ましい態様としては、光を拡散する拡散部を有することが望ましい。これにより、観察者の方向へ進行する光を拡散し、良好な視野角特性を得られる。また、拡散部で光を拡散させることで、角度変換部の規則的な構造に起因して生じ得る光の周期性を緩和でき、モアレの発生を低減することもできる。

さらに、本発明によれば、光を供給する光源部と、光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、空間光変調装置からの光を透過するスクリーンと、を有し、スクリーンは、上記のスクリーンであることを特徴とする画像表示装置を提供することができる。上記のスクリーンを有することにより、入射した光を効率良く所定の出射方向へ進行させ、かつ明るさムラを低減することができる。これにより、明るく、明るさムラが低減された画像を表示可能な画像表示装置を得られる。また、スクリーンに対して斜め方向から画像信号に応じた光を入射させる構成とすることで、画像表示装置を薄型にすることができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置であるプロジェクタ１００の概略構成を示す。プロジェクタ１００は、スクリーン１１０の一方の面に光を投写し、スクリーン１１０の他方の面から出射する光を観察することで画像を鑑賞する、いわゆるリアプロジェクタである。光源部である超高圧水銀ランプ１１は、第１色光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、第２色光である緑色光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）を含む光を供給する。

インテグレータ１２は、超高圧水銀ランプ１１からの光の照度分布を略均一にする。照度分布が均一化された光は、偏光変換素子１３にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒに入射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１５に入射する。反射ミラー１５は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、空間光変調装置１７Ｒに入射する。空間光変調装置１７Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても光の偏光方向は変化しないため、空間光変調装置１７Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。

空間光変調装置１７Ｒに入射したｓ偏光光は、不図示の液晶パネルに入射する。液晶パネルは、２つの透明基板の間に、画像表示のための液晶層を封入している。液晶パネルに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調によりｐ偏光光に変換される。空間光変調装置１７Ｒは、変調によりｐ偏光光に変換されたＲ光を出射する。このようにして、空間光変調装置１７Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１８に入射する。

Ｒ光透過ダイクロイックミラー１４Ｒで反射されたＧ光及びＢ光は、光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光及びＢ光は、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇで反射されたＧ光は、空間光変調装置１７Ｇに入射する。空間光変調装置１７Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。空間光変調装置１７Ｇに入射したｓ偏光光は、液晶パネルでの変調によりｐ偏光光に変換される。空間光変調装置１７Ｇは、変調によりｐ偏光光に変換されたＧ光を出射する。このようにして、空間光変調装置１７Ｇで変調されたＧ光は、クロスダイクロイックプリズム１８に入射する。

Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１６と、２枚の反射ミラー１５とを経由して、空間光変調装置１７Ｂに入射する。空間光変調装置１７Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、Ｂ光にリレーレンズ１６を経由させるのは、Ｂ光の光路がＲ光及びＧ光の光路よりも長いためである。リレーレンズ１６を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇを透過したＢ光を、そのまま空間光変調装置１７Ｂへ導くことができる。

空間光変調装置１７Ｂに入射したｓ偏光光は、液晶パネルでの変調によりｐ偏光光に変換される。空間光変調装置１７Ｂは、変調によりｐ偏光光に変換されたＢ光を出射する。このようにして、空間光変調装置１７Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１８に入射する。色分離光学系を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１４ＲとＢ光透過ダイクロイックミラー１４Ｇとは、超高圧水銀ランプ１１から供給される光を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に分離する。なお、空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂは、変調によりｓ偏光光をｐ偏光光に変換するほか、ｐ偏光光をｓ偏光光に変換することとしても良い。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１８は、２つのダイクロイック膜１８ａ、１８ｂをＸ字型に直交するように配置して構成されている。ダイクロイック膜１８ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１８ｂは、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１８は、空間光変調装置１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。

投写レンズ２０は、クロスダイクロイックプリズム１８で合成された光を反射ミラー１０５の方向へ投写する。反射ミラー１０５は、筐体１０７の内面であって、スクリーン１１０に対向する位置に設けられている。反射ミラー１０５は、投写レンズ２０からの投写光をスクリーン１１０の方向へ反射する。スクリーン１１０は、画像信号に応じた光を透過することにより鑑賞者側の面に投写像を表示する、透過型スクリーンである。スクリーン１１０は、筐体１０７の所定の一面に設けられている。

スクリーン１１０は、フレネルレンズ２０１、レンチキュラーレンズアレイ２０２、及び拡散部２０３を有する。フレネルレンズ２０１は、画像信号に応じた光を角度変換して出射する角度変換部である。レンチキュラーレンズアレイ２０２は、フレネルレンズ２０１からの光を水平方向であるＸ方向へ拡散させる。拡散部２０３は、レンチキュラーレンズアレイ２０２からの光を、拡散材によりさらに拡散させる。

筐体１０７は、筐体１０７内部の空間を密閉する。投写レンズ２０は、スクリーン１１０に対して下側の位置から斜め方向へ光を入射させる。プロジェクタ１００は、スクリーン１１０に対して斜め方向から画像信号に応じた光を入射させる構成とすることで、筐体１０７を薄型にすることができる。

図２は、スクリーン１１０の要部断面構成を示す。フレネルレンズ２０１は、画像信号に応じた光の入射側に設けられた第１面２１１及び第２面２１２と、画像信号に応じた光を出射する出射面２１３と、を備えている。フレネルレンズ２０１は、凸レンズの凸面を切り出した輪状の切片を、高さを揃えて平面上に並べた形状を有する。第１面２１１及び第２面２１２は、プリズム体２１０を構成している。プリズム体２１０は、図２に示す断面において略三角形形状をなしている。図２に示す断面は、Ｙ軸に略平行かつスクリーン１１０の略中心を通過する断面であって、第１面２１１及び第２面２１２の長辺に略直交する断面である。

図３の平面構成に示すように、第１面２１１及び第２面２１２は、略同心円状に配置されている。第１面２１１及び第２面２１２を配置する同心円の中心は、投写レンズ２０をスクリーン１１０の延長面に投影させた位置である。第１面２１１及び第２面２１２を配置する同心円の中心は、スクリーン１１０より下側に位置している。よって、フレネルレンズ２０１は、スクリーン１１０に対して下側の位置から斜め方向へ進行した光を観察者の方向へ角度変換することができる。なお、フレネルレンズ２０１は、第１面２１１及び第２面２１２を略同心円状に配置する構成に限られない。例えば、第１面２１１及び第２面２１２を、略同一位置に焦点を有する楕円状に配置することとしても良い。

フレネルレンズ２０１の入射側の面は、第１面２１１及び第２面２１２を交互に、例えば約０．１ｍｍピッチで配置して構成されている。第１面２１１及び第２面２１２を設けるピッチは、スクリーン１１０へ入射する光の入射角に応じて設定されている。第１面２１１及び第２面２１２を配置する同心円の一部である円弧は、第１面２１１及び第２面２１２の長辺である。

図２に戻って、第１面２１１は、スクリーン１１０から見て投写レンズ２０（図１参照）が設けられている側である下側の面である。第１面２１１は、第１面２１１及び第２面２１２の長辺に略直交する断面において、直線で表される平面である。また、フレネルレンズ２０１の第２面２１２は、上側の面である。第２面２１２は、第１面２１１及び第２面２１２の長辺に略直交する断面において、曲線で表されるような凹面である。第１面２１１及び第２面２１２は、稜線部２１５で接合されている。

レンチキュラーレンズアレイ２０２は、不図示のレンチキュラーレンズを並列させて構成されている。レンチキュラーレンズは、Ｙ方向について長手方向を有し、かつＸ方向に並列されている。レンチキュラーレンズは、Ｘ方向について曲率を有する形状とすることで、フレネルレンズ２０１からの光をＸ方向について拡散させる。なお、スクリーン１１０は、レンチキュラーレンズアレイ２０２に代えて、マイクロレンズアレイを用いる構成としても良い。マイクロレンズアレイは、Ｘ方向及びＹ方向について曲率を有するマイクロレンズ素子を、Ｘ方向及びＹ方向についてアレイ状に配置する構成とすることができる。マイクロレンズアレイを用いる場合、フレネルレンズ２０１からの光をＸ方向及びＹ方向について拡散させることができる。

拡散部２０３は、微粒子状の拡散材を含む。拡散部２０３は、フレネルレンズ２０１からの光をさらに拡散させる。また、拡散部２０３で光を拡散させることで、フレネルレンズ２０１やレンチキュラーレンズアレイ２０２の規則的な構造に起因して生じ得る光の周期性を緩和でき、モアレの発生を低減することもできる。フレネルレンズ２０１やレンチキュラーレンズアレイ２０２とは別に拡散部２０３を設けることにより、フレネルレンズ２０１やレンチキュラーレンズアレイ２０２に拡散材を分散させる場合と比較して、体積散乱の発生による解像度の低下を防ぐことができる。

なお、拡散部２０３としては、微小な凹凸が形成された拡散面を備えたシート状の構造物を用いることとしても良い。スクリーン１１０は、図２に示す構成に限られず、例えば、拡散部２０３を他の構成に置き換えた構成や、他の構成を追加した構成としても良い。例えば、拡散部２０３を設ける代わりに、フレネルレンズ２０１やレンチキュラーレンズアレイ２０２に拡散材を分散させることとしても良い。

図４は、フレネルレンズ２０１における光の振る舞いを説明するものである。投写レンズ２０からの光は、まずフレネルレンズ２０１の第１面２１１に入射する。第１面２１１に入射した光のうち第１面２１１に対して略垂直に入射した光は、そのままの進行方向で進行する。また、第１面２１１に対して垂直以外の向きで入射した光は、第１面２１１で屈折作用を受ける。ここで、第１面２１１は、スクリーン１１０へ入射する光が、第１面２１１に対して略直交する角度で入射するように形成されている。第１面２１１に対して略垂直に入射する光が多いほど、投写レンズ２０からの光を効率良くフレネルレンズ２０１に取り込むことができる。また、第１面２１１における画像信号に応じた光の反射を低減することもできる。これにより、画像信号に応じた光を効率良くフレネルレンズ２０１に取り込むことができる。

第１面２１１からの光は、第２面２１２で全反射した後、出射面２１３の方向へ進行する。第２面２１２は、凹面とすることにより、入射する光を発散させる光発散機能を備えている。第２面２１２が光発散機能を備えることにより、第２面２１２で全反射した光は、発散しながら出射面２１３の方向へ進行する。また、第２面２１２は、第１面２１１からの光が出射面２１３において略均一に発散するような形状で形成されている。画像信号に応じた光が出射面２１３において略均一となるように発散させることにより、フレネルレンズ２０１からの光の明るさムラを低減することができる。

例えば、出射面２１３上に焦点を形成する構成とする場合、フレネルレンズ２０１の規則的な構造に起因する映像光の周期性が強められる。この場合、フレネルレンズ２０１と他の規則的な構造を持つ構成、例えばレンチキュラーレンズアレイ２０２に光を透過させることにより、モアレが発生し易い状態となる。出射面２１３において画像信号に応じた光を略均一とすることで、映像光の周期性を弱め、モアレの発生を低減することができる。なお、第２面２１２に、光を反射する反射部を形成することとしても良い。第２面２１２に反射部を形成する場合、第１面２１１からの光は、反射部で反射した後、出射面２１３の方向へ進行する。

第２面２１２から出射面２１３の方向へ進行した光は、レンチキュラーレンズアレイ２０２及び拡散部２０３（図２参照）を透過した後、スクリーン１１０から出射する。スクリーン１１０からの光は、観察者の方向へ進行する。また、フレネルレンズ２０１、レンチキュラーレンズアレイ２０２及び拡散部２０３によって観察者側で光を拡散させることにより、良好な視野角特性を得ることができる。このようにして、スクリーン１１０に対して斜めに入射した光を観察者の方向へ効率良く進行させることができる。画像信号に応じた光を観察者の方向へ効率良く進行させることにより、迷光の発生も低減できる。

これにより、入射した光を効率良く所定の出射方向へ進行させ、かつ明るさムラを低減できるという効果を奏する。また、プロジェクタ１００は、スクリーン１１０を備えることにより、明るく、明るさムラが低減された画像を表示することができる。さらに、スクリーン１１０に対して斜め方向から画像信号に応じた光を入射させる構成とすることで、プロジェクタ１００を薄型にすることができる。

スクリーン１１０は、第２面２１２を凹面とするフレネルレンズ２０１を用いる構成に限られない。例えば、スクリーン１１０は、図５の要部断面構成に示すように、第２面５１２を凸面とするフレネルレンズ５０１を用いることとしても良い。図５に示すフレネルレンズ５０１は、第１面２１１及び第２面５１２により構成されたプリズム体５１０を有する。第２面５１２は、凸面とすることにより、入射する光を収束させる光収束機能を備えている。第２面５１２が光収束機能を備えることにより、第２面５１２で全反射した光は、一旦収束した後、発散しながら出射面２１３の方向へ進行する。また、第２面５１２は、第１面２１１からの光が出射面２１３において略均一に発散するような形状で形成されている。従って、フレネルレンズ５０１をスクリーン１１０に用いることにより、上記のフレネルレンズ２０１を用いる場合と同様に、入射した光を効率良く所定の出射方向へ進行させ、かつ明るさムラを低減できる。

光収束機能を備える第２面５１２は、角度変換部であるフレネルレンズ５０１の内部に焦点Ｆを形成し、かつ出射面２１３にて光を拡散させる形状を有する。例えば、第２面５１２により出射面２１３上、又はフレネルレンズ５０１より外側に焦点を形成する場合、出射面２１３上では、第２面５１２で反射したときより光は絞られた状態となる。このため、出射面２１３では、角度変換された光ごとに隙間が形成されることとなる。特に、出射面２１３上で焦点を形成する構成とする場合は、モアレが発生し易い状態ともなる。

第２面５１２によりフレネルレンズ２０１の内部に焦点Ｆを形成し、かつ出射面２１３にて光を拡散させる構成とすることで、角度変換された光ごとの隙間を小さくすることが可能である。これにより、明るさムラやノイズを低減することができる。また、モアレが発生し易い状態を回避することも可能である。なお、第１面２１１に光拡散機能を持たせる構成とする場合、第１面２１１について、フレネルレンズ２０１の内部に焦点Ｆを形成し、かつ出射面２１３にて光を拡散させる構成とすることができる。

スクリーン１１０は、第２面を曲面とするフレネルレンズを備える構成に限られない。スクリーン１１０は、第１面及び第２面の少なくとも一方が曲面であるフレネルレンズを備える構成であれば良い。例えば、スクリーン１１０は、図６の要部断面構成に示すように、第１面６１１を曲面、第２面６１２を平面とするフレネルレンズ６０１を用いることとしても良い。例えば、フレネルレンズ６０１の第１面６１１は、光発散機能を備える凹面とすることができる。図６に示すフレネルレンズ６０１は、第１面６１１及び第２面６１２により構成されたプリズム体６１０を有する。第１面６１１に入射した光は、発散しながら第２面６１２の方向へ進行するような屈折作用を受ける。また、第１面６１１からの光は、第２面６１２で全反射した後、そのまま発散しながら出射面２１３の方向へ進行する。

さらに、スクリーン１１０は、図７の要部断面構成に示すように、第１面６１１、第２面７１２のいずれも曲面であるフレネルレンズ７０１を用いることとしても良い。例えば、フレネルレンズ７０１の第１面６１１及び第２面７１２は、光発散機能を備える凹面とすることができる。図７に示すフレネルレンズ７０１は、第１面６１１及び第２面７１２により構成されたプリズム体７１０を有する。第１面６１１から入射した光は、第１面６１１及び第２面７１２での角度変換により、発散しながら出射面２１３の方向へ進行する。従って、フレネルレンズ６０１、７０１を用いる場合も、上記のフレネルレンズ２０１を用いる場合と同様に、入射した光を効率良く所定の出射方向へ進行させ、かつ明るさムラを低減できる。

図８は、本実施例で説明した各フレネルレンズの、さらに好ましい構成について説明するものである。図８に示すフレネルレンズ８０１は、図４を用いて説明したフレネルレンズ２０１と同様の構成を有する。ここで、フレネルレンズ８０１の一のプリズム体２１０−１で角度変換された光が出射面２１３上の領域ＡＲ１に入射し、一のプリズム体２１０−１の下側に隣接するプリズム体２１０−２で角度変換された光が出射面２１３上の領域ＡＲ２に入射するとする。この場合、領域ＡＲ１と領域ＡＲ２とは、互いに連続して並列している。フレネルレンズ８０１は、互いに隣接するプリズム体２１０からの光が入射する出射面２１３上の領域同士が互いに連続して並列するように第１面２１１及び第２面２１２が配置されている。なお、領域同士が互いに連続するとは、領域間に隙間が認められない状態をいい、領域同士が並列するとは、領域同士の重畳が認められない状態をいうものとする。

互いに隣接するプリズム体２１０からの光が入射する出射面２１３上の領域同士を、隙間が無いように連続させ、かつ重なり合わないように並列させることで、出射面２１３において画像信号に応じた光を均一にすることが可能となる。互いに隣接するプリズム体からの光が入射する領域同士を互いに連続して並列させるように第１面２１１及び第２面２１２を配置することにより、明るさムラやノイズが低減された高品質な画像を得ることができる。なお、図４を用いて説明したフレネルレンズ２０１以外のフレネルレンズについても同様の構成とすることで、明るさムラやノイズが低減された高品質な画像を得ることが可能となる。

なお、フレネルレンズは、第１面及び第２面の少なくとも一方が曲面である構成に限られない。第１面及び第２面は、少なくとも一方が、光発散機能、及び光収束機能のいずれかを備える面であれば良い。例えば、光発散機能、及び光収束機能のいずれかを備える面として、複数の平面をつなぎ合わせた多面体形状の面を用いることとしても良い。また、面に凹凸を施す構成や、回折やホログラム等による光の干渉を用いる構成により、光発散機能や光収束機能を持たせることとしても良い。

図９は、本発明の実施例２に係るスクリーンのうちのフレネルレンズ９０１の断面構成を示すものであって、スクリーンへ入射する画像信号に応じた光の入射角度について説明するものである。本実施例のスクリーンは、上記実施例１のプロジェクタ１００に適用することができる。ここで、入射角度とは、フレネルレンズ９０１が設けられる基準面である出射面２１３の法線Ｎと入射光線とがなす角度であるとする。不図示の投写レンズからスクリーンの最上部に入射する光、及び最下部に入射する光についてそれぞれ入射角度がθ１、θ３であるとすると、θ１＞θ３である。スクリーンの最上部に入射する光の入射角度θ１は、例えば８５度である。

フレネルレンズ９０１の最上部と最下部との間の位置Ｐに入射する光の入射角度θ２が４０度であるとする。図９に示す断面構成において、フレネルレンズ９０１の最上部から位置Ｐまでの部分には、入射角度が４０度以上８５度以下である光が入射する。フレネルレンズ９０１の第１面及び第２面のうち、光発散機能、及び光収束機能のいずれかを備える面は、フレネルレンズ９０１のうち、入射角度が４０度以上８５度以下である光が入射する領域ＡＲ３に設けられている。

角度変換された光ごとの隙間は、入射角度が４０度以上である場合に目立ち易くなる。入射角度が４０度以上８５度以下である光が入射する領域に光発散機能、及び光収束機能のいずれかを備える面を設けることで、角度変換された光ごとの隙間を低減することができる。これにより、明るさムラやノイズを低減することができる。なお、図９に示す断面構成において、位置Ｐからフレネルレンズ９０１の最下部までの部分には、入射角度が４０度未満の光が入射する。フレネルレンズ９０１のうち、入射角度が４０度未満の光が入射する領域ＡＲ４に設ける第１面及び第２面は、光発散機能、及び光収束機能のいずれかを備える面としても良く、いずれの機能も無い面としても良い。例えば、領域ＡＲ４に設ける第１面及び第２面は、平面とすることができる。

図１０は、図９に示すフレネルレンズ９０１の断面構成のうち、領域ＡＲ３の最上部付近の構成を示す。図１１は、図９に示すフレネルレンズ９０１の断面構成のうち、領域ＡＲ３の最下部付近の構成を示す。図１０に示すプリズム体２１０と図１１に示すプリズム体２１０とを比較すると、図１０に示すプリズム体２１０のほうが、図１１に示すプリズム体２１０よりも第２面２１２の曲率が大きい。本実施例のスクリーンは、フレネルレンズ９０１の第２面２１２が、第１面２１１及び第２面２１２を配置する同心円の中心から離れるに従い、大きい曲率をなすように構成されている。

投写レンズ２０（図１参照）からスクリーンへ画像信号に応じた光を入射させる場合、スクリーンへ入射する光の入射角度は、投写レンズ２０をスクリーン上に投影させた位置から離れるに従い大きくなる。スクリーンへの入射角度が大きくなるに従い、角度変換された光ごとの隙間も大きくなる。同心円の中心から離れるほど第２面２１２の曲率を大きくする構成とすることにより、スクリーンへの入射角度に関わらず、角度変換された光同士の隙間及び重なりをスクリーン全体について低減することが可能である。これにより、スクリーン全体について明るさムラやノイズを低減し、高品質な画像を得ることができる。なお、第２面を凸面とする場合や第１面を曲面とする場合も、同心円の中心から離れるほど曲率を大きくする構成とすることが可能である。

図１２は、本発明の実施例３に係るスクリーンのうち、フレネルレンズ１２０１の要部断面構成を示す。本実施例のスクリーンは、上記実施例１のプロジェクタに適用することができる。フレネルレンズ１２０１は、第１面１２１１、第２面１２１２のほかに第３面１２１６を備えるプリズム体１２１０を有することを特徴とする。プリズム体１２１０のうち、第３面１２１６は、第１面１２１１及び第２面１２１２の間に設けられている。

第３面１２１６は、スクリーンへ入射する画像信号に応じた光の進行方向に沿って形成された平面である。プリズム体１２１０は、上記実施例１のフレネルレンズ２０１のプリズム体２１０（図４参照）のうち、稜線部２１５を含むプリズム体２１０の先端部を切断し、取り除いたような形状をなしている。本実施例のフレネルレンズ１２０１を用いる場合も、上記実施例１のフレネルレンズ２０１と同様に、光を角度変換することができる。

稜線部を挟んで第１面及び第２面を配置する構成では、先端部を細く形成しなければならない場合が考えられる。このように細い先端部を備えるプリズム体を高い精度で製造することは困難である。特に、画像の高精細化に伴いフレネルレンズに設けられるプリズム体のピッチは小さくなる傾向にあることから、細い先端部を備えるプリズム体の製造がさらに困難となっている。本実施例のフレネルレンズ１２０１は、第３面１２１６を備えるプリズム体１２１０を用いることで、製造が困難な部分を省き、かつ光の角度変換も可能な構成とすることができる。第３面１２１６を備えることで、細い先端部を設ける場合と比較して、プリズム体を容易に製造することが可能となる。

これにより、スクリーンを容易に製造可能な構成とし、製造コストの低減を図れるという効果を奏する。また、細い先端部を省いた構成とすることで、スクリーンの製造後におけるプリズム体１２１０の破損も低減でき、信頼性の向上も図れる。なお、プリズム体１２１０に占める第１面１２１１、第２面１２１２及び第３面１２１６の割合は図示するものに限らず、適宜設定することができる。

図１３は、本実施例の変形例に係るスクリーンのうち、フレネルレンズ１３０１の要部断面構成を示す。フレネルレンズ１３０１は、平坦部１３１７を有することを特徴とする。平坦部１３１７は、互いに隣接するプリズム体１３１０同士の間に設けられている。プリズム体１３１０は、稜線部１３１５を挟んで設けられた第１面１３１１及び第２面１３１２を有する。

平坦部１３１７は、出射面２１３に略平行に設けられた平面である。フレネルレンズ１３０１は、上記実施例１のフレネルレンズ２０１のうち、互いに隣接するプリズム体２１０（図４参照）同士の間の溝部を埋め合わせたような形状をなしている。本実施例のフレネルレンズ１２０１を用いる場合も、上記実施例１のフレネルレンズ２０１と同様に、光を角度変換することができる。

溝部を挟んでプリズム体を並列させる構成では、溝部を細く形成しなければならない場合が考えられる。細い溝部を備えるフレネルレンズは、高い精度で製造することが困難である。本実施例のフレネルレンズ１３０１は、平坦部１３１７を備えることで、製造が困難な部分を省き、かつ光の角度変換も可能な構成とすることができる。平坦部１３１７を備えることで、細い溝部を設ける場合と比較して、フレネルレンズ１３０１を容易に製造することが可能となる。これにより、スクリーンを容易に製造可能な構成とし、製造コストの低減を図れる。さらに、平坦部１３１７を備えるフレネルレンズ１３０１は金型を用いた型転写によって容易に形成可能であることから、型転写を用いたフレネルレンズ１３０１の形成によりスクリーンの量産性の向上も図れる。フレネルレンズは、図１２に示した第３面１２１６と、図１３に示した平坦部１３１７とを備える構成としても良い。

上記の実施例に係るプロジェクタ１００は、光源部として超高圧水銀ランプを用いているが、これに限られない。例えば、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の固体発光素子を用いても良い。また、３つの透過型液晶表示装置を設けた、いわゆる３板式のプロジェクタに限らず、例えば、反射型液晶表示装置を用いたプロジェクタやティルトミラーデバイスを用いたプロジェクタであっても良い。

以上のように、本発明に係るスクリーンは、画像信号に応じた光を透過させるプロジェクタのスクリーンとして用いる場合に有用であり、特に、薄型なプロジェクタに用いる場合に好適である。

本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成図。 スクリーンの要部断面構成図。 フレネルレンズの平面構成図。 フレネルレンズにおける光の振る舞いを説明する図。 第２面が凸面であるフレネルレンズの要部断面構成図。 第１面が曲面であるフレネルレンズの要部断面構成図。 第１面及び第２面が曲面であるフレネルレンズの要部断面構成図。 本実施例の好ましい構成について説明する図。 本発明の実施例２に係るスクリーンについて説明する図。 領域ＡＲ３の最上部付近の構成を示す図。 領域ＡＲ３の最下部付近の構成を示す図。 本発明の実施例３に係るスクリーンについて説明する図。 実施例３の変形例に係るスクリーンについて説明する図。

符号の説明

１００ プロジェクタ、１１ 超高圧水銀ランプ、１２ インテグレータ、１３ 偏光変換素子、１４Ｒ Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１４Ｇ Ｂ光透過ダイクロイックミラー、１５ 反射ミラー、１６ リレーレンズ、１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ 空間光変調装置、１８ クロスダイクロイックプリズム、１８ａ、１８ｂ ダイクロイック膜、２０ 投写レンズ、１０５ 反射ミラー、１０７ 筐体、１１０ スクリーン、２０１ フレネルレンズ、２０２ レンチキュラーレンズアレイ、２０３ 拡散部、２１０ プリズム体、２１１ 第１面、２１２ 第２面、２１３ 出射面、２１５ 稜線部、５０１ フレネルレンズ、５１０ プリズム体、５１２ 第２面、６０１ フレネルレンズ、６１０ プリズム体、６１１ 第１面、６１２ 第２面、７０１ フレネルレンズ、７１０ プリズム体、７１２ 第２面、８０１ フレネルレンズ、２１０−１、２１０−２ プリズム体、ＡＲ１、ＡＲ２ 領域、９０１ フレネルレンズ、ＡＲ３、ＡＲ４ 領域、Ｎ 法線、１２０１ フレネルレンズ、１２１０ プリズム体、１２１１ 第１面、１２１２ 第２面、１２１６ 第３面、１３０１ フレネルレンズ、１３１０ プリズム体、１３１１ 第１面、１３１２ 第２面、１３１５ 稜線部、１３１７ 平坦部

Claims (11)

1. 画像信号に応じた光を透過するスクリーンであって、
   前記画像信号に応じた光の入射側に設けられた第１面及び第２面と、前記画像信号に応じた光を出射する出射面と、を備え、前記画像信号に応じた光を角度変換して出射する角度変換部を有し、
   前記第２面は、前記第１面から入射した光を、前記出射面の方向へ反射し、
   前記第１面及び前記第２面の少なくとも一方は、入射した光を収束させる光収束機能を備え、
   前記第１面及び前記第２面のうち、前記光収束機能を備える面は、前記角度変換部の内部に焦点を形成し、さらに、
   前記第１面及び前記第２面は、プリズム体を構成し、かつ、互いに隣接する前記プリズム体からの光が入射する前記出射面上の領域同士が互いに連続して並列するように配置されることを特徴とするスクリーン。
2. 前記第１面及び前記第２面のうち、前記光収束機能を備える面は、前記第１面及び前記第２面の長辺に略直交する断面において曲線で表される曲面であることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記第１面は、前記断面において直線で表される平面であって、
   前記第２面は、前記断面において曲線で表される曲面であることを特徴とする請求項２に記載のスクリーン。
4. 前記曲面は、凸面を有することを特徴とする請求項２又は３に記載のスクリーン。
5. 前記第１面及び前記第２面は、略同心円状に配置され、
   前記曲面は、前記第１面及び前記第２面を配置する同心円の中心からの距離に応じて設定された曲率をなすことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のスクリーン。
6. 前記曲面は、前記同心円の中心から離れるに従い大きい曲率をなすことを特徴とする請求項５に記載のスクリーン。
7. 前記第１面及び前記第２面のうち、前記光収束機能を備える面は、前記角度変換部が設けられる基準面の法線に対して４０度以上８５度以下の角度で進行する光が入射する領域に設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスクリーン。
8. 前記プリズム体は、前記第１面へ入射する光の進行方向に沿って形成された第３面を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のスクリーン。
9. 前記隣接する前記プリズム体同士の間に設けられた平坦部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のスクリーン。
10. 光を拡散する拡散部を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のスクリーン。
11. 光を供給する光源部と、
    前記光源部からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
    前記空間光変調装置からの光を透過するスクリーンと、を有し、
    前記スクリーンは、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のスクリーンであることを特徴とする画像表示装置。

Images