JP4842706B2 - フロント投射型スクリーン - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置において画像発生源の画像が拡大投射されるフロント投射型スクリーンに関し、特に、画像がスクリーンに対して斜めにスクリーン上に拡大投射されるフロント投射型スクリーンに関する。

投射型ブラウン管や液晶表示装置等から構成される小型の画像表示素子上のカラー画像を、投射光学ユニットによってスクリーン上に拡大して投射する、所謂、投射型のカラー画像表示装置においては、そのスクリーン上で充分な大きさの拡大画像を得ることは勿論のこと、同時に、装置のコンパクトさが要求される。

かかる要求を実現するため、下記の特許文献１に記載されているような、スクリーンに対して斜め方向から拡大・投射する構成の投射光学ユニット及びそれを採用したカラー画像表示装置が既に知られている。一方、フロント投射型スクリーン上に投射された画像の明るさの均一化を計るため、下記の特許文献２乃至３に記載されているようなフロント投射型スクリーンが既に知られている。
特開２００４−２６０５６４号公報 特開平１０−６２８７０号公報 特開平１−１６１２２８号公報

画像表示素子上の画像をフロント投射型スクリーンに対して斜め方向から投射すると、フロント投射型スクリーンの反射特性が等方的である場合には、水平方向及び垂直方向の拡散を好適に制御することができなかった。これを解消するため、上記特許文献２の実施例１に記載されたフロント投射型スクリーンでは、反射面をフレネル形状とし、且つその光学中心をスクリーンの幾何学的な中心より下側にずらすことにより解決している。すなわち、反射面であるフレネル面を、下方より入射した光線が観視者の方向に反射するよう調整することにより課題を解決している。

しかるに、このようなフロント投射型スクリーンでは、上記特許文献２の図３に示されているように、映像光がスクリーンに入射する位置とフレネル面で反射してスクリーン表面から出射する位置が異なるためスクリーン表面が汚れた場合に２重像が発生し易く、また請求項４以降にあるような表面にレンチキュラーレンズを設けたものでは、拡散作用のあるレンチキュラーレンズを通った後フレネル面で反射し、更に再び拡散作用のあるレンチキュラーレンズを通るため、映像の解像度が劣化すると言った不都合があった。

また、従来のフロント投射型スクリーンでは、外光反射が起こりやすく、外光によりコントラストが低下するという課題があった。これを解消するため、上記特許文献３の実施例１に記載されたフロント投射型スクリーンでは、背面の反射面に無反射の斜面を持つレリーフ構造を設け外光を吸収している。しかるに、このようなフロント投射型スクリーンでは、無反射の斜面を持つレリーフ構造で外光だけではなく映像光も吸収してしまうので、映像の明るさの劣化が伴うと言った不都合があった。

上記課題を解決するために、本発明では、画像投射装置から斜めに光が投射されるフロント投射型スクリーンにおいて、入射面は平面であり、出射面には水平方向に複数の楔状の溝が設けてあり、該溝と溝の間の平面部に反射剤を塗布した。若しくは、入射面は平面であり、出射面には前記画像投射装置の光軸中心と交わる点を中心として同心円状に複数の楔状の溝が設けてあり、該溝と溝の間の平面部に反射剤を塗布した。

また、前記溝の下側を全反射面、同じく溝の上側を外光の出射面とし、該外光の出射面の傾き角θを、入射光線のスクリーン入射後の角度γより小さく設定した。また、フロント投射型スクリーンへの入射光線の入射角が大きい部分の溝と溝の間隔より入射光線の入射角が小さい部分の溝と溝の間隔を小さくした。また、前記溝の下側を全反射面、同じく溝の上側を粗面とし、且つ溝に黒色吸光剤を充填した。また、入射光が全反射面で全反射し、更に反射面で反射することによりフロント投射型スクリーンのスクリーン面に略垂直方向に出射するように反射面に角度を持たせた。また、入射光が全反射面で全反射し、更に反射面で反射することによりフロント投射型スクリーンから任意の位置に共役点を持つように反射面に角度を持たせた。

本発明によれば、水平方向及び垂直方向の拡散を好適に制御するとともにコントラスト性能の良いフロント投射型スクリーンの提供が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の実施例１によるフロント投射型スクリーンを用いた画像表示装置の斜視図である。画像発生源１は、小型の画像を表示する。画像発生源１は、反射型や透過型の液晶パネル、または微小なミラーを複数備えた表示素子等の光変調素子を含む。また、画像発生源１は投射型ブラウン管を含むものであってもよい。第１の光学系の構成要素である投射レンズ２は、画像発生源１の画像をフロント投射型スクリーン３に投射する。投射レンズ２からスクリーン３に至る光路中には、第２の光学系の構成要素である自由曲面ミラー４が設けられている。投射レンズ２からの光は、自由曲面ミラー４で反射されてフロント投射型スクリーン３に導かれる。

図１では、判り易くするため投射レンズ２を含む画像発生源１と自由曲面ミラー４が別々に表示されているが、これらの要素は、光線が出射する窓を設けた筐体（図示せず）の内部に収納され、所定の位置に固定される。また、本実施例では自由曲面ミラー４を用いた画像表示装置の例を示したが、フロント投射型スクリーン３に対して斜め投射をする画像表示装置であればどのような形式でも良い。

以下、本発明によるフロント投射型スクリーン３の特徴について、図２を使用して説明する。図２は本実施形態に係るフロント投射型スクリーン３の一部断面図である。図２において、図の上部はフロント投射型スクリーンの上部を、図の下部はフロント投射型スクリーン下部を現し、中間部は二点差線で省略して描いてある。フロント投射型スクリーン３は透明な板材で作られており、その入射面１０は平面であり、出射面１１には水平方向に複数の楔状の溝１２が設けてある。該溝１２の下側は全反射面１２ａであり、同じく溝１２の上側は外光の出射面１２ｂになる。該外光の出射面１２ｂの傾き角θは、後述する入射光線のスクリーン入射後の角度γより小さく設定することにより入射する光線が外光の出射面１２ｂに入射することがなくなる。

図の下部のフロント投射型スクリーン下部を示す図では溝の幅が狭くなっているが、入射光線の入射角が小さくなると入射光線のスクリーン入射後の角度γ´が小さくなることから、外光の出射面１２ｂの傾き角θ´が小さくなり溝の幅が小さくなる。また、溝と溝の間隔を狭くすることにより全反射面１２ａで反射する光線の割合を増加させることができるが、その限界は全反射面１２ａで全反射した光線が出射面１２ｂに掛かる手前までである。溝と溝の間は平面であり反射剤が塗布された反射面１３を構成する。

フロント投射型スクリーン３への入射光１４の内一部１４ａはスクリーン入射後全反射面１２ａで全反射して反射面１３に入射する。残りの入射光１４ｂは全反射せず直接反射面に入射する。このように本発明では入射光の一部が全反射して反射面１３に集まるため、フロント投射型スクリーン３への入射光１４の入射位置と反射面１３の反射位置の乖離が小さくなり、フロント投射型スクリーン３の表面が汚れたときに生じる２重像が緩和される。２０は反射を抑制する増透処理膜若しくはそれに類するものであるが、光線入射角が小さい場合には特に必要としない。上方より入光する外光１８は外光の出射面１２ｂからフロント投射型スクリーン３の背面に出射するので、外光によるコントラスト劣化が改善される。

図３は本発明の実施例２のフロント投射型スクリーン３の一部断面図である。図３において、図２と同一番号は同一部分を表す。図３において図２と異なる点は、溝１２を構成する２面が図２と同じ全反射面１２ａと粗面１２ｃで構成され、且つ溝１２に黒色吸光剤１５が充填されている点である。該黒色充填剤１５は例えば拡散剤等を混ぜ艶消しにしたＵＶ塗料等で、溝１２の面に塗布した後溝１２以外に付着した塗料を拭き取り、ＵＶ硬化させた後反射剤を塗布して反射面１３を形成する。この時、反射剤が黒色充填剤１５の上まで塗布されても影響はない。

以上のように構成することにより、入射光１４に関しては図２と同じであるが、外光１８が外光の出射面１２ｂからフロント投射型スクリーン３の背面に出射するのではなく、黒色充填剤１５に吸収される。図２の実施例においては、外光１８の入射角が小さいと外光の出射面１２ｂで全反射して反射面１３に入射するためコントラストが悪くなる場合があったが、図３の第２の実施例ではそれがなく、上部から入射する外光の殆どが黒色充填剤１５に吸収されるため、コントラスト性能が更に改善される。

図４は本発明の実施例のフロント投射型スクリーン２３を背面（画像投射面の反対の面）から見た図である。図において、３２はサーキュラー溝で図２の溝１２に相当する部分である。溝は図２では、図１に示す如く水平方向にリニヤに設けられていたが、本実施例では図４に示す如く、同心円状に設けられている。同心円の中心は画像表示装置の光軸中心と略一致させる。３３はサーキュラー反射面で図２の反射面１３に相当する。本実施例では溝の中心が画像表示装置の光軸中心と略一致しているため、入射光は溝の法線方向から入射する。

これにより、溝を構成する全反射面（図示せず）及び出射面（図示せず）の角度の最適化がやり易くなる。図５は、図４のフロント投射型スクリーン２３の一部断面図である。図５は図２と同様の構成になっているが、図２では入射光１４ｂのように直接反射面１３に入光する光線が存在するのに対し、図５ではすべての光線がサーキュラー全反射面３２ａで全反射した後サーキュラー反射面３３に入光する。

このように構成することにより、本実施例では入射光の全部が全反射してサーキュラー反射面３３に集まるため、フロント投射型スクリーン２３への入射光１４の入射位置とサーキュラー反射面３３の反射位置の乖離が小さくなり、フロント投射型スクリーン２３の表面が汚れたときに生じる２重像が大幅に緩和される。

図６は、図４のフロント投射型スクリーン２３の実施例４の一部断面図である。図６において、図５と同一番号は同一部分を表す。図６において図５と異なる点は、サーキュラー反射面３４が角度δを持ち、且つ反射率の高い反射剤が塗布されている点にある。角度δは、入射光１４が全反射面３２ａで全反射し、更に反射面３４で反射することによりフロント投射型スクリーン２３のスクリーン面に略垂直方向に出射するように決める。これにより、フロント投射型スクリーン２３のゲイン（反射率）を上げても、水平方向及び垂直方向の拡散を好適に制御することが可能になる。

図７は、図４のフロント投射型スクリーン２３を用いた画像表示装置を横から見た図である。図１と同一番号は同一部品を表す。図７において図６と異なる点は、サーキュラー反射面３４の角度δを共役距離がＬになるように設定している点にある（図６の共役点距離は無限大）。このようにすることにより、反射光を観視者５の方向に集めることができるので、明るい映像を得ることができる。

本発明のフロント投射型スクリーンを用いた画像表示装置の斜視図である。 本発明の実施例１のフロント投射型スクリーンの断面図である。 本発明の実施例２のフロント投射型スクリーンの断面図である。 本発明の実施例３フロント投射型スクリーンの背面図である。 図４のフロント投射型スクリーンの一部断面図である。 図４のフロント投射型スクリーンのその他の実施例の一部断面図である。 図４のフロント投射型スクリーンを用いた画像表示装置を横面図である。

符号の説明

１ 画像発生源
２ 投写レンズ
３ フロント投射型スクリーン
４ 自由曲面ミラー
５ 観視者
１２ 溝
１２ａ 全反射面
１２ｂ 外光の出射面
１２ｃ 粗面
１３ 反射面
１５ 黒色吸光剤
１６ 反射面
２０ 増透処理膜
２３ フロント投射型スクリーン
３２ サーキュラー溝
３３ サーキュラー反射面

Claims (10)

1. 画像投射装置から斜めに光が投射されるフロント投射型スクリーンにおいて、
   入射面は平面であり、出射面には水平方向に複数の楔状の溝が設けてあり、該溝と溝の間の平面部に反射剤を塗布したことを特徴とするフロント投射型スクリーン。
2. 請求項１に記載のフロント投射型スクリーンにおいて、
   前記溝の下側を全反射面、同じく溝の上側を外光の出射面とし、該外光の出射面の傾き角θを、入射光線のスクリーン入射後の角度γより小さく設定したことを特徴とするフロント投射型スクリーン。
3. 請求項１に記載のフロント投射型スクリーンにおいて、
   前記フロント投射型スクリーンへの入射光線の入射角が小さい部分の溝と溝の間隔を、入射光線の入射角が大きい部分の溝と溝の間隔より小さくしたことを特徴とするフロント投射型スクリーン。
4. 請求項１に記載のフロント投射型スクリーンにおいて、
   前記溝の下側を全反射面、前記溝の上側を粗面とし、且つ溝に黒色吸光剤を充填したことを特徴とするフロント投射型スクリーン。
5. 画像投射装置から斜めに光が投射されるフロント投射型スクリーンにおいて、
   入射面は平面であり、出射面には前記画像投射装置の光軸中心と交わる点を中心として同心円状に複数の楔状の溝が設けてあり、該溝と溝の間の平面部に反射剤を塗布したことを特徴とするフロント投射型スクリーン。
6. 請求項５に記載のフロント投射型スクリーンにおいて、
   前記溝の下側を全反射面、同じく溝の上側を外光の出射面とし、該外光の出射面の傾き角θを、入射光線のスクリーン入射後の角度γより小さく設定したことを特徴とするフロント投射型スクリーン。
7. 請求項５に記載のフロント投射型スクリーンにおいて、
   前記フロント投射型スクリーンへの入射光線の入射角が大きい部分の溝と溝の間隔より入射光線の入射角が小さい部分の溝と溝の間隔を小さくしたことを特徴とするフロント投射型スクリーン。
8. 請求項５に記載のフロント投射型スクリーンにおいて、
   前記溝の下側を全反射面、前記溝の上側を粗面とし、且つ溝に黒色吸光剤を充填したことを特徴とするフロント投射型スクリーン。
9. 請求項５に記載のフロント投射型スクリーンにおいて、
   入射光が前記溝の下側の全反射面で全反射し、更に前記溝と溝の間の平面部の反射面で反射することにより前記フロント投射型スクリーンのスクリーン面に略垂直方向に出射するように反射面に角度を持たせたことを特徴とするフロント投射型スクリーン。
10. 請求項５に記載のフロント投射型スクリーンにおいて、
    入射光が前記溝の下側の全反射面で全反射し、更に前記溝と溝の間の平面部の反射面で反射することにより前記フロント投射型スクリーンから任意の位置に共役点を持つように反射面に角度を持たせたことを特徴とするフロント投射型スクリーン。

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