JPH01263634A

JPH01263634A - マルチスクリーンプロジェクタ

Info

Publication number: JPH01263634A
Application number: JP63091369A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ogino; 正規荻野; Hiroshi Kaiwa; 海和　弘志; Yukiaki Iwahara; 岩原　幸明; Yuzo Tamura; 田村　雄三; Akio Yamamoto; 暁夫山本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-04-15
Filing date: 1988-04-15
Publication date: 1989-10-20
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: US4919518A; JPH0830848B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、大画面プロジェクタに係り、特に複数ノ単位
モジュールプロジェクタを複数積み重ねたマルチスクリ
ーンプロジェクタに関する。

〔従来の技術〕

この種の大画面グロジエクタとして１例えば米国特許第
４５３６０５６号明細書に開示された「背面投写装置」
が知られている。この背面投写装置は。

約１００インチ以下のサイズのものとして実現するには
工業的に優れたものであるが、約１５０インチ以上の大
画面を形成するには、そのスクリーンを構成するための
フレネルレンズが極めて大型なものとなるため、これを
工業的に実現することは極めて困難である。

〔発明が解決しようとする課題〕

一方、約４０インチのサイズの小型のグロジエクタを１
単位モジエールとして、これを左右上下に枚数個並置し
て全体として一枚の大画面を形成する構成方法もある。

しかし、このモジュール式構成方法においては、上下（
垂直方向）に位置するスクリーンからの光が主としてス
クリーンの法線方向を中心として上下±６度の方向に出
射するために、下方に位置する観視者達からは、暗（見
えてしまうという問題があった。この問題自体は。

単位モジュールプロジェクタのスクリーンの垂直指向性
を約±３０程度度に拡げることで解消できる。

しかしながら、その場合１代償として１画面全体が暗（
なってしまうという問題が生じる。

本発明は、上記従来技術の問題を解決し１画面が全体と
して明る（、かつ上下の輝度差の少ない良質の大画面を
構成できるマルチスクリーンプロジェクタを提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、各単位モジュールにそのスクリーンの垂直
指向特性を制御するための新規なプリズムシート手段を
設けることによって達成される。

〔作用〕

単位モジュールに設けたプリズムシート手段は光を垂直
方向に屈折させ、その屈折角はよシ上方に配置されるモ
ジュールにおいて、より下方に大きな屈折角が得られる
ように作用する。これにより、下方に位置する覗視者達
から見て１画面の上方部が暗く見えるということはな（
なる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第一実施例の説明図であって。

約４０インチの単位モジエールを上下方向く垂直方向）
に４段積み重ねた場合を示す。

同図において、１，２，３．４は単位モジュール、５，
６，７．８は単位モジュールスクリーンである。単位モ
ジュールスクリーン５，６，７゜８の高さは約６０ｃＷ
Ｌで、全体の高さは約２４０ｃＩｒＬである。左右方向
く水平方向）にも、４ないし６つの単位モジュールが並
置され、横幅は３２０ｃｒＩＬないし４８０ＣｒｒＬの
大きさとなる。なお１図中、横方向にＩＩ−Ｉ。

２Ｈ，３Ｈとあるのは横視距離を画面の高さ（Ｈ中２４
０　ｃｒｒＬ）で目盛ったもので１図示実施例では３Ｈ
の距離から観視した場合に最もむらの少ない良好な画像
が得られるように各モジュールスクリーンからの出射光
を制御した場合を示す。また０図中。

３Ｈに至る実線の矢印は主光縁の経路を１点線の矢印は
±１−の光線の範囲を示す。

同図には示していないが、各曝位プロジェクタは、赤、
緑、青の３原色用の３個の投写管及び３個の投写レンズ
を水平に並置した構成である。

第２図は単位モジュールスクリーンの構成図であって、
９はフレネルシート、１０はレンチキュラーレンズシー
ト、１１はプリズムシートである。

第３図は第２図におけるフレネルシート９とレンチ上エ
ラーシート１００作用説明図であって、フレネルシート
９は、フレネルレンズ作用を奏する凸レンズで、プロジ
ェクタからマクロに発散して（る入射光をマクロに平行
な出射光に収束する作用をもつ、レンチキエラーシート
１０は、所謂レンチキュラーレンズであり、ミクロに水
平方向に光を拡散する作用を持つ。また、レンチキュラ
ー゛シート９の中には、微情のＳ　ｉ０２などの粉末が
含有されてお９．入射光を約±６°の範囲にわたって水
平。

垂直に拡散させる作用も併せ持っている。これらフレネ
ルシート、レンチキエラーシートの詳細ハ前艶米国特許
第４５３６０５６号明細書に開示されているので、これ
以上の説明は省略する。

第３図のプリズムシート１１は１本発明の要部を構成す
るもので、入射光を下方に屈折させると共に、上下方向
に拡散範囲を拡げる中間シートである。

第４図と第５図は第３図におけるプリズムシートの２区
間分の垂直断面プロファイルを示す１乞］であって、第
４図は第１図におけるスクリーン５に用イるプリズムシ
ートのプロファイル、第５図は第１図のスクリーン８に
用いられるプリズムシートのプロファイルである。なお
、第１図におけるスクリーン６．７用には、第４図と第
５図に示し定ものと中間のプロファイルのプリズムシー
ト手段用される。

第６図は所要の屈折角θとこれを得るのに必要なプリズ
ム角αとの関係口である。同図に併記したように、プリ
ズムの材質（主としてアクリル材が使用され、その屈折
率は約１，５である）の屈折率をルとすると１次式の関
係がある。

そして、θ（ｒａｄ　）が充分１より小さい場合には。

次の近似式が成立する。

、　θ α〒□　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（２）−ｔなお、プリズムシートの１区間のピッチは０．８５朋、
厚みは約１韻に選定される。また、レンチキュラーシー
トのピッチは約Ｑ４３５　ｍ　、厚みは約ｌｌ１ＩＩ＋
に。

またフレネルシートのスパイラル状フレネルレンズのピ
ッチは約０．１１３１１．厚みは約３藷に選定される。

第７図はレンチキュラーシート単体の垂直方向の指向性
を示す特性図であって、横軸はスクリーン法線を基準と
した垂直方向の角度で、縦軸は相対輝度である。また、
ｙ−０°は法線方向に相当し。

正の角度は上方、負の角度は下方を意味する。

第８図は第４図のプリズムシート１２とレンチキュラー
シート１０とを組み合わせた場合の垂直指向性を示す特
性図であって、第４図におけるプロファイルの主ｇ（５
１４を周期（ピッチ）１７の６７％とし、副部１５　、
１６（ｊ周期の１６．５％とした場合を示す。

同図において、１８は上記主部１４に対応し、１９゜２
０は副部１５　、１６に対応する。総合指向性は、これ
らの和で与えられ、同図の点線２１に示す形となる。

第９図は第５図のプリズムシートな用いた第１図のスク
リーン８の垂直指向性を示す特性図であって、第８図と
同様に、総合特性は第９図に点線で示したものとなる。

第１図において、実線１点線の光線は各々第４図、第５
図の主部、副部に対応し１点線の方向は実臓に対して約
±１ｋに相当する。尚、第２図、第３図のフレネルシー
トは、入射発散光を出射平行光に変換するためのもので
ちる為、ミクロな指向性には無関係であり、従って。

上記のレンチキュラーシートとプリズムシートとの合成
指向性がフレネルシートを含めた総合指向性を与える。

また、第１図における実線で示した主出射方向のスクリ
ーンゲインは、第８図、第９図に併記したとおり、約３
．６と比較的大きい。これは、第７図に示した狭指向角
２枚式の場合の約２／３の値であり、一方、実用角度範
囲は、第７図の場合が斜線で示した部分的±９°と狭い
のに対して、第８図、第９図では約±２０°と倍増され
ている。

従って、スクリーンゲイン（Ｏと実用角度範囲との積で
表わされるメリット指数の観点からも、第４図、第５図
に示したプロファイルのプリズムシートは優れたものと
言える。

第４図、第５図においては、プロファイルを折線状の形
で示したが、これらはほぼ類似の形状の曲線状であって
も差しつかえない。しかし、これを単に円弧の一部で形
成した所謂シリンドリカルレンズとしたのでは、第１図
の実線で示される主出射光の方向の指向性ゲインが大幅
に低下し、前記のメリット指数の観点から好ましくない
。

また、用途によっては、副部１５　、１６を削除して。

主部１４のみで構成することができる。

しかし、その場合には、適視距離が第１図の３Ｈの近傍
に限定されるという欠点がある。もちろん。

前記第３図に１０で示したレンチキュラーシートに含有
される拡散粒子の密度を増して、第４図、第５図におけ
る副部の代替作用を持たせることも可能である。しかし
、過度に拡散粒子の密度を高めると、拡散粒子忙よる吸
収損失及び入射光の方向へ該粒子の界面で光が反射する
ことに起因する反射損失が増大するので注意を要する。

第１０図は出射側にプリズム作用を持たせたプリズムシ
ートのプロファイルを示す図である。

同図の構成では、天井側に照明光源りが存在する場合に
、同図に点線で示した経路で反射光が賎視者の方向に向
うため、好ましくない。

第１１図は第１０図の構成のプリズムシートを用いたプ
ロジェクタの用途説明図であって、同図のように観視者
２２　、２３が垂直方向に拡がっている様な場合には第
１０図の構成のプリズムシートは有効である。なお、第
１１図のスクリーン７．８には第５図に示したものと同
極性の入射面プリズムを有するプリズムシートを適用し
、スクリーン５．６には第１２図に示したプロファイル
の出射面を有するプリズムシートを使用する。これによ
って、天井照明に起因する反射光妨害を最小限に抑える
ことができる。

また、第５因に示したプリズムシートを使用せずに１代
わりに第２図に示したフレネルシート９の入射面に第５
図と同様のプロファイルを形成してスクリーンとするこ
ともできる。

第１３図はフレネルシートの入射面にプリズムシートと
同形状を形成したフレネルシートのプロファイルを示し
た図であって、９は出射面がフレネルレンズで、２４は
そのフレネルレンズの一部を示し。

２５は入射面のプリズムプロファイル、２６は光線であ
る。

同図において、光線２６はフレネルレンズ２４の面で全
反射してしまう。図示していないが、前記したとおり、
単位グロジエクタモジュールは中央に緑色用、左右に赤
色と青色用のプロジェクタを配置した３管式の構成とし
た場合、左右の赤色光。

青色光は斜めに投写されるため、所謂スキュー効果によ
ってスネルの法則が内包する非直線性が現れ、その結果
、より全反射し易（なり１画面上で赤色と青色の成分が
単位モジュールの対角隅部で劣化し、甚しく色純度を劣
化させる。

したがって、第１３図のような構成のフレネルレンズと
プリズムとを同一シートに形成したものは好ましくない
。

第１４図は第１３図と同様にフレネルシートにプリズム
作用を持たせた他の構成の説明図であって。

９はプリズムシートを別体として用意することを避ける
ためにフレネルシートにプリズム作用を持たせた複合シ
ートである。

同図において、フレネル面は入射面２７側に形成され、
出射面２８側にプリズム面が形成されている。

この様な構成においては、同図斜線部で示した光線２９
が、フレネル面２７の非有効部に入射するため、光の損
失が生ずる。

以上、第１３図、第１４図で説明したように１本発明は
、プリズムシートをフレネルシートとレンチキエラシー
トとは別体とし、フレネルシート９゜プリズムシー）１
１．レンチキエラーシート１０の３枚構成とすることが
必須である。

さて、第１図では最適観視距離を３Ｈとしたことを前提
として説明を行った。しかし、用途によっては、最適観
視距離を１例えば２Ｈの位置までもつとスクリーン面に
近づけたい場合もある。このような場合には、第１図に
おいて、　３　、４　、７゜８のモジュールスクリーン
の上方に位置するモジュールスクリーンを約ｆ〜１０°
下向きに傾斜させる構成を第５図のプリズムシートのプ
ロファイルに付加することが有効である。

以上のよ５に、本発明の第一実施例では、第１図におい
て、実線で表される主出射光の方向を上方配置のモジュ
ールは下方配置のモジュールのそれに比べてより下向き
にし、かつその指向範囲は上記出射光を中心にほぼ上下
対称等量としたものである。

次に１本発明の第二実施例として、その指向範囲を上下
のモジュール相互間で異ならしめ、上方配置モジエール
の指向範囲を広く、上方配置モジエールの指向範囲を狭
＜Ｌ７’？、場合について説明する。

第１５図は本発明の第二実施例の説明図であって、観視
者が画面の高さＨの１倍から４倍までの水平面に位置し
ている場合金示す。同図は、この水平面の高さが、同図
に○印で示した産児の場合はスクリーン下端から１／４
Ｈだけ低く、０印で示した立見の場合はスクリーン下端
に一致する場合を示す。し九がりて、最上部に配置され
るモジュールがカバーすべき角度換算の観視範囲は、同
図の＃　ｐｐ＝＃ｔ　−＃＋　で与えられる。この値は
最下部に配置されるモジュールのそれよＶも太き目とな
る。

各モジエール毎の６．　、　＃、　、　’ｐｐの値は、
次のとおスクリーンからの観視距離及び観視高さの異な
る２次元分布の観視者達（第１５図）から見て、各段の
モジュールスクリーンが常に一様輝度で見えるためには
、スクリーンは、その指向性が上記の各θｌ〜θ２にわ
たって平担な矩形分布である必要がある。また、上方の
スクリーンはθ９が太きいため、同一光量では輝度が不
足する。後者のθｐｐ差に依存する輝度差は、上方のプ
ロジェクタのパワーを下方のプロジェクタのパワーに対
して太き目に設定することにより克服できる。しかし、
前者の条件、すなわち、平担な指向性を得るには、プリ
ズムシートのプロファイルが所定の条件？：満たす必要
がある。この所定の条件について以下に説明する。

第１６図は本発明の第二実施例に用いるプリズムシート
のプロファイルの説、明図であって、このプリズムシー
トの断面形状を、同四の座標系で、２＝　Ｐ　（ｙｌと
する。

入射高さｙが決まると、その場所でのプロファイルの勾
配ｔｔｚ　／　ｄｙが決まり、これに応じてスネルの法
則により出射方向θ（ｙ）が決まる。θ方向から見上げ
たスクリーンゲインなＧ（θ）とすると、輝度が方向θ
に依存しないためには１次式を満たす必要がある。

Ｇ（θ）　二Ｋ　（ｃｏｎｚｔ　）　ｆｏｒθ１くθく
θ２　　　・・・・・・・−（２１ランバートの法則に
基づき、　Ｇ（θ）はプロファイルＺ　＝　Ｐ　（ｙｌ
から次式で求まる。

！以下比例定数を１として式（３）を解（。

ｄｙ＝璧佇積分公式から但し、θ＝Ｏはｙ＝Ｑに対応第６図におけるスネルの法則に基き、αをθの関数とし
て解（と１次式が得られる。

苅θ＝１（α−−−１（草玉））＝ｒＬｉαｃｏｏ　（ｓｍ−’　５　）　−ｃｏｔα３
田αル・・・（５）式（４）に式（５１、（６）を代入すれば、微分方程式
が得られる。これを数値計算法で解（ことにより、所望
のプロファイルが求まる。

別の解法としては、第１６図の下方に示すように。

プロファイルをその周期の約１／３の区間Δｙに分割し
、折線近似のプロファイルを次のように求めることがで
きる。

先ず１式（４）により、ｙＬからθｔを求める。

式（１）により上記θ、から−α２を求める。

式（７］　、　（８１から各ｙ、毎にｄｚ　／　ｄｙが
求まるので、折線近似のプロファイルが容易に求められ
る。

前記したとお夛、レンチキュラーシート１０（第２図）
は、約±６度の拡散効果を有するので、折である。なお
、製造上、型のプロファイルはこの折線状であっても、
成形プロセスにおいて角が除かれ１曲線状のプロファイ
ルとなる。

以上説明した第二実施例によれば、観視範囲で−様な指
向性を得ることができる。

以上、第一実施例はスクリーンから画面高さ■］の３倍
距離に主要な観視者が位置する場合に適し。

第二実施例は画面側さＨの１倍から４倍の距離に観視者
が均等に分布する場合に適する。

なお、水平方向の指向性については前記した米国特許第
４５３６０５６号明細書に詳述されているので。

ここでは省略する。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば１画面全体として
輝度ムラが少な（、かつ照明光に起因するコントラスト
劣化が少ない良質の大画面マルチスクリーンプロジェク
タを実現することができ。

また、単位モジュールスクリーンとしては、廉価な民生
用プロジェクタのスクリーンにプリズムシートを一枚追
加するだけであるので、構造を複雑にすることなく優れ
た機能のマルチスクリーンプロジェクタを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例の説明図、第２図は単位モ
ジュールスクリーンの構成図、第３図は第２図のフレネ
ルシートとレンチキュラーシートの説明図、第４図と第
５図は第３図におけるプリズムシートの垂直断面プロフ
ァイルを示す図、第６図は屈折角とプリズム角との関係
図、第７図はレンチキュラーシート単体の垂直方向の指
向性を示す特性図、第８図は第４図のプリズムシートと
レンチキュラーシートとを組合わせた場合の垂直指向性
を示す特性図、第９図は第５図のプリズムシートを用い
た第１図のスクリーンの垂直指向性を示す特性図、第１
０図は出射側にプリズム作用を持プこせたプリズムシー
トのプロファイルを示す図。第１１図は第１０図の構成のプリズムシートを用いたプ
ロジェクタの用途説明図、第１２図は出射側にプリズム
作用を持たせた他のプリズムシートのプロファイルを示
す図、第１３図はフレネルシートの入射面にプリズムシ
ートと同形状を形成したフレネルシートのプロファイル
を示す図、第１４図は第１３図と同様にフレネルシート
にプリズム作用を持たせた他の構成の複合シートの説明
図、第１５図は不発明の第二実施例の説明図、第１６図
は本発明の第二実施例に用いるプリズムシートのプロフ
ァイルの説明図である。１．２，３．４・・・単位モジュール。５．６，７．８・・・単位モジュールスクリーン。９・・・フレネルシート。１０・・・レンチキュラーシート。１１・・・プリズムシート。第１　図第３図第６閉筋７閃第９　図第７Ｚ図第１３悶、ｑ′

Claims

【特許請求の範囲】

１、入射側のフレネルシート手段と出射側のレンチキュ
ラーシート手段を含む単位モジュールプロジェクタを少
なくとも垂直方向に複数積み重ねて成るマルチスクリー
ンプロジェクタにおいて、前記フレネルシート手段とレ
ンチキュラーシート手段との間にプリズムシート手段を
設け、前記複数の単位モジュールのうち上方に配置され
る単位モジュールのプリズムシート手段のプリズム角を
下方に配置される単位モジュールのプリズムシート手段
のプリズム角よりも大とすることにより主出射光を観視
者に収束させると共に、上記プリズムシート手段のプリ
ズム面の平均傾斜を下方に向く極性とし、上記プリズム
面による垂直方向の光拡散範囲を、上方の単位モジュー
ルにおいては下方の単位モジュールにおけるより大とな
る様に構成したことを特徴とするマルチスクリーンプロ
ジェクタ。