JPH0296737A - 背面投射型スクリーン及び背面投射型表示装置 - Google Patents

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］ 本発明は背面投射型スクリーン及びそれを用いた背面投
射型表示装置に関し。

特に、投影手段により角度をなして投影されて形成され
た像を、投影手段と反対側の空間から観察するようにし
たビデオプロジェクタ等の投影装置用として好適な背面
投射型スクリーン及びそれを用いた背面投１１ｔＩ！！
！表示装置に関する。

［従来の技術１ 従来より、ビデオプロジェクタ等の投影装置においては
、投影手段からの像をスクリーン上に形成し、この投影
像を投影側すなわち背直用と反対側の空間からｉ！察す
るようにした所謂背面投射型スクリーンが広く用いられ
ている。

第３図（ａ）は従来の背面投射型スクリーンを用いた投
影システムの１例の概略を示す。

同図において、３１はフレネルレンズを有する透過型の
スクリーン、３３はＣＲＴ、３４は投影レンズである。

スクリーン３１は例えば対角長５０インチ（１１００ｍ
ｍＸ６００ｍｍ）の大きさを有しここに投影レンズ３４
による投影像が形成される第３図（ｂｌはこの投影シス
テムをキャビネット内に納めた背面投射型表示装置の１
例を示す、３５及び３６はミラー、３７はキャビネット
である。

第３図（ａ）において、ＣＲＴ３３かも１３０ｍｍ、ス
クリーン３１か６１５００ｍｍの所にある投影レンズ３
４の瞳中心からスクリーン３１の対角線上の最周辺部へ
入射する光束のスクリーン３１に対する人！１１角は約
２３度になり、スクリン３１を透過した光束はスクリー
ン３１上のフレネルレンズにより、スクリーン３１の高
さ（６００ｍｍｌの約８倍の距離の所に集光されるよう
に設定されている。

第３図（ａ）ないしくｂ）のスクリーン３１の例として
は、第４図（ａ）、（ｂ）にその中心部断面図を示すよ
うなものがある。第４図（ａｌのスクリーン４Ｉは光束
入射側がフレネルレンズ面４１ａとなり、　Ｑ４出側が
レンチキュラーレンズ面となっている。このスクリーン
４１の最周辺部に投影レンズ３４の光軸（第３図（ａ）
の鎖線で示す）に対して２３度の角度をなして人Ｑ、ｔ
する光束の光路を第５図（ａ）に示す、ここではスクリ
ーン４１の材質の屈折率を１．５として、スクリーン４
１の出射側を平面として示した。同図の下方には、各面
の透過前後における光束の進行角α（投影レンズ３４の
光軸すなわち水平方向に対する角度）が示されている。

フレネルレンズ面４１ａの周辺部を形成する円弧状に延
びたプリズムの断面旧状を第５図（ａ）に示すようなも
のとすると、プリズムのフレネルレンズ有効面４１ｃへ
の入射角は６５度となり。

このときの透過率は８８％である。射出面への入射角は
一５度（上記光軸から測って時計方向の場合はマイナス
とする）となり、このとき射出面での透過率は９６％で
ある。

更に、フレネルレンズ面４１ａの非有効面４１ｄ入射す
る光束は損失となり、入射光肛に対する損失光の損失割
合Ｑは Ｑ＝ｔａｎａ・ｔａｎθ と表わされる。第５図（ａＪの例ではＱは約３８％であ
る。

これより、第４図（ａ）に示すスクリーン４１を用いた
垂直入射方式の投影システムの場合、スクリーン４１の
最周辺部での透過率Ｔ１はＴ１．＝０．８８ｘ　（１−
０，３８）ｘｏ、９６ｘ＝５２（％） に止まり、スクリーンの中心部での透過率９２％に対し
て約４３％の光量低下を招いてしまう。

これに７・１シ第４［Ａ（ｂ）に示すスクリーン４２は
、周辺部での九〕低下を防ぐ為のものである。

同図において、４３は２人’１４側すなわち背面側が下
面で射出側すなわち肢察側がフレネルレンズ面４３ａと
なった透光性シートで、４４は、入射側が平面で射出側
がレンチキュラーレンズ面４．４　ａとなった透光性シ
ートである。

７ｊ４５図（ｂ）は、シート４３の最周辺部に入ｑ＋す
る光束の光路な、第５図ｆａ）と同様な条件において示
す、フレネルレンズ円４３ａの周辺部を形成するプリズ
ムの断面形状を図示の如きものとすると、■で示した光
束は非有効面４３ｂで損失することな（フレネルレンズ
面４３ａを透過するので、この場合、損失は表面反射分
のみとなる。

よって最周辺部での透過率は約９０％となり、スクリー
ン４２の中心部とほぼ等しくなる。

以上は、投影レンズ３４の光軸がスクリーン面の中心に
おいて垂直に交わる垂直入射方式の投影システムに関す
るものである。しかし乍ら、現在では、システム全体の
小型化（特に、奥行の縮小化）を図る為に、第３図（ａ
）の破線で示すような、ＣＦ？Ｔ３３ａからのＩ象を投
影レンズ３４ａを介してスクリーン３１ａ上に角度をな
して投影する方式、すなわち投影レンズの光軸がスクリ
ーン面の中心で斜めに交差する。斜入射方式の投影シス
テムの実現が望まれている。

この方式の背面投射型表示装置は第３図（Ｃ）に示すよ
うに構成されている。同図において、３５ａ、３６ａは
ミラー、３７ａはキャビネットであり、ＣＲＴ３３ａの
管面上に表示される画像がスクリーン３１ａに右上方か
ら斜めに投射される、尚、第３図（ｃ）では、第３図（
ａ）の破線で示すシステムとは像投影の方向が異なるが
１両者は光学的には同等のものである。

このような構成により、勇直入射方式のものに比して、
キャビネット３７ａの奥行りを小さくすることが可能と
なる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、斜入射方式では、スクリーン３１ａの最周辺部
（特に、第３図（Ｃ）において下部周辺部）へ入Ｑ４す
る光束の入Ｑ（角は４５度にも達する場合がある。この
場合、ｆｆ！直入射方式では良好に機能した第４図（ｂ
）に示すスクリーン４２を用いたとしても、ｎ周辺部（
特に下部）にお各プるスクリーン４２の第２面（すなわ
ち第５図（ｂ）のフルネルレンズ面４３ａ）への光束の
入射角が全反射角近傍に達するか又は全反射角を越えて
しまう為、周辺光量が急激に低下する。特に、カラー画
像用のプロジェクタとして赤、緑、青の３本のＣＲＴを
並置した構成では、スクリーンへの入射角が各色で異な
りカラーシフトが発生するが、　−ｈ述の面での反射率
の急激な増大によりカラーシフトが更に増幅されてしま
う。

この問題を解決する手段として、多数のプリズムが形成
されたフレネレンズ面を持つ透光性シトを複数用いてパ
ワーを分散し、スクリーン周辺部への光束の入射角が増
しても周辺光量が急激に低下しないようにすることが考
えられる。しかし、この構成にすると、複数のシート上
のプリズム群のねり返し周１ＩＩｉ購造に起因してモア
レや多重像が発生して投影像のＵ察を妨げる恐れがある
。

更に、第３図（Ｃ）の構成の場合、スクリーン３１ａか
ら左方の観察側に出射される投影像光が水モ方向から角
度θ。たけ下側に出てくる為、スクリーン３１ａの正面
から観察する観察者にとって像が暗くなってしまう。そ
こで、スクリーン３１ａから水平方向に投影像光を出射
されるべく、スクリーン３１ａの内ＩＩＩ　（第３図（
ｃ）右方）に、第３図（ｄ）、（ｅ）に示す如き片面タ
イプの偏心フレネルレンズ４６や両面タイプの偏心フレ
ネルレンズ４７を配置ないし屯わて像を明るくすること
が考久られる。

しかし、この場合も、上述した如きフレネルレンズ面で
の反射ロスの問題（特に第３図（ｄ）の場合）や非有効
部でのケラレによるモアレや多重像の間Ｍ（特に第３図
（ｅ）の場合）が残る。

従って２本発明は、多数のプリズムが形成されたフルネ
ルレンズ面を持つシートを？Ｉｆｉ用いつつもモアレや
多重像を発生しない背面没！１４をスクリン及びそれを
用いた背面投射型表示装置を得ることを目的とする。

更に２本発明は、上記に加え、斜入射方式でありつつ水
平方向に投影像光を出射させることをも満たす背面投射
型スクリーン及びそれを用いた背面投射型表示装置を得
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段Ｊ 上記目的を達成するために２本発明の背面投射型スクリ
ーンにおいては、対向配置されて複数枚のシートが設け
られ、これらシートのうち、少なくとも２枚のシートに
は直線状ないし曲線状に延びろ多数のプリズムが形成さ
れ、更に上記少なくとも２枚のシートのうち高々１枚の
シートを除いて、上２多数のプリズムの非有効部がプリ
ズムへの光束の進行方向にほぼ沿った面となるように構
成されている。

上記少なくとも２枚のシートの観察側の面に直線状ない
し曲線状に延びる多数のプリズムが形成され、それらの
背面側が平面となっていると、非有効面で入射光束が損
失することなくプリズム形成面な透過するのでより効果
的である。

更に、上記目的を達成するために、上記の構成に加えて
、少なくとも１枚のシートのプリズム形成面が、多数の
同心円プリズムの中心とスクリーンの中心がずれたフレ
ネルレンズ面となっている、また、上記目的を達成する
ために、本発明の背面投射型表示装置において、上記の
如く構成された背面投射型スクリーンとディスプレイデ
バイスが設けられ、このスクリーンに、背面側から角度
をなして像を投ＵＳするようにディスプレイデバイスが
配置されている。

［作用］ 上記の如（構成された背面投１４ｒスクリーンでは、７
３Ｎ　Ｉ＆のプリズム形成面によってパワーが分散され
るので、スクリーン面に対する入射角が大きい光束に対
しても各プリズム形成面では入射角を比較的小さく抑え
ることが可能となり、各面での反射ロスが少なくなる。

これと共に、高々１枚のシートを除いて、プリズム形成
面の非有効部がプリズム形成面各部への光束の進行方向
にほぼ沿った面となっているので非有効面でのケラレで
プリズム群の繰り返し周期【に遣の好ましくない影響が
出るのは上記高々１枚のシートからのみとなり、複数の
繰り返し周朋横逍間でのモアレ現象などが殆ど発生しな
い。

［実施例］ 第１図（ａ）は１本発明のスクリーンｌの実施例を斜入
射方式の投影システムに適用したときの要部概略構造を
示す、同図で、３はＣＲＴであり被投影像が形成される
。４は投影レンズで、これの光軸Ｓが水平方向に対して
３０度だけ傾斜している。ＣＲＴ３と投影レンズ４は投
影手段の要素となっている。同図中、６００等の数値は
寸法ないし距離を表わす（単位はｍｍ）。

第１図（ｂ）は、第１図（ａ）のシステムをキャビネッ
ト内に納めた背面投Ｉ４型表示装置の実施を示し、５及
び６はミラー、７はキャビネットである。

第２図（ａ）は第１図（ａ）、（ｂ）のスクリーンｌの
一部の拡大図及び、スクリーン周辺部（特に、第１図（
ａｌの上部、第１図（１））の下部）での人１１１光束
の光路を示す、同図の下方には、各面における入射光束
の水平方向に対する進行角ａが示されている。この実施
例ではスクリーンｌは、多数のプリズムから成るフレネ
ルレンズ面を有する２つの透光性シート１１．１２より
成り、材質は屈折率１．５程度のメタクリル樹脂などで
ある。背面側すなわち光束入射側にあるシート１１は、
入１１側の第１面１１ａが平面であり、観察側すなわち
射出側の第２面１１ｂの第１図（ｂ）の下部が図示の傾
斜角θ、、θ１□を有する形状の多数のプリズムが形成
された第１フレネルレンズ面となっている。この第１フ
レネルレンズ面の有効部１１ｃは焦点距離ｆ１で、第１
図の点１ａに中心を有する同心円形状を有する。第１図
（ｂ）の場合は、この同心円形状の中心はスクリーン１
の上方に来る。

観察側のシート１２は、入射側の第１面１２ａが平面で
あり、Ｕ東側の第２而１２ｂが、上記第１フレネルレン
ズ面１１ｂとは異なった形状（傾斜「１θ２Ｉ　　θ２
２）のプリズムが形成された第２フレネルレンズ面とな
っている。第２フレネルレンズ面の有効部１２ｃは焦点
距離ｆ２で第１図の点Ｉａに中心を有する同心円形状を
有する。

この構成のスクリーンｌにより、投影像からの光束は屈
折され、観察側の第１図（ａ）の点１　ｋ）（スクリー
ンｌの高さの約８倍の距離だけスクリーンｌから離れた
ところ）に集光するように進む、このとき、第２図（ａ
）に示すように、スクリンｌの最周辺部（第１図（ｂ）
の下部）へ入射する光束のシート１１の第１面１１ａへ
の入射角は４５度で透過率は略９５％、第２面１１ｂの
（イ効面１１ｃへの入射角は２７度で透過率は略９５％
である。更に、シート１２の第１面１２ａへの入射角は
１２度で透過率は略９６％、第２面１２ｂの有効面１１
ｃへの入射角は２６，５度で透過率は略９５％である。

こうして光束はシート１２の第２面１２ｂから−７，５
度の進行角で出射している。従って、本実施例ではスク
リーン１の最周辺部での透過率Ｔ２は １°、　　＝０．　９５ｘＯ、９５Ｘ　Ｏ、９６Ｘ　Ｏ
、９５×　１００ ＝８２　（％） となる。

よって、スクリーンｌの中心部における透過率８５％に
対して、８２／８５＝０．９７となりスクリーン周辺部
（第１図ｆｂ）の下部）における光量低下は殆どないこ
とになる。

史に、本実施例では、シートＩｔの第１フレネルレンズ
部１１ｂの非有りｈ面１１ｄの傾斜とシート１１の第２
フレネルレンズ部１２ｂの非有効面１２ｄの傾斜を、各
部に入射する光束の進行方向にほぼ沿うように構成して
いる。即ち、本実施例の第２図（ａｌに示した部分にお
いて、非有効面１１ｄでケラレの全（生じない条件はθ
、が６２度（有効面１１ｃへの入Ｑ１先線に平行である
ことから９Ｏ−２８＝６２となる）以ｔで７８度（有効
面１１ｃからの出Ｑ１光線に平行であることから４３＋
　（９０−５５（θ、、））＝７８となる）以下であり
、非有効面＋２ｄでケラレの生じない条件は０２２が８
２度（有；ｈ面＋２ｃへの入９１光線に平行であること
から９０−．８＝８２となる）以上で９７．５度（有効
面１２ｃからの出射光線に平行であることから４２＋（
９０−３４，５（０２）＝９７．５となる）以下である
ので、第２図（ａ）でのθ、２＝　７８度、θ、、＝　
８２度はこの条件を満たす、こうして２両シート１１．
１２の非有効部１１ｄ、、１２ｄにおける光束ケラレは
殆どな（１両者の周！ｉｌｌ構造間のモアレ現象も殆ど
発生しない。

この場合、非有効部１１ｄ、１２ｄのいずれか一方が上
記の条件を満たすのみでもよい。なぜなら、一方で光束
ケラレが生じたとしても他方でケラレがなければ、２者
以上間で発生する性質のモアレ現象は殆ど生じないから
である。

」１記の条件は、フレネルレンズ面のプリズムの形状に
のみ関することで、これのピッチ比などには係らない、
また、このモアレ抑制方法は、フレネルレンズ面間の間
隔を広げる等の方法に比べ格段に有効であると共に、フ
レネルレンズ面間の間隔を小さ（できて、解像力低ドの
抑制や、スクリーンの１１み詠少による軽凱化や、スク
リーンの保持機構の簡略化等の点でも１分れている。

第２図（ｂ１、（ｃ１、（ｅ）には他の実施例が示され
ている。

第２図（ｂ）では、３枚の透光性シート１４．１５、Ｉ
６の射出側にフレネルンズ面が形成されていて、パワー
の分散をより有効に行ってより大きな入射角の斜入ｑ１
に対応することができる。

また、この実施例でも、フレネルレンズ面の非有効面を
入射光束の進行方向にほぼ平行とすることは、高々１枚
のシートを除いて２枚以上のシートに施せばよい。

第２図（Ｃ１では、スクリーンの最も肢察測に近いシー
ト１９の両面が光拡散機能を有するレンチキュラーレン
ズ面とされ、残りのシート１７゜１８の射出側にフレネ
ルレンズ面が形成されている。この実施例を第１図（ｂ
）の上方から見た様子が第２図（ｄ）に示されている。

ダブルレンチキエラーシート＋９はブラックストライプ
１９ａを有し、これにより左右の視野角が広がり、カラ
ー画像用の３本のＣＲＴ並置構成によるカラーシフトや
外光の映り込み等が防止され、より良好な画像及び視野
特性が得られる。他の点は第２図（ａ）の実施例と同じ
である。

第２図（ｅ）では、シート２１．２２の射出側１にフレ
ネルレンズ面が形成され、シート２３の入射側に視野角
の制御などの機能を有する光拡散面が形成されている。

他の点については第２図（Ｃ）の実施例と同じである。

以上に示した実施例では、同心の偏心円形フレネルレン
ズ面の形成された？３２　ｆｆ＆のシートの例を示した
が、リニアフレネルレンズやパワー無しのフレネルレン
ズ等の組合わせも可能であるし、偏心にすることも必ず
しも必須ではない。

また、上記実施例のように各シートの入Ｑ４（ｌｌＩｌ
を平面とすることは好ましいが、これも必須ではない。

［発明の効果１ 本発明は以上のような構成を有するので、複数のフレネ
ルレンズシートを用いてパワーの分散を行なっても各シ
ート上のブレズム群の操り返し周期構造間のモアレ現象
などが極力抑えられ、スクリーン全面にわたり明るくて
良好な投影像の観察が行なえる斜入射方式の背面投射型
スクリーン及びこれを用いた背面投射型表示装置が提供
できる１また。少なくとも１枚のシート上のフレネルレ
ンズ面を、多数の同心円プリズムの中心がスクリーの中
心から偏心したものとすれば、投影像は更に全面にｔ）
たり明るくなる。

【図面の簡単な説明】

第１Ｎ２１（ａ）は本発明の一実施例を斜入射方式の投
影システムに適用したときの概略図、第１図（ｂ）は第
１図（ａ）に対応した背面投射型表示装置の一実施例、
第２図（ａｌは第１図（ａ）の実施例の部分拡大図、第
２図（ｂ）−（ｅ）は他の実施例を示す図、第３図（ａ
）は従来の投影システムの概略図、第３図（ｂ）は第３
図（ａ）に対応した従来の背面投射型表示装置を示す図
、第３図（ｃ）は従来の斜入射方式の背面投射を表示装
置を示す図、第３図（ｄ１、（ｅｌは従来の偏心フレネ
ルレンズを示す図、第４図（ａ）、ｆｂ）は従来の背面
投射型スクリーンを示す図。 第５図（ａ）、（ｂ）は従来のフレネルレンズ面におけ
る入射光束の光路を説明する図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、背面側から角度をなして像を投影して観察するため
   の背面投射型スクリーンに於いて、対向配置された複数
   枚のシートから構成され、該シートのうち、少なくとも
   ２枚のシートには直線状ないし曲線状に延びる多数のプ
   リズムが形成され、更に該少なくとも２枚のシートを除
   いて、該多数のプリズムの非有効部が該プリズムへの光
   束の進行方向にほぼ沿つた面となるように構成されてい
   る背面投射型スクリーン。 ２、前記少なくとも２枚のシートの観察側に直線状ない
   し円弧状に延びる多数のプリズムが形成され、それらの
   背面側が平面となつている請求項１記載の背面投射型ス
   クリーン。３、最も観察側に近いシートの少なくとも片
   面を光拡散機能を有する面となした請求項１又は２記載
   の背面投射型スクリーン。 ４、前記少なくとも２枚のシートのうち、少なくとも１
   枚のシートのプリズム形成面は、多数の同心円プリズム
   の中心が前記スクリーンの中心から偏心したフレネルレ
   ンズ面となつている請求項１、２又は３記載の背面投射
   型スクリーン。 ５、請求項１、２、３又は４記載の背面投射型スクリー
   ンとディスプレイデバイスを有し、該スクリーンに、背
   面側から角度をなして像を投影するように該ディスプレ
   イデバイスが配置されていることを特徴とする背面投射
   型表示装置。