JPH04296841A - 大画面投写形ディスプレイ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、横幅約１．５ｍ以上、
約３ｍ以下のスクリーンサイズの背面投写形ディスプレ
イに関し、そのための透過式スクリーンの構成に関する
。

【０００２】

【従来の技術】本発明者による米国特許４５３６０５６
号“Ｒｅａｒ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　Ａｐｐａｒａｔ
ｕｓ”には、複数の投写用ＣＲＴを用いてなる投写形デ
ィスプレイに好適な透過式スクリーンレンチキュラーレ
ンズの構成が開示されている。同公報には、スクリーン
を構成する要素として、サーキュラーフレネルレンズと
リニアフレネルレンズの中、いずれを用いても良いこと
が記されている。更に、本発明者による米国特許４６０
９９４５号“Ｒｅａｒ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　Ａｐｐ
ａｒａｔｕｓ”には、出射面式サーキュラーフレネルレ
ンズを用いた場合に、レンチキュラーレンズとの間で発
生するモアレ妨害を克服するための手段が開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現時点において、前述
した両公報に記載の原理に基づくスクリーンは、既に大
量の規模で生産され、業界に貢献している。しかしなが
ら、そのスクリーンのサイズは、横幅最大約１．４ｍ，
高さ約１．１ｍのものに制約されていた。該制約の要因
は、レンチキュラーレンズの製造法が押し出しロール成
形法に基づいており、押し出しロール成形機の有効横幅
が約１．４ｍに制約されている点にあった。また、サー
キュラーフレネルレンズは、キャスティング成形または
、プレス成形等の手段で製造されているが、横幅１．４
ｍ以上で、かつ高性能のものは製造が困難であった。

【０００４】また、フレネルレンズを使用しない、クロ
スレンチキュラー方式のスクリーンにおいては、幅約１
．２ｍのレンチキュラーレンズを、接着技術によって多
数つなぎ合わせることによって幅２ｍ以上のものが実用
化されていた。しかし、該クロスレンチキュラー方式は
、フレネルレンズ要素を欠いているために、投写距離（
正確には、投写距離／横幅比）の大きい投写システムに
しか使用できないという問題があった。従って、投写距
離の短い即ち、奥行の小さい投写形ディスプレイを構成
することが困難であった。尚、リニアフレネルレンズを
使用した透過式スクリーンは、未だ実用化された例がな
い（少くとも、本発明者はその例を知らない。）本発明
の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、リニア
フレネルレンズとレンチキュラーレンズとの間で発生す
る、モアレ妨害を克服して、大画面の投写形ディスプレ
イを構成できる技術を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では、透過式スクリーンを、投写源から
の光を透過する第１のシートと、該第１のシートより観
視者側に配置され、該第１のシートからの光を透過する
第２のシートと、該第２のシートより観視者側に配置さ
れ、該第２のシートからの光を透過する第３のシートと
、で少なくとも構成し、前記第１のシートに、少なくと
も水平方向に光を発散する発散手段と、少なくとも水平
方向に光を収束するフレネルレンズと、を設け、前記第
３のシートに、比較的大きなピッチを有するレンチキュ
ラーレンズを設けると共に、前記発散手段の実効発散角
εと前記フレネルレンズの配列周期ＴＦと前記第２のシ
ートの厚みＤとの間に、 εＤ／ＴＦ＝０．７〜２．０ なる関係を持たせるようにした。また、前記フレネルレ
ンズをリニアフレネルレンズで構成する場合、それぞれ
の観視者側の面にリニアフレネルレンズが互いに鏡面対
称となるように形成された２枚の半サイズシートを、互
いに、前記リニアフレネルレンズの平坦部において相接
合して、前記第１のシートを構成するようにした。

【０００６】

【作用】前述の如き構成とすることにより、前記フレネ
ルレンズによる周期的陰は、前記第３のシートの投写源
側の面に至る以前において、その濃淡が十分に低減され
る。従って、モアレ妨害を低減できる。また、前記半サ
イズシートは、押し出しロール成形法で製造した場合、
１枚当りの横幅を、約１．４ｍにできる。従って、２枚
の半サイズシートを接合することによって、約２．８ｍ
幅のものを実現できる。

【０００７】

【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。同図で、１
は水平方向に屈折力を有するリニアフレネルシート、２
は垂直方向に屈折力を有するリニアフレネルシート（以
下、単にフレネルシートという場合もある）、３はレン
チキュラーシートである。４，６は小ピッチのレンチキ
ュラーレンズであり、５，７はフレネルレンズ面である
。

【０００８】入射投写光は、矢印８に示す方向から発散
的に入射される。該発散的入射光は、フレネルレンズ面
５の作用で、水平断面内でマクロに平行光化され、更に
、フレネルレンズ面７の作用で垂直断面内でマクロに平
行光化される。従って、レンチキュラーシート３の入射
面には、マクロに平行光として入射する。また、レンチ
キュラーシート３は、光を左右方向へ発散する。また、
レンチキュラーシート３の内部及び表面には、光拡散材
（図示せず）が含まれており、光を垂直方向に発散させ
る。９は、２枚の半区間フレネルシート片の互いに接着
された接合部である。１０も同様に、２枚の半区間フレ
ネルシート片の接合部である。図２に、半区間フレネル
シート片を１１として示す。９，１０の接合部付近では
、フレネルレンズ面５，７の屈折作用はほゞ零である。 即ち、平坦部となっている。

【０００９】フレネルシート１の入射面側の小ピッチレ
ンチキュラーレンズ４は、モアレ妨害を消去するための
ものである。まず、この小ピッチレンチキュラーレンズ
４が、非存在の場合におけるモアレ妨害の発生理由につ
いて図３を用いて説明する。図３はレンチキュラーシー
トと小ピッチレンチキュラーレンズ非存在のフレネルシ
ートを示す水平断面図である。同図で、２１は、その入
射面が平坦な、即ち、小ピッチレンチキュラーレンズ非
存在のフレネルシートである。３，５は図１と同じであ
る。２のフレネルシートは、本図が水平断面図であるた
め、省略されている。１２の斜線で示した領域は、フレ
ネルレンズ面５の周期構造に起因する陰である。１４は
、観視者の目の位置の一例である。この１４の位置から
見ると、１５の方向は正常な光が到来しているので明る
く見えるが、１６の方向からは、前記陰に起因して光が
到来しない。従って、暗く見える。よって、スクリーン
上にモアレ妨害と称する妨害パタンが現れる。

【００１０】前記米国特許４６０９９４５号には、サー
キュラーフレネルシートを使用した場合に、そのモアレ
模様は、後述する図１８の４８に示す通り、楕円状また
は双曲線状であることが解明されている。図３の場合は
、リニアフレネルシートが使用されているため、モアレ
模様は図１８の５０に示す通り縦縞状となり、よりめだ
ち易い。従って、前記米国特許４６０９９４５号に記さ
れているモアレ妨害低減手段に加えて、更に、次述の原
理を用いることが必要となる。

【００１１】図４に、図１のレンチキュラーシート３と
フレネルシート１の水平断面を示す。同図で。フレネル
シート２の図示は省略されている。図４において、小ピ
ッチレンチキュラーレンズ４は、発散角εにわたって光
を発散する。εの値は約０．０２ｒａｄないし約０．２
ｒａｄに選定される。詳細には、後述の方程式の条件を
考慮して設定される。該小ピッチレンチキュラーレンズ
４の光発散作用によって、同図に示した通り、フレネル
レンズの陰も、εｒａｄにわたって発散される。同図で
、Ｄは図１におけるフレネルシート２の厚みである。 Ｄとε及び、フレネルレンズの周期ＴＦとの間にほゞ次
式の関係を持たせることが、本実施例の要件である。 　　εＤ／ＴＦ＝０．７〜２　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・・・・〔１〕

【００１２】小ピッチレンチキュラーレ
ンズ４の配列周期をＴ１とし、レンズ面の曲率半径をＲ
１，フレネルシート１の屈折率をｎとすると、発散角ε
は次式で与えられる。 　　ε＝（ｎ−１）Ｔ１　／（ｎＲ１）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・
〔１′〕従って、これを式〔１〕に代入して次式を得る
。 　　（ｎ−１）ＤＴ１　／（ｎＲ１ＴＦ）＝０．７〜２
　　　　　　　　　　　　　　・・・・・〔１″〕式〔
１〕の条件下では、フレネルシート２の入射面において
、フレネルシート１の周期的陰が大幅に低減される。定
量的には、次の通りである。フレネルシート２の出射面
近傍、即ち、レンチキュラーシート３の入射面近傍にお
けるフレネルシート１の陰の模様はほぼ次式で近似でき
る。

【００１３】 　　Ｉ１（ｘ）≒　１＋ｍ１　ｃｏｓ（２πｘ／ＴＦ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔
２〕　　　　　　　　　　≒　１＋ｃｏｓ（２πｘ／Ｔ
Ｆ）　　　　　　　　　　　　　・・・・・〔２′〕（
左右端）ここに、　　Ｉ１（ｘ）：水平方向距離ｘにお
ける照度ＴＦ　：フレネル周期 ｍ１　：変調度 上式において、ｍ１は変調度で、スクリーンの左右端に
おいて、約１に等しい。距離Ｄを経た後の位置、即ち、
レンチキュラーシート３の入射面における照度分布Ｉ２
（ｘ）は、Ｆｏｕｒｉｅｒ変換の原理によれば、発散角
εの作用によって次式となる。 　　Ｉ２（ｘ）≒　１＋ｍ２　ｃｏｓ（２πｘ／ＴＦ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔
３〕　　ｍ２／ｍ１　＝｛ｓｉｎ（πεＤ／ＴＦ）｝／
（πεＤ／ＴＦ）　　　　　・・・・・・〔４〕

【００
１４】式〔４〕の関係を図５に実線２２で示す。 同図から分かるように、式〔１〕の成立する領域で｜ｍ
２　／ｍ１　｜は急激に減衰する。式〔１〕の値が０．
７以上の領域で約０．３７以下（約１ｎｅｐｒｅに相当
する）となっていることが分かる。即ち、式〔１〕の条
件を満たすことにより、モアレ妨害の強さを約１／ｅ以
下に軽減できる。式〔１〕の下限値の意味は上記の通り
である。 図５のグラフから分かるように、単にモアレ妨害だけに
着目すれは、式〔１〕の値は大きい程良い。しかしなが
ら、式〔１〕のεＤ／ＴＦ値を大きくするには、厚みＤ
の上限と製造可能なフレネルピッチ（フレネル周期）Ｔ
Ｆの下限を与えられた条件においては、発散角εを大き
くする必要がある。発散角εを大きくすると、図１，図
４のブラックストライプ３′によって、光がケラレ、そ
の結果、伝送損失が増加するという問題がある。従って
、式〔１〕，〔１″〕において、上限値を２と設定して
ある。

【００１５】 式〔１〕を満たす具体例を次に示す（ｎ≒１．５）。 Ｄ　≒３．５ｍｍ（フレネルシート２の厚み）ＴＦ　≒
０．２２ｍｍ（フレネル周期）ε　≒０．２２／３．５
ｒａｄ（４の発散角）≒０．０６３ｒａｄ Ｔ１　≒０．０４７ｍｍ，Ｒ１　≒｛（ｎ−１）／（ｎ
ε）｝Ｔ１　≒　０．２５ｍｍ

【００１６】フレネルシート１，２の材質は通常アクリ
ル材で構成され、その屈折率ｎは約１．５である。従っ
て、上記ε値を空気中に換算すると、約０．１ｒａｄ（
約６°）に相当する。フレネルシート１の厚みは任意で
良いが、フレネルシート２と共用する場合には同一の厚
み（３．５ｍｍ）を使用する。３のレンチキュラーシー
トの周期は約１．２ｍｍ，厚みは約１．６ｍｍである。 レンチキュラーシート３の詳細構造としては、米国特許
４５３６０５６号及び米国特許４６０９９４５号に記載
されているものを使用することが推奨される。フレネル
シート２をフレネルシート１と共用しない場合には、フ
レネルシート２の屈折力をフレネルシート１の屈折力よ
りも強めに設定することが有効である。何故かと云うと
、そうすることによって、図６の斜視図に示される通り
、スクリーン２３の上端，下端から発する光を観視者１
４の方向に集中できるからである。また、更に、米国特
許４６０９９４号に記されている各種変形例を適用する
ことが可能である。

【００１７】次に、更にスクリーンの構成法に関する詳
細について述べる。リニアフレネルシート１のプリズム
角Ｐの設計について図７を用いて説明する。同図は水平
断面図である。プリズム角Ｐ（ｘ）は図示の入射画角α
（ｘ）からスネルの法則に基づき、次式で決定される。

【００１８】 リニアフレネルシート２についても同様である。

【００１９】上記公式に基づき設計すると、フレネルシ
ート１，２を経た出射光は、スクリーンの中央十字線上
では、スクリーン面に垂直な平行光群となる。しかしな
がら、スクリーンの対角隅では、若干過収束となる。そ
の原因はスネルの法則に内在する非直線性に起因する。 具体例として、対角隅入射画角が３５°（これは、既存
の大画面スクリーンに比べて投写距離及び奥行を約２／
３に縮減することに相当する。）で、左右端水平面内入
射画角が２２．８°，上下端垂直面内入射画角が２０．
１°の場合について、スネルの法則に基づき、光線追跡
計算すると、図８に示す通りとなる。即ち、中央十字線
上では、既述の通り、出射光はスクリーンに垂直，即ち
θｘ＝θｙ＝０°となるが、対角隅では水平方向に４°
，垂直方向に２．７°過収束となる。

【００２０】水平方向に左右端での水平方向過収束量が
過大となると、図１のブラックストライプ３′によって
、出射光の一部が食われてしまうという問題が、リニア
フレネル方式に固有の問題として発生する。この問題は
次のようにして軽減される。まず、対角隅における光の
損失は、図１において、ブラックストライプ３′の配列
周期をレンチキュラーレンズの配列周期に比べて若干縮
小しておくことで解消できる。しかし、そうすると、中
央水平線上の左右端部で光の損失が発生する。それを解
決するために、スクリーンを若干（約４°〜１０°）、
図９に示す通り前傾する。図９に前傾スクリーンを示す
。２４はスクリーン枠，点線２５はスクリーンの中央部
垂直断面において、重力作用により、スクリーンがたわ
んでいる状態を示す。

【００２１】前傾約７°によって、スクリーンの中央法
線は、約４Ｈ（Ｈは画面高）の視距離においてスクリー
ンの下端に達する。視距離４Ｈは、観視者の平均視距離
に近いもの故、この配置は、大画面ディスプレイとして
適切なものである。図１０にスクリーンの水平断面図を
示す。同図において、点線２６はスクリーンの中央部の
水平断面におけるスクリーンのたわみを示す。本発明の
主たる応用は横幅約２．２ｍのサイズであり、その場合
、左右端のたわみ角は約１°となる。この値は、図８の
収束角の不揃い４°の中の約２５％を補償する働きを有
する。図９に示した、約４°〜１０°前傾形式において
も、図６で既述した通り、フレネルシート２の収束力を
強めることが有効である。その際、フレネルシート２の
プリズム角の設計公式は式〔６〕の代りに、次式〔６′
〕を用いる。

【００２２】 　　　　　　ここに、　　γ（ｙ）≒　ｙ／（４Ｈ）　
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔６
′〕ｙの原点はスクリーン中心

【００２３】上記の通り、フレネルシート２の収束力を
強め、その共役点をスクリーン高さＨの約４倍とするこ
とにより、画面の輝度が、上端から下端まで、一様化さ
れた投射形ディスプレイを構成できる。既述の通り、図
１において、レンチキュラーシート３のレンチキュラー
周期をＴＬを１．２ｍｍとし、フレネルシート１のフレ
ネル周期を０．２２ｍｍとした場合、小ピッチレンチキ
ュラーレンズ４のレンチキュラー周期Ｔ１は、約０．０
４７ｍｍに選定される。

【００２４】ＴＬ／ＴＦ比は、モアレ模様をめだちにく
くするために、米国特許４６０９９４５号に基づき、次
式を満たすように選定される。 　　ＴＬ／ＴＦ　＝　Ｎ　＋（０．２５〜０．７５）　
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔７
〕ここに、Ｎは３以上の整数ＴＦ／Ｔ１比の満たすべき
条件は一般の３ＣＲＴ，３レンズ方式用には次式である
。 　　ＴＦ／Ｔ１　＝　整数　＋（０．２５〜０．７５）
　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔８〕
但し、変形例として、単一レンズ投写方式用には、Ｔ１
をＴＦに合致させ、かつ、小周期レンチキュラーレンズ
の周期とフレネルレンズの周期構造との間に、１対１対
応をとることも可能である。

【００２５】これを水平断面図として図１１に示す。同
図で、２７は単一の投写レンズ、１，４，５，３は既述
図１の１，４，５，３に対応する。また、本案を、横幅
１．４ｍｍ以下の超ファインピッチスクリーンへ応用し
た例を図１２に示す。同図で、スクリーンの横幅は約８
０ｃｍ，縦幅は８０ｃｍの場合について各諸元を以下に
記す。２９は、水平方向に光を発散する既述図１の４に
対応する小ピッチレンチキュラーレンズである。３０は
フレネルシート、３１はその出射面に設けられたサーキ
ュラーフレネルレンズ、３２は垂直方向に光を発散する
レンチキュラーシート、３３はレンチキュラーレンズの
谷間に設けられた黒色塗料でいわゆるブラックストライ
プを形成する。３４は、図１の３に対応する水平方向に
光を発散するレンチキュラーシート、３５は図１の３′
に対応するブラックストライプである。４７は後述する
図１７のミクロレンチキュラーレンズである。

【００２６】小ピッチレンチキュラーレンズ２９のピッ
チＴ１，曲率半径Ｒ１，サーキュラーフレネルレンズ３
１のピッチＴＦ，レンチキュラーシート３２の厚みＤ，
レンチキュラーシート３２の媒質の屈折率ｎの間には式
〔１〕，〔８〕の関係を持たせる。 　　　　ＤＴ１　／（ｎＲ１ＴＦ）≒　１　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
・・・〔１〕　　　　ＴＦ　／Ｔ１　＝（整数）＋（０
．２５〜０．７５）　　　　　　　　　　　・・・・・
・〔８〕

【００２７】数値例を以下に示す。 ＴＦ　＝　０．１ｍｍ ｎ　＝　１．５ Ｄ　＝　３ｍｍ Ｔ１　＝　０．０４ｍｍ Ｒ１　＝　０．８ｍｍ ε　≒　Ｔ１　／（ｎＲ１）≒　０．０８ｒａｄ

【００
２８】両面レンチキュラーレンズ３２，３４のピッチは
０．３５ｍｍである。本例は、走査線数２０００本，水
平方向ドット数２０００ドット，総画素数４００万画素
の超高精細ディスプレイへ適用可能なものである。本例
においては、米国特許４６０９９４５号に記されている
そのピッチ約３０μｍのミクロレンチキュラーレンズ４
７をレンチキュラーシート３２，３４の出射側レンチキ
ュラーレンズ面に施すことが推奨される。本発明の小ピ
ッチレンチキュラーレンズ４とミクロレンチキュラーレ
ンズ４７の相乗作用によって、後述する図１８の４９に
示す放射状モアレ妨害を解消できる。即ち、本発明によ
って、該放射状モアレ妨害を克服して新規高性能スクリ
ーンを提供できる。

【００２９】更に本発明の変形例について記す。図１に
おける、フレネルシート１の入射面のレンチキュラーレ
ンズ４の作用を出射面のフレネルレンズ５に併せ持たせ
たフレネルシート１の変形例を図１３に示す。同図で、
１はフレネルシート、３６はレンチキュラーフレネルレ
ンズである。図１４にその動作原理を示す。本図は既述
図４に対応する水平断面図である。図４と図１４とを対
比して幾何学的に理解される通り、既詳述の本発明の要
件式〔１〕は、図１３，図１４のレンチキュラーフレネ
ル形式の場合には次式に置換される。 　　εＤ／ＴＦ　＝　１．７〜３　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・・・・

〔９〕また式〔１″〕は、フレネルピッチ
ＴＦとレンチキュラーピッチＴ１が一致するため次式に
置換される。 　　（ｎ−１）Ｄ　／（ｎＲ１　）＝　１．７〜３　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔１
０〕

【００３０】具体数値例を次に記す（Ｄ＝３．５ｍ
ｍ，ｎ＝１．５）。 　　　　レンチキュラーシート３のレンチキュラーピッ
チ：ＴＬ＝１．２ｍｍ　　　　フレネルシート１のフレ
ネルピッチ　　　　　　　　　　　　：ＴＦ＝１０４μ
ｍ曲率半径　　　　：Ｒ１＝５８０μｍ 発散角　　　　　　：　ε＝０．０６ｒａｄεＤ／ＴＦ
　≒　２

【００３１】次に、本発明の実際的応用の便宜の目的で
、本発明の図１の小ピッチレンチキュラーレンズ４の発
散角εの意味の詳細について記す。図１５に、２種類の
レンチキュラーレンズの例を水平断面図で示す。同図の
（ａ）は、小ピッチレンチキュラーレンズ４の断面が曲
率半径Ｒ１の真の円の一部となっているものである。 これに対応する水平指向特性Ｇ（θ）は図１６の実線３
８に示す通り、発散角εにわたってほぼ一様な分布の矩
形状である。ここに、θは媒質内での水平方向屈折角で
ある。スネルの法則から既述の通り次式が成立する。 　　ε＝（ｎ−１）Ｔ１　／（ｎＲ１）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・
〔１′〕ここに、　　　ｎ≒１．５（屈折率） Ｔ１　：ピッチ Ｒ１　：曲率半径

【００３２】一般に、スネルの法則によればレンチキュ
ラーレンズの指向特性Ｇ（θ）は屈折角θが十分１より
小さい場合には、θに対応するレンチキュラーレンズの
曲率半径Ｒ（θ）の分布にほぼ比例する。即ち、　　　
　Ｇ（θ）∝　Ｒ（θ）　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・
・〔１１〕　　∴　　Ｇ（θ）／Ｇ（０）＝　Ｒ（θ）
／Ｒ（０）＝　Ｒ（θ）／Ｒ１　　・・・・・〔１１′
〕

【００３３】図１５にもどって、同図の（ｂ）に別種
の小ピッチレンチキュラーレンズ３７を示す。（ｂ）に
おいて、各レンチキュラー部の中央部の主曲率半径は、
（ａ）と同じくＲ１にそろえてある。しかしながら、周
辺部の曲率半径はより強くしてある。このため、発散角
ε′は、前記εより大きくなる。小ピッチレンチキュラ
ーレンズ３７に対応する、指向特性は、図１６の点線４
０に示される三角分布である。同図には、更に、点線３
９として、別種のガウス分布状のものも併記してある。 これら各種の指向特性を持つレンチキュラーレンズを本
発明に適用することができる。その要件は、次式で定義
される実効発散角εが、既述の式〔１〕を満たすことで
ある。

【００３４】 　　ε≡∫Ｇ（θ）ｄθ／Ｇ（０）　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・
〔１２〕　　　　＝∫Ｒ（θ）ｄθ／Ｒ（０）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・・・・〔１３〕　　　　　　　∵　式〔１１〕 ここに、積分範囲は〔−π／２，π／２〕である。 　　εＤ／ＴＦ　＝　０．７〜２　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
・・・〔１〕式〔１２〕の意味は、図１６の各線３８〜
４０がθ軸との間で囲む面積が相等しいことである。

【００３５】例えば、３角分布に対してはフーリエ変換
の理論から、前記モアレ減衰比ｍ２／ｍ１（式〔４〕）
は次式となる。 　　ｍ２／ｍ１＝［｛　ｓｉｎ（πεＤ／ＴＦ）｝／（
πεＤ／ＴＦ）］２　　・・・〔４′〕また、ガウス分
布に対しては、 　　ｍ２／ｍ１＝　ｅｘｐ｛−π（πεＤ／ＴＦ）２　
｝　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔４″〕
式〔４′〕の値は、式〔１〕の条件で０．１４以下（２
ｎｅｐｅｒ）であり、同じく、式〔４″〕の値は０．２
２以下（π／２ｎｅｐｅｒ）である。従って、本発明の
小ピッチレンチキュラーレンズ４の要素として使用でき
る。

【００３６】一般に、任意の指向特性分布Ｇ（θ）を持
つ、レンチキュラーレンズのプロファイル形状ｚ＝ｆ（
ｘ）を次述の原理によって構成できる。ｚ，ｘの方向は
、図１５に示す通りとし、原点はレンチキュラーレンズ
の中心にとる。曲率半径の定義から次式が成立する。 　　１／Ｒ（θ）＝　ｄ２ｚ／（ｄｘ２）　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔
１４〕また、媒質内屈折角θは、スネルの法則から、　
　ｎθ／（ｎ−１）≒　ｄｚ／（ｄｘ）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔１５〕　
　　　　　　　　　　ｆｏｒ　　θ≪１　　∴　　１／
Ｒ（θ）＝｛ｎ／（ｎ−１）｝・｛ｄθ／（ｄｘ）｝　
　　　・・・・・・〔１６〕

【００３７】式〔１１〕を
上式へ代入して、　　Ｒ（θ）／Ｒ（０）＝　Ｇ（θ）
／Ｇ（０）　　　　　　　　　　　　　　　　　＝｛（
ｎ−１）／（ｎＲ（０））｝・｛　ｄｘ／（ｄθ）｝　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　・・・・・・〔１７〕

【００３８】上式を図式
積分することによって、任意のＧ（θ）に対応するｘ（
θ）をグラフ表示できる。θは式〔１５〕によってｄｚ
／（ｄｘ），即ち，レンチキュラーレンズの傾斜角を与
えるから、そのレンチキュラー形状が求まったことにな
る。例えば、図１６の点線４０で示す３角分布に対応す
るレンチキュラープロファイルはｅｘｐｌｉｃｉｔｅに
解け、次式となる。 尚、式〔１３〕に式〔１６〕を代入して次式を得る。 　　ε＝（∫Ｒ（θ）ｄθ）／Ｒ（０）　　　　＝〔∫
｛（ｎ−１）／ｎ｝｛ｄｘ／（ｄθ）｝ｄθ〕／Ｒ（０
）　　　　＝〔∫｛（ｎ−１）／ｎ｝ｄｘ〕／Ｒ（０）
　　　　＝（ｎ−１）Ｔ１／｛ｎＲ（０）｝　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
・・・〔２０〕ここに、Ｔ１はレンチキュラーレンズの
ピッチである。

【００３９】式〔２０〕は、任意のレンチキュラーレン
ズのプロファイルに適用可能なものである。Ｒ（０）を
Ｒ１に置き換えると既述式〔１′〕に合致する。従って
、本発明の要件であるところの既述式〔１〕における発
散角εは一般表現としては、式〔１２〕で定義される実
効発散角であり、かつ、既述式〔１′〕，〔１″〕にお
けるＲ１は、一般表現としては、主曲率半径Ｒ（０）で
ある。請求項においてはこれを主曲率半径Ｒ１と称して
いる。上記一般化は、図１４において既述のレンチキュ
ラーフレネル面３６のレンチキュラーレンズ要素にもそ
のまま適用できる。

【００４０】式〔１２〕，〔４′〕〔４″〕に関する上
記の説明から理解される通り、本発明の小ピッチレンチ
キュラーレンズ手段（図１の４）は、フレネルシート１
の入射面または出射面またはフレネルシートの入射面に
ランダムサーフィスディフューザを形成し、その実効発
散角（式〔１２〕；図１６のε）εをして、式〔１〕の
要件を満たさしめても良い。また、フレネルシート１の
内部に媒質とわずかに屈折率の事なる小粒子を混入させ
ることによって得られるバルクディフューザに置き換え
、その実効発散角εが式〔１〕を満たすようにしても良
い。これらの例を図１７に示す。同図で１，２，３，３
′，４は図１の１，２，３，３′，４に対応する。 ４，５，４４はサーフィスディフューザを形成するに適
した面であり、４２はフレネルシート１の内部のバルク
ディフューザである。

【００４１】図１７の構成における本発明の要件は、フ
レネルシート２の出射面において、フレネルレンズ面５
のフレネルレンズの光出射部の陰の実効幅Ｗと、該フレ
ネルレンズ５の周期構造の周期ＴＦとの間に次式の関係
を持たせることにある。 　　Ｗ／ＴＦ＝０．７〜２　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・
・・〔２１〕この関係を、図１７の面４，５，４４上の
サーフィスディフューザ及びバルクディフューザ４２及
び面４上の小ピッチレンズの総実効発散角εで表現する
と、既述式〔１〕となる。 　　εＤ／ＴＦ＝０．７〜２　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
・・・〔１〕但し、既述の通り、ブラックストライプ３
′による光のケラレ損失を防ぐには、図１６においてε
／ε′比の小さいことが望ましい。

【００４２】図１７の４６は、図１４と類似のレンチキ
ュラーフレネルレンズ面であり、そのフレネル成分は、
既述式〔６′〕に基づき構成され、図６に示す特性が得
られる。また、４６の中のレンチキュラー成分は、既述
式〔１８〕または〔１９〕に基づき構成され、その実効
発散角を、約０．２〜０．４ｒａｄと大きく設定される
。そうすることにより、レンチキュラーシート３の中に
配合されるバルクディフューザの量を軽減し、光の伝送
効率を向上できる。図１７の４７は、米国特許４６０９
９４５号に開陳されているミクロレンチキュラーレンズ
である。

【００４３】該ミクロレンチキュラーレンズ４７の配列
周期は、同公報に基づき、レンチキュラーシート３の出
射面における投写レンズのひとみの像の実効直径よりも
小さく選定される。また、該ミクロレンチキュラーレン
ズ４７の実効発散角は、フレネルレンズ面５のフレネル
レンズの配列周期ＴＦよりも大きく選定される。本構成
によれば、リニアフレネルレンズ特有の図１８の５０に
示される縦縞状モアレ妨害を解消できる。図１９に更に
別の変形例を示す。同図で１，２，３，３′，４，５，
６，７は図１のそれらと同種のものである。３２，３３
は図１２のそれらと同種のものである。４７は、図１２
，図１７のそれと同種のものである。

【００４４】既述実施例に存在しない本構成特有の効果
は次の通りである。 （１）６の垂直方向発散用小ピッチレンチキュラーレン
ズは、レンチキュラーシート３２の両面レンチキュラー
レンズと垂直方向収束用リニアフレネルレンズ７との間
で発生する横線状のモアレ妨害を消去する作用をする。 その要件は式〔１〕と並行である。 （２）谷間に設けられたブラックストライプ３３は、垂
直方向収束用リニアフレネルレンズ特有の垂直方向ゴー
スト妨害を次述の原理によって解消する作用を有する。 図２０に垂直方法ゴースト妨害の発生原理を示す。

【００４５】同図は、フレネルシート２の上端部付近の
垂直断面図である。フレネルシート２の入射面のモアレ
妨害低減用小ピッチレンチキュラーレンズ６は、ゴース
ト原理説明の簡潔化のため図示を略してある。５４は投
射源からの入力光であり、５５はそれに対応する本来の
出力光である。点線矢印は、フレネルレンズ面７で反射
された光であり、これが、ゴースト妨害光５６として角
度ｇにて出力される。本来の出力光とゴースト妨害光と
の間隔は、フレネルシート２の厚みの約２倍に近い。本
発明者は、詳細光路解析及び実験結果によって、該ゴー
スト妨害光の主エネルギーは方向角約４５°以上の領域
に存在することを見い出した。

【００４６】画面上のゴースト妨害の見え方を図２１に
示す。同図で５１はスクリーン、１４は観視者の目、５
２は本来の画像で、同図はリング状の場合を示す。点線
５３はゴースト妨害であり、角度でスクリーン上部を見
上げた時、本来の画像の内側に現れる。図２２に図１９
の構成におけるフレネルシート２と、垂直発散用両面レ
ンチキュラーレンズ３２とを水平断面図で示す。同図は
、ゴースト妨害消去原理を示すものである。同図で、５
４は投写源からの入力光、５５は本来の出力光、点線５
６はゴースト妨害光であり、ブラックストライプ３３に
よって阻止される。

【００４７】図２０における既述ゴースト妨害の主エネ
ルギー方向角ｇ＞４５°（約０．７８ｒａｄ）又はｇ≒
４５°の成分を阻止するためには、幾何光学原理に基づ
き、次の条件を満たせば良い。 　　２ｈ／ＴＬ　≧　ｇ′≒ｇ／ｎ≒０．５　　　　　
　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔２２〕ここ
に、　ｈ　はブラックストライプの谷の深さＴＬ　はレ
ンチキュラーレンズの配列ピッチｇ′は媒質内屈折角〔
ｒａｄ〕 ｇ　はゴースト方向〔ｒａｄ〕 ｎ　は屈折率

【００４８】尚、図２２において、レンチキュラーシー
ト３２の実効発散角βと厚みＤ，レンチキュラーピッチ
ＴＬ，レンチキュラーレンズの中央部の主曲率半径Ｒ（
０）との間には次式の関係がある。 　　ＴＬ／Ｄ　≒　β／ｎ　≒　β／１．５　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔２３
〕　　　Ｒ（０）＝｛（ｎ−１）／ｎ｝　Ｄ≒　Ｄ／３
　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・〔２３′〕
従って、実効発散角βを約０．３４ｒａｄ（２０°）と
した場合、厚みＤはピッチの約４．４倍である。

【００４９】式〔２２〕のゴースト除去条件を満たすに
は、レンチキュラーレンズのブラックストライプの谷の
深さｈを、ピッチＴＬの約２５％以上とする必要がある
。実用上は、ゴースト妨害のエネルギーを約半減できれ
ば、その効果は主観上顕著であり、そのためには、４５
°傾斜入射光に対するレンチキュラーシート３２の透過
率が約１／２以下となるように、ブラックストライプ３
３を配置すれば良い、そのことが本構成の必要条件であ
り、一方、式〔２２〕は十分条件である。

【００５０】図２２の大部分においては、図２０のモア
レ妨害低減用ミクロレンチキュラーレンズ４７を説明の
簡略化のため省いて示した。モアレ妨害低減用ミクロレ
ンチキュラーレンズは、単にモアレ妨害を低減する作用
を有するだけでなく、図２３に示す通り、垂直指向特性
を改善する作用をも有する。同図で、矩形状一様分布５
７は、ミクロレンチキュラーレンズ４７非存在の場合で
あり発散角（β）２０°に対応する。台形分布状の５８
はその発散角が１０°のミクロレンチキュラーレンズ４
７を追加した場合の特性である。同図から分かるように
ミクロレンチキュラーレンズ４７の作用によって、シャ
ープカットオフ特性がリモートカットオフ化される。従
って、より自然な違和感の少ない画像を得ることができ
る。以上で垂直方向についての説明を終る。

【００５１】図１９において、一方、水平方向には、両
面レンチキュラーレンズシート３の発散角は、約８０°
ｐｐ以上と大き目に設定される。従って、ブラックスト
ライプ３′を図示の通り凸状に形成してもゴースト妨害
を消去できる。レンチキュラーシート３の出射面上のミ
クロレンチキュラーレンズ４７は、単にモアレ妨害軽減
用に有効であるばかりでなく、カラーシフト及び色純度
を改良する作用を有する。これを図２４に示す。同図の
実線５９，一点鎖線６０，点線６１は水平指向特性を示
す。５９，６０はミクロレンチキュラーレンズ非存在の
場合の緑光及び赤色光に対応する。同図、斜線部６２の
領域では片方の光のみ存在するので画面上でカラーシフ
ト妨害を発生する。６１はミクロレンチキュラーレンズ
ありの場合の特性であり、緑色光と赤色光（同図には示
さないが別途の青色光も）の指向特性を不一致を低減で
きる。従って、画質の質が向上する。

【００５２】参考のため投写源の配置関係を図２５に示
す。同図は水平断面図である。６３は、図１９のスクリ
ーン、６４，６５，６６は各々Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）用の投写源用ＣＲＴまたは液晶パネル６７，６８
，６９は投写レンズである。Ｒ，Ｇ，Ｂの投写光のスク
リーンへの入射角が相異なるため、図２４の５９，６０
に示した通り指向性差が生じる。該指向性差が図１９の
構成によって軽減される。図２０の構成は、図２５にお
いて、６４〜６９を１組の投写源と投写レンズとする形
式への応用においても、指向性のリモートカットオフ化
に有効である。該指向性のリモートカットオフ化及び、
既述ゴースト妨害低減効果は、図１９の構成におけると
同様に、既述図１２の構成においても得られる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、従来、その実用化が困
難とされていた短投写距離の大画面背面投写形ディスプ
レイを構成できる。また、従来、大形のサーキュラーフ
レネルシートの製造は極めて困難であったのに対し、本
発明によれば、半サイズ幅の押し出しロール成形法を活
用できるため、その製造が容易化される。また、リニア
フレネルレンズとレンチキュラーレンズの周期構造の相
互干渉によって発生する縦縞状モアレ妨害を約１／５以
下に低減できる。従って、良質の画像を提供できる。更
に、リニアフレネルレンズ固有の対角隅における非直線
的過収束に起因する光の伝送損失を軽減できる。更に、
本発明の小ピッチレンチキュラーレンズは、超高精細投
写形ディスプレイのモアレ妨害低減用にも有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図である。

【図２】図１で用いる半区間フレネルシートを示す斜視
図である。

【図３】レンチキュラーシートと小ピッチレンチキュラ
ーレンズ非存在のフレネルシートを示す水平断面図であ
る。

【図４】図１のレンチキュラーシート３とフレネルシー
ト１を示す水平断面図である。

【図５】式〔４〕の関係を示すグラフである。

【図６】図１のフレネルシート２の屈折力をフレネルシ
ート１の屈折力より強めに設定した場合の効果を示す説
明図である。

【図７】図１のフレネルシート１のプリズム角と入射画
角との関係を説明するための説明図である。

【図８】図１のフレネルシート１，２からの出射光の角
度を説明するための説明図である。

【図９】前傾したスクリーンを示す説明図である。

【図１０】スクリーンを示す水平断面図である。

【図１１】本発明の一変形例を示す水平断面図である。

【図１２】本発明の一応用例を示す斜視図である。

【図１３】本発明の他の変形例を示す斜視図である。

【図１４】図１のレンチキュラーシート３と図１３のフ
レネルシート１を示す水平断面図である。

【図１５】図１の小ピッチレンチキュラーレンズ４の発
散角の意味を説明するための説明図である。

【図１６】図１５の小ピッチレンチキュラーレンズの水
平指向特性を示す特性図である。

【図１７】本発明の別の変形例を示す斜視図である。

【図１８】各種のモアレ妨害を示す説明図である。

【図１９】本発明の更に別の変形例を示す斜視図である
。

【図２０】垂直方向ゴースト妨害の発生原理を説明する
ための説明図である。

【図２１】画面上のゴーストの見え方を示す説明図であ
る。

【図２２】図１９の垂直発散用両面レンチキュラーシー
ト３２とフレネルシート２を示す水平断面図である。

【図２３】図１９のミクロレンチキュラーレンズの垂直
指向特性を該レンズが非存在の場合と比較して示した特
性図である。

【図２４】図１９のミクロレンチキュラーレンズの水平
指向特性を該レンズが非存在の場合と比較して示した特
性図である。

【図２５】投写源の配置関係を示す構成図である。

【符号の説明】

１，２…フレネルシート、３…レンチキュラーシート、
３′…ブラックストライプ、４，６…小ピッチレンチキ
ュラーレンズ、５，７…フレネルレンズ面、１１…半サ
イズフレネルシート、２１…フレネルシート、８…投写
光線、１２，１３…陰の部分、１４…目、２７…投写レ
ンズ。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　透過式スクリーンを用いた大画面投写
   形ディスプレイにおいて、前記透過式スクリーンは、投
   写源からの光を透過する第１のシートと、該第１のシー
   トより観視者側に配置され、該第１のシートからの光を
   透過する第２のシートと、該第２のシートより観視者側
   に配置され、該第２のシートからの光を透過する第３の
   シートと、で少なくとも構成され、前記第１のシートは
   、少なくとも水平方向に光を発散する第１の発散手段と
   、少なくとも水平方向に光を収束するフレネルレンズと
   、を具備し、前記第３のシートは、比較的大きなピッチ
   を有する第１のレンチキュラーレンズを具備すると共に
   、前記第１の発散手段の実効発散角εと前記フレネルレ
   ンズの配列周期ＴＦと前記第２のシートの厚みＤとの間
   には、 εＤ／ＴＦ＝０．７〜２．０ なる関係があることを特徴とする大画面投写形ディスプ
   レイ。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の大画面投写形ディス
   プレイにおいて、前記第１の発散手段は、比較的小さな
   ピッチを有する第２のレンチキュラーレンズから成り、
   前記第１のシートの投写源側の面に形成されていると共
   に、前記フレネルレンズは、前記第１のシートの観視者
   側の面に形成されていることを特徴とする大画面投写形
   ディスプレイ。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載の大画面投写形ディス
   プレイにおいて、前記フレネルレンズは、リニアフレネ
   ルレンズから成ることを特徴とする大画面投写形ディス
   プレイ。
4. 【請求項４】　　請求項３に記載の大画面投写形ディス
   プレイにおいて、前記第１のシートは、それぞれの観視
   者側の面にリニアフレネルレンズが互いに鏡面対称とな
   るように形成された２枚の半サイズシートを、互いに、
   前記リニアフレネルレンズの平坦部において相接合して
   成ることを特徴とする大画面投写形ディスプレイ。
5. 【請求項５】　　請求項１に記載の大画面投写形ディス
   プレイにおいて、前記第２のシートは、垂直方向に光を
   収束する収束手段を具備することを特徴とする大画面投
   写形ディスプレイ。
6. 【請求項６】　　請求項１に記載の大画面投写形ディス
   プレイにおいて、前記第２のシートは、垂直方向に光を
   発散する第２の発散手段を具備することを特徴とする大
   画面投写形ディスプレイ。
7. 【請求項７】　　請求項５に記載の大画面投写形ディス
   プレイにおいて、前記透過式スクリーンは、垂直方向の
   収束力が水平方向の収束力より強いことを特徴とする大
   画面投写形ディスプレイ。
8. 【請求項８】　　透過式スクリーンを用いた大画面投写
   形ディスプレイにおいて、前記透過式スクリーンは、投
   写源からの光を透過する第１のシートと、該第１のシー
   トより観視者側に配置され、該第１のシートからの光を
   透過する第２のシートと、該第２のシートより観視者側
   に配置され、該第２のシートからの光を透過する第３の
   シートと、で少なくとも構成され、前記第１のシートは
   、少なくとも水平方向に光を発散し、且つ、少なくとも
   水平方向に光を収束する第１のレンチキュラーフレネル
   レンズを具備し、前記第３のシートは、比較的大きなピ
   ッチを有する第３のレンチキュラーレンズを具備すると
   共に、前記第１のレンチキュラーフレネルレンズにおけ
   るレンチキュラー成分の実効発散角εと前記第１のレン
   チキュラーフレネルレンズにおけるフレネル成分の配列
   周期ＴＦと前記第２のシートの厚みＤとの間には、εＤ
   ／ＴＦ＝０．７〜３ なる関係があることを特徴とする大画面投写形ディスプ
   レイ。
9. 【請求項９】　　請求項３または４に記載の大画面投写
   形ディスプレイにおいて、前記透過式スクリーンは、垂
   直方向に対し観視者側に４°〜１０°傾くよう設置され
   ていることを特徴とする大画面投写形ディスプレイ。
10. 【請求項１０】　　請求項６に記載の大画面投写形ディ
    スプレイにおいて、前記第２の発散手段は、第２のレン
    チキュラーフレネルレンズから成り、前記第２のシート
    の観視者側の面に形成されていることを特徴とする大画
    面投写形ディスプレイ。
11. 【請求項１１】　　請求項６に記載の大画面投写形ディ
    スプレイにおいて、前記第２の発散手段は、第４のレン
    チキュラーレンズから成り、前記第２のシートの投写源
    側及び観視者側の面にそれぞれ形成されていると共に、
    該第２のシートの観視者側の面に形成される前記第４の
    レンチキュラーレンズは、その光非伝送部分に第１のブ
    ラックストライプが形成され、そのレンズ面に第１のミ
    クロレンチキュラーレンズが形成され、該第１のミクロ
    レンチキュラーレンズは、その配列周期が観視者側の面
    上における投写源の像の実効直径よりも小さく選定され
    、その実効発散角が前記フレネルレンズの配列周期ＴＦ
    当りの、前記第２のシートの投写源側及び観視者側の面
    にそれぞれ形成される前記第４のレンチキュラーレンズ
    の発散角よりも大きいことを特徴とする大画面投写形デ
    ィスプレイ。
12. 【請求項１２】　　請求項１に記載の大画面投写形ディ
    スプレイにおいて、前記第１のレンチキュラーレンズは
    、前記第３のシートの投写源側及び観視者側の面にそれ
    ぞれ形成されていると共に、該第３のシートの観視者側
    の面に形成される前記第１のレンチキュラーレンズは、
    その光非伝送部分に第２のブラックストライプが形成さ
    れ、そのレンズ面に第２のミクロレンチキュラーレンズ
    が形成され、該第２のミクロレンチキュラーレンズは、
    その配列周期が観視者側の面上における投写源の像の実
    効直径よりも小さく選定され、その実効発散角が前記フ
    レネルレンズの配列周期ＴＦ当りの、前記第３のシート
    の投写源側及び観視者側の面にそれぞれ形成される前記
    第１のレンチキュラーレンズの発散角よりも大きいこと
    を特徴とする大画面投写形ディスプレイ。
13. 【請求項１３】　　請求項１１に記載の大画面投写形デ
    ィスプレイにおいて、前記第１のブラックストライプは
    、前記第２のシートの観視者側の面に形成される前記第
    ４のレンチキュラーレンズの谷間に形成され、前記第２
    のシートの投写源側の面にその面の法線に対して上下方
    向に４５°の角度で入射する光の透過率が約１／２以下
    となるよう、配置されていることを特徴とする大画面投
    写形ディスプレイ。