JPH0469374B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ビデオプロジエクシヨンテレビ等に
用いる背面投影式のスクリーンに関するものであ
る。

ビデオプロジエクシヨンテレビのような背面投
影装置は、原理的には第１図に示すように、
CRT等からの光源Ｐから出射する光を適宜レン
ズ系Ｌによつて拡大し、スクリーンＳの背面側か
ら投影し、このスクリーンＳの反対面より観察す
るようになつている。ところが、このように光源
ＰからスクリーンＳまでの距離を長くすると、投
影装置が大型になるため、実際には第２図Ａ，
Ｂ，Ｃに示すように１ないし３枚のミラーＭを組
合せ、一旦反射させてから投影する方式が採用さ
れている。しかしながら、同図Ａの方式では装置
の高さが大きくなり、またＢ，Ｃにおいても高
さ、奥行の点で十分に小型化したとはいいきれな
い面があつた。

またこのような投影装置に用いられるスクリー
ンには、入射側にサーキユラーフレネルレンズを
設け、これによつてスクリーンの隅々まで明るく
見えるような手段が施されているものが多いが、
このサーキユラーフレネルレンズは、第３図に示
すように、レンズ面イが非レンズ面ロを介して連
続しているため、斜線で示した非レンズ面ロへの
入射光が集光せずにフレネルの効率を低下させ、
また解像力に悪影響を及ぼす難点がある。この点
を防ぐために、フレネルレンズのレンズ面を逆に
向けて平坦な面から入射させ、他のレンチキユラ
ーレンズと組合せることが一部で行なわれている
が、このように２枚構成のスクリーンとすること
は、単に組立てが煩雑となるばかりでなく、２枚
間の光のフレアで画面がぼけ、また光の利用効率
も低下するきらいがあつた。

また投影装置の奥行を小さくすることのできる
スクリーン装置として、特開昭58−57120号公報
や特開昭59−9649号公報が知られており、スクリ
ーンに対して斜め方向から入射させて、投影系の
奥行を小さくすることが提案されているが、これ
らはレンズの屈折を利用しているため、入射角度
を大きくすることに限界があつた。

このような点を改善するため、本発明者等は背
面側から光を急角度で入射させて像を観察するス
クリーンであつて、この入射面に平行な多数のプ
リズム群を設けると共に、該プリズム群を構成す
る個々のプリズムに全反射面を設け、入射した光
が全反射面で全反射して観察側に出射するように
構成した背面投影スクリーンについて既に提案し
ている特開昭60−173533号および特開昭61−
208041号。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の我々の提案により、奥行きおよび高さ方
向の寸法を小さくして装置を小型化し、しかも解
像力を低下させない明るい背面投影スクリーンを
提供できるようになつたが、さらに入射光量の効
率を高めるべく検討した結果、本発明を完成させ
たものである。

（問題点を解決するための手段） すなわち本発明は上記の目的を達成するために
なされたもので、その要旨とするところは、背面
側から光を急角度で入射させて像を観察するスク
リーンであつて、この受光面には直線状または円
弧状に延びる多数のプリズム群が形成されている
と共に、このプリズム群を構成する個々のプリズ
ムには、光が入射する対面と、この光が全反射し
て観察側に出射するような全反射面が形成されて
おり、しかも該全反射面と対面とで形成される先
端に欠除部が形成されていることを特徴とする背
面投影スクリーンにある。

以下本発明を実施例の図面に従つて説明する。

第４図は本発明の背面投影スクリーンの基本的
な構成を説明するための概略図で、ＰがCRT等
の光源、Ｌがレンズ系、Ｓが背面投影スクリーン
であり、光源Ｐからの光は背面投影スクリーンＳ
背面に急角度に入射するようになつている。ここ
で背面投影スクリーンＳに入射するときの角度
（θ）は、概ね40〜75°である。このときの光源Ｐ
から背面投影スクリーンＳまでの距離（ｌ）は従
来の方式と同じであるが、斜め下方に光源Ｐが位
置するため、奥行き方向の距離（l′）は l′＝lcosθ となりｌに比べてきわめて小さくすることができ
る。

しかしながらこれでは高さが必ずしも小さいと
はいえないため、実際には第５図Ａのように１枚
のミラーM₁を用いることにより、高さを小さく
し奥行き方向の長さも小さくすることが望まし
い。また一層高さを小さくし全体的に小型化する
ためには、第５図Ｂの如く２枚のミラーM₂，M₃
を組合せ、光源Ｐを背面投影スクリーンＳと第１
のミラーM₂の間に配置して、２度反射させた後
に投影させるとよい。

第６図はさきに提案した背面投影スクリーンの
一部を示すもので、この例においては背面投影ス
クリーンの背面側に同一形状からなるプリズム群
を多数設けている。すなわちこのプリズム群は直
線状または円弧状に延びて配列されたプリズム１
の多数より構成されており、しかも個々のプリズ
ム１は入射した光が全反射面で全反射して観察側
に出射するような全反射面１Ａとこの入射面に相
当する対面１Ｂとで構成されている。

このプリズム１の光学特性についてさらに説明
するが、この例では光を斜下方から投影するよう
になつているので、斜上方から投影する場合は、
逆向きとなる。

いま第６図に示すように、スクリーン上のある
点でのスクリーン平面への入射角θ、プリズムの
頂角θ₁、プリズムの入射角の傾きθ₂とすると、平
行出射の場合θ₂は次式で求めることができる。
（ｎは基材の屈折率） tanθ₂＝｛sinθ＋nsin2θ₁｝ ／｛cosθ−ncos2θ₁｝ …… 上記の我々の提案により、奥行きおよび高さ方
向の寸法を小さくして装置を小型化し、しかも解
像力を低下させない明るい背面投影スクリーンを
提供できるようになつたが、入射角度によつて
（60°以下の入射角度の小さい時）、画像が暗くな
つたり、２重像が発生する現象が起きることがわ
かつた。

すなわち第７図のように入射角度θが比較的大
きい場合入射光は、Ａ−A′の如くすべて入射面
の対面１Ｂに当たり光路変換される。ところが第
８図のように入射角度θが比較的小さい場合、Ｂ
−B′のように入射面の対面１Ｂに当たらず直進
していく光線があらわれる。この光線は、いわゆ
る正規の集光光ではなくロスとなつてしまうた
め、この光線が多いと、画像が暗くなる。またこ
の光線は迷光となり、正規の出射位置以外の場所
から出射されるため、２重像となりコントラス
ト、解像力を著しく低下させる。

そこで、本発明においては、このＢ−B′光を
極力減少させるべく検討した結果、本発明を完成
したものである。

ところで第８図の入射光に対するＡ光の割合
（効率）ｅは次式で求めることができる。

ｅ＝１＋tanθ₂｛tanθ・tan（θ₁＋θ₂）＋１｝／｛ta
n（θ₁＋θ₂）−tanθ₂｝− ｛１＋tanθ₂tanθ｝／｛＋tanθ₂tan（θ₂−ｒ）｝…
… （sinr＝sin（θ₂−θ）／ｎ） 上記式とこの式により検討を行なつた結
果、効率ｅを上げて第８図のＢ−B′光を減らす
ためには、プリズムの頂角θ₁を小さくしθ₂を大き
くしてプリズム１山の高さを高くすることにより
達成できることがわかつた。

ところがプリズムの頂角θ₁を小さくするために
は、切削工具の先端角度を小さくする必要がある
が、先端の破損や摩耗等の問題があり、先端を鋭
利にすることには限度がある。例えばダイヤモン
ド工具の場合50°が限界だといわれている。そこ
で我々は対面１Ｂから入射した光ができるだけ多
く全反射しうるように、対面１Ｂと全反射面１Ａ
とで形成される先端に欠除部１Ｃを形成すること
を見出した。本発明によれば、切削工具の先端角
度をあまり小さくしなくても、プリズム片の高さ
を高くすることができ、効率を上げることができ
る。

第９図は本発明の実施例の一部を示すもので、
先端を直線で欠除させ、対面を２つの異なる平面
で構成することにより、θ₂を大きくして、しかも
θ′₁も比較的大きくすることができ、これによつ
て効率を上げられる。また、第１０図のように欠
除部１Ｃの面を曲線にしても同様な効果が得られ
る。

上記２つの例は、対面１Ｂ側に平面ないし曲面
を設けて欠除部を形成しているが、逆に全反射面
１Ａ側に、平面ないし曲面を設けて欠除部を構成
してもよい。これらの例を示すのが第１１図およ
び第１２図で上記例と同様、θ₂を大きくしてしか
もθ′₁も比較的大きくすることができる。

このような特徴をもつプリズム１はスクリーン
の全面にわたつて形成されてもよく、また効率の
悪い部分にのみ形成されてもよい。

本発明ではプリズム群を構成するプリズム１の
高さを高くすることにより、光の有効利用を図る
ことが目的であるが、効率を優先するあまり、傾
斜角度θ₂を大きくとりすぎると、プリズム１間の
溝部が深くなり、製造用型の先端角度が鋭くな
る。したがつて成形を行なう場合等では型の寿命
が問題となることもあるため、プリズム１相互間
にフラツト面等の狭小なつなぎ面を設け、型の先
端を保護するとよい。

第１３図ないし第１８図は、本発明の実施例の
部分を示すもので、第１３図は最も基本的な背面
投影スクリーンであり、投影側には全反射面Ａと
対面１Ｂとからなるプリズム１の多数が形成され
ている。第１４図は上記第１３図の例における観
察側に垂直方向に延びるレンチキユラーレンズ面
１Ｄを形成したもので、このレンチキユラーレン
ズ面１Ｄにより水平方向の光拡散性を付与したも
のである。また第１５図および第１６図は同様に
投影側に、全反射面１E₁，１F₁を備えたレンチ
キユラーレンズ面１Ｅ，１Ｆを形成したもので、
これにより一層大きな水平方向の光拡散性すなわ
ち視野角度が得られる。なお、第１５図および第
１６図における全反射面を有するレンチキユラー
レンズ面１Ｅ，１Ｆの構成および作用について
は、同一出願人の特開昭57−165830号、特開昭57
−205727号、特開昭57−207235号、特開昭58−
114026号、特開昭58−145933号、特開昭58−
176628号に詳述されているので、ここでの説明は
省略する。

第１７図および第１８図は、第１３図の背面投
影スクリーンの観察側にさらに別体のシート２を
組合せた例を示すもので、第１７図は投影側に水
平方向に延びるレンチキユラーレンズ面２Ａが、
また観察側に第１６図と同様な全反射面２B₁を
有する垂直方向のレンチキユラーレンズ面２Ｂが
形成された別体のシート２を組合せており、これ
によつて水平および垂直方向の光拡散性をも付与
した背面投影スクリーンとすることができる。ま
た第１８図は投影側に垂直方向に延びるレンチキ
ユラーレンズ面２Ｃが、また観察側に凹状のレン
チキユラーレンズ面２Ｄと外光吸収層２Ｅとが形
成された別体のシート２を組合せたもので、これ
によつて水平方向の光拡散性とコントラストを向
上させることが可能となる。

なお、上記の実施例では、プリズム１群を水平
方向に延びるように連設しているがこれを90°変
換して垂直方向に延びるように構成してもよい。
勿論この場合はプロジエクターは横方向に設置す
ることとなる。

本発明の背面投影スクリーンは、斜め後方から
像を投影することとなるため、スクリーンの像に
歪が生じ、しかも像のボケを招くこととなるが、
これらは次の投影系の措置により解決できる。す
なわち像の歪については、各部の歪量を想定して
CRTの電気回路で補正すればよい。また像のボ
ケは、レンズ系からスクリーンまでの距離の差に
よつて生じるため、CRTからレンズ系に入射す
る像を、光軸に対して一定角度をもたせ、スクリ
ーン上に等しい焦点距離となるようにすればよ
い。

なお本発明の背面投影スクリーンに使用する素
材としては、アクリル樹脂が最も適しているが、
これは光学特性及び成形加工性の点からアクリル
樹脂が特に優れているからである。しかし、これ
に換えて塩化ビニール樹脂、ポリカーボネート樹
脂、オレフイン系樹脂、スチレン系樹脂等を用い
ることもでき、これらの合成樹脂材料を用いると
きは、押出し成形、加熱プレスあるいは射出成形
によつて、本発明に係る背面投影スクリーンを製
作することができる。

また本発明の背面投影スクリーンを構成する基
材あるいは別体のシートに、光拡散性を一層向上
させるための光拡散手段を講じるとよい。この光
拡散手段としては、基材を構成する合成樹脂、例
えばアクリル樹脂にSiO₂，CaCO₃，Al₂O３，
TiO₃，BaSO₄，ZnO，Al（OH）₃，ガラス微粉末
あるいは有機拡散剤等の液状合成樹脂媒体に融解
または化学変化をしない拡散物質の１種または２
種以上の添加物を媒体中に一様に混入分散分布す
るか、またはこれらの拡散物質を含む層を形成す
るとよい。また投影側の面および／または観察側
の面に微細なマツト面を形成することも有効であ
る。このように光拡散性を付与する手段を講ずる
と、スクリーンの水平方向と垂直方向の拡散性が
補われ、均一性を高めることができることとな
る。

（実施例） 屈折率1.49の透明アクリル樹脂シート（厚さ３
mm）を熱プレス成形し、円弧状のプリズム群を有
する背面投影スクリーンを製作した。

この実施例におけるプリズムの仕様および設置
した光源の位置関係は次の通りである（第１９図
参照）。

光源の位置 スクリーンＳの後方 χ＝600mm スクリーンＳ中心から下方 ｙ＝1000mm （スクリーン中央へスクリーン平面に対して
60°で入射） プリズム円弧の中心スクリーン中心から垂直軸上
下方1000mm プリズムのピツチ Ｐ＝0.5mm スクリーンサイズ たて700mm よこ900mm なお、第１９図においてＦはスクリーンＳを含
む平面で、Ｏはこの平面Ｆ上での円弧の中心であ
る。

プリズム頂角θ₁＝50°のものと、θ₁＝40°で先端
（山の上方1/5）の部分を第９図の要領で欠除さ
せ、θ₁＝60°としたものの２種類を作成し、各プ
リズムの傾斜角θ₂は、上述の式により算出され
た角度とし、この条件ですべてスクリーン平面に
垂直な平行出射となるようにしてその効率を比較
した。

上記のような構成で、スクリーンに対して中心
で60°という急角度で入射する光をプリズムの反
射面で全反射させて観察側に効率よく出射させ、
この光線利用率を測定したところ、スクリーン中
心および上方では両方ともに100％であつたが、
下端部分では、θ₁＝50°のものは90％であつたの
に対し、本発明のθ₁＝40°、θ′₁＝60°のものは100
％とスクリーン全体にわたつて高効率を維持し、
しかも切削工具の寿命も長くすることができるこ
とがわかつた。

（発明の効果） 本発明は以上詳述した如き構成からなるもので
あり、スクリーン後方に急角度で入射した光をプ
リズムの形状と全反射の作用により効率よく観察
面に均一に出射させることができるため、本発明
による背面投影スクリーンを採用するときは光源
となるプロジエクターの相対位置を斜め後方に位
置させ、投影装置全体を小型化することができ、
しかも均一で明るく効率のよい背面投影スクリー
ンを簡便に提供しうる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第２図は従来の背面投影スクリー
ンに対するプロジエクターからの光路の説明図、
第３図は従来の背面投影スクリーンに用いられる
フレネルレンズの部分側面図、第４図および第５
図は本発明の背面投影スクリーンを用いた場合の
プロジエクターからの光路の説明図、第６図ない
し第８図はさきに提案した背面投影スクリーンに
おける光の進行状態を示す部分的な側面図、第９
図ないし第１２図は本発明の背面投影スクリーン
の光の進行状態を示す部分的な側面図、第１３図
ないし第１８図は本発明の実施例を示す部分的な
斜視図、第１９図は本発明の具体的実施例の背面
投影スクリーンを示す斜視図である。 Ｓ……スクリーン、Ｐ……CRT、Ｌ……レン
ズ系、M₁，M₂，M₃……ミラー、１……プリズ
ム、１Ａ……全反射面、１Ｂ……対面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 背面側から光を急角度で入射させて像を観察
   するスクリーンであつて、この受光面には直線状
   または円弧状に延びる多数のプリズム群が形成さ
   れていると共に、このプリズム群を構成する個々
   のプリズムには、光が入射する対面と、該対面に
   入射した全ての光が全反射して観察面に出射する
   ような全反射面が形成されており、しかも該全反
   射面と対面とで形成される先端に欠除部が形成さ
   れていることを特徴とする背面投影スクリーン。 ２ 欠除部が曲面で構成されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の背面投影スクリー
   ン。 ３ プリズムとプリズムとの間に狭小なつなぎ面
   が形成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の背面投影スクリー
   ン。 ４ 観察面に垂直方向に延びるレンチキユラーレ
   ンズ面を形成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項、第２項または第３項記載の背面投影ス
   クリーン。 ５ 全反射面を備えたレンチキユラーレンズ面を
   形成したことを特徴とする特許請求の範囲第４記
   載の背面投影スクリーン。 ６ 観察面にサーキユラーフレンネルレンズを形
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項、
   第２項または第３項記載の背面投影スクリーン。 ７ スクリーンを構成する基材に光拡散手段を施
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
   ２項、第３項、第４項、第５項または第６項記載
   の背面投影スクリーン。 ８ レンチキユラーレンズ面を有する別体のシー
   トと組合せたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項
   または第７項記載の背面投影スクリーン。 ９ 別体のシートに光拡散手段を施したことを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載の背面投影ス
   クリーン。