JPH05188476A

JPH05188476A - 透過型スクリーン

Info

Publication number: JPH05188476A
Application number: JP4215718A
Authority: JP
Inventors: Shigetaka Yugi; 茂孝弓木
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1991-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1993-07-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】光量損失を低減し、カラーシフト補正を可能に
しシリンドリカルレンズ系全系における球面収差を制御
し、光の発散状態を検討しながらその面形状を選択でき
るようにする。【構成】入射光を屈折するフレネルレンズと、このフレ
ネルレンズより射出する光を集光し発散させるレンチキ
ュラーシートとからなる透過型スクリーンであり、レン
チキュラーシートはその入射側面上と射出側面上とのそ
れぞれにシリンドリカルレンズを有していて、入射側面
上シリンドリカルレンズ面の形状を式［数１］で表した
とき、Ａ≧０．１で少なくともＡ₁ ≠０であ
り、屈折力が［数２］で、入射側面上シリンドリカルレ
ンズ面頂点と射出側面上シリンドリカルレンズ面頂点の
間隔が［数３］である。【数１】【数２】【数３】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブラウン管像を投写レ
ンズで拡大投写し、投写像を観視するプロジェクション
テレビに使用される透過型スクリーンに関し、特にフレ
ネルレンズとレンチキュラーシートとから構成されフレ
ネルレンズを投写レンズ側に、レンチキュラーシートを
観察者側に配置される透過型スクリーンに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の
光を射出する３本の投写管と３本の投写レンズにて構成
される投写ＴＶ（プロジェクションテレビ）には、図２
２に示すように透過型スクリーン１が用いられており、
この透過型スクリーン１は投写レンズ側よりフレネルレ
ンズ２、レンチキュラーシート３となる構成を有してい
ることが知られている。

【０００３】投写ＴＶ系の３本の投写管より射出された
光は、Ｒ，Ｇ，Ｂ光のそれぞれに対して配置された投写
レンズの結像作用により、スクリーン上に結像する。こ
の投写ＴＶ系の３本の投写管の内、Ｇ光を射出する投写
管はスクリーン光軸上に配置され、Ｒ，Ｂ光を射出する
投写管は前記光軸外に配置されている。このことにより
投写管それぞれより射出し、投写レンズを経てスクリー
ンへ入射する光のうち、Ｒ，Ｂ光はＧ光に対して傾きを
持つこととなる。

【０００４】その為、スクリーンを構成するレンチキュ
ラーシート３は、その入射側面上にシリンドリカルレン
ズ４を配置し、このレンズ配置ピッチに合わせ、射出側
面上にもシリンドリカルレンズ５を配置していて、射出
側面上シリンドリカルレンズ面５０の屈折作用を利用
し、Ｇ光に対するＲ，Ｂ光の傾きを補正し、観察者側で
観られるカラーシフトを減少させている。

【０００５】本来、レンチキュラーシートには、Ｒ，
Ｇ，Ｂ光それぞれの入射光を集光し、均一に発散させ広
範囲に亘る観視を可能にする役割を担わせており、この
均一な発散を得るため、レンチキュラーシートの入射側
面上シリンドリカルレンズ面４０の形状は、単に球面収
差の発生を小にするという、一義的な理由から楕円形状
を採用していた。（既に球面収差の発生を零とするレン
ズ面形状については広く知られている。例えば「Ｔｅｃ
ｈｎｉｃａｌＯｐｔｉｃＶｏｌＩＩ」において楕円
形状にすると、球面収差が零となることが記載されてい
る。）

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
製造し易さを追求し、入射側面上シリンドリカルレンズ
面４０の形状変更を行おうとした場合、球面収差の発生
量を増大させ性能劣化が伴なうものとなっていた。すな
わち入射側面上のシリンドリカルレンズ形状が、現状の
シート素材やシート成形方法などからの規制を受けて設
定通りには成形しにくいという点がある。

【０００７】一方、射出側面上シリンドリカルレンズ面
５０は、カラーシフト補正へ有効に作用させるため、射
出側面上シリンドリカルレンズ面全体の屈折力が強く
（すなわち曲率半径が小さく設けられている。）、この
ため、シリンドリカルレンズ系に対し、軸外光束に相当
するＲ，Ｂ光の上光線もしくは下光線と面法線とのなす
角度が大きく全反射を起こして光量損失が生じており、
投写管からのＲ，Ｂ光を有効に集光させ発散させること
ができなかった。

【０００８】そこで本発明は上記事情に鑑みて、球面収
差変動による性能劣化を生じさせず、また光量損失を低
減させることを課題とし、シリンドリカルレンズ系全系
における球面収差を制御し、光の集光状態、言い換える
と発散状態を検討しながらその面形状を選択できるよう
にすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を考慮してなされたもので、入射光を屈折するフレネル
レンズと、このフレネルレンズより射出する光を集光し
発散させるレンチキュラーシートとからなる透過型スク
リーンにおいて、前記レンチキュラーシートはその入射
側面上と射出側面上とのそれぞれにシリンドリカルレン
ズを有し、前記入射側面上シリンドリカルレンズ面の形
状が（１）式（［数９］）

【００１０】

【数９】

【００１１】で表したとき、Ａ≧０．１ ────（２）で少なくとも、Ａ₁ ≠０ ────（３）であり、屈折力が（４）式（［数１０］）

【００１２】

【数１０】

【００１３】で、入射側面上シリンドリカルレンズ面頂
点と射出側面上シリンドリカルレンズ面頂点の間隔が
（５）式（［数１１］）

【００１４】

【数１１】

【００１５】であることを特徴とする透過型スクリーン
を提供して、上記課題を解消するものである。そして上
記の入射側面上シリンドリカルレンズ面の形状が（６）
式（［数１２］）

【００１６】

【数１２】

【００１７】であるように構成したものである。また上
記射出側面上シリンドリカルレンズ面の形状が（７）式
（［数１３］）

【００１８】

【数１３】

【００１９】で表したとき、Ａ＞１．０ ────（８）であるように構成したものである。またさらに上記射出
側面上シリンドリカルレンズ面の形状が（９）式（［数
１４］）

【００２０】

【数１４】

【００２１】で表したとき、Ａ＞１．０ ────（１０）であるように構成したものである。

【００２２】また上記射出側面上シリンドリカルレンズ
面の形状が［数１５］で表したとき、

【００２３】

【数１５】

【００２４】で表したとき、Ａ₂ ＜０ ────（１１）であるように構成したものである。またさらに上記射出
側面上シリンドリカルレンズ面の形状が［数１６］で表
したとき、

【００２５】

【数１６】

【００２６】で表したとき、Ａ₂ ＜０ ────（１２）であるように構成したものである。

【００２７】

【作用】レンズ面の形状は（１３）式（［数１７］）

【００２８】

【数１７】

【００２９】で表すことができるが、一般的には上記
（１３）式（［数１７］）でｎ＝２以上の非球面係数を
持つものとして下記（１４）式（［数１８］）と表現し
ている。

【００３０】

【数１８】

【００３１】上記（１４）式（［数１８］）で、入射側
面上シリンドリカルレンズ面を表し、任意の円錐定数Ａ
の下でシリンドリカルレンズ系全系の球面収差を補正し
ようとすると、多くの場合、高次非球面項により球面収
差を補正することとなるが、収差補正に利用した高次非
球面項により、入射側面上シリンドリカルレンズ面のレ
ンズ周辺部で急激な形状変化が生じ、入射側面上シリン
ドリカルレンズ面上で光束の一部が全反射を起こす場合
が生じる。この為、本発明ではレンズ面形状を（１５）
式（［数１９］）

【００３２】

【数１９】

【００３３】で表されるものとし、このとき、入射面側
上シリンドリカルレンズ面の面屈折力を決める。近軸曲
率半径ｒが（１６）式（［数２０］）

【００３４】

【数２０】

【００３５】であることに着目する。球面収差補正負担
の大部分を２次項（２次係数Ａ₁ ）に負わせ、円錐定数
Ａ≧

【００３６】

【外１】

【００３７】より、シリンドリカルレンズ系全系の球面
収差をコントロールし、光の集光状態（言い換えると発
散状態）を考慮しレンズ面形状を選ぶことを可能にし
た。またこのことから、製造のし易さを勘案しながらレ
ンズ面形状を選ぶことも可能となった。

【００３８】Ｒ光束もしくはＢ光束は、シリンドリカル
レンズ系にとって、軸外光束に相当するが、この光束は
レンズ系の入射側面上シリンドリカルレンズ面の屈折作
用により、内方コマ収差を発生する。この収差の影響か
ら入射面上シリンドリカルレンズ面焦点近傍では、光束
中の主光束が最も高い位置を通る。この現象から主光源
に対し、射出面上、シリンドリカルレンズ面法線のなす
角が大となり、光束中の上光線もしくは下光線に対し
て、法線となす角が小さくなるよう、すなわちレンズ光
軸より離れた位置における面接線の傾きが大きく、光軸
に近い位置における面接線の傾きが小となるよう、射出
側面上シリンドリカルレンズ面の形状を（１７）式
（［数２１］）

【００３９】

【数２１】

【００４０】Ａ＞１．０もしくは、射出側面上シリンドリカルレンズ面形状を
（１８）式（［数２２］）

【００４１】

【数２２】

【００４２】Ａ₂ ＜０であるようにすることにより、シリンドリカルレンズ系
の軸外光束に相当するＲ，Ｂ光の主光線に対し、面法線
のなす角度を大きくし、主光線を大きく屈折させ、レン
ズ系を射出する主光線傾角が光軸とほぼ平行となるよう
にし、Ｒ，Ｂ光の上光線もしくは下光線に対し、面法線
となす角を小とし、従来、全反射を起こし光量損失とな
った原因を取り除き、同時にＲ，Ｂ光の射出角をＧ光と
ほぼ同じにし、その結果、従来品に対し、光量増であ
り、カラーシフトの少ないスクリーンとなし得た。

【００４３】本発明における円錐定数、屈折力の制限は
下記の理由によるものである。・上記（２）式においてＡ（円錐定数）＜０．１の場合、レンチキュラーシート
の入射側面上シリンドリカルレンズ面の頂点からレンズ
周辺部迄の深さが深くなり、シリンドリカルレンズ面を
作製することが困難になる。

【００４４】・上記（３）式においてＡ₁ ＝０の場合、レンチキュラーシート上のシリンドリ
カルレンズ系の球面収差補正の為、高次非球面項を活用
せねばならず、その結果、レンチキュラーシートの入射
側面上シリンドリカルレンズ面のレンズ周辺部分で急激
な形状変化が起こる。そのため作製誤差による性能変化
を起こし易くなり好ましくない。

【００４５】・上記（４）式（［数１０］）において［数２３］の場合、レンチキュラーシートの入射側面上
シリンドリカルレンズ面の形状がきつくなり製作上、困
難が伴うことになる。

【００４６】

【外２】

【００４７】

【数２３】

【００４８】

【数２４】

【００４９】・上記（５）式（［数１１］）は、（２）
式、（３）式、（４）式の条件下で、本発明の効果を十
分に発揮させるために規定したものである。下記［数２５］とするとカラーシフト補正には有効であ
るが、シリンドリカルレンズ系内に焦点を結び、射出側
面上シリンドリカルレンズ面が指向性を狭くするように
作用する。また下記［数２６］とすると、射出側面上シ
リンドリカルレンズ面が入射側面上シリンドリカルレン
ズ面に近づき過ぎて、射出側面上シリンドリカルレンズ
面のカラーシフト補正効果が弱くなる。

【００５０】

【数２５】

【００５１】

【数２６】

【００５２】・上記（８）式は射出側面上シリンドリカ
ルレンズ面の形状を規定するものである。Ａ＜１．０の場合、楕円の長軸を光軸と一致させた形状
となり、カラーシフトを補正しようとすると、Ｒ，Ｂ光
の上光線もしくは下光線がレンズ面法線となす角が大き
くなり、上光線もしくは下光線が全反射を起こし、その
結果、光量損失を生じる。・上記（１１）式は射出側面上シリンドリカルレンズ面
の形状を規定するものである。Ａ₂ ＞０の場合、スクリーン観察範囲の端における色付
きの発生を防ぐため、射出側面上シリンドリカルレンズ
面を射出するＲ，Ｇ，Ｂ光それぞれの射出角を揃える目
的でレンズ面形状の基準球面曲率半径を決めると、主光
線とレンズ面法線のなす角を大きくできず、その結果、
主光線屈折角が小さくなり、カラーシフト補正不足とな
る。

【００５３】

【実施例】つぎに、本発明を以下に示す実施例に基づい
て詳細に説明する。・実施例１入射側面上シリンドリカルレンズ面、射出側面上シリン
ドリカルレンズ面に対する各条件を［表１］に示すもの
として検討し、図１、図２、図３、図４に示す結果が得
られた。図１においては入射側面上シリンドリカルレン
ズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収差と
正弦条件を示し、図２は軸外光束に相当するＲ光のコマ
収差、図３は軸上光束に相当するＧ光と軸外光束に相当
するＲ光の光路を示している。図４はＲ，Ｇ，Ｂ光の光
路を示している。

【００５４】

【表１】

【００５５】図３より、Ｒ光主光線Ｒ₁ がレンズ通過
後、光軸にはほぼ平行であることが明らかである。

【００５６】・実施例２つぎに、入射側面上シリンドリカルレンズ面、射出側面
上シリンドリカルレンズ面に対する各条件を［表２］に
示すものとして検討し、図５から図８に示す結果が得ら
れた。図５においては入射側面上シリンドリカルレンズ
面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収差と正
弦条件を示し、図６は軸外光束に相当するＲ光のコマ収
差、図７は軸上光束に相当するＧ光と軸外光束に相当す
るＲ光の光路を示している。図８はＲ，Ｇ，Ｂ光の光路
を示している。

【００５７】

【表２】

【００５８】・実施例３つぎに、入射側面上シリンドリカルレンズ面、射出側面
上シリンドリカルレンズ面に対する各条件を［表３］に
示すものとして検討し、図９から図１２に示す結果が得
られた。図９においては入射側面上シリンドリカルレン
ズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収差と
正弦条件を示し、図１０は軸外光束に相当するＲ光のコ
マ収差、図１１は軸上光束に相当するＧ光と軸外光束に
相当するＲ光の光路を示している。図１２はＲ，Ｇ，Ｂ
光の光路を示している。

【００５９】

【表３】

【００６０】・実施例４つぎに、入射側面上シリンドリカルレンズ面、射出側面
上シリンドリカルレンズ面に対する各条件を［表４］に
示すものとして検討し、図１３と図１４に示す結果が得
られた。図１３においては入射側面上シリンドリカルレ
ンズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収差
と正弦条件を示し、図１４はＲ，Ｇ，Ｂ光の光路を示し
ている。

【００６１】

【表４】

【００６２】・実施例５つぎに、入射側面上シリンドリカルレンズ面、射出側面
上シリンドリカルレンズ面に対する各条件を［表５］に
示すものとして検討し、図１５と図１６に示す結果が得
られた。図１５においては入射側面上シリンドリカルレ
ンズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収差
と正弦条件を示し、図１６はＲ，Ｇ，Ｂ光の光路を示し
ている。

【００６３】

【表５】

【００６４】・実施例６つぎに、入射側面上シリンドリカルレンズ面、射出側面
上シリンドリカルレンズ面に対する各条件を［表６］に
示すものとして検討し、図１７と図１８に示す結果が得
られた。図１７においては入射側面上シリンドリカルレ
ンズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収差
と正弦条件を示し、図１８においてはＲ，Ｇ，Ｂ光の光
路を示している。

【００６５】

【表６】

【００６６】・実施例７つぎに、入射側面上シリンドリカルレンズ面、射出側面
上シリンドリカルレンズ面に対する各条件を［表７］に
示すものとして検討し、図１９と図２０に示す結果が得
られた。図１９においては入射側面上シリンドリカルレ
ンズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収差
と正弦条件を示し、図２０においてはＲ，Ｇ，Ｂ光の光
路を示している。

【００６７】

【表７】

【００６８】

【発明の効果】レンチキュラーシートへ入射する光の
内、Ｇ光はレンチキュラーシート上に作られるシリンド
リカルレンズ系にとって、軸上光束に相当し、Ｒ，Ｂ光
は軸外光束に相当する。このＧ光に対するＲ，Ｂ光の傾
きを補正するには、レンチキュラーシートの射出側面上
のシリンドリカルレンズ面の屈折作用が、軸外光束主光
線に対して大きくなるよう、射出側面上シリンドリカル
レンズ面を配置することが必要である。このことはレン
チキュラーシート上のシリンドリカルレンズ系を近軸域
で考え

【００６９】

【外３】

【００７０】

【数２７】

【００７１】

【外４】

【００７２】ｈ₂ ／ｈ₁ が小さいことが条件となる。

【００７３】

【外５】

【００７４】

【数２８】

【００７５】もともとスクリーン構成中においてレンチ
キュラーシートはＲ，Ｇ，Ｂ光それぞれの入射光を集光
し、均一に発散させて広い範囲にわたって観視を容易に
させる役目を負っており、この目的を実現させるため、
シリンドリカルレンズ系の光発散状態に関連ある正弦条
件を良好に保つ上で球面収差が良好に補正されているこ
とが必要である。しかし、先に述べたごとく、全系の屈
折力の大部分を入射側面上シリンドリカルレンズ面に負
担させていることから、入射側面上シリンドリカルレン
ズ面そのものにより発生する球面収差を押さえることが
要求される。

【００７６】本発明では入射側面上シリンドリカルレン
ズ面の形状を式［数２９］

【００７７】

【数２９】

【００７８】で表されるものとし、このとき、レンズ面
の屈折力を決める近軸曲率半径ｒが［数３０］

【００７９】

【数３０】

【００８０】であることに着目し、球面収差補正負担の
大部分を２次項（２次項係数Ａ₁ ）に

【００８１】

【外６】

【００８２】係数Ａ₁ を選択することにより、シリンド
リカルレンズ系全系の球面収差をコントロールし、光の
集光状態、言い換えると発散状態を考慮して面形状を選
択することを可能とした。

【００８３】また、このことから製造し易さをを追求
し、面形状を選択することも可能となった。射出側面上
シリンドリカルレンズ面の形状を式［数３１］

【００８４】

【数３１】

【００８５】もしくは射出側面上シリンドリカルレンズ
面の形状を式［数３２］

【００８６】

【数３２】

【００８７】であるようにすることにより、シリンドリ
カルレンズ系の軸外光束に相当するＲ，Ｂ光の主光線に
対し、面法線のなす角を大きくし、主光線を大きく屈折
させ、レンズ系を射出する主光線傾角が光軸とほぼ平行
となるようにし、Ｒ，Ｂ光の上光線もしくは下光線に対
し、面法線となす角を小とし、従来、全反射を起こし光
量損失となっていた原因を取り除き、同時にＲ，Ｂ光の
射出角をＧ光とほぼ同じにし、その結果、従来品に対
し、光量増であり、カラーシフトの少ないスクリーンと
なし得た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る透過型スクリーンの実施例１にお
ける入射側面上シリンドリカルレンズ面径を１ｍｍとし
たときのレンズ系全系の球面収差と正弦条件を示す説明
図である。

【図２】実施例１における軸外光束に相当するＲ光のコ
マ収差を示す説明図である。

【図３】実施例１における軸上光束に相当するＧ光と軸
外光束に相当するＲ光の光路図である。

【図４】実施例１におけるＲ，Ｇ，Ｂ光の光路図であ
る。

【図５】実施例２における入射側面上シリンドリカルレ
ンズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収差
と正弦条件を示す説明図である。

【図６】実施例２における軸外光束に相当するＲ光のコ
マ収差を示す説明図である。

【図７】実施例２における軸上光束に相当するＧ光と軸
外光束に相当するＲ光の光路図である。

【図８】実施例２におけるＲ，Ｇ，Ｂ光の光路図であ
る。

【図９】実施例３における入射面上シリンドリカルレン
ズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ全系の球面収差と正
弦条件を示す説明図である。

【図１０】実施例３における軸外光束に相当するＲ光の
コマ収差を示す説明図である。

【図１１】実施例３における軸上光束に相当するＧ光と
軸外光束に相当するＲ光の光路図である。

【図１２】実施例３におけるＲ，Ｇ，Ｂ光の光路図であ
る。

【図１３】実施例４における入射側面上シリンドリカル
レンズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収
差と正弦条件を示す説明図である。

【図１４】実施例４におけるＲ，Ｇ，Ｂ光の光路図であ
る。

【図１５】実施例５における入射側面上シリンドリカル
レンズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収
差と正弦条件を示す説明図である。

【図１６】実施例５におけるＲ，Ｇ，Ｂ光の光路図であ
る。

【図１７】実施例６における入射側面上シリンドリカル
レンズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収
差を示す説明図である。

【図１８】実施例６におけるＲ，Ｇ，Ｂ光の光路図であ
る。

【図１９】実施例７における入射側面上シリンドリカル
レンズ面径を１ｍｍとしたときのレンズ系全系の球面収
差と正弦条件を示す説明図である。

【図２０】実施例７におけるＲ，Ｇ，Ｂ光の光路図であ
る。

【図２１】近軸主光線の射出側面上シリンドリカルレン
ズへの入射高を示す説明図である。

【図２２】レンチキュラーシートを示す説明図である。

【符号の説明】

１…透過型スクリーン２…フレネルレンズ３…レンチキュラーシート４…入射側面上シリンドリカルレンズ４０…入射側面上シリンドリカルレンズ面５…射出側面上シリンドリカルレンズ５０…射出側面上シリンドリカルレンズ面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光を屈折するフレネルレンズと、この
フレネルレンズより射出する光を集光し発散させるレン
チキュラーシートとからなる透過型スクリーンにおい
て、前記レンチキュラーシートはその入射側面上と射出側面
上とのそれぞれにシリンドリカルレンズを有し、前記入射側面上シリンドリカルレンズ面の形状を［数
１］【数１】で表したとき、Ａ≧０．１で少なくとも、Ａ₁ ≠０であり、屈折力が［数２］【数２】で、入射側面上シリンドリカルレンズ面頂点と射出側面上シ
リンドリカルレンズ面頂点の間隔が［数３］【数３】であることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項２】請求項１の入射側面上シリンドリカルレン
ズ面の形状が［数４］【数４】であることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項３】請求項１の射出側面上シリンドリカルレン
ズ面の形状が［数５］【数５】で表したとき、Ａ＞１．０であることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項４】請求項２の射出側面上シリンドリカルレン
ズ面の形状が［数６］【数６】で表したとき、Ａ＞１．０であることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項５】請求項１の射出側面上シリンドリカルレン
ズ面の形状が［数７］で表したとき、【数７】Ａ₂ ＜０であることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項６】請求項２の射出側面上シリンドリカルレン
ズ面の形状が［数８］で表したとき、【数８】Ａ₂ ＜０であることを特徴とする透過型スクリーン。