JPH07119927B2 - 透過型スクリ−ン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、背面投写型ディスプレイに用いられる透過
型スクリーンに関するもので、コンパクトなディスプレ
イを構成するため、光の指向性を広げようとするもので
ある。

（従来の技術） 従来、背面投写型ディスプレイに用いられる透過型スク
リーンは、観視者側がレンチキュラー板で投写器側がフ
レネルレンズとなっている一枚構造である。第３図
（ａ）に背面投写型ディスプレイの内部構成を示す。投
写型CRT4より出た光は、投写レンズ３を通過し鏡2aと2b
とで反射され透過型スクリーン１に入射する。周囲光は
外部シャーシ５でさえぎられる。

第３図（ｂ）は投写型CRT4より出た光６が透過型スクリ
ーン１に入射する様子を示しているが、簡単化のため鏡
2aと2bとは取除いてある。第３図（ｂ）より明らかなよ
うに入射光６は、中心部では垂直に入射するが周辺部で
は斜めに入射する。テレビジョンの画角は正方形ではな
く標準テレビジョン方式では4:3になっているため、横
方向へは縦方向よりも光の入射する角度は鋭くなり、よ
り横長の画角（5:3）の高品位テレビジョン方式ではこ
の角度はさらに鋭くなる。スクリーン１の働きは投写型
CRT4で作られた像を結像させるだけでなく、前方へ光の
像を広く拡散させる働きもする。またさらに第３図
（ｂ）のように出射光７を屈折してやって光を有効利用
するのが一般的でこのためフレネルレンズが使用され
る。

第４図（ａ）にフレネルレンズの正面図を示すが、フレ
ネルレンズ８は第４図（ａ）に示すように、同心円状に
スクリーン１を削ることにより等価的にレンズとするこ
とができる。第４図（ｂ）にフレネルレンズ８を説明す
るためのスクリーン１の断面図を示す。フレネルレンズ
は投写器側に用いられる場合と、その逆に観視者側に用
いられる場合と２通りあるが、通常はスクリーンの観視
者側に後述のレンチキュラー構造を作ることもあって、
第４図（ｂ）のように投写器側にフレネルレンズを作る
ことが多い。そして第４図（ｂ）図示のように周辺へい
くに従って傾きを変化させて削っていくことにより光を
より強く屈折させている。

（発明が解決しようとする問題点） このようにフレネルレンズによりスクリーンでは光を屈
折させるが、以下にのべるような問題点がある。

第４図（ｃ）はスクリーン１の周辺部に光が入射する様
子を拡大したものである。部分９はフレネルレンズ８の
損失でありこの部分へ入射した光は利用されない。この
損失はスクリーンの周辺部ほど、また光を大きく曲げよ
うとするほど大きくなる。先に述べたように、高品位テ
レビジョン方式では画面がより横長になるため、フレネ
ルレンズの損失はより大きくなる。

背面投写型ディスプレイの特徴は光学系がすべて一体と
なってコンパクトなことであるが、より薄型化への努力
が続けられている。薄型化のためにはスクリーン１と投
写型CRT4の距離を縮めることが必要であるが、距離を縮
めるとスクリーン１に入射する光の角度が鋭くなりフレ
ネルレンズ８の損失が大きくなる。このためスクリーン
１と投写型CRT4の距離は制限され薄型化を困難にしてい
る。

また従来のスクリーンでは光を拡散させるため、第５図
（ａ）図示のようにスクリーン１の観視者側にレンチキ
ュラー板10を配設しているが、フレネルレンズを用いな
い場合は以下にのべる問題点がある。

第５図（ｂ）はスクリーン１の中心部へ光が入射する場
合を示している。この時入射光13,14はスクリーン１に
対して垂直で、入射光13,14とレンチキュラー板10の中
心軸11とは平行である。レンチキュラー板10により入射
光13はこの図で下方に、入射光14はこの図で上方へほゞ
同じ角度関係で屈折される。

一方第５図（ｃ）はスクリーン１の周辺部へ光が入射す
る場合を示している。この時入射光13,14はともにスク
リーン１に対して斜めに入射し、レンチキュラー板10へ
の入射光の軸12は前記中心軸11に対して傾いている。第
５図（ｂ）図示の場合と同様に、レンチキュラー板10に
より入射光13は入射光の軸12に対してこの図では下方
に、入射光14は上方に屈折されているが、入射光の軸12
が前記中心軸11に対して傾いているため、中心軸11より
も下方へ屈折される入射光はほんの一部である。このた
めこのようなスクリーンでは中心部のみ明るく周辺部は
暗い画像となる欠点がある。

従って本発明の目的は、前述の欠点を排除し、スクリー
ンの観視者側に設けたレンチキュラー板の形状を特殊な
構造にすることにより、光の損失が少なく透過性の均一
な薄型化をめざした背面投写型ディスプレイに用いられ
る透過型スクリーンを提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するため、本発明透過型スクリーンは、
背面投写型ディスプレイに使用される透過型スクリーン
において、縦方向にすだれ状の各エレメントを、観視者
側よりみて凹型円柱様形状体と、その形状体の両側に配
置された観視者側よりみて凸型円柱様形状体とで形成し
たレンチキュラー板をすくなくとも表示面側に具え、光
の損失を削減して光の指向性の拡大をはかったことを特
徴とする。

また本発明の好適な実施態様は、前記スクリーンが光入
射側面にフレネルレンズを具え、前記エレメントによる
条溝と前記フレネルレンズの条溝とを互いに直交させ、
画面垂直方向の分散光を集束させたことを特徴とする。

（実施例） 以下添付図面を参照し実施例により本発明を詳細に説明
する。

第１図（ａ）に本発明に関わる透過型スクリーンの表示
面側に設けたレンチキュラー板の１エレメントの横断面
を示す。この図からわかるように、レンチキュラー板の
縦方向すだれ状の各エレメントの円柱様形状体は３つの
レンズ部分よりなり、部分15,16,17の各円柱様形状体表
面をそれぞれレンズ面1,2,3と呼ぶこととする。このエ
レメントはエレメントの中心軸11に対し対称である。

まず中心軸に平行な光がこのレンチキュラー板に入射す
る場合を考える。レンズ１への中心軸に平行な入射光1
8,19は第１図（ｂ）図示のようになる。入射光18はレン
ズ面１で屈折されエレメントより出て左方に出射される
が、入射光19はレンズ面１への入射角が臨界角以上とな
っており（レンズがアクリル製の場合は約45°）、これ
らの光はレンズ面１から出射することができずそこで全
反射されレンズ面２から出射していく。全体としてレン
ズ面１に入射した平行入射光は第１図（ｂ）図示のよう
に下方に曲げられてレンズより出射していく。

次に部分16のレンズ面２への平行入射光20,21を考え
る。第１図（ｃ）はレンズ面２の上半分に光が入射した
場合を図示している。入射光20はレンズ面２で屈折され
そのまゝレンズを出射するが、入射光21はレンズ面２へ
の入射角が臨界角以上になっており全反射されてレンズ
面１から出射していく。このようにレンズ面２の上半分
に入射した光は第１図（ｃ）図示のごとくこの図では上
方に曲げられて出射していく。レンズ面２の下半分へ入
射した光は第１図（ｃ）で上下を逆にすることで得ら
れ、またレンズ面３への平行入射光は第１図（ｂ）で上
下を逆にすることで得られる。

このようにレンチキュラーレンズ板10のエレメントの中
心軸に平行に入射する光は、レンズ面1,2,3で屈折され
て出射していく光と、全反射後隣接のレンズ面から出射
していく光の２種類のあることがわかる。

次にスクリーンの周辺部で前記各エレメントの中心軸に
対し傾斜した入射光を考える。まず部分15のレンズ面１
に入射する入射光22,23を第１図（ｄ）により考察す
る。この部分は光が中心軸11に対し平行に入射した場合
第１図（ｂ）図示のごとく下方へ光を曲げる働きをする
が、斜め入射の場合も軸12より下方に光が曲げられるこ
とがわかる。さらにこの部分への入射光は第１図（ｂ）
と第１図（ｄ）とを比較してわかるように、斜めから入
射する第１図（ｄ）の方がレンズ面１へ入射する光量密
度が多くなる。第１図（ｄ）図示の入射光22はレンズ面
１で屈折されてレンズより出射する。この時斜めの入射
のため、第１図（ｂ）では反射する働きをしていた部分
24が第１図（ｄ）では屈折する働きになっていることに
注目する必要がある。入射光を斜めにするほどこの部分
24は大きくなる。入射光23はレンズ面１で反射されレン
ズ面２から出射している。この部分を増すと第１図
（ｄ）で下方に向う光は増大するが、レンズ面１でこの
部分を増加しても第１図（ｂ）では対応するその部分に
入射する入射光は左程増大しないので、平行入射光の場
合にはあまり影響を与えない。このようにかゝるレンチ
キュラー板を備えたスクリーンは、中心部分へあまり影
響を与えずに周辺部分に入射する光の曲げを大きくでき
る。全体としてレンズ面１へ斜めに入射する光は、スク
リーンに垂直に入射する第１図（ｂ）よりかなりの部分
下方に曲げられる。

次に部分16のレンズ面２へ斜めに入射する入射光25,26,
27について第１図（ｅ）の図面を使用して考察する。第
１図（ｅ）で入射光25は部分16のレンズ面２で反射され
部分15のレンズ面１で屈折し上方へ出射する。入射光26
はレンズ面２で屈折されて出射し、その出射方向は第１
図（ｃ）と比較しやゝ上方である。また入射光27はレン
ズ面２で反射された後レンズ面３で屈折し下方へ出射す
る。このようにスクリーンに斜めに光が入射した場合
は、スクリーンに垂直に光が入射した場合と比較する
と、入射する方向に出射する光が多いが、第１図（ｅ）
図示の入射光27のように大きく曲げられる光もある。

次に部分17のレンズ面３へ入射する入射光28について第
１図（ｆ）を使用して考察する。スクリーンに垂直に光
が入射する場合は、第１図（ｂ）で上下逆にして考えれ
ばわかるように入射光は上へ曲げられる。斜め入射の場
合は第１図（ｆ）と第１図（ｄ）とを比較してわかるよ
うに、入射光28は少なくレンズ面３でほとんど反射さ
れ、レンズ面２で屈折して出射していく。

このようにスクリーンに斜めに光が入射した場合は、全
体的にその方向へ出射していく光は多いが、第１図
（ｄ）図示の入射光23や第１図（ｅ）図示の入射光27の
ように大きく曲げられる光もあり、第５図（ｃ）図示の
入射光13,14と比較すると曲げられる光は多い。特徴的
なことは、第１図（ｂ），（ｃ）と第１図（ｄ），
（ｅ），（ｆ）とを比較してわかるように、レンズ面の
ある同一部分で、例えば第１図（ｄ）図示部分24などの
ように、ある方向の入射光に対しては光を屈折させる働
きをし、別の方向の入射光に対しては光を反射する働き
をするということである。

以上述べてきたように本発明スクリーンのレンチキュラ
ー板を使用すれば、入射光が従来のレンチキュラー板に
比較し曲げられて出射する光が多いので、第４図（ａ）
図示のフレネルレンズとの組合わせを考慮する必要がな
く、スクリーンの水平方向の指向性は十分保持されて、
すくなくとも水平方向に関してはフレネルレンズによる
光損失は設計の段階で考慮に入れなくともよいという利
点が生じる。

第２図に本発明の第２の実施例のスクリーンを示す。こ
のスクリーンの観視者側は第１図示のエレメントから構
成されるレンチキュラー板であり、その裏面にはフレネ
ルレンズ29があり、その条溝は前記エレメントと直交し
ている。スクリーンの水平方向の指向性の拡大にはレン
チキュラー板のみを使用し、垂直方向について別にフレ
ネルレンズを用いて分散光を集束させている。この構成
では、垂直方向のみのフレネルレンズの光損失を考慮す
ればよいので、投写型CRTとの距離を短かくしより薄型
のディスプレイを作ることができる。

（発明の効果） 本発明に関わる第１図（ａ）図示の横断面を有するエレ
メントを縦方向すだれ状の各エレメントとするレンチキ
ュラー板を観視者側に具えた透過型スクリーンを使用す
ることにより、水平方向集光用にフレネルレンズを使用
する必要がなくなり、従ってスクリーンの横方向に対し
てその損失を考慮に入れる必要がなく、ディスプレイの
薄型化を有効にすゝめることができる。

またさらに第２図示の構成のごとく水平方向に条溝を有
するフレネルレンズと本発明のレンチキュラー板とをス
クリーンの両側に配設して組合わせることによりその効
果は拡大される。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に関わるスクリーンの表示面側に設けた
レンチキュラー板縦方向すだれ状各エレメントの横断面
を示す図で、同図（ａ）は入射光のない場合、同図
（ｂ），（ｃ）はスクリーンに垂直に入射光のある場
合、同図（ｄ），（ｅ），（ｆ）はスクリーンに斜めに
入射光のある場合それぞれの光の反射、屈折を説明する
ための図、 第２図は本発明の他の実施例で、第１図示レンチキュラ
ー板とフレネルレンズとを組合わせた例を示す図、 第３図は背面投写型ディスプレイの内部構成（ａ）と光
学配置（ｂ）を示す図、 第４図は従来例のフレネルレンズの正面図（ａ）と、そ
のレンズの断面図による光の集光（ｂ）と損失（ｃ）を
説明するための図、 第５図は従来例のレンチキュラー板の斜視図（ａ）とス
クリーンに垂直（ｂ）および斜め（ｃ）に入射光のある
場合光の屈折を説明すための図である。 １……透過型スクリーン、2a,2b……鏡 ３……投写レンズ、４……投写型CRT ５……外部シャーシ、６……入射光 ７……出射光 ８……従来のフレネルレンズ 10……レンチキュラー板 15,16,17……レンズ面1,2,3 29……フレネルレンズ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】背面投写型ディスプレイに使用される透過
   型スクリーンにおいて、縦方向にすだれ状の各エレメン
   トを、観視者側よりみて凹型円柱様形状体と、その形状
   体の両側に配置された観視者側よりみて凸型円柱様形状
   体とで形成したレンチキュラー板をすくなくとも表示面
   側に具え、光の損失を削減して光の指向性の拡大をはか
   ったことを特徴とする透過型スクリーン。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載のスクリーン
   において、前記スクリーンが光入射側面にフレネルレン
   ズを具え、前記エレメントによる条溝と前記フレネルレ
   ンズの条溝とを互いに直交させ、画面垂直方向の分散光
   を集束させたことを特徴とする透過型スクリーン。