JPH083603B2 - リアプロジェクションスクリーン - Google Patents

リアプロジェクションスクリーン

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JPH083603B2
JPH083603B2 JP62232686A JP23268687A JPH083603B2 JP H083603 B2 JPH083603 B2 JP H083603B2 JP 62232686 A JP62232686 A JP 62232686A JP 23268687 A JP23268687 A JP 23268687A JP H083603 B2 JPH083603 B2 JP H083603B2
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
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    • G—PHYSICS
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    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はイメージソースから投写された画像を表示す
るのに用いるリアプロジェクションスクリーンに関する
ものである。特に、本発明はイメージソースからの光を
分散させるフロントレンチキュラーレンズアレーと、イ
メージソースからの光を受光しこの光をフロントレンチ
キュラーレンズアレーに対しコリメートするリアフレネ
ルレンズとを用いるリアプロジェクションスクリーンに
関するものである。
リアプロジェクションスクリーンはテレビジョン、ビ
デオゲーム、フィルムディスプレイ、マイクロフィルム
リーダ、レーダ及び航空電子ディスプレイ、フライトシ
ミュレータ及び交通管制灯のような種々の用途に使用さ
れている。これらの用途においては、スクリーン背后の
画像が中心投写軸に沿って前方にスクリーンに投写さ
れ、このスクリーンがスクリーン前方の視聴者に画像を
表示する。
これらのリアプロジェクションシステムにおいて生ず
る問題は光エネルギーが投写軸に沿って集中する傾向が
ある点にある。これは例えば投写形テレビジョンのよう
なルームサイズの視聴を意図する用途において特に問題
になる。斯かる場合には、観測角が垂直方向には僅かに
変化するだけであるが水平方向に大きく変化する。
スクリーン設計者の目標はスクリーンの均等照明を達
成し、スクリーン画像をできるだけ広い水平観測角に亘
って分布させることにある。
米国特許第4573764号明細書に、投写軸に対し±85°
以上の水平観測角おいてピーク輝度の40％以上の輝度を
達成し得るリアプロジェクションスクリーンが開示され
ている。これは慣例のコリメート用円形フレネルレンズ
を光分散用レンチキュラーレンズアレーと組み合わせた
ものであり、レンチキュラーレンズアレーの個々のレン
チキュラー素子は高さ対幅比及び全幅対頂部幅比を含む
臨界的な設計パラメータを有していると共にその頂部が
２個の外側凸面部と１個の中央凹面部を有する波形に形
成され、非常に優れた水平方向の光分散を生ずると共に
最小の色ずれを示す。
垂直方向の光の分散は一般にコリメート用フレネルレ
ンズと光分散用レンチキュラーレンズアレーとの間に配
置した拡散手段により達成される。斯かる拡散手段は一
層均等な水平方向の光分散を達成することにより色ずれ
の低減にも貢献する。
投写形テレビジョンの場合には、視聴空間内における
個々の垂直観測角は代表的には互いに数度変化するだけ
であるから、通常は光を大きな垂直夾角に亘って分散さ
せる必要はない。他方、視聴域の垂直夾角はできるだけ
小さくするのが有利である。その理由は、この角度はス
クリーン後面の所定の照明輝度（入力）に対するスクリ
ーン前面の輝度（出力）の比で定義されるスクリーン利
得に略々逆比例するためである。
しかし、上述のタイプの広観測角スクリーンを用いる
投写形テレビジョンシステムにおいては拡散手段を変更
して垂直観測角を減少させると、スクリーン上に水平に
明るい帯が現われ、この帯は垂直視聴域が減少するにつ
れて顕著になると共に視聴者の頭の垂直方向移動と一緒
に移動する。
従って、本発明の目的は上述したタイプの広観測角リ
アプロジェクションスクリーンからこの明るい帯を低域
又は除去することにある。
本発明の他の目的は斯かるアリプロジェクションスク
リーンの輝度の均等度を改善することにある。
本発明の更に他の目的は垂直観測角を低減した斯かる
リアプロジェクションスクリーンを製造することにあ
る。
本発明の更に他の目的は、明るい帯を生ずることなく
スクリーン利得を増大させることにある。
本発明においては、光分散用の垂直方向レンキチュラ
ーレンズアレーと、有限遠の第１共役点及び無限遠の第
２共役点を有するコリメート用の円形フレネルレンズ素
子とを有するリアプロジェクションスクリーンに、無限
遠の第１共役点及び有限遠の第２共役点を有する水平方
向線形フレネルレンズを付加して改善された輝度均等度
を示すようにしたことを特徴とする。
本発明の好適例においては、レンチキュラーレンズア
レーの各レンキチュラー素子はすくなくとも1:1の高さ
対ピッチ比及び少なくとも2:1のピッチ対頂部幅比を有
すると共に、頂部表面は側部表面と連続表面をなし、且
つ頂部表面は２個の外側凸面部又は平坦部と１個の中央
凹面部を有するようにする。
本発明の他の好適例においては、スクリーンはレンチ
キュラレーレンズアレーを含む前部と、円形フレネルレ
ンズを含む後部とを具え、線形フレネルレンズを前部の
後面又は後部の、円形フレネルレンズ表面に対向する表
面上に配置した構成にする。
図面につき本発明を説明する。
初めに米国特許第4573764号明細書に開示されている
タイプの広観測角スクリーンを用いるカラーテレビジョ
ン投写システムについて簡単に説明する。もっと詳しい
説明は上記の特許明細書を参照されたい。
第１図はリアプロジェクションスクリーン12を用いる
リアプロジェクションカラーテレビジョンシステム10を
示す。ビデオ信号はテレビジョンレシーバ回路14により
受信され、赤、緑及び青の陰極線管（CRT）／レンズプ
ロジェクタアセンブリ16,18及び20によりプロジェクシ
ョンスクリーン12の後面22上に投写される。３個のCRT/
レンズプロジェクタアセンブリ16,18及び20は各自CRTと
投写光学系を具え、スクリーン12に対し水平に配置され
る。緑アセンブリ18はその光軸26が中心投写軸と一致す
るよう配置され、赤及び青アセンブリ16及び20はそれら
の光軸24及び28が緑アセンブリの光軸26の側方において
光軸26に対し小角度をなすよう配置される。
スクリーン12の後部22は有限遠の第１共役点と無限遠
の第２共役点を有する円形フレネルレンズを具え（ここ
で共役点とは主光線が収束する位置の、フレネルレンズ
からの距離と定義する）、このレンズはCRTプロジェク
タアセンブリ18からの発散光線をコリメートするための
ものである。
ここで、“有限遠”とは予想される平均視聴距離の＋
５倍から−５倍の共役点の距離範囲を意味する。
スクリーン12の前部30は互いに近接して垂直方向に延
在する互いに平行なレンチキュラレーレンズ素子32のア
レーを具え、これらレンズ素子は光を視聴域33内に広い
観測角αに亘って分散する形状にしてある。
第２図はこれらレンズ素子のうちの３個の断面を示す
ものであって、広観測角用に好適な光学表面を示してい
る。各レンズ素子32は側部表面34及び36と、頂部表面38
とを有する。側面34及び36は直線にし得るが、外側に凸
面状にするのが好ましく、これら側面の平均傾きφ及び
φ′はプロジェクションソースからの光を頂部表面38に
向けるのに必要な内部反射が生ずるように選択される。
頂部表面38は２個の外側凸面部と１個の中央凹面部を形
成する起伏を有している。
レンズ素子の幅Ｗ（ここではピッチと称す）と頂部表
面38の幅Ｗ′との比は少なくとも2:1にする必要があ
り、好ましくは少なくとも3:1にする。レンズ素子のピ
ッチＷと高さｈとの比は少なくとも1:1にする必要があ
り、好ましくは少なくとも3:2にする。
第３図はスクリーン12のＡ−Ａ線に沿う断面図てあっ
て、前面側に慣例の円形フレネルレンズ220を有する後
部22と、前面側にレンチキュラーレンズアレー300を有
する前部30を示している。本発明の技術においては、水
平方向線形フレネルレンズ310をレンチキュラーレンズ
アレー300の背后に配置し、図示の例では前部30の後面
上に配置する。この線形フレネルレンズは有限遠の第２
共役点（好ましくはレンズ表面の前方の約５〜30フィー
ト）を有し、視聴域において予想される平均観測距離の
１〜３倍の範囲内の特定の値を選択する。
斯かる水平方向線形フレネルレンズは平均垂直光線を
スクリーン前方にフレネルレンズの第２共役点に等しい
位置に向けさせる効果を有し、これによりスクリーンの
総合輝度分布の均一性が改善される。
第３図に示す配置は、レンチキュラーレンズアレーを
最適な位置に維持する限り変更することができる。例え
ば、２個のフレネルレンズの位置を入れ換えることがで
き、また両フレネルレンズを後部22の両側表面上に配置
することができる。レンチキュラーレンズアレーが２個
の位置合わせされた又は位置合わせされていないレンチ
キュラーアレー表面から成る場合には、線形フレネルレ
ンズを円形フレネルレンズの背后に配置して投写光で最
初に線形フレネルレンズを通過するようにするのが好適
である。
しかし、単表面レンチキュラーアレーの場合には第３
図に示すように線形フレネルレンズをレンチキュラーア
レーと円形フレネルレンズとの間に配置して投写光が最
初に円形フレネルレンズを通過するようにすると共に、
線形フレネルレンズの第１共役点が無限遠になるように
して光線が線形フレネルレンズの第２共役点に集中する
ようにするのが好適である。
線形フレネルレンズの切子面の立上り角の計算は無限
遠の第１共役点を有する慣例の円形フレネルレンズの場
合と、切子面が円形の代わりに直線である点を除いて同
一である。
線形フレネルレンズは無限遠の第１共役点と約15〜８
フィートの第２共役点を有するよう設計するのが代表的
である。フレネル切子面の立上り角を計算する通常の方
程式（球面収差について補正されているものが好まし
い）を用いて計算すると、代表的には30〜60インチの第
１共役点と無限遠の第２共役点を有するよう設計される
慣例の円形フレネルレンズより線形フレネルレンズの場
合の方が切子面の立上り角が小さくなる。
好適例の極めて望ましい特徴は、線形フレネルレンズ
は種々のスクリーンサイズに対して同一の設計のものと
することができ、且つ投写レンズの焦点距離及び光学系
の倍率に無関係である点にある。このことは、製造すべ
き各プロジェクションスクリーンに対して線形フレネル
レンズのマスタレプリカ工作機械を準備する必要がない
ことを意味する。
本発明によるリアプロジェクションスクリーンは圧縮
成形、射出成形、押出成形、ホットローラプレス、注入
成形及び光重合処理を含む種々のプロセスにより製造す
ることができる。斯かるスクリーンは無機ガラスや種々
のプラスチックのような光学的に透明もしくは半透明の
固体材料で作ることができる。更に、斯かるスクリーン
は混合材料で造ることもできる。好適な材料はポリメチ
ルメタクリレートである。
前述したように、かかるリアプロジェクションスクリ
ーンにおいては投写レンズにより与えられる光の垂直分
布を増大するために拡散手段が一般に使われている。こ
の拡散はスクリーンを構成する屈折材料のバルク特性に
より、又は任意の表面（好ましくはレンチキュラー表面
を除く）をざらざらにすることにより、又は複合層内に
拡散層を存在させることにより、又はこれらの手段の組
み合わせにより発生させることができる。代表的には、
拡散手段は垂直視聴域を８°〜30°の間、好ましくは12
°〜22°間に増大する。
ここで視聴域とは最大輝度の点と最大輝度の半値の点
との間の角度の２倍と定義する。一般に、視聴域が小さ
くなるほど線形フレネルレンズにより達成される輝度均
等度の改善が大きくなる。
第２図に示すタイプのレンチキュラーアレーを第３図
に示すようなリアプロジェクションスクリーンに慣例の
コリメータ用円形フレネルレンズと組み合わせるが、線
形のフレネルレンズとは組み合わせないで使用する場
合、拡散角を減少させる（従って垂直観測角を減少させ
る）ことによりスクリーン利得を増大させる試みはスク
リーンの中央部にめざわりな明るい水平な帯を生ずるこ
とになる。
本発明のように線形フレネルレンズを使用するとこの
明るい帯は著しく減衰又は消失し、このような広観測角
スクリーンに対し従来達成されているよりも高いスクリ
ーン利得を達成することができる。
これは、視聴者の眼がスクリーンの中心を通る光の垂
直位置にあると共にスクリーン前方の線形フレネルレン
ズの第２共役点に等しい距離の位置にあるとき視聴者は
スクリーンの全ての垂直部分からの最大輝度を同時に見
るという事実のためである。更に、視聴者が垂直観測位
置を変える場合には、スクリーンの全ての部分の輝度が
同じ割合で変化するためであり、最后に、視聴者がスク
リーンに近づいたとき又は遠ざかったとき、視聴者は線
形フレネルレンズの第２共役点に等しい距離から大きく
はずれてない観測距離においてスクリーンの種々の部分
の相対輝度の最小の変化を受けるだけである。従って、
線形フレネルレンズの付加は表示画像を理想画像に著し
く近似させて表示の見やすさを著しく改善する。
既知のように、斯かるリアプロジェクションスクリー
ン上に表示された画像の見かけのコントラストはレンチ
キュラーレンズ素子間にいわゆる“ブラックマスク”の
ような光吸収材料を設けて反射周囲光を低減することに
より高めることができる。スクリーン12のブラックマス
ク処理は第３図に示すように、レンチキュラーレンズ素
子間の溝46の大部分を可視光を吸収し得る黒色の粒子48
で埋めると共にこれら粒子をレンチキュラーレンズ素子
間を溝46をまたいで延在する膜50により封止することに
より達成することができる。斯かるブラックマスク構造
は米国特許第4605283号に開示されている。
種々の観測距離におけるスクリーンの上部及び下部の
輝度を線形フレネルレンズを具える場合と具えない場合
について計算し、その結果を比較したところ、明るい帯
の減衰が示された。この比較は46インチの投写形テレビ
ジョンシステムに対し16°の垂直視聴域について行っ
た。計算は、視聴者の眼がスクリーン中心の最大輝度を
観測する垂直高さに位置する場合について行った。下記
の表中の数値は高さ対幅比が3:4で、高さが27.6インチ
で、垂直観測角の関数としての垂直輝度分布がガウス分
布であるスクリーンについて計算されたものである。表
Ｉ及びIIに種々の観測距離（２〜14フィート）において
計算されたスクリーン中心の輝度に対するスクリーン上
部及び下部の輝度の平均値（輝度均等度を表わす）を示
してある。
表Ｉ及びIIから明かなように、プロジェクションスク
リーンに線形フレネルレンズを付加することにより輝度
均等度が14フィートの観測距離で14％、２フィートの観
測距離で700％増大する。
水平線形フレネルレンズの付加は次の作用効果を有す
る。スクリーンによる光の水平方向分散に関する限り、
スクリーンは無限遠の等しい第２共役点を持つ慣例の円
形フレネルレンズを有しているかのように動作するが、
垂直方向分散に関する限りスクリーンは有限距離の第２
共役点を持つ慣例の円形フレネルレンズを有しているか
のように動作する。
水平線形フレネルレンズは、レンチキュラーレンズ素
子の形状がこれらレンズ素子のスクリーンの中心からの
水平距離の関数でない垂直レンチキュラーレンズアレー
を用いる任意のスクリーンに対し使用するのが特に好適
である。その理由は、斯かるアレーはスクリーン上の全
ての水平位置に対して最適に機能するためである。
本発明の目的を達成する別の方法は、単表面複合フレ
ネルレンズ、即ちレンズ内の個々の切子面の立上り角が
アジマス角の関数として変化して垂直断面と水平断面と
で異なる共役点を有するフレネルレンズを設計し使用す
ることである。これはカム装置が組込まれているカッテ
ィング装置を用いて達成し得る。カム装置によりアジマ
ス角の関数としてバイトの支持角を変えるだけでよい。
これにより等間隔の切子面、即ち一定の切子面ピッチを
有するフレネルレンズを作製することができる。この複
合フレネルレンズの特性はフレネルレンズの中心を通る
垂直断面及び水平断面について正確に正しく特性のもの
となり、無限遠の第２共役点を有する慣例の円形レンズ
のみを使用する場合より一般アジマス角に対し一層良好
になる。
この単表面複合フレネルレンズを用いる方法は一体構
成スクリーンに特に有用である。斯かる一体構成スクリ
ーンはコントラストの改善及び機械的安定度の向上の利
点がある。
本発明のいくつかの追加の変形が考えられる。例え
ば、水平線形フレネルレンズの切子面の断面に曲率を加
えた複合レンズアレーにより主光線を定められた角度範
囲内に分散させて垂直視聴域の精密な制御を行うことが
できる。
本発明の他の有利な例では、線形フレネルレンズの
“中心”を垂直方向にシフトさせてプロジェクション表
示スクリーンからの光の平均的な方向を上向きにして最
適にする。線形フレネルレンズは慣例の円形フレネルレ
ンズと比較して必要とされる光パワーがかなり低いた
め、及びこのレンズは垂直方向にのみ光パワーを有する
ため、線形フレネルレンズの中心のシフトはかなり小さ
な効率の低下を生ずるだけである。
既知のように、スクリーンからの光の平均的方向を上
向きにする別の手段としてセグメントプリズムがある。
最后に、円形フレネルレンズをこれを通過する投写光
が収束するように設計する場合（すなわちその第２共役
点が視聴空間内の有限距離である場合）には、負の線形
フレネルレンズにより水平断面内の光の角度を補正して
垂直レンチキュラーレンズアレーに垂直になるようにす
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるリアプロジェクションスクリーン
の好適例を用いるリアプロジェクションテレビジョンシ
ステムを示す斜視図、 第２図は第１図のレンチキュラーアレーのＢ−Ｂ線上の
断面図、 第３図は第１図のスクリーンのＡ−Ａ線上の断面図であ
る。 10…リアプロジェクションカラーテレビジョンシステム 12…リアプロジェクションスクリーン 14…テレビジョンレシーバ回路 16,18,20…赤、緑、青陰極線管／レンズプロジェクタア
センブリ 22…後部、30…前部 32…レンチキュラーレンズ素子 33…視聴域 α…観測角 34,36…側部表面 38…頂部表面 50,48…ブラックマスク 220…円形フレネルレンズ 300…レンチキュラーレンズアレー 310…線形フレネルレンズ

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】投射像からの光をコリメートする円形フレ
    ネルレンズと、 スクリーン前面にあって、第１の方向に延在し光を前記
    第１の方向と直交する第２の方向に拡散するレンチキュ
    ラーレンズのアレーと、 を具えた前面及び後面を有するカラーテレビジョン用リ
    アプロジェクションスクリーンにおいて、 当該スクリーンは、前記第２の方向に延在し光を前記第
    １の方向に収束する線形フレネルレンズ切子面を有する
    追加の線形フレネルレンズを具えていることを特徴とる
    すカラーテレビジョン用リアプロジェクションスクリー
    ン。
  2. 【請求項２】前記レンチキュラーレンズアレーはスクリ
    ーンの垂直方向の全長に亘って互いに平行に、所定の間
    隔（ピッチ）で水平方向に互いに隣接して延在するレン
    チキュラーレンズ素子を具えていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載のプロジェクションスクリー
    ン。
  3. 【請求項３】各レンチキュラーレンズ素子は両側に凸面
    部又は平坦部を有し中央に凹面部を有する頂部表面を有
    しており、且つ少なくとも1:1の高さ対幅比及び少なく
    とも2:1のピッチ対頂部幅比を有していることを特徴と
    する特許請求の範囲第２項記載のプロジェクションスク
    リーン。
  4. 【請求項４】前記スクリーンを各々前面と後面を有する
    前部及び後部の２部分で構成し、前記垂直方向レンチキ
    ュラーレンズアレーを前部の前面上に配置し、前記円形
    フレネルレンズを後部の一方の表面に配置し、前記線形
    フレネルレンズを前部及び後部の残りの面の一つの面上
    に配置してあることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載のプロジェクションスクリーン。
  5. 【請求項５】前記線形フレネルレンズはレンチキュラー
    レンズアレーと円形フレネルレンズとの間に配置してあ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のプロジ
    ェクションスクリーン。
  6. 【請求項６】前記線形フレネルレンズは前部の後面上に
    配置してあることを特徴とする特許請求の範囲第５項記
    載のプロジェクションスクリーン。
  7. 【請求項７】前記線形フレネルレンズは無限遠の第１共
    役点と約50〜30フィートの範囲内の第２共役点を有して
    いることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のプロ
    ジェクションスクリーン。
  8. 【請求項８】光拡散手段も具えていることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項記載のプロジェクションスクリー
    ン。
  9. 【請求項９】前記レンチキュラーレンズアレーは隣接レ
    ンズ素子間のスペース内に光吸収手段を含んでいること
    を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のプロジェクシ
    ョンスクリーン。
  10. 【請求項１０】スクリーンから出る光の平均的方向を上
    向きにする手段を具えていることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載のプロジェクションスクリーン。
  11. 【請求項１１】前記光上向き手段はセグメントプリズム
    から成ることを特徴とする特許請求の範囲第10項記載の
    プロジェクションスクリーン。
  12. 【請求項１２】前記円形フレネルレンズと前記線形フレ
    ネルレンズを複合表面を有する単一のフレネルレンズに
    一体化し、この複合フレネルレンズの第２共役点は垂直
    方向における無限遠から水平方向における有限距離に変
    化するようにしてあることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載のプロジェクションスクリーン。
  13. 【請求項１３】前記複合フレネルレンズは約５〜30フィ
    ートの範囲内の最小距離の第２共役点を有していること
    を特徴とする特許請求の範囲第12項記載のプロジェクシ
    ョンスクリーン。
JP62232686A 1986-09-18 1987-09-18 リアプロジェクションスクリーン Expired - Fee Related JPH083603B2 (ja)

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US910046 1986-09-18
US06/910,046 US4701020A (en) 1986-09-18 1986-09-18 Rear projection screen with improved luminance uniformity

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JPS63132228A JPS63132228A (ja) 1988-06-04
JPH083603B2 true JPH083603B2 (ja) 1996-01-17

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EP (1) EP0260758B1 (ja)
JP (1) JPH083603B2 (ja)
KR (1) KR950012701B1 (ja)
DE (1) DE3789340T2 (ja)
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