JPH0993518A - 透過型スクリ−ン及びこれを用いた背面投写型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 背面投写装置をそのスクリーン面が水平にな
るように机等に組込んで設置し、その周囲を多人数が取
り囲んで、画面を観視する場合にも、即ち背面投写装置
を正面以外の方向から観視する場合でも、充分な明るさ
を確保する。 【解決手段】 映像発生源から入射される映像光を透過
拡散して、映像観視側に出射する透過型スクリーンにお
いて、映像発生源より入射される映像光を全反射により
その光路を変更する円錐形の凹形状を透過型スクリーン
の出射面側に多数有する拡散シートを備えていること。
さらに、拡散シートの内部あるいは拡散シ−トの出射面
に拡散材を形成したり、拡散シ−トの入射面にフレネル
凸レンズを形成することにより光を拡散することとした
もの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透過型スクリーン
と、ブラウン管や液晶表示パネルなどの映像発生源から
の映像をレンズを介して該透過型スクリーン上に投写
し、該透過型スクリーン上の投写映像を観視するように
した背面投写型画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の縦型の背面投写型画像表示装置で
は、図３０に示すように、スクリ−ン１００が通常の直
視型テレビ受像機と同じように鉛直に置かれ、これを観
視者は、椅子または床に座って、あるいは立ったままの
姿勢で映像を観視する。

【０００３】かかる背面投写型画像表示装置の内部は、
図３１に示すように、赤，緑，青３個の単色ブラウン管
２００ａ，２００ｂ，２００ｃに映し出された映像を、
夫々のブラウン管２００ａ，２００ｂ，２００ｃの前方
に置かれた投写レンズ３００ａ，３００ｂ，３００ｃで
スクリーン１００に拡大投写するように構成されてお
り、スクリーン１００上の画像をブラウン管２００ａ，
２００ｂ，２００ｃとは反対側から観視する。

【０００４】かかる背面投写型画像表示装置に用いられ
るスクリーン１００に要求される明るさは、正面から見
た場合の明るさ、水平左右方向から見た場合の明るさ、
垂直上下方向から見た場合の明るさの順に重要である。
これは観視者はスクリーン１００の正面から観視する場
合が最も多いため、正面から見た場合に最も明るく見え
る必要があり、また複数の観視者が観視する場合には、
観視者はさまざまな方向からスクリーンを観視するが、
その視点位置の違いは、垂直方向に較べて水平方向の方
が大きいため、水平方向の指向特性が垂直方向の指向特
性よりも重要になるからである。

【０００５】これを実現するために、従来の背面投写型
画像表示装置には、図３２に示すように、フレネルレン
ズシート１０１と、縦長レンチキュラーレンズシート１
０２を組み合せた透過型スクリーン１００が多く用いら
れている。この種のスクリーンは特開昭５８−１３４６
２７号公報や特開昭５８−５９４３６号公報に詳述され
ているが、このレンチキュラーレンズシート１０２は、
入射面または出射面、あるいはその両面に円形，楕円ま
たは非球面の断面形状を有する微小レンチキュラーレン
ズを連続的に多数形成し、縦長レンチキュラーレンズを
水平方向に多数連続的に形成したものは水平方向に光を
拡散する効果を有する。この種のスクリーン１００で
は、正面から見た場合に、表示画像が最も明るく見え、
水平，垂直両方向とも斜め方向から観視すると、表示画
像が暗くなる。

【０００６】また、縦長レンチキュラーレンズの効果に
より、水平方向の視野角は広いが、垂直方向の視野角は
狭いという特性を有している。通常、この種の透過型ス
クリーン１００の半値角（ある方向から観視したときの
輝度が正面から観視したときの半分になる角度）は、水
平方向で３５゜〜４５゜（以下、これを水平半値角αＨ
という）、垂直方向で５゜〜１０゜（以下、これを垂直
半値角αＶという）である。

【０００７】

【発明が解決しようと課題】前記した従来の透過型スク
リーンの特性は、図３０に示すように、通常のテレビジ
ョン受像機やコンピュータの出力表示機器のように、背
面投写型画像表示装置のスクリーン面が垂直に保持さ
れ、そのスクリーン面をほぼ正面から観視する場合には
実用に適した特性であるが、図３３に示すように、背面
投写型画像表示装置を、そのスクリーン面が水平になる
ように、机などに組込んで設置する場合には、観視者の
いない上向きの画面の正面には明るい画像となるもの
の、その周囲から画面を観視すると、充分な明るさが得
られないという欠点があった。

【０００８】本発明の目的は、かかる問題を解消し、正
面以外の方向から見た場合、充分な明るさで表示画像を
観視することができるようにした透過型スクリーン及び
これを用いた背面投写型画像表示装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、スクリーン面に数多くの細かい凸面を設
ける。

【００１０】背面投写型画像表示装置では、ブラウン管
や液晶表示パネルの映出映像をレンズを介してスクリー
ンに投写し、このスクリーンに映像を映し出し、このス
クリーン面に映し出された映像を観視するわけである
が、このとき、本発明のかかる構成によると、スクリー
ン面に細かい多数の凸面が設けられているため、ブラウ
ン管面や液晶表示パネルからの光はスクリーンのこの面
で曲げられ、斜め方向に進む。このため、斜め方向の輝
度が増すことになる。

【００１１】また、本発明は、透過型スクリーンの出射
面側に、映像発生源より入射される映像光を全反射によ
りその光路を変更する錐形の凹部を多数設ける。

【００１２】かかる構成によると、錐形の凹面で映像光
が全反射されて投写型スクリーンの出射面から斜めに出
射される。これにより、該投写型スクリーンを斜めから
みても、明るい表示画像をみることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
より説明する。図１は本発明による透過型スクリーンの
第１の実施形態を用いた背面投写型画像表示装置を示す
概略構成図であって、１は投写管（ブラウン管）、２は
レンズ、３はこの実施形態の透過型スクリーン、４，
５，６は光路である。

【００１４】同図において、投写管１に映出される映像
はレンズ２を介してスクリーン３に投写される。このス
クリーン３に投写された映像を視聴者が観視する。

【００１５】このスクリーン３の投写管１側の面（以
下、内面という。また、この反対側の面を外面という）
は平面ではなく、一面に細かな凸状面が形成されてい
る。外面は平面状をなしている。

【００１６】このため、投写管１から光路４に沿って進
む光はスクリーン３の内面で曲げられ、光路６に沿って
スクリーン３の外面から斜めに進む。従来の背面投写型
画像表示装置のスクリーンでは、その内面も平面状をな
しており、そのときには、スクリーン３の外面からの光
路５は、破線で示すように、光路４のほぼ延長線とな
る。この実施形態では、光路６がスクリーン３の外面に
対して斜めになるから、この結果、スクリーン３の斜め
方向の輝度が増すことになる。

【００１７】図２（ａ），（ｂ）は夫々図１における透
過型スクリーン３の内面形状の具体例を示す斜視図であ
る。

【００１８】図２（ａ）に示す具体例は、透過型スクリ
ーン３の内面が一面に細かい角錐状（三角錐状や四角錐
状など）の凸部を数多く設けて細かい凹凸状をなすもの
であり、同図（ｂ）に示す具体例は、一面に細かい円錐
形の凸部を数多く設けて細かい凹凸状をなすものであ
る。かかる構成によると、投写管１からの光の光軸がこ
の凸部で曲がり、上記のように、透過型スクリーン３の
斜め方向の輝度が増すことになる。

【００１９】なお、この第１の実施形態では、投写手段
としてブラウン管を用いたが、液晶表示パネルを用いる
こともでき、上記と同様の効果が得られる。

【００２０】また、上記実施形態は、投写管１とレンズ
２を一対とする１つの投写手段について説明したが、カ
ラー映像の表示では、赤，青，緑の投写手段を用いるこ
とはいうまでもない。

【００２１】図３は本発明による透過型スクリーンの第
２の実施形態の一部を拡大して示す断面図であって、７
は拡散シート、７ａは入射面、７ｂは出射面、８は円錐
面の凹部（円錐凹形状）、９，９’は光線、１０は光軸
であり、図１に対応する部分には同一符号をつけてい
る。

【００２２】同図において、透過型スクリーン３の構成
要素なる拡散シート７は、その入射面７ａが平面をなし
ているが、出射面７ｂに間隔ｄでもって底面半径がａの
円錐凹形状８が形成されている。かかる円錐凹形状８
は、図４に示すように、拡散シート７の出射面７ｂ全体
に多数形成されているが、図３では、この拡散シート７
は、投写管１の光軸１０の付近だけが示されている。ま
た、以下の説明では、この拡散シート７の材質をメタク
リル樹脂とする。従って、その材質の屈折率は汎用のも
のでほぼｎ＝１．４９である。

【００２３】円錐凹形状７として透過型スクリーン３の
中心に位置にあるものをみると、投写管１とレンズ２と
からなる映像源から入射する光線９，９’はほぼ垂直に
拡散シート７に入射する。従って、拡散シート７の入射
面７ａ上の１点Ｐに入射した光線９はそのまま直進し、
円錐凹形状７の円錐面上の１点Ｑで反射して進行方向を
変え、拡散シート７の出射面７ｂ上の１点Ｒに到達し、
スネルの法則に従って屈折してＺ方向に出射する。

【００２４】点Ｐから入射した光線は点Ｑで反射し、出
射面７ｂの１点Ｒで屈折して出射するが、ここで、点Ｒ
が隣りの円錐凹形状８と重なり合わないように、円錐凹
形状８の配置間隔ｄを設定し、また、点Ｒで全反射を起
こさないように、円錐凹形状８の形状を決定することに
より、光線９はその光路を変えて拡散シート７からＺ方
向に出射するようにする。さらに、点Ｑでは、入射光が
全反射するように、円錐凹形状８の形状を決定すること
により、損失を最小限に抑えることができる。

【００２５】また、点Ｐ’から拡散シート１に入射した
光線９’は、円錐凹形状８に到達することなく拡散シー
ト７内を直進し、出射面７ｂ上の点Ｒ’からＺ’方向に
出射する。投写型スクリーン３を正面から観視すると、
この直進光線９’を見ることになり、正面以外の方向か
ら観視する場合には、屈折光線９を見ることになる。こ
れにより、いずれの場合でも、明るい映像を観視するこ
とができる。

【００２６】次に、屈折光線９が上記のように進むため
の条件について説明するが、まず、第１に、点Ｒが隣り
の円錐凹形状８と重なり合わないための条件を、図３に
基づいて説明する。

【００２７】円錐凹形状８の光軸１０から点Ｐまでの距
離をｒ（Ｐ）、点Ｒまでの距離ｒ（Ｒ）とし、点Ｒ，Ｈ
間の距離をＲＨとすると、 （数１） ｒ（Ｒ）＝ｒ（Ｐ）＋ＲＨ ここで、点Ｈは点Ｑから拡散シ−ト７の出射面７ｂに下
ろした垂線の足である。

【００２８】円錐凹形状８の円錐面が底面（出射面７
ｂ）となす角度をθとすると、ΔＢＱＲにおいて、 ∠ＱＢＲ＝１８０°−θ，∠ＲＱＢ＝９０°−θ であるから、 ∠ＢＲＱ＝１８０°−∠ＱＢＲ−∠ＲＱＢ＝２θ−９０
° である。また、ΔＱＢＨにおいて、円錐凹形状８の円状
の底面の半径をａとすると、点Ｂ，Ｈ間の距離ＢＨは、 ＢＨ＝ａ−ｒ（Ｐ）、 である。

【００２９】ここで、∠ＱＢＨ＝θであるから、点Ｑ，
Ｈ間の距離ＱＨは、 ＱＨ＝ＢＨｔａｎθ＝｛ａ−ｒ（Ｐ）｝ｔａｎθ であり、ΔＲＱＨにおいて、点Ｒ，Ｈ間の距離ＲＨは、 ＲＨ＝ＱＨ／ｔａｎ（２θ−９０°） ＝−ＱＨｔａｎ２θ ＝｛ｒ（Ｐ）−ａ｝ｔａｎθ・ｔａｎ２θ となる。

【００３０】これを（数１）に代入して、 （数２） ｒ（Ｒ）＝ｒ（Ｐ）＋｛ｒ（Ｐ）−ａ｝ｔａ
ｎθ・ｔａｎ２θ 従って、点Ｒが隣接する円錐凹形状８と重ならないため
には、隣接する円錐凹形状８の間隔をｄとして、次の
（数３）の条件が必要である。

【００３１】（数３） ｒ（Ｒ）＜ｄ−ａ この（数３）の条件は、円錐凹形状８の配置間隔ｄを大
きくすることにより、満足させることができる。

【００３２】第２に、点Ｒで光線が全反射を起こさない
ための条件について、図３により説明する。

【００３３】拡散シート７に垂直入射した光線９が点Ｒ
から出射するときの拡散シート７の法線となす角度φ
は、前述のように、∠ＢＲＱ＝２θ−９０°であるか
ら、 （数４） φ＝１８０°−２θ である。

【００３４】点Ｒから出射する光線の出射角ψは、スネ
ルの公式より、次の（数５）で表わされる。 （数５） ｓｉｎψ＝ｎｓｉｎφ 点Ｒで全反射しないための条件は、０°＜ψ＜９０°で
あるから、上記（数４），（数５）により、 （数６） ０＜ｓｉｎ２θ＜１／ｎ となる。

【００３５】ここで、点Ｑでの反射光が拡散シ−ト７の
入射面７ａに戻らずに出射面７ｂの方向に進むために
は、４５°＜θ＜９０°であるから、この条件の下で、
ｎ＝１．４９として、上記（数６）を解くと、 （数７） ６９゜＜θ＜９０° となる。

【００３６】第３に、点Ｑで光が全反射するための条件
を図３に基づいて説明する。

【００３７】映像源からの光が拡散シート７に垂直入射
するとき、点Ｑに入射する光の入射角はθであるから、
全反射するための条件は、ｎｓｉｎθ＞１であるが、上
記（数７）で表わされる６９゜＜θ＜９０°の範囲で
は、常にこの条件が満たされるので、点Ｑで光は全反射
する。

【００３８】以上のようにして、上記（数３）（数７）
を満たすようにｄ，θを設定することにより、点Ｒが隣
りの円錐凹形状８に重なり合わず、かつ点Ｒで全反射を
起こさないように円錐凹形状８の形状を決定することは
可能であり、この条件の下で点Ｑで入射光は全反射する
ので、損失を最小限に抑えることができる。

【００３９】次に、出射面７ｂの点Ｒで屈折して出射す
る光線９の出射角度ψについて図３により説明する。

【００４０】点Ｒでの屈折光の出射角度ψは、上記（数
４），（数５）により、次の（数８）で与えられる。

【００４１】 （数８） ψ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ・ｓｉｎ２θ） これを、ｎ＝１．４９として、円錐凹形状８の円錐面の
傾き角θを横軸に、屈折光の出射角度ψを縦軸に夫々示
すと、図５に示すようになる。

【００４２】次に、屈折出射光線９の明るさについて説
明する。拡散シート７を透過する光線は、図３に示す直
進光線９’，屈折光線９とも、拡散シート７の内部での
吸収による損失を無視すれば、入射面７ａ及び出射面７
ｂでの反射による損失のみを考慮すればよい。

【００４３】図６に示すように、光線がある界面へ入射
するときの入射角をＺ１、出射角をＺ２、入射面側の屈
折率をｎ１、出射面側の屈折率をｎ２とすると、光の振
幅の反射率は、光波の入射面に平行な振幅成分（以下、
ｐ波という）については、

【００４４】

【数９】

【００４５】入射面に垂直な振幅成分（以下、ｓ波とい
う）については、

【００４６】

【数１０】

【００４７】となる。

【００４８】光の明るさを表わす強度は振幅の２乗に比
例するから、界面における強度反射率は、ｐ波，ｓ波に
ついて夫々次の（数１１），（数１２）で表わされる。

【００４９】

【数１１】

【００５０】

【数１２】

【００５１】強度透過率は、これら（数１１），（数１
２）とエネルギ−保存則から、ｐ，ｓ波について夫々次
の（数１３），（数１４）で表わされる。

【００５２】（数１３） Ｔｐ＝１−Ｒｐ （数１４） Ｔｓ＝１−Ｒｓ 界面における透過率Ｔは、ｐ，ｓ波の平均をとって、次
の（数１５）で表わされる。

【００５３】（数１５） Ｔ＝（Ｔｐ＋Ｔｓ）／２ まず、拡散シート７に垂直に入射する光線９’に上記
（数９）〜（数１５）を当てはめる。垂直入射光の場
合、上記（数９），（数１０）での第１の等式でＺ１＝
Ｚ２＝０°として、

【００５４】

【数１６】

【００５５】（数１１）（数１２）は

【００５６】

【数１７】

【００５７】（数１３）（数１４）は

【００５８】

【数１８】

【００５９】直進光線９’の入射面７ａでの透過率Ｔ
ａ’は、ｎ１＝１，ｎ２＝ｎであるから、ｐ，ｓ波とも
に、

【００６０】

【数１９】

【００６１】直進光線９’の出射面７ｂでの透過率Ｔ
ｂ’は、ｎ１＝ｎ，ｎ２＝１であるから、ｐ，ｓ波とも
に、

【００６２】

【数２０】

【００６３】であり、直進光線９’が拡散シート７を透
過するときの透過率Ｔ’は、次の（数２１）で表わされ
る。

【００６４】

【数２１】

【００６５】次に、屈折光線９が拡散シート７を透過す
るときの透過率Ｔを計算する。

【００６６】屈折光線９の入射面７ａでの透過率Ｔａ
は、直進光線９と同様に、ｎ１＝１，ｎ２＝ｎより、
ｐ，ｓ波ともに、

【００６７】

【数２２】

【００６８】出射面７ｂでの屈折光線９の振幅反射率
は、上記（数９），（数１０）で、Ｚ１＝φ＝１８０°
−２θ，Ｚ２＝ψ，ｎ１＝ｎ，ｎ２＝１として、

【００６９】

【数２３】

【００７０】

【数２４】

【００７１】である。ここで、ψは上記（数８）で表わ
される。

【００７２】出射面７ｂでのｐ，ｓ波の透過率Ｔｐ，Ｔ
ｓは夫々、上記（数１１）〜（数１４）を用いて、次の
（数２５），（数２６）で表わされる。

【００７３】

【数２５】

【００７４】

【数２６】

【００７５】これら（数２５），（数２６）より、屈折
光９の拡散シート７の出射面７ｂでの透過率Ｔｂは次の
（数２７）で表わされる。

【００７６】（数２７） Ｔｂ＝（Ｔｐ＋Ｔｓ）／２ 以上より、屈折光９が拡散シート７を透過するときの透
過率Ｔは、上記（数２２），（数２７）を用いて、次の
（数２８）で表わされる。

【００７７】（数２８） Ｔ＝Ｔａ（Ｔｐ＋Ｔｓ）／２ （数２１），（数２８）から、屈折光９の直進光９’に
対する明るさの比及び出射光量比Ｅは次の（数２９）で
表わされる。

【００７８】 （数２９） Ｅ＝Ｔ／Ｔ’＝（Ｔｐ＋Ｔｓ）／２Ｔ’ この（数２９）の結果を、ｎ＝１．４９として、円錐面
の傾き角θを横軸に、出射光量比Ｅを縦軸にして示す
と、図５に示すようになる。

【００７９】図５によると、θは６９．５゜〜７７゜と
することが望ましい。屈折光９の出射角ψを従来の投写
型スクリ−ンの水平半値角に等しい４０゜とすると、こ
のときθ＝７７゜であり、屈折光９の出射光量比Ｅは約
９８％となり、屈折光９の出射方向からスクリーンを眺
めた場合は、正面から眺めた場合と、ほぼ同等の明るさ
で映像を観視することができる。

【００８０】また、屈折光９の出射角ψを従来の透過型
スクリ−ンの水平半値角の２倍の８０゜とすると、この
ときθは６９．５゜、屈折光９の出射光量比Ｅは約６５
％であり、屈折光９の出射方向からスクリ−ンを観視し
ても、充分に明るい映像を観視できる。

【００８１】図７は本発明による投写型スクリーンの第
２の実施形態の一部を拡大して示す断面図であって、１
１は拡散材、１２は出射拡散光であり、図３に対応する
部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

【００８２】同図において、先の第１の実施形態では、
拡散シート７に円錐凹形状８を設けることにより、出射
光をＺ，Ｚ’の２方向に分割できるが、出射光は充分に
拡散しないため、明るく見える範囲は狭い。

【００８３】これに対し、第２の実施形態では、図７に
示すように、拡散シート７中に拡散材１１を混入するこ
とにより、出射光１２がＺ，Ｚ’方向の周囲に±５゜〜
±１０゜程度拡散することが可能になり、視野角を拡げ
ることができる。

【００８４】図８は本発明による投写型スクリーンの第
３の実施形態の一部を拡大して示す断面図であって、１
３は表面拡散層であり、図３，図７に対応する部分には
同一符号をつけて重複する説明を省略する。

【００８５】図８において、この第３の実施形態では、
拡散シート７の出射面７ｂの円錐凹形状８以外の出射開
口部に表面拡散層１３を形成し、これによって出射光１
２の出射方向をＺ，Ｚ’方向の周囲に拡散する。表面拡
散層１３による拡散では、拡散シート７の出射開口部に
到達した光だけが拡散されるため、拡散シート７の内部
での拡散で生じる迷光が発生せず、コントラストを劣化
させないという利点がある。

【００８６】ところで、以上の実施形態の説明では、光
９，９’が拡散シート７に垂直に入射されるものとし
た。しかし、これは透過型スクリーン３の中心部で言え
ることであり、この中心部以外では、図９に示すよう
に、入射光は拡散シート７に垂直な方向から入射せず、
画角δだけ傾いて入射する。この画角δは、スクリーン
コーナ部で、通常、３０゜〜４０゜である。

【００８７】スクリーン周辺部で入射光を全方向とも均
一に反射するためには、図９に示すように、円錐凹形状
８’の軸９’をこの画角δ分傾ける必要がある。このた
め、拡散シート７で場所によって円錐凹形状８の形状を
変えねばならず、拡散シート７の製作にあたって大きな
困難を伴うばかりか、コスト上昇の要因となる。

【００８８】図１０はかかる問題を解消するようにした
本発明による透過型スクリーンの第４の実施形態の一部
を拡大して示す断面図であって、１４はフレネル凸レン
ズであり、前出図面に対応する部分には同一符号をつけ
て重複する説明を省略する。

【００８９】同図において、拡散シート７の入射面７ａ
側にフレネル凸レンズ１４が形成されており、これによ
り、円錐凹形状８に入射する光は円錐凹形状８の軸１０
に平行になる。ここで、画角δでのフレネル凸レンズ１
４のレンズ面の傾斜角αは次の（数３０）で表わされ、 （数３０） ｓｉｎ（δ＋α）＝ｎｓｉｎ（α） 画角δ＝３５゜のときには、α＝４０．５゜となる。

【００９０】図１１は本発明による透過型スクリーンの
第５の実施形態の一部を拡大して示す断面図であって、
１５はフレネルレンズシート、１５はフレネル凸レンズ
であり、前出図面に対応する部分には同一符号をつけて
重複する説明を省略する。

【００９１】同図において、この第５の実施形態では、
拡散シート７の入射面７ａ側に、この拡散シート７に近
接してフレネルレンズシート１５を設け、映像発生源側
をフレネルレンズシート１５とし、観視側を拡散シート
７として、透過型スクリーン３を２枚構成としたもので
ある。そして、フレネルレンズシート１５の出射面側に
フレネル凸レンズ１６が形成されており、拡散シート７
は、先の実施形態と同様、出射面７ｂに円錐凹形状８が
多数設けられている。

【００９２】このように、フレネルレンズシート１５の
出射面側にフレネル凸レンズ１６を形成することによ
り、図１１に示すように、映像源からの入射光は平面で
あるフレネルレンズシート１５の入射面とフレネル凸レ
ンズ１６の面である出射面の２面で屈折され、円錐凹形
状８の軸１０に平行になる。この場合、フレネルレンズ
シート１５では、出射面側にレンズ面が形成されている
ので、フレネルレンズシート１５の周辺部の中心部に対
する出射光量比は、入射面側にフレネル凸レンズ１４が
設けられた上記第４の実施形態（図１０）に比べて大き
くなり、スクリーン面全面にわたって均一な明るさの映
像を観視することができる。

【００９３】図１２は本発明による透過型スクリーンの
第６の実施形態の一部を拡大して示す断面図であって、
１７は光吸収材であり、前出図面に対応する部分には同
一符号をつけて重複する説明を省略する。

【００９４】同図において、先の実施形態と同様、拡散
光９は円錐凹形状８の間から出射する。円錐凹形状８に
は、映像源からの光は入り込まない。しかし、観視者側
からの外光がこの円錐凹形状８に入り込み、その表面で
反射してコントラストが低下する。

【００９５】そこで、この第６の実施形態では、円錐凹
形状８の凹部を黒色インクなどの光吸収材１７で塗装
し、外光の反射が低減するようにしている。これによ
り、明るい部屋でも、コントラストの良い映像を得るこ
とができる。この光吸収材１７を塗装した部分は光線の
非出射領域であるため、黒色化しても映像の明るさには
影響しない。

【００９６】図１３は本発明による透過型スクリーンの
第８の実施形態を示す部分拡大斜視図であって、１８は
三角錐体状の凹部（三角錐凹形状）であり、前出図面に
対応する部分に同一符号をつけている。

【００９７】同図において、拡散シート７の出射面７ｂ
側に設けられる凹部１８は正三角錐形状をなしており、
かかる三角錐凹形状１８が互いに辺部を接してこの出射
面７ｂ側のほぼ全体にわたって設けられている。

【００９８】図１４は図１３での互いに接した２つの三
角錐凹形状１８を示す図であって、同図（ａ）はその平
面図、同図（ｂ）は同図（ａ）での分断面Ｘ−Ｘからみ
た断面図であり、１８ａ，１８ｂがこれら隣り合う三角
錐凹形状である。なお、前出図面に対応する部分には同
一符号をつけている。

【００９９】同図（ａ）において、ΔＳＲＱが一方の三
角錐凹形状１８ａであって、ΔＳＱＰが他方の三角錐凹
形状１８ｂである。これら三角錐凹形状１８ａ，１８ｂ
は辺ＳＱが接している。図示しないが、勿論、三角錐凹
形状１８ａの他の辺ＳＲ，ＲＱにも他の三角錐凹形状が
接しており、三角錐凹形状１８ｂの他の辺ＱＰ，ＰＳに
も他の三角錐凹形状が接している。また、点Ａは三角錐
凹形状１８ａの頂点であり、点Ｂは三角錐凹形状１８ｂ
の頂点である。点Ｔは辺ＳＱと分断面Ｘ−Ｘとが交わる
点である。

【０１００】図１４（ｂ）において、拡散シート７内に
その入射面７ａに垂直に入射した映像源からの光９は、
一方の三角錐凹形状１８ａの面ＡＴ（正確には、図１４
（ａ）での三角錐凹形状１８ａのΔＳＡＱの裏面）で反
射され、他方の三角錐凹形状１８ｂの面ＢＴ（正確に
は、図１４（ａ）での三角錐凹形状１８ｂのΔＳＢＱの
裏面）で屈折されて出射面７ｂから出射される。これを
図１４（ａ）でみると、三角錐凹形状１８ａのΔＳＡＱ
の面の裏側で反射した光９が、三角錐凹形状１８ｂのΔ
ＳＢＱの面で屈折されて出射されるということである。

【０１０１】この場合の出射光線９ａの出射面７ｂの法
線に対する角度を出射角としてψとすると、この第８の
実施形態は、このように、この出射面７ｂに対して出射
角ψで、拡散シート７の中心軸１０に対して斜めに出射
光線９ａが出射されるようにするものである。

【０１０２】ここで、入射光線９が効率良く出射され、
角度ψの方向で明るい映像をみることができるようにす
るためには、 三角錐凹形状１８ａの面ＡＴで全反射されること、 その隣の三角錐凹形状１８ｂの面ＢＴで屈折した光が
出射面７ｂの点Ｔ，Ｐ間から出射されること（正確に
は、図１４（ａ）でのΔＳＢＰ，ΔＱＢＰの面に当らな
いこと） 三角錐凹形状１８ｂの面ＢＴで全反射が生じないこと の条件を満足しなければならない。以下、この点につい
て説明する。

【０１０３】上記について、いま、拡散シート７の屈
折率をｎとすると、三角錐凹形状１８ａ，１８ｂ内は中
空であって、空気で満たされているから、それらの中の
屈折率は１であり、従って、正三角錐形状１８ａの面Ａ
Ｔでの光線９の入射角をθ₁とすると、この面ＡＴで全
反射するためには、スネルの式により、 ｎｓｉｎθ₁＞１（＝ｓｉｎ９０゜） を満たさなければならない。従って、入射角θ₁は、 （数３１） θ₁＞ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ） を満たさなければならない。このように入射角θ₁とな
るようにすると、光線９の反射角もθ₁ となる。

【０１０４】ここで、正三角錐形状１８ａの面ＡＴが軸
１０に対してなす角をβとすると、正三角錐形状１８
ａ，１８ｂの面ＡＴ，ＢＴのなす角度（即ち、点Ｔでの
なす角度）は２βであり、面ＡＴでの光線９の入射点を
Ｃ，この入射点Ｃでの反射光の面ＢＴでの入射点をＤと
すると、面ＡＴに対する光線９のなす角度がβであるか
ら、 （数３２） θ₁＝９０゜−β となる。このことから、面ＡＴで光線９が全反射するた
めには、角度θ₁が上記数３１を満たすように、角度β
を決めればよい。

【０１０５】次に、上記条件について説明する。

【０１０６】いま、光線９の面ＡＴでの入射点Ｃが三角
錐凹形状１８ａの頂点Ａに近づくと、三角錐凹形状１８
ｂの面ＢＴで屈折された出射光線９ａは点Ｐに近づく。
そこで、上記条件を満足するためには、この入射点Ｃ
が頂点Ａの場合であっても、出射光線９ａが点Ｐよりも
点Ｔ側で出射するようにする必要がある。

【０１０７】このためには、かかる状態を示す図１５に
おいて、点Ａ，Ｄ間の出射面７ｂに平行な方向の距離を
Ｌ₁，点Ｄと出射光線９ａが出射面７ｂと交わる点との
間のこの出射面７ｂに平行な方向の距離をＬ₂，点Ａ，
Ｐ間の出射面７ｂに平行な方向の距離をＬ₃とすると、 （数３３） Ｌ₃＞Ｌ₁＋Ｌ₂ でなければならない。

【０１０８】そこで、ΔＴＡＤの∠ＡＤＴは、 ∠ＡＤＴ＝１８０゜−｛２β＋（９０゜−θ₁）｝ ＝９０゜＋θ₁−２β ＝１８０゜−３β である。ここで、点Ｄを通る面ＢＴの法線と∠ＡＴＤの
２等分線（点Ｔを通る出射面７ｂの法線）との交点をＥ
とすると、∠ＴＤＥ＝９０゜であるから、 である。

【０１０９】ここで、スネルの式により、ｎ・ｓｉｎθ
₂＝ｓｉｎθ₃であるから、 である。

【０１１０】いま、点Ｄから直線ＴＥに下ろした垂線の
足をＦとすると、∠ＥＤＦ＝θ₃＋（９０゜−ψ）であ
る。そして、∠ＴＤＦ＝９０゜−βであるから、 ∠ＥＤＦ＝９０゜−∠ＴＤＦ＝β であり、従って、 （数３６） ψ＝９０゜−β＋θ₃ である。ここで、 （数３７） ０゜＜ψ＜９０゜ である。

【０１１１】ここで、光を均等に分散するためには、拡
散シート７の出射面７ｂ上の三角錐凹形状１８の底面を
正三角形とするのが良いので、ΔＳＲＱとΔＳＱＰを正
三角形とする。

【０１１２】三角錐凹形状１８ｂにおいて、頂点Ｂを通
る出射面７ｂに垂直な直線とこの出射面７ｂとの交点を
Ｂ’とすると、ΔＳＱＰは正三角形であるから、 長さＴＢ’：長さＰＢ’＝１：２ である。また、三角錐凹形状１８ｂの深さ（即ち、長さ
ＢＢ’）をＨ₀とすると、

【０１１３】

【数３８】

【０１１４】である。

【０１１５】ΔＴＡＤについて、正弦定理を適用して長
さＡＤを求めると、 長さＡＤ＝長さＡＴ・ｓｉｎ（∠ＡＴＤ）／ｓｉｎ（∠ＡＤＴ） ＝長さＡＴ・ｓｉｎ（２β）／ｓｉｎ（１８０゜−３β） であり、長さＡＴ＝Ｈ₀／ｃｏｓβであるから、 長さＡＤ＝２Ｈ₀ｓｉｎβ／ｓｉｎ（３β） であり、従って、

【０１１６】

【数３９】

【０１１７】である。

【０１１８】また、点Ａ，Ｄの出射面７ｂからの距離の
差をＨ₁，点Ｄの出射面７ｂからの距離をＨ₂とすると、 Ｈ₀＝Ｈ₁＋Ｈ₂ Ｈ₁＝長さＡＤ・ｓｉｎ（９０゜−２β） ＝２Ｈ₀ｓｉｎβ・ｃｏｓ（２β）／ｓｉｎ（３β） であるから、 Ｈ₂＝Ｈ₀−Ｈ₁ ＝Ｈ₀｛１−２ｓｉｎβ・ｃｏｓ（２β）／ｓｉｎ（３β）｝ である。従って、

【０１１９】

【数４０】

【０１２０】である。角度ψは上記数３６で与えられ、
また、θ₃は数３５で与えられる。

【０１２１】また、Ｌ₃は長さＡＢと長さＰＢ’との和
として与えられるから、 Ｌ₃＝長さＡＢ＋長さＰＢ’ ＝２Ｈ₀ｔａｎβ＋Ｈ₀／ｔａｎγ 従って、上記数３８から、 （数４１） Ｌ₃＝４Ｈ₀ｔａｎβ である。

【０１２２】以上求めた数３９，４０，４１により、上
記数３３を満たすためには、

【０１２３】

【数４２】

【０１２４】であることが必要となる。

【０１２５】ここで、数４２において、角度ψは数３
６，３５により屈折率ｎと角度βとの関数であり、従っ
て、上記数４２は屈折率ｎと角度βとによって決まる。

【０１２６】そこで、屈折率ｎを一定とし、数４２の左
辺を角度βの関数ｆ（β）、右辺を角度βの関数ｇ
（β）と表わすことができ、上記数４２は （数４３） ｆ（β）＞ｇ（β） と表わすことができる。

【０１２７】次に、上記条件についてみると、−１＜
ｎ・ｓｉｎθ₂＜１を満足する必要があり、従って、 （数４４） −ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）＜θ₂＜ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ） であるとき、三角錐凹形状１８ｂの面ＢＴで全反射が生
じない。

【０１２８】以上のことからして、図１３，図１４に示
すこの第８の実施形態において、入射光線９を効率良く
角度ψの方向に出射させるためには、ａｒｃｓｉｎ（１
／ｎ）＝θ₀，±ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）＝θ₀（±）
（符号同順）として、上記の （数３１） θ₁＞θ₀ （数３７） ０゜＜ψ＜９０゜ （数４３） ｆ（β）＞ｇ（β） （数４４） θ₀（−）＜θ₂＜θ₀（＋） の条件を同時に満足するように、角度βを設定すればよ
い。

【０１２９】図１６は屈折率ｎ＝１．４とし、角度βに
対する２β，θ₀（＋），θ₀（−）， θ₁，θ₂，ψ，
ｆ（β）及びｇ（β）を上記各式によって求めたもので
あり、図１７は、図１６の結果から、角度２βに対する
角度θ₀（＋），θ₀（−），θ₁，θ₂，ψを表わしたグ
ラフ図、図１８は同じくｆ（β），ｇ（β）を表わすグ
ラフ図である。ここでは、必要な２０゜≦２β≦７０゜
の範囲を示している。

【０１３０】図１７からみて、数３１，数３７，数４４
を満足するためには、３１．０゜＜２βでなければなら
ず、また、図１８からみて、数４３を満足するために
は、２β＜６６．７゜でなければならない。従って、Ｎ
＝１．４のときには、３１．０゜＜２β＜６６．７゜と
なるように、正三角錐凹部形状１８の角度２βを設定す
る。

【０１３１】図１９は同じく屈折率ｎ＝１．５とした場
合であり、図２０は、図１９の結果から、角度２βに対
する角度θ₀（＋），θ₀（−），θ₁，θ₂，ψを表わし
たグラフ図、図２１は同じくｆ（β），ｇ（β）を表わ
すグラフ図である。

【０１３２】図２０からみて、数３１，数３７，数４４
を満足するためには、３３．６゜＜２βでなければなら
ず、また、図２１からみて、数４３を満足するために
は、２β＜６６．２゜でなければならない。従って、Ｎ
＝１．５のときには、３３．６゜＜２β＜６６．２゜と
なるように、正三角錐凹部形状１８の角度２βを設定す
る。

【０１３３】ここで、拡散シート７の材質を、上記のよ
うに、汎用のメタクリル樹脂とした場合、拡散シート７
の屈折率ｎは１．４９であってほぼ１．５であるから、
上記角度２βをほぼ３３゜＜２β＜６７゜に設定すれば
よい。

【０１３４】図２２は同じく屈折率ｎ＝１．６とした場
合であり、図２３は、図２２の結果から、角度２βに対
する角度θ₀（＋），θ₀（−），θ₁，θ₂，ψを表わし
たグラフ図、図２４は同じくｆ（β），ｇ（β）を表わ
すグラフ図である。

【０１３５】図２３からみて、数３１，数３７及び数４
４を満足するためには、 ３５．７゜＜２β でなければならず、また、図２４からみて、数４３を満
足するためには、 ２β＜６５．７゜ でなければならない。従って、Ｎ＝１．６のときには、 ３５．７゜＜２β＜６５．７゜ となるように、三角錐凹形状１８の角度２βを設定す
る。

【０１３６】以上のようにして、この第８の実施形態で
は、拡散シート７に入射した光線９を無駄なく角度ψの
方向に出射することができ、拡散シート７の斜め方向か
らみても、非常に明るい映像を観視することができる。

【０１３７】なお、この第８の実施形態においても、図
１０に示した第４の実施形態のように、拡散シート７の
入射面７ａにフレネル凸レンズを設けたり、あるいは、
図１１に示した第５の実施形態のように、この入力面７
ａ側にフレネルレンズシートを設けたりして、拡散シー
ト７の入射面７ａ全面に、その入射面７ａに垂直に映像
源からの光が入射するようにするのが望ましい。

【０１３８】図２５は従来の透過型スクリーンの相対輝
度特性を示す特性図であって、スクリーン出射面に垂直
な方向を視野角＝０゜としている。この場合には、視野
角＝０゜の方向で出射光量が最も多く、スクリーン出射
面に対して斜めの方向ほど出射光量が少なくなって、表
示映像が暗くなる。

【０１３９】図２６は上記第８の実施形態での相対輝度
特性を示すものであって、ここでは、２β＝６０゜とし
たものである。この場合には、上記拡散シート７の法線
に対してほぼ±６０゜の方向の狭い範囲で出射光量が多
く、この方向だけからみた場合しか明るい映像をみるこ
とができない。

【０１４０】図２７は上記第８の実施形態での相対輝度
特性を示すものであるが、この場合には、図７に示した
第２の実施形態のように、拡散シート７内に拡散材を混
入したり、あるいは、図８に示した第３の実施形態のよ
うに、図１５での屈折透過する面ＢＴに拡散層を設けた
りなどして、出射光を拡散させるものであり、また、図
２６と同様に、２β＝６０゜としたものである。

【０１４１】この場合には、上記拡散シート７の法線に
対してほぼ±６０゜の方向を中心に出射光の出射方向に
広がりがあり、これにより、図２６の場合に比べ、透過
型スクリーンの斜め方向の広い範囲で明るい映像をみる
ことができる。

【０１４２】なお、この第８の実施形態では、図１４に
おいて、ΔＳＡＲ，ΔＲＡＱ，ΔＱＡＳ，ΔＳＱＢ，Δ
ＱＢＰ，ΔＰＢＳの６個の面で入射光の反射があるか
ら、拡散シート７の出射面７ｂからその法線に対して斜
めの６方向を中心に出射光が出射されることになる。

【０１４３】以上のようにして、この第８の実施形態で
は、拡散シート７の斜め方向から明るい映像をみること
ができ、特に、透過型スクリーンを図３３に示したよう
にテーブル上に設けて使用する場合には有用である。

【０１４４】図２８は単板式液晶投写ユニット１９を映
像源とした背面投写型画像表示装置に本発明による透過
型スクリ−ン３を用いた実施形態である。２０は液晶表
示パネルである。

【０１４５】図２９は３板式液晶投写ユニット２１を映
像源とする背面投写型画像表示装置に本発明による透過
型スクリ−ン３を用いた実施形態である。２２ａ，２２
ｂ，２２ｃは赤，緑，青の液晶表示パネルである。

【０１４６】図２８，図２９に示すいずれのタイプの液
晶投写ユニットを用いた場合でも、本発明による透過型
スクリ−ン３を用いることにより、映像源としてブラウ
ン管を使用した場合と同様に前述の効果を得ることがで
きる。

【０１４７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、スクリーンに入射する光の出射方向を変化さ
せて、効率よく拡散することが可能であり、正面以外の
方向から観視した場合の明るさを向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による透過型スクリーンの第１の実施形
態を用いた背面投写型画像表示装置を示す概略構成図で
ある。

【図２】図１における透過型スクリーンの内面形状の具
体例を示す斜視図である。

【図３】本発明による透過型スクリーンの第２の実施形
態の一部を拡大して示す断面図である。

【図４】図３における拡散シートの射出面側全体を示す
斜視図である。

【図５】図３に示した実施形態での出射光の出射角度と
光量を示す特性図である。

【図６】屈折の法則を示す図である。

【図７】本発明による透過型スクリーンの第３の実施形
態の一部を拡大して示す断面図である。

【図８】本発明による透過型スクリーンの第４の実施形
態の一部を拡大して示す断面図である。

【図９】透過型スクリーンの周辺部への入射光を示す断
面図である。

【図１０】本発明による透過型スクリーンの第５の実施
形態の一部を拡大して示す断面図である。

【図１１】本発明による透過型スクリーンの第６の実施
形態の一部を拡大して示す断面図である。

【図１２】本発明による透過型スクリーンの第７の実施
形態の一部を拡大して示す断面図である。

【図１３】本発明による透過型スクリーンの第８の実施
形態の一部を拡大して示す斜視図である。

【図１４】図１３での互いに隣接する２つの三角錐凹形
状を示す図である。

【図１５】図１３で示した第８の実施形態での入射光の
光路を示す断面図である。

【図１６】図１３で示した第８の実施形態での拡散シー
トの屈折率が１．４のときの各部分の数値例を示す表で
ある。

【図１７】図１６に示した表での一部の部分の数値例を
グラフで示した特性図である。

【図１８】図１６に示した表での他の部分の数値例をグ
ラフで示した特性図である。

【図１９】図１３で示した第８の実施形態での拡散シー
トの屈折率が１．５のときの各部の数値例を示す表であ
る。

【図２０】図１９に示した表での一部の部分の数値例を
グラフで示した特性図である。

【図２１】図１９に示した表での他の部分の数値例をグ
ラフで示した特性図である。

【図２２】図１３で示した第８の実施形態での拡散シー
トの屈折率が１．６のときの各部の数値例を示す表であ
る。

【図２３】図２２に示した表での一部の部分の数値例を
グラフで示した特性図である。

【図２４】図２２に示した表での他の部分の数値例をグ
ラフで示した特性図である。

【図２５】従来の投写型スクリーンの視野角に対する相
対輝度特性を示す特性図である。

【図２６】図１３に示した第８の実施形態での視野角に
対する相対輝度特性の一例を示す特性図である。

【図２７】図１３に示した第８の実施形態での視野角に
対する相対輝度特性の他の例を示す特性図である。

【図２８】本発明による透過型スクリーンと単板式液晶
投写ユニットとを組み合わせた背面投写型画像表示装置
の実施形態を示す概略断面図である。

【図２９】本発明による透過型スクリーンと３板式液晶
投写ユニットとを組み合わせた背面投写型画像表示装置
の実施形態を示す概略断面図である。

【図３０】縦型背面投写型画像表示装置の一例を示す図
である。

【図３１】ブラウン管式背面投写型ディスプレイの構成
を示す断面図である。

【図３２】従来の投写型スクリーンの一例を示す斜視図
である。

【図３３】横型背面投写型画像表示装置の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１ ブラウン管 ２ 投写レンズ ３ 投写型スクリーン ７ 拡散シート ７ａ 入射面 ７ｂ 出射面 ８ 円錐凹形状 ９，９’ 光線 １０ 光軸 １１ 拡散材 １２ 出射光 １３ 表面拡散層 １４ フレネル凸レンズ １５ フレネルレンズシート １６ フレネル凸レンズ １７ 光吸収材 １８，１８ａ，１８ｂ 三角錐凹形状 １９ 単板式液晶投写ユニット ２０ 液晶表示パネル ２１ ３板式液晶投写ユニット ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 液晶表示パネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 一成 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所映像情報メディア事業部 内 (72)発明者 竹田 勝信 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所映像情報メディア事業部 内 (72)発明者 大高 文男 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所映像情報メディア事業部 内 (72)発明者 安藤 久仁夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所映像情報メディア事業部 内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像発生源から入射される映像光を透過
   拡散して映像観視側に出射する透過型スクリーンにおい
   て、 表面に錐体状の微小な突起を数多く設けたことを特徴と
   する透過型スクリーン。
2. 【請求項２】 映像発生源から入射される映像光を透過
   拡散して映像観視側に出射する透過型スクリーンにおい
   て、 出射面側に、該映像発生源より入射される該映像光を全
   反射によりその光路を変更する錐形の凹部を多数設けた
   拡散シートを備えたことを特徴とする透過型スクリー
   ン。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の透過型スクリーンにお
   いて、 前記凹部の形状が三角錐であることを特徴とする透過型
   スクリーン。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の透過型スクリーンにお
   いて、 前記三角錐の底面が正三角形であることを特徴とする透
   過型スクリーン。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の透過型スクリーンにお
   いて、 前記凹部は隣同士で互いに接しており、 隣合う前記凹部間での傾斜角が３０゜〜７０゜、好まし
   くは、３３゜〜６７゜であることを特徴とする透過型ス
   クリーン。
6. 【請求項６】 請求項２〜５のいずれか１つに記載の透
   過型スクリーンにおいて、 前記拡散シート内に拡散剤を混入したことを特徴とする
   透過型スクリーン。
7. 【請求項７】 請求項２〜５のいずれか１つに記載の透
   過型スクリーンにおいて、 前記拡散シートの出射面に拡散層を形成したことを特徴
   とする透過型スクリーン。
8. 【請求項８】 請求項２〜７のいずれか１つに記載の透
   過型スクリーンにおいて、 前記拡散シートの入射面側にフレネル凸レンズが形成さ
   れていることを特徴とする透過型スクリーン。
9. 【請求項９】 請求項２〜７のいずれか１つに記載の透
   過型スクリーンにおいて、 前記拡散シートの映像発生源側にフレネルレンズシート
   を備え、該フレネルレンズシートは、前記拡散シート側
   の出射面にフレネル凸レンズを有することを特徴とする
   透過型スクリーン。
10. 【請求項１０】 請求項２，６〜９のいずれか１つに記
    載の透過型スクリーンにおいて、 前記拡散シートの前記凹部に光吸収処理を施したことを
    特徴とする透過型スクリーン。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか１つに記載
    の透過型スクリーンを備えたことを特徴とする背面投写
    型画像表示装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の背面投写型画像表
    示装置において、 前記映像発生源がブラウン管または液晶ユニットである
    ことを特徴とする背面投写型画像表示装置。