JPS6130251B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、例えばビデオプロジエクター用のス
クリーン等に用いる背面投影スクリーンに関し、
さらに詳しくは所定ピツチに配列されるレンチキ
ユラーレンズを構成するレンズ単位の両側面部に
入射光線を全反射する全反射面を形成した光拡散
性の改善された背面投影スクリーンに関する。 背面投影型のスクリーンは、ビデオプロジエク
ターや、マイクロフイルムリーダーあるいはコン
ピユーター用デイスプレイ等の投影面として用い
られているが、その視野角度を大きくする等、そ
の光透過特性について各種の検討がなされてい
る。そしてこのような目的を達成するための手段
の１つとして、微小な円筒レンズを連続的に多数
形成したレンチキユラーレンズシートを単独ある
いは他のレンズと組合わせて使用することが行な
われている。 このようなシートのレンチキユラーレンズは前
述したように入射光を拡散させるのに効果があ
り、垂直方向に微小な円筒レンズを連続的に多数
形成したものは水平方向に光を拡散させ、水平方
向に微小な円筒レンズを形成したものは垂直方向
に光を拡散させるものである。 また、このレンチキユラーレンズを背面投影ス
クリーンとして用いる際、レンズ面を入射光線側
即ち光源側に向けた場合と、射出側すなわち観察
者側に向けた場合とでは、それぞれ最大拡散角度
は限定され、光源側に向けた場合の方が観察者側
に向けた場合に比して拡散角度を大きくすること
ができることが知られている。 本発明は、上記したレンチキユラーレンズの特
性に着目し、明るいしかも広い角度の投射角を得
ることを目的としてなしたものである。すなわち
本発明の要旨とするところは、少なくとも媒体の
観察側にレンチキユラーレンズが形成されれた背
面投影スクリーンであつて、そのレンチキユラー
レンズは１つの凸面で形成された頂部と両側面部
とを備えたレンズ単位が連設されて構成されてお
り、このレンズ単位の頂部の凸面はこの部分に直
接入射した光線を出射させるように形成され、し
かもレンズ単位の各側面部の少なくとも一部には
この部分に入射した光線が全反射する全反射面が
それぞれ形成され、かつ一方の全反射面で全反射
した光線の大部分が凸面の他方の全反射面に近い
側から出射するようにしたことを特徴とする背面
投影スクリーンにある。 本発明を図面の実施例について詳述すると、第
１図は本発明の一実施例を示す背面投影スクリー
ンの斜視図であり、第２図は第１図の−線に
沿つて切断した断面平面図であつて、本発明の背
面投影スクリーンのレンチキユラーレンズは、１
つの凸面１ａで構成された頂部１と両側面図２と
を備えたレンズ単位が連設されて構成されてい
る。そしてこの実施例にける両側面部２は、立上
り面２ａと全反射面２ｂと底面２ｃとよりなる対
称型をなしているが、勿論場合によつてはこれが
非対称であつてもよい。 上記立上り面２ａは、レンチキユラーレンズを
成形する際、その型抜きができるよう僅かに第２
図において上すぼまりに、すなわち垂直面に対し
て約１゜ないし５゜傾斜しているが入射光の光量
を有効にする面からみれば、この角度が零に近
く、垂直に近い方が望ましいものである。また底
面２ｃも成形を容易にするために有効なものであ
るが、これも上記したと同様の目的から小さい面
積であることが望ましい。勿論本発明の全反射面
２ｂは、第７図の例に示すように両側面部全面に
わたつて形成してもよい。 このようなレンズ単位の頂部１の凸面１ａは、
この部分に直接入射した光線を出射させるように
形成されている。また全反射面２ｂは、この部分
に入射した光線を全反射させるが、両側面部２に
おける一方の全反射面２ｂで全反射した光線の大
部分が凸面１ａの他方の全反射面２ｂに近い側か
ら出射するようになつている。 そして上記の全反射した光および直接凸面１ａ
に到達する光が、この凸面１ａにおいて再び全反
射することがないようになすことを要するもので
あり、全反射面２ｂがレンチキユラーレンズの凸
面１ａを結ぶ面、言い換えれば光軸に対してなす
角度θは、媒体の屈折率ｎにより決定されるもの
であり、これを数式で求めると次のようになる。 いま、第３図に示す如く、垂直軸Ｎと平行する
光線ＸとＺのうち、光線Ｘが全反射面２ｂに対し
角度θで入射し、この光線Ｘが全反射して光線Ｙ
となり、これが凸面１ａから出射したとすると、
この全反射した光線Ｙは光軸である直直軸Ｎに対
し角度２θで交叉し凸面１ａより出射する。 そしてこの光線Ｙが凸面１ａで全て外部に出射
する条件は、この面で全反射してはならないか
ら、この角度２θが全反射角以下でなければなら
ない。この関係を全反射の式より求めると、 nsin2θ≦１ 故に sin2θ≦１／ｎ ２θ≦sin^-1１／ｎ θ≦１／２sin^-1１／ｎ となる。このことから全反射面２ｂの水平面とな
す角度αは、 α≧90゜−１／２sin^-1１／ｎ となる。 以上の式から全反射面２ｂのなす角度αが求め
られるが、例えば媒体をアクリル樹脂とした場合
その屈折率ｎを1.492とすると、 α≧90゜−１／２sin^-1１／１．４９２ α≧90゜−１／２×42.09゜ α≧68.96゜となり 約69゜以上の角度であることが必要となるが、凸
面１ａを通る光線の角度２θが臨界角42.09゜に
近づき過ぎると、凸面１ａの界面で内部反射する
率が高くなるので、これより小さい角度すなわち
αとしては90゜に近い程好ましいといえるが、あ
まりにこの面の角度αが大きくなりすぎると、山
の高さが、その幅に対して高くなりすぎ、成形が
困難となり、この面から制約を受ける。したがつ
て成形面からすると角度αが小さい方が有利であ
り、結局両者の点から媒体としてアクリル樹脂を
用いるときは、角度αが70゜ないし80゜であるこ
とが特に好ましい。 また、凸面１ａにおいて頂部に入る平行の光線
が全反射を起こさない条件について考えると第３
図の如くレンチキユラーの凸面１ａの幅をＰと
し、凸面１ａの曲率の半径をｒとし、この凸面１
ａの右端をＱ点とすると、Ｑ点の半径ｒと垂直線
Ｎとのなす角βは、

【式】となり、この角は Ｑ点を通る光線Ｘと平行する光線Ｚの入射角とな
るからＰｎ／２≦ｒとなるように定めるとよい。 本発明に係るレンチキユラーレンズは、上記し
た如く、また後述する如く、一方のレンズ面の構
成によつて、高い拡散特性が得られるのでこれを
単独で背面投影スクリーンとして使用し得るもの
であるが、第２図の媒体に光線が入射する側の面
Ａを更に組み合わせて利用することも可能であ
る。このような観点からすると、この面Ａを平滑
な面とすることなく、これを微細な凹凸面として
もよくあるいは傾斜面またはその他のレンズ面と
なしてもよい。このように入射側の面を有効に利
用すると、１枚構成のレンズで有効な背面投影ス
クリーンとすることができるので有利である。特
に本発明において第６図や第７図に示した実施例
の如く、背面投影スクリーンの入射側面をフレネ
ルレンズ３とすれば、光線を有効に利用すること
ができ、優れた背面投影スクリーンとすることが
できる。 本発明に係る背面投影スクリーンは、上述した
ように単独でスクリーンとして用いることもでき
るし、他のスクリーンあるいはレンズと組み合わ
せてスクリーンとなすこともできるものである。
この際、本発明に係るレンチキユラーレンズにお
ける全反射面２ｂは、これが必ずしも平面状であ
る必要はなく、その外面を凸面とする彎曲面であ
つても、要は入射光線を全反射し得るものであれ
ばよい。 また観察側となるレンチキユラー面に外部光線
が照射されると、これが画素のコントラストを低
下することになる。これを防止するため、第４図
の実施例に示す如く、両側面部２の立上り面２ａ
と全反射面２ｂとに、光線の透過を防止する外光
吸収層４を形成することによつて、画素のコント
ラストを高めることができる。 しかしながら、このような外光吸収層４が全反
射面２ｂで反射する光線の一部を僅かではあるが
吸収する惧れがある。このような光線の吸収を防
止するためには、第５図の実施例に示す如く、少
なくとも全反射面２ｂ上に媒体の屈折率ｎより小
さい屈折率の物質層５を被覆し、その上に外光吸
収層４を形成することによつて全反射面２ｂにお
ける反射光線の僅かな吸収は、これを防ぐことが
でき、光線をより有効に投射させることができ
る。この屈折率の低い物質としては、例えば媒体
がアクリル樹脂の場合には含フツソ系樹脂が挙げ
られる。 次に投射される光線の投射角内における明るさ
の均一性について述べると、これが不均一である
と投射角内で画素を視る方向によつて画素に明暗
が生じることになる。 第８図ないし第１０図は、第２図に示したレン
チキユラーレンズの１個のレンズ単位の切断図で
あつて、６，７はその１単位の両端を示し、８は
その中点を示す。９は全反射面２ｂの左端、１０
は同右端１２より線分６−７に下した垂線の足、
１１は立上り面２ａの右端１４、即ち凸面１ａの
左端より線分６−７に下した垂線の足を示し、ま
た中点８より線分６−７に立てた垂線は、凸面１
ａの中心を通る。そして入射面Ａより垂直に入射
光線が互いに平行して入射したものとする。 第８図ないし第１０図においては、頂部１が対
称形の実施例であるため、中心軸より左半分のみ
について説明しているが、右半分についても同様
な拡散特性を示すものであることは言うまでもな
い。 均一な点８，１１間の平行光線は、レンチキユ
ラーで全反射することなく、凸面１ａの中心と１
４間において凸面１ａの曲率に応じた焦点ｆを通
つて、１４−ｆを結ぶ直線１６と、点８に立てた
垂直線１７の間を進み、光線ｆ−１６とｆ−１７
の間に拡散してゆく。一方全反射面２ｂの９，１
２間に入射する上記光線は、上記全反射面２ｂで
全反射して凸面１ａの点１８と点１９間に向い、
凸面１ａで屈折してその焦点f′に収斂し、焦点
f′より線f′−２１と線f′−２２の間を拡散してゆ
く。そして線１８−f′−２１と線１４−ｆ−１６
とが角ωが開いていると、凸面１ａより直接出射
される光束と、全反射面２ｂにおいて１回全反射
した後凸面１ａより出射される光束とは互いに交
わることがなく、上記角ω内は光線が射出され
ず、この角内からレンチキユラーレンズ面を観察
しても暗いものである。 これに対し、第９図に示す如く、線f′−２１と
線ｆ−１６とが互いに収斂し、例えばＯ点におい
て角を以て交叉するとすると、角内には、直
接凸面１ａより出射される光線と、一回全反射面
２ｂにおいて全反射した後、凸面１ａより出射さ
れる光線とが重畳し、角内よりレンチキユラー
レンズを観察した場合において異常に明るくな
る。 そして第１０図に示す如く、線ｆ−１６と線
f′−２１とが互いに略平行することが望ましく、
また前記した交叉点Ｏが例えばテレビ観覧の場
合、凸面１ａより３ないし10ｍ位のところにあれ
ば十分なものと言える。 これらの発散および収斂角は、レンチキユラー
の斜面の高さと、ピツチＰと、凸面１ａの焦点距
離とにより種々選択することができる。 本発明の背面投影スクリーンに使用する媒体と
しては、前記実施例においてアクリル樹脂とした
が、これは光学特性およ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。勿論こ
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。 本発明に係るレンチキユラーレンズの光拡散性
を一層向上させるためには、媒体に別の光拡散手
段を講じるとよい。この光拡散手段としては、媒
体を構成する合成樹脂、例えばアクリル樹脂に
SiO₂、CaCO₃、Al₂O₃、TiO₂、BaSO₄、ZnO、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
む層を形成するか、あるいは入射面または頂部あ
るいは両方に微細な凹凸面を形成してもよい。こ
のように光拡散手段を講ずると例えば第８図の角
度ω間に多くの光を拡散させることが可能とな
り、また第１図の上下方向の光の拡散にも寄与す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のレンチキユラーレ
ンズの投影側（光源側）からみた斜視図、第２図
は第１図の−線に沿つた断面平面図、第３図
は第２図に示す断面平面図において、全反射面の
角度αを求める説明図、第４図ないし第７図は本
発明に係る他の実施例を示す断面平面図、第８図
は第２図の実施例において、出射光線が角ω内に
は出射されない応用例の断面平面図、第９図は直
接頂面より出射される光線と一度全反射面におい
て全反射した後頂面より出射される光線とが角度
内で交叉する応用例の断面平面図、第１０図は
同上両射出光線が互いに平行する応用例の断面平
面図である。 １……頂部、１ａ……凸面、２……両側面部、
２ｂ……全反射面、３……フレネルレンズ、４…
…外光吸収層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも媒体の観察側にレンチキユラーレ
   ンズが形成された背面投影スクリーンであつて、
   そのレンチキユラーレンズは１つの凸面で形成さ
   れた頂部と両側面部とを備えたレンズ単位が連設
   されて構成されており、このレンズ単位の頂部の
   凸面はこの部分に直接入射した光線を出射させる
   ように形成され、しかもレンズ単位の各側面部の
   少なくとも一部にはこの部分に入射した光線が全
   反射する全反射面がそれぞれ形成され、かつ一方
   の全反射面で全反射した光線の大部分が凸面の他
   方の全反射面に近い側から出射するようにしたこ
   とを特徴とする背面投影スクリーン。 ２ 全反射面が光軸と直光する面となす角をαと
   すると、 α≧90゜−１／２sin^-1１／ｎ （ただし、ｎは媒体の屈折率とする） となした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 両側面部の少なくとも全反射面を覆う位置に
   外光吸収層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 屈折率が媒体の屈折率より小さい物質の層を
   介して外光吸収層が形成されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の背面投影スクリ
   ーン。 ５ 媒体が光拡散手段を備えたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項、第２項、第３項または第
   ４項記載の背面投影スクリーン。