JPS6130252B2 - - 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する
ものである。 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
るいは他のレンズまたは拡散板と組合せて使用す
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
に光を拡散させる機能を有している。またこのレ
ンチキユラーレンズを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、射出側即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。しかしながら一般にこの種のレンチキユラー
レンズによる光の拡散はその角度が狭く、例えば
第８図に示す通り、中心から30゜を超える箇所で
急激に明るさが低下するという難点を有してい
る。 このような背面投影スクリーンに関し本発明者
等は、既に特願昭56−51194号（特開昭57−
165830号公報）の発明を提案している。この発明
は背面投影スクリーンにおけるレンチキユラーレ
ンズのレンズ単位の両側面部の少なくとも一部に
全反射面を形成し、この全反射面に入射した光線
がレンズ単位の頂部凸面を透過して出射するよう
にしたもので、これによつて明るくかつ視野角度
の大きい背面投影スクリーンが得られることが判
明した。しかしながらさらに検討を加えた結果、
全反射面による透過光量を若干抑えて、中心部の
透過光量とバランスさせることが望ましいことが
分り、さらに山部の形状が急峻となつて製作しに
くい面がみられたので、本発明においてはこれ等
の点を改善し、さらに性能の優れた背面投影スク
リーンを提供しようとするものである。 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第１のレンズ単位と該レンズ
単位間に位置する第２のレンズ単位とが交互に連
設されて構成されており、このうちの第１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
るようになつており、上記第２のレンズ単位には
この部分に直接入射した光線を出射させるレンズ
面が形成されていることを特徴とする背面投影ス
クリーンにある。 以下、本発明を実施例の図面に従つて説明する
と、第１図は本発明の背面投影スクリーンの斜視
図であり、第２図は第１図−線に沿つて切断
した断面平面図である。 図中１はレンチキユラーレンズを構成する第１
のレンズ単位で、この第１のレンズ単位１は１つ
の凸面１０ａで形成された頂部１０と両側面部１
１とを備えている。また図中２は上記第１のレン
ズ単位１間に位置する第２のレンズ単位で、これ
らの２つのレンズ単位は交互に連設されて構成さ
れている。なお図中２０は第２のレンズ単位２に
設けられたレンズ面、３は反対側の入射面であ
る。 このような背面投影スクリーンのレンチキユラ
ーレンズに対し、入射面３から平行な光線が入射
すると、Ｘ部分、Ｙ部分およびＺ部分の光線はそ
れぞれ凸面１０ａ、全反射面１１ａおよびレンズ
面２０に向い、この部分から出射するが、この状
況を示したのが第３図である。すなわち凸面１０
ａに相当する部分Ｘは、X₁とX₂とを両端とし、
この間に直接入射した光線は図の如く出射する。
またレンズ面２０に相当する部分ＺもZ₁，Z₂の間
に直接入射した光線が図の如く出射する。そして
両側面部１１に相当する部分Ｙに入射した光線の
うち、Y₁とY₂の間の光線の大部分は凸面１０ａ
の他方の全反射面に近い側から、またY′₁とY′₂と
の間の光線の大部分の光線も同様に他方の全反射
面に近い側からそれぞれ出射するようになつてい
る。 なおこの両側面部１１には、型抜きがしやすい
ように全反射面１１ａと連設する立上り面１１ｂ
が設けられているが、この立上り面１１ｂは図示
する垂直面（符号のX₁またはX₂に相当）に対し
１〜５゜傾斜させるとよい。但し、入射光量を有
効に利用する面からすれば、この角度が零に近
く、垂直に近い方が望ましい。勿論本発明の全反
射面１１ａは、第１０図の例に示すように傾斜面
全面にわたつて形成されていてもよい。 以上の如き形状のレンチキユラーレンズにおい
て、本発明は媒体の第１のレンズ単位１の両側面
部１１に入射した光線の大部分が全反射した後に
頂部１０を透過して射出するよう両側面部１１の
少なくとも一部に全反射面３ａを形成したことを
特徴の１つとするものである。全反射面１１ａ
は、媒体に入射した光線の一部がこの面で全反射
をして、これが頂部１０の凸面１０ａより出射す
るようになすと共に、上記全反射光および直接凸
面１０ａに到達する光が、凸面１０ａにおいて再
び全反射することがないようにすることを要する
ものであり、この全反射面１１ａがレンチキユラ
ーレンズの凸面１０ａを結ぶ面、言い換えれば光
軸になす角度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、垂直軸と平行な光線
Y₁が角度θで入射し、これが全反射して凸面１
０ａから射出したとすると、この光線は光軸であ
る垂直軸Ｎに対し角度２θで交叉し、凸面１０ａ
から出射する。そして、この光線Y₁が、凸面１
０ａで全て外部に射出する条件は、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、 ｎ sin2θ≦１ 故に sin2θ≦１／ｎとなり、 ２θ≦sin^-1１／ｎ、さらに θ≦１／２sin^-1１／ｎ となる。このことから全反射面１１ａ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１１ａ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。な
お、凸面１０ａを通る光線の角度２θが臨界角
42.09゜に近づきすぎると、凸面１０ａで内部反
射する率が高くなるので、これより小さい角度即
ち角度αとしては90゜に近い程好ましいものとな
る。しかし余りに全反射面１１ａの角度αが大き
くなり過ぎると、凸部１０の高さが高くなりすぎ
る面があり、結局媒体としてアクリル樹脂を用い
るときは、角度αが70〜80゜であることが特に好
ましい。 一方凸部１０の凸面１０ａにおいて凸部１０に
入る光線について考えると、第２図のように凸面
１０ａのピツチをP₁とし、凸面１０ａの曲率をr₁
とし、この凸面１０ａの右端をＱ点とするとＱ点
の法線となるr₁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Ｖの入射角とな
るから、r₁＝Ｐ_１ｎ／２となるように定めるとよい。凸 面１０ａにおける曲率r₁をこのように設定する
と、この面での全反射は起こらなくなるので、透
過光量を最大にすることができることとなる。し
たがつてこの面はr₁＝Ｐ_１ｎ／２を基準として定めるこ とが望ましい。この頂部１０の凸面１０ａのレン
ズの曲率r₁と同様に、第２のレンズ単位２におけ
るレンズ面２０におけるレンズの曲率r₂も規制す
ることが望ましい。即ち、このレンズ面２０にお
けるレンズのピツチをP₂としたとき、r₂≧ｎＰ_２／２と するとよい。この理由は上記した凸面１０ａにお
けるレンズの曲率の場合と同様であり、このレン
ズ面で全反射を起こさない範囲を基準として定め
るとよい。なお、第２のレンズ単位２におけるレ
ンズ面２０は図示した例では凹レンズ状となつて
いるが、勿論これを第７図や第１０図に示すよう
な凸レンズ状にすることもできる。 本発明に係るレンチキユラーレンズは、上述し
たように単独で背面投影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、本発明の第１のレンズ単位１に
おける全反射面１１ａ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
であつてもよく、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、全反射面１１ａには外部か
らの光線を吸収する外光吸収層４を形成すること
によつて各レンチキユラーレンズが対面する画素
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１１ａ
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１１ａ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１１ａ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、
画素よりの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。 本発明の係る背面投影スクリーンのレンチキユ
ラーレンズは、上記した如く、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
れを単独でスクリーンとして使用し得るものであ
るが、媒体に光線が入射する側の入射面３をさら
に組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、入射面３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
るいは傾斜面はまた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スクリーンとする
ことができるので有効である。特に本発明におい
て第６図や第１０図に示した実施例の如く、背面
投影スクリーンの入射面３をフレネルレンズとす
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になし得る。 また本発明のレンチキユラーレンズは第１のレ
ンズ単位１と第２のレンズ単位２とが交互に形成
されているため、山部の連続で形成されるレンチ
キユラーレンズと比較して型抜きが容易となり、
製作面での優位性がある。ちなみに本発明におけ
るレンチキユラーレンズの頂部１０のピツチP₁は
0.3〜1.5mm程度、レンズ面２０のピツチP₂は0.3〜
1.5mm程度、したがつて全体のピツチＰは0.6〜３
mm程度とするとよく、またその高さＨは0.3〜２
mm程度とするとよい。 次に投射される光線の投射角内における明るさ
の均一性について第３図に基づいて述べるがこれ
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３図にお
いて、第１のレンズ単位１の凸面１０ａを通過す
る光線はX₁とX₂の光線のように凸面１０ａを出
射して範囲ωで拡散する。また全反射面１１ａに
入射し光（Y₁とY₂との間の光）は全反射し凸面
１０ａより出射して強い光となつて範囲に出射
する。一方第２のレンズ単位２のレンズ面２０を
透過する光（Z₁とZ₂との間の光）は、拡散してφ
の範囲で出射する。上記の範囲ωとこのφの範囲
の光は一体化された恰好となり第９図のω＋φの
明るさを示すことになるが、これは中心からの角
度が30゜付近になると著しく低下してしまう。一
方全反射面１１ａから出射した光は強い光とな
り第９図のの範囲の明るさを示し、上記ω＋φ
による明るさの低減を補うこととなり、一層均一
性を高めることができることとなる。図中点線で
示した範囲は上記ωとφとを和および後述する
光拡散手段を付加した範囲を示すものである。な
お、これら拡散の程度は、レンチキユラーの斜面
の高さと、ピツチＰ，P₁，P₂と、凸面１０ａの焦
点距離等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。しか
し、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、これらの合成樹脂材料を
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、本発明に係るレンチキユラー
レンズ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、あるいは入射面およびまたは山
部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３図における範
囲ωととの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背面投影スクリー
ンの投影側（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をさらに拡大した説明
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図は従来のレンチキユ
ラーレンズの拡散状態を示すグラフ、第９図は本
発明の背面投影スクリーンの拡散状態を示すグラ
フ、第１０図はさらに他の実施例を示す断面平面
図である。 １……第１のレンズ単位、１０……頂部、１０
ａ……凸面、１１……両側面部、１１ａ……全反
射面、２……第２のレンズ単位、２０……レンズ
面、３……入射面、４……外光吸収層、５……被
覆層。

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第１のレンズ単位
   と該レンズ単位間に位置する第２のレンズ単位と
   が交互に連設されて構成されており、このうちの
   第１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なつており、上記第２のレン
   ズ単位にはこの部分に直接入射した光線を出射さ
   せるレンズ面が形成されていることを特徴とする
   背面投影スクリーン。 ２ 全反射面における角度αが、 α≧90゜−１／２sin^-1１／ｎ （ただし、ｎは媒体の屈折率） である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 第１のレンズ単位の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。