JPS6190149A - 透過形スクリ−ン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、リア方式グロジエクションテレビ用の透過形
スクリーンに関するものであり、特に受像管（ＣＲＴ）
の前面に短投写距離レンズを配置してセットの小形化を
図ったかかるグロジエクションテレビ用に用いても、拡
大映像光のスクリーン面での反射損失、スクリーン・エ
ツジ部での光の損失などの少ない透過形スクリーンに関
するものである。

〔発明の背景〕

第６図は一般的なリア方式プロジエクショ／テレビシス
テムの一例を示す説明図である。

同図において、１は透過形スクリーンであり、−片面を
フレネルレンズで形成されたフレネルスクリーン１ａと
、片面をレンチキュラーレンズで形成されたレンチキュ
ラースクリーン１ｂとで、この場合は構成されている。

２はテレビ受像管、３は投写レンズである。

蔓像管２に表示された映像は、投写レンズ３により拡大
されてスクリーン１に投写され、該スクリーン１を透過
して観視側に至る。フレネルスクリーン１ａは、レンズ
６から成る角度θをもって入射してきた光線を平行光に
直して出力するためのものである。レンチキュラースク
リーン１ｂは、フレネルスクリーン１ａから出射した平
行光のままでおると、該スクリーン１ａのスクリーン面
から少しでも外れると映像が見られなくなるので、平行
光を若干散乱させて、スクリーン１ｂのスクリーン面に
対しである角度範囲にちれば、どの観視者にも映像が見
えるようにするためのものでおる。

さて、本発明は上述の透過形スクリーンに関するもので
あるが、従来かかるプロジェクションテレビ用透過形ス
クリーンとしては一般に１元拡散剤を混入した平板形式
をとるもの、−面にフレネルレンズを形成したフレネル
レンズ形式をとるもの、−面にレンチキュラーレンズを
形成したレンチキュラー形式をとるもの、前記２種のス
クリーンの組み合わせによるもの、及び、−面にフレネ
ルレンズ、他面にレンチキュラーレンズを形成した形式
によるもの等があるが、これらの中で指向性、明るさ、
色むら等の光学特性の優位性により、レンチキュラーレ
ンズとフレネルレンズ形式み会わせたものが使用される
よ５になって来ている。

さらに、フレネルレンズの同心円状のエツジ部の琢とレ
ンチキュラーレンズの各レンズ面の継ぎ部の線によって
生じるモアレ模様を最少限に押えることが容易であるこ
とから、受像管（ＣＲＴ）側にレンチキュラーレンズを
向けるようにしたスクリーン（第６図に示した例もそう
なっている）が主流になりつつある。

なお、これらについて詳しく述べである特許公報の例と
して、特開昭５７−２１０！１３２号、特開昭５９−４
８７４４号を挙げることができる。

今後プロジェクションテレビセットのコンパクト化がさ
らに進むと考えられるが、その際、投写レンズとしても
投写距離の短いレンズ（以下、短投写距離レンズと云う
こともある）を用いてコンパクト化を図るのが主流とな
るであろう。

このような事情で短投写距離レンズを用いると、必然的
に画角が大きくなる。この為、この大きな画角をもって
入射してくる光を平行光に変換する作用を有するフレネ
ルレンズも当然短焦点化する必要が生じてくる。この短
焦点化を図る方法として （イ）フレネルレンズの材質を高屈折率化する、仲）レ
ンズ面の曲率半径を小さくする、０２つが考えられるが
、前者については材質上の諸制約により困難であるので
、後者の方法によりこれを達成する必要がある。

所でレンズ面の曲率半径を小さくした場合、従来のフレ
ネルスクリーンでは、次のような問題点があった。すな
わち、 ■スフリーフ周辺部において拡大映像光のスクリーン面
への入射角が大きくなり、その結果、反射による光の損
失が増大する。

■フレネルレンズのエツジ部面積がスクリーン周辺に行
くにしたがい太き（なり、それに伴って光の損失が増大
する。

以上の問題点を解決する手段として実用新案昭５５−５
２４１７号公報に第３の実施例として示されているよう
に、複数枚のフレネルレンズを配置し、合成の焦点距離
を短くする方法が考えられるが各レンズ面で生じる映像
光の反射ロス、及び反射により生じるゴーストの発生な
らびにコストの上昇を考えると必ずしも得策ではない。

〔発明の目的〕

本発明は、上述の如き従来の技術的事情にかんがみなさ
れたものであり、従って本発明の目的は、フレネルスク
リーンの反射による拡大映像光の損失、及びフレネルレ
ンズのエツジ部で発生する光の損失を最少限に押えるよ
うにしたかかるフレネルスクリーンを含む透過形スクリ
ーンを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明による透過形スクリーンは、両面がフレネルレン
ズにより形成されて成るフレネルスクリーンを含んでい
る。ここで、該７レネルスクリーンの両面それぞれにお
ける各フレネルレンズのプリズム角を太き（することに
よりフレネルレンズの短焦点化をはかるとスクリーン周
辺部において拡大映像光のスクリーン面への入射角が太
きくなり、反射による光の損失が生じる。

又、フレネルレンズのエツジ部の面積も大きくなりこれ
による光の損失も増大する。

そこで、スクリーンにおいて拡大映像光の入射面と射出
面の両面にフレネルレンズを形成し、このプリズム角θ
ｎをそれぞれの面で最適化することにより、映像光の反
射損失、エツジでの損失を最少としている。

〔発明の実施例〕

次に図を参照して本発明の詳細な説明する。

第７図は、投写レンズの投写距離Ｌ１とスクリーンサイ
ズＬ２及びスクリーン周辺部への入射角αｉｎ　（ただ
しｉはインプットつまり入射を意味し、ｎ−１，２，・
・・・・・）の関係を示す説明図でおる。

スクリーンサイズＬ２を４５（インチ）有効サイズとし
、スクリーン面のアスペクト比を３：４とするとスクリ
ーンの高さＬ３とスクリーンの幅Ｌ４は、以下のごとく
表わされる。

Ｌａ−４５（インチ）ｘ２５．４（鵬／インチ）Ｘ３１
５”＝、６８６Ｃ鵬） Ｌ４＝４５（インチ）　ｘ　２５．４　（ｍｍ／インチ
）Ｘ４１５’ｑ９１５（ｍｍ） 投写倍率が９〜１０倍程度である一般の投写レンズの投
写距離Ｌ１は、現在、１３００　（ｍｍ）程度である。

これらの関係から有効画面の各辺中央及び対角隅へのレ
ンズからの拡大投影光とスクリーン法線とのなす角を求
めると αｉｔ　＝ｔａｕ−”　Ｌ５／　２Ｌ１−１４．８°−
１５°　・・・（１）α１２＝ｔａｎ−’　ＩＪ４／　
２　Ｌｌ−１９，４°−１９°　・・・（２）αｉｓ　
＝ｔａｎ−’　Ｌ　２／　２　Ｌ　１−２３．７°−２
４’　　−”　（３）となるが今後、投写距離の短い投
写レンズが主流となり、例えば現流レンズの６０％程度
の投写距離をもつ投写レンズが実現可能であるとすれば
、該レンズは同一スクリーンサイズとすると画角の非常
に大きなレンズとなる。

この事は、同時にスクリーン周辺への入射角αｉ１ｙα
１２．αｉ５が大きくなる事を意味する。これを（１）
、　（２Ｌ　（３）式により算出すればＬ＋’−１３０
０Ｘｏ、６：８００（ｒｕｍ）αｉ１’　−ｔａｎ−”
　Ｌｓ／　２Ｌ１’　＝　２３．２　’−＝　２３”α
１２＝ｔａｎ−Ｉ　Ｌａ／２Ｌ１’＝　２９．８　”、
　３０゜αｉｓ’　−ｔａｎ−’　Ｌ２／　２　Ｌｌ　
’　−３５，５’＝　５６゜となりスクリーン最外周部
への拡大映像光の入射角は、１７倍にもなることがわか
る。

第８図は、入射面フレネル方式をとるフレネル“レンズ
の断面図でちる。

すなわち、片面がフレネルレンズで形成されたフレネル
スクリーンを想定し、そのフレネルレンズの形成されて
いる側を拡大映像光の入射する側に選択したとき、かか
る方式を入射面フレネル方式という。

入射面フレネル方式においては、映像光の入射する側に
多数のフレネルレンズが形成されているわけであるが、
第８図は、そのうちの一つを拡大して示した断面図でち
る。同図において、θ１がプリズム角であり、ａｌが入
射光線、α１１が入射角である。

個々のフレネルレンズは、それが７レネルスクリーンの
中心部に位置するか、周辺部に位置するかにより、光線
の入射角α１１は異なってくる。その異なった入射角を
もつ光線を、等しく平行光として出射するためには、入
射角α１１が異なるのに応じて個々のフレネルレンズ毎
にプリズム角θ１を変えな（てはならない。

入射面フレネル方式において、フレネルスクリーンから
の出射光はすべて平行光とするときに、入射角α１１を
パラメータとするプリズム角θ１の変化、同じく入射角
α１１をパラメータとするフレネルレンズのエツジ損失
、反射損失の関係をグラフで示したのが第８Ａ図である
。

第８Ａ図において、横軸に入射角α五１が、縦軸にプリ
ズム角θ１．エツジ損失、反射損失がとられている。か
かるグラフの算出板抜を以下、説明する。

入射面フレネル方式による場合、第８図に見られるごと
く、拡大映像光つまり入射光線ａ１の入射角α１１とプ
リズム角θ１との間には、スネルの法則より次の式が成
り立つ ５ｉｎ（α１１＋θ１）−ｎｃＯｓ（１８０°−（θ１
＋β１）　）　（４）ただし、ｎは屈折率を示し、材質
がアクリルの場合ｎ　＃　１．５ ｎｃｏＳβ１−ｓわγ１　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・・・・　（５ン（４）　、　（５）式
からβ１を消去すると０１は次の様に・・・・・・（６
） 上記（６）式において、射出光線ａ、　／は平行光とい
う条件からγ１＝０とおけば、α１１をパラメータとし
てθ１を算出することができる。

次に入射面フレネル方式において各レンズ面のエツジ部
ｐ　、　／　ｐ　５Ｎ　　での損失は、第８Ｂ図の（ｄ
＋ｄ′　）で示される。

これは、各レンズ面のエツジ部ｐ３／　ｐ３／Ｆ　　よ
り入射した映像光Ｃ４，ｄ４は、レンズ面で屈折後、異
常光となり映像光の射出側面の内ｄの区間からの射出光
とならず、損失となるものである。

又、レンズ面で屈折後、レンズ面の継なぎ部ｐ、　／と
エツジの先端ｐ３′との間へ向５映像光ｂ４．Ｃ４も、
同様に異常光となり映像光の射出側面の内ｄ′の区間か
らの射出光とはならず、損失となるものでおる。

以上に説明したエツジでの損失は次式により求ただしｎ
は屈折率を示し、材質がアクリルの場合ｎ　＃　ｔ　５ 上記（７）式において、射出光線は平行光という条件か
ら１３−Ｏとおけば、入射角αｉ３（プリズム角θ３）
をパンメータとしてエツジ損失（ｄ＋ｄ′）を算出する
ことができる。

次に反射損失について考える。

一般に屈折率の異なる媒質の境界における光の入射角に
対する反射強度は次式で示されることが知られている。

すなわち、 ω３　ｉｌ　　　ＣＯ５ｉま ただし、ｎ、は、第１の媒質の屈折率 ｎ２は、第２の媒質の屈折率 １１は、第１の媒質から第２の媒質への入射角 １２は、第２の媒質においての屈折角 ｒ　：水平偏波の反射率 ｒ、：垂直偏波の反射率 さらにこの反射波（反射光）のエネルギーは、次式で与
えられる。

Ｅ（反射光のエネルギー）−ｒｐ”　＋　ｒ、”−（１
０）上記（１０）式より、射出光線は平行光という条件
のもとで、入射角をパラメータとして反射損失を算出す
ることができる。

以上の如（して求めた入射面フレネル方式における諸損
失とプリズム角θ１の関係を第８Ａ図に示したわけであ
る。同図より、入射角が３６°となるスクリーン対角（
第７図におけるαｉ３参照）において反射損失６２％、
エツジ損失６１％、プリズム角θ１は４０°であり、損
失が非常に大きｌ、％ことが分かる。

第９図は出射面フレネル方式をとるフレネルレンズの断
面図である。

すなわち、片面がフレネルレンズで形成されたフレネル
スクリーンヲ想定し、そのフレネルレンズの形成されて
いる側を映像光の出射側、つまり観視する側に選択した
とき、かかる方式を出射面フレネル方式という（ちなみ
に第６図に示したフレネルスクリーン１ａは、この出射
面フレネル方式をとっている）。

出射面フレネル方式においては、映像光の出射する側に
多数のフレネルレンズが形成されて（するわけであるが
、第９図は、そのうちの一つを拡大して示した断面図で
ある。

第９図において、入射面フレネル方式の場合と同様、プ
リズム角θ２は、スネルの法則よりｉαｉ２＝　ｎωＳ
β２′−′−（１１）ただしｎは、アクリルの屈折率と
すると、ｎ＃ｔ５ｎｃｏｓ（１８０°−θ２−β２）＝
ｓｉｎ（γ２＋θ２）・・・・・・（１２） 上式（１１）、　（１２）よりβ２を消去しθ２を求め
ると次式の如くなる。

・・・・・・（１３） 次にエツジによる損失は、出射面フレネル方式の場合原
理的には存在しない。しかし、実際には、同図より明ら
かなようにレンズの継なぎ部ｐ２より入射した光ａ２′
が所定の屈折をせず無出射領域ｅが生じ、モアレ等の画
質低下の原因となる。

ここで無出射領域を求めるには以下の式を適用する。

Ｍ　Ｉ　ＣｔＪＳθ２／ｓ」θ２−１ 但し、Ｍｌはエツジ部の長さである。

Ｍ１／−θ２＝１ Ｍ　１　＝　ｕｎθ２ ここで Ｍ　１　ｓｉｎα１２　：　ｅ 故に ｅニーθ２Ｓｉ１１α１２…６°−（１４）又、反射損
失については、前述の（８）、（９Ｌ（１０）式により
入射面フレネル方式の場合と同様にして求めることが出
来る。

第９Ａ図は、前記出射面フレネル方式において入射角α
１２をパラメータとし、フレネルスクリーンからの出射
光が平行光になるとした時のプリズム角θ２５反射損失
、無出射領域の関係を示したグラフで、フレネルレンズ
への入射角が３６＠となるスクリーン対角において、プ
リズム角θ２は、５８°１反射損失は１１％、無出射領
域率（第９図において、フレネルレンズの縦寸法を１と
したときの無出射領域ｅの割合）は４０％となり反射損
失は比較的小さいものの無出射領域率は４０％となり、
この結果モアレが発生し、画質が劣化する。

以上述べた様に短投写距離レンズを使用したプロジェク
ションテレビセットにおいてハ、フレネルスクリーンか
らの出射光を平行光にするためには、入射面フレネル方
式では、エツジ損失２及射損失が増大し、出射面フレネ
ル方式では、映像光の損失は減少するものの無出射領域
が増大し、モアレ等の画質劣化の要因が生じることが判
明した。

そこで本発明では、片面だけでなく、両面がフレネルレ
ンズで形成されたフレネルスクリーンすなわち両面フレ
ネル方式スクリーンを製作し、そのフレネルレンズの形
状を最適化することにより、映像光のエツジ損失２及射
損失が少なく、かつモアレの原因である無反射領域をも
最少限に押えんとするものである。

第１図は本発明の一実施例におけるフレネルスクリーン
の断面図である。同図においては、映像光ａ５の入射側
には、プリズム角θ４のフレネルレンズが、また出射側
には、プリズム角θ４′のフレネルレンズが、それぞれ
形成されていることが認められるであろう。

さて、第１図において、入射面においてはスネルの法則
により ３ｉｎ　（αｉ４＋θ４）＝ｎｓｉｎ（θ４＋α４）故
に 出射面においても同様に ｎ　ｓｉｎ　（０４′−α４）＝ｓｉｎθ４’　　　　
　＝　（１６）これを整理すれば これより 上記（１５）、　（１７）の両式により入射角αｉ４に
対する出射面フレネルレン・ズのプリズム角θ４／の変
化含水めることが出来る。

第１図においてスクリーンの厚みｔｌはレンズ効果に与
える影響が充分に小さい為、無視できる。

次にかかる両面フレネル方式スクリーンにおいて、スク
リーンへの入射角αｉ４を６６°とし、スクリーンから
の出射光が平行光になるという条件のもとで、入射面の
プリズム角θ４をパラメータとした時の出射面のプリズ
ム角θ４′及び各損失の関係を、第２図、第３図に示す
。

第２図において、横軸には入射面フレネルレンズのプリ
ズム角θ４が、縦軸には、出射面フレネルレンズのプリ
ズム角θ４′と、エツジ損失と、無出射領域率とがとら
れ、そのほか、入射面反射損失と出射面反射損失がとら
れている。・入射面反射損失と出射面反射損失を一つに
まとめ、単に反射損失として示すことにより、見易（し
たグラフが第６図である。

両面フレネル方式スクリーンにおいて反射損失を最小に
するには、第６図のグラフから、入射面フレネルレンズ
のプリズム角θ４を１５°近辺とすればよいことが分か
るが、以下の条件を設定したとすれば、これによりプリ
ズム角θ４の範囲は制約を受ける。すなわち、 （イ）反射損失を入射面フレネル方式においての入射角
α１１＝３６°　における匝（第８Ａ図参照）の８０％
以下とする。

（ロ）無出射領域率を出射面フレネル方式においての入
射角α１２−３６°におけるｗＬ（第９Ａ図参照）の７
５％以下とする。

以上の条件を満たす範囲とし゛てプリズム角θ４は、 １６＠≦θ４≦２０″ となり、この時のスクリーン出射面のプリズム角０４′
は、 ４６°≧０４′≧３７°　　　となる。

又、モアレの発生を防ぐため無出射領域率を、入射角α
１２＝２４°における無反射領域率以下とするには、プ
リズム角は、θ４は、１８′以上である必要がある。こ
こで、エツジ損失をもスクリーンへの入射角α１ｉ＝２
４°における直以下とするには、プリズム角θ４は、 １８″≦θ４≦２３゜ の範囲となりこの時のスクリーン出射面のプリズム角θ
４′は、 ６９″≧θ４′≧３３″　　　　となる１、以上により
、映像光のスクリーンへの入射角αｉが３６＃において
、反射損失最小となる場合及び、無反射領域率、エツジ
損失が最少となるスクリーン両面における各フレネルレ
ンズのプリズム角θ４゜０４′の範囲を規定した。

次に、本発明に用いる両面フレネル方式スクリーンの光
学性能の具体例を説明する。

スクリーン最外周における拡大映信光の入射角αｉ４を
３６＠とじ、この部分のフレネルレンズのプリズム角θ
４を１４°と１７さらに、プリズム角θ４をスクリーン
中心からの距離の一次関数とすれば、映像光のスクリー
ンへの入射角αｉ４をパラメータとした時の、出射面の
プリズム角０４′、エツジ損失、無出射領域率及び反射
損失を求めて第４図に示す。これを第８Ａ図、第９Ａ図
に示す入射面フレネル方式及び出射面フレネル方式の特
性と比較した結果、スクリーンへの映像光の入射角αｉ
ｎ　（ｎ＝１．２．ｓ、ａ　）が３６°である場合にお
いて以下に示す効果を有することが分かる。

（１）反射損失は、入射面フレネル方式が４０％である
のに対して、両面フレネル方式スクリーンでは２３％と
大幅に減少する。

（２）エツジ損失は、入射面フレネル方式では６０％で
あるのに対して、両面フレネル方式スクリーンでは、３
５％と大幅に減少する。

（３）無出射領域率も２８％と比較的小さく出来る。

前述の（１）　、　（２）及び（３）より本発明によれ
ば、従来の片面フレネル２万式より周辺が明るく、モア
レ妨害を押えたスクリーンが実現できる。

本発明の一実施例として、両面フレネル方式スクリーン
１０とレンチキュラースクリーン２０を組み合わせて構
成した透過形スクリーンを第５図に示す。

第５図に示した如き１枚のレンチキュラースクリーンで
なく、複数枚のレンチキュラースクリーンと両面フレネ
ル方式スクリーンを組み合わせても本発明を実現できる
ことは、言うまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、−緒に用いるレンチキュラースクリー
ンの両面におけるレンチキュラーレンズの形状を最適設
計することにより、スクリーンへの入射角が大きい短投
写距離レンズを使用したプロジェクションテレビセット
に適用しても、スクリーンエツジでの反射１反射損失が
少なくかつ、無出射領域を減少させ、これにより画像に
生じるモアレ等の妨害を最小限とした透過形スクリーン
が実現できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例におけるフレネルスクリーン
の断面図、第２図は第１図に示したスクリーンの光学性
能を示すグラフ、第３図は第２図に示したグラフを更に
見易（するように反射損失に関するデータをまとめて示
したグラフ、第４図は本発明の一実施例におけるフレネ
ルスクリーンの光学性能の具体例を示すグラフ、第５図
は本発明の一実施例を示す斜視図、第６図は一般的なす
γ方式プロジェクションテレビシステムの一例を示す説
明図、第７図は映像光のスクリーンへの入射角を示す説
明図、第８図は入射面フレネル方式をとるフレネルレン
ズの断面図、第８Ａ図は入射面フレネル方式をとる７レ
ネルレンズの光学性能を示すグラフ、第８Ｂ図は説明の
都合上、第８図を改めて画き直して示した断面図、第９
図は出射面フレネル方式をとるフレネルレンズの断面図
、第９Ａ図は出射面フレネル方式をとるフレネルレンズ
の光学性能を示すグラフ、である。 符号説明 １・・・・・・透過形スクリーン、１ａ・・・・・・フ
レネルスクリーン、１ｂ・・・・・・レンチキュラース
クリーン、２・・・・・・受像管、３・・・・・・投写
レンズ、１ｏ・・・・・・両面フレネル方式スクリーン
、２０・・・・・・レンチキュラースクリーン 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 笛　！　【η ７・γスフ、＃θ４　（セｌＸｔ４−Ｍ″）第　３　図 π　４　■ Ｊｌ　ｄｉ４　（司ｔｄｉ４ＭＡＸ−３６°）第　５９ レンナキュラースクソーン 第　６　Ｇ −一一一で一一一ノ 第　７　図 Ｍ　８　図 第’３．４　＋】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数枚のスクリーンにより構成された透過形スクリ
   ーンにおいて、少なくともそれらの中の一枚が、両面を
   それぞれフレネルレンズにより形成されて成るフレネル
   スクリーンであることを特徴とする透過形スクリーン。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の透過形スクリーンに
   おいて、前記フレネルスクリーンを他のスクリーンより
   も画像投射源に一番近い側に配置し、かつ該フレネルス
   クリーンの前記画像投射源に面した側のスクリーン面の
   最外周部において、フレネルレンズのプリズム角θ＿ｎ
   が下記の（１）式を満足し、同時に前記フレネルスクリ
   ーンの観視側に面したスクリーン面の最外周部のプリズ
   ム角θ＿ｍが下記（２）式を満足するようにしたことを
   特徴とする透過形スクリーン。 １３°≦θ＿ｎ≦２０°・・・（１） ４６°≧θ＿ｍ≧３７°・・・（２） ３）特許請求の範囲第１項に記載の透過形スクリーンに
   おいて、前記フレネルスクリーンを他のスクリーンより
   も画像投射源に一番近い側に配置し、かつ該フレネルス
   クリーンの前記画像投射源に面した側のスクリーン面の
   最外周部において、フレネルレンズのプリズム角θ＿ｎ
   が下記の（３）式を満足し、同時に前記フレネルスクリ
   ーンの観視側に面したスクリーン面の最外周部のプリズ
   ム角θ＿ｍが下記の（４）式を満足するようにしたこと
   を特徴とする透過形スクリーン。 １８°≦θ＿ｎ≦２３°・・・（３） ３９°≧θ＿ｍ≧３３°・・・（４） ４）特許請求の範囲第１項乃至第３項のうちの任意の一
   つに記載の透過形スクリーンにおいて、スクリーンに拡
   散剤が混入されていることを特徴とする透過形スクリー
   ン。