JPWO2004049059A1 - 透過型スクリーンおよび投写型表示装置 - Google Patents
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Abstract
透過型スクリーンは、投写光が入射する鋸歯状の入射面と投写光が出射する出射面とを有するフレネルレンズ状の屈折全反射板と、屈折全反射板から出射した光を結像して投写画像を得る結像表示板とを備える。屈折全反射板の入射面には、投写光を屈折して出射面に向けて進行させる複数の屈折斜面と、投写光を透過する複数の透過斜面と、透過斜面を透過した光を反射して出射面に向けて進行させる全反射斜面とが、同心円上に形成されている。屈折全反射板は散乱粒子が分散されていない透明材料から形成されている。
Description
この発明は、透過型スクリーンおよびこれを用いた投写型表示装置に関するものである。
同心円状の多数の輪体が形成されたフレネルレンズを一枚の凸レンズとして用い、フレネルレンズから出射した光束を結像表示板に結像して画像を得る透過型スクリーンが開発されている。例えば、国際特許公開公報ＷＯ０２／２７３９９号には、投写光を屈折する部分と全反射する部分とを有する屈折全反射板（フレネルレンズ）と、屈折全反射板から出射した光を結像して投写画像を得る結像表示板とを備えた透過型スクリーンが記載されている。
国際特許公開公報ＷＯ０２／２７３９９号に開示された屈折全反射板の一つは、投写光側の面に多数の斜面が形成されている。投写光を屈折する部分では屈折斜面が投写光を屈折させて、結像表示板に向けて進行させる。一方、投写光を全反射する部分では、投写光が透過斜面を透過して一旦フレネルレンズの内部に進入し、透過斜面の真上に隣接する全反射斜面で反射して結像表示板に向けて進行させられる。全反射斜面は、フレネルレンズの内部を進行してくる光をフレネルレンズの内部に反射するようになっている。フレネルレンズ中には弱い散乱特性を示す散乱粒子が分散されており、この散乱特性と、結像表示板が有する散乱特性との組合せで表示画像光の視野角が主に決定されていた。
また、“Ｓｈｉｋａｍａ，Ｓ．ｅｔ ａｌ．，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｕｌｔｒａ−Ｔｈｉｎ Ｒｅａｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｐｅｄ ｗｉｔｈ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ，ＳＩＤ２００２ Ｄｉｇｅｓｔ，４６．２，（２００２）”は、この種の透過型スクリーンを用いた投写型表示装置を開示する。これらの文献の記載内容は、ここで言及することにより、この出願の開示の一部をなす。
しかし、上記の屈折全反射板を用いた透過型スクリーンでは、正規の投写画像表示に寄与する有効光束以外に、妨害光が視認されることが本願発明者の実験および光線追跡シミュレーションの双方により見出され、高品位な画像表示を実現するためにこれらの現象を改善することが求められていた。例えば、投写光を全反射する部分では、投写光の大部分が透過斜面を透過してフレネルレンズの内部に進入するべきであるが、投写光の一部が透過斜面で反射し、これが予期せぬ経路を通って下方向ゴースト光となって観測者に視認される。また、投写光を屈折する部分では屈折斜面が投写光を屈折させて、結像表示板に向けて進行させるが、屈折斜面の直下に隣接する無効ファセット面にも光が進入することがあり、これが予期せぬ経路を通って上方向ゴースト光または二重像光となって観測者に視認される。
国際特許公開公報ＷＯ０２／２７３９９号に開示された屈折全反射板の一つは、投写光側の面に多数の斜面が形成されている。投写光を屈折する部分では屈折斜面が投写光を屈折させて、結像表示板に向けて進行させる。一方、投写光を全反射する部分では、投写光が透過斜面を透過して一旦フレネルレンズの内部に進入し、透過斜面の真上に隣接する全反射斜面で反射して結像表示板に向けて進行させられる。全反射斜面は、フレネルレンズの内部を進行してくる光をフレネルレンズの内部に反射するようになっている。フレネルレンズ中には弱い散乱特性を示す散乱粒子が分散されており、この散乱特性と、結像表示板が有する散乱特性との組合せで表示画像光の視野角が主に決定されていた。
また、“Ｓｈｉｋａｍａ，Ｓ．ｅｔ ａｌ．，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｕｌｔｒａ−Ｔｈｉｎ Ｒｅａｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ Ｅｑｕｉｐｐｅｄ ｗｉｔｈ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ，ＳＩＤ２００２ Ｄｉｇｅｓｔ，４６．２，（２００２）”は、この種の透過型スクリーンを用いた投写型表示装置を開示する。これらの文献の記載内容は、ここで言及することにより、この出願の開示の一部をなす。
しかし、上記の屈折全反射板を用いた透過型スクリーンでは、正規の投写画像表示に寄与する有効光束以外に、妨害光が視認されることが本願発明者の実験および光線追跡シミュレーションの双方により見出され、高品位な画像表示を実現するためにこれらの現象を改善することが求められていた。例えば、投写光を全反射する部分では、投写光の大部分が透過斜面を透過してフレネルレンズの内部に進入するべきであるが、投写光の一部が透過斜面で反射し、これが予期せぬ経路を通って下方向ゴースト光となって観測者に視認される。また、投写光を屈折する部分では屈折斜面が投写光を屈折させて、結像表示板に向けて進行させるが、屈折斜面の直下に隣接する無効ファセット面にも光が進入することがあり、これが予期せぬ経路を通って上方向ゴースト光または二重像光となって観測者に視認される。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、妨害光を低減し、高品位な投写画像を提供できる屈折全反射板透過型スクリーンおよびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とする。
この発明に係る屈折全反射板透過型スクリーンは、投写光が入射する鋸歯状の入射面と、投写光が出射する出射面とを有するフレネルレンズ状の屈折全反射板と、前記屈折全反射板から出射した光を結像して投写画像を得る結像表示板とを備え、前記屈折全反射板の入射面には、投写光を屈折して前記出射面に向けて進行させる複数の屈折斜面と、投写光を透過する複数の透過斜面と、前記透過斜面を透過した光を反射して前記出射面に向けて進行させる全反射斜面とが、同心円上に形成されており、前記屈折全反射板は散乱粒子が分散されていない透明材料から形成されているものである。このことによって、散乱粒子が分散されていない透明材料から屈折全反射板が形成されているので、屈折全反射板の出射面で反射する光束について拡散反射光の発生を防止できるため妨害光の強度を低減できる。
この発明に係る投写型表示装置は、進行するにつれて拡大する投写光束を発する投写光学系と、前述したこの発明に係る透過型スクリーンと、前記投写光学系からの投写光束を前記透過型スクリーンに向けて反射する平面ミラーとを備え、前記投写光学系は前記透過型スクリーンおよび前記平面ミラーの間でかつ下方に配置されているものである。このことによって、この発明に係る透過型スクリーンとの相乗効果で妨害光の影響を低減することができる。また投写型表示装置を薄型にすることができる。
この発明に係る屈折全反射板透過型スクリーンは、投写光が入射する鋸歯状の入射面と、投写光が出射する出射面とを有するフレネルレンズ状の屈折全反射板と、前記屈折全反射板から出射した光を結像して投写画像を得る結像表示板とを備え、前記屈折全反射板の入射面には、投写光を屈折して前記出射面に向けて進行させる複数の屈折斜面と、投写光を透過する複数の透過斜面と、前記透過斜面を透過した光を反射して前記出射面に向けて進行させる全反射斜面とが、同心円上に形成されており、前記屈折全反射板は散乱粒子が分散されていない透明材料から形成されているものである。このことによって、散乱粒子が分散されていない透明材料から屈折全反射板が形成されているので、屈折全反射板の出射面で反射する光束について拡散反射光の発生を防止できるため妨害光の強度を低減できる。
この発明に係る投写型表示装置は、進行するにつれて拡大する投写光束を発する投写光学系と、前述したこの発明に係る透過型スクリーンと、前記投写光学系からの投写光束を前記透過型スクリーンに向けて反射する平面ミラーとを備え、前記投写光学系は前記透過型スクリーンおよび前記平面ミラーの間でかつ下方に配置されているものである。このことによって、この発明に係る透過型スクリーンとの相乗効果で妨害光の影響を低減することができる。また投写型表示装置を薄型にすることができる。
第１図は、この発明の実施の形態１に係る透過型スクリーンを備えた投写型表示装置を示す概略図である。
第２図は、この発明に係る透過型スクリーンを裏面から見た斜視図である。
第３図は、比較例の透過型スクリーンの縦断面図である。
第４図は、第３図の透過型スクリーンにおいて下方向ゴースト光が発生するメカニズムを示す図である。
第５図は、第３図の透過型スクリーンにおいて、上方向ゴースト光、ならびに二重像光が発生するメカニズムを示す図である。
第６図Ａは、この発明の実施の形態１による透過型スクリーンの効果を確認するための実験結果を示す図表である。
第６図Ｂは、この実験に用いた屈折全反射板の作成条件を示す図表である。
第６図Ｃは、この実験の測定条件を示す図表である。
第７図Ａおよび第７図Ｂは、この発明の実施の形態１による透過型スクリーンの効果を実証する写真に基づく図である。
第８図Ａは、比較例による透過型スクリーンに表示した画像を撮影した写真に基づく図である。
第８図Ｂは、透過型スクリーンに表示した改善された画像を撮影した写真に基づく図である。
第８図Ｃは、この発明の実施の形態１による透過型スクリーンに表示した画像を撮影した写真に基づく図である。
第９図は、この発明の実施の形態２に係る透過型スクリーン１００を示す縦断面図である。
第１０図は、実施の形態２による好適な屈折全反射板の設計値を示す線図である。
第１１図は、この発明の実施の形態３に係る透過型スクリーンの屈折全反射板を光の出射面側から見た斜視図である。
第１２図は、この発明の実施の形態４に係る透過型スクリーンを備えた投写型表示装置を示す概略図である。
第１３図は、実施の形態４による効果を説明するための図である。
第１４図は、この発明が応用される他の配置の投写型表示装置を示す概略図であり、実施の形態４による効果を説明するための図である。
第２図は、この発明に係る透過型スクリーンを裏面から見た斜視図である。
第３図は、比較例の透過型スクリーンの縦断面図である。
第４図は、第３図の透過型スクリーンにおいて下方向ゴースト光が発生するメカニズムを示す図である。
第５図は、第３図の透過型スクリーンにおいて、上方向ゴースト光、ならびに二重像光が発生するメカニズムを示す図である。
第６図Ａは、この発明の実施の形態１による透過型スクリーンの効果を確認するための実験結果を示す図表である。
第６図Ｂは、この実験に用いた屈折全反射板の作成条件を示す図表である。
第６図Ｃは、この実験の測定条件を示す図表である。
第７図Ａおよび第７図Ｂは、この発明の実施の形態１による透過型スクリーンの効果を実証する写真に基づく図である。
第８図Ａは、比較例による透過型スクリーンに表示した画像を撮影した写真に基づく図である。
第８図Ｂは、透過型スクリーンに表示した改善された画像を撮影した写真に基づく図である。
第８図Ｃは、この発明の実施の形態１による透過型スクリーンに表示した画像を撮影した写真に基づく図である。
第９図は、この発明の実施の形態２に係る透過型スクリーン１００を示す縦断面図である。
第１０図は、実施の形態２による好適な屈折全反射板の設計値を示す線図である。
第１１図は、この発明の実施の形態３に係る透過型スクリーンの屈折全反射板を光の出射面側から見た斜視図である。
第１２図は、この発明の実施の形態４に係る透過型スクリーンを備えた投写型表示装置を示す概略図である。
第１３図は、実施の形態４による効果を説明するための図である。
第１４図は、この発明が応用される他の配置の投写型表示装置を示す概略図であり、実施の形態４による効果を説明するための図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１に係る透過型スクリーン１００を備えた投写型表示装置を示す概略図である。第１図に示すように、この投写型表示装置は、透過型スクリーン１００、平面ミラー２、および投写光学系４を備える。また、第２図は透過型スクリーン１００を裏面から見た斜視図であり、この図では平面ミラー２および投写光学系４４の図示が省略されている。第２図に示された透過型スクリーン１００の縦方向を通る中心線Ａ−Ａを含む縦断面が第１図に示されている。
平板状の平面ミラー２とほぼ平板状の透過型スクリーン１００は垂直に立てられており、互いに平行に配置されている。投写光学系４は、平面視して平面ミラー２と透過型スクリーン１００の間の位置で、かつ下方に配置されている。投写光学系４は、光源を有する屈折光学系４Ｒと、屈折光学系４Ｒから出射した光束を反射する凸面ミラー４Ｍを有する。凸面ミラー４Ｍの表面で反射した光束は、凸面ミラー４Ｍの湾曲のために進行するにつれて拡大され、平面ミラー２に向けて斜め上方に進行させられる。平面ミラー２の反射面は透過型スクリーン１００に対面しており、投写光学系４から出射した光を透過型スクリーン１００に向けて斜め上方に反射する。透過型スクリーン１００に向けて進行する投写光束は、透過型スクリーン１００の上部に入射する投写光５Ｌと、中央部に入射する投写光５Ｍと、下部に入射する投写光５Ｕに便宜的に分類される。図に示すように、投写光学系４を平面ミラー２と透過型スクリーン１００との間かつ下方に配置することによって、投写型表示装置（リアプロジェクタ）の厚みを低減することが可能である。
第２図に示すように、透過型スクリーン１００は、矩形の屈折全反射板１と、これにほぼ同形同大の矩形の結像表示板３を備える。屈折全反射板１は、フレネルレンズ状であって、平面ミラー２から進行する光が入射する側に同心円状の多数の輪体が形成され（第１図の断面図では鋸歯状になっている）、その反対の面が平面状である。屈折全反射板１に形成された鋸歯状の輪体の共通中心軸線Ｂ（第１図）は、屈折全反射板１の下辺近傍に配置されている。
このような鋸歯状の入射面を持つ屈折全反射板１の全体は、ガラスまたはアクリルなどの透明材料によって形成してもよい。ただし、鋸歯構造の成形の困難性に鑑みて、平板状の第１の透明基板１８の片面に、第１の透明基板１８とは別の材料で鋸歯構造体（屈折全反射構造体）１９を形成すると好適である。このようにすれば大量生産が容易である。例えば、アクリルで平板状の第１の透明基板１８を形成した場合には、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂またはその他の樹脂で第１の透明基板１８の片面に鋸歯構造体１９を形成することができる。第１の透明基板１８と鋸歯構造体１９の屈折率はできる限り近似していると好ましい。透明基板１８をアクリルにて形成するのであれば、透明基板１８の入手または製造が容易かつ安価ですみ、第１の透明基板１８を軽量にすることができる。第１の透明基板１８をガラスにて形成するのであれば、透明基板１８の入手または製造が容易かつ安価ですみ、平面性に優れた第１の透明基板１８を形成できる。
第１図に示すように、屈折全反射板１において、平面ミラー２からの光が入射する鋸歯状の面は、入射する可視光線の反射率を低減するための反射低減コーティング層１６で被覆されている。反射低減コーティング層１６は単独の層からなる単層コーティングでもよいし、二層からなる二層コーティングであってもよい。単層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１６は屈折全反射板１の材料の屈折率より低屈折率の材料により形成されると好ましい。例えばガラスが屈折全反射板１の材料である場合には、ＭｇＦを反射低減コーティング層１６の材料として選択しうるが、反射低減コーティング層１６の材料はこれには限定されない。
二層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１６は屈折全反射板１上に被覆され屈折全反射板１の屈折率より高屈折率の材料から形成された第１層と、第１層上に被覆され屈折全反射板１の屈折率より低屈折率の材料から形成された第２層を有すると好ましい。例えばガラスが屈折全反射板１の材料である場合には、第１層の材料としてＭｇＦまたはＡｌ２Ｏ３を選択でき、第２層の材料としてＭｇＦ２を選択できるが、第１層および第２層の材料はこれらに限定されない。
また、屈折全反射板１の光が出射する面には、複数のシリンドリカルレンズのアレイからなる第１のレンチキュラーレンズ部１５が配置されている。第１のレンチキュラーレンズ部１５を構成する個々のシリンドリカルレンズは、円柱または楕円柱をその軸線に平行な平面で切断した形状を有しており、好ましくは互いに同形同大である。各シリンドリカルレンズは、その平面が屈折全反射板１に接触して固着した状態で、水平方向（第１図の紙面の垂直方向）に延びている。これらのシリンドリカルレンズは上下方向に沿って周期的に並べられているので、第１のレンチキュラーレンズ部１５の右方の光の出射面は、上下方向に周期性をもって畝っている。従って、屈折全反射板１から出射した光は、個々のシリンドリカルレンズにより上下方向に拡散される。
第１のレンチキュラーレンズ部１５は透明材料によって形成されている。成形の困難性に鑑みて、好ましくは、平板状の第１の透明基板１８の片面に、第１の透明基板１８とは別の材料で第１のレンチキュラーレンズ部１５を形成すると好適である。このようにすれば大量生産が容易である。例えば、アクリルで平板状の第１の透明基板１８を形成した場合には、ＵＶ硬化樹脂またはその他の樹脂で第１の透明基板１８の片面に第１のレンチキュラーレンズ部１５を形成することができる。第１の透明基板１８と第１のレンチキュラーレンズ部１５の屈折率はできる限り近似していると好ましい。
第１のレンチキュラーレンズ部１５の光が出射する面は、反射低減コーティング層１７で被覆されている。この反射低減コーティング層１７は、図の右方すなわち屈折全反射板１の外側から第１のレンチキュラーレンズ部１５に入射する可視光線の反射率を低減する。反射低減コーティング層１７は単独の層からなる単層コーティングでもよいし、二層からなる二層コーティングであってもよい。単層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１７は第１のレンチキュラーレンズ部１５の材料の屈折率より低屈折率の材料により形成されると好ましい。二層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１７は第１のレンチキュラーレンズ部１５上に被覆され第１のレンチキュラーレンズ部１５の屈折率より高屈折率の材料から形成された第１層と、第１層上に被覆され第１のレンチキュラーレンズ部１５の屈折率より低屈折率の材料から形成された第２層を有すると好ましい。
なお、この発明の別の実施の形態として、第１のレンチキュラーレンズ部１５を設けずに、屈折全反射板１の光が出射する平面に直接反射低減コーティング層１７を設けるようにしてもよい。ただし、後述するように二重像光の低減のためには、この実施の形態１のように、第１のレンチキュラーレンズ部１５を設けるのが好ましい。
結像表示板３は、屈折全反射板１の出射面に平行に配置された平板状の第２の透明基板３２と、第２のレンチキュラーレンズ部３１を有する。第２の透明基板３２の光が入射する面には、複数のシリンドリカルレンズのアレイからなる第２のレンチキュラーレンズ部３１が配置されている。第２のレンチキュラーレンズ部３１を構成する個々のシリンドリカルレンズは、円柱または楕円柱をその軸線に平行な平面で切断した形状を有しており、好ましくは互いに同形同大である。各シリンドリカルレンズは、その平面が第２の透明基板３２に接触して固着した状態で、上下方向に延びている。これらのシリンドリカルレンズは水平方向に沿って周期的に並べられているので、第２のレンチキュラーレンズ部３１の右方の光の出射面は、水平方向に周期性をもって畝っている。従って、第２のレンチキュラーレンズ部３１から出射した光は、個々のシリンドリカルレンズにより水平方向に拡散される。すなわち第２のレンチキュラーレンズ部３１は、表示画像光の配向特性を制御する。
第２の透明基板３２および第２のレンチキュラーレンズ部３１は、ガラスまたはアクリルなどの透明材料によって一体に形成してもよい。ただし、鋸歯構造の成形の困難性に鑑みて、平板状の第２の透明基板３２の片面に、第２の透明基板３２とは別の材料で鋸歯構造を形成すると好適である。このようにすれば大量生産が容易である。例えば、アクリルで平板状の第２の透明基板３２を形成した場合には、ＵＶ硬化樹脂またはその他の樹脂で第２の透明基板３２の片面に第２のレンチキュラーレンズ部３１を形成することができる。第２の透明基板３２と第２のレンチキュラーレンズ部３１の屈折率はできる限り近似していると好ましい。
透明基板３２の内部もしくは表面近傍には、公知の材料よりなる散乱粒子が分散されており、散乱粒子のために第２の透明基板３２は拡散板として作用して投写画像を結像させる。
次にこの実施の形態における屈折全反射板１の形状をより具体的に説明する。屈折全反射板１の下部（鋸歯状の輪体の共通中心軸線Ｂに近い内側部分）は屈折領域１Ｌで構成され、中央部は屈折・全反射領域１Ｍで構成され、上部（共通中心軸線Ｂから遠い外側部分）は全反射領域１Ｕで構成されている。これら各領域１Ｌ，１Ｍ，１Ｕの間には連続して鋸歯構造が形成されているが、第１図では理解を容易にするため各領域１Ｌ，１Ｍ，１Ｕを部分的に省略して描画している。投写光学系４の屈折光学系４Ｒを出射した投写光束は凸面ミラー４Ｍで反射された後、平面ミラー２で反射され、屈折全反射板１の下部の屈折領域１Ｌに入射する投写光５Ｌ、屈折・全反射領域１Ｍに入射する投写光５Ｍ、全反射領域１Ｕに入射する投写光５Ｕとして透過型スクリーン１００に入射する。
屈折全反射板１の内側部分の屈折領域１Ｌは、複数の屈折斜面１１と、屈折斜面１１に隣接する複数の無効ファセット面１２を有する。屈折斜面１１と無効ファセット面１２は周期Ｐをもって交互に並んでいる。屈折斜面１１と無効ファセット面１２は屈折全反射板１に形成された鋸歯状の輪体を構成する。輪体の共通中心軸線Ｂに対して、屈折斜面１１は傾斜しており入射側に収束する円錐台の斜面状の輪郭を有するが、無効ファセット面１２は平行であり円柱状の輪郭を有する。投写光学系４より出射した投写光５Ｌは屈折斜面１１で屈折され、法線ｎ（透過型スクリーン１００を構成する屈折全反射板１，結像表示板３に共通の法線）の方向に沿って屈折全反射板１の内部を進行させられる。従って、屈折斜面１１は外部からの光を屈折して屈折全反射板１の内部に導入可能である。
屈折全反射板１の外側部分の全反射領域１Ｕは、複数の全反射斜面１３と、全反射斜面１３に隣接する複数の透過斜面１４を有する。全反射斜面１３と透過斜面１４は、上記と同じ周期Ｐをもって交互に並んでいる。全反射斜面１３および透過斜面１４も屈折全反射板１に形成された鋸歯状の輪体を構成する。輪体の共通中心軸線Ｂに対して、全反射斜面１３は傾斜しており入射側に収束する円錐台の斜面状の輪郭を有するが、透過斜面１４は傾斜しており出射側に収束する円錐台の斜面状の輪郭を有する。投写光学系４より出射して透過斜面１４に入射する投写光５Ｕは、透過斜面１４で屈折された後に全反射斜面１３で反射されて、法線ｎ方向に沿って屈折全反射板１の内部を進行させられる。従って、透過斜面１４は外部からの光を屈折して屈折全反射板１の内部に導入可能であるのに対して、全反射斜面１３は屈折全反射板１の内部からの光を屈折全反射板１の内部に向けて反射することが可能である。
屈折・全反射領域１Ｍは、複数の屈折斜面１１と、複数の無効ファセット面１２と、複数の透過斜面１４と、複数の全反射斜面１３とを有する。一つの屈折斜面１１と無効ファセット面１２と透過斜面１４と全反射斜面１３は、一組の複合構造を構成する。各複合構造においては、全反射斜面１３の直ぐ内側に隣接して透過斜面１４が形成され、透過斜面１４の直ぐ内側に隣接して屈折斜面１１が形成され、屈折斜面１１の直ぐ内側に隣接して無効ファセット面１２が形成されている。無効ファセット面１２の直ぐ内側には他の組の複合構造の全反射斜面１３が形成されている。このようにして、屈折・全反射領域１Ｍでは、上記と同じ周期Ｐをもって複合構造が連続的に並んでいる。
投写光学系４より出射して屈折・全反射領域１Ｍの屈折斜面１１に入射する投写光５Ｍは屈折斜面１１で屈折されて、法線ｎの方向に沿って屈折全反射板１の内部を進行させられる。また、投写光学系４より出射して透過斜面１４に入射する投写光５Ｍは、透過斜面１４で屈折された後に全反射斜面１３で反射されて、法線ｎ方向に沿って屈折全反射板１の内部を進行させられる。屈折・全反射領域１Ｍにおける屈折斜面１１および無効ファセット面１２は、屈折領域１Ｌにおける屈折斜面１１および無効ファセット面１２と同様の形状および機能を有する。一方、屈折・全反射領域１Ｍにおける全反射斜面１３および透過斜面１４は、全反射領域１Ｕにおける全反射斜面１３および透過斜面１４と同様の形状および機能を有する。屈折・全反射領域１Ｍにおいては、下部または内側部分では、屈折斜面１１および無効ファセット面１２の割合が、全反射斜面１３および透過斜面１４の割合よりも大きく、上部または外側部分では、全反射斜面１３および透過斜面１４の割合が、屈折斜面１１および無効ファセット面１２の割合よりも大きい。すなわち、屈折・全反射領域１Ｍの下部または内側部分は屈折領域１Ｌに近似した形状を有するが、屈折・全反射領域１Ｍの上部または外側部分は全反射領域１Ｕに近似した形状を有する。
屈折全反射板１の体積中には、散乱を引き起こす粒子が分散されていないか、できる限り排除されている。従って、屈折全反射板１（第１の透明基板１８を含む）の内部に導入された投写光５Ｌ，５Ｍ，５Ｕは法線ｎの方向に沿って屈折全反射板１の内部を進行する。
屈折全反射板１を出射した光は、第１のレンチキュラーレンズ部１５がある場合には第１のレンチキュラーレンズ部１５で上下方向に拡散される。さらに出射光は、第２のレンチキュラーレンズ部３１で水平方向に拡散され、第２の透明基板３２の散乱粒子のために拡散されて表示画像光８として観測者９に視認される。
次に、以上のようにして構成されたこの発明の実施の形態１に係る透過型スクリーンの効果を説明する。
比較例として、第３図から第５図に示す透過型スクリーン１００を説明する。これらの図に示すように、この比較例の透過型スクリーン１００では、屈折全反射板１には、第１図に示す反射低減コーティング層１６、第１のレンチキュラーレンズ部１５および反射低減コーティング層１７が設けられていない。また、屈折全反射板１の体積中には弱い散乱特性を示す散乱粒子が分散されており、この散乱特性と透明基板３２の散乱特性との組合せで表示画像光８の上下方向の視野角が主に決定されている。
第４図を参照し、比較例による下方向ゴースト光の発生メカニズムにつき説明する。投写光学系４から出射して平面ミラー２で反射した光束のうち、透過型スクリーン１００の中央の屈折・全反射領域１Ｍに入射する投写光５Ｍの大部分は、前述したように、屈折斜面１１で屈折されるか、もしくは透過斜面１４による屈折と全反射斜面１３による反射により、法線ｎに平行な正規の投写光５ＭＰとして結像表示板３に入射し、適当な配光特性を有する投写画像光８になる。ただし、屈折全反射板１の体積中には散乱粒子が分散されているので、屈折全反射板１の出射側平面１Ｒで一部の光束が反射される。これらの反射光束は拡散反射光５ＭＤとしてやや斜め上方に向けて進行し、屈折全反射板１の入射側の面を再度透過した後、平面ミラー２で反射され、屈折全反射板１の下部または内側部分の屈折領域１Ｌに入射し、屈折斜面１１を透過し、無効ファセット面１２で反射されて、正規の画像光８よりも下部の位置の下方向ゴースト光５ＭＤＳとなる。
また、第４図に示すように、屈折・全反射領域１Ｍに入射した投写光５Ｍのうち、透過斜面１４で反射した光線５ＭＲは屈折全反射板１に再入射して出射側平面１Ｒで反射され、屈折全反射板１より出射して平面ミラー２で反射し、屈折全反射板１の下部または内側部分の屈折領域１Ｌに入射し、屈折斜面１１を透過し、無効ファセット面１２で反射されて、正規の画像光８よりも下部の位置の下方向ゴースト光５ＭＲＳとなる。
下方向ゴースト光５ＭＤＳ，５ＭＲＳは正規の画像光８よりも透過型スクリーン１００で下方向に現れ、表示画像を鑑賞する際の妨害光となる。また、第２図に示したように、屈折全反射板１の入射面の鋸歯構造の共通中心軸線Ｂは屈折全反射板１の下辺近傍あるために、正規画像光の位置よりもスクリーンの下辺に近づくにつれて下方向ゴースト光の強度が増す傾向があることが実験により明らかとなった。
次に、第５図を参照して、比較例による上方向ゴースト光の発生メカニズムにつき説明する。投写光学系４から出射して平面ミラー２で反射した光束のうち、透過型スクリーン１００の下部または内側部分の屈折領域１Ｌに入射する投写光５Ｌの大部分は、屈折斜面１１で屈折され、法線ｎに平行な正規の投写光５ＬＰとして結像表示板３に入射し、適当な配光特性を有する投写画像光８になる。
ただし、投写光束５Ｌのうち無効ファセット面１２に入射した光束は屈折反射板１の出射平面１Ｒで反射された後、再度上方の鋸歯面に入射し、結像表示板３に向かう二重像光５ＬＭＤと、後方に出射して平面ミラー２で反射され結像表示板のさらに上部に入射する上方向ゴースト光５ＬＭＳに分離する。表示画像光８の上部に現れる二重像光５ＬＭＤ、および二重像光よりもさらに上部に現れる上方向ゴースト光５ＬＭＳは、正規の表示画像を鑑賞する際の妨害光となる。
次に、この発明の実施の形態１に係る透過型スクリーンによって、ゴースト光および二重像光の強度が低減されるメカニズムについて説明する。
（１） 下方向ゴースト光の低減メカニズム．
比較例において、下方向ゴースト光は、第４図に示すように、ｉ）散乱粒子を含む屈折全反射板１による屈折全反射板１の出射平面１Ｒからの反射光が法線ｎよりもやや上向きに拡散反射された光線５ＭＤ、ｉｉ）透過斜面１４で反射した光線５ＭＲの双方が起源となって発生する。これに対して、第１図の実施の形態１では、屈折全反射板１として散乱粒子を含まない素材を使用しており、また屈折全反射板１の出射面に可視光の反射率を低減する反射低減コーティング層１７を設けたので、屈折全反射板１の出射面からの反射が低減できると同時に、反射光の拡散性を抑制できるので、上記ｉ）の光線５ＭＤの強度を著しく低下できる。
同時に、屈折全反射板１の出射面側に、上下方向に並んだ第１のレンチキュラーレンズ部１５を設けたので、単純な同心円構造の比較例の屈折全反射板１に比較して、屈折全反射板１の光学素子の構造を同心円の共通中心軸線Ｂに関して非回転対称にすることができる。この結果、屈折全反射板１の面で反射される光束のうちスクリーン１００の下端または内側部分の屈折領域１Ｌに入射して下方向ゴースト光となる光線の密度を低減（すなわち光束を拡散）できるので、スクリーン下端に近づくほど下方向ゴースト光の強度が高まるという問題も低減することができる。
また、実施の形態１では、屈折全反射板１の入射面上に可視光の反射率を低減するための反射低減コーティング層１６を設けたので、上記ｉｉ）の問題である反射光線５ＭＲの強度を著しく低下できる。この結果、第１図の透過型スクリーンの構成により下方向ゴースト光（第４図の光線５ＭＤＳ，５ＭＲＳ）の強度を小さく抑制することができる。
（２） 上方向ゴースト光の低減メカニズム．
比較例において、上方向ゴースト光は、第５図に示すように、無効ファセット面１２に入射した光束が屈折全反射板１の出射平面１Ｒで反射された後、上記入射点よりは上方の鋸歯面より後方に出射して、平面ミラー２で反射され結像表示板３のさらに上部に入射する光線５ＬＭＳとなることにより発生する。これに対して、第１図の実施の形態１では、屈折全反射板１の出射面側に上下方向に並んだ第１のレンチキュラーレンズ部１５を設け、無効ファセット面１２に入射して屈折全反射板１の出射面側で反射する光束を散乱させている。また、平面ミラー２で反射して再度屈折全反射板１を透過する光束５ＬＭＳを再度第１のレンチキュラーレンズ部１５により散乱させている。これらの二段階の散乱作用によって、上方向ゴースト光のスクリーンでの光束密度を低下させて目立たなくすることができる。
（３） 二重像光の低減メカニズム．
比較例において、二重像光は、第５図に示すように、無効ファセット面１２に入射した光束が屈折反射板１の出射平面１Ｒで反射された後、再度上方の鋸歯面に入射し、結像表示板３に向かう光束５ＬＭＤとなることで生じる。これに対して、第１図の実施の形態１では、屈折全反射板１の出射面側に上下方向に並んだ第１のレンチキュラーレンズ部１５を設け、無効ファセット面１２に入射して屈折全反射板の出射面側で反射する望ましくない光束を散乱させている。また、屈折全反射板１の出射面側で反射された後、再度上方の鋸歯面に入射して屈折全反射板１を透過する望ましくない光束５ＬＭＤを再度第１のレンチキュラーレンズ部１５により散乱させている。これらの二段階の散乱作用によって、スクリーンでの二重像光の光束密度を低下させて目立たなくすることができる。
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１に係る透過型スクリーン１００を備えた投写型表示装置を示す概略図である。第１図に示すように、この投写型表示装置は、透過型スクリーン１００、平面ミラー２、および投写光学系４を備える。また、第２図は透過型スクリーン１００を裏面から見た斜視図であり、この図では平面ミラー２および投写光学系４４の図示が省略されている。第２図に示された透過型スクリーン１００の縦方向を通る中心線Ａ−Ａを含む縦断面が第１図に示されている。
平板状の平面ミラー２とほぼ平板状の透過型スクリーン１００は垂直に立てられており、互いに平行に配置されている。投写光学系４は、平面視して平面ミラー２と透過型スクリーン１００の間の位置で、かつ下方に配置されている。投写光学系４は、光源を有する屈折光学系４Ｒと、屈折光学系４Ｒから出射した光束を反射する凸面ミラー４Ｍを有する。凸面ミラー４Ｍの表面で反射した光束は、凸面ミラー４Ｍの湾曲のために進行するにつれて拡大され、平面ミラー２に向けて斜め上方に進行させられる。平面ミラー２の反射面は透過型スクリーン１００に対面しており、投写光学系４から出射した光を透過型スクリーン１００に向けて斜め上方に反射する。透過型スクリーン１００に向けて進行する投写光束は、透過型スクリーン１００の上部に入射する投写光５Ｌと、中央部に入射する投写光５Ｍと、下部に入射する投写光５Ｕに便宜的に分類される。図に示すように、投写光学系４を平面ミラー２と透過型スクリーン１００との間かつ下方に配置することによって、投写型表示装置（リアプロジェクタ）の厚みを低減することが可能である。
第２図に示すように、透過型スクリーン１００は、矩形の屈折全反射板１と、これにほぼ同形同大の矩形の結像表示板３を備える。屈折全反射板１は、フレネルレンズ状であって、平面ミラー２から進行する光が入射する側に同心円状の多数の輪体が形成され（第１図の断面図では鋸歯状になっている）、その反対の面が平面状である。屈折全反射板１に形成された鋸歯状の輪体の共通中心軸線Ｂ（第１図）は、屈折全反射板１の下辺近傍に配置されている。
このような鋸歯状の入射面を持つ屈折全反射板１の全体は、ガラスまたはアクリルなどの透明材料によって形成してもよい。ただし、鋸歯構造の成形の困難性に鑑みて、平板状の第１の透明基板１８の片面に、第１の透明基板１８とは別の材料で鋸歯構造体（屈折全反射構造体）１９を形成すると好適である。このようにすれば大量生産が容易である。例えば、アクリルで平板状の第１の透明基板１８を形成した場合には、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂またはその他の樹脂で第１の透明基板１８の片面に鋸歯構造体１９を形成することができる。第１の透明基板１８と鋸歯構造体１９の屈折率はできる限り近似していると好ましい。透明基板１８をアクリルにて形成するのであれば、透明基板１８の入手または製造が容易かつ安価ですみ、第１の透明基板１８を軽量にすることができる。第１の透明基板１８をガラスにて形成するのであれば、透明基板１８の入手または製造が容易かつ安価ですみ、平面性に優れた第１の透明基板１８を形成できる。
第１図に示すように、屈折全反射板１において、平面ミラー２からの光が入射する鋸歯状の面は、入射する可視光線の反射率を低減するための反射低減コーティング層１６で被覆されている。反射低減コーティング層１６は単独の層からなる単層コーティングでもよいし、二層からなる二層コーティングであってもよい。単層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１６は屈折全反射板１の材料の屈折率より低屈折率の材料により形成されると好ましい。例えばガラスが屈折全反射板１の材料である場合には、ＭｇＦを反射低減コーティング層１６の材料として選択しうるが、反射低減コーティング層１６の材料はこれには限定されない。
二層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１６は屈折全反射板１上に被覆され屈折全反射板１の屈折率より高屈折率の材料から形成された第１層と、第１層上に被覆され屈折全反射板１の屈折率より低屈折率の材料から形成された第２層を有すると好ましい。例えばガラスが屈折全反射板１の材料である場合には、第１層の材料としてＭｇＦまたはＡｌ２Ｏ３を選択でき、第２層の材料としてＭｇＦ２を選択できるが、第１層および第２層の材料はこれらに限定されない。
また、屈折全反射板１の光が出射する面には、複数のシリンドリカルレンズのアレイからなる第１のレンチキュラーレンズ部１５が配置されている。第１のレンチキュラーレンズ部１５を構成する個々のシリンドリカルレンズは、円柱または楕円柱をその軸線に平行な平面で切断した形状を有しており、好ましくは互いに同形同大である。各シリンドリカルレンズは、その平面が屈折全反射板１に接触して固着した状態で、水平方向（第１図の紙面の垂直方向）に延びている。これらのシリンドリカルレンズは上下方向に沿って周期的に並べられているので、第１のレンチキュラーレンズ部１５の右方の光の出射面は、上下方向に周期性をもって畝っている。従って、屈折全反射板１から出射した光は、個々のシリンドリカルレンズにより上下方向に拡散される。
第１のレンチキュラーレンズ部１５は透明材料によって形成されている。成形の困難性に鑑みて、好ましくは、平板状の第１の透明基板１８の片面に、第１の透明基板１８とは別の材料で第１のレンチキュラーレンズ部１５を形成すると好適である。このようにすれば大量生産が容易である。例えば、アクリルで平板状の第１の透明基板１８を形成した場合には、ＵＶ硬化樹脂またはその他の樹脂で第１の透明基板１８の片面に第１のレンチキュラーレンズ部１５を形成することができる。第１の透明基板１８と第１のレンチキュラーレンズ部１５の屈折率はできる限り近似していると好ましい。
第１のレンチキュラーレンズ部１５の光が出射する面は、反射低減コーティング層１７で被覆されている。この反射低減コーティング層１７は、図の右方すなわち屈折全反射板１の外側から第１のレンチキュラーレンズ部１５に入射する可視光線の反射率を低減する。反射低減コーティング層１７は単独の層からなる単層コーティングでもよいし、二層からなる二層コーティングであってもよい。単層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１７は第１のレンチキュラーレンズ部１５の材料の屈折率より低屈折率の材料により形成されると好ましい。二層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１７は第１のレンチキュラーレンズ部１５上に被覆され第１のレンチキュラーレンズ部１５の屈折率より高屈折率の材料から形成された第１層と、第１層上に被覆され第１のレンチキュラーレンズ部１５の屈折率より低屈折率の材料から形成された第２層を有すると好ましい。
なお、この発明の別の実施の形態として、第１のレンチキュラーレンズ部１５を設けずに、屈折全反射板１の光が出射する平面に直接反射低減コーティング層１７を設けるようにしてもよい。ただし、後述するように二重像光の低減のためには、この実施の形態１のように、第１のレンチキュラーレンズ部１５を設けるのが好ましい。
結像表示板３は、屈折全反射板１の出射面に平行に配置された平板状の第２の透明基板３２と、第２のレンチキュラーレンズ部３１を有する。第２の透明基板３２の光が入射する面には、複数のシリンドリカルレンズのアレイからなる第２のレンチキュラーレンズ部３１が配置されている。第２のレンチキュラーレンズ部３１を構成する個々のシリンドリカルレンズは、円柱または楕円柱をその軸線に平行な平面で切断した形状を有しており、好ましくは互いに同形同大である。各シリンドリカルレンズは、その平面が第２の透明基板３２に接触して固着した状態で、上下方向に延びている。これらのシリンドリカルレンズは水平方向に沿って周期的に並べられているので、第２のレンチキュラーレンズ部３１の右方の光の出射面は、水平方向に周期性をもって畝っている。従って、第２のレンチキュラーレンズ部３１から出射した光は、個々のシリンドリカルレンズにより水平方向に拡散される。すなわち第２のレンチキュラーレンズ部３１は、表示画像光の配向特性を制御する。
第２の透明基板３２および第２のレンチキュラーレンズ部３１は、ガラスまたはアクリルなどの透明材料によって一体に形成してもよい。ただし、鋸歯構造の成形の困難性に鑑みて、平板状の第２の透明基板３２の片面に、第２の透明基板３２とは別の材料で鋸歯構造を形成すると好適である。このようにすれば大量生産が容易である。例えば、アクリルで平板状の第２の透明基板３２を形成した場合には、ＵＶ硬化樹脂またはその他の樹脂で第２の透明基板３２の片面に第２のレンチキュラーレンズ部３１を形成することができる。第２の透明基板３２と第２のレンチキュラーレンズ部３１の屈折率はできる限り近似していると好ましい。
透明基板３２の内部もしくは表面近傍には、公知の材料よりなる散乱粒子が分散されており、散乱粒子のために第２の透明基板３２は拡散板として作用して投写画像を結像させる。
次にこの実施の形態における屈折全反射板１の形状をより具体的に説明する。屈折全反射板１の下部（鋸歯状の輪体の共通中心軸線Ｂに近い内側部分）は屈折領域１Ｌで構成され、中央部は屈折・全反射領域１Ｍで構成され、上部（共通中心軸線Ｂから遠い外側部分）は全反射領域１Ｕで構成されている。これら各領域１Ｌ，１Ｍ，１Ｕの間には連続して鋸歯構造が形成されているが、第１図では理解を容易にするため各領域１Ｌ，１Ｍ，１Ｕを部分的に省略して描画している。投写光学系４の屈折光学系４Ｒを出射した投写光束は凸面ミラー４Ｍで反射された後、平面ミラー２で反射され、屈折全反射板１の下部の屈折領域１Ｌに入射する投写光５Ｌ、屈折・全反射領域１Ｍに入射する投写光５Ｍ、全反射領域１Ｕに入射する投写光５Ｕとして透過型スクリーン１００に入射する。
屈折全反射板１の内側部分の屈折領域１Ｌは、複数の屈折斜面１１と、屈折斜面１１に隣接する複数の無効ファセット面１２を有する。屈折斜面１１と無効ファセット面１２は周期Ｐをもって交互に並んでいる。屈折斜面１１と無効ファセット面１２は屈折全反射板１に形成された鋸歯状の輪体を構成する。輪体の共通中心軸線Ｂに対して、屈折斜面１１は傾斜しており入射側に収束する円錐台の斜面状の輪郭を有するが、無効ファセット面１２は平行であり円柱状の輪郭を有する。投写光学系４より出射した投写光５Ｌは屈折斜面１１で屈折され、法線ｎ（透過型スクリーン１００を構成する屈折全反射板１，結像表示板３に共通の法線）の方向に沿って屈折全反射板１の内部を進行させられる。従って、屈折斜面１１は外部からの光を屈折して屈折全反射板１の内部に導入可能である。
屈折全反射板１の外側部分の全反射領域１Ｕは、複数の全反射斜面１３と、全反射斜面１３に隣接する複数の透過斜面１４を有する。全反射斜面１３と透過斜面１４は、上記と同じ周期Ｐをもって交互に並んでいる。全反射斜面１３および透過斜面１４も屈折全反射板１に形成された鋸歯状の輪体を構成する。輪体の共通中心軸線Ｂに対して、全反射斜面１３は傾斜しており入射側に収束する円錐台の斜面状の輪郭を有するが、透過斜面１４は傾斜しており出射側に収束する円錐台の斜面状の輪郭を有する。投写光学系４より出射して透過斜面１４に入射する投写光５Ｕは、透過斜面１４で屈折された後に全反射斜面１３で反射されて、法線ｎ方向に沿って屈折全反射板１の内部を進行させられる。従って、透過斜面１４は外部からの光を屈折して屈折全反射板１の内部に導入可能であるのに対して、全反射斜面１３は屈折全反射板１の内部からの光を屈折全反射板１の内部に向けて反射することが可能である。
屈折・全反射領域１Ｍは、複数の屈折斜面１１と、複数の無効ファセット面１２と、複数の透過斜面１４と、複数の全反射斜面１３とを有する。一つの屈折斜面１１と無効ファセット面１２と透過斜面１４と全反射斜面１３は、一組の複合構造を構成する。各複合構造においては、全反射斜面１３の直ぐ内側に隣接して透過斜面１４が形成され、透過斜面１４の直ぐ内側に隣接して屈折斜面１１が形成され、屈折斜面１１の直ぐ内側に隣接して無効ファセット面１２が形成されている。無効ファセット面１２の直ぐ内側には他の組の複合構造の全反射斜面１３が形成されている。このようにして、屈折・全反射領域１Ｍでは、上記と同じ周期Ｐをもって複合構造が連続的に並んでいる。
投写光学系４より出射して屈折・全反射領域１Ｍの屈折斜面１１に入射する投写光５Ｍは屈折斜面１１で屈折されて、法線ｎの方向に沿って屈折全反射板１の内部を進行させられる。また、投写光学系４より出射して透過斜面１４に入射する投写光５Ｍは、透過斜面１４で屈折された後に全反射斜面１３で反射されて、法線ｎ方向に沿って屈折全反射板１の内部を進行させられる。屈折・全反射領域１Ｍにおける屈折斜面１１および無効ファセット面１２は、屈折領域１Ｌにおける屈折斜面１１および無効ファセット面１２と同様の形状および機能を有する。一方、屈折・全反射領域１Ｍにおける全反射斜面１３および透過斜面１４は、全反射領域１Ｕにおける全反射斜面１３および透過斜面１４と同様の形状および機能を有する。屈折・全反射領域１Ｍにおいては、下部または内側部分では、屈折斜面１１および無効ファセット面１２の割合が、全反射斜面１３および透過斜面１４の割合よりも大きく、上部または外側部分では、全反射斜面１３および透過斜面１４の割合が、屈折斜面１１および無効ファセット面１２の割合よりも大きい。すなわち、屈折・全反射領域１Ｍの下部または内側部分は屈折領域１Ｌに近似した形状を有するが、屈折・全反射領域１Ｍの上部または外側部分は全反射領域１Ｕに近似した形状を有する。
屈折全反射板１の体積中には、散乱を引き起こす粒子が分散されていないか、できる限り排除されている。従って、屈折全反射板１（第１の透明基板１８を含む）の内部に導入された投写光５Ｌ，５Ｍ，５Ｕは法線ｎの方向に沿って屈折全反射板１の内部を進行する。
屈折全反射板１を出射した光は、第１のレンチキュラーレンズ部１５がある場合には第１のレンチキュラーレンズ部１５で上下方向に拡散される。さらに出射光は、第２のレンチキュラーレンズ部３１で水平方向に拡散され、第２の透明基板３２の散乱粒子のために拡散されて表示画像光８として観測者９に視認される。
次に、以上のようにして構成されたこの発明の実施の形態１に係る透過型スクリーンの効果を説明する。
比較例として、第３図から第５図に示す透過型スクリーン１００を説明する。これらの図に示すように、この比較例の透過型スクリーン１００では、屈折全反射板１には、第１図に示す反射低減コーティング層１６、第１のレンチキュラーレンズ部１５および反射低減コーティング層１７が設けられていない。また、屈折全反射板１の体積中には弱い散乱特性を示す散乱粒子が分散されており、この散乱特性と透明基板３２の散乱特性との組合せで表示画像光８の上下方向の視野角が主に決定されている。
第４図を参照し、比較例による下方向ゴースト光の発生メカニズムにつき説明する。投写光学系４から出射して平面ミラー２で反射した光束のうち、透過型スクリーン１００の中央の屈折・全反射領域１Ｍに入射する投写光５Ｍの大部分は、前述したように、屈折斜面１１で屈折されるか、もしくは透過斜面１４による屈折と全反射斜面１３による反射により、法線ｎに平行な正規の投写光５ＭＰとして結像表示板３に入射し、適当な配光特性を有する投写画像光８になる。ただし、屈折全反射板１の体積中には散乱粒子が分散されているので、屈折全反射板１の出射側平面１Ｒで一部の光束が反射される。これらの反射光束は拡散反射光５ＭＤとしてやや斜め上方に向けて進行し、屈折全反射板１の入射側の面を再度透過した後、平面ミラー２で反射され、屈折全反射板１の下部または内側部分の屈折領域１Ｌに入射し、屈折斜面１１を透過し、無効ファセット面１２で反射されて、正規の画像光８よりも下部の位置の下方向ゴースト光５ＭＤＳとなる。
また、第４図に示すように、屈折・全反射領域１Ｍに入射した投写光５Ｍのうち、透過斜面１４で反射した光線５ＭＲは屈折全反射板１に再入射して出射側平面１Ｒで反射され、屈折全反射板１より出射して平面ミラー２で反射し、屈折全反射板１の下部または内側部分の屈折領域１Ｌに入射し、屈折斜面１１を透過し、無効ファセット面１２で反射されて、正規の画像光８よりも下部の位置の下方向ゴースト光５ＭＲＳとなる。
下方向ゴースト光５ＭＤＳ，５ＭＲＳは正規の画像光８よりも透過型スクリーン１００で下方向に現れ、表示画像を鑑賞する際の妨害光となる。また、第２図に示したように、屈折全反射板１の入射面の鋸歯構造の共通中心軸線Ｂは屈折全反射板１の下辺近傍あるために、正規画像光の位置よりもスクリーンの下辺に近づくにつれて下方向ゴースト光の強度が増す傾向があることが実験により明らかとなった。
次に、第５図を参照して、比較例による上方向ゴースト光の発生メカニズムにつき説明する。投写光学系４から出射して平面ミラー２で反射した光束のうち、透過型スクリーン１００の下部または内側部分の屈折領域１Ｌに入射する投写光５Ｌの大部分は、屈折斜面１１で屈折され、法線ｎに平行な正規の投写光５ＬＰとして結像表示板３に入射し、適当な配光特性を有する投写画像光８になる。
ただし、投写光束５Ｌのうち無効ファセット面１２に入射した光束は屈折反射板１の出射平面１Ｒで反射された後、再度上方の鋸歯面に入射し、結像表示板３に向かう二重像光５ＬＭＤと、後方に出射して平面ミラー２で反射され結像表示板のさらに上部に入射する上方向ゴースト光５ＬＭＳに分離する。表示画像光８の上部に現れる二重像光５ＬＭＤ、および二重像光よりもさらに上部に現れる上方向ゴースト光５ＬＭＳは、正規の表示画像を鑑賞する際の妨害光となる。
次に、この発明の実施の形態１に係る透過型スクリーンによって、ゴースト光および二重像光の強度が低減されるメカニズムについて説明する。
（１） 下方向ゴースト光の低減メカニズム．
比較例において、下方向ゴースト光は、第４図に示すように、ｉ）散乱粒子を含む屈折全反射板１による屈折全反射板１の出射平面１Ｒからの反射光が法線ｎよりもやや上向きに拡散反射された光線５ＭＤ、ｉｉ）透過斜面１４で反射した光線５ＭＲの双方が起源となって発生する。これに対して、第１図の実施の形態１では、屈折全反射板１として散乱粒子を含まない素材を使用しており、また屈折全反射板１の出射面に可視光の反射率を低減する反射低減コーティング層１７を設けたので、屈折全反射板１の出射面からの反射が低減できると同時に、反射光の拡散性を抑制できるので、上記ｉ）の光線５ＭＤの強度を著しく低下できる。
同時に、屈折全反射板１の出射面側に、上下方向に並んだ第１のレンチキュラーレンズ部１５を設けたので、単純な同心円構造の比較例の屈折全反射板１に比較して、屈折全反射板１の光学素子の構造を同心円の共通中心軸線Ｂに関して非回転対称にすることができる。この結果、屈折全反射板１の面で反射される光束のうちスクリーン１００の下端または内側部分の屈折領域１Ｌに入射して下方向ゴースト光となる光線の密度を低減（すなわち光束を拡散）できるので、スクリーン下端に近づくほど下方向ゴースト光の強度が高まるという問題も低減することができる。
また、実施の形態１では、屈折全反射板１の入射面上に可視光の反射率を低減するための反射低減コーティング層１６を設けたので、上記ｉｉ）の問題である反射光線５ＭＲの強度を著しく低下できる。この結果、第１図の透過型スクリーンの構成により下方向ゴースト光（第４図の光線５ＭＤＳ，５ＭＲＳ）の強度を小さく抑制することができる。
（２） 上方向ゴースト光の低減メカニズム．
比較例において、上方向ゴースト光は、第５図に示すように、無効ファセット面１２に入射した光束が屈折全反射板１の出射平面１Ｒで反射された後、上記入射点よりは上方の鋸歯面より後方に出射して、平面ミラー２で反射され結像表示板３のさらに上部に入射する光線５ＬＭＳとなることにより発生する。これに対して、第１図の実施の形態１では、屈折全反射板１の出射面側に上下方向に並んだ第１のレンチキュラーレンズ部１５を設け、無効ファセット面１２に入射して屈折全反射板１の出射面側で反射する光束を散乱させている。また、平面ミラー２で反射して再度屈折全反射板１を透過する光束５ＬＭＳを再度第１のレンチキュラーレンズ部１５により散乱させている。これらの二段階の散乱作用によって、上方向ゴースト光のスクリーンでの光束密度を低下させて目立たなくすることができる。
（３） 二重像光の低減メカニズム．
比較例において、二重像光は、第５図に示すように、無効ファセット面１２に入射した光束が屈折反射板１の出射平面１Ｒで反射された後、再度上方の鋸歯面に入射し、結像表示板３に向かう光束５ＬＭＤとなることで生じる。これに対して、第１図の実施の形態１では、屈折全反射板１の出射面側に上下方向に並んだ第１のレンチキュラーレンズ部１５を設け、無効ファセット面１２に入射して屈折全反射板の出射面側で反射する望ましくない光束を散乱させている。また、屈折全反射板１の出射面側で反射された後、再度上方の鋸歯面に入射して屈折全反射板１を透過する望ましくない光束５ＬＭＤを再度第１のレンチキュラーレンズ部１５により散乱させている。これらの二段階の散乱作用によって、スクリーンでの二重像光の光束密度を低下させて目立たなくすることができる。
上記の効果を確認するために、本願発明者が行った実験の結果を説明する。第６図Ａは屈折全反射板１の各種の試料＃１〜＃４について測定した実験結果を示す。試料＃１〜＃４について第１の透明基板１８はアクリルで製造した。試料＃１は、反射低減コーティング層１６，１７も第１のレンチキュラーレンズ部１５も設けられていない第４図の比較例の屈折全反射板１である。試料＃４は、反射低減コーティング層１６，１７および第１のレンチキュラーレンズ部１５が設けられている第１図の実施の形態１に係る屈折全反射板１である。試料＃２，＃３においては、反射低減コーティング層１６，１７の各々は単層からなるのに対して、試料＃４においては、反射低減コーティング層１６，１７の各々は二層からなる。すなわち、反射低減コーティング層１６，１７の各々は、屈折全反射板１上に被覆された第１層と、第１層上に被覆された第２層を有する。
第６図Ｂは屈折全反射板１の各試料の作成条件を示す。反射低減コーティング層１６，１７の各々は、単層の場合には、第１の透明基板１８（アクリル）の屈折率１．５３よりも低い屈折率ＮＬ（１．４３）を有する。二層の場合には、反射低減コーティング層１６，１７の各々を構成する第１層は第１の透明基板１８の屈折率１．５３よりも高い屈折率ＮＨ（１．６７）を有し、第２層は第１の透明基板１８の屈折率１．５３よりも低い屈折率ＮＬ（１．４３）を有する。この実験に供した各試料は、平板状のアクリル製の第１の透明基板１８板の入射側の表面上に、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂で鋸歯構造体１９（屈折斜面１１、無効ファセット面１２、全反射斜面１３および透過斜面１４を有する）を形成することによって得た。このＵＶ硬化樹脂の屈折率はアクリル板の屈折率に近く１．５５である。第１のレンチキュラーレンズ部１５を構成する個々のシリンドリカルレンズは、楕円柱をその軸線に平行な平面で切断した形状を有する。
このようにして準備した試料＃１〜＃４について、白窓の輝度、下方向ゴースト光の輝度、上方向ゴースト光の輝度、および二重像光による妨害の程度を測定した。第６図Ｃは具体的な計測条件を示す。透過型スクリーン１００は、対角線の距離が約６０インチ（約１５２４ｍｍ）で縦横比が４：３の矩形であった。すなわち透過型スクリーン１００の横方向の距離が約９１４ｍｍ、縦方向の距離が約１２１９ｍｍであった。
投写光学系４を制御して、この透過型スクリーン１００の中心に正方形（一辺の長さ２４ｃｍ）の白窓を表示した。そして、正規の投写光による白窓の輝度と、下方向ゴースト光の輝度を計測した。この計測では、第６図Ｃに示すように、スクリーンの法線方向に輝度計を配置する測定（正面観測）と、スクリーンの法線方向より２０°上方向に輝度計を配置する測定（覗き込み観測）を行った。第６図Ａには白窓の輝度と下方向ゴースト光の輝度との比が記入されており、この比の値が大きいほどゴースト光の相対輝度が小さくて望ましい特性であることを示す。
上方向ゴースト光の測定では、投写光学系４を制御して、透過型スクリーン１００の下端中央に正方形（一辺の長さ１２ｃｍ）の白窓を表示した。そして、第６図Ｃに示す条件で、正規の投写光による白窓の輝度と、上方向ゴースト光の輝度を計測した。第６図Ａには白窓の輝度と上方向ゴースト光の輝度との比が記入されており、この比の値が大きいほどゴースト光の相対輝度が小さくて望ましい特性であることを示す。
二重像光の測定では、投写光学系４を制御して、第６図Ｃに示すように、透過型スクリーン１００にクロスハッチ像（第８図Ａ等に示すような交差した複数の線の像）を表示して、観測者の視覚によって二重像光を評価した。第６図Ａにおいて、記号×は許容できないほど正規の像が二重像光で妨害され、表示像が劣悪であることを示し、記号○は許容できること、すなわち表示像が良好であることを示している。
第６図Ａから以下のことがわかる。
（１）試料＃１と試料＃２の比較より、屈折全反射板１の入射面および出射面の両面に単層の反射低減コーティング層１６，１７を施すことにより、下方向ゴースト光の輝度が大幅（１／３程度）に低下する。これは屈折全反射板１の入射側の鋸歯面での反射光強度の低下、出射面での反射光強度低下により前述した下方向ゴースト光の原因となる反射光の強度が低下したことによるものである。
（２）試料＃２と試料＃３の比較より、屈折全反射板１の両面の反射低減コーティング層１６，１７の各々を単層から二層にすることにより、下方向ゴースト光の輝度が大幅（１／２程度）に低下することがわかる。これは二層コーティングの方が単層コーティングに比べて反射率低減効果が高く、入射側の鋸歯面および出射面での反射光の強度が一層低下したことによるものである。
（３）試料＃３と試料＃４の比較より、屈折全反射板１の出射側平面をレンチキュラーレンズ構造にすることで、上方向ゴースト光輝度を相対的に２５％程度低下でき、かつ二重像光による妨害を視感上問題ないレベルまで改善できることがわかる。また、第６図Ａに示された結果とは別に、目視観測により、特にスクリーン下端付近の下方向ゴースト光の強度集中の問題が改善できることも確認した。
第７図Ａおよび第７図Ｂは、上記の試料＃１，＃３についての下方向ゴースト光の比較写真に基づく図である。第７図Ａは透過型スクリーン１００の中央に表示した正方形（一辺の長さ２４ｃｍ）の白窓を法線方向より撮影した写真に基づく図であり、第７図Ｂは斜め上方向から撮影した写真に基づく図である。第７図Ａおよび第７図Ｂともに、左半分がコーティング無しの場合（＃１）を示し、右半分が二層の両面反射低減コーティング層１６，１７を設けた場合（＃３）を示す。コーティングを施すことにより、下方向ゴースト光の輝度が顕著に低下することがわかる。
また、第８図Ａ、第８図Ｂおよび第８図Ｃは、それぞれ上記の試料＃１，＃３，＃４のスクリーン下端近傍での二重像光の比較写真に基づいた図を示す。第８図Ａ、第８図Ｂおよび第８図Ｃより、コーティングなしの場合（試料＃１）、および二層の両面反射低減コーティング層１６，１７を設けた場合（試料＃３）に見えていた二重像光が、屈折全反射板１の出射面に第１のレンチキュラーレンズ部１５を設けることで、視認しにくいレベルにまで低減し、画質が改善していることがわかる。
なお、第６図Ａには、屈折全反射板１の両面に単層または二層の反射低減コーティング層１６，１７を施した場合のみについての実験データを掲載したが、光の入射面側だけ、または出射面側だけに反射低減コーティングを施した場合にも、両面コーティングよりは効果は劣るものの、下方向ゴースト光の低減に効果があることが確認された。従って、下方向ゴースト光の低減目標または制約が緩い場合には、屈折全反射板１の入射面または出射面にのみコーティング層（単層または二層）を形成してもよい。
また、この実施の形態の投写光学系４では、その光学系の最終段に凸面ミラー４Ｍが配置されているが、必ずしもこの限りでなく、投写光束（符号５Ｌ，５Ｍ，５Ｕで示す）を斜め上方向または斜め下方に出射する他の適切な光学系も、この実施の形態に係る透過型スクリーン１００と組み合わせて使用可能である。従って、屈折レンズのみを備えた投写光学系、凹凸の反射ミラーを組み合わせた投写光学系、もしくは屈折レンズおよび反射ミラーを組み合わせた複合投写光学系であっても、この発明の範囲内である。
以上のように、この実施の形態１によれば、散乱粒子が分散されていない透明材料から屈折全反射板１が形成されているので、屈折全反射板１の出射面で反射する光束について拡散反射光の発生を防止できるため下方向ゴースト光の強度を低減できる。
屈折全反射板１がほぼ平板状の第１の透明基板１８と、第１の透明基板１８上に設けられた鋸歯構造体（屈折全反射構造体）１９とを備え、鋸歯構造体１９に屈折斜面１１と透過斜面１４と全反射斜面１３が形成されているようにすれば、第１の透明基板１８および鋸歯構造体１９のそれぞれを適切な材料で形成することができる。このことを利用すれば、屈折全反射板１の生産性を向上させたり、透明基板１８単体より外部からの衝撃に対する強度を高めたりすることも可能になる。
また、屈折全反射板１の屈折斜面１１は投写光を透過型スクリーン１００のほぼ法線方向に屈折し、全反射斜面１３は透過斜面１４を透過する投写光を透過型スクリーン１００のほぼ法線方向に反射する。従って、スクリーン１００の法線方向を中心とする視野角特性を有する透過型スクリーンが実現できる。
さらに、屈折全反射板１の出射面上に第１のレンチキュラーレンズ部１５が設けられ、第１のレンチキュラーレンズ部１５では、水平方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが上下方向に沿って並べられている。従って、屈折全反射板１の面で反射する光束に対して回転対称性を崩し、下方向ゴースト光が透過型スクリーン１００の下端または内側部分の近傍に集中するのを抑制できる。また、第１のレンチキュラーレンズ部１５により屈折全反射板１の出射面での望ましくない高速を拡散させることで、二重像光および上方向ゴースト光を目立ちにくくすることができる。
さらに、結像表示板３は、屈折全反射板１から出射した光を水平方向に拡散する第２のレンチキュラーレンズ部３１と、第２のレンチキュラーレンズ部３１から出射した光を受ける第２の透明基板３２とを備えており、第２のレンチキュラーレンズ部３１では、上下方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが水平方向に沿って並べられており、第２の透明基板３２には投写光を結像させる散乱粒子が分散されている。従って、投写画像の結像機能と適切な水平方向視野角特性を備えた透過型スクリーン１００が実現できる。
屈折全反射板１の入射面に、可視光の反射を低減する反射低減コーティング層１６を形成すれば、屈折全反射板１の入射面側に設けた屈折全反射構造、特に透過斜面１４での反射が小さくなり、下方向ゴースト光の強度を低減できる。他方、屈折全反射板１の出射面に、可視光の反射を低減する反射低減コーティング層１７を形成すれば、屈折全反射板１の出射面での反射が小さくなり、下方向ゴースト光の強度を低減できる。屈折全反射板１の入射面および出射面に反射低減コーティング層１６，１７の双方を設ければ、双方の効果により下方向ゴースト光の強度をさらに低減できる。
反射低減コーティング層１６または１７が、屈折全反射板１の材料の屈折率より低屈折率の材料により形成された単層コーティングであれば、下方向ゴースト光の強度を低下させることのできる透過型スクリーンを安価に製造できる。他方、反射低減コーティング層１６または１７が、屈折全反射板１上に被覆され屈折全反射板１の屈折率より高屈折率の材料から形成された第１層と、第１層上に被覆され屈折全反射板１の屈折率より低屈折率の材料から形成された第２層を有する二層コーティングであれば、下方向ゴースト光の強度をさらに低下させることができる。
さらに、この実施の形態に係る投写型表示装置によれば、投写光学系４は透過型スクリーン１００および平面ミラー２の間でかつ下方に配置されているので、下方向ゴースト光、上方向ゴースト光および二重像光の影響を透過型スクリーン１００との相乗効果で低減することができる。また、投写光学系４は透過型スクリーン１００および平面ミラー２の間でかつ下方に配置されるので、薄型のリア投写型表示装置を構成できる。
実施の形態２．
第９図は、この発明の実施の形態２に係る透過型スクリーン１００を示す断面図であり、具体的には第１図と同様に第２図に示された透過型スクリーン１００の縦方向を通る中心線Ａ−Ａを含む縦断面を示す。第９図中、第１図と共通する構成要素を示すためには同一の符号を用いて、その詳細な説明を省略する。
この実施の形態では、屈折全反射板１の輪体の共通中心軸線Ｂの近傍の屈折領域１Ｌおよび屈折・全反射領域１Ｍでは、投写光を透過型スクリーン１００の法線ｎの方向よりも外側に向けて進行させるように屈折斜面１１、全反射斜面１３および透過斜面１４が形成されている。従って、透過型スクリーン１００の下辺近傍では、投写光が法線ｎよりも幾分上向きに進行して、屈折全反射板１および結像表示板３を通過する。共通中心軸線Ｂから遠い全反射領域１Ｕでは、投写光を透過型スクリーン１００のほぼ法線ｎの方向に向けて進行させるように全反射斜面１３および透過斜面１４が形成されている。
屈折領域１Ｌおよび屈折・全反射領域１Ｍでは、共通中心軸線Ｂから遠い（下辺から遠い）ほど、透過型スクリーン１００の法線方向に対する投写光の進行方向のなす角度、「上向き出射角」が小さくなるように、屈折斜面１１、全反射斜面１３および透過斜面１４が形成されている。例えば、第９図に示すように、共通中心軸線Ｂに近い屈折領域１Ｌへ入射する投写光５Ｌは、屈折斜面１１で屈折されてスクリーン１００の法線ｎに対して上向き出射角θ１をもって進行する（光線５ＬＵ）。共通中心軸線Ｂから遠い屈折・全反射領域１Ｍへ入射する投写光５Ｍは、屈折斜面１１または全反射斜面１３によりスクリーン１００の法線ｎに対して上向き出射角θ２をもって進行する（光線５ＭＵ）。出射角θ２は出射角θ１よりも小さい。他の構造は実施の形態１と同様である。
第１０図は、実施の形態２による好適な屈折全反射板１における輪体の共通中心軸線Ｂからの距離と上向き出射角θの関係を示す。この屈折全反射板１は、対角線の距離が約６０インチ（約１５２４ｍｍ）で縦横比が４：３の矩形である。すなわち屈折全反射板１の横方向の距離が約９１４ｍｍ、縦方向の距離が約１２１９ｍｍである。第１０図に示すように、好適な屈折全反射板１では、画面下端（本例では半径距離１５０ｍｍに相当）に近づくほど上向き出射角θを大きくし、屈折・全反射領域１Ｍの一地点（本例では半径距離４５０ｍｍ近傍）で上向き出射角θが０°になるように上向き出射角を緩やかに線状に変化させる。
この実施の形態によれば、屈折全反射板１の下部から発する光が大きな上向き出射角θを持つので、観測者９が感ずる透過型スクリーン１００の下部からの画像光強度を増すことができ、結果として二重像光の強度が相対的に弱く感ぜられることになる。しかも、第１０図を参照して説明した好適な屈折全反射板１のように、緩やかに上向き出射角θを変化させることにより、画面上での急激な輝度の変化を避けることができる。急激に上向き出射角を変化させると、急激な輝度の変化により画面下部に半月状の島領域が現れることがあるが、このような不具合は上向き出射角の変化の度合いを好適にすることで防止できる。
以上のように、この実施の形態２によれば、屈折全反射板１の共通中心軸線Ｂの近傍の領域では、投写光を透過型スクリーン１００の法線方向よりも外側に向けて進行させるように斜面が形成されており、共通中心軸線Ｂから遠い領域では、投写光を透過型スクリーン１００のほぼ法線方向に向けて進行させるように斜面が形成されているので、画面下端近傍に発生する二重像光の強度を正規の画像光の強度に対して相対的に低下させることができる。
また、共通中心軸線Ｂの近傍の領域では、共通中心軸線Ｂから遠いほど、透過型スクリーン１００の法線方向に対する投写光の進行方向のなす角度が小さくなるように、上向き出射角θを変化させたので、表示画像の輝度変化が目立ちにくく、良好な輝度均一性をもった表示ができる透過型スクリーンが実現できる。
実施の形態３．
第１１図は、この発明の実施の形態３に係る透過型スクリーンの屈折全反射板１を出射面側から見た斜視図である。結像表示板３の図示は省略する。第１１図中、第１図と共通する構成要素を示すためには同一の符号を用いて、その詳細な説明を省略する。この実施の形態３では、実施の形態１の第１のレンチキュラーレンズ部１５に代えて、多数のマイクロレンズ１５０のアレイが、屈折全反射板１の出射面に設けられている。
個々のマイクロレンズ１５０は、屈折全反射板１からの出射光を少なくとも上下方向および左右方向に拡散する機能を有する微小な凸レンズである。マイクロレンズ１５０の形状としては、球面の一部、楕円面の一部、双曲面の一部、直方体などが考えられる。これらのマイクロレンズ１５０は好ましくは互いに同形同大である。隣り合うマイクロレンズ１５０は、第１１図に示すように明確に分離していてもよいし、境界がつながった連続構造となっていてもよい。
これらのマイクロレンズ１５０は、上下方向および水平方向に沿って周期的に並べられている。マイクロレンズ１５０のアレイの上下方向の周期をＰｙ、水平方向の周期をＰｘとする。屈折全反射板１から出射した光は、個々のマイクロレンズ１５０により上下方向および水平方向に拡散される。
上述の第１のレンチキュラーレンズ部１５と同様に、マイクロレンズ１５０も透明材料によって形成されている。成形の困難性に鑑みて、好ましくは、平板状の第１の透明基板１８の片面に、第１の透明基板１８とは別の材料でマイクロレンズ１５０を形成すると好適である。このようにすれば大量生産が容易である。例えば、アクリルで平板状の第１の透明基板１８を形成した場合には、ＵＶ硬化樹脂またはその他の樹脂で第１の透明基板１８の片面にマイクロレンズ１５０を形成することができる。第１の透明基板１８とマイクロレンズ１５０の屈折率はできる限り近似していると好ましい。
また図示しないが、マイクロレンズ１５０のアレイを含む屈折全反射板１の出射面は、外側からの可視光線の反射率を低減する反射低減コーティング層（前述した第１図の反射低減コーティング層１７に相当する）で被覆されている。反射低減コーティング層も単独の層からなる単層コーティングでもよいし、二層からなる二層コーティングであってもよい。単層コーティングの場合には、反射低減コーティング層はマイクロレンズ１５０および屈折全反射板１の材料の屈折率より低屈折率の材料により形成されると好ましい。二層コーティングの場合には、反射低減コーティング層はマイクロレンズ１５０および屈折全反射板１上に被覆されマイクロレンズ１５０および屈折全反射板１の屈折率より高屈折率の材料から形成された第１層と、第１層上に被覆されマイクロレンズ１５０および屈折全反射板１の屈折率より低屈折率の材料から形成された第２層を有すると好ましい。
屈折全反射板１の出射面にマイクロレンズ１５０のアレイが設けられていることにより、この実施の形態の透過型スクリーンは、下方向ゴースト、上方向ゴースト光の低減、および二重像光の低減が可能となる。次に、この発明の実施の形態３に係る透過型スクリーンによって、ゴースト光および二重像光の強度が低減されるメカニズムについて、比較例を示す第４図および第５図を参照しながら説明する。
（１） 下方向ゴースト光の低減メカニズム．
この実施の形態では、屈折全反射板１の出射面側に、マイクロレンズ１５０のアレイを設けたので、単純な同心円構造の比較例の屈折全反射板１に比較して、屈折全反射板１の光学素子の構造を同心円の共通中心軸線Ｂに関して非回転対称にすることができる。この結果、屈折全反射板１の面で反射される光束のうちスクリーン１００の下端または内側部分の屈折領域１Ｌに入射して下方向ゴースト光となる光線の密度を低減（すなわち光束を拡散）できるので、スクリーン下端に近づくほど下方向ゴースト光の強度が高まるという比較例の問題を低減することができる。
また、屈折全反射板１として散乱粒子を含まない素材を使用しており、屈折全反射板１の出射面に可視光の反射率を低減する反射低減コーティング層を設けたので、屈折全反射板１の出射面からの反射が低減できると同時に、反射光の拡散性を抑制できるので、下方向ゴースト光の原因となる拡散性の反射光（第４図の５ＭＤ）の強度が低減される。また、屈折全反射板１の入射面上に可視光の反射率を低減するための反射低減コーティング層１６を設けたので、入射面での反射光線５ＭＲの強度を著しく低下できる。この結果、下方向ゴースト光（第４図の光線５ＭＤＳ，５ＭＲＳ）の強度を小さく抑制することができる。
（２） 上方向ゴースト光の低減メカニズム．
また、この実施の形態では、屈折全反射板１の出射面側にマイクロレンズ１５０のアレイを設け、無効ファセット面１２に入射して屈折全反射板１の出射面側で反射する光束を散乱させている。また、平面ミラー２で反射して再度屈折全反射板１を透過する光束５ＬＭＳ（第５図参照）を再度マイクロレンズ１５０のアレイにより散乱させている。これらの二段階の散乱作用によって、上方向ゴースト光のスクリーンでの光束密度を低下させて目立たなくすることができる。
（３） 二重像光の低減メカニズム．
さらに、この実施の形態では、屈折全反射板１の出射面側にマイクロレンズ１５０のアレイを設け、無効ファセット面１２に入射して屈折全反射板の出射面側で反射する望ましくない光束を散乱させている。また、屈折全反射板１の出射面側で反射された後、再度上方の鋸歯面に入射して屈折全反射板１を透過する望ましくない光束５ＬＭＤ（第５図参照）を再度第１のレンチキュラーレンズ部１５により散乱させている。これらの二段階の散乱作用によって、スクリーンでの二重像光の光束密度を低下させて目立たなくすることができる。
以上のように、この実施の形態３によれば、実施の形態１と同一および類似の効果を奏することができる。この実施の形態では、第１のレンチキュラーレンズ部１５に代えて設けられたマイクロレンズ１５０のアレイが、屈折全反射板１の面で反射する光束に対して回転対称性を崩し、下方向ゴースト光が透過型スクリーン１００の下端または内側部分の近傍に集中するのを抑制できる。また、マイクロレンズ１５０により屈折全反射板１の出射面での望ましくない高速を拡散させることで、二重像光および上方向ゴースト光を目立ちにくくすることができる。
なお、この実施の形態３において、実施の形態２のように光束の進行方向を異ならせるように屈折全反射板１の斜面を形成してもよい。
実施の形態４．
第１２図は、この発明の実施の形態４に係る透過型スクリーン１００を備えた投写型表示装置を示す概略図である。第１２図には、第２図に示された透過型スクリーン１００の縦方向を通る中心線Ａ−Ａを含む縦断面が示されている。第１２図中、第１図と共通する構成要素を示すためには同一の符号を用いて、その詳細な説明を省略する。
実施の形態４では、屈折全反射板１のたわみによる画像の変位を低減するため、ガラス製の平板状の第１の透明基板１８を屈折全反射板１の中核部材として用いる。そして、ガラス製の第１の透明基板１８の両面に、別の素材から製造された部品を接着剤で貼付することによって、既述した他の実施の形態と同様の形状の屈折全反射板１を製造する。
第１２図中の拡大図により明らかなように、この実施の形態４の屈折全反射板１は、第１の透明基板１８と、屈折全反射シート（透明全反射構造体）１ＦＬＳと、レンチキュラーレンズシート１ＬＣＳを有する。屈折全反射シート１ＦＬＳは、ペット材シート１ＰＥＴ１と、ペット材シート１ＰＥＴ１の片面に形成された屈折全反射膜１ＦＬと、屈折全反射膜１ＦＬの表面に設けられた反射を低減する反射低減コーティング層１６を有する。
ペット材シート１ＰＥＴ１はポリエチレン・テレフタレートによって製造された平板状の透明薄膜であり、屈折全反射膜１ＦＬを形成するためのベース（支持層）として使用される。屈折全反射膜１ＦＬは透明なＵＶ硬化樹脂から形成され、ここには前述した他の実施の形態と同様の鋸歯状の輪体、すなわち屈折斜面１１、無効ファセット面１２、全反射斜面１３および透過斜面１４が形成されている。ペット材シート１ＰＥＴ１の上にＵＶ硬化樹脂を載せて成形し、紫外線を照射して樹脂を硬化させることにより、屈折全反射膜１ＦＬは形成される。
第１の透明基板１８とペット材シート１ＰＥＴ１および屈折全反射膜１ＦＬの屈折率はできる限り近似していると好ましい。また、反射低減コーティング層１６は単独の層からなる単層コーティングでもよいし、二層からなる二層コーティングであってもよい。単層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１６は屈折全反射膜１ＦＬの材料の屈折率より低屈折率の材料により形成されると好ましい。二層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１６は屈折全反射膜１ＦＬ上に被覆され屈折全反射膜１ＦＬの屈折率より高屈折率の材料から形成された第１層と、第１層上に被覆され屈折全反射膜１ＦＬの屈折率より低屈折率の材料から形成された第２層を有すると好ましい。
同様に、レンチキュラーレンズシート１ＬＣＳは、ペット材シート１ＰＥＴ２と、ペット材シート１ＰＥＴ２の片面に形成されたレンチキュラーレンズ膜１ＬＣと、レンチキュラーレンズ膜１ＬＣの表面に設けられた反射を低減する反射低減コーティング層１７を有する。
ペット材シート１ＰＥＴ２はポリエチレン・テレフタレートによって製造された平板状の透明薄膜であり、レンチキュラーレンズ膜１ＬＣを形成するためのベース（支持層）として使用される。レンチキュラーレンズ膜１ＬＣは透明なＵＶ硬化樹脂から形成され、ここには前述した他の実施の形態の第１のレンチキュラーレンズ部１５（第１図および第９図）またほマイクロレンズ１５０のアレイ（第１１図）と同様の輪郭が形成されている。ペット材シート１ＰＥＴ２の上にＵＶ硬化樹脂を載せて成形し、紫外線を照射して樹脂を硬化させることにより、レンチキュラーレンズ膜１ＬＣは形成される。
第１の透明基板１８とペット材シート１ＰＥＴ２およびレンチキュラーレンズ膜１ＬＣの屈折率はできる限り近似していると好ましい。また、反射低減コーティング層１７は単独の層からなる単層コーティングでもよいし、二層からなる二層コーティングであってもよい。
屈折全反射シート１ＦＬＳは透明接着剤からなる粘着層１ＧＬＵ１により第１の透明基板１８の一面に固着され、レンチキュラーレンズシート１ＬＣＳは透明接着剤からなる粘着層１ＧＬＵ２により第１の透明基板１８の一面に固着されている。
次に、第１３図を参照しながら実施の形態４による一つの効果を説明する。この種の透過型スクリーンにおいては、屈折全反射板１の僅かなたわみによっても透過型スクリーン１００に表示される画像が大きくずれるおそれがある。例えば、透過型スクリーン１００はその周辺部分が図示しない装置筐体によって包囲された状態で保持されているため、温度変化などの理由により屈折全反射板１に伸びが生じた場合には、第１３図の仮想線で示すように位置１ｄまでたわんだ状態になる。特に、拘束されていない中心部の変位が大きい。このようなたわみが生じた場合には、例えば第１３図に示す表示画像光８が位置８ｄまでずれるように透過型スクリーン１００上の表示位置がずれることになる。透過型スクリーン１００上の表示位置ずれは、たわみの大きさに依存するため、たわみの大きい部分では表示位置ずれが大きく、たわみの小さい部分では表示位置ずれが小さい。
この実施の形態４では、成形するのが比較的難しい屈折全反射シート１ＦＬＳやレンチキュラーレンズシート１ＬＣＳに適した材料とは独立に、成形が容易な平板状の第１の透明基板１８の材料を選択することが可能である。そして、温度による伸縮の少ない材料であるガラスで製造された第１の透明基板１８を屈折全反射板１の中核部材として用いることによって、屈折全反射板１のたわみ、ひいては画像の表示位置ずれを低減することができる。例えば、アクリルの線膨張率は約１００（１／Ｋ：Ｋは絶対温度である）であるのに対して、ガラスの線膨張率は約９（１／Ｋ）でありアクリルに比べて線膨張率が約１／１０である。また、ガラスは外部からの圧力に対してもアクリルに比べ格段に強く、かつ、容易に高い平面度の板材が製造できることから、たわみに起因する画像の位置ずれを抑えるために適した材料といえる。
また、この発明の実施の形態１〜４は、第１４図に示すような配置の投写型表示装置にも応用できる。この第１４図に示すような投写型表示装置では、平面ミラー２が透過型スクリーン１００に対面しているが、上方に向かうほどで透過型スクリーン１００に接近する形式で傾斜している。投写光学系４は、平面視して平面ミラー２と透過型スクリーン１００の間の位置で、かつ下方に配置されているが、ほぼ真上に向けて投写光束を発するようになっている。
第１４図に示す配置の投写型表示装置でも、屈折全反射板１に伸びが生じた場合には、第１４図の仮想線で示すように位置１ｄまでたわんだ状態になり、例えば第１４図に示す表示画像光８が位置８ｄまでずれるように透過型スクリーン１００上の表示位置がずれることになる。第１４図の配置では、第１３図の配置に比べて、同じたわみに対する表示位置のずれは少ないものの、たわみの量いかんでは表示位置のずれが目立つ場合もある。これに対して、この実施の形態４のように屈折全反射板１を形成すれば、上述と同じ理由によって、温度による伸縮の少ない材料であるガラスで製造された第１の透明基板１８を中核部材として用いることによって、第１の透明基板１８のたわみ、ひいては画像の表示位置ずれを低減することができる。
以上のように、この実施の形態４によれば、前述の他の実施の形態による効果に加えて、成形するのが比較的難しい屈折全反射シート１ＦＬＳやレンチキュラーレンズシート１ＬＣＳに適した材料とは独立に、成形が容易な平板状の第１の透明基板１８の材料を選択することが可能である。そして、温度による伸縮の少ない材料であるガラスで製造された第１の透明基板１８を屈折全反射板１の中核部材として用いるのであれほ、屈折全反射板１のたわみ、ひいては画像の表示位置ずれを低減することができる。
また第１の透明基板１８をガラスにて形成することにより、透明基板１８の入手または製造が容易かつ安価であり、平面性に優れた第１の透明基板１８を形成できる。
また、ガラスの第１の透明基板１８は単体では割れやすい性質であるが、第１の透明基板１８の表面と裏面を屈折全反射シート１ＦＬＳおよびレンチキュラーレンズシート１ＬＣＳにて挟む構成にすることで、外部からの衝撃に対して割れにくくなる。従って、製造時および組み立て時における歩留まりが大幅に改善できる。
但し、この実施の形態４においても、第１の透明基板１８をガラス以外の材料で製造することが可能である。例えば、温度変化が少ない条件にて投写型表示装置を使用する際には、線膨張率がガラスよりも大きいアクリル等の合成樹脂で第１の透明基板１８を形成することが可能である。透明基板１８をアクリルにて形成するのであれば、透明基板１８の入手または製造が容易かつ安価であり、第１の透明基板１８を軽量にすることができる。
以上の実施の形態１〜４においては、屈折全反射板１は屈折領域１Ｌ、屈折・全反射領域１Ｍ、および全反射領域１Ｕを有するが、本発明に係る屈折全反射板は屈折・全反射領域１Ｍと全反射領域１Ｕのみを有していてもよいし、屈折領域１Ｌと屈折・全反射領域１Ｍのみを有していてもよい。具体的な屈折全反射板の構成は、投写光学系４からの投写光束の角度、屈折全反射板からの所望の出射角度、所望の効率などの様々なパラメータに基づいて、例えば計算機シミュレーションによって決定される。
以上、この発明をその好適な実施の形態を参照しながら詳細に図示して説明したが、請求の範囲に記載されたこの発明の趣旨および区域内で、形式および細部に関する様々な変更が可能であることは当業者であれば理解できることだろう。かかる変更、代替、修正もこの発明の範囲に含まれるものである。
第６図Ｂは屈折全反射板１の各試料の作成条件を示す。反射低減コーティング層１６，１７の各々は、単層の場合には、第１の透明基板１８（アクリル）の屈折率１．５３よりも低い屈折率ＮＬ（１．４３）を有する。二層の場合には、反射低減コーティング層１６，１７の各々を構成する第１層は第１の透明基板１８の屈折率１．５３よりも高い屈折率ＮＨ（１．６７）を有し、第２層は第１の透明基板１８の屈折率１．５３よりも低い屈折率ＮＬ（１．４３）を有する。この実験に供した各試料は、平板状のアクリル製の第１の透明基板１８板の入射側の表面上に、紫外線（ＵＶ）硬化樹脂で鋸歯構造体１９（屈折斜面１１、無効ファセット面１２、全反射斜面１３および透過斜面１４を有する）を形成することによって得た。このＵＶ硬化樹脂の屈折率はアクリル板の屈折率に近く１．５５である。第１のレンチキュラーレンズ部１５を構成する個々のシリンドリカルレンズは、楕円柱をその軸線に平行な平面で切断した形状を有する。
このようにして準備した試料＃１〜＃４について、白窓の輝度、下方向ゴースト光の輝度、上方向ゴースト光の輝度、および二重像光による妨害の程度を測定した。第６図Ｃは具体的な計測条件を示す。透過型スクリーン１００は、対角線の距離が約６０インチ（約１５２４ｍｍ）で縦横比が４：３の矩形であった。すなわち透過型スクリーン１００の横方向の距離が約９１４ｍｍ、縦方向の距離が約１２１９ｍｍであった。
投写光学系４を制御して、この透過型スクリーン１００の中心に正方形（一辺の長さ２４ｃｍ）の白窓を表示した。そして、正規の投写光による白窓の輝度と、下方向ゴースト光の輝度を計測した。この計測では、第６図Ｃに示すように、スクリーンの法線方向に輝度計を配置する測定（正面観測）と、スクリーンの法線方向より２０°上方向に輝度計を配置する測定（覗き込み観測）を行った。第６図Ａには白窓の輝度と下方向ゴースト光の輝度との比が記入されており、この比の値が大きいほどゴースト光の相対輝度が小さくて望ましい特性であることを示す。
上方向ゴースト光の測定では、投写光学系４を制御して、透過型スクリーン１００の下端中央に正方形（一辺の長さ１２ｃｍ）の白窓を表示した。そして、第６図Ｃに示す条件で、正規の投写光による白窓の輝度と、上方向ゴースト光の輝度を計測した。第６図Ａには白窓の輝度と上方向ゴースト光の輝度との比が記入されており、この比の値が大きいほどゴースト光の相対輝度が小さくて望ましい特性であることを示す。
二重像光の測定では、投写光学系４を制御して、第６図Ｃに示すように、透過型スクリーン１００にクロスハッチ像（第８図Ａ等に示すような交差した複数の線の像）を表示して、観測者の視覚によって二重像光を評価した。第６図Ａにおいて、記号×は許容できないほど正規の像が二重像光で妨害され、表示像が劣悪であることを示し、記号○は許容できること、すなわち表示像が良好であることを示している。
第６図Ａから以下のことがわかる。
（１）試料＃１と試料＃２の比較より、屈折全反射板１の入射面および出射面の両面に単層の反射低減コーティング層１６，１７を施すことにより、下方向ゴースト光の輝度が大幅（１／３程度）に低下する。これは屈折全反射板１の入射側の鋸歯面での反射光強度の低下、出射面での反射光強度低下により前述した下方向ゴースト光の原因となる反射光の強度が低下したことによるものである。
（２）試料＃２と試料＃３の比較より、屈折全反射板１の両面の反射低減コーティング層１６，１７の各々を単層から二層にすることにより、下方向ゴースト光の輝度が大幅（１／２程度）に低下することがわかる。これは二層コーティングの方が単層コーティングに比べて反射率低減効果が高く、入射側の鋸歯面および出射面での反射光の強度が一層低下したことによるものである。
（３）試料＃３と試料＃４の比較より、屈折全反射板１の出射側平面をレンチキュラーレンズ構造にすることで、上方向ゴースト光輝度を相対的に２５％程度低下でき、かつ二重像光による妨害を視感上問題ないレベルまで改善できることがわかる。また、第６図Ａに示された結果とは別に、目視観測により、特にスクリーン下端付近の下方向ゴースト光の強度集中の問題が改善できることも確認した。
第７図Ａおよび第７図Ｂは、上記の試料＃１，＃３についての下方向ゴースト光の比較写真に基づく図である。第７図Ａは透過型スクリーン１００の中央に表示した正方形（一辺の長さ２４ｃｍ）の白窓を法線方向より撮影した写真に基づく図であり、第７図Ｂは斜め上方向から撮影した写真に基づく図である。第７図Ａおよび第７図Ｂともに、左半分がコーティング無しの場合（＃１）を示し、右半分が二層の両面反射低減コーティング層１６，１７を設けた場合（＃３）を示す。コーティングを施すことにより、下方向ゴースト光の輝度が顕著に低下することがわかる。
また、第８図Ａ、第８図Ｂおよび第８図Ｃは、それぞれ上記の試料＃１，＃３，＃４のスクリーン下端近傍での二重像光の比較写真に基づいた図を示す。第８図Ａ、第８図Ｂおよび第８図Ｃより、コーティングなしの場合（試料＃１）、および二層の両面反射低減コーティング層１６，１７を設けた場合（試料＃３）に見えていた二重像光が、屈折全反射板１の出射面に第１のレンチキュラーレンズ部１５を設けることで、視認しにくいレベルにまで低減し、画質が改善していることがわかる。
なお、第６図Ａには、屈折全反射板１の両面に単層または二層の反射低減コーティング層１６，１７を施した場合のみについての実験データを掲載したが、光の入射面側だけ、または出射面側だけに反射低減コーティングを施した場合にも、両面コーティングよりは効果は劣るものの、下方向ゴースト光の低減に効果があることが確認された。従って、下方向ゴースト光の低減目標または制約が緩い場合には、屈折全反射板１の入射面または出射面にのみコーティング層（単層または二層）を形成してもよい。
また、この実施の形態の投写光学系４では、その光学系の最終段に凸面ミラー４Ｍが配置されているが、必ずしもこの限りでなく、投写光束（符号５Ｌ，５Ｍ，５Ｕで示す）を斜め上方向または斜め下方に出射する他の適切な光学系も、この実施の形態に係る透過型スクリーン１００と組み合わせて使用可能である。従って、屈折レンズのみを備えた投写光学系、凹凸の反射ミラーを組み合わせた投写光学系、もしくは屈折レンズおよび反射ミラーを組み合わせた複合投写光学系であっても、この発明の範囲内である。
以上のように、この実施の形態１によれば、散乱粒子が分散されていない透明材料から屈折全反射板１が形成されているので、屈折全反射板１の出射面で反射する光束について拡散反射光の発生を防止できるため下方向ゴースト光の強度を低減できる。
屈折全反射板１がほぼ平板状の第１の透明基板１８と、第１の透明基板１８上に設けられた鋸歯構造体（屈折全反射構造体）１９とを備え、鋸歯構造体１９に屈折斜面１１と透過斜面１４と全反射斜面１３が形成されているようにすれば、第１の透明基板１８および鋸歯構造体１９のそれぞれを適切な材料で形成することができる。このことを利用すれば、屈折全反射板１の生産性を向上させたり、透明基板１８単体より外部からの衝撃に対する強度を高めたりすることも可能になる。
また、屈折全反射板１の屈折斜面１１は投写光を透過型スクリーン１００のほぼ法線方向に屈折し、全反射斜面１３は透過斜面１４を透過する投写光を透過型スクリーン１００のほぼ法線方向に反射する。従って、スクリーン１００の法線方向を中心とする視野角特性を有する透過型スクリーンが実現できる。
さらに、屈折全反射板１の出射面上に第１のレンチキュラーレンズ部１５が設けられ、第１のレンチキュラーレンズ部１５では、水平方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが上下方向に沿って並べられている。従って、屈折全反射板１の面で反射する光束に対して回転対称性を崩し、下方向ゴースト光が透過型スクリーン１００の下端または内側部分の近傍に集中するのを抑制できる。また、第１のレンチキュラーレンズ部１５により屈折全反射板１の出射面での望ましくない高速を拡散させることで、二重像光および上方向ゴースト光を目立ちにくくすることができる。
さらに、結像表示板３は、屈折全反射板１から出射した光を水平方向に拡散する第２のレンチキュラーレンズ部３１と、第２のレンチキュラーレンズ部３１から出射した光を受ける第２の透明基板３２とを備えており、第２のレンチキュラーレンズ部３１では、上下方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが水平方向に沿って並べられており、第２の透明基板３２には投写光を結像させる散乱粒子が分散されている。従って、投写画像の結像機能と適切な水平方向視野角特性を備えた透過型スクリーン１００が実現できる。
屈折全反射板１の入射面に、可視光の反射を低減する反射低減コーティング層１６を形成すれば、屈折全反射板１の入射面側に設けた屈折全反射構造、特に透過斜面１４での反射が小さくなり、下方向ゴースト光の強度を低減できる。他方、屈折全反射板１の出射面に、可視光の反射を低減する反射低減コーティング層１７を形成すれば、屈折全反射板１の出射面での反射が小さくなり、下方向ゴースト光の強度を低減できる。屈折全反射板１の入射面および出射面に反射低減コーティング層１６，１７の双方を設ければ、双方の効果により下方向ゴースト光の強度をさらに低減できる。
反射低減コーティング層１６または１７が、屈折全反射板１の材料の屈折率より低屈折率の材料により形成された単層コーティングであれば、下方向ゴースト光の強度を低下させることのできる透過型スクリーンを安価に製造できる。他方、反射低減コーティング層１６または１７が、屈折全反射板１上に被覆され屈折全反射板１の屈折率より高屈折率の材料から形成された第１層と、第１層上に被覆され屈折全反射板１の屈折率より低屈折率の材料から形成された第２層を有する二層コーティングであれば、下方向ゴースト光の強度をさらに低下させることができる。
さらに、この実施の形態に係る投写型表示装置によれば、投写光学系４は透過型スクリーン１００および平面ミラー２の間でかつ下方に配置されているので、下方向ゴースト光、上方向ゴースト光および二重像光の影響を透過型スクリーン１００との相乗効果で低減することができる。また、投写光学系４は透過型スクリーン１００および平面ミラー２の間でかつ下方に配置されるので、薄型のリア投写型表示装置を構成できる。
実施の形態２．
第９図は、この発明の実施の形態２に係る透過型スクリーン１００を示す断面図であり、具体的には第１図と同様に第２図に示された透過型スクリーン１００の縦方向を通る中心線Ａ−Ａを含む縦断面を示す。第９図中、第１図と共通する構成要素を示すためには同一の符号を用いて、その詳細な説明を省略する。
この実施の形態では、屈折全反射板１の輪体の共通中心軸線Ｂの近傍の屈折領域１Ｌおよび屈折・全反射領域１Ｍでは、投写光を透過型スクリーン１００の法線ｎの方向よりも外側に向けて進行させるように屈折斜面１１、全反射斜面１３および透過斜面１４が形成されている。従って、透過型スクリーン１００の下辺近傍では、投写光が法線ｎよりも幾分上向きに進行して、屈折全反射板１および結像表示板３を通過する。共通中心軸線Ｂから遠い全反射領域１Ｕでは、投写光を透過型スクリーン１００のほぼ法線ｎの方向に向けて進行させるように全反射斜面１３および透過斜面１４が形成されている。
屈折領域１Ｌおよび屈折・全反射領域１Ｍでは、共通中心軸線Ｂから遠い（下辺から遠い）ほど、透過型スクリーン１００の法線方向に対する投写光の進行方向のなす角度、「上向き出射角」が小さくなるように、屈折斜面１１、全反射斜面１３および透過斜面１４が形成されている。例えば、第９図に示すように、共通中心軸線Ｂに近い屈折領域１Ｌへ入射する投写光５Ｌは、屈折斜面１１で屈折されてスクリーン１００の法線ｎに対して上向き出射角θ１をもって進行する（光線５ＬＵ）。共通中心軸線Ｂから遠い屈折・全反射領域１Ｍへ入射する投写光５Ｍは、屈折斜面１１または全反射斜面１３によりスクリーン１００の法線ｎに対して上向き出射角θ２をもって進行する（光線５ＭＵ）。出射角θ２は出射角θ１よりも小さい。他の構造は実施の形態１と同様である。
第１０図は、実施の形態２による好適な屈折全反射板１における輪体の共通中心軸線Ｂからの距離と上向き出射角θの関係を示す。この屈折全反射板１は、対角線の距離が約６０インチ（約１５２４ｍｍ）で縦横比が４：３の矩形である。すなわち屈折全反射板１の横方向の距離が約９１４ｍｍ、縦方向の距離が約１２１９ｍｍである。第１０図に示すように、好適な屈折全反射板１では、画面下端（本例では半径距離１５０ｍｍに相当）に近づくほど上向き出射角θを大きくし、屈折・全反射領域１Ｍの一地点（本例では半径距離４５０ｍｍ近傍）で上向き出射角θが０°になるように上向き出射角を緩やかに線状に変化させる。
この実施の形態によれば、屈折全反射板１の下部から発する光が大きな上向き出射角θを持つので、観測者９が感ずる透過型スクリーン１００の下部からの画像光強度を増すことができ、結果として二重像光の強度が相対的に弱く感ぜられることになる。しかも、第１０図を参照して説明した好適な屈折全反射板１のように、緩やかに上向き出射角θを変化させることにより、画面上での急激な輝度の変化を避けることができる。急激に上向き出射角を変化させると、急激な輝度の変化により画面下部に半月状の島領域が現れることがあるが、このような不具合は上向き出射角の変化の度合いを好適にすることで防止できる。
以上のように、この実施の形態２によれば、屈折全反射板１の共通中心軸線Ｂの近傍の領域では、投写光を透過型スクリーン１００の法線方向よりも外側に向けて進行させるように斜面が形成されており、共通中心軸線Ｂから遠い領域では、投写光を透過型スクリーン１００のほぼ法線方向に向けて進行させるように斜面が形成されているので、画面下端近傍に発生する二重像光の強度を正規の画像光の強度に対して相対的に低下させることができる。
また、共通中心軸線Ｂの近傍の領域では、共通中心軸線Ｂから遠いほど、透過型スクリーン１００の法線方向に対する投写光の進行方向のなす角度が小さくなるように、上向き出射角θを変化させたので、表示画像の輝度変化が目立ちにくく、良好な輝度均一性をもった表示ができる透過型スクリーンが実現できる。
実施の形態３．
第１１図は、この発明の実施の形態３に係る透過型スクリーンの屈折全反射板１を出射面側から見た斜視図である。結像表示板３の図示は省略する。第１１図中、第１図と共通する構成要素を示すためには同一の符号を用いて、その詳細な説明を省略する。この実施の形態３では、実施の形態１の第１のレンチキュラーレンズ部１５に代えて、多数のマイクロレンズ１５０のアレイが、屈折全反射板１の出射面に設けられている。
個々のマイクロレンズ１５０は、屈折全反射板１からの出射光を少なくとも上下方向および左右方向に拡散する機能を有する微小な凸レンズである。マイクロレンズ１５０の形状としては、球面の一部、楕円面の一部、双曲面の一部、直方体などが考えられる。これらのマイクロレンズ１５０は好ましくは互いに同形同大である。隣り合うマイクロレンズ１５０は、第１１図に示すように明確に分離していてもよいし、境界がつながった連続構造となっていてもよい。
これらのマイクロレンズ１５０は、上下方向および水平方向に沿って周期的に並べられている。マイクロレンズ１５０のアレイの上下方向の周期をＰｙ、水平方向の周期をＰｘとする。屈折全反射板１から出射した光は、個々のマイクロレンズ１５０により上下方向および水平方向に拡散される。
上述の第１のレンチキュラーレンズ部１５と同様に、マイクロレンズ１５０も透明材料によって形成されている。成形の困難性に鑑みて、好ましくは、平板状の第１の透明基板１８の片面に、第１の透明基板１８とは別の材料でマイクロレンズ１５０を形成すると好適である。このようにすれば大量生産が容易である。例えば、アクリルで平板状の第１の透明基板１８を形成した場合には、ＵＶ硬化樹脂またはその他の樹脂で第１の透明基板１８の片面にマイクロレンズ１５０を形成することができる。第１の透明基板１８とマイクロレンズ１５０の屈折率はできる限り近似していると好ましい。
また図示しないが、マイクロレンズ１５０のアレイを含む屈折全反射板１の出射面は、外側からの可視光線の反射率を低減する反射低減コーティング層（前述した第１図の反射低減コーティング層１７に相当する）で被覆されている。反射低減コーティング層も単独の層からなる単層コーティングでもよいし、二層からなる二層コーティングであってもよい。単層コーティングの場合には、反射低減コーティング層はマイクロレンズ１５０および屈折全反射板１の材料の屈折率より低屈折率の材料により形成されると好ましい。二層コーティングの場合には、反射低減コーティング層はマイクロレンズ１５０および屈折全反射板１上に被覆されマイクロレンズ１５０および屈折全反射板１の屈折率より高屈折率の材料から形成された第１層と、第１層上に被覆されマイクロレンズ１５０および屈折全反射板１の屈折率より低屈折率の材料から形成された第２層を有すると好ましい。
屈折全反射板１の出射面にマイクロレンズ１５０のアレイが設けられていることにより、この実施の形態の透過型スクリーンは、下方向ゴースト、上方向ゴースト光の低減、および二重像光の低減が可能となる。次に、この発明の実施の形態３に係る透過型スクリーンによって、ゴースト光および二重像光の強度が低減されるメカニズムについて、比較例を示す第４図および第５図を参照しながら説明する。
（１） 下方向ゴースト光の低減メカニズム．
この実施の形態では、屈折全反射板１の出射面側に、マイクロレンズ１５０のアレイを設けたので、単純な同心円構造の比較例の屈折全反射板１に比較して、屈折全反射板１の光学素子の構造を同心円の共通中心軸線Ｂに関して非回転対称にすることができる。この結果、屈折全反射板１の面で反射される光束のうちスクリーン１００の下端または内側部分の屈折領域１Ｌに入射して下方向ゴースト光となる光線の密度を低減（すなわち光束を拡散）できるので、スクリーン下端に近づくほど下方向ゴースト光の強度が高まるという比較例の問題を低減することができる。
また、屈折全反射板１として散乱粒子を含まない素材を使用しており、屈折全反射板１の出射面に可視光の反射率を低減する反射低減コーティング層を設けたので、屈折全反射板１の出射面からの反射が低減できると同時に、反射光の拡散性を抑制できるので、下方向ゴースト光の原因となる拡散性の反射光（第４図の５ＭＤ）の強度が低減される。また、屈折全反射板１の入射面上に可視光の反射率を低減するための反射低減コーティング層１６を設けたので、入射面での反射光線５ＭＲの強度を著しく低下できる。この結果、下方向ゴースト光（第４図の光線５ＭＤＳ，５ＭＲＳ）の強度を小さく抑制することができる。
（２） 上方向ゴースト光の低減メカニズム．
また、この実施の形態では、屈折全反射板１の出射面側にマイクロレンズ１５０のアレイを設け、無効ファセット面１２に入射して屈折全反射板１の出射面側で反射する光束を散乱させている。また、平面ミラー２で反射して再度屈折全反射板１を透過する光束５ＬＭＳ（第５図参照）を再度マイクロレンズ１５０のアレイにより散乱させている。これらの二段階の散乱作用によって、上方向ゴースト光のスクリーンでの光束密度を低下させて目立たなくすることができる。
（３） 二重像光の低減メカニズム．
さらに、この実施の形態では、屈折全反射板１の出射面側にマイクロレンズ１５０のアレイを設け、無効ファセット面１２に入射して屈折全反射板の出射面側で反射する望ましくない光束を散乱させている。また、屈折全反射板１の出射面側で反射された後、再度上方の鋸歯面に入射して屈折全反射板１を透過する望ましくない光束５ＬＭＤ（第５図参照）を再度第１のレンチキュラーレンズ部１５により散乱させている。これらの二段階の散乱作用によって、スクリーンでの二重像光の光束密度を低下させて目立たなくすることができる。
以上のように、この実施の形態３によれば、実施の形態１と同一および類似の効果を奏することができる。この実施の形態では、第１のレンチキュラーレンズ部１５に代えて設けられたマイクロレンズ１５０のアレイが、屈折全反射板１の面で反射する光束に対して回転対称性を崩し、下方向ゴースト光が透過型スクリーン１００の下端または内側部分の近傍に集中するのを抑制できる。また、マイクロレンズ１５０により屈折全反射板１の出射面での望ましくない高速を拡散させることで、二重像光および上方向ゴースト光を目立ちにくくすることができる。
なお、この実施の形態３において、実施の形態２のように光束の進行方向を異ならせるように屈折全反射板１の斜面を形成してもよい。
実施の形態４．
第１２図は、この発明の実施の形態４に係る透過型スクリーン１００を備えた投写型表示装置を示す概略図である。第１２図には、第２図に示された透過型スクリーン１００の縦方向を通る中心線Ａ−Ａを含む縦断面が示されている。第１２図中、第１図と共通する構成要素を示すためには同一の符号を用いて、その詳細な説明を省略する。
実施の形態４では、屈折全反射板１のたわみによる画像の変位を低減するため、ガラス製の平板状の第１の透明基板１８を屈折全反射板１の中核部材として用いる。そして、ガラス製の第１の透明基板１８の両面に、別の素材から製造された部品を接着剤で貼付することによって、既述した他の実施の形態と同様の形状の屈折全反射板１を製造する。
第１２図中の拡大図により明らかなように、この実施の形態４の屈折全反射板１は、第１の透明基板１８と、屈折全反射シート（透明全反射構造体）１ＦＬＳと、レンチキュラーレンズシート１ＬＣＳを有する。屈折全反射シート１ＦＬＳは、ペット材シート１ＰＥＴ１と、ペット材シート１ＰＥＴ１の片面に形成された屈折全反射膜１ＦＬと、屈折全反射膜１ＦＬの表面に設けられた反射を低減する反射低減コーティング層１６を有する。
ペット材シート１ＰＥＴ１はポリエチレン・テレフタレートによって製造された平板状の透明薄膜であり、屈折全反射膜１ＦＬを形成するためのベース（支持層）として使用される。屈折全反射膜１ＦＬは透明なＵＶ硬化樹脂から形成され、ここには前述した他の実施の形態と同様の鋸歯状の輪体、すなわち屈折斜面１１、無効ファセット面１２、全反射斜面１３および透過斜面１４が形成されている。ペット材シート１ＰＥＴ１の上にＵＶ硬化樹脂を載せて成形し、紫外線を照射して樹脂を硬化させることにより、屈折全反射膜１ＦＬは形成される。
第１の透明基板１８とペット材シート１ＰＥＴ１および屈折全反射膜１ＦＬの屈折率はできる限り近似していると好ましい。また、反射低減コーティング層１６は単独の層からなる単層コーティングでもよいし、二層からなる二層コーティングであってもよい。単層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１６は屈折全反射膜１ＦＬの材料の屈折率より低屈折率の材料により形成されると好ましい。二層コーティングの場合には、反射低減コーティング層１６は屈折全反射膜１ＦＬ上に被覆され屈折全反射膜１ＦＬの屈折率より高屈折率の材料から形成された第１層と、第１層上に被覆され屈折全反射膜１ＦＬの屈折率より低屈折率の材料から形成された第２層を有すると好ましい。
同様に、レンチキュラーレンズシート１ＬＣＳは、ペット材シート１ＰＥＴ２と、ペット材シート１ＰＥＴ２の片面に形成されたレンチキュラーレンズ膜１ＬＣと、レンチキュラーレンズ膜１ＬＣの表面に設けられた反射を低減する反射低減コーティング層１７を有する。
ペット材シート１ＰＥＴ２はポリエチレン・テレフタレートによって製造された平板状の透明薄膜であり、レンチキュラーレンズ膜１ＬＣを形成するためのベース（支持層）として使用される。レンチキュラーレンズ膜１ＬＣは透明なＵＶ硬化樹脂から形成され、ここには前述した他の実施の形態の第１のレンチキュラーレンズ部１５（第１図および第９図）またほマイクロレンズ１５０のアレイ（第１１図）と同様の輪郭が形成されている。ペット材シート１ＰＥＴ２の上にＵＶ硬化樹脂を載せて成形し、紫外線を照射して樹脂を硬化させることにより、レンチキュラーレンズ膜１ＬＣは形成される。
第１の透明基板１８とペット材シート１ＰＥＴ２およびレンチキュラーレンズ膜１ＬＣの屈折率はできる限り近似していると好ましい。また、反射低減コーティング層１７は単独の層からなる単層コーティングでもよいし、二層からなる二層コーティングであってもよい。
屈折全反射シート１ＦＬＳは透明接着剤からなる粘着層１ＧＬＵ１により第１の透明基板１８の一面に固着され、レンチキュラーレンズシート１ＬＣＳは透明接着剤からなる粘着層１ＧＬＵ２により第１の透明基板１８の一面に固着されている。
次に、第１３図を参照しながら実施の形態４による一つの効果を説明する。この種の透過型スクリーンにおいては、屈折全反射板１の僅かなたわみによっても透過型スクリーン１００に表示される画像が大きくずれるおそれがある。例えば、透過型スクリーン１００はその周辺部分が図示しない装置筐体によって包囲された状態で保持されているため、温度変化などの理由により屈折全反射板１に伸びが生じた場合には、第１３図の仮想線で示すように位置１ｄまでたわんだ状態になる。特に、拘束されていない中心部の変位が大きい。このようなたわみが生じた場合には、例えば第１３図に示す表示画像光８が位置８ｄまでずれるように透過型スクリーン１００上の表示位置がずれることになる。透過型スクリーン１００上の表示位置ずれは、たわみの大きさに依存するため、たわみの大きい部分では表示位置ずれが大きく、たわみの小さい部分では表示位置ずれが小さい。
この実施の形態４では、成形するのが比較的難しい屈折全反射シート１ＦＬＳやレンチキュラーレンズシート１ＬＣＳに適した材料とは独立に、成形が容易な平板状の第１の透明基板１８の材料を選択することが可能である。そして、温度による伸縮の少ない材料であるガラスで製造された第１の透明基板１８を屈折全反射板１の中核部材として用いることによって、屈折全反射板１のたわみ、ひいては画像の表示位置ずれを低減することができる。例えば、アクリルの線膨張率は約１００（１／Ｋ：Ｋは絶対温度である）であるのに対して、ガラスの線膨張率は約９（１／Ｋ）でありアクリルに比べて線膨張率が約１／１０である。また、ガラスは外部からの圧力に対してもアクリルに比べ格段に強く、かつ、容易に高い平面度の板材が製造できることから、たわみに起因する画像の位置ずれを抑えるために適した材料といえる。
また、この発明の実施の形態１〜４は、第１４図に示すような配置の投写型表示装置にも応用できる。この第１４図に示すような投写型表示装置では、平面ミラー２が透過型スクリーン１００に対面しているが、上方に向かうほどで透過型スクリーン１００に接近する形式で傾斜している。投写光学系４は、平面視して平面ミラー２と透過型スクリーン１００の間の位置で、かつ下方に配置されているが、ほぼ真上に向けて投写光束を発するようになっている。
第１４図に示す配置の投写型表示装置でも、屈折全反射板１に伸びが生じた場合には、第１４図の仮想線で示すように位置１ｄまでたわんだ状態になり、例えば第１４図に示す表示画像光８が位置８ｄまでずれるように透過型スクリーン１００上の表示位置がずれることになる。第１４図の配置では、第１３図の配置に比べて、同じたわみに対する表示位置のずれは少ないものの、たわみの量いかんでは表示位置のずれが目立つ場合もある。これに対して、この実施の形態４のように屈折全反射板１を形成すれば、上述と同じ理由によって、温度による伸縮の少ない材料であるガラスで製造された第１の透明基板１８を中核部材として用いることによって、第１の透明基板１８のたわみ、ひいては画像の表示位置ずれを低減することができる。
以上のように、この実施の形態４によれば、前述の他の実施の形態による効果に加えて、成形するのが比較的難しい屈折全反射シート１ＦＬＳやレンチキュラーレンズシート１ＬＣＳに適した材料とは独立に、成形が容易な平板状の第１の透明基板１８の材料を選択することが可能である。そして、温度による伸縮の少ない材料であるガラスで製造された第１の透明基板１８を屈折全反射板１の中核部材として用いるのであれほ、屈折全反射板１のたわみ、ひいては画像の表示位置ずれを低減することができる。
また第１の透明基板１８をガラスにて形成することにより、透明基板１８の入手または製造が容易かつ安価であり、平面性に優れた第１の透明基板１８を形成できる。
また、ガラスの第１の透明基板１８は単体では割れやすい性質であるが、第１の透明基板１８の表面と裏面を屈折全反射シート１ＦＬＳおよびレンチキュラーレンズシート１ＬＣＳにて挟む構成にすることで、外部からの衝撃に対して割れにくくなる。従って、製造時および組み立て時における歩留まりが大幅に改善できる。
但し、この実施の形態４においても、第１の透明基板１８をガラス以外の材料で製造することが可能である。例えば、温度変化が少ない条件にて投写型表示装置を使用する際には、線膨張率がガラスよりも大きいアクリル等の合成樹脂で第１の透明基板１８を形成することが可能である。透明基板１８をアクリルにて形成するのであれば、透明基板１８の入手または製造が容易かつ安価であり、第１の透明基板１８を軽量にすることができる。
以上の実施の形態１〜４においては、屈折全反射板１は屈折領域１Ｌ、屈折・全反射領域１Ｍ、および全反射領域１Ｕを有するが、本発明に係る屈折全反射板は屈折・全反射領域１Ｍと全反射領域１Ｕのみを有していてもよいし、屈折領域１Ｌと屈折・全反射領域１Ｍのみを有していてもよい。具体的な屈折全反射板の構成は、投写光学系４からの投写光束の角度、屈折全反射板からの所望の出射角度、所望の効率などの様々なパラメータに基づいて、例えば計算機シミュレーションによって決定される。
以上、この発明をその好適な実施の形態を参照しながら詳細に図示して説明したが、請求の範囲に記載されたこの発明の趣旨および区域内で、形式および細部に関する様々な変更が可能であることは当業者であれば理解できることだろう。かかる変更、代替、修正もこの発明の範囲に含まれるものである。
以上のように、この発明によれば、妨害光を低減し、高品位な投写画像を提供することができる。
Claims (15)
- 投写光が入射する鋸歯状の入射面と、投写光が出射する出射面とを有するフレネルレンズ状の屈折全反射板と、
前記屈折全反射板から出射した光を結像して投写画像を得る結像表示板とを備え、
前記屈折全反射板の入射面には、投写光を屈折して前記出射面に向けて進行させる複数の屈折斜面と、投写光を透過する複数の透過斜面と、前記透過斜面を透過した光を反射して前記出射面に向けて進行させる全反射斜面とが、同心円上に形成されており、
前記屈折全反射板は散乱粒子が分散されていない透明材料から形成されている透過型スクリーン。 - 屈折全反射板は、ほぼ平板状の第１の透明基板と、前記第１の透明基板上に設けられた屈折全反射構造体とを備え、前記屈折全反射構造体に屈折斜面と透過斜面と全反射斜面が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の透過型スクリーン。
- 屈折斜面は投写光を透過型スクリーンのほぼ法線方向に屈折し、全反射斜面は透過斜面を透過する投写光を透過型スクリーンのほぼ法線方向に反射することを特徴とする請求の範囲第１項記載の透過型スクリーン。
- 屈折全反射板の出射面上に第１のレンチキュラーレンズ部が設けられ、第１のレンチキュラーレンズ部では、水平方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが上下方向に沿って並べられていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の透過型スクリーン。
- 第１のレンチキュラーレンズ部は、屈折全反射板とは別個の材料から形成され、屈折全反射板の平坦な出射面上に設けられていることを特徴とする請求の範囲第４項記載の透過型スクリーン。
- 屈折全反射板の出射面に、多方向に光を拡散するマイクロレンズのアレイが設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の透過型スクリーン。
- 結像表示板は、屈折全反射板から出射した光を水平方向に拡散する第２のレンチキュラーレンズ部と、第２のレンチキュラーレンズ部から出射した光を受ける第２の透明基板とを備えており、第２のレンチキュラーレンズ部では、上下方向に延びる複数のシリンドリカルレンズが水平方向に沿って並べられており、第２の透明基板には投写光を結像させる散乱粒子が分散されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の透過型スクリーン。
- 屈折全反射板の入射面に、可視光の反射を低減する反射低減コーティング層を形成したことを特徴とする請求の範囲第１項記載の透過型スクリーン。
- 屈折全反射板の出射面に、可視光の反射を低減する反射低減コーティング層を形成したことを特徴とする請求の範囲第１項記載の透過型スクリーン。
- 屈折全反射板の入射面および出射面の双方に、可視光の反射を低減する反射低減コーティング層を形成したことを特徴とする請求の範囲第１項記載の透過型スクリーン。
- 反射低減コーティング層は、屈折全反射板の材料の屈折率より低屈折率の材料により形成された単層コーティングであることを特徴とする請求の範囲第８項記載の透過型スクリーン。
- 反射低減コーティング層は、屈折全反射板上に被覆され前記屈折全反射板の屈折率より高屈折率の材料から形成された第１層と、前記第１層上に被覆され前記屈折全反射板の屈折率より低屈折率の材料から形成された第２層を有する二層コーティングであることを特徴とする請求の範囲第８項記載の透過型スクリーン。
- 屈折全反射板の屈折斜面と透過斜面と全反射斜面の共通中心軸線の近傍の第１の領域では、投写光を透過型スクリーンの法線方向よりも外側に向けて進行させるように斜面が形成されており、前記第１の領域よりも前記共通中心軸線から遠い第２の領域では、投写光を透過型スクリーンのほぼ法線方向に向けて進行させるように斜面が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の透過型スクリーン。
- 第１の領域では、共通中心軸線から遠いほど、透過型スクリーンの法線方向に対する投写光の進行方向のなす角度が小さくなるように、前記角度を変化させたことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の透過型スクリーン。
- 進行するにつれて拡大する投写光束を発する投写光学系と、
請求の範囲第１項記載の透過型スクリーンと、
前記投写光学系からの投写光束を前記透過型スクリーンに向けて反射する平面ミラーとを備え、
前記投写光学系は前記透過型スクリーンおよび前記平面ミラーの間でかつ下方に配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
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