JP2007183498A - Diffusion film and projection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、拡散フィルム及び投写システムに関する。 The present invention relates to a diffusion film and a projection system.
近年、プロジェクションディスプレイの需要が高まるにつれて、スクリーンの広視野角化、高コントラスト化、高解像度化が求められている。これらに対する従来技術として、広視野角化に対しては、フレネルレンズ、レンティキュラレンズ、及び、微粒子等による拡散板の組合せによる技術があり、高コントラスト化に関しては、ブラックマスクによる外光制御技術があり(例えば非特許文献1)、又、高解像度化に関しては、レンティキュラレンズのピッチを高精細に形成する技術が知られている(例えば非特許文献1)。
プロジェクションシステムの大画面化、薄型化が進むと、スクリーンの位置における入射光の角度は大きく変化することになる。これらの光を観察者側へ届けるにあたり、従来技術では、まずフレネルレンズによってほぼスクリーン法線方向へ光の進行方向を揃え、次にレンティキュラレンズによる横方向拡散に加え、集光点におけるブラックマスク(ストライプ)による外光対策を行い、最後に微粒子等による拡散板によって主に縦方向の拡散を実現している。 As the projection system becomes larger and thinner, the angle of incident light at the screen position changes greatly. In order to deliver these lights to the observer side, the conventional technique first aligns the light traveling direction in the normal direction of the screen with a Fresnel lens, then diffuses in the lateral direction with a lenticular lens, and then adds a black mask at the focal point. Measures against external light by (stripes) and finally diffusion in the vertical direction is realized by a diffusion plate made of fine particles or the like.
上記の従来技術では、スクリーンに求められる機能を、異なる4枚の光学デバイス(フレネルレンズ、レンティキュラレンズ、ブラックマスク、及び、微粒子等による拡散板)を積層し、各層の光学デバイスで前記機能を分担させることにより、実現しているため、積層した光学デバイス界面での多重反射による多重像が発生する。これを回避するため、従来技術では、フレネルレンズやレンティキュラレンズに微粒子を含有させ、ぼかすことにより、多重像を見えなくしているのが現状である。よって、この従来技術によるスクリーンでは、原理的に高解像度の画像を広視野角で表示することは困難である。さらに、微粒子等による拡散(略して微粒子拡散)板では、広視野角にすればするほど、ますます後方散乱が生じ、コントラストを悪化(解像度を劣化)させることになる。 In the above prior art, the functions required for the screen are made by stacking four different optical devices (a Fresnel lens, a lenticular lens, a black mask, a diffusion plate made of fine particles, etc.), and each layer of the optical device performs the function. Since this is realized by sharing, multiple images are generated by multiple reflection at the interface of the stacked optical devices. In order to avoid this, in the prior art, a Fresnel lens or a lenticular lens contains fine particles and is blurred to make a multiple image invisible. Therefore, it is difficult in principle to display a high-resolution image with a wide viewing angle with the screen according to this conventional technique. Further, in the case of a diffusion plate (particulate diffusion for short) with fine particles or the like, the wider the viewing angle, the more backscattering occurs and the contrast deteriorates (resolution deteriorates).
そこで、本発明では、スクリーンに要求される機能を、積層した複数枚の光学デバイスで分担させるのではなく、1枚のみの光学デバイスにより実現し、かつ、拡散の物理メカニズムに微粒子を全く用いない光学系によって、従来技術では困難な、高解像度で広視野角かつ高コントラストな像表示が可能な拡散フィルム及びこれを用いた投写システムを提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, the function required for the screen is not shared by a plurality of stacked optical devices, but is realized by only one optical device, and fine particles are not used at all for the physical mechanism of diffusion. An object of the present invention is to provide a diffusion film capable of displaying an image with a high resolution, a wide viewing angle, and a high contrast, and a projection system using the same, which are difficult to achieve with the prior art by using an optical system.
なお、1枚のみのフィルムの表面(及び/又は裏面)を部分的にフィルム媒体以外の媒体の薄膜で被覆した光学デバイス(又は光学系)も1枚と数えられる。 An optical device (or optical system) in which the surface (and / or the back surface) of only one film is partially covered with a thin film of a medium other than the film medium is also counted as one sheet.
発明者らは、多重像や、微粒子拡散による解像度劣化を回避するには、スクリーンに要求される機能を1枚の薄い微小光学系フィルムのみによって実現する必要があると判断した。
まず、フレネルレンズとレンティキュラレンズの機能を融合すると、入射角度が変化しても一定の拡散特性を示すシステムが必要となる。拡散特性としては、一定の拡散角度領域内で均一に拡散し、かつ、それ以外にはエネルギーを広げず、拡散角度領域で明るい、トップハット的拡散が望ましい。しかも、光学系は、スクリーン内の異なる場所で同じ構造を有するものであれば、製造するのが非常に容易となる。拡散の物理メカニズムを、後方散乱の小さいものとするためには、微粒子ではなく表面形状による拡散が優れている。よって、表面形状のみにより拡散を行なう1枚のみの光学系(単一の光学フィルムからなる光学系)であって、しかも面内の異なる場所で同じ表面形状を有するスクリーンをなす光学系が、非常に特性がよく、製造容易性にも優れると考えられる。
The inventors have determined that in order to avoid resolution degradation due to multiple images and fine particle diffusion, the function required for the screen needs to be realized by only one thin micro-optical system film.
First, combining the functions of a Fresnel lens and a lenticular lens requires a system that exhibits a certain diffusion characteristic even when the incident angle changes. As a diffusion characteristic, it is desirable to have a top-hat-like diffusion that diffuses uniformly within a certain diffusion angle region, and does not spread energy, and is bright in the diffusion angle region. Moreover, if the optical system has the same structure at different locations in the screen, it is very easy to manufacture. In order to make the physical mechanism of diffusion small in backscattering, diffusion based on the surface shape rather than fine particles is excellent. Therefore, only one optical system (an optical system consisting of a single optical film) that diffuses only by the surface shape, and that forms a screen having the same surface shape at different locations in the plane is very It is thought that it has excellent characteristics and is easy to manufacture.
発明者らは、上記の新概念を基盤に鋭意考究した結果、本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
[請求項1] 入射光を拡散させて出射させる1枚のフィルムであって、前記拡散は表面形状のみによって実現し、入射角によらずほぼ一定のトップハット的拡散特性を有することを特徴とする拡散フィルム。
As a result of intensive studies based on the above-described new concept, the inventors have made the present invention.
That is, the present invention is as follows.
[Claim 1] A single film that diffuses and emits incident light, wherein the diffusion is realized only by a surface shape and has a substantially constant top-hat diffusion characteristic regardless of an incident angle. Diffusion film.
[請求項2] 入射角度領域の大きさと出射拡散角度領域の大きさとが互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項1に記載の拡散フィルム。
[請求項3] 入射角度領域の中心方向の角度と出射拡散角度領域の中心方向の角度とが互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項1又は2に記載の拡散フィルム。
[請求項4] 入射側と出射側との双方の表面形状を、マイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状としたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の拡散フィルム。
[Claim 2] The diffusion film according to
[Claim 3] The diffusion film according to
[Claim 4] The diffusion film according to any one of
[請求項5] 入射角度領域の大きさと出射拡散角度領域の大きさとは、入射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズのNAと、出射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズのNAとをそれぞれ調整することにより、互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項4に記載の拡散フィルム。
[請求項6] 入射角度領域の中心方向の角度と出射拡散角度領域の中心方向の角度とは、入射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズと、出射側のマイクロレンズ又はレンティキュラレンズとの双方で、光軸のずれ量、及び部分形状の選択範囲を調整することにより、互いに独立に制御可能であることを特徴とする請求項4又は5に記載の拡散フィルム。
[Claim 5] The size of the incident angle region and the size of the exit diffusion angle region are adjusted by adjusting the NA of the incident side microlens or lenticular lens and the NA of the exit side microlens or lenticular lens, respectively. The diffusion film according to
[Claim 6] The angle in the center direction of the incident angle region and the angle in the center direction of the exit diffusion angle region are the same for both the incident-side microlens or lenticular lens and the exit-side microlens or lenticular lens. The diffusion film according to
[請求項7] 入射側のマイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状をなすレンズが全反射型のものであることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の拡散フィルム。
[請求項8] 請求項4〜6のいずれかに記載の拡散フィルムの入射側のマイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状をなすレンズ表面の一部を反射媒体で被覆してなる拡散フィルム。
[7] The diffusing film according to any one of [4] to [6], wherein a lens having a microlens array shape or a lenticular lens shape on the incident side is of a total reflection type.
[Claim 8] A diffusion film obtained by coating a part of a lens surface having a microlens array shape or a lenticular lens shape on the incident side of the diffusion film according to any one of
[請求項9] 拡散を実現させる表面形状が、フィルム片面側のみに形成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の拡散フィルム。
[請求項10] フィルム片面側のみに形成された、拡散を実現させる表面形状が、レンズとミラーを組合せた光学素子アレイ形状であり、請求項4〜6のいずれかに記載の制御と等価な制御が可能であることを特徴とする請求項9に記載の拡散フィルム。
[Claim 9] The diffusion film according to any one of
[Claim 10] The surface shape for realizing diffusion formed only on one side of the film is an optical element array shape in which a lens and a mirror are combined, and is equivalent to the control according to any one of
[請求項11] 請求項10に記載の拡散フィルムの光学素子アレイ形状中のミラー部を、反射媒体で被覆してなる拡散フィルム。
[請求項12] 請求項1〜11のいずれかに記載の拡散フィルムの、入射側、出射側のいずれか一方又は双方の、表面の一部を外光対策用のブラックマスクで覆ってなることを特徴とする拡散フィルム。
[Claim 11] A diffusion film obtained by coating the mirror portion in the optical element array shape of the diffusion film according to claim 10 with a reflection medium.
[Claim 12] The diffusion film according to any one of
[請求項13] 請求項1〜12のいずれかに記載の拡散フィルムに、外光対策用の偏光板又は円偏光板が付加されてなることを特徴とする拡散フィルム。
[請求項14] 入射角度領域とこれに対応する出射拡散角度領域との組を複数有し、各組の入射角度領域は他組のものと重複せず、かつ各組の出射拡散角度領域は他組のものと重複しないことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の拡散フィルム。
[Claim 13] A diffusion film obtained by adding a polarizing plate or a circularly polarizing plate for measures against external light to the diffusion film according to any one of
[Claim 14] There are a plurality of sets of incident angle areas and corresponding exit diffusion angle areas, each incident angle area does not overlap with another set, and each set of exit diffusion angle areas is The diffusion film according to
[請求項15] 請求項1〜14のいずれかに記載の拡散フィルムに、反射板を付加して、反射型のものとしたことを特徴とする拡散フィルム。
[請求項16] 請求項1〜15のいずれかに記載の拡散フィルムを、リアプロジェクションシステム又はフロントプロジェクションシステムに応用してなることを特徴とする投写システム。
[Claim 15] A diffusion film characterized in that a reflection plate is added to the diffusion film according to any one of
[Claim 16] A projection system obtained by applying the diffusion film according to any one of
本発明によれば、表面形状のみによって、しかも光学デバイス1枚のみによって、プロジェクションシステム用スクリーンに要求される機能を実現できて、高解像度の画像表示が可能となる。さらに、微粒子等の散乱メカニズムが存在せず、高コントラストな画像表示が得られる。加えて、入射角度によらない一定のほぼトップハット的拡散特性による、均一で広視野角な特性も可能であり、入射角度領域と出射拡散角度領域とで互いに独立に、角度領域の大きさ及び方向を制御できることにより、超薄型リアプロジェクションディスプレイ等での幅広い応用が可能である。 According to the present invention, a function required for a projection system screen can be realized by only the surface shape and by only one optical device, and high-resolution image display is possible. Further, there is no scattering mechanism for fine particles and the like, and a high-contrast image display can be obtained. In addition, a uniform and wide viewing angle characteristic with a constant top-hat-like diffusion characteristic that does not depend on the incident angle is possible, and the size of the angle region and The ability to control the direction allows a wide range of applications in ultra-thin rear projection displays and the like.
本発明の拡散フィルム(以下、新型D-filmともいう)は、1枚の薄い光学系フィルムの表面形状のみで、フレネルレンズ、レンティキュラレンズ及び拡散板の各機能を融合した機能を発現することが、高解像度、高コントラストの画像表示上、理想的であり、かつ異なる場所で均一な構造を有することが、製造上も理想的である。この最良の形態が、請求項1〜3、8に対応し、新型D-filmの表面形状の要件が、請求項4〜7、9に対応する。
The diffusion film of the present invention (hereinafter also referred to as a new D-film) has only the surface shape of one thin optical film, and expresses the function that combines the functions of a Fresnel lens, a lenticular lens, and a diffusion plate. However, it is ideal for high resolution and high contrast image display, and it is ideal for manufacturing to have a uniform structure at different locations. This best mode corresponds to
最初に、新型D-filmの基本機能である請求項1に記載の拡散特性を発現させる表面形状の最良の形態である請求項4について説明する。図1は請求項4に記載の拡散フィルムの原理を説明するための図であり、(a)は光学系の構造、(b)は機能を示す。図1(a)に示すように、2枚構成のレンズ光学系を考える。2枚のレンズ1,2の焦点距離をそれぞれf1,f2とする。ここでは、f1=f2であり、かつ両レンズの光軸(レンズ光軸)が一致し、レンズ間距離=f1(=f2)の場合を考える。レンズ直径は両レンズとも同じdとする。光線102,105は、レンズ光軸と平行に入射する、垂直入射光であり、レンズ1によって、光軸上の焦点の位置に集光する。レンズ2の光軸はレンズ1の光軸と一致しており、レンズ1とレンズ2の主平面間距離はf1=f2であるので、光線102,105はレンズ2の中心(節)に集光することとなり、光線の方向は変化することなくレンズ2を通過する。このとき光線102,105は光軸に対して、次式で表される角±θ1をなして、出射することとなる。
First,
今、図1(a)のレンズ1の上端点に着目する。この点から光線101,102,103がレンズ2に向かって出射している。レンズ主平面間距離がf2(=f1)であるため、レンズ2からこれら光線101,102,103を見ると、レンズ2の前焦点面上の1点から出た光がレンズ2へ入射することになるため、レンズ2の出射側では光線101,102,103は互いに平行となる。同様に、レンズ1の下端点に着目すると、光線104,105,106は、レンズ2の前焦点面上の1点からレンズ2へ入射しているため、レンズ2の出射側では互いに平行となる。
Now, pay attention to the upper end point of the
今、光線105,102が光軸に対し±θ1で出射し、かつ光線101,102,103は出射側で互いに平行、及び光線104,105,106は出射側で互いに平行であるならば、光線101,104は光軸に対し±θ1で出射し、光線103,106も光軸に対し±θ1で出射することになる。
上述の議論は、レンズ1への入射光の角度が0°と±θ1のみの場合であるが、レンズ1への入射角θinが、−θ1≦θin≦+θ1の間で連続的に変化しても、レンズ2の主平面上の集光点の位置が、−d/2から+d/2へ変化するだけであり、出射光の角度は、いずれの場合も、光軸に対し±θ1と一定の角度となる。
Now, if the
The above discussion is for the case where the incident light angle to the
次に、入射光の入射位置について議論する。今、入射角が光軸上方θ1の光線101,104に着目し、光線101,104に平行で、入射位置が光線101,104の間にある光線を考える。これらの光線は、入射位置に応じて、出射角は−θ1〜+θ1の間で、光の方向が変化し、拡散することは、図より明らかである。よって、光線101,104をビームの上端,下端とする、入射角が光軸上方の平行ビームは、出射側のレンズ2の下端より、−θ1〜+θ1で拡散して出射することになる。同様に、光線102,105を上端,下端とする垂直入射の平行ビームを考えると、出射側ではレンズ2の中心位置から、−θ1〜+θ1で拡散する光となり、光線103,106を上端,下端とする、入射角が光軸下方θ1の平行ビームは、出射側のレンズ2の上端より、−θ1〜+θ1で拡散して出射することになる。
Next, the incident position of incident light will be discussed. Now, paying attention to the
入射角が−θ1〜+θ1と連続的に変化する、レンズの上端,下端をビームの上端,下端とする平行ビーム全てに上述の議論が成立するのは明らかである。以上の特性をグラフで表したものが図1(b)である。図1(b)の上部分に示すように、入射角−θ1〜+θ1で入射する平行ビームは、グラフ上でδ関数となり、入射角に応じて、入射角度領域−θ1≦θin≦+θ1の間をδ関数は移動することとなる。出射角に対する特性が下部のグラフであり、上部分のグラフのδ関数が移動しても、出射光は一定のトップハット的拡散特性を示し、出射拡散角度領域の左端,右端の角度−θ1,+θ1は変化しないことを表示している。 It is clear that the above argument holds true for all parallel beams whose incident angles continuously change from −θ 1 to + θ 1 and whose upper and lower ends are the upper and lower ends of the beam. FIG. 1B shows the above characteristics in a graph. As shown in the upper part of FIG. 1B, the parallel beam incident at the incident angles −θ 1 to + θ 1 becomes a δ function on the graph, and the incident angle region −θ 1 ≦ θ in depending on the incident angle. ≦ + [delta] function between the theta 1 is decided to move. The characteristic for the emission angle is the lower graph, and even if the δ function in the upper graph moves, the emitted light shows a constant top-hat diffusion characteristic, and the angle −θ 1 at the left end and the right end of the output diffusion angle region , + Θ 1 indicates that there is no change.
以上の議論より、図1(a)の光学系(図2(a)〜(c)にビーム入射角度ごとに示した)のサイズを必要とする解像度よりも細かくしたマイクロ光学系アレイを、フィルムの表裏両面側の表面形状とすると、図2(d)に示すような拡散フィルム3が得られる。この拡散フィルム3は、請求項4に対応するものであって、表裏面間がフィルム媒体で埋まっており、表裏面形状は、表と裏にレンズ1,2に対応する平凸レンズが凸面側を空気界面側として光軸を一致させて複数配置された形状にしてあり、フィルムの厚さは、媒体中のレンズの焦点距離で決まる。レンズの大きさは必要とする解像度以下である。これによれば、図1(b)と同等なトップハット的拡散特性が得られる。トップハット的拡散特性が2次元的の場合、フィルム両面形状はマイクロレンズアレイ形状であり、1次元的の場合がレンティキュラレンズアレイ形状である。
From the above discussion, a micro optical system array that is finer than the resolution that requires the size of the optical system in FIG. 1A (shown for each beam incident angle in FIGS. 2A to 2C) is used as a film. When the surface shape is on both the front and back surfaces, a
なお、トップハット的拡散特性は、理想的には「一定」であるが、近似誤差や製造誤差等により一定からずれることがある。もっとも、そのずれが許容範囲内であれば格別の問題はないから、かかる場合を含める意味で、本発明に係る拡散フィルムのトップハット的拡散特性は「ほぼ一定」であるとした。前記一定からのずれの許容範囲としては、出射拡散角度領域内の光強度分布の半値領域の大きさを、出射拡散角度領域全体の大きさの50%以上(当然100%以下)とし、かつ、前記半値領域内において、光強度のばらつき範囲を、光強度の平均値±50%以内とするのがよい。 The top-hat diffusion characteristic is ideally “constant”, but may deviate from constant due to an approximation error, a manufacturing error, or the like. However, if the deviation is within an allowable range, there is no particular problem. Therefore, in order to include such a case, the top hat diffusion characteristic of the diffusion film according to the present invention is “almost constant”. As an allowable range of deviation from the constant, the size of the half value region of the light intensity distribution in the exit diffusion angle region is 50% or more (of course 100% or less) of the entire exit diffusion angle region, and Within the half-value region, the variation range of the light intensity is preferably within ± 50% of the average value of the light intensity.
次に、請求項2に記載の機能を実現する請求項5に記載の拡散フィルムについて説明する。この機能を実現するレンズ2枚構成の光学系を図3(a)に、その機能を図3(b)に示す。基本的に、図1に示した光学系のメカニズムと同じ原理で動作するが、入射側のレンズのNA(Fナンバー)と出射側のレンズのNA(Fナンバー)を変化させることによって、入射角度領域の大きさと出射拡散角度領域の大きさを制御している点で、図1の光学系と異なっている。
Next, the diffusion film according to
図3には、入射角度領域より出射拡散角度領域を大きくする場合を示している。この場合、入射側のレンズ1のNAを小さくし、出射側のレンズ2のNAを大きく設計すればよい。レンズ径dが同じなので、f1>f2である。ここでf1,f2はそれぞれレンズ1,2の焦点距離である。レンズ1,2の光軸は一致させてあり、レンズ1,2の主平面間距離はf2である。入射角θinの範囲は、(1)式で示されるθ1より、−θ1≦θin≦+θ1、であるが、出射拡散角θoutの範囲は、次式で示されるθ2により、−θ2≦θout≦+θ2、となる。
FIG. 3 shows a case where the exit diffusion angle region is made larger than the incident angle region. In this case, the NA of the entrance-
この光学系の特性をグラフで示すと、図3(b)のようになる。−θ1〜+θ1の角度範囲で入射してきた光は、入射角によらず一定のトップハット的拡散特性を示し、トップハット的拡散特性の左右端である±θ2は変化しない。θ1とθ2とには、(1),(2)式より、次式の関係が成立する。 The characteristics of this optical system are shown in a graph as shown in FIG. The light incident in the angle range of −θ 1 to + θ 1 exhibits a constant top hat diffusion characteristic regardless of the incident angle, and ± θ 2 which is the left and right ends of the top hat diffusion characteristic does not change. The theta 1 and theta 2 and, (1), (2) from equation, the following relationship is established.
そこで、図3(a)の光学系(図4(a)〜(c)にビーム入射角度ごとに示した)のサイズを必要とする解像度よりも細かくしたマイクロ光学系アレイを、フィルムの表裏両面側の表面形状とすると、図3(d)に示すような拡散フィルム3が得られる。これは、請求項5に対応するものであり、表裏面間がフィルム媒体で埋まっており、表裏面形状は、表,裏にそれぞれレンズ1,2に対応する平凸レンズが凸面側を空気界面側として光軸を一致させて複数配置された形状にしてあり、フィルムの厚さは、媒体中のレンズ2の焦点距離f2で決まる。レンズの大きさは必要とする解像度以下である。これによれば、図3(b)と同等なトップハット的拡散特性が得られる。トップハット的拡散特性が2次元的の場合、フィルム両面形状はマイクロレンズアレイ形状であり、1次元的の場合がレンティキュラレンズアレイ形状である。
Therefore, a micro optical system array having a finer resolution than that which requires the size of the optical system in FIG. 3A (shown for each beam incident angle in FIGS. 4A to 4C) is provided on both the front and back sides of the film. If it is set as the surface shape of the side, the
次に、請求項6について説明する。最初に、請求項6中の、入射側と出射側のレンズの部分形状の選択範囲の調整により、入射角度領域の中心方向の角度と出射拡散角度領域の中心方向の角度とが互いに独立に制御可能という要件の原理について説明する。
この制御機能を実現する光学系を図5(a)に、その機能をグラフで図5(b)に示す。この光学系は2枚レンズ構成であり、入力側(入射側),出力側(出射側)のレンズ1,2は光軸が一致しているが、出力側のレンズ2は、光軸からの距離がd1〜d2である領域にレンズ主平面の実効部分が存在する。つまり、レンズ2は、レンズ全体の一部分だけを選択して使用している。もちろんレンズ1の一部分だけを選択したり、レンズ1,2の両方をそれぞれ一部分だけ選択しても機能させることは可能である。
Next, claim 6 will be described. First, by adjusting the selection range of the partial shape of the lens on the incident side and the emission side in claim 6, the angle in the central direction of the incident angle region and the angle in the central direction of the outgoing diffusion angle region are controlled independently of each other. Explain the principle of the requirement that it is possible.
FIG. 5A shows an optical system that realizes this control function, and FIG. 5B shows the function in a graph. This optical system has a two-lens configuration, and the optical axes of the
図5は、レンズ2の一部分を選択した例である。2枚のレンズの主平面間距離はf2(f2=f1とした)である。この光学系のメカニズムは基本的に図1(a)に示した光学系と同じである。レンズ2の光軸付近を使用していないだけなので、図1(a)の光学系に入射するビームの入射角を、図5(a)のレンズ2の存在する範囲まで変化させれば、容易に機能は理解できる。図1の光学系の機能より、入射角を変化させても、トップハット的拡散特性は変化しないから、図5のトップハット的拡散特性も変化しない。よって、出射側のトップハット的拡散特性は、図1(b)のそれと同じ−θ1〜+θ1の範囲内で固定した特性となる。図3(a)の光学系を、図1(a)から図5(a)への変形と同様に変形した場合は、図3(b)のそれと同じ−θ2〜+θ2の範囲内で固定した特性となる。
FIG. 5 shows an example in which a part of the
入射角度領域は、レンズ1を通過した平行光が、レンズ2を通過できる入射角で決まるので、光線113,116を上端,下端とする平行ビームの中心になる光線119と、光線115,118を上端,下端とする平行ビームの中心になる光線120の入射角で決まる。光線119,120はレンズ1の中心(節)を通過するため、レンズ1では方向は変化しない。よって、図より光線119,120の入射角は、次式で示すθ3,θ4となる。
The incident angle region is determined by the incident angle at which the parallel light that has passed through the
そこで、図5(a)の光学系(図6(a)〜(c)にビーム入射角度ごとに示した)のサイズを必要とする解像度よりも細かくしたマイクロ光学系アレイを、フィルムの表裏両面側の表面形状とすると、図6(d)に示すような拡散フィルム3が得られる。これは、請求項6に対応するものであり、表裏面間がフィルム媒体で埋まっており、表裏面形状は、表,裏にそれぞれレンズ1,2に対応する平凸レンズ(の一部分)が凸面側を空気界面側として光軸を一致させて複数配置された形状にしてあり、フィルムの厚さは、媒体中のレンズ2の焦点距離f2である。レンズの大きさは必要とする解像度以下である。これによれば、図5(b)と同等なトップハット的拡散特性が得られる。トップハット的拡散特性が2次元的の場合、フィルム両面形状はマイクロレンズアレイ形状であり、1次元的の場合がレンティキュラレンズアレイ形状である。
Therefore, a micro optical system array having a finer resolution than the size required for the size of the optical system in FIG. 5A (shown for each beam incident angle in FIGS. 6A to 6C) is provided on both the front and back sides of the film. If it is set as the surface shape of the side, the
次に、請求項6中の、入射側と出射側のレンズの光軸のずれ量の調整により、入射角度領域の中心方向の角度と出射拡散角度領域の中心方向の角度とが互いに独立に制御可能という要件の原理について説明する。
この制御機能を実現する光学系を図7(a)に、その機能をグラフで図7(b)に示す。この光学系は2枚レンズ構成であり、入力側(入射側),出力側(出射側)のレンズ1,2の光軸は互いに距離aだけずれている。レンズ1,2の主平面間距離は、レンズ2の焦点距離f2(f2=f1とした)である。この光学系のメカニズムも、基本的に図1(a)の光学系のそれと同じである。
Next, by adjusting the shift amount of the optical axis of the lens on the incident side and the exit side in claim 6, the angle in the central direction of the incident angle region and the angle in the central direction of the outgoing diffusion angle region are controlled independently of each other. Explain the principle of the requirement that it is possible.
FIG. 7A shows an optical system that realizes this control function, and FIG. 7B shows the function in a graph. This optical system has a two-lens configuration, and the optical axes of the
最初に、レンズ1,2の各中心(節)を通過する光線と平行に入射する光線123,126を考える。この光線はレンズ2の中心(節)へ集光するから、レンズ2では光の方向は変化しない。よって図より、光線123,126の各出射角θ5,θ6は、次式で与えられる。
First, consider the light rays 123 and 126 that are incident parallel to the light rays passing through the centers (nodes) of the
よって、図7(b)に示すように、入射角−θ1〜+θ1の範囲(入射角度領域)内に入力した平行ビームは、入射角によらずに、θ5〜θ6の範囲(出射拡散角度領域)内で一定のトップハット的拡散特性を発現する。(5),(6)式は、光軸のずれ量aを調整することにより、θ1とは独立に、θ5とθ6を制御できることを示している。
図7(a)の光学系を1枚のフィルムにするには、上下方向に複数並べたレンズ1,2の間をフィルム媒体(レンズと同一材質)で詰め、フィルムの両面の表面形状を、一方の面がレンズ1、他方の面がレンズ2の、平凸レンズ部の凸側の配列からなる、レンズアレイ形状とすればよい(図2(d),図4(d),図6(d)と類似した形態となるが、図示は省略する)。フィルムの厚さは、媒体中でのレンズ2の焦点距離f2である。レンズ1とレンズ2の光軸はaだけずれている。レンズの大きさは必要とする解像度以下である。これによれば、図7(b)と同等なトップハット的拡散特性が得られる。トップハット的拡散特性が2次元的の場合、フィルム両面形状はマイクロレンズアレイ形状であり、1次元的の場合がレンティキュラレンズアレイ形状である。
Therefore, as shown in FIG. 7B, the parallel beams input within the range of incident angles −θ 1 to + θ 1 (incident angle region) are not related to the incident angle, but range of θ 5 to θ 6 ( It exhibits a certain top-hat-like diffusion characteristic within the exit diffusion angle region). Equations (5) and (6) indicate that θ 5 and θ 6 can be controlled independently of
In order to make the optical system of FIG. 7 (a) into one film, a space between a plurality of
なお、請求項4〜6のいずれかにおいて、入射側のレンズを全反射型のもの(すなわち所定の入射角度領域からレンズ内に入射した光がレンズ内面で全反射する表面形状のもの)とすること(請求項7に対応)や、請求項4〜6のいずれかに記載の拡散フィルムの入射側のマイクロレンズアレイ形状又はレンティキュラレンズ形状をなすレンズ表面の一部を反射媒体で被覆すること(請求項8に対応)で、入射側表面形状を反射型の光学素子アレイ形状に転化させると、より大きな入射角に対しても、上述のトップハット的拡散特性を発現しうるので、プロジェクションシステムのさらなる薄型化に寄与できると期待される。
In any one of
ここで、反射媒体で被覆するには、アルミコートや銀コートなどが好ましく用いうる。
次に、請求項9,10に記載の拡散フィルムの最良の形態について説明する。今まで説明してきた請求項1〜8に記載の拡散フィルムは、フィルム両面にレンズ形状を有し、この両面の一方の面形状と他方の面形状との相互位置合わせに精度が要求されるものである。この点、請求項9に記載の拡散フィルムでは、拡散を実現させる表面形状が、フィルム片面側のみに形成されているから、前記位置合わせは全く必要なく、製造容易性に優れる。
Here, for coating with a reflection medium, an aluminum coat, a silver coat or the like can be preferably used.
Next, the best mode of the diffusion film according to claims 9 and 10 will be described. The diffusion film according to any one of
また、請求項10に記載の拡散フィルムは、請求項8において、フィルム片面側のみに形成された、拡散を実現させる表面形状が、レンズとミラーを組合せた光学素子アレイ形状であり、しかも請求項4〜6と同様、入射角度領域と出射拡散角度領域とで互いに独立に、これらの角度領域の大きさや方向を制御できるから、製造容易性に優れる利点に加え、より大きな入射角の斜め入射光を所望の方向かつ大きさの範囲に拡散出射させることができる利点を有し、従って、超薄型リアプロジェクションディスプレイのスクリーン等に、極めて有利に応用することができる。
The diffusion film according to claim 10 is the optical element array shape according to
ここで、レンズとミラーを組合せた光学素子アレイ形状における基本光学系としては、レンズと非軸放物面ミラーの組合せが挙げられる。この基本光学系は、図1(a),3(a),5(a),7(a)の各図に示したものにおいて、出力側のレンズ2を非軸(off axis)放物面ミラーに変え、これを入力側へ配置転換してレンズ1と一体化したものである。この基本光学系の例を図8A〜図8Fに示す。
Here, as a basic optical system in an optical element array shape in which a lens and a mirror are combined, a combination of a lens and a non-axial paraboloidal mirror can be mentioned. This basic optical system is the one shown in FIGS. 1 (a), 3 (a), 5 (a), and 7 (a). Instead of a mirror, this is rearranged to the input side and integrated with the
これらの図の中で代表として、90°非軸放物面ミラー4Dを図1のレンズ2の代替として用いた図8Dにおいて、より詳細に光線を記述した、図8D1について説明を行なう。
図1と同様にレンズ1の焦点距離はf1である。90°非軸放物面ミラー4Dは、図中のx-y座標系(原点OはVertexと呼ばれる)において、式:y=(1/(4f2))x2、で記述される2次関数を、y軸を回転軸として回転した面から切り出した面形状のミラーであり、この放物面の焦点F(0,f2)がレンズ1の中心にくるように、x-y座標系を設定する。なお、放物面の焦点Fと原点O間の距離はPFL(Parent Focal Length)と呼ばれ、ここではPFL=f2である。90°非軸の場合は、放物面座標系のy軸がレンズ1の主平面に含まれるように設定する。さらに、90°非軸放物面ミラー4DのREFL(Reflected Effective Focal Length;)に、レンズ1の焦点距離f1を一致させる。
As a representative of these drawings, FIG. 8D1 in which light rays are described in more detail in FIG. 8D in which a 90 ° non-axial
As in FIG. 1, the focal length of the
この光学系に入射してくる光線のうち、レンズ1の光軸に平行な光線8-4,8-5,8-6を最初に考える。これらの光線は、レンズ1の後焦点面とレンズ1の光軸との交点Cに集光する。この点Cはちょうど90°非軸放物面ミラー4D上にあるため、主光線8-5は90°方向を変え反射し、この点Cに、レンズ1の光軸に対し(すなわち主光線8-5に対し)±θ1で入射してくる光線8-4,8-6は、90°非軸放物面ミラー4Dで90°方向が変化した主光線8-5に対しても、±θ1で反射することになる。よって、レンズ1の光軸と平行で光線8-4,8-6を上端,下端とする平行ビームは、図1の光学系同様90°方向を変えて、±θ1で拡散することになる。
Of the light rays incident on this optical system, light rays 8-4, 8-5 and 8-6 parallel to the optical axis of the
次に、レンズ1の光軸に対し、上方よりθ1で入射してくる光線8-1,8-2,8-3と、下方よりθ1で入射してくる光線8-7,8-8,8-9を考える。この±θ1で入射してくる平行ビームの中心の主光線8-2,8-8を考える。これらの光は、入射側のレンズ1に対し、レンズの中心(節)を通過するため、光の方向は変化しない。90°非軸放物面ミラー4Dに対しては、放物面の焦点F(0,f2)を通過するため、主光線8-2,8-8は、レンズ1の光軸方向から入射するビームの主光線8-5と平行に反射することになる。よって、±θ1で入射してくる光がこの光学系で拡散しても、拡散した光の主光線は、0°入射光の出力である±θ1で拡散した光の主光線と一致している。
Next, light rays 8-1, 8-2, and 8-3 that are incident on the optical axis of the
図より明らかなように、入射角は、0°,±θ1とディスクリートである必要はなく、入射角の範囲も-θ1〜+θ1を内包するもの(範囲の上下限の絶対値がθ1以上のもの)であっても、この光学系に入射し、90°方向を変えて拡散した拡散光の主光線は、入射角によらずに常にy軸方向となる。
次に、主光線からの拡散角度幅について説明する。図1の光学系の原理説明同様、レンズ1の上端,下端に着目する。今、このレンズ上端と下端が90°非軸放物面ミラー4Dの焦点F(0,f2)近傍であるとする。よって、レンズ上端から90°非軸放物面ミラー4Dへ出射している光線8-1,8-4,8-7は、90°非軸放物面ミラー4Dで反射した後、互いにほぼ平行な光となる。光線8-4がy軸に対し+θ1の角度で出射しているので、光線8-1,8-7もほぼy軸に対し+θ1の角度で出射することになる。同様の議論をレンズ下端から90°非軸放物面ミラー4Dへ出射している光線8-3,8-6,8-9について行なうと、これらの光も90°非軸放物面ミラー4Dで反射した後、互いにほぼ平行な光となる。光線8-6がy軸に対し-θ1の角度で出射しているので、光線8-3,8-9もほぼy軸に対し-θ1の角度で出射することになる。
As is clear from the figure, the incident angle does not have to be discrete at 0 ° and ± θ 1, and the range of the incident angle also includes -θ 1 to + θ 1 (the absolute value of the upper and lower limits of the range is Even if it is θ 1 or more), the chief ray of diffused light that has entered the optical system and diffused by changing the 90 ° direction is always in the y-axis direction regardless of the incident angle.
Next, the diffusion angle width from the chief ray will be described. As in the explanation of the principle of the optical system in FIG. 1, attention is paid to the upper end and the lower end of the
以上の議論より、レンズ上方θ1で入射した平行光は、y軸に対し、ほぼ±θ1の範囲内でトップハット的に拡散し、レンズ下方θ1で入射した平行光も同様に、y軸に対し、ほぼ±θ1の範囲内でトップハット的に拡散することになる。図より明らかなように、入射角は、±θ1とディスクリートでなくても成立するので、-θ1〜+θ1の連続的な入射角全てに対し、y軸に対し、ほぼ±θ1の範囲内のトップハット的拡散特性が発現する。 More than discussion, parallel light incident in the lens upward theta 1, with respect to y-axis, the top hat to diffuse within approximately ± theta 1, likewise parallel light incident in the lens downward theta 1, y With respect to the axis, it diffuses like a top hat within a range of approximately ± θ 1 . As is clear from the figure, the incident angle is established even if it is not discrete as ± θ 1. Therefore, for all continuous incident angles of −θ 1 to + θ 1 , approximately ± θ 1 with respect to the y axis. The top hat diffusion characteristic within the range of
以上が、レンズ2に替えて90°非軸放物面ミラー4Dを用いた場合の光学系の原理説明である。非軸角度が90°以外である非軸放物面ミラーを用いたいくつかの場合の光学系の基本構成を図8A、図8B、図8C、図8E、図8Fに示す。これらの基本構成の中でも、超薄型リアプロジェクションシステムを考えた場合、重要な構成は図8Fに示す、100°非軸放物面ミラー4Fを用いた構成である。これは、図8Gに示すように、スクリーン20に対して、入射角80°の主光線の角度を考えると、100°非軸放物面ミラーを用いたシステムは、スクリーン法線方向を、出射拡散光の主光線の方向に一致させうるためである(好適非軸角度=90°−入射角+90°=180°−入射角)。よって、70°〜90°の斜め入射で動作する超薄型リアプロジェクションシステムの場合、110°〜90°非軸放物面ミラーを用いたシステムが適していることになる。
The above is the explanation of the principle of the optical system when the 90 ° non-axial
図8Fに示す、100°非軸放物面ミラー4Fを用いた光学系を、より詳細に図8F1に示す。基本的に図8D1の光学系と同じ動作原理である。構造的に異なる点は、100°非軸放物面ミラー4Fのy軸が、レンズ1の主平面と10°傾いている点である。
以上が、請求項9,10に記載の拡散フィルムの基本構成と原理である。次に、請求項2,3の機能を図8A〜図8Fに示す光学系で実現する手段について説明する。光線をより詳細に記述した図8D1と図8F1より明らかなように、入力角度領域の大きさや同領域の中心方向の角度の制御は、用いる非軸放物面ミラーの設置範囲に2次関数y=(1/(4f2))x2のどの部分を充当するか、によって制御可能である。又、図8A〜図8F,図8D1,図8F1は全て、非軸放物面ミラー4の焦点が、レンズ1の中心(節)となるように設定してあるが、レンズ1を、図のレンズ主平面内でシフトして、光軸をずらすと、使用する非軸放物面ミラーの範囲を固定して、入力角度領域の中心方向の角度を制御することが可能となる(図示省略)。
The optical system using the 100 ° non-axial
The above is the basic configuration and principle of the diffusion film according to claims 9 and 10. Next, means for realizing the functions of
次に、出射拡散角度領域の大きさと、同領域の中心方向の角度の制御について説明する。図8D1の原理説明で述べたように、出射拡散角度領域はy軸に対し±θ1であるので、大きさは2θ1となり、θ1=tan−1(d/(2f1))より、レンズ1の焦点距離f1と径dで制御可能である。又、出射拡散角度領域の中心方向の角度の制御は、拡散光の中心方向である主光線の方向が入射角によらず常に非軸放物面ミラーのy軸と平行になるので、このy軸の方向を制御すれば、入射角度領域とは独立に制御可能である。以上の説明で、請求項1〜3の機能を図8A〜図8F,図8D1,図8F1に示す光学系で実現できることを示した。
Next, control of the size of the exit diffusion angle region and the angle in the center direction of the region will be described. As described in the principle explanation of FIG. 8D1, since the exit diffusion angle region is ± θ 1 with respect to the y-axis, the magnitude is 2θ 1 , and θ 1 = tan −1 (d / (2f 1 )) The
次に、図8A〜図8F,図8D1,図8F1に示す光学系が、フィルムの片面側のみに形成されうる点(請求項9,10の要件)について説明する。請求項9,10に記載の拡散フィルムは、超薄型リアプロのスクリーンを用途目的としており、入射光はスクリーンに対し大きな角度で斜め入射する。よって、図8A〜図8Fに示す光学系は、フィルムに対しほぼ平行に設置する。よって、レンズ1と非軸放物面ミラー4は拡散フィルムの片側(入射側)の面のみに存在する。
Next, the point that the optical system shown in FIGS. 8A to 8F, 8D1, and 8F1 can be formed only on one side of the film (requirements of claims 9 and 10) will be described. The diffusing film according to claims 9 and 10 is intended for an ultra-thin rear pro screen, and incident light is obliquely incident on the screen at a large angle. Therefore, the optical system shown in FIGS. 8A to 8F is installed substantially parallel to the film. Therefore, the
フィルムの片面にレンズ1と非軸放物面ミラー4を組合せた光学素子アレイを実装(請求項10に対応)する場合、できるだけ簡単な形状が製造上有利となる。よって、レンズ1と非軸放物面ミラー4の間をフィルム媒体で埋めて、1つのデバイス形状とする。非軸放物面ミラー4は、全反射条件を満足するように設計すれば、表面形状のみで動作可能である。全反射条件を満足しない場合、反射面を、アルミコートや銀コート等の反射媒体で被覆すれば、同様に動作可能である(請求項11に対応)。
When an optical element array in which the
入力側のレンズ1は、球面レンズが、製造容易であり、半球レンズの上半部の一部を用いることにする。最初に、入力側の半球レンズについて解析する。図9に、半球レンズ5の上半分の一部の動作を示す。半球レンズ5の屈折率はn2であり、半球レンズ5の右側は屈折率はn2の媒体(フィルム)である。半球レンズ5の左側は屈折率n1の媒体(空気)である。半球の球中心にx-y座標系の原点Oを設定する。x軸がレンズ光軸となる。光線9-1,9-2は光軸と平行に入射する光である。光線9-1は半球レンズ表面との交点Aで屈折し、x軸と点A'で交わるものとする。同様に光線9-2は半球レンズ表面との交点Bで屈折し、x軸と点B'で交わるものとする。又、x軸と半球レンズ表面との交点を点Cとする。
The
図9において、∠AOC=θ11,∠BOC=θ21,∠OAA'=θ12,∠OBB'=θ22とすると、∠AA'O=θ11−θ12,∠BB'O=θ21−θ22となる。点A、点Bにスネル則を適用すると、次式が成立する。
In Figure 9, ∠AOC = θ 11, ∠BOC =
図8A〜図8Fに示す光学系を機能させるには、この焦点位置(xf,yf)が、非軸放物面ミラー表面に存在し、かつ、非軸放物面ミラーの焦点の位置が、光線9-1,9-2の間の中央の主光線と、半球レンズ表面との交点の位置にくるように設定する。かかる設定を図8Fの場合(100°非軸放物面ミラー4Fの場合)について行なった光学設計例を図10に示す。同図において、光線10-1,10-2は、球面レンズ6表面に対し、それぞれ入射角が20°,70°である場合を示してある。
In order to make the optical system shown in FIGS. 8A to 8F function, this focal position (x f , y f ) exists on the surface of the non-axial parabolic mirror and the focal position of the non-axial parabolic mirror. Is set at the intersection of the central principal ray between the rays 9-1 and 9-2 and the hemispherical lens surface. FIG. 10 shows an optical design example in which such setting is performed in the case of FIG. 8F (in the case of the 100 ° non-axial
図11は、図10の形状を、フィルム媒体11で、片面に形成し、2次元アレイとして配置し、かつ、外光対策のためのブラックマスク23を設置して、リアプロジェクションシステム用スクリーン20とした設計例を示すものである。この例は請求項12の例でもある。図11において(a)はスクリーンの背面図、(b)は断面図である。光学エンジンXからの大きな斜め入射で、画像がスクリーン20背面(裏面)に結像する。このスクリーン20は、図8F1で示した機能により、極角と方位角の異なる入射角の光に対して、入射角に依存せず、片側の表面形状のみによって、拡散光主光線が、常にスクリーン面の法線方向を向く、トップハット的特性を発現できることを、図11は示している。
FIG. 11 shows the shape of FIG. 10 formed on one side of a
このように、新型D-film3で構成したスクリーン20は、スクリーンに要求される機能を、片面の表面形状のみで実現できるため、画像のボケはほとんど発生せず、高解像度な画像表示が可能となる。さらに、このスクリーン20では、通常の拡散フィルムで構成したスクリーンに発生する後方散乱は、発生せず、加えて、図示のような、スクリーン背面のブラックマスク23と、スクリーン表面の反射防止膜24により、明るい環境下でも、外光はほとんど吸収され、高コントラストな画像表示が期待できる。このような、新型D-film3で構成したスクリーン20の長所を、図12に模式図で示した。以上で、請求項9,10に記載の拡散フィルムの最良の形態についての説明を終える。
As described above, the
次に、請求項12について説明する。請求項1〜11に記載の拡散フィルムを、リアプロジェクションシステム(略してリアプロ)等にスクリーンとして応用する場合、明環境下で高コントラストな画像表示を得るために外光対策が必要である。この外光対策の1つの手段としてブラックマスクがある。本発明の拡散フィルムにも、このブラックマスクは有効である。基本的に、本発明の拡散フィルムをシステムに組み込み、動作させた時、光が通過していない面全てにブラックマスクを設置できれば、非常に大きな外光対策効果が期待できる。特に本発明の拡散フィルム(スクリーン)は、2枚のレンズの焦点面近傍にデバイス表面が存在するため、この表面の、光が通過していない面分にブラックマスクを付けると、効果は非常に大きい。
Next, claim 12 will be described. When the diffusion film according to any one of
図13,図14は、請求項1〜8に記載の拡散フィルム3をリアプロ用スクリーン20として用いたものにブラックマスク23を付加した例の一部であって、それぞれ図4,図5の各拡散フィルム3にブラックマスク23を付加したものを示している。なお、請求項9,10に記載の拡散フィルムにブラックマスクを付加した例として図11に示したものにおいては、非軸放物面ミラーの反射面にブラックマスクが付いていないが、図13,図14の例に示されるように、光線が反射していない面にはブラックマスクを付加しても問題はないから、かかる面には、ピンホール的なブラックマスクの穴25を除いた全面にブラックマスク23を付加できる。よって、さらなる外光対策効果が期待できる。
FIGS. 13 and 14 are a part of examples in which the
次に、請求項13について説明する。本発明の拡散フィルムをリアプロ等のスクリーンとして用い、かつ、光学エンジンがLCDやLCOS等の、偏光を用いたものである場合、外光対策として、偏光子や円偏光子を応用することが考えられる。本発明の拡散フィルムの物理的拡散メカニズムは、散乱による部分はなく、レンズによる屈折やミラー(反射面)による反射のみであり、従って偏光保持率は、従来一般の拡散フィルムより、はるかに優れていると考えられる。 Next, claim 13 will be described. When the diffusion film of the present invention is used as a screen for rear pros and the optical engine uses polarized light such as LCD or LCOS, it is considered to apply a polarizer or a circular polarizer as a countermeasure against external light. It is done. The physical diffusion mechanism of the diffusing film of the present invention is not a part due to scattering, but only refraction by a lens and reflection by a mirror (reflection surface), and therefore the polarization retention is far superior to a conventional diffusion film. It is thought that there is.
よって、偏光板を、本発明の拡散フィルム(あるいはこれを用いたスクリーン)に付加するだけで、光の利用効率をほとんど下げることなく、外光を半分吸収できることになる。
さらに、円偏光板を用いれば、リアプロ内部に進入した外光が、内部のミラーで反射し、リアプロ外部へ出る場合でも、これを有効に遮断できるので、さらなる外光対策効果が期待できる。この場合、光学エンジン側には、スクリーンに付加した円偏光板中のλ/4板(4分の1波長板)部の作用を打消す向きに、λ/4板を設置して、光の利用効率を確保する。以上が、請求項13の説明である。なお、請求項12のブラックマスクを用いた外光対策と、請求項13の偏光板や円偏光板を用いた外光対策とは、併用しても問題は生じず、併用するとさらなる外光対策効果が期待できる。
Therefore, only by adding a polarizing plate to the diffusion film of the present invention (or a screen using the same), half of outside light can be absorbed without substantially reducing the light utilization efficiency.
Furthermore, if a circularly polarizing plate is used, even if the external light that has entered the interior of the rear pro is reflected by the internal mirror and exits to the outside of the rear pro, it can be effectively blocked, so a further external light countermeasure effect can be expected. In this case, a λ / 4 plate is installed on the optical engine side in such a direction as to cancel the action of the λ / 4 plate (quarter wave plate) in the circularly polarizing plate added to the screen. Ensure usage efficiency. The above is the description of claim 13. It should be noted that the countermeasure against external light using the black mask according to claim 12 and the countermeasure against external light using the polarizing plate and the circularly polarizing plate according to claim 13 do not cause a problem even if they are used together. The effect can be expected.
ここまでに述べてきた本発明の実施の形態は、拡散フィルムのリアプロへの応用形態である。一方、請求項14,15は、フロントプロジェクションシステムのへの応用形態に対応するものである。まず、請求項14の説明を行なう。請求項14に記載の拡散フィルムの基本構成は、請求項1〜6のそれと同じである。例として、図1に示したものと同じ基本構成を有するものについて説明する。 The embodiment of the present invention described so far is an application form of the diffusion film to the rear pro. On the other hand, claims 14 and 15 correspond to an application form to the front projection system. First, claim 14 will be described. The basic composition of the diffusion film of Claim 14 is the same as that of Claims 1-6. An example having the same basic configuration as that shown in FIG. 1 will be described.
図15は、請求項14に記載の拡散フィルムで発現するn次固定トップハット的拡散特性の原理説明図であり、(a),(b)は基本光学系、(c)はその機能を示している。図15(a)は、図1と同様の、0次固定トップハット的拡散を表し、図15(b)は、図1では登場しなかった、n次固定トップハット的拡散の、n=1の場合を表す。0次固定トップハット的拡散が、入射側のレンズ1と出射側のレンズ2とで互いに光軸を同じくした2枚のレンズ1,2を通過する光によって発現するのに対し、1次固定トップハット的拡散は、入射側,出射側のレンズ1,2にそれぞれ隣接し、かつレンズ1,2とそれぞれ主平面を共有し、かつ互いに光軸を共有する、レンズ1’、2’が、レンズ1,2に加わった光学系において、2枚のレンズ1,2’を通過する光によって発現するものである。
FIG. 15 is a diagram for explaining the principle of the n-th order fixed top hat-like diffusion characteristic expressed in the diffusion film according to claim 14, wherein (a) and (b) show the basic optical system, and (c) shows its function. ing. FIG. 15A shows the 0th-order fixed top-hat diffusion similar to FIG. 1, and FIG. 15B shows n = 1 of the n-th fixed top-hat diffusion that did not appear in FIG. Represents the case. The zero-order fixed top hat-like diffusion is manifested by light passing through two
これら2枚のレンズ1,2’によって発現する1次固定トップハット的拡散のメカニズムも、図1に示した光学系のそれとほぼ同じである。レンズ1,2’相互の主平面間距離は、レンズ2’の焦点距離f2である。図15では、このf2は、レンズ1の焦点距離f1と一致させた。今、レンズ1,2’の各中心(節)である2点を結ぶ直線に平行に入射する光線15-3,15-6を考える。これらの光線は、レンズ1を通過後レンズ2’の中心(節)へ集光するので、レンズ2’では光の方向は変化せず、出射する。光線15-3の出射角は、図より、
The primary fixed top hat diffusion mechanism developed by these two
次に、レンズ1の上端からレンズ2’へ向かう光線15-2,15-3,15-4に着目する。これらの光線は、レンズ2’の前焦点面内の同じ点から出ているので、レンズ2’を通過後互いに平行となる。同様に、レンズ1の下端からレンズ2’へ向かう光線15-5,15-6,15-7も、レンズ2’の前焦点面内の同じ点から出ているので、レンズ2’を通過後互いに平行となる。よって、光線15-2,15-4の出射角は光線15-3の出射角(=−θ1-1)に等しく、光線15-5,15-7の出射角は光線15-6の出射角(=−θ1-0)に等しい。レンズ1の中心(節)とレンズ2’の下端を結ぶ直線に平行に入射する光線15-2,15-5の入射角は、図より、−θ1-1であり、レンズ1の中心(節)とレンズ2’の上端を結ぶ直線に平行に入射する光線15-4,15-7の入射角は、図より、−θ1-0である。従って、入射側のレンズ1と出射側のレンズ2’とをペアにした光学系に、−θ1-1〜−θ1-0の入射角度領域内から入射する平行光は、入射角によらずに、−θ1-1〜−θ1-0の出射拡散角度領域内で固定したトップハット的拡散特性を発現する。以上が、図15(b)の1次固定トップハット的拡散特性の発現メカニズムである。
Next, attention is paid to light rays 15-2, 15-3, and 15-4 from the upper end of the
上述の固定トップハット的拡散の次数は1次に限らず、一般に、±n次固定トップハット的拡散が存在する。n次固定トップハット的拡散特性の入射角度θin-nの範囲すなわち入射角度領域は、次式で表される。 The order of the above-described fixed top-hat diffusion is not limited to the first order, and generally ± n-order fixed top hat diffusion exists. The range of the incident angle θin-n of the n-th order fixed top hat diffusion characteristic, that is, the incident angle region is expressed by the following equation.
なお、請求項2,5に記載の拡散フィルムにも、請求項14での限定特性を付与できるが、その場合、入射側のNA<出射側のNA、とすると、出射拡散角度領域に重複が生じ、逆に、入射側のNA>出射側のNA、とすると、出射拡散角度領域にとぎれが生じる。以上で、請求項14の説明を終える。
次に、請求項15について説明する。請求項15は、請求項1〜14のいずれかに記載の拡散フィルムに、ミラー等の反射板を付加して反射型の拡散フィルムとしたものであって、主にフロントプロジェクションシステムへの応用形態に対応する。これの1例として、図16に、請求項14に記載の拡散フィルムにおいて、f1=f2とし、入力側と出力側のレンズ主平面間の中央にミラー30を設置した光学系を示す。これによれば、ミラー30の作用により、入力側のレンズは出力側のレンズにもなり、フィルム片側の表面形状のみで請求項14での限定特性が発現するので、フィルムの表裏でのレンズ光軸の位置合わせが不要であり、製造が非常に容易となる。
Note that the diffusing film according to
Next, claim 15 will be described. A fifteenth aspect of the present invention is a reflection type diffusing film obtained by adding a reflecting plate such as a mirror to the diffusing film according to any one of the first to fifteenth aspects, and is mainly applied to a front projection system. Corresponding to As an example of this, FIG. 16 shows an optical system in which, in the diffusion film according to claim 14, f 1 = f 2 and a
さらに、図16に示すような、フロントプロジェクションシステムのスクリーン20への応用形態では、大きな利点として、外光抑制機能がある。図示のように、このスクリーン20では、互いに異なるn次固定トップハット的拡散の入出力角度領域(n次の入出力角度領域という)間に重複がなく、完全に量子化されているという、優れた特性を有しており、この特性を応用すると、強力な外光抑制機能が発現する。つまり、0次の入出力角度領域内にプロジェクタXを設置し、この領域内でスクリーンへ投写された画像を観る場合を考えると、プロジェクタ光は0次の入出力角度領域内のみに均一に拡散し、一方、0次の入出力角度領域外に存在する外光は決して0次の入出力角度領域内に拡散してくることはないので、明るい環境下でも高コントラストな画像を観ることが可能である。なお、プロジェクタを0次以外のm次の入出力角度領域内に設置した場合、−m次の入出力角度領域内で画像を観れば、同様の効果が得られる。
Further, in the application form of the front projection system to the
請求項15に記載の拡散フィルム(及びこれを応用したスクリーン)のもう1つのタイプとして、図17に示すものが挙げられる。このスクリーン20は、大きな角度の斜め入射が可能なフロントプロジェクションシステム用である。スクリーン20の機能は、図1のそれと等価であり、大きな角度の斜め入射光に対し、表面の、図1のレンズ1と同じ機能を有する全反射タイプの反射鏡18で集光し、裏面のミラー30で反射させ、表面の、図1のレンズ2と同じ機能を有するレンズ19の主平面に焦点を結ばせて、固定トップハット的拡散特性を発現させるものである。前記全反射タイプの反射鏡18の光軸と、前記レンズ19の光軸を一致させておくと、入射角によらず、常にスクリーン法線方向を主光線方向とする固定トップハット的拡散特性が発現する。このスクリーンに、請求項1〜6のいずれかに記載の技術を適用すれば、NAや中心方向の角度に対する、入力側と出力側とでの独立制御を実現することができる。フィルム裏面に付加したブラックマスク23は、外光抑制に大きな効果を奏する。以上で、請求項15の説明を終える。
Another type of the diffusing film according to claim 15 (and a screen to which the diffusion film is applied) is shown in FIG. The
最後に、請求項16に記載の投写システムは、本発明の拡散フィルム(新型D-film)を、リアプロジェクションシステム又はフロントプロジェクションシステムに応用したものであり、これによれば、これまで詳述してきた、新型D-filmの各種実施形態によって得られる効果により、超薄型の構造で、高コントラストかつ高解像度な画像表示が可能なシステムとすることができるので、かかる投写システムも本発明に含めるものとした。 Finally, the projection system according to claim 16 is an application of the diffusion film (new D-film) of the present invention to a rear projection system or a front projection system. In addition, due to the effects obtained by the various embodiments of the new D-film, it is possible to provide a system capable of displaying an image with high contrast and high resolution with an ultra-thin structure, and such a projection system is also included in the present invention. It was supposed to be.
1,1’,2,2’ レンズ
3 拡散フィルム(新型D-film)
4 非軸放物面ミラー(付属の英字符号は非軸角度に対応する)
5 半球レンズ
6 球面レンズ
7 フィルム面
8-1〜8-9,9-1,9-2,10-1〜10-3,15-1〜15-7,101〜126 光線(あるいは主光線)
11 フィルム媒体
18 図1のレンズ1と同じ機能を有する全反射タイプの反射鏡
19 図1のレンズ2と同じ機能を有するレンズ
20 スクリーン
21 入力側レンズ面
22 非軸放物面ミラーの反射面
23 ブラックマスク
24 反射防止膜
25 ブラックマスクの穴
26 マイクロレンズアレイ
30 ミラー(平面ミラー)
X 光学エンジン(プロジェクタ)
1, 1 ', 2, 2'
4 Non-axis parabolic mirror (the attached alphabetical code corresponds to the non-axis angle)
5 Hemispherical lens 6 Spherical lens 7 Film surface
8-1 to 8-9, 9-1, 9-2, 10-1 to 10-3, 15-1 to 15-7, 101 to 126 rays (or chief rays)
11 Film media
18 Total reflection type reflector having the same function as the
19 Lens having the same function as
20 screens
21 Input lens surface
22 Reflective surface of non-axis parabolic mirror
23 Black mask
24 Anti-reflective coating
25 Black mask hole
26 Micro lens array
30 mirror (plane mirror)
X Optical engine (projector)
Claims (16)
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009169140A (en) * | 2008-01-17 | 2009-07-30 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Optical element |
JP2012237798A (en) * | 2011-05-10 | 2012-12-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Multidirectional projection system and multidirectional projection method |
JP2013068651A (en) * | 2011-09-20 | 2013-04-18 | Tohoku Univ | Image display device |
JP5971742B1 (en) * | 2015-12-25 | 2016-08-17 | 国立大学法人東北大学 | Reflective screen and video display system |
EP2454625A4 (en) * | 2009-07-17 | 2017-10-04 | The Commonwealth Of Australia | Visual warning device |
WO2018066501A1 (en) * | 2016-10-03 | 2018-04-12 | 株式会社クラレ | Diffusion plate and projection-type image display device |
US10101589B2 (en) | 2014-12-15 | 2018-10-16 | Dexerials Corporation | Optical element, display device, master, and method for manufacturing optical element |
DE102022204111A1 (en) | 2022-04-27 | 2023-11-02 | Continental Automotive Technologies GmbH | Display device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH066739A (en) * | 1992-06-19 | 1994-01-14 | Hitachi Ltd | Back projection type image display device and transmissive screen to be used for same device |
JP2002372751A (en) * | 2001-06-14 | 2002-12-26 | Dainippon Printing Co Ltd | Lenticular lens sheet, projecting screen and multi- projection system |
JP2005017711A (en) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Olympus Corp | Lenticular screen and rear projection type projection system |
-
2006
- 2006-01-10 JP JP2006002675A patent/JP5087765B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH066739A (en) * | 1992-06-19 | 1994-01-14 | Hitachi Ltd | Back projection type image display device and transmissive screen to be used for same device |
JP2002372751A (en) * | 2001-06-14 | 2002-12-26 | Dainippon Printing Co Ltd | Lenticular lens sheet, projecting screen and multi- projection system |
JP2005017711A (en) * | 2003-06-26 | 2005-01-20 | Olympus Corp | Lenticular screen and rear projection type projection system |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009169140A (en) * | 2008-01-17 | 2009-07-30 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Optical element |
EP2454625A4 (en) * | 2009-07-17 | 2017-10-04 | The Commonwealth Of Australia | Visual warning device |
JP2012237798A (en) * | 2011-05-10 | 2012-12-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Multidirectional projection system and multidirectional projection method |
JP2013068651A (en) * | 2011-09-20 | 2013-04-18 | Tohoku Univ | Image display device |
US10101589B2 (en) | 2014-12-15 | 2018-10-16 | Dexerials Corporation | Optical element, display device, master, and method for manufacturing optical element |
JP5971742B1 (en) * | 2015-12-25 | 2016-08-17 | 国立大学法人東北大学 | Reflective screen and video display system |
JP2017116824A (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | 国立大学法人東北大学 | Reflection type screen and video image display system |
KR20190039833A (en) * | 2016-10-03 | 2019-04-15 | 주식회사 쿠라레 | Diffusion plate and projection type image display device |
WO2018066501A1 (en) * | 2016-10-03 | 2018-04-12 | 株式会社クラレ | Diffusion plate and projection-type image display device |
CN109791232A (en) * | 2016-10-03 | 2019-05-21 | 株式会社可乐丽 | Diffuser plate and projection type video display |
JPWO2018066501A1 (en) * | 2016-10-03 | 2019-07-18 | 株式会社クラレ | Diffusion plate and projection type image display device |
EP3521873A4 (en) * | 2016-10-03 | 2020-04-22 | Kuraray Co., Ltd. | Diffusion plate and projection-type image display device |
KR102266524B1 (en) * | 2016-10-03 | 2021-06-17 | 주식회사 쿠라레 | Diffuser plate and projection image display device |
US11175440B2 (en) | 2016-10-03 | 2021-11-16 | Kuraray Co., Ltd. | Diffuser plate and projection-type image displaying device |
CN109791232B (en) * | 2016-10-03 | 2022-04-26 | 株式会社可乐丽 | Diffusion plate and projection type image display device |
JP7109367B2 (en) | 2016-10-03 | 2022-07-29 | 株式会社クラレ | Diffusion plate, projection type image display device, and design method for diffusion plate |
DE102022204111A1 (en) | 2022-04-27 | 2023-11-02 | Continental Automotive Technologies GmbH | Display device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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