JP2007183498A - Diffusion film and projection system - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diffusion film having high resolution and wide viewing angle and capable of displaying a high contrast image by realizing functions required for a screen by an optical device composed of only one sheet and free from fine particles and to provide a projection system using the diffusion film. <P>SOLUTION: The diffusion film 3 is a single film for diffusing and emitting an incident light, realizes the diffusion by only the surface shape, and has nearly constant top hat diffusion characteristics without depending on the incident angle. Further, the size of an incident angle area and the size of an emission diffusion angle area can be controlled mutually independently, and the angle in the central direction of the incident angle area and the angle in the central direction of the emission diffusion angle area can be controlled mutually independently. The surface realizing the diffusion is formed into, for example, a microlens array shape or a lenticular lens shape. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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）。
SID 2005, p.1914-1917,'A Super Fine-Pitch Screen for Rear Projection TV.';S.Iwata etc.;Toppan Printing Co.,Ltd. In recent years, as the demand for projection displays has increased, there has been a demand for wide viewing angles, high contrast, and high resolution of screens. As a conventional technique for these, there is a technique based on a combination of a Fresnel lens, a lenticular lens, and a diffusion plate made of fine particles for wide viewing angle. For high contrast, an external light control technique using a black mask is used. Yes (for example, Non-Patent Document 1), and a technique for forming the lenticular lens pitch with high definition is known (for example, Non-Patent Document 1).
SID 2005, p.1914-1917, 'A Super Fine-Pitch Screen for Rear Projection TV.'; S.Iwata etc.; Toppan Printing Co., Ltd.

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 1, wherein the size of the incident angle region and the size of the outgoing diffusion angle region can be controlled independently of each other.
[Claim 3] The diffusion film according to claim 1 or 2, wherein the angle in the center direction of the incident angle region and the angle in the center direction of the outgoing diffusion angle region can be controlled independently of each other.
[Claim 4] The diffusion film according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface shape of both the incident side and the emission side is a microlens array shape or a lenticular lens shape.

［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 4, which can be controlled independently of each other.
[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 claim 4, wherein the diffusion film can be controlled independently of each other by adjusting a deviation amount of the optical axis and a selection range of the partial shape.

［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 claims 4 to 6 with a reflection medium.

［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 claims 1 to 3, wherein a surface shape for realizing diffusion is formed only on one side of the film.
[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 claims 4 to 6. The diffusion film according to claim 9, which can be controlled.

［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 claims 1 to 11, wherein one or both of the incident side and the emission side is covered with a black mask for measures against external light. Diffusion film characterized by

［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 claims 1 to 12.
[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 claim 1, which does not overlap with other sets.

［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 claims 1 to 14 to form a reflection type film.
[Claim 16] A projection system obtained by applying the diffusion film according to any one of claims 1 to 15 to a rear projection system or a front projection system.

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 claims 1 to 3 and 8, and the surface shape requirement of the new D-film corresponds to claims 4 to 7 and 9.

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, claim 4 which is the best form of the surface shape for expressing the diffusion characteristics according to claim 1 which is a basic function of the new D-film will be described. 1A and 1B are views for explaining the principle of a diffusing film according to claim 4, wherein FIG. 1A shows the structure of the optical system, and FIG. 1B shows the function. Consider a two-lens lens optical system as shown in FIG. Let the focal lengths of the two lenses 1 and 2 be f ₁ and f ₂ , respectively. Here, consider a case where f ₁ = f ₂ , the optical axes of both lenses (lens optical axes) coincide, and the distance between lenses = f ₁ (= f ₂ ). The lens diameter is the same d for both lenses. The light beams 102 and 105 are vertically incident light incident in parallel to the lens optical axis, and are collected by the lens 1 at a focal position on the optical axis. Since the optical axis of the lens 2 coincides with the optical axis of the lens 1 and the distance between the principal planes of the lens 1 and the lens 2 is f ₁ = f ₂ , the light beams 102 and 105 are collected at the center (node) of the lens 2. Therefore, the direction of the light beam passes through the lens 2 without changing. At this time, the light rays 102 and 105 are emitted at an angle ± θ ₁ represented by the following expression with respect to the optical axis.

次に、レンズ光軸上方θ₁の角度で入射してくる光線101,104を考える。この光はレンズ１によってレンズ１の焦点面に集光するが、この焦点面に設置されたレンズ２の作用によって、光軸と±θ₁の角をなして出射することになる。この拡散特性は、光線102,105と同じである。理由は後述する。次に、レンズ光軸下方θ₁の角度で入射してくる光線106,103を考える。この光も光線102,105と同様に、レンズ１によってレンズ１の焦点面に集光し、レンズ２によって、光軸と±θ₁の角をなして出射することになる。次に、この光学的メカニズムを説明する。

Next, consider the rays 101 and 104 incident at an angle θ ₁ above the lens optical axis. This light is condensed on the focal plane of the lens 1 by the lens 1, and is emitted at an angle of ± θ ₁ with the optical axis by the action of the lens 2 installed on the focal plane. This diffusion characteristic is the same as that of the light beams 102 and 105. The reason will be described later. Next, consider the light rays 106 and 103 incident at an angle θ ₁ below the lens optical axis. Similarly to the light rays 102 and 105, this light is condensed on the focal plane of the lens 1 by the lens 1, and is emitted by the lens 2 at an angle of ± θ ₁ with the optical axis. Next, this optical mechanism will be described.

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 lens 1 in FIG. From this point, light rays 101, 102, 103 are emitted toward the lens 2. Since the distance between the lens principal planes is f ₂ (= f ₁ ), when these light rays 101, 102, 103 are viewed from the lens 2, light emitted from one point on the front focal plane of the lens 2 enters the lens 2. Therefore, the light rays 101, 102, 103 are parallel to each other on the exit side of the lens 2. Similarly, paying attention to the lower end point of the lens 1, the light beams 104, 105, and 106 are incident on the lens 2 from one point on the front focal plane of the lens 2, and thus are parallel to each other on the exit side of the lens 2.

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θ_inが、−θ₁≦θ_in≦＋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 rays 105, 102 are emitted at ± θ ₁ with respect to the optical axis, and the rays 101, 102, 103 are parallel to each other on the emission side, and the rays 104, 105, 106 are parallel to each other on the emission side, the rays 101, 104 are ± θ _{1 with} respect to the optical axis. The light rays 103 and 106 are emitted at ± θ ₁ with respect to the optical axis.
The above discussion is for the case where the incident light angle to the lens 1 is only 0 ° and ± θ _1, but the incident angle θ _in to the lens 1 is continuous between −θ ₁ ≦ θ _in ≦ + θ _1. The focal point on the main plane of the lens 2 only changes from -d / 2 to + d / 2, and the angle of the outgoing light is in any case in the optical axis. On the other hand, it is ± θ ₁ and a constant angle.

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 rays 101 and 104 whose incident angle is θ ₁ above the optical axis, consider a ray parallel to the rays 101 and 104 and having an incident position between the rays 101 and 104. These rays, depending on the incident position, the exit angle between -θ ₁ ~ + θ _1, the direction of light is changed, to spread, it is clear from FIG. Therefore, a parallel beam whose incident angle is above the optical axis with the light beams 101 and 104 as the upper and lower ends of the beam is diffused and emitted from the lower end of the lens 2 on the emission side by −θ ₁ to + θ ₁ . Similarly, when considering a vertically incident parallel beam having the light rays 102 and 105 as the upper and lower ends, light is diffused at −θ ₁ to + θ ₁ from the center position of the lens 2 on the exit side, and the light rays 103 and 106 are set as the upper and lower ends. The parallel beam whose incident angle is θ ₁ below the optical axis is diffused and emitted from the upper end of the lens 2 on the emission side at −θ ₁ to + θ ₁ .

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≦θ_in≦＋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 diffusion film 3 as shown in FIG. 2 (d) is obtained. The diffusion film 3 corresponds to claim 4, and the front and back surfaces are filled with a film medium. The front and back surfaces of the diffusion film 3 have a plano-convex lens corresponding to the lenses 1 and 2 on the convex surface side. The air interface side has a shape in which a plurality of optical axes coincide with each other, and the thickness of the film is determined by the focal length of the lens in the medium. The size of the lens is below the required resolution. According to this, a top hat type diffusion characteristic equivalent to that shown in FIG. When the top-hat diffusion characteristic is two-dimensional, the film double-sided shape is a microlens array shape, and the one-dimensional case is a lenticular lens array shape.

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 claim 5 for realizing the function according to claim 2 will be described. FIG. 3A shows an optical system having a two-lens configuration for realizing this function, and FIG. 3B shows its function. Basically, it operates on the same principle as the mechanism of the optical system shown in FIG. 1, but by changing the NA (F number) of the incident side lens and the NA (F number) of the exit side lens, the incident angle is changed. It differs from the optical system of FIG. 1 in that the size of the region and the size of the exit diffusion angle region are controlled.

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θ_inの範囲は、(1)式で示されるθ₁より、−θ₁≦θ_in≦＋θ₁、であるが、出射拡散角θ_outの範囲は、次式で示されるθ₂により、−θ₂≦θ_out≦＋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-side lens 1 may be reduced and the NA of the exit-side lens 2 may be increased. Since the lens diameter d is the same, f ₁ > f ₂ . Here, f ₁ and f ₂ are the focal lengths of the lenses 1 and 2, respectively. The optical axes of the lenses 1 and 2 are matched, and the distance between the main planes of the lenses 1 and ₂ is f2. The range of the incident angle θ _in is −θ ₁ ≦ θ _in ≦ + θ ₁ from θ ₁ expressed by the equation (1), but the range of the outgoing diffusion angle θ _out is determined by θ ₂ expressed by the following equation: −θ ₂ ≦ θ _out ≦ + θ ₂ .

光学的メカニズムは、図１の光学系とほぼ同等である。今、光線109,110に着目しよう。光線109,110は入射角±θ₁でレンズ１の端に入射し、レンズ１の前焦点面と光軸との交点を通過する光であるから、レンズ１を通過後は光軸と平行になり、レンズ２を通過後は、レンズ２の光軸上の後焦点に集光する。よって、光線109,110の出射角は±θ₂となる。次に、レンズ１の上端点に着目すると、光線107,108,109はこの１点からレンズ２へ入射している。レンズ１はレンズ２の前焦点面に設置してあるから、光線107,108,109はレンズ２を通過後は互いに平行となる。光線110,111,112についても同じ理由で、レンズ２を通過後は互いに平行となる。よって、光線112,109で決まる拡散角は±θ₂であり、光線111,108で決まる拡散角も±θ₂となる。同様に、光線110,107で決まる拡散角も±θ₂となる。

The optical mechanism is almost the same as that of the optical system of FIG. Now let's focus on the rays 109,110. Since the light rays 109 and 110 are incident on the end of the lens ₁ at an incident angle ± θ ₁ and pass through the intersection of the front focal plane of the lens 1 and the optical axis, the light rays 109 and 110 are parallel to the optical axis after passing through the lens 1. After passing through the lens 2, the light is condensed at the rear focal point on the optical axis of the lens 2. Therefore, the emission angles of the light beams 109 and 110 are ± θ ₂ . Next, focusing on the upper end point of the lens 1, the light beams 107, 108 and 109 are incident on the lens 2 from this one point. Since the lens 1 is installed on the front focal plane of the lens 2, the light beams 107, 108, and 109 are parallel to each other after passing through the lens 2. For the same reason, the rays 110, 111, and 112 are parallel to each other after passing through the lens 2. Therefore, the diffusion angle determined by the light beams 112 and 109 is ± θ ₂ , and the diffusion angle determined by the light beams 111 and 108 is also ± θ ₂ . Similarly, the diffusion angle determined by the light beams 110 and 107 is ± θ ₂ .

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.

(3a)式は、レンズ１のf₁とレンズ２のf₂を設定することにより、入射角度領域の大きさと出射拡散角度領域の大きさを互いに独立に制御できることを意味している。
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。

Equation (3a) means that the size of the incident angle region and the size of the exit diffusion angle region can be controlled independently of each other by setting f ₁ of the lens ₁ and f ₂ of the lens 2.
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 diffusion film 3 as shown in FIG.3 (d) will be obtained. This corresponds to claim 5, and the front and back surfaces are filled with a film medium. The front and back surfaces of the plano-convex lens corresponding to the lenses 1 and 2 on the front and back surfaces are on the air interface side. the optical axis to coincide as shown here on more than one arranged shape, the thickness of the film is determined by the focal length f ₂ of the lens 2 in the medium. The size of the lens is below the required resolution. According to this, a top hat type diffusion characteristic equivalent to that shown in FIG. When the top-hat diffusion characteristic is two-dimensional, the film double-sided shape is a microlens array shape, and the one-dimensional case is a lenticular lens array shape.

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 lenses 1 and 2 on the input side (incident side) and output side (outgoing side) coincide with each other. The effective portion of the lens principal plane exists in a region where the distance is d ₁ to d ₂ . That is, the lens 2 selects and uses only a part of the entire lens. Of course, it is possible to function even if only a part of the lens 1 is selected or only a part of each of the lenses 1 and 2 is selected.

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 lens 2 is selected. The distance between the main planes of the two lenses is f ₂ (f ₂ = f ₁ ). The mechanism of this optical system is basically the same as that of the optical system shown in FIG. Since only the vicinity of the optical axis of the lens 2 is not used, it is easy to change the incident angle of the beam incident on the optical system in FIG. 1A to the range where the lens 2 in FIG. The function is understandable. Due to the function of the optical system of FIG. 1, even if the incident angle is changed, the top hat diffusion characteristic does not change, and therefore the top hat diffusion characteristic of FIG. 5 does not change. Therefore, the top-hat diffusion characteristic on the emission side is a characteristic fixed within the same range of −θ ₁ to + θ ₁ as that of FIG. The optical system of FIG. 3 (a), if it is deformed similarly to the modification to FIGS. 5 (a) from FIG. 1 (a), in the same -θ ₂ ~ + θ ₂ in the range from that shown in FIG. 3 (b) It becomes a fixed characteristic.

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 lens 1 can pass through the lens 2. Therefore, the light beam 119 that is the center of the parallel beam with the light beams 113 and 116 as the upper and lower ends, and the light beams 115 and 118 as the upper and lower ends. It is determined by the incident angle of the light beam 120 that becomes the center of the parallel beam. Since the rays 119 and 120 pass through the center (node) of the lens 1, the direction does not change in the lens 1. Therefore, the incident angles of the light beams 119 and 120 are θ ₃ and θ ₄ represented by the following equations, as shown in the figure.

よって、この光学系にθ₃〜θ₄の範囲内の平行ビームを入射しても、図５（ｂ）の上部分に示すように、常に一定のトップハット的拡散特性が発現する。θ₃とθ₄は、ｄ₁とｄ₂によって制御できるため、θ1を固定したまま、つまり、出射拡散角度領域を固定したまま、独立に入射角度領域を制御できることを意味している。

Therefore, even if a parallel beam in the range of θ ₃ to θ ₄ is incident on this optical system, a constant top-hat diffusion characteristic is always exhibited as shown in the upper part of FIG. Since θ ₃ and θ ₄ can be controlled by d ₁ and d ₂ , this means that the incident angle region can be controlled independently while θ 1 is fixed, that is, the outgoing diffusion angle region is fixed.

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 diffusion film 3 as shown in FIG.6 (d) will be obtained. This corresponds to claim 6 and the front and back surfaces are filled with a film medium. The front and back surfaces of the front and back are plano-convex lenses (parts) corresponding to the lenses 1 and 2, respectively. Is a shape in which a plurality of optical axes coincide with each other on the air interface side, and the thickness of the film is the focal length f ₂ of the lens 2 in the medium. The size of the lens is below the required resolution. According to this, a top-hat type diffusion characteristic equivalent to that shown in FIG. When the top-hat diffusion characteristic is two-dimensional, the film double-sided shape is a microlens array shape, and the one-dimensional case is a lenticular lens array shape.

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 lenses 1 and 2 on the input side (incident side) and output side (exit side) are shifted from each other by a distance a. The distance between the main planes of the lenses 1 and 2 is the focal length f ₂ of the lens ₂ (assuming that f ₂ = f ₁ ). The mechanism of this optical system is basically the same as that of the optical system in FIG.

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 lenses 1 and 2. Since this light beam is focused on the center (node) of the lens 2, the direction of the light does not change in the lens 2. Therefore, from the figure, the outgoing angles θ ₅ and θ ₆ of the light beams 123 and 126 are given by the following equations.

次に、レンズ１への入射角が変化した場合を考える。レンズ１の上端点に着目する。この点から光線121,122,123がレンズ２へ入射しているが、レンズ１はレンズ２の前焦点面に設置されているので、光線121,122,123はレンズ２を通過後互いに平行となり、それらの出射角は全てθ₅となる。同様に、レンズ１の下端点に着目すると、光線124,125,126は、レンズ２通過後は互いに平行になるから、それらの出射角は全てθ₆となる。

Next, consider a case where the incident angle to the lens 1 changes. Attention is paid to the upper end point of the lens 1. From this point, the light rays 121, 122, 123 are incident on the lens 2, but since the lens 1 is placed on the front focal plane of the lens 2, the light rays 121, 122, 123 become parallel to each other after passing through the lens 2, and their exit angles are all θ. ₅ Similarly, paying attention to the lower end point of the lens 1, the light rays 124, 125, and 126 become parallel to each other after passing through the lens 2, so that their emission angles are all θ ₆ .

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 θ 1 by adjusting the optical axis deviation amount a.
In order to make the optical system of FIG. 7 (a) into one film, a space between a plurality of lenses 1 and 2 arranged in the vertical direction is filled with a film medium (the same material as the lens), and the surface shape of both surfaces of the film is The lens array may be formed by an array on the convex side of the plano-convex lens portion with one surface being the lens 1 and the other surface being the lens 2 (FIGS. 2D, 4D, and 6D). ), But the illustration is omitted). The thickness of the film is the focal length f ₂ of the lens 2 in the medium. The optical axes of the lens 1 and the lens 2 are shifted by a. The size of the lens is below the required resolution. According to this, a top hat type diffusion characteristic equivalent to that of FIG. 7B is obtained. When the top-hat diffusion characteristic is two-dimensional, the film double-sided shape is a microlens array shape, and the one-dimensional case is a lenticular lens array shape.

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 claims 4 to 6, the lens on the incident side is of a total reflection type (that is, of a surface shape in which light incident into the lens from a predetermined incident angle region is totally reflected on the inner surface of the lens). (Corresponding to claim 7) or coating a part of the lens surface forming the microlens array shape or the lenticular lens shape on the incident side of the diffusion film according to any one of claims 4 to 6 with a reflection medium (Corresponding to claim 8), if the incident-side surface shape is converted into a reflection-type optical element array shape, the above-mentioned top-hat diffusion characteristics can be expressed even for a larger incident angle. It is expected to contribute to further thinning.

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 claims 1 to 8, which has been described so far, has a lens shape on both surfaces of the film, and accuracy is required for mutual alignment between one surface shape of the both surfaces and the other surface shape. It is. In this respect, in the diffusion film according to the ninth aspect, since the surface shape for realizing diffusion is formed only on one side of the film, the alignment is not required at all, and the manufacturing is excellent.

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 claim 8, wherein the surface shape formed on only one side of the film to realize diffusion is a shape of an optical element array in which a lens and a mirror are combined. As in 4 to 6, since the incident angle region and the outgoing diffusion angle region can be controlled independently from each other in size and direction, the oblique incident light with a larger incident angle is added to the advantage of excellent manufacturability. Can be diffused and emitted in a desired direction and size range, and therefore can be applied to the screen of an ultra-thin rear projection display and the like very advantageously.

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 lens 1. Examples of this basic optical system are shown in FIGS. 8A to 8F.

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 parabolic mirror 4D is used as an alternative to the lens 2 in FIG. 1 will be described.
As in FIG. 1, the focal length of the lens 1 is f ₁ . The 90 ° non-axis parabolic mirror 4D has a quadratic function described by the equation: y = (1 / (4f ₂ )) x ² in the xy coordinate system (the origin O is called Vertex) in the figure. The xy coordinate system is set so that the focal point F (0, f ₂ ) of the paraboloid is at the center of the lens 1. The distance between the focal point F and the origin O of the paraboloid is called PFL (Parent Focal Length), here a PFL = f _2. In the case of 90 ° non-axis, the y-axis of the paraboloid coordinate system is set to be included in the principal plane of the lens 1. Further, the focal length f ₁ of the lens ₁ is matched with the REFL (Reflected Effective Focal Length;) of the 90 ° non-axis paraboloidal mirror 4D.

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 lens 1 are first considered. These rays are condensed at an intersection C between the rear focal plane of the lens 1 and the optical axis of the lens 1. Since this point C is exactly on the 90 ° non-axial parabolic mirror 4D, the principal ray 8-5 changes its direction by 90 ° and is reflected, and at this point C, relative to the optical axis of the lens 1 (ie, the principal ray 8). The light rays 8-4 and 8-6 that are incident at ± θ ₁ are also ± 5 with respect to the principal ray 8-5 whose direction is changed by 90 ° by the 90 ° non-axial parabolic mirror 4D. Reflected at θ ₁ . Therefore, a parallel beam parallel to the optical axis of the lens 1 and having the light beams 8-4 and 8-6 at the upper and lower ends is diffused by ± θ ₁ by changing the 90 ° direction as in the optical system of FIG. .

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 lens 1 at θ ₁ from above and light beams 8-7 and ₈ that are incident at θ ₁ from below. Consider 8,8-9. Consider principal rays 8-2,8-8 of the center of the collimated beam coming incident at the ± theta _1. Since these lights pass through the center (node) of the lens with respect to the lens 1 on the incident side, the direction of the light does not change. For the 90 ° non-axis parabolic mirror 4D, the principal rays 8-2 and 8-8 are incident from the optical axis direction of the lens 1 because they pass through the focal point F (0, f ₂ ) of the paraboloid. It will be reflected parallel to the principal ray 8-5 of the beam. Therefore, even if light incident at ± θ ₁ is diffused by this optical system, the principal ray of the diffused light coincides with the principal ray of light diffused at ± θ ₁ that is the output of 0 ° incident light. ing.

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 lens 1. Now, it is assumed that the upper and lower ends of the lens are in the vicinity of the focal point F (0, f ₂ ) of the 90 ° non-axial parabolic mirror 4D. Therefore, the light beams 8-1, 8-4, and 8-7 emitted from the upper end of the lens to the 90 ° non-axial parabolic mirror 4D are substantially parallel to each other after being reflected by the 90 ° non-axial parabolic mirror 4D. Light. Since the light ray 8-4 is emitted at an angle of + θ ₁ with respect to the y axis, the light rays 8-1 and 8-7 are also emitted at an angle of + θ ₁ with respect to the y axis. If a similar argument is made for the light beams 8-3, 8-6, and 8-9 emitted from the lower end of the lens to the 90 ° non-axial parabolic mirror 4D, these light beams are also 90 ° non-axial parabolic mirror 4D. After being reflected by the light, the light becomes substantially parallel to each other. Since light 8-6 it is emitted at an angle of - [theta] ₁ with respect to the y axis, will be emitted at an angle of - [theta] ₁ with respect to substantially y-axis also light 8-3,8-9.

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 parabolic mirror 4D is used in place of the lens 2. 8A, 8B, 8C, 8E, and 8F show the basic configuration of the optical system in some cases using a non-axis parabolic mirror whose non-axis angle is other than 90 °. Among these basic configurations, when an ultra-thin rear projection system is considered, an important configuration is a configuration using a 100 ° non-axial parabolic mirror 4F shown in FIG. 8F. As shown in FIG. 8G, when the chief ray angle with an incident angle of 80 ° is considered with respect to the screen 20, the system using a 100 ° non-axial parabolic mirror emits the normal direction of the screen. This is because it can coincide with the direction of the principal ray of the diffused light (preferably non-axial angle = 90 ° −incident angle + 90 ° = 180 ° −incident angle). Therefore, in the case of an ultra-thin rear projection system that operates at an oblique incidence of 70 ° to 90 °, a system using a 110 ° to 90 ° non-axial parabolic mirror is suitable.

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 parabolic mirror 4F shown in FIG. 8F is shown in more detail in FIG. 8F1. This is basically the same operating principle as the optical system of FIG. 8D1. The structural difference is that the y-axis of the 100 ° non-axial parabolic mirror 4F is inclined 10 ° with respect to the main plane of the lens 1.
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 claims 2 and 3 by the optical system shown in FIGS. 8A to 8F will be described. As is clear from FIGS. 8D1 and 8F1 in which the light beam is described in more detail, the size of the input angle region and the angle in the center direction of the input region are controlled by a quadratic function y in the installation range of the non-axial parabolic mirror to be used. It can be controlled by which part of = (1 / (4f ₂ )) x ² is used. 8A to 8F, 8D1, and 8F1 are all set so that the focal point of the non-axial parabolic mirror 4 is the center (node) of the lens 1. By shifting within the lens principal plane and shifting the optical axis, the range of the non-axis parabolic mirror to be used can be fixed and the angle in the center direction of the input angle region can be controlled (not shown). .

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 lens 1 can be controlled by the focal length f ₁ and the diameter d. In addition, the control of the angle in the center direction of the exit diffusion angle region is such that the direction of the principal ray, which is the center direction of the diffused light, is always parallel to the y axis of the non-axial parabolic mirror regardless of the incident angle. If the direction of the axis is controlled, it can be controlled independently of the incident angle region. In the above description, it has been shown that the functions of claims 1 to 3 can be realized by the optical system shown in FIGS. 8A to 8F, 8D1, and 8F1.

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 lens 1 and the non-axial parabolic mirror 4 exist only on one side (incident side) of the diffusion film.

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 lens 1 and the non-axial paraboloidal mirror 4 are combined on one side of the film is mounted (corresponding to claim 10), a shape as simple as possible is advantageous in manufacturing. Therefore, the space between the lens 1 and the non-axial parabolic mirror 4 is filled with a film medium to form one device shape. The non-axis parabolic mirror 4 can be operated only with the surface shape if it is designed to satisfy the total reflection condition. When the total reflection condition is not satisfied, the same operation is possible if the reflecting surface is covered with a reflecting medium such as an aluminum coat or a silver coat (corresponding to claim 11).

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 lens 1 on the input side is easily manufactured as a spherical lens, and a part of the upper half of the hemispherical lens is used. First, the input hemisphere lens is analyzed. FIG. 9 shows an operation of a part of the upper half of the hemispherical lens 5. The hemispherical lens 5 has a refractive index of n ₂ , and the right side of the hemispherical lens 5 is a medium (film) having a refractive index of n ₂ . The left side of the hemispherical lens 5 is a medium (air) having a refractive index n ₁ . Set the origin O of the xy coordinate system at the center of the hemisphere. The x axis is the lens optical axis. Light rays 9-1 and 9-2 are light incident parallel to the optical axis. Ray 9-1 is refracted at the intersection A with the surface of the hemispherical lens, and intersects the x-axis and the point A ′. Similarly, the light ray 9-2 is refracted at the intersection B with the surface of the hemispherical lens, and intersects at the x-axis and the point B ′. Also, the point of intersection between the x-axis and the hemispherical lens surface is taken as point C.

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} = θ 21, ∠OAA '= θ 12, ∠OBB' When _{= θ 22, ∠AA'O = θ 11} -θ 12, ∠BB'O = θ 21 the -θ _22. When Snell's law is applied to points A and B, the following equation is established.

△OAA'と△OBB'に正弦定理を適用すると、次式が成立する。

Applying the sine theorem to △ OAA 'and △ OBB', the following equation holds.

ここで、ｒは半球レンズの球面の半径、f₁は線分OA’の長さ、f₂は線分OB'の長さである。(7),(9)式より、次式が成立する。

Here, r is the radius of the spherical surface of the hemispherical lens, f ₁ is the length of the line segment OA ′, and f ₂ is the length of the line segment OB ′. From the equations (7) and (9), the following equation is established.

(8),(10)式より、次式が成立する。

From the equations (8) and (10), the following equation is established.

光線9-1が半球レンズ表面で屈折した後の方程式は、θ₁₁，ｎ₁，ｎ₂，ｒが決まれば、(11),(12)式のf₁とθ₁₂を用いて次式で表せる。

The equation after the light ray 9-1 is refracted on the surface of the hemispherical lens is as follows using θ ₁ , θ ₁₂ , and f ₁ and θ ₁₂ when θ ₁₁ , n ₁ , n ₂ , and r are determined. I can express.

同様に光線9-2についても次式で表せる。

Similarly, the ray 9-2 can be expressed by the following equation.

(15),(16)式を連立させて解くと、光線9-1と光線9-2との交点座標(x_f,y_f)が導出でき、次式で表せる。

By solving the equations (15) and (16) simultaneously, the intersection coordinates (x _f , y _f ) of the light beam 9-1 and the light beam 9-2 can be derived and expressed by the following equations.

半球レンズ５において、光線9-1,9-2の間の部分のみを使用することを考えると、(17),(18)式が、同レンズの焦点座標を与えることになる。今、光線9-1,9-2の間の中央の主光線が半球レンズ表面に対し、入射角がほぼ45°となる部分を考える。この入射角45°に対し、±5°の範囲を考えると、光線9-1の半球レンズ表面に対する入射角θ₁₁＝40°、光線9-2の半球レンズ表面に対する入射角θ₂₁＝50°となる。ｎ₁＝1.0（空気の屈折率）、ｎ₁＝1.5（ガラス又はフィルム媒体の屈折率）とすると、(17),(18)式より、x_f＝1.10ｒ,y_f＝0.155ｒとなる。以上の結果より、レンズ表面に対し45°の入射角近傍で、球面レンズの焦点は、入射側の球面を出射側まで考えた場合、この球面と、入射光と平行で球の中心を通る光軸との交点近傍に存在することになる。

Considering that only the portion between the light rays 9-1 and 9-2 is used in the hemispherical lens 5, the equations (17) and (18) give the focal coordinates of the lens. Now, let us consider a portion where the central chief ray between the light rays 9-1 and 9-2 is approximately 45 ° with respect to the hemispherical lens surface. Considering the range of ± 5 ° with respect to this incident angle of 45 °, the incident angle θ ₁₁ = 40 ° with respect to the hemispherical lens surface of the light ray 9-1 and the incident angle θ ₂₁ = 50 ° with respect to the hemispherical lens surface of the light ray 9-2 It becomes. Assuming that n ₁ = 1.0 (refractive index of air) and n ₁ = 1.5 (refractive index of glass or film medium), x _f = 1.10r, y _f = 0.155r from the equations (17) and (18). . From the above results, in the vicinity of the incident angle of 45 ° with respect to the lens surface, the focal point of the spherical lens is that light passing through the center of the sphere in parallel with the incident light when considering the incident side spherical surface to the output side. It exists in the vicinity of the intersection with the axis.

図８Ａ〜図８Ｆに示す光学系を機能させるには、この焦点位置(x_f,y_f)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 parabolic mirror 4F). In the same figure, rays 10-1 and 10-2 are shown when the incident angles are 20 ° and 70 ° with respect to the surface of the spherical lens 6, respectively.

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 film medium 11, arranged as a two-dimensional array, and provided with a black mask 23 for measures against external light, This is an example of design. This example is also the example of Claim 12. 11A is a rear view of the screen, and FIG. 11B is a cross-sectional view. With a large oblique incidence from the optical engine X, an image is formed on the back surface (back surface) of the screen 20. The screen 20 has the function shown in FIG. 8F1, and does not depend on the incident angle with respect to light having an incident angle different from the polar angle and the azimuth angle. FIG. 11 shows that a top-hat characteristic that faces the normal direction of the surface can be expressed.

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 screen 20 constituted by the new D-film 3 can realize the function required for the screen only by the surface shape of one side, so that the image is hardly blurred and a high-resolution image display is possible. Become. Further, in this screen 20, the backscattering generated in the screen composed of a normal diffusion film does not occur. In addition, as shown in the figure, a black mask 23 on the back of the screen and an antireflection film 24 on the screen surface. Even in a bright environment, most of the outside light is absorbed, and high-contrast image display can be expected. The advantages of the screen 20 constituted by the new D-film 3 are schematically shown in FIG. This is the end of the description of the best mode of the diffusion film according to claims 9 and 10.

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 claims 1 to 11 is applied as a screen to a rear projection system (rear pro for short) or the like, it is necessary to take measures against external light in order to obtain a high-contrast image display in a bright environment. There is a black mask as one means for countermeasures against this external light. This black mask is also effective for the diffusion film of the present invention. Basically, when the diffusion film of the present invention is incorporated into a system and operated, if a black mask can be installed on all surfaces through which light does not pass, a very large external light countermeasure effect can be expected. In particular, the diffusion film (screen) of the present invention has a device surface in the vicinity of the focal plane of two lenses. Therefore, if a black mask is attached to the surface of this surface through which light does not pass, the effect is very high. large.

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 black mask 23 is added to the diffusion film 3 using the diffusion film 3 according to claims 1 to 8 as a screen 20 for a rear pro, respectively. A film obtained by adding a black mask 23 to the diffusion film 3 is shown. In addition, in the example shown in FIG. 11 as an example in which a black mask is added to the diffusing film according to claims 9 and 10, the reflective surface of the non-axial parabolic mirror does not have a black mask. As shown in the example of FIG. 14, there is no problem even if a black mask is added to the surface where the light beam is not reflected. Therefore, on this surface, the entire surface excluding the hole 25 of the pinhole-like black mask is provided. A black mask 23 can be added. Therefore, further external light countermeasure effects can be expected.

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 lenses 1 and 2 having the same optical axis in the incident side lens 1 and the outgoing side lens 2, whereas the primary fixed top In the hat-like diffusion, the lenses 1 ′ and 2 ′ which are adjacent to the lenses 1 and 2 on the entrance side and the exit side, respectively share the main plane with the lenses 1 and 2, and share the optical axis with each other. In the optical system added to 1 and 2, it is expressed by the light passing through the two lenses 1 and 2 ′.

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 lenses 1 and 2 'is almost the same as that of the optical system shown in FIG. Lenses 1 'main plane distance between each other, the lens 2' is the focal length f ₂ of the. In FIG. 15, this f ₂ is made to coincide with the focal length f ₁ of the lens 1. Consider now rays 15-3 and 15-6 incident in parallel to a straight line connecting two points, which are the centers (nodes) of the lenses 1 and 2 '. Since these light rays pass through the lens 1 and are condensed on the center (node) of the lens 2 ′, the light direction is emitted from the lens 2 ′ without changing. From the figure, the emission angle of ray 15-3 is

であり、光線15-6の出射角は、図より、

From the figure, the emission angle of ray 15-6 is

である。
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（＝−θ_1-1）に等しく、光線15-5,15-7の出射角は光線15-6の出射角（＝−θ_1-0）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、−θ_1-1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、−θ_1-0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、−θ_1-1〜−θ_1-0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、−θ_1-1〜−θ_1-0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。

It is.
Next, attention is paid to light rays 15-2, 15-3, and 15-4 from the upper end of the lens 1 toward the lens 2 ′. Since these light rays are emitted from the same point in the front focal plane of the lens 2 ′, they are parallel to each other after passing through the lens 2 ′. Similarly, the rays 15-5, 15-6, and 15-7 from the lower end of the lens 1 to the lens 2 ′ are also emitted from the same point in the front focal plane of the lens 2 ′, so that they pass through the lens 2 ′. They are parallel to each other. Therefore, the exit angles of the rays 15-2 and 15-4 are equal to the exit angle of the ray 15-3 (= −θ _1-1 ), and the exit angles of the rays 15-5 and 15-7 are the exit of the ray 15-6. It is equal to the angle (= −θ _1-0 ). From the figure, the incident angle of the light rays 15-2 and 15-5 incident parallel to the straight line connecting the center (node) of the lens 1 and the lower end of the lens 2 ′ is −θ _1-1 , and the center of the lens 1 ( The incident angle of rays 15-4 and 15-7 incident in parallel to the straight line connecting the upper end of the lens 2 ′ and the lens 2 ′ is −θ _1-0 from the figure. Accordingly, the parallel light incident on the optical system in which the incident side lens 1 and the outgoing side lens 2 ′ are paired from within the incident angle region of −θ _1-1 to −θ _1-0 depends on the incident angle. In addition, the top-hat diffusion characteristic fixed in the emission diffusion angle region of −θ _1-1 to −θ _1-0 is exhibited. The above is the mechanism by which the primary fixed top-hat diffusion characteristic of FIG.

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.

又、ｎ次固定トップハット的拡散特性の出射角度θout-nの範囲すなわち出射拡散角度領域は、次式で表される。

Further, the range of the emission angle θout-n of the nth-order fixed top hat diffusion characteristic, that is, the emission diffusion angle region is expressed by the following equation.

(19),(20)式より、n-1次固定トップハット的拡散における入射角度領域,出射拡散角度領域の上限値は、ｎ次固定トップハット的拡散における対応（同名の）領域の下限値と完全に一致しており、入射角度領域，出射拡散角度領域のそれぞれが、n-1次とｎ次とで互いに重複することなく、かつ、とぎれることもないことがわかる。これが請求項１４での限定特性である。この特性は、請求項３，６に記載の拡散フィルムにも付与でき、複数の入射角度領域の中心方向の角度と、複数の出射拡散角度領域のそれとを、互いに独立に制御可能である。

From equations (19) and (20), the upper limit value of the incident angle region and the outgoing diffusion angle region in the n-1st order fixed top hat type diffusion is the lower limit value of the corresponding (same name) region in the nth order fixed top hat type diffusion. It can be seen that the incident angle region and the outgoing diffusion angle region do not overlap with each other in the n−1 order and the n order, and are not interrupted. This is the limiting characteristic in claim 14. This characteristic can also be imparted to the diffusion film according to claims 3 and 6, and the angle in the center direction of the plurality of incident angle regions and that of the plurality of outgoing diffusion angle regions can be controlled independently of each other.

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 claims 2 and 5 can also be given the limiting characteristics of claim 14, but in this case, if NA on the incident side <NA on the outgoing side, then there will be overlap in the outgoing diffusion angle region. On the contrary, if NA on the incident side> NA on the outgoing side, then there will be a break in the outgoing diffusion angle region. This is the end of the description of claim 14.
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 mirror 30 is installed in the center between the lens main planes on the input side and the output side. According to this, because of the action of the mirror 30, the lens on the input side also becomes the lens on the output side, and only the surface shape on one side of the film exhibits the limiting characteristics of claim 14, so the lens light on the front and back sides of the film The alignment of the shaft is unnecessary, and the manufacturing becomes very easy.

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 screen 20 as shown in FIG. 16, there is an external light suppression function as a great advantage. As shown in the figure, this screen 20 is excellent in that there is no overlap between input / output angle regions (n-order input / output angle regions) of different n-th order fixed top hat diffusions and is completely quantized. When this characteristic is applied, a strong external light suppression function is exhibited. In other words, when the projector X is installed in the 0th-order input / output angle area and the image projected on the screen is viewed in this area, the projector light is uniformly diffused only in the 0th-order input / output angle area. On the other hand, outside light that exists outside the 0th-order input / output angle region never diffuses into the 0th-order input / output angle region, so that a high-contrast image can be viewed even in a bright environment. It is. When the projector is installed in the m-th order input / output angle region other than the 0th order, the same effect can be obtained if the image is viewed in the −m-th order input / output angle region.

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 screen 20 is for a front projection system capable of oblique incidence at a large angle. The function of the screen 20 is equivalent to that of FIG. 1, and a large-angle oblique incident light is condensed by a total reflection type reflector 18 having the same function as the lens 1 of FIG. The light is reflected by the mirror 30 and is focused on the main plane of the lens 19 having the same function as that of the lens 2 in FIG. 1 to develop a fixed top-hat diffusion characteristic. If the optical axis of the total reflection type reflecting mirror 18 and the optical axis of the lens 19 are made to coincide with each other, the fixed top-hat diffusion characteristic with the screen normal direction as the principal ray direction is always used regardless of the incident angle. To express. If the technology according to any one of claims 1 to 6 is applied to this screen, independent control on the input side and the output side with respect to the NA and the angle in the central direction can be realized. The black mask 23 added to the back surface of the film has a great effect on suppressing external light. This is the end of the description of the fifteenth aspect.

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.

請求項４に記載の拡散フィルムの機能の原理説明図である。It is a principle explanatory view of the function of the diffusion film according to claim 4. （ａ）〜（ｃ）は図１を補足する説明図、（ｄ）は請求項４に記載の拡散フィルムの概念図である。(A)-(c) is explanatory drawing which supplements FIG. 1, (d) is a conceptual diagram of the diffusion film of Claim 4. FIG. 請求項５に記載の拡散フィルムの機能の原理説明図である。It is principle explanatory drawing of the function of the diffusion film of Claim 5. （ａ）〜（ｃ）は図３を補足する説明図、（ｄ）は請求項５に記載の拡散フィルムの概念図である。(A)-(c) is explanatory drawing which supplements FIG. 3, (d) is a conceptual diagram of the diffusion film of Claim 5. FIG. 請求項６中の１つの要件の原理説明図である。It is a principle explanatory view of one requirement in Claim 6. （ａ）〜（ｃ）は図５を補足する説明図、（ｄ）は請求項６に記載の拡散フィルムの概念図である。(A)-(c) is explanatory drawing which supplements FIG. 5, (d) is a conceptual diagram of the diffusion film of Claim 6. FIG. 請求項６中のもう１つの要件の原理説明図である。It is a principle explanatory view of another requirement in claim 6. 請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、60°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。It is an example of the basic optical system used for the diffusion film of Claim 10, Comprising: It is a block diagram which shows arrangement | positioning using a 60 degree non-axial paraboloid mirror and a lens. 請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、120°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。It is an example of the basic optical system used for the diffusion film of Claim 10, Comprising: It is a block diagram which shows arrangement | positioning using a 120 degree non-axial paraboloid mirror and a lens. 請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、30°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。It is an example of the basic optical system used for the diffusion film of Claim 10, Comprising: It is a block diagram which shows arrangement | positioning using a 30 degree non-axial paraboloid mirror and a lens. 請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、90°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。It is an example of the basic optical system used for the diffusion film of Claim 10, Comprising: It is a block diagram which shows arrangement | positioning using a 90 degree non-axial paraboloid mirror and a lens. 図８Ｄの光学系の動作原理説明図である。It is an operation principle explanatory view of the optical system of FIG. 8D. 請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、150°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。It is an example of the basic optical system used for the diffusion film of Claim 10, Comprising: It is a block diagram which shows arrangement | positioning using a 150 degree non-axial paraboloid mirror and a lens. 請求項１０に記載の拡散フィルムに用いられる基本光学系の例であって、100°非軸放物面ミラーとレンズを用いた配置を示す構成図である。It is an example of the basic optical system used for the diffusion film of Claim 10, Comprising: It is a block diagram which shows arrangement | positioning using a 100 degree non-axial paraboloid mirror and a lens. 図８Ｆの光学系の動作原理説明図である。It is an operation principle explanatory view of the optical system of FIG. 8F. スクリーンへの入射角に対応した、該スクリーンに応用される請求項１０に記載の拡散フィルム中の非軸放物面ミラーの好適な非軸角度の説明図である。It is explanatory drawing of the suitable non-axis angle of the non-axis parabolic mirror in the diffusion film of Claim 10 applied to this screen corresponding to the incident angle to a screen. 半球レンズの動作（光学的挙動）原理説明図である。It is a principle explanatory view of operation (optical behavior) of a hemispherical lens. 請求項１０に記載の拡散フィルムの光学設計例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the optical design example of the diffusion film of Claim 10. 図１０の拡散フィルムを用いて構成したスクリーンの例を示す背面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。It is the rear view (a) and sectional drawing (b) which show the example of the screen comprised using the diffusion film of FIG. 新型D-filmで構成したスクリーン（リアプロ用）の長所を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the advantage of the screen (for rear pros) comprised with the new type D-film. 図４の拡散フィルムをリアプロ用スクリーンとして用いたものにブラックマスクを付加した例の一部を示す概略図である。It is the schematic which shows a part of example which added the black mask to what used the diffusion film of FIG. 4 as a screen for rear pros. 図５の拡散フィルムをリアプロ用スクリーンとして用いたものにブラックマスクを付加した例（請求項１２に対応）の一部を示す概略図である。It is the schematic which shows a part of example (corresponding to Claim 12) which added the black mask to what used the diffusion film of FIG. 5 as a screen for rear pros. 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る。It is a principle explanatory view of the nth order fixed top hat diffusion characteristic which expresses in the diffusion film according to claim 14. 請求項１５に記載の拡散フィルムの１例（フロントプロジェクションシステムへの適用例）を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one example (application example to a front projection system) of the diffusion film of Claim 15. 請求項１５に記載の拡散フィルムの１例（フロントプロジェクションシステムへの適用例；前例とは別形態）を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one example (application example to a front projection system; another form from the previous example) of the diffusion film of Claim 15.

符号の説明Explanation of symbols

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' Lens 3 Diffusion film (New D-film)
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 lens 1 of FIG.
19 Lens having the same function as lens 2 in FIG.
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)

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。   A diffusion film which diffuses incident light and emits it, wherein the diffusion is realized only by a surface shape and has a substantially constant top-hat diffusion characteristic regardless of an incident angle. 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。   The diffusion film according to claim 1, wherein the size of the incident angle region and the size of the outgoing diffusion angle region can be controlled independently of each other. 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。   The diffusion film according to claim 1 or 2, wherein the angle in the center direction of the incident angle region and the angle in the center direction of the outgoing diffusion angle region can be controlled independently of each other. 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。   The diffusion film according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface shape on both the incident side and the emission side is a microlens array shape or a lenticular lens shape. 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。   The size of the incident angle region and the size of the exit diffusion angle region are independent of each other 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 4, which is controllable. 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。   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 deviation of the optical axis in both the incident side microlens or lenticular lens and the exit side microlens or lenticular lens. The diffusion film according to claim 4 or 5, wherein the diffusion film can be controlled independently of each other by adjusting a selection range of the amount and the partial shape. 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。   The diffusion film according to any one of claims 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. 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。   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 claims 4 to 6 with a reflection medium. 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。   The diffusion film according to any one of claims 1 to 3, wherein a surface shape for realizing diffusion is formed only on one side of the film. 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。   The surface shape that realizes 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 control equivalent to the control according to any one of claims 4 to 6 is possible. The diffusion film according to claim 9. 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。   The diffusion film formed by coat | covering the mirror part in the optical element array shape of the diffusion film of Claim 10 with a reflective medium. 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。   The diffusion film according to any one of claims 1 to 11, wherein a part of the surface of one or both of the incident side and the outgoing side is covered with a black mask for measures against external light. the film. 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。   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 claim 1. 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。   There are a plurality of sets of incident angle areas and corresponding exit diffusion angle areas, each set of incident angle areas does not overlap with the other set, and each set of exit diffusion angle areas is the other set. It does not overlap, The diffusion film in any one of Claims 1-8 characterized by the above-mentioned. 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。   A diffusion film, characterized in that a reflection plate is added to the diffusion film according to any one of claims 1 to 14 to form a reflection type film. 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。 A projection system obtained by applying the diffusion film according to any one of claims 1 to 15 to a rear projection system or a front projection system.

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