JP2656770B2

JP2656770B2 - 透過型スクリーン

Info

Publication number: JP2656770B2
Application number: JP62180122A
Authority: JP
Inventors: 章伊東; 瑞夫岡田
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1987-07-21
Filing date: 1987-07-21
Publication date: 1997-09-24
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: KR890002693A; JPS6424241A; KR920006698B1; US4921329A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はリアプロジェクションTVまたはマイクロフィ
ルムリーダーなどに好適な透過型スクリーンに関する。

［従来の技術］透過型スクリーンはフィルム広告、投影されたテレビ
ジョン画像、ゲームスコアならびに他の表示目的のため
に広く用いられる。この種の透過型スクリーンは、観察
側から見た時に明るいように、また視野角が向上するよ
うに入射面あるいは出射面に所定のレンズ、を備えてい
るのが通常である。例えば、両面レンチまたはフライア
イなどを用いることはすでに公知である。そのような文
献には、例えば特開昭58−59436号、実公昭52−4932
号、実公昭55−130366号、特開昭57−81254号、特開昭5
7−81255号、特開昭58−108523号などがある。これらの
文献では、入射面、出射面ともに断面が円、楕円，放射
線、高次式などの一部で形成された凸型レンチキュラー
またはフライアイが用いられている。

また、単に出射面を平面または多角面に構成した製品
も一部で実用されてはいるが、凸型レンチキュラーまた
はフライアイを用いたものよりカラーバランスが劣る。

また、特に第５図に示すように赤色、緑色、青色、の
３本のブラウン管（CRT）100,101,102を横一列に並べ
て、各CRT画面をそれぞれレンズ103,104,105で投写し
て、スクリーン106上で合成する方式のいわゆるプロジ
ェクションTVにおいては、赤、緑、青の３色が別々の角
度から照射される構成がとられている。このような構成
では、緑を中央にして赤と青とはそれぞれかなりの角度
をもってスクリーンに入射してくる。その角度差はスク
リーンの中心点で緑と赤（第５図においてθ１）、緑と
青（第５図においてθ２）ともに８度前後の場合が多
い。このようなスクリーンでは、スクリーンの中心Ｏか
ら離れるに従って緑と赤、緑と青のそれぞれのなす角度
には差が生じる。このため、スクリーン上の画像を観察
する位置によって、また、スクリーン上の場所によって
色調の変化を生じやすい。つまりカラーバランスの保持
が難かしい。例えば、純白の画面をスクリーン上に写し
て検査すると見る位置によって、画面が純白ではなく、
紫色の場所が生じたり、赤や青系統の色が画面の一部ま
たは全面に生じたりすることが起こる。

第６図は上記のカラーバランスの問題点を解決するた
めに設計された透過型スクリーンの一構成例を示す断面
図である。

同図において、１は入射側に形成された楕円形状の入
射面レンズ、50は透明なスクリーン基材、２は観察側に
形成された出射面レンズ、３は出射面における非集光領
域に形成された台形状の突条であり、その突条３の上部
に外光吸収層４が形成されている。楕円状の入射面レン
ズ１及び出射面レンズ２の形状、基材の屈折率、両レン
ズの配置等の構成は使用するスクリーンの所望の特性に
応じて決定される。例えば、特開昭58−59436号公報に
おいては、入射面のレンチキューラレンズをその離心率
がレンズ媒質の逆数に等しい楕円面の長軸方向の凸面の
一部にて形成し、かつ入射面レンズより遠い方の前記楕
円面の焦点の位置に出射面レンズを設け、該レンズを前
記とほぼ同じ離心率の楕円面にて形成したスクリーンが
開示されている。

第７図は上記のような透過型スクリーンの入射面レン
ズ及び出射面レンズの配置が理想的な場合における光線
追跡の図である。すなわち、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤
（Ｒ）の光を投写したときの光線を示す図である。第７
図からわかるように、青，緑，赤の光は、出射面レンズ
光軸ｌと出射面レンズ２の交点Ｏ（即ち、出射面レンズ
２の中心）から図において、上下のＡ点,B点の範囲内に
ほとんど集中し、その集光領域範囲内から光が観察側へ
出射していることがわかる。

［発明が解決しようとする問題点］このような厳密な形状制御、配置制御等を要求される
透過型スクリーンにおいては、その製造は正確さが要求
されるが、第６図の構成のスクリーンでは例えば、入射
面レンズ、出射面レンズの曲率半径は、それぞれ0.6mm,
0.3mm程度が普通であり、その形状を厳密に維持するこ
とは一般的に難かしい。

スクリーンの精度誤差としては、入射面と出射面の厚
さの誤差による結像特性のずれ、入射面レンズ１と出射
面レンズ２の光軸のずれなどがあるが、この製造誤差は
以下のような問題点を生じる。

第８図は入射面レンズの形状に誤差が生じて、入射面
レンズ１の焦点距離が理想的な場合に比べて、＋10％に
なった場合の光線追跡図を示したものである。このよう
な場合、第７図のＡ点及びＢ点内の集光領域の外側の領
域において、入射側から入射した光の一部が臨界角を超
え、出射面から出射せず、入射側に全反射してしまう結
果となる。このような光は迷光となり、像の明るさを低
下させるばかりでなく、カラーバランス，画像の鮮鋭度
等を低下させることとなる。

また、その現象は出射面レンズの形状が正確でない場
合のみに生じるのではなく、入射面レンズと出射面レン
ズ間の距離が設計に比べて長い，或いは短かい場合にも
生じる。さらに、入射面レンズと出射面レンズとの光軸
がずれている場合にも生じる。

第９図は２つレンズの光軸が、入射面レンズのピッチ
Ｐに対して10％ずれている場合の光線追跡を行なった場
合を示した図である。この場合は、ずれの方向と反対の
領域で、臨界角を超え、全反射する現象が生じる。ま
た、出射面レンズの形状が楕円ではなく、放射線、高次
式で表わされるような断面で構成されていても、誤差に
よる全反射の問題は同様に生じる。

従来の透過型スクリーンはこのような設計誤差による
スクリーン特性の悪化に対しては有効な手段はなかった
のが実情であった。つまり、前記した従来技術では、表
裏両面レンズの僅かな位置ずれがあると前記の全反射現
象が生じ、画面の明るさ、色調など画質に異常が発生
し、満足すべきスクリーンは実現できなかった。

例えば、第６図の構成の透過型スクリーンにおいて
は、入射面レンズのピッチ幅ｐ＝1mmに設定すれば、横
方向に30μ、厚みに120μ程度の誤差があるとスクリー
ン性能において実用上問題となる。そのためスクリーン
の製造に際し、非常に高精度な成型設備を必要とし、そ
のような設備をもってしても、不良発生率が高く、歩留
りが悪くなる問題点があった。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、両面レンチ
型の透過型スクリーンにおいて裏表両面の位置関係が多
少ずれても光学的悪影響がほとんど出ない透過型スクリ
ーンを提供することを目的とする。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとし
て、複数の入射面レンズと該入射面レンズのそれぞれに対
応せる複数の出射面レンズとが形成されており、各入射
面レンズに入射した光を対応する出射面レンズから出射
させる透過型スクリーンにおいて、前記出射面レンズは、前記入射面レンズから到来する
光を全反射を生ずることなく屈折出射させるものであ
り、その断面形状において中央に位置する主領域とその
両側の補助領域とを有しており、前記主領域は前記補助
領域との境界においてスクリーン厚さ方向に対する傾き
角度の最小値をもち、前記補助領域のスクリーン厚さ方
向に対する傾き角度は前記主領域のスクリーン厚さ方向
に対する傾き角度の前記最小値と同一か又はそれよりも
大きい、ことを特徴とする透過型スクリーン、が提供される。

また、本発明によれば、複数の入射面レンズと該入射面レンズのそれぞれに対
応せる複数の出射面レンズとが形成されており、各入射
面レンズに入射した光を対応する出射面レンズから出射
させる透過型スクリーンにおいて、前記出射面レンズは、その断面形状において中央に位
置しスクリーン厚さ方向と直交する直線部とその両側の
凸型曲線部とからなっており、該凸型曲線部のスクリー
ン厚さ方向に対する傾き角度が前記入射面レンズから到
来する光を全反射を生ずることなく屈折出射させる様に
設定されている、ことを特徴とする透過型スクリーン、が提供される。

この本発明は、前記全反射の問題を検討した結果、主
に以下のような事項を見出したことにより生まれたもの
である。

第10図のような理想的に製造されたスクリーンにおい
て、前述したように、出射面レンズ２から出射する光
は、出射面レンズの集光領域15に集中し、カラーバラン
スの保持にはその部分の形状の正確さが要求される。ま
た、赤、緑、青の３色が別々の角度から照射される構成
がとられているプロジェクションTVにおいては、その角
度的制約のため、上記集光領域15は広がりを有し、全反
射現象は製造誤差による上記集光領域15の外側近傍に臨
界角を越える角度で入射した光（第８図，第９図の構成
では、入射面レンズ外側から入射した赤，青の光が相当
する）が引起こす。したがって、全反射現象を防ぐに
は、第10図において，前記集光領域15の外側の領域16,1
7のレンズの断面形状をそれぞれ赤、青の光に対して、
全反射しないように設定すれば、解決できることにな
る。これは、出射面レンズ２のその部分の線分の傾きを
ゆるくすることにより、換言すれば、構成上全反射の起
こりそうな光の出射面に対する入射角を大きくするよう
にその部分の出射面の傾きを設定することにより、達成
できる。

そのような設定の方法として、本発明者らは２つの方
法を考え出した。

１つは出射面レンズの断面形状はその集光領域15であ
る中心部を所定の曲線の一部で形成し、その両側部16,1
7は前記曲線と接し、かつゆるい傾きを有する直線部か
ら構成するものである。

他の１つは出射面レンズの中心部に水平線状をなす部
分を入射面レンズピッチの１〜10％程度の長さだけ設
け、その両側はこれと接して円、楕円、放射線、高次式
などの一部で形成される曲面を配置する方法である。つ
まり、本来中心部に配置されるべき曲面を少し、両側に
平行移動させることにより、全反射しやすい領域16,17
の傾きをゆるくするものである。

［作用］上記のような第１の方法の透過型スクリーンによれ
ば、たとえ、製造誤差によって光線の入射位置が変わっ
ても、該直線部は入射面レンズ及び出射面レンズの位置
関係が理想的なときの傾斜角よりもゆるやかに設計され
ているので、全反射して入射側へ光がもどるようなこと
は発生しない。

また、第２の方法の透過型スクリーンによれば、出射
面中央に平坦部を設け凸面を若干左右にずらせてあるの
で裏表のレンチが左右にずれたり、板厚が設計値と異な
ったりした場合でも、その部分の傾きは、元の状態に比
べゆるく全反射して入射側へ光がもどるようなことは発
生しない。

［実施例］以下、本発明の透過型スクリーンについて具体的な実
施例に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明の透過型スクリーンの第１実施例を示
す概略構成図である。

同図において、１は入射面レンズ、２は出射面レンズ
である。５は出射面レンズの光軸ｌの両側にある集光領
域15に設けられた曲線部、6,7はそれぞれ全反射しやす
い領域16,17に設けられた直線部である。曲線部５と直
線部6,7はそれぞれ接点A,Bで連設されている。また、そ
の接点は前述した集光領域15の両側近傍の所定位置に設
定されている。尚、本実施例において、曲線部５が本発
明でいう主領域に対応し、直線部6,7が本発明でいう補
助領域に対応する。また、本実施例において、光軸ｌの
方向がスクリーン厚さ方向であり、曲線部５が光軸ｌと
なす角度α及び直線部6,7が光軸ｌとなす角度βがそれ
ぞれ本発明でいう主領域及び補助領域がスクリーン厚さ
方向となす角度に対応する。

本実施例は前記のような構成からなっているので、裏
表のレンチが左右にずれたり、板厚が設計値と異なった
りした場合でも、出射面を光線が通過する場所の傾きは
直線部6,7のそれである。つまり表裏両面の位置関係が
理想的なときの光線通過部の最外周部における傾斜角が
続くので、比較的ゆるやかであって、全反射して入射側
へ光がもどるようなことは発生しない。

この直線部6,7の傾きと曲線部５との接点A,Bの決定の
仕方の一例についてさらに詳しく説明する。

第２図は出射面レンズ２の断面形状を拡大して示した
もので、10は出射面レンズ２の高次式などの曲線をその
まま延長した曲線である。第１図における曲線部５はこ
の曲線10の一部で形成されている。第２図において、15
は集光領域、16,17はスクリーンの精度が悪いときに曲
線10をそのまま用いたのでは全反射しやすい領域、また
A,Bは前記曲線部５と直線部6,7と接点であり集光領域15
の近傍に設けられる。第２図における曲線10のA,B点に
おける接線が第１図における直線部6,7となっている。
従って、直線部6,7は全反射しやすい領域16,17でその元
の曲線10に比べ、傾斜が緩やかになり（即ち光軸ｌの方
向に対する傾き角度が大きくなり）、全反射が防げるこ
とになる。

第３図は本発明の第２実施例を示す透過型スクリーン
を示す図である。

同図において、20は出射面レンズ２の中心部に設けら
れた水平線状をなす部分（以下、水平線部と称す）であ
る。該水平線部20は入射面レンズ１のピッチＰの１〜10
％程度設けられている。21,22はそれぞれ水平線部20の
両側に設けられた曲線部である。該曲線部21,22は本来
ならば、水平線部20がないときに光軸ｌをはさんで両側
に形成されるべき曲線部であり、該水平線部20と点C,D
において接している。尚、本実施例において、水平線部
20が本発明でいう直線部に対応し、曲線部21,22が本発
明でいう凸型曲線部に対応する。また、本実施例におい
て、光軸ｌの方向がスクリーン厚さ方向であり、水平線
部20が光軸ｌとなす角度は直角であり、曲線部21,22が
光軸ｌとなす角度γが本発明でいう凸型曲線部のスクリ
ーン厚さ方向に対する傾き角度に対応する。

水平線部20の長さつまり線分CDの長さを入射面レンズ
のピッチＰに対し１〜10％程度に設定した理由は次の通
りである。すなわち第７図の例で明らかなように、楕円
等の断面形状による凸型の入射面にR,G,B三色の光線が
集中角８度くらいで入射するとき、出射面２、における
集光領域ABの幅は入射面のピッチＰに対し約20％であ
る。水平線部20の長さは最大でもその半分程度に押えな
ければフラットな出射面と似たカラーバランスしか得ら
れないので最大を10％程度と設定した。

さらに詳しくいえば、出射面全体がフラットつまり水
平線状であるカラーバランスが悪い理由は、R,G,B三色
の出射光はＧ中心に集中角８度に近い角度差の別々の方
向を主軸とする光量分布をもつことになるからである。

これに対し、出射面がフラットでなく、凸カマボコ状
のときＧは出射面へ直角に入射面で集光された光が当た
り、光量分布の主軸も出射面と直角である。一方ＲとＢ
の光は、出射面の斜面へ入射面で集光された光が当た
り、適切な傾斜角が設定されているときにはプリズム作
用で肉の厚い方へ光が曲げられるので、結果としてＧと
同方向を主軸とする出射光の光量分布（配光特性）を実
現することが可能でカラーバランスが良好となる。この
点に関しては、特開昭58−59436号、特開昭58−134627
号などに開示されている。

さて、上記２つの特許などの例では出射面の断面形状
を楕円とし、その焦点の位置を入射面カマボコの頂点と
一致させたり、入射面カマボコの谷底同志の中間点に一
致させる考え方が示されており、入出射面の位置関係が
正確に設計通りときは上記した良好なカラーバランスが
実現できる。

しかし、入出射面相互の位置が横にずれたり、板厚が
過不足の場合、あるいは入出射面の曲率半径が狂った場
合には、出射面で全反射して迷光となったり、予期せぬ
方向へ進んだりして正しく出射しないので、光量分布、
カラーバランス、画像の鮮鋭度等の点で種々不具合を生
じる。

そこで本発明は点C,D間をフラット（水平線状）に
し、線分CDの分だけ本来の出射面のカマボコ状部を中心
で割って両側にずらし実質的にゆるやかな傾斜角の新た
な出射面を形成するのである。

その線分C,Dの長さの最小値としては、入出射面の位
置ずれ制御についての成形技術上、位置精度の緩和とし
て有意義な範囲の最小値として、１％程度、つまり入射
面のピッチＰ＝1m/mのとき線分C,Dの長さが10μ程度以
上はないと余り効果がないとして下限を定めたのであ
る。

つまり、本実施例は結果的に、理想的な場合に比べ、
水平線部20の分だけ曲線部が左右にずれた形になってい
る。このように構成すると、本来、全反射しやすい領域
にゆるい曲線が配置されていることになり、板厚が設計
値と異なったりした場合でも、全反射して入射側へ光が
もどるようなことは発生しない。また、曲線部21,22は
本来、最も特性がよくなるように計算されたものである
から、それを平行移動してもその移動に伴なう出射光の
出射特性は、期待した特性に極めて近いものとなる。よ
って、平行移動に伴なうスクリーン特性の悪化は、全反
射による特性の悪化に比べれば、実際上、無視できる程
度のものである。

これに対し、従来技術では表裏の位置がずれると、出
射面で理想位置の両側にある一段と急傾斜の部分を通過
する光線が発生し、出射面で全反射して入射側へもどっ
てしまい画面の明るさ、色調にアンバランスを生ずるこ
とになる。

第４図は第１図における第１実施例と第３図の第２実
施例を共にとりいれた構成のスクリーンを示したもので
ある。

すなわち、水平線部25の長さをピッチの６％以下に設
定し、その両側に曲線部26,27を配置し、そのまま両側
に直線部28,29を配置した構成のスクリーンである。図
中、Ｃ′,D′はそれぞれ水平線部25と曲線部26,27の接
点、E,Fはそれぞれ曲線部26,27と直線部28,29の接点を
示している。

第４図において線分Ｃ′Ｄ′の長さは、入射面のピッ
チＰに対し、１〜10％程度、さらにEF間の距離がＰに対
し略20％となるようにし、外側の直線部28,29の長さは
Ｐに対しそれぞれ１〜10％程度とするとよい。外側の直
線部28,29はやはり入出射面相互の位置関係のずれ、又
は曲率の狂いに対するゆとりの幅である。

本発明は前記実施例に限らず種々の変形が可能であ
る。

例えば、前記実施例では、入射面レンズ、出射面レン
ズ共に略楕円形状のものを示したが、両レンズはその断
面形状が円、放射線、高次式などの一部で形成された凸
型レンチキュラーまたはフライアイで構成しても良いこ
とは明らかである。

［発明の効果］以上、詳細に説明したように、本発明の透過型スクリ
ーンによれば、入射面レンズ及び出射面レンズの両面の
位置ずれに対する許容範囲が拡大したことになる。その
程度は、レンチ形状によっても差異があるが、数倍に達
することもある。しかも、本発明ではカラーバランスの
劣化はほとんどみられないので許容範囲が拡大する効果
のみを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による透過型スクリーンの構成を示す説
明図。第２図は第１実施例における直線部の取り方の一例を説
明する図である。第３図，第４図はそれぞれ本発明の第２実施例，第３実
施例の構成を示す説明図である。第５図はいわゆる３管式のプロジェクタTVの構成を示す
断面図である。第６図は両面にレンチキュラーレンズが設けられた構成
の透過型スクリーンを示す断面図である。第７図は第６図のスクリーンが理想的に製造された場合
の光線追跡図である。第８図及び第９図はそれぞれ第６図のスクリーンに位置
ずれが生じた場合の光線追跡図である。第10図は理想的に形成されたスクリーンの光線追跡を模
式的に示した図である。 1:入射面レンズ 2:出射面レンズ 5,21,22,26,27:曲線部 6,7,28,29:直線部 20,25:水平線部 15:集光領域 16,17:全反射しやすい領域

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の入射面レンズと該入射面レンズのそ
れぞれに対応せる複数の出射面レンズとが形成されてお
り、各入射面レンズに入射した光を対応する出射面レン
ズから出射させる透過型スクリーンにおいて、前記出射面レンズは、前記入射面レンズから到来する光
を全反射を生ずることなく屈折出射させるものであり、
その断面形状において中央に位置する主領域とその両側
の補助領域とを有しており、前記主領域は前記補助領域
との境界においてスクリーン厚さ方向に対する傾き角度
の最小値をもち、前記補助領域のスクリーン厚さ方向に
対する傾き角度は前記主領域のスクリーン厚さ方向に対
する傾き角度の前記最小値と同一か又はそれよりも大き
い、ことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項２】前記出射面レンズの断面形状は、前記主領
域が曲線状をなしており且つ前記補助領域が前記主領域
の両端と接する直線状をなしていることを特徴とする、
特許請求の範囲第１項記載の透過型スクリーン。
【請求項３】前記入射面レンズは凸型レンチキュラー又
は凸型フライアイであり、前記出射面レンズは、その断
面形状において前記主領域が曲線状をなし且つ前記補助
領域が前記主領域の両端と接する直線状をなす凸型レン
チキュラー又は凸型フライアイであることを特徴とす
る、特許請求の範囲第２項記載の透過型スクリーン。
【請求項４】複数の入射面レンズと該入射面レンズのそ
れぞれに対応せる複数の出射面レンズとが形成されてお
り、各入射面レンズに入射した光を対応する出射面レン
ズから出射させる透過型スクリーンにおいて、前記出射面レンズは、その断面形状において中央に位置
しスクリーン厚さ方向と直交する直線部とその両側の凸
型曲線部とからなっており、該凸型曲線部のスクリーン
厚さ方向に対する傾き角度が前記入射面レンズから到来
する光を全反射を生ずることなく屈折出射させる様に設
定されている、ことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項５】前記直線部の長さは入射面レンズピッチの
１〜10％の範囲内であることを特徴とする、特許請求の
範囲第４項記載の透過型スクリーン。
【請求項６】前記凸型曲線部の外側には該凸型曲線部の
外側端と接する直線状部分が形成されていることを特徴
とする、特許請求の範囲第４〜５項のいずれかに記載の
透過型スクリーン。
【請求項７】前記入射面レンズは凸型レンチキュラー又
は凸型フライアイであり、前記出射面レンズは凸型レン
チキュラー又は凸型フライアイであることを特徴とす
る、特許請求の範囲第４〜６項のいずれかに記載の透過
型スクリーン。