JP2996779B2 - 背面投写スクリーン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スクリーンの背面に対
して赤、緑、青のＴＶ画像を投写するための互いに隣接
して設置された３台のＴＶプロジェクタを有する投写装
置に主として利用される背面投写スクリーンに関し、特
に、後方から入射する光のために凸レンズとして形成さ
れ且つ垂直方向に延びる後ろ向きのレンズ要素を後部
に、この後ろ向きレンズ要素に対向するストライプ形成
部をその間に有し且つ垂直方向に延びるマスキング・ス
トライプを前部に有するスクリーンより成る背面投写ス
クリーンに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、後ろ向きレンズ要素は、その焦点
距離が（スクリーンを通る水平断面図で見て）後ろ向き
レンズ要素の最高位部分とストライプ形成部との間をス
クリーン表面に対して垂直に測定した距離に一致するよ
うに形成されている。これは、当該レンズをやはり平面
図で見て楕円若しくは楕円状の肥大部分として形成する
ことにより達成される。従って、これらの公知のレンズ
要素は、スクリーン面に対して垂直に且つ平行に入射す
る後方からの光を、前向きの凸レンズとして形成可能な
ストライプ形成部の中央に合焦する特徴を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】後ろ向きレンズ要素の
最高位部分に入射するそうした平行光線は、ほとんどそ
のままスクリーンを通過する。スクリーンを通過すると
きのエネルギー損失はほんの僅かなので、これらの光線
はストライプ形成部の出力光パターンにおいて優位を占
める。一方、後ろ向きレンズ要素の側面部分に入射する
光線は、スクリーンを通過するとき相当大きなエネルギ
ー損失を被る。これは、これらの光線が比較的大きな入
射角で側面部分の表面に入射することにより、かなり大
きな反射が生じるという事実による。前述したように凸
レンズとして形成可能なストライプ形成部にそうした光
線が後方から入射する場合でも、入射角が大きくなるの
で同様のことが言える。後者の場合の反射損失は、スク
リーンに入射する光線に起因する反射損失より大きい。
これは、後者の場合、光線が屈折率の大きい材料から小
さい材料へと（スクリーン材料から空気中へと）進むた
めである。後ろ向きレンズ要素のスクリーンの中央平面
に近接した側面部分に入射する上記光線が、約５０％の
エネルギー損失を被ることは概して想像されるところで
ある。その結果、スクリーンの背面に投写された画像
は、スクリーンの側方から斜めに画像を見る視聴者よ
り、スクリーン正面の直角方向に位置する視聴者に対し
て、より鮮明なものとして照射される。技術的に言え
ば、このスクリーンが明瞭な「ピークゲイン」を有して
いることになる。

【０００４】よって、本発明の目的は、正面直角方向か
ら見ても、側面から斜めに見ても、ほぼ同一の光の強度
を有するスクリーン画像が得られるスクリーンを提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、後ろ向きレンズ要素の頂部部分の焦点距離を、後
ろ向きレンズ要素の側面部分の焦点距離より短くし、更
に、その頂部部分の焦点距離を、スクリーン面に対して
垂直方向に測った後ろ向きレンズ要素の最高位部分とス
トライプ形成部との間の距離より短くすることにより達
成される。

【０００６】

【作用】これにより、後方から後ろ向きレンズ要素の頂
部に入射し且つスクリーン表面に対して垂直に進む光線
は、ストライプ形成部を出る前にスクリーン材料内で互
いに交差する。ストライプ形成部が平面であるならば、
当該光線がより屈折率の大きな材料からより小さい材料
へ進むために、この拡散は更に強められることになる。
ストライプ形成部を前向きの凸レンズとして形成するな
らば、頂部部分の焦点を前向きのレンズとそれらの焦点
の間に設定することにより、一層拡散を加速できる。こ
れは前向きレンズが凹レンズとして機能するためであ
る。しかしながら、頂部部分と前向きの凸レンズの焦点
距離を、２つのレンズの焦点が同一になるように選定す
ることもできる。従って後者の場合、前向きの凸レンズ
は、後ろ向きレンズ要素の頂部部分に入射する平行光線
の拡散に影響を与えることはない。

【０００７】明瞭な「ピークゲイン」を生じる光線の拡
散は上述した構造により生じるので、これは避けること
ができる。そして、出力光に関して水平方向へのエネル
ギー拡散が改善される結果、スクリーンを正面から真っ
直ぐ見る視聴者でも、スクリーンを斜め前方から見る視
聴者でも、ほぼ同一の照度で投写された画像を受容する
ことができる。換言すれば、横方向の視聴状態を改善し
たスクリーンが形成されたことになる。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説
明する。

【０００９】図１の符号１、２、３は、投写スクリーン
４の背面に対してＴＶ画像の投写を行う３台のプロジェ
クタを示している。各プロジェクタは白黒のＴＶ画像を
投写するが、プロジェクタ１の前にはこのプロジェクタ
がスクリーン４に投写する画像が赤になるようにフィル
タが置かれる。プロジェクタ２の前にはこのプロジェク
タがスクリーン４に投写する画像が緑になるようにフィ
ルタが置かれ、プロジェクタ３に対してはこのプロジェ
クタの画像が青になるようにフィルタが用いられてい
る。これらの３色をそれぞれＲ，Ｇ及びＢで表す。３台
のプロジェクタ１、２、３は、スクリーンの中央に対し
て直角をなす中央のプロジェクタの光軸７と並んで設置
されている。各プロジェクタは横方向に広がりを有して
いるので、光軸６及び８が軸７と合わさるように設置す
ることはできず、代わりに、３本の光軸が隣同士で７°
の角度を形成する。これらの７°の角度をそれ以上小さ
くすることは、プロジェクタの大きさのために困難であ
る。一方、一層強力なプロジェクタが開発され横方向の
機能が向上した結果、７°という上記角度は１０°まで
拡大することができる。光軸はスクリーン４の中央に向
けられ、スクリーン４の背面に投写される画像ができる
だけ互いを覆うようにプロジェクタは構成される。それ
により、視聴者はカラーＴＶ受像管により生成される画
像に対応した、しかもより質が高くサイズの大きい画像
を、スクリーンの前面から見ることができる。図１の曲
線の枠は、視聴者の位置を示す。

【００１０】図１に示すスクリーンは２枚のスクリー
ン、即ち前部スクリーンＡ、及び後部スクリーンＢより
なる。「前部」とは視聴者の位置に最も近いことを意味
し、同様にスクリーン表面について「前面」と「背面」
という場合には、それぞれ視聴者の位置を向いたシート
と背にしたシートを意味する。

【００１１】前部スクリーンＡの前面は、マスキング・
ストライプ２２と、その間に位置してスクリーンの使用
位置において垂直方向に延びるストライプ形成部２３と
を有している。図１に示すスクリーン４の実施例におい
ては、ストライプ形成部２３はその側面に沿って縁部２
４と隣接した前向きの凸レンズとして形成される。縁部
２４はスクリーン面に対してほぼ直角をなし、マスキン
グ・ストライプ２２の側面境界を形成している。

【００１２】前部スクリーンＡはその背面に、後ろ向き
の垂直方向に延びるレンズ要素２５を有し、これらは各
ストライプ形成部２３のすぐ後ろに配設されている。こ
れらのレンズ２５は主として後方からの光を屈曲させる
ために用いられ、その結果、光はスクリーン前面のスト
ライプ形成部２３を通って出力する。

【００１３】後部スクリーンＢは、その前面が後方から
来る光を平行化するフレネルレンズ２７として形成され
る。光軸６、７、８を備えた３台のプロジェクタ１、
２、３がスクリーンの中央に向き、プロジェクタ２の光
軸がスクリーンに対して直角をなすとき、３台のプロジ
ェクタからの光線は中央の光軸７を離れるにつれて入射
角が増大するようにスクリーン４の背面に入射する。し
かしながら、これはフレネルレンズの働きで修正され
る。

【００１４】スクリーンＡが図１に関連して説明したよ
うに一般的に使用されたとしても、以下の図では後方か
らスクリーンＡにスクリーン面に対して垂直に入射する
光即ちプロジェクタ２からの光の方向のみが示されてい
る。プロジェクタ１、３からの光については、例えこれ
らがフレネルレンズＢにより平行化された後、なおスク
リーンＡの背面に直角に入射する緑の光に対して例えば
上記７°の角度を形成し続けたとしても状況は同じであ
る。

【００１５】図２はスクリーンＡの公知の実施例の水平
断面図の一部である。後ろ向きレンズ要素２５（図２の
投写では上向き）の最高位点３１にスクリーンの中間面
に対して垂直方向に入射する光線３０は、スクリーン内
をそのまま通過する。出力光線のエネルギーは、入力光
線のエネルギーと比較して僅かに減少している。スクリ
ーンがアクリル樹脂より形成されているとき、光線は空
気中からアクリル樹脂へ、アクリル樹脂から空気中へ通
過する際には反射の結果、約７％の光エネルギー損失を
被る。スクリーンの背面に垂直に入射して後ろ向きのレ
ンズ要素２５のスクリーン中央平面に近接した表面側部
を通過する光線３３、３４は、スクリーンを通過後、光
線３０よりかなり大きなエネルギー損失を被る。これ
は、光線３３、３４がかなり大きな入射角で表面側部に
入射し、その結果当該表面側部からの反射が比較的大き
くなるという事実による。しかしながら、スクリーンＡ
は表面側部に入射する光線がいずれも全反射しないよう
に形成されている。

【００１６】更に、部分反射は光線３３、３４がストラ
イプ形成部２３の内側に突き当たるときにも発生する。
ここでも、入射角が相対的に大きいので、その分大きな
反射が生じる。光線３３についていえば、２つのレンズ
要素２５の略中央にある表面側部３５の最深部に入射す
る場合には、そのエネルギー損失は合計３０乃至５０％
に上る。その多くは光線３３がストライプ形成部２３を
出るとき生じる大きな屈折に拠る。光線３３がレンズ要
素２５に入射するときの対応する損失は、入射時の屈折
の大きさや入射角の大きさにもよるが１５乃至２０％と
計算された。また、光拡散粒子が画像再生のためにスク
リーン内に混入されているとき、或いはレンズ表面が画
像再生のためにフロストされているときでも、光線はス
クリーンを通過するとき弱められる。

【００１７】光線３０、３３、３４及び中間にある光線
３６が被る種々の損失を図２に示すが、ここでは出力光
線を矢印で示している。その結果、それらは同時にベク
トルを表すので、光線３０の出力ベクトルは光線３６の
出力ベクトルよりも長く、光線３６の出力ベクトルは光
線３４の出力ベクトルより長く、更に、光線３３の出力
ベクトルが最も短いことが分かる。

【００１８】水平方向に拡散した光エネルギーが図３の
グラフで示されている。光線３０のエネルギーが最大で
あり、グラフから８と読み取れる。上述したベクトル及
びグラフから、正面（図２の下方）から直角にスクリー
ンを見ている視聴者は、スクリーンを斜め前方から見た
場合より、上述した反射損失のためはるかに多くの光エ
ネルギーを受容できることが分かる。技術的に言えば、
スクリーンがかなり大きな「ピークゲイン」を得たとい
うことになる。

【００１９】図４は図２のスクリーンの断面図を示す
が、この場合、ストライプ形成部２３は平面であり、更
にマスキング・ストライプは示されていない。ｆ１はレ
ンズ要素２５の焦点距離を示し、ｂ２は当該スクリーン
のピッチを示す。

【００２０】本発明の作用を説明するために、レンズ要
素２５を通過する単一の光線のエネルギーを測定するこ
とは不可能であることを認識する必要がある。いかなる
測定器具にも、当然、一定の大きさの測定対象がある。
ここで、測定装置が＋／−１°の球面角を測定可能であ
るとする。従って、レンズ要素２５の光軸上に設定され
た単一の光線ではなく、図４に示した平面内で光線４０
と光線４１との間で限定される光束を対象とすることが
適当である。光線４０と４１の間の光束は、０．４０ｍ
ｍのレンズ要素２５の頂部の曲率半径に対して＋／−１
°の変位を与えるレンズ要素２５の頂部の部分に対応す
る幅ｂ１＝０．０４ｍｍと、１．０ｍｍのピッチｂ２と
に対応する。図５は見る角度の関数としてのレンズ要素
２５の光強度曲線を示すが、これは図３のグラフに対応
している。斜めに見れば見る程、光エネルギーが減少し
ていくのが分かる。通常のスクリーンでは、損失は最大
屈折時で約１８乃至２０％である。仮に、図４のスクリ
ーンに図２に対応する前向きの凸レンズを備えたなら
ば、最大屈折光線に対して損失はより大きく、即ち約３
０乃至４０％大きくなる。その結果、最大屈折点におい
てスクリーンを通るときの損失の合計は約５０％にな
る。

【００２１】本発明はこの点から出発するものであり、
本発明によれば、図５に示したエネルギー拡散曲線の均
等化が達成された。従来のスクリーンを示す図４に対応
する本発明のスクリーン断面を図６に示す。ここではレ
ンズ要素２５の頂部部分４５に関して曲率半径が約１０
％減少されている。再び光線４０と４１で囲まれた光束
で見るならば、より凸になった頂部レンズ部分４５が焦
点距離ｆ３を有しているので、光線がスクリーンＡ内に
ある焦点４４で互いに交わることが分かる。それによ
り、光線４０及び４１により画定される光束は図４の場
合よりも拡がり、図４で単にベータのみであるが、図４
ではデルタベータだけ当該光束に対する拡がり角度を拡
大させている。同時に、光強度の「希薄化」がスクリー
ン面上の直角位置で発生し、その「希薄化」のために図
７のグラフはサドル型になっている。

【００２２】図４と図６の相違は以下のように説明する
ことができる。

【００２３】図４において露出計を光線４０と４１の間
の線影領域内でレンズ要素２５の頂部から例えば２ｆ１
の距離に置き、このとき露出計がＥ１の値を示したとす
る。図６でこの実験を反復し、露出計を光線４０と４１
の間で、レンズ要素２５の頂部から同じ距離に置くと、
露出計はＥ１より小さいＥ２の値を示す。

【００２４】両者において、レンズ要素２５を同一エネ
ルギーにより同一領域で即ち光線４０と４１の間で照射
したとき、レンズ要素の頂部（２ｆ１）から同一距離に
ある点の強度は図３より図４の方が低い。これは図４の
光がより大きい角度即ちベータ＋デルタベータに亘って
拡散しているからである。

【００２５】上述したように、レンズ要素２５の光軸に
接近して出力した光のエネルギーは減少し、逆に図７か
ら分かるように当該軸の両側に向けてエネルギーは増大
している。図５の半値角はピークゲインが減少したた
め、アルファからアルファ＋デルタアルファまで増加し
た。（半値は、実質上スクリーンに対して直角に送られ
る光エネルギーと見做されるピークゲインの半分の値と
して定義される。）図８において、本発明に係るスクリ
ーンの実施例の光跡は、平面図で示されている。この場
合、中間レンズ要素２５はスクリーンの背面に対して垂
直に向かう平行光線で全幅に亘って照射されている。頂
部レンズ部分４５が焦点４４（焦点距離ｆ３）にこれを
通って入射してくる光を集め、それにより光のこの部分
は再び拡散する。この光の上に、頂部レンズ部分４５の
側方に位置して前向きのレンズ２３に焦点を合わせたレ
ンズ部分５１と５２（焦点距離ｆ１）を通ってレンズ要
素２５に入射してくる光が重なる。それにより図８に示
すように広角領域に亘って湾曲部分を描くほぼ半球状の
反射ベクトル帯５０が形成され、広角領域内で一定した
光エネルギーを現出している。図９は光が頂部レンズ部
分４５を含めてレンズ部分２５を通過した後の光エネル
ギーを示し、曲線がサドル形になっていることが分か
る。図１０は光が前向きの凸レンズ２３を通過したとき
拡散する光エネルギーを示す。図１０からグラフが前向
きの凸レンズ２３内における損失により平滑化され、そ
の内部反射が側面部分において最も大きいことが分か
る。かくして、一定した光強度が様々な視聴角度で得ら
れる。

【００２６】符号４６を付したレンズ２３の焦点は、頂
部レンズ部分４５の表面のごく近く僅かに内側にずれた
位置にある。これにより、本実施例においてレンズ２３
は、レンズ側面部分５１、５２（図８）、５４、５６及
び５５、５７（図１１）に対して定義された焦点距離と
ほぼ同じ焦点距離を有している。換言すれば、もし後ろ
向きのレンズ要素２５がより凸面の頂部部分４５を備え
ていなかったならば、前向きの凸レンズ２３の焦点距離
が後ろ向きレンズ要素２５の最も高い位置にくることに
なる。この事実は図８及び図１１に明示され、ここで破
線はもし頂部部分４５が存在しなかったなら、後ろ向き
レンズ要素２５が有する形態を表している。

【００２７】コンピュータの計算によれば、レンズ側面
部分５１、５２がスクリーン部材内の焦点を補償し、こ
の設置によりカラーシフトが変化するものではないこと
が分かった。

【００２８】本発明に係るスクリーンの実施例に関し
て、好適な寸法を図１１及び図１２に示している。図１
１から、スクリーンを正面から直角に見ようと、そこか
ら横方向に４５°の角度で見ようと、均質な視聴状態が
獲得できることが分かる。頂部レンズ部分４５は８０°
の方形に亘って０．３５ｍｍの半径Ｒ３を備えている。
頂部レンズ部分４５の各側面には、０．４０ｍｍの半径
Ｒ２を備え且つ互いに９０°の角度を形成する半径によ
り頂部レンズ部分４５から横方向に画定された短い側面
レンズ部分５４、５５を設けている。側面レンズ部分５
４及び５５の次には、側面部分５６、５７がそれぞれ続
いている。その曲率半径Ｒ１は０．８４ｍｍであり、そ
の中心は各レンズ要素２５の光軸に対して対称的に即ち
そこから０．３０ｍｍ隔てた位置にある。更に、これら
の中心は隣接するレンズ要素２５の間の交点から中心に
向けて０．２４ｍｍ移動される。更に、スクリーンは
０．４０ｍｍの曲率半径Ｒ４を有する前向きの凸レンズ
２３を備えている。スクリーンのピッチは１．０ｍｍで
あり、レンズ側面部分５６、５７の内側部分への接線は
３８°の頂部角を形成している。こうして図１２から分
かるように、（頂部レンズ部分４５を含めた）レンズ要
素２５の高さは０．４８ｍｍとなる。頂部レンズ部分４
５の表面と前向き凸レンズ２３の表面との間の距離は
１．１８ｍｍであり、図１２の破線のように従来通りス
クリーンが形成された場合には、後ろ向きレンズ２５の
頂部と前向き凸レンズ２３の頂部との間の距離は１．１
５ｍｍとなる。

【００２９】頂部レンズ４５の幅に関しては、その弧の
長さが頂部レンズ要素２５の弧の長さを含めたレンズ要
素２５の弧の長さの１／３より小さく、且つ上記レンズ
要素２５の弧の長さの１／２０より大きくなければなら
ない。

【００３０】上述した半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の長さに関
しては、ピッチ１．０のスクリーンの場合、以下の例が
挙げられる。 例 １ Ｒ１＝０．８４ｍｍ Ｒ２＝０．４０ｍｍ Ｒ３＝０．３５ｍｍ 例 ２ Ｒ１＝０．９０ｍｍ Ｒ２＝０．４３ｍｍ Ｒ３＝０．４０ｍｍ 例 ３ Ｒ１＝０．８０ｍｍ Ｒ２＝０．３８ｍｍ Ｒ３＝０．３３ｍｍ これらの半径は、Ｒ２がＲ３より大きく且つＲ１より小
さいという条件に合致する必要がある。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
正面直角方向から見ても、斜め側方から見ても、ほぼ同
一の光度をもつスクリーン画像が得られる背面投写スク
リーンが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る背面投写スクリーンの一実施例の
好ましい使用例を概略的に示した斜視図。

【図２】公知のスクリーンの一部を通る水平断面図。

【図３】図２に示したスクリーンを通過する光のエネル
ギー拡散を示すグラフ。

【図４】本発明の動機となる問題を示すために、公知の
スクリーンの一部を示した水平断面図。

【図５】図４に示したスクリーンを通過する光のエネル
ギー拡散を示すグラフ。

【図６】本発明に係るスクリーンの一実施例の一部を通
る水平断面図。

【図７】図６によるスクリーンを出る光の一部のエネル
ギー拡散を示すグラフ。

【図８】本発明に係るスクリーンの他の実施例の一部の
水平断面図。

【図９】図８によるスクリーンを出る光の一部のエネル
ギー拡散を示すグラフ。

【図１０】図８によるスクリーンを出る光の全てのエネ
ルギー拡散を示すグラフ。

【図１１】スクリーンの各寸法の例を示す図８に対応す
る図。

【図１２】同様にスクリーンの各寸法を示す拡大図。

【符号の説明】

１、２、３ プロジェクタ ４ スクリーン ６、７、８ 光軸 ２２ マスキング・ストライプ ２３ ストライプ形成部 ２４ 縁部 ２５ 後ろ向きレンズ要素 ３０、３３、３４、３６、４０、４１ 光線 ４５ 頂部レンズ部分 ５４、５５、５６、５７ 側面レンズ部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/62

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクリーンの背面に赤、緑、青のＴＶ画像
   を投写するために互いに隣接して配設された３台のＴＶ
   プロジェクタ（１、２、３）を有する投写装置に主とし
   て用いられる背面投写スクリーンであって、後方から入
   射する光（３０、３３、３４）のために凸レンズとして
   形成された垂直方向に延びる後ろ向きレンズ要素（２
   ５）をその後部に備え、前記後ろ向きレンズ要素（２
   ５）に対向するストライプ形成部（２３）を間に有する
   垂直方向に延びるマスキング・ストライプ（２２）をそ
   の前部に備えたスクリーン（Ａ）より成るものにおい
   て、前記後ろ向きレンズ要素（２５）の頂部部分（４
   ５）が、当該後ろ向きレンズ要素（２５）の側面部分
   （５４、５６；５５、５７）の焦点距離より短い焦点距
   離（ｆ３）を有し、前記頂部部分（４５）の焦点距離
   （ｆ３）が、前記後ろ向きレンズ要素（２５）の最高位
   部分と前記ストライプ形成部（２３）の間をスクリーン
   面に対して直角に測定した距離（ｆ１）より短いこと、
   を特徴とする背面投写スクリーン。
2. 【請求項２】前記後ろ向きレンズ要素（２５）の側面部
   分（５４、５６；５５、５７）の焦点距離（ｆ１）が、
   当該後ろ向きレンズ要素（２５）の最高位部分と前記ス
   トライプ形成部（２３）との間をスクリーン面に対して
   直角に測定した距離とほぼ対応することを特徴とする請
   求項１記載の背面投写スクリーン。
3. 【請求項３】前記ストライプ形成部が前向き凸レンズ
   （２３）として形成され、このレンズ（２３）の焦点距
   離が前記後ろ向きレンズ要素（２５）の側面部分（５
   ４、５６；５５、５７）の焦点距離とほぼ対応すること
   を特徴とする請求項１記載の背面投写スクリーン。