JP3797888B2

JP3797888B2 - 透過型スクリーン及びそれを用いた投射型画像表示装置

Info

Publication number: JP3797888B2
Application number: JP2001143174A
Authority: JP
Inventors: 滋稲岡; 繁森; 一成中川; 大輔今福; 洋二中山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2021-05-14
Also published as: JP2002341451A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像光が投射されて画像表示される透過型スクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、背面投射型画像表示装置の透過型スクリーンとして、光入射面に水平レンチキュラーレンズを等間隔に配列した水平レンチキュラーレンズシートと、光出射面にフレネルレンズを同心円状にかつ等間隔に配列したフレネルレンズシートとから構成されたものや、さらに、該フレネルレンズシートの光入射面に垂直レンチキュラーレンズを等間隔に配列した構成のものがある。フレネルレンズは、投射レンズ光学系で拡大投影された光を、該投射レンズ光学系の光軸とほぼ平行となるように屈折させることにより、画像がスクリーンの周辺部までも明るくなるようにする。水平レンチキュラーレンズは、フレネルレンズを介し入射した光を水平方向に拡散し、水平方向の観視範囲を広げるよう作用する。垂直レンチキュラーレンズは、入射光を垂直方向に拡散し垂直方向の観視範囲を広げるよう作用する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
規則正しく並んだレンズの配列要素が複数重なるとモアレが発生する。配列要素として水平レンチキュラーレンズ、フレネルレンズ、垂直レンチキュラーレンズの３要素から成る透過型のスクリーンの場合も同様である。モアレはスクリーン上の画像を阻害するものであり、できるだけモアレが目立たなくなるようそれぞれのピッチを設定する必要がある。これら３要素で考慮しなければならないモアレとしては、（１）水平レンチキュラーレンズとフレネルレンズによって発生するもの、（２）垂直レンチキュラーレンズとフレネルレンズによって発生するもの、（３）水平レンチキュラーレンズと垂直レンチキュラーレンズの交点群と、フレネルレンズによって発生するものがある。水平レンチキュラーレンズと垂直レンチキュラーレンズは直交するため、一般にはこの２者間ではモアレは発生しない。図３に該（１）のモアレの例をモデル的に示す。図中、縦線群は水平レンチキュラーレンズを示し、同心円群はフレネルレンズを示している。なお、本図３では、モアレが目立ち易いレンズピッチの場合、すなわち、水平レンチキュラーレンズとフレネルレンズのピッチが等しい場合である。また、図４は上記（２）のモアレの例をモデル的に示したもので、図中、横線群は垂直レンチキュラーレンズを、同心円群はフレネルレンズを示している。本図４の場合も、モアレが目立ち易いレンズピッチの場合、すなわち、垂直レンチキュラーレンズとフレネルレンズのピッチが等しい場合である。さらに、図５は、上記（３）のモアレの説明図で、図中、縦線群は水平レンチキュラーレンズ、横線群は垂直レンチキュラーレンズ、同心円群はフレネルレンズレンズ、斜線（点線）群は水平レンチキュラーレンズと垂直レンチキュラーレンズの交点同士を結んだ仮想的な対角線群を示す。モアレは、該同心円群と該斜線群のピッチの関係によって発生する。なお、本図５ではフレネルレンズの中心から右上の部分を示す。本場合のモアレは、フレネルレンズの中心から右上略４５゜の方向に目立つ筋状のものとして発生する。
本発明の課題点は、透過型スクリーンにおいて、上記（１）、（２）及び（３）のモアレをそれぞれ軽減し、画質改善を可能にすることである。
本発明の目的は、かかる課題点を解決できる技術を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題点を解決するために、本発明では、
（１）垂直レンチキュラーレンズ、フレネルレンズ及び水平レンチキュラーレンズが配された透過型スクリーンにおいて、上記水平レンチキュラーレンズは、水平レンチキュラーレンズシートの片面にレンチキュラーレンズが形成され、かつ該水平レンチキュラーレンズシートとは別のレンズシートに形成された上記フレネルレンズの光出射側に配置され、上記垂直レンチキュラーレンズは、凸状のレンズから成り、かつ上記フレネルレンズの光入射側または該フレネルレンズと上記水平レンチキュラーレンズの間に配置され、上記垂直レンチキュラーレンズ、上記フレネルレンズ、上記水平レンチキュラーレンズのピッチをそれぞれＰｖ、Ｐｆ、Ｐｈとし、１以上の整数をｎとし、Ｐｋ＝１／{(１／Ｐｈ)^２＋(１／Ｐｖ)^２}^１／２としたとき、上記Ｐｋ、Ｐｆが、Ｐｋ／Ｐｆ＞１の場合は、Ｐｋ／Ｐｆ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たし、Ｐｆ／Ｐｋ＞１の場合は、Ｐｆ／Ｐｋ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たし、上記垂直レンチキュラーレンズと上記水平レンチキュラーレンズの交点同士を結んだ仮想的な対角線群と上記フレネルレンズとによって発生するモアレを低減する構成とする。
（２）上記（１）において、Ｐｆ／Ｐｈ＞１の場合は、Ｐｆ／Ｐｈ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たし、Ｐｈ／Ｐｆ＞１の場合は、Ｐｈ／Ｐｆ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たし、かつ、ｆ／Ｐｖ＞１の場合は、Ｐｆ／Ｐｖ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たし、Ｐｖ／Ｐｆ＞１の場合は、Ｐｖ／Ｐｆ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たすようにする。
（３）投射型画像表示装置として、上記（１）または（２）の透過型スクリーンを備えた構成とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す。本実施例は、フレネルレンズシートの光入射側に垂直レンチキュラーレンズ面を設けた場合の構成であって、水平レンチキュラーレンズのピッチは略０．１５５ｍｍ、垂直レンチキュラーレンズのピッチは略０．０９７ｍｍ、フレネルレンズのピッチは略０．０６０ｍｍとしてある。該フレネルレンズの該ピッチを相対的に１．００とした場合、水平レンチキュラーレンズの該ピッチは相対的に２．５８、垂直レンチキュラーレンズの該ピッチは相対的に１．６２となる。図１において、１は液晶パネル等の画像表示素子、２は投射レンズ光学系、３はフレネルレンズシート、６は水平レンチキュラーレンズシート、４は垂直レンチキュラーレンズ、５はフレネルレンズ、７は水平レンチキュラーレンズ、８は光を拡散するためのガラスビーズ等の拡散材、１０は透過型スクリーン、Ｐｖは垂直レンチキュラーレンズのピッチ、Ｐｆはフレネルレンズのピッチ、Ｐｈは水平レンチキュラーレンズのピッチである。画像表示素子１で形成された画像光が投射レンズ光学系２により拡大されて透過型スクリーン１０に投射される。該スクリーン１０では、該投射光が、垂直レンチキュラーレンズ４により垂直方向に拡散され垂直方向の観視範囲が広げられた状態でフレネルレンズ５に入射し、該フレネルレンズ５では、該投射レンズ光学系２の光軸とほぼ平行となるようにされた状態で出射される。該出射光は、さらに、水平レンチキュラーレンズ７に入射し、該水平レンチキュラーレンズ７によっては水平方向に拡散され水平方向の観視範囲が広げられた状態で出射する。観視者は該水平レンチキュラーレンズ７からの該出射光を投射画像として観視する。本第１の実施例の場合、Ｐｈ／Ｐｆ＝２．５８、Ｐｖ／Ｐｆ＝１．６２、Ｐｋ＝１．３７（Ｐｋ：水平レンチキュラーレンズと垂直レンチキュラーレンズの交点同士を結んだ仮想的な対角線群のピッチＰｋ＝１／｛（１／Ｐｈ）^２＋（１／Ｐｖ）^２｝^１／２）であり、それぞれが、発明として限定された範囲内にある。
【０００６】
図２は、上記図１に示す透過型スクリーンを用いた背面投射型画像表示装置の構成例である。
図２において、１は液晶パネル等の画像表示素子、２は投射レンズ光学系、１０は透過型スクリーン、１５は光源ユニット、２０はミラー、３０は画像表示素子の駆動回路である。光源ユニット１５からの光は、画像表示素子１で光変調されて画像光として出射され、投射レンズ光学系２によって拡大され、ミラー２０で反射された後、透過型のスクリーン１０上に背面から投影される。
図６は、本第１の実施例の透過型スクリーンのモアレ特性についてのシミュレーション結果である。これによると、前述の（１）水平レンチキュラーレンズとフレネルレンズによって発生するモアレも、（２）垂直レンチキュラーレンズとフレネルレンズによって発生するモアレも、（３）水平レンチキュラーレンズと垂直レンチキュラーレンズの交点同士を結んだ仮想的な対角線群とフレネルレンズとによって発生するモアレのいずれもが少なく、全体としても許容可能な範囲にある。比較のために、図７に、Ｐｆ＝１．００、Ｐｈ＝１．４１、Ｐｖ＝１．４１の場合、つまり、Ｐｈ／Ｐｆ＝１．４１、Ｐｖ／Ｐｆ＝１．４１、Ｐｋ＝１．００の場合におけるスクリーンのモアレ特性のシミュレーション結果を示す。この場合は、Ｐｈ／Ｐｆ値、Ｐｖ／Ｐｆ値とも、発明として限定された範囲内にある。このため上記（１）及び（２）のモアレは少ないが、Ｐｋ／Ｐｆ＝１．００となっているため、発明として限定された範囲から外れる。このため、上記（３）のモアレが多い。全体的にもモアレが目立つ。
【０００７】
図８は、本発明の第２の実施例構成におけるモアレ特性のシミュレーション結果である。本第２の実施例では、透過型スクリーンをフレネルレンズと水平レンチキュラーレンズとから構成する。本第２の実施例の構成については図示を省く。本構成の場合、モアレは上記（１）のモアレのみである。シミュレーションの条件としては、水平レンチキュラーレンズのピッチＰｈ＝１．６０、フレネルレンズのピッチＰｆ＝１．００としてある。Ｐｈ／Ｐｆ＝１．６０で、発明として限定された範囲内にあるため、モアレは少ない。比較のために、図９に、Ｐｆ＝１．００、Ｐｈ＝１．２０の場合、つまり、Ｐｈ／Ｐｆ＝１．２０の場合におけるモアレ特性のシミュレーション結果を示す。この場合、Ｐｈ／Ｐｆ値が、発明として限定された範囲から外れており、上記（１）のモアレが多い。
なお、本発明のレンズピッチ範囲は、シミュレーション及び確認実験に基づいて求めた。概略は以下の通りである。
【０００８】
一般に、２つのレンズ配列要素のピッチをそれぞれ、Ｐ１、Ｐ２とすると、これらによって発生するモアレのピッチＰｍとの関係は、
【０００９】
１／Ｐｍ＝|ｎ１／Ｐ１ −ｎ２／Ｐ２| （ｎ１、ｎ２は自然数）（数１）
で表される。この式はさらに、
【００１０】
１／Ｐｍ＝|（Ｐ２／Ｐ１ −ｎ２／ｎ１）・ｎ１／Ｐ２| （数２）
と変形可能である。数２から明らかなように、ｎ１、ｎ２が小さい場合程、また、Ｐ２／Ｐ１がｎ２／ｎ１に近い場合程、Ｐｍが大きくなりモアレは目立ち易い。従って、モアレが目立たないスクリーン構成とするには、ｎ１、ｎ２を大きい値にするとともに、Ｐ１、Ｐ２の値を、Ｐ２／Ｐ１がｎ２／ｎ１に近い値にならないようにする必要がある。モアレの目立たないピッチ比Ｐ２／Ｐ１を求めるには、ｎ１、ｎ２の値の組合わせに対するモアレを評価する。図１０は、ｎ１、ｎ２をともに１〜１０の範囲で変えたときのｎ２／ｎ１の値を示す。各値は、小数点以下３桁目は四捨五入してある。上記Ｐ２／Ｐ１＝ｎ２／ｎ１の関係を前提にしているため、本図１０中のｎ２／ｎ１はモアレが目立つ可能性のあるピッチ比Ｐ２／Ｐ１を示す。手順としては、これらのうちアンダーラインを施した１．００≦ｎ２／ｎ１≦２．００なる範囲のものから順に、シミュレーションと確認実験によるモアレ評価を行った。この結果、モアレが目立たず許容可能な水平レンチキュラーレンズピッチＰｈとフレネルレンズピッチＰｆの比Ｐｈ／Ｐｆは略１．３〜略１．７の範囲である。レンズのピッチ比Ｐｈ／Ｐｆが２．００を超える場合についても同様で、該ピッチ比の値の小数点以下の部分が略０．３〜略０．７の範囲にあれば、モアレは許容可能な目立たない状態となる。また、レンズのピッチ比Ｐｈ／Ｐｆが１より小さい場合、つまり、Ｐｈ／Ｐｆとは逆のピッチ比Ｐｆ／Ｐｈが１を超える場合についても同様である。
上記は、垂直レンチキュラーレンズのピッチＰｖとフレネルレンズのピッチＰｆの関係についても同様である。
【００１１】
一方、水平レンチキュラーレンズと垂直レンチキュラーレンズの交点群と、フレネルレンズによって発生するモアレについては、次のようになる。すなわち、水平レンチキュラーレンズのピッチＰｈ、垂直レンチキュラーレンズのピッチＰｖ、水平レンチキュラーレンズと垂直レンチキュラーレンズの交点同士を結んだ仮想的な対角線群のピッチＰｋとの間には、
【００１２】
Ｐｋ＝１／｛（１／Ｐｈ）^２＋（１／Ｐｖ）^２｝^１／２（数３）
の関係があるため、該ＰｋとフレネルレンズのピッチＰｆによるモアレが目立たないための条件は、Ｐｋ／Ｐｆ＞１の場合は、Ｐｋ／Ｐｆの値の小数点以下が略０．３〜略０．７の範囲にあること、Ｐｆ／Ｐｋ＞１の場合は、Ｐｆ／Ｐｋの値の小数点以下が略０．３〜略０．７の範囲にあることである。
【００１３】
上記実施例によれば、透過型スクリーンにおいて、（１）水平レンチキュラーレンズとフレネルレンズによって発生するモアレと、（２）垂直レンチキュラーレンズとフレネルレンズによって発生するモアレと、（３）水平レンチキュラーレンズと垂直レンチキュラーレンズの交点同士を結んだ仮想的な対角線群とフレネルレンズとによって発生するモアレをそれぞれ軽減して、画質を改善できる。
【００１４】
なお、上記第１の実施例では、垂直レンチキュラーレンズはフレネルレンズシートの光入射面側に設けたが、この他、垂直レンチキュラーレンズを単独のシートとして設け、フレネルレンズレンズシートの光入射面側、またはフレネルレンズレンズシートと水平レンチキュラーレンズシートの間、もしくは、水平レンチキュラーレンズシートの光出射側などの位置に配置してもよく、垂直レンチキュラーレンズ面は垂直レンチキュラーレンズシートの光入射面と光出射面のどちら側に設けてもよい。さらに、該垂直レンチキュラーレンズや垂直レンチキュラーレンズシートは設けない構成であってもよい。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、透過型スクリーンのモアレを低減でき、良好な画像表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図２】透過型スクリーンを用いた背面投射型画像表示装置の構成例を示す図である。
【図３】水平レンチキュラーレンズとフレネルレンズによって発生するモアレの説明図である。
【図４】垂直レンチキュラーレンズとフレネルレンズで発生するモアレの説明図である。
【図５】水平レンチキュラーレンズ、垂直レンチキュラーレンズの交点群と、フレネルレンズとで発生するモアレの説明図である。
【図６】本発明の第１の実施例によるモアレのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】大きいモアレ場合のシミュレーション結果例である。
【図８】本発明の第２-の実施例によるモアレのシミュレーション結果を示す図である。
【図９】大きいモアレが出る場合のシミュレーション結果例である。
【図１０】大きいモアレが出る場合のレンズピッチ比の値を示す図である。
【符号の説明】
１…画像表示素子、２…投射レンズ光学系、３…フレネルレンズレンズシート、４…垂直レンチキュラーレンズ、５…フレネルレンズ、６…水平レンチキュラーレンズシート、７…水平レンチキュラーレンズ、８…光拡散材、１０…透過型スクリーン、１５…光源ユニット、２０…ミラー、３０…画像表示素子の駆動回路Ｐｖ…垂直レンチキュラーレンズのピッチ、Ｐｆ…フレネルレンズのピッチ、Ｐｈ…水平レンチキュラーレンズのピッチ。

Claims

垂直レンチキュラーレンズ、フレネルレンズ及び水平レンチキュラーレンズが配された透過型スクリーンにおいて、
上記水平レンチキュラーレンズは、水平レンチキュラーレンズシートの片面にレンチキュラーレンズが形成され、かつ該水平レンチキュラーレンズシートとは別のレンズシートに形成された上記フレネルレンズの光出射側に配置され、
上記垂直レンチキュラーレンズは、凸状のレンズから成り、かつ上記フレネルレンズの光入射側または該フレネルレンズと上記水平レンチキュラーレンズの間に配置され、
上記垂直レンチキュラーレンズ、上記フレネルレンズ、上記水平レンチキュラーレンズのピッチをそれぞれＰｖ、Ｐｆ、Ｐｈとし、１以上の整数をｎとし、Ｐｋ＝１／{(１／Ｐｈ)^２＋(１／Ｐｖ)^２}^１／２としたとき、上記Ｐｋ、Ｐｆが、
Ｐｋ／Ｐｆ＞１の場合は、Ｐｋ／Ｐｆ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たし、
Ｐｆ／Ｐｋ＞１の場合は、Ｐｆ／Ｐｋ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たし、
上記垂直レンチキュラーレンズと上記水平レンチキュラーレンズの交点同士を結んだ仮想的な対角線群と該フレネルレンズとによって発生するモアレを低減する構成とすることを特徴とする透過型スクリーン。
請求項１に記載の透過型スクリーンにおいて、
Ｐｆ／Ｐｈ＞１の場合は、Ｐｆ／Ｐｈ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たし、
Ｐｈ／Ｐｆ＞１の場合は、Ｐｈ／Ｐｆ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たし、かつ、
Ｐｆ／Ｐｖ＞１の場合は、Ｐｆ／Ｐｖ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たし、
Ｐｖ／Ｐｆ＞１の場合は、Ｐｖ／Ｐｆ＝ｎ＋０．３〜０．７を満たすことを特徴とする透過型スクリーン。
請求項１または請求項２に記載の透過型スクリーンを備えたことを特徴とする投射型画像表示装置。