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透過型スクリーン - 株式会社クラレ
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発明の名称 透過型スクリーン
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−121627(P2007−121627A)
公開日 平成19年5月17日(2007.5.17)
出願番号 特願2005−312760(P2005−312760)
出願日 平成17年10月27日(2005.10.27)
代理人 【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
発明者 山下 一 / 園田 豊英
要約 課題

投射光を水平方向及び垂直方向に集光するレンズ列を備えた透過型スクリーンにおいて、ギラツキを抑制させること。

解決手段
特許請求の範囲
【請求項1】
投射光を水平方向及び垂直方向に集光するレンズ列を備えた透過型スクリーンであって、
前記レンズ列のうち焦点距離の長い方の焦点距離をTとしたとき、当該レンズ列の焦点位置よりT以上2T未満だけ出射側に離れた位置に拡散層を設けたことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項2】
前記拡散層は、前記レンズ列の焦点位置よりも0.1mm以上離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項1記載の透過型スクリーン。
【請求項3】
前記レンズ列の出射側に設けられた前記拡散層に加えて、前記レンズ列の入射側にも拡散層を設けたことを特徴とする請求項1記載の透過型スクリーン。
【請求項4】
投射光を水平方向に集光する第1のレンズ列と、投射光を垂直方向に集光する第2のレンズ列を備えたレンチキュラーレンズシートを備えた透過型スクリーンであって、
前記第1のレンズ列と前記第2のレンズ列とは、略同じ位置に焦点位置を有し、
前記第1のレンズ列又は第2のレンズ列のうち焦点距離の長い方の焦点距離をTとしたとき、当該第1のレンズ列及び当該第2のレンズ列の焦点位置よりT以上2T未満だけ出射側に離れた位置に拡散層を設けた透過型スクリーン。
【請求項5】
前記拡散層は、前記第1のレンズ列及び前記第2のレンズ列の焦点位置よりも0.1mm以上離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項4記載の透過型スクリーン。
【請求項6】
前記第1のレンズ列及び前記第2のレンズ列の出射側に設けられた前記拡散層に加えて、前記第1のレンズ列及び前記第2のレンズ列の入射側にも拡散層を設けたことを特徴とする請求項4記載の透過型スクリーン。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
背面投写型表示装置に用いられる透過型スクリーンに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、背面投写型表示装置に用いられている透過型スクリーンの断面の概略構成図を図1に示す。図1に示されるように、通常、レンチキュラーレンズシート1と、フレネルレンズシート2が密着されて透過型スクリーンが構成されている。フレネルレンズシート2は等間隔で同心円状の微細ピッチのレンズからなるフレネルレンズが光出射面に設けられたシートで構成されている。
【0003】
レンチキュラーレンズシート1は、図1に示されるように、光入射面側に等間隔になるようにかまぼこ型のレンズがそれぞれ配置されている。フレネルレンズシート2から出射された平行光または収束光は、レンチキュラーレンズシート1により水平方向に大きく拡散され、これによって水平方向の広い視野範囲で映像を観察することが可能となる。
【0004】
レンチキュラーレンズシート1においては、図1に示されるように、光入射面側に設けられた各々のレンズによる集光部以外の部位に、黒インクなどの光吸収材よりなる光吸収層14(以下、ブラックストライプあるいはBS、BMXと称することがある)を設けることで明室でのコントラスト向上が図られている。
【0005】
また、レンチキュラーレンズシート1においては、水平方向のみならず垂直方向においても映像観察が可能な範囲を拡大するため、また、迷光を抑制するなどの目的で、内部に拡散材を混入することが行われていた。
【0006】
しかしながら、拡散剤を混入すると、光透過率のロスが生じ、外光反射によるコントラストが低下するという問題も発生する。かかる問題を解決するため、特許文献1において、微小なレンズを2次元的に配列し、個々のレンズで投射光を水平及び垂直方向に集光する、いわゆるハエの目レンズシートが提案されている。また、特許文献2には、投射光を水平方向に集光する第1のレンズ列と、垂直方向に集光する第2のレンズ列とを備えた、いわゆるクロスレンチと呼ばれるレンズシートを備えた構成も開示されている。
【0007】
近年、液晶あるいはDMD方式などを用いたレンズ径の小さな単管式プロジェクタが用いられているが、これらのプロジェクタにおいては拡散材などの微小拡散要素によりシンチレーション、スペックルまたはギラツキと呼ばれる出射光のちらつき(以下、単にギラツキとする)が発生するという問題が生じている。この問題を解決するために、透過型スクリーンの出射側に設けられた拡散層を、透過型スクリーンに設けられたレンズの焦点位置から、レンズの焦点距離の3倍以上離す技術が開示されている(特許文献3参照)。この技術は、レンズの焦点位置から焦点距離の3倍以上離すことによって、レンズ2面以上の光が拡散層に入ることになるので瞳角が大きい場合と同様の効果が得られるというものである。
【0008】
【特許文献1】特開2000−111708号公報
【特許文献2】特開2004−246352号公報
【特許文献3】特開平7−168282号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本願発明者らは、まず、このようなギラツキの発生メカニズムにつき解明するために、種々の実験を行なった。すると、ギラツキは、主として光の混合不足により発生することが判明した。
【0010】
そこで、光の混合性を上げるために、レンチキュラーレンズシートやフレネルレンズシートに添加する拡散材の量を増加させることが考えられるが、単に拡散材の量を増やしただけでは、光は垂直方向に広がることになるので、正面輝度が低下するという問題が発生した。
【0011】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、投射光を水平方向及び垂直方向に集光するレンズ列を備えた透過型スクリーンにおいて、ギラツキを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明にかかる透過型スクリーンは、投射光を水平方向及び垂直方向に集光するレンズ列を備えた透過型スクリーンであって、前記レンズ列のうち焦点距離の長い方の焦点距離をTとしたとき、当該レンズ列の焦点位置よりT以上2T未満だけ出射側に離れた位置に拡散層を設けたことを特徴とするものである。このような構成によって、不必要に透過型スクリーンを大きくすることなく、ギラツキを抑制することができる。
【0013】
前記拡散層は、前記レンズ列の焦点位置よりも0.1mm以上離れた位置に設けられていることが好ましい。
【0014】
前記レンズ列の出射側に設けられた前記拡散層に加えて、前記レンズ列の入射側にも拡散層を設けることによって、さらに、ギラツキを抑制できる。
【0015】
本発明にかかる他の観点による透過型スクリーンは、投射光を水平方向に集光する第1のレンズ列と、投射光を垂直方向に集光する第2のレンズ列を備えたレンチキュラーレンズシートを備えた透過型スクリーンであって、前記第1のレンズ列と前記第2のレンズ列とは、略同じ位置に焦点位置を有し、前記第1のレンズ列又は第2のレンズ列のうち焦点距離が長い方の焦点距離をTとしたとき、当該第1のレンズ列及び当該第2のレンズ列の焦点位置よりT以上2T未満だけ出射側に離れた位置に拡散層を設けたものである。このような構成によって、不必要に透過型スクリーンを大きくすることなく、ギラツキを抑制することができる。
【0016】
前記拡散層は、前記第1のレンズ列及び前記第2のレンズ列の焦点位置よりも0.1mm以上離れた位置に設けられていることが好ましい。
【0017】
前記第1のレンズ列及び前記第2のレンズ列の出射側に設けられた前記拡散層に加えて、前記第1のレンズ列及び前記第2のレンズ列の入射側にも拡散層を設けることによって、さらに、ギラツキを抑制できる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、投射光を水平方向及び垂直方向に集光するレンズ列を備えた透過型スクリーンにおいて、ギラツキを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
特許文献3に記載された技術は、同文献の図10〜図13、図15、図16、図18、図20〜図23等において投射光を水平方向及び垂直方向に集光するレンズ列を備えた構成も開示されているが、投射光を水平方向に集光するレンズ列(いわゆる1次元配列のレンズ列)を備えた構成と、投射光を水平方向及び垂直方向に集光するレンズ列(いわゆる2次元配列のレンズ列)を備えた構成の双方に共通した、拡散層の最適位置を特定したものである。これに対して、本発明は、投射光を水平方向及び垂直方向に集光するレンズ列を備えた構成において拡散層の最適位置を見出したものであり、特許文献3に記載された技術とは異なる。
【0020】
本発明にかかる透過型スクリーンに対しては、小型液晶パネルやDMD等のレンズ径の小さい光学エンジンを介して映像光線が背面より投射される。本発明にかかる透過型スクリーンは、例えば、レンチキュラーレンズシート1、フレネルレンズシート2、前面板(図示せず)により構成される。レンチキュラーレンズシート1に投射光を水平方向及び垂直方向に集光するレンズ列が形成される。従って、本発明にかかる透過型スクリーンは、レンズによって、水平のみならず垂直方向へも拡散性を有し、視野角を広くすることができる。本発明にかかる透過型スクリーンのレンチキュラーレンズシートのレンズピッチは、限定されるものではないが、例えば、0.3mm以下のファインピッチである。また、例えば、前面板に拡散層が形成されるが、前面板の全体が拡散層として機能する場合もある。本発明では、レンズ列の焦点位置から拡散層の距離が重要なポイントとなるが、断りのない限り、拡散層の位置については、レンズ列側(即ち、入射側)の端部を基準に距離を特定する。
【0021】
一般的な1次元配列のレンチキュラーレンズシートについて、投射光がシートを透過する様子を図2に示す。レンチキュラーレンズ11を透過する投射光は、入射面のレンチキュラーレンズ11により遮光層14付近へ集光し、出射側拡散層へ水平方向に拡がりながら入射する。そして、投射光は、かかる出射側拡散層において水平方向及び垂直方向に対して拡散され、出射する。このとき、遮光層14の付近で集光した投射光は、焦点位置からの距離に正比例して、光線幅が広くなる。従って、拡散層の位置が焦点位置から離れるに従って、拡散層により当該映像光線が拡散される面積、即ち拡散面積は大きくなる。より詳細には、当該拡散面積は、焦点位置から拡散層までの距離に正比例して大きくなる。図2に示す例では、焦点位置からの距離が2Tの拡散層における拡散面積S12は、焦点位置からの距離がTの拡散層における拡散面積S11の2倍の大きさを有する。
【0022】
次に、2次元配列のレンチキュラーレンズシートについて、映像光線がシートを透過する様子を図3に示す。この例では、図3に示されるように、水平方向に集光するレンズ11及び垂直方向に集光するレンズ15を備えている。このように、2次元配列のレンチキュラーレンズでは、拡散面積は、焦点位置から拡散層までの距離の2乗に比例して大きくなる。図3に示す例では、焦点位置からの距離が2Tの拡散層における拡散面積S22は、焦点位置からの距離がTの拡散層における拡散面積S21の4倍(=2倍)の大きさを有する。
【0023】
本願発明者らは、1次元配列のレンチキュラーレンズシートに比べて、2次元配列のレンチキュラーレンズシートの方が、焦点位置からの拡散層までの距離が短くても拡散面積は広くなるので、拡散層を焦点位置の近くに配置してもギラツキの低減効果が得られることを見出した。
【0024】
そして、後に詳述する実施例によれば、垂直方向の焦点位置と水平方向の焦点位置とがほぼ同じ位置にある透過型スクリーンにおいて、焦点距離がより長い方のレンズである、垂直方向に拡散するレンズの焦点距離をTとしたとき、焦点位置から拡散層の前面までの距離はT以上2T未満の範囲であれば十分にギラツキを低減できることが判明した。換言すれば、焦点距離がより長い方のレンズの出射面から拡散層の入射面までの距離は、T以上2T未満の範囲であれば十分にギラツキを低減でき、2T以上離す必要がないことが判明した。従って、本願発明によれば、レンの出射面から拡散層を3T以上離す場合に比べて、前面板の厚さを薄くすることができ、透過型スクリーンも薄型化できる。
【0025】
特に、垂直方向の焦点位置と拡散層との距離、および水平方向の焦点位置と前記拡散層との距離の両方が0.1mm以上であることが好ましい。
【0026】
続いて、実施例及び比較例につき、詳細に説明する。
<実施例>
次の仕様のレンチキュラーレンズシートと拡散板を作製し、液晶プロジェクションTVに取り付け、レンチキュラーレンズシートと拡散板との距離を変更してギラツキの評価を行った。
H(水平)ピッチ:0.15mm
V(垂直)ピッチ:0.03mm
Hレンチ層の厚み(=焦点距離):0.22mm
Vレンチ層の厚み(=焦点距離):0.17mm
ここで、Hレンチ、Vレンチの曲率、層の厚みを、両者の焦点位置が略同一になるように調整した。
遮光パターン:略焦点位置に格子状遮光パターンを形成した。
拡散板基材:メタクリル・スチレン(MS)共重合体樹脂
拡散剤材質:架橋MS樹脂、平均粒径8μm、(拡散剤濃度3重量%)
【0027】
また、ギラツキの評価は以下の手法により実施した。
撮影カメラ:株式会社ファースト社製 「FVAS−5MIC」
撮影範囲:60mm×60mm
ギラツキを測定したいスクリーンに白画面を表示し、その画面を電子カメラで撮影して得た画像データから(画素、レンチキュラーレンズなどの)周期成分を除いた非周期交流成分を取り出してそのエネルギー値の総和を求め、それと全エネルギーの総和との比をギラツキの強さとして計算した。
【0028】
<比較例>
実施例のレンチキュラーレンズシートを、次の仕様にかかる1次元配列のレンチキュラーレンズシートに置き換えた以外は、実施例と同様にして液晶プロジェクションTVに取り付け、レンチキュラーレンズシートと拡散板との距離を変更してギラツキの評価を行った。
Hピッチ:0.15mm
Hレンチ層厚み(=焦点距離):0.2mm
遮光パターン:略焦点位置に遮光ストライプパターンを形成した。
【0029】
図4は、実施例および比較例のギラツキ評価値と、レンチキュラーレンズの焦点位置から拡散板までの距離の関係を示すグラフである。図4に示されるように、比較例では、レンチキュラーレンズの焦点位置と拡散板との距離が離れるに従って、ギラツキは少なくなったものの、その変化は少なかった。これに対して、実施例では、レンチキュラーレンズの焦点位置と拡散板との距離が離れるに従って、急激にギラツキが減少した。この例では、レンチキュラーレンズの焦点位置と拡散板との距離がほぼ焦点距離と同じであるところで、実施例と比較例のデータが交差しており、当該焦点位置と拡散板間の距離が焦点距離よりも大きくなると、実施例にかかる透過型スクリーンは、比較例にかかる透過型スクリーンよりもギラツキが目立たなくなることが判明した。
【0030】
本発明にかかる透過型スクリーンの構成例.
図5は、本発明にかかる透過型スクリーンに用いられるレンチキュラーレンズシートの主要部の構成を示す斜視図である。レンチキュラーレンズシート1は、第2のレンズ列15を境界面として互いに屈折率が異なる第1のレンズ層16と第2のレンズ層17とが一体化したレンチキュラーレンズシートであり、本発明の実施の形態では、第1のレンズ層16の屈折率が、第2のレンズ層17の屈折率より低い構成となっている。
【0031】
レンチキュラーレンズシート1の光入射面、すなわち第1のレンズ層16の入射面には第1のレンズ列11が設けられ、第1のレンズ層16と第2のレンズ層17の界面には第2のレンズ列15がほぼ直交する形で配列されている。
【0032】
第1のレンズ列11は、入射した投射光をレンズ媒質内で集光させる側に作用する光入射面側から見て手前側(入射側)に凸のレンズからなる複数のレンズ列で構成されており、各レンズは垂直方向を長手方向とするシリンドリカルレンズであり、互いに平行に配列されている。従って、第1のレンズ列11は、入射光をレンズ媒質内で集光させた後、出射面で水平方向に拡散させることができる。また、第2のレンズ列15は、前記第1のレンズ列11と同様に光入射面から見て手前側(入射側)に凸の複数のレンズからなるレンズ列を構成している。第2のレンズ列15における各レンズは、水平方向を長手方向とするシリンドリカルレンズであり、互いに平行に配列されている。即ち、第2のレンズ列15は、第1のレンズ列11とほぼ直交して形成されている。従って、第2のレンズ列15は各レンズ層の屈折率とレンズ形状の関係から、入射光をレンズ媒質内で集光させた後、出射面で垂直方向に拡散させることができる。
【0033】
ここで、第1のレンズ列11のレンズピッチP1は、第2のレンズ列15のレンズピッチP2の2〜10倍であり、さらに好ましくは3〜5倍である。このようにすることで、第1のレンズ列11の谷部と第2のレンズ列レンズ13の頂点部同士が繋がるか又は近接させることなく、両レンズの焦点位置を近傍にすることが可能となる。この例では、さらに両レンズの焦点位置の近傍に自己整列式外光吸収層18を設けているため、自己整列式外光吸収層18の面積を広くとることができるので、コントラストがより向上する。
【0034】
尚、第2のレンズ層17は、例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、MS系樹脂(メチルメタクリレート、スチレン共重合樹脂)、ポリスチレン、PET(ポリエチレンテレフタレート)等により構成されている。
【0035】
第1のレンズ層16は、例えば、放射線硬化樹脂より構成される。放射線硬化樹脂は、例えば、アクリル系紫外線硬化樹脂、シリコン系紫外線硬化樹脂およびフッ素系紫外線硬化樹脂などから選択されて用いられる。ここで、第1のレンズ層16は、第2のレンズ層17の屈折率よりも低くする必要がある。例えば、第1のレンズ層16には屈折率が1.49のアクリル系紫外線硬化樹脂を、第2のレンズ層17には屈折率が1.58のMS系樹脂を用いることができる。第1のレンズ層16と第2のレンズ層17の屈折率差は、0.05以上が好ましく、0.1以上がさらに好ましい。
【0036】
そして、第2のレンズ層17の出射面上には、自己整列式外光吸収層18が設けられている。この自己整列式外光吸収層18は、第1のレンズ列11及び第2のレンズ列15の非集光部、即ち、光の非通過部に設けられている。この例では、自己整列式外光吸収層18は、格子状に形成されている。この自己整列式外光吸収層18は、例えば、遮光性光硬化樹脂によって形成される。
【0037】
図6に、前面板20との積層を含めた本発明の実施形態にかかる背面投射型スクリーンを構成するレンチキュラーレンズシートの上断面図(a)及び横断面図(b)を示す。ここで、前面板20とは、レンチキュラーレンズシートBの支持体を兼ねた光透過層であり、拡散層21が形成されている。拡散層21の位置は、上述の通り、第1のレンズ列11及び第2のレンズ列15の焦点距離をTとしたとき、第1のレンズ列11及び第2のレンズ列15の焦点位置からT〜2Tの間にある。図6では、さらに、透過型スクリーンに入射した光100の通過経路も示されている。
【0038】
前面板20は、自己整列式外光吸収層18の上面に透明シート19を介して接着されて一体化されたスクリーンとなる。但し、前面板20は、レンチキュラーレンズシート1に対して接着されずに独立した構成としてもよい。この前面板20は、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、MS樹脂(メチルメタクリレート、スチレン共重合樹脂)、ポリスチレン等により構成される。
【0039】
図6(a)の上断面図に示されるように、レンチキュラーレンズシート1の入射面に入射した光100は、第1のレンズ列11により水平方向に集光する形で屈折し、第1のレンズ層16を経て第2のレンズ層17の各レンズ媒質中で集光した後、拡散層21で拡散され、出射する。図6(b)の横断面図に示したように、垂直方向に対しては第2のレンズ列15によって屈折し、第2のレンズ層17中で集光し、拡散層21で拡散され、出射する。
さらに第1のレンズ列11及び第2のレンズ列15の入射側に位置するフレネルレンズシート2に拡散層を設けてもよい。これにより、さらに、投射光の拡散性を高め、ギラツキを抑制することができる。
【0040】
本発明は、図5、図6に示す構成に限らず、例えば、特許文献2に開示された他の構成に対しても適用可能である。さらに、本発明は、いわゆるハエの目レンズが形成されたレンチキュラーレンズシートに対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】従来の透過型スクリーンの構成を示す図である。
【図2】1次元配列のレンチキュラーレンズシートについて、映像光線がシートを透過する様子を説明するための説明図である。
【図3】2次元配列のレンチキュラーレンズシートについて、映像光線がシートを透過する様子を説明するための説明図である。
【図4】実施例および比較例のギラツキ評価値と、レンチキュラーレンズの焦点位置から拡散板までの距離の関係を示すグラフである。
【図5】本発明にかかる透過型スクリーンにおいて用いられるレンチキュラーレンズシートの構成例を示す図である。
【図6】本発明にかかる透過型スクリーンにおいて用いられるレンチキュラーレンズシートの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【0042】
1 レンチキュラーレンズシート
2 フレネルレンズシート
11 第1のレンズ列
15 第2のレンズ列
21 拡散層




 

 


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