JP2731169B2

JP2731169B2 - 近距離観視用投写形ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2731169B2
Application number: JP63177125A
Authority: JP
Inventors: 正規荻野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1998-03-25
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: US4961642A; JPH02167588A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、投写形ディスプレイ装置に係り、特にパー
ソナルワークステーシヨン等に適用可能な近視距離での
観視に好適な高精細投写形ディスプレイ装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、1000ライン×1000ドツト、即ち、1Mピクセル以
上の精細度のパーソナルワークステーシヨンが普及しつ
つある。この種のワークステーシヨン用ディスプレイ装
置としては、従来、直視形CRTディスプレイが使用され
ていた。

一方、ワークステーシヨンでは、大画面のディスプレ
イの要求もあり、その一手段として投写形ディスプレイ
装置を用いることが考えられる。

投写形ディスプレイ装置は、例えば米国特許第453605
6号明細書に開示されているようなものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

直視形ディスプレイ装置は、ガラスパネルの前面及び
後面で光が反射（数％）するため、周囲の照明光源が映
り込み、コントラスト比を劣化させ、画像を見づらくす
るという問題点があつた。

また、前記米国特許明細書に記載された投写形ディス
プレイ装置は、ブラツクストライプスクリーン技術によ
つて、耐周囲光コントラスト特性が改善されているが、
遠距離から多人数で観察することを意図したもので、近
距離での観察には適したものではない。

近距離観視用に、投写形ディスプレイ装置が適さなか
つた主な理由は、その垂直指向角が約±６°ないし±８
°と狭く、かつ、出射光の大部分がほぼスクリーンから
法線方向に偏よつて分布するということにあつた。

本発明の目的は上記従来技術の性質を改良し、画面の
高さの約２倍以内、好ましくは約1.5倍以内の近距離か
ら観視するに適した投写形ディスプレイ装置を提供する
にある。

また、本発明の他の目的は、周囲光によるコントラス
ト劣化の少ないディスプレイ装置を提供するにある。

尚、上記“好ましくは1.5倍”の理由は、標準者の視
力は1.0であり、これは角度１分（約3mrad）の注視努力
を伴う弁別限界に対応することに基づくものである。す
なわち、1000画素/Hを1.5Hから観視すると、１画素分の
角度は約6mradであり、弁別限界の２倍に相当し、ほぼ
楽に読解できる限度に相当する。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、２枚のフレネルシート手段と、１枚のレ
ンチキユラーシート手段とを組合わせたスクリーンを使
用することによつて、また１枚のスパイラルフレネルシ
ート手段と１枚のレンチキユラーシート手段と１枚のリ
ニアフレネルシート手段とを組合わせたスクリーンを使
用することによつて達成される。

〔作用〕

２枚のフレネルシート手段によつて、投写源から画面
周辺部に向つてマクロに発散してくる光は、マクロに、
出射側の約1.5H（Ｈは画面高さ）の距離に収束される。
該レンチキユラーシートは、縦縞状画面レンチキユラー
レンズ構成によつて光をミクロに水平方向に約±30°以
上拡散すると共に、内在される拡散用粒子の作用によつ
て、垂直方向に約±８°垂直方向にミクロに光を拡散す
る。

該レンチキユラーシートの光出射側レンチキユラーレ
ンズのピツチは光入射側レンチキユラーレンズのピツチ
よりも小さく選定され、上記２枚のフレネルシートによ
る出射光収束作用を妨害せず保持する。該出射側レンチ
キユラーレンズ面にはブラツクストライプが形成され、
周囲光に起因するコントラストの劣化を防ぐ。

また、リニアフレネルシート手段として、その上半部
の光入射側にリニアフレネルレンズ面を形成し、下半部
の光出射側にリニアフレネルレンズ面を形成したもので
は、リニアフレネルレンズの作用によつて出射光は、画
面高さの約1.5倍の距離に収束される。そして、フレネ
ルレンズ面は常に下方に傾斜するよう構成されるため、
上方に位置する照明光源の反射光が下方に反射され、観
視者の目の方向には制限されるので、コントラストの劣
化が防止される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第一実施例の構成を示す斜視図であ
つて、１は第１のスパイラルフレネルシート、２はレン
チキユラーシート、３は第２のスパイラルフレネルシー
ト、４は投写源である。そして、スパイラルフレネルシ
ート1,3及びレンチキユラーシート２とでスクリーン手
段を構成する。

レンチキユラーシート２にはブラツクストライプが縦
縞状に塗布されるが、同図では図示していない。

また、投写源４は、ディスプレイ回路，投写管，投写
レンズからなる。同図には１組しか記してないが、実際
には、赤，緑，青の３原色の各々に対応する３組が、水
平方向に並置され、合成カラー画像がスクリーン上に投
写結像される。スクリーンは全体として厚み約4mm対角
長約40″のものであるが同図では分解して判り易く示し
てある。

第２のスパイラルフレネルシート３のレンズ面は、第
１のスパイラルーシート１と逆に、入射面側に形成され
る。

以下、その動作について説明する。

第２図は第１図の水平断面図であつて、５はブラツク
ストライプ部であり、投写源４からスクリーン周辺に向
つてマクロに発散してくる入射光は、第１のスパイラル
フレネルシート１によつてマクロな平行光に変換され
る。次に、第２のスパイラルフレネルシート３によつて
該平行光は、約1.5Hの距離の出射側共役点に向つて収束
される。この光は、レンチキユラーシート２によつてそ
のマクロな方向をほぼ保持すると共に、ミクロには、水
平方向に約±30°以上の広範囲に拡散される。従つて、
出射光は共役点に向う方向を基準として左右±30°以上
にわたつてほぼ一様な指向性をもつ。

第３図は、第１図の垂直断面図であつて、投写源４か
らの光は、第１のスパイラルフレネルレンズ１によつて
マクロに平行光に変換され、次に第２のスパイラルフレ
ネルレンズ３によつて、約1.5Hの距離の共役点に向つて
収束される。

スパイラルフレネルシート1,3のＦ値は約1.5に設定さ
れている。この収束光はレンチキユラーシート２中に含
有されるSiO₂などの微小粉末状拡散材によつて、共役点
に向う方向を基準として約±８°の範囲に拡散される。

第４図は第１図に示した構成による代表的な指向性を
示すグラフであつて、横軸は共役点に向う方向を基準０
°として計つた角度、縦軸は指向角で、６は水平方向の
指向性、７は垂直方向の指向性を示す。

同図に示されたように、1.5Hの共役点に位置する観視
者からみて、画面は周辺まで含めた全体として一様な輝
度にみえる。逆に、遠方から観視した場合は、画面の上
・下部はほぼ真黒となつてしまう。しかし、そのような
使い方はなされないので、許容される。

尚、前記米国特許第4536056号明細書には、第１のス
パイラルフレネルシート１のパワーを強くすることによ
つて、光出射側の共役点を有限の観視位置、約6H〜8Hに
持つてくることが記載されている。これによれば約6Hま
では副作用少なく具現化できるが、これを4H以下に持つ
て来ることは後述のように不適である。

それについて述べる前に第５図，第６図によつてフレ
ネルシートのプリズム角αと屈折角θとの関係を説明す
る。両者間には、スクリーン材質の屈折率をｎ（通常、
アクリル材でｎ≒1.5）として、次の関係がある。

第５図の入射面フレネルの場合は、第６図の出射面フレネルの場合は、両者共、θ《1radの場合には θは、光出射側共役点の位置1.5Hとリニアフレネルシ
ート上の縦方向座標とから決まるので、式（１），
（２）から所望のα値が求まる。

αの最大値は、式（１）から、ｎ≒1.5として、34°
と求まる。式（２）からは、30°と求まる。

さて次に、スパイラルフレネルシートを使わずにスパ
イラルーシート１だけによつて1.5Hの出射側共役点を得
る場合の欠点について記す。スパイラルフレネルシート
の入射面は平面であり、従つて画面対角隅においては第
７図実線に示す光線経路となる。

同図でγは投写源を見込んだ画角であり、対角隅で
は、約35°である。一方、θは、対角隅から出射側共役
点1.5Hを見込む角度である。画面中心から対角隅までの
距離は、4:3のアスペクト比の場合、ピタゴラスの定理
により、であるから、第７図のα値はスネルの法則を適用して、次式により
求まる。

上式にγ＝35°，θ＝29°を代入すると、α≒50°を
得る。

緑色投写源については、上記第８図に４で示した通
り、中央に配置されるため、上記の通りで特に問題はな
い。しかし乍ら赤色及び青色投写源は、第８図４′,4″
に示される通り、その配置位置が左右にずれている。こ
のため、画角γ′は緑色に対するものより約６°小さな
値となる。このため、その光路は第７図の点線に示され
る通りとなり、スパイラルフレネルレンズの出射面で全
反射を発生してしまう。これにより、対角隅において、
赤または青の光が失われてしまう。従つて、色純度が極
めて強く損なわれてしまうという欠点があつた。

上記のように、わずか約６°の入射角の変化で、出射
光の方向が大きく変化し、全反射に至つてしまう理由
は、スネルの法則が、全反射条件の近くでは極めて強い
非直線的性格を有することに起因する。

本発明においては、第３図で既述の通り、１のスパイ
ラルフレネルシートの出射光はほぼ平行光となるように
構成する。従つて、全反射条件に対しては充分な余裕を
もつが故に、上記２枚式スクリーンの欠点を克服でき
る。

尚、前記米国特許明細書には、本実施例の第２のスパ
イラルフレネルシート３の代わりに、垂直方向に光を拡
散する横縞状のレンチキユラーレンズを使用することに
よつて効率良く垂直指向角を拡大できることが述べられ
ている。しかし、この技術によつて約±18°の垂直拡散
角を得ようとすると、本発明に比べて約２倍以上広範囲
に光が拡散されてしまうために、そのスクリーンゲイン
が本実施例のそれよりも約半分以下となつてしまう。逆
に本実施例は上記技術に比べて約半分の光エネルギー
で、所望の目的を達成し得るという長所を有する。した
がつて、投写管に流すべき電子ビーム電流も半分で済
み、過大なビーム電流に付随する電子銃のデフオーカス
を避けてフオーカスの優れた画像を提供できる。

次に、本実施例における３枚の各シートのレンズのピ
ツチの設定法について説明する。

レンチキユラーシート２のピツチは、ディスプレイの
画素ピツチの約85％以下に設定する。そうしないと、有
限周期のサンプリング効果に起因して、画素の弁別が困
難となる。本発明の主対象である40″サイズの約1000ラ
イン×1000ドツト以上のディスプレイにおいては、レン
チキユラーシートの、ピツチP₂は約0.4mmに設定され
る。

３枚式構成のスクリーンにおいては、各シート相互間
の周期性の干渉に起因するモアレ妨害が重大な問題とな
る。これは、次のようにして克服される。

最も重要なモアレ妨害は、レンチキユラーシート２と
第２のスパイラルフレネルシート３との間で発生する。
該妨害を抑えるために、第２のスパイラルフレネルシー
ト３のピツチP₃は、P₂の約（整数＋0.5）^-1倍に設定さ
れる。次に、第１のスパイラルフレネルシート１のピツ
チP₁はP₂の約（整数＋0.5）^-1倍でかつ、P₃の約（整数
＋0.5）倍または約（整数＋0.5）^-1倍に選定される。

更にモアレ妨害を低減するために、第９図に示す手段
が有効である。同図で４は投写源、１は第１図の１に対
応する第１のスパイラルフレネルシート、同図でレンチ
キユラーシートと第２のスパイラルフレネルシートは省
略している。

第10図は第９図の要部拡大図であつて、1,3はスパイ
ラルフレネルシート、２はレンチキユラーシートであ
る。レンチキユラーシート２のレンズ部は省略して描い
てある。モアレ妨害の根本原因は、第１のスパイラルフ
レネルシート１の平行出射光中に同図８で示す斜線部、
即ち、光不在領域が周期的に存在することにある。この
光不在領域がレンチキユラーシート２まで有限の幅で伝
達されるとモアレ妨害を発生する。

上記光不在領域を、レンチキユラーシート２に至るま
でに消滅させる手段として、第10図に示す通り、レンズ
面１′を凹面として、ミクロに凹レンズ化してある。そ
の凹レンズの強さは同図のεの角度で表される。

ε（rad）が次の条件を満たすとき、モアレ妨害が低
減化される。

（ｎ−１）εｔ≧P₁ｄ …（５）ここに、n:スクリーン材質の屈折率でｎ≒1.5 t:シート３の厚み P₁：シート１の周期 d:光不在領域のデユーテイフアクタ上式（５）の左辺は、凹レンズによる区間ｔ内での光
不在領域幅縮小量である。右辺は元の光不在領域幅であ
る。ｄの値はスネルの法則に基づき、過程は省略するが
次式で与えられる。

上式でγは第10図の画角、αはプリズム角である。α
の値は上式（４）からθ＝０として求まる。実際例とし
て画面左右端での画角γ≒20°を代入すると、α＝37°
となり、光不在領域率ｄは0.15（15％）と求まる。

以下に各シートの具体例の数値を示す。

以上の値を代入して、式（５）からεの値を求める
と、ここで、ｎ≒1.5であるから、ほぼ（ｎ−１）ε≧0.05rad≡2.9° である。そこで、第10図において第１のフレネルシー
ト１に、約5.7°の凹レンズ作用を持たせておけば、モ
アレを低減するのに極めて有効である。これによつて光
は、約2.9°ppだけミクロに発散する。水平方向の発散
角が10°ppを越えると、第２図において、レンチキユラ
ーシート２の出射面のブラツクストライプ５によつて出
射光がトラツプされてしまい色純度が劣化する。上記例
では発散角が小さいので、色純度を劣化させることなく
モアレ妨害を低減できる。

以上、第１図のシート１の出射面のミクロな凹レンズ
について述べた。第２のスパイラルフレネルシート３の
入射面のミクロな凹レンズについても同様である。

尚、モアレ妨害低減効果は、第２のスパイラルフレネ
ルシート３のフレネル面を入射側でなく出射側に持つて
くる構成においては消滅する。何故なら、該出射面の直
後に新たに光不在領域が発生し、それがそのままレンチ
キユラーシート２に伝達されモアレ妨害を発生する。

上記したシート１のピツチ0.17mmは、現在のプラスチ
ツク成形で充分達成可能なものである。

次に、レンチキユラーシート２の出射側／入射側レン
チキュラーレンズのピッチ縮小率についての詳細を説明
する。

第２図に図示するレンチキュラーシート２で示すよう
に、その入射側のレンチキュラーレンズに対し、出射側
のレンチキュラーレンズのピッチを縮小する必要があ
る。同図で、出射側共役点は1.5Hの距離にあり、スクリ
ーンの幅は4/3Hである。従つて共役点の頂角は、約±24
°となる。これをレンチキユラーシート（ｎ≒1.5）の
内部の角度に換算するとスネルの法則に基づき、となる。前表の通り、レンチキユラーシート２の厚みは
0.5mmであるので、出射側レンズ幅必要縮小量は、 0.5mm×tan16°×２≒0.29mm スクリーンの横幅は800mm故、縮小率δは、上記比率だけレンチキユラーシート２の出射面側は、入
射面側に対して、レンチキュラーレンズ面の幅が、従っ
て、そのピッチも縮小して形成される。これにより、先
に記載したように、第２のスパイラルフレネルシート３
からの光の方向は、このレンチキュラーシート２を通っ
ても、約1.5Hの近距離にある上記の出射側共役点の方向
に保持されることになる。

以上、本発明の第一の実施例についての説明をした。

第11図は本発明の第二の実施例の構成を示す斜視図で
あつて、前記第一の実施例との違いは、スパイラルフレ
ネルシート３の出射側に、垂直方向に光をミクロに拡散
するレンチキユラーレンズ面９が付加されている点と、
レンチキユラーシート２の中の拡散材粒子密度が半分以
下に低減されている点である。その他は第一の実施例と
同じである。また、レンチキユラーシート２の出射面に
は実際には第２図の５の如くブラツクストライプが設け
られるが繁雑を避けるため省略してある。

レンチキユラーレンズ９のピツチは、約0.4mmであ
り、その拡散角は約±８°である。

既述の通り本発明の３枚シート構成においては、従来
のシート1,2だけからなる２枚構成に比べて、モアレ妨
害が大幅に低減されるという特長がある。従つて、この
特長を活かして、レンチキユラーシート２の中の拡散材
の量を減らしてもモアレ妨害は軽度である。この拡散材
の量を減らすと、光の伝播損失が低減される。但し、そ
の際、付随して垂直拡散角が過小となるのでこれを防ぐ
ために、レンチキユラーレンズ面９が付加されている。
スクリーンゲインは約４倍以上とすることができ、従つ
て同一高圧電力消費のもとで、直視管式ディスプレイに
比べて約４倍以上の鮮明な画面輝度を得ることができ
る。

第12図は本発明による投写形ディスプレイ装置全体の
構成図であつて、10は対角約40″サイズのスクリーン
で、第１図の1,2,3または第11図の1,2,3で示したシート
に対応する。また、11はミラーである。投写レンズ12,
投写管13,投写用回路14は前記した投写源の構成要素で
ある。同図は横断面図であるので、これらの各１組しか
記されていないが、投写源は、３原色用に３組並置され
る。尚、15は作業卓である。そして、斜線枠16内が適視
領域であり、椅子に腰かけたときの目の高さ約1.2mの高
さである。スクリーンの下側部キヤビネツトには光不通
過領域に約10cm以上の凹みが設けられており、ここに机
の端を挿入することにより、作業卓の作業面積を広く確
保してかつ、スクリーンと観視者の目の間の距離を充分
近くして、高精細画像の細部が目の視力で弁別可能とさ
れている。キヤビネツトの奥行き17は、机の端から測つ
て約50cm以内とすることができ、従来の20″の直視管式
ディスプレイ装置並みの小奥行スペースに配置できる使
い勝手の優れたものである。

また、このディスプレイ装置を輸送する際に、第１図
において、第１のスパイラルフレネルシート１と第２の
スパイラルフレネルシート３との間の摺動振動によつて
キズが付くという問題がある。しかしこれは、次のよう
にして克服される。上記３枚のシートを組合わせる前
に、第１のスパイラルフレネルシート１と第２のスパイ
ラルフレネルシート３との相対する面に、予め蒸気圧の
低いオイルを微量塗布しておく。具体的にはシリコーン
オイルを含んだ布で前面をぬぐつておくことでその耐性
を十分なものとすることができる。

また、上記３枚のシート間にすき間が約5mm以上発生
すると、結像面が多重に見えるという問題がある。特に
外気の天候の変化に伴う湿度の変化に伴つて、約1mm以
下の薄いシートは、凹状または凸状に反りかえり易いと
いう問題がある。約0.5mm厚のアクリルシートの表面か
ら湿気が侵入開始してから、該裏面に拡散過程によつて
到達するには、約２日間を要する。その過渡期間に、該
シートの表側が裏側に比べて多量の水分を含有するが故
に、表側が相対的に膨張し、その結果外側に凸状にふく
らみ、分厚いシート１との間にすきまを発生するという
問題である。これは、従来の約1.5mm厚以上の分厚い従
つて強いシートを用いていた民生用プロジエクタでは極
めて軽度のため問題とはなつていなかつた。本発明の高
精細化,3枚化に伴つて発生する上記問題点は次のように
して克服される。

まず、第１のスパイラルフレネルシート１は湿度の変
化に対して充分な強さをもつように約2mm厚以上、代表
例として既述表の通り3mm厚とされる。また、数mm中央
部を凹ませた円筒形状の初期形状とされる。

第１と第２のスパイラルフレネルシート2,3はシート
厚0.5mmと薄いため、外気の湿度変化に弱い。従つてそ
の初期形状は、第13図の符号2,3に示される通り、曲率
半径約30cmの円筒状ないしだ円筒状とされる。これら３
枚のシートを第14図に示すように、ほぼ一平面をなすス
クリーン枠内にはめ込むことによつて３枚のシートは互
いに密着する。また、同図矢印の方向への弾性圧力が常
に存在するため、外気湿度の過渡変化に伴つてシート2,
3を観視側（図の右側）にふくらまそうとする応力が加
わつても、該弾性応力がこれに打ち勝つて常に相互密着
性を保持する。

上記耐環境性を支配する物理は定量的に次のように示
され、一般応用に際してのシート2,3の厚みｔと第13図
の曲率半径Ｒの関係として示される。

シート2,3の材質の各表面／裏面間の湿度差に起因す
る線膨張率差をεとする。通常のアクリル材では通常の
湿度差15％に対してεの値は約６×10^-4のオーダーであ
る。該表裏膨張率差εはシート平面の各所でミクロにそ
の曲率を２次元的に、ε/tだけ変化させようとする応力
として働く。該曲率変化分の逆数即ち曲率半径を第15図
に示すR₁とすれば、第13図の初期１次元曲率半径（１次元とは円筒曲率に対
応し、２次元とは球面曲率に対応する。）Ｒは上記R₁の
半分以下としておく必要がある。何故なら、単にＲ＝R₁
としたのでは、第13図に示した初期円筒形とは直交する
方向に反対側にそり反つてしまうからである。Ｒ＝R₁/2
としておけば、該所期円筒形状に起因する弾性応力と湿
度応力に起因するミクロな球面化応力とが合成され、ミ
クロなくら形化応力が働くがこれは、シート2,3を観視
側へふくらませるというへい害を発生するには至らな
い。具体的Ｒ値は次の通り求まる。

尚、初期円筒の軸の方向は縦，横，斜めいづれであつ
ても良いことが、上記物理的分析過程から明らかであ
る。

尚、第12図に示したように、スクリーンを数度上向き
に傾けて構成することにより、上記３枚のシート間のす
きまの発生を更に最少限に保つことができる。

以上、耐湿度変化について述べた。耐温度変化につい
ては、アクリル材の熱拡散定数が10sec/mm²と高速であ
るため、問題とはならない。

尚、本実施例ではスパイラルフレネルシートを使つた
がこれは、同心円状のフレネルシートであつても良い。

第16図は本発明の第三実施例の構成を示す斜視図であ
つて、フレネルシート1,レンチキユラーシート2,投写源
４は前記の実施例と同様のもので、30はリニアフレネル
シートである。

リニアフレネルシート30は、その上半部には、入射面
側にリニアフレネルレンズ面が形成され、下半部には、
出射面側にリニアフレネルレンズ面が形成される。

第17図は第16図の水平断面図であつて、投写源４から
スクリーン周辺に向つてマクロに発散してくる光は、ス
パイラルフレネルシート１によつてマクロな平行光に変
換される。リニアフレネルシート30は水平方向には光を
屈折しないので、光は素通りする。レンチキユラーシー
ト２は光を水平方向±30°以上の広範囲に拡散する。従
つて、出射光は左右±30°以上にわたつてほぼ一様な指
向性を持つ。

第18図は第16図の垂直断面図であつて、投写源４から
の光は、スパイラルフレネルレンズ１でマクロに平行光
に変換され、リニアフレネルレンズ30でマクロに収束光
に変換される。このリニアフレネルレンズ30は、画面高
Ｈの1.5倍の距離で収束するよう、そのＦ値を約1.5倍に
設定されている。この収束光は２のレンチキユラーシー
トの中に含有されるSiO₂などの粉末拡散材によつて、約
±８°の範囲に拡散される。

第19図は第16図に示した構成による代表的な指向性を
示すグラフであつて、点線５′は水平方向の指向性を示
し、これは画面中央部と周辺部とでほぼ同一である。実
線６は画面中央部における垂直指向性である。また、実
線7,8は、画面上下部における垂直指向性である。横軸
の角度０°はスクリーン法線方向を意味する。画面上下
部においては、第18図の1.5Hの出射側共役点（収束点）
に対応して、±18.3°の方向に出射することを意味して
いる。従つて、1.5Hの共役点に位置する観視者から見
て、画面は周辺まで含めた全体として、一様な輝度に見
える。

逆に、遠方から本実施例のディスプレイ装置を観視し
た場合は、画面の上・下部はほぼ真黒となつてしまう。
しかし、そのような使い方はなされないので許容され
る。

尚、前記米国特許明細書には、前記したように、スパ
イラルフレネルシートのパワーを強くすることによつて
出射側の共役点を有限の観視位置約6H〜8Hに持つてくる
ことが述べられている。該技術は約6Hまでは副作用少な
く具現化できるが、これを4H以下に持つて来ることは前
記したように不適である。

また、フレネルシートのプリズム角αと屈折角θとの
関係は前記第５図，第６図，第７図，第８図で説明した
とおりである。

また、第18図のリニアフレネルシート30の形状から明
らかなように、観視者の上方に通常配置される周囲照明
用の光源からの光は、第20図（ａ）に示される通り、下
方に反射されるために、コントラスト比を劣化させるこ
とがない。もし、例えば出射面側のみにリニアフレネル
シートのレンズ面を形成すると第20図（ｂ）の30′に示
される通り反射光が観視者側にもどるためコントラスト
比が劣化する。

もちろん、本実施例においても、第18図のスパイラル
フレネル１の面からの反射光は、一部、観視者側にもど
つてくる。この成分は従来の２枚式スクリーンでも不可
避の性質であり止むを得ない。但し、スパイラルフレネ
ルレンズの形状から、コントラスト劣化領域は、画面上
で横帯状の六面積を占めることはなく、画面上部の中央
付近の小面積の領域に限られる。従つてその影響は軽度
のものである。

第21図は本発明の第四実施例の構成図であつて、スク
リーンの各要素の水平断面図である。同図において、ス
パイラルフレネルシート１とリニアフレネルシート30
は、第一実施例と同じである。２′はレンチキユラーシ
ートであり、出射面レンチキユラーレンズ10のピツチを
入射面９のそれに比べて小さくしてある。このため出射
面にて水平方向の収束作用が発生し、その重心光が観視
者の位置する有限の共役点に収束する。このため、観視
者から見た画面の一様性が第三実施例よりも更に改善さ
れる。第四実施例の垂直方向の指向性は第三実施例と同
じである。

通常、スクリーンの各要素1,2,3,2′,30,30′はアク
リル材を使用して成形される。成形のためにはいわゆる
成形型を使用する。成形型を作るには、ダイヤモンドに
代表される固いカツターで切削する。この固いカツター
は切削中に折れ易いという問題がある。本発明のリニア
フレネルシートは、該カツターとして丈夫な構造のもの
を使用し得るという長所をも有する。

何故なら、もし第20図の30′に示された片面リニアフ
レネルレンズを作るためのカツターは第22図（ａ）のよ
うな対称形の先端がくびれた形のものを使う必要があ
る。これはくびれた部分で折れ易い。一方、第20図30に
示す形式のものにあつては、表，裏計２枚の型が必要と
はなるものの、カツターとしては、第22図（ｂ）に示す
ような形式の傾斜の強いものを使用できるからである。

以下に本発明を構成するための各シートの具体的代表
数値例を示す。

その他の詳細は前記式（１），（２）及び前記米国特
許明細書によつて設計される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、従来遠距離観
視用にしか使えないものとされていた投写形ディスプレ
イ技術を改善し、従来常識とは逆に、画面高さの約２倍
以内、好ましくは約1.5倍以内の視距離で観視可能とし
た近距離観視専用のA₁サイズの高精細投写形ディスプレ
イを提供できる。その画質は、輝度，コントラスト比，
フオーカス，画面の一様性において、従来の直視管式デ
ィスプレイの欠点を克服でき、省電力的かつ人間工学的
に優れた長所を有するものである。また、耐輸送振動環
境及び耐外気湿度変化環境にも強いという長所を有し、
画面高さの約２倍以内、好ましくは約1.5倍以内の視距
離で観視しても、画面全体の輝度が一様に保たれ、かつ
周囲外光に起因するコントラスト劣化の少ないパーソナ
ルワークステーシヨン用に好適な高精細投写形ディスプ
レイ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例の構成を示す斜視図、第２
図は第１図の水平断面図、第３図は第１図の垂直断面
図、第４図は第１図の構成による代表的な指向性を示す
グラフ、第５図，第６図，第７図，第８図は入射角／出
射角の説明図、第９図，第10図はモアレ妨害低減手段の
説明図、第11図は本発明の第二実施例の構成を示す斜視
図、第12図は本発明による投写形ディスプレイ装置の構
成図、第13図，第14図，第15図はスクリーン構成の説明
図、第16図は本発明の第三実施例の構成を示す斜視図、
第17図は第16図の水平断面図、第18図は第16図の垂直断
面図、第19図は第16図に示した構成による代表的な指向
性を示すグラフ、第20図はリニアフレネルシートの照明
光の反射説明図、第21図は本発明の第四実施例の構成
図、第22図はリニアフレネルレンズを切削するためのカ
ツターの説明図である。１……スパイラルフレネルシート、２……レンチキユラ
ーシート、３……スパイラルフレネルシート、４……投
写源、５……ブラツクストライプ、30……リニアフレネ
ルシート、５……水平指向性、9,10……レンチキユラー
レンズ面。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】投写手段の映出画像をスクリーン手段に拡
大投写する投写形ディスプレイ装置において、該スクリーン手段は、光入射側から光出射側への順に、
第１のフレネルシート手段と第２のフレネルシート手段
とレンチキュラーシート手段とが配置されてなり、該第１のフレネルシート手段は、その出射側の面に第１
のスパイラルフレネルレンズ面を有して、該投写手段か
らの発散光を平行光にし、該第２のフレネルシート手段は、その入射側の面に該第
１のスパイラルフレネルレンズ面と対向する第２のスパ
イラルフレネルレンズ面を有して、該第１のフレネルシ
ート手段からの該平行光を約2H以内（但し、Ｈはスクリ
ーン手段での投写画面の高さ）の距離にある光出射側共
役点に収束させ、該レンチキュラーシート手段は、入射側の面と出射側の
面とに、投写される画像での画素ピッチよりも小さいピ
ッチで水平方向にレンチキュラーレンズが配列されて、
出射光を水平方向に拡散し、かつ該出射側の面での該レ
ンチキュラーレンズのピッチを、該入射側の面での該レ
ンチキュラーレンズのピッチに対して、約2H以内である
該光出射側共役点までの距離に応じた比率で縮小したこ
とを特徴とする近距離観視用投写形ディスプレイ装置。
【請求項２】請求項１において、前記第２のスパイラルフレネルシート手段の出射側の面
に、光を垂直方向に拡散するレンチキュラーレンズを設
けたことを特徴とする近距離観視用投写形ディスプレイ
装置。
【請求項３】投写手段の映出画像をスクリーン手段に拡
大投写する投写形ディスプレイ装置において、該スクリーン手段は、光入射側から光出射側への順に、
第１のフレネルシート手段と第２のフレネルシート手段
とレンチキュラーシート手段とが配置されてなり、該第１のフレネルシート手段は、その出射側の面に第１
のスパイラルフレネルレンズ面を有して、該投写手段か
らの発散光を平行光にし、該第２のフレネルシート手段は、その入射側の面の上半
部に該第１のスパイラルフレネルレンズ面と対向する第
１のリニアフレネルレンズ面を、その出射側の面の下半
部に第２のリニアフレネルレンズ面を夫々有して、該第
１のフレネルシート手段からの該平行光を約2H以内（但
し、Ｈは該スクリーン手段での投写画面の高さ）の距離
にある光出射側共役点に収束させ、該レンチキュラーシート手段は、入射側の面と出射側の
面とに、投写される画像での画素ピッチよりも小さいピ
ッチで水平方向にレンチキュラーレンズが配列されて、
出射光を水平方向に拡散し、かつ該出射側の面での該レ
ンチキュラーレンズのピッチを、該入射側の面での該レ
ンチキュラーレンズのピッチに対して、約2H以内である
該光出射側共役点までの距離に応じた比率で縮小したこ
とを特徴とする近距離観視用投写形ディスプレイ装置。