JP3593577B2

JP3593577B2 - レンチキュラーレンズシート

Info

Publication number: JP3593577B2
Application number: JP06819696A
Authority: JP
Inventors: 渡辺一十六
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1996-03-25
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2016-03-25
Also published as: DE69724495T2; EP0798592A1; DE69724495D1; EP0798592B1; JPH09258332A; US5889613A; DK0798592T3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンチキュラーレンズシートに関し、特に、背面投射型テレビに用いるスクリーン用のレンチキュラーレンズシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロジェクションテレビがＣＲＴ直視型テレビに比べて暗いため、できるだけ明るいスクリーンが要求されてきた。その結果、入射光の損失を少なくし、正面方向に多くの光が出射されるような高輝度でαＨ（ゲインチャート上でピーク値の半分になる角度（半値角））の大きなレンチキュラーレンズ面形状が望まれてきた。このような要求に対するレンチキュラーレンズの形状は、例えば特公平７−１９０２９号に示されるように、入射側、出射側レンズ面が略楕円形状をなし、出射側の光不透過部に光吸収層が形成され、入射光はレンチキュラーレンズ内で焦点を結び、その焦点付近に出射側レンズ面が形成され、その光拡散特性図（ゲインチャート）は、４５°付近で急激に立ち上がる釣鐘状の特性を有していた。
【０００３】
それに対して、近年、投射管の向上等もあり、多少の光の損失よりも色や明るさが広い角度範囲で均一なレンチキュラーレンズ形状が求められるようになってきた。特に、テレビセットの薄型化に伴い、従来よりも大きな集中角で、なおかつ、均一性の良いスクリーンが要求されるようになってきた。前述した従来の形状のレンチキュラーレンズの場合、ＲＧＢ各色のゲインチャートは４５°付近でＲＧＢ各色がそれぞれずれて急激に立ち上がるため、その付近での各色の輝度比が大きくなり、テレビ画面を斜めから観察した際に色付いて見えるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、集中角の大きなテレビセットでも、色の変化が滑らかで、かつ、広い視野角を有する透過型スクリーンを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、レンチキュラーレンズの形状を検討した結果、入射側レンズ面は略楕円形状で、その楕円の長径をｂ、短径をａ、レンズ面の幅をｐとしたとき、２．５≦ｂｐ／ａ^２≦３．０を満たし、出射側レンズ面は略楕円形状で、その楕円の長径をｂ、短径をａ、隣接する２つの投射管とスクリーン中心のなす角（集中角）をφとしたとき、０．５５≦ｂ／（ａ^２φ）≦０．７５を満たす垂直直線状レンズ面群と、出射側レンズ面の光不透過部に光吸収層が形成され、入射側レンズ面の谷底から出射側レンズ面の頂部までの厚みＬが式
Ｌ≦ｐ／［２ｔａｎ｛θ_１−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ_１／ｎ）｝］
ただし、ｐ：レンチキュラーレンズのピッチ
θ_１：入射側レンズ面の谷底でのレンズ面の法線角度
ｎ：レンチキュラーレンズシートの屈折率
を満たすときに、ゲインチャート上で、緑光（Ｇ）は略三角形状の拡散特性を示し、赤光（Ｒ）及び青光（Ｂ）は頭のない略三角形状の各線特性を示し、比Ｒ／Ｂが全域で比較的小さな値に止まることを見出した。
【０００６】
ここで、上記の条件内でも、組み合わせによっては、ゲインチャート上で弱いカットオフが生じることがあるが、入射側レンズ面の裾部分に断面が直線部又は入射側空間中に曲率中心を有する逆円形部を形成することにより、それをよりなだらかにすることができることを見出した。
【０００７】
また、入射側レンズ面の頂部に、上記の楕円より曲率半径の大きな断面円形部を形成することにより、ゲインチャートはＧが略三角形状で、Ｒ、Ｂは頭のない略三角形状であるため、中心部のＧとＲ、Ｂとの間にやや輝度の差が生じるが、Ｇの特性の頭が丸まり、その差を小さくすることができることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明のレンチキュラーレンズシートは、背面投写型テレビ用の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において、該レンチキュラーレンズシートは、入射側の面に、断面が略楕円の一部で、その楕円の長径をｂ、短径をａ、レンズ面の幅をｐとしたとき、２．５≦ｂｐ／ａ^２≦３．０を満たす垂直直線状レンズ面群を備え、出射側の面に、断面が略楕円の一部で、その楕円の長径をｂ、短径をａ、隣接する２つの投射管とスクリーンシートの中心とがなす角をφとしたとき、０．５５≦ｂ／（ａ^２φ）≦０．７５を満たす垂直直線状レンズ面群を備え、出射側の面の光不通過部に光吸収層が形成され、入射側レンズ面の谷底から出射側レンズ面の頂部までの厚みＬが次式を満たすことを特徴とするものである。
Ｌ≦ｐ／［２ｔａｎ｛θ_１−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ_１／ｎ）｝］
ただし、ｐ：レンチキュラーレンズのピッチ
θ_１：入射側レンズ面の谷底でのレンズ面の法線角度
ｎ：レンチキュラーレンズシートの屈折率
である。
【０００９】
この場合、入射側レンズ面の裾部分の２〜１０％の範囲に断面が直線部又は入射側空間中に曲率中心を有する逆円形部が形成されているようにしてもよい。また、入射側レンズ面の頂部に、前記楕円より曲率半径の大きな断面円形部が形成されているようにしてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレンチキュラーレンズシートのいくつかの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
まず、図１に本発明によるレンチキュラーレンズシートの繰り返し単位の断面を示す。楕円の頂部に座標原点を設定した場合、楕円の方程式は次式で表すことができる。

この式は、ｋの値によって楕円の他に、放物線や双曲線等も表すことのできる一般的な式である。−１＜ｋ＜０のときに、ｙ軸方向に長い楕円となる。
【００１１】
本発明者は様々なレンチキュラーレンズ形状のゲインチャートを描かせて検討した結果、入射側レンズ面Ｉの断面の楕円形状としては、レンチレンチキュラーレンズ面のピッチ（レンズ面の幅）をｐとしたとき、ｐ／ｃの値が２．５から３．０、出射側レンズ面Ｏの断面の楕円としては、投射光の集中角をφとしたとき、１／φｃの値が０．５５から０．７５で、入射側レンズ面Ｉの谷部から入射した光が、出射側レンズ面Ｏの外側で中心線と交差する場合に、カラーシフトが良好になることを見出した。なお、出射側レンズ面Ｏは入射側レンズ面Ｉと整列しており、隣接する出射側レンズ面Ｏ間の光不通過部には、ストライプ状の光吸収層ＢＳが設けられている。
【００１２】
ここで、投射光の集中角φは、図２に示すように、隣接する２つの投射管とスクリーン中心のなす角φとして定義される。
【００１３】
図１において、楕円のｘ軸方向の径をａ、ｙ軸方向の径をｂとすると、ｃ＝ａ^２／ｂ，１＋ｋ＝ａ^２／ｂ^２の関係にある。したがって、カラーシフトが良好となる楕円の上記条件は、以下のようになる。
【００１４】

また、図１より、入射側レンズ面Ｉの谷底法線をｍ、その位置でのレンチキュラーレンズシート面に直角に入射する光（通常、緑光）の入射角をθ_１とすると、谷底に入射した上記の光が出射側レンズ面Ｏの外側でｙ軸と交差するためには、入射側レンズ面Ｉの谷底から出射側レンズ面Ｏの頂部までの厚みＬは、

であればよい。ただし、ｎはレンチキュラーレンズシートの屈折率、θ_２は入射側レンズ面Ｉの谷底に入射角θ_１で入射した光の屈折角である。
【００１５】
図３にレンチキュラーレンズシート面に直角に光を入射させたときの光路を示す。ただし、出射側レンズ面Ｏで屈折をしないものとしている。
この形状の特徴は、入射側レンズ面Ｉから入射した光が一点では焦点を結ばず、頂部から裾へそして谷底へと行くに従い、遠距離で中心線（ｙ軸）と交差する。そして、出射側レンズ面Ｏを裾部の交差点▲１▼（図３）より内側にすることで、裾部から入射した光は出射側レンズ面Ｏで屈折し、より大きな角度となってレンチキュラーレンズシートから出射するものである。
【００１６】
従来のレンチキュラーレンズは、入射光が出射側レンズ面近傍で焦点を結び、入射側レンズ面の裾部に入射した光も出射側レンズ面によりより正面方向へ屈折させていたのに比べて、本発明のものは逆の考え方をとっている。この特徴により、ゲインチャートは、中心から端まで略均一な勾配の略三角形状の特性となる。この結果、急激なゲインの落ち込み（カットオフ）がなく、色や明るさの変化が滑らかとなる。また、従来のレンチキュラーレンズ形状ではしばしば見られたカットオフに伴う色の反転現象がないため、出射側レンズ面Ｏによる色補正が行いやすい。
【００１７】
また、出射側レンズ面Ｏは、緑光（Ｇ）に関しては、拡散角の制御として働くが、赤光（Ｒ）や青光（Ｂ）には、角度の補正として働く。従来のテレビセットでは集中角は７〜８°のものが多かったが、最近のテレビセットでは１０°以上のものの方が一般的である。それに合わせて、赤光や青光が出射する部位である出射側レンズ面Ｏの中腹部の勾配を大きくするのが好ましい。
【００１８】
なお、入射側レンズ面Ｉが全域で楕円の場合には、θ_１は以下のようにして求めることができる。
（１）式を微分すると、次式が得られる。
ｄｙ／ｄｘ＝−（ｘ／ｃ）／｛１−（１＋ｋ）（ｘ／ｃ）^２｝^１／２・・・（４）
したがって、レンズ面の底での面の法線の傾きは、（４）式のｘの代わりにｐ／２を代入して、
ｄｙ／ｄｘ＝−（ｐ／２ｃ）／｛１−（１＋ｋ）（ｐ／２ｃ）^２｝^１／２・・・（５）
（５）式はｔａｎθ_１に等しいから、次式が得られる。

また、入光側レンズ面Ｉの高さ｜ｙ｜は、

である。
【００１９】
図４は本発明の変形を説明するための図である。入射側レンズ面Ｉが単一の楕円ではなく、裾部分に直線又は入射側空間中に曲率中心を有する逆円が形成されている場合と、頂部にその楕円より曲率半径の大きな円が形成されている場合とを合わせて示してある。何れか一方あるいは双方を採用することにより、ゲインチャートをよりなだらかにしたり、ＧとＲ、Ｂとの間の輝度の差を小さくすることができる。
【００２０】
以下、具体的な実施例１〜４と比較例について説明する。
何れの実施例も、ピッチｐは０．７５ｍｍ、入射側レンズ面Ｉのａ＝０．５ｍｍ、ｂ＝１．０ｍｍ、出射側レンズ面Ｏのａ＝０．４ｍｍ、ｂ＝１．１ｍｍ、Ｌ＝０．５３ｍｍ、屈折率ｎ＝１．５、集中角φ＝１１°であり、実施例１は、入射側レンズ面Ｉ、出射側レンズ面Ｏ共楕円の場合、実施例２は、入射側レンズ面Ｉ裾各々７．５％が直線の場合、実施例３は、入射側レンズ面Ｉ裾各々７．５％が半径が０．５ｍｍの逆円の場合、実施例４は、実施例２に加えて頂部３０％を円にした場合である。各実施例の法線角度θ_１は、実施例１が６４．３°、実施例２が５７．１°、実施例３が３２．９°、実施例４が５７．１°であり、それぞれの接合部ではそれぞれの形状の接線角度が等しくなるように接合してある。各実施例では、入射側レンズ面Ｉについて、ｂｐ／ａ^２＝２．７５、出射側レンズ面Ｏについて、ｂ／（ａ^２φ）＝０．６２３である。
【００２１】
図５〜図８に上記実施例１〜４のゲインチャートを、図９に比較例のゲインチャートを示した。なお、比較例の入射側レンズ面については、ｂｐ／ａ^２＝２．２７、出射側レンズ面についは、ｂ／（ａ^２φ）＝０．２５７である。また、図１０に上記実施例１〜４及び比較例のカラーシフトチャートを示した。
【００２２】
以上の図５〜図１０から、多くの人が観察する４０°以内の角度で本発明のものがカラーシフトが改善されているのが分かる。また、このことにより、スクリーン全体で見た場合においても、実施例１〜４のレンチキュラーレンズシートを用いれば、比較例に比べて、斜めから観察した場合の色均一性を良くすることができる。
なお、参考までに、図１１、図１２に上記実施例１及び比較例のＲＧＢの光線追跡図を示してある。
【００２３】
次に、入射側レンズ面について、ｂｐ／ａ^２を２．２７〜３．２５の間で変化させた場合の図１０と同様なカラーシフトチャートを図１３に示す。入射側レンズ面以外のパラメータは実施例１と同じである。２．２７の場合は、角度が小さいときから比較的大きな値を示しているのに対して、２．５〜３．０のものは、４０°近辺から大きくなる。実施例２、３のように、裾を直線や逆円とすることで、この４０°以上での大きくなり方を和らげることができる。一方、３．２５の場合は、２０°近傍で逆方向に大きくなっている。
【００２４】
また、出射側レンズ面について、ｂ／（ａ^２φ）を０．３〜０．８の間で変化させた場合の図１０と同様なカラーシフトチャートを図１４に示す。出射側レンズ面以外のパラメータは実施例１と同じである。また、図１５は、３５°及び５５°のカラーシフトをｂ／（ａ^２φ）の値に対してプロットした図である。図１５から、３５°でのカラーシフトは、０．７に最小値があり、０．６５〜０．７５で２以下となっている。また、５５°でのカラーシフトは、０．６で最小値となり、０．５５〜０．６５で１０以下となっている。図１４、図１５より、０．５５〜０．７５の範囲がよく、最適値は０．６５であることが分かる。なお、これらカラーシフトチャートはＲ、Ｂの光のみを考え、Ｇの光を考慮していない。ｂ／（ａ^２φ）＝０．８でのゲインチャートを図１６に示すが、この図から分かるように、ｂ／（ａ^２φ）を余り大きくしすぎると、０°付近でのＧとＲ、Ｂとの差が大きくなるため、好ましくない。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のレンチキュラーレンズシートを透過型スクリーンに用いることにより、集中角の大きなテレビセットでも、色の変化が滑らかで、かつ、広い視野角を有する透過型スクリーンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレンチキュラーレンズシートの繰り返し単位の断面図である。
【図２】投射光の集中角を説明するための図である。
【図３】レンチキュラーレンズシート面に直角に光を入射させたときの入射側レンズ面での屈折による光路図である。
【図４】本発明の変形を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１のゲインチャートである。
【図６】本発明の実施例２のゲインチャートである。
【図７】本発明の実施例３のゲインチャートである。
【図８】本発明の実施例４のゲインチャートである。
【図９】比較例のゲインチャートである。
【図１０】本発明の実施例１〜４及び比較例のカラーシフトチャートである。
【図１１】本発明の実施例１のＲＧＢの光線追跡図である。
【図１２】比較例のＲＧＢの光線追跡図である。
【図１３】入射側レンズ面のパラメータを変化させた場合のカラーシフトチャートである。
【図１４】出射側レンズ面のパラメータを変化させた場合のカラーシフトチャートである。
【図１５】特定角でのカラーシフトを出射側レンズ面のパラメータに対してプロットした図である。
【図１６】ｂ／（ａ^２φ）＝０．８でのゲインチャートである。
【符号の説明】
Ｉ…入射側レンズ面
Ｏ…出射側レンズ面
ＢＳ…光吸収層

Claims

背面投写型テレビ用の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において、該レンチキュラーレンズシートは、入射側の面に、断面が略楕円の一部で、その楕円の長径をｂ、短径をａ、レンズ面の幅をｐとしたとき、２．５≦ｂｐ／ａ^２≦３．０を満たす垂直直線状レンズ面群を備え、出射側の面に、断面が略楕円の一部で、その楕円の長径をｂ、短径をａ、隣接する２つの投射管とスクリーンシートの中心とがなす角をφとしたとき、０．５５≦ｂ／（ａ^２φ）≦０．７５を満たす垂直直線状レンズ面群を備え、出射側の面の光不通過部に光吸収層が形成され、入射側レンズ面の谷底から出射側レンズ面の頂部までの厚みＬが次式を満たすことを特徴とするレンチキュラーレンズシート。
Ｌ≦ｐ／［２ｔａｎ｛θ_１−ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎθ_１／ｎ）｝］
ただし、ｐ：レンチキュラーレンズのピッチ
θ_１：入射側レンズ面の谷底でのレンズ面の法線角度
ｎ：レンチキュラーレンズシートの屈折率
である。
請求項１記載のレンチキュラーレンズシートにおいて、入射側レンズ面の裾部分の２〜１０％の範囲に断面が直線部又は入射側空間中に曲率中心を有する逆円形部が形成されていることを特徴とするレンチキュラーレンズシート。
請求項１又は２記載のレンチキュラーレンズシートにおいて、入射側レンズ面の頂部に、前記楕円より曲率半径の大きな断面円形部が形成されていることを特徴とするレンチキュラーレンズシート。