【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像発生源と、前記画像発生源の映像を拡大投写する光学部品と、前記光学部品から投写された投写映像を映出する背面投写型スクリーンとを備えた画像表示装置、及びこの画像表示装置に用いられる背面投写型スクリーンに関する。
【0002】
【従来の技術】
小型画像発生源としての投写型ブラウン管や液晶表示装置などに表示された画像を投写レンズ等により拡大し、背面投写型スクリーンに投写する画像表示装置は、近年画質の向上が著しく、家庭用、業務用に普及が進んでいる。
【0003】
以下、図5及び図6を用いて、従来技術による画像表示装置について説明する。図5は従来技術による画像表示装置の一部断面斜視図、図6は従来技術による背面投写型スクリーンの構造を示す模式図である。図5において、51は画像発生源、52は前記画像発生源の映像を拡大投写する投写レンズ、53は前記投写レンズ52から投写された投写映像を映出する背面投写型スクリーン、54は画像表示装置の奥行を低減するために設けられた反射ミラー、55はこれらの装置を所定位置に固定する筐体である。画像発生源51は投写型ブラウン管や液晶表示装置などから構成され小型の画像を表示する。投写レンズ52は前記画像を背面投写型スクリーン53に投写するが、一般に投写距離が長いことから、画像表示装置の奥行を低減するために反射ミラー54がその光路の途中に設けられている。
【0004】
図6は従来技術による背面投写型スクリーン53の構造を示す模式図である。図において56はフレネルレンズシート、57はレンチキュラーレンズシート、58は前記レンチキュラーレンズシート57の画像観視側に設けられたブラックストライプである。矢印aの方向から投写される拡大投写映像(図示せず)は、フレネルレンズシート56で略平行光ないし若干内側を向く光に変換されレンチキュラーレンズシート57に入射する。レンチキュラーレンズシート57は図のようにスクリーン画面垂直方向を長手方向とするレンチキュラーレンズをスクリーン画面水平方向に複数配列された形状になっており、前記映像光をスクリーン画面水平方向に拡散する働きをする。また、レンチキュラーレンズシート57には拡散材59が練り込まれており、前記映像光をスクリーン画面水平及び垂直方向に拡散する働きをする。
【0005】
このようなスクリーンにおいては、以下に詳述するスペックルと呼ばれる画像妨害が発生する。このスペックル妨害の対策については、例えば下記特許文献1または2に記載されている。
【0006】
【特許文献1】特開平7−168282号公報
【特許文献2】特開平11−38512号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
前記画像発生源51には有効画面サイズが5〜7インチ程度の赤、緑、青の投写型ブラウン管が用いられてきたが、近年投写型ブラウン管に替わって反射型や透過型の液晶パネル、微小なミラーを複数備えた表示素子等の画像変調素子が用いられるようになってきた。このような画像変調素子はその有効画面サイズが1インチ前後と小さく、またその出射光は投写型ブラウン管に比べコリメート光に近いため前記投写レンズ52も小型で高F値(F値はレンズの明るさを表す数値であり、レンズの焦点距離fとレンズの口径Dの比f/Dに等しい。高F値とは、焦点距離fが同じであればレンズの口径Dが小さいことを表している。レンズに入射する光がコリメート光に近ければ、レンズの口径Dが小さくとも明るさを確保する事ができる。)になってきている。画像発生源51の有効画面サイズが小さく投写レンズ52の口径Dが小さくなってくるとスペックルと呼ばれる画像妨害が発生する。
【0008】
スペックルは空間的に離れたところにある微小な拡散要素で散乱した光が、後方の1点に作用して互いに干渉して生じる。言い換えれば画像発生源51上の任意の1点から出た光がスクリーン上の2点を通って干渉する訳であるから画像発生源51が小さくなって出射光の面密度が高くなれば高くなるほど、レンズの口径Dが小さくなればなるほど干渉は強くなり、スペックルのコントラストも大きくなっていく。
【0009】
スペックルを低減するには画像発生源51の有効画面サイズを大きくしたり、レンズの口径Dを大きくしたりする必要があるが、画像発生源51に画像変調素子を用いるというトレンドに反することになる。そこでスクリーン上の2点から出た光が互いに干渉しないようにするか、もしくは干渉した光を更に拡散させホワイトノイズにしてしまう対策がとられている。前者の対策については、上記特許文献1に開示されているように、背面投写型スクリーン53を構成するレンチキュラーレンズシート57に拡散材59を練り込まず、該レンチキュラーレンズの焦点距離のほぼ3倍以上はなれた位置に拡散層を設けると言うもので、スペックルの原因になる拡散材に入射する光線の方向をレンチキュラーレンズで大きくして干渉しないようにしている。この方法はスペックルの発生原因を取り除くことであり極めて効果的であるが、拡散層を該レンチキュラーレンズの焦点距離のほぼ3倍以上はなれた位置に設けなければならず、解像度が大幅に劣化すると言う新たな課題が生じた。
【0010】
また後者の対策については、上記特許文献2に開示されているように、背面投写型スクリーン53を構成するレンチキュラーレンズシート57に拡散材59を単純に練り込むのではなく、透明中間層をもつ3層構造にして第1層の拡散層で発生したスペックルを第3層の拡散層で隠蔽するようにしている。この方法も解像度が劣化するだけでなく、観視側にある拡散層が外光により白く見え明るい場所でのコントラスト性能が劣化すると言った課題が生じた。
【0011】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、解像度やコントラスト性能の低下を抑えつつスペックルの発生を低減せしめた背面投写型スクリーン、及びそれを用いた画像表示装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、背面投写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拡散材の屈折率を、該レンチキュラーレンズを構成する基材の屈折率との差の絶対値が0.08以上となるようにし、かつ該拡散材の平均粒径が10μm以下になるように構成した。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について実施例を用い、図を参照して説明する。
【0014】
図1は本発明による画像表示装置の一部断面斜視図である。図1において、1は画像発生源、2は前記画像発生源の映像を拡大投写する投写レンズ、3は前記投写レンズから投写された投写映像を映出する背面投写型スクリーン、4は画像表示装置の奥行を低減するために設けられた反射ミラー、5はこれらの装置を所定位置に固定する筐体である。画像発生源1は投写型ブラウン管や反射型や透過型の液晶パネル、微小なミラーを複数備えた表示素子等の画像変調素子などから構成され小型の画像を表示する。投写レンズ2は前記画像を背面投写型スクリーン3に投写するが、一般に投写距離が長いことから、画像表示装置の奥行を低減するために反射ミラー4がその光路の途中に設けられている。
【0015】
図2は本発明による背面投写型スクリーン3の構造を示す模式図である。図において6はフレネルレンズシート、7はレンチキュラーレンズシート、8は前記レンチキュラーレンズシート7の画像観視側に設けられたブラックストライプである。矢印bの方向から投写される拡大投写映像(図示せず)は、フレネルレンズシート6で略平行光ないし若干内側を向く光に変換されレンチキュラーレンズシート7に入射する。レンチキュラーレンズシート7は図のようにスクリーン画面垂直方向を長手方向とするレンチキュラーレンズをスクリーン画面水平方向に複数配列された形状になっており、前記映像光をスクリーン画面水平方向に拡散する働きをする。また、レンチキュラーレンズシート7には拡散材9が練り込まれており、前記映像光をスクリーン画面水平及び垂直方向に拡散する働きをする。図2の本発明による背面投写型スクリーン3と従来技術による背面投写型スクリーン53との違いは、各々のレンチキュラーレンズシート7,57に練り込まれた拡散材が異なる点にある。従来技術による背面投写型スクリーン53では拡散材59に該拡散材の屈折率がレンチキュラーレンズを構成する基材の屈折率との差の絶対値が0.05前後になる材質(例えば基材がポリメチルメタクリレートであれば拡散材がメチルメタクリレート−スチレンの共重合体、基材がメチルメタクリレート−スチレンの共重合体であれば拡散材がポリエチレンテレフタレートとかポリカーボネイト等)で且つ該拡散材の粒径が30〜80μmのものを用いていた。本発明による背面投写型スクリーン3では拡散材9に該拡散材の屈折率がレンチキュラーレンズを構成する基材の屈折率との差の絶対値が0.08以上になる材質(例えば基材がポリメチルメタクリレートであれば拡散材がポリエチレンテレフタレートとかポリカーボネイト等、基材がメチルメタクリレート−スチレンの共重合体であれば拡散材がガラスビーズとか逆に屈折率の小さいフッ素系の透明樹脂)で且つ該拡散材の平均粒径が10μm以下のものを用いる。以下、この理由を図3、4により説明する。
【0016】
図3、4は発明者らが行った実験の結果である。図3は基材と拡散材の屈折率差の絶対値をパラメータにして拡散材の平均粒径を横軸にスペックルのコントラストを縦軸にとった図である。図4は同じ実験結果を拡散材の平均粒径をパラメータにして基材と拡散材の屈折率差の絶対値を横軸にスペックルのコントラストを縦軸にとった図である。スペックルのコントラストはRear Projection Screens for Light Valve Projection System:Jill F.Goldenberg他2;PP49−59,SPIE Vol.3013(1997)に開示されている方法で求めた。図3から拡散材の平均粒径が小さくなるほどスペックルのコントラストは減少していくが、基材と拡散材の屈折率差の絶対値がその減少割合に大きく影響していることが分る。そこで、基材と拡散材の屈折率差の絶対値を横軸にとった図4をみると、屈折率差の絶対値が大きくなるほどスペックルのコントラストが減少していくことが分る。しかし、拡散材の平均粒径が従来の30μm程度では屈折率差の絶対値を大きくしてもスペックルのコントラストは減少しない。本発明の効果を得るには基材と拡散材の屈折率差の絶対値が0.08以上で且つ該拡散材の平均粒径が10μm以下と言う2つの条件を同時に実現しなければならないことが分る。
【0017】
以上は発明者らが行った実験の結果であるが、上記文献にはスペックルは空間的に離れたところにある微小な拡散要素で散乱した光が、後方の1点に作用して互いに干渉して生じるため、該拡散要素が小さいほどスペックルは発生しやすいと述べられている。この理論は上記した発明者らが行った実験の結果と矛盾するように思われるが、発明者らが行った実験では拡散材の添加量を1%重量歩一定としており、拡散材の平均粒径が30μmから6μmと小さくなると拡散材の個数が理論上125倍に増えており、発生したスペックル同士が重なり合い打ち消しあってスペックルのコントラストが低下したものと推察される。基材と拡散材の屈折率差の絶対値を大きくすることは、空間的に離れたところにある微小な拡散要素で散乱した光の角度がおおきくなることであるから、散乱光が干渉しにくくなるためスペックルのコントラストは低下してよい。
【0018】
基材と拡散材の材質の選択は例えば表1に示す組合せを選択すればよい。
【0019】
【表1】
【0020】
【発明の効果】
本発明によれば、画像発生源に投写型ブラウン管に替わって反射型や透過型の液晶パネル、微小なミラーを複数備えた表示素子等の画像変調素子を用いてもスペックルの発生が少ない画像表示装置を得る事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による画像表示装置の一実施例を示す一部断面斜視図である。
【図2】図1に示す画像表示装置の背面投写型スクリーン3の構造を示す模式図である。
【図3】拡散材の平均粒径を横軸にスペックルのコントラストを縦軸にとった図である。
【図4】基材と拡散材の屈折率差の絶対値を横軸にスペックルのコントラストを縦軸にとった図である。
【図5】従来技術による画像表示装置の一部断面斜視図である。
【図6】従来技術による背面投写型スクリーンの構造を示す模式図である。
【符号の説明】
1…画像発生源、2…投写レンズ、3…背面投写型スクリーン、4…反射ミラー、5…筐体、6…フレネルレンズシート、7…レンチキュラーレンズシート、8…ブラックストライプ、9…拡散材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides an image display device including an image source, an optical component that enlarges and projects an image of the image source, and a rear projection screen that projects a projection image projected from the optical component. The present invention relates to a rear projection screen used for an image display device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, image display devices that enlarge images displayed on a projection type cathode ray tube or liquid crystal display device as a small image source with a projection lens, etc., and project them on a rear projection screen It is spreading for use.
[0003]
Hereinafter, an image display device according to the related art will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective view, partly in section, of an image display device according to the prior art, and FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of a rear projection screen according to the prior art. In FIG. 5, reference numeral 51 denotes an image source, 52 denotes a projection lens for enlarging and projecting the image of the image source, 53 denotes a rear projection screen for projecting the image projected from the projection lens 52, and 54 denotes an image display. A reflection mirror 55 provided to reduce the depth of the device is a housing for fixing these devices at predetermined positions. The image source 51 is composed of a projection type cathode ray tube, a liquid crystal display device or the like, and displays a small image. The projection lens 52 projects the image on the rear projection screen 53. Since the projection distance is generally long, a reflection mirror 54 is provided in the middle of the optical path to reduce the depth of the image display device.
[0004]
FIG. 6 is a schematic view showing the structure of a rear projection screen 53 according to the related art. In the figure, 56 is a Fresnel lens sheet, 57 is a lenticular lens sheet, and 58 is a black stripe provided on the image viewing side of the lenticular lens sheet 57. The enlarged projection image (not shown) projected from the direction of the arrow a is converted into substantially parallel light or slightly inward light by the Fresnel lens sheet 56 and enters the lenticular lens sheet 57. The lenticular lens sheet 57 has a shape in which a plurality of lenticular lenses having a longitudinal direction in the screen screen vertical direction are arranged in the screen screen horizontal direction as shown in the figure, and serves to diffuse the image light in the screen screen horizontal direction. . A diffusing material 59 is kneaded in the lenticular lens sheet 57 and functions to diffuse the image light in the horizontal and vertical directions on the screen screen.
[0005]
In such a screen, image interference called speckle, which will be described in detail below, occurs. The measures against the speckle interference are described in, for example, Patent Document 1 or 2 below.
[0006]
[Patent Document 1] JP-A-7-168282 [Patent Document 2] JP-A-11-38512
[Problems to be solved by the invention]
Red, green, and blue projection CRTs having an effective screen size of about 5 to 7 inches have been used for the image source 51. However, in recent years, reflection-type or transmission-type liquid crystal panels, minute Image modulators such as display devices having a plurality of different mirrors have come to be used. Such an image modulating element has an effective screen size as small as about 1 inch, and its emitted light is closer to collimated light than a projection type cathode-ray tube. Therefore, the projection lens 52 is also small and has a high F value (the F value is the brightness of the lens). And is equal to the ratio f / D of the focal length f of the lens to the aperture D of the lens, and the high F value indicates that the aperture D of the lens is small if the focal length f is the same. If the light incident on the lens is close to the collimated light, the brightness can be secured even if the aperture D of the lens is small.) When the effective screen size of the image source 51 is small and the diameter D of the projection lens 52 is small, an image disturbance called speckle occurs.
[0008]
Speckle is generated by light scattered by minute diffusing elements located at spatially separated locations acting on one point behind and interfering with each other. In other words, light emitted from any one point on the image source 51 interferes through two points on the screen. Therefore, the smaller the image source 51 and the higher the surface density of the emitted light, the higher the height. The smaller the lens diameter D, the stronger the interference and the speckle contrast.
[0009]
In order to reduce the speckle, it is necessary to increase the effective screen size of the image source 51 or to increase the aperture D of the lens. However, this is contrary to the trend of using an image modulation element for the image source 51. Become. Therefore, measures have been taken to prevent light emitted from two points on the screen from interfering with each other, or to further diffuse the interfered light into white noise. Regarding the former measure, as disclosed in Patent Document 1, the lenticular lens sheet 57 constituting the rear projection screen 53 is not kneaded with the diffusing material 59, and is at least approximately three times the focal length of the lenticular lens. A diffusion layer is provided at a separated position, and the direction of a light beam incident on the diffusion material that causes speckle is increased by a lenticular lens to prevent interference. Although this method is very effective in removing the cause of speckles, it is necessary to provide a diffusion layer at a position separated by at least about three times the focal length of the lenticular lens. A new challenge has arisen.
[0010]
Regarding the latter measure, as disclosed in Patent Document 2 described above, the diffusion material 59 is not simply kneaded into the lenticular lens sheet 57 constituting the rear projection type screen 53, but a transparent intermediate layer 3 having a transparent intermediate layer is used. The layer structure is such that speckles generated in the first diffusion layer are hidden by the third diffusion layer. This method also has a problem that not only the resolution is deteriorated, but also that the diffusion performance on the viewing side is white due to external light and the contrast performance is deteriorated in a bright place.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a rear projection screen in which the occurrence of speckles is reduced while suppressing a decrease in resolution and contrast performance, and an image display apparatus using the same. Is to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, the absolute value of the difference between the refractive index of the diffusing material of the lenticular lens sheet constituting the rear projection type screen and the refractive index of the base material constituting the lenticular lens is not more than 0.1. 08 or more, and the average particle size of the diffusing material was 10 μm or less.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings using examples.
[0014]
FIG. 1 is a partially sectional perspective view of an image display device according to the present invention. In FIG. 1, 1 is an image source, 2 is a projection lens for enlarging and projecting the image of the image source, 3 is a rear projection screen that projects the image projected from the projection lens, and 4 is an image display device. The reflection mirror 5 provided to reduce the depth of the device is a housing for fixing these devices at predetermined positions. The image source 1 includes a projection type cathode ray tube, a reflection type or transmission type liquid crystal panel, an image modulation element such as a display element having a plurality of minute mirrors, and the like, and displays a small image. The projection lens 2 projects the image on the rear projection screen 3, but since the projection distance is generally long, a reflection mirror 4 is provided in the middle of the optical path to reduce the depth of the image display device.
[0015]
FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of the rear projection type screen 3 according to the present invention. In the figure, 6 is a Fresnel lens sheet, 7 is a lenticular lens sheet, and 8 is a black stripe provided on the image viewing side of the lenticular lens sheet 7. The enlarged projection image (not shown) projected from the direction of the arrow b is converted into substantially parallel light or slightly inward light by the Fresnel lens sheet 6 and enters the lenticular lens sheet 7. As shown in the figure, the lenticular lens sheet 7 has a shape in which a plurality of lenticular lenses having the longitudinal direction in the screen screen vertical direction are arranged in the screen screen horizontal direction, and functions to diffuse the image light in the screen screen horizontal direction. . Further, a diffusing material 9 is kneaded into the lenticular lens sheet 7 and functions to diffuse the image light in the horizontal and vertical directions on the screen screen. The difference between the rear projection screen 3 according to the present invention shown in FIG. 2 and the rear projection screen 53 according to the prior art is that the diffusing material kneaded into each of the lenticular lens sheets 7 and 57 is different. In the rear projection type screen 53 according to the prior art, a material in which the absolute value of the difference between the refractive index of the diffusing material and the refractive index of the base material constituting the lenticular lens is about 0.05 (for example, the base material is poly In the case of methyl methacrylate, the diffusing material is a methyl methacrylate-styrene copolymer, and in the case of a methyl methacrylate-styrene copolymer, the diffusing material is polyethylene terephthalate or polycarbonate) and the particle size of the diffusing material is 30. 8080 μm was used. In the rear projection screen 3 according to the present invention, the diffusing material 9 is made of a material whose refractive index is 0.08 or more in absolute value of the difference between the refractive index of the diffusing material and the base material constituting the lenticular lens (for example, the base material is made of poly). If methyl methacrylate, the diffusing material is polyethylene terephthalate or polycarbonate, and if the base material is a methyl methacrylate-styrene copolymer, the diffusing material is glass beads or a fluorine-based transparent resin having a small refractive index. A material having an average particle size of 10 μm or less is used. Hereinafter, the reason will be described with reference to FIGS.
[0016]
3 and 4 show the results of experiments performed by the inventors. FIG. 3 is a graph in which the average particle size of the diffusing material is plotted on the horizontal axis and the speckle contrast is plotted on the vertical axis, using the absolute value of the refractive index difference between the base material and the diffusing material as a parameter. FIG. 4 is a diagram in which the same experimental results are plotted with the average particle diameter of the diffusing material as a parameter, the absolute value of the refractive index difference between the substrate and the diffusing material as the horizontal axis, and the contrast of speckles as the vertical axis. The speckle contrast is determined by the Rear Projection Screens for Light Valve Projection System: Jill F. Goldenberg et al. 2: PP49-59, SPIE Vol. 3013 (1997). From FIG. 3, it can be seen that the speckle contrast decreases as the average particle size of the diffusing material decreases, but the absolute value of the refractive index difference between the base material and the diffusing material greatly affects the rate of the decrease. Therefore, when FIG. 4 in which the absolute value of the refractive index difference between the base material and the diffusing material is plotted on the horizontal axis, it can be seen that the speckle contrast decreases as the absolute value of the refractive index difference increases. However, when the average particle diameter of the diffusing material is about 30 μm, the contrast of the speckle does not decrease even if the absolute value of the refractive index difference is increased. In order to obtain the effects of the present invention, two conditions that the absolute value of the refractive index difference between the base material and the diffusing material is 0.08 or more and the average particle size of the diffusing material is 10 μm or less must be simultaneously realized. I understand.
[0017]
The above are the results of experiments performed by the inventors. In the above document, speckles indicate that light scattered by minute diffusion elements that are spatially separated acts on one point behind and interferes with each other. It is stated that speckles are more likely to occur as the diffusion element is smaller. Although this theory seems to contradict the results of the experiments performed by the inventors described above, in the experiments performed by the inventors, the addition amount of the diffusion material was fixed at 1% by weight, and the average particle size of the diffusion material was changed. When the diameter is reduced from 30 μm to 6 μm, the number of diffusing materials theoretically increases by a factor of 125, and it is speculated that the speckles generated overlap each other and cancel each other, thereby lowering the contrast of speckles. Increasing the absolute value of the refractive index difference between the base material and the diffusing material means that the angle of the light scattered by the minute diffusing elements that are spatially separated increases, so that the scattered light is less likely to interfere. Therefore, the contrast of speckle may be reduced.
[0018]
For the selection of the materials of the base material and the diffusion material, for example, the combinations shown in Table 1 may be selected.
[0019]
[Table 1]
[0020]
【The invention's effect】
Advantageous Effects of Invention According to the present invention, even when an image modulating element such as a reflective or transmissive liquid crystal panel or a display element having a plurality of micromirrors is used in place of a projection type cathode ray tube as an image source, an image in which generation of speckle is small is obtained. A display device can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially sectional perspective view showing an embodiment of an image display device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a structure of a rear projection screen 3 of the image display device shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram in which the horizontal axis represents the average particle size of the diffusion material and the vertical axis represents the contrast of speckle.
FIG. 4 is a diagram in which the abscissa represents the absolute value of the refractive index difference between the substrate and the diffusing material, and the ordinate represents the speckle contrast.
FIG. 5 is a partial cross-sectional perspective view of an image display device according to a conventional technique.
FIG. 6 is a schematic diagram showing the structure of a rear projection screen according to the related art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Image source, 2 ... Projection lens, 3 ... Rear projection screen, 4 ... Reflection mirror, 5 ... Housing, 6 ... Fresnel lens sheet, 7 ... Lenticular lens sheet, 8 ... Black stripe, 9 ... Diffusing material