CN1680870B - 屏幕以及使用其的图像投影系统 - Google Patents

Abstract

本发明实现了一种用简单的结构使视角变宽并且能够在透过和反射两者中使用的屏幕。为此，本发明的屏幕具备将在特定角度范围入射的光散射并且使在除此以外角度入射的光透过的定向性散射层。另外，通过与在屏幕上投影图像的图像投影器组合，就能够构成图像投影系统。

Description

屏幕以及使用其的图像投影系统

技术领域

本发明涉及一种将来自采用了高亮度CRT、液晶投影器或微反射镜装置的投影器的光图像进行投影的屏幕、以及具有该屏幕的图像投影系统。

背景技术

使用采用了高亮度CRT、液晶投影器或微反射镜装置的投影器等对光图像进行投影并显示图像的投影装置等的图像投影系统，因为能够简便地显示大画面且高清晰的图像，所以作为与多个使用者的信息交流工具而以各种各样的方式被利用。对于这里所使用的屏幕，一直致力于下述开发：通过成为将白色母材或反射膜覆盖在表面的构造从而使光利用效率提高、或者在表面散布空心颗粒利用光扩散使对于多数观察者的可视性提高。或者，公知有如特开2002-169224号公报所述，通过在屏幕表面设置双凹透镜(lenticular lens)等的定向性反射构造从而对多数观察者效率较好地进行图像显示的技术。

可是，使用了以往的空心颗粒等的扩散母材的屏幕虽然能够实现宽视角，但是因为增益较低所以就有画面变暗这样的问题。另外，采用了双凹透镜等的屏幕虽然因为定向性高故能够以高增益获得明亮的画面，但是具有视角变窄这样的问题。另外，在使用了双凹透镜的投影器用屏幕中，因为需要使丙烯等的透明树脂成形来进行制作，所以无法实现低价格，并且当应用于在近距离目视图像的8～20型左右的中小型屏幕中时具有画质恶化变大这样的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种具有良好的视角特性、亮度特性和对比度的薄型轻量的投影器用屏幕。

为此，本发明的屏幕是具备将在特定角度范围入射的光散射并且使在除此之外角度入射的光透过的定向性散射层(directionaldiffusion layer)的结构。作为定向性散射层可以采用：在面内排列了多个微细的柱状构造且柱状构造的柱状中央区域被形成为与包围其的外周区域相比折射率较高的、在厚度方向上具有引导光的功能的柱状透镜片(Columella-shaped lens sheet)、或者在厚度方向上具有贯通的孔的开孔片、或者排列了液晶分子的液晶聚合体等。

另外，本发明的屏幕也可以是这样的结构：特定角度范围不同的定向性散射层被配置成带状或者行状。另外，也可以用特定角度范围相互不同的两层定向性散射层来构成定向性散射层。

进而，本发明的图像投影系统由具有定向性散射层的屏幕和在屏幕上投影光图像的光图像投影器构成。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的屏幕的结构的剖视图。

图2是示意性地表示本发明的屏幕的结构的剖视图。

图3是示意性地表示本发明的屏幕的结构的剖视图。

图4是示意性地表示本发明的屏幕的结构的剖视图。

图5是表示在本发明的屏幕内的光路的一例的说明图。

图6是表示在本发明的屏幕内的光路的一例的说明图。

图7a是说明下方位置的投影器的配置的图。

图7b是说明中央位置的投影器的配置的图。

图7c是说明上方位置的投影器的配置的图。

图8是示意性地表示本发明的屏幕的结构例的剖视图。

图9是表示在本发明中采用的柱状透镜片的特性的图表。

图10是示意性地表示本发明的屏幕的结构的剖视图。

图11是示意性地表示本发明的屏幕的结构的剖视图。

图12是示意性地表示部分柱状透镜片的排列的平面图。

图13是示意性地表示部分柱状透镜片的排列的平面图。

图14是示意性地表示本发明的屏幕的结构的剖视图。

图15是示意性地表示本发明的屏幕的结构的剖视图。

图16是示意性地表示本发明的屏幕的结构的剖视图。

图17是示意性地表示本发明的屏幕的结构的剖视图。

图18是表示本发明的屏幕的亮度特性的图表。

图19是表示本发明的屏幕的亮度特性的图表。

图20是表示本发明的屏幕的亮度特性的图表。

具体实施方式

下面，针对本发明的屏幕进行详细地说明。本发明的屏幕用将在特定角度范围入射的光散射并且使在除此以外的角度入射的光透过的定向性散射层构成，显示被投影的光图像。作为该定向性散射层可以采用：在面内排列有多个在厚度方向上连续形成了折射率比周围的区域高的区域的柱状透镜(cylindrical lens)的、具有在厚度方向上引导光的功能的镜片、在树脂的厚度方向上设有贯通孔的开孔片、以及排列了液晶分子的液晶聚合体。

另外，可以将定向性散射层用特定角度范围分别不同的多个区域构成。此时，将被投影在各个区域的光图像的光轴方向和该区域的特定角度范围的中心设定成以屏幕面上的垂线作为基准而对称。或者，也能够这样设定：被投影在各个区域的光图像的光轴方向和该区域的特定角度范围的中心大致一致。

另外，在被分割的各个区域中的特定角度范围的中心线被设定成大致集中在特定的方向上，例如观测者的视点方向。或者，在被分割的各个区域中的特定角度范围被设定成以屏幕面上的垂线作为基准而与观测者的视点方向对称。

或者，将定向性散射层用将在第一特定角度范围入射的光散射并且使在除此之外的角度入射的光透过的第一定向性散射层和将在第二特定角度范围入射的光散射并且使在除此之外的角度入射的光透过的第二定向性散射层形成，并构成为使第一特定角度范围的中心轴方向和第二特定角度范围的中心轴方向不同。

作为上述的定向性散射层能够采用柱状透镜片，其在面内排列有多个在厚度方向上连续形成了折射率比周围的区域高的区域的柱状构造，并在厚度方向上具有引导光的功能。

另外，本发明的图像投影系统其结构为具备上述的任意一种结构的屏幕和在屏幕上投影光图像的光图像投影器。

下面针对本发明的实施例，一边参照附图一边进行说明。并且，在下面，作为定向性散射层，说明采用了柱状透镜片的例子。所谓柱状透镜片是指在面内排列了多个在厚度方向上连续形成了折射率比周围的区域高的区域的柱状透镜的构造并在厚度方向上具有引导光的功能。

(实施例1)

在图1示意性地表示本实施例的屏幕的剖面结构和投影器的配置。如图所示，来自投影器4的光图像被投影在具备柱状透镜片1、透明基体材料2和光反射层3的屏幕上，该投影图像经由屏幕被处在和投影器4同侧的观测者8观测。将像这样的使用方式的屏幕称为正面屏幕。在这里，将柱状透镜的光轴方向称为其取向方向。在图1所示的结构中，柱状透镜的取向方向和从投影器4投影的光图像的光轴5的方向大致一致。即，柱状透镜在柱状透镜片的面内向下方倾斜排列。在这里，柱状透镜片是在平面上排列了多个柱状透镜的薄膜，该柱状透镜可以是折射率越面向中心越连续变大的渐变折射率型柱状透镜、或者具有中心部分的折射率比包围其的外周区域的折射率高的2层构造的突变折射率型柱状透镜等。

图5、图6示意性地表示像这样结构的屏幕和入射到其中的光的样子。为了方便，在图中被描绘成在高折射率区域14和低折射率区域15像有明确的分界，但是渐变折射率型柱状透镜的情况下，高折射率区域14和低折射率区域15之间没有明确的分界。柱状透镜的中心轴即光轴能够相对于薄膜面垂线制作为0～70度左右的任意的倾角。

该柱状透镜片通过这样被制造：例如，对由折射率不同的2种及以上的光重合性化合物构成的液状反应层，经由实施了灰度加工的光掩模照射紫外线，从而利用由光照强度引起的光重合性化合物的光重合速度的不同来控制折射率的分布状态。

针对从外部入射到柱状透镜片的光的光路的一例使用图5进行说明。被投影在投影器用屏幕的光以分布在投影光图像的宽角度内的各种入射角入射到柱状透镜。阶梯折射率型柱状透镜片的情况下，如图5的光路12和光路13所示，入射到高折射率区域14的光根据斯涅耳折射定律，进一步向透镜片入射面的法线侧折射。入射到高折射率区域14的光入射到和低折射率区域15的分界面，可是当向分界面的入射角比临界角大时，入射光被全反射。这样，入射光在高折射率区域14和低折射率区域15的分界面反复反射，向下方导波，在光反射层3被反射后又向上方导波，从柱状透镜片的入射面射出。此时，根据柱状透镜片的层厚、向高折射率区域14的光的入射角和入射位置，决定来自柱状透镜片的光的射出位置和方向。图5的光路12和光路13入射角相同可是因为入射位置不同，因此在内部导波又在表面射出时的射出角不同。来自投影器的投影图像因为以各种入射角进入各种入射位置，所以投影图像接受和以在表面的散射角被散射的同样的作用。该散射角通过高折射率区域14和低折射率区域15的折射率差或者折射率梯度、镜片的厚度以及柱状透镜的镜片直径决定。即，柱状透镜片的层厚越厚散射角就越大地射出。另外，高折射率区域14和低折射率区域15的折射率差越大，散射角就越大。进而，柱状透镜片的层厚越厚，另外透镜半径越小，进而在镜片面内的柱状透镜的个数密度越大，雾度值(haze value)就越大。另外，当光的入射角超过特定的角度时，入射光不散射而是直进透过。将入射光被散射的入射角范围称为散射入射角，将入射光直进透过的入射角范围称为直线透过角。如果光以散射入射角入射时没有光反射层3，则光在镜片透过时被散射射出。

本发明的屏幕能够采用柱状透镜的透镜直径为0.2μm～500μm、透镜高度(柱状透镜片层厚)10μm～2mm的柱状透镜片。可是，当考虑制造成品率和光利用效率或者操作的难易等时，优选将透镜直径做为5μm～100μm、透镜高度设为20μm～200μm。另外，柱状透镜的折射率差能够使用0.01～0.05。另外，与立在柱状透镜片面上的垂线的倾斜角能做为0～70度左右的任意角度。

另外，基于图6说明从柱状透镜片的直线透过角的范围光入射到柱状透镜片的情况。入射光16相对于柱状透镜片的入射面，以散射入射角及以上的较大的入射角入射。此时，入射到高折射率区域14的光折射进入到镜片内部到达和低折射率区域15的分界，可是向分界的入射角因为较小没有全发射而是进入低折射率区域15。进入低折射率区域15的光又进入高折射率区域14后，在光反射层3被反射，从柱状透镜片的入射面来到外部。此时，在光反射层3被反射的光的入射角是散射入射角的范围内时，从入射面射出的光被散射。另外，在光反射层3被反射的光的入射角是直线透过角的范围内时，从入射面射出的光没被散射而被正反射。进而，如果没有光反射层3的情况下，入射光16就几乎直线地透过。

如以上的说明，在本发明作为定向性散射层使用的柱状透镜片因为具有良好的定向性，所以在光被散射反射的视野方向能够获得高亮度且鲜明的图像。

再回到图1的说明。在图1中，来自投影器4的投影图像以光轴5为中心，以光线6和光线7表示的宽度被投影。在本发明的投影器用屏幕中，选择柱状透镜片1的散射入射角是该投影图像的宽度的范围内的来使用，通过这样做，投影光图像透过透明的支撑基体材料2后，在柱状透镜片1内，沿着和图5所示同样的光路均匀地在前面散射。因此，对从视点8观察屏幕的人来说，能以宽视角观察到明亮的投影图像。

另外，在图1中，来自相对于观察者处于屏幕的相反侧的物体的光相对于屏幕倾斜入射时，以柱状透镜片的直线透过角进入观察者的视点8。因此，如果预先将光反射层3的反射率调整为5～30％左右的较低的值，对观察者来说，就能同时观察到处于屏幕的相反侧的物体和被投影在屏幕上的图像。具体地说，当将本发明的屏幕配置在车辆的前面玻璃的位置时，驾驶员能够一边观测车辆的前面情况一边驾驶车辆。并且此时，因为能够观测和通过通常的前面玻璃观测屏幕的相反侧的物体同样的像，所以，驾驶员能够用通常的驾驶感觉驾驶车辆，并且，来自投影器的投影图像因为是散射图像且视角较宽，所以对驾驶员以外的观测者来说，能够以同样的画质看见图像。进而，通过将投影图像投影到驾驶员正面的前面玻璃偏右或者偏左的位置，该效果能够更显著。

下面，更具体说明本实施例。

(具体例1)

制作在图1所示结构的屏幕，一边投影白色图像，一边研究使该投影图像的光轴入射角在柱状透镜片的取向方向变化时的屏幕正面的亮度变化。该白色图像的宽角度是±2度。作为柱状透镜片，使用了柱状透镜直径20μm、镜片厚70μm。在其高折射率区域和低折射率区域中的最大折射率差是0.02，采用取向方向0度和15度制作的2种渐变折射率型柱状透镜。在该柱状透镜片的背面用约19nm真空蒸镀形成Ag和Pd的合金，形成了反射率34％的光反射层。将把该柱状透镜片贴附在厚度2mm的丙烯板上作为试料使用。

改变向试料的入射角来照射测定用的白色图像，对此时的试样测定垂直方向正面的反射光强度。此时，将用白色校正板进行同样的测定的结果作为基准，将在白色校正板的测定结果作为增益1。将测定结果表示在图18。可知：柱状透镜片的取向方向为0度时的结果22是在入射角0度具有最大亮度且具有20～30度的视角。此时，入射角0时的增益达到3.9。另外，柱状透镜片的取向方向15度时，在入射角15度和-15度间具有亮度最高值。可是，2个最高值中，15度的最高值与-15度的最高值相比是约4倍大的值。15度的最高值增益和曲线22相同，15度的最高值对应图1所示的情况，-15度的最高值对应图2所示的情况。-15度的最高值较弱是因为：此时为了使散射光的定向性变大，所以使入射到配置在正面的测定器的光量较弱。

从以上的结果可知：根据本发明的屏幕，因为只效率良好地散射反射来自投影器方向的投影光，所以能够实现很难受到来自外来光的影响的高亮度的图像。可是，当光入射角为20度及以上时，增益急剧下降，当超过30度时，投影图像的观测就困难了。

另外，存在由光反射层引起的损失和来自-15度的散射的影响，但是能够清晰地观测与在入射角0度及以下入射的透过光对应的图像，能够确认是能够观测投影光和透过光的两者的屏幕。

(具体例2)

用和在具体例1中使用的同样的结构，研究使白色图像的光轴入射角与柱状透镜片的取向方向直角变化时的屏幕正面的亮度变化。将测定结果表示在图19。曲线22表示柱状透镜片的取向方向为0度的情况，曲线23表示柱状透镜片的取向方向为15度的情况。从该结果可知，相对于柱状透镜片的取向方向从直角的方向投影的光被散射，使得与柱状透镜片的取向角度无关，和柱状透镜垂直取向的情况同样。另外，能够确认：用超过±15度的入射角透过的透过光不产生由反射层引起的损失以外的图像的恶化，能够进行观测。

(实施例2)

图2表示本实施例的屏幕的结构。和实施例1的结构的不同点是柱状透镜的取向方向与投影光图像的光轴方向在相对于屏幕面上的垂线对称的方向上大致一致。此时，投影光图像透过透明基体材料2后，在柱状透镜片1的内部沿着和图6所示的同样的光路，在光反射层3反射的光因为为散射入射角的光故均匀地在前面发生散射。在图2所示的结构中，因为由柱状透镜片1引起的光散射只在表面部分产生，故散射光的定向性高，跟图1所示的结构比较，投影图像也鲜明。因此，适合高清晰的图像投影。

(实施例3)

图3表示本实施例的屏幕的结构。该结构是在实施例2所示结构的屏幕中，在光反射层3的外侧进一步配置了支撑基体材料9。根据像这样的结构，可以利用从外部的力学性的力保护光反射层3来防止其损伤。

另外，和图1和图2的结构一样，通过使用膜厚20nm左右及以上的金属膜作为在图3的结构中的光反射层3，就可以提高光反射层3的反射率，其结果是可以提高光利用效率。可是，来自投影器的光图像强度强时，图像的发光变大，存在显示图像的自然感损失的情况。于是，将在图3所示的结构中采用的光反射层3的反射率降为5～30％，同时通过使用吸光性的支撑基体材料例如黑色的支撑基体材料，从而显著改善画质。像这样的低反射率的光反射层3通过在支撑基体材料或者柱状透镜片上形成TiO₂和ZrO₂等的高折射率层、或者形成组合了这些材料和SiO₂等的低折射率层的光学多层膜，就能够容易地实现。另外，也可以蒸镀形成膜厚10～20nm左右的金属薄膜。在光反射层3的反射率比30％大的情况中，使用吸光性的支撑基体材料9，这在画质的提高上很有效果。

另外，来自投影器的投影光图像的强度比较弱，投影图像的发光少的情况中，可以代替形成光反射层而使用将光反射面镜面加工了的金属支撑基体材料。

下面，更具体的说明本发明的实施例。

(具体例3)

制作在图3所示的结构的投影器用屏幕，一边投影白色图像，一边研究使该投影图像的光轴入射角在柱状透镜片的取向方向变化时的垂直于屏幕的背面的亮度变化。该白色图像的宽角度是±2度。

作为柱状透镜片，使用柱状透镜直径50μm、镜片厚90μm。其高折射率区域和低折射率区域的最大折射率差是0.02，采用取向方向0度和15度制作的2种渐变折射率型柱状透镜。将把该柱状透镜片贴附在厚度2mm的丙烯板上作为试料使用。

将测定结果表示在图11。曲线22表示柱状透镜片的取向方向为0度的情况，曲线23表示柱状透镜片的取向方向为15度的情况。跟投影图像亮度有关，柱状透镜片的取向方向为0度的情况获得了和实施例1以及2的情况同样的结果，但是柱状透镜片的取向方向为15度的情况只具有1个最高值，能获得更鲜明的图像。

另外，来自投影器的投影图像以外的物体的观测也能透过进行。该物体的观测通过中断来自投影器的投影图像，就能够获得更高的可视性。

(实施例4)

将本实施例的屏幕的结构表示在图4。用该结构表示的屏幕中，柱状透镜片1被接合在透明支撑基体材料2的单面上。柱状透镜片1的取向方向和来自投影器4的光图像的光轴5大体一致。并且，在该结构中的观测者的视点8隔着屏幕和投影器4处在相反侧。将像这样的屏幕称为后面屏幕(rear screen)。这样，本发明的投影器用屏幕不仅是前面屏幕(front screen)，也可以作为后面屏幕使用。在图4所示的结构中，从投影器4投影的光图像在散射角的范围内入射到柱状透镜片1，从柱状透镜片1射出时以特定的散射角射出。这些散射和图5和图6所示的以同样的作用产生。因此，在视点8能够以宽视角观察该投影图像。

另外，在来自投影器4的像以外，来自在直线透过角入射的物体的光因为通过屏幕不被散射地透过进入视点8，所以观测者不仅能直接观测来自投影器4的投影图像也能直接观测屏幕背后的物体。

在上述的实施例1～4中说明的任意一个结构中，通过在柱状透镜片的表面形成和投影图像的像素间距具有相同的间距的黑条纹，都能投影更清晰的图像。该黑条纹通过印刷混合了例如吸光性色素等的黑色染料和碳等的黑色颜料等的粘合剂就能容易地形成。形成该黑条纹的面可以形成于柱状透镜片的任意一个面，但是在前面屏幕中优选形成在和视点8相反侧的面；在后面屏幕中优选形成在和视点8同侧的面。

另外，对于和该黑条纹具有同样功能的镜片，可以例举以下的镜片。即，是在透明的基板表面交替层叠了使吸光性颜料和色素混合了的层和透明层的镜片。作为该吸光性颜料使用碳粉末。这样，作为隔栅公知有黑色区域和透明区域交替层叠的镜片。

并且，这些黑条纹的间距即使比像素间距大数倍～数十倍，与没有它时相比也可提高可视性。

另外，对于上述的实施例1～实施例4说明的任意一个结构，当投影器4的图像调制元件使用像液晶元件这样的偏振元件时，通过在支撑基体材料2的视点8侧的表面上贴附偏振片，就能够提高投影图像的对比度。像这种偏振投影器的情况中，投影光图像成为对于特定的方向偏振的光。因此，当预先使偏振镜片的偏振轴与投影光图像的偏振方向一致时，来自偏振投影器的投影图像的光损失少，另外因为偏振片吸收从视点8侧入射到屏幕的外来光中的一半，所以可提高对比度。其中，在偏振投影器中，投影彩色图像时，只在RGB的各图像的偏振方向相同的情况下其效果才显著。

另外，从来自投影器4的投影光强度较强的正反射区域观察图像时，反射光通过在屏幕内部多重反射，从而有发生波纹条纹的情况。为了防止它，如图8所示，在柱状透镜片1的视点侧表面形成光扩散层(optical diffusion layer)10。由此，在柱状透镜片1的表面正反射，能够使返回到屏幕内部的光减弱。其结果，即使在投影光图像的强度较强的正反射区域，也能够消除波纹条纹的发生。

而且，投影器的位置和屏幕的位置关系根据其投影环境而不同。图7示意性地表示了它们的关系。在图7a中，投影器4配置在屏幕100的下方；在图7b中，投影器4配置在和屏幕100相同的高度；在图7c中，投影器4配置在屏幕100的上方。将图7a、b、c所示的配置分别称为下方位置、中央位置、上方位置。在从图1到图4的说明中，全部使用下方位置的情况。本发明的投影器用屏幕即使对于上述的某个配置也是能够适用，重要的是柱状镜头片内的柱状透镜的取向方向和投影图像的光轴方向大体一致，或者与该光轴方向在相对于屏幕面上的垂线对称方向上大体一致。或者，柱状镜头片内的柱状透镜的取向方向和视点方向大体一致，或者，相对于该视点方向和屏幕面上的垂线，在对称方向上大体一致。另外，被投影的光图像的入射角处在使用于投影器用屏幕的柱状镜头片的散射入射角的范围。

在图7(c)所示的配置中使用的屏幕的柱状透镜片的取向方向能够成为和图1～图3所示的结构同样的方向。不过，在图4的后面屏幕情况中，需要使柱状透镜的取向方向与该光轴方向相对于屏幕面上的垂线在对称方向上大体一致。因此，在图7(b)所示的配置中使用的屏幕的柱状透镜片的取向方向成为垂直于柱状透镜片的面的方向。

图9表示在本发明中使用的柱状透镜片的光透过特性。在图9中，横轴表示向柱状透镜片的光的入射角；纵轴表示与各入射角对应的光透过强度。在图中，曲线20表示取向方向为0度的柱状透镜片特性；曲线21表示在取向方向为α度情况中的柱状透镜片的特性。其中，测定在大气中进行。从特性曲线20的情况可知，柱状透镜片在角度为±β时光强度几乎为0。入射角在-β～β的范围内，光被散射透过；入射角的绝对值在大于等于β的范围内，光不被散射而是直线地透过。即，在透过中使用的情况下，入射角在-β～β的范围内是散射入射角，除此之外的角度范围称为直线透过角。在这里，为了简便，将β称为散射入射角。

另外，将柱状透镜的取向方向倾斜α度左右的情况的特性曲线21跟取向方向为0度的情况相比，散射入射角的范围直接偏离α度左右。此时，散射入射角的角度宽度几乎没有变化，散射入射角的范围在(α-β)～(α+β)的范围移动。因此，在图9中，以角度α入射的光在透过时接受散射，但是以角度-α入射的光不被散射而直线透过。因此，将来自投影器的光图像的光轴相对于屏幕倾斜α度左右进行照射，同时通过将投影图像的宽角设为±β，就能够获得明亮的视角宽的图像。以上对应了在透过中使用本发明的投影器用屏幕的情况(后面屏幕)的特性。

下面使用图9，针对在反射中使用本实施例的投影器用屏幕的情况(正面屏幕)进行说明。首先取向方向为0度的情况(特性曲线20)下，从投影器以β～-β的角度入射的投影光在投影器用屏幕的反射层被反射并散射。但是，当把γ设为比β大的角度时，以入射角γ入射的光被正反射不被散射。因此，以大于等于入射角β入射来的外来光不给与投影图像影响，能够获得良好的画质的投影图像。下面，使用了取向方向倾斜了α左右的柱状透镜片的情况(特性曲线21)，首先，在(α-β)～(α+β)的入射角范围从投影器投影的光图像散射并被反射。另外，在(-α-β)～(-α+β)的入射角范围从投影器投影的光在光反射层接受反射，沿着和(α-β)～(α+β)的入射角范围的光同样的光路在表面被散射并射出。即，在屏幕被散射的角度范围如已述存在2个。另外，以这2个散射入射角以外的角度入射的光受光散射层的散射，但是在柱状透镜片中直线地反射。因此，以2个散射入射角以外的角度入射来的外来光因为给与投影图像的影响较少，所以能够获得良好的画质的投影图像。β的值通过调整柱状透镜片的层厚、柱状透镜的口径、或者柱状透镜的折射率差等，能够控制为至10～45度左右的任意值。

在以上说明的各结构中，表示了都使用了基体材料的情况，但是柱状透镜片的厚度是0.2～2mm厚时，如图8所示不一定必须使用基体材料。

(实施例5)

下面使用图10、图11，针对本实施例的投影屏幕进行说明。在这里，图10是前面屏幕的结构，图11是后面屏幕的结构。柱状透镜片1用多个柱状透镜片1a、1b、1c构成，多个柱状透镜的各个取向方向和视点8的方向大约一致。即，第一部分柱状透镜片1a由几乎垂直的取向方向的柱状透镜组构成，第二部分柱状透镜片1b的取向方向有若干向上倾斜，第三部分柱状透镜片1c的取向方向比第二部分柱状透镜片1b更向上倾斜。即，是根据被投影器4投影的光图像的光轴的角度和观察点的位置而倾斜角不同的构造。在本结构中，各部分柱状透镜片1a、1b、1c因为分别向视点8的方向倾斜，所以光图像将视点8的方向作为散射角的中心被散射。其结果是，对于处在视点侧的宽范围的观察者，定向性良好地使光被散射。因此，对从视点8观察屏幕的人来说，能够以良好的视角观察到明亮的投影图像。

图12表示构成在本实施例的屏幕中使用的柱状透镜片的部分柱状镜头片的排列例。如图所示，在这里，部分柱状透镜片被切断成带状，被排列在行方向上，没有间隙的接合在未图示的支撑基体材料上。该带状部分柱状透镜片的数目考虑屏幕尺寸和从屏幕到视点的距离来进行调整。构成各带状部分柱状透镜片的柱状透镜的倾斜角和在图10和图11说明的一样，在视点方向上依次倾斜。

图13表示构成柱状透镜片的部分柱状镜头片的其他的排列例。在这里，部分柱状镜头片1aa～1fe排列成矩阵状。构成这些部分柱状透镜片的柱状透镜的倾斜角都面向视点8的方向，投影光图像的入射角被设定在那些散射入射角的范围内。通过像这样的进行部分透镜片的排列，不光改善屏幕上下方向的视角特性，而且还能够进行左右方向的视角改善，能够作为与各种映射环境对应的适合的屏幕。

而且，如图10和图11所示，在用部分柱状透镜片构成柱状透镜片的情况下，如果各个部分柱状透镜片的散射入射角和雾度值相同，则在各部分柱状透镜片中的亮度不同，在投影图像中产生了亮度斑。通常，当将柱状透镜片的散射入射角变窄时，散射角范围也变窄。另外，要提高柱状透镜片的光亮度，只要提高柱状透镜片的雾度值就可以。另外，即使屏幕表面的亮度较低，在散射角范围朝向视点方向的情况下，屏幕上的图像也可明亮地目视。考虑如上的情况，各部分柱状透镜片的散射入射角和雾度值的比大约为一定，使得能够在宽视角范围以均匀的亮度投影图像。即，散射入射角较小时使雾度值较低，散射入射角较大时将雾度值设定为较低。具体地说，例如像在图10所示的配置中，屏幕上方的部分柱状透镜片因为必须使散射入射角较大，所以其雾度值也设定为较大。另外，屏幕下方的部分柱状透镜片因为散射入射角可以较小，所以雾度值也被设定为较小。

(实施例6)

下面使用图14，针对本实施例的投影屏幕的结构进行说明。该结构是在实施例1的柱状透镜片1和光反射层3之间设置了光扩散层11的结构。在本发明中使用的柱状透镜片1因为具有良好的定向性，所以在光被散射反射的视野方向能够获得高亮度且鲜明的图像。但是，在光没被散射反射的方位投影图像的亮度降低可视性变差。光扩散层11利用柱状透镜片所具有的高定向性，校正视角变窄这一特性，具有扩展视角的作用。配置在柱状透镜片1的背面的光扩散层11让透过屏幕的光扩散。在扩散的光中，又入射到柱状透镜片1的光的入射角处在散射入射角的情况下，从柱状透镜片1的表面被射出时不被散射，但是当其入射角处在直线透过角时，在柱状透镜片1的表面不被散射而是直线地射出。因此，本实施例的屏幕具有下述特性：兼具由光扩散层11引起的宽视野的散射特性和具有由柱状透镜片1引起的定向性的散射特性两者。其结果是，不只柱状透镜片1的光散射方向，而且从宽视角方向也能看见被投影在屏幕上的图像。这是在使用兼备散射入射角和直线透过角这2种特性的柱状透镜片的本发明的投影器用屏幕中特有的优越性能。

作为光扩散层11，通过在粘结剂或接合剂中混合和这些折射率不同的树脂空心颗粒或者无机颗粒，就能够容易地获得。该光扩散层9的雾度值通过改变上述树脂空心颗粒或无机颗粒的混合浓度和颗粒直径或者材质等，从而能够变化成1～95％左右的任意值。将这种粘结剂称为扩散粘结剂。

作为其他的光扩散层11的形成方法，有在柱状透镜片1的表面形成了微细的凹凸构造的防闪光构造。该凹凸构造，在具有与此对应的凹凸构造的加工阶段的基础上，在由折射率不同的2种及以上的光重合性化合物构成的液状反应层上经由施加了灰度加工的光掩模进行紫外线照射，通过利用由光照射强度引起的光重合性化合物的光重合速度的不同来控制折射率的分布状态，从而可制作柱状透镜片1。通过使该凹凸的粗糙度、微细形状和形成密度改变，从而能够任意控制光扩散层的雾度值。

另外，即使通过在表面具有凹凸的基板上使用真空蒸镀法和电镀法等形成光反散层3，也能够形成光扩散层11。作为形成该光反射层3的基板，能够使用将透明的树脂片和玻璃表面进行凹凸处理了的基板。也可以在光反射率高的金属表面进行凹凸处理加工。

如图14所示，来自投影器4的投影图像以光轴5为中心，在光线6和光线7所示的宽度进行投影。柱状透镜片1的散射入射角选择在该投影图像的宽度的范围内，作为本发明的投影器用屏幕来使用。通过这样做，投影光图像透过透明基体材料2后，沿着和在柱状透镜片1的内部如图5所示的同样的光路均匀地在前面散射。因此，对从视点8观察屏幕的人来说，能够以宽视角观察到明亮的投影图像。但是，在这种情况下，因为当光扩散层11的雾度值较高时透过光被散射难以看见，所以优选光扩散层的雾度值是20％左右及以下。另外，该光扩散层不光是正面屏幕，即使在后面屏幕设置也能扩展视角。

(实施例7)

下面，使用图15、图16以及图17来说明本实施例的屏幕。如图15所示，第二柱状透镜片17设置在柱状透镜片1的背面。来自投影器4的投影图像以光轴5为中心在光线6和光线7表示的宽度内投影，柱状透镜片1的散射入射角设定在该投影图像的宽度的范围内。根据像这样的结构，沿着在图5所示柱状透镜片1内的光路，在配置在第二柱状透镜片17的背面的光反射层3反射后，透过第二柱状透镜片17，从柱状透镜片1的表面以与散射入射角对应的散射角散射到视点8一侧。因此，对从视点8观察屏幕的人来说，能够以宽的视角观察到明亮的投影图像。另外，对于观察者，来自处于屏幕上方的照明18的光因为从柱状透镜片1和第二柱状透镜片17的直线透过角入射到屏幕，所以沿着和用通常的反射镜被反射的同样的光路。因此，来自照明18的光不进入观察者的视点8，观察者能够以不受照明光影响的高对比度看到鲜明的图像。

在这里，作为光反射层3，能够使用在高分子薄膜上蒸镀了Ag系合金或Al系合金等的金属和在高分子薄膜中混合了金属氧化物白色颜料的物质。进而，可以在第二柱状透镜片17的背面直接蒸镀Ag系合金或Al系合金而形成，也可以使用被镜面加工的金属板。另外，柱状透镜片1和第二柱状透镜片17可以机械地固定端部，以使相互的位置固定，也可以用接合剂相互接合。当不接合这些进行配置时，柱状透镜片1和第二柱状透镜片17的间隙为一定，同时通过尽量使其间隙变小，就能够获得更清晰的图像。如果可能，最好密接配置。

通过像这样的结构，可以以使柱状透镜片1和第二柱状透镜片17的散射角一致的宽散射角来显示投影图像，并使以高亮度进行宽视角的图像投影成为可能。可是，当柱状透镜片1和第二柱状透镜片17的倾斜角的差超过相互的散射入射角的范围时，因为具有在屏幕的前面难以显著看见图像的范围，所以该视角的差在相互散射入射角的范围内这是很重要的。

来自投影器4的投影光图像强度十分强时，将光反射层3的光反射率降低为30～70％，通过使用吸光性的黑色支撑基体材料作为支撑基体材料10，能够显示目视性好的图像。像这种情况，适合在20英寸左右及以下的中小型屏幕投影图像的情况。像这样，即使在中小型屏幕投影图像，因为构成在本发明使用的柱状透镜片的柱状透镜的直径小到数十μm，所以也能显示分辨率高且鲜明的图像。

下面，图16示意性地表示使用了柱状透镜片和第二柱状透镜片的后面屏幕的剖视结构和投影器4的配置。如图所示，来自投影器4的光图像投影在柱状透镜片1和第二柱状透镜片17被接合的结构的屏幕，该投影图像经过屏幕可以从处在投影器4的相反侧的观察者的视点8进行观察。在图16所示的结构中，构成柱状透镜片1的柱状透镜的取向方向大约和从投影器4投影的光图像的光轴5的方向一致。即，这些柱状透镜在柱状透镜1面内向下方倾斜进行排列。另外，第二柱状透镜片17的取向方向和视点8方向大致一致。

来自投影器4的投影图像以光轴5为中心，在光线6和光线7所示的宽度进行投影。并且，柱状透镜片1的散射入射角设定在该投影图像的宽度的范围内。通过像这样的结构，沿着在图5表示的柱状透镜片1内的光路，从第二柱状透镜片17的表面以与散射入射角对应的散射角散射到视点8一侧。因此，对从视点8观察屏幕的人来说，能用宽的视角观察到明亮的投影图像。另外，对于观察者，来自处于屏幕的相反侧上方的物体的光因为从柱状透镜1和第二柱状透镜片17的直线入射角入射到屏幕，所以可以到达观察者的视点8。因此，对观察者来说，能够同时观察处于屏幕的相反侧的物体和投影在屏幕的图像。

具体地说，当将本发明的投影器用屏幕配置在车辆的前面玻璃位置时，驾驶员能够一边观察车辆的前面情况一边驾驶车辆。并且此时，因为能够观察到与通过通常的前面玻璃观察屏幕的相反侧的物体同样的像，所以驾驶员能够以通常的驾驶感觉进行车辆的驾驶，并且因为来自投影器的投影图像是散射图像且视角宽，所以对于驾驶员以外的观察者，能够以同等的画质看到图像。进而，通过将投影图像投影到驾驶员正面的前面玻璃偏右或者偏左的位置，从而可以使该效果更显著。

下面，图17表示通过透明基体材料2将柱状透镜片1和第二柱状透镜片17接合的结构的屏幕。通过像这样的结构，从柱状透镜片1的特定柱状透镜被散射射出的光入射到第二柱状透镜片17的多个柱状透镜，通过它们又被散射射出。其结果是，投影在屏幕的图像受和被模糊处理的同样的作用，能够显示没有投影器内的液晶元件的像素的映入的光滑的图像。但是，使透明基体材料2的板厚过大时，因为图像模糊不清鲜明度下降，所以优选透明基体材料2的板厚为被投影的图像的像素的大小左右及以下的厚度。

以上，针对本发明的各实施例，说明了使用柱状透镜片作为定向性散射层的结构，但是在本发明的屏幕中，作为定向性散射层，可以使用层状折射率不同的镜片，也可以使用在厚度方向上形成有贯通穴的树脂基板。另外，也可以代替柱状透镜片而设置透明的纤维。进而，还可以作为排列了向列液晶、胆甾醇型液晶、圆盘状液晶、碟状液晶等的液晶聚合体。即，通过制作折射率的分布，使在特定角度范围入射的光散射，如果是使以除此以外的角度入射的光透过的层，就能够获得上述的效果。另外，做成将个别说明的构造适当组合的结构，也能同时获得各种效果。

如以上说明所述，根据本发明，能够提供一种具有良好的视角特性、亮度特性和高对比度的薄型轻量的投影器用屏幕。不只提高了使用该屏幕的投影系统的显示品质，而且具有能够实现投影系统的小型轻量化的这种效果。

Claims (12)

1.一种屏幕，用于显示被投影的光图像，其特征在于，

具备将在特定角度范围入射的光散射并且使在除此之外角度入射的光透过的定向性散射层，

上述定向性散射层由具有在面内排列的多个柱状构造、并具有在厚度方向上引导光的功能的柱状透镜片构成，

所述柱状构造比所述柱状透镜片内的周围的区域的折射率高、在所述柱状透镜片的厚度方向上连续形成。

2.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，

上述定向性散射层被分割成特定角度范围不同的多个区域。

3.如权利要求2所述的屏幕，其特征在于，

被投影在被分割的各个区域的光图像的光轴方向和该区域的特定角度范围的中心被设定为以屏幕面上的垂线为基准而对称。

4.如权利要求2所述的屏幕，其特征在于，

被投影在被分割的各个区域的光图像的光轴方向被设定为与该区域的特定角度范围的中心大致一致。

5.如权利要求2所述的屏幕，其特征在于，

被分割的各个区域中的特定角度范围的中心线被设定为大致集中在特定的方向上。

6.如权利要求2所述的屏幕，其特征在于，

被分割的各个区域中的特定角度范围被设定为以屏幕面上的垂线作为基准而与观测者的视点方向对称。

7.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，

上述定向性散射层具有：将在第一特定角度范围入射的光散射并且使在除此之外的角度入射的光透过的第一定向性散射层；以及将在第二特定角度范围入射的光散射并且使在除此之外的角度入射的光透过的第二定向性散射层，上述第一特定角度范围的中心轴方向和上述第二特定角度范围的中心轴方向不同。

8.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，

在上述定向性散射层的上述光图像的投影侧或者与上述投影侧相反一侧设置光扩散层。

9.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，

在上述定向性散射层的与上述光图像的投影侧相反一侧形成具有规定的反射率的光反射层。

10.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，

在上述定向性散射层的表面形成有周期的吸收条纹。

11.如权利要求1所述的屏幕，其特征在于，

在上述定向性散射层的视点侧形成有光扩散层。

12.一种图像投影系统，其特征在于，具备：

权利要求1至11的任意一项所述的屏幕；以及

在上述屏幕上投影光图像的光图像投影器。

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