JP2004038002A - 投影用スクリーンおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】映写環境に影響されずに、明瞭な画像を得ることが可能となるだけでなく、視野特性を向上させることができる投影用スクリーンを提供する。
【解決手段】基板１１の表面に、光拡散部として複数の凸部１１Ａが形成される。基板１１の上には光学薄膜１２が形成され、この光学薄膜１２の表面に基板１１の凸部１１Ａと同じ形状の凸部１２Ａが形成される。三原色波長域光とともに外光が光学薄膜１２に入射した場合、光学薄膜１２では三原色波長域光のみが反射され、外光のうち少なくとも可視波長域光は基板１１に吸収される。ここで三原色波長域光が光学薄膜１２に例えば垂直に入射する場合、光学薄膜１２の凸部１２Ａによって、三原色波長域光が光学薄膜１２に対して所定の入射角度θを有することとなり、三原色波長域光が所定の比率で、拡散反射光として反射角度２θで散乱されるのでスクリーンの視野角が拡がる。
【選択図】 図３
【解決手段】基板１１の表面に、光拡散部として複数の凸部１１Ａが形成される。基板１１の上には光学薄膜１２が形成され、この光学薄膜１２の表面に基板１１の凸部１１Ａと同じ形状の凸部１２Ａが形成される。三原色波長域光とともに外光が光学薄膜１２に入射した場合、光学薄膜１２では三原色波長域光のみが反射され、外光のうち少なくとも可視波長域光は基板１１に吸収される。ここで三原色波長域光が光学薄膜１２に例えば垂直に入射する場合、光学薄膜１２の凸部１２Ａによって、三原色波長域光が光学薄膜１２に対して所定の入射角度θを有することとなり、三原色波長域光が所定の比率で、拡散反射光として反射角度２θで散乱されるのでスクリーンの視野角が拡がる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を受けて画像を表示する投影用スクリーンおよびその製造方法に係り、特に反射方式の投影用スクリーンおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、会議等では発表者が資料を提示する手段としてオーバーヘッドプロジェクタやスライドプロジェクタが広く用いられ、一般家庭ではビデオプロジェクタや動画フィルムプロジェクタが普及しつつある。これらプロジェクタ装置では、光源から出力された光がライトバルブ（Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ ）により空間的に変調されて画像光とされ、この画像光がレンズ等の照明光学系を通じて投影用スクリーン上に投影される。
【０００３】
この種のプロジェクタ装置にはカラー画像を表示させることができるものがあり、光源として三原色である赤色（Ｒｅｄ ＝Ｒ），緑色（Ｇｒｅｅｎ ＝Ｇ），青色（Ｂｌｕｅ＝Ｂ）を含んだ白色光を発するランプが用いられ、ライトバルブとしては透過型の液晶パネルが用いられている。このプロジェクタ装置では、光源から出射された白色光が、照明光学系によって赤色光、緑色光および青色光の各色の光線に分離され、これらの光線が所定の光路に収束される。これら光束が液晶パネルにより画像信号に応じて空間的に変調され、変調された光束が光合成部によってカラー画像光として合成され、合成されたカラー画像光が投影レンズにより投影用スクリーンに拡大投射される。
【０００４】
また、最近、カラー画像を表示させることが可能なプロジェクタ装置として、光源に狭帯域三原色光源、例えば三原色の各色の狭帯域光を発するレーザ発振器を用い、ライトバルブに回折格子型ライトバルブ（ＧＬＶ：Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ ）を用いた装置が開発されている。このプロジェクタ装置では、レーザ発振器により出射された各色の光束が画像信号に応じてＧＬＶにより空間的に変調される。このように変調された光束は前述したプロジェクタ装置と同様にして、光合成部によってカラー画像光として合成され、この合成されたカラー画像光が投影レンズにより投影用スクリーンに拡大投射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プロジェクタ装置に用いられる投影用スクリーンは、その背面側から投影光を照射して前面側から見る透過方式と、前面側から投影光を照射しその反射した光を前面側から見る反射方式とに分けられる。いずれの方式においても、視認性の良好なスクリーンを実現するために、明るくて、かつ、コントラストの高い画像を得ることが望まれている。
【０００６】
しかし、反射方式の投影用スクリーンを用いたフロント式のプロジェクタ装置は、自発光型ディスプレイやリアプロジェクタ装置とは異なり、例えばＮＤフィルタを用いて外光の映り込みを低減することができず、特に映写環境が明るい場合には、投影用スクリーン上における明暗のコントラストを高くすることが困難であるという問題があった。
【０００７】
このような問題を解決するために、図１０に示したように、いわゆる帯域フィルタとしての機能を有する光学薄膜１１２が形成された投影用スクリーン１００が提案されている（特願２００２−０７０７９９号）。この投影用スクリーン１００は、光吸収層としての機能を有するスクリーン基板１１１を備え、このスクリーン基板１１１の上に光学薄膜１１２が形成されている。この光学薄膜１１２は、特定波長帯の光に対して高反射特性を有すると共に、少なくともこの特定波長域光以外の可視波長域光に対して高透過特性を有する誘電体多層膜である。この誘電体多層膜の各膜厚はマトリクス法に基づいたシミュレーションにより設計されている。光学薄膜１１２の上には、光学薄膜１１２で反射された特定波長帯の光を散乱するための光拡散層１１３が形成されている。この光拡散層１１３は、ビーズを配列したり、マイクロレンズアレーが形成されたフィルムを用いたりする等の一般的な手法で形成される。
【０００８】
このような構成を有する投影用スクリーン１００では、プロジェクタ装置から照射された光のうち特定波長帯の光が光学薄膜１１２で反射され、この反射された光が光拡散層１１３で散乱されて画像が形成される。他方、プロジェクタ装置から照射された光のうち特定波長帯以外の光は光学薄膜１１２を透過し、スクリーン基板１１１に吸収される。このように投影用スクリーン１００は、光学薄膜１１２が帯域フィルタとして機能することにより明暗のコントラストを高めることができるので、映写環境が明るい場合でも明瞭な画像を得ることができる。
【０００９】
しかしながら、投影用スクリーン１００において、前述したように光拡散層１１３を従来のものと同様な構成とすると、視野角が２０度程度しか得られず、十分な視野特性を得ることができないという問題があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、映写環境に影響されずに、明瞭な画像を得ることが可能となるだけでなく、視野特性も向上させることができる投影用スクリーンおよびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による投影用スクリーンは、基板と、基板の表面に形成され、複数の凸部または複数の凹部を有する光拡散部と、光拡散部の上に形成され、光拡散部の凸部または凹部と同じ形状を有すると共に、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域の光に対して高透過特性を有する光学薄膜とを備えたものである。
【００１２】
本発明による投影用スクリーンの製造方法は、基板の表面に、複数の凸部または複数の凹部を有する光拡散部を形成する工程と、光拡散部の上に、光拡散部の凸部または凹部と同じ形状を有すると共に、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域の光に対して高透過特性を有する光学薄膜を形成する工程とを含むものである。
【００１３】
本発明による投影用スクリーンまたはその製造方法では、基板の表面に、光拡散部が複数の凸部または複数の凹部を有するように形成され、これら凸部または凹部により光学薄膜がこれらの構造と同じ形状を有するように形成されるようにしたので、光学薄膜に特定の波長領域の光が入射した場合、この波長領域の光が光学薄膜に対して所定の入射角度を有することとなり、この波長領域の光が所定の比率で、その所定の入射角度の倍の角度で拡散反射光として散乱され、これによってスクリーンの視野角が拡がる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る投影用スクリーン１０の一部の断面構成を表すものである。図２は投影用スクリーン１０の斜視図である。図３は図１のの一部分を拡大したものである。なお、図２は投影用スクリーン１０の光学薄膜１２より上の構成要素を省略している。この投影用スクリーン１０はいわゆる反射方式のスクリーンである。投影用スクリーン１０は基板１１を備えている。この基板１１の表面には光拡散部として凸部１１Ａが複数個形成されており、これら凸部１１Ａにより光学薄膜１２で反射される光が、所定の比率で拡散反射光として散乱される。これについては後述する。基板１１の上には、いわゆる帯域フィルタとしての機能を有する光学薄膜１２が形成されている。この光学薄膜１２は基板１１の凸部１１Ａと同じ形状の凸部１２Ａを有する。光学薄膜１２の上には保護膜１３が形成されている。
【００１６】
基板１１は、その表面に複数個の凸部１１Ａが形成されており、これら凸部１１Ａの間は平坦面となっている。凸部１１Ａは例えば表面が球面であり、その曲率半径が数μｍ〜数ｍｍ程度である。凸部１１Ａにおいて、その形状、曲率半径ｒ、配置、面積比および表面性等は、光学シミュレーション等により設計されている。この基板１１の凸部１１Ａは光学薄膜１２で反射される光を所定の比率で拡散反射光として散乱させる機能を有している。
【００１７】
また、基板１１は、例えば黒色塗料等を含んだ高分子材料から構成されている。高分子材料としては、例えばポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、あるいはポリオレフィン（ＰＯ）が挙げられる。この基板１１は黒色塗料を含み黒色となっているので、光学薄膜１２を透過した光を吸収する光吸収層としての機能を有しており、これによってスクリーンの黒レベルが高められ明暗のコントラストが向上する。
【００１８】
光学薄膜１２は、高い屈折率を有する誘電体材料からなる高屈折率膜１２Ｈと、この高屈折率膜１２Ｈよりも低い屈折率を有する誘電体材料からなる低屈折率膜１２Ｌとが交互に積層された誘電体多層膜である。高屈折率膜１２Ｈの誘電体材料としては、例えば五酸化ニオブ（Ｎｂ２ Ｏ５ ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）あるいは五酸化タンタル（Ｔａ２ Ｏ５ ）、低屈折率膜１２Ｌの誘電体材料としては、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）あるいはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２ ）が挙げられる。
【００１９】
光学薄膜１２の各膜は、基板１１の凸部１１Ａと同じ形状の凸部１２Ａを有するように形成されている。また、光学薄膜１２の各膜厚は、マトリクス法に基づいたシミュレーションによって、例えば赤色、緑色および青色の各色の波長領域の光からなる三原色波長域光に対して高反射特性を有すると共に、この三原色波長域光の波長領域以外の少なくとも可視波長域光に対して高透過特性を有するように設計されている。具体的には、光学薄膜１２は、波長が６３０ｎｍ程度である赤色光、波長が５４０ｎｍ程度である緑色光、および波長が４６０ｎｍ程度である青色光のそれぞれに対して高反射特性を有し、それ以外の少なくとも可視波長域光に対して高透過特性を有するものとなっている。誘電体多層膜の各膜の厚さは例えば８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【００２０】
このような構成を有する光学薄膜１２に三原色波長域光が例えば垂直に入射すると、光学薄膜１２の凸部１２Ａにより、三原色波長域光が光学薄膜１２に対して所定の入射角度を有することとなるので、その三原色波長域光は所定の比率で、その入射角度の倍の反射角度で拡散反射光として散乱される。すなわち、図３に示したように、三原色波長域光の拡散反射光は、境界点１１ａと凸部１１Ａの球面の中心とを結ぶ直線と基板１１の平坦面の法線とのなす角度θに因り、その反射角度は角度２θとなる。このように三原色波長域光は、所定の比率で拡散反射光として反射角度２θで散乱されるのでスクリーンの視野角が拡がる。なお、境界点１１ａは、基板１１の凸部１１Ａと平坦面との境界である。
【００２１】
保護膜１３は光学薄膜１２を保護するためのものである。この保護膜１３は、光学薄膜１２の表面と同じ形状に形成されている。なお、この保護膜１３は平坦な表面としてもよい。
【００２２】
次に、このような構成を有する投影用スクリーン１０の製造方法について説明する。まず、黒色塗料を含ませた高分子材料からなる基板１１を用意する。この基板１１の表面に例えばエンボス加工を施すことにより複数の凸部１１Ａを形成する。これら凸部１１Ａの形状、曲率半径ｒの大きさ、配置、面積比および表面性等は光学シミュレーション等を用いて設計する。この凸部１１Ａは、光学薄膜１２で反射される光を所定の比率で拡散反射光として散乱させる機能を有しているので、凸部１１Ａを適宜設計することにより、光学薄膜１２での拡散反射光の反射角度の範囲を制御することが可能となる。なお、基板１１の表面のうち凸部１１Ａの間は平坦面とする。
【００２３】
次に、基板１１の上に、例えばスパッタリング法によって、光学薄膜１２を形成する。このとき、光学薄膜１２が基板１１の凸部１１Ａと同じ形状の凸部１２Ａを有するようにする。また、光学薄膜１２は誘電体多層膜とし、この誘電体多層膜を高屈折率膜１２Ｈと、この高屈折率膜１２Ｈよりも低い屈折率を有する低屈折率膜１２Ｌとを交互に積層したものとする。このような光学薄膜１２の各膜厚は、マトリクス法に基づいたシミュレーションを用いて、この光学薄膜１２が例えば三原色波長域光に対して高反射特性を有すると共に、この三原色波長域光以外の少なくとも可視波長域光に対して高透過特性を有するように設計する。最後に、光学薄膜１２の上に保護膜１３を形成することによって、図１に示した投影用スクリーン１０が完成する。
【００２４】
このように本実施の形態では、基板１１に凸部１１Ａを形成し、この凸部１１Ａに、光学薄膜１２で反射される光を所定の比率で拡散反射光として散乱させる機能を有するようにしたので、この基板１１の上に凸部１１Ａと同じ形状の凸部１２Ａを有する光学薄膜１２を形成することができ、これによってシンプルな構成を有するスクリーンを作製することができる。
【００２５】
ここで、光学薄膜１２を設計するときに用いるマトリクス法に基づいたシミュレーションの概要について説明する。このシミュレーションでは、例えば基板の上に形成された誘電体多層膜をモデルとして用いる。この誘電体多層膜のモデルにおいて、誘電体多層膜の表面に光源から或る角度で所定の光が入射すると仮定すると、誘電体多層膜の各膜の境界で多重反射が生じるが、このように多重反射した光は、光源の波長や誘電体多層膜の各膜の厚さおよび屈折率に依存して互いに干渉し合う。
【００２６】
このような誘電体多層膜のモデルにマトリクス法を適用する。すなわち、光の波長や、基板の厚さおよび屈折率、誘電体多層膜の各膜の厚さおよび屈折率、誘電体多層膜の表面への入射光の角度などをパラメータとして用い、マクスウェル方程式やスネルの法則などの光学法則が誘電体多層膜の各膜での境界条件を満足するようにマトリクス演算を行う。これによって、所定の光に対する誘電体多層膜の透過率および反射率等の光学特性が求められ、誘電体多層膜の設計を行うことができる。
【００２７】
このような構成を有する投影用スクリーン１０は、例えばＧＬＶを用いたフロント式のプロジェクタ装置２０のスクリーンに適用される。図４は、このプロジェクタ装置２０の概略構成を表すものである。プロジェクタ装置２０は、光源として三原色の各色の波長領域からなる三原色狭帯域光を出射するレーザ発振器２１を備えている。レーザ発振器２１は、例えば波長が６４２ｎｍである赤色光を出射するレーザ発振器２１Ｒ、波長が５３２ｎｍである緑色光を出射するレーザ発振器２１Ｇ、および波長が４５７ｎｍである青色光を出射するレーザ発振器２１Ｂから構成されている。
【００２８】
また、プロジェクタ装置２０は、レーザ発振器２１から出射された光を画像光として投影用スクリーン１０に導くための照明光学系として、コリメータレンズ２２、シリンドリカルレンズ２３、ＧＬＶ２４、体積型ホログラム素子２５、ガルバノミラー２６および投影レンズ２７を備えている。コリメータレンズ２２は、赤色光用のコリメータレンズ２２Ｒ、緑色光用のコリメータレンズ２２Ｇ、および青色光用のコリメータレンズ２２Ｂから構成される。ＧＬＶ２４は、赤色光用のリボン列２４Ｒ、緑色光用のリボン列２４Ｇ、および青色光用のリボン列２４Ｂを備えている。体積型ホログラム素子２５は、第１体積型ホログラム素子２５ａおよび第２体積型ホログラム素子２５ｂから構成されている。
【００２９】
なお、プロジェクタ装置２０では、レーザ発振器２１Ｒから出射された赤色光、レーザ発振器２１Ｇから出射された緑色光、レーザ発振器２１Ｂから出射された青色光の各色光が、コリメータレンズ２２では各色用のコリメータレンズ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂに入射するように、ＧＬＶ２４では各色用のリボン列２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂに入射するようにこれらの構成要素が配置されている。
【００３０】
このような構成を有するプロジェクタ装置２０では、レーザ発振器２１から出射された赤色光、緑色光および青色光の各光は、コリメータレンズ２２を透過することにより平行光となる。このコリメータレンズ２２により平行光となった三原色波長域光は、シリンドリカルレンズ２３の作用によりＧＬＶ２４に集光される。これら集光された三原色波長域光は、ＧＬＶ２４の各リボン列が画像信号に応じて独立に駆動されることによって空間的に変調される。
【００３１】
ＧＬＶ２４の作用により変調された三原色波長域光は、シリンドリカルレンズ２３の作用により体積型ホログラム素子２５に集光される。この体積型ホログラム素子２５では、第１体積型ホログラム素子２５ａにより赤色光が回折され、第２体積型ホログラム素子２５ｂにより赤色光および青色光が同じ方向に回折される。また、第１体積型ホログラム素子２５ａおよび第２体積型ホログラム素子２５ｂでは、緑色光が回折されずに直進して透過し、赤色光と同じ方向に出射される。このようにして体積型ホログラム素子２５の作用により、赤色光、緑色光および青色光の各色光が合成されて同じ方向に出射される。同じ方向に合波された三原色波長域光は、ガルバノミラー２６により所定の方向に走査され、投影レンズ２７を透過して投影用スクリーン１０の前面に投射される。
【００３２】
投影用スクリーン１０では、プロジェクタ装置２０から投射された三原色波長域光が保護膜１３を通過し、光学薄膜１２に入射する。このとき、三原色波長域光とともに外光が光学薄膜１２に入射しても、この光学薄膜１２では、三原色波長域光のみが反射され、外光のうち少なくとも可視波長域光は吸収光として基板１１に吸収される（図３）。これにより、映写環境が明るい場合においても明瞭な画像が得られる。また、光学薄膜１２に三原色波長域光が例えば垂直に入射したとき、光学薄膜１２の凸部１２Ａにより、三原色波長域光が光学薄膜１２に対して所定の入射角度を有することとなり、その三原色波長域光は所定の比率で、その入射角度の倍の反射角度で拡散反射光として散乱される。
【００３３】
図３に示したように、三原色波長域光の拡散反射光の反射角度は、境界点１１ａと凸部１１Ａの球面の中心とを結ぶ直線と基板１１の平坦面の法線とのなす角度θに因ることから角度２θとなる。すなわち、三原色波長域光は所定の比率で拡散反射光として反射角度２θで散乱されるので、本実施の形態では視野角が拡がり、視野特性が向上する。また、このように拡散反射光の反射角度が基板１１の凸部１１Ａに因るので、この凸部１１Ａを適宜設計することにより、拡散反射光の反射角度の範囲を制御することが可能となる。
【００３４】
このように本実施の形態では、基板１１の表面に複数の凸部１１Ａが形成され、これらの凸部１１Ａにより、基板１１の上に光学薄膜１２が同じ形状の凸部１２Ａを有するように形成されるので、この光学薄膜１２の凸部１２Ａによって、光学薄膜１２に入射した三原色波長域光が、光学薄膜１２に対して所定の入射角度θを有することとなり、三原色波長域光が所定の比率で、反射角度２θで拡散反射光として散乱され、スクリーンの視野角が拡がる。これによって、映写環境に影響されずに、明瞭な画像を得ることが可能となるだけでなく、視野特性も向上させることができる。また、光学シミュレーション等を用いて、基板１１の凸部１１Ａを適宜設計することにより、拡散反射光の反射角度の範囲を調整することができるので、視野特性を制御することが可能となり、これによって更に視野特性の向上を図ることができる。
【００３５】
更に、基板１１の表面に形成された凸部１１Ａが、光学薄膜１２で反射される光を所定の比率で拡散反射光として散乱させる機能を有するので、シンプルな構成のスクリーンを作製することが可能となる。その結果、光学特性や視野特性等のバラツキを減少させることができ、信頼性を向上させることが可能となり、製造コストを低減させることができる。
【００３６】
〔変形例１〕
上記実施の形態では、基板１１の表面に光拡散部として複数の凸部１１Ａを形成するようにしたが、図５および図６に示したように、基板３１の表面に光拡散部として凸部１１Ａの代わりに凹部３１Ａを形成するようにしてもよい。なお、図６では光学薄膜３２より上の構成要素は省略している。
【００３７】
このような基板３１を備える投影用スクリーン３０は次のようにして製造する。例えば、上記実施の形態と同様に黒色塗料を含ませた高分子材料からなる基板３１を用意する。この基板３１の表面に、例えばエンボス加工を施すことにより複数の凹部３１Ａを形成する。これら凹部３１Ａは、例えばその表面が球面であり、数μｍ〜数ｍｍ程度の曲率半径ｒを有する。凹部３１Ａの形状、曲率半径ｒ、配置、面積比および表面性等は、光学シミュレーション等により設計する。このような基板３１は、光学薄膜３２で反射される光を所定の比率で拡散反射光として散乱させる機能を有しているので、凹部３１Ａを適宜設計することにより、光学薄膜３２での拡散反射光の反射角度の範囲を制御することが可能となる。なお、基板３１の表面のうち凹部３１Ａの間は平坦面とする。
【００３８】
次に、基板３１の上に、例えばスパッタリング法によって、光学薄膜３２を形成する。このとき、光学薄膜３２は基板３１の凹部３１Ａと同じ形状の凹部３２Ａを有するようにする。この光学薄膜３２は、高屈折率膜３２Ｈとこの高屈折率膜３２Ｈよりも低い屈折率を有する低屈折率膜３２Ｌとを交互に積層した誘電体多層膜とする。このような光学薄膜３２の各膜厚は、マトリクス法に基づいたシミュレーションによって、この光学薄膜３２が例えば三原色波長域光に対して高反射特性を有すると共に、この三原色波長域光以外の少なくとも可視波長域光に対して高透過特性を有するように設計する。最後に、光学薄膜３２の上に保護膜３３を形成することによって、図５に示した投影用スクリーン３０が完成する。
【００３９】
本変形例では、光学薄膜３２における拡散反射光の反射角度は、境界点３１ａおよび凹部３１Ａを結ぶ直線と基板３１の平坦面の法線とのなす角度θに因り角度２θとなる（図７）。よって、三原色波長域光が角度θで入射すると、その拡散反射光は所定の比率で角度２θの方向に散乱される。この拡散反射光の反射角度２θによって投影用スクリーン３０の視野角が決定されることから、基板３１の凹部３１Ａを適宜設計することにより、拡散反射光の反射角度の範囲を制御することが可能となり、視野特性の向上を図ることができる。その他の作用効果は上記実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。なお、境界点３１ａは、基板３１の凹部３１Ａと平坦面との境界である。
【００４０】
〔変形例２〕
上記実施の形態では、例えばエンボス加工により基板１１の表面に光拡散部として複数の凸部１１Ａを形成するようにしたが、例えば図８に示したように、基板４１の上に光拡散部４２を形成するようにしてもよい。この光拡散部４２は、複数のビーズ４３とこれらのビーズ４３の間を固定するビーズ固定層４４とにより構成される。
【００４１】
ビーズ４３は、例えばガラスやポリマー等の透明材料により形成され、例えば数μｍ〜数ｍｍ程度の直径ｄで均一な大きさの球形状を有しており、等間隔に配置されている。ビーズ固定層４４は樹脂等により形成され、ビーズ４３の間を固定し接着している。このビーズ固定層４４の厚さは、例えばビーズ４３の直径ｄより小さくなっており、これによって光拡散部４２の表面には、上記実施の形態の凸部１１Ａと同様の凸部４２Ａが形成される。この光拡散部４２の上に、上記実施の形態と同様にして、光拡散部４２の凸部４２Ａと同じ形状を有する光学薄膜１２および保護膜１３を形成すると投影用スクリーン４０が完成する。
【００４２】
本変形例では、図９に示したように、ビーズ４３の直径ｄに対して、ビーズ固定層４４の厚さｔを変えることにより視野角を調整することができる。すなわち、光拡散部４２の表面における、ビーズ４３およびビーズ固定層４４の境界を境界点４２ａとすると、光学薄膜１２での拡散反射光の反射は、境界点４２ａとビーズ４３の中心とを結ぶ直線と光拡散部４２の平坦面の法線とのなす角度θに因り、その反射角度は角度２θとなる。
【００４３】
これによって、ビーズ４３の直径ｄに対して、ビーズ固定層４４の厚さｔを変えることにより、拡散反射光の反射角度２θが所望の角度となるように適宜設定することが可能となり、所望の視野角を得ることができる。その他の作用効果は上記実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４４】
本変形例では、複数のビーズ４３およびビーズ固定層４４から光拡散部４２を構成し、この光拡散部４２が複数の凸部４２Ａを有するようにしたが、光拡散部４２を他のものにより構成するようにしてもよい。例えば、光拡散部をマイクロレンズアレー（ＭＬＡ）が形成されたフィルムとし、このフィルムが複数の凸部を有するようにしてもよい。
【００４５】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では凸部１１Ａの表面を球面としたが、それ以外の形状としてもよい。例えば、凸部１１Ａの表面を楕円形状や非対称の形状としてもよい。これにより、光学薄膜１２での拡散反射光の反射角度２θを上下および左右のそれぞれに調整することが可能となる。
【００４６】
また、上記実施の形態では、基板１１にエンボス加工を施すことにより凸部１１Ａを形成するようにしたが、例えばエッチング法を用いることにより凸部１１Ａを形成するようにしてもよい。加えて、上記実施の形態では高分子材料に黒色塗料を含ませることにより、基板１１を黒色として三原色波長域光以外の光を吸収させるようにしたが、例えば基板１１の裏側に別途黒色塗料からなる光吸収層を形成し、この光吸収層により三原色波長域光以外の光を吸収させるようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の投影用スクリーンによれば、基板の表面に光拡散部が形成され、この光拡散部が複数の凸部または凹部を有し、これら凸部または凹部と同じ形状を有するように光学薄膜が形成されるようにしたので、光学薄膜に特定の波長領域の光が入射すると、この波長領域の光が光学薄膜に対して所定の入射角度を有することとなる。よって、特定の波長領域の光が光学薄膜において所定の比率で、その所定の入射角度の倍の角度で拡散反射光として散乱され、スクリーンの視野角が拡がる。従って、映写環境に影響されずに、明瞭な画像を得ることができるだけでなく、視野特性も向上させることが可能となる。
【００４８】
請求項１７ないし請求項３１のいずれか１項に記載の投影用スクリーンの製造方法によれば、基板の表面に複数の凸部または凹部を形成することにより光拡散部を形成するようにしたので、この光拡散部の上に凸部または凹部と同じ形状を有するように光学薄膜を形成することにより、シンプルな構成を有するスクリーンを作製することが可能となる。その結果、光学特性や視野特性等のバラツキを減少させることができ、信頼性を向上させることが可能となる。また、製造コストを低減させることが可能となる。
【００４９】
特に、請求項１９記載の投影用スクリーンの製造方法によれば、基板の表面を加工することにより凸部または凹部を有する光拡散部を形成し、これら凸部または凹部により光学薄膜での反射光の反射角度を制御するように光学シミュレーションを用いて光拡散部を設計するようしたので、反射光の反射角度の範囲を調整することができ、これにより視野特性を制御することが可能となる。従って、視野特性の向上を更に図ることができる。
【００５０】
また、請求項２２記載の投影用スクリーンの製造方法によれば、基板の表面に光拡散部を形成し、この光拡散部を所定の半径を有する球形状をした複数のビーズと、ビーズ間を固定するビーズ固定層とから構成すると共に、ビーズ固定層の厚さにより光学薄膜で反射される反射光の反射角度を制御するようにしたので、この反射角度の範囲を調整することが可能となり、視野特性を制御することができる。よって、視野特性の向上を更に図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る投影用スクリーンの概略構成図である。
【図２】図１に示した投影用スクリーンの斜視図である。
【図３】図１に示した投影用スクリーンの一部分を拡大した概略構成図である。
【図４】図１に示した投影用スクリーンを用いたプロジェクタ装置の概略構成図である。
【図５】投影用スクリーンの変形例の概略構成図である。
【図６】投影用スクリーンの変形例の斜視図である。
【図７】投影用スクリーンの変形例の一部分を拡大した概略構成図である。
【図８】投影用スクリーンの変形例の概略構成図である。
【図９】投影用スクリーンの変形例の一部分を拡大した概略構成図である。
【図１０】投影用スクリーンの比較例の概略構成図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０・・・ 投影用スクリーン、１１，３１，４１・・・ 基板、１１Ａ，１２Ａ，４２Ａ・・・ 凸部、１２，３２・・・ 光学薄膜、１２Ｈ，３２Ｈ・・・ 高屈折率膜、１２Ｌ，３２Ｌ・・・ 低屈折率膜、１３，３３・・・ 保護膜、２０・・・ プロジェクタ装置、２１，２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ・・・ レーザ発振器、２２，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ・・・ コリメータレンズ、２３・・・ シリンドリカルレンズ、２４・・・ ＧＬＶ、２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ・・・ リボン列、２５・・・ 体積型ホログラム素子、２５ａ・・・ 第１体積型ホログラム素子、２５ｂ・・・ 第２体積型ホログラム素子、２６・・・ ガルバノミラー、２７・・・ 投影レンズ、３１Ａ， ３２Ａ・・・ 凹部、４２・・・ 光拡散部、４３・・・ ビーズ、４４・・・ ビーズ固定層
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を受けて画像を表示する投影用スクリーンおよびその製造方法に係り、特に反射方式の投影用スクリーンおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、会議等では発表者が資料を提示する手段としてオーバーヘッドプロジェクタやスライドプロジェクタが広く用いられ、一般家庭ではビデオプロジェクタや動画フィルムプロジェクタが普及しつつある。これらプロジェクタ装置では、光源から出力された光がライトバルブ（Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ ）により空間的に変調されて画像光とされ、この画像光がレンズ等の照明光学系を通じて投影用スクリーン上に投影される。
【０００３】
この種のプロジェクタ装置にはカラー画像を表示させることができるものがあり、光源として三原色である赤色（Ｒｅｄ ＝Ｒ），緑色（Ｇｒｅｅｎ ＝Ｇ），青色（Ｂｌｕｅ＝Ｂ）を含んだ白色光を発するランプが用いられ、ライトバルブとしては透過型の液晶パネルが用いられている。このプロジェクタ装置では、光源から出射された白色光が、照明光学系によって赤色光、緑色光および青色光の各色の光線に分離され、これらの光線が所定の光路に収束される。これら光束が液晶パネルにより画像信号に応じて空間的に変調され、変調された光束が光合成部によってカラー画像光として合成され、合成されたカラー画像光が投影レンズにより投影用スクリーンに拡大投射される。
【０００４】
また、最近、カラー画像を表示させることが可能なプロジェクタ装置として、光源に狭帯域三原色光源、例えば三原色の各色の狭帯域光を発するレーザ発振器を用い、ライトバルブに回折格子型ライトバルブ（ＧＬＶ：Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ ）を用いた装置が開発されている。このプロジェクタ装置では、レーザ発振器により出射された各色の光束が画像信号に応じてＧＬＶにより空間的に変調される。このように変調された光束は前述したプロジェクタ装置と同様にして、光合成部によってカラー画像光として合成され、この合成されたカラー画像光が投影レンズにより投影用スクリーンに拡大投射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プロジェクタ装置に用いられる投影用スクリーンは、その背面側から投影光を照射して前面側から見る透過方式と、前面側から投影光を照射しその反射した光を前面側から見る反射方式とに分けられる。いずれの方式においても、視認性の良好なスクリーンを実現するために、明るくて、かつ、コントラストの高い画像を得ることが望まれている。
【０００６】
しかし、反射方式の投影用スクリーンを用いたフロント式のプロジェクタ装置は、自発光型ディスプレイやリアプロジェクタ装置とは異なり、例えばＮＤフィルタを用いて外光の映り込みを低減することができず、特に映写環境が明るい場合には、投影用スクリーン上における明暗のコントラストを高くすることが困難であるという問題があった。
【０００７】
このような問題を解決するために、図１０に示したように、いわゆる帯域フィルタとしての機能を有する光学薄膜１１２が形成された投影用スクリーン１００が提案されている（特願２００２−０７０７９９号）。この投影用スクリーン１００は、光吸収層としての機能を有するスクリーン基板１１１を備え、このスクリーン基板１１１の上に光学薄膜１１２が形成されている。この光学薄膜１１２は、特定波長帯の光に対して高反射特性を有すると共に、少なくともこの特定波長域光以外の可視波長域光に対して高透過特性を有する誘電体多層膜である。この誘電体多層膜の各膜厚はマトリクス法に基づいたシミュレーションにより設計されている。光学薄膜１１２の上には、光学薄膜１１２で反射された特定波長帯の光を散乱するための光拡散層１１３が形成されている。この光拡散層１１３は、ビーズを配列したり、マイクロレンズアレーが形成されたフィルムを用いたりする等の一般的な手法で形成される。
【０００８】
このような構成を有する投影用スクリーン１００では、プロジェクタ装置から照射された光のうち特定波長帯の光が光学薄膜１１２で反射され、この反射された光が光拡散層１１３で散乱されて画像が形成される。他方、プロジェクタ装置から照射された光のうち特定波長帯以外の光は光学薄膜１１２を透過し、スクリーン基板１１１に吸収される。このように投影用スクリーン１００は、光学薄膜１１２が帯域フィルタとして機能することにより明暗のコントラストを高めることができるので、映写環境が明るい場合でも明瞭な画像を得ることができる。
【０００９】
しかしながら、投影用スクリーン１００において、前述したように光拡散層１１３を従来のものと同様な構成とすると、視野角が２０度程度しか得られず、十分な視野特性を得ることができないという問題があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、映写環境に影響されずに、明瞭な画像を得ることが可能となるだけでなく、視野特性も向上させることができる投影用スクリーンおよびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による投影用スクリーンは、基板と、基板の表面に形成され、複数の凸部または複数の凹部を有する光拡散部と、光拡散部の上に形成され、光拡散部の凸部または凹部と同じ形状を有すると共に、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域の光に対して高透過特性を有する光学薄膜とを備えたものである。
【００１２】
本発明による投影用スクリーンの製造方法は、基板の表面に、複数の凸部または複数の凹部を有する光拡散部を形成する工程と、光拡散部の上に、光拡散部の凸部または凹部と同じ形状を有すると共に、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域の光に対して高透過特性を有する光学薄膜を形成する工程とを含むものである。
【００１３】
本発明による投影用スクリーンまたはその製造方法では、基板の表面に、光拡散部が複数の凸部または複数の凹部を有するように形成され、これら凸部または凹部により光学薄膜がこれらの構造と同じ形状を有するように形成されるようにしたので、光学薄膜に特定の波長領域の光が入射した場合、この波長領域の光が光学薄膜に対して所定の入射角度を有することとなり、この波長領域の光が所定の比率で、その所定の入射角度の倍の角度で拡散反射光として散乱され、これによってスクリーンの視野角が拡がる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る投影用スクリーン１０の一部の断面構成を表すものである。図２は投影用スクリーン１０の斜視図である。図３は図１のの一部分を拡大したものである。なお、図２は投影用スクリーン１０の光学薄膜１２より上の構成要素を省略している。この投影用スクリーン１０はいわゆる反射方式のスクリーンである。投影用スクリーン１０は基板１１を備えている。この基板１１の表面には光拡散部として凸部１１Ａが複数個形成されており、これら凸部１１Ａにより光学薄膜１２で反射される光が、所定の比率で拡散反射光として散乱される。これについては後述する。基板１１の上には、いわゆる帯域フィルタとしての機能を有する光学薄膜１２が形成されている。この光学薄膜１２は基板１１の凸部１１Ａと同じ形状の凸部１２Ａを有する。光学薄膜１２の上には保護膜１３が形成されている。
【００１６】
基板１１は、その表面に複数個の凸部１１Ａが形成されており、これら凸部１１Ａの間は平坦面となっている。凸部１１Ａは例えば表面が球面であり、その曲率半径が数μｍ〜数ｍｍ程度である。凸部１１Ａにおいて、その形状、曲率半径ｒ、配置、面積比および表面性等は、光学シミュレーション等により設計されている。この基板１１の凸部１１Ａは光学薄膜１２で反射される光を所定の比率で拡散反射光として散乱させる機能を有している。
【００１７】
また、基板１１は、例えば黒色塗料等を含んだ高分子材料から構成されている。高分子材料としては、例えばポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、あるいはポリオレフィン（ＰＯ）が挙げられる。この基板１１は黒色塗料を含み黒色となっているので、光学薄膜１２を透過した光を吸収する光吸収層としての機能を有しており、これによってスクリーンの黒レベルが高められ明暗のコントラストが向上する。
【００１８】
光学薄膜１２は、高い屈折率を有する誘電体材料からなる高屈折率膜１２Ｈと、この高屈折率膜１２Ｈよりも低い屈折率を有する誘電体材料からなる低屈折率膜１２Ｌとが交互に積層された誘電体多層膜である。高屈折率膜１２Ｈの誘電体材料としては、例えば五酸化ニオブ（Ｎｂ２ Ｏ５ ）、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）あるいは五酸化タンタル（Ｔａ２ Ｏ５ ）、低屈折率膜１２Ｌの誘電体材料としては、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２ ）あるいはフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２ ）が挙げられる。
【００１９】
光学薄膜１２の各膜は、基板１１の凸部１１Ａと同じ形状の凸部１２Ａを有するように形成されている。また、光学薄膜１２の各膜厚は、マトリクス法に基づいたシミュレーションによって、例えば赤色、緑色および青色の各色の波長領域の光からなる三原色波長域光に対して高反射特性を有すると共に、この三原色波長域光の波長領域以外の少なくとも可視波長域光に対して高透過特性を有するように設計されている。具体的には、光学薄膜１２は、波長が６３０ｎｍ程度である赤色光、波長が５４０ｎｍ程度である緑色光、および波長が４６０ｎｍ程度である青色光のそれぞれに対して高反射特性を有し、それ以外の少なくとも可視波長域光に対して高透過特性を有するものとなっている。誘電体多層膜の各膜の厚さは例えば８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【００２０】
このような構成を有する光学薄膜１２に三原色波長域光が例えば垂直に入射すると、光学薄膜１２の凸部１２Ａにより、三原色波長域光が光学薄膜１２に対して所定の入射角度を有することとなるので、その三原色波長域光は所定の比率で、その入射角度の倍の反射角度で拡散反射光として散乱される。すなわち、図３に示したように、三原色波長域光の拡散反射光は、境界点１１ａと凸部１１Ａの球面の中心とを結ぶ直線と基板１１の平坦面の法線とのなす角度θに因り、その反射角度は角度２θとなる。このように三原色波長域光は、所定の比率で拡散反射光として反射角度２θで散乱されるのでスクリーンの視野角が拡がる。なお、境界点１１ａは、基板１１の凸部１１Ａと平坦面との境界である。
【００２１】
保護膜１３は光学薄膜１２を保護するためのものである。この保護膜１３は、光学薄膜１２の表面と同じ形状に形成されている。なお、この保護膜１３は平坦な表面としてもよい。
【００２２】
次に、このような構成を有する投影用スクリーン１０の製造方法について説明する。まず、黒色塗料を含ませた高分子材料からなる基板１１を用意する。この基板１１の表面に例えばエンボス加工を施すことにより複数の凸部１１Ａを形成する。これら凸部１１Ａの形状、曲率半径ｒの大きさ、配置、面積比および表面性等は光学シミュレーション等を用いて設計する。この凸部１１Ａは、光学薄膜１２で反射される光を所定の比率で拡散反射光として散乱させる機能を有しているので、凸部１１Ａを適宜設計することにより、光学薄膜１２での拡散反射光の反射角度の範囲を制御することが可能となる。なお、基板１１の表面のうち凸部１１Ａの間は平坦面とする。
【００２３】
次に、基板１１の上に、例えばスパッタリング法によって、光学薄膜１２を形成する。このとき、光学薄膜１２が基板１１の凸部１１Ａと同じ形状の凸部１２Ａを有するようにする。また、光学薄膜１２は誘電体多層膜とし、この誘電体多層膜を高屈折率膜１２Ｈと、この高屈折率膜１２Ｈよりも低い屈折率を有する低屈折率膜１２Ｌとを交互に積層したものとする。このような光学薄膜１２の各膜厚は、マトリクス法に基づいたシミュレーションを用いて、この光学薄膜１２が例えば三原色波長域光に対して高反射特性を有すると共に、この三原色波長域光以外の少なくとも可視波長域光に対して高透過特性を有するように設計する。最後に、光学薄膜１２の上に保護膜１３を形成することによって、図１に示した投影用スクリーン１０が完成する。
【００２４】
このように本実施の形態では、基板１１に凸部１１Ａを形成し、この凸部１１Ａに、光学薄膜１２で反射される光を所定の比率で拡散反射光として散乱させる機能を有するようにしたので、この基板１１の上に凸部１１Ａと同じ形状の凸部１２Ａを有する光学薄膜１２を形成することができ、これによってシンプルな構成を有するスクリーンを作製することができる。
【００２５】
ここで、光学薄膜１２を設計するときに用いるマトリクス法に基づいたシミュレーションの概要について説明する。このシミュレーションでは、例えば基板の上に形成された誘電体多層膜をモデルとして用いる。この誘電体多層膜のモデルにおいて、誘電体多層膜の表面に光源から或る角度で所定の光が入射すると仮定すると、誘電体多層膜の各膜の境界で多重反射が生じるが、このように多重反射した光は、光源の波長や誘電体多層膜の各膜の厚さおよび屈折率に依存して互いに干渉し合う。
【００２６】
このような誘電体多層膜のモデルにマトリクス法を適用する。すなわち、光の波長や、基板の厚さおよび屈折率、誘電体多層膜の各膜の厚さおよび屈折率、誘電体多層膜の表面への入射光の角度などをパラメータとして用い、マクスウェル方程式やスネルの法則などの光学法則が誘電体多層膜の各膜での境界条件を満足するようにマトリクス演算を行う。これによって、所定の光に対する誘電体多層膜の透過率および反射率等の光学特性が求められ、誘電体多層膜の設計を行うことができる。
【００２７】
このような構成を有する投影用スクリーン１０は、例えばＧＬＶを用いたフロント式のプロジェクタ装置２０のスクリーンに適用される。図４は、このプロジェクタ装置２０の概略構成を表すものである。プロジェクタ装置２０は、光源として三原色の各色の波長領域からなる三原色狭帯域光を出射するレーザ発振器２１を備えている。レーザ発振器２１は、例えば波長が６４２ｎｍである赤色光を出射するレーザ発振器２１Ｒ、波長が５３２ｎｍである緑色光を出射するレーザ発振器２１Ｇ、および波長が４５７ｎｍである青色光を出射するレーザ発振器２１Ｂから構成されている。
【００２８】
また、プロジェクタ装置２０は、レーザ発振器２１から出射された光を画像光として投影用スクリーン１０に導くための照明光学系として、コリメータレンズ２２、シリンドリカルレンズ２３、ＧＬＶ２４、体積型ホログラム素子２５、ガルバノミラー２６および投影レンズ２７を備えている。コリメータレンズ２２は、赤色光用のコリメータレンズ２２Ｒ、緑色光用のコリメータレンズ２２Ｇ、および青色光用のコリメータレンズ２２Ｂから構成される。ＧＬＶ２４は、赤色光用のリボン列２４Ｒ、緑色光用のリボン列２４Ｇ、および青色光用のリボン列２４Ｂを備えている。体積型ホログラム素子２５は、第１体積型ホログラム素子２５ａおよび第２体積型ホログラム素子２５ｂから構成されている。
【００２９】
なお、プロジェクタ装置２０では、レーザ発振器２１Ｒから出射された赤色光、レーザ発振器２１Ｇから出射された緑色光、レーザ発振器２１Ｂから出射された青色光の各色光が、コリメータレンズ２２では各色用のコリメータレンズ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂに入射するように、ＧＬＶ２４では各色用のリボン列２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂに入射するようにこれらの構成要素が配置されている。
【００３０】
このような構成を有するプロジェクタ装置２０では、レーザ発振器２１から出射された赤色光、緑色光および青色光の各光は、コリメータレンズ２２を透過することにより平行光となる。このコリメータレンズ２２により平行光となった三原色波長域光は、シリンドリカルレンズ２３の作用によりＧＬＶ２４に集光される。これら集光された三原色波長域光は、ＧＬＶ２４の各リボン列が画像信号に応じて独立に駆動されることによって空間的に変調される。
【００３１】
ＧＬＶ２４の作用により変調された三原色波長域光は、シリンドリカルレンズ２３の作用により体積型ホログラム素子２５に集光される。この体積型ホログラム素子２５では、第１体積型ホログラム素子２５ａにより赤色光が回折され、第２体積型ホログラム素子２５ｂにより赤色光および青色光が同じ方向に回折される。また、第１体積型ホログラム素子２５ａおよび第２体積型ホログラム素子２５ｂでは、緑色光が回折されずに直進して透過し、赤色光と同じ方向に出射される。このようにして体積型ホログラム素子２５の作用により、赤色光、緑色光および青色光の各色光が合成されて同じ方向に出射される。同じ方向に合波された三原色波長域光は、ガルバノミラー２６により所定の方向に走査され、投影レンズ２７を透過して投影用スクリーン１０の前面に投射される。
【００３２】
投影用スクリーン１０では、プロジェクタ装置２０から投射された三原色波長域光が保護膜１３を通過し、光学薄膜１２に入射する。このとき、三原色波長域光とともに外光が光学薄膜１２に入射しても、この光学薄膜１２では、三原色波長域光のみが反射され、外光のうち少なくとも可視波長域光は吸収光として基板１１に吸収される（図３）。これにより、映写環境が明るい場合においても明瞭な画像が得られる。また、光学薄膜１２に三原色波長域光が例えば垂直に入射したとき、光学薄膜１２の凸部１２Ａにより、三原色波長域光が光学薄膜１２に対して所定の入射角度を有することとなり、その三原色波長域光は所定の比率で、その入射角度の倍の反射角度で拡散反射光として散乱される。
【００３３】
図３に示したように、三原色波長域光の拡散反射光の反射角度は、境界点１１ａと凸部１１Ａの球面の中心とを結ぶ直線と基板１１の平坦面の法線とのなす角度θに因ることから角度２θとなる。すなわち、三原色波長域光は所定の比率で拡散反射光として反射角度２θで散乱されるので、本実施の形態では視野角が拡がり、視野特性が向上する。また、このように拡散反射光の反射角度が基板１１の凸部１１Ａに因るので、この凸部１１Ａを適宜設計することにより、拡散反射光の反射角度の範囲を制御することが可能となる。
【００３４】
このように本実施の形態では、基板１１の表面に複数の凸部１１Ａが形成され、これらの凸部１１Ａにより、基板１１の上に光学薄膜１２が同じ形状の凸部１２Ａを有するように形成されるので、この光学薄膜１２の凸部１２Ａによって、光学薄膜１２に入射した三原色波長域光が、光学薄膜１２に対して所定の入射角度θを有することとなり、三原色波長域光が所定の比率で、反射角度２θで拡散反射光として散乱され、スクリーンの視野角が拡がる。これによって、映写環境に影響されずに、明瞭な画像を得ることが可能となるだけでなく、視野特性も向上させることができる。また、光学シミュレーション等を用いて、基板１１の凸部１１Ａを適宜設計することにより、拡散反射光の反射角度の範囲を調整することができるので、視野特性を制御することが可能となり、これによって更に視野特性の向上を図ることができる。
【００３５】
更に、基板１１の表面に形成された凸部１１Ａが、光学薄膜１２で反射される光を所定の比率で拡散反射光として散乱させる機能を有するので、シンプルな構成のスクリーンを作製することが可能となる。その結果、光学特性や視野特性等のバラツキを減少させることができ、信頼性を向上させることが可能となり、製造コストを低減させることができる。
【００３６】
〔変形例１〕
上記実施の形態では、基板１１の表面に光拡散部として複数の凸部１１Ａを形成するようにしたが、図５および図６に示したように、基板３１の表面に光拡散部として凸部１１Ａの代わりに凹部３１Ａを形成するようにしてもよい。なお、図６では光学薄膜３２より上の構成要素は省略している。
【００３７】
このような基板３１を備える投影用スクリーン３０は次のようにして製造する。例えば、上記実施の形態と同様に黒色塗料を含ませた高分子材料からなる基板３１を用意する。この基板３１の表面に、例えばエンボス加工を施すことにより複数の凹部３１Ａを形成する。これら凹部３１Ａは、例えばその表面が球面であり、数μｍ〜数ｍｍ程度の曲率半径ｒを有する。凹部３１Ａの形状、曲率半径ｒ、配置、面積比および表面性等は、光学シミュレーション等により設計する。このような基板３１は、光学薄膜３２で反射される光を所定の比率で拡散反射光として散乱させる機能を有しているので、凹部３１Ａを適宜設計することにより、光学薄膜３２での拡散反射光の反射角度の範囲を制御することが可能となる。なお、基板３１の表面のうち凹部３１Ａの間は平坦面とする。
【００３８】
次に、基板３１の上に、例えばスパッタリング法によって、光学薄膜３２を形成する。このとき、光学薄膜３２は基板３１の凹部３１Ａと同じ形状の凹部３２Ａを有するようにする。この光学薄膜３２は、高屈折率膜３２Ｈとこの高屈折率膜３２Ｈよりも低い屈折率を有する低屈折率膜３２Ｌとを交互に積層した誘電体多層膜とする。このような光学薄膜３２の各膜厚は、マトリクス法に基づいたシミュレーションによって、この光学薄膜３２が例えば三原色波長域光に対して高反射特性を有すると共に、この三原色波長域光以外の少なくとも可視波長域光に対して高透過特性を有するように設計する。最後に、光学薄膜３２の上に保護膜３３を形成することによって、図５に示した投影用スクリーン３０が完成する。
【００３９】
本変形例では、光学薄膜３２における拡散反射光の反射角度は、境界点３１ａおよび凹部３１Ａを結ぶ直線と基板３１の平坦面の法線とのなす角度θに因り角度２θとなる（図７）。よって、三原色波長域光が角度θで入射すると、その拡散反射光は所定の比率で角度２θの方向に散乱される。この拡散反射光の反射角度２θによって投影用スクリーン３０の視野角が決定されることから、基板３１の凹部３１Ａを適宜設計することにより、拡散反射光の反射角度の範囲を制御することが可能となり、視野特性の向上を図ることができる。その他の作用効果は上記実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。なお、境界点３１ａは、基板３１の凹部３１Ａと平坦面との境界である。
【００４０】
〔変形例２〕
上記実施の形態では、例えばエンボス加工により基板１１の表面に光拡散部として複数の凸部１１Ａを形成するようにしたが、例えば図８に示したように、基板４１の上に光拡散部４２を形成するようにしてもよい。この光拡散部４２は、複数のビーズ４３とこれらのビーズ４３の間を固定するビーズ固定層４４とにより構成される。
【００４１】
ビーズ４３は、例えばガラスやポリマー等の透明材料により形成され、例えば数μｍ〜数ｍｍ程度の直径ｄで均一な大きさの球形状を有しており、等間隔に配置されている。ビーズ固定層４４は樹脂等により形成され、ビーズ４３の間を固定し接着している。このビーズ固定層４４の厚さは、例えばビーズ４３の直径ｄより小さくなっており、これによって光拡散部４２の表面には、上記実施の形態の凸部１１Ａと同様の凸部４２Ａが形成される。この光拡散部４２の上に、上記実施の形態と同様にして、光拡散部４２の凸部４２Ａと同じ形状を有する光学薄膜１２および保護膜１３を形成すると投影用スクリーン４０が完成する。
【００４２】
本変形例では、図９に示したように、ビーズ４３の直径ｄに対して、ビーズ固定層４４の厚さｔを変えることにより視野角を調整することができる。すなわち、光拡散部４２の表面における、ビーズ４３およびビーズ固定層４４の境界を境界点４２ａとすると、光学薄膜１２での拡散反射光の反射は、境界点４２ａとビーズ４３の中心とを結ぶ直線と光拡散部４２の平坦面の法線とのなす角度θに因り、その反射角度は角度２θとなる。
【００４３】
これによって、ビーズ４３の直径ｄに対して、ビーズ固定層４４の厚さｔを変えることにより、拡散反射光の反射角度２θが所望の角度となるように適宜設定することが可能となり、所望の視野角を得ることができる。その他の作用効果は上記実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００４４】
本変形例では、複数のビーズ４３およびビーズ固定層４４から光拡散部４２を構成し、この光拡散部４２が複数の凸部４２Ａを有するようにしたが、光拡散部４２を他のものにより構成するようにしてもよい。例えば、光拡散部をマイクロレンズアレー（ＭＬＡ）が形成されたフィルムとし、このフィルムが複数の凸部を有するようにしてもよい。
【００４５】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では凸部１１Ａの表面を球面としたが、それ以外の形状としてもよい。例えば、凸部１１Ａの表面を楕円形状や非対称の形状としてもよい。これにより、光学薄膜１２での拡散反射光の反射角度２θを上下および左右のそれぞれに調整することが可能となる。
【００４６】
また、上記実施の形態では、基板１１にエンボス加工を施すことにより凸部１１Ａを形成するようにしたが、例えばエッチング法を用いることにより凸部１１Ａを形成するようにしてもよい。加えて、上記実施の形態では高分子材料に黒色塗料を含ませることにより、基板１１を黒色として三原色波長域光以外の光を吸収させるようにしたが、例えば基板１１の裏側に別途黒色塗料からなる光吸収層を形成し、この光吸収層により三原色波長域光以外の光を吸収させるようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の投影用スクリーンによれば、基板の表面に光拡散部が形成され、この光拡散部が複数の凸部または凹部を有し、これら凸部または凹部と同じ形状を有するように光学薄膜が形成されるようにしたので、光学薄膜に特定の波長領域の光が入射すると、この波長領域の光が光学薄膜に対して所定の入射角度を有することとなる。よって、特定の波長領域の光が光学薄膜において所定の比率で、その所定の入射角度の倍の角度で拡散反射光として散乱され、スクリーンの視野角が拡がる。従って、映写環境に影響されずに、明瞭な画像を得ることができるだけでなく、視野特性も向上させることが可能となる。
【００４８】
請求項１７ないし請求項３１のいずれか１項に記載の投影用スクリーンの製造方法によれば、基板の表面に複数の凸部または凹部を形成することにより光拡散部を形成するようにしたので、この光拡散部の上に凸部または凹部と同じ形状を有するように光学薄膜を形成することにより、シンプルな構成を有するスクリーンを作製することが可能となる。その結果、光学特性や視野特性等のバラツキを減少させることができ、信頼性を向上させることが可能となる。また、製造コストを低減させることが可能となる。
【００４９】
特に、請求項１９記載の投影用スクリーンの製造方法によれば、基板の表面を加工することにより凸部または凹部を有する光拡散部を形成し、これら凸部または凹部により光学薄膜での反射光の反射角度を制御するように光学シミュレーションを用いて光拡散部を設計するようしたので、反射光の反射角度の範囲を調整することができ、これにより視野特性を制御することが可能となる。従って、視野特性の向上を更に図ることができる。
【００５０】
また、請求項２２記載の投影用スクリーンの製造方法によれば、基板の表面に光拡散部を形成し、この光拡散部を所定の半径を有する球形状をした複数のビーズと、ビーズ間を固定するビーズ固定層とから構成すると共に、ビーズ固定層の厚さにより光学薄膜で反射される反射光の反射角度を制御するようにしたので、この反射角度の範囲を調整することが可能となり、視野特性を制御することができる。よって、視野特性の向上を更に図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る投影用スクリーンの概略構成図である。
【図２】図１に示した投影用スクリーンの斜視図である。
【図３】図１に示した投影用スクリーンの一部分を拡大した概略構成図である。
【図４】図１に示した投影用スクリーンを用いたプロジェクタ装置の概略構成図である。
【図５】投影用スクリーンの変形例の概略構成図である。
【図６】投影用スクリーンの変形例の斜視図である。
【図７】投影用スクリーンの変形例の一部分を拡大した概略構成図である。
【図８】投影用スクリーンの変形例の概略構成図である。
【図９】投影用スクリーンの変形例の一部分を拡大した概略構成図である。
【図１０】投影用スクリーンの比較例の概略構成図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０・・・ 投影用スクリーン、１１，３１，４１・・・ 基板、１１Ａ，１２Ａ，４２Ａ・・・ 凸部、１２，３２・・・ 光学薄膜、１２Ｈ，３２Ｈ・・・ 高屈折率膜、１２Ｌ，３２Ｌ・・・ 低屈折率膜、１３，３３・・・ 保護膜、２０・・・ プロジェクタ装置、２１，２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ・・・ レーザ発振器、２２，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ・・・ コリメータレンズ、２３・・・ シリンドリカルレンズ、２４・・・ ＧＬＶ、２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ・・・ リボン列、２５・・・ 体積型ホログラム素子、２５ａ・・・ 第１体積型ホログラム素子、２５ｂ・・・ 第２体積型ホログラム素子、２６・・・ ガルバノミラー、２７・・・ 投影レンズ、３１Ａ， ３２Ａ・・・ 凹部、４２・・・ 光拡散部、４３・・・ ビーズ、４４・・・ ビーズ固定層
Claims (31)
- 投影光を受けて画像を表示する投影用スクリーンであって、
基板と、
前記基板の表面に形成され、複数の凸部または複数の凹部を有する光拡散部と、
前記光拡散部の上に形成され、前記光拡散部の凸部または凹部と同じ形状を有すると共に、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域の光に対して高透過特性を有する光学薄膜と
を備えたことを特徴とする投影用スクリーン。 - 前記光拡散部の凸部または凹部は前記基板を加工することにより形成されたものである
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記光拡散部の凸部または凹部により前記光学薄膜での反射光の反射角度が制御されるように、光学シミュレーションによって前記光拡散部が設計されている
ことを特徴とする請求項２記載の投影用スクリーン。 - 前記光拡散部の凸部または凹部は球面を有する
ことを特徴とする請求項３記載の投影用スクリーン。 - 前記光拡散部は、
所定の半径を有する球形状をした複数のビーズと、
前記ビーズの間に形成され、前記ビーズ間を固定するビーズ固定層と
から構成されたことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記ビーズの半径に対して前記ビーズ固定層の厚さが調整されることにより前記光学薄膜での反射光の反射角度が制御される
ことを特徴とする請求項５記載の投影用スクリーン。 - 前記光学薄膜が、高屈折率膜と低屈折率膜とが交互に積層された誘電体多層膜であり、前記誘電体多層膜の各膜の厚さが８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であること
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記高屈折率膜がＮｂ２ Ｏ５ 、ＴｉＯ２ またはＴａ２ Ｏ５ からなる
ことを特徴とする請求項７記載の投影用スクリーン。 - 前記低屈折率膜がＳｉＯ２ またはＭｇＦ２ からなる
ことを特徴とする請求項８記載の投影用スクリーン。 - 前記光学薄膜の透過光を吸収する光吸収層を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記光吸収層は黒色塗料を含む
ことを特徴とする請求項１０記載の投影用スクリーン。 - 前記光吸収層を前記基板が兼ねている
ことを特徴とする請求項１１記載の投影用スクリーン。 - 前記基板は高分子材料からなる
ことを特徴とする請求項１２記載の投影用スクリーン。 - 前記高分子材料は、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、またはポリオレフィンである
ことを特徴とする請求項１３記載の投影用スクリーン。 - 前記投影光はレーザ光である
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記波長領域は、赤色光の波長領域、緑色光の波長領域および青色光の波長領域を含む
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 投影光を受けて画像を表示する投影用スクリーンの製造方法であって、
基板の表面に、複数の凸部または複数の凹部を有する光拡散部を形成する工程と、
前記光拡散部の上に、前記光拡散部の凸部または凹部と同じ形状を有すると共に、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域の光に対して高透過特性を有する光学薄膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光拡散部を、前記基板を加工することにより形成する
ことを特徴とする請求項１７記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光拡散部の凸部または凹部により前記光学薄膜での反射光の反射角度を制御するように、光学シミュレーションによって前記光拡散部を設計する
ことを特徴とする請求項１８記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光拡散部の凸部または凹部は球面を有する
ことを特徴とする請求項１９記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光拡散部を形成する工程は、
所定の半径を有する球形状をした複数のビーズを形成する工程と、
前記ビーズの間に前記ビーズ間を固定するビーズ固定層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項１７記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記ビーズの半径に対して前記ビーズ固定層の厚さを調整することにより、前記光学薄膜での反射光の反射角度を制御する
ことを特徴とする請求項２１記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光学薄膜を、高屈折率膜と低屈折率膜とを交互に積層した誘電体多層膜とし、前記誘電体多層膜の各膜の厚さを８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とする
ことを特徴とする請求項１７記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記高屈折率膜をＮｂ２ Ｏ５ 、ＴｉＯ２ またはＴａ２ Ｏ５ により形成する
ことを特徴とする請求項２３記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記低屈折率膜をＳｉＯ２ またはＭｇＦ２ により形成する
ことを特徴とする請求項２４記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光学薄膜の透過光を吸収する光吸収層を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項１７記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光吸収層は黒色塗料を含む
ことを特徴とする請求項２６記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光吸収層を前記基板が兼ねる
ことを特徴とする請求項２７記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記基板を高分子材料により形成する
ことを特徴とする請求項２８記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記高分子材料は、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、またはポリオレフィンとする
ことを特徴とする請求項２９記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記波長領域は、赤色光の波長領域、緑色光の波長領域および青色光の波長領域を含む
ことを特徴とする請求項１７記載の投影用スクリーンの製造方法。
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