JP2004061545A - 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、明瞭でかつ鮮明な画像を得ることが可能となる投影用スクリーンを提供する。
【解決手段】スピンコーティング等の塗布法を用いて、黒色基板１１の上に、熱硬化型樹脂などの溶剤系材料からなる光学多層膜１２を形成する。光学多層膜１２の各膜厚は、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の光に対して高透過特性を有するように設計する。これにより明暗のコントラストが高められる。光学多層膜１２の上に角度補正層１３を形成し、角度補正層１３はフレネルレンズの機能を有する。スクリーン面に対して三原色波長域光が斜め方向から入射しても、角度補正層１３により三原色波長域光が回折され、光学多層膜１２に垂直な方向に入射する。これにより光学多層膜１２で色ずれが生じることが殆どなくなる。
【選択図】 図１
【解決手段】スピンコーティング等の塗布法を用いて、黒色基板１１の上に、熱硬化型樹脂などの溶剤系材料からなる光学多層膜１２を形成する。光学多層膜１２の各膜厚は、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の光に対して高透過特性を有するように設計する。これにより明暗のコントラストが高められる。光学多層膜１２の上に角度補正層１３を形成し、角度補正層１３はフレネルレンズの機能を有する。スクリーン面に対して三原色波長域光が斜め方向から入射しても、角度補正層１３により三原色波長域光が回折され、光学多層膜１２に垂直な方向に入射する。これにより光学多層膜１２で色ずれが生じることが殆どなくなる。
【選択図】 図１
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ることにより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。また、収納性を向上させるために、基板材料として高分子材料を用い、この高分子材料の可撓性を利用した投影用スクリーンが望まれている。
【０００６】
しかしながら、明るくて、かつ、コントラストの高い画像が得られると共に、可撓性を有するような投影用スクリーンは実現されていない。例えば、図８に示したような投影用スクリーン１００では、透明層１１２の表面に突起１１２Ａを形成し、この突起１１２Ａの側面には黒色塗料からなる不透明層１１３を形成することにより、スクリーンの表面形状を工夫して、黒レベルを下げて明るさとコントラストを高めている（特許２８８９１５３）。しかし、突起１１２Ａを形成する工程や不透明層１１３を形成する工程等で多くの時間と手間がかかることによって製造コストが高くなり、また、可撓性を得ることができないという問題があった。
【０００７】
また、図９に示したような投影用スクリーン２００は基板２１１を備えており、この基板２１１の上には反射層２１２、光吸収層２１３および拡散層２１４が順次形成されている（特許３１０３８０２）。このような構成を有する投影用スクリーン２００は全ての層に可撓性を持たせているので全体として可撓性を有するが、光吸収層２１３が反射層２１２よりも光の入射面側に形成されており、殆どの入射光が光吸収層２１３に吸収されるために白レベルが下がり、十分な明るさとコントラストを得ることができないという問題があった。
【０００８】
更に、投影用スクリーン２００では、スクリーン面に対して斜め方向から光が入射すると、その光が反射層２１２の面内に対して斜め方向に入射するために、反射特性の変化が起こり、色ずれが生じることから、色コントラストが低下してしまい鮮明な画像を得ることができないという問題があった。特に、スクリーン面が大きい場合には、このような問題が顕著に現われてしまう。
【０００９】
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、明瞭でかつ鮮明な画像を得ることが可能となると共に、可撓性を得ることができ、スクリーンの大画面化を図ることが可能となり、また製造コストを削減することが可能とな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。
【００１０】
【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、基板の一面に形成され、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反射層と、光反射層における基板との隣接面とは反対側の面に形成され、光反射層の面内に対して垂直な方向に光を入射させる角度補正層とを備えたものである。
【００１１】
本発明による投影用スクリーンの製造方法は、基板の上に、塗布法を用いて、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反射層を形成する工程と、光反射層の上に、光反射層の面内に対して垂直な方向に光を入射させる角度補正層を形成する工程とを含むものである。
【００１２】
本発明による投影用スクリーンでは、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、特定の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反射層を形成するようにしたので、明暗のコントラストが高い画像が得られる。また、光反射層の上に、角度補正層を形成し、この角度補正層により光反射層の面内に対して垂直な方向に光を入射させるようにしたので、光反射層での反射特性の変化が防止され、色ずれが殆ど生じなくなり、これにより画像の色コントラストが向上する。
【００１３】
本発明による投影用スクリーンの製造方法では、塗布法を用いて、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、特定の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反射層を形成するようにしたので、製造プロセスにおいて手間と時間がかからなくなる。
【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。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は黒色基板１１を備えている。黒色基板１１の上には光反射層として、例えばいわゆる帯域フィルタとしての機能を有する光学多層膜１２が形成されている。この光学多層膜１２は、例えば溶剤系材料により形成されており、可撓性を有する。光学多層膜１２の上には角度補正層１３が形成されている。この角度補正層１３は、光学多層膜１２の面内に対して垂直な方向に光を入射させる機能を有する。これら光学多層膜１２および角度補正層１３の詳細については後述する。角度補正層１３の上には光拡散層１４が形成されている。
【００１６】
黒色基板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、例えば厚さが１８８μｍであり、可撓性を有する。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）、ポリオレフィン（ＰＯ）が挙げられる。この黒色基板１１は黒色塗料を含み黒色となっているので、光学多層膜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いる。これによりスクリーンの黒レベルが高められる。
【００１７】
光学多層膜１２は、高屈折率膜１２Ｈと、高屈折率膜１２Ｈよりも低い屈折率を有する低屈折率膜１２Ｌとが交互に積層されたものである。具体的には、高屈折率膜１２Ｈが、溶剤系材料、例えば熱硬化型樹脂ＪＳＲ製オプスター（ＪＮ７１０２、屈折率１．６８）により形成され、低屈折率膜１２Ｌが、溶剤系材料、例えば熱硬化型樹脂ＪＳＲ製オプスター（ＪＮ７２１５、屈折率１．４１）により形成されている。これにより光学多層膜１２は可撓性を有する。
【００１８】
光学多層膜１２の各膜厚は、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、例えば反射率が８０％以上という高い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の光に対しては、例えば透過率が８０％以上という高い透過特性を有するように設計されている。ここで、光学多層膜１２の各膜厚は、その各膜の厚さをｄ、その各膜の屈折率をｎ、この光学多層膜に入射する入射光の波長をλとすると、各膜の光学的厚さｎｄが入射光の波長λに対して数１に示した式を満足するように設計されている。
【００１９】
【数１】
ｎｄ＝λ（α±１／４）（但し、αは自然数である）
【００２０】
具体的には、高屈折率膜１２Ｈおよび低屈折率膜１２Ｌには前述した屈折率を有する熱硬化型樹脂が用いられ、光学多層膜１２は、図５の実線に示したように、赤色光の波長が６４２ｎｍ、緑色光の波長が５３２ｎｍ、および青色光の波長が４５７ｎｍである三原色波長域光に対して、高い反射率、例えば８０％の反射率を有すると共に、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の光に対しては、例えば反射率が２０％という高い透過特性を有するように設計されている。このような設計により、高屈折率膜１２Ｈの厚さが１， ０２３ｎｍ、低屈折率膜１２Ｌの厚さが７８０ｎｍであり、これら高屈折率膜１２Ｈおよび低屈折率膜１２Ｌが交互に９層ずつ積層され、その積層されたものの上に高屈折率膜１２Ｈが積層される。このような構成を有する光学多層膜１２は、三原色波長域光に対して高反射特性を有するのでスクリーンの白レベルが高められる。また、光学多層膜１２は溶剤系の材料により形成されることから、可撓性を有する。なお、三原色波長域光の各色光の波長は、本実施の形態が適用されるプロジェクタ装置２０（図６）の光源（レーザ発振器２１）から出射される各色のレーザ光の波長である。
【００２１】
ここで、高屈折率膜１２Ｈおよび低屈折率膜１２Ｌは、上記熱硬化型樹脂に限定されるものではない。高屈折率膜１２Ｈには例えば二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）系の微粒子が混合された樹脂を用い、屈折率が１．９となるようにしてもよい。低屈折率膜１２Ｌには例えばフッ素系樹脂を用い、屈折率が１．２となるようにしてもよい。このような屈折率を有する材料を用いると合計層数は７層となる。このように高屈折率膜１２Ｈと低屈折率膜１２Ｌとの屈折率の差が大きい程、高屈折率膜１２Ｈおよび低屈折率膜１２Ｌの合計層数が少なくなるので、これらの膜の屈折率差を大きくすることは生産性の観点から好ましい。
【００２２】
角度補正層１３は、例えば可撓性を有するプラスチック基板がフレネルレンズの形状に加工されたものであり、光学多層膜１２の面内に対して垂直な方向に光を入射させる機能を有している。フレネルレンズとは、球面レンズの球面が同心円状に分割され、その分割された球面が同心円状に配置されたもの、すなわち、そのレンズの中心に円形状に複数の溝が配置されたものである。これらの溝は、溝毎に焦点位置の誤差が補正されるように設計されている。
【００２３】
本実施の形態では、角度補正層１３は例えばフレネルレンズ３１（図２）またはフレネルレンズ３２（図３）の形状に加工されている。フレネルレンズ３１の場合には、その断面形状が、中心に曲面構造３１Ａを有し、その曲面の両端に鋸刃構造３１Ｂを有する。鋸刃構造３１Ｂは、所定の角度で複数の溝が形成され、複数の鋸刃３１Ｂｍ （但し、ｍは１， ２， ３）から構成されている。これら曲面構造３１Ａと鋸刃構造３１Ｂは、数２に示した位相Φ（ｘ）、数３に示した座標ｘｍ を満たすように設計されている。なお、ｘｍ は、曲面構造３１Ａと鋸刃構造３１Ｂとの境界の座標、鋸刃構造３１Ｂの隣接する鋸刃３１Ｂｍ 同士の境界の座標にそれぞれ対応し、λが入射する光の波長、ｆが焦点距離である。また、入射する光の波長λは三原色波長域光の各色の波長であり、例えば赤色光の波長が６４２ｎｍ、緑色光の波長が５３２ｎｍ、青色光の波長が４５７ｎｍである。
【００２４】
【数２】
【００２５】
【数３】
【００２６】
フレネルレンズ３２の場合、フレネルレンズ３１の曲面構造３１Ａおよび鋸刃構造３１Ｂでの曲面を平面としたものであり、溝構造３２Ａを有する。溝構造３２Ａは複数の溝３２Ａｍ からなる。これら溝３２Ａｍ は、フレネルレンズ３１と同様に数２に示した位相Φ（ｘ）、数３に示した座標ｘｍ を満たすように設計されている。なお、溝３２Ａｍ の右側面の座標がｘｍ である。
【００２７】
このように角度補正層１３はフレネルレンズ３１またはフレネルレンズ３２の形状に加工されているので、図４に示したように、三原色波長域光が、スクリーンの垂直方向に対して例えば角度３０度で入射した場合、この入射光が角度補正層１３により回折され、光学多層膜１２に対して垂直な方向に入射する。これにより、光学多層膜１２の光学特性が低下することが防止され、色ずれが生じることが殆どなくなる。また、角度補正層１３はフレネルレンズ３１またはフレネルレンズ３２の形状に加工されるのでに薄くてかつ平板状である。
【００２８】
光拡散層１４は、例えばマイクロレンズアレー（ＭＬＡ）が形成されたフィルムであり、可撓性を有する。この光拡散層１４では、光学多層膜１２を透過した三原色波長域光が散乱される。これによって、視野角が大きくなり良い視野特性が得られる。なお、光拡散層１４は、例えば直径が数μｍ〜数ｍｍ程度である球状の複数のビーズが等間隔に配列されたものでもよい。これらのビーズは例えばガラスや高分子材料等の透明な材料からなる。更に、光拡散層１４は、所定の媒質中に例えば銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）等の金属微粒子が分散されたものでもよい。
【００２９】
このように本実施の形態では、スクリーンを構成する黒色基板１１、光学多層膜１２、角度補正層１３および光拡散層１４の全てが可撓性を有するので、スクリーン自体が可撓性を有する。
【００３０】
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黒色基板１１を用意する。次に、例えば大気雰囲気中でスピンコーティング等の塗布法を用いて、黒色基板１１の上に、溶剤系材料からなる、高屈折率膜１２Ｈと低屈折率膜１２Ｌとを交互に積層して光学多層膜１２を形成する。この光学多層膜１２は可撓性を有する。また、光学多層膜１２の各膜厚は、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の光に対して高透過特性を有するように設計する。
【００３１】
具体的には、光学多層膜１２は、図５の実線に示したように、赤色光の波長が６４２ｎｍ、緑色光の波長が５３２ｎｍ、および青色光の波長が４５７ｎｍである三原色域光に対して例えば８０％という高い反射率を有すると共に、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の光に対しては、例えば反射率が２０％以下という高い透過特性を有するように設計する。このように設計された光学多層膜１２を形成するために、まず、ヒラノテクシード株式会社製のキャップコータを用いて塗布法によって、黒色基板１１の上に溶剤系材料として熱硬化型樹脂ＪＳＲ製オプスター（ＪＮ７１０２、屈折率１．６８）を塗布し、これに１２０度、１０分間の加熱処理を施すことにより高屈折率膜１２Ｈを形成する。この高屈折率膜１２Ｈの厚さは１， ０２３ｎｍとする。ここで、高屈折率膜１２Ｈの膜厚が１， ０２３ｎｍより大きい場合には、高屈折率膜１２Ｈの反射特性等をモニタしながら、高屈折率膜１２Ｈに例えば酸素プラズマエッチング等のエッチング処理を行うことにより所望の膜厚とする。
【００３２】
次に、高屈折率膜１２Ｈの場合と同様に上記キャップコータを用いて、高屈折率膜１２Ｈの上に、溶剤系材料として熱硬化型樹脂ＪＳＲ製オプスター（ＪＮ７２１５、屈折率１．４１）を塗布し、これに１２０度、６０分間の加熱処理を施すことにより低屈折率膜１２Ｌを形成する。この低屈折率膜１２Ｌの厚さは７８０ｎｍとする。ここで、低屈折率膜１２Ｌの膜厚が７８０ｎｍより大きい場合には、高屈折率膜１２Ｈの場合と同様な手法で、低屈折率膜１２Ｌにエッチング処理を行うことにより所望の膜厚とする。このような工程を繰り返し行い、高屈折率膜１２Ｈおよび低屈折率膜１２Ｌを交互に９層ずつ積層し、この交互に積層したものの上に高屈折率膜１２Ｈを積層する。これにより、図５の実線に示した反射特性を有する光学多層膜１２が形成される。
【００３３】
続いて、光学多層膜１２の上に、角度補正層１３を貼り合わせる。この角度補正層１３は、例えば可撓性を有するプラスチック基板をフレネルレンズ３１またはフレネルレンズ３２の形状に加工したものである。角度補正層１３をフレネルレンズ３１の形状に加工する場合、その断面形状を、中心に曲面構造３１Ａを有し、その曲面の両端に所定の角度で複数の溝が形成された鋸刃構造３１Ｂを有するようにする。鋸刃構造３１Ｂは、所定の角度で複数の溝を形成し、複数の鋸刃３１Ｂｍ （但し、ｍは１， ２， ３）から構成する。これら曲面構造３１Ａと鋸刃構造３１Ｂは、数２に示し位相Φ（ｘ）た、数３に示した座標ｘｍ を満たすように設計する。
【００３４】
また、角度補正層１３をフレネルレンズ３２の形状に加工する場合には、フレネルレンズ３１の曲面構造３１Ａおよび鋸刃構造３１Ｂでの曲面を平面とし、溝構造３２Ａを形成する。この溝構造３２Ａは複数の溝３２Ａｍ を有する。これら溝３２Ａｍ は、フレネルレンズ３１と同様に、数２に示した位相Φ（ｘ）、数３に示した座標ｘｍ を満たすように設計する。また、入射する光の波長λは、三原色波長域光の各色の波長とする。例えば、赤色光の波長を６４２ｎｍ、緑色光の波長を５３２ｎｍ、青色光の波長を４５７ｎｍとする。このように角度補正層１３はフレネルレンズ３１またはフレネルレンズ３２の形状に加工するので、薄くてかつ平板状となる。
【００３５】
最後に、光学多層膜１２の上に、例えばマイクロレンズアレー（ＭＬＡ）が形成されたフィルムである光拡散層１４を貼り合わせることによって、図１に示した投影用スクリーン１０が完成する。
【００３６】
このように本実施の形態では、黒色基板１１に光吸収層としての機能を持たせることにより画像の黒レベルを向上させるだけでなく、光学多層膜１２を形成することにより画像の白レベルを向上させることにより、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストが削減される。
【００３７】
ちなみに、本出願人と同一の出願人は、無機材料からなる光学薄膜を備えた投影用スクリーンを提案している（特願２００２−０７０７９９号）。この光学薄膜は、高屈折率層と、この高屈折率層よりも低い屈折率を有する低屈折率層とを交互に積層したものである。高屈折率層の無機材料としては、例えば五酸化ニオブ（Ｎｂ２ Ｏ５ ）、二酸化チタンあるいは五酸化タンタル（Ｔａ２ Ｏ５ ）、低屈折率層の無機材料としては、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 ）が用いられている。このような無機材料からなる光学薄膜は、スパッタリング法などの真空方式を用いて形成する。これに対して、本実施の形態では、大気雰囲気中で塗布法を用いて光学多層膜１２を形成するようにしたので、真空プロセスを用いる場合と比較して製造コストが削減される。
【００３８】
このような構成を有する投影用スクリーン１０は、例えばフロント式のプロジェクタ装置２０のスクリーンとして用いられる。図６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、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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それぞれが、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、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。
【００４１】
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。これら集光した三原色波長域光は、画像信号に応じてＧＬＶ２４の各リボン列が駆動されることによって空間的に変調される。
【００４２】
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により青色光および赤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の光が合成されて、同じ方向に出射される。同じ方向に出射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を介して投影用スクリーン１０の前面に投射される。
【００４３】
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外光とともに光拡散層１４および角度補正層１３を透過し、光学多層膜１２に入射する。ここで、図１０に示したように角度補正層１３が形成されていない場合には、スクリーンの垂直方向に対して例えば３０度で三原色波長域光が入射すると、光学多層膜１２に対して斜め方向で入射するため、光学多層膜１２で反射される三原色波長域光は所望の光学特性から変化し、色ずれが生じてしまう（図５の破線）。これに対して、本実施の形態では光学多層膜１２の上に角度補正層１３を形成し、この角度補正層１３がフレネルレンズの機能を有するので、この角度補正層１３により三原色波長域光が回折され、図４に示したように光学多層膜１２に垂直な方向に入射する。
【００４４】
この光学多層膜１２では、三原色波長域光が反射されると共に、三原色波長域光以外の少なくとも可視波長域の光は透過し黒色基板１１に吸収される。このとき、光学多層膜１２で反射される三原色波長域光は、図５の実線に示したように色ずれが殆ど生じずに、所望の光学特性で反射される。このように三原色波長域光は光拡散層１４に入射し、この光拡散層１４により散乱され、スクリーンの前面に画像が形成される。
【００４５】
このとき、黒色基板１１により黒レベルが高められるだけでなく、光学多層膜１２により白レベルが高められるので、明暗のコントラストが高い画像が形成される。また、角度補正層１３によって光学多層膜１２の光学特性が低下することが防止され、色ずれが生じることが殆どなくなるので、色コントラストの高い画像が形成される。
【００４６】
このように本実施の形態では、光学多層膜１２が三原色波長域光に対して高反射特性を有し、三原色波長域光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ようにしたので、画像の白レベルが高めることができる。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。また、光学多層膜１２の上に角度補正層１３を形成し、スクリーンに入射光が斜め方向から入射した場合でも、この角度補正層により三原色波長域光を光学多層膜１２に対して垂直に入射させるようにしたので、光学多層膜１２の光学特性の低下が防止され、色ずれが生じることがなくなる。これにより、色コントラストを高めることができるので鮮明な画像も得ることが可能となり、また、スクリーンの大画面化を図ることができる。また、高分子材料からなる黒色基板１１の上に、溶剤材料により光学多層膜１２が形成されているので、スクリーンが可撓性を有するようになり、これにより収納性を向上させることが可能となる。
【００４７】
また、黒色基板１１に光吸収層としての機能を持たせることにより画像の黒レベルを向上させるだけでなく光学多層膜１２を形成することにより画像の白レベルを向上させ、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストを削減することが可能となる。更に、塗布法を用いて光学多層膜１２を形成するようにしたので、真空プロセスにより形成する場合と比較して製造コストを削減することができる。
【００４８】
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溶剤系材料として、加熱により硬化する熱硬化型樹脂を用いて光学多層膜１２を形成するようにしたが、紫外線を照射することにより硬化する熱硬化型樹脂を用いるようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では、角度補正層１３にプラスチック材料からなるプラスチック基板を用いるようにしたが、プラスチック材料以外の材料からなる基板を用いるようにしてもよい。例えば、ガラス材料からなる基板を用いることが可能である。更に、上記実施の形態では、角度補正層１３をフレネルレンズ３１またはフレネルレンズ３２の形状に加工するようにしたが、これら以外のフレネルレンズの形状に加工するようにしてもよい。加えて、上記実施の形態では、角度補正層１３は溶剤系材料からなる光学多層膜１２の上に形成するようにしたが、他の材料、例えば無機材料からなる光学多層膜の上に形成するようにしてもよい。また、上記実施の形態では、角度補正層１３は光学多層膜の上に形成するようにしたが、光を反射させる機能を有する如何なる光反射層の上に形成するようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態では基板として黒色基板１１を用い、この黒色基板１１に光吸収層の機能を持たせるようにしたが、基板として透明基板４１を用い、この透明基板４１の裏面に別途黒色塗料からなる光吸収層４２を形成するようにしてもよい（図７）。更に、基板として透明基板４１を用い、この透明基板４１の裏面に別途黒色基板を設けるようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の投影用スクリーンによれば、光反射層が特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、この特定の波長領域の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ようにしたので、画像の白レベルが高めることが可能となる。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。また、光反射層の上に角度補正層を形成し、スクリーンに入射光が斜めに入射した場合にも、この角度補正層により光反射層の面内に対して垂直な方向に光を入射させるようにしたので、光反射層の光学特性の低下を防止することができ、色ずれが生じることがなくなる。よって、色コントラストを高めることができるので鮮明な画像も得ることが可能となり、また、スクリーンの大画面化を図ることができる。
【００５２】
特に、請求項３および請求項９記載の投影用スクリーンによれば、基板を高分子材料からなるようにし、光反射層を溶剤材料からなるようにしたので、スクリーンが可撓性を有するようになり、これにより収納性を向上させることができる。
【００５３】
また、請求項１３ないし請求項２５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、光反射層を形成し画像の白レベルを向上させることにより、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために、突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストを削減することが可能となる。更に、塗布法を用いて光反射層を形成するようにしたので、真空プロセスにより形成する場合と比較して製造コストを削減す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断面構成図である。
【図２】図１に示した投影用スクリーンの角度補正層に用いられるフレネルレンズである。
【図３】図１に示した投影用スクリーンの角度補正層に用いられるフレネルレンズである。
【図４】図１に示した投影用スクリーンに光が斜め方向から入射した場合を説明するための概略図である。
【図５】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の反射特性を表すものである。
【図６】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７】投影用スクリーンの変形例の概略構成図である。
【図８】従来の投影用スクリーンの概略構成図である。
【図９】従来の投影用スクリーンの概略構成図である。
【図１０】投影用スクリーンの比較例に光が斜め方向から入射した場合を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１０・・・ 投影用スクリーン、１１・・・ 黒色基板、１２・・・ 光学多層膜、１３・・・ 光拡散層、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、３１， ３２・・・ フレネルレンズ、３１Ａ・・・ 曲面構造、３１Ｂ・・・ 鋸刃構造、３１Ｂｍ ・・・ 鋸刃、３２Ａ・・・ 溝構造、３２Ａｍ ・・・ 溝、４１・・・ 透明基板、４２・・・ 光吸収層
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を受けることにより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。また、収納性を向上させるために、基板材料として高分子材料を用い、この高分子材料の可撓性を利用した投影用スクリーンが望まれている。
【０００６】
しかしながら、明るくて、かつ、コントラストの高い画像が得られると共に、可撓性を有するような投影用スクリーンは実現されていない。例えば、図８に示したような投影用スクリーン１００では、透明層１１２の表面に突起１１２Ａを形成し、この突起１１２Ａの側面には黒色塗料からなる不透明層１１３を形成することにより、スクリーンの表面形状を工夫して、黒レベルを下げて明るさとコントラストを高めている（特許２８８９１５３）。しかし、突起１１２Ａを形成する工程や不透明層１１３を形成する工程等で多くの時間と手間がかかることによって製造コストが高くなり、また、可撓性を得ることができないという問題があった。
【０００７】
また、図９に示したような投影用スクリーン２００は基板２１１を備えており、この基板２１１の上には反射層２１２、光吸収層２１３および拡散層２１４が順次形成されている（特許３１０３８０２）。このような構成を有する投影用スクリーン２００は全ての層に可撓性を持たせているので全体として可撓性を有するが、光吸収層２１３が反射層２１２よりも光の入射面側に形成されており、殆どの入射光が光吸収層２１３に吸収されるために白レベルが下がり、十分な明るさとコントラストを得ることができないという問題があった。
【０００８】
更に、投影用スクリーン２００では、スクリーン面に対して斜め方向から光が入射すると、その光が反射層２１２の面内に対して斜め方向に入射するために、反射特性の変化が起こり、色ずれが生じることから、色コントラストが低下してしまい鮮明な画像を得ることができないという問題があった。特に、スクリーン面が大きい場合には、このような問題が顕著に現われてしまう。
【０００９】
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、明瞭でかつ鮮明な画像を得ることが可能となると共に、可撓性を得ることができ、スクリーンの大画面化を図ることが可能となり、また製造コストを削減することが可能とな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。
【００１０】
【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、基板の一面に形成され、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反射層と、光反射層における基板との隣接面とは反対側の面に形成され、光反射層の面内に対して垂直な方向に光を入射させる角度補正層とを備えたものである。
【００１１】
本発明による投影用スクリーンの製造方法は、基板の上に、塗布法を用いて、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反射層を形成する工程と、光反射層の上に、光反射層の面内に対して垂直な方向に光を入射させる角度補正層を形成する工程とを含むものである。
【００１２】
本発明による投影用スクリーンでは、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、特定の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反射層を形成するようにしたので、明暗のコントラストが高い画像が得られる。また、光反射層の上に、角度補正層を形成し、この角度補正層により光反射層の面内に対して垂直な方向に光を入射させるようにしたので、光反射層での反射特性の変化が防止され、色ずれが殆ど生じなくなり、これにより画像の色コントラストが向上する。
【００１３】
本発明による投影用スクリーンの製造方法では、塗布法を用いて、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、特定の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反射層を形成するようにしたので、製造プロセスにおいて手間と時間がかからなくなる。
【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。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は黒色基板１１を備えている。黒色基板１１の上には光反射層として、例えばいわゆる帯域フィルタとしての機能を有する光学多層膜１２が形成されている。この光学多層膜１２は、例えば溶剤系材料により形成されており、可撓性を有する。光学多層膜１２の上には角度補正層１３が形成されている。この角度補正層１３は、光学多層膜１２の面内に対して垂直な方向に光を入射させる機能を有する。これら光学多層膜１２および角度補正層１３の詳細については後述する。角度補正層１３の上には光拡散層１４が形成されている。
【００１６】
黒色基板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、例えば厚さが１８８μｍであり、可撓性を有する。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）、ポリオレフィン（ＰＯ）が挙げられる。この黒色基板１１は黒色塗料を含み黒色となっているので、光学多層膜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いる。これによりスクリーンの黒レベルが高められる。
【００１７】
光学多層膜１２は、高屈折率膜１２Ｈと、高屈折率膜１２Ｈよりも低い屈折率を有する低屈折率膜１２Ｌとが交互に積層されたものである。具体的には、高屈折率膜１２Ｈが、溶剤系材料、例えば熱硬化型樹脂ＪＳＲ製オプスター（ＪＮ７１０２、屈折率１．６８）により形成され、低屈折率膜１２Ｌが、溶剤系材料、例えば熱硬化型樹脂ＪＳＲ製オプスター（ＪＮ７２１５、屈折率１．４１）により形成されている。これにより光学多層膜１２は可撓性を有する。
【００１８】
光学多層膜１２の各膜厚は、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、例えば反射率が８０％以上という高い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の光に対しては、例えば透過率が８０％以上という高い透過特性を有するように設計されている。ここで、光学多層膜１２の各膜厚は、その各膜の厚さをｄ、その各膜の屈折率をｎ、この光学多層膜に入射する入射光の波長をλとすると、各膜の光学的厚さｎｄが入射光の波長λに対して数１に示した式を満足するように設計されている。
【００１９】
【数１】
ｎｄ＝λ（α±１／４）（但し、αは自然数である）
【００２０】
具体的には、高屈折率膜１２Ｈおよび低屈折率膜１２Ｌには前述した屈折率を有する熱硬化型樹脂が用いられ、光学多層膜１２は、図５の実線に示したように、赤色光の波長が６４２ｎｍ、緑色光の波長が５３２ｎｍ、および青色光の波長が４５７ｎｍである三原色波長域光に対して、高い反射率、例えば８０％の反射率を有すると共に、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の光に対しては、例えば反射率が２０％という高い透過特性を有するように設計されている。このような設計により、高屈折率膜１２Ｈの厚さが１， ０２３ｎｍ、低屈折率膜１２Ｌの厚さが７８０ｎｍであり、これら高屈折率膜１２Ｈおよび低屈折率膜１２Ｌが交互に９層ずつ積層され、その積層されたものの上に高屈折率膜１２Ｈが積層される。このような構成を有する光学多層膜１２は、三原色波長域光に対して高反射特性を有するのでスクリーンの白レベルが高められる。また、光学多層膜１２は溶剤系の材料により形成されることから、可撓性を有する。なお、三原色波長域光の各色光の波長は、本実施の形態が適用されるプロジェクタ装置２０（図６）の光源（レーザ発振器２１）から出射される各色のレーザ光の波長である。
【００２１】
ここで、高屈折率膜１２Ｈおよび低屈折率膜１２Ｌは、上記熱硬化型樹脂に限定されるものではない。高屈折率膜１２Ｈには例えば二酸化チタン（ＴｉＯ２ ）系の微粒子が混合された樹脂を用い、屈折率が１．９となるようにしてもよい。低屈折率膜１２Ｌには例えばフッ素系樹脂を用い、屈折率が１．２となるようにしてもよい。このような屈折率を有する材料を用いると合計層数は７層となる。このように高屈折率膜１２Ｈと低屈折率膜１２Ｌとの屈折率の差が大きい程、高屈折率膜１２Ｈおよび低屈折率膜１２Ｌの合計層数が少なくなるので、これらの膜の屈折率差を大きくすることは生産性の観点から好ましい。
【００２２】
角度補正層１３は、例えば可撓性を有するプラスチック基板がフレネルレンズの形状に加工されたものであり、光学多層膜１２の面内に対して垂直な方向に光を入射させる機能を有している。フレネルレンズとは、球面レンズの球面が同心円状に分割され、その分割された球面が同心円状に配置されたもの、すなわち、そのレンズの中心に円形状に複数の溝が配置されたものである。これらの溝は、溝毎に焦点位置の誤差が補正されるように設計されている。
【００２３】
本実施の形態では、角度補正層１３は例えばフレネルレンズ３１（図２）またはフレネルレンズ３２（図３）の形状に加工されている。フレネルレンズ３１の場合には、その断面形状が、中心に曲面構造３１Ａを有し、その曲面の両端に鋸刃構造３１Ｂを有する。鋸刃構造３１Ｂは、所定の角度で複数の溝が形成され、複数の鋸刃３１Ｂｍ （但し、ｍは１， ２， ３）から構成されている。これら曲面構造３１Ａと鋸刃構造３１Ｂは、数２に示した位相Φ（ｘ）、数３に示した座標ｘｍ を満たすように設計されている。なお、ｘｍ は、曲面構造３１Ａと鋸刃構造３１Ｂとの境界の座標、鋸刃構造３１Ｂの隣接する鋸刃３１Ｂｍ 同士の境界の座標にそれぞれ対応し、λが入射する光の波長、ｆが焦点距離である。また、入射する光の波長λは三原色波長域光の各色の波長であり、例えば赤色光の波長が６４２ｎｍ、緑色光の波長が５３２ｎｍ、青色光の波長が４５７ｎｍである。
【００２４】
【数２】
【数３】
フレネルレンズ３２の場合、フレネルレンズ３１の曲面構造３１Ａおよび鋸刃構造３１Ｂでの曲面を平面としたものであり、溝構造３２Ａを有する。溝構造３２Ａは複数の溝３２Ａｍ からなる。これら溝３２Ａｍ は、フレネルレンズ３１と同様に数２に示した位相Φ（ｘ）、数３に示した座標ｘｍ を満たすように設計されている。なお、溝３２Ａｍ の右側面の座標がｘｍ である。
【００２７】
このように角度補正層１３はフレネルレンズ３１またはフレネルレンズ３２の形状に加工されているので、図４に示したように、三原色波長域光が、スクリーンの垂直方向に対して例えば角度３０度で入射した場合、この入射光が角度補正層１３により回折され、光学多層膜１２に対して垂直な方向に入射する。これにより、光学多層膜１２の光学特性が低下することが防止され、色ずれが生じることが殆どなくなる。また、角度補正層１３はフレネルレンズ３１またはフレネルレンズ３２の形状に加工されるのでに薄くてかつ平板状である。
【００２８】
光拡散層１４は、例えばマイクロレンズアレー（ＭＬＡ）が形成されたフィルムであり、可撓性を有する。この光拡散層１４では、光学多層膜１２を透過した三原色波長域光が散乱される。これによって、視野角が大きくなり良い視野特性が得られる。なお、光拡散層１４は、例えば直径が数μｍ〜数ｍｍ程度である球状の複数のビーズが等間隔に配列されたものでもよい。これらのビーズは例えばガラスや高分子材料等の透明な材料からなる。更に、光拡散層１４は、所定の媒質中に例えば銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）等の金属微粒子が分散されたものでもよい。
【００２９】
このように本実施の形態では、スクリーンを構成する黒色基板１１、光学多層膜１２、角度補正層１３および光拡散層１４の全てが可撓性を有するので、スクリーン自体が可撓性を有する。
【００３０】
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黒色基板１１を用意する。次に、例えば大気雰囲気中でスピンコーティング等の塗布法を用いて、黒色基板１１の上に、溶剤系材料からなる、高屈折率膜１２Ｈと低屈折率膜１２Ｌとを交互に積層して光学多層膜１２を形成する。この光学多層膜１２は可撓性を有する。また、光学多層膜１２の各膜厚は、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の光に対して高透過特性を有するように設計する。
【００３１】
具体的には、光学多層膜１２は、図５の実線に示したように、赤色光の波長が６４２ｎｍ、緑色光の波長が５３２ｎｍ、および青色光の波長が４５７ｎｍである三原色域光に対して例えば８０％という高い反射率を有すると共に、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の光に対しては、例えば反射率が２０％以下という高い透過特性を有するように設計する。このように設計された光学多層膜１２を形成するために、まず、ヒラノテクシード株式会社製のキャップコータを用いて塗布法によって、黒色基板１１の上に溶剤系材料として熱硬化型樹脂ＪＳＲ製オプスター（ＪＮ７１０２、屈折率１．６８）を塗布し、これに１２０度、１０分間の加熱処理を施すことにより高屈折率膜１２Ｈを形成する。この高屈折率膜１２Ｈの厚さは１， ０２３ｎｍとする。ここで、高屈折率膜１２Ｈの膜厚が１， ０２３ｎｍより大きい場合には、高屈折率膜１２Ｈの反射特性等をモニタしながら、高屈折率膜１２Ｈに例えば酸素プラズマエッチング等のエッチング処理を行うことにより所望の膜厚とする。
【００３２】
次に、高屈折率膜１２Ｈの場合と同様に上記キャップコータを用いて、高屈折率膜１２Ｈの上に、溶剤系材料として熱硬化型樹脂ＪＳＲ製オプスター（ＪＮ７２１５、屈折率１．４１）を塗布し、これに１２０度、６０分間の加熱処理を施すことにより低屈折率膜１２Ｌを形成する。この低屈折率膜１２Ｌの厚さは７８０ｎｍとする。ここで、低屈折率膜１２Ｌの膜厚が７８０ｎｍより大きい場合には、高屈折率膜１２Ｈの場合と同様な手法で、低屈折率膜１２Ｌにエッチング処理を行うことにより所望の膜厚とする。このような工程を繰り返し行い、高屈折率膜１２Ｈおよび低屈折率膜１２Ｌを交互に９層ずつ積層し、この交互に積層したものの上に高屈折率膜１２Ｈを積層する。これにより、図５の実線に示した反射特性を有する光学多層膜１２が形成される。
【００３３】
続いて、光学多層膜１２の上に、角度補正層１３を貼り合わせる。この角度補正層１３は、例えば可撓性を有するプラスチック基板をフレネルレンズ３１またはフレネルレンズ３２の形状に加工したものである。角度補正層１３をフレネルレンズ３１の形状に加工する場合、その断面形状を、中心に曲面構造３１Ａを有し、その曲面の両端に所定の角度で複数の溝が形成された鋸刃構造３１Ｂを有するようにする。鋸刃構造３１Ｂは、所定の角度で複数の溝を形成し、複数の鋸刃３１Ｂｍ （但し、ｍは１， ２， ３）から構成する。これら曲面構造３１Ａと鋸刃構造３１Ｂは、数２に示し位相Φ（ｘ）た、数３に示した座標ｘｍ を満たすように設計する。
【００３４】
また、角度補正層１３をフレネルレンズ３２の形状に加工する場合には、フレネルレンズ３１の曲面構造３１Ａおよび鋸刃構造３１Ｂでの曲面を平面とし、溝構造３２Ａを形成する。この溝構造３２Ａは複数の溝３２Ａｍ を有する。これら溝３２Ａｍ は、フレネルレンズ３１と同様に、数２に示した位相Φ（ｘ）、数３に示した座標ｘｍ を満たすように設計する。また、入射する光の波長λは、三原色波長域光の各色の波長とする。例えば、赤色光の波長を６４２ｎｍ、緑色光の波長を５３２ｎｍ、青色光の波長を４５７ｎｍとする。このように角度補正層１３はフレネルレンズ３１またはフレネルレンズ３２の形状に加工するので、薄くてかつ平板状となる。
【００３５】
最後に、光学多層膜１２の上に、例えばマイクロレンズアレー（ＭＬＡ）が形成されたフィルムである光拡散層１４を貼り合わせることによって、図１に示した投影用スクリーン１０が完成する。
【００３６】
このように本実施の形態では、黒色基板１１に光吸収層としての機能を持たせることにより画像の黒レベルを向上させるだけでなく、光学多層膜１２を形成することにより画像の白レベルを向上させることにより、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストが削減される。
【００３７】
ちなみに、本出願人と同一の出願人は、無機材料からなる光学薄膜を備えた投影用スクリーンを提案している（特願２００２−０７０７９９号）。この光学薄膜は、高屈折率層と、この高屈折率層よりも低い屈折率を有する低屈折率層とを交互に積層したものである。高屈折率層の無機材料としては、例えば五酸化ニオブ（Ｎｂ２ Ｏ５ ）、二酸化チタンあるいは五酸化タンタル（Ｔａ２ Ｏ５ ）、低屈折率層の無機材料としては、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 ）が用いられている。このような無機材料からなる光学薄膜は、スパッタリング法などの真空方式を用いて形成する。これに対して、本実施の形態では、大気雰囲気中で塗布法を用いて光学多層膜１２を形成するようにしたので、真空プロセスを用いる場合と比較して製造コストが削減される。
【００３８】
このような構成を有する投影用スクリーン１０は、例えばフロント式のプロジェクタ装置２０のスクリーンとして用いられる。図６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、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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それぞれが、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、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。
【００４１】
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。これら集光した三原色波長域光は、画像信号に応じてＧＬＶ２４の各リボン列が駆動されることによって空間的に変調される。
【００４２】
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により青色光および赤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の光が合成されて、同じ方向に出射される。同じ方向に出射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を介して投影用スクリーン１０の前面に投射される。
【００４３】
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外光とともに光拡散層１４および角度補正層１３を透過し、光学多層膜１２に入射する。ここで、図１０に示したように角度補正層１３が形成されていない場合には、スクリーンの垂直方向に対して例えば３０度で三原色波長域光が入射すると、光学多層膜１２に対して斜め方向で入射するため、光学多層膜１２で反射される三原色波長域光は所望の光学特性から変化し、色ずれが生じてしまう（図５の破線）。これに対して、本実施の形態では光学多層膜１２の上に角度補正層１３を形成し、この角度補正層１３がフレネルレンズの機能を有するので、この角度補正層１３により三原色波長域光が回折され、図４に示したように光学多層膜１２に垂直な方向に入射する。
【００４４】
この光学多層膜１２では、三原色波長域光が反射されると共に、三原色波長域光以外の少なくとも可視波長域の光は透過し黒色基板１１に吸収される。このとき、光学多層膜１２で反射される三原色波長域光は、図５の実線に示したように色ずれが殆ど生じずに、所望の光学特性で反射される。このように三原色波長域光は光拡散層１４に入射し、この光拡散層１４により散乱され、スクリーンの前面に画像が形成される。
【００４５】
このとき、黒色基板１１により黒レベルが高められるだけでなく、光学多層膜１２により白レベルが高められるので、明暗のコントラストが高い画像が形成される。また、角度補正層１３によって光学多層膜１２の光学特性が低下することが防止され、色ずれが生じることが殆どなくなるので、色コントラストの高い画像が形成される。
【００４６】
このように本実施の形態では、光学多層膜１２が三原色波長域光に対して高反射特性を有し、三原色波長域光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ようにしたので、画像の白レベルが高めることができる。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。また、光学多層膜１２の上に角度補正層１３を形成し、スクリーンに入射光が斜め方向から入射した場合でも、この角度補正層により三原色波長域光を光学多層膜１２に対して垂直に入射させるようにしたので、光学多層膜１２の光学特性の低下が防止され、色ずれが生じることがなくなる。これにより、色コントラストを高めることができるので鮮明な画像も得ることが可能となり、また、スクリーンの大画面化を図ることができる。また、高分子材料からなる黒色基板１１の上に、溶剤材料により光学多層膜１２が形成されているので、スクリーンが可撓性を有するようになり、これにより収納性を向上させることが可能となる。
【００４７】
また、黒色基板１１に光吸収層としての機能を持たせることにより画像の黒レベルを向上させるだけでなく光学多層膜１２を形成することにより画像の白レベルを向上させ、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストを削減することが可能となる。更に、塗布法を用いて光学多層膜１２を形成するようにしたので、真空プロセスにより形成する場合と比較して製造コストを削減することができる。
【００４８】
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溶剤系材料として、加熱により硬化する熱硬化型樹脂を用いて光学多層膜１２を形成するようにしたが、紫外線を照射することにより硬化する熱硬化型樹脂を用いるようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施の形態では、角度補正層１３にプラスチック材料からなるプラスチック基板を用いるようにしたが、プラスチック材料以外の材料からなる基板を用いるようにしてもよい。例えば、ガラス材料からなる基板を用いることが可能である。更に、上記実施の形態では、角度補正層１３をフレネルレンズ３１またはフレネルレンズ３２の形状に加工するようにしたが、これら以外のフレネルレンズの形状に加工するようにしてもよい。加えて、上記実施の形態では、角度補正層１３は溶剤系材料からなる光学多層膜１２の上に形成するようにしたが、他の材料、例えば無機材料からなる光学多層膜の上に形成するようにしてもよい。また、上記実施の形態では、角度補正層１３は光学多層膜の上に形成するようにしたが、光を反射させる機能を有する如何なる光反射層の上に形成するようにしてもよい。
【００５０】
また、上記実施の形態では基板として黒色基板１１を用い、この黒色基板１１に光吸収層の機能を持たせるようにしたが、基板として透明基板４１を用い、この透明基板４１の裏面に別途黒色塗料からなる光吸収層４２を形成するようにしてもよい（図７）。更に、基板として透明基板４１を用い、この透明基板４１の裏面に別途黒色基板を設けるようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の投影用スクリーンによれば、光反射層が特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、この特定の波長領域の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ようにしたので、画像の白レベルが高めることが可能となる。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。また、光反射層の上に角度補正層を形成し、スクリーンに入射光が斜めに入射した場合にも、この角度補正層により光反射層の面内に対して垂直な方向に光を入射させるようにしたので、光反射層の光学特性の低下を防止することができ、色ずれが生じることがなくなる。よって、色コントラストを高めることができるので鮮明な画像も得ることが可能となり、また、スクリーンの大画面化を図ることができる。
【００５２】
特に、請求項３および請求項９記載の投影用スクリーンによれば、基板を高分子材料からなるようにし、光反射層を溶剤材料からなるようにしたので、スクリーンが可撓性を有するようになり、これにより収納性を向上させることができる。
【００５３】
また、請求項１３ないし請求項２５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、光反射層を形成し画像の白レベルを向上させることにより、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために、突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストを削減することが可能となる。更に、塗布法を用いて光反射層を形成するようにしたので、真空プロセスにより形成する場合と比較して製造コストを削減す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断面構成図である。
【図２】図１に示した投影用スクリーンの角度補正層に用いられるフレネルレンズである。
【図３】図１に示した投影用スクリーンの角度補正層に用いられるフレネルレンズである。
【図４】図１に示した投影用スクリーンに光が斜め方向から入射した場合を説明するための概略図である。
【図５】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の反射特性を表すものである。
【図６】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７】投影用スクリーンの変形例の概略構成図である。
【図８】従来の投影用スクリーンの概略構成図である。
【図９】従来の投影用スクリーンの概略構成図である。
【図１０】投影用スクリーンの比較例に光が斜め方向から入射した場合を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１０・・・ 投影用スクリーン、１１・・・ 黒色基板、１２・・・ 光学多層膜、１３・・・ 光拡散層、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、３１， ３２・・・ フレネルレンズ、３１Ａ・・・ 曲面構造、３１Ｂ・・・ 鋸刃構造、３１Ｂｍ ・・・ 鋸刃、３２Ａ・・・ 溝構造、３２Ａｍ ・・・ 溝、４１・・・ 透明基板、４２・・・ 光吸収層
Claims (25)
- 基板と、
前記基板の一面に形成され、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反射層と、
前記光反射層における前記基板との隣接面とは反対側の面に形成され、前記光反射層の面内に対して垂直な方向に光を入射させる角度補正層と
を備えたことを特徴とする投影用スクリーン。 - 前記光反射層は、特定の波長領域の光に対する反射率が８０％以上であり、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域の光に対する透過率が８０％以上である
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記光反射層は溶剤材料からなる
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記光反射層の溶剤材料は加熱または紫外線照射により硬化された
ことを特徴とする請求項３記載の投影用スクリーン。 - 前記光反射層は、高屈折率膜と、前記高屈折率膜よりも低い屈折率を有する低屈折率膜とが交互に積層された光学多層膜である
ことを特徴とする請求項４記載の投影用スクリーン。 - 前記角度補正層はフレネルレンズの形状に加工されたものである
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記基板の色は黒色であり、光吸収層としての機能を有している
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記基板は透明であり、前記基板における前記光反射層が形成された面とは反対側の面に黒色塗料からなる光吸収層を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記基板は高分子材料からなり、この高分子材料は、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１記載の投影用スクリーン。 - 前記角度補正層における前記光反射層が形成された面とは反対側の面に光拡散層を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記光拡散層はフィルムである
ことを特徴とする請求項１０記載の投影用スクリーン。 - 前記特定の波長領域は、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。 - 基板の上に、塗布法を用いて、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反射層を形成する工程と、
前記光反射層の上に、前記光反射層の面内に対して垂直な方向に光を入射させる角度補正層を形成する工程と
を含むことを特徴とする投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光反射層は、特定の波長領域の光に対する反射率を８０％以上とし、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域の光に対する透過率を８０％以上とする
ことを特徴とする請求項１３記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光反射層を溶剤材料により形成する
ことを特徴とする請求項１３記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光反射層の溶剤材料を加熱または紫外線照射によって硬化する
ことを特徴とする請求項１５記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光反射層を高屈折率膜と前記高屈折率膜よりも低い屈折率を有する低屈折率膜とを交互に積層した光学多層膜とする
ことを特徴とする請求項１６記載の投影用スクリーンの製造方法。 - エッチング処理を施すことにより、前記光学多層膜の各膜を所望の厚さとする
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。 - 前記角度補正層をフレネルレンズの形状に加工する
ことを特徴とする請求項１３記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記基板の色を黒色とし、光吸収層としての機能を持たせる
ことを特徴とする請求項１３記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記基板を透明とし、前記基板の下に黒色塗料からなる光吸収層を形成する
ことを特徴とする請求項１３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とし、この高分子材料を、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１３記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光反射層の上に光拡散層を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項１３記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光拡散層をフィルムとする
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。 - 前記特定の波長領域は、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１３記載の投影用スクリーンの製造方法。
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-
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