JP2004078024A - 反射型スクリーン - Google Patents

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Abstract

【課題】広い角度範囲を実現し、視聴者に対して明るい画面を与えることのできる反射型スクリーンを提供すること。
【解決手段】スクリーン1自体の基面11に、断面が略くさび形の線状溝12を複数連続して形成し、当該各線状溝を形成する二面の内の一面が、映像投写装置からの映写光を反射する反射面13である反射型スクリーンにおいて、反射面13を、その断面形状において1つ以上の屈折箇所が形成されるよう、基面11に対してそれぞれ異なる傾斜角を有する複数の面13a,13bにより形成した。
【選択図】    図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型スクリーンにかかり、特に、スクリーンの表面を特殊な形状に加工した反射型スクリーンに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、映像を拡大して大画面であるスクリーンに映し出す技術が開発されている。例えば、液晶パネル、または微小ミラーを画素にした配列集合体を画像表示デバイス(DMD)として用い、その画像を、光源ランプの照明光で照射し、拡大投写する映像投写装置を用いて、反射型スクリーンに映像を映し出すというものである。従って、反射型スクリーンは、ユーザとって見やすいということが条件として挙げられる。
【0003】
しかし、従来におけるスクリーンは、その表面である反射面が平面であるため、以下のような問題点を有していた。それを、図8乃至図9を参照して説明する。
【0004】
第1の問題点は、スクリーン101表面で結像・反射した画像光線R103の輝度が、視聴者103に対してその本来の輝度で認識されない点である。その理由は、図8に示すように、通常の反射型スクリーン101の場合、その反射面(結像面)は平面であって、光線R102は平面の法線に対して入射角度と同じ角度で反射するためである。
【0005】
ここで、一般的にスクリーン101は、どの位置から画面を見ても明るく見える(広視野範囲)状態を確保するために、スクリーン101表面に微小なガラスビーズや拡散性の粒子を塗布したり、その表面を微小な凹凸状態にし、入射した光線R102が拡散しながら反射するように作られている。但し、反射光線が拡散を生じても、反射光線R103の主成分は、必ずスクリーン101平面の法線に対称な方向へ反射する(ゲイン1.0=完全拡散面のスクリーンでも同じ)。
【0006】
このとき、スクリーン入射角度の大きい光線ほど、スクリーン101面で反射した光線R103の角度は、光軸R101に対して大きな角度となる(図9参照)。このため、視聴者103の目には、本来の光量から反射光線R103の角度変移分(cosθ分)の光線R104が届くことになる。通常の映像投写装置102であれば、角度による光量減衰はその本来の50%まで低下せず、更にスクリーン101表面に拡散処理を施す事で、視聴者103にとってはその反射光線の角度の影響は少なくなる。但し、図9に示すような、打ち上げ角度45度以上の特別な映像投写装置102の場合は異なってくる。すなわち、視聴者103の目に入る光量R104は、角度と共に大きく低下することとなる。これによって、視聴者103には画面上の輝度均一性が低い画像として認識され、映像投写装置102本来の明るさと均一性が失われてしまう。
【0007】
また、第2の問題点は、視野範囲拡大による結像画質の劣化である。これは、以下の理由による。まず、通常の平面スクリーン101では、その使用目的にあわせた視野範囲が求められる。このため、従来は、スクリーン101表面の粗さの強弱によって光線の拡散性を調整している。このとき、スクリーン101表面の粗さが強くなると、反射光線R103の拡散性が大きくなり、視野範囲が広がるが、その反面、スクリーン表面の粗さが強くなることで、結像映像の画質は劣化する。特に、現在は映像投写装置の高精細化が進んでいるため、視野範囲を維持しながら画質改善をすることが課題となる。
【0008】
そこで、上記の問題点を解決して、視聴者がスクリーンにて反射される映像を見やすくなるような反射型スクリーンが、以下に示す特許文献1,2に開示されている。
【0009】
【特許文献1】
特開平5−11346号公報
【特許文献2】
特開平5−11345号公報
【0010】
特許文献1に開示されている従来の技術を、図10乃至図11を参照して説明する。図10は、従来例における反射型スクリーンの構成を示す模式図であり、図11は、特許文献1における反射型スクリーンの断面を示す図であり、その反射の状態を示す説明図である。この図10乃至図11に示すように、特許文献1では、スクリーンの基面110に、その断面が略くさび形の線状溝111を、溝の幅方向に複数連続して形成し、当該各線状溝を形成する二面112,113の内の一面112が、映像投写装置からの映写光を反射する反射面112となるよう形成している。換言すると、その断面を鋸歯状に形成し、すなわち、略フレネル面としている。そして、フレネル面の表面で映像投写装置102からの光線R102を水平近似方向に反射させるというものである。
【0011】
また、特許文献2に示す反射型スクリーンを、図12を参照して説明する。図12は、特許文献2における反射型スクリーンの断面を示す図であり、反射の状態を示す説明図である。特許文献2では、主に上記特許文献1記載の反射型スクリーンと同一の構成を採っていて、さらに、フレネル面の反射面112の形状を映像投写装置102からの光線角度xに合わせ、スクリーン各部の基面101に対する反射面112の傾斜角度αを変化させて配置する、という構成を採っている。すなわち、反射面の傾斜角度を均一とせず、その位置に応じて異なるという構成と採っている。かかる場合には、後述するように、スクリーン反射面112で反射した光線R103は、その大部分が水平方向に反射することとなる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したフレネル反射スクリーンを用いた場合であっても、反射面傾斜に応用の柔軟性や生産性が低い点で、問題が生じている。
【0013】
例えば、上記特許文献1のように、フレネル面112の表面で光線R102を反射させた場合であっても、フレネル反射面112の形状が同一のため、一部(画面中央等)の光線のみしか水平にする事ができず、視聴者103に認識される輝度均一性の改善効果は少ない。具体的には、図11に示すように、フレネル面内の反射面112は単一面で、画面全体で同一の角度のため、反射した光線R103の方向は、入射光線R103の打ち上げ角度xと、反射面112の傾斜角度α(角度αは固定)が適合した特定の部分を除き、水平方向に反射はしていないこととなる(θ3n参照)。
【0014】
また、特許文献2のように、結像画面上の位置と光線入射角度xにあわせて反射面112の傾斜αを変化させる方法で対応することも可能である。かかる場合には、その反射角であるθ3n−1,θ3n,θ3n+1は、それぞれほぼ近似した値となる。しかし、反射面112の傾斜αは、特定の光線入射角度xを持つ映像投写装置102にしか対応できず、応用の柔軟性に欠ける問題がある。さらにこの形態では、画面の位置と光線の入射角度に合わせてフレネル面の傾斜が変化をするため、加工機械の角度制御が非常に困難となり生産性に劣るという問題も発生する。
【0015】
【発明の目的】
本発明は、上記従来例の有する不都合を改善し、特に、高倍率・高打ち上げ投写をする映像投写装置に対応することができ、画質劣化を抑制し、広い角度範囲を実現し、視聴者に対して明るい画面を与えることのできる反射型スクリーンを提供することをその目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、スクリーン自体の基面に、断面が略くさび形の線状溝を複数連続して形成し、当該各線状溝を形成する二面の内の一面が、映像投写装置からの映写光を反射する反射面である反射型スクリーンにおいて、反射面を、その断面形状において1つ以上の屈折箇所が形成されるよう、基面に対してそれぞれ異なる傾斜角を有する複数の面により形成した、という構成を採っている。
このような構成にすることにより、スクリーン平面上に、1つの線状溝内に複数の傾斜角度を有する反射面が形成され、当該溝が連続して配列される。すると、光軸(水平方向)から所定の角度で投写された光線は、反射面で反射後、反射面の法線に対して線対称の角度で反射されるが、このとき、複数の傾斜した反射面により、反射光が種々の角度で反射することとなり、特定の映像投射装置以外であっても投射光を水平方向に反射させることが可能となる。従って、視聴者にとって見やすい映像を提供できる。
【0017】
このとき、反射面を、基面に対してそれぞれ異なる傾斜角を有する2つの面により形成すると、その製造が容易となり、上記効果を維持しつつ、製造時の低コスト化を図ることができる。
【0018】
また、反射面の表面に、微小な凹凸を一様に形成することで、反射光を効率よく拡散させることができる。そして、複数の線状溝を、同心円状に配置することで、反射面を同心円の中心方向に向けて配置することができ、映像を効率よく視聴者に対して反射させることができる。
【0019】
また、連続する線状溝の間隔を、結合する画面の画素サイズよりも小さく設定することで、きめ細かい画像を視聴者が見ることができ、画質の劣化を抑制することができる。
【0020】
さらに、反射面を、その断面形状において1つ以上の屈折箇所が形成されるよう、それぞれ異なる曲率中心、あるいは、曲率を有する複数の曲面により形成してもよい。これにより、複数の曲率中心あるいは曲率を有する曲面にて投射光が反射されるため、その反射方向も広範囲となり、映像投射装置の投射角度がいかなる角度であっても水平に反射させることができ、視聴者に対して見やすい映像を提供することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
〈第1の実施形態〉
本発明の第1の実施形態を、図1乃至図5を参照して説明する。図1乃至図3は、本発明の構成及び作用を説明する図である。図4は、図3に開示した反射光の分布を示す拡大図である。図5は、反射光の輝度分布を示す図である。
【0022】
本発明である反射型スクリーン1は、上述した従来例と同様に、図1に示すように、スクリーン1自体の基面11に、断面が略くさび形の線状溝12を複数連続して形成し、当該各線状溝12を形成する二面13,14の内の一面が、映像投写装置からの映写光を反射する反射面13となっている。すなわち、スクリーン1の基面11上に、その幅が微小なフレネルレンズ状の溝12が配列された状態となっている(図10参照)。さらにいうと、この溝12は、スクリーン1上を左右に延びる線状の溝であり、その幅方向に連続して形成されている。そして、線状溝12の間隔s(ピッチ)は、スクリーン上で結像する画面の画素サイズよりも小さく形成されている。
【0023】
また、断面くさび形の線状溝12を形成する2面、すなわち、基面1方向に頂点を向けて形成されている溝の側面は、基面11に対して所定の傾斜角を有する反射面13(以下、フレネル面ともいう)と、当該反射面13に対向するライズ面14とから形成される。そして、反射面13は、その断面形状において1つの屈折箇所が形成されるよう、基面11に対してそれぞれ異なる傾斜角を有する2つの面13a,13bにより形成されている。
【0024】
上記反射面13a,13bは、基面11に対して、それぞれα,αの傾斜角度を有しており、当該角度は鋭角である。一方、ライズ面14の基面に対する傾斜角は、基面11の法線に近似した角度であって、90°よりも小さい角度である。但し、反射面13、ライズ面14の角度は、上記のものに限定されない。
【0025】
ここで、反射面13の詳細を説明すると共に、当該反射面13における図示しない映像投写装置からの投射光の反射の様子を図1を参照して説明する。図1は、反射型スクリーン1の断面を示すと共に投射光の反射の様子を説明する図である。この図に示すように、反射面13は、基面11に対して所定の傾斜角αを有する線状溝12に沿って一様に延びる一面が、その溝の開口部付近にて屈折して他の傾斜角αを有するという構成、すなわち、二面にて形成されている。なお、図1に示す例では、凸状の屈折となっている。換言すると、溝の開口部が広がるようになっている。但し、反射面13は2つの面にて形成されていることに限定されない。屈折箇所を2以上有し、基面11に対してそれぞれ異なる傾斜角度αを有する3つ以上の複数の面にて形成されていてもよい。
【0026】
そして、図1に示すように、映像投写装置からの入射光線R1が水平方向に対する角度である打ち上げ角度xにて投射される場合には、反射光線R2の方向を示す水平方向に対する角度θは、下記の数式で成り立つ。
θ=x−α(n:整数)
θ=90−x+2θ
θ=θ−90=x−2α ・・・(A)
ここで、一列の線状突起12の反射面13は、2つの傾斜角度に分割されているので、反射光線R2の進路は反射面13の数に分割され、各々異なる角度θ3nで反射することとなる(図1参照)。
【0027】
また、上記反射面13の表面には、微小な凹凸が形成されている。これにより、反射光線R2の散乱性を調整し、反射面13の傾斜角方向以外の方向にも反射光線R3が向くようにする。この時、複数反射面13の表面に施す凹凸処理は、従来の平面スクリーンに施したものより少なくする。
【0028】
また、図2に示すように、ライズ面14には、天井からの照明光R3が入射するが、これを天井側に再度反射R4する。
【0029】
このような構成のスクリーン1を用いることで、映像投写装置から、スクリーン1の角度αに傾斜している反射面13に向かって、光軸(水平方向)からの角度がxの角度で打ち上げられる光線R1が入射し、反射される。この時、反射面13の傾斜αを、上記数式(A)の関係から、反射光R2の角度θが、光軸に対して0度(水平)となる様に設定する。これにより、入射角度の大きさによって生じる視聴者Hに到達する光線成分の変化が緩和される。従って、視聴者Hに対して高輝度で均一性の高い画像を提供することができる。
【0030】
また、上述したように、線状溝12内の反射面13を3つ以上に複数化することで、すなわち、1ピッチ内で複数化することで、1列のフレネル面(溝)内部の反射面13の角度が複数に分割されるため、反射光線R2は複数方向に反射する。これにより、画面の輝度均一性の向上を図ることができる。
【0031】
このとき、反射面13の傾斜角を複数に形成しているものの、画面全体では同じ形状のままであるため、幾何的には従来例のように、反射光線は特定の部分のみしか水平方向に変化をしないこととなる。しかしながら、図5に示すように、本発明のスクリーンによると、視野範囲特性のピークが複数発生することとなり、各ピーク間の輝度も合成され、明るくなり、幾何的には光線の向かない方向の輝度も向上をする(図5の符号Rで示した領域参照)。従って、どの角度で入射した光線でも上記の効果によって反射光線R2のピークが互いに補完し合い、水平近似方向に光線を反射することが可能となる。これにより、応用範囲を広げることも可能となる。ここで、図5は、スクリーンの上下方向輝度分布である。
【0032】
また、反射面13を複数に分割することで、鮮明で視野角の広い画面を得ることになる。上述したように、一つの溝12内にある反射面13を複数化することで、反射光線R2の進路は反射面13の数に分離する。そして、反射光線R2の進路が複数化すれば、輝度のピークも複数化し、画面のどの方位から見た場合でも、映像を明るく感じることになる。つまり、視野範囲の広い画面となる。
【0033】
さらに、視野範囲の拡大を反射面13の複数化によって行っているため、従来の平面スクリーンと異なり、反射光線R2の拡散性は表面の粗さに依存していない。従って、本発明では広い視野範囲を得ながらも、画質の劣化が生じなくなる効果が得られる。
【0034】
また、フレネル溝のライズ面14(棚面)が、天井方向からの照明光R3を遮光、結像画面への照明光の写り込みを減少する。特に、ライズ面14を吸光性の高い黒色にすることによって、入射した天井からの照明光R3に対する遮光効率は向上する。このようにすることで、スクリーン上での照明光14の影響が少なく、明暗コントラストの高い画像を視聴者に提供することが可能となる。
【0035】
ちなみに、本実施形態における複数化された反射面13は、上述したようにいくつに分割されてもよく、その傾斜角度は任意である。そして、図3に示すように、反射面13が溝の内側方向に屈折して、異なる傾斜角(α,α)を形成してもよい。すなわち、かかる場合には、2つの反射面13a,13bが凹状になっている。この図においては、上記数式(A)を用いて、光線角度x、面の傾斜角α、より反射光線の角度θ3nが求まる。そこに、各反射面に入射可能な光束の幅Lを加えると(図3参照)、反射光線の合力の強度と方向は下式に示される。なお、合力を説明すべく、図3に示す反射光の一部を、図4に拡大して示す。
合力の方向 :Lsinθ32+Lsinθ31
ここで、結果の符合が+:上向き、−:下向き、結果の絶対値が小さい程、光線合力の方向は水平に近くなる。
合力の強度 :L={(Lsinθ32+Lsinθ31+(Lcosθ32+Lcosθ320.5
このように、反射面13を「くの字状」に屈折しても、複数面にて形成することで、上述したように反射光は複数の方向に反射するため、視野角の広い、均一な映像を得ることができる。
【0036】
〈第2の実施形態〉
次に、本発明の第2の実施形態を、図6を参照して説明する。本実施形態では、図6に示すように、複数の線状溝12を、同心円状に配置している。このとき、同心円の中心位置は、スクリーン外部に位置していてもよく、スクリーン内部に位置していてもよい。そして、同心円の中心軸上と、使用する映像投写装置(図示せず)の光軸とが、ほぼ一致するように、当該映像投射装置を設定すると望ましい。このとき、各溝12に形成されている反射面13やライズ面14は、上述した第1の実施形態と同一の構成を採っている。
【0037】
このようにすることにより、投射光が一つの溝12の反射面13に対して同一の距離及び角度にて入射することとなる。すなわち、入射光が均一化されるため、その反射光の均一化を図ることができ、視聴者が見ることのできる画像の均一化を図ることができる。このため、映像の安定化を図ることができる。
【0038】
また、スクリーンの端の方では、反射面が同心円の中心方向に向くよう配置されるため、入射光に対して対向するよう配置されることとなる。従って、反射光がスクリーンの外方向に逃げることなく、視聴者側に反射することとなり、輝度の低下を抑制できる。
【0039】
〈第3の実施形態〉
次に、本発明の第3の実施形態を、図7を参照して説明する。図7は、第3の実施形態における反射型スクリーンの断面を示す図であり、投射光の反射の様子を示す説明図である。図7に示すように、本実施形態では、上述した実施形態にて説明した反射面13が、曲面形状を有している。そして、さらに、反射面13に、その断面形状において1つ以上の屈折箇所が形成されるよう、それぞれ異なる曲率中心を有する複数の曲面により形成されている。
【0040】
例えば、図7の上部に位置する一ピッチsの反射面13は、符号M−N間、N−O間、O−P間でそれぞれ異なる曲率中心を有する曲面となっている。そして、線状溝の長手方向に沿って、断面形状にて示したそれぞれの曲面が一様に形成されている。ちなみに、反射面の表面は、微小な凹凸形状になっている。
【0041】
このようにすることにより、投射光L1は、あらゆる方向に反射L3することとなり、上述と同様、広い視野範囲を得ながらも、画質の劣化が生じなくなるスクリーンとなる。
【0042】
なお、上記複数の反射面は、曲率がそれぞれ異なる曲面にて形成されていてもよい。すなわち、図7において、符号M−N間、N−O間、O−P間でそれぞれ異なる曲率を有する曲面であってもよい。このようにしても、上述同様の効果を得ることができる。
【0043】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、スクリーン平面上に、1つの線状溝内に複数の傾斜角度を有する反射面を形成し、当該溝を連続して配列することで、光軸(水平方向)から所定の角度で投写されると、でも、複数の傾斜した反射面により反射光が種々の角度で反射することにより、広い視野角度を実現することができ、さらに、スクリーン上の溝を形成する面の傾斜角度をスクリーンの位置に応じて変化させることなくスクリーン全体において同一とした場合であっても、複数の傾斜角を有する反射面により画面の輝度均一性の向上を図ることができ、特定の映像投射装置以外であっても投射光を水平方向に反射させることが可能となるため、視聴者に対して明るく見やすい画面を与えることのできると共に、生産性及び汎用性の向上をも図ることができる、という従来にない優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態における反射型スクリーンの断面を示す図であり、投射光の反射の様子を示す説明図である。
【図2】本発明の第1の実施形態における反射型スクリーンの断面を示す図であり、投射光の反射の様子を示す説明図である。
【図3】本発明の第1の実施形態における反射型スクリーンの断面の他の例を示す図であり、投射光の反射の様子を示す説明図である。
【図4】図3に示した反射光の分布を示す拡大図である。
【図5】本発明の反射型スクリーンにおける反射光線の輝度分布を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施形態における反射型スクリーンの構成を示す概略図である。
【図7】本発明の第3の実施形態における反射型スクリーンの断面を示す図であり、投射光の反射の様子を示す説明図である。
【図8】従来の平面スクリーンにおける投射光の反射の様子を示す説明図である。
【図9】従来の平面スクリーンにおける投射光の反射の様子を示す説明図である。
【図10】従来例における反射型スクリーンの構成を示す概略図である。
【図11】従来例における反射型スクリーンの断面を示す図であり、当該スクリーンにおける投射光の反射の様子を示す説明図である。
【図12】従来例における反射型スクリーンの断面を示す図であり、当該スクリーンにおける投射光の反射の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
1 反射型スクリーン
11 基面
12 線状溝
13,13a,13b 反射面
14 ライズ面(棚面)
R1 投射光
R2 反射光
R3 照明光
R4 照明光の反射光

Claims (7)

  1. スクリーン自体の基面に、断面が略くさび形の線状溝を複数連続して形成し、当該各線状溝を形成する二面の内の一面が、映像投写装置からの映写光を反射する反射面である反射型スクリーンにおいて、
    前記反射面を、その断面形状において1つ以上の屈折箇所が形成されるよう、前記基面に対してそれぞれ異なる傾斜角を有する複数の面により形成した、ことを特徴とする反射型スクリーン。
  2. 前記反射面を、前記基面に対してそれぞれ異なる傾斜角を有する2つの面により形成したことを特徴とする請求項1記載の反射型スクリーン。
  3. 前記反射面の表面に、微小な凹凸を一様に形成したことを特徴とする請求項1又は2記載の反射型スクリーン。
  4. 前記複数の線状溝を、同心円状に配置したことを特徴とする請求項1,2又は3記載の反射型スクリーン。
  5. 連続する線状溝の間隔を、結合する画面の画素サイズよりも小さく設定したことを特徴とする請求項1,2,3又は4記載の反射型スクリーン。
  6. スクリーン自体の基面に、断面が略くさび形の線状溝を複数連続して形成し、当該各線状溝を形成する二面の内の一面が、映像投写装置からの映写光を反射する反射面である反射型スクリーンにおいて、
    前記反射面を、その断面形状において1つ以上の屈折箇所が形成されるよう、それぞれ異なる曲率中心を有する複数の曲面により形成した、ことを特徴とする反射型スクリーン。
  7. スクリーン自体の基面に、断面が略くさび形の線状溝を複数連続して形成し、当該各線状溝を形成する二面の内の一面が、映像投写装置からの映写光を反射する反射面である反射型スクリーンにおいて、
    前記反射面を、その断面形状において1つ以上の屈折箇所が形成されるよう、それぞれ異なる曲率を有する複数の曲面により形成した、ことを特徴とする反射型スクリーン。
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