JP2004514935A - 色ずれを低減した光学システム - Google Patents

Abstract

色ずれ特性が改良された光学システムを記載する。本システムは、第１および第２の明確に識別される偏光状態の光を提供する光源（２８）と、ビーズ入りスクリーン（２４）と、を有する、背面投射ディスプレイを備えることが好ましい。

Description

【０００１】
本発明は、一般に色ずれ低減性能を有する光学システムに関し、特に背面投射システムで使用する透過型スクリーンに関する。
【０００２】
背景
図１は、従来技術による背面投射システム１０を示す。典型的な背面投射システムは、光投射装置（たとえば、プロジェクタ）１２とスクリーン１４とを有する。
【０００３】
プロジェクタ１２では、多くの異なるテクノロジを利用することができる。液晶デバイスすなわちＬＣＤは、光学システムで使用される一例である。ＬＣＤベースのプロジェクタを用いる光学システムは、明るい（たとえば１０００〜２５００ルーメン）高解像度性能を提供することができる。
【０００４】
背面投射スクリーンは、スクリーンの背面に投射されたイメージを観察空間に透過させる。背面投射スクリーン１４は、プロジェクタ１２のイメージ面に配置される比較的薄い観察層を備えたシート状の光学装置であってよい。背面透過型ディスプレイの例は、ＰＣＴ国際公開ＷＯ９９／０６４９２７号、ＰＣＴ国際公開ＷＯ９９／１３３７８号およびＥＰ７８３１３３号に開示されている。
【０００５】
背面投射型光学システムは、典型的には、フレネルレンズおよび／またはレンチキュラーレンズまたはシートを含む。かかるシステムの例は、米国特許第３，７１２，７０７号、同第３，８３２，０３２号、同第４，３７９，６１７号、同第４，４１８，９８６号、同第４，４６８，０９２号および同第４，５０９，８２３号に開示されている。
【０００６】
また、本技術分野では、前面投射システムも周知である。それらは、表面（会議室の壁またはスクリーン）にイメージを投射するように設計されたプロジェクタを備える。オーバヘッドプロジェクタは、前面投射システムの一例である。背面投射スクリーンは、前面投射スクリーンと比較していくつかの利点を提供する。概して、背面投射スクリーンシステムを用いる方が、望ましいコントラスト特徴を達成することがより容易である。背面投射スクリーンを用いる場合、プレゼンタはイメージ上に影を落す可能性がなく、投射装置を視界から隠すことができる（それはまた電気部品から発するいかなる可聴暗騒音を遮断するのにも役立つ）。前面投射システムは、背面投射システムより周囲光を吸収する能力が低い。
【０００７】
１つの公知の背面投射スクリーンは、平滑ガラス面をエッチング、サンドブラスト、または他の方法によって粗化することによって構成された薄い光拡散層（すりガラスまたは半透明ガラス）を備える。半透明面が光を拡散させるため、イメージをある範囲の視角から見ることができる。単に半透明なスクリーンは、前方の観察面に入射する周囲光を強く反射する傾向があり、その結果、投射イメージが退色するかまたはウォッシュアウトする（ｗａｓｈｏｕｔ）。結果として、この背面投射スクリーンは周囲照明状態に影響を受け易い。
【０００８】
米国特許第２，３７８，２５２号は、透明支持材と光吸収層とに関連する密に詰まったガラスビーズのアレイを備えた背面投射スクリーンを開示する。ガラスビーズは、レンズのような機能を果たすことにより、スクリーンの背面から投射される光を集光し、それをビーズが支持材に接触する部分の近くの比較的小さいスポットに集束させる。ガラスビーズは、透明基板に接触し、それによりガラスビーズと支持材との間の接触部分の位置において光吸収材料の大部分を排除する。支持材の前面に入射する周囲光は、光吸収層によって吸収される。その結果、スクリーンの前面は、ガラスビーズを通して透過される光を除き暗く見える。
【０００９】
ガラスビーズを備えた背面投射スクリーンは、米国特許第５，５６３，７３８号と同第５，７８１，３４４号とにも開示されている。さらなるビーズ入りスクリーンとかかるスクリーンを作製する方法とは、本願と同一の譲受人に譲渡された特許出願ＰＣＴ国際公開ＷＯ９９／５０７１０号およびＰＣＴ国際公開ＷＯ９８／４５７５３号に開示されている。
【００１０】
概要
本発明は、投射イメージ源とスクリーンとを含む光学システムにおいて使用するために特に適している。スクリーンは、複数の（例えばアレイ状の）屈折要素（たとえば、ガラスビーズ）と、任意の光透過基板と、周囲光排除を制御するための任意の光吸収層と、光学システムの色ずれを制御する偏光管理層と、を有する。
【００１１】
照明源は、第１色に関連する第１偏光状態と、第２色に関連する第２偏光状態と、を有する光を提供する。第１偏光状態は第２偏光状態とは明確に識別される。たとえば、第１色は、水平面において完全に直線偏光されてよく、第２色は、垂直面において完全に直線偏光されてよい。本明細書において直線偏光のコンテキストで使用するように、第１色が第２色の偏光状態とは異なるかまたは明確に識別される偏光状態を有する場合、同じ入射面に関し、第１色におけるｐ偏光およびｓ偏光された光の相対的な量は、第２色におけるｐ偏光およびｓ偏光された光の量とは大幅に異なる（すなわち、１０％より大きい）。好ましくは、第１色および第２色の少なくとも一方は原色である。
【００１２】
本発明はまた、直線偏光された光とは異なる状態で偏光される光も考慮する。たとえば、第１色は、電磁振動の主軸に関して楕円偏光されてよく、第２色もまた、電磁振動の主軸に関して楕円偏光されてよい。第１および第２色の主軸は、ある角度をなしていてよい。本発明は、かかる軸が互いに直交するかまたは垂直である場合に特に有利である。
【００１３】
ＬＣＤプロジェクタは、著しい明るさ（たとえば、少なくとも１０００ルーメンＡＮＳＩの明るさ）を有する光学システムを提供することができる。液晶デバイス（ＬＣＤ）プロジェクタによって提供される光は、明るいが、直線偏光される。ＬＣＤベースのプロジェクタによっては、２つの明確に識別される偏光状態の緑、赤および青成分を提供することが確認された。緑の光の偏光状態は、赤および青の光の偏光状態に対して垂直であった。たとえば、緑は、水平状態で存在した。組合わされた赤および青（紫）は、垂直状態で存在した。かかるＬＣＤプロジェクタが従来からのガラスビーズ入りの背面投射スクリーンと使用された場合、スクリーンを水平方向または垂直方向のいずれかにおいて軸外で観察した時、変化する色ずれかまたは色ずれ勾配が観察者に見えた。
【００１４】
本発明の一実施形態では、偏光管理層は、色補償コーティングを備えてよい。色補償コーティングは、光学システムのユーザに見える色ずれを低減する。好ましくは、色補償コーティングは、１／４波長コーティングである。あるいは、色補償コーティングは、不均一厚さを有してよい。あるいは、色補償コーティングはまた、厚さが１／４波長厚さ未満の部分を有してよい。
【００１５】
本発明の他の実施形態では、偏光管理層は、色補償する拡散コーティングを備える。コーティングは、好ましくは、粒子（たとえばビーズ）が埋込まれたポリマを備える。ポリマとビーズとの屈折率の差は、好ましくは小さい。
【００１６】
本明細書では、本発明の好ましい実施形態を利用する光学システムの色ずれを評価するために、色ずれ試験（Ｃｏｌｏｒ　Ｓｈｉｆｔ　Ｔｅｓｔ）を開示する。好ましくは、本発明によるガラスビーズ入りスクリーンを備えた光学システムは、色ずれ試験にしたがって測定した場合、６０度以上の軸外角度で約０．０１０以下の軸外色ずれを示す。好ましくは、光学システムはまた、色ずれ試験にしたがって測定した場合、４５度以上の軸外角度で約０．００５以下の軸外色ずれを示す。驚くべきことに、本発明を組込んだガラスビーズ入り背面投射スクリーンを、２つの明確に識別される偏光状態の緑、赤および青成分を提供したＬＣＤベースのプロジェクタに関連して使用した場合、観察者には色ずれの４５〜７０％の低減（軸外視角による）が見られた。
【００１７】
他の態様において、本発明は、上述したような光学システムとともに使用する背面投射スクリーンを備える。
【００１８】
本発明は、添付図面に関連して、本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明においてより完全に理解することができる。
【００１９】
本発明は、様々な変更態様および代替形態にしたがう。本発明の細部を単に実施例として図面に示す。意図することは、発明を、説明する特定の実施形態に限定することではない。代りに、特許請求の範囲で画定される発明の精神および範囲内にあるすべての変更態様、等価物および代替物を包含することである。
【００２０】
詳細な説明
図２を参照すると、本発明は、照明源２８と、フレーム２５と、偏光管理要素２１と、任意のミラー２７と、スクリーン２４と、を有する光学システムで使用するために特に適している。例示した光学システム２０は、ミラー２７を有するが、本発明による光学システムはミラー（図７に示し後により詳細に検討する照明源等）を含む必要はない。光学システムは、限定されないが、テレビ受像機、ビデオウォール、大画面ＴＶおよびデータモニタ等の多くの異なるタイプの製品を含んでよい。
【００２１】
照明源２８は、スクリーン２４に向かってイメージを投射する。スクリーン２４は、照明源２８から発生している光を受取る背面と、前面すなわち観察面と、を有する。使用時、観察者は、スクリーン２４の前面を眺めることにより光学システム２０によって提供されるイメージを見る。好ましい実施形態では、スクリーン２４は、ビーズ入りスクリーン等の背面投射スクリーンからなる。所望の視角を達成するために著しい屈折を使用するものを含む他のスクリーンも、本発明とともに使用することが企図される、ということを留意しなければならない。たとえば、光学システム２０は、米国特許第３，７１２，７０７号、同第３，８３２，０３２号、同第４，３７９，６１７号、同第４，４１８，９８６号、同第４，４６８，０９２号、同第４，５０９，８２３号、同第４，５７６，８５０号および同第５，１８３，５９７号に記載され、またはそれらにしたがって構成された、フレネルレンズおよび／またはレンチキュラーレンズまたはシートを含んでよい。
【００２２】
照明源２８は、２つ以上の明確に識別される偏光状態で光の緑、赤および青成分を提供することができる。たとえば、照明源２８は、少なくとも１つ（たとえば、第１）色に関連する第１直線偏光状態と、少なくとも１つ（たとえば、第２）色に関連する第２直線偏光状態と、を有する光を提供してよい。本発明は、同じ入射面に対し、第１色におけるｐ偏光およびｓ偏光された光の相対量が第２色におけるｐ偏光およびｓ偏光された光の量と著しく異なる（すなわち、１０％より多く）場合、特に有用である。たとえば、純粋にｐ偏光された緑の光は、純粋にｓ偏光された紫（赤および青）の光（０％ｐ偏光された光、１００％ｓ偏光された光）とは完全に異なるｐ偏光（１００％）およびｓ偏光（０％）成分を有する。本発明は、偏光の第１および第２状態に対し主な電磁振動の軸が互いに直交または垂直であるシステムにおける使用に特に適している。好ましくは、第１および第２色のうちの少なくとも１つは、加法混色の原色（すなわち、青、赤および緑）である。
【００２３】
本発明は、様々な照明源との使用に適しているが、第１色に関連する第１偏光状態と、第１色の偏光から明確に識別される第２色に関連する第２偏光と、を有する光を提供する照明源との使用に特に適している。
【００２４】
図２において、偏光管理要素２１をミラー２７と照明源２８との間にあるように示すが、本発明の偏光照明源を、光学システム２０のいかなる場所に設けてもよい。たとえば、偏光管理要素を、照明源２８、ミラー２７、スクリーン２４、それらの組合せ等に設けてよい。概して、偏光管理要素２１により、特に増大する軸外視角での光学システム２０の色ずれが低減される。図２に示す偏光管理要素２１は、色回転子または１／２波長板を備えてよい。色回転子は、第１色を回転させることにより、第１および第２色を略平行にする。
【００２５】
図５を参照すると、スクリーン６０に偏光管理要素を含む本発明の他の実施形態が示されている。この実施形態では、偏光管理要素（後述する）は、特定の色の特定の直線偏光状態との関連を変更する。スクリーン６０は、観察者に最も近接する前面すなわち観察面６７と、観察面６７と反対側の背面６９と、を有する。任意に、観察面６７は、つや消し仕上げが施されてよい。
【００２６】
スクリーン６０は、複数の屈折要素６２（たとえば、ガラスビーズ）と、光透過基板６６と、光吸収層６３と、を有する。本発明のこの実施形態では、偏光管理要素は、光学システム２０の観察者が知覚する色ずれを制御する偏光管理層６１を備える。偏光管理層６１をスクリーンのみに配置することにより、光学システムの他の要素にそれを配置する必要が無くなる。
【００２７】
複数の屈折要素６２は、好ましくは、製造およびコストの制限が配置の精度を制限する可能性があることを考慮して、実質的に所定の位置に配置される。たとえば、屈折要素６２を、アレイ状に、密に詰められたまたは緩く詰められた構成で配置してよい。
【００２８】
光吸収層６３を、光透過基板６２上にコーティングするかまたはそれに関連付けてよい。光吸収層６３は、本発明の光学システムに対して周囲光排除を制御するのに役立つ。
【００２９】
光吸収層６３は、不透明または実質的に不透明であってよい。吸収層６３は、好ましくは、カーボンブラックの粉末コーティング、黒い染料、不透明粒子、有機または無機顔料または粒子、もしくはバインダ材料に分散されたかかる粒子のうちの１つまたは複数を含む。それらは、多種多様の形状であってよい。材料を、液体または固体のバインダ系に分散させてよい。一実施形態では、吸収層６３は、内部に黒の粒子が分散された透明なバインダを含む。バインダは、たとえばアクリル酸塩または他のＵＶ硬化型ポリマからなってよい。吸収層６３を、コーティングプロセスまたは粉末コーティング等の従来からの技術によって取付けてよい。
【００３０】
屈折要素６２を、ガラスまたは高分子材料から構成してよい。適当な例には、ガラスまたは透明プラスチック材料が含まれる。ビーズは、本出願と同一の譲受人に譲渡された特許出願、ＰＣＴ国際公開ＷＯ９９／５０７１０号およびＰＣＴ国際公開ＷＯ９８／４５７５３号に開示されているものから構成されてよい。
【００３１】
基板６６は、好ましくは、透明または半透明である。適当な透明基板には、アクリル樹脂等の可撓性および剛性基板が含まれる。基板６６は、出口に、好ましくはエンボス加工によって達成される任意のつや消し防眩仕上げを有してよい。なお、基板６６はオプションであるか、または取外すことができる（たとえば、屈折要素６２および層６３が自立型である場合）、ということを留意しなければならない。
【００３２】
層６４もまたオプションである。それは、構造的一体性を提供するために透明なバインダ層からなってよい。
【００３３】
ここで図３を参照すると、ＬＣＤベースのプロジェクタによっては、２つの明確に識別可能な偏光状態の光の緑、赤および青成分を提供する、ということが確認された。なお、緑は水平状態に存在し、混合された赤および青（紫）は垂直状態に存在することが分かった。かかるＬＣＤプロジェクタが従来からのガラスビーズ入り背面投射スクリーンと使用された場合、スクリーンを水平または垂直方向のいずれかで軸外から見た場合、観察者に色ずれが見えた。色ずれは、ビーズ入りスクリーンを通るこれらの偏光状態の透過の差からもたらされる。偏光の異なる状態は、角度により優先的に透過されるかまたは反射される。色は偏光状態に関連するため、色ずれが見える結果となる。
【００３４】
図３は、水平面４０における偏光状態強度を概略的に示す。スクリーンの背面に入射する光線４１は、水平に直線偏光される成分と、垂直に直線偏光される成分とを有する。光線４１において、水平偏光は光線４１上の円として識別され、垂直偏光は光線４１を交差する矢印として識別される。円および矢印の相対サイズは、縮尺外であり例示の目的のために誇張されている。
【００３５】
入射光４１は、光線４２のように反射する場合があり、もしくは光線４５のようにスクリーンから最終的に出る場合がある。入射角度が高いとｓ偏光された光の反射力の方が高いため、水平偏光（ここではｐ偏光状態）出力は、垂直偏光（ここではｓ偏光状態）より高い。水平偏光された光の出力の方が高いことを、出力光４５上で矢印が大きいことによって示す。結果として、さらに大きくなる軸外水平角度で見る場合、垂直偏光される色（たとえば、青および赤）は、水平偏光された色（緑）より相対的にぼやけることになる。
【００３６】
図４は、垂直面では反対のことがあてはまることを示す。図４は、垂直面５０における偏光状態強度を示す。スクリーンの背面に入射する光線５１は、水平偏光成分と垂直偏光成分とを有する。光線５１において、水平偏光された光は光線５１上の円として識別し、垂直偏光された光は光線５１を交差する矢印として識別する。入射光５１は、光線５２のように反射する場合があり、もしくは光線５４のように最終的にスクリーンから出る場合がある。入射角度が高いとｓ偏光された光の反射力の方が高いため、垂直偏光（ここではｐ偏光状態）出力は、水平偏光出力（ここではｓ偏光状態）より高い。垂直偏光された光の出力が高いことを、既存の光５４上で矢印が大きいことによって示す。結果として、さらに大きくなる軸外垂直角度で見た場合、垂直偏光される色（たとえば、青および赤）は水平偏光された（緑）色より相対的に明るくなる。
【００３７】
ここで図５を参照すると、偏光管理層６１は、色補償コーティングからなってよい。たとえば、色補償コーティングは、光学システムの色ずれを低減するために選択された反射防止コーティングであってよい。色補償コーティングの特性（たとえば、サイズ、位置および形状）は、軸外視角における第１色および第２色の相対透過強度の差を実質的に低減するように選択される。好ましくは、色補償コーティングは、所望の色ずれの原因となる色の透過を最適化するように選択される。オプションとして、色補償を、光の特定の波長と特定の視角とに対して調整してよい。より好ましくは、色補償コーティングは、１／４波長コーティングであってよい。ガラスビーズ面６２上の１／４波長色補償コーティングは、軸外視角における望ましくない色ずれの原因となる波長（強度が不足した波長）に対する相対的な透過を増大させる。それにより、１／４波長コーティングによって、所望の所定軸外視角における色均一性が増大する結果となる。
【００３８】
屈折要素６２は、好ましくは、吸収性の、高光学密度透明ポリママトリクスに設けられた透明な球形の屈折ビーズである。ビーズは、好ましくは、透明なバインダ材料と密に接触する。
【００３９】
あるいは、偏光管理要素は、ガラスビーズ上に粗化仕上げかまたはつや消し仕上げが施されてよい。サンドブラストすることによるかまたは弱酸性浴（たとえば、フッ化水素酸）を供することによりビーズを粗化することによって、この粗面が提供され得る。この実施形態により、スクリーンに追加の材料を取付ける必要が無くなる。
【００４０】
偏光管理層６１は、ガラスビーズ面を気相コーティングすることによって取付けられる１／４波長氷晶石（Ｎａ_３ＡｌＦ_６）コーティングからなってよい。他の適当な色補償コーティングは、限定されないがフッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）またはＭｇＦ_２／ＺｎＳの多層を含むものと考えられる。
【００４１】
層６５は、好ましくはラミネーションによって塗布される任意の光学接着剤である。適当であると考えられる光学接着剤６５は、ＰＣＴ国際公開ＷＯ９７／０１６１０号に開示されている。たとえばバインダ６４かまたは光吸収層６３のいずれかがビーズ６２を基板６６に付着させる場合、接着剤層６５を完全に省略してよい。
【００４２】
あるいは、色補償コーティングは、不均一厚さを有してよい（図示せず）。また代替的に、色補償コーティングは、厚さが１／４波長厚さ未満の部分を有してよい。
【００４３】
図６は、本発明の一態様によるスクリーン７０の他の実施形態を示す。スクリーン７０は、観察者に最も近接する前面すなわち観察面７７と、観察面７７と反対側の背面７９とを有する。任意に、観察面７７は、つや消し仕上げが施されてよい。
【００４４】
スクリーン７０は、屈折要素７２（たとえば、ガラスビーズ）のアレイと、光透過基板７６と、光吸収層７３と、光学システムの色ずれを制御する偏光管理層７１と、を有する。
【００４５】
光吸収層７３は、光透過基板７６に関連し、スクリーン７０の周囲光排除を制御するのを助ける。偏光管理層７１は、少なくとも１つの色の偏光状態を少なくとも部分的に変更するコーティングを備える。コーティング７１は、背面７９に入射する入射光の偏光を少なくとも部分的に解消するのに役立つ。偏光状態と色との関係を切り離すことにより、スクリーンの色ずれが低減する結果となる。任意に、コーティング７１に氷晶石コーティング（たとえば、図５の６１）を追加してもよい。
【００４６】
透明な球形の屈折ビーズ７２は、好ましくは、吸収性の高光学密度ポリママトリクスに配置され、透明なバインダ材料と密に接触する。層７５は、好ましくはラミネーションによって塗布される任意の光学接着剤を表す。層７６は、出口においてエンボス加工によって達成された任意のつや消し防眩仕上げが施された基板（たとえば、剛性アクリル樹脂）である。コーティング７１は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）（ｎ_ＰＶＢ＝１．４９）に分散された１５重量％ポリスチレンビーズ（０．００５ｍｍ）（ｎＰＳ＝１．５５）からなるガラスビーズ面に亙る０．０１３ｍｍコーティングであってよい。
【００４７】
層７４は任意である。それは、構造的一体性を提供するために透明なバインダ層であってよい。
【００４８】
適当なコーティング７１は、内部に粒子を有する母体または母材であってよい。好ましくは、粒子の屈折率は、母材の屈折率に近く（すなわち、Δｎ＝ｎ_{ｐａｒｔｉｃｌｅｓ}−ｎ_{ｍａｔｒｉｘ}　〜小）、そのため最大の相互作用は、スクリーンの明るさを低減する可能性のある拡散が最小である場合に達成される。好ましくは、屈折率の差は、０．１０未満であり、より好ましくは０．０６以下である。代替的に、所望の効果を得るために、他の要素を変更してよい。たとえば、母材の粒子の数を、所望の効果を得るために変更してよい（たとえば増大させてよい）。
【００４９】
本発明は、観察者が大きい軸外視角で配置される可能性のある光学システムでの使用に特に適している。好ましくは、本発明の光学システムは、約１０度より大きい軸外視角で見ることができる。より好ましくは、本発明の光学システムは、約２０度より大きい軸外視角で見ることができる。さらにより好ましくは、本発明の光学システムは、約３０度より大きい軸外角度で見ることができる。
【００５０】
色ずれ試験（Ｃｏｌｏｒ　Ｓｈｉｆｔ　Ｔｅｓｔ）
本明細書では、本発明の好ましい実施形態を利用する光学システムの色ずれを評価するための色ずれ試験を開示する。図７および図９は、本発明の態様による色ずれ試験を行うために使用される試験装置を示す。試験装置は、フォト・リサーチ（Ｐｈｏｔｏ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ）ＰＲ６５０スペクトラ測色計（ＳｐｅｃｔｒａＣｏｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）８１と、ＬＣＤが直交偏光モードで動作するＬＣＤイメージャを利用する、定格１４００ルーメンの東芝（Ｔｏｓｈｉｂａ）ＴＬＰ−７１０　ＬＣＤプロジェクタ８３と、からなる。スクリーン８２を、プロジェクタ８３の投射レンズから距離Ｙ（約３６インチすなわち９１．３ｃｍ）でかつ測色計８１の入力アパーチャに対して距離または半径Ｘ（約３２インチすなわち８１．２ｃｍ）で配置した。
【００５１】
ＰＲ６５０の角度θは、パーカー（Ｐａｒｋｅｒ）３６０度回転テーブルを使用して達成した。
【００５２】
測色計を使用して、プロジェクタ８３により背面投射試験スクリーン８２に投射されたイメージの色を測定した。色ずれに対する試験中、プロジェクタ８３は、スクリーン８２に明瞭な白いイメージを投射した。測色計８１を、スクリーン８２上の特定の領域（図９における軸Ａと半径Ｘとの交差点）から発している光の２°円錐を見るように設定した。測色計８１を様々な角度θで配置し、１９７６ＣＩＥの均一色度座標ｕ’およびｖ’を使用して、色座標を測定した。θ＝０で測定された色座標ｕ’_０、ｖ’_０を基準色とすることにより、これらの基準値からのｕ’、ｖ’の差を、以下Ｓによって示す色ずれと見ることができた。色ずれＳを、以下のように計算した。
Ｓ＝｛｜ｕ’−ｕ’_０｜^２−｜ｖ’−ｖ’_０｜^２｝^１／２
【００５３】
これらの試験の結果を、表１および図８に示す。約０．０１０の色ずれは、人間の眼によって検出可能である。
【００５４】
試験装置を、０°（参照符号８５）、１５°（参照符号８６）、３０°（参照符号８７）、４５°（参照符号８８）、６０°（参照符号８９）、７０°（参照符号９０）および８０°（参照符号９１）の角度で、いくつかの背面投射スクリーン８２の色ずれを測定するように組立てた。測定したスクリーン８２は以下の通りであった。
１．従来技術による背面投射スクリーン（スリーエム（３Ｍ）のＸＲＶＳ　１２０スクリーン）。
２．ビーズ入り面に１／４波長氷晶石（Ｎａ_３ＡｌＦ_６）コーティングが塗布されたビーズ入り背面投射スクリーンからなる本発明の実施形態。
３．屈折要素面上のポリビニルブチラールに分散された１５重量％ポリスチレンビーズ（０．００５ｍｍ）の０．０１３ｍｍコーティングが施されたビーズ入り背面投射スクリーンからなる本発明の実施形態。
４．ビーズ入り面上にポリビニルブチラールの０．０２５ｍｍコーティングが施された従来技術によるビーズ入り背面投射スクリーン。
５．剛性アクリル樹脂基板に０．４０ｍｍＵＶ硬化型アクリル酸塩がラミネートされてなる従来技術による拡散背面投射スクリーン（スリーエム（３Ｍ）のＸＲＧＳ−ＮＰスクリーン）。このサンプルは、交差偏光プロジェクタと使用した場合に低い色ずれを示すスクリーンの実施例として含めた。
【００５５】
色ずれ試験の結果を、表１に開示する。
【００５６】
【表１】

【００５７】
表１の結果を、図８においてグラフに表す。曲線１０１は、スクリーン番号１に対応する。曲線１０２は、スクリーン番号２に対応する。曲線１０３は、スクリーン番号４に対応する。曲線１０５は、スクリーン番号５に対応する。
【００５８】
好ましくは、本発明によるガラスビーズ入りスクリーンを備えた光学システムは、色ずれ試験にしたがって測定した場合、６０以上の角度の軸外角度で約０．０１０以下の軸外色ずれを示す。また好ましくは、その光学システムは、色ずれ試験にしたがって測定した場合、４５以上の角度の軸外角度で約０．００５以下の軸外色ずれを示す。
【００５９】
表１と図７および図８との両方において分かるように、６０°以下の軸外（１２０°視円錐）の視角の場合、１／４波長氷晶石コーティングされたスクリーンは、従来からのガラスビーズ入りスクリーンに比較して約７０％（０°〜４５°）から４５％（約６０°）までの範囲の色ずれの低減を示す。また、１／４波長氷晶石コーティングされたスクリーンは、この角度の範囲に亘って従来からの拡散スクリーンと同様かまたはそれよりよく機能する。６０°より大きい角度では、１／４波長氷晶石コーティングの効率は低減し、それはこのタイプの色補償コーティングと一貫している。しかしながら、大抵の背面投射スクリーンは、めったに６０°軸外より大きい軸外の角度で見られることがない。
【００６０】
ポリビニルブチラールに分散された１５重量％ポリスチレンビーズ（０．００５ｍｍ）の０．０１３ｍｍ層でコーティングされたビーズ入り背面投射スクリーンは、６０°以下の軸外の視角の場合、氷晶石コーティングされたスクリーンと同様に色ずれを低減する。しかしながら、６０°より大きい角度では、このコーティングは、ポリビニルブチラールまたは氷晶石コーティングされたスクリーンのいずれかと比較して２０％の改善を示す。このコーティングを最適なつや消し防眩仕上げと結合することにより、スペックル（またはシンチレーション）を最小化することができる。本明細書で使用するスペックル（またはシンチレーション）、すなわちランダムな輝度分布は、部分的コヒーレント光がつや消し面等の拡散面に入射する場合に形成される。拡散面の散乱によってもたらされる結果としての干渉パターンにより、スペックルがもたらされる。スペックルは、高空間周波数情報内容をマスクし非常に望ましくない粒状の外観をもたらすことにより、スクリーンの解像度を大幅に低減する。
【００６１】
上記説明では、要素の配置を、時に「上部」、「下部」、「上」、「下」、「垂直な」、「水平な」、「頂部」および「底部」という用語で説明した。これらの用語は、図面において例示するもの等、単に発明の様々な要素の説明を簡略化するために使用したものである。それらは、本発明の要素の有用な向きに対しいかなる限定を課すものであると理解されてはならない。
【００６２】
したがって、本発明を、上述した特定の実施形態に限定されるものとみなすべきではなく、特許請求の範囲において公正に記載するような本発明のすべての態様を包含するものと理解しなければならない。本発明が関連する当業者には、本明細書を検討することによって、様々な変更態様、等価物が本発明を適用可能であってよい多数の構造とともに容易に明らかとなろう。特許請求の範囲は、かかる変更態様および考案物を包含するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
先行技術による光学システムの概略図である。
【図２】
本発明の一態様による背面投射システムの概略図である。
【図３】
ビーズ入りスクリーンに関連する偏光の水平面における偏光状態強度の概略図である。
【図４】
ビーズ入りスクリーンに関連する偏光の垂直面における偏光状態強度の概略図である。
【図５】
本発明の実施形態による光学システムの色ずれを制御する１／４波長コーティングの形態の偏光管理層を有する背面投射スクリーンを示す。
【図６】
本発明の他の実施形態による光学システムの色ずれを制御する拡散コーティングの形態の偏光管理層を有する背面投射スクリーンを示す。
【図７】
色ずれを測定するために使用する試験装置の概略図である。
【図８】
図７に示す試験装置で試験されたいくつかのスクリーンに対する色ずれ対角度のグラフである。
【図９】
色ずれを測定するために使用する図７の試験装置の他の概略図である。

Claims (27)

1. 光学システムであって、
   第１色に関連する第１偏光状態と、第２色に関連する第２偏光状態とを有する光を提供するための照明源であって、前記第１偏光状態が前記第２偏光状態とは明確に識別される照明源と、
   所定の光学特性を有する前記光学システムを提供するように構成された複数の屈折要素と、
   光透過基板と、
   周囲光排除を制御するために前記光透過基板に関連付けられた光吸収層と、
   を備え、前記照明源とともに前記光学システムの光路を画定するスクリーンと、
   前記光学システムの色ずれを低減するための、前記光路に配置された偏光管理要素と、
   を備える光学システム。
2. 前記第１色が直線偏光された光であり、前記第２色が直線偏光された光である、請求項１に記載の光学システム。
3. 前記第１色が緑であり、前記第２色が赤と青との組合せ（たとえば、紫）である、請求項１に記載の光学システム。
4. 前記第１色および第２色の少なくとも一方が、原色である、請求項１に記載の光学システム。
5. 前記照明源が、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である、請求項１に記載の光学システム。
6. 軸外視角を有し、前記第１および第２色が軸外視角において異なる透過強度を有し、前記偏光管理要素が軸外視角における前記第１および第２色の相対透過強度の差を低減するようにサイズおよび形状が決められている、請求項１に記載の光学システム。
7. 前記スクリーンが背面と観察面とを有し、前記偏光管理要素が、前記スクリーンの前記背面に色補償コーティングを備える、請求項１に記載の光学システム。
8. 前記色補償コーティングが、１／４波長コーティングである、請求項７に記載の光学システム。
9. 前記色補償コーティングが、不均一厚さを有する、請求項７に記載の光学システム。
10. 前記色補償コーティングが、厚さが１／４波長厚さ未満の部分を有する、請求項７に記載の光学システム。
11. 色ずれ試験にしたがって測定した場合に、６０度以上の軸外視角で約０．０１０以下の軸外色ずれを示すビーズ入りスクリーンを含む、請求項１に記載の光学システム。
12. 色ずれ試験にしたがって測定した場合に、４５度以上の軸外視角で約０．００５以下の軸外色ずれを示す、請求項１に記載の光学システム。
13. 前記偏光管理要素が、前記第１および第２色を略平行にするように前記第１色を回転させる色回転子であり、前記色回転子が、前記光学システムの前記スクリーン以外の要素上に配置される、請求項１に記載の光学システム。
14. 前記照明源が、
    第１色に関連する第１直線偏光状態と、
    第２色に関連する第２直線偏光状態と、
    第３色に関連する第３直線偏光状態と、
    の光を提供し、前記第１、第２および第３色が、互いに異なり互いからずれている、請求項１に記載の光学システム。
15. 光学システムにおいて使用される背面投射スクリーンであって、前記光学システムが、軸外視角を有し、かつ、第１色に関連する第１偏光状態と、第２色に関連する第２偏光状態とを有する光を提供し、前記第１偏光状態が前記第２偏光状態とは明確に識別されるものであり、前記第１色および第２色が軸外視角において透過強度を有する照明源を利用する、背面投射スクリーンであって、
    複数の屈折要素と、
    前記光学システムの色ずれを低減するために、軸外視角における前記第１および第２色の相対透過強度のいかなる差も低減するようにサイズおよび形状が決められた偏光管理層と、
    を備える背面投射スクリーン。
16. 前記偏光管理層が色補償コーティングを備え、該色補償コーティングは、第１色に関連する第１偏光状態と、前記第１偏光状態とは明確に識別される第２色に関連する第２偏光状態とを有する光による前記光学システムの前記色ずれを低減する、請求項１５に記載の背面投射スクリーン。
17. 前記色補償コーティングが、１／４波長コーティングである、請求項１６に記載の背面投射スクリーン。
18. 前記色補償コーティングが、不均一厚さを有する、請求項１６に記載の背面投射スクリーン。
19. 前記色補償コーティングが、厚さが１／４波長厚さ未満の部分を有する、請求項１６に記載の背面投射スクリーン。
20. 前記スクリーンがガラスビーズを含み、前記スクリーンが、色ずれ試験にしたがって測定した場合に、６０度以上の軸外視角で約０．０１０未満の軸外色ずれを示す、請求項１５に記載の背面投射スクリーン。
21. 前記スクリーンが、色ずれ試験にしたがって測定した場合に、４５度以上の軸外視角で約０．００５未満の軸外色ずれを示す、請求項１５に記載の背面投射スクリーン。
22. 前記偏光管理層が、少なくとも１つの色の前記偏光状態を少なくとも部分的に変更するコーティングを備える、請求項１５に記載の背面投射スクリーン。
23. １／４波長コーティングをさらに備える、請求項２２に記載の背面投射スクリーン。
24. 前記複数の屈折要素がガラスビーズを備え、前記偏光管理層が前記ガラスビーズより前に受光する、請求項１５に記載の背面投射スクリーン。
25. 前記偏光管理層が、２つ以上の層を含む、請求項１５に記載の背面投射スクリーン。
26. 前記スクリーンが、周囲光排除を制御する前記光透過基板に関連する光吸収層と、光透過基板とを含む、請求項１５に記載の背面投射スクリーン。
27. 約１０度より大きく約６０度未満の軸外視角で観察されるように設計された光学システムであって、
    第１色に関連する第１偏光状態と、第２色に関連する第２偏光状態と、を有する光を提供し、前記第１偏光状態が前記第２偏光状態とは明確に識別される照明源と、
    複数の屈折要素と、
    光透過基板と、
    周囲光排除を制御するために前記光透過基板に関連付けられた光吸収層と、
    前記照明源と前記スクリーンとの中および間の光路と、
    軸外視角における前記第１色と第２色との間の相対透過強度の差を低減することにより、前記光学システムの色ずれを低減するための、前記光路に配置された色補償手段とを含むスクリーンと、
    を備える光学システム。

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