JP2005215396A - 反射型スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】照明光が点灯している明るい部屋の中でも、ノイズ光の混入が少なく、コントラストのある投影画像を鑑賞できるようにした反射型スクリーンを提供する。
【解決手段】外形が上下方向に円弧状にカーブした板状体であって、その凹面側に、水平方向と上下方向とでは異なるピッチに設定されている微小な凸凹部21と凸凹部表面を被覆する反射層とからなる拡散異方性反射部を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオプロジェクターからの投影画像を映し出す時などに用いられる、反射型のスクリーンに関するものであり、特に、照明光が点灯している明るい部屋の中でも、ノイズ光の混入が少なく、コントラストのある投影画像を鑑賞できるようにしたことを特徴とする、拡散異方性を持つ反射型スクリーンに関するものである。

従来の反射型スクリーンの一例としては、あらゆる方向にほぼ均等な強度の光が反射されるようにしてあるマット型のスクリーンが知られている。

このようなスクリーンは、例えば、平らな白い紙や布などを矩形状にカットしたり、平らな矩形状の板の上に白い紙や布などを貼ることによって得ることができる。

また、エンボス加工などにより表面をマット状にした平板を作製して、その表面に蒸着などで反射層を形成することによっても得ることができる。

このような反射型のスクリーンにおいては、ビデオプロジェクターなどから投影画像を映し出した場合、スクリーンに照射された光は全ての方向にほぼ均等な強度で反射される。このため、観察者がどの位置から見たとしても、全面が均一な明るさの投影画像を観察することができるので、暗室内では良好な投影画像を鑑賞することができる。また、この種の反射型スクリーンは構造が簡単で、価格も安価になるという利点も持っている。

しかし、近年、ホームシアターなどの形で家庭内でビデオプロジェクターなどを用いる場合も多くなってきているが、家庭で普通にＴＶなどを見る時のように部屋に照明を点けた状態で上述のようなマット型のスクリーンを用いて投影画像を観察した場合には、図２に示すように、反射型スクリーン１にはプロジェクター２からの投影光３以外に、部屋の照明光源４からの照明光５も照射され、その表面で共に反射されることになる。従って、観察者６にはその反射光がノイズ光としてプロジェクター２からの投影光に対応する反射光と共に観察されることになる。このため、観察される投影画像のコントラストが大幅に低下し、良好な画像を観察することができないという問題点があった。

このような点に対応し、明室下でも比較的良好な画像が観察できるようにした反射型スクリーンとして、ビーズ型スクリーンと呼ばれる反射型スクリーンが開発されている。

このスクリーンは図３に示すように、その一表面に小さなビーズを並べたような構成となっている。このスクリーンに光が照射されると、図４に示すように入射光７がビーズ８の表面で屈折された後、ビーズ８の裏面までに到達し、そこで反射されて再びビーズ８の表面で屈折されて入射光７の入射方向とはほぼ逆の方向に射出光１１となって帰ってくる。このため、このビーズ型の反射型スクリーンは光の入射方向とほぼ逆の方向に強く光を返す、再帰特性を示す。

このような構成のビーズ型のスクリーンを照明光源が点灯されている明るい部屋で用いた場合には、図５に示すように、プロジェクター１２から照射された投影光１３は、反射型スクリーン１４により反射されて、プロジェクター１２に近い方向に反射光１５として返ってくるため、観察者１６がプロジェクター１２に近い位置から観察すると明るい投影画像を観察することができる。一方、照明光源１７からスクリーン１４に向かう照明光１８は、照明光源１７に近い方向に反射されるため、観察者１６の目にはほとんど入らなく
なる。このため、観察者１６は、照明光源が点灯されている明るい部屋でも比較的コントラストの高い投影画像を観察することができる。

しかし、このビーズ型スクリーンの場合には光が狭い方向に強く反射されるため、見る位置がかなり限定されてしまい窮屈であるという問題点と、良好な画像が観察できるのが一人か、せいぜい二人程度に絞られ、家族数人でＴＶを見る場合などのように多人数で見るのには適さないという問題点があった。また、ビーズをきれいに敷き詰める必要があるため、製造が難しく価格が高くなるという問題点もあった。ビーズ型スクリーンとしては、下記の文献が例示される。
特許第２７４０９９４号

上述したように、従来の反射型スクリーンでは、マット型のスクリーンの場合は、照明が点灯されている明るい部屋で観察する場合には照明光によるノイズ光が多くなり、コントラストの悪い画像しか得られないという欠点があり、ビーズ型のスクリーンの場合は、良好な像が観察できる範囲が狭くなり、複数の観察者で良好な像を見ることができないという問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、照明が点灯されている明るい部屋でも、複数の観察者が良好な投影画像を観察できるようにした反射型スクリーンの提供を目的としている。

上記のような課題を解決するためになされ、請求項１に記載の発明は、外形が上下方向に円弧状にカーブした板状体であって、その凹面側に、水平方向と上下方向とでは異なるピッチに設定されている微小な凸凹部と当該凸凹部表面を被覆する反射層とからなる拡散異方性反射部を有することを特徴とする反射型スクリーンである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の反射型スクリーンにおいて、上下方向に円弧状にカーブした基材の凹面側の表面に、水平方向と上下方向とでは異なるピッチに設定されている微小な凸凹部と当該凸凹部表面を被覆する反射層とからなる拡散異方性反射部を有する拡散異方性フィルムが貼着されていることを特徴とする。

さらにまた、請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の反射型スクリーンにおいて、拡散異方性反射部の円弧の中心を結ぶ中心線が、上下方向に円弧状にカーブした板状体の上下方向の中心線よりも下側に設定されていることを特徴とする。

さらにまた、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の反射型スクリーンにおいて、カーブした円弧の半径が、１．５ｍ〜４ｍの間であることを特徴とする。

さらにまた、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の反射型スクリーンにおいて、拡散異方性反射部の拡散特性が、水平方向に関しては半値幅で±４５度以上であり、上下方向に関しては半値幅で±７度以下±２０度以下であることを特徴とする。

本発明の反射型スクリーンは、照明光源から直接スクリーンに届く直接照明光の影響を減らすことができ、また、投影光がより有効に利用できるようになるため、明室下でもコ
ントラストに優れる良好な投影画像が観察できる。

以下、本発明の反射型スクリーンについて、図面を用いて詳細に説明を行う。図６は、本発明の反射型スクリーンの外形を示す説明図である。図示の反射型スクリーンは、外形が上下方向に円弧状にカーブした湾曲状の板状体となっている。そして、その凹面側には、水平方向と上下方向とでは異なるピッチに設定されている微小な凸凹部とこの凸凹部の表面を被覆する反射層とからなる拡散異方性反射部を有している（図１参照）。

このような構成の反射型スクリーンは例えば次のような方法によって作成される。

まず、スペックルパターンを有するマスクを作製するため、図７に示すような光学系を用いて、レーザー光源（図示せず）から発振されたレーザー光２３を、レンズ２４によって拡げつつ拡散板２５に照射する。照射されたレーザー光２３は拡散板２５によって拡散されて拡散光２６となり、マスク２７の長方形の開口部２８を通って、銀塩乾板２９に到達する。この時に銀塩乾板２９上に到達した拡散光はそこにスペックルパターンを形成する。

スペックルパターンでのスペックルサイズは、スペックルパターンを結像する光学系の開口、すなわちマスク２７の開口部２５の大きさに依存する。図７においては、開口部２８の開口が大きい水平方向ではスペックルサイズが小さく、開口部の開口が小さい垂直（上下）方向ではスペックルサイズが大きくなるので、銀塩乾板２９上には、長方形の開口部２８の長い方向に対しては細かいピッチの、短い方向に関しては粗いピッチの濃淡パターンとして記録され、スペックルパターンを有する銀塩マスクが得られることになる。

次に、例えば図８に示すような光学系で、この濃淡パターンが記録された銀塩マスク２９’とフォトレジスト乾板３０を密着させ、銀塩マスク２９’側から光３１を照射して、銀塩マスク２９’を通過してきた透過光３２により、フォトレジスト乾板３０にスペックルパターンを記録する。そして、このフォトレジスト乾板３０を現像すると、ある方向に対しては細かいピッチの、それと垂直な方向に対しては粗いピッチの、微小な凸凹部が記録されることになる。

次に、このようにして得られた水平方向と垂直方向とではピッチの異なる微小な凸凹部から、電鋳などの方法により成型用の金型を作製し、エンボス加工などの方法でプラスチック板やフィルムなどの上にその凸凹パターンを転写する。そして、転写された凸凹の表面に、蒸着などの方法で転写された凸凹の表面に、コーティングや蒸着などの手法により、白色顔料や金属フィラーを含むインキ層、アルミニウム層などからなる反射層を被覆すると、図１に示すような拡散異方性を有する拡散異方性反射部２１が形成される。持つ反射板が得られる。

このような構成の拡散異方性反射部が形成された反射板を、凸凹部のピッチの粗い方向、すなわち上下方向に対して円弧状に曲げてやり、外形が上下方向に円弧状にカーブした湾曲状の板状体とすることによって、外形が図６に示すような本発明の反射型スクリーンを得ることができる。

このような反射型スクリーンを用いてプロジェクターからの投影画像を観察している状態の一例を示すのが図９である。プロジェクター３３から発せられた投影光３４は、本発明の反射型スクリーン３５に照射される。この投影光３４は、反射型スクリーン３５の表面が細かな凸凹が記録された反射層となっているので、スクリーン面に対する正反射方向を中心とした拡散光３６として反射される。この際、スクリーンの凹面側は水平方向は細
かいピッチの凸凹に、上下方向は粗いピッチの凸凹になっているので、水平方向には大きく、上下方向には小さく拡散される。拡散の範囲が十分に大きいと、見る方向によらずほぼ一定強度の反射光が得られるので、水平方向の拡散範囲が十分に広くなるようにしておけば、水平方向に関しては、見る位置によらずほぼ均一な明るさの画像が観察されるようになる。ほぼ均一な明るさになるようにするには、半値幅で±４５度程度以上にはなるようにしておくことが好ましい。

一方、上下方向に関しては、拡散性が小さいものの、円弧状にカーブしているため、反射光は凹面側の集光作用によってある点の近傍に集まるような拡散光として戻ってくる。このため、観察者３７の位置の近傍に集まるように、上下方向の円弧状のカーブを設定しておけば、観察者３７には、反射型スクリーン３５の上下方向においてもほぼ均一な明るさの画像が観察されるようになる。

このような構成にしておくと、観察者３７にはスクリーンの水平、上下の両方向に関してほぼ均一な明るさの良好な投影画像を観察することができる。また、この反射型スクリーン３５では、水平方向においては見る位置によりあまり明るさが変わらないので、複数の観察者が同時に投影画像を観察することもできる。

なお、観察者によって目の高さが違うため、上下方向にもある程度広い範囲で観察できるようにその光拡散性を考慮しておく必要がある。例えば、大人と子供での背丈の違いなどを考えると、上下方向の観察範囲として５０ｃｍ程度は必要なので、投影画像を観察するときには一般的に２ｍ前後離れた位置から観察する場合が多いことを考慮し、上下方向の拡散光の半値幅は７度程度以上になるようにしておくことが好ましい。

次に、このような反射型スクリーンを照明光源が点灯されている明るい部屋で用いた場合の一例を図１０に示す。図１０に示すような状態では、図９で説明した場合と同様に、プロジェクター３８から発せられて反射型スクリーン４０上で反射され、観察者４１が良好な画像を観察できるようになる。

一方、照明光源４２から発せられた照明光４３は、プロジェクターから発せられた投影光３９とは大きく異なる角度で反射型スクリーン４０に入射する。反射型スクリーン４０の上下方向の拡散性は小さいため、この照明光４３は、プロジェクター３８から発せられた投影光に対する反射光４４とは異なる角度で狭い範囲に拡散する反射光４５として反射されることになる。このため、プロジェクター３８からの投影光に対応する反射光４４が観察者４１に届く位置には、照明光源４２からの照明光に対応する反射光４５がほとんど届かない。したがって、観察者４１は照明光源４２の点灯した明るい部屋でも、照明光によるノイズ光の少ない、クリアな投影画像を観察することができる。

ところで、上下方向の拡散範囲が広いと照明光に対応する反射光の内で観察者の目に届く量が多くなってしまう。照明光源からの照明光がスクリーンに入射する角度は普通３０〜４５度位になるが、スクリーンの正面に近い方向から見た時に拡散光が十分に弱くなるようにするためには、上下方向の拡散性の半値幅はこの半分程度より小さいほうが良いので、上下方向の半値幅は±２０度以下にしておくことが好ましい。

本発明の反射型スクリーンにおける拡散異方性反射部は種々の方法によって設けることができる。例えば、上下方向に円弧状にカーブした湾曲状の基材の凹面側の表面に、水平方向と上下方向とでは異なるピッチに設定されている微小な凸凹部と当該凸凹部表面を被覆する反射層とからなる拡散異方性反射部を有する拡散異方性フィルムを貼着することにより得ることができる。この場合、拡散異方性反射部を有する拡散異方性フィルムは表面レリーフ型なので、凸凹部の賦型に当たっては巻き取り式の複製装置で効率良く転写成形
方式により形成することができる。また、反射層の形成は蒸着などで行うが、これも巻き取り可能なフィルムを使用すれば効率良く行うことができる。このようにすると生産効率が良くなるため、スクリーンを安価に作製することができる。

また、普通プロジェクターを使ってスクリーンに投影画像を映し出す場合には、スクリーンの上方から投影する場合と、下方から投影する場合があるが、一般的には照明光源はスクリーンの上方に位置する場合が多いので、このような場合を想定して、スクリーンの外形を円弧状にカーブさせる時に、その円弧の中心を結ぶ中心線が上下方向に円弧上にカーブしたスクリーン板の上下方向の中央線よりも下方向に位置するように設定すると、下方から投影した光を正面に近い方向に反射するようになり、照明光の入射角度との違いが大きくなり、スクリーンの下方から投影するプロジェクターからの投影画像を良好に観察し得る反射型スクリーンとなる。

さらに、反射型スクリーンを使用してプロジェクターからの投影画像を鑑賞する場合の鑑賞空間は、６畳〜１０畳くらいの部屋となることが多いが、部屋の大きさやスクリーンサイズによっても変わるが、プロジェクターとスクリーンの距離は１〜３ｍくらい、スクリーンと観察者の距離は１．５〜４ｍくらいになる。そこで、スクリーンの上下方向の円弧状のカーブの曲率半径を、１．５ｍ〜４ｍの間に設定しておくと、プロジェクターからの光を観察者に集光させる時にほぼちょうど良いくらいの距離になる。

本発明の反射型スクリーンは、液晶プロジェクターなどからの投影画像を、照明光が点灯された明るい部屋でも複数の観察者に良好な状態で観察できるようにしたものである。このため、ホームシアターなどを実現させるための反射型スクリーンとして大いにその利用が期待できる。

本発明の反射型スクリーンにおける拡散異方性反射部の構成の一例を示す説明図である。 照明光源の点灯されている明るい部屋で従来のマット型スクリーンにプロジェクター画像を投影・観察している時の状態を示す説明図である。 従来のビーズスクリーンの構成の一例を示す説明図である。 ビーズスクリーンでの光の再帰特性を示す説明図である。 照明光源が点灯されている明るい部屋で従来のビーズ型スクリーンにプロジェクター画像を投影・観察している時の状態を示す説明図である。 本発明の反射型スクリーンの概観の一例を示す説明図である。 スペックルパターンを有するマスクの製造方法とその際に用いられる光学系の一例を示す説明図である。 スペックルパターンを有するマスクを用いてスペックルパターンに対応した微小な凸凹部をフォトレジスト乾板に記録している時の状態を示す説明図である。 本発明の反射型スクリーンを用いて、プロジェクター画像を投影・観察している時の状態を示す説明図である。 照明光源が点灯されている明るい部屋で本発明の反射型スクリーンにプロジェクター画像を投影・観察している時の状態を示す説明図である。

符号の説明

１、１４、３５、４０・・・反射型スクリーン
２、１２、３３、３８・・・プロジェクター
４、１７、４２・・・照明光源
６、１６、３７、４１・・・観察者
２１・・・凸凹部
２２・・・反射層
２５・・・拡散板
２７・・・マスク
２８・・・開口部
２９’・・・銀塩マスク
３０・・・フォトレジスト乾板

Claims (5)

1. 外形が上下方向に円弧状にカーブした板状体であって、その凹面側に、水平方向と上下方向とでは異なるピッチに設定されている微小な凸凹部と当該凸凹部表面を被覆する反射層とからなる拡散異方性反射部を有することを特徴とする反射型スクリーン。
2. 上下方向に円弧状にカーブした基材の凹面側の表面に、水平方向と上下方向とでは異なるピッチに設定されている微小な凸凹部と当該凸凹部表面を被覆する反射層とからなる拡散異方性反射部を有する拡散異方性フィルムが貼着されていることを特徴とする請求項１記載の反射型スクリーン。
3. 拡散異方性反射部の円弧の中心を結ぶ中心線が、上下方向に円弧状にカーブした板状体の上下方向の中心線よりも下側に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の反射型スクリーン。
4. カーブした円弧の半径が、１．５ｍ〜４ｍの間であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の反射型スクリーン。
5. 拡散異方性反射部の拡散特性が、水平方向に関しては半値幅で±４５度以上であり、上下方向に関しては半値幅で±７度以下±２０度以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の反射型スクリーン。

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