JP2007199529A - 反射型映写スクリーンとそれを用いた反射型映写デイスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】フレネルレンズ面を反射面とするタイプの反射型スクリーンにおいて、障害物による影の影響を排除すると共に、明るい環境光の下でコントラスト低下を招くことがなく良好な映像表示を実現できるようなスクリーンおよび投影システム（表示装置）を提供することを目的とする。
【解決手段】透明シートの表面側に光透過拡散層、裏面側に光反射用のサーキュラー・フレネルレンズ面が設けられていて、前記サーキュラー・フレネルレンズ形状は、その光学的な中心がスクリーンの幾何学的な中心よりも上側または下側にずれているオフセット構造であり、スクリーン面に対して入射角度70〜80°のほぼ平行な方向に投射レンズを有するプロジェクターからの投射光を、スクリーン面に垂直な方向を中心とする略平行光として映写光を反射する軸外し反射特性を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の投影機器に対して、被投影側に配置され、反射（結像）される映像光を観察する映写用スクリーン（反射型スクリーン）に関する。

会議や映写会などにおいて、ＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクター）や、１６ｍｍや８ｍｍフィルムを用いる映写機などの機器が用いられていると共に、近年では、投影機本体の小型化や価格の低下などに伴って、ホームシアターなどの家庭用途の需要が増加してきており、投影システムが一般家庭で用いられることが多くなってきている。

この場合、投影システムは家庭のリビングスペースなどに設置されることが多いが、このような場所は通常、外光や照明光などの環境光が入りやすい設計となっている。
このため、家庭用途の投影システムで用いられる投影スクリーンとしては、明るい環境光の下でも良好な映像表示を実現することが可能なものが望まれている。

これらの機器に対して被投影側に配置されるスクリーンとしては、各種タイプのものがあり、用途に応じて選択されて使用されている。
このうち、スクリーンを放物面状に湾曲させない平板状であっても、周辺輝度の低下の小さい、かつ投影装置からの投射光の方向が限定されても、スクリーンを傾けるなどの必要のない反射型スクリーンとして、反射して視覚される映像光の指向性を制御するため、フレネルレンズ面を反射面とするタイプの反射型スクリーンに係る提案が公知である。（例えば、特許文献１〜３参照）

特開平５−２３２５８１号公報 特開平１０−６２７８０号公報 特開２００５−１３４４４８号公報

特許文献１は、
一方向に光反射集光性を有するリニアフレネル面上に、光透過層が積層されてなることを特徴とする反射型スクリ−ン。（請求項１）
である。

特許文献２は、
光透過性のあるベース部と、
前記ベース部の裏面側に形成され、反射面を有する反射部とを含む反射型スクリーンにおいて、
前記ベース部又は前記反射部に、フレネルレンズ形状が形成されており、
前記フレネルレンズ形状は、その光学的な中心がスクリーンの幾何学的な中心よりも下側にずれていることを特徴とする反射型スクリーン。（請求項１）
である。

特許文献３は、
投影装置から投射された映像を映し出す反射型スクリーンであつて、前記投影装置からの投射光を反射する反射面を有し、前記反射面は、前記投影装置からの投射光を互いに平行させて一定の方向に反射させるように形成されている、ことを特徴とする反射型スクリーン。（請求項１）
である。

投影機本体（プロジェクター）と反射型スクリーンとを組み合わせて用いる際、プロジェクターをスクリーン面から離して投影すると、大画面に拡大された映像が得られるが、投射レンズとスクリーン面とのスペースが広く、そのスペース内を人が横切ったり、何らかの障害物が存在すると、画面にそれらの影が映ってしまい、プロジェクタの投射レンズに障害物が近いほど、影が拡大されて映るため、投影する映像が損なわれる場合が多いが、これまで反射型映写スクリーンでは、障害物による影の影響を排除するための報告例は確認されていない。

本発明は、フレネルレンズ面を反射面とするタイプの反射型スクリーンにおいて、障害物による影の影響を排除すると共に、明るい環境光の下でコントラスト低下を招くことがなく良好な映像表示を実現できるようなスクリーンおよび投影システム（表示装置）を提供することを目的とする。

本発明による反射型映写スクリーンは、
透明シートの表面側に光透過拡散層、裏面側に光反射用のサーキュラー・フレネルレンズ面が設けられていて、
前記サーキュラー・フレネルレンズ形状は、その光学的な中心がスクリーンの幾何学的な中心よりも上側または下側にずれているオフセット構造であり、
スクリーン面に対して入射角度70〜80°のほぼ平行な方向に投射レンズを有するプロジェクターからの投射光を、スクリーン面に垂直な方向を中心とする略平行光として映写光を反射する軸外し反射特性を有することを特徴とする。

サーキュラー・フレネルレンズ面に形成される光反射層は、灰色または黒色の材料を用いることが好ましく、ニクロム材料の被膜が好適である。

光透過拡散層は、バインダーに、前記光拡散性粒子に加えて黒色の着色粒子を分散混合してなる着色透光性としても良い。

上記スクリーンとプロジェクターとを組み合わせて構成される省スペースな投影システム（反射型映写デイスプレイ）は、
スクリーン面に対して入射角度70〜80°のほぼ平行な角度から投射される発散光を、スクリーン面にほぼ垂直な方向に光軸を外して出射する反射面を有するスクリーンと、
前記角度の光で前記スクリーンを照明するプロジェクター、
とを支持台で一体化して成り、前記スクリーンは室内の壁面に沿って配置されることを特徴とする。

スクリーン面に対して入射角度70〜80°のほぼ平行な方向に投射レンズを有するプロジェクターからの投射光を、スクリーン面に垂直な方向を中心とする略平行光として効率的に映写光を反射するため、表示装置（反射型映写デイスプレイ）としては、スクリーン面からプロジェクターまでの奥行き方向に薄型・コンパクトな構成（４００ｍｍ以内）であり、障害物の影がスクリーン面に映ってしまう問題が解消すると共に、明るい部屋で投射映像を観察する場合には、投射映像と一緒に、観察者の顔や後ろの情景等が見えてしまい、投射映像を観察する邪魔になるという映り込みの現象が解消される。

表面側（観察者側）に光透過拡散層を有する構成であるため、周辺光（照明光などの迷光）によるスクリーン表面でのギラツキが解消されるだけでなく、スクリーンからの反射光（映像表示光）の出射範囲（上下／左右）の制御が、フレネルレンズ形状と光透過拡散層の相互によって可能である。
さらには、反射面に着色材料を用いることで、明室環境下でもコントラストの低下しない投射映像が視覚される。

以下、本発明の実施形態に関して、図面を参照して説明する。
図１は、反射型映写ディスプレイ１００を模式的に示す斜視説明図である。
反射型映写スクリーン１０２は、プロジェクター１０１からの映像光１０３を光学的な中心がスクリーンの幾何学的な中心よりも下側にずれているサーキュラー・フレネルレンズ形状を有する反射面により反射して観察される。

プロジェクター１０１および反射型映写スクリーン１０２は、支持台１０４上に固定されて一体化した構造であり、前記スクリーン１０２は室内の壁面に沿って配置されて使用される。
一体化にあたっては、理想的な映像光が視覚される様、プロジェクター１０１からスクリーン面に対する投射角度（70〜80°）や投射距離の条件が保たれる必要がある。

投射角度がスクリーン１０２面にほぼ平行な角度（70〜80°）であると、室内の壁面からプロジェクター１０１までの距離が奥行き方向に短くなり、省スペースな投影システムであり、障害物が間に介在することによる影の影響が排除される。

また、プロジェクター１０１と反射型映写スクリーン１０２とは一体化せずに分離し、映像視覚時に両者を組み合わせて使用することも可能であり、ユーザーがプロジェクター１０１と反射型映写スクリーン１０２との相対位置関係を調整（主に、プロジェクターの設置を適宜変更して）する必要がある。

図２は、本発明に用いられる反射型映写スクリーンの断面説明図である。
観察者側の最外面にあたる表面は、不定形の微細凹凸形状２０１になっており、プロジェクターからの投射光によるギラツキを抑えるように機能させる（ＡＧ；アンチグレア）ためである。
最外面では、更に帯電防止機能（ＡＳ）や耐擦機能を有しているものが望ましい。

ディスプレイとしては広視野角なものが望ましく、本実施形態では光透過拡散層２０２を具備することで視野角の拡大を図っている。
光透過拡散層は、通常ベース基材にフィラーに屈折率の異なるフィラーを含有させることで、その効果を持たせることが一般的であるが、使用するフィラーによっては拡散層が黄色味を帯びてしまうことがある。
特に、色温度が４５００Kより小さくなると、観察者でも視認出来る黄色味を帯びてしまい、色再現性を低下させる要因となる。
本実施形態では、使用する拡散層に少なくとも１種類以上の無機フィラーを混入させることで、色温度の低下を抑制させることが出来、任意の色再現性を実現することが可能である。

ベースとなる透光性基材２０３とサーキュラー・フレネルレンズ２０４は、例えば所定のレンズ形状を有した金型を用いて、アクリル樹脂，スチレン樹脂，アクリル−スチレン樹脂，ポリエステル樹脂，ポリカーボネート樹脂などから選択される透光性樹脂をプレス成形やキャスト成形、そして射出成形などの手法により成形を行うことが可能である。
この場合、上記透光性基材と上記サーキュラー・フレネルレンズは同一の材料で一体型の形態になる。
更に、上記透光性基材に紫外線硬化樹脂を用い、上記金型を用いて成形することでより廉価なものが得られる。

光反射層としては投射光を反射させつつも、コントラストを向上させるために黒味を持たせたもの、更には経時において色味が変化しにくいもの、つまり酸化されにくいものが望ましく、ニッケル・クロムの合金であるニクロムが効果的である。

＜反射型映写スクリーン＞
アクリル・スチレンのベース基材に、有機フィラーとしてアクリル・スチレン製フィラーと無機フィラーとしてタルク製フィラーを分散させることで光透過拡散層を形成した。
光透過拡散層内のフィラーを表面に析出させることで、マット感を出しＡＧ層としての機能も付与し、スクリーンの最外面に配置した。

アクリル・スチレン製ベース基材に紫外線硬化樹脂を用いて成形を行い、所定のレンズ形状を得た。
レンズ形状（設計）は、プロジェクターからスクリーンまでの投射距離が約３８０ｍｍ位置で焦点が合う様に設計すると共に、前記焦点距離のレンズが、レンズ面に対して70〜80°の平行に近い角度に焦点位置が来る部分に相当する様、同心円状の単位レンズ群の幾何学的中心を下側に外したフレネルレンズとした。
サーキュラー・フレネルレンズ形状の光学的な中心がスクリーンの幾何学的な中心よりも上側に外したオフセット構造の場合は、プロジェクタを床面でなく天上に固定して使用する場合に有効である。
最後に、フレネルレンズ表面にニクロム薄膜を蒸着あるいはスパッタリングにより形成することで、灰色または黒色の反射面を有する反射型映写スクリーン（４０インチサイズ）を得た。

本実施例によるスクリーンは、正面からの外光並びに投射光のギラツキが少なく、映写ディスプレイとしては、奥行き方向に薄型であり、不要な影を視覚する可能性が低減される。
色温度は約６０００Kとなり、フィラー選定による黄色味抑制の効果を得た。
２００lux環境下におけるコントラストも約２００となり、反射面（ニクロム）の色相を制御したことにより、明室での視覚によってもコントラスト低下を伴わない十分な効果が得られた。

反射型映写ディスプレイ１００を模式的に示す斜視説明図。 反射型映写スクリーン１０２の断面説明図。

符号の説明

１００ 反射型映写ディスプレイ
１０１ プロジェクター
１０２ 反射型映写スクリーン
１０３ 映像光
１０４ 支持台
２０１ 微細凹凸形状
２０３ 透光性基材
２０４ サーキュラー・フレネルレンズ

Claims (6)

1. 透明シートの表面側に光透過拡散層、裏面側に光反射用のサーキュラー・フレネルレンズ面が設けられていて、
   前記サーキュラー・フレネルレンズ形状は、その光学的な中心がスクリーンの幾何学的な中心よりも上側または下側にずれているオフセット構造であり、
   スクリーン面に対して入射角度70〜80°のほぼ平行な方向に投射レンズを有するプロジェクターからの投射光を、スクリーン面に垂直な方向を中心とする略平行光として映写光を反射する軸外し反射特性を有することを特徴とする反射型映写スクリーン。
2. サーキュラー・フレネルレンズ面に形成される光反射層は、灰色または黒色の材料を用いることを特徴とする請求項１記載の反射型映写スクリーン。
3. 光反射層は、ニクロム材料の被膜からなることを特徴とする請求項２記載の反射型映写スクリーン。
4. 光透過拡散層は、バインダー内にそれとは屈折率の異なる光拡散性粒子を分散混合してなる構成であり、前記光拡散性粒子として、少なくとも無機フィラーを含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の反射型映写スクリーン。
5. 光透過拡散層は、光拡散性粒子に加えて黒色の着色粒子を分散混合してなる着色透光性であることを特徴とする請求項４記載の反射型映写スクリーン。
6. スクリーン面に対して入射角度70〜80°のほぼ平行な角度から投射される発散光を、スクリーン面にほぼ垂直な方向に光軸を外して出射する反射面を有するスクリーンと、
   前記角度の光で前記スクリーンを照明するプロジェクター、
   とを支持台で一体化して成り、前記スクリーンは室内の壁面に沿って配置されることを特徴とする反射型映写デイスプレイ。