JP2007241139A - 背面投射型画像投射装置用スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数が少ない背面投射型画像投射装置用スクリーンを提供する。
【解決手段】 本発明は、背面投射型画像投射装置に適用するスクリーンに関する。本発明のスクリーンは、一面にフレネルレンズ面が形成されていると共に、他面にマイクロレンズアレイ面が形成されている光学シートと、入射方向によって光吸収特性が異なる、マイクロレンズアレイ面に面した異方性光吸収シートとが近接して配置されて構成されている。別の本発明のスクリーンは、上述の光学シート、上述の異方性光吸収シートと、ピンホールアレイシートとが、この順に近接して配置されて構成されている。さらに別の本発明のスクリーンは、上述の光学シート、上述の異方性光吸収シートと、ピンホールアレイシートと、光拡散シートとが、この順に近接して配置されて構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は背面投射型画像投射装置用スクリーンに関する。

ＣＲＴを用いたプロジェクタ、液晶プロジェクタ、マイクロミラーデバイスを用いたプロジェクタなどの背面投射型画像投射装置が、一段と普及しつつある。このような背面投射型画像投射装置に用いられるスクリーンも、位置が異なる複数の観察者に対する視認性が良好であることが求められる。

このような従来の背面投射型画像投射装置用スクリーンは、その入射段に、入射光を平行光にするフレネルレンズが設けられており、このフレネルレンズからの平行光を、マイクロレンズアレイシート又はレンチキュラーシートなどを透過させることで、所望する視野角を得るようにしている（特許文献１参照）。また、マイクロレンズアレイシート又はレンチキュラーシートに近接して、外光の悪影響（映り込みや装置内迷光など）を防止するような構成も適宜設けられる。
特開２０００−１３１５０６号公報

しかしながら、従来の背面投射型画像投射装置用スクリーンは、入射光を平行光にするための構成要素、所望する視野角を達成するための構成要素、外光の悪影響を防止するための構成要素など、各種の構成要素を備えなければならず、部品点数が多いものであった。そのため、製造工数が多く、製造時間も長くなっていた。

そのため、部品点数が少なく、製造面でのメリットが大きい背面投射型画像投射装置用スクリーンが求められている。

第１の本発明は、背面投射型画像投射装置に適用するスクリーンにおいて、一面にフレネルレンズ面が形成されていると共に、他面にマイクロレンズアレイ面が形成されている光学シートと、入射方向によって光吸収特性が異なる、上記マイクロレンズアレイ面に面した異方性光吸収シートとが近接して配置されて構成されていることを特徴とする。

第２の本発明は、背面投射型画像投射装置に適用するスクリーンにおいて、一面にフレネルレンズ面が形成されていると共に、他面にマイクロレンズアレイ面が形成されている光学シートと、入射方向によって光吸収特性が異なる、上記マイクロレンズアレイ面に面した異方性光吸収シートと、ピンホールアレイシートとが、この順に近接して配置されて構成されていることを特徴とする。

第３の本発明は、背面投射型画像投射装置に適用するスクリーンにおいて、一面にフレネルレンズ面が形成されていると共に、他面にマイクロレンズアレイ面が形成されている光学シートと、入射方向によって光吸収特性が異なる、上記マイクロレンズアレイ面に面した異方性光吸収シートと、ピンホールアレイシートと、光拡散シートとが、この順に近接して配置されて構成されていることを特徴とする。

本発明の背面投射型画像投射装置用スクリーンによれば、一面にフレネルレンズ面が形成され、他面にマイクロレンズアレイ面が形成された光学シートを用いているので、従来に比較して部品点数を抑えることができる。その結果、製造工数の削減や製造時間の短縮化が期待できる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による背面投射型画像投射装置用スクリーンの第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図２は、第１の実施形態のスクリーンを用いた背面投射型画像投射装置を示す概略断面図である。

図２において、画像投射装置１０は、第１の実施形態のスクリーン１１と、筐体フレーム１２とで暗箱を形成し、この暗箱中に、例えば、プロジェクタ本体１３とミラー１４とが配されている。プロジェクタ本体１３は、詳細構成の図示は省略するが、ＣＲＴ、液晶パネル又はマイクロミラーデバイスなどを用いた光画像の形成部と、形成された光画像を拡大投射させる投射レンズ装置とからなり、プロジェクタ本体１３から出射された光画像は、ミラー１４で反射されて進行方向がスクリーン１１側に向けられ、スクリーン１１を介して観察者の方に到達する。

第１の実施形態のスクリーン１１は、図１の概略断面図に示すように、ミラー１４側に配置されている光学シート２０と、異方性光吸収シート２１とでなる。

光学シート２０は、フレネルレンズとしての機能と、マイクロレンズアレイシートとしての機能との２つの機能を発揮するものである。光学シート２０のミラー１４側の面がフレネルレンズ面２０ａになっており、光学シート２０の異方性光吸収シート２１側の面がマイクロレンズアレイ面２０ｂになっている。

光学シート２０のフレネルレンズ面２０ａは、一面が平面のフレネルレンズの凹凸面と同様な面形状を有する。フレネルレンズ面２０ａは、プロジェクタ本体１３から出射され、ミラー１４で反射された発散光を平行光に変換する機能を担っている。

光学シート２０のマイクロレンズアレイ面２０ｂは、一面が平面のマイクロレンズアレイシートの凹凸面と同様な面形状を有する。マイクロレンズアレイ面２０ｂは、公知のように、多数のマイクロレンズを例えば縦横に配列したものであり、入射された光画像は、各マイクロレンズによって微小領域ごとに集光される。

光学シート２０は１部材として当初から製造されたものであっても良く、一面が平面で他面がフレネルレンズ面２０ａの第１のサブ部材と、一面が平面で他面がマイクロレンズアレイ面２０ｂの第２のサブ部材とを、両平面で貼り合わせて一体化したものであっても良い。

異方性光吸収シート２１は、光学シート２０のマイクロレンズアレイ面２０ｂ側に、接触して、又は、多少離間して設けられている。光学シート２０及び異方性光吸収シート２１を近接して設ける方法は問われないものである。例えば、両シートの周囲を枠部材によって抑えて近接配置するようにしても良く、周囲などを接着、融着などによって近接配置するようにしても良い。

異方性光吸収シート２１は、光学シート２０から入射された光に対し、所定範囲の入射方向の成分を通過させ、他の入射方向の成分を吸収するものであれば良い。図１及び図３は、異方性光吸収シート２１の一例の構成を示している。異方性光吸収シート２１は、当該スクリーン１１の視野角として、許容している観測者の位置に応じた角度を達成すると共に、室内の光源や窓を介した外部からの外光を吸収除去するためのものである。

一般に、室内の光源は蛍光灯であり、窓を通して室内に入り込む光線は太陽光であるので、異方性光吸収シート２１は白色光に対する吸収特性を有するようにしておく。

図３は、第１の実施形態のスクリーン１１で用いた異方性光吸収シート２１の構成を示す概略斜視図である。

この異方性光吸収シート２１は、光吸収性の側壁３０で囲繞された貫通空洞３１が、互いの側壁３１を共有して多数密に集合してなるネット状的なものである。貫通空洞３１は完全な空洞であり、言い換えると、そこには空気だけが存在しているものである。なお、貫通空洞３１の部分が、透光性高分子材料などの透光性の材料で充填されていても良い。

光吸収性の側壁３０は、その全体が単一の光吸収性材料で形成されていても良く、側壁３０の表面だけが光吸収性材料で形成されていても良い。なお、異方性光吸収シート２１の光学シート２０側の面（上面）３２や、その反対側の面（下面）３３も光吸収性を有することが好ましい。

側壁３０に適用する光吸収性の材料として、例えば、金属を適用でき、光吸収性顔料を含有するガラスを適用でき、光吸収性顔料又は光吸収性染料を含有する高分子材料を適用でき、光吸収性セラミックを適用できる。

高分子材料として、高分子エラストマーやポリエチレン、あるいは塩化ビニルなどの柔軟性を有する高分子材料を適用すると、異方性光吸収シート２１を柔軟なものにし得る。

また、側壁３０の光吸収性の材料として、カーボン粒子を混合した導電性高分子材料などを適用した場合には、静電気の帯電によるスクリーン表面にホコリが付着することを防止できる。同様に、カーボン粒子を混合した導電性高分子材料以外の非帯電材料を用いたり、非帯電処理したりして帯電しないようにしても良い。非帯電処理については、光学シート２０についても同様に適用することは好ましい。

金属を側壁３０に利用する場合において、その金属の表面に光吸収層を設けて光吸収性の側壁３０を形成するようにしても良い。このような光吸収層を、光吸収性の塗料を塗布することで形成しても良く、光吸収性顔料又は光吸収性染料を被覆することで形成しても良い。金属としてアルミニウムを適用する場合であれば、黒アルマイト処理で光吸収層を設けるようにしても良い。金属としてクロムを適用する場合であれば、その表面の反射率を制御するための表面処理を行うことなどによって、光吸収層を設けるようにしても良い。

図３の例の場合、各貫通空洞３１は同一形状をしており、規則性を持って配列されている。ここでは、貫通空洞３１は、その光の進行方向に直交する面での断面周囲形状（以下、輪郭と呼ぶ）が正方形のものを示している。図１に示すように、第１の実施形態のスクリーン１１は、光学シート２０の各マイクロレンズの光軸と、異方性光吸収シート２１の各貫通空洞３１の中心軸（上記正方形の中心を光の進行方向に延長した軸）とが一致しているものである。

同一輪郭の貫通空洞３１を規則的に配列して異方性光吸収シート２１を形成した場合、貫通空洞３１の中心軸を、光学シート２０の各マイクロレンズの光軸と一致させることが容易であると共に、異方性光吸収シート２１を製造し易い。

なお、異方性光吸収シート２１は、図１及び図３に示す例のものに限定されず、多数の貫通空洞３１が不規則的に配列されているものであっても良く、また、貫通空洞３１の輪郭も正方形に限定されるものではなく、各貫通空洞３１の輪郭の大きさ（面積）が揃っていなくても良い。さらに、輪郭が異なる複数種類（例えば、２、３種類程度）の貫通空洞３１を規則的に配置したものであっても良い。

異方性光吸収シート２１の表面に、塵埃の侵入や機械的損傷を防ぐための保護フィルムが貼り合わせられていることは好ましい。

プロジェクタ本体１３から出射され、ミラー１４で反射された光画像（発散光）は、スクリーン１１に向けられる。スクリーン１１における入射段には、光学シート２０が設けられており、ミラー１４からの発散光は、光学シート２０のフレネルレンズ面２０ａに入射される。このフレネルレンズ面２０ａにより、ミラー１４からの発散光は平行光に変換されて、光学シート２０のマイクロレンズアレイ面２０ｂに入射される。

マイクロレンズアレイ面２０ｂに係る各マイクロレンズに入射した平行光は、各マイクロレンズによって、例えば、異方性光吸収シート２１の対応する貫通空洞３１内の出射側に近い所定の点（焦平面上の点）に向かうように集光され（なお、焦平面上の点は他の位置であっても良い）、その所定の点を通過した後は、発散光となる。集光点（焦平面上の点）の位置は、所望の視野角を達成できるような発散角を考慮すると共に、側壁３０での光吸収が実行されないことを考慮して選定すれば良い。発散光は大半が、貫通空洞３１を規定する側壁３０に衝突（入射）することなく、貫通空洞３１を通過し、観察者によって観察される。集光光及び発散光のうち、貫通空洞３１を規定する側壁３０に衝突（入射）したものは、側壁３０によって吸収される。以上のようにして、スクリーン１１としての所望の視野角が達成される。

天井の蛍光灯などの室内光源が出射した光線が、外光（外乱光）としてスクリーン１１に到来したとする。スクリーン１１の外部に露出している面側に、異方性光吸収シート２１が設けられている。

異方性光吸収シート２１に角度をもって入射した外光は、貫通空洞３１内に入り込み、その貫通空洞３１を規定する光吸収性を有する側壁３０によって吸収され、除去される。仮に、外光の数パーセントが反射されたとしても、対向する側壁３０に到達した際には吸収され、反射が多重になればなるほど完全に吸収される。入射角が小さくても、貫通空洞３１の軸方向の長さ（言い換えると、異方性光吸収シート２１の厚み）を長く選定しておくことにより、側壁３０のいずれかの箇所に到達するようになり、外光は吸収される。

上述したように、貫通空洞３１の輪郭がどのようなものであっても良いが、輪郭の内接円又は外接円の直径平均値が５０〜２００μｍ程度で、貫通空洞３１の軸方向の長さ（異方性光吸収シート２１の厚み）が５０〜２００μｍ程度であることが好ましい。これら範囲の中から、スクリーン１１に求められる視野角と外光の吸収特性を考慮して、具体的な値を選定すれば良い。

第１の実施形態の背面投射型画像投射装置用スクリーンによれば、一面にフレネルレンズ面が形成され、他面にマイクロレンズアレイ面が形成された光学シートを用いているので、従来に比較して部品点数を抑えることができる。その結果、製造工数の削減や製造時間の短縮化が期待できる。

（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明による背面投射型画像投射装置用スクリーンの第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図４は、第２の実施形態のスクリーン１１Ａを示す概略断面図である。第２の実施形態のスクリーン１１Ａは、光学シート２０、異方性光吸収シート２１及びピンホールアレイシート２２を、順に配したものである。

光学シート２０及び異方性光吸収シート２１は、第１の実施形態のものと同様のものでも良い。異方性光吸収シート２１はピンホールアレイシート２２と一体化されたものであっても良い。

ピンホールアレイシート２２は、光吸収性のピンホールアレイシート本体５０に対してピンホール５１が設けられているものである。ピンホールアレイシート２２は、単体の構成要素として形成されていても良く、また、異方性光吸収シート２１の出射面に一体的に形成されたものであっても良い。ピンホール５１は、例えば、フォトエッチング法を適用して形成することができる。

各ピンホール５１は、光学シート２０のマイクロレンズと異方性光吸収シート２１の貫通空洞３１とに対応するものであり、これらの光軸や中心軸は一致している。各ピンホール５１は、対応するマイクロレンズの焦点位置又はその近傍に設けられている。

ピンホール５１は、空洞（空気層）によって形成されていても良く、また、透明材料が存在する微小な光学的な窓になっていても良い。また、ピンホール５１は、透過光に対し、拡散性を付与するような処理が施されていても良い。ピンホール５１は、円筒状の光学的な開口になっていても良く、錐体台形状の光学的な開口になっていても良い。

この第２の実施形態において、ピンホール５１は、対応するマイクロレンズの集光点近傍に形成されているため、マイクロレンズによって集光された光はピンホール５１に妨げられることなく透過する。ピンホール５１を通過した光は、第１の実施形態と同様にして、観察者によって観察される。

図４では、異方性光吸収シート２１の端部にピンホール５１が設けられている例を示しているが、マイクロレンズによる集光点近傍であれば異方性光吸収シート２１の中央部（貫通空洞３１の光の進行方向の中間部）にピンホール５１が設けられていても良いことは言うまでもない。後述する第３の実施形態についても同様である。

ピンホールアレイシート本体５０の存在によって、実質的な開口が小さくなって、画面上における黒領域が広がるために、高コントラストの表示画像を観察者に提供できる。

ピンホールアレイシート２２を透過する外光入射角が狭くなり、外光がピンホールアレイシート本体５０によって吸収除去され、仮に、ピンホール５１を介して、異方性光吸収シート２１側に入り込んだとしても、異方性光吸収シート２１によって吸収除去される。

以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果に加え、ピンホールアレイシートを設けたことによる画質向上効果を期待できる。特に、コントラストの向上が期待できる。

（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明による背面投射型画像投射装置用スクリーンの第３の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図５は、第３の実施形態のスクリーン１１Ｂを示す概略断面図である。図５において、第３の実施形態のスクリーン１１Ｂは、光学シート２０、異方性光吸収シート２１、ピンホールアレイシート２２及び光拡散シート２３を、この順に配したものである。

光学シート２０、異方性光吸収シート２１及びピンホールアレイシート２２は、第２の実施形態のものと同様である。

光拡散シート２３は、入射光が当該光拡散シート２３を透過していくことにより拡散させるものである。光拡散シート２３は、例えば、ピンホールアレイシート２２に接着、融着などによって取り付けられている。

光拡散シート２３として、例えば、アクリルやスチレンで作った多数の透明ビーズを内部に有するものを適用できる。また、光拡散シート２３として、例えば、散乱性の酸化物（ＭｇＳＯ_４、ＭｇＯ、ＢａＳＯ_４など）パウダーを高分子材料でバインドしたものを適用し得る。

ミラー１４からの発散光は、光学シート２０のフレネルレンズ面２０ａに入射され、平行光に変換されて、光学シート２０のマイクロレンズアレイ面２０ｂに入射される。マイクロレンズアレイ面２０ｂに係る各マイクロレンズに入射した平行光は、図５に示すように、各マイクロレンズによって、例えば、異方性光吸収シート２１の対応する貫通空洞３１内の出射側に近い所定の点（焦平面上の点）に向かうように集光され、その所定の点を通過した後は、発散光となる。この発散光は、ピンホール５１を通過して光拡散シート２３に入射され、拡散されて外部に出射される。これにより、所望する視野角が達成される。

天井の蛍光灯などの室内光源が出射した光線が、外光（外乱光）として、第３の実施形態のスクリーン１１Ｂに到来したとしても、光拡散シート２３によって反射拡散、透過拡散されるので、ピンホールアレイシート本体５０に照射される割合を第２の実施形態以上に抑えることができる。また、表面に、光拡散シート２３を有するので、表面での映り込みを抑えることができ、また、異方性光吸収シート２１又はピンホールアレイシート２２の表面に保護フィルムが設けられていなくても、ピンホール５１を介した塵埃の内部侵入を防止することができる。

なお、光拡散シート２３を用いながらコントラストを高くするには、光拡散シート２３の表面に無反射コーティングを施すことが良い。

以上のように、第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様な効果に加え、光拡散シート２３を設けたことによる画質向上効果や塵埃の内部侵入防止効果を期待できる。

（Ｄ）他の実施形態
上記各実施形態における各種シート同士を連結する方法は、上記実施形態の説明で言及した方法に限定されないことは勿論である。例えば、周囲をホッチキス止めするような方法をも適用可能である。

上記第１の実施形態では、光学シート２０及び異方性光吸収シート２１を有するスクリーン１１、上記第２の実施形態では、光学シート２０、異方性光吸収シート２１及びピンホールアレイシート２２を有するスクリーン１１Ａ、上記第３の実施形態では、光学シート２０、異方性光吸収シート２１、ピンホールアレイシート２２及び光拡散シート２３を有するスクリーン１１Ｂを示したが、光学シート、異方性光吸収シート及び光拡散シートを順に配してスクリーンを構成するようにしても良い。

第１の実施形態の背面投射型画像投射装置用スクリーンを示す概略断面図である。 第１の実施形態のスクリーンを用いた背面投射型画像投射装置を示す概略断面図である。 第１の実施形態の異方性光吸収シートを示す概略斜視図である。 第２の実施形態の背面投射型画像投射装置用スクリーンを示す概略断面図 第３の実施形態の背面投射型画像投射装置用スクリーンを示す概略断面図である。

符号の説明

１０…背面投射型画像投射装置、１１、１１Ａ、１１Ｂ…スクリーン、２０…光学シート、２１…異方性光吸収シート、２２…ピンホールアレイシート、２３…光拡散シート。

Claims (3)

1. 背面投射型画像投射装置に適用するスクリーンにおいて、
   一面にフレネルレンズ面が形成されていると共に、他面にマイクロレンズアレイ面が形成されている光学シートと、入射方向によって光吸収特性が異なる、上記マイクロレンズアレイ面に面した異方性光吸収シートとが近接して配置されて構成されていることを特徴とする背面投射型画像投射装置用スクリーン。
2. 背面投射型画像投射装置に適用するスクリーンにおいて、
   一面にフレネルレンズ面が形成されていると共に、他面にマイクロレンズアレイ面が形成されている光学シートと、入射方向によって光吸収特性が異なる、上記マイクロレンズアレイ面に面した異方性光吸収シートと、ピンホールアレイシートとが、この順に近接して配置されて構成されていることを特徴とする背面投射型画像投射装置用スクリーン。
3. 背面投射型画像投射装置に適用するスクリーンにおいて、
   一面にフレネルレンズ面が形成されていると共に、他面にマイクロレンズアレイ面が形成されている光学シートと、入射方向によって光吸収特性が異なる、上記マイクロレンズアレイ面に面した異方性光吸収シートと、ピンホールアレイシートと、光拡散シートとが、この順に近接して配置されて構成されていることを特徴とする背面投射型画像投射装置用スクリーン。
   

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