JP2008299219A - 反射型スクリーン、表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】至近距離から投射光が投射される場合に、投射位置が変動しても輝度変動及び輝度ムラを低減して、高品質な画像を表示するスクリーン、及び、投射装置と組み合わせた表示システムを提供すること。
【解決手段】至近距離の投射装置５０から投射された画像を映し出す反射型スクリーン１００であって、位置Ａから投射された投射光を略同一方向に反射する第1反射面１２Ａと、位置Ａとは異なる位置Ｂから投射された投射光を略同一方向に反射する第２反射面１２Ｂと、を有することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、投射装置から投射された画像を映し出す反射型スクリーン及び表示システムに関し、特に、近い距離から画像を投射可能な反射型スクリーン及び表示システムに関する。

ＣＲＴや液晶を用いて画像を拡大して投影するプロジェクタ、透明なシート上に描かれた画像を拡大して投影するＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクタ）では、画像をスクリーンに投影することが一般的である。プロジェクタ等をスクリーンの正面に設置することが好ましいが、視聴者の位置等の制約からプロジェクタ等をスクリーンの正面からずらす場合が少なくない。

例えば、スクリーンの下方にプロジェクタ等を配置した場合、スクリーンの下方と上方とでは投射光のスクリーンへの入射角が異なることから下方から上方にかけて輝度が低下するという問題がある。

この点について、フレネル形状の反射面を備えたスクリーンが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図１７（ａ）は特許文献１に記載されたスクリーンの断面図を示す。このスクリーンは、反射層５３に、微細な多数の凹凸、例えば０．１ｍｍ程度の所定の幅を有する円弧状の反射素面５１ａを多数同心円状に配列してなるサーキュラフレネル形状を設けている。各サーキュラフレネル形状の反射素面５１ａ自体は、それぞれがプロジェクタ等からの投射光１１ａを互いに平行で、かつスクリーンの前面と直角な方向に反射させることで、下方から上方にかけて生じる輝度低下の防止を図っている。

また、スクリーンの反射層に傾斜面を備えたスクリーンが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。図１７（ｂ）は、特許文献２に記載されたスクリーンの断面図を示す。このスクリーンは、表面にプロジェクタ等からの投影光を任意の方向に反射させる反射面に並設して傾斜面６１に設けることで、スクリーン上方における輝度低下の防止を図っている。

また、反射面を凸状の形状部で構成したスクリーン１００が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。図１７（ｃ）は特許文献３に記載されたスクリーンの断面図を示す。このスクリーンは、同一形状の多数の凸状の単位形状部７１が２次元的に規則的に配置され、単位形状部の投影光入射方向に向かう一部の表面部分にのみに反射面が形成されている。また、外光を観察者側へ反射させないように反射面以外は光吸収性の塗膜により覆われている。このような構造により、コントラスト及び輝度の高いスクリーンを提供することを図っている。
特開２００５-１３４４８号公報 特開２００４-１７７４２７号公報 特開２００６-２１５１６２号公報

ところで、プロジェクタ等の配置的な制約からスクリーンとプロジェクタ等の距離はますます至近になる傾向がある。図１８は、スクリーンに対する投影光の入射角と輝度の変化の一例を示す。スクリーン上の所定位置の輝度は、照度計をスクリーン面に平行配置させて測定し、入射角２０度（スクリーン面に対する垂直線を基準）の輝度を１とした相対値により示す。図１８に示すように、従来の反射型のスクリーンでは、プロジェクタ等からのスクリーンへの入射角が大きくなると実質的な明るさが低下する。

例えば入射角２０度近傍に対し入射角５０度になると、実質光量比が５０％となるなど、従来のスクリーンでは、入射角に応じて周辺の輝度（実質明るさ）が低下するという問題がある。この輝度の低下は、プロジェクタ等の焦点距離から定められた正規の投影位置が至近であるほど、正規の投影位置からの距離の変化に敏感に生じる。投影位置が比較的遠いプロジェクタ等の場合、スクリーンの拡散面が光を拡散するためスクリーンとの距離が変化してもそれほど急激な輝度の低下は生じない。

したがって、プロジェクタ等のスクリーンでは、投影位置が至近になるほど配置的な制約から生じる距離の変化を吸収して輝度ムラ及び輝度低下を抑制することが要求される。

この点について特許文献１〜３では、プロジェクタ等が至近に配置された場合の問題点について考慮されていない。例えば、特許文献１及び２のスクリーンは、フレネル焦点位置又は傾斜面が一定であるため、プロジェクタ等の位置が変化した場合に対応できないという問題がある。すなわち、特許文献１のスクリーンでは、フレネル焦点位置にプロジェクタを設置する必要があり、この位置からずれるとフレネル反射面の角度が固定であるので所望の反射角度とならず、却って画面内の明るさのムラが生じるという大きな課題がある。また、特許文献２記載のスクリーンは、反射面に並設された傾斜面６１が一様であるので、プロジェクタ等の照射位置に対し観察者の方向に反射する傾斜面６１はわずかしかない。また、特許文献３記載のスクリーンは、凸部の単位形状部７１が不均一に投射光を反射するのでプロジェクタ等の照射位置が変化してもある程度は観察者方向に反射されるが、至近距離では絶対的な輝度が不足してしまう。

そこで、本発明は、至近距離から投射光が投射される場合に、投射位置が変動しても輝度変動及び輝度ムラを低減して、高品質な画像を表示するスクリーン、及び、投射装置と組み合わせた表示システムを提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明は、至近距離の投射装置から投射された画像を映し出す反射型スクリーンであって、位置Ａから投射された投射光を略同一方向に反射する第1反射面と、位置Ａとは異なる位置Ｂから投射された投射光を略同一方向に反射する第２反射面と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、スクリーンに入射する投射光の入射角によって、スクリーン面の輝度低下を防止すると共に、投射装置とスクリーンの位置関係が変わっても、輝度変化を抑制することができる。

また、本発明の一形態において、第１反射面と第２反射面の面積の比率が、投射装置の設置位置許容量に応じて設定されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、投射装置とスクリーンの位置の変化に対する適用範囲をさらに広げることができる。

また、本発明の一形態において、位置Ｂが位置Ａよりも当該反射型スクリーンに近い位置の場合であって、当該反射型スクリーンに近い方向の設置位置許容量を、遠い方向よりも大きくする場合、第２反射面の面積は第１反射面の面積よりも大きい、ことを特徴とする。

本発明によれば、設置位置許容量及び方向を第２反射面と第１反射面の面積の比率により調整できる。

また、本発明の一形態において、第１反射面は、所定点からの距離に応じて傾斜角が大きくなる複数の第１反射素子面を、第２反射面は、所定点からの距離に応じて傾斜角が大きくなる複数の第２反射素子面をそれぞれ有し、第１反射素子面と第２反射素子面とが混在して配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、第１反射素子面と第２反射素子面とを自在に混在させて、投射装置とスクリーンの位置関係が変わっても、輝度変化を抑制することができる。

また、本発明の一形態において、位置Ａ及び位置Ｂとは異なる位置Ｃから投射された投射光を略同一方向に反射する第３反射面、を有することを特徴とする。

本発明によれば、スクリーン面内の部分に生じうる輝度ムラをさらに低減することができる。

また、本発明の一形態において、所定点を中心とする同心円の半径方向に沿って、第１反射素子面と第２反射素子面とが所定数毎に交互に配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、投射位置が変わってもスクリーン面の全域にわたって輝度ムラを抑制できる。

また、本発明の一形態において、所定点を中心とする同心円の半径方向に沿って、第１反射素子面と第２反射素子面とが１つずつ交互に配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、投射画像にモアレを生じにくくすることができる。

また、本発明の一形態において、所定点を中心とする同心円の半径方向に沿って、第１反射素子面と第２反射素子面とが、無作為な数毎に交互に配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、スクリーン面のモアレを生じさせず、さらに輝度ムラを少なくすることができる。

また、本発明の一形態において、第１反射素子面と第２反射素子面とが境なく連結して形成された複数の凹部が配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、スクリーン面の全体的な輝度を向上させると共に、投射装置とスクリーンの位置関係が変わっても、輝度変化を抑制することができる。

また、本発明の一形態において、第１反射面及び第２反射面は、粗し面であることを特徴とする。

本発明によれば、正反射光により所定の観察位置で生じる輝度の極端な上昇を防止することができる。

また、本発明の一形態において、位置Ａ若しくは位置Ｂ、又は、位置Ａ若しくは位置Ｂに近い位置を示すスケール手段、を有することを特徴とする。

本発明によれば、投射装置の好ましい設置位置を明示することができる。

また、本発明の一形態において、当該反射型スクリーンの天地方向、又は、画像の上下方向を判別する判別手段、を有することを特徴とする。

本発明によれば、スクリーンのセッティングの誤りを防止することができる。

また、本発明の一形態において、判別手段は着脱、消去、又は収納可能としたことを特徴とする。

本発明によれば、セッティング後不要になる判別手段を視界から排除して意匠性を向上できる。

至近距離から投射光が投射される場合に、投射位置が変動しても輝度変動及び輝度ムラを低減して、高品質な画像を表示するスクリーン、及び、投射装置と組み合わせた表示システムを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

図１（ａ）は、スクリーン１００と投射装置５０からなる表示システム１０の一例を示す。投射装置５０は、スクリーン１００に対し至近な距離（例えば、１００cm未満）に設置された場合でも５０インチ程度から好ましくは１００インチ程度のスクリーン１００の全面に長方形の画像を投射することができる画角を有する。そして、スクリーン１００に対し正面（光軸との交点Ｏ'が略中央にあたる）に配置された場合だけでなく、スクリーン１００と光軸の交点Ｏがスクリーン１００の下端略中央に配置された場合にもスクリーン１００の全面に長方形の画像を投射するレンズシフト機能を備える。

本実施形態のスクリーン１００は、このような至近距離に設置する投射装置５０に対し、例えば交点Ｏ付近と離れた位置の輝度ムラを低減するだけでなく、至近距離であるが故にスクリーン１００に対しわずかな距離を移動しただけで大きく低下しうる輝度を、距離変動に対しロバストにすることを可能にする。

図１（ａ）のように投射装置５０を配置した場合、投射装置５０とスクリーン１００との等距離線は図１（ｂ）のように交点Ｏを中心とした同心円を描く。したがって、この同心円の半径方向に沿って、投射光１４の入射角が大きくなる。以下では、交点Ｏを中心とする同心円の半径方向に沿って遠近方向（交点Ｏから離れるほど遠い）を定義する。また、投射装置５０は図示するようにスクリーン１００の下端にあるとして説明するが、右端、左端、左右上下の頂点のいずれにあってもよく、その場合、スクリーン１００上の遠近方向も投射装置５０の位置に対し相対的に定まるものになる。

図２、３は、本実施例のスクリーン１００を構成する反射面１１の断面図の一例を示す図である。図２（ａ）と図３（ａ）は、投射装置５０とスクリーン１００の側面図を、図２（ｂ）と図３（ｂ）は図１（ａ）に示したスクリーン１００のＬＬ線断面図をそれぞれ示す。

本実施例のスクリーン１００の反射面１１は、投射距離Ａに対応した一連の反射面１２Ａと、投射距離Ｂに対応した一連の反射面１２Ｂとから構成される。一連の反射面１２Ａには、スクリーン１００から所定の投射距離Ａだけ離れた位置に設置された投射装置５０から投射される投射光１４の反射光１５が観察者側へ向かって反射するような傾斜角度αが形成されている。
ここで、投射距離Ａに設置された投射装置５０に対して、最適な反射光１５となるような角度に設定された一連の反射面１２Ａの要素を反射素子面（Rf1_i）と定義する。すなわち、反射素子面Ｒｆ１_１、反射素子面Ｒｆ１_２、反射素子面Rｆ１_３…から一連の反射面１２Ａが構成される。

一連の反射面１２Ａは反射素子面Rf1_iが連なって構成され、交線ｄ、ｍ、ｕに示すようにスクリーン１００への入射角が遠方ほど大きくなることに対応して、各反射素子面Rf1_iは遠方ほどスクリーン１００に対する傾斜角度αが大きくなっている。構成上独立した反射素子面（Rf1_i）は、遠方に行くほど傾斜角度αが大きくなるという点で互いに関連しており、１つのグループとして扱ってもよい。傾斜角度αは、反射素子面Rf1_i毎に全て異なるように一様に大きくなっていてもよいし、所定数毎に段階的に大きくなっていてもよい。

図２（ａ）に示すように、一連の反射面１２Ａの傾斜角度αは、投射距離Ａにおいて、投射光１４が観察者側に向かうような角度に設定した。最も好適な傾斜角度αは、投射光１４とこの投射光１４の正反射光が観察者側に向かうような角度である。交点Ｏから遠方に行くほど、一連の反射面１２Ａの角度を大きくすることにより効率よく観察者側に投射光１４が反射されるようになる。
また、ここでいう観察者側とは、投射装置５０から投射した画像を本実施形態のスクリーン１００に映し出したときに画像を観察している、あるいは、鑑賞している人物等の方向を示す。具体的には、スクリーン面の法線方向が望ましい。また、スクリーン１００からある一定の距離だけはなれた位置を想定し、その位置へ向かうような方向でもよい。

図３（ａ）（ｂ）は、図２（ａ）（ｂ）と同様な構成を示す図であるが、図３（ａ）（ｂ）は、投射装置５０が投射距離Ａよりも短い投射距離Ｂにて画像を投射する点で異なる。同様に、投射距離Ｂに設置された投射装置５０に対して、最適な反射光１５となるような角度に設定された一連の反射面１２Ｂの要素を反射素子面（Rf2_i）と定義する。

一連の反射面１２Ｂは、一連の反射面１２Ａと同様、反射素子面Rf2_iが連なって構成され、交線ｄ、ｍ、ｕに示すようにスクリーン１００への入射角が遠方ほど大きくなることに対応して、各反射素子面Rf2_iは遠方ほどスクリーン１００に対する傾斜角度βが大きくなっている。

構成上独立した反射素子面（Rf2_i）は、遠方に行くほど傾斜角度βが大きくなるという点で互いに関連しており、１つのグループとして扱ってもよい。傾斜角度βは、反射素子面Rf2_i毎に全て異なるように一様に大きくなっていてもよいし、所定数毎に段階的に大きくなっていてもよい。

図３（ａ）に示すように、一連の反射面１２Ｂの傾斜角度βは、投射距離Ｂにおいて、投射光１４が観察者側に向かうような角度に設定されている。最も好適な傾斜角度βは、投射光１４とこの投射光１４の正反射光が観察者側に向かうような角度である。交点Ｏから遠方に行くほど、一連の反射面１２Ｂの角度を大きくすることにより効率よく観察者側に投射光１４が反射されるようになる。

投射距離Ａ＞投射距離Ｂの関係から明らかなように、スクリーン１００上の位置が同じであれば、傾斜角度β＞傾斜角度αである。

一連の反射面１２Ａ，１２Ｂの配置方向について説明する。一般には、スクリーン１００の投射画面は横長の長方形であるので投射光束は投射装置５０の投射レンズから放射線状にスクリーン１００に向かって投射される。したがって、投射レンズの光軸とスクリーン１００が交わる位置を中心とした同心円の半径方向に沿って一連の反射面１２Ａが形成されていることが望ましい。

図４は、投射装置５０の位置と一連の反射面１２Ａ、１２Ｂの形成方向の関係を説明する図である。図４（ａ）は、光軸とスクリーン１００の交点Ｏから同心円の半径方向に沿って遠方になるほど一連の反射面１２Ａ、１２Ｂの傾斜角α、βが大きくなっている。

また、図４（ｂ）に示すように、投射装置５０の光軸とスクリーン１００の交点Ｏがスクリーン１００の左端上にある場合、その交点Ｏから同心円の半径方向に沿って遠方になるほど一連の反射面１２Ａ、１２Ｂの傾斜角α、βが大きくなる。なお、必ずしも厳密に同心円を描かないとしてもよく、極端な例としては、図４（ｃ）に示すように、光軸とスクリーン１００の交点Ｏが左端にある場合、右方向に行くほど傾斜角を大きくしてもよい。

本実施例のスクリーン１００は、反射素子面（Rf1_i）と、反射素子面（Rf2_i）がスクリーン１００内に混在していることを特徴とする。図５は、本実施形態のスクリーン１００の断面図を示す。図５のスクリーン１００は、反射素子面Rf1_iを所定数おきにRf2_iで置き換えた構成を有する（Rf2_iをRf1_iで置き換えてもよい）。

ほぼ同位置では傾斜角度β＞傾斜角度αであるので、同心円の半径方向に沿って所定数以上の反射素子面（Rf1_i及びRf2_i）を取り出せば、傾斜角度βの領域と傾斜角度αの領域が交互に現れながら（１周期）、徐々に傾斜角度α及びβが大きくなっていく。

ここで図５（ａ）では、反射素子面Rf2_iはスクリーン１００上の位置の中央程度までしか配置されていない。したがって、上部では投射距離Ａに対応する反射素子面Rf1_iしかないが、中央部までは傾斜角度が２種類混在したような断面構造を有している。また、交点Ｏに近づくほど、反射素子面Rf1_iとRf2_iの傾斜角度αとβは同じような角度となっていく。

より好ましくは、図５（ｂ）に示すように、下部から上部まで反射素子面Rf1_iとRf2_iを混在させる構成とすることで、ズーム機能を備えた投射装置５０や焦点距離の異なる複数の投射装置５０などへの対応が容易となる。

ところで、図５（ａ）（ｂ）の構成は、先行文献１とは大きく異なる。先行文献１では、同心円上に微小反射面が形成され、その反射面の角度は同心円の中心から遠くなる（たとえば、スクリーンの下から上側）にしたがって次第に大きくなる構造（フレネル形状）を有している。しかし本実施例のスクリーン１００は、交点Ｏからの距離に対し、反射素子面Rf1_iとRf2_iが交互に現れるので、一連の反射面１２Ａ，Ｂの角度が大きくなったり、小さくなったりしている。すなわち、本実施例のスクリーン１００は、複数の反射素子面（Rf1_i及びRf2_i）で構成されているので、遠方に向かって角度が大きくなったり小さくなったりする決定的な構造上の違いがある。

スクリーン１００は、鋸歯状に形成された反射面１１をＰＶＣフィルム、アクリルなどの透明部材１３で全体を被覆して構成されている。投射光１４は透明部材１３の界面から入射し透明部材１３を通過した後、鋸歯状に形成された反射面１１に反射し、再び透明部材１３を通過した後、界面から観察者側に進行する。一連の反射面１２Ａ、１２Ｂは、投射光１４が観察者側に反射する傾斜角度α、βでそれぞれ傾斜している。一連の反射面１２Ａ、１２Ｂは一辺が数ｍｍ〜数十ｕｍの正方形又は長方形である。

なお、透明部材１３は、公知の材質を用いることができ、スクリーン１００に好適な白色の散乱部材を設けてスクリーン１００を被覆すればよく、一連の反射面１２Ａ、１２Ｂの拡散効果により、投射画像を映し出すことができる。また、拡散効果により、投射位置Ａから多少ずれても急激に光量が低下することはない。投射位置Ａから大きくずれ、光量低下する前に、投射位置Ｂに対応した反射面群による反射がおこり、光量低下を抑えることが可能となる。また、スクリーン１００の透明部材１３には、適度な拡散部材を混入されてもよい。また、拡散シート部材を挟み込んでもよい。

また、図示はしないが、フィルム上に微小反射面郡を形成し、該フィルムをガラス基板に貼り合せる構造としてもよい。フィルム上には、２ｐ法などの形状転写などの転写技術によって形成できる。

また、反射素子面Rf1_iとRf2_iは、図５（ｃ）に示すように粗し面であることが好適となる。これを鏡面とすると最も効率よく反射することができるが、投射光１４を直接見るとまぶしく、表示画像を得がたいので、鏡面でない構造を採用することで表示画像を得ることができる。

粗し面であることによって表示画像が拡散し、観察者が見やすい画像を得ることができる。粗さの尺度としては、反射素子面Rf1_iとRf2_iは完全拡散面となることが理想であるが、通常よく行われているサンドブラスト処理などの粗しで十分である。また、白色塗装処理を行っても良い、塗装面は平滑性を落とし、つや消し処理や、吹き付け塗装等による粗さで十分ある。最も好適なしょりは、砂地面となる処理が望ましい。
反射面１１を粗し面とすることで、反射素子面上に表示画像を表示することができ、その正反射光が観察者側に効率よく反射することとなるので、画面内での明るさの不均一性を生じることなく、また、投射装置５０の位置を多少変えても反射面１１が粗し面であるので、表面の拡散光により、多少の位置ズレによる反射光１５の角度ブレによる効率低下は小さい。したがって、設置位置の許容量が大きくなる。
なお、反射素子面Rf1_iとRf2_iの境界面は黒色など吸光性のよい色及び材料で構成され、外濫光の反射を防止している。

ところで、これまでスクリーン１００は、平面側（透明部材１３側）から投射光１４を入射させる構造の実施例を示したが、図６に示すように、投射光１４が直接反射面１１で反射して観察者側にむかわせる構造でもかまわない。
投射装置５０がプロジェクタの場合、ＣＲＴ方式とライトバルブ方式があるが、ライトバルブ方式の一形態である液晶プロジェクタ等は、光の偏光特性を利用することで、光のｏｎ、ｏｆｆを行っている。このため投射光１４は偏光している。特に３色合成タイプの液晶プロジェクタは、色によって偏光特性が異なることもある。屈折界面があると、その透過光や、反射光１５に対しては、偏光依存性があることが知られているので、界面が無いほうがスクリーン１００として好ましい場合がある。この場合、直接微小反射面群で反射させることによって、上記偏光依存性の影響を受け難くなるという特徴を持たせることも可能である。

また、図５では２つの一連の反射面１２Ａ、１２Ｂを混在させて本実施例のスクリーン１００を構成したが、３以上の一連の反射面１２を混在させてスクリーン１００を構成することで、輝度の均一性をさらに良好にすることができる。図７（ａ）は、一連の反射面１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃを混在させたスクリーン１００の断面図を示す。一連の反射面１２Ｃは、例えば投射距離ＡとＢの間の投射距離Ｃに設置された投射装置５０に対して、最適な反射光１５となるような角度に設定された一連の反射面１２Ｃであって、その要素は反射素子面（Rf3_i）と定義される。構成上独立した反射素子面（Rf3_i）は、遠方に行くほど傾斜角度γが大きくなるという点で互いに関連しており、１つのグループとして扱ってもよい。

図７（ａ）のスクリーン１００は、反射素子面Rf1_iを所定数おきにRf2_i、Rf3_iで置き換えた構成を有する。ほぼ同位置では傾斜角度β＞傾斜角度γ＞傾斜角度αであるので、同心円の半径方向に沿って所定数以上の反射素子面（Rf1_i、Rf2_i、Rf3_i）を取り出せば、傾斜角度βの領域、傾斜角度の領域及び傾斜角度αの領域が１セット（１周期）に現れながら、徐々に傾斜角度α、γ及びβが大きくなっていく。

また、複数の反射素子面Rf1_i〜Rf3_iをそれぞれ組み合わせて１セットとするのでなく、反射素子面Rf1_i〜Rf3_iを１つずつ順番に配列してもよい。図７（ｂ）は、反射素子面Rf1_i〜Rf3_iを１つずつ順番に配列したスクリーン１００の一例を示す。
反射面１１を構成している反射素子面Rf1_i〜Rf3_iが交互に配列されることで、画面内部で微小な範囲での輝度ムラをおさえることが可能となる。また、このような構造により、投射距離２点で得られる適正な投射位置Ａ，Ｂの範囲をさらに拡大することができる。すなわち、投射距離Ｃの投射装置５０に対し最適な傾斜角度γの反射素子面Rf3_iを備えるため、投射距離Ａをより大きくしたり投射距離Ｂをより短くしても、投射距離の変化に伴う輝度低下を低減できる。

また、図５又は７のように反射素子面Rf1_i〜Rf3_iを、所定数毎に配置するのではなく、反射素子面Rf1_i〜Rf3_iを不作為な数毎に交互に配置してもよい。

図８は、反射素子面Rf1_i〜Rf2_iを不作為な数毎に交互に配置したスクリーン１００の断面図の一例を示す。反射素子面Rf1_i〜Rf2_iは交互に配置されるが、反射素子面Rf1_iの連続数、反射素子面Rf2_iの連続数は、それぞれ不作為である。
連続した反射素子面Rf1_iの数をn1_i個、連続した反射素子面Rf2_iの数をn2_i個とすれば、多くの場合、n1_1≠n1_2≠n1_3、n2_1≠n2_2≠n2_3、n1_i≠n2_i、となる。

例えば、１〜５を最大連続数とすれば、反射素子面Rf1_iと反射素子面Rf2_iは、１〜５個の反射素子面が連続しながら、交互に混在することになる。不作為に配置することで、スクリーン表示面に形成された鋸歯周期構造をなくすことができ、周期構造によって生じるモアレの表示を防ぐことができる。

図９は、異なる投射画角を有する投射装置５０Ａ,５０Ｂの両方に対応したスクリーン１００による反射を示す。投射装置５０Ａ、投射装置５０Ｂは、それぞれ異なる投射距離（投射画角）を有し、投射装置５０Ａは投射位置Ａで所定サイズ（図ではスクリーン１００の全面）の画面を投射し、投射装置５０Ｂは投射位置Ｂで所定サイズの画面を投射する。本実施例のスクリーン１００は、投射位置Ａ，Ｂの両方から観察者側に反射する反射素子面Rf1_i及びRf2_iが混在しているので、いずれの投射装置５０Ａ、５０Ｂでも遠方方向で輝度が低下しにくい画像を表示できる。

図１０は、所定の投射画角を有する投射装置５０の位置変化に対応したスクリーン１００による反射を示す。投射装置５０Ａは投射位置Ａで所定サイズ（図ではスクリーン１００の全面）の画面を投射する。本実施例のスクリーン１００は、投射距離Ａが一定の投射装置５０が投射距離Ａにある場合に観察者側に反射する反射素子面Rf1_iと、スクリーン１００に接近させて投射距離Ｂにある場合に観察者側に反射する反射素子面Rf2_iとが混在しているので、投射距離を変えても遠方方向で輝度が低下しにくい画像を表示できる。

本実施例のスクリーン１００の効果について説明する。スクリーン１００のうち、反射素子面Rf1_iが構成する総面積を反射面積１、反射素子面Rf2_iが構成する総面積を反射面積２としたとき、反射面積１と反射面積２の比率は、投射装置５０の設置距離Ａ、Ｂに応じて、所定の比率で設定されることで、輝度ムラを著しく低減できる。

図１１は、投射距離がそれぞれ７０cm、５０cm ３０cm ２０cmを最適距離とする投射装置５０が、最適化された投射位置からずれて投射した場合の光量変化を示す図である。なお、対角６０インチ４：３の縦横比で投射表示ができる投射装置５０を想定した。したがって、投射距離が７０cmの投射装置５０は投射距離７０cmに明るさのピークを、投射距離が５０cmの投射装置５０は投射距離５０cmに明るさのピークを、投射距離が３０cmの投射装置５０は投射距離３０cmに明るさのピークを、投射距離が２０cmの投射装置５０は投射距離２０cmに明るさのピークを、それぞれ示す。

想定した投射装置５０は説明を簡単にするため、レンズシフト１００％、すなわち、光軸の光線は、投射画面の下側（近側）でスクリーン１００に対して約０度（垂直に）で入射するものとする。また、最適化された投射距離から半分まで接近した場合、上側（遠方側）の表示画面はちょうどスクリーン１００の半分（中央付近）のところまで接近し、投射装置５０をスクリーン１００にさらに近づけた場合、スクリーン１００の半分以下の場所に表示されるようになるが、投射画角を拡大（画面サイズを大きく）したとしてスクリーン１００の中央の反射光量を見積もった結果を示したものである。

例えば、投射距離が７０cmで傾斜角度が最適化された一連の反射面１２は、７０度をピークにその前後で光量が下がる。これは、７０cmで最適化され反射面１１に入射する入射角が変わるからある。

図１１のグラフから、７０cmで最適化された場合、５０cmより近づけるとピークの明るさに対し５０％以下となってしまうことが判る。他の距離で最適化された場合も同様であって、投射距離がずれると急激に明るさが減少する。すなわち、図１１は、表示画面内で、このような明るさの相対変化が生じてしまうことを示唆している。
これに対し、図１２は、本実施例のスクリーン１００を、複数の投射距離に対応した反射素子面Rf1_i、Rf2_iを混在して構成した場合（以下、タイプIという）の投射距離と明るさの関係を示す図である。
図１２のタイプIは、投射距離５０cmに最適化した反射素子面Rf1_iと、投射距離２０cmに最適化した反射素子面Rf2_iとを、１：１の比率で混在させたものと、１：0.87の比率で混在させたものとを示している。
図１３は、反射素子面Rf1_i、Rf2_i、Rf3_i、Rf4_i、を混在して構成した場合（以下、タイプIIという）の投射距離と明るさの関係を示す図である。図１３のタイプIIは、投射距離７０cmに最適化した反射素子面Rf1_iと、投射距離５０cmに最適化した反射素子面Rf2_iと、投射距離３０cmに最適化した反射素子面Rf3_iと、投射距離２０cmに最適化した反射素子面Rf4_iとを、１：１：１：１の比率で混在させたものと、9：4：7．７：5．５の比率で混在させたものとを示している。

図１２に示すように、比較のために示した５０cm対応の単一のスクリーン１００だけでは明るさが急峻なピークを示すが、タイプIのように最適化距離の異なる反射素子面Rf1_iとRf2_iを単純に１：１で混在させるだけでも、光量変動が１０％未満の距離範囲が拡大していることがわかる。また、混在の比率を適宜設計すること（この場合、１：０．８７の比率で構成した）で、さらに光量の均一化を図ることができた。
また、図１３に示したように、タイプIIでは、単純に１：１：１：１の比率で混在させた場合より、9：4：7.7：5.5の比率で混在させたもののほうがより光量変動が均一化される。
このように、タイプI、IIのどちらであっても、複数の反射素子面を混在させることで、投射装置５０の設置の適用範囲が広くなることが判る。さらに、混在する反射素子面の比率を調整することで、明るさの均一度をより高めることもできる。比率の調整は、移動の許容を大きくしたい側の反射素子面の面積比率を大きくすればよい。
なお、タイプI、IIとも、所定距離に最適化された場合よりも、明るさの最大値が低下してしまうが、投射装置５０の明るさを調整することで対応できる。
図１３から、明るさが５０％低下する投射距離の許容範囲を読み取ると、５０cmの単一距離に対応した場合は５０cm未満であるが、タイプI（１００：８７）では６５cm、タイプII（9：4：7.7：5.5）では、８０cm近い値が得られている。
以上説明したように、本実施例のスクリーン１００は、投射位置の変化による画面内での明るさ均一性を確保するという課題に着目しており、明るさは同一設計スクリーン１００における相対値を示した。画面内での明るさの不均一性が解消されていることから、本実施例の効果は絶大である。

実施例１では、反射面１１を鋸波状の平面で構成したが、無限数の反射素子面Ｒｆ＿ｉ（ｎ：１、２、３、…）を想定すれば、反射素子面Rfn_iを混在させることで反射面１１を複数の曲面により構成できる。このような構成とすることで、反射面１１の拡散効果が高まり、平面で構成したときに適正な投射距離に対し投射位置がずれても画面内の均一性の低下を起しにくくなる。

図１４は、反射面１１を凹面２１で構成したスクリーン１００の断面図を示す。１つ１つの凹面２１が、図５、図７（ａ）又は（ｂ）の１周期に相当し、１つの凹面２１に無限数の反射素子面Rfn_iが含まれる構成に相当する。

１つの凹面２１は、一方（交点側）の傾斜角がほぼゼロで、他方（遠方側）の傾斜角は最も近い投射距離に最適化された反射素子面Rfn_iの傾斜角になっている。また、各凹面２１の傾斜角の平均は、遠方側へいくほど大きくなる。

所定の投射距離から投射された投射光１４は、凹面２１内の各部にてそれぞれ正反射し、反射光１５にある程度の角度θｄをつけることができる。すなわち、すべての反射光１５が観察者側への並行光とはならないが、ある程度の幅をもたせることで視野角特性を広げることができるので、周辺の凹面２１からの反射と合わせ、投射位置が変わっても画面内の均一性の低下を抑制できる。凹面２１の湾曲は遠方に行くほど大きいので、実施例１と同様に遠方で輝度が低下することもない。

なお、特許文献３（特開2006-215162号公報）に記載されたスクリーンでは、微小球面に反射面を設けているために、拡散効果が球体の径に依存してしまう。非常に視野角が大きくなる拡散効果が高いが、表示装置に十分な明るさがない場合は問題があった。本実施例のスクリーン１００は、反射面１１に、非常に緩い曲率を持たせることが可能であり、拡散率を制御しつつ、適切な反射面形状を設計することができる。

本実施例では、実施例１及び２で説明したスクリーン１００と投射装置５０とを用いた表示システム１０について説明する。

投射装置５０はフロント型のプロジェクタなどが好ましい。プロジェクタは、液晶パネル、デジタルマイクロミラー、マイクロディスプレイ（ライトバルブ）等で構成され、マイクロディスプレイに照明光をあて、画素単位で光のスイッチングをおこなって光の透過のＯＮ／ＯＦＦ制御を行ない、画像を形成する。

この画像を投射レンズにより拡大投射し、実施例１及び２のスクリーン１００へ投射する。このとき、マイクロディスプレイの画素は拡大して投射されることとなる。図１５は、プロジェクタの一画素が投射されて表示されている画素ピッチ３１を模式的に示す図である。

本実施例のスクリーン１００は、1画素内にスクリーン１００を構成している全ての反射素子面が含まれている。

例えば、対角６０インチ 縦横比４：３のスクリーン１００に投射する場合、画面サイズは縦914.4ｍｍ 横1219.2ｍｍである。このスクリーン１００に、解像度がＶＧＡ（横６４０画素）、ＸＧＡ（横１０２４画素）、ＳＸＧＡ（横１２８０画素）のプロジェクタで表示すると、画素ピッチ３１はそれぞれ、1.91ｍｍ（ＶＧＡ）、1.19ｍｍ（ＸＧＡ）、0.95ｍｍ（ＳＸＧＡ）となる。

一画素当たりの大きさは、画素間のブラックマトリックスなど表示できない部分があるとしても、投射レンズの解像性能が１００％とはならない（像がボケる）こと考慮すると、画素ピッチ３１をほぼ一画素のサイズとみなしてよく、画素ピッチ３１の周期でどこを切り出しても、すべての反射素子面が含まれていればよい。

２つの反射素子面Rf1_iとRf2_iが交互に混在している場合、画素ピッチ３１に必ず２つ以上の反射素子面が含まれるためには、画素ピッチ３１の区切り位置と配置の区切り位置が一致した場合でも１つの反射素子面Rf1_iの大きさ（幅という）は画素ピッチ３１の半分となる。

実際には、区切り位置が一致することは少ないので、反射素子面の幅は画素ピッチ３１の１／３未満が望ましい。すなわち、ＶＧＡなら、0.635ｍｍ ＸＧＡなら0.397mm、ＳＸＧＡなら0.318mm以下で反射素子面を配列する。ただし、上記の計算例で６０インチサイズ以上の投射の場合、さらに大きな画面サイズを投射する場合は反射素子面の幅は大きくしてよく（画素ピッチ３１が大きくなる）、また、より小さな画面を投射する場合は、反射素子面の幅はより小さくする必要がある（画素ピッチ３１が小さくなる）。また、同じ画面サイズの投射光１４を投射する場合、反射素子面の種類が多いほど全て種類の反射素子面を含むには小さい幅が要求される。

図１５では３つの反射素子面Rf1_i〜Rf3_iが順番に配列されているため、１つの画素ピッチ３１が３つの反射素子面を含むには、反射素子面の幅は画素ピッチ３１の１／４未満であることが望ましい。なお、画素ピッチ３１に少なくとも１種類以上の反射素子面が含まれれば、最低限の投射光１４が反射される。

以上のように、プロジェクタの解像度又は画素ピッチ３１に対し高精細な反射素子面を配置することで、一画素の投射光１４の明るさムラを低減でき、より高品質な表示画像を得ることができる。

〔投射装置５０の画角について〕
実施例１又は２記載のスクリーン１００は、至近距離に設置される投射装置５０の投射位置が変動しても輝度変化を低減することができたが、このようなスクリーン１００は画角の大きい投射装置５０に対し好適に用いることができる。具体的には、スクリーン入射角が４０度以上となる投射装置５０と表示システム１０を構成しても、スクリーン周辺の輝度低下を抑制できる。
一般に、スクリーン１００周辺に入射する光線が最も入射角が大きくなるが、ここでは、最も大きくなる入射角が４０度以上となる投射装置５０を対象とする。すなわち、半画角４０度以上となる投射レンズを有する投射装置５０とスクリーン１００により表示する表示システム１０となる。なお、表示サイズは、投射装置５０のズーム機能や、スクリーンとの距離に応じて調整可能である。
４０度の根拠について説明する。市販のプロジェクタを使い、投射光１４のスクリーン入射角と実行の明るさを実測した。実測結果はすでに図１８に示した。プロジェクタは透過型液晶パネルを使った３板式のプロジェクタ、スクリーンは市販の（すなわち従来の）反射型スクリーンを用いた。
プロジェクタを意図的に斜めに投射するため、投射位置を特定し、その特定した投射位置の光束が変わらないように投射レンズと特定位置の「直線距離」を一定に保ちつつ、投射光１４の傾きを変えてスクリーン面の輝度を測定した。輝度は市販の輝度計をスクリーン面に垂直方向から測定した。
四角いマークで示された測定ポイントは、ほぼ直線近似できることがわかる。スクリーンへの入射角が大きくなるにつれ、輝度低下（実質明るさ）が生じ、画面内に入射角の異なる投射光１４があれば、この入射角に応じて明るさのムラが生じることが容易にわかる。
通常５０％の変化があると視覚上ムラが目立ってくるといわれているが、より品質の高い表示をえるために、投射装置自体の光量均一性を８０％程見込むとすると、スクリーンに対しては、その分余裕を持たせ、４０％未満にすることが望ましい。
図１５から４０％低下、すなわち６０％以上確保できるスクリーンの入射角の範囲を読み取ると約４０度以下となる。すなわち、入射角が４０度を越えるあたりから、画面内でのムラが認められる可能性が高くなり、５０度以上となると光量ムラは５０％を超え、光量均一性の観点で問題となってくる。
このような考察からスクリーン１００への入射角が４０度以上、好ましくは５０度以上の投射装置５０に対しては、実施例１又は２のスクリーン１００に投射することにより、表示品質の改善が格段に図られることがわかる。
〔適切な投射位置を計測するためのスケール〕
実施例１及び２で説明したように、スクリーン１００は投射位置Ａ、Ｂから投射した場合に反射光１５が観察者側に反射する反射素子面が混在しているため、投射位置Ａ付近から投射位置Ｂ付近までで投射することが最も性能を発揮しやすい。このため、投射装置５０の投射位置はスケール３２によりスクリーン１００までの距離を計測して決定することが好適となる。
図１６は、スケール３２を用いて投射位置を決定した表示システム１０の概略斜視図を示す。スクリーン１００は、距離が好適となる位置の範囲を示したスケール３２を有する。スケール３２は、例えばフィルム状で、スケール３２上に好適位置を○印で、若干明るさムラが生じるが表示あるいは鑑賞には問題ない範囲は△印で、示している。なお、○印や△印の位置の判断はユーザが行ってもよく、利用する投射装置５０に応じて、○印や△印が可動できるようにしてもよいし、記載可能にしても良い。
投射装置５０を設置する場合にのみスケール３２は利用できればよいので、投射装置５０の設置完了後には、取り外すことが可能となるようにしてもよいし、スケール３２のスクリーン１００側の一端をスクリーン１００にピン接続して、設置完了後には反射面１１と並行になるよう回動して収納してもよい。また、スケール３２を伸縮自在としてもよい。
また、スケール３２は視覚で表示される以外のものであってもよい。すなわち、投射装置５０を動かして音声などで好適位置を知らせるようにしてもよい。
また、スケール３２は、投射装置側が備えていてもよい。投射装置５０は、スケール３２の一形態としてレーザ測長器や３角測長器などの測距装置を備えていたり、また、撮影手段により投射画像を撮影すると共に投射画像のサイズを割り出し、投射レンズの拡大倍率から算出してもよい。
このようなスケール３２を備えることで、投射装置５０の好適位置を容易に把握することができる。
〔スクリーン１００の天地方向の検出〕
スクリーン１００には反射素子面の所定方向に配列されているので、投射装置５０の好ましい設置位置があることになる。例えば、スクリーン１００の下端に交点Ｏが来るように構成されたスクリーン１００に対し、上端に投射装置５０を配置すると観察者側に好ましい画像が表示されない。そこで、スクリーン１００の天地又は投射画像の上下方向が判別できる天地方向表示手段３３がスクリーン１００に付与されていることが好ましい。

図１６に示したように、天地方向表示手段３３は、例えば上矢印である。天地判別手段３３は、塗料の塗布により形成されていてもよいし、スクリーン形成時に同時に形成してもよく、また、シールを貼付したものでもよい。また、天地判別手段３３は、投射装置５０の設置完了後不要となるので、取り外し可能としてもよい。取り外し可能とすることで、スクリーン１００の任意の位置に天地判別手段３３を設けることができる。また、天地判別手段は、必ずしもその手段のみで上下の判断をおこなわなくても、別途手段（取扱説明書等）により、上下方向を説明してもよい。具体的には、天地判別手段が記号"◆"など、上下を示す意味のないものであっても、別途付属する取扱説明書に"◆"記号のある方向が上である旨の説明を記載することによって、間接的に上下方向の天地判別可能ならしめる場合も、本発明の範囲に含まれる。

以上説明したように、本実施形態のスクリーン１００及び表示システム１０は、至近距離に設置する投射装置５０が投射した画像の輝度ムラを低減すると共に、投射装置５０の位置を変えても輝度ムラや輝度低下を低減することができる。

スクリーンに対する投射装置の位置の一例を示す図である。 スクリーンを構成する反射面の断面図の一例を示す図である。 スクリーンを構成する反射面の断面図の一例を示す図である。 投射装置の位置と一連の反射面の形成方向の関係を説明する図である。 本実施例のスクリーンの断面図である。 投射光が直接反射面で反射して観察者側に向かうスクリーンの断面図の一例である。 ３つの反射面を混在させたスクリーンの断面図の一例である。 反射素子面を不作為な数毎に交互に配置したスクリーンの断面図の一例である。 異なる投射画角を有する複数の投射装置に対応したスクリーンによる反射を示す図である。 所定の投射画角を有する投射装置の位置変化に対応したスクリーンによる反射を示す図である。 投射距離がそれぞれ７０cm、５０cm ３０cm ２０cmを最適距離とする投射装置が、最適化された投射位置からずれて投射した場合の光量変化を示す図である。 複数（２つ）の投射距離に対応した反射素子面を混在して構成した場合の投射距離と明るさの関係を示す図である。 複数（４つ）の投射距離に対応した反射素子面を混在して構成した場合の投射距離と明るさの関係を示す図である。 反射面を凹面で構成したスクリーンの断面図を示す。 プロジェクタの一画素が投射されて表示されている画素ピッチを模式的に示す図である。 スケールを用いて投射位置を決定した表示システムの概略斜視図である。 従来のスクリーンの断面図である。 従来のスクリーンに対する投影光の入射角と輝度の一例を示す図である。

符号の説明

１０ 表示システム
１１ 反射面
１２、１２Ａ、１２Ｂ 一連の反射面
１３ 透明部材
１４ 投射光
１５ 反射光
２１ 凹面
３１ 画素ピッチ
３２ スケール
３３ 天地方向表示手段
５０ 投射装置
１００ スクリーン
Rf1_i、Rf2_i、Rf3_i 反射素子面

Claims (15)

1. 至近距離の投射装置から投射された画像を映し出す反射型スクリーンであって、
   位置Ａから投射された投射光を略同一方向に反射する第1反射面と、
   前記位置Ａとは異なる位置Ｂから投射された前記投射光を前記略同一方向に反射する第２反射面と、
   を有することを特徴とする反射型スクリーン。
2. 前記第１反射面と前記第２反射面の面積の比率が、前記投射装置の設置位置許容量に応じて設定されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の反射型スクリーン。
3. 前記位置Ｂが前記位置Ａよりも当該反射型スクリーンに近い位置の場合であって、当該反射型スクリーンに近い方向の前記設置位置許容量を、遠い方向よりも大きくする場合、
   前記第２反射面の面積は前記第１反射面の面積よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項２記載の反射型スクリーン。
4. 前記第１反射面は、所定点からの距離に応じて傾斜角が大きくなる複数の第１反射素子面を、前記第２反射面は、前記所定点からの距離に応じて傾斜角が大きくなる複数の第２反射素子面をそれぞれ有し、
   前記第１反射素子面と前記第２反射素子面とが混在して配置されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の反射型スクリーン。
5. 前記位置Ａ及び前記位置Ｂとは異なる位置Ｃから投射された前記投射光を前記略同一方向に反射する第３反射面、
   を有することを特徴とする請求項１記載の反射型スクリーン。
6. 前記所定点を中心とする同心円の半径方向に沿って、前記第１反射素子面と前記第２反射素子面とが所定数毎に交互に配置されている、
   ことを特徴とする請求項４記載の反射型スクリーン。
7. 前記所定点を中心とする同心円の半径方向に沿って、前記第１反射素子面と前記第２反射素子面とが１つずつ交互に配置されている、
   ことを特徴とする請求項４記載の反射型スクリーン。
8. 前記所定点を中心とする同心円の半径方向に沿って、前記第１反射素子面と前記第２反射素子面とが、無作為な数毎に交互に配置されている、
   ことを特徴とする請求項４記載の反射型スクリーン。
9. 前記第１反射素子面と前記第２反射素子面とが境なく連結して形成された複数の凹部が配置されている、
   ことを特徴とする請求項４記載の反射型スクリーン。
10. 前記第１反射面及び前記第２反射面は、粗し面であることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の反射型スクリーン。
11. 前記位置Ａ若しくは前記位置Ｂ、又は、前記位置Ａ若しくは前記位置Ｂに近い位置を示すスケール手段、
    を有することを特徴とする請求項１〜１０いずれか記載の反射型スクリーン。
12. 当該反射型スクリーンの天地方向、又は、前記画像の上下方向を判別する判別手段、を有することを特徴とする請求項１〜１１いずれか記載の反射型スクリーン。
13. 前記判別手段は着脱、消去、又は収納可能としたことを特徴とする請求項１１記載の反射型スクリーン。
    
14. 請求項１〜１３いずれか記載の反射型スクリーンと前記投射装置とを有する表示システムにおいて、
    前記反射型スクリーンに投射された画素ピッチ内に、少なくとも１つ以上の前記第１反射素子面又は前記第２反射素子面が含まれる、
    ことを特徴とする表示システム。
15. 前記投射装置はスクリーン入射角が４０度以上である、ことを特徴とする請求項１４記載の表示システム。

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