JP2010164686A - 近接投影型プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】近接投影型プロジェクターにおいて、投影光をスクリーンに向けて反射させるミラーに汚れが付着することを防止し、かつ充分な光量で鮮明な映像を投影することが可能な近接投影型プロジェクターを提供する。
【解決手段】筐体１５に形成された開口１６には、平板状のカバープレート１８が形成されている。このカバープレート１８は、少なくとも可視光域の光を透過させる透明な基板２１と、この基板２１の一面２１ａ、他面２１ｂにそれぞれ設けられる反射防止層２２，２２とからなる。反射防止層２２，２２のそれぞれの一面には、ナノサイズの多数の微細な突起２３，２３が配列形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクリーンの近傍に設置して、スクリーンに映像を投影させる近接投影型プロジェクターに関する。

近年、会議やプレゼンテーションなどにおいて、コンピュータ等で作成、処理された画像や、記録媒体に記録された画像を、スクリーンに投影して表示するプロジェクターが、広く一般的に使用されている。

こうしたプロジェクターの中には、例えば、スクリーンの直下近傍に載置して、斜め上方向のスクリーン向けて画像などを映し出す、近接投影型のプロジェクターが知られている。近接投影型のプロジェクターは、スクリーンに対する距離が極めて近くなるように設置されるため、スクリーンとは反対の方向に投影光を出射させ、この投影光を、ミラーによってスクリーン方向に反射させる構造を成すものが多い。そして、このミラーは、斜め上に向けて出射させた投影光によって、スクリーン上で映像を歪みなく映し出せるように、反射面が湾曲面、例えば非球面を成している。

上述したような構造の近接投影型のプロジェクターは、ミラーで反射させた光をプロジェクターの筐体から出射させるために、筐体に開口が形成されている。このため、開口を介してミラーが外気に剥き出しとなるため、ゴミや埃がミラーの反射面に付着し、反射率の低下による投影画象の劣化が起きやすいという課題があった。また、このミラーは、プロジェクターの光源からの強い光によって高温になることもあるため、一旦
ゴミや埃などの汚れがミラーの反射面に付着すると、熱によって汚れが反射面に固着してしまい、除去が困難であるという課題もあった。

こうした課題を解決するため、例えば、この投影光が出射される開口を覆うように光が透過可能な平板状のカバーを設けた近接投影型のプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１２７４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された構成のように、投影光が出射される開口を透明なカバーで覆った場合、湾曲したミラーで反射された投影光は、カバーの厚み方向に対して大きく傾いた角度で入射することになる。このため、カバーの表面で投影光の一部が反射されてしまい、スクリーンに充分な光量の投影光が届かず、鮮明が画像を投影できないという課題があった。

また、湾曲したミラーで反射された投影光を、カバーの厚み方向に沿って入射させ表面反射を低減させるために、カバーを半球状に形成することも考えられる。しかしながら、カバーを透明な半球状に形成した場合、半球状のカバーが筐体から大きく突出した形となるため、プロジェクターのサイズが大きくなって収納時に余分なスペースが必要となり、外観上も好ましくない。また、球面を持つ樹脂カバーは製造コストが高く、プロジェクターの低価格化の障害にもなる。

本発明にかかるいくつかの態様は、上記事情に鑑みてなされたものであり、近接投影型プロジェクターにおいて、投影光をスクリーンに向けて反射させるミラーに汚れが付着することを防止し、かつ充分な光量で鮮明な映像を投影することが可能な近接投影型プロジェクターを提供する。

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のような近接投影型プロジェクターを提供した。
すなわち、本発明の近接投影型プロジェクターは、光源と、該光源からの光をスクリーンに向けて反射させる、湾曲した反射面をもつミラーと、前記光源およびミラーを収容する筐体と、該筐体に形成され、前記ミラーで反射させた光をスクリーンに向けて出射させる開口と、該開口を覆う透明なカバープレートと、を少なくとも備えた近接投影型プロジェクターであって、
前記カバープレートは平板状を成し、前記カバープレートの一面および／または他面には、ナノサイズの多数の微細な突起からなる反射防止層が形成されていることを特徴とする。

このような構成の近接投影型プロジェクターによれば、ミラーによって反射された投影光は、カバープレートを構成する一方の反射防止層に入射する。従来、ミラーの上方を覆うカバープレートに対して、厚み方向から傾斜した角度を持って光が入射すると、その表面で反射してしまう光が多く、光量のロスが多かった。しかし、ミラーで反射した投影光が入射するカバープレートには、ナノサイズの多数の微細な突起を備えた反射防止層が形成されているため、外気（空気層）から基板に至る光路上では、この反射防止層によって徐々に屈折率が変化する形態となる。これにより、カバープレートに入射した投射光は、表面で反射されることなく、光量のほぼ全てがカバープレートの基板を透過し、光量のほぼ全てをロス無くスクリーンに向けて出射させることができる。

前記カバープレートは、耐熱性の透明樹脂、またはガラスから形成されていることが好ましい。
前記カバープレートは、一面と他面とが互いに平行な平面であることが好ましい。
前記カバープレートは、前記開口から出射される光の光路幅よりも大きくなるように形成されていることが好ましい。
前記カバープレートは、前記ミラーの近傍に設けられていることが好ましい。

本発明の近接投影型プロジェクターを示す外観斜視図である。 プロジェクターの構造、およびカバープレートの構造を示す拡大断面図、拡大斜視図である。 プロジェクターを構成するカバープレートの他の実施形態を示す拡大断面図である。 プロジェクターを構成するカバープレートの他の実施形態を示す拡大断面図である。 プロジェクターを構成するカバープレートの製造方法を断面図である。 プロジェクターを構成するカバープレートの製造方法を断面図である。

本発明の近接投影型プロジェクターの最良の形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は、本発明の近接投影型プロジェクター、および映像を投影するスクリーンを示す外観斜視図である。また、図２は、近接投影型プロジェクターの要部を示す部分破断図である。
近接投影型プロジェクター（以下、プロジェクターと称する）１０は、スクリーン５の近傍、例えばスクリーン５の直下に近い斜め下方に載置される。そして、プロジェクター１０から出射される投影光Ｒは、スクリーン５の投影面５ａに対して急角度、例えば７０°程度の角度で入射し、映像を投影面５ａに映し出す。スクリーン５の投影面５ａには、こうした斜め下方向からの投影光による映像を映し出すとともに、上方から入射する照明光を裏面側に透過させるように、例えば、半球状の微細な窪みが多数形成されている。そして、それぞれの窪みには、下方向からの投影光だけを反射させる反射膜が形成されていればよい。

プロジェクター１０は、光源部１１、像形成部（光変調部）１２、レンズ群１３、およびミラー１４を備えている（図２（ａ）参照）。光源部１１は、例えば、ハロゲンランプなどの高輝度のランプと、リフレクタなどを備えていれば良い。像形成部（光変調部）１２は、投影する画像を形成する液晶表示パネルや、プリズムなどから形成されていればよい。さらに、レンズ群１３は、スクリーン５に合わせて投影光を変調する凸レンズや非球面レンズなど複数のレンズから構成されていれば良い。

ミラー１４は、一面側が反射面１４ａを成し、この反射面１４ａは湾曲面、例えば非球面となるように形成されている。ミラー１４は、例えば全体が金属で形成され、反射面１４ａが鏡面加工されていれば良い。あるいは、耐熱性材料からなる基板の表面に鏡面を成す金属箔膜を形成したものであってもよい。

このような光源部１１、像形成部（光変調部）１２、レンズ群１３、およびミラー１４を収容する筐体１５は、例えば全体が樹脂や金属で形成されている。そして、ミラー１４の反射面１４ａによって、スクリーン５に向けて反射された投影光Ｒを、筐体１５の外に向けて出射させる開口１６が形成されている。こうした開口１６は、例えば矩形の開口であればよい。

筐体１５に形成された開口１６には、平板状のカバープレート１８が形成されている。このカバープレート１８は、少なくとも可視光域の光を透過させる透明な基板２１と、この基板２１の一面２１ａ、他面２１ｂにそれぞれ設けられる反射防止層２２，２２とからなる（図２（ｂ）参照）。基板２１は、例えば、耐熱性の透明樹脂から形成されていればよい。

反射防止層２２，２２のそれぞれの一面２２ａには、ナノサイズの多数の微細な突起２３，２３・・・が配列形成されている（図２（ｃ）参照）。この突起２３は、その形成間隔（ピッチ）ｗが、ミラー１４で反射された投影光Ｒの波長域、即ち可視光域の波長（360〜830ｎｍ）よりも小さくなるように形成されるのが好ましい。このような突起２３のサイズの一例を挙げれば、高さｈがナノレベル、例えば300〜500ｎｍ程度の円錐形や多角錐形であり、隣接する突起２３，２３どうしの形成間隔（ピッチ）ｗがナノレベル、例えば50〜300ｎｍ程度である。

このような、一面２２ａにナノサイズの多数の微細な突起２３を有する反射防止層２２，２２は、外気との間の明瞭な界面、即ち、空気層（外気）と樹脂からなる層（反射防止層２２）との間に、一面で広がる明瞭な界面が形成されるのを防止する。これによって、反射防止層２２，２２と空気層（外気）との界面は、徐々に屈折率が変化していく状態となり、ある一面で急激に屈折率が変化することを防止する。

このような構成を利用すれば、反射防止層２２の一面２２ａ側から入射した投影光Ｒは、反射防止層２２の一面２２ａでその一部が反射されることなく、入射したほぼ全ての投影光Ｒがナノサイズの多数の微細な突起２３を介して、基板２１を透過する。また、基板２１を透過して、反射防止層２２他面２２ｂ側から入射した投影光Ｒは、反射防止層２２他面２２ｂでその一部が反射されることなく、入射したほぼ全ての光がナノサイズの多数の微細な突起２３を介して、空気層（外気）に出射される。

以上のような構成のプロジェクター１０の作用を説明する。プロジェクター１０の光源部１１から出射された光は、像形成部（光変調部）１２を経て、投影する映像を含む投影光Ｒに変調され、レンズ群１３を介してミラー１４に入射する。ミラー１４に入射した投影光Ｒは、反射面１４ａによって筐体１５の開口１６に向けて反射される。そして、ミラー１４によって反射された投影光Ｒは、カバープレート１８を構成する一方の反射防止層２２に入射する。

従来、ミラーの上方を覆うカバープレートに対して、厚み方向から傾斜した角度を持って光が入射すると、その表面で反射してしまう光が多く、光量のロスが多かった。しかし、ミラー１４で反射した投影光Ｒが入射するカバープレート１８は、その他面１８ｂにナノサイズの多数の微細な突起２３を備えた反射防止層２２が形成されているため、外気（空気層）から基板２１に至る光路上では、この反射防止層２２によって徐々に屈折率が変化する形態となる。これにより、カバープレート１８に入射した投射光Ｒは、表面で反射されることなく、光量のほぼ全てがカバープレート１８の基板２１を透過する。

更に、カバープレート１８の基板２１を透過した投影光Ｒは、外気（空気層）に向けて出射されるが、この時も、カバープレート１８の一面１８ａにナノサイズの多数の微細な突起２３を備えた反射防止層２２が形成されているため、基板２１から外気（空気層）に至る光路上でも、反射防止層２２によって徐々に屈折率が変化する形態となる。これにより、カバープレート１８からスクリーンに向けて出射される投射光Ｒも、カバープレート１８の基板２１と外気（空気層）との境界面で反射されることなく、光量のほぼ全てをロス無くスクリーンに向けて出射させることができる。

そして、反射防止層２２，２２を備えたカバープレート１８を透過した投影光Ｒは、スクリーン５に入射し、スクリーン５の投影面５ａに映像が映し出される。プロジェクター１０から投射された投射光Ｒは、光路の途中のカバープレート１８に設けられた反射防止層１６によって、光量が大きく減少することなく観察者まで届くため、スクリーン５には、ハイコントラストの鮮明な画像を映し出すことが可能になる。

一方、ミラー１４で反射させた投影光Ｒを筐体１５から出射させる開口１６に、カバープレート１８を形成することによって、外気に存在するゴミや埃が、斜め上方を向いて湾曲しているミラー１４の反射面１４ａに降り積もることを防止できる。ミラー１４は、光源部１１からの強い光によって高温になるが、カバープレート１８によって、ミラー１４にゴミや埃が付着して焼き付いてしまうことを防止できる。これにより、ミラー１４の反射面１４ａの反射率が短期間で大きく低下することを防止できる。また、ミラー１４の頻繁な払拭清掃によって、反射面１４ａが損傷することも防止できる。

図３は、本発明のプロジェクターの他の一例を示す拡大断面図である。
図３に示す、本発明のプロジェクターを構成するカバープレート３１は、透明な基板３２の一面および他面に、ナノサイズの多数の微細な突起３３を直接、一体に形成し、反射防止層３４，３４としたものである。このような構成のカバープレート３１は、反射防止層を基板と別な部材で形成したものと比較して、反射防止層と基板との界面が存在しないため、プロジェクターのミラーで反射された投影光Ｒを、一層効率的に光量のロス無くスクリーンに向けて透過させることができる。

図４は、本発明のプロジェクターの他の一例を示す拡大断面図である。
図４に示す、本発明のプロジェクターを構成するカバープレート４１は、透明な基板４２の一面だけに、ナノサイズの多数の微細な突起４３を直接、一体に形成し、反射防止層４４としたものである。また、基板４２の他面は平滑面４２ｂとしたものである。このような構成のカバープレート４１であっても、反射防止層４４を形成した一面側においては、反射防止層を基板と別な部材で形成したものと比較して、反射防止層と基板との界面が存在しないため、プロジェクターのミラーで反射された投影光Ｒを、一層効率的に光量のロス無くスクリーンに向けて透過させることができる。

図５は、図１に示した構成のカバープレートの製造方法を段階的に示した断面図である。
本発明の近接投影型プロジェクターを構成するカバープレートを製造する際には、まず、透明な基板５１を用意する（図５（ａ）参照）。この基板５１は、例えば、透明なガラス基板であればよい。

次に、この基板５１の一面５１ａおよび他面５１ｂに、樹脂層５２，５２を形成する（図５（ｂ）参照）。樹脂層５２，５２は、例えば、紫外線硬化性の透明な樹脂を基板５１に塗布ないし貼着によって形成したものであれば良い。

続いて、この樹脂層５２，５２に、それぞれ転写用型５３，５３を押し付ける（図５（ｃ）参照）。この転写用型５３，５３は、表面の凹凸部５３ａ，５３ａおよびこれを支える台座５３ｂ，５３ｂが、紫外線を透過する透明な材料、例えば硬質ガラスで形成されている。また、凹凸部５３ａ，５３ａは、ナノサイズの多数の微細な突起を象ったパターンを成している。このような転写用型５３，５３を樹脂層５２，５２に押し付けることによって、樹脂層５２，５２には、ナノサイズの多数の微細な突起が転写される。

次に、透明な転写用型５３，５３の他面５３ｃ，５３ｃ側から、紫外線を照射する（図５（ｄ）参照）。照射された紫外線は透明な転写用型５３，５３を透過して、樹脂層５２，５２に達する。これにより、例えば紫外線硬化性の樹脂から形成された樹脂層５２，５２は、表面にナノサイズの多数の微細な突起が形成された状態で硬化する。

この後、転写用型５３，５３を除去すれば、基板５１の一面５１ａおよび他面５１ｂにナノサイズの多数の微細な突起が形成された反射防止層５５，５５を有するカバープレート５６を得ることができる図５（ｅ）参照）。

なお、上述したカバープレートの製造方法で、反射防止層を基板のいずれか一方の面だけに形成する場合、ナノサイズの多数の微細な突起を形成するための転写用型として、光が透過しない金属製の金型を用てもよい。この場合、金型と対向する透明な基板の反対側の面から紫外線を入射させ、金型の位置まで紫外線を透過させ、紫外線硬化性の樹脂からなる樹脂層を硬化させればよい。

図６は、図１に示した構成のカバープレートの別な製造方法を段階的に示した断面図である。
本発明の近接投影型プロジェクターを構成するカバープレートを製造する際には、まず、透明な基板６１を用意する（図６（ａ）参照）。この基板６１は、例えば、透明なガラス基板であればよい。

次に、この基板６１の一面６１ａおよび他面６１ｂに、樹脂層６２，６２を形成する（図６（ｂ）参照）。樹脂層６２，６２は、例えば、熱軟化性の透明な樹脂を基板６１に塗布ないし貼着によって形成したものであれば良い。

続いて、この樹脂層６２，６２に、それぞれ所定の温度に加熱された金型６３，６３を押し付け、熱プレスする（図６（ｃ）参照）。この金型６３，６３は、表面にナノサイズの多数の微細な突起を象った凹凸部６３ａ，６３ａが形成され、全体が例えば金属から形成されている。このような加熱された金型６３，６３を樹脂層６２，６２に押し付けることによって、樹脂層６２，６２が軟化し、その表面には、ナノサイズの多数の微細な突起が転写される（図６（ｄ）参照）。

この後、金型６３，６３を除去すれば、基板６１は冷却され、一面６１ａおよび他面６１ｂにナノサイズの多数の微細な突起が形成された反射防止層６５，６５を有するカバープレート６６を得ることができる図６（ｅ）参照）。

１０・・プロジェクター（近接投影型プロジェクター）、１４・・ミラー、１５・・筐体、
１６・・開口、１８・・カバープレート、１２・・光吸収層、２２・・反射防止層、２３・・突起（ナノサイズの微細な突起）。

Claims (5)

1. 光源と、
   該光源からの光をスクリーンに向けて反射させる、湾曲した反射面をもつミラーと、
   前記光源およびミラーを収容する筐体と、
   該筐体に形成され、前記ミラーで反射させた光をスクリーンに向けて出射させる開口と、
   該開口を覆う透明なカバープレートと、
   を少なくとも備えた近接投影型プロジェクターであって、
   前記カバープレートは平板状を成し、前記カバープレートの一面および／または他面には、ナノサイズの多数の微細な突起からなる反射防止層が形成されていることを特徴とする近接投影型プロジェクター。
2. 前記カバープレートは、耐熱性の透明樹脂、またはガラスから形成されていることを特徴とする請求項１記載の近接投影型プロジェクター。
3. 前記カバープレートは、一面と他面とが互いに平行な平面であることを特徴とする請求項１または２記載の近接投影型プロジェクター。
4. 前記カバープレートは、前記開口から出射される光の光路幅よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の近接投影型プロジェクター。
5. 前記カバープレートは、前記ミラーの近傍に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の近接投影型プロジェクター。
   

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