JP2011095363A - 反射スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】シンチレーションの発生を防止して高画質の映像を表示できる反射スクリーンを提供する。
【解決手段】スクリーン基板１０の観察面１００ａの法線に対して垂直方向および水平方向に、曲面を有する凹部１１が複数形成され、凹部１１は投影光を反射する投影光反射部１２を備え、スクリーン基板１０の観察面１００ａに向けて投射された投影光を、観察面側１００ａに反射する反射スクリーン１００であって、投影光の入射方向に対して水平方向に最隣接する凹部１１の中央を繋いだ隣接ラインに対して、複数の凹部１１の一部が規則に従い直交する方向にずらして形成され、ずらした凹部１１の反射光とそれに隣り合う凹部１１の反射光との光路差を、投影光のコヒーレンス長よりも長く構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、投影光を入射させて用いる反射スクリーンに関する。

プロジェクターなどから出射される投影光を受け、その投影光を反射させて拡大画像を映し出す反射スクリーンが知られている。例えば、特許文献１には、近接型プロジェクター用の反射スクリーンとして、スクリーン基板の観察面に複数の凸部または凹部からなる半球状のマイクロレンズを形成し、その上に反射膜を形成する構造の反射スクリーンが開示されている。

特開２００９−１５１９６号公報

しかしながら、このような構造の反射スクリーンにおいて、投影光を効率よく反射できる反面、各単位形状部から反射される反射光が互いに干渉することによりシンチレーションが発生し、反射スクリーンの観察者にはぎらつきとして視認される。このため、反射スクリーンに映し出される映像の画質が低下するという問題がある。

本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる反射スクリーンは、スクリーン基板の観察面の法線に対して垂直方向および水平方向に、曲面を有する凹部または凸部からなる単位形状部が複数形成され、前記単位形状部は投影光を反射する投影光反射部を備え、前記スクリーン基板の観察面に向けて投射された投影光を、観察面側に反射する反射スクリーンであって、投影光の入射方向に対して水平方向に最隣接する前記単位形状部の中央を繋いだ隣接ラインに対して、複数の前記単位形状部の一部が規則に従い直交する方向にずらして形成され、ずらした前記単位形状部の反射光とそれに隣り合う前記単位形状部の反射光との光路差を、投影光のコヒーレンス長よりも長く構成したことを特徴とする。

この構成によれば、一つの単位形状部の反射光とそれに隣り合う単位形状部の反射光との光路差を、投影光のコヒーレンス長（可干渉距離）よりも長くなるように、単位形状部の中央を繋いだ隣接ラインに対して、複数の単位形状部の一部が規則に従い直交する方向にずらして形成されている。
このことから、少なくとも、ずらした単位形状部とそれに隣り合う単位形状部との間ではシンチレーションの発生を防止でき、ぎらつきの少ない高画質な映像を表示することができる。

［適用例２］上記適用例にかかる反射スクリーンにおいて、前記隣接ラインに沿った一つの前記単位形状部を基準とすると、その両側に隣り合う前記単位形状部が、前記隣接ラインに対して直交する方向にずらして形成されていることが望ましい。

この構成によれば、隣接ラインに沿った一つの単位形状部を基準にして、その両側に隣り合う単位形状部が隣接ラインに対して直交する方向にずらして形成されている。
このことから、スクリーン基板の全体に単位形状部が交互にずれた配置となり、隣り合う単位形状部との間ではシンチレーションが発生しなくなり、ぎらつきを防止でき高画質な映像を表示することができる。

［適用例３］上記適用例にかかる反射スクリーンにおいて、前記隣接ラインが光の入射側から反対側へ凸の円錐曲線であることが望ましい。

この構成によれば、隣接ラインが光の入射側から反対側へ凸の円錐曲線であり、近接型のプロジェクターなどの光源に対応して投影光の反射光率を高め、シンチレーションを低減する反射スクリーンを提供できる。

［適用例４］上記適用例にかかる反射スクリーンにおいて、前記単位形状部が半球状であり、球径が２５μｍ以上、５００μｍ以下であり、前記単位形状部の一部が規則に従い前記隣接ラインに対して直交する方向に５μｍ以上、５０μｍ以下の位置をずらして形成されていることが望ましい。

この構成によれば、単位形状部が半球状であり、球径が２５μｍ以上、５００μｍ以下であり、単位形状部が隣接ラインに対して直交する方向に５μｍ以上、５０μｍ以下の位置をずらして形成されている。
このような寸法を採用することで、単位形状部の反射光とそれに隣り合う単位形状部の反射光との光路差を、投影光のコヒーレンス長よりも長く構成でき、隣り合う単位形状部との間ではシンチレーションの発生を防止できる。

本実施形態における反射スクリーンと光源との位置関係を示す断面図。 本実施形態における反射スクリーンの正面図。 本実施形態における凹部の形状を示す説明図であり、（ａ）は図２のＡ部拡大図、（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う概略断面図、（ｃ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断線に沿う概略断面図。 本実施形態のスクリーン基板における凹部の隣接ラインを示す模式平面図。 本実施形態における隣接ライン上の凹部の配列を示す模式配列図。 本実施形態の反射スクリーンの製造方法を示す工程図。 本実施形態の凹部で反射される反射光の光路差を説明する模式図。 他の凹部の配列を示す模式配列図。 他の凹部の配列を示す模式配列図。 他の凹部の配列を示す模式配列図。

以下、本発明を具体化した実施形態について近接型プロジェクター用の反射スクリーンを例にとり、図面に従って説明する。なお、説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。また、説明においては直交座標系を設定して各部材の位置関係について説明する。鉛直面内における所定方向をＸ軸方向、鉛直面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向をＺ軸方向とする。
（実施形態）

＜反射スクリーンの構成＞
図１は本実施形態にかかる反射スクリーンと光源との位置関係を示す断面図である。また、図２は本実施形態における反射スクリーンの正面図である。
図１、図２に示すように、反射スクリーン１００は、反射スクリーン１００の観察面１００ａの中心点Ｃを通る法線ＮＬに対して垂直方向（Ｙ軸方向）にずれた位置に配置された光源Ｐから、観察面１００ａに向けて斜めに投射された投影光ＬＰを、反射スクリーン１００の観察側（Ｚ軸正方向側）に反射するものである。そして、反射スクリーン１００は、法線ＮＬがＺ軸と平行に配置されている。
スクリーン基板１０は、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などの樹脂を用いて形成され可撓性を有している。また、スクリーン基板１０は、例えば、染色等によって全体が黒色の光吸収材によって着色され、可視光を吸収可能に形成されている。

また、反射スクリーン１００はスクリーン基板１０の観察面１００ａ側に凹部が複数備えられている。
図３はスクリーン基板に形成された凹部の形状を示し、図３（ａ）は図２のＡ部拡大図、図３（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断線に沿う概略断面図、図３（ｃ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ断線に沿う概略断面図である。

スクリーン基板１０には単位形状部として凹部１１が複数形成され、格子状にそれぞれが互いに接して配置されている。
凹部１１は、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の断面が半球状の曲面を有している。そして、凹部１１には投影光ＬＰを反射する投影光反射部１２と、投影光反射部１２以外の部分に外光Ｌｏを吸収する外光吸収部１３とを備えている。

投影光反射部１２には効率よく投影光を反射させるために、アルミニウム（Ａｌ）等の反射性を有する材料によって、反射膜が形成されている。反射膜はスパッタ法または蒸着法により膜厚が１０ｎｍ〜５μｍとなるように成膜されている。
外光吸収部１３は、スクリーン基板１０の基材を黒色にすること、または凹部１１の内壁面にブラックカーボン粉末などの光吸収性材料を塗布するなどの方法にて、光を吸収できるように構成されている。
なお、凹部１１の半球の直径としては例えば２５μｍ〜５００μｍ程度に形成されている。

さらに、図示しないが、スクリーン基板１０の観察面１００ａ上には、凹部１１を充填するように保護層が形成されても良い。保護層は、例えば、樹脂などの可撓性を有する材料で形成することができる。
そして、保護層の上でスクリーン基板１０の観察面１００ａ側の最表面には、反射防止膜が形成されても良い。反射防止膜は、保護層と同様な材料で形成され、保護層の表面での投影光または外光などの反射を防止するように保護層との間で屈折率が調整されていることが好ましい。

次に、スクリーン基板上に形成された単位形状部としての凹部の配列について説明する。
図４はスクリーン基板における凹部の隣接ラインを示す模式平面図である。図５は一つの隣接ライン上における凹部の配列を示す模式配列図である。
図４に示すように、スクリーン基板１０において、投影光の入射方向に対して水平方向に最も近くに隣接する凹部１１の中央を繋いだ線を隣接ラインＫとすると、この隣接ラインＫは投影光の入射側から反対側に凸の円錐曲線（円、楕円、放物線、双曲線など）になっている。そして、それぞれの隣接ラインＫは交差することなく、光の拡がりに沿うように、光源に近い側から遠い側に拡がるように形成されている。
このように、円錐曲線で隣接ラインＫが形成されていることから、近接型のプロジェクターなどの光源に対応して投影光の反射光率を高めることが可能である。

そして、図５（ａ）に示すように、一つの隣接ラインＫに凹部１１が並んで配置されている。
図５（ｂ）は隣接ラインＫが凹部１１の中央を通る配置である。このような配置を基準にして、本実施形態では図５（ａ）に示すように、隣接ラインＫに対して凹部１１の並びの一つ置きに、凹部１１が隣接ラインＫの直交する方向にずらして形成されている。図５では網かけを付加した凹部１１が、凹部１１の中央に隣接ラインＫが通っている。また、隣接する凹部１１のずらし量は５μｍ以上に設定されている。そして、隣接ラインＫの上下の隣接ラインにも同様な配列で、各凹部１１が隙間なく接するように配置されている。
なお、隣接ラインＫは円錐曲線であるが、ここでは便宜上、隣接ラインＫを直線として表現している。

＜反射スクリーンの製造方法＞
次に上記のような構成の反射スクリーンの製造方法の一例について簡単に説明する。
図６は反射スクリーンの製造方法を示す工程図である。
図６（ａ）に示すように、ソーダガラスなどのガラス基板２０の上にマスク２１を形成する。マスク２１は、酸化クロム（ＣｒＯ）膜を下地として、その上にクロム（Ｃｒ）膜、および酸化クロム（ＣｒＯ）膜をスパッタリング法などにより成膜したものである。なお、マスク２１を成膜する前に、ガラス基板２０の表面をサンドブラスト加工し、ガラス基板２０の表面を粗く形成してマスク２１の密着力を向上させてもよい。
そして、マスク２１に対して凹部を形成する位置に数μｍ程度の開口部２２を形成する。開口部２２はフォトエッチングまたはレーザー加工を用いて形成する。

次に、図６（ｂ）に示すように、マスク２１に開口部２２が形成されたガラス基板２０をエッチング液に所定の時間だけ浸漬して、ガラス基板２０に半球状の凹部２３を形成する。エッチング液により開口部２２を介してガラス基板２０が等方にエッチングされ、断面形状がほぼ半球状にエッチングされる。
エッチング液としては、一水素二フッ化アンモニウム系のエッチング液が用いられる。
続いて、ガラス基板２０からマスク２１を剥離することで、ガラス基板２０は元転写型として完成する。

次に、図６（ｃ）に示すように、元転写型としてのガラス基板２０を用いて、ニッケル（Ｎｉ）などの金属材料で電鋳型２８を製作する。
そして、図６（ｄ）に示すように、電鋳型２８の形状をポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）シートなどのスクリーン基板１０に熱および圧力を加えて転写する。このようにして、スクリーン基板１０に単位形状部である凹部１１が複数形成される。
ここではスクリーン基板１０として光吸収材料を含む黒色のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）シートが用いられる。

次に、図６（ｅ）に示すように、スクリーン基板１０の凹部１１の一部にアルミニウム（Ａｌ）膜などの反射層を形成する。
反射層は、スクリーン基板１０に反射材料を斜め方向からスパッタリングまたは蒸着することで凹部１１内に選択的に形成することができる。このようにして、スクリーン基板１０の凹部１１に投影光反射部１２と外光吸収部１３を形成することができる。また、必要に応じて、反射層とスクリーン基板１０との密着力を確保するために、成膜の前にスクリーン基板１０の表面をＩＰＡ（イソプロピルアルコール）による洗浄や大気プラズマ、コロナ放電などを用いて表面改質を行ってもよい。さらに、反射層２６の表面にＳｉＯ₂などの保護膜を設けてもよい。
なお、反射材料をスクリーン基板１０表面にスプレーして反射層を形成してもよい。

＜反射スクリーンの作用＞
このような反射スクリーン１００は、図１で説明したように、反射スクリーン１００の観察面１００ａの中心点Ｃを通る法線ＮＬに対して垂直方向（Ｙ軸方向）にずれた位置に配置されたプロジェクターなどの光源Ｐから、観察面１００ａに向けて斜めに投影光ＬＰが投射され、反射スクリーン１００に映像が映しだされる。

観察面１００ａに対して斜めに入射した投影光ＬＰは、図３（ｃ）に示すように、凹部１１内に形成された投影光反射部１２に入射する。投影光反射部１２には反射層が形成されており、投影光ＬＰは反射スクリーン１００の観察面１００ａ側に反射光Ｌｒが反射される。なお、投影光ＬＰは凹部１１の縁に遮られて、外光吸収部１３には投影光ＬＰは入射しない。

一方、反射スクリーン１００の観察面１００ａには、投影光ＬＰのほかに反射スクリーン１００の上方から外光Ｌｏが入射する。観察面１００ａに入射した外光Ｌｏは、凹部１１の外光吸収部１３に入射する。そして、凹部１１の外光吸収部１３に到達した外光Ｌｏは外光吸収部１３に吸収される。なお、外光Ｌｏは凹部１１の縁に遮られて、投影光反射部１２に入射することはない。

このように、反射スクリーン１００は、投影光反射部１２で投影光ＬＰを反射し、外光吸収部１３で外光Ｌｏを充分に吸収でき、室内の照明などの外光Ｌｏが存在する中においても、コントラストの高い画像を映し出すことができる。

＜光路差について＞
ここで、隣り合う凹部の配置位置をずらして光路差を調整することでシンチレーションを防止することについて説明する。
図７は２つの凹部で反射される反射光の光路差を説明する模式図である。
図では隣接ラインに対して直交する方向に隣の凹部がずれて形成された状態であり、手前側の凹部１１ａとその奥側の凹部１１ｂとを表示している。手前側の凹部１１ａの投影光反射部に入射した投影光ＬＰ１は反射されて反射光Ｌｒ１が反射される。同様に、手前側の凹部１１ｂの投影光反射部に入射した投影光ＬＰ２は反射されて反射光Ｌｒ２が反射される。このとき、反射光Ｌｒ１、Ｌｒ２が等距離進んだときの差が光路差Ｄとなる。

アルミニウム膜などの反射率の高い反射面の場合、凹部１１から反射する反射光Ｌｒが互いに干渉することによってシンチレーションが発生しやすいことが分かっている。
また、このシンチレーションは、凹部１１からの反射光Ｌｒの光路差Ｄが投影光ＬＰの光源のコヒーレンス長（可干渉距離）よりも長い場合には発生しないことが分かった。
投影光ＬＰの光源の種類にもよるが、一般的な光源として超高圧水銀ランプ、キセノン、ハロゲンなどのランプを用いた場合、隣り合う凹部１１における反射光Ｌｒの光路差Ｄを５μｍ以上とすることで、コヒーレンス長よりも光路差Ｄを長くすることができる。

さらに、発明者は、近接型プロジェクター用の反射スクリーンにおいて、凹部１１の球径が２５μｍ以上、５００μｍ以下の場合、凹部１１の一部が規則に従い隣接ラインに対して直交する方向に５μｍ以上、５０μｍ以下の位置をずらして形成すれば良いことを実験にて確認した。
以上のことから、隣り合う凹部１１における反射光Ｌｒの光路差Ｄをコヒーレンス長よりも光路差Ｄを長くすることで、シンチレーションを防止できる。

以上のように、本実施形態の反射スクリーンでは、一つの凹部１１の反射光とそれに隣り合う凹部１１の反射光との光路差を、投影光のコヒーレンス長（可干渉距離）よりも長くなるように、凹部１１の中央を繋いだ隣接ラインＫに対して、複数の凹部の一部が規則に従い直交する方向にずらして形成されている。
つまり、凹部１１が交互にずれた配置となり、隣り合う凹部１１との間ではシンチレーションが発生しなくなり、ぎらつきを防止でき高画質な映像を表示することができる。

＜他の凹部の配置例＞
次に、他の凹部の配置について説明する。隣接ライン上の凹部の配置はいろいろな配置を採ることができる。
図８、図９、図１０は、一つの隣接ライン上における凹部の配列を示す模式配列図である。以下の凹部は隣接ラインＫが中央を通る凹部１１ａと、この凹部１１ａを基準にして光源から遠ざかる方向にずらした凹部１１ｂと、光源から近づく方向にずらした凹部１１ｃとを用いた配置の組み合わせである。なお、隣接ラインは円錐曲線であるが、ここでは便宜上、隣接ラインを直線として表現している。

図８（ａ）に示すように、隣接ラインＫが中央を通る凹部１１ａの一方側に凹部１１ｂを配置し、他方の側に凹部１１ｃを配置した３つの凹部を一組として、その並びを隣接ラインＫに沿って繰り返す配列を採用してもよい。
この配列では、一つの組の中では隣の凹部とのずれは同等であるが、組と組の繋がり部分では２倍のずれになっている。

また、図８（ｂ）では隣接ラインＫが中央を通る凹部１１ａの一方側に凹部１１ｂを配置し、他方の側に凹部１１ｃを配置し、さらに凹部１１ｃの隣に凹部１１ａを配置している。この４つの凹部を一組として、その並びを隣接ラインＫに沿って繰り返す配列を採用してもよい。
この配列では、一つの組の中では隣の凹部とのずれは同等に形成されている。
このように、図８に示す凹部１１ａ，１１ｂ，１１ｃの配列では隣り合う凹部１１ａ，１１ｂ，１１ｃに対してずらして形成され、凹部１１ａ，１１ｂ，１１ｃの反射光によるシンチレーションを防止することが可能である。

次に、全ての隣り合う凹部においてずれがあるわけではないが、シンチレーションを低減できる凹部の配置について説明する。
図９（ａ）に示す凹部の配列は、隣接ラインＫが中央を通る２つの凹部１１ａの一方側に２つの凹部１１ｂを配置し、その並びを隣接ラインＫに沿って繰り返す配列である。
図９（ｂ）に示す凹部の配列は、隣接ラインＫが中央を通る３つの凹部１１ａの一方側に３つの凹部１１ｂを配置し、その並びを隣接ラインＫに沿って繰り返す配列である。

図９（ｃ）に示す凹部の配列は、隣接ラインＫが中央を通る２つの凹部１１ａの一方側に１つの凹部１１ｂを配置し、その隣に１つの凹部１１ａ、続けて２つの凹部１１ｂを配置し、その並びを隣接ラインＫに沿って繰り返す配列である。
図９（ｄ）に示す凹部の配列は、隣接ラインＫが中央を通る２つの凹部１１ａの一方側に１つの凹部１１ｂを配置し、その隣に１つの凹部１１ａ、続けて１つの凹部１１ｂを配置し、その並びを隣接ラインＫに沿って繰り返す配列である。
なお、凹部１１ｂの代わりに凹部１１ｃであっても同じである。

図１０（ａ）に示す凹部の配列は、２つの凹部１１ｃの一方側に２つの凹部１１ａを配置し、その隣に２つの凹部１１ｂ、続いて２つの凹部１１ａを配置し、その並びを隣接ラインＫに沿って繰り返す配列である。
図１０（ｂ）に示す凹部の配列は、２つの凹部１１ｂの一方側に２つの凹部１１ａを配置し、その隣に２つの凹部１１ｃを配置し、その並びを隣接ラインＫに沿って繰り返す配列である。

図１０（ｃ）に示す凹部の配列は、１つの凹部１１ｂの一方側に２つの凹部１１ａを配置し、その隣に１つの凹部１１ｃを配置し、その並びを隣接ラインＫに沿って繰り返す配列である。
図１０（ｄ）に示す凹部の配列は、１つの凹部１１ｂの一方側に２つの凹部１１ａを配置し、その隣に１つの凹部１１ｃ、続いて２つの凹部１１ａを配置し、その並びを隣接ラインＫに沿って繰り返す配列である。

図１０（ｅ）に示す凹部の配列は、２つの凹部１１ｂの一方側に２つの凹部１１ａを配置し、その隣に１つの凹部１１ｃ、続いて２つの凹部１１ａを配置し、その並びを隣接ラインＫに沿って繰り返す配列である。
このように、一つの凹部１１の反射光Ｌｒとそれに隣り合う凹部１１の反射光Ｌｒとの光路差Ｄを、投影光ＬＰのコヒーレンス長よりも長くなるように、凹部１１の中央を繋いだ隣接ラインＫに対して、複数の凹部１１の一部が規則に従い直交する方向にずらして形成されている。
このことから、ずらした凹部１１とそれに隣り合う凹部１１との間ではシンチレーションの発生を防止でき、ぎらつきの少ない高画質な映像を表示することができる。

なお、上記の実施形態では、近接型プロジェクター用の反射スクリーンを例にとり説明したが、フロント型プロジェクター用の反射スクリーンにおいても実施が可能であり、本実施形態と同様な効果が得られる。
また、本実施形態では投影光を反射させる単位形状部を凹部にて形成したが、凸部で形成してもよい。

１０…スクリーン基板、１１…凹部、１２…投影光反射部、１３…外光吸収部、２０…ガラス基板、２１…マスク、２２…開口部、２３…凹部、２８…電鋳型、１００…反射スクリーン、１００ａ…観察面、Ｄ…光路差、Ｋ…隣接ライン、Ｌｏ…外光、ＬＰ…投影光、Ｌｒ…反射光、Ｐ…光源。

Claims (4)

1. スクリーン基板の観察面の法線に対して垂直方向および水平方向に、曲面を有する凹部または凸部からなる単位形状部が複数形成され、前記単位形状部は投影光を反射する投影光反射部を備え、前記スクリーン基板の観察面に向けて投射された投影光を、観察面側に反射する反射スクリーンであって、
   投影光の入射方向に対して水平方向に最隣接する前記単位形状部の中央を繋いだ隣接ラインに対して、複数の前記単位形状部の一部が規則に従い直交する方向にずらして形成され、
   ずらした前記単位形状部の反射光とそれに隣り合う前記単位形状部の反射光との光路差を、投影光のコヒーレンス長よりも長く構成したことを特徴とする反射スクリーン。
2. 請求項１に記載の反射スクリーンにおいて、
   前記隣接ラインに沿った一つの前記単位形状部を基準とすると、その両側に隣り合う前記単位形状部が、前記隣接ラインに対して直交する方向にずらして形成されていることを特徴とする反射スクリーン。
3. 請求項１または２に記載の反射スクリーンにおいて、
   前記隣接ラインが光の入射側から反対側へ凸の円錐曲線であることを特徴とする反射スクリーン。
4. 請求項３に記載の反射スクリーンにおいて、
   前記単位形状部が半球状であり、球径が２５μｍ以上、５００μｍ以下であり、
   前記単位形状部の一部が規則に従い前記隣接ラインに対して直交する方向に５μｍ以上、５０μｍ以下の位置をずらして形成されていることを特徴とする反射スクリーン。

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