JP2011180491A - スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】教室や会議室などの明るい環境下にて、すべての観察者に不公平なく鮮鋭でコントラストの高い映像を表示できるスクリーンを提供することを目的とする。
【解決手段】反射スクリーンにおいて、当該スクリーンに投射光（Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ）が入射するスクリーン面に、四角錐の側面の四面に相当する面を有する凹部を複数備え、前記四角錐の四面に相当する面の法線方向と前記投射光の入射角度との成す角度が小さい方の二面の表面（２１、２２）を、他の二面の表面よりも高い反射特性を有する反射面（２１Ａ、２２Ａ）としたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクリーンに関する。

一般に、フロント投射型のプロジェクターに用いるスクリーンは、投射光を反射させて画像を表示するものである。この種のスクリーンは、暗室環境下においては、高コントラストの画像を容易に得ることができる。その一方、会議室や学校の教室などの明室環境下においては、外乱光の反射の影響でスクリーンが明るくなってしまい、高コントラストで鮮やかな画像を得ることは難しい。また高コントラストと同時に広視野角特性を得ることも重要となる。

そこで、明室環境下で、鮮やかで高コントラストかつ広視野角を得るために、特許文献１に記載されているようなフレネル形状の反射スクリーンが提案されている。この特許文献１では、反射面と吸収面を交互に備えたフレネル形状（断面視鋸歯形状面）を有しており、このフレネル面に透明樹脂層を介して拡散性を付与した透明フィルムが設けられている（特許文献１の図２を参照）。
以上の構成により、スクリーンに上方から入射する天井灯などの外光は、フレネル形状の光吸収面によって吸収され、観察者のいる視認側に反射されることが抑制される。一方、プロジェクターからの画像光は、フレネル形状の反射面にて反射され、拡散性を付与した透明フィルムを経て視認側へ向い、観察者に投影画像として認識される。

特開平５−１１３４６号公報

特許文献１に記載のスクリーンは、反射面に微細な凹凸を設けたＡｌ（アルミニウム）などの金属膜、および微細な凹凸の形成により拡散性を付与した保護フィルムを用いている。このとき、反射光の分布すなわち視野角特性は、保護フィルムとの拡散特性と反射面の拡散特性に依存し、多くの場合、プロジェクター光は、スクリーンのセンターに位置する観察者に、重点的に反射されてしまうことになる。このときの水平方向の反射光の分布図（視野角特性分布）の一例を図１０に示す。このとき、スクリーンのセンター付近に位置する観察者Ａには、外光の影響のない、鮮鋭な映像を視聴することができる。しかし、会議室や教室などにおいて、スクリーンの端に位置する観察者Ｂ、Ｃに届く、プロジェクター光の反射量は低下してしまい、鮮鋭な映像を提供することは困難になっている。このように、観察者の存在する領域が水平方向に広がりをもっているときは、すべての観察者に不公平なく鮮鋭な映像を提供することが困難となる。

本発明の目的は、上述の課題、すなわち、明室環境下にて、観察者の存在する領域が水平方向に広がりをもっているとき、たとえば教室や会議室などでも、すべての観察者に不公平なく鮮鋭でコントラストの高い映像を表示できるスクリーンを提供することである。

本発明は、上述の課題の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］本適用例のスクリーンは、投影装置から投射される投射光を反射して画像を表示するスクリーンにおいて、前記スクリーンに前記投射光が入射するスクリーン面に、四角錐の側面の四面に相当する面を有する凹部を複数備え、前記四角錐の四面に相当する面の法線方向と、前記投射光の入射角度との成す角度が小さい方の二面の表面が他の二面の表面よりも高い反射特性を有することを特徴とする。ここで、前記反射率の高い二面を反射面と定義する。

ここでは便宜上、当該スクリーンの自重が掛かる側を下、その反対側を上とし、スクリーンに対して、プロジェクターを視認側の斜め下方に設置した場合について説明する。
このとき、二つの反射面（前記反射特性を備えた二面の表面）の法線は、水平よりも下側を向いている。

本適用例のスクリーンでは、前記二つの反射面は、視認側に対して異なる傾斜角を有しているため、スクリーンに対して斜め下方に設置されたプロジェクターからの画像光は、前記二つの反射面のそれぞれの法線に対して線対称の角度で反射されるため、スクリーンの中央正面の観察者ばかりでなく、たとえばスクリーンの端部周辺の観察者にも明るく鮮鋭な映像を提供できる。

［適用例２］上記適用例に記載のスクリーンにおいて、前記四角錐の側面の四面に相当する面において、各面の法線方向と、前記投射光の入射角度との成す角度が大きいほうの二面の表面が、他の二面の表面よりも小さい反射特性（言い換えれば、より大きな光吸収特性）を有することが好ましい。ここで前記反射率の小さい二面を吸収面と定義する。
このとき、前記二つの吸収面は、プロジェクターを視認側の斜め下方に設置した場合、それぞれ二つの吸収面の法線は、水平よりも上側を向いている。
前記二つの吸収面の法線は上側を向いていることにより、スクリーンに入射する上方からの外光（室内灯など）を吸収させることができる。このため、スクリーンを介して視認側に向う外光の量を一層低減でき、投影画像のコントラストをより高めることができる。

［適用例３］上記適用例に記載のスクリーンにおいて、前記二つの反射面に、光を拡散反射させるための凹凸を形成することが好ましい。
この構成により、より一層、画像光を広範囲に拡散させることができるため、会議室や、教室など広範囲のエリアの視聴者に、明るく鮮鋭な映像を提供できる。

［適用例４］上記適用例に記載のスクリーンにおいて、前記四角錘の四面に相当する面によって形成されるスクリーン表面の凹部において、当該凹部の深さが、スクリーンの位置に応じて異なることが好ましい。
この構成により、プロジェクター光は、前記各反射面の法線に対し、線対称の方向に拡散中心軸を有して反射されるため、プロジェクターと視聴者の位置に応じて最適な反射面の角度を得ることができる。

第一実施形態におけるスクリーンの使用状態を模式的に示す図である。 第一実施形態におけるスクリーンの構成を模式的に示す図であり、図２（ａ）はスクリーンの前面側の構成を斜め上方側から見た斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＹ−Ｙ´方向の断面図である。 第一実施形態におけるスクリーンの構成を模式的に示す図であり、スクリーン位置とプロジェクター光、および観察者の方向を示す図である。 第一実施形態におけるスクリーンの構成を模式的に示す図であり、スクリーン位置における反射面の成す角度を説明する図である。 第一実施形態におけるスクリーンの構成を模式的に示す図であり、水平方向断面（図２（ａ）におけるＸ−Ｘ´断面）である。 プロジェクターと視聴者の存在する領域を示す視聴環境を例示した図である。 プロジェクター光の水平方向の反射特性分布図である。 第二実施形態におけるスクリーンの使用状態を模式的に示す図である。 第二実施形態におけるスクリーンの構成を模式的に示す図であり、図９（ａ）はスクリーンの前面側の構成を斜め下方側から見た斜視図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＹ−Ｙ´方向の断面図である。 従来例におけるスクリーンの水平方向の反射特性分布図である。

〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第一実施形態におけるスクリーン１の使用状態を示す図である。
以下では便宜上、スクリーン１において、プロジェクターＰＪが設置される側を「前面側」、その反対側を「背面側」、当該スクリーン１の自重が掛かる方向を「下」、その反対側を「上」として記載する。
図２および図３は、スクリーン１の構成を模式的に示す図である。図２（ａ）はスクリーン１の前面側の構成を斜め上方側から見た斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＹ−Ｙ´方向の断面図である。図３は図２（ａ）におけるＸ−Ｘ´方向の断面図である。

スクリーン１は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、入射した光を反射させる面２１、２２、および光を吸収させる面３１、３２を備える。すなわち、面２１と面２２の表面が本発明における反射面２１Ａ、２２Ａに相当する。なお、反射面２１Ａ、２２Ａは、一般的な反射型スクリーンで用いられる反射層の構成を採用し、例えば、白色の樹脂層、あるいは、アルミニウム、チタン、ニッケル等の金属膜などを採用できる。また反射光を拡散させるために、金属膜などの表面に微細な凹凸を形成した構成や、金属膜などにたとえばアルミナ、シリカ、その他の無機粒子を含んだ光拡散層を採用しても構わない。

光を吸収させる面３１、面３２には、光吸収面３１Ｂ、３２Ｂが形成されている。なお光吸収面３１Ｂ、３２Ｂには、例えば、黒色塗料あるいは黒色塗料を含んだ樹脂層等が例示できる。

そして、プロジェクターＰＪにて視聴側の斜め下方から投影された画像光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ（図２（ａ）（ｂ））は、上述したスクリーン１にて以下に示すように反射されることになる。
すなわち、反射面２１Ａに入射した画像光Ｌ１ａは、反射面２１Ａにて反射され、観察者のいる視認側（プロジェクターＰＪが設置された側）に向かい、観察者にて投影画像として認識される。同様に、反射面２２Ａに入射した画像光Ｌ１ｂも観察者のいる視認側に反射される。

スクリーンの前面（観察者方向の面）の法線（反射面２１Ａ、２２Ａの法線ではなく巨視的に見たスクリーン前面の法線）と画像光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂとの成す角度が、大きければ大きいほど、吸収面３１Ｂ、３２Ｂに照射される画像光の面積が少なくなるため、より映像光を視認側へ反射する比率が上昇する。

また、観察者に、より鮮鋭な映像を提供するためには、プロジェクター光を観察者の方向へ正反射させることが望ましい。言い換えれば、プロジェクター光は、各反射面の法線方向に対して、線対称を成す角度で反射されるため、その反射方向が観察者のいる方向に向くような角度の反射面が構成される。
また、反射面の表面に微細な凹凸を形成した場合には、この凹凸によって反射光は拡散されるため、拡散反射された拡散光の拡散軸の中心方向が観察者方向を向いているように構成される。

以下に具体的な事例を示す。図３に示すように、代表的なスクリーン位置について上部から、スクリーン位置Ａ、Ｂ、Ｃとする。また、それぞれの位置について、プロジェクター光の入射角度をβＡ、βＢ、βＣとし、観察者方向と成す角度をαＡ、αＢ、αＣとする。（スクリーンの法線方向を０度とし、上部方向（図３では反時計回りの方向）をプラス、下部方向（図３では、時計回りの方向）をマイナスとして定義する。）

また、図４は、スクリーンの図２（ａ）に対応するＹ−Ｙ´断面を、上下方向に延長して示すものであり、スクリーン位置Ａ、Ｂ、Ｃにそれぞれ対応する。この図４において、反射面の成す角度をそれぞれ、θＡ、θＢ、θＣと定義する。このとき、θＡ、αＡ、βＡおよび、θＢ、αＢ、βＢ、さらに、θＣ、αＣ、βＣは、下式（１）〜式（３）に示すように、この定義式が成り立つように、反射面の角度を定めることで、どのスクリーン位置でもプロジェクター光を観察者へ効率よく反射することができる。
θＡ＝αＡ−（βＡ＋αＡ）／２・・・式（１）
θＢ＝αＢ−（βＢ＋αＢ）／２・・・式（２）
θＣ＝αＣ−（βＢ＋αＣ）／２・・・式（３）

本事例では、スクリーン位置Ａ、Ｂ、Ｃを例に挙げたが、その中間的な位置についても、θＡ、θＢ、θＣに対応する反射面の角度は、なだらかに段階的に変化させた角度を持つようにしても構わない。

図５は、図２（ａ）におけるＸ−Ｘ´方向の断面図、すなわち上面から見た断面に相当する。反射面２１Ａに入射するプロジェクター光をＬ１ａ、反射面２２Ａに入射するプロジェクター光をＬ１ｂと模式的に定義する。反射面２１Ａと反射面２２Ａは、それぞれ四角錘を構成する異なる二面であり、スクリーンの法線方向に対し、異なる角度を有している。各々の反射面２１Ａ、２２Ａにおけるプロジェクター光の反射光は、それぞれ各反射面の法線方向に対して、線対称の向きに反射する。

また、反射面の表面に微細な凹凸を形成した場合には、この凹凸によって反射光は拡散されるため、拡散反射された拡散光の拡散軸の中心は二方向へと分散されることとなり、より水平方向へ広がる反射特性を持つことができる。

ここで、具体的な視聴環境のモデルを図６に示す。ここで、スクリーンセンターに位置する観察者を観察者Ａ、最前列の左右両端に位置する観察者をそれぞれ、観察者Ｂ、観察者Ｃとする。このとき、本発明のスクリーンの水平方向の視野角特性を図７に示す。また従来例の構造による水平方向の反射特性分布を図１０に示す。従来例の場合、観察者Ａと観察者Ｂ、Ｃにおいて、それぞれの位置に反射される映像光は、約６倍の差が生じてしまう。しかし、本発明によるスクリーンでは、観察者Ａ、観察者Ｂ、Ｃとでは、映像光の輝度に大きな差はなく、視野角特性として遜色が無いことがわかる。

一方、図２（ｂ）に、画像光Ｌ１以外の光、例えば、天井等に設置された蛍光灯等から照明される光Ｌ２ａと、窓などの真横からまたは、スクリーンの正面（法線方向）から照射される外光をＬ２ｂとを示す。

上述したスクリーン１にて、上方からの外光Ｌ２ａは、以下のように吸収面３１Ｂ、３２Ｂにて吸収または、反射面２１Ａ、２２Ａにて観察者の視野外へ反射されることになる。
すなわち、図２（ｂ）に示すように、蛍光灯等から照明される外光Ｌ２ａは主に上方側からスクリーン１に向かうため、その多くは吸収面３１Ｂ、３２Ｂにて吸収される。これは、外光Ｌ２ａの入射方向に面している、反射面２１Ａ、２２Ａ、吸収面３１Ｂ、３２Ｂの面積の比率によるところが大きい。外光Ｌ２ａの入射方向に面しているのは、ほとんどが吸収面３１Ｂ、３２Ｂであるからである。また、図２（ｂ）に示すように、反射面２１Ａ、２２Ａに照射された一部の外光Ｌ２ｂは、反射面２１Ａ、２２Ａの法線に対し線対称の方向に中心軸を有して拡散反射されるため、吸収面３１Ｂ、３２Ｂにて吸収されるか、観察者の視野外に反射される。

また、窓等から照射される真横からの外乱光、およびスクリーン正面（法線方向）から入射する外乱光Ｌ２ｂ（図２（ｂ）にて、Ｌ３と示す）についても、光の入射方向に対する反射面と吸収面の面積比による光吸収効果は弱まるものの、前述したＬ２ｂ同様、吸収面３１Ｂ、３２Ｂによる光吸収が得られる。また、反射面２１Ａ、２２Ａに照射される外光Ｌ３についても前述したＬ２ｂ同様、反射面２１Ａ、２２Ａの法線に対して線対称の方向に中心軸を有して反射されるため、Ｌ３の反射光は、吸収面３１Ｂ、３２Ｂにて吸収されるか、観察者の視野外に反射される。

このように、外光を吸収、または観察者の視野外へ反射し、プロジェクター光（画像光）を水平方に広く拡散反射させることで、教室などの最前列のスクリーンの端に位置する観察者にも鮮鋭な映像を提供することができる。

〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態について、図８〜図９に基づいて説明する。
本実施形態のスクリーンの基本構造は、第一実施形態と同様であるが、プロジェクターとスクリーンの位置関係が上下逆転しており、それに応じて、四角錘の凹部の四面に相当する面の特性が、上下の配置が逆になっている点が異なる。図８は、プロジェクターとスクリーンの位置関係を示すための図である。図９は、図８を拡大した斜視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＹ−Ｙ´の断面図である。なお、これら図８〜図９において、図１〜図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態では、プロジェクターがスクリーンの上方に設置され固定されるため、第一実施形態のスクリーンの斜め下方に配置されるプロジェクターの設置位置と比較して、一般にセッティングの手間や、省スペースの面で有利である。

本実施形態では、天井灯などの上方からの外光に対しては、第１実施形態の構造をそのまま上下反転して形成した場合には、外光除去特性を期待できない。それは、天井灯の方向から来る外光に対して、反射面と吸収面との面積比による効果が期待できないからである。そこで、図９に示す、凹部を構成する四角錘の形状を変形させ、四角錘の天頂に相当する位置を上部にシフトさせている。これにより側面に対応する反射特性を持たせた二面について、吸収特性を持たせた他の二面よりも面積が大きくなるように変形させた。この構造では、上方からの外光については大きな光吸収特性は期待できないが、窓からの横外光および正面からの外光については、第１実施形態と同様に吸収面での光吸収と、観察者の視野外への反射効果が期待できる。また何より、反射面の面積を増加させることで、プロジェクター光の観察者への反射効率を増大させることで、コントラストの高い映像を表示するスクリーンを提供することができる。
以上、本発明のスクリーンの好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されないことは言うまでもない。前述した実施形態で示した各構成要素の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の要旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

１…スクリーン
２１，２２…面
２１Ａ，２２Ａ…反射面
３１，３２…面
３１Ｂ，３２Ｂ…吸収面
Ｌ１ａ，Ｌ１ｂ…プロジェクター光（画像光）
Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ３…外光
αＡ，αＢ，αＣ…スクリーン位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける観察者の位置する方向（角度）
βＡ，βＢ，βＣ…スクリーン位置Ａ，Ｂ，Ｃにおけるプロジェクター光の入射角度
θＡ，θＢ，θＣ…スクリーン位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける反射面の成す角度

Claims (4)

1. 投影装置から投射される投射光を反射して画像を表示するスクリーンにおいて、
   前記スクリーンに前記投射光が入射するスクリーン面に、四角錐の側面の四面に相当する面を有する凹部を複数備え、前記四角錐の四面に相当する面の法線方向と前記投射光の入射角度との成す角度が小さい方の二面の表面が、他の二面の表面よりも高い反射特性を有することを特徴とするスクリーン。
2. 前記四角錐の側面の四面に相当する面において、各面の法線方向と前記投射光の入射角度との成す角度が大きいほうの二面の表面が、他の二面の表面よりも大きな光吸収特性を有することを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記高い反射特性を有する二面の表面に、この反射面で反射する光を拡散させる凹凸を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクリーン。
4. 前記凹部の深さが、スクリーンの位置に応じて異なることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のスクリーン。

Images