JP2016109803A - 反射スクリーン、映像表示システム - Google Patents
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Abstract
Description
そして、このような短焦点型の映像投射装置によって投射された映像光を良好に表示するために、単位レンズが複数配列されて形成されたリニアフレネルレンズ形状やサーキュラーフレネルレンズ形状を有するレンズ層の表面に反射層を形成した反射スクリーン等が様々に開発されている(例えば、特許文献1参照)。
ここで、レンズ層にリニアフレネルレンズ形状を適用し、巻き取られた基材上にレンズ層を順次成形する、いわゆるロール搬送方式によってレンズ層を形成し、製造効率を向上させ、製造コストを安価にすることも可能であるが、この場合、サーキュラーフレネルレンズ形状に比して反射スクリーンのスクリーン面内の輝度分布が不均一になってしまう問題が生じてしまう。
請求項1の発明は、映像源(LS)から投射された映像光を反射して画面に表示する反射スクリーン(20)であって、レンズ面(232)及び非レンズ面(233)を備え、映像源側とは反対の背面側に凸となる単位レンズ(231)が画面上下方向に複数配列されたリニアフレネルレンズを形成するレンズ層(23)と、少なくとも前記レンズ面に形成され、光を反射する反射層(22)とを備え、前記単位レンズの前記レンズ面には、その背面側に凸となる単位凸形状(232a)が、画面左右方向に複数配列されていること、を特徴とする反射スクリーンである。
請求項2の発明は、請求項1に記載の反射スクリーン(20)において、前記単位凸形状(232a)は、画面左右方向に平行であって、前記レンズ層の厚み方向に平行な断面における断面形状が、略正弦波状に形成されていること、を特徴とする反射スクリーンである。
請求項3の発明は、請求項1に記載の反射スクリーンにおいて、前記単位凸形状は、画面左右方向に平行であって、前記レンズ層の厚み方向に平行な断面における断面形状が、半円形状に形成されていること、を特徴とする反射スクリーンである。
請求項4の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の反射スクリーン(20)において、前記単位凸形状(232a)は、画面左右方向に隣接する単位凸形状とのピッチP2が1μm<P2<200μmを満たすようにして形成されていること、を特徴とする反射スクリーンである。
請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の反射スクリーン(20)と、前記反射スクリーンに映像光を投射する映像源(LS)と、を備える映像表示システム(1)である。
なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
また、板、シート等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
さらに、本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
図1は、本実施形態の映像表示システム1を説明する図である。図1(a)は、映像表示システム1の斜視図であり、図1(b)は、映像表示システム1の側面図である。
映像表示システム1は、反射スクリーン20を備える反射スクリーンユニット10と、映像源LS等とを有している。本実施形態の映像表示システム1は、映像源LSから投影された映像光Lを反射スクリーン20が反射して、その画面上に映像を表示する。
この映像表示システム1は、例えば、映像光Lを映像源LSから投射するフロントプロジェクションテレビシステム等として用いることが可能である。
なお、スクリーン面とは、この反射スクリーン20全体として見たときにおける、反射スクリーン20の平面方向となる面を示すものである。
この映像源LSは、反射スクリーン20の画面に直交する方向(反射スクリーン20の厚み方向)における反射スクリーン20との距離が、従来の汎用プロジェクタに比べて大幅に近い位置から映像光Lを投射できる。即ち、映像源LSは、従来の汎用プロジェクタに比べて、反射スクリーン20までの投射距離が短く、映像光Lの反射スクリーン20のスクリーン面に対する入射角度も大きい。
以下の説明中において、画面上下方向、画面左右方向、厚み方向とは、特に断りが無い場合、この反射スクリーン20の使用状態における画面上下方向(鉛直方向)、画面左右方向(水平方向)、厚み方向(奥行き方向)であるとする。
この反射スクリーン20は、例えば、対角80インチや100インチ、120インチ等の大きな画面(表示領域)を有している。
反射スクリーン20は、薄く、それ単独では平面性を維持するだけの十分な剛性を有していない場合が多い。そのため、反射スクリーン20は、支持板30に一体に接合される形態とすることにより、その画面の平面性を維持している。
図2(a)では、反射スクリーン20の観察画面(表示領域)の幾何学的中心(画面中央)となる点A(図1(a),(b)参照)を通り、画面上下方向に平行であって、スクリーン面に垂直(厚み方向に平行)な断面の一部を拡大して示している。また、図2(b)では、図2(a)の画面左右方向の左側端部近傍におけるb−b断面であり、単位レンズ231の頂点tを通り、画面左右方向に平行であって、スクリーン面に垂直(厚み方向に平行)な断面の一部を拡大して示している。
反射スクリーン20は、図2に示すように、その厚み方向において、映像源側(観察者側)から順に、表面層25、基材層24、レンズ層23、反射層22、保護層21等を備えている。
基材層24は、拡散材を含有する光拡散層241と、顔料や染料等の着色材を含有する着色層242とを有している。本実施形態の基材層24は、光拡散層241と着色層242とが共押出成形されることにより、一体に積層されて形成されている。
本実施形態では、図2に示すように、基材層24において、光拡散層241が背面側であり、着色層242が映像源側に位置する例を示したが、これに限らず、光拡散層241が映像源側に位置し、着色層242が背面側に位置する形態としてもよい。
光拡散層241の母材となる樹脂は、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂や、PC(ポリカーボネート)樹脂、MS(メチルメタクリレート・スチレン)樹脂、MBS(メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン)樹脂、TAC(トリアセチルセルロース)樹脂、PEN(ポリエチレンナフタレート)樹脂、アクリル系樹脂等が好適に用いられる。
光拡散層241の厚さは、反射スクリーン20の画面サイズ等にも依るが、約50〜1000μmとすることが好ましい。光拡散層241は、そのヘイズ値が、85〜99%の範囲であることが望ましい。
着色層242の着色剤としては、グレー系や黒色系等の暗色系の染料や顔料等や、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩等が好適に用いられる。
着色層242の母材となる樹脂は、PET樹脂や、PC樹脂、MS樹脂、MBS樹脂、TAC樹脂、PEN樹脂、アクリル系樹脂等を用いることができる。
着色層242は、反射スクリーン20の画面サイズ等にも依るが、その厚さを約30〜2000μmとすることが好ましい。
図3(a)は、レンズ層23を背面側正面方向から観察した様子を示しており、理解を容易にするために、反射層22や保護層21等は省略して示している。図3(b)は、図2(a)に示す断面の一部をさらに拡大して示し、理解を容易にするために、映像源側に位置する基材層24や、表面層25は省略して示している。
図4は、本実施形態のレンズ層23の詳細を説明する図である。図4(a)は、レンズ層23及び反射層22の背面側から見た斜視図を示し、図4(b)は、図3(b)のb−b断面、すなわち、単位レンズ231の頂点tを通り、画面左右方向に平行であって、スクリーン面に垂直(厚み方向に平行)な断面の一部を拡大して示している。なお、図4の各図は、基材層24や表面層25、保護層21を省略して示している。
単位レンズ231は、図2(a)や図3(b)に示すように、スクリーン面に直交する方向(反射スクリーン20の厚み方向)に平行であって、単位レンズ231の配列方向に平行な断面における断面形状が、略三角形形状である。
単位レンズ231は、背面側に凸であり、レンズ面232と、このレンズ面232と対向する非レンズ面233とを備えている。
本実施形態では、反射スクリーン20の使用状態において、単位レンズ231は、レンズ面232が頂点tを挟んで非レンズ面233よりも鉛直方向上側に位置している。
理解を容易にするために、図2等では、単位レンズ231の配列ピッチP1、角度α,βは、単位レンズ231の配列方向において一定であるように示している。しかし、本実施形態の単位レンズ231は、実際には、配列ピッチP1等が一定であるが、角度αが画面上下方向の上方へ向かうにつれて次第に大きくなっている。また、それに伴いレンズ高さh1も変動する。
なお、これに限らず、配列ピッチP1は、単位レンズ231の配列方向に沿って次第に変化する形態等としてもよく、映像光Lを投影する映像源LSの画素(ピクセル)の大きさや、映像源LSの投射角度(反射スクリーン20のスクリーン面への映像光の入射角度)、反射スクリーン20の画面サイズ、各層の屈折率等に応じて、適宜変更可能である。
本実施形態では、単位凸形状232aは、図2(b)や図4(b)に示す断面形状、すなわち、画面左右方向に平行であって、レンズ層の厚み方向に平行な断面における断面形状が、略正弦波状に形成されている。ここで、略正弦波状とは、正弦波状の波形だけでなく、それに近似される波形や、波の進行方向に応じて波の周期(ピッチ)や振幅(高さ)が変化するような波形をも含むものをいう。
このように単位凸形状232aがレンズ面232上に複数配列されることによって、レンズ面232は、映像源から投射された映像光を、正面方向(スクリーン面の法線方向)だけでなく、画面左右方向へも反射することができる。これにより、本実施形態の反射スクリーン20は、上述の単位凸形状を有さない通常のリニアフレネルレンズが設けられた反射スクリーンに比して、スクリーン面内の輝度分布を均一にすることができる。
ここで、単位凸形状232aのピッチP2は、1μm<P2<200μmを満たすように形成されるのが望ましい。1μm以下であると、単位凹凸形状を形成する金型の生産性(切削性)が低下してしまい好ましくない。また、200μm以上であると、反射スクリーンに表示される画像にモアレを生じさせたり、解像度への影響が生じたりするため好ましくない。
また、単位凸形状232aの高さの差h2は、所望する映像光の拡散特性に応じて適宜設定することができる。
なお、単位凸形状232aのピッチP2と、高さの差h2とは、画面左右方向に対して一定の値で形成されるようにしてもよく、また、画面左右方向の位置に応じて値が相違するようにしてもよい。また、単位凸形状232aのピッチP2と、高さの差h2とは、画面上下方向に配列する単位レンズ毎に値が相違するようにしてもよい。
本実施形態の反射層22は、図2(a)や図3(b)に示すように、レンズ面232に形成されているが、非レンズ面233には形成されていない。なお、反射層22は、光を反射しない程度の薄さであれば、非レンズ面233の少なくとも一部に形成された形態としてもよい。
反射層22は、光を反射するために十分な厚さであれば、その材料等に応じて厚さを自由に設定してよい。
この保護層21は、反射スクリーン20の裏面を傷等から保護したり、反射層22の剥離や破損、酸化等の劣化から保護したりする機能を有している。また、保護層21は、光を吸収する作用を有しており、反射スクリーン20への背面側からの外光の入射を防止する機能を有する。さらに、保護層21は、耐熱性、耐寒性等の耐候性を有することがより好ましい。
本実施形態では、保護層21を形成する材料としては、例えば、酸化防止剤等が添加された黒色のエポキシ樹脂等を用いることができる。
本実施形態の表面層25は、ハードコート機能及び防眩機能を有しており、基材層24の映像源側の表面に、ハードコート機能を有する紫外線硬化型樹脂(例えば、ウレタンアクリレート)等の電離放射線硬化型樹脂を塗膜の膜厚約10〜100μmとなるように塗布し、微細な凹凸形状(マット形状)をその樹脂膜表面に転写する等して硬化させ、表面に微細凹凸形状が賦形されて形成されている。本実施形態では、表面層25は、その表面の表面粗さが0.1〜3μmの範囲であり、ヘイズ値が5〜20%の範囲で形成されている。
また、表面層25は、反射防止機能や紫外線吸収機能、防汚機能や帯電防止機能等を有する層を、表面層25と基材層24との間に、さらに別層として設けてもよい。
さらに、表面層25は、基材層24とは別層であって不図示の粘着材等により基材層24に接合される形態としてもよいし、基材層24の着色層242側(映像源側)の面に直接形成してもよい。
図2(a)に示すように、映像源LSから投影された大部分の映像光Lは、反射スクリーン20の下方から入射し、表面層25及び基材層24を透過してレンズ層23の単位レンズ231へ入射する。
ここで、各単位レンズ231のレンズ面232には、上述したように、単位凸形状232aが形成されているため、レンズ面232に入射した映像光は、反射スクリーンの正面方向に反射するだけでなく、画面左右方向にも拡散して反射することとなる。
例えば、反射スクリーン20の画面左右方向の左側端部近傍においては、図2(b)に示すように、映像光Lは、画面左右方向の左側へ向けて所定の入射角度で反射スクリーン20に入射して、レンズ面232に設けられた反射層22に入射する。そして、その映像光Lのうち、一部の光L1やL2は、反射層22の観察者側の面であって、画面左右方向の右側に向いた面に入射して観察者側へと反射することとなる。また、他の一部の光L3等は、略正弦波状に形成された反射層22の厚み方向において最も観察者側に凸となる部位や凹となる部位の近傍に入射して、反射スクリーン20の左側であって、観察者の観察可能範囲外へと反射することとなる。
同様に、反射スクリーン20の画面左右方向の右側端部近傍においても、映像光Lの一部が、観察者側へと反射し、他の一部が反射スクリーンの右側であって、観察者の観察可能範囲外へと反射することとなる。
以上より、本実施形態の反射スクリーン20は、スクリーン面内の輝度分布を均一にすることができる。
なお、図2(b)において、画面左右方向の左側とは、反射スクリーン20を観察者側から見た左側をいい、画面左右方向の右側とは、反射スクリーン20を観察者側から見た右側をいう。
そして、一部の外光G1は、非レンズ面233へ入射して、保護層21によって吸収される。また、一部の外光G2は、レンズ面232で反射して、主として反射スクリーン20の下方側へ向かうので、観察者O側には直接届かず、また、届いた場合にもその光量は、映像光Lに比べて大幅に少ない。さらに、一部の外光は、反射スクリーン20に入射して、着色層242に吸収される。従って、反射スクリーン20では、外光G1、G2等による映像のコントラスト低下を抑制できる。
以上のことから、本実施形態の反射スクリーン20によれば、明室環境下であっても、コントラストが高く明るく良好な映像を表示できる。
図5は、本実施形態の反射スクリーン20の製造方法を説明する図である。
ここで、図5は、反射スクリーンの厚み方向に平行であって、画面上下方向に平行な断面を示す。
図5(a)に示すように、拡散材を含有する樹脂と着色材を含有する樹脂とを、それぞれ所定の厚さで共押出成形することにより、光拡散層241及び着色層242を一体に成形し、基材層24を形成する。ここでは、基材層24は、ウェブ状であるとする。
なお、表面層25上に不図示のマスキング材を剥離可能に貼合して、次工程に流してもよい。このマスキング材としては、例えば、透明又は略透明なシート状の部材を用いることができ、以降の製造過程における表面層25の表面の汚れや傷つきを防止する機能を有している。
具体的には、レンズ層23は、基材層24の表面層25が形成される面とは反対側の面(本実施形態では、光拡散層241側の面)に、アクリル系の紫外線硬化型樹脂を塗布し、リニアフレネルレンズ形状を賦形するロール版によって押圧し、紫外線を照射して硬化させた後に剥離ロールによってロール版から離型する等により、形成される。
ここで、レンズ層23に形成されるリニアフレネルレンズ形状は、外周側面にリニアフレネルレンズ形状に対応する凹凸形状が形成されたロール版を用いることによって、形成されている。
仮に、サーキュラーフレネルレンズ形状を有したレンズ層をロール搬送方式によって製造しようとする場合、サーキュラーフレネルレンズ形状に対応する形状をロール版の外周側面上に形成する必要がある。ここで、このサーキュラーフレネルレンズ形状は、フレネルセンターを中心として同心円状に単位レンズが複数形成されているので、この形状に対応する形状を、ロール版の外周側面上に形成するのは、非常に困難となる。
また、サーキュラーフレネルレンズ形状に対応する形状をロール版の外周側面に形成しようとした場合、反射スクリーンの画面左右方向、画面上下方向の寸法に応じて、ロール版の外形寸法(外周の長さ、軸方向の寸法)が決定されてしまう。そのため、大型サイズ(例えば、対角100インチサイズ)の反射スクリーンのレンズ層を形成する場合においては、ロール版の外形寸法が大きくなりすぎてしまい、一般に使用されているUV成形装置に収まらず、レンズ層の成形ができなくなったり、UV成形装置を改造する必要が生じてしまったりしてしまう。したがって、サーキュラーフレネルレンズ形状を有したレンズ層は、上述したように、主に枚葉成形により製造されている。
これに対して、本実施形態のレンズ層23は、上述のようにリニアフレネルレンズ形状に対応する形状が形成されているので、サーキュラーフレネルレンズ形状の場合に比して、ロール版を容易に製造することができ、また、ロール版の外形寸法の制約も少なくすることができる。これにより、本実施形態のレンズ層23は、ロール搬送方式によって複数の単位レンズ231を連続的に順次形成することができ、レンズ層23の製造効率を向上させるとともに、製造コストを安価にすることができる。
光反射材料が含有された塗料を塗布することによって形成されるようにしてもよい。
続いて、図5(e)に示すように、反射層22が形成されたレンズ層23の背面側の面に、暗色系材料が含有されたウレタン系樹脂を塗布する等して保護層21を形成し、所定の形状に裁断する。以上により、表面層25、基材層24、レンズ層23、反射層22、保護層21が順次積層された反射スクリーン20が完成する。
図6は、レンズ層を成形するロール版の製造方法の例を説明する図である。
ロール版は、図6に示すように、ロール版の母材となるロール体Rを回転(矢印s1)させながら、バイトTを押し付けることによって、ロール体Rの外周側面にレンズ層23の単位レンズ231に対応する形状が形成される。このとき、バイトTは、ロール体Rに対する切り込み量をロール体Rの回転量に応じて変動(矢印s2)させている。これにより、ロール体Rの表面に形成された単位レンズ231のレンズ面232に対応する面には、単位凸形状232aに対応する形状が形成されることとなる。
なお、上述の説明では、ロール版に形成される単位レンズ231に対応する形状は、その配列方向が、ロール版の軸方向に一致するように形成されるが、これに限定されるものでなく、ロール版の円周方向に一致するようにして形成されてもよい。
また、本実施形態の反射スクリーン20は、レンズ層がリニアフレネルレンズ形状に形成されているので、ロール搬送の方式により、順次、複数の反射スクリーンを製造することができ、反射スクリーン20の製造効率を向上させるとともに、製造コストを安価にすることができる。
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)上述の実施形態において、レンズ面232に設けられた単位凸形状232aは、画面左右方向に平行であって、レンズ層の厚み方向に平行な断面における断面形状が、略正弦波状に形成される例を示したが、これに限定されるものでない。例えば、単位凸形状232aは、画面左右方向に平行であって、レンズ層の厚み方向に平行な断面における断面形状が、半円形状や、三角形形状、台形形状等に形成されるようにしてもよい。
また、基材層24は、着色層242のみを備え、着色層242が着色剤に加えてさらに光拡散材を含有する形態としてもよい。
さらに、光拡散層241と着色層242とは、別々に成形された光拡散層241と着色層242とを粘着剤等で接合して基材層24としてもよい。
20 反射スクリーン
21 保護層
22 反射層
23 レンズ層
231 単位レンズ
232 レンズ面
232a 単位凸形状
233 非レンズ面
24 基材層
25 表面層
LS 映像源
Claims (5)
- 映像源から投射された映像光を反射して画面に表示する反射スクリーンであって、
レンズ面及び非レンズ面を備え、映像源側とは反対の背面側に凸となる単位レンズが画面上下方向に複数配列されたリニアフレネルレンズを形成するレンズ層と、
少なくとも前記レンズ面に形成され、光を反射する反射層とを備え、
前記単位レンズの前記レンズ面には、その背面側に凸となる単位凸形状が、画面左右方向に複数配列されていること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1に記載の反射スクリーンにおいて、
前記単位凸形状は、画面左右方向に平行であって、前記レンズ層の厚み方向に平行な断面における断面形状が、略正弦波状に形成されていること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1に記載の反射スクリーンにおいて、
前記単位凸形状は、画面左右方向に平行であって、前記レンズ層の厚み方向に平行な断面における断面形状が、半円形状に形成されていること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
前記単位凸形状は、画面左右方向に隣接する単位凸形状とのピッチP2が1μm<P2<200μmを満たすようにして形成されていること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の反射スクリーンと、
前記反射スクリーンに映像光を投射する映像源と、
を備える映像表示システム。
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