JP2017211455A - 反射スクリーン、映像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、透明性を有する反射スクリーンでは、一部の映像光が反射型スクリーンの背面側から出射する場合がある。このような抜け光が、特に反射スクリーンの画面上部等で生じると、背面側の天井等に映像が映り込み、意匠性の低下を招くという問題があった。
請求項1の発明は、映像源から投射された映像光を反射して映像を表示し、かつ、透明性を有する反射スクリーンであって、光透過性を有する層であって、該反射スクリーンの厚み方向の背面側の面に、映像光が入射する第1の面(121a)とこれに対向する第2の面(121b)とを有する単位光学形状(121)が複数配列されて形成された光学形状層(12)と、前記単位光学形状の少なくとも前記第1の面の一部に形成され、入射した光の一部を反射し、その他の光を透過する機能を有する反射層(13,23)と、を備え、前記単位光学形状は、その表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有し、前記反射層の少なくとも前記単位光学形状側の面は、前記凹凸形状に対応した凹凸形状を有し、該反射スクリーンの厚み方向において、前記反射層を含めた該反射スクリーンの背面側に、映像光に含まれる所定の偏光を吸収又は反射し、映像光の少なくとも一部が該反射スクリーンの背面側へ出射することを抑制する抜け光抑制層(15,23)を備えること、を特徴とする反射スクリーン(10,20)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において、前記抜け光抑制層(15)は、前記反射層(13)を透過した前記所定の偏光を吸収し、それ以外の光を透過する機能を有する層であり、該反射スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に設けられること、を特徴とする反射スクリーン(10)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、前記抜け光抑制層(23)は、前記所定の偏光を反射し、それ以外の光を透過する機能を有する前記反射層(23)であること、を特徴とする反射スクリーン(20)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において、前記所定の偏光は、P偏光又はS偏光であること、を特徴とする反射スクリーン(10,20)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において、前記光学形状層(12)は、前記単位光学形状(121)が同心円状に複数配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状を有すること、を特徴とする反射スクリーン(10,20)である。
請求項6の発明は、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、該反射スクリーンの厚み方向において前記反射層(13,23)よりも背面側に、光透過性を有し、前記単位光学形状の間の谷部を充填するように積層された第2光学形状層(14)を備えること、を特徴とする反射スクリーン(10,20)である。
請求項7の発明は、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、光を拡散する機能を有する拡散粒子を含有する光拡散層を備えていないこと、を特徴とする反射スクリーン(10,20)である。
請求項8の発明は、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の反射スクリーン(10,20)と、前記反射スクリーンに対して、映像光として、前記所定の偏光を多く含む光、又は、前記所定の偏光を投射する映像源(LS)と、を備える映像表示装置(1)である。
本明細書中において、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。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書中において、シート面とは、各シートにおいて、そのシート全体として見たときにおける、シートの平面方向となる面を示すものであるとする。なお、板面、フィルム面についても同様である。
図1は、第1実施形態の映像表示装置1を示す図である。図1(a)では、映像表示装置1の斜視図であり、図1(b)は、映像表示装置1を側面から見た図である。
映像表示装置1は、スクリーン10、映像源LS等を有している。本実施形態のスクリーン10は、映像源LSから投影された映像光Lを反射して、画面上に映像を表示する反射スクリーンである。このスクリーン10の詳細に関しては、後述する。
本実施形態では、一例として、映像表示装置1は、室内用の透明板によるパーテーションに適用され、スクリーン10がその透明板に固定される例を挙げて説明する。なお、このような透明板としては、ガラス製や樹脂製等の透明性の高い板状の部材が用いられる。
また、スクリーン10の映像源側の正面方向に位置する観察者O1から見て水平方向の右側に向かう方向を+X方向、鉛直方向の上側に向かう方向を+Y方向、厚み方向において背面側(裏面側)から映像源側に向かう方向を+Z方向とする。
さらに、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、このスクリーン10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)であり、それぞれ、Y方向、X方向、Z方向に平行であるとする。
この映像源LSは、映像表示装置1の使用状態において、スクリーン10の画面(表示領域)を正面方向(スクリーン面の法線方向)から見た場合に、スクリーン10の画面左右方向の中央であって、スクリーン10の画面よりも鉛直方向下方側に位置している。
映像源LSは、奥行き方向(Z方向)において、スクリーン10の表面からの距離が、従来のスクリーンの画面正面方向に位置する汎用プロジェクタに比べて大幅に近い位置から斜めに映像光Lを投影できる。したがって、従来の汎用プロジェクタに比べて、映像源LSは、スクリーン10までの投射距離が短く、投射された映像光Lがスクリーン10に入射する入射角度が大きく、入射角度の変化量(入射角度の最小値から最大値までの変化量)も大きい。
本実施形態の映像源LSは、映像光の投射口に偏光フィルタが配置されたプロジェクタであり、スクリーン10の映像源側表面10aに対してP偏光を多く含む映像光を投射する。
即ち、映像源LSから投射された映像光のスクリーン10への入射角度をφとし、スクリーン10へ投射された映像光に含まれるP偏光の反射率がゼロとなる入射角度(ブリュースター角)をφb(°)とする場合、入射角度φを(φb−10)°以上85°以下の範囲に設定する。例えば、φb=60°である場合、入射角度φは、50〜85°の範囲となる。これにより、スクリーン10への入射角度φが大きい場合にも、スクリーン10の映像源側表面10aでの映像光の反射を低減でき、映像の明るさ、鮮明さの向上を図ることができ、かつ、映像源LSの設置位置等、投射系の設計の自由度を上げることができる。
この角度φb(ブリュースター角)は、スクリーン10の表面の材質により異なる。
スクリーン10の画面(表示領域)は、使用状態において、観察者O1側から見て長辺方向が画面左右方向となる略矩形状である。また、スクリーン10は、その画面サイズが対角40〜100インチ程度であり、画面の横縦比が16:9である。
なお、これに限らず、スクリーン10は、例えば、観察者O1側から見た形状を他の形状としてもよいし、その画面サイズを40インチ以下の大きさとしてもよく、使用目的や使用環境等に応じて、その大きさや形状は適宜選択できるものとする。
支持板50は、光透過性を有し、剛性が高い平板状の部材であり、アクリル樹脂やPC(ポリカーボネート)樹脂等の樹脂製、ガラス製等の板状の部材を用いることができる。本実施形態の支持板50は、室内用パーテーションのガラス製の透明板ある。
なお、これに限らず、スクリーン10は、不図示の枠部材等によってその四辺等が支持され、その平面性を維持する形態としてもよい。
図3は、第1実施形態の第1光学形状層12を説明する図である。図3では、第1光学形状層12を背面側(−Z側)から見た図であり、理解を容易にするために、反射層13等を省略して示している。
スクリーン10は、図2に示すように、厚み方向(Z方向)において、その映像源側(+Z側)から順に、基材層11、第1光学形状層12、反射層13、第2光学形状層14、抜け光抑制層15等を備えている。
基材層11は、例えば、高い光透過性を有するPET(ポリエチレンテレフタレート)等のポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリル・スチレン樹脂、PC(ポリカーボネート)樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、TAC(トリアセチルセルロース)樹脂等により形成される。スクリーン10の映像源側表面10aでの映像光に含まれるP偏光の反射をより効果的に抑制する場合には、基材層11は、TAC樹脂製やアクリル樹脂製、PC樹脂製のシート状の部材が好適である。
また、基材層11は、そのリタデーションが約200nm以下とすることが好ましく、100nm以下とすることがより好ましい。
基材層11は、スクリーン10の画面サイズ等に応じてその厚さを適宜設定してよい。
単位光学形状121は、図3に示すように、真円の一部形状(円弧状)であり、スクリーン10の画面(表示領域)外に位置する点Cを中心として、同心円状に複数配列されている。即ち、第1光学形状層12は、点Cを中心(フレネルセンター)とする、いわゆるオフセット構造のサーキュラーフレネルレンズ形状を、その背面側に有している。
本実施形態では、図3に示すように、第1光学形状層12をスクリーン面の法線方向背面側から見たときに、点Cは、画面左右方向の中央であって画面外下方に位置しており、点Cと点Aとは、同一直線上に位置している。
単位光学形状121は、背面側(−Z側)に凸であり、映像光が入射する第1斜面(レンズ面)121aと、これに対向する第2斜面(非レンズ面)121bとを有している。1つの単位光学形状121において、第1斜面121aは、頂点tを挟んで第2斜面121bの上側(+Y側)に位置している。
この単位光学形状121の第1斜面121a及び第2斜面121bは、微細かつ不規則な凹凸形状を有している。この微細な凹凸形状は、凸形状と凹形状とが2次元方向に不規則に配列されて形成されており、凸形状及び凹形状は、その大きさや形状、高さ等が不規則である。
理解を容易にするために、図2では、単位光学形状121の配列ピッチP1、角度θ1,θ2は、単位光学形状121の配列方向において一定である例を示している。しかし、本実施形態の単位光学形状121は、実際には、配列ピッチP1は一定であるが、角度θ1が単位光学形状121の配列方向においてフレネルセンターとなる点Cから離れるにつれて次第に大きくなっている。
また、角度θ1,θ2、配列ピッチP1等は、映像源LSからの映像光の投射角度(スクリーン10への映像光の入射角度)や、映像源LSの画素(ピクセル)の大きさ、スクリーン10の画面サイズ、各層の屈折率等に応じて、適宜設定してよい。例えば、単位光学形状121の配列方向に沿って、配列ピッチP1や角度θ1等が変化する形態としてもよい。
なお、本実施形態では、第1光学形状層12を構成する樹脂として、紫外線硬化型樹脂を例に挙げて説明するが、これに限らず、例えば、電子線硬化型樹脂等の他の電離放射線硬化型樹脂により形成してもよい。
前述のように、第1斜面121a及び第2斜面121b(単位光学形状121の表面)には、微細な凹凸形状が形成されており、反射層13は、この微細な凹凸形状に追従して形成され、かつ、単位光学形状121側とは反対側の面にも、この微細かつ不規則な凹凸形状が維持された状態で成膜されている。したがって、反射層13の映像源側の面(第1光学形状層12側の面)と、背面側の面(第2光学形状層14側の面)とは、微細かつ不規則な凹凸形状を有するマット面(粗面)となっている。
この反射層13は、入射した光の一部を反射面の微細な凹凸形状により拡散して反射し、反射しない他の光を拡散しないで透過するという機能を有する。
反射層13は、これに限らず、例えば、上述のような光反射性の高い金属をスパッタリングして形成してもよいし、誘電体多層膜を蒸着したり、スパッタリングしたりすることにより形成されてもよい。また、反射層13の厚さは、その材質や所望する光学性能等によって適宜設定してよい。
本実施形態の反射層13は、アルミニウムを蒸着することにより形成されており、反射層13のみでの反射率が約15%、透過率が約50%のハーフミラー状である。
第2光学形状層14は、単位光学形状121間の谷部を埋めるように充填され、第1光学形状層12の背面側(−Z側)の面を平坦化している。この第2光学形状層14の映像源側(+Z側)の面は、第1光学形状層12の単位光学形状121の略逆型の形状が複数配列されて形成されている。
このような第2光学形状層14を設けることにより、反射層13を保護することができる。また、このような第2光学形状層14を設けることにより、スクリーン10の背面側に抜け光抑制層15等を積層しやすくなり、また、スクリーン10の支持板50等への接合も容易となる。
本実施形態の第2光学形状層14は、第1光学形状層12と同じ紫外線硬化型樹脂により形成されている。
抜け光抑制層15は、第2光学形状層14よりも背面側に設けられた層であり、所定の偏光を透過し、それ以外の光を吸収する機能を有する。このような抜け光抑制層15としては、偏光板を用いることができる。
本実施形態の映像源LSは、スクリーン10の映像源側表面10aに対してP偏光を多く含む映像光を投射している。また、抜け光抑制層15は、図4に示すように、P偏光を吸収し、S偏光を透過する機能を有している。したがって、反射層13で反射せずに反射層13を透過した映像光に含まれるP偏光は、抜け光抑制層15で吸収される。映像光に含まれるS偏光は、抜け光抑制層15を透過するが、その光量は少ない。
また、映像光以外の太陽光等の外光に含まれるP偏光は、抜け光抑制層15で吸収され、外光に含まれるS偏光は、抜け光抑制層15を透過する。そのため、外光は、その光量の半分程度がこのスクリーン10を透過する。
スクリーン10の下方に位置する映像源LSから投射され、スクリーン10に入射したP偏光を多く含む映像光L1のうち、一部の映像光L2は、その単位光学形状121の第1斜面121aに入射し、反射層13によって拡散反射され、観察者O1側へ出射する。
したがって、反射層13を透過した映像光が、スクリーン10の背面側から上方へ出射し、背面側のスクリーン10の近傍の天井等に到達して生じる映像の映り込みを低減できる。
なお、本実施形態では、映像光L1がスクリーン10の下方から投射され、かつ、角度θ2(図2参照)がスクリーン10の画面上下方向の各点における映像光の入射角度よりも大きいので、映像光が第2斜面121bに直接入射することはなく、第2斜面121bは、映像光の反射にはほとんど影響しない。
図5に示すように、スクリーン10に映像源側上方から入射する外光G1のうち、一部の外光G2は、スクリーン10の表面で反射して、スクリーン下方へ向かい、観察者O2には届かない。また、外光G1のうち、一部の外光G3は、反射層13で反射し、一部がスクリーン10下方へ出射し、一部がスクリーン10の映像源側(+Z側)の表面で全反射してスクリーン10内下方へ向かい、減衰する。
また、スクリーン10に映像源側上方から入射し、反射層13を透過する外光G4は、背面側へ向かい、抜け光抑制層15に入射する。そして、外光G4に含まれるP偏光は吸収され、S偏光は背面側からスクリーン下方へ出射し、観察者O2には届かない。
したがって、スクリーン10に映像源側又は背面側から入射する外光が観察者O1に届いて、映像のコントラストが低下することを大幅に改善できる。
したがって、観察者O1,O2が、スクリーン10を通してスクリーン10の向こう側の景色を観察した場合に、スクリーン10の向こう側の景色がぼやけたり、白くにじんだりすることなく、高い透明性を有して観察することができる。
また、本実施形態のスクリーン10では、スクリーン10に映像光が投射された状態においても、観察者O1が、スクリーン10の向こう側(背面側、−Z側)の景色を一部視認することが可能である。さらに、スクリーン10では、背面側に位置する観察者O2は、映像光の投射の有無に関わらず、スクリーン10越しに映像源側(+Z側)の景色を高い透明性を有して良好に視認することができる。
また、本実施形態のスクリーン10では、抜け光抑制層15は、スクリーン10へ入射角0°近傍等の小さな入射角度で入射する光(例えば、図5に示す外光G9,G10)は、その光量の半分程度を透過するので、観察者O1,O2がスクリーン10を通してスクリーンの向こう側の景色等を視認する際に十分な透明性を維持できる。
また、本実施形態のスクリーン10では、スクリーン10の背面側上方から入射する太陽光や照明光等の不要な外光を吸収するので、映像のコントラストを向上させ、良好な映像を表示できる。
図6は、第2実施形態のスクリーン20の層構成を示す図である。図6では、前述の図2に示すスクリーン10の断面に相当するスクリーン20の断面を示している。
第2実施形態のスクリーン20は、前述の第1実施形態に示した抜け光抑制層15を備えておらず、かつ、反射層23が前述の第1実施形態の反射層13とは異なる点以外は、第1実施形態のスクリーン10と同様の形態である。したがって、前述の第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
本実施形態のスクリーン20は、基材層11、第1光学形状層12、反射層23、第2光学形状層14、保護層25を備えている。このスクリーン20は、前述の第1実施形態に示した映像表示装置1に、スクリーン10に代えて使用可能である。
反射層23は、所定の偏光を反射し、それ以外の光を透過する機能を有している。本実施形態の反射層23は、P偏光を反射し、S偏光を透過する機能を有している。したがって、反射層23は、映像光に多く含まれるP偏光を効率よく反射できる。また、映像光に含まれるS偏光は、反射層23を透過するが、その光量は少ないので、スクリーン10の背面側上方へ映像光が出射する光量を低減できる。即ち、本実施形態の反射層23は、抜け光抑制層としての機能を有している。
また、反射層23に入射する外光に関しては、外光に含まれるP偏光は吸収されるが、S偏光は透過する。したがって、外光は、その光量の半分程度がこの反射層23を透過するので、スクリーン20は、透明性を維持できる。
このような反射層23としては、例えば、コレステリック液晶からなる少なくとも1層以上の液晶層と1/4波長板とを積層したシート状の部材等が好適に使用できる。
反射層23は、前述の反射層13と同様に、その表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有している。
以上説明した各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)各実施形態において、スクリーン10,20の映像源側(+Z側)の表面に、傷つき防止を目的としたハードコート層を設けてもよい。ハードコート層は、例えば、スクリーン10,20の映像源側の面に、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)を塗布する等により、形成される。
また、ハードコート層に限らず、スクリーン10,20の使用環境や使用目的等に応じて、スクリーン10,20の映像源側の表面に、例えば、反射防止機能、紫外線吸収機能、防汚機能、帯電防止機能等、適宜必要な機能を有する層を1つ又は複数選択して設けてもよい。さらに、基材層11の映像源側にタッチパネル層等を設けてもよい。
特に、スクリーン10,20の映像源側の表面に反射防止層を設けた場合には、反射層13で反射した映像光が、映像源側の空気との界面で反射して、背面側から出射して背面側に映像が漏れたように表示されることを防止できる。
なお、スクリーン10,20の映像源側(+Z側)の面に限らず、背面側(−Z側)の表面にハードコート機能や反射防止機能等を有する層を備えてもよい。
このように、スクリーン10,20の背面側が露出する形態とする場合には、抜け光抑制層15、保護層25よりも背面側に、ハードコート機能や反射防止機能、紫外線吸収機能、防汚機能、帯電防止機能等、適宜必要な機能を有する層を1つ又は複数設けてもよい。
また、スクリーン10は、基材層11を、ガラス板等の光透過性を有する板状の部材とし、粘着剤層等を介して第1光学形状層12等がガラス板等に接合される形態としてもよい。同様に、スクリーン20は、基材層11又は保護層25のどちらかを、ガラス板等の光透過性を有する板状の部材としてもよい。
この場合、単位光学形状121の配列方向は、映像源LSの位置に合わせて傾けた形態とする。このような形態とすることにより、映像源LSの位置等を自由に設定することができる。
また、単位光学形状121は、3つ以上の複数の面によって形成される多角形形状としてもよい。
また、第1斜面121a及び第2斜面121bは、微細かつ不規則な凹凸形状が形成されている例を示したが、これに限らず、第1斜面121aにのみ微細かつ不規則な凹凸形状が形成されている形態としてもよい。
また、反射層13,23は、単位光学形状121の第1斜面121a及び第2斜面121bに形成される例を示したが、これに限らず、例えば、第1斜面121aの少なくとも一部に形成される形態としてもよい。
10,20 スクリーン
11 基材層
12 第1光学形状層
121 単位光学形状
121a 第1斜面
121b 第2斜面
13 反射層
14 第2光学形状層
15 抜け光抑制層
23 反射層(抜け光抑制層)
25 保護層
LS 映像源
Claims (8)
- 映像源から投射された映像光を反射して映像を表示し、かつ、透明性を有する反射スクリーンであって、
光透過性を有する層であって、該反射スクリーンの厚み方向の背面側の面に、映像光が入射する第1の面とこれに対向する第2の面とを有する単位光学形状が複数配列されて形成された光学形状層と、
前記単位光学形状の少なくとも前記第1の面の一部に形成され、入射した光の少なくとも一部を反射し、その他の光を透過する機能を有する反射層と、
を備え、
前記単位光学形状は、その表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有し、
前記反射層の少なくとも前記単位光学形状側の面は、前記凹凸形状に対応した凹凸形状を有し、
該反射スクリーンの厚み方向において、前記反射層を含めた該反射スクリーンの背面側に、映像光に含まれる所定の偏光を吸収又は反射し、映像光の少なくとも一部が該反射スクリーンの背面側へ出射することを抑制する抜け光抑制層を備えること、
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、
前記抜け光抑制層は、
前記反射層を透過した前記所定の偏光を吸収し、それ以外の光を透過する機能を有する層であり、
該反射スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に設けられること、
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、
前記抜け光抑制層は、前記所定の偏光を反射し、それ以外の光を透過する機能を有する前記反射層であること、
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、
前記所定の偏光は、P偏光又はS偏光であること、
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において、
前記光学形状層は、前記単位光学形状が同心円状に複数配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状を有すること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
該反射スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に、光透過性を有し、前記単位光学形状の間の谷部を充填するように積層された第2光学形状層を備えること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
光を拡散する機能を有する拡散粒子を含有する光拡散層を備えていないこと、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項7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対して、映像光として、前記所定の偏光を多く含む光、又は、前記所定の偏光を投射する映像源と、
を備える映像表示装置。
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