JP2022013064A - スクリーン及び投影システム - Google Patents

Abstract

【課題】基材層としてＰＥＴなどの樹脂シートを用いた場合に、投影装置からの投影光の視認性を向上させることができるスクリーンを提供する。【解決手段】基材層８と、拡散反射層１２又は拡散層４２からなる投影層とを有し、投影装置４から出射された投影光が、基材層８を通り、投影層に投影されるスクリーンであって、スクリーンが投影光を直線偏光から円偏光又は楕円偏光に変換させる偏光材層１０を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、スクリーン及び投影システムに関し、特に、投影装置から出射された投影光が投影されるスクリーン及びこのスクリーンを備える投影システムに関する。

従来より、投影装置から出射された投影光が投影されるスクリーンにおいて、透過率が高く、ベイズ値の低い材料で構成される、所謂、透明スクリーンが知られている。

このような透明スクリーンの構成として、透明なフィルムに投影光を透過させる透明な基材層と、基材層に取り付けられ、前方から入射された投影光を拡散させるとともに後方から入射した光を透過する拡散層と、を設けた構成が用いられている。このような構成によれば、前方から入射した投影光を拡散層で拡散させることにより、スクリーン後方から投影された画像を視認可能であり、さらに、前方又は後方から入射した一部の光は拡散層を透過するため、スクリーン前方及び後方からスクリーンの反対側を視認可能である（すなわち、スクリーンが透明に見える）。なお、本明細書中では、このような透明スクリーンを透過型スクリーンと称する。

また、例えば、特許文献１のような、透明な基材層と、前方からの投影光の一部を前方に反射し、後方からの光の一部を前方に透過させる反射拡散層とを設けた構成も知られている。このような構成によれば、前方から入射した投影光を反射拡散層で反射させるとともに拡散させることにより、スクリーン前方から投影された画像を視認可能であり、さらに、前方又は後方から入射した一部の光は拡散層を透過するため、スクリーン前方及び後方からスクリーンの反対側を視認可能である（すなわち、スクリーンが透明に見える）。なお、本明細書中では、このような透明スクリーンを反射型スクリーンと称する。

特許第６５７８９０８号

このような透明スクリーンの基材層には、可撓性を持たせるために樹脂シートが用いることが好ましい。しかしながら、スクリーンに適した厚さでシートを製造できる例えば、ＰＥＴなどの樹脂シートを基材層に用い、プロジェクタにより偏光性を有する投影光を照射すると、樹脂シートにより色むらが生じて観察者の視認性が悪くなってしまうという問題点がある。
本発明は、上記の問題に鑑み成されたものであり、基材層としてＰＥＴなどの樹脂シートを用いた場合に、投影装置からの投影光の視認性を向上させることができる透明スクリーンを提供することを目的とする。

本発明のスクリーンは、基材層と、拡散反射層又は拡散層からなる投影層とを有し、投影装置から出射された投影光が、基材層を通り、投影層に投影されるスクリーンであって、スクリーンが投影光を直線偏光から円偏光又は楕円偏光に変換させる偏光材層を有する、ことを特徴とする。

ＰＥＴなどの樹脂シートを基材層に用いた場合、色むらが生じてしまう。
これに対し、本発明によれば、偏光材層に投影光を入射させることで、投影光が円偏光又は楕円偏光に変換された後、拡散又は拡散反射されて観察者に届くため、基材層としてＰＥＴなどの樹脂シートを用いた場合であっても、色むらが発生することを抑制することができ、視認性を向上することができる。

本発明において、好ましくは、基材層がＰＥＴで形成されている。
上記構成の本発明によれば、他の材料で補強する必要がなく、ＰＥＴ単体により基材層を所望の厚さに低コストで提供できる。

本発明において、好ましくは、偏光材層が、１／４λシート、１／２λシート及び１／４λシートの積層シート、又は逆分散シートを含む。
１／４λシート、１／２λシート及び１／４λシートの積層シート、又は逆分散シートは全て、直線偏光を円偏光又は楕円偏光に変換させる機能を有している。したがって、上記構成の本発明によれば、ＰＥＴなどの樹脂シートを用いた基材層であっても、色むらの発生を抑制することができる。

本発明において、好ましくは、偏光材層が基材層の一面に接着剤により接着されている。
上記構成の本発明によれば、偏光材層を接着材で基材層に接着するのみでよいので、既存のスクリーンにも適用できる。

本発明において、好ましくは、投影層が拡散反射層であり、拡散反射層が、真空蒸着された金属膜を含む。
真空蒸着による金属膜は非常に薄い。このため、上記構成の本発明によれば、厚さの削減を求められるスクリーンにおいて、大きく厚さを増やすことなく、拡散反射層を構成することができる。

本発明において、好ましくは、投影層が拡散反射層であり、拡散反射層の反射面の断面が鋸歯状である。
上記構成の本発明によれば、投影装置をスクリーンに対して上方又は下方などの側方に配置しても、投影光を確実に反射することができる。

本発明において、好ましくは、拡散反射層の鋸歯状の反射面がＵＶ硬化性樹脂の表面に形成されている。
上記構成の本発明によれば、ＵＶ硬化性樹脂で成形することにより、反射面に微小の凹凸を容易に形成することができる。

本発明において、好ましくは、スクリーンの透過率が３０％以上、ヘイズ値が２０以下である。
上記構成の本発明によれば、スクリーン後方の背景が十分に透過する、所謂透明スクリーンとして機能することができる。

本発明の投影システムは、スクリーンと、スクリーンに投影光を出射する投影装置と、を備える。

本発明によれば、基材層としてＰＥＴなどの樹脂シートを用いた場合に、投影装置からの投影光の視認性を向上させることができる透明スクリーンが提供される。

観察者が投影装置側にいる場合の本発明の第１実施形態による投影システムの概略斜視図である。 図１に示す投影システムにおける反射型スクリーンの側方断面図である。 観察者がスクリーン背後側にいる場合の本発明の第２実施形態による投影システムの概略斜視図である。 図３に示す投影システムにおける透過型スクリーンの側方断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態のスクリーン及び投影システムについて図面を参照しながら詳細に、説明する。なお、以下の説明において、投影装置側及びスクリーン手前側の方向を投影装置側又は前方といい、スクリーンに対して投影装置の反対の方向をスクリーン背後側又は後方という。
図１は、観察者が投影装置側にいる場合の本発明の第１実施形態による投影システム１の概略斜視図である。図１に示すように、投影システム１は、反射型スクリーン２と、投影装置（プロジェクタ）４と、を備える。

反射型スクリーン２は、矩形状の平坦な部材であり、投影面が鉛直になるように設けられている。反射型スクリーン２は、投影装置４から出射された投影光を投影面で拡散反射し、映像を投影させることができるとともに、前方及び後方からの水平な光を反対側に透過することができる所謂、反射型の透明スクリーンである。

投影装置４は、光源６を有し、光源６からの投影光を装置内部の光学系（図示せず）により、所定の範囲に向かって出射する。なお、投影装置４から投影される投影光は、直線偏光にとなっている。投影装置４は、スクリーン２に対して前方に配置され、スクリーン２に向かって直線偏光された投影光を、所定の水平方向の角度範囲かつ所定の鉛直方向の角度範囲に出射する。投影装置４は、投影光を水平方向に対して２０～８０度で上方に向かって投影光を投射する。

また、図１には、投影装置４内の光源６から出射された投影光が観察者の目に届くまでの経路を矢印で示す。投影装置４からの投射光は、斜め上方にスクリーン２に向かって投射される。投射された投影光は、反射型スクリーン２により拡散反射され、投影装置側の観察者は反射型スクリーン２により拡散反射された投影光を観察することができる。

次に、反射型スクリーン２の構成について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、図１に示す投影システムにおける反射型スクリーンの側方断面図である。反射型スクリーン２は、基材層８と、基材層８の前方に設けられた偏光材層１０と、基材層８の後方に設けられた拡散反射層（投影層）１２と、を備える。偏光材層１０は、基材層８の前面に接着剤で接着されており、拡散反射層１２は基材層８の後面に接着剤で接着されている。接着剤としては、常温接着するのに好ましいＵＶ硬化性樹脂を使用している。なお、偏光材層１０及び拡散反射層１２の基材層８への接着方法はこれに限定されない。また、本実施形態では、基材層８と偏光材層１０と拡散反射層１２とは、同一の矩形であるが、投影光を投影したい部分に、偏光材層１０と拡散反射層１２が設けられていればよい。反射型スクリーン２は、全体として透過率が３０％以上であり、ヘイズ値が２０以下である。なお、反射型スクリーン２の透過率は５０％以上であり、ヘイズ値は１０以下であることが好ましい。

基材層８は、無色透明な矩形状のシートからなり、ＰＥＴで形成されている。また、本実施形態の基材層８の厚さは、約０．２ｍｍが最も好ましいが、０．１ｍｍ～０．５ｍｍであればよい。基材層８の材料としては、所望の厚さに成形できるため、ＰＥＴが好ましいが、ポリカーボネート樹脂などの樹脂を用いることも可能である。

本実施形態の偏光材層１０は、矩形状の偏光フィルムからなる。偏光材層１０を構成する偏光フィルムは、前方から入射した投影光を直線偏光から円偏光に変換させる。このような偏光フィルムとして、本実施形態は１／４λシートを用いているが、これに限らず１／２λシート及び１／４λシートの積層シート、又は逆分散シートであってもよい。

拡散反射層１２は、入射層１２Ａと、透過層１２Ｂとを有する。拡散反射層１２の前方の面が基材層８と接し、後方にどの面とも接しない外側表面２２を有する。拡散反射層１２内の層厚方向の中間において、透過層１２Ｂの前面に縦方向断面が鋸歯状の反射面１４が形成されている。本実施形態では、反射面１４は、水平面１５と傾斜面１６とが高さ方向に交互に並んで構成されている。水平面１５は水平方向に延びており、傾斜面１６は上方に向かって前方に進出するように傾斜している。傾斜面１６が形成する角度は、投影装置４の投影光の角度に応じた角度であり、投影装置４の下方から出射された投影光を略水平に反射させる。入射層１２Ａの表面には、微小の凹凸が形成されており、反射面１４は入射層１２Ａの微小凹凸上に金属膜２０が被覆されることにより構成されている。反射面１４の水平面１５に対する傾斜面１６の角度は、投影装置４からの投影光を効率的に反射させるため、約５度～３５度の間で外側表面２２に沿う方向で整列されることが望ましい。入射層１２Ａ及び透過層１２Ｂは、同一のＵＶ硬化性樹脂により成形されている。

なお、本実施形態では、前述のとおり、投影装置４により下方から投影光を投影する場合について説明しているが、上方から投影された場合も、本発明を適用でき、この場合には反射面が上下対称に回転した配置となる。また、側方から投影することも可能である。下方と上方からの投影に対応できるように、水平面１５を形成せずに、上方に向かって前方に傾斜する傾斜面と、上方に向かって後方に傾斜する傾斜面とを交互に形成してもよい。

金属膜２０は、真空蒸着で形成された金属薄膜であり、光透過性を有する。金属膜２０は、銀、アルミニウム、金などの光反射材料であればよく、１～１００ｎｍ程度の厚さで反射面１４に被覆されている。特に、耐久性に優れ、光の吸収率が高いクロムが好ましい。

次に、投影光が観察者の目に届くまでの経路について、図２を用いて説明する。図２の矢印は投影光の経路を表す。図２に示すように、投影装置４内に設けられた光源６から出射された投影光が、スクリーン２の偏光材層１０に入り、投影光が円偏光に変換され、基材層８を通り、拡散反射層（投影層）１２の反射面１４まで到達する。反射面１４には微小の凹凸が形成されており、更にその上から金属膜２０が被覆されている。反射面１４に到達した投影光の一部は、被覆された金属膜２０（反射面１４）において反射される。投影光の反射する割合は、被覆された金属の種類に依存する。このように、反射面１４によって反射された投影光（以下、反射光という）は、凹凸によって拡散され、その角度は凹凸によって制限されて観察者３に届く。本実施形態では、反射光が観察者３に向かって反射する際の反射光の拡散角度は最大で約１５度である。

また、後方からスクリーン２に入射した光の一部は、拡散反射層１２を透過し、基材層８及び偏光材層１０を通り、観察者３に届く。前方からスクリーン２に入射した光の一部は、拡散反射層１２を透過し、後方まで透過される。なお、前方からスクリーン２に入射した光の一部は、拡散反射層１２により反射されるが、下方に向かって反射されるため、拡散反射層１２による反射光が前方の観察者３により視認されることはない。

本実施形態によれば以下の効果が奏される。
本実施形態のように、反射型スクリーン２が、偏光材層１０を有することで、投影光が直線偏光から円偏光に変換されるため、基材層８としてＰＥＴなどの樹脂シートを用いた場合であっても、色むらの発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、基材層８がＰＥＴで形成されているため、他の材料で補強する必要がなく、ＰＥＴ単体により基材層８を所望の厚さに低コストで提供できる。

また、本実施形態では、偏光材層１０が、１／４λシートで形成されている。１／４λシートは直線偏光を円偏光に変換させる機能を有している。したがって、本実施形態によれば、ＰＥＴなどの樹脂シートを用いた基材層８であっても、色むらの発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、拡散反射層（投影層）１２が真空蒸着された金属膜２０からなる反射面１４を有する。これにより、投影光を拡散させるための微小の凹凸の上から容易に、且つスクリーン２の厚さを大きく増やすことなく、反射面１４を形成することができる。

また、本実施形態は、拡散反射層１２の反射面１４の断面が鋸歯状であるため、投影装置４をスクリーン２に対して下方に配置しても、投影光を確実に反射することができる。

なお、本実施形態では、反射面１４は鋸歯状断面であるが、反射面１４の断面形状はこれに限定されない。例えば、本実施形態では、水平面１５及び傾斜面１６の断面が直線状であったが、これに限らず、円弧、楕円、またはその他の自由曲線であってもよい。

また、本実施形態では、鋸歯状面を有する反射面１４がＵＶ硬化性樹脂からなる透過層１２Ｂの表面に形成されている。このように、拡散反射層１２の透過層１２ＢをＵＶ硬化性樹脂で成形することにより、反射面１４に微小の凹凸を容易に形成することができる。

また、本実施形態では、スクリーン２の透過率が３０％以上、ヘイズ値が２０以下である。これにより、スクリーン２の後方の背景が十分に透過する、所謂透明スクリーンとして機能することができる。

また、従来の反射面は水平面１５と平行に配置されていたため、投影光の拡散方向が鉛直方向であったが、これに対し、拡散反射層１２の反射面１４の断面を鋸歯状にした上記構成の実施形態によれば、下方などから投影された投影光を確実に水平面１５と略平行な方向に反射させることができ、反射型スクリーン２と投影装置４の間の距離が短い場合にも、下方又は上方などの側方から投影させることができる。

なお、スクリーン２は、基材層８と、偏光材層１０と、拡散反射層１２とで構成されているが、それぞれが直接接さず、間や外側に光を吸収させる層や透明板層などが存在してもよい。更に、各層の間は接着ではなく、単に端部を固定してもよい。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、観察者３が反射した投影光を視認する反射型スクリーンの場合について説明したが、本発明はこれに限らず、観察者３が投影装置４と反対方向からスクリーン２に投影された映像を視認する、透過型スクリーンの場合にも本発明を適用することができる。以下、このような透過型スクリーンに適用した本発明の第２実施形態について図３及び図４を用いて説明する。以下の説明において、第１実施形態と同様又は対応する構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。なお、方向についても、第１実施形態と同一の表現とする。

図３は、観察者３がスクリーン背後側にいる場合の本発明の第２実施形態による投影システム１０１の概略斜視図である。図３に示すように、投影システム１０１には、透過型スクリーン３２及び投影装置（プロジェクタ）４と、を備える。透過型スクリーン３２は、投影装置４から出射された投影光を拡散させ、投影面に画像を投影させることができるとともに、前方及び後方からの水平な光を反対側に透過することができる所謂、透明スクリーンである。投影装置４は、第１実施形態と同様、スクリーン３２に対して前方に配置され、斜め上方にスクリーン３２に向かって投影光を投射する。
図３には、投影装置４内の光源６から出射された投影光が観察者の目に届くまでの経路を矢印で表す。スクリーン背後側にいる観察者３は、透過型スクリーン３２を透過し、拡散された投影光を観察することができる。

次に、透過型スクリーン３２の構成について、図４を用いて詳細に説明する。図４は、図３に示す投影システム１０１における透過型スクリーン３２の側方断面図である。透過型スクリーン３２は、基材層８と、基材層８の前方に設けられた偏光材層１０と、基材層８の後方に設けられた拡散層（投影層）４２と、を備える。
また、本実施形態では、基材層８と偏光材層１０と拡散層４２は、同一の矩形であるが、画像を投影したい任意箇所に、偏光材層１０と拡散層４２が設けられていればよい。

拡散層４２は、入射層４２Ａと、透過層４２Ｂとを有する。拡散層４２の前方の面が基材層８と接し、後方にどの面とも接しない外側表面２２を有する。拡散層４２内の層厚方向の中間において、透過層４２Ｂの前面は鋸歯状面４４として形成されている。本実施形態では、鋸歯状面４４は、水平面４５と傾斜面４６とが高さ方向に交互に並んで構成されている。水平面４５は水平方向に延びており、傾斜面４６は上方に向かって前方に進出するように傾斜している。傾斜面４６が形成する角度は、観察者３のいる後方からの光を観察者３に正反射させない角度であり、約５～２０度の間で外側表面２２に沿う方向で整列されることが望ましい。入射層４２Ａの表面には、微小の凹凸が形成されている。本実施形態では、入射層４２Ａ及び透過層４２Ｂは、同一のＵＶ硬化性樹脂により成形されている。

次に、投影光が観察者の目に届くまでの経路について、図４を用いて説明する。投影装置４内に設けられた光源６から出射された投影光が、透過型スクリーン３２の偏光材層１０に入射し、投影光が円偏光に変換され、基材層８を通り、拡散層４２の鋸歯状面４４まで到達する。鋸歯状面４４には微小の凹凸が形成されている。楔状表面４４に到達した投影光は、部分的に透過される。鋸歯状面４４を透過した投影光（以下、透過光という）は、微小の凹凸によって、拡散されて観察者３に届く。観察者３のいる後方からの光の一部は、反射するが、鋸歯状面４４によって、下方に向かって反射されるため、反射光が観察者３により視認されることはない。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態のように、透過型スクリーン３２が、偏光材層１０を有することで、投影光が直線偏光から円偏光に変換されるため、基材層８としてＰＥＴなどの樹脂シートを用いた場合に、色むらの発生を抑制することができる。

本実施形態は、拡散層４２が鋸歯状面４４を有するため、投影装置４を透過型スクリーン３２に対して、前方の上方又は下方などの側方に配置しても、投影光を効率的に透過させることができる。更には、観察者３のいる後方からの光に対しても、鋸歯状面４４が、後方からの光を下方に反射させるため、反射光が観察者３の視認性を阻害するのを防ぐことができる。

なお、本実施形態では、拡散層４２に水平面４５及び傾斜面４６が直線状の鋸歯状面４４を設けているが、拡散層４２の形状は鋸歯状面に限定されない。例えば、本実施形態では、鋸歯状面４４の水平面４５及び傾斜面４６の断面が直線状であったが、これに限らず、円弧、楕円、またはその他の自由曲線であってもよい。

本実施形態では、拡散層４２の透過層４２Ｂの表面に鋸歯状面４４が形成されている。拡散層４２の透過層４２ＢをＵＶ硬化性樹脂で成形することにより、鋸歯状面４４の表面に微小の凹凸を容易に形成することができる。

なお、上記各実施形態では、偏光材層１０として、直線偏光を円偏光に変換する偏光板を用いたが、これに限らず、直線偏光を楕円偏光に変換する偏光板を用いてもよい。このような場合であっても、同様の効果が奏される。

以下に、本発明のスクリーンの実施例について説明する。
実施例として、図２を参照して説明した反射型スクリーン２を形成した。基材層１６には、ＰＥＴを用い、偏光材層１０としては、１／４λシートの偏光フィルムを用いた。
また、比較例として、図２を参照して説明した反射型スクリーン２において、偏光材層１０を省略したスクリーンを形成した。
これら実施例及び比較例について、ＪＩＳＺ８７２２に準じて色彩輝度計により色度を測定した。なお、色彩輝度計としては、株式会社トプコンテクノハウス製の色彩輝度計ＢＭ－５ＡＣを用いた。
実施例のスクリーンの反射光の色度座標は、ｘが０．３５、ｙが．３６であった。これに対して、比較例の反射光の色度座標は、ｘが０．３９、ｙが０．４０であった。

このように、本発明によれば、色むらの発生を抑制することができる。

１ ：投影システム
２ ：反射型スクリーン
３ ：観察者
４ ：投影装置
６ ：光源
８ ：基材層
１０ ：偏光材層
１２ ：拡散反射層
１２Ａ ：入射層
１２Ｂ ：透過層
１４ ：反射面
１５ ：水平面
１６ ：傾斜面
２０ ：金属膜
２２ ：外側表面
３２ ：透過型スクリーン
４２ ：拡散層
４２Ａ ：入射層
４２Ｂ ：透過層
４４ ：鋸歯状面
４５ ：水平面
４６ ：傾斜面
１０１ ：投影システム

Claims (9)

1. 基材層と、拡散反射層又は拡散層からなる投影層とを有し、投影装置から出射された投影光が、前記基材層を通り、前記投影層に投影されるスクリーンであって、
   投影光を直線偏光から円偏光又は楕円偏光に変換させる偏光材層を有する、
   ことを特徴とするスクリーン。
2. 前記基材層がＰＥＴで形成されている、
   請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記偏光材層が、１／４λシート、１／２λシート及び１／４λシートの積層シート、又は逆分散シートを含む、
   請求項１又は２に記載のスクリーン。
4. 前記偏光材層は、前記基材層の一面に接着剤により接着されている、
   請求項１～３の何れか１項に記載のスクリーン。
5. 前記投影層が拡散反射層であり、前記拡散反射層は真空蒸着された金属膜を含む、
   請求項１～４の何れか１項に記載のスクリーン。
6. 前記投影層が拡散反射層であり、前記拡散反射層の反射面の断面が鋸歯状である、
   請求項１～５の何れか１項に記載のスクリーン。
7. 前記拡散反射層の鋸歯状の反射面がＵＶ硬化性樹脂の表面に形成されている、
   請求項５の何れか１項に記載のスクリーン。
8. 前記スクリーンの透過率が３０％以上、ヘイズ値が２０以下である、
   請求項１～７の何れか１項に記載のスクリーン。
9. 請求項１～８の何れか１項に記載のスクリーンと、
   前記スクリーンに投影光を出射する投影装置と、を備える、投影システム。

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