JP3736476B2 - 斜め投射用スクリーン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面側の斜め方向から入射した投射装置からの投射光を反射して投影する斜め投射用スクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ホームシアターやプレゼンテーション機器として、いわゆるプロジェクターと呼ばれる投射装置と、その投射光を投影するスクリーンとが盛んに利用されている。
そして、特に投射装置とスクリーン間の距離を短くするために、スクリーンの表面に投射光を斜め下方向から投射し、これを拡散反射させて表面側から観察する斜め投射方法が開発されている。
【０００３】
この斜め投射方法には、
（１）スクリーンを垂直に立てた状態において観察位置が水平方向にならない。
（２）スクリーンに入射する投射光以外の、例えば天井照明等の外光も拡散反射して投射光と重なり、コントラスト比が悪化する。
という基本的な問題があるため、スクリーン表面をフレネル状にしたり外光が反射する面を光吸収面にする等の改善方法が考案されており、その一例が特開平６−２８２００９号公報に示されている。
【０００４】
この公報で示された例を図７により説明する。
スクリーン１１１の表面には、投射光Ｌ１１１に対してほぼ直交する光透過面１１１Ｂと、これにほぼ直交する光吸収面１１１Ｃとが形成されている。
一方、裏面には映像光反射膜１１２を設けることによって、映像表示面１１１Ａが形成され、その面において投射光Ｌ１１１を拡散反射する。
即ち、投射光Ｌ１１１は、光透過面１１１Ｂから入射した後、映像表示面１１１Ａで拡散反射し、この拡散反射光を視線Ｌ０の方向から観察するというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来例においては、
▲１▼ 観察方向と照射方向の成す角度が大きいと観察画像が暗くなるので、照射距離が短い場合にスクリーン正面からの観察が難しい。
▲２▼ 上方からの外光が光透過面に入射し易く、そこで拡散反射した光が観察されるでコントラストが低下する。
▲３▼ スクリーン表面に光吸収面と光透過面とを交互に設けるため、光吸収処理をする製造が極めて難しく、コストアップとなる。
▲４▼ スクリーン裏面での反射が拡散反射のため、スクリーン内部での不要な反射や回り込み等によって解像度が劣化したり、ゴーストが発生する。
という問題があった。
【０００６】
そこで本発明が解決しようとする課題は、照射距離が短くても、正面から明るくコントラストの高い投射画像観察が可能で、解像度が劣化したりゴーストが発生することもなく、そして製造も容易な斜め投射型スクリーンを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明は手段として次の構成を有する。
即ち、
請求項１は、
表面側の斜め方向から入射した投射光を反射して投影する斜め投射用スクリーンにおいて、
前記表面１０ａに、
前記投射光Ｌ１〜Ｌ２を透過して前記スクリーン１０，２０，３０内に入光する第１の面１と、
前記第１の面から入光した前記投射光Ｌ１〜Ｌ２を裏面１０ｂに向けて全反射する第２の面２と、
前記裏面１０ｂからの光Ｌ１ｃ〜Ｌ２ｃを透過して前記表面１０ａ側に出光する光透過部３とを備え、
前記裏面１０ｂに、
前記第２の面２で全反射した前記投射光Ｌ１ａ〜Ｌ２ａを、少なくとも２回の全反射により前記光透過部３に誘導する反射面４，５を備えたことを特徴とする斜め投射用スクリーンであり、
請求項２は、
前記光透過部３は、入射光を拡散して出光するようにしたことを特徴とする請求項１記載の斜め投射用スクリーンであり、
請求項３は、
前記裏面１０ｂの外側に光吸収体６を配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の斜め投射用スクリーン、である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、好ましい実施例により図１乃至図６により説明する。
図１は、本発明の第１実施例を示す断面図である。
図２は、本発明の第２実施例を示す断面図である。
図３は、本発明の第３実施例を示す断面図である。
図４（ａ），（ｂ）は、本発明の実施例の使用状態を説明する図である。
図５は、本発明のその他の実施例を示す断面図である。
図６（ａ），（ｂ）は、本発明のさらに別の実施例を示す断面図である。
【０００９】
各実施例を以下に順次説明する。
（Ｉ）第１実施例
図１において、斜め投射型スクリーン１０は、ＰＭＭＡ等の透明樹脂であり、射出成形,圧縮成形あるいは樹脂板を加工することで形成される。
スクリーン１０の表面１０ａ側には、図４（ａ）にも示すように投射装置１１および観察者１２が位置される。
まず、表面１０ａと裏面１０ｂの形状について説明する。
表面１０ａには、第１の面１と第２の面２とが所定の角度で連接して山状部とされ、この山状部は、水平方向には帯状に延在し、上下方向には所定の距離Ｄを隔てて連続して所定数設けられている。
この距離Ｄの部分は光透過部３であり、Ｄ＝２００μｍ、山状部の上下方向距離Ｄ１＝２００μｍと設定される。
【００１０】
裏面１０ｂには、第１の裏面４と第２の裏面５とが所定の角度で連接して山状部とされ、この山状部は、水平方向には帯状に延在し、上下方向には間隔を空けずに連続して所定数設けられている。
次に山状部の形状と配置の詳細を、投射光の入射角度Ａ０が７０°の場合について説明する。
【００１１】
まず、第１の面１は、投射装置１１からの投射光Ｌ１〜Ｌ２に対して直交するように角度Ａが７０°で傾斜して立設され、この面に入射する投射光Ｌ１〜Ｌ２は屈折せずに透過してスクリーン１０内に入光する。
ここで、Ｌ１〜Ｌ２とは、Ｌ１とＬ２を両端とする光の束を示し、以下同様である。
第２の面２は、第１の面１を透過して入光した投射光Ｌ１〜Ｌ２が全反射し、その全反射した投射光Ｌ１ａ〜Ｌ２ａが水平光となって裏面側に向かうように角度Ｂが５５°で傾斜して立設される。
【００１２】
この時、投射光Ｌ１〜Ｌ２の第２の面２への入射角度θは、
θ＝１８０−Ａ０−Ｂ＝５５° となり、これが全反射する条件は、外気の屈折率をｍ１、スクリーン材料の屈折率をｍ２とすれば、
ｍ１／ｍ２≦ｓｉｎθ である。
外気は空気（ｍ１＝１）であり、スクリーン材料をＰＭＭＡ樹脂（ｍ２＝１．４９）とすれば、θ＝５５°の時にはこの全反射する条件を満たすので、投射光Ｌ１〜Ｌ２は第２の面２で全反射して水平光Ｌ１ａ〜Ｌ２ａとなる。
また、この場合の臨界角θｃは、４２．１６°である。
【００１３】
次に裏面について詳述する。
第１の裏面４と第２の裏面５とは９０°の角度で連接し、裏面１０ｂにそれぞれ４５°の角度で立設している。
水平の光Ｌ１ａ〜Ｌ２ａは、第１の裏面４に臨界角θｃ以上の４５°で入射するので全反射し、垂直の光Ｌ１ｂ〜Ｌ２ｂとなる。そして第２の裏面５で同様に全反射し、表面に向けた水平の光Ｌ１ｃ〜Ｌ２ｃとなる。
【００１４】
この第２の裏面５は、水平方向において表面の光透過部３と対向するように配置されるので、水平光Ｌ１ｃ〜Ｌ２ｃはすべて光透過部３に裏面側から垂直に入光して透過する。
そして、この光透過部３の表面は、透過光が所望の拡散をするように例えば微細な凹凸を設けた拡散処理がされているので、光透過部３に入射した投射光Ｌ１ｃ〜Ｌ２ｃは、スクリーンの法線方向を中心とした拡散光Ｌ１ｄ〜Ｌ２ｄとして出光し、観測者１２に達する。
従って、入射角度Ａ０が７０°というように照射距離が短い場合でも、正面である水平方向から明るい投射画像が観察でき、また各反射がすべて全反射なので解像度劣化やゴーストを発生することがない。
【００１５】
光透過部３の拡散処理における微細な凹凸は、成形金型表面にサンドブラスト処理等で形成した凹凸を、成形時に転写したり、あるいは成形したスクリーンにサンドブラストや薬品によるエッチングをして設けることができる。
また、凹凸の替わりにＳｉＯ₂等からなる微細なビーズを付着させてもよい。
その場合は、光透過部３の所望の範囲にあらかじめ接着剤を塗布しておき、このビーズを噴射することで付着させることができる。
【００１６】
この拡散処理は、光透過面３の、少なくとも投射光Ｌ１ｃ〜Ｌ２ｃが透過する部分に施されていればよく、光が所望の指向性を持って出光するように処理の程度を設定することができる。
また、この拡散処理を施さずに、限定した観察位置に向けて出光するように各面を構成すれば、狭指向性のスクリーンとすることもできる。
【００１７】
次に、このスクリーンへの外光の影響について説明する。
天井照明や窓からの一般的な外光Ｌ１０，Ｌ１０ａは、スクリーン表面側の上方から第２の面２に入射するが、入射角が前述の臨界角より小さいのでこの面を透過し、Ｌ１０はそのまま裏面に達し、Ｌ１０ａは第１の面１で全反射した後、裏面に達する。
【００１８】
そして裏面において外光Ｌ１０，Ｌ１０ａは、第１の裏面４あるいは第２の裏面５に臨界角より小さい角度で入射するため裏面外側へ透過する。
従って、第２の面２に上方から入射する外光のほとんどはこのようにスクリーン１０を通過して裏面外側へ出射するので観察に影響を与えることはない。
【００１９】
（II）第２実施例
第２実施例は、第１実施例に対して、第１の面の立設角度を、投射装置１１から投射される投射光に対して直交する方向ではなく、スクリーン表面に対して直交する方向に立設するように設定したものである。
図２において、斜め投射型スクリーン２０は、ＰＭＭＡ等の透明樹脂であり、射出成形、圧縮成形あるいは樹脂板を加工することで形成される。
スクリーン２０の表面２０ａ側には、図４（ａ）にも示すように投射装置１１および観察者１２が位置される。
【００２０】
まず、表面と裏面の形状について説明する。
表面２０ａには、第１の面１と第２の面２とが所定の角度で連接して山状部とされ、この山状部は、水平方向には帯状に延在し、上下方向には所定の距離Ｄを隔てて連続して所定数設けられている。
この距離Ｄの部分は光透過部３であり、Ｄ＝２００μｍ、山状部の上下方向距離Ｄ１を２００μｍと設定している。
裏面２０ｂには、第１の裏面４と第２の裏面５とが所定の角度で連接して山状部とされ、この山状部は、水平方向には帯状に延在し、上下方向には間隔を空けずに連続して所定数設けられている。
【００２１】
次に各形状と配置の詳細を、入射角度Ａ０が７０°の場合について説明する。
まず、第１の面１は、スクリーンの表面２０ａにほぼ垂直に立設している。
従って、投射装置１１から投射される投射光Ｌ１〜Ｌ２は、第１の面２０に２０°で入射し、スクリーン材料をＰＭＭＡ樹脂とすれば、屈折率が１．４９なので１３．４°の角度に屈折してスクリーン２０内に入光する。
第２の面２は、第１の面１を透過して入光した投射光Ｌ１〜Ｌ２が全反射し、さらに水平光として裏面側に向かうように傾斜角度Ｂを５１．６°として立設される。
【００２２】
一方、光透過部３、第１の裏面４及び第２の裏面５の構成は第１実施例と同じである。
従って、第２の面２で全反射した投射光Ｌ１ａ〜Ｌ２ａは、裏面での２回の全反射により光透過部３に誘導される。
そして光透過部３からスクリーンの表面２０ａの法線方向を中心とした拡散光Ｌ１ｄ〜Ｌ２ｄとして出光し、観測者１２に達する。
従って、入射角度Ａ０が７０°というように照射距離が短い場合でも、正面である水平方向から明るい投射画像の観察が可能であり、また各反射がすべて全反射なので解像度劣化やゴーストを発生することがない。
【００２３】
次に、このスクリーンへの外光の影響について説明する。
天井照明や窓からの一般的な外光Ｌ１０，Ｌ１０ａは、スクリーン表面側の上方から第２の面２に入射するが、この入射角が前述の臨界角より小さいのでこの面を透過し、Ｌ１０はそのまま裏面に到達し、Ｌ１０ａは第１の面１で全反射した後、裏面に達する。
そして裏面においては、第１の裏面４あるいは第２の裏面５に臨界角より小さい角度で入射するためスクリーン１０の裏側へ透過する。
従って、第２の面２に上方から入射する外光のほとんどはこのようにスクリーン２０を通過して裏面外側へ出射するので観察に影響を与えることはない。
【００２４】
（III）第３実施例
第３実施例は、第１実施例に対して、第２の裏面の傾斜角度をより大きくして立設することで観察者側への出射光を水平ではなく、若干下向きに設定したものである。
この実施例は、例えば、図４（ｂ）に示すような体育館等の奥行きがあって多くの観察者がいる状況での使用においても、観察位置によらず良好な投影画像を提供することが可能なものである。
そして、スクリーンを傾斜させることなく垂直に立設できる為、大型のスクリーンを用いてもその支持が容易でしかも安全に行えるという大きな利点がある。
【００２５】
本実施例の構成は、入射光Ｌ１〜Ｌ２の第２の面２での反射までは第１実施例と同じであるので、それ以降の反射について図３を用いて説明する。
スクリーン３０の第１の裏面４と第２の裏面５とは８８°の角度で連接し、裏面３０ｂに対してそれぞれ４５°，４７°の角度で立設している。
水平光Ｌ１ａ〜Ｌ２ａは、表面３０ａの第２の面２で全反射した後、裏面３０ｂに到達し、第１の裏面４に入射する。
この面への入射角は４５°なので、水平光Ｌ１ａ〜Ｌ２ａは全反射して垂直光Ｌ１ｂ〜Ｌ２ｂとなる。
【００２６】
そして第２の裏面５でも同様に全反射し、表面３０ａに向けた光Ｌ１ｃ〜Ｌ２ｃとなるが、第２の裏面５への入射角は４３°であるので、全反射した光Ｌ１ｃ〜Ｌ２ｃは、下向きに４°傾斜した光となる。
この第２の裏面５は、ここで反射した光Ｌ１ｃ〜Ｌ２ｃのすべてが表面３０ａの光透過部３に入射するように配置されている。
従って、水平光Ｌ１ｃ〜Ｌ２ｃは、光透過部３に入射角４°で入射する。
【００２７】
そして、この光透過部３には、透過光が所望の拡散をするように実施例１と同様の拡散処理がされており、またスクリーン材料をＰＭＭＡ樹脂とすればその屈折率が１．４９であるので入射光Ｌ１ｃ〜Ｌ２ｃは若干屈折し、下向きに約２．４°の方向を中心とした拡散光Ｌ１ｄ〜Ｌ２ｄとして出光して観測者１２に達する。
この第３実施例では、第２の裏面５の立設角度を４７°としたが、同じ出光角度を得るには、第１の裏面４を４３°とし、第２の裏面５を４９°としてもよい。
【００２８】
以上、好ましい実施例として（Ｉ），（II），（III）により第１〜第３実施例を説明したが、いずれもスクリーンの表面側の下方から第１の面を透過して入光した投射光を、第２の面で裏面側に全反射し、その光を第１の裏面と第２の裏面での２回の全反射により光透過部へ誘導し、そこから観測者側へ拡散光を出光するという構成である。
従って、前述した角度等の設定に限らず、この構成を満足するように、臨界角度から決まる全反射条件を満たすべく各面、すなわち第１の面、第２の面、第１の裏面及び第２の裏面、の傾斜角度を適宜設定することが可能である。
また、裏面での全反射は２回に限るものではなく、３回以上の全反射により光透過部へ誘導する構成としてもよい。
【００２９】
さらに、光透過部３を傾斜させて透過光の中心出光角度を設定したり、これと透過面及び全反射面の傾斜角度とを組み合わせて中心出光角度を設定することも可能である。
加えて、全反射する各面は平面に限らず曲面でもよいので、例えば表面や裏面の山状部形状は略円弧状であってもよい。
【００３０】
また、本発明の別の実施例を図５に示す。
この実施例は、スクリーンの表面及び裏面の角部に、光路に影響のない範囲でＲを設けたりＥ部のように肉付けをした面を設けたものである。
これにより、スクリーンを射出成形で形成する場合に金型の加工が容易になるとともに金型寿命を伸ばすことができる。
【００３１】
さらに別の実施例を図６に示す。
この実施例は、裏面外側に光吸収体６を配置しているので、光吸収体６が表面側からの外光をスクリーン透過後に吸収してその二次的悪影響を排除するとともに、スクリーン裏面側からの外光も吸収遮断して投射画像への悪影響を排除することができるものである。
加えて、観察者からはスクリーンが黒く見えるので、黒レベルの浮きが抑えられた極めてコントラストの高い投射画像を観察することができるというメリットが得られる。
【００３２】
そして、この光吸収体６を、図６（ａ）のように光吸収塗料の塗布等により裏面形状に沿って設けても良いし、また、図６（ｂ）のように板状に配置しても良い。
いずれの場合も容易に配置することが可能なものである。
以上説明した本発明の実施例は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更が可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本願発明によれば、
▲１▼ 照射距離が短くても、投射画像を水平あるいは水平に近い角度で出射することができるので、スクリーン正面からでも明るい画像が観察できる。
▲２▼ 上方からの外光のほとんどが裏面に透過し、観察者側に反射されることがないのでコントラスト低下が極めて少ない。
▲３▼ スクリーン裏面外側に光吸収体を連続で設けることができるので、製造が容易でコストアップにならない。
▲４▼ 反射をすべて全反射としたのでスクリーン内部での不要な反射や回り込みが無い。従って解像度が劣化することがなく、ゴーストも発生しない。
という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の使用状態を説明する平面図である。
【図５】本発明のその他の実施例を示す断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施例を示す断面図である。
【図７】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 第１の面
２ 第２の面
３ 光透過部
４ 第１の裏面
５ 第２の裏面
６ 光吸収体
１０，２０，３０ スクリーン
１０ａ，２０ａ，３０ａ 表面
１０ｂ，２０ｂ，３０ｂ 裏面
１１ 投射装置
１２ 観察者
Ａ０ 投射角度
Ａ，Ｂ 角度
Ｌ１，Ｌ１ａ〜ｄ，Ｌ２，Ｌ２ａ〜ｄ 投射光
Ｌ１０，Ｌ１０ａ 外光

Claims (3)

1. 表面側の斜め方向から入射した投射光を反射して投影する斜め投射用スクリーンにおいて、
   前記表面に、
   前記投射光を透過して前記スクリーン内に入光する第１の面と、
   前記第１の面から入光した前記投射光を裏面に向けて全反射する第２の面と、
   前記裏面からの光を透過して前記表面側へ出光する光透過部とを備え、
   前記裏面に、
   前記第２の面で全反射した前記投射光を、少なくとも２回の全反射により前記光透過部に誘導する反射面を備えたことを特徴とする斜め投射用スクリーン。
2. 前記光透過部は、入射光を拡散して出光するようにしたことを特徴とする請求項１記載の斜め投射用スクリーン。
3. 前記裏面の外側に光吸収体を配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の斜め投射用スクリーン。

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