JP4171970B2 - 投影用スクリーンおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を受けることにより画像を表示する投影用スクリーンおよびその製造方法に係り、特に反射方式の投影用スクリーンおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、会議等では発表者が資料を提示する手段としてオーバーヘッドプロジェクタやスライドプロジェクタが広く用いられ、一般家庭ではビデオプロジェクタや動画フィルムプロジェクタが普及しつつある。これらプロジェクタ装置では、光源から出力された光が、ライトバルブ（Light Valve ）により空間的に変調されて画像光とされ、この画像光がレンズ等の照明光学系を通じて投影用スクリーン上に投影される。
【０００３】
この種のプロジェクタ装置にはカラー画像を表示させることができるものがあり、光源として三原色である赤色（Red ＝Ｒ），緑色（Green ＝Ｇ），青色（Blue＝Ｂ）を含んだ白色光を発するランプが用いられ、ライトバルブとしては透過型の液晶パネルが用いられている。このプロジェクタ装置では、光源から出射された白色光が、照明光学系によって赤色光、緑色光および青色光の各色の光線に分離され、これら光線が所定の光路に収束される。これら光束が液晶パネルにより画像信号に応じて空間的に変調され、変調された光束が光合成部によってカラー画像光として合成され、合成されたカラー画像光が投影レンズにより投影用スクリーンに拡大投射される。
【０００４】
また、最近、カラー画像を表示させることが可能なプロジェクタ装置として、光源に狭帯域三原色光源、例えば三原色の各色の狭帯域光を発するレーザ発振器を用い、ライトバルブに回折格子型ライトバルブ（ＧＬＶ：Grating Light Valve ）を用いた装置が開発されている。このプロジェクタ装置では、レーザ発振器により出射された各色の光束が画像信号に応じてＧＬＶにより空間的に変調される。このように変調された光束は前述したプロジェクタ装置と同様にして、光合成部によってカラー画像光として合成され、この合成されたカラー画像光が投影レンズにより投影用スクリーンに拡大投射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プロジェクタ装置に用いられる投影用スクリーンは、その背面側から投影光を照射して前面側から見る透過方式と、前面側から投影光を照射しその反射した光を前面側から見る反射方式とに分けられる。いずれの方式においても、視認性の良好なスクリーンを実現するために、明るくて、かつ、コントラストの高い画像を得ることが望まれている。また、収納性を向上させるために、基板材料として高分子材料を用い、この高分子材料の可撓性を利用した投影用スクリーンが望まれている。
【０００６】
しかしながら、明るくて、かつ、コントラストの高い画像が得られると共に、可撓性を有するような投影用スクリーンは実現されていない。例えば、図１１に示したような投影用スクリーン１００では、透明層１１２の表面に突起１１２Ａを形成し、この突起１１２Ａの側面には黒色塗料からなる不透明層１１３を形成することにより、スクリーンの表面形状を工夫して、黒レベルを下げて明るさとコントラストを高めている（例えば、特許文献１参照）。しかし、突起１１２Ａを形成する工程や不透明層１１３を形成する工程等で多くの時間と手間がかかることによって製造コストが高くなり、また、可撓性を得ることができないという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２８８９１５３号公報
【０００８】
また、図１２に示したような投影用スクリーン２００は基板２１１を備えており、この基板２１１の上には反射層２１２、光吸収層２１３および拡散層２１４が順次形成されている（例えば、特許文献２参照）。このような構成を有する投影用スクリーン２００は全ての層に可撓性を持たせているので全体として可撓性を有するが、光吸収層２１３が反射層２１２よりも光の入射面側に形成されており、殆どの入射光が光吸収層２１３に吸収されるために白レベルが下がり、十分な明るさとコントラストを得ることができないという問題があった。
【０００９】
【特許文献２】
特許第３１０３８０２号公報
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、映写環境に影響されずに、明瞭な画像を得ることが可能となり、可撓性も得ることができ、また生産性を向上させることが可能となる投影用スクリーンおよびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による投影用スクリーンは、基板上に、金属膜と誘電体膜とがこの順に交互に積層してなる光学多層膜を備え、光学多層膜は三原色の波長領域の光に対して反射特性を有すると共に、三原色の波長領域以外の光に対しては吸収特性を有するものである。
【００１２】
本発明による投影用スクリーンの製造方法は、スパッタリング法を用いて、基板上に、金属膜と誘電体膜とをこの順に交互に積層し、三原色の波長領域の光に対して反射特性を有すると共に、三原色の波長領域以外の光に対しては吸収特性を有する光学多層膜を形成する工程を含むものである。
【００１３】
本発明による投影用スクリーンでは、光学多層膜により、三原色の波長領域の光に対して反射特性を示す一方、三原色の波長領域以外の光に対しては吸収特性を示し、その結果、明暗のコントラストが高い画像が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る投影用スクリーン１０の一部の断面構成を表すものである。この投影用スクリーン１０はいわゆる反射方式のスクリーンである。投影用スクリーン１０は透明基板１１を備えており、この透明基板１１の上には光選択反射層として光学多層膜１２が形成されている。この光学多層膜１２は、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、特定の波長領域以外の光に対しては高吸収特性を有するものである。これについては後述する。光学多層膜１２の上には光拡散層１３が形成されている。
【００１６】
透明基板１１は、例えば、高分子材料から構成され、厚さが１８８μｍであり、可撓性を有する。高分子材料としては、例えばポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリオレフィン（ＰＯ）が挙げられる。
【００１７】
光学多層膜１２は、金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とが交互に積層されたものである（但し、ｐは 1〜ｎの正数である）。すなわち、金属膜１２Ｍ1 , 誘電体膜１２Ｄ1 , 金属膜Ｍ2 , 誘電体膜１２Ｄ2,・・・・, 金属膜１２Ｍn , 誘電体膜１２Ｄn が順次積層されたものである。金属膜１２Ｍp は、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）からなる。例えば、金属膜１２Ｍp としてＡｌが用いられると、光学多層膜１２における平均反射率が大きくなり、このＡｌにより平均反射率の上限が決定される。他方、金属膜１２Ｍp としてＮｂが用いられると、光学多層膜１２における平均反射率が小さくなり、このＮｂにより平均反射率の下限が決定される。誘電体膜１２Ｄp は、五酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）または酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる。
【００１８】
光学多層膜１２の各膜厚は、例えば赤色、緑色および青色の各色の波長領域の光からなる三原色波長域光に対して、例えば反射率が７０％以上という高い反射特性を有すると共に、この三原色波長域光以外の波長域の光に対しては、例えば吸収率が８０％以上という高い吸収特性を有するように設計されている。ここで、光学多層膜１２の各膜厚は、その各膜の厚さをｄ、その各膜の屈折率をｎ、この光学多層膜に入射する入射光の波長をλとすると、各膜の光学的厚さｎｄが入射光の波長λに対して数１に示した式を満足するように設計されている。
【００１９】
【数１】
ｎｄ＝λ（α±１／４）（但し、αは自然数である）
【００２０】
例えば、金属膜１２Ｍ1 にはＮｂ、誘電体膜１２Ｄ1 にはＮｂ2 Ｏ5 、金属膜１２Ｍ2 にはＮｂ、誘電体膜１２Ｄ2 にはＮｂ2 Ｏ5 が用いられ、合計層数が計４層とされ、図２に示したような光学特性を有するように設計されている。すなわち、赤色光の波長が６４２ｎｍ、緑色光の波長が５３２ｎｍ、および青色光の波長が４５７ｎｍである三原色波長域光に対して、光学多層膜１２が高い反射率、例えば７０％の反射率を有し、この三原色波長域光以外の波長領域の光に対しては高い吸収率、例えば吸収率が８０％以上という吸収率を有し、また全波長領域の光に対して例えば５〜１０％の透過率を有するように設計されている。このように設計したことにより、各層の厚さは、金属膜１２Ｍ1 が４０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ1 が５５３ｎｍ、金属膜１２Ｍ2 が２０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ2 が５５３ｎｍとなっている。
【００２１】
このような構成を有する光学多層膜１２は、三原色波長域光に対して高反射特性を有し、三原色波長域光以外の波長領域の光に対しては高吸収特性を有するので、スクリーンの白レベルおよび黒レベルが高められる。また、光学多層膜１２の合計層数が少なくなり、膜厚が小さくなるので、可撓性を有する。なお、三原色波長域光の各色光の波長は、本実施の形態に適用されるプロジェクタ装置２０（図８）の光源（レーザ発振器２１）から出射される各色のレーザ光の波長である。
【００２２】
また、このときの金属膜１２Ｍ1 , 誘電体膜１２Ｄ1 , 金属膜１２Ｍ2 , 誘電体膜１２Ｄ2 の厚さを基準として、全ての膜の膜厚を同じ割合で変化させると、三原色波長域の各色光の波長領域において、図３に示した▲１▼〜▲３▼のような反射率変化となる。更に、スクリーンに対する入射角度を変化させると、三原色波長域の各色の波長領域において、図４に示した▲１▼〜▲３▼ような反射率変化となる。ここで、比較例として、本出願人と同一の出願人が、特願２００２−０７０７９９号にて提案している投影用スクリーンの光学薄膜における反射率変化の膜厚依存性を図３の▲４▼〜▲６▼に、反射率変化の入射角度依存性を図４の▲４▼〜▲６▼に併せて示しておく。この光学薄膜は、高屈折率層と、この高屈折率層よりも低い屈折率を有する低屈折率層とを交互に積層したものであり、高屈折率層としては五酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、低屈折率層としては二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）が用いられている。
【００２３】
図３に示したように、光学多層膜１２の膜厚を変化させると、本実施の形態は、比較例と比べて反射率変化の膜厚依存性が小さくなる。また、図４に示したように、スクリーンに対する入射角度を変化させると、本実施の形態は、比較例と比べて反射率変化の入射角度依存性が小さくなる。特にこの場合は、金属膜１２Ｍ1 および金属膜１２Ｍ2 にＮｂが用いられるので、反射率変化の入射角度依存性が小さくなり、広視野角特性が得られる。
【００２４】
また、例えば、金属膜１２Ｍ1 にはＡｌ、誘電体膜１２Ｄ1 にはＮｂ2 Ｏ5 、金属膜１２Ｍ2 にはＮｂ、誘電体膜１２Ｄ2 にはＮｂ2 Ｏ5 が用いられ、合計層数が計４層とされ、図５に示したような光学特性を有するように設計されている。すなわち、三原色波長域光に対して、光学多層膜１２が高い反射率、例えば８０％の反射率を有し、この三原色波長域光以外の波長領域の光に対しては高い吸収率、例えば吸収率が９０％以上という吸収率を有し、また全波長領域の光に対して例えば略０％の透過率を有するように設計されている。このように設計したことにより、金属膜１２Ｍ1 の厚さが５０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ1 の厚さが５５１ｎｍ、金属膜１２Ｍ2 の厚さが１５ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ2 の厚さが５５１ｎｍとなっている。
【００２５】
このような構成を有する光学多層膜１２は、三原色波長域光に対して高反射特性を有し、三原色波長域光以外の波長領域の光に対して高吸収特性を有するので、スクリーンの白レベルおよび黒レベルが高められる。また、光学多層膜１２は合計層数が少なくなることから薄くなるので、可撓性を有する。
【００２６】
また、このときの金属膜１２Ｍ1 , 誘電体膜１２Ｄ1 , 金属膜１２Ｍ2 , 誘電体膜１２Ｄ2 の厚さを基準として、全ての膜の膜厚を同じ割合で変化させると、三原色波長域の各色光の波長領域において、図６の▲１▼〜▲３▼に示したような反射率変化となる。更に、スクリーンに対する入射角度を変化させると、三原色波長域の各色の波長領域において、図７の▲１▼〜▲３▼に示したような反射率変化となる。ここで、比較例として、前述した光学薄膜における反射率変化の膜厚依存性（図６の▲４▼〜▲６▼）、反射率変化の入射角度依存性（図７の▲４▼〜▲６▼）も併せて示しておく。
【００２７】
図６に示したように、光学多層膜１２の膜厚を変化させると、本実施の形態は、比較例と比べて反射率変化の膜厚依存性が小さくなる。また、図７に示したように、スクリーンに対する入射角度を変化させると、本実施の形態は、比較例と比べて反射率変化の入射角度依存性が小さくなる。特にこの場合は、金属膜１２Ｍ1 にＡｌ、金属膜１２Ｍ2 にＮｂが用いられるので、反射率変化の膜厚依存性が小さくなる。
【００２８】
ここで、金属膜１２Ｍp に用いられる材料は、上記金属材料に限定されるものではなく、可視光波長域における反射率を均一とする金属材料が望ましい。また、誘電体膜１２Ｄp に用いられる材料は、上記誘電体材料に限定されるものではなく、誘電体膜１２Ｄp の屈折率が大きいほど三原色波長域の各色光の波長領域における反射ピークの半値幅が大きくなり、屈折率が小さいほど各色光の波長領域における反射ピークの半値幅が小さくなる傾向を有することから、必要とされるスクリーンの光学特性に応じて適宜に選択することが可能である。
【００２９】
光拡散層１３は、例えばマイクロレンズアレー（ＭＬＡ）が形成されたフィルムであり、可撓性を有する。この光拡散層１３では、光学多層膜１２で反射された三原色波長域光が散乱される。これによって、視野角が大きくなり良い視野特性が得られる。なお、光拡散層１３は、例えば直径が数μｍ〜数ｍｍ程度である球状の複数のビーズが等間隔に配列されたものでもよい。これらのビーズは例えばガラスや高分子材料等の透明な材料からなる。更に、光拡散層１３は、所定の媒質中に例えば銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）等の金属微粒子が分散されたものでもよい。
【００３０】
このように本実施の形態では、スクリーンを構成する透明基板１１、光学多層膜１２および光拡散層１３の全てが可撓性を有するので、スクリーン自体が可撓性を有する。
【００３１】
次に、このような構成を有する投影用スクリーン１０の製造方法について説明する。まず、先に挙げた高分子材料からなる透明基板１１を用意する。次に、例えばスパッタリング法を用いて、透明基板１１の上に、金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とを交互に積層して光学多層膜１２を形成する。この光学多層膜１２の各膜厚は、前述のように赤色、緑色および青色の各色の波長領域の光からなる三原色波長域光に対して高反射特性を有すると共に、この三原色波長域光の波長領域以外の光に対して高吸収特性を有するように設計する。
【００３２】
光学多層膜１２は、具体的には、Ｎｂからなる金属膜１２Ｍ1 、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる誘電体膜１２Ｄ1 、Ｎｂからなる金属膜１２Ｍ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる誘電体膜１２Ｄ2 の４層構造とし、各層の厚さを、金属膜１２Ｍ1 を４０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ1 を５５３ｎｍ、金属膜１２Ｍ2 を２０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ2 を５５３ｎｍとする。これにより、三原色波長域光に対して、光学多層膜１２が高い反射率、例えば７０％の反射率を有し、この三原色波長域光以外の波長領域の光に対しては高い吸収率、例えば吸収率が８０％以上という吸収率を有し、また全波長領域の光に対して例えば５〜１０％の透過率を有するようになる（図２）。
【００３３】
また、光学多層膜１２は、Ａｌからなる金属膜１２Ｍ1 、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる誘電体膜１２Ｄ1 、Ｎｂからなる金属膜１２Ｍ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる誘電体膜１２Ｄ2 の４層構造とし、各層の厚さを金属膜１２Ｍ1 を５０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ1 を５５１ｎｍ、金属膜１２Ｍ2 を１５ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ2 を５５１ｎｍとする。これにより、三原色波長域光に対して、光学多層膜１２が高い反射率、例えば８０％の反射率を有し、この三原色波長域光以外の波長領域の光に対しては高い吸収率、例えば吸収率が９０％以上という吸収率を有し、また全波長領域の光に対して例えば略０％の透過率を有するようになる（図５）。
【００３４】
最後に、光学多層膜１２の上に、例えばマイクロレンズアレー（ＭＬＡ）が形成されたフィルムである光拡散層１３を貼り合わせることによって、図１に示した投影用スクリーン１０が完成する。
【００３５】
このように本実施の形態では、透明基板１１に光吸収層としての機能を持たせることにより画像の黒レベルを向上させるだけでなく、光学多層膜１２を形成することにより画像の白レベルを向上させることにより、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストが削減される。
【００３６】
また、本実施の形態では、光学多層膜１２を金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とを交互に積層させた構成としたことにより、比較例と比べて反射率の膜厚依存性が小さくなり、また、反射率変化の入射角度依存性が小さくなるので、製造マージンが大きくなり、製造コストが更に削減されると共に、生産性が向上する。
【００３７】
このような構成を有する投影用スクリーン１０は、例えばフロント式のプロジェクタ装置２０のスクリーンとして用いられる。図８は、このプロジェクタ装置２０の概略構成を表すものである。プロジェクタ装置２０は、光源として三原色の各色の波長領域からなる三原色狭帯域光を出射するレーザ発振器２１を備えている。レーザ発振器２１は、例えば波長が６４２ｎｍである赤色光を出射するレーザ発振器２１Ｒ、波長が５３２ｎｍである緑色光を出射するレーザ発振器２１Ｇ、波長が４５７ｎｍである青色光を出射するレーザ発振器２１Ｂから構成されている。
【００３８】
また、プロジェクタ装置２０は、レーザ発振器２１から出射された光を画像光として投影用スクリーン１０に導くための照明光学系として、コリメータレンズ２２、シリンドリカルレンズ２３、ＧＬＶ２４、体積型ホログラム素子２５、ガルバノミラー２６および投影レンズ２７を備えている。コリメータレンズ２２は、赤色光用のコリメータレンズ２２Ｒ、緑色光用のコリメータレンズ２２Ｇ、および、青色光用のコリメータレンズ２２Ｂから構成される。ＧＬＶ２４は、赤色光用のリボン列２４Ｒ、緑色光用のリボン列２４Ｇ、および青色光用のリボン列２４Ｂを備えている。体積型ホログラム素子２５は、第１体積型ホログラム素子２５ａおよび第２体積型ホログラム素子２５ｂから構成されている。
【００３９】
なお、プロジェクタ装置２０では、レーザ発振器２１Ｒから出射された赤色光、レーザ発振器２１Ｇから出射された緑色光、レーザ発振器２１Ｂから出射された青色光のそれぞれが、コリメータレンズ２２では各色用のコリメータレンズ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ、ＧＬＶ２４では各色用のリボン列２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂに入射するようにこれらの構成要素が配置されている。
【００４０】
このような構成を有するプロジェクタ装置２０では、レーザ発振器２１から出射された赤色光、緑色光および青色光の各光は、コリメータレンズ２２を透過することにより平行光となる。このコリメータレンズ２２により平行光となった三原色波長域光は、シリンドリカルレンズ２３の作用によりＧＬＶ２４に集光される。これら集光した三原色波長域光は、画像信号に応じてＧＬＶ２４の各リボン列が駆動されることによって空間的に変調される。
【００４１】
ＧＬＶ２４の作用により変調された三原色波長域光は、シリンドリカルレンズ２３の作用により体積型ホログラム素子２５に集光される。この体積型ホログラム素子２５では、第１体積型ホログラム素子２５ａにより赤色光が回折され、第２体積型ホログラム素子２５ｂにより青色光および赤色光が同じ方向に回折される。また、第１体積型ホログラム素子２５ａおよび第２体積型ホログラム素子２５ｂでは、緑色光が回折されずに直進して透過し、赤色光と同じ方向に出射される。このようにして体積型ホログラム素子２５の作用により、赤色光、緑色光および青色光の各色の光が合成されて、同じ方向に出射される。同じ方向に出射された三原色波長域光は、ガルバノミラー２６により所定の方向に走査され、投影レンズ２７を介して投影用スクリーン１０の前面に投射される。
【００４２】
本実施の形態の投影用スクリーン１０では、プロジェクタ装置２０から投射された三原色波長域光とともに外光が、光拡散層１３を通過して光学多層膜１２に入射する。この光学多層膜１２は図２または図５に示したような反射特性を有するので、この光学多層膜１２により三原色波長域光が反射されると共に、三原色波長域光以外の光が吸収される。光学多層膜１２で反射された三原色波長域光は光拡散層１３に入射し、この光拡散層１４により散乱され、スクリーンの前面に画像が形成される。このとき、光学多層膜１２により白レベルおよび黒レベルが高められるので、明暗のコントラストが高い画像を形成することができる。よって、映写環境に影響されずに明瞭な画像を得ることが可能となる。
【００４３】
また、光学多層膜１２が金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とが交互に積層された構成であるので、比較例と比較して良い視野特性が得られる。例えば、光学多層膜１２において、金属膜１２Ｍ1 にＮｂ、誘電体膜１２Ｄ1 にＮｂ2 Ｏ5 、金属膜１２Ｍ2 にＮｂ、誘電体膜１２Ｄ2 にＮｂ2 Ｏ5 が用いられ、合計層数が計４層である場合には、図３に示したように、比較例と比べて反射率変化の膜厚依存性が小さくなり、また、図４に示したように、比較例と比べて反射率変化の入射角度依存性が小さくなることにより良い視野特性が得られる。また、例えば、金属膜１２Ｍ1 にはＡｌ、誘電体膜１２Ｄ1 にはＮｂ2 Ｏ5 、金属膜１２Ｍ2 にはＮｂ、誘電体膜１２Ｄ2 にはＮｂ2 Ｏ5 が用いられ、合計層数が計４層である場合には、図７に示したように、比較例と比べて反射率変化の膜厚依存性が小さくなる。また、図８に示したように、比較例と比べて反射率変化の入射角度依存性が小さくなることにより、広い視野角が得られる。これにより視野特性を向上させることができ、よって大画面化を図ることが可能となる。
【００４４】
更に、透明基板１１の上を高分子材料からなるようにし、光学多層膜１２を光学多層膜１２が金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とが交互に積層された構成としたので、スクリーンが可撓性を有するようになり、これにより収納性を向上させることが可能となる。
【００４５】
また、光学多層膜１２を形成することにより画像の白レベルおよび黒レベルを向上させることにより、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストを削減することが可能となる。また、光学多層膜１２を金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とを交互に積層させた構成としたので、比較例と比べて反射率変化の膜厚依存性が小さくなり、また、反射率変化の入射角度依存性が小さくなる。これにより、製造マージンを大きくすることができ、その結果、製造コストを更に削減することができ、生産性を向上させることが可能となる。
【００４６】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では基板として透明基板１１を用いるようにしたが、例えば図９に示した投影用スクリーン２０のように、黒色塗料等を含んだ高分子材料から構成される黒色基板３１を用い、基板自体に光吸収層としての機能を持たせるようにしてもよい。また、例えば図１０に示した投影用スクリーン３０のように、透明基板３１の裏面に別途黒色塗料からなる光吸収層３２を形成するようにしてもよい。更に、基板として透明基板３１を用い、この透明基板３１の裏面に別途黒色基板を設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、透明基板１１と金属膜１２Ｍ1 との間に誘電体膜を形成するようにしてもよい。この誘電体膜は、例えば五酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）または酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるようにする。
【００４８】
更に、上記実施の形態では、光学多層膜１２の上に光拡散層１３を形成し、この光拡散層１３により光学多層膜１２で反射された三原色波長域光を散乱させるようにしたが、透明基板１１の表面に複数の凸部または複数の凹部を有する光拡散部を形成し、この光拡散部の上に、凸部または凹部と同じ形状を有すると共に、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域の光に対して高吸収特性を有する光学薄膜１２を形成するようにしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の投影用スクリーンによれば、基板上に、金属膜と誘電体膜とをこの順に交互に積層することにより、三原色の波長領域の光に対して反射特性を有し、三原色の波長領域の以外の光に対しては吸収特性を有する光学多層膜を設けるようにしたので、画像の白レベルおよび黒レベルを高めることができる。よって、映写環境に影響されずに明瞭な画像を得ることが可能となる。
【００５０】
特に、本発明では、光学多層膜を金属膜と誘電体膜とを交互に積層した構成としたので、広い視野角が得られる。これにより視野特性を向上させることができ、よって大画面化を図ることが可能となる。
【００５１】
また、基板を高分子材料からなるようにし、光学多層膜を金属膜と誘電体膜とを交互に積層した構成とすることにより、スクリーンが可撓性を有するようになり、これにより収納性を向上させることが可能となる。
【００５２】
また、本発明の投影用スクリーンの製造方法によれば、金属膜と誘電体膜とをこの順に交互に積層してなる光学多層膜を形成して画像の白レベルおよび黒レベルを向上させることにより、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストを削減することが可能となる。
【００５３】
また、光学多層膜を金属膜と誘電体膜とを交互に積層させた構成としたので、反射率変化の膜厚依存性が小さくなり、また、反射率変化の入射角度依存性が小さくなることにより、製造マージンを大きくすることができ、その結果、製造コストを更に削減することができ、生産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る投影用スクリーンの概略構成図である。
【図２】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の光学特性を表すものである。
【図３】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の反射特性と比較例の投影用スクリーンの光学薄膜の反射特性とを比較したものである。
【図４】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の反射特性と比較例の投影用スクリーンの光学薄膜の反射特性とを比較したものである。
【図５】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の光学特性を表すものである。
【図６】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の反射特性と比較例の投影用スクリーンの光学薄膜の反射特性とを比較したものである。
【図７】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の反射特性と比較例の投影用スクリーンの光学薄膜の反射特性とを比較したものである。
【図８】図１に示した投影用スクリーンを用いたプロジェクタ装置の概略構成図である。
【図９】投影用スクリーンの変形例の概略構成図である。
【図１０】投影用スクリーンの変形例の概略構成図である。
【図１１】従来の投影用スクリーンの概略構成図である。
【図１２】従来の投影用スクリーンの概略構成図である。
【符号の説明】
１０, ２０, ３０・・・ 投影用スクリーン、１１・・・ 透明基板、１２・・・ 光学多層膜、１２Ｍp ・・・ 金属膜、１２Ｄp ・・・ 誘電体膜、１３・・・ 光拡散層、２０・・・ プロジェクタ装置、２１，２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ・・・ レーザ発振器、２２，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ・・・ コリメータレンズ、２３・・・ シリンドリカルレンズ、２４・・・ ＧＬＶ、２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ・・・ リボン列、２５・・・ 体積型ホログラム素子、２５ａ・・・ 第１体積型ホログラム素子、２５ｂ・・・ 第２体積型ホログラム素子、２６・・・ ガルバノミラー、２７・・・ 投影レンズ、３１・・・ 黒色基板、３２・・・ 光吸収層
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を受けることにより画像を表示する投影用スクリーンおよびその製造方法に係り、特に反射方式の投影用スクリーンおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、会議等では発表者が資料を提示する手段としてオーバーヘッドプロジェクタやスライドプロジェクタが広く用いられ、一般家庭ではビデオプロジェクタや動画フィルムプロジェクタが普及しつつある。これらプロジェクタ装置では、光源から出力された光が、ライトバルブ（Light Valve ）により空間的に変調されて画像光とされ、この画像光がレンズ等の照明光学系を通じて投影用スクリーン上に投影される。
【０００３】
この種のプロジェクタ装置にはカラー画像を表示させることができるものがあり、光源として三原色である赤色（Red ＝Ｒ），緑色（Green ＝Ｇ），青色（Blue＝Ｂ）を含んだ白色光を発するランプが用いられ、ライトバルブとしては透過型の液晶パネルが用いられている。このプロジェクタ装置では、光源から出射された白色光が、照明光学系によって赤色光、緑色光および青色光の各色の光線に分離され、これら光線が所定の光路に収束される。これら光束が液晶パネルにより画像信号に応じて空間的に変調され、変調された光束が光合成部によってカラー画像光として合成され、合成されたカラー画像光が投影レンズにより投影用スクリーンに拡大投射される。
【０００４】
また、最近、カラー画像を表示させることが可能なプロジェクタ装置として、光源に狭帯域三原色光源、例えば三原色の各色の狭帯域光を発するレーザ発振器を用い、ライトバルブに回折格子型ライトバルブ（ＧＬＶ：Grating Light Valve ）を用いた装置が開発されている。このプロジェクタ装置では、レーザ発振器により出射された各色の光束が画像信号に応じてＧＬＶにより空間的に変調される。このように変調された光束は前述したプロジェクタ装置と同様にして、光合成部によってカラー画像光として合成され、この合成されたカラー画像光が投影レンズにより投影用スクリーンに拡大投射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、プロジェクタ装置に用いられる投影用スクリーンは、その背面側から投影光を照射して前面側から見る透過方式と、前面側から投影光を照射しその反射した光を前面側から見る反射方式とに分けられる。いずれの方式においても、視認性の良好なスクリーンを実現するために、明るくて、かつ、コントラストの高い画像を得ることが望まれている。また、収納性を向上させるために、基板材料として高分子材料を用い、この高分子材料の可撓性を利用した投影用スクリーンが望まれている。
【０００６】
しかしながら、明るくて、かつ、コントラストの高い画像が得られると共に、可撓性を有するような投影用スクリーンは実現されていない。例えば、図１１に示したような投影用スクリーン１００では、透明層１１２の表面に突起１１２Ａを形成し、この突起１１２Ａの側面には黒色塗料からなる不透明層１１３を形成することにより、スクリーンの表面形状を工夫して、黒レベルを下げて明るさとコントラストを高めている（例えば、特許文献１参照）。しかし、突起１１２Ａを形成する工程や不透明層１１３を形成する工程等で多くの時間と手間がかかることによって製造コストが高くなり、また、可撓性を得ることができないという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２８８９１５３号公報
【０００８】
また、図１２に示したような投影用スクリーン２００は基板２１１を備えており、この基板２１１の上には反射層２１２、光吸収層２１３および拡散層２１４が順次形成されている（例えば、特許文献２参照）。このような構成を有する投影用スクリーン２００は全ての層に可撓性を持たせているので全体として可撓性を有するが、光吸収層２１３が反射層２１２よりも光の入射面側に形成されており、殆どの入射光が光吸収層２１３に吸収されるために白レベルが下がり、十分な明るさとコントラストを得ることができないという問題があった。
【０００９】
【特許文献２】
特許第３１０３８０２号公報
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、映写環境に影響されずに、明瞭な画像を得ることが可能となり、可撓性も得ることができ、また生産性を向上させることが可能となる投影用スクリーンおよびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による投影用スクリーンは、基板上に、金属膜と誘電体膜とがこの順に交互に積層してなる光学多層膜を備え、光学多層膜は三原色の波長領域の光に対して反射特性を有すると共に、三原色の波長領域以外の光に対しては吸収特性を有するものである。
【００１２】
本発明による投影用スクリーンの製造方法は、スパッタリング法を用いて、基板上に、金属膜と誘電体膜とをこの順に交互に積層し、三原色の波長領域の光に対して反射特性を有すると共に、三原色の波長領域以外の光に対しては吸収特性を有する光学多層膜を形成する工程を含むものである。
【００１３】
本発明による投影用スクリーンでは、光学多層膜により、三原色の波長領域の光に対して反射特性を示す一方、三原色の波長領域以外の光に対しては吸収特性を示し、その結果、明暗のコントラストが高い画像が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る投影用スクリーン１０の一部の断面構成を表すものである。この投影用スクリーン１０はいわゆる反射方式のスクリーンである。投影用スクリーン１０は透明基板１１を備えており、この透明基板１１の上には光選択反射層として光学多層膜１２が形成されている。この光学多層膜１２は、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、特定の波長領域以外の光に対しては高吸収特性を有するものである。これについては後述する。光学多層膜１２の上には光拡散層１３が形成されている。
【００１６】
透明基板１１は、例えば、高分子材料から構成され、厚さが１８８μｍであり、可撓性を有する。高分子材料としては、例えばポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリオレフィン（ＰＯ）が挙げられる。
【００１７】
光学多層膜１２は、金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とが交互に積層されたものである（但し、ｐは 1〜ｎの正数である）。すなわち、金属膜１２Ｍ1 , 誘電体膜１２Ｄ1 , 金属膜Ｍ2 , 誘電体膜１２Ｄ2,・・・・, 金属膜１２Ｍn , 誘電体膜１２Ｄn が順次積層されたものである。金属膜１２Ｍp は、ニオブ（Ｎｂ）、アルミニウム（Ａｌ）または銀（Ａｇ）からなる。例えば、金属膜１２Ｍp としてＡｌが用いられると、光学多層膜１２における平均反射率が大きくなり、このＡｌにより平均反射率の上限が決定される。他方、金属膜１２Ｍp としてＮｂが用いられると、光学多層膜１２における平均反射率が小さくなり、このＮｂにより平均反射率の下限が決定される。誘電体膜１２Ｄp は、五酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）または酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる。
【００１８】
光学多層膜１２の各膜厚は、例えば赤色、緑色および青色の各色の波長領域の光からなる三原色波長域光に対して、例えば反射率が７０％以上という高い反射特性を有すると共に、この三原色波長域光以外の波長域の光に対しては、例えば吸収率が８０％以上という高い吸収特性を有するように設計されている。ここで、光学多層膜１２の各膜厚は、その各膜の厚さをｄ、その各膜の屈折率をｎ、この光学多層膜に入射する入射光の波長をλとすると、各膜の光学的厚さｎｄが入射光の波長λに対して数１に示した式を満足するように設計されている。
【００１９】
【数１】
ｎｄ＝λ（α±１／４）（但し、αは自然数である）
【００２０】
例えば、金属膜１２Ｍ1 にはＮｂ、誘電体膜１２Ｄ1 にはＮｂ2 Ｏ5 、金属膜１２Ｍ2 にはＮｂ、誘電体膜１２Ｄ2 にはＮｂ2 Ｏ5 が用いられ、合計層数が計４層とされ、図２に示したような光学特性を有するように設計されている。すなわち、赤色光の波長が６４２ｎｍ、緑色光の波長が５３２ｎｍ、および青色光の波長が４５７ｎｍである三原色波長域光に対して、光学多層膜１２が高い反射率、例えば７０％の反射率を有し、この三原色波長域光以外の波長領域の光に対しては高い吸収率、例えば吸収率が８０％以上という吸収率を有し、また全波長領域の光に対して例えば５〜１０％の透過率を有するように設計されている。このように設計したことにより、各層の厚さは、金属膜１２Ｍ1 が４０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ1 が５５３ｎｍ、金属膜１２Ｍ2 が２０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ2 が５５３ｎｍとなっている。
【００２１】
このような構成を有する光学多層膜１２は、三原色波長域光に対して高反射特性を有し、三原色波長域光以外の波長領域の光に対しては高吸収特性を有するので、スクリーンの白レベルおよび黒レベルが高められる。また、光学多層膜１２の合計層数が少なくなり、膜厚が小さくなるので、可撓性を有する。なお、三原色波長域光の各色光の波長は、本実施の形態に適用されるプロジェクタ装置２０（図８）の光源（レーザ発振器２１）から出射される各色のレーザ光の波長である。
【００２２】
また、このときの金属膜１２Ｍ1 , 誘電体膜１２Ｄ1 , 金属膜１２Ｍ2 , 誘電体膜１２Ｄ2 の厚さを基準として、全ての膜の膜厚を同じ割合で変化させると、三原色波長域の各色光の波長領域において、図３に示した▲１▼〜▲３▼のような反射率変化となる。更に、スクリーンに対する入射角度を変化させると、三原色波長域の各色の波長領域において、図４に示した▲１▼〜▲３▼ような反射率変化となる。ここで、比較例として、本出願人と同一の出願人が、特願２００２−０７０７９９号にて提案している投影用スクリーンの光学薄膜における反射率変化の膜厚依存性を図３の▲４▼〜▲６▼に、反射率変化の入射角度依存性を図４の▲４▼〜▲６▼に併せて示しておく。この光学薄膜は、高屈折率層と、この高屈折率層よりも低い屈折率を有する低屈折率層とを交互に積層したものであり、高屈折率層としては五酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、低屈折率層としては二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）が用いられている。
【００２３】
図３に示したように、光学多層膜１２の膜厚を変化させると、本実施の形態は、比較例と比べて反射率変化の膜厚依存性が小さくなる。また、図４に示したように、スクリーンに対する入射角度を変化させると、本実施の形態は、比較例と比べて反射率変化の入射角度依存性が小さくなる。特にこの場合は、金属膜１２Ｍ1 および金属膜１２Ｍ2 にＮｂが用いられるので、反射率変化の入射角度依存性が小さくなり、広視野角特性が得られる。
【００２４】
また、例えば、金属膜１２Ｍ1 にはＡｌ、誘電体膜１２Ｄ1 にはＮｂ2 Ｏ5 、金属膜１２Ｍ2 にはＮｂ、誘電体膜１２Ｄ2 にはＮｂ2 Ｏ5 が用いられ、合計層数が計４層とされ、図５に示したような光学特性を有するように設計されている。すなわち、三原色波長域光に対して、光学多層膜１２が高い反射率、例えば８０％の反射率を有し、この三原色波長域光以外の波長領域の光に対しては高い吸収率、例えば吸収率が９０％以上という吸収率を有し、また全波長領域の光に対して例えば略０％の透過率を有するように設計されている。このように設計したことにより、金属膜１２Ｍ1 の厚さが５０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ1 の厚さが５５１ｎｍ、金属膜１２Ｍ2 の厚さが１５ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ2 の厚さが５５１ｎｍとなっている。
【００２５】
このような構成を有する光学多層膜１２は、三原色波長域光に対して高反射特性を有し、三原色波長域光以外の波長領域の光に対して高吸収特性を有するので、スクリーンの白レベルおよび黒レベルが高められる。また、光学多層膜１２は合計層数が少なくなることから薄くなるので、可撓性を有する。
【００２６】
また、このときの金属膜１２Ｍ1 , 誘電体膜１２Ｄ1 , 金属膜１２Ｍ2 , 誘電体膜１２Ｄ2 の厚さを基準として、全ての膜の膜厚を同じ割合で変化させると、三原色波長域の各色光の波長領域において、図６の▲１▼〜▲３▼に示したような反射率変化となる。更に、スクリーンに対する入射角度を変化させると、三原色波長域の各色の波長領域において、図７の▲１▼〜▲３▼に示したような反射率変化となる。ここで、比較例として、前述した光学薄膜における反射率変化の膜厚依存性（図６の▲４▼〜▲６▼）、反射率変化の入射角度依存性（図７の▲４▼〜▲６▼）も併せて示しておく。
【００２７】
図６に示したように、光学多層膜１２の膜厚を変化させると、本実施の形態は、比較例と比べて反射率変化の膜厚依存性が小さくなる。また、図７に示したように、スクリーンに対する入射角度を変化させると、本実施の形態は、比較例と比べて反射率変化の入射角度依存性が小さくなる。特にこの場合は、金属膜１２Ｍ1 にＡｌ、金属膜１２Ｍ2 にＮｂが用いられるので、反射率変化の膜厚依存性が小さくなる。
【００２８】
ここで、金属膜１２Ｍp に用いられる材料は、上記金属材料に限定されるものではなく、可視光波長域における反射率を均一とする金属材料が望ましい。また、誘電体膜１２Ｄp に用いられる材料は、上記誘電体材料に限定されるものではなく、誘電体膜１２Ｄp の屈折率が大きいほど三原色波長域の各色光の波長領域における反射ピークの半値幅が大きくなり、屈折率が小さいほど各色光の波長領域における反射ピークの半値幅が小さくなる傾向を有することから、必要とされるスクリーンの光学特性に応じて適宜に選択することが可能である。
【００２９】
光拡散層１３は、例えばマイクロレンズアレー（ＭＬＡ）が形成されたフィルムであり、可撓性を有する。この光拡散層１３では、光学多層膜１２で反射された三原色波長域光が散乱される。これによって、視野角が大きくなり良い視野特性が得られる。なお、光拡散層１３は、例えば直径が数μｍ〜数ｍｍ程度である球状の複数のビーズが等間隔に配列されたものでもよい。これらのビーズは例えばガラスや高分子材料等の透明な材料からなる。更に、光拡散層１３は、所定の媒質中に例えば銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）等の金属微粒子が分散されたものでもよい。
【００３０】
このように本実施の形態では、スクリーンを構成する透明基板１１、光学多層膜１２および光拡散層１３の全てが可撓性を有するので、スクリーン自体が可撓性を有する。
【００３１】
次に、このような構成を有する投影用スクリーン１０の製造方法について説明する。まず、先に挙げた高分子材料からなる透明基板１１を用意する。次に、例えばスパッタリング法を用いて、透明基板１１の上に、金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とを交互に積層して光学多層膜１２を形成する。この光学多層膜１２の各膜厚は、前述のように赤色、緑色および青色の各色の波長領域の光からなる三原色波長域光に対して高反射特性を有すると共に、この三原色波長域光の波長領域以外の光に対して高吸収特性を有するように設計する。
【００３２】
光学多層膜１２は、具体的には、Ｎｂからなる金属膜１２Ｍ1 、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる誘電体膜１２Ｄ1 、Ｎｂからなる金属膜１２Ｍ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる誘電体膜１２Ｄ2 の４層構造とし、各層の厚さを、金属膜１２Ｍ1 を４０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ1 を５５３ｎｍ、金属膜１２Ｍ2 を２０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ2 を５５３ｎｍとする。これにより、三原色波長域光に対して、光学多層膜１２が高い反射率、例えば７０％の反射率を有し、この三原色波長域光以外の波長領域の光に対しては高い吸収率、例えば吸収率が８０％以上という吸収率を有し、また全波長領域の光に対して例えば５〜１０％の透過率を有するようになる（図２）。
【００３３】
また、光学多層膜１２は、Ａｌからなる金属膜１２Ｍ1 、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる誘電体膜１２Ｄ1 、Ｎｂからなる金属膜１２Ｍ2 、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる誘電体膜１２Ｄ2 の４層構造とし、各層の厚さを金属膜１２Ｍ1 を５０ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ1 を５５１ｎｍ、金属膜１２Ｍ2 を１５ｎｍ、誘電体膜１２Ｄ2 を５５１ｎｍとする。これにより、三原色波長域光に対して、光学多層膜１２が高い反射率、例えば８０％の反射率を有し、この三原色波長域光以外の波長領域の光に対しては高い吸収率、例えば吸収率が９０％以上という吸収率を有し、また全波長領域の光に対して例えば略０％の透過率を有するようになる（図５）。
【００３４】
最後に、光学多層膜１２の上に、例えばマイクロレンズアレー（ＭＬＡ）が形成されたフィルムである光拡散層１３を貼り合わせることによって、図１に示した投影用スクリーン１０が完成する。
【００３５】
このように本実施の形態では、透明基板１１に光吸収層としての機能を持たせることにより画像の黒レベルを向上させるだけでなく、光学多層膜１２を形成することにより画像の白レベルを向上させることにより、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストが削減される。
【００３６】
また、本実施の形態では、光学多層膜１２を金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とを交互に積層させた構成としたことにより、比較例と比べて反射率の膜厚依存性が小さくなり、また、反射率変化の入射角度依存性が小さくなるので、製造マージンが大きくなり、製造コストが更に削減されると共に、生産性が向上する。
【００３７】
このような構成を有する投影用スクリーン１０は、例えばフロント式のプロジェクタ装置２０のスクリーンとして用いられる。図８は、このプロジェクタ装置２０の概略構成を表すものである。プロジェクタ装置２０は、光源として三原色の各色の波長領域からなる三原色狭帯域光を出射するレーザ発振器２１を備えている。レーザ発振器２１は、例えば波長が６４２ｎｍである赤色光を出射するレーザ発振器２１Ｒ、波長が５３２ｎｍである緑色光を出射するレーザ発振器２１Ｇ、波長が４５７ｎｍである青色光を出射するレーザ発振器２１Ｂから構成されている。
【００３８】
また、プロジェクタ装置２０は、レーザ発振器２１から出射された光を画像光として投影用スクリーン１０に導くための照明光学系として、コリメータレンズ２２、シリンドリカルレンズ２３、ＧＬＶ２４、体積型ホログラム素子２５、ガルバノミラー２６および投影レンズ２７を備えている。コリメータレンズ２２は、赤色光用のコリメータレンズ２２Ｒ、緑色光用のコリメータレンズ２２Ｇ、および、青色光用のコリメータレンズ２２Ｂから構成される。ＧＬＶ２４は、赤色光用のリボン列２４Ｒ、緑色光用のリボン列２４Ｇ、および青色光用のリボン列２４Ｂを備えている。体積型ホログラム素子２５は、第１体積型ホログラム素子２５ａおよび第２体積型ホログラム素子２５ｂから構成されている。
【００３９】
なお、プロジェクタ装置２０では、レーザ発振器２１Ｒから出射された赤色光、レーザ発振器２１Ｇから出射された緑色光、レーザ発振器２１Ｂから出射された青色光のそれぞれが、コリメータレンズ２２では各色用のコリメータレンズ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ、ＧＬＶ２４では各色用のリボン列２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂに入射するようにこれらの構成要素が配置されている。
【００４０】
このような構成を有するプロジェクタ装置２０では、レーザ発振器２１から出射された赤色光、緑色光および青色光の各光は、コリメータレンズ２２を透過することにより平行光となる。このコリメータレンズ２２により平行光となった三原色波長域光は、シリンドリカルレンズ２３の作用によりＧＬＶ２４に集光される。これら集光した三原色波長域光は、画像信号に応じてＧＬＶ２４の各リボン列が駆動されることによって空間的に変調される。
【００４１】
ＧＬＶ２４の作用により変調された三原色波長域光は、シリンドリカルレンズ２３の作用により体積型ホログラム素子２５に集光される。この体積型ホログラム素子２５では、第１体積型ホログラム素子２５ａにより赤色光が回折され、第２体積型ホログラム素子２５ｂにより青色光および赤色光が同じ方向に回折される。また、第１体積型ホログラム素子２５ａおよび第２体積型ホログラム素子２５ｂでは、緑色光が回折されずに直進して透過し、赤色光と同じ方向に出射される。このようにして体積型ホログラム素子２５の作用により、赤色光、緑色光および青色光の各色の光が合成されて、同じ方向に出射される。同じ方向に出射された三原色波長域光は、ガルバノミラー２６により所定の方向に走査され、投影レンズ２７を介して投影用スクリーン１０の前面に投射される。
【００４２】
本実施の形態の投影用スクリーン１０では、プロジェクタ装置２０から投射された三原色波長域光とともに外光が、光拡散層１３を通過して光学多層膜１２に入射する。この光学多層膜１２は図２または図５に示したような反射特性を有するので、この光学多層膜１２により三原色波長域光が反射されると共に、三原色波長域光以外の光が吸収される。光学多層膜１２で反射された三原色波長域光は光拡散層１３に入射し、この光拡散層１４により散乱され、スクリーンの前面に画像が形成される。このとき、光学多層膜１２により白レベルおよび黒レベルが高められるので、明暗のコントラストが高い画像を形成することができる。よって、映写環境に影響されずに明瞭な画像を得ることが可能となる。
【００４３】
また、光学多層膜１２が金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とが交互に積層された構成であるので、比較例と比較して良い視野特性が得られる。例えば、光学多層膜１２において、金属膜１２Ｍ1 にＮｂ、誘電体膜１２Ｄ1 にＮｂ2 Ｏ5 、金属膜１２Ｍ2 にＮｂ、誘電体膜１２Ｄ2 にＮｂ2 Ｏ5 が用いられ、合計層数が計４層である場合には、図３に示したように、比較例と比べて反射率変化の膜厚依存性が小さくなり、また、図４に示したように、比較例と比べて反射率変化の入射角度依存性が小さくなることにより良い視野特性が得られる。また、例えば、金属膜１２Ｍ1 にはＡｌ、誘電体膜１２Ｄ1 にはＮｂ2 Ｏ5 、金属膜１２Ｍ2 にはＮｂ、誘電体膜１２Ｄ2 にはＮｂ2 Ｏ5 が用いられ、合計層数が計４層である場合には、図７に示したように、比較例と比べて反射率変化の膜厚依存性が小さくなる。また、図８に示したように、比較例と比べて反射率変化の入射角度依存性が小さくなることにより、広い視野角が得られる。これにより視野特性を向上させることができ、よって大画面化を図ることが可能となる。
【００４４】
更に、透明基板１１の上を高分子材料からなるようにし、光学多層膜１２を光学多層膜１２が金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とが交互に積層された構成としたので、スクリーンが可撓性を有するようになり、これにより収納性を向上させることが可能となる。
【００４５】
また、光学多層膜１２を形成することにより画像の白レベルおよび黒レベルを向上させることにより、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストを削減することが可能となる。また、光学多層膜１２を金属膜１２Ｍp と誘電体膜１２Ｄp とを交互に積層させた構成としたので、比較例と比べて反射率変化の膜厚依存性が小さくなり、また、反射率変化の入射角度依存性が小さくなる。これにより、製造マージンを大きくすることができ、その結果、製造コストを更に削減することができ、生産性を向上させることが可能となる。
【００４６】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では基板として透明基板１１を用いるようにしたが、例えば図９に示した投影用スクリーン２０のように、黒色塗料等を含んだ高分子材料から構成される黒色基板３１を用い、基板自体に光吸収層としての機能を持たせるようにしてもよい。また、例えば図１０に示した投影用スクリーン３０のように、透明基板３１の裏面に別途黒色塗料からなる光吸収層３２を形成するようにしてもよい。更に、基板として透明基板３１を用い、この透明基板３１の裏面に別途黒色基板を設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、透明基板１１と金属膜１２Ｍ1 との間に誘電体膜を形成するようにしてもよい。この誘電体膜は、例えば五酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）、二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、五酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）または酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなるようにする。
【００４８】
更に、上記実施の形態では、光学多層膜１２の上に光拡散層１３を形成し、この光拡散層１３により光学多層膜１２で反射された三原色波長域光を散乱させるようにしたが、透明基板１１の表面に複数の凸部または複数の凹部を有する光拡散部を形成し、この光拡散部の上に、凸部または凹部と同じ形状を有すると共に、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域の光に対して高吸収特性を有する光学薄膜１２を形成するようにしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の投影用スクリーンによれば、基板上に、金属膜と誘電体膜とをこの順に交互に積層することにより、三原色の波長領域の光に対して反射特性を有し、三原色の波長領域の以外の光に対しては吸収特性を有する光学多層膜を設けるようにしたので、画像の白レベルおよび黒レベルを高めることができる。よって、映写環境に影響されずに明瞭な画像を得ることが可能となる。
【００５０】
特に、本発明では、光学多層膜を金属膜と誘電体膜とを交互に積層した構成としたので、広い視野角が得られる。これにより視野特性を向上させることができ、よって大画面化を図ることが可能となる。
【００５１】
また、基板を高分子材料からなるようにし、光学多層膜を金属膜と誘電体膜とを交互に積層した構成とすることにより、スクリーンが可撓性を有するようになり、これにより収納性を向上させることが可能となる。
【００５２】
また、本発明の投影用スクリーンの製造方法によれば、金属膜と誘電体膜とをこの順に交互に積層してなる光学多層膜を形成して画像の白レベルおよび黒レベルを向上させることにより、画像の明暗のコントラストを高めて明瞭な画像が得られるようにしたので、従来のように画像の明暗のコントラストを高めるために突起を形成する等してスクリーンの表面形状を工夫することが不要となる。その結果、手間や時間がかからなくなり、これにより製造コストを削減することが可能となる。
【００５３】
また、光学多層膜を金属膜と誘電体膜とを交互に積層させた構成としたので、反射率変化の膜厚依存性が小さくなり、また、反射率変化の入射角度依存性が小さくなることにより、製造マージンを大きくすることができ、その結果、製造コストを更に削減することができ、生産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る投影用スクリーンの概略構成図である。
【図２】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の光学特性を表すものである。
【図３】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の反射特性と比較例の投影用スクリーンの光学薄膜の反射特性とを比較したものである。
【図４】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の反射特性と比較例の投影用スクリーンの光学薄膜の反射特性とを比較したものである。
【図５】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の光学特性を表すものである。
【図６】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の反射特性と比較例の投影用スクリーンの光学薄膜の反射特性とを比較したものである。
【図７】図１に示した投影用スクリーンの光学多層膜の反射特性と比較例の投影用スクリーンの光学薄膜の反射特性とを比較したものである。
【図８】図１に示した投影用スクリーンを用いたプロジェクタ装置の概略構成図である。
【図９】投影用スクリーンの変形例の概略構成図である。
【図１０】投影用スクリーンの変形例の概略構成図である。
【図１１】従来の投影用スクリーンの概略構成図である。
【図１２】従来の投影用スクリーンの概略構成図である。
【符号の説明】
１０, ２０, ３０・・・ 投影用スクリーン、１１・・・ 透明基板、１２・・・ 光学多層膜、１２Ｍp ・・・ 金属膜、１２Ｄp ・・・ 誘電体膜、１３・・・ 光拡散層、２０・・・ プロジェクタ装置、２１，２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ・・・ レーザ発振器、２２，２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ・・・ コリメータレンズ、２３・・・ シリンドリカルレンズ、２４・・・ ＧＬＶ、２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂ・・・ リボン列、２５・・・ 体積型ホログラム素子、２５ａ・・・ 第１体積型ホログラム素子、２５ｂ・・・ 第２体積型ホログラム素子、２６・・・ ガルバノミラー、２７・・・ 投影レンズ、３１・・・ 黒色基板、３２・・・ 光吸収層
Claims (26)
- 基板上に、金属膜と誘電体膜とをこの順に交互に積層してなる光学多層膜を備え、前記光学多層膜は三原色の波長領域の光に対して反射特性を有すると共に、前記特定の波長領域以外の光に対しては吸収特性を有する
ことを特徴とする投影用スクリーン。 - 前記光学多層膜は、三原色の波長領域の光に対する反射率が７０％以上であり、前記三原色の波長領域以外の光に対する吸収率が８０％以上である
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記光学多層膜は、金属膜，誘電体膜，金属膜および誘電体膜をこの順に有する４層構造である
ことを特徴とする請求項１記載の投影用スクリーン。 - 前記金属膜がＮｂ、ＡｌまたはＡｇからなる
ことを特徴とする請求項１または３記載の投影用スクリーン。 - 前記誘電体膜がＮｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ａｌ2 Ｏ3 またはＳｉＯ2 からなる
ことを特徴とする請求項１または３記載の投影用スクリーン。 - 前記光学多層膜は、Ｎｂからなる第１金属膜、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる第１誘電体膜、Ｎｂからなる第２金属膜、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる第２誘電体膜が順に積層された構成を有する
ことを特徴とする請求項１または３記載の投影用スクリーン。 - 前記光学多層膜は、Ａｌからなる第１金属膜、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる第１誘電体膜、Ｎｂからなる第２金属膜、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる第２誘電体膜が順に積層された構成を有する
ことを特徴とする請求項１または３記載の投影用スクリーン。 - 前記基板は高分子材料からなる
ことを特徴とする請求項１または３記載の投影用スクリーン。 - 前記高分子材料は、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、またはポリオレフィンである
ことを特徴とする請求項８記載の投影用スクリーン。 - 前記光学多層膜における前記基板との隣接面とは反対側の面に光拡散層を備えている
ことを特徴とする請求項１または３記載の投影用スクリーン。 - 前記基板における前記光学多層膜が形成された面に、複数の凸部または複数の凹部を有する光拡散部を有する
ことを特徴とする請求項１または３記載の投影用スクリーン。 - スパッタリング法を用いて、基板上に、金属膜と誘電体膜とをこの順に交互に積層し、三原色の波長領域の光に対して反射特性を有すると共に、前記三原色の波長領域以外の光に対しては吸収特性を有する光学多層膜を形成する
ことを特徴とする投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光学多層膜は、三原色の波長領域の光に対する反射率を７０％以上とし、前記三原色の波長領域以外の光に対する吸収率を８０％以上とする
ことを特徴とする請求項１２記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光学多層膜を、金属膜，誘電体膜，金属膜および誘電体膜をこの順に積層することにより形成する
ことを特徴とする請求項１２記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記金属膜をＮｂ、ＡｌまたはＡｇにより形成する
ことを特徴とする請求項１２または１４記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記誘電体膜をＮｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ａｌ2 Ｏ3 またはＳｉＯ2 により形成する
ことを特徴とする請求項１２または１４記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光学多層膜を、Ｎｂからなる第１金属膜、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる第１誘電体膜、Ｎｂからなる第２金属膜、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる第２誘電体膜を順に積層させた構成とする
ことを特徴とする請求項１２または１４記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光学多層膜を、Ａｌからなる第１金属膜、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる第１誘電体膜、Ｎｂからなる第２金属膜、Ｎｂ2 Ｏ5 からなる第２誘電体膜を順に積層させた構成とする
ことを特徴とする請求項１２または１４記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記基板を高分子材料により形成する
ことを特徴とする請求項１２記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記高分子材料は、ポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、またはポリオレフィンとする
ことを特徴とする請求項１９記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記光学多層膜の上に光拡散層を形成する
ことを特徴とする請求項１２記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記基板の表面に複数の凸部または複数の凹部を有する光拡散部を形成する
ことを特徴とする請求項１２記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記第１金属膜の膜厚は４０ｎｍ，前記第１誘電体膜の膜厚は５５３ｎｍ，前記第２金属膜の膜厚は２０ｎｍ，前記第２誘電体膜の膜厚は５５３ｎｍである
ことを請求項６記載の投影用スクリーン。 - 前記第１金属膜の膜厚は５０ｎｍ，前記第１誘電体膜の膜厚は５５１ｎｍ，前記第２金属膜の膜厚は１５ｎｍ，前記第２誘電体膜の膜厚は５５１ｎｍである ことを請求項７記載の投影用スクリーン。
- 前記第１金属膜の膜厚を４０ｎｍ，前記第１誘電体膜の膜厚を５５３ｎｍ，前記第２金属膜の膜厚を２０ｎｍ，前記第２誘電体膜の膜厚を５５３ｎｍとする
ことを請求項１７記載の投影用スクリーンの製造方法。 - 前記第１金属膜の膜厚を５０ｎｍ，前記第１誘電体膜の膜厚を５５１ｎｍ，前記第２金属膜の膜厚を１５ｎｍ，前記第２誘電体膜の膜厚を５５１ｎｍとする
ことを請求項１８記載の投影用スクリーンの製造方法。
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