JP4212562B2

JP4212562B2 - 投射型スクリーンおよび画像投影システム

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Publication number: JP4212562B2
Application number: JP2005036574A
Authority: JP
Inventors: 和樹平
Original assignee: Toshiba Corp
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Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2025-02-14
Also published as: JP2006221090A; US20060181771A1

Description

本発明は、投射型スクリーンおよび画像投影システムに係わり、特にコントラストの高い投影画像を得られるようにした投射型スクリーンおよび画像投影システムに関する。

従来から、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）型の表示デバイスとして、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌｍｉｃｒｏＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）などを用いたＤＬＰ（ＤｉｇｉｇａｌＬｉｇｈｔＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）プロジェクタや、液晶表示デバイスを用いた液晶プロジェクタなど、プロジェクタの投射レンズから出射された光をスクリーン上に投射して、その反射光によってスクリーン上に画像などを投影する投射型画像投影システムが開発されている。

このような投射型画像投影システムにおいて、スクリーン上に投影された画像を観察者に見やすく表示するためには、スクリーン上に投影された画像のコントラストを高く保つことが重要となる。特に、暗室ではなく、室内照明や太陽光などが入射する明所下においてスクリーンに投影された画像を観察する場合には、照明光や太陽光などの、いわゆる迷光が、液晶プロジェクタなどから投射される投射光に重畳され、画像のコントラストが低下するという問題があった。

そこで、この問題を解決するために、液晶プロジェクタなどから投射される投射光が属する波長領域と、迷光の波長領域の違いを利用して、スクリーンに入射する光のうち、特定の波長の光を選択的に反射するようにすることで、投影された画像のコントラストを高める手法が提案されている。

このような、特定の波長の光を選択的に反射するスクリーンとしては、例えば、スクリーンに特定の波長の光を選択的に透過する光学薄膜を用いたスクリーン（例えば、特許文献１を参照）や、コレステリック液晶フィルムの円偏光選択反射性を用いたスクリーン（例えば、非特許文献１を参照）などが開示されている。

光学薄膜を用いる方法では、スクリーン基材上に屈折率の異なる薄膜を厳密に膜厚制御しながら多層に積層してスクリーンを形成する。このような薄膜を形成する方法としては、一般に蒸着法が用いられる。しかし、蒸着法を用いて薄膜を形成する場合、均一な薄膜を生成することが困難な場合もあり、このような方法を用いて生成されたスクリーンでは、高いコントラストを得ることが難しい、という問題があった。特に、スクリーンの面積が大きくなると、スクリーン全体に均一な薄膜を形成することが難しくなり、面積の大きなスクリーンで高いコントラスト得ることは難しかった。

また、コレステリック液晶フィルムの円偏光選択反射性を用いる方法では、スクリーン基材に液晶層を塗布したあと、面内ずらし応力印加などにより、液晶層の相状態を、円偏光選択反射性を有するプレーナ相に転移させる配向プロセスが必要となる。しかし、スクリーンが大きくなると均一な円偏光選択反射性を形成することが困難となるために、この方法を用いた場合にも、十分なコントラストを有するスクリーンを得ることが難しかった。
特開２００４−２１９９０１公報（５頁、図１）Ｍ．Ｕｍｅｙａ，Ｍ．ＨａｔａｎｏａｎｄＮ．Ｅｇａｓｈｉｒａ，"ＮｅｗＦｒｏｎｔ−ＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＳｃｒｅｅｎＣｏｍｐｒｉｓｅｄｏｆＣｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ−ＬＣＦｉｌｍｓ，"ＳＩＤ０４ＤＩＧＥＳＴ，ｐｐ．８４２−８４５，２００４

上述したように、従来の光学薄膜を用いたスクリーンやコレステリック液晶フィルムの円偏光選択反射性を用いたスクリーンでは、コントラストの高い投影画像を得ることが難しい、という問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、スクリーンに入射する投射光と迷光を分離し、投射光を反射することで、スクリーン上にコントラストの高い投影画像を得ることを可能とする投射型スクリーンおよび画像投影システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の投射型スクリーンは、入射される光のうち、あらかじめ定めた第１の偏光方向を持った光を透過させ、その第１の偏光方向と直交する偏光方向を持った光を吸収する第１の偏光板と、前記第１の偏光板の後方に配置され、前記第１の偏光板を透過した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向に回転させる複屈折フィルム層と、前記複屈折フィルム層の後方に配置され、前記複屈折フィルム層を透過した光のうち、前記第１の偏光方向を持った光を透過し、前記第２の偏光方向を持った光を反射する第２の偏光板と、前記第２の偏光板の後方に配置され、前記第２の偏光板を透過した光を吸収する基材とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、複屈折フィルム層を用いて特定の波長の光の偏光方向を選択的に回転させて、スクリーンに入射する投射光と迷光を分離し、投射光を反射することで、コントラストの高い投影画像を得ることが可能になる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーンの構成を示す図である。

この第１の実施形態に係わる投射型スクリーン１０１は、入射した光のうち、あらかじめ定めた偏光方向を持った光を透過し、その偏光方向とは異なる偏光方向を持った光を吸収する第１の偏光板１０２と、偏光板１０２を透過した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を偏光板１０２が透過する光の偏光方向に対して直交する方向に回転させる複屈折フィルム層１０３と、偏光板１０２が透過する光の偏光方向と同じ偏光方向を持った光を透過し、その方向とは異なる偏光方向を持った光を反射する第２の偏光板１０４と、偏光板１０４を透過した光を吸収するスクリーン基材１０５とを備える。なお、以下では、偏光板１０２および偏光板１０４が透過する光の偏光方向を、それぞれの偏光板の偏光透過軸と呼ぶ。

また、複屈折フィルム層１０３は、青色の光の偏光方向を、偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる第１の複屈折フィルム層１０３ａと、緑色の光の偏光方向を、偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる第２の複屈折フィルム層１０３ｂと、赤色の光の偏光方向を、偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる第３の複屈折フィルム層１０３ｃとからなる。

図２は、本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーン１０１を用いた画像投影システムの様子を表す図である。図２に示すように、液晶プロジェクタなどのような、投射型スクリーン１０１に投影する画像情報を含んだ投射光１を出射する発光装置２０１は、投射型スクリーン１０１に対して偏光板１０２側に配置される。発光装置２０１から出射した投射光１は、投射型スクリーン１０１に入射し、投射型スクリーン１０１で反射光３として反射されることによって画像が投影される。観察者は、投射型スクリーン１０１に対して、発光装置２０１と同じ側から投射型スクリーン１０１に投影された画像を観察する。

次に、図３から図１６を用いて、本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーンの作用について説明する。

まず、図３に示すように、液晶プロジェクタなどの発光装置２０１から出射された投射光１が偏光板１０２に入射する。また、偏光板１０２には、投射光１のほかに、例えば、室内照明や太陽光などの迷光２も投射光１に重畳されて入射する。

ここで、発光装置２０１から出射される投射光１は、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）および赤色（Ｒ）の三原色成分からなるものとする。また、投射光１は、投射型スクリーン１０１に投影された画像の色再現範囲を広げるため、青色、緑色および赤色に対応する光の成分が、ほぼ単一波長からなるものであることが望ましい。なお、ここでは青色、緑色および赤色の光とは、それぞれ４３０ｎｍから４７０ｎｍの波長領域に属する光、５１０ｎｍから５６０ｎｍの波長領域に属する光および６００ｎｍから６６０ｎｍの波長領域に属する光をいうものとする。

このような投射光１を得る発光装置２０１としては、３板式液晶プロジェクタやＤＬＰ方式のプロジェクタあるいはＣＲＴ方式のプロジェクタなどを用いればよい。図４に、青色、緑色および赤色の単色発光のＬＥＤアレイ３０１を用いたプロジェクタの例を示す。図４に示すプロジェクタでは、青色、緑色および赤色の、それぞれのＬＥＤアレイ３０１から発光される光を、各色に対応する透過型画像表示素子３０２を通して、投射レンズ３０３によって拡大投射することで投射光１を生成している。

さらに、発光装置２０１から出射される投射光１は、無偏光であってもよいが、図３に示すように、偏光板１０２の偏光透過軸の方向と同じ方向に偏光方向を有する直線偏光であることが望ましい。なお、ここでは直線偏光の偏光方向を、その直線偏光の偏光軸と呼び、以下では、投射光１は、偏光板１０２の偏光透過軸と同じ方向に偏光軸を有する直線偏光であるものとして説明する。

投射光１を、このような特定の方向に偏光軸を有する直線偏光とするためには、例えば、上述した色合成用光学系にダイクロイックプリズムを用いる３板式液晶プロジェクタなどでは、青色、緑色および赤色のＬＣＤ出射偏光軸方位を統一しておけばよい。また、画像表示に偏光を用いないＤＬＰ方式のプロジェクタやＣＲＴ方式のプロジェクタを用いる場合には、投射レンズに偏光フィルタを挿入すればよい。

投射光１が偏光板１０２の偏光透過軸と同じ方向に偏光軸を有する直線偏光である場合、投射光１は、偏光板１０２によって吸収を受けることなく、偏光板１０２を透過する。一方、投射光１に重畳した迷光２は、一般に無偏光であるため、図５に示すように、迷光２に含まれる光の成分のうち、ほぼ１／２の成分が偏光板１０２で吸収され、１／２の成分が偏光板１０２を透過する。

なお、このような特定の方向に偏光透過軸を有し、その偏光透過軸とは異なる方向に偏光方向を有する光を吸収する偏光板１０２は、ヨウ素系あるいは染料系の2色性分子を延伸配向することにより得ることができ、例えば、市販の液晶ディスプレイなどに一般的に用いられている日東電工社ＳＥＧ１４２５シリーズなどを用いることが可能である。

このように偏光板１０２を透過した投射光１および迷光２は、偏光板１０２の偏光透過軸の方向に偏光軸を有する直線偏光となって、次に、偏光板１０２の後方に配置された複屈折フィルム層１０３に入射する。

複屈折フィルム層１０３は、偏光板１０２を透過して入射した光のうち、投射光１に含まれる青色、緑色および赤色の光の偏光方向を、選択的に、偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる。

ここで本実施形態に係わる複屈折フィルム層１０３は、図６に示すように、青色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層１０３ａと、緑色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層１０３ｂと、赤色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層１０３ｃとからなる。

次に、各複屈折フィルム層の構成と作用について詳細に説明する。

複屈折フィルム層によって、入射した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を選択的に回転させる方法として、例えば、Ｉ．Ｓｏｌｃ，“ＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔＣｈａｉｎＦｉｌｔｅｒｓ，”Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍｅｒｉｃａ，Ｖｏｌ．５５，ｐｐ．６２１−６２５，１９６５などに開示されている方法を用いることができる。すなわち、まず、複屈折フィルム層の層数をＮとした場合、図７に示す各層の進相軸の偏光板１０２の偏光透過軸に対する方位θを（１）式を満たすパラメータρとαから求める。

ここでαはフィルタ形状を決める補助パラメータであり、任意の定数である。また、層数Ｎは奇数である。

このとき、入射側から第ｉ番目の層の進相軸の方位θ_ｉは（２）式で定めればよい。

そして、各層の層厚を、複屈折フィルムの複屈折率値（Δｎ）と層厚（ｄ）から（３）式で定まるリタデーションＲが、回転させようとする光の波長の半波長の整数倍となるように定めればよい。

例えば、青色の光の波長を４６７ｎｍとする場合、その偏光方向を５層の複屈折フィルム層によって９０°回転させるには、各層のリタデーションＲを７００ｎｍ（＝４６７×１．５（ｎｍ））として、図８に示すように各層の進相軸方位を定めて複屈折フィルム層を生成すればよい。なお、図８に示す複屈折フィルム層の設計例では、αを１°とし、（１）式からρを８．２°とした。また、複屈折フィルム層１０３ａで偏光方向を回転させる青色の光の波長は、発光装置２０１から出射される光の青色成分の光の波長と一致させることが望ましい。

このようにして設計された複屈折フィルム層１０３ａを透過した光の、偏光板１０２の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板１０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を図９に示す。なお、ここでは、複屈折フィルム層のリタデーションＲは、上述した複屈折率値Δｎが、波長によらず一定であるものとしている。

図９に示すように、複屈折フィルム層１０３ａを透過した光のうち、４６７ｎｍの波長の光および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板１０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が、複屈折フィルム層１０３ａによって、偏光板１０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域では、偏光板１０２の偏光透過軸方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が複屈折フィルム層１０３ａを透過しても回転していないことがわかる。

すなわち、図１０に模式的に示すように、偏光板１０２を透過して偏光板１０２の偏光透過軸方向に偏光軸を有する直線偏光となった光（図１０（ａ））のうち、青色の光の偏光軸は、複屈折フィルム層１０３ａを透過すると、偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転することになる（図１０（ｂ））。

なお、このような複屈折フィルム層は、例えば、ポリカーボネードなどの高分子フィルムに延伸処理を施すことによって複屈折を持たせることで得ることができる。具体的には、例えば、日東電工社ＮＲＦシリーズやＮＲＺシリーズなどを用いることができる。また、ＪＳＲ社アートンや日本ゼオン社ゼオノアなどは、複屈折率値Δｎが透過する光の波長によって、ほとんど変化しない特性を有し、耐環境性にも優れているため、本実施形態に係わる投射型スクリーンの複屈折フィルム層として好適である。また、一般に複屈折フィルム層の層数を多くするほど、偏光方向が回転する波長領域を狭くすることができ、偏光方向を回転させる波長領域と回転させずに透過させる波長領域を精度よく分離することが可能となるが、実用上、複屈折フィルム層の層数は、Ｎ＝３〜９とするのが適当である。

複屈折フィルム層１０３ａによって、青色の光の偏光軸が回転した光は、次に、緑色の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層１０３ｂに入射する。

緑色の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層１０３ｂは、上述した複屈折フィルム層１０３ａと同様に、各層の進相軸の方位を（１）式から求まるρとαを用いて（２）式により定め、各層の層厚を、各層のリタデーションＲが緑色の光の波長について、半波長の整数倍となるように定めることによって得ることができる。

例えば、緑の光の波長を５２７ｎｍとする場合、その偏光方向を５層の複屈折フィルム層によって９０°回転させるには、各層のリタデーションＲを７９０ｎｍ（＝５２７×１．５（ｎｍ））として、図８に示すように各層の進相軸方位を定めて複屈折フィルム層を生成すればよい。

このようにして設計された複屈折フィルム層１０３ｂを透過した光の、偏光板１０２の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板１０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を図１１に示す。なお、ここでは、複屈折フィルム層のリタデーションＲは、上述した複屈折率値Δｎが、波長によらず一定であるものとしている。

図１１に示すように、複屈折フィルム層１０３ｂを透過した光のうち、５２７ｎｍの波長の光および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板１０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が、複屈折フィルム層１０３ｂによって、偏光板１０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域では、偏光板１０２の偏光透過軸方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が複屈折フィルム層１０３ｂを透過しても回転していないことがわかる。

したがって、複屈折フィルム層１０３ａを透過したのち複屈折フィルム層１０３ｂを透過すると、青色と緑色の光の偏光軸は、偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。

このように、複屈折フィルム層１０３ａおよび複屈折フィルム層１０３ｂによって、青色および緑色の光の偏光軸が回転した光は、次に、赤色の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層１０３ｃに入射する。

赤色の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層１０３ｃは、上述した複屈折フィルム層１０３ａおよび複屈折フィルム層１０３ｂと同様に、各層の進相軸の方位を（１）式から求まるρとαを用いて（２）式により定め、各層の層厚を、各層のリタデーションＲが赤色の光の波長について、半波長の整数倍となるように定めることによって得ることができる。

例えば、赤色の光の波長を６３３ｎｍとする場合、その偏光方向を５層の複屈折フィルム層によって９０°回転させるには、各層のリタデーションＲを９５０ｎｍ（＝６３３×１．５（ｎｍ））として、図８に示すように各層の進相軸方位を定めて複屈折フィルム層を生成すればよい。

このようにして設計された複屈折フィルム層１０３ｃを透過した光の、偏光板１０２の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板１０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を図１２に示す。なお、ここでは、複屈折フィルム層のリタデーションＲは、上述した複屈折率値Δｎが、波長によらず一定であるものとしている。

図１２に示すように、複屈折フィルム層１０３ｃを透過した光のうち、６３３ｎｍの波長の光および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板１０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が、複屈折フィルム層１０３ｃによって、偏光板１０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域では、偏光板１０２の偏光透過軸方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が複屈折フィルム層１０３ｃを透過しても回転していないことがわかる。

したがって、複屈折フィルム層１０３ａおよび複屈折フィルム層１０３ｂを透過したのち複屈折フィルム層１０３ｃを透過すると、青色、緑色および赤色の光の偏光軸が、偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。

さらに、図１３に、複屈折フィルム層１０３ａ、複屈折フィルム層１０３ｂおよび複屈折フィルム層１０３ｃからなる複屈折フィルム層１０３を透過した光の、偏光板１０２の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板１０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を示す。図１３に示すように、複屈折フィルム層１０３を透過した光のうち、４６７ｎｍ（青色）、５２７ｎｍ（緑色）および６３３ｎｍ（赤色）の波長の光、および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に直線偏光出射強度が大きくなっており、複屈折フィルム層１０３によって、その偏光方向が、偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域については、偏光板１０２の偏光透過軸の方向に直線偏光出射強度が大きくなっており、複屈折フィルム層１０３を透過しても、その偏光方向が回転していないことがわかる。

すなわち、図１４に示すように、複屈折フィルム層１０３を透過することにより、投射光１と迷光２のうち、青色、緑色および赤色の光からなる投射光１の偏光方向が偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。

このように複屈折フィルム層１０３を透過した光は、次に、偏光板１０４に入射する。

偏光板１０４は、上述したように、偏光板１０２の偏光透過軸と同じ方向に偏光透過軸を有し、その偏光透過軸とは異なる偏光方向を持った光を反射する偏光板である。そのため、複屈折フィルム層１０３を透過した光のうち、複屈折フィルム層１０３で偏光方向が回転した投射光１は、図１５に示すように、偏光板１０４によって反射される。一方、迷光２は、複屈折フィルム層１０３によって偏光方向が回転しないため、その偏光方向は、偏光板１０４の偏光透過軸と同じ方向である。したがって、複屈折フィルム層１０３を透過した迷光２は、図１５に示すように、偏光板１０４を透過する。

なお、このような特定の方向に偏光透過軸を有し、その偏光透過軸とは異なる方向に偏光方向を有する光を反射する偏光板１０４は、例えば、複屈折位相差を有する媒質および複屈折性媒質の一方の屈折率値に等しい屈折率値を有する等方屈折率性媒質を光学干渉厚で積層することにより得られる。具体的には、例えば、住友３Ｍ社ＤＢＥＦなどを用いることができる。

偏光板１０４を透過した迷光２は、次に、例えば、黒色塗料が塗布された板などの黒色を呈する媒質、もしくは、表面にビロード状の毛羽を有する生地などの散乱透過性を有する媒質によって形成されたスクリーン基材１０５によって吸収される。

一方、投射光１は、偏光板１０４で反射され、複屈折フィルム層１０３に入射する。複屈折フィルム層１０３は、このような反射光に対しては、入射したときとは逆の偏光方向の回転特性を与えるため、入射時に、偏光板１０２の偏光透過軸と直交する方向に偏光方向が回転した投射光１は、図１６に示すように、複屈折フィルム層１０３を透過することにより、偏光板１０２の偏光透過軸の方向に偏光方向を持った光となる。そして、複屈折フィルム層１０３を透過した投射光１は、偏光板１０２を透過する。

このようにして偏光板１０２を透過した投射光１が、図２に示すように、投射型スクリーン１０１よる反射光３となる。そして、観察者は、この投射光３を投射型スクリーン１０１に投影された画像として観察する。このとき、迷光２は除去されているため、コントラストの高い投影画像を得ることができる。

このように、第１の実施形態に係わる投射型スクリーンによれば、投射型スクリーン１０１に入射した光のうち、複屈折フィルム層１０３を用いて、投射光１の偏光方向を回転させて、投射光１と迷光２とを分離し、投射光１を選択的に反射することによって、スクリーン上に投影された画像のコントラストを高くすることが可能になる。また、複屈折フィルム層１０３は、フィルム材料を延伸処理するなどのロールプロセスにより生成することができるため、面積の大きなスクリーンにも容易に適用することができる。また、複数の複屈折フィルム層をタイル状につなぎ合わせることによって大面積化することも容易である。そのため、複屈折フィルム層を用いた場合、大面積のスクリーンであっても、スクリーン上に投影された画像のコントラストを高く保つことが可能となる。

なお、上述した実施形態では、複屈折フィルム層１０３ａ、複屈折フィルム層１０３ｂおよび複屈折フィルム層１０３ｃの層数は５層（Ｎ＝５）であるとした。しかし、複屈折フィルム層の層数が同じ場合、図９、図１１および図１２からわかるように、偏光方向を回転させようとする光の波長が大きいほど、その近傍の領域で偏光方向が回転する光の波長領域は広くなる。そこで、青色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層１０３ａ、緑色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層１０３ｂおよび赤色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層１０３ｃの、それぞれの層数をＮ_Ｂ、Ｎ_ＧおよびＮ_Ｒとした場合に、（４）式を満たすように層数を定めることで、各色で偏光方向が回転する波長領域の広さを揃えることが可能になる。

すなわち、例えば、（Ｎ_Ｂ，Ｎ_Ｇ，Ｎ_Ｒ）＝（５，７，９）などとして、回転させようとする光の波長が大きくなるほど、層数を多くすればよい。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、投射光に含まれる青色、緑色および赤色の光の偏光方向を回転させて、投射光と迷光を分離していた。

第２の実施形態では、投射光に含まれる青色、緑色および赤色の光の属する波長領域とは異なる波長領域の光を回転させることにより、投射光と迷光を分離する実施形態について説明する。

図１７は、本発明の第２の実施形態に係わる投射型スクリーンの構成を示す図である。

この第２の実施形態に係わる投射型スクリーン４０１は、入射した光のうち、あらかじめ定めた偏光方向を持った光を透過し、その偏光方向とは異なる偏光方向を持った光を吸収する第１の偏光板４０２と、偏光板４０２を透過した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を偏光板４０２が透過する光の偏光方向に対して直交する方向に回転させる複屈折フィルム層４０３と、偏光板４０２が透過する光の偏光方向と直交する方向に偏光方向を持った光を透過し、その方向とは異なる偏光方向を持った光を反射する第２の偏光板４０４と、偏光板４０４を透過した光を吸収するスクリーン基材４０５とを備える。

また、複屈折フィルム層４０３は、青色と緑色の中間の波長領域に含まれる特定の波長の光の偏光方向を、偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる第１の複屈折フィルム層４０３ａと、緑色と赤色の中間の波長領域に含まれる特定の波長の光の偏光方向を、偏光板１０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる第２の複屈折フィルム層４０３ｂとからなる。なお、ここでは、青色と緑色の中間の波長領域とは、４７０ｎｍから５００ｎｍの波長領域をいい、緑色と赤色の中間の波長領域とは、５６０ｎｍから６００ｎｍの波長領域をいうものとする。

つまり、第１の実施形態とは、複屈折フィルム層４０３および偏光板４０４の構成および作用が異なる。したがって、以下では、第１の実施形態と共通の構成および作用を有する部分（偏光板４０２およびスクリーン基材４０５）については、説明を省略する。

偏光板４０２を透過した投射光１と迷光２は、偏光板４０２の偏光透過軸の方向に偏光軸を有する直線偏光となって、次に、偏光板４０２の後方に配置された複屈折フィルム層４０３に入射する。

複屈折フィルム層４０３は、偏光板４０２を透過して入射した光のうち、迷光２に含まれる青色と緑色の中間の波長領域の光および緑色と赤色の中間の波長領域の光の偏光方向を、選択的に偏光板４０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる。

まず、複屈折フィルム層４０３ａは、入射した光のうち、青色と緑色の中間の波長領域の光の偏光方向を回転させる。

青色と緑色の中間の波長領域の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層４０３ａは、第１の実施形態の複屈折フィルム層１０３ａと同様に、各層の進相軸の方位を（１）式から求まるρとαを用いて（２）式により定め、各層の層厚を、各層のリタデーションＲが青色と緑色の中間の波長領域の光のうち、偏光軸を回転させようとする主な光の波長（主波長）の整数倍となるように定めることによって得ることができる。

例えば、４９０ｎｍを主波長とする場合、その偏光方向を５層の複屈折フィルム層によって９０°回転させるには、各層のリタデーションＲを７３５ｎｍ（＝４９０×１．５（ｎｍ））として、図８に示すように各層の進相軸方位を定めて複屈折フィルム層を生成すればよい。

このようにして設計された複屈折フィルム層４０３ａを透過した光の、偏光板４０２の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板４０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を図１８に示す。なお、ここでは、複屈折フィルム層のリタデーションＲは、上述した複屈折率値Δｎが、波長によらず一定であるものとしている。

図１８に示すように、複屈折フィルム層４０３ａを透過した光のうち、４９０ｎｍの波長の光および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板４０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が、複屈折フィルム層４０３ａによって、偏光板４０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域では、偏光板４０２の偏光透過軸方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が複屈折フィルム層４０３ａを透過しても回転していないことがわかる。

したがって、複屈折フィルム層４０３ａを透過すると、青色と緑色の中間の波長領域の光の偏光軸は、偏光板４０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。

このように、複屈折フィルム層４０３ａによって、青色と緑色の中間の波長領域の光の偏光軸が回転した光は、次に、複屈折フィルム層４０３ｂに入射する。

複屈折フィルム層４０３ｂは、次に、入射した光のうち、緑色と赤色の中間の波長領域の光の偏光方向を回転させる。

緑色と赤色の中間の波長領域の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層４０３ｂは、複屈折フィルム層４０３ａと同様に、各層の進相軸の方位を（１）式から求まるρとαを用いて（２）式により定め、各層の層厚を、各層のリタデーションＲが青色と緑色の中間の波長領域の光のうち、偏光軸を回転させようとする主波長の整数倍となるように定めることによって得ることができる。

例えば、５８０ｎｍを主波長とする場合、その偏光方向を５層の複屈折フィルム層によって９０°回転させるには、各層のリタデーションＲを８７０ｎｍ（＝５８０×１．５（ｎｍ））として、図８に示すように各層の進相軸方位を定めて複屈折フィルム層を生成すればよい。

このようにして設計された複屈折フィルム層４０３ａを透過した光の、偏光板４０２の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板４０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を図１９に示す。なお、ここでは、複屈折フィルム層のリタデーションＲは、上述した複屈折率値Δｎが、波長によらず一定であるものとしている。

図１９に示すように、複屈折フィルム層４０３ｂを透過した光のうち、５８０ｎｍの波長の光および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板４０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が、複屈折フィルム層４０３ｂによって、偏光板４０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域では、偏光板４０２の偏光透過軸方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が複屈折フィルム層４０３ｂを透過しても回転していないことがわかる。

したがって、複屈折フィルム層４０３ａを透過したのち複屈折フィルム層４０３ｂを透過すると、青色と緑色の中間の波長領域の光および緑色と赤色の中間の波長領域の光の偏光軸は、偏光板４０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。

さらに、図２０に、複屈折フィルム層４０３ａおよび複屈折フィルム層４０３ｂを透過した光の、偏光板４０２の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板４０２の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を示す。図２０に示すように、複屈折フィルム層４０３を透過した光のうち、４９０ｎｍ（青色と緑色の中間の波長領域の主波長）および５８０ｎｍ（緑色と赤色の中間の波長領域の主波長）の波長の光、および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板４０２の偏光透過軸に対して直交する方向に直線偏光出射強度が大きくなっており、複屈折フィルム層４０３によって、その偏光方向が、偏光板４０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域については、偏光板４０２の偏光透過軸の方向に直線偏光出射強度が大きくなっており、複屈折フィルム層４０３を透過しても、その偏光方向が回転していないことがわかる。

すなわち、図２１に示すように、複屈折フィルム層４０３を透過することにより、投射光１と迷光２のうち、迷光２の青色と緑色の中間の波長領域の光および緑色と赤色の中間の波長領域の光の偏光方向が偏光板４０２の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。なお、迷光２のうち、青色よりも短い波長領域の光および赤色よりも長い波長領域の光は、投射光１と同様に、偏光軸は回転せずに複屈折フィルム層４０３を透過するが、図２１では省略している。

このように複屈折フィルム層４０３を透過した光は、次に、偏光板４０４に入射する。

偏光板４０４は、上述したように、偏光板４０２の偏光透過軸と直交する方向に偏光透過軸を有し、その偏光透過軸とは異なる偏光方向を持った光を反射する偏光板である。そのため、複屈折フィルム層４０３を透過した光のうち、複屈折フィルム層４０３で偏光方向が回転しない投射光１は、偏光板４０４によって反射される。一方、迷光２は、複屈折フィルム層４０３によって偏光方向が回転しているため、その偏光方向は、偏光板４０４の偏光透過軸と同じ方向である。したがって、複屈折フィルム層４０３を透過した迷光２は、図２２に示すように、偏光板４０４を透過してスクリーン基材４０５で吸収される。

そして偏光板４０４で反射された投射光１は、複屈折フィルム層４０３を入射したときとは逆の方向に透過する。このとき投射光１の偏光方向は複屈折フィルム層４０３によって回転することはない。そのため、複屈折フィルム層４０３を透過した投射光１の偏光方向は、偏光板４０２の偏光透過軸の方向のままであるため、偏光板４０２で吸収されることなく、偏光板４０２を透過する。

このようにして偏光板４０２を透過した投射光１が、投射型スクリーン４０１に投影された画像としてスクリーン上に表れる。このとき、迷光２のうち、青色と緑色および緑色と赤色の中間の波長領域の光は除去されているため、スクリーン上に投影されている画像は高いコントラストで表示される。

このように、第２の実施形態に係わる投射型スクリーンによれば、投射型スクリーン４０１に入射した光のうち、複屈折フィルム層４０３を用いて迷光２の偏光方向を回転させて、投射光１と迷光２とを分離し、投射光１を選択的に反射することによって、スクリーン上に投影された画像のコントラストを高くすることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係わる投射型スクリーンの構成を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンを用いた画像投影システムの構成図。第１の実施形態の投射型スクリーンと投射光の関係を示す図。第１の実施形態の発光装置の構成を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの第１の偏光板の作用を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの複屈折フィルム層の構成を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの複屈折フィルム層の各層の進相軸と偏光板との間の関係を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの複屈折フィルム層の設計例を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの第１の複屈折フィルム層のフィルタ特性を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの第１の複屈折フィルム層の作用を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの第２の複屈折フィルム層のフィルタ特性を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの第３の複屈折フィルム層のフィルタ特性を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの複屈折フィルム層のフィルタ特性を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの複屈折フィルム層の作用を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの第２の偏光板の作用を示す図。第１の実施形態の投射型スクリーンの複屈折フィルム層の反射光に対する作用を示す図。本発明の第２の実施形態に係わる投射型スクリーンの構成を示す図。第２の実施形態の投射型スクリーンの第１の複屈折フィルム層のフィルタ特性を示す図。第２の実施形態の投射型スクリーンの第２の複屈折フィルム層のフィルタ特性を示す図。第２の実施形態の投射型スクリーンの複屈折フィルム層のフィルタ特性を示す図。第２の実施形態の投射型スクリーンの複屈折フィルム層の作用を示す図。第２の実施形態の投射型スクリーンの第２の偏光板の作用を示す図。

符号の説明

１０１、４０１・・・投射型スクリーン
１０２、１０４、４０２、４０４・・・偏光板
１０３、４０３・・・複屈折フィルム層
１０５、４０５・・・スクリーン基材
２０１・・・発光装置
３０１・・・ＬＥＤアレイ
３０２・・・透過型画像素子
３０３・・・投射レンズ

Claims

入射される光のうち、あらかじめ定めた第１の偏光方向を持った光を透過させ、その第１の偏光方向と直交する偏光方向を持った光を吸収する第１の偏光板と、
前記第１の偏光板の後方に配置され、前記第１の偏光板を透過した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向に回転させる複屈折フィルム層と、
前記複屈折フィルム層の後方に配置され、前記複屈折フィルム層を透過した光のうち、前記第１の偏光方向を持った光を透過し、前記第２の偏光方向を持った光を反射する第２の偏光板と、
前記第２の偏光板の後方に配置され、前記第２の偏光板を透過した光を吸収する基材と
を備えたことを特徴とする投射型スクリーン。
前記特定の波長の光が、４３０ｎｍから４７０ｎｍ、５１０ｎｍから５６０ｎｍまたは６００ｎｍから６６０ｎｍの波長領域に属する光であることを特徴とする請求項１に記載の投射型スクリーン。
前記複屈折フィルム層が、
４３０ｎｍから４７０ｎｍの波長領域に属する光の偏光方向を前記第２の偏光方向に回転させる第１の複屈折フィルム層と、
５１０ｎｍから５６０ｎｍの波長領域に属する光の偏光方向を前記第２の偏光方向に回転させる第２の複屈折フィルム層と、
６００ｎｍから６６０ｎｍの波長領域に属する光の偏光方向を前記第２の偏光方向に回転させる第３の複屈折フィルム層と
からなることを特徴とする請求項１記載の投射型スクリーン。
前記第１の複屈折フィルム層の層数が前記第２の複屈折フィルム層の層数以下であり、かつ、前記第２の複屈折フィルム層の層数が前記第３の複屈折フィルム層の層数以下であることを特徴とする請求項３に記載の投射型スクリーン。
特定の波長の光を、あらかじめ定めた第１の偏光方向を持った直線偏光として出射する発光装置と、
前記発光装置からの光が入射される投射型スクリーンとを備え、
前記投射型スクリーンは、
入射される光のうち、前記第１の偏光方向を持った光を透過させ、その第１の偏光方向と直交する偏光方向を持った光を吸収する第１の偏光板と、
前記第１の偏光板の後方に配置され、前記第１の偏光板を透過した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向に回転させる複屈折フィルム層と、
前記複屈折フィルム層の後方に配置され、前記複屈折フィルム層を透過した光のうち、前記第１の偏光方向を持った光を透過し、前記第２の偏光方向を持った光を反射する第２の偏光板と、
前記第２の偏光板の後方に配置され、前記第２の偏光板を透過した光を吸収する基材と
を備えたことを特徴とする画像投影システム。