JP4325313B2 - 透過型スクリーン - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクションテレビなどに用いられる透過型スクリーンに関するものであり、スクリーンに用いられている拡散層の外部光に対する散乱反射を低減させて、画像のコントラストを高めるための技術に関するものである。

従来の透過型スクリーンは、例えば図１に示すように、フレネルレンズ１、レンチキュラーレンズ２、ブラックストライプ３、等方的な拡散層４から構成されている。

このようなスクリーンにプロジェクターなどの画像を投影すると、例えば図２に示すように、まずフレネルレンズ１でプロジェクター５からの光６が平行光７に変えられる。この光は、次にレンチキュラーレンズ２によって、水平方向に集光されブラックストライプ３の開口部に集まるような光８となる。この光が拡散層４によって拡散され、上下方向には拡散層４による広がり、水平方向にはレンチキュラーレンズ２と拡散層４を合わせた広がりを持つような、拡散光９として射出される。

このような系の中で、フレネルレンズ１の散乱光や反射光などのような、ブラックストライプ３よりも前に生じているノイズ光は、レンチキュラーレンズ２に平行光として入射しないため、ブラックストライプ３で遮られて外にはでてこない。

このため、このようなスクリーンを用いた場合には、ノイズが少なくクリアな投影画像を観察することができる。

しかし、このようなスクリーンを用いた投影画像を明るい部屋で観察した場合、外部照明による光が拡散層４で散乱反射されることに伴うノイズ光が生じる。このようなノイズ光は、ブラックストライプ３よりも観察者側で生じるノイズであるためカットされない。このため、明るい部屋で観察する場合にはノイズがのってクリアさを低減させることになる。

また、このようなスクリーンの場合、射出される光９の広がり角度が、拡散層４とフレネルレンズ２との組み合わせで決まることになるため、視野角を設計していくことが複雑になるという問題もある。

前述したように、従来のスクリーンでは、明るい部屋で観察する場合にはノイズがのってクリアさを低減させるという課題と、射出される光の広がり角度が、拡散層とフレネルレンズ２の組み合わせで決まることになるため、視野角を設計していくことが複雑になるという課題がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、明るい部屋で観察する場合のノイズを低減させ、射出される光の広がり角度を水平方向と上下方向で、それぞれ拡散層とフレネルレンズ単体で視野角を容易に設計できる透過型スクリーンを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、ブラックストライプおよび表面レリーフ型の一方向性拡散板とからなる構成の透過型スクリーンであって、
前記ブラックストライプは前記レンチキュラーレンズと前記一方向性拡散板の間に設けられ、
前記一方向性拡散板が、一つの方向に対しては細かいピッチの凸凹、それと垂直な方向に対しては粗いピッチの凸凹からなる構造を有し、前記レンチキュラーレンズによって光の広がる方向と、前記表面レリーフ型の一方向性拡散板によって光が広く広がる方向とが互いに垂直であることを特徴とする透過型スクリーンスクリーンである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の透過型スクリーンにおいて、
前記レンチキュラーレンズによる光の広がり方向が上下方向であり、表面レリーフ型の一方向性拡散板による光の広がり方向が水平方向であるように設置されていることを特徴とする透過型スクリーンである。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の透過型スクリーンにおいて、
前記レンチキュラーレンズを構成している要素レンズが非対称であり、上方向と下方向で広がる範囲が異なることを特徴とする透過型スクリーンである。

請求項４の記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の透過型スクリーンにおいて、
前記表面レリーフ型の一方向性拡散板の上に、反射防止のためのコーティング処理が施されていることを特徴とする透過型スクリーンである。

本発明により、少なくとも、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズおよび表面レリーフ型の一方向性拡散板とから構成されており、前記一方向性拡散板は、一つの方向に対しては細かいピッチの凸凹、それと垂直な方向に対しては、粗いピッチの凸凹とからなる構造を有し、前記レンチキュラーレンズによって光の広がる方向と、前記一方向性拡散板によって光が広く広がる方向とが互いに垂直であることを特徴とする透過型スクリーンを用いることにより、従来のスクリーンに比べて、明るい部屋で観察する場合のノイズを低減させ、射出される光の広がり角度を水平方向と上下方向で、それぞれ拡散層とフレネルレンズ単体で視野角を容易に設計できる。

以下、本発明の透過型スクリーンについて図面を用いて詳細に説明する。
図３は、本発明の透過型スクリーンの一実施例を示す概要図である。図３に示すように、このスクリーンは、フレネルレンズ１０、レンチキュラーレンズ１１、ブラックストライプ１２、表面レリーフ型の一方向性拡散板１３から構成されており、レンチキュラーレンズ１１での集光方向と、表面レリーフ型一方向性拡散板１３の光が広く広がる方向とが、互いに直行するように設置されている。

次に、ここで用いられている一方向性拡散板１３の作成方法の一例について説明する。

一方向性拡散板の作成方法で用いる光学系の一実施例を図８に示す。この図で、図示しないレーザー光源からのレーザー光２２は、シリンドリカルレンズ２３によって広げられて直線上の光線２４となって、拡散板２５を照明する。この光２４は、拡散板２５で拡散されて、光強度を凹凸として記録するような感光材料が塗工されている乾板２６に届く。この時に乾板２６上に届いた光はスペックルパターンを形成する。

スペックルパターンでのスペックルサイズは、レーザーの波長をλ，拡散板と乾板との距離をＬ，拡散板上での光の径をＤとすると，およそ１．２λＬ／Ｄに相当することが知られており、拡散板上での光の長さが長い場合には細かく、短い場合には粗いサイズになる。このため、拡散板２５を照明する直線状の光２４から生じるスペックルパターンは、直線状の光２４の長い方向に対しては細かいピッチに、短い方向に関しては粗いピッチのパターンになる。

そして、乾板２６には、光強度を凹凸として記録するような感光材料が塗工されているので、直線状の光２４の長い方向に対しては細かいピッチの凸凹が、短い方向に対しては非常に粗いピッチの凸凹が記録されることになる。このようなレリーフパターンが記録された乾板２４に光を当てると、細かいピッチの方向には大きく広がるが、粗いピッチの方向にはほとんど広がらないで一方向のみに拡散する機能を持つ。

また、この時のレリーフのピッチは、例えば、レーザー光として４８８ｎｍの波長の光を用いて、直線状の光が２００ｍｍと１ｍｍに広がっており、拡散板２５と乾板２６との距離が４００ｍｍの場合で、計算式から直線光２４の長い方向に対するピッチが１．１７μｍｍ、短いほうのピッチは２３４μｍとなり、通常の系で、数μｍ程度のピッチの高精細な凸凹が記録できる。

ただし、凸凹の溝の深さが浅すぎる場合には素抜け成分が生じるので、記録する感光材料をある程度以上厚いものにする必要がある。素抜けをなくすためには、山と谷を通過した光で少なくとも２π以上は位相差がつくようにする必要があるため、樹脂の屈折率（１．４〜１．６くらい）と可視光の波長（３８０〜７８０ｎｍ）を考慮して２μｍ以上の深さが得られるようにする必要がある。

また、凸凹の溝の深さが深くなりすぎると、隣あった溝同士で影響しあうため、角度によって拡散のしかたが変わるような角度選択性が生じる。このため、溝の深さは２０μｍ以下程度にしておくほうが良い。

光強度を凹凸として記録するような感光材料として、特にフォトレジストを考えている。フォトレジストなどの感光材料は２値のパターンを記録する目的で開発されているものが多く、普通に処理すると例えば図９に示すような矩形に近い凸凹になる。このような凸凹であると平らで深さの揃った面があるため、この面を通った光が拡散されないで素抜けてしまう。

それで、平らになる部分が生じないようにする処理が必要となる。このような処理としては、例えばフォトレジストの場合に、現像時に普通の現像液よりも強い現像液を用いて処理するという方法がある。このようにすると例えば図１０のように凸凹のエッジがなまって丸くなるため平らな面がなくなり素抜け成分が生じなくなる。

このようなスクリーンにプロジェクターの画像を投影した場合で、レンチキュラー板の集光方向に対して垂直な方向から見た時の一例を図４に示す。まずフレネルレンズ１０でプロジェクター１４からの光が平行光１５に変えられる。この光は、次にレンチキュラー板１１によって、一方向に集光されブラックストライプ１２の開口部に集まるような光１６となり、一方向性拡散板１３に入射する。一方向性拡散板はこの方向に対しては影響を与えないので、レンチキュラー板１１によって与えられた広がりと同じ広がりかたをする光１７として射出される。

これと垂直な方向から見たときの一例を図５に示す。レンチキュラー板１１に平行光１５として入射した光はこの方向に対しては集光されないで、光１６としてブラックストライプ１２の開口部を通過し、一方向性拡散板１３に入射する。この光は一方向拡散板の拡散性によって広がる光１７となって射出される。

スクリーンから射出される光１７は、レンチキュラー板１１の集光方向に対しては、レンチキュラー板のみによって決定される広がりを持ち、それに垂直な方向に対しては、一方向性拡散板１３の拡散性のみによって決定される広がりをもつ光になっているので、視野角の設計を行うのが、従来方法よりも容易になる。

一方、一般に拡散板では拡散性が大きいほど散乱反射によるノイズが大きくなるが、一方向性拡散板では拡散が一方向だけであるため、その方向に対して同じ広さに広げた等方散乱の散乱層に比べると拡散性は小さい。このため散乱反射によるノイズが従来のスクリーンに比べると小さくなる。

ところで、従来のスクリーンでは、光の広がりは、レンチキュラー板の集光方向の方がそれと垂直な方向よりも必ず広くなる。これに対して、本発明の拡散板では、レンチキュラー板と一方向性拡散板の拡散性を調整することで、どちら方向を広くすることもできる。普通、プロジェクションＴＶなどでは、上下方向より左右方向の視野角を広くするほうが良いため、従来方法ではレンチキュラー板は水平方向に集光するように設置しているが、本発明ではレンチキュラー板を上下方向、水平方向のどちらに設置することも可能である。

請求項２記載の発明では、このことを利用して、レンチキュラー板で上下方向の視野角を制御し、一方向性拡散板で水平方向の視野角を制御している。

外光による拡散反射ノイズの中で、外部の照明光源からの光が直接拡散反射されることによる影響は特に強い。請求項２記載の発明に示す配置とすると、一方向性拡散板に上下方向の拡散性がほとんどなくなるため、図６に示すように、斜め上からスクリーンに入射する外部照明光源１８からの光１９の反射光２０は斜め下方向に進み、観察者の目２１には届かない。このため、このような配置にすると外部照明光源によるノイズの影響がないため、よりノイズが少なくクリアな画像を観察することができる。

また、レンチキュラー板で上下方向の視野角を制御し、一方向性拡散板で水平方向の視野角を制御した場合に、請求項３記載の発明に示すように、レンチキュラー板の要素レンズを上下非対称に作製すれば、上と下とで視野角の範囲を変えることが可能になる。

例えば、図７に示すように、レンチキュラー板の要素レンズとして、上側がかけたような形のものを用いると、上方向の広がりが下方向の広がりよりも大きくなるものを作製することができる。

普通、プロジェクションＴＶなどの場合には、正面よりかなり上方向から観察する場合はあるが、大きく下方向から観察する場合はほとんどない。一般に視野角を広げると画像が暗くなるという欠点があるので、上方向に対しては視野角を広く、下方向に関しては狭くというふうに調整してやることで、明るさの減少を抑えて、効率的に視野角を広げることできる。

請求項４記載の発明では、このようなスクリーンで、表面レリーフ型の一方向性拡散板の表面に反射防止のためのコーティング処理を行っている。

一般に表面レリーフ型の拡散板では、拡散板表面の反射率が小さいほど散乱反射の大きさも小さくなるので、表面レリーフ型の一方向性拡散板の表面に反射防止のための処理を行えば、散乱反射ノイズが大幅に軽減される。

本発明の透過型スクリーンは、プロジェクションテレビなどの透過型スクリーンとして利用される。

従来の透過型スクリーンの一実施例を示す概要図。 従来の透過型スクリーンの機能を示すための概要図。 本発明の請求項１の透過型スクリーンの一実施例を示す概要図。 本発明の透過型スクリーンの機能を示すための概要図。 本発明の透過型スクリーンの機能を示すための概要図。 本発明の請求項２の透過型スクリーンの機能を示すための概要図。 本発明の請求項３で用いるレンチキュラー板の一例を示す概要図。 本発明における一方向性拡散板の作成方法に用いられる光学系の一例を示す 概要図。 本発明における一方向性拡散板の作成方法において、記録材料としてのフォ トレジストを普通に現像処理したときに作成される凹凸の一例を示す概要図。 本発明における一方向性拡散板の作成方法において、記録材料としてのフ ォトレジストを強い現像液で処理したときに作成される凹凸の一例を示す概要図。

２２・・・レーザー光
２３・・・シリンドリカルレンズ
２４・・・直線状の光
２５・・・拡散板
２６・・・乾板

Claims (4)

1. 少なくとも、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、ブラックストライプおよび表面レリーフ型の一方向性拡散板とからなる構成の透過型スクリーンであって、
   前記ブラックストライプは前記レンチキュラーレンズと前記一方向性拡散板の間に設けられ、
   前記一方向性拡散板が、一つの方向に対しては細かいピッチの凸凹、それと垂直な方向に対しては粗いピッチの凸凹からなる構造を有し、前記レンチキュラーレンズによって光の広がる方向と、前記表面レリーフ型の一方向性拡散板によって光が広く広がる方向とが互いに垂直であることを特徴とする透過型スクリーン。
2. 請求項１記載の透過型スクリーンにおいて、
   前記レンチキュラーレンズによる光の広がり方向が上下方向であり、表面レリーフ型の一方向性拡散板による光の広がり方向が水平方向であるように設置されていることを特徴とする透過型スクリーン。
3. 請求項２記載の透過型スクリーンにおいて、
   前記レンチキュラーレンズを構成している要素レンズが非対称であり、上方向と下方向で広がる範囲が異なることを特徴とする透過型スクリーン。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の透過型スクリーンにおいて、
   前記表面レリーフ型の一方向性拡散板の上に、反射防止のためのコーティング処理が施されていることを特徴とする透過型スクリーン。
   

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