JP4645123B2 - 反射型スクリーンおよびディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ビデオプロジェクターの画像鑑賞の時などに用いられる、反射型のスクリーンに関するものであり、特に、照明光が点灯している明るい部屋の中でも、それなりにコントラストのある投影画像を鑑賞できるようにするための技術に関するものである。

従来の反射型スクリーンの一例として、あらゆる方向にほぼ均等な強度の光が反射されるようにしてあるマット型のスクリーンが知られている。このようなスクリーンは、例えば、白い紙や布などをそのまま平らにして用いたり、平らな板の上に貼るなどの方法で得ることができる。また、エンボス加工などにより表面をマット状にした平板を作製し、その表面に蒸着などで反射層を作製する方法でも得ることができる。

このような反射型のスクリーンに、ビデオプロジェクターから画像を投影して用いた場合、スクリーンで反射された光は全ての方向にほぼ均等な強度で反射される。このため、観察者がどの位置から観察しても、全面が均一な明るさの画像を観察することができるので、暗室内で用いる場合には、良好な投影画像を観察することができる。また、構造が簡単で、価格も安価になるという利点ももっている。

しかし、近年、ホームシアターなどの形で家庭内でビデオプロジェクターなどを用いる場合が多くなってきているが、家庭で普通にＴＶやＶＴＲの像などを見る場合には部屋の電灯をつけた状態で用いる場合が多い。

このような従来のスクリーンを明るい部屋で観察した場合には、図１に示すように、反射型スクリーン１にはプロジェクター２からの光３以外に、部屋の照明光源４からスクリーンに入る照明光５が入射し、反射されることになるため、観察者６には照明光がスクリーンで反射された光がノイズ光として観察されることになる。このため、画像のコントラストが大幅に低下し、良好な画像を得ることができないという問題点があった。

このような問題点に対応し、明室下でも比較的良好な画像が得られるスクリーンとして、ビーズスクリーンと呼ばれるスクリーンが知られている。このスクリーンは図２に示すように、小さなビーズを一面に並べたような構成となっている。このスクリーンに光が入射すると、図３に示すように入射光７がビーズ８の表面で屈折された光９が、ビーズ８の裏面で反射されて、この反射光１０が再びビーズ表面で屈折されて、入射方向とほぼ同じ方向に返る光１１となって射出される。このため、このスクリーンでは光の入射方向とほぼ同じ方向に強く光を返す、再帰特性をもっている。

このようなスクリーンを明るい部屋で用いた場合には、図４に示すように、プロジェクター１２から入射した光１３は、スクリーン１４により反射されて、プロジェクターに近い方向に光１５として返るため、観察者１６がプロジェクターに近い位置から観察すると明るい投影画像を観察することができる。一方照明光源１７からスクリーン１４に入射した光１８は、照明光源に近い方向に反射される光１９として射出されるため、観察者１６の目にはほとんど入らなくなる。このため、観察者１６は、明るい部屋でも比較的コントラストの高い画像を観察することができる。

しかし、このスクリーンの場合には光が狭い方向に強く反射されるため、見る位置がかなり限定されてしまい、良好な画像が観察できるのが一人か、せいぜい二人程度に絞られ、家族数人でＴＶを見る場合などのように多人数で見るのに適さないという問題点があっ
た。また、ビーズをきれいに敷き詰める必要があるため、製造が難しく価格が高くなるという問題点もあった。

上述したように、従来の反射型スクリーンでは、マット型のスクリーンの場合、電灯のついた明るい部屋で観察する場合に照明によるノイズ光が多く、コントラストの悪い画像しか得られないという欠点があり、ビーズ型のスクリーンの場合、良好な像が観察できる範囲が狭く、複数の観察者で用いることができないという問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、電灯のついた明るい部屋でも、複数の観察者が良好な投影画像を観察できるようにすることを目的にしている。

上記のような課題を解決するために、請求項１の発明では、
黒色の材料を用いて作られている、上下方向にレンズ作用を持つリニアフレネル凹面形状の、レンズ作用に寄与する面（以下主面とよぶ）の上に、微小な凸凹が形成されて、その上に反射層が設けられており、前記フレネル凹面形状のレンズ作用に寄与しない面（以下側面とよぶ）の中で、上側に向いている面の上に、反射防止層が設けられており、前記主面上の微小な凸凹は、上下方向よりも水平方向のほうが小さいピッチになっており、この上に設けられた、前記反射層により反射される可視光の拡散特性が水平方向に関しては半値幅で±４５度以上であり、上下方向に関しては半値幅で±７度以上±２０度以下となっていることを特徴とするプロジェクター用の反射型スクリーンを提案している。

請求項２の発明では、
透明な材料を用いて作られ、その裏面に黒色の層を設けてある上下方向にレンズ作用を持つリニアフレネル凹面形状の、レンズ作用に寄与する面（以下主面とよぶ）の上に、微小な凸凹が形成されて、その上に反射層が設けられており、前記フレネル凹面形状のレンズ作用に寄与しない面（以下側面とよぶ）の中で、上側に向いている面の上に、反射防止層が設けられており、前記主面上の微小な凸凹は、上下方向よりも水平方向のほうが小さいピッチになっており、この上に設けられた、前記反射層により反射される可視光の拡散特性が水平方向に関しては半値幅で±４５度以上であり、上下方向に関しては半値幅で±７度以上±２０度以下となっていることを特徴とするプロジェクター用の反射型スクリーンを提案している。

請求項３の発明では、
請求項１または請求項２記載の反射型スクリーンを用いて、スクリーン中心よりも上位置に照明光源が設置されている部屋の中で、スクリーン中心よりも下位置に設置されたプロジェクターからの投影像を観察することを特徴とするディスプレイ装置を提案している。

本発明のスクリーンでは、照明光源から直接スクリーンに届く直接照明光の影響を減らすこと、および、プロジェクターからの光をより有効に利用できるようにすることによって、投影画像のコントラストを上げ、明室下でも良好な画像が観察できる。

以下本発明の方法について、図面を用いて詳細に説明を行う。図５は、本発明請求項１
のスクリーンの一実施例を示す概要図である。この図で、黒色の材料で作製されている上下方向にレンズ作用を持つリニアフレネル凹面形状２０の主面２１の上に、微小な凸凹２２が形成され、その上に反射層２３が設けられている。また、リニアフレネル凹面形状の上側に向いている側面２４の上には、反射防止層２５が設けられている。そして、微小な凸凹２２は、図６に概略的に示すように、水平方向と上下方向とでピッチの異なるような構成となっている。

このような構成のスクリーンは例えば次のような方法によって作成される。まず、図７のような光学系を用いて、マスクを作製する。この図で、図示しないレーザー光源からのレーザー光２６は、レンズ２７によって広げられて、拡散板２８を照明する。拡散板２８からの拡散光２９は、マスク３０の長方形の開口部３１を通って、銀塩乾板３２に届く。この時に乾板３２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、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ので、銀塩乾板３２上には、長方形の開口部３１の長い方向に対しては細かいピッチの、短い方向に関しては粗いピッチの光の強弱が濃淡パターンとして記録される事になる。

次に、リニアフレネル凹面の板の上に、スピンコーターなどを用いてフォトレジストを塗工する。このようにすると、図８に示すように、ウェットな状態ではリニアフレネル凹面板３３の溝がフォトレジスト３４で埋まったような状態になるが、乾燥するとフォトレジスト３４の体積が縮むので、リニアフレネル凹面板３３の表面にその形状でフォトレジスト３４が塗工されたような乾板３５ができる。

このようにして作製したマスク３２と、乾板３５を用いて、例えば図９のような系で、ＵＶ光３６を照射する。この時に、マスク３２撮影時の開口部３１の長さが短い方向と、リニアフレネルのレンズ作用を持つ軸の方向が同じになるようにする。このようにするとマスク３２からの透過光３７により、乾板３５のリニアフレネル凹面の主面部分３８に、マスク３２の濃淡に対応したパターンが記録されるので、この乾板３５を現像すると、そのリニアフレネル凹面の主面部分３８に、レンズ作用を持つ軸方向には粗いピッチの、それと垂直な方向に対しては細かいピッチの、凸凹が記録されたものが得られることになる。

次に、このようにして得られたパターンから、メッキなどの方法で金型を作製して、エンボスなどの方法で黒色プラスチック板や黒色フィルムなどの上に形状を転写する。このようにして作製した転写パターン３９に対して、図１０に示すように、スクリーンとして用いる時の斜め上側に相当する方向から、蒸着を行うことで表面に反射防止層を設ける。

次に、図１１に示すように、スクリーンとして用いる時の斜め下側に相当する方向から、例えばＡｌなどの金属膜の蒸着を行って反射層を形成する。このようにすると、リニアフレネル面の側面部４０は影になって蒸着されないで、凸凹パターンが記録されている主面４１の上にのみ反射層が形成される。このため、本発明のような反射型スクリーンを得ることができる。このようなスクリーンを用いてプロジェクター画像を観察する場合の一例を図１２に示す。

この図で、プロジェクター４２から発した光４３は、本発明の反射型スクリーン４４に入射する。この光は、スクリーン４４のリニアフレネル凹面の主面４５に対応した部分が細かな凸凹が記録された反射層となっているので、この面４５に対する正反射方向を中心とした拡散光４６として反射される。この際に水平方向は細かいピッチの上下方向は粗いピッチの凸凹になっているので、水平方向に大きく、上下方向には小さく拡散される。

拡散の範囲が十分に大きいと、方向によらずほぼ一定強度の反射光が得られるので、水平方向の拡散範囲が十分に広くなるようにしておけば、水平方向に関しては、見る位置によらず均一な明るさの画像が得られる。ほぼ均一な明るさになるようにするには、経験的に半値幅で±４５度程度以上にはなるようにしておくほうが良い。

一方、上下方向に関しては、拡散性が小さいものの、レンズ作用を持つフレネル凹面であるため、反射光は凹面鏡の集光作用によってある点の近傍に集まるような拡散光として射出する。このため、観察者４７位置の近傍に集まるように設計しておけば、観察者には、スクリーン上で上下方向に関して均一な明るさの画像が得られる。

このため、観察者４７にはスクリーン上で水平上下の両方向に関して均一な明るさの良好なプロジェクター投影画像を観察することができる。また、このスクリーンでは、水平方向に関しては見る位置であまり明るさが変わらないので、複数の観察者が同時に像を観察することもできる。

なお、観察者によって目の高さなどが違うため、上下方向にもある程度広い範囲で観察できるようにしておく必要がある。大人と子供での背丈の違いなどを考えると、上下方向の観察範囲として５０ｃｍ程度は必要なので、投影像を観察するときに２ｍ前後離れた位置から観察すると考えて上下方向の拡散光の半値幅は７度程度以上になるようにしておくほうが良い。

次に、このようなスクリーンを明るい部屋で用いた場合の一例を図１３に示す。この図で、図１２で説明したと同様に、プロジェクター４８からの光４９に対する反射型スクリーン５０上の投影画像は、観察者５１に良好な画像として観察される。

一方、照明光源５２から発した光のうちでスクリーンの主面部分に入射する光５３は、上下方向に関しプロジェクターからの光４９と大きく異なる角度で反射型スクリーン５０に入射する。反射型スクリーン５０の上下方向の拡散性は小さいため、この光はプロジェクターの光に対する反射光５４とは、異なる角度で狭い範囲に拡散する光５５として反射されることになる。このため、プロジェクター光の反射光５４が観察者５１に届く位置で、照明光源からの光に対する反射光５５は、ほとんど観察者の目に届かない。

ところで、上下方向の拡散範囲が広いと照明光の主面部での反射光のうち観察者の目に届く量が多くなってしまう。照明光源からの光がスクリーンに入射する角度は普通３０〜４５度くらいになるが、正面に近い方向から見た時に拡散光が十分に弱くなるようにするためには、上下方向の拡散の半値幅はこの半分程度より小さいほうが良いので、上下方向の半値幅は±２０度以下にしておくほうが良い。

一方、図１４に示すようにリニアフレネル面の側面部に入射する照明光５６は、側面部の上に反射防止層５７が形成されているため、表面で反射されずに、リニアフレネル基材５８に入射する。リニアフレネルの基材が黒色であるため、これらの光はそこで吸収されて出てこないので、側面部の反射によるノイズ光が生じないこのため、観察者は照明光源の点灯した明るい部屋でも、照明光によるノイズ光の少ない、クリアな画像を観察することができる。

図１５は、本発明請求項２のスクリーンの一実施例を示す概要図である。この図で、透明な材料で作製されている上下方向にレンズ作用を持つリニアフレネル凹面形状５９の裏面には、黒色の層６０が形成されている。また、リニアフレネル凹面形状５９の主面６１の上に、微小な凸凹６２が形成され、その上に反射層６３が設けられており、上側に向い
ている側面６４の上には、反射防止層６５が設けられている。

このような構成のスクリーンは、例えば、請求項１のスクリーンと同様の方法によりリニアフレネル面の上に微小な凸凹が形成された金型を作製して、透明な樹脂板やフィルムなどに、エンボスなどの方法で形状を転写した後に、インキなどで裏面を黒色に塗り、請求項１のスクリーンと同様な方法で反射防止層と反射層とを形成することで、作製することができる。

このようなスクリーンでは、リニアフレネル面の主面に入射する光については、請求項１の場合と同様の理由により、プロジェクターからの光は強く、照明光源からのノイズ光は観察者に届く。

一方、図１６に示すようにリニアフレネル面の側面部に入射する照明光６６は、側面部の上に反射防止層６７が形成されているため、表面で反射されずに、リニアフレネル基材６８に入射する。この光は、リニアフレネル基材の裏面に設けてある黒色層６９に入射して吸収されるので、外にはでてこない。このため、観察者は照明光源の点灯した明るい部屋でも、照明光によるノイズ光の少ない、クリアな画像を観察することができる。

なお、普通の樹脂板やフィルムなどは透明なものが多いので、請求項２のようにすると、作製に用いる材料が選びやすいという利点がある。

本発明の反射型スクリーンは、液晶プロジェクターなどの画像を、明るい部屋でも複数の観察者に良好な画像が観察できるようにしたものである。このため、ホームシアターなどを実現させるためのスクリーンとして利用できる可能性がある。

従来のマット型スクリーンを明るい部屋で用いて、プロジェクター画像を観察する場合の概要図である。 従来のビーズスクリーンの一例を示す概要図である。 ビーズスクリーンでの光の再帰特性を説明するための概要図である。 従来のビーズ型スクリーンを明るい部屋で用いて、プロジェクター画像を観察する場合の概要図である。 本発明請求項１の反射型スクリーンの一例を示す概要図である。 本発明の反射型スクリーン表面の微小な凸凹構造の一例を示す概要図である。 本発明の反射型スクリーンに用いる異方性反射板の作製方法で、マスク撮影に用いる光学系の一例を示す概要図である。 本発明の反射型スクリーンに用いるリニアフレネル面の主面上への凸凹形状を作製するために用いる、フォトレジスト乾板作製説明のための概要図である。 本発明の反射型スクリーンに用いるリニアフレネル面の主面上への凸凹形状を作製するために用いる、密着露光の光学系の一例を示す概要図である。 本発明の反射型スクリーンで、リニアフレネル面の側面部に反射防止層を作製する方法の一例を示す概要図である。 本発明の反射型スクリーンで、リニアフレネル面の主面部に反射層を作製する方法の一例を示す概要図である。 本発明の反射型スクリーンを用いて、プロジェクター画像を観察する場合の概要図である。 本発明の反射型スクリーンを明るい部屋で用いて、プロジェクター画像を観察する場合の概要図である。 本発明の請求項１の反射型スクリーンで、リニアフレネル形状の側面部にあたる照明光を説明するための概要図である。 本発明請求項２の反射型スクリーンの一例を示す概要図である。 本発明の請求項１の反射型スクリーンで、リニアフレネル形状の側面部にあたる照明光を説明するための概要図である。

符号の説明

１、１４、４４、５０・・・反射型スクリーン
２、１２、４２、４８・・・プロジェクター
３、１３、４３、４９・・・投影光
４、１７、５２・・・照明光源
５、１８、５３、５６、６６・・・照明光
６、１６、４７、５１・・・観察者
７・・・入射光
８・・・ビーズ
９・・・屈折された光
１０・・・反射光
１１・・・出射光
１５、４６、５４・・・投影光の反射光
２１・・・黒色材料で作られたリニアフレネル凹面
２２、６２・・・微少な凹凸
２３、６３・・・反射層
２４、４０、６４・・・リニアフレネル凹面の側面
２５、５７、６５、６７・・・反射防止層
２６・・・レーザー光
２７・・・レンズ
２８・・・拡散板
２９・・・拡散光
３０・・・長方形の開口部
３１・・・マスク
３２・・・銀塩乾板
３３・・・リニアフレネル凹面板
３４・・・フォトレジスト
３５・・・フォトレジスト乾板
３６・・・光
３７・・・透過光
３８、４１、４５、６１・・・リニアフレネル凹面の主面
３９・・・転写したパターン
５５・・・照明光の反射光
５８・・・黒色のリニアフレネル基材
５９・・・透明材料で作られたリニアフレネル凹面
６０、６９・・・黒色の層
６１・・・透明のリニアフレネル基材

Claims (2)

1. 上下方向にレンズ作用に寄与する面（以下主面とよぶ）とレンズ作用に寄与しない面（以下側面とよぶ）とからなるリニアフレネル形状からなり、かつ黒色の材料からなる反射型スクリーンであって、
   前記主面の表面は微小な凸凹が形成され、かつその上に反射層が設けられており、
   前記側面の中で、上側に向いている面の上に、反射防止層が設けられており、
   前記主面上の微小な凸凹は、上下方向よりも水平方向のほうが小さいピッチになっており、この上に設けられた、前記反射層により反射される可視光の拡散特性が、水平方向に関しては半値幅で±４５度以上であり、上下方向に関しては半値幅で±７度以上±２０度以下となっていることを特徴とするプロジェクター用の反射型スクリーン。
2. 請求項１の反射型スクリーンを用いて、スクリーン中心よりも上位置に照明光源が設置されている部屋の中で、スクリーン中心よりも下位置に設置されたプロジェクターからの投影像を観察することを特徴とするディスプレイ装置

Images