JP4882205B2

JP4882205B2 - スクリーン、スクリーンの製造方法、及びプロジェクタ

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Publication number: JP4882205B2
Application number: JP2004067232A
Authority: JP
Inventors: 秀也 ▲関▼
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: JP2005257874A

Description

本発明は、スクリーン、特にプロジェクタに好適なスクリーン、このスクリーンの製造方法、及びこのスクリーンを備えるプロジェクタに関するものである。

近年、固体発光素子、例えば発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）を光源とするプロジェクタが考えられている。従来のランプ光源の代わりにＬＥＤを用いると、超小型、超軽量、長寿命で低コストのプロジェクタを実現できる。現状のＬＥＤの発光効率（単位：ｌｍ／Ｗ値）は、ランプ光源に比較すると１／２〜１／３以下である。ここで、プロジェクタに用いることができる程度の低価格なＬＥＤが得られまでは、若干時間を要すると思われる。また、現在のランプ光源と同等以上の光量と、発光面積の小面積化を実現するためには、さらに技術開発が必要である。このため、現在の技術レベルでは、ＬＥＤを用いるプロジェクタは、ランプ光源を用いるプロジェクタの明るさを大きく越える投写像を得ることは難しいと思われる。

従って、プロジェクタ、特にＬＥＤを用いるプロジェクタでは、明るい投写像を得るように構成されたスクリーンを用いることが考えられる。そこで、例えば、光線が進行する方向性を積極的に利用して外光を除去する型のスクリーン（例えば、特許文献１）、偏光により選択性を持たせたスクリーン（例えば、特許文献２）、波長により選択性を持たせたスクリーン（例えば、特許文献３、４）等が提案されている。

特開平０２−３０４５４１号公報特開平０３−２８７２４４号公報特開平０５−２７３６５５号公報特開平０５−３４６６１９号公報

従来技術のスクリーンは、以下に述べる３つの問題点を有している。第１の問題点は、高ゲイン、高コントラスト、広い視野角の３つの条件を同時に満足することが困難な点である。第２の問題点は、価格が高いという点である。第３の問題点は、大型で重量も重く、携帯性が低いという点である。

まず、第１の問題点である高ゲイン、高コントラスト、広い視野角の３つの条件を同時に満足することが困難な点について説明する。なお、本明細書において、スクリーンのゲインとは、反射率又は透過率、及び光の進行する方向性、方位性を含めた光学特性をいう。スクリーンは、プロジェクタ等を用いる画像投写表示システムを構成する重要な光学要素の一つである。スクリーンに求められる光学特性は、投写光に対するゲインは高いこと、かつ不要な外光に対するゲインは低いこと、即ち外光除去機能を有することである。外光除去機能は、コントラストに大きく影響する。外光除去機能が高いスクリーンは、外光環境下においても、黒表示が完全に黒とはならず、多少白っぽくなってしまう現象、いわゆる黒浮き現象を起こさない。このため、高コントラストな投写像を得ることができる。

ここで、従来の高ゲイン型のスクリーンでは、黒表示が完全に黒とはならず、黒浮き現象が起きる。このため、高ゲイン型のスクリーンは、投写像のコントラストが低下してしまう。また、従来の低ゲイン型のスクリーンでは、不要な外光を除去し、コントラストを向上させている。このため、低ゲイン型のスクリーンでは、投写像の画面が暗くなってしまう。

また、スクリーンの投写面の黒表示部と白表示部とに対して外光が入射したときを考える。このとき、一般に、外光の輝度に、表示部に輝度を加えた状態のコントラストが小さくなるため、観察者が見にくい投写像となってしまう。これは、ＬＥＤを用いるプロジェクタのときに、顕著に現れる。従って、ＬＥＤを用いるプロジェクタのためには、特に外光除去機能が高いスクリーンが求められる。

外光除去機能は、外光と投写光との光学的性質の差異を利用して、選択的に外光を除去することで実現できる。光学的性質としては、光線方向、偏光、波長等を挙げることができる。光線方向により光の選択性を持たせたスクリーンは、例えば特許文献１に提案されている。特許文献１に提案された構成では、材料が高価であり、製造工程も複雑である。また、外光と投写光との光線方向の差異が小さいと効果が小さくなってしまう。また、あえてスクリーンの構成を複雑化せずとも、ひさし等の簡単な外光遮断手段を付加することで同等の効果を得られる。従って、本構成は、高価であるのに対して、コスト効果が小さいという問題を有している。さらに、この型のスクリーンは、光線の進行する方向を制限してしまうため、視野角が狭くなってしまう。投写型の表示装置において視野角が制限されてしまうことは、プラズマタイプやＥＬ等の自発光表示装置に比較して不利になってしまうことがある。特に、需要者が販売店で各種の表示装置を同時に比較して観察する場合に、表示される画像の視野角が制限されている表示装置は見栄えが劣ってしまう。このため、需要者に対して、この型のスクリーンを備える表示装置は、相対的に不利な印象を与えてしまうおそれがある。

また、偏光により光の選択性を持たせたスクリーンは、例えば特許文献２に提案されている。特許文献２に提案された構成は、空間光変調装置として液晶パネルを用いるプロジェクタに効果的である。しかしながら、外光の除去は、偏光成分のうち一方の成分のみであるため、外光除去の効率が低くなってしまう。また、プロジェクタが３板式の液晶パネルを用いるとき、各色光の偏光方向のうち一つの偏光方向が異なっていると、正確に色再現されなくなってしまう。さらに、スクリーンに組み込まれた偏光分離手段は角度依存性を有している。このため、視野が制限されてしまうという問題がある。

また、波長により光の選択性を持たせたスクリーンは、例えば特許文献３、４に提案されている。外光は、一般的にホワイトノイズ状の白色光や、ブロードなスペクトル分布を有する照明光等である。これに対して、例えばＬＥＤからの射出光は、波長分布のピーク性が強いスペクトル分布を有している。特許文献３、４に提案されたスクリーンは、スペクトル分布の相違を利用して、ＬＥＤからの射出光に少なく含まれ、外光に多く含まれるスペクトル成分を吸収する構成である。しかしながら、本構成では、ＬＥＤから投写される光と同じ波長の外光はカットできない。また、波長選択性の境界波長近傍のフィルタリング特性をシャープにすることは困難である。この結果、効果的に波長を選択することが困難となってしまう。このように、従来のスクリーンは、外光除去機能が十分ではなく、高ゲイン、高コントラスト、広い視野角の３つの条件を同時に満足することが困難であり問題である。

次に、第２の問題点である価格が高いという点について説明する。プロジェクタは、プロジェクタの使用目的は、ビジネス用途からホームユース用途に至るまで急速な普及が見込まれている。このため、様々な用途にプロジェクタが使用されたときに、様々なニーズが生じると考えられる。例えば、フロントプロジェクタ用のスクリーンにおいては、１台のプロジェクタの用途により、異なるサイズが必要となることが考えられる。例えば、映画用のワイドスクリーン、テレビ用の４：３サイズのスクリーン、小型画面用の小サイズスクリーン等である。さらに、プロジェクタの用途により異なる特性が必要となることも考えられる。例えば、暗室用の低ゲインで高コントラストなスクリーン、明室用の高ゲインで外光除去機能を有するスクリーン等である。この結果、ユーザが複数のスクリーンを所有することが予想される。また、フロントプロジェクタ用のスクリーンは、使用年数により汚れや破損、劣化を生ずるため買い換えや使い捨て的な使用態様が見込まれる。さらに、リアプロジェクタでは、スクリーンの価格は、プロジェクタ本体の価格に含まれる。将来的に、リアプロジェクタは低価格化の傾向にあるため、スクリーン自体の低価格化は重要である。このような事情においては、スクリーンの低価格化が強く望まれる。

しかしながら、上述したような従来のスクリーンは、いずれも複雑な製造工程を要するため高価格化している。このように、従来のスクリーンは高価格であるため問題である。

また、第３の問題点である、大型で重量も重く、携帯性が低いという点について説明する。特殊な機能を付与したスクリーンは、十分な強度を有する基材と、ビーズ等の微細構造剤と、これらを一体化する接着層と、波長選択性の特殊なコート材等を備えている。このため、重量が重くなる傾向にある。また、ＬＥＤを用いるプロジェクタでは、プロジェクタ自体が小型化、軽量化できる。従って、ユーザが携行するスクリーンも小型で軽量な携帯性が要求される。これに伴って、フロントプロジェクタのスクリーンの柔軟性に関しても、ロール状に巻き取ることや、皺を残さずに折りたたむことが望まれる。しかしながら、例えば、レンズ構造を備える高度な光学構造を有するスクリーンは、パネル形状とならざるを得ない。このように、従来のスクリーンは、いずれも製造コストが高く、携帯性が低いという問題を有している。さらに好ましくは、小型、軽量なスクリーンにおいても、破損等の機械的、化学的耐久性に優れたものが望ましい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高ゲイン、高コントラストで、広い視野角を有し、低価格、小型、軽量で、携帯性が良いスクリーン、このスクリーンの製造方法及びこのスクリーンを備えるプロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の本発明は、第１の方向に屈折力を有する第１光学素子と、第１の方向に略直交する第２の方向に屈折力を有する第２光学素子とを備えるスクリーンであって、スクリーンの第１面側に形成されている第１の開口部と、スクリーンの第１面とは異なる第２面側に形成され、第１の開口部と異なる大きさの第２の開口部とを有することを特徴とするスクリーンを提供できる。まず、第１の方向と第２の方向とは略直交している。そして、第１の方向と第２の方向との両方の方向に略直交する方向を光軸方向とする。このとき、光軸方向と第１の方向とを含む面を第１面とする。また、光軸方向と第２の方向とを含む面を第２面とする。第１光学素子は、第１面に沿って進行する光を、焦点位置に集光する。また、第１光学素子は、第２面に沿って進行する光を、そのまま集光させることなく透過する。第２光学素子は、第１面に沿って進行する光をそのまま透過する。また、第２光学素子は、第２面に沿って進行する光を、焦点位置に集光する。これにより、第１面に沿って進行する光は、第１光学素子の焦点位置に集光する。さらに、第２面に沿って進行する光は、第２光学素子の焦点位置に集光する。ここで、第１光学素子の焦点位置と、第２光学素子の焦点位置とが略一致するよう構成する。そして、スクリーンの光に入射側に、光を導くための第１の開口部を形成しておく。さらに、略一致している焦点位置に第１の開口部と大きさの異なる第２の開口部、例えばピンホールを形成しておく。これにより、スクリーンは、スクリーンに対して所定の方向から進行してくる入射光を、第２の開口部であるピンホールが形成されている焦点位置へ集光する。集光された光は、第１面と第２面とに沿って発散光となって射出する。従って、スクリーンの観察者は、広い視野角で投写光を観察できる。また、不要な外光、例えば、室内の照明光、窓からの昼光等は、投写光と異なる角度でスクリーンへ入射することが多い。投写光とは異なる角度でスクリーンへ入射した不要な外光は、第１光学素子と第２光学素子とにより、ピンホールが形成された軸上の焦点位置とは、異なる位置へ集光する。ここで、ピンホールを通過する光以外は、遮光することが望ましい。これにより、スクリーンの観察者は、不要な外光を認識することを低減できる。従って、高ゲインで、高コントラストなスクリーンを得ることができる。さらに、本発明は、簡便な光学素子、例えば光学繊維束やシリンドリカルレンズで構成できるため、低価格なスクリーンを提供できる。さらに、構成が簡素であるため、小型、軽量で、携帯性が良いスクリーンを提供できる。好ましくは、第１の開口部の開口面積は、第２の開口部の開口面積より大きいことが望ましい。第１の開口部の開口面積が第２の開口部の開口面積より大きいほど外光が観察者の方向へ透過することを低減し、高コントラストな画像を得ることができる。また、第１の開口部及び第２の開口部は、所定の平面においてそれぞれの中心位置が略一致するように設けられることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１光学素子と第２光学素子とを透過した光を反射するミラーを有していることが望ましい。例えば、第１光学素子と第２光学素子との焦点位置近傍にミラーを配置しておく。これにより、第２の開口部である例えばピンホールを通過した光がミラーにより反射される。反射された光は、スクリーンの入射側の面から再度射出する。このため、フロントプロジェクタに好適なスクリーンを提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１光学素子及び第２光学素子は、光学繊維束であることが望ましい。光学繊維としては、例えば断面形状が略円形の光ファイバを用いることができる。そして、第１の方向に沿って並列させた光学繊維が第１光学素子となる。同様に、第２の方向に沿って並列させた光学繊維が第２光学素子となる。また、略直交する方向に光学繊維を交互に織って構成することもできる。例えば、光学繊維を用いて、糸で布を織るようにして構成する。これにより、安価で、小型軽量なスクリーンを得ることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第１光学素子及び前記第２光学素子は、複数のシリンドリカルレンズを含むことが望ましい。シリンドリカルレンズは一定の方向にのみ屈折力を有している。複数のシリンドリカルレンズをシート状に配列する。そして、直交する方向に屈折力を生ずるように２枚のシリンドリカルレンズのシートを配置する。このように簡易な構成でスクリーンを構成できる。これにより、安価で、小型軽量なスクリーンを得ることができる。

また、第２の本発明によれば、第１の方向に屈折力を有する第１光学層を形成する第１光学層形成工程と、第１の方向に略直交する第２の方向に屈折力を有する第２光学層形成工程と、第１光学層に第１の開口部を形成する第１開口部形成工程と、第２光学層に対して、第１の開口部と異なる大きさの第２の開口部を形成する第２開口部形成工程とを含むことを特徴とするスクリーンの製造方法を提供できる。第１光学層形成工程と、第１の方向に略直交する第２の方向に屈折力を有する第２光学層形成工程とにより、例えば、上述した光学繊維やシリンドリカルレンズを提供する。そして、第１開口部形成工程と、第２開口部形成工程とにおいて、所定の開口部を形成する。このように、簡便な工程で、低価格のスクリーンを製造できる。

また、第３の本発明によれば、光を供給する光源と、光源からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、空間光変調装置からの変調された光を投写する投写レンズと、上述のスクリーンとを有することを特徴とするプロジェクタを提供できる。本プロジェクタは、高ゲイン、高コントラストで視野角が広いスクリーンを備えている。このため、良好な投写像を得ることができる。また、スクリーンが小型軽量であるため、プロジェクタ、特にリアプロジェクタを軽量化できる。さらに、スクリーンが低価格であるため、プロジェクタも安価に製造できる。

以下に、本発明に係るスクリーン、スクリーンの製造方法及びプロジェクタの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係るスクリーン１００の断面構成を示す。スクリーン１００は、リアプロジェクタ用のスクリーンである。観察者ＯＢＳは、第１面Ｍ１から入射して第２面Ｍ２から射出する光を観察する。本実施例は、光学繊維である光ファイバを光学素子として用いている。第１光学素子である第１光ファイバ１０１と、第２光学素子である第２光ファイバ１０２とは、交互に布を製造するように織り込まれている。図４−１は、２つの光ファイバ１０１、１０２を織り込んだ状態で、開口部を形成する前の斜視構成を示す。なお、詳しい製造方法については後述する。まず、図１において符号Ａで示す部分の構成について図２、図３に基づいて説明する。第１光ファイバ１０１は、断面形状が略半円形状である。第１光ファイバ１０１は、第１の方向であるｙ方向に屈折力を有する。入射側には、略矩形形状の第１の開口部１０３が形成されている。また、第２光ファイバ１０２は、断面形状が略円形形状である。第２光ファイバ１０２は、ｙ軸方向に略直交する第２の方向であるｘ軸方向に屈折力を有する。ここで、第１の方向であるｙ軸方向と、第２の方向であるｘ軸方向との両方の方向に略直交するｚ方向を光軸ＡＸ方向とする。そして、光軸ＡＸ方向と第１の方向であるｙ軸方向とを含む面を第１面Ｓ１とする。また、光軸ＡＸ方向と第２の方向であるｘ軸方向とを含む面を第２面Ｓ２（図３）とする。

図２に示すように、第１光ファイバ１０１は、第１面Ｓ１に沿って進行する光Ｌｖを、焦点位置ｆ１に集光する。また、第２光ファイバ１０２は、第１面Ｓ１に沿って進行する光Ｌｖをそのまま透過する。これにより、第１面Ｓ１に沿って進行する光Ｌｖは、第１光ファイバ１０１の焦点位置ｆ１に集光する。さらに、図３に示すように、第１光ファイバ１０１は、第２面Ｓ２に沿って進行する光Ｌｈを、そのまま透過する。また、第２光ファイバ１０２は、第２面Ｓ２に沿って進行する光Ｌｈを、焦点位置ｆ２に集光する。これにより、第２面Ｓ２に沿って進行する光Ｌｈは、第２光ファイバ１０２の焦点位置ｆ２に集光する。ここで、第１光ファイバ１０１の焦点位置ｆ１と、第２光ファイバ１０２の焦点位置ｆ２とが略一致するよう構成する。

スクリーン１００の入射側に、光を導くための角部が丸みを有する略矩形形状の第１の開口部１０３が形成されている。さらに、略一致している焦点位置ｆ１、ｆ２に第１の開口部１０３と大きさの異なる第２の開口部１０４、例えばピンホールを形成しておく。これにより、スクリーン１００は、スクリーン１００に対して所定の方向から進行してくる入射光Ｌｈ、Ｌｖを、第２の開口部１０４、例えばピンホールが形成されている焦点位置ｆ１、ｆ２へ集光する。集光された光は、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２とに沿って発散光となって射出する。従って、スクリーン１００の観察者ＯＢＳは、広い視野角で投写光を観察できる。このようなスクリーン１００は、略平行な状態で入射する光Ｌｖ、Ｌｈに対して最も効果が大きい。例えば、不図示のプロジェクタ本体とスクリーン１００との距離を大きくとることで、スクリーン１００への入射光の略平行光成分を多くできる。また、スクリーン１００の直前に平行光へ変換するためのフレネルレンズを配置しても良い。さらに、スクリーン１００の第１面Ｍ１側を凹面とすることで、プロジェクタからの発散光を有効に用いることもできる。

図１に戻って、第１光ファイバ１０１と、第２光ファイバ１０２との間には、ブラックコート１０５が形成されている。ブラックコート１０５は、黒色の吸光性を有する樹脂、ゴム等で構成されている。ここで、不要な外光Ｌｇ、例えば、室内の照明光、窓からの昼光等は、投写光のような光Ｌｈ、Ｌｖと異なる角度でスクリーン１００へ入射することが多い。投写光とは異なる角度でスクリーン１００へ入射した不要な外光Ｌｇは、第１光ファイバ１０１と第２光ファイバ１０２とにより、ピンホールである第２の開口部１０４が形成された軸上の焦点位置ｆ１、ｆ２とは、異なる位置へ集光する。異なる位置へ集光した光は、ブラックコート１０５により吸収されて、透過又は反射することがない。これにより、スクリーン１００の観察者は、不要な外光Ｌｇを認識することを低減できる。従って、高ゲインで、高コントラストなスクリーンを得ることができる。特に、観察者ＯＢＳが、入射面である第１面Ｍ１と反対側の第２面Ｍ２からスクリーン１００を観察すると、スクリーン１００の全面にブラックコート１０５が形成されている。このため、観察者ＯＢＳにとって、スクリーン１００は略黒い状態に見える。この状態で、上述のように外光Ｌｇが除去される。この結果、黒浮き現象が低減された状態で高コントラストな投写光が得られる。

本実施例のスクリーン１００は、第１の開口部１０３の開口面積が第２の開口部１０４の開口面積より大きい。第１の開口部１０３の開口面積が第２の開口部１０４の開口面積より大きいほど観察者ＯＢＳの方向へ透過する外光を低減し、高コントラストな画像を得ることができる。また、本実施例のスクリーン１００は、第１の開口部１０３及び第２の開口部１０４が、所定の平面であるｘｙ平面においてそれぞれの中心位置が略一致するように設けられている。ｘｙ平面において第１の開口部１０３及び第２の開口部１０４のそれぞれの中心位置を略一致させると、スクリーン１００は、ｘｙ平面に略直交する光軸ＡＸ方向に進行する光Ｌｈ、Ｌｖを観察者ＯＢＳの方向へ透過することができる。なお、例えば偏芯形状の断面を有する光ファイバやシリンドリカルレンズを用いる場合、第１の開口部１０３及び第２の開口部１０４のそれぞれの中心位置を一致させなくても投写光を観察者ＯＢＳの方向へ進行させる構成にできる。

さらに、本実施例では、簡便な光学素子、例えば光学繊維束やシリンドリカルレンズで構成できるため、低価格なスクリーン１００を提供できる。さらに、構成は簡素であるため、小型、軽量で、携帯性が良いスクリーン１００を提供できる。

また、略直交する方向に光学繊維である光ファイバ１０１、１０２を糸で布を織るように交互に織って構成している。これにより、安価で、小型軽量なスクリーン１００を得ることができる。さらに、高い弾力性と柔軟性とを有するため、折りたたみ可能で皺を生じにくいスクリーン１００を得られる。加えて、破損しにくく、例えば、テレビ等として使用したときに安全性が高い。また、破損による交換費用も不要となるため、メンテナンス性が高い。

また、スクリーン１００が、一定ピッチの周期構造を有しているとき、モアレのような干渉縞や、シンチレーションのようなぎらつき等の不具合を発生してしまうことがある。特に、光源としてレーザ光を用いるプロジェクタからの投写光のときに、この不具合を発生しやすい。このため、以下の構成（１）、（２）、（３）のように、スクリーン１００にランダム構造をもたせることにより、モアレやシンチレーションを低減できる。
（１）光ファイバの直径（太さ）が長手方向で変化して異なっている光ファイバ１０１、１０２を用いること。
（２）波型ロール等でちぢれ加工された光ファイバ１０１、１０２を用いること。
（３）織機で光ファイバ１０１、１０２を織る際に、織糸のテンションに揺らぎを持たせること。

さらに、第１面Ｍ１側では、半円柱形状のレンズ機能を有する部分が形成される。図１の入射光Ｌｖのうち、半円形状の円周部に入射する光は、全反射により反射されてしまうことがある。このため、第１面Ｍ１側の半円柱形状のレンズ機能を有する部分の形状を扁平化しておくことが望ましい。光ファイバの扁平化は、例えばホットプレス法により容易に行うことができる。

図４−１〜図４−４に基づいて本発明の実施例２に係るスクリーンの製造方法について説明する。本実施例では、リアプロジェクタに好適なスクリーンの製造方法を例に説明する。また、フロントプロジェクタ用のスクリーンに関しても、基本的な製造手順は本実施例と同一である。さらに、上記実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図４−１に示すように、第１光ファイバ１０１と第２光ファイバ１０２とを略直交するｘ、ｙ方向に布状に織る。図４−１では、説明のため織り目の間隔を粗くして示す。これに対して、本来の織り目の間隔は十分緻密にする。第１光ファイバ１０１は、第１の方向であるｙ軸方向に屈折力を有する。このため、第１光ファイバ１０１は、ｙ−ｚ面である面Ｓ１に沿って進行する光を集光する。これに対して、第２光ファイバ１０２は、第２の方向であるｘ軸方向に屈折力を有する。このため、第２光ファイバ１０２は、ｘ−ｚ面である面Ｓ２に沿って進行する光を集光する。このように、第１光学層形成工程において、第１の方向であるｙ軸方向に屈折力を有する第１光学層を形成する。また、第２光学層形成工程において、第１の方向に略直交する第２の方向であるｘ軸方向に屈折力を有する第２光学層を形成する。この結果、図４−２に示すように、ｙ−ｚ面内の断面における、第１光ファイバ１０１と第２光ファイバ１０２との交点では、シリンドリカルレンズを光軸ｚ方向に２段重ねた状態となる。

図４−３において、布状のファイバ織物の第１面Ｍ１と第２面Ｍ２とに流動性を有する吸光性のブラックコート１０５を形成する。ブラックコート１０５は、黒色樹脂やゴム等で構成できる。ブラックコート１０５は、織り目間の凹凸や隙間等を均一化するように充填する。ここで、第１光ファイバ１０１と第２光ファイバ１０２との交点では、２つのファイバの断面の直径分の厚さとなる。このため、布状のファイバ織物の平均的な厚さに対して、２つのファイバ１０１、１０２の交点は突起点となる。交点に生じている突起点は、直交する格子状に分布する。

さらに、図４−４に示すように第１開口部形成工程において、第１光学層側に対応する第１面Ｍ１に第１の開口部１０３を形成する。第１の開口部１０３を形成するために、第１面Ｍ１を研磨することで切削する。研磨する量、即ち研磨深さは、光ファイバ１０１、１０２の屈折率や直径の大きさに応じて決定する。例えば、研磨は、図４−３で示すようなスクリーン１００を、ローラで研磨板に対して押圧することで行う。本実施例では、図４−４に斜線を付して示す第１光ファイバ１０１の直径の略半分程度まで切削、研磨する。これにより、斜線を付して示す第１光ファイバ１０１は、断面形状が略半円形状のシリンドリカルレンズとなる。第１面Ｍ１は、このように切削、研磨する量を後述する第２面の切削研磨量よりも多くしている。これにより、第１面Ｍ１は、光ファイバを構成する透明繊維が露出する状態となる。図５−１は、透明繊維が露出している第１の開口部１０３を第１面Ｍ１から見た構成を概念的に示す。理解の容易のため、第１の開口部１０３は、光ファイバ１０１、１０２の長手方向に長軸を有する楕円形状として示す。なお、実際の第１の開口部１０３は、略円形形状で、隣接する開口部どうしが稠密に配置されている。これにより、第１面Ｍ１は、布状の全体が光学的に透明な開口部を有する構成となる。

研磨の際の、ローラの押圧力をさらに大きくすると、図５−２に示すように、第１の開口部１０３は、角部を面取りした正方形形状となる。このときも、第１面Ｍ１は、布状の全体が光学的に透明な開口部を有する構成となる。

次に、第２面Ｍ２側の第２の開口部１０４について説明する。図４−４に戻って、第２開口部形成工程において、第２光学層側の第２面Ｍ２に対して、上述の第１の開口部１０３と異なる大きさの第２の開口部１０４を形成する。第２の開口部１０４は、第１の開口部１０３と同様にスクリーン１００の第２面Ｍ２を切削、研磨することで形成する。切削、研磨深さは第１面Ｍ１側に比較して小さくする。上述したように、２つの光ファイバ１０１、１０２の交点は突起点となっている。このため、研磨深さを小さくすると、突起点の頂点から初めに研磨される。この結果、図６に示すように、交点ごとにピンホール状の第２の開口部１０４が形成される。第２の開口部１０４からは、第１光ファイバ１０１、又は第２光ファイバ１０２が露出している。さらに、第２面を研磨して第２の開口部１０４を形成するとき、粗い研磨剤を用いると、ピンホールである第２の開口部１０４を散乱面にできる。これにより、第２の開口部１０４から高効率で広い視野角にわたって光を射出できる。

また、第２の開口部１０４を形成するために、研磨板の代わりに、ブラックコート１０５を溶解する程度に加熱された平板を用いることもできる。このときは、加熱された平板により、ブラックコート１０５を溶融・流動、又は蒸発・昇華させる。これにより、第２面Ｍ２にピンホール状の第２の開口部１０４を形成できる。

さらに、第１光ファイバ１０１と第２光ファイバ１０２とを織り込む代わりに、熱により融着させても良い。第１光ファイバ１０１と第２光ファイバ１０２との交点における密着性を高めること、例えばλ／２０以内に近接させることで、入射光をエバネッセント光として伝播できる。エバネッセント光として伝播させると、９０％以上の伝播効率を期待できる。このため、光ファイバ内に閉じ込められてしまい、その長手方向に伝播してしまうことによる光量損失を低減できる。

上述の製造工程により、図７に斜視構成を示すような、第１の開口部１０３、第２の開口部１０４が形成された織物状の布のように構成されたスクリーン１００を得られる。なお、図７では、ブラックコートの記載を省略している。このように、本実施例によれば、、簡便な工程で、低価格のスクリーン１００を製造できる。なお、光ファイバ１０１、１０２は、樹脂や硝子で構成されたもの、又は中空のビニールチューブ等を用いることができる。また、第１面Ｍ１には、反射防止コートを形成することが望ましい。これにより、スクリーン１００内へ少ない損失で高効率で光を取り込むことができる。

次に、図８に基づいて、本発明の実施例３に係るスクリーン８００について説明する。スクリーン８００は、フロントプロジェクタに好適なスクリーンである。観察者ＯＢＳは、不図示のフロントプロジェクタと同じ側の空間からスクリーン８００からの反射光を観察する。上記実施例１と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。スクリーン８００の基本的な構成は、実施例１のスクリーン１００と同一である。本実施例では、第２面Ｍ２側に、第１光学素子である第１光ファイバ１０１と、第２光学素子である第２光ファイバ１０２とを透過した光を反射するミラー８０１を有している点が異なる。実施例１で説明したように、スクリーン８００への入射光は、ピンホールである第２の開口部１０４の位置に集光する。そして、第２の開口部１０４を通過した光は、ミラー８０１で反射される。反射された光は、再度２つの光ファイバ１０１、１０２を透過して、観察者ＯＢＳの方向へ射出される。ミラー８０１は、アルミニウム、銀等の金属蒸着により形成できる。また、ミラー８０１は、アルミニウム蒸着シートを第２面Ｍ２に接着剤でラミネートしても良い。さらに好ましくは、ミラー８０１の表面に微小な凹凸を形成することが望ましい。これにより、反射光の散乱性を高めて大きな視野角を得られる。

図９は、本発明の実施例４に係るスクリーン９００の主要部分を示す。本実施例では、第１光学素子及び第２光学素子として、直交する２方向に複数のシリンドリカルレンズ９０１、９０２を用いている。そして、シリンドリカルレンズ９０１、９０２の屈折力を有する側の面にブラックコート９０５が形成されている。また、シリンドリカルレンズ９０２のレンズ面側にはピンホールである第２の開口部９０４が形成されている。なお、図９では説明の都合上、ブラックコート９０５は断面にしか描いてないが、実際にはブラックコート９０５はシリンドリカルレンズ９０１、９０２の半円柱状の表面凹凸を埋めるように設けられる。ブラックコート９０５は、シリンドリカルレンズ９０１、９０２の表面を平坦にするように、シリンドリカルレンズ９０１、９０２の曲面の全体に形成されている。

本実施例によれば、２枚のシリンドリカルレンズシートを、その長手方向が略直交するように重ねるだけで良い。また、ピンホールである第２の開口部９０４は、ブラックコート９０５を溶融させるように加熱された棒状部剤を用いて用意に形成できる。加熱された棒状部剤を、シリンドリカルレンズの長手方向と直交させて押圧する。これにより、容易に複数のピンホールを形成できる。

図１０は、本発明の実施例５に係るプロジェクタ１０００の概略構成を示す。プロジェクタ１０００は、筐体１０８０に設けられ、上記実施例１で説明した構成と同一のスクリーン１０６０に投写光を透過させることによって画像を表示する、いわゆるリア型プロジェクタである。プロジェクタ１０００の筐体１０８０は、観察者側の所定面にスクリーン１０６０が設けられている。光源部１０１０は、光を供給する発光部１００１とリフレクタ１００２とを有する。発光部１００１には、超高圧水銀ランプを用いることができる。発光部１００１は、第１色光であるＲ光、第２色光であるＧ光、及び第３色光であるＢ光を含む光を供給する。発光部１００１からの光は、直接又はリフレクタ１００２を反射して射出される。光源部１０１０からの光は、照明光学系（不図示）により主光線に略平行とされたのち、フライアイ型インテグレータ１０１２に入射する。フライアイ型インテグレータ１０１２は、光源部１０１０からの光の照度分布を均一化する。

フライアイ型インテグレータ１０１２で照度分布を均一化された光は、偏光変換素子１０１４にて特定の振動方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、色分離光学系１０２０を構成するＲ光透過ダイクロイックミラー１０２１に入射する。色分離光学系１０２０は、光源部１０１０から供給される光をＲ光と、Ｇ光と、Ｂ光とに分離する。以下、Ｒ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０２１は、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０２１を透過したＲ光は、反射ミラー１０２２に入射する。反射ミラー１０２２は、Ｒ光の光路を９０度折り曲げる。光路を折り曲げられたＲ光は、第１色光用空間光変調装置であるＲ光用液晶表示装置１０３０Ｒに入射する。Ｒ光用液晶表示装置１０３０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイックミラーを透過しても、光の偏光方向は変化しないため、Ｒ光用液晶表示装置１０３０Ｒに入射するＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。Ｒ光用液晶表示装置１０３０Ｒに入射したｓ偏光光は、ｐ偏光光に変換されたのち、画像信号に応じた変調によりｓ偏光光に変換される。変調によりｓ偏光光に変換されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１０４０に入射する。

次に、Ｇ光について説明する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０２１で反射されたＧ光とＢ光とは、光路を９０度折り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光とＢ光とは、色分離光学系１０２０を構成するＢ光透過ダイクロイックミラー１０２３に入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０２３は、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０２３で反射されたＧ光は、第２色光用空間光変調装置であるＧ光用液晶表示装置１０３０Ｇに入射する。Ｇ光用液晶表示装置１０３０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｇ光用液晶表示装置１０３０Ｇに入射するＧ光は、ｓ偏光光に変換されている。Ｇ光用液晶表示装置１０３０Ｇに入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調により、ｐ偏光光に変換される。変調によりｐ偏光光に変換されたＧ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１０４０に入射する。

次に、Ｂ光について説明する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０２３を透過したＢ光は、リレーレンズ１０２４を透過した後、反射ミラー１０２５により光路を９０度折り曲げられる。そして、Ｂ光は、さらにリレーレンズ１０２６を透過し、反射ミラー１０２７により光路を９０度折り曲げられて、第３色光用空間光変調装置であるＢ光用液晶表示装置１０３０Ｂに入射する。Ｂ光用液晶表示装置１０３０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０２３を透過したＢ光を２つのリレーレンズ１０２４、１０２６に透過させるのは、Ｂ光の光路の長さがＲ光及びＧ光の光路の長さよりも長いためである。２つのリレーレンズ１０２４、１０２６を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０２３を透過したＢ光を、そのままＢ光用液晶表示装置１０３０Ｂに導くことができる。Ｂ光用液晶表示装置１０３０Ｂに入射するＢ光は、ｓ偏光光に変換されている。Ｂ光用液晶表示装置１０３０Ｂに入射したｓ偏光光は、ｐ偏光光に変換されたのち、画像信号に応じた変調により、ｓ偏光光に変換される。Ｂ光用液晶表示装置１０３０Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１０４０に入射する。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１０４０は、２つのダイクロイック膜１０４２、１０４４をＸ字型に直交して配置して構成されている。ダイクロイック膜１０４２は、Ｒ光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１０４４は、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１０４０は、Ｒ光用液晶表示装置１０３０Ｒ、Ｇ光用液晶表示装置１０３０Ｇ、Ｂ光用液晶表示装置１０３０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光を合成する。なお、上述のように、Ｒ光用液晶表示装置１０３０Ｒ、Ｂ光用液晶表示装置１０３０Ｂからクロスダイクロイックプリズム１０４０に入射される光は、ｓ偏光光となるように設定される。また、Ｇ光用液晶表示装置１０３０Ｇからクロスダイクロイックプリズム１０４０に入射される光は、ｐ偏光光となるように設定される。このようにクロスダイクロイックプリズム１０４０に入射される光の偏光方向に差異をつけるのは、クロスダイクロイックプリズム１０４０において各色光用液晶表示装置から射出される光を有効に合成するためである。ダイクロイック膜１０４２、１０４４は、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、ダイクロイック膜１０４２、１０４４で反射されるべきＲ光及びＢ光をｓ偏光光とし、ダイクロイック膜１０４２、１０４４を透過すべきＧ光をｐ偏光光としている。投写レンズ１０５０は、クロスダイクロイックプリズム１０４０で合成された光を反射ミラー１０５２の方向へ投写する。反射ミラー１０５２は、投写レンズ１０５０からの投写光をスクリーン１０６０の方向へ反射する。スクリーン１０６０は、反射ミラー１０５２で反射された投写光を透過させることにより、投写像を表示する。

次に、スクリーン１０６０の近傍の構成について説明する。投写光はフレネルレンズ１０６２により略平行光に変換される。平行光に変換された光はスクリーン１０６０に入射する。上述したように、プロジェクタ１０００は、高ゲイン、高コントラストで視野角が広いスクリーン１０６０を備えている。このため、良好な投写像を得ることができる。また、スクリーン１０６０が小型軽量であるため、プロジェクタ１０００本体を軽量化できる。さらに、スクリーン１０６０が低価格であるため、プロジェクタ１０００も安価に製造できる。

実施例１のスクリーンの概略構成図。実施例１のスクリーンの光学機能の説明図。実施例１のスクリーンの光学機能の他の説明図。実施例２のスクリーンの製造方法の説明図。実施例２のスクリーンの製造方法の他の説明図。実施例２のスクリーンの製造方法のさらに他の説明図。実施例２のスクリーンの製造方法の別の説明図。実施例２の第１の開口部の説明図。実施例２の第１の開口部の他の説明図。実施例２の第２の開口部の説明図。実施例２のスクリーンの斜視概念図。実施例３のスクリーンの概略構成図。実施例４のスクリーンの概略構成図。実施例５のプロジェクタの概略構成図。

符号の説明

１００スクリーン、１０１第１光ファイバ、１０２第２光ファイバ、１０３第１の開口部、１０４第２の開口部、１０５ブラックコート、８００スクリーン、８０１ミラー、９００スクリーン、９０１シリンドリカルレンズ、９０２シリンドリカルレンズ、９０４開口部、９０５ブラックコート、１０００プロジェクタ、１００１発光部、１００２リフレクタ、１０１０光源部、１０１２フライアイ型インテグレータ、１０１４偏光変換素子、１０２０色分離光学系、１０２１Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１０２２反射ミラー、１０２３Ｂ光透過ダイクロイックミラー、１０２４リレーレンズ、１０２５反射ミラー、１０２６リレーレンズ、１０２７反射ミラー、１０３０Ｒ、１０３０Ｇ、１０３０Ｂ各色光用液晶表示装置、１０４０クロスダイクロイックプリズム、１０４２、１０４４ダイクロイック膜、１０５０投写レンズ、１０５２反射ミラー、１０６０スクリーン、１０６２フレネルレンズ、１０８０筐体、ＡＸ光軸、ｆ１、ｆ２焦点位置、Ｌｇ外光、Ｌｈ、Ｌｖ光、Ｍ１、Ｍ２面、ＯＢＳ観察者

Claims

第１の方向に屈折力を有する第１光学素子と、
前記第１の方向に略直交する第２の方向に屈折力を有する第２光学素子とを備えるスクリーンであって、
前記スクリーンの第１面側に前記第１光学素子または前記第２光学素子の一部を切削することで形成される略矩形形状の第１の開口部と、
前記スクリーンの前記第１面とは異なる第２面側に前記第１の開口部に対応して、前記第１光学素子または前記第２光学素子の一部を切削することで形成される前記第１の開口部と異なる大きさのピンホール状の第２の開口部とを有し、
前記第１の方向と前記第２の方向との両方の方向に略直交する方向を光軸方向とした場合に、前記第１光学素子における前記光軸方向と前記第１の方向とを含む面に沿って進行する光の第１の方向の焦点位置と、前記第２光学素子における前記光軸方向と前記第２の方向とを含む面に沿って進行する光の第２の方向の焦点位置と、前記第２の開口部の位置とが略一致することを特徴とするスクリーン。
前記第１光学素子と前記第２光学素子とを透過した光を反射するミラーを有していることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
前記第１光学素子及び前記第２光学素子は、光学繊維束であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリーン。
第１の方向に屈折力を有する第１光学素子と、前記第１の方向に略直交する第２の方向に屈折力を有する第２光学素子とを布状にする光学層形成工程と、
布状の前記光学素子の両面にブラックコートを充填する充填工程と、
布状の前記光学素子の一方の面を切削研磨し略矩形形状の第１の開口部を形成する第１開口部形成工程と、
布状の前記光学素子の他方の面を切削研磨しピンホール状の第２の開口部を形成する第２開口部形成工程と、
を含み、
前記第１開口部形成工程と前記第２開口部形成工程とは、前記第１の方向と前記第２の方向との両方の方向に略直交する方向を光軸方向とした場合に、前記第１光学素子における前記光軸方向と前記第１の方向とを含む面に沿って進行する光の第１の方向の焦点位置と、前記第２光学素子における前記光軸方向と前記第２の方向とを含む面に沿って進行する光の第２の方向の焦点位置と、前記第２の開口部の位置とが略一致するように前記第１の開口部と前記第２の開口部とを形成することを特徴とするスクリーンの製造方法。
光を供給する光源と、
前記光源からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
前記空間光変調装置からの変調された光を投写する投写レンズと、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクリーンとを有することを特徴とするプロジェクタ。