JP5304589B2

JP5304589B2 - プロジェクタ用スクリーン及び投射システム

Info

Publication number: JP5304589B2
Application number: JP2009245455A
Authority: JP
Inventors: 透岩根
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: JP2011090256A

Description

本発明は、プロジェクタ用スクリーン及び投射システムに関するものである。

プロジェクタ用スクリーンとして、従来、第１の偏光板、波長選択性偏光回転素子群、第２の偏光板及び反射板を用いて特定方向の偏光光を選択的に透過及び反射させることにより画面上に表示される投影画像の黒レベルを引き下げ、コントラストを向上させたプロジェクタ用スクリーンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−６２０４２号公報

ところで、特許文献１記載のプロジェクタ用スクリーンにおいては、プロジェクタから投射される光が２枚の偏光板を通過するため、光の利用効率が下がる。その結果、スクリーン上の画像のコントラストが低下し、明所ではスクリーン上の画像を視認するのが困難な場合があった。

本発明の目的は、明所においても視認可能な画像を表示することができるプロジェクタ用スクリーン及び投射システムを提供することである。

本発明のプロジェクタ用スクリーンは、所定偏光方向の光を透過する偏光部材と、前記偏光部材を透過した光を直線偏光から円偏光に変換する第１の１／４位相差部材と、前記第１の１／４位相差部材により円偏光に変換された光のうち所定波長域の光を透過させ、前記所定波長域以外の波長域の光を反射することにより波長選択を行う波長選択フィルタと、前記波長選択フィルタを透過した光を円偏光から直線偏光に変換する第２の１／４位相差部材と、前記第２の１／４位相差部材により直線偏光に変換された光を反射させる反射部材とを備えることを特徴とする。

また、本発明のプロジェクタ用スクリーンは、第１偏光方向の光を透過する偏光部材と、前記偏光部材を透過した光を前記第１偏光方向から第２偏光方向に回転させる第１偏光回転部材と、前記第１偏光回転部材により前記第２偏光方向に回転された光のうち所定波長域の光を透過させ、前記所定波長域以外の波長域の光を反射することにより波長選択を行う波長選択フィルタと、前記所定波長域の光を前記第２偏光方向から前記第１偏光方向と直交する方向に回転させる第２偏光回転部材と、前記第２偏光回転部材により前記第１偏光方向と直交する方向に回転された光を反射させる反射部材とを備えることを特徴とする。

また、本発明の投射システムは、本発明のプロジェクタ用スクリーンと、前記プロジェクタ用スクリーンに対して光を投射するプロジェクタとを備えた投射システムであって、前記プロジェクタから前記スクリーンに対して投射される光は、前記偏光部材を透過する偏光方向の光であることを特徴とする。

本発明のプロジェクタ用スクリーン及び投射システムによれば、明所においても視認可能な画像を表示することができる。

実施の形態に係る投射システムの構成を示す図である。プロジェクタの光源から射出される光の分光強度を示すグラフである。実施の形態に係るプロジェクタ用スクリーンの構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る投射システムについて説明する。図１は、実施の形態に係る投射システムの構成を示す図である。図１に示すように、投射システムは、プロジェクタ（投影装置）２及びプロジェクタ用スクリーン（以下、スクリーンという）４を備えて構成されている。

プロジェクタ２は、ＬＥＤまたはレーザ等により構成される光源２ａ、スクリーン４上に再生する画像を表示する液晶パネル（図示せず）、及び光源２ａから射出し液晶パネルを介した光をスクリーン４上に導く投影レンズ（図示せず）等を備えている。光源２ａは、離散的なＲＧＢの波長構成を持つものが好ましい。離散的なＲＧＢの波長構成を有する光源とは、Ｒ，Ｇ，Ｂの三光源方式のＬＥＤ又はレーザを例にすると、３つの比較的に狭い帯域の波長で発光する光源であり、その帯域の波長は互いに重なり合っていない。好適な光源として、図２のグラフに示すような、Ｒ（赤、中心波長：６３０ｎｍ、半値幅：２０ｎｍ）、Ｇ（緑、中心波長：５２０ｎｍ、半値幅：２０ｎｍ）、Ｂ（青、中心波長：４５０ｎｍ、半値幅：２０ｎｍ）それぞれの波長域を含む光を射出する光源が挙げられる。なお、光源の種類は、後述する波長選択フィルタ１０との関係で適宜選択されればよく、上述の三光源方式のＬＥＤまたはレーザ等に限定されない。プロジェクタ２の光源２ａから射出された光のうちＰ偏光以外の光はプロジェクタ２内に設けられている偏光板２ｂ等により吸収され、Ｐ偏光の光Ｌ１（図１参照）はプロジェクタ２からスクリーン４に向けて投射される。なお、図１に示す光Ｌ２は、投射システムが設置されている室内の天井５や床（図示せず）等により反射され、スクリーン４に向けて進行する外乱光や環境光（以下、外光という）であり、ランダム偏光している光である。そのため、外光は、Ｐ偏光成分や、Ｓ偏光成分等を含む。

スクリーン４は、好適には可撓性のスクリーンであり、図３に示すような断面を備えている。ここでスクリーン４は、プロジェクタ２から投射される光Ｌ１が入射する側から順に、偏光部材６、１／４波長板（λ／４遅延部材）８、波長選択フィルタ１０、１／４波長板１２、及び光反射部材１４を積層して構成されている。偏光部材６は、所定偏光方向の光、即ちプロジェクタ２から投射されるＰ偏光の光Ｌ１を透過し、所定偏向方向以外の光、即ち外光Ｌ２に含まれるＳ偏光の光等を吸収する。なお、偏光部材６の入射面（光Ｌ１が入射する面）には、入射面での光の反射を低減させるために反射防止膜（ＡＲコート）６ａが形成されている。

１／４波長板８，１２は、高分子フィルム等を延伸処理して作製されており、偏光部材６の偏光方向（所定偏光方向）に対して遅軸を約４５°または約１３５°傾けた方向に配置されている。１／４波長板８，１２は、入射する直線偏光の光を円偏光の光に、または入射する円偏光の光を直線偏光の光に変換して射出させる。

波長選択フィルタ１０は、屈折率の異なる２つ以上の薄膜を蒸着により積層させ、光の干渉により波長選択を行う干渉多層膜フィルタにより構成されている。波長選択フィルタ１０は、所定波長域の光、この実施の形態ではプロジェクタ２の光源から射出されるＲＧＢそれぞれの波長域の光を透過させ、所定波長域以外の波長域の光を反射する。なお、波長選択フィルタ１０として、ポリマーによる干渉多層膜フィルタを備えることもできる。なお、波長選択フィルタ１０は、薄膜が蒸着されたものに限定されるものではなく、例えば、フィルムを貼り付けたものであってもよい。

光反射部材１４は、好適には光散乱反射部材であり、例えば文献：Michael F. Weber、他４名、”Giant Birefringent Optics in Multilayer Polymer Mirrors”「Science」、vol. 287、２０００年３月３１日、p.2451-2456に記載のポリマー多層膜全反射板により構成されており、光反射部材１４に入射する光を透過させずに散乱反射させる。また、光反射部材１４の表面（波長選択フィルタ１０を透過した光が入射する面）は、反射する光の散乱方向を制御するための回折格子または微小レンズ等により構成されているため、光反射部材１４は、入射する光を略１００％反射させることができる。

プロジェクタ２から投射されたＰ偏光の光Ｌ１は、Ｐ偏光のみを透過させる偏光部材６を透過し、１／４波長板８を介することによりλ／４遅延され、直線偏光（Ｐ偏光）から円偏光に変換され、波長選択フィルタ１０に入射する。波長選択フィルタ１０に入射した円偏光の光のうち、図２に示すＲＧＢそれぞれの波長域の光は、波長選択フィルタ１０を透過し、その他の波長域の光は、波長選択フィルタ１０により反射される。

波長選択フィルタ１０により反射された光（その他の波長域の光）は、１／４波長板８を介することによりλ／４遅延され、円偏光から直線偏光に変換される。このとき、直線偏光に変換された光は、１／４波長板８を２回通過したことからλ／４＋λ／４＝λ／２遅延されるため、１／４波長板８を通過する前の偏光方向の光（Ｐ偏光の光）から９０度回転した偏光方向の光、即ちＳ偏光の光となる。したがって、波長選択フィルタ１０により反射され、１／４波長板８を通過した光は、Ｐ偏光のみを透過される偏光部材６を透過することなく、偏光部材６に吸収される。

一方、波長選択フィルタ１０を透過した光（ＲＧＢそれぞれの波長域の光）は、１／４波長板１２を介することによりλ／４遅延され、円偏光から直線偏光に変換される。そして、光反射部材１４に入射し、光反射部材１４の入射面上で結像する。なお、本発明の実施の形態に係るスクリーン４は、好適には薄く構成できるため、結像位置は光反射部材１４の入射面でなくてもよく、スクリーン４を構成する部材中（偏光部材６、１／４波長板８，１２、波長選択フィルタ１０）のいずれかの位置であればよい。光反射部材１４により反射された光は、再び１／４波長板１２を介することによりλ／４遅延され、直線偏光から円偏光に変換され、波長選択フィルタ１０を通過し、１／４波長板８を介することによりλ／４遅延され、円偏光から直線偏光に変換される。このとき、直線偏光に変換された光は、２つの１／４波長板８，１２を２回通過したことからλ／４×４＝λ遅延、即ち遅延なしと同様となるため、１／４波長板８，１２を通過する前の偏光方向の光、即ちＰ偏光の光となる。したがって、光反射部材１４により反射され、１／４波長板１２、波長選択フィルタ１０、１／４波長板８を介した光は、Ｐ偏光のみを透過させる偏光部材６を透過する。

また、外光Ｌ２及びスクリーン４に向かうその他の室内の外光のうち、Ｐ偏光の外光は偏光部材６を透過し、Ｓ偏光成分等のその他の外光は偏光部材６により吸収される。偏光部材６を透過したＰ偏光の外光は、１／４波長板８を介することによりλ／４遅延され、直線偏光（Ｐ偏光）から円偏光に変換され、波長選択フィルタ１０に入射する。円偏光に変換された外光のうち、ＲＧＢそれぞれの波長域の外光は波長選択フィルタ１０を透過し、その他の波長域の外光は波長選択フィルタ１０により反射される。波長選択フィルタ１０により反射された外光は、１／４波長板８を介することによりλ／４遅延され、円偏光からＳ偏光の外光に変換され、偏光部材６に吸収される。一方、波長選択フィルタ１０を透過した外光は、１／４波長板１２を介して、光反射部材１４により反射され、再び１／４波長板１２、波長選択フィルタ１０、１／４波長板８、及び偏光部材６を透過する。

即ち、プロジェクタ２から投射される光Ｌ１は、スクリーン４により反射される。これに対し、スクリーン４に入射する外光は、まずＰ偏光以外の光が偏光部材６により吸収され、更に波長選択フィルタ１０により反射された所定波長域以外の波長域の光が偏光部材６により吸収される。即ち、スクリーン４に入射する光のうち、光Ｌ１はほぼ全てがスクリーン４により反射されるのに対し、外光はその多くがスクリーン４により反射されずに偏光部材６により吸収される。概算では、光Ｌ１の略１００％がスクリーン４により反射されるのに対して、外光は、まず略５０％を占めるＰ偏光以外の光が偏光部材６により吸収され、更に、ＲＧＢそれぞれの波長域の光が外光全体に対して略２０％含まれていると仮定したとき、波長選択フィルタ１０により反射された外光の略８０％が偏光部材６により吸収される。よって、例えば光Ｌ１：スクリーン４に入射する外光＝１：１としたとき、スクリーン４により反射される光Ｌ１：スクリーン４により反射される外光＝１０：１とすることができる。それゆえ、スクリーン４による外光の反射を効果的に抑制できるため、室内が明るい場合においてもスクリーン４に表示される画像を視認することができる。

この実施の形態に係る投射システム及びスクリーン４によれば、スクリーン４に入射する外光の略９０％を偏光部材６が吸収するため、スクリーン４に表示される画像のコントラストの向上を図ることができ、明所においても視認可能な画像を表示することができる。また、従来のプロジェクタ用スクリーンでは、上述の通り、複数の偏光部材を備えているため、プロジェクタから射出される光の利用効率が低下する。この実施の形態に係るスクリーン４では、複数の偏光部材を備える必要がないため、従来のプロジェクタ用スクリーンと比較して光利用効率の低下を抑制することができ、その結果、スクリーン４に表示される画像のコントラストを向上させることができる。また、この実施の形態に係るスクリーン４は、可撓性のスクリーンであるため、巻いて収納及び運搬可能である。

なお、上述の実施の形態においては、スクリーン４が直線偏光から円偏光に、または円偏光から直線偏光に変換する１／４波長板８，１２を備えているが、１／４波長板８，１２に代えて偏光方向を回転させる旋光板（旋光子）等の偏光回転部材を備えるようにしてもよい。この場合には、１／４波長板８に代えて偏光部材６を透過する光の偏光方向（第１偏光方向という）から第１偏光方向と異なる偏光方向（第２偏光方向という）に回転させる第１の偏光回転部材を設け、１／４波長板１２に代えて第２偏光方向から第１偏光方向と直交する方向に回転させる第２の偏光回転部材を設ける。即ち例えば、１／４波長板８，１２に代えて偏光方向を４５°または１３５°回転させる偏光回転部材を設ける。

したがって、偏光部材６、第１の偏光回転部材を透過し、波長選択フィルタ１０により反射される光は、再び第１の偏光回転部材を透過するため、第１の偏光回転部材を２回通過することから偏光方向が９０度（λ／４＋λ／４＝λ／２）回転し、偏光部材６を透過することなく、偏光部材６に吸収される。一方、偏光部材６、第１の偏光回転部材、波長選択フィルタ１０、第２の偏光回転部材を透過し、光散乱反射部材１４により反射される光は、第１及び第２の偏光回転部材を２回通過することから偏光方向が１８０度（λ／４×４＝λ）回転し、偏光部材６を透過する。

また、上述の実施の形態においては、波長選択フィルタとして干渉多層膜フィルタを備えているが、干渉多層膜フィルタに代えて波長選択性を有するリップマン型ホログラム等の体積位相型反射ホログラムを備えるようにしてもよい。

また、上述の実施の形態においては、プロジェクタ２から射出される光がＰ偏光の光であり、スクリーン４がＰ偏光の光を透過させる偏光部材６を備えているが、プロジェクタ２から射出される光がＰ偏光以外の偏光方向を有する光であってもよい。この場合には、偏光部材６に代えて、プロジェクタ２から射出される所定偏光方向の光を透過させる偏光部材をスクリーン４に設ける。

また、１／４波長板８，１２の入射面（または射出面）のそれぞれに、または何れか一方に、高分子フィルム等を延伸処理して作成された１／２波長板（図示せず）を、１／４波長板８，１２における光の分散に対して逆分散性を有するように、即ち１／４波長板８，１２と１／２波長板との遅軸が直交するように、貼り付けてもよい。この場合には、１／４波長板８，１２に入射する光のレタデーションによる波長分散を抑制することができ、１／４波長板８，１２に入射する光の波長域の大小に拘らず、直線偏光の光が楕円偏光の光に変換させるのを抑制することができる。

２…プロジェクタ、４…プロジェクタ用スクリーン、６…偏光部材、８，１２…１／４波長板、１０…波長選択フィルタ、１４…光散乱反射部材。

Claims

所定偏光方向の光を透過する偏光部材と、
前記偏光部材を透過した光を直線偏光から円偏光に変換する第１の１／４位相差部材と、
前記第１の１／４位相差部材により円偏光に変換された光のうち所定波長域の光を透過させ、前記所定波長域以外の波長域の光を反射することにより波長選択を行う波長選択フィルタと、
前記波長選択フィルタを透過した光を円偏光から直線偏光に変換する第２の１／４位相差部材と、
前記第２の１／４位相差部材により直線偏光に変換された光を反射させる反射部材と、
を備えることを特徴とするプロジェクタ用スクリーン。
第１偏光方向の光を透過する偏光部材と、
前記偏光部材を透過した光を前記第１偏光方向から第２偏光方向に回転させる第１偏光回転部材と、
前記第１偏光回転部材により前記第２偏光方向に回転された光のうち所定波長域の光を透過させ、前記所定波長域以外の波長域の光を反射することにより波長選択を行う波長選択フィルタと、
前記所定波長域の光を前記第２偏光方向から前記第１偏光方向と直交する方向に回転させる第２偏光回転部材と、
前記第２偏光回転部材により前記第１偏光方向と直交する方向に回転された光を反射させる反射部材と、
を備えることを特徴とするプロジェクタ用スクリーン。
前記波長選択フィルタは、干渉多層膜フィルタにより構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のプロジェクタ用スクリーン。
前記波長選択フィルタは、体積位相型反射ホログラムにより構成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のプロジェクタ用スクリーン。
前記偏光部材は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を吸収することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のプロジェクタ用スクリーン。
前記第１及び第２の１／４位相差部材の少なくとも一方における前記光の分散に対する逆分散性を有する逆分散部材を備えることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ用スクリーン。
前記偏光部材の入射面に設けられ、前記偏光部材に入射する光の反射を低減させる反射防止膜を備えることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のプロジェクタ用スクリーン。
請求項１〜請求項７の何れか一項に記載のプロジェクタ用スクリーンと、前記プロジェクタ用スクリーンに対して光を投射するプロジェクタとを備えた投射システムであって、
前記プロジェクタから前記スクリーンに対して投射される光は、前記偏光部材を透過する偏光方向の光であることを特徴とする投射システム。
前記波長選択フィルタは、前記プロジェクタの光源から射出されるＲＧＢそれぞれの波長域の光を透過させ、前記波長域以外の波長域の光を反射することを特徴とする請求項８記載の投射システム。