JP5709103B2 - スクリーン及び投射システム - Google Patents

Description

本発明は、前方のプロジェクター等の画像投射装置からの投射光を反射して投影画像を映し出すスクリーン及び当該スクリーンを用いた投射システムに関する。

プロジェクター等からの投射光を反射することで投影画像を映し出すスクリーンとして、所定範囲内の角度領域から入射した光を散乱又は拡散透過させ、かつ、所定範囲外の角度領域から入射した光を直進透過させる光制御機能を有する特殊な構造の高分子膜からなる光制御層を備えるものが知られている（特許文献１参照）。また、スクリーンに、フレネル形状部材を有し、当該フレネル形状部材のフレネル面側に等方拡散させる光拡散剤や拡散性を付与する凹凸表面を付与するものが知られている（特許文献２参照）。

特開２００４−６９８３６号公報 特開平５−１１３４５号公報

しかしながら、上記特許文献１のような光制御層において、特殊な構造の高分子膜は、スクリーンの平面に沿った２方向のうちの一方向（例えば垂直方向）については、上記のような入射角選択性を示すが、他の方向（例えば水平方向）については、上記のような特性を示さない。また、上記特許文献２のように等方拡散させる光拡散剤や凹凸表面を用いて光を拡散させる場合、拡散により光を正確な角度で反射できず、画像の劣化が生じるという課題がある。

そこで、本発明は、比較的簡易な構造によって、異なる２方向に適度な拡散を可能にし、ムラの少ない明るい投影画像を映し出すことのできるスクリーン及びこれを用いた投射システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るスクリーンは、（ａ）基板と、（ｂ１）基板の主面上に配列されるように形成され、当該配列される方向について断面鋸歯状である複数のプリズム部分と、（ｂ２）複数のプリズム部分の表面部分にそれぞれ形成される複数の光反射部とを有する（ｂ）光反射層と、（ｃ）光反射層の表面側に形成され、基板の主面に平行な方向のうち左右方向について上下方向よりも大きい拡散特性を示す異方性光拡散層と、（ｄ）光反射層の表面側に形成され、基板の主面に平行な方向のうち上下方向について左右方向よりも大きい拡散特性を示し、上下方向について基板の主面に対する傾きが所定範囲内にある第１の角度領域から入射した光を拡散透過させ、かつ、所定範囲外にある第２の角度領域から入射した光を直進透過させる光制御層と、を備えるスクリーンであって、（ｆ）異方性光拡散層に関する左右方向についての拡散特性と、光制御層に関する上下方向についての拡散特性とを比較した場合、異方性光拡散層に関する通過光の左右方向において拡散強度が低下する拡散角度範囲の両端側における拡散強度の傾きが、光制御層に関する通過光の上下方向において拡散強度が低下する拡散角度範囲の両端側における拡散強度のよりも小さい。

上記スクリーンでは、異方性光拡散層は、左右方向について通過光を拡散する性質を有し、光制御層は、上下方向について通過光を拡散する性質を有する。この際、異方性光拡散層に関する通過光の左右方向において拡散強度が低下する拡散角度範囲の両端側における拡散強度の傾きが、光制御層に関する通過光の上下方向において拡散強度が低下する拡散角度範囲の両端側における拡散強度の傾きよりも小さいものとなっている。つまり、異方性光拡散層による拡散のほうがより広範囲のものとなっている。これにより、異方性光拡散層と光制御層とを組み合わせた比較的簡易な構造で、通過光であるスクリーンへの投射光及び当該投射光を折り返した反射光を拡散させるにあたって、左右方向について上下方向よりも広範囲に拡散した状態の投影画像を形成でき、特に左右方向について視野角を広くすることができる。さらに、光反射層が、断面鋸歯状である複数のプリズム部分に光反射部を有することで、通過光である投射光を所望の角度の反射光として折り返して、適度な拡散状態を確保することで、ムラの少ない明るい投影画像を映し出すことができる。

本発明のさらに別の側面では、異方性光拡散層が、左右方向について拡散された光のスクリーン照度を、半値角度が６０°以上となるように変化させる特性を有する拡散フィルムで構成される。この場合、左右方向についての拡散を特に広範囲にすることができる。

本発明のさらに別の側面では、異方性光拡散層が、拡散フィルムを複数枚重ねて構成される。この場合、角度の広がりに伴う光のスクリーン照度の低下を抑制することができる。

本発明のさらに別の側面では、異方性光拡散層が、左右方向について拡散された光のスクリーン照度を、半値角度が２５°以下となるように変化させる特性を有する拡散フィルムで構成される。この場合、所定の視野角の範囲内について明るい画像投影が可能となる。

本発明のさらに別の側面では、光制御層が、異方性光拡散層の前面側に形成される。この場合、光制御層の光の選択性能をより高めることができる。

本発明のさらに別の側面では、光反射層において、複数のプリズム部分が、基板の主面に平行な表示平面に対して所定の角度範囲で入射する投射光に対応して曲線に沿って平行に配列される。この場合、例えば投射光が近接投射等のスクリーンに対して傾斜した角度で入射する場合でも、光制御層及び異方性光拡散層において規定の範囲内の角度で反射光を入射させ確実に拡散された状態で射出させることができる。

上記課題を解決するため、本発明に係る投射システムは、（ａ）上記いずれかに記載の
スクリーンと、（ｂ）投影画像となる投射光をスクリーン上に投射する画像投射装置と、を備える。この場合、上記スクリーンを用いることにより、投射システムは、投射光を画像ムラの抑制された投影画像として映し出すことができる。

第１実施形態に係るスクリーンを用いた投射システムを示す図である。 スクリーンの正面図である。 スクリーンの構造を説明するための側断面図である。 スクリーンの動作について説明するための図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、異方性光拡散層及び光制御層の拡散の性質について説明するための図である。 スクリーンの反射照度分布について説明するためのグラフである。 光制御層による光の拡散を説明するための一部拡大図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、スクリーンによる投射光の拡散及び外光の処理について説明するための図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態に係るスクリーンの構造を説明するための図及びグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は、第３実施形態に係るスクリーンの構造を説明するためのグラフである。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係るスクリーン及びスクリーンを含む投射システムについて説明する。

〔Ａ．投射システムの構造〕
図１に示すように、本実施形態の投射システム１００は、スクリーン１０と、プロジェクター５０とを備える。

プロジェクター５０は、室内の天井に天吊り支持された状態でスクリーン１０に近接して設置されている。つまり、プロジェクター５０による投射は、上側からの近接投射即ち−Ｙ方向に偏った−Ｚ方向への近接投射となっている。

スクリーン１０は、図１及び図２に示すように、図中水平方向即ちＸ方向を長手方向とし、垂直方向即ちＹ方向を短手方向とする横長の長方形状を有する。スクリーン１０は、その正面上方側に設置されたプロジェクター５０からの投射光ＰＬを、折り返すことによって正面側に反射光として射出させる反射型スクリーンである。より具体的には、プロジェクター５０から斜め下方に射出される投射光ＰＬがスクリーン１０のＸＹ面に平行な主面１ａに向けて投射され、主面１ａ上に設けたフレネル形状を有する反射拡散構造によって、正面側であって例えば＋Ｚ方向から多少傾いた特定方向を中心として反射されることで、正面側にいる観察者ＥＹに投影画像が提供される。

図２に示すように、プロジェクター５０からの投射光ＰＬは、スクリーン１０の主面１ａの中央を通ってＹ方向に延びスクリーン１０を対称に２分する中心線である中心軸ＬＸを基準として、Ｘ方向について対称な状態で投射されている。また、プロジェクター５０による投射は近接投射であるため、プロジェクター５０からスクリーン１０の各点に入射する投射光ＰＬの入射角βのうち、スクリーン１０の中心即ちスクリーン中心点Ｏへの投射光ＰＬの入射角βは、比較的大きいものとなっている。従って、スクリーン１０の周辺側に入射する投射光ＰＬの入射角βは、一般にさらに大きなものとなる。ここで、スクリーン中心点Ｏは、主面１ａ上の点であり、Ｙ方向に延びる中心軸ＬＸとＸ方向に延びる中心軸ＭＸとの交点である。なお、主面１ａの法線方向（Ｚ方向）については、法線ＺＸにより示すものとし、投射光ＰＬの入射角βは、法線ＺＸに対する角度で規定される。

〔Ｂ．スクリーンの構造〕
以下、図２、図３及び図４を参照して、スクリーン１０の構造の詳細について説明する。まず、図２等に示すように、スクリーン１０は、積層体であり、横長の長方形状の外観を構成するシート状の基板１を備える。さらに、図３に示すように、スクリーン１０は、基板１の表面側に形成される光反射層２と、光反射層２の表面側に形成される異方性光拡散層４と、異方性光拡散層４の表面側に形成される光制御層３と、光制御層３の表面側を覆う保護層２０とを備える。

基板１は、＋Ｚ側の面としてスクリーン１０の基準面となる主面１ａを有する。この主面１ａは、ＸＹ面に平行で、スクリーン１０への投射光ＰＬの入射や反射の基準となる表示平面となっている。なお、基板１は、例えば光吸収性の樹脂材料で作製されており、可撓性を有する。

光反射層２は、基板１の主面１ａ上に形成される複数のプリズム部分２ａと、複数のプリズム部分２ａの表面部分にそれぞれ形成される複数の光反射部ＰＰと、入射した光を吸収するための光吸収部ＡＳと、これらを保護するとともに光反射層２の表面２ｃを形成する平準化層２ｂとを有する。光反射層２の表面２ｃは、ＸＹ面に平行な表示平面としての主面１ａに平行な面となっている。

複数のプリズム部分２ａは、図２等に示すように、同心円弧状の曲線に沿って平行に隙間なく配列されてフレネル形状を形成している。ここで、図３に示すように、当該同心円弧状の中心ＣＦは、主面１ａを周囲に延長した平面Ｈ１上にあり、投射光ＰＬの投射点ＳＳに対応するものとして、スクリーン１０の中心線である中心軸ＬＸ上に設定されている。つまり、投射点ＳＳから表示平面である主面１ａに対して垂直に下ろした線Ｌ１と平面Ｈ１との交点を交点ＳＸとすると、中心ＣＦと交点ＳＸとは、ともに中心軸ＬＸ上に配置されている。

また、光反射層２のうち、例えば図４に示すスクリーン１０の左右に関する中央部分において、隙間なく配列された各プリズム部分２ａの表面部分は、主面１ａよりも上方即ち＋Ｙ方向に傾いている面である第１傾斜面Ｓ１と、主面１ａよりも下方即ち−Ｙ方向に向けて傾いた面である第２傾斜面Ｓ２とで形成されている。各プリズム部分２ａが連続することで、各傾斜面Ｓ１，Ｓ２が交互に連なった状態となっている。これにより、複数のプリズム部分２ａは、当該中央部分での配列方向であるＹ方向について上端から下端までの全体として、断面鋸歯状となっている。さらに、光反射層２を構成する複数のプリズム部分２ａは、中心ＣＦを基準として同心円弧状に配列されているため、中心ＣＦを通る他の断面についても同様の形状を有している。つまり、複数のプリズム部分２ａは、スクリーン１０全体に亘って断面鋸歯状となっている。

両傾斜面Ｓ１，Ｓ２のうち第１傾斜面Ｓ１上には、アルミ蒸着等により光反射部ＰＰが形成されている。光反射部ＰＰの表面は、光を反射する反射面ＰＳとなっている。第１傾斜面Ｓ１の主面１ａに対する傾斜角度αは、光反射部ＰＰの傾き即ち反射面ＰＳの傾きを決定する。つまり、同心円弧状に配列される各プリズム部分２ａにおいて、傾斜角度αは、投射光ＰＬの入射角βの差に応じて異なるものとなっている。この場合、円弧状に形成される１つのプリズム部分２ａの反射面ＰＳに入射する投射光ＰＬは、略同一の入射角βを有する。傾斜角度αは、この入射角βに応じて設定されているので、当該プリズム部分２ａに直進して入射する投射光ＰＬは、スクリーン１０の中央側だけでなく周辺側で入射するものについても確実に略＋Ｚ側の特定方向に折り返される。以上のことは、全てのプリズム部分２ａについて同様である。つまり、すべての投射光ＰＬは、異方性光拡散層４等を通過する際にＹ方向に関して拡散されなければ、各プリズム部分２ａの反射面ＰＳによって確実に略＋Ｚ側の特定方向に折り返されるものとなっている。

以上のように、複数のプリズム部分２ａは、同心円弧状のフレネル形状を構成し、かつ、各反射面ＰＳの傾斜角度αが投射光ＰＬの入射角βに応じてそれぞれ調整されていることにより、いずれの角度で入射する投射光ＰＬについても、光制御層３及び異方性光拡散層４をＹ方向に関して直進する光については、正面側即ち略＋Ｚ側の特定方向を中心に確実に折り返すことが可能となっている。つまり、スクリーン１０は、中央側に入射する投射光ＰＬのみならず、大きく傾いて角度のある状態で周辺側に入射する投射光ＰＬについても、略正面側を中心として観察者ＥＹ側へ適切に射出させることができる。

なお、第２傾斜面Ｓ２である光吸収部ＡＳは、窓からの外光のような不要光を基板１側に通過させる。光吸収部ＡＳを通過した不要光は、基板１で吸収される。これにより、スクリーン１０は、コントラスト低下を抑制することができる。光吸収部ＡＳは、例えば黒色塗料の塗布等で形成されるものとでき、この場合、光吸収部ＡＳ自体によって入射する不要光を吸収することができる。このほか、例えば各プリズム部分２ａ及び基板１を光透過性樹脂とし、基板１の裏面側に黒色塗料を塗布するものとしてもよい。

異方性光拡散層４は、平準化層２ｂの表面２ｃ上に形成されている。異方性光拡散層４は、例えば２種以上の非相溶性の熱可塑性樹脂の混合物を溶融押し出し成型してなる連続相と分散相とを含む構造等で構成されるフィルム（詳しくは、特開２０１０−１７００７６号公報参照）のほか、種々の特殊なフィルムによって構成することができる。これにより、異方性光拡散層４は、基板１の主面１ａに平行な方向であるＸ方向及びＹ方向のうち主面１ａの法線方向（Ｚ方向）に対する左右方向（Ｘ方向）について、他の方向であるＹ方向よりも大きい拡散特性を示す。つまり、異方性光拡散層４において、光を拡散透過させる方向である異方性光拡散方向が、左右方向即ちＸ方向となっている。また、異方性光拡散層４に入射する光の入射角に対して、異方性光拡散層４が光拡散作用を示す角度範囲については、採用するフィルムの構造や材料を変えることで適宜調整が可能である。例えば、微細な表面構造を有する異方性拡散フィルムで異方性光拡散層４を構成することも可能である。ここでは、少なくとも、異方性光拡散層４に対して垂直或いはそれに近い状態で入射する光に対して、異方性光拡散層４がＸ方向について大きい拡散特性を示すものとする。異方性光拡散層４は、上記の拡散度に加え、透過度についても優れており、通過する投射光ＰＬの光量ロスが抑制される。また、異方性光拡散層４において、表面側即ち＋Ｚ側の表面４ｂは、表示平面である主面１ａに平行な面となっている。

光制御層３は、異方性光拡散層４の表面４ｂ上に形成されている。光制御層３は、特殊な高分子膜と透明プラスチック材料とを複合化することで構成され、内部に当該高分子膜と透明プラスチック材料とによる回折格子状の特異的な規則構造を有する。光制御層３は、光の入射する角度によって光の透過状態を拡散透過させるものとするか直進透過させるものとするかをドラスティックに変化させるという光学特性を有する（詳細については、特許文献１参照）。光制御層３は、光学特性として以上のような入射角選択性を有することにより、基板１の主面１ａに対する傾き（具体的には、主面１ａの法線方向に対するＹ方向の傾き）について、所望の範囲内の角度で入射する光を拡散透過させ、かつ、範囲外の角度で入射する光を直進透過させるものとなっている。つまり、光制御層３において、光を拡散透過させる方向である制御方向が、上下方向即ちＹ方向となっている。従って、光制御層３に設定された制御方向は、上記異方性光拡散層４に設定された異方性光拡散方向と直交している。なお、光制御層３において、表側即ち＋Ｚ側の表面３ｂは、表示平面である主面１ａに平行な面となっている。

保護層２０は、光制御層３の表面３ｂ上即ち＋Ｚ側に形成され、スクリーン１０の主要部をなす光反射層２、異方性光拡散層４及び光制御層３を保護している。なお、保護層２０が不要で省略される場合には、表面３ｂが、スクリーン１０の最表面となる。

〔Ｃ．スクリーンによる投射光の拡散反射の動作〕
以下、図４を用いてスクリーン１０による投射光ＰＬの拡散反射の動作の概要について説明する。

まず、スクリーン１０の中心軸ＬＸ上の位置において、法線ＺＸに対して＋Ｙ側から特定の入射角βで入射する投射光ＰＬは、保護層２０を通過し、さらに光制御層３においても、規定の範囲外の角度で入射する光として拡散されることなく直進透過する。次に、投射光ＰＬは、異方性光拡散層４を透過する。異方性光拡散層４での通過に際して、投射光ＰＬは、Ｙ方向についてはほとんど拡散されず、入射角が維持される。なお、異方性光拡散層４の通過に際して、投射光ＰＬは、Ｘ方向については異方性光拡散層４の拡散特性に応じた光拡散作用を受けつつ光反射層２の反射面ＰＳに入射する。ここで、反射面ＰＳは、主面１ａに対して、微小な傾斜角度αだけ＋Ｙ側を向くように傾いている。これにより、投射光ＰＬは、Ｙ方向についての入射角、又は傾斜角が変えられた反射光ＲＬとなって異方性光拡散層４に向けて折り返される。具体的には、反射光ＲＬは、Ｘ方向については多少拡散するが殆ど偏りがなく、Ｙ方向についてはわずかに上側に偏っている。つまり、反射光ＲＬは、異方性光拡散層４に略垂直に近い状態でＸ方向に多少の拡がりを持って入射する。この場合、反射光ＲＬは、異方性光拡散層４において拡散特性に応じた光拡散作用を受ける。つまり、Ｘ方向については、異方性光拡散層４が往路と復路とで都合２回に亘って光拡散作用をする。さらに、反射光ＲＬは、光制御層３に入射する。これにより、反射光ＲＬは、Ｙ方向について規定の範囲内の角度で入射する光として光制御層３を拡散透過する。つまり、反射光ＲＬは、Ｘ方向については異方性光拡散層４を通過することにより適度に拡散され、Ｙ方向については光制御層３を通過することにより適度に拡散された状態の投影画像光ＤＬとなって、スクリーン１０から略＋Ｚ方向の特定方向を中心として拡がりを持った状態で射出される。

〔Ｄ．異方性光拡散層及び光制御層の拡散特性〕
以下、図５（Ａ）及び５（Ｂ）等により、異方性光拡散層４の拡散特性と光制御層３の拡散特性とについて説明する。まず、図５（Ａ）は、異方性光拡散層４に用いる拡散フィルムの拡散特性を示すグラフであり、図中の曲線Ｘ１は、異方性光拡散方向であるＸ方向についての通過光の拡散特性を示し、曲線Ｙ１は、Ｙ方向についての通過光の拡散特性を示している。なお、図５（Ａ）では、グラフの横軸を通過光の拡散角度とし、縦軸を通過光の照度とすることで、通過光の拡散特性を示している。同様に、図５（Ｂ）は、光制御層３に用いる拡散フィルムの拡散特性を示すグラフであり、図中の曲線Ｘ２は、Ｘ方向についての通過光の拡散特性を示し、曲線Ｙ２は、制御方向であるＹ方向についての通過光の拡散特性を示している。異方性光拡散層４では、Ｘ方向については広く拡散させ、かつ、Ｙ方向についてはほとんど拡散させないという拡散の分布特性を有するものとなっている。これに対して、光制御層３では、Ｘ方向についてはほとんど拡散させず、かつ、Ｙ方向についてはある範囲では拡散させその範囲外ではほとんど拡散させないという拡散の分布特性を有するものとなっている。これにより、縦のＸ方向については、異方性光拡散層４により通過光である投射光ＰＬや反射光ＲＬをより広い角度範囲に適度に拡散させ、横のＹ方向については、光制御層３により反射光ＲＬをＸ方向についての拡散よりも狭い角度範囲に適度に拡散させるものとなっている。

また、上記のように、異方性光拡散層４によるＸ方向についての拡散特性と、光制御層３によるＹ方向についての拡散特性とは、性質の異なるものとなっている。これについてグラフの形状的な特徴で説明すると、異方性光拡散層４のＸ方向についての拡散強度を示す図５（Ａ）の曲線Ｘ１の形状は、拡散角度が比較的大きくなるに従って、徐々に拡散強度が減衰する裾の広い三角形状を有するものとなっている。これに対して、光制御層３のＹ方向についての拡散強度を示す図５（Ｂ）の曲線Ｙ２は、限定された拡散角度の範囲として±４０〜５０°前後の範囲においては、比較的高い拡散強度を示し、これよりも広い範囲において急激に拡散強度が下がっている。このため、曲線Ｙ２は、図５（Ａ）の曲線Ｘ１に比べて裾の狭い台形状を有するものとなっている。別の見方で表現すると、異方性光拡散層４に関する異方性光拡散方向についての拡散特性と、光制御層３に関する制御方向についての拡散特性とを比較した場合、異方性光拡散層４での拡散方向で観察される照度の拡散角度両端側における傾きが、光制御層３での拡散方向で観察される照度の拡散角度両端側における傾きよりも小さいものとなっている。

以上のように、スクリーン１０において、異方性光拡散層４と光制御層３とが、互いに直交する方向についてそれぞれ異なる特有の拡散特性を有することで、Ｘ方向即ち左右方向については徐々に減衰して広い範囲で拡散され、Ｙ方向即ち上下方向については限定された範囲内で比較的一様に拡散され、全体として適度な状態に拡散された反射光ＲＬが射出される。

以下、図５（Ａ）及び図６により、上記異方性光拡散層４の一例についてさらに詳しく説明する。図５（Ａ）を用いて説明したように、異方性光拡散層４は、異方性光拡散方向であるＸ方向について広く拡散させる性質を有する。特に、図５（Ａ）に示す特性を有する拡散フィルムをスクリーン１０に用いた場合、スクリーン１０は、図６のグラフに示すような反射照度分布のスクリーン照度を示す。つまり、この拡散フィルムを異方性光拡散層４として用いた場合、スクリーン１０の中心Ｏを基準として、異方性光拡散方向即ちＸ方向について拡散された光のスクリーン照度を、半値角度が６０°以上となるようにし、十分に広い視野角の投影画像が提供できる。

以下、図７により、スクリーン１０のうち光制御層３を中心に上記動作についてより詳しく説明する。ここで、図７は、一例として、スクリーン１０のうち、最も上方側即ち＋Ｙ側の部分について拡大した図である。つまり、図７は、図３の領域Ｐ１に対応しており、図７において、投射光ＰＬの入射角βは、入射角の最も小さいものを示している。

まず、光制御層３は、上記特性を有する拡散フィルムで構成されている。ここでは、第１の角度領域ωから入射した光を所望の範囲内の角度で入射する光として拡散透過させ、かつ、これ以外の範囲である第２の角度領域ηから入射した光を直進透過させる性質を有するものとする。第１の角度領域ωは、法線ＺＸの方向を基準の入射角０°として、Ｙ方向に関して例えば約３０°の角度範囲に亘っており、法線ＺＸを挟んで法線ＺＸから上方側即ち＋Ｙ側について角度ωＨまでの領域と、法線ＺＸから下方側即ち−Ｙ側について角度ωＬまでの領域とで構成されているものとする。この場合、角度ωＨが上方側についての拡散透過させる範囲の臨界角度を示し、角度ωＬが下方側についての拡散透過させる範囲の臨界角度を示すものとなる。なお、ここでは、法線ＺＸの方向を基準となる入射角０°として＋Ｙ側を正の角度、−Ｙ側を負の角度とする。

以上のような光制御層３に対し、投射光ＰＬの入射角βの値は、第１の角度領域ωのうち法線ＺＸよりも＋Ｙ側の臨界角度ωＨより角度εだけ大きいものとなっている。つまり、入射角βは、第１の角度領域ωの外側の第２の角度領域η内となっている。これにより、入射時における投射光ＰＬは、光制御層３において拡散されることなく直進透過して、光反射層２に向かうものとなる。この場合、投射光ＰＬは、光制御層３を通過した後においても拡散していないので、屈折により角度の変化はあっても、角度分布の広がりを持つことなく光反射層２に入射するので、投射光ＰＬの反射面ＰＳでの反射角度は、設計通りの比較的正確なものとなる。ここで、角度εは５°以上としている。つまり、投射光ＰＬのうち角度範囲の下限である入射角βの値が、第１の角度領域ωの上限である臨界角度ωＨの値より５°以上大きいものとなっている。これにより、第１の角度領域ωの臨界角度ωＨに対して十分なマージンを有し、光制御層３への外部からの通過時において、拡散されることなく、確実に直進透過するものとなる。光制御層３を経た投射光ＰＬは、光反射層２の反射面ＰＳにおいて、反射面ＰＳにより方向を変えられて光制御層３側に折り返される。この際、反射面ＰＳが表示平面に対して傾斜角度αだけ傾いている、つまり、反射面ＰＳの法線ＱＸの方向が法線ＺＸの方向に対して＋Ｚ方向を基準として時計回りの方向に角度αだけ傾いている。この傾斜角度αが入射角βと第１の角度領域ω即ち光制御層３の入射角選択性とに対応して定められていることで、投射光ＰＬを折り返した成分である反射光ＲＬは、法線ＺＸに対して＋Ｚ方向を基準として時計回りの方向に角度γだけ傾いた状態となる。つまり、反射光ＲＬは、光制御層３に対して入射角γで入射する。ここでは、入射角γは、傾斜角度αの調整により、第１の角度領域ωのうち法線ＺＸよりも＋Ｙ側の臨界角度ωＨより角度δだけ小さい即ち内側にあるものとなっている。角度δを５°以上に保つことにより、第１の角度領域ωの臨界角度ωＨに対して十分なマージンを有し、反射光ＲＬは、光制御層３の通過時において拡散透過して正面側即ち略＋Ｚ側に射出される。つまり、投影画像光ＤＬ（図４参照）が、入射角γによる影響の分だけ＋Ｚ方向からわずかに傾いた特定方向を中心として適度に拡散された状態で射出される。

以上では、投射光ＰＬのうち入射角βが最も小さい場合、例えば図３において投射光ＰＬの入射角βが最も小さいスクリーン１０の上方の領域Ｐ１に入射する場合について説明したが、これよりも大きい入射角βの投射光ＰＬが入射する領域Ｐ２や領域Ｐ３においても、投射光ＰＬの入射角βは、いずれも光制御層３の第１の角度領域ω（図７参照）の外側となる入射角で入射するものとなる。つまり、第１の角度領域ωは、投射点ＳＳから光制御層３に入射する角度範囲で射出されるすべての投射光ＰＬについて直進透過させるものとなるように設定されていることになる。さらに、各投射光ＰＬは、同心円弧状に形成される各プリズム部分２ａに対して、同じ入射角又は略同じ入射角を有するため、スクリーン１０の中央側だけでなく周辺側においても、同様に第１の角度領域ωの外側となる入射角で入射するものとなる。以上により、光制御層３を経て光反射層２に入射した各投射光ＰＬは、拡散することなく角度分布の広がりが抑えられ、異方性光拡散層４を経てそれぞれ対応する反射面ＰＳで比較的正確な角度で折り返される。領域Ｐ２，Ｐ３においても、各反射面ＰＳの傾斜角度αが入射する投射光ＰＬの入射角βに応じてそれぞれ調整されている。これにより、各反射光ＲＬは、再び異方性光拡散層４を経て光制御層３においてＹ方向について拡散透過して射出される。

以上のように、スクリーン１０において、異方性光拡散層４が通過する光を異方性光拡散方向（Ｘ方向）について拡散する性質を有し、光制御層３が通過する光を異方性光拡散方向と異なる方向である制御方向（Ｙ方向）について拡散する性質を有する。これにより、投射光ＰＬを上下方向と左右方向とについて必要に応じてそれぞれ適度に拡散した状態の射出光として射出させることができる。具体的には、図８（Ａ）に示すように、例えば入射角β≒４０°で入射する光は、観察者に見立てた＋Ｚ側又は略＋Ｚ側に位置する受光器ＲＰにおいて、図８（Ｂ）に示すような良好な拡散状態の光として確認される。

また、図８（Ａ）等に示すように、スクリーン１０は、光反射層２において傾斜角度αを調整することで、投射光ＰＬの入射角βよりも小さい入射角で窓等から入射する不要光である外光ＯＬを分離して処理することができる。具体的には、例えば図７において、外光ＯＬは、スクリーン１０に対して略垂直な入射角β２で入射する。この場合、外光ＯＬは、第１の角度領域ω内の入射角で入射することになるため、拡散透過する。これに対して、反射部ＰＰが拡散した外光ＯＬを＋Ｙ側の第２の角度領域ηの角度となる方向に折り返すように各プリズム部分２ａの傾斜角度αが設定されている。これにより、外光ＯＬは、＋Ｙ側へ除去され、受光器ＲＰ側に向かわないものとなる。結果として、スクリーン１０は、外光ＯＬを反射光ＲＬから分離でき、比較的コントラストの高いものとなる。以上から、上記のような外光ＯＬは、図８（Ｃ）に示すように、観察者に見立てた受光器ＲＰにおいてほとんど確認されないものとなっている。

以上のように、本実施形態に係るスクリーン１０では、異方性光拡散層４が、異方性光拡散方向であるＸ方向について投射光ＰＬ或いはこれを折り返した反射光ＲＬを拡散する性質を有し、光制御層３は、制御方向であるＹ方向について反射光ＲＬを拡散する性質を有する。この際、反射光ＲＬに対する拡散特性について、異方性光拡散層４の拡散角度両端側における傾きが光制御層３の拡散角度両端側における傾きよりも小さいものとなっている。つまり、異方性光拡散層４による拡散のほうがより広範囲のものとなっている。これにより、異方性光拡散層４と光制御層３とを組み合わせた比較的簡易な構造で、Ｘ方向及びＹ方向について反射光ＲＬを必要に応じてそれぞれ適度に拡散した状態にすることができ、特に観察者ＥＹにとって左右方向であるＸ方向について視野角を広くすることができる。また、光反射層２が、断面鋸歯状である複数のプリズム部分２ａに光反射部ＰＰを有することで、投射光ＰＬを確実に拡散させる所望の角度の反射光ＲＬとして折り返すことで、適度な拡散状態を確保し、輝度又は照度ムラの抑制された明るい投影画像を映し出すことができる。

また、複数のプリズム部分２ａが、入射する投射光ＰＬに対応して基板１上において同心円弧状に配列されているので、入射した投射光ＰＬが大きく傾いていても、これを表示平面である基板１の主面１ａを基準として正面側即ち＋Ｚ側に反射光ＲＬとして折り返すことができる。これにより、投射光ＰＬを折り返して得られた反射光ＲＬの傾き即ち光制御層３への入射角γの値を第１の角度領域ω内のものとすることができる。

また、上記において、光制御層３の第１の角度領域ω即ち臨界角度ωＨ，ωＬの値は、傾斜角度α等について投射光ＲＬを規定値内に確保できる範囲において適宜調整してもよく、例えば、法線ＺＸについてＹ方向に正確に対称とすることも可能である。上記の例では、外光との分離性をより高める等のために、略＋Ｚ側で＋Ｚ方向から＋Ｙ方向に数度の傾きを設けた特定方向を中心に光を射出させＹ方向に略対称のものとしている。しかし、本実施形態では、これに限らず、例えば、＋Ｙ側の臨界角度ωＨの値と−Ｙ側の臨界角度ωＬの値とが等しくなるようにして、第１の角度領域ωを設定することも可能である。この場合、真正面即ち正確な＋Ｚ方向を基準とする拡散分布を持った状態にある投影画像光ＤＬを射出できる。

また、図３等では、中心ＣＦと交点ＳＸとは、中心軸ＬＸ上において離間した状態のものを示している。この距離は、図１のようにプロジェクター５０を設置する環境等に対応するためのマージンに相当し、ある程度の範囲を許容している。ただし、中心ＣＦと交点ＳＸとを一致させることができれば、そのような配置としてもよい。この場合、投射光ＰＬの入射角βとスクリーン１０の各光反射層２の傾斜角度αとの関係が最適化され、投射光ＰＬをより確実に観察者ＥＹのいる正面側即ち略＋Ｚ側へ折り返すことができる。

また、光反射層２において、円弧状に沿って配列される複数のプリズム部分２ａの曲率半径を必要により適宜調整して、複数の光反射部ＰＰの各反射面ＰＳの傾きのスクリーン１０内における分布を調整してもよい。一般に、フレネルプリズム反射面の収差の影響は、スクリーンの周辺側ほど受けやすい。このため、スクリーン１０においても、周辺側において入射角γの角度のズレが生じやすいが、曲率半径を調整することで、このずれを補正することができる。

また、上記では、光制御層３による上下方向の光拡散用の機能をより正確なものとするために、光反射層２上に異方性光拡散層４を形成し、異方性光拡散層４上に光制御層３を形成する構成としているが、光制御層３の機能が確保されれば、異方性光拡散層４と光制御層３とを入れ替えて光反射層２上に光制御層３を形成し、光制御層３上に異方性光拡散層４を形成する構成としてもよい。

なお、詳しい説明を省略するが、プロジェクター５０を室内の床側に設置して下方からの近接投射とする場合にも、同様の投射システム１００を構成することが可能である。

〔第２実施形態〕
以下、図９（Ａ）及び９（Ｂ）により、第２実施形態に係るスクリーンについて説明する。なお、本実施形態に係る投射システムは、第１実施形態の投射システム１００の変形例であるので、スクリーンの構造についてのみ説明し、全体の図示を省略する。

図９（Ａ）に示すように、本実施形態に係るスクリーン１１０は、基板１と、光反射層２と、異方性光拡散層１０４と、光制御層３と、保護層２０とを備える。このうち、異方性光拡散層１０４は、第１拡散フィルム１０４ａと、第２拡散フィルム１０４ｂとにより構成されている。各拡散フィルム１０４ａ，１０４ｂは、ともに図４等に示すスクリーン１０の異方性光拡散層４に用いる拡散フィルムと同一素材である。つまり、スクリーン１１０は、当該拡散フィルムを複数枚（図の例では２枚）重ねて構成される点において、スクリーン１０と異なっている。

図９（Ｂ）は、拡散フィルムが２枚の場合の拡散特性と、拡散フィルムが１枚の場合の拡散特性とを比較するためのグラフである。図中の曲線ＺＺは、本実施形態の異方性光拡散層１０４として用いる拡散フィルムが２枚の場合の通過光の拡散特性を示し、曲線ＺＡは、拡散フィルムが１枚の場合の通過光の拡散特性を示している。つまり、曲線ＺＡは、図５（Ａ）での図中の曲線Ｘ１に対応するものである。なお、グラフは、横軸を拡散角度とし、縦軸を照度としているが、縦軸については、各場合のピークの値を１としたときの相対的な照度を示すものである。

グラフから明らかなように、拡散フィルムを２枚にすることで、１枚構成の場合に比べて拡散角度の広がりに伴う照度の低下を抑制することができる。これにより、Ｘ方向についてより広い範囲に拡散させることができる。なお、以上では拡散フィルムを２枚としているが、３枚以上の構成としてもよい。

以上のように、本実施形態においても、スクリーン１１０は、異方性光拡散層１０４と光制御層３とを有することで、投射光ＰＬを上下方向と左右方向とについて必要に応じてそれぞれ適度に拡散し、特に左右方向について視野角が広い射出光として射出させることができる。

〔第３実施形態〕
以下、図１０（Ａ）及び１０（Ｂ）により、第３実施形態に係るスクリーンについて説明する。なお、本実施形態のスクリーン構造は、第１実施形態におけるスクリーン１０において異方性光拡散層４に用いる拡散フィルムの材料を除いて同様の構造を有し、本実施形態に係る投射システムは、第１実施形態の投射システム１００の変形例であるので、スクリーンにおける当該拡散フィルムの性質についてのみ説明し、全体の図示を省略する。

図１０（Ａ）は、本実施形態において異方性光拡散層に用いる拡散フィルムの拡散特性を示すグラフであり、図中の曲線ＸＸ１は、異方性光拡散方向であるＸ方向についての通過光の拡散特性を示し、曲線ＹＹ１は、Ｙ方向についての通過光の拡散特性を示している。図５（Ａ）に示す異方性光拡散層４に用いる拡散フィルムと同様に、曲線ＸＸ１で示されるようにＸ方向については広く拡散させ、かつ、曲線ＹＹ１で示されるようにＹ方向についてはほとんど拡散させないという拡散特性を有しており、曲線ＸＸ１は、拡散角度が比較的大きくなるに従って、徐々に拡散強度が減衰する裾の広い三角形状を有するものとなっている。ただし、本実施形態に用いる拡散フィルムは、図５（Ａ）に示す特性の拡散フィルムと比較すると、三角形状の傾斜はやや急峻なものとなっている。また、この場合、スクリーンは、図１０（Ｂ）に示すような反射照度分布のスクリーン照度を示す。つまり、この拡散フィルムを異方性光拡散層として用いた場合、異方性光拡散方向即ちＸ方向について拡散された光のスクリーン照度を、半値角度が２５°以下となるように変化させることができる。この場合、Ｘ方向について拡散により広げられた視野角の角度内について明るい画像投影が可能となる。

〔その他〕
以上各実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

上記では、光反射層２において、複数のプリズム部分２ａは、同心円弧状に隙間なく配列されフレネル形状を有するものとしているが、投射光ＰＬを確実に正面側に折り返すものであれば、複数のプリズム部分２ａの配列や形状は、これに限らず、例えば同心円弧を変形した楕円状の曲線に沿って平行に配列されるものであってもよい。また、各プリズム部分２ａも輪帯状のもの以外でもよく、例えば複数のブロック状のプリズムを同心円弧状の曲線に沿って並べることで、１つのプリズム部分としての機能を持たせる構成としてもよい。

また、上記では、投射光ＰＬを正面側あるいは略正面側に観察者がいることを想定しているため、折り返すべき方向についても正面側あるいは略正面側としているが、観察者が正面側以外に位置にいる場合には、これに応じて投射光ＰＬを折り返す方向を適宜変更できる。

また、上記では、スクリーン１０において、基板１の主面１ａ上に複数のプリズム部分２ａを設ける構成としているが、例えばプレス加工等により基板１と複数のプリズム部分２ａとを一体的に成形することもできる。

また、上記では、基準となる表示平面を主面１ａとしているが、例えば光反射層２の表面２ｃ等を表示平面としてもよい。

１０、１１０…スクリーン、 １、１０１…スクリーン基板、 ２…光反射層、 ２ａ…プリズム部分、 ２ｂ…平準化層、 ３…光制御層、 ２０…保護層、 ＰＰ…光反射部、 ＰＳ…光反射面、 ＡＳ…光吸収部、 ５０…プロジェクター、 １００…投射システム、 ＰＬ…投射光

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板の主面上に配列されるように形成され、当該配列される方向について断面鋸歯状である複数のプリズム部分と、前記複数のプリズム部分の表面部分にそれぞれ形成される複数の光反射部とを有する光反射層と、
   前記光反射層の表面側に形成され、前記基板の主面に平行な方向のうち左右方向について上下方向よりも大きい拡散特性を示す異方性光拡散層と、
   前記光反射層の表面側に形成され、前記基板の主面に平行な方向のうち前記上下方向について前記左右方向よりも大きい拡散特性を示し、前記上下方向について前記基板の主面に対する傾きが所定範囲内にある第１の角度領域から入射した光を拡散透過させ、かつ、所定範囲外にある第２の角度領域から入射した光を直進透過させる光制御層と、
   を備えるスクリーンであって、
   前記異方性光拡散層に関する前記左右方向についての拡散特性と、前記光制御層に関する前記上下方向についての拡散特性とを比較した場合、前記異方性光拡散層に関する通過光の前記左右方向において拡散強度が低下する拡散角度範囲の両端側における拡散強度の傾きが、前記光制御層に関する通過光の前記上下方向において拡散強度が低下する拡散角度範囲の両端側における拡散強度の傾きよりも小さい、スクリーン。
2. 前記異方性光拡散層は、前記左右方向について拡散された光のスクリーン照度を、半値角度が６０°以上となるように変化させる特性を有する拡散フィルムで構成される、請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記異方性光拡散層は、前記拡散フィルムを複数枚重ねて構成される、請求項２に記載のスクリーン。
4. 前記異方性光拡散層は、前記左右方向について拡散された光のスクリーン照度を、半値角度が２５°以下となるように変化させる特性を有する拡散フィルムで構成される、請求項１に記載のスクリーン。
5. 前記光制御層は、前記異方性光拡散層の前面側に形成される、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のスクリーン。
6. 前記光反射層において、前記複数のプリズム部分は、前記基板の主面に平行な表示平面に対して所定の角度範囲で入射する投射光に対応して曲線に沿って平行に配列される、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のスクリーン。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のスクリーンと、
   投影画像となる投射光を前記スクリーン上に投射する画像投射装置と、
   を備える投射システム。

Images