JP5776479B2

JP5776479B2 - 拡散スクリーン及び水平視差スクリーン

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Publication number: JP5776479B2
Application number: JP2011222459A
Authority: JP
Inventors: 境　雅久; 雅久境
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-10-07
Also published as: JP2013083733A

Description

本発明は、裸眼立体表示装置に用いる拡散スクリーン及び水平視差スクリーンに関する。

近年になって立体（三次元）映像が普及し始めている。立体映像を表示する立体表示装置には特殊な眼鏡を用いて立体映像を視認させる眼鏡式立体表示装置と、特殊な眼鏡を用いず裸眼で立体映像を視認させる裸眼立体表示装置とがある。裸眼立体表示装置における課題は立体像の解像度と視域の両立である。視域とは、立体像を回り込んで観察することができる範囲のことであり、二次元映像における視野角に相当する。

特許文献１には、立体像の解像度と視域とを向上させた裸眼立体表示装置が記載されている。特許文献１に記載されている裸眼立体表示装置においては、複数のプロジェクタから投射された映像を水平視差スクリーンに投影することによって立体映像を実現している。

特開２００７−３０９９７５号公報

水平視差スクリーンは、プロジェクタから発せられた光を垂直方向には広角に拡散させ、水平方向には微拡散させる異方性を有する拡散スクリーンと、拡散スクリーンによって拡散された光が入射されるレンズとを備えて構成される。拡散スクリーンには、例えば厚さ0.25mm程度の薄い拡散フィルムが用いられる。拡散フィルムは製造上の限界から製作できる最大サイズに制約がある。従って、例えばアスペクト比１６：９の１００インチを超えるような大型の拡散スクリーン（水平視差スクリーン）を実現することは困難である。

そこで、複数枚の拡散フィルムを用いて大型の拡散スクリーン（水平視差スクリーン）を構成することが考えられる。しかしながら、複数枚の拡散フィルムを用いた場合には、設置環境温度によって拡散スクリーンが伸縮するので、隣接する拡散フィルムが干渉したり、隙間が発生して映像が劣化したりするという不具合を招くことになる。

本発明はこのような課題に着目し、複数枚の拡散フィルムを用いて拡散スクリーンを構成した場合に、拡散スクリーンの伸縮に起因する不具合を招くことがなく、大型の拡散スクリーンや水平視差スクリーンを実現することができる拡散スクリーン及び水平視差スクリーンを提供することを目的とする。

本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、透明基材と、前記透明基材上に複数枚配置され、入射された投射光を拡散させて、前記透明基材側へと進行させるための凹凸が表面に形成された複数の第１の拡散フィルムよりなり、隣接する２枚の前記第１の拡散フィルム間に所定の隙間を設けて前記透明基材上に前記複数の第１の拡散フィルムを貼り付けた第１の拡散部と、前記複数の第１の拡散フィルムにおける前記隙間側の端部から、それぞれ所定の距離の範囲で、前記第１の拡散フィルムの凹凸が存在しない状態と等価となるよう、前記凹凸における凹部に充填された充填物質と、入射された投射光を拡散させて、前記透明基材側へと進行させるための凹凸が表面に形成され、隣接する２枚の前記第１の拡散フィルムにおける一方の第１の拡散フィルムの前記隙間側の端部から前記所定の距離の位置と、他方の第１の拡散フィルムの前記隙間側の端部から前記所定の距離の位置との間の幅を有する第２の拡散フィルムよりなり、前記凹部に前記充填物質が充填された状態の前記第１の拡散フィルム上に前記隙間を覆うように前記第２の拡散フィルムを貼り付けた第２の拡散部とを備えることを特徴とする拡散スクリーンを提供する。

上記の拡散スクリーンにおいて、前記充填物質は、前記第１の拡散フィルムと前記第２の拡散フィルムとを接着する接着剤とすることが好ましい。

上記の拡散スクリーンにおいて、前記充填物質は、前記第１の拡散フィルムの凹凸における凹部に充填された充填剤であり、前記凹部に前記充填剤が充填された状態の前記第１の拡散フィルムと前記第２の拡散フィルムとを接着剤によって接着していることが好ましい。

上記の拡散スクリーンにおいて、前記第１及び第２の拡散フィルムは、投射光の水平方向の拡散角度と垂直方向の拡散角度とが異なる拡散角度の異方性を有することが好ましい。

また、本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、以上のいずれかの構成の拡散スクリーンと、前記拡散スクリーンによって拡散された投射光が入射されるレンズとを備えることを特徴とする水平視差スクリーンを提供する。

本発明の拡散スクリーン及び水平視差スクリーンによれば、複数枚の拡散フィルムを用いて拡散スクリーンを構成した場合に、拡散スクリーンの伸縮に起因する不具合を招くことがなく、大型の拡散スクリーンや水平視差スクリーンを実現することが可能となる。

本発明の拡散スクリーン及び水平視差スクリーンの一実施形態を示す平面図である。本発明の拡散スクリーン及び水平視差スクリーンの一実施形態を示す断面図である。水平視差スクリーンを用いた裸眼立体表示装置の概略構成を示す図である。図３におけるプロジェクタの詳細な配置を説明するための図である。実施例１を示す部分側面図である。実施例２を示す部分側面図である。実施例２の製造方法を説明するための部分側面図である。

以下、本発明の拡散スクリーン及び水平視差スクリーンの一実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１及び図２を用いて拡散スクリーン及び水平視差スクリーンの一実施形態を説明する前に、図３及び図４を用いて水平視差スクリーンを用いた裸眼立体表示装置の概略構成について説明する。

図３において、投射部５０は複数のプロジェクタＰＪを備える。プロジェクタＰＪは水平方向及び垂直方向に並べて配置されている。投射部５０の各プロジェクタＰＪから発せられた映像光（投射光）は、水平視差スクリーン３０に投射される。各プロジェクタＰＪから発せられる映像は互いに異なる水平視差映像である。水平視差スクリーン３０は、入射された投射光を垂直方向には拡散させ、水平方向には微拡散させることによって立体映像を空間に表示する。

複数のプロジェクタＰＪは厳密には図４に示すように配置される。プロジェクタＰＪは所定の大きさを有するため図３に示すようには配置できないため、図４に示すように垂直方向にずらしながら、水平方向に距離ｈとなるように等間隔に並べて配置する。水平視差スクリーン３０は後述のように拡散スクリーン１０を備える。拡散スクリーン１０は、異なる位置に配置されたプロジェクタＰＪから投射された互いに異なる視差映像を水平方向に分離する。垂直方向では観察する高さにかかわらず、同様の水平視差を有する立体映像となる。

図１及び図２を用いて、拡散スクリーン及び水平視差スクリーンの一実施形態について説明する。図１に示すように、水平視差スクリーン３０は、入射された視差映像を垂直方向に広角に拡散させ、水平方向に微拡散させて分離する異方性の拡散特性を有する拡散スクリーン１０と、拡散スクリーン１０で拡散された光を観察者側に収束させると共に視域を拡大させるフレネルレンズ２０とを備える。拡散スクリーン１０は、拡散フィルム１１，１２と、例えばアクリルよりなる透明基材１３と、グレーフィルム１４と、反射防止フィルム１５とを備える。図１では理解を容易にするために、それぞれの部材をずらした状態で示しているが、実際には図２に示すように積層されている。

図１，図２に示す水平視差スクリーン３０は、例えばアスペクト比１６：９の２００インチ、水平方向4428mm、垂直方向2491mmの大きさである。拡散フィルム１１，１２は例えば厚さ0.25mm程度であり、拡散フィルム１１，１２単体では平面度のよいスクリーンを構成することはできない。そこで、拡散フィルム１１を透明基材１３上に接着剤（図示せず）によって貼り付けている。図１，図２に示す例では、３枚の拡散フィルム１１を互いに所定の隙間１１ｇを設けて透明基材１３上に貼り付けている。隙間１１ｇの間隔は例えば1mmである。

拡散スクリーン１０（特に透明基材１３）は設置環境温度によって伸縮する。隙間１１ｇを設けないとすると、隣接する拡散フィルム１１が干渉して、拡散フィルム１１の端面が破損したり、拡散フィルム１１が透明基材１３から剥がれたりするおそれがある。そこで、透明基材１３が伸縮しても隣接する拡散フィルム１１が互いに干渉することがない程度の隙間１１ｇを設けている。

隙間１１ｇの間隔は0.1〜2mmの範囲とすればよい。設置環境温度を一定に保つことを前提とすれば、隙間１１ｇの間隔を0mmより大きく1mm以下としてもよい。隙間１１ｇの間隔は狭い方がよいので、設置環境温度等を考慮して最小の間隔とすることが好ましい。図１，図２の構成例では、３枚の拡散フィルム１１が第１の拡散部を構成している。

拡散フィルム１１上には、隙間１１ｇを覆うように、ここでは図示していない接着剤によって拡散フィルム１２を貼り付けている。拡散フィルム１２を貼り付けず、隙間１１ｇが露出していると、隙間１１ｇは拡散機能を持たないため、隙間１１ｇの部分は拡散フィルム１１を透過して拡散された視差映像と比較してはるかに高い輝度となってしまう。従って、立体映像の画質劣化を招くこととなる。隙間１１ｇを覆うように貼り付けた拡散フィルム１２は、このような不具合を防止する。

図１，図２の構成例では、２枚の拡散フィルム１２が第２の拡散部を構成している。

図３で説明した投射部５０からの投射光は、図１における手前側から、図２における左側から入射される。拡散フィルム１１，１２の光の入射面は、後述するように、数μm程度の微細な凹凸を有する拡散面となっている。拡散フィルム１１，１２は例えばポリカーボネイト，ポリエステル，アクリル等の透明材料によって形成され、厚さは数十〜数百μmである。拡散フィルム１１，１２の平行入射光に対する水平方向の拡散角度は半値全角で0.1〜5度、垂直方向の拡散角度は半値全角で20〜60度であり、拡散角度の異方性を有する。

透明基材１３の裏面に貼り付けられているグレーフィルム１４は、コントラストを改善するよう明るさを低減させるために設けられている。グレーフィルム１４の裏面に貼り付けられている反射防止フィルム１５は光の反射を防止するために設けられている。グレーフィルム１４と反射防止フィルム１５は拡散スクリーン１０（水平視差スクリーン３０）の性能を向上させるために適宜に用いられているものである。

次に、拡散フィルム１２を拡散フィルム１１上に貼り付ける際の具体的な実施例について順に説明する。

図５を用いて実施例１について説明する。図５に示すように、拡散フィルム１２は接着剤４０によって拡散フィルム１１上に隙間１１ｇを覆うように貼り付けられている。接着剤４０は拡散フィルム１１表面に形成されている凹凸の凹部内に充填されている。接着剤４０は充填物質の一例である。接着剤４０は気泡が残らないよう、少なくとも目視で確認できる例えば直径100μm以上の気泡が残らないように拡散フィルム１１上に塗布されている。接着剤４０は投射光の光量を低下させないよう十分な透明性を有しており、例えば90％以上の透明性を有する。

ところで、拡散フィルム１１，１２や透明基材１３の材料であるポリカーボネイトの屈折率は1.585、ポリエステルの屈折率は1.53、アクリルの屈折率は1.49である。そこで、接着剤４０としては、拡散フィルム１１，１２や透明基材１３の材料の屈折率に近い屈折率を有するものを用いる。接着剤４０の屈折率は例えば1.47，1.48，1.49のいずれかであり、1.4〜1.6であることが好ましい。

接着剤４０の厚さは拡散フィルム１１表面の凹凸を覆ってしまうよう、例えば50μmまたは100μmであり、20〜100μmであることが好ましい。これによって、接着剤４０が接着している部分では拡散フィルム１１表面の凹凸は実質的に存在しない状態と等価となる。接着剤４０の接着力は例えば4.5N/cmまたは5N/cmであり、4〜5N/cmであることが好ましい。接着剤４０の貯蔵弾性率は例えば1.0×10^５Paであり、1×10^５〜3×10^５Paであることが好ましい。

図５に示すように、投射部５０からの投射光Ｌｅが拡散フィルム１１に入射すると、投射光Ｌｅは拡散フィルム１１表面の凹凸によって拡散されて拡散光Ｌdfとなって透明基材１３側へと進行していく。この際、拡散フィルム１１は異方性の拡散角度を有するので、拡散スクリーン１０（水平視差スクリーン３０）の水平方向と垂直方向とで異なる角度で拡散される。

投射光Ｌｅが拡散フィルム１２に入射すると、投射光Ｌｅは表面の凹凸によって拡散されて拡散光Ｌdfとなって接着剤４０側へと進行していく。拡散フィルム１１の表面では凹凸が接着剤４０によって埋められて凹凸が実質的に存在していない状態と等価であるので、拡散フィルム１１の表面では拡散光Ｌdfがさらに拡散されることはなく、非拡散光Ｌndfとして透明基材１３側へと進行していく。非拡散光Ｌndfは、拡散光Ｌdfとほぼ同一の拡散特性となる。従って、投射光Ｌｅが拡散フィルム１１に入射した場合でも拡散フィルム１２に入射した場合でも透明基材１３より拡散光Ｌdfが射出されることになる。

特に図示しないが、図５において、仮に接着剤４０が拡散フィルム１１表面の凹凸を埋めていなければ、拡散フィルム１１に入射された拡散光Ｌdfは拡散フィルム１１でさらに拡散されてしまう。すると、拡散フィルム１２及び拡散フィルム１１の双方で拡散された拡散光は拡散フィルム１１のみ拡散された拡散光Ｌdfよりも拡散角度が大きくなる。従って、観察者へ到達する光量が大幅に減少し、部分的に輝度が低下して立体映像の画質劣化を招いてしまう。

実施例１によれば、このような不具合がなく、画像劣化のない高画質な立体映像を表示することが可能な拡散スクリーン１０（水平視差スクリーン３０）を実現することができる。

図６を用いて実施例２について説明する。図６において、図５と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。図６に示すように、充填剤４１は、拡散フィルム１１表面の凹凸の凹部内に充填されている。充填剤４１は充填物質の他の例である。凹凸を充填剤４１によって埋めることによって、拡散フィルム１２を接着剤４０によって拡散フィルム１１に貼り付ける部分では凹凸が実質的に存在していない状態と等価となっている。

拡散フィルム１１表面の凹凸が微細または急峻で深い場合には、接着剤４０のみでは接着剤４０を凹部内に十分に充填させて空気層を除去することができない場合がある。拡散フィルム１１表面の凹凸を粘性と透明性を有する充填材４１によって埋めることによって空気層または気泡による屈折率の変化を大幅に低減させることができる。

図６においても、投射光Ｌｅが拡散フィルム１２に入射すると、投射光Ｌｅは表面の凹凸によって拡散されて拡散光Ｌdfとなって接着剤４０側へと進行していく。拡散フィルム１１の表面では凹凸が充填材４１によって埋められて凹凸が実質的に存在していない状態と等価であるので、拡散フィルム１１の表面では拡散光Ｌdfがさらに拡散されることはなく、非拡散光Ｌndfとして透明基材１３側へと進行していく。非拡散光Ｌndfは、拡散光Ｌdfとほぼ同一の拡散特性となる。従って、投射光Ｌｅが拡散フィルム１１に入射した場合でも拡散フィルム１２に入射した場合でも透明基材１３より拡散光Ｌdfが射出されることになる。

充填材４１としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンやハイロドフルオロエーテル等のフッ素樹脂、フッ素液体、フッ素油を用いることができる。充填材４１は投射光の光量を低下させないよう十分な透明性を有しており、例えば90％以上の透明性を有する。また、充填材４１としては、拡散フィルム１１，１２の材料であるポリカーボネイト，ポリエステル，アクリルに対して化学反応を起こすことなく安定的で、かつ高温状態または長期塗布状態においても蒸発損失が少ない材料を選択する。これによって、拡散フィルム１１，１２や接着剤４０に悪影響を与えることがない。

充填材４１としては、拡散フィルム１１，１２や透明基材１３の材料の屈折率に近い屈折率を有するものを用いる。充填材４１の屈折率は例えば1.35または1.36であり、1.3〜1.6であることが好ましい。

図７を用いて実施例２の製造方法について説明する。図７（Ａ）に示すように、拡散フィルム１１の表面に充填材４１を塗布する。次に、図７（Ｂ）に示すように、充填材４１が拡散フィルム１１表面の凹凸の凹部内に充填されている状態を維持したまま、余分な充填材４１を除去する。例えば充填材４１を拭き取ることによって余分な充填材４１を除去すればよい。充填材４１は拡散フィルム１１の材料に対して化学反応を起こさないので、余分な充填材４１を除去することは容易である。

そして、図７（Ｃ）に示すように、充填材４１で埋められた拡散フィルム１１上に接着剤４０を介して拡散フィルム１２を貼り付ける。

本発明は以上説明した実施形態（実施例１，２）に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。拡散フィルム１１，１２の枚数は拡散スクリーン１０（水平視差スクリーン３０）の大きさに応じた枚数とすればよい。本発明は、図１，図２の構成例のように、拡散フィルム１１が３枚、拡散フィルム１２が２枚の構成に限定されるものではない。

１０拡散スクリーン
１１，１２拡散フィルム
１１ｇ隙間
１３透明基材
１４グレーフィルム
１５反射防止フィルム
２０フレネルレンズ
３０水平視差スクリーン
４０接着剤（充填物質）
４１充填剤（充填物質）

Claims

透明基材と、
前記透明基材上に複数枚配置され、入射された投射光を拡散させて、前記透明基材側へと進行させるための凹凸が表面に形成された複数の第１の拡散フィルムよりなり、隣接する２枚の前記第１の拡散フィルム間に所定の隙間を設けて前記透明基材上に前記複数の第１の拡散フィルムを貼り付けた第１の拡散部と、
前記複数の第１の拡散フィルムにおける前記隙間側の端部から、それぞれ所定の距離の範囲で、前記第１の拡散フィルムの凹凸が存在しない状態と等価となるよう、前記凹凸における凹部に充填された充填物質と、
入射された投射光を拡散させて、前記透明基材側へと進行させるための凹凸が表面に形成され、隣接する２枚の前記第１の拡散フィルムにおける一方の第１の拡散フィルムの前記隙間側の端部から前記所定の距離の位置と、他方の第１の拡散フィルムの前記隙間側の端部から前記所定の距離の位置との間の幅を有する第２の拡散フィルムよりなり、前記凹部に前記充填物質が充填された状態の前記第１の拡散フィルム上に前記隙間を覆うように前記第２の拡散フィルムを貼り付けた第２の拡散部と、
を備えることを特徴とする拡散スクリーン。
前記充填物質は、前記第１の拡散フィルムと前記第２の拡散フィルムとを接着する接着剤であることを特徴とする請求項１記載の拡散スクリーン。
前記充填物質は、前記第１の拡散フィルムの凹凸における凹部に充填された充填剤であり、
前記凹部に前記充填剤が充填された状態の前記第１の拡散フィルムと前記第２の拡散フィルムとを接着剤によって接着している
ことを特徴とする請求項１記載の拡散スクリーン。
前記第１及び第２の拡散フィルムは、投射光の水平方向の拡散角度と垂直方向の拡散角度とが異なる拡散角度の異方性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の拡散スクリーン。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の拡散スクリーンと、
前記拡散スクリーンによって拡散された投射光が入射されるレンズと、
を備えることを特徴とする水平視差スクリーン。