JP5790168B2 - 反射型スクリーン、及び反射型投射システム - Google Patents

Description

本発明は映像源からの光を反射して観察者側に提供するための反射型スクリーン、及び反射型投射システムに関する。

反射型スクリーンは、プロジェクター等の映像源からの投射光を反射させて観察者側に出射するためのスクリーンである。従って反射型スクリーンには、その裏面側に光を反射するための手段が設けられている。近年、反射型スクリーンに投射される映像のサイズが大きくなる傾向にあり、明室でも輝度やコントラスト等が向上された良質な映像を表示することができる反射型スクリーンが求められている。
そのため、例えば特許文献１、２には、光を反射する部位等にいわゆるフレネルレンズ形状を採用し、映像光を効率良く観察者側に偏向させて輝度を向上させる反射型スクリーンが開示されている。

また、特許文献３には、反射型スクリーンに入射する光を吸収可能とする部位と、光を透過可能な部位とが交互に配置された層を積層することにより、外光を吸収してコントラストを向上させる形態が開示されている。

特開平８−２９８７５号公報 特開２００８−７６５２２号公報 特開２００８−３９９０１号公報

特許文献１、２に記載された発明によれば効率良く光を反射させることができるが、光を吸収する手段については記載がない。また、特許文献３に記載の発明は、外光を効果的に吸収することができるのでコントラストを向上させることが可能であるが、映像光の一部も吸収してしまうことがあった。

そこで本発明は、上記の問題に鑑み、映像光の吸収を抑制しつつ、外光を効率よく吸収可能な構成を有する反射型スクリーンを提供することを課題とする。また、このような反射型スクリーンを用いた反射型投射システムを提供する。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、映像源（２）から投射された映像光を観察者側に反射させる反射型スクリーン（１０、１０’）であって、映像源側とは反対側に突出するように形成される複数の単位光学要素（１２ａ）が配列される偏向層（１２）と、単位光学要素に光を吸収可能に配置される光吸収部（１３、１３’）と、偏向層、及び光吸収部に積層され、光を反射可能である光反射層（１４）と、を備え、単位光学要素は、フレネルレンズ形状を構成可能であり、スクリーン面に対して傾斜する第一面（１２ｂ）及び第二面（１２ｃ）、並びに第一面と第二面とが成す頂点となるべき位置をその内側に含むように映像源とは反対側に突出して配置される凸部（１２ｄ）を具備し、光吸収部は、単位光学要素の凸部に配置され、光反射層は第一面に直接積層されており、スクリーンを設置した際に第一面と反射層との界面で下方からの光を正面に向けて反射するように形成されている、反射型スクリーンである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の反射型スクリーン（１０、１０’）において、凸部（１２ｄ）の先端が平坦面であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の反射型スクリーン（１０、１０’）と、反射型スクリーンに映像を投射する映像源（２）と、を備える、反射型投射システム（１）である。

本発明によれば、映像光の吸収を抑制しつつ、外光を効率よく吸収可能となり、画面の明るさ及びコントラストの向上を図ることができる。また、形成される光吸収部がスクリーン内でばらつきが小さく、性能安定性の向上も可能となる。

１つの実施形態を説明する図で、反射型投射システムの斜視図である。 図１を矢印ＩＩで示した方向から見た図である。 図１にＩＩＩ−ＩＩＩで示した線に沿った断面図である。 反射型スクリーンの一部を拡大した図である。 変形例を説明するための図である。 反射型スクリーンの製造工程の一部を説明するための図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。なお、以下に説明する反射型スクリーンに形成される形状は実際には非常に微小なものであるため、以下に示す各図では見易さのため各形状を誇張、変形して表している。また、図面において繰り返しとなる符号はその一部のみに符号を付して他は省略することがある。

図１は１つの実施形態を説明するための反射型投射システム１の斜視図である。図２には図１にＩＩで示した方向から見た図、図３には図１にＩＩＩ−ＩＩＩで示した線に沿った断面図を表した。図１〜図３からわかるように、反射型投射システム１は、映像源２及び反射型スクリーン１０を備えている。以下にそれぞれについて説明する。

映像源２は、反射型スクリーン１０に向けて映像光を投射する装置であり、公知のプロジェクターを用いることができる。図１〜図３からわかるように本実施形態では、映像源２は反射型スクリーン１０より下方から映像光を反射型スクリーン１０に向けて投射する。

反射型スクリーン１０は、全体として矩形の薄いシート状であり、使用時には展開されてスクリーン面が鉛直方向（図１の紙面上下方向）に立てられるように設置される。なお、使用時において反射型スクリーン１０の平面性を確保するため、反射型スクリーン１０は所定の剛性を有する不図示の支持手段に粘着剤等により貼り付けられていることが好ましい。支持手段としては板やシート状の部材を挙げることができるが、反射型スクリーン１０の姿勢を維持することができれば特に限定されることはない。また、支持手段として柔軟性を有するものを用いて、使用していないときにはロール状に巻いてコンパクトにすることができてもよい。
そして反射型スクリーン１０は展開の姿勢で、映像源２から投射された映像光を観察者Ａ（図１参照）の側に反射して出射することによりスクリーンとして機能する。

本実施形態の反射型スクリーン１０は、基材層１１、偏向層１２、光吸収部１３、反射層１４、及び表面機能層１５を備えている。以下、各々について説明する。

本実施形態における基材層１１は、偏向層１２及び表面機能層１５の基材となるシート状の層で、透光性が高く形成されている。基材層１１を構成する材料は特に限定されることはないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン（ＭＢＳ）、アクリル系、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等の各樹脂を挙げることができる。本実施形態は、入手性や取り扱い容易性、成形性、及び価格等の観点からＭＢＳを用いた。基材層１１の厚さは特に限定されることはなく、１００μｍ〜３００μｍであることが好ましい。

ここで、基材層１１は透光性を有しつつも、他の機能を備えてもよい。例えば視野角の拡大や面内の輝度の均一性を高めるために光散乱材を混入することができる。また、色調を修正したり、外光の一部を吸収してコントラストを向上させるために顔料や染料を混入してもよい。

偏向層１２は、基材層１１のうち映像源２側とは反対側に突出するように設けられた単位光学要素１２ａが複数配列されてなる層である。図２からわかるように、複数の単位光学要素１２ａはいわゆるサーキュラーフレネルレンズ形状を基準としており、各単位光学要素１２ａは円弧状に延び、複数の単位光学要素１２ａは同心円状に並べられている。本実施形態では同心円の中心はスクリーン面より下方で、スクリーン左右方向の中央となる位置にある。本実施形態ではこのようにサーキュラーフレネルレンズ形状である例を示したが、本発明はこれに限定されることなくリニアフレネルレンズ形状を適用することも可能である。

また、単位光学要素１２ａは、その延びる方向に直交する方向の断面において図３からわかるように第一面１２ｂ、第二面１２ｃ、及び凸部１２ｄを備えている。図４には図３のうち反射型スクリーン１０の一部を拡大した図を示した。図３、図４からわかるように、第一面１２ｂ及び第二面１２ｃはフレネルレンズ形状を形成することができる面である。凸部１２ｄは、第一面１２ｂと第二面１２ｃとを延長して交差した部位（すなわち第一面１２ｂと第二面１２ｃとで頂点が形成されるべき部位。図４のＢ参照）をその内側に含むように突出して設けられた部位である。本実施形態では図４からわかるように当該頂点Ｂが凸部１２ｄの１つの面上に配置されているが、必ずしも頂点Ｂが凸部１２ｄの面上に配置されている必要はなく、頂点Ｂは凸部１２ｄの内側のいずれかに含まれていればよい。
また、本実施形態で凸部１２ｄはその先端がスクリーン面に対して平行となるような平面とされている。ただし、これに限定されることなく、凸部の先端側がスクリーン面に対して傾斜していたり、曲線状であってもよい。

偏向層１２をなす材料は特に限定されることはないが、反射型スクリーン用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性及び加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることが好ましい。これには例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）を挙げることができる。

単位光学要素１２ａにおいて、第一面１２ｂがスクリーン面に平行な面と成す角度はα、第二面１２ｃがスクリーン面に平行な面と成す角度はβであり、α＜βの関係を有している（図４参照）。また、単位光学要素１２ａの配列ピッチはＰであり、単位光学要素１２ａの配列方向における凸部１２ｄの大きさはｄ、単位光学要素１２ａの高さ（スクリーン厚さ方向における単位光学要素１２ａ間の谷底となる点から凸部１２ｄの先端までの大きさ。）はｈである。

一例として、本実施形態の単位光学要素１２ａは、配列ピッチＰが１００μｍ、ｄの大きさが１５．０μｍ、ｈの大きさが３４．２μｍ、αが１５．９°、βが９０°である。また、本実施形態の単位光学要素１２ａの屈折率は１．５５である。ただし、これらの値は例示であり、映像源の映像投射角度等に応じて適宜変更可能であり、限定されることはない。

なお、スクリーンの位置によって映像源２からの投射光とのなす角が異なることを考慮して、αやＰ、ｈを配列方向に沿って順次変更することが基本であるが、一部又は全部の範囲でこれらを一定にしてもよい。

光吸収部１３は、単位光学要素１２の凸部１２ｄを覆うように所定の厚さを有して配置された部材であり、光を吸収する機能を有している。このような光吸収部１３は黒色等の暗色系の塗料、顔料、染料、及び光吸収作用を有するビーズ等を含有する熱硬化型樹脂、又は紫外線硬化樹脂により形成することができる。その厚さは５μｍ〜３０μｍの範囲で設定可能である。

反射層１４は、偏向層１２及び光吸収部１３の映像源２側とは反対側に積層された層で、光を反射する機能を有している。反射層１４は、白色又は銀色系の顔料やビーズ等を含有する紫外線硬化樹脂又は熱硬化性樹脂、塗料等により形成される。反射層１４の反射率は４０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。

表面機能層１５は、基材層１１より映像源２側に設けられる層である。この表面機能層１５は、反射防止機能、防眩機能、紫外線吸収機能、防汚機能、及び帯電防止機能等のうちのいずれか、又は複数の機能を有するように形成することができる。このような機能を具備させるための手段は公知の方法を適用することができる。例えば防汚機能及び耐擦傷機能を有するために、基材層１１の映像源２側にハードコート機能を有するウレタンアクリレート等の電離放射線硬化型樹脂を厚さ２０μｍ程度で形成されている。

次に、反射型投射システム１において、反射型スクリーン１０に入射する映像光の進路について図３、図４に示した光路例Ｌ１、Ｌ１１、Ｌ１２を例に説明する。ただし、図に表した光路例は概念的に光の進路を表したものであり、屈折の程度や反射の角度を精密に表したものではない。

映像源２から投射された映像光Ｌ１は、反射型スクリーン１０の下方から入射し、表面機能層１５及び基材層１１を透過して偏向層１２の単位光学要素１２ａに入射する。そして、図３、図４に示すように映像光Ｌ１は、単位光学要素１２ａの第一面１２ｂに入射し、反射層１４によって反射する。ここで、反射層１４による映像光Ｌ１の反射は、第一面１２ｂの傾斜角αの作用によりスクリーン面の法線方向に近づく方向（すなわち反射型スクリーン１０の正面に存する観察者にとって観察し易い方向）に向きが変えられる。そして映像光Ｌ１は基材層１１及び表面機能層１５を透過して観察者に提供される。

一方、映像光以外の光である外光（照明からの光等）Ｌ１１、Ｌ１２は、あらゆる角度から反射型スクリーン１０に入射する可能性があるが、その中でも天井照明からの光が最も主要な光であると考えられる。外光Ｌ１１、Ｌ１２も天井照明からの外光を想定しており、反射型スクリーン１０の斜め上方から反射型スクリーン１０に入射する。外光Ｌ１１は反射型スクリーン１０の斜め上方から入射し、表面機能層１５及び基材層１１を透過して偏向層１２の単位光学要素１２ａに入射する。そして、図３、図４に示すように外光Ｌ１１は、単位光学要素１２ａの第一面１２ｂに入射し、反射層１４によって反射する。ここで、反射層１４による外光Ｌ１１の反射は、第一面１２ｂの傾斜角αの作用により反射型スクリーン１０の下方斜めに反射され、観察者には直接届かない光となる。また、外光Ｌ１２は反射型スクリーン１０の上方から入射し、表面機能層１５及び基材層１１を透過して偏向層１２の単位光学要素１２ａに入射する。そして、図３、図４に示すように外光Ｌ１２は、単位光学要素１２ａの第二面１２ｃに入射し、反射層１４によって反射する。ここで、反射層１４による外光Ｌ１２の反射は、第二面１２ｃの傾斜角βの作用により凸部１２ｄ内に導くように行われ、外光Ｌ１２は光吸収部１３に吸収される。

以上のように、反射型スクリーン１０により、映像光は観察者に向けられるように反射され、外光は観察者に届かないように反射又は吸収される。ここで、映像源２からの映像光はスクリーンの斜め下方から反射型スクリーン１０に入射する。すなわち、ある１つの単位光学要素１２ａには、その単位光学要素１２ａの下方に隣接する単位光学要素１２ａの死角となり、映像光の反射に寄与しない部位がある。これに対して反射型スクリーン１０では当該寄与しない部位に凸部１２ｄ、及び光吸収部１３を設けているので、映像光が光吸収部１３に吸収されることを大幅に抑制することができる。一方、外光は上記したように反射や吸収により効率よく観察者に届かないように制御される。従って、反射型スクリーン１０によれば、映像光が吸収されることを抑えつつ、効率良く外光を吸収することができ、画面の明るさとコントラストの向上を図ることが可能である。
また、後述するように、単位光学要素１２ａに凸部１２ｄを設け、ここに光吸収部１３を形成することにより、形成される光吸収部１３の大きさのばらつきをおさえることができる。従って、スクリーン面内の部位ごとによる上記効果の大きさの程度にばらつきが生じることも防止することが可能である。

図５には、変形例に係る反射型スクリーン１０’を説明する図を示した。図５は図４に相当する図である。反射型スクリーン１０’では、光吸収部１３’が単位光学要素１２ａの凸部１２ｄのうち、その先端部にのみ設けられている点が異なる。このような反射型スクリーン１０’でも上記した反射型スクリーン１０と同様の効果を奏するものとなる。

次に反射型スクリーン１０の製造方法の一例を説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）に製造工程の一部を説明する図を示した。

図６（ａ）に示したように、基材層１１上に偏向層１２を形成する。これは例えば当該偏向層１２の形状を転写可能な金型を作製し、金型と基材層１１との間に紫外線硬化樹脂を充填してから基材層１１側から紫外線を照射して硬化させることにより行うことができる。
次に図６（ｂ）に示すように、グラビアオフセット印刷等により、単位光学要素１２ａの凸部１２ｄに光吸収材料を塗布し、加熱して硬化させて光吸収部１３を形成する。反射型スクリーン１０では、単位光学要素１２ａに上記したように凸部１２ｄを有し、ここに光吸収部１３を形成するので、光吸収部１３の幅（図６（ｂ）の左右方向の大きさ）を一定に揃えることができ、光吸収部１３の大きさのばらつきを抑え、製造の安定、及び反射型スクリーンの性能の安定を図ることができる。例えば凸部を形成することなく、第一面の傾斜面の一部に光吸収部を形成すると光吸収部の幅が単位光学要素ごとにばらつきが大きくなってしまう虞があった。

次に図６（ｃ）に示すように、スクリーン印刷等により、反射材料（本実施形態では銀色系の顔料を有する塗料）を偏向層１２に塗布する。塗布方法はスクリーン印刷に限定されることはなく、例えばグラビアリバースコート、インクジェット方式、ダイコート方式、フローコート方式、及び真空蒸着方式等を挙げることができる。

また、基材層１１の偏向層１２が配置された側とは反対側には、公知の方法により表面機能層１５を形成することができる。

以上説明した反射型スクリーン１０、１０’では、表面機能層１５と基材層１１との間に他の機能を有する層がさらに積層されていてもよい。これには例えば減光層や光散乱層を挙げることができる。

光散乱層は、母材中に光散乱材が混入され、これにより映像光の視野角を拡大して画面内の輝度の均一性を向上させることができる。母材を構成する材料は特に限定されることはないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン（ＭＢＳ）、アクリル系、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等の各樹脂を挙げることができる。一方、光散乱材は、一例として、平均粒径が１．０μｍ〜１００μｍ程度であるシリカ（二酸化珪素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の透明物質からなる粒子を用いることができる。これによれば母材と光散乱材との屈折率差による界面反射や界面屈折を利用して光を散乱させることができる。

減光層は、外光の一部を吸収してコントラストを向上させる機能を有する層である。このような減光層は、母材となる樹脂に黒色の顔料が染料を混濁させたものを挙げることができる。母材としては例えばＭＢＳ樹脂を用いることが可能である。また、母材となる樹脂の代わりに、粘着材に黒色の顔料や染料を混濁させ、当該粘着剤で母材とその他機能層を貼合する形態としてもよい。
このような減光層によれば、反射型スクリーンに入射される映像光以外の光の少なくとも一部を吸収させることができ、観察者に提供される映像光のコントラストを向上させることができる。

１ 反射型投射システム
２ 映像源
１０ 反射型スクリーン
１１ 基材層
１２ 偏向層
１３ 光吸収部
１４ 反射層

Claims (3)

1. 映像源から投射された映像光を観察者側に反射させる反射型スクリーンであって、
   前記映像源側とは反対側に突出するように形成される複数の単位光学要素が配列される偏向層と、
   前記単位光学要素に光を吸収可能に配置される光吸収部と、
   前記偏向層、及び前記光吸収部に積層され、光を反射可能である光反射層と、を備え、
   前記単位光学要素は、フレネルレンズ形状を構成可能であり、スクリーン面に対して傾斜する第一面及び第二面、並びに前記第一面と前記第二面とが成す頂点となるべき位置をその内側に含むように前記映像源とは反対側に突出して配置される凸部を具備し、
   前記光吸収部は、前記単位光学要素の前記凸部に配置され、
   前記光反射層は前記第一面に直接積層されており、
   スクリーンを設置した際に前記第一面と前記反射層との界面で下方からの光を正面に向けて反射するように形成されている、
   反射型スクリーン。
2. 前記凸部の先端が平坦面であることを特徴とする請求項１に記載の反射型スクリーン。
3. 請求項１又は２に記載の反射型スクリーンと、
   前記反射型スクリーンに映像を投射する映像源と、を備える、
   反射型投射システム。

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