JP5872206B2 - プロジェクション・システム - Google Patents

Description

本発明の一形態はプロジェクション・システムに関する。

従来から、画像光をスクリーンの背面から投影するリア・プロジェクション・システムが知られている。例えば下記特許文献１には、リア・プロジェクション・システムにより視聴者に情報を表示する方法が記載されている。この方法は、画像を提示することのできるプロジェクタを提供するステップと、プロジェクタからの光を受光する裏面、及び当該裏面の反対側の表示面を有する可撓性スクリーンを提供するステップとを含む。

特表２００４−５３３６３６号公報

上記特許文献１に記載されているような従来のリア・プロジェクション・システムでは、スクリーンから一定の距離を置いてプロジェクタを設置する必要がある。そのため、プロジェクタからスクリーンまでの空間がいわゆるデッドスペースになり、ユーザの利用可能な空間がその分だけ奪われてしまう。そこで、ユーザの空間利用にかかる制約を小さくすることが可能なプロジェクション・システムが要請されている。

本発明の一形態に係るプロジェクション・システムは、プロジェクタと、プロジェクタから入射した画像光を透過させる第１のフィルムと、該第１のフィルムを透過した該画像光を透過させる第２のフィルムとを有するスクリーンとを備え、画像光を受ける第１のフィルムの入射面には、該画像光を第２のフィルムに向けて屈折又は反射させるためのパターンが形成されており、第１のフィルムに入射する画像光の入射角が２０度以上である。

このような形態によれば、プロジェクタから入射する画像光の入射角が２０度以上なので、その分プロジェクタがスクリーンの近くに設置されることになる。その結果、デッドスペースをその分解消して、ユーザの空間利用にかかる制約を小さくすることができる。

別の形態に係るプロジェクション・システムでは、パターンが、複数のプリズム状の凹凸パターンにより形成された略同心円状のパターンであってもよい。

さらに別の形態に係るプロジェクション・システムでは、第１のフィルムに入射する画像光の入射角が２５度以上であってもよい。

さらに別の形態に係るプロジェクション・システムでは、第２のフィルムに入射する画像光の入射角が２０度未満であってもよい。

さらに別の形態に係るプロジェクション・システムでは、第２のフィルムに入射する画像光の入射角が１５度以下であってもよい。

さらに別の形態に係るプロジェクション・システムでは、画像光を受ける第２のフィルムの入射面にビーズ層がコーティングされていてもよい。

さらに別の形態に係るプロジェクション・システムでは、ビーズ層の内側に光吸収層が設けられていてもよい。

さらに別の形態に係るプロジェクション・システムでは、第１のフィルムと第２のフィルムとが、屈折率が１．３未満である中間層を挟んで対向し合っていてもよい。

さらに別の形態に係るプロジェクション・システムでは、第１のフィルムの周縁部と第２のフィルムの周縁部とが接着層を介して貼り合わされており、中間層が空気層であってもよい。

本発明の一側面によれば、ユーザの空間利用にかかる制約を小さくすることが可能なプロジェクション・システムを提供できる。

実施形態に係るプロジェクション・システムを模式的に示す斜視図である。 図１に示すスクリーンの一例を示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。 プリズム状のパターンを示す図である。 同心円状のパターンを示す図である。 疑似的な同心円状のパターンを示す図である。 図５に示すパターンを作成するための型の拡大図である。 図１に示すスクリーンの別の例を示すＩＩ−ＩＩ線断面図である。 スクリーンへの画像光の入射角を説明するための図である。 スクリーンへの画像光の入射角と輝度との関係の一例を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

実施形態に係るプロジェクション・システム１は、画像光をスクリーンの背面から投影するリア・プロジェクション・システムである。図１に示すように、このプロジェクション・システム１はプロジェクタ１０及びスクリーン２０を備えている。スクリーン２０は、ガラス窓や透明なアクリル板などに貼り付けられる。なお、図１の例では矩形のスクリーン２０が窓Ｗに貼られている形態を示しているが、スクリーン２０の形状やプロジェクション・システム１の設置箇所は任意に定めてよい。例えば、床に立てた人型のスクリーンを用いたプロジェクション・システムも実施可能である。

プロジェクタ１０は、スクリーン２０に投影する画像光を出力する装置である。例えば、超短焦点プロジェクタをプロジェクタ１０として用いることができる。プロジェクタ１０は、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）などの情報処理装置から入力された画像信号を画像光に変換し、その画像光を光源から出力する。画像光として出力される映像は静止画でもよいし動画でもよい。

スクリーン２０は、プロジェクタ１０から発せられた画像光を映す平面状の装置である。スクリーン２０は、プロジェクタ１０の光源から発せられた画像光を裏面で直接受け、当該裏面の反対側の表示面に向けてその画像光を透過させる。図２に示すように、このスクリーン２０は、裏面として機能する第１のフィルム３０と、当該第１のフィルム３０に重ねられ、表示面として機能する第２のフィルム４０とを備えている。なお、図２以降では、必要に応じて画像光を符号“Ｌ”で示している。

第１のフィルム３０はプロジェクタ１０からの画像光を受け、その画像光を第２のフィルムへと屈折又は反射させる光透過性フィルム（ターンフィルム）である。スクリーン２０の裏面となる第１のフィルム３０の入射面（受光面）には、画像光を第２のフィルム４０に向けて屈折又は反射させるためのパターン３１が形成されている。パターン３１は、稜線を有する山形状の微細な凸部を敷き詰めたような凹凸パターンである。

パターン３１の形状は限定されない。例えば、パターン３１は、図３に示すようなプリズム状のパターン（以下では「プリズムパターン」という）またはフレネルレンズ状のパターンであってもよい。プリズムパターンの場合には、プロジェクタ１０からの画像光はパターン内で反射してから第２のフィルム４０に向かい、フレネルレンズ状のパターンの場合には、当該画像光は屈折してから第２のフィルム４０に向かう。図３に示すように、パターン３１がプリズムパターン又はフレネルレンズ状のパターンである場合には、第１のフィルム３０はパターンの稜線が画像光の光路と交わるようにプロジェクタ１０に対して配置される。

ここで、プリズムパターンは、同一方向に向けて倒された複数の三角柱を敷き詰めたようなパターンである、ということができる。また、プリズムパターンは、直線状の稜線を有する山形状の凸部が同一方向に並んで敷き詰められたようなパターンである、ということもできる。あるいは、プリズムパターンは、一方向に沿って延びるＶ字状の溝が同一方向に並んで敷き詰められたようなパターンである、ということもできる。

プリズムパターンやフレネルレンズ状のパターンは安価に且つ容易に作製できる。ただし、これらの場合には、パターンの稜線方向において、該パターンを形成する斜面への画像光の入射角が不均一なので、スクリーン２０が大きい場合には映像の一部が暗くなってしまう。より具体的には、パターンの稜線方向に沿って光源から離れた位置ほど（入射角が大きくなる位置ほど）、映像の輝度が下がる。

パターン３１は、図４に示すように、半円形の稜線を有する山形状の凸部が同心円状に並んで敷き詰められたパターンであってもよい。この場合には、同心円の中心がプロジェクタ１０の位置に近くなるように第１のフィルム３０が設置される。

同心円状のパターンを用いる場合には、該パターンを形成する斜面への画像光の入射角がスクリーン２０の全体において均一になるので、スクリーン２０の全体にわたって一定以上の映像の輝度を保つことができる。ただし、同心円状のパターンはスクリーン２０の寸法に合わせてその都度作成する必要があるので、製造コストを考慮する必要がある。

パターン３１は、図５に示すように、疑似的な同心円状を形成するように並べられた複数のプリズムパターンで形成されてもよい。このパターン３１を作るためには、まず、図６に示すように、プリズムパターンが形成された正多角形（例えば正六角形）のタイルを、疑似的な同心円状の稜線を描くように敷き詰めることで型を作成する。続いて、その型を用いたマイクロレプリケーション技術により、光透過性フィルムに疑似円のパターン３１を形成する。

擬似円のパターン３１を用いると、該パターンを形成する斜面への画像光の入射角がスクリーン２０の全体において略均一になる。したがって、同心円状のパターンを用いる場合と同様に、スクリーン２０の全体にわたって一定以上の映像の輝度を保つことができる。また、タイルにはプリズムパターンを形成すればよいのでタイルを安価に且つ容易に作製でき、しかも、タイルを様々な大きさのスクリーン２０の製造に使い回すことも可能なので、製造コストを抑えることもできる。

第２のフィルム４０は、第１のフィルム３０から入射した画像光を裏面で受け、その裏面と反対側の表示面から該画像光を出力する光透過性フィルムである。本実施形態では、この第２のフィルムとして、スリーエム社製のリア・プロジェクション・フィルム（ＲＰＦ）を用いる（例えば、３Ｍ^ＴＭ ＲＰＦ １２０）。図２に示すように、第２のフィルム４０（ＲＰＦ）は透明基材４１、接着剤４２、透明なポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）フィルム４３、ビーズ層４４、及び光吸収層（遮光層）４５を備えている。

透明基材４１の一方の面はスクリーン２０の表示面として機能し、その反対側の面には、接着剤４２によりＰＶＣフィルム４３が貼り付けられる。第２のフィルム４０の裏面（画像光の入射面）に相当するＰＶＣフィルム４３の面にはビーズ層４４がコーティングされる。ＰＶＣフィルム４３とビーズ層４４との間、すなわちビーズ層４４の内側は、黒色のポリ塩化ビニルによる光吸収層（遮光層）４５で埋められている。光吸収層４５は、周囲から映り込む光を遮って画像光のコントラストを上げる役割を果たす。ビーズ層４４には、ガラスビーズや、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のアクリル樹脂からなるビーズを使用することができる。

第１のフィルム３０及び第２のフィルム４０は接着層を介して互いに貼り合わされる。これら二つのフィルムの接着方法は任意に定めてよく、したがって、接着層の構成も一つに限定されない。例えば、第１のフィルム３０及び第２のフィルム４０の周縁部同士を接着剤又は接着テープで接着してもよい。この場合には、図２に示すように、第１のフィルム３０と第２のフィルム４０との間の周縁部以外の領域は空気層５０となり、したがって、第１のフィルム３０及び第２のフィルム４０の間の屈折率は１．０である。あるいは、図７に示すように、第１のフィルム３０及び第２のフィルム４０の間を屈折率が１．３未満の接着剤５１で充填させることで、これら二つのフィルムを貼り合わせてもよい。いずれにしても、第１のフィルム３０及び第２のフィルム４０は、屈折率が１．３未満の中間層５０又は５１を介して対向し合うことになる。

上記のプロジェクタ１０及びスクリーン２０は、プロジェクタ１０から入射する画像光の第１のフィルム３０への入射角が２０度以上、又は２５度以上となるように配置される。ここで、入射角とは、入射面の法線と入射光の光路との成す角度のことである。図８の例では、入射角は、プロジェクタ１０から離れた方のスクリーン２０の上端においてαであり、プロジェクタ１０に近い方のスクリーン２０の下端においてβである。したがって、入射角θの範囲はβ≦θ≦αとなり、入射角θは、下限βから上限αにかけての範囲の一部又は全部において２０度以上又は２５度以上となる。プロジェクタ１０が超短焦点プロジェクタであれば、スクリーン２０の表示面の法線軸に沿ってプロジェクタ１０をスクリーン２０にかなり近づけることができる。プロジェクタ１０をスクリーン２０に近づけるほど、入射角θは大きくなる。

このような入射角θでスクリーン２０に入射した画像光は、第１のフィルム３０の入射面に形成されたパターン３１により屈折又は反射して第２のフィルム４０へと進む。このとき、第１のフィルム３０から第２のフィルム４０に入射する画像光の入射角は２０度未満、又は１５度以下である。したがって、パターン３１は、２０度以上又は２５度以上の入射角で第１のフィルム３０に入射した画像光を、２０度未満又は１５度以下の入射角で第２のフィルム４０に入射する画像光に変換するように形成されている。パターン３１を構成する凸部の底角を調整することで、上記のように画像光を屈折又は反射させることができる。

本実施形態のようにＲＰＦを第２のフィルム４０として用いた場合には、ビーズ層４４及び光吸収層４５により、入射角が２０度未満でないと、人が画像を視認可能な程度の輝度を確保できなくなる。なぜならば、入射角が２０度以上であると、画像光がかなりの割合で光吸収層４５に吸収されてしまうからである。最も理想的な、画像光の入射角が０度の時の輝度を１００とすると、図９に示すように、入射角が１５度以内であれば５０を超える相対輝度を確保でき、入射角が２０度以内であれば、人が画像を視認可能な３０以上の相対輝度を確保できる。したがって、第２のフィルム４０への画像光の入射角は２０度未満でもよいし、１５度以下でもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、プロジェクタ１０から入射する画像光の入射角が２０度以上なので、その分プロジェクタ１０がスクリーン２０の近くに設置されることになる。その結果、デッドスペースをその分解消して、ユーザの空間利用にかかる制約を小さくすることができる。これは、プロジェクション・システム１を導入した場合でも、元々あるスペースをユーザが有効に活用できることを意味する。例えば、超短焦点プロジェクタを、スクリーンの表示面の法線軸に沿って該スクリーンに近接させた状態で床又は天井に設置すれば、デッドスペースをほぼ完全に解消することができる。

また、本実施形態によれば、第１のフィルム３０から第２のフィルム４０に入射する画像光の入射角が２０度未満である。したがって、スクリーン２０の表示面上に映し出される画像光の輝度を一定のレベル以上（図９における３０以上の相対輝度）に保つことができる。本実施形態のように光吸収層４５を採用すれば画像のコントラストが上がるので、輝度が比較的低い場合でも鮮明な画像をスクリーン２０上に表示することができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

上記実施形態では、第２のフィルム４０がビーズ層４４及び光吸収層４５を備えていたが、これらの層は必須の構成要素ではない。第２のフィルム４０として用いる光透過性フィルムの種類は限定されない。この場合でも、第２のフィルム４０への画像光の入射角を２０度未満あるいは１５度以下とすることで、鮮明且つ明るい画像を閲覧者に提供することができる。

第１のフィルム３０及び第２のフィルム４０に挟まれた中間層の屈折率は１．３に近い値であってもよい。例えば、第１のフィルム３０及び第２のフィルム４０の間をアクリル接着剤で充填させた場合には、中間層の屈折率は１．４〜１．５になる。また、これらのフィルム３０，４０の間を水で充填させた場合には、中間層の屈折率は約１．３３になる。

１…プロジェクション・システム、１０…プロジェクタ、２０…スクリーン、３０…第１のフィルム、３１…パターン、４０…第２のフィルム、４１…透明基材、４２…接着剤、４３…ＰＶＣフィルム、４４…ビーズ層、４５…光吸収層、５０…空気層（中間層）、５１…接着剤（中間層）。

Claims (3)

1. プロジェクタと、
   前記プロジェクタから入射した画像光を透過させる第１のフィルムと、該第１のフィルムを透過した該画像光を透過させる第２のフィルムとを有するスクリーンと
   を備え、
   前記画像光を受ける前記第１のフィルムの入射面には、該画像光を前記第２のフィルムに向けて屈折又は反射させるためのパターンが形成されており、
   前記第１のフィルムに入射する前記画像光の入射角が２０度以上であり、
   前記パターンが、複数のプリズム状の凹凸パターンにより形成された疑似的な同心円状のパターンであり、前記複数のプリズム状の凹凸パターンのそれぞれが、複数の直線状の稜線を有する、
   プロジェクション・システム。
2. 前記画像光を受ける前記第２のフィルムの入射面にビーズ層がコーティングされている、
   請求項１に記載のプロジェクション・システム。
3. 前記第１のフィルムの周縁部と前記第２のフィルムの周縁部とが接着層を介して貼り合わされており、
   空気層である中間層が、前記第１のフィルムと前記第２のフィルムとの間に位置する、
   請求項１または２に記載のプロジェクション・システム。