JP6790616B2 - 反射スクリーン、映像表示装置 - Google Patents
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また、透明性を有するスクリーンの場合、映像がぎらついて見えるシンチレーション(スペックル)という現象が生じやすいという問題があった。シンチレーションは、映像を視認し難くするため、好ましくない。
第1の発明は、透明性を有し、映像源から投射された映像光の少なくとも一部を反射して映像を表示し、かつ、映像光の一部を透過する反射スクリーンであって、第1スクリーン部(20)と、前記第1スクリーン部よりも背面側に設けられる第2スクリーン部(30,40,50)とを備え、これらが一体に積層され、前記第1スクリーン部は、光透過性を有し、表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有する第1単位光学形状(221)が背面側の面に複数配列された第1光学形状層(22)と、前記第1単位光学形状の少なくとも一部に、前記第1単位光学形状の表面の前記凹凸形状に追従して形成され、入射する光の一部を反射し、一部を透過する機能を有する第1反射層(23)と、を備え、前記第2スクリーン部は、光透過性を有し、表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有する第2単位光学形状(321,421,521)が背面側の面に複数配列された第2光学形状層(32,42,52)と、前記第2単位光学形状の少なくとも一部に、前記第2単位光学形状の表面の前記凹凸形状に追従して形成され、入射する光の一部を反射し、一部を透過する機能を有する第2反射層(33)と、を備え、前記反射スクリーンのスクリーン面の法線方向から見て、前記第1スクリーン部の表示領域と前記第2スクリーン部の表示領域とは、少なくとも一部が重複していること、を特徴とする反射スクリーン(10,40,50)である。
第2の発明は、第1の発明の反射スクリーンにおいて、前記第1反射層(23)は、前記第1単位光学形状(221)の表面の前記凹凸形状に対応する微細かつ不規則な凹凸形状を前記第1単位光学形状側の表面に有し、前記第2反射層(33)は、前記第2単位光学形状(321,421,521)の表面の前記凹凸形状に対応する微細かつ不規則な凹凸形状を前記第2単位光学形状側の表面に有すること、を特徴とする反射スクリーン(10,40,50)である。
第3の発明は、第1の発明又は第2の発明の反射スクリーンにおいて、該反射スクリーン(10)のスクリーン面の法線方向から見て、前記第1スクリーン部(20)の表示領域と前記第2スクリーン部(30)の表示領域とが重複する領域の面積は、該反射スクリーンの表示領域の面積の50%よりも大きいこと、を特徴とする反射スクリーン(10,40,50)である。
第4の発明は、第1の発明から第3の発明までのいずれかの反射スクリーンにおいて、前記第1光学形状層(22)は、背面側の面に、前記第1単位光学形状(221)が同心円状に複数配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状を有し、前記第2光学形状層(32,42,52)は、背面側の面に、前記第2単位光学形状(321,421,521)が同心円状に複数配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状を有すること、を特徴とする反射スクリーン(10,40,50)である。
第5の発明は、第4の発明の反射スクリーンにおいて、前記第1単位光学形状(221)は、前記第1スクリーン部(20)の表示領域外に位置する点(C1)を中心として同心円状に複数配列され、前記第2単位光学形状(321,421,521)は、前記第2スクリーン部(30,40,50)の表示領域外に位置する点(C2)を中心として同心円状に複数配列されていること、を特徴とする反射スクリーン(10,40,50)である。
第6の発明は、第1の発明から第5の発明までのいずれかの反射スクリーンにおいて、前記第1単位光学形状(221)と前記第2単位光学形状(321,521)とは、光学的な設計が同じであること、を特徴とする反射スクリーン(10,50)である。
第7の発明は、第1の発明から第5の発明までのいずれかの反射スクリーンにおいて、前記第1単位光学形状(221)と前記第2単位光学形状(421)とは、光学的な設計が異なること、を特徴とする反射スクリーン(40)である。
第8の発明は、第1の発明から第7の発明までのいずれかの反射スクリーンにおいて、前記第1スクリーン部(20)の前記第1反射層(23)による反射光の輝度分布の半値全幅は、15°以下であり、前記第2スクリーン部(30,40,50)の前記第2反射層(33)による反射光の輝度分布の半値全幅は、15°以下であること、を特徴とする反射スクリーン(10,40,50)である。
第9の発明は、第1の発明から第8の発明までのいずれかの反射スクリーンにおいて、前記第2反射層(33)の光の反射率は、前記第1反射層(23)の光の反射率以上であること、を特徴とする反射スクリーン(10,40,50)である。
第10の発明は、第1の発明から第9の発明までのいずれかの反射スクリーンにおいて、光を吸収する作用を有する光吸収層を備えること、を特徴とする反射スクリーンである。
第11の発明は、第1の発明から第10の発明までのいずれかの反射スクリーンにおいて、前記第1反射層(23)及び前記第2反射層(33)は、誘電体多層膜により形成されていること、を特徴とする反射スクリーン(10,40,50)である。
第12の発明は、第1の発明から第11の発明までのいずれかの反射スクリーンにおいて、光を拡散する作用を有する拡散粒子を含有する光拡散層を備えていないこと、を特徴とする反射スクリーン(10,40,50)である。
第13の発明は、第1の発明から第12の発明までのいずれかの反射スクリーンにおいて、その厚み方向において前記第1光学形状層よりも映像源側に、反射防止機能、ハードコート機能、帯電防止機能、防汚機能の少なくとも1つの機能を有する層を備えること、を特徴とする反射スクリーンである。
第14の発明は、第1の発明から第13の発明までのいずれかの反射スクリーン(10,40,50)と、前記反射スクリーンに映像光を投射する映像源(LS)と、を備える映像表示装置(1)である。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
本明細書中において、記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、スクリーン面とは、スクリーン全体として見たときにおける、スクリーンの平面方向となる面を示すものであり、スクリーンの画面(表示面)に平行であるとする。
図1は、第1実施形態の映像表示装置1を説明する図である。図1(a)は、映像表示装置1の斜視図であり、図1(b)は、映像表示装置1を側面側から見た図である。
映像表示装置1は、スクリーン10、映像源LS等を有している。本実施形態のスクリーン10は、映像源LSから投影された映像光Lを反射して、その映像源側の画面(表示領域)に映像を表示可能である。このスクリーン10の詳細に関しては、後述する。
また、スクリーン10の厚み方向における映像源側の正面方向に位置する観察者O1から見て、画面左右方向の右側に向かう方向を+X方向、画面上下方向の上側に向かう方向を+Y方向、厚み方向において背面側(裏面側)から映像源側に向かう方向を+Z方向とする。
さらに、以下の説明中において、画面上下方向、画面左右方向、厚み方向とは、特に断りが無い場合、このスクリーン10の使用状態における画面上下方向(鉛直方向)、画面左右方向(水平方向)、厚み方向(奥行き方向)であり、それぞれ、Y方向、X方向、Z方向に平行であるとする。
この映像源LSは、映像表示装置1の使用状態において、スクリーン10の画面(表示領域)を映像源側(+Z側)の正面方向(スクリーン面の法線方向)から見た場合に、スクリーン10の画面左右方向(X方向)の中央であって、スクリーン10の画面よりも鉛直方向下方側(−Y側)に位置している。
映像源LSは、奥行き方向(Z方向)において、スクリーン10の映像源側(+Z側)の表面からの距離が従来の汎用プロジェクタに比べて大幅に近い位置から、斜めに映像光Lを投影できる。したがって、従来の汎用プロジェクタに比べて、映像源LSは、スクリーン10までの投射距離が短く、投射された映像光Lがスクリーン10に入射する入射角度や、入射角度の変化量(最小値から最大値までの変化量)が大きい。
スクリーン10の画面(表示領域)は、使用状態において、映像源側(+Z側)の観察者O1側から見て長辺方向が画面左右方向に平行な略矩形形状である。
スクリーン10は、その画面サイズが対角40〜100インチ程度の大きな画面を有しており、画面の横縦比が16:9である。なお、これに限らず、例えば、40インチ程度以下の大きさとしてもよく、使用目的や使用環境等に応じて、その大きさや形状は適宜選択できるものとする。
このような支持板は、光透過性を有し、剛性が高い平板状の部材であり、アクリル樹脂やPC樹脂等の樹脂製、ガラス製等の板状の部材を用いることができる。
また、スクリーン10は、不図示の枠部材等によってその四辺等が支持され、その平面性を維持する形態としてもよい。
図3は、第1実施形態の第1光学形状層22、第2光学形状層32をそれぞれ背面側(−Z側)から見た図である。図3(a)は、第1光学形状層22を背面側から見た図であり、図3(b)は、第2光学形状層32を背面側から見た図である。理解を容易にするために、図3(a),(b)では、それぞれ、第1光学形状層22、第2光学形状層32のみを示している。
スクリーン10は、図2に示すように、その映像源側(+Z側)から順に、第1スクリーン部20、第2スクリーン部30を備えている。第1スクリーン部20と第2スクリーン部30とは、厚み方向において積層され、接合層11によって一体に接合されている。
この第1スクリーン部20及び第2スクリーン部30は、それぞれ複数の層が一体に積層されて形成されている。
第1スクリーン部20は、映像光Lの一部を反射して映像を表示し、かつ、映像光Lの一部を透過する。また、第2スクリーン部30は、第1スクリーン部20を透過した映像光Lの一部を反射して映像を表示し、かつ、第1スクリーン部20を透過した映像光Lの一部を透過する。したがって、第1スクリーン部20が表示する映像と第2スクリーン部30が表示する映像とは同じである。
また、第2スクリーン部30の結像面は、第1スクリーン部20の結像面より、100〜200μm程度背面側(−Z側)に位置している。
また、第2スクリーン部30は、第1スクリーン部20よりも背面側(−Z側)に位置し、映像源側から順に、第2基材層31、第2光学形状層32、第2反射層33、第2樹脂層34、保護層35を備えている。
接合層11は、光透過性の高い粘着剤又は接着剤により形成された層であり、スクリーン10の厚み方向において、第1スクリーン部20と第2スクリーン部30との間に設けられている。この接合層11は、第1スクリーン部20と第2スクリーン部30とを一体に接合している。
第1基材層21は、光透過性を有するシート状の部材である。第1基材層21は、その背面側(裏面側,−Z側)に、第1光学形状層22が一体に形成されている。第1基材層21は、第1光学形状層22を形成する基材(ベース)となる層である。また、第1基材層21は、スクリーン10の映像源側(+Z側)を保護する機能を有していてもよい。
第1基材層21は、例えば、高い光透過性を有するPET(ポリエチレンテレフタレート)等のポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリルスチレン樹脂、PC(ポリカーボネート)樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、TAC(トリアセチルセルロース)樹脂等により形成される。
図3(a)に示すように、第1単位光学形状221は、真円の一部形状(円弧状)であり、スクリーン10の画面外(第1スクリーン部20の表示領域外)に位置する点C1を中心として、同心円状に複数配列されている。即ち、第1光学形状層22は、背面側の面に、点C1をフレネルセンターとする、いわゆるオフセット構造のサーキュラーフレネルレンズ形状を有している。
この点C1は、図3(a)に示すように、スクリーン10の画面(第1スクリーン部20の表示領域)の左右方向の中央であって画面下方に位置しており、スクリーン10を正面方向から見た場合、点C1と点Aとは、Y方向に平行な同一直線上に位置している。
第1単位光学形状221(単位レンズ)は、背面側に凸であり、映像光が入射する第1斜面(レンズ面)221aと、これに対向する第2斜面(非レンズ面)221bとを有している。1つの第1単位光学形状221において、第2斜面221bは、頂点t1を挟んで第1斜面221aの下側に位置している。
この第1単位光学形状221の第1斜面221a及び第2斜面221bは、微細かつ不規則な凹凸形状を有する粗面である。この凹凸形状は、微細な凸形状と凹形状とが2次元方向に不規則に配列されて形成されており、凸形状及び凹形状は、その大きさや形状、高さ等は不規則である。
理解を容易にするために、図2では、第1単位光学形状221の配列ピッチP1、角度θ1,θ2は、第1単位光学形状221の配列方向において一定である例を示している。しかし、本実施形態の第1単位光学形状221は、実際には、配列ピッチP1は一定であるが、角度θ1が第1単位光学形状221の配列方向においてフレネルセンターとなる点C1から離れるにつれて次第に大きくなっている。
角度θ1,θ2、配列ピッチP1等は、映像源LSからの映像光の投射角度(スクリーン10への映像光の入射角度)や、映像源の画素(ピクセル)の大きさ、スクリーン10の画面サイズ、各層の屈折率等に応じて、適宜設定してよい。例えば、第1単位光学形状221の配列方向に沿って、配列ピッチP1が変化し、角度θ1,θ2が変化する形態としてもよい。
なお、本実施形態では、第1光学形状層22を構成する樹脂として、紫外線硬化型樹脂を例に挙げて説明するが、これに限らず、例えば、電子線硬化型樹脂等の他の電離放射線硬化型樹脂により形成してもよい。
前述のように、第1斜面221a及び第2斜面221bには、微細かつ不規則な凹凸形状が形成されており、第1反射層23は、この微細かつ不規則な凹凸形状に追従して形成され、その凹凸形状を維持した状態で成膜されている。そのため、第1反射層23の第1光学形状層22側(映像源側)の面及び第1樹脂層24側(背面側)の面は、微細かつ不規則な凹凸形状を有する粗面となっている。
この第1反射層23は、入射した光の一部を微細かつ不規則な凹凸形状により拡散して反射し、反射しない他の光を拡散しないで透過する。
高屈折率誘電体膜は、例えば、TiO2(二酸化チタン)、Nb2O5(五酸化ニオブ)、Ta2O5(五酸化タンタル)等により形成される。高屈折率誘電体膜の屈折率は、2.0〜2.6程度である。
低屈折率誘電体膜は、例えば、SiO2(二酸化ケイ素)、MgF2(フッ化マグネシウム)等により形成される。低屈折率誘電体膜の屈折率は、1.3〜1.5程度である。
高屈折率誘電体膜及び低屈折率誘電体膜の膜厚は、約5〜100nmであり、これらが交互に2〜10層程積層されて形成されており、誘電体多層膜の総厚は、10〜1000nm程度である。
誘電体多層膜により形成された第1反射層23は、アルミニウム等の金属蒸着膜等により形成された反射層に比べて、高い透明性を有しており、また、光の吸収損失が小さく、高い反射率を実現できる。
第1反射層23は、第1単位光学形状221上(第1斜面221a及び第2斜面221b上)に、上述のような誘電体多層膜を蒸着加工する、又はスパッタ加工する等により、所定の厚さで形成される。
なお、第1反射層23は、これに限らず、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル等の光反射性の高い金属を蒸着したり、光反射性の高い金属をスパッタリングしたり、金属箔を転写したりする等により形成してもよい。
第1樹脂層24は、第1単位光学形状221間の谷部を埋めるように形成されており、第1光学形状層22及び第1反射層23の背面側(−Z側)の面を平坦としている。したがって、第1樹脂層24の映像源側(+Z側)の面は、第1光学形状層22の第1単位光学形状221の略逆型の形状が複数配列されて形成されている。
このような第1樹脂層24を設けることにより、第1反射層23を保護できる。また、第1スクリーン部20に第1樹脂層24を設けることにより、第1スクリーン部20の背面側に第2スクリーン部30を積層しやすくなる。
本実施形態の第1樹脂層24は、第1光学形状層22と同じ材料(紫外線硬化型樹脂)により形成され、その屈折率が第1光学形状層22の屈折率に等しい。
本実施形態の第2スクリーン部30は、保護層35を備えている点が異なる以外は、前述の第1スクリーン部20と略同様の形態である。したがって、第1スクリーン部20と同等の機能を部分については、重複する説明を適宜省略する。
第2基材層31は、第1スクリーン部20の第1基材層21に相当する層である。本実施形態では、第2基材層31は、第1基材層21と同様のシート状の部材を用いている。なお、第2基材層31は、第1基材層21よりも厚みが薄くてもよい。
第2光学形状層32は、図3(b)に示すように、その背面側の面に、真円の一部形状(円弧状)である第2単位光学形状(単位レンズ)321がスクリーン10の画面外(第2スクリーン部30の表示領域外)に位置する点C2を中心として同心円状に複数配列された、オフセット構造のサーキュラーフレネルレンズ形状を有している。
また、本実施形態では、スクリーン10を正面方向から見た場合、この点C2は、前述の第1光学形状層22のサーキュラーフレネルレンズ形状のフレネルセンターとなる点C1と一致している。
第2単位光学形状321(単位レンズ)は、背面側に凸であり、第1斜面(レンズ面)321aと、第2斜面(非レンズ面)321bとを有している。
第1斜面321aがスクリーン面に平行な面となす角度は、θ3である。第2斜面321bがスクリーン面に平行な面となす角度は、θ4である。角度θ3,θ4は、θ4>θ3という関係を満たしている。
第1斜面321a及び第2斜面321bは、第1単位光学形状221の第1斜面221a及び第2斜面221bと同様に、微細かつ不規則な凹凸形状を有する粗面である。
理解を容易にするために、図2では、第2単位光学形状321の配列ピッチP2、角度θ3,θ4は、第2単位光学形状321の配列方向において一定である例を示している。しかし、本実施形態の第2単位光学形状321は、実際には、配列ピッチP2は一定であるが、角度θ3が第2単位光学形状321の配列方向においてフレネルセンターとなる点C2から離れるにつれて次第に大きくなっている。
本実施形態では、第1光学形状層22のサーキュラーフレネルレンズ形状と第2光学形状層32のサーキュラーフレネルレンズ形状とは、光学的な設計が同じであり、同様の形状である。したがって、第1単位光学形状221の配列ピッチP1と第2単位光学形状321の配列ピッチP2とは等しい(P1=P2)。また、各スクリーン部のフレネルセンターとなる点C1,C2からの距離rが等しい位置の第1単位光学形状221及び第2単位光学形状321では、θ1=θ3、θ2=θ4である。
なお、第2反射層33の反射率は、第1反射層23の反射率以上であることが、明るく明瞭な映像を表示する観点から好ましい。
保護層35は、第2樹脂層34の背面側(−Z側)に形成された光透過性を有する層であり、このスクリーン10の背面側を保護する機能を有している。
保護層35は、光透過性の高い樹脂製のシート状の部材により形成される。保護層35は、例えば、第1基材層21や第2基材層31と同様の材料を用いて形成されたシート状の部材を用いてもよい。
また、本実施形態では、第1光学形状層22のサーキュラーフレネルレンズ形状と、第2光学形状層32のサーキュラーフレネルレンズ形状とは同じ形状であり、第1反射層23及び第2反射層33により反射された反射光の集光点(焦点位置)は、略同じ位置である。
まず、第1基材層21を用意し、その一方の面に、第1単位光学形状221を賦形する成形型に紫外線硬化型樹脂を充填した状態で積層し、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させるUV成形法により第1光学形状層22を形成する。このとき、第1単位光学形状221を賦形する成形型の第1斜面221a及び第2斜面221bを賦形する面には、微細かつ不規則な凹凸形状が形成されている。この微細かつ不規則な凹凸形状は、成形型の第1斜面221a及び第2斜面221bを賦形する面に、めっき処理やエッチング処理、ブラスト処理等を1回以上行うことによって形成できる。
次に、第1反射層23の上から、第1単位光学形状221間の谷部を充填して平面状となるように紫外線硬化型樹脂を塗布し、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させ、第1樹脂層24を形成する。これにより、第1スクリーン部20が形成される。
まず、第2基材層31の片面にUV成形法により第2光学形状層32を形成する。このとき、第2単位光学形状321を賦形する成形型の第1斜面321a及び第2斜面321bを賦形する面には、前述の第1単位光学形状221を賦形する成形型と同様に、微細かつ不規則な凹凸形状が形成されている。
次に、第2単位光学形状321の第1斜面321a及び第2斜面321bに、誘電体多層膜を蒸着することにより第2反射層33を形成する。
そして、第2反射層33の上から、第2単位光学形状321間の谷部を充填して平面状となるように紫外線硬化型樹脂を塗布し、保護層35を積層し、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させ、第2樹脂層34及び保護層35を一体に形成する。これにより、第2スクリーン部30が形成される。
なお、第1基材層21、第2基材層31、保護層35は、枚葉状としてもよいし、ウェブ状としてもよい。
しかし、このような製法で各反射層の表面に微細かつ不規則な凹凸形状を形成した場合には、個々のスクリーン10での拡散特性や品質等のばらつきが大きく、安定した製造が行えない。
これに対して、上述のように、第1単位光学形状221及び第2単位光学形状321の第1斜面221a,321a及び第2斜面221b,321bの微細かつ不規則な凹凸形状を成形型によって賦形し、その上に各反射層を形成するという製造方法を用いることにより、スクリーン10を多数製造する場合にも、品質のばらつきが少なく、安定して製造できるという利点がある。
スクリーン10の下方に位置する映像源LSから投射された映像光L1のうち、一部の映像光は、スクリーン10に入射する際にスクリーン10の表面で反射し、スクリーン10の映像源側上方へ向かう。この映像光L2は、観察者O1には届かない。
第1斜面221aに入射した映像光のうち反射しなかった一部の映像光L4は、第1反射層23を透過し、スクリーン10の背面側(−Z側)へ向かう。映像光L4の一部は、第2単位光学形状321の第1斜面321aに入射して第2反射層33によって拡散反射し、第1反射層23を透過して観察者O1側へ出射する。
第1斜面321aに入射した映像光のうち反射しなかった一部の映像光L5は、第2反射層33を透過してスクリーン10から背面側上方へ出射する。この映像光L5は、スクリーン10の背面側正面方向に位置する観察者O2には届かない。
また、本実施形態では、映像源LSがスクリーン10よりも下方に位置し、映像光L1がスクリーン10の下方から投射され、かつ、第2斜面221b,321bがスクリーン面に平行な面となす角度θ2,θ4(図2参照)がスクリーン10の画面上下方向の各点における映像光の入射角度よりも大きいので、映像光が第2斜面221b,321bに直接入射することはなく、第2斜面221b,321bは、映像光の反射にはほとんど影響しない。
図4に示すように、スクリーン10に映像源側上方から入射する外光G1のうち、一部の外光G2は、スクリーン10の表面等で反射し、スクリーン10の映像源側下方側へ向かう。また、一部の外光G3は、第1反射層23で反射し、一部はスクリーン10の映像源側(+Z側)の表面で全反射してスクリーン10内を下方へ向かって次第に減衰する。また、一部の外光G3は、そのスクリーン10表面への入射角度によっては、スクリーン10から映像源側下方へ出射する。
第1反射層23を透過した一部の外光G4は、第2反射層33で反射する等してスクリーン10内部を上方へ向かい、次第に減衰する。また、第1反射層23を透過した一部の外光G5は、第2反射層33も透過し、スクリーン10から背面側下方へ出射する。
第2反射層33を透過した一部の外光G9は、第1反射層23で反射する等してスクリーン10内部を下方へ向かい、次第に減衰する。
また、スクリーン10に入射した外光の一部は、スクリーン10の映像源側及び背面側の表面で全反射して、スクリーン内部下方側へ向かい、減衰する。
また、他の外光G10,G11は、第1反射層23及び第2反射層33を透過して、それぞれ背面側、映像源側へ出射する。スクリーン10は、拡散粒子を含有する拡散材等を含有していないので、このスクリーン10を透過する外光G10,G11は、拡散されない。したがって、スクリーン10を通して、スクリーン10の向こう側の景色を観察した場合に、スクリーン10の向こう側の景色がぼやけたり、白くにじんだりすることなく、高い透明性を有して観察することができる。
また、本実施形態のスクリーン10では、スクリーン10に映像光が投射された状態においても、観察者O1が、スクリーン10の向こう側(背面側)の景色を一部視認することが可能である。
さらに、本実施形態のスクリーン10では、背面側(−Z側)に位置する観察者O2は、映像光の投射の有無に関わらず、スクリーン10越しに映像源側(+Z側)の景色を高い透明性を有して良好に視認することができる。
しかし、本実施形態のスクリーン10では、第1スクリーン部20と第2スクリーン部30とは、同じ表示領域に同じ映像を表示しており、かつ、同じ映像を表示する光が、異なる2つの光路を通ってスクリーン10から出射するので、シンチレーション(スペックル)が低減される。
よって、映像のシンチレーション(スペックル)を低減し、明るく良好な映像を表示できる反射型のスクリーン10及び映像表示装置1とすることができる。
図5は、第2実施形態のスクリーン40の層構成を説明する図である。図5では、スクリーン40の画面中央となる点Aを通り、画面上下方向(Y方向)及び厚み方向(Z方向)に平行な断面を示している。
この第2実施形態のスクリーン40は、第2スクリーン部30の第2光学形状層42のサーキュラーフレネルレンズ形状の光学設計が第1スクリーン部20の第1光学形状層22のサーキュラーフレネルレンズ形状の光学設計とは異なる点以外は、前述の第1実施形態のスクリーン10と同様の形態である。したがって、第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
第2スクリーン部30は、第2基材層31、第2光学形状層42、第2反射層33、第2樹脂層34、保護層35を備え、これらが一体に積層されている。
第2光学形状層42は、その背面側の面に、点C2をフレネルセンターとするオフセット構造のサーキュラーフレネルレンズ形状を有している。スクリーン40の正面方向(Z方向)から見て、点C2は、点C1と一致している。
本実施形態では、図6に示すように、第2スクリーン部30の集光点F2は、第1スクリーン部20の集光点F1よりも厚み方向(Z方向)においてスクリーン40から離れた側(+Z側)に位置している。即ち、本実施形態のスクリーン40では、第2スクリーン部30の第2光学形状層42が有するサーキュラーフレネルレンズ形状は、第1スクリーン部20の第1光学形状層22が有するサーキュラーフレネルレンズ形状とは、その形状や光学設計が異なり、集光点の位置が異なる設計となっている。
そのため、第2スクリーン部30の第2光学形状層42の第2単位光学形状421その角度θ3,θ4等は、この集光点F2に対応して設計されている。したがって、点C1,C2からの距離rが等しい点に位置する第1単位光学形状221と第2単位光学形状421とでは、角度θ1と角度θ3とは異なっている。
なお、本実施形態では、配列ピッチP1と配列ピッチP2とは異なる値である例を示したが、これに限らず、同じ値としてもよい。
したがって、本実施形態によれば、前述の第1実施形態によって得られる効果に加えて、さらに、異なる2つの位置に向けて映像光を集光でき、異なる2つの位置の観察者に良好な映像を表示できる。
上述の第2実施形態では、第1スクリーン部20及び第2スクリーン部30の焦点位置(集光点)が、奥行き方向(Z方向)において異なる例を示したが、これに限らず、以下のような形態としてもよい。
図7は、第2実施形態のスクリーン40の別の形態を説明する図である。
図7(a)に示すように、第1スクリーン部20と第2スクリーン部30の焦点位置(集光点)F1,F2は、画面左右方向(X方向)において異なっていてもよい。このような形態とすることにより、画面左右方向の視野角を広げることができる。また、このような形態は、例えば、画面左右方向の寸法が画面上下方向の寸法より大きい横長のスクリーンにおいて好適である。
また、集光点F1,F2は、画面左右方向(X方向)及び奥行き方向(Z方向)で異なっていてもよいし、画面上下方向(Y方向)及び奥行き方向(X方向)で異なっていてもよいし、画面上下方向(Y方向)及び画面左右方向(X方向)で異なっていてもよい。
また、集光点F1,F2は、いずれか一方が無限遠となっていてもよい。
例えば、第1光学形状層22と第2光学形状層42とは、サーキュラーフレネルレンズ形状は同じであるが、そのフレネルセンターとなる点C1,C2がスクリーン面の法線方向から見て異なる位置にあってもよい。また、第1光学形状層22と第2光学形状層42とは、サーキュラーフレネルレンズ形状が異なり、さらに、そのフレネルセンターとなる点C1,C2がスクリーン面の法線方向から見て異なる位置にある形態でもよい。
さらに、例えば、集光点F1,F2の位置が一致する(又は、略一致する)が、角度θ1,θ3の角度分布や点C1,C2の位置が異なる形態としてもよい。
図8は、第3実施形態のスクリーン50の層構成を説明する図である。図8では、スクリーン50の画面中央となる点Aを通り、画面上下方向(Y方向)及び厚み方向(Z方向)に平行な断面を示している。
第3実施形態のスクリーン50は、その層構成が第1実施形態のスクリーン10とは異なる以外は、前述の第1実施形態のスクリーン10と同様の形態である。したがって、第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
第3実施形態のスクリーン50は、第1基材層21、第1光学形状層22、第1反射層23、第2光学形状層52、第2反射層33、第2樹脂層34、保護層35を備え、これらが一体に積層されている。本実施形態では、第1スクリーン部20は、映像源側から順に、第1基材層21、第1光学形状層22、第1反射層23を備え、第2スクリーン部30は、第2光学形状層52、第2反射層33、第2樹脂層34、保護層35を備えている。
本実施形態では、第1実施形態と同様に、第1スクリーン部20の映像光の集光点と第2スクリーン部30の映像光の集光点とは略同じ位置である。
第2光学形状層52は、その背面側の面に、第2単位光学形状521が複数配列されたオフセット構造のサーキュラーフレネルレンズ形状を有している。第2光学形状層52の有するサーキュラーフレネルレンズ形状と第1光学形状層22のサーキュラーフレネルレンズ形状とは、その形状及び光学設計が同じであり、第2単位光学形状521は、第1実施形態の第2単位光学形状321と同様の形状(即ち、第1単位光学形状221と同様の形状)である。
また、第2光学形状層52は、第1光学形状層22の第1単位光学形状221間の谷部を埋めるように形成されており、その映像源側(+Z側)の面に、第1単位光学形状221の略逆型となる形状が複数配列されて形成されている。
本実施形態の第2光学形状層52は、第1光学形状層22と同じ材料により形成され、その屈折率が第1光学形状層22の屈折率に等しい。
第1基材層21を用意し、その一方の面に、第1単位光学形状221を賦形する成形型に紫外線硬化型樹脂を充填した状態で積層し、紫外線を照射して紫外線硬化型樹脂を硬化させるUV成形法により第1光学形状層22を形成する。このとき、第1単位光学形状221を賦形する成形型の第1斜面221a及び第2斜面221bを賦形する面には、前述の第1実施形態と同様の表面処理等により、微細かつ不規則な凹凸形状が形成されている。
第1光学形状層22を、第1基材層21の一方の面に形成した後、第1斜面221a及び第2斜面221bに、誘電体多層膜を蒸着することにより第1反射層23を形成する。これにより、第1スクリーン部20が形成される。
次に、第2樹脂層34の第2単位光学形状521の逆型の各面(第1斜面521a及び第2斜面521bに対応する面)に、誘電体多層膜を蒸着することにより第2反射層33を形成する。これにより、保護層35、第2樹脂層34、第2反射層33が一体に積層された積層部材が形成される。
本実施形態によれば、スクリーン50を構成する層数が削減され、薄型化を実現できる。また、スクリーン50を構成する層数が削減されるので、部材数減少による生産コストや製造時間の短縮化等を実現できる。
また、本実施形態によれば、スクリーン50を構成する層数が削減されるので、各層間の界面での反射等による光量損失を低減でき、映像の明るさを向上できる。
以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)各実施形態において、第1スクリーン部20の表示領域と、第2スクリーン部30の表示領域とは、スクリーン10,40,50の正面方向から見てスクリーン10,40,50の画面(表示領域)と一致している例を挙げて示したが、これに限らず、例えば、第1スクリーン部20の表示領域と第2スクリーン部30の表示領域とは、一部が重複しており、スクリーン10,40,50の正面方向(Z方向、スクリーン面の法線方向)から見て、その重複する領域の面積は、スクリーン10,40,50の画面(表示領域)の面積の50%よりも大きい形態としてもよい。このような形態としても、シンチレーションの改善は期待できる。
なお、スクリーン10の画面に表示される映像のシンチレーションを低減し、良好な映像を表示する観点から、第1スクリーン部の表示領域と第2スクリーン部の表示領域との重複する領域の面積は、スクリーン10,40,50の画面(表示領域)の面積の90%以上とすることがより好ましい。
また、ハードコート層に限らず、スクリーン10,40,50の使用環境や使用目的等に応じて、例えば、反射防止機能、紫外線吸収機能、防汚機能、帯電防止機能等、適宜必要な機能を有する層を1つ又は複数選択して設けてもよい。さらに、第1基材層21の映像源側(+Z側)にタッチパネル層等を設けてもよい。
例えば、スクリーン10,40,50の映像源側の表面に反射防止層を設けた場合には、映像光のスクリーン入射時の反射を抑制することに加え、第1反射層23や第2反射層33で反射した光の一部が、スクリーンの映像源側表面で反射して背面側から出射する等により、背面側の観察者O2に映像が一部見えてしまうこと等も防止することができる。
このような形態とすれば、映像源LSの位置等の自由度が向上する。
また、第1単位光学形状221及び第2単位光学形状321,421,521は、3つ以上の複数の面によって形成される多角形形状としてもよい。
また、第1反射層23は、第1斜面221aの少なくとも一部に形成される形態としてもよい。第2反射層33についても同様である。また、例えば、第1反射層23は、第1斜面221aの少なくとも一部に形成され、第2反射層33が第1斜面321a及び第2斜面321bに形成される形態としてもよい。
また、第1単位光学形状221及び第2単位光学形状321,421,521は、第1斜面221a,321a,421a,521aのみが微細かつ不規則な凹凸形状を有する粗面である形態としてもよい。
また、スクリーン10,40,50は、第1基材層21及び保護層35の少なくとも一方を、ガラス板等の光透過性を有する板状の部材としてもよい。このとき、粘着剤層等を介して第1光学形状層22等がガラス板等に接合される形態としてもよい。
また、スクリーン10,40,50は、その映像源側(+Z側)又は背面側(−Z側)に、透光性を有する支持板を配置し、支持板に接合する形態等してもよい。例えば、スクリーン10の背面側に支持板等を接合する場合には、保護層35を設けない形態としてもよいし、スクリーン10の映像源側に支持板等を接合する場合には、第1基材層21を設けない形態としてもよい。
光吸収層をスクリーン10,40,50に設けることにより、スクリーン10,40,50に入射した外光等により生じ、スクリーン10,40,50と空気との界面で全反射しながらスクリーン10,40,50内を進む迷光を吸収でき、迷光による映像のコントラスト低下等を抑制できる。
なお、上述の光吸収層は、着色材を含有せず、透明な層であって光吸収作用を有する層としてもよい。
映像源LSは、映像光が入射角φでスクリーン10,40,50へ投射されるように位置及び角度が設定されている。この入射角φは、スクリーン10,40,50へ投射された映像光(P波)の反射率がゼロとなる入射角(ブリュースター角)をφb(°)とした場合、(φb−10)°以上85°以下の範囲に設定される。例えば、スクリーン10,40,50へ投射された映像光の反射率がゼロとなる入射角φbが60°である場合、映像光の入射角φは、50〜85°の範囲に設定される。
なお、角度φb(ブリュースター角)は、映像光が投射されるスクリーン10,40,50表面の材質により異なる。
また、このような形態の場合、第1基材層21としては、TAC製のシート状の部材が好適である。
10,40,50 スクリーン
20 第1スクリーン部
30 第2スクリーン部
21 第1基材層
22 第1光学形状層
221 第1単位光学形状
23 第1反射層
24 第1樹脂層
31 第2基材層
32,42,52 第2光学形状層
321,421,521 第2単位光学形状
33 第2反射層
34 第2樹脂層
35 保護層
Claims (14)
- 透明性を有し、映像源から投射された映像光の少なくとも一部を反射して映像を表示し、かつ、映像光の一部を透過する反射スクリーンであって、
第1スクリーン部と、前記第1スクリーン部よりも背面側に設けられる第2スクリーン部とを備え、これらが一体に積層され、
前記第1スクリーン部は、
光透過性を有し、表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有する第1単位光学形状が背面側の面に複数配列された第1光学形状層と、
前記第1単位光学形状の少なくとも一部に、前記第1単位光学形状の表面の前記凹凸形状に追従して形成され、入射する光の一部を反射し、一部を透過する機能を有する第1反射層と、
を備え、
前記第2スクリーン部は、
光透過性を有し、表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有する第2単位光学形状が背面側の面に複数配列された第2光学形状層と、
前記第2単位光学形状の少なくとも一部に、前記第2単位光学形状の表面の前記凹凸形状に追従して形成され、入射する光の一部を反射し、一部を透過する機能を有する第2反射層と、
を備え、
前記反射スクリーンのスクリーン面の法線方向から見て、前記第1スクリーン部の表示領域と前記第2スクリーン部の表示領域とは少なくとも一部が重複していること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1に記載の反射スクリーンにおいて、
前記第1反射層は、前記第1単位光学形状の表面の前記凹凸形状に対応する微細かつ不規則な凹凸形状を前記第1単位光学形状側の表面に有し、
前記第2反射層は、前記第2単位光学形状の表面の前記凹凸形状に対応する微細かつ不規則な凹凸形状を前記第2単位光学形状側の表面に有すること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1又は請求項2に記載の反射スクリーンにおいて、
該反射スクリーンのスクリーン面の法線方向から見て、前記第1スクリーン部の表示領域と前記第2スクリーン部の表示領域とが重複する領域の面積は、該反射スクリーンの表示領域の面積の50%よりも大きいこと、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
前記第1光学形状層は、背面側の面に、前記第1単位光学形状が同心円状に複数配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状を有し、
前記第2光学形状層は、背面側の面に、前記第2単位光学形状が同心円状に複数配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状を有すること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項4に記載の反射スクリーンにおいて、
前記第1単位光学形状は、前記第1スクリーン部の表示領域外に位置する点を中心として同心円状に複数配列され、
前記第2単位光学形状は、前記第2スクリーン部の表示領域外に位置する点を中心として同心円状に複数配列されていること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
前記第1単位光学形状と前記第2単位光学形状とは、光学的な設計が同じであること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
前記第1単位光学形状と前記第2単位光学形状とは、光学的な設計が異なること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
前記第1スクリーン部の前記第1反射層による反射光の輝度分布の半値全幅は、15°以下であり、
前記第2スクリーン部の前記第2反射層による反射光の輝度分布の半値全幅は、15°以下であること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
前記第2反射層の光の反射率は、前記第1反射層の光の反射率以上であること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
光を吸収する作用を有する光吸収層を備えること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
前記第1反射層及び前記第2反射層は、誘電体多層膜により形成されていること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
光を拡散する作用を有する拡散粒子を含有する光拡散層を備えていないこと、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項12までのいずれか1項に記載の反射スクリーンにおいて、
その厚み方向において前記第1光学形状層よりも映像源側に、反射防止機能、ハードコート機能、帯電防止機能、防汚機能の少なくとも1つの機能を有する層を備えること、
を特徴とする反射スクリーン。 - 請求項1から請求項13までのいずれか1項に記載の反射スクリーンと、
前記反射スクリーンに映像光を投射する映像源と、
を備える映像表示装置。
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