JP6807177B2 - Reflective screen - Google Patents
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Description
本発明は、プロジェクタからの光を反射して投影された映像を映し出す反射型スクリーンに関するものである。 The present invention relates to a reflective screen that reflects light from a projector and projects a projected image.
プロジェクタからの光を反射させて投影映像を映し出す反射型スクリーンとして種々のものが提案され、実施されている（例えば、特許文献１、２、３を参照。）。 Various types of reflective screens have been proposed and implemented as reflective screens that reflect light from a projector to project a projected image (see, for example, Patent Documents 1, 2 and 3).
例えば特許文献１には、ベース層の表面上に互いの第１反射膜が密着した複数の微小凸面鏡が配置され、互いに隣り合う微小凸面鏡の間に微小凹面鏡が配置されたスクリーンが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a screen in which a plurality of micro-convex mirrors in which the first reflective films are in close contact with each other are arranged on the surface of a base layer, and the micro-concave mirrors are arranged between the micro-convex mirrors adjacent to each other. ..
また、特許文献２には、基板表面に光拡散部としての複数の凸部が形成され、その上に波長選択性を有する光学薄膜が形成されたスクリーンが開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses a screen in which a plurality of convex portions as light diffusing portions are formed on the surface of a substrate, and an optical thin film having wavelength selectivity is formed on the plurality of convex portions.
また、特許文献３には、複数の凹面状の反射部を有し、各反射部のそれぞれが映像光を２回反射させて入射方向とは逆の方向へ出射するように構成されたスクリーンが開示されている。 Further, Patent Document 3 includes a screen having a plurality of concave reflecting portions, each of which reflects video light twice and emits the image light in a direction opposite to the incident direction. It is disclosed.
スクリーン反射面での光の散乱角度を広くすると、プロジェクタからの光が種々の方向へ反射するため、当然ながら各方向への反射光量が小さくなって映し出される映像の輝度は低下する。近年のプロジェクタは映像光として十分な光量を有するものが多いため、反射型スクリーンの機能として高輝度性はあまり要求されておらず、それよりも反射面での光の散乱角度、すなわち視野角（視認者がスクリーンに投影された映像を認識することができる角度範囲）が広いことが要求されている。上述した特許文献１〜３においても、反射面での広い散乱角度を実現することを前提として種々の工夫がなされている。 When the scattering angle of light on the screen reflecting surface is widened, the light from the projector is reflected in various directions, so that the amount of reflected light in each direction is naturally reduced and the brightness of the projected image is lowered. Since many projectors in recent years have a sufficient amount of light as image light, high brightness is not required as a function of the reflective screen, and the scattering angle of light on the reflecting surface, that is, the viewing angle (viewing angle). A wide angle range) is required so that the viewer can recognize the image projected on the screen. Also in the above-mentioned Patent Documents 1 to 3, various measures have been taken on the premise of realizing a wide scattering angle on the reflecting surface.
しかし、用途によっては、視野角の広さよりも映像の鮮明さ輝度の高さが要求される場合もある。そのような場合、スクリーンの反射面を鏡面にしてプロジェクタからの投影光を鏡面反射させることが考えられるが、投影光を鏡面反射させると、スクリーンに対する投影光の入射角度に対して一定角度の位置でしか像を見ることができず、視野角が狭すぎるという問題もある。 However, depending on the application, the sharpness and brightness of the image may be required rather than the wide viewing angle. In such a case, it is conceivable to make the reflecting surface of the screen a mirror surface to mirror-reflect the projected light from the projector. However, when the projected light is specularly reflected, the position at a constant angle with respect to the incident angle of the projected light with respect to the screen. There is also the problem that the image can only be seen on the screen and the viewing angle is too narrow.
そこで、本発明は、反射型スクリーンの視野角をある程度確保しながら高輝度映像を映し出すことができるようにすることを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to enable a high-luminance image to be projected while ensuring a certain viewing angle of the reflective screen.
本発明に係る反射型スクリーンは、一方の表面に複数の均一な立体構造部が隙間なく設けられた基材と、前記基材の前記一方の表面を覆うように、前記立体構造部の表面に沿って設けられた反射膜と、で構成され、前記反射膜での光の散乱角度が所定の角度範囲に限定されるように、前記立体構造部の表面形状が非球面の曲面となっているものである。 The reflective screen according to the present invention has a base material provided with a plurality of uniform three-dimensional structure portions on one surface without gaps, and the surface of the three-dimensional structure portion so as to cover the one surface of the base material. It is composed of a reflective film provided along the line, and the surface shape of the three-dimensional structure portion is an aspherical curved surface so that the scattering angle of light on the reflective film is limited to a predetermined angle range. It is a thing.
反射型スクリーンの視野角と映し出される映像の輝度とはトレードオフの関係にあり、視野角、すなわち反射面での散乱角度を広くすれば輝度が低下し、逆に、散乱角度を狭くすればその角度内への反射光量は大きくなるから映し出される映像の輝度が向上することになる。本願発明者らは、表面に反射膜が形成された曲面立体構造の高さ（又は深さ）によって、反射膜での光の散乱角度とその方向性を制御することができるという知見を取得し、立体構造の高さ（又は深さ）を調整することで、用途に応じた視野角と輝度を実現できることを見出した。すなわち、本発明の反射型スクリーンは、広い視野角よりも高い輝度を必要とする用途に適したものである。 There is a trade-off between the viewing angle of the reflective screen and the brightness of the projected image. If the viewing angle, that is, the scattering angle on the reflecting surface is widened, the brightness decreases, and conversely, if the scattering angle is narrowed, that Since the amount of reflected light within the angle increases, the brightness of the projected image is improved. The inventors of the present application have acquired the finding that the scattering angle and the direction of light on the reflective film can be controlled by the height (or depth) of the curved three-dimensional structure in which the reflective film is formed on the surface. , It was found that the viewing angle and brightness according to the application can be realized by adjusting the height (or depth) of the three-dimensional structure. That is, the reflective screen of the present invention is suitable for applications that require higher brightness than a wide viewing angle.
前記立体構造部は凸曲面であってもよいし凹曲面であってもよい。 The three-dimensional structure portion may be a convex curved surface or a concave curved surface.
前記基材は光透過性材料からなり、前記反射膜は、前記基材の他方の表面側からの光を前記他方の表面側へ反射させるように構成されていることが好ましい。そうすれば、本発明の反射型スクリーンを、表面側と裏面側のいずれでもプロジェクタから投影された像を形成することができるリバーシブルなスクリーンとすることができる。 It is preferable that the base material is made of a light-transmitting material, and the reflective film is configured to reflect light from the other surface side of the base material to the other surface side. Then, the reflective screen of the present invention can be a reversible screen capable of forming an image projected from the projector on either the front side or the back side.
本発明の反射型スクリーンは、ヘッドアップディスプレイにおいてプロジェクタから投影された像を中間像として形成する中間像スクリーンとして使用することができる。 The reflective screen of the present invention can be used as an intermediate image screen that forms an image projected from a projector as an intermediate image in a head-up display.
本発明に係るヘッドアップディスプレイは、映像光を投射するプロジェクタと、前記プロジェクタからの光を反射させて中間像を形成する本発明の反射型スクリーンと、前記反射型スクリーンで反射された光を受光して前記反射型スクリーンで形成された中間像の虚像を映し出す虚像スクリーンと、を備えものである。 The head-up display according to the present invention receives a projector that projects image light, a reflective screen of the present invention that reflects light from the projector to form an intermediate image, and light reflected by the reflective screen. It is provided with a virtual image screen for projecting a virtual image of an intermediate image formed by the reflective screen.
本発明に係る反射型スクリーンは、基材の一方の表面に複数の均一な立体構造部が隙間なく設けられ、その立体構造部の表面に沿って反射膜が設けられ、反射膜での光の散乱角度が所定の角度範囲に限定されるように立体構造部の表面形状が非球面の曲面となっているので、用途に応じた視野角を保持しつつ、不必要に広い視野角を有するスクリーンよりも高い輝度の映像を映し出すことができる。 In the reflective screen according to the present invention, a plurality of uniform three-dimensional structural portions are provided on one surface of the base material without gaps, and a reflective film is provided along the surface of the three-dimensional structural portions, so that light from the reflective film can be measured. Since the surface shape of the three-dimensional structure is an aspherical curved surface so that the scattering angle is limited to a predetermined angle range, the screen has an unnecessarily wide viewing angle while maintaining the viewing angle according to the application. It is possible to project an image with higher brightness.
本発明に係るヘッドアップディスプレイは、中間像を形成するための中間像スクリーンとして本発明の反射型スクリーンを用いているので、中間像スクリーンによって高輝度の中間像が形成され、視認者が視認する虚像スクリーンに高輝度な映像を映し出すことができる。 Since the head-up display according to the present invention uses the reflective screen of the present invention as an intermediate image screen for forming an intermediate image, a high-brightness intermediate image is formed by the intermediate image screen and is visually recognized by the viewer. A high-brightness image can be projected on a virtual image screen.
以下、本発明に係る反射型スクリーン及びヘッドアップディスプレイの実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the reflective screen and the head-up display according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図１に一実施例の反射型スクリーンの平面イメージ図を示す。 FIG. 1 shows a plan image of the reflective screen of one embodiment.
この実施例の反射型スクリーン２は一方の表面が反射膜６によって覆われている。反射膜６によって覆われた表面には複数の立体構造部８が隙間なく設けられている。立体構造部８の表面は非球面の曲凸面を有する。 One surface of the reflective screen 2 of this embodiment is covered with a reflective film 6. A plurality of three-dimensional structure portions 8 are provided without gaps on the surface covered by the reflective film 6. The surface of the three-dimensional structure portion 8 has an aspherical curved convex surface.
図２及び図３は同実施例の反射型スクリーン２の断面構造の例を示している。 2 and 3 show an example of the cross-sectional structure of the reflective screen 2 of the same embodiment.
反射型スクリーン２は、基材４とその基材４の一方の表面に設けられた反射膜６からなる。基材４の一方の表面に立体構造部８が設けられており、反射膜６はその立体構造部８の表面に沿って設けられている。基材４は一体成型されたものであってもよいし、図の境界線４ａの位置で接合された２つの部材からなるものであってもよい。 The reflective screen 2 is composed of a base material 4 and a reflective film 6 provided on one surface of the base material 4. A three-dimensional structure portion 8 is provided on one surface of the base material 4, and the reflective film 6 is provided along the surface of the three-dimensional structure portion 8. The base material 4 may be integrally molded, or may be composed of two members joined at the position of the boundary line 4a in the figure.
図２に示された構造では、立体構造部８の高さ寸法Ｌが開口半径Ｒよりも大きくなっており、曲率が非球面（不均一）になっている。立体構造部８がかかる形状を有することにより、反射膜６に入射した光の散乱角度が入射方向と同じ方向側の一定角度に限定される。かかる構造を、以下において「再帰反射型」の構造と称する。「再帰反射型」構造では、立体構造部８のＬ／Ｒが大きくなればなるほど光の散乱角度が小さくなり、視野角が狭くなる。なお、Ｌ＝Ｒのとき、曲率は均一（半球形状）となる。 In the structure shown in FIG. 2, the height dimension L of the three-dimensional structure portion 8 is larger than the opening radius R, and the curvature is aspherical (non-uniform). Since the three-dimensional structure portion 8 has such a shape, the scattering angle of the light incident on the reflective film 6 is limited to a constant angle on the same direction as the incident direction. Such a structure will be referred to as a "retroreflective type" structure below. In the "retroreflective" structure, the larger the L / R of the three-dimensional structure portion 8, the smaller the light scattering angle and the narrower the viewing angle. When L = R, the curvature is uniform (hemispherical shape).
他方、図３に示された構造では、立体構造部８の開口半径Ｒが高さ寸法Ｌよりも大きくなっている。立体構造部８がかかる形状を有することにより、反射膜６に入射した光の散乱角度が正反射方向側の一定角度に限定される。かかる構造を、以下において「鏡面反射型」の構造と称する。「鏡面反射型」構造では、立体構造部８のＬ／Ｒが小さくなればなるほど光の散乱角度が小さくなり、視野角が狭くなる。 On the other hand, in the structure shown in FIG. 3, the opening radius R of the three-dimensional structure portion 8 is larger than the height dimension L. Since the three-dimensional structure portion 8 has such a shape, the scattering angle of the light incident on the reflective film 6 is limited to a constant angle on the specular reflection direction side. Such a structure will be referred to as a "specular reflection type" structure below. In the "specular reflection type" structure, the smaller the L / R of the three-dimensional structure portion 8, the smaller the light scattering angle and the narrower the viewing angle.
ここで、「視野角」とは、反射膜６で反射された映像光を視認することが可能な角度範囲を意味する。この視野角が広いと、スクリーンに映し出される映像を広い角度から視認することが可能になるが、反面、光が種々の方向へ散乱するため、各方向へ反射する光量は小さくなり、輝度が低くなる。 Here, the "viewing angle" means an angle range in which the image light reflected by the reflective film 6 can be visually recognized. If this viewing angle is wide, the image projected on the screen can be visually recognized from a wide angle, but on the other hand, since the light is scattered in various directions, the amount of light reflected in each direction is small and the brightness is low. Become.
表１は、視野角と輝度との関係を計算により求めたものである。この計算では、スクリーン２の反射膜６での散乱光がその散乱角度全体に均一強度で散乱し、その散乱角で切り取られた、図６に示されるような球の表面積に反比例して輝度が変化すると仮定して、視野角１８０°のときを１として各視野角での輝度を求めている。散乱角で切り取られた球の表面積（底面を除く）Ｓは、高さｈ、半径ｒ、切取り断面の半径ｃを使って、
Ｓ＝π（ｃ2＋ｈ2）＝２πｒｈ
として求めた。
S = π (c 2 + h 2 ) = 2πrh
Asked as.
表１に示されているように、視野角を１２０°に限定すれば視野角１８０°のスクリーンの２倍の輝度を得ることができ、さらに視野角を５０°程度に限定すれば視野角１８０°のスクリーンの１０倍以上の輝度を得ることができる。 As shown in Table 1, if the viewing angle is limited to 120 °, twice the brightness of the screen with a viewing angle of 180 ° can be obtained, and if the viewing angle is further limited to about 50 °, the viewing angle is 180. It is possible to obtain a brightness 10 times or more that of a ° screen.
上述の「再帰反射型」構造や「鏡面反射型」構造では、立体構造部８のＬ／Ｒを調整することによって、視野角を所望の範囲に制御することができ、それによって所望の輝度を得ることができる。 In the above-mentioned "retro-reflective" structure and "specular-reflected" structure, the viewing angle can be controlled within a desired range by adjusting the L / R of the three-dimensional structure portion 8, thereby achieving a desired brightness. Obtainable.
また、「再帰反射型」構造と「鏡面反射型」構造では、視認者がスクリーン２に映し出された映像を視認することができる範囲や位置が異なり、使用用途に応じて選択することができる。 Further, the "retroreflective type" structure and the "specular reflection type" structure have different ranges and positions in which the viewer can visually recognize the image projected on the screen 2, and can be selected according to the intended use.
また、立体構造部８の大きさ（開口半径Ｒ）は映し出される映像の解像度に影響を与え、解像度を向上させたい場合には立体構造部８を小さくするのがよい。 Further, the size of the three-dimensional structure portion 8 (opening radius R) affects the resolution of the projected image, and if it is desired to improve the resolution, it is preferable to make the three-dimensional structure portion 8 smaller.
この実施例において、基材４は光透過性の材料により構成されており、図４に示されているように、基材４の反射膜６で覆われている面（図において左側の面）とは反対側の面（図において右側の面）からの光を反射膜６で反射させることもできるように構成されている。すなわち、この実施例の反射型スクリーン２はリバーシブルスクリーンである。 In this embodiment, the base material 4 is made of a light-transmitting material, and as shown in FIG. 4, the surface of the base material 4 covered with the reflective film 6 (the surface on the left side in the drawing). It is configured so that the light from the surface on the opposite side (the surface on the right side in the figure) can be reflected by the reflective film 6. That is, the reflective screen 2 of this embodiment is a reversible screen.
リバーシブルスクリーンを実現するために、反射膜６の膜構成を、スクリーン２のいずれの表面側から入射した光に対しても高い反射率を有する構成としている。反射膜６の膜構成の具体例としては、以下が挙げられる。 In order to realize a reversible screen, the film structure of the reflective film 6 is configured to have a high reflectance for light incident from any surface side of the screen 2. Specific examples of the film configuration of the reflective film 6 include the following.
凸面側の面（図４において左側の面）で映像光を反射させる場合は、基本の膜構成を、基材４側から順に、
（１）密着力向上層：例えば、（必要に応じて、ＳｉＯ膜の前に下地処理層として有機薄膜（カップリング層）を形成しても良い）ＳｉＯ膜（膜厚：λ/４（λは使用する可視光の中心波長：５５０ｎｍ））、
（２）反射層：例えば、アルミニウム金属ミラー層（膜厚：８０〜１００ｎｍ）、必要に応じてアルミニウム金属ミラー層の上にフッ化処理層（この処理を加えると高耐久成膜となる）、
（３）保護層：例えば、ＳｉＯ膜やＳｉＯ2膜等（膜厚：λ／４）、
とする。
When reflecting the image light on the convex side surface (the left side surface in FIG. 4), the basic film configuration is changed in order from the base material 4 side.
(1) Adhesion improving layer: For example, an organic thin film (coupling layer) may be formed as a base treatment layer in front of the SiO film if necessary) SiO film (film thickness: λ / 4 (λ). Is the center wavelength of visible light used: 550 nm)),
(2) Reflective layer: For example, an aluminum metal mirror layer (film thickness: 80 to 100 nm), a fluorinated layer on the aluminum metal mirror layer if necessary (addition of this treatment results in a highly durable film),
(3) Protective layer: For example, SiO film, SiO 2 film, etc. (film thickness: λ / 4),
And.
増反射構造としては、
（１）密着力向上層：ＳｉＯ膜（膜厚：λ/４）、
（２）反射層：アルミニウム金属ミラー層（膜厚：８０〜１００ｎｍ）、必要に応じてアルミニウム金属ミラー層の上にフッ化処理層
（３）保護層（増反射層）：例えば、ＳｉＯ2膜等（膜厚：λ／４）／ＴｉＯ2（膜厚：λ／４）／Ａｉｒの構成とする。
As a hyperreflection structure,
(1) Adhesion improving layer: SiO film (film thickness: λ / 4),
(2) Reflective layer: Aluminum metal mirror layer (film thickness: 80 to 100 nm), if necessary, a fluorinated layer on the aluminum metal mirror layer (3) Protective layer (enhanced reflection layer): For example, SiO 2 film Etc. (film thickness: λ / 4) / TiO 2 (film thickness: λ / 4) / Air.
凹面側の面（図４において左側の面）で映像光を反射させる増反射構造としては、基本の膜構成を、基材４側から順に、
（１）増反射層：ＴｉＯ2（膜厚：λ／４）／ＳｉＯ2膜等（膜厚：λ／４）、
（２）反射層：アルミニウム金属ミラー層（膜厚：８０〜１００ｎｍ）、必要に応じてアルミニウム金属ミラー層の上にフッ化処理層、
（３）保護層：例えば、ＳｉＯ2膜等（膜厚：λ／４）／Ａｉｒの構成とする。
As an augmented reflection structure that reflects image light on the concave side surface (the left side surface in FIG. 4), the basic film configuration is made in order from the base material 4 side.
(1) Reflective layer: TiO 2 (film thickness: λ / 4) / SiO 2 film, etc. (film thickness: λ / 4),
(2) Reflective layer: Aluminum metal mirror layer (film thickness: 80 to 100 nm), if necessary, a fluorinated layer on the aluminum metal mirror layer,
(3) Protective layer: For example, a SiO 2 film or the like (film thickness: λ / 4) / Air is used.
また、凹凸両面側の面（図４において左側の面）で映像光を増反射構造としては、基本の膜構成を、基材４側から順に、
（１）増反射層：ＴｉＯ2（膜厚：λ／４）／ＳｉＯ2膜等（膜厚：λ／４）、
（２）反射層：アルミニウム金属ミラー層（膜厚：８０〜１００ｎｍ）、必要に応じてアルミニウム金属ミラー層の上にフッ化処理層
（３）保護層（増反射層）：例えば、ＳｉＯ2膜等（膜厚：λ／４）必要に応じてＳｉＯ2膜の上にフッ化処理層／ＴｉＯ2（膜厚：λ／４）／Ａｉｒの構成としてもよい。
Further, as a structure for increasing the reflection of image light on the surface on both sides of the uneven surface (the surface on the left side in FIG. 4), the basic film configuration is made in order from the base material 4 side.
(1) Reflective layer: TiO 2 (film thickness: λ / 4) / SiO 2 film, etc. (film thickness: λ / 4),
(2) Reflective layer: Aluminum metal mirror layer (thickness: 80 to 100 nm), if necessary, a fluorinated layer on the aluminum metal mirror layer (3) Protective layer (enhanced reflection layer): For example, SiO 2 film Etc. (Thickness: λ / 4) If necessary, a fluorinated layer / TiO 2 (thickness: λ / 4) / Air may be formed on the SiO 2 film.
凹面側の面（図４において右側の面）で映像光を反射させる場合は、基材４側から順に、
（１）樹脂層（基材４）、
（２）密着力向上層：例えば、ＳｉＯ膜（膜厚：λ／８以下）や有機薄膜（カップリング層）、
（３）増反射膜：ＴｉＯ2（膜厚：λ／４）、
（４）増反射膜：ＳｉＯ2（膜厚：λ／４）、
（５）反射層：例えば、アルミニウム金属ミラー層（膜厚：８０〜１００ｎｍ）、必要に応じてアルミニウム金属ミラー層の上にフッ化処理層、
（６）保護層、例えばＳｉＯ膜、ＳｉＯ2膜（膜厚：λ／４）、
とする。
When reflecting the image light on the concave surface (the surface on the right side in FIG. 4), the image light is reflected in order from the substrate 4 side.
(1) Resin layer (base material 4),
(2) Adhesion improving layer: For example, SiO film (film thickness: λ / 8 or less), organic thin film (coupling layer),
(3) Anti-reflective coating: TiO 2 (film thickness: λ / 4),
(4) Anti-reflective coating: SiO 2 (film thickness: λ / 4),
(5) Reflective layer: For example, an aluminum metal mirror layer (film thickness: 80 to 100 nm), and if necessary, a fluorinated layer on the aluminum metal mirror layer.
(6) Protective layer, for example, SiO film, SiO 2 film (film thickness: λ / 4),
And.
上記の増反射膜構成であれば、スクリーン２のいずれの面から光が入射しても反射機能を有し、その反射率は、図５に示されているように、両側共に、４００ｎｍ：８７％、４５０ｎｍ：９３％、５００ｎｍ〜５５０ｎｍ：９４．５％、６００ｎｍ：９４％、６５０ｎｍ：９３％、７００ｎｍ：９１．５％であった。 With the above-mentioned antireflection film configuration, it has a reflecting function regardless of whether light is incident from any surface of the screen 2, and its reflectance is 400 nm: 87 on both sides as shown in FIG. %, 450 nm: 93%, 500 nm to 550 nm: 94.5%, 600 nm: 94%, 650 nm: 93%, 700 nm: 91.5%.
なお、反射層であるアルミニウム金属ミラー層を薄く（例えば４０〜５０ｎｍ）するとハーフミラーの機能を有するようになる。 If the aluminum metal mirror layer, which is the reflective layer, is made thin (for example, 40 to 50 nm), it has the function of a half mirror.
図２及び図３に示した反射型スクリーン２の基材４は、例えば以下のようにして作成することができる。 The base material 4 of the reflective screen 2 shown in FIGS. 2 and 3 can be produced, for example, as follows.
まず、基材４を作成するための金型を作成する。金型の作成は、準備しておいた所定の寸法の石英基板上に、平面形状が六角形形状の曲面凹部が蜂の巣状に配置されたマスクパターンをフォトリソグラフィー技術で形成し、そのマスクパターンをマスクにしてドライエッチング技術により、そのパターンを石英基盤に転写する。これにより、基材４を作成するための金型が形成される。ドライエッチングの際、選択比を大きくすることによって図２のような「再帰反射型」構造が形成され、選択比を小さくすることによって図３のような「鏡面反射型」構造が形成される。 First, a mold for creating the base material 4 is created. To create a mold, a mask pattern in which curved recesses having a hexagonal plane shape are arranged in a honeycomb shape is formed on a prepared quartz substrate of a predetermined size by photolithography technology, and the mask pattern is formed. The pattern is transferred to a quartz substrate by using a mask and dry etching technology. As a result, a mold for producing the base material 4 is formed. During dry etching, a “retroreflective” structure as shown in FIG. 2 is formed by increasing the selectivity, and a “specular” structure as shown in FIG. 3 is formed by decreasing the selectivity.
上記の金型を用いて、ナノインプリント工法又は樹脂成型工法により、基材４を作成する。ナノインプリント工法を用いた場合には、図２及び図３の破線４ａで示されているように、基材４が２つの部材の接合によって形成され、樹脂成型工法を用いた場合には、基材４が一体として形成される。 Using the above mold, the base material 4 is prepared by the nanoimprint method or the resin molding method. When the nanoimprint method is used, the base material 4 is formed by joining two members as shown by the broken line 4a in FIGS. 2 and 3, and when the resin molding method is used, the base material 4 is formed. 4 is formed as one.
上記実施例の反射型スクリーン２は、基材４と反射膜６だけで構成されているので、全体の厚みを０．５ｍｍ以下にすることができる。（好ましくは、基材４を薄くすることによって厚みを０．２ｍｍ以下にすることができる）。これにより、スクリーン２を湾曲させることが可能になる。反射膜６は基材４に設けられた立体構造部８の表面に沿って設けられているので、スクリーン２を湾曲させても投影画像の歪みを抑制することができ、曲面映像の実現が可能となる。 Since the reflective screen 2 of the above embodiment is composed of only the base material 4 and the reflective film 6, the total thickness can be 0.5 mm or less. (Preferably, the thickness can be reduced to 0.2 mm or less by thinning the base material 4). This makes it possible to bend the screen 2. Since the reflective film 6 is provided along the surface of the three-dimensional structure portion 8 provided on the base material 4, distortion of the projected image can be suppressed even if the screen 2 is curved, and a curved image can be realized. It becomes.
上記実施例の反射型スクリーン２は、基材４の立体構造部８の表面が凸曲面を有するものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、立体構造部８の表面が凹曲面を有するものであってもよい。その場合、反射膜６は凹曲面を有する立体構造部８の表面に沿って設けられる。立体構造部８の表面が凹曲面を有する場合、立体構造部８の開口半径Ｒと深さ寸法Ｌとの関係は、上記実施例の立体構造部８の開口半径Ｒと深さ寸法Ｌとの関係と同様に考えることができる。すなわち、深さ寸法Ｌが開口半径Ｒよりも大きければ「再帰反射型」構造となり、深さ寸法Ｌが開口半径Ｒよりも小さければ「鏡面反射型」構造となる。 In the reflective screen 2 of the above embodiment, the surface of the three-dimensional structure portion 8 of the base material 4 has a convex curved surface, but the present invention is not limited to this, and the surface of the three-dimensional structure portion 8 is concave. It may have a curved surface. In that case, the reflective film 6 is provided along the surface of the three-dimensional structure portion 8 having a concave curved surface. When the surface of the three-dimensional structure portion 8 has a concave curved surface, the relationship between the opening radius R and the depth dimension L of the three-dimensional structure portion 8 is the relationship between the opening radius R and the depth dimension L of the three-dimensional structure portion 8 of the above embodiment. You can think of it like a relationship. That is, if the depth dimension L is larger than the opening radius R, the structure is "retroreflective", and if the depth dimension L is smaller than the opening radius R, the structure is "specular".
樹脂成型工法を用いて基材４を一体として形成する別の方法としては、本件発明の微細表面構造を有する金型を準備し、かつその成形面が曲面構造を有する射出成形用金型を用意する。この金型に射出成型用の樹脂で射出成形する。次に、その微細構造基材４表面に本件反射膜を形成すれば、湾曲した曲面状にマイクロレンズアレイが形成された反射型スクリーンを製作することができる。かかる反射型スクリーンはヘッドアップディスプレイ用の中間像スクリーンとして使用することができる（図８参照）。 As another method of integrally forming the base material 4 by using the resin molding method, a mold having a fine surface structure of the present invention is prepared, and an injection molding mold having a curved surface structure is prepared. To do. This mold is injection molded with a resin for injection molding. Next, by forming the Reflective Film on the surface of the microstructure base material 4, it is possible to manufacture a reflective screen in which the microlens array is formed in a curved curved surface. Such a reflective screen can be used as an intermediate image screen for a head-up display (see FIG. 8).
上記方法による中間像スクリーンは、曲面構造を有するため以下のような効果をもたらす。
（１）レンズ光学系の収差補正の自由度が向上する。
（２）自動車搭載ヘッドアップディスプレイ製品では、車のフロントガラスの形状が変更になると（車は基本的にはすべての車種でフロントガラス形状が異なる）この形状変化に合わせてヘッドアップディスプレイの光学系を補正・修正する必要があるが、中間像スクリーンの形状をわずかに補正することによって対応が可能となる。
Since the intermediate image screen by the above method has a curved structure, it has the following effects.
(1) The degree of freedom of aberration correction of the lens optical system is improved.
(2) In automobile-mounted head-up display products, when the shape of the windshield of a car changes (basically, the shape of the windshield differs for all car models), the optical system of the head-up display adapts to this shape change. It is necessary to correct / correct, but it can be dealt with by slightly correcting the shape of the intermediate image screen.
また一般的に、ヘッドアップディスプレイの光学系を補正・修正する場合、透過型中間像スクリーン採用機種では変更寸法量が大きくなるが、反射型の場合は変更寸法量が１／２で済むため変更が容易であり、また、光学系全体の体積を縮小することができる。 Also, in general, when correcting / correcting the optical system of a head-up display, the amount of change is large for models that use a transmissive intermediate image screen, but for the reflective type, the amount of change is only 1/2. Is easy, and the volume of the entire optical system can be reduced.
次に、上記実施例の反射型スクリーン２を用いたヘッドアップディスプレイについて図７を用いて説明する。 Next, a head-up display using the reflective screen 2 of the above embodiment will be described with reference to FIG. 7.
この実施例のヘッドアップディスプレイは、プロジェクタ１０、中間像スクリーン２及び虚像スクリーン１２を備えている。中間像スクリーン２は上記実施例における反射型スクリーン２であり、プロジェクタ１０から投射される映像を形成し、虚像スクリーン１２側へ反射させる。虚像スクリーン１２には、中間像スクリーン２において形成された投射映像の虚像が映し出され、観察者１４は虚像スクリーン１２に映し出された虚像を見ることとなる。 The head-up display of this embodiment includes a projector 10, an intermediate image screen 2, and a virtual image screen 12. The intermediate image screen 2 is the reflective screen 2 in the above embodiment, and forms an image projected from the projector 10 and reflects it toward the virtual image screen 12. The virtual image of the projected image formed on the intermediate image screen 2 is projected on the virtual image screen 12, and the observer 14 sees the virtual image projected on the virtual image screen 12.
中間像スクリーン２は、図８に示されているように、必要に応じて湾曲させて曲面構造の中間像スクリーンとして用いることができる。中間像スクリーンの機能として広い視野角は不要であり、３０°程度の視野角があれば中間像スクリーンとして機能する。したがって、中間像スクリーンとして用いる反射型スクリーン２は、視野角が狭く（例えば４０°程度に）なるように、上述の「再帰反射型」構造又は「鏡面反射型」構造のＬ／Ｒが調整されたものである。視野角を４０°に調整すれば、視野角が１８０°のスクリーンの１６倍程度の輝度を得ることができる。これにより、高輝度の中間像スクリーン２を実現することができる。 As shown in FIG. 8, the intermediate image screen 2 can be curved as needed and used as an intermediate image screen having a curved structure. A wide viewing angle is not required as a function of the intermediate image screen, and if there is a viewing angle of about 30 °, it functions as an intermediate image screen. Therefore, in the reflective screen 2 used as the intermediate image screen, the L / R of the above-mentioned "retroreflective" structure or "specular" structure is adjusted so that the viewing angle is narrow (for example, about 40 °). It is a thing. If the viewing angle is adjusted to 40 °, it is possible to obtain brightness about 16 times that of a screen having a viewing angle of 180 °. As a result, a high-brightness intermediate image screen 2 can be realized.
２ 反射型スクリーン
４ 基材
６ 反射膜
８ 立体構造部
１０ プロジェクタ
１２ 虚像スクリーン
１４ 観察者
2 Reflective screen 4 Base material 6 Reflective film 8 Three-dimensional structure 10 Projector 12 Virtual image screen 14 Observer
Claims (7)
前記基材の前記一方の表面を覆うように、前記立体構造部の表面に沿って設けられた反射膜と、で構成され、
前記反射膜での光の散乱角度が所定の角度範囲に限定されるように、前記立体構造部の表面形状が、同一断面における曲率半径が不均一である非球面の曲面となっており、前記基材の前記表面に設けられているすべての前記立体構造部の形状及び高さが均一である、反射型スクリーン。 A substrate having a plurality of standing structure portion is provided without a gap on one surface,
It is composed of a reflective film provided along the surface of the three-dimensional structure portion so as to cover the one surface of the base material.
Wherein as the scattering angle of the light by the reflective film is limited to a predetermined angular range, the surface shape of the three-dimensional structure is the radius of curvature at the same cross-section has a non-spherical curved surface is uneven, the A reflective screen in which the shape and height of all the three-dimensional structures provided on the surface of the base material are uniform .
前記基材の前記一方の表面を覆うように、前記立体構造部の表面に沿って設けられた反射膜と、で構成され、 It is composed of a reflective film provided along the surface of the three-dimensional structure portion so as to cover the one surface of the base material.
前記反射膜での光の散乱角度が所定の角度範囲に限定されるように、前記立体構造部の表面形状が、同一断面における曲率半径が不均一である非球面の曲面となっており、 The surface shape of the three-dimensional structure portion is an aspherical curved surface having a non-uniform radius of curvature in the same cross section so that the scattering angle of light on the reflective film is limited to a predetermined angle range.
前記基材は光透過性材料からなり、 The base material is made of a light-transmitting material.
前記反射膜は、前記基材の他方の表面側からの光を前記他方の表面側へ反射させるように構成されている、反射型スクリーン。 The reflective film is a reflective screen configured to reflect light from the other surface side of the base material to the other surface side.
前記プロジェクタからの光を反射させて中間像を形成する請求項５又は６に記載の反射型スクリーンと、
前記反射型スクリーンで反射された光を受光して前記反射型スクリーンで形成された中間像の虚像を映し出す虚像スクリーンと、を備えたヘッドアップディスプレイ。
A projector that projects video light and
The reflective screen according to claim 5 or 6, wherein the light from the projector is reflected to form an intermediate image.
A head-up display including a virtual image screen that receives light reflected by the reflective screen and projects a virtual image of an intermediate image formed by the reflective screen.
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