JP7371639B2 - 反射型透明スクリーンおよび映像表示システム - Google Patents

Description

本発明は、反射型透明スクリーンおよび映像表示システムに関する。

映写機から投射された映像光を視認可能に表示し、かつ、スクリーンの背面の像を観察可能な反射型のスクリーンとして、車両のフロントウィンドウ（ウィンドシールド）に設置されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）として使用可能なものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献２には、スクリーンとして使用される拡散板であって、マイクロレンズアレイが配列された拡散板が記載されている。特許文献２に記載された拡散板は、透過型の拡散板または反射型の拡散板として作製される。

特許文献２には、所定の角度範囲内で強度むら（輝度むら）が生じないようにするために、２種類以上の形状のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイを使用することが記載されている。

特表２０１０－５３９５２５号公報 国際公開第２０１６／０５１７６６号

一般に、スクリーンには、複数の観察者が映像を視認できるようにするために、広視野角が求められる。しかし、車両用ＨＵＤなどの用途では、狭視野角のスクリーンが求められる。特定の少数（一人を含む。）の観察者が映像を視認できればよいからである。なお、狭視野角のスクリーンの用途は、ＨＵＤには限られない。

本発明は、視野角が狭く、スクリーンにおける広い領域に亘って高い輝度を呈する反射型透明スクリーンおよび映像表示システムを提供することを目的とする。

本発明による反射型透明スクリーンは、凹凸面を有する第１の透明層と、凹凸面上に形成された反射層と、反射層が形成された凹凸面上に該凹凸を埋めるように形成された第２の透明層とを備え、第１の透明層の凹凸面は、第一方向の傾斜角度が－４４゜～＋４４゜の範囲内にあり、第一方向に垂直な第二方向の傾斜角度が－４４゜～＋４４゜の範囲内にあり、前記凹凸面は、前記第一方向および前記第二方向に、複数種類の形状の単位レンズがランダムに配置されて形成され、前記単位レンズが、平均間隔が１０μｍ～５００μｍになるように配置され、前記凹凸面は、前記第一方向と前記第二方向とのそれぞれにおける単位レンズの傾斜角度が段階的または連続的に変化するような領域を含み、前記凹凸面の表面に散乱角度が±５０°以下の微小凹凸形状を有していることを特徴とする。
また、本発明による映像表示システムは、前記反射型透明スクリーンと、前記反射型透明スクリーンに映像を投影するプロジェクタと、を有する映像表示システムであって、前記反射型透明スクリーンからの反射光の輝度が、観察者から見て最大となるような角度に、前記傾斜角度を変化させたことを特徴とする。

本発明によれば、視野角が狭く、スクリーンにおける広い領域に亘って高い輝度を呈する反射型透明スクリーンおよび映像表示システムを得ることができる。

本発明による反射型透明スクリーンの作用を概念的に示す説明図である。 反射型透明スクリーンの要部の一断面を示す断面図である。 反射型透明スクリーンの一部を構成する単位レンズを示す斜視図である。 第一方向および第二方向を説明するための三面図である。 第一方向および第二方向を説明するための説明図である。 第１の実施形態の反射型透明スクリーンの構造の一例を説明するための説明図である。 映像投影構造体の構造の一例を示す断面図である。 反射型透明スクリーンの構造の一例を示す断面図である。 第２の実施形態の反射型透明スクリーンの構造の一例を説明するための説明図である。 スクリーンに光を入射させたときの反射光強度分布を示す説明図である。 実施例２－１の透明スクリーンの一部を構成する単位レンズを示す斜視図である。 実施例２－１及び比較例２の透明スクリーンにおける回折の発生結果を示す説明図である。 プロジェクタの設置位置を示す図である。 プロジェクタの設置位置を示す図である。 実施例３－１の透明スクリーンの各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。 実施例３－２の透明スクリーンの各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。 実施例３－３の透明スクリーンの各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。 実施例３－４の透明スクリーンの各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。 実施例３－５の透明スクリーンの各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。 実施例３－６の透明スクリーンの各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。 実施例３－７の透明スクリーンの各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。 実施例３－８の透明スクリーンの各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。 実施例３－９の透明スクリーンの各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。本明細書において、反射型透明スクリーン（以下、透明スクリーンという。）を基準として観察者側を前方、透明スクリーンを基準として観察者とは反対側を後方という。

図１は、本発明による透明スクリーンの作用を概念的に示す説明図である。図１に示すように、透明スクリーン１００の前方の所定位置に、映写機の一例であるプロジェクタ２００が設置されている場合を例にする。プロジェクタ２００として、一般的なものが使用可能である。透明スクリーン１００は、プロジェクタ２００からの映像の光（入射光）を反射する。透明スクリーン１００における大部分の領域（例えば、全領域）からの光（反射光）は、観察者３００に向かって反射される。なお、図１では、プロジェクタ２００と観察者３００とは同じ高さに位置するように記載されているが、実際には、プロジェクタ２００は、観察者３００に対して、上部、下部、左部または右部に設置されている。

図２には、本実施形態の透明スクリーン１００の要部の一断面（ｙ方向の断面：高さ方向をｘ方向、長手方向をｙ方向とする。）が例示されている。図２に示されるように、透明スクリーン１００は、表面に凹凸が形成されている第１の透明層３２と、第１の透明層３２における凹凸が形成された面に形成された反射層４０と、反射層４０の上に形成された第２の透明層５２とを有する。第２の透明層５２は、凹凸を埋め込むように、反射層４０の上に形成されている。第２の透明層５２の反射層４０とは反対側の面５１は、平坦な平面であってもよいが、湾曲する面であってもよい。また、第１の透明層３２の裏面（基準面）３１は、平坦な平面であってもよいが、湾曲する面であってもよい。

なお、作製された透明スクリーン１００が実用に供されるときに、第２の透明層５２が、前方すなわち観察者側に位置する。

第１の実施形態．
図３は、第１の実施形態の透明スクリーン１００の一部を構成する単位レンズ１１０を示す斜視図である。透明スクリーン１００の第１の透明層３２の表面の形状（反射層４０の形状に相当）は、単位レンズ１１０が並べられたような形状である。具体的には、複数の単位レンズ１１０の表面形状で、第１の透明層３２における凹凸が実現される。換言すれば、反射層４０の表面形状が、複数の単位レンズ１１０の表面形状で実現される。

以下、単位レンズ１１０を構成する各レンズを小レンズ１１０_１～１１０_９ともいう。

図３には、３×３（＝９）の小レンズ１１０_１～１１０_９を含む単位レンズ１１０が例示されている。また、図３には、正面から見た場合の形状（平面視の形状）が矩形である小レンズ１１０_１～１１０_９が例示されているが、小レンズの形状は矩形に限られず、３角以上の多角形や円形であってもよい。

図４は、本実施形態および後述される実施形態で使用される小レンズ１１０_１～１１０_９に関する「第一方向」および「第二方向」を説明するための三面図である。図４において、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。なお、図４には、３つの小レンズ１１０_１～１１０_３が例示されている。

「第一方向」は、例えば、基準面４１に対して、断面視で最も大きい角度（傾斜角度θ１）をなす一つの方向である（図４の（Ａ）参照）。一例として、基準面４１は、透明スクリーン１００の法線と直交する平面である。「第二方向」は、「第一方向」が選定された場合に、「第一方向」を示す直線を基準面に投影した直線と直交する方向において、断面視で最も大きい角度（傾斜角度θ２）をなす方向である（図４の（Ｃ）参照）。

各々の小レンズ１１０_１～１１０_９の第一方向の曲率と第二方向の曲率は異なる。ここで、第一方向又は第二方向の曲率が０、すなわち平坦面であってもよい。

なお、簡便には、図５に示すように、透明スクリーン１００の高さ方向を第二方向とし、透明スクリーン１００の長手方向（第二方向に直交する方向）を第一方向としてもよい。透明スクリーン１００の形状が正面から見て奥側（背面側）に凹状になっている湾曲した形状である場合にも、透明スクリーン１００の高さ方向が第二方向である。第一方向は、例えば、透明スクリーン１００の中央部における法線と直交する平面と平行であって、第二方向と直交する方向である。

図６に示すように、本実施形態では、透明スクリーン１００の第１の透明層３２の表面の形状は、同一形状の単位レンズ１１０が全面に配置されて実現される形状である。そして、透明スクリーン１００における全域において、入射光を特定位置に存在する観察者３００に向けて反射するように、単位レンズ１１０の第一方向における角度（傾斜角度θ１）と第二方向における角度（傾斜角度θ２）とが設定される。すなわち、第１の透明層３２の表面の形状（反射層４０の形状に相当）が、上記のように第一方向における角度と第二方向における角度とが設定された単位レンズ１１０の形状で実現される。傾斜角度θ１は第一方向の基準面に対し第二方向側から見た場合に、単位レンズ１１０の成す角度が半時計周りの場合を正の数値とし、時計回りの場合を負の数値として定義する。傾斜角度θ２は第二方向の基準面に対し第一方向側から見た場合に、単位レンズ１１０の成す角度が半時計周りの場合を正の数値とし、時計回りの場合を負の数値として定義する。

なお、実際には、一つの工程で、透明スクリーン１００の全域における反射層４０の凹凸面（第１の透明層３２における凹凸面に対応）が形成される。

また、特定位置は、透明スクリーン１００が車両のウィンドシールドに組み込まれた場合を想定すると、典型的には運転席であり、このとき、特定位置に存在する観察者３００は、運転者である。特定位置は、助手席又は後部座席であってもよい。このとき、特定位置に存在する観察者３００は、乗客である。

図６に示された各々の単位レンズ１１０は同一形状を有する。単位レンズは、投影エリアに入射した光が観察者方向へ反射させる傾斜角度を有する面で構成される。観察者３００（一例として、運転者）の位置が、例えば透明スクリーン１００の中央部を基準にして所定位置であると想定した場合に、透明スクリーン１００の中央部に入射した光の好ましい反射角度は一意に決まる。すなわち、光の入射部における反射面の傾斜角度は一意に決まる。投影エリアに対して、光の各入射部における反射面の傾斜角度はそれぞれ一意に決まるので、投影エリアに入射して光が観察者方向へ反射する単位レンズの形状も自ずと決まる。なお、透明スクリーン１００の中央部に配置される単位レンズの集合体に着目することは一例であって、透明スクリーン１００における他の箇所に配置される単位レンズの集合体を基準にしてもよい。

第１の実施形態では、透明スクリーン１００の第１の透明層３２の表面の形状は、上記のように形状が決定された単位レンズ１１０が透明スクリーン１００の全域に並べられるような形状である。換言すれば、透明スクリーン１００は、平均的に観察者３００に対して反射光を集光するような単位レンズ１１０であって、同一形状の単位レンズ１１０が２次元的に配置されたような構造を有する。

なお、下記の実施形態では、透明スクリーン１００は、観察者３００に向かう反射光の光量を多くするために、反射層４０が形成された第１の透明層３２における凹凸面が、第一方向での傾斜角度が－４４°～＋４４°の範囲内であり、かつ、第二方向での傾斜角度が－４４°～＋４４°の範囲内である領域を含むように形成されるが、そのような傾斜角度の範囲は、本実施形態でも適用可能である。第一方向または第二方向での傾斜角度が前記範囲外の場合、観察者３００に向かう反射光の光量が不足し、特に明るい外光環境下においては映像が視認できない、または視野角が狭すぎて観察位置が少し変わっただけで映像が視認できないといった問題がある。より好ましい傾斜角度として、第一方向と第二方向での傾斜角度がいずれも－４０°～＋４０°の範囲であることが挙げられ、この範囲であることでスクリーンとして十分な視野角を維持しながら、高輝度を両立させることができる。
なお、上述したように、第１の透明層３２における凹凸面の形状は、複数の単位レンズ１１０の形状として実現されている。このとき、単位レンズ１１０の傾斜角度を、観察者３００が存在する方向への反射光の強度が、各場所における反射光強度最大値の５０％以上となるように設定すると好ましく、７５％以上となるように設定するとより好ましく、９０％以上となるように設定するとさらに好ましい。また、単位レンズ表面に微小な凹凸形状をつけてもよい。微小凹凸形状の詳細については後述する。

本実施形態の構造が採用されることによって、観察者３００が存在する方向への反射光の光量を増やすことができる。すなわち、高輝度化が実現される。

図７は、本発明による透明スクリーン１００の基材である映像投影構造体１２０の構造の一例を示す断面図である。図７に例示する構造では、映像投影構造体１２０は、透明基材６０に形成される。

透明基材６０は、例えば、ガラスまたは透明樹脂である。透明基材６０としてガラスを用いる場合には、ソーダライムガラス、無アルカリガラスを用いることが好ましい。ガラスは、耐久性を向上させるために、化学強化、ハードコーティング等が行われたものであってよい。透明基材６０として透明樹脂を用いる場合には、ポリカーボネート、ＰＥＴ、ＰＥＮ、シクロオレフィンポリマー等を用いることが好ましい。透明基材６０は、複屈折がないものであることが好ましい。また、透明基材６０として、基材としての耐久性が保たれる厚さのものを選択することが好ましい。

第１の透明層３２は、透明樹脂層であることが好ましい。透明樹脂として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。前記樹脂は光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれかであることが好ましい。第１の透明層３２の透過率は、５０％以上であると好ましく、７５％以上がより好ましく、９０％以上がさらに好ましい。

また、第１の透明層３２が、屈折率が１．４以上の樹脂で形成されることが好ましい。このことにより、映像光が第１の透明層３２に入射する際に屈折し、観察者に向けて反射される際の傾斜角度を小さくできる。

また、第１の透明層３２は、複数層で構成されていてもよい。また、フィラーを含んでいてもよい。複数層で構成されている場合の層間の屈折率差やフィラーとバインダーとなる樹脂層との屈折率差は、０．０５以下であると白濁を抑制できるため好ましく、０．０２以内であるとより透明性を高めることが出来るため、より好ましく、０．０１以内であるとハローのようなにじみに近い後方の視認性の劣化を抑制できるため、さらに好ましい。

第２の透明層５２は、透明樹脂層であることが好ましい。第１の透明層３２の屈折率と第２の透明層５２の屈折率との差は小さい方が好ましい。例えば、０．０５以下であることが好ましい。第２の透明層５２は、第１の透明層３２と同一の材料で形成されても異なる材料で形成されてもよいが、同一の材料により形成されることが好ましい。第２の透明層５２と第１の透明層３２とが、同一の透明樹脂で形成される場合には、容易に双方の屈折率を合わせることができる。また、第１の透明層３２の場合と同様に、第２の透明層５２の透過率は、５０％以上であると好ましく、７５％以上がより好ましく、９０％以上がさらに好ましい。

また、第２の透明層５２は、複数層にて構成されていてもよい。また、フィラーを含んでいてもよい。複数層で構成されている場合の層間の屈折率差やフィラーとバインダーとなる樹脂層との屈折率差は、０．０５以内であると白濁を抑制できるため好ましく、０．０２以内であるとより透明性を高めることが出来るため、より好ましく、０．０１以内であるとハローのようなにじみに近い後方の視認性の劣化を抑制できるため、さらに好ましい。

反射層４０は、金属膜、誘電体の単層または多層膜で形成される。反射層４０は、それらの組み合わせで形成されてもよい。一例として、反射層４０は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｇｅの中から選ばれる１つの金属の単体、もしくは、それらの単体を２種以上含む合金、または、ＮｂＯ、ＳｉＯ_２の酸化物を主成分とする材料で形成される。反射層４０に入射した光の一部は透過し、他の一部は反射する。

成形型は、バイト加工だけでなく、レーザ加工やフォトリソグラフィによって加工されうる。レーザ加工やフォトリソグラフィによる加工の場合、加工形状の頂部や谷部が丸くなり、Haze値を下げることができる。また、加工形状の頂部や谷部の形状の再現性がバイト加工に比べ低いことから、形状の周期性がなくなり、回折を抑えることが可能になる。

以下、第１の実施形態における映像投影構造体１２０の製造例を説明する。

支持部材（透明基材６０）として、ＰＥＴフィルム（厚さ０．０７５ｍｍ）を準備した。また、成形型として、表面に所望の形状（図３および図４に例示されたような形状）を有する金型を準備した。金型は、後述する単位レンズの形状に対応する形状（以下、単位形状ともいう。）を有する。

次に、ＰＥＴフィルムの上に、第１の透明層３２を形成するために、ダイコート法により第１の樹脂を塗布した。第１の樹脂として、２官能を有するＵＶ硬化性樹脂であってアクリル系の樹脂（アクリル当量１５２）を用いた。

次に、第１の樹脂の上に、上記の成形型を設置した。成形型を、凹凸の形成されている側が第１の樹脂と接するように配置した。この状態で、成形型の反対側から１０００ｍＪのＵＶ光を照射して、第１の樹脂を硬化させ、第１の透明層３２を形成した。

その後、成形型を除去し、ＰＥＴフィルム上に、凹凸表面を有する第１の透明層３２（厚さ約３５μｍ）が得られた。この凹凸表面には、後述するレンズの凹凸が転写されていた。

次に、第１の透明層３２の凹凸表面に、スパッタリング法で反射層４０を形成した。反射層４０を、Ａｇ－Ａｕ合金層とした。反射層の厚さを、１５ｎｍとした。

次に、反射層４０の上に、ダイコート法で、密着層用樹脂を設置した。密着層用樹脂は、ジカルボン酸およびジオールからなるポリエステル樹脂を主成分とする、Ｔｇ＝４７℃の直鎖状の高分子樹脂を使用した。

その後、１１０℃で５分間加熱を行い、希釈溶媒を乾燥させ、密着層を形成した。密着層の成形収縮率は、３％未満である。密着層の厚さは、１．５μｍであった。

次に、密着層の上に、ダイコート法で第２の樹脂を塗布した。第２の樹脂として、第１の樹脂と同様のアクリル系の樹脂を用いた。

この状態で、第２の樹脂の側から１０００ｍＪのＵＶ光を照射して、第２の樹脂を硬化させ、第２の透明層５２（厚さ約３５μｍ）を形成した。第２の透明層５２の収縮率は、約１０％であった。

以上の方法により、映像投影構造体１２０が製造された。

次に、図８を参照して、第１の実施形態における透明スクリーン１００の製造方法を説明する。

まず、第１の透明基材１０および第２の透明基材１１として、厚さ２ｍｍのソーダライムガラスを準備した。また、第１の接着層および第２の接着層（図８において図示せず）として、厚さ０．３８ｍｍのＰＶＢフィルムを準備した。

次に、第１の透明基材１０、第１の接着層、映像投影構造体１２０、第２の接着層、および第２の透明基材１１を順に積層して、積層体を構成した。そして、積層体を真空パックした状態で、１２０℃で１時間加熱して、透明スクリーン１００を得た。

［実施例１－１］
第一方向の傾斜角度θ１が－１１°～１１°、第二方向の傾斜角度θ２が－１９°～２６°の単位レンズが映像表示部位の全域に２次元配列されて形成された成形型１－１を準備した。当該成形型１－１を用いて、実施例１－１の透明スクリーン１００を作製した。
［比較例１］
第一方向及び第二方向における最大傾斜角度及び最小傾斜角度がいずれも４５°である、真球型の単位レンズが映像表示部位の全域に２次元配列されて形成された成形型Ｘを準備した。当該成形型Ｘを用いて、比較例１の透明スクリーンを作製した。
上記で得られた実施例１－１及び比較例１の透明スクリーンに対し、入射光の入射角を０°、すなわち投影面の法線方向に固定したうえで、投影面の法線方向から－５°の出射角に対して反射される映像の輝度値をシミュレーションで求めた。比較例１の輝度値を１とした場合の実施例１－１の輝度値を定数倍した結果を表１に示す。

表１に示すように、第一方向の傾斜角度を－４４°～＋４４°の範囲内とし、かつ、第二方向の傾斜角度を－４４°～＋４４°の範囲内に設定することで、輝度を向上させることが可能である。

なお、図８では、透明基材６０と第１の透明基材１０を便宜上別のものとして表示しているが、透明基材６０は第１の透明基材１０の一態様としてとらえることができる。したがって、透明基材６０は第１の透明基材１０において説明したのと同じ素材のものを用いることができる。さらに、透明基材６０と第１の透明基材１０とを一つの透明層に集約してもよい。

第２の実施形態．
第１の実施形態では、透明スクリーン１００は、単位レンズ１１０が全面に配置されたような構造を有する（図６参照）。しかし、同じような形状（平面形状）の単位レンズ１１０が周期的に並べられると、回折が生じて輝度むらが発生する可能性がある。

第２の実施形態では、回折が生ずることを防止するために、透明スクリーン１００は、複数種類の形状の単位レンズ１１０が並べられたような構造を有する。

図９は、第２の実施形態の反射型透明スクリーンの構造の一例を説明するための説明図である。第２の実施形態において、透明スクリーン１００における第１の透明層３２の形状は、複数種類の形状の単位レンズ１１０が２次元配列されているような形状であってもよいし、図９に示すように、複数種類の形状の単位レンズ１１０がランダムに配置されているような形状であってもよい。なお、図９において、矩形は、各々、単位レンズ１１０に相当する。

図９に示す例はランダムな配置の一例であるが、図９に示す例では、まず、中心点が、第一方向と第二方向のそれぞれに対してランダムに配置される。

そして、配置された各中心点が各々の単位レンズ１１０の中心点になるように、各々の単位レンズ１１０の形状が定められる。

なお、透明スクリーン１００における各々の単位レンズ１１０に関する第一方向傾斜角度および第二方向傾斜角度は、第１の実施形態におけるそれらと同じ考え方で決定される。すなわち、本実施形態でも、透明スクリーン１００は、それぞれが平均的に観察者３００に対して反射光を集光するような単位レンズ１１０が並べられたような構造を有する。

このとき、単位レンズ１１０の形状は、観察者３００の場所へ光が反射するようにシミュレーションして決められる。ここで、観察者３００が複数名いる場合には、複数種類の形状の単位レンズを用い、各単位レンズがそれぞれの観察者に反射するように構成されていてもよい。

第２の実施形態では、単位レンズ１１０の配列の周期性をなくすことによって、回折が発生することが防止される。

なお、第２の実施形態では、上述したように、複数の単位レンズ１１０は、透明スクリーン１００においてランダムに配置されるが、無制限にランダム配置されるのではなく、ある程度の制約下でランダム配置されるようにしてもよい。一例としては、第一方向と第二方向とのそれぞれにおいて、中心点の平均間隔が、１０μｍ～５００μｍの範囲内にあるようにする。

また、単位レンズ表面に微小な凹凸形状を付与してもよい。微小凹凸形状を付与することで、所定の角度内に光を散乱させることが可能になる。この角度を散乱角度とし、反射光のピーク値の半値全幅として定義する。図１０を用いて、散乱角度を説明する。図１０には、プロジェクタ２００から透明スクリーン１００に光を入射させたときの反射光強度分布が示されている。この場合、反射光強度のピーク値は角度α°になり、反射光強度のピーク値の半値は角度（α－β）゜、角度（α＋γ）゜になっており、半値全幅は（γ＋β）゜となることから、散乱角度は（γ＋β）゜となる。この散乱角度は±５０°以下であることが、透明スクリーン１００からの反射光の利用効率の点で好ましい。
微小な凹凸形状を付与する方法としては、成形型を形成する材料の表面に対し物理的な切削処理を施す方法（例：ドライエッチング、ウェットエッチング、サンドブラスト、レーザーアブレーション）、押し出し成型による表面成型の利用、微粒子等の混合部材を成型した際に生じる表面構造の利用、または、自己組織化材料の塗布等が挙げられる。

単位レンズ表面に微小凹凸形状を付与する場合、反射層４０は、微小凹凸形状に追従するように形成される。このとき、反射層４０は微小凹凸形状よりも薄いため、反射層４０の表面は微小凹凸形状を反映する形状を有する。ここで、反射層４０の表面粗さ（すなわち単位レンズ１１０の表面粗さ）は算術表面平均粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ０６０１－２００１）が０．００５ｕｍ～５ｕｍの範囲であることが、所定の角度内に光を散乱させる観点から好ましい。なお、反射層４０の反射面の表面粗さＲａは、所望の光学性能等に応じて適宜選択できる。

［実施例２－１］
第一方向の傾斜角度θ１が＋１５°、第二方向の傾斜角度θ２が＋１５°の図１１に示す形状の単位レンズを以下の条件で周期的に配置して、単位レンズの集合体を得た。
・第一方向における中心点の平均間隔：５０μｍ、平均間隔に対して３０％がランダムに配置
・第二方向における中心点の平均間隔：５０μｍ、平均間隔に対して３０％がランダムに配置
上記の単位レンズの集合体に対し、微小凹凸形状（散乱角度：±２０°）を付与して、成形型２－１を作製した。このとき、微小凹凸形状の凹凸の表面に、カットオフ周波数が１０μｍとされたローパスフィルタを適用して測定したＲａは、０．１５μｍであった。
当該成形型２－１を用いた以外は実施例１－１と同様にして、透明スクリーン１００を作製した。
［比較例２］
比較例１－１と同様の単位レンズを、その中心点の平均間隔が以下の条件となるように周期的に配置して、単位レンズの集合体を得た。
・第一方向における中心点の平均間隔：５６μｍ
・第二方向における中心点の平均間隔：８０μｍ
微小凹凸形状の付与は行わずに、成形型Ｙを作製した。このとき、実施例２－１と同様にして測定したＲａは、０．２２μｍであった。当該成形型Ｙを用いて、比較例２の透明スクリーンを作製した。
上記で得られた実施例２－１及び比較例２の透明スクリーンに対し、実施例１－１と同様のシミュレーションにより映像の輝度値を求めた。実施例２－１及び比較例２の輝度値を、比較例２の輝度値を１として定数倍した結果を表２に示す。

図１２の（Ａ）に、実施例２－１の透明スクリーン１００における回折の発生結果を、図１２の（Ｂ）に、比較例２の透明スクリーンにおける回折の発生結果をそれぞれ示した。図１２より、比較例２の透明スクリーンでは、映像光の中心点からの一次回折が観察されたが、実施例２－１の透明スクリーン１００では、一次回折光がほとんど観察されなかった。また、パワーメーターにて測定した一次回折光強度と、入射光強度との比により、一次回折効率（＝一次回折光強度／入射光強度）を算出し、表２に示した。比較例２の１次光の回折効率は０．００４であったが、実施例２－１の１次光の回折効率は０．０００２であり、回折を抑制できていることが分かる。

第３の実施形態．
第１の実施形態では、透明スクリーン１００における第１の透明層３２の形状は、同じ形状の単位レンズ１１０が透明スクリーン１００の全域に並べられたような形状であった。

本実施形態では、単位レンズ１１０の形状が、透明スクリーン１００の位置に応じて異なる。すなわち、単位レンズ１１０の第一方向での傾斜角度および第二方向での傾斜角度は、透明スクリーン１００における位置に応じて異なる。そのため、超短焦点プロジェクタのような投影角の大きいプロジェクタに対し、映像光を観察者方向へ反射することが可能となり、映像輝度を高めることができる。

また、以下の実施例で説明されるように、各々の単位レンズ１１０の傾斜角度は、第一方向と第二方向とのそれぞれについて、連続的に変化している。なお、単位レンズの表面に微細な凹凸形状を有していてもよい。

以下、本実施形態の実施例を説明する。なお、各実施例は、主として、プロジェクタ２００の設置位置に応じて、単位レンズ１１０の第一方向での傾斜角度θ１および第二方向での傾斜角度θ２を変更した実施例である。なお、以下の各実施例において、単位レンズ１１０の第一方向及び第二方向の曲率はいずれも０とした。

車両のウィンドシールドに組み込まれた透明スクリーン１００を例にする。そして、透明スクリーン１００の前方の所定位置に、映写機の一例であるプロジェクタ２００が設置されている場合を例にする。また、観察者３００（この例では、運転席に位置する。）の位置（この例では、運転席における平均的な運転者の目の位置と想定される位置）を固定し、車両の内部の複数箇所のいずれかにプロジェクタ２００が設置されることを想定した。そして、プロジェクタ２００の設置位置に応じた投影エリアの各場所における反射面の傾斜角度をシミュレーションで求めた。

なお、「単位レンズ１１０の傾斜角度」は、透明スクリーン１００における各位置、この場合には、透明スクリーン１００はウィンドシールドに組み込まれているので、ウィンドシールドにおける各位置に対する反射面の傾斜角度から成り、各場所の傾斜角度を示す。具体的には、第二方向における複数の所定位置における第一方向の傾斜角度θ１と、第一方向における複数の所定位置における第二方向の傾斜角度θ２を、シミュレーションによって得た。なお、第一方向および第二方向を、図５に示されたような方向とした。

図１３および図１４に、各実施例におけるプロジェクタ２００の設置位置が示されている。図１３の（Ａ）は、プロジェクタ２００の設置位置を模式的に示す斜視図である。図１３の（Ｂ）は、プロジェクタ２００の設置位置および観察者の位置を表す説明図である。図１４の（Ａ）は、プロジェクタ２００の設置位置を模式的に示す断面図である。図１４の（Ｂ）は、プロジェクタ２００の設置位置を模式的に示す正面図である。

図１３および図１４において、台形がプロジェクタ２００の設置位置を示す。すなわち、以下の実施例では、プロジェクタ２００は、図１３および図１４における位置（１）～（９）に対応する台形の位置のいずれかに設置されることを想定する。

なお、図１３の（Ｂ）に示す数値の単位は、「ｃｍ」である。また、以下の実施例では、透明スクリーン１００の表面形状は平面であるとした。

図１３に示すように、想定した９箇所のプロジェクタ２００の設置位置のうち、３箇所は、ウィンドシールド４００の上部（位置（１）～（３））である。他の３箇所は、ウィンドシールド４００とダッシュボード５００の上面との境界付近（位置（４）～（６））、または、ダッシュボード５００の上面の運転者側の縁（位置（７）～（９））である（図１４の（Ａ），（Ｂ）も参照）。

位置（１），（４），（７）のｙ座標は同じ（＝０）である。位置（２），（５），（８）のｙ座標は同じ（＝７０）である。位置（３），（６），（９）のｙ座標は同じ（＝１４０）である（図１４の（Ｂ）参照）。

［実施例３－１］
図１５は、プロジェクタ２００を位置（１）に設置した場合の透明スクリーン１００の各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。なお、本実施例では、図１５に例示されたウィンドシールド４００の全域に透明スクリーン１００が存在すると想定されている。このことは、他の実施例でも同様である。

図１５の（Ａ）には、透明スクリーン１００において第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置における第一方向の傾斜角度θ１が示されている。

図１５の（Ｂ）には、透明スクリーン１００において第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置における第二方向の傾斜角度θ２が示されている。

以下、図１５の（Ａ）に示されるような第一方向の傾斜角度を「第一方向傾斜角度θ１」という。図１５の（Ｂ）に示されるような第二方向の傾斜角度を「第二方向傾斜角度θ２」という。

実施例３－１では、第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置の全てについて、第一方向傾斜角度θ１は、－３５゜～＋２１゜の範囲に入っている。第二方向傾斜角度θ２は、第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置の全てについて、＋１５゜～＋３７゜の範囲に入っている。

［実施例３－２］
図１６は、プロジェクタ２００を位置（２）に設置した場合の透明スクリーン１００の各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。

図１６の（Ａ）には、透明スクリーン１００において第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置における第一方向傾斜角度θ１が示されている。図１６の（Ｂ）には、透明スクリーン１００において第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置における第二方向傾斜角度θ２が示されている。

実施例３－２では、第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置の全てについて、第一方向傾斜角度θ１は、－３５゜～＋４０゜の範囲に入っている。第二方向傾斜角度θ２は、第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置の全てについて、＋９゜～＋４０゜の範囲に入っている。

［実施例３－３］
図１７は、プロジェクタ２００を位置（３）に設置した場合の透明スクリーン１００の各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。

図１７の（Ａ）には、透明スクリーン１００において第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置における第一方向傾斜角度θ１が示されている。図１７の（Ｂ）には、透明スクリーン１００において第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置における第二方向傾斜角度θ２が示されている。

実施例３－３では、第一方向傾斜角度θ１は、第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置の全てについて、－１２゜～＋４０゜の範囲に入っている。第二方向傾斜角度θ２は、第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置の全てについて、＋８゜～＋４０゜の範囲に入っている。

［実施例３－４］
図１８は、プロジェクタ２００を位置（４）に設置した場合の透明スクリーン１００の各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。

図１８の（Ａ）には、透明スクリーン１００において第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置における第一方向傾斜角度θ１が示されている。図１８の（Ｂ）には、透明スクリーン１００において第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置における第二方向傾斜角度θ２が示されている。

実施例３－４では、第一方向傾斜角度θ１は、第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置の全てについて、－３３゜～＋２２゜の範囲に入っている。第二方向傾斜角度θ２は、第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置の全てについて、－１８゜～＋３３゜の範囲に入っている。

［実施例３－５］
図１９は、プロジェクタ２００を位置（５）に設置した場合の透明スクリーン１００の各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。

図１９の（Ａ）には、透明スクリーン１００において第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置における第一方向傾斜角度θ１が示されている。図１９の（Ｂ）には、透明スクリーン１００において第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置における第二方向傾斜角度θ２が示されている。

実施例３－５では、第一方向傾斜角度θ１は、第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置の全てについて、－３０゜～＋３８゜の範囲に入っている。第二方向傾斜角度θ２は、第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置の全てについて、－１１゜～＋３７゜の範囲に入っている。

［実施例３－６］
図２０は、プロジェクタ２００を位置（６）に設置した場合の透明スクリーン１００の各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。

図２０の（Ａ）には、透明スクリーン１００において第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置における第一方向傾斜角度θ１が示されている。図２０の（Ｂ）には、透明スクリーン１００において第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置における第二方向傾斜角度θ２が示されている。

実施例３－６では、第一方向傾斜角度θ１は、第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置の全てについて、－１５゜～＋４０゜の範囲に入っている。第二方向傾斜角度θ２は、第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置の全てについて、－１０゜～＋３７゜の範囲に入っている。

［実施例３－７］
図２１は、プロジェクタ２００を位置（７）に設置した場合の透明スクリーン１００の各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。

図２１の（Ａ）には、透明スクリーン１００において第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置における第一方向傾斜角度θ１が示されている。図２１の（Ｂ）には、透明スクリーン１００において第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置における第二方向傾斜角度θ２が示されている。

実施例３－７では、第一方向傾斜角度θ１は、第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置の全てについて、－１５゜～＋４０゜の範囲に入っている。第二方向傾斜角度θ２は、第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置の全てについて、－４゜～＋２９゜の範囲に入っている。

［実施例３－８］
図２２は、プロジェクタ２００を位置（８）に設置した場合の透明スクリーン１００の各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。

図２２の（Ａ）には、透明スクリーン１００において第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置における第一方向傾斜角度θ１が示されている。図２２の（Ｂ）には、透明スクリーン１００において第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置における第二方向傾斜角度θ２が示されている。

実施例３－８では、第一方向傾斜角度θ１は、第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置の全てについて、－３２゜～＋３９゜の範囲に入っている。第二方向傾斜角度θ２は、第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置の全てについて、＋１゜～＋３７゜の範囲に入っている。

［実施例３－９］
図２３は、プロジェクタ２００を位置（９）に設置した場合の透明スクリーン１００の各場所における反射面の傾斜角度を示す説明図である。

図２３の（Ａ）には、透明スクリーン１００において第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置における第一方向傾斜角度θ１が示されている。図２３の（Ｂ）には、透明スクリーン１００において第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置における第二方向傾斜角度θ２が示されている。

実施例３－９では、第一方向傾斜角度θ１は、第二方向の「０」、「３５」、「７０」の位置の全てについて、－１３゜～＋４０゜の範囲に入っている。第二方向傾斜角度θ２は、第一方向の「０」、「７０」、「１４０」の位置の全てについて、＋１゜～＋３７゜の範囲に入っている。

実施例３－１～３－９より、単位レンズ１１０の傾斜角度（第一方向傾斜角度θ１および第二方向傾斜角度θ２）が、－４４゜～＋４４゜の範囲内にあれば、好ましい傾斜角度が得られているといえる。

なお、図１５～図２３に例示されたように、単位レンズ１１０の傾斜角度は、第一方向と第二方向とのそれぞれについて、連続的に変化している。しかし、第一方向と第二方向とのそれぞれの傾斜角度が、段階的に（図１５～図２３を参照すると、連続的な曲線が、階段状の曲線になる。）変化するように、各々の単位レンズ１１０が形成されるようにしてもよい。すなわち、例えば、隣接する２つの単位レンズの傾斜角度が不連続であってもよい。
このとき、透明スクリーン１００のうち、観察者３００の正面位置に相当する部分に配置された単位レンズ１１０を中心として、その周囲または端部にかけて次第に、または段階的に単位レンズ１１０の傾斜角度を変化させてもよい。具体的には、第一方向傾斜角度θ１および第二方向傾斜角度θ２が透明スクリーン１００の映像中心から離れるにつれて徐々に大きくなるように、単位レンズ１１０の傾斜角度を変化させれば、観察者３００に対し、映像を効率的に反射でき、高輝度化を実現しやすくなるため好ましい。

［輝度比較］
実施例３－１～３－９の単位レンズを用いた場合と、比較例１の真球型の単位レンズを用いた場合とで、透明スクリーン１００の輝度を比較した。
実施例３－１～３－９の単位レンズ（散乱角度：±２．５°とみなす）を用いた場合の透明スクリーン１００の光束密度は、比較例１－１の真球型の単位レンズ（散乱角度：±９０°とみなす）を用いた場合の光束密度と比較して約１０００倍であると計算される。その結果、実施例３－１～３－９の単位レンズを用いて構成した透明スクリーン１００の最大輝度も、比較例１－１と比べて約１０００倍になると計算される。
［視野角比較］
次に、実施例３－１～３－９の単位レンズに対し散乱角度±１５°を有する微小凹凸形状を付与した場合と、実施例３－１～３－９の単位レンズ（散乱角度：±２．５°とみなす）を用いた場合とで、透明スクリーン１００の視野角を比較した。

実施例３－１～３－９の微小凹凸付き単位レンズにおいて、微小凹凸形状の散乱角度を±１５°とした場合、微小凹凸形状を付与しない場合と比較して、透明スクリーン１００の映像面における視野角を６倍にできる。
なお、実施例３－１～３－９のいずれにおいても、一次光の回折は観察されなかった。

以上に説明したように、第３の実施形態では、透明スクリーン１００は、反射層４０が形成された第１の透明層３２における凹凸面が、第一方向での傾斜角度θ１が－４４°～＋４４°の範囲内であり、かつ、第二方向での傾斜角度θ２が－４４°～＋４４°の範囲内である領域を含むように形成されているので、映写機から投射された映像光を、狭視野角で観察者３００に向けて反射することができる。また、狭視野角に伴って、観察者３００に対する反射光量が大きくなるので、高輝度化を実現できる。

なかでも、第１の透明層３２における凹凸面が、第一方向での傾斜角度θ１が－３５°～４０°、第二方向での傾斜角度θ２が－１８°～４０°である領域を含むように形成されていることが好ましい。車両のウィンドシールドに透明スクリーン１００を適用した場合、傾斜角度を上記の範囲とすることで、映写機から投影された映像光を、狭視野角で運転者に向けて反射することができ、高輝度化を実現できる。
さらには、第１の透明層３２における凹凸面が、その表面に散乱角度が±５０°以下の微小凹凸形状を有していると、視野角を±５０°以下に調整でき、好ましい。

なお、プロジェクタ２００が設置されている場合に、プロジェクタ２００から投影された反射光が観察者から見て最大輝度となるような角度に、場所ごとに、ミラー角度（反射角度）を変化させるようにしてもよい。
なお、２０１８年１１月２６日に出願された日本特許出願２０１８－２１９８８９号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

１０ 第１透明基材
１１ 第２の透明基材
３２ 第１の透明層
４０ 反射層
５２ 第２の透明層
６０ 透明基材
１００ 透明スクリーン
１１０ 単位レンズ
１１０_１～１１０_９ 小レンズ
１２０ 映像投影構造体
２００ プロジェクタ
３００ 観察者
４００ ウィンドシールド
５００ ダッシュボード

Claims (9)

1. 凹凸面を有する第１の透明層と、
   前記凹凸面上に形成された反射層と、
   前記反射層が形成された凹凸面上に該凹凸を埋めるように形成された第２の透明層とを備え、
   前記第１の透明層の凹凸面は、第一方向の傾斜角度が－４４°～＋４４°の範囲内にあり、前記第一方向に垂直な第二方向の傾斜角度が－４４°～＋４４°の範囲内にあり、
   前記凹凸面は、前記第一方向および前記第二方向に、複数種類の形状の単位レンズがランダムに配置されて形成され、
   前記単位レンズが、平均間隔が１０μｍ～５００μｍになるように配置され、
   前記凹凸面は、前記第一方向と前記第二方向とのそれぞれにおける単位レンズの傾斜角度が段階的または連続的に変化するような領域を含み、
   前記凹凸面の表面に散乱角度が±５０°以下の微小凹凸形状を有している
   反射型透明スクリーン。
2. 前記凹凸面は、前記第一方向の傾斜角度が－３５°～＋４０°の範囲内にあり、前記第二方向の傾斜角度が－１８°～＋４０°の範囲内にある
   請求項１に記載の反射型透明スクリーン。
3. 前記凹凸面は、前記単位レンズが、平均間隔が１０μｍ～５０μｍになるように配置された
   請求項１または２に記載の反射型透明スクリーン。
4. 前記凹凸面は、複数の前記単位レンズの２次元配列で形成される
   請求項１～３のいずれかに記載の反射型透明スクリーン。
5. 前記凹凸面は、前記第一方向および前記第二方向に、複数の前記単位レンズが２次元配列されて形成される
   請求項４に記載の反射型透明スクリーン。
6. 前記反射層の反射面の算術表面平均粗さＲａが０．００５ｕｍ～５ｕｍの範囲である
   請求項１～５のいずれかに記載の反射型透明スクリーン。
7. 前記第１の透明層は、屈折率が１．４以上の樹脂で構成され、前記第１の透明層と前記第２の透明層との屈折率差は、０．０５以下である
   請求項１～６のいずれかに記載の反射型透明スクリーン。
8. 前記反射層は、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｐｄ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ，Ｇｅの中から選ばれる１つの金属の単体、もしくは、それらの単体を２種以上含む合金、または、ＮｂＯ、ＳｉＯ_２の酸化物を主成分とする材料で形成された
   請求項１～７のいずれかに記載の反射型透明スクリーン。
9. 請求項１～８のいずれかに記載の反射型透明スクリーンと、前記反射型透明スクリーンに映像を投影するプロジェクタと、を有する映像表示システムであって、
   前記反射型透明スクリーンからの反射光の輝度が、観察者から見て最大となるような角度に、前記傾斜角度を変化させたことを特徴とする、映像表示システム。

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