WO2023047805A1 - 反射型透明部材および映像表示システム - Google Patents

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WO2023047805A1
WO2023047805A1 PCT/JP2022/029480 JP2022029480W WO2023047805A1 WO 2023047805 A1 WO2023047805 A1 WO 2023047805A1 JP 2022029480 W JP2022029480 W JP 2022029480W WO 2023047805 A1 WO2023047805 A1 WO 2023047805A1
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WO
WIPO (PCT)
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transparent
reflective
layer
resin
transparent member
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/029480
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
広樹 早乙女
理 岩田
Original Assignee
Ａｇｃ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Ａｇｃ株式会社 filed Critical Ａｇｃ株式会社
Publication of WO2023047805A1 publication Critical patent/WO2023047805A1/ja

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54—Accessories
    • G03B21/56—Projection screens
    • G03B21/60—Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/62—Translucent screens

Definitions

  • the present invention relates to a reflective transparent member and an image display system.
  • Patent Document 1 discloses a reflective transparent screen as a reflective screen that visually displays image light projected from a projector and allows an image on the back of the screen to be observed.
  • the reflective transparent screen described in Patent Document 1 is a screen that exhibits relatively high brightness over a wide area of the screen.
  • the reflected light intensity distribution of the reflective transparent screen is Gaussian type.
  • the horizontal axis x indicates a direction parallel to the plane of the screen.
  • relatively high luminance is expressed as medium luminance.
  • a relatively high reflected light intensity is expressed as a medium reflected light intensity.
  • the range where the reflected light intensity is high that is, the area near the peak value is narrow. That is, since the range where the brightness is high (see region P in FIG. 14) is narrow, the brightness corresponding to the desired condensing range (for example, the region where the observer exists) is high. However, even in regions outside the desired light collection range (eg, regions where no observer exists), the reflected light intensity is moderate (see region Q in FIG. 14).
  • B indicates a peak value. B/2 indicates half the peak value.
  • FIG. 14 shows the reflected light intensity distribution in the x direction
  • the reflective transparent screen described in Patent Document 1 is used, the same is true in the y direction orthogonal to the x direction on the same plane. of reflected light intensity distribution.
  • An object of the present invention is to provide a reflective transparent member and an image display system that can prevent a decrease in the utilization efficiency of reflected light while enlarging a high-brightness region.
  • the reflective transparent member includes a reflective transparent screen, a reflective diffraction grating, a radio wave reflective transparent element, a HUD (head-up display), and the like.
  • a reflective transparent member according to the present invention comprises a first transparent layer having an uneven surface, a reflective layer on the uneven surface, and a second transparent layer formed on the uneven surface of the reflective layer so as to fill the uneven surface. wherein the full width at half maximum of the luminance distribution in the first direction due to the reflected light is 20% or more larger than the full width at half maximum of the luminance distribution in the second direction orthogonal to the first direction, and at least the luminance distribution in the first direction is top hat It is characterized by exhibiting a mold.
  • the present invention it is possible to obtain a reflective transparent member and an image display system that can prevent a decrease in the utilization efficiency of reflected light while enlarging a high-brightness region.
  • FIG. 4 is an explanatory view conceptually showing the action of the reflective transparent member according to the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross-section of a main part of the reflective transparent member
  • 4 is a perspective view showing a unit lens that constitutes a part of the reflective transparent member of the first embodiment
  • FIG. FIG. 3 is a trihedral view for explaining an example of a first reference direction and a second reference direction
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an example of a first reference direction and a second reference direction
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of the structure of the reflective transparent member of the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the structure of an image projection structure
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a reflective transparent member
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining an example of the structure of the reflective transparent member of the second embodiment
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a reflected light intensity distribution when light is made incident on the screen; It is an explanatory view for explaining desirable reflected light intensity distribution.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the shape distribution of the unit lens 110
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing parameter values and the like in an example and a comparative example
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the reflected light intensity distribution when the reflective transparent member described in Patent Document 1 is used;
  • the side of the observer with respect to the reflective transparent member (hereinafter referred to as a transparent screen) is referred to as the front, and the side opposite to the observer with respect to the transparent screen is referred to as the rear.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing the action of the reflective transparent member according to the present invention.
  • a projector 200 which is an example of a movie projector
  • a general projector can be used as the projector 200 .
  • the transparent screen 100 reflects image light (incident light) from the projector 200 .
  • Light (reflected light) from most areas (eg, all areas) of the transparent screen 100 is reflected toward the observer 300 .
  • FIG. 1 shows projector 200 and observer 300 positioned at the same height, projector 200 is actually positioned above, below, left or above observer 300 . installed on the right side.
  • FIG. 2 illustrates one cross section (longitudinal cross section) of the main part of the transparent screen 100 of this embodiment.
  • the transparent screen 100 includes a first transparent layer 32 having unevenness formed on one surface, a reflective layer 40 formed on the uneven surface of the first transparent layer 32, and a second transparent layer 52 formed over the reflective layer 40 .
  • the second transparent layer 52 is formed on the reflective layer 40 so as to fill the irregularities.
  • the surface 51 of the second transparent layer 52 opposite to the reflective layer 40 may be a flat plane, or may be a curved surface.
  • the back surface (reference surface) 31 of the first transparent layer 32 may be a flat plane, or may be a curved surface.
  • the second transparent layer 52 is positioned in front, that is, on the viewer's side.
  • a system including transparent screen 100 and projector 200 is an image display system.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a unit lens 110 forming part of the transparent screen 100 of the first embodiment.
  • the shape of the surface of the first transparent layer 32 of the transparent screen 100 (corresponding to the shape of the reflective layer 40) is a shape in which unit lenses 110 are arranged. Specifically, the unevenness of the first transparent layer 32 is realized by the surface shape of the plurality of unit lenses 110 . In other words, the surface shape of the reflective layer 40 is realized by the surface shapes of the plurality of unit lenses 110 .
  • each lens constituting the unit lens 110 will also be referred to as small lenses 110 1 to 110 9 .
  • FIG. 3 exemplifies the small lenses 110 1 to 110 9 having a rectangular shape when viewed from the front (plan view shape), but the shape of the small lenses is not limited to a rectangle, and may be triangular. It may be polygonal or circular as described above.
  • the x direction represents a first reference direction shown in FIG. 4 described later
  • the y direction represents a second reference direction shown in FIG. 4 described later.
  • FIG. 4 is a trihedral view for explaining the “first reference direction” and the “second reference direction” regarding the small lenses 110 1 to 110 9 used in this embodiment and embodiments described later.
  • 4A is a front view
  • FIG. 4B is a side view
  • FIG. 4C is a plan view. Note that FIG. 4 illustrates three small lenses 110 1 to 110 3 .
  • the “first reference direction” is, for example, one direction that forms the largest angle (inclination angle ⁇ 1 ) with respect to the reference plane 41 in a cross-sectional view (see FIG. 4A).
  • the reference plane 41 is a plane orthogonal to the normal line of the transparent screen 100 .
  • “Second reference direction” is the largest angle ( 2 ) (see FIG. 4C).
  • the curvature in the first reference direction and the curvature in the second reference direction of each of the lenslets 110 1 to 110 9 may be the same or different.
  • the curvature in the first reference direction or the second reference direction may be 0, that is, the surface may be flat.
  • the height direction of the transparent screen 100 may be the second reference direction, and the longitudinal direction of the transparent screen 100 (the direction orthogonal to the second reference direction) may be the first reference direction. good.
  • the height direction of the transparent screen 100 is also the second reference direction when the transparent screen 100 has a curved shape that is recessed toward the back side (back side) when viewed from the front.
  • the first reference direction is, for example, a direction parallel to a plane perpendicular to the normal to the central portion of the transparent screen 100 and perpendicular to the second reference direction.
  • the shape of the surface of the first transparent layer 32 of the transparent screen 100 is a shape realized by arranging a large number of unit lenses 110 over the entire surface. Then, the angle (tilt angle ⁇ 1 ) of each unit lens 110 in the first reference direction and the second reference An angle (inclination angle ⁇ 2 ) in the direction is set. That is, the shape of the surface of the first transparent layer 32 (corresponding to the shape of the reflective layer 40) is the shape of the unit lens 110 for which the angle in the first reference direction and the angle in the second reference direction are set as described above.
  • the tilt angle ⁇ 1 is positive when the angle formed by the unit lenses 110 is counterclockwise when viewed from the second reference direction side with respect to the reference plane in the first reference direction, and is negative when the angle is clockwise. Defined as a number.
  • the tilt angle ⁇ 2 is a positive value when the angle formed by the unit lenses 110 is counterclockwise when viewed from the first reference direction side with respect to the reference plane in the second reference direction, and a negative value when the angle is clockwise. Defined as a number.
  • the uneven surface of the reflective layer 40 (corresponding to the uneven surface of the first transparent layer 32) is formed in the entire transparent screen 100 in one step.
  • the specific areas are typically the driver's seat and the front passenger's seat.
  • the specific area may be the rear seat.
  • unit lenses having a plurality of types of shapes are used, and each unit lens is configured to reflect light to each observer.
  • a plurality of observers 300 for example, an example in which the observers 300 are present in the driver's seat and the passenger's seat in the vehicle can be considered.
  • a plurality of observers 300 are present in the rear seats of the vehicle is conceivable.
  • there is actually only one observer 300 it can be assumed that there are actually a plurality of observers 300 even when the observer 300 moves within the vehicle.
  • Each unit lens 110 shown in FIG. 6 is composed of a surface having an inclination angle that reflects light incident on the projection area toward the viewer.
  • the shape of the surface of the first transparent layer 32 of the transparent screen 100 is such that the unit lenses 110 whose shape is determined as described above are arranged over the entire area of the transparent screen 100 .
  • the transparent screen 100 is a unit lens 110 that converges the reflected light to a converging point, and when the unit lens 110 is viewed from above (observed from the surface side of the transparent screen 100) ) in which unit lenses 110 of the same shape are two-dimensionally arranged.
  • the tilt angle of each unit lens 110 is set by randomly selecting a condensing point of reflected light set at an arbitrary position. That is, the tilt angle of each unit lens 110 is set so that incident light is reflected at a randomly selected condensing point. Also, the random ratio of the condensing points selected for each unit lens 110 (probability of selecting each condensing point) is an arbitrary ratio.
  • the surface of the unit lens may be provided with minute unevenness. The details of the fine uneven shape will be described later.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the image projection structure 120, which is the base material of the transparent screen 100 according to the present invention.
  • the image projection structure 120 is formed on a transparent substrate 60 .
  • the transparent base material 60 is, for example, glass or transparent resin.
  • glass When using glass as the transparent substrate 60, it is preferable to use soda-lime glass or alkali-free glass.
  • the glass may be chemically strengthened, hard-coated, or the like in order to improve durability.
  • a transparent resin When a transparent resin is used as the transparent base material 60, it is preferable to use polycarbonate, PET, PEN, cycloolefin polymer, or the like.
  • the transparent base material 60 preferably has no birefringence. Moreover, it is preferable to select a transparent base material 60 having a thickness that maintains the durability as a base material.
  • the first transparent layer 32 is preferably a transparent resin layer.
  • transparent resins that constitute the transparent resin layer include acrylic resins, epoxy resins, polycarbonate resins, silicon resins, unsaturated polyester resins, and mixed resins thereof.
  • the resin is preferably a photocurable resin, a thermosetting resin, or a thermoplastic resin.
  • the transmittance of the first transparent layer 32 is preferably 50% or higher, more preferably 75% or higher, even more preferably 90% or higher.
  • the first transparent layer 32 has a refractive index of 1.5. It is preferably formed of 4 or more resins.
  • the first transparent layer 32 may be composed of multiple layers and may contain filler.
  • the refractive index difference between the layers and the refractive index difference between the filler and the resin layer that serves as a binder when it is composed of a plurality of layers is preferably 0.05 or less from the viewpoint of suppressing white turbidity, and enhances transparency. It is more preferably 0.02 or less from the point of view that it is possible to obtain a blur, and it is further preferably 0.01 or less from the point of being able to suppress the deterioration of the rear visibility close to bleeding such as a halo.
  • fillers include silica fillers.
  • the second transparent layer 52 is preferably a transparent resin layer. It is preferable that the difference between the refractive index of the first transparent layer 32 and the refractive index of the second transparent layer 52 is small, and for example, it is more preferably 0.05 or less.
  • the second transparent layer 52 and the first transparent layer 32 may be made of the same material or different materials, but are preferably made of the same material. When the second transparent layer 52 and the first transparent layer 32 are made of the same transparent resin, the refractive indices of both can be easily matched. As in the case of the first transparent layer 32, the transmittance of the second transparent layer 52 is preferably 50% or higher, more preferably 75% or higher, and even more preferably 90% or higher.
  • the second transparent layer 52 may be composed of a plurality of layers.
  • the filler may be included.
  • the refractive index difference between the layers and the refractive index difference between the filler and the resin layer that serves as a binder when it is composed of a plurality of layers is preferably 0.05 or less from the viewpoint of suppressing white turbidity, and enhances transparency. It is more preferably 0.02 or less from the point of view that it is possible to obtain a blur, and it is further preferably 0.01 or less from the point of being able to suppress the deterioration of the rear visibility close to bleeding such as a halo.
  • the reflective layer 40 may be a single layer film or a multilayer film of a metal film or a dielectric film, or a combination thereof.
  • Examples of the reflective layer 40 include Au, Ag, Pt, Cu, Ru, Ir, Rh, Os, Bi, Nd, Al, Ni, Ti, Pd, Co, Si, Ta, W, Mo and Ge.
  • a film formed of a single selected metal, an alloy containing two or more of these single metals, or a material mainly composed of an oxide such as NbO or SiO 2 may be used. Part of the light incident on the reflective layer 40 is transmitted and the other part is reflected.
  • the reflective layer 40 is Ag or Al alone, or an alloy of Ag and at least one metal selected from the group consisting of Pd, Au, Pt, Cu, Ru, Ir, Rh, Os, Bi, Nd and Ge.
  • the formed film is preferable in that it is easy to achieve both the brightness of the projected image and the transmittance of the image projection structure 120 .
  • a PET film (thickness: 0.075 mm) was prepared as a support member (transparent substrate 60). Also, as a mold, a mold having a desired shape on the surface (shape as illustrated in FIGS. 3 and 4) was prepared. The mold has a shape (hereinafter also referred to as unit shape) corresponding to the shape of the unit lens described later.
  • the mold used can be processed not only by cutting tools, but also by laser processing and photolithography.
  • the peaks and valleys of the processed shape are rounded, and the haze value can be lowered.
  • the reproducibility of the shape of the peaks and valleys of the processed shape is lower than that of cutting with a cutting tool, the periodicity of the shape is eliminated, and diffraction can be suppressed.
  • a first resin was applied by a die coating method.
  • an acrylic resin (acrylic equivalent: 152), which is a bifunctional UV curable resin, was used.
  • the molding die was placed on the first resin so that the side on which the unevenness was formed was in contact with the first resin.
  • UV light of 1000 mJ was irradiated from the opposite side of the mold to cure the first resin and form the first transparent layer 32 .
  • a first transparent layer 32 (thickness of about 35 ⁇ m) having an uneven surface was formed on the PET film.
  • the unevenness of the lens which will be described later, was transferred to the uneven surface.
  • an Ag—Au alloy layer was formed on the uneven surface of the first transparent layer 32 by a sputtering method to form a reflective layer 40 .
  • the thickness of the reflective layer 40 was 15 nm.
  • an adhesive layer resin (not shown in FIG. 7) was placed on the reflective layer 40 by a die coating method.
  • a linear polymer resin having a Tg of 47° C. and having a polyester resin composed of a dicarboxylic acid and a diol as a main component was used, and the polymer resin was diluted with toluene as a diluent solvent.
  • a second resin was applied on the adhesion layer by a die coating method.
  • an acrylic resin similar to the first resin was used.
  • the image projection structure 120 is manufactured by the above method.
  • the adhesion layer is an arbitrary layer, and a second transparent layer may be directly formed on the reflective layer 40 .
  • soda-lime glass with a thickness of 2 mm was prepared as the first transparent substrate 10 and the second transparent substrate 11. Also, PVB films with a thickness of 0.38 mm were prepared as the first adhesive layer and the second adhesive layer (not shown in FIG. 8).
  • the first transparent base material 10, the first adhesive layer, the image projection structure 120, the second adhesive layer, and the second transparent base material 11 were laminated in order to form a laminate. Then, the laminate was vacuum-packed and heated at 120° C. for 1 hour to obtain a transparent screen 100 .
  • the transparent base material 60 and the first transparent base material 10 are shown separately in FIG. 8 for the sake of convenience, the transparent base material 60 can be regarded as one aspect of the first transparent base material 10. . Therefore, the transparent base material 60 can be made of the same material as that described for the first transparent base material 10 . Furthermore, the transparent base material 60 and the first transparent base material 10 may be integrated into one transparent layer.
  • the transparent screen 100 has a structure in which unit lenses 110 of the same shape (note: the tilt angles are not the same) are arranged over the entire surface (see FIG. 6).
  • unit lenses 110 with similar shapes plane shapes
  • luminance unevenness will occur.
  • the transparent screen 100 has a structure in which unit lenses 110 having a plurality of types of shapes are arranged.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining an example of the structure of the reflective transparent member of the second embodiment.
  • the shape of the first transparent layer 32 in the transparent screen 100 may be a shape in which unit lenses 110 having a plurality of types of shapes are arranged two-dimensionally, as shown in FIG. As shown, the shape may be such that unit lenses 110 having a plurality of types of shapes are randomly arranged.
  • each rectangle corresponds to the unit lens 110 .
  • the example shown in FIG. 9 is an example of random arrangement.
  • the center points are arranged randomly with respect to each of the first reference direction and the second reference direction.
  • each unit lens 110 is determined so that each arranged center point becomes the center point of each unit lens 110 .
  • the inclination angle in the first reference direction and the inclination angle in the second reference direction for each unit lens 110 in the transparent screen 100 are determined based on the same concept as those in the first embodiment.
  • the shape of the unit lens 110 is determined by simulating so that the light is reflected to the location of the observer 300 .
  • unit lenses 110 having a plurality of types of shapes are used, and each unit lens 110 is configured to reflect light to a randomly selected observer.
  • the occurrence of diffraction is prevented by eliminating the periodicity of the arrangement of the unit lenses 110 .
  • the surface of the unit lens may be provided with a fine uneven shape. It is possible to scatter light within a predetermined angle by providing a fine uneven shape.
  • a method of imparting a fine uneven shape there are methods of physically cutting the surface of the material forming the mold (e.g. dry etching, wet etching, sandblasting, laser ablation), and surface molding by extrusion molding. Utilization, utilization of a surface structure generated when a mixed member such as fine particles is molded, application of a self-organizing material, and the like can be mentioned.
  • the reflective layer 40 is formed so as to follow the fine uneven shape.
  • the surface of the reflective layer 40 since the reflective layer 40 is thinner than the fine unevenness, the surface of the reflective layer 40 has a shape reflecting the fine unevenness.
  • the surface roughness of the reflective layer 40 (that is, the surface roughness of the unit lens 110) must have an arithmetic surface average roughness Ra (JIS B0601-2001) within the range of 0.005 ⁇ m to 5 ⁇ m. It is preferable from the viewpoint of scattering light.
  • the surface roughness Ra of the reflective surface of the reflective layer 40 can be appropriately selected according to desired optical performance and the like.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the reflected light intensity distribution when light is incident on the screen.
  • the scattering angle will be explained with reference to FIG. (A) of FIG. 10 shows how light from the projector 200 enters the transparent screen 100 .
  • FIG. 10B shows the reflected light intensity distribution of the transparent screen 100 according to the present invention in the direction in which the FWHM is the largest.
  • (D) of FIG. 10 assuming a situation in which an observer 300 exists in the vehicle, the direction with the largest FWHM (x direction) connects the driver's seat 410 and the passenger's seat 420.
  • a direction is preferred.
  • a direction orthogonal to the x-direction is defined as a y-direction.
  • the y direction is the height direction.
  • the z direction is the traveling direction of the vehicle.
  • FIG. 10C shows the reflected light intensity distribution in the y direction of the transparent screen 100 according to the present invention, which is similar to the reflected light intensity distribution shown in FIG. be. 10B
  • FWHM1 indicates the full width at half maximum (hereinafter also referred to as FWHM) of the reflected light intensity distribution in the x direction in front of the transparent screen 100
  • FWHM2 in FIG. The full width at half maximum of the reflected light intensity distribution in the y direction in front of the transparent screen 100 is shown.
  • the FWHM1 of the reflected light intensity distribution in the x direction is greater than the FWHM2 of the reflected light intensity distribution in the y direction by 20% or more. That is, the present invention satisfies the following formula (1). FWHM1 ⁇ FWHM2 ⁇ 120% (1) In the following examples, it is assumed that there is anisotropy when formula (1) is satisfied.
  • a transparent screen 100 is produced that maximizes the FWHM in the x-direction.
  • the x-direction corresponds to the first direction that maximizes FWHM.
  • the y-direction corresponds to a second direction perpendicular to the first direction.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a preferable reflected light intensity distribution.
  • the reflected light intensity distribution shown in FIG. 11 shows a top hat type aspect. Since luminance can be defined by light intensity (luminous intensity) per unit area, the term luminance will be used hereinafter instead of reflected light intensity.
  • the floor is defined as a range in which the luminance with respect to the maximum luminance is equal to or less than the second predetermined value.
  • the transition portion is defined as from the lower limit of the top portion to the upper limit of the floor portion.
  • the first predetermined value is 30% and the second predetermined value is 20%
  • the crest width C (see FIG. 11) is It is preferable that the angle is 10° or more and the width (distance) D (see FIG. 11) of the transition portion is 20° or less. That is, in the luminance distribution in the first direction, the luminance is reduced by 30% or less with respect to the maximum luminance and includes a top portion with a width of 10° or more, and from the lower limit of the top portion, the luminance is 20% or less with respect to the maximum luminance. It is preferred that the width of the transition between the upper limit of the floor and the width of the floor be 20° or less. In this embodiment, when the width C of the top portion is 10° or more and the width D of the transition portion is 20° or less, a top hat shape appears in the reflected light intensity distribution.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of the shape distribution of the unit lenses 110 (specifically, the small lenses 110 1 to 110 9 , see FIG. 3) used in the above embodiment.
  • the angle of the unit lens 110 within a predetermined area on the transparent screen 100 is measured.
  • the predetermined area is, for example, a square with a length of 2 mm and a width of 2 mm.
  • the angle of the lens was measured with a laser microscope, and the angle in the direction of the largest FWHM was defined as the tilt angle of the small lens.
  • the distance (average distance) between a given small lens and its adjacent small lens is 20 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the interval between the small lenses will be referred to as the interval between the uneven portions.
  • FIG. 12 illustrates an example of the distribution of the inclination angles of the small lenses when the interval between the concave and convex portions is 150 ⁇ m.
  • the tilt angles are organized into a histogram with 10 classes.
  • the vertical axis indicates the number of tilt angles (degrees) included in the range of tilt angles in each class.
  • FIG. 12 illustrates an example of the distribution of the inclination angles of the small lenses when the interval between the concave and convex portions is 20 ⁇ m.
  • the tilt angles are organized into a histogram with 10 classes.
  • the vertical axis indicates the number of tilt angles (degrees) included in the range of tilt angles in each class.
  • the minimum frequency is preferably 50% or less of the maximum frequency. That is, it is preferable to satisfy the following formula (3).
  • “Screen gain” is the following value. That is, light is emitted from a light source (for example, the projector 200) perpendicularly to the transparent screen 100, and the position is changed so that the angle with respect to the transparent screen 100 changes within the same plane (for example, from -80° to +80°). 5° steps between) and the luminance value is measured with a luminance meter. The highest numerical value among the ratios of each measured luminance value to the luminance value when light is applied to the perfect diffusion plate is taken as the screen gain.
  • a light source for example, the projector 200
  • Video luminance is represented, for example, as follows.
  • Image brightness (cd/m 2 ) brightness of light source (for example, projector 200) (lm) x screen gain/(projected area (m 2 ) x circumference ratio)
  • anisotropy such that the FWHM of the luminance distribution in the x direction is 20% or more larger than the FWHM of the luminance distribution in the y direction, and the luminance in the x direction
  • a transparent screen 100 having a top-hat distribution was produced.
  • the average tilt angle of the small lenses constituting the transparent screen 100 was set to 6°, but the (minimum power/maximum power) in the power distribution of the tilt angles was set to less than 50%.
  • Example 1 The FWHM in the x direction (see FIG. 10B) is 80°, the FWHM in the y direction (see FIG. 10C) is 30°, the top width C (see FIG. 11) is 70°, and the transition A transparent screen 100 having a width D (see FIG. 11) of 10° was produced.
  • the average interval between the uneven portions was 50 ⁇ m, and the average inclination angle of the uneven portions was 6°. Also, the (minimum frequency/maximum frequency) in the frequency distribution of the tilt angle was set to 30%.
  • Example 1 the surface of the small lens was subjected to a fine unevenness treatment.
  • Image luminance is 520 cd/m 2 .
  • Example 2 A transparent screen 100 was fabricated having an x-direction FWHM of 80°, a y-direction FWHM of 7°, a top width C of 70°, and a transition width D of 10°.
  • the average interval between the uneven portions was 50 ⁇ m, and the average inclination angle of the uneven portions was 6°.
  • the (minimum frequency/maximum frequency) in the frequency distribution of the tilt angle was set to 30%.
  • Example 2 the surface of the small lens was subjected to a fine unevenness treatment.
  • Image luminance is 1400 cd/m 2 .
  • Example 3 A transparent screen 100 was fabricated with an x-direction FWHM of 23°, a y-direction FWHM of 7°, a top width C of 20°, and a transition width D of 5°.
  • the average spacing of the uneven portions was 50 ⁇ m, and the average inclination angle of the uneven portions was 6°.
  • the (minimum frequency/maximum frequency) in the frequency distribution of the tilt angle was set to 30%.
  • Example 3 the surface of the small lens was subjected to a fine unevenness treatment.
  • the transparent screen 100 has a transmittance of 75%, a transmission haze of 1.9%, and a screen gain of 2.7.
  • Image brightness is 4700 cd/m 2 .
  • Example 4 A transparent screen 100 was fabricated with an x-direction FWHM of 20°, a y-direction FWHM of 10°, a top width C of 20°, and a transition width D of 2°.
  • the average spacing of the uneven portions was 50 ⁇ m, and the average inclination angle of the uneven portions was 6°.
  • the (minimum frequency/maximum frequency) in the frequency distribution of the tilt angle was set to 30%.
  • Example 4 the surface of the small lens was not subjected to the fine unevenness treatment.
  • Image luminance is 15000 cd/m 2 .
  • Example 5 A transparent screen 100 was fabricated with an x-direction FWHM of 20°, a y-direction FWHM of 4°, a top width C of 20°, and a transition width D of 2°.
  • the average spacing of the uneven portions was 50 ⁇ m, and the average inclination angle of the uneven portions was 6°.
  • the (minimum frequency/maximum frequency) in the frequency distribution of the tilt angle was set to 30%.
  • Example 5 the surface of the lenslets was not subjected to the micro-roughness treatment.
  • Image brightness is 32000 cd/m 2 .
  • Example 6 A transparent screen 100 was fabricated with an x-direction FWHM of 20°, a y-direction FWHM of 10°, a top width C of 20°, and a transition width D of 10°.
  • the average spacing of the uneven portions was 100 ⁇ m, and the average inclination angle of the uneven portions was 6°.
  • the (minimum frequency/maximum frequency) in the frequency distribution of the tilt angle was set to 30%.
  • Example 6 the surface of the lenslets was not subjected to the micro-roughness treatment.
  • Image luminance is 15000 cd/m 2 .
  • the transparent screen 100 of the above examples since the area where the intensity of the light to be collected is high in the x direction becomes wider, for example, the transparent screen described in Patent Document 1 It is possible to widen the range in which a bright image can be visually recognized. Also, by narrowing the width D (see FIG. 11) of the transition portion in the luminance distribution, it is possible to prevent the utilization efficiency of the reflected light from being lowered.
  • the transparent screen 100 when the transparent screen 100 is installed inside a vehicle, for example, when installed on the front window (windshield) of the vehicle, an observer 300 present in the driver's seat and an observer 300 present in the passenger seat and can see a bright image. Also, when the observer 300 moves in the x-direction in the front seat of the vehicle, or when the observer 300 moves in the x-direction in the rear seat of the vehicle, the observer 300 can see a bright image. In the y direction, assuming that the range in which a bright image can be viewed does not have to be wide, the luminance distribution may be the same as that of the transparent screen described in Patent Document 1, for example.
  • Example 7 the luminance distribution in the x direction becomes a top hat type. That is, the width C of the crest is greater than 10° and the width D of the transition is less than 20°. However, since the FWHM in the x direction is 28° and the FWHM in the y direction is 28°, there is no anisotropy. That is, the above formula (1) is not satisfied.
  • Example 8 In Example 8, the FWHM in the x direction is 14° and the FWHM in the y direction is 12°, so there is no anisotropy. Also, in the luminance distribution in the x direction, the width C of the top is 8.5°, which is less than 10°, and the top hat type does not appear.
  • Example 9 In example 9, the FWHM in the x direction is 6° and the FWHM in the y direction is 5°, so there is no anisotropy. Also, in the luminance distribution in the x direction, the width C of the top is 3° and less than 10°, and the top hat type does not appear.
  • Example 10 is anisotropic because it has a FWHM in the x direction of 30° and a FWHM in the y direction of 10°. However, although the width C of the apex is 20°, the width D of the transition exceeds 35° and 20°, so the top hat shape does not appear.
  • Example 11 the luminance distribution in the x direction becomes top-hat type. That is, the width C of the crest is greater than 10° and the width D of the transition is less than 20°. However, since the FWHM in the x direction is 30° and the FWHM in the y direction is 30°, there is no anisotropy. That is, the above formula (1) is not satisfied.
  • the screens of Examples (Examples 1 to 6) have anisotropy and a top-hat luminance distribution, when the screens are installed on a vehicle windshield, a plurality of observers are bright. You can see the video.
  • the screens of Comparative Examples (Examples 7 to 11) have no anisotropy or do not have a top-hat luminance distribution. becomes difficult to see.

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Abstract

高い輝度の領域を広くしつつ、反射光の利用効率の低下を防止できる反射型透明部材および映像表示システムを提供する。　反射型透明部材は、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、反射光による第１方向の輝度分布の半値全幅が、第１方向に直交する第２方向の輝度分布の半値全幅よりも２０％以上大きく、少なくとも第１方向の輝度分布はトップハット型を呈する。

Description

反射型透明部材および映像表示システム
　本発明は、反射型透明部材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、例えば、特許文献１に記載された反射型透明スクリーンがある。
　特許文献１に記載された反射型透明スクリーンは、スクリーンにおける広い領域に亘って比較的高い輝度を呈するスクリーンである。図１４に例示するように、その反射型透明スクリーンの反射光強度分布は、ガウシアン型である。図１４において、横軸ｘは、スクリーンの平面に対して平行な、ある方向を示す。以下、比較的高い輝度を中程度の輝度と表現する。また、比較的高い反射光強度を中程度の反射光強度と表現する。
国際公開第２０２０／１１０９６１号
　特許文献１に記載された反射型透明スクリーンを用いた場合、図１４を参照すると、反射光強度が高い範囲すなわちピーク値近傍の領域は狭いことが分かる。すなわち、輝度が高い範囲（図１４における領域Ｐ参照）は狭いので、所望の集光範囲（例えば、観察者が存在する領域）に対応する輝度は高い。しかし、所望の集光範囲を外れる領域（例えば、観察者が存在しない領域）でも、反射光強度は中程度である（図１４における領域Ｑ参照）。なお、図１４において、Ｂは、ピーク値を示す。Ｂ／２は、ピーク値の半値を示す。また、図１４には、ｘ方向の反射光強度分布が示されているが、特許文献１に記載された反射型透明スクリーンを用いた場合、同一平面においてｘ方向に直交するｙ方向でも、同様の反射光強度分布を呈する。
　特許文献１に記載された反射型透明スクリーンを用いた場合には、スクリーンにおける広い領域に亘って中程度の輝度を呈するが、反射光強度のピーク値近傍の領域は狭い。また、観察者が存在しない領域でも反射光強度が比較的高いので、反射光の利用効率が低下しているともいえる。
　本発明は、高い輝度の領域を広くしつつ、反射光の利用効率の低下を防止できる反射型透明部材および映像表示システムを提供することを目的とする。
　本発明において、反射型透明部材は、反射型透明スクリーン、反射型回折格子、電波反射透明素子、HUD（ヘッドアップディスプレイ）等を包含する。
　本発明による反射型透明部材は、凹凸面を有する第１の透明層と、凹凸面上の反射層と、該反射層の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、反射光による第１方向の輝度分布の半値全幅が、第１方向に直交する第２方向の輝度分布の半値全幅よりも２０％以上大きく、少なくとも第１方向の輝度分布はトップハット型を呈することを特徴とする。
　本発明によれば、高い輝度の領域を広くしつつ、反射光の利用効率の低下を防止できる反射型透明部材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部材の作用を概念的に示す説明図である。 反射型透明部材の要部の一断面を示す断面図である。 第１の実施形態の反射型透明部材の一部を構成する単位レンズを示す斜視図である。 第一基準方向および第二基準方向の一例を説明するための三面図である。 第一基準方向および第二基準方向の一例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部材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。 反射型透明部材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部材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。 好ましい反射光強度分布を説明するための説明図である。 単位レンズ１１０の形状の分布の一例を示す説明図である。 実施例および比較例におけるパラメータの値等を示す説明図である。 特許文献１に記載された反射型透明部材を用いた場合の反射光強度分布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、反射型透明部材（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、本発明による反射型透明部材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（長手方向の断面）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、一方の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における上記凹凸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、凹凸を埋めるように、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。また、透明スクリーン１００とプロジェクタ２００とを含むシステムが、映像表示システムである。
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１１０１～１１０９ともいう。
　図３には、３×３（＝９）の小レンズ１１０１～１１０９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１１０１～１１０９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３において、ｘ方向は、後述の図４で示す第一基準方向を表し、ｙ方向は、後述の図４で示す第二基準方向を表わす。
　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１１０１～１１０９に関する「第一基準方向」および「第二基準方向」を説明するための三面図である。図４の（Ａ）は正面図、図４の（Ｂ）は側面図、図４の（Ｃ）は平面図である。なお、図４には、３つの小レンズ１１０１～１１０３が例示されている。
　「第一基準方向」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。「第二基準方向」は、「第一基準方向」が選定された場合に、「第一基準方向」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１１０１～１１０９の第一基準方向の曲率と第二基準方向の曲率は同一であってもよく、異なっていてもよい。ここで、第一基準方向又は第二基準方向の曲率が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の高さ方向を第二基準方向とし、透明スクリーン１００の長手方向（第二基準方向に直交する方向）を第一基準方向としてもよい。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の高さ方向が第二基準方向である。第一基準方向は、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、第二基準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、多数の単位レンズ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、入射光を特定領域に存在する観察者３００に向けて反射するように、各々の単位レンズ１１０の第一基準方向における角度（傾斜角度θ１）と第二基準方向における角度（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、上記のように第一基準方向における角度と第二基準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は第一基準方向の基準面に対し第二基準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は第二基準方向の基準面に対し第一基準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、特定領域は、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、典型的には運転席及び助手席である。特定領域は、後部座席であってもよい。そして、観察者３００が複数名いる場合を想定し、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る。なお、観察者３００が複数名いる場合として、例えば、車内の運転席と助手席とに観察者３００が存在する例が考えられる。また、車内の後部座席に複数の観察者３００が存在する例が考えられる。さらに、実際には観察者３００は一人であるが、その観察者３００が車内を移動する場合も、実質的に観察者３００が複数名いるとすることができる。
　図６に示された各々の単位レンズ１１０は、投影エリアに入射した光を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。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、集光点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、単位レンズ１１０を上側から見たとき（透明スクリーン１００の表面側から観察したとき）に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。
　各々の単位レンズ１１０の傾斜角度は、任意の位置に設定された反射光の集光点をランダムに選択して設定される。すなわち、各々の単位レンズ１１０の傾斜角度は、ランダムに選択された集光点に対して、入射光が反射するように設定される。また、各々の単位レンズ１１０に対して選択される集光点のランダム比率（各集光点が選択される確率）は任意の比率とする。
　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。
　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。上記透明樹脂層を構成する透明樹脂としては、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またはこれらの混合系樹脂などが挙げられる。上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、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点から、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。
　第１の透明層３２は、複数層で構成されていてもよく、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、白濁を抑制できる点から０．０５以下であることが好ましく、透明性を高めることができる点から０．０２以下であることがより好ましく、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点から０．０１以下であることがさらに好ましい。
　フィラーとしては、例えばシリカフィラーが挙げられる。
　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く、例えば、０．０５以下であることがより好ましい。第２の透明層５２と第１の透明層３２とは、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、白濁を抑制できる点から０．０５以下であることが好ましく、透明性を高めることができる点から０．０２以下であることがより好ましく、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点から０．０１以下であることがさらに好ましい。
　反射層４０は、金属膜または誘電体膜の単層膜または多層膜であり、それらの組み合わせであってもよい。反射層４０の一例としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｂｉ、Ｎｄ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ及び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、ＳｉＯ２のような酸化物を主成分とする材料で形成される膜が挙げられる。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。反射層４０は、ＡｇまたはＡｌの単体、もしくはＰｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｂｉ、ＮｄおよびＧｅからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属とＡｇとの合金で形成される膜が、投影像の明るさと、映像投影構造体１２０の透過率とを両立しやすい点で好ましい。
　以下、図７を参照して、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。但し、以下に示す製造例は、本発明の例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
　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。
　なお、使用される成形型は、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。
　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、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、成形型を除去したところ、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）が形成された。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Ａｇ－Ａｕ合金層を成膜して反射層４０を形成した。反射層４０の厚さは１５ｎｍであった。
　次に、反射層４０の上に、ダイコート法で、密着層用樹脂（図７において図示せず）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、該高分子樹脂を希釈溶媒であるトルエンで希釈した。
　その後、１１０℃で５分間加熱を行い、希釈溶媒を乾燥させて除去し、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が製造される。なお、上記密着層は任意の層であり、反射層４０の上に第２の透明層を直接形成しても良い。
　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の製造例を説明する。但し、以下に示す製造例は、本発明の例示であって、本発明は、これらに限定されるものではない。
　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。
　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、同一形状（注：傾斜角度は同一ではない。）の単位レンズ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。
　一方、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部材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、第一基準方向と第二基準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に関する第一基準方向の傾斜角度および第二基準方向の傾斜角度は、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。
　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。具体的には、観察者３００が複数名いる場合を想定し、複数種類の形状の単位レンズ１１０を用い、各々の単位レンズ１１０がランダムに選択された観察者に反射するように構成される。
　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。
　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。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０．００５μｍ～５μｍ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。
　図１０は、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。図１０を参照して、散乱角度を説明する。図１０の（Ａ）には、プロジェクタ２００から光が透明スクリーン１００に入射する様子が示されている。図１０の（Ｂ）には、本発明による透明スクリーン１００の最もＦＷＨＭの大きい方向の反射光強度分布が示されている。図１０の（Ｄ）に示すように、車内に観察者３００が存在するような状況を想定した場合、最もＦＷＨＭの大きい方向（ｘ方向とする）は、運転席４１０と助手席４２０とを結ぶ方向であると好ましい。また、ｘ方向に直交する方向をｙ方向とする。ｙ方向は高さ方向である。なお、ｚ方向は、車両の進行方向である。
　図１０の（Ｃ）には、本発明による透明スクリーン１００のｙ方向の反射光強度分布が示されているが、その反射光強度分布は、図１４に示された反射光強度分布と同様である。
なお、図１０の（Ｂ）において、ＦＷＨＭ１は、透明スクリーン１００の前方におけるｘ方向の反射光強度分布の半値全幅（以下、ＦＷＨＭともいう）を示し、図１０の（Ｃ）において、ＦＷＨＭ２は、透明スクリーン１００の前方におけるｙ方向の反射光強度分布の半値全幅を示す。
　下記の実施例で説明されるように、本発明において、ｘ方向の反射光強度分布のＦＷＨＭ１は、ｙ方向の反射光強度分布のＦＷＨＭ２よりも、２０％以上大きい。すなわち、本発明は、下記の式（１）を満たす。
　ＦＷＨＭ１≧ＦＷＨＭ２×１２０％　　　　　（１）
　なお、下記の実施例では、式（１）が満たされると、異方性があるとする。
　また、上記の実施形態および下記の実施例では、ｘ方向においてＦＷＨＭを最大にする透明スクリーン１００が作製される。換言すれば、ｘ方向は、ＦＷＨＭを最大にする第１方向に相当する。ｙ方向は、第１方向に直交する第２方向に相当する。
　図１１は、好ましい反射光強度分布を説明するための説明図である。図１１に示す反射光強度分布は、トップハット型の態様を示す。輝度は、単位面積あたりの光強度（光度）で規定できるので、以下、反射光強度に代えて、輝度という表現を使用する。
　一例として、図１１に示すように、輝度が最大である平坦部の輝度（最大輝度）に対して、低下値が第１の所定値以上の輝度を呈する範囲を頂部とする。すなわち、図１１に示す反射光強度分布において、頂部の下限は以下の式（２）で表される。
　頂部の下限＝最大輝度×（１００－第１の所定値）％　　　　（２）
　また、図１１に示すように、最大輝度に対する輝度が第２の所定値以下の範囲を床部とする。また、反射光強度分布において、頂部の下限から床部の上限までを移行部とする。
　下記の実施例で説明されるように、第１の所定値が３０％であり、かつ、第２の所定値が２０％であることが好ましく、また、頂部の幅Ｃ（図１１参照）が１０゜以上であり、かつ、移行部の幅（距離）Ｄ（図１１参照）が２０゜以下であることが好ましい。
　すなわち、第１方向の輝度分布において、最大輝度に対して輝度の低下が３０％以下であって幅が１０゜以上の頂部を含み、頂部の下限から、最大輝度に対して輝度が２０％以下である床部の上限との間の移行部の幅が２０゜以下であることが好ましい。
　なお、実施例では、頂部の幅Ｃが１０゜以上であり、かつ、移行部の幅Ｄが２０゜以下である場合に、反射光強度分布においてトップハット型が現れるとする。
　図１２は、上記の実施形態で使用される単位レンズ１１０（具体的には、小レンズ１１０１～１１０９、図３参照）の形状の分布の一例を示す説明図である。図１２の（Ａ）に示すように、透明スクリーン１００における所定領域内の単位レンズ１１０の角度を測定する。所定領域は、一例として、縦２ｍｍ×横２ｍｍの正方形である。レーザー顕微鏡でレンズの角度を測定し、ＦＷＨＭの最も大きい方向の角度を小レンズの傾斜角度とした。また、上記の実施形態において、ある小レンズとそれに隣接する小レンズとの間隔（平均間隔）は、２０μｍ～１５０μｍであることを想定する。以下、小レンズの間隔を凹凸部の間隔という。
　図１２の（Ｂ）には、凹凸部の間隔が１５０μｍである場合の小レンズの傾斜角度の分布の例が例示されている。なお、図１２の（Ｂ）に示す例では、傾斜角度は、階級数が１０のヒストグラムに整理されている。縦軸は、各々の階級での傾斜角度の範囲に含まれる傾斜角度の数（度数）を示す。
　図１２の（Ｃ）には、凹凸部の間隔が２０μｍである場合の小レンズの傾斜角度の分布の例が例示されている。なお、図１２の（Ｃ）に示す例では、傾斜角度は、階級数が１０のヒストグラムに整理されている。縦軸は、各々の階級での傾斜角度の範囲に含まれる傾斜角度の数（度数）を示す。
　図１２の（Ｂ）および図１２の（Ｃ）に示すように、最小度数は、最大度数の５０％以下であることが好ましい。すなわち、下記の式（３）を満たすことが好ましい。
　最小度数≦最大度数×５０％　　　　　　（３）
　以下、実施例および比較例を、図１３を参照して説明する。まず、図１３に示されているパラメータを説明する。「異方性」は、ｘ方向の反射光強度分布（輝度分布）とｙ方向の反射光強度分布とが異なっていることを意味する。実施例および比較例では、ＦＷＨＭで異なりが比較されている。トップハットに関するパラメータは上述した通りである。「透過率」は、ＩＳＯ９０５０に準拠する方法により測定された値（％）である。透過ヘイズ（曇り度）は、ＩＳＯ１４７８２に準拠する方法により測定された値である。
　「スクリーンゲイン」は、以下のような値である。すなわち、透明スクリーン１００に対して垂直に光源（例えば、プロジェクタ２００）から光を照射し、同一平面内で透明スクリーン１００に対する角度が変わるように位置を変えて（例えば、－８０゜～＋８０゜の間で５゜刻み）輝度値を輝度計で測定する。完全拡散板に光を当てた時の輝度値に対する計測した各輝度値の割合のうち、一番高い数値をスクリーンゲインとする。
　「映像輝度」は、例えば、以下のように表される。
　映像輝度（ｃｄ/ｍ２）＝光源（例えば、プロジェクタ２００）の明るさ（ｌｍ）×スクリーンゲイン／（投影面積（ｍ２）×円周率）
　以下の実施例（例１～例６）では、ｘ方向における輝度分布のＦＷＨＭが、ｙ方向の輝度分布のＦＷＨＭよりも２０％以上大きくなるような異方性が現れ、かつ、ｘ方向における輝度分布がトップハット型になるような透明スクリーン１００を作製した。その際、透明スクリーン１００を構成する小レンズの平均傾斜角度を６゜にしたが、傾斜角度の度数分布における（最小度数／最大度数）を５０％未満にした。
［例１］
　ｘ方向のＦＷＨＭ（図１０の（Ｂ）参照）が８０゜、ｙ方向のＦＷＨＭ（図１０の（Ｃ）参照）が３０゜、頂部の幅Ｃ（図１１参照）が７０゜、移行部の幅Ｄ（図１１参照）が１０゜になるような透明スクリーン１００を作製した。例１では、凹凸部の平均間隔を５０μｍとし、凹凸部の平均傾斜角度を６゜とした。また、傾斜角度の度数分布における（最小度数／最大度数）を３０％とした。
　なお、例１では、小レンズの表面に微小凹凸処理を施した。また、透過率７５％、透過ヘイズ１．９％、スクリーンゲイン０．３の透明スクリーン１００とした。映像輝度は、５２０ｃｄ／ｍ２である。
［例２］
　ｘ方向のＦＷＨＭが８０゜、ｙ方向のＦＷＨＭが７゜、頂部の幅Ｃが７０゜、移行部の幅Ｄが１０゜になるような透明スクリーン１００を作製した。例２では、凹凸部の平均間隔を５０μｍとし、凹凸部の平均傾斜角度を６゜とした。また、傾斜角度の度数分布における（最小度数／最大度数）を３０％とした。
　なお、例２では、小レンズの表面に微小凹凸処理を施した。また、透過率７５％、透過ヘイズ１．９％、スクリーンゲイン０．８の透明スクリーン１００とした。映像輝度は、１４００ｃｄ／ｍ２である。
［例３］
　ｘ方向のＦＷＨＭが２３゜、ｙ方向のＦＷＨＭが７゜、頂部の幅Ｃが２０゜、移行部の幅Ｄが５゜になるような透明スクリーン１００を作製した。例３では、凹凸部の平均間隔を５０μｍとし、凹凸部の平均傾斜角度を６゜とした。また、傾斜角度の度数分布における（最小度数／最大度数）を３０％とした。
　なお、例３では、小レンズの表面に微小凹凸処理を施した。また、透過率７５％、透過ヘイズ１．９％、スクリーンゲイン２．７の透明スクリーン１００とした。映像輝度は、４７００ｃｄ／ｍ２である。
［例４］
　ｘ方向のＦＷＨＭが２０゜、ｙ方向のＦＷＨＭが１０゜、頂部の幅Ｃが２０゜、移行部の幅Ｄが２゜になるような透明スクリーン１００を作製した。例４では、凹凸部の平均間隔を５０μｍとし、凹凸部の平均傾斜角度を６゜とした。また、傾斜角度の度数分布における（最小度数／最大度数）を３０％とした。
　なお、例４では、小レンズの表面に微小凹凸処理を施さなかった。また、透過率７５％、透過ヘイズ１．９％、スクリーンゲイン９の透明スクリーン１００とした。映像輝度は、１５０００ｃｄ／ｍ２である。
［例５］
　ｘ方向のＦＷＨＭが２０゜、ｙ方向のＦＷＨＭが４゜、頂部の幅Ｃが２０゜、移行部の幅Ｄが２゜になるような透明スクリーン１００を作製した。例５では、凹凸部の平均間隔を５０μｍとし、凹凸部の平均傾斜角度を６゜とした。また、傾斜角度の度数分布における（最小度数／最大度数）を３０％とした。
　なお、例５では、小レンズの表面に微小凹凸処理を施さなかった。また、透過率７５％、透過ヘイズ１．９％、スクリーンゲイン１８の透明スクリーン１００とした。映像輝度は、３２０００ｃｄ／ｍ２である。
［例６］
　ｘ方向のＦＷＨＭが２０゜、ｙ方向のＦＷＨＭが１０゜、頂部の幅Ｃが２０゜、移行部の幅Ｄが１０゜になるような透明スクリーン１００を作製した。例６では、凹凸部の平均間隔を１００μｍとし、凹凸部の平均傾斜角度を６゜とした。また、傾斜角度の度数分布における（最小度数／最大度数）を３０％とした。
　なお、例６では、小レンズの表面に微小凹凸処理を施さなかった。また、透過率７５％、透過ヘイズ１．９％、スクリーンゲイン９の透明スクリーン１００とした。映像輝度は、１５０００ｃｄ／ｍ２である。
　以上の実施例（例１～例６）の透明スクリーン１００を使用する場合に、ｘ方向では集光される光の強度が高い領域が広くなるので、例えば、特許文献１に記載された透明スクリーンに比べて明るい映像を視認可能な範囲を広くすることができる。また、輝度分布における移行部の幅Ｄ（図１１参照）を狭くするなどによって、反射光の利用効率の低下を防止できる。
　したがって、例えば、透明スクリーン１００が車両の内部に設置される場合、一例として車両のフロントウィンドウ（ウィンドシールド）に設置される場合、運転席に存在する観察者３００と助手席に存在する観察者３００との双方が、明るい映像を視認できる。また、車両の前部座席において観察者３００がｘ方向に移動したり、後部座席において観察者３００がｘ方向に移動したりするときに、移動の前後で、または、移動中に、観察者３００は明るい映像を視認できる。なお、ｙ方向では、明るい映像を視認できる範囲は広くなくてよいことを想定して、その輝度分布は、例えば、特許文献１に記載された透明スクリーンによる輝度分布と同じでよい。
　以下、比較例を説明する。以下の比較例（例７～例１１）では、異方性が現れない、もしくは輝度分布がトップハット型にならないような透明スクリーン、または、異方性が現れず輝度分布にトップハット型が現れない透明スクリーンを作製した。
［例７］
　例７では、ｘ方向の輝度分布がトップハット型になる。すなわち、頂部の幅Ｃが１０゜以上であり、移行部の幅Ｄが２０゜以下である。しかし、ｘ方向のＦＷＨＭが２８゜であり、ｙ方向のＦＷＨＭが２８゜であるので、異方性はない。すなわち、上記の式（１）が満たされていない。
［例８］
　例８では、ｘ方向のＦＷＨＭが１４゜であり、ｙ方向のＦＷＨＭが１２゜であるので、異方性はない。また、ｘ方向の輝度分布において、頂部の幅Ｃが８．５゜であって１０゜未満であり、トップハット型は現れない。
［例９］
　例９では、ｘ方向のＦＷＨＭが６゜であり、ｙ方向のＦＷＨＭが５゜であるので、異方性はない。また、ｘ方向の輝度分布において、頂部の幅Ｃが３゜であって１０゜未満であり、トップハット型は現れない。
［例１０］
　例１０では、ｘ方向のＦＷＨＭが３０゜であり、ｙ方向のＦＷＨＭが１０゜であるので、異方性がある。しかし、頂部の幅Ｃが２０゜であるが、移行部の幅Ｄが３５゜と２０゜を超えるので、トップハット型は現れていない。
［例１１］
　例１１では、ｘ方向の輝度分布がトップハット型になる。すなわち、頂部の幅Ｃが１０゜以上であり、移行部の幅Ｄが２０゜以下である。しかし、ｘ方向のＦＷＨＭが３０゜であり、ｙ方向のＦＷＨＭが３０゜であるので、異方性はない。すなわち、上記の式（１）が満たされていない。
　実施例（例１～例６）のスクリーンは、異方性を有し、かつ、トップハット型の輝度分布を有するため、当該スクリーンを車両用ウィンドシールドに設置すれば、複数の観察者が明るい映像を視認できる。一方、比較例（例７～例１１）のスクリーンは、異方性がない、または輝度分布がトップハット型にならないため、比較例のスクリーンをウィンドシールドに組み込む場合、複数の観察者が明るい映像を視認することが困難となる。
　１０　　第１の透明基材
　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
　１１０１～１１０９　小レンズ
　１２０　映像投影構造体
　２００　プロジェクタ
　３００　観察者
　なお、２０２１年９月２７日に出願された日本特許出願２０２１－１５６５９８号の明細書、特許請求の範囲、図面およ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。

Claims (12)

  1. 　凹凸面を有する第１の透明層と、
    　前記凹凸面上の反射層と、
    　前記反射層の凹凸面上に該凹凸を埋めるように形成された第２の透明層とを備える反射型透明部材であって、
    　反射光による第１方向における輝度分布の半値全幅が、第１方向に直交する第２方向における輝度分布の半値全幅よりも２０％以上大きく、
    　少なくとも前記第１方向の輝度分布はトップハット型を呈する
    　反射型透明部材。
  2. 　前記第１方向における輝度分布の半値全幅が最大である
    　請求項１に記載の反射型透明部材。
  3. 　トップハット型を呈する輝度分布は、最大輝度に対して輝度の低下が３０％以下であって幅が１０゜以上の頂部を含み、頂部の下限から、最大輝度に対して輝度が２０％以下である床部の上限との間の移行部の幅が２０゜以下である
    　請求項１または２に記載の反射型透明部材。
  4. 　所定領域に含まれる複数の凹凸部のそれぞれの傾斜角度の度数分布において、最小度数が最大度数の５０％以下である部分を含む
    　請求項１または２に記載の反射型透明部材。
  5. 　前記凹凸面は、複数の単位レンズの２次元配列で形成され、
    　前記単位レンズには、平均間隔が２０μｍ～１５０μｍの小レンズが配置されている
    　請求項１または２に記載の反射型透明部材。
  6. 　前記第１の透明層および前記第２の透明層が透明樹脂層である、請求項１または２に記載の反射型透明部材。
  7. 　前記透明樹脂層を構成する透明樹脂が、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂である、請求項６に記載の反射型透明部材。
  8. 　前記透明樹脂層を構成する透明樹脂が、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またはこれらの混合系樹脂である、請求項６または７に記載の反射型透明部材。
  9. 　前記反射層が、金属膜または誘電体膜の単層膜または多層膜である、請求項１または２に記載の反射型透明部材。
  10. 　前記反射層が、ＡｇまたはＡｌの単体、もしくはＰｄ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｂｉ、ＮｄおよびＧｅからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属とＡｇとの合金で形成される膜である、請求項９に記載の反射型透明部材。
  11. 　反射型透明スクリーンである、請求項１または２に記載の反射型透明部材。
  12. 　請求項１または２に記載の反射型透明部材と、前記反射型透明部材に映像を投射するプロジェクタとを有する
    　映像表示システム。
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