(57)【要約】【課題】観察者により観察される映像の明るさを確保しつつ、視野角を広げ、入射された光を所望の範囲に所望の強度分布で出力することが可能なスクリーンを得ること。【解決手段】プロジェクタから自身の表面に入射される光を反射させて出射するスクリーンであって、複数の微小光学系ユニットを備え、複数の微小光学系ユニットのうちの少なくとも１つの微小光学系ユニットは、３つの立体を交差させたときの３つの立体が交差する交点を含み、３つの立体の表面にそれぞれ対応する第１の面２４、第２の面２５および第３の面２６を有し、第１の面２４、第２の面２５および第３の面２６のうち少なくとも１つの面の傾斜角θａは０°より大きいまたは０°より小さい。【選択図】図３
2020038331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロジェクタから自身の表面に入射される光を反射させて出射するスクリーンであって、
複数の微小光学系ユニットを備え、
前記複数の微小光学系ユニットのうちの少なくとも１つの前記微小光学系ユニットは、
３つの立体を交差させたときの前記３つの立体が交差する交点を含み、前記３つの立体の表面にそれぞれ対応する第１の面、第２の面および第３の面を有し、第１の面、第２の面および第３の面のうち少なくとも１つの面の傾斜角は０°より大きいまたは０°より小さいことを特徴とするスクリーン。
【請求項２】
前記第１の面と前記第２の面とが交差する辺を第１の辺とし、前記第２の面と前記第３の面とが交差する辺を第２の辺とし、前記第３の面と前記第１の面とが交差する辺を第３の辺とし、
前記傾斜角は、前記第１の辺、前記第２の辺および前記第３の辺のそれぞれの前記交点側でない３つの端点を頂点とする三角形がコーナーキューブリトロリフレクターの三角錐の底面となるよう仮想的に前記コーナーキューブリトロリフレクターが配置された場合に、前記第１の面、前記第２の面および前記第３の面のそれぞれと前記コーナーキューブリトロリフレクターの対応する面とがなす角であることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
【請求項３】
前記複数の微小光学系ユニットのうちの少なくとも１つの前記微小光学系ユニットは、前記第１の面の傾斜角および前記第２の面の傾斜角は第１の値であり、前記第３の面の傾斜角は、前記第１の値と異なる第２の値であることを特徴とする請求項１または２に記載のスクリーン。
【請求項４】
前記第１の値は０°であり、前記第２の値は０°より大きいまたは０°より小さいことを特徴とする請求項３に記載のスクリーン。
【請求項５】
前記第１の値は０°より大きいまたは０°より小さく、前記第２の値は０°より大きいまたは０°より小さいことを特徴とする請求項３に記載のスクリーン。
【請求項６】
前記複数の微小光学系ユニットは、隣接する２つでペアを構成し、
前記ペアを構成する２つの前記微小光学系ユニットである第１の微小光学系ユニットおよび第２の微小光学系ユニットは、前記第３の面が向き合うように隣接し、前記第１の微小光学系ユニットの前記第３の面の傾斜角は前記第２の値であり、前記第２の微小光学系ユニットの前記第３の面の傾斜角は前記第２の値とは異なる第３の値であることを特徴とする請求項３から５のいずれか１つに記載のスクリーン。
【請求項７】
前記第１の面、前記第２の面および前記第３の面は曲面であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のスクリーン。
【請求項８】
車両内のピラーに設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載のスクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタにより映像または画像が投影されるスクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタにより映像をスクリーンに投影するシステムにおいて、スクリーンに再帰性反射材を用いる場合がある。例えば、特許文献１には、車両を運転する運転者の視界を妨げるピラーによる死角をなくすために、ピラーの外方をカメラで撮影し、撮影した画像をリアルタイムでプロジェクタから車室内のピラーの再帰性反射面に投影する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２８０６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スクリーンに再帰性反射材を用いた場合、出射方向が投影機に向いて映像が明るく見えるが、観察できる範囲すなわち視野角は極めて狭い。このため、用途によっては、再帰性反射材を用いたスクリーンより反射光の中心方向や視野角を自由に設計できるようにすることが望まれる場合がある。
【０００５】
例えば、上記特許文献１に記載されているように、ピラーの部分に対応する映像を撮影し、撮影した映像を車両内に設置されたプロジェクタによりピラーの部分に投影する技術において、ピラー部分に再帰性反射材を用いると、運転者の座席の高さの違いや運転者の運動により運転者の眼の位置が想定された位置とずれると、運転者が映像を正しく視認できない場合がある。したがって、このような用途では、スクリーンに投影された映像を観察できる範囲すなわち視野角を、再帰性反射材を用いた場合より広げることが望ましい。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、観察者により観察される映像の明るさを確保しつつ、視野角を広げ、入射された光を所望の範囲に所望の強度分布で出力することが可能なスクリーンを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、プロジェクタから自身の表面に入射される光を反射させて出射するスクリーンであって、複数の微小光学系ユニットを備え、前記複数の微小光学系ユニットのうちの少なくとも１つの前記微小光学系ユニットは、３つの立体を交差させたときの前記３つの立体が交差する交点を含み、前記３つの立体の表面にそれぞれ対応する第１の面、第２の面および第３の面を有し、第１の面、第２の面および第３の面のうち少なくとも１つの面の傾斜角は０°より大きいまたは０°より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、観察者により観察される映像の明るさを確保しつつ、視野角を広げ、入射された光を所望の範囲に所望の強度分布で出力することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、プロジェクションシステムの構成例を示す図である。
【図２】図２は、第１の立体、第２の立体および第３の立体を円筒とした場合の各立体の一例を示す図である。
【図３】図３は、微小光学系の一例と傾斜角の定義を示す図である。
【図４】図４は、傾斜角が負の値になる微小光学系の側面図の一例を示す図である。
【図５】図５は、図４に示した微小光学系ユニットを複数配列して構成されるスクリーン１の一例を示す正面図である。
【図６】図６は、第１の面、第２の面および第３の面の傾斜角が０°の場合の反射パターンの一例を示す図である。
【図７】図７は、微小光学系ユニットの一例を示す図である。
【図８】図８は、図７に示した微小光学系ユニットを用いた場合の反射パターンの一例を示す図である。
【図９】図９は、図７に示した微小光学系ユニットを用いた場合の反射パターンの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、２つの微小光学系ユニットをペアで用いる場合の反射パターンの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した微小光学系ユニットを用いた場合の反射パターンの一例を示す図である。
【図１２】図１２は、図１０に示した微小光学系ユニットを用いた場合の反射パターンの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、測定に用いた、微小光学系のペアをアレイ状にしたサンプルを模式的に示した図である。
【図１４】図１４は、車両のピラーを示す図である。
【図１５】図１５は、ピラーを車両内からみた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかるスクリーンを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
図１は、本発明にかかる実施の形態のプロジェクションシステムの構成例を示す図である。図１は、本発明にかかるプロジェクションシステムを横方向すなわち水平方向からみた図を示している。図１において、上下方向は、垂直方向を示している。図１に示すように、プロジェクタ２は、スクリーン１の前方に配置される。図１に示すように、観測者はプロジェクタ２から出射されてスクリーン１で反射された光を観測する。
【００１２】
本実施の形態では、第１の面、第２の面および第３の面の３つの表面を含む微小光学系を１つの単位とし、この表面には薄い金属膜などの高反射材を付着させるなどして光を反射する機能をもたせ、これを微小光学系ユニットと呼ぶことにする。これを複数配列することによりスクリーン１を構成する。本実施の形態では、プロジェクタ２から投影されたスクリーン１により反射される光の分布が所望の分布となるように、微小光学系ユニットを設計する。図１に示すように、観測者はプロジェクタ２から出射されてスクリーン１で反射された光を観測する。本実施の形態では、観測者が、範囲３においてプロジェクタ２から出射されてスクリーン１で反射された光を良好に視認できるように、上述した所望の分布が設定される。
【００１３】
具体的には、プロジェクタ２の位置と所望の映像視認可能範囲３すなわち拡散角θｓとを定める。そして、映像視認可能範囲内でのプロジェクタ２から投影されたスクリーン１により反射される光の強度分布すなわち所望の強度分布を定める。図１には、映像視認可能範囲３の一例を示している。拡散角θｓは、観測者がプロジェクタ２から出射されてスクリーン１で反射された光を良好に視認できる映像視認可能範囲３を、スクリーン１の反射点を中心とした角度で示したものであり、スクリーン１により反射される光が拡散される範囲を示す。θｄは、プロジェクタ２に入射した光がスクリーン１で反射拡散される中心角とのなす方向を示す角度である。すなわち、プロジェクタ２とスクリーン１の反射点を結ぶ線と、拡散角θｓの中央を示す線とがなす角度であり、これらはスクリーンへの入射角には依存しない。つまり、スクリーンの上部から下部のどの位置でも、またスクリーン自体の面の方向が変化してもθｄとθｓはほとんど変化しない。図１に示した映像視認可能範囲３およびプロジェクタ２の配置位置は一例であり、映像視認可能範囲３およびプロジェクタ２の配置位置は図１に示した例に限定されない。
【００１４】
映像視認可能範囲３内の所望の強度分布およびプロジェクタの配置位置を定めた後、プロジェクタ２の配置位置と観察者の位置の関係すなわちプロジェクタ２から出た光のスクリーン１からの反射方向と映像視認可能範囲３内の所望の強度分布とに基づいて、微小光学系ユニットの形状が設計される。再帰性反射材のスクリーンを用いた場合には、プロジェクタから出射される光は、プロジェクタの方向にしか戻らないが、本実施の形態では映像視認可能範囲３をプロジェクタの方向から一定の角度だけずらすと共にある程度の広がりを持つ範囲に定める。これにより、観察者により観察される映像の明るさを確保しつつ、視野角を広げることができるとともに、所望の強度分布を実現できる。また、プロジェクタ２を任意の位置に配置可能となる。
【００１５】
次に、本実施の形態のスクリーン１を構成する微小光学系ユニットの例について説明する。本実施の形態の微小光学系ユニットは、第１の面、第２の面および第３の面を有する。第１の面、第２の面および第３の面は、例えば、後述する図２に示した第１の面２１、第２の面２２および第３の面２３である。第１の面、第２の面および第３の面は、たとえば、それぞれ第１の立体、第２の立体、第３の立体の表面である。このとき、微小光学系ユニットは、第１の立体、第２の立体、第３の立体のそれぞれの表面が交差する交点を含む。第１の立体、第２の立体および第３の立体は、任意の立体であり、たとえば、球、円柱、円筒、楕円体、またはｎ次多項式関数や三角関数などの関数の回転体であり、これらを組み合わせたものであってもよい。第１の立体、第２の立体および第３の立体のうちの一部が、直方体などのように曲面を含まない立体であってもよい。第１の立体、第２の立体および第３の立体は、それぞれが異なる形状の立体であってもよいし、第１の立体、第２の立体および第３の立体のうち２つ以上が同一の形状であってもよい。また、第１の立体、第２の立体および第３の立体は、半径の異なる球といったように同一形状の大きさの異なるものであってもよい。
【００１６】
上述したように、本実施の形態では、３つの立体を交差させて第１の面、第２の面および第３の面を形成する。典型的には、３つの面のうちの少なくとも１つが曲面となる。以下の説明では、第１の面、第２の面および第３の面の全てが曲面である例を説明するが、３つの面のうちの少なくとも１つが曲面であればよい。
【００１７】
図２は、第１の立体、第２の立体および第３の立体を円筒とした場合の各立体と微小光学系ユニットの一例を示す図である。図２に示した例では、第１の立体１１、第２の立体１２および第３の立体１３は、それぞれが円筒である。これら３つの円筒の中心軸を結ぶ線が正三角形を形成するように、第１の立体１１、第２の立体１２および第３の立体１３を交差させると、３つの立体が交差する交点Ｂを含む概略コーナーキューブ状の図２に示す微小光学系ユニット２０が得られる。図２に示した例では、３つの円筒が同じ大きさ（同じ直径と長さ）であるとしている。微小光学系ユニット２０は、第１の立体１１の表面の一部である第１の面２１、第２の立体１２の表面の一部である第２の面２２および第３の立体１３の表面の一部である第３の面２３で構成される。図２に示すように、第１の面２１、第２の面２２および第３の面２３のそれぞれは、３つの立体を交差する交点Ｂを含む３つの頂点を有する。例えば、第１の面２１の３つの頂点は点Ａ，Ｂ，Ｄである。ここで点Ａは第１の面２１と第２の面２２が交差する辺ＢＡ上の一点であり、詳細は後述する。同様に点Ｅは第２の面２２と第３の面２３が交差する辺ＢＥ上の一点であり、点Ｄは第３の面と第１の面が交差する辺ＢＤ上の一点である。
【００１８】
図３は、微小光学系の一例と傾斜角の定義を示す図である。図３に示す微小光学系ユニットは、一例として次の手順で定められたものであるとする。まず、微小光学系ユニットのおおよそのサイズを決定し、このサイズを有する基準となるＣＣＲ（Corner  Cube  Retroreflectors：コーナーキューブリトロリフレクター）を定める。基準となるＣＣＲ（以下、基準ＣＣＲという）とは、直交する３つの平面で構成される三角錐状の一般的なＣＣＲである。次に、３つの立体の形状を定める。ここでは、図２と同様に、各立体は円筒であり、３つの円筒の中心軸を結ぶ線が正三角形を形成するように、３つの立体を交差させたものであり、３つの円筒が同じ大きさ（同じ直径と長さ）であるとする。交点Ｂと点Ａ，Ｄ，Ｅの４点が、それぞれ基準ＣＣＲの対応する点と一致するように３つの立体を交差させることにより、傾斜角が０°となる基準微小光学系ユニットを得る。その後、微小光学系ユニットの傾斜角を持たせる面が、所望の傾斜角となるように、点Ａ，Ｄ，Ｅの位置は変えずに、この面に対応する円筒の直径、長さ、中心軸の位置などを変更する。これにより得られる微小光学系ユニットの交点Ｂは、基準微小光学系ユニットの交点とずれることになる。図３に示す微小光学系ユニットは、上述した手順で第３の面２６に傾斜角を与えた例を示している。
【００１９】
図３の左側は、微小光学系ユニットの正面図（プロジェクタ２側からみた図）である。図３では、基準ＣＣＲを破線で示している。点Ｃは、ＤＥの中点である。また、点Ｂ０は、基準ＣＣＲの三角錐の頂点であり、ＡＢ０およびＢ０Ｅの破線は基準ＣＣＲの三角錐の辺を示す。点Ｂは、基準微小光学系ユニットの交点でもある。図３の右側は、微小光学系ユニットの側面図（横方向からみた図）であり、点Ｃおよび点Ｂ０を含む面に対応する。図３に示す微小光学系ユニットは、上述した手順で得られるため、点Ａ，Ｅ，Ｄは、基準ＣＣＲの底面の頂点と一致する。ただし、第１の面あるいは第２の面も傾斜させた場合は、点Ｂは側面図の面内にあるとは限らないので、その場合はこの面に投影したものとする。第１の面２４、第２の面２５および第３の面２６は、上述した第１の面２１、第２の面２２および第３の面２３である。
【００２０】
図３では、第３の面の傾斜角θａが正の値となる場合を示している。第３の面２６の傾斜角は、側面図において、破線ＣＢ０と、点Ｂと点Ｃとを結ぶ直線とのなす角である。換言すると、辺ＤＥを回転中心軸として、第３の面を傾斜させたとき、この面と基準ＣＣＲの第３の面との角度を傾斜角とする。さらに第１の面および第２の面を傾斜させる場合も、傾斜角の定義は第３の面の傾斜角の定義と同様である。ただしこの場合、点Ｂは、第１の立体の表面、第２の立体の表面および第３の立体の表面が交差する交点であり、前述のように側面図の面内にあるとは限らない。その場合、側面図では点Ｂがこの面に投影された点であることを示している。すなわち、傾斜角は、微小光学ユニットにおける三角形ＡＤＥがＣＣＲの三角錐の底面となるよう基準ＣＣＲが配置された場合の基準ＣＣＲの各面を基準面とし、基準ＣＣＲの対応する辺を中心軸として回転させた場合に基準面と第１の面、第２の面および第３の面の各面とがなす角である。換言すると、微小光学ユニットの第１の面と第２の面とが交差する辺を第１の辺（図３の辺ＡＢ）とし、第２の面と第３の面とが交差する辺を第２の辺（図３の辺ＢＥ）とし、前記第３の面と前記第１の面とが交差する辺を第３の辺（図３の辺ＢＤ）とすると、傾斜角は、第１の辺、第２の辺および第３の辺のそれぞれの交点Ｂ側でない３つの端点（点Ａ，Ｄ，Ｅ）を頂点とする三角形がＣＣＲの三角錐の底面となるよう仮想的にＣＣＲが配置された場合に、第１の面、第２の面および第３の面のそれぞれとＣＣＲの対応する面とがなす角である。なお、第３の面２６が曲面の場合、図３に示した側面図において、点Ｂと点Ｃを結ぶ曲線の接線の方向は場所ごとに異なる。したがって、第３の面の傾きは場所によって異なるとも言えるが、本実施の形態では、各面の傾斜角として、面全体の傾きを示す角度として図３に示した定義を用いる。
【００２１】
図４は、傾斜角θａが負の値になる微小光学系の側面図の一例を示している。傾斜角θａの定義は、図３に示した例と同様である。
【００２２】
以上、図２から図４を用いて説明した微小光学系ユニットの形状は例であり、本実施の形態の微小光学系ユニットを構成する第１の面、第２の面および第３の面は上述した例に限定されない。上述のように、３つの立体を交差させて第１の面、第２の面および第３の面を形成し、典型的には、３つの面のうちの少なくとも１つが曲面となる。図２から図４では、スクリーン１の正面からみると交点が凹んだ形状の微小光学系ユニットを例示したが、微小光学系ユニットは交点が凸となるような形状であってもよい。また、傾斜角の定義についても、図３，４に示した例に限定されず、他の方法で傾斜角０°の基準微小光学系ユニットを定義し、この基準微小光学系ユニットの各面となす角を傾斜角として定義したものであってもよい。微小光学系ユニットを構成する各面の具体的な形状は、前述した通り、プロジェクタ２から投影されたスクリーン１により反射される光の分布が所望の分布となるように設計される。
【００２３】
反射の中心方向や拡散角の異なる微小光学ユニットを組み合わせてスクリーン１を構成することによって、反射光学特性の多様な組み合わせが可能となる。同一の微小光学ユニットを複数組み合わせてスクリーン１を構成してもよいし、異なる特性の微小光学系ユニットを複数組み合わせてスクリーン１を構成しても良い。図５は、図４に示した微小光学系ユニットを複数配列して構成されるスクリーン１の一例を示す正面図である。図５に示した例では、スクリーン１を構成する複数の微小光学系ユニットの形状は全て同一としている。図５は、微小光学系ユニットの配置の一例であり、微小光学系ユニットの配置方法は図５に示した例に限定されない。
【００２４】
次に、本実施の形態の微小光学系ユニットを構成する各面の設計方法について説明する。上述した通り、本実施の形態では、プロジェクタから投影されたスクリーン１により反射される光の強度分布が所望の分布となるように、微小光学系ユニットを構成する第１の面、第２の面および第３の面の形状を設計する。微小光学系ユニットの反射光学特性を決定する要素としては、上述した傾斜角、各面が曲面である場合の曲率半径などがある。以下では、第１の面、第２の面および第３の面の曲率半径は同一であるとし、傾斜角により、スクリーン１により反射される光の強度分布を調整する例を説明する。すなわち、以下の述べる例では、スクリーン１を構成する複数の微小光学系ユニットのうちの少なくとも１つの微小光学系ユニットは、３つの立体を交差させたときの３つの立体が交差する交点を含み、３つの立体の表面にそれぞれ対応する第１の面、第２の面および第３の面を有し、第１の面、第２の面および第３の面のうち少なくとも１つの面の傾斜角は０°より大きいまたは０°より小さい。なお、第１の面、第２の面および第３の面の曲率半径が同一でない場合に、以下に述べる傾斜角による調整を適用してもよい。
【００２５】
図６は、第１の面、第２の面および第３の面の傾斜角が０°の場合の反射パターンの一例を示す図である。図６に示す反射パターンは、本実施の形態の微小光学系ユニットを用いたスクリーン１により反射された反射光の輝度分布の解析結果を示している。図６に示した例では、微小光学系ユニットとして、第１の面、第２の面および第３の面の曲率半径が同一であり、第１の面、第２の面および第３の面の傾斜角θａが０°である微小光学系ユニットを用いている。この微小光学系ユニットの寸法は底面の正三角形の高さが２００μmである。図６に示した例では、第１の面、第２の面および第３の面は、円筒型の曲面で曲率８３０μmである。また、図６に示した例では、スクリーン１に対するプロジェクタ２から入射される光の入射角は０°としている。図６に同心円で示した角度は、スクリーン正面方向を中心とした極座標における角度である。
【００２６】
図７は、本実施の形態の微小光学系ユニットの一例を示す図である。この微小光学系ユニットの寸法は底面の正三角形の高さが２００μmである。図７に示した例では、同一種のハッチングが施された面は傾斜角が等しい。図７に示した例では、網掛け状のハッチングのされた第１の面３１と第２の面３２は傾斜角が等しく、斜線のハッチングのされた第３の面３３は、第１の面３１および第２の面３２とは傾斜角が異なる。図７に示した微小光学系ユニットでは、第１の面３１、第２の面３２および第３の面３３の曲率半径が同一の８３０μmであり、第１の面３１と第２の面３２の傾斜角は等しく、第３の面３３の傾斜角は第１の面３１と第２の面３２の傾斜角とは異なる。すなわち、図７に示した微小光学系ユニットは、２面の傾斜角が同一であり、他の一面の傾斜角が異なる。
【００２７】
図８，９は、図７に例示した微小光学系ユニットを用いた場合の反射パターンの一例を示す図である。図８に示した例と図９に示した例とは、いずれも第１の面３１と第２の面３２の傾斜角は等しく、第３の面３３の傾斜角は第１の面３１と第２の面３２の傾斜角とは異なる微小光学系ユニットを用いた場合に、光線追跡のシミュレーションにより得られた解析結果を示している。また、図８に示した例と図９に示した例とでは、第３の面の傾斜角が異なっている。図８に示した微小光学系における第１の面３１、第２の面３２の傾斜角はいずれも−４°であり、第３の面３３の傾斜角は１°である。図９に示した微小光学系における第１の面３４、第２の面３５の傾斜角はいずれも−４°であり、第３の面３３６の傾斜角は５°である。図８，９に示した例では、第１の面、第２の面および第３の面は、円筒型の曲面で曲率８３０μmである。
【００２８】
図８，９に示した例では、各図の左側の（ａ）では微小光学系ユニットに対する入射角０°で光が入射される場合のシミュレーション結果を示し、各図の右側の（ｂ）では微小光学系ユニットに対して、入射角１０°、方位角９０°で光が入射される場合のシミュレーション結果を示している。図８，９に同心円で示した角度は、スクリーン正面方向を中心とした極座標における角度であり、Ｘ印は入射角を示す。図６に示した例では、各方向に反射光が広がっているが、図８および図９に示した例では反射光の範囲が図６に示した例に比べて上下１０°を中心として上下左右に分布している。これは、図１のプロジェクターからの入射角を図８，９のＸの位置とした場合、反射光の中心が下側にθｄ＝１０°ずれるように設計した結果と対応している。ただし、上下対称のパターンのうち上側のパターンは不要であるが、これは無視するものとする。このように、図８および図９に示した例では図６の例に比べて、下１０°の位置を中心とした目的の範囲内の反射光の強度は高くなっている。このように傾斜角を変えることで、反射パターンを目的の領域に変更することができる。すなわち、反射パターンを所望の分布に近づけるように傾斜角を調整することで、観測者は、所望の分布内で高い強度の光を観測することになり、明るい映像を観測することができる。ただし図８では、入射光の位置（Ｘ印）より下１０°直近の光強度が弱くなっているが、この問題の改善は以下で示す。
【００２９】
また、図８，９のそれぞれにおいて、（ａ）と（ｂ）を比較すると、入射角（Ｘ印の位置）を変化させても常に、反射パターンの中心はそれより下側１０°に位置しており、所望の特性が得られていることがわかる。
【００３０】
図１０は、２つの微小光学系ユニットをペアで用いる場合の微小光学系ユニットの組み合わせ例を示す図である。図１０に示した例では、図７に示した第１の面３１、第２の面３２および第３の面３３で構成される微小光学ユニットと、第１の面３４、第２の面３５および第３の面３６で構成される微小光学ユニットとを、第３の面３３と第３の面３６が向き合うように配置している。網掛け状のハッチングのされた第１の面３１、第２の面３２、第１の面３４、第２の面３５は傾斜角が等しい。第３の面３３、第３の面３６は、第１の面３１、第２の面３２、第１の面３４、第２の面３５と傾斜角が異なる。また、第３の面３３と第３の面３６は傾斜角が異なる。
【００３１】
図１１，１２は、図１０に示した微小光学系ユニットを用いた場合の反射パターンの一例を示す図である。図１１，１２に示した例では、いずれも、図８のシミュレーションで用いた微小光学系と、図９のシミュレーションで用いた微小光学系とを、互いに第２の面が向き合うように組み合わせてペアとした場合の反射パターンを示している。図１１，１２のそれぞれの（ａ）には、光線追跡のシミュレーション結果を示し、（ｂ）には、微小光学系ユニットをアレイ状にしたサンプルを用いた実測結果を示している。図１３は、測定に用いた、微小光学系のペアをアレイ状にしたサンプルを模式的に示した図である。図１１，１２（ｂ）に示す測定結果は、次のような測定を行った結果である。レーザー光を、微小光学系のペアをアレイ状にしたサンプルに正面から一定の入射角で照射し、サンプルからの反射光を散乱フィルムに当ててそのパターンをカメラで撮影した。なお、レーザーには赤色レーザー（波長６５０ｎｍ）を用いたが、波長依存性はないことを確認している。
【００３２】
図１１に示した例では、入射角０°で光が入射される場合を示し、図１２では、入射角１０°、方位角９０°で光が入射される場合を示している。図１１，１２に示すように、入射角が０°の場合も入射角が１０°の場合も、図８，９と同様に、入射光の位置（Ｘ印）から下側１０°を中心として上下左右の一定領域に反射輝度の高い部分が存在していることがわかる。また、図８，９では、下側１０°の中心直近の光強度がやや弱かったが、図１１，１２ではほぼ均一化している。図１１，１２のそれぞれの（ａ）と（ｂ）を比較するとわかるように、シミュレーション結果に近い実測結果が得られている。
【００３３】
例えば、用途によっては、スクリーン１により反射された光が全方向に拡散されるのではなく、一方向（例えば、鉛直方向、または水平方向）に広がりを持つことが要求されることがある。このような場合、上述した微小光学系ユニットのペアの傾斜角を調整することで、入射光に対して反射光を一定の方向にシフトさせ、一様に拡散するパターンを得ることができる。この場合、所望の方向以外に反射する光が減り、所望の方向に反射する光が増えるので、輝度が高くなり、観測者は明るい映像を観測できるようになる。例えば、上述した例では、標準白色板に対して１６倍の明るさを実現できる。したがって、出力の低いプロジェクタを用いる場合であっても、明瞭な映像を得ることができる。
【００３４】
本実施の形態では、再帰性反射に比べてスクリーン１により反射される光が広がりを持っているため、観測者の位置が多少ずれたとしても映像を視認することができる。たとえば、車両のピラー透明化技術に用いる場合、運転者の位置がずれたとしても、ピラーに投影される映像を運転者が視認できる。また、本実施の形態では標準白色板に比べて明るくすることができるため、昼間の車両内等であっても運転者が映像を視認することができる。さらに、出力の低いプロジェクタを用いることができるため、プロジェクタを小型化することができ、車両のピラー透明化技術に用いる場合にプロジェクタの配置の自由度が高まる。さらに、出力の低いプロジェクタを用いることができるため、省エネルギー化を実現することができる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、１つのペアを構成する微小光学系ユニットがそれぞれ異なる例を説明したが、同一の微小学系ユニットでペアを構成してもよい。
【００３６】
図１では、一方向、具体的には上下方向の映像視認可能範囲３を図示したが、本発明では、上下方向および水平方向のうちの少なくとも１方向において所望の強度分布を定め、所望の強度分布となるように、スクリーンを構成する微小光学系ユニットの形状を設計する。
【００３７】
具体的には、スクリーン１に対するプロジェクタ２からの光の入射角度とスクリーン１からの出射光の方向とが定まれば、微小光学系ユニットを構成する各面の法線を定めることができ、これによって、スクリーンを構成する微小光学系ユニットの形状を設計することができる。
【００３８】
また、スクリーン１の材質としては、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、シクロオレフィンポリマー等のプラスチック材料や、ガラス、金属、セラミックス等を用いることができる。スクリーン１の材質は、上記に限定されず、微小光学系ユニットを形成可能な材料ならばどのようなものを用いてもよい。
【００３９】
また、微小光学系ユニットのサイズは、例えば、ピラー用のスクリーンとして用いる場合には、観察者が微小光学ユニットを認識できない程度のサイズが好ましい。例えば、数百μｍ程度である。また、高精度の道路標識や、サイネージなどを想定した反射集光光学デバイス等では、上記のサイズに限定されることなく、用途に応じて適宜サイズを設定すれば良い。第１の面、第２の面および第３の面のうちの少なくとも１つの面の表面を、さらに、ミクロンオーダーから微小光学ユニットのサイズまでの間の大きさで凸面、凹面、プリズム形状となるように加工することにより、さらに光を拡散させることができる。すなわち、第１の面、第２の面および第３の面のうちの少なくとも１つの面の表面は、第１の面、第２の面および第３の面のサイズより小さいサイズの凹凸の形状を有する。上記の所望の強度分布となるように設計された形状を第１の拡散制御と呼び、ミクロンオーダーの表面の加工による拡散の制御を第２の拡散制御と呼ぶこととすると、第２の拡散制御により、拡散の度合いを制御することができる。
【００４０】
また、高視野角を得るために、スクリーン１の表面を透明樹脂で充填してもよい。樹脂としては、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、シクロオレフィンポリマー等のプラスチック材料や、ガラス、透明セラミックス等を用いることができる。透明樹脂で充填する代わりに、透明樹脂等の基板の一面に微小光学系ユニットを形成し、微小光学系ユニットが形成されていない側の面すなわち裏面を、スクリーン１の表面として用いてもよい。これにより、スクリーン１の表面を透明樹脂で充填した場合と同様の効果を奏することができる。また、各微小光学系ユニットの開口に丸いアパーチャーパターン（パターン部分は透過、パターン以外の部分は黒く光を透過させない）を設けることによって迷光を吸収し、光学の信号対雑音比（ＳＮＲ）を高くすることが可能である。
【００４１】
再帰性反射材により構成されるスクリーンでは、プロジェクタから入射された光は入射された方向へのみ射出される。これに対し、本実施の形態では、第１の面、第２の面および第３の面のうちの少なくとも１つが曲面となるため、曲面の形状を上記の所望の強度分布となるように設計する。すなわち、スクリーン１は、プロジェクタ２から入射される光が、あらかじめ定めた角度範囲にあらかじめ定めた強度分布（所望の広がり）で出力されるように設計される。詳細には、本実施の形態のスクリーン１を構成する微小光学系ユニットは、スクリーン１により反射された光の出射角に応じた強度分布が所望の強度分布となるよう形状が定められた第１の面、第２の面および第３の面を有する。
【００４２】
これにより、再帰性反射材で構成されるスクリーンより視野角を広くすることができるとともに、マットスクリーンに比べて大幅に明るさを向上させることができる。また、入射された光を所望の範囲に所望の強度分布で出力することが可能となり、さらには、プロジェクタの設置位置に制約が無いため、ピラーの透明化システムに適用した場合に、プロジェクタを車両内の比較的自由な位置に配置することができる。
【００４３】
図１４は、車両のピラーを示す図である。図１４に示すように、車両には、ピラー１０１，１０２，１０３が設けられている。これらのピラー１０１，１０２，１０３は、運転者の視野の妨げとなる。図１５は、ピラー１０１を車両内からみた図である。前方に設けられるピラー１０１は、進行方向の視野の妨げとなり、影響が大きい。
【００４４】
そこで、ピラー１０１の外側を撮影するカメラを設け、カメラにより撮影された画像を車両内に設けられたプロジェクタでピラー１０１に設けられたスクリーンに投影する技術が検討されている。本実施の形態のスクリーン１は、ピラー１０１に貼付される、またはピラー１０１の一部として形成されることにより、車両内に設けられたプロジェクタ２から投影された画像を車両内の所望の映像視認可能範囲に投影することができる。これにより、画像の明るさを確保しつつ、運転者の座席の高さが変更されても、運転車は画像を視認することができる。また、プロジェクタを、天井、ヘッドレストをはじめとして車両内の任意の位置に設置することができる。なお、ここでは、本実施の形態のスクリーン１が、ピラー１０１に設置される例を説明したが、これに限らず、本実施の形態のスクリーン１がピラー１０２，１０３に設置され、ピラー１０２，１０３のそれぞれの外部を撮影した画像の投影に使用されてもよい。または、ピラー１０１，１０２，１０３の外部を撮影した画像だけでなく他の画像がプロジェクタ２により投影される場合に、本実施の形態のスクリーン１が用いられてもよい。
【００４５】
また、助手席側のドアの内側に本実施の形態のスクリーン１を貼付するまたは助手席側のドアとスクリーン１が一体化されて形成されてもよい。本実施の形態では、プロジェクタ２を任意の位置に配置できるため、助手席に人がいる場合でも、助手席側のドアにプロジェクタ２から投影された画像を運転者が視認することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  スクリーン、２  プロジェクタ、３  映像視認可能範囲、１１  第１の立体、１２  第２の立体、１３  第３の立体、２１，２４，３１  第１の面、２２，２５，３２  第２の面、２３，２６，３３  第３の面、１０１〜１０３  ピラー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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