(57)【要約】【課題】構成が簡素で加工精度の高いプロジェクションテレビジョン等のプロジェクションスクリーンとその製造方法、成形型および成形型の製造方法を提供する。【解決手段】プラスチック板などの基材の一平面に、発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを、パワー及び焦点位置を３次元的に制御して照射することで、不要部分を除去し、フレネルレンズとレンチキュラーレンズを合成した大きさの均等でない微細なレンズ群を形成してプロジェクションスクリーンおよびその成形型を製作する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に少なくとも一つの平面を有する基板の一平面に、大きさの均等でない微細なレンズ群を形成してなることを特徴とするプロジェクションスクリーン。
【請求項２】
前記大きさの均等でない微細なレンズ群が、フレネルレンズ機能とレンチキュラーレンズ機能を合成した機能を有することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションスクリーン。
【請求項３】
前記大きさの均等でない微細なレンズ群が、フレネルレンズとレンチキュラーレンズを合成した形状であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションスクリーン。
【請求項４】
前記基板の材料が透明なプラスチックであって、直接レーザー光を照射することにより、前記大きさの均等でない微細なレンズ群を形成することを特徴とするプロジェクションスクリーンの製造方法。
【請求項５】
前記レーザー光は、発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザー光であって、照射パワー及び焦点位置を３次元的に制御して照射することで、前記大きさの均等でない微細なレンズ群を形成することを特徴とする請求項４に記載のプロジェクションスクリーンの製造方法。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載のレンズ群の逆型を形成したことを特徴とする成形型。
【請求項７】
前記基板の材料が金属であって、直接、発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを、照射パワー及び焦点位置を３次元的に制御して照射することで、請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクションスクリーンの成形型を製作することを特徴とする成形型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクションテレビジョン等で使用されるスクリーンとその製造方法および成形型と成形型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクションテレビジョン等のスクリーンは、フレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートとを隣接配置していた。プロジェクションテレビジョンの薄型化を目的として、スクリーンはフレネルレンズシートで画像を集光し、レンチキュラーレンズシートで視野角を拡げるように構成されていることは、周知である。
このシートを一体化した方法として、実質的に透明な基板の一方の面に反射面を形成し、他方の面にサーキュラーフレネルレンズを形成して反射型スクリーンを構成するものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
他の例として、フレネルレンズのプリズム形状の逆型に紫外線または電子線硬化性の樹脂液を充填し、該樹脂液にレンチキュラーレンズが形成された押し出し成形品に接触させ、該樹脂液に紫外線または電子線を照射することにより該樹脂液を硬化させてレンチキュラーレンズが形成された押し出し成形品と一体化させる技術がある（特許文献２参照）。
【０００４】
一方、１ピコ秒以下の超短パルスレーザーを有機化合物の深さの精密加工などに用いることが近年になって提唱されるようになった。特に、多光子吸収や熱緩和時間よりも短時間の現象であることなどにより非熱加工が可能であることまた、非線形応答のため加工分解能は光の回折限界以下であり、高い精度の加工が可能であることは公知である（非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−６６４７８号公報
【特許文献２】特開平５−１９６８０７号公報
【非特許文献１】緑川克美、「フェムト秒レーザーと物質の相互作用」、レーザー加工学会誌Ｖｏｌ．８  Ｎｏ．３（２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年になって、製品コストを下げるために、シートの片面にすべてのレンズ機能を盛り込む方法が望まれている。
【０００６】
これに対し特許文献１に記載されている製造方法では、成形用金型は切削によって加工されている。シートの片面にすべてのレンズ機能を盛り込んだ場合、場所によって均一でない大きさと深さを有するレンズ群が必要となるため、実質的に切削加工で作ることは困難であった。
特許文献２の方法では、樹脂硬化によってサブミクロン精度の成形は困難であり、またこの方法によっても片面のみでレンズシートを作ることはできないという問題があった。
【０００７】
本発明は以上のような従来の技術が持つ問題点に着目してなされたものであって、構成が簡素なプロジェクションテレビジョン等のプロジェクションスクリーン及び高い加工精度のプロジェクションスクリーンの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために本発明は、まず請求項１の発明は、表面に少なくとも一つの平面を有する基板の一平面に、大きさの均等でない微細なレンズ群を形成してなることを特徴とするプロジェクションスクリーンを提供する。
【０００９】
これによって、１枚の基板の片側にレンズパターンを形成したスクリーンでプロジェクションテレビ用のプロジェクションスクリーンとすることが出来る。
【００１０】
次に請求項２の発明は、前記大きさの均等でない微細なレンズ群が、フレネルレンズ機能とレンチキュラーレンズ機能を合成した機能を有することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションスクリーンを提供する。
【００１１】
これによって、既存のスクリーンとの見えの差を解消することが出来る。
【００１２】
次に請求項３の発明は、前記大きさの均等でない微細なレンズ群が、フレネルレンズとレンチキュラーレンズを合成した形状であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションスクリーンを提供する。
【００１３】
これによって、既存のスクリーンとの見えの差を解消することが出来る。
【００１４】
また請求項４の発明は、前記基板の材料が透明なプラスチックであって、直接レーザー光を照射することにより、前記大きさの均等でない微細なレンズ群を形成することを特徴とするプロジェクションスクリーンの製造方法を提供する。
【００１５】
これによって、複雑で高コストの生産ラインを必要としないので、少量多品種の製造コストを低減できる。
【００１６】
また請求項５の発明は、前記レーザー光は、発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザー光であって、照射パワー及び焦点位置を３次元的に制御して照射することで、前記大きさの均等でない微細なレンズ群を形成することを特徴とする請求項４に記載のプロジェクションスクリーンの製造方法を提供する。
【００１７】
これによって、ナノメートルオーダーの加工精度が得られ、且つ、熱影響が殆どないので、安定してスクリーンを製造することができる。
【００１８】
また請求項６の発明は、請求項１から３のいずれかに記載のレンズ群の逆型を形成したことを特徴とする成形型を提供する。これにより１枚の基板でプロジェクションテレビ用のプロジェクションスクリーンが作成できる成形型が得られる。
【００１９】
また、請求項７の発明は、前記基板の材料が金属であって、直接、発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを、照射パワー及び焦点位置を３次元的に制御して照射することで、請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクションスクリーンの成形型を製作することを特徴とする成形型の製造方法を提供する。
【００２０】
これによって、エッチング工程を不要とするので環境汚染に影響を与えないドライな環境で転写成形型を製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上の説明から明らかなように、本発明におけるプロジェクションスクリーン、その製造方法、成形型及び成形型の製造方法によれば、以下のような効果が得られる。
【００２２】
第１に、表面に少なくとも一つの平面を有する基板の一平面に、均等でない微細なレンズ群を形成してプロジェクションスクリーンを製作するので、１枚の基板の片面にレンズパターンを形成したスクリーンでプロジェクションテレビ用のスクリーンを得ることが出来る。
【００２３】
第２に、レーザー装置のみでスクリーンを完成できるので、複雑で高コストの生産ラインを必要としないので、少量多品種の製造コストを低減できる。
【００２４】
第３に、エッチング工程を不要とするので環境に悪影響を与えない。また、ドライな環境で転写型を製造することができる。
【００２５】
第４に、従来行われてきた材料の光吸収特性に合わせたレーザー光源の選択が不要となり、１つのレーザー加工システムで製品の製造、型の製造のどちらの加工も行うことができる。
【００２６】
第５に、熱緩和時間より短いレーザーパルスで加工をおこなうので、熱影響のない加工が可能であり、加工される材料の凹凸に応じた追加工により複数のパターンを合成して形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明のプロジェクションスクリーン、その製造方法、成形型及び成形型の製造方法について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２８】
プロジェクションテレビジョンのスクリーンにあたるレンズシート群は、基本的に画面の広視野角化を目的としている。
プロジェクションスクリーンの機能としては、プロジェクタから投射された画像の結像距離を短縮することと視野角を拡大することにある。そして、プロジェクタの投射画像を入力として観測される画像に光学的に変換する関数を実現するものがプロジェクションスクリーンである。
【００２９】
一般的に、プロジェクションスクリーンは、個別のフレネルレンズシート２とレンチキュラーレンズシート３からなり、フレネルレンズシート２のフレネルレンズ４の形成面とレンチキュラーレンズシート３のレンチキュラーレンズ５の形成面を向き合わせて配置される（図３参照）。
【００３０】
これに対し本発明のプロジェクションスクリーンは、フレネルレンズ４の機能とレンチキュラーレンズ５の機能を併せ持つ光学素子を提供するものであって、光学設計、並びに形成されるレンズ形状は複雑になるが、1枚の片面レンズで実現できる特徴を持つ。
【００３１】
まず、プロジェクションスクリーン１に要求されるレンズ特性をスクリーンの全画面に亘って光学設計する。この光学設計仕様をスクリーンの微細な領域に分割して加工情報に変換する。最後に、この加工情報に基づき、レーザー加工を施すものである。
【００３２】
本発明では、基板の片側表面に、発振パルス幅が１ピコ秒以下である超短パルスレーザーを、パワー及び焦点位置を３次元的に制御して照射することで、基板の材料の不要な部分を除去し、フレネルレンズ機能とレンチキュラーレンズ機能を合成した大きさの均等でない微細なレンズ群を形成してプロジェクションスクリーンを製作する。
【００３３】
本発明に用いる超短パルスレーザーによる最小加工寸法は、波長８００ｎｍ近傍で約１５０ｎｍ、加工深さは、数十ｎｍが可能である。レーザーの発振波長を短くすることで、更に微細な加工が行える。
【００３４】
成形型を製作するためには、光学設計情報から加工情報に変換する際に直接完成品を加工する場合に対して反転情報を得ることで達成される。
【００３５】
尚、超短パルスレーザーでは、加工面の凹凸に忠実に加工深さが追従する特性があるので、単純化した異なる加工情報に分割して、複数回のレーザー照射で最終的な光学素子を形成することもできる。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本発明にかかる超短パルスレーザーによるプロジェクションスクリーンの製造方法の実施例であり、超短パルスレーザーにより、不均一な微細構造を持つレンズ群の形成方法を示す概略図である。
【００３７】
加工には、発振波長７７５ｎｍ、ピークパワー８００ｍＷ、パルスエネルギー８００μＪ／パルス、パルス幅１５０フェムト秒、パルス繰り返し周波数１ｋＨｚ、ビームスポット８の直径１０μｍのフェムト秒レーザー装置を用いた。
【００３８】
プラスチックシートに、以下の手順でレーザー加工を施し、プロジェクションスクリーンを製作した。
【００３９】
まず、フレネルレンズ設計情報に基づき製作された加工情報に従ってプログラムを作成し、Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸精密ステージを駆動させ、レーザーパワーを分割した微小エリア毎に制御して加工を行い、プラスチックシートの不要部分を除去して図中に同心円状に示したフレネルレンズ機能を付与した。
【００４０】
次に、レンチキュラーレンズ設計情報に基づき製作された加工情報に従ってプログラムを作成し、Ｘ−Ｙ−Ｚ３軸精密ステージを駆動させ、レーザーパワーをライン毎に制御して、プラスチックシートの不要部分を除去し、所謂かまぼこ状の加工を行い、図中にストライプ状に示したレンチキュラーレンズ機能を付与した。
【００４１】
最後に、レーザーアブレーション閾値近傍で、加工面全面にレーザー照射を行い、微小な加工痕を除去した。
【００４２】
以上に記載した簡略化した生産プロセスでプロジェクションテレビ用のスクリーンを製作することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係るレーザーによるレンズパターン形成を示す概略図である。
【図２】従来例に係る片面にフレネルレンズを形成し、他の面にレンチキュラーレンズを形成したスクリーンを示す図である。
【図３】従来例に係る一般的なフレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートの配置を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・・プロジェクションスクリーン
２・・・・フレネルレンズシート
３・・・・レンチキュラーレンズシート
４・・・・フレネルレンズ
５・・・・レンチキュラーレンズ
６・・・・レーザービーム
７・・・・対物レンズ
８・・・・ビームスポット
９・・・・レンズパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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