(57)【要約】【課題】            外光の反射を抑制し、鮮明な映像を映すことができるスクリーン、照明用光選択装置および照明器具を提供すること。【解決手段】        凹凸構造を有し所定波長域の光を反射する複数種類の反射領域を表面に有する導波層と、当該導波層の材料の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層と、具備するスクリーン。具体的には、第１凹凸構造を有し所定波長域の青色の光を反射する青色反射領域Ｂと、第２凹凸構造を有し所定波長域の緑色の光を反射する緑色反射領域Ｇと、第３凹凸構造を有し所定波長域の赤色の光を反射する赤色反射領域Ｒと、を表面に有する導波層１と、当該導波層１の材料の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層２と、でスクリーン100を構成する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸構造を有し所定波長域の光を反射する複数種類の反射領域を表面に有する導波層と、
当該導波層の材料の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層と、
具備することを特徴とするスクリーン。
【請求項２】
前記クラッド層を透過した光を吸収する光吸収層を具備することを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
【請求項３】
前記導波層は、反射領域として第１凹凸構造を有し所定波長域の青色の光を反射する青色反射領域と、第２凹凸構造を有し所定波長域の緑色の光を反射する緑色反射領域と、第３凹凸構造を有し所定波長域の赤色の光を反射する赤色反射領域と、を表面に有することを特徴とする請求項１又は２記載のスクリーン。
【請求項４】
前記第１凹凸構造は共鳴する光の波長のピークを４００〜４９０ｎｍの間に有する周期構造であり、前記第２凹凸構造は共鳴する光の波長のピークを４９５〜５７０ｎｍの間に有する周期構造であり、前記第３凹凸構造は共鳴する光の波長のピークを６１０〜７５０ｎｍの間に有する周期構造であることを特徴とする請求項３記載のスクリーン。
【請求項５】
前記第１凹凸構造、第２凹凸構造、第３凹凸構造の凸部の平面形状は四角形又は円形であることを特徴とする請求項３又は４記載のスクリーン。
【請求項６】
前記第１凹凸構造、第２凹凸構造、第３凹凸構造は、それぞれ二重周期格子からなることを特徴とする請求項３又は４記載のスクリーン。
【請求項７】
前記青色反射領域、前記緑色反射領域、前記赤色反射領域の間に拡散板を有することを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載のスクリーン。
【請求項８】
前記青色反射領域、前記緑色反射領域、前記赤色反射領域は、それぞれ単位領域が直径３００μｍの円内に納まる大きさであることを特徴とする請求項３ないし７のいずれかに記載のスクリーン。
【請求項９】
前記光吸収層は、前記導波層を透過した光を吸収する光吸収成分を含有する材料からなり、当該光吸収成分の粒子の平均粒径が吸収する光の波長の２分の１以下であることを特徴とする請求項２記載のスクリーン。
【請求項１０】
可視光のうち所定波長域の青色の光、所定波長域の緑色の光、所定波長域の赤色の光の透過を抑制するフィルタを具備することを特徴とする照明用光選択装置。
【請求項１１】
前記照明用光選択装置は、請求項３ないし８のいずれかに記載のスクリーンが配置される空間のための照明に用いられるものであって、
前記フィルタは、前記スクリーンで反射される所定波長域の青色の光、所定波長域の緑色の光、所定波長域の赤色の光の透過を抑制するためのものであることを特徴とする請求項１０記載の照明用光選択装置。
【請求項１２】
照明器具に着脱するための着脱手段を具備することを特徴とする請求項１０又は１１記載の照明用光選択装置。
【請求項１３】
可視光のうち所定波長域の青色の光、所定波長域の緑色の光、所定波長域の赤色の光以外の光を発光する発光素子からなることを特徴とする照明器具。
【請求項１４】
前記照明器具は、請求項３ないし８のいずれかに記載のスクリーンが配置される空間のための照明に用いられるものであって、
前記発光素子は、前記スクリーンで反射される所定波長域の青色の光、所定波長域の緑色の光、所定波長域の赤色の光以外の光を発光するものであることを特徴とする請求項１２記載の照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影装置による映像を投影するためのスクリーン、当該スクリーンが配置される空間の照明に用いられる照明用光選択装置および照明器具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクタ等の投影装置が発した光を投影して映像を表示するためのスクリーンがある。当該スクリーンは、その表面で光を反射させることにより画像を表示するものであるが、自然光や照明等の外光があると、当該外光もスクリーンで反射して観察者に届くことになる。すると観察者は、投影手段による映像と外光を同時に観察することになるため、画像のコントラストの低下を引き起こす原因となる。このような画像のコントラストの低下を軽減するために、プロジェクタの投写光学系からの投写光が投写され、投写光学系のＦ値に応じて決定される所定の角度範囲で入射する投写光を散乱させ、かつ、投写光とは異なる他の光であって、所定の角度範囲以外の角度範囲で入射する光を透過させる角度特性を持つ光散乱層を有するスクリーンが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７３２３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、まだ、コントラストの低下を十分に軽減するには至っていない。そこで本発明は、外光の反射を抑制し、鮮明な映像を映すことができるスクリーン、照明用光選択装置および照明器具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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明のスクリーンは、凹凸構造を有し所定波長域の光を反射する複数種類の反射領域を表面に有する導波層と、当該導波層の材料の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層と、具備することを特徴とする。
【０００６】
この場合、前記クラッド層を透過した光を吸収する光吸収層を具備しても良い。当該光吸収層は、前記導波層を透過した光を吸収する光吸収成分を含有する材料からなり、当該光吸収成分の粒子の平均粒径が吸収する光の波長の２分の１以下である方が好ましい。
【０００７】
前記導波層は、例えば、反射領域として第１凹凸構造を有し所定波長域の青色の光を反射する青色反射領域と、第２凹凸構造を有し所定波長域の緑色の光を反射する緑色反射領域と、第３凹凸構造を有し所定波長域の赤色の光を反射する赤色反射領域と、を表面に有する。
【０００８】
この場合、前記第１凹凸構造は共鳴する光の波長のピークを４００〜４９０ｎｍの間に有する周期構造であり、前記第２凹凸構造は共鳴する光の波長のピークを４９５〜５７０ｎｍの間に有する周期構造であり、前記第３凹凸構造は共鳴する光の波長のピークを６１０〜７５０ｎｍの間に有する周期構造であれば良い。
【０００９】
また、視野角を広げるために、前記第１凹凸構造、第２凹凸構造、第３凹凸構造の凸部の形状を四角形又は円形としても良い。また、前記第１凹凸構造、第２凹凸構造、第３凹凸構造は、それぞれ二重周期格子としても良い。また、前記青色反射領域、前記緑色反射領域、前記赤色反射領域の間に拡散板を有していても良い。
【００１０】
また、前記青色反射領域、前記緑色反射領域、前記赤色反射領域は、それぞれ単位領域が直径３００μｍの円内に納まる大きさである方が好ましい。
【００１１】
また、本発明の照明用光選択装置は、可視光のうち所定波長域の青色の光、所定波長域の緑色の光、所定波長域の赤色の光の透過を抑制するフィルタを具備することを特徴とする。
【００１２】
この場合、前記照明用光選択装置は、上述した本発明のスクリーンが配置される空間のための照明に用いられるものであって、前記フィルタは、前記スクリーンで反射される所定波長域の青色の光、所定波長域の緑色の光、所定波長域の赤色の光の透過を抑制するためのものである方が好ましい。
【００１３】
また、照明器具に着脱するための着脱手段を具備する方が好ましい。
【００１４】
また、本発明の照明器具は、可視光のうち所定波長域の青色の光、所定波長域の緑色の光、所定波長域の赤色の光以外の光を発光する発光素子からなることを特徴とする。
【００１５】
この場合、前記照明器具は、本発明のスクリーンが配置される空間のための照明に用いられるものであって、前記発光素子は、前記スクリーンで反射される所定波長域の青色の光、所定波長域の緑色の光、所定波長域の赤色の光以外の光を発光するものである方が好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のスクリーンは、投影装置の光を反射すると共に、それ以外の光の反射を抑制するので、鮮明な映像を映すことができる。また、本発明の照明用光選択装置および照明器具は、本発明のスクリーンで反射する光を抑制することができるので、当該スクリーンに更に鮮明な映像を映すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のスクリーンを説明するための概略斜視図である。
【図２】本発明の反射領域の凹凸構造を示す概略斜視図である。
【図３】本発明のスクリーンをヘッドアップディスプレイに利用した場合の概略説明図である。
【図４】本発明の別のスクリーンを説明するための概略斜視図である。
【図５】本発明の別の反射領域の凹凸構造を示す概略斜視図である。
【図６】本発明のスクリーンの使用態様を説明するための図ある。
【図７】本発明に係る凹凸構造のピッチの違いによる光学特性を示すグラフである。
【図８】本発明に係る散乱版を示す概略断面図である。
【図９】本発明に係る別の散乱版を示す概略断面図である。
【図１０】本発明に係る別の凹凸構造を示す概略斜視図である。
【図１１】本発明に係る別の凹凸構造よる光学特性を示すグラフである。
【図１２】本発明に係る別の凹凸構造よる光学特性を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る凹凸構造と屈折率変調のフーリエ成分を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明のスクリーンについて説明する。本発明のスクリーンは、導波層と、クラッド層とで主に構成される。
【００１９】
導波層は、凹凸構造を有し所定波長域の光を反射する複数種類の反射領域を表面に有する。凹凸構造は、共鳴する光の波長のピークが所望の所定波長域の間にあればどのようなものでも良い。例えば、凹凸構造をラインアンドスペースとし、そのピッチＰを調節すれば、反射光のピーク波長を所定波長域に調節することができる。なお、凹凸構造の形状やピッチ等は、ＲＣＷＡ法やＦＤＴＤ法等のシミュレーションを行えるツール用いて計算し、決定すれば良い。
【００２０】
ここで複数種類の反射領域とは、凹凸構造が異なり、反射する光の波長域が異なる領域を意味する。例えば、図１に示すスクリーン100の導波層１は、所定波長域の青色の光を反射する青色反射領域Ｂと、所定波長域の緑色の光を反射する緑色反射領域Ｇと、所定波長域の赤色の光を反射する赤色反射領域Ｒの３種類の反射領域を表面に有する。
【００２１】
青色反射領域Ｂは、所定波長域の青色の光を反射するための第１凹凸構造11を有する。反射する光が、当該スクリーンに光を投影する投影手段が発する光に合わせることにより、スクリーン100に投影された映像のコントラストを向上することができる。第１凹凸構造11は、共鳴する光の波長のピークが４３５〜４９０ｎｍの間にあればどのようなものでも良い。例えば、第１凹凸構造11をラインアンドスペースとし、そのピッチＰ１を調節すれば、反射光のピーク波長を４００〜４９０ｎｍの間に調節することができる。なお、青色反射領域Ｂは、可視光のうち所定波長域の青色の光だけを反射する方が良い。
【００２２】
緑色反射領域Ｇは、図２（２）に示すように、所定波長域の緑色の光を反射するための第２凹凸構造12を有する。反射する光が、当該スクリーンに光を投影する投影手段が発する光に合わせることにより、スクリーン100に投影された映像のコントラストを向上することができる。第２凹凸構造12は、共鳴する光の波長のピークが４９５〜５７０ｎｍの間にあればどのようなものでも良い。例えば、第２凹凸構造12をラインアンドスペースとし、そのピッチＰ２を調節すれば、反射光のピーク波長を４９５〜５７０ｎｍの間に調節することができる。なお、緑色反射領域Ｇは、可視光のうち所定波長域の緑色の光だけを反射する方が良い。
【００２３】
赤色反射領域Ｒは、図２（３）に示すように、所定波長域の赤色の光を反射するための第３凹凸構造13を有する。反射する光が、当該スクリーンに光を投影する投影手段が発する光に合わせることにより、スクリーン100に投影された映像のコントラストを向上することができる。第３凹凸構造13は、共鳴する光の波長のピークが６２０〜７５０ｎｍの間にあればどのようなものでも良い。例えば、第３凹凸構造13をラインアンドスペースとし、そのピッチＰ３を調節すれば、反射光のピーク波長を６２０〜７５０ｎｍの間に調節することができる。なお、赤色反射領域Ｒは、可視光のうち所定波長域の赤色の光だけを反射する方が良い。
【００２４】
青色反射領域Ｂ、緑色反射領域Ｇ、赤色反射領域Ｒで反射する光の波長域は、スクリーンに映像を投影する投影手段の青色光、緑色光、赤色光の波長域に合わせて設計するのが好ましい。
【００２５】
なお、本発明のスクリーンにおける反射領域は、青色、緑色、赤色の光を反射するものに限られるものではなく、これら以外の色の光が反射するように設計しても良い。また、反射する光の波長域は、可視光に限られるものではなく、紫外線や赤外線等の波長域に設計することも可能である。
【００２６】
クラッド層２は、導波層の裏面側に設けられ、導波層１の材料より屈折率が低い材料からなる。これにより、クラッド層２は、屈折率の高い導波層１に光を閉じ込める役割を果たす。
【００２７】
このように構成されるスクリーン100は、例えば、図３に示すように、ヘッドアップディスプレイ用投影装置91を備えた自動車８のヘッドアップディスプレイ（スクリーン100）として用いることができる。具体的には、可視光のうち、ヘッドアップディスプレイ用投影装置91が照射する青色の光だけを反射する第１凹凸構造11を有する青色反射領域Ｂ、緑色の光だけを反射する第２凹凸構造12を有する緑色反射領域Ｇ、赤色の光だけを反射する第３凹凸構造13を有する赤色反射領域Ｒを備えた導波層１とクラッド層２とでスクリーン100を構成すれば良い。なお、ウインドシールドガラス101自体をスクリーン100とすることも可能である。
【００２８】
また、本発明の別のスクリーン200は、図４、図５に示すように、青色反射領域Ｂ、緑色反射領域Ｇ、赤色反射領域Ｒを透過した光を吸収する光吸収層３を更に具備しても良い。
【００２９】
光吸収層３は、少なくともクラッド層２を透過した光を吸収する材料であればどのようなものでも良い。ここで、光を吸収する材料とは、少なくとも光を反射するよりも光を吸収する割合が大きい材料をいうが、好ましくは、消衰係数ｋが０．４以下、好ましくは０．２以下、更に好ましくは０．１以下であることが好ましい。当該材料は、樹脂等に光を吸収し易い光吸収成分を含有するものでも良い。光吸収成分としては、例えば、カーボンブラックやアニリンブラック、チタンブラック、アセチレンブラック等の黒色顔料が該当する。
【００３０】
また、光吸収成分の粒径は、散乱や反射が生じないように、吸収する光の波長に対して十分に小さいことが好ましい。具体的には、材料に含まれる粒子の平均粒径が、吸収する光の波長の２分の１以下、更に好ましくは４分の１以下であるのが良い。なお、光吸収成分の平均粒径は、粒度分布測定装置を用いて測定すれば良い。粒度分布測定装置の測定原理としては、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等の電子顕微鏡で直接、粒子の画像を取得し、その画像イメージから粒子の大きさに換算する画像イメージング法や、粒子群にレーザ光を照射し、そこから発せられる回折・散乱光の強度分布パターンから計算によって粒度分布を求めるレーザ回折・散乱法により測定するものがある。
【００３１】
また、光吸収層４の厚みＬが光の波長λと比較して小さくなり過ぎると当該光は光吸収層４を透過し易くなり、反射防止材１の光吸収効果が低くなる場合がある。したがって、光吸収層４の厚みは、Ｌ≧λを満たす方が好ましい。
【００３２】
このように構成されるスクリーン200は、例えば、図６に示すように、プロジェクタ91の映像を投影するためのスクリーンとして用いることができる。具体的には、可視光のうち、プロジェクタ91が照射する青色の光だけを反射する第１凹凸構造11を有する青色反射領域Ｂ、緑色の光だけを反射する第２凹凸構造12を有する緑色反射領域Ｇ、赤色の光だけを反射する第３凹凸構造13を有する赤色反射領域Ｒを備えた導波層１とクラッド層２とでスクリーン200を構成すれば良い。
【００３３】
次に、シミュレーションを用いて、本発明のスクリーンにおける光学特性を計算した。シミュレーションには、シノプシス社（synopsys, Inc）製のソフトDiffractMODを用いた。
【００３４】
シミュレーションに用いたスクリーンは、導波層１とクラッド層２からなるものとした。ここで導波層は、屈折率ｎ＝１．７、小衰係数ｋ＝０の透明な材料、クラッド層は、屈折率ｎ＝１．４、小衰係数ｋ＝０の透明な材料を想定した。導波層１の凹凸構造はラインアンドスペースとし、ラインアンドスペースのピッチλと凹凸構造の凸部の幅ａ、凸部の高さｂ、導波層１の厚さｃ（凹部の底面とクラッド層２との距離）は、下記の通りとした。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
上記スクリーンに光を垂直に入射させた場合の各領域における反射光の波長と光強度を図７に示す。パターンのピッチＰを変えることで、反射光の波長域が変化していることがわかる。
【００３７】
なお、凹凸構造をラインアンドスペースとした場合、入射波が垂直を起点にライン方向に平行に傾く場合、約プラスマイナス１５°で反射の分光特性を維持するがラインの方向に垂直な方向に傾くとプラスマイナス１°程度しか特性を維持できないことがわかった。したがって、入射波の傾きはライン方向に平行が望ましい。
【００３８】
次に、本発明のスクリーンの視野角を広げる方法について説明する。
【００３９】
視野角を広げる第１の方法は、図８に示すように、青色反射領域Ｂ、緑色反射領域Ｇ、赤色反射領域Ｒの間に凸状の拡散板４を設けるものである。拡散板４は、各領域が反射する光に対して透明な材料が好ましい。これにより、各領域で反射した光が当該拡散板４の表面で反射するか、あるいは当該拡散板４の表面から内部に透過した光が拡散板４内で反射を繰り返した後に再度拡散板４の表面から出射することにより散乱される。その結果、スクリーンに投影された映像の視野角を広げることができる。なお、拡散板４は、スクリーンに映像を投影する投影手段からの光の入射方向側に傾斜している方が好ましい。また、拡散板４の先端の形状は特に限定されず、図８の拡散板４のように尖っていても、図９（１）の拡散板41のように平らでも、図９（２）の拡散板42のように丸まっていても良い。
【００４０】
視野角を広げる第２の方法は、第１凹凸構造11、第２凹凸構造12、第３凹凸構造13の凸部の形状をラインではなく、四角形（図１０参照）又は円形にするものである。
【００４１】
シミュレーションを用いて、当該構造における光学特性を計算した。シミュレーションには、シノプシス社（synopsys, Inc）製のソフトDiffractMODを用いた。
【００４２】
シミュレーションに用いたスクリーンは、導波層１とクラッド層２からなるものとした。ここで導波層は、屈折率ｎ＝１．７、小衰係数ｋ＝０の透明な材料、クラッド層は、屈折率ｎ＝１．４５、小衰係数ｋ＝０の透明な材料を想定した。導波層１の凹凸構造は平面形状が正方形のピラーを正方配置したものとし、ピラーのピッチλと凹凸構造の凸部の幅ａ（正方形の１辺の大きさ）、凸部の高さｂ、導波層１の厚さｃ（凹部の底面とクラッド層２との距離）は、下記の通りとした。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
上記スクリーンにクラッド層側から光を垂直に入射させた場合の各領域における反射光の波長と光強度を図１１に、上記スクリーンに導波層側から光を垂直に入射させた場合の各領域における反射光の波長と光強度を図１２に示す。凹凸構造を正方形のピラー状にした場合、スペクトルはブロードになり、反射角も広くなった。
【００４５】
視野角を広げる第３の方法は、ラインアンドスペースのピッチを調節し、二重周期にするものである。図１３に示すように、二重周期にすると、屈折率変調の二次のフーリエ成分が分散特性のバンドギャップの帯域を決めるため、二次のフーリエ成分を大きくすることで角度許容性つまり視野角を大きくすることができる。
【００４６】
また、本発明の照明用光選択装置は、上述した本発明のスクリーンが配置される空間（部屋）のための照明50（図６参照）に用いられるものであって、当該照明から照射される可視光のうち所定波長域の青色の光、所定波長域の緑色の光、所定波長域の赤色の光の透過を抑制するフィルタを具備するものである。ここで所定波長域の青色の光とは本発明のスクリーンが反射する青色の光を意味し、所定波長域の緑色の光とは本発明のスクリーンが反射する緑色の光を意味し、所定波長域の赤色の光とは本発明のスクリーンが反射する赤色の光を意味する。これにより、スクリーンで照明の光が反射されるのを抑制することができるので、画像のコントラストを向上することができる。
【００４７】
フィルタとしては、本発明のスクリーンが反射する波長の光をカットする多層膜干渉バンドフィルタを用いれば良い。
【００４８】
照明用光選択装置としては、通常の照明器具に別途設置するものでも良いし、照明器具のカバーに一体に形成するものでも良い。これらの場合、当該照明用光選択装置は、照明器具に着脱するための着脱手段を具備する方が好ましい。
【００４９】
また、照明器具自体を、可視光のうち所定波長域の青色の光、所定波長域の緑色の光、所定波長域の赤色の光以外の光を発光するＬＥＤや有機ＥＬ等の発光素子からなるようにしても良い。
【符号の説明】
【００５０】
１  導波層
２  クラッド層
３  光吸収層
４  散乱板
11  第１凹凸構造
12  第２凹凸構造
13  第３凹凸構造
41  散乱板
42  散乱板
50  照明
100  スクリーン
200  スクリーン
Ｂ  青色反射領域Ｂ
Ｇ  緑色反射領域Ｇ
Ｒ  赤色反射領域Ｒ
Ｌ  光
【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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