(57)【要約】【課題】投射像に色ムラが発生しにくいスクリーン、及びこれを組み込んだプロジェクタを提供すること。【解決手段】フレネルレンズ部材４３は、基板４３ａと、レンズ本体４３ｂと、下地シート４３ｃとを備える。基板４３ａは、平板ガラス等の透過性の良い無機材料や、透過性の良い樹脂材料で形成されており、複屈折が発生せず拡散効果がほとんどない。レンズ本体４３ｂは、ＵＶ硬化樹脂の型押し成形によって形成され、表面に階段状レンズの凹凸を有するが、複屈折の発生量は少ない。下地シート４３ｃは、基板４３ａに接着されており、レンズ本体４３ｂのＵＶ硬化樹脂に対しても接着親和性を有する。つまり、この下地シート４３ｃは、レンズ本体４３ｂを押し型から剥離し易くするために設けられているが、複屈折が発生しないことが望まれ、型押しによって形成されるものとする。【選択図】  図１
2008020571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線硬化樹脂で形成され実質的に複屈折分布を有しないレンズ本体と、当該レンズ本体に対して接着親和性を有するとともに、当該レンズ本体と同等程度以下の複屈折分布になっている支持体とを含むフレネルレンズ部材と、
前記フレネルレンズ部材の正面側に配置される偏光板と
を備えるスクリーン。
【請求項２】
前記支持体は、押し出し法によって形成された樹脂シートと、当該樹脂シートを支持する基板とを含む請求項１記載のスクリーン。
【請求項３】
前記基板は、平板ガラスであり、前記樹脂シートは、樹脂系接着剤によって前記ガラス板に接着されている請求項２記載のスクリーン。
【請求項４】
前記偏光板と前記フレネルレンズ部材との間に配置された位相差板をさらに備える請求項１から請求項３のいずれか一項記載のスクリーン。
【請求項５】
前記フレネルレンズ部材は、可視光に対して非拡散性の材料で形成されている請求項４記載のスクリーン。
【請求項６】
前記偏光板の正面側に配置される前面板と、当該前面板と前記フレネルレンズ部材との間に配置されるレンチキュラレンズシートとを有し、画像が投射され観察の対象となるスクリーン本体をさらに備える請求項１から請求項５のいずれか一項記載のスクリーン。
【請求項７】
照明光を形成する照明装置と、
前記照明装置によって形成された照明光によって照明される光変調部と、
前記光変調部からの像光を投射する投射光学系と、
前記投射光学系からの像光が投射される請求項１から請求項６のいずれか一項記載のスクリーンと
を備えるプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクション光を投射するためのスクリーン、及びこれを組み込んだプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型のスクリーンとして、フレネルレンズ部材と、レンチキュラレンズシートと、１／４波長板と、偏光板とを備えるものが存在する（特許文献１参照）。このスクリーンでは、フレネルレンズ部材で反射される外光が１／４波長板と偏光板とを往復する際に偏光板で吸収され、外光に起因してスクリーンに形成される反射像を目立たなくすることができる。
【特許文献１】特開平５−１５８１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記スクリーンにおいて、フレネルレンズ部材等に存在する不均一な複屈折によって、プロジェクション光すなわち像光がスクリーンを通過するまでに偏光状態が不均一に変化し、スクリーン面内の投射像において色ムラが発生する場合がある。また、像光がフレネルレンズ部材を通過する際に拡散が生じ、１／４波長板を通過する際に光路長のばらつきが生じるので、偏光板の視野角特性の影響で偏光の選択性が局所的に劣化し投射像に色ムラが発生していた。
【０００４】
そこで、本発明は、投射像に色ムラが発生しにくいスクリーン、及びこれを組み込んだプロジェクタ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】
上記課題を解決するため、本発明に係るスクリーンは、（ａ）紫外線硬化樹脂で形成され実質的に複屈折分布を有しないレンズ本体と、当該レンズ本体に対して接着親和性を有するとともに、当該レンズ本体と同等程度以下の複屈折分布になっている支持体とを含むフレネルレンズ部材と、（ｂ）フレネルレンズ部材の正面側に配置される偏光板とを備える。ここで、「レンズ本体」ついて、「実質的に複屈折分布を有しない」とは、レンズ本体の複屈折の分布が位相に換算して３０度以下であることを意味する。
【０００６】
上記スクリーンでは、フレネルレンズ部材を構成するレンズ本体が紫外線硬化樹脂で形成され複屈折分布を簡易になくすことができるだけでなく、フレネルレンズ部材を構成する支持体もレンズ本体と同等程度以下の複屈折分布になっているので、フレネルレンズ部材全体としての複屈折分布を極めて小さなものとすることができる。よって、フレネルレンズ部材を通過する際に偏光状態が不均一に変化して投射像において色ムラが発生することを確実に防止できる。しかも、フレネルレンズ部材の後段に設けた偏光板によって外光の反射を抑えることができるので、スクリーン上に形成される投射像を見やすいものとできる。
【０００７】
また、本発明の具体的な態様によれば、上記スクリーンにおいて、支持体が、押し出し法によって形成された樹脂シートと、当該樹脂シートを支持する基板とを含む。この場合、樹脂シートが延伸によって形成されないので、樹脂シートの複屈折分布を極めて小さなものとすることができる。なお、樹脂シートは基板に支持される。
【０００８】
本発明の別の態様では、基板が平板ガラスであり、樹脂シートが樹脂系接着剤によってガラス板に接着されている。この場合、ガラス板である基板の屈折率を均一で複屈折が殆ど存在しないものとできる。しかも、ガラス板上に樹脂シートを接着した状態で、紫外線硬化樹脂を型押しするとともに紫外線によって硬化した後に離型することで、基板上にレンズ本体を形成したフレネルレンズ部材を一体的に形成することができる。
【０００９】
本発明のさらに別の態様では、偏光板とフレネルレンズ部材との間に配置された、例えば１／４波長板である位相差板をさらに備える。この場合、偏光板を介してフレネルレンズ部材に入射しフレネルレンズ部材で反射される外光が位相差板と偏光板とを往復する際に偏光板で吸収される。よって、外光に起因してスクリーンに形成される反射像を目立たないものにすることができる。
【００１０】
本発明のさらに別の態様では、フレネルレンズ部材が、可視光に対して非拡散性の材料で形成されている。この場合、フレネルレンズ部材を通過する像光がほとんど拡散されなくなるので、位相差板を通過する際に光路長のばらつきが生じにくく、偏光板を通過した像光に色ムラが生じにくい。
【００１１】
本発明のさらに別の態様では、偏光板の正面側に配置される前面板と、当該前面板とフレネルレンズ部材との間に配置されるレンチキュラレンズシートとを有し、画像が投射され観察の対象となるスクリーン本体をさらに備える。この場合、レンチキュラレンズシートによって、像光を適当な発散角で前面板から前方に射出させることができ、視野角が広く観察者にとって見やすい画像を形成することができる。
【００１２】
本発明に係るプロジェクタは、（ａ）照明光を形成する照明装置と、（ｂ）照明装置によって形成された照明光によって照明される光変調部と、（ｃ）光変調部からの像光を投射する投射光学系と、（ｄ）投射光学系からの像光が投射される上述のスクリーンとを備える。
【００１３】
上記プロジェクタでは、スクリーンのフレネルレンズ部材を構成する支持体がレンズ本体と同等程度以下の複屈折分布になっているので、フレネルレンズ部材全体としての複屈折分布を極めて小さなものとすることができる。よって、フレネルレンズ部材を通過する際に偏光状態が不均一に変化する現象を抑え、投射像において色ムラが発生することを防止できる。しかも、偏光板によって外光の反射を抑えることができるので、スクリーン上に形成される投射像を見やすいものとできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの全体構造を説明する側面図である。このプロジェクタ１０は、背面投射によって画像を表示するリアプロジェクションタイプの装置であり、筐体であるケース１２の底部にプロジェクタ本体１４を備え、ケース１２内の背面側上部に反射ミラー１６を備え、ケース１２正面に透過型スクリーン１８を備える。プロジェクタ本体１４から射出された像光は、光軸ＯＡ１に沿って後方斜め上に進行し、反射ミラー１６で前方斜め上向きの光軸ＯＡ２方向に折り曲げられて透過型スクリーン１８に設けたスクリーン部分に入射する。なお、これらプロジェクタ本体１４、反射ミラー１６、及び透過型スクリーン１８は、不図示の手段によってケース１２内に位置決めして固定されている。
【００１５】
ここで、プロジェクタ本体１４は、光源光を発生する光源装置２１と、光源装置２１からの光源光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の３色の成分に分離する色分離光学系２３と、色分離光学系２３から射出された各色の照明光によってそれぞれ照明される３つの液晶ライトバルブ（不図示）からなる光変調部２５と、光変調部２５からの各色の像光を合成するクロスダイクロイックプリズムである光合成光学系２７と、光合成光学系２７を経た像光を透過型スクリーン１８に投射するためのレンズ系である投射光学系２９とを備える。
【００１６】
図２は、ユーザによって観察される透過型スクリーン１８の構造を概念的に説明する断面図である。透過型スクリーン１８は、スクリーン本体４１と、偏光板４２と、フレネルレンズ部材４３と、位相差板４５とを備える。これらのスクリーン本体４１、偏光板４２、位相差板４５、及びフレネルレンズ部材４３は、適当な間隔で或いは密着して平行に重ね合わされた状態で、矩形枠状のホルダ（不図示）によって周囲から固定されている。なお、これらの光学部材４１，４２，４３，４５のうちいずれか２つが離間して配置される場合、両者の枠の間にスペーサを介在させる。
【００１７】
ここで、スクリーン本体４１は、正面側に設けられ画像が実際に投射される前面板４１ａと、背面側に設けられ像光の発散角を調整するためのレンチキュラレンズシート４１ｂとを有する。前面板４１ａは、平板ガラス等の透過性が良い無機材料や、同様の樹脂材料で形成されている。前面板４１ａの表面には、反射防止膜を形成することもできる。レンチキュラレンズシート４１ｂは、像光を適当な発散角で射出させることができ、適当な視野角の設定によって透過型スクリーン１８の正面にいる観察者が見やすい像光すなわち画像を形成することができる。このレンチキュラレンズシート４１ｂは、透過性が良い樹脂材料に対して型押し等の熱加工を施すことによって得ることができる。なお、前面板４１ａとレンチキュラレンズシート４１ｂとは、重ね合わせるだけでも良いが、互いに接着することもできる。さらに、前面板４１ａが樹脂である場合、前面板４１ａとレンチキュラレンズシート４１ｂとを一体的に形成することもできる。また、特性が異なるレンチキュラレンズシート４１ｂを複数層設けることもできる。
【００１８】
偏光板４２は、保護体である一対の支持板４２ａ，４２ａの間に、偏光膜４２ｂをサンドイッチした構造を有する。ここで、支持板４２ａ，４２ａは、例えばＴＡＣ（トリアセチルセルロース）等で形成される。偏光膜４２ｂは、特定の直線偏光を透過させこれに直交する偏光を吸収するといった偏光特性を有する。偏光膜４２ｂは、例えばＰＶＡ（ポリビニールアルコール）膜で形成されており、これに染料を吸着させたものを特定方向に延伸することによって得られる。偏光板４２の製造に際しては、まず一方の支持板４２ａ上に粘着剤を介して偏光膜４２ｂを接着し、偏光膜４２ｂにヨウ素等を主体とした染料を吸着させて偏光膜４２ｂを染色する。その後、偏光膜４２ｂを支持板４２ａとともに延伸し、偏光膜４２ｂに所望の偏光特性を持たせる。最後に、他方の支持板４２ａを粘着剤を介して偏光膜４２ｂに貼り付けることにより、一対の支持板４２ａ，４２ａにサンドイッチされた偏光膜４２ｂからなる偏光板４２を得ることができる。
【００１９】
フレネルレンズ部材４３は、これに入射した像光をスクリーン本体４１の法線にほぼ平行に折り曲げることによって、透過型スクリーン１８の正面側にいる観察者の方向に像光を集めることができ、本体部分４０周辺で減光が発生することを防止する。フレネルレンズ部材４３は、基板４３ａと、レンズ本体４３ｂと、下地シート４３ｃとを備える。基板４３ａは、平板ガラス等の透過性の良い無機材料や、透過性の良い樹脂材料で形成されており、複屈折が発生せず拡散効果がほとんどない。レンズ本体４３ｂは、ＵＶ硬化樹脂の型押し成形によって形成され、表面に階段状レンズの凹凸を有するが、複屈折分布の発生量は少ない（具体的には、位相に換算して投影面内で３０度以下程度の複屈折の分布が生じている。）。結果的に、レンズ本体４３ｂの複屈折分布は、位相に換算して３０度未満となっている。このように、レンズ本体４３ｂの複屈折分布を小さくすることにより、フレネルレンズ部材４３による位相の乱れを実用上問題ない程度に抑えることができる。下地シート４３ｃは、基板４３ａに接着されており、レンズ本体４３ｂのＵＶ硬化樹脂に対しても接着親和性を有する。つまり、この下地シート４３ｃは、レンズ本体４３ｂを押し型から剥離し易くするために設けられている樹脂シートであるが、複屈折が発生しないことが望まれる。このため、下地シート４３ｃは、延伸によって形成されるものではなく型押し出しによって形成されるものとする。以上のような条件に適合する下地シート４３ｃの材料としては、例えばＪＳＲ社の商標「アートン」として販売されている樹脂がある。
【００２０】
ここで、複屈折分布を無視できる程度に小さくできる下地シート４３ｃの製造方法について具体的に説明する。上述の下地シート４３ｃは、複屈折分布を生じさせないように、型押しを用いた押し出し法によって形成される。結果的に、複屈折分布の発生量は位相に換算して３０度未満となっている。商標「アートン」と呼ばれる樹脂は、無延伸で形成することによって結晶軸が延伸しないように形成することができる。ここで、無延伸とは、溶融した樹脂を一方から型を使って押し出して例えば均一な厚さのシートに形成するものであり、結晶軸がランダムに成長することを抑えたものである。なお、通常の樹脂材料を延伸してシート化した場合、樹脂の結晶がバラバラの状態で配置されるため、そのバラバラの結晶軸に沿って大きな光学歪みが発生し、複屈折分布が無視できない程度に大きくなる。また、下地シート４３ｃの複屈折分布を小さくする別の方法として、樹脂の結晶軸を揃えるような溶融押し出し後に延伸を行うことも可能である。具体的には、シクロオレフィンポリマー等の非晶性のポリオレフィン（ＰＯ）樹脂を溶融押し出して、後に行う延伸方向に一致するように結晶軸を一軸に揃える。その後、以上のような溶融押し出しによって得たシート等を予定の方向に延伸することによって、結晶軸のバラツキを低減して複屈折分布の少ない下地シート４３ｃを得ることができる。
【００２１】
また、下地シート４３ｃは、熱可塑性樹脂等からなる粘着剤である樹脂系接着剤によって基板４３ａに接着される。下地シート４３ｃがアートンである場合、ホットメルトや感圧接着剤（ＰＳＡ）として使用可能なエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が適する。ＥＶＡは、紫外線硬化型の感圧接着剤として機能するので、従来の設備で使用することができ、ＵＶ硬化時におけるレンズ本体４３ｂに対するＵＶ照射によって、下地シート４３ｃの接着剤も同時に硬化させることができる。つまり、基板４３ａに下地シート４３ｃを接着しつつレンズ本体４３ｂを下地シート４３ｃ上に成形することができ、フレネルレンズ部材４３を一括した工程で製造することができる。
【００２２】
位相差板４５は、１／４波長板で形成されており、これに入射する直線偏光を円偏光に変換し、このような直線偏光が往復する際に偏光方向を９０°切り替える。位相差板４５は、非拡散性の材料で形成されており、偏光状態を正確に制御することができるが。位相差板４５は、例えばポリカーボネート系樹脂、ポリサルホン系樹脂およびアクリル系樹脂等の熱可塑性樹脂を押し出してシートを形成した後、このシートを必要な方向に延伸することで得られる。位相差板４５は、その正面側に配置される偏光板４２と協働して外光の反射を防止する役割を有する。具体的に説明すると、スクリーン本体４１を通過した外光は、偏光板４２を経て特定方向の直線偏光になる。このような偏光は、位相差板４５を通過して円偏光に変換され、フレネルレンズ部材４３の表面で反射されて一部逆行するが、位相差板４５を再度通過する際に円偏光から直線偏光に変換される。位相差板４５を逆行した直線偏光は、入射時とは直交する成分となっており、偏光板４２によって遮られる。結果的に、スクリーン本体４１に入射した外光が偏光板４２で効率良く吸収されるので、外光に起因してスクリーンに形成される反射像を目立たなくすることができる。
【００２３】
なお、位相差板４５は、以上のように偏光板４２と協働して外光の反射を防止する役割を有するが、これを省略することもできる。すなわち、偏光板４２、位相差板４５等の通過に際しては、少なからず通過光の散乱が生じる場合が多いので、上記のように理想的な外光遮断は実際上困難であり、位相差板４５を介在させることで却って色ムラが発生する場合もあるからである。
【００２４】
以下、透過型スクリーン１８における偏光板４２の役割について説明する。偏光板４２を設けることで、透過型スクリーン１８内部すなわちフレネルレンズ部材４３等に到達する外光が半減する。これにより、フレネルレンズ部材４３で反射された外光が透過型スクリーン１８の外部で観察される可能性を低減することができる。また、フレネルレンズ部材４３が自然に或いは意図的に光拡散又は光散乱特性を有する場合、フレネルレンズ部材４３からの反射光がスクリーン本体４１に到達する可能性をさらに低減できる。また、偏光板４２自体が光拡散又は光散乱特性を有する場合、偏光板４２によって視野角特性を改善することができる。
【００２５】
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００２６】
すなわち、上記実施形態では、光変調部２５が３つの液晶パネルを用いたプロジェクタ１０の例を挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いたプロジェクタ、２つの液晶パネルを用いたプロジェクタ、あるいは、４つ以上の液晶パネルを用いたプロジェクタにも適用可能である。
【００２７】
上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶パネル等のライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。反射型のプロジェクタにこの発明のスクリーンを適用した場合にも、透過型のプロジェクタとほぼ同様な効果を得ることができる。なお、光変調装置は液晶ライトバルブに限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態に係るプロジェクタの側面図である。
【図２】透過型スクリーンの構造を概念的に説明する断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０…プロジェクタ、  １２…ケース、  １４…プロジェクタ本体、  １６…反射ミラー、  １８…透過型スクリーン、  ２１…光源装置、  ２３…色分離光学系、  ２５…光変調部、  ２７…光合成光学系、  ２９…投射光学系、  ４０…本体部分、  ４１…スクリーン本体、  ４１ａ…前面板、  ４１ｂ…レンチキュラレンズシート、  ４２…偏光板、  ４３…フレネルレンズ部材、  ４５…位相差板
【図１】
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【図２】
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