JP2009009146A - 投射型スクリーンおよび画像投影システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 コントラストの高い投影画像を得ることを可能とする投射型スクリーンを提供する。
【解決手段】 偏光板102は、プロジェクタなどから出射される投射光1と室内照明や太陽光などの迷光2からなる入射光のうち、あらかじめ定めた偏光方向を持った光を透過する。複屈折フィルム層103は、偏光板102を透過した光のうち、投射光1に相当する特定の波長の光の偏光方向を偏光板102が透過する光の偏光方向に対して直交する方向に回転させる。偏光板104は、偏光板102が透過する光の偏光方向と同じ偏光方向を持った光を透過し、その方向とは異なる偏光方向を持った光を反射する。そのため、投射光1が偏光板104によって反射され投影画像として観察される。
【選択図】 図1
【解決手段】 偏光板102は、プロジェクタなどから出射される投射光1と室内照明や太陽光などの迷光2からなる入射光のうち、あらかじめ定めた偏光方向を持った光を透過する。複屈折フィルム層103は、偏光板102を透過した光のうち、投射光1に相当する特定の波長の光の偏光方向を偏光板102が透過する光の偏光方向に対して直交する方向に回転させる。偏光板104は、偏光板102が透過する光の偏光方向と同じ偏光方向を持った光を透過し、その方向とは異なる偏光方向を持った光を反射する。そのため、投射光1が偏光板104によって反射され投影画像として観察される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、投射型スクリーンおよび画像投影システムに係わり、特にコントラストの高い投影画像を得られるようにした投射型スクリーンおよび画像投影システムに関する。
従来から、例えば、MEMS(Micro−Electro−Mechanical System)型の表示デバイスとして、DMD(Digital micro Mirror Device)などを用いたDLP(Digigal Light Processing)プロジェクタや、液晶表示デバイスを用いた液晶プロジェクタなど、プロジェクタの投射レンズから出射された光をスクリーン上に投射して、その反射光によってスクリーン上に画像などを投影する投射型画像投影システムが開発されている。
このような投射型画像投影システムにおいて、スクリーン上に投影された画像を観察者に見やすく表示するためには、スクリーン上に投影された画像のコントラストを高く保つことが重要となる。特に、暗室ではなく、室内照明や太陽光などが入射する明所下においてスクリーンに投影された画像を観察する場合には、照明光や太陽光などの、いわゆる迷光が、液晶プロジェクタなどから投射される投射光に重畳され、画像のコントラストが低下するという問題があった。
そこで、この問題を解決するために、液晶プロジェクタなどから投射される投射光が属する波長領域と、迷光の波長領域の違いを利用して、スクリーンに入射する光のうち、特定の波長の光を選択的に反射するようにすることで、投影された画像のコントラストを高める手法が提案されている。
このような、特定の波長の光を選択的に反射するスクリーンとしては、例えば、スクリーンに特定の波長の光を選択的に透過する光学薄膜を用いたスクリーン(例えば、特許文献1を参照)や、コレステリック液晶フィルムの円偏光選択反射性を用いたスクリーン(例えば、非特許文献1を参照)などが開示されている。
光学薄膜を用いる方法では、スクリーン基材上に屈折率の異なる薄膜を厳密に膜厚制御しながら多層に積層してスクリーンを形成する。このような薄膜を形成する方法としては、一般に蒸着法が用いられる。しかし、蒸着法を用いて薄膜を形成する場合、均一な薄膜を生成することが困難な場合もあり、このような方法を用いて生成されたスクリーンでは、高いコントラストを得ることが難しい、という問題があった。特に、スクリーンの面積が大きくなると、スクリーン全体に均一な薄膜を形成することが難しくなり、面積の大きなスクリーンで高いコントラスト得ることは難しかった。
また、コレステリック液晶フィルムの円偏光選択反射性を用いる方法では、スクリーン基材に液晶層を塗布したあと、面内ずらし応力印加などにより、液晶層の相状態を、円偏光選択反射性を有するプレーナ相に転移させる配向プロセスが必要となる。しかし、スクリーンが大きくなると均一な円偏光選択反射性を形成することが困難となるために、この方法を用いた場合にも、十分なコントラストを有するスクリーンを得ることが難しかった。
特開2004−219901公報(5頁、図1)
M.Umeya,M.Hatano and N.Egashira,"New Front−Projection Screen Comprised of Cholesteric−LC Films,"SID 04 DIGEST,pp.842−845,2004
上述したように、従来の光学薄膜を用いたスクリーンやコレステリック液晶フィルムの円偏光選択反射性を用いたスクリーンでは、コントラストの高い投影画像を得ることが難しい、という問題があった。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、スクリーンに入射する投射光と迷光を分離し、投射光を反射することで、スクリーン上にコントラストの高い投影画像を得ることを可能とする投射型スクリーンおよび画像投影システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の投射型スクリーンは、入射される光のうち、あらかじめ定めた第1の偏光方向を持った光を透過させ、その第1の偏光方向と直交する偏光方向を持った光を吸収する第1の偏光板と、前記第1の偏光板の後方に配置され、前記第1の偏光板を透過した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を前記第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向に回転させる複屈折フィルム層と、前記複屈折フィルム層の後方に配置され、前記複屈折フィルム層を透過した光のうち、前記第1の偏光方向を持った光を反射し、前記第2の偏光方向を持った光を透過する第2の偏光板と、前記第2の偏光板の後方に配置され、前記第2の偏光板を透過した光を吸収する基材とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の画像投影システムは、特定の波長の光を、あらかじめ定めた第1の偏光方向を持った直線偏光として出射する発光装置と、前記発光装置からの光が入射される投射型スクリーンとを備え、前記投射型スクリーンは、入射される光のうち、あらかじめ定めた第1の偏光方向を持った光を透過させ、その第1の偏光方向と直交する偏光方向を持った光を吸収する第1の偏光板と、前記第1の偏光板の後方に配置され、前記第1の偏光板を透過した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を前記第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向に回転させる複屈折フィルム層と、前記複屈折フィルム層の後方に配置され、前記複屈折フィルム層を透過した光のうち、前記第1の偏光方向を持った光を反射し、前記第2の偏光方向を持った光を透過する第2の偏光板と、前記第2の偏光板の後方に配置され、前記第2の偏光板を透過した光を吸収する基材とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、複屈折フィルム層を用いて特定の波長の光の偏光方向を選択的に回転させて、スクリーンに入射する投射光と迷光を分離し、投射光を反射することで、コントラストの高い投影画像を得ることが可能になる。
以下、本発明の実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーンの構成を示す図である。
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーンの構成を示す図である。
この第1の実施形態に係わる投射型スクリーン101は、入射した光のうち、あらかじめ定めた偏光方向を持った光を透過し、その偏光方向とは異なる偏光方向を持った光を吸収する第1の偏光板102と、偏光板102を透過した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を偏光板102が透過する光の偏光方向に対して直交する方向に回転させる複屈折フィルム層103と、偏光板102が透過する光の偏光方向と同じ偏光方向を持った光を透過し、その方向とは異なる偏光方向を持った光を反射する第2の偏光板104と、偏光板104を透過した光を吸収するスクリーン基材105とを備える。なお、以下では、偏光板102および偏光板104が透過する光の偏光方向を、それぞれの偏光板の偏光透過軸と呼ぶ。
また、複屈折フィルム層103は、青色の光の偏光方向を、偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる第1の複屈折フィルム層103aと、緑色の光の偏光方向を、偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる第2の複屈折フィルム層103bと、赤色の光の偏光方向を、偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる第3の複屈折フィルム層103cとからなる。
図2は、本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーン101を用いた画像投影システムの様子を表す図である。図2に示すように、液晶プロジェクタなどのような、投射型スクリーン101に投影する画像情報を含んだ投射光1を出射する発光装置201は、投射型スクリーン101に対して偏光板102側に配置される。発光装置201から出射した投射光1は、投射型スクリーン101に入射し、投射型スクリーン101で反射光3として反射されることによって画像が投影される。観察者は、投射型スクリーン101に対して、発光装置201と同じ側から投射型スクリーン101に投影された画像を観察する。
次に、図3から図16を用いて、本発明の第1の実施形態に係わる投射型スクリーンの作用について説明する。
まず、図3に示すように、液晶プロジェクタなどの発光装置201から出射された投射光1が偏光板102に入射する。また、偏光板102には、投射光1のほかに、例えば、室内照明や太陽光などの迷光2も投射光1に重畳されて入射する。
ここで、発光装置201から出射される投射光1は、青色(B)、緑色(G)および赤色(R)の三原色成分からなるものとする。また、投射光1は、投射型スクリーン101に投影された画像の色再現範囲を広げるため、青色、緑色および赤色に対応する光の成分が、ほぼ単一波長からなるものであることが望ましい。なお、ここでは青色、緑色および赤色の光とは、それぞれ430nmから470nmの波長領域に属する光、510nmから560nmの波長領域に属する光および600nmから660nmの波長領域に属する光をいうものとする。
このような投射光1を得る発光装置201としては、3板式液晶プロジェクタやDLP方式のプロジェクタあるいはCRT方式のプロジェクタなどを用いればよい。図4に、青色、緑色および赤色の単色発光のLEDアレイ301を用いたプロジェクタの例を示す。図4に示すプロジェクタでは、青色、緑色および赤色の、それぞれのLEDアレイ301から発光される光を、各色に対応する透過型画像表示素子302を通して、投射レンズ303によって拡大投射することで投射光1を生成している。
さらに、発光装置201から出射される投射光1は、無偏光であってもよいが、図3に示すように、偏光板102の偏光透過軸の方向と同じ方向に偏光方向を有する直線偏光であることが望ましい。なお、ここでは直線偏光の偏光方向を、その直線偏光の偏光軸と呼び、以下では、投射光1は、偏光板102の偏光透過軸と同じ方向に偏光軸を有する直線偏光であるものとして説明する。
投射光1を、このような特定の方向に偏光軸を有する直線偏光とするためには、例えば、上述した色合成用光学系にダイクロイックプリズムを用いる3板式液晶プロジェクタなどでは、青色、緑色および赤色のLCD出射偏光軸方位を統一しておけばよい。また、画像表示に偏光を用いないDLP方式のプロジェクタやCRT方式のプロジェクタを用いる場合には、投射レンズに偏光フィルタを挿入すればよい。
投射光1が偏光板102の偏光透過軸と同じ方向に偏光軸を有する直線偏光である場合、投射光1は、偏光板102によって吸収を受けることなく、偏光板102を透過する。一方、投射光1に重畳した迷光2は、一般に無偏光であるため、図5に示すように、迷光2に含まれる光の成分のうち、ほぼ1/2の成分が偏光板102で吸収され、1/2の成分が偏光板102を透過する。
なお、このような特定の方向に偏光透過軸を有し、その偏光透過軸とは異なる方向に偏光方向を有する光を吸収する偏光板102は、ヨウ素系あるいは染料系の2色性分子を延伸配向することにより得ることができ、例えば、市販の液晶ディスプレイなどに一般的に用いられている日東電工社SEG1425シリーズなどを用いることが可能である。
このように偏光板102を透過した投射光1および迷光2は、偏光板102の偏光透過軸の方向に偏光軸を有する直線偏光となって、次に、偏光板102の後方に配置された複屈折フィルム層103に入射する。
複屈折フィルム層103は、偏光板102を透過して入射した光のうち、投射光1に含まれる青色、緑色および赤色の光の偏光方向を、選択的に、偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる。
ここで本実施形態に係わる複屈折フィルム層103は、図6に示すように、青色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層103aと、緑色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層103bと、赤色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層103cとからなる。
次に、各複屈折フィルム層の構成と作用について詳細に説明する。
複屈折フィルム層によって、入射した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を選択的に回転させる方法として、例えば、I.Solc,“Birefringent Chain Filters,”J.Opt.Soc.America,Vol.55,pp.621−625,1965などに開示されている方法を用いることができる。すなわち、まず、複屈折フィルム層の層数をNとした場合、図7に示す各層の進相軸の偏光板102の偏光透過軸に対する方位θを(1)式を満たすパラメータρとαから求める。
ここでαはフィルタ形状を決める補助パラメータであり、任意の定数である。また、層数Nは奇数である。
例えば、青色の光の波長を467nmとする場合、その偏光方向を5層の複屈折フィルム層によって90°回転させるには、各層のリタデーションRを700nm(=467×1.5(nm))として、図8に示すように各層の進相軸方位を定めて複屈折フィルム層を生成すればよい。なお、図8に示す複屈折フィルム層の設計例では、αを1°とし、(1)式からρを8.2°とした。また、複屈折フィルム層103aで偏光方向を回転させる青色の光の波長は、発光装置201から出射される光の青色成分の光の波長と一致させることが望ましい。
このようにして設計された複屈折フィルム層103aを透過した光の、偏光板102の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板102の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を図9に示す。なお、ここでは、複屈折フィルム層のリタデーションRは、上述した複屈折率値Δnが、波長によらず一定であるものとしている。
図9に示すように、複屈折フィルム層103aを透過した光のうち、467nmの波長の光および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板102の偏光透過軸方向に対して直交する方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が、複屈折フィルム層103aによって、偏光板102の偏光透過軸方向に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域では、偏光板102の偏光透過軸方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が複屈折フィルム層103aを透過しても回転していないことがわかる。
すなわち、図10に模式的に示すように、偏光板102を透過して偏光板102の偏光透過軸方向に偏光軸を有する直線偏光となった光(図10(a))のうち、青色の光の偏光軸は、複屈折フィルム層103aを透過すると、偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に回転することになる(図10(b))。
なお、このような複屈折フィルム層は、例えば、ポリカーボネードなどの高分子フィルムに延伸処理を施すことによって複屈折を持たせることで得ることができる。具体的には、例えば、日東電工社NRFシリーズやNRZシリーズなどを用いることができる。また、JSR社アートンや日本ゼオン社ゼオノアなどは、複屈折率値Δnが透過する光の波長によって、ほとんど変化しない特性を有し、耐環境性にも優れているため、本実施形態に係わる投射型スクリーンの複屈折フィルム層として好適である。また、一般に複屈折フィルム層の層数を多くするほど、偏光方向が回転する波長領域を狭くすることができ、偏光方向を回転させる波長領域と回転させずに透過させる波長領域を精度よく分離することが可能となるが、実用上、複屈折フィルム層の層数は、N=3〜9とするのが適当である。
複屈折フィルム層103aによって、青色の光の偏光軸が回転した光は、次に、緑色の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層103bに入射する。
緑色の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層103bは、上述した複屈折フィルム層103aと同様に、各層の進相軸の方位を(1)式から求まるρとαを用いて(2)式により定め、各層の層厚を、各層のリタデーションRが緑色の光の波長について、半波長の整数倍となるように定めることによって得ることができる。
例えば、緑の光の波長を527nmとする場合、その偏光方向を5層の複屈折フィルム層によって90°回転させるには、各層のリタデーションRを790nm(=527×1.5(nm))として、図8に示すように各層の進相軸方位を定めて複屈折フィルム層を生成すればよい。
このようにして設計された複屈折フィルム層103bを透過した光の、偏光板102の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板102の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を図11に示す。なお、ここでは、複屈折フィルム層のリタデーションRは、上述した複屈折率値Δnが、波長によらず一定であるものとしている。
図11に示すように、複屈折フィルム層103bを透過した光のうち、527nmの波長の光および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板102の偏光透過軸方向に対して直交する方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が、複屈折フィルム層103bによって、偏光板102の偏光透過軸方向に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域では、偏光板102の偏光透過軸方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が複屈折フィルム層103bを透過しても回転していないことがわかる。
したがって、複屈折フィルム層103aを透過したのち複屈折フィルム層103bを透過すると、青色と緑色の光の偏光軸は、偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。
このように、複屈折フィルム層103aおよび複屈折フィルム層103bによって、青色および緑色の光の偏光軸が回転した光は、次に、赤色の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層103cに入射する。
赤色の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層103cは、上述した複屈折フィルム層103aおよび複屈折フィルム層103bと同様に、各層の進相軸の方位を(1)式から求まるρとαを用いて(2)式により定め、各層の層厚を、各層のリタデーションRが赤色の光の波長について、半波長の整数倍となるように定めることによって得ることができる。
例えば、赤色の光の波長を633nmとする場合、その偏光方向を5層の複屈折フィルム層によって90°回転させるには、各層のリタデーションRを950nm(=633×1.5(nm))として、図8に示すように各層の進相軸方位を定めて複屈折フィルム層を生成すればよい。
このようにして設計された複屈折フィルム層103cを透過した光の、偏光板102の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板102の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を図12に示す。なお、ここでは、複屈折フィルム層のリタデーションRは、上述した複屈折率値Δnが、波長によらず一定であるものとしている。
図12に示すように、複屈折フィルム層103cを透過した光のうち、633nmの波長の光および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板102の偏光透過軸方向に対して直交する方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が、複屈折フィルム層103cによって、偏光板102の偏光透過軸方向に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域では、偏光板102の偏光透過軸方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が複屈折フィルム層103cを透過しても回転していないことがわかる。
したがって、複屈折フィルム層103aおよび複屈折フィルム層103bを透過したのち複屈折フィルム層103cを透過すると、青色、緑色および赤色の光の偏光軸が、偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。
さらに、図13に、複屈折フィルム層103a、複屈折フィルム層103bおよび複屈折フィルム層103cからなる複屈折フィルム層103を透過した光の、偏光板102の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板102の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を示す。図13に示すように、複屈折フィルム層103を透過した光のうち、467nm(青色)、527nm(緑色)および633nm(赤色)の波長の光、および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に直線偏光出射強度が大きくなっており、複屈折フィルム層103によって、その偏光方向が、偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域については、偏光板102の偏光透過軸の方向に直線偏光出射強度が大きくなっており、複屈折フィルム層103を透過しても、その偏光方向が回転していないことがわかる。
すなわち、図14に示すように、複屈折フィルム層103を透過することにより、投射光1と迷光2のうち、青色、緑色および赤色の光からなる投射光1の偏光方向が偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。
このように複屈折フィルム層103を透過した光は、次に、偏光板104に入射する。
偏光板104は、上述したように、偏光板102の偏光透過軸と同じ方向に偏光透過軸を有し、その偏光透過軸とは異なる偏光方向を持った光を反射する偏光板である。そのため、複屈折フィルム層103を透過した光のうち、複屈折フィルム層103で偏光方向が回転した投射光1は、図15に示すように、偏光板104によって反射される。一方、迷光2は、複屈折フィルム層103によって偏光方向が回転しないため、その偏光方向は、偏光板104の偏光透過軸と同じ方向である。したがって、複屈折フィルム層103を透過した迷光2は、図15に示すように、偏光板104を透過する。
なお、このような特定の方向に偏光透過軸を有し、その偏光透過軸とは異なる方向に偏光方向を有する光を反射する偏光板104は、例えば、複屈折位相差を有する媒質および複屈折性媒質の一方の屈折率値に等しい屈折率値を有する等方屈折率性媒質を光学干渉厚で積層することにより得られる。具体的には、例えば、住友3M社DBEFなどを用いることができる。
偏光板104を透過した迷光2は、次に、例えば、黒色塗料が塗布された板などの黒色を呈する媒質、もしくは、表面にビロード状の毛羽を有する生地などの散乱透過性を有する媒質によって形成されたスクリーン基材105によって吸収される。
一方、投射光1は、偏光板104で反射され、複屈折フィルム層103に入射する。複屈折フィルム層103は、このような反射光に対しては、入射したときとは逆の偏光方向の回転特性を与えるため、入射時に、偏光板102の偏光透過軸と直交する方向に偏光方向が回転した投射光1は、図16に示すように、複屈折フィルム層103を透過することにより、偏光板102の偏光透過軸の方向に偏光方向を持った光となる。そして、複屈折フィルム層103を透過した投射光1は、偏光板102を透過する。
このようにして偏光板102を透過した投射光1が、図2に示すように、投射型スクリーン101よる反射光3となる。そして、観察者は、この投射光3を投射型スクリーン101に投影された画像として観察する。このとき、迷光2は除去されているため、コントラストの高い投影画像を得ることができる。
このように、第1の実施形態に係わる投射型スクリーンによれば、投射型スクリーン101に入射した光のうち、複屈折フィルム層103を用いて、投射光1の偏光方向を回転させて、投射光1と迷光2とを分離し、投射光1を選択的に反射することによって、スクリーン上に投影された画像のコントラストを高くすることが可能になる。また、複屈折フィルム層103は、フィルム材料を延伸処理するなどのロールプロセスにより生成することができるため、面積の大きなスクリーンにも容易に適用することができる。また、複数の複屈折フィルム層をタイル状につなぎ合わせることによって大面積化することも容易である。そのため、複屈折フィルム層を用いた場合、大面積のスクリーンであっても、スクリーン上に投影された画像のコントラストを高く保つことが可能となる。
なお、上述した実施形態では、複屈折フィルム層103a、複屈折フィルム層103bおよび複屈折フィルム層103cの層数は5層(N=5)であるとした。しかし、複屈折フィルム層の層数が同じ場合、図9、図11および図12からわかるように、偏光方向を回転させようとする光の波長が大きいほど、その近傍の領域で偏光方向が回転する光の波長領域は広くなる。そこで、青色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層103a、緑色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層103bおよび赤色の光の偏光方向を回転させる複屈折フィルム層103cの、それぞれの層数をNB、NGおよびNRとした場合に、(4)式を満たすように層数を定めることで、各色で偏光方向が回転する波長領域の広さを揃えることが可能になる。
すなわち、例えば、(NB,NG,NR)=(5,7,9)などとして、回転させようとする光の波長が大きくなるほど、層数を多くすればよい。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、投射光に含まれる青色、緑色および赤色の光の偏光方向を回転させて、投射光と迷光を分離していた。
第1の実施形態では、投射光に含まれる青色、緑色および赤色の光の偏光方向を回転させて、投射光と迷光を分離していた。
第2の実施形態では、投射光に含まれる青色、緑色および赤色の光の属する波長領域とは異なる波長領域の光を回転させることにより、投射光と迷光を分離する実施形態について説明する。
図17は、本発明の第2の実施形態に係わる投射型スクリーンの構成を示す図である。
この第2の実施形態に係わる投射型スクリーン401は、入射した光のうち、あらかじめ定めた偏光方向を持った光を透過し、その偏光方向とは異なる偏光方向を持った光を吸収する第1の偏光板402と、偏光板402を透過した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を偏光板402が透過する光の偏光方向に対して直交する方向に回転させる複屈折フィルム層403と、偏光板402が透過する光の偏光方向と直交する方向に偏光方向を持った光を透過し、その方向とは異なる偏光方向を持った光を反射する第2の偏光板404と、偏光板404を透過した光を吸収するスクリーン基材405とを備える。
また、複屈折フィルム層403は、青色と緑色の中間の波長領域に含まれる特定の波長の光の偏光方向を、偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる第1の複屈折フィルム層403aと、緑色と赤色の中間の波長領域に含まれる特定の波長の光の偏光方向を、偏光板102の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる第2の複屈折フィルム層403bとからなる。なお、ここでは、青色と緑色の中間の波長領域とは、470nmから500nmの波長領域をいい、緑色と赤色の中間の波長領域とは、560nmから600nmの波長領域をいうものとする。
つまり、第1の実施形態とは、複屈折フィルム層403および偏光板404の構成および作用が異なる。したがって、以下では、第1の実施形態と共通の構成および作用を有する部分(偏光板402およびスクリーン基材405)については、説明を省略する。
偏光板402を透過した投射光1と迷光2は、偏光板402の偏光透過軸の方向に偏光軸を有する直線偏光となって、次に、偏光板402の後方に配置された複屈折フィルム層403に入射する。
複屈折フィルム層403は、偏光板402を透過して入射した光のうち、迷光2に含まれる青色と緑色の中間の波長領域の光および緑色と赤色の中間の波長領域の光の偏光方向を、選択的に偏光板402の偏光透過軸に対して直交する方向に回転させる。
まず、複屈折フィルム層403aは、入射した光のうち、青色と緑色の中間の波長領域の光の偏光方向を回転させる。
青色と緑色の中間の波長領域の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層403aは、第1の実施形態の複屈折フィルム層103aと同様に、各層の進相軸の方位を(1)式から求まるρとαを用いて(2)式により定め、各層の層厚を、各層のリタデーションRが青色と緑色の中間の波長領域の光のうち、偏光軸を回転させようとする主な光の波長(主波長)の整数倍となるように定めることによって得ることができる。
例えば、490nmを主波長とする場合、その偏光方向を5層の複屈折フィルム層によって90°回転させるには、各層のリタデーションRを735nm(=490×1.5(nm))として、図8に示すように各層の進相軸方位を定めて複屈折フィルム層を生成すればよい。
このようにして設計された複屈折フィルム層403aを透過した光の、偏光板402の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板402の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を図18に示す。なお、ここでは、複屈折フィルム層のリタデーションRは、上述した複屈折率値Δnが、波長によらず一定であるものとしている。
図18に示すように、複屈折フィルム層403aを透過した光のうち、490nmの波長の光および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板402の偏光透過軸方向に対して直交する方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が、複屈折フィルム層403aによって、偏光板402の偏光透過軸方向に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域では、偏光板402の偏光透過軸方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が複屈折フィルム層403aを透過しても回転していないことがわかる。
したがって、複屈折フィルム層403aを透過すると、青色と緑色の中間の波長領域の光の偏光軸は、偏光板402の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。
このように、複屈折フィルム層403aによって、青色と緑色の中間の波長領域の光の偏光軸が回転した光は、次に、複屈折フィルム層403bに入射する。
複屈折フィルム層403bは、次に、入射した光のうち、緑色と赤色の中間の波長領域の光の偏光方向を回転させる。
緑色と赤色の中間の波長領域の光の偏光軸を選択的に回転する複屈折フィルム層403bは、複屈折フィルム層403aと同様に、各層の進相軸の方位を(1)式から求まるρとαを用いて(2)式により定め、各層の層厚を、各層のリタデーションRが青色と緑色の中間の波長領域の光のうち、偏光軸を回転させようとする主波長の整数倍となるように定めることによって得ることができる。
例えば、580nmを主波長とする場合、その偏光方向を5層の複屈折フィルム層によって90°回転させるには、各層のリタデーションRを870nm(=580×1.5(nm))として、図8に示すように各層の進相軸方位を定めて複屈折フィルム層を生成すればよい。
このようにして設計された複屈折フィルム層403aを透過した光の、偏光板402の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板402の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を図19に示す。なお、ここでは、複屈折フィルム層のリタデーションRは、上述した複屈折率値Δnが、波長によらず一定であるものとしている。
図19に示すように、複屈折フィルム層403bを透過した光のうち、580nmの波長の光および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板402の偏光透過軸方向に対して直交する方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が、複屈折フィルム層403bによって、偏光板402の偏光透過軸方向に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域では、偏光板402の偏光透過軸方向への直線偏光出射強度が大きくなっており、その偏光方向が複屈折フィルム層403bを透過しても回転していないことがわかる。
したがって、複屈折フィルム層403aを透過したのち複屈折フィルム層403bを透過すると、青色と緑色の中間の波長領域の光および緑色と赤色の中間の波長領域の光の偏光軸は、偏光板402の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。
さらに、図20に、複屈折フィルム層403aおよび複屈折フィルム層403bを透過した光の、偏光板402の偏光透過軸方向の直線偏光出射強度と、偏光板402の偏光透過軸方向に対して直交する方向の直線偏光出射強度を示す。図20に示すように、複屈折フィルム層403を透過した光のうち、490nm(青色と緑色の中間の波長領域の主波長)および580nm(緑色と赤色の中間の波長領域の主波長)の波長の光、および、その近傍の波長領域に属する光は、偏光板402の偏光透過軸に対して直交する方向に直線偏光出射強度が大きくなっており、複屈折フィルム層403によって、その偏光方向が、偏光板402の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることがわかる。一方、そのほかの波長領域については、偏光板402の偏光透過軸の方向に直線偏光出射強度が大きくなっており、複屈折フィルム層403を透過しても、その偏光方向が回転していないことがわかる。
すなわち、図21に示すように、複屈折フィルム層403を透過することにより、投射光1と迷光2のうち、迷光2の青色と緑色の中間の波長領域の光および緑色と赤色の中間の波長領域の光の偏光方向が偏光板402の偏光透過軸に対して直交する方向に回転していることになる。なお、迷光2のうち、青色よりも短い波長領域の光および赤色よりも長い波長領域の光は、投射光1と同様に、偏光軸は回転せずに複屈折フィルム層403を透過するが、図21では省略している。
このように複屈折フィルム層403を透過した光は、次に、偏光板404に入射する。
偏光板404は、上述したように、偏光板402の偏光透過軸と直交する方向に偏光透過軸を有し、その偏光透過軸とは異なる偏光方向を持った光を反射する偏光板である。そのため、複屈折フィルム層403を透過した光のうち、複屈折フィルム層403で偏光方向が回転しない投射光1は、偏光板404によって反射される。一方、迷光2は、複屈折フィルム層403によって偏光方向が回転しているため、その偏光方向は、偏光板404の偏光透過軸と同じ方向である。したがって、複屈折フィルム層403を透過した迷光2は、図22に示すように、偏光板404を透過してスクリーン基材405で吸収される。
そして偏光板404で反射された投射光1は、複屈折フィルム層403を入射したときとは逆の方向に透過する。このとき投射光1の偏光方向は複屈折フィルム層403によって回転することはない。そのため、複屈折フィルム層403を透過した投射光1の偏光方向は、偏光板402の偏光透過軸の方向のままであるため、偏光板402で吸収されることなく、偏光板402を透過する。
このようにして偏光板402を透過した投射光1が、投射型スクリーン401に投影された画像としてスクリーン上に表れる。このとき、迷光2のうち、青色と緑色および緑色と赤色の中間の波長領域の光は除去されているため、スクリーン上に投影されている画像は高いコントラストで表示される。
このように、第2の実施形態に係わる投射型スクリーンによれば、投射型スクリーン401に入射した光のうち、複屈折フィルム層403を用いて迷光2の偏光方向を回転させて、投射光1と迷光2とを分離し、投射光1を選択的に反射することによって、スクリーン上に投影された画像のコントラストを高くすることができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
101、401・・・投射型スクリーン
102、104、402、404・・・偏光板
103、403・・・複屈折フィルム層
105、405・・・スクリーン基材
201・・・発光装置
301・・・LEDアレイ
302・・・透過型画像素子
303・・・投射レンズ
102、104、402、404・・・偏光板
103、403・・・複屈折フィルム層
105、405・・・スクリーン基材
201・・・発光装置
301・・・LEDアレイ
302・・・透過型画像素子
303・・・投射レンズ
Claims (4)
- 入射される光のうち、あらかじめ定めた第1の偏光方向を持った光を透過させ、その第1の偏光方向と直交する偏光方向を持った光を吸収する第1の偏光板と、
前記第1の偏光板の後方に配置され、前記第1の偏光板を透過した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を前記第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向に回転させる複屈折フィルム層と、
前記複屈折フィルム層の後方に配置され、前記複屈折フィルム層を透過した光のうち、前記第1の偏光方向を持った光を反射し、前記第2の偏光方向を持った光を透過する第2の偏光板と、
前記第2の偏光板の後方に配置され、前記第2の偏光板を透過した光を吸収する基材と
を備えたことを特徴とする投射型スクリーン。 - 前記特定の波長の光が、470nmから500nmまたは560nmから600nmの波長領域に属する光であることを特徴とする請求項1に記載の投射型スクリーン。
- 前記複屈折フィルム層が、
470nmから500nmの波長領域に属する光の偏光方向を前記第2の偏光方向に回転させる第1の複屈折フィルム層と、
560nmから600nmの波長領域に属する光の偏光方向を前記第2の偏光方向に回転させる第2の複屈折フィルム層と
からなることを特徴とする請求項1記載の投射型スクリーン。 - 特定の波長の光を、あらかじめ定めた第1の偏光方向を持った直線偏光として出射する発光装置と、
前記発光装置からの光が入射される投射型スクリーンとを備え、
前記投射型スクリーンは、
入射される光のうち、あらかじめ定めた第1の偏光方向を持った光を透過させ、その第1の偏光方向と直交する偏光方向を持った光を吸収する第1の偏光板と、
前記第1の偏光板の後方に配置され、前記第1の偏光板を透過した光のうち、特定の波長の光の偏光方向を前記第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向に回転させる複屈折フィルム層と、
前記複屈折フィルム層の後方に配置され、前記複屈折フィルム層を透過した光のうち、前記第1の偏光方向を持った光を反射し、前記第2の偏光方向を持った光を透過する第2の偏光板と、
前記第2の偏光板の後方に配置され、前記第2の偏光板を透過した光を吸収する基材と
を備えたことを特徴とする画像投影システム。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2008206290A JP2009009146A (ja) | 2008-08-08 | 2008-08-08 | 投射型スクリーンおよび画像投影システム |
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JP2008206290A JP2009009146A (ja) | 2008-08-08 | 2008-08-08 | 投射型スクリーンおよび画像投影システム |
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JP2005036574A Division JP4212562B2 (ja) | 2005-02-14 | 2005-02-14 | 投射型スクリーンおよび画像投影システム |
Publications (2)
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JP2009009146A5 JP2009009146A5 (ja) | 2009-02-26 |
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ID=40324203
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2008206290A Abandoned JP2009009146A (ja) | 2008-08-08 | 2008-08-08 | 投射型スクリーンおよび画像投影システム |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2009009146A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011090256A (ja) * | 2009-10-26 | 2011-05-06 | Nikon Corp | プロジェクタ用スクリーン及び投射システム |
-
2008
- 2008-08-08 JP JP2008206290A patent/JP2009009146A/ja not_active Abandoned
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