特開 2025-20720 スクリーン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025020720

(43)【公開日】2025-02-13

(54)【発明の名称】スクリーン

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/60 20140101AFI20250205BHJP

   G02B 5/124 20060101ALI20250205BHJP

【ＦＩ】

G03B21/60

G02B5/124

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023124258

(22)【出願日】2023-07-31

(71)【出願人】

【識別番号】504237050

【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】若生 一広

(72)【発明者】

【氏名】三橋 蓮

【テーマコード（参考）】

2H021

2H042

【Ｆターム（参考）】

2H021BA02

2H042EA03

2H042EA05

2H042EA20

(57)【要約】

【課題】光利用効率を向上させることができるスクリーンを得ること。
【解決手段】微小光学系１を備えるスクリーンであり、微小光学系１は、第１～第６の面を有し、第１の面Ｓ_１は第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３と交差し、第２の面は第１の面および第３の面と交差し、第３の面は第１の面および第２の面と交差し、第４の面は第１の面と第２の面とが交差する第１の辺と交差するとともに第１の面および第２の面に交差し、第５の面は第１の面と第３の面とが交差する第２の辺と交差するとともに第１の面および第３の面に交差し、第６の面は第２の面と第３の面とが交差する第３の辺と交差するとともに第２の面および第３の面に交差し、第１の辺の端点から第４の面までの長さは第１の辺の長さの半分より短く、第２の辺の端点から第５の面までの長さは第２の辺の長さの半分より短く、第３の辺の端点から第３の面までの長さは第３の辺の長さの半分より短い。
【選択図】図１

【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、
複数の微小光学系を備え、
前記複数の微小光学系のうちの少なくとも１つの前記微小光学系は、
第１の面、第２の面、第３の面、第４の面、第５の面および第６の面を有し、
前記第１の面は、前記第２の面および前記第３の面と交差し、前記第２の面は前記第１の面および前記第３の面と交差し、前記第３の面は前記第１の面および前記第２の面と交差し、
前記第４の面は、前記第１の面と前記第２の面とが交差する辺である第１の辺と交差するとともに前記第１の面および前記第２の面に交差し、前記第５の面は、前記第１の面と前記第３の面とが交差する辺である第２の辺と交差するとともに前記第１の面および前記第３の面に交差し、前記第６の面は、前記第２の面と前記第３の面とが交差する辺である第３の辺と交差するとともに前記第２の面および前記第３の面に交差し、
前記第１の辺の２つの端点のうち前記第１の面、前記第２の面および前記第３の面が交差する交点の反対側となる端点と、前記第１の辺と前記第４の面とが交差する点との間の前記第１の辺に沿った長さは、前記第１の辺の長さの半分より短く、
前記第２の辺の２つの端点のうち前記交点の反対側となる端点と、前記第２の辺と前記第５の面とが交差する点との間の前記第２の辺に沿った長さは、前記第２の辺の長さの半分より短く、
前記第３の辺の２つの端点のうち前記交点の反対側となる端点と、前記第３の辺と前記第３の面とが交差する点との間の前記第３の辺に沿った長さは、前記第３の辺の長さの半分より短い、
ことを特徴とするスクリーン。

【請求項2】

前記第１の面、前記第２の面、前記第３の面、前記第４の面、前記第５の面および前記第６の面は平面であり、
前記第１の面、前記第２の面および前記第３の面は、互いに直交し、
前記第４の面、前記第１の面および前記第２の面は、互いに直交し、
前記第５の面、前記第１の面および前記第３の面は、互いに直交し、
前記第６の面、前記第２の面および前記第３の面は、互いに直交する、
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】

前記第１の面、前記第２の面および前記第３の面のうち少なくとも１つは、曲面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4】

前記第４の面、前記第５の面および前記第６の面のうち少なくとも１つは曲面である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３の面および前記第４の面は曲面であり、前記第４の面の曲面率は、前記第３の面の曲面率と異なることを特徴とする請求項４に記載のスクリーン。

【請求項6】

前記第１の面、前記第２の面および前記第３の面のうち少なくとも１つは、前記第１の面、前記第２の面および前記第３の面のうち自身を除く２つの面の交差する辺に直交する面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１、３、４、５のいずれか１つに記載のスクリーン。

【請求項7】

前記第４の面は、前記第１の辺に直交する面に対して傾斜していることを特徴とする請求項６に記載のスクリーン。

【請求項8】

前記第３の面は、前記第１の辺に直交する面に対して傾斜し、前記第４の面の傾斜角と前記第３の面の傾斜角とは異なることを特徴とする請求項６に記載のスクリーン。

【請求項9】

前記第５の面は、前記第２の辺に直交する面に対して傾斜していることを特徴とする請求項７に記載のスクリーン。

【請求項10】

前記第６の面は、前記第３の辺に直交する面に対して傾斜していることを特徴とする請求項９に記載のスクリーン。

【請求項11】

前記複数の微小光学系は、隣接する２つでユニットを構成し、
前記ユニットを構成する２つの前記微小光学系は、前記第３の面が互いに向き合うように隣接し、
前記ユニットを構成する２つの前記微小光学系の前記第３の面は、前記第１の辺に直交する面に対して互いに異なる傾斜角で傾斜していることを特徴とする請求項６に記載のスクリーン。

【請求項12】

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、入射された光を再帰反射するスクリーンが用いられる場合がある。入射された光を再帰反射するスクリーンを用いることで、コントラスト比の向上を図ることができる。例えば、特許文献１には、コーナーキューブリフレクタ（ＣＣＲ：Corner Cube Reflector）がアレイ状に配置されたスクリーンが開示されている。ＣＣＲに入射した光は、直交する３つの面で反射することで、投影機の方向に出射する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－２８５０２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、ＣＣＲでは、３方の端部のエリアにおいて、入射する光は２面でしか反射しない。このため、端部のエリアに入射した光は所望の方向へ出射しないことになり、十分な光利用効率が得られない場合がある。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光利用効率を向上させ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】

【0006】

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、複数の微小光学系を備え、前記複数の微小光学系のうちの少なくとも１つの前記微小光学系は、第１の面、第２の面、第３の面、第４の面、第５の面および第６の面を有し、前記第１の面は、前記第２の面および前記第３の面と交差し、前記第２の面は前記第１の面および前記第３の面と交差し、前記第３の面は前記第１の面および前記第２の面と交差し、前記第４の面は、前記第１の面と前記第２の面とが交差する辺である第１の辺と交差するとともに前記第１の面および前記第２の面に交差し、前記第５の面は、前記第１の面と前記第３の面とが交差する辺である第２の辺と交差するとともに前記第１の面および前記第３の面に交差し、前記第６の面は、前記第２の面と前記第３の面とが交差する辺である第３の辺と交差するとともに前記第２の面および前記第３の面に交差し、前記第１の辺の２つの端点のうち前記第１の面、前記第２の面および前記第３の面が交差する交点の反対側となる端点と、前記第１の辺と前記第４の面とが交差する点との間の前記第１の辺に沿った長さは、前記第１の辺の長さの半分より短く、前記第２の辺の２つの端点のうち前記交点の反対側となる端点と、前記第２の辺と前記第５の面とが交差する点との間の前記第２の辺に沿った長さは、前記第２の辺の長さの半分より短く、前記第３の辺の２つの端点のうち前記交点の反対側となる端点と、前記第３の辺と前記第３の面とが交差する点との間の前記第３の辺に沿った長さは、前記第３の辺の長さの半分より短いことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、光利用効率を向上させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明にかかる実施例１のスクリーンを構成する微小光学系の構成例を示す図である。

【図2】図２は、実施例１の微小光学系の原理を説明するための図である。

【図3】図３は、微小光学系の配列の一例を示す図である。

【図4】図４は、実施例１のシミュレーション結果を示す図である。

【図5】図５は、実施例１のシミュレーション結果を示す図である。

【図6】図６は、実施例２の微小光学系における各面を説明するための図である。

【図7】図７は、実施例２の微小光学系における曲面率を示す最大傾斜角を説明するための図である。

【図8】図８は、実施例２のシミュレーション結果を示す図である。

【図9】図９は、実施例２のシミュレーション結果を示す図である。

【図10】図１０は、実施例３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である。

【図11】図１１は、車両のピラーを示す図である。

【図12】図１２は、ピラーを車両内からみた図である。

【図13】図１３は、実施例３の傾斜角の定義を示す図である。

【図14】図１４は、実施例３のシミュレーション結果を示す図である。

【図15】図１５は、第２の微小光学系の傾斜角を変えた実施例４のシミュレーション結果を示す図である。

【図16】図１６は、第２の微小光学系の曲面率を変えた実施例４のシミュレーション結果を示す図である。

【図17】図１７は、実施例５のシミュレーションの条件を示す図である。

【図18】図１８は、実施例５のシミュレーション結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

【実施例0010】

図１は、本発明にかかる実施例１のスクリーンを構成する微小光学系の構成例を示す図である。本実施例のスクリーンは、図１に示す微小光学系１を１つの単位とし、これを複数配列することによりスクリーンを構成する。本実施例のスクリーンは、例えば、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る。微小光学系１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る。

【0011】

図１に示すように、本実施例の微小光学系１は、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３を備える。第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３は、互いに直交し、３つの面で構成される一般的なＣＣＲと同等であり、このＣＣＲを第１の微小光学系とも呼ぶ。本実施例の微小光学系１は、第１の微小光学系の３方の端部に、第１の微小光学系より小さな３つの第２の微小光学系１１，１２，１３がそれぞれ設けられている。第２の微小光学系１１，１２，１３も直交する３つの面で構成され、ＣＣＲと同等である。本実施例では、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３は例えば平面であり、第２の微小光学系１１，１２，１３を構成する面も例えば平面である。第２の微小光学系１１，１２，１３を個別に区別せずに示すときには、第２の微小光学系と呼ぶ。

【0012】

第２の微小光学系１１の紙面に向かって左側の面は、第１の微小光学系の紙面に向かって左側の面である第１の面Ｓ_１の一部であり、第２の微小光学系１１の紙面に向かって右側の面は、第１の微小光学系の紙面に向かって右側の面である第２の面Ｓ_２の一部である。すなわち、第２の微小光学系１１は、第１の面Ｓ_１の一部と、第２の面Ｓ_２の一部と、境界面Ｂ_１とを有する。第２の微小光学系１２の紙面に向かって左側の面は、第１の微小光学系の紙面に向かって左側の面である第１の面Ｓ_１の一部であり、第２の微小光学系１２の底面は、第１の微小光学系の底面である第３の面Ｓ_３の一部である。すなわち、第２の微小光学系１２は、第１の面Ｓ_１の一部と、第３の面Ｓ_３の一部と、境界面Ｂ_２とを有する。第２の微小光学系１３の紙面に向かって右側の面は、第１の微小光学系の紙面に向かって右側の面である第２の面Ｓ_２の一部であり、第２の微小光学系１３の底面は、第１の微小光学系の底面である第３の面Ｓ_３の一部である。すなわち、第２の微小光学系１３は、第２の面Ｓ_２の一部と、第３の面Ｓ_３の一部と、境界面Ｂ_３とを有する。境界面Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３は、第２の微小光学系を構成する３つの面のうち、第１の微小光学系を構成する第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３と共通しない面であり、微小光学系１を正面からみた正面図における中心側に位置する面である。以下、境界面Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３を個別に区別せずに示すときには、境界面と呼ぶ。

【0013】

このように、本実施例の微小光学系１は、境界面Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３をそれぞれ第４の面、第５の面および第６の面とすると、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２、第３の面Ｓ_３、第４の面、第５の面および第６の面を有し、第１の面Ｓ_１は、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３と交差し、第２の面Ｓ_２は第１の面Ｓ_１および第３の面Ｓ_３と交差し、第３の面Ｓ_３は第１の面Ｓ_１および第２の面Ｓ_２と交差する。また、第４の面（境界面Ｂ_１）は、第１の面Ｓ_１と第２の面Ｓ_２とが交差する辺である第１の辺と交差するとともに第１の面Ｓ_１および第２の面Ｓ_２に交差し、第５の面（境界面Ｂ_２）は、第１の面Ｓ_１と第３の面Ｓ_３とが交差する辺である第２の辺と交差するとともに第１の面Ｓ_１および第３の面Ｓ_３の面に交差し、第６の面（境界面Ｂ_３）は、第２の面Ｓ_２と第３の面Ｓ_３とが交差する辺である第３の辺と交差するとともに第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３に交差する。

【0014】

また、第１の辺の２つの端点のうち第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３が交差する交点の反対側となる端点と、第１の辺と第４の面とが交差する点との間の第１の辺に沿った長さである第１の長さは、第１の辺の長さの半分より短い。第２の辺の２つの端点のうち交点の反対側となる端点と、第２の辺と第５の面とが交差する点との間の第２の辺に沿った長さである第２の長さは、第２の辺の長さの半分より短い。第３の辺の２つの端点のうち交点の反対側となる端点と、第３の辺と前記第３の面とが交差する点との間の第３の辺に沿った長さである第３の長さは、第３の辺の長さの半分より短い。なお、図１では、第２の微小光学系１１，１２，１３の大きさが同一である例を示しているが、第２の微小光学系１１，１２，１３のうちの少なくとも１つの大きさが、他の第２の微小光学系１１，１２，１３の大きさと異なっていてもよい。すなわち、第１の辺の長さに対する第１の長さの比と、第２の辺の長さに対する第２の長さの比と、第３の辺の長さに対する第３の長さの比とは、同一でなくてもよい。

【0015】

本実施例では、図１に示すように、微小光学系１が第２の微小光学系１１，１２，１３を有することで、光利用効率を向上させることができる。図２は、本実施例の微小光学系１の原理を説明するための図である。図２に示したＣＣＲ２００は、通常の直交する３つの面を有するＣＣＲである。ＣＣＲ２００は、エリア２０１では、入射した光が直交する３つの面で反射するが、エリア２０２では入射した光が２つの面でしか反射しないため、エリア２０２に入射した光は所望の方向に出射せず利用できないことになる。このため、エリア２０２は不要なエリアであり、本実施例では、図２に示すように、エリア２０２の代わりに第２の微小光学系１１，１２，１３を設けることで、第２の微小光学系１１，１２，１３に入射した光を所望の光へ出射させることができる。光線追跡のシミュレーション結果等に基づく経験則によれば、ＣＣＲ２００に正面から光を入射させた場合に、２／３程度の光が所望の方向に出射するため利用できることになり、１／３程度の光が利用できない。すなわち、ＣＣＲ２００を構成する３つの面の合計の面積のうち、１／３程度の面積に相当する部分で反射する光を利用することができない。なお、第２の微小光学系１１，１２，１３においても、それぞれの３方の端部には入射した光を利用できないエリアが発生するが、図２に示したＣＣＲ２００のエリア２０２よりは狭いエリアとなる。したがって、第２の微小光学系１１，１２，１３を設けることで、図２に示した通常のＣＣＲ２００に比べて光利用効率を向上させることができる。

【0016】

なお、第２の微小光学系１１，１２，１３のサイズは、エリア２０２に相当するサイズであることが好ましいが、それより小さくても大きくてもよい。大きすぎる場合には、第２の微小光学系１１，１２，１３が元の第１の微小光学系に近づいてしまい光利用効率を向上させる効果が薄れると考えられるため、上述したように、例えば、第１の長さが第１の辺の長さの半分より短く、第２の長さが第２の辺の長さの半分より短く、第３の長さが第３の辺の長さの半分より短い範囲としている。第１の長さ、第２の長さ、第３の長さが、それぞれ第１の辺の長さ、第２の辺の長さ、第３の辺の長さの半分程度までであれば、第２の微小光学系１１，１２，１３を設けない場合に比べて光利用効率が向上すると想定される。

【0017】

本実施例の微小光学系１を複数配列することで本実施例のスクリーンが構成される。なお、スクリーンを構成する複数の微小光学系１のうちの少なくとも１つが本実施例の微小光学系１であればよい。図３は、微小光学系１の配列の一例を示す図である。図３（ａ）に示すように、例えば、上下の向きを逆にした１組の微小光学系１を、正面からみた形状がひし形となるように配置する。この１組の微小光学系１をユニット２とし、図３（ｂ）に示すように、複数のユニット２を配列することでスクリーンを構成する。図３（ｂ）に示した例では上下の端部に微小光学系１が配置されることで端部を直線状にしており、このようにユニット２と微小光学系１とを組み合わせて配置してもよい。図３（ｂ）は、スクリーンの一部を示しており、スクリーンの大きさに応じた数のユニット２が配列される。図３に示した例では、スクリーンを構成する複数の微小光学系１の形状は全て同一としている。図３は、微小光学系１の配置の一例であり、微小光学系１の配置方法は図３に示した例に限定されない。

【0018】

次に、本実施例の微小光学系１を用いたシミュレーション結果について説明する。ここでは、図２に示した通常のＣＣＲ２００を比較例とし、比較例のＣＣＲ２００と本実施例の微小光学系１とのモデルを用いて光線追跡のシミュレーションを行った。シミュレーションでは、第２の微小光学系１１，１２，１３のサイズは、第１の微小光学系に対して、約２／５となるサイズとした。すなわち、ここでは、第２の微小光学系１１，１２，１３は第１の微小光学系と相似であるとし、第１の微小光学系と第２の微小光学系１１，１２，１３との相似比は５：２であるとした。図４および図５は、本実施例のシミュレーション結果を示す図である。図４（ａ）は、比較例のＣＣＲ２００に光を入射させた場合の出射光の強度分布を示しており、図４（ｂ）は、本実施例の微小光学系１に光を入射させた場合の出射光の強度分布を示している。図５は、比較例のＣＣＲ２００に光を入射させた場合の光利用効率と、本実施例の微小光学系１に光を入射させた場合の光利用効率とを示している。

【0019】

また、図５に示したシミュレーションでは、微小光学系１を構成する各面は平面であり、互いに直交していると仮定した。すなわち、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２、第３の面Ｓ_３、第４の面、第５の面および第６の面は平面であり、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３は、互いに直交し、第４の面、第１の面Ｓ_１および第２の面Ｓ_２は、互いに直交し、第５の面、第１の面Ｓ_１および第３の面Ｓ_３は、互いに直交し、第６の面、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３は、互いに直交しているとした。なお、シミュレーションでは、光線の入射方向は、各光学系がスクリーンを構成する場合にスクリーンに垂直に入射する方向、すなわち各光学系の入射側の３つの端部を含む面に直交する方向とした。

【0020】

図５において、入射本数は、シミュレーションにおいて各光学系に入力させた光線の数である。反射本数は、シミュレーションの結果として得られる各光学系で反射して出射した光線のうち、光線の入射方向を０°とした場合に、入射方向とのなす角が０°から４０°までの円錐状となる範囲に、出射した光の本数を示す。光利用効率の計算値は、上述した過去の経験則から、ＣＣＲ２００に入射した光の２／３が利用できるとして計算した結果を示している。本実施例の微小光学系１については、光利用効率の計算値は、ＣＣＲ２００と同様に入射した光の２／３が利用できるとともに、第２の微小光学系１１，１２，１３においてにおいても同様に２／３の光が利用できるとして計算した結果である。光利用効率のシミュレーション結果は、入射本数に対する反射本数（０°から４０°までの範囲に出射した光線の数）の比率を百分率で示したものである。図４および図５からわかるように、本実施例の微小光学系１では、比較例のＣＣＲ２００に比べて光利用効率が向上する。具体的には、図５に示すように、比較例のＣＣＲ２００が６６．４％の光利用効率であるのに対し、本実施例の微小光学系１では光利用効率が８６．１％に向上する。

【0021】

なお、第２の微小光学系１１，１２，１３のサイズの第１の微小光学系のサイズに対する比は、２／５に限定されない。第２の微小光学系１１，１２，１３のサイズの第１の微小光学系のサイズに対する比を２／５程度とすると、ＣＣＲ２００を構成する３つの面の合計の面積の１／３に相当する部分に第２の微小光学系１１，１２，１３を配置することになる。このため、ＣＣＲ２００において２つの面でしか反射されないエリア２０２に対応する領域全体に第２の微小光学系１１，１２，１３が配置されることになり、光利用効率の向上の効果が大きくなる。一方で、上記のサイズの比を２／５未満とした場合であっても、上記のサイズの比を２／５程度とした場合より光利用効率は低下するものの、ＣＣＲ２００において２つの面でしか反射されないエリア２０２のうちの一部については光利用効率を向上させることができるため、同様に、第２の微小光学系１１，１２，１３を設けない場合に比べて光利用効率を向上させることができる。

【0022】

なお、微小光学系１のサイズは、例えば、スクリーンに投影される映像の画素より小さいことが望ましい。また、本実施例の微小光学系１で構成されるスクリーンの材質としては、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、金属、セラミックス等を用いることができる。スクリーンの材質は、上記に限定されず、微小光学系１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。また、各微小光学系１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：Signal to Noise Ratio）を高くするようにしてもよい。

【0023】

以上述べたように、本実施例では、ＣＣＲである第１の微小光学系の３方の端部に、第１の微小光学系より小さな３つのＣＣＲである第２の微小光学系１１，１２，１３を設けることで、通常のＣＣＲ２００に比べて光利用効率を向上させることができる。

【実施例0024】

次に実施例２について説明する。実施例１では、スクリーンを構成する微小光学系１の第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３が平面であり、第２の微小光学系１１，１２，１３を構成する面も平面である例を説明した。微小光学系１の各面を平面で構成すると、光の出射方向では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。用途によっては、ある程度の範囲でスクリーンから出射する光の強度がなるべく均一になるように望まれる場合がある。すなわち、観察できる範囲を広げることがある。このため、本実施例では、微小光学系１を構成する面のうちの少なくとも一部を曲面とすることで、観察できる範囲の拡大を図る。

【0025】

図６は、本実施例の微小光学系１における各面を説明するための図である。図６の左側には、本実施例の比較例として、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３の３つの面を備えるＤ－ＣＣＲ（Diverted－ＣＣＲ）２００ａを示している。Ｄ－ＣＣＲ２００ａは、通常のＣＣＲであるＣＣＲ２００から、光を拡散させるための変更が施されたものを示す。本実施例では、Ｄ－ＣＣＲ２００ａは、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３の３つの面のうち少なくとも１面を曲面とすることで、光を拡散させて観察できる範囲を広げる。Ｄ－ＣＣＲ２００ａは、光を拡散させることができるものの、実施例１のＣＣＲ２００と同様に、３方の端部で不要なエリアが存在する。このため、本実施例においても、実施例１と同様に図６の右側に示すように、微小光学系１には、第２の微小光学系１１，１２，１３が設けられる。

【0026】

本実施例においても、第２の微小光学系１１の紙面に向かって左側の面は、第１の微小光学系の紙面に向かって左側の面である第１の面Ｓ_１の一部であり、第２の微小光学系１１の紙面に向かって右側の面は、第１の微小光学系の紙面に向かって右側の面である第２の面Ｓ_２の一部である。同様に、第２の微小光学系１２の紙面に向かって左側の面は、第１の微小光学系の紙面に向かって左側の面である第１の面Ｓ_１の一部であり、第２の微小光学系１２の底面は、第１の微小光学系の底面である第３の面Ｓ_３の一部である。同様に、第２の微小光学系１３の紙面に向かって右側の面は、第１の微小光学系の紙面に向かって右側の面である第２の面Ｓ_２の一部であり、第２の微小光学系１３の底面は、第１の微小光学系の底面である第３の面Ｓ_３の一部である。

【0027】

したがって、第２の微小光学系１１，１２，１３を構成する面のうち上記の面は、第１の微小光学系を構成する第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３の形状に依存して決定されることになり、残りの面ＳＳ_１，ＳＳ_２，ＳＳ_３（面ＳＳ_１は境界面Ｂ_３であり、面ＳＳ_２は境界面Ｂ_２であり、面ＳＳ_３は境界面Ｂ_１である）は_、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３とは独立に形状を設定することが可能である。すなわち、図６の右側に示す微小光学系１は、図６の左側に示すＤ－ＣＣＲ２００ａである第１の微小光学系の内部に面ＳＳ_１，ＳＳ_２，ＳＳ_３が設けられたものに相当する。面ＳＳ_１，ＳＳ_２，ＳＳ_３は、全てを平面としてもよいし、少なくとも一部を曲面としてもよい。

【0028】

次に、本実施例の光線追跡のシミュレーション結果について説明する。図７は、本実施例の微小光学系１における曲面率を示す最大傾斜角を説明するための図である。ここでは、図７に示した最大傾斜角θｓによって曲面率を示すこととする。図６および図７を用いて、最大傾斜角θｓについて説明する。図６に示すように、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３の３つの面が交差する点を点Ｏとし、点Ｏ以外の第１の微小光学系の３つの端点を点Ａ，Ｂ，Ｃとする。すなわち、点Ａは、実施の形態１で述べた第１の辺の２つの端点のうち交点Ｏの反対側となる端点に相当し、点Ｂは、実施の形態１で述べた第２の辺の２つの端点のうち交点Ｏの反対側となる端点に相当し、点Ｃは、実施の形態１で述べた第３の辺の２つの端点のうち交点Ｏの反対側となる端点に相当する。点Ｄは、第３の面Ｓ_３の入射側の辺の中点である。図７は、点Ｏと点Ｄとを通る切断面で切断した断面を概念的に示したものである。図７（ａ）は、第３の面Ｓ_３が凹曲面となる場合の最大傾斜角θｓを示し、図７（ｂ）は、第３の面Ｓ_３が凸曲面となる場合の最大傾斜角θｓを示している。図７に示すように、凹曲面、凸曲面のいずれの場合も、最大傾斜角θｓは、点Ｏにおける第３の面Ｓ_３の接線３と、点Ｄと点Ｄを結ぶ直線４とのなす角の最大値である。図７に示した例では、第３の面Ｓ_３の断面は円弧であるが、第３の面Ｓ_３の断面は円弧に限定されない。なお、最大傾斜角θｓを、正負の符号を付して示す場合には、時計回りを正とする。このため、断面が円弧となる凹面の場合に、最大傾斜角θｓが正となる。

【0029】

また、ここでは、面ＳＳ_１，ＳＳ_２，ＳＳ_３についても、図７と同様に最大傾斜角θｓを定義する。このため、例えば、第３の面Ｓ_３と面ＳＳ_３とで最大傾斜角θｓの値が同じであれば、面ＳＳ_３の方が第３の面Ｓ_３より曲率半径は小さくなる。面ＳＳ_３（第４の面）の曲面率は、第３の面Ｓ_３の曲面率と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0030】

次に本実施例のシミュレーション結果について説明する。第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３と面ＳＳ_１，ＳＳ_２，ＳＳ_３との全ての面を断面が円弧上の曲面とした例について、光線追跡のシミュレーションを行った。具体的には、本実施例の微小光学系１において第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３と面ＳＳ_１，ＳＳ_２，ＳＳ_３との全ての面を、最大傾斜角θｓを＋４°としてシミュレーションを行った。また、比較例として、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３の全てを凸曲面とした場合のＤ－ＣＣＲ２００ａと、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３の全てを凹曲面とした場合のＤ－ＣＣＲ２００ａとの２つについてもシミュレーションを行った。比較例においても、第１の面Ｓ_１、第２の面Ｓ_２および第３の面Ｓ_３の最大傾斜角θｓを＋４°とした。なお、光の入射方向は、実際例１と同様であり、各光学系の入射側の３つの端部を含む面に直交する方向、すなわち、点Ａ、点Ｂおよび点Ｃを含む面に直交する方向とした。

【0031】

図８および図９は、本実施例のシミュレーション結果を示す図である。図８（ａ）は、比較例として全面を凸曲面としたＤ－ＣＣＲ２００ａに光を入射させた場合の出射光の強度分布を示しており、図８（ｂ）は、比較例として全面を凹曲面としたＤ－ＣＣＲ２００ａに光を入射させた場合の出射光の強度分布を示している。図８（ｃ）は、本実施例の微小光学系１に光を入射させた場合の出射光の強度分布を示している。図９は、比較例として全面を凹曲面としたＤ－ＣＣＲ２００ａに光を入射させた場合の光利用効率と、本実施例の微小光学系１に光を入射させた場合の光利用効率とを示している。

【0032】

図９において、入射本数、出射本数および光利用効率の定義は、図５と同様である。図８および図９からわかるように、本実施例の微小光学系１では、比較例のＤ－ＣＣＲ２００ａに比べて光利用効率が向上する。なお、凹曲面と凸曲面との２つの比較例を比較すると、凹曲面の方が凸曲面より均一に光が拡散している。このため、本実施例のシミュレーションでは、本実施例の微小光学系１の各面を凹曲面とした。図９に示すように、凹曲面とした比較例が７０．４％の光利用効率であるのに対し、本実施例の微小光学系１では光利用効率が９５．０％に向上する。また、実施例１の図４および図５と、本実施例の図８および図９とを、比較するとわかるように、本実施例の方が実施例１に比べて、入射方向に対する角度が４０°以内の範囲において光の強度が均一化されており、光利用効率も向上している。図８および図９では、微小光学系１の全ての面を曲面とする例を説明したが、これに限らず、微小光学系１を構成する面のうち少なくとも１つの面を曲面とすることで、全ての面を平面とする場合に比べて光を拡散させることができる。

【0033】

また、高視野角を得るために、微小光学系１の表面を透明樹脂で充填してもよい。透明樹脂としては、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１を形成し、微小光学系１が形成されていない側の面すなわち裏面を、スクリーンの表面として用いてもよい。これにより、スクリーン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。