JP2007526490A - マイクロレンズアレイ・ベースの利得調整可能な透過型スクリーン - Google Patents
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Abstract
透過型スクリーンは視聴空間に映像を投影するためのマイクロレンズアレイから形成される拡散素子を含む。本スクリーンは、レンズアレイの１つ以上のレンズの構造的特徴をレンズアレイの他のレンズと比べて光が異なる方向にかつ／または異なる光学的性質で方向付けられるよう変化させることによって、改善されたクオリティの映像を作り出す。変化させる構造的特徴としては、レンズアレイのレンズのサイズ、形状、曲率、または間隔のいずれか１つ以上の特徴が含まれる。この結果、従来のスクリーンと比較して本スクリーンは、より広い視野角と、改善されたスクリーン解像度および利得とを実現すると共に、作り出された映像の中のエイリアシングまたは他のアーチファクトを軽減もしくは除去するより強い能力を獲得する。このタイプの透過型スクリーンの製造方法は、好ましくはマスタに基づくスタンピング加工を使用してマイクロレンズアレイを形成する。このアプローチを採用することによって、本スクリーンは、従来の方法と比べてより少ない製造行程で、しかもより少ないコストで製造される。
Description
本願は、２００３年６月３日に出願された米国特許出願番号10/455,769に基づく優先権を主張するものであり、その内容はこの参照により全体として本願に含まれる。
本発明は、映像を作り出す技術、特に、テレビ受像機、コンピュータ、および／または他のディスプレイ装置において映像を投影するための透過型スクリーン（light-transmission screen）に関する。本発明は、斯かるタイプの透過型スクリーンの製造方法にも関係する。
投影型システム（light-projection systems）は、コンピュータモニタ、テレビ受像機、および他の形態のディスプレイ装置において映像を作り出すために使用される。今日の市場では、リアプロジェクション型（背面投影型）システムおよびフロントプロジェクション型（正面投影型）システムといった、２つのタイプの投影型システムが入手可能である。リアプロジェクション型システムでは、光線は角度変換スクリーンの背面側に投射される。スクリーンは光線に対応する映像を、視聴者がそれを視聴することができるスクリーンの正面側に送る。逆にフロントプロジェクション型システムでは、光線はスクリーンの正面側に向けられ、そこで光線は視聴者に向けて反射される。それらの光学的特性から、リアプロジェクション型システムにおけるスクリーンは多くの場合に透過型スクリーン（transmission-type screens）と呼ばれている。
従来のリアプロジェクション型ディスプレイにおけるスクリーンは、多数の機能を実行する。第１に、これらのスクリーンは、光を映像エンジン（image engine）から視聴空間（viewing space）に分散させる。斯かる視聴空間の一例を図１（ａ）および図１（ｂ）に示す。これらの図において、角度ΦVとΦHは、スクリーンの法線方向（点線）を基準にして垂直（縦）方向と水平（横）方向に測定された視野角（viewing angles）の範囲を定める。視野角は、投影された映像の光強度が、それが法線方向で持つ値の半分の値になる場所に対応する光線１および２によって定義される。従来のスクリーンでは、角度ΦVとΦHは小さな値で一般的にそれぞれ１５°と３５°である。結果として、これらのスクリーンによって作り出される映像は狭い視聴領域に投影される。
第２に、リアプロジェクション型スクリーンは一定の最小解像度を持つ映像を作り出さなければならない。
第３に、リアプロジェクション型スクリーンは視聴者に高コントラスト映像を提供しなければならない。
第４に、リアプロジェクション型スクリーンは映像クオリティの劣化を招くおそれのあるエイリアシング（aliasing）などのアーチファクト（artifacts）を最小化しなければならない。これらの要件の各要件に対する厳密パラメータおよび仕様は各用途ごとに変わることがある。
図２ａに、前述の機能を実行する従来のリアプロジェクション型スクリーンの１つのタイプを示す。これらのスクリーンは、黒色材料から成るストライプ４によって分離された両凸型レンズ（lenticular lens）のアレイ３から形成されている。このタイプの現状の両凸型レンズアレイが生み出す解像度とコントラストは高品位デジタル映像を表示する目的にとっては不十分である。
図２ｂに従来のリアプロジェクション型スクリーンの別のタイプを示す。このスクリーンは、黒色マトリクス６に埋め込まれた複数のガラスビーズ５を含む。このタイプのスクリーンは、多くの場合にニッチ型装置（niche-type devices）であって、多くの理由から不適当であることが分かっている。これは、主に光を投射するための光学素子としてビーズを使用したことに因る。例えば、ビーズを使用して垂直方向と水平方向の両方向に異なる角度光分散パタン（angular light-distribution patterns）を作り出すことは、ビーズが全て同じ球形状と曲率を持つために困難である。この結果、光は、例えば視聴者が全くいない天井といった不要なエリアに向けられる。その上、このタイプのスクリーンの製造に伴う難しさから、ビーズが全く存在しない（“ドロップアウト”）エリアを含むなどビーズの配置が不均一になる結果がもたらされる。
以上の考察から、従来のスクリーンの欠点を克服する透過型スクリーン、特に、投射光のコントロールをより安価に強化する光拡散素子を使用し、しかも従来のスクリーンと比較して製造工程の数を大きく減らした上で、改善されたクオリティを有する映像を作り出す透過型スクリーンが必要とされていることは明白である。
本発明の目的は、従来のスクリーンの欠点を克服する透過型スクリーンを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、従来のスクリーンによって作り出される映像と比較して改善されたクオリティを有する映像を作り出す透過型スクリーンを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、垂直方向と水平方向における視野角の独立なコントロールを実現することにより映像クオリティを改善する透過型スクリーンを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、従来のスクリーンによって達成可能な解像度よりも高い解像度を実現することによって映像クオリティを改善する透過型スクリーンを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、従来のスクリーンによって達成可能な利得（gain）よりも高い利得を実現することによって映像クオリティを改善する透過型スクリーンを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、従来のスクリーンと比較してエイリアシング（aliasing）および他の映像アーチファクト（artifacts）をより効率的に除去することによって映像クオリティを改善する透過型スクリーンを提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、従来のスクリーンよりも強いコントロールで光を視聴エリアに投射する拡散素子を使用して上記目的の１つ以上の目的を達成することにある。
本発明のもう１つの目的は、一部のレンズが異なる方向にかつ／または他とは異なる光学的性質の光を投射するように個々のレンズの構造的特徴に変化を付けたマイクロレンズアレイを含む拡散素子を使用して、このより強いコントロールを実現することにある。
本発明のもう１つの目的は、上記目的の１つ以上の目的を満足する透過型スクリーンを製造する方法を提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、透過型スクリーンの製造方法であって、従来のスクリーンと比較して十分少ない製造行程でより経済的に実施することができる製造方法を提供することにある。
本発明の上記目的および他の目的を達成する手段の具体的な形態として、光を投射するためのレンズアレイを含む透過型スクリーン（light-transmission screen）であって、所定の視聴エリアを確保するためにそのレンズアレイの少なくとも１つの部分に亘り隣接するレンズの間隔が不均一になっている、ことを特徴とする透過型スクリーンが提供される。
もう１つの形態として、本発明は、光を投射するためのレンズアレイを含む透過型スクリーンであって、このスクリーンによって所定の利得が所定の視聴エリア全体で示されるようにレンズアレイの各レンズ毎に少なくとも１つのパラメータが独立に設定されている、ことを特徴とする透過型スクリーンを提供する。
もう１つの形態として、本発明は、光を投射するためのレンズアレイを含む透過型スクリーンであって、このスクリーンによって所定の利得が所定の視聴エリア全体で示されるようにレンズアレイの各レンズ毎に少なくとも１つのパラメータが独立に設定されている、ことを特徴とする透過型スクリーンを提供する。
もう１つの形態として、本発明は、第１グループのレンズを含む第１領域と第２グループのレンズを含む第２領域とを含む透過型スクリーンであって、第１グループのレンズが第２グループのレンズとは異なる方向に光を投射するように第１グループのレンズは第２グループのレンズとは構造的に異なっている、ことを特徴とする透過型スクリーンを提供する。
本発明は、上記特徴の少なくともいずれか１つの特徴を有する透過型スクリーンを製造するための方法も提供する。１つの形態として、本発明の方法は、透光性基板を用意し、その基板の一表面をマスク層（mask layer）でコーティングし、そのマスク層上にマイクロレンズアレイを形成し、そのマスク層に開口（apertures）を設け、その際に各々の開口はレンズアレイの１つ以上のレンズからの光を受けられるよう位置合わせされる、ことを特徴とする。マイクロレンズアレイは好ましくは、マスタ（master）を使用するスタンピング加工（stamping operation）に基づいて形成される。オプションとして、本方法は基板の（マスク層とレンズアレイが形成されている側とは）反対側の表面に反射防止コーティングを施す工程を含む。
もう１つの形態として、本発明は、上記製造方法とはマスク層とレンズアレイが基板の異なる側に形成される点を除いて類似している、透過型装置を製造するための方法も提供する。
もう１つの形態として、本発明は、透過型装置を製造するための方法であって、透光性基板上にマイクロレンズアレイを形成し、レンズアレイとは反対側の基板表面を接着剤でコーティングし、その接着剤を例えばＵＶ光で硬化させ、その接着剤全体の上にマスク層を形成する、ことを含む透過型装置の製造方法も提供する。接着剤のＵＶ光が照射された部分は除去されるがＵＶ光が照射されなかった部分は残る。結果として、マスク層は開口（ＵＶ光が照射された部分）を除く接着剤層の未照射部分の上にのみ形成される。
本発明は、透過型スクリーンであって、このタイプの従来のスクリーンと比較して改善されたクオリティを有する映像を作り出すものである。本発明のスクリーンは、テレビ受像機およびコンピュータモニタといったリアプロジェクション型システムにおいて映像を作り出すのに特に適しており、ここでは説明目的のためこの文脈において以下説明される。しかしながら、本発明のスクリーンは、限定はされないが、光を広いエリアおよびソーラパネル全体に均一に拡散する拡散板（diffusers）および他の回折光学系を含む他の用途に使用される場合がある。
図３に、所定の視聴エリア内に映像を投影するための複数のレンズ１００を含む透過型スクリーンを示す。これらのレンズは、マイクロレンズアレイに形成されるが、その構造の更なる詳細については後述される。ここでは説明目的のため、レンズは５つの領域にグループ分けされる。まず領域１０１と１０２はスクリーンの両横側に沿って配置される。２つの領域１０３と１０４は、スクリーンの最上部と最下部に沿って配置される。１つの領域１０５は、スクリーンの中央部に配置される。ここでは５つの領域のみが示されているが、当業者であれば視聴者に完全な映像を提供するためにスクリーン全体がレンズで満たされる場合があることは理解できよう。
本発明によれば、投影された映像のクオリティを改善し、スクリーンの有効視聴範囲を広げ、映像のアーチファクトを減らし、かつ／または多数の他の目的のいずれかを達成するために、スクリーンのレンズは構造的に変化を付けられることがある。構造的変化は、スクリーンの１つの領域または異なる領域におけるレンズの間に存在する場合がある。各構造的変化は、本発明のスクリーンの異なる実施形態に対応するよう個別に採用される場合がある。さらに、これらの変化は、上述した映像クオリティの目的、視聴範囲の目的、またはアーチファクト防止の目的のうち１つ以上の目的を達成するよう組み合わされることがある。
図４に、本発明の透過型スクリーンの一実施形態においてレンズがどのように構造的に変化を付けられることがあるかを示す。この実施形態では、少なくとも２つのレンズは非球形状を有する。図示された例において、レンズ１２０および１２２は実質的に楕円形である。しかし、レンズは必要に応じて他の非球形状または曲率を有する場合がある。また、非球形レンズは互いに隣接したり、あるいは同一もしくは異なる形状を持つ１つ以上のレンズで隔てられる場合がある。
図５に、本発明の透過型スクリーンの別の実施形態においてレンズがどのように構造的に変化を付けられることがあるかを示す。この実施形態では、少なくとも２つのレンズは非球形状を有するだけでなく非対称でもある。非対称性は、１つ以上の軸に沿って存在する場合、またはレンズは形状が不規則になるよう完全非対称になる場合がある。図示された例では、レンズ１３０と１３２は実質的に卵形で、従ってレンズを貫通する水平軸に関して非対称である。また、非対称レンズは互いに隣接している場合がある、または同一もしくは異なる形状を持つ１つ以上のレンズで隔てられている場合がある。
図６に、本発明の透過型スクリーンの別の実施形態においてレンズがどのように構造的に変化を付けられることがあるかを示す。この実施形態では、少なくとも１つのレンズは球形状または半球形状を有し、少なくとももう１つのレンズは非球形状もしくは非球形非対称形状を有する。図示された例では、レンズ１４０は半球形状を有し、レンズ１４２は唯一の軸に沿って非対称である。代わりに、レンズは形状が不規則になるよう完全非対称になる場合がある。レンズは互いに隣接している場合がある、または同一もしくは異なる形状を持つ１つ以上のレンズで隔てられている場合がある。
図７に、本発明の透過型スクリーンの別の実施形態においてレンズがどのように構造的に変化を付けられることがあるかを示す。この実施形態では、全てのレンズは球形状または半球形状であるが、しかしそれらの曲率半径は異なる。図示された例では、レンズ１４５と１４９はレンズ１４６と１４７の半径Ｒ2よりも大きな半径Ｒ1を有する。これらのレンズは、互いに隣接している場合、または同一もしくは異なる曲率を持つレンズで隔てられている場合がある。半球形レンズ１４８は、様々な曲率半径のレンズが単一のレンズアレイ内においてそれらの間隔に関しても変化を付けられることがあることを示すために提供されている。
図８に、本発明の透過型スクリーンの別の実施形態においてレンズがどのように構造的に変化を付けられることがあるかを示す。この実施形態では、少なくとも２つのレンズは異なるサイズと／または異なる形状を有する。サイズの違いは例えば直径、高さ、および／または厚みの違いを指す場合がある。図示された例では、レンズ１５０、１５１、および１５２は３つとも全て寸法が異なる。レンズ１５３、１５４、および１５５はレンズの形状がどのように異なる場合があるかの例を示したものである。レンズ１５３、１５４、および１５５はそれぞれ、正方形形状、三角形形状、多角形形状である。レンズは互いに隣接している場合がある、または同一もしくは異なる形状を持つ１つ以上のレンズで隔てられている場合がある。
図９に、本発明の透過型スクリーンの別の実施形態においてレンズがどのように構造的に変化を付けられることがあるかを示す。この実施形態では、レンズの充填配列（packing arrangement）は所望の効果が得られるよう選ばれる。例えば、間隔は所望の効果が得られるよう１つ以上の方向に変化を付けられる場合がある。図示された例では、レンズ１６１〜１６３は互いに境を接しており、レンズ１６３と１６４は距離Ｄだけ隔てられている。必要に応じ、レンズは所望の充填配列が得られるよう水平方向と垂直方向に変化を付けられる場合がある。六角形配列が好ましいことが見出されているが、正方形または五角形の充填配列を含む他の配列も可能である。
図１０に、本発明の透過型スクリーンの別の実施形態においてレンズがどのように構造的に変化を付けられることがあるかを示す。この実施形態では、レンズは均一またはランダムに重なり合う。図示された例では、レンズ１７１〜１７３は均一な量、例えば１０％だけ、重なり合っている。
図１１にレンズの別の重なりパタンを示す。このパタンは３列のレンズを含む。第１列および第２列のレンズ１８０と１８１は隣接するが重なり合わない球形状または半球形状のレンズを含む。第１列および第２列のレンズの中心は、距離Ｘpだけ離れていることがある。第３列のレンズ１８２は、第１列および第２列のレンズと所定量だけ重なり合う。好ましくは、第２列における各々のレンズは第１列の２つのレンズと第２列の２つのレンズと同じ量だけ重なり合う。重なりの度合い、均一度、およびパタンは、任意の所望する効果が得られるよう変えられることがある。球形または半球形レンズを使用することが好ましいが、必要に応じて非球形かつ／または非対称レンズが重なりパタンに使用される場合がある。また、レンズは充填比（fill factors）が９５％以上の六角形充填スキームに従って配列されることがある。
図１２にレンズの別の重なりパタンを示す。この例では、重なり合うレンズはマトリクス（行列）１９０の形に配列されている。このマトリクスにおいて、レンズは少なくとも１方向に、場合によっては２方向に、互いにランダムに重なり合う。この配列はレンズの中心を１つ以上の軸に沿ってレンズ間間隔の所定量（例えば２０％）までずれることを許すことによって実現することができる。斯かるランダムなレンズパタンを作り出すため以下のような工程が踏まれることがある。
第１に、レンズアレイのレンズ数の他に、レンズアレイの各レンズのサイズおよび初期間隔を含む初期パラメータが選ばれる。例えば、各々のレンズは直径６０ミクロンで、それらの中心が水平方向に５０ミクロン離れ垂直方向に３０ミクロン離れるように間隔が置かれることがある。また、レンズは例えば２０×２０のマトリクスに配列される場合がある。
第２に、各レンズ毎にその中心に対するベクトルが計算される。ベクトルの水平成分は−１０ミクロン乃至＋１０ミクロンの範囲の乱数でよく、垂直成分は−６ミクロン乃至＋６ミクロンの乱数でよい。各レンズの中心は計算されたベクトルに基づいて最初の位置からずらされる場合がある。
第３に、レンズの新しく計算された中心はマスタ（master）をパタン形成するための基準として使用される。マスタは、より詳細に後述される方法で、重なり合うレンズから成る２０×２０パタンの１つ以上の複製を含むマイクロレンズアレイを形成するために使用される。初期パラメータは、レンズが異なる仕方で重なり合ったりまたは全く重ならないパタンを含む所望する任意のレンズパタンを実際に作り出すために変化を付けられることがある。さらに、パタンのサイズは上述した２０×２０のパタンに限定はされない。このパタンは例えば消費需要に応えるべくマイクロレンズアレイが所望される量だけ大量生産できるようにマスタローラ（master roller）上に形成される場合がある。
図１３に、本発明に基づく半径２５ミクロンのレンズの非球形レンズデザインを構築するための手引きとして使用されることがある断面（profile）曲線のグラフを示す。このグラフには、曲率のレンズ半径に対するレンズの高さがプロットされている。以下の表はこの曲線に沿った値を示したものである。レンズは動径（半径）方向に対称的なので断面（profile）情報のみが与えられる。レンズ全体をイメージするには、断面曲線をｙ軸の周りに回転させればよい。このグラフの断面曲線を使用することによって、マイクロレンズアレイは、ｘ方向に３５ミクロンかつｙ方向に２２ミクロンのレンズ間隔を有するマトリクスの形に構築されることがある。斯かるマトリクスは、レンズの中心がプラスまたはマイナス２０％のランダムファクタ（randomized factor）を持つ修正された六角形充填配列も有することがある。斯かるファクタはレンズが１つ以上の方向に重なり合うマトリクスを形成する場合がある。
高さ（μｍ） 構造の半径（μｍ）
２５．０ １．０
２４．９ ２．０
２４．７ ３．０
２４．５ ４．０
２４．２ ５．０
２３．７ ６．０
２３．１ ７．０
２２．４ ８．０
２１．４ ９．０
２０．２ １０．０
１８．６ １１．０
１６．７ １２．０
１４．３ １３．０
１１．４ １４．０
７．９ １５．０
３．５ １６．０
０．０ １７．０
２５．０ １．０
２４．９ ２．０
２４．７ ３．０
２４．５ ４．０
２４．２ ５．０
２３．７ ６．０
２３．１ ７．０
２２．４ ８．０
２１．４ ９．０
２０．２ １０．０
１８．６ １１．０
１６．７ １２．０
１４．３ １３．０
１１．４ １４．０
７．９ １５．０
３．５ １６．０
０．０ １７．０
本発明に係る上述した実施形態のスクリーンは、所望する任意の方法で組み合わされる場合がある。例えば、レンズの形状、曲率、間隔、および／またはサイズに変化を付けることは、映像クオリティを改善し、視野角を広げ、２つ以上の方向（例えば垂直方向および水平方向）で視野角を独立にコントロールし、エイリアシング（aliasing）もしくは他の望ましくない映像アーチファクト（artifacts）をコントロールもしくは軽減もしくは除去するための基本として用いられることがある。以下、特定の例について説明する。
図１４に、レンズの曲率が水平方向においてスクリーンの中心からスクリーンの端に向かって減少する透過型スクリーンの一例を示す。このレンズパタンによって、水平方向に広い視野角θHが実現される場合がある。この角度は例えば、スクリーンに垂直な法線方向から±７０°に及ぶ場合があり、それは従来の透過型スクリーンによって実現可能な視野角よりも十分大きい。必要に応じて、レンズの曲率は垂直方向においてより小さく変化が付けられることがある。例えば、スクリーンの法線方向から±１５°に及ぶ視野角θHが実現される場合がある（図１５参照）。あるいは、レンズの曲率がスクリーンの中心から周縁まで漸進的に変化する代わりに、スクリーン中央部に位置するレンズは全て同じ構造的なデザインを有する場合がある。この場合、外側のレンズ（例えばスクリーン端部に沿ったレンズ）は視野角を広げるために曲率に変化が付けられることがある。
他の改善を実現する構造的な変化も可能である。例えば、スクリーンレンズの構造は、視聴エリア内に所定の利得（gain）を実現するよう変化を付けられる場合がある。利得という用語は、ランベルトスクリーン（Lambertian screen）として知られている効果に基づく光強度の比を指す。ランベルトスクリーン効果は、スクリーンの小さなエリアにおける光強度があらゆる角度で均一に分布するときに起こる。スクリーン利得とは、視聴者が位置する任意のポイントにおける光強度とそのポイントにおけるランベルトスクリーンとの比を指す。当業者であれば、この利得は１より大または小になる場合があることは理解できよう。
本発明の別の実施形態によれば、スクリーンの１つ以上の領域におけるレンズは視聴エリア内に所望の利得を実現すると見られる方法および／または方向に光線を投射するよう構造的に変化を付けられることがある。これは、例えば、スクリーンの１つの特定の方向に別の方向よりも光強度の強い光が向けられるようレンズを形成することによって成し遂げることができる。これらの構造的変化を通じて、例えばリアプロジェクション型システムに含まれる透過型スクリーンは、多種多様な環境光条件においてデジタル映像エンジンから投射された映像を快適に視聴するのに十分な利得を実現するようデザインされる場合がある。
本発明の別の実施形態によれば、スクリーンの１つ以上の領域におけるレンズは光を水平方向および／または垂直方向において適切な半パワー半角度（half-power half-angle）に供給するよう変化を付けられることがある。これは、例えば、所望する方向における映像エンジンからの光の角度分散を作り出す非球形かつ／または非対称レンズを使用することによって成し遂げることができる。このタイプのレンズを使用することにより、光を異なる方向に違いを付けて分散させることが可能である。
図１６に、上述したいずれかの構造的変化を有するマイクロレンズアレイを含む透過型スクリーンの断面図を示す。このスクリーンは少なくとも実質的に平行かつエアギャップ２０４によって隔てられた第１および第２の光学層（optical layer）２００と２０２を含む。第１の光学層はフレネル（Fresnel）レンズの形のコリメータ２０１を含む。このレンズは映像エンジン２０８からの入射光２０６をコリメート（平行化）された光線２１０に変換する。フレネルレンズ２０１の代わりにホログラフィック光学素子といった他のタイプの光コリメータが使用される場合がある。
第２の光学層は、（光線の）入射面に沿って配置された複数のレンズ２２１〜２２７を含む拡散板（diffuser）２１２である。これらのレンズは様々な透光性材料の任意の材料から製作されてよい。複数の開口２５５を含むマスク層２５０は基板の（光線の）出射側に形成される。マスク層は黒色マスクで、開口は好ましくはそれぞれの対応するレンズの射出瞳（exit pupil）と正確に位置が揃うよう位置合わせされる。このように開口を位置合わせすることは有益である。というのは、そうすることによりコントラストが増大し、反射光が減少し、かつプロジェクション型システム内から視聴者への迷光（stray light）の伝播が防止されるからである。位置合わせされた開口は好ましくは米国特許出願公開第10/452,238号明細書「マスクの開口が正確に位置合わせされたマイクロレンズアレイとその製造方法（Micro-Lens Array with Precisely Aligned Aperture Mask and Methods of Producing Same）」に開示された技術を使用して形成される。この米国特許出願の開示内容は参照により本願に援用される。また、示されたように、マイクロレンズアレイは、必要に応じて球形／半球形、非球形、および非対称レンズの組み合わせとして形成される他に、様々な曲率半径、直径、間隔、および他のサイズ的な違いを持つレンズを有する場合がある。
所望の解像度を実現するため、図１７に、マスク層の複数の開口２５５を通過する光がスクリーンの１ピクセルに対応するようにスクリーンが製作されることがあることを示す。１ピクセル当たりのレンズ数を変えることによって、従来のスクリーンと比べて改善されたクオリティの映像を作り出す望ましいスクリーン解像度が実現される場合がある。さらに、１ピクセル当たりのレンズ数または開口数は、投影されているデジタル映像のオーバサンプリング（oversampling）を達成するよう選ばれることがある。このオーバサンプリングは好ましくは、結果映像におけるエイリアシング効果を防止するためにナイキストレート（Nyquist rate）以上で実行される。実施の一例として、オーバサンプリングはナイキストレートの２または３倍で実行される。１０倍のオーバサンプリングのスクリーンでは、１ピクセル当たり１００個のレンズが提供される。
上述したコントロール技術に加えて、あるいはその代わりに、スクリーン解像度はレンズのサイズによってコントロールされる場合がある。デジタル映像エンジンに対しては、半径が２０ミクロン程度の球形または半球形レンズが使用されることがある。また、レンズサイズはエイリアシング効果を除去するよう選ばれることがあり、レンズアレイは他のタイプの映像アーチファクトを取り除くためにランダム化されることがある。
リアプロジェクション方式のテレビ受像機またはモニタの用途では、スクリーンの設計視野角より広い角度に光を向けることが望ましい場合がある。例えば、リアプロジェクション型スクリーンは±７０°の水平視野角を持つようデザインされることがあるが、視聴者が±７０°を超えたところに位置するときにテレビ受像機またはモニタが動作中であるかどうかを言えるよう、スクリーンが±７０°より大きな角度にある程度の量の光を向けることが望ましい場合がある。設計視野角より大きな視野角に向けられる光の量は、テレビ受像機またはモニタが動作中であることを視聴者に分からせるのに必要とされるだけの量であることだけが必要である。本発明のスクリーンの個々のレンズは、この結果を実現するために上述した技術を使用して設定されることがある。
図１８に、例えば図１６に示されたような透過型スクリーンを製造するための方法に含まれる工程のフロー図を示す。また同一または類似の参照符号が適用できるところに使用されている。本方法の様々な段階が図１９ａ〜図１９ｅに示されている。本方法は最初の工程として、所望するレベルの機械的安定性を実現するのに十分な厚みのポリカーボネート（polycarbonate）製またはアクリル樹脂製の基板を用意することを含む（ブロック３８０および図１９ａ）。
第２の工程は、基板の第１表面３１０を黒色マスク材料の薄層３２０でコーティングすることを含む（ブロック３８１および図１９ｂ）。この薄層の厚みは採用される材料に応じて変わることがあるが、２５０ｎｍ程度が好ましいことが見出されている。コーティング技術としては、電子ビーム真空蒸着法（e-beam vacuum deposition）、スパッタリング法、化学気相成長法（chemical vapor deposition）の他、他の薄膜積層技術も含む。
第３の工程は、マスク層上にマイクロレンズアレイがそれから複製される材料３６０を塗布することを含む（ブロック３８２）。この材料は、例えば、感光性樹脂（photopolymer epoxy）、ポリカーボネート、またはＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）もしくはその他の樹脂でよい。材料層３６０はレンズアレイの個々のレンズを成型するためにパタン形成（パターニング）される（ブロック３８３および図１９ｃ）。このパタン形成工程は様々な方法の任意の方法を使用して実行できる。例えば、このパタン形成工程はその上にレンズパタンを含むマスタ（master）によって実行されるスタンピング加工（stamping operation）に基づいて実行されることがある。ここで使われる“スタンピング（stamping）”は、感光性樹脂上で形状を形成（成型）し、その感光性材料を硬化させるプロセスを広くカバーし、“スタンパ（stamper）”は斯かる形状を形成するために使用される任意のツールを広くカバーする。材料層３６０をパタン形成するためにエンボス加工（embossing）を含む他の方法も採用されることがある。このようにパタンを形成することによって、アレイの２つ以上のレンズは、所望のスクリーン解像度または映像クオリティを実現し、エイリアシングを防止し、所望の視聴範囲を画定するなどするため、上述した技術の任意の技術に基づいて構造的に変化を付けられることがある。
第４の工程は、マスク層に開口３７０を形成することを含む（ブロック３８４および図１９ｅ）。これはパルスレーザ放射３７５（図１９ｄ）をレンズの湾曲面を通るよう導くことによって実行できる。このレーザ放射は、レンズの他の機能（features）にダメージを与えたり、あるいは基板を支持することなくマスク層に所望の幅を持つホールを開けるのに十分なエネルギーを持つパルスである。好ましくは、このレーザは１０ｍＪ程度のエネルギーを持つパルスである。
オプションとしての第５の工程は、基板の反対側の表面３９５に反射防止コーティング３９０を形成することを含む（ブロック３８５および図１９ｅ）。
図２０に、上述した構造的変化のいずれか任意の変化を有するマイクロレンズアレイを含む別の透過型スクリーンの断面を示す。このスクリーンは、マスク層４００とレンズアレイ４１０がそれぞれ透光性基板４２０の互いに反対側の表面に提供される点を除き、図１５に示されたスクリーンと類似している。マスク層の開口４３０は、レンズアレイの１つ以上のレンズからの光を投射するように既に述べたように位置合わせされることがある。
図２１に、図２０に示された透過型スクリーンを製造するための方法に含まれる工程のフロー図を示す。本方法では、マスク層４００とレンズ４１０はそれぞれ基板４２０の互いに反対側に形成されている。図２２ａ〜図２２ｄに、本方法の様々な段階で得られる結果を示す。本方法の最初の工程は、所望するレベルの機械的安定性を実現するのに十分な厚みの例えばポリカーボネート製またはアクリル樹脂製の基板を用意することを含む（ブロック５００および図２２ａ）。
第２の工程は、マイクロレンズアレイが透光性基板の表面４３０上にそれから形成される材料４４０を塗布することを含む（ブロック５１０）。この材料は、例えば、感光性樹脂（photopolymer epoxy）、ポリカーボネート、またはＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）樹脂でよい。材料層４４０はレンズアレイの個々のレンズを成型するためにパタン形成される（ブロック５２０および図２２ａ）。このパタン形成（パターニング）工程は様々な方法の任意のものを使用して実行できる。好ましくは、このパタン形成工程はその上にレンズパタンを含むマスタ（master）によって実行されるスタンピング加工（stamping operation）に基づいて実行される。このようにパタンを形成することによって、アレイの２つ以上のレンズは、所望のスクリーン解像度または映像クオリティを実現し、エイリアシングを防止し、所望の視聴範囲を画定するなどするため、上述した技術の任意の技術に基づいて構造的に変化を付けられることがある。
第３の工程は、基板の第２表面４５０を黒色マスク材料から成る薄層（薄膜）４６０でコーティングすることを含む（ブロック５３０および図２２ｂ）。この薄層の厚みは、採用される材料に応じて変わることがあるが、２５０ｎｍ程度が好ましいことが見出されている。コーティング技術としては、電子ビーム真空蒸着法（e-beam vacuum deposition）、スパッタリング法、化学気相成長法（chemical vapor deposition）の他、他の薄膜積層技術も含む。
第４の工程は、マスク層に開口４７０を形成することを含む（ブロック５４０および図２２ｄ）。これは、パルスレーザ放射４８０（図２２ｃ）をレンズの湾曲面を通るよう導くことによって実行できる。このレーザ放射は、レンズの他の機能（features）にダメージを与えたりあるいは基板を支持することなくマスク層に所望の幅を持つホールを開けるのに十分なエネルギーを持つパルスである。好ましくは、このレーザは１０ｍＪ程度のエネルギーを持つパルスである。
オプションとしての第５の工程は、ポリカーボネートまたは他の材料から成る透光性層４９０をマスク層に取り付けてレンズスクリーンの機械的安定性を強化することを含む（ブロック５５０および図２２ｄ）。
図２３に、図２０に示された透過型スクリーンを製造するための別の方法に含まれる工程のフロー図を示す。図２４ａ〜２４ｄは、本方法の様々な段階で得られる結果を示している。本方法は、最初の工程としてスタンピング加工を使用してレンズアレイ６１０を成型することを含む（ブロック７００および図２４ａ）。
第２の工程は、アレイの反対側の表面６２０に例えばＵＶ硬化性接着剤といった光硬化性接着剤６３０でコーティングすることを含む（ブロック６１０および図２４ｂ）。光硬化性接着剤は、好ましくはその接着特性がＵＶ光で照射されると影響を受けるもの、特に、ＵＶ光で照射されると接着性を失う光硬化性接着剤が適している。
第３の工程は、光線６３０をレンズアレイを通るよう導くことを含む。所定の周波数および強度の光に晒されると接着性を失う光硬化性接着剤６３０が使用される場合、光線は接着剤層の光線に照射される部分が接着性を失うのに十分な周波数（例えばＵＶ光）と強度を有する（ブロック６２０および図２４ｃ）。
第４の工程は、接着剤層全体の上に黒色マスク材料の層６５０を積層することを含む。第３の工程の結果、マスク材料は未照射部分にのみに接着し、従ってマスク層の開口が取り残される（６３０および図２４ｄ）。
本発明の透過型スクリーン製造方法の上述した全ての実施形態において、レンズと開口との間には１対１対応が存在していた。つまり、各開口はそれぞれの対応する唯一のレンズからの光線を放出することが示される。スクリーン解像度を高めるためかつ／またはエイリアシングもしくは他の映像アーチファクトを軽減するため、レンズおよび開口は各開口が複数のレンズからの光を放出するよう形成される場合がある。
本発明の上述した実施形態の他の修正および変更は、以上の開示内容から当業者には明らかであろう。つまり、ここでは一部の実施形態のみが具体的に説明されてきたが、それらの実施形態の多数の修正および変更が本発明の技術思想および技術範囲を逸脱することなく実施することができることは明らかであろう。
Claims (21)
- 光を投射するためのレンズアレイを備える透過型スクリーンにおいて、前記レンズアレイのレンズは、レンズの同心円状アレイと、この同心円状アレイから間隔を置いたレンズのｘ／ｙアレイとを形成するよう敷き詰められている、ことを特徴とする透過型スクリーン。
- 前記ｘ／ｙアレイのレンズは、前記同心円状アレイのレンズよりも当該透過型スクリーンの端部により近いことを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーン。
- 前記レンズアレイに光学的に結合した、かつ前記レンズアレイの視聴側に配置されたマスク層を更に具備し、このマスク層は複数の開口（アパーチャ）を具備する、ことを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーン。
- 前記レンズアレイは、基板の第１表面上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の透過型スクリーン。
- 前記マスク層は、基板の前記第１表面とは反対側の第２表面に結合していることを特徴とする請求項４に記載の透過型スクリーン。
- 前記マスク層の各開口は、前記レンズアレイのそれぞれの対応するレンズと位置が揃っていることを特徴とする請求項３に記載の透過型スクリーン。
- 当該透過型スクリーンの半パワー半角度は、少なくとも１２°であることを特徴とする請求項３に記載の透過型スクリーン。
- 基板の前記第１表面とは反対側の第２表面上に形成された反射防止機構を更に具備することを特徴とする請求項４に記載の透過型スクリーン。
- 光を投射するためのレンズアレイを備える透過型スクリーンにおいて、
前記レンズアレイは３列のレンズから成り、第１列のレンズと第２列のレンズは互いに重なることなく隣接しており、第３列のレンズは前記第１列および第２列のレンズと所定量だけ重なっている、ことを特徴とする透過型スクリーン。 - 前記第３列のレンズは、前記第１列における２つのレンズと前記第２列における２つのレンズと同じ量だけ重なっていることを特徴とする請求項９に記載の透過型スクリーン。
- 前記レンズアレイに光学的に結合した、かつ前記レンズアレイの視聴側に配置されたマスク層を更に具備し、このマスク層は複数の開口（アパーチャ）を具備する、ことを特徴とする請求項９に記載の透過型スクリーン。
- 前記レンズアレイは、基板の第１表面上に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の透過型スクリーン。
- 前記マスク層は、基板の前記第１表面とは反対側の第２表面に結合していることを特徴とする請求項１２に記載の透過型スクリーン。
- 前記マスク層の各開口は、前記レンズアレイのそれぞれの対応するレンズと位置が揃っていることを特徴とする請求項１１に記載の透過型スクリーン。
- 基板の前記第１表面とは反対側の第２表面上に形成された反射防止機構を更に具備することを特徴とする請求項１２に記載の透過型スクリーン。
- 光を投射するためのレンズアレイを備える透過型スクリーンにおいて、
前記レンズアレイは水平方向と垂直方向に広がっており、レンズの曲率は水平方向においてアレイの中心から端部に向かって減少し、垂直方向ではアレイの中心から端部に向かって水平方向にアレイの中心から端部に向かって減少する割合よりも小さな割合で減少するよう設定されている、ことを特徴とする透過型スクリーン。 - 前記レンズアレイに光学的に結合した、かつ前記レンズアレイの視聴側に配置されたマスク層を更に具備し、このマスク層は複数の開口（アパーチャ）を具備する、ことを特徴とする請求項１６に記載の透過型スクリーン。
- 前記レンズアレイは、基板の第１表面上に形成されていることを特徴とする請求項１７に記載の透過型スクリーン。
- 前記マスク層は、基板の前記第１表面とは反対側の第２表面に結合していることを特徴とする請求項１８に記載の透過型スクリーン。
- 前記マスク層の各開口は、前記レンズアレイのそれぞれの対応するレンズと位置が揃っていることを特徴とする請求項１７に記載の透過型スクリーン。
- 基板の少なくとも１つの表面上に形成された反射防止機構を更に具備することを特徴とする請求項１８に記載の透過型スクリーン。
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