JPS60159734A - 光透過板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、前部平面に多数の細長い畝を順次に左右に隣
接させて互いに平行に配列して相互間にそれぞれ溝を形
成した基板を備えた光透過板に関し、特に、前部表面に
おける外光の反射を防止するようにしたものである。

（従来技術） 米国特許第３．２１８．９２４号明細書には、前部およ
び背部の平坦面を有する透明基板を備えた光透過板が開
示されている。この従来の光透過板においては、基板の
前部平坦面に、互いに平行の細長い光制御素子すなわち
畝を備えており、それらの畝は、左右に隙間をあけて、
細長い■字形もしくは似た形の谷すなわち溝を相互間に
形成している。

茶畝は、二つの端面と二つの側面とを有する透明な一体
素子をなしており、特に、基板に接した細長い平坦な背
面とその背面に対向した前面とを有している。その前面
と背面とは、背面から展張して、一般に前面に向い収斂
して傾斜した相対向する細長い一対の側面によって連結
されている。茶畝は、背面から進入して基板の前面に対
し垂直に進行する光線、すなわち、作用光線が湾曲した
所定の畝の前面からのみ出ていくような寸法になってい
る。したがって、畝の他の面すなわち側面からは作用光
線が外へ出ていかないように設計し設定されている。

かかる光透過板は光像の表示に使用することができ、背
面投写スクリーンと組合わせることができ、テレビジョ
ン画像、映画、あるいは、陰極線管のような像光源から
投写して基板内で結像させた画像を拡大して表示するの
に用いることができる。

しかして、背面投写スクリーンと組合わせる場合には、
上述の光学系を、その前面から離隔してその光学系内で
結像した投写像を被視する被視者に平行に茶畝が延在す
るようにして配設する。その際、この光学系の前面は、
屈折作用をなして、被視音列に平行な方向における投写
光像の光強度を制御する。したがって、その前面は、凸
面もしくはその他の形状をなして、所望の横方向光強度
制御を達成し得るようにする。なお、被視者に向う方向
における光像の光強度は周知の拡散手段により制御する
。

かかる光学系は、光像の拡大を行なうと否とには拘わり
なく、周囲可視光内に曝されて動作するのであるから、
系の前面にあける周囲光の反射を低減するのが望ましく
、かかる周囲光の低減を行なえば、例えば、投写して系
内で結像したテレビジョン画像のコントラスト低下が軽
減される。

この周囲光低減は、茶畝の作用上光学的に不透過の側面
を黒化することによって達成される。ここに云う黒化に
は、電磁波の可視スペクトルにおけるあらゆる波長に対
して光学系の前面における鏡面反射および散乱性反射の
両方を低減する手段が含まれる。換言すれば、黒化には
、周囲可視光を吸収する手段を設けることも含まれる。

また、黒化手段には、例えば５０ミクロン程度の薄い、
黒インクやグリースのような光吸収層を、溝を形成する
畝の側面のほぼ全面に設けることも含まれる。この光吸
収層は、塗布、ローラその他の周知の被覆技術により側
面に密接して設けることができる。しかしながら、かか
る周知の黒化手段は、畝の側面の比較的広い全面積に亘
り密接させた黒色層により作用光線が不所望の吸収性減
衰を受ける、と言う重大な欠点を有しており、かかる減
衰は光学系の透過効率を低下させることになる。

前面に畝の列を設けた光透過板は、屈折の原理を利用し
て、この光学系内を通過する作用光線の方向を制御する
内部全反射現象の条件を満たしている。この内部全反射
の条件は、一般に、畝の側面で満たされ、畝の前面では
満されない。

しかして、第１の屈折率ｎ１を有する例えばアクリル樹
脂のような緻密な媒質が第２の屈折率ｎ２を有する例え
ば空気のような第２の媒質と接する場合には、スネルの
法則に従って臨界角θ。が決定される。特に、臨界角θ
。をθ。−ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ、）とすると、合成
樹脂媒質中を進行して合成樹脂−空気量界面に臨界角θ
。より大きい角度θで入射した光線は、光学的に緻密な
合成樹脂中に全反射されて戻ることになる。

また、光吸収層が、溝を形成する畝の側面に密着して物
理的に、したがって、光学的に接触している場合には、
第２の媒質すなわち空気の屈折率が増大し、それに伴っ
て臨界角が増大すると、全反射が生ずる角度θの範囲が
減少することになる。

（発明の目的） 本発明の目的は、臨界角を保持するとともに従来より改
善された透過効率をもって、作用光線に対する内部全反
射と周囲光に対する効果的な吸収とを同時に達成した光
透過板を提供することにある。

（発明の構成） 本発明光透過板は、冒頭に述べた種類の光透過板におい
て、前記溝にそれぞれ多量の吸光粒子を充填したことを
特徴としている。この吸光粒子は、左右に間隙を設けた
畝の相互間に形成した溝内に緩く充填しであるので、吸
光粒子の外側部分は、一般に、基板の背面から離隔した
位置に配設しである。

したがって、吸光粒子は、個々の粒子が周囲可視光に対
して高度に吸光性であるような化学的組成を有していけ
ればならない。さらに、吸光粒子は、それぞれ、溝を形
成する畝の側面に直接に接する粒子が物理的に最小限の
接触、例えば点接触をし、したがって、畝の側面とは光
学的に最小限の接触をするような形状を有していなけれ
ばならない。個々の吸光粒子は、丸い形状もしくは少な
くとも湾曲した形状を有していることが望ましい。

しかして、吸光粒子の寸法は、多量の吸光粒子を溝内に
容易に充填し得る程度に十分小さければ、厳密を要しな
い。望ましくは、各吸光粒子が約０゜５乃至２０．０ミ
クロンの範囲の直径を有し、溝内に容易に充填し得るよ
うにするとともに、個々の吸光粒子に入射した可視光を
本質的にすべて吸収し得るようにする。なお、粒子の平
均寸法をほぼ１０ミクロンとするのが好ましい。

さらに望ましくは、吸光粒子群を、畝の側面に連続的に
付着するとともに相隣る畝の側面間に連続的に展張した
耐久性及び柔軟性を有する外皮によって溝内に保持し、
その外皮が粒子群を覆って内蔵保持するよにする。

この外皮は、例えば、周知の被着技術により吸光粒子群
の外側部分に液状にして被着した後に容易に硬化させ得
るサーモプラスチックその他の樹脂材からなる薄くて細
長い透明な皮膜とすることができる。各種透明樹脂材皮
膜およびそのそれぞれの被着方法の詳細については、マ
クグローヒル社１９８３年発行の「現代合成樹脂百科辞
典、１９８３−１９８４年版」を参照されたい。なお、
かがる硬化透明皮膜は、耐久性および柔軟性を有してお
り、その下に緩く内蔵保持した黒色粒子群に周囲光を吸
収させることができる。

しかしながら、かかる外皮は、周囲光に対して高度の、
好ましくは完全な吸収面を呈する化学的組成と厚さとを
有しているのが望ましい。このように、本発明の好適な
実施例には、溝内に充填した吸光粒子群の外周部分をな
す外皮が含まれている。したがって、吸光粒子を熱的も
しくは化学的に、あるいは、その双方で融解し易いもの
にして、光透過板に悪影響を及・ぼすことな（、外皮を
効率良く形成し得るようにするのが望ましい。

例えば、サーモプラスチックその他の融解可能な重合材
を混合乃至調合により備えたカーボンブラックその他の
黒色物質を含んだ直径約１０ミクロンの丸形粒子を用い
ることができる。電気光学記録過程で使用する乾燥した
トナーの粉末は特に好適であり、熱的および化学的に極
めて満足に融解可能の乾燥粉末をそれぞれ開示している
米国特許第３．６３９．２４５号および第４．２６２．
０７７号明細書を参照されたい。勿論、溝内に充填した
吸光粒子群中の個々の粒子は必ずしも同一の化学組成を
有している必要はない。

かかる黒化外皮を形成する方法の一つは、粒子群の外周
部分およびその部分の粒子に物理的に接触している畝の
表面に直接に正確な温度で熱エネルギーを供給すること
である。この熱エネルギーは、粒子群の外周部分の可融
物質を、相互に融着させ得るのみならず、畝の側面のそ
れぞれ対応する部分にも融着させ得るに足る波長、強度
および供給時間を有していなければならない。かかる熱
エネルギー供給の後に冷却すると、畝の側面の該当部分
における比較的狭い面積に固着した耐久性の皮膜が形成
される。

また、上述した方法の替わりに、粒子群の外周部分を、
それぞれの粒子を溶解するに適した化学的溶媒もしくは
溶媒の蒸気に短時間接触させることにより黒色皮膜を形
成することもできる。かかる短時間接触の後に溶媒もし
くはその蒸気を取除けば、畝の側面に固着した耐久性光
吸収皮膜が形成される。

黒色外皮を形成するための上述した方法のいずれにおい
ても、黒色外皮の下にある粒子群は、緩く充填されたま
まの状態で上の外皮を機械的に支持しており、さらに、
緩く充填した粒子群と畝の側面との光学的接触は最小限
度の状態にあるので、畝と空気との界面における臨界角
は実質的にそれらの粒子群の影響を受けない。この黒色
皮膜は、通常本質的に均一の厚さとなるが、対応する畝
の側面とは最小限度よりは多い光学的接触をなす程度の
平均膜厚を有してはいるけれども、光透過板の総合光学
特性に有意の影響は及ぼさないことが判っている。この
黒色皮膜の平均膜厚は、溝内に充填した粒子群の平均寸
法の約４倍乃至９倍にするのが好適である。

しかして、光学系を黒化する方法には、互いに対向した
側面をそれぞれ有して左右に隙間を設け、それらの側面
の相互間に溝を形成してその溝内に多量の吸光粒子を充
填した互いに平行の少なくとも一対の細長い光学素子を
基板の表面に設けることも含まれている。かかる構成に
よれば、光学的接触が最小限度となるので、最終的に充
填された吸光粒子群の量は、主として、周囲光に対し大
面積の黒色表面を呈するようにしたその光学系の設計上
の要求のみによって決る。

（実施例） 以下に図面を参照して実施例につき本発明の詳細な説明
する。

第１図に示す本発明光透過板１１は、前面１２および背
面１４を有する一体の透明薄板からなっており、その透
明薄板１１は、任意の適切な透明媒質、例えば、１．４
９に等しい屈折率を有するポリメチルメタクリレートか
ら形成することができる。

図示の光透過板には、前部平面１８および背部平面２０
を有する基板１６を備えてあり、その基板１６の前面１
８には、少なくとも一対の互いに平行の細長い同形の畝
２２に配設しである。また、茶畝２２は、細長い背部平
端面（図示せず）および頂点２４ａを有する細長い湾曲
前面２４を備えている。さらに、茶畝２２は、後端を基
板１６の前部平面１８に接続して相対向する一対の急峻
な側面２６を備えており、茶畝２２のかかる側面２６は
、第４図に示すように、等しい角度βをもって互いに反
対側に一定の傾斜をなし、前部端面２４に向かい収斂し
て終端される。

また、これらの畝２２は、第２図に示したように、横方
向に順次に隣接しており、相隣る側面２６は基板１６の
前部平面２６上で互いに接続している。茶畝２２は、相
互間に細長い■字形の溝２８を形成している。典型的に
は、投写スクリーンに適用した場合などには、光透過板
１１は、例えば約１２フイート角などの広い面積を有し
ており、相互間にそれぞれ溝２８を形成した極めて多数
の互いに平行な畝２２を形成して備えている。したがっ
て、かかる光透過板は、以下に詳述するようにして吸光
手段を配設して内蔵保持した後に、所望の寸法に例えば
鋸で挽いて切断する。

図示の光透過板１１は、背部平面２０から湾曲した前部
端面２４の頂点２４＆まで測って約５ｍｍの高さＨを有
しており、一方、茶畝２２は、約２ｍｍの高さｈを有し
ている。茶畝の中心間距離すなわちピッチｄは約ｌ　ｍ
ｍである。また、各前部端面２４は、約２／１０圃の半
径の凸面をなしている。なお、この光学系の特殊用途に
よっては、この光学系１０を透過する光を制御するため
に、前部端面２４を例えば凹面など任意所望の形状にな
し得ること勿論であり、さらに、各前部端面２４をすべ
て同形にするもしないも任意である。また、茶畝２２は
、この光学系１０の特定の用途に応じた任意所望の長さ
にすることができる。

また、第４図の説明図によれば、茶畝２２の側面２６は
、はぼ平坦であって、基板１６の一点鎖線で示す前部平
面１８に対し、相等しく反対向きの角度βをなしている
。当業者は周知しているように、側面２６の傾斜角βは
、背面１４からこの光学系１０に入射した作用光線Ｒ，
Ｐが畝２２の前部端面２４を介して光透過板１１から脱
出し得るようにして選定する。

特に、この光学系１０内を進行する作用光線Ｒ，Ｐの進
行方向を制御するためには、畝２２の側面２６の傾斜角
βを、それらの作用光線Ｒ，Ｐが畝２２の側面２６で内
部全反射する条件を満たすようにして選定する。しかし
て、かかる内部全反射の条件は、各傾斜角βを約４３°
乃至８５°の範囲に選んだときに満たされるが、その数
値の特定は設計事項である。

図示の構成例において、作用光線Ｒは前部凸面２４の頂
点２４ａを介して無反射でこの光学系１０を透過するこ
とができる。平坦な側面２６を傾斜角β−６０°に傾斜
させると、作用光線Ｒに平行に進行して、例えばθｃ−
４２°とする臨界角θ。より大きい角度θで側面２６す
なわち空気・軟量界面に入射する作用光線Ｐに対して、
その平坦側面２６は光学的に無透過性となり、したがっ
て、かかる作用光線Ｐは全反射されて光透過板ｌｌ内に
戻り、結局、図示の前部端面２４を介してこの光学系１
０を離脱する。なお、第４図において、破線Ｎは平坦側
面２６の法線である。

光透過板１工の前面１２における周囲光の反射を低減し
て、前面１２側の方向から被視したときの作用光線Ｐ、
Ｒのコントラストを相対的に増大させるためには、第２
図に示すように、多量の光吸収粒子３０を溝２８内に充
填する。その充填量は、作用光線を通過させるように設
計した畝２２の前部端面２４はいささかも覆うことなし
に、周囲光Ａを吸収するための大面積の黒色面を呈し得
れば十分である。

したがって、例えば、畝２２の高さｈの約７５％に相当
する図示のレベル１まで溝２８内に吸光粒子３０を充填
し、それらの粒子群３０の外周部分３６が、一般に背部
平面２０から離隔した高さで畝２２の間に位置するよう
にする。

しかして、各粒子３０は、高度の光吸収性を呈する化学
組成を有している必要があり、それぞれの粒子３０に浸
入した周囲可視光をほぼ完全に吸収し得る寸法にする必
要がある。好ましくは、各粒子が球形をなし、直径約０
．５　ミクロン乃至２０ミクロンの範囲の寸法にして、
平均直径１０ミクロンにする。なお、各粒子３０は、カ
ーボンブラックや、光透過板１１を破損することなく融
解し得る、例えばサーモプラスチックのような重合材を
備えた黒色材料からなるのが好ましい。

本発明の範囲を限定することなく例を挙げれば、スリー
エム（３Ｍ）社製の「イーエスピー（εＳＰ）　）ナー
」という商品名の通常の静電写真用トナー粉末をポリメ
チルメククリレート製の基板材１１とともに使用するこ
とができる。かかるトナー粉末の各粒子は、８０℃乃至
１１５℃の温度範囲で融解可能の球形をなしており、つ
ぎに述べるような寸法と化学的重量組成とを有している
。

平均寸法：直径１０ミクロン 組　成＝２５乃至７５％のサーモプラスチック結合材 例えば、ポリスチレンとポリオレフ ィン−ビニルとの共重合材 ３０乃至７５％の強磁性材成分、例えばマグネタイトと
０５乃至２．０％の導 電性カーボン 上述の結合材、磁性材成分およびカーボンは、適切に調
合して前掲の米国特許第４．２６２．０７７号明細書に
開示されているような乾燥トナー粒子を形成する。

勿論、各粒子は、任意の黒化サーモプラスチック材ある
いはその他の熱的・化学的に融解可能の黒化材料のみに
よって形成することができ、さらに、溝２８内の充填粒
子には、吸光性は有するもそれぞれ異なる化学組成を有
する個々の粒子を含めることもできる。

かかる吸光粒子群３０は、例えばどさりと落とすなどし
て十分に多量の粒子を前面１２に供給することにより、
溝２８内に充填し、多量の粒子群が溝を埋めるようにす
る。不所望位置すなわち畝２２の前部端面２４上に位置
した粒子および溝２８内に位置するも所望のレベル１を
超えた粒子は、その後に、適切な拭き取り操作によって
除赤する。その際、例えば刷子（図示せず）を畝２２の
前部端面２４および側面２６に沿って同時に動かし、不
所望の粒子を光透過板１１から押し出すようにする。な
お、この刷子は、適切な長さの剛毛を適切な位置に取付
けて、前部端面２４を拭うのみならず、溝２８内の粒子
をレベル１に達するまで除去し得るようにする必要があ
る。その結果、所望量の粒子群を溝２８内に容易に充填
することができる。

また、第３図に示すように、充填した粒子群３０は、溝
２８を形成する各側面２６に被着した前面外皮３４によ
り溝２８内に内蔵保持する。この前面外皮３４は、周知
の技術により供給したアクリル樹脂のような薄い透明な
熱可塑性材料によって形成することができる。なお、前
述した「現代合成樹脂百科辞典」の第１４頁乃至第１８
頁を参照されたい。しかしながら、前面外皮３４は、黒
色にして、溝内に充填した粒子群３０の外周部分を融解
させて形成するのが望ましい。また、この黒色外皮３４
は、約４０乃至９０ミクロンの範囲の平均膜厚を有する
のが望ましく、この膜厚は、上述の範囲内で任意に変え
得るも、通例、本質的に均一にする。

しかして、第２図に示すように溝２８内に充填した黒色
粒子群３０の外周部分３６は、光透過板１１に悪影響を
及ぼすことなく、種々の方法によって処理することがで
きる。例えば閃光灯のような適切に指向させた加熱電球
（図示せず）により、前面１２に向けて、粒子群３０の
外周部分３６に選択的に作用するに適した波長の強力な
熱波を供給して、その外周部分の粒子群３６が相互間お
よび畝２２の側面２６に対して融着するようにする。し
かる後に熱波を除去すると、融解した粒子群が溝２８を
おおって位置する黒色外皮３４を形成する。なお、熱波
供給の強度および時間により、形成された外皮３４の膜
厚が変わる。

上述した方法の替わりに、例えばトリクロロエチレンＣ
２ＨＣｌ３のような適切な化学溶媒もしくは溶媒の蒸気
を、例えば前述した「イーエスピー」トナーのような外
周部粒子３６に短時間接触させることにより外皮３４を
形成することもできる。なお、当業者が周知しているよ
うに、適切な脱脂剤蒸気を用いて粒子群に接触させるよ
うにすることもできる。

ここで重要なのは、外皮３４の下に位置する吸光粒子群
３０が、物理的に、したがって、光学的に、畝２２の側
面２６に対して最小限度の接触しかしないことである。

かかる状態の吸光粒子群３０はｎ２ｚ１なる屈折率ｎ２
を有する空気媒質と界面で接する畝２２の臨界角θ。に
は余り影響せず、したかって、空気−軟量界面にふける
光の内部全反射が所望のとおりに保持されるとともに、
この光学系１０が周囲光に対して高度の吸光面３４を呈
することになる。

最後に、黒色外皮３４は、対応する畝２２の側面２６に
対し、最小限度より大きい光学的接触をしているが、か
かる接触は、この光学系の総合特性にはあまり影響しな
いことが判っている。

なお、本発明による黒化光学系の構成例につき以上に詳
述したが、本発明の要旨および特許請求の範囲により規
定する範囲を逸脱しない限り、種々の変形および変更を
加えて本発明を実施し得ることは当業者には容易に理解
されよう。

例えば、透明な前面外皮を用いた場合には、非融解性の
黒色吸光粒子を用いることができ、また、ぐ 透明な外皮および黒色外皮のいずれを用いた場合にも、
畝の側面に対して必要最小限度の接触しズしなければ、
不整形乃至非対称の形状の吸光粒う群を用いることもで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による黒色粒子充填前の光透力板の構成
例を一部拡大して示す斜視断面図、第２図は黒色粒子充
填後の第１図示の構成例０線Ｉ−１に沿った断面図、 第３図は黒色粒子充填後の第２図示と同様のも成例を示
す断面図、 第４図は内部全反射の現象を説明するための系図である
。 １０・・・光学系　１１・・・光透過板１２・・・前面
　１４・・・背面 １６・・・基板　１８・・・前部平面 ２０・・・背部平面　２２・・・畝 ２４・・・前部端面　２４ａ・・・頂点２６・・・側面
　２Ｂ・・・溝 ３０・・・吸光粒子　３４・・・前面外皮３６・・・外
周部分 ） 奪 に

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　前部平面に多数の細長い畝を順次に左右に隣接さ
   せて互いに平行に配列して相互間にそれぞれ溝を形成し
   た基板を具えた光透過板において、前記溝にそれぞれ多
   量の吸光粒子を充填したことを特徴とする光透過板。 ２、特許請求の範囲第１項記載の光透過板において、前
   記畝が第１の屈折率を有する透明な媒質からなり、周囲
   の媒質が第２の屈折率を有し、前記第１および前記第２
   の屈折率が背面から進入して前記畝と前記周囲の媒質と
   の界面に入射した光線の内部全反射の臨界角θ。 を決定し、多量の吸光粒子を緩（充填したことを特徴と
   する光透過板。 ３、　特許請求の範囲第１項または第２項記載の光透過
   板において、前記溝内に前記吸光粒子を内蔵保持する手
   段を備え、当該手段が前記溝を覆って前記軟量に展張し
   た外皮からなることを特徴とする光透過板。 ４、　特許請求の範囲第１項または第２項記載の光透過
   板において、前記吸光粒子がそれぞれ融解可能の材料を
   備えていることを特徴とする光透過板。 ５、　特許請求の範囲第３項記載の光透過板において、
   前記外皮が本質的に前記吸光粒子の融解した部分からな
   ることを特徴とする光透過板。 ６、　特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記
   載の光透過板において、前記吸光粒子が直径約１０ミク
   ロンの平均粒子寸法を有していることを特徴とする光透
   過板。 ７、　特許請求の範囲第３項または第５項記載の光透過
   板にといて、前記外皮が約４０ミクロン乃至９０ミクロ
   ンの範囲の平均厚さを有していることを特徴とする光透
   過板。 ８、　前部平面に多数の細長い畝を順次に左右に隣接さ
   せて互いに平行に配列して相互間にそれぞれ溝を形成し
   たほぼ平坦な基板を具えた光透過板を黒化する方法にお
   いて、前記溝内にそれぞれ多量の吸光粒子を充填して内
   蔵保持することを特徴とする光透過板の黒化方法。 ９、　特許請求の範囲第８項記載の黒化方法において、
   前記溝内にそれぞれ充填した前記吸光粒子の一部を融解
   して前記畝の相互間にそれぞれ展張した外皮を形成す過
   程を前記吸光粒子を内蔵保持する工程に含めたことを特
   徴とする光透過板の黒化方法。 １０、特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記
   載の光透過板を備えた背面投写スクリーン。