JP2005114912A - スクリーン、リアプロジェクタ、プロジェクタシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 明るい部屋でもコントラストの高い表示が可能なリアプロジェクタやプロジェクタシステムを提供する。
【解決手段】 映像光Ｌ１の被投射体であるスクリーン２０に、透過色の異なる複数のカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを備えたカラーフィルタアレイ２２と、所定の角度で入射された映像光Ｌ１を複数の色光に分離し、分離されたそれぞれの色光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂを対応する色のカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２に射出するホログラム素子２３とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投射映像表示用のスクリーン、及びこのスクリーンとフロントプロジェクタとを備えたプロジェクタシステム、並びにスクリーンと背面投射型のプロジェクタとを一体に備えたリアプロジェクタに関するものである。

大画面表示を容易に実現できる表示装置としてプロジェクタが知られている。このようなプロジェクタは高輝度化が進められた結果、明るい室内で鑑賞される機会も増えている。しかし、投射映像を明るい環境で鑑賞すると、蛍光灯等の外光がスクリーンに反射して映像のコントラストが十分に取れない。このため、外光をカットできるようなスクリーンが求められていた。
従来、このような外光対策としては、スクリーン前面に偏光板を配置してコントラストを確保する方式（例えば特許文献１参照）や、スクリーンにホログラフィック素子（ＨＯＥ）を用いたもの（例えば特許文献２）等が提案されている。
特開平５−２９７４６３号公報 特開２００２−１４８７１７号公報

しかしながら、スクリーン前面に偏光板を配したものでは、外光の約半分の偏光成分が一様にカットされるに留まり、外光の影響を十分に排除することはできない。また、上述のようにＨＯＥを用いたスクリーンが提案されているが、これは外光も含めた光線分離であり、コントラストの向上という点で十分な効果が得られない。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、明るい部屋でもコントラストの高い表示を行なえるようにしたスクリーン、及びこのスクリーンとフロントプロジェクタとを備えたプロジェクタシステム、並びに上記スクリーンと背面投射型のプロジェクタとを一体に備えたリアプロジェクタを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明のスクリーンは、透過色の異なる複数のカラーフィルタを備えたカラーフィルタアレイと、所定の角度で入射された映像光を複数の色光に分離し、分離されたそれぞれの色光を対応する色の上記カラーフィルタに射出するホログラム素子とを備えたことを特徴とする。

本発明では、上記映像光を上記カラーフィルタアレイの裏面側（光入射側と反対側）に透過させて表示を行なう構成とすることで、上記スクリーンをリアプロジェクタ用の透過型スクリーンとして用いることができる。逆に、上記カラーフィルタアレイの裏面側に反射板を設け、映像光を上記反射板によって上記カラーフィルタアレイの光入射側と同じ側（即ち、観察者側）に反射させて表示を行なう構成とすることで、上記スクリーンをフロントプロジェクタ用の反射型スクリーンとして用いることもできる。

本構成では、ホログラム素子に所定の角度で入射された映像光をこのホログラム素子によって色分離し、分離されたそれぞれの色光を対応する色のカラーフィルタに透過させているため、映像光を殆ど減衰させることなくそのまま表示することができる。
これに対して蛍光灯等の室内の照明光（外光）では、そのスクリーンに対する入射態様が映像光とは異なるため、その大部分がカラーフィルタによって吸収されることとなる。例えば、外光がカラーフィルタ側から入射されるリアプロジェクタでは、カラーフィルタアレイをＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３種類のカラーフィルタによって構成することで、外光の２／３以上が吸収される。一方、外光が映像光と同じ側、即ちホログラム素子側から入射されるフロント型のプロジェクタでは、外光は映像光と共にホログラム素子によって回折されるが、外光は映像光のようにホログラム素子に対して一定方向（即ち、上記所定の角度）から入射されるわけではないので、分離された外光の各色成分の中には、対応する色のカラーフィルタ以外のカラーフィルタに向けて射出されるものも多く出てくる。このような色成分は他の色のカラーフィルタに吸収されるため、結果として、外光の影響が大幅に排除され、高コントラストな表示が実現される。

上記構成では、上記ホログラム素子とカラーフィルタアレイとの間に、上記ホログラム素子から射出された各色光をそれぞれ対応する色のカラーフィルタに対して集光させるための集光レンズアレイを設けることが好ましい。これにより、映像光の利用効率が向上し、より高コントラストな表示を行なうことができる。

また、上記構成では、上記ホログラム素子の光入射側に、上記映像光の上記ホログラム素子に対する入射角度を上記所定の角度に変換するための角度変換手段を設けることが好ましい。
ホログラム素子を用いて色分離を行なう場合、分離された色光をホログラム面に平行に分散させるには、光をホログラム素子に対して斜め方向から入射させる必要があるが、映像光を斜め入射させる構成はスペース上或いはデザイン上の都合から好ましくない場合がある。このため、本構成のようにホログラム素子の光入射側に光の入射角度を変換可能な角度変換手段を設けることで、スクリーンとプロジェクタの配置の自由度を高めることができる。

なお、上記角度変換手段としては、例えばウェッジプリズムアレイを用いることができる。この場合、上記角度変換手段には、更に、上記ウェッジプリズムアレイの光入射側に上記映像光を上記ウェッジプリズムアレイに対して平行に入射させるための光平行化手段を備えることが好ましい。

映像光は投射光であるため、スクリーンに対して広がりながら入射される。このため、ホログラム面内の位置によって映像の入射角度が変わってしまい、カラーフィルタによって映像光の一部が吸収される可能性がある。これに対して本構成では、映像光を平行光にしてから角度変換を行なうため、ホログラム面内において光の入射角度を十分に均一化でき、光の利用効率を最大限高めることができる。また、このように光平行化手段を設けない場合には、上記ウェッジプリズムアレイを構成する各プリズムの屈折角度を、そのプリズムに入射される映像光の入射角度に応じてそれぞれ個別に設定することが望ましい。この構成では、カラーフィルタによる映像光の吸収を防ぐために、プロジェクタの配置をスクリーンに対して一定の範囲内で制限する必要がある。このため、例えばフロント型のプロジェクタでは、プロジェクタの設置位置には大きな自由度を持たせることができない。しかし、リアプロジェクタ等のようにこれらの配置が一義的に決まるようなものでは、十分な効果が期待できる。

上記カラーフィルタアレイはブラックマトリクスを備えることが好ましい。これにより、映像が引き締まり、高コントラストな表示が得られる。
また、上記カラーフィルタアレイの射出側には散乱板を設けることが好ましい。これにより、視角特性を高めることができる。なお、「カラーフィルタアレイの射出側」とは、リアプロジェクタでは映像光の入射方向と反対側、フロント型のプロジェクタでは映像光の入射側と同じ側（即ち、観察者側）を意味する。ただし、フロント型のプロジェクタでは、散乱強度を大きくすると、ホログラム素子に対して上記所定の角度で入射される映像光の割合が少なくなるため、散乱能を一定以下（例えばヘイズ３０％以下）に抑えることが望ましい。

また、反射型のスクリーンでは、カラーフィルタアレイの裏面側（観察者と反対側）に配置された反射板が、それぞれのカラーフィルタに対応して設けられた複数のミラーによって構成され、各ミラーの反射面のスクリーン面に対する角度が、そのミラーに入射される映像光の入射角度に応じてそれぞれ個別に設定されることが好ましい。このようにミラーの角度を個別に設定した場合、各ミラーに入射された映像光をそれぞれ観察者側に集光させることが可能となり、映像の明るさを画面全体で均一化することができる。

また、本発明のリアプロジェクタは映像光を投射する背面投射型のプロジェクタと、該映像光を透過表示するための上記透過型のスクリーンとを備えたことを特徴とする。また、本発明のプロジェクタシステムは、映像光を投射するフロント型のプロジェクタと、該映像光を反射表示するための上記反射型のスクリーンとを備えたことを特徴とする。本構成によれば、明るい照明環境下でもコントラストの高い表示が得られる。
なお、上記構成では、上記プロジェクタは光源として、例えばＬＥＤ等の固体光源を用いることが望ましい。このような固体光源からは半値幅が狭く色純度の高い光が得られるため、これに合わせてカラーフィルタの色純度を上げることで、映像の品質を高めることができる。また、カラーフィルタの色純度を高めることで外光の吸収量が大きくなるため、よりコントラストの高い表示が可能となる。

［第１実施形態］
まず、図１〜図４を参照しながら、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のスクリーンの概略構成を示す部分断面図、図２はこのスクリーンに備えられたカラーフィルタの透過スペクトルをプロジェクタの光源装置の発光スペクトルと共に示す図、図３は本発明の背面投射型プロジェクタの概略構成を示す図、図４は上記スクリーンと背面投射型プロジェクタからなるリアプロジェクタの概略構成を示す図である。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせてある。また、本明細書では、スクリーンの主面（スクリーン面）をＸＺ平面とし、これに垂直な方向をＹ方向とする。

図４に示すように、本実施形態のリアプロジェクタ１は、映像光を形成して射出する背面投射型のプロジェクタ１０と、投射映像を表示するための透過型のスクリーン２０と、プロジェクタ１０から射出された映像光を反射してスクリーン２０に導くための反射ミラー３０とを備えている。

プロジェクタ１０は、例えば図３に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂの３枚の液晶ライトバルブを備えた３板式の液晶プロジェクタからなる。プロジェクタ１０には、色合成手段としてのダイクロイッククロスプリズム６０の３つの光入射面に、それぞれ空間光変調装置としての透過型液晶ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂが対向して配置され、各ライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの背面側（クロスダイクロイックプリズム６０と反対側）にはそれぞれＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色光を射出可能な光源装置４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂが配置されている。なお、図４において符号７０は投射レンズを示している。

光源装置４０Ｒ〜４０Ｂは単一のピーク波長を有する有機EL、面発光レーザ、LED等の単波長光源からなり、これらの光源装置４０Ｒ〜４０Ｂには例えばＬＥＤ等の固体光源が用いられている。図２はこの光源装置４０Ｒ〜４０Ｂの発光特性を示す図であり、各光源装置４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂはそれぞれ６４５ｎｍ，５２２ｎｍ，４５９ｎｍに急峻なピークを持っている。

各光源装置と対応する液晶ライトバルブとの間には、光源光の照度分布をライトバルブ上で均一化するための照度均一化手段４１として、光源装置側から第１のフライアイレンズ４２、第２のフライアイレンズ４３が順次設置されている。第１のフライアイレンズ４２は複数の２次光源像を形成し、第２のフライアイレンズ４３は被照明領域であるライトバルブの設置位置においてそれらを重畳する重畳レンズとしての機能を有する。これにより、光源装置から射出された光は、その光の密度分布に関係なくライトバルブ全面に均一な密度で照射される。なお、光源装置とライトバルブと間には、更に、光源光を１偏光に変換するための偏光変換手段（例えば偏光ビームスプリッタ）を設けてもよい。

ダイクロイッククロスプリズム６０は、４つの直角プリズムが貼り合わされた構造を有し、その貼り合わせ面６０ａ，６０ｂには誘電体多層膜からなる光反射膜（図示略）が十字状に形成されている。具体的には、貼り合わせ面６０ａには、ライトバルブ５０Ｒで形成された赤色の画像光を反射し、それぞれライトバルブ５０Ｇ，５０Ｂで形成された緑色及び青色の画像光を透過する光反射膜が設けられており、貼り合わせ面３０ｂには、ライトバルブ５０Ｂで形成された青色の画像光を反射し、それぞれライトバルブ５０Ｒ，５０Ｇで形成された赤色及び緑色の画像光を透過する光反射膜が設けられている。そして、ダイクロイッククロスプリズム６０の光出射面に導光された各色のカラー映像光は投射レンズ７０によってスクリーン２０に投射されるようになっている。

スクリーン２０は、図１に示すように、観察者側から順に、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂからなるカラーフィルタアレイ２２と、各カラーフィルタ２２Ｒ〜２２Ｂに対して映像光を分光して入射するホログラム素子２３とを備えている。

カラーフィルタアレイ２２は、光軸Ｙに垂直な面内に配列された複数のＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂからなる。各カラーフィルタ２２Ｒ〜２２Ｂの透過特性は、それぞれ対応する色の光源装置の発光特性に合わせて設計されている。すなわち、図２に示すように、赤色カラーフィルタ２２Ｒは赤色光源装置４０Ｒのピーク波長６４５ｎｍを含む６００ｎｍ〜６８０ｎｍの波長域の光を透過し、緑色カラーフィルタ２２Ｇは緑色光源装置４０Ｇのピーク波長５２２ｎｍを含む４９５ｎｍ〜５８０ｎｍの波長域の光を透過し、青色カラーフィルタ２２Ｂは青色光源装置４０Ｂのピーク波長４５９ｎｍを含む４２０ｎｍ〜５１０ｎｍの波長域の光を透過するようになっている。これらのカラーフィルタ２２Ｒ〜２２Ｂは、例えば上述の光吸収特性を有する染料や顔料をアクリル樹脂等の透光性の基材に添加することにより形成することができる。或いは、ダイクロイックフィルタ等の特定の波長のみを透過させるカラーフィルタを用いても構わない。なお、各カラーフィルタ２２Ｒ〜２２Ｂの透過波長域は、映像の明るさに影響を与えない範囲で適宜変更することができる。

このカラーフィルタアレイ２２は、観察者側に配置された透光性の散乱板２１の上に一体に設けられている。この散乱板２１は、例えば樹脂等の透光性の基材中に拡散材を分散させることによって形成される。

ホログラム素子２３は、光軸Ｙに垂直な面内に配列された複数の微小ホログラム２３ａからなり、スクリーン面に対して所定の角度で入射された映像光を複数の色光（カラー映像光）に分離する色分離手段として機能する。各微小ホログラム２３ａは、隣接するＲ，Ｇ，Ｂの３つのカラーフィルタ２２Ｒ〜２２Ｂに対して１つずつ設けられており、各微小ホログラム２３ａは、ホログラム面（ＸＺ平面）に対して所定角度で入射された光Ｌ１をＲ，Ｇ，Ｂの３つの色光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂに分離し、それぞれの色光を対応する色のカラーフィルタに向けて回折するようになっている。

なお、ホログラム素子２３とカラーフィルタアレイ２２との間には複数の集光レンズ２５ａからなる集光レンズアレイ２５が設けられている。各集光レンズ２５ａは、それぞれ微小ホログラム２３ａに対応して１つずつ設けられており、微小ホログラム２３ａで分光された各色光Ｌ１Ｒ〜Ｌ１Ｂはこの集光レンズ２５ａによって、対応する色のカラーフィルタ２２の上に集光されるようになっている。

また、ホログラム素子２３の光入射側（カラーフィルタアレイ２１と反対の側）には、ホログラム素子２３に対して映像光を斜めに入射させるために、ウェッジプリズムアレイ（角度変換手段）２４が設けられている。ウェッジプリズムアレイ２４は、ホログラム面上に周期的に配列された複数のウェッジプリズム２４ａからなり、プロジェクタ１０から入射された映像光の光軸方向を光軸Ｙに対して所定の角度だけ傾いた方向に変換するための角度変換手段として機能する。各ウェッジプリズム２４ａでは、光入射面２４ｂのホログラム面に対する角度αは等しく構成されており、ウェッジプリズムアレイ２４は光軸Ｙに略平行に入射された映像光をこの光軸Ｙから所定角度（例えば２２．５°）だけ傾けて入射させるようになっている。この際、入射角度のばらつきを±１０°（より好ましくは±５°）以内とすることで、良好な光線分離が可能となる。

なお、図示を省略したが、このウェッジプリズムアレイ２４の光入射側には、スクリーンに向けて広がりながら入射される映像光をウェッジプリズムアレイ２４に対して平行に入射させるための光平行化手段として、例えばフレネルレンズが配置されている。

次に、このリアプロジェクタ１の作用について説明する。
まず、光源装置４０Ｒ〜４０Ｂから発せられた照明光は照度均一化手段４１によって照度を均一化された後、ライトバルブ５０Ｒ〜５０Ｂに入射し、所定の映像信号に基づいてカラー映像光に変換される。各ライトバルブ５０Ｒ〜５０Ｂで生成されたカラー映像光は、クロスダイクロイックプリズム６０で合成され、投射レンズ７０からスクリーン２０に向けて投射される。

投射された映像光Ｌ１は光平行化手段によって平行化された後、スクリーン２０に対して略垂直に入射され、ウェッジプリズムアレイ２４によってその光軸方向を所定角度（例えば２２．５°）だけ曲げられる。このようにしてホログラム素子２３に対して所定の角度で入射された映像光Ｌ１は、各微小ホログラム２３ａによってＲ，Ｇ，Ｂのカラー映像光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂに分離され、対応するカラーフィルタに向けて回折される。すなわち、微小ホログラム２３ａによって分離された赤色光Ｌ１Ｒは、この微小ホログラム２３ａに対向配置された赤色のカラーフィルタ２２Ｒに向けて射出され、このカラーフィルタ２２Ｒを透過する。この際、カラーフィルタ２２Ｒの透過波長域が光源装置４０Ｒのピーク波長を含むように構成されているため、上述の赤色光Ｌ１Ｒはカラーフィルタ２２Ｒに殆ど吸収されることなく透過する。同様に、微小ホログラム２３ａによって分離された緑色光Ｌ１Ｇ，青色光Ｌ１Ｂは、それぞれ対向する緑色カラーフィルタ２２Ｇ，青色カラーフィルタ２２Ｂに向けて射出され、これらのカラーフィルタ２２Ｇ，２２Ｂによって殆ど吸収されることなく観察者側に透過される。そして、これらのカラー映像光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂは散乱板２１によって散乱された後、観察者に視認される。このため、観察者に提供すべき映像情報の略全てが観察者側に透過され、良好な映像が得られる。

一方、コントラスト低下の原因となる外光Ｌ２は、観察者側からスクリーン２０に入射し、散乱板２１を経て各カラーフィルタ２２Ｒ〜２２Ｂに入射する。これらのカラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂでは、それぞれ光源装置４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂのピーク波長に対応した波長域の光のみ透過され、それ以外の波長域の光は吸収される。このため、外光Ｌ２は２／３以上がカラーフィルタで吸収されることとなり、従来に比べて外光の影響を格段に抑えることができる。特に、カラーフィルタの透過波長域を光源装置の発光波長に合わせて狭めた場合には、外光Ｌ２の殆どをカラーフィルタに吸収させることができる。

このように本実施形態では、スクリーン２０に対して所定の角度で入射された映像光Ｌ１をホログラム素子２３によって色分離し、分離されたそれぞれの色光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂを対応する色のカラーフィルタに透過させているため、映像光Ｌ１を殆ど減衰させることなくそのまま表示することができる。これに対して、蛍光灯等の室内の照明光（外光）Ｌ２はカラーフィルタアレイ２２側から入射されるため、その大部分がカラーフィルタによって吸収される。このため、外光Ｌ２の影響が大幅に排除され、高コントラストな映像表示が実現される。特に本実施形態では、光源装置４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに半値幅の狭い固体光源を用いているため、各カラーフィルタ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの透過波長域をある程度狭くしても、カラーフィルタアレイ２２を透過する映像光Ｌ１の光量に大きな変動はなく、かえって透過波長域を狭めることで外光Ｌ２の吸収量を多くすることができる。

また、本実施形態では、ホログラム面に対する映像光Ｌ１の入射角度をウェッジプリズムアレイ２４によって最適化しているため、スクリーン２０に対してプロジェクタ１０の投射角度を直接調節する場合に比べて、装置全体をコンパクトにまとめることができる。つまり、ホログラム素子２３を用いて色分離を行なう場合、分離された色光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂをホログラム面に平行に分散させるには、光をホログラム素子２３に対して斜め方向から入射させる必要があるが、映像光Ｌ１を斜め入射させる構成はスペース上或いはデザイン上の都合から好ましくない場合がある。しかし、本実施形態のようにホログラム素子２３の光入射側に、光の入射角度を変換可能なウェッジプリズムアレイ２４を設けることで、スクリーン２０とプロジェクタ１０の配置の自由度が高まり、プロジェクタ等の配置をコンパクトにまとめることができる。

また、本実施形態では、ウェッジプリズムアレイ２４の光入射側にフレネルレンズ等の光平行化手段を設けているため、より良好な色分離が可能となる。つまり、映像光Ｌ１は投射光であるため、スクリーン２０に対して広がりながら入射される。このため、ホログラム面内の位置によって映像光の入射角度が変わってしまい、カラーフィルタによって映像光の一部が吸収される可能性がある。これに対して本実施形態では、映像光Ｌ１を平行光にしてから角度変換を行なうため、ホログラム面内において光の入射角度を十分に均一化でき、光利用効率を最大限高めることができる。
さらに、本実施形態では、カラーフィルタアレイ２２の射出側（観察者側）に散乱板２１を設けて映像光を散乱透過させているため、シンチュレーションが抑制され良好な映像表示が得られる。

［第２実施形態］
次に、図５を参照しながら、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５は本実施形態のリアプロジェクタ２の概略構成を示す図である。なお、本実施形態において、上記第１実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態は、フレネルレンズ等の光平行化手段を持たない構成に対して本発明を適用したものである。すなわち、本実施形態では、光平行化手段を持たない構成であってもホログラム素子の特性を最大限引き出せるように、ホログラム素子２３への映像光Ｌ１の入射角度を上記所定の角度（例えば２２．５°）に合わせ込むことを目的として、ウェッジプリズムアレイ２６を構成する各ウェッジプリズム２６ａの屈折角度を、そのプリズム２６ａに入射される映像光の角度に応じてそれぞれ個別に設定している。具体的には、ホログラム面に対する各プリズム２６ａの光入射面２６ｂの角度αを、そのプリズム２６ａのスクリーン２０′の基準位置（例えばスクリーン２０′の下端の位置）からの距離に基づいて、例えばスクリーンの下端側（図４中、下側）に配置されたものほど角度αを大きく設定している。また、更に好ましくはXZ平面への入射角度に応じてZ方向の角度変化に対応させることが望ましく、これにより画面全体で均一な画像が得られる。
これ以外は、上記第１実施形態と同様である。

したがって、本実施形態でも外光Ｌ２の影響を排除して高コントラストな映像表示を実現することができる。また、本実施形態では、ウェッジプリズム２６ａの光入射面２６ｂの角度αをスクリーン面内に位置に応じて異ならせることによって、ホログラム面全体に映像光Ｌ１を一定の角度で入射させているため、上記第１実施形態における光平行化手段が不要となり、装置構成を簡素化することができる。

［第３実施形態］
次に、図６，図７を参照しながら、本発明の第３の実施の形態について説明する。
図６は本実施形態のプロジェクタシステムの概略構成を示す図、図７はこのプロジェクタシステムに備えられるスクリーンの概略構成を示す部分断面図である。

図６に示すように、本実施形態のプロジェクタシステム３は、映像光を形成して射出するフロント型のプロジェクタ８０と、投射映像を表示するための反射側のスクリーン９０とを備えている。
プロジェクタ８０は、図３に示した上記第１実施形態のものと同様の構成であり、色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズムの３つの光入射面に、それぞれ液晶ライトバルブ（空間光変調装置）と光源装置を順に備えている。これらの光源装置はＬＥＤ等の固体光源からなり、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの波長域に単波長の急峻なピークを持っている。このプロジェクタ８０では、各光源装置に対応して設けられた液晶ライトバルブによってＲ，Ｇ，Ｂのカラー映像光を生成し、これらをクロスダイクロイックプリズムによって合成した後、投射レンズによってスクリーン９０に投射する。なお、プロジェクタ８０は、スクリーン９０に対する映像光の入射角度がスクリーン中央部において概ね２２．５°となる位置に固定されている。

スクリーン９０は、観察者側から順に、散乱板９４，ホログラム素子９３，カラーフィルタアレイ９１，反射板９２を備えている。
カラーフィルタアレイ９１は、図７に示すように、光軸Ｙに垂直な面内に配列された複数のＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂからなる。各カラーフィルタ９１Ｒ〜９１Ｂの透過特性は、それぞれ対応する色の光源装置の発光特性に合わせて設計されており、各フィルタは、対応する色の光源装置のピーク波長を含むように、その透過波長域を設定されている。また、カラーフィルタアレイ９１には、フィルタ間での色にじみを防止するために、各カラーフィルタの境界部に黒色の光吸収層（ブラックマトリクス）９１Ｓが設けられている。これらのカラーフィルタ９１Ｒ〜９１Ｂ及びブラックマトリクス９１Ｓは、例えば上述の光吸収特性を有する染料や顔料をアクリル樹脂等の透光性の基材に添加することにより形成することができる。或いは、ダイクロイックフィルタ等の特定の波長のみを透過させるカラーフィルタを用いても構わない。

なお、各カラーフィルタ９１Ｒ〜９１Ｂは例えば５０μｍピッチでアレイ状に配列されており、ブラックマトリクス９１Ｓは５μｍ幅で形成されている。また、カラーフィルタアレイ９１とホログラム素子９３との間隔は５００μｍ程度が好ましく、これにより、十分な色分離が可能となる。

ホログラム素子９３は、光軸Ｙに垂直な面内に配列された複数の微小ホログラム９３ａからなり、スクリーン面に対して所定の角度で入射された映像光を複数の色光（カラー映像光）に分離する色分離手段として機能する。各微小ホログラム９３ａは、隣接するＲ，Ｇ，Ｂの３つのカラーフィルタ９１Ｒ〜９１Ｂに対して１つずつ設けられており、各微小ホログラム９３ａは、ホログラム面（ＸＺ平面）に対して所定角度で入射された映像光Ｌ１をＲ，Ｇ，Ｂの３つの色光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂに分離し、それぞれの色光を対応する色のカラーフィルタに向けて回折するようになっている。この微小ホログラム９３ａでは、上記第１実施形態と同様に、光軸Ｙに対して概ね２２．５°傾いた角度で入射された光に対して良好な色分離が可能となっている。

なお、本実施形態では、上記第１実施形態と違ってホログラム素子９３の光入射側（観察者側）にはウェッジプリズムアレイ等の角度変換手段は設けられていない。このため、映像光の入射角度はスクリーン面内で分布を持つことになる。しかし、本実施形態では、例えばスクリーンサイズが６０インチ程度で、スクリーン９０とプロジェクタ８０との間隔が５ｍ程度のものを想定しているため、このような入射角度分布は十分に小さくなり、色分離において大きな支障が生じることはない。しかし、スクリーン全面にわたって十分な色分離機能を発揮させるために、ホログラム素子９３の光入射側にウェッジプリズムアレイ（角度変換手段）を設けたり、このウェッジプリズムアレイの光入射側に更にフレネルレンズのような光平行化手段を設けたりしてもよい。

このホログラム素子９３は、観察者側に配置された透光性の散乱板９４の上に一体に設けられている。この散乱板９４は、例えば樹脂等の透光性の基材中に拡散材を分散させることによって形成される。この散乱板９４の散乱能は例えばヘイズ３０％程度に設定されることが好ましく、これにより、反射表示された映像の視角特性を十分に改善しながら、プロジェクタ８０から散乱板９４に入射された映像光の大部分（９９％程度）をその入射光軸を維持した状態でホログラム素子９３側に直進させることができる。

反射板９２は、光軸Ｙに対して垂直な面内に配列された複数の反射ミラー９２ａからなり、これらの反射ミラー９２ａは各カラーフィルタに対応して１つずつ設けられている。各反射ミラー９２ａには、蒸着等によりアルミニウムや銀等の金属反射膜が形成されており、これにより、高反射率の反射面９２ｂが形成されている。各反射ミラー９２ａでは、画面全体にわたって映像の明るさを均一化するために、スクリーン面（ＸＺ平面）に対する反射面９２ｂの角度θが、その反射ミラー９２ａに入射される映像光の入射角度に応じてそれぞれ個別に設定されている。具体的には、反射映像光が観察者側に集光されるように、各ミラー９２ａの反射面９２ｂの角度が、そのミラー９２ａのスクリーン面内の位置及びスクリーン９０とプロジェクタ８０との距離等に応じて個別に設定されている。

次に、このプロジェクタシステム３の作用について説明する。
まず、プロジェクタ８０からスクリーン９０に対して２２．５°の角度で入射された映像光Ｌ１は、散乱板９４を介してホログラム素子９３に入射される。この際、散乱板９４の散乱能が小さい（例えば３０％）ため、略９９％の光はその入射光軸を維持した状態で直進する。散乱板９４を透過した映像光Ｌ１は各微小ホログラム９３ａによってＲ，Ｇ，Ｂのカラー映像光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂに分離され、対応するカラーフィルタに向けて回折される。すなわち、微小ホログラム９３ａによって分離された赤色光Ｌ１Ｒは、この微小ホログラム９３ａに対向配置された赤色のカラーフィルタ９１Ｒに向けて射出され、このカラーフィルタ９１Ｒを透過する。この際、カラーフィルタ９１Ｒの透過波長域がプロジェクタ８０の光源装置のピーク波長を含むように構成されているため、上述の赤色光Ｌ１Ｒはカラーフィルタ５１Ｒに殆ど吸収されることはない。同様に、微小ホログラム９３ａによって分離された緑色光Ｌ１Ｇ，青色光Ｌ１Ｂは、それぞれ対向する緑色カラーフィルタ９１Ｇ，青色カラーフィルタ９１Ｂに向けて射出され、これらのカラーフィルタ９１Ｇ，９１Ｂによって殆ど吸収されることなく反射板側に射出される。

なお、本実施形態では、映像光の入射角度はスクリーン面内で分布を持つため、分離された色光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂの一部が対応するカラーフィルタの形成領域から若干ずれた位置に回折される場合がある。しかし、このような光の割合は僅かであり、ずれた位置に回折された色光はブラックマトリクス９１Ｓや他の色のカラーフィルタに吸収されるため、これによって映像に影響がでることはない。

このようにしてカラーフィルタ９１Ｒ〜９１Ｂを透過した色光は、反射板９２によって反射され、再度カラーフィルタアレイ９１，ホログラム素子９３を透過した後、散乱板９４で散乱されて観察者に視認される。このため、観察者に提供すべき映像情報の略全てが観察者側に反射され、良好な映像が得られる。

一方、コントラスト低下の原因となる外光Ｌ２は、映像光Ｌ１と同様に観察者側からスクリーン５０に入射されるが、外光Ｌ２は映像光Ｌ１と違ってホログラム面に対して大きな角度分布で入射されるため、上記所定の角度（本実施形態では２２．５°）以外の角度で入射したものはホログラム素子９３によって、その大部分がブラックマトリクス９１Ｓ或いは対応するカラーフィルタ以外のカラーフィルタに向けて回折され、ここで吸収される。

このように本実施形態では、スクリーン９０に対して所定の角度で入射された映像光Ｌ１をホログラム素子９３によって色分離し、分離されたそれぞれの色光Ｌ１Ｒ，Ｌ１Ｇ，Ｌ１Ｂを対応する色のカラーフィルタに透過させているため、映像光Ｌ１を殆ど減衰させることなくそのまま表示することができる。これに対して、蛍光灯等の室内の照明光（外光）Ｌ２は映像光Ｌ１と共にホログラム素子９３によって回折されるが、外光Ｌ２は映像光Ｌ１のようにホログラム素子９３に対して一定方向（即ち、上記所定の角度）から入射されるわけではないので、分離された外光Ｌ２の各色成分Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｇ，Ｌ２Ｂの中には、対応する色のカラーフィルタ以外のカラーフィルタに向けて射出されるものも多く出てくる。このような色成分は他の色のカラーフィルタに吸収されるため、結果として、外光の影響を大幅に排除でき、高コントラストな表示を実現できる。特に本実施形態では、光源装置に半値幅の狭い固体光源を用いているため、各カラーフィルタの透過波長域をある程度狭くしても、カラーフィルタアレイ９２を透過する映像光の光量に大きな変動はなく、かえって透過波長域を狭めることで外光Ｌ２の吸収量を多くすることができる。

また、本実施形態では、カラーフィルタアレイ９１にブラックマトリクス５１Ｓが設けられているため、映像が引き締まり、高コントラストな表示が得られる。
また、本実施形態では、スクリーン９０に散乱板９４を設けて映像光を散乱反射させているため、シンチュレーションが抑制され良好な映像表示が得られる。
さらに、本実施形態では、反射板９２を構成する各反射ミラー９２ａの反射面９２ｂの角度が、そのミラー９２ａに入射される映像光の入射角度に応じてそれぞれ個別に設定されているため、各ミラーの角度を最適化することで映像光を観察者側に集光させることができる。このため、カラーフィルタアレイ９１の背面側に単板の反射板を配置したものに比べて、映像の明るさを画面全体で均一化することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述したスクリーンの構成はほんの一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。この際、スクリーンには少なくとも、透過色の異なる複数のカラーフィルタを備えたカラーフィルタアレイと、所定の角度で入射された映像光を複数の色光に分離し、分離されたそれぞれの色光を対応する色の上記カラーフィルタに射出するホログラム素子とを備えていればよく、これにより本発明の作用効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態に係るスクリーンの概略構成を示す部分断面図。 同、スクリーンに備えられたカラーフィルタの透過スペクトルをプロジェクタの光源装置の発光スペクトルと共に示す図 本発明の背面投射型プロジェクタの概略構成を示す図。 本発明の第１実施形態に係るリアプロジェクタの概略構成を示す図。 本発明の第２実施形態に係るリアプロジェクタの概略構成を示す図。 本発明の第３実施形態に係るプロジェクタシステムの概略構成を示す図。 同、プロジェクタシステムに備えられたスクリーンの概略構成を示す部分断面図。

符号の説明

１，２・・・リアプロジェクタ、３・・・プロジェクタシステム、１０・・・背面投射型プロジェクタ、２０，２０′・・・透過型スクリーン、２１，９４・・・散乱板、２２，９１・・・カラーフィルタアレイ、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ，９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂ・・・カラーフィルタ、２３，９３・・・ホログラム素子、２３ａ、９３ａ・・・微小ホログラム、２４・・・ウェッジプリズムアレイ（角度変換手段）、２４ａ・・・ウェッジプリズム、２４ｂ・・・光入射面、２５・・・集光レンズアレイ、４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ・・・光源装置、８０・・・フロント型プロジェクタ、９０・・・反射型スクリーン、９１Ｓ・・・ブラックマトリクス、９２・・・反射板、９２ａ・・・反射ミラー、９２ｂ・・・反射面、Ｌ１・・・映像光、Ｌ２・・・外光

Claims (15)

1. 透過色の異なる複数のカラーフィルタを備えたカラーフィルタアレイと、
   所定の角度で入射された映像光を複数の色光に分離し、分離されたそれぞれの色光を対応する色の上記カラーフィルタに射出するホログラム素子とを備えたことを特徴とする、スクリーン。
2. 上記ホログラム素子とカラーフィルタアレイとの間に、上記ホログラム素子から射出された各色光をそれぞれ対応する色のカラーフィルタに対して集光させるための集光レンズアレイが設けられたことを特徴とする、請求項１記載のスクリーン。
3. 上記ホログラム素子の光入射側に、上記映像光の上記ホログラム素子に対する入射角度を上記所定の角度に変換するための角度変換手段が設けられたことを特徴とする、請求項１又は２記載のスクリーン。
4. 上記角度変換手段がウェッジプリズムアレイを備えたことを特徴とする、請求項３記載のスクリーン。
5. 上記角度変換手段が、上記ウェッジプリズムアレイの光入射側に上記映像光を上記ウェッジプリズムアレイに対して平行に入射させるための光平行化手段を備えたことを特徴とする、請求項４記載のスクリーン。
6. 上記ウェッジプリズムアレイを構成する各プリズムの光入射面の角度が、そのプリズムに入射される映像光の入射角度に応じてそれぞれ個別に設定されたことを特徴とする、請求項４記載のスクリーン。
7. 上記カラーフィルタアレイがブラックマトリクスを備えたことを特徴とする、請求項１〜６のいずれかの項に記載のスクリーン。
8. 上記カラーフィルタアレイの射出側に散乱板が設けられたことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかの項に記載のスクリーン。
9. 映像光を上記カラーフィルタアレイの光入射側と反対側に透過させて表示を行なうことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかの項に記載のスクリーン。
10. 上記カラーフィルタアレイの光入射側と反対側に反射板が設けられ、映像光を上記反射板によって上記カラーフィルタアレイの光入射側と同じ側に反射させて表示を行なうことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかの項に記載のスクリーン。
11. 上記反射板がそれぞれのカラーフィルタに対応して設けられた複数のミラーによって構成され、
    各ミラーの反射面の角度が、そのミラーに入射される映像光の入射角度に応じてそれぞれ個別に設定されたことを特徴とする、請求項１０記載のスクリーン。
12. 映像光を投射する背面投射型のプロジェクタと、該映像光を透過表示するための請求項９記載のスクリーンとを備えたことを特徴とする、リアプロジェクタ。
13. 上記プロジェクタが光源として固体光源を備えたことを特徴とする、請求項１２記載のリアプロジェクタ。
14. 映像光を投射するフロント型のプロジェクタと、該映像光を反射表示するための請求項１０又は１１記載のスクリーンとを備えたことを特徴とする、プロジェクタシステム。
15. 上記プロジェクタが光源として固体光源を備えたことを特徴とする、請求項１４記載のプロジェクタシステム。
    
    

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