JP2006343663A - 画像投影装置及びこれに用いるスクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】シンチレーションやスペックルを、比較的簡単な構成によって低減化を図り、表示特性の良好な画像投影装置及びこれに用いるスクリーンを提供する。
【解決手段】光源から出射される光を変調してスクリーンに投影して画像の表示を行う画像投影装置であって、そのスクリーン１０には、１つ以上の拡散部２を設け、少なくとも１つの拡散部２を、他部１、３及び４に対して相対的に移動可能として構成する。回転などの連続的移動により、シンチレーション、スペックルの低減化を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源から出射される光を変調してスクリーンに投影して画像の表示を行うプロジェクションテレビなどの画像投影装置及びこれに用いるスクリーンに関する。

液晶パネルやＤＭＤ（digital micromirror device）素子などの光変調素子を照明装置によって照明し、この空間光変調素子からの透過光、もしくは、反射光を投影レンズによってスクリーン上に投影するように構成された画像投影装置（光学式プロジェクタ）が知られている。この画像投影装置においては、光源からの光を赤、緑、青の波長帯域に分離して上述の光変調素子によってそれぞれ変調し、スクリーンに投射して重ね合わせることによって、カラーの画像表示を行っている。そしてこの画像投影装置に使われる光源としては、可視光領域で発光効率の高い超高圧水銀ランプが使われることが多く、これを用いることにより効率良く照明光を出射することができるようになされている。

例えば、透過型のスクリーンを用いて、スクリーンの背後から光変調素子により変調した画像をスクリーンに投影するいわゆるリアプロジェクションテレビは、現在のテレビの大型化の流れの中で、特徴のある位置づけである。特に近年は、大型液晶テレビやプラズマテレビなどの進出により、重さやコストの面で、利点を有するといえる。
しかしながら、その画質を比較すると、プロジェクションテレビには、スクリーンに起因するギラギラ感、いわゆるシンチレーションがどうしてもつきまとい、自然な絵の表現を妨げているのが、実情である。

また、近年、超高圧水銀ランプに代わる新しいプロジェクション用光源として、レーザーが注目されている。半導体レーザーなどの光源は、従来の放電ランプに比べてスペクトルが鋭いために、大きな色域を確保できるメリットがある。また、寿命も、ランプより長くなる。
しかしながら、レーザーを光源として使った場合は、スクリーンのギラギラ感、いわゆるスペックルの発生が避けられない。先に述べたシンチレーションは主にスクリーンに含まれる拡散材に起因するもので、インコヒーレントな光で生じるものであるが、レーザーのようなコヒーレントな光がスクリーンに当たると、その干渉効果によって遠近感をもったギラギラ感が生じ、スペックルとして認識される。

このようなスペックルの対策としては、スクリーン全体を振動させる方法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
また、スペックル及びシンチレーション対策として、例えば拡散機能を有する層をスクリーンに２層設ける構成が提案され、実用化されている（例えば特許文献２参照。）。
特開昭５５−６５９４０号公報 特開２００４−１３３４７８号公報

上記特許文献１においては、図２４にその概略構成図を示すように、スクリーン１０全体を例えば圧電バイモルフなどの振動機構４０により細かく振動させる構成が提案されている。しかしながら、このように、スクリーン１０全体を動かすには、非常に大きなパワーが必要であり、実現が難しい。特に、近年実用化されている大型のリアプロジェクションテレビなどに用いる場合は、スクリーン全体を動かすためには大掛かりな振動機構が必要となり、いわゆるコンスーマー製品への導入は不可能である。

また、図２５においては、上記特許文献２に開示のスクリーンの概略断面構成図を示す。この場合、光源側からフレネルレンズ部４、レンチキュラーレンズ部３を配置し、レンチキュラーレンズ部３の光出射側（観察側）に比較的強い拡散機能を有する拡散部２、フレネルレンズ部４の光入射側（光源側）に比較的弱い拡散機能を有する拡散部５を設ける構成とするものである。
スペックルやシンチレーションの対策としては、光の拡散が有効であるが、拡散を強くすると光源からの光のゲインを低下させ、また解像度の低下を招くという問題がある。
上記特許文献２においては、図２５に示すように、拡散部を２つとすることによって、拡散部、すなわち例えば拡散シート1枚当たりの拡散剤の量を少なくし、このようなゲインの低下や解像度の低下を抑えている。しかしながら、このような構成とする場合においても、光源としてレーザーを用いる場合は、スペックルの抑制が不十分となる。
また、このような目的により拡散シートの枚数を増加すると、スクリーンは益々構造が複雑になり、スクリーン全体の重量は増加していくこととなる。

以上の問題に鑑みて、本発明は、プロジェクションテレビ等の画像投影装置のスクリーンに見られるシンチレーションやスペックルを、比較的簡単で実用的な構造によって低減化することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、光源から出射される光を変調してスクリーンに投影して画像の表示を行う画像投影装置であって、そのスクリーンには、１つ以上の拡散部を設け、少なくとも１つの拡散部を、他部に対して相対的に移動可能として構成する。
また、本発明は、上述の画像投影装置において、少なくとも１つの拡散部に、移動機構部を設ける構成とする。
更に、本発明は、上述の画像投影装置において、可動機構部により、連続的な移動を可能とする。
また、本発明は、光源から出射される光が変調されて照射され、画像を投影するスクリーンであって、このスクリーンには、１つ以上の拡散部を設け、少なくとも１つの拡散部を、他部に対して相対的に移動可能として構成する。

上述したように、本発明による画像投影装置及びスクリーンにおいては、１つ以上の拡散部、例えば拡散シートを設けて、そのうちの少なくとも１つの拡散部を、他の部分例えばフレネルレンズシートやレンチキュラーレンズシートなどの光学シートなどに対して、相対的に移動可能とすることによって、シンチレーションやスペックルを大幅に抑制することができるものである。
このように、スクリーンのうちの特に１つの拡散部を移動させることから、その駆動機構はスクリーン全体を例えば振動させる場合と比較して、移動させる重量が極めて少ないことから、簡易で実用的な構成となる。

更に、この拡散部に移動機構部を設け、この移動機構部により連続的な移動を可能とすることによって、例えば揺動、振動などの静止点を含む移動では、周期的に見えてしまうスペックルやシンチレーションを、連続的に抑制することができるという利点を有する。

以上説明したように、本発明の画像投影装置及びスクリーンによれば、比較的簡易で実用的な装置構成により、確実にシンチレーションやスペックルの低減化を図ることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１〜図３においては、本発明による画像投影装置のスクリーンの各例の概略断面構成図を示す。各例共に、入射光を平行光にして出射する機能を有するフレネルレンズを含むフレネルレンズ部４、出射光の出射角度を広げる機能を有するレンチキュラーレンズを含むレンチキュラーレンズ部３を、光入射側からこの順に設ける例を示す。
図１は、スクリーン１０において、拡散シート等より成る拡散部２を、レンチキュラーレンズ部３の光出射側に設ける例を示す。そして、この例においては、この拡散部２を、他部すなわちレンチキュラーレンズ部３、フレネルレンズ部４などに対して相対的に移動可能とする。具体的には、例えばこの拡散部２の一部、図示の例においては両端に、移動機構部２０を設ける構成とする。移動機構部２０としては、後述する回転移動による機構部などを用いることができる。
このように、移動可能とする拡散部２をレンチキュラーレンズ部３の光出射側、すなわちこの場合移動可能とする拡散部２を最も観察者（視聴者）側に配置することによって、フォーカス性を保持することができるという利点を有する。

図２に示す例においては、図１に示す例と同様の構成とし、拡散部２の光出射側、すなわち観察側に保護板１を設ける構成とするものである。図２において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。このように、移動可能とする拡散部２を固定部、すなわちこの場合例えば厚さが比較的厚く、十分な剛性を有し、したがって平面性を十分に保持し得る部材であるレンチキュラーレンズ部３と、この保護板１とで挟む構成とすることによって、拡散部２の移動により生じる振動や撓みを抑制して、十分な平面性を保持することができるという利点を有する。例えば、厚さ０．３ｍｍ程度の拡散シートより成る拡散部に対して、厚さ２ｍｍ程度の固定スクリーンを保護板として配置することによって、拡散部２の撓みを抑制し、十分に平面性を保持することができる。

また、特に大型のスクリーン１０に適用する場合において、スクリーン中央部の撓みを抑えるために、例えばこの保護板1及びレンチキュラーレンズ部３の、拡散部２と対向する側の面を、例えばスクリーン１０の中央部に相当する位置が拡散部２に向かって突出するように凸状に形成することによって、このようなスクリーン中央部の撓みをより確実に抑えることができる。

また、図２においては、フレネルレンズ部４の光入射側、すなわち光源側に拡散部５を設ける例を示す。スペックル及びシンチレーションの低減化が十分でない場合は、このように、移動可能とする拡散部２の他に拡散部５を１以上設けることによって、より確実にスペックル及びシンチレーションの低減化を図ることができる。なお、拡散部５をフレネルレンズ部４から分離して、この拡散部５も例えば微小に移動する構成とすることも可能である。

図３は、フレネルレンズ部４の光入射側、すなわち光源側に拡散部５を設け、この拡散部５を移動可能とする例を示す。図３において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
このように、少なくともフレネルレンズ部４の光入射側に、移動可能とする拡散部５を設ける場合は、フレネルレンズ部４を通過後の光への影響を回避し、コントラストの低下を回避することができる。

以上の各例におけるように、本発明においては、スクリーン全体ではなく、少なくとも１つの拡散部のみを移動可能とする。したがって、例えば前述の図２５において説明した例のように、拡散部を２つ設け、このスクリーン１０全体を振動させる構成とする場合と比較して、移動させる部材の重量は１０分の１程度となり、移動機構部２０の負担を低減することができる。

また、上述の図１に示す例は、拡散機能を例えば一枚の拡散シートに集約し、それを移動するようにした例である。
この場合のスペックルコントラストを比較例とともに図４に示す。ここでスペックルコントラストとは、投影画像面のギラギラ感を数値化したもので、スクリーンから２ｍの距離において、４ｍｍの瞳で視聴することを想定してカメラの画角を設定し、撮影した映像の平均輝度をＩ、輝度の分散をσとして、スペックルコントラストをσ／Ｉとして示したものである。この値が大きいほど輝度分散が高く、すなわちギラギラ感が強くなる。インコヒーレント光を用いたときのシンチレーションについても同様の指標で評価できる。

図４の結果から、スクリーンを動かさない場合スペックルコントラストは５％程度である。スクリーン全体を移動させる場合は１％程度であり、拡散部のみを移動させる場合も、同様にスペックルコントラストを１％程度、すなわちほとんどスペックルを視認できないレベルまで低減できることがわかる。
この結果から、スクリーン全体を移動させる場合と、拡散部のみを移動させる場合とで両者に大きな相違はなく、シンチレーションやスペックルの要因が、拡散部のみに依存していたことがわかる。

次に移動振幅（移動方向の振幅、例えば回転移動の場合は回転半径）と、移動する周期とに対して、スペックルの変化を調べた結果をそれぞれ図５及び図６に示す。なお、図５及び図６中、Ｓ１はコヒーレント光によるスペックルコントラストのレベル、Ｓ２はインコヒーレント光によるシンチレーションのコントラストのレベル、Ｓ３はスペックル及びシンチレーションが視認不可能なコントラストのレベルをそれぞれ示す。
図５の結果から、移動振幅については０．５ｍｍ以上、また図６から、移動周期については０．５Ｈｚ以上あれば十分であることがわかる。移動振幅及び移動周期の上限は、スクリーン及びこれを含む装置全体の許容振動の範囲に収まればよく、例えば移動振幅は１０ｍｍ以下、また移動周期は１０Ｈｚ以下程度であることが望ましい。

次に、拡散部２を移動させる移動機構２０の各例について詳細に説明する。
図７Ａ〜Ｃは、本発明による画像投影装置のスクリーンに適用可能な移動機構部２０の一例のスクリーンとは反対側からみた概略側面図、概略断面図及びスクリーン側からみた概略側面図である。
この移動機構部２０には、スクリーンの固定部、すなわち例えば前述の図１におけるフレネルレンズ部４、レンチキュラーレンズ部３等を保持する固定フレーム２１，２２が設けられる。そしてこの固定フレーム２１に、偏芯シャフト２５の２つの軸受け部２３，２４が、偏芯シャフト２５を十分平行に保つような間隔及び長さを持って固定具２７，２８により固定される。偏芯シャフト２５は、例えばその一端が、中心軸のずれた比較的直径の小さい偏芯軸部２５ａとされ、多端の比較的直径の大きい部分が、軸受け部２３，２４の摺動部２３ｓ及び２４ｓに嵌合される。一方偏芯シャフト２５の偏芯軸部２５ａは、移動可能とされる拡散部１１に固定された固定部２６の摺動部２６ｓに嵌合される。軸受け部２３，２４としては各種のベアリング、例えばオイル含浸型などの軸受け機構を用いることができる。

この移動機構部２０の偏芯シャフト２５を、図８に示すように、回転駆動する駆動部４０に連結して回転させ、スクリーンの拡散部１１側からみて例えば右回転する場合の移動の過程を図９Ａ〜Ｄの概略平面構成図に示す。図９Ａ〜Ｄにおいて、図７Ｃと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図９Ａに示すように、偏芯シャフト２５の回転によって偏芯軸部２５ａが矢印ａ１で示すように回転移動すると、固定部２６により保持される拡散部１１はこの回転移動に伴い、矢印ｂ１で示すように、図９Ａの紙面において左側に移動する。次に、図９Ｂに示すように、矢印ａ２で示す偏芯軸部２５ａの回転移動に伴い、拡散部１１は矢印ｂ２で示すように上側に、続いて図９Ｃ及びＤに示すように、矢印ａ３、ａ４で示す偏芯軸部２５ａの回転に伴い、拡散部１１は矢印ｂ３、ｂ４で示すように右、下にと回転移動する。

このように、移動機構部として回転運動する機構を用いることにより、連続的に移動させることができる。したがって、例えばスクリーンを振動させる場合に、振幅運動における振幅端が静止点となり、ここにおいてスペックルが視認されるという不都合を回避することができる。振動機構による場合、このような静止点でのスペックルを防ぐためには、高い振動数が必要となるので、駆動部の負担が増加し、またスクリーンを支持する躯体すなわち固定フレームに伝わる振動が無視できなくなるという問題が生じる。
なお、このような連続的な移動としては、偏芯軸受け機構による回転移動に限定されるものではなく、その他の回転機構や、または、２方向の振動を組み合わせることにより８の字などの閉ループ軌道を描く移動機構など、種々の移動機構を用いることが可能である。

このような偏芯軸受けによる移動機構部２０をモーター等の駆動部４０と組み合わせた例の概略側面構成図及びスクリーン側からみた概略平面構成図を図１０Ａ及びＢにそれぞれ示す。この例では、スクリーン１０の移動可能とする拡散部、すなわち移動部３１の上部中央位置に、図７Ａ〜Ｃにおいて説明した移動機構部２０の偏芯軸部側の固定部を固定し、図示しないがその偏芯シャフトをＤＣブラシレスモーター等の駆動部４０に連結して配置した場合を示す。移動可能とする拡散部を含む移動部３１は、例えば前述のフレネルレンズ部、レンチキュラーレンズ部等の固定部３２及び３３に挟まれる構造とし、これら固定部３２及び３３は、別体の固定機構、もしくは移動機構部２０の固定部分及び駆動部４０を支持する固定機構に支持されていてもよい。
駆動部４０により、スクリーン１０を備える画像投影装置、例えばプロジェクションテレビの重心が高くなる懸念のある場合には、図１１Ａ及びＢに示すように、駆動部４０を下部に配置し、タイミングベルト４１，４２及び滑車４３などのリンク機構により、回転を伝達してもよい。図１１Ａ及びＢにおいて、図１０Ａ及びＢと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

また、図１２Ａ及びＢは、移動部３１すなわち拡散部を２点で支持する構成とした場合の概略側面構成図及び概略平面構成図である。２つの移動機構部２０Ａ及び２０Ｂの回転位相を合わせて独立に駆動してもよいし、図１３Ａ及びＢに示すように、１つのモーター等の駆動部４０からタイミングベルト４４などによるリンク機構で連動した回転機構を実現してもよい。この場合は位相のずれにより２つのリンク部に負荷がかかる可能性があるため、それを解消するためにクラッチ機構（片方向のみに回転する機構）を設けることが望ましい。この場合においても、図１４Ａ及びＢに示すように、駆動部４０を下部に設置して、同様にタイミングベルト４５，４６及び滑車４７などのリンク機構を利用することも可能である。以上の図１２〜図１４において、図１０と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

また、さらに大型の画面に対応してスクリーンを大面積とする場合、このスクリーンの重さにより回転に変動をきたす場合には、図１５Ａ及びＢに示すように、移動機構部２０にかかる重さをキャンセルする支持機構、たとえばばねなどの牽引機構部４８，４９を設けることも可能である。このように牽引機構部を設ける場合は、回転機構のトルクが１回転を通して均一となり、モーター等の駆動部４０への負荷が軽減されるという利点を有する。図１５において、図１０と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

前述の図１に示す構成のスクリーンを用いて、図７Ａ〜Ｃに示す移動機構部により、振幅すなわち回転機構の回転半径を２ｍｍ、周波数２Ｈｚとして拡散部を回転移動させることによって、スペックル、シンチレーションを視認不可能な程度に低減化することができた。

なお、本発明のスクリーンの構成としては、上述の各例のほか、拡散部を含む種々の構成を採り得る。例えば図１６に示すように、拡散シート等の拡散部を３つ設ける場合にも本発明を適用することができる。この場合、レンチキュラーレンズ部３の光出射側に、２層の拡散シートより成る拡散部２ａ、２ｂが光透過性基材６を挟んで接着して配置され、この２層構造の拡散部２ａ及び２ｂを移動機構部２０により移動する構成とした例を示す。

また、図１７に示すように、フレネルレンズ部４の光入射側に移動可能な拡散部５を設ける場合において、撓みを防ぎ平面性を保持するために、拡散部５の光入射側に別体の保護板７を設ける構成としてもよい。
更に、図１８に示すように、フレネルレンズ部４とレンチキュラーレンズ部３との間に拡散部２を設け、これを移動可能としてもよい。
図１６〜図１８において、図１〜図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
これらの場合においても、上述の各例と同様に、比較的安価で簡易な機構によって、シンチレーションやスペックルの低減化を図ることができる。

また、その他のスクリーン、図１９及び図２０にその概略断面構成を示すように、レンチキュラーレンズとして、スクリーンの水平方向及び垂直方向に光を広げる機能をそれぞれ有する水平方向レンチキュラーレンズ部３Ｈと垂直方向レンチキュラーレンズ部３Ｖとを設ける場合においても、同様に本発明を適用し得る。
図１９においては、フレネルレンズ部４の光出射側に、垂直方向レンチキュラーレンズ部３Ｖ、移動機構部２０を設けた拡散部２、水平方向レンチキュラーレンズ部３Ｈをこの順に設けた例を示す。
また、図２０においては、フレネルレンズ部４の光出射側に、垂直方向レンチキュラーレンズ部３Ｖ、水平方向レンチキュラーレンズ部３Ｈを設け、その光出射側に、移動機構部２０を設けた拡散部２を配置した例を示す。
このような構成においても、上述の各種構成による移動機構部２０によって拡散部２を移動させることによって、同様にシンチレーション及びスペックルを確実に低減化することができる。

以上説明したように、本発明においては、前述の特許文献１におけるようにスクリーン全体を揺動するものではなく、スクリーンにおけるシンチレーションやスペックルを低減化するための主要な部分が拡散シート等の拡散部であることに着目し、特にこの拡散部のみを移動可能とする構成とすることによって、移動する部分の重量を従来の１０分の１程度まで軽減でき、比較的簡易な駆動構造でかつ実用的な構成をもって放電ランプやＬＥＤ光源を用いた場合のシンチレーションや、レーザー光源を用いた場合のスペックルの確実な低減化を図ることができるものである。

また、移動機構部として、バイモルフなどの振動機構ではなく、偏心軸受け機構とＤＣブラシレスモーターなどの非常に安価で一般的な機構を採用することができる。このような構成とする場合、信頼性を確認する部品点数も少なく、量産化も容易となる。
また、回転移動とすることにより、移動中に静止点がなく、スペックル等を静止点で周期的に視認してしまうことがなく、シンチレーション、スペックルを確実に連続的に低減化することができるという利点も有する。
更に、移動機構部として、数Ｈｚ程度と比較的遅い周波数でゆっくりと動かし、また、振幅も数ｍｍ程度と大きくとることができることを見出したことから、このような周波数及び振幅の移動を行う機構は、機械的な信頼性の面においても有利であることから、長寿命を実現し、初めて実用化を可能とするものである。
また更に、拡散機能を移動可能とする拡散部に集約することにより、画像のフォーカスボケを大幅に低減することができるという利点を有する。

次に、このようなスクリーンを用いた画像投影装置の各実施形態例について、以下説明する。
図２１に、本発明の画像投影装置１５０の一実施形態例の概略構成図を示す。
図２１に示すように、この画像投影装置１５０の光源１５１は、赤色レーザーダイオード等より成る固体光源１０１と、超高圧水銀ランプ等の放電ランプ１０２より構成される例を示す。放電ランプ１０２には、その反射光がほぼ平行光となる反射曲面を有するリフレクター１０３が設けられ、この例においては、放電ランプ１０２は第１のダイクロイックミラー５と対向して、固体光源１０１の出射光の光軸と例えば９０°をなす光軸上に配置される。固体光源１０１の光出射側の光軸上には、コリメートレンズ等の集光レンズ１０４、第１のダイクロイックミラー１０５、第１フライアイレンズ１０６、第２フライアイレンズ１０７、偏光ビームスプリッター１０８、コンデンサーレンズ１０９、ダイクロイックミラー１１０、第２のダイクロイックミラー１１２、レンズ１１５、ミラー１１３がこの順に配置される。

なお、第１及び第２のダイクロイックミラー１０５及び１１２は、後述するように、それぞれ放電ランプ１０２からの赤色帯域の光の光量を調整する調整部１５４Ａ、１５４Ｂとして機能する。
一方、ダイクロイックミラー１１０の反射側にミラー１１１が配置され、ミラー１１１により例えば９０°光路を変換された光軸上にフィールドレンズ１１７Ｂ及び液晶パネル１１８Ｂが配置される。第２のダイクロイックミラー１１２の反射側にも同様にフィールドレンズ１１７Ｇ及び液晶パネル１１８Ｇ、またミラー１１３の反射側にレンズ１１６を介してミラー１１４が配置され、このミラー１１４により光路を例えば９０°変換された光軸上にフィールドレンズ１１７Ｒ、液晶パネル１１８Ｒが配置され、光変調部１５２が構成される。各液晶パネル１１８Ｒ、１１８Ｇ及び１１８Ｂの光出射側にクロスプリズム１１９が配置され、その光出射側に投影レンズ１２０等より成る投影光学部１５３が配置される。

このように、本発明の画像投影装置１５０においては、光源１５１は固体光源１０１を含み、この場合、第１の光源である赤色レーザーダイオード等より成る固体光源１０１と、第２の光源である超高圧水銀ランプ等を利用した放電ランプ１０２の２つの光源より構成する。

ここで、固体光源１０１の例えば赤色レーザーダイオードとしては、例えば発振波長が６４５ｎｍ近傍、半値全幅が１．５ｎｍ程度のものを用いることができる。このような赤色レーザーダイオードは、非常に単色性の高い光源である。一方、第２の光源として用いる放電ランプ１０２としては、超高圧水銀ランプが利用可能であり、その出射光は青色、緑色波長帯域にはシャープなスペクトルを有するが、赤色波長帯域はブロードなスペクトルになっている。

図２１に示す構成において、赤色レーザーダイオード等より成る固体光源１０１から出射された光束は、コリメートレンズ１０４によりほぼ平行光となり、ダイクロイックミラー１０５に入射し、ダイクロイックミラー１０５ではその大部分が透過する。超高圧水銀ランプ等の放電ランプ１０２から出射された光束は、リフレクター１０３によってほぼ平行光となり、ダイクロイックミラー１０５に入射する。放電ランプ１０２から出射された光束のうち一部の光束はこのダイクロイックミラー１０５を透過し、他の光束はダイクロイックミラー１０５によって反射される。
ダイクロイックミラー１０５を透過した固体光源１０１からの光束、および、ダイクロイックミラー１０５で反射された放電ランプ１０２からの光束は、第１フライアイレンズ１０６、第２フライアイレンズ１０７に入射する。第１及び第２フライアイレンズ１０６及び１０７は、光源からの入射光に関し、光束の空間分布を均一化する作用を有する。第１及び第２フライアイレンズ１０６及び１０７を透過した光束は、偏光ビームスプリッター１０８に入射し、ここで偏光方向がある特定の方向にそろえられる。偏光ビームスプリッター１０８を透過した光束は、コンデンサーレンズ１０９によって集光されて、ダイクロイックミラー１１０に入射する。

ダイクロイックミラー１１０は、青色波長帯域の光束を反射し、緑色、赤色波長帯域の光束を透過する。この透過光の出射側に配置する第２のダイクロイックミラー１１２では、緑色波長帯域の光束を反射し、赤色波長帯域の光束を透過する。これらの作用によって、固体光源１０１及び放電ランプ１０２から出射された光束は、赤、緑及び青色の光に分割される。分割された光束はそれぞれミラー、レンズを介して光変調部１５２のそれぞれの色を担当する透過型の光変調部、この例では液晶パネル１１８Ｒ、１１８Ｇ及び１１８Ｂに入射される。すなわちこの場合、青色の光束はミラー１１１に反射され、フィールドレンズ１１３を介して青色光を変調する液晶パネル１１８Ｂに入射される。緑色光は、フィールドレンズ１１７Ｇを介して緑色光を変調する液晶パネル１１８Ｇに入射される。赤色光は、レンズ１１５、ミラー１１３、レンズ１１６を介してミラー１１４に反射されて、フィールドレンズ１１７Ｒを介して赤色光を変調する液晶パネル１１８Ｒに入射される。
この透過型の液晶パネルより成る光変調部１５２によって画像変調された赤色、緑色及び青色波長帯域それぞれの光束は、光を合成するクロスプリズム１１９によって合成され、投影レンズ１２０等より成る投影光学部１５３で例えばスクリーン（図示せず）に投影される。
なお、図示しないが、この画像投影装置１５０は、地上波や衛星波を受信するアナログチューナー、デジタルチューナーといった受信部、この受信部で受信した映像信号、音声信号をそれぞれ処理する映像信号処理部、音声信号処理部、またこの音声信号処理部で処理された音声信号を出力するスピーカといった音声信号出力部などを備えていてもよい。映像信号処理部からの出力信号を光変調部１５２に入力する構成として、受信した映像情報を画像投影するいわゆるリアプロジェクションテレビとして構成することができる。

この例においては、光源１５１の第２の光源である放電ランプ１０２の赤色帯域の光の光量を、第１及び第２のダイクロイックミラー１５及び１１２より構成される調整部１５４Ａ、１５４Ｂにより調整することができるものである。
この例においては、第１のダイクロイックミラーの透過率５０％波長を５６５ｎｍ、第２のダイクロイックミラーの透過率５０％波長を６００ｎｍとした。１０％透過の波長から９０％透過の波長までの波長幅は第１及び第２のダイクロイックミラー共に１５ｎｍとした。
この場合、青色、緑色を担当する光変調部である液晶パネル１１８Ｂ、１１８Ｇに対しては、第２の光源である放電ランプ１０２から発光した光束が入射する構成であり、赤色を担当する光変調部である液晶パネル１１８Ｒに対しては、第１光源である固体光源１０１からの光束のみが入射する構成となる。このような構成とした場合の投影レンズ２０を透過後の光束のスペクトルの一例を図２２に示す。

このように、赤色を担当する光変調部に対し、超高圧水銀ランプ等の放電ランプ１０２からの光を入射させず、赤色レーザーダイオード等の固体光源１０１のみの光を入射させる場合は、図２２において、青色帯域、緑色帯域、赤色帯域の光のスペクトルをそれぞれＳＢ、ＳＧ及びＳＲで示すように、それぞれ比較的シャープなスペクトルとなる。これらの各色光によりカラー表示を行うことによって、非常に広色域な投影装置を実現することができる。
この例においては、白色表示時の色温度は９０００Ｋと設定したとき、赤色表示時の色度座標はｘ＝０．７２３、ｙ＝０．２７７程度となり、従来の超高圧水銀ランプのみを使った画像投影装置や、超高圧水銀ランプの赤色不足分を単色光源（レーザーやＬＥＤ）の光を重畳してカラー表示を行う画像投影装置と比較して、広色域化を図った高性能な画像投影装置を実現することができる。

なお、このように、放電ランプ１０２から出射された光は赤色光を変調する液晶パネルには到達しない構成とする場合、例えば上述の透過率５０％波長が５６５ｎｍの第１のダイクロイックミラーに対して、第２のダイクロイックミラーの透過率５０％波長は、この第１のダイクロイックミラーで反射した放電ランプ１０２からの光を全て反射し、固体光源１０１からの光を全て透過する構成とすればよく、５８０ｎｍ〜６３０ｎｍ程度であればよい。

またこの例においては、青色、緑色を担当する光変調部である液晶パネルに入射する光束は第２光源である放電ランプ１０２から、赤色を担当する光変調部である液晶パネルに入射する光束は第１光源である固体光源１０１からの光しか入射しないにも関わらず、一度第１のダイクロイックミラー１０５により光路を合成している。このように、一度光路を合成する場合は、光路を合成せずにそれぞれの光路から各色を担当する光変調部に入射させる構成とする場合と比べて、より装置が簡略になり、高性能で小型な画像投影装置を実現することができるという利点を有する。

なお、上述したように、例えばダイクロイックミラーより成る調整部を設ける場合に、各ダイクロイックミラーの透過波長を適宜選定することにより、放電ランプ１０２から出射された光のうち一部の赤色帯域の光を、固体光源１０１から出射された赤色光に重畳して赤色を担当する光変調部に入射させることも可能である。
例えば、図２１に示す構成の画像投影装置において、第１のダイクロイックミラー１０５として、５０％透過波長を５７０ｎｍ付近に設定し、第２のダイクロイックミラー１１２として、５０％透過波長を５７５ｎｍ付近に設定して、各ダイクロイックミラー１０５及び１１２の１０％透過波長から９０％透過波長までの波長幅をそれぞれ１５ｎｍ程度として構成する例を考える。

このとき、超高圧水銀ランプ等の放電ランプ１０２から出射された波長５７５ｎｍの光束は、第１のダイクロイックミラー１０５で２０％程度が反射し、更に第２のダイクロイックミラー１１２において５０％が透過するため、１０％程度が赤色を担当する光変調素子、すなわち液晶パネル１１８Ｒに入射することになる。一方、波長５８０ｎｍの光束は、第１のダイクロイックミラー１０５をほぼ全てが透過するため、赤色担当の光変調素子には到達しない。この場合、第１及び第２のダイクロイックミラーによって、固体光源１０１から出射される光及び放電ランプ１０２から出射される一部の短波長側の赤色帯域の光と、放電ランプ１０２から出射される残りの長波長側の波長帯域の光とが分離される構成となる。
このような構成とする場合においても、上述の例と同様に、白色表示時の色温度を９０００Ｋと設定したとき、赤色表示時の色度点としてｘ＞０．６８を実現することができた。

従来の、放電ランプに赤色レーザーを単に重畳した構成の画像投影装置では、赤色表示時の色度点としてｘ＞０．６８は達成できず、色域としては不十分であった。これに対し、上述したような例えばダイクロイックミラーによる調整部を設けて固体光源からの光と放電ランプからの光の光量を調整して重畳し、画像の投影を行う場合は、特に赤色表示時において、従来にない広域化を達成することができる。なお、このように放電ランプの光の光量を調整する調整部としては、その他ホログラムなど、またダイクロイックミラーとビームスプリッターとの組み合わせなど、種々の光学部品を利用することが可能である。

そして特に本発明においては、このように広色域化を達成するためにレーザーダイオード等の固体光源を用いる場合に問題となるスペックルを、スクリーン１０の拡散部のみを移動させるという比較的簡易な機構により、確実に低減化することができて、より優れた画像の表示が可能な画像投影装置を提供することができるものである。

次に、光変調部として、反射型の液晶パネルを用いた例を示す。
図２３においてはこの場合の画像投影装置の一例の概略構成図を示し、図２３において、図２１と対応する部分には同一符号を付して示す。
この例においても、光源１５１としては、赤色半導体レーザーダイオード等より成る固体光源１０１と放電ランプ１０２とを用いる。固体光源１の出射側の光軸上には、コリメートレンズ１０４、第１フライアイレンズ１０６Ａ、第２フライアイレンズ１０７Ａ、コンデンサーレンズ１０９Ａを介して、第１のダイクロイックミラー１３１が配置される。
放電ランプ１０２は、その出射光の光軸が固体光源１０１の出射光の光軸とほぼ平行となるように配置される。放電ランプ１０２の出射側には、第１フライアイレンズ１０６Ｂ、第２フライアイレンズ１０７Ｂ、偏光ビームスプリッター１０８、コンデンサーレンズ１０９Ｂを介して赤色帯域の光を分離して反射する第２のダイクロイックミラー１３２と、青色光、緑色光を反射するダイクロイックミラー１３３とが合成されて配置される。
そしてこの場合においても、第１及び第２のダイクロイックミラー１３１及び１３２が、放電ランプ１０２からの赤色帯域の光の光量を調整する調整部１５４Ａ、１５４Ｂとされる。
第１のダイクロイックミラー１３１の光出射側には、赤色光用フィールドレンズ、偏光分離素子１２３Ｒが配置され、偏光分離素子１２３Ｒにより光路を例えば９０°変換された光軸上に赤色光に対応する反射型の液晶パネル１１８Ｒが配置される。

また、放電ランプ１０２の出射側に配置されるダイクロイックミラー１３３の反射側に、光軸を例えば９０°変換された位置にミラー１１１が配置され、このミラー１１１により例えば９０°光路を変換された位置に例えば緑色光を反射するダイクロイックミラー１３４が配置される。このダイクロイックミラー１３４の反射側にはフィールドレンズ１１７Ｇを介して偏光分離素子１２３Ｇが配置され、偏光分離素子１２３Ｇにより光路を例えば９０°変換された位置に緑色光に対応する液晶パネル１１８Ｇが配置される。
また、ダイクロイックミラー１３４の透過側にフィールドレンズ１１７Ｂを介して偏光分離素子１２３Ｂが配置され、偏光分離素子１２３Ｂにより光路を例えば９０°変換された位置に、青色光に対応する反射型の液晶パネル１１８Ｂが配置される。これら液晶表示パネル１１８Ｒ、１１８Ｇ及び１１８Ｂによって、画像情報に対応して光を変調する光変調部１５２が構成される。
各液晶パネル１１８Ｒ、１１８Ｇ及び１１８Ｂが反射された光の光軸上の偏光分離素子１２３Ｒ、１２３Ｇ及び１２３Ｂを介した位置にクロスプリズム１１９が配置され、その出射側に投影レンズ１２０等が配置されて投影光学部１５３が構成される。

この場合においても、固体光源１０１の例えば赤色レーザーダイオードとしては、例えば発振波長が６４５ｎｍ近傍、半値全幅が１．５ｎｍ程度のものを用いることができる。第２の光源として用いる放電ランプ１０２としては、前述の図２１に示す例と同様に、超高圧水銀ランプが利用可能である。

このような構成において、第１光源である固体光源１０１から出射された光束は、コリメートレンズ１０４によりほぼ平行光となり、第１及び第２フライアイレンズ１０６Ａ及び１０７Ａにより光束の空間分布を均一化され、コンデンサーレンズ１０９Ａにより集光されて、第１のダイクロイックミラー１３１に入射し、この第１のダイクロイックミラー１３１ではその大部分が透過する。第２光源である超高圧水銀ランプ等の放電ランプ１０２から出射された光束は、同様にリフレクター１０３によりほぼ平行光となり、第１及び第２フライアイレンズ１０６Ｂ及び１０７Ｂにより光束の空間分布を均一化され、偏光ビームスプリッター１０８により偏光方向をそろえられ、コンデンサーレンズ１０９Ｂにより集光されて第２のダイクロイックミラー１３１に入射する。この第２のダイクロイックミラー１３２において、特定の波長帯域の光が透過され、残りの光が反射されて、第１のダイクロイックミラー１３１に入射される。

ここで、第１のダイクロイックミラー１３１は、上述したように固体光源１から出射される光に対しては、その大部分を透過し、一方、第２のダイクロイックミラー１３２から反射されてこの第１のダイクロイックミラー１３１に入射した光は、特定の波長帯域の光を反射して、残りの光を透過するように調整する。
例えば、第１のダイクロイックミラー１３１は、例えば分離波長を５７５ｎｍとし、これより長波長側の光を透過させ、短波長側の光を反射する構成とする。つまりこの場合、固体光源１０１側の面においては、赤色レーザーダイオード等の６４５ｎｍ近傍の光を透過させ、第２のダイクロイックミラー１３２と対向する側の面においては、５７５ｎｍ程度以上の波長の光を反射する特性とする。
また、第２のダイクロイックミラー１３２においては、例えば分離波長を５７０ｎｍ程度とし、５７０ｎｍ程度以上の赤色光を反射する構成とする。
このように、調整部１５４Ａ、１５４Ｂを構成する第１及び第２のダイクロイックミラー１３１及び１３２の透過ないしは反射波長特性、すなわち分離波長を適宜選定することによって、最終的に赤色光に対応する光変調部に達する赤色帯域の光の放電ランプ１０２から出射される光の光量を良好に調整することができる。

そして、上述したように光量を調整された赤色光は、赤色光を変調するフィールドレンズ１１７Ｒ、偏光分離素子１２３Ｒを介して液晶パネル１１７Ｒによって、画像情報に対応して変調される。
一方、放電ランプ１０２から出射される光のうち緑色光、青色光は、ダイクロイックミラー１３３により反射され、ミラー１１１により反射されてダイクロイックミラー１３４により各色光が分離されて、それぞれ緑色光、青色光を変調するフィールドレンズ１１７Ｇ及び１１７Ｂ、偏光分離素子１２３Ｇ及び１２３Ｂを介して液晶パネル１１８Ｇ、１１８Ｂにより画像情報に対応して変調される。変調された各色光がクロスプリズム１１９において合成され、投影レンズ１２０等より成る投影光学部１５３で例えばスクリーン（図示せず）に投影される。
図示しないが、この場合においても、地上波や衛星波を受信するアナログチューナー、デジタルチューナーといった受信部、この受信部で受信した映像信号、音声信号をそれぞれ処理する映像信号処理部、音声信号処理部、またこの音声信号処理部で処理された音声信号を出力するスピーカといった音声信号出力部などを備えていてもよい。映像信号処理部からの出力信号を光変調部１５２に入力する構成として、受信した映像情報を画像投影するいわゆるリアプロジェクションテレビとして構成できることも同様である。

そしてこの例においても、上述したように、第１及び第２のダイクロイックミラー１３１及び１３２の分離特性を選定して構成することによって、上述の例と同様に、赤色の色度点としてｘ＞０．６８を実現することができた。
また、この場合においては、固体光源１０１及び放電ランプ１０２からの出射光はそれぞれその光軸上に第１及び第２フライアイレンズ、コンデンサーレンズを配置し、これらの光学系を別個に構成した例である。
一般に、放電ランプには２００℃程度の温度が要求されるのに対して、レーザーダイオード等においては２０℃程度が要求されるため両者の熱設計が難しくなる。この例においては、第１及び第２フライアイレンズ、コンデンサーレンズを別個に配置することによって、第１フライアイレンズと第２フライアイレンズとの距離をある程度保つ設計が必要であるが、その分各光源の距離を十分取ることができるので、熱設計は分離して行えるという利点を有する。
更に、スクリーン１０の拡散部を移動可能とすることによって、このようにレーザー等の固体光源を用いる場合においても、確実にスペックルの低減化を図ることができることから、広色域化と相俟って、より優れた画像の投影が可能となる。

以上説明したように、本発明の画像投影装置及びスクリーンによれば、スクリーンの拡散部を移動可能とすることによって、シンチレーション及びスペックルの低減化を図ることができ、特に、光源としてレーザー等を用いて色域化の改善を図る場合において、確実にスペックルを抑制し、画像の良好な画像投影装置を提供することができる。

なお、本発明の画像投影装置は、上述の各例に限定されるものではなく、光源として放電ランプのみを用いる場合にも適用可能であり、逆に、固体光源として、赤、緑及び青色のレーザーダイオードを用いる場合や、赤色レーザーダイオードと白色発光ダイオードを用いる場合など、更には、赤色及び緑色のレーザーダイオードを用いて、放電ランプから出射され、光変調部に到達する光のうち、赤色帯域及び緑色帯域の光の光量を調整する調整部を設ける場合などにおいても本発明を適用することができるなど、固体光源の数や種類、また調整部の機能などは、その他種々の変更が可能である。
また、光源の他、各光学部品の配置構成等においても種々の変更が可能であり、例えば光変調部としては、透過型及び反射型の液晶パネルに限定されるものではなく、ＤＭＤなどの反射型光変調素子など、種々の光変調部を利用することができる。

本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略断面構成図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略断面構成図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略断面構成図である。 比較例及び実施形態例におけるスペックルコントラストを示す図である。 振幅に対するスペックルコントラストの変化を示す図である。 周波数に対するスペックルコントラストの変化を示す図である。 Ａは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。Ｂは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略断面構成図である。Ｃは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。 本発明によるスクリーンの要部の一実施形態例の概略断面構成図である。 Ａは本発明によるスクリーンの一実施形態例の移動態様の説明図である。Ｂは本発明によるスクリーンの一実施形態例の移動態様の説明図である。Ｃは本発明によるスクリーンの一実施形態例の移動態様の説明図である。Ｄは本発明によるスクリーンの一実施形態例の移動態様の説明図である。 Ａは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。Ｂは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。 Ａは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。Ｂは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。 Ａは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。Ｂは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。 Ａは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。Ｂは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。 Ａは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。Ｂは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。 Ａは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。Ｂは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略断面構成図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略断面構成図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略断面構成図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略断面構成図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略断面構成図である。 本発明の画像投影装置の一実施形態例の概略構成図である。 本発明の画像投影装置の一実施形態例の光変調部に入射する光束のスペクトルを示す図である。 本発明の画像投影装置の一実施形態例の概略構成図である。 従来のスクリーンの一例の概略側面構成図である。 従来のスクリーンの一例の概略断面構成図である。

符号の説明

１．保護板、２．拡散部、３．レンチキュラーレンズ部、４．フレネルレンズ部、５．拡散部、１０．スクリーン、１１．拡散部、２０．移動機構部、２１．固定フレーム、２２．固定フレーム、２３．軸受部、２４．軸受部．２５．偏芯シャフト、２５ａ．偏芯軸部、２６．固定部、２７．固定具、２８．固定具、３１．移動部、３２．固定部、３３．固定部、４０．駆動部、１０１．固体光源、１０２．放電ランプ、１０３．リフレクター、１０４．集光レンズ、１０５．第１のダイクロイックミラー、１０６．第１フライアイレンズ、１０７．第２フライアイレンズ、１０８．偏光ビームスプリッター、１０９．コンデンサーレンズ、１１０．ダイクロイックミラー、１１１．ミラー、１１２．第２のダイクロイックミラー、１１３．ミラー、１１４．ミラー、１１５．レンズ、１１６．レンズ、１１７Ｒ．フィールドレンズ、１１７Ｇ．フィールドレンズ、１１７Ｂ．フィールドレンズ、１１８Ｒ．液晶パネル、１１８Ｇ．液晶パネル、１１８Ｂ．液晶パネル、１１９．クロスプリズム、１２０．投影レンズ、１５０．画像投影装置、１５１．光源、１５２．光変調部、１５３．投影光学部、１５４Ａ．調整部、１５４Ｂ．調整部

Claims (9)

1. 光源から出射される光を変調してスクリーンに投影して画像の表示を行う画像投影装置であって、
   上記スクリーンには、１つ以上の拡散部が設けられ、
   少なくとも１つの上記拡散部が、他部に対して相対的に移動可能とされて成る
   ことを特徴とする画像投影装置。
2. 少なくとも１つの上記拡散部に、移動機構部が設けられて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
3. 上記移動機構部により、連続的な移動が可能である
   ことを特徴とする請求項２記載の画像投影装置。
4. 上記移動機構部による連続的な移動が、回転による移動である
   ことを特徴とする請求項３記載の画像投影装置。
5. 上記回転移動が、偏心軸受け機構による回転移動である
   ことを特徴とする請求項４記載の画像投影装置。
6. 上記移動可能とされる拡散部は、２つの固定部に挟まれて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
7. 上記スクリーンに、フレネルレンズ部が設けられて成り、
   上記移動可能とされる拡散部が、少なくとも上記フレネルレンズ部の光入射側に配置される
   ことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
8. 上記スクリーンに、レンチキュラーレンズ部が設けられて成り、
   上記移動可能とされる拡散部が、少なくとも上記レンチキュラーレンズ部の光出射側に配置される
   ことを特徴とする請求項１記載の画像投影装置。
9. 光源から出射される光が変調されて照射され、画像を投影するスクリーンであって、
   上記スクリーンには、１つ以上の拡散部が設けられ、
   少なくとも１つの上記拡散部が、他部に対して相対的に移動可能とされて成る
   ことを特徴とするスクリーン。

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