JP2007041396A - スクリーン及びこれを用いた画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペックルの発生を抑制し、かつ高解像度で高品位な投射映像が得られるスクリーン及びこれを用いた画像投影装置を提供する。
【解決手段】投射光で光学像が投影されるスクリーン１０であって、このスクリーン１０の少なくとも最表面に、亀裂部１１が一つ以上形成されて成る構成とする。また、亀裂部１１の延長方向の両端部が、保持部１１により張力を持って保持されて成る構成とすることによって、パラメトリック励振による振動を発生させスペックルを抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に投射光により光学像を投影して画像を表示する画像投影装置やマイクロフィルムリーダーなどのスクリーンとして好適なスクリーン及びこれを用いた画像投影装置に関する。

近年、画像をスクリーンに投影するいわゆるプロジェクション型の画像投影装置は、前面投射型、背面投射型を問わず、より小型の光源で、より明るい映像を目指して技術開発されている。
そこで、問題になってきたのは、スクリーンに映し出される画像が、粒子状のノイズを伴いぎらつく、いわゆるスペックルが発生する現象である。
この現象が起こるしくみを図１４Ａに模式的に示す。スクリーン１０の表面に、波長の近い投射光Ｌｉ１、Ｌｉ２が同じような位相で照射されると、このスクリーン１０の表面が粗く、光の波長程度の凹凸が存在する場合は、表面や界面にてこれらの光が散乱し、その散乱光Ｌｓの間で干渉が起こる。これによって、図１４Ｂに示すように、明暗パターン、いわゆるスペックルが生じる。
この明暗パターンは、１）光の波長が揃っているほど、２）光の位相が揃っているほど、３）光の強度が大きいほど顕著になる。

例えば、近年色再現性の向上を目指して赤、緑及び青色の可視光レーザーを光源とするレーザープロジェクター型の画像投影装置が開発されつつあるが、この画像投影装置においては、レーザーの性質として上記１）、２）が際立っており、このようなレーザーを用いる画像投影装置の実用化にあたっては、上記したスペックル問題を解決することが大きな課題である。
また、通常のライトバルブ（水銀ランプ、ハロゲンランプ等）を用いるプロジェクターにおいても、映像信号変換装置が大面積のＣＲＴプロジェクターから、小型のＬＣＤ（液晶）やＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）が主流になり、高輝度化することにより問題になってきている。

これに対して、このようなレーザー光源を用いたプロジェクター用のスクリーンに対するスペックル解消法として、スクリーンに振動装置を付加し、スクリーン面を振動させることにより人の眼にスペックルを認識させない方法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
スペックル解消法としては、その他拡散板を設けるとか、この拡散板を振動させる方法、また、光路の位相差にばらつきをもたせるように光学系の構成を工夫する方法など、種々の方法が提案されている。しかしながら、これらの方法では、スペックル解消と解像度の確保がトレードオフの関係にあり、解像度を高く保ちながらスペックルを十分解消することが難しい。
これに対して、上述のスクリーンを振動させる方法は、画像の解像度を損なうことなく十分にスペックルを解消できるという大きな利点がある。

特開昭５５−６５９４０号公報

上記特許文献１に開示の方法は、スクリーンの一端に圧電素子等を用いた振動装置を設けるものである。したがって、特にスクリーンが大型化した場合は、スクリーン全体を一様に振動させることは難しくなるという問題がある。
また、複数の振動装置を設ける場合には、振動の干渉によって、スクリーンに部分的に不動点が生じてしまい、スクリーンの全面的なスペックル解消が困難となる。

以上の問題に鑑みて、本発明は、前面投射型や背面投射型などの各種の高輝度のプロジェクター、特にレーザーを光源に用いるプロジェクターにおいて問題となるスペックルの発生を抑制し、かつ高解像度で高品位な投射映像が得られるスクリーン及びこれを用いた画像投影装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明は、投射光で光学像が投影されるスクリーンであって、このスクリーンの少なくとも最表面に、亀裂部が一つ以上形成されて成る構成とする。
そして、本発明は、上述のスクリーンにおいて、このスクリーンの亀裂部の延長方向の両端部が、保持部により張力を持って保持されて成る構成とする。
更に、本発明による画像投影装置は、上述の構成のスクリーンを用いるものである。すなわち、本発明は、光源からの光を空間光変調部によって変調して投影光学部によりスクリーンに投射する画像投影装置であって、このスクリーンは、その少なくとも最表面に、亀裂部が一つ以上形成されて成る構成とする。

上述したように、本発明によるスクリーンは、その少なくとも最表面に亀裂部を１つ以上設ける構成とするものである。このように亀裂部を設けることによって、この部分において振動を誘起することによって、上述したスペックルの発生を効果的に抑制、もしくは回避することができる。
また特に、このスクリーンの亀裂部の延長方向の両端部を、保持部によって張力を持って保持する構成とすることによって、亀裂部により分断されたスクリーンをいわば弦の振動と同じように、固有の振動数をもって振動させることができる。

これにより、スクリーンとは別体の振動装置を何ら用いることなく、すなわち駆動手段を利用することなく、また大面積のスクリーンであっても不動点を生じることなく、効率よくスクリーンを振動させて、スペックルの発生の殆どない画像投影用のスクリーンを提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、スペックルの発生が殆どなく、かつ高解像度で高品位な投射映像が得られるスクリーン及びこれを用いた画像投影装置を提供することができる。

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。
先ず、スペックルの発生を振動により抑制する本発明の原理について説明する。
上述したように、スペックルは、光の波長程度、すなわち数百ｎｍ程度の凹凸を有する表面性の粗い表面や界面からの干渉光による散乱によって生み出される。しかし、人の眼は、速い動きを捉えることに限界があり、眼で認識するには、１０ｍｓ程度以上の観測時間が必要である。よって、スペックルがその時間内でランダムに変化すれば、人の眼には、その平均値のみが認識され、スペックルが認識されない。スペックルがランダムに変化するには、光の波長程度、すなわち０．１μｍ程度変化する表面、境界面があればよいこととなる。

一般に、画像投影用スクリーンに発生するスペックルは、投影される入射光がレーザー光のように完全にコヒーレントな光や、キセノンランプなどのような白色ランプ光のように部分的にコヒーレント性を有する光である場合に、入射光が光拡散層、もしくは光拡散表面を通過する際に、それに含まれる光散乱体により形成される散乱波（コヒーレント成分）が複雑、ランダムに干渉する結果、発生すると考えられている。白色ランプ光のように部分的にコヒーレント性を有する光が入射する場合には、レーザー光ほど顕著なスペックルは発生しないものの、白色光源が点光源に近づくに従って入射光のコヒーレント性が高くなり、スペックルの発生が著しくなってくる。同様に、光源から画像投影用のスクリーンまでの距離を長くしたり、光源からの光を狭い出射範囲内に絞り込んだりした場合にも、入射光のコヒーレント性が高くなりスペックルの発生が著しくなってくる。

そこで、本発明においては、スクリーンの最表面位置に亀裂部を設けることによってこの亀裂部を挟む両端部のスクリーンが部分的に変動し、スクリーンに入射した光による散乱光は、この変動によってその散乱分布や位相が時間的に変化することとなり、スクリーンの解像度の低下を招くことなくスペックルの発生を軽減ないし除去することができる。

本発明において、散乱波の散乱分布や位相を時間的に変化させるとは、例えば、散乱光発生位置を周期的に振動させる場合、その振動させるスクリーンの振動数を１０Ｈｚ以上、好ましくは５０Ｈｚ以上、より好ましくは１００Ｈｚ以上とし、人の目で感知できない程度の速度で時間的に変化させることである。このように、振動するスクリーン面により形成される散乱波の散乱分布や位相を、人の目では感知できない程度の速度で動的に変動させることによって、特異的な静的干渉パターン、すなわちスペックルパターンが形成されず、観察者が投影された画像を観察した場合のぎらつき感を軽減させることができる。

本発明においては、上述したように、1つ以上の亀裂部をスクリーンに設けることによりこの原理を利用してスペックルを効率よく低減するものであり、積極的に加振する場合に限らず、振動を容易に発生させることができるという大きな利点がある。
図１Ａ〜Ｃを参照して、この原理を詳細に説明する。
前述したように、スペックルを全く見えなくするには、１００Ｈｚ程度以上でのスクリーン面の変動が必要であり、その変動の振幅は、光の波長程度で良いことから、０．１μｍ程度振れれば十分である。
このような振動を達成するため、スクリーン１０に例えばストライプ状の亀裂部１１を設け、スクリーン１０をリボン状のスクリーン部１０Ｒ１〜１０Ｒ５・・・より成る複数のリボンの集合体として構成し、それらを少なくとも１０Ｈｚ程度、好ましくは５０Ｈｚ以上、より好ましくは１００Ｈｚ以上の固有振動数を持つような矢印ｔ１、ｔ２で示す張力をもって保持部２０において保持する。

このような構成のスクリーン１０に対し、スクリーン１０全体に対して均一でない光強度分布を持つ光を、時間的に変化させるように照射する。通常、動画像をスクリーンに投射するときは、このように、スクリーン全面に渡って均一な強度ではない画像や文字情報など明暗を有する光が照射される。また例えば指向光をスクリーン上に走査して表示する投射型の表示装置では、スクリーン上の特定位置では、周期的に照射量が顕著に変化することとなる。
このとき、全てのリボン状のスクリーン部１０Ｒ１〜１０Ｒ５・・・は、その平均の熱膨張による伸びに相当した一定量伸ばされることになり、照射量の各スクリーン部間のバラツキにより、個々のスクリーン部は、そのバラツキに応じた張力変動を受け、このパラメータの変動、特に周期的な変動であればより効果的に、パラメトリック励振が引き起こされる。

すなわち、全てのリボンに均一に光が照射される場合は、図１Ｂにスクリーン１０の概略側面図を示すように、全てのスクリーン部１０Ｒ１〜１０Ｒ５・・・の熱膨張量は同じであり、どのスクリーン部にもたわみは生じない。
一方、図１Ｃの概略側面図に示すように、例えばスクリーン部１０Ｒ３のみに強い光が照射される場合は、スクリーン部１０Ｒ３と、それ以外のスクリーン部とでは熱膨張量が異なる。この場合、スクリーン部１０Ｒ３以外は張力に変化はなく、スクリーン部１０Ｒ３のみ張力が減少し、たわみを生じる。
この場合、上記図１Ｂ及びＣに示す過程を繰り返すことによって、スクリーン部１０Ｒ３の張力の周期的な変動により、このスクリーン１０Ｒ３は振動を始める。なおこの場合の振動数は、その固有振動数に収斂する。
すなわち、投射光強度が変化することによってスクリーン１０の部分的な熱膨張の変動を発生させ、これを利用して、他の付加的な加振装置を用いなくても、スクリーン１０を振動させることができることがわかる。

次に、本発明によるスクリーンの各実施形態例について説明する。
以下の各実施形態例においては、スクリーンの画面において観察者が見た状態で垂直方向に亀裂を入れた場合について説明するが、画面横方向、すなわち観察者が見た状態で水平方向に張力を与え、横方向に亀裂を入れた場合も同様にパラメトリック励振により振動を発生させることができる。

〔１〕第１の実施形態例
図２Ａ及び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及び概略側面構成をそれぞれ示す図である。この場合、図２Ａに示すように、スクリーン１０の垂直方向に延びる亀裂部１１が２ヶ所設け、スクリーン部１０Ａ〜１０Ｃに３分割した場合を示している。図２Ｂに示すように、この場合においても、矢印ｔ１、ｔ２で示すように、所定の張力をもってスクリーン１０の各部１０Ａ〜１０Ｃが保持部２０により保持される。この程度のスクリーン１０の分割数では、大画面の場合、自らの微振動はあまり期待できないが、例えば偏芯させた物体を回転させ、スクリーン１０の各部１０Ａ〜１０Ｃに接触させるなどの簡単な機構を設けるのみによって、各部を振動させることができる。この場合、上記特許文献１に記載されているような加振装置を設ける場合に問題となる不動領域の発生の問題を解消することができ、容易にスクリーン１０の全面にわたってスペックルの発生を抑えることができる。

〔２〕第２の実施形態例
図３Ａ〜Ｃ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、概略断面構成、概略側面構成をそれぞれ示す図である。図３において、図２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。この例においては、スクリーン１０に設ける亀裂部１１の数及び形状を上述の第１の実施形態例と同様とする場合であるが、スクリーン１０の各部１０Ａ〜１０Ｃを図３Ｂに示すように、奥行き方向でその端部が重畳するように、すなわちスクリーン部１０Ａ及び１０Ｃを観察者側から見た奥側に配置し、スクリーン部１０Ｂを手前に、その両端部がスクリーン部１０Ａ及び１０Ｃの一端と重なるように配置した例を示す。このように、奥行き方向にスクリーン１０の各部１０Ａ〜１０Ｃを重畳させ、亀裂部１１において投射光が通過しない構成とする場合は、亀裂部１１における光の漏れを回避することができ、例えば背面型の投射型画像投影装置に適用することができる。
この場合においても、上述の第１の実施形態例と同様に、各部を容易に振動させ、スクリーン１０の全面的にスペックルの発生を抑制することが可能となる。

〔３〕第３の実施形態例
図４Ａ〜Ｃ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、要部の拡大平面構成、概略側面構成をそれぞれ示す図である。図４Ｂは、図４Ａ中実線Ａで囲む領域の拡大平面図である。図４において、図２及び図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。この例においては、スクリーン１０に多数の垂直方向に延びる亀裂部１１を設け、またこの亀裂部１１を周期的に設けることにより、図２及び図３に示す例よりも分割数を増やしてよりスクリーン各部１０Ｒを細くした例を示す。このように、スクリーン１０の分割数を増やすに従って、亀裂部１１が見え難くなると共に、投射光強度の変動により、スクリーン部１０Ｒが自ら微小振動し易くなる。この場合、別体の加振機構を設けることなく、スペックルの解消を図ることが可能となる。

なお、このような周期的な縦方向の亀裂は、亀裂部の幅が大きいと妨害間を伴うが、眼の解像能力を超える程度、すなわち２０ＣＰＩ程度（ＣＰＩ：視野角1度あたりの明暗周波数）以上になると、妨害間よりその縦方向ストライプの持つ鮮鋭感が源信号に重ね合わされ、より鮮鋭な画像として人に感知され、本発明の課題であるスペックル解消目的だけでなく、より鮮鋭度が向上した高品位な投射映像が得られるスクリーンを提供することができる。
（参考：ＳＩＤ（Society For Information Display），’98,“A Psycophysical Analysis of the Effects of CRT Mask Structure on Image Quality”）。

また、この実施形態例において、各スクリーン部１０Ｒを、１つ置きに高反射率、低反射率にした構造とすれば、スクリーンにブラックストライプ構造を構成したことになり、よりはっきりした画像を投影することができる。

ここで、スクリーン１０のスリット分割をより細かくした場合、振動し易くなる理由を説明する。
スクリーンのストライプを弦として考察すると、弦の固有振動数νは、
ν＝ｎ／（２ｌ）√（Ｔ／ρ）
（ここで、ｎ：自然数（１，２，３・・・）、ｌ：弦の長さ、Ｔ：張力、ρ：単位長さあたりの重さ）
で求まる。

弦が細くなるに従い、単位長さ当たりの重さρは小さくなり、固有振動数νは、√（１／ρ）に比例して、大きくなる。よって、弦の運動を
ｙ＝Ａｓｉｎ（２πｔ／ν）
（ここで、Ａ：振幅、ｔ：時間）
で記述すると、弦の運動エネルギーＥは、
Ｅ=∫〔ｍ・（ｄｙ／ｄｔ）^２・ｄｔ
であり、結局は、
Ｅ∝Ａ／ν^２
となる。
よって、
Ａ∝Ｅν^２∝Ｒ／ρ
となる。

つまり、同じエネルギーを投入した場合、弦の単位長さあたりの重さが小さいほど、大きく振れることになる。よって、同じ厚さ、材質のスクリーンであれば、スクリーンをより細かく分割し、例えばリボン形状の幅を細くするほど、振動し易くなることが分かる。

〔４〕第４の実施形態例
図５Ａ〜Ｃ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、要部の拡大平面構成、概略側面構成をそれぞれ示す図である。図５Ｂは、図５Ａ中実線Ａで囲む領域の拡大平面図である。図５において、図４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。この例においては、図４において示す第３の実施形態例と同様に、スクリーン１０の亀裂部１１を多数設け、各部をより細かく分割した例であるが、スクリーン１０の各部１０Ｒａ及び１０Ｒｂをそれぞれ図５Ｂにおいて示すように、スクリーン１０の奥行き方向でずらした配置とし、投射光の進行方向において各スクリーン部１０Ｒａ、１０Ｒｂを重畳させて、投射光がスクリーン１０を通過しない構成とした例である。この場合、各スクリーン部１０Ｒａ、１０Ｒｂの断面形状は矩形状である。
この場合、上述の第３の実施形態例と同様に、加振装置を設けることなく各部１０Ｒａ、１０Ｒｂを微小振動させることができ、スクリーン１０の全面にわたってスペックルの解消を図ることができるとともに、上述の第２の実施形態例と同様、亀裂部１１における光の漏れを防ぎ、背面型の投射型画像投影装置に適用することができるという利点を有する。
また、例えば前面側のスクリーン部１０Ｒａを相対的に高反射率の材料より構成し、背面側のスクリーン部１０Ｒｂを相対的に低反射率の材料より構成することにより、スクリーン１０Ｒａにブラックストライプ構造を構成したことになり、よりはっきりした画像を投影することができる。

〔５〕第５の実施形態例
図６Ａ〜Ｃ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、要部の拡大平面構成、概略側面構成をそれぞれ示す図である。図６Ｂは、図６Ａ中実線Ａで囲む領域の拡大平面図である。図６において、図４及び図５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。この例においては、上述の第４の実施形態例と同様に、スクリーン１０の亀裂部１１を多数設け、各部をより細かく分割し、スクリーン１０の奥行き方向で重畳させると共に、図６Ｂにおいて示すように、その断面形状を、曲面状とした例を示す。
この場合においても、上述の第４の実施形態例と同様に、スクリーン１０の全面においてスペックルの解消を図るとともに、背面型の投射型画像投影装置に適用することが可能となる。
なお、第３及び第４の実施形態例におけるように、スクリーン１０の分割した各部の断面形状を矩形状とする場合は、製造が容易であるという長所があるが、このように、エッジ部分を丸めた断面形状とする場合は、亀裂部１１を目立たないようにすることができるという利点を有する。なお、図示の例においては、断面が略円形となる例を示すが、エッジ部分のみを曲面状とし、画像を表示する投射光が照射される部分を平坦面として形成してもよい。また、この例においては、スクリーン１０の各部１０Ｒを奥行き方向で重畳する例に適用した場合を示すが、奥行き方向に重畳しない場合においても、もちろんこのような断面形状を採用することができる。
また、上述の第４の実施形態例と同様に、前面側のスクリーン部１０Ｒａを相対的に高反射率の材料より構成し、背面側のスクリーン部１０Ｒｂを相対的に低反射率の材料より構成することにより、スクリーン１０Ｒａにブラックストライプ構造を構成したことになり、よりはっきりした画像を投影することができる。

〔６〕第６の実施形態例
図７Ａ〜Ｃ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、概略側面構成、要部の拡大平面構成をそれぞれ示す図である。図７Ｃは、図７Ｂ中実線Ｂで囲む領域の拡大断面図を示す。図７において、図４〜図６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。この例においては、画像を投射するエネルギーを利用して、スクリーン１０の微小振動をより起こり易いようにする例を示す。亀裂部１１により分割されたリボン形状の各スクリーン部１０Ｒを、図７Ｃに示すように、投射光が当たる表面側に熱膨張率の大きい材料より成る高熱膨張部１０Ｓ１、裏側に熱膨張率の小さい材料より成る低熱膨張部１０Ｓ２を張り合わせ、すなわち、厚さ方向に熱膨張率の異なる材質層を複数有する積層構造部を設ける例を示す。
この場合、映像等の情報信号に応じてスクリーン１０に照射される投射光の光強度が時間的に変化することから、図８Ａ及びＢにおいて模式的にその変化する状態の側面図を示すように、投射光Ｌｉが照射して表面側の高熱膨張部１０Ｓ１が膨張して全体的に撓む状態と、投射光Ｌｉが照射しない元の状態との繰り返しにより、各スクリーン部１０Ｒにおいて張力方向と垂直方向に変化する力を受け、強制振動モードでの振動を励起する。投射光を走査して、画像を再生する場合には、投射光がスクリーン部１０Ｒに当たっている時間と当たっていない時間が明確にかつ周期的に分離されるため、より顕著な効果が期待できる。
すなわちこの場合、投影光量の変化による局所的、時間的な熱膨張変動を利用して、自ら振動する構造をもつスクリーンを提供することができることとなる。
したがって、この場合においても、別体の加振装置を設けることなく、スクリーン１０の全面にわたってスペックルの解消をはかることができる。図示しないが、このような積層構造とするリボン状のスクリーン部１０Ｒを、前述の第４及び第５の実施形態例と同様に、奥行き方向に重畳させる構成とすることにより、同様に、背面型の投射型画像投影装置に適用することが可能となる。

〔７〕第７の実施形態例
図９Ａ〜Ｃ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、要部の拡大平面構成、概略側面構成をそれぞれ示す図である。図９Ｂは、図９Ａ中実線Ａで囲む領域の拡大平面図である。図９において、図５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。この例においては、補助的な加振装置として、図９Ｃに示すように交流電源２１を設けることにより、周期的に変化する静電力によって、スクリーン１０の各部１０Ｒａ、１０Ｒｂを強制振動させる例を示す。
すなわちこの場合、スクリーン１０の亀裂部１１により分割され、奥行き方向に重畳して設けられたスクリーン部１０Ｒａ、１０Ｒｂのそれぞれに導電性を持たせる構成とするものである。これら各スクリーン部１０Ｒａ、１０Ｒｂは、奥行き方向に関して空間的に離間して配置され、電気的に絶縁されている。このような構成において、スクリーン部１０Ｒａ、１０Ｒｂの間に、その固有振動数の整数倍の周波数に近い交流電圧を交流電源２１から負荷することにより、スクリーン部１０Ｒａ、１０Ｒｂの振動を誘起、ないしは助長させる効果を得ることができる。
したがって、この場合は、機械的な振動を生じさせるものではなく、補助的な加振作用をもつ装置を付加するのみで、スクリーン１０の全体にわたって振動を生じさせてスペックルの解消を図ることができる。また、この場合においても、背面型の投射型画像投影装置に適用することが可能である。
なお、この場合においても、前面側のスクリーン部１０Ｒａを、背面側のスクリーン部１０Ｒｂに対して相対的に高い反射率の材料より構成することによって、スクリーン１０Ｒａにブラックストライプ構造を構成したことになり、よりはっきりした画像を投影することができる。

〔８〕第８の実施形態例
図１０Ａ〜Ｃ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、要部の拡大平面構成、概略側面構成をそれぞれ示す図である。図１０Ｂは、図１０Ａ中実線Ａで囲む領域の拡大平面図である。図１０において、図９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。この例においては、補助的な加振装置として、上述の第７の実施形態例と同様に、交流電源２１を設ける場合を示す。
この例においては、背面側に透明電極２２を設け、前面側にはリボン形状のスクリーン部１０Ｒａのみを配置し、これらを電気的に絶縁した例を示す。この場合、前面側の投射型画像投影装置などに適用することができる。
そしてこの例においても、補助的な加振作用をもつ装置を付加するのみで、スクリーン１０の全体にわたって振動を生じさせてスペックルの解消を図ることができる。
またこの場合、スクリーン部１０Ｒａが、光透過性のスクリーン部１０Ｒｂに対して相対的に高い反射率の材料であり、スクリーン１０Ｒａにブラックストライプ構造を構成したことになり、よりはっきりした画像を投影することができる。

〔９〕第９の実施形態例
図１１Ａ〜Ｃ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、概略側面構成、要部の拡大平面構成をそれぞれ示す図である。図１１Ｃは、図１１Ｂ中実線Ｂで囲む領域の拡大断面図である。図１１において、図７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。
この例においては、亀裂部１１によって分断される各スクリーン部１０Ｒを、投射光が照射される表面側は熱線を吸収する熱吸収部１０Ｓｈ（例えば、Ｓ−ＬＥＣ ＳＣＦ：Solar Control Film 積水化学工業株式会社製、商品名）、背面側はこれより熱吸収率の低い材料より成る背面部１０Ｓｂより成る積層構造とする構成とする。
このような構成において、後述する画像投影装置において、投射光に、スクリーンの部分的な加熱を誘起する光線を時間周期的に重畳する。すなわち、例えば眼に見えない赤外線を時間的に変化させて投射光に重畳させて照射することによって、熱吸収部１０Ｓｈにおいて時間周期的に温度変化を生じさせ、前述の図８Ａ及びＢにおいて示す膨張を繰り返す状態を誘起して、スクリーン部１０Ｒの振動を誘起、もしくは助長させることができる。
なお、このようなスクリーンの表面側に熱吸収部を形成しない上述の各実施形態例においても、同様に、投射光に、時間周期的に変化する眼に見えない赤外線を重畳させて照射することにより、同様の効果を得ることができる。

また、その他本発明のスクリーンにおいては、亀裂部を設けることによって、特に、多数のスリット状の亀裂部を設け、上述の第３〜第９の実施形態例に示すように、スクリーン部をリボン状（もしくはすだれ状）とする場合は、それ自体で振動し易く、例えばモーター駆動バイブレータ、圧電素子、電磁振動体等で容易に加振することができる。

以上説明したように、本発明のスクリーンによれば、以下の効果が得られる。
（１）スペックルの発生が殆どなく、高解像度で高品位な投射映像が得られる画像投影用のスクリーンを提供できる。
（２）スクリーンを振動させる加振装置を付加しない場合においても、スペックルの発生が殆ど無く、高解像度で高品位な投射映像が得られるスクリーンを提供できる。
（３）スクリーンを振動させる加振装置を付加する場合においても、振動の不均一性が生じることなく、また不動領域が発生しないので、スクリーン全面においてスペックルの発生が殆ど生じない、高解像度で高品位な投射映像が得られるスクリーンを提供できる。
（４）眼に認識できない程度の縦ストライプのリボン状スクリーン部を設ける構造とすることにより、スペックル解消目的だけでなく、より鮮鋭度が向上した高品位な投射映像が得られるスクリーンを提供できる。

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１２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。この例においては、光源からの光を映像等の情報に対応して変調する光変調部として、透過型の液晶パネルを用いる例を示す。
画像投影装置１５０の光源１５１としては、例えば３色の発光ダイオード、３色のレーザーダイオード等より成る複数の固体光源、超高圧水銀ランプ等の高輝度の放電ランプ、若しくはこれらの組み合わせなどの各種光源を用いる場合に、本発明を適用することができる。
光源１５１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、第１の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。

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。

図１２に示す構成において、光源１５１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、第１のダイクロイックミラー１１０に入射する。

第１のダイクロイックミラー１１０は、例えば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、光源１５１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１１７Ｂ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、第２のダイクロイックミラー１１２で反射され、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、例えば上述の各実施形態例において説明した本発明構成のスクリーン１０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。

上述したように、このような画像投影装置において、スクリーン１０に亀裂部を設ける構成とすることによって、特にレーダイオード、高輝度の放電ランプ等の光源を用いる場合に問題となるスペックルの解消を図ることができて、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１３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１３において、図１２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、各色の半導体レーザーダイオード等より成る固体光源や発光ダイオード、高輝度の放電ランプなどを用いる場合に本発明を適用することができる。光源１５１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を介して、第１のダイクロイックミラー１３１が配置される。

第１のダイクロイックミラー１３１の透過側には、赤色光用フィールドレンズ１１７Ｒ、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。
第１のダイクロイックミラー１３１の反射側に、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第２のダイクロイックミラー１３４が配置される。この第２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、第２の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により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。

このような構成において、光源１５１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１０６及び１０７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によって偏光方向を揃えられ、コンデンサーレンズ１０９により集光されて、第１のダイクロイックミラー１３１に入射する。

ここで、第１のダイクロイックミラー１３１は、赤色光を透過し、緑色光及び青色光を反射する構成とする。第１のダイクロイックミラー１３１を透過した赤色光は、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、緑色光及び青色光は、第１のダイクロイックミラー１３１により反射され、ミラー１１１により反射されて第２の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によりスクリーン１０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、画像投影装置において、そのスクリーン１０に亀裂部を設ける構成とすることによって、特にレーダイオード、高輝度の放電ランプ等の光源を用いる場合に問題となるスペックルの解消を図ることができ、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。
なお、上述の第９の実施形態例において説明したように、スクリーン１０への投射光に、スクリーン１０の部分的な加熱を誘起する光線を時間周期的に重畳する場合、すなわち例えば眼に見えない赤外線を時間的に変化させて投射光に重畳させて照射する場合は、例えば図１２及び図１３において、投影光学部１５３に赤外線を発振するレーザー等の光源を配置して、所定の周波数で投射光に重畳させることが可能である。このような構成とすることによって、容易にスクリーン１０を振動させることができる。

なお、本発明の画像投影装置は、上述したように、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、更にこれらを組み合わせる場合などにおいても本発明を適用することができる。
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。

Ａは本発明のスクリーンの振動原理を説明する概略平面構成図である。Ｂは本発明のスクリーンの振動原理を説明する概略側面構成図である。Ｃは本発明のスクリーンの振動原理を説明する概略側面構成図である。 Ａは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。 Ａは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略断面構成図である。Ｃは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。 Ａは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明のスクリーンの一実施形態例の要部の拡大平面構成図である。Ｃは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。 Ａは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明のスクリーンの一実施形態例の要部の拡大断面構成図である。Ｃは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。 Ａは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明のスクリーンの一実施形態例の要部の拡大断面構成図である。Ｃは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。 Ａは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。Ｃは本発明のスクリーンの一実施形態例の要部の拡大断面構成図である。 Ａは本発明のスクリーンの一実施形態例の振動態様の説明図である。Ｂは本発明のスクリーンの一実施形態例の振動態様の説明図である。 Ａは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。Ｃは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。 Ａは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。Ｃは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。 Ａは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略平面構成図である。Ｂは本発明のスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。Ｃは本発明のスクリーンの一実施形態例の要部の拡大断面構成図である。 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概略構成図である。 スペックルの発生現象の説明図である。スペックルの一例の拡大平面構成図である。

符号の説明

１０．スクリーン、１０Ｒ．スクリーン部、１０Ｓ１．高熱膨張部、１０Ｓ２．低熱膨張部、１０１１．亀裂部、２０．保持部、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

Claims (15)

1. 投射光で光学像が投影されるスクリーンであって、
   前記スクリーンの少なくとも最表面に、亀裂部が一つ以上形成されて成る
   ことを特徴とするスクリーン。
2. 前記スクリーンの、前記亀裂部の延長方向の両端部が、保持部により張力を持って保持されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
3. 前記亀裂が、周期的に設けられて成る
   ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
4. 前記スクリーンの前記最表面に、厚さ方向に熱膨張率の異なる材質層を複数有する積層構造部が設けられて成る
   ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
5. 前記スクリーンの前記亀裂部の断面の少なくとも端部が曲面状とされて成る
   ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
6. 前記スクリーンの少なくとも前記亀裂部に、熱吸収層を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
7. 前記スクリーンに、振動装置を備えて成る
   ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
8. 前記亀裂部が、前記スクリーンの垂直方向に延長する形状とされた
   ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
9. 前記亀裂を介して隣接するスクリーンが奥行き方向にずらして配置され、投射光が前記スクリーンの亀裂を通過しない構造とされた
   ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
10. 前記亀裂を有するスクリーンとは、空間的に離れて配置された他のスクリーンが設けられて成る
    ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
11. 前記亀裂部を有するスクリーンと、これとは空間的に離れて配置された他のスクリーンが導電性を有し、かつ両スクリーン間は電気的に絶縁されて成り、
    前記空間的に離れて配置されたスクリーンの間に、交流電圧印加部から交流電圧が印加される
    ことを特徴とする請求項１０記載のスクリーン。
12. 前記空間的に離れて配置されたスクリーンのうち、前面側のスクリーンが相対的に高反射率の材料より構成され、背面側のスクリーンを相対的に低反射率の材料より構成される
    ことを特徴とする請求項１０記載のスクリーン。
13. 光源からの光を空間光変調部によって変調して投影光学部によりスクリーンに投射する画像投影装置であって、
    前記スクリーンは、その少なくとも最表面に、亀裂部が一つ以上形成されて成る
    ことを特徴とする画像投影装置。
14. 前記光源から投射される投射光に、前記スクリーンの部分的な加熱を誘起する光線が時間周期的に重畳される
    ことを特徴とする請求項１３記載の画像投影装置。
15. 前記投射光に重畳される光線が赤外線とされる
    ことを特徴とする請求項１４記載の画像投影装置。