JP4307206B2 - ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、コヒーレント光をスクリーンへ投射または透過させて映像を映し出すディスプレイ装置に関するものである。

従来のコヒーレント光を用いたディスプレイ装置として図４にその一例を示す。光源部５０には波長４５０ｎｍ（青色）のレーザー、波長５２０ｎｍ（緑色）のレーザー、波長６３０ｎｍ（赤色）のレーザーが収められている。３つのレーザー光は光学部品やスキャニングユニットなどを用いて受像部５１へ投影もしくはスキャンされ、映像として映し出される。波長４５０ｎｍ（青色）、波長５２０ｎｍ（緑色）、波長６３０ｎｍ（赤色）のレーザー光を用いることで色域が拡大され、色再現性の向上が実現でき、より実物に近い色で映像を表現することができる。また、光源としてレーザーを用いることでランプを用いた場合に比べ消費電力の低減を図れるほか、コヒーレント光であるため光学部品の削減による装置の小型化が期待できる。

しかし、コヒーレント光であるレーザー光を受像部へ投射して映像を映し出す場合、受像部から反射したレーザー光が干渉することにより発生するスペックルノイズによって、映像がギラギラと見えたり映像に明暗が発生したりする。スペックルノイズの発生原理を、図５を用いて説明する。図５は受像部を断面から見たものである。受像部１の表面は通常完全平面では無く凸凹した状態になっている。光源部４から受像部１へ照射された光線２および光線３は受像部１で反射され図中Ａ点で交錯する。Ａ点において各光線の位相が一致すると（光路長の差が１波長分になると）光線２と３が干渉し、強度が強くなる。また、光路長の差が１／２波長分ずれた場合、光の強度は低下してしまう。このような理由で発生したスペックルノイズにより、映し出された映像に強度斑が発生し、人間の目にはギラギラ見えたり、明暗の斑が発生したりしてしまう。結果として投射された映像の画質が低下し、見る者に不快感を与えたり、疲労感が発生したりするため、製品価値の大きな低下を生じてしまう。

スペックルノイズを防止する手段として、たとえば特許文献１には受像部１へ照射するレーザー光の位相をあらかじめずらす方法が記載されている。図６は前記特許文献１に記載されたスペックルノイズ低減のための構成の概略を示すものである。特許文献１に示されるレーザー表示システム１００は連続またはパルス方式で所望の波長のレーザビーム１２２を放射するレーザー１２０を含み、ビーム拡大オプティクス１２４はレーザビームを拡大し、ビーム整形オプティクス１３８の開口部を満たすのに必要な径を備えた平行ビーム１３２を発生する。ビーム拡大オプティクス１２４は発散レンズ１２６とコリメーティングレンズ１３０とを含む。発散レンズ１２６はレーザビーム１２２を発散ビーム１２８に変換する。コリメーティングレンズ１３０は発散ビーム１２８を平行ビーム１３２に変換する。拡散器１３４はレーザー１２０とビーム整形オプティクス１３８の間に配置され運用付与手段１３６によって移動される。特許文献１では拡散器１３４を用いてビームの位相状態をランダムにし、スクリーン１６０での干渉ポイントをランダムにしてスペックルノイズを低減させている。
特開２００３−９８４７６号公報（第４ページ段落番号００１７〜００３２、図１）

しかしながら、前記従来の構成では拡散器を用いるため、拡散器の透過時に光出力の減衰を生じてしまう。拡散器による位相状態のランダム化を効率よく行うほど、透過時の減衰は大きくなる。そのため、大きなレーザー出力が必要になってしまう。ディスプレイ用の光源として用いられているレーザーの出力はすでにかなり高出力（１Ｗ以上）であるのが普通であり、出力を上げることは技術的に難しいだけでなく、大きな消費電力を要する。レーザー出力の増加は、レーザー光源を用いたディスプレイ装置を民生化する際の大きな障害となる。

上記の課題を解決するために、コヒーレント光を出射して映像を映し出す装置とコヒーレント光を投影する受像部からなり、前記受像部が２枚以上のスクリーンで構成され、前記受像部のスクリーン間に与えられた気流により少なくとも１枚以上のスクリーンが振動することを特徴とする。

また、前記気流がディスプレイ装置内の冷却ファンにより供給されることが好ましい。

また、前記受像部のスクリーン間に充填した気体の気流により少なくとも１枚以上のスクリーンが振動することによりスクリーンから音声を出力し、スクリーンにスピーカー機能を備えることが望ましい。

さらに、前記受像部に映像が表示され、かつ、音声が無音の場合、前記受像部は２００００Ｈｚ以上のランダムな振動を発生させることが望ましい。

本構成により、スペックルノイズの低減が図られる。

以上の発明により、光源部内のコヒーレント光の減衰を最小にした状態でスペックルノイズの低減が図られる。さらにスクリーン自体をスピーカーとして機能させることでスペックルノイズが低減されるとともに、システムの省スペース化が可能となる。また、高周波発生信号をスクリーンに与えることで、ディスプレイ装置より出力されるコンテンツが無音時においてもスクリーンの振動が実現されるとともに、人間には聞こえないため、不快感を与えずにスペックルノイズの低減が図れる。

以下の実施の形態では、コヒーレント光であるレーザー光を出射して映像を映し出す装置（以下光源部とする）とレーザー光を投影する受像部からなるディスプレイ装置において、スペックルノイズを低減させる方法について説明する。

（実施の形態１）
レーザーを光源として用いたディスプレイ装置においてはスペックルノイズと呼ばれるノイズが発生し、投影された画像に色むらが発生し、見る者にギラギラした感じを与えてしまう。これは、光源であるレーザーの波長帯域幅が非常に狭く、ほぼ単一の波長で、さらに位相がそろっており、反射波が干渉しやすくなっているためである。

そこで、反射光同士の干渉を防止する必要がある。干渉を防止するアプローチとして、受像部からの反射光の位相をランダムに変化させることが挙げられる。本実施の形態においては、図１に示すように受像部１を２枚のスクリーン６、７を用いて構成した。図１はディスプレイ装置を横から見たものである。光源部４より出射された光線２および３は受像部１に投射される。投射されたレーザー光はスクリーン６または７により反射され、映像として表現される。本実施の形態においてはスクリーン７で反射することにする。スクリーン７を透明なスクリーンとし、スクリーン６で反射させても良い。スクリーン６、７の間に気体を流すための送風装置８をスクリーンの端に設置した。スクリーン６および７の間隔を狭くすることで送風装置８より発生される気流はスクリーン６と７の間を高速で通過し、スクリーン６、７は高速で振動する。送風装置８より出力される気流をランダムに変化させるとスクリーン６、７の形状は常に異なる形状となるため、干渉の発生するＡ点の位置がランダムに変化することがわかる。Ａ点の位置が時間的に常に変化するため、人間の目には強度が平均化されて見える。このような理由から、人間の目には色むらは無くなって見える。実際に送風装置８を用いてスクリーン６、７の間に気流をランダムに流してレーザー光を照射してみたところ、スペックルノイズの低減が確認された。

このように、受像部の前面または背面に気流を与え、受像部を振動させるという簡単な構成でスペックルノイズが低減される。また、投射されるレーザー光の減衰は防止できる。

なお、本実施の形態において、スクリーンへレーザー光を照射し、反射光をモニターするディスプレイ装置（前面投射型）について説明したが、レーザー光がスクリーンを透過するタイプ（背面投射）のディスプレイ装置についても同様な効果が得られるのは自明である。

また、気流を与える送風装置として、ディスプレイ装置内に配置されている冷却用のファンを用いても良い。背面投射型のディスプレイ装置内に冷却用もしくは温度安定化用にファンが取り付けられている場合があるが、そのファンを用いてスクリーンへ気流を供給すれば部品点数の増加なしにスペックルノイズの低減が実現できる。前面投射型のディスプレイにおいてもスクリーンと光源部の距離が近い場合には有効である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、受像部をスピーカーとして機能させた場合の説明をする。図２に示すように受像部１を２枚のスクリーン６、７を用いて構成した。図２は受像部１の断面を示す。スクリーン６、７の周囲はシールド部１１により密閉されている。スクリーン６、７の間には気体が充填されている。また、シールド部の一部を用いてスクリーン６とスクリーン７の間の気体を動かしてスクリーン６または７を振動させることが可能となっている。本実施の形態ではスクリーン７がより振動する構成となっている。また、充填された気体を動かし、スクリーンを振動されることで受像部１から音声を出力することが可能となっている。スクリーン６とスクリーン７およびシールド部１１からなる音声出力システムを以下ではフィルムスピーカーと呼ぶことにする。音声信号がフィルムスピーカーへ供給されるとスクリーン７が振動するため、光源部４より照射された光線２および３が受像部１へ照射される位置が光の屈折により微妙に変化する。このことはスクリーンから反射される光線の位置が微妙に変化し続けることと同等であり、反射光の強度が大きく見えるＡ点の位置は変化する。よって、スペックルノイズは投射されるレーザー光の減衰なしに防止できる。また、フィルムスピーカーを用いた場合、受像部１自体がスピーカーとして機能するため、別途スピーカーのシステムを付加する必要が無いためディスプレイシステムとしての省スペース化も同時に実現できた。

ただし、静止画や無音の動画コンテンツを表示する場合においては音声がないためにスクリーンの振動が発生せず、スペックルノイズが発生してしまう。そこで、コンテンツからの音声信号が無い場合においてもフィルムスピーカーへ信号を与える必要がある。人間の聴覚は２００００Ｈｚ以上の音を感じ取りにくい、２００００Ｈｚ以上の音が出力されるランダム信号（以下、高周波発生信号とする）をフィルムスピーカーへ供給したとき、人間には無音と感じとられた状態でスクリーンをランダムに振動させることが可能となった。コンテンツからの音声信号がある場合においても高周波発生信号をスクリーンへ供給しておけば、スペックルノイズの防止はより確実になる。

なお、本実施の形態において、スクリーンへレーザー光を照射し、反射光をモニターするディスプレイ装置について説明したが、レーザー光がスクリーンを透過するタイプのディスプレイ装置についても同様な効果が得られるのは自明である。

（実施の形態３）
本実施の形態でもスクリーンを２枚用いてスペックルノイズを低減させる方法について説明する。本実施の形態では図３に示す受像部を使用した。図３はディスプレイ装置を横から見たものである。受像部１を構成するスクリーン６および７、また、スクリーンを振動させる手段としてコイル９がスクリーン６に、金属膜１０がスクリーン７に付加されている。金属膜１０には磁性体であるＦｅを用いた。コイル９に電流をランダムに流すことで磁界が発生し、金属膜１０が振動する構造となっている。金属膜１０の振動によりスクリーン７が振動するためスペックルノイズが除去された。さらに本構造を採用することで振動発生時の静穏性が向上した。なお、金属膜１０としてはＦｅ以外の磁性体材料を用いてもよい。例えばＮｉ、Ｃ０、などである。

本発明にかかるディスプレイ装置は、コヒーレントな光源を有する表示用デバイスとして有用である。

ディスプレイ装置の概略図 ディスプレイ装置を示す図 ディスプレイ装置を示す図 ディスプレイ装置を示す図 スペックルノイズ発生原理を説明する図 従来のディスプレイ装置の概略図

符号の説明

１ 受像部
２ 光線
３ 光線
４ 光源部
５ モーター
６ スクリーン
７ スクリーン
８ 送風装置
９ コイル
１０ 金属膜
１１ シールド部
５０ 光源部
５１ スクリーン
１００ レーザー表示システム
１２０ レーザー
１２２ レーザビーム
１２４ ビーム拡大オプティクス
１２６ 発散レンズ
１２８ 発散ビーム
１３０ コリメーティングレンズ
１３２ 平行ビーム
１３４ 拡散器
１３６ 運用付与手段
１３８ ビーム整形オプティクス
１６０ スクリーン

Claims (4)

1. コヒーレント光を出射して映像を映し出す装置とコヒーレント光を投影する受像部からなり、
   前記受像部が２枚以上のスクリーンで構成され、
   前記受像部のスクリーン間に与えられた気流により少なくとも１枚以上のスクリーンが振動することを特徴とするディスプレイ装置。
2. 前記気流がディスプレイ装置内の冷却ファンにより供給されていることを特徴とする請求項１に記載のディスプレイ装置。
3. 前記受像部のスクリーン間に充填した気体の気流により少なくとも１枚以上のスクリーンが振動することによりスクリーンから音声を出力し、スクリーンにスピーカー機能を備えることを特徴とする請求項１記載のディスプレイ装置。
4. 前記受像部に映像が表示され、かつ、音声が無音の場合、
   前記受像部は２００００Ｈｚ以上のランダムな振動を発生させることを特徴とする請求項３に記載のディスプレイ装置。

Images