JP4605032B2 - スクリーン及び画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの例えばコヒーレント光を含む光を変調してスクリーンに投影し、画像の表示を行うプロジェクションテレビなどに用いられるスクリーン及び画像投影装置に関する。

液晶パネルやＤＭＤ（digital micromirrordevice）素子、又は回折格子を利用した光変調素子などの光変調部を照明装置によって照明し、この光変調部からの透過光、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部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部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、レーザが注目されている。半導体レーザなどの光源は、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８にその概略構成図を示すように、スクリーン６０全体を例えば圧電バイモルフなどの振動機構５０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６０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９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、スクリーン７０に、光源側からフレネルレンズ部７３、レンチキュラーレンズ部７２を配置し、レンチキュラーレンズ部７２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７１、フレネルレンズ部７３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７４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９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。
拡散板のみの動作により、スペックルノイズやシンチレーションを低減できる効果は確認されているが、コストや信頼性の点から商品化が困難であった。
更に、スクリーンを振動させると振幅の両端で短時間ではあるが動きが停止する瞬間があり、このときシンチレーションやスペックルが目についてしまうという問題もある。

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、比較的簡易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が変調されて投影されるスクリーンにおいて、このスクリーンは、その拡散板が、固定部材に対して、一対以上の弾性体と、拡散板の側面に沿う所定の方向に延在して設けられる連結部材とを介して保持され、連結部材は、拡散板の側面に沿って設けられる。そして、一対の弾性体のうち一方の弾性体は、拡散板の面内方向に沿う第１の方向に弾性力をもつように配置されて、一端が固定部材に固定され、他端が連結部材に固定される。一対の弾性体のうち他方の弾性体は、第１の方向と直交する方向で、且つ、拡散板の面内に沿う第２の方向に沿って弾性力をもつように配置されて、一端が連結部材に固定され、他端が拡散板に固定される。更に、拡散板と固定部材との間に、拡散板を、その面内の２つの方向に移動させる駆動部を設ける構成とする。

また、本発明は、上述のスクリーンにおいて、弾性体を２以上の板バネより構成し、この板バネの長手方向を上述の２方向に配置し、幅方向を光源からの光の光軸方向に配置して構成してもよい。
更に、本発明は、上述のスクリーンにおいて、駆動部としてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を用いる構成としてもよい。

また、本発明は、光源と、この光源から出射される光を画像信号に対応して変調する光変調部と、光変調部により変調された画像光が投影され、少なくとも拡散板を有するスクリーンと、を備えるリアプロジェクター型の画像投影装置において、上述した本発明のスクリーンを用いるものとする。

上述したように、本発明のスクリーン及び画像投影装置においては、スクリーンの拡散板を、拡散板の面内の２つの方向に弾性力を持つように配置された複数の弾性体、例えば板バネによって、固定部材に保持される。そして、この拡散板を固定部材に対し拡散板の面内の２つの方向に移動させる駆動部、例えばボイスコイルモータを設ける構成とするものである。
このように、スクリーンの拡散板を、その面内の２方向に弾性力を持つように配置した複数の弾性体によって保持することにより、スクリーンはその面内の２方向、例えば水平方向及び垂直方向に移動可能となる。
このように２方向に弾性力をもつように配置するには、例えば連結部材を介して拡散板を固定部材に間接的に弾性体により保持することによって、簡易な構成で２方向に弾性力をもち、スムーズな移動が可能な構成とすることができる。
そして、この拡散板を、これを直接又は間接的に保持する固定部材に対して相対的に移動する構成とすることによって、拡散板を容易に円運動又は楕円型等の周回運動など、停止点を含まない軌跡をもって移動させることが可能となる。これにより、シンチレーションやスペックルを確実に改善することができる。

以上説明したように、本発明によれば、比較的簡易で実用的な構成をもって、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。
先ず図１に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を示す。一般的なリアプロジェクター型のプロジェクションテレビ等の画像投影装置に用いるスクリーンとしては、図１に示すように、視聴者側から、拡散板１、レンチキュラーレンズ部４、フレネルレンズ部５及び拡散板６より構成される。
本発明においては、フレネルレンズ部５よりも光源側に配された拡散板６をスクリーン平面内の２方向、すなわち拡散板６の面内の２方向に自由に動作ができるように、弾性体を利用して固定部材、例えば筐体内に保持するものである。

図２は、弾性体として板バネを用いた場合の一実施形態例の要部の概略斜視構成図である。この例においては、合計８本の板バネと、間接的に保持する連結部材２０ａ、２０ｂとを用いて拡散板６を筐体の一部を兼ねる固定部材２３に保持した例を示す。図２において、拡散板６の水平方向を矢印ｘ、垂直方向を矢印ｙ、拡散板６を通過する光の光軸方向を矢印ｚで示す。
図２に示すように、拡散板６の上面及び下面の端部において、例えば水平方向（ｘ方向）に長手方向をもち、拡散板６を通過する光の光軸方向（ｚ方向）に幅方向をもつ第１の板バネ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの一端が固定される。これら第１の板バネ１１ａ〜１１ｄの他端は、拡散板６の左右両側面に沿って延在する、すなわちこの場合垂直方向（ｙ方向）に延びる連結部材２０ａ、２０ｂにそれぞれ上端及び下端に１本ずつ固定される。第１の板バネ１１ａ〜１１ｄは、垂直方向（ｙ方向）に弾性力をもつ配置となる。
そして、この連結部材２０ａ及び２０ｂはそれぞれ、第２の板バネ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄによって固定部材２３に固定される。これら第２の板バネ１２ａ〜１２ｄは、例えば垂直方向（ｙ方向）に長手方向をもち、拡散板６を通過する光の光軸方向（ｚ方向）に幅方向をもつ配置とすることによって、水平方向（ｘ方向）に弾性力をもつ配置となる。
すなわちこの例においては、第１の板バネ１１ａ〜１１ｄによって垂直方向に弾性力をもち、第２の板バネ１２ａ〜１２ｄによって水平方向に弾性力をもつように、拡散板６が固定部材２３に間接的に保持される例を示す。このように、連結部材を介して固定部材に保持する構成とすることによって、水平及び垂直などの２方向に、スムーズに移動することが可能な構成とすることができる。
なお、板バネ及び各部材の固定方法は、接着、ネジ止めなど種々の手法を採り得る。
また、連結部材として、本実施形態例のように垂直方向に延在する部材ではなく、水平方向に延在する部材を用いてもよく、その場合も同様に水平方向、垂直方向に弾性力をもつように板バネ等の弾性体を配置、固定することによって、このように、拡散板６の面内の２方向に弾性力をもって保持される構成とすることが可能である。

そしてこの例では、拡散板６の左右両側面において、この拡散板６の水平方向（ｘ方向）に駆動可能な駆動部３１ａ及び３１ｂ、垂直方向（ｙ方向）に駆動可能な駆動部３２ａ及び３２ｂを、固定部材２３との間に設ける。
図３は、この駆動部３１ａ及び３２ａとしてＶＣＭを用いる場合の一実施形態例の概略斜視構成図である。この場合、図２において矢印Ａで示す位置から拡散板６の右側面を見た図を示している。
図３に示すように、駆動部３１ａ及び３２ａには、それぞれマグネット、ヨーク及びコイルから成る磁気回路が構成されて電磁力により非接触で駆動可能とされる。そして駆動部３１ａの例えばマグネット３３及びヨーク３４は固定部材２３に固定され、コイル３５は拡散板６に固定される。また、駆動部３２ａのマグネット３６及びヨーク３７は固定部材２３に固定され、コイル３８は拡散板６に固定される。図示しないが、図２における駆動部３１ｂ及び３２ｂも、駆動部３１ａ及び３２ａと同様に互いに直交する方向に駆動方向をもつように配置、固定される。
これにより、駆動部３１ａ及び３１ｂにより矢印ｘで示す水平方向、駆動部３２ａ及び３２ｂにより矢印ｙで示す垂直方向に拡散板６を固定部材２３に対し相対的に移動させることが可能となる。
なお、上述したように、連結部材として水平方向に延在する部材を用いる場合においても同様に、このように駆動部の配置方向を変えて２方向に駆動可能とすることによって、拡散板６を２方向に駆動させる構成とすることができる。

そしてこのような互いに直交する駆動方向をもって取り付けられた各駆動部３１ａ及び３２ａに対して、例えば９０°位相差をつけた正弦波形の電圧を印加することにより、電磁力が発生し、拡散板６を略円運動させることができる。
図４に実際の動作変位の一例を示す。水平方向、垂直方向とも１０Ｖｐｐ（peak to peak）の電圧印加で直径０．２ｍｍをもって円運動させることができた。この場合、円運動の周期は略２Ｈｚ、線速度は１．２ｍｍ／ｓであり、スクリーンとして用いた場合に、十分にシンチレーション及びスペックルノイズを１／３に低減化できることが確認された。
なお、上述の実施形態例においては、拡散板６を支える弾性体として板バネを用いた例を示すが、弾性体としてはその他適切な弾性力を有するものであればゴム状弾性体やコイルバネなどでもよい。板バネを用いる場合は、比較的簡易で安価に構成することが可能である。

また、駆動部としてＶＣＭを用いる場合は、電磁力を用いていることから、駆動させる拡散板６と固定部材２３との間が非接触状態となる。したがって、機械的な駆動手段を用いる場合と比較すると、スクリーンの拡散板が温度の変動によって膨張又は収縮した場合においても、固定部材と接触していないことから撓みや歪みを生じることがなく、駆動時に不具合を生じる恐れが少ないという利点がある。

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。先ず、光変調部として透過型及び反射型の液晶パネルを用いる場合の実施形態例について説明する。以下に説明する各画像投影装置は、プロジェクションテレビや大型スクリーン用プロジェクターまたは、コンピュータ画像投影用などに適用することができる。
図５は、本発明の画像投影装置１５０の一実施形態例の概略構成図である。図５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はダイクロイックミラー１０５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、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。

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。

ここで、固体光源１０１の例えば赤色レーザ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５に示す構成において、赤色レーザ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、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で前述の図１〜図３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。

この場合、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、ダイクロイックミラー１０５及び１１２の透過波長帯域を適切に選定することによって調整することができる。
ここで例えばダイクロイックミラー１０５の透過率５０％波長を５６５ｎｍ、ダイクロイックミラー１１２の透過率５０％波長を６００ｎｍとする。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、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比較的シャープなスペクトルとすることができる。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。

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のダイクロイックミラー１０５に対して、ダイクロイックミラー１１２の透過率５０％波長は、このダイクロイックミラー１０５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。

更に、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。
このように、固体光源からの光と放電ランプからの光とを併用して用いる画像投影装置１５０においても、従来はそのシンチレーション及びスペックルを抑えることが難しいという問題があったが、上述の本発明構成のスクリーンを用いることによって、比較的簡易で実用的な構成をもって確実に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６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６において、図５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１０１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、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。
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５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、ダイクロイックミラー１３１に入射し、こ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により集光されてダイクロイックミラー１３２に入射する。こ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、ダイクロイックミラー１３１に入射される。

ここで、ダイクロイックミラー１３１は、上述したように固体光源１０１から出射される光に対しては、その大部分を透過し、一方、ダイクロイックミラー１３２から反射されてこ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。例えば分離波長を５７５ｎｍとし、これより長波長側すなわち赤色レーザダイオード等の６４５ｎｍ近傍の光を透過させ、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、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、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１１８Ｒ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により緑色光と青色光とに分離されて、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で前述の図１〜図３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。
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、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、赤、緑及び青色帯域のスペクトル分布を所望の分布に調整することができる。
更に、本実施形態例においても、上述したように、スクリーン１０の拡散板を移動可能とすることによって、このようにレーザ等の固体光源を用いる場合においても、確実にシンチレーションのスペックルの低減化を図ることができることから、より優れた画像の投影が可能となる。

以上、光変調素子として液晶パネルを用いる場合の本発明の画像投影装置の実施形態例を説明したが、本発明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る。この場合は、本発明によるスクリーンを用いることによって、シンチレーションの低減化を図ることができる。また一方、固体光源として赤、緑及び青色のレーザダイオードを用いる場合や、赤色レーザ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ダイオードと放電ランプとを併用する場合など、固体光源の数や種類などは適宜選定可能である。固体光源等のコヒーレント光を含む光を用いる場合は、スペックルの低減化を図ることが可能である。
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、透過型及び反射型の液晶パネルの他、例えば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。

次に、他の実施形態例として、回折素子型の光変調素子を用いた画像投影装置について、その概略構成図である図７を参照して説明する。
この例においても画像投影装置は例えば大型スクリーン用プロジェクター、特にディジタル画像のプロジェクターとして、または、コンピュータ画像投影用として用いられるものである。

図７に示すように、画像投影装置８１は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色のレーザ光源８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂと、各レーザ光源に対して、それぞれ光軸上に順次設けられたミラー８４Ｒ、８４Ｇ、８４Ｂ、各色照明光学系（レンズ群）８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂ、及び光変調素子として機能する回折素子型構成の光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂとを備えている。各色照明光学系（レンズ群）８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂは、後述するように１次元型構成とされる回折素子型の光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂに対して効率よく光源からの光を照射するように光束形状を整える機能を有する。また、光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂによりそれぞれ光強度が変調された赤色レーザ光、緑色レーザ光及び青色レーザ光を合成するダイクロイックミラー等の色合成フィルタ８９、空間フィルタ９０、ディフューザー９１、ミラー９２、レンズ９３、ガルバノスキャナー等の走査照明系９４、投影光学系（レンズ群）９５、及び上述の図１〜図３において説明した本発明構成のスクリーン９６を備えている。

レーザ光源８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂとしては、それぞれ赤色光（例えば波長６４２ｎｍ、光出力約３Ｗ）、緑色光（例えば波長５３２ｎｍ、光出力約２Ｗ）、青色光（波長４５７ｎｍ、光出力約１．５Ｗ）のレーザを射出するレーザダイオード等を用いることができる。なお、レーザ光の波長及び光出力はこれらに限定されるものではない。

光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂとしては、例えば静電駆動方式によるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイスである静電駆動素子を用いることができる。具体的には例えば基板上に下部電極が形成され、この下部電極に対向して、この下部電極とは空間によって電気的に絶縁された薄膜リボン状の梁が上部電極としてブリッジ状に配列形成された構成の静電駆動素子が利用可能である。この静電駆動素子は、基板側の下部電極と上部電極に与える電位に応じて、上部電極と下部電極との間の静電引力又は静電反発力により上部電極が変位することを利用し、下部電極に対して例えば１つおきの上部電極を基板側に変位させることによって、回折格子として作用させることができるものである。コヒーレント光を用いることによって、光の干渉により、特定の方向への反射光強度を連続的に変える階調制御を精度よく行うことができる。実用的には、梁（上部電極）を２以上並列した静電駆動素子を、数百〜千個程度の画素数分並置配列することによって、１次元型の光変調素子として使用されている。この１次元型光変調素子としては、米国Silicon Light Machine社製の回折ライトバルブ（ＧＬＶ：grating light valve）などが開発されている。

このような構成の画像投影装置８１において、レーザ光源８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂから射出された赤色、緑色及び青色の各レーザ光は、それぞれミラー８４Ｒ、８４Ｇ、８４Ｂを経て各色照明光学系８６Ｒ、８６Ｇ、８６Ｂから各光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂに同期入力されるようになっている。
更に、各レーザ光は、光変調素子８８Ｒ、８８Ｇ、８８Ｂによって回折されることにより空間変調され、これら３色の回折光が色合成フィルタ８９によって合成され、続いて空間フィルタ９０によって信号成分のみが取り出される。
次いで、このＲＧＢの画像信号は、ディフューザー９１によってレーザスペックルが低減され、ミラー９２及びレンズ９３を経て、画像信号と同期する走査照明系９４によって空間に展開され、投影光学系９５によってスクリーン９６上にフルカラー画像として投影される。

この画像投影装置８１においても、本発明構成のスクリーン９６を用いることによって、上述の各実施形態例における画像投影装置と同様に、スクリーン９６が比較的簡易で実用的な構成であるにもかかわらず、確実にスペックルの低減化を図ることができることとなる。
なお、このように回折素子型の光変調素子を用いて画像投影を行う画像投影装置においても、上述の実施形態例において説明したスクリーン以外の光学部品や配置に限定されることなく、種々の変更が可能である。

以上説明したように、本発明によれば、画像投影装置におけるシンチレーションやスペックルを低減化することができる。特にレーザなど干渉性の高い光源を用いることによるスペックルノイズを、比較的簡易で実用的な構成をもって確実に低減化することができる。
そして本発明のスクリーンにおいて、拡散板を、連結部材を介して弾性体により固定部材に保持することによって、簡易な構成でスムーズな移動が可能となる。
また、弾性体として板バネを用いる場合は、比較的簡易で安価に構成することが可能である。
更に、駆動部としてＶＣＭを用いる場合は、電磁力を用いていることから、駆動させる拡散板６と固定部材２３との間が非接触状態となるので、機械的な駆動手段を用いる場合と比較して、スクリーンの拡散板が温度の変動によって膨張又は収縮した場合においても、固定部材に対して接触して撓みや歪みを生じるとか、駆動時に不具合を生じる恐れが少ないという利点がある。

なお、本発明のスクリーン及び画像投影装置は上述した各実施形態例に限定されるものではなく、スクリーンの拡散板以外の光学シートなどの材料構成、また画像投影装置における光源や光学系の構成などにおいて、本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。

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。 本発明のスクリーンの一実施形態例の要部の概略斜視構成図である。 本発明のスクリーンの一実施形態例の要部の概略斜視構成図である。 本発明のスクリーンの一実施形態例の動作変位を示す図である。 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。 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。 従来のスクリーンの一例の概略構成図である。 従来のスクリーンの一例の概略構成図である。

符号の説明

１．拡散板、２．レンチキュラーレンズ部、３．フレネルレンズ部、６．拡散板、１０．スクリーン、１１ａ．第１の板バネ、１１ｂ．第１の板バネ、１１ｃ．第１の板バネ、１１ｄ．第１の板バネ、１２ａ．第２の板バネ、１２ｂ．第２の板バネ、１２ｃ．第２の板バネ、１２ｄ．第２の板バネ、２０ａ．連結部材、２０ｂ．連結部材、２３．固定部材、３１ａ．駆動部、３１ｂ．駆動部、３２ａ．駆動部、３２ｂ．駆動部、８１．画像投影装置、８２Ｒ．光源、８２Ｇ．光源、８２Ｂ．光源、８６Ｒ．照明光学系、８６Ｇ．照明光学系、８６Ｂ．８８Ｒ．光変調素子、８８Ｇ．光変調素子、８８Ｂ．光変調素子、８９．色合成フィルタ、９０．空間フィルタ、９１．ディフューザー、９２．ミラー、９３．レンズ、９４．走査照明系、９５．投影光学系、９６．スクリーン、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．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．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、１３１．ダイクロイックミラー、１３２．ダイクロイックミラー、１３３．ダイクロイックミラー、１３４．ダイクロイックミラー、１５０．画像投影装置、１５１．光源、１５２．光変調部、１５３．投影光学部

Claims (8)

1. 光源から出射される光が変調されて投影されるスクリーンにおいて、
   前記スクリーンは拡散板を有し、
   前記拡散板が、固定部材に対して、一対以上の弾性体と、前記拡散板の側面に沿う所定の方向に延在して設けられる連結部材とを介して保持され、
   前記連結部材は、前記拡散板の側面に沿って設けられ、
   前記一対の弾性体のうち一方の弾性体は、前記拡散板の面内に沿う第１の方向に弾性力をもつように配置されて、一端が前記固定部材に固定され、他端が前記連結部材に固定され、
   前記一対の弾性体のうち他方の弾性体は、前記第１の方向と直交する方向で、且つ、前記拡散板の面内に沿う第２の方向に沿って弾性力をもつように配置されて、一端が前記連結部材に固定され、他端が前記拡散板に固定され、
   前記拡散板と前記固定部材との間に、前記拡散板を、その面内の２つの方向に移動させる駆動部が設けられて成る
   スクリーン。
2. 前記弾性体が一対以上の板バネより成り、
   前記一対の板バネのうち一方の板バネの長手方向は、前記連結部材の延在する方向に沿って配置され、前記一対の板バネのうち他方の板バネの長手方向は、前記連結部材の延在する方向と直交する方向で、且つ、前記拡散板の面内に沿う方向に沿って配置される請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記第１及び第２の方向のうち一方が前記拡散板の水平方向であり、他方が前記拡散板の垂直方向である請求項１又は２に記載のスクリーン。
4. 前記駆動部が、ボイスコイルモータである請求項１〜３のいずれかに記載のスクリーン。
5. 光源と、該光源から出射される光を画像信号に対応して変調する光変調部と、該光変調部により変調された画像光が投影され、少なくとも拡散板を有するスクリーンと、を備えるリアプロジェクター型の画像投影装置において、
   前記スクリーンの前記拡散板は、
   固定部材に対して、一対以上の弾性体と、前記拡散板の側面に沿う所定の方向に延在して設けられる連結部材とを介して保持され、
   前記連結部材は、前記拡散板の側面に沿って設けられ、
   前記一対の弾性体のうち一方の弾性体は、前記拡散板の面内に沿う第１の方向に弾性力をもつように配置されて、一端が前記固定部材に固定され、他端が前記連結部材に固定され、
   前記一対の弾性体のうち他方の弾性体は、前記第１の方向と直交する方向で、且つ、前記拡散板の面内に沿う第２の方向に沿って弾性力をもつように配置されて、一端が前記連結部材に固定され、他端が前記拡散板に固定され、
   前記拡散板と前記固定部材との間に、前記拡散板を、その面内の２つの方向に移動させる駆動部が設けられて成る
   画像投影装置。
6. 前記スクリーンの前記拡散板における前記弾性体が一対以上の板バネより成り、
   前記一対の板バネのうち一方の板バネの長手方向は、前記連結部材の延在する方向に沿って配置され、前記一対の板バネのうち他方の板バネの長手方向は、前記連結部材の延在する方向と直交する方向で、且つ、前記拡散板の面内に沿う方向に沿って配置される請求項５に記載の画像投影装置。
7. 前記スクリーンの前記拡散板における第１及び第２の方向のうち一方が前記拡散板の水平方向であり、他方が前記拡散板の垂直方向である請求項５又は６に記載の画像投影装置。
8. 前記スクリーンの前記拡散板における前記駆動部が、ボイスコイルモータである請求項５〜７のいずれかに記載の画像投影装置。

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