JP4605032B2 - スクリーン及び画像投影装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (8)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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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