JPWO2007138880A1 - 画像表示装置 - Google Patents

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哲郎 水島
達男 伊藤
達男 伊藤
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敏史 横山
黒塚　章
章 黒塚
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Abstract

視聴者による視認可能な画像を表示する画像表示部を有する画像表示装置である。前記画像表示部は、レーザ光を拡散させる副拡散層と、前記副拡散層を振動させる振動部と、前記副拡散層により拡散されたレーザ光を拡散させる主拡散層と、前記視聴者側からの外光を遮光する遮光層とを備え、前記主拡散層及び遮光層は、前記副拡散層の前記視聴者側に配置される。

Description

本発明は、レーザ光源を用いる画像表示装置に関する。
画像表示装置として、スクリーン上に画像を映し出すプロジェクションディスプレイが普及している。このようなプロジェクションディスプレイには、一般に、ランプ光源が用いられているが、ランプ光源は寿命が短く、色再現領域が制限されると共に、光利用効率が低いという問題点がある。
これらの問題を解決するため、画像表示装置の光源としてレーザ光源を用いることが試みられている。レーザ光源は、ランプ光源に比べて寿命が長く、指向性が強いため光利用効率を高めやすい。また、レーザ光源は、単色性を示すため、色再現領域が大きく、鮮やかな画像の表示が可能である。
しかしながら、レーザ光源を用いたディスプレイ（以下、「レーザディスプレイ」と呼ぶ。）では、レーザ光の干渉性が高いことから生じるスペックルノイズが問題となる。スペックルノイズとは、レーザ光がスクリーン上で散乱される際、散乱光同士が干渉するために生じる、観察者の目で捉えられる微細な粒状のノイズである。スペックルノイズは、観察者の目のＦ（エフナンバー）とレーザ光源の波長で決まる大きさの粒がランダムに配置されるノイズであり、観察者がスクリーン上の画像を捉えるのを妨害し、深刻な画像劣化を引き起こす。
これまでスペックルノイズを低減する方法が数多く提案され、スクリーン（表示部）による対策としては、スクリーンを振動させることで時間的に異なるスペックルパターンを作成する方法が提案されている。特許文献１には、圧電素子によるスクリーン振動が提案されている。特許文献２には、表示部が２枚以上のスクリーンで構成され、少なくとも１枚を気流により振動させることを提案している。また、特許文献３には、拡散層を時間的に変化させることが、特許文献４には、拡散層を内部振動させることが提案されている。
しかしながら、スペックルノイズを低減させるためにスクリーンを振動させることは有効ではあるが、スクリーン振動による騒音、スクリーン振動による画像のボケなどの画像劣化と共に、スクリーン振動が視聴者に検知され、視聴者が違和感を覚えるという新たな問題が生じている。
また、スクリーンの大画面化に伴い、スクリーンの振動機構の大型化が要求され、振動機構の信頼性を保つことが困難となりつつある。
特開昭５５−６５９４０号公報 特開２００５−１０７１５０号公報 特開２００１−１００３１６号公報 特開２００１−１００３１７号公報
本発明の目的は、スペックルノイズを除去しながら、視聴者に外光照明下でも自然で高品位の画像を表示することができる画像表示装置を提供することである。
本発明の一局面に従う画像表示装置は、視聴者による視認可能な画像を表示する画像表示部を有する画像表示装置であって、前記画像表示部は、レーザ光を拡散させる副拡散層と、前記副拡散層を振動させる振動部と、前記副拡散層により拡散されたレーザ光を拡散させる主拡散層と、前記視聴者側からの外光を遮光する遮光層とを備え、前記主拡散層及び遮光層は、前記副拡散層の前記視聴者側に配置される。
上記の画像表示装置では、振動部により振動が印加される副拡散層の視聴者側に主拡散層及び遮光層を配置し、遮光層により視聴側からの外光を遮光するので、副拡散層の振動を視聴者に検知されることなく、レーザ光の利用に起因するスペックルノイズを除去し、外光照明による画像劣化を抑えることができる。このため、自然で、色鮮やかで、コントラストが高い画像を表示することができる。
本発明の実施の形態１における画像表示装置の概略構成を示す模式図である。 画像表示部の構成を示す概略断面図である。 副拡散層のヘーズ値Ｈｓとスペックル除去効果との関係を示す図表である。 図４Ａは、副拡散層及び振動部の構成を示す概略正面図である。図４Ｂは、副拡散層及び振動部の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２における画像表示装置の画像表示部の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態３における画像表示装置の画像表示部の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態４における画像表示装置の画像表示部の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態５における画像表示装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態６における画像表示装置の概略構成を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一部分には同一符号を付し、図面で同一の符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における画像表示装置１００の概略構成を示す模式図である。本実施の形態における画像表示装置１００は、例えば、レーザ光源を用いたリアプロジェクションディスプレイ（レーザディスプレイ）に係るものである。
図１において、本実施の形態における画像表示装置１００は、レーザ光源１と、変調素子２と、投射光学系３と、背面ミラー３１と、画像表示部４と、を備えている。レーザ光源１から出射された光は、図示しない照明光学系を経て、変調素子２を照明する。レーザ光源１からの出射光は変調素子２により変調された後、その変調された光は、投射光学系３から背面ミラー３１を経て、画像表示部４上に拡大表示される。視聴者１０は、図中右側より、画像表示部４上に表示される画像を観察することになる。
画像表示部４は、副拡散層５と、遮光層６と、主拡散層７と、を有しており、遮光層６及び主拡散層７は、副拡散層５の視聴者１０側に配置されている。すなわち、副拡散層５の存在が視聴者１０により直接視認されることがないように、副拡散層５、遮光層６及び主拡散層７の視聴者１０に対する配置の順序が設定されている。
副拡散層５は、副拡散層５による散乱状態が時間的に変化するように、副拡散層５に印加される振動を制御する振動部５１を有している。副拡散層５には振動部５１により振動が印加され、それにより、副拡散層５から時間毎に異なる位相や角度の光が出射されることになる。副拡散層５から出射された光は主拡散層７で散乱され、視聴者１０は主拡散層７により散乱された光により画像を観察する。すなわち、視聴者１０は、副拡散層５により時間的に位相や角度の変化した散乱光を観察することとなる。スペックルノイズは、レーザ光が拡散体を通過及び反射するとき、ランダムに散乱され、視聴者１０の網膜で散乱波が重なることで生じ、ぎらぎらと輝く斑点模様（スペックルパターン）のノイズである。本実施の形態では、画像表示部４から出射される散乱波の位相や角度を副拡散層５で時間的に変化させることで、スペックルパターンを変化させる。視聴者１０は、変化したスペックルパターンを時間的に積算して知覚することとなり、スペックルノイズの斑点の明暗は平均化され、視聴者１０はスペックルノイズを感知しなくなる。
遮光層６は、副拡散層５よりも視聴者１０側に配置され、視聴者１０側に配置された照明光などの外光が画像表示部４で反射拡散されて視聴者１０に観察されて画像が劣化することを防止する。同時に、遮光層６は、副拡散層５に外光が達することを防いでいる。散乱状態が変化する副拡散層５に達した外光を視聴者１０が観察すると、画像表示部４の散乱状態の時間的変化が検知され、視聴者１０が新たな違和感を覚えてしまう。このため、遮光層６を設けることにより、視聴者１０側からの外光が副拡散層５に入射することを防いでいる。このように、遮光層６の配置により、外光の映りこみやコントラストの劣化を抑えると共に、副拡散層５の振動による散乱状態の変化を視聴者１０に検知されることを防止できる。
主拡散層７は、副拡散層５よりも視聴者１０側に配置され、副拡散層５による時間的変化を持つ画像光を拡散する。このようにすることで、視聴者１０に画像光の時間的変化が検知され難くすることができる。また、主拡散層７による外光の反射拡散は時間変化しないことにより、副拡散層５による散乱状態の変化による違和感を視聴者１０に与えてしまうことを防止することができる。さらに、視聴者１０に対しての画像表示は、視聴者１０側に配置された主拡散層７により行われる。このため、副拡散層５が振動してもボケなどの画像劣化が生じず、主拡散層７による拡散により高品位の画像を視聴者１０に表示することができる。
また、主拡散層７及び遮光層６は、副拡散層５の振動により生じる駆動音を遮音する効果も有している。副拡散層５の視聴者１０側に配置された遮光層６及び主拡散層７は、上記の駆動音が画像表示部４から視聴者１０に伝搬することを防止する。したがって、副拡散層５の振動により生じる駆動音は視聴者１０により検知されることはなく、副拡散層５の振動が視聴者１０による画像の観察の妨げとなることがない。
さらに、主拡散層７及び遮光層６は、視聴者１０側から加えられる外的圧力や液体等の付着といった、副拡散層５の振動機構を阻害する外的要因から保護する効果も有している。画像表示部４の大型化に伴い、副拡散層５の軽量化は必須となって来ている。このため、副拡散層５の振動部５１による副拡散層５の振動は、外的圧力や液体付着があった場合に不完全動作となり易い。振動する副拡散層５に直接、圧力が加わったり、液体や、ほこり、ごみが付着する場合はもちろんであるが、振動部５１自体が圧力印加や液体等の付着を受けて、振動部５１の駆動が妨げられてしまう場合もあり得る。そこで、本実施の形態では、副拡散層５の視聴者１０側に主拡散層７及び遮光層６を配置することにより、上記の外的要因を主拡散層７及び遮光層６により抑え、副拡散層５の振動が阻害されることを防止する。
本実施の形態における画像表示装置１００によれば、画像表示部４による散乱状態の時間的変化を視聴者１０に検知されることなく、レーザ光源の利用により生じるスペックルノイズを除去することができる。このため、外光照明下でも画像劣化のない自然で、色鮮やかで、コントラストの高い画像を表示することができる。
次に、画像表示部４の具体的な構成について説明する。図２は、画像表示部４の構成を示す概略断面図である。図２に示すように、画像表示部４は、副拡散層５と、フレネルレンズ８と、レンチキュラーレンズ６５と、遮光層６１と、主拡散層７と、を有している。遮光層６１には、レンチキュラーレンズ６５の集光部に透過部が配置され、集光部以外に光吸収体の遮光部が配置されたパターンが形成されている。レンチキュラーレンズ６５、遮光層６１及び主拡散層７は接合により一体化されている。なお、図２では、簡略化のため、画像表示部４を固定する枠などは図示していない。画像表示部４のサイズとしては、例えば、対角５２インチである。
副拡散層５は、拡散フィルム５２と、振動部５１と、を有している。拡散フィルム５２の表面には凹凸パターンが形成され、拡散フィルム５２の厚みは５０μｍ、ヘーズ値は４０％、同時に振動するフレーム部などを含めた重量は約１５０ｇであった。振動部５１は、ボイスコイルモータからなり、拡散フィルム５２を図２の上下方向に振動させて副拡散層５の散乱状態を時間的に変化させる。ボイスコイルモータの図２の上下方向のストローク（振幅）は５００μｍ、振動周波数が１５Ｈｚであった。スペックルノイズを低減する上では、ボイスコイルモータによる振動の振幅は、拡散フィルム５２の拡散体の大きさの数倍程度であることが好ましい。拡散体の大きさが５０μｍ程度であれば１００〜２００μｍ程度の振幅が好ましく、拡散体の大きさが数μｍ程度であれば１０μｍ程度の振幅が好ましい。また、振動周波数は少なくとも数Ｈｚ程度あることが好ましい。
フレネルレンズ８は、背面ミラー３１からの画像の投射光を略平行光化し、画像表示部４の前方に光を配向させる。フレネルレンズ８は、拡散剤が混入された樹脂板と一体化されている。レンチキュラーレンズ６５は、投射光に対して水平方向に並列した多数のシリンドリカルレンズからなり、水平方向に光を拡げて水平方向の視野角を向上させている。
主拡散層７は、基材に、その基材と屈折率の異なる拡散体が混入された樹脂板からなる。その樹脂版の厚みとしては２ｍｍで、ヘーズ値は８５％、重量は約１．８Ｋｇであった。主拡散層７の視聴者１０側の表面には、視聴者１０による傷や指紋などを防止するハードコートを設けているが、その他に外光の反射や映りこみを防止するＡＲ処理や拡散処理を表面に設けてもよい。このような主拡散層７の表面に対する処理により、視聴者１０側からの外的要因が対処され、副拡散層５の保護が行われる。それにより、副拡散層５の外的要因に対する信頼性を低下させることなく、副拡散層５の軽量化を進めることができる。
遮光層６１は、黒色の光吸収体からなる遮光部と、レンチキュラーレンズ６５からの画像光を透過させる透過部と、が配置されたストライプパターンからなる。遮光部で視聴者１０側からの外光を吸収する。遮光層６１中の遮光部の体積比は７０％であった。遮光層６１は、画像光と異なる光（外光）を遮光部により吸収することにより画像表示部４における画像のコントラストなどの劣化を防ぎながら、画像光を透過部により透過させる。画像光の画像表示部４への入射角度条件にあわせて、画像光の透過部をパターン構造として持つことにより、外光のみ吸収する遮光層６１とすることができる。図１及び図２の例では、投射光学系３、副拡散層５、フレネルレンズ８及びレンチキュラーレンズ６５による画像光の入射角度条件によって、遮光層６１の遮光部及び透過部のパターンを決めている。遮光層６１中の遮光部の体積比は５０％以上であることが好ましく、より好ましくは６０％以上である。遮光部の体積比を大きくすることにより、外光の吸収効果をより高めることができる。また、遮光部の体積比は９０％以下であることが好ましい。９０％よりも高めると、副拡散層５によって拡散された光を遮光部で吸収することとなり、画像光のロスとなるとともに、スペックルノイズの低減を阻害する。
画像表示部４は、視聴者１０側から、主拡散層７、遮光層６１、副拡散層５の順に配置されていることが好ましい。主拡散層７を経た画像光は大きな拡散角を持つため、主拡散層７の視聴者１０側に遮光層６１を設けると、画像光を外光とともに遮り、画像光のロスとなる。上記の配置とすることで、画像光のロスを防ぐことを可能とする。なお、図２のように、上記の層間にフレネルレンズ８やレンチキュラーレンズ６５が挿入されてもよい。
主拡散層７のヘーズ値Ｈｍと副拡散層５のヘーズ値Ｈｓとは、次の関係にあることが好ましい。
１０％＜Ｈｓ＜Ｈｍ
ヘーズ値は拡散度を表し、拡散透過率を全光線透過率で割った値である。この関係であれば、主拡散層７の拡散効果は副拡散層５よりも大きくなる。主拡散層７の拡散効果が副拡散層５よりも小さい場合、副拡散層５による画像光の散乱状態の時間的変化が視聴者１０に検知されやすくなる。このため、上記の関係を満たすことにより、視聴者１０による画像の時間的変化の検知を防ぐことができる。特に、図２のように遮光部と透過部を持つ遮光層６１を用いた場合、副拡散層５の拡散効果を主拡散層７よりも大きく設計すると、遮光層６１による画像光のロスが大きくなる。このため、主拡散層７の拡散効果を副拡散層５よりも大きくすることが好ましい。また、副拡散層５のヘーズ値が１０％以下であると、副拡散層５を振動させても、スペックルノイズを低減するのに十分な拡散効果を得ることが難しい。より好ましくは、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓは２０％以上である。２０％以上であれば、視聴者１０がほぼ検知できないレベルまでスペックルノイズを低減できる。
また、副拡散層５の拡散効果が主拡散層７よりも小さいことにより、副拡散層５の振動により生じる画像光の乱れを抑え、主表示面である主拡散層７の拡散が画像生成の主因となる。画像表示装置４の主表示面としての主拡散層７が機能することにより高品位の画像を表示させることができる。
図３は、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓとスペックル除去効果との関係を示す評価結果である。図３では、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓとして８％、１８％、２５％、４０％、５５％、７０％及び８５％を選択し、主拡散層７のヘーズ値Ｈｍは８５％である。この評価は、スペックルノイズによる画像輝度の揺らぎのσ（標準偏差）／Ｘ（輝度平均）を、仮想視覚カメラの測定により得られた結果である。副拡散層５のヘーズ値Ｈｓが４０％である場合における、副拡散層５の振動の有無の結果から、振動部５１により副拡散層５に振動を印加することにより、スペックルノイズによる輝度揺らぎ（σ／Ｘ）が小さくなることが分かる。
一方、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓが１０％未満の場合は、σ／Ｘが２０％以上であり、視聴者１０の目につく状態であった。副拡散層５のヘーズ値Ｈｓを１０％よりも大きくすることで、σ／Ｘは減少し、スペックルノイズは抑えられる。特に、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓを２０％よりも大きくすることで、σ／Ｘは５％以下となり、視聴者１０が気にならないレベルまでスペックルノイズを除去することができている。また、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓを主拡散層７と同じ８５％としたとき、画像光乱れが見られ、画像劣化が生じると共に、副拡散層５の振動による画像の揺らぎが検知された。また、光量ロスが３割以上生じた。
副拡散層５の重量は、主拡散層７よりも軽いことが好ましい。副拡散層５の重量は、実際に振動する部分の重量である。図２では、拡散フィルム５２と、拡散フィルム５２と同時に振動する拡散フィルム５２のフレーム部と、振動部５１の一部と、を含めた重量である。主拡散層７の重量は、主拡散層７を構成する拡散板などの重量で、図２では、主拡散層７の重量に、遮光層６１との接着層及び主拡散層７の表面のハードコート層を含んだ重量である。画像表示部４内の振動する副拡散層５の重量を主拡散層７より軽くすることにより、副拡散層５の振動が画像表示部４の外部に伝わっていくことを抑える。より好ましくは、副拡散層５の重量は、主拡散層７の重量の１／５以下である。１／５以下とすることで、より副拡散層５の振動を外部に伝えないようにすることができる。また、振動する副拡散層５よりも主拡散層７が重いことにより、主拡散層７は副拡散層５の振動により生じる駆動音を外部に伝わることを防ぐ効果を有する。
副拡散層５の厚みは、５００μｍ未満であることが好ましい。図２では、副拡散層５である拡散フィルム５２の厚みが５０μｍとなっている。副拡散層５を薄くすることにより、軽量化と振動部５１の簡易化ができ、光軸方向（図２の左右方向）の振動なども可能となる。また、副拡散層５を５００μｍ未満とすることで、副拡散層５の軽量化が達成されるので、画面表示部４が大画面化した場合であっても、振動部５１の小型化及び長期信頼性も得ることができる。本実施の形態では、拡散フィルム５２を５０μｍとして副拡散層５を軽量化したことにより、５０インチ以上の大画面に対し、振動部５１は１個の小型ボイスコイルモータにより実現可能となっている。
副拡散層５の振動部５１の振動周波数は、２０Ｈｚ未満であることが好ましい。振動部５１による騒音を視聴者１０に検知されないように、人の可聴域よりも低い周波数とする。また、低周波数で動作させることにより、振動部５１の長期信頼性を得ることができる。また、副拡散層５は、その層全体が一体的に振動するため、副拡散層５の振動時に駆動周波数のスピーカとなってしまう。特に、大画面表示を行う大きな副拡散層５では、大きな音が生じるという問題がある。そこで、画像表示部４から２０ｃｍ離れた距離の場所で駆動音を調べたところ、駆動周波数が１００Ｈｚ以上では副拡散層５の振幅が１０μｍ前後でも振動音が聞きとれた。一方。駆動周波数が２０Ｈｚ未満であれば副拡散層５の振幅が１００μｍ以上であっても、同じ場所で駆動音は聞き取れず、画像表示部４により表示された画像を問題なく視聴することができた。
図２の拡散フィルム５２は、図の上下方向に振動部５１により振動して、副拡散層５の散乱状態を時間的に変化させているが、副拡散層５の振動は図２の左右方向としてもよい。また、副拡散層５の振動振幅は、拡散フィルム５２の拡散体の大きさの数倍程度でよく、拡散体の構成により１００μｍ未満とすることもできる。なお、副拡散層５の振動部５１は、副拡散層５の散乱状態を時間的に変化させることができればよく、副拡散層５内の拡散体自体を振動させてもよい。
図２では、副拡散層５、遮光層６１、主拡散層７の他に、フレネルレンズ８やレンチキュラーレンズ６５が挿入されているが、その他の画像光の配向特性を制御する層や、更に外光の影響を防止するコートや層を設けても良い。
主拡散層７は、拡散体が混入された基材のほか、表面に凹凸形状を設けた拡散層など、視聴者１０にその拡散光で画像が観察できれば、どのような拡散効果を示す層でも構わない。
次に、副拡散層５及び振動部５１の具体的な構成について説明する。図４Ａは、副拡散層５及び振動部５１の構成を示す概略正面図、図４Ｂは、副拡散層５及び振動部５１の構成を示す概略断面図である。
図４Ａ及びＢに示すように、透明樹脂に凹凸パターンが形成された拡散フィルム５２はフレーム部５７により固定され、フレーム部５７は振動部５１の振動部分と接合している。また、フレーム部５７は、取り付けバネ５８により画像表示装置１００の筐体１５０に取り付けられている。また、振動部５１の固定部が画像表示装置１００の筐体１５０に取付けられている。振動部５１の振動部分は１５Ｈｚの正弦波で図の上下方向に動作するように制御され、取り付けバネ５８のバネ定数と数は、１５Ｈｚ付近で副拡散層５が共振するように設定されている。振動部５１と取り付けバネ５８により、拡散フィルム５２とフレーム部５７は１５Ｈｚで共振運動を行う。
図４Ａ及びＢに示す副拡散層５及び振動部５１によれば、副拡散層５の軽量化と信頼性を得ることができる。副拡散層５として拡散フィルム５２を用いることで、画像表示部４が大型化した場合でも、副拡散層５の軽量化を図ることができる。また、拡散フィルム５２を用いることで、振動の応力による拡散フィルム５２の耐久性や、拡散フィルム５２に生じるしわによる偏りが問題となるが、樹脂フィルムをフレーム部５７に固定し、同時に振動させることにより、それらの問題を解決することができる。また、副拡散層５を共振運動させることにより、低電力で振動部５１を制御することができ、画像表示装置１００の消費電力を低減できる。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１の画像表示部と異なる構成の画像表示部を備える画像表示装置に係るものである。図５は、本実施の形態に係る画像表示装置に用いられる画像表示部の構成を示す概略断面図である。
図５に示すように、本実施の形態における画像表示部４１は、振動部５１が設けられた副拡散層５３と、レンチキュラーレンズ６５と、遮光層６１と、主拡散層７と、を有している。上記の実施の形態１と同様、遮光層６１には、レンチキュラーレンズ６５の集光部に透過部が配置され、集光部以外に光吸収体の遮光部が配置されたパターンが形成され、レンチキュラーレンズ６５、遮光層６１及び主拡散層７が一体化されている。レンチキュラーレンズ６５、遮光層６１及び主拡散層７は、上記の実施の形態１と同一の構成である。
副拡散層５３は、視聴者１０側の一方の面としてフレネルレンズが形成されたレンズ面を、他方の面として凹凸パターンを有する拡散面を、それぞれ有している。副拡散層５３の厚みは２００μｍ、ヘーズ値は６０％、同時に振動するフレーム部を含め重量は約３００ｇであった。副拡散層５３は、振動部５１により図の上下方向に２００μｍ、１５Ｈｚの周波数で振動する。副拡散層５３は、フレネルレンズ面で画像の投射光を略平行光化し、画像表示部４１の前方に光を配向させると共に、拡散面と振動部５１を有することで散乱状態を時間的に変化させる。
本実施の形態は、副拡散層５３がフレネルレンズ効果も有する好ましい形態である。副拡散層５３とレンズ効果を持つ層を一体化させることにより、上記の実施の形態１と同様の配向特性を持ちながら、画像光が通過する空気と画像表示部４１の構成要素との間の界面数を減らし、表面反射による画像光のロスを低減することができる。
また、副拡散層５３は、上記の実施の形態１の拡散フィルム５２と同様、樹脂フィルムからなり、フレーム部で固定して、フレーム部と共に振動させることが好ましい。特に、フレネルレンズと一体化させた場合、振動部５１によりフレネルレンズ面に反りなどが生じるとレンズによる配向角度が変化し、輝度ムラなどが発生する。このため、フレネルレンズ面に反りなどが発生しないように、フレーム部で固定してフレーム部と共に振動させることが好ましい。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１及び２の画像表示部と異なる構成の画像表示部を備える画像表示装置に係るものである。図６は、本実施の形態に係る画像表示装置に用いられる画像表示部の構成を示す概略断面図である。
図６に示すように、本実施の形態における画像表示部４２は、フレネルレンズ８と、振動部５１が設けられた副拡散層５４と、遮光層６３と、主拡散層７と、を有している。
副拡散層５４の一方の面にはレンチキュラーレンズが形成され、視聴者１０側の他方の面には遮光層６３が接合されている。すなわち、副拡散層５４と遮光層６３は一体化され、振動部５１により一緒に振動する。主拡散層７は、上記の実施の形態１と同じものだが、上記の実施の形態２とは異なり、遮光層６３とは接合されずに分離され、振動はせずに、画像表示装置筐体に固定されている。フレネルレンズ８は、上記の実施の形態１と同じものを用いている。
副拡散層５４と遮光層６３は一体化され、一体化された厚みは１００μｍで、同時に振動するフレーム部を含め重量は約２００ｇであった。振動部５１により副拡散層５４と遮光層６３は、図の上下方向にストローク２００μｍ、１５Ｈｚの周波数で振動する。レンチキュラーレンズを一方の面に有する副拡散層５４のヘーズ値は、３０％であった。なお、副拡散層５４のヘーズ値はレンチキュラーレンズの拡散効果も含めた値である。
遮光層６３の透過部が副拡散層５４と共に振動することで、主拡散層７への入射光路は大きく変化し、スペックルパターンの多様化が生じ、スペックルノイズは低減する。本実施の形態は、遮光層６３と副拡散層５４が振動して、スペックルノイズを更に低減させる好ましい形態である。
また、副拡散層５４はレンチキュラーレンズを一方の面に有することで、遮光層６３と共に振動した場合も、常に透過部を画像光が透過するようにできる、より好ましい形態である。副拡散層５４がレンチキュラーレンズを一方の面に有することで、遮光層６３の振動による画像光のロスを低減することができる。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１〜３の画像表示部と異なる構成の画像表示部を備える画像表示装置に係るものである。具体的には、上記の実施の形態１〜３では、副拡散層の振動を機械的な機構により行ったが、本実施の形態では、副拡散層の振動を電磁的な機構により行うものである。図７は、本実施の形態に係る画像表示装置に用いられる画像表示部の構成を示す概略断面図である。
図７に示すように、本実施の形態における画像表示部４３は、フレネルレンズ８と、導電性副拡散層５６と、レンチキュラーレンズ６５ａと、導電性遮光層６２と、主拡散層７と、を有している。導電性副拡散層５６及び導電性遮光層６２は共に導電性を有しており、導電性副拡散層５６の電極５５若しくは導電性遮光層６２の電極６９の電圧印加により、互いの間に静電気力を生じさせる。導電性副拡散層５６の電極５５は電圧印加部５５１に接続され、導電性遮光層６２の電極６９は電圧印加部６９１に接続されている。レンチキュラーレンズ６５ａ、導電性遮光層６２及び主拡散層７は接合一体化され、画像表示装置筐体に固定されている。主拡散層７とフレネルレンズ８は、上記の実施の形態１と同様のものを用いている。
導電性副拡散層５６は、導電性を利用して、電圧をかけたときの静電気力によって図の左右方向に電圧を制御することで振動させる。導電性副拡散層５６は、厚み５０μｍで重量は約５０ｇであった。導電性副拡散層５６は、透明電極が樹脂フィルム表面にランダムな網目状に形成されており、この透明電極の凹凸パターンにより光を拡散させる。本実施の形態は、電極材料が拡散体となりながらフィルムに導電性を与える好ましい形態である。導電性副拡散層５６のヘーズ値は４０％であった。なお、導電性副拡散層５６は、通常の拡散フィルムの一面を透明電極膜でコートしたものなど、導電性と拡散性をあわせ持つものであれば特に限定されない。本実施の形態は、副拡散層５６に導電材料を含ませ導電性とさせることで、機械的なモータなどを用いずとも振動させられる好ましい形態である。
導電性遮光層６２は、導電性を示すように遮光部が導電材料である黒色の炭素で形成され、画像表示部４３の外周で遮光部が電気的に繋がるように電極６９が形成されている。導電性遮光層６２と導電性副拡散層５６はレンチキュラーレンズ６５ａにより隔てられている。すなわち、レンチキュラーレンズ６５ａは導電性遮光層６２と導電性副拡散層５６との間のギャップ層の効果も有している。そして、導電性遮光層６２と導電性副拡散層５６の電圧を制御することで、両者間に静電気力を発生させ、導電性副拡散層５６を図左右方向に振動させる。本実施の形態は、導電性遮光層６２に導電材料を含ませ、導電性副拡散層５６との間にギャップ層を設けることで、導電性遮光層６２との間の静電気力を利用して導電性副拡散層５６を振動させる好ましい形態である。なお、導電性遮光層６２は、導電材料を含みながら外光を遮光する機能を有すればよく、上記の構成に限定されない。
レンチキュラーレンズ６５ａは、上述したように、導電性遮光層６２と導電性副拡散層５６との間のギャップ層を兼ねることから、絶縁体である樹脂レンズ板からなることが好ましい。導電性副拡散層５６を静電気力で制御するとき、２つの導電層５６及び６２同士が引っ付いてしまわないように導電層５６及び６２間に絶縁体のギャップ層を設けることが好ましいが、これを画像光の配向制御を行うレンチキュラーレンズ６５ａで兼ねることで、振動機構を付加しても構造をシンプルにすることができる。
また、本実施の形態では、導電性副拡散層５６または導電性遮光層６２の通電状態により、導電部の劣化や切断がないか検知する機構を設けている。例えば、導電性副拡散層５６及び導電性遮光層６２に電圧を印加する電圧印加部５５１及び６９１は、電圧印加時に、通電状態の異常を検知する。このようにすることで、スクリーンが破損し、亀裂や穴が開いた場合、スクリーン全面に分布している導電部の一部が切断されることとなるが、これを速やかに検知することができる。スクリーンの破損を検知した場合、画像表示装置のレーザ光源の出力を停止し、視聴者１０の目に画像光が画像表示部を介せずに直接到達することを防ぐ。副拡散層もしくは遮光層に導電性材料を用い、通電状態を検知する機能を設けることで、視聴者１０の安全を確保することができる。スクリーンの破損を検知するためには、副拡散層と遮光層の両方を用いてもよいし、片方のみとしてもよい。
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。上記の実施の形態１〜４における画像表示装置は、リアプロジェクションディスプレイに係るものであったが、本実施の形態における画像表示装置は、フロントプロジェクションディスプレイに係るものである。図８に、本実施の形態における画像表示装置２００の概略構成を示す。
図８において、本実施の形態における画像表示装置２００は、レーザ光源１と、投射光学系３２と、画像表示部４４と、を備えている。画像表示装置２００は、画像表示部４４に対して、視聴者１０側から画像光を投射するレーザフロントプロジェクションディスプレイである。レーザ光源１からの出射光は、図示しない変調素子により変調され、その変調された光は、投射光学系３２を経て、画像表示部４４に表示される。
画像表示部４４は、選択波長吸収遮光層６４と、主拡散層７１と、振動部５１が設けられた反射型副拡散層５９と、を有している。反射型副拡散層５９の一方の面は反射面になっており、投射光学系３２から出射された光はその反射面で視聴者１０側に反射される。選択波長吸収遮光層６４と主拡散層７１は接合され一体化されている。
選択波長吸収遮光層６４は、画像光であるレーザ光の波長帯域を透過し、それ以外の帯域の波長の光を選択的に吸収する層である。選択波長吸収遮光層６４により、視聴者１０側の外光は画像表示部４４で拡散される前に吸収され、外光が引き起こす画像劣化を防ぐ。さらに、反射型副拡散層５９に外光が達せず、反射型副拡散層５９の振動が視聴者１０に検知されることを防ぐ。本実施の形態では、非常にスペクトル幅が狭いレーザ光によって画像光をつくるため、画像光と一致しない波長範囲が広い。外光のほとんどの成分は、画像光のスペクトルと異なるため、選択的に吸収することでほとんどの外光を吸収することが可能となる。本実施の形態の選択波長吸収遮光層６４は、レーザ光源を用いることで初めて有効となり、フロントプロジェクションタイプでも外光を除くことができる好ましい遮光層である。
主拡散層７１は、基材に、その基材と屈折率の異なる拡散体が混入された樹脂板からなる。厚み１ｍｍで、ヘーズ値７０％、重量は約９００ｇであった。
反射型副拡散層５９は、視聴者１０側と反対側の面にアルミ反射膜が蒸着され、視聴者１０側の面に凹凸パターンからなる拡散面が形成されている。反射型副拡散層５９の厚みは５０μｍ、反射膜の蒸着前に測定したヘーズ値は４０％であった。同時に振動するフレーム部などを含めた重量は約１５０ｇであった。振動部５１は、反射型副拡散層５９を図の上下方向にストローク５００μｍ、振動周波数１５Ｈｚで振動させる。
なお、副拡散層と反射層は分離してもよく、反射層はアルミ以外でも画像光のみを選択的に反射する誘電体多層膜や白色拡散体を用いてもよい。
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について説明する。上記の実施の形態１〜４における画像表示装置はリアプロジェクションディスプレイに係り、上記の実施の形態５における画像表示装置はフロントプロジェクションディスプレイに係るものであったが、本実施の形態における画像表示装置は、液晶ディスプレイに係るものである。図９に、本実施の形態における画像表示装置３００の概略構成を示す。
図９において、本実施の形態における画像表示装置３００は、レーザ光源１と、導光板９と、画像表示部４５と、を備えている。レーザ光源１を出射した光は、導光板９により面状に均一化され、画像表示部４５へ出射される。画像表示部４５は、主拡散層７と、偏光子遮光層６６と、２次元空間変調素子２１と、振動部５１が設けられた副拡散層５と、を有している。主拡散層７、偏光子遮光層６６及び２次元空間変調素子２１は、接合され一体化されている。主拡散層７と副拡散層５は、上記の実施の形態１と同じものを用いている。２次元空間変調素子２１は、レーザ光を画像信号により変調して、画像とする。
偏光子遮光層６６は、一定方向の偏光方向の光のみ透過し、直交する偏光成分を吸収する遮光層である。偏光子遮光層６６は、吸収する偏光成分の外光を吸収して、外光による画像劣化を防ぐと共に、変調された画像光のコントラストを高めることができる。さらに、副拡散層５に外光が達せず、副拡散層５の振動が視聴者１０に検知されることを防ぐ。変調された画像光のコントラストを高めるためには、偏光子遮光層６６と画像光の不要成分の偏光方向を合わせる必要がある。このとき、画像光を変調させる２次元空間変調素子２１と偏光子遮光層６６間に、振動する副拡散層５があると、偏光方向が乱れ、画像コントラストを向上させることが難しい。そこで、本実施の形態は、２次元空間変調素子２１を振動する副拡散層５の出射側に設け、視聴者１０側に偏光子遮光層６６を設けることにより画像コントラストの向上をすることができる好ましい形態である。
主拡散層７も副拡散層５と同様に、２次元空間変調素子２１と偏光子遮光層６６間に設けず、本実施の形態のように偏光子遮光層６６の視聴者１０側に設けることが好ましい。
このように、本実施の形態は、投射光学系を用いずに、２次元空間変調素子の像を視聴者１０が観察する場合に用いることができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態１〜６における画像表示装置よれば、スペックルノイズが除去され、高品位の画像を常に表示することができる。
上記の実施の形態１〜６において、振動する副拡散層は、視聴者が直接画像を観察する画像表示部全面に形成されて振動していれば、スペックルノイズを低減することができる。
また、上記の実施の形態１〜６において、画像表示部は、表示画像が視聴者に観察できればよく、平面状でなくとも、曲面状でもよく、形態も長方形などに限られない。
さらに、上記の実施の形態１〜６において、レーザ光源のレーザ光の変調は変調素子によるものに限定されず、レーザ光源の出力を変調してもよい。
また、上記の実施の形態１〜６において、画像表示装置のレーザ光源から画像表示部までの光学系なども特に上記で述べた構成に限定されない。
上記の各実施の形態から本発明について要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係る画像表示装置は、視聴者による視認可能な画像を表示する画像表示部を有する画像表示装置であって、前記画像表示部は、レーザ光を拡散させる副拡散層と、前記副拡散層を振動させる振動部と、前記副拡散層により拡散されたレーザ光を拡散させる主拡散層と、前記視聴者側からの外光を遮光する遮光層とを備え、前記主拡散層及び遮光層は、前記副拡散層の前記視聴者側に配置される。
上記の画像表示装置では、振動部により振動が印加される副拡散層の視聴者側に主拡散層及び遮光層を配置し、遮光層により視聴側からの外光を遮光するので、副拡散層の振動を視聴者に検知されることなく、レーザ光の利用に起因するスペックルノイズを除去し、外光照明による画像劣化を抑えることができる。このため、自然で、色鮮やかで、コントラストが高い画像を表示することができる。
前記主拡散層は、前記遮光層の前記視聴者側に配置されることが好ましい。
この場合、主拡散層により拡散された光が視聴者側に直接到達するので、視聴者の目に届く光量を増やすことができる。
前記主拡散層のヘーズ値Ｈｍ及び副拡散層のヘーズ値Ｈｓは、１０％＜Ｈｓ＜Ｈｍを満たすことが好ましい。
この場合、主拡散層による拡散効果が副拡散層より大きくなるので、主拡散層が主表示面となり、副拡散層の振動による光の変化が視聴者に検知されにくくなる。
前記副拡散層は、前記主拡散層より軽い重量を有することが好ましく、前記副拡散層の重量は、前記主拡散層の重量の５分の１以下であることが好ましい。
この場合、振動する副拡散層と視聴者との間に副拡散層よりも重量の重い主拡散層が配置されるので、副拡散層の振動及びその振動に起因する振動音が視聴者側に伝搬することが主拡散層により防止される。それにより、視聴者は副拡散層の振動に気づくことなく、画像表示部に表示される画像を違和感無く視聴することができる。
前記副拡散層の厚みは、５００μｍ未満であることが好ましい。
この場合、副拡散層が軽量化され、副拡散層に振動を印加する振動部の構成を簡略化することができる。この結果、振動部の信頼性を低下させること無く、画像表示部の大型化が実現される。
前記副拡散層の振動周波数は、２０Ｈｚ未満であることが好ましい。
この場合、振動部による騒音が低減されて視聴者による視聴を妨害することが無くなると共に、振動部の負荷が低減されて振動部に信頼性が向上する。
前記副拡散層は、前記レーザ光を拡散させる樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの周囲に配置され、前記樹脂フィルムを固定するフレーム部とを有し、前記振動部は、前記フレーム部を振動させることにより前記樹脂フィルムを振動させることが好ましい。
この場合、副拡散層の軽量化を図ると共に、耐久性を向上させることできる。このため、副拡散層の信頼性を低下させること無く、画像表示部の大型化が実現される。
前記副拡散層の一面は、フレネルレンズ面からなり、前記レーザ光は、前記フレネルレンズ面により略並行光化されることが好ましい。
この場合、レーザ光が通過する界面数を増加させること無く、レーザ光を効率良く視聴者側に集めることができる。
前記副拡散層は、導電材料を含み、静電気力に基づいて前記副拡散層を振動させることが好ましい。
この場合、副拡散層を機械的な駆動機構を用いることなく振動させることができるので、不要な騒音の発生は無くなる。
前記遮光層は、導電材料を含み、静電気力に基づいて前記副拡散層を振動させ、前記副拡散層と前記遮光層との間には、所定の厚みを持つギャップ層が配置されていることが好ましい。
この場合、ギャップ層により副拡散層と遮光層の接着を抑えつつ、両者間の引力及び斥力を用いて副拡散層を振動させることができる。
前記ギャップ層は、樹脂レンズ板からなることが好ましい。
この場合、ギャップ層を兼ねる樹脂レンズ板により副拡散層と遮光層の接着を防止するので、振動部の構成を簡略化することができる。
前記導電材料を含む副拡散層及び前記導電材料を含む遮光層のうちの少なくとも一方は、前記導電材料の電圧印加時での通電状態の変化に基づいて前記画像表示部の異常を検知することが好ましい。
この場合、画像表示装置の稼動時に常時、画像表示部の異常を監視することができる。このため、画像表示部に破損等が発生した場合でも、画像表示装置の停止を迅速に行うことができる。
前記副拡散層の導電材料は、前記レーザ光を拡散させる拡散材料であることが好ましい。
この場合、導電材料により副拡散層に拡散性と導電性を与えることができるので、副拡散層を簡単な構成で実現することができる。
前記遮光層は、前記レーザ光を透過させる複数の透過部と、前記視聴者側からの外光を吸収する複数の遮光部と、が交互に配置されたパターン構造を有することが好ましい。
この場合、遮光部により視聴者側からの外光を吸収しつつ、透過部によりレーザ光を視聴者側に透過させることができる。このため、視聴者側からの外光の画像表示部への入射を防止し、効率よくレーザ光を視聴者側に導くことができる。
前記副拡散層と前記遮光層とは、一体化されていることが好ましい。
この場合、遮光層の透過部を透過するレーザ光の主拡散層への入射光路を時間的に大きく変化させ、スペックルノイズをより低減することができる。
前記遮光層は、前記レーザ光を透過させ、前記視聴者側からの外光を吸収する選択波長吸収層からなることが好ましい。
この場合、視聴者側からレーザ光を画像表示部に投射する前方投射型の画像表示装置の場合でも、視聴者側からの外光の副拡散層への入射を防止し、副拡散層の振動による光の変化が視聴者に検知されにくくなる。
前記画像表示部はさらに、前記副拡散層と前記遮光層との間に配置され、前記レーザ光を変調させる２次元空間変調素子を有し、前記遮光層は、前記レーザ光を透過させ、前記視聴者側からの外光を吸収する偏光子層からなることが好ましい。
この場合、導光板からレーザ光を画像表示部の背面から入射する液晶式の画像表示装置の場合でも、視聴者側からの外光の副拡散層への入射を防止し、副拡散層の振動による光の変化が視聴者に検知されにくくなる。
本発明の画像表示装置は、動画や静止画などの画像表示装置として利用することができる。
本発明は、レーザ光源を用いる画像表示装置に関する。
画像表示装置として、スクリーン上に画像を映し出すプロジェクションディスプレイが普及している。このようなプロジェクションディスプレイには、一般に、ランプ光源が用いられているが、ランプ光源は寿命が短く、色再現領域が制限されると共に、光利用効率が低いという問題点がある。
これらの問題を解決するため、画像表示装置の光源としてレーザ光源を用いることが試みられている。レーザ光源は、ランプ光源に比べて寿命が長く、指向性が強いため光利用効率を高めやすい。また、レーザ光源は、単色性を示すため、色再現領域が大きく、鮮やかな画像の表示が可能である。
しかしながら、レーザ光源を用いたディスプレイ（以下、「レーザディスプレイ」と呼ぶ。）では、レーザ光の干渉性が高いことから生じるスペックルノイズが問題となる。スペックルノイズとは、レーザ光がスクリーン上で散乱される際、散乱光同士が干渉するために生じる、観察者の目で捉えられる微細な粒状のノイズである。スペックルノイズは、観察者の目のＦ（エフナンバー）とレーザ光源の波長で決まる大きさの粒がランダムに配置されるノイズであり、観察者がスクリーン上の画像を捉えるのを妨害し、深刻な画像劣化を引き起こす。
これまでスペックルノイズを低減する方法が数多く提案され、スクリーン（表示部）による対策としては、スクリーンを振動させることで時間的に異なるスペックルパターンを作成する方法が提案されている。特許文献１には、圧電素子によるスクリーン振動が提案されている。特許文献２には、表示部が２枚以上のスクリーンで構成され、少なくとも１枚を気流により振動させることを提案している。また、特許文献３には、拡散層を時間的に変化させることが、特許文献４には、拡散層を内部振動させることが提案されている。
特開昭５５−６５９４０号公報 特開２００５−１０７１５０号公報 特開２００１−１００３１６号公報 特開２００１−１００３１７号公報
しかしながら、スペックルノイズを低減させるためにスクリーンを振動させることは有効ではあるが、スクリーン振動による騒音、スクリーン振動による画像のボケなどの画像劣化と共に、スクリーン振動が視聴者に検知され、視聴者が違和感を覚えるという新たな問題が生じている。
また、スクリーンの大画面化に伴い、スクリーンの振動機構の大型化が要求され、振動機構の信頼性を保つことが困難となりつつある。
本発明の目的は、スペックルノイズを除去しながら、視聴者に外光照明下でも自然で高品位の画像を表示することができる画像表示装置を提供することである。
本発明の一局面に従う画像表示装置は、視聴者による視認可能な画像を表示する画像表示部を有する画像表示装置であって、前記画像表示部は、レーザ光を拡散させる副拡散層と、前記副拡散層を振動させる振動部と、前記副拡散層により拡散されたレーザ光を拡散させる主拡散層と、前記視聴者側からの外光を遮光する遮光層とを備え、前記主拡散層及び遮光層は、前記副拡散層の前記視聴者側に配置される。
上記の画像表示装置では、振動部により振動が印加される副拡散層の視聴者側に主拡散層及び遮光層を配置し、遮光層により視聴側からの外光を遮光するので、副拡散層の振動を視聴者に検知されることなく、レーザ光の利用に起因するスペックルノイズを除去し、外光照明による画像劣化を抑えることができる。このため、自然で、色鮮やかで、コントラストが高い画像を表示することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同一部分には同一符号を付し、図面で同一の符号が付いたものは、説明を省略する場合もある。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における画像表示装置１００の概略構成を示す模式図である。本実施の形態における画像表示装置１００は、例えば、レーザ光源を用いたリアプロジェクションディスプレイ（レーザディスプレイ）に係るものである。
図１において、本実施の形態における画像表示装置１００は、レーザ光源１と、変調素子２と、投射光学系３と、背面ミラー３１と、画像表示部４と、を備えている。レーザ光源１から出射された光は、図示しない照明光学系を経て、変調素子２を照明する。レーザ光源１からの出射光は変調素子２により変調された後、その変調された光は、投射光学系３から背面ミラー３１を経て、画像表示部４上に拡大表示される。視聴者１０は、図中右側より、画像表示部４上に表示される画像を観察することになる。
画像表示部４は、副拡散層５と、遮光層６と、主拡散層７と、を有しており、遮光層６及び主拡散層７は、副拡散層５の視聴者１０側に配置されている。すなわち、副拡散層５の存在が視聴者１０により直接視認されることがないように、副拡散層５、遮光層６及び主拡散層７の視聴者１０に対する配置の順序が設定されている。
副拡散層５は、副拡散層５による散乱状態が時間的に変化するように、副拡散層５に印加される振動を制御する振動部５１を有している。副拡散層５には振動部５１により振動が印加され、それにより、副拡散層５から時間毎に異なる位相や角度の光が出射されることになる。副拡散層５から出射された光は主拡散層７で散乱され、視聴者１０は主拡散層７により散乱された光により画像を観察する。すなわち、視聴者１０は、副拡散層５により時間的に位相や角度の変化した散乱光を観察することとなる。スペックルノイズは、レーザ光が拡散体を通過及び反射するとき、ランダムに散乱され、視聴者１０の網膜で散乱波が重なることで生じ、ぎらぎらと輝く斑点模様（スペックルパターン）のノイズである。本実施の形態では、画像表示部４から出射される散乱波の位相や角度を副拡散層５で時間的に変化させることで、スペックルパターンを変化させる。視聴者１０は、変化したスペックルパターンを時間的に積算して知覚することとなり、スペックルノイズの斑点の明暗は平均化され、視聴者１０はスペックルノイズを感知しなくなる。
遮光層６は、副拡散層５よりも視聴者１０側に配置され、視聴者１０側に配置された照明光などの外光が画像表示部４で反射拡散されて視聴者１０に観察されて画像が劣化することを防止する。同時に、遮光層６は、副拡散層５に外光が達することを防いでいる。散乱状態が変化する副拡散層５に達した外光を視聴者１０が観察すると、画像表示部４の散乱状態の時間的変化が検知され、視聴者１０が新たな違和感を覚えてしまう。このため、遮光層６を設けることにより、視聴者１０側からの外光が副拡散層５に入射することを防いでいる。このように、遮光層６の配置により、外光の映りこみやコントラストの劣化を抑えると共に、副拡散層５の振動による散乱状態の変化を視聴者１０に検知されることを防止できる。
主拡散層７は、副拡散層５よりも視聴者１０側に配置され、副拡散層５による時間的変化を持つ画像光を拡散する。このようにすることで、視聴者１０に画像光の時間的変化が検知され難くすることができる。また、主拡散層７による外光の反射拡散は時間変化しないことにより、副拡散層５による散乱状態の変化による違和感を視聴者１０に与えてしまうことを防止することができる。さらに、視聴者１０に対しての画像表示は、視聴者１０側に配置された主拡散層７により行われる。このため、副拡散層５が振動してもボケなどの画像劣化が生じず、主拡散層７による拡散により高品位の画像を視聴者１０に表示することができる。
また、主拡散層７及び遮光層６は、副拡散層５の振動により生じる駆動音を遮音する効果も有している。副拡散層５の視聴者１０側に配置された遮光層６及び主拡散層７は、上記の駆動音が画像表示部４から視聴者１０に伝搬することを防止する。したがって、副拡散層５の振動により生じる駆動音は視聴者１０により検知されることはなく、副拡散層５の振動が視聴者１０による画像の観察の妨げとなることがない。
さらに、主拡散層７及び遮光層６は、視聴者１０側から加えられる外的圧力や液体等の付着といった、副拡散層５の振動機構を阻害する外的要因から保護する効果も有している。画像表示部４の大型化に伴い、副拡散層５の軽量化は必須となって来ている。このため、副拡散層５の振動部５１による副拡散層５の振動は、外的圧力や液体付着があった場合に不完全動作となり易い。振動する副拡散層５に直接、圧力が加わったり、液体や、ほこり、ごみが付着する場合はもちろんであるが、振動部５１自体が圧力印加や液体等の付着を受けて、振動部５１の駆動が妨げられてしまう場合もあり得る。そこで、本実施の形態では、副拡散層５の視聴者１０側に主拡散層７及び遮光層６を配置することにより、上記の外的要因を主拡散層７及び遮光層６により抑え、副拡散層５の振動が阻害されることを防止する。
本実施の形態における画像表示装置１００によれば、画像表示部４による散乱状態の時間的変化を視聴者１０に検知されることなく、レーザ光源の利用により生じるスペックルノイズを除去することができる。このため、外光照明下でも画像劣化のない自然で、色鮮やかで、コントラストの高い画像を表示することができる。
次に、画像表示部４の具体的な構成について説明する。図２は、画像表示部４の構成を示す概略断面図である。図２に示すように、画像表示部４は、副拡散層５と、フレネルレンズ８と、レンチキュラーレンズ６５と、遮光層６１と、主拡散層７と、を有している。遮光層６１には、レンチキュラーレンズ６５の集光部に透過部が配置され、集光部以外に光吸収体の遮光部が配置されたパターンが形成されている。レンチキュラーレンズ６５、遮光層６１及び主拡散層７は接合により一体化されている。なお、図２では、簡略化のため、画像表示部４を固定する枠などは図示していない。画像表示部４のサイズとしては、例えば、対角５２インチである。
副拡散層５は、拡散フィルム５２と、振動部５１と、を有している。拡散フィルム５２の表面には凹凸パターンが形成され、拡散フィルム５２の厚みは５０μｍ、ヘーズ値は４０％、同時に振動するフレーム部などを含めた重量は約１５０ｇであった。振動部５１は、ボイスコイルモータからなり、拡散フィルム５２を図２の上下方向に振動させて副拡散層５の散乱状態を時間的に変化させる。ボイスコイルモータの図２の上下方向のストローク（振幅）は５００μｍ、振動周波数が１５Ｈｚであった。スペックルノイズを低減する上では、ボイスコイルモータによる振動の振幅は、拡散フィルム５２の拡散体の大きさの数倍程度であることが好ましい。拡散体の大きさが５０μｍ程度であれば１００〜２００μｍ程度の振幅が好ましく、拡散体の大きさが数μｍ程度であれば１０μｍ程度の振幅が好ましい。また、振動周波数は少なくとも数Ｈｚ程度あることが好ましい。
フレネルレンズ８は、背面ミラー３１からの画像の投射光を略平行光化し、画像表示部４の前方に光を配向させる。フレネルレンズ８は、拡散剤が混入された樹脂板と一体化されている。レンチキュラーレンズ６５は、投射光に対して水平方向に並列した多数のシリンドリカルレンズからなり、水平方向に光を拡げて水平方向の視野角を向上させている。
主拡散層７は、基材に、その基材と屈折率の異なる拡散体が混入された樹脂板からなる。その樹脂版の厚みとしては２ｍｍで、ヘーズ値は８５％、重量は約１．８Ｋｇであった。主拡散層７の視聴者１０側の表面には、視聴者１０による傷や指紋などを防止するハードコートを設けているが、その他に外光の反射や映りこみを防止するＡＲ処理や拡散処理を表面に設けてもよい。このような主拡散層７の表面に対する処理により、視聴者１０側からの外的要因が対処され、副拡散層５の保護が行われる。それにより、副拡散層５の外的要因に対する信頼性を低下させることなく、副拡散層５の軽量化を進めることができる。
遮光層６１は、黒色の光吸収体からなる遮光部と、レンチキュラーレンズ６５からの画像光を透過させる透過部と、が配置されたストライプパターンからなる。遮光部で視聴者１０側からの外光を吸収する。遮光層６１中の遮光部の体積比は７０％であった。遮光層６１は、画像光と異なる光（外光）を遮光部により吸収することにより画像表示部４における画像のコントラストなどの劣化を防ぎながら、画像光を透過部により透過させる。画像光の画像表示部４への入射角度条件にあわせて、画像光の透過部をパターン構造として持つことにより、外光のみ吸収する遮光層６１とすることができる。図１及び図２の例では、投射光学系３、副拡散層５、フレネルレンズ８及びレンチキュラーレンズ６５による画像光の入射角度条件によって、遮光層６１の遮光部及び透過部のパターンを決めている。遮光層６１中の遮光部の体積比は５０％以上であることが好ましく、より好ましくは６０％以上である。遮光部の体積比を大きくすることにより、外光の吸収効果をより高めることができる。また、遮光部の体積比は９０％以下であることが好ましい。９０％よりも高めると、副拡散層５によって拡散された光を遮光部で吸収することとなり、画像光のロスとなるとともに、スペックルノイズの低減を阻害する。
画像表示部４は、視聴者１０側から、主拡散層７、遮光層６１、副拡散層５の順に配置されていることが好ましい。主拡散層７を経た画像光は大きな拡散角を持つため、主拡散層７の視聴者１０側に遮光層６１を設けると、画像光を外光とともに遮り、画像光のロスとなる。上記の配置とすることで、画像光のロスを防ぐことを可能とする。なお、図２のように、上記の層間にフレネルレンズ８やレンチキュラーレンズ６５が挿入されてもよい。
主拡散層７のヘーズ値Ｈｍと副拡散層５のヘーズ値Ｈｓとは、次の関係にあることが好ましい。
１０％＜Ｈｓ＜Ｈｍ
ヘーズ値は拡散度を表し、拡散透過率を全光線透過率で割った値である。この関係であれば、主拡散層７の拡散効果は副拡散層５よりも大きくなる。主拡散層７の拡散効果が副拡散層５よりも小さい場合、副拡散層５による画像光の散乱状態の時間的変化が視聴者１０に検知されやすくなる。このため、上記の関係を満たすことにより、視聴者１０による画像の時間的変化の検知を防ぐことができる。特に、図２のように遮光部と透過部を持つ遮光層６１を用いた場合、副拡散層５の拡散効果を主拡散層７よりも大きく設計すると、遮光層６１による画像光のロスが大きくなる。このため、主拡散層７の拡散効果を副拡散層５よりも大きくすることが好ましい。また、副拡散層５のヘーズ値が１０％以下であると、副拡散層５を振動させても、スペックルノイズを低減するのに十分な拡散効果を得ることが難しい。より好ましくは、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓは２０％以上である。２０％以上であれば、視聴者１０がほぼ検知できないレベルまでスペックルノイズを低減できる。
また、副拡散層５の拡散効果が主拡散層７よりも小さいことにより、副拡散層５の振動により生じる画像光の乱れを抑え、主表示面である主拡散層７の拡散が画像生成の主因となる。画像表示装置４の主表示面としての主拡散層７が機能することにより高品位の画像を表示させることができる。
図３は、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓとスペックル除去効果との関係を示す評価結果である。図３では、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓとして８％、１８％、２５％、４０％、５５％、７０％及び８５％を選択し、主拡散層７のヘーズ値Ｈｍは８５％である。この評価は、スペックルノイズによる画像輝度の揺らぎのσ（標準偏差）／Ｘ（輝度平均）を、仮想視覚カメラの測定により得られた結果である。副拡散層５のヘーズ値Ｈｓが４０％である場合における、副拡散層５の振動の有無の結果から、振動部５１により副拡散層５に振動を印加することにより、スペックルノイズによる輝度揺らぎ（σ／Ｘ）が小さくなることが分かる。
一方、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓが１０％未満の場合は、σ／Ｘが２０％以上であり、視聴者１０の目につく状態であった。副拡散層５のヘーズ値Ｈｓを１０％よりも大きくすることで、σ／Ｘは減少し、スペックルノイズは抑えられる。特に、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓを２０％よりも大きくすることで、σ／Ｘは５％以下となり、視聴者１０が気にならないレベルまでスペックルノイズを除去することができている。また、副拡散層５のヘーズ値Ｈｓを主拡散層７と同じ８５％としたとき、画像光乱れが見られ、画像劣化が生じると共に、副拡散層５の振動による画像の揺らぎが検知された。また、光量ロスが３割以上生じた。
副拡散層５の重量は、主拡散層７よりも軽いことが好ましい。副拡散層５の重量は、実際に振動する部分の重量である。図２では、拡散フィルム５２と、拡散フィルム５２と同時に振動する拡散フィルム５２のフレーム部と、振動部５１の一部と、を含めた重量である。主拡散層７の重量は、主拡散層７を構成する拡散板などの重量で、図２では、主拡散層７の重量に、遮光層６１との接着層及び主拡散層７の表面のハードコート層を含んだ重量である。画像表示部４内の振動する副拡散層５の重量を主拡散層７より軽くすることにより、副拡散層５の振動が画像表示部４の外部に伝わっていくことを抑える。より好ましくは、副拡散層５の重量は、主拡散層７の重量の１／５以下である。１／５以下とすることで、より副拡散層５の振動を外部に伝えないようにすることができる。また、振動する副拡散層５よりも主拡散層７が重いことにより、主拡散層７は副拡散層５の振動により生じる駆動音を外部に伝わることを防ぐ効果を有する。
副拡散層５の厚みは、５００μｍ未満であることが好ましい。図２では、副拡散層５である拡散フィルム５２の厚みが５０μｍとなっている。副拡散層５を薄くすることにより、軽量化と振動部５１の簡易化ができ、光軸方向（図２の左右方向）の振動なども可能となる。また、副拡散層５を５００μｍ未満とすることで、副拡散層５の軽量化が達成されるので、画面表示部４が大画面化した場合であっても、振動部５１の小型化及び長期信頼性も得ることができる。本実施の形態では、拡散フィルム５２を５０μｍとして副拡散層５を軽量化したことにより、５０インチ以上の大画面に対し、振動部５１は１個の小型ボイスコイルモータにより実現可能となっている。
副拡散層５の振動部５１の振動周波数は、２０Ｈｚ未満であることが好ましい。振動部５１による騒音を視聴者１０に検知されないように、人の可聴域よりも低い周波数とする。また、低周波数で動作させることにより、振動部５１の長期信頼性を得ることができる。また、副拡散層５は、その層全体が一体的に振動するため、副拡散層５の振動時に駆動周波数のスピーカとなってしまう。特に、大画面表示を行う大きな副拡散層５では、大きな音が生じるという問題がある。そこで、画像表示部４から２０ｃｍ離れた距離の場所で駆動音を調べたところ、駆動周波数が１００Ｈｚ以上では副拡散層５の振幅が１０μｍ前後でも振動音が聞きとれた。一方、駆動周波数が２０Ｈｚ未満であれば副拡散層５の振幅が１００μｍ以上であっても、同じ場所で駆動音は聞き取れず、画像表示部４により表示された画像を問題なく視聴することができた。
図２の拡散フィルム５２は、図の上下方向に振動部５１により振動して、副拡散層５の散乱状態を時間的に変化させているが、副拡散層５の振動は図２の左右方向としてもよい。また、副拡散層５の振動振幅は、拡散フィルム５２の拡散体の大きさの数倍程度でよく、拡散体の構成により１００μｍ未満とすることもできる。なお、副拡散層５の振動部５１は、副拡散層５の散乱状態を時間的に変化させることができればよく、副拡散層５内の拡散体自体を振動させてもよい。
図２では、副拡散層５、遮光層６１、主拡散層７の他に、フレネルレンズ８やレンチキュラーレンズ６５が挿入されているが、その他の画像光の配向特性を制御する層や、更に外光の影響を防止するコートや層を設けても良い。
主拡散層７は、拡散体が混入された基材のほか、表面に凹凸形状を設けた拡散層など、視聴者１０にその拡散光で画像が観察できれば、どのような拡散効果を示す層でも構わない。
次に、副拡散層５及び振動部５１の具体的な構成について説明する。図４Ａは、副拡散層５及び振動部５１の構成を示す概略正面図、図４Ｂは、副拡散層５及び振動部５１の構成を示す概略断面図である。
図４Ａ及びＢに示すように、透明樹脂に凹凸パターンが形成された拡散フィルム５２はフレーム部５７により固定され、フレーム部５７は振動部５１の振動部分と接合している。また、フレーム部５７は、取り付けバネ５８により画像表示装置１００の筐体１５０に取り付けられている。また、振動部５１の固定部が画像表示装置１００の筐体１５０に取付けられている。振動部５１の振動部分は１５Ｈｚの正弦波で図の上下方向に動作するように制御され、取り付けバネ５８のバネ定数と数は、１５Ｈｚ付近で副拡散層５が共振するように設定されている。振動部５１と取り付けバネ５８により、拡散フィルム５２とフレーム部５７は１５Ｈｚで共振運動を行う。
図４Ａ及びＢに示す副拡散層５及び振動部５１によれば、副拡散層５の軽量化と信頼性を得ることができる。副拡散層５として拡散フィルム５２を用いることで、画像表示部４が大型化した場合でも、副拡散層５の軽量化を図ることができる。また、拡散フィルム５２を用いることで、振動の応力による拡散フィルム５２の耐久性や、拡散フィルム５２に生じるしわによる偏りが問題となるが、樹脂フィルムをフレーム部５７に固定し、同時に振動させることにより、それらの問題を解決することができる。また、副拡散層５を共振運動させることにより、低電力で振動部５１を制御することができ、画像表示装置１００の消費電力を低減できる。
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１の画像表示部と異なる構成の画像表示部を備える画像表示装置に係るものである。図５は、本実施の形態に係る画像表示装置に用いられる画像表示部の構成を示す概略断面図である。
図５に示すように、本実施の形態における画像表示部４１は、振動部５１が設けられた副拡散層５３と、レンチキュラーレンズ６５と、遮光層６１と、主拡散層７と、を有している。上記の実施の形態１と同様、遮光層６１には、レンチキュラーレンズ６５の集光部に透過部が配置され、集光部以外に光吸収体の遮光部が配置されたパターンが形成され、レンチキュラーレンズ６５、遮光層６１及び主拡散層７が一体化されている。レンチキュラーレンズ６５、遮光層６１及び主拡散層７は、上記の実施の形態１と同一の構成である。
副拡散層５３は、視聴者１０側の一方の面としてフレネルレンズが形成されたレンズ面を、他方の面として凹凸パターンを有する拡散面を、それぞれ有している。副拡散層５３の厚みは２００μｍ、ヘーズ値は６０％、同時に振動するフレーム部を含め重量は約３００ｇであった。副拡散層５３は、振動部５１により図の上下方向に２００μｍ、１５Ｈｚの周波数で振動する。副拡散層５３は、フレネルレンズ面で画像の投射光を略平行光化し、画像表示部４１の前方に光を配向させると共に、拡散面と振動部５１を有することで散乱状態を時間的に変化させる。
本実施の形態は、副拡散層５３がフレネルレンズ効果も有する好ましい形態である。副拡散層５３とレンズ効果を持つ層を一体化させることにより、上記の実施の形態１と同様の配向特性を持ちながら、画像光が通過する空気と画像表示部４１の構成要素との間の界面数を減らし、表面反射による画像光のロスを低減することができる。
また、副拡散層５３は、上記の実施の形態１の拡散フィルム５２と同様、樹脂フィルムからなり、フレーム部で固定して、フレーム部と共に振動させることが好ましい。特に、フレネルレンズと一体化させた場合、振動部５１によりフレネルレンズ面に反りなどが生じるとレンズによる配向角度が変化し、輝度ムラなどが発生する。このため、フレネルレンズ面に反りなどが発生しないように、フレーム部で固定してフレーム部と共に振動させることが好ましい。
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１及び２の画像表示部と異なる構成の画像表示部を備える画像表示装置に係るものである。図６は、本実施の形態に係る画像表示装置に用いられる画像表示部の構成を示す概略断面図である。
図６に示すように、本実施の形態における画像表示部４２は、フレネルレンズ８と、振動部５１が設けられた副拡散層５４と、遮光層６３と、主拡散層７と、を有している。
副拡散層５４の一方の面にはレンチキュラーレンズが形成され、視聴者１０側の他方の面には遮光層６３が接合されている。すなわち、副拡散層５４と遮光層６３は一体化され、振動部５１により一緒に振動する。主拡散層７は、上記の実施の形態１と同じものだが、上記の実施の形態２とは異なり、遮光層６３とは接合されずに分離され、振動はせずに、画像表示装置筐体に固定されている。フレネルレンズ８は、上記の実施の形態１と同じものを用いている。
副拡散層５４と遮光層６３は一体化され、一体化された厚みは１００μｍで、同時に振動するフレーム部を含め重量は約２００ｇであった。振動部５１により副拡散層５４と遮光層６３は、図の上下方向にストローク２００μｍ、１５Ｈｚの周波数で振動する。レンチキュラーレンズを一方の面に有する副拡散層５４のヘーズ値は、３０％であった。なお、副拡散層５４のヘーズ値はレンチキュラーレンズの拡散効果も含めた値である。
遮光層６３の透過部が副拡散層５４と共に振動することで、主拡散層７への入射光路は大きく変化し、スペックルパターンの多様化が生じ、スペックルノイズは低減する。本実施の形態は、遮光層６３と副拡散層５４が振動して、スペックルノイズを更に低減させる好ましい形態である。
また、副拡散層５４はレンチキュラーレンズを一方の面に有することで、遮光層６３と共に振動した場合も、常に透過部を画像光が透過するようにできる、より好ましい形態である。副拡散層５４がレンチキュラーレンズを一方の面に有することで、遮光層６３の振動による画像光のロスを低減することができる。
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態は、上記の実施の形態１〜３の画像表示部と異なる構成の画像表示部を備える画像表示装置に係るものである。具体的には、上記の実施の形態１〜３では、副拡散層の振動を機械的な機構により行ったが、本実施の形態では、副拡散層の振動を電磁的な機構により行うものである。図７は、本実施の形態に係る画像表示装置に用いられる画像表示部の構成を示す概略断面図である。
図７に示すように、本実施の形態における画像表示部４３は、フレネルレンズ８と、導電性副拡散層５６と、レンチキュラーレンズ６５ａと、導電性遮光層６２と、主拡散層７と、を有している。導電性副拡散層５６及び導電性遮光層６２は共に導電性を有しており、導電性副拡散層５６の電極５５若しくは導電性遮光層６２の電極６９の電圧印加により、互いの間に静電気力を生じさせる。導電性副拡散層５６の電極５５は電圧印加部５５１に接続され、導電性遮光層６２の電極６９は電圧印加部６９１に接続されている。レンチキュラーレンズ６５ａ、導電性遮光層６２及び主拡散層７は接合一体化され、画像表示装置筐体に固定されている。主拡散層７とフレネルレンズ８は、上記の実施の形態１と同様のものを用いている。
導電性副拡散層５６は、導電性を利用して、電圧をかけたときの静電気力によって図の左右方向に電圧を制御することで振動させる。導電性副拡散層５６は、厚み５０μｍで重量は約５０ｇであった。導電性副拡散層５６は、透明電極が樹脂フィルム表面にランダムな網目状に形成されており、この透明電極の凹凸パターンにより光を拡散させる。本実施の形態は、電極材料が拡散体となりながらフィルムに導電性を与える好ましい形態である。導電性副拡散層５６のヘーズ値は４０％であった。なお、導電性副拡散層５６は、通常の拡散フィルムの一面を透明電極膜でコートしたものなど、導電性と拡散性をあわせ持つものであれば特に限定されない。本実施の形態は、副拡散層５６に導電材料を含ませ導電性とさせることで、機械的なモータなどを用いずとも振動させられる好ましい形態である。
導電性遮光層６２は、導電性を示すように遮光部が導電材料である黒色の炭素で形成され、画像表示部４３の外周で遮光部が電気的に繋がるように電極６９が形成されている。導電性遮光層６２と導電性副拡散層５６はレンチキュラーレンズ６５ａにより隔てられている。すなわち、レンチキュラーレンズ６５ａは導電性遮光層６２と導電性副拡散層５６との間のギャップ層の効果も有している。そして、導電性遮光層６２と導電性副拡散層５６の電圧を制御することで、両者間に静電気力を発生させ、導電性副拡散層５６を図左右方向に振動させる。本実施の形態は、導電性遮光層６２に導電材料を含ませ、導電性副拡散層５６との間にギャップ層を設けることで、導電性遮光層６２との間の静電気力を利用して導電性副拡散層５６を振動させる好ましい形態である。なお、導電性遮光層６２は、導電材料を含みながら外光を遮光する機能を有すればよく、上記の構成に限定されない。
レンチキュラーレンズ６５ａは、上述したように、導電性遮光層６２と導電性副拡散層５６との間のギャップ層を兼ねることから、絶縁体である樹脂レンズ板からなることが好ましい。導電性副拡散層５６を静電気力で制御するとき、２つの導電層５６及び６２同士が引っ付いてしまわないように導電層５６及び６２間に絶縁体のギャップ層を設けることが好ましいが、これを画像光の配向制御を行うレンチキュラーレンズ６５ａで兼ねることで、振動機構を付加しても構造をシンプルにすることができる。
また、本実施の形態では、導電性副拡散層５６または導電性遮光層６２の通電状態により、導電部の劣化や切断がないか検知する機構を設けている。例えば、導電性副拡散層５６及び導電性遮光層６２に電圧を印加する電圧印加部５５１及び６９１は、電圧印加時に、通電状態の異常を検知する。このようにすることで、スクリーンが破損し、亀裂や穴が開いた場合、スクリーン全面に分布している導電部の一部が切断されることとなるが、これを速やかに検知することができる。スクリーンの破損を検知した場合、画像表示装置のレーザ光源の出力を停止し、視聴者１０の目に画像光が画像表示部を介せずに直接到達することを防ぐ。副拡散層もしくは遮光層に導電性材料を用い、通電状態を検知する機能を設けることで、視聴者１０の安全を確保することができる。スクリーンの破損を検知するためには、副拡散層と遮光層の両方を用いてもよいし、片方のみとしてもよい。
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。上記の実施の形態１〜４における画像表示装置は、リアプロジェクションディスプレイに係るものであったが、本実施の形態における画像表示装置は、フロントプロジェクションディスプレイに係るものである。図８に、本実施の形態における画像表示装置２００の概略構成を示す。
図８において、本実施の形態における画像表示装置２００は、レーザ光源１と、投射光学系３２と、画像表示部４４と、を備えている。画像表示装置２００は、画像表示部４４に対して、視聴者１０側から画像光を投射するレーザフロントプロジェクションディスプレイである。レーザ光源１からの出射光は、図示しない変調素子により変調され、その変調された光は、投射光学系３２を経て、画像表示部４４に表示される。
画像表示部４４は、選択波長吸収遮光層６４と、主拡散層７１と、振動部５１が設けられた反射型副拡散層５９と、を有している。反射型副拡散層５９の一方の面は反射面になっており、投射光学系３２から出射された光はその反射面で視聴者１０側に反射される。選択波長吸収遮光層６４と主拡散層７１は接合され一体化されている。
選択波長吸収遮光層６４は、画像光であるレーザ光の波長帯域を透過し、それ以外の帯域の波長の光を選択的に吸収する層である。選択波長吸収遮光層６４により、視聴者１０側の外光は画像表示部４４で拡散される前に吸収され、外光が引き起こす画像劣化を防ぐ。さらに、反射型副拡散層５９に外光が達せず、反射型副拡散層５９の振動が視聴者１０に検知されることを防ぐ。本実施の形態では、非常にスペクトル幅が狭いレーザ光によって画像光をつくるため、画像光と一致しない波長範囲が広い。外光のほとんどの成分は、画像光のスペクトルと異なるため、選択的に吸収することでほとんどの外光を吸収することが可能となる。本実施の形態の選択波長吸収遮光層６４は、レーザ光源を用いることで初めて有効となり、フロントプロジェクションタイプでも外光を除くことができる好ましい遮光層である。
主拡散層７１は、基材に、その基材と屈折率の異なる拡散体が混入された樹脂板からなる。厚み１ｍｍで、ヘーズ値７０％、重量は約９００ｇであった。
反射型副拡散層５９は、視聴者１０側と反対側の面にアルミ反射膜が蒸着され、視聴者１０側の面に凹凸パターンからなる拡散面が形成されている。反射型副拡散層５９の厚みは５０μｍ、反射膜の蒸着前に測定したヘーズ値は４０％であった。同時に振動するフレーム部などを含めた重量は約１５０ｇであった。振動部５１は、反射型副拡散層５９を図の上下方向にストローク５００μｍ、振動周波数１５Ｈｚで振動させる。
なお、副拡散層と反射層は分離してもよく、反射層はアルミ以外でも画像光のみを選択的に反射する誘電体多層膜や白色拡散体を用いてもよい。
（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６について説明する。上記の実施の形態１〜４における画像表示装置はリアプロジェクションディスプレイに係り、上記の実施の形態５における画像表示装置はフロントプロジェクションディスプレイに係るものであったが、本実施の形態における画像表示装置は、液晶ディスプレイに係るものである。図９に、本実施の形態における画像表示装置３００の概略構成を示す。
図９において、本実施の形態における画像表示装置３００は、レーザ光源１と、導光板９と、画像表示部４５と、を備えている。レーザ光源１を出射した光は、導光板９により面状に均一化され、画像表示部４５へ出射される。画像表示部４５は、主拡散層７と、偏光子遮光層６６と、２次元空間変調素子２１と、振動部５１が設けられた副拡散層５と、を有している。主拡散層７、偏光子遮光層６６及び２次元空間変調素子２１は、接合され一体化されている。主拡散層７と副拡散層５は、上記の実施の形態１と同じものを用いている。２次元空間変調素子２１は、レーザ光を画像信号により変調して、画像とする。
偏光子遮光層６６は、一定方向の偏光方向の光のみ透過し、直交する偏光成分を吸収する遮光層である。偏光子遮光層６６は、吸収する偏光成分の外光を吸収して、外光による画像劣化を防ぐと共に、変調された画像光のコントラストを高めることができる。さらに、副拡散層５に外光が達せず、副拡散層５の振動が視聴者１０に検知されることを防ぐ。変調された画像光のコントラストを高めるためには、偏光子遮光層６６と画像光の不要成分の偏光方向を合わせる必要がある。このとき、画像光を変調させる２次元空間変調素子２１と偏光子遮光層６６間に、振動する副拡散層５があると、偏光方向が乱れ、画像コントラストを向上させることが難しい。そこで、本実施の形態は、２次元空間変調素子２１を振動する副拡散層５の出射側に設け、視聴者１０側に偏光子遮光層６６を設けることにより画像コントラストの向上をすることができる好ましい形態である。
主拡散層７も副拡散層５と同様に、２次元空間変調素子２１と偏光子遮光層６６間に設けず、本実施の形態のように偏光子遮光層６６の視聴者１０側に設けることが好ましい。
このように、本実施の形態は、投射光学系を用いずに、２次元空間変調素子の像を視聴者１０が観察する場合に用いることができる。
以上説明したように、本発明の実施の形態１〜６における画像表示装置よれば、スペックルノイズが除去され、高品位の画像を常に表示することができる。
上記の実施の形態１〜６において、振動する副拡散層は、視聴者が直接画像を観察する画像表示部全面に形成されて振動していれば、スペックルノイズを低減することができる。
また、上記の実施の形態１〜６において、画像表示部は、表示画像が視聴者に観察できればよく、平面状でなくとも、曲面状でもよく、形態も長方形などに限られない。
さらに、上記の実施の形態１〜６において、レーザ光源のレーザ光の変調は変調素子によるものに限定されず、レーザ光源の出力を変調してもよい。
また、上記の実施の形態１〜６において、画像表示装置のレーザ光源から画像表示部までの光学系なども特に上記で述べた構成に限定されない。
上記の各実施の形態から本発明について要約すると、以下のようになる。すなわち、本発明に係る画像表示装置は、視聴者による視認可能な画像を表示する画像表示部を有する画像表示装置であって、前記画像表示部は、レーザ光を拡散させる副拡散層と、前記副拡散層を振動させる振動部と、前記副拡散層により拡散されたレーザ光を拡散させる主拡散層と、前記視聴者側からの外光を遮光する遮光層とを備え、前記主拡散層及び遮光層は、前記副拡散層の前記視聴者側に配置される。
上記の画像表示装置では、振動部により振動が印加される副拡散層の視聴者側に主拡散層及び遮光層を配置し、遮光層により視聴側からの外光を遮光するので、副拡散層の振動を視聴者に検知されることなく、レーザ光の利用に起因するスペックルノイズを除去し、外光照明による画像劣化を抑えることができる。このため、自然で、色鮮やかで、コントラストが高い画像を表示することができる。
前記主拡散層は、前記遮光層の前記視聴者側に配置されることが好ましい。
この場合、主拡散層により拡散された光が視聴者側に直接到達するので、視聴者の目に届く光量を増やすことができる。
前記主拡散層のヘーズ値Ｈｍ及び副拡散層のヘーズ値Ｈｓは、１０％＜Ｈｓ＜Ｈｍを満たすことが好ましい。
この場合、主拡散層による拡散効果が副拡散層より大きくなるので、主拡散層が主表示面となり、副拡散層の振動による光の変化が視聴者に検知されにくくなる。
前記副拡散層は、前記主拡散層より軽い重量を有することが好ましく、前記副拡散層の重量は、前記主拡散層の重量の５分の１以下であることが好ましい。
この場合、振動する副拡散層と視聴者との間に副拡散層よりも重量の重い主拡散層が配置されるので、副拡散層の振動及びその振動に起因する振動音が視聴者側に伝搬することが主拡散層により防止される。それにより、視聴者は副拡散層の振動に気づくことなく、画像表示部に表示される画像を違和感無く視聴することができる。
前記副拡散層の厚みは、５００μｍ未満であることが好ましい。
この場合、副拡散層が軽量化され、副拡散層に振動を印加する振動部の構成を簡略化することができる。この結果、振動部の信頼性を低下させること無く、画像表示部の大型化が実現される。
前記副拡散層の振動周波数は、２０Ｈｚ未満であることが好ましい。
この場合、振動部による騒音が低減されて視聴者による視聴を妨害することが無くなると共に、振動部の負荷が低減されて振動部に信頼性が向上する。
前記副拡散層は、前記レーザ光を拡散させる樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの周囲に配置され、前記樹脂フィルムを固定するフレーム部とを有し、前記振動部は、前記フレーム部を振動させることにより前記樹脂フィルムを振動させることが好ましい。
この場合、副拡散層の軽量化を図ると共に、耐久性を向上させることできる。このため、副拡散層の信頼性を低下させること無く、画像表示部の大型化が実現される。
前記副拡散層の一面は、フレネルレンズ面からなり、前記レーザ光は、前記フレネルレンズ面により略並行光化されることが好ましい。
この場合、レーザ光が通過する界面数を増加させること無く、レーザ光を効率良く視聴者側に集めることができる。
前記副拡散層は、導電材料を含み、静電気力に基づいて前記副拡散層を振動させることが好ましい。
この場合、副拡散層を機械的な駆動機構を用いることなく振動させることができるので、不要な騒音の発生は無くなる。
前記遮光層は、導電材料を含み、静電気力に基づいて前記副拡散層を振動させ、前記副拡散層と前記遮光層との間には、所定の厚みを持つギャップ層が配置されていることが好ましい。
この場合、ギャップ層により副拡散層と遮光層の接着を抑えつつ、両者間の引力及び斥力を用いて副拡散層を振動させることができる。
前記ギャップ層は、樹脂レンズ板からなることが好ましい。
この場合、ギャップ層を兼ねる樹脂レンズ板により副拡散層と遮光層の接着を防止するので、振動部の構成を簡略化することができる。
前記導電材料を含む副拡散層及び前記導電材料を含む遮光層のうちの少なくとも一方は、前記導電材料の電圧印加時での通電状態の変化に基づいて前記画像表示部の異常を検知することが好ましい。
この場合、画像表示装置の稼動時に常時、画像表示部の異常を監視することができる。このため、画像表示部に破損等が発生した場合でも、画像表示装置の停止を迅速に行うことができる。
前記副拡散層の導電材料は、前記レーザ光を拡散させる拡散材料であることが好ましい。
この場合、導電材料により副拡散層に拡散性と導電性を与えることができるので、副拡散層を簡単な構成で実現することができる。
前記遮光層は、前記レーザ光を透過させる複数の透過部と、前記視聴者側からの外光を吸収する複数の遮光部と、が交互に配置されたパターン構造を有することが好ましい。
この場合、遮光部により視聴者側からの外光を吸収しつつ、透過部によりレーザ光を視聴者側に透過させることができる。このため、視聴者側からの外光の画像表示部への入射を防止し、効率よくレーザ光を視聴者側に導くことができる。
前記副拡散層と前記遮光層とは、一体化されていることが好ましい。
この場合、遮光層の透過部を透過するレーザ光の主拡散層への入射光路を時間的に大きく変化させ、スペックルノイズをより低減することができる。
前記遮光層は、前記レーザ光を透過させ、前記視聴者側からの外光を吸収する選択波長吸収層からなることが好ましい。
この場合、視聴者側からレーザ光を画像表示部に投射する前方投射型の画像表示装置の場合でも、視聴者側からの外光の副拡散層への入射を防止し、副拡散層の振動による光の変化が視聴者に検知されにくくなる。
前記画像表示部はさらに、前記副拡散層と前記遮光層との間に配置され、前記レーザ光を変調させる２次元空間変調素子を有し、前記遮光層は、前記レーザ光を透過させ、前記視聴者側からの外光を吸収する偏光子層からなることが好ましい。
この場合、導光板からレーザ光を画像表示部の背面から入射する液晶式の画像表示装置の場合でも、視聴者側からの外光の副拡散層への入射を防止し、副拡散層の振動による光の変化が視聴者に検知されにくくなる。
本発明の画像表示装置は、動画や静止画などの画像表示装置として利用することができる。
本発明の実施の形態１における画像表示装置の概略構成を示す模式図である。 画像表示部の構成を示す概略断面図である。 副拡散層のヘーズ値Ｈｓとスペックル除去効果との関係を示す図表である。 図４Ａは、副拡散層及び振動部の構成を示す概略正面図である。図４Ｂは、副拡散層及び振動部の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２における画像表示装置の画像表示部の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態３における画像表示装置の画像表示部の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態４における画像表示装置の画像表示部の構成を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態５における画像表示装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態６における画像表示装置の概略構成を示す模式図である。

Claims (18)

  1. 視聴者による視認可能な画像を表示する画像表示部を有する画像表示装置であって、
    前記画像表示部は、
    レーザ光を拡散させる副拡散層と、
    前記副拡散層を振動させる振動部と、
    前記副拡散層により拡散されたレーザ光を拡散させる主拡散層と、
    前記視聴者側からの外光を遮光する遮光層と
    を備え、
    前記主拡散層及び遮光層は、前記副拡散層の前記視聴者側に配置されることを特徴とする画像表示装置。
  2. 前記主拡散層は、前記遮光層の前記視聴者側に配置されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 前記主拡散層のヘーズ値Ｈｍ及び副拡散層のヘーズ値Ｈｓは、以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
    １０％＜Ｈｓ＜Ｈｍ
  4. 前記副拡散層は、前記主拡散層より軽い重量を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  5. 前記副拡散層の重量は、前記主拡散層の重量の５分の１以下であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
  6. 前記副拡散層の厚みは、５００μｍ未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  7. 前記副拡散層の振動周波数は、２０Ｈｚ未満であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  8. 前記副拡散層は、
    前記レーザ光を拡散させる樹脂フィルムと、
    前記樹脂フィルムの周囲に配置され、前記樹脂フィルムを固定するフレーム部と
    を有し、
    前記振動部は、前記フレーム部を振動させることにより前記樹脂フィルムを振動させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  9. 前記副拡散層の一面は、フレネルレンズ面からなり、
    前記レーザ光は、前記フレネルレンズ面により略並行光化されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の画像表示装置。
  10. 前記副拡散層は、導電材料を含み、
    前記振動部は、静電気力に基づいて前記副拡散層を振動させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
  11. 前記遮光層は、導電材料を含み、
    前記振動部は、静電気力に基づいて前記副拡散層を振動させ、
    前記副拡散層と前記遮光層との間には、所定の厚みを持つギャップ層が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
  12. 前記ギャップ層は、樹脂レンズ板からなることを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
  13. 前記導電材料を含む副拡散層及び前記導電材料を含む遮光層のうちの少なくとも一方は、前記導電材料の電圧印加時での通電状態の変化に基づいて前記画像表示部の異常を検知することを特徴とする請求項１１に記載の画像表示装置。
  14. 前記副拡散層の導電材料は、前記レーザ光を拡散させる拡散材料であることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
  15. 前記遮光層は、前記レーザ光を透過させる複数の透過部と、前記視聴者側からの外光を吸収する複数の遮光部と、が交互に配置されたパターン構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
  16. 前記副拡散層と前記遮光層とは、一体化されていることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
  17. 前記遮光層は、前記レーザ光を透過させ、前記視聴者側からの外光を吸収する選択波長吸収層からなることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
  18. 前記画像表示部はさらに、前記副拡散層と前記遮光層との間に配置され、前記レーザ光を変調させる２次元空間変調素子を有し、
    前記遮光層は、前記レーザ光を透過させ、前記視聴者側からの外光を吸収する偏光子層からなることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
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