JPWO2014167673A1 - スクリーン装置 - Google Patents

Abstract

スクリーン装置は、スクリーンと、スクリーンの面内における一の方向に沿った軸に平行であり、スクリーンの面から離間した第１の軸に沿った軸まわりと、スクリーンの面内における当該一の方向と交差する他の方向に沿った軸に平行であり、スクリーンの面から離間した第２の軸に沿った軸まわりとに、スクリーンを揺動させる駆動部と、を備える。

Description

本発明は、スクリーンを用いた技術分野に関する。

従来から、レーザースキャン型プロジェクタなどで像を生成する場合や、レーザースキャンエンジンを用いたヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイで中間像を生成する場合に、スクリーンが用いられている。また、そのようなスクリーンに関する技術として、スクリーンに投影される光をスクリーン上で拡散反射（若しくは拡散透過）させることで、視野角の拡大や観察可能範囲の拡大を図る技術が提案されている。更に、スクリーンにて光を拡散させることで発生するスペックル（反射面のランダムな凹凸に起因する干渉により発生する）を低減する技術が提案されている。例えば、スクリーン面を駆動（並進運動など）することで、スペックルを低減する技術が提案されている。

上記したようなスクリーンに関する技術は、例えば下記の特許文献１乃至７に開示されている。

特開平６−２０８０８９号公報 特開２００５−３３８２４１号公報 特開２００７−２４１０２３号公報 特開２０１２−２４７４２４号公報 特開２００９−２４４５９０号公報 特許４３０３９２６号公報 米国特許第８０３１４０３号公報

従来のスクリーンを並進運動等させる技術では、スクリーン面内でスクリーンの回転が生じてしまう場合があった。スクリーン面内でスクリーンが回転すると、スペックル低減効果が低下するなどの不具合が発生する場合があるため、これを抑制することが望ましい。なお、このような課題については、「２．比較例の問題点」のセクションで詳細を説明する。

本発明が解決しようとする課題は上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、例えばスクリーンを並進運動等させる構成よりも、スペックルを効果的に低減することが可能なスクリーン装置を提供することを課題とする。

請求項に記載の発明では、スクリーン装置は、スクリーンと、前記スクリーンの面内における一の方向に沿った軸に平行であり、前記スクリーンの面から離間した第１の軸に沿った軸まわりと、前記スクリーンの面内における前記一の方向と交差する他の方向に沿った軸に平行であり、前記スクリーンの面から離間した第２の軸に沿った軸まわりとに、前記スクリーンを揺動させる駆動部と、を備えることを特徴とする。

また、請求項に記載の発明では、スクリーン装置は、スクリーンと、前記スクリーンの面の法線方向に垂直な所定のトロイダル面に沿って、前記スクリーンを揺動させる駆動部と、を備えることを特徴とする。

本実施例に係るスクリーン装置を適用した表示システムの具体例を示す。 本実施例に係るスクリーン装置の構成を示す。 本実施例に係るスクリーンの駆動方法を説明するための図を示す。 比較例１に係るスクリーン装置の構成を示す。 比較例２に係るスクリーン装置の構成を示す。 比較例１、２について補足説明するための図を示す。 スペックル低減効果を説明するための図を示す。 本実施例によればスクリーンが面内で回転しにくくなる理由を説明するための図を示す。 支持部に適用可能な種々の断面形状の例を示す。 ｘ方向とｙ方向とで共振周波数を変える方法を説明するための図を示す。 変形例２に係る支持部の構成を示す。 変形例３に係るスクリーン装置の構成を示す。 変形例４に係るスクリーン装置の構成を示す。 変形例４の第１の例に係るスクリーンの駆動方法を説明するための図を示す。 変形例４の第２の例に係るスクリーンの駆動方法を説明するための図を示す。

本発明の１つの観点では、スクリーン装置は、スクリーンと、前記スクリーンの面内における一の方向に沿った軸に平行であり、前記スクリーンの面から離間した第１の軸に沿った軸まわりと、前記スクリーンの面内における前記一の方向と交差する他の方向に沿った軸に平行であり、前記スクリーンの面から離間した第２の軸に沿った軸まわりとに、前記スクリーンを揺動させる駆動部と、を備える。

上記のスクリーン装置では、スクリーンは、入射される光を拡散する拡散面などを有する。駆動部は、スクリーン面内における一の方向に沿った軸に平行であり、スクリーン面から離間した第１の軸に沿った軸まわりと、スクリーン面内における当該一の方向と交差する他の方向に沿った軸に平行であり、スクリーン面から離間した第２の軸に沿った軸まわりとに、スクリーンを揺動させる。例えば、駆動部は、第１の軸まわりのトルク及び第２の軸まわりのトルクをスクリーンに発生させることで、第１の軸及び第２の軸を仮想回転軸としてスクリーンを揺動させる。上記のスクリーン装置によれば、スクリーンを移動させると共に傾けるので、例えばスクリーンを並進運動等させる構成よりも、スペックルを効果的に低減することが可能となる。

上記のスクリーン装置の一態様では、前記スクリーンの面の法線方向に沿った軸と非平行に配置され、前記スクリーンを支持する支持部を更に備える。これにより、スクリーン面内でのスクリーンの回転を適切に抑制することができる。

上記のスクリーン装置において好適には、前記支持部は、前記一の方向に沿った軸と前記法線方向に沿った軸とで形成される面への投射形状、及び、前記他の方向に沿った軸と前記法線方向に沿った軸とで形成される面への投射形状の少なくとも一方が、前記法線方向に沿った軸と非平行になるように配置されている。

上記のスクリーン装置の他の一態様では、前記スクリーンにおける前記第１の軸まわりの第１共振周波数と前記第２の軸まわりの第２共振周波数とが異なるように構成すると良い。

上記のスクリーン装置の他の一態様では、前記第１共振周波数及び前記第２共振周波数の両方に基づいて前記駆動部を制御する制御部を更に有する。このように駆動部を制御することで、同時に２軸（第１の軸及び第２の軸）まわりの運動を適切にスクリーンに与えることができる。

上記のスクリーン装置の他の一態様では、前記制御部は、前記スクリーンの面における前記第１の軸まわりの回転角速度と、前記スクリーンの面における前記第２の軸まわりの回転角速度とが同時に「０」にならないように、前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との周波数比及び振幅比を設定して前記駆動部を制御する。これにより、２軸（第１の軸及び第２の軸）まわりの運動をより適切にスクリーンに与えることができ、スペックルを効果的に平均化することが可能となる。

上記のスクリーン装置の他の一態様では、前記第１共振周波数及び前記第２共振周波数のいずれか一方に基づいて前記駆動部を制御する制御部を更に有する。つまり、第１共振周波数及び第２共振周波数のいずれか一方に基づいて、スクリーンを駆動しても良い。

上記のスクリーン装置の他の一態様では、前記駆動部は、前記一の方向に沿った軸方向に力を付与すると共に、前記他の方向に沿った軸方向に力を付与する。これにより、第１の軸まわり及び第２の軸まわりにスクリーンを適切に揺動させることができる。

上記のスクリーン装置の他の一態様では、前記駆動部は、前記一の方向に沿った軸及び前記他の方向に沿った軸とは異なる軸方向に力を付与する。これによっても、第１の軸まわり及び第２の軸まわりにスクリーンを適切に揺動させることができる。また、当該態様によれば、駆動部を簡便に構成することができ、スクリーン装置の低コスト化を実現することが可能となる。

上記のスクリーン装置において好適には、前記支持部は、弾性体で構成され、前記スクリーンを４点で支持する。例えば、支持部は、スクリーンの四隅付近に設けられる。

また、好適には、前記弾性体は、前記一の方向に沿った長さと、前記他の方向に沿った長さとが異なる断面形状を有する。これにより、支持部における各方向での曲げ剛性（ばね定数）が異なるため、２つの異なる共振周波数を適切に実現することが可能となる。

本発明の他の観点では、スクリーン装置は、スクリーンと、前記スクリーンの面の法線方向に垂直な所定のトロイダル面に沿って、前記スクリーンを揺動させる駆動部と、を備える。これによっても、スクリーンを移動させると共に傾けるので、例えばスクリーンを並進運動等させる構成よりも、スペックルを効果的に低減することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。

１．本実施例に係るスクリーン装置
まず、本実施例に係るスクリーン装置について説明する。

１−１．システム構成
図１は、本実施例に係るスクリーン装置１００を適用した表示システムの具体例を示している。図１（ａ）は、例えばレーザースキャン型のプロジェクタ２００によって、スクリーン装置１００のスクリーン１に画像（実像）を投影する表示システム４００ａを示している。図１（ｂ）は、レーザースキャンエンジンなどを用いたプロジェクタ２００から投影された画像により、スクリーン装置１００のスクリーン１上に中間像を形成し、その中間像に対応する光をコンバイナ３００で反射させることで画像を虚像として視認させる表示システム４００ｂを例示している。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、スクリーン装置１００は、主に、スクリーン１と、スクリーン１を駆動するアクチュエータとしての駆動部２と、駆動部２を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）などの制御部１０と、を有する。スクリーン１は、反射型拡散面を有しており、入射される光（以下では適宜「ビーム」と呼ぶ。）を反射すると共に拡散するように機能する。なお、スクリーン１に反射型拡散面を適用することに限定はされず、反射型拡散面の代わりに透過型拡散面を適用しても良い。以下の説明では、反射型拡散面を有するスクリーン１を例に挙げる。

１−２．スクリーン装置の構成
図２は、本実施例に係るスクリーン装置１００の構成を示す図である。図２では、左上にスクリーン装置１００の正面図を示し、右上に正面図中の矢印Ａｒ１１方向から観察したスクリーン装置１００の側面図を示し、左下に正面図中の矢印Ａｒ１２方向から観察したスクリーン装置１００の側面図を示している。なお、後述するスクリーン装置の図においても正面図及び側面図の定義は同様であるものとする。

図２に示すように、本実施例に係るスクリーン装置１００は、主に、スクリーン１と、駆動部２ａ、２ｂと、支持部３と、ベース４と、を有する。スクリーン１は、矩形形状の平面を有する略平板として構成されており、上記したプロジェクタ２００からの光を反射させると共に拡散させる反射型拡散面を有する。反射型拡散面としては、公知の種々のものを適用することができる。スクリーン１は、その矩形の四隅付近に設けられた４つの支持部３によって支持され、支持部３を介してベース４に対して固定されている。スクリーン１と支持部３とベース４とは、離れ合わないように固定されている。

４つの支持部３は、それぞれ、ばね等の弾性体で構成され、スクリーン面の法線方向（以下では適宜「ｚ方向」と呼ぶ。また、ｚ方向に沿った軸を「ｚ軸」と呼ぶ。）と非平行な方向にてスクリーン１からベース４に向かって延在している、つまりｚ軸に対して斜めに配置されている。より具体的には、支持部３は、ｘｚ平面への投射形状（図２の左下の側面図参照）が非平行となるように配置されていると共に、ｙｚ平面への投射形状（図２の右上の側面図参照）が非平行となるように配置されている。図２に示す例では、２つの支持部３についてのｘｚ平面への投射形状及びｙｚ平面への投射形状の両方が「ハ」の字型となっている。１つの例では、４つの支持部３のそれぞれのｚ軸に対する傾き度合いが同じになるように、４つの支持部３が配置される。なお、ｘｚ平面への投射形状及びｙｚ平面への投射形状の両方が非平行となるように支持部３を配置することに限定はされず、ｘｚ平面への投射形状及びｙｚ平面への投射形状のいずれか一方のみが非平行となるように支持部３を配置しても良い。

スクリーン１は、上記のような支持部３によって、ｚ軸に垂直な所定のトロイダル面に沿って移動するように支持されている。つまり、スクリーン１は、ｘ軸に略平行なＸ’軸まわり（以下ではＸ’軸まわりの方向を適宜「β方向」と呼ぶ。）と、ｙ軸に略平行なＹ’軸まわり（以下ではＹ’軸まわりの方向を適宜「α方向」と呼ぶ。）とに揺動可能に支持部３で支持されている。更に、スクリーン装置１００では、ｚ軸まわりの共振周波数が、Ｘ’軸まわり及びＹ’軸まわりの共振周波数よりも高い周波数に設定されている。

ここで、ｘ軸は、スクリーン１の重心Ｇを通り、スクリーン１における１つの辺の長さ方向に沿った軸であり、ｙ軸は、スクリーン１の重心Ｇを通り、スクリーン１における当該１つの辺に垂直な辺の長さ方向に沿った軸である。Ｘ’軸及びＹ’軸は、それぞれ、そのようなｘ軸及びｙ軸に略平行な仮想な回転軸であり、スクリーン１から離れた場所に位置する、具体的にはスクリーン面の前方（ベース４と逆側）に位置する。つまり、Ｘ’軸及びＹ’軸は、ｘｙ平面内に存在しない。なお、スクリーン１は、一様な面密度に構成されており、当該スクリーン１の矩形の中心位置と重心Ｇの位置とが一致するものとする。

Ｘ’軸は、本発明における「第１の軸」の一例に相当し、Ｙ’軸は、本発明における「第２の軸」の一例に相当する。また、Ｘ’軸まわりの共振周波数は、本発明における「第１共振周波数」の一例に相当し、Ｙ’軸まわりの共振周波数は、本発明における「第２共振周波数」の一例に相当する。

駆動部２ａ、２ｂは、図１に示した駆動部２を構成し、ほぼ重心Ｇを通る力でスクリーン１を駆動する。具体的には、駆動部２ａは、ｘ軸に概ね沿った方向の力Ｆ_ｘをスクリーン１に対して付与し、駆動部２ｂは、ｙ軸に概ね沿った方向の力Ｆ_ｙをスクリーン１に対して付与する。より詳しくは、駆動部２ａ、２ｂは、それぞれ、スクリーン１に対して固定されており（つまりスクリーン１と常に接触した状態になっている）、スクリーン１を押す力及びスクリーン１を引く力を付与する。上記したようにＸ’軸及びＹ’軸がｘｙ平面内に存在しないため、動部２ａ、２ｂの駆動により、スクリーン１はＸ’軸まわりのトルク及びＹ’軸まわりのトルクで駆動されることとなる。なお、駆動部２ａ、２ｂには、電磁型や静電型や電歪型など種々の形式を適用することができる。また、駆動部２ａ、２ｂは、前述した制御部１０（図１参照）によって制御される。

１−３．スクリーンの駆動方法
図３を参照して、本実施例におけるスクリーン１の駆動方法について説明する。図３（ａ）に示すように、仮想回転軸としてのＹ’軸まわりの角度、つまりα方向における角度を「角度α」と定義すると共に、仮想回転軸としてのＸ’軸まわりの角度、つまりβ方向における角度を「角度β」と定義する。本実施例では、制御部１０は、そのような角度α及び角度βが図３（ｂ）〜（ｄ）に示すようなリサージュ図形を描くように、駆動部２ａによる駆動力（ｘ方向の駆動力）と駆動部２ｂによる駆動力（ｙ方向の駆動力）との振幅比及び周波数比を制御する。

図３（ｂ）は、振幅比が「１：１」であり、周波数比が「１：１．５」である場合に、角度α及び角度βが描くリサージュ図形を示している。この場合には、「α＝ｓｉｎ（ωｔ）」であり、「β＝ｓｉｎ（１．５ωｔ）」である。図３（ｃ）は、振幅比が「１：１」であり、周波数比が「０．５：１」である場合に、角度α及び角度βが描くリサージュ図形を示している。この場合には、「α＝ｓｉｎ（０．５ωｔ）」であり、「β＝ｓｉｎ（ωｔ）」である。図３（ｄ）は、角度αと角度βとの振幅比が「１：１」であり、角度αと角度βとの周波数比が「１：１」である場合に、角度α及び角度βが描くリサージュ図形を示している。この場合には、「α＝ｓｉｎ（ωｔ）」であり、「β＝ｓｉｎ（ωｔ）」である。

本実施例では、制御部１０は、スクリーン１におけるα方向（Ｙ’軸まわり）の回転角速度ｄα／ｄｔ及びβ方向（Ｘ’軸まわり）の回転角速度ｄβ／ｄｔの両方が同時に「０」にならないように、駆動部２ａによる駆動力と駆動部２ｂによる駆動力との振幅比及び周波数比を設定する。例えば、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示したリサージュ図形が得られるような振幅比及び周波数比を設定する。図３（ｄ）に示したリサージュ図形では、両端でα方向及びβ方向の両方とも回転角速度が「０」となるため、そのようなリサージュ図形となる振幅比及び周波数比を採用しない。

なお、駆動部２ａによる駆動力と駆動部２ｂによる駆動力との振幅比及び／又は周波数比に代えて、あるいは振幅比及び周波数比に加えて、駆動部２ａによる駆動力と駆動部２ｂによる駆動力との位相差を制御しても良い。

２．比較例の問題点
次に、本実施例と比較するための比較例を挙げ、その比較例の問題点について説明する。ここでは、スクリーン１からの光の射出角の拡大及びスペックル低減のために、スクリーン１をその面内方向に並進運動させる比較例１、２を挙げる。

２−１．比較例１
図４は、比較例１に係るスクリーン装置１００ｘ１の構成を示す図である。比較例１に係るスクリーン装置１００ｘ１では、スクリーン１をｘ方向及びｙ方向に並進運動させるために、円弧状の形態を有する板ばねとしての支持部３ｘ１によってスクリーン１を支持する（右上に示した支持部３ｘ１の拡大図参照）。支持部３ｘ１は、ｘ方向及びｙ方向に関しては、薄板ばねとして機能することで、ｘｙ平面内でスクリーン１を運動可能とする。他方で、支持部３ｘ１は、ｚ方向（紙面に垂直方向）に関しては、ばねの幅によってスクリーン１の運動を規制する。

このような比較例１に係るスクリーン装置１００ｘ１には、以下のような問題がある。まず、比較例１に係るスクリーン装置１００ｘ１では、重心Ｇまわり（θ方向）の回転運動（つまりスクリーン１の面内回転）を規制することができない。また、並進運動の共振周波数と回転運動の共振周波数とが近い周波数となる。また、共振周波数での駆動は、並進運動の共振周波数と回転運動の共振周波数とが近いため、回転運動を極力排除する必要がある。これは、スクリーン１の面内で速度むらが生じるためである（詳細は図６で説明する）。更に、並進運動を実現するためには、駆動力Ｆ_ｘ、Ｆ_ｙが重心Ｇを通る必要があるので、駆動機構２ａ、２ｂの精密な位置調整が必要となる。

２−２．比較例２
図５は、比較例２に係るスクリーン装置１００ｘ２の構成を示す図である。比較例２に係るスクリーン装置１００ｘ２では、ｘ方向及びｙ方向にスクリーン１を並進運動させるために、平行ばねとしての支持部３ｘ２を４つ用いてスクリーン１を支持する。

このような比較例２に係るスクリーン装置１００ｘ２には、以下のような問題がある。まず、比較例２に係るスクリーン装置１００ｘ２では、重心Ｇまわり（θ方向）の回転運動（つまりスクリーン１の面内回転）を規制することができない。また、並進運動の共振周波数と回転運動の共振周波数とが近い周波数となる。また、共振周波数での駆動は、並進運動の共振周波数と回転運動の共振周波数とが近いため、回転運動を極力排除する必要がある。これは、スクリーン１の面内で速度むらが生じるためである（詳細は図６で説明する）。更に、並進運動を実現するためには、駆動力Ｆ_ｘ、Ｆ_ｙが重心Ｇを通る必要があるので、駆動機構２ａ、２ｂの精密な位置調整が必要となる。

２−３．比較例１、２の補足
図６を参照して、上記した比較例１、２について補足する。図６（ａ）は、スクリーン１の重心駆動が実現されている場合を示している。具体的には、重心Ｇを通る駆動力Ｆがスクリーン１に付与されている場合を示している。この場合には、重心Ｇまわりのトルクは発生せず、スクリーン１は並進運動するので、スクリーン１内のどの位置の速度も等しい。例えば、重心Ｇでのｙ方向速度Ｖ_Ｇと、重心Ｇから距離Ｌ１だけ離れた２つの位置Ｐ１、Ｐ２でのｙ方向速度Ｖ_Ｐ１、Ｖ_Ｐ２とは等しい（Ｖ_Ｇ＝Ｖ_Ｐ１＝Ｖ_Ｐ２）。

図６（ｂ）及び（ｃ）は、スクリーン１が非重心駆動されている場合を示している。具体的には、図６（ｂ）に示すように、重心Ｇから「ε」だけずれた位置から駆動力Ｆがスクリーン１に付与されている場合を示している。この場合には、図６（ｃ）に示すように、重心駆動力Ｆと重心ＧまわりのトルクＴ（Ｔ＝Ｆ＊ε）との合成された表現と同様の運動となる。したがって、例えば、重心Ｇでのｙ方向速度Ｖ_Ｇと、位置Ｐ１でのｙ方向速度Ｖ_Ｐ１と、位置Ｐ２でのｙ方向速度Ｖ_Ｐ２とがそれぞれ異なってしまう（Ｖ_Ｇ≠Ｖ_Ｐ１、Ｖ_Ｇ≠Ｖ_Ｐ２、Ｖ_Ｐ１≠Ｖ_Ｐ２）。そのため、スクリーン１の中央付近ではスペックルが消滅する速度を実現していても、例えば位置Ｐ１では、速度が低いためにスペックルが消滅しないといった現象が生じる場合がある。実際は、ｘ方向の運動についても回転運動は影響するため、スクリーン１の面内での回転運動は極力低減する必要がある。

３．本実施例の作用・効果
３−１．スペックル低減
図７は、スペックル（スペックルノイズ）の低減効果を説明するための図を示している。図７（ａ）〜（ｃ）は、一様な強度分布を有する入射ビームがスクリーン１で拡散反射される様子を概略的に示している。このようにスクリーン１によりビームを拡散反射させると、視野角の拡大や観察可能範囲の拡大が実現される。

図７（ａ）は、スクリーン１を移動させずに固定する比較例を示している。この場合には、スクリーン１のランダムな凹凸（凹凸による位相差）に起因する干渉により、スクリーン１の凹凸に対応した強度分布が生じる、つまりスペックルが生じる。図７（ｂ）は、スクリーン１を並進させる比較例を示している。この場合には、スクリーン１の凹凸に対応した強度分布が変化する。これにより、当該強度分布が平均化することで、スペックルが低減する。

図７（ｃ）は、スクリーン１を移動させると共に傾ける（具体的にはスクリーン１をｚ軸に垂直な所定のトロイダル面に沿って移動させる）、本実施例を示している。本実施例では、高速（例えばリフレッシュレートより高い周波数）でスクリーン１を駆動することで、図７（ｂ）に示した例と同様に、スクリーン１の凹凸に対応した強度分布を高速で変化させることで平均化する。ここで、本実施例によれば、スクリーン１を移動させると共に傾けるので、図７（ｂ）に示した例よりも、効果的に強度分布を平均化することができる。つまり、本実施例によれば、スクリーン１を並進運動させる構成よりも、効果的にスペックルを低減することができる。

なお、本実施例では、スクリーン１を傾けるため光軸方向も変化するが、この影響も高速変位することで平均化することができる。また、入射ビームは平行光に近く、焦点深度が広いため、スポットぼけも無視することができる。

３−２．スクリーン面内の回転
ここでは、本実施例によればスクリーン面内（ｘｙ平面内）の回転を適切に抑制できることを説明する。本実施例では、図２に示したように支持部３をｚ方向と非平行に配置しているが、そのように支持部３を配置することで、スクリーン１が面内で回転しにくくなる。これについて、図８を参照して具体的に説明する。

図８は、スクリーン１の駆動時の動作を示している。図８（ａ）は、比較例におけるスクリーン１の動作例を示している。比較例では、本実施例と異なり、ｚ方向と平行に配置された支持部３（平行ばね）を用いる。そのような支持部３で支持されたスクリーン１においては、並進運動及び回転運動のいずれの場合にも、運動時にスクリーン１はベース４と概ね水平な姿勢を維持する。つまり、例えば、スクリーン１を回転させることで、スクリーン１上の点ａ、ｂ、ｃ、ｄが点ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’に移動したとすると、点ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’からベース４までの距離ｈａ’、ｈｂ’、ｈｃ’、ｈｄ’が等しくなる（ｈａ’＝ｈｂ’＝ｈｃ’＝ｈｄ’）。したがって、比較例では、スクリーン１を並進運動させた場合も、スクリーン１をθ方向に回転運動させた場合も、弾性体としての支持部３は同様の変形をして運動することとなる。そのため、比較例では、並進運動をしやすくすると回転運動もしやすくなるという問題がある。

図８（ｂ）は、本実施例におけるスクリーン１の動作例を示している。本実施例では、比較例と異なり、ｚ方向と非平行に配置された支持部３（非平行ばね）を用いる。ここでは、説明を簡単にするため、ｘｚ平面への投射形状のみが非平行となっている支持部３を示している（つまりｙｚ平面への投射形状は平行になっている）。そのような支持部３で支持されたスクリーン１に回転が生じると、運動時にスクリーン１はスクリーン面がベース４に対して傾いた姿勢となる。つまり、例えば、スクリーン１を回転させることで、スクリーン１上の点ａ、ｂ、ｃ、ｄが点ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’に移動したとすると、点ａ’からベース４までの距離ｈａ’と点ｃ’からベース４までの距離ｈｃ’とが等しくなり、点ｂ’からベース４までの距離ｈｂ’と点ｄ’からベース４までの距離ｈｄ’とが等しくなるが、点ａ’、ｃ’の距離ｈａ’、ｈｃ’と点ｂ’、ｄ’の距離ｈｂ’、ｈｄ’とが異なるものとなる（ｈａ’＝ｈｃ’≠ｈｂ’＝ｈｄ’）。そのような差異を吸収するため、弾性体としての支持部３をより変形させるための力が必要になる。したがって、本実施例によれば、ｘ方向、ｙ方向の並進運動はしやすく、θ方向の回転運動はしにくい、といったスクリーン１の支持に適した特性を得ることができる。

３−３．まとめ
以上をまとめると、本実施例によれば、スクリーン１を移動かつ傾けることで、より効果的にスペックルを低減することができる。また、本実施例によれば、ｚ方向と非平行に配置された弾性体としての支持部３を用いることで、簡単な構成でスクリーン１の面内回転を制御することができるため、低コストで信頼性の高いスクリーン装置１００を実現することが可能となる。

４．変形例
次に、上記した実施例の変形例について説明する。なお、下記の変形例は、任意に組み合わせて実施することができる。

４−１．変形例１
変形例１は、上記した実施例に係る支持部３についての他の例に関する。

図９は、上記した支持部３に適用可能な種々の断面形状の例を示している。具体的には、図９（ａ）に示す切断線Ｄ１―Ｄ２に沿った支持部３の断面形状の例を、図９（ｂ）〜（ｄ）に示している。図９（ｂ）は、円形の断面形状を有する支持部３の例を示しており、図９（ｃ）は、正方形の断面形状を有する支持部３の例を示しており、図９（ｄ）は、矩形（長方形）の断面形状を有する支持部３の例を示している。

ここで、図９（ｄ）に示したような矩形の断面形状を有する支持部３を用いた場合、ｘ方向とｙ方向とで共振周波数を変えることができる。矩形の断面形状ではｘ方向の寸法とｙ方向の寸法とが異なるため、支持部３におけるｘ方向の曲げ剛性（ばね定数）とｙ方向の曲げ剛性（ばね定数）とが異なるので、ｘ方向とｙ方向とで共振周波数が異なるものとなる。なお、適用したい２つの共振周波数に応じて、支持部３における矩形の寸法を設定すれば良い。

また、図９（ｂ）、（ｃ）に示すような円形や正方形の断面形状を有する支持部３（つまりｘ方向の寸法とｙ方向の寸法とが異ならないような断面形状を有する支持部３）を用いた場合にも、ｘ方向とｙ方向とで共振周波数を変えることが可能である。これについて、図１０を参照して説明する。

図１０は、左側にｘ方向のばね定数ｆ_０ｘを説明するための図（ｙ方向に沿って観察した側面図）を示し、右側にｙ方向のばね定数ｆ_０ｙを説明するための図（ｘ方向に沿って観察した側面図）を示している。図１０（ａ）に示すように、支持部３をｚ方向と平行に配置した場合には、ｘ方向のばね定数ｆ_０ｘとｙ方向のばね定数ｆ_０ｙとが等しくなる。これに対して、支持部３をｚ方向と非平行に配置した場合には、ｘ方向のばね定数ｆ_０ｘとｙ方向のばね定数ｆ_０ｙとが異なる傾向にある。例えば、図１０（ｂ）に示すように、ｘｚ平面への投射形状がｚ方向と平行となり、ｙｚ平面への投射形状がｚ方向と非平行となるように支持部３を配置した場合には、ｙ方向のばね定数ｆ_０ｙがｘ方向のばね定数ｆ_０ｘ以上となる。これは、支持部３がｚ方向に平行である状態では、支持部３には曲げ応力のみが生じるが、支持部３がｚ方向に非平行である状態では、支持部３には曲げ応力だけでなく圧縮伸張応力も生じるため変形しにくくなるからである（つまりトータルのばね定数が大きくなる）。また、図１０（ｃ）に示すように、支持部３の広がり角（平行度）をｘ方向とｙ方向とで異ならせても良い。こうすることで、円形や正方形の断面形状を有する支持部３を用いても、ｘ方向とｙ方向とで異なる共振周波数を適切に実現することができる。

なお、円形や正方形の断面形状を有するばねとしての支持部３を用いた場合、取り扱いが楽であり、また、入手しやすい形状のため低コスト化を実現することができる。

４−２．変形例２
変形例２は、上記した実施例に係る支持部３についての更に他の例に関する。

図１１は、変形例２に係る支持部３ａの構成を示す図である。図１１（ａ）に示すように、支持部３ａは、低剛性弾性体３ａ１と、高剛性部材３ａ２とを有する。つまり、支持部３ａは、実施例に係る支持部３と異なり、一部分のみが弾性体で構成されている。そのような支持部３ａでは、図１１（ｂ）に示すように、スクリーン１の可動時には低剛性弾性体３ａ１のみが変形する。よって、リンクで結合された運動に近くなる。

４−３．変形例３
上記した実施例では、スクリーン１からベース４に向かって広がっていくように支持部３を配置していた、言い換えると、スクリーン１をベース４上に投射した領域の外側の位置に支持部３を接続させていた（図２参照）。変形例３では、こうする代わりに、スクリーン１からベース４に向かって狭まっていくように支持部を配置する、言い換えると、スクリーン１をベース４上に投射した領域内の位置に支持部を接続させる。

図１２は、変形例３に係るスクリーン装置１００ｂの構成を示す図である。図１２に示すように、変形例３に係るスクリーン装置１００ｂでは、スクリーン１からベース４に向かって狭まっていくように支持部３ｂが配置されている。具体的には、支持部３ｂは、スクリーン１をベース４上に投射した領域Ｒ１（側面図に示した太線参照）内の位置に接続されている。また、変形例３では、上記のような支持部３ｂを用いることに伴って、仮想回転軸としてのＸ’軸及びＹ’軸を、スクリーン面の後方（つまりベース４側）に設定する。このような変形例３に係るスクリーン装置１００ｂも、上記した実施例に係るスクリーン装置１００と同様に機能する。

４−４．変形例４
上記した実施例では、２つの駆動部２ａ、２ｂを用いていたが、変形例４では、１つの駆動部のみを用いる。

図１３は、変形例４に係るスクリーン装置１００ｃの構成を示す図である。図１３に示すように、スクリーン装置１００ｃは、２つの駆動部２ａ、２ｂの代わりに、１つの駆動部２ｃのみを有する点で、実施例に係るスクリーン装置１００と異なる。スクリーン装置１００ｃでは、駆動部２ｃは、ｘ軸及びｙ軸と異なる軸方向に駆動力Ｆを発生する。この場合にも、上記した実施例と同様に、ｘ軸に概ね沿った方向の力Ｆ_ｘとｙ軸に概ね沿った方向の力Ｆ_ｙとがスクリーン１に対して付与されることとなる。そのため、実施例と同様に、Ｘ’軸まわりのトルク及びＹ’軸まわりのトルクでスクリーン１が駆動されることで、スクリーン１はＸ’軸まわり及びＹ’軸まわりに揺動する、つまりｚ軸に垂直な所定のトロイダル面に沿って移動する。

このような変形例４に係るスクリーン装置１００ｃによっても、スペックルを適切に低減することができる。したがって、変形例４に係るスクリーン装置１００ｃによれば、１つの駆動部２ｃのみを用いるため、スペックルの低減を低コストで実現することができる。

ここで、ｘ軸に対する、駆動力Ｆが付与される方向の傾きを「γ」とし、重心ＧのＸ’軸まわりの回転半径を「Ｒｘ」とし、重心ＧのＹ’軸まわりの回転半径を「Ｒｙ」とする。Ｒｘ、Ｒｙが比較的小さい場合には、「γ＝ｔａｎ^−１（Ｒｘ^２／Ｒｙ^２）」により得られたγが実現されるように、駆動部２ｃの設置位置やスクリーン１に対する駆動部２ｃの傾きなどを設計すると良い。こうすることで、Ｘ’軸まわりの角速度振幅とＹ’軸まわりの角速度振幅とをほぼ等しくし制御を容易にすることができる。

次に、図１４及び図１５を参照して、変形例４におけるスクリーン１の駆動方法について説明する。

図１４は、変形例４の第１の例に係るスクリーン１の駆動方法を説明するための図を示している。図１４（ａ）は、横軸に周波数を示し、縦軸にスクリーン１の角速度振幅を示している。太線で表したグラフＧ１１は、Ｘ’軸まわり（β方向）についての周波数と角速度振幅との関係を示しており、細線で表したグラフＧ１２は、Ｙ’軸まわり（α方向）についての周波数と角速度振幅との関係を示している。また、周波数ｆ_１は、Ｘ’軸まわりの回転運動の共振周波数を示しており、周波数ｆ_２は、Ｙ’軸まわりの回転運動の共振周波数を示している。

共振周波数ｆ_１と共振周波数ｆ_２とを異なる周波数に設定することで、共振周波数ｆ_１に基づいてスクリーン１を駆動した場合には、ほぼＸ’軸まわりの回転運動が得られ、共振周波数ｆ_２に基づいてスクリーン１を駆動した場合には、ほぼＹ’軸まわりの回転運動が得られる。また、共振周波数ｆ_１及び共振周波数ｆ_２に基づいてスクリーン１を駆動した場合には、Ｘ’軸まわり及びＹ’軸まわりの回転運動が得られる。したがって、変形例４の第１の例では、同時に２軸（Ｘ’軸及びＹ’軸）まわりの回転運動をスクリーン１に与えるべく、共振周波数ｆ_１及び共振周波数ｆ_２の周波数成分を有する信号を駆動部２ｃに入力する。

図１４（ｂ）、（ｃ）は、共振周波数ｆ_１と共振周波数ｆ_２との振幅比及び周波数比を制御した場合に、スクリーン１におけるＹ’軸まわり（α方向）の角度αとＸ’軸まわり（β方向）の角度βとが描くリサージュ図形の例を示している。図１４（ｂ）は、振幅比が「１：１」であり、周波数比が「１：１．５」である場合に、角度α及び角度βが描くリサージュ図形を示しており、図１４（ｃ）は、振幅比が「１：１」であり、周波数比が「０．５：１」である場合に、角度α及び角度βが描くリサージュ図形を示している。例えば図１４（ｂ）、（ｃ）に示すリサージュ図形が得られるような共振周波数ｆ_１と共振周波数ｆ_２との振幅比及び周波数比を設定すれば、Ｘ’軸まわり及びＹ’軸まわりの角速度を常に有する回転運動をスクリーン１に行わせることができ、スペックルを適切に平均化することが可能となる。

図１５は、変形例４の第２の例に係るスクリーン１の駆動方法を説明するための図を示している。図１５（ａ）は、図１４（ａ）と概ね同様の図を示している。図１４（ａ）と同一の符号を付した要素は、同一の意味を有するものとして説明を省略する。図１５（ａ）では、縦軸に、Ｘ’軸まわりの速度成分とＹ’軸まわりの速度成分との位相（位相差）を更に示している。太い破線で表したグラフＧ２１は、Ｘ’軸まわり（β方向）についての周波数と位相差との関係を示しており、細い破線で表したグラフＧ２２は、Ｙ’軸まわり（α方向）についての周波数と位相差との関係を示している。

変形例４の第２の例では、変形例４の第１の例と異なり、単一の周波数によってスクリーン１を駆動する。具体的には、変形例４の第２の例では、共振周波数ｆ_１及び共振周波数ｆ_２のいずれかによってスクリーン１を駆動する。また、変形例４の第２の例では、ｘ軸に対して駆動力Ｆが付与される方向γ（図１３参照）を、共振周波数ｆ_１又は共振周波数ｆ_２でのＸ’軸まわりの角速度振幅（Ｇｘ１又はＧｘ２）とＹ’軸まわりの角速度振幅（Ｇｙ１又はＧｙ２）との比に基づいて設定する。具体的には、共振周波数ｆ_１で駆動する場合には「γ＝ｔａｎ^−１（Ｇｙ１／Ｇｘ１）」より得られたγを適用し、共振周波数ｆ_２で駆動する場合には「γ＝ｔａｎ^−１（Ｇｘ２／Ｇｙ２）」より得られたγを適用する（なお、Ｇｘ１、Ｇｘ２、Ｇｙ１、Ｇｙ２はリニア表記している）。こうすることで、Ｘ’軸まわりの速度成分とＹ’軸まわりの速度成分とを概ね等しくすることができる。

上記のように共振周波数ｆ_１又は共振周波数ｆ_２でスクリーン１を駆動した場合、共振周波数ｆ_１又は共振周波数ｆ_２における各速度成分の位相差は９０°であるため（図１５（ａ）中のグラフＧ２１、Ｇ２２上の「○」参照）、図１５（ｂ）に示すようにスクリーン１は略円上軌道を動く。そのため、スペックルを適切に平均化することが可能となる。また、周波数が共振周波数ｆ_１又は共振周波数ｆ_２から多少ずれても、図１５（ｃ）に示すようにスクリーン１は楕円軌道を動くため（図１５（ｃ）は位相差が６０°である場合を示している）、上記の効果は維持される。

好ましくは、効率の観点から、共振周波数ｆ_２（共振周波数ｆ_１よりも高い共振周波数）近傍で、共振周波数ｆ_２よりも若干低い周波数を、駆動周波数として用いると良い。

５．適用例
本発明は、１つの例では、レーザープロジェクタのスクリーンに適用することができる。これにより、レーザー特有のスペックルが無く、高解像度で色再現性の良い画像を実現することができる。他の例では、本発明は、レーザースキャン型光源から中間像を生成するヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイに適用することができる。更に他の例では、本発明は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＤＬＰ（Digital Light Processing）の光源に適用することができる。これにより、色再現性の良いディスプレイを実現することができる。

１ スクリーン
２、２ａ、２ｂ 駆動部
３ 支持部
４ ベース
１０ 制御部
１００ スクリーン装置
２００ プロジェクタ
４００ａ、４００ｂ 表示システム

請求項に記載の発明では、スクリーン装置は、スクリーンと、前記スクリーンの面内における一の方向に沿った軸に平行であり、前記スクリーンの面から当該面の法線方向に離間した第１の軸に沿った軸まわりと、前記スクリーンの面内における前記一の方向と交差する他の方向に沿った軸に平行であり、前記スクリーンの面から当該面の法線方向に離間した第２の軸に沿った軸まわりとに、前記スクリーンを揺動させる駆動部と、を備えることを特徴とする。

Claims (12)

1. スクリーンと、
   前記スクリーンの面内における一の方向に沿った軸に平行であり、前記スクリーンの面から離間した第１の軸に沿った軸まわりと、前記スクリーンの面内における前記一の方向と交差する他の方向に沿った軸に平行であり、前記スクリーンの面から離間した第２の軸に沿った軸まわりとに、前記スクリーンを揺動させる駆動部と、
   を備えることを特徴とするスクリーン装置。
2. 前記スクリーンの面の法線方向に沿った軸と非平行に配置され、前記スクリーンを支持する支持部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン装置。
3. 前記支持部は、前記一の方向に沿った軸と前記法線方向に沿った軸とで形成される面への投射形状、及び、前記他の方向に沿った軸と前記法線方向に沿った軸とで形成される面への投射形状の少なくとも一方が、前記法線方向に沿った軸と非平行になるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載のスクリーン装置。
4. 前記スクリーンにおける前記第１の軸まわりの第１共振周波数と前記第２の軸まわりの第２共振周波数とが異なるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスクリーン装置。
5. 前記第１共振周波数及び前記第２共振周波数の両方に基づいて前記駆動部を制御する制御部を更に有することを特徴とする請求項４に記載のスクリーン装置。
6. 前記制御部は、前記スクリーンの面における前記第１の軸まわりの回転角速度と、前記スクリーンの面における前記第２の軸まわりの回転角速度とが同時に「０」にならないように、前記第１共振周波数と前記第２共振周波数との周波数比及び振幅比を設定して前記駆動部を制御することを特徴とする請求項５に記載のスクリーン装置。
7. 前記第１共振周波数及び前記第２共振周波数のいずれか一方に基づいて前記駆動部を制御する制御部を更に有することを特徴とする請求項４に記載のスクリーン装置。
8. 前記駆動部は、前記一の方向に沿った軸方向に力を付与すると共に、前記他の方向に沿った軸方向に力を付与することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のスクリーン装置。
9. 前記駆動部は、前記一の方向に沿った軸及び前記他の方向に沿った軸とは異なる軸方向に力を付与することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のスクリーン装置。
10. 前記支持部は、弾性体で構成され、前記スクリーンを４点で支持することを特徴とする請求項２又は３に記載のスクリーン装置。
11. 前記弾性体は、前記一の方向に沿った長さと、前記他の方向に沿った長さとが異なる断面形状を有することを特徴とする請求項１０に記載のスクリーン装置。
12. スクリーンと、
    前記スクリーンの面の法線方向に垂直な所定のトロイダル面に沿って、前記スクリーンを揺動させる駆動部と、
    を備えることを特徴とするスクリーン装置。

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