(57)【要約】【課題】  投射光を光拡散させる光拡散粒子の移動に機械的な可動部を必要とせず、機械的な耐久性を向上してシンチレーションを低減する分散液移動装置２００と、分散液移動装置２００に投射部２等を備えた表示装置１００とを提供する。【解決手段】  この発明に係る映像投射用スクリーンは、映像を投射する投射光を光拡散する光拡散粒子と前記光拡散粒子を分散させる分散媒と前記分散媒を位相幾何学の円環で定義される形状で封入する分散液封入部材１と前記分散液封入部材１の一部を加熱し前記分散液を加熱する加熱手段１３とを有する。分散液封入部材１の一部に形成されたスクリーン部１２とレンチキュラーレンズ３３と光拡散板３で構成されるスクリーン１８が映像投射用スクリーンとして機能するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射光を出力し映像を投射する投射手段と、
前記投射光を散乱する光拡散粒子および前記光拡散粒子を分散させる分散媒を有する分散液と、
前記分散液を位相幾何学の円環形状に封入した分散液封入手段と、
前記分散液封入手段の加熱部を加熱することで前記分散液を加熱する加熱手段と
を備える分散液移動装置。
【請求項２】
分散液封入手段は、円環の中心軸が重力方向に対して略垂直であることを特徴とする請求項１に記載の分散液移動装置。
【請求項３】
分散液封入手段は、投射光が投射され映像が投影されるスクリーン部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の分散液移動装置。
【請求項４】
スクリーン部は、透明な２枚の平行平板とその間に挟まれた分散液とによって構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の分散液移動装置。
【請求項５】
加熱部は、投射面の法線が重力方向と略垂直のスクリーン部と対向する位置にあることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の分散液移動装置。
【請求項６】
加熱部は、金属で構成されていることを特徴とした請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の分散液移動装置。
【請求項７】
加熱手段は、投射手段が発生した熱を加熱部に供給する構成であることを特徴とした請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の分散液移動装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の分散液移動装置を備える表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば投射型表示装置等で用いられる、映像投射用スクリーンの構造とそれを用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ等の投射型表示装置は、光源から出射された光線をスクリーンに投射することでスクリーン上に画像を表示する。しかし、映像を映し出すスクリーンの光拡散層で散乱した光線が視聴者等の観賞者側で干渉すると、観賞者にはスクリーン全体がぎらついて見える。この光線の干渉に伴う輝度むらはシンチレーションと呼ばれるもので、観賞者に不快感を与えるという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するため、スクリーンの光拡散板全体をスクリーンの面方向に回転運動させることで連続的に光拡散板つまり光散乱材を移動させる方法が提案されている（例えば、特許文献１）。また、スクリーンの第１の基板と第２の基板の間に挟まれた媒質中に移動可能な光散乱材を分散した光散乱部を有し、前記基板の少なくとも一方に振動を付与する。これにより、光散乱材が媒質中を移動する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。すなわち、スクリーンに入射した光線が光拡散板や光散乱部を通過することによって形成される散乱波の散乱分布や位相を、光散乱材の相対位置を変化させることにより時間的に変化させ、シンチレーションを低減ないし除去するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２８００３号公報（段落００４１、図５）
【特許文献２】特開２００８−１５１９１４号公報（段落００１１、００１２、図５乃至６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のようなスクリーンの光拡散板全体を動かす方法は、スクリーンが大きくなると、動かされるスクリーンの重量が大きくなり駆動に必要なエネルギが大きくなるため、機械的な耐久性に問題が生じる。また特許文献２のように、媒質に接した光拡散板自体に振動を付与し光散乱材の相対位置を変動させる方法は、特許文献１と同じく大きなスクリーン全体を振動させるため必要なエネルギが大きくなり、超音波振動を発生させる振動素子ならびに超音波振動伝達手段などの機械的な耐久性に問題がある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、機械的な振動を必要としない装置であり、機械的な耐久性を向上してシンチレーションを低減するスクリーンの提供をすることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る分散液移動装置は、投射光を出力し映像を投射する投射手段と、前記投射光を散乱する光拡散粒子および前記光拡散粒子を分散させる分散媒を有する分散液と、前記分散液を位相幾何学の円環形状に封入した分散液封入手段と、前記分散液封入手段の加熱部を加熱することで前記分散液を加熱する加熱手段とを有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、円環状の分散媒の温度差による熱対流を利用して光拡散粒子の移動を行うことにより、表示装置の機械的な振動を必要とせず、機械的な耐久性を向上しシンチレーションを低減するスクリーンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る投射型の表示装置の投射部と観賞者とスクリーンと光拡散板との位置関係を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る分散媒を位相幾何学の円環形状に封入した際に、分散媒の温度差によって発生する熱対流とその移動方向についての説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る投射スクリーンの分散媒と分散媒に分散する光拡散粒子を含む分散液の概念図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る分散液封入部材の形状の一例を示した斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る分散液封入部材において熱対流に基づく分散媒の移動方向を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る光拡散板の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る分散媒を位相幾何学の円環形状に封入した際に、分散媒の温度差によって発生する熱対流とその移動方向についての説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における投射型の表示装置１００の構成図、図２は、分散液移動装置２００の分散液封入部材１において分散媒の温度差によって発生する熱対流とその移動方向について説明図、図３は、分散媒１０と分散媒１０に分散する第一の光拡散粒子である光拡散粒子１１を含む分散液１７の概念図、図４は分散液封入部材１の一例を示す斜視図、図５は図４の分散液封入部材１において熱対流によって発生する分散液１７の流れを示す斜視図、図６は、光拡散板３の断面図である。
【００１１】
図１において投射手段である投射部２から出射した投射光５は、スクリーン１８に投射される。スクリーン１８は投射部２側からレンチキュラーレンズ３３、分散液封入手段である分散液封入部材１のスクリーン部１２、光拡散板３で構成されている。分散液封入部材１は、図３に示すように投射光を散乱する光拡散粒子１１と光拡散粒子１１を分散させる分散媒１０とからなる分散液１７を封入する位相幾何学の円環で定義される形状の分散液封入手段の機能を持つ。分散液封入部材１のスクリーン部１２は光拡散層の機能を持つ。
【００１２】
投射部２から出射した投射光５はスクリーン１８のスクリーン部１２と光拡散板３とを透過する際に散乱する。スクリーン１８に対して投射部２と反対側に位置する観賞者４は、その散乱光をスクリーン１８に映し出された映像として鑑賞する。ここで、スクリーン１８上の各位置において光拡散層であるスクリーン部１２が散乱光を時間的に変化させることによって、シンチレーションを平均化し低減ないし除去することができる。つまり、スクリーン１８に入射した光線がスクリーン部１２や光拡散板３を通過することによって形成される散乱波の散乱分布や位相を、光散乱材の相対位置を変化させることにより時間的に変化させ、シンチレーションを低減ないし除去するものである。
【００１３】
スクリーン部１２は、透明な２枚の平行平板とその間に挟まれた分散液１７とによって構成される。図３の概念図のように、分散液１７は入射光を散乱する光拡散粒子１１を凝集することなく拡散状態を維持させる機能を持つ。このために、光拡散粒子１１に吸着し、電気的反発や立体障害により光拡散粒子１１に適当な空間を保持させ、凝集状態の発生を抑制する分散剤を用いることができる。また、光拡散粒子１１自体を同符号に帯電させ、互いに反発させることもできる。
【００１４】
このようなスクリーン部１２において分散液１７を所定の速度で一方向に移動させると、入射光を散乱させる光拡散粒子１１が分散媒１０とともに移動するため、スクリーン部１２上の各位置における散乱光を時間的に変化させることが可能となり、結果としてシンチレーションを低減することが出来る。なお、図３において周囲を囲む破線は、分散液１７の一部を切り出したことを示している。
【００１５】
分散液１７のスクリーン部１２における移動は、図２に示す熱対流の原理に基づいた方法を用いる。図２は、スクリーン部１２を含む分散液封入部材１の形状と分散液１７の移動原理を説明する図である。分散液封入部材１の形状は、位相幾何学の円環形状と定義する。
【００１６】
図２のように、任意の加熱手段１３が発生する熱量を分散液封入部材１の一部で加熱部である加熱領域１４に印加熱量として加えることで本領域における分散液１７の温度が上昇する。なお、この加熱手段１３は効率よく電流を熱変換する手段が望ましく、例えばセラミックヒータなどが選択される。
【００１７】
この加熱領域１４の領域における分散液１７は初期温度に対し温度上昇により膨張し、加熱領域１４以外の分散液１７に対し比重が軽くなるため上昇する現象、いわゆる熱対流が発生する。図２の加熱領域１４の部分に白抜き矢印として、加熱領域１４にて加熱された分散液１７が熱対流によって移動する方向を示す。この加熱領域１４での分散液１７の移動方向を示す白抜き矢印は、図２中下側である重力方向に対し反対の方向となる。
【００１８】
分散液封入部材１は閉じた構造となっているので、分散液１７の円環の一部で発生した熱対流による移動は、円環全体の分散液１７の移動となり、スクリーン部１２の分散液１７も移動する。スクリーン部１２における分散液１７の移動方法は図２中下側である下降方向、すなわち重力方向となる。
【００１９】
装置起動時においては、分散液１７の温度は室温である。さらに装置起動直後においては、加熱領域１０３の加熱された分散媒１０に起因する熱対流のみが分散媒１０の駆動源となるが、加熱領域１４で加熱された分散液１７が移動することにより放熱されることで移動効率を上げることが可能となる。スクリーン部１２は外界近傍に設置されるため、その温度は室温近辺となる。またスクリーン部１２は出画機能を課せられているため、その形状が外界に対し表面積が大きい構成となり、必然的に外界との熱交換効率が良い形状となっている。従ってスクリーン部１２は効率の良い放熱領域１５としての機能を持っている。
【００２０】
起動後、時間が経過した安定動作時の動作は以下となる。加熱領域１４にて温度が室温より上がった分散液１７は、熱対流による移動によって放熱領域１５に導かれる。放熱領域１５にて分散液１７は室温近傍に冷却されることによって、温度下降により収縮し、放熱領域１５以外の分散液１７に対し比重が重くなるため図２中下側に下降する現象が発生する。このように定常状態では、加熱領域１４における上昇現象と放熱領域１５における下降現象とが共同して作用するので効率の良い分散液１７の移動が実現する。
【００２１】
上記のような効率のよい分散液１７の移動を実現するには、円環の姿勢と加熱領域１４ならびに放熱領域１５の配置が重要である。ここで説明した方法は、熱対流を駆動原理としているので、円環の姿勢は円環の中心軸が重力方向に対して略水平であり、円の部分が水平面に対し立っている状態、つまり重力方向に対し垂直が望ましい。逆に、こうすれば円環すなわち分散液１７の流路方向に重力方向の成分が存在するため熱対流を効果的に作用させることができる。さらに図２に示すように、加熱領域１４と放熱領域１５とで発生する熱対流を相殺しないように、加熱領域１４と放熱領域１５の配置は、円環の最上部と最下部を結んだ線分に対し、対向する位置に配置することが望ましい。
【００２２】
図４に、分散液封入部材１の形状の一例を、図５に分散液封入部材１に封入された分散液１７の熱対流による移動方向を示す。なお、図４、図５は形状および分散液１７の動きを分かりやすくするため、透明材料で作製したように内部が見えるように描いている。
【００２３】
加熱領域１４は、効率よく図示しない加熱手段１３からの印加熱量を分散液１７に伝達する必要があるため、熱伝導性の良い材料が選定される。一例を挙げれば銅あるいは銅を含んだ合金などが好適である。本例では、中空円柱で図示しているが、熱伝達性能を向上させるため、外部や内部にフィンを立てて熱交換面積を上げたり円柱を屈曲させたりした構成も効果的である。加熱領域１４にて加熱した分散液１７は、加熱領域１４の上方へ上昇し、流路断面積拡大部１６ａに導かれる。
【００２４】
流路断面積拡大部１６ａは、分散液１７の移動に伴って流路断面積が拡大される構造となっている。その移動方向や流路断面積拡大の様子を図５に白矢印として示す。流路が進行方向に対し断面積が拡大する機構は、ディフューザとして一般的に知られている。この機構は流速を落とす替わりに圧力を上昇させる機構であり、スクリーン部１２における分散液１７の下方方向への移動を均一かつ確実にするために好適な構成となる。
【００２５】
スクリーン部１２における分散液１７の移動速度を大きくする必要がある場合は、流路断面拡大部１６ａを、流路断面積が一定もしくは逆に小さくになるような構成にすることが好適である。この場合は、図４において流路断面積拡大部１６ａの流路を高さ一定で記述したが、流路入口１６１ａ側の流路の高さを高くし出口１６２ａ側の流路の高さを最も低くすることで流路断面積を一定、あるいは逆に流れ進行方向に対し小さく設定することが可能となる。
【００２６】
流路断面拡大部１６ａを通過した分散液１７は、放熱領域１５に導かれる。放熱領域１５は、スクリーン部１２としての機能を併せ持つ。分散液１７を効果的に冷却するには、分散液１７の重力方向の加重に対し位置保持するための強度を持ち、さらに透明かつある程度熱伝導性の良い材料を選択することが望ましい。一例を挙げれば、ガラスなどが好適である。
【００２７】
放熱領域１５にて放熱、冷却された分散液１７は流路断面圧縮部１６ｂに導かれる。流路断面圧縮部１６ｂは、分散液１７の移動に伴って流路断面積が縮小される構造となっている。その移動方向や流路断面積拡大の様子を図５に白矢印として示す。すでに説明した流路断面積拡大部１６ａと同様、スクリーン部１２における分散液１７の移動速度を大きくする必要がある場合は、流路断面圧縮部１６ｂを、流路断面積が一定もしくは逆に大きくなるような構成にすることが好適である。この場合は、図４において流路断面積圧縮部１６ｂの流路を高さ一定で記述したが、流路入口１６１ｂ側の流路の高さを低くし出口１６２ｂ側を最も高くすることで流路断面積を一定、あるいは逆に流れ進行方向に対し小さく設定することが可能となる。
【００２８】
流路断面圧縮部１６ｂを通過した分散液１７は、加熱領域１４に導かれ、一連の熱対流を利用した効率的な分散液移動装置２００が実現する。この装置により、機械的な振動や可動部分は一切存在せず、加熱領域１４に熱量を供給するだけで分散液１７の移動を実現することが可能となる。なお、分散液移動装置２００は分散液１７を封入した分散液封入部材１に過熱手段１３を取り付けたものである。
【００２９】
以上の構成によって、光拡散粒子１１の移動に対し機械的な振動や可動部分を必要とせず、熱量を印加するのみで機能実現するので、騒音は抑制されさらに機械的な耐久性を向上した分散液移動装置を得ることができる。加えてその性能は、スクリーン全体の光拡散粒子１１の移動むらを抑えてシンチレーションを低減するスクリーン１８を得ることができる。印加熱量は、効率の良いセラミックヒータ等を用いれば、エネルギを抑えた表示装置を得ることができる。
【００３０】
次にコントラストを向上させる構成について、図６を用いて説明する。図６は光拡散板３の断面図を示しており、図６中上側が観賞者４側で、下側が投射光５の入射側である。光拡散板３は投射光５の入射側にはレンチキュラーレンズ３３が形成され、観賞者４側の支持シート部３１の内部には第二の光拡散粒子である光拡散板３の光拡散粒子３２が含まれている。
【００３１】
観賞者４の方向から、外光３４が入射した場合、支持シート部３１の中の光拡散板３の光拡散粒子３２で散乱し、その後入射側のレンチキュラーレンズ３３のレンズ面で反射し、再び観賞者４側に出射する。この反射光はスクリーン１８に映し出される出力画像のコントラストを悪化させる。なぜなら、鑑賞者４は投射部２から投射された投射光５以外に不要な光である上記の外部からの外光３４を同時に観ることとなるため、映像のコントラストが低下することになる。
【００３２】
この反射光による影響を緩和するため、ブラックストライプ３５を支持シート部３１の観賞者４側に設ける。これにより、レンチキュラーレンズ３３面での反射光を吸収または反射し、不要な光を観賞者４側に出射しないようにしてコントラストの低下を抑えるが出来る。ここで、レンチキュラーレンズ３３は水平方向の視野角を広げるため垂直方向に形成されている。そのためブラックストライプ３５も同様に、垂直方向に設ける。
【００３３】
さらにスクリーン部１２と光拡散板３の配置により、コントラストを向上させる構成について説明する。分散液封入部材１内の分散液１７中の光拡散粒子１１の直径は、ミー散乱をさせるため１μｍから１０μｍ程度が望ましい。一方、光拡散板３に含まれる光拡散粒子３２は分散液封入部材１に含まれる光拡散粒子１１の直径よりも大きく設定する。このような構成によって、鑑賞者４側から分散液封入部材１に入射する外光３４を、その進行方向に対して後方である鑑賞者４側に散乱することを防止することができる。結果として出画像のコントラストの低下を抑えることが出来る。
【００３４】
なお、本実施の形態では、出画像のコントラスト向上のため光拡散板３を有する構成で説明したが、光拡散板３は必ずしも必要でない。例えば、分散液封入部材１内の光拡散粒子１１の動きが遅い場合、シンチレーションが十分に低減されず、光線の干渉に伴う輝度むらがスクリーン上を移動するように見えることがある。このような場合に、光拡散板３を設けると、上記光線の干渉に伴う輝度むらを低減してシンチレーションを抑えることができる。従って、光拡散粒子１１の移動速度が十分速い場合には光拡散板３を省いた構成としても構わない。
実施の形態２．
【００３５】
実施の形態１では、加熱手段１３について一般的に述べた。実施の形態２では、加熱手段１３を投射部２とする構成について説明する。
【００３６】
図７は、実施の形態２における分散液移動装置２１０の構成を示す説明図である。なお、図１ないし図２と同一構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００３７】
図７は、実施の形態１における図２と対応する図である。図７と図２の差異は、図２の加熱手段１３が図７では投射部２として定義されているところにある。
【００３８】
本発明の投射部２は、発光手段である光源と、光源から出射される光線を所望の特性に変換する光学要素とから構成される。上記光源は、例えばＬＥＤあるいはレーザなどが用いられる。以上の例示した光源は、電流を光に変換する機能を持つが発光に伴い発熱する特徴を持つ。ところが光源が発熱すると、電流を光に変換する変換効率が劣化するため、発熱した熱量を放熱する手段が必要となる。
【００３９】
一方、実施の形態１における分散液封入部材１の加熱領域１４は印加される熱量を必要としている。そこで本実施の形態２では、この投射部２が発生する熱量の一部あるいは全てを、分散液封入部材１の加熱領域１４に供給する構成とすることで、分散液封入部材１の分散液１７の移動と投射部２の放熱を両立させる。
【００４０】
これは熱交換器の一種である水冷式ラジエターと同様の構成となる。すなわち、水冷式ラジエターの冷却水が分散液１７、放熱部であるラジエターが放熱領域１４、さらに吸熱部が投射部２に対応する。この構成にて、分散液封入部材１の分散液１７の移動、すなわちスクリーン１８に映し出される出力画像のシンチレーションの低減に対して、新たにエネルギを加える必要が無く、さらに投射部２の発熱に対し効率的な放熱が可能となる。
【００４１】
以上の構成によって、光拡散粒子１１の移動に対し機械的な振動や可動部分を必要とせず、熱量を印加するのみで機能実現するので、騒音は抑制されさらに機械的な耐久性を向上した分散液移動装置を得ることができる。加えてその性能は、スクリーン全体の光拡散粒子１１の移動むらを抑えてシンチレーションを低減するスクリーン１８を得ることができる。印加熱量は、投射部２の発熱を用いることで、効率的な放熱が可能となり表示装置全体のエネルギを抑えることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  分散液封入部材、  １０  分散媒、  １１  光拡散粒子、  １２  スクリーン部、  １３  加熱手段、  １４  加熱領域、  １５  放熱領域、  １６ａ  流路断面拡大部、  １６１ａ，１６１ｂ  流路入口、  １６２ａ，１６２ｂ  流路出口、  １６ｂ  流路断面圧縮部、  １７  分散液、  １８  スクリーン、  ２  投射部、  ３  光拡散板、  ３１  支持シート、  ３２  光拡散板の拡散粒子、  ３３  レンチキュラーレンズ、  ３４  外光、  ３５  ブラックストライプ、４  観賞者、  ５  投射光  、  １００  表示装置、  ２００，２１０  分散液移動装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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