(57)【要約】【課題】  装置を大掛かりなものとすることなく、簡便にスペックルノイズを低減することが可能な画像表示システムを提供すること。【解決手段】  光源にレーザを用いたプロジェクタと、プロジェクタからの映像を投映する反射型スクリーンとを備える画像表示システムであって、反射型スクリーンは、可視光に対して透明な透明材料に、透明材料とは屈折率が異なる粒子が分散された半透過層と、半透過層のプロジェクタとは反対の面側に、可視光を反射させる反射層とを有する画像表示システム。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源にレーザを用いたプロジェクタと、プロジェクタからの映像を投映する反射型スクリーンとを備える画像表示システムであって、
前記反射型スクリーンは、可視光に対して透明な透明材料に、前記透明材料とは屈折率が異なる粒子が分散された半透過層と、前記半透過層のプロジェクタとは反対の面側に、可視光を反射させる反射層とを有することを特徴とする画像表示システム。
【請求項２】
前記粒子は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＳｒＯ、ＳｒＣＯ３、ＢａＯ、ＢａＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｎＯ、及び、ＰｂＯの群からなる少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項１に画像表示システム。
【請求項３】
光源にレーザを用いたプロジェクタからの映像を投映する反射型スクリーンであって、
可視光に対して透明な透明材料に、前記透明材料とは屈折率が異なる粒子が分散された半透過層と、
可視光を反射させる反射層とを有することを特徴とする反射型スクリーン。
【請求項４】
前記粒子は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＳｒＯ、ＳｒＣＯ３、ＢａＯ、ＢａＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｎＯ、及び、ＰｂＯの群からなる少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項３に記載の反射型スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源にレーザを用いたプロジェクタからの映像を反射型スクリーンに投映する画像表示システム、及び、反射型スクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源にレーザを用いたプロジェクタと、このプロジェクタからの映像を投影する反射型スクリーンとを有する画像表示システムが知られている。しかしながら、プロジェクタの光源にレーザを用いる場合、レーザ光はコヒーレンス性の強い光であるため、スクリーンで散乱された光が干渉し、スクリーン上にランダムな明点および暗点のパターン（スペックルノイズ）が発生する場合がある。そして、このようなスペックルノイズは、肉眼ではぎらついて見えるため、観察者に不快感を与える可能性がある。
【０００３】
このようなスペックルノイズを低減させる方法として、従来、スクリーンを振動させて、パターンを平均化させ、スペックルノイズを見えにくくする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９１５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のような方法では、スクリーンに振動を起こさせるために、モーターなどの動力源が必要となり、システム全体としての消費電力が大きくなるといった問題がある。また、モーターなどの駆動部を有する構成とすると、故障の可能性が高くなるといった問題や、振動によって騒音が生じ、映像の鑑賞者に不快感を生じさせるといった問題等もある。
【０００６】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置を大掛かりなものとすることなく、簡便にスペックルノイズを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の画像表示システムは、光源にレーザを用いたプロジェクタと、プロジェクタからの映像を投映する反射型スクリーンとを備える画像表示システムであって、
前記反射型スクリーンは、可視光に対して透明な透明材料に、前記透明材料とは屈折率が異なる粒子が分散された半透過層と、前記半透過層のプロジェクタとは反対の面側に、可視光を反射させる反射層とを有することを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、反射型スクリーンは、可視光に対して透明な透明材料に、前記透明材料とは屈折率が異なる粒子が分散された半透過層と、前記半透過層のプロジェクタとは反対の面側に、可視光を反射させる反射層とを有する。従って、プロジェクタから出射されたレーザ光は、半透過層内部を透過する過程で光が順次拡散されるとともに、反射層により観察者側に反射される。その結果、レーザ光線の角度多重度が大きくなり、スペックルを低減させることができる。
このように、上記構成によれば、反射型スクリーンに半透過層を設けて、スペックルを低減させたため、装置を大掛かりなものとすることなく、簡便にスペックルノイズを低減することが可能となる。
【０００９】
前記した本発明の構成において、前記粒子は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＳｒＯ、ＳｒＣＯ３、ＢａＯ、ＢａＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｎＯ、及び、ＰｂＯの群からなる少なくとも１種類以上であることが好ましい。前記粒子が前記群からなる少なくとも１種類以上であると、より好適にスペックルを低減することができる。
【００１０】
また、本発明の反射型スクリーンは、光源にレーザを用いたプロジェクタからの映像を投映する反射型スクリーンであって、
可視光に対して透明な透明材料に、前記透明材料とは屈折率が異なる粒子が分散された半透過層と、
可視光を反射させる反射層とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、反射型スクリーンは、可視光に対して透明な透明材料に、前記透明材料とは屈折率が異なる粒子が分散された半透過層と、前記半透過層のプロジェクタとは反対の面側に、可視光を反射させる反射層とを有する。従って、プロジェクタから出射されたレーザ光は、半透過層内部を透過する過程で光が順次拡散されるとともに、反射層により観察者側に反射される。その結果、レーザ光線の角度多重度が大きくなり、スペックルを低減させることができる。
このように、上記構成によれば、反射型スクリーンに半透過層を設けて、スペックルを低減させたため、装置を大掛かりなものとすることなく、簡便にスペックルノイズを低減することが可能となる。
【００１２】
前記した本発明の構成において、前記粒子は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＳｒＯ、ＳｒＣＯ３、ＢａＯ、ＢａＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｎＯ、及び、ＰｂＯの群からなる少なくとも１種類以上であることが好ましい。前記粒子が前記群からなる少なくとも１種類以上であると、より好適にスペックルを低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の画像表示システム、及び、反射型スクリーンによれば、装置を大掛かりなものとすることなく、簡便にスペックルノイズを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る反射型スクリーンを模式的に示す側面断面図である。
【図２】本実施形態に係る画像表示システムの概略図である。
【図３】効果検証実験で用いた投射系の概略図である。
【図４】効果検証実験で用いたスペックル測定系の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係る画像表示システム、及び、反射型スクリーンにつき、図面を参照しつつ説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。
【００１６】
以下では、まず、反射型スクリーンについて説明することとする。図１は、本実施形態に係る反射型スクリーンを模式的に示す側面断面図である。
【００１７】
図１に示すように、反射型スクリーン１０は、反射層１２と半透過層１４とが積層された構成を有している。反射型スクリーン１０においては、半透過層１４側（図１では左側）からレーザ光が照射され、半透過層１４内部を透過する過程で光が順次拡散されるとともに、反射層１２により観察者側に反射される。なお、本実施形態では、反射層１２と半透過層１４とが他の層を間に介在させることなく積層されている場合について説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において他の層が間に介在していてもよい。
【００１８】
反射型スクリーン１０は、保管、搬送等の観点から、ロール状に巻回可能なものが好ましい。このような観点から、反射型スクリーン１０を構成する各部材は、ある程度可撓性を有する材料で形成されていることが好ましい。
【００１９】
反射層１２は、プロジェクタからのレーザ光を反射し、プロジェクタ側の観察者に映像として観察可能に映像光を反射させる層である。反射層１２としては、従来公知の反射型スクリーンに用いられているものと同様のものを用いることができる。具体的には、例えば、白色等の塗料が塗布されたマット仕上げの布地、マット仕上げの樹脂シートを挙げることができる。また、他の具体例としては、蒸着等によって形成された金属層や、スプレーコーティングによって吹き付けられた反射性塗料からなる層を挙げることができる。
【００２０】
半透過層１４は、可視光に対して透明な透明材料に、前記透明材料とは屈折率が異なる粒子が分散されている。なお、本明細書において、「可視光に対して透明」とは、前記透明材料を膜厚１ｍｍのフィルム状にした際に、波長４００〜７６０ｎｍの範囲内における全波長域において光線透過率が７０％以上であることをいう。なお、光線透過率は、測定用のフィルムを透過させる前の強度と透過させた後の強度の比をいい、下記式により求められる。
光線透過率＝［（透過後の強度）／（透過前の強度）］×１００（％）
【００２１】
前記透明材料の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、アクリロニトリル、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリウレタン樹脂、紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂、紫外線硬化型エポキシアクリレート樹脂、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート樹脂等を挙げることができる。なかでも、耐久性、加工の容易性、前記粒子の分散容易性の観点から、ポリ塩化ビニルが好ましい。
【００２２】
前記粒子としては、前記透明材料とは屈折率が異なるものであれば特に制限されない。前記透明材料と屈折率が異なれば、レーザ光を散乱させることができるからである。
【００２３】
前記粒子としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ３、ＳｒＯ、ＳｒＣＯ３、ＢａＯ、ＢａＣＯ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｎＯ、及び、ＰｂＯの群からなる少なくとも１種類以上であることが好ましい。前記粒子が前記群からなる少なくとも１種類以上であると、より好適にスペックルを低減することができる。なかでも、白色であること、及び、耐久性の観点から、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３が好ましい。
【００２４】
前記粒子の添加量としては、前記透明材料を１００体積％としたときに、０．３〜５体積％とすることが好ましい。前記粒子の添加量を、前記透明材料を１００体積％としたときに、０．３〜５体積％とすることにより、スペックル抑制効果が好適に得られる。
【００２５】
前記粒子の平均粒径としては、５００ｎｍ〜３０μｍの範囲内にあることが好ましく、１μｍ〜２５μｍの範囲内にあることがより好ましい。前記粒子の平均粒径を５００ｎｍ以上とすることにより、粒子の凝集を抑え、取扱を容易にすることができる。また、前記粒子の平均粒径を３０μｍ以下とすることにより、粒子を取り扱う工程における装置の摩耗を抑制し、意図しない不純物の混入を少なくすることができる。
【００２６】
また、前記粒子の最大粒径は、５０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以下であることがより好ましい。前記最大粒径を５０μｍ以下とすることにより、肉眼で視認しにくくすることができ、画質の劣化を抑制することができる。
また、前記粒子の最小粒径は、１００ｎｍ以上であることが好ましく、２５０ｎｍ以上であることがより好ましい。前記最小粒子径を１００ｎｍ以上とすることにより、波長によって散乱の特性が変わりやすいレイリー散乱が生じることを抑制することができる。
【００２７】
半透過層１４の厚さは、０．１〜３ｍｍの範囲内であることが好ましく、０．２〜１ｍｍの範囲内であることがより好ましい。半透過層１４の厚さを、０．１ｍｍ以上とすることにより、好適にスペックル抑制の効果を得ることができる。また、半透過層１４の厚さを、３ｍｍ以下とすることにより、ある程度の強度を確保でき、取り扱い性に優れる。
【００２８】
半透膜層１４は、その表面から垂直方向に層内に進行する光の強度Iinと当該表面からの深さ方向の位置ｄとの関係が、下記式（１）を満たすことが好ましい。
＜式（１）＞
ｌｏｇ（Ｉｉｎ）＝ａｄ＋ｂ（ａ，ｂは定数）
【００２９】
半透膜層１４が上記式（１）を満たすということは、表面からの深さを例えば、ｄ１、ｄ２、ｄ３・・・とすると、ｄ１、ｄ２、ｄ３・・・の各深さの面においてレーザ光が同等に拡散されている（例えば、深さｄ１の面に届いたレーザ光の２０％が拡散され、深さｄ２の面に届いたレーザ光の２０％が拡散され、深さｄ３の面に届いたレーザ光の２０％が拡散されている）ことを意味する。従って、半透膜層１４が上記式（１）を満たすと、レーザ光線の角度多重度がより大きくなり、スペックルをより低減させることが可能となる。半透膜層１４が上記式（１）を満たすように半透膜層１４を製造する方法としては、前記透明材料に前記粒子を均一に分散させる方法を挙げることができる。また、他の製造方法としては、例えば、前記透明材料に前記粒子のうち粒径の大きな粒子を小さな数密度、粒径の小さな粒子を大きな数密度になるようグラデーションをつけて分散させる方法を挙げることができる。
【００３０】
反射型スクリーン１０の製造方法としては、まず、半透膜層１４を製造する。半透膜層１４の製造方法は特に限定されないが、前記透明材料に前記粒子を分散させ、得られた分散物をシート状に塗工する方法が挙げられる。前記透明材料に前記粒子を分散させる方法としては、ディゾルバー、ホモジナイザーなどの各種ミキサー、ニーダー、ロール、ビーズミル、自公転式撹拌装置等により行なうことができる。また、分散の際には溶剤を用い、シート状に塗工した後に乾燥させてもよい。
【００３１】
次に、反射層１２を有する従来公知のスクリーンを準備し、反射層１２上に半透膜層１４を貼り合わせる。貼り合わせは、圧着により行なうことができる。この際、加温（例えば、３０〜１５０℃）しながら圧着してもよい。
【００３２】
以上、反射型スクリーン１０について説明した。
【００３３】
次に、本実施形態に係る画像表示システムについて説明する。図２は、本実施形態に係る画像表示システムの概略図である。
【００３４】
図２に示すように、画像表示システム５０は、プロジェクタ２０と反射型スクリーン１０とを備える。
【００３５】
本発明において、プロジェクタには、光源にレーザを用いたプロジェクタを採用する。光源にレーザを用いたプロジェクタとしては、従来公知のプロジェクタを採用することができる。
【００３６】
本実施形態に係るプロジェクタ２０は、赤色レーザ光源５０Ｒ、緑色レーザー光源５０Ｇ、及び、青色レーザー光源５０Ｂからなるレーザ光源５０と、ダイクロックミラー５２と、レンズ５４と、ロッドインテグレータ５６と、レンズ５８と、ミラー６０と、光変調素子６２と、プロジェクションレンズ６４とを備える。
【００３７】
プロジェクタ２０では、まず、赤色レーザ光源５０Ｒ、緑色レーザー光源５０Ｇ、及び、青色レーザー光源５０Ｂから放射されたレーザ光を、ダイクロイックミラー５２で合成する。次に、ダイクロイックミラー５２で合成された光をレンズ５４で集光して、ロッドインテグレータ５６に入射させる。ロッドインテグレータ５６では、光の強度分布が均一化される。その後、ロッドインテグレータ５６の端面の像を、レンズ５８とミラー６０を用いて反射型の光変調素子６２上に結像させ、光変調素子６２により作られた画像をプロジェクションレンズ６４で反射型スクリーン１０上に投映する。
【００３８】
上述した通り、反射型スクリーン１０は、可視光に対して透明な透明材料に、前記透明材料とは屈折率が異なる粒子が分散された半透過層１４と、半透過層１４のプロジェクタ２０とは反対の面側に、可視光を反射させる反射層１２とを有する。従って、プロジェクタ２０から出射されたレーザ光は、半透過層１４内部を透過する過程で光が順次拡散されるとともに、反射層１２により観察者側（プロジェクタ２０側）に反射される。その結果、レーザ光線の角度多重度が大きくなり、スペックルを低減させることができる。
このように、反射型スクリーン１０、及び、画像表示システム５０によれば、反射型スクリーン１０に半透過層１４を設けて、スペックルを低減させたため、装置を大掛かりなものとすることなく、簡便にスペックルノイズを低減することが可能となる。
【００３９】
なお、上述の実施形態では、プロジェクタの備えるレーザ光源が、赤、緑、青の３色の場合について説明したが、本発明においてプロジェクタは、少なくとも１つのレーザ光源があればよく、光源の種類や数が異なっていてもよい。また、光学系は、図２に示されたものに限定されず、ミラーやレンズの数や位置が異なっていてもよい。また、上述の実施形態では、光を均一化するための手段として、ロッドインテグレータ５６を用いる場合について説明したがフライアイレンズを用いてもよい。また、上述の実施形態では、光変調素子として反射型のものを用いる場合について説明したが透過型のものを用いてもよい。
【００４０】
次に、スペックル抑制効果の検証実験について説明する。図３は、効果検証実験で用いた投射系の概略図である。
【００４１】
（実施例１）
スペックル抑制効果の検証実験においては、図３に示すように、レーザ光源７０から放射されたレーザ光を光ファイバ７２に入射し、光ファイバ７２の出射端に取り付けた六角柱型ロッドインテグレータ７４で光の強度分布を均一化した。ロッドインテグレータ７４の端面の像を、レンズ７６、及び、レンズ７８を用いてスクリーン８０に約１００倍の倍率で投映した。スクリーン８０への投射実験に用いた各部材の特性は以下の通りである。
レーザ光源７０：中心波長５３２ｎｍ、半値幅０．２ｎｍ、ビーム強度：２Ｗ
光ファイバ７２：コア径０．８ｍｍ、長さ２ｍ、ＮＡ＝０．３９
ロッドインテグレータ７４：六角柱形状、対辺寸法２ｍｍ、長さ５０ｍｍ
レンズ７６（ロッドインテグレータ側）：焦点距離７．９ｍｍ，ロッドインテグレータから７．９ｍｍ位置に設置
レンズ７８（スクリーン側）：焦点距離７５０ｍｍ、スクリーンから７５０ｍｍ位置に設置
【００４２】
スクリーン８０は、以下のようにして準備した。まず、半透膜層を製造した。半透膜層は、塩化ビニル系樹脂にＡｌ２Ｏ３粒子と、ＴｉＯ２粒子とを十分混合させた原材料を作製し、その後２００℃で加熱、溶融させ、軟化した材料をスリットから押し出すことにより厚さ０．５ｍｍのシート形状に加工した。
Ａｌ２Ｏ３粒子の添加量は、半透膜層全体に対して４重量％とし、ＴｉＯ２粒子の添加量は、半透膜層全体に対して１重量％とした。
また、添加したＡｌ２Ｏ３粒子の粒径、ＴｉＯ２粒子の粒径は下記の通りである。
Ａｌ２Ｏ３：平均粒子径：８μｍ、最小粒径の０．２μｍ、最大２０μｍ
ＴｉＯ２：平均粒子径：８μｍ、最小粒径の０．２μｍ、最大２０μｍ
【００４３】
なお、製造した半透過層の直線透過率は、４０％となった。ここで、直線透過率とは、スクリーンに対して垂直方向に入射する光の強度に対する、スクリーンに対して垂直方向に透過する光の強度の比をいう。直線透過率は、散乱によって光線の角度が変わると減少する。直線透過率が低すぎると、半透過層の表面のみでほとんどの光が散乱されることとなり、多重の効果が薄れ、スペックルの低減効果が小さくなる。また、直線透過率が高すぎると、ほとんどの光線が裏面の反射層で反射されるため、角度多重の効果が薄れ、スペックルの低減効果が小さくなる。本実施例１では、直線透過率は、４０％であるため、スペックルの低減効果が得られるための条件として適当なものとなっている。なお、本発明において、半透過層の直線透過率は、２０〜６０％の範囲内であることが好ましい。
【００４４】
次に、ハークネススクリーン社製の製品名：Ｓｔａｇｅｌｉｔｅ  Ｍａｔｔ  Ｗｈｉｔｅ  １００（本発明の反射層に相当）を準備し、反射層上に製造した半透膜層を貼り合わせた。貼り合わせは、６０℃の条件下で圧着により行なった。
【００４５】
図４は、効果検証実験で用いたスペックル測定系の概略図である。図４に示すように、スクリーン８０上に投映した像を、スクリーン８０を垂直に見る向きに対して１５度の方向からＣＣＤカメラ８２で撮影した。なお、カメラレンズ８４の前にはφ１ｍｍのアパ−チャー８６を設置した。ＣＣＤカメラ８２とスクリーン８０との距離は７００ｍｍとした。ＣＣＤカメラ８２は、測定用コンピュータ８８にて制御した。撮影した撮影面内の信号強度の平均値Ａと標準偏差σを求め、スペックルコントラストσ／Ａを算出した。その結果、スペックルコントラストは９．９％となった。
【００４６】
（比較例１）
ハークネススクリーン社製の製品名：Ｓｔａｇｅｌｉｔｅ  Ｍａｔｔ  Ｗｈｉｔｅ  １００（本発明の反射層に相当）に半透過層を貼り合わせなかったこと以外は、実施例１と同様にして、スペックルコントラストσ／Ａを算出した。その結果、スペックルコントラストは１８．０％となった。
【００４７】
（結果）
実施例１、比較例１の比較により、半透過層を用いたことによるスペックル抑制効果が確認できた。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した例に限定されるものではなく、本発明の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  反射型スクリーン
１２  反射層
１４  半透過層
２０  プロジェクタ
５０  画像表示システム
【図１】
2015064463.tif 000003
【図２】
2015064463.tif 000004
【図３】
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【図４】
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