(57)【要約】【課題】常に設計どおりに高コントラストの投影画像を明光下で表示できるシステムを提供する。【解決手段】反射波長選択性を有するスクリーン１と、画像光を投射するプロジェクタ２と、蛍光灯等の周辺照明３とを構造材５に組み込んでシステムとして一体化する。例えば、プロジェクタ２はアーム部４を介して構造材５に回動可能に接続し、使用時に構造材５上部に設けられた収納部から引き出して、スクリーン１に画像光を投射する構造とする。周辺照明３はスクリーン１を直接照らさないよう構造材５の最上部に取り付ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を投射するプロジェクタと、前記画像光に対応する波長領域の光を他の波長領域の光より高い反射率で反射する波長選択反射特性を有し、前記画像光により画像を表示するスクリーンとを備えた画像表示システムであって、前記プロジェクタとスクリーンが相互に最適化された位置関係に配置可能に１体に組み込まれていることを特徴とする画像表示システム。
【請求項２】
前記スクリーンの周囲を照らす周辺照明部が前記１体に組み込まれていることを特徴とする請求項１記載の画像表示システム。
【請求項３】
画像光を投射するプロジェクタと、前記画像光に対応する波長領域の光を他の波長領域の光より高率で反射する波長選択反射特性を有し、前記画像光により画像を表示するスクリーンと、該スクリーンの周囲を照らす周辺照明部とを備えた画像表示システムであって、前記周辺照明部が前記プロジェクタ又はスクリーンと１体に組み込まれていることを特徴とする画像表示システム。
【請求項４】
前記スクリーンが、波長選択反射特性を有する多層薄膜を具備することを特徴とする請求項１又は３記載の画像表示システム。
【請求項５】
前記スクリーンが、波長選択反射特性を有するホログラム反射膜を具備することを特徴とする請求項１又は３記載の画像表示システム。
【請求項６】
前記プロジェクタが、光源として高圧水銀ランプを具備することを特徴とする請求項１又は３記載の画像表示システム。
【請求項７】
前記周辺照明部が蛍光灯又は白熱灯であることを特徴とする請求項２又は３記載の画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、明るい環境下でもプロジェクタの投影画像を高コントラストで見ることができる画像表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、会議等において発言者が資料を提示する方法としてオーバーヘッドプロジェクタやフロントプロジェクタが広く用いられている。また、一般家庭においても液晶を用いたビデオプロジェクタや動画フィルムプロジェクタが普及しつつある。
【０００３】
この種のプロジェクタとしては、例えば、光源から出射された光線を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の光線に分離して所定の光路に収束させる照明光学系と、ＲＧＢ各色の光束をそれぞれ光変調する液晶パネル（ライトバルブ）と、光変調されたＲＧＢ各色の光束を合成する光合成部とを備え、光合成部により合成されたカラー画像を投射レンズによりスクリーンに拡大投影するものがある。
【０００４】
一方、プロジェクタからの投影画像を表示するスクリーンには、前方から投射される画像光を反射して反射光により投影画像を見ることができるようにした反射型スクリーンがある。このようなスクリーンとして、例えばビーズスクリーンや白スクリーン等が用いられているが、これらは、画像光以外の周辺光も反射し、周辺光のレベルとともに黒レベル（黒色映像輝度）も上昇するため、周辺光レベルの高い明るい環境下ではコントラスト（＝白レベル／黒レベル）の低い映像しか表示することができず、部屋を暗くする必要があった。
【０００５】
これに対して、スクリーンに入射し反射する光を低減する光吸収層を設けて黒レベルの低下を図ることによって、周辺光の存在下でのコントラスト性能を向上させるスクリーンが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、このようなスクリーンでは、周辺光のみならず画像光も光吸収層によって低減されてしまうため、スクリーンゲインが低下するとともに、明光下のコントラストの向上にも限界があった。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１０３８０２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の問題点に対し、ブラッグ反射の原理を応用することによって波長選択反射特性を持たせ、反射波長をプロジェクタ光に合わせたスクリーンが、本出願人と同一の出願人より提案されている（例えば、特願２００２−２０３１７９号等。）。このような波長選択反射特性を有するスクリーンは、プロジェクタ、周辺照明と適切に組み合わせることにより、明るい環境下でも高コントラストの画像を表示可能で、色再現域を広げられるといった特徴があり、プロジェクタの新しい用途開拓として期待が大きい。
【０００８】
原理的には、図１２におけるスクリーン１０１、プロジェクタ１０２、周辺照明１０３が、それぞれ図１３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、スクリーン１０１の反射波長領域とプロジェクタ１０２の波長領域がほぼ一致し、周辺照明１０３の波長領域とプロジェクタ１０２の波長領域がほとんど被らない波長特性を有するとき、理想的な波長関係にあり、明るい環境下（周辺光下）で高コントラストの画像表示が可能となる。なお、図１３において（ａ）は人間の視認波長特性、（ｂ）はスクリーン１０１の反射波長特性、（ｃ）はプロジェクタ１０２の波長特性、（ｄ）は周辺照明１０３の波長特性である。
【０００９】
ただし、実用上は三つの要素（スクリーン、プロジェクタ、周辺照明）の位置関係が重要であり、設計通りの特性を出すには設置上の制限が大きい。例えば、スクリーンの反射波長をプロジェクタ光の波長に合わせても、プロジェクタの投影角度が設計値より変わった場合、効果は激減する。同様の問題が、プロジェクタと周辺照明、スクリーンと周辺照明との組み合わせにおいても生じる。
【００１０】
本発明は、かかる点に対処してなされたもので、スクリーン、プロジェクタ、周辺照明を設計通りの位置関係に容易に配置でき、明るい環境下でコントラストが高く鮮明な投影画像を表示することができる画像表示システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の発明は、画像光を投射するプロジェクタと、画像光に対応する波長領域の光を他の波長領域の光より高い反射率で反射する波長選択反射特性を有し、画像光により画像を表示するスクリーンとを備えた画像表示システムであって、プロジェクタとスクリーンが相互に最適化された位置関係に配置可能に１体に組み込まれていることを特徴とする。
【００１２】
請求項１の発明においては、プロジェクタとスクリーンの位置関係の変動による、プロジェクタの波長特性とスクリーンの反射波長特性のずれを防ぐことができ、設計通りの明光下の高コントラストの画像表示が容易となる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の画像表示システムにおいて、スクリーンの周囲を照らす周辺照明部がプロジェクタ及びスクリーンと１体に組み込まれていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明においては、既存の周辺光を利用することなく、したがって周辺光の影響を考慮することなく、常に設計通りの明光下の高コントラストの画像表示が可能となる。
【００１５】
請求項３の発明は、画像光を投射するプロジェクタと、画像光に対応する波長領域の光を他の波長領域の光より高率で反射する波長選択反射特性を有し、画像光により画像を表示するスクリーンと、このスクリーンの周囲を照らす周辺照明部とを備えた画像表示システムであって、周辺照明部がプロジェクタ又はスクリーンと１体に組み込まれていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明においては、既存の周辺光を利用することなく、したがって周辺光の影響を考慮することなく、スクリーンとプロジェクタの位置関係のみ配慮すればよく、容易に設計通りの明光下の高コントラストの画像表示が可能となる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１又は３の画像表示システムにおいて、スクリーンが、波長選択反射特性を有する多層薄膜を具備することを特徴とする。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１又は３の画像表示システムにおいて、スクリーンが、波長選択反射特性を有するホログラム反射膜を具備することを特徴とする。
【００１９】
請求項４、５の発明においては、ブラッグ反射を応用した多層薄膜やホログラム反射膜を用いることにより、容易にスクリーンの反射特性をプロジェクタの波長特性に合わせて設計することが可能となる。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１又は３の画像表示システムにおいて、プロジェクタが、光源として高圧水銀ランプを具備することを特徴とする。
【００２１】
請求項７の発明は、請求項２又は３の画像表示システムにおいて、周辺照明部が蛍光灯又は白熱灯であることを特徴とする。
【００２２】
請求項６、７の発明においては、プロジェクタの光源と周辺照明は、プロジェクタの波長特性と周辺照明の波長特性があまり被らないものであれば任意のものが使用可能であるが、プロジェクタの光源としては、寿命、消費電力、プロジェクタとの相性（光利用効率）の点で優れ、広範に使用されている高圧水銀ランプが、周辺照明としては、一般的な蛍光灯や白熱灯が挙げられる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の画像表示システムを示すもので、スクリーン１とプロジェクタ２と周辺照明３の三要素が一体化されている。ここでは、プロジェクタ２はアーム部４を有し、スクリーン１を支持する構造材５の上部にアーム部４の末端が回動可能に接続され、使用時に構造材５上部に設けられた収納部から引き出される構造となっている。そして、引き出された状態でスクリーン１との位置関係が設計値となるように設計されている。また、周辺照明３は構造材５の最上部に取り付けてあり、スクリーン１を直接照らさない設計となっている。
【００２４】
スクリーン１は、外光低減、光拡散（結像）、波長選択反射、ゲインコントロール、光吸収の各機能を有する層（１つの層が複数の機能を併せ持ってもよい）が積層されたフィルム状あるいは板状の積層体である。この中で波長選択反射機能は、ブラッグ反射の原理を応用して、多層膜構造のバンドパスフィルタ、ホログラム等の幾つかの方法で達成される。
【００２５】
図２は、スクリーン１の積層構成例を示すもので、ベース層１０の両面に高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌを交互に積層することによって、波長選択反射特性を有する選択反射層１１が形成され、これに選択反射層１１で反射した光を拡散する光拡散層１２と、選択反射層１１を透過した光を吸収する黒色層１３がそれぞれ形成されている。選択反射層１１における高屈折率層Ｈと低屈折率層Ｌは、プロジェクタ２の波長に合わせて、例えば図３に示すような反射特性を持つように膜厚設計される。この構成において、ベース層１０としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の透明基材が用いられる。高屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌは、例えばディップコーティング法によりベース層１０の両面に形成することができる。この場合、高屈折率層には例えばＴｉＯ２微粒子を、低屈折率層Ｌには例えばフッ素系樹脂を用いることができる。光拡散層１２及び黒色層１３は、例えばシート状に形成されたものを貼り合せて形成される。
【００２６】
プロジェクタ２は、光源からの光を光学フィルタでＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色に分解し、液晶パネルやＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）等のスイッチング素子で光変調後、再合成して投影するものである。
【００２７】
この中で使われる光源は、寿命、消費電力、プロジェクタとの相性（光利用効率）の点で、高圧水銀ランプが優れており、ほぼ市場を独占するに到っているが、これに限定されない。図４は、プロジェクタ２の波長特性の一例であり、高圧水銀ランプからの光を光学フィルタで色分解した後のＲ、Ｇ、Ｂの波長特性を示す。
【００２８】
また、プロジェクタ２としては、光源に狭帯域三原色光源、例えばＲ、Ｇ、Ｂ各色の狭帯域光を発するレーザー発振器を使用し、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）によりＲ、Ｇ、Ｂ各色の光束を空間的に変調するプロジェクタを用いることもできる。この場合、プロジェクタの波長特性は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各スペクトルがよりシャープなものとなる。
【００２９】
周辺照明３としては、蛍光灯／白熱灯等が考えられるが、直接スクリーン１を照らさないように設計するか、極力プロジェクタ２の波長と被らないように設計することが好ましい。なお、太陽光が差し込む環境ではカーテン等で防ぐことが望ましい。一般に使われている蛍光灯の波長特性を図５に示す。
【００３０】
スクリーン１、プロジェクタ２、周辺照明３の三要素が適切に組み合わさった場合の波長特性の一例を図６に示す。図６において、実線はＲ、Ｇ、Ｂの各色の光線からなるプロジェクタ光の波長特性、破線はスクリーン１の反射波長特性、一点鎖線は周辺照明３（蛍光灯）の波長特性である。
【００３１】
図６の例では、一般に使われているホワイトマット（白色スクリーン）と比較すると、スクリーン１の反射波長特性により、周辺照明３の影響がおよそ１／３以下に低減でき、コントラストはホワイトマットの３倍以上が実現できる。また、スクリーン１の反射波長特性により、Ｒ、Ｇ、Ｂ以外の余分な色の影響が少なくなり、結果的に色純度が上がり、広い色再現域が達成できる。色再現域の広がりを模式的に図７に示す。図７において、高圧水銀ランプに代表される放電ランプを光源に用いたプロジェクタで投影した場合、波長選択反射特性を持たないスクリーンでの色再現域は領域Ａとなるが、波長選択反射特性を有するスクリーンに変えると、斜線で示すように色再現域が広がる。
【００３２】
ただし、以上のように最適設計をしていても、プロジェクタの投影角度が設計値より大きくなると、スクリーン上では設計されたブラッグ条件から外れ、画像光の反射光量が減少しコントラストが低下する。この場合の波長特性例を図８に示す。周辺照明についても同様に、周辺照明の設置条件により、スクリーンにブラッグ反射条件を満たす強い周辺光が入ると、コントラストは低下する。スクリーンに関しても、設置角度が設計値と異なると、十分な反射が得られない、あるいは周辺照明の影響が大きくなるなど、画像表示の設計値から外れてしまう。
【００３３】
本実施の形態は、スクリーン、プロジェクタ、周辺照明をセットにして１体に組み込んでいるため、予め三要素の位置関係と各波長特性の組合せをトータルで設計することができ、上記の三要素の位置関係の変動による設計値からのずれの問題を解消することができる。すなわち、本実施の形態によれば、スクリーン、プロジェクタ及び周辺照明を、設計条件を満たす位置に容易に設置することができ、本体のみで常に設計値通りの特性が得られる。もし、太陽光あるいは既存の照明の影響がある場合には、カーテン等でカット、既存の照明のスイッチをオフすることによって、設計値どおりの効果が得られる。
【００３４】
また、必ずしもスクリーン、プロジェクタ、周辺照明の三要素を一体化しなくても、その内の二要素を一体化することにより、残りの一要素との位置的制限は小さくなり、容易にこのシステムの特性を出すことが可能となる。二要素を一体化した例を、本発明の第２〜４の実施の形態として図９〜図１１に示す。
【００３５】
図９は、本発明の第２の実施の形態の画像表示システムを示すもので、スクリーン１とプロジェクタ２の二つの要素が一体化され、周辺照明３は既存の照明がそのまま用いられる。この実施の形態は、周辺照明３の影響のみに考慮すればよく、最適な画像表示のためのセッティングが容易である。すなわち、周辺照明３の影響ができるだけ最小となる位置にスクリーン１を設置することで、設計値からのずれの少ない高コントラストの画像表示が可能となる。
【００３６】
図１０は、本発明の第３の実施の形態の画像表示システムを示すもので、スクリーン１と周辺照明３が一体化されている。この実施の形態は、プロジェクタ２の設置位置だけを考慮すればいいシステムとなっている。
【００３７】
図１１は、本発明の第４の実施の形態の画像表示システムを示すもので、プロジェクタ２と周辺照明３の二つの要素が一体化されている。この実施の形態は、スクリーン１に対する周辺照明３の影響を極力抑えることができるシステムで、第３の実施の形態と同様にプロジェクタ２の設置位置だけを考慮すればよく、容易に設計値からのずれの少ない高コントラストの画像を表示することができる。
【００３８】
上記第２〜４の実施の形態においては、一体化されない残りの一要素に対して設置自由度が限られるので、映写環境に応じた最適設置を容易に行うことができる。また、二要素一体品では、スクリーンとプロジェクタ、スクリーンと周辺照明、プロジェクタと周辺照明といった三つの組み合わせ商品が考えられ、ユーザーの事情により選択が可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように、請求項１の発明によれば、スクリーンとプロジェクタを一体化することにより、プロジェクタとスクリーンの位置関係の変動による、プロジェクタの波長特性とスクリーンの反射波長特性のずれを防ぐことができ、容易に設計通りの明光下の高コントラストの画像表示を実現することができる。
【００４０】
請求項２の発明によれば、スクリーンとプロジェクタと周辺照明の三要素を一体化することにより、三要素の位置関係の変動による波長特性の設計値からのずれを防ぐことができ、常に設計通りの明光下の高コントラストの画像表示を実現することができる。
【００４１】
請求項３の発明によれば、周辺照明をスクリーン又はプロジェクタと一体化することにより、周辺照明の影響を設計通りとすることができ、スクリーンとプロジェクタの位置関係を調整するだけで明光下の高コントラストの画像表示を実現することができる。
【００４２】
請求項４、５の発明によれば、波長選択反射特性を有する多層薄膜やホログラム反射膜をスクリーンの反射層として用いることにより、容易にスクリーンの反射特性をプロジェクタの波長特性に合わせて設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示システムの第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】波長選択反射機能を持つスクリーンの積層構成例を示す断面図である。
【図３】本発明にかかるスクリーンの反射波長特性の一例を示す図である。
【図４】プロジェクタの波長特性の一例を示す図である。
【図５】一般的な蛍光灯の波長特性を示す図である。
【図６】スクリーン、プロジェクタ、周辺照明の三要素が適切に組み合わさった場合の波長特性の一例を示す図である。
【図７】波長選択反射機能を持つスクリーンの色再現域の広がりを模式的に示す図である。
【図８】図６におけるプロジェクタの投影角度が設計値より大きくなった場合の波長特性例を示す図である。
【図９】本発明の画像表示システムの第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図１０】本発明の画像表示システムの第３の実施の形態を示す斜視図である。
【図１１】本発明の画像表示システムの第４の実施の形態を示す斜視図である。
【図１２】画像表示システムを概略的に示す図である。
【図１３】本発明にかかる画像表示システムの原理を示す波長特性図である。
【符号の説明】
１，１０１……スクリーン、２，１０２……プロジェクタ、３，１０３……周辺照明、４……アーム部、５……構造材
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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