(57)【要約】【課題】スペックルノイズを低減する光拡散素子及びスクリーンを提供する。【解決手段】透明基板１間に透明電極３を介して挟持される液晶層５を２層以上設け、各液晶層５にそれぞれ電源回路７により周期的に電圧を印加する。その際、全ての液晶層５が同時に電圧が印加された状態、すなわち透明な状態にならないように駆動制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２層の液晶層と、
前記液晶層にそれぞれ独立に電圧を印加可能な電圧印加手段と
を備え、前記電圧印加手段を介して、常に前記液晶層のいずれか少なくとも１層が電圧無印加の状態にあるように、各液晶層に周期的に電圧が印加されていることを特徴とする光拡散素子。
【請求項２】
光を散乱させる拡散層を備えたことを特徴とする請求項１記載の光拡散素子。
【請求項３】
透過率及びヘイズ値が時間軸に対して常に一定に保持されていることを特徴とする請求項１記載の光拡散素子。
【請求項４】
前記電圧印加手段が、前記液晶層を挟持する透明基板の内側に形成された透明電極と、前記透明電極に接続される電源回路とを含むことを特徴とする請求項１記載の光拡散素子。
【請求項５】
前記液晶層が、ネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶のいずれかからなることを特徴とする請求項１記載の光拡散素子。
【請求項６】
前記液晶層が、高分子媒体中に液晶の小滴を分散させてなることを特徴とする請求項１記載の光拡散素子。
【請求項７】
前記液晶層が、光を散乱させる拡散剤を含有することを特徴とする請求項６記載の光拡散素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光拡散素子を備えたことを特徴とするスクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペックルノイズを低減することができる光拡散素子及びスクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、会議等では発表者が資料を提示する手段としてデータプロジェクタが広く用いられ、一般家庭では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。これらプロジェクタ装置では、光源から出力された光がライトバルブ（Light Valve）により空間的に変調されて画像光とされ、この画像光がレンズ等の照明光学系を通じてスクリーン上に投影される。
【０００３】
この種のプロジェクタ装置には、カラー画像を表示させることができるものがあり、光源として三原色である赤色（Red＝Ｒ）、緑色（Green＝Ｇ）、青色（Blue＝Ｂ）を含んだ白色光を発するランプが用いられ、ライトバルブとしては透過型のパネルが用いられている。このＬＣＤ（液晶）プロジェクタ装置では、光源から出射された白色光が、照明光学系によって赤色光、緑色光および青色光の各色の光線に分離され、これら光線が所定の光路に収束される。これら光束が液晶パネルにより画像信号に応じて空間的に変調され、変調された光束が光合成部によってカラー画像光として合成され、合成されたカラー画像光が投影レンズによりスクリーンに拡大投射される。
【０００４】
また、最近、カラー画像を表示させることが可能なプロジェクタ装置として、光源に狭帯域三原色光源、例えばＲＧＢ三原色の各色の狭帯域光を発するレーザ発振器を用い、ライトバルブに回折格子型ライトバルブ(:Grating Light Valve)を用いた装置が開発されている。このＧＬＶプロジェクタ装置では、レーザー発振器により出射された各色の光束が、画像信号に応じてＧＬＶにより空間的に変調される。このように変調された光束は、前述したプロジェクタ装置と同様にして、光合成部によってカラー画像光として合成され、この合成されたカラー画像光が投影レンズによりスクリーンに拡大投射される。
【０００５】
上記プロジェクタ装置に用いられるスクリーンは、その背面側から画像光を投射して前面側から見る透過方式と、前面側から画像光を投射しその反射した光を前面側から見る反射方式とに分けられるが、いずれのスクリーンにおいても、視認性の良好な画像を表示するために、画像光を散乱させる拡散層がスクリーン表面に設けられている。
【０００６】
上述したＧＬＶプロジェクタ装置のように、レーザーを光源とするプロジェクタ装置は、その色純度の高さから色域を拡大することのできるディスプレイとして期待されている。しかしながら、レーザーというコヒーレントな光源であるがゆえに、拡散層による散乱光が干渉してスペックルノイズを発生し、画像のぎらつきを引き起こす原因となっていた。
【０００７】
このスペックルを低減させるため、スクリーンに背面側から画像光を投射するリアプロジェクタ装置において反射ミラーを微少振動させてスペックルを低減する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、このような機械的な振動を大面積で安定して行うことは難しいと考えられる。
【特許文献１】特開２００３−２６２９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来技術ではスクリーン表面の散乱光の干渉によって生じるスペックルノイズを防ぐために、投射光を反射してスクリーンへ入射させる反射ミラーを微小振動させる方法等が提案されているが、機械的な振動は一様に安定して行うことが難しいこと、振動音が発生すること、電力の消費が大きくなることなどの問題があった。
【０００９】
本発明は、このようなスペックルノイズの問題に対処してなされたもので、機械的振動を用いることなく散乱光を微振動させてスペックルノイズを低減することができる光拡散素子及びスクリーンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、請求項１の発明の光拡散素子は、少なくとも２層の液晶層と、これらの液晶層にそれぞれ独立に電圧を印加可能な電圧印加手段とを備え、電圧印加手段を介して、常に液晶層のいずれか少なくとも１層が電圧無印加の状態にあるように、各液晶層に周期的に電圧が印加されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、液晶層は電圧印加の下では電界方向に配向して透明な状態となり、電圧の印加がなくなると、分子の向きがランダムとなって光を散乱させる状態となるため、周期的に電圧を印加することで、液晶層を散乱状態と透明状態に周期的に切り替えることが可能になる。そして、各液晶層の散乱状態と透明状態の周期的な切り替えを、常に散乱状態の液晶層が存在するように制御することで、散乱状態の液晶層すなわち拡散面を微振動させることになり、散乱光の干渉によるスペックルノイズを低減することが可能となる。
【００１２】
本発明の光拡散素子は、散乱状態と透明状態が周期的に切り替わる液晶層のほかに、常に散乱状態にある拡散層を有することが好ましい。これにより、印加する電圧のオン、オフの切り替え時に全ての液晶層が透明になる瞬間が生じても、レーザーの目に対する安全性を確保することが可能となる。
なお、各液晶層に対する周期的な電圧印加は、全体の透過率及びヘイズ値が時間軸に対して常に一定に保持されるように制御される。
【００１３】
各液晶層に独立に電圧を印加可能な電圧印加手段は、各液晶層を挟持する透明基板の内側に形成された透明電極と、透明電極に接続される電源回路とによって構成することができる。
【００１４】
電圧の印加によって散乱状態から透明状態に変化する液晶層は、一般的な液晶、例えばネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶により形成することができる。
【００１５】
また、液晶層は、高分子媒体中に液晶の小滴を分散させた構成としてもよい。この場合、ビーズアクリルのような拡散剤を高分子媒体中に添加して、電圧印加の下でも完全に透明状態とならないようにすることもできる。これにより、レーザーの目に対する安全性を向上させることが可能となる。
【００１６】
本発明のスクリーンは上記光拡散素子を備えたもので、レーザー光源から投射される画像光であっても、上記光拡散素子により散乱光の干渉を防ぐことができ、スペックルノイズの少ない画像を表示することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複数層の液晶層を用いてそれぞれ周期的に電圧駆動し、散乱状態となる液晶層を周期的に変化させることにより、拡散面が微振動する光拡散素子を得ることができる。これをスクリーンの拡散層として用いることにより、散乱光の干渉によるスペックルの発生を低減することができ、レーザー光による色再現性に優れた鮮明な画像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、本発明の光拡散素子の一の実施の形態を示すもので、透明基板１間に透明電極３を介して挟持される液晶層５が２層併設され、各液晶層５を独立に駆動できるようにそれぞれ電源回路７が対応する透明電極３に接続されている。そして、各電源回路７は図示しない制御回路に接続され、図２に示すように、液晶層５Ａ、液晶層５Ｂとした２層の液晶層５に交互に電圧が印加されるように駆動制御される。
【００１９】
液晶層５は、電圧が印加されていないとき（オフのとき）は光を散乱する状態にあり、電圧が印加されると（オンのとき）分子が配向し透明な状態になるものが選択される。このような液晶層５としては、一般的なネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶を用いることができる。このような液晶は、配向処理されていない透明電極３に挟み込まれることによって、駆動電圧がオフのときは液晶分子の方向がランダムとなって光を散乱する状態となり、駆動電圧がオンのときは、液晶分子の方向が電界方向に揃って透明な状態となる。
【００２０】
また、液晶層５として、特開平５−１０７５６２号公報等に記載されているような高分子分散型液晶を用いることもできる。この高分子分散型液晶は、例えばラテックスのような透明な高分子媒体中に例えばネマティック液晶の小滴を分散させたもので、通常の状態では液晶滴によって光が散乱し、電圧印加の状態では液晶滴内の液晶分子が電界方向に配列することによって、光が液晶滴表面で散乱することなく通過し、透明となる。
【００２１】
透明基板１は、液晶層５として一般的な液晶を用いた場合にはプラスチックやガラスなどの剛性体を用いる必要がある。一方、高分子分散型液晶を用いた場合にはＰＥＴフィルムなどを用いることができる。また、透明基板１上に成膜される透明電極３はＩＴＯやＳｎＯ２などを用いることができる。
【００２２】
上記構成の光拡散素子において、２層の液晶層５を液晶層５Ａ、液晶層５Ｂとした場合、図２に示すような駆動信号に基づいて電圧が印加される。すなわち、液晶層５Ａと液晶層５Ｂに一定周期で電圧が印加されるが、それは液晶層５Ａがオフのとき液晶層５Ｂがオン（状態ａ）、液晶層５Ａがオンのとき液晶層５Ｂがオフ（状態ｂ）となるように行われる。状態ａのときは、図３（ａ）に示すように、液晶層５Ａが光Ｌを拡散し液晶層５Ｂは透明となる。また、状態ｂのときは、図３（ｂ）に示すように、液晶層５Ｂが光Ｌを拡散し液晶層５Ａは透明となる。
【００２３】
この光拡散素子がスクリーン上に設けられると、投射光は拡散状態にある液晶層に像を作ることになる。したがって、状態ａと状態ｂを高速で切り替えることにより、結果的に拡散面を振動させることと同じ効果を持たせることができるため、レーザー光のコヒーレンスは失われ、スペックルを低減することができる。このような状態の切り替え速度は、人の目で感知できない速度とし、３０Ｈｚ以上、好ましくは５０Ｈｚ以上とする。
【００２４】
なお、レーザーの目に対する安全性を確保するために、図１に示す構成に通常の拡散層を形成してもよい。また、液晶層に高分子分散型液晶を用いる場合には、液晶滴を分散させる高分子材料にアクリルビーズのような拡散剤を添加して電圧印加の下でも適度に拡散性を有するようにすることもできる。
【００２５】
いずれの場合においても、レーザーの入射面に関しては平滑な面にすることでレーザーが入射基板面でスペックルを発生しないようにすることが必要であり、さらに反射防止処理を施すことで透過率を上げることが望ましい。
【００２６】
その他、より安全を確保するため図１の液晶層５を３層以上にすることも考えられる。この際には駆動方法として常にいずれか何層かが散乱状態になっているように電圧駆動するのが望ましく、かつ透過率及びヘイズ値を時間軸に対して常に一定に保つことが必要となる。例として液晶層５Ａ〜５Ｃの３層構成とした場合の駆動信号を図４に示す。
【００２７】
図４において、状態ａでは液晶層５Ａ〜５Ｃのうち液晶層５Ａのみ駆動電圧オンで透明状態となり、他の液晶層５Ｂ、５Ｃは電圧オフで散乱状態となる。状態ｂでは液晶層５Ｃは電圧オフ（散乱状態）のままで、液晶層５Ａと液晶層５Ｂがオン、オフの切り替えが行われる。次の状態ｃでは、液晶層５Ａが電圧オフ（散乱状態）のままで、液晶層５Ｂと液晶層５Ｃがオン、オフの切り替えが行われる。
【００２８】
このような駆動方法を用いることにより、常に２層の液晶層が散乱状態で、他の１層が透明状態となる。この透明状態となる液晶層が散乱状態にある２層の液晶層の１層と順次入れ替わる形となるため、オン、オフが切り替わる一瞬に全層が透明となる可能性を排除することができ、安全性を高めることができる。また、図４に示す駆動方法は、図１に比べて状態の切り替え速度をより高速にすることが可能となる。
【００２９】
上述したように、本実施の形態の光拡散素子は、拡散面を微振動させることができ、これをレーザー光が投射されるスクリーンの光拡散層として用いることにより、レーザー特有のスペックルノイズを低減することができるとともに、その特長である広色域特性を生かした色再現性に優れた画像を表示することが可能となる。なお、この光拡散素子は、電圧駆動の液晶層を用いているため、機械的振動に比べて振動音の発生もなく消費電力も少なくてすむという利点を有する。また、この光拡散素子は、前面投射方式のスクリーンにも、また背面投射方式のスクリーンにも、ともに有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の光拡散素子の一の実施の形態を示す断面図である。
【図２】２層構成の液晶層の駆動信号を示すタイミングチャートである。
【図３】図２に対応する状態ａ、状態ｂを示す断面図である。
【図４】３層構成の液晶層の駆動信号を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１……透明基板、３……透明電極、５……液晶層、７……電源回路
【図１】
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【図２】
2005352020.tif 000004
【図３】
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【図４】
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