JP2005352020A - Light diffusing element and screen - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a light diffusing element and a screen that can reduce speckle noise.
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。 In recent years, data projectors are widely used as a means for presenters to present materials in conferences and the like, and video projectors and movie film projectors are becoming popular in general households. In these projector apparatuses, light output from a light source is spatially modulated by a light valve to be converted into image light, and the image light is projected onto a screen through an illumination optical system such as a lens.
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。 Some projector apparatuses of this type can display a color image, and white light including three primary colors red (Red = R), green (Green = G), and blue (Blue = B) as light sources. A lamp that emits light is used, and a transmissive panel is used as a light bulb. In this LCD (liquid crystal) projector device, white light emitted from a light source is separated into red, green, and blue light beams by an illumination optical system, and these light beams are converged on a predetermined optical path. These light beams are spatially modulated by the liquid crystal panel in accordance with the image signal, the modulated light beams are combined as color image light by the light combining unit, and the combined color image light is enlarged and projected onto the screen by the projection lens.
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。 Recently, as a projector device capable of displaying a color image, a narrow band three primary color light source, for example, a laser oscillator that emits narrow band light of each color of RGB three primary colors is used as a light source, and a diffraction grating type light valve (: A device using a Grating Light Valve has been developed. In this GLV projector apparatus, the light beams of the respective colors emitted from the laser oscillator are spatially modulated by the GLV in accordance with the image signal. The light beam thus modulated is combined as color image light by the light combining unit in the same manner as the projector device described above, and the combined color image light is enlarged and projected onto the screen by the projection lens.
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。 Screens used in the projector apparatus can be divided into a transmission system in which image light is projected from the back side and viewed from the front side, and a reflection system in which image light is projected from the front side and the reflected light is viewed from the front side. However, in any screen, in order to display an image with good visibility, a diffusion layer that scatters image light is provided on the screen surface.
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。 Like the GLV projector apparatus described above, a projector apparatus using a laser as a light source is expected as a display capable of expanding the color gamut because of its high color purity. However, since it is a coherent light source called a laser, the scattered light from the diffusion layer interferes to generate speckle noise and cause glare in the image.
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。
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。 As described above, in the prior art, in order to prevent speckle noise caused by interference of scattered light on the screen surface, a method of minutely vibrating a reflection mirror that reflects incident light and enters the screen is proposed. There are problems such as that it is difficult to perform uniform vibrations uniformly, vibration noise is generated, and power consumption is increased.
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。 The present invention has been made in response to the problem of speckle noise, and provides a light diffusing element and a screen capable of reducing speckle noise by slightly vibrating scattered light without using mechanical vibration. The purpose is to provide.
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。 That is, the light diffusing element according to the first aspect of the present invention includes at least two liquid crystal layers and voltage applying means capable of independently applying a voltage to these liquid crystal layers, and the liquid crystal is always supplied via the voltage applying means. A voltage is periodically applied to each liquid crystal layer so that at least one of the layers is in a state in which no voltage is applied.
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。 In the present invention, the liquid crystal layer is oriented and transparent in the direction of the electric field when a voltage is applied, and when no voltage is applied, the orientation of the molecules becomes random and the light is scattered. By applying a voltage to the liquid crystal layer, the liquid crystal layer can be periodically switched between a scattering state and a transparent state. And by controlling the periodic switching between the scattering state and the transparent state of each liquid crystal layer so that there is always a liquid crystal layer in the scattering state, the liquid crystal layer in the scattering state, that is, the diffusion surface will be slightly vibrated, It is possible to reduce speckle noise due to interference of scattered light.
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。
The light diffusing element of the present invention preferably has a diffusion layer that is always in a scattering state in addition to a liquid crystal layer in which a scattering state and a transparent state are periodically switched. This makes it possible to ensure safety for the eyes of the laser even if the moment when all the liquid crystal layers become transparent when the applied voltage is switched on and off.
Note that the periodic voltage application to each liquid crystal layer is controlled so that the entire transmittance and haze value are always kept constant with respect to the time axis.
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。 The voltage applying means capable of independently applying a voltage to each liquid crystal layer can be configured by a transparent electrode formed inside a transparent substrate that sandwiches each liquid crystal layer, and a power supply circuit connected to the transparent electrode.
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。 The liquid crystal layer that changes from a scattering state to a transparent state by application of a voltage can be formed of a general liquid crystal such as a nematic liquid crystal, a cholesteric liquid crystal, or a smectic liquid crystal.
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。 The liquid crystal layer may have a configuration in which liquid crystal droplets are dispersed in a polymer medium. In this case, a diffusing agent such as bead acrylic can be added to the polymer medium so that it does not become completely transparent even under voltage application. This makes it possible to improve the safety of the laser eyes.
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。 The screen of the present invention is provided with the above light diffusing element, and even with image light projected from a laser light source, the light diffusing element can prevent interference of scattered light, and an image with little speckle noise can be obtained. It can be displayed.
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。 According to the present invention, it is possible to obtain a light diffusing element in which the diffusing surface slightly vibrates by periodically driving a voltage using a plurality of liquid crystal layers and periodically changing the liquid crystal layer in a scattering state. it can. By using this as a diffusion layer of the screen, the generation of speckle due to the interference of scattered light can be reduced, and a clear image excellent in color reproducibility by laser light can be displayed.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a light diffusing element according to the present invention. Two
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。
The
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。
Further, as the
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。
The transparent substrate 1 needs to use a rigid body such as plastic or glass when a general liquid crystal is used as the
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。
In the light diffusing element having the above configuration, when the two
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。 When this light diffusing element is provided on the screen, the projection light forms an image on the liquid crystal layer in a diffusing state. Therefore, by switching between the state a and the state b at high speed, the same effect as that of vibrating the diffusion surface can be obtained as a result, so that the coherence of the laser beam is lost and speckle can be reduced. . The switching speed of such a state is a speed that cannot be detected by human eyes, and is 30 Hz or more, preferably 50 Hz or more.
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。 In order to ensure safety against the eyes of the laser, a normal diffusion layer may be formed in the configuration shown in FIG. When a polymer dispersed liquid crystal is used for the liquid crystal layer, a diffusing agent such as acrylic beads is added to the polymer material for dispersing the liquid crystal droplets so that the liquid crystal layer has moderate diffusibility even under voltage application. You can also
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。 In any case, it is necessary to make the incident surface of the laser smooth so that the laser does not generate speckles on the incident substrate surface. It is desirable to raise.
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。
In addition, it is conceivable that the
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。
In FIG. 4, in the state a, only the
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。 By using such a driving method, the two liquid crystal layers are always in a scattering state and the other one layer is in a transparent state. Since the liquid crystal layer in the transparent state is sequentially replaced with one of the two liquid crystal layers in the scattering state, it is possible to eliminate the possibility that the entire layer becomes transparent in a moment when the on and off are switched, Safety can be increased. In addition, the driving method shown in FIG. 4 can make the state switching speed faster than that in FIG.
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。 As described above, the light diffusing element of the present embodiment can slightly vibrate the diffusing surface, and by using this as a light diffusing layer of the screen on which the laser light is projected, speckle noise peculiar to the laser can be reduced. In addition to being able to reduce, it is possible to display an image excellent in color reproducibility by making use of the wide color gamut characteristic which is the feature. Since this light diffusing element uses a voltage-driven liquid crystal layer, it has the advantage that no vibration noise is generated and less power is consumed than mechanical vibration. Further, the light diffusing element can be effectively used for both a front projection screen and a rear projection screen.
1……透明基板、3……透明電極、5……液晶層、7……電源回路
1 ... Transparent substrate, 3 ... Transparent electrode, 5 ... Liquid crystal layer, 7 ... Power supply circuit
Claims (8)
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。 At least two liquid crystal layers;
Each of the liquid crystal layers so that at least one of the liquid crystal layers is always in a no-voltage applied state via the voltage application means. A light diffusing element, wherein a voltage is periodically applied to the layer.
A screen comprising the light diffusing element according to claim 1.
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