JP2006019864A - プロジェクタシステム及びスクリーン構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 より臨場感の高い音場環境が得られるプロジェクタシステム及びそのスクリーン構造を提供する。
【解決手段】 映像が投射されるスクリーン２と、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタ本体と音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーンにおける音波反射面近傍に仮想音源を形成する超音波スピーカとを有するプロジェクタ１とを備え、スクリーン２の一部に前記超音波スピーカから出力される指向性音響信号を反射する音響反射用凸部を設け、前記超音波スピーカからスクリーン２の音響反射用凸部に向けて音響信号を出力する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、超音波スピーカ等の超指向性スピーカを音声信号再生に使用して映像が投射されるスクリーン近傍に仮想音源を形成するようにしたプロジェクタシステム及びこのプロジェクタシステムに使用されるスクリーンの構造に関する。

ＤＶＤや大型テレビ、プロジェクタなどの普及に伴い、手軽に家庭でシアターを楽しめるようになった。
より大型画面で楽しむにはフロントプロジェクタから映像を投影し、２メートルから３メートル離れた場所にスクリーンを設置すれば８０インチから１００インチの大型画面を作り出すことができる。

シアターでは映像と共に音響が重要な要素であり、劇場映画のようにスクリーン上あるいはスクリーン近傍に音源を形成し臨場感を高めたいというニーズがある。上記のようにプロジェクタスクリーン上に仮想音源を形成する超音波スピーカを用いた音響装置（特許文献１参照）、や超音波スピーカを内蔵したプロジェクタ（特許文献２参照）等の超指向性音響システムが提案されている。
さらに、スクリーンで反射する音の拡がりを拡大するようにした視聴覚装置が提案されている（特許文献３）。

従来の超音波スピーカの構成を図１１に示す。超音波スピーカは、可聴周波数帯の信号を生成する可聴周波数波発振源８１と、キャリア波を生成するキャリア波発振源８２と、変調器８３と、パワーアンプ８４と、超音波トランスデューサ８５とを有している。

上記構成において、可聴周波数波発振源８１より出力される信号によってキャリア波発振源８２から出力される超音波周波数帯のキャリア波を変調器８３により変調し、パワーアンプ８４で増幅した変調信号により超音波トランスデューサ８５を駆動する。この結果、上記変調信号が超音波トランスデューサ８５により有限振幅レベルの音波に変換され、この音波は媒質中（空気中）に放射されて媒質（空気）の非線形効果によって元の可聴周波数帯の信号音が再生されるようになっている。
この場合、可聴周波数帯の再生信号の再生範囲は、超音波トランスデューサ８５から放出軸方向へのビーム状の範囲となる。

ここで、従来の超音波スピーカに使用されている超音波トランスデューサの構成を図１２に示す。従来の超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。図１２に示す超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いて電気信号の超音波への変換と超音波の電気信号への変換（超音波の送信と受信）の両方を行う。図１２（Ａ）に示すバイモルフ型の超音波トランスデューサは、２枚の圧電セラミック９１および９２と、コーン９３と、ケース９４と、リード９５および９６と、スクリーン９７とから構成されている。

圧電セラミック９１および９２は、互いに貼り合わされていて、その貼り合わせ面と反対側の面にそれぞれリード９５とリード９６が接続されている。
一方、図１２（Ｂ）に示すユニモルフ型の超音波トランスデューサは、１枚の圧電セラミック１０１と、ケース１０２と、リード１０３および１０４と、内部配線１０５と、ガラス１０６とから構成されている。圧電セラミック１０１は、内部配線１０５を介してリード１０３が接続されるとともに、ケース１０２に接地されている。

共振型の超音波トランスデューサは、圧電セラミックの共振現象を利用しているので、超音波の送信および受信の特性がその共振周波数周辺の比較的狭い周波数帯域でしか良好でないので、音質が悪いなどの欠点を抱えている。
特開昭６０−２５４９９２号公報 特開平１１−２６２０８４号公報 特開平１１−９８５９２号公報

上述したようなプロジェクタスクリーン上に仮想音源を形成した音響装置では、視聴覚者は、スクリーンから反射してくる再生音を聴き取ることになるが、超指向性スピーカから発せられた音響信号はスクリーンから反射しても指向性が強く残り、臨場感の高く感じられる範囲が狭くなる問題が有った。
また、上述したスクリーンで反射する音の拡がりを拡大するようにした視聴覚装置によれば、映像投影面の背部に配設された凹凸面により超指向性音響が乱反射するとともに有効に拡散し臨場感の高い音再現範囲を拡大することができる。

しかし、この装置では、スクリーン構成が複雑となること、映像投影面に音響信号を透過させる穴加工が必要なこと、そのために投影効率が下がる、すなわち映像の輝度が下がること、その上、映像投影面から反射してくる指向性の強い音があること、等の問題が有った。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、より臨場感の高い音場環境が得られるプロジェクタシステム及びスクリーン構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のプロジェクタシステムは、映像が投射されるスクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタ本体と音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーンにおける音波反射面近傍に仮想音源を形成する超音波スピーカとを有するプロジェクタとを備えたプロジェクタシステムであって、前記スクリーンの一部に前記超音波スピーカから出力される指向性音響信号を反射する音響反射用凸部を設け、前記超音波スピーカから前記スクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号を出力することを特徴とする。

上記構成の本発明のプロジェクタシステムでは、スクリーンの一部に前記超音波スピーカから出力される指向性音響信号を反射する音響反射用凸部が設けられており、前記超音波スピーカから前記スクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号が出力される。
したがって、スクリーンの音響反射用凸部で反射した再生音が所望の方向に安定的に拡散され、スクリーン近傍で仮想音源が形成され、視聴者は、スクリーンの映像投射面あるいはその近傍から臨場感の高い反射再生音を広い範囲で聞くことができる。

また、本発明のプロジェクタシステムは、前記音響反射用凸部は、前記水平方向断面が円弧状に形成されていることを特徴とする。
上記構成のプロジェクタシステムでは、スクリーンに水平方向断面が円弧状の音響反射用凸部が形成される。したがって、前記超音波スピーカから前記スクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号が出力された際に、スクリーンの音響反射用凸部で反射した再生音が、水平方向に効率的に拡散される。水平方向にのみ再生音を分散させる場合には、音響エネルギーを効率的に利用でき、ホームシアターとしてプロジェクタシステムを使用する場合に適している。

また、上記音響反射用凸部の垂直方向の断面も円弧状に形成すると、該音響反射用凸部では、水平方向、垂直方向、斜め方向の各方向に平均的に分散し、広い空間でプロジェクタシステムを使用するのに好適である。

また、本発明のプロジェクタシステムは、前記音響反射用凸部の高さは前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より長いことを特徴とする。
上記構成のプロジェクタシステムでは、前記音響反射用凸部の高さは前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より長くなるように形成される。したがって、音響反射用凸部で反射された音響信号は、拡散性散乱と、鏡面反射の中間の状態で、反射されて再生されることにより、スクリーン近傍で仮想音源が形成され、視聴者は、スクリーンの映像投射面あるいはその近傍から臨場感の高い再生音を広い範囲で聞くことができる。

また、本発明のプロジェクタシステムは、前記音響反射用凸部は、複数の小さい凸部がアレイ状に配設されることにより形成されることを特徴とする。
上記構成のプロジェクタシステムでは、スクリーンに複数の小さい凸部がアレイ状に配設されることにより前記音響反射用凸部が形成される。したがって、前記超音波スピーカから前記スクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号を放射し、該音響反射用凸部における反射位置を変更することにより、映像投影サイズに対応させて仮想音源の形成位置を変更することができ、臨場感を高めることができる。

また、本発明のプロジェクタシステムは、前記複数の小さい凸部の各々の高さは、前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より短く、前記スクリーンの映像投射面に形成された凹凸の凸部の高さより長いことを特徴とする。

上記構成のプロジェクタシステムでは、前記複数の小さい凸部の各々の高さは、前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より短く、前記スクリーンの映像投射面に形成された凹凸の凸部の高さより長くなるように形成される。したがって、音響反射用凸部で反射された音響信号は、拡散性散乱と、鏡面反射の中間の状態で、反射されて再生されることにより、スクリーン近傍で仮想音源が形成され、視聴者は、スクリーンの映像投射面あるいはその近傍から臨場感の高い再生音を広い範囲で聞くことができる。

また、本発明のプロジェクタシステムは、前記スクリーンの音響反射用凸部が設けられる位置にスピーカの映像を表示することを特徴とする。
上記構成のプロジェクタシステムでは、スクリーンの音響反射用凸部が設けられる位置にスピーカの映像が表示される。したがって、スクリーンにあたかもスピーカが設置されているように視聴者には感じられ、臨場感を一層、高めることができる。

また、本発明のスクリーン構造は、映像が投射されるスクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタ本体と音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーンにおける音波反射面近傍に仮想音源を形成する超音波スピーカとを有するプロジェクタとを備えたプロジェクタシステムのスクリーンにおいて、前記超音波スピーカから出力される指向性音響信号を反射する音響反射用凸部を一部に有することを特徴とする。

上記構成の本発明のスクリーン構造では、スクリーンの一部に前記超音波スピーカから出力される指向性音響信号を反射する音響反射用凸部が設けられており、前記超音波スピーカから前記スクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号が出力される。
したがって、スクリーンの音響反射用凸部で反射した再生音が所望の方向に安定的に拡散され、スクリーン近傍で仮想音源が形成され、視聴者は、スクリーンの映像投射面あるいはその近傍から臨場感の高い反射再生音を広い範囲で聞くことができる。

また、本発明のスクリーン構造は、前記音響反射用凸部は、前記水平方向断面が円弧状に形成されていることを特徴とする。
上記構成の本発明のスクリーン構造では、スクリーンに水平方向断面が円弧状の音響反射用凸部が形成される。したがって、前記超音波スピーカから前記スクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号が出力された際に、スクリーンの音響反射用凸部で反射した再生音が、水平方向に効率的に拡散される。水平方向にのみ再生音を分散させる場合には、音響エネルギーを効率的に利用でき、ホームシアターとしてプロジェクタシステムを使用する場合に適している。

また、上記音響反射用凸部の垂直方向の断面も円弧状に形成すると、該音響反射用凸部では、水平方向、垂直方向、斜め方向の各方向に平均的に分散し、広い空間でプロジェクタシステムを使用するのに好適である。

また、本発明のスクリーン構造は、前記音響反射用凸部の高さは前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より長いことを特徴とする。
上記構成の本発明のスクリーン構造では、前記音響反射用凸部の高さは前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より長くなるように形成される。したがって、音響反射用凸部で反射された音響信号は、拡散性散乱と、鏡面反射の中間の状態で、反射されて再生されることにより、スクリーン近傍で仮想音源が形成され、視聴者は、スクリーンの映像投射面あるいはその近傍から臨場感の高い再生音を広い範囲で聞くことができる。

また、本発明のスクリーン構造は、前記音響反射用凸部は、複数の小さい凸部がアレイ状に配設されることにより形成されることを特徴とする。
上記構成の本発明のスクリーン構造では、スクリーンに複数の小さい凸部がアレイ状に配設されることにより前記音響反射用凸部が形成される。したがって、前記超音波スピーカから前記スクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号を放射し、該音響反射用凸部における反射位置を変更することにより、映像投影サイズに対応させて仮想音源の形成位置を変更することができ、臨場感を高めることができる。

また、本発明のスクリーン構造は、前記複数の小さい凸部の各々の高さは、前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より短く、前記スクリーンの映像投射面に形成された凹凸の凸部の高さより長いことを特徴とする。
上記構成の本発明のスクリーン構造では、前記複数の小さい凸部の各々の高さは、前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より短く、前記スクリーンの映像投射面に形成された凹凸の凸部の高さより長くなるように形成される。したがって、音響反射用凸部で反射された音響信号は、拡散性散乱と、鏡面反射の中間の状態で、反射されて再生されることにより、スクリーン近傍で仮想音源が形成され、視聴者は、スクリーンの映像投射面あるいはその近傍から臨場感の高い再生音を広い範囲で聞くことができる。

また、本発明のスクリーン構造は、前記スクリーンの音響反射用凸部が設けられる位置にスピーカの映像を表示することを特徴とする。
上記構成の本発明のスクリーン構造では、スクリーンの音響反射用凸部が設けられる位置にスピーカの映像が表示される。したがって、スクリーンにあたかもスピーカが設置されているように視聴者には感じられ、臨場感を一層、高めることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係るプロジェクタシステムは、映像が投射されるスクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタ本体と音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーンにおける音波反射面近傍に仮想音源を形成する超音波スピーカとを有するプロジェクタとを備えており、前記スクリーンの一部に前記超音波スピーカから出力される指向性音響信号を反射する音響反射用凸部が設けられており、前記超音波スピーカから前記スクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号を出力することを特徴としている。

図１は、本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムの使用状態を示している。同図に示すように、本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムでは、プロジェクタ１は、視聴者３の後方に設置され、視聴者３の前方に設置されたスクリーン２に映像を投影するとともに、プロジェクタ１に搭載されている超音波スピーカにより超指向性の音響信号をスクリーンに向けて放射し、スクリーンで反射させることにより、スクリーン２の投影面近傍に仮想音源を形成し、音声を再生するようになっている。スクリーンの構造については後述する。

プロジェクタシステムを構成するプロジェクタ１の外観構成を図２に示す。映像をスクリーン等の投影面に投影する投影光学系を含むプロジェクタ本体２０と、超音波周波数帯の音波を発振できる超音波トランスデューサ２４を含んで構成され、音響ソースから供給される音声信号から可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカとが一体的に構成されている。

本実施形態では、ステレオ音声信号を再生するために、投影光学系を構成するプロジェクタレンズ２０２０を挟んで左右に超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ２４Ａ、２４Ｂがプロジェクタ本体に搭載されている。
さらに、プロジェクタ本体２０の底面には低音再生用スピーカ２３が設けられている。また、２５は、プロジェクタ本体２０の高さ調整を行うための高さ調節ねじ、２６は、空冷ファン用の排気口である。

また、本発明に係るプロジェクタシステムにおけるプロジェクタでは、超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサとして広周波数帯域の音響信号（超音波周波数帯の音波）を発振できるものを使用して、キャリア波の周波数を変更することにより可聴周波数帯の再生信号の空間的な再生範囲を制御することにより、ステレオサラウンドシステムや５．１ｃｈサラウンドシステム等で得られるような音響効果を従来必要であった大掛かりな音響システムを必要とすることなく実現でき、かつ持ち運びが容易なプロジェクタを実現することができる。

次に、本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムにおけるプロジェクタの電気的構成を図３に示す。本発明の実施形態に係るプロジェクタ１は、操作入力部１０と、再生範囲設定部１２、再生範囲制御処理部１３、音声／映像信号再生部１４、キャリア波発振源１６、変調器１８Ａ，１８Ｂ、パワーアンプ２２Ａ，２２Ｂ及び超音波トランスデューサ２４Ａ，２４Ｂからなる超音波スピーカと、ハイパスフィルタ１７Ａ，１７Ｂと、ローパスフィルタ１９と、加算器２１と、パワーアンプ２２Ｃと、低音再生用スピーカ２３と、プロジェクタ本体２０とを有している。

プロジェクタ本体２０は、映像を生成する映像生成部２００と、生成された映像を投影面に投影する投影光学系２０２とを有している。
本実施形態に係るプロジェクタ１は、超音波スピーカ及び低音再生用スピーカ２３と、プロジェクタ本体２０とが一体化されて構成されている。

操作入力部１０は、テンキー、数字キー、電源のオン、オフをおこなうための電源キーを含む各種機能キーを有している。
再生範囲設定部１２は、ユーザが操作入力部１２をキー操作することにより再生信号（信号音）の再生範囲を指定するデータを入力できるようになっており、該データが入力されると、再生信号の再生範囲を規定するキャリア波の周波数が設定され、保持されるようになっている。再生信号の再生範囲の設定は、超音波トランスデューサ２４Ａ，２４Ｂの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離を指定することにより行われる。

また、再生範囲設定部１２は、音声／映信号再生部１４より映像内容に応じて出力される制御信号によりキャリア波の周波数が設定できるようになっている。
また、再生範囲制御処理部１３は、再生範囲設定部１２の設定内容を参照し、設定された再生範囲となるようキャリア波発振源１６により生成されるキャリア波の周波数を変更するようにキャリア波発振源１６を制御する機能を有する。
例えば、再生範囲設定部１２の内部情報として、キャリア波周波数が５０kHzに対応する上記距離が設定されている場合、キャリア波発振源１２に対して５０kHzで発振するように制御する。

再生範囲制御処理部１３は、再生範囲を規定する超音波トランスデューサ２４Ａ，２４Ｂの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離とキャリア波の周波数との関係を示すテーブルが予め記憶されている記憶部を有している。このテーブルのデータは、キャリア波の周波数と上記再生信号の到達距離との関係を実際に計測することにより得られる。
再生範囲制御処理部１３は、再生範囲設定部１２の設定内容に基づいて、上記テーブルを参照して設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数となるようにキャリア波発振源１６を制御する。

音声／映像信号再生部１４は、例えば、映像媒体としてＤＶＤを用いるＤＶＤプレーヤーであり、再生した音声信号のうちＲチャンネルの音声信号は、ハイパスフィルタ１７Ａを介して変調器１８Ａに、Ｌチャンネルの音声信号はハイパスフィルタ１７Ｂを介して変調器１８Ｂに、映像信号はプロジェクタ本体２０の映像生成部２００にそれぞれ、出力されるようになっている。

また、音声／映像信号再生部１４より出力されるＲチャンネルの音声信号とＬチャンネルの音声信号は、加算器２１により合成され、ローパスフィルタ１９を介してパワーアンプ２２Ｃに入力されるようになっている。音声／映像信号再生部１４は、本発明の音響ソースに相当する。

ハイパスフィルタ１７Ａ，１７Ｂは、それぞれ、Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号における中高音域の周波数成分のみを通過させる特性を有しており、またローパスフィルタは、Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号における低音域の周波数成分のみを通過させる特性を有している。
したがって、上記Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号は、それぞれ超音波トランスデューサ２４Ａ，２４Ｂにより再生され、上記Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号は低音再生用スピーカ２３により再生されることとなる。

なお、本実施形態では、音声／映像信号再生部１４はＤＶＤプレーヤーとしたが、これに限らず、外部から入力されるビデオ信号を再生する再生装置であってもよい。
また、音声／映像信号再生部１４は、再生される映像のシーンに応じた音響効果を出すために再生音の再生範囲を動的に変更するように、再生範囲設定部１２に再生範囲を指示する制御信号を出力する機能を有している。

キャリア波発振源１６は、再生範囲設定部１２より指示された超音波周波数帯の周波数のキャリア波を生成し、変調器１８Ａ，１８Ｂに出力する機能を有している。
変調器１８Ａ，１８Ｂは、キャリア波発振源１６から供給されるキャリア波を音声／映像信号再生部１４から出力される可聴周波数帯の音声信号でＡＭ変調し、該変調信号を、それぞれパワーアンプ２２Ａ，２２Ｂに出力する機能を有する。

超音波トランスデューサ２４Ａ，２４Ｂは、それぞれ、変調器１８Ａ，１８Ｂからパワーアンプ２２Ａ，２２Ｂを介して出力される変調信号により駆動され、該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質中に放射し、可聴周波数帯の信号音（再生信号）を再生する機能を有する。
この超音波トランスデューサ２４Ａ，２４Ｂは、例えば、広周波数帯域の音響信号（超音波）を発振できる静電型トランスデューサである。超音波トランスデューサ２４は、広周波数帯域の音響信号を発振できるものであれば、静電型のものでなくてもよい。

映像生成部２００は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のディスプレイと、該ディスプレイを音声／映像信号再生部１４から出力される映像信号に基づいて駆動する駆動回路等を有しており、音声／映像信号再生部１４から出力される映像信号から得られる映像を生成する。
投影光学系２０２は、ディスプレイに表示された映像をプロジェクタ本体２０の前方に設置されたスクリーン等の投影面に投影する機能を有している。

超音波トランスデューサ２４Ａの具体的構成を図４に示す。超音波トランスデューサ２４Ｂについても同様であるので、ここでは、超音波トランスデューサ２４Ａについてのみ示す。図４に示す静電型の超音波トランスデューサは、振動体として３〜１０μｍ程度の厚さのＰＥＴ（ポリエチレンテレフクレート樹脂）等の誘電体３１（絶縁体）を用いている。誘電体３１に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上電極３２がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮で形成された下電極３３が誘電体３１の下面部に接触するように設けられている。この下電極３３は、リード５２が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板３５に固定されている。

また、上電極３２は、リード５３が接続されており、このリード５３は直流バイアス電源５０に接続されている。この直流バイアス電源５０により上電極３２には５０〜１５０Ｖ程度の上電極吸着用の直流バイアス電圧が常時、印加され上電極３２が下電極３３側に吸着されるようになっている。５１は交流信号源であり、図３におけるパワーアンプ２２Ａの出力（ＡＣ５０〜１５０Ｖｐ-ｐ）に相当する。
誘電体３１および上電極３２ならびにベース板３５は、メタルリング３６、３７、および３８、ならびにメッシュ３９とともに、ケース３０によってかしめられている。

下電極３３の誘電体３１側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μｍ程度の微小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極３３と誘電体３１との間の空隙となるので、上電極３２および下電極３３間の静電容量の分布が微小に変化する。このランダムな微小な溝は、下電極３３の表面を手作業でヤスリで荒らすことで形成されている。静電方式の超音波トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、超音波トランスデューサの周波数特性が図５において曲線Ｑ１に示すように広帯域となっている。

上記構成の超音波トランスデューサ２４では、上電極３２に直流バイアス電圧が印加された状態で上電極３１と下電極３３との間に変調信号（パワーアンプ２２の出力）が印加されるようになっている。因みに、図５に曲線Ｑ２で示すように共振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、中心周波数（圧電セラミックの共振周波数）が例えば、４０kHzであり、最大音圧となる中心周波数に対して±５kHzの周波数において最大音圧に対して−３０dＢである。これに対して、上記構成の広帯域発振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、４０kHzから１００kHz付近まで平坦で、１００kHzで最大音圧に比して±６dＢ程度である。

次に本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムのスクリーン２（図１）の構造について図７乃至図１０を参照して説明する。
スクリーンから反射してくる音の拡がりは、反射面の凹凸と硬さによって様々で、平面度が高いほど、また硬いほど反射音の指向性が強く残る。しかし、プロジェクタシステムとしてはスクリーンにおける映像投影面の平面度や硬さが違っていても、反射再生音が十分な拡がりをもって安定して再生されることが好ましい。

本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムでは、スクリーン２の一部にプロジェクタに搭載された超音波スピーカから出力される指向性音響信号を反射する音響反射用凸部を設け、超音波スピーカからスクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号を出力することにより、スクリーンから反射された再生音を積極的に分散させ、視聴者に臨場感を高めるようにしている。

図７に本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムのスクリーン構造の一例を示す。図７（Ａ）はスクリーン２の正面図、図７（Ｂ）は底面図、図７（Ｃ）は、右側面図である。同図において、スクリーン２は、映像が投射される映像投射領域２００と、映像投射領域２００の下部に設けられている、プロジェクタに搭載された超音波スピーカから放射される音波が反射される音波反射領域２０１とを有している。
音波反射領域２０１には、ステレオ信号再生用の２つの超音波スピーカから出力される音響信号を反射するための音響反射用凸部２１０Ａ，２１０Ｂが左右に設けられている。

上記音響反射用凸部２１０Ａ，２１０Ｂは、水平方向断面が円弧状に形成されており、その高さｈは、プロジェクタに搭載された超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より長くなるように形成されている。
上記構成のスクリーン２では、プロジェクタに搭載されたＲチャンネル用、Ｌチャンネル用の２つの超音波スピーカからスクリーン２の音響反射用凸部２１０Ａ，２１０Ｂに向けて音響信号が出力された際に、スクリーン２の音響反射用凸部２１０Ａ，２１０Ｂで反射した音響信号（可聴周波数帯の信号波で変調された超音波、または再生された可聴周波数帯の信号波）が、水平方向に効率的に拡散される。
水平方向にのみ音響信号を分散させる場合には、音響エネルギーを効率的に利用でき、ホームシアターとして比較的狭い空間でプロジェクタシステムを使用する場合に適している。

また、音響反射用凸部２１０Ａ，２１０Ｂの高さｈが音響信号の超音波の波長λに近いと、拡散性散乱現象が起こり、音響反射用凸部２１０Ａ，２１０Ｂの高さｈが超音波の波長λより十分長いか、または短いと鏡面反射の状態に近づくようになる。
したがって、本実施形態では、音響反射用凸部２１０Ａ，２１０Ｂの高さｈはプロジェクタに搭載された超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より長くなるように形成されているので、音響反射用凸部２１０Ａ，２１０Ｂで反射された音響信号は、拡散性散乱と、鏡面反射の中間の状態で、反射されて再生されることにより、スクリーン近傍で仮想音源が形成され、視聴者は、スクリーンの映像投射面あるいはその近傍から臨場感の高い再生音を広い範囲で聞くことができる。

図８は、本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムのスクリーン構造の他の構成例を示す。図８（Ａ）はスクリーン２の正面図、図８（Ｂ）は底面図、図８（Ｃ）は、右側面図である。図８に示したスクリーン構造が、図７に示したスクリーン構造と異なるのは、スクリーン２の音波反射領域２０１に形成される音響反射用凸部２１１Ａ，２１１Ｂを、水平方向の断面を円弧状に形成し、かつ垂直方向にも円弧状に形成するようにした点であり、他の構成は図７のスクリーン構造と同じである。

図８に示したスクリーン構造では、音響反射用凸部２１１Ａ，２１１Ｂを、水平方向の断面を円弧状に形成し、かつの垂直方向の断面も円弧状に形成するようにしたので、音響反射用凸部２１１Ａ，２１１Ｂでは、入射した音響信号（可聴周波数帯の信号波で変調された超音波、または再生された可聴周波数帯の信号波）が水平方向、垂直方向、斜め方向の各方向に平均的に分散し、広い空間でプロジェクタシステムを使用するのに好適である。

図８に示したスクリーン構造においても、図７の構成例と同様に、音響反射用凸部２１１Ａ，２１１Ｂの高さｈは超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より長くなるように形成される。したがって、音響反射用凸部２１１Ａ，２１１Ｂで反射された音響信号は、拡散性散乱と、鏡面反射の中間の状態で、反射されて再生されることにより、スクリーン近傍で仮想音源が形成され、視聴者は、スクリーンの映像投射面あるいはその近傍から臨場感の高い再生音を広い範囲で聞くことができる。

次に、本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムのスクリーン構造のさらに他の構成例を図９に示す。図９（Ａ）はスクリーン２の正面図、図９（Ｂ）は底面図、図９（Ｃ）は、右側面図である。同図において、スクリーン２は、映像が投射される映像投射領域２００と、映像投射領域２００の下部に設けられている、プロジェクタに搭載された超音波スピーカから放射される音波が反射される音波反射領域２０１とを有している。

音波反射領域２０１には、複数の小さい凸部２１２０が水平方向に、ほぼ全域にわたってアレイ状に配設されることにより超音波スピーカから出力される音響信号を反射するための音響反射用凸部２１２が形成されている。
したがって、プロジェクタに搭載された超音波スピーカからスクリーン２の音響反射用凸部２１２に向けて音響信号を放射し、該音響反射用凸部２１２における反射位置を変更することにより、映像投影サイズに対応させて仮想音源の形成位置を変更することができ、臨場感を高めることができる。

また、上記構成のスクリーン構造では、前記複数の小さい凸部２１２０の各々の高さｈ’は、プロジェクタに搭載された超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長λより短く、スクリーン２の映像投射領域２００に形成された凹凸の凸部の高さｈ_０より長く形成されている。映像投射領域２００に形成された凹凸の凸部の高さｈ_０は、例えば、１００μｍ未満である。

空中を伝搬する超音波の波長λは、音速Ｃ＝３４０ｍ／ｓ、周波数ｆ＝５０ｋＨｚとして計算すると、波長λ＝Ｃ／ｆ＝６．８ｍｍである。アレイ状に並んだ音響反射用凸部２１２を形成する凸部２１２０の高さｈ’がλに近いと拡散性散乱現象が起こり、一方向から放射された超音波は凹凸部によって四方八方に散乱する。凸部高さがλより十分大きいか十分小さければ鏡面反射に近づいていく。実際の視聴環境を考えると凸部２１２０の高さｈ’＝λでは拡散しすぎて臨場感が損なわれ、ｈ’＞＞λ、またはｈ’＜＜λでは視聴範囲が狭くなってしまう。

上述した理由から複数の小さい凸部２１２０の各々の高さｈ’は、プロジェクタに搭載された超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長λより短く、スクリーン２の映像投射面２００に形成された凹凸の凸部の高さｈ_０より長くなるように形成されている。したがって、音響反射用凸部２１２で反射された音響信号は、拡散性散乱と、鏡面反射の中間の状態で、反射されて再生されることにより、スクリーン２近傍で仮想音源が形成され、視聴者は、スクリーンの映像投射面あるいはその近傍から臨場感の高い再生音を広い範囲で聞くことができる。

また、図１０に示すように、図９に示したスクリーン２の音響反射用凸部２１２が設けられる位置にスピーカの映像２２０Ａ，２２０Ｂを表示するようにしてもよい。このように、スクリーンの音響反射用凸部２１２が設けられる位置にスピーカの映像が表示することにより、あたかもスピーカが設置されているように視聴者には感じられ、臨場感を一層、高めることができる。

次に、上記構成からなる本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムにおけるプロジェクタ１の動作について説明する。なお、この実施形態では、スクリーンは、図７に示したものを使用するものとする。
まず、ユーザのキー操作により操作入力部１０から再生信号の再生範囲を指示するデータ（距離情報）が再生範囲設定部１２に設定され、音声／映像信号再生部１４に再生指示がなされる。

この結果、再生範囲設定部１２には、再生範囲を規定する距離情報が設定され、再生範囲制御処理部１３は、再生範囲設定部１２に設定された距離情報を取り込み、内蔵する記憶部に記憶されているテーブルを参照し、上記設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数のキャリア波を生成するようにキャリア波発振源１６を制御する。
この結果、キャリア波発振源１６は、再生範囲設定部１２に設定された距離情報に対応する周波数のキャリア波を生成し、変調器１８Ａ，１８Ｂに出力する。

一方、音声／映像信号再生部１４は、再生した音声信号のうちＲチャンネルの音声信号を、ハイパスフィルタ１７Ａを介して変調器１８Ａに、Ｌチャンネルの音声信号をハイパスフィルタ１７Ｂを介して変調器１８Ｂに、Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号を加算器２１に出力し、映像信号をプロジェタ本体２０の映像生成部２００にそれぞれ、出力する。

したがって、ハイパスフィルタ１７Ａにより上記Ｒチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号が変調器１８に入力され、ハイパスフィルタ１７Ｂにより上記Ｌチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号が変調器１８Ｂに入力される。
また、上記Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号は加算器２１により合成され、ローパスフィルタ１９により上記Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号がパワーアンプ２２Ｃに入力される。

映像信号生成部２００では、入力された映像信号に基づいてディスプレイを駆動して映像を生成し、表示する。このディスプレイに表示された映像は、投影光学系２０により、投影面、例えば、図１に示すスクリーン２に投影される。
他方、変調器１８Ａは、キャリア波発振源１６から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ１７Ａから出力される上記Ｒチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号でＡＭ変調し、パワーアンプ２２Ａに出力する。
また、変調器１８Ｂは、キャリア波発振源１６から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ１７Ｂから出力される上記Ｌチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号でＡＭ変調し、パワーアンプ２２Ｂに出力する。

パワーアンプ２２Ａ，２２Ｂにより増幅された変調信号は、それぞれ、超音波トランスデューサ２４Ａ，２４Ｂの上電極３２と下電極３３との間に印加され、該変調信号は、有限振幅レベルの音波（音響信号）に変換され、超音波トランスデューサ２４Ａ，２４Ｂの音波放射面からスクリーン２における音波反射領域２０１に配設されている音響反射用凸部２１０Ａ，２１０Ｂに向けて媒質（空気中）に放射され、上記音響信号は、スクリーン２における音響反射用凸部２１０Ａ，２１０Ｂで反射され、該音響反射用凸部２１０Ａ，２１０Ｂで反射した音響信号の再生音は所望の方向に安定的に拡散され、スクリーン近傍で仮想音源が形成される。

ここで、超音波トランスデューサ２４Ａからは、上記Ｒチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生され、超音波トランスデューサ２４Ｂからは、上記Ｌチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生される。
また、また、パワーアンプ２２Ｃで増幅された上記Ｒチャンネル及びＬチャンネルにおける低音域の音声信号は低音再生用スピーカ２３により再生される。
スクリーンの映像投射面あるいはその近傍で形成された仮想音源から再生音が効率的に分散され、視聴者は臨場感の高い反射再生音を広い範囲で聞くことができる。

ここで、媒質（空気）の非線形効果について簡単に述べておくと、超音波トランスデューサにより媒質中（空気中）に放射された超音波の伝播において、その伝播に伴い音圧の高い部分では音速が高くなり、音圧の低い部分では音速は遅くなる。この結果、波形の歪みが発生することが知られている。

放射する超音波帯域の信号（キャリア波）を可聴周波数帯の信号で変調（ＡＭ変調）しておいた場合には、上記波形歪みの結果により、変調時に用いた可聴周波数帯の信号波が超音波周波数帯のキャリア波と分離して自己復調する形で形成されてくることも知られている。その際、再生信号の広がりは超音波の特性からビーム状となり、通常のスピーカとは全く異なる特定方向のみに音が再生される。

本実施形態に係るプロジェクタでは、超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ２４から出力されるビーム状の再生信号は、投影光学系２０２により映像が投影される投影面（スクリーン）に向けて放射され、投影面で反射され拡散する。再生範囲設定部１２に設定されるキャリア波の周波数に応じて超音波トランスデューサ２４の音波放射面からその放射軸方向（法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、キャリア波のビーム幅（ビームの拡がり角）が異なるために、再生範囲は、変化する。

本実施形態に係るプロジェクタにおける超音波トランスデューサ２４Ａ，２４Ｂを含んで構成される超音波スピーカによる再生信号の再生時の状態を図６に示す。プロジェクタ１において、キャリア波が音声信号により変調された変調信号により超音波トランスデューサが駆動される際に、再生範囲設定部１２により設定されたキャリア周波数が低い場合は、音波トランスデューサ２４の音波放射面からその放射軸方向（音波放射面の法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が長くなる。

したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、比較的拡がらずに投影面２に到達することとなり、この状態で投影面２において反射するので、再生範囲は、図６において点線の矢印で示す可聴範囲Ａとなり、投影面２から比較的に遠くかつ狭い範囲でのみ再生信号（再生音）が聞こえる状態となる。

これに対して、再生範囲設定部１２により設定されたキャリア周波数が上述した場合より高い場合は、超音波トランスデューサ２４の音波放射面から放射される音波は、キャリア周波数が低い場合より絞られているが、超音波トランスデューサ２４の音波放射面からその放射軸方向（音波放射面の法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が短くなる。

したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、投影面２に到達する前に拡がって投影面２に到達することとなり、この状態で投影面２において反射するので、再生範囲は、図６において実線の矢印で示す可聴範囲Ｂとなり、投影面２から比較的に近くかつ広い範囲でのみ再生信号（再生音）が聞こえる状態となる。

本発明の実施形態に係るプロジェクタによれば、前記音響ソースから供給される音声信号のうち中高音域の音声信号は超音波スピーカにより再生され、前記音響ソースから供給される音声信号のうち低音域の音声信号は低音再生用スピーカにより再生される。
したがって、中高音域の音響は、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生され、低音域の音響は、プロジェクタに備えられた低音再生用スピーカから直接出力されるので、低音域の補強ができ、より臨場感の高い音場環境を創生できる。

本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムによれば、スクリーンの一部にプロジェクタに搭載された超音波スピーカから出力される指向性音響信号を反射する音響反射用凸部が設けられており、前記超音波スピーカから前記スクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号が出力される。
したがって、スクリーンの音響反射用凸部で反射した再生音が所望の方向に安定的に拡散され、スクリーン近傍で仮想音源が形成され、視聴者は、スクリーンの映像投射面あるいはその近傍から臨場感の高い反射再生音を広い範囲で聞くことができる。

映像が投射されるスクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタ本体と音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーンにおける音波反射面近傍に仮想音源を形成する超音波スピーカとを有するプロジェクタとを備えたプロジェクタシステムのスクリーンにおいて、スクリーンの一部に前記超音波スピーカから出力される指向性音響信号を反射する音響反射用凸部が設けられており、前記超音波スピーカから前記スクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号が出力される。
したがって、スクリーンの音響反射用凸部で反射した再生音が所望の方向に安定的に拡散され、スクリーン近傍で仮想音源が形成され、視聴者は、スクリーンの映像投射面あるいはその近傍から臨場感の高い反射再生音を広い範囲で聞くことができる。

プロジェクタを使用する場合に、専用スクリーンを用いずに壁面をスクリーンとして利用することがある。そのような場合にも本発明が適用でき、その場合にはスクリーンの音波反射領域に設けられた音響反射用凸部として機能する凸部部材を壁面に貼り付けるなどして設置すれば上述した本発明の実施形態により得られる効果と同様の効果が得られる。
さらにプロジェクタシステムに限定されることはなく、ディスプレイと音響再生用超音波スピーカとが一体的に構成された直視型ディスプレイにおいても適用可能である。

本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムの使用状態を示す説明図。 図１に示した本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムにおけるプロジェクタの外観構成を示す斜視図。 図１に示した本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムにおけるプロジェクタの電気的構成を示すブロック図。 図３に示した超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。 図４に示した超音波トランスデューサの周波数特性を示す特性図。 本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムにおけるプロジェクタに搭載された超音波トランスデューサによる再生信号の再生時の状態を示すイメージ図。 本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムのスクリーン構造の一例を示す説明図。 本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムのスクリーン構造の他の例を示す説明図。 本発明の実施形態に係るプロジェクタシステムのスクリーン構造のさらに他の例を示す説明図。 図９に示したスクリーン構造における音波反射領域にスピーカの映像を表示した状態を示す説明図。 従来の超音波スピーカの電気的構成を示すブロック図。 共振型の超音波トランスデューサの構成例を示す図。

符号の説明

１…プロジェクタ、２…スクリーン（投影面）、１０…操作入力部、１２…再生範囲設定部、１３…再生範囲制御処理部、１４…音声／映像信号再生部（音響ソース）、１６…キャリア波発振部、１７Ａ，１７Ｂ…ハイパスフィルタ、１８Ａ，１８Ｂ…変調器、１９…ローパスフィルタ、２０…プロジェクタ本体、２１…加算器、２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ…パワーアンプ、２３…低音再生用スピーカ、２４Ａ，２４Ｂ…超音波トランスデューサ、２００…映像放射領域、２０１…音波反射領域、２１０Ａ，２１０Ｂ，２１１Ａ，２１１Ｂ，２１２…音響反射用凸部

Claims (12)

1. 映像が投射されるスクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタ本体と音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーンにおける音波反射面近傍に仮想音源を形成する超音波スピーカとを有するプロジェクタとを備えたプロジェクタシステムであって、
   前記スクリーンの一部に前記超音波スピーカから出力される指向性音響信号を反射する音響反射用凸部を設け、
   前記超音波スピーカから前記スクリーンの音響反射用凸部に向けて音響信号を出力することを特徴とするプロジェクタシステム。
2. 前記音響反射用凸部は、前記水平方向断面が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタシステム。
3. 前記音響反射用凸部の高さは前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より長いことを特徴とする請求項２に記載のプロジェクタシステム。
4. 前記音響反射用凸部は、複数の小さい凸部がアレイ状に配設されることにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタシステム。
5. 前記複数の小さい凸部の各々の高さは、前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より短く、前記スクリーンの映像投射面に形成された凹凸の凸部の高さより長いことを特徴とする請求項４に記載のプロジェクタシステム。
6. 前記スクリーンの音響反射用凸部が設けられる位置にスピーカの映像を表示することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプロジェクタシステム。
7. 映像が投射されるスクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタ本体と音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーンにおける音波反射面近傍に仮想音源を形成する超音波スピーカとを有するプロジェクタとを備えたプロジェクタシステムのスクリーンにおいて、
   前記超音波スピーカから出力される指向性音響信号を反射する音響反射用凸部を一部に有することを特徴とするスクリーン構造。
8. 前記音響反射用凸部は、前記水平方向断面が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のスクリーン構造。
9. 前記音響反射用凸部の高さは前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より長いことを特徴とする請求項８に記載のスクリーン構造。
10. 前記音響反射用凸部は、複数の小さい凸部がアレイ状に配設されることにより形成されることを特徴とする請求項７に記載のスクリーン構造。
11. 前記複数の小さい凸部の各々の高さは、前記超音波スピーカから出力される音響信号の超音波の波長より短く、前記スクリーンの映像投射面に形成された凹凸の凸部の高さより長いことを特徴とする請求項１０に記載のスクリーン構造。
12. 前記スクリーンの音響反射用凸部が設けられる位置にスピーカの映像を表示することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記載のスクリーン構造。

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