特許 6409383 画像光投影用スクリーンおよび表示システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6409383

(24)【登録日】2018年10月5日

(45)【発行日】2018年10月24日

(54)【発明の名称】画像光投影用スクリーンおよび表示システム

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/62 20140101AFI20181015BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20181015BHJP

【ＦＩ】

   G03B21/62

   G02B5/30

【請求項の数】10

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-147382(P2014-147382)

(22)【出願日】2014年7月18日

(65)【公開番号】特開2016-24289(P2016-24289A)

(43)【公開日】2016年2月8日

【審査請求日】2017年2月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103090

【弁理士】

【氏名又は名称】岩壁 冬樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124501

【弁理士】

【氏名又は名称】塩川 誠人

(72)【発明者】

【氏名】小柳 篤史

(72)【発明者】

【氏名】永山 裕道

【審査官】 小川 亮

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１６５０５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０７８８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９５５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２２７１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４８４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３６５０６０８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１０９５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１７２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９２９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３２３０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／１５２７５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 再公表特許第２００５／０６２１１４（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５７８４１３９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３７８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−００６４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９４２２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０３Ｂ ２１／６２

Ｇ０２Ｂ ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に一定厚の複屈折性材料からなる複屈折性材料層を有し、
前記複屈折性材料層は、前記複屈折性材料の遅相軸が平面視において前記基板面と平行で厚さ方向に揃った領域を複数備えており、
平面視において前記領域の少なくとも一の方向における幅が５０μｍ以下であり、
入射光に対して、隣り合う複数の前記領域どうしで遅相軸方向が異なり、
前記領域は、平面視で不規則に配置され、
前記複屈折性材料は、液晶または高分子液晶からなり、
前記基板と前記複屈折性材料層との界面には、配向膜を有しない
ことを特徴とする画像光投影用スクリーン。

【請求項2】

平面視において前記領域の最大幅が５０μｍ以下である
請求項１に記載の画像光投影用スクリーン。

【請求項3】

前記複屈折性材料層は、平面視における少なくとも一の方向において、光学軸が４５°変化する間隔が５０μｍ以下である
請求項１または請求項２に記載の画像光投影用スクリーン。

【請求項4】

前記複屈折性材料層の厚さをｄとし、前記複屈折性材料の少なくとも一つの対象波長の光に対する屈折率異方性をΔｎとし、ｋを１以上の自然数としたとき、リタデーション値Δｎ・ｄが、（２ｋ−１）（λ／２−０．２λ）〜（２ｋ−１）（λ／２＋０．２λ）の範囲である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。

【請求項5】

入射する光を散乱させる拡散板を備え、
前記複屈折性材料層と前記拡散板の拡散面との距離が１ｍｍ以下である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。

【請求項6】

前記複屈折性材料層の上に前記拡散板が積層されている
請求項５に記載の画像光投影用スクリーン。

【請求項7】

前記拡散板は、拡散角が１０°〜４０°の範囲である
請求項５または請求項６に記載の画像光投影用スクリーン。

【請求項8】

コヒーレント光を発する光源と、前記光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する画像光形成手段と、前記画像光を所定のスクリーン面に向けて拡大投影する投影光学系とを有する画像投影装置と、
透過型スクリーンとを備え、
前記透過型スクリーンが、請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーンである
ことを特徴とする表示システム。

【請求項9】

前記光源と前記透過型スクリーンとの間に、素子面内で出射光の偏光状態が連続的に変化する出射偏光分布を有する偏光解消素子を備える
請求項８に記載の表示システム。

【請求項10】

リアプロジェクタまたはヘッドアップディスプレイであって、
前記画像投影装置を収納する箱形状の外装筐体を備え、
前記外装筐体は、前面側に開口部が形成されており、
前記透過型スクリーンは、前記開口部を含む光路中に配されており、背面側から投影された前記画像光を前面側に投影する
請求項８または請求項９に記載の表示システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像光を投影するためのスクリーンである画像光投影用スクリーン、および該画像光投影用スクリーンを備えたリアプロジェクタやヘッドアップディスプレイ等の表示システムに関する。

【背景技術】

【0002】

光源としてレーザダイオード等を用いて画像光を投射する投射型表示装置として、背面投射型プロジェクタ（リアプロジェクタ）があり、またリアプロジェクタに用いられる画像光投影用スクリーン、いわゆる透過型スクリーンの開発も行われている。このような投射型表示装置の場合、レーザダイオードからコヒーレントな光が出射するため、スクリーン上で輝点がランダムに分布するいわゆるスペックルパターンの発生が懸念されている。

【0003】

透過型スクリーンにおけるスペックルパターン（スペックルノイズ）の発生を抑制する技術として、例えば、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１には、透過型スクリーンが、入射する光に対して互いに直交する２つの直線偏光成分に分割して射出する第１の領域および第２の領域を面内に不規則に複数形成したランダム位相差層を備えることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−１９２９８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された透過型スクリーンが備えるランダム位相差層は、具体的には、複屈折性材料が、第１の領域と第２の領域とで厚さが異なるように加工されるとともに、直線偏光で入射する画像光の偏光方向に対して遅相軸が±４５°いずれかで傾斜するように形成される。

【0006】

しかし、このような複屈折性材料の表面に凹凸加工を伴うランダム位相差層は、構造が複雑であって、各凹凸について、所定のリタデーションを精度よく得るのは困難である。また、表面に凹凸が形成されていると、光利用効率を高める用途等で反射防止膜を積層したい場合にも、形成が困難であるという課題があった。

【0007】

そこで、本発明は、簡易な構造でスペックルパターンの発生を抑制できる画像光投影用スクリーンおよび表示システムの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明による画像光投影用スクリーンは、基板上に一定厚の複屈折性材料からなる複屈折性材料層を有し、前記複屈折性材料層は、前記複屈折性材料の遅相軸が平面視において前記基板面と平行で厚さ方向に揃った領域を複数備えており、平面視において前記領域の少なくとも一の方向における幅が５０μｍ以下であり、入射光に対して、隣り合う複数の前記領域どうしで遅相軸方向が異なり、前記領域は、平面視で不規則に配置され、前記複屈折性材料は、液晶または高分子液晶からなり、前記基板と前記複屈折性材料層との界面には、配向膜を有しないことを特徴とする。

【0009】

また、画像光投影用スクリーンは、平面視において前記領域の最大幅が５０μｍ以下であってもよい。

【0014】

また、前記単位領域は、四角形の形状であり、前記単位領域の各辺の長さが５０μｍ以下であり、前記単位領域が、入射光に対して、２次元方向に隣り合う複数の前記単位領域どうしの遅相軸方向が異なるように配置されていてもよい。

【0015】

前記複屈折性材料層は、平面視における少なくとも一の方向において、光学軸が４５°変化する間隔が５０μｍ以下であってもよい。

【0016】

また、前記複屈折性材料層の厚さをｄとし、前記複屈折性材料の少なくとも一つの対象波長の光に対する屈折率異方性をΔｎとし、ｋを１以上の自然数としたとき、リタデーション値Δｎ・ｄが、（２ｋ−１）（λ／２−０．２λ）〜（２ｋ−１）（λ／２＋０．２λ）の範囲であってもよい。

【0017】

また、画像光投影用スクリーンは、入射する光を散乱させる拡散板を備え、前記複屈折性材料層と前記拡散板の拡散面との距離が１ｍｍ以下であってもよい。

【0018】

また、前記複屈折性材料層の上に前記拡散板が積層されていてもよい。

【0019】

また、前記拡散板は、拡散角が１０°〜４０°の範囲であってもよい。

【0020】

また、本発明による表示システムは、コヒーレント光を発する光源と、前記光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する画像光形成手段と、前記画像光を所定のスクリーン面に向けて拡大投影する投影光学系とを有する画像投影装置と、透過型スクリーンとを備え、前記透過型スクリーンが、前記いずれかの画像光投影用スクリーンであってもよい。

【0021】

また、表示システムは、前記光源と前記透過型スクリーンとの間に、素子面内で出射光の偏光状態が連続的に変化する出射偏光分布を有する偏光解消素子を備えていてもよい。

【0022】

また、表示システムは、リアプロジェクタまたはヘッドアップディスプレイであって、前記画像投影装置を収納する箱形状の外装筐体を備え、前記外装筐体は、前面側に開口部が形成されており、前記透過型スクリーンは、前記開口部を含む光路中に配されており、背面側から投影された前記画像光を前面側に投影してもよい。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、簡易な構造でスペックルパターンの発生を抑制できる画像光投影用スクリーンおよび表示システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１の実施形態の画像光投影用スクリーンの例を示す模式図である。

【図2】偏光顕微鏡観察によって得られた複屈折性材料層１２の液晶分子の配向状態の一例を示す図である。

【図3】画像光投影用スクリーン１０の他の例を示す模式図である。

【図4】第２の実施形態の画像光投影用スクリーンの例を示す模式図である。

【図5】複屈折性材料層２２における複屈折性材料の遅相軸の配向例を示す平面模式図である。

【図6】複屈折性材料層２２における複屈折性材料の遅相軸の配向例を示す平面模式図である。

【図7】画像光投影用スクリーン２０の他の例を示す模式図である。

【図8】第３の実施形態の画像光投影用スクリーンの例を示す模式図である。

【図9】画像光投影用スクリーン３０の他の例を示す模式図である。

【図10】第４の実施形態の画像光投影用スクリーンの例を示す模式図である。

【図11】画像光投影用スクリーン４０の他の例を示す模式図である。

【図12】拡散角を説明するための説明図である。

【図13】拡散板４１の例を示す模式断面図である。

【図14】第５の実施形態の表示システムの例を示す模式図である。

【図15】表示システム１０００のより詳細な構成例を示す構成図である。

【図16】表示システム１０００の他の例を示す構成図である。

【図17】表示システム１０００の他の例を示す模式断面図である。

【図18】表示システム１０００ｃの光学系の例を示す説明図である。

【図19】表示システム１０００ｃにおける本体装置の他の例を示す模式断面図である。

【図20】表示システム１０００ｃにおける本体装置の他の例を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

実施形態１．
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の画像光投影用スクリーンの例を示す模式図である。図１に示す画像光投影用スクリーン１０は、基板１１と、基板１１上に積層された複屈折性材料層１２とを備える。

【0026】

基板１１は、入射光に対して透明性を有していればよく、例えば樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を使用できる。なお、ガラスや石英ガラスなどの無機材料を用いると、耐久性の面で好ましい。また、光学的等方性材料（以下、等方性材料という）を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。また、樹脂フィルムであれば価格や薄型化、曲面化などのフレキシブル性の面で好ましい。

【0027】

複屈折性材料層１２は、一定厚の複屈折性材料からなる層であって、複屈折性材料の遅相軸方向が、平面視において基板面と平行で厚さ方向に揃った複数の領域を有している。以下、複屈折性材料層１２が有する該領域を領域１２１という場合がある。

【0028】

なお、図１において、破線は領域１２１を模式的に表している。また、破線で囲まれた領域内の矢印はその領域内の遅相軸方向を表している。

【0029】

本実施形態において、複屈折性材料層１２は、各領域１２１の最大幅が５０μｍ以下となるように形成されている。なお、領域１２１の種類数、（平面視における外縁の）形状、遅相軸方向および配置は特に限定されないが、各領域１２１は、少なくとも、入射光に対して隣り合う複数の領域どうしの遅相軸方向が異なるように配置される。なお、各領域１２１は領域の境界が明確でなくてもよい。そのような場合には、複屈折性材料層１２は、いずれの方向においても５０μｍ以内の間隔で入射光に対する遅相軸方向が４５°以上変化するように形成されていればよい。そのように形成されていれば、人間の目の空間解像度である約１００μｍのビーム径内に２種類以上の出射偏光が含まれるため、スペックルパターンの発生が抑制される。

【0030】

複屈折性材料層１２は、例えば、図２に示すように、液晶（高分子液晶を含む）がランダムに配向される、すなわち平面視において不規則に配置されるものであってもよい。図２は、偏光顕微鏡観察によるクロスニコル観察で得られた複屈折性材料層１２の液晶分子の配向状態の一例を示す図である。図２の最も暗い部分は、複屈折性材料層１２の遅相軸が偏光子透過軸または検光子透過軸に平行な状態を示しており、最も明るい部分は遅相軸が偏光子透過軸または検光子透過軸に対して４５°の角度をなす状態を示している。ランダム配向では、液晶分子の配向が平面視において連続して変化するが、そのような場合には、クロスニコル観察等で得られた面内の液晶分子の配向状態を比較したときに光学軸が４５°変化する間隔が５０μｍ以内であればよい。そのような場合には、当該領域すなわち光学軸が４５°変化するまでに要した領域において、最大幅が５０μｍ以下で異なる遅相軸方向の領域１２１が隣り合っている（境界がある）とみなす。

【0031】

なお、各領域１２１のサイズを小さくすると、または遅相軸が４５°変化するまでの間隔を短くすると、入射光に対する複屈折性材料層１２の散乱能を向上できるので好ましい。人間がスクリーン上に投影される画像光を認識できるためには、スクリーンが、入射する光に対して一定レベルの散乱能を有している必要がある。領域１２１のサイズが小さければ、散乱角（回折角）を大きくできるため好ましい。散乱能という観点から、例えば、領域１２１の最大幅は１０μｍ以下が好ましく、５μｍ以下がより好ましい。

【0032】

また、光学軸の分布としては、面内で遅相軸方向が０°〜１８０°の範囲でほぼ全方向に分布しているとより好ましい。そのようにすると、入射光の偏光方向が限定されずにスペックルパターンの発生を抑制できるため好ましい。すなわち、本実施形態の画像光投影用スクリーンに、どの方向の直線偏光の（画像）光が入射しても、入射光の直線偏光方向のいずれかは複屈折性材料層１２のいずれかの領域の遅相軸方向と一致し、入射光の直線偏光方向のいずれかは複屈折性材料層１２のいずれかの領域の遅相軸方向に対して４５°ずれることになり、入射光の偏光方向の制御が不要になる。

【0033】

このようなランダム配向の複屈折性材料層１２は、例えば、基板１１の複屈折性材料層１２と接する側の面に配向膜を設けないことによって形成できる。なお、配向膜を設けない代わりに、複屈折性材料層１２と接する側の基板１１の表面に対して、シランカップリング剤などによる表面処理を施してもよい。ここでシランカップリング剤が、その分子内に（メタ）アクリロイル基のような重合性官能基を含む場合、複屈折性材料層１２を形成する分子の重合基と界面とで共有結合を形成するため密着性を促進できる。または、シランカップリング剤は、その分子内に重合基を含まない場合でも例えば、アミンもしくはカルボン酸等のような極性基を含む構造を選択することで界面において静電的な相互作用を発現し密着性を促進できる。このような表面処理を施すことによって、基板１１と複屈折性材料層１２の密着性を高めることができ、耐久性を向上できる。

【0034】

また、図１では１枚の基板１１しか示されていないが、画像光投影用スクリーン１０は、例えば図３に示すように２つの基板１１，１３間に複屈折性材料層１２を挟持する構成であってもよい。そのような場合には、基板１１および基板１３の複屈折性材料層１２と接する側の表面の各々に対して、表面処理を行えばよい。図３は、本実施形態の画像光投影用スクリーン１０の他の例を示す模式図である。なお、図１に示す画像光投影用スクリーン１０の場合、複屈折性材料層１２としては高分子液晶が好適であり、図３に示す画像光投影用スクリーン１０の場合も高分子液晶が好適であるが、低分子液晶も使用できる。

【0035】

配向膜を設けない場合、液晶材料の長軸方向は、基板１１の面方向と平行な状態で、平面視においてランダムに配向する。また、液晶層が一定の厚さとなったときでも、基板１１と接する液晶の長軸方向を維持したまま、液晶の厚さ方向に揃う形で配向される。このような液晶の配向の原理から、基板１１に平行でかつ厚さ方向が揃った状態で、平面的には図１に示されるように、ランダムに液晶の光学軸が配向した複屈折性材料層１２が得られる。

【0036】

複屈折性材料層１２の厚さは一定であればよいが、対象波長λに対してリタデーション（Δｎ・ｄ）が以下の式（１）を満たす厚さであればより好ましい。なお、ｄは複屈折性材料層１２の厚さであり、Δｎは、複屈折性材料層１２の材料である複屈折性材料の、対象波長λの光に対する屈折率異方性である。また、ｋは１以上の自然数である。なお、ｋが大きくなるとそれだけ複屈折性材料層１２の厚さｄも大きくなり、かつ、リタデーションも大きくなるので、ｋ≦３が好ましく、ｋ＝１がより好ましい。

【0037】

Δｎ・ｄ＝（２ｋ−１）・λ／２ ・・・（１）

【0038】

このように、複屈折性材料層１２の厚さを一定にすることにより、複屈折性材料層１２の基板１１側の表面だけでなく、基板１１と接しない側の表面も平坦化されるため、画像光投影用スクリーン１０全体を高平坦化できる。また、これにより、平坦化した面に反射防止膜等を容易に形成でき、光利用効率を高くできる。

【0039】

また、複屈折性材料層１２の厚さが上記式（１）を満たしていると、光学軸が４５°変化する領域間で、任意の直線偏光方向の入射（画像）光に対して０°と９０°といったように出射光を直交関係にある偏光光に変換できるので、スペックルパターンの抑制効果が高められる。

【0040】

次に、スペックルノイズの指標となるスペックルコントラストＣ_ｓについて説明する。このスペックルコントラストは、以下の式（４）で表されるように、画素の明るさの平均値となる（３）式に対する、画素の明るさ標準偏差σとなる（２）式で示される。ここでＮは全画素数を表し、Ｉ_ｎは各画素に対する明るさ、Ｉ_ａｖｒは全画素の明るさの平均を示す。このスペックルコントラストＣ_ｓが低い値になるにつれて投射される画像で観察されるスペックルノイズが低減される。以下、本願発明の画像光投影用スクリーンまたは該画像光投影用スクリーンを配置した投射型表示装置等の表示システムは、このスペックルコントラストによって評価する。

【0041】

【数1】

【0042】

【数2】

【0043】

【数3】

【0044】

なお、対象波長が１つでない場合は、入射する光の波長のうち予め定めた波長に対して上記式（１）を満たすように厚さを制御してもよい。例えば、可視光であれば緑波長として、５３２ｎｍまたは５３０ｎｍ帯（より具体的には５１０ｎｍ〜５５０ｎｍ）を設計波長にするといったように、中心波長または中心波長近傍の所定幅（例えば、１０ｎｍ）の波長帯を対象にして上記式（１）を満たすよう厚さを制御してもよい。このとき、誤差が−０．２λ〜＋０．２λの範囲であれば、上記式（１）を満たすとしてもよい。

【0045】

また、液晶材料によっては、３次元的にランダム配向となる、すなわち厚さ方向で光学軸の方向が揃わず、変化するものがある。そのような場合には、複屈折性材料層１２の厚さは一定のまま、隣り合う領域１２１どうしの位相差が異なるように、厚さ方向における光学軸を分布させるのが好ましい。特に、面内でのリタデーションの差が０〜λ／２の範囲となるように、すなわち、面内でのリタデーションの差がλ／２の分布を持つように、隣り合う領域１２１どうしの位相差を異ならせると好ましい。なお、リタデーションの範囲について、式（１）の場合と同様、−０．２λ〜＋０．２λの範囲の誤差であればその範囲内とみなしてよい。

【0046】

また、図示省略しているが、画像光投影用スクリーン１０の光入射側となる最表面、例えば複屈折性材料層１２の上、または基板１１もしくは基板１３の複屈折性材料層１２が積層されていない側の面上に、反射防止層が積層されていてもよい。

【0047】

次に、本実施形態の画像光投影用スクリーン１０の製造方法の一例を示す。

【0048】

画像光投影用スクリーン１０は、例えば、次のような方法で作製できる。まず、基板１１の一方の面に、例えば無機材料からなる多層膜で構成される反射防止膜を形成する。次に、反射防止膜とは反対の表面に対して、シランカップリング剤などによる表面処理を行う。表面処理を施すことによって、配向膜を有しない構成であっても剥がれ等を防止でき、耐久性を向上できる。また、導光用基板でもある基板１１がガラス基板の場合などには、表面処理の前に基板１１上にＳｉＯ_２などの成膜可能なバッファー層を成膜し、成膜したバッファー層に対してシランカップリング剤などによる表面処理を行ってもよい。基板１１上にバッファー層を設けることで、シランカップリング剤と結合するＯＨ基の状態を一定にでき、密着性を安定化できる。

【0049】

次に、基板１１の表面処理を行った側の面上に、高分子液晶などの複屈折性材料を所定の厚さで成膜して、複屈折性材料層１２を得る。例えば、入射光の中心波長λに対して、上記式（１）を満たす厚さに成膜する。成膜方法は、例えば、光重合性液晶モノマーなどの複屈折性材料をスピンコート法、ダイコート法などで成膜し紫外線などを照射し硬化させることにより複屈折性材料層１２を形成する方法が挙げられる。この時、光重合性液晶モノマーは成膜時の粘度調整のために溶媒で希釈してもよい。また、溶媒で希釈溶解した高分子液晶をスピンコートやディップコート法、ダイコート法などで成膜し、溶媒を乾燥させることで複屈折性材料層１２を形成する方法も使用できる。

【0050】

その後、複屈折性材料層１２の上に、さらに反射防止膜を形成してもよい。

【0051】

また、画像光投影用スクリーン１０は、次のような方法でも作製できる。まず、２枚の基板１１、１３を用意し、基板１１、１３の各々の一方の面上に、反射防止膜を形成する。次に、反射防止膜を形成した側の面を外側にして基板１１と基板１３とを所定の間隔を空けて貼り合わせて空セルを作製する。次に、その空セルのセルギャップに光重合性高分子モノマーや光重合性液晶などの複屈折性材料（モノマー）を注入する。そのようにして空セルの間を複屈折性材料で充填した後、紫外線などを照射して硬化させることにより、基板１１、１３の間に挟持された複屈折性材料層１２を得る。

【0052】

なお、複屈折性材料層１２を形成後、基板１３を取り除いてもよい。基板１３を取り除く場合には、基板１３の面上には反射防止膜を形成せずに、基板１３を取り除いた後、複屈折性材料層１２の上に反射防止膜を形成してもよい。

【0053】

このように、本実施形態の画像光投影用スクリーン１０は、複屈折性材料層１２の表面等に凹凸加工をする必要がないため、高い組み立て精度を要せずにスペックルパターンの抑止効果が得られる。また、平面視において、０°〜１８０°の範囲でほぼ全方向に遅相軸方向が分布されれば、入射光の偏光方向を制御しなくてもよく、画像光投影用スクリーン１０に画像光を投影する画像光投影装置を簡易な構成にできる。

【0054】

実施形態２．
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本実施形態の画像光投影用スクリーンの例を示す模式図である。図４に示す画像光投影用スクリーン２０は、基板２１と、基板２１上に積層された複屈折性材料層２２とを備える。また、基板２１と複屈折性材料層２２との間には配向膜２４が設けられている。

【0055】

基板２１は、第１の実施形態の基板１１と同様である。

【0056】

複屈折性材料層２２は、第１の実施形態の複屈折性材料層１２と同様、一定厚の複屈折性材料からなり、かつ複数の領域を有している。なお、これら複数の領域は、平面視における外縁が略同一の形状であり、以下、該領域を単位領域と称する。また、以下、複屈折性材料層２２が有する単位領域を単位領域２２１という場合がある。

【0057】

図４において、破線で囲まれた領域は単位領域２２１を模式的に表している。また、破線で囲まれた領域内の矢印はその単位領域内の遅相軸方向を表している。

【0058】

本実施形態において、複屈折性材料層２２は、特定の形状を有し、かつ入射光に対して遅相軸方向が異なる複数の単位領域２２１が所定の方向に並んで配置される。なお、単位領域２２１の種類数、（平面視における外縁の）形状、遅相軸方向および配置は特に限定されないが、各単位領域２２１は、少なくとも、入射光に対して隣り合う複数の単位領域どうしの遅相軸方向が異なるように、かつ少なくとも一の方向において、５０μｍ以内の間隔で入射光に対する遅相軸方向が４５°以上変化するように、配置される。

【0059】

図５および図６は、本実施形態の複屈折性材料層２２における複屈折性材料の遅相軸の配向例を示す平面模式図である。複屈折性材料層２２は、例えば図５に示されるように、遅相軸方向が異なる単位領域２２１がストライプ状に配置されたものであってもよい。すなわち、複屈折性材料層２２は、長手方向と短手方向とを有する一方向に長い形状の単位領域２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄが、隣り合う単位領域２２１どうしで遅相軸方向が異なるように、所定の順序で短手方向へ並んで配置されていてもよい。そのような場合において、各単位領域２２１の短手方向の長さ（図中のｙ_ａ，ｙ_ｂ，ｙ_ｃおよびｙ_ｄ）は５０μｍ以下が好ましい。また、隣り合う単位領域２２１どうしで遅相軸方向が４５°異なっているのが好ましい。図５に示す例では、複屈折性材料層２２は、互いに遅相軸方向が異なる単位領域２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄからなる単位領域群２２２の繰り返し構造となっており、各単位領域群２２２内において隣り合う単位領域２２１どうし、および各単位領域群２２２間で隣り合う単位領域２２１どうしで、各々遅相軸方向が４５°異なるように配置されている。

【0060】

また、複屈折性材料層２２は、例えば図６に示されるように、遅相軸方向が異なる単位領域２２１が市松状に配置されてもよい。すなわち、複屈折性材料層２２は、四角形の形状の単位領域２２１ｅ，２２１ｆが、隣り合う単位領域２２１どうしで遅相軸方向が異なるように、２次元方向に複数並んで配置されてもよい。そのような場合において、各単位領域２２１の一辺の長さ（図中のｘおよびｙ）は５０μｍ以下が好ましい。また、隣り合う単位領域２２１どうしで遅相軸方向が４５°異なっているのが好ましい。図６に示す例では、複屈折性材料層２２は、隣り合う２×２の単位領域２２１からなる単位領域群２２２の繰り返し構造となっており、各単位領域群２２２内において隣り合う単位領域２２１どうし、および各単位領域群２２２間で隣り合う単位領域２２１どうしで、各々遅相軸方向が４５°異なるように配置されている。本例の場合、各単位領域群２２２内で、互いに斜め方向に位置する２つの単位領域２２１間（例えば、単位領域２２１ｅどうしまたは単位領域２２１ｆどうし）における遅相軸方向が同じであり、かつ隣接する２つの単位領域２２１間（例えば、単位領域２２１ｅと２２１ｆ間）における遅相軸方向が異なるように配置されればよい。

【0061】

なお、隣り合う単位領域２２１間において、遅相軸方向の変化は連続であっても非連続であってもよい。なお、遅相軸方向が連続して変化する場合には、上述したように、面内の液晶分子の配向状態を比較したときに、少なくとも一方向において光学軸が４５°変化する間隔が５０μｍ以内であればよい。そのような場合には、当該領域すなわち光学軸が４５°変化するまでに要した領域において、最大幅が５０μｍ以下で異なる遅相軸方向の単位領域２２１が隣り合っている（境界がある）とみなす。

【0062】

また、本実施形態の複屈折性材料層２２では、各単位領域２２１内で複屈折性材料の光学軸が厚さ方向に揃っているものとするが、厚さ方向で光学軸が変化していてもよい。

【0063】

本実施形態の複屈折性材料層２２は、例えば、基板２１上に、各単位領域２２１の光学軸の方向に対応してラビング方向を異ならせた配向膜を設けることによって形成できる。

【0064】

より具体的には、基板２１上に配向膜を形成する過程で、基板２１上に形成したポリイミド膜等にラビング処理を施す際に、遅相軸方向が異なる単位領域２２１の各々に対応するマスクを順次あてながらラビング処理を行うことにより、各単位領域２２１の光学軸の方向に応じた所望のラビング角を有する配向膜２４を得てもよい。また、光配向膜を用いる場合には、遅相軸方向が異なる単位領域２２１の各々に対応するマスクを順次あてながら偏光ＵＶを照射して所望の配向方向を有する配向膜２４を得てもよい。そして、そのようにして得た配向膜２４の上に高分子液晶などの複屈折性材料を所望の厚さになるように成膜し、これにより配向膜２４の配向方向に光学軸が揃った均一な厚さの複屈折性材料層２２を得てもよい。

【0065】

また、本実施形態においても、画像光投影用スクリーン２０は、例えば図７に示すように２つの基板２１，２３間に複屈折性材料層２２を挟持する構成であってもよい。そのような場合には、２枚の基板２１，２３の対向する側の面上に、各単位領域２２１の光学軸の方向に対応して、配向方向を異ならせた配向膜２４，２５を設ければよい。各配向膜２４，２５の配向方向は、両基板を貼り合わせたときに、平面視における各領域の配向方向が同じになるようにすればよい。

【0066】

なお、他の点に関しては第１の実施形態と同様である。例えば、複屈折性材料層２２においても、対象波長λに対してリタデーション（Δｎ・ｄ）が上記式（１）を満たす厚さであればより好ましい。また、画像光投影用スクリーン２０の光入射側となる最表面、例えば複屈折性材料層２２の上、または基板２１もしくは基板２３の複屈折性材料層２２が積層されていない側の面上に、反射防止層が積層されていてもよい。

【0067】

本実施形態においても、複屈折性材料層２２の厚さを一定にできるので、複屈折性材料層２２の基板２１側の表面だけでなく、基板２１と接しない側の表面も平坦化できる。このため、画像光投影用スクリーン２０全体を高平坦化できる。また、これにより、平坦化した面に反射防止膜等を容易に形成でき、光利用効率を高くできる。

【0068】

実施形態３．
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、本実施形態の画像光投影用スクリーンの例を示す模式図である。図８に示す画像光投影用スクリーン３０は、一対の基板３１，３３と、基板３１，３３間に挟持される、複屈折性材料層３２および等方性材料層３６とを備える。

【0069】

基板３１，３２は、第１の実施形態の基板１１，１３および第２の実施形態の基板２１，２３と同様である。

【0070】

複屈折性材料層３２は、第１および第２の実施形態の複屈折性材料層１２，２２と同様、複屈折性材料からなり、かつ複数の単位領域を有している。以下、複屈折性材料層３２が有する単位領域を単位領域３２１という場合がある。

【0071】

本実施形態において、複屈折性材料層３２は、特定の形状を有する複数の単位領域３２１が所定の方向に並んで配置される。このとき、各単位領域３２１は、隣り合う領域どうしで入射光に対する位相差が異なるように、かつ少なくとも一の方向において、５０μｍ以内の間隔で入射光に対する位相差がλ／２変化するように、配置される。特に、面内でのリタデーションの差が０〜λ／２の範囲となるように、すなわち、面内でのリタデーションの差がλ／２の分布を持つように、隣り合う単位領域３２１どうしの位相差を異ならせると好ましい。なお、λは、第１の実施形態と同様の対象波長として考えればよい。また、リタデーションの範囲についても、第１の実施形態と同様、−０．２λ〜＋０．２λの範囲の誤差であればその範囲内とみなしてよい。

【0072】

なお、本実施形態の複屈折性材料層３２では、複屈折性材料の光学軸の方向は面内で一定である。すなわち揃っているものとするが、隣り合うまたは近接する単位領域３２１どうしで光学軸の方向を異ならせることも可能である。

【0073】

図８には、複屈折性材料層３２の厚さを面内で異ならせることによって領域ごとに入射する光に対する位相差が異なるよう構成された複屈折性材料層３２の例が示されている。なお、図８には、高さが異なることによって入射光に対する位相差が異なる２種類の単位領域３２１ａ，３２１ｂが一方向において１００μｍ以内のピッチで交互に配置されてなる複屈折性材料層３２の例が示されている。なお、本例では、各単位領域３２１ａ、３２１ｂの短手方向の長さが５０μｍ以下となるように形成されている。なお、複屈折性材料層３２は、面内で厚さを異ならせることによって、少なくとも一の方向において、５０μｍ以内の間隔で当該複屈折性材料層３２を通過する光の直交する偏光成分に位相差πを与えることができるように構成されていればよい。

【0074】

本実施形態において、隣り合う領域どうしは、リタデーションがλ／２の奇数倍異なっているのが好ましい。例えば、図８に示す例では、対象波長λの光に対して、単位領域３２１ａがλ／２−０．２λ〜λ／２＋０．２λの範囲のリタデーションを有し、単位領域３２１ｂが０λ−０．２λ〜０λ＋０．２λの範囲のリタデーションを有するように形成される。

【0075】

また、複屈折性材料層３２は、入射する直線偏光の方向に対し光学軸が±４５°の角度をなすように設定されてもよい。

【0076】

また、等方性材料層３６は、複屈折性材料層３２の表面の凹凸を平坦化するために設けられる層であり、少なくとも複屈折性材料層３２の凹部を埋めるように形成されている。なお、基板３１と基板３３の間の隙間領域に等方性材料を充填することにより等方性材料層３６が形成されてもよい。すなわち、図８に示すように、等方性材料層３６は、単位領域３２１ａ上に一定の厚さをもって有していてもよいが、単位領域３２１ａ上には存在せずに、単位領域３２１ｂを埋めるように有していてもよい。

【0077】

また、複屈折性材料層３２は、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、領域分割されたλ／２板であってもよい。例えば、一方の基板３１の面上に、対象波長λに対してλ／２板として作用する複屈折性材料層３２（より具体的には単位領域３２１ａ）が所定の隙間を空けて形成された構成であってもよい。このようにすれば、隣り合う領域どうし（Ｙ_ａに備えられる単位領域３２１ａとＹ_ｂに備えられる等方性材料層３６間）で、リタデーションがλ／２の奇数倍異なる構成となる。また、このとき、少なくとも一方向における各複屈折性材料層３２の幅Ｙ_ａを５０μｍ以下、かつ複屈折性材料層３２間の隙間Ｙ_ｂを５０μｍ以下とすれば、幅１００μｍ程の領域に入射する光に対して互いに直交する２以上の偏光成分に分割して出射できる。なお、このような場合には、各単位領域３２１ａは位相差πを与える厚さに設定された複屈折性材料によって形成されればよく、また各単位領域３２１ａの間は等方性材料が充填されればよい。このとき、幅Ｙ_ｂに備えられる等方性材料層３６は、複屈折性材料層３２の厚さと同じであってもよいし（図９（ａ）参照）、複屈折性材料層３２よりも厚くてもよい（図９（ｂ）参照）。すなわち、等方性材料層３６は、複屈折性材料層３２の表面の凹凸を平坦化できる厚さであればよい。また、図９に示されるように基板３３を備えていなくてもよい。

【0078】

なお、図８および図９では、長手方向と短手方向とを有する一方向に長い形状の単位領域３２１ａが、同形状の単位領域３２１ｂと交互にまたは所定の隙間を空けて短手方向へ並んで配置される例が示されているが、単位領域３２１の種類数、（平面視における外縁の）形状および配置はこの限りでない。例えば、各単位領域３２１は、位相差が異なる領域が市松状に並ぶ配置であってもよい。すなわち、複屈折性材料層３２は、四角形の形状の単位領域３２１が、隣り合う領域どうしで位相差が異なるように、２次元方向に複数並んで配置されていてもよい。そのような場合において、各単位領域３２１の一辺の長さは５０μｍ以下が好ましい。なお、位相差が異なる領域の一部には等方性材料層３６によるものも含む。

【0079】

複屈折性材料層３２の材料となる複屈折性材料は、所望の波長板の機能を発現できる複屈折性を有する透明材料であればよい。例えば、複屈折性を有する樹脂材料であってもよい。また、複屈折性が得られる高分子液晶を含む液晶材料であってもよい。

【0080】

また、等方性材料層３６の材料となる等方性材料は、等方性を有する透明材料であればよい。例えば、樹脂やガラスなどの無機材料であってもよい。ここで、等方性材料層３６の材料となる等方性材料の屈折率をｎ_ｓ’、複屈折性材料層３２の材料となる複屈折性材料の異常光屈折率をｎ_ｅ’、常光屈折率をｎ_ｏ’とすると、ｎ_ｓ’＝（ｎ_ｅ’＋ｎ_ｏ’）／２であると複屈折性材料層３２と等方性材料層３６との界面によるフレネル反射が制御されるため、好ましい。

【0081】

本実施形態の画像光投影用スクリーン３０は、例えば次のような方法で作製できる。まず、一方の基板３１の面上に高分子液晶などの複屈折性材料を所定の厚さで成膜する。ここでは、対象波長λに対してλ／２板機能を発現できる厚さに成膜する。また、このとき複屈折性材料の光学軸が所定の軸と４５°をなすようにする。光学軸の制御は、例えば、複屈折性材料を塗布する前に、基板３１の面上に配向膜を塗布し、ラビング処理することにより行ってもよい。

【0082】

次に、成膜した複屈折膜を、単位領域３２１の位置に応じて、当該位置において所望の位相差を発現させる高さになるまでドライエッチングプロセスなどを用いて削る。そのようにして、特定形状の複数の単位領域３２１を有する複屈折性材料層３２が得られる。この後、複屈折性材料層３２が形成されている面を内側にして基板３１と基板３３とを所定の間隔を空けて貼り合わせる。なお、等方性材料層３６が空気層以外の場合には、基板３１と基板３３とを貼り合わせてできた空セルの空隙を等方性材料により充填して、等方性材料層３６を形成すればよい。この場合、等方性材料層３６形成後に、基板３３を除去してもよい。

【0083】

本実施形態では、複屈折性材料層３２の厚さが一定でなくても等方性材料層３６を設けることにより、複屈折性材料層３２の表面の凹凸を平坦化できるため、画像光投影用スクリーン３０全体を高平坦化できる。また、これにより、平坦化した面に反射防止膜等を容易に形成でき、光利用効率を高くできる。

【0084】

実施形態４．
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１０は、本実施形態の画像光投影用スクリーンの例を示す模式図である。図１０に示す画像光投影用スクリーン４０は、第１の実施形態の画像光投影用スクリーン１０の構成に、さらに拡散板４１を備えた構成となっている。

【0085】

なお、図１１（ａ）または図１１（ｂ）に示すように、本実施形態の画像光投影用スクリーン４０は、第２の実施形態の画像光投影用スクリーン２０または第３の実施形態の画像光投影用スクリーン３０の構成に、さらに拡散板４１を備えた構成であってもよい。なお、以下では説明を簡単にするために、画像光投影用スクリーン４０の構成として、第１の実施形態の画像光投影用スクリーン１０の構成に拡散板４１を加えた構成を例に説明するが、画像光投影用スクリーン４０の構成は、これに限定されない。

【0086】

既に説明したように、人間がスクリーン上に投影される画像光を認識できるためには、スクリーンの光学特性として、入射する光に対して一定レベルの散乱能を有している必要がある。また、スクリーンは、リアプロジェクタに用いられる場合などは、スクリーン上に映像を結像させるためおよび視野角を広げるために、特に垂直方向および左右方向に映像光をある程度（所定角度以上）拡散させることが要求される。なお、必要とされる散乱能はアプリケーションごとに異なる。

【0087】

拡散板４１は、平行光が入射された場合に一定の角度の散乱能を有するものであればよく、特にその形状や構成は限定されない。所望とされる拡散角の範囲は、例えば、ヘッドアップディスプレイ用途であれば１０°〜４０°が好ましい。また、例えば、リアプロジェクタ用途であれば、１００°以上が好ましい。また、拡散角中の光量が角度によらず均一になる方が、スクリーンを見る角度によらず画像の明るさが変わらないため好ましい。また、スクリーンの視野角に応じて水平方向の拡散角と垂直方向の拡散角を変えてもよい。

【0088】

なお、散乱角は、拡散板４１を透過した光の強度分布について半値全幅（ＦＷＨＭ）を満たす角度で定義される。散乱角については具体的に、図１２（ａ）および図１２（ｂ）を用いて説明する。図１２（ａ）は、拡散板４１に入射する光と、散乱して透過する光の様子を示した模式図であり、拡散板４１から十分に離れた距離Ｌにおいて、入射する光の直進方向と直交する断面Ａ−Ａ’を示す。なお、距離Ｌ［ｍｍ］は、拡散板４１の厚さを無視できる程度の距離である。図１２（ｂ）は、光軸と、拡散板４１と光軸とが交わる点を基点としてＡ−Ａ’の断面へ向かう光線が光軸となす角度を横軸にしたときの光強度分布を示す図である。ここで、光強度の半値全幅となる角度を拡散角θ［°］とし、拡散角θとなるＡ−Ａ’の断面の拡散領域をＷ［ｍｍ］とすると、散乱角θと距離Ｌは、ｔａｎ（θ／２）＝Ｗ／２Ｌで与えられる。

【0089】

また、拡散板４１と複屈折性材料層１２との間の距離が離れていると、映し出される画像にボケが生じてしまうため、複屈折性材料層１２と拡散板４１の拡散効果を発現させる光学面（拡散面）とはできるだけ接近させることが好ましい。例えば、複屈折性材料層１２と拡散板４１の拡散面との距離は、１ｍｍ以下であればよく、０．３ｍｍ以下が好ましく、０．１ｍｍ以下がより好ましい。このため、拡散板４１は、複屈折性材料層１２と隣り合うように配置されることが好ましい。例えば、図１０に示すように、基板１１上に複屈折性材料層１２が積層されている場合、その複屈折性材料層１２の上に拡散板４１が積層される構造が好ましい。

【0090】

なお、拡散板４１は複屈折性材料層１２に接着されていてもよいし、されていなくてもよい。すなわち、複屈折性材料層１２と拡散板４１とは離れて配置されていてもよいが、その間の距離は上述した距離が好ましい。また、複屈折性材料層１２と拡散板４１とが接近している態様であれば、拡散板４１はレーザ光の入射側に配置されてもよいし、出射側に配置されてもよい。例えば、レーザ光の入射側から、基板１１、複屈折性材料層１２、拡散板４１の順で積層されていてもよいし、拡散板４１、複屈折性材料層１２、基板１１の順で積層されていてもよい。また、拡散板４１が複屈折性を有している場合であって、複屈折性材料層１２に入射する画像光の偏光方向が所定の直線偏光方向になるよう制御されている場合には、その直線偏光性を解消しないよう、拡散板４１は複屈折性材料層１２の出射側に配置されるのがより好ましい。

【0091】

また、図１０では、基板１３は除かれているが、拡散板４１が基板１３に相当する基板を有していてもよい。その場合、画像光投影用スクリーン４０は、基板１３を備えており、基板１３の一方の面に、凹凸形状といった拡散効果を発現する構造を有する層が形成されている、と言い換えてもよい。なお、このような構造であっても、複屈折性材料層１２と拡散板４１のうち拡散効果を発現する構造までの距離は上述した距離が好ましい。

【0092】

図１３は、拡散板４１の例を示す模式断面図である。拡散板４１は、例えば図１３（ａ）に示すように、非周期凹凸構造を有していてもよい。また、拡散板４１は、例えば図１３（ｂ）に示すように、周期的な凸形状を有するマイクロレンズアレイであってもよい。また、拡散板４１は、例えば図１３（ｃ）に示すように、非周期な凸形状を有するマイクロレンズアレイであってもよい。また、拡散板４１は、例えば図１３（ｄ）に示すように、周期的な凹形状を有するマイクロレンズアレイであってもよい。さらに、拡散板４１は、例えば図１３（ｅ）に示すように、非周期な凹形状を有するマイクロレンズアレイであってもよい。

【0093】

この他にも、例えば、拡散板４１はレンチキュラーレンズシートであってもよい。より具体的には、長手軸に直交する断面の形状がかまぼこ型（半円または半楕円と方形との組み合わせ形状）の凸レンズであるシリンドリカルレンズを、同一の径および同一の曲率で、伸長方向が互いに平行となるように複数配列したものであってもよい。

【0094】

このように、本実施形態によれば、複屈折性材料層だけでは散乱能が不十分な場合に散乱能を補ったり、また出射光である散乱光の経路または光量等を制御するなど細かな配光制御が可能になる。

【0095】

実施形態５．
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１４は、本実施形態の表示システムの例を示す模式図である。図１４に示す表示システム１０００は、画像投影装置１００と、画像光投影用スクリーン１０とを備える。なお、本実施形態においても、説明を簡単にするために、表示システム１０００の構成として、第１の実施形態の画像光投影用スクリーン１０を備えた構成を例に説明するが、表示システム１０００が備える画像光投影用スクリーンは、他の実施形態の画像光投影用スクリーン（２０、３０または４０）であってもよい。

【0096】

画像投影装置１００は、一般的な画像投影装置でよい。例えば、画像投影装置１００は、光源と、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して画像光を形成する画像光形成手段（例えば、ライトバルブ）と、形成された画像光を所定のスクリーン面に向けて拡大投影する投影光学系とを備えた、いわゆるプロジェクタであってもよい。また、プロジェクタは走査型であっても投影型であってもよい。

【0097】

表示システム１０００において、画像光投影用スクリーン１０は、画像投影装置１００の前面側（視聴者がいる側）に配され、背面側から投影された画像光を前面側に投影する。より具体的には、画像光投影用スクリーン１０は、背面側から入射される画像光を、前面側に屈折拡散させながら射出する。

【0098】

図１５は、表示システム１０００のより詳細な構成例を示す構成図である。図１５に示す表示システム１０００ａは、走査型画像投影装置１００ａと画像光投影用スクリーン１０とを備える。以下、画像光投影用スクリーン１０を、単にスクリーン１０という場合がある。

【0099】

走査型画像投影装置１００ａは、スクリーン１０の表示面に光を走査するための２Ｄスキャンミラー４と、２Ｄスキャンミラー４にコヒーレント光を導く光源光学系６と、２Ｄスキャンミラー４から出射される光の偏光を変化させてビーム径中に一様でない所定の偏光分布を有する光にして出射する偏光解消素子５とを備える。なお、偏光解消素子５を備える点以外は、一般的な走査型画像表示装置の構成と同様でよい。例えば、２Ｄスキャンミラー４の代わり、横方向に光を走査させる第１スキャンミラーと、縦方向に光を走査させる第２スキャンミラーとを備える構成であってもよい。

【0100】

ここで、２Ｄスキャンミラー４は、ＭＥＭＳ技術により形成されるマイクロメカニカルミラーなどが小型化の点で有利である。また、上述の第１スキャンミラーと第２スキャンミラーにはガルバノミラーを用いてもよく、１つのミラーをガルバノミラー、他の１つのミラーをマイクロメカニカルミラーとしてもよい。

【0101】

また、光源光学系６は、例えば、コヒーレント光を発する少なくとも１つの光源部１と、光源部１から出射された光を平行光に変換するコリメータレンズ２と、コリメータレンズ２から出射される平行光を２Ｄスキャンミラー４に導くダイクロイックミラー３とを有していてもよい。

【0102】

図１５に示される走査型画像投影装置１００ａでは、コヒーレント光を発する光源部１として、例えば半導体レーザや固体レーザなどによる、赤、緑、青の３色に対応するレーザ光源１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂを備える。レーザ光源１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂから出射された光は、それぞれコリメータレンズ２−Ｒ，２−Ｇ，２−Ｂによって略平行光となるように集光されて、ダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂに入射する。そして、ダイクロイックミラー３−Ｒ，３−Ｇ，３−Ｂによって合成され、３原色レーザ光となって２Ｄスキャンミラー４のミラー面に斜めに入射する。ここで、略平行光とはレーザ光の拡がり角が約２ｍｒａｄ以下であることをいう。

【0103】

２Ｄスキャンミラー４で反射された光は、偏光解消素子５を通過してスクリーン１０に到達する。このとき、２Ｄスキャンミラー４は、図示省略されているミラー制御手段によって駆動され、所定の走査周波数に応じて水平方向および垂直方向に回動される。この回動により、２Ｄスキャンミラー４における光の入射面の法線方向が入射するレーザ光の光軸に対して変化する。すると、この面で反射したレーザ光の光軸も回動されるごとに変化する。このようにして、２Ｄスキャンミラー４で反射したレーザ光がスクリーン面上を走査すなわち移動しながら所定の部分領域を照射して、スクリーン１０のスクリーン面全体に所望の画像を表示させる。

【0104】

本実施形態において、偏光解消素子５は、２Ｄスキャンミラー４とスクリーン１０との間に配置されている。このため、２Ｄスキャンミラー４で反射された光は、偏光解消素子５を通過してスクリーン１０に到達する。偏光解消素子５は、特開２０１３−１９５５５６５号の偏光解消素子５のように、入射した光の偏光を変化させて、該入射光のビーム径中に一様でない所定の偏光分布を有する光にして出射する。したがって、２Ｄスキャンミラー４で反射された光は、偏光解消素子５によりビーム径中に一様でない所定の偏光分布を有する光となってスクリーン１０に到達する。なお、偏光解消素子５は、２Ｄスキャンミラー４よりも光源側に配置されていてもよい。

【0105】

偏光解消素子５は、例えば、素子面内で出射光の偏光状態が連続的に変化する出射偏光分布を有する素子であればよい。そのような素子を用いれば、入射直線偏光を、ビーム径中に偏光状態が連続的に変化する偏光分布を有する光に変化させて出射できる。

【0106】

ここで、偏光状態が連続的に変化するとは、偏光状態を示すポアンカレ球上で連続的に変化することをいう。なお、偏光解消性を向上させる点で、ポアンカレ球のほぼ直径軌道で偏光状態が変化するのが好ましい。例えば、ポアンカレ球の赤道軌道上での変化であれば、直線偏光の偏光角が連続的に変化することになる。また、ポアンカレ球の北極と南極を結ぶ軌道上での変化であれば、楕円率が連続的に変化することになる。１つの具体例として、素子の縦方向や横方向などの一定方向に沿って並ぶ連続領域における出射光の偏光状態が、例えば横方向の直線偏光から偏光の長軸方向が横方向の右回りの楕円偏光、また右回り楕円偏光から右回り円偏光、右回り円偏光から偏光の長軸方向が横方向の直線偏光方向と直交する縦方向の右回りの楕円偏光、右回りの楕円偏光から縦方向の直線偏光、縦方向の直線偏光から偏光の長軸方向が縦方向の左回りの楕円偏光、左回り楕円偏光から左回り円偏光、左回り円偏光から偏光の長軸方向が横方向の左回りの楕円偏光、左回りの楕円偏光から横方向の直線偏光になるといった位相差の大きさに準じた変化を繰り返すような偏光分布であってもよい。

【0107】

なお、出射偏光分布における変化の方向は問わないが、素子面に対して縦方向や横方向に沿っているなど方向性を有していると、配置する際の向きなどが決めやすいため好ましい。

【0108】

このような出射偏光分布を有する偏光解消素子５は、例えば、素子面内でリタデーションが連続的に変化するリタデーション分布を持たせることにより実現できる。より具体的には、基板上に形成する複屈折性材料層の厚さを素子面内で連続的に変化させたり、基板上に形成する複屈折性材料層において印加電圧制御等により液晶分子のチルト角を素子面内で連続的に変化させたり、基板上に形成する複屈折性材料層において配向制御により複屈折性材料の光学軸の方向を素子面内で連続的に変化させることにより実現できる。なお、このような偏光解消素子５の構成は、特開２０１３−１９５５６５号公報にも開示されている。

【0109】

また、ここでいう「連続的に」とは、必ずしも、対象とする値の変化が常に一定方向に向かって一定量の増加または減少である場合に限らない。例えば、一定方向に沿って連続する領域において対象とする値が所定の規則（単純増加や単純減少に限らず、それらの組み合わせによる周期構造等を含む）に従って予め定めた範囲内で変化していればよい。例えば、「リタデーションが連続的に変化する」といった場合には、素子面内のある一方向線上の位置座標に対するリタデーションの値を示すグラフ形状が、単純増加または単純減少を表す直線形状となるものやＳＩＮカーブ形状などの曲線形状となるもの、もしくはこれらを階段状に近似した形状のもの、または、これらの組み合わせとして、増加の後で減少をする組み合わせや減少の後で増加をする組み合わせも含まれる。

【0110】

なお、リタデーション分布としては、０．５λ〜３λ／ビーム径の変化を有していることがより好ましい。これは、ビーム径に対して偏光状態の変化がポアンカレ球で半周（０．５λ）から３周（３λ）することに相当する。ここでビーム径は光源部より発光されたコヒーレント光のビーム直径をいい、例えば、ガウシアン分布のビームの場合は放射強度がピーク値の１／ｅ^２（１３．５％）になるビーム径をビーム直径という。

【0111】

また、偏光解消素子５は、該素子面内で複屈折材料層の光学軸の方位が連続的に変化する光学軸分布を持たせることにより実現してもよい。なお、このような偏光解消素子５の構成は、特開２０１３−１９５５６５号公報にも開示されている。

【0112】

また、光学軸分布を持つ偏光解消素子５は、リタデーションが約λ／２が好ましく、光学軸分は、４５°〜２７０°／ビーム径の変化を有していることが好ましい。これは、ビーム径に対して偏光状態の変化がポアンカレ球で半周（４５°）から３周（２７０°）することに相当する。

【0113】

このように、画像投影装置１００がこのような偏光解消素子５を備えていると、さらなるスペックル改善効果が得られる。例えば、図１５に示す例では、走査型画像投影装置１００ａにおいて、偏光解消素子５の偏光制御性能とスキャンミラー４の回動性とを組み合わせることで、走査型画像投影装置１００ａから出射する画像光を偏光解消できる。より具体的には、走査型画像投影装置１００ａから出射する画像光において、人間の眼の空間分解能の中で異なる偏光のスペックルパターンを形成できる。このため、人間の眼の時間分解能の中でそれらが重畳されることにより、さらなるスペックル低減効果が得られる。

【0114】

また、上述した偏光解消素子５の構成によれば、光の光軸と素子の光軸とを合わせるといった位置合わせが必要でないため、高い組み立て精度を要せず、簡易な構成で高いスペックル低減効果が得られる。

【0115】

なお、コンバイナを用いるヘッドアップディスプレイでは、コンバイナに入射する画像光がコンバイナの法線方向に対して６０°程度のブリュースター角で用いられるときに、Ｓ偏光の光のみ反射されて利用されるため、偏光解消機能を持つスクリーンだけの構成ではスペックル低減効果が十分ではない場合がある。この場合、画像投影装置１００が偏光解消素子５を配置する構成であると、コンバイナがブリュースター角近傍で利用される構成に対してもスペックル低減効果を発現できるため好ましい。

【0116】

また、図１５では、２Ｄスキャンミラー４とスクリーン１０との間に偏光解消素子５を配置する例を示したが、偏光解消素子５の配置位置は、光源光学系６と２Ｄスキャンミラー４との間の光路中であってもよい。

【0117】

また、画像投影装置１００は、図１５に示す構成に限られない。例えば、図１６に示すような構成であってもよい。図１６は、本実施形態の表示システム１０００の他の例を示す構成図である。図１６に示す表示システム１０００ｂは、走査型画像投影装置１００ａに代えて、走査型画像投影装置１００ｂを備える点が図１５に示した構成と異なる。

【0118】

走査型画像投影装置１００ｂは、スクリーン１０の表示面に光を走査するための２Ｄスキャンミラー４と、コヒーレント光を発する少なくとも１つの光源部１を含む光源光学系６と、偏光ビームスプリッタ８と、入射する光の偏光方向を変化させる１／４波長板７と、偏光解消素子５とを備える。

【0119】

走査型画像投影装置１００ｂでは、光源光学系６から出射された直線偏光の光が、偏光ビームスプリッタ８で反射されて１／４波長板７を通過し、円偏光の光となって２Ｄスキャンミラー４のミラー面に入射する。

【0120】

その後、２Ｄスキャンミラー４で反射された光が、再度１／４波長板７を通過することにより、直線偏波に変換され、偏光ビームスプリッタ８に入射したときの光と直交する偏光方向の光となって偏光ビームスプリッタ８を直進し、スクリーン１０に到達する。

【0121】

走査型画像投影装置１００ｂの場合、偏光解消素子５を、偏光ビームスプリッタ８とスクリーン１０との間に配置すればよい。すなわち、２Ｄスキャンミラー４で反射された後、偏光ビームスプリッタ８を通過した直線偏光の光を偏光解消素子５に入射させればよい。このように配置することによって、偏光解消素子５により、２Ｄスキャンミラー４で反射された光がビーム径中に一様でない所定の偏光分布を有する光となってスクリーン１０に到達する。

【0122】

また、表示システム１０００は、図１７に示すようなヘッドアップディスプレイ１０００ｃであってもよい。

【0123】

図１７に示すヘッドアップディスプレイ１０００ｃは、画像光を所定のスクリーン面に拡大投影する画像投影装置１００と、画像投影装置１００を収納する箱形状を有する外装筐体３００と、画像投影装置１００から出射される画像光を投影する透過型スクリーンとして画像光投影用スクリーン１０と、コンバイナ２００とを備える。

【0124】

本例において、外装筐体３００は、前面側（視認者側）に開口部３０１が形成されている。そのような構成において、画像光投影用スクリーン１０は、外装筐体３００の開口部３０１を介して露出し、背面側から投影された画像光を前面側に投影してもよい。なお、画像光投影用スクリーン１０は必ずしも露出してなくてもよい（後述の図２０参照）。すなわち、画像光投影用スクリーン１０は、開口部３０１を含む光路中に備えられて投影してもよい。

【0125】

コンバイナ２００は、画像光投影用スクリーン１０からの光の一部を反射して外光の一部を透過することにより画像と背景とを重ねて表示する。コンバイナ２００の反射面は、凹面形状であってもよい。コンバイナ２００の反射面を凹面形状とすると、当該反射面が凹面ミラーとなって凸レンズと同様の働きをする。このような場合には、視認者２０１からは、コンバイナ２００を通して画像（より具体的には、虚像２０２）が遠方に拡大して表示されているように見える（図１８参照）。

【0126】

また、図１７では、画像投影装置１００と画像光投影用スクリーン１０との間に、偏光解消素子５を備える例を示している。このように、偏光解消素子５は、例えば、画像投影装置１００の外側に配置することも可能である。

【0127】

図１７に示す表示システム１０００ｃでは、ヘッドアップディスプレイの光源として画像投影装置１００を有している。以下、外装筐体３００および外装筐体３００内の各要素を併せて本体装置と呼ぶ場合がある。

【0128】

また、図１９および図２０は、表示システム１０００ｃにおける本体装置の他の例を示す模式断面図である。図１９に示すように、表示システム１０００ｃは、本体装置の一要素として、例えば、画像投影装置１００から出射される画像光を画像光投影用スクリーン１０に導くミラー４００を備えていてもよい。また、図２０に示すように、表示システム１０００ｃは、本体装置の一要素として、例えば、画像光投影用スクリーン１０の前面側に、画像光投影用スクリーン１０から出射される光線の方向を変えたり歪みを補正するためのフィールドレンズ５００を備えていてもよい。また、図示省略しているが、この他にも、画像光投影用スクリーン１０の背面側に、光を効率よく伝搬するためのレンズ等を備えていてもよい。

【0129】

なお、図１７および図１８に示すような表示システム１０００ｃすなわちヘッドアップディスプレイ１０００ｃも、リアプロジェクタの一種である。

【実施例】

【0130】

実施例１．
次に、本発明の第１の実施例を説明する。本例は、図１０に示される第４の実施形態の画像光投影用スクリーン４０の例である。

【0131】

まず、複屈折性材料層１２の作製方法について説明する。０．３ｍｍ厚のガラス基板１１の一方の面に、バッファー層として、ＫＢＭ６０３（信越化学工業株式会社製の信越シリコーン（登録商標））を、スピンコート法を用いて塗布、焼成し、成膜した。次に、バッファー層に対して、シランカップリング剤による表面処理を施した。次に、光重合性液晶モノマーを溶媒に希釈した溶液を、表面処理が施されたバッファー層上に塗布し、５０℃の温度で乾燥を行った後、照度８０ｍＷ／ｃｍ^２に調整した高圧水銀ランプを用いて６分間、紫外線照射し光重合性モノマーを硬化した。これにより、波長５８９ｎｍでのΔｎが０．１３２の高分子液晶からなる複屈折性材料層１２を得る。なお、溶液中の光重合性液晶モノマーの濃度は約３４％である。

【0132】

得られた複屈折性材料層１２を偏光顕微鏡で観察すると、遅相軸が４５°変化するまでを一つの範囲とする領域（ドメイン）のサイズであるドメインサイズの最大幅が５０μｍであり、また遅相軸がガラス基板１１の面内でランダムな方向に配向しており、さらに各ドメインのリタデーションが波長５３２ｎｍでλ／２−０．２λ〜λ／２＋０．２λの範囲であることを確認した。

【0133】

次に、別途用意したガラス基板（基板１３）の一方の表面を、サンドブラストで処理することにより、拡散角が約１５°の拡散板４１を得る。

【0134】

得られた拡散板４１の拡散面（ガラス基板のサンドブラストで表面処理されている側の面）と、複屈折性材料層１２とが向かい合うように積層させて接着することにより、画像光投影用スクリーン４０を作製した。なお、接着層の厚さは０．３ｍｍ以下である。

【0135】

このように作製した画像光投影用スクリーン４０を、例えば、レーザ光を用いる走査型画像投影装置１００ａのスクリーンに用いることにより、レーザの干渉により発生するスペックルノイズを低減できる。

【0136】

例えば、本例の画像光投影用スクリーン４０を配置した表示システムにおけるスペックルコントラストについて下記のように調べた。すなわち、本例の画像光投影用スクリーン４０を配置した表示システムにおいて、波長５３２ｎｍのレーザ光に対して、所定のスクリーン面（本例では、画像光投影用スクリーン４０の出射側に設けた仮想のスクリーン面）に映し出された画像をデジタルカメラによって撮影した。デジタルカメラの撮影は仮想のスクリーン面に対して略垂直となる角度から該スクリーンの中央付近の約１．７ｃｍ四方の正方形領域を撮影した。このとき、デジタルカメラの撮影条件は、縦方向２００ピクセル×横方向２００ピクセル＝４００００ピクセルの画素数において、各画素の明るさを０〜２５５の２５６段階で分析し、スペックルコントラストを計算した。このときの画素明るさ平均Ｉ_ａｖｒは１１０であり、画素明るさの標準偏差σは１８となり、これによるスペックルコントラストＣ_ｓは約１６％であった。

【0137】

一方、偏光解消しない拡散板をスクリーンに用いた場合、同様の方法で測定したスペックコントラストは２０％であった。したがって、本例の画像光投影用スクリーン４０によって約２０％のスペックルコントラストの低減効果を得た。

【産業上の利用可能性】

【0138】

本発明は、画像光を投影するためのスクリーンおよび該スクリーンを用いる装置であれば、好適に適用可能である。

【符号の説明】

【0139】

１０、２０、３０、４０ 画像光投影用スクリーン
１１、２１、３１、１３、２３、３３ 基板
１２、２２、３２ 複屈折性材料層
１２１ 領域
２２１、３２１ 単位領域
２４、２５ 配向膜
３６ 等方性材料層
４１ 拡散板
１００ 画像投影装置
１ 光源部
２ コリメータレンズ
３ ダイクロイックミラー
４ ２Ｄスキャンミラー
５ 偏光解消素子
６ 光源光学系
７ １／４波長板
８ 偏光ビームスプリッタ
１０００ 表示システム
１０００ｃ ヘッドアップディスプレイ
３００ 外装筐体
３０１ 開口部
２００ コンバイナ
４００ ミラー
５００ フィールドレンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】