JP2015049381A - 表示装置、表示方法及び補償部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】色ムラの発生を抑制しつつ、表示装置に用いられるレンズに起因する複屈折性を補償することが可能な、表示装置、表示方法及び補償部材の製造方法を提案すること。
【解決手段】本開示に係る表示装置は、光源からの光を表示面へと導光するレンズと、当該レンズのレンズ面に対向する面内が複数の領域に区分されており、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向が制御された補償部材と、を備える。
【選択図】図３

Description

本開示は、表示装置、表示方法及び補償部材の製造方法に関する。

投影画像を表示する表示装置の一つとして、下記特許文献１に開示されているようなプロジェクタ装置がある。また、近年では、技術の発達に伴い、プロジェクタ装置を用いて三次元像を映し出す試みも行われるようになってきている。

ここで、プロジェクタ装置を用いて三次元像を映し出す方式としては、時分割方式、色分離方式、偏光方式等があり、教育目的や大規模な部屋での使用の際には、安価なメガネを用いることで三次元像を見ることができ、色再現の美しい偏光方式が採用されている。また、プロジェクタ装置自体をより小型化した、より安価な製品が希求されている。このような状況も踏まえ、プロジェクタ装置に用いられる投射レンズの設計はより複雑になり、加えて、材料コストの削減のために、プラスチックを利用したレンズ（いわゆる、プラスチック（樹脂）レンズ）も用いられるようになってきている。

特開２０１２− ４００９号公報 特開２０１１−３３８９７号公報

しかしながら、かかるプラスチックレンズは、成形の過程で歪みを生じやすく、プラスチックレンズに導光される光の偏光を制御したとしても、プラスチックレンズを透過した時点で制御した偏光が乱れてしまう。本発明者らがこのような偏光の乱れについて鋭意検討した結果、かかる偏光の乱れは、プラスチックレンズの複屈折性に起因することが明らかとなった。また、本発明者らが更なる検討を行った結果、プラスチックレンズを透過することで乱れた偏光を偏光板により補正したとしても、最終的に映し出される画像には色ムラが発生してしまうことが明らかとなった。

ここで、プラスチックレンズの複屈折性を補正する技術として、上記特許文献２では、レーザプリンタ等の画像形成装置において、樹脂レンズの後段に、樹脂レンズの複屈折性を補正するための異方性素子を配置する技術が開示されている。しかしながら、上記特許文献２の技術では、適用されている装置が画像形成装置であるということもあり、本発明者らによって見出された、最終的に映し出される画像での色ムラを解消できるものではない。

このように、画像等の表示対象物を表示する表示装置において、色ムラの発生を抑制しつつ、表示装置に用いられるレンズに起因する複屈折性を補償することが可能な技術が希求されていた。

そこで、本開示では、色ムラの発生を抑制しつつ、表示装置に用いられるレンズに起因する複屈折性を補償することが可能な、表示装置、表示方法及び補償部材の製造方法を提案する。

本開示によれば、光源からの光を表示面へと導光するレンズと、前記レンズのレンズ面に対向する面内が２次元的に複数の領域に区分されており、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向が制御された補償部材と、を備える表示装置が提供される。

また、本開示によれば、光源からの光をレンズにより表示面へと導光することと、前記光が前記表示面へと到達する前に、前記レンズのレンズ面に対向する面内が２次元的に複数の領域に区分されており、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向が制御された補償部材により、前記レンズの複屈折性に起因して前記光に生じる位相差を補償することと、を含む表示方法が提供される。

また、本開示によれば、所定の光学部材における、光源からの光を表示面へと導光するレンズのレンズ面に対向する面内を２次元的に複数の領域に区分し、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向を制御することを含む補償部材の製造方法が提供される。

本開示によれば、レンズ面に対向する面内が複数の領域に区分されており、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向が制御された補償部材は、レンズの複屈折性に起因する偏光の乱れを補償する。

以上説明したように本開示によれば、色ムラの発生を抑制しつつ、表示装置に用いられるレンズに起因する複屈折性を補償することが可能である。

本開示の第１の実施形態に係る表示装置の光学系の一例を模式的に示した説明図である。 複屈折性について説明するための模式図である。 複屈折性について説明するための模式図である。 同実施形態に係る表示装置の補償部材について説明するための説明図である。 同実施形態に係る表示装置の投射レンズと補償部材との関係を説明するための説明図である。 実施例における輝度及び色ムラの測定方法について説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は、以下の順序で行うものとする。
（１）第１の実施形態
（１−１）表示装置が備える光学系の一例について
（１−２）補償部材について
（１−３）補償部材の製造方法について
（２）まとめ
（３）実施例

（第１の実施形態）
以下では、本開示の第１の実施形態に係る表示装置として、各種の画像をスクリーン等の表示面に表示させる、三次元像を表示可能な偏光方式のプロジェクタ装置を例に挙げて、本実施形態に係る表示装置について詳細に説明する。

＜表示装置の光学系の一例について＞
まず、図１〜図２Ｂを参照しながら、本実施形態に係る表示装置１０が備える光学系の一例について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る表示装置１０が備える光学系の一例を模式的に示した説明図である。図２Ａ及び図２Ｂは、複屈折性について説明するための説明図である。

本実施形態に係る表示装置１０は、図１に示した光学系以外にも、光学系で発生する熱を冷却するための冷却機構等を有しているが、図１では、本実施形態に係る表示装置１０が有する光学系の一例を示したものである。

図１に示したように、本実施形態に係る表示装置１０の光学系は、光源部１０１と、像投影部１０３と、を主に備える。

光源部１０１は、表示装置１０で用いられる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢを生成する部分である。光源部１０１は、白色光を射出する高圧水銀ランプ等の光源と、かかる白色光を上記３色の光に分光する分光機構と、を備えたものであっても良いし、半導体レーザや発光ダイオード等の固体発光素子を組み合わせて上記３色の光を射出する機構を有したものであっても良い。本実施形態に係る表示装置１０の光学系において、光源部１０１の構成は特に限定されるものではなく、公知の各種光源を利用することが可能である。

光源部１０１で生成された赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢのそれぞれは、未図示のミラーやレンズ等を含む光学素子により、像投影部１０３へと導光される。

像投影部１０３は、光源部１０１から射出された３色の光（赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢ）を光学的に処理して画像光を生成し、かかる画像光を外部に設けられたスクリーン等の表示面に拡大投影する部分である。この像投影部１０３は、例えば図１に模式的に示したように、液晶光変調素子（以下では、ＬＣＤパネルともいう。）１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂと、プリズム１０７と、選択性１／２波長板１０９と、投射レンズ１１１と、補償部材１１３と、を主に有する。

３種類のＬＣＤパネル１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂ（以下、まとめてＬＣＤパネル１０５という場合がある。）は、例えば透過型のＬＣＤパネルで構成されている。ＬＣＤパネル１０５は、パネルドライブ部（図示せず。）からの所定の駆動信号に基づいて、液晶セル（図示せず。）に封入された液晶分子の配向が制御されることで、パネルへの入射光を、液晶セル単位で透過させたり遮断したりする。これにより、パネルに入射した光は変調されることとなる。その後、各ＬＣＤパネル１０５は、変調した所定波長の光（変調光）を、プリズム１０７へと射出する。

ここで、図１に示したように、赤色光ＬＲが入射するＬＣＤパネル１０５Ｒと、青色光ＬＢが入射するＬＣＤパネル１０５Ｂとは、例えば、各パネルにおける光射出面がプリズム１０７を介して互いに対向するように配設されている。また、緑色光ＬＧが入射するＬＣＤパネル１０５Ｇは、ＬＣＤパネル１０５Ｒ及びＬＣＤパネル１０５Ｂの対向方向に対して直交する方向に配設されている。

また、プリズム１０７に入射する３色の変調光は、図示しない偏光フィルタ等により、偏光方向がそれぞれ制御されている。例えば図１に示した光学系では、図中に示したように、ＬＣＤパネル１０５Ｒから射出された赤色の変調光及びＬＣＤパネル１０５Ｂから射出された青色の変調光のそれぞれは、プリズム１０７に入射する際には図１中のｘ軸方向を振動方向とする偏光（すなわちＳ偏光）となるように制御されている。また、ＬＣＤパネル１０５Ｇから射出された緑色の変調光は、プリズム１０７に入射する際には図１中のｙ軸方向を振動方向とする偏光（すなわちＰ偏光）となるように制御されている。

プリズム１０７は、ＬＣＤパネル１０５Ｒ、１０５Ｇ，１０５Ｂから射出された、偏光方向の制御されている変調光を合波し、得られた合波光（すなわち、画像光Ｌ１）を射出する。プリズム１０７から射出された画像光Ｌ１は、プリズム１０７の後段の光路上に設けられた選択性１／２波長板１０９へと導光される。

ここで、本実施形態に係るＬＣＤパネル１０５及びプリズム１０７は、特に限定されるものではなく、公知のものを適宜利用することが可能である。

選択性１／２波長板１０９は、入射した光のうち、特定波長帯域の偏光の偏光方向を９０°回転させる、波長選択性の偏光回転板である。図１に示した本実施形態に係る像投影部１０３では、プリズム１０７から射出された画像光Ｌ１のうち、赤色成分及び青色成分はＳ偏光となっており、緑色成分がＰ偏光となっている。ここで、画像光Ｌ１が選択性１／２波長板１０９に入射することで、緑色成分の偏光方向が９０°回転して、Ｓ偏光へと変換される。これにより、選択性１／２波長板１０９から射出された画像光Ｌ１は、図１中に示したように、Ｓ偏光成分のみからなる画像光となる。選択性１／２波長板１０９から射出された偏光方向の揃った画像光Ｌ１は、後段に設けられた投射レンズ１１１へと導光される。

なお、本実施形態に係る選択性１／２波長板１０９は、特に限定されるものではなく、公知の波長選択性偏光ローテーターを適宜利用することが可能である。

投射レンズ１１１は、入射した画像光Ｌ１を、表示面として機能する外部のスクリーン（図示せず。）等へと拡大投射するレンズである。なお、図１では、１つのレンズを用いて投射レンズ１１１を図示しているが、投射レンズ１１１は、１つのレンズから構成されていてもよいし、複数のレンズにより構成されたレンズ群であってもよい。

上述のように、近年では、表示装置１０の小型化を図るために、短焦点レンズや超短焦点レンズ等を実現するべく、投射レンズ１１１の設計はより複雑化し、非球面レンズ等が用いられることが多くなってきている。加えて、表示装置１０の低コスト化をも考慮する場合には、複雑化した投射レンズ１１１を実現するために、いわゆるプラスチック（樹脂）レンズが単独で用いられたり、プラスチックレンズがいわゆるガラスレンズと組み合わせて用いられたりすることが多い。プラスチックレンズは、目的とするレンズの形状に合わせて作成された型に対して樹脂を注入することで成形されるものであるが、かかるレンズの成形時に歪みを生じやすいことが知られている。

より詳細には、プラスチックレンズの材料となる樹脂を型の注入口から注入することで、樹脂は放射状に拡散していき、樹脂の高分子鎖が所定の方向に配向することとなる。かかる配向状態では、高分子鎖の配向方向に偏光した直線偏光に対するレンズの屈折率ｎ_／／と、配向方向に対して直交する方向に偏光した直線偏光に対するレンズの屈折率ｎ_⊥とが異なることとなる。その結果、成形されるプラスチックレンズは複屈折性を有することとなり、かかる複屈折性が歪みとして機能してしまう。成形の結果生じた複屈折性の大きさは、Δｎ＝ｎ_／／−ｎ_⊥で表される。

ここで、図２Ａに模式的に示したように、屈折率楕円においてｎ_／／＞ｎ_⊥となり、Δｎが正になる場合の複屈折性を、「正の複屈折」と呼ぶ。また、図２Ｂに模式的に示したように、屈折率楕円においてｎ_／／＜ｎ_⊥となり、Δｎが負になる場合の複屈折性を、「負の複屈折」と呼ぶ。成形されたプラスチックレンズが正負何れの複屈折性を示すかは、用いた樹脂材料に依存する。

このような複屈折性を示すプラスチックレンズに対して偏光の制御された光（例えば、本実施形態における画像光Ｌ１）が入射すると、上記のような屈折率の違いに起因して、画像光Ｌ１の偏光が乱れてしまい、レンズを透過した光で位相差が生じてしまう。その結果、特に、表示装置１０が偏光方式を利用した立体像を投影する目的で使用されている場合、投影像が立体像として認識されなくなってしまう場合が生じうる。

このように、複屈折性の大きさと、透過光に生じる位相差の大きさとは相関があり、複屈折性の大きさを、波長で規格化した位相量の大きさで表すことが可能である。より詳細には、波長λｎｍの光を利用して測定した位相差量がθ°であった場合、複屈折量の大きさは、（θ×λ／３６０）［単位：ｎｍ］で表される。

かかる偏光の乱れを補償するために偏光板を挿入し、乱れた偏光を再び揃えようとした場合、偏光が乱れた状態で偏光板を透過する光は、偏光板の吸収軸方向の光がカットされてしまうために、光量の減少が生じ、暗くなってしまう。また、波長によって偏光の乱れ方に差があるため、偏光板で吸収される光の量が波長毎に異なり、輝度ムラが色ムラとなって表れてしまう。その結果、スクリーン上では酷い色ムラが発生してしまっていた。

そこで、本発明者らは、かかる現象を解消すべく鋭意検討を行った結果、投射レンズ１１１の複屈折性に起因する上記の現象を補償可能な補償部材に想到し、図１に示したように、投射レンズ１１１の後段に、かかる補償部材を配設した。

補償部材１１３は、投射レンズ１１１の後段の光軸上に配設されており、投射レンズ１１１が有する複屈折性に起因する画像光Ｌ１の偏光の乱れを補償する機能を有する光学部材である。投射レンズ１１１を透過することで偏光の乱れた画像光Ｌ１は、補償部材１１１３を透過することで偏光の乱れが補償され、スクリーンへと導光されることとなる。

なお、本実施形態に係る補償部材１１３の詳細については、以下で改めて詳述する。

以上、図１〜図２Ｂを参照しながら、本実施形態に係る表示装置１０の光学系の全体構成の一例について、簡単に説明した。

＜補償部材１１３について＞
続いて、図３及び図４を参照しながら、本実施形態に係る表示装置１０が備える補償部材１１３について、詳細に説明する。図３は、実施形態に係る表示装置の補償部材について説明するための説明図であり、図４は、本実施形態に係る表示装置の投射レンズと補償部材との関係を説明するための説明図である。

上記のように、本実施形態に係る補償部材１１３は、投射レンズ１１１の複屈折性に起因する画像光Ｌ１の偏光の乱れを補償する光学部材である。より詳細には、本実施形態に係る補償部材１１３は、投射レンズ１１１のレンズ面に対向する面内を、２次元的に複数の領域に区分して取り扱い、これら複数の領域毎に、投射レンズ１１１の複屈折性に起因する偏光の乱れを補償する。
以下、補償部材１１３のレンズ面を２次元的に区分した上で投射レンズ１１１の複屈折性を補償する方法について、詳細に説明する。

先だって説明したように、プラスチックレンズのような複屈折性を有する光学材料により形成されたレンズが投射レンズ１１１として用いられた場合、当該レンズにおける屈折率の異方性に応じて偏光状態の乱れが発生する。かかるレンズでは、屈折率の異方性に起因して、光の伝播速度が速くなる（すなわち、位相が進む）軸方向（進相軸）と、光の伝播速度が遅くなる（すなわち、位相が遅れる）軸方向（遅相軸）と、が存在している。そのため、投射レンズ１１１の複屈折性を補償するためには、用いられている投射レンズ１１１の複屈折性の状態（すなわち、進相軸や遅相軸がレンズ面において２次元的にどのように分布しているか）を把握することが重要となる。

そこで、着目する投射レンズ１１１の複屈折の状態を、回転検光子法、光弾性変調法、液晶位相変調法等といった公知の手法を利用した測定装置（例えば、２次元複屈折評価装置等）により特定する。これにより、図３上段に模式的に示したように、投射レンズ１１１のレンズ面における進相軸（及び／又は遅相軸）の分布の様子や位相差量をマップ化することが可能となる。

通常、プラスチックレンズ等では、進相軸の分布は一様ではなく、図３上段に示したように、互いに類似した軸方向を有する複数の領域（ドメイン）に区分できることが多い。図３上段では、進相軸の方向を矢印で図示しており、投射レンズ１１１のレンズ面が、領域Ｒ１〜領域Ｒ５までの５つの領域に区分されたことを示している。

本実施形態に係る補償部材１１３は、図３上段で示したような投射レンズ１１１における進相軸（又は遅相軸）の分布の様子に基づいて、遅相軸（又は進相軸）の分布の様子を、補償部材１１３の投射レンズ１１１に対向する面内において、２次元的に制御されている。すなわち、図３下段に示したように、投射レンズ１１１のレンズ面に対向する補償部材１１３の面は、投射レンズ１１１におけるドメインの分布にあわせて区分化されている。更に、各ドメインにおいて、投射レンズ１１１の進相軸の方向と補償部材１１３の遅相軸の方向とがほぼ平行となる（又は、投射レンズ１１１の遅相軸の方向と補償部材１１３の進相軸の方向とがほぼ平行となる）ように、遅相軸（又は進相軸）の方向が制御されている。

例えば図３に示した例では、補償部材１１３における投射レンズ１１１のレンズ面に対向する面では、投射レンズ１１１のレンズ面にあわせて、領域（ドメイン）が領域Ｒ１’〜領域Ｒ５’の５つに区分されており、領域Ｒ１と領域Ｒ１’、領域Ｒ２と領域Ｒ２’、領域Ｒ３と領域Ｒ３’、領域Ｒ４と領域Ｒ４’及び領域Ｒ５と領域Ｒ５’が互いに対向するように配設される。その上で、各領域において、投射レンズ１１１の進相軸の方向と、補償部材１１３の遅相軸の方向とがほぼ一致するように、各領域Ｒ１’〜Ｒ５’における複屈折性が制御される。

ここで、各領域において、投射レンズ１１１における軸方向と補償部材１１３における軸方向とは、完全に一致（すなわち、完全に平行）となっていなくともよく、所定の誤差が生じていてもよい。また、領域間の界面では、軸方向が不連続に切り替わっていてもよいし、領域間で進相軸（又は遅相軸）の方向が連続的に切り替わるようになっていてもよい。

ここで、上記特許文献２に開示されている技術では、主走査方向に沿って直線的に一次元で軸が変化している（主走査方向にのみ軸を変化させている）のに対し、本実施形態では、例えば図３に示したように、二次元的に軸の方向を制御し、かつ、補償部材１１３の面内を複数の領域に区分することで、領域毎に複屈折性に伴う歪みの補償を行っている。一次元的に軸が分布しており、複屈折性、すなわち位相差量も連続的に変化している場合には、上記特許文献２に開示されている通りジョーンズ行列を用いることで位相差量を簡単に計算でき、本実施形態のように補償部材を複数の領域に分割することなく位相差量を補償できる場合がある。しかしながら、本実施形態のように軸が二次元的に変化しており、補償対象とする投射レンズが複数の樹脂レンズを使用している場合には、その複数の樹脂レンズに由来する複数の歪が合成された複屈折量となるため、連続的な分布になるとは限らない。従って、本実施形態のように領域を分割して補償する事が重要になる。

また、軸方向が不連続になっている部分での補償の可否が懸念されたが、不連続な境界部分の位置と補償板の領域分割の境界位置とを一致させることで、軸方向が不連続になっている部分においても、うまく補償することが可能であった。逆に、軸方向の境界の位置がずれると、ずれが生じた位置は補償されない領域となるため、表示面へ暗い影となって表示されることも明らかとなった。

なお、図３では、投射レンズ１１１及び補償部材１１３のレンズ面が５つの領域に区分される場合について図示しているが、これらのレンズ面における領域数は５つに限定されるものではなく、２〜４個の領域数であってもよいし、６以上の領域数であってもよい。また、本実施形態に係る補償部材をより簡便に製造することを考慮すると、領域数は少ない方が好ましい。プラスチックレンズの製造に際して、製造に用いられる樹脂は注入口から注入されて対称的に広がっていくことを考慮すると、進相軸（又は遅相軸）の分布は注入口に対して対称的になると考えられる。そのため、領域数は、樹脂の注入方向と、当該注入方向の両側にそれぞれ仮想的に区分される４領域と、を考慮して、９領域以下とすることが好ましい。

補償部材１１３の複屈折性を上記のように２次元的に制御することによって、例えば図３に示した例では、投射レンズ１１１の領域Ｒ１を透過し位相が所定量進んだ画像光Ｌ１は、補償部材１１３の対応する領域Ｒ１’を透過することによって位相が所定量遅れることとなる。その結果、投射レンズ１１１及び補償部材１１３の双方を透過した画像光Ｌ１に生じる位相差は、抑制されることとなる。これにより、本実施形態に係る表示装置１０では、画像光Ｌ１の光量の損失を抑制しつつ、明るくムラの無い画像を得ることが可能となる。

このように、本実施形態に係る補償部材１１３は、投射レンズ１１１全体として生じている複屈折性に伴う歪みの方向に応じて、補償部材１１３のレンズ面の異方性軸の方向を領域毎に２次元で制御する。ここで、上記の例では、投射レンズ１１１の進相軸／遅相軸の方向と、補償部材１１３の遅相軸／進相軸の方向とをほぼ一致させる場合について説明したが、進相軸や遅相軸の方向だけでなく、更に、複屈折性に伴う位相差量の大きさを領域毎に制御することがより好ましい。かかる技術的思想は、例えば、図３に示した投射レンズ１１１の領域Ｒ１において複屈折性に伴い位相差が＋ｘ生じる（位相がｘだけ進む）場合に、補償部材１１３の領域Ｒ１’で生じる位相差量を−ｘに制御することを意味している。これにより、これらの領域を透過した画像光Ｌ１に結果的に生じる位相差量を相殺することが可能となる。その結果、異方性軸の方向のみを制御した場合に比べて、光量の損失を更に抑制しつつ、より色ムラの無い画像を得ることが可能となる。

ここで、投射レンズ１１１が有している複屈折性の特性と、補償部材１１３に用いる光学部材の複屈折性の特性との組み合わせは特に限定されず、どのような組み合わせであっても、投射レンズ１１１の複屈折性に起因する偏光の乱れを補償することが可能である。例えば、投射レンズ１１１と補償部材１１３とは、図４におけるケース１又はケース２として示したように、互いに同一の特性の複屈折性を有していても良いし、図４におけるケース３又はケース４として示したように、互いに逆の特性の複屈折性を有していても良い。

光学補償を考える際に、進相軸と遅相軸とで位相差を相殺するという考え方がある。図４のケース１、ケース２に示した例は、互いの進相軸あるいは遅相軸を直交させることで、位相差を相殺し、複屈折性を補償する例である。すなわち、図４のケース１、ケース２に示した例は、同一の軸を互いに直交させることにより、異なった軸が重なることになる。

一方、図４のケース３、ケース４に示した例も、それぞれの屈折率楕円体の形は図２Ａ、図２Ｂに示した通りであるから、互いの遅相軸同士、進相軸同士を直交させることで位相差を相殺することができる。ケース３にあてはめて具体的に考えると、正の複屈折性をもつレンズの遅相軸の方向に、負の複屈折性を持つ補償部材の進相軸の方向を合わせることになる。

なお、図４のケース３、ケース４のように異なる特性同士の組合せの場合は、ケース１、ケース２の方法と比較して、斜め光に対する補償効果がより優れたものとなる。ここで、斜め光とは、投射レンズ１１１や補償部材１１３の入射面の法線方向に対して、ある入射角を有して入射する光を意味する。これにより、投射レンズ１１１が、広角での投射を実現する焦点距離の短い投射レンズ（いわゆる短焦点投射レンズ）であっても、適切に補償処理を行うことが可能となる。

なお、補償部材１１３に用いられる光学材料は特に限定されるものではなく、求められる複屈折性や屈折率の大きさ等に応じて、公知の材料から適宜選択すればよい。かかる光学材料として、正の複屈折性を有するものとしては、例えば、各種のシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、各種の液晶ポリマー等を挙げることができ、負の複屈折性を有するものとしては、例えば、ポリエチレンメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）等を挙げることができる。また、補償部材１１３に用いる光学材料として、サファイヤ等の各種の結晶や、多層膜等を用いることも可能である。

以上、図３及び図４を参照しながら、本実施形態に係る補償部材１１３について、詳細に説明した。

なお、図１に示した光学系では、投射レンズ１１１の後段に補償部材１１３が配設される場合について図示しているが、本実施形態に係る補償部材１１３の配設位置は、投射レンズ１１１の後段に限定されるわけではない。補償部材１１３において、以上説明したような投射レンズ１１１の異方性軸の方向に応じた異方性軸の方向制御が行われているのであれば、補償部材１１３は、投射レンズ１１１の前段に配設されていてもよい。

＜補償部材の製造方法について＞
次に、本実施形態に係る補償部材１１３の製造方法について、簡単に説明する。
本実施形態に係る補償部材１１３は、光源からの光を表示面へと導光するレンズ（投射レンズ１１１）が有する複屈折性に基づいて、補償部材１１３として利用する光学材料における投射レンズ１１１のレンズ面に対向する面内を、２次元的に複数の領域に区分し、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向を制御することで製造される。

より詳細には、本実施形態に係る補償部材１１３を製造する際、まず、表示装置１０で用いられている投射レンズ１１１の複屈折率の状態を、公知の測定装置を利用して測定する。これにより、投射レンズ１１１が有している複屈折性（正の複屈折性か負の複屈折性か）を特定するとともに、レンズ面における異方性軸（進相軸／遅相軸）の分布の様子を特定することが可能となる。続いて、得られた測定結果に基づいて、投射レンズ１１１のレンズ面を、異方性軸の方向が略同一となる複数の領域へと区分する。これにより、図３上段に示したような異方性軸の分布マップを得ることができる。

ここで、投射レンズ１１１が複数のレンズから形成される場合、上記のような複屈折性の測定は、レンズ群全体として実施されることが好ましいが、レンズ群を構成する複数のレンズのうち複屈折性に影響を与えるレンズのみに着目して測定を行っても良い。

次に、投射レンズ１１１のレンズ面に対向する補償部材１１３の面内を、得られた分布マップに基づいて複数の領域に区分し、各領域における異方性軸の制御方向を特定する。すなわち、投射レンズ１１１の異方性軸の分布マップに応じて、図３下段に示したような、補償部材１１３のレンズ面における異方性軸の方向制御マップを特定する。

続いて、所定の光学材料を利用し、領域毎に異方性軸（進相軸／遅相軸）の方向を制御しつつ、補償部材１１３を公知の方法により製造する。

補償部材１１３の異方性軸の方向制御方法としては、特に限定するものではなく、公知の方法を利用することが可能である。このような方法として、例えば、補償部材１１３の製造に利用するプラスチック樹脂の配向方法を電界印加により制御する方法や、異方性軸の方向が既知の素材を組み合わせる方法等を挙げることができる。

例えば、正の複屈折性を有する補償部材１１３を、液晶ポリマーを用いて製造する場合には、上記異方性軸の方向制御マップに応じて印加する電界の方向を制御することによって、異方性軸の方向制御が可能である。また、例えば、利用する液晶ポリマーの濃度を領域毎に変更する等の方法を併せて用いることで、異方性軸の方向制御に加えて位相差量の制御を行うことも可能である。

また、ａプレートの１／２波長板として機能する（すなわち、正の複屈折性を有する）ことが知られている市販の粘着テープを利用し（テープの長手方向が遅相軸となる。）、かかる粘着テープをガラス等の公知の各種基板に対して貼り付け方向を変えながら貼り付けていくことでも、本実施形態に係る補償部材１１３を製造することができる。この際には、重ねて貼り合わせる粘着テープの枚数を制御することで、位相差量の制御を行うことができる。

また、負の複屈折性を有する補償部材１１３を、サファイヤ等の結晶を用いて製造する場合には、結晶の異方性軸の方向に注意しながら結晶を貼り合わせる（組み合わせる）ことで、本実施形態に係る補償部材１１３を製造することができる。

以上、本実施形態に係る補償部材１１３の製造方法について、簡単に説明した。

（まとめ）
以上説明したように、本開示の実施形態に係る表示装置、表示方法及び補償部材の製造方法では、補償部材のレンズ面を複数の領域に区分し、各領域における光学軸配向を、対向する投射レンズのレンズ面における光学軸配向と互いに異なるように制御する。これにより、投射レンズの複屈折による位相差を抑制し、当該投射レンズに起因する複屈折性を補償することができる。その結果、投影される光における偏光の乱れを防止しつつ、表示面における色ムラの発生を抑制することができる。従って、かかる補償部材を用いることで、本開示の実施形態に係る表示装置は、良好な三次元像を得ることが可能となる。

続いて、実施例を示しながら、本開示の実施形態に係る表示装置及び表示方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本開示の実施形態に係る表示装置及び表示方法のあくまでも一例であって、本開示の実施形態に係る表示装置及び表示方法が下記の実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。

（実施例）
実際に市販されているプラスチックレンズを入手し、かかるプラスチックレンズの特性を、市販の複屈折分布評価装置で測定して、当該プラスチックレンズの複屈折性の極性と、その分布の様子を特定した。その結果、着目しているプラスチックレンズは、正の複屈折性を有していることが明らかとなった。

そこで、正の複屈折性を示すことが公知の液晶ポリマーを利用して、本開示の実施形態に係る補償部材１１３を、印加する電界の方向を制御しながら製造した。なお、かかる補償部材１１３では、各領域における位相差量の制御は行わず、プラスチックレンズの進相軸の方向と補償部材の遅相軸の方向とが一致するように、電界の印加方法を制御した。

以上のようにして製造した補償部材１１３をプラスチックレンズの後段に配設した場合としない場合のそれぞれについて、投射光の投影画面における輝度及び色ムラを、公知の測定機器により測定した。なお、上記プラスチックレンズ及び補償部材１１３に入射させる投射光は、ソニー株式会社製の液晶プロジェクタに用いられている光源部ユニットを利用して、生成した。

なお、投影画面における輝度及び色ムラの測定は、図５に模式的に示したように、投影画面上の９点を測定することで行い、色ムラは、測定したＸ，Ｙ，Ｚ刺激値に基づいて色差（単位：ＪＮＤ）を算出することで評価した。

その結果、本開示の実施形態に係る補償部材１１３を配設しない場合に比べて、投影画面における輝度比は、約２７％向上した。これは、補償部材を配設しない場合には、乱れた偏光に起因して偏光板で吸収されていた光が存在していたのに対し、本開示の実施形態に係る補償部材を配設することで、偏光板を透過する光の光量が増加したためと考えられる。

また、測定した刺激値の差（Δｘ，Δｙ）を利用して、下記の式１１に基づき、色差（単位：ＪＮＤ）を算出した。ここで、下記式１１において、係数ｇ_１１，ｇ_１２，ｇ_２２は、色度点毎に異なる公知の係数である。

その結果、本開示の実施形態に係る補償部材を用いない場合には、測定された色ムラは７．７ＪＮＤであったのに対し、本開示の実施形態に係る補償部材を用いた場合には、測定された色ムラは３．１ＪＮＤであった。この３．１ＪＮＤという色ムラは、表示装置の電気的な調整と組み合わせることで、十分に実用可能な範囲まで色ムラを補償できることを意味する数値である。

このように、本開示の実施形態に係る補償部材を用いることで、色ムラの発生を抑制しつつ、表示装置に用いられるレンズに起因する複屈折性を補償することが可能であることが明らかとなった。

なお、上記実施例では、正の複屈折性を有する投射レンズに起因する偏光の乱れを補償するために、正の複屈折性を有する補償部材を用いた例について示したが、図４のケース２に示したように、負の屈折性を有する投射レンズに起因する偏光の乱れを、負の複屈折性を有する補償部材を用いて補償する場合についても、同様の結果を得ることができる。

また、図４のケース３又はケース４に示した、異なる特性同士の組み合わせについても、本実施例と同様の結果が得られるものと考えられる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
光源からの光を表示面へと導光するレンズと、
前記レンズのレンズ面に対向する面内が２次元的に複数の領域に区分されており、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向が制御された補償部材と、
を備える、表示装置。
（２）
前記補償部材の前記領域毎の進相軸又は遅相軸の方向は、前記領域に対向する前記レンズ面の位置での前記レンズの遅相軸又は進相軸の方向と略平行となるように制御される、（１）に記載の表示装置。
（３）
前記補償部材では、前記領域毎に更に位相差量が制御される、（１）又は（２）に記載の表示装置。
（４）
前記レンズと、前記補償部材とは、互いに同一の特性の複屈折性を有している、（１）〜（３）の何れか１つに記載の表示装置。
（５）
前記レンズと、前記補償部材とは、互いに逆の特性の複屈折性を有している、（１）〜（３）の何れか１つに記載の表示装置。
（６）
前記補償部材は、配向方向の制御された液晶ポリマーで形成される、（１）〜（５）の何れか１つに記載の表示装置。
（７）
前記レンズは、プラスチックを用いて形成されたレンズを含む投射レンズである、（１）〜（６）の何れか１つに記載の表示装置。
（８）
三次元像を表示可能な偏光方式の表示装置である、（１）〜（７）の何れか１つに記載の表示装置。
（９）
光源からの光をレンズにより表示面へと導光することと、
前記光が前記表示面へと到達する前に、前記レンズのレンズ面に対向する面内が２次元的に複数の領域に区分されており、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向が制御された補償部材により、前記レンズの複屈折性に起因して前記光に生じる位相差を補償することと、
を含む、表示方法。
（１０）
所定の光学部材における、光源からの光を表示面へと導光するレンズのレンズ面に対向する面内を２次元的に複数の領域に区分し、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向を制御することを含む、補償部材の製造方法。

１０ 表示装置
１０１ 光源部
１０３ 像投影部
１０５（１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂ） 液晶光変調素子（ＬＣＤパネル）
１０７ プリズム
１０９ 選択性１／２波長板
１１１ 投射レンズ
１１３ 補償部材

Claims (10)

1. 光源からの光を表示面へと導光するレンズと、
   前記レンズのレンズ面に対向する面内が２次元的に複数の領域に区分されており、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向が制御された補償部材と、
   を備える、表示装置。
2. 前記補償部材の前記領域毎の進相軸又は遅相軸の方向は、前記領域に対向する前記レンズ面の位置での前記レンズの遅相軸又は進相軸の方向と略平行となるように制御される、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記補償部材では、前記領域毎に更に位相差量が制御される、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記レンズと、前記補償部材とは、互いに同一の特性の複屈折性を有している、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記レンズと、前記補償部材とは、互いに逆の特性の複屈折性を有している、請求項３に記載の表示装置。
6. 前記補償部材は、配向方向の制御された液晶ポリマーで形成される、請求項１に記載の表示装置。
7. 前記レンズは、プラスチックを用いて形成されたレンズを含む投射レンズである、請求項１に記載の表示装置。
8. 三次元像を表示可能な偏光方式の表示装置である、請求項１に記載の表示装置。
9. 光源からの光をレンズにより表示面へと導光することと、
   前記光が前記表示面へと到達する前に、前記レンズのレンズ面に対向する面内が２次元的に複数の領域に区分されており、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向が制御された補償部材により、前記レンズの複屈折性に起因して前記光に生じる位相差を補償することと、
   を含む、表示方法。
10. 所定の光学部材における、光源からの光を表示面へと導光するレンズのレンズ面に対向する面内を２次元的に複数の領域に区分し、当該領域毎に進相軸又は遅相軸の方向を制御することを含む、補償部材の製造方法。
    

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