JP2016200783A - スクリーン及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペックル及びモアレを低減することができるスクリーンを提供する。【解決手段】スクリーン１は、マイクロレンズが複数配置された第１反射面１１、第２反射面１３及び第１拡散板面９を備えている。第１反射面１１及び第２反射面１３は対向して配置されている。第１反射面１１及び第１拡散板面９は対向して配置されている。第１反射面１１にマイクロレンズ１１ａが配列されている。第２反射面１３にマイクロレンズ１３ａが配列されている。第１拡散板面９において大きさ及び光学素子肉厚が互いに異なるマイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３が不規則に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、スクリーン及び表示装置に関するものである。

表示すべき画像に対応する光を光源装置からスクリーンに照射して表示させる表示装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。そのような表示装置に用いられる光源装置としてレーザーが用いられる。特許文献１に開示されている表示装置は、レーザー光を走査ミラーで反射させ、光線のラスター走査により透過型のスクリーンに画像を表示させる。このような表示装置として、例えばヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイなどがある。

ところで、レーザーからの光をマイクロレンズアレイやフライアイレンズを通すことによってひとつの光束を複数の光束に分割する際、通常、分割された光は偏光方向が同一方向に揃っている。光学系の中で特定の条件が整うと、分割された光がそれぞれ迷光の原因となって光学系の途中で光が強めあう点と弱めあう点が発生してスペックルが生じる場合がある。スペックルは光が強めあう点と弱めあう点の輝点間の（標準偏差）／（平均値）で定義される。スペックルは、いろいろな光学系で発生することが知られている。

特許文献１に開示されているスクリーンは、入射光の一部を透過する反射層をマイクロレンズアレイの表面に有しており、複数の反射面を持っていることでスペックルを減少させることができるとされている。

特表２０１０−５３９５２５号公報 特開２０１３−２５４０３１号公報

特許文献１に開示されているスクリーンは、スペックルを減少できるが、規則的な繰り返しパターンであるためにモアレ（干渉縞）が発生するという問題があった。

本発明の目的は、スペックル及びモアレの発生を低減することができるスクリーン及びそれを用いた表示装置を提供することである。

本発明の実施形態に係るスクリーンは、マイクロレンズ、マイクロコーナーキューブ又は四角錐構造からなる光学素子が複数配置された第１反射面、第２反射面及び第１拡散板面を備え、上記第１反射面及び上記第２反射面は対向して配置されており、上記第１反射面及び上記第１拡散板面は対向して配置されており、上記第１拡散板面において上記光学素子が不規則に配置されているものである。

本発明の実施形態に係る表示装置は、本発明の実施形態のスクリーンと、表示すべき画像に対応する光を上記スクリーンに照射する光源装置と、を備えたものである。

本発明の実施形態のスクリーン及び表示装置はスペックル及びモアレの発生を低減することができる。

スクリーンの一実施形態を説明するための模式的な断面図である。 同実施形態のスクリーンの第２面及び第３面におけるマイクロレンズの配置例を説明するための模式的な平面図である。 同実施形態のスクリーンの第１面におけるマイクロレンズの配置例を説明するための模式的な平面図である。 スクリーンの他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 同実施形態のスクリーンの第２面及び第３面におけるマイクロレンズの配置例を説明するための模式的な平面図である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 同実施形態のスクリーンの第０面におけるマイクロレンズの配置例を説明するための模式的な平面図である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 第２面及び第３面に配置されたマイクロレンズアレイのピッチや、拡散板面数を変化させたときのスクリーンのスペックル及びモアレ解消機能の程度について調べた結果を示す図表である。 第２面及び第３面に配置されたマイクロレンズアレイのピッチ及び曲率、拡散板面数を変化させたときのスクリーンのスペックル及びモアレ解消機能の程度について調べた結果を示す図表である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 同実施形態のスクリーンの第２面及び第３面におけるマイクロコーナーキューブの配置例を説明するための模式的な平面図である。 同実施形態のスクリーンの第１面におけるマイクロコーナーキューブの配置例を説明するための模式的な平面図である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 同実施形態のスクリーンの第２面及び第３面における四角錐構造の配置例を説明するための模式的な平面図である。 同実施形態のスクリーンの第１面における四角錐構造の配置例を説明するための模式的な平面図である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 表示装置の一実施形態を説明するための模式的な構成図である。

本発明の実施形態のスクリーンにおいて、「光学素子が不規則に配置されている」とは、複数の光学素子の配置において、光学素子の形状、光学素子肉厚（高さ）、表面の滑らかさのうち少なくとも１つが不規則であることを意味する。もちろん、光学素子の形状が不規則な構成と、光学素子の光学素子肉厚が不規則な構成と、光学素子の表面の滑らかさが不規則な構成が組み合わされていてもよい。

本発明の実施形態のスクリーンにおいて、例えば、光学素子が複数配置された第２拡散板面をさらに備え、上記第１拡散板面及び上記第２拡散板面は対向して配置されており、上記第２拡散板面において上記光学素子が不規則に配置されているようにしてもよい。光学素子が不規則に配置されている第２拡散板面をさらに備えていることにより、本発明の実施形態のスクリーンはスペックル及びモアレの発生をより低減することができる。

本発明の実施形態のスクリーンにおいて、上記第１反射面の反射率と上記第２反射面の反射率の合計反射率は５０％以下、好ましくは３０％以下である。これにより、光透過性を有するスクリーンを形成できる。ここで言う「光透過性を有する」とは、第１反射面側から入射する光と第２反射面側から入射する光のうち少なくとも一方の光に対して透過性を有することを意味する。例えば、「表示すべき画像に対応する光」が照射される面とは「反対側の面から入射する光（例えば太陽光）」の透過性を有する。

なお、本発明の実施形態のスクリーンにおいて、上記合計反射率は５０％を超えていてもよいし、商品によっては１００％もありうる。ここで、合計反射率が１００％とは全反射を意味する。例えば、本発明の実施形態のスクリーンは、「表示すべき画像に対応する光」が照射される面から入射する光を全反射し、その面とは「反対側の面から入射する光」をわずかに透過する。なお、本発明の実施形態のスクリーンは、反射面が奥行き方向に対して複数あることが通常の反射ミラーとは異なっている。

また、本発明の実施形態のスクリーンは、例えば、上記拡散板において互いに光学素子肉厚が異なる上記光学素子が不規則に配置されているようにしてもよい。例えば、第１拡散板及び第２拡散板を備えている構成において、互いに光学素子肉厚が異なる上記光学素子は、第１拡散板のみ、もしくは第２拡散板のみ、又はその両方において、不規則に配置されている。なお、本発明の実施形態のスクリーンにおいて、「光学素子が不規則に配置されている」構成は、複数の光学素子の配置において、光学素子の形状、光学素子肉厚（高さ）、表面の滑らかさのうち少なくとも１つが不規則であればよい。

本発明の実施形態のスクリーンにおいて、例えば、上記拡散板において上記光学素子として２種以上のマイクロレンズが形成されており、上記２種以上のマイクロレンズは、マイクロレンズの有効径：Ｄ及び焦点距離：ｆが所望の拡散角：２θに対してｔａｎθ＝Ｄ／（２ｆ）を満たし、かつ、Ｆ値：Ｆｎ＝ｆ／Ｄがマイクロレンズごとに略同一になるように設定されているようにしてもよい。ただし、本発明の実施形態のスクリーンにおいて、上記拡散板に配置されたマイクロレンズは、上記関係を満たしていなくてもよい。また、本発明の実施形態のスクリーンにおいて、上記拡散板に配置されたマイクロレンズは、１種のみのマイクロレンズであってもよい。

本発明の実施形態のスクリーンは、例えば、レンズに入射させる拡散光を発生するために用いられ、そのレンズの開口数よりも、該スクリーンの拡散角：２θに対するｓｉｎθが大きく設定されているようにしてもよい。ただし、本発明の実施形態のスクリーンの用途は、レンズに入射させる拡散光を発生する用途に限定されない。例えば、本発明の実施形態のスクリーンは、ヘッドアップディスプレイに用いられる中間スクリーンやコンバイナなど、光透過性を有するスクリーンに適用できる。

本発明の実施形態の表示装置において、例えば、上記スクリーンの上記第１反射面及び上記第２反射面の少なくとも一方の面において上記光学素子は上記四角錐構造であり、上記四角錐構造は上記スクリーンにおいて上記光源装置からの光の入射面側に凸形状になるように配置されているようにしてもよい。これにより、光源装置からの光の入射面とは反対側の面からスクリーンに入射する光の一部を反射させることができる。

さらに、例えば、上記四角錐構造は上記第１反射面と上記第２反射面のうち上記入射面とは反対側の面に配置されている反射面に少なくとも配置されているようにすれば、上記反対側の面からスクリーンに入射する光の一部をより効率よく反射させることができる。

図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、スクリーンの一実施形態を説明するための模式的な断面図である。図２は、この実施形態のスクリーンの第２面（第１反射面）及び第３面（第２反射面）におけるマイクロレンズの配置例を説明するための模式的な平面図である。図３は、この実施形態のスクリーンの第１面（拡散板面）におけるマイクロレンズの配置例を説明するための模式的な平面図である。

スクリーン１は、例えば基材３、基材５及び基材７を備えている。基材３、基材５及び基材７はそれぞれ光透過性を有する材料で形成されている。
基材３の材料は、例えば、ガラス（窓用ガラスを含む）、樹脂材料からなる基板やシート（ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリオレフィン、耐熱性樹脂：ＯＲＧＡ（登録商標））などである。
基材５の材料は、例えば基材３の材料と同じである。ただし、基材５の材料は基材３の材料とは異なっていてもよい。
基材７の材料は、例えば、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂、光・熱硬化性樹脂、高分子材料、ガラス材料、成形可能なガラス材料やセラミック材料などである。

スクリーン１の平面サイズは例えば５０ｍｍ×５０ｍｍ（ミリメートル）程度である。例えば、基材３、基材５、基材７の厚みは順に１.０ｍｍ程度、０.０３ｍｍ程度、１.０ｍｍ程度である。

スクリーン１には、第１面９（拡散板面）、第２面１１（第１反射面）、第３面１３（第２反射面）及び第４面１５が形成されている。第１面９は、基材３の基材５とは反対側の表面である。第２面１１は、基材３と基材５の境界の面である。第３面１３は、基材５と基材７の境界の面である。第４面１５は、基材７の基材５とは反対側の表面である。第１面９と第２面１１、第２面１１と第３面１３、第３面１３と第４面１５はそれぞれ対向して配置されている。

第１面９に複数のマイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３（光学素子）が配置されている。第２面１１に複数のマイクロレンズ１１ａ（光学素子）が配置されている。第３面１３に複数のマイクロレンズ１３ａ（光学素子）が配置されている。マイクロレンズ９ａ，１１ａ，１３ａは例えば正六角形が平面充填された六角緻密（ハニカム状）にそれぞれ配列されている。

第１面９において、マイクロレンズ９ａの配列の中に、マイクロレンズ９ａとは大きさ及び光学素子肉厚が異なっているマイクロレンズ９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３が配置されている。マイクロレンズ９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３は大きさ及び光学素子肉厚が互いに異なっている。マイクロレンズ９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３は不規則に配置されている。これにより、第１面９においてマイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３が不規則に配置されている。

例えば、スクリーン１において、マイクロレンズ９ａ，１１ａの配列方向（正六角形の重心が直線上に並ぶ方向）は同じである。また、マイクロレンズ１３ａの配列方向はマイクロレンズ９ａ，１１ａの配列方向に対して例えば反時計回りに９０度（３０度）回転している（図２を参照。）。なお、マイクロレンズズ９ａ，１１ａ，１３ａの配列方向がなす角度は９０度に限定されない。これらの配列方向がなす角度は任意であり、例えば１５°、４５°、７０°などでもよい。

また、この実施形態ではマイクロレンズ９ａ，１１ａ，１３ａの配列の一例として「正六角形が平面充填された六角緻密（ハニカム状）」を記載したが、マイクロレンズ９ａ，１１ａ，１３ａの配列は六角緻密に限定されるものではない。例えば、マイクロレンズ９ａ，１１ａ，１３ａの形状は、三角形や四角形などの多角形、円形や楕円形などであってもよい。そして、そのような平面形状を有するマイクロレンズ９ａ，１１ａ，１３ａが緻密に又は間隔をもって配列されていてもよい。

マイクロレンズ９ａのピッチｄｘ９ａ（直径）は例えば１００μｍ（マイクロメートル）程度である。マイクロレンズ９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３の直径は、順に、例えば２００μｍ、３００μｍ、５００μｍである。マイクロレンズ９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３が互いに重なっている領域も存在している。

マイクロレンズ１１ａのピッチｄｘ１１ａは例えば３００μｍ程度である。マイクロレンズ１３ａのピッチｄｙ１３ａは例えば１８０μｍ程度である。

第１面９を基準としたマイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３の光学素子肉厚（レンズ高さ）は、順に、例えば２.５μｍ程度、１０.１μｍ程度、２２.９μｍ程度、６６.０μｍ程度である。第２面１１を基準としたマイクロレンズ１１ａの光学素子肉厚は例えば２２.９μｍ程度である。第３面１３を基準としたマイクロレンズ１３ａの光学素子肉厚は例えば８.２μｍ程度である。

マイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３は、有効径：Ｄ及び焦点距離：ｆが所望の拡散角：２θに対してｔａｎθ＝Ｄ／（２ｆ）を満たし、かつ、Ｆ値：Ｆｎ＝ｆ／Ｄがマイクロレンズごとに略同一になるように設定されている（例えば特許文献２を参照。）。マイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３が配置されている第１面９は拡散面として機能する。

第２面１１の反射率と第３面１３の反射率は、基材３、基材５、基材７の各材料によって決定されうる。例えば、スクリーン１での第２面１１の反射率は１５％程度、第３面１３の反射率は３０％程度である。

一般に、凹凸パターンが規則的に配置されている光学素子は、凹凸パターンが回折格子として作用し、モアレを発生させる。
この実施形態のスクリーン１は、第１面９において大きさ及び光学素子肉厚が互いに異なるマイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３が不規則に配置されていることにより、回折格子としての作用が低減される。したがって、スクリーン１はモアレの発生を低減できる。

また、スクリーン１は、第１面９に配置されているマイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３が「ｔａｎθ＝Ｄ／（２ｆ）」を満たしているので、各マイクロレンズの拡散角が一定である。
さらに、マイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３は、Ｆ値：Ｆｎ（＝ｆ／Ｄ）がマイクロレンズごとに略同一なので、どのマイクロレンズも同じ明るさを有している。

また、スクリーン１は、凹凸を有する反射面（第２面１１及び第３面１３）を２面備えているので、スペックルの発生を低減したり、防止したりすることができる。
また、スクリーン１は、凹凸を有する反射面（第２面１１及び第３面１３）が２面形成されていることにより、視野角を広げることができる。なお、第２面１１、第３面１３に配置されるマイクロレンズ１１ａ，１３ａの配置もしくは形状又はそれらの両方を変更によって視野角を調整することができる。これにより、視野角調整機能の設計の自由度が向上した。

また、発生したモアレの距離を観察すると、モアレを発生させる距離を変更することができた。その結果、全体のモアレを消去することができた。例えば、ピッチｄｘ１１ａ，ｄｙ１３ａ＝１００μｍの場合はモアレ発生距離が約１ｍであった。また、ピッチｄｘ１１ａ，ｄｙ１３ａ＝３００μｍの場合は発生距離が約０.１ｍ（１０ｃｍ）であった。

このように、スクリーン１は、光学素子が配置されている反射面として第２面１１（第１反射面）及び第３面１３（第２反射面）の２面を備えていることや、光学素子が不規則に配置されている第１面９（拡散板面）を備えていることにより、スペックルやモアレが観察されないようにできる。

また、マイクロレンズが不規則に配置されている第１面９は、薄膜による光学的拡散効果を含む。第１面９は、第１面９から入射して基材３を透過するレーザー光の指向性を低減させる。また、第１面９は、第２面１１や第３面１３で反射された、第２面１１側から第１面９を透過するレーザー光の指向性を低減させる。このように、光学素子が不規則に配置されている第１面９はレーザー光の指向性を低減させることができるので、視認者側に反射してきた光におけるスペックルやモアレの発生を低減できる。

図４は、スクリーンの他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図５は、この実施形態のスクリーンの第２面及び第３面におけるマイクロレンズの配置例を説明するための模式的な平面図である。図３及び図４において、図１及び図２と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。このスクリーンの実施形態における第１面の平面図は、例えば図３と同じである。

この実施形態のスクリーン２１は、第２面１１におけるマイクロレンズ１１ａの配列ピッチと、第３面におけるマイクロレンズ１３ａの配列ピッチが同じになっている。
スクリーン２１は、図１及び図２を参照して説明したスクリーン１と同様に、反射面として第２面１１及び第３面１３の２面を備えていることや、光学素子肉厚が互いに異なる光学素子が不規則に配置されている第１面９を備えていることにより、スペックルやモアレの発生を低減できる。

なお、本発明の実施形態のスクリーンにおいて、マイクロレンズ９ａ，１１ａ，１３ａの配列について、配列ピッチ及び光学素子肉厚が互いに異なっていることが好ましい。

図６は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図７は、この実施形態のスクリーンの第０面（第２拡散板面）におけるマイクロレンズの配置例を説明するための模式的な平面図である。図６及び図７において、図１及び図２と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。このスクリーンの実施形態における第２面及び第３の平面図は、例えば図２と同じである。また、このスクリーンの実施形態における第１面の平面図は、例えば図３と同じである。

スクリーン３１は、図１に示された基材３、基材５及び基材７に加えて、基材６３と基材６５を備えている。基材６３と基材６５は基材３、基材５及び基材７を挟み込むようにして配置されている。基材６３は基材３側に配置されている。基材６５は基材７側に配置されている。基材６３及び基材６５はそれぞれ光透過性を有する材料で形成されている。

例えば、基材６３，６５の材料は、ガラス（窓用ガラスを含む）、樹脂材料からなる基板やシート（ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリオレフィン、耐熱性樹脂：ＯＲＧＡ（登録商標））、光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、光・熱硬化性樹脂、高分子材料、成形可能なガラス材料やセラミック材料などである。基材６３，６５の厚みは例えば１.０ｍｍ程度である。なお、ここで挙げられた基材６３，６５の材料や厚みの数値は一例であり、これらに限定されるものではない。例えば、基材６３の厚みは、第１面９に配置されたマイクロレンズの光学素子肉厚（レンズ高さ）以上の厚さがあればよく、例えば５０μｍ以上の厚さがあればよい。

スクリーン３１には、第０面６７（第２拡散板面）、第１面９、第２面１１、第３面１３及び第５面６９が形成されている。第０面６７は、基材６３の基材３とは反対側の面である。第１面９は、基材６３と基材３の境界の面である。第２面１１は、基材３と基材５の境界の面である。第３面１３は、基材５と基材７の境界の面である。第４面１５は、基材７と基材６５の境界の面である。第５面６９は、基材６５の基材７とは反対側の表面である。第０面６７と第１面９、第１面９と第２面１１、第２面１１と第３面１３、第３面１３と第４面１５、第４面１５と第５面６９、はそれぞれ対向して配置されている。

図１及び図２を参照して説明したスクリーン１と同様に、第１面９にマイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３が配置され、第２面１１にマイクロレンズ１１ａが配置され、第３面１３にマイクロレンズ１３ａが配置されている。

図７に示されるように、第０面６７に複数のマイクロレンズ６７ａ，６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３（光学素子）が配置されている。マイクロレンズ９ａは例えば正六角形が平面充填された六角緻密（ハニカム状）にそれぞれ配列されている。マイクロレンズ６７ａの配列の中に、マイクロレンズ６７ａとは大きさ及び光学素子肉厚が異なっているマイクロレンズ６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３が配置されている。マイクロレンズ６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３は大きさ及び光学素子肉厚が互いに異なっている。マイクロレンズ６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３は不規則に配置されている。これにより、第０面６７においてマイクロレンズ６７ａ，６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３が不規則に配置されている。

第０面６７におけるマイクロレンズ６７ａ，６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３の配置状態は、例えば、第１面９におけるマイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３の配置状態が反時計回りに９０度回転されたものである（図２及び図７を参照。）。ただし、第０面６７におけるマイクロレンズの配置状態は、第１面９におけるマイクロレンズの配置状態が９０度以外の角度で回転されたものであってもよいし、第１面９におけるマイクロレンズの配置状態とは全く異なっていてもよい。

マイクロレンズ６７ａのピッチｄｙ６７ａ（直径）は例えば１００μｍ程度である。マイクロレンズ６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３の直径は、順に、例えば２００μｍ、３００μｍ、５００μｍである。マイクロレンズ９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３が互いに重なっている領域も存在している。

第０面６７を基準としたマイクロレンズ６７ａ，６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３の光学素子肉厚（レンズ高さ）は、順に、例えば２.５μｍ程度、１０.２μｍ程度、２２.９μｍ程度、６６.０μｍ程度である。マイクロレンズ６７ａ，６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３の曲率半径は、例えばすべて６２５μｍ程度である。

第１面９におけるマイクロレンズと同様に、第０面６７におけるマイクロレンズ６７ａ，６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３は、有効径：Ｄ及び焦点距離：ｆが所望の拡散角：２θに対してｔａｎθ＝Ｄ／（２ｆ）を満たし、かつ、Ｆ値：Ｆｎ＝ｆ／Ｄがマイクロレンズごとに略同一になるように設定されている。第０面６７は拡散面として機能する。

スクリーン３１は、図１を参照して説明したスクリーン１と同様の作用及び効果を得ることができる。
また、スクリーン３１は、図１を参照して説明したスクリーン１と比較して、マイクロレンズ６７ａ，６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３が不規則に配置されている第０面６７（第２拡散板面）をさらに備えている。スクリーン３１は、光学素子肉厚が互いに異なる光学素子が不規則に配置されている拡散板面がスクリーン１と比較して多いので、スペックル及びモアレの発生をより低減することができる。

さらに、スクリーン３１は、基材６３と基材３との間の第１面９と、基材７と基材６５との間の第４面１５にも反射面を有する。したがって、スクリーン３１は、光学素子肉厚が互いに異なる光学素子が不規則に配置されている拡散板面を備えていることに加えて、光を反射する箇所（反射面の数）を多くすることによって、モアレの発生を分散することができる。

また、基材３と基材６３の屈折率差は大きい方が好ましい。光の拡散効率が向上するからである。
なお、スクリーン３１では、マイクロレンズ９ａの配列ピッチ及び光学素子肉厚とマイクロレンズ６７ａの配列ピッチ及び光学素子肉厚は同じであるが、本発明の実施形態のスクリーンはこれに限定されない。例えば、本発明の実施形態のスクリーンにおいて、第１拡散板面に配置される光学素子（例えばマイクロレンズ９ａ）と、第２拡散板面に配置される光学素子（例えばマイクロレンズ６７ａ）は、配列ピッチ及び光学素子肉厚が互いに異なっていることが好ましい。

図８は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図８において、図１から図７と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。このスクリーンの実施形態における第０面の平面図は、例えば図７と同じである。また、このスクリーンの実施形態における第１面の平面図は、例えば図３と同じである。また、このスクリーンの実施形態における第２面及び第３の平面図は、例えば図５と同じである。

この実施形態のスクリーン４１は、図４を参照して説明したスクリーン２１と同様に、第２面１１におけるマイクロレンズ１１ａの配列ピッチと、第３面におけるマイクロレンズ１３ａの配列ピッチが同じになっている。
スクリーン４１は、図６及び図７を参照して説明したスクリーン１と同様の作用及び効果を得ることができ、スペックルやモアレの発生を低減できる。

なお、本発明の実施形態のスクリーンにおいて、マイクロレンズ９ａ，１１ａ，１３ａ，６７ａの配列について、配列ピッチ及び光学素子肉厚が互いに異なっていることが好ましい。

図９は、第２面及び第３面に配置されたマイクロレンズアレイのピッチや、拡散板面数を変化させたときのスクリーンのスペックル及びモアレ解消機能の程度について調べた結果を示す図表である。図９において、ピッチ及び曲率（曲率半径）の単位はμｍである。また、図９において「六角緻密」とは例えば図２に示されたマイクロレンズの配列のような配列を意味している。また、「六角緻密９０°回転」とは、例えば図２に示されるように、第２面１１のマイクロレンズ１１ａの配列方向に対して第３面１３のマイクロレンズ１３ａの配列方向が９０°回転していることを意味している。また、「拡散板面数」について、「なし（参考）」は例えば図１に示された第１面９にマイクロレンズが形成されていないことを意味している。「第１面のみ」は例えば図１に示されるように拡散板面として第１面９のみが配置されていることを意味している。「第１、第２面」は例えば図６に示されるように拡散板面として第０面６７と第１面９が配置されていることを意味している。

図９において、効果「◎」は「モアレが観察されなかった」を意味する。効果「○」は「モアレが見る角度によってはわずかに観察された」を意味する。効果「△」は「モアレが僅かに観察された」を意味する。

図９の結果から、マイクロレンズが不規則に配置された拡散板面が配置されていることにより、モアレ低減の効果が得られることがわかった。特に、拡散板面が２面配置されていると、モアレ低減の効果が顕著になることがわかった。

図１０は、第２面及び第３面に配置されたマイクロレンズアレイのピッチ及び曲率、拡散板面数を変化させたときのスクリーンのスペックル及びモアレ解消機能の程度について調べた結果を示す図表である。図１０中の語句の意味及び単位は図９と同じである。なお、「六角緻密６０°回転」、「六角緻密４５°回転」とは、第２面１１のマイクロレンズ１１ａの配列方向に対して第３面１３のマイクロレンズ１３ａの配列方向が６０°又は４５°だけ回転していることを意味している。

図１０の結果から、拡散板面が２面配置されていると、マイクロレンズアレイのピッチや曲率、配列方向の回転角度にかかわらず、良好なモアレ低減の効果が得られることがわかった。

図１１は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図１２は、この実施形態のスクリーンの第２面及び第３面におけるマイクロコーナーキューブの配置例を説明するための模式的な平面図である。図１３は、この実施形態のスクリーンの第１面（拡散板面）におけるマイクロコーナーキューブの配置例を説明するための模式的な平面図である。図１１から図１３において、図１から図３と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

スクリーン５１では、図１から図３を参照して説明したスクリーン１と比較して、マイクロレンズマイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３，１１ａ，１３ａに替えて光学素子としてマイクロコーナーキューブ９ｂ，９ｂ−１，９ｂ−２，１１ｂ，１３ｂが配置されている。第１面９に複数のマイクロコーナーキューブ９ｂ，９ｂ−１，９ｂ−２が配置されている。第２面１１に複数のマイクロコーナーキューブ１１ｂが配置されている。第３面１３に複数のマイクロコーナーキューブ１３ｂが配置されている。

マイクロコーナーキューブ９ｂ，９ｂ−１，９ｂ−２，１１ｂ，１３ｂは例えば正三角錐形状を有している。マイクロコーナーキューブ９ｂ，１１ｂ，１３ｂは例えば正三角形が平面充填された三角緻密にそれぞれ配列されている。

第１面９において、マイクロコーナーキューブ９ｂの配列の中に、マイクロコーナーキューブ９ｂとは大きさ及び光学素子肉厚が異なっているマイクロコーナーキューブ９ｂ−１，９ｂ−２が配置されている。マイクロコーナーキューブ９ｂ−１，９ｂ−２は大きさ及び光学素子肉厚が互いに異なっている。マイクロコーナーキューブ９ｂ−１，９ｂ−２は不規則に配置されている。これにより、第１面９においてマイクロコーナーキューブ９ｂ，９ｂ−１，９ｂ−２が不規則に配置されている。

例えば、スクリーン５１において、マイクロコーナーキューブ９ｂ，１１ｂの配列方向（正三角形の辺が直線上に並ぶ方向）は同じである。また、スクリーン５１において、マイクロコーナーキューブ１３ｂの配列方向はマイクロコーナーキューブ９ｂ，１１ｂの配列方向に対して例えば９０度（３０度）回転している（図１２を参照。）。なお、マイクロコーナーキューブ９ｂ，１１ｂ，１３ｂの配列方向がなす角度は９０度に限定されない。これらの配列方向がなす角度は任意である。

マイクロコーナーキューブ９ｂのピッチｄｘ９ｂ（正三角形の一辺の長さ）は例えば１００μｍ程度である。マイクロコーナーキューブ９ｂ−１，９ｂ−２の一辺の長さは、順に、例えば２００μｍ、３００μｍである。
マイクロコーナーキューブ１１ｂのピッチｄｘ１１ｂは例えば３００μｍ程度である。マイクロコーナーキューブ１３ｂのピッチｄｙ１３ｂは例えば２００μｍ程度である。

この実施形態のスクリーン５１は、第１面９において光学素子肉厚が互いに異なるマイクロコーナーキューブ９ｂ，９ｂ−１，９ｂ−２が不規則に配置されているので、図１から図３を参照して説明したスクリーン１と同様に、スペックル及びモアレの発生を低減できる。

また、スクリーン５１は、図１から図３を参照して説明したスクリーン１と同様に、第１面９、第２面１１、第３面１３に配置されるマイクロコーナーキューブ９ｂ，９ｂ−１，９ｂ−２，１１ｂ，１３ｂの配置もしくは形状又はそれらの両方を変更によって視野角を調整することができる。

また、図６及び図７を参照して説明したスクリーン３１に対して、マイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３，１１ａ，１３ａ，６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３に替えて、それぞれマイクロコーナーキューブを配置するようにすれば、図６及び図７を参照して説明したスクリーン３１と同様の作用及び効果が得られる。

図１４は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図１４において、図１及び図１１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

スクリーン６１では、図１及び図２を参照して説明したスクリーン１と比較して、第３面１３に配置された複数のマイクロレンズ１３ａに替えて、図１１から図１３を参照して説明したスクリーン５１と同様に複数のマイクロコーナーキューブ１３ｂが配置されている。マイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３の配列は図３と同様である。マイクロレンズ１１ａの配列は図２と同様である。複数のマイクロコーナーキューブ１３ｂの配列は図１２と同様である。

スクリーン６１は、スクリーン１及びスクリーン５１と同様に、スペックル及びモアレ発生の減少、ならびに視野角調整機能の設計の自由度の向上を実現できる。このように、光学素子としてマイクロレンズ、マイクロコーナーキューブ、後述する四角錐構造が組み合わされている構成であっても、本発明の実施形態は上記作用及び効果が得られる。

また、スクリーン６１の構成に対して、図６及び図７を参照して説明したスクリーン３１のように基材６３，６５及び第０面６７を配置することも可能である。

図１５は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図１６は、この実施形態のスクリーンの第２面及び第３面における四角錐構造の配置例を説明するための模式的な平面図である。図１７は、この実施形態のスクリーンの第１面（拡散板面）における四角錐構造の配置例を説明するための模式的な平面図である。図１５から図１７において、図１から図３と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

スクリーン７１では、図１から図３を参照して説明したスクリーン１と比較して、マイクロレンズマイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３，１１ａ，１３ａに替えて光学素子として四角錐構造９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２，１１ｃ，１３ｃが配置されている。第１面９に複数の四角錐構造９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２が配置されている。第２面１１に複数の四角錐構造１１ｃが配置されている。第３面１３に複数の四角錐構造１３ｃが配置されている。

四角錐構造９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２，１１ｃ，１３ｃは例えば正四角錐形状を有している。四角錐構造９ｃ，１１ｃ，１３ｃは例えば正方形が平面充填された正方形緻密（格子状）にそれぞれ配列されている。

第１面９において、四角錐構造９ｃの配列の中に、四角錐構造９ｃとは大きさ及び光学素子肉厚が異なっている四角錐構造９ｃ−１，９ｃ−２が配置されている。四角錐構造９ｃ−１，９ｃ−２は大きさ及び光学素子肉厚が互いに異なっている。四角錐構造９ｃ−１，９ｃ−２は不規則に配置されている。これにより、第１面９において四角錐構造９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２が不規則に配置されている。

例えば、スクリーン７１において、四角錐構造９ｃ，１１ｃの配列方向（正方形の辺が直線上に並ぶ方向）は同じである。また、スクリーン７１において、四角錐構造１３ｃの配列方向は四角錐構造９ｃ，１１ｃの配列方向に対して例えば９０度（３０度）回転している（図１２を参照。）。なお、四角錐構造９ｃ，１１ｃ，１３ｃの配列方向がなす角度は９０度に限定されない。これらの配列方向がなす角度は任意である。

四角錐構造９ｃのピッチｄｘ９ｃ（正方形の一辺の長さ）は例えば１００μｍ程度である。四角錐構造９ｃ−１，９ｃ−２の一辺の長さは、順に、例えば２００μｍ、３００μｍである。
四角錐構造１１ｃのピッチｄｘ１１ｃは例えば３００μｍ程度である。四角錐構造１３ｃのピッチｄｙ１３ｃは例えば２００μｍ程度である。

この実施形態のスクリーン７１は、第１面９において光学素子肉厚が互いに異なる四角錐構造９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２が不規則に配置されているので、図１から図３を参照して説明したスクリーン１と同様に、スペックル及びモアレの発生を低減できる。

また、スクリーン７１は、図１から図３を参照して説明したスクリーン１と同様に、第１面９、第２面１１、第３面１３に配置される四角錐構造９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２，１１ｃ，１３ｃの配置もしくは形状又はそれらの両方を変更によって視野角を調整することができる。

また、図６及び図７を参照して説明したスクリーン３１に対して、マイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３，１１ａ，１３ａ，６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３に替えて、それぞれ四角錐構造を配置するようにすれば、図６及び図７を参照して説明したスクリーン３１と同様の作用及び効果が得られる。

また、図１５に示されるように、スクリーン７１は、四角錐構造９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２，１１ｃ，１３ｃの凸構造が表示すべき画像に対応する光（光源装置からの光）の入射側に凸形状になるように配置されることが好ましい。ただし、表示すべき画像に対応する光に対するスクリーン７１の向きはこれに限定されない。

四角錐構造９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２，１１ｃ，１３ｃの凸構造が表示すべき画像に対応する光の入射側に配置されている場合、表示すべき画像に対応する光とは反対側から入射する光（例えば太陽光）に対して四角錐構造９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２，１１ｃ，１３ｃは凹形状に配置される。四角錐構造９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２，１１ｃ，１３ｃの凹形状に入射した光は、その入射方向と全く同じ方向に光反射される。この効果により、スクリーン７１がシースルースクリーンとして使用されるときに、例えば太陽光の一部（基材３，５，７の反射率で決定される反射率：光量）は太陽光の入射方向と同じ方向に反射されるので、太陽光の逆光が低減又は防止される。なお、四角錐構造９ｃ，１１ｃ，１３ｃの配列について、配列ピッチ及び光学素子肉厚が互いに異なっていることが好ましい。

また、図６及び図７を参照して説明したスクリーン３１に対して、マイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３，１１ａ，１３ａ，６７ａ−１，６７ａ−２，６７ａ−３に替えて、それぞれ四角錐構造を配置するようにすれば、図６及び図７を参照して説明したスクリーン３１と同様の作用及び効果が得られる。

図１８は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図１８において、図１及び図１５と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

スクリーン８１では、図１から図３を参照して説明したスクリーン１と比較して、第３面１３に配置された複数のマイクロレンズ１３ａに替えて、図１５から図１７を参照して説明したスクリーン７１と同様に複数の四角錐構造１３ｃが配置されている。マイクロレンズ９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３の配列は図３と同様である。マイクロレンズ１１ａの配列は図２と同様である。四角錐構造１３ｃの配列は図１６と同様である。

この実施形態のスクリーン８１は、スクリーン１及びスクリーン７１と同様に、スペックル及びモアレ発生の減少、ならびに視野角調整機能の設計の自由度の向上を実現できる。

また、スクリーン８１のように、例えば第１面９及び第２面１１にマイクロレンズが配置され、第３面１３に四角錐構造１３ｃが配置されている場合、第３面１３に配置された四角錐構造１３ｃは第２面１１側に凸形状を有することが好ましい。そして、スクリーン８１は、表示すべき画像に対応する光の入射側に第１面９が位置し、反対側から入射する光（例えば太陽光）の入射側に第３面１３が位置するように配置されることが好ましい。これにより、太陽光の逆光を効率よく低減又は防止できる。

また、スクリーン８１の構成に対して、図６及び図７を参照して説明したスクリーン３１のように基材６３，６５及び第０面６７を配置することも可能である。

本発明の実施形態のスクリーンを備えた表示装置の一例を説明する。
図１９は表示装置の一実施形態を説明するための模式的な構成図である。

表示装置９１は、スクリーン１と光源装置９３を備えている。スクリーン１は、例えば図１から図３を参照して説明した実施形態のものである。

光走査型の光源装置９３は、例えば光源９５と全反射ミラー９７と光偏向器９９を備えている。レーザー光を平行光として射出する光源９５から射出されたレーザー光は全反射ミラー９７で反射されて光偏向器９９に入射する。光偏向器９９に入射した光は光偏向器９９によって偏向走査される。光偏向器９９によって偏向走査された光はスクリーン１に照射される。光偏向器９９は入射した光が所定の走査角度の範囲内で走査されるように振動されている。

光源装置９３からスクリーン１の一表面１ａ側に照射された光の一部はスクリーン１で反射され、視認者に認識される。
また、一表面１ａとは反対側の裏面１ｂからスクリーン１に入射した光の一部は、スクリーン１を透過して視認者に認識される。

スクリーン１はスペックル及びモアレの発生を低減又は防止できるので、表示装置９１はスペックル及びモアレの発生が低減又は防止された画像を表示できる。なお、スクリーン１に替えて、上記実施形態のスクリーン２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１が配置された構成であっても、同様の作用及び効果が得られる。

表示装置９１は例えばヘッドアップディスプレイとして用いられる。ヘッドアップディスプレイにおいて、スクリーン１は、いわゆるコンバイナー（combiner）として使用される。ヘッドアップディスプレイは例えば特許文献２に開示されている。なお、スクリーン１はヘッドアップディスプレイにおいて中間スクリーンとして用いることも可能である。

なお、本発明の実施形態のスクリーンを「レンズに入射させる拡散光」を発生するために用いる場合、そのレンズの開口数よりも、該スクリーンの拡散角：２θに対するｓｉｎθが大きく設定し、光の分散を制御してスペックルやモアレを低減するのが好ましい。

以上、本発明の実施例が説明されたが本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

本発明のスクリーンの実施形態において、第１反射面及び第２反射面に配置される光学素子の設計上の解は、ピッチが小さい方が好ましい。例えば、光学素子がマイクロレンズである場合、曲率半径が同じでピッチが大きい場合は、レンズサグ量（レンズ高さ）が大きくなるために、光が谷部に侵入してしまい光が観察者側に戻ってこなくなる。

なお、上記のレンズ設計結果及び考察から、反射面として機能するマイクロレンズアレイは、設計上は曲率半径Ｒが大きい（曲率が緩やか）である方がよいと考えられがちであるが、曲率半径Ｒは観察者側の視野角を制御する重要な設計事項である。したがって、一概に曲率半径について大小を論じることはできない。

また、反射面に配置される光学素子は、必ずしも整った形状のマイクロレンズ、マイクロコーナーキューブ、四角錐構造である必要はない。例えば、マイクロレンズ、マイクロコーナーキューブ、四角錐構造の形状において、先端構造が一部平坦構造である物（設計）も有効である。

さらには、言うまでもないが、マイクロレンズの曲率やマイクロコーナーキューブの底面角度は一定である必要ない。例えばマイクロレンズで言えば、非球面構造や自由曲面構造であってもよい。マイクロコーナーキューブや四角錐構造の反射面は、平面である必要はなく、曲面の構造であってもよい。

また、第２面１１（第１反射面）と第３面１３（第２反射面）において、四角錐構造の場合は、底面が正方形である必要はなく、長方形であってもよいし、楕円形状であってもよい。なお、第２面１１における光学素子の配列方向と、第３面１３における光学素子の配列方向は、例えば図２に示すように、互いにある角度をもっている方が効果はある（θ方向にズレていることがよい）。

また、第２面１１（第１反射面）と第３面１３（第２反射面）において、光学素子は平面充填されているが、光学素子の配置領域の中に光学素子が配置されていない領域（隙間）があってもよい。

また、本発明の実施形態のスクリーンの用途はヘッドアップディスプレイに限定されない。また、本発明の実施形態の表示装置はヘッドアップディスプレイに限定されない。本発明の実施形態の表示装置は、スクリーンと、表示すべき画像に対応する光をスクリーンに照射する光源装置とを備えた表示装置に適用できる。本発明の実施形態のスクリーンは、例えばショーウインドウや透明窓、自動車のフロントガラスやリヤガラス、電話ボックスやエスカレータ側面などの透明壁、展示物の保護ガラスなど、透明部材に適用できる。

１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１ スクリーン
９ 第１面（拡散板面）
１１ 第２面（第１反射面）
１３ 第３面（第２反射面）
９ａ，９ａ−１，９ａ−２，９ａ−３，１１ａ，１３ａ マイクロレンズ（光学素子）
９ｂ，９ｂ−１，９ｂ−２，１１ｂ，１３ｂ マイクロコーナーキューブ（光学素子）
９ｃ，９ｃ−１，９ｃ−２，１１ｃ，１３ｃ 四角錐構造（光学素子）
６７ 第０面（第２拡散板面）
９１ 表示装置
９３ 光源装置

Claims (9)

1. マイクロレンズ、マイクロコーナーキューブ又は四角錐構造からなる光学素子が複数配置された第１反射面、第２反射面及び第１拡散板面を備え、
   前記第１反射面及び前記第２反射面は対向して配置されており、
   前記第１反射面及び前記第１拡散板面は対向して配置されており、
   前記第１拡散板面において前記光学素子が不規則に配置されているスクリーン。
2. 光学素子が複数配置された第２拡散板面をさらに備え、
   前記第１拡散板面及び前記第２拡散板面は対向して配置されており、
   前記第２拡散板面において前記光学素子が不規則に配置されている、請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記第１反射面の反射率と前記第２反射面の反射率の合計反射率は５０％以下、好ましくは３０％以下である、請求項１又は２に記載のスクリーン。
4. 前記拡散板において互いに光学素子肉厚が異なる前記光学素子が不規則に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のスクリーン。
5. 前記拡散板において前記光学素子として２種以上のマイクロレンズが形成されており、
   前記２種以上のマイクロレンズは、マイクロレンズの有効径：Ｄ及び焦点距離：ｆが所望の拡散角：２θに対してｔａｎθ＝Ｄ／（２ｆ）を満たし、かつ、Ｆ値：Ｆｎ＝ｆ／Ｄがマイクロレンズごとに略同一になるように設定されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のスクリーン。
6. 該スクリーンは、レンズに入射させる拡散光を発生するために用いられ、
   そのレンズの開口数よりも、該スクリーンの拡散角：２θに対するｓｉｎθが大きく設定されている請求項５に記載のスクリーン。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のスクリーンと、
   表示すべき画像に対応する光を前記スクリーンに照射する光源装置と、を備えた表示装置。
8. 前記スクリーンの前記第１反射面及び前記第２反射面の少なくとも一方の面において前記光学素子は前記四角錐構造であり、
   前記四角錐構造は前記スクリーンにおいて前記光源装置からの光の入射面側に凸形状になるように配置されている、請求項７に記載の表示装置。
9. 前記四角錐構造は、前記第１反射面と前記第２反射面のうち前記入射面とは反対側の面に配置されている反射面に少なくとも配置されている、請求項８に記載の表示装置。

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