JP4330642B2

JP4330642B2 - 光拡散素子、スクリーンおよび画像投写装置

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Publication number: JP4330642B2
Application number: JP2007099782A
Authority: JP
Inventors: 宗晴桑田; 智広笹川; 潤染谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2027-04-05
Also published as: US20080246895A1; JP2008256989A

Description

本発明は、画像表示を行なう光拡散素子、スクリーンおよび画像投写装置に関するものである。

近年、液晶技術の発達に伴い、種々の画像表示装置の開発が進められている。液晶を用いた画像表示装置の１つとして、例えば、背面投射型の画像投写装置がある。この背面投射型の画像投写装置では、光源からの光を照明光学系から光変調素子に照射し、光変調素子によって変調することで画像光を形成し、この画像光をレンズやミラー等の光学系によってスクリーンに背面から投影することで、画像を表示する構造となっている。このような画像投写装置は、民生用途としては大型テレビ等に応用され、業務用途としては情報表示や広告用ディスプレイに応用されて広く普及している。

画像投写装置用の光源としては、例えばランプ等の白色光源が用いられる。画像投写装置用では、この白色光源の白色光を空間的あるいは時間的に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色に分離し、各色それぞれを光変調素子により映像信号に応じた変調を行い、変調後の各色を再合成することでカラー画像を形成している。

画像投写装置用の照明光学系は、光源の光強度分布を均一化するための光均一化手段、一般に円形である光源の光束断面を光変調素子に対応した矩形に変換するための光成形手段、光源の白色光を３原色に分離するための手段（カラーフィルター等）、光源からの光を所望の位置および大きさに結像させる光学素子（レンズやミラー等）を含んで構成されている。

画像投写装置用の光変調素子としては、例えば、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）（登録商標）などの反射型光変調素子や、透過型あるいは反射型の液晶パネル等を用いることができる。これらの光変調素子は、例えば光源の白色光を空間的に３原色に分離し、各色に対応した光変調素子を計３枚用いて各色ごとに独立した光変調を行う３板方式や、あるいは光路中に配置した回転する３原色カラーフィルター等により、白色光を時間的に３原色に分割し、１枚の光変調素子を用いて時間ごとに各色を光変調する単板方式等によって光変調を行なっている。

画像投写装置用のスクリーンは、背面から投影された画像光を透過させて前面の観測者に対して画像を表示する機能を有し、主に広がった画像光を観測者の方向へ偏向させるためのフレネルレンズと、主に水平方向の視野角を広げるためのレンチキュラーレンズとで構成されている。また、前記フレネルレンズとレンチキュラーレンズのいずれか一方、または両方に、光拡散層を設けて画像光を拡散させることで、垂直方向の視野角を広げることも可能である。

先述した従来のスクリーンでは、スクリーン内の拡散層による散乱光が干渉することにより、シンチレーションと呼ばれる画像のぎらつきが生じ、鮮明な画像を表示できないという問題があった。

また、近年、従来のスクリーンよりも色鮮やかな画像を表示するべく、例えば、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの波長帯の光を発するレーザーを光源として用いた画像投写装置が開発されているが、前記レーザー光源の発する光は、光束の平行度や単色性が高く、強い可干渉性を持つため、拡散層の微細な揺らぎに対する散乱特性の変化に対して敏感である。このため、シンチレーションが従来のスクリーンよりも顕著となってしまう。レーザー光源を用いた場合に鮮明な画像を得るには、シンチレーションを低減することが重要となる。

シンチレーション低減の改善策として、拡散層の散乱特性を時間的に変化させることでシンチレーションを低減させる手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、少なくとも２層の液晶層に周期的に電圧を印加させて散乱面を振動させる効果を得ることでシンチレーションを低減させる手法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１ー１００３１６号公報特開２００５−３５２０２０号公報

しかしながら、上記前者の従来技術では、光拡散層の散乱特性を時間的に変化させているので、散乱の強弱によってスクリーンの透過後の視野角が変化することになる。この視野角の変化によって、画像の観察方向ごとに表示画像の輝度が時間的に変化し、表示画像にフリッカを生じさせてしまう。さらに、この手法を単板方式に適用した場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂを表示するタイミングと光拡散層の散乱特性を変化させるタイミングとの同期を取らないと、カラー画像の色バランスが崩れてしまうため、光拡散層の散乱特性制御が複雑になるといった問題があった。また、上記後者の従来技術では、液晶層を複数枚使用する必要があるため、光拡散素子の構造が複雑になるとともに製造コストが高くなるといった問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で容易にシンチレーションを低減させることができる光拡散素子、スクリーンおよび画像投写装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光変調素子により形成された画像光が投影されることにより当該画像光を表示画像として表示する光拡散素子であって、前記表示画像は、当該表示画像の最小単位としての画素を複数配設して構成され、前記光拡散素子は、液晶小滴を高分子中に分散させた構造を持つとともに引加電圧の大きさに応じて光散乱強度を変化させて入射光を拡散させる光拡散層と、前記光拡散層上の一方の主面側で前記光拡散層上の第１のエリアに当接する第１の電極と、前記光拡散層上の前記一方の主面側で前記第１のエリアとは異なる前記光拡散層上の第２のエリアに当接する第２の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極に対向するとともに前記光拡散層上の他方の主面側で前記光拡散層に当接する対向電極と、前記第１の電極と前記対向電極との間に所定の電圧を印加するとともに、前記第２の電極と前記対向電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、前記光拡散層は、前記表示画像を表示させる領域内のうち１つの画素領域内に前記第１のエリアおよび前記第２のエリアの両方が含まれるよう前記第１の電極および前記第２の電極と当接し、前記電圧印加手段は、前記第１の電極と前記対向電極との間へ印加する電圧と、前記第２の電極と前記対向電極との間へ印加する電圧と、を時間的に変化させるとともに、前記１つの画素領域内での光散乱強度の平均値が一定の値を示すよう、前記第１の電極および前記第２の電極にそれぞれ所定周期で個別の時間波形の電圧が印加されるよう印加電圧を制御することを特徴とする。

この発明によれば、１つの画素領域内での光散乱強度の平均値が一定の値を示すよう、第１の電極および第２の電極にそれぞれ所定周期で個別の時間波形の電圧が印加されるので、光拡散層の光散乱特性を時間的に変調することができ、これによりシンチレーションパターンを時間的に平均化できるので簡易な構成で容易にシンチレーションを低減させることが可能になるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る光拡散素子、スクリーンおよび画像投写装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
図１は、本発明に係る実施の形態の画像投写装置の構成を示す図である。画像投写装置１００は、光学エンジン（光学機構）１、表示機構（画像表示用スクリーン）２を有している。光学エンジン１は、光源装置１０と画像投写機構３０を備えている。

光源装置１０は、主光源２０とコンデンサレンズ１３を備えている。主光源２０は、超高圧水銀ランプを用いたランプ光源１１と放物面リフレクタ１２を備えている。主光源２０は、ランプ光源１１から出射された光を放物面リフレクタ１２で反射させることによって略平行光束をコンデンサレンズ１３側へ出射する。ここでは、説明の便宜上、放物面リフレクタ１２からの出射光の光軸を光軸Ａｘとして画像投写装置１００の構成を説明する。

画像投写機構３０は、光源装置１０からの出射光を均一化する光均一化素子３７と、この光均一化素子３７の出射面３１からの出射光を伝達するリレー光学系３２と、リレー光学系３２からの光を光変調する光変調素子３３と、光変調素子３３からの出射光を表示機構２に拡大投影する投写光学系３５と、を備えている。

光均一化素子３７およびリレー光学系３２は、光源装置１０からの光を光変調素子３３に照射する照明光学系３４を構成している。光均一化素子３７は、光変調素子３３の表示エリアと相似な断面形状を有する角筒状体の内周面全体に反射膜を設けたライトパイプで構成されている。このライトパイプは、その一端の入射面から入射した光を、内周面の反射膜で全反射しながら出射面３１に導き、出射面３１から均一な強度分布の光として出射するものである。

リレー光学系３２は、光均一化素子３７と光変調素子３３との間に配置され、光均一化素子３７の出射端と光変調素子３３とが共役な関係となるよう、光均一化素子３７からの出射光を結像させる機能を有している。

光変調素子３３は、例えば反射型のＤＭＤ（Digital Micro−mirror Device）（登録商標）や透過型の液晶パネル、または反射型の液晶パネル等を含めて構成する。光変調素子３３は、光変調素子を１枚だけ使用した単板式であってもよいし、複数の光変調素子を使用した構成（例えば、３枚の光変調素子３３を使用した３板式等）であってもよい。

投写光学系３５は、光変調素子３３と表示機構２との間に配置され、光変調素子３３と表示機構２とが共役な関係になるよう、光変調素子３３からの出射光を結像させる機能を有している。

画像投写装置１００が、リアプロジェクションタイプの場合、表示機構２は透過型となる。この場合、表示機構２は、投写光学系３５側に配置されたフレネルレンズ（後述のフレネルレンズスクリーン８）と、観察者側に配置されたレンチキュラーレンズ（後述のレンチキュラーレンズ４）とを有し、観察者側（後述のレンチキュラースクリーン３）に映像を映し出す。フレネルレンズは、投写光学系３５からの投写光を略平行光として出射する作用を有している。レンチキュラーレンズは、フレネルレンズで略平行光となって入射した投写光を、並列されたシリンドリカルレンズ群の特性により視野角を広げて、観察者側に映像光として出射する作用を有している。

画像投写装置１００が、フロントプロジェクションタイプの場合、表示機構２は反射型となる。この場合、表示機構２が略完全拡散面を有するよう表示機構２を構成し、投写光学系３５からの投写光を視野角を広げて、投写光学系３５側に映像光として反射するようにしてもよい。

ランプ光源１１からの照明光は、放物面リフレクタ１２によって略平行光束にされる。この略平行光束は、コンデンサレンズ１３によって光軸Ａｘ上の所定の集光面１４に集光される。光源装置１０の集光面１４に集光された光は、集光面１４に配置された光均一化素子３７の入射面に入射し、光均一化素子３７の内部で反射を繰り返すことにより均一化され、出射面３１から出射される。出射面３１から出射された光は、リレー光学系３２により屈折や反射作用を受け、光変調素子３３に照射される。光変調素子３３は、入力された映像信号に応じて照射された光を変調し、その変調光は投写光学系３５により屈折や反射作用を受けて拡大され、表示機構２に投写（投影）されて、映像が映し出される。

なお、光均一化素子３７は、光変調素子３３の表示エリアと相似な断面形状を有する透明な角棒状体からなるロッドインテグレータであってもよい。ロッドインテグレータは、その一端の入射面から入射した光を、側面（空気層との界面）で全反射しながら出射面３１に導き、出射面３１から均一な強度分布の光として出射するものである。

また、集光面１４よりも前段（光源装置１０側）、あるいは出射面３１よりも後段（表示機構２側）のいずれかの位置（光均一化素子３７の外部）に、カラー画像を表示するためのカラーホイール、特定の波長帯の光を透過あるいは反射させるダイクロイックフィルター、異なる波長帯の光を合成するための合成プリズム等を設けてもよい。

また、ここでは、主光源２０のランプ光源１１として超高圧水銀ランプを用いた場合について説明したが、これに限らず、主光源２０のランプ光源１１に例えばキセノンランプ、メタルハライドランプ、無電極放電ランプ等を用いてもよい。また、ここでは、主光源２０が放物面リフレクタ１２を備える構成としたが、放物面リフレクタ１２に限らず、楕円リフレクタを備える構成としてもよい。主光源２０が楕円リフレクタを備える構成の場合は、光源装置１０においてコンデンサレンズ１３が不要となり、ランプ光源１１からの照明光は直接集光面１４に集光することとなる。

つぎに、本実施の形態の表示機構（スクリーン）２の構成について説明する。図２は、実施の形態に係る表示機構の構成を示す図である。表示機構２は、表示画像のシンチレーションを低減する画像表示用のスクリーンであり、フレネルレンズスクリーン８とレンチキュラースクリーン３を有している。フレネルレンズスクリーン８とレンチキュラースクリーン３は、それぞれ例えば概略矩形状の平板をなしており、互いの主面が対向するよう配設されている。

フレネルレンズスクリーン８は、フレネルレンズを含んで構成されたスクリーンであり、光学エンジン１側に配設される。フレネルレンズスクリーン８は、光学エンジン１から送られてくる広がった画像光（画像投射光）を屈折・透過させて所定の角度範囲内に収束させる機能を有してる。フレネルレンズスクリーン８は、光学エンジン１からの画像光をレンチキュラースクリーン３に送る。

レンチキュラースクリーン３は、レンチキュラーレンズ４、ブラックストライプ５、高分子分散型液晶素子（光拡散素子）６、拡散層７を備えている。レンチキュラーレンズ４の上面側（フレネルレンズスクリーン８と反対側）に、ブラックストライプ５が配設され、このブラックストライプ５の上面側（レンチキュラーレンズ４と反対側）に、高分子分散型液晶素子６が配設され、この高分子分散型液晶素子６の上面側（ブラックストライプ５の反対側）に拡散層７が配設される。

レンチキュラーレンズ４は、フレネルレンズスクリーン８とレンチキュラースクリーン３の間に配設されている。レンチキュラーレンズ４は、フレネルレンズスクリーン８を透過した画像光を屈折・透過させて画像光を適切な角度範囲内に広げ、所望の視野角を確保する機能を有している。レンチキュラースクリーン３は、例えば概略矩形状の平板をなしている。レンチキュラーレンズ４は、フレネルレンズスクリーン８からの画像光をブラックストライプ５に送る。

ブラックストライプ５は、不要光を遮光する機能を有しており、レンチキュラーレンズ４からの画像光を高分子分散型液晶素子６へ送る。高分子分散型液晶素子６は、光学エンジン１からの入射光を拡散および透過させる素子である。高分子分散型液晶素子６は、２セグメントの透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを有しており、それぞれの電極（領域）に異なる電圧を印加できるように構成されている。高分子分散型液晶素子６は、ブラックストライプ５からの画像光をシンチレーションの発生を抑制させて拡散層７へ送る。拡散層７は、高分子分散型液晶素子６からの画像光を観察者側に出射する。

つぎに、表示機構２に用いられる高分子分散型液晶素子６の断面構成について説明する。図３は、実施の形態に係る高分子分散型液晶素子の構成を示す断面図である。高分子分散型液晶素子６は、透明基板６１，６１、透明セグメント電極６２、対向透明共通電極（対向電極）６３、液晶拡散層（光拡散層）６４、液晶の小滴（液晶小滴）６５、高分子媒体６６を備えている。

透明基板６１，６１は、２枚の透明電極（透明セグメント電極６２、対向透明共通電極６３）を介して液晶拡散層６４を挟持している。すなわち、一方の透明基板６１の上層に一方の透明電極である透明セグメント電極６２を配設し、この透明セグメント電極６２の上層に液晶拡散層６４を配設する。さらに、液晶拡散層６４の上層に他方の透明電極である対向透明共通電極６３（透明セグメント電極６２に対向する透明電極）を配設し、この対向透明共通電極６３の上層に他方の透明基板６１を配設している。換言すると、透明セグメント電極６２は、液晶拡散層６４上の一方の主面側で液晶拡散層６４に当接し、対向透明共通電極６３は、液晶拡散層６４上の他方の主面側で液晶拡散層６４に当接している。透明セグメント電極６２、対向透明共通電極６３へは、電源回路（電圧印加手段７０）が接続されている。

透明基板６１，６１の基板材料には、例えばガラス、プラスチック、ＰＥＴ（Poly Ethylene Terephtalate）フィルム等を用いる。透明セグメント電極６２および対向透明共通電極６３の電極材料には、例えばＩｎ₂Ｏ₃、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂等を用いる。透明セグメント電極６２は、セグメント分割された透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを有している。

透明セグメント電極（第１の電極）６２ａは、液晶拡散層６４の一方の主面側で液晶拡散層６４上の所定のエリア（第１のエリア）に当接している。透明セグメント電極（第２の電極）６２ｂは、液晶拡散層６４の一方の主面側であって、かつ透明セグメント電極６２ａが液晶拡散層６４と当接するエリアとは異なるエリア（第２のエリア）で液晶拡散層６４上に当接している。

液晶拡散層６４には、例えば多数の液晶小滴６５が均透明な高分子媒体６６中に概ね均一に分散されたものを用いる。液晶拡散層６４は、引加電圧の大きさに応じて散乱強度を変化させて光学エンジン１からの入射光を拡散させる。液晶拡散層６４へは、電源回路から透明セグメント電極６２、対向透明共通電極６３を介して所定の電圧が印加される。電圧印加手段７０（電源回路）は、図示しない制御装置からの駆動信号に基づいて透明セグメント電極６２、対向透明共通電極６３へ電圧を印加する。液晶小滴６５は、例えばネマティック液晶等である。

電圧印加手段７０が、高分子媒体６６中に液晶小滴６５を分散させた液晶拡散層６４に電圧を印加すると、液晶小滴６５は、印加電圧に応じてその配向状態を変化させるので、液晶小滴６５の屈折率も印加電圧に応じて変化する。

図４は、液晶拡散層へ電圧を印加していない場合の光の散乱状態を説明するための図である。同図に示すように、高分子媒体６６と液晶小滴６５との屈折率が等しい場合は、液晶拡散層６４に入射した光は散乱することなく直進する。

図５は、液晶拡散層へ電圧を印加した場合の光の散乱状態を説明するための図である。同図に示すように、高分子媒体６６と液晶小滴６５との屈折率が異なる場合は、液晶拡散層６４に入射した光は液晶小滴６５により散乱される。したがって、液晶拡散層６４に対して電圧を印加することにより、高分子分散型液晶素子６（液晶拡散層６４）の光の散乱特性を制御することができる。

本実施の形態では、透明セグメント電極６２と対向透明共通電極６３の間に電圧が印加されない場合には、高分子媒体６６と液晶小滴６５との屈折率が一致し、電圧印加時には、高分子媒体６６と液晶小滴６５との屈折率が異なる値となるよう、高分子分散型液晶素子６の構成を調整しておく。換言すると、液晶拡散層６４に電圧が印加されていないときには、高分子分散型液晶素子６が透明状態となる。また、液晶拡散層６４に電圧を印加したときには、液晶拡散層６４が印加電圧に応じた拡散度の拡散状態に変化する。

つぎに、高分子分散型液晶素子の詳細な構成について説明する。図６は、実施の形態に係る高分子分散型液晶素子の詳細構成を示す図である。図６では、高分子分散型液晶素子６上でセグメント分割された透明セグメント電極６２ａ，６２ｂの配置を示している。

高分子分散型液晶素子６上には、破線で示した表示画素９が格子状に複数配設されている。２つのストライプ状の透明セグメント電極６２ａ，６２ｂは、表示画素９のピッチ（配設間隔）（画素幅）よりも小さなピッチ（間隔）で、高分子分散型液晶素子６上にほぼ隙間なく配置しておく。透明セグメント電極６２ａ，６２ｂのストライプの長手方向が、表示画素９の格子の１辺（縦辺）と平行な方向となるよう、高分子分散型液晶素子６上に透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを配設しておく。

高分子分散型液晶素子６上には、各表示画素９内で透明セグメント電極６２ａと透明セグメント電極６２ｂとの、配置偏りが生じないよう、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂの両方を各表示画素９内で分散して均一に配置する。

図６では、高分子分散型液晶素子６上に、各表示画素９内にストライプ状の１対（１組）の透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを、２組ずつ配置している場合を示している。換言すると、各表示画素９内には、各表示画素９の１辺（縦辺）に平行な方向に、４本の透明電極を配設している。４本の透明電極は、画素幅よりも短い間隔で透明セグメント電極６２ａ、透明セグメント電極６２ｂ、透明セグメント電極６２ａ、透明セグメント電極６２ｂの順番で交互に繰り返し配設されている。

また、各表示画素９上では、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂによる専有面積が等しくなるよう、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを配設しておく。図６では、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂの面積が等しく、かつ同数（２つずつ）の透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを各表示画素９上に配設した場合を示している。

なお、高分子分散型液晶素子６上への、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂの配置は、各表示画素９内に透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを、２組ずつ配置する場合に限らず、各表示画素９内に透明セグメント電極６２ａ，６２ｂが３組以上含まれるよう配置してもよい。この場合も、例えば、画素幅よりも短い間隔で透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを交互に繰り返し高分子分散型液晶素子６上に配設する。

つぎに、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂへの印加電圧のパターン（時間波形）について説明する。図７は、透明セグメント電極への印加電圧のパターンの一例を示す図である。本実施の形態では、電圧印加手段７０が、透明セグメント電極６２ａと対向透明共通電極６３との間へ印加する電圧と、透明セグメント電極６２ｂと対向透明共通電極６３との間へ印加する電圧と、を個別の時間波形で時間的に変化させる。

このとき、電圧印加手段７０は、例えば図７に示す電圧波形を用いて、１画素（１つの表示画素９）の領域（面積）内の液晶拡散層６４の平均拡散度（光散乱強度の平均値）が略一定となるよう、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂへの引加電圧を制御する。図７では、２つのストライプ状の透明セグメント電極６２ａ，６２ｂに印加される電圧波形（三角波）が、互いに反転した時間波形となるよう所定の周期で印加電圧を制御した場合を示している。

例えば、図７中に示したＡ時点では、透明セグメント電極６２ａに最大電圧が印加されるので、この透明セグメント電極６２ａの領域内では、液晶拡散層６４が光学的に最大の拡散度を示す状態となる。一方、Ａ時点では、透明セグメント電極６２ｂが無電圧状態であり、この透明セグメント電極６２ｂの領域内では、液晶拡散層６４が透明状態となる。

つぎに、本実施の形態に係る画像投写装置１００（表示機構２）の動作手順について説明する。光学エンジン１から発せられた画像光は、フレネルレンズスクリーン８によって、平行光束に変換され、レンチキュラースクリーン３に入射し、レンチキュラースクリーン３で画像を結像する。

レンチキュラースクリーン３では、画像光が、左右視野角を拡大するレンチキュラーレンズ４と不要光を遮光するブラックストライプ５を通過後、高分子分散型液晶素子６、拡散層７を透過することによって、上下・左右の視野角が調整され、観察者側に出射される。

このとき、主に拡散層７の揺らぎが原因となって、レンチキュラースクリーン（液晶拡散層６４）３での散乱特性（光散乱特性）は面内のわずかな位置の違いによって少しずつ異なる特性を示す。そして、所定の方向からレンチキュラースクリーン３の画像を観察したときに、レンチキュラースクリーン３での散乱特性が面内の位置によって異なるので、画面内に細かな明暗が発生する。この画面内の細かな明暗が画面のギラツキ現象として視認されるのが、シンチレーション現象である。このため、レンチキュラースクリーン３の散乱特性自体が変化すれば、シンチレーションの発生パターンも変化する。

本実施の形態では、拡散層７と印加電圧によって散乱特性を可変できる高分子分散型液晶素子６とを組み合わせ、レンチキュラースクリーン３の散乱特性自体を時間と共に変化させる。これにより、シンチレーションの発生パターンを時間と共に変化させ、シンチレーションの発生パターンを時間的に平均化するので、見た目上のシンチレーション現象を実効的に低減させることが可能となる。

このような、時間平均によるシンチレーションの低減方法では、時間のある一時点ではシンチレーションが低減されていないが、時間と共にシンチレーションの発生パターンが変化することによって、シンチレーションを見えにくくさせることを可能としている。このように、本実施の形態の画像投写装置１００は、時間平均によるシンチレーションの低減方法を用いているので、実効的にシンチレーションを低減することが可能となる。また、画像投写装置１００の光源にシンチレーションの増加を招くレーザー光源を用いた場合であっても、レーザー光源を用いた場合と同等またはそれ以上にシンチレーションを低減させることが可能となる。

つぎに、高分子分散型液晶素子６をセグメント化した場合の効果について説明する。高分子分散型液晶素子６をセグメント化せずに、時間平均によるシンチレーションの低減方法を実行すると、散乱特性の変化に伴って画面の輝度も変化してしまう。レンチキュラースクリーン３が強い散乱特性となった場合には、散乱特性の強度に応じて視野角が広がり、正面方向への透過光量が減少するからである。すなわち、レンチキュラースクリーン３が強い散乱特性となった場合には、正面方向で暗い画像となり、レンチキュラースクリーン３が弱い散乱特性となった場合には、正面方向で明るい画像となるからである。

ここで、全面が一様でセグメント化されていない高分子分散型液晶素子を、時分割によって、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）各色の画像を生成する単板方式の画像投写装置（時分割色表示型）に適用した場合について説明する。この画像投写装置のスクリーンの散乱特性を、本実施の形態に係るレンチキュラースクリーン３と同様に時間的に変化させると、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の表示タイミングにおける印加電圧によって、散乱特性が異なってしまう。このため、映像信号が有するＲ、Ｇ、Ｂ各色の輝度バランスが崩れるてしまい、本来の色彩をもつ画像（映像信号に応じた画像）を適切に表示することができなくなる。

時分割方式でのＲ、Ｇ、Ｂの色切り替えは、少なくとも画像フレーム周波数の３倍である。また、色切り替えによって引き起こされる色われ現象を防ぐため、画像フレーム周波数をさらに４〜６倍に高速化して用いることが多い。このような高速な色切り替えを行なう場合、通常の液晶材料では応答速度が遅いので、高速な色切り替えに追従することができない。

映像信号に応じた適切な画像（所望の色彩を有した画像）を表示させるために、高分子分散型液晶素子の拡散特性を考慮して映像信号に予め所定の信号処理を施すことも可能である。ところがこの場合、映像信号の信号処理に手間がかかるとともに、画像を表示するタイミングと、高分子分散型液晶素子６の駆動タイミングとの同期を取る必要がある。このため、所望の色彩を有した画像を表示する際の画像投写装置の制御が複雑になってしまう。

一方、本実施の形態に係るセグメント化された高分子分散型液晶素子６は、各セグメントの散乱特性は時間変化しつつも、画像の最小単位である１画素（表示画素９）相当の面積内での平均値としては、常に一定の散乱特性を示すよう駆動波形を調整して駆動させている。これにより、散乱特性の時間変化に伴う画面の輝度の変化などの問題を回避することができる。そして、１層（単板）のみの簡易でコストの低い高分子分散型液晶素子６によって、効果的にシンチレーションを抑制することが可能となる。

このように、画像投写装置１００は、映像信号に特別な処理（信号処理など）を施すことなく、本来の色彩を持つ画像を容易に表示することが可能となる。また、高分子分散型液晶素子６の駆動において画像を表示するタイミングとの同期を取ることなく、本来の色彩を持つ画像を容易に表示することが可能となる。

また、高分子分散型液晶素子６の電極として３種類以上のセグメント電極を組み合わせた場合であっても、高分子分散型液晶素子６に透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを用いた場合と同様に、散乱特性の時間変化に伴う画面の輝度の変化の回避をしつつシンチレーションを抑制できる。

高分子分散型液晶素子６内における配線等を単純化し、簡易な構成とするには、図６に示した高分子分散型液晶素子６のように、ストライプ状に分割した２種類の透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを用いることが好ましい。

また、レンチキュラーレンズ４と、セグメント分割された高分子分散型液晶素子６との間のモアレ縞の発生等を防ぐためには、高分子分散型液晶素子６のセグメント分割方向と、レンチキュラーレンズ４のストライプ状セグメント分割方向とが互いに直交するよう、レンチキュラーレンズ４と高分子分散型液晶素子６を配置するのがよい。

なお、本実施の形態では、高分子分散型液晶素子６への印加電圧の駆動波形に三角波を用いる場合について説明したが、印加電圧の駆動波形は三角波に限ることなく、正弦波や矩形波等の駆動波形としてもよい。

また、本実施の形態に係る表示機構２（画像表示用スクリーン）では、高分子分散型液晶素子６の散乱特性を変化させることができるので、レンチキュラースクリーン３全体の散乱特性（視野角特性）を、環境や観測位置に合わせて変更して、常にユーザに最適な視野角特性となるよう制御する機能を付加してもよい。換言すると、表示機構２において散乱特性を設定変更するための手段を付加してもよい。この場合、散乱特性の設定値（１画素相当の面積内で平均化される散乱特性の設定値）を、外部から変更できるように構成すればよい。表示機構２は、例えば外部入力される指示情報に基づいて、所定の散乱特性を示すよう高分子分散型液晶素子６を制御する。

また、本実施の形態では、高分子分散型液晶素子６上にストライプ状の１対の透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを配設する場合について説明したが、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂはどのように配設してもよい。各表示画素９内を専有する透明セグメント電極６２ａ，６２ｂの面積が表示画素９内で異なる場合、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂの面積比率に応じた駆動電圧で、画面の輝度が一定となるよう高分子分散型液晶素子６の散乱特性を制御してもよい。

また、本実施の形態では、光源装置１０の主光源２０にランプ光源１１を用いた場合について説明したが、光源装置１０の主光源２０は、ランプ光源に限られない。例えば、光源装置１０の主光源２０として、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザ光を用いてもよい。

このように実施の形態によれば、レンチキュラースクリーン３の散乱特性を時間的に変調してシンチレーションパターンを時間的に平均化しているので、簡易な構成で容易に表示画像のシンチレーションを低減させることが可能となる。

また、各表示画素９の面積内での光散乱強度の平均値が一定値となるよう透明セグメント電極６２ａ，６２ｂへの印加電圧を制御しているので、色バランスや画面の輝度を変化させることなく、表示画像のシンチレーションを実効的に低減することが可能となる。

また、高分子分散型液晶素子６をセグメント化して時間平均によるシンチレーションの低減方法を実行しているので、時分割色表示型の画像投写装置に対しても、色バランスや画面の輝度を変化させることなく、表示画像のシンチレーションを実効的に低減することが可能となる。

また、高分子分散型液晶素子６の電極として、ストライプ状に分割した透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを用いているので、高分子分散型液晶素子６内における配線等の構成を簡易化することができ、簡易な構成で透明セグメント電極６２ａ，６２ｂへ容易に電圧を印加することが可能となる。

また、１つの表示画素９内に１組の透明セグメント電極６２ａ，６２ｂが複数組含まれるよう、１つの表示画素９の画素サイズよりも短い間隔で交互に繰り返し透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを液晶拡散層６４上に配設しているので、液晶拡散層６４上に効率良く透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを配置できる。

また、各表示画素９上では、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂによる専有面積が等しくなるよう、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを配設しているので、各表示画素９での
シンチレーションパターンの時間的な平均化が適切に行なわれることとなり、シンチレーションを効率良く低減することが可能となる。また、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂへ入力する印加電圧の制御を容易に行なうことが可能となる。

また、高分子分散型液晶素子６上には、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂを各表示画素９内で分散して均一に配置するので、シンチレーションパターンの時間的な平均化が適切に行なわれることとなり、シンチレーションを効率良く低減することが可能となる。また、透明セグメント電極６２ａ，６２ｂへ入力する印加電圧の制御を容易に行なうことが可能となる。

また、表示機構２の散乱特性を設定変更するための手段を有しているので、レンチキュラースクリーン３全体の散乱特性を、環境や観測位置に合わせて変更できる。また、常にユーザに最適な視野角特性となるようレンチキュラースクリーン３全体の散乱特性を変更できる。

以上のように、本発明に係る光拡散素子、スクリーンおよび画像投写装置は、画像の表示に適している。

本発明に係る実施の形態の画像投写装置の構成を示す図である。実施の形態に係る表示機構の構成を示す図である。実施の形態に係る高分子分散型液晶素子の構成を示す断面図である。液晶拡散層へ電圧を印加していない場合の光の散乱状態を説明するための図である。液晶拡散層へ電圧を印加した場合の光の散乱状態を説明するための図である。実施の形態に係る高分子分散型液晶素子の詳細構成を示す図である。透明セグメント電極への印加電圧のパターンの一例を示す図である。

符号の説明

１光学エンジン
２表示機構
３レンチキュラースクリーン
４レンチキュラーレンズ
５ブラックストライプ
６高分子分散型液晶素子
７拡散層
８フレネルレンズスクリーン
９表示画素
１０光源装置
１１ランプ光源
１２放物面リフレクタ
１３コンデンサレンズ
１４集光面
２０主光源
３０画像投写機構
３１出射面
３２リレー光学系
３３光変調素子
３４照明光学系
３５投写光学系
３７光均一化素子
６１透明基板
６２，６２ａ，６２ｂ透明セグメント電極
６３対向透明共通電極
６４液晶拡散層
６５液晶小滴
６６高分子媒体
７０電圧印加手段
１００画像投写装置

Claims

光変調素子により形成された画像光が投影されることにより当該画像光を表示画像として表示する光拡散素子であって、
前記表示画像は、当該表示画像の最小単位としての画素を複数配設して構成され、
前記光拡散素子は、液晶小滴を高分子中に分散させた構造を持つとともに引加電圧の大きさに応じて光散乱強度を変化させて入射光を拡散させる光拡散層と、
前記光拡散層上の一方の主面側で前記光拡散層上の第１のエリアに当接する第１の電極と、
前記光拡散層上の前記一方の主面側で前記第１のエリアとは異なる前記光拡散層上の第２のエリアに当接する第２の電極と、
前記第１の電極および前記第２の電極に対向するとともに前記光拡散層上の他方の主面側で前記光拡散層に当接する対向電極と、
前記第１の電極と前記対向電極との間に所定の電圧を印加するとともに、前記第２の電極と前記対向電極との間に所定の電圧を印加する電圧印加手段と、
を備え、
前記光拡散層は、前記表示画像を表示させる領域内のうち１つの画素領域内に前記第１のエリアおよび前記第２のエリアの両方が含まれるよう前記第１の電極および前記第２の電極と当接し、
前記電圧印加手段は、前記第１の電極と前記対向電極との間へ印加する電圧と、前記第２の電極と前記対向電極との間へ印加する電圧と、を時間的に変化させるとともに、前記１つの画素領域内での光散乱強度の平均値が一定の値を示すよう、前記第１の電極および前記第２の電極にそれぞれ所定周期で個別の時間波形の電圧が印加されるよう印加電圧を制御することを特徴とする光拡散素子。
前記第１の電極および前記第２の電極は、前記光拡散層上でストライプ状に配設されることを特徴とする請求項１に記載の光拡散素子。
前記第１の電極および前記第２の電極は、１つの画素領域内に前記第１の電極および前記第２の電極を有した１組の電極が複数組含まれるよう、画素領域幅よりも短い間隔で交互に繰り返し前記光拡散層上に配設されることを特徴とする請求項２に記載の光拡散素子。
前記第１の電極および前記第２の電極は、１つの画素領域内で同じ専有面積を有するとともに、前記１つの画素領域内で均一に分布するよう前記光拡散層上に配設されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光拡散素子。
前記電圧印加手段は、外部入力される指示に応じた前記光散乱強度となるよう印加電圧を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光拡散素子。
画像光が投影されることにより画像を表示するスクリーンであって、請求項１〜５のいずれか１つに記載の光拡散素子を備えたことを特徴とするスクリーン。
照明光を出射する光源と、
前記光源からの照明光を略平行光束にして光軸上の所定の集光面に集光する集光部と、
前記集光面に集光された光を変調して拡大するとともに、拡大後の光を画像光として投影する画像投影部と、
前記画像投影部で投影される画像光を表示する請求項６に記載のスクリーンと、
を備えたことを特徴とする画像投写装置。