JPWO2016052359A1 - 画像光投影用スクリーンおよび表示システム - Google Patents

Abstract

画像光投影用スクリーン（１０）は、主表面（１２）上に、規則的かつ少なくとも画像表示領域（１３）内において隙間なく２次元配列された複数の非周期レンズアレイユニット（１１）を備え、前記非周期レンズアレイユニット（１１）は各々、曲面形状のマイクロレンズであって、隙間なくかつ非周期に並べられたマイクロレンズの頂点を４個以上含むとともに、境界部分に位置するマイクロレンズの曲面形状の連続性が保たれる対称性を有するように構成されている。

Description

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。

レーザーダイオード等のコヒーレントな光を発する光源を用いて画像光を生成し、スクリーンへの投射を行う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）やヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が知られている。これらはいずれも、生成した画像光を投影するための画像光投影用スクリーン、いわゆる透過型スクリーンを用いる。例えば、リアプロジェクタは、透過型スクリーンを用いて光源と対向する側から画像光を認識させる。また、例えば、ＨＵＤは、透過型スクリーンを透過した画像光をコンバイナーで反射させて画像光を認識させる。

ところで、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。

このため、透過型スクリーンの多くは、画像を映し出すスクリーンの表面に擦りガラスのようなランダムな凹凸形状を設けるなどして入射する画像光を拡散させている。

しかし、このような透過型スクリーンにレーザー光のようなコヒーレントな光が照射されると、スペックルパターンまたはスペックルノイズと呼ばれる、ランダム構造に起因したレーザー光の干渉模様が投影面上に発生し、クリアな画像を再現できない問題がある。

透過型スクリーンによるスペックルノイズを低減する技術として、例えば、特許文献１には、透光性基板の少なくとも片面に、複数の単位レンズが２次元的にマトリクス配列されたマイクロレンズアレイ部を設けた構成が記載されている。

また、特許文献２には、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た透過型スクリーンが記載されている。

日本国特開２００５−０１７９１９号公報 日本国特開２００７−１９２９８９号公報

特許文献１に記載された透過型スクリーンは、曲面形状を利用して散乱能を付与する構造であるので、スクリーンに入射する画像光の偏光方向は限定されない。しかし、特許文献１に記載の透過型スクリーンは、周期構造を持つマイクロレンズアレイを設けているため、周期構造に起因した回折パターンやモアレが発生する問題がある。なお、回折パターンやモアレが発生してもクリアな画像を再現できない。

また、特許文献２に記載された透過型スクリーンは、ランダム位相差層が、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°もしくは−４５°で傾斜するように配備されなければならない。換言すると、そのような角度関係になるよう、入射する画像光の偏光方向を制御しなければならない。このような入射光の偏光方向が限定される構成は、画像光を照射する側の表示装置または照射された画像光がスクリーンに到達するまでの光路中に偏光方向を制御する機能を追加しなければならず、好ましくない。

そこで、本発明は、入射する画像光の偏光方向が限定されない画像光投影用スクリーンであって、スペックルノイズだけでなく、回折パターンやモアレを含む画質品質を低下させる原因を低減できる画像光投影用スクリーンの提供を目的とする。また、本発明は、そのような画像光投影用スクリーンを備えた表示システムの提供を目的とする。

本発明による画像光投影用スクリーンは、主表面上に、規則的かつ少なくとも画像表示領域内において隙間なく２次元配列された複数の非周期レンズアレイユニットを備え、非周期レンズアレイユニットは各々、曲面形状のマイクロレンズであって、隙間なくかつ非周期に並べられたマイクロレンズの頂点を４個以上含むとともに、境界部分に位置するマイクロレンズの曲面形状の連続性が保たれる対称性を有していることを特徴とする。

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、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、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、透過型スクリーンが、上記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。

本発明によれば、画像光の偏光方向を限定せずに、画質品質を低下させる原因を低減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１は、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って、（ａ）は、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上面図であり、（ｂ）は、非周期レンズアレイユニット１１の例を示す模式上面図である。 図２は、非周期レンズアレイユニット１１の模式図であって、（ａ）は、図１（ｂ）に示す非周期レンズアレイユニット１１の模式図であり、（ｂ）は、非周期レンズアレイユニット１１内におけるマイクロレンズのばらつき具合を説明するための説明図である。 図３は、六角形の非周期レンズアレイユニット１１の標準ピッチの例を示す説明図であって、（ａ）は、Ｌ軸とＶ軸の捉え方の１例であり、（ｂ）は（ａ）と異なるＬ軸とＶ軸の捉え方を示す例である。 図４は、非周期レンズアレイユニット１１の配置例を示す説明図である。 図５は、非周期レンズアレイユニット１１の表面形状の例を示す斜視図である。 図６は、非周期レンズアレイユニット１１内におけるマイクロレンズ１１１の頂点の高さ位置の例を示す模式断面図である。 図７は、非周期レンズアレイユニット１１内におけるマイクロレンズ１１１の曲率半径の例を示す模式断面図である。 図８は、散乱角を説明するための説明図であって、（ａ）は、画像光投影用スクリーンに入射する光と、散乱して透過する光の様子を示した模式図であり、（ｂ）は、画像光投影用スクリーンと光軸とが交わる点を基点として（ａ）の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。 図９は、第２の実施形態の表示システムの例を示す模式図である。 図１０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１１は、表示システム１０００の他の例を示す構成図である。 図１２は、表示システム１０００の他の例を示す模式断面図である。 図１３は、表示システム１０００ｃの光学系の例を示す説明図である。 図１４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１５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１６は、第１の実施例の画像光投影用スクリーン１０における非周期レンズアレイユニット１１を示す模式上面図である。 図１７は、第１の実施例における各マイクロレンズの頂点間の最近接距離をまとめて示す説明図である。

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（ａ）は、第１の実施形態の画像光投影用スクリーン１０の例を示す模式上面図である。図１（ａ）に示す画像光投影用スクリーン１０は、主表面１２の少なくとも画像を表示する画像表示領域１３を満たすように規則的に２次元配列された、複数の非周期レンズアレイユニット１１を備えている。なお、平面領域、すなわち画像表示領域１３を満たすとは、より具体的には、少なくとも該領域内において隙間がないことである。

また、図１（ｂ）は、非周期レンズアレイユニット１１の例を示す模式上面図である。なお、図１（ｂ）において、グラデーション濃度は、各領域の高さ（または深さ）に対応している。図１（ｂ）に示すように、１つの非周期レンズアレイユニット１１は、隙間なくかつ非周期に並べられた、曲面形状のマイクロレンズ１１１の頂点を４個以上含む。換言すると、１つの非周期レンズアレイユニット１１内には、少なくとも４つの曲面形状のマイクロレンズ１１１の頂点が、隙間なくかつ非周期に並んでいる。より具体的には、非周期レンズアレイユニット１１内に平坦な領域がなく、かつ非周期レンズアレイユニット１１内に含まれるマイクロレンズ１１１群に、マイクロレンズの頂点同士のうち最も近い距離である最近接距離が異なるものが１つ以上含まれていればよい。なお、異なるマイクロレンズ１１１の組み合わせ全ての最近接距離が異なっていれば更に好ましい。

また、非周期レンズアレイユニット１１に含まれるマイクロレンズの頂点数は、周期構造による回折パターンやモアレを低減するため６個以上が好ましく、１０個以上がより好ましい。また、該頂点数は、非周期構造によるスペックルノイズを低減するため１００個以下が好ましく、５０個以下がより好ましい。

図１（ｂ）には、８個のマイクロレンズ１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ，１１１ｅ，１１１ｆ，１１１ｇ，１１１ｈが、直交する二軸（図ではＸ軸およびＹ軸）に沿うように略２×４列に並べられた例が示されている。ただし、マイクロレンズ１１１各々の頂点間の距離は一定でなく、ばらつきを有している。なお、頂点間の距離とは、図１（ｂ）でいうＸ−Ｙ平面の平面視における頂点間の距離であり、奥行き方向（Ｚ方向）は考慮しない。

また、図１（ａ）および図１（ｂ）には、外縁の形状が四角形の非周期レンズアレイユニット１１が示されているが、非周期レンズアレイユニット１１の外縁の形状は、平面の領域を隙間なく埋めることができる形状であれば特に問わない。例えば、六角形であってもよい。また、四角形であっても、長方形に限らず正方形やひし形であってもよい。また、全体的には四角形や六角形であるが辺の形が波型など、辺が直線でないものも含まれる。また、非周期レンズアレイユニット１１の外縁形状は、並進操作のみによって平面領域を満たす形状である四角形または六角形が好ましいが、回転操作や鏡映操作を含む対称操作によって平面領域を満たす形状（例えば、三角形や台形）であってもよい。

例えば、マイクロレンズ１１１間に隙間が生じていると、その部分は平坦な表面形状になるため、当該領域に照射した光は拡散されずに直進透過する。これを防止するためには、平坦な領域に対応して、透過光を遮蔽するブラックマスクなどを形成するなど、構造の複雑化および光量ロスを招くため、好ましくない。

また、図１（ｂ）に示すように、非周期レンズアレイユニット１１は、その外縁部分において、他の非周期レンズアレイユニット１１に含まれるマイクロレンズ１１１の一部を含んでいてもよい。ただし、非周期レンズアレイユニット１１を平面領域に隙間なく配置する条件として、非周期レンズアレイユニット１１を２次元配列した際の境界部分において、マイクロレンズの曲面形状の連続性が保たれるよう、各辺上のマクロレンズアレイの配置に対称性を有している必要がある。ただし、非周期レンズアレイユニット１１の境界とマイクロレンズの境界とが重なる部分についてはこの限りでない。なお、非周期レンズアレイユニット１１の境界部分でレンズ形状の連続性が保たれていれば、その内側（ユニット内）はランダムにマイクロレンズ１１１を配置してもよい。

なお、当該画像光投影用スクリーン１０を透過した先の光量分布のばらつきを抑制するために、非周期レンズアレイユニット１１内のマイクロレンズ１１１の配置のばらつきは、一定の範囲に収まっているのが好ましい。

以下、平面配置におけるばらつきの程度を示す指標として、マイクロレンズの頂点間の最近接距離を用いて説明する。例えば、１つの非周期レンズアレイユニット１１内に、１５個のマイクロレンズの頂点が含まれているとする。このとき、各頂点間の最近接距離Ｄ１〜Ｄ１５を計算し、それらの平均であるＤ_ａｖｅに対して、マイクロレンズの各々の頂点間の最近接距離Ｄ１〜Ｄ１５全てが±１０％以内に含まれていると好ましい。すなわち、以下に示す条件式（１）を、ｎ＝１〜Ｎ（Ｎはユニット内に含まれるマイクロレンズの頂点数（Ｎ≧４））の全てで満たすのが好ましい。なお、条件式（１）および条件式（２）について、Ｄ１〜ＤＮのうち、異なる値が１つ以上含まれていればよく、全て異なっていれば更に好ましい。

０．９×Ｄ_ａｖｅ≦Ｄｎ≦１．１×Ｄ_ａｖｅ ・・・（１）

例えば、上記の条件式（１）から大きく外れた場合、すなわちばらつきの程度が大きくなりすぎた場合、非周期性によるスペックルノイズが大きくなるため好ましくない。

なお、ばらつきに関する上記条件に関わらず、対称性を有し、かつ隙間がない（充填率１００％）条件は満たされているものとする。なお、平均に対するずれ量は±５％以内がより好ましい。すなわち、以下に示す条件式（２）を、ｎ＝１〜Ｎ全てで満たすのがより好ましい。

０．９５×Ｄ_ａｖｅ≦Ｄｎ≦１．０５×Ｄ_ａｖｅ ・・・（２）

また、非周期レンズアレイユニット１１内のマイクロレンズ１１１の配置のばらつきの程度は、次に示す標準ピッチを用いて評価してもよい。図２（ａ）は、図１（ｂ）に示す非周期レンズアレイユニット１１の模式図である。図２（ａ）において、網掛けは、各領域の高さ（または深さ）に対応している。また、太線の破線はマイクロレンズ１１１の境界を表している。また、黒丸はマイクロレンズ１１１の頂点位置を表している。

また、図２（ｂ）は、非周期レンズアレイユニット１１内におけるマイクロレンズ１１１のばらつき具合を説明する図である。図２（ｂ）において、１点鎖線は標準ピッチを表している。

ここで、標準ピッチは、非周期レンズアレイユニット１１の、交差する関係にある任意の２つの軸方向（例えば、図中のＵ軸方向とＶ軸方向）の長さをそれぞれＬｕ，Ｌｖとして、Ｌｕをとった領域においてＬｕの軸方向である第１軸方向に略平行に少なくともＭ個以上のマイクロレンズの頂点を有し、Ｌｖをとった領域においてＬｖの軸方向である第２軸方向に略平行に少なくともＪ個以上のマイクロレンズの頂点を有する設計とした場合の、Ｌｕ／ＭおよびＬｖ／Ｊに相当する。より具体的には、Ｌｕ／Ｍが第１の標準ピッチＰｕであり、Ｌｖ／Ｊが第２の標準ピッチＰｖである。なお、図２に示す例では、Ｍ＝２、Ｊ＝４である。

このような標準ピッチに基づいて、非周期レンズアレイユニット１１内において、マイクロレンズ１１１の各々は、第１方向のプラス側およびマイナス側においてそれぞれ隣り合う２つのマイクロレンズの頂点間の第１方向上の距離Ｄｕ１およびＤｕ２がいずれも、第１の標準ピッチＰｕに対して±１０％以内のずれ量であるとともにＤｕ１≠Ｄｕ２であり、かつ第２方向のプラス側およびマイナス側においてそれぞれ隣り合う２つのマイクロレンズの頂点間の第２方向上の距離Ｄｖ１およびＤｖ２がいずれも、第２の標準ピッチＰｖに対して±１０％以内のずれ量であるとともにＤｖ１≠Ｄｖ２であると、好ましい。なお、ユニットの端に位置するために隣り合うマイクロレンズが１つしかない場合には、ユニットの対称性に基づき、非周期レンズアレイユニット１１の境界を跨いだ先の当該マイクロレンズと隣り合う、他の非周期レンズアレイユニット１１内のマイクロレンズの頂点との距離を用いればよい。

すなわち、非周期レンズアレイユニット１１内において、マイクロレンズ１１１の各々が、以下に示す条件式群（３）を全て満たすのが好ましい。

０．９×Ｐｕ≦Ｄｕ１≦１．１×Ｐｕ
０．９×Ｐｕ≦Ｄｕ２≦１．１×Ｐｕ
０．９×Ｐｖ≦Ｄｖ１≦１．１×Ｐｖ
０．９×Ｐｖ≦Ｄｖ２≦１．１×Ｐｖ
Ｄｕ１≠Ｄｕ２
Ｄｖ１≠Ｄｖ２
・・・（３）

ここで、Ｄｕ１は、例えば当該マイクロレンズと略第１方向のプラス側に隣接しているマイクロレンズとの頂点間の第１方向上の距離であってもよい。また、Ｄｕ２は、例えば当該マイクロレンズと略第１方向のマイナス側に隣接しているマイクロレンズとの頂点間の第１方向上の距離であってもよい。また、Ｄｖ１は、例えば当該マイクロレンズと略第２方向のプラス側に隣接している他のマイクロレンズとの頂点間の第２方向上の距離であってもよい。また、Ｄｖ２は、例えば当該マイクロレンズと略第２方向のマイナス側に隣接している他のマイクロレンズとの頂点間の第２方向上の距離であってもよい。

例えば、図２（ｂ）に示すように、ある軸方向に沿って隣接している２つのマイクロレンズ１１１間の頂点間の距離をＤ｛γ｝_{｛α｝｛β｝}と表記するものとする。なお、｛γ｝には軸方向を識別する符号（図２（ｂ）の例では、ＵまたはＶ）が入る。また、｛α｝にはその軸方向のマイナス側にいるマイクロレンズ１１１を識別する符号（図２（ｂ）の例では、マイクロレンズの符号１１１の末尾のアルファベット）が入る。また、｛β｝には、プラス側にいるマイクロレンズ１１１を識別する符号が入る。例えば、図２（ｂ）に示す例において、Ｖ軸方向に隣接するマイクロレンズ１１１ａとマイクロレンズ１１１ｂとの頂点間の距離はＤｖ_ａｂと表記される。なお、当該表記法はユニットを跨ぐ場合も同様である。例えば、図２（ｂ）に示す例において、Ｖ軸方向に隣接しているマイクロレンズ１１１ｄと他のユニットのマイクロレンズ１１１ａとの頂点間の距離はＤｖ_ｄａと表記される。

上記の条件式群（３）を、例えば図２（ｂ）に示す例に適用した場合には、以下に示す条件群（４）となる。換言すると、図２（ｂ）に示される非周期レンズアレイユニット１１の場合には、以下に示す条件式群（４）を全て満たすようにこれらマイクロレンズが配置されているのがより好ましい。

０．９×Ｐｖ≦Ｄｖ_ａｂ≦１．１×Ｐｖ
０．９×Ｐｖ≦Ｄｖ_ｂｃ≦１．１×Ｐｖ
０．９×Ｐｖ≦Ｄｖ_ｃｄ≦１．１×Ｐｖ
０．９×Ｐｖ≦Ｄｖ_ｄａ≦１．１×Ｐｖ
Ｄｖ_ａｂ≠Ｄｖ_ｂｃ
Ｄｖ_ｂｃ≠Ｄｖ_ｃｄ
Ｄｖ_ｃｄ≠Ｄｖ_ｄａ
０．９×Ｐｖ≦Ｄｖ_ｅｆ≦１．１×Ｐｖ
０．９×Ｐｖ≦Ｄｖ_ｆｇ≦１．１×Ｐｖ
０．９×Ｐｖ≦Ｄｖ_ｇｈ≦１．１×Ｐｖ
０．９×Ｐｖ≦Ｄｖ_ｈｅ≦１．１×Ｐｖ
Ｄｖ_ｅｆ≠Ｄｖ_ｆｇ
Ｄｖ_ｆｇ≠Ｄｖ_ｇｈ
Ｄｖ_ｇｈ≠Ｄｖ_ｈｅ
０．９×Ｐｕ≦Ｄｕ_ａｅ≦１．１×Ｐｕ
０．９×Ｐｕ≦Ｄｕ_ｂｆ≦１．１×Ｐｕ
０．９×Ｐｕ≦Ｄｕ_ｃｇ≦１．１×Ｐｕ
０．９×Ｐｕ≦Ｄｕ_ｄｈ≦１．１×Ｐｕ
０．９×Ｐｕ≦Ｄｕ_ｅａ≦１．１×Ｐｕ
０．９×Ｐｕ≦Ｄｕ_ｆｂ≦１．１×Ｐｕ
０．９×Ｐｕ≦Ｄｕ_ｇｃ≦１．１×Ｐｕ
０．９×Ｐｕ≦Ｄｕ_ｈｄ≦１．１×Ｐｕ
Ｄｕ_ａｅ≠Ｄｕ_ｅａ
Ｄｕ_ｂｆ≠Ｄｕ_ｆｂ
Ｄｕ_ｃｇ≠Ｄｕ_ｇｃ
Ｄｕ_ｄｈ≠Ｄｕ_ｈｄ
・・・（４）

なお、本例の場合も、ばらつきに関する上記条件に関わらず、対称性を有し、かつ隙間がない（充填率１００％）条件は満たされているものとする。また、上記条件群（３）および（４）では、標準ピッチに対するずれ量が±１０％以内を条件とする例を示したが、標準ピッチに対するずれ量も±５％以内がより好ましい。

また、図２（ｂ）には、非周期レンズアレイユニット１１の外縁形状が、長方形（内角が９０度）の場合に、２辺と平行な軸を標準ピッチの第１軸および第２軸とする例が示されているが、ユニット内のマイクロレンズの配列方向でもある第１軸と第２軸とは、交差する関係であればよく、直交軸でなくてもよい。また、必ずしも非周期レンズアレイユニットの辺と平行でなくてもよい。図３（ａ）、図３（ｂ）は、非周期レンズアレイユニット１１の外縁形状が六角形の場合の標準ピッチの例を示す説明図であり、図３（ａ）と図３（ｂ）は、Ｕ軸とＶ軸の与え方が異なる例である。上記で示した各種条件は、六角形の場合も同様である。

また、図２に示すように、交差する関係にある２つの軸方向である第１軸方向および第２軸方向の各々に略平行にマイクロレンズ１１１を並ばせる場合、非周期レンズアレイユニット１１が１つの軸方向において有する頂点数は２個以上１０個以下が好ましい。例えば、一方の軸方向において頂点数が１個しかない場合、図２（ｂ）の例でいうとＭ＝１の場合、非周期レンズアレイユニット１１内は、非周期ではあるが１×４列のマイクロレンズの組み合わせしかなくなる。そのため、そのような非周期レンズアレイユニット１１が周期的に繰り返されると、その軸方向（例えば、Ｕ軸方向）における周期性が強くなりすぎて好ましくない。なお、周期性が強くなりすぎると、周期構造による回折パターンやモアレが強く出るおそれがある。その一方で、１つの軸方向における頂点数が多すぎると、ユニット全体に含まれる頂点数も多くなって、非周期性が強くなりスペックルノイズが目立つおそれがあるため好ましくない。上述したように、非周期レンズアレイユニット１１全体に含まれるレンズアレイの頂点数が１００個以下となる目安として、１つの軸方向において有する頂点数は１０個以下が好ましい。

また、図１（ｂ）および図２（ａ）に示す例では、非周期レンズアレイユニット１１内でのマイクロレンズの配列の様子がよくわかるようにマイクロレンズの境界位置付近に非周期レンズアレイユニット１１の境界位置が定められているが、ユニットの境界位置はこの限りではない。例えば、１種の非周期レンズアレイユニット１１が画像表示領域において周期的に配列される、すなわち繰り返し構造である場合、図４に示すように複数通りの境界位置の設定が可能である。図４において、非周期レンズアレイユニット１１ａは、図１（ｂ）に示した非周期レンズアレイユニット１１と同じ構造になるよう境界位置を設定した例である。また、非周期レンズアレイユニット１１ｂは、それとは違う境界位置を設定した例である。図４に示す例では、どこで区切っても全体構成は変わらない。

なお、本実施形態の画像光投影用スクリーン１０は、画像表示領域が、非周期かつ隙間なく並ぶマイクロレンズの組の繰り返し構造を有しているとも言える。例えば、図４に示す例の場合、画像表示領域をなす２辺に平行な軸方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に非周期かつ隙間なく並べられた２×４列のマイクロレンズの組の繰り返し構造を有している。

また、図５は、非周期レンズアレイユニット１１の表面形状の例を示す斜視図である。図５には、非周期に並べられた略２×４列の凹型のマイクロレンズを１つの単位とする非周期レンズアレイユニット１１が２×３列に配列された領域の表面形状の一例が示されている。図５に示すように、本実施形態の画像光投影用スクリーン１０は、非周期レンズアレイユニット１１内において、マイクロレンズ１１１の各々の頂点の高さが一致していないことが好ましい。より具体的には、非周期レンズアレイユニット１１内に含まれるマイクロレンズ１１１群に、マイクロレンズの頂点の高さが異なるものが１つ以上含まれていることが好ましい。ここで、マイクロレンズの頂点の高さは、非周期レンズアレイユニット１１に対して設定される基準平面から当該マイクロレンズの頂点までの高さ方向の距離（高さまたは深さ）とする。なお、全て異なっていれば更に好ましい。基準平面は、例えば、画像表示領域の最小二乗平面が認識可能であれば当該最小二乗平面が好ましい。また、最小二乗平面が認識困難である場合には、３つの非周期レンズアレイユニット１１の最も高い点（凹型であればマイクロレンズ間の境界部分のどこか、凸型であればいずれかのマイクロレンズの頂点）を結んでできる平面を、基準平面としてもよい。

高さ方向においても、マイクロレンズ間のばらつきは一定の範囲内に収まっているのが好ましい。

以下、高さ方向におけるばらつきの程度を示す指標として、マイクロレンズ１１１の各々の頂点の高さの差分Δｈを用いて説明する。図６は、非周期レンズアレイユニット１１内におけるマイクロレンズ１１１の頂点の高さ位置の例を示す模式断面図である。図６に示すように、非周期レンズアレイユニット１１内において、マイクロレンズ１１１の各々の組み合わせにおける頂点の高さの差分Δｈの最大量を最大差分Δｈ_ｍａｘと定義する。本実施形態の非周期レンズアレイユニット１１は、この最大差分Δｈ_ｍａｘの光路長（屈折率ｎ×Δｈ_ｍａｘ）が、１λ以上が好ましい。ここで、λは入射光の波長を表す。

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の条件を満たせばよい。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もよい。

最大差分Δｈ_ｍａｘの光路長が１λより小さいと回折パターンが発生しやすくなるおそれがある。なお、最大差分Δｈ_ｍａｘは、非周期レンズアレイユニット１１内に含まれるマイクロレンズ１１１群における最も高い頂点の高さ（例えば、図中のｈ_ｍａｘ）と最も低い頂点の高さ（例えば、図中のｈ_ｍｉｎ）の差分ということもできる。

また、図７に示すように、マイクロレンズ１１１の各々は、曲率半径Ｒが略一致している方が好ましい。図７に示す例では、Ｒ１≒Ｒ２≒Ｒ３≒Ｒ４≒Ｒ５≒Ｒ６が好ましい。より具体的には、マイクロレンズ１１１の各々の曲率半径Ｒの平均であるＲ_ａｖｅに対して、マイクロレンズ１１１の各々の曲率半径Ｒがすべて±２０％の範囲内であれば好ましく、±１０％の範囲内であればさらに好ましい。すなわち、ユニット内に全ての含まれるマイクロレンズの曲率半径Ｒｎ、ただし、ｎ＝１〜Ｎ（Ｎはユニット内に含まれるマイクロレンズの頂点数（Ｎ≧４））が、以下に示す条件式（５）を満たすと好ましく、以下に示す条件式（６）を満たすとさらに好ましい。各マイクロレンズの曲面形状が散乱角に影響を及ぼすため、マイクロレンズ毎に曲率半径が異なるとマイクロレンズ毎に散乱角が異なり、画像表示領域に散乱角分布が発生する。入射ビームに対する散乱角は入射ビーム中の各マイクロレンズによる散乱光の重ね合わせとなるため、曲率半径が同じマイクロレンズを用いることで、出射光束の光量分布の制御がしやすくなる。例えば、散乱角中の光量を画像表示領域中心からの角度によらず均一にするといった制御がしやすくなる。

０．８×Ｒ_ａｖｅ≦Ｒｎ≦１．２×Ｒ_ａｖｅ ・・・（５）
０．９×Ｒ_ａｖｅ≦Ｒｎ≦１．１×Ｒ_ａｖｅ ・・・（６）

また、マイクロレンズ１１１は、全て凸型であってもよく、マイクロレンズ１１１の表面形状は、球面であってもよいし、放物面や楕円関数で表される非球面であってもよい。また、上述した最大差分Δｈ_ｍａｘの上限としては、出射光束の光量分布の制御がしやすく、例えば、散乱角中の光量を画像表示領域中心からの角度によらず均一にするといった制御がしやすくなるため、Ｒ_ａｖｅの１０％以内が好ましい。すなわち、以下に示す条件式（７）を満たすと好ましい。

０．１×Ｒ_ａｖｅ≧Δｈ_ｍａｘ ・・・（７）

また、非周期レンズアレイユニット１１内におけるマイクロレンズ１１１の平均ピッチＰに相当する指標として、上記のＤ_ａｖｅ、または標準ピッチＰｕおよびＰｖを適用できる。以下、これらの値を各々Ｐとおくと、Ｐは、表示画素の対応する辺の長さの２倍以下が好ましく、１倍以下であればより好ましく、スペックルノイズ抑制の関係から１／１０以上が好ましく、１／５以上がより好ましい。なお、対応する辺の長さは、Ｄ_ａｖｅであれば対角の長さとし、ＰｕおよびＰｖであれば同じ軸方向の長さとすればよい。平均ピッチＰが大きすぎると解像度が低下するからである。例えば、ＨＵＤ用の画像光投影用スクリーンであれば、好適な表示画素は５０μｍ〜２００μｍ程度の画素サイズである。上記のように、平均ピッチは、表示画素の対応する辺の長さの２倍以下が好ましい。よって、平均ピッチＰの上限は１００μｍ（５０μｍの表示画素に対応）〜４００μｍ（２００μｍの表示画素に対応）の範囲に設定されることが好ましい。また、特にＨＵＤ用の画像光投影用スクリーンであれば、平均ピッチＰの上限は５０μｍ〜２００μｍの範囲に設定されることがより好ましい。さらに、ＨＵＤ用の画像光投影用スクリーンであれば、平均ピッチＰの下限は、５μｍ〜２０μｍの範囲に設定されることが好ましく、１０μｍ〜４０μｍの範囲に設定されることがより好ましい。また、平均ピッチＰは、Ｒ_ａｖｅとの間で、以下の条件式（８）を満たすと、散乱角を４０°以下とできる。

Ｒ_ａｖｅ／Ｐ≧０．９ ・・・（８）

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。例えば、ヘッドアップディスプレイ用途であれば散乱角は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、散乱角は１００°以上が好ましい。また、散乱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。すなわち、視野角を広げられるため、好ましい。また、スクリーンの視野角に応じて水平方向の散乱角と垂直方向の散乱角は同じでなくてもよい。

なお、散乱角は、当該画像光投影用スクリーン１０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８（ａ）および図８（ｂ）を用いて説明する。図８（ａ）は、本実施形態の画像光投影用スクリーン１０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、画像光投影用スクリーン１０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、画像光投影用スクリーン１０の厚さを無視できる程度の距離である。図８（ｂ）は、画像光投影用スクリーン１０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散乱角θ［°］とし、散乱角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。

当該画像光投影用スクリーン１０から出射される散乱光により形成される所定の投影面上での所望の散乱角中の光量分布が、中心点の光量に対して±２０％以内であると、均一化でき好ましい。したがって、画像光投影用スクリーン１０からの出射光束がそのような光量分布となるように、マイクロレンズの曲率半径が設計されるのが好ましい。

また、非周期レンズアレイユニット１１の周期は、表示画素の対角の長さの１０倍以下が好ましく、５倍以下がより好ましい。大きすぎると、周期構造による利点が抑えられてランダム構造に起因した干渉模様が生じるおそれがあるためである。

また、マイクロレンズ１１１は、透光性を有するガラスや樹脂等により構成されていればよい。ガラス表面にレンズ形状を形成する方法としては、ウェットエッチングや、グレースケール露光やレジストリフローによりレンズ形状のレジストパターンを形成後、ガラス表面をドライエッチングする方法、成形型等によるプレス成形する方法が挙げられる。また、樹脂によるレンズ形状の形成方法として射出成形やガラス基板などの表面にインプリント等が挙げられる。さらに、画像光投影用スクリーン１０のマイクロレンズ表面および裏面に入射光の反射を抑制するため、誘電体多層膜等の反射防止膜を形成してもよい。

以上のように、本実施形態の画像光投影用スクリーン１０は、非周期構造を有するマイクロレンズアレイを周期的に配列した構成となっているため、ランダム構造に起因するスペックルノイズを抑制しつつ、周期構造に起因する回折パターンやモアレを低減でき、その結果、画質の低下をより抑制できる。

スペックルノイズは、非周期な散乱板によるランダムな干渉により発生するぎらつきが原因である。そこで、非周期レンズアレイユニット１１の各マイクロレンズの非周期性、より具体的には、２次元配置および／または高さ方向におけるばらつきの程度を、±１０％以内に抑制しながら、非周期レンズアレイユニット１１を周期的に配置することにより、非周期起因となるスペックルノイズを低減できる。また、回折パターンやモアレは周期性に伴う規則的な干渉により発生するが、各非周期レンズアレイユニット１１内に各マイクロレンズが非周期性をもって配置されていることから、規則性が崩れて回折パターンやモアレも低減できる。

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９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９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、画像光投影用スクリーン１０は、第１の実施形態の画像光投影用スクリーン１０と同様でよい。

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。

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。

図１０は、表示システム１０００のより詳細な構成図の例である。図１０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。

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とを備える。２Ｄスキャンミラー４に代わり、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。

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。

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。

図１０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ーや固体レーザーなどによる、赤、緑、青の３色に対応するレーザー光源１−Ｒ，１−Ｇ，１−Ｂを備える。レーザー光源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原色レーザー光となって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ー光の拡がり角が約２ｍｒａｄ以下であることをいう。

２Ｄスキャンミラー４で反射された光は、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、不図示の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ー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ー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で反射したレーザー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。

また、画像投影装置１００は、図１０に示す構成に限られない。図１１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って、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１０に示した構成と異なる。

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とを備える。

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。

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。

また、表示システム１０００は、図１２に示すようなＨＵＤとして用いられる表示システム１０００ｃであってもよい。

図１２に示す表示システム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。

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。この構成において、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１５参照）。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。

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１３参照）。

図１２に示す表示システム１０００ｃでは、ＨＵＤ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。

また、図１４および図１５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１４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、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１５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、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。

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１（ａ）に示される画像光投影用スクリーン１０の例である。

本実施例の画像光投影用スクリーン１０は、当該画像光投影用スクリーン１０の辺に平行な直交する２軸方向（図１のＸ軸方向およびＹ軸方向）に略沿って非周期かつ隙間なく並べられた３×５列のマイクロレンズ１１１の組の繰り返し構造で満たされた画像表示領域を有する。図１６は、本実施例の画像光投影用スクリーン１０における非周期レンズアレイユニット１１の一例を示す模式上面図である。図１６においても、太線の破線はマイクロレンズ１１１の境界を表し、黒丸はマイクロレンズ１１１の頂点位置を表している。

図１６に示すように、本実施例の非周期レンズアレイユニット１１は、長方形であって、隙間なくかつ非周期に並べられた、曲面形状のマイクロレンズ１１１の頂点を１５個含んでいる。図１６に示す例では、１５個のマイクロレンズ１１１ａ〜１１１ｏの頂点を含んでいる。本実施例における各マイクロレンズの頂点間の距離は、次の通りである。すなわち、上述した表記方法を用いて、Ｘ軸方向で、Ｄｘ_ａｂ＝Ｄｘ_ｆｇ＝Ｄｘ_ｋｌ＝１０４．９μｍ、Ｄｘ_ｂｃ＝Ｄｘ_ｇｈ＝Ｄｘ_ｌｍ＝９４．９μｍ、Ｄｘ_ｃｄ＝Ｄｘ_ｈｉ＝Ｄｘ_{ｍ ｎ}＝１０２．４μｍ、Ｄｘ_ｄｅ＝Ｄｘ_ｉｊ＝Ｄｘ_ｎｏ＝９７．４μｍ、Ｄｘ_ｅａ＝Ｄｘ_{ｊ ｆ}＝Ｄｘ_ｏｋ＝９９．９μｍ、またＹ軸方向で、Ｄｙ_ａｆ＝Ｄｙ_ｂｇ＝Ｄｙ_ｃｈ＝Ｄｙ_{ｄ ｉ}＝Ｄｙ_ｅｊ＝８３．６μｍ、Ｄｙ_ｆｋ＝Ｄｙ_ｇｌ＝Ｄｙ_ｈｍ＝Ｄｙ_ｉｎ＝Ｄｙ_ｊｏ＝８１．１μｍ、Ｄｙ_ｋａ＝Ｄｙ_ｌｂ＝Ｄｙ_ｍｃ＝Ｄｙ_ｎｄ＝Ｄｙ_ｏｅ＝８６．１μｍである。図１６に示す非周期レンズアレイユニット１１内の各マイクロレンズの頂点間の最近接距離は、図１７の通りである。また、他の具体的なパラメータの値は次の通りである。

・ユニットのサイズ：Ｘ軸方向の長さ＝４９９．５μｍ（図１６のＬｘ）、Ｙ軸方向の長さ＝２５０．８μｍ（図１６のＬｙ）
・ユニット内のマイクロレンズの数：Ｘ軸方向の頂点数＝５、Ｙ軸方向の頂点数＝３、合計１５個
・ユニット内のマイクロレンズの頂点間の最近接距離の平均：Ｄ_ａｖｅ＝８１．９μｍ
・ユニット内のマイクロレンズの頂点間の最近接距離のばらつきの範囲：８１．９μｍ±３％
・ユニット内のマイクロレンズの曲率半径の平均：Ｒ_ａｖｅ＝１０４μｍ
・ユニット内のマイクロレンズの曲率半径のばらつきの範囲：１０４μｍ±１５％
・ユニット内のマイクロレンズの頂点の高さの最大差分：Δｈ_ｍａｘ＝５μｍ

なお、本例の画像光投影用スクリーン１０の画像表示領域は、外縁形状が長方形の１種の非周期レンズアレイユニットの繰り返し構造によって満たされている。したがって、図１６に示す非周期レンズアレイユニット１１の配置はあくまで一例であり、ユニットをどこで区切っても全体構成は変わらない。

また、本実施例の画像光投影用スクリーン１０は、次のようにして作製される。まず、屈折率ｎ＝１．５３のガラス基板の一方の表面にウェットエッチング用のマスクとしてモリブデン膜を５０ｎｍの膜厚で形成する。次に、成膜したモリブデン膜の上に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ、エッチング加工により、図１６に示す非周期レンズアレイユニット１１の周期構造、すなわちＸ軸方向およびＹ軸方向に非周期かつ隙間なく並べられた３×５列のマイクロレンズの組の繰り返し構造に対応した開口部を有するモリブデンマスクパターンを形成する。

その後、ウェットエッチングによりガラス基板の片面で１００μｍ分エッチングを行い、凹曲面部の曲率半径が１００μｍとなる画像光投影用スクリーン１０を得る。

得られた画像光投影用スクリーン１０に波長４５０ｎｍの光を入射することにより約３０°の散乱角が得られた。また、回折パターンが発生していないことから非周期性により規則的な干渉が抑制されていることが分かった。

比較例１．
次に、第１の実施例の第１の比較例を説明する。第１の比較例は、表面にランダムな凹凸構造を有する散乱板である。具体的には、ガラス基板の一方の表面を、サンドブラストで処理することにより得られた散乱板であって、ランダムな凸凹構造により約１５°の散乱角となる特性を有する。

画像光投影用スクリーンを用いる表示システムにおいて、波長５３２ｎｍのレーザ光に対して、画像光投影用スクリーンとして第１の実施例および第１の比較例を設置して投影される画像を確認する。第１の実施例の画像光投影用スクリーン１０を用いた場合にはスペックルノイズによる画質の低下が抑制されており、第１の比較例の拡散板を用いた場合よりも良好な画質が得られた。

比較例２．
次に、第１の実施例の第２の比較例を説明する。第２の比較例は、画像表示領域内に平坦な領域を有する、すなわちマイクロレンズの充填率が１００％未満の画像光投影用スクリーンの例である。

本比較例では、第１の実施例と同様のモリブデンマスクパターンを用いてウェットエッチングによりガラス基板の片面で４２μｍ分エッチングを行う。すると、Ｘ軸方向において隣接するレンズ曲面どうしがつながらず曲面を形成しない部分が約１５μｍの幅で残り、充填率が１００％とならない画像光投影用スクリーンが形成される。なお、ユニット内マイクロレンズの曲率半径の平均は４２μｍとなる。

このような画像光投影用スクリーンを表示システムで用いると、レンズ面が形成されていない平坦な領域では、入射する光が散乱されず直進光として透過する。その結果、０°方向の光量が入射光量の約３５％と非常に大きくなり、画像光を投影するスクリーンとしては不向きである。

本出願は、２０１４年９月３０日出願の日本特許出願、特願２０１４−２００９８７に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

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（表示システム）であれば、好適に適用可能である。

１０ 画像光投影用スクリーン
１１、１１ａ、１１ｂ 非周期レンズアレイユニット
１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆ、１１１ｇ、１１１ｈ マイクロレンズ
１２ 主表面
１３ 画像表示領域
１００ 画像投影装置
１００ａ、１００ｂ 走査型画像投影装置
１ 光源部
１−Ｒ、１−Ｇ、１−Ｂ レーザー光源
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
６ 光源光学系
７ １／４波長板
８ 偏光ビームスプリッタ
１０００、１０００ａ、１０００ｂ、１０００ｃ 表示システム
２０１ 視認者
２０２ 虚像
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

Claims (15)

1. 主表面上に、規則的かつ少なくとも画像表示領域内において隙間なく２次元配列された複数の非周期レンズアレイユニットを備え、
   前記非周期レンズアレイユニットは各々、曲面形状のマイクロレンズであって、隙間なくかつ非周期に並べられたマイクロレンズの頂点を４個以上含むとともに、境界部分に位置するマイクロレンズの曲面形状の連続性が保たれる対称性を有している
   ことを特徴とする画像光投影用スクリーン。
2. 前記画像表示領域は、外縁形状が四角形または六角形の１種の非周期レンズアレイユニットの繰り返し構造によって満たされている
   請求項１に記載の画像光投影用スクリーン。
3. 前記非周期レンズアレイユニットの各々において、当該非周期レンズアレイユニットに含まれるマイクロレンズの各々の頂点間の最近接距離をＤｎ（ただし、ｎ＝１〜マイクロレンズの頂点数）、これらの平均をＤ_ａｖｅとしたとき、各Ｄｎが、０．９×Ｄ_ａｖｅ≦Ｄｎ≦１．１×Ｄ_ａｖｅを満たす
   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。
4. 前記非周期レンズアレイユニットは各々、基準平面からレンズ曲面の頂点までの高さ方向の距離である頂点の高さが異なるマイクロレンズを含み、
   前記非周期レンズアレイユニットの各々において、各マイクロレンズ間の頂点の高さの差分の最大量である最大差分Δｈ_ｍａｘの光路長が、少なくとも一つの対象波長であるλ以上である
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。
5. 前記マイクロレンズは、凹形状である
   請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。
6. 前記マイクロレンズは、凸形状である
   請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。
7. 前記非周期レンズアレイユニットの各々において、当該非周期レンズアレイユニットに含まれるマイクロレンズの各々の曲率半径をＲｎ（ただし、ｎ＝１〜マイクロレンズの頂点数）、これらの平均をＲ_ａｖｅとしたとき、各Ｒｎが、０．８×Ｒ_ａｖｅ≦Ｒｎ≦１．２×Ｒ_ａｖｅを満たす
   請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。
8. 前記非周期レンズアレイユニットの各々において、当該非周期レンズアレイユニットに含まれるマイクロレンズの各々の曲率半径の平均をＲ_ａｖｅとすると、各マイクロレンズ間の頂点の高さの差分の最大量である最大差分Δｈ_ｍａｘが、０．１×Ｒ_ａｖｅ≧Δｈ_{ｍ ａｘ}を満たす
   請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。
9. 前記非周期レンズアレイユニットに含まれるマイクロレンズの各々の頂点間の最近接距離の平均をＤ_ａｖｅとしたとき、前記Ｄ_ａｖｅが、表示画素の対角線の長さの２倍以下である
   請求項１から請求項８のうちのいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。
10. 前記非周期レンズアレイユニットの、交差する関係の任意の２つの軸方向における長さをそれぞれＬｕ，Ｌｖとし、前記Ｌｕをとった領域において前記Ｌｕの軸方向である第１軸方向に沿って並ぶマイクロレンズの頂点の数をＭ、前記Ｌｖをとった領域において前記Ｌｖの軸方向である第２軸方向に沿って並ぶマイクロレンズの頂点の数をＪとしたときのＬｕ／Ｍを第１の標準ピッチＰｕ、Ｌｖ／Ｊを第２の標準ピッチＰｖとするとき、前記第１の標準ピッチＰｕおよび前記第２の標準ピッチＰｖが、表示画素の対応する軸方向の長さの２倍以下である
    請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。
11. 前記非周期レンズアレイユニットに含まれるマイクロレンズの各々の頂点間の最近接距離の平均をＤ_ａｖｅとし、前記マイクロレンズの各々の曲率半径の平均をＲ_ａｖｅとするとき、Ｒ_ａｖｅ／Ｄ_ａｖｅ≧０．９を満たす
    請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。
12. 前記非周期レンズアレイユニットの周期は、表示画素の対角の長さの１０倍以下である
    請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。
13. 散乱角が１０°〜４０°の範囲である
    請求項１から請求項１２のうちのいずれか１項に記載の画像光投影用スクリーン。
14. 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１〜１３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。
15. 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１４に記載の表示システム。

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