WO2022050028A1

WO2022050028A1 - 光位相変調素子、および表示装置

Info

Publication number: WO2022050028A1
Application number: PCT/JP2021/029845
Authority: WO
Inventors: 亜希子鳥山; 崇宏望月
Original assignee: ソニーグループ株式会社
Priority date: 2020-09-02
Filing date: 2021-08-13
Publication date: 2022-03-10
Also published as: JPWO2022050028A1; CN115885213A; US20230400755A1

Abstract

本開示の光位相変調素子（１Ａ）は、面内方向において互いに異なる領域に設けられると共に、互いに屈折率異方性が異なる液晶材料が封入され、それぞれが互いに波長の異な色用の位相分布パターンを表示する複数の分割領域（２１、２２）、を備える。

Description

光位相変調素子、および表示装置

　本開示は、液晶材料を用いる光位相変調素子、および表示装置に関する。

　光強度変調素子によって光の輝度（強度）を変調して映像表示を行う表示装置が知られている。また、光の位相を変調して所望の再生像を生成する光位相変調素子が知られている。光強度変調素子および光位相変調素子は、例えば液晶パネルによって構成される。光位相変調素子の応用例として、表示する画像に応じて位相変調された再生像を生成し、その再生像を映像表示用の光強度変調素子への照明光として利用する技術がある（特許文献１～３参照）。特に、特許文献３には、１つの光位相変調素子を用いてカラー表示に必要な３原色の照明光を生成する技術が提案されている。

特開２００８－２９２７２５号公報特開２００８－８９６８６号公報特開平４－２９３０７５号公報

　単一の液晶材料が封入された１つの光位相変調素子を用いて複数の色光の位相変調を行う場合、液晶材料の性質上、位相変調特性や耐光性等が波長によって異なるため、性能と信頼性の低下を招く。

　高性能と高信頼性とを実現可能な光位相変調素子、および表示装置を提供することが望ましい。

　本開示の一実施の形態に係る光位相変調素子は、面内方向において互いに異なる領域に設けられると共に、互いに屈折率異方性が異なる液晶材料が封入され、それぞれが互いに波長の異なる色用の位相分布パターンを表示する複数の分割領域、を備える。

　本開示の一実施の形態に係る表示装置は、互いに波長の異なる複数の色光を発する光源部と、光源部からの複数の色光のそれぞれを位相変調する光位相変調素子とを含み、光位相変調素子は、面内方向において互いに異なる領域に設けられると共に、互いに屈折率異方性が異なる液晶材料が封入され、それぞれが互いに波長の異なる色用の位相分布パターンを表示する複数の分割領域、を備える。

　本開示の一実施の形態に係る光位相変調素子、または表示装置では、複数の分割領域のそれぞれに互いに屈折率異方性が異なる液晶材料が封入され、それぞれが互いに波長の異なる色用の位相分布パターンを表示する。

輝度変調方式の表示装置の概要を示す斜視図である。輝度変調方式の表示装置の概要を示す断面図である。位相変調方式の表示装置の概要を示す斜視図である。位相変調方式の表示装置の概要を示す断面図である。屈折率楕円体の概要を示す説明図である。液晶材料の巨視的な屈折率分布の一例を示す説明図である。ＶＡモードの液晶パネルの概要を示す断面図である。輝度変調方式の液晶パネルの概要を示す正面図である。輝度変調方式の液晶パネルの概要を示す断面図である。位相変調方式の液晶パネルの概要を示す正面図である。位相変調方式の液晶パネルの概要を示す断面図である。比較例に係る単板式カラー光位相変調素子の概要を示す説明図である。一般的な液晶材料の屈折率異方性の波長分散特性の一例を示す説明図である。比視感度曲線の一例を示す説明図である。本開示の第１の実施の形態に係る光位相変調素子の面内構造の第１の例を概略的に示す平面図である。第１の実施の形態に係る光位相変調素子の面内構造の第２の例を概略的に示す平面図である。第１の実施の形態に係る光位相変調素子の面内構造の第３の例を概略的に示す平面図である。第１の実施の形態に係る光位相変調素子の面内構造の第１の変形例を概略的に示す平面図である。第１の実施の形態に係る光位相変調素子の面内構造の第２の変形例を概略的に示す平面図である。第１の実施の形態に係る光位相変調素子を用いた表示装置の一構成例を概略的に示す構成図である。第１の実施の形態に係る光位相変調素子の一構成例を概略的に示す断面図である。各実施例に係る光位相変調素子で用いた液晶材料の種類を示す説明図である。比較例に係る光位相変調素子の概要を示す平面図である。比較例および実施例１に係る光位相変調素子のセルギャップｄの値と、液晶材料の種類および物性値とを示す説明図である。比較例に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示す説明図である。実施例１に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示す説明図である。比較例および実施例１に係る光位相変調素子において、位相を２π変調させるのに必要な電圧値を示す説明図である。比較例に係る光位相変調素子における耐光性試験の結果を示す説明図である。実施例１に係る光位相変調素子における耐光性試験の結果を示す説明図である。比較例および実施例１に係る光位相変調素子における信頼性試験の結果を示す説明図である。比較例および実施例２に係る光位相変調素子のセルギャップｄの値と、液晶材料の種類および物性値とを示す説明図である。比較例に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示す説明図である。実施例２に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示す説明図である。比較例および実施例２に係る光位相変調素子において、位相を２π変調させるのに必要な電圧値を示す説明図である。比較例に係る光位相変調素子における耐光性試験の結果を示す説明図である。実施例２に係る光位相変調素子における耐光性試験の結果を示す説明図である。比較例および実施例３に係る光位相変調素子のセルギャップｄの値と、液晶材料の種類および物性値とを示す説明図である。比較例に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示す説明図である。実施例３に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示す説明図である。比較例および実施例３に係る光位相変調素子において、位相を２π変調させるのに必要な電圧値を示す説明図である。実施例３に係る光位相変調素子における耐光性試験の結果を示す説明図である。比較例、実施例１および実施例３に係る光位相変調素子のそれぞれにおける再生像の評価結果を示す説明図である。実施例４に係る光位相変調素子の配向膜の種類およびセルギャップｄの値と、液晶材料の種類および物性値とを示す説明図である。金属における光吸収率の波長特性を示す説明図である。車両制御システムの概略的な構成の一例を示すブロック図である。車外情報検出部及び撮像部の設置位置の一例を示す説明図である。内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す構成図である。図４７に示すカメラヘッド及びＣＣＵの機能構成の一例を示すブロック図である。

　以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
　０．比較例（図１～図１４）
　１．第１の実施の形態
　　１．１　概要（光位相変調素子の平面構成例）（図１５～図１９）
　　１．２　表示装置の構成例（図２０）
　　１．３　光位相変調素子の断面構成例（図２１）
　　１．４　実施例（図２２～図４３）
　　１．５　変形例（図４４）
　２．応用例（図４５～図４８）
　　２．１　第１の応用例
　　２．２　第２の応用例
　３．その他の実施の形態

＜０．比較例＞
　図１および図２は、輝度変調方式の表示装置の概要を示している。
　一般的な投射型表示装置（プロジェクタ）の構成として、例えば図１および図２に示したように、光源５００から出射された均一な照明光を光強度変調素子５０１に照射して光強度変調を行って画像を生成し、生成された画像を投射レンズを通してスクリーン５０に投影するものがある。

　光強度変調素子５０１としては、通常、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶パネル）やＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device：ミラーデバイス）が用いられる。特に液晶パネルを用いた液晶プロジェクタは、色再現性が良く、高画質が実現できる。液晶プロジェクタでは、液晶パネルを光シャッタとして用いている。図１および図２では、光強度変調素子５０１として透過型の液晶パネルを用いた例を示す。液晶パネルは、一対の基板５０２，５０３間に複数の液晶分子５１４を含む液晶層５１３を挟んだ構成とされている。光強度変調素子５０１を透過型の液晶パネルとする場合、光の入射方向には偏光子５２１が配置され、光の出射方向には検光子５２２が配置される。偏光子５２１は、入射光Ｌ１１のうち所定の偏光方向に偏光された偏光光を出射する。輝度変調方式の表示装置の場合、光強度変調素子５０１の１画素は最終的に表示される画像の１画素に対応する。光強度変調素子５０１を液晶パネルとする場合、暗い映像領域を表示する場合は、液晶パネルにより照明光を遮断する必要があり、表示に使わない光が存在し、光の利用効率が著しく低下してしまう。

　これに対し、位相変調方式の表示装置として、ＳＬＭ（Spatial Light Modulator：空間光位相変調素子）を回折素子として利用して照明光を生成することにより、低輝度の画素領域に照射される光の一部を高輝度領域に分配する技術が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。光位相変調素子としては、液晶パネルを用いることも可能である。

　図３および図４は、位相変調方式の表示装置の概要を示している。
　図３および図４では、光位相変調素子１として、反射型の回折素子を用いた例を示す。位相変調方式の表示装置では、例えば、光源５００から出射された均一な照明光を光位相変調素子１に照射して位相変調を行うことにより生成された再生像を、スクリーン５０に投影する。位相変調方式の表示装置では、光の回折を用いているので高効率である。位相変調方式の表示装置の場合、光位相変調素子１の１画素は必ずしも最終的に表示される画像の１画素には対応せず、光位相変調素子１における複数の画素を、表示される画像の１画素に対応させることが可能となる。光位相変調素子１における複数の画素を用いて最終的に表示される画像の１画素を構成することが可能であるため、光位相変調素子１において画素欠陥が万が一起こっても画素表示として安定的であることも特徴である。また、カラー表示も可能であり、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色の照明光を、色ごとに異なる光位相変調素子１を使って生成する技術も開示されている。

　これらの輝度変調方式および位相変調方式における光の伝搬について、液晶パネルを用いる場合を例に説明する。

　液晶パネルに用いられる液晶材料は、図５に示したように、光軸が１つの一軸性の屈折率楕円体５３０である。図５ではｚ軸が屈折率楕円体５３０の長軸、ｘ軸およびｙ軸が屈折率楕円体５３０の短軸となっている。屈折率楕円体５３０の光軸とは、楕円体の中心を通る切断面が円となるときの面の法線方向を示し、図５ではｚ軸に相当する。図５において、屈折率楕円体５３０のｘ軸方向の屈折率をｎｘ、ｙ軸方向の屈折率をｎｙ、ｚ軸方向の屈折率をｎｚとすると、屈折率の大きさの関係は、ｎｘ＝ｎｙ、ｎｘ，ｎｙ＜ｎｚとなる。

　図６は、液晶材料の巨視的な屈折率分布の一例を示している。
　液晶分子５１４の配向方向は、ダイレクタ（Director）と呼ばれる単位ベクトルｎによって表される。巨視的に見たとき、複数の液晶分子５１４の平均的な屈折率分布は１つの屈折率楕円体５３０とみなすことができる。屈折率楕円体５３０と同様に、液晶分子５１４の長軸と光軸は一致する。液晶材料は、屈折率異方性（＝複屈折）を持つ。屈折率とは、媒質中を進む光波の進行速度が遅くなる割合のことをいい、複屈折とは、物質に光が入射するときに２つの屈折光が現れる現象のことをいう。液晶分子５１４の光軸に対して平行に振動する光は異常光線と呼ばれ、異常光線に対する屈折率はｎｅと表現される。液晶分子５１４の長軸に対して直角方向に振動する光は常光線と呼ばれ、常光線に対する屈折率はｎｏと表現される。この屈折率ｎｅと屈折率ｎｏとの差は、屈折率異方性Δｎ（＝ｎｅ－ｎｏ）と呼ばれる。この屈折率異方性があると、入射方向に応じて光に位相差が生じる。

（液晶パネルの構成例）
　図７は、ＶＡ（Vertical Alignment）モードの液晶パネルの概要を示している。

　図７に示した例では、液晶パネルに封入されている液晶材料はネガ型液晶であり、配向は垂直配向である。ＶＡモードの液晶パネルは、一対の基板５０２，５０３間に液晶層５１３を充填してなる。一方の基板５０２の液晶層５１３に向かう面には、液晶層５１３を構成する液層分子５１４の配向を制御するための画素電極５１２がパターン形成されている。同様に、他方の基板５０３の液晶層５１３に向かう面には、液晶層５１３を構成する液層分子５１４の配向を制御するための画素電極５１１がパターン形成されている。図示しないが、画素電極５１１および画素電極５１２のそれぞれを覆う状態で配向膜が設けられている。図７の（Ａ）には画素電極５１１と画素電極５１２との間の電圧が無印加（電圧ＯＦＦ）の状態、図７の（Ｂ）には画素電極５１１と画素電極５１２との間に電圧を印加（電圧ＯＮ）した状態を示す。電圧が無印加の状態では液晶分子５１４は立っており、電圧を印加した状態では液晶分子５１３が倒れていく。

　画素電極５１１および画素電極５１２によって液晶層５１３に電圧を印加した際に、液晶層５１３を構成している液晶分子５１４の倒れる方向を一対の基板５０２，５０３の全面において揃えることで配向を制御する。このために、電圧を印加していないときにおいて、液晶分子５１４に一様のプレチルト角を付与させている。例えば、ＶＡモードの液晶パネルでは、表示領域の全面において、液晶分子５１４に２°～６°のプレチルト角（基板面の法線方向に対する角度）を持たせるように、配向膜の表面が構成されている。

　ＶＡモードの液晶パネルでは、例えば、クロスニコルの位置に２つの偏光板を配置することにより、電圧の無印加時に黒表示、電圧の印加時に白表示がなされるノーマリーブラックの表示が行われる。

（輝度変調方式の液晶パネルの光学作用）
　図８および図９に、光強度変調素子５０１としての輝度変調方式の液晶パネルの概要を示す。図８には、光強度変調素子５０１を正面方向から見た構成および光の偏光状態を模式的に示す。図９には、光強度変調素子５０１の断面内の構成および光の偏光状態を模式的に示す。なお、図８および図９には、光強度変調素子５０１が透過型のＶＡモードの液晶パネルである場合の構成例を示す。

　光強度変調素子５０１に対して、光の入射方向には入射側偏光板としての偏光子５２１が配置され、光の出射方向には出射側偏光板としての検光子５２２が配置されている。光強度変調素子５０１は、対向する複数の画素電極５１１と複数の画素電極５１２との間に、液晶層５１３を挟んだ構成とされている。液晶層５１３は、複数の液晶分子５１４を有している。液晶層５１３は、複数の液晶分子５１４が所定の配向方向となるように配列されている。

　偏光子５２１は、無偏光の入射光Ｌ１１のうち所定の偏光方向に偏光された偏光光Ｌ１２を出射する。液晶分子５１４の配向方向は例えば、図８に示したように、正面方向から見て偏光光Ｌ１２の偏光方向に対して４５°傾いた方向とされている。液晶分子５１４の断面内の傾きは、図９に示したように、対向する画素電極５１１と画素電極５１２との間に印加する電圧に応じて変化する。これにより、光強度変調素子５０１から出射される強度変調光Ｌ１３の偏光状態は、印加電圧に応じて変化する。最終的に検光子５２２から出射される光の光量は、強度変調光Ｌ１３の偏光状態に応じて変化する。

　輝度変調方式では、光の偏光を利用して階調特性を表現する。光強度変調素子５０１から出射される強度変調光Ｌ１３の偏光状態が変化することで、各画素ごとの輝度が変わる。図９では、電圧を印加して液晶分子５１４が傾いたときに、入射した直線偏光の偏光光Ｌ１２がどう変化し、２つの偏光板（偏光子５２１および検光子５２２）がクロスニコル配置されている条件下で、輝度がどのように変化するかを示している。

　図９において、領域（１）～（３）の各領域を通過する光の輝度は、輝度∝ｓｉｎ^２（Δｎｄπ／λ）で表される。ここで、Δｎは液晶分子５１４の屈折率異方性、ｄはセルギャップ（液晶層５１３の厚み）、λは入射光Ｌ１１の波長を示す。Δｎｄπ／λ＝π／２、つまりΔｎｄ＝λ／２にて、最大輝度が得られる。

　領域（１）では、液晶層５１３は電圧が無印加の状態である。液晶分子５１４は液晶パネルの基板に対して、ほぼ垂直に配向するような状態となる。液晶層５１３に入射した直線偏光の偏光光Ｌ１２は液晶分子５１４の影響をほとんど受けずに液晶層５１３を通過する。２つの偏光板がクロスニコル配置されている条件下では、最終的な出力光は黒表示となる。

　領域（２）では、液晶層５１３はある程度の電圧が印加されている状態であり、液晶分子５１４が液晶パネルの基板に対して、ある程度、傾いている状態となる。このように液晶分子５１４がある程度、傾いている場合は、位相差の発生により、液晶層５１３に入射した偏光光Ｌ１２の偏光状態が直線偏光から楕円偏光に変わる。２つの偏光板がクロスニコル配置されている条件下では、最終的な出力光は、検光子５２２を通過できる光と通過できない光とが混在するのでグレー（中間調）表示となる。

　領域（３）では、液晶層５１３には領域（２）よりも高い電圧が印加されている状態であり、液晶分子５１４が液晶パネルの基板に対して、ほぼ平行に配向するような状態となる。この場合の液晶分子５１４の屈折率異方性Δｎは最大となり、Δｎｄ＝λ／２で設定した場合、液晶層５１３に入射した偏光光Ｌ１２は液晶層５１３内で９０°回転した直線偏光となる。２つの偏光板がクロスニコル配置されている条件下では、強度変調光Ｌ１３は検光子５２２を通過し、最終的な出力光は、白表示となる。

（位相変調方式の液晶パネルの光学作用）
　図１０および図１１に、光位相変調素子１としての位相変調方式の液晶パネルの概要を示す。図１０には、光位相変調素子１を正面方向から見た構成および光の偏光状態を模式的に示す。図１１には、光位相変調素子１の断面内の構成および光の偏光状態を模式的に示す。なお、図１０および図１１には、光位相変調素子１が透過型のＶＡモードの液晶パネルである場合の構成例を示す。

　図１１には、図９の輝度変調方式の構成と同様に、光位相変調素子１に対して、光の入射方向には偏光子５２１が配置されているが、光の出射方向には検光子５２２は配置されていない。光位相変調素子１は、図９の輝度変調方式の構成と同様に、対向する複数の画素電極５１１と複数の画素電極５１２との間に、液晶層５１３を挟んだ構成とされている。液晶層５１３は、複数の液晶分子５１４を有している。液晶層５１３は、複数の液晶分子５１４が所定の配向方向となるように配列されている。

　偏光子５２１は、無偏光の入射光Ｌ１１のうち所定の偏光方向に偏光された偏光光Ｌ１２を出射する。液晶分子５１４の配向方向は例えば、図１０に示したように、正面方向から見て偏光光Ｌ１２の偏光方向と平行な方向とされている。液晶分子５１４の断面内の傾きは、図１１に示したように、対向する画素電極５１１と画素電極５１２との間に印加する電圧に応じて変化する。これにより、最終的に光位相変調素子１から出射される位相変調光Ｌ１４の位相は、印加電圧に応じて変化する。

　位相変調方式の液晶パネルでは、液晶分子５１４の傾きにより光の位相のみが変化し、偏光は変化しないため、輝度は変わらない。図１１では、電圧を印加して液晶分子５１４が傾いたときに、入射した直線偏光の偏光光Ｌ１２がどう変化し、位相がどのように変化するかを示している。

　図１０に示すように、液晶パネルに直線偏光の偏光光Ｌ１２が液晶分子５１４のダイレクタと一致して入射した場合を考える。図１１において、領域（１）～（３）の各領域を通過する光の位相は、Δｎｄ＝λにて、位相が１波長変わる。

　領域（１）では、液晶層５１３は電圧が無印加の状態である。液晶分子５１４は液晶パネルの基板に対して、ほぼ垂直に配向するような状態となる。液晶層５１３に入射した直線偏光の偏光光Ｌ１２の偏光方向は、液晶分子５１４のダイレクタと一致しているため、偏光は変化しない。領域（１）の液晶層５１３の屈折率をｎ１とおくと、光位相変調素子１からの出力光の位相の遅延Δｎｄはｎ１ｄとなる。

　領域（２）では、液晶層５１３はある程度の電圧が印加されている状態であり、液晶分子５１４が液晶パネルの基板に対して、ある程度、傾いている状態となる。液晶層５１３に入射した直線偏光の偏光光Ｌ１２の偏光方向は、液晶分子５１４のダイレクタと一致しているため、偏光は変化しない。液晶分子５１４が傾いている場合は、領域（２）の液晶層５１３の屈折率は、液晶分子５１４が傾いた分の異常光線の屈折率ｎｅから常光線の屈折率ｎｏを引いたものとなる。領域（２）の液晶層５１３の屈折率をｎ２とおくと、光位相変調素子１からの出力光の位相の遅延Δｎｄはｎ２ｄとなる。

　領域（３）では、液晶層５１３には領域（２）よりも高い電圧が印加されている状態であり、液晶分子５１４が液晶パネルの基板に対して、ほぼ平行に配向するような状態となる。液晶層５１３に入射した直線偏光の偏光光Ｌ１２の偏光方向は、液晶分子５１４のダイレクタと一致しているため、偏光は変化しない。液晶分子５１４が液晶パネルの基板に対して平行になっている場合は、液晶分子５１４の屈折率異方性Δｎは最大となる。液晶層５１３の屈折率は、異常光線の屈折率ｎｅから常光線の屈折率ｎｏを引いたものとなる。領域（３）の液晶層５１３の屈折率をｎ３とおくと、光位相変調素子１からの出力光の位相の遅延Δｎｄはｎ３ｄとなる。Δｎｄ＝λで設定した場合、液晶分子５１４が立っている領域（１）と液晶分子５１４が寝ている領域（３）とを比較した場合、最終的に光位相変調素子１から出射される位相変調光Ｌ１４の位相は一波長分、変化する。

（単板式カラー光位相変調素子）
　特許文献１，２には、プロジェクタにおいて、カラー表示に必要な３原色（赤、緑、青）の照明光を、色ごとに異なる光位相変調素子を用いて生成する技術が提案されている。一方、特許文献３には、１つの光位相変調素子（単板式カラー光位相変調素子）を用いてカラー表示に必要な３原色の照明光を生成する技術が提案されている。

　図１２は、比較例に係る単板式カラー光位相変調素子１００の概要を示している。
　単板式カラー光位相変調素子１００では、例えば、単一の液晶材料が封入された１枚の液晶パネルを面内で赤（Ｒ）領域１１０Ｒ、緑（Ｇ）領域１１０Ｇ、および青（Ｂ）領域１１０Ｂに分割し、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の色光を各色領域に照射する。そして、各色領域において、各色光の波長に応じた位相分布パターン（位相ホログラム）を計算して表示することで、所望の再生像１００を得ることができる。この再生像１００を輝度変調方式のプロジェクタにおける光強度変調素子に対する照明光として利用することができる。

　しかしながら、比較例に係る単板式カラー光位相変調素子１００では、単一の液晶材料を封入した構成であるため、液晶材料の性質上、以下で説明するように、Ｒ領域１１０Ｒ、Ｇ領域１１０Ｇ、およびＢ領域１１０Ｂの各色領域で位相変調特性や耐光性等が異なる。このため、性能と信頼性の低下を招く。
　以下、各色領域ごとの課題を説明する。

（Ｒ領域１１０Ｒ：位相変調量）
　図１３は、一般的な液晶材料の屈折率異方性Δｎの波長分散特性の一例を示している。
　一般的に、液晶材料では波長が長くなるほど、屈折率異方性Δｎの値は小さくなる。つまり、波長の長い赤色光（６３０ｎｍ近傍）では、液晶材料の屈折率異方性Δｎは小さくなる。

　光位相変調素子において２πの位相変調を行うには、Δｎｄ＝λが必要であるため、液晶材料の屈折率異方性Δｎの設計値は、Ｒ領域１１０Ｒの波長での屈折率異方性Δｎから決める必要がある。その場合、Ｂ領域１１０Ｂは、Δｎｄ＝λ（５５０ｎｍ）でよいのに、Ｒ領域１１０Ｒの屈折率異方性Δｎの値に合わせて設計すると、Δｎｄ＞λ（５５０ｎｍ）となるため、オーバースペックであり、高Δｎ液晶材料を使う必要があるので耐光性とトレードオフになる。また、液晶材料の応答速度は、液晶材料の粘度に依存する。液晶材料の粘度が高くなると応答速度が遅くなる。一般に高Δｎを持つ液晶材料は粘度が高いため、応答速度に影響する。

（Ｂ領域１１０Ｂ：耐光性劣化）
　液晶パネルは短波長の青色光によって劣化する。つまり、液晶パネルに強い青色光を長時間照射した場合、液晶材料に溶け込んだ周辺材料であるシール材、封止剤、または環境からの不純物等からフリーラジカルが発生する。発生したフリーラジカルは、液晶材料の化学結合を切断することで、液晶パネルの特性を低下させてしまうことが考えられる。すなわち、耐光性は特にＢ領域１１０Ｂの特有の課題であり、単板式カラー光位相変調素子１００に用いた場合は、Ｂ領域１１０Ｂのみ局所的に劣化してしまう可能性がある。このため、Ｂ領域１１０Ｂに特化した高耐光化が必要である。液晶材料の設計としては屈折率異方性Δｎの値を小さくすることが有効である。

（Ｇ領域１１０Ｇ：画質エラーの見えやすさ）
　図１４は、比視感度曲線の一例を示している。
　人間の目は、同じ強さの光であっても、波長によって強さの感じ方に差があり、この感じ方は比視感度曲線としてモデル化されている。図１４は、人間が感じることのできる波長λ＝３８０ｎｍ～７８０ｎｍでの比視感度曲線を示しており、波長λ＝５５５ｎｍの比視感度が最大値として規格化されている。緑波長に対する人間の視感度は高いので、単板式カラー光位相変調素子１００において、Ｇ領域１１０Ｇに表示させる位相分布パターンに異常があれば、ごまかしがきかず、表示性能として十分な再生像１００が得られにくくなる。具体的には、液晶材料を注入する際に、注入口を形成するが、液晶封入後に樹脂で封止する。その封止剤からの不純物がＧ領域１１０Ｇにかかってしまうと、局所的に劣化し、位相分布パターンの表示が不十分となり、高品位の再生像１００が得られなくなる。

＜１．第１の実施の形態＞
［１．１　概要（光位相変調素子の平面構成例）］
　本開示の第１の実施の形態に係る光位相変調素子の基本構造は、例えば図１１に示した光位相変調素子１と同様に、対向する一対の基板間に液晶材料を封入した構成であってもよい。第１の実施の形態に係る光位相変調素子は、図１２に示した比較例に係る単板式カラー光位相変調素子１００と同様に、１枚の液晶パネルで構成され、複数の色光に対応した複数の色領域を有し、各色領域において、各色光の波長に応じた位相分布パターンを表示することで、所望の再生像１００を得ることが可能な構成とされている。比較例に係る単板式カラー光位相変調素子１００は、１枚の液晶パネルにおいて単一の液晶材料が封入された構成とされていたが、第１の実施の形態に係る光位相変調素子では、複数の液晶材料が封入された構成とされている。第１の実施の形態に係る光位相変調素子では、面内方向において互いに異なる領域に設けられた複数の分割領域を備えている。複数の分割領域には、互いに屈折率異方性Δｎが異なる液晶材料が封入されている。複数の分割領域にはそれぞれ、互いに波長の異なる少なくとも１つの色用の位相分布パターンを表示する。

　以下、第１の実施の形態に係る光位相変調素子の具体的な構成例について説明する。なお、以下では、位相分布パターンを表示する色領域がＲ，Ｇ，Ｂの３つである構成例を示すが、これらの色には限定されない。また、色領域が２つまたは４つ以上であってもよい。

（第１の構成例）
　図１５は、第１の実施の形態に係る光位相変調素子の面内構造の第１の例を概略的に示している。図１５に示した構成例は、後述する実施例１および実施例４の構成に相当する。

　図１５に示した光位相変調素子１Ａは、複数の分割領域として、第１分割領域２１と第２分割領域２２とを有している。

　光位相変調素子１Ａにおいて、第１分割領域２１は、Ｒ領域（赤色領域）１０ＲとＧ領域（緑色領域）１０Ｇとを有する。Ｒ領域１０Ｒは、図示しない例えばレーザ光源からの赤色光によって照明され、赤色光のピーク波長に最適化された赤色用の位相分布パターンを表示する。Ｇ領域１０Ｇは、図示しない例えばレーザ光源からの緑色光によって照明され、緑色光のピーク波長に最適化された緑色用の位相分布パターンを表示する。

　第２分割領域２２は、Ｂ領域（青色領域）１０Ｂを有する。Ｂ領域１０Ｂは、図示しない例えばレーザ光源からの青色光によって照明され、青色光のピーク波長に最適化された青色用の位相分布パターンを表示する。

　第１分割領域２１と第２分割領域２２とのそれぞれの周囲はシール４１が形成され、互いに領域分離されている。第１分割領域２１と第２分割領域２２とには、互いに屈折率異方性Δｎが異なる液晶材料が封入されている。すなわち、図１５に示した光位相変調素子１Ａでは、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇの液晶材料と、Ｂ領域１０Ｂの液晶材料とが互いに異なっている。

　光位相変調素子１Ａは、第１分割領域２１に封入された液晶材料の屈折率異方性をΔｎＲ，Ｇ、第２分割領域２２に封入された液晶材料の屈折率異方性をΔｎＢとしたとき、同一波長（例えばλ＝５５０ｎｍ）において、
　ΔｎＲ，Ｇ＞ΔｎＢ
　を満たすことが望ましい。

　つまり、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇには高Δｎ液晶材料を注入することが望ましい。第１分割領域２１において、液晶注入口はＲ領域１０Ｒに形成し、封止剤４２により封止することが望ましい。その結果、第１分割領域２１では、Ｒ領域１０Ｒに合わせた十分な位相変調量が実現でき、Ｇ領域１０Ｇにおける封止剤４２からの不純物による局所的な劣化も防止できる。なお、滴下注入プロセスを用いれば、封止剤４２は不要となる。この場合は、Ｒ領域１０Ｒの位相変調量のみの効果を期待すればよい。Ｂ領域１０Ｂには、青色光のピーク波長近傍（例えばλ＝４５０ｎｍ）においてΔｎｄ＝λとなる液晶材料を選定すればよい。つまり、Ｂ領域１０Ｂには、より低Δｎの液晶材料を選ぶことができるので、耐光性に有利である。また、この構成例によれば、シールパターンを変えるだけで工程数を増やさずに高品質を実現することができる。

　なお、Ｒ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０Ｇ、およびＢ領域１０Ｂのそれぞれの面積は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、Ｒ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０Ｇ、およびＢ領域１０Ｂのそれぞれの面積は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光源の光量に応じて決めてもよい。光源は、干渉性の高いレーザ光源が望ましいが、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）または蛍光体光源を用いてもよい。

（第２の構成例）
　図１６は、第１の実施の形態に係る光位相変調素子の面内構造の第２の例を概略的に示している。図１６に示した構成例は、後述する実施例１および実施例４の構成に相当する。

　図１６に示した光位相変調素子１Ｂは、複数の分割領域として、第１分割領域２１と、第２分割領域２２と、第３分割領域２３とを有している。

　光位相変調素子１Ｂにおいて、第１分割領域２１はＲ領域１０Ｒを有する。Ｒ領域１０Ｒは、図示しない例えばレーザ光源からの赤色光によって照明され、赤色光のピーク波長に最適化された赤色用の位相分布パターンを表示する。

　光位相変調素子１Ｂにおいて、第２分割領域２２はＧ領域１０Ｇを有する。Ｇ領域１０Ｇは、図示しない例えばレーザ光源からの緑色光によって照明され、緑色光のピーク波長に最適化された緑色用の位相分布パターンを表示する。

　光位相変調素子１Ｂにおいて、第３分割領域２３はＢ領域１０Ｂを有する。Ｂ領域１０Ｂは、図示しない例えばレーザ光源からの青色光によって照明され、青色光のピーク波長に最適化された青色用の位相分布パターンを表示する。

　第１分割領域２１、第２分割領域２２、および第３分割領域２３のそれぞれの周囲は、シール４１が形成され、互いに領域分離されている。第１分割領域２１、第２分割領域２２、および第３分割領域２３のそれぞれには、互いに屈折率異方性Δｎが異なる液晶材料が封入されている。すなわち、図１６に示した光位相変調素子１Ｂでは、Ｒ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０Ｇ、およびＢ領域１０Ｂのそれぞれの液晶材料が互いに異なっている。Ｒ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０Ｇ、およびＢ領域１０Ｂのそれぞれにおいて、液晶注入口は、封止剤４２により封止する。なお、滴下注入プロセスを用いれば、封止剤４２は不要となる。

　光位相変調素子１Ｂは、第１分割領域２１に封入された液晶材料の屈折率異方性をΔｎＲ、第２分割領域２２に封入された液晶材料の屈折率異方性をΔｎＧ、第３分割領域２３に封入された液晶材料の屈折率異方性をΔｎＢとしたとき、同一波長（例えばλ＝５５０ｎｍ）において、
　ΔｎＲ≧ΔｎＧ＞ΔｎＢ
　を満たすことが望ましい。

　これにより、前述した耐光性、信頼性、および位相変調量の観点において優れた性能を実現可能となる。本構成例は、Ｒ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０Ｇ、およびＢ領域１０Ｂのそれぞれの領域で液晶材料の最適化ができるというメリットがある。

　なお、Ｒ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０Ｇ、およびＢ領域１０Ｂのそれぞれの面積は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、Ｒ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０Ｇ、およびＢ領域１０Ｂのそれぞれの面積は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光源の光量に応じて決めてもよい。光源は、干渉性の高いレーザ光源が望ましいが、ＬＥＤまたは蛍光体光源を用いてもよい。

（第３の構成例）
　図１７は、第１の実施の形態に係る光位相変調素子の面内構造の第３の例を概略的に示している。図１７に示した構成例は、後述する実施例３の構成に相当する。

　図１７に示した光位相変調素子１Ｃの基本構成は、図１５に示した光位相変調素子１Ａと同様であるが、各分割領域の面積が図１５に示した光位相変調素子１Ａとは異なっている。図１７に示した光位相変調素子１Ｃでは、Ｂ領域１０Ｂを有する第２分割領域２２の面積が、面内の全有効表示領域の１／３以上とされている。前述したように、Ｂ領域１０Ｂは青色光によって劣化しやすい。Ｂ領域１０Ｂの劣化については、面内の入射光のばらつきもあることから、局所的に劣化が起こる。このため、Ｂ領域１０Ｂの面積が大きい方が劣化していない領域を確保できるため、長時間高品質な再生像を得ることが可能となる。

　なお、図１６に示した光位相変調素子１Ｂに対しても同様に、Ｂ領域１０Ｂを有する第３分割領域２３の面積を、面内の全有効表示領域の１／３以上にすることが望ましい。

（第４の構成例）
　上記第１ないし第３の構成例に係る光位相変調素子において、対向する一対の基板における、液晶層に接する面には配向膜が形成されていてもよい。この場合、配向膜は、複数の分割領域のそれぞれに対応して設けられていてもよい。この場合、配向膜として互いに異なる材料からなる複数の配向膜を備える構成にしてもよい。例えば、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇを有する分割領域に対応する配向膜を有機材料とし、Ｂ領域１０Ｂを有する分割領域に対応する配向膜を無機材料にすることが望ましい。各配向膜の分割は、例えばインクジェットやマスクプロセスの工程を分けることで実現することができる。特にＢ領域１０Ｂを有する分割領域に無機配向膜を用いることで、耐光性をより高くすることが可能となる。

（第５の構成例）
　図１８および図１９は、第１の実施の形態に係る光位相変調素子の面内構造の第１および第２の変形例を概略的に示している。

　上記第１ないし第４の構成例に係る光位相変調素子に対して、複数の分割領域のそれぞれが、面内方向において少なくとも一部に曲線形状を有する構造であってもよい。

　図１８に示した第１の変形例に係る光位相変調素子１Ｄは、図１５に示した光位相変調素子１Ａの構成に対して、第１分割領域２１の一部を曲線形状とし、第２分割領域２２の全体を曲線形状とした構成となっている。光位相変調素子１Ｄにおいて、第２分割領域２２は面内の中心領域に形成され、第２分割領域２２の周囲にシール４１を形成することにより、第２分割領域２２と第１分割領域２１とが領域分割されている。

　図１９に示した第２の変形例に係る光位相変調素子１Ｅは、図１６に示した光位相変調素子１Ｂの構成に対して、第１分割領域２１および第２分割領域２２の一部を曲線形状とし、第３分割領域２３の全体を曲線形状とした構成となっている。光位相変調素子１Ｅにおいて、第３分割領域２３は面内の中心領域に形成され、第３分割領域２３の周囲にシール４１を形成することにより、第３分割領域２３が第１分割領域２１および第２分割領域２２に対して領域分割されている。

　なお、各分割領域の形状は、図１５～図１９に示した形状以外にも、種々の形状を取り得る。各分割領域の形状を様々なパターンで形成可能であることは、設計自由度が高くなり、例えば光源の配置などに制限がある場合であっても、本開示の技術を適用可能となるなどの利点がある。

　なお、液晶材料の注入方法は、シールパターンにより片方の基板に液晶材料を滴下して、もう１枚の基板を重ねて接着するＯＤＦ（One Drop Fill）というプロセスのみを用いても良いし、真空注入プロセスを用いても良いし、併用しても構わない。これにより、例えば図１８に示した光位相変調素子１Ｄのように、封止剤４２を用いない構成にすることも可能である。

［効果］
　以上説明したように、第１の実施の形態に係る光位相変調素子によれば、複数の分割領域のそれぞれに互いに屈折率異方性が異なる液晶材料を封入し、それぞれが互いに波長の異なる色用の位相分布パターンを表示するようにしたので、高性能と高信頼性とを実現可能となる。

　第１の実施の形態に係る光位相変調素子によれば、Ｒ領域１０Ｒにおいて十分な位相変調量を確保できることや、高輝度のＲＧＢ光源で光位相変調素子を照明しても、Ｂ領域１０Ｂの経時変化による劣化を抑えることが可能であることなどから、安定した光制御が可能となり、鮮明な再生像を得ることができる。

　なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態の効果についても同様である。

［１．２　表示装置の構成例］
　第１の実施の形態に係る光位相変調素子は、上述したように、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の波長の光が入射する複数の色領域を有し、各色領域は各色のピーク波長によって最適化された位相分布パターンを表示する。位相分布パターンを表示するための位相分布データの計算手法としては、位相分布を回折近似式から導く回折型の方法と、位相分布を回折ではなく自由曲面レンズとして導く屈折型の方法とがあるが、いずれの計算手法によっても構わない。

　光源は干渉性の高いＲＧＢレーザが望ましいが、ＬＥＤや蛍光体を用いても良い。例えば、光源から出射されたＲ，Ｇ，Ｂ各々の光を、コリメータレンズにより拡大して平行光とし、光位相変調素子の各色領域への照明光とする。光位相変調素子に入射したレーザ光を位相変調することで、所定の場所に再生像が表示されるが、各色を組み合わせたときに、再生像の大きさが同じになるように波長の違いは考慮する必要がある。光位相変調素子の各画素は、入力された信号に応じて、液晶のリタデーションを制御することで、０～２πまでの連続的な位相変調が可能となる。

　図２０は、第１の実施の形態に係る光位相変調素子を用いた表示装置としてのプロジェクタ１０１の一構成例を概略的に示している。

　プロジェクタ１０１は、画像信号出力装置６０と、強度変調パターン計算回路６１と、位相分布パターン計算回路６２と、光位相変調素子駆動回路６３と、光強度変調素子駆動回路６４とを備えている。プロジェクタ１０１は、さらに、光位相変調素子１０と、光源部３０と、ビーム整形光学系３２と、光強度変調素子５１と、偏光分離素子（ＰＢＳ）５２と、投射レンズ５３とを備えている。

　図２０の構成例では、光位相変調素子１０が反射型の液晶パネルで構成された例を示す。光位相変調素子１０の面内構造は、上述の図１５～図１９に示した構成例のいずれかの構成であってもよい。光位相変調素子１０は、複数の色領域を有し、各色領域は各色のピーク波長によって最適化された位相分布パターンを表示する。

　光源部３０は、それぞれ異なるピーク波長を持つ光源３１を複数有する。光源３１は、例えばレーザ光源である。ビーム整形光学系３２は、各光源３１から発せられた各ピーク波長の色光を空間的に分離しつつ整形し、光位相変調素子１０の各色領域を各ピーク波長の色光で照明する。

　画像信号出力装置６０は、強度変調パターン計算回路６１と位相分布パターン計算回路６２とに画像信号を出力する。位相分布パターン計算回路６２では、画像信号に基づいて、光位相変調素子１０で表示する位相分布パターンを計算する。光位相変調素子１０で表示する位相分布パターンは、表示する画像に応じた輝度分布を持つ照明像を形成することが可能な位相分布パターンである。

　位相分布パターン計算回路６２では、例えば、画像信号から画像の輝度レベルの閾値以上の部分を抽出し、繰り返しのＦＦＴ（高速フーリエ変換）計算によって位相分布パターンを計算する。ここで、位相分布パターン計算回路６２は、あらかじめ光源部３０のピーク波長の情報と光位相変調素子１０の各色領域の分割パターンの情報とを保持しており、位相分布パターンとしては、ピーク波長ごと、色領域ごとに最適化された位相分布パターンを計算する。また、位相分布パターン計算回路６２は、照明光強度変調パターン信号を、強度変調パターン計算回路６１に出力する。照明光強度変調パターン信号は、位相分布パターンによって形成される照明像の輝度分布の情報を表している。

　光位相変調素子駆動回路６３は、位相分布パターン計算回路６２で計算された位相分布パターンを表示するように光位相変調素子１０を駆動する。強度変調パターン計算回路６１では、画像信号に基づいて、光強度変調素子５１で表示する画像を生成するための強度変調パターンを計算する。このとき、光位相変調素子１０による照明像の輝度分布の情報を加味した強度変調パターンを計算する。

　光強度変調素子駆動回路６４は、強度変調パターン計算回路６１で計算された強度変調パターンを生成するように光強度変調素子５１を駆動する。

　偏光分離素子５２は、入射した光のうち第１の偏光成分を透過し、第１の偏光成分に直交する第２の偏光成分を反射する。光強度変調素子５１には、偏光分離素子５２を介して、光位相変調素子１０によって形成された照明像が照明光として照射される。光強度変調素子５１は、その照明光に対して、強度変調パターン計算回路６１で計算された強度変調パターンに基づいて強度変調を行い、投影画像を生成する。上述したように、強度変調パターン計算回路６１で計算された強度変調パターンには、光位相変調素子１０による照明像の輝度分布の情報が加味されているので、光強度変調素子５１によって、結果として、元の画像信号を再現する投影画像が生成される。

　光強度変調素子５１によって生成された投影画像は、偏光分離素子５２によって投射レンズ５３に向けて出射される。投射レンズ５３は、複数のレンズを含む投影光学系であり、光強度変調素子５１によって生成された投影画像を、スクリーン５０等の投影面に投影する。

［１．３　光位相変調素子の断面構成例］
　図２１は、第１の実施の形態に係る光位相変調素子の断面構成例を概略的に示している。

　図２１の構成例では、光位相変調素子２０１が反射型の液晶パネルで構成された例を示す。図２１に示した光位相変調素子２０１の面内構造は、上述の図１５～図１９に示した構成例のいずれかの構成であってもよい。光位相変調素子２０１は、複数の色領域を有し、各色領域は各色のピーク波長によって最適化された位相分布パターンを表示する。

　光位相変調素子２０１は、ガラス基板２１０と、駆動基板２２０と、液晶材料２４０とを備えている。液晶材料２４０は、封止剤２３０およびスペーサ２３１によってガラス基板２１０と駆動基板２２０との間に封入されている。液晶材料２４０は、例えば垂直配向液晶となっている。

　ガラス基板２１０は光透過性を有する透明電極２１１を有している。ガラス基板２１０には、透明電極２１１と配向膜２１２が形成されている。配向膜２１２としては、ポリイミドなどの有機膜や、例えばＳｉＯ_２（酸化ケイ素）などの無機配向膜が用いられる。耐光性や耐熱性に対しては無機配向膜が望ましい。

　駆動基板２２０は、画素構造を有する光反射電極２２１を備えたシリコン等の単結晶半導体基板からなる。駆動基板２２０には、単結晶シリコン基板にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やｎチャンネルＭＯＳ（Metal Oxide Semicoductor）からなるトランジスタとキャパシタとからなる駆動回路が形成されている。駆動回路の上にＡｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀）などの金属膜で画素構造が形成される。この金属膜は、光反射電極２２１として、光の反射膜と液晶材料２４０とに印加する電圧の電極との両方を兼ねることになる。また、この光反射電極２２１の表面に配向膜２２２が形成されている。配向膜２２２としては、ポリイミドなどの有機膜や例えばＳｉＯ_２（酸化ケイ素）などの無機配向膜が用いられる。耐光性や耐熱性に対しては無機配向膜が望ましい。

［１．４　実施例］
　図２２は、以下で説明する各実施例に係る光位相変調素子で用いた液晶材料の種類を示している。

　第１の実施の形態に係る光位相変調素子は、面内方向において互いに異なる領域に設けられた複数の分割領域を備えている。複数の分割領域には、互いに屈折率異方性Δｎが異なる液晶材料が封入されている。図２２には、以下の各実施例において用いられている液晶材料Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれの特性として、Ｒ（λ＝６３０ｎｍ），Ｇ（λ＝５５０ｎｍ），Ｂ（λ＝４５０ｎｍ）のそれぞれの波長ごとの屈折率異方性Δｎの値を示す。

［実施例１］
　実施例１に係る光位相変調素子の面内構造は、図１５に示した通りである。図２３は、比較例に係る光位相変調素子の面内構造を概略的に示している。比較例および実施例１に係る光位相変調素子はいずれも、液晶パネルで構成されている。実施例１に係る光位相変調素子は、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇを有する第１分割領域２１と、Ｂ領域１０Ｂを有する第２分割領域２２とを備えている。これに対し、比較例に係る光位相変調素子は分割領域はなく、単一の領域内にＲ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０ＧおよびＢ領域１０Ｂを有する構造とされている。

　図２４に、比較例および実施例１に係る光位相変調素子のセルギャップｄ（液晶層の厚み）の値と、液晶材料の種類および物性値（Δｎ）とを示す。

　比較例および実施例１に係る光位相変調素子において、液晶層に用いた液晶材料はいずれも誘電率異方性が負のネマティック液晶材料である。

　比較例に係る光位相変調素子には、面内領域全域（Ｒ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０ＧおよびＢ領域１０Ｂ）において液晶材料Ａを真空環境下にて注入した。実施例１に係る光位相変調素子には、第１分割領域２１（Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇ）に液晶材料Ａ、第２分割領域２２（Ｂ領域１０Ｂ）に液晶材料Ｂを真空環境下にて注入した。その後、注入口をＵＶ硬化性樹脂からなる封止剤４２にて封止した。なお、注入口を形成せず、封止剤４２を用いない構成にすることも可能である。この場合、液晶注入の方法は、例えば、片方の基板に液晶材料を滴下して、もう１枚の基板を重ねて接着するＯＤＦというプロセスを用いる。

（評価結果）
・位相変調量
　図２５は、比較例に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示している。図２６は、実施例１に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示している。図２７は、比較例および実施例１に係る光位相変調素子において、位相を２π変調させるのに必要な電圧値を示している。

　図２５および図２６には、５Ｖでの各色領域についての位相変調量の測定結果を示す。図２７には、図２５および図２６の測定結果から得られた、位相を２π変調させるのに必要な各色領域についての電圧値を示している。比較例に係る光位相変調素子では、各色領域に同じ液晶材料を使っているのでＢ領域１０Ｂは、波長分散により屈折率異方性Δｎの値が、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇに比べて大きくなる。しかしながら、位相変調量は２πで十分であるため、実施例１に係る光位相変調素子では、Ｂ領域１０Ｂのみ低Δｎの液晶材料を用いている。

・耐光性
　次いで耐光性試験を行った。液晶プロジェクタ用の試験機に、比較例および実施例１のそれぞれの光位相変調素子を入れて、Ｂ領域１０Ｂでの透過率の測定を行った。図２８に、比較例に係る光位相変調素子における耐光性試験の結果を示す。図２９に、実施例１に係る光位相変調素子における耐光性試験の結果を示す。図２８および図２９において、縦軸は各光位相変調素子の最大透過率を示し、横軸は使用時間（光照射時間）を示す。比較例に係る光位相変調素子では、Ｂ領域１０Ｂは時間経過に伴い、大きく透過率が低下したが、実施例１に係る光位相変調素子では、透過率の低下が見られなかった。実施例１に係る光位相変調素子の構成ではＢ領域１０Ｂには屈折率異方性Δｎが小さい液晶材料を使用している。一般に液晶材料は屈折率異方性Δｎの値が小さいほど光分解しにくいと考えられるため、光劣化が小さいのである。実施例１に係る光位相変調素子によれば、長時間の使用による劣化が見られず、良好な位相分布パターンを表示することができる。

・信頼性試験
　図３０に、比較例および実施例１に係る光位相変調素子における信頼性試験の結果を示す。図３０には、環境試験条件が６０℃、９０％の高温高湿下での加速試験を行った結果を示す。位相分布パターンから像を再生したところ、実施例１に係る光位相変調素子では５００時間経過後でも良好な鮮明像が得られた。Ｇ領域１０Ｇは劣化が目立ちやすいので封止剤４２を接触しないような構造を用いることで、良好な位相分布パターンを表示することができる。

［実施例２］
　実施例２に係る光位相変調素子の面内構造は、図１６に示した通りである。比較例に係る光位相変調素子の面内構造は、図２３に示した通りである。比較例および実施例２に係る光位相変調素子はいずれも、液晶パネルで構成されている。実施例２に係る光位相変調素子は、Ｒ領域１０Ｒを有する第１分割領域２１と、Ｇ領域１０Ｇを有する第２分割領域２２と、Ｂ領域１０Ｂを有する第３分割領域２３とを備えている。これに対し、比較例に係る光位相変調素子は分割領域はなく、単一の領域内にＲ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０ＧおよびＢ領域１０Ｂを有する構造とされている。

　図２４に、比較例および実施例２に係る光位相変調素子のセルギャップｄ（液晶層の厚み）の値と、液晶材料の種類および物性値（Δｎ）とを示す。

　比較例および実施例２に係る光位相変調素子において、液晶層に用いた液晶材料はいずれも誘電率異方性が負のネマティック液晶材料である。

　比較例に係る光位相変調素子には、面内領域全域（Ｒ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０ＧおよびＢ領域１０Ｂ）において液晶材料Ａを真空環境下にて注入した。実施例２に係る光位相変調素子には、第１分割領域２１（Ｒ領域１０Ｒ）に液晶材料Ａ、第２分割領域２２（Ｇ領域１０Ｇ）に液晶材料Ｃ、第３分割領域２３（Ｂ領域１０Ｂ）に液晶材料Ｂを真空環境下にて注入した。その後、注入口をＵＶ硬化性樹脂からなる封止剤４２にて封止した。なお、注入口を形成せず、封止剤４２を用いない構成にすることも可能である。この場合、液晶注入の方法は、例えば、片方の基板に液晶材料を滴下して、もう１枚の基板を重ねて接着するＯＤＦというプロセスを用いる。

（評価結果）
・位相変調量
　図３２は、比較例に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示している。図３３は、実施例２に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示している。図３４は、比較例および実施例２に係る光位相変調素子において、位相を２π変調させるのに必要な電圧値を示している。

　図３２および図３３には、５Ｖでの各色領域についての位相変調量の測定結果を示す。図３４には、図３２および図３３の測定結果から得られた、位相を２π変調させるのに必要な各色領域についての電圧値を示している。比較例に係る光位相変調素子では、各色領域に同じ液晶材料を使っているのでＢ領域１０ＢおよびＧ領域１０Ｇは、波長分散により屈折率異方性Δｎの値が、Ｒ領域１０Ｒに比べて大きくなる。しかしながら、位相変調量は２πで十分であるため、実施例２に係る光位相変調素子では、Ｒ領域１０Ｒに対して、Ｂ領域１０ＢおよびＧ領域１０Ｇでは低Δｎの液晶材料を用いている。

・耐光性
　次いで耐光性試験を行った。液晶プロジェクタ用の試験機に、比較例および実施例２のそれぞれの光位相変調素子を入れて、Ｂ領域１０Ｂでの透過率の測定を行った。図３５に、比較例に係る光位相変調素子における耐光性試験の結果を示す。図３６に、実施例２に係る光位相変調素子における耐光性試験の結果を示す。図３５および図３６において、縦軸は各光位相変調素子の最大透過率を示し、横軸は使用時間（光照射時間）を示す。比較例に係る光位相変調素子では、Ｂ領域１０Ｂは時間経過に伴い、大きく透過率が低下したが、実施例２に係る光位相変調素子では、透過率の低下が見られなかった。実施例２に係る光位相変調素子の構成ではＢ領域１０Ｂには屈折率異方性Δｎが小さい液晶材料を使用している。一般に液晶材料は屈折率異方性Δｎの値が小さいほど光分解しにくいと考えられるため、光劣化が小さいのである。実施例２に係る光位相変調素子によれば、長時間の使用による劣化が見られず、良好な位相分布パターンを表示することができる。

［実施例３］
　実施例３に係る光位相変調素子の面内構造は、図１７に示した通りである。図２３は、比較例に係る光位相変調素子の面内構造を概略的に示している。比較例および実施例３に係る光位相変調素子はいずれも、液晶パネルで構成されている。実施例３に係る光位相変調素子は、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇを有する第１分割領域２１と、Ｂ領域１０Ｂを有する第２分割領域２２とを備えている。これに対し、比較例に係る光位相変調素子は分割領域はなく、単一の領域内にＲ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０ＧおよびＢ領域１０Ｂを有する構造とされている。また、実施例３に係る光位相変調素子は、Ｂ領域１０Ｂを有する第２分割領域２２の面積が、面内の全有効表示領域の１／３以上とされている。

　図３７に、比較例および実施例３に係る光位相変調素子のセルギャップｄ（液晶層の厚み）の値と、液晶材料の種類および物性値（Δｎ）とを示す。

　比較例および実施例３に係る光位相変調素子において、液晶層に用いた液晶材料はいずれも誘電率異方性が負のネマティック液晶材料である。

　比較例に係る光位相変調素子には、面内領域全域（Ｒ領域１０Ｒ、Ｇ領域１０ＧおよびＢ領域１０Ｂ）において液晶材料Ａを真空環境下にて注入した。実施例３に係る光位相変調素子には、第１分割領域２１（Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇ）に液晶材料Ａ、第２分割領域２２（Ｂ領域１０Ｂ）に液晶材料Ｂを真空環境下にて注入した。その後、注入口をＵＶ硬化性樹脂からなる封止剤４２にて封止した。なお、注入口を形成せず、封止剤４２を用いない構成にすることも可能である。この場合、液晶注入の方法は、例えば、片方の基板に液晶材料を滴下して、もう１枚の基板を重ねて接着するＯＤＦというプロセスを用いる。

（評価結果）
・位相変調量
　図３８は、比較例に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示している。図３９は、実施例３に係る光位相変調素子の位相変調量の電圧特性を示している。図４０は、比較例および実施例３に係る光位相変調素子において、位相を２π変調させるのに必要な電圧値を示している。

　図３８および図３９には、５Ｖでの各色領域についての位相変調量の測定結果を示す。図４０には、図３８および図３９の測定結果から得られた、位相を２π変調させるのに必要な各色領域についての電圧値を示している。比較例に係る光位相変調素子では、各色領域に同じ液晶材料を使っているのでＢ領域１０Ｂは、波長分散により屈折率異方性Δｎの値が、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇに比べて大きくなる。しかしながら、位相変調量は２πで十分であるため、実施例３に係る光位相変調素子では、Ｂ領域１０Ｂのみ低Δｎの液晶材料を用いている。

・耐光性
　次いで耐光性試験を行った。液晶プロジェクタ用の試験機に、比較例および実施例３のそれぞれの光位相変調素子を入れて、Ｂ領域１０Ｂでの透過率の測定を行った。図２８に、比較例に係る光位相変調素子における耐光性試験の結果を示す。図４１に、実施例３に係る光位相変調素子における耐光性試験の結果を示す。図４１において、縦軸は各光位相変調素子の最大透過率を示し、横軸は使用時間（光照射時間）を示す。比較例に係る光位相変調素子では、Ｂ領域１０Ｂは時間経過に伴い、大きく透過率が低下したが、実施例３に係る光位相変調素子では、実施例１（図２９）と同様、透過率の低下が見られなかった。実施例３に係る光位相変調素子の構成では、実施例１に係る光位相変調素子と同様、Ｂ領域１０Ｂには屈折率異方性Δｎが小さい液晶材料を使用している。一般に液晶材料は屈折率異方性Δｎの値が小さいほど光分解しにくいと考えられるため、光劣化が小さいのである。

　しかしながら、照射時間を延長して、比較例に対して３倍程度の時間まで試験を行っていくと、実施例３に係る光位相変調素子においても、Ｂ領域１０Ｂの透過率が少しずつ低下していくことがわかった。つまり、Ｂ領域１０Ｂは、その劣化時間を材料設計により延長させることはできるが、永久ではなく、いずれは劣化が必ず起こる。

　図４２に、比較例、実施例１および実施例３に係る光位相変調素子のそれぞれにおける再生像の評価結果を示す。図４２には、初期およびある一定時間後に再生された再生像の評価結果を示す。画質ランクは５が最良で、数値が低くなるほど、悪化傾向とする。

　比較例に係る光位相変調素子では、像劣化が早い時間に確認された。これに対し、実施例１に係る光位相変調素子では、見え方は長時間良好であった。実施例３に係る光位相変調素子では、実施例１に係る光位相変調素子よりもさらに、見え方は長時間良好であった。この理由として、実施例３に係る光位相変調素子では、実施例１に係る光位相変調素子に比べてＢ領域１０Ｂの面積を大きくしていることがある。光位相変調素子では面内の入射光のばらつきもあることから、面内において局所的に劣化が起こり、各色領域の中心部の劣化が大きくなる。つまり、面積が大きい方が劣化していない領域を確保できるため、長時間高品質な再生像を得ることが可能となる。

［実施例４］
　実施例４に係る光位相変調素子は、液晶パネルで構成されている。実施例４に係る光位相変調素子の面内構造は、図１５に示した通りである。実施例４に係る光位相変調素子は、実施例１に係る光位相変調素子に対して、配向膜の材料が異なっている。実施例１に係る光位相変調素子は、全色領域において配向膜が同一の材料とされている。これに対し、実施例４に係る光位相変調素子は、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇを有する分割領域に対応する配向膜を有機材料であるポリイミドとし、Ｂ領域１０Ｂを有する分割領域に対応する配向膜を無機材料にしている。また、実施例４に係る光位相変調素子では、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇに対しては液晶材料としてポジ型の液晶材料ａを注入し、Ｂ領域１０Ｂに対してはネガ型の液晶材料Ｂを注入した。液晶材料ａの屈折率異方性Δｎの値は、液晶材料Ａ（図２２参照）と同様である。

　実施例４に係る光位相変調素子では、Ｂ領域１０Ｂは、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０ＧをマスクしてＳｉＯ_２を蒸着した。その後、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇには、ポリイミド材料が形成できるように印刷を行った。もちろん、インクジェットなどのプロセスを用いて、形成しても構わない。その後、Ｂ領域１０Ｂをマスクして光配向工程を経た。もちろん、マスクラビング法を使って配向形成しても構わない。その後、図１５のようなシールパターンを形成し、Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０に対してはポジ型の液晶材料ａを注入し、Ｂ領域１０Ｂに対してはネガ型の液晶材料Ｂを注入した。

　図４３に、実施例４に係る光位相変調素子のセルギャップｄ（液晶層の厚み）の値と、液晶材料の種類および物性値（Δｎ）とを示す。

　実施例４に係る光位相変調素子には、第１分割領域２１（Ｒ領域１０ＲおよびＧ領域１０Ｇ）に液晶材料ａ、第２分割領域２２（Ｂ領域１０Ｂ）に液晶材料Ｂを真空環境下にて注入した。その後、注入口をＵＶ硬化性樹脂からなる封止剤４２にて封止した。

　結果として、画質が良好で、耐光性のよい光位相変調素子を実現することができた。一般的にアンカリングが強いポリイミド配向膜は、配向性が良いが、光には弱い。視覚度の高いＧ領域１０Ｇにポリイミド配向膜を用いることで、配向性が良くなるため、良好な位相分布パターンが形成され、良好な再生像が実現できる。

　また、耐光性に強い無機配向膜をＢ領域１０Ｂに形成することで、長期間光劣化のない良好な再生像を再生することができる。

［１．５　変形例］
　以上の説明では、光位相変調素子を表示装置に適用した構成例を挙げたが、本開示の技術による光位相変調素子は、表示装置以外にも適用可能である。例えばレーザ加工機にも適用可能である。レーザ加工機としては、例えばレーザ光を照射することで電極等の金属のパターンの加工を行う装置がある。また、レーザ光を照射することではんだ付けを行うレーザはんだ装置がある。

　図４４は、金属における光吸収率の波長特性を示している。
　図４４に示したように、金属の種類により光の吸収率の波長特性が異なる。例えば金（Ａｕ）や銅（Ｃｕ）は、近赤外レーザに比べてブルーレーザの方が光の吸収率が高い。このため、金や銅などはブルーレーザを用いた方が加工効率が高い。また、金属の種類により光の吸収率の波長特性が異なるため、波長の異なる複数のレーザ光を用いることで、材料の異なる複数の金属を同時に加工することが可能となる。このような場合、本開示の技術による光位相変調素子を用いて、波長の異なる複数のレーザ光のパターンを生成することで、材料の異なる複数の金属を同時に加工することが可能となる。

＜２．応用例＞
［２．１　第１の応用例］
　本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット、建設機械、農業機械（トラクター）などのいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。

　図４５は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システム７０００の概略的な構成例を示すブロック図である。車両制御システム７０００は、通信ネットワーク７０１０を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図４５に示した例では、車両制御システム７０００は、駆動系制御ユニット７１００、ボディ系制御ユニット７２００、バッテリ制御ユニット７３００、車外情報検出ユニット７４００、車内情報検出ユニット７５００、及び統合制御ユニット７６００を備える。これらの複数の制御ユニットを接続する通信ネットワーク７０１０は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）、ＬＡＮ（Local Area Network）又はＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。

　各制御ユニットは、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラム又は各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。各制御ユニットは、通信ネットワーク７０１０を介して他の制御ユニットとの間で通信を行うためのネットワークＩ／Ｆを備えるとともに、車内外の装置又はセンサ等との間で、有線通信又は無線通信により通信を行うための通信Ｉ／Ｆを備える。図４５では、統合制御ユニット７６００の機能構成として、マイクロコンピュータ７６１０、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０、音声画像出力部７６７０、車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０及び記憶部７６９０が図示されている。他の制御ユニットも同様に、マイクロコンピュータ、通信Ｉ／Ｆ及び記憶部等を備える。

　駆動系制御ユニット７１００は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット７１００は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。駆動系制御ユニット７１００は、ＡＢＳ（Antilock Brake System）又はＥＳＣ（Electronic Stability Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。

　駆動系制御ユニット７１００には、車両状態検出部７１１０が接続される。車両状態検出部７１１０には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数又は車輪の回転速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御ユニット７１００は、車両状態検出部７１１０から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置又はブレーキ装置等を制御する。

　ボディ系制御ユニット７２００は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット７２００は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット７２００には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット７２００は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。

　バッテリ制御ユニット７３００は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池７３１０を制御する。例えば、バッテリ制御ユニット７３００には、二次電池７３１０を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧又はバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御ユニット７３００は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池７３１０の温度調節制御又はバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。

　車外情報検出ユニット７４００は、車両制御システム７０００を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット７４００には、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０のうちの少なくとも一方が接続される。撮像部７４１０には、ＴｏＦ（Time Of Flight）カメラ、ステレオカメラ、単眼カメラ、赤外線カメラ及びその他のカメラのうちの少なくとも一つが含まれる。車外情報検出部７４２０には、例えば、現在の天候又は気象を検出するための環境センサ、あるいは、車両制御システム７０００を搭載した車両の周囲の他の車両、障害物又は歩行者等を検出するための周囲情報検出センサのうちの少なくとも一つが含まれる。

　環境センサは、例えば、雨天を検出する雨滴センサ、霧を検出する霧センサ、日照度合いを検出する日照センサ、及び降雪を検出する雪センサのうちの少なくとも一つであってよい。周囲情報検出センサは、超音波センサ、レーダ装置及びＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging）装置のうちの少なくとも一つであってよい。これらの撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０は、それぞれ独立したセンサないし装置として備えられてもよいし、複数のセンサないし装置が統合された装置として備えられてもよい。

　ここで、図４６は、撮像部７４１０及び車外情報検出部７４２０の設置位置の例を示す。撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６，７９１８は、例えば、車両７９００のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部７９１０及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として車両７９００の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部７９１２，７９１４は、主として車両７９００の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部７９１６は、主として車両７９００の後方の画像を取得する。車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部７９１８は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。

　なお、図４６には、それぞれの撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲ａは、フロントノーズに設けられた撮像部７９１０の撮像範囲を示し、撮像範囲ｂ，ｃは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部７９１２，７９１４の撮像範囲を示し、撮像範囲ｄは、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部７９１６の撮像範囲を示す。例えば、撮像部７９１０，７９１２，７９１４，７９１６で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両７９００を上方から見た俯瞰画像が得られる。

　車両７９００のフロント、リア、サイド、コーナ及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２２，７９２４，７９２６，７９２８，７９３０は、例えば超音波センサ又はレーダ装置であってよい。車両７９００のフロントノーズ、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部に設けられる車外情報検出部７９２０，７９２６，７９３０は、例えばＬＩＤＡＲ装置であってよい。これらの車外情報検出部７９２０～７９３０は、主として先行車両、歩行者又は障害物等の検出に用いられる。

　図４５に戻って説明を続ける。車外情報検出ユニット７４００は、撮像部７４１０に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像データを受信する。また、車外情報検出ユニット７４００は、接続されている車外情報検出部７４２０から検出情報を受信する。車外情報検出部７４２０が超音波センサ、レーダ装置又はＬＩＤＡＲ装置である場合には、車外情報検出ユニット７４００は、超音波又は電磁波等を発信させるとともに、受信された反射波の情報を受信する。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、降雨、霧又は路面状況等を認識する環境認識処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した情報に基づいて、車外の物体までの距離を算出してもよい。

　また、車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等を認識する画像認識処理又は距離検出処理を行ってもよい。車外情報検出ユニット７４００は、受信した画像データに対して歪補正又は位置合わせ等の処理を行うとともに、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを合成して、俯瞰画像又はパノラマ画像を生成してもよい。車外情報検出ユニット７４００は、異なる撮像部７４１０により撮像された画像データを用いて、視点変換処理を行ってもよい。

　車内情報検出ユニット７５００は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部７５１０が接続される。運転者状態検出部７５１０は、運転者を撮像するカメラ、運転者の生体情報を検出する生体センサ又は車室内の音声を集音するマイク等を含んでもよい。生体センサは、例えば、座面又はステアリングホイール等に設けられ、座席に座った搭乗者又はステアリングホイールを握る運転者の生体情報を検出する。車内情報検出ユニット７５００は、運転者状態検出部７５１０から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。車内情報検出ユニット７５００は、集音された音声信号に対してノイズキャンセリング処理等の処理を行ってもよい。

　統合制御ユニット７６００は、各種プログラムにしたがって車両制御システム７０００内の動作全般を制御する。統合制御ユニット７６００には、入力部７８００が接続されている。入力部７８００は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチ又はレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。統合制御ユニット７６００には、マイクロフォンにより入力される音声を音声認識することにより得たデータが入力されてもよい。入力部７８００は、例えば、赤外線又はその他の電波を利用したリモートコントロール装置であってもよいし、車両制御システム７０００の操作に対応した携帯電話又はＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の外部接続機器であってもよい。入力部７８００は、例えばカメラであってもよく、その場合搭乗者はジェスチャにより情報を入力することができる。あるいは、搭乗者が装着したウェアラブル装置の動きを検出することで得られたデータが入力されてもよい。さらに、入力部７８００は、例えば、上記の入力部７８００を用いて搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御ユニット７６００に出力する入力制御回路などを含んでもよい。搭乗者等は、この入力部７８００を操作することにより、車両制御システム７０００に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりする。

　記憶部７６９０は、マイクロコンピュータにより実行される各種プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び各種パラメータ、演算結果又はセンサ値等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。また、記憶部７６９０は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の磁気記憶デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等によって実現してもよい。

　汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、外部環境７７５０に存在する様々な機器との間の通信を仲介する汎用的な通信Ｉ／Ｆである。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、ＧＳＭ（登録商標）（Global System of Mobile communications）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、ＬＴＥ（登録商標）（Long Term Evolution）若しくはＬＴＥ－Ａ（LTE－Advanced）などのセルラー通信プロトコル、又は無線ＬＡＮ（Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）ともいう）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などのその他の無線通信プロトコルを実装してよい。汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えば、基地局又はアクセスポイントを介して、外部ネットワーク（例えば、インターネット、クラウドネットワーク又は事業者固有のネットワーク）上に存在する機器（例えば、アプリケーションサーバ又は制御サーバ）へ接続してもよい。また、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０は、例えばＰ２Ｐ（Peer To Peer）技術を用いて、車両の近傍に存在する端末（例えば、運転者、歩行者若しくは店舗の端末、又はＭＴＣ（Machine Type Communication）端末）と接続してもよい。

　専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、車両における使用を目的として策定された通信プロトコルをサポートする通信Ｉ／Ｆである。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、例えば、下位レイヤのＩＥＥＥ８０２．１１ｐと上位レイヤのＩＥＥＥ１６０９との組合せであるＷＡＶＥ（Wireless Access in Vehicle Environment）、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communications）、又はセルラー通信プロトコルといった標準プロトコルを実装してよい。専用通信Ｉ／Ｆ７６３０は、典型的には、車車間（Vehicle to Vehicle）通信、路車間（Vehicle to Infrastructure）通信、車両と家との間（Vehicle to Home）の通信及び歩車間（Vehicle to Pedestrian）通信のうちの１つ以上を含む概念であるＶ２Ｘ通信を遂行する。

　測位部７６４０は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して測位を実行し、車両の緯度、経度及び高度を含む位置情報を生成する。なお、測位部７６４０は、無線アクセスポイントとの信号の交換により現在位置を特定してもよく、又は測位機能を有する携帯電話、ＰＨＳ若しくはスマートフォンといった端末から位置情報を取得してもよい。

　ビーコン受信部７６５０は、例えば、道路上に設置された無線局等から発信される電波あるいは電磁波を受信し、現在位置、渋滞、通行止め又は所要時間等の情報を取得する。なお、ビーコン受信部７６５０の機能は、上述した専用通信Ｉ／Ｆ７６３０に含まれてもよい。

　車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、マイクロコンピュータ７６１０と車内に存在する様々な車内機器７７６０との間の接続を仲介する通信インタフェースである。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）又はＷＵＳＢ（Wireless USB）といった無線通信プロトコルを用いて無線接続を確立してもよい。また、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、図示しない接続端子（及び、必要であればケーブル）を介して、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）、又はＭＨＬ（Mobile High-definition Link）等の有線接続を確立してもよい。車内機器７７６０は、例えば、搭乗者が有するモバイル機器若しくはウェアラブル機器、又は車両に搬入され若しくは取り付けられる情報機器のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。また、車内機器７７６０は、任意の目的地までの経路探索を行うナビゲーション装置を含んでいてもよい。車内機器Ｉ／Ｆ７６６０は、これらの車内機器７７６０との間で、制御信号又はデータ信号を交換する。

　車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、マイクロコンピュータ７６１０と通信ネットワーク７０１０との間の通信を仲介するインタフェースである。車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０は、通信ネットワーク７０１０によりサポートされる所定のプロトコルに則して、信号等を送受信する。

　統合制御ユニット７６００のマイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、各種プログラムにしたがって、車両制御システム７０００を制御する。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット７１００に対して制御指令を出力してもよい。例えば、マイクロコンピュータ７６１０は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）の機能実現を目的とした協調制御を行ってもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行ってもよい。

　マイクロコンピュータ７６１０は、汎用通信Ｉ／Ｆ７６２０、専用通信Ｉ／Ｆ７６３０、測位部７６４０、ビーコン受信部７６５０、車内機器Ｉ／Ｆ７６６０及び車載ネットワークＩ／Ｆ７６８０のうちの少なくとも一つを介して取得される情報に基づき、車両と周辺の構造物や人物等の物体との間の３次元距離情報を生成し、車両の現在位置の周辺情報を含むローカル地図情報を作成してもよい。また、マイクロコンピュータ７６１０は、取得される情報に基づき、車両の衝突、歩行者等の近接又は通行止めの道路への進入等の危険を予測し、警告用信号を生成してもよい。警告用信号は、例えば、警告音を発生させたり、警告ランプを点灯させたりするための信号であってよい。

　音声画像出力部７６７０は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図４５の例では、出力装置として、オーディオスピーカ７７１０、表示部７７２０及びインストルメントパネル７７３０が例示されている。表示部７７２０は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。表示部７７２０は、ＡＲ（Augmented Reality）表示機能を有していてもよい。出力装置は、これらの装置以外の、ヘッドホン、搭乗者が装着する眼鏡型ディスプレイ等のウェアラブルデバイス、プロジェクタ又はランプ等の他の装置であってもよい。出力装置が表示装置の場合、表示装置は、マイクロコンピュータ７６１０が行った各種処理により得られた結果又は他の制御ユニットから受信された情報を、テキスト、イメージ、表、グラフ等、様々な形式で視覚的に表示する。また、出力装置が音声出力装置の場合、音声出力装置は、再生された音声データ又は音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して聴覚的に出力する。

　なお、図４５に示した例において、通信ネットワーク７０１０を介して接続された少なくとも二つの制御ユニットが一つの制御ユニットとして一体化されてもよい。あるいは、個々の制御ユニットが、複数の制御ユニットにより構成されてもよい。さらに、車両制御システム７０００が、図示されていない別の制御ユニットを備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御ユニットが担う機能の一部又は全部を、他の制御ユニットに持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク７０１０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御ユニットで行われるようになってもよい。同様に、いずれかの制御ユニットに接続されているセンサ又は装置が、他の制御ユニットに接続されるとともに、複数の制御ユニットが、通信ネットワーク７０１０を介して相互に検出情報を送受信してもよい。

　以上説明した車両制御システム７０００において、本開示の技術は、表示部７７２０に適用することができる。

［２．２　第２の応用例］
　本開示に係る技術は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。

　図４７は、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム５０００の概略的な構成の一例を示す図である。図４７では、術者（医師）５０６７が、内視鏡手術システム５０００を用いて、患者ベッド５０６９上の患者５０７１に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム５０００は、内視鏡５００１と、その他の術具５０１７と、内視鏡５００１を支持する支持アーム装置５０２７と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート５０３７と、から構成される。

　内視鏡手術では、腹壁を切って開腹する代わりに、トロッカ５０２５ａ～５０２５ｄと呼ばれる筒状の開孔器具が腹壁に複数穿刺される。そして、トロッカ５０２５ａ～５０２５ｄから、内視鏡５００１の鏡筒５００３や、その他の術具５０１７が患者５０７１の体腔内に挿入される。図示する例では、その他の術具５０１７として、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３が、患者５０７１の体腔内に挿入されている。また、エネルギー処置具５０２１は、高周波電流や超音波振動により、組織の切開及び剥離、又は血管の封止等を行う処置具である。ただし、図示する術具５０１７はあくまで一例であり、術具５０１７としては、例えば攝子、レトラクタ等、一般的に内視鏡下手術において用いられる各種の術具が用いられてよい。

　内視鏡５００１によって撮影された患者５０７１の体腔内の術部の画像が、表示装置５０４１に表示される。術者５０６７は、表示装置５０４１に表示された術部の画像をリアルタイムで見ながら、エネルギー処置具５０２１や鉗子５０２３を用いて、例えば患部を切除する等の処置を行う。なお、図示は省略しているが、気腹チューブ５０１９、エネルギー処置具５０２１及び鉗子５０２３は、手術中に、術者５０６７又は助手等によって支持される。

　（支持アーム装置）
　支持アーム装置５０２７は、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃ、及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂから構成されており、アーム制御装置５０４５からの制御により駆動される。アーム部５０３１によって内視鏡５００１が支持され、その位置及び姿勢が制御される。これにより、内視鏡５００１の安定的な位置の固定が実現され得る。

　（内視鏡）
　内視鏡５００１は、先端から所定の長さの領域が患者５０７１の体腔内に挿入される鏡筒５００３と、鏡筒５００３の基端に接続されるカメラヘッド５００５と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒５００３を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡５００１を図示しているが、内視鏡５００１は、軟性の鏡筒５００３を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。

　鏡筒５００３の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡５００１には光源装置５０４３が接続されており、当該光源装置５０４３によって生成された光が、鏡筒５００３の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者５０７１の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡５００１は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。

　カメラヘッド５００５の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光（観察光）は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、ＲＡＷデータとしてカメラコントロールユニット（ＣＣＵ：Camera Control Unit）５０３９に送信される。なお、カメラヘッド５００５には、その光学系を適宜駆動させることにより、倍率及び焦点距離を調整する機能が搭載される。

　なお、例えば立体視（３Ｄ表示）等に対応するために、カメラヘッド５００５には撮像素子が複数設けられてもよい。この場合、鏡筒５００３の内部には、当該複数の撮像素子のそれぞれに観察光を導光するために、リレー光学系が複数系統設けられる。

　（カートに搭載される各種の装置）
　ＣＣＵ５０３９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって構成され、内視鏡５００１及び表示装置５０４１の動作を統括的に制御する。具体的には、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５から受け取った画像信号に対して、例えば現像処理（デモザイク処理）等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。ＣＣＵ５０３９は、当該画像処理を施した画像信号を表示装置５０４１に提供する。また、ＣＣＵ５０３９は、カメラヘッド５００５に対して制御信号を送信し、その駆動を制御する。当該制御信号には、倍率や焦点距離等、撮像条件に関する情報が含まれ得る。

　表示装置５０４１は、ＣＣＵ５０３９からの制御により、当該ＣＣＵ５０３９によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。内視鏡５００１が例えば４Ｋ（水平画素数３８４０×垂直画素数２１６０）又は８Ｋ（水平画素数７６８０×垂直画素数４３２０）等の高解像度の撮影に対応したものである場合、及び／又は３Ｄ表示に対応したものである場合には、表示装置５０４１としては、それぞれに対応して、高解像度の表示が可能なもの、及び／又は３Ｄ表示可能なものが用いられ得る。４Ｋ又は８Ｋ等の高解像度の撮影に対応したものである場合、表示装置５０４１として５５インチ以上のサイズのものを用いることで一層の没入感が得られる。また、用途に応じて、解像度、サイズが異なる複数の表示装置５０４１が設けられてもよい。

　光源装置５０４３は、例えばＬＥＤ（light emitting diode）等の光源から構成され、術部を撮影する際の照射光を内視鏡５００１に供給する。

　アーム制御装置５０４５は、例えばＣＰＵ等のプロセッサによって構成され、所定のプログラムに従って動作することにより、所定の制御方式に従って支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の駆動を制御する。

　入力装置５０４７は、内視鏡手術システム５０００に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置５０４７を介して、内視鏡手術システム５０００に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、入力装置５０４７を介して、患者の身体情報や、手術の術式についての情報等、手術に関する各種の情報を入力する。また、例えば、ユーザは、入力装置５０４７を介して、アーム部５０３１を駆動させる旨の指示や、内視鏡５００１による撮像条件（照射光の種類、倍率及び焦点距離等）を変更する旨の指示、エネルギー処置具５０２１を駆動させる旨の指示等を入力する。

　入力装置５０４７の種類は限定されず、入力装置５０４７は各種の公知の入力装置であってよい。入力装置５０４７としては、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、スイッチ、フットスイッチ５０５７及び／又はレバー等が適用され得る。入力装置５０４７としてタッチパネルが用いられる場合には、当該タッチパネルは表示装置５０４１の表示面上に設けられてもよい。

　あるいは、入力装置５０４７は、例えばメガネ型のウェアラブルデバイスやＨＭＤ（Head Mounted Display）等の、ユーザによって装着されるデバイスであり、これらのデバイスによって検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。また、入力装置５０４７は、ユーザの動きを検出可能なカメラを含み、当該カメラによって撮像された映像から検出されるユーザのジェスチャや視線に応じて各種の入力が行われる。更に、入力装置５０４７は、ユーザの声を収音可能なマイクロフォンを含み、当該マイクロフォンを介して音声によって各種の入力が行われる。このように、入力装置５０４７が非接触で各種の情報を入力可能に構成されることにより、特に清潔域に属するユーザ（例えば術者５０６７）が、不潔域に属する機器を非接触で操作することが可能となる。また、ユーザは、所持している術具から手を離すことなく機器を操作することが可能となるため、ユーザの利便性が向上する。

　処置具制御装置５０４９は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具５０２１の駆動を制御する。気腹装置５０５１は、内視鏡５００１による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者５０７１の体腔を膨らめるために、気腹チューブ５０１９を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ５０５３は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ５０５５は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。

　以下、内視鏡手術システム５０００において特に特徴的な構成について、更に詳細に説明する。

　（支持アーム装置）
　支持アーム装置５０２７は、基台であるベース部５０２９と、ベース部５０２９から延伸するアーム部５０３１と、を備える。図示する例では、アーム部５０３１は、複数の関節部５０３３ａ、５０３３ｂ、５０３３ｃと、関節部５０３３ｂによって連結される複数のリンク５０３５ａ、５０３５ｂと、から構成されているが、図４７では、簡単のため、アーム部５０３１の構成を簡略化して図示している。実際には、アーム部５０３１が所望の自由度を有するように、関節部５０３３ａ～５０３３ｃ及びリンク５０３５ａ、５０３５ｂの形状、数及び配置、並びに関節部５０３３ａ～５０３３ｃの回転軸の方向等が適宜設定され得る。例えば、アーム部５０３１は、好適に、６自由度以上の自由度を有するように構成され得る。これにより、アーム部５０３１の可動範囲内において内視鏡５００１を自由に移動させることが可能になるため、所望の方向から内視鏡５００１の鏡筒５００３を患者５０７１の体腔内に挿入することが可能になる。

　関節部５０３３ａ～５０３３ｃにはアクチュエータが設けられており、関節部５０３３ａ～５０３３ｃは当該アクチュエータの駆動により所定の回転軸まわりに回転可能に構成されている。当該アクチュエータの駆動がアーム制御装置５０４５によって制御されることにより、各関節部５０３３ａ～５０３３ｃの回転角度が制御され、アーム部５０３１の駆動が制御される。これにより、内視鏡５００１の位置及び姿勢の制御が実現され得る。この際、アーム制御装置５０４５は、力制御又は位置制御等、各種の公知の制御方式によってアーム部５０３１の駆動を制御することができる。

　例えば、術者５０６７が、入力装置５０４７（フットスイッチ５０５７を含む）を介して適宜操作入力を行うことにより、当該操作入力に応じてアーム制御装置５０４５によってアーム部５０３１の駆動が適宜制御され、内視鏡５００１の位置及び姿勢が制御されてよい。当該制御により、アーム部５０３１の先端の内視鏡５００１を任意の位置から任意の位置まで移動させた後、その移動後の位置で固定的に支持することができる。なお、アーム部５０３１は、いわゆるマスタースレイブ方式で操作されてもよい。この場合、アーム部５０３１は、手術室から離れた場所に設置される入力装置５０４７を介してユーザによって遠隔操作され得る。

　また、力制御が適用される場合には、アーム制御装置５０４５は、ユーザからの外力を受け、その外力にならってスムーズにアーム部５０３１が移動するように、各関節部５０３３ａ～５０３３ｃのアクチュエータを駆動させる、いわゆるパワーアシスト制御を行ってもよい。これにより、ユーザが直接アーム部５０３１に触れながらアーム部５０３１を移動させる際に、比較的軽い力で当該アーム部５０３１を移動させることができる。従って、より直感的に、より簡易な操作で内視鏡５００１を移動させることが可能となり、ユーザの利便性を向上させることができる。

　ここで、一般的に、内視鏡下手術では、スコピストと呼ばれる医師によって内視鏡５００１が支持されていた。これに対して、支持アーム装置５０２７を用いることにより、人手によらずに内視鏡５００１の位置をより確実に固定することが可能になるため、術部の画像を安定的に得ることができ、手術を円滑に行うことが可能になる。

　なお、アーム制御装置５０４５は必ずしもカート５０３７に設けられなくてもよい。また、アーム制御装置５０４５は必ずしも１つの装置でなくてもよい。例えば、アーム制御装置５０４５は、支持アーム装置５０２７のアーム部５０３１の各関節部５０３３ａ～５０３３ｃにそれぞれ設けられてもよく、複数のアーム制御装置５０４５が互いに協働することにより、アーム部５０３１の駆動制御が実現されてもよい。

　（光源装置）
　光源装置５０４３は、内視鏡５００１に術部を撮影する際の照射光を供給する。光源装置５０４３は、例えばＬＥＤ、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成される。このとき、ＲＧＢレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色（各波長）の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置５０４３において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、ＲＧＢレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド５００５の撮像素子の駆動を制御することにより、ＲＧＢそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。

　また、光源装置５０４３は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド５００５の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。

　また、光源装置５０４３は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光（すなわち、白色光）に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察（Narrow Band Imaging）が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察するもの（自家蛍光観察）、又はインドシアニングリーン（ＩＣＧ）等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得るもの等が行われ得る。光源装置５０４３は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び／又は励起光を供給可能に構成され得る。

　（カメラヘッド及びＣＣＵ）
　図４８を参照して、内視鏡５００１のカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能についてより詳細に説明する。図４８は、図４７に示すカメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９の機能構成の一例を示すブロック図である。

　図４８を参照すると、カメラヘッド５００５は、その機能として、レンズユニット５００７と、撮像部５００９と、駆動部５０１１と、通信部５０１３と、カメラヘッド制御部５０１５と、を有する。また、ＣＣＵ５０３９は、その機能として、通信部５０５９と、画像処理部５０６１と、制御部５０６３と、を有する。カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９とは、伝送ケーブル５０６５によって双方向に通信可能に接続されている。

　まず、カメラヘッド５００５の機能構成について説明する。レンズユニット５００７は、鏡筒５００３との接続部に設けられる光学系である。鏡筒５００３の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド５００５まで導光され、当該レンズユニット５００７に入射する。レンズユニット５００７は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。レンズユニット５００７は、撮像部５００９の撮像素子の受光面上に観察光を集光するように、その光学特性が調整されている。また、ズームレンズ及びフォーカスレンズは、撮像画像の倍率及び焦点の調整のため、その光軸上の位置が移動可能に構成される。

　撮像部５００９は撮像素子によって構成され、レンズユニット５００７の後段に配置される。レンズユニット５００７を通過した観察光は、当該撮像素子の受光面に集光され、光電変換によって、観察像に対応した画像信号が生成される。撮像部５００９によって生成された画像信号は、通信部５０１３に提供される。

　撮像部５００９を構成する撮像素子としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）タイプのイメージセンサであり、Ｂａｙｅｒ配列を有するカラー撮影可能なものが用いられる。なお、当該撮像素子としては、例えば４Ｋ以上の高解像度の画像の撮影に対応可能なものが用いられてもよい。術部の画像が高解像度で得られることにより、術者５０６７は、当該術部の様子をより詳細に把握することができ、手術をより円滑に進行することが可能となる。

　また、撮像部５００９を構成する撮像素子は、３Ｄ表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための１対の撮像素子を有するように構成される。３Ｄ表示が行われることにより、術者５０６７は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部５００９が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット５００７も複数系統設けられる。

　また、撮像部５００９は、必ずしもカメラヘッド５００５に設けられなくてもよい。例えば、撮像部５００９は、鏡筒５００３の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。

　駆動部５０１１は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部５０１５からの制御により、レンズユニット５００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部５００９による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。

　通信部５０１３は、ＣＣＵ５０３９との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５０１３は、撮像部５００９から得た画像信号をＲＡＷデータとして伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信する。この際、術部の撮像画像を低レイテンシで表示するために、当該画像信号は光通信によって送信されることが好ましい。手術の際には、術者５０６７が撮像画像によって患部の状態を観察しながら手術を行うため、より安全で確実な手術のためには、術部の動画像が可能な限りリアルタイムに表示されることが求められるからである。光通信が行われる場合には、通信部５０１３には、電気信号を光信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。画像信号は当該光電変換モジュールによって光信号に変換された後、伝送ケーブル５０６５を介してＣＣＵ５０３９に送信される。

　また、通信部５０１３は、ＣＣＵ５０３９から、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を受信する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに／又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。通信部５０１３は、受信した制御信号をカメラヘッド制御部５０１５に提供する。なお、ＣＣＵ５０３９からの制御信号も、光通信によって伝送されてもよい。この場合、通信部５０１３には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられ、制御信号は当該光電変換モジュールによって電気信号に変換された後、カメラヘッド制御部５０１５に提供される。

　なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、取得された画像信号に基づいてＣＣＵ５０３９の制御部５０６３によって自動的に設定される。つまり、いわゆるＡＥ（Auto Exposure）機能、ＡＦ（Auto Focus）機能及びＡＷＢ（Auto White Balance）機能が内視鏡５００１に搭載される。

　カメラヘッド制御部５０１５は、通信部５０１３を介して受信したＣＣＵ５０３９からの制御信号に基づいて、カメラヘッド５００５の駆動を制御する。例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報及び／又は撮像時の露光を指定する旨の情報に基づいて、撮像部５００９の撮像素子の駆動を制御する。また、例えば、カメラヘッド制御部５０１５は、撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報に基づいて、駆動部５０１１を介してレンズユニット５００７のズームレンズ及びフォーカスレンズを適宜移動させる。カメラヘッド制御部５０１５は、更に、鏡筒５００３やカメラヘッド５００５を識別するための情報を記憶する機能を備えてもよい。

　なお、レンズユニット５００７や撮像部５００９等の構成を、気密性及び防水性が高い密閉構造内に配置することで、カメラヘッド５００５について、オートクレーブ滅菌処理に対する耐性を持たせることができる。

　次に、ＣＣＵ５０３９の機能構成について説明する。通信部５０５９は、カメラヘッド５００５との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部５０５９は、カメラヘッド５００５から、伝送ケーブル５０６５を介して送信される画像信号を受信する。この際、上記のように、当該画像信号は好適に光通信によって送信され得る。この場合、光通信に対応して、通信部５０５９には、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが設けられる。通信部５０５９は、電気信号に変換した画像信号を画像処理部５０６１に提供する。

　また、通信部５０５９は、カメラヘッド５００５に対して、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を送信する。当該制御信号も光通信によって送信されてよい。

　画像処理部５０６１は、カメラヘッド５００５から送信されたＲＡＷデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。当該画像処理としては、例えば現像処理、高画質化処理（帯域強調処理、超解像処理、ＮＲ（Noise reduction）処理及び／又は手ブレ補正処理等）、並びに／又は拡大処理（電子ズーム処理）等、各種の公知の信号処理が含まれる。また、画像処理部５０６１は、ＡＥ、ＡＦ及びＡＷＢを行うための、画像信号に対する検波処理を行う。

　画像処理部５０６１は、ＣＰＵやＧＰＵ等のプロセッサによって構成され、当該プロセッサが所定のプログラムに従って動作することにより、上述した画像処理や検波処理が行われ得る。なお、画像処理部５０６１が複数のＧＰＵによって構成される場合には、画像処理部５０６１は、画像信号に係る情報を適宜分割し、これら複数のＧＰＵによって並列的に画像処理を行う。

　制御部５０６３は、内視鏡５００１による術部の撮像、及びその撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部５０６３は、カメラヘッド５００５の駆動を制御するための制御信号を生成する。この際、撮像条件がユーザによって入力されている場合には、制御部５０６３は、当該ユーザによる入力に基づいて制御信号を生成する。あるいは、内視鏡５００１にＡＥ機能、ＡＦ機能及びＡＷＢ機能が搭載されている場合には、制御部５０６３は、画像処理部５０６１による検波処理の結果に応じて、最適な露出値、焦点距離及びホワイトバランスを適宜算出し、制御信号を生成する。

　また、制御部５０６３は、画像処理部５０６１によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部の画像を表示装置５０４１に表示させる。この際、制御部５０６３は、各種の画像認識技術を用いて術部画像内における各種の物体を認識する。例えば、制御部５０６３は、術部画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具５０２１使用時のミスト等を認識することができる。制御部５０６３は、表示装置５０４１に術部の画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させる。手術支援情報が重畳表示され、術者５０６７に提示されることにより、より安全かつ確実に手術を進めることが可能になる。

　カメラヘッド５００５及びＣＣＵ５０３９を接続する伝送ケーブル５０６５は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。

　ここで、図示する例では、伝送ケーブル５０６５を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド５００５とＣＣＵ５０３９との間の通信は無線で行われてもよい。両者の間の通信が無線で行われる場合には、伝送ケーブル５０６５を手術室内に敷設する必要がなくなるため、手術室内における医療スタッフの移動が当該伝送ケーブル５０６５によって妨げられる事態が解消され得る。

　以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システム５０００の一例について説明した。なお、ここでは、一例として内視鏡手術システム５０００について説明したが、本開示に係る技術が適用され得るシステムはかかる例に限定されない。例えば、本開示に係る技術は、検査用軟性内視鏡システムや顕微鏡手術システムに適用されてもよい。

　本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、表示装置５０４１に好適に適用され得る。

＜３．その他の実施の形態＞
　本開示による技術は、上記実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

　例えば、本技術は以下のような構成を取ることもできる。
　以下の構成の本技術によれば、複数の分割領域のそれぞれに互いに屈折率異方性が異なる液晶材料を封入し、それぞれが互いに波長の異なる色用の位相分布パターンを表示するようにしたので、高性能と高信頼性とを実現可能となる。

（１）
　面内方向において互いに異なる領域に設けられると共に、互いに屈折率異方性が異なる液晶材料が封入され、それぞれが互いに波長の異なる色用の位相分布パターンを表示する複数の分割領域、
　を備える
　光位相変調素子。
（２）
　前記複数の分割領域は、第１分割領域と第２分割領域とを有する
　上記（１）に記載の光位相変調素子。
（３）
　前記第１分割領域は、赤色用の位相分布パターンを表示する赤色領域と、緑色用の位相分布パターンを表示する緑色領域とを有し、
　前記第２分割領域は、青色用の位相分布パターンを表示する青色領域とを有する
　上記（２）に記載の光位相変調素子。
（４）
　前記第１分割領域に封入された前記液晶材料の屈折率異方性をΔｎＲ，Ｇ、前記第２分割領域に封入された前記液晶材料の屈折率異方性をΔｎＢとしたとき、同一波長の屈折率異方性について、
　ΔｎＲ，Ｇ＞ΔｎＢ
　を満たす
　上記（３）に記載の光位相変調素子。
（５）
　前記複数の分割領域は、第１分割領域と、第２分割領域と、第３分割領域とを有する
　上記（１）に記載の光位相変調素子。
（６）
　前記第１分割領域は、赤色用の位相分布パターンを表示する赤色領域を有し、
　前記第２分割領域は、緑色用の位相分布パターンを表示する緑色領域を有し、
　前記第３分割領域は、青色用の位相分布パターンを表示する青色領域を有する
　上記（５）に記載の光位相変調素子。
（７）
　前記第１分割領域に封入された前記液晶材料の屈折率異方性をΔｎＲ、前記第２分割領域に封入された前記液晶材料の屈折率異方性をΔｎＧ、前記第３分割領域に封入された前記液晶材料の屈折率異方性をΔｎＢとしたとき、同一波長において、
　ΔｎＲ≧ΔｎＧ＞ΔｎＢ
　を満たす
　上記（６）に記載の光位相変調素子。
（８）
　前記複数の分割領域のうちの１つは、青色用の位相分布パターンを表示する青色領域を有し、
　前記青色領域を有する分割領域は、面内の全有効表示領域の１／３以上の面積を有する
　上記（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の光位相変調素子。
（９）
　前記複数の分割領域に対応して設けられ、互いに異なる材料からなる複数の配向膜、
　をさらに備える
　上記（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の光位相変調素子。
（１０）
　前記複数の分割領域のうちの１つは、青色用の位相分布パターンを表示する青色領域を有し、
　前記複数の配向膜のうち、前記青色領域を有する分割領域に対応する前記配向膜は無機材料からなる
　上記（９）に記載の光位相変調素子。
（１１）
　前記複数の分割領域のそれぞれは、面内方向において少なくとも一部が曲線形状を有する
　上記（１）ないし（１０）のいずれか１つに記載の光位相変調素子。
（１２）
　互いに波長の異なる複数の色光を発する光源部と、
　前記光源部からの前記複数の色光のそれぞれを位相変調する光位相変調素子と
　を含み、
　前記光位相変調素子は、
　面内方向において互いに異なる領域に設けられると共に、互いに屈折率異方性が異なる液晶材料が封入され、それぞれが互いに波長の異なる色用の位相分布パターンを表示する複数の分割領域、
　を備える
　表示装置。
（１３）
　前記光位相変調素子によって生成された再生像を照明光とし、前記照明光を強度変調することによって画像を生成する光強度変調素子、
　をさらに含む
　上記（１２）に記載の表示装置。
（１４）
　前記光強度変調素子によって生成された画像を投影する投影光学系、
　をさらに含む
　上記（１３）に記載の表示装置。

　本出願は、日本国特許庁において２０２０年９月２日に出願された日本特許出願番号第２０２０－１４７７２０号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。

　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims

　面内方向において互いに異なる領域に設けられると共に、互いに屈折率異方性が異なる液晶材料が封入され、それぞれが互いに波長の異なる色用の位相分布パターンを表示する複数の分割領域、
　を備える
　光位相変調素子。
　前記複数の分割領域は、第１分割領域と第２分割領域とを有する
　請求項１に記載の光位相変調素子。
　前記第１分割領域は、赤色用の位相分布パターンを表示する赤色領域と、緑色用の位相分布パターンを表示する緑色領域とを有し、
　前記第２分割領域は、青色用の位相分布パターンを表示する青色領域を有する
　請求項２に記載の光位相変調素子。
　前記第１分割領域に封入された前記液晶材料の屈折率異方性をΔｎＲ，Ｇ、前記第２分割領域に封入された前記液晶材料の屈折率異方性をΔｎＢとしたとき、同一波長において、
　ΔｎＲ，Ｇ＞ΔｎＢ
　を満たす
　請求項３に記載の光位相変調素子。
　前記複数の分割領域は、第１分割領域と、第２分割領域と、第３分割領域とを有する
　請求項１に記載の光位相変調素子。
　前記第１分割領域は、赤色用の位相分布パターンを表示する赤色領域を有し、
　前記第２分割領域は、緑色用の位相分布パターンを表示する緑色領域を有し、
　前記第３分割領域は、青色用の位相分布パターンを表示する青色領域を有する
　請求項５に記載の光位相変調素子。
　前記第１分割領域に封入された前記液晶材料の屈折率異方性をΔｎＲ、前記第２分割領域に封入された前記液晶材料の屈折率異方性をΔｎＧ、前記第３分割領域に封入された前記液晶材料の屈折率異方性をΔｎＢとしたとき、同一波長において、
　ΔｎＲ≧ΔｎＧ＞ΔｎＢ
　を満たす
　請求項６に記載の光位相変調素子。
　前記複数の分割領域のうちの１つは、青色用の位相分布パターンを表示する青色領域を有し、
　前記青色領域を有する分割領域は、面内の全有効表示領域の１／３以上の面積を有する
　請求項１に記載の光位相変調素子。
　前記複数の分割領域に対応して設けられ、互いに異なる材料からなる複数の配向膜、
　をさらに備える
　請求項１に記載の光位相変調素子。
　前記複数の分割領域のうちの１つは、青色用の位相分布パターンを表示する青色領域を有し、
　前記複数の配向膜のうち、前記青色領域を有する分割領域に対応する配向膜は無機材料からなる
　請求項９に記載の光位相変調素子。
　前記複数の分割領域のそれぞれは、面内方向において少なくとも一部が曲線形状を有する
　請求項１に記載の光位相変調素子。
　互いに波長の異なる複数の色光を発する光源部と、
　前記光源部からの前記複数の色光のそれぞれを位相変調する光位相変調素子と
　を含み、
　前記光位相変調素子は、
　面内方向において互いに異なる領域に設けられると共に、互いに屈折率異方性が異なる液晶材料が封入され、それぞれが互いに波長の異なる色用の位相分布パターンを表示する複数の分割領域、
　を備える
　表示装置。
　前記光位相変調素子によって生成された再生像を照明光とし、前記照明光を強度変調することによって画像を生成する光強度変調素子、
　をさらに含む
　請求項１２に記載の表示装置。
　前記光強度変調素子によって生成された画像を投影する投影光学系、
　をさらに含む
　請求項１３に記載の表示装置。