JP2010061090A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でスペックルノイズやシンチレーションを低減して良質な画像を表示することができる投写型表示装置を得ること。
【解決手段】背面側から透過型スクリーン上に画像を投写して画像表示を行なう投写型表示装置において、レーザ光を出射するレーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射された光束を所定の光路内へ伝播させて透過型スクリーン５側へ導く照明光学系４と、照明光学系４が導いてくる光束によって照明される被照明面２ａに透過型スクリーン５へ表示させる画像を形成する反射型光変調素子２と、反射型光変調素子２の被照明面２ａに形成された画像を透過型スクリーン５上に拡大投写する投写光学系３と、を備え、投写光学系３は、投写光学系３のＦナンバーと投写光学系３の投影倍率との積が４００未満となるよう形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、透過型スクリーン上に画像を投写して画像表示を行なう投写型表示装置に関するものである。

近年、液晶パネル、反射型の光変調素子（反射型液晶表示素子など）を映像表示素子として用いた投写型表示装置は、高輝度化を実現するために高輝度な光源を備えて構成される傾向にある。

投写型表示装置の光源としては、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等が用いられてきた。このようなランプを光源とした場合には、光源の寿命が短く、ランプ交換等のメンテナンス作業が頻繁に発生するという問題点があった。さらに、ランプの白色光から赤色、緑色および青色を取り出すための光学系が必要となり、装置構成が複雑になるとともに光利用効率が劣化するという問題点があった。

これらの問題点を解決するために、半導体レーザ等のレーザ光源を採用する試みがなされている。レーザ光源は、従来のランプ光源に比べて、寿命が長く、メンテナンス作業が長期間不要となる。また、表示画像に応じてレーザ光源を直接変調することができるので、装置が簡易な構成となり光利用効率が向上する。さらに、レーザ光源を採用することによって、色再現範囲を広くすることができるという利点を有している。

ところが、レーザ光源は高いコヒーレンス（可干渉性）を有しているので、レーザ光源を投写型表示装置の光源に用いた場合、透過型スクリーン内の光拡散材と光が干渉し、表示する画像がぎらつく現象（スペックルノイズもしくはシンチレーション）を発生させ、その結果、画質を劣化させてしまうという問題点があった。

投写型表示装置では、このスペックルノイズやシンチレーションを低減させることが望まれており、その方法として投写レンズの出射瞳径と投写距離との関係、および透過型スクリーンの拡散層の数を規定する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、透過型スクリーンの拡散層のうち少なくとも１層を内部振動させる方法が提案されている（特許文献２参照）。

特開平８−３１３８６５号公報 特開２００１−１００３１７号公報

上記前者の従来技術では、投写レンズの出射瞳径ｄと投写距離ａの比（ｄ／ａ）を０．０６以下と規定している。しかしながら、ｄ／ａを小さく構成することによって、透過型スクリーンに入射する光の発散角が小さくなるとともに、スペックルノイズやシンチレーションを悪化させるという問題があった。

また、上記後者の従来技術では、透過型スクリーンの拡散層を振動させるための機構が必要となり、装置が大型化するとともに高コストになるという問題があった。また、拡散層を振動させることによって装置の動作が不安定になり、画像表示の信頼性の確保が困難になるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でスペックルノイズやシンチレーションを低減して良質な画像を表示することができる投写型表示装置を得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、背面側から透過型スクリーン上に画像を投写して画像表示を行なう投写型表示装置において、光を出射する光源と、前記光源から出射された光束を所定の光路内へ伝播させて前記透過型スクリーン側へ導く照明光学系と、前記照明光学系が導いてくる光束によって照明される被照明領域に、前記透過型スクリーンへ表示させる画像を形成する映像表示素子と、前記映像表示素子の被照明領域に形成された画像を前記透過型スクリーン上に拡大投写する投写光学系と、を備え、前記投写光学系は、前記投写光学系のＦナンバーと前記投写光学系の投影倍率との積が４００未満となるよう形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、簡易な構成でスペックルノイズやシンチレーションを低減して良質な画像を表示することが可能になるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る投写型表示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１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成を示す図である。投写型表示装置１０１は、ライトバルブを用いてスクリーン上に画像を投写する背面投写型の画像表示装置である。

図１に示すように、実施の形態１に係る投写型表示装置１０１は、集光光学系１と、照明光学系４と、映像表示素子としての反射型光変調素子（反射型ライトバルブ）２と、照明光学系４により照明された反射型光変調素子２の被照明面（画像形成領域）２ａの画像を透過型スクリーン５に拡大投写する投写光学系３とを有している。

集光光学系１は、複数色（図１においては３色）のレーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射された光束を１〜複数枚のレンズやミラーで集光する複数枚（図１においては３枚）の集光レンズ（集光部）１２と、集光レンズ１２から出射された光束を照明光学系４に導く複数本（図１においては３本）の光ファイバ１３とから構成されている。

集光光学系１では、１つのレーザ光源１１に、１つの集光レンズ１２と１つの光ファイバ１３を対応させている。したがって、各レーザ光源１１から出射された光束は、それぞれのレーザ光源１１に対応する集光レンズ１２と光ファイバ１３を介して照明光学系４に導かれる。

照明光学系４は、集光光学系１（光ファイバ１３）から出射された光束の強度分布を均一化する光強度均一化素子４１と、リレーレンズ群４２と、拡散素子４４と、第１ミラー４３ａおよび第２ミラー４３ｂから構成されるミラー群４３と、を有している。そして、照明光学系４は、リレーレンズ群４２とミラー群４３によって、光強度均一化素子４１から出射した光束を反射型光変調素子２に導いている。

光強度均一化素子４１は、集光光学系１が出射した光束の光強度を均一化する機能（照度ムラを低減する機能など）を有している。光強度均一化素子４１は、光の入射口である入射面（入射端面）が光ファイバ１３側を向き、光の出射口である出射面（出射端面）がリレーレンズ群４２側を向くよう照明光学系４内に配設されている。光強度均一化素子４１は、例えばガラス又は樹脂等の透明材料で作製されている。光強度均一化素子４１は、側壁内側が全反射面となるように構成された多角形柱状のロッド（断面形状が多角形の柱状部材）、または光反射面を内側にして筒状に組み合わされた断面形状が多角形のパイプ（管状部材）などを含んで構成されている。

光強度均一化素子４１が多角柱状のロッドである場合には、透明材料と空気界面との全反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射端（出射口）から光を出射させる。光強度均一化素子４１が多角形のパイプである場合には、内側を向く表面鏡の反射作用を利用して光を複数回反射させた後に出射口から光を出射させる。

光強度均一化素子４１は、光束の進行方向に適当な長さを確保すれば、内部で複数回反射した光が光強度均一化素子４１の出射面の近傍に重畳照射され、光強度均一化素子４１の出射面の近傍では略均一な強度分布が得られる。この略均一な強度分布を有する出射面からの出射光は、リレーレンズ群４２及びミラー群４３によって反射型光変調素子２へと導かれ、反射型光変調素子２の被照明面２ａを照明する。

また、照明光学系４には、リレーレンズ群４２の後段に拡散素子（拡散部）４４を設けている。拡散素子４４は、リレーレンズ群４２を介して伝播してくる光を拡散させてからミラー群４３へ送ることによってスペックルを低減させる素子である。拡散素子４４は、基板上に施したホログラムパターンによって光の拡散角度を設定できるホログラフィック拡散素子などであり、レーザ光源１１のもつ可干渉性を緩和する。また、拡散素子４４を回転あるいは振動等させることによって、レーザ光源１１のもつ可干渉性を効果的に緩和することができる。

なお、図１においては、拡散素子４４をリレーレンズ群４２の後段に配置しているが、拡散素子４４の配置位置はこの位置に限定されるものではない。例えば、拡散素子４４を光強度均一化素子４１の前後に配置してもよい。更に、拡散素子４４を組み合わせて複数配置することにより、レーザ光源１１のもつ可干渉性を効果的に緩和してもよい。

反射型光変調素子２は、例えばＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）（登録商標）素子などの反射型の光変調素子である。反射型光変調素子２は、各画素に対応する可動式のマイクロミラーを多数（例えば、数十万個）平面的に配列したものであり、画素情報に応じて各マイクロミラーの傾角（チルト）を変化させるように構成されている。

なお、図１では、リレーレンズ群４２を１枚のレンズで構成する場合を図示したが、レンズの枚数については１枚に限定されるものではなく複数枚であってもよい。同様に、ミラー群４３についてもミラーは２枚に限定されるものではなく、ミラー群４３を１枚または３枚以上のミラーで構成してもよい。

ここで、投写光学系３内の光路における光伝播について説明する。図２は、投写光学系の光伝播の概念を説明するための図であり、投写光学系３の作用（投写光学系のＦナンバーおよび投影倍率）を概念的に示している。なお、図２では、投写光学系３を模式的に示すため、投写光学系３を１つのレンズ素子として図示している。

本実施の形態の投写光学系３は、反射型光変調素子２の被照明面２ａと透過型スクリーン５とが光学的に共役な関係になるよう構成されている。図２において、反射型光変調素子２の被照明面２ａのサイズＳ１および発散角Ω１［ｄｅｇ］と、透過型スクリーン５のサイズＳ２および発散角Ω２[ｄｅｇ]とは幾何光学的に式（１）に示す関係にある。なお、発散角Ω１は反射型光変調素子２が放出する光の最大円錐角であり、飛散角Ω２は、透過型スクリーン５が受け入れる光の最大円錐角である。
Ｓ１×Ω１＝Ｓ２×Ω２ ・・・（１）

反射型光変調素子２の発散角Ω１［ｄｅｇ］を用いると、投写光学系３のＦナンバー（Ｆｐ）は、式（２）によって規定することができる。
Ｆｐ＝１／（２×ｓｉｎ（Ω１／２）） ・・・（２）

さらに、投写光学系３の投影倍率Ｍは、反射型光変調素子２の被照明面２ａのサイズＳ１から透過型スクリーン５のサイズＳ２への拡大倍率を示しているので、投影倍率Ｍは、式（３）を用いて算出することができる。
Ｍ＝Ｓ２／Ｓ１ ・・・（３）

ここで、透過型スクリーン５上で観測されるスペックルノイズもしくはシンチレーションについて説明する。図３は、透過型スクリーン上で観測されるスペックルノイズもしくはシンチレーションを説明するための図である。図３では、透過型スクリーン５上におけるぎらつき現象（シンチレーション）の発生要因を概略的に示している。

光６１と光６２は、透過型スクリーン５内へ異なる入射角度で同じ位置から入射した場合であっても、透過型スクリーン５内の拡散層５ａ（拡散材５４を含んで構成される層）によって、同じ向きに出射させられる。また、光によっては、透過型スクリーン５内へ同じ入射角度で異なる位置から入射した場合であっても、透過型スクリーン５内の拡散層５ａによって、異なる向きに出射させられる光がある。このように、種々の位置、種々の入射角で透過型スクリーン５に入射した各光は、透過型スクリーン５内の拡散層５ａによって種々の方向に拡散され、透過型スクリーン５から出射する際には、種々の位置、種々の出射角で出てくる。これにより、拡散層５ａから出てくる光６１と光６２は、互いに強め合うかまたは打ち消し合うこととなり、出射位置で輝度差が発生する。そして、この輝度差が、スペックルノイズもしくはシンチレーションなどのぎらつき現象として観測されることとなる。

そこで、本実施の形態では、投写光学系のＦナンバーと投影倍率Ｍから決定される透過型スクリーン５へ入射する光の発散角Ω２を規定する。図４は、透過型スクリーンへ入射する光の発散角の大きさと透過型スクリーンから出射する光の拡散性との関係を示す図である。図４では、投写光学系のＦナンバーとシンチレーションの関係を概略的に示している。（ａ）には、透過型スクリーン５へ入射する光の発散角Ω２［ｄｅｇ］が大きい場合を示し、（ｂ）には、透過型スクリーン５へ入射する光の発散角Ω２［ｄｅｇ］が小さい場合を示している。

（ａ）、（ｂ）に示すように、透過型スクリーン５へ入射する光の発散角Ω２［ｄｅｇ］が大きいほど、透過型スクリーン５を出射する光も拡散されることとなる。このように、透過型スクリーン５へ入射する光の発散角Ω２［ｄｅｇ］が大きいほど、拡散性が高くなり、ぎらつき現象は緩和されることとなる。

透過型スクリーン５へ入射する光の発散角Ω２［ｄｅｇ］は、式（１）より、反射型光変調素子２の被照明面２ａのサイズＳ１と発散角Ω１［ｄｅｇ］、および透過型スクリーン５のサイズＳ２を用いて算出できる。このことは、発散角Ω２［ｄｅｇ］が、投写光学系３のＦナンバーＦｐと投写光学系３の投影倍率Ｍとによって規定されることと同義である。そこで、投写光学系３のＦナンバーＦｐと投写光学系３の投影倍率Ｍを変化させた時の透過型スクリーン５上のぎらつき現象について実験した結果について説明する。

図５および図６は、投写光学系のＦナンバーとぎらつき現象との関係を示す図である。図５は、反射型光変調素子２の被照明面２ａのサイズＳ１が０．６６インチであり、透過型スクリーン５のサイズＳ２が６５インチである場合の実験結果を示している。この場合の投影倍率Ｍは、式（３）より９８．５と算出される。図５では、投影倍率Ｍが９８．５である場合に、投写光学系３のＦナンバーＦｐを２．４〜６．５まで徐々に変化させた場合のスペックルノイズやシンチレーションのレベル（丸印で示す許容レベルまたはバツ印で示す非許容レベル）を示している。

投写光学系３のＦナンバーＦｐを変化させた場合に、透過型スクリーン５上のスペックルノイズおよびシンチレーションがどのように変化するかを目視評価で確認した。その結果、投写光学系３のＦナンバーＦｐが２．４〜４までである場合は、スペックルノイズおよびシンチレーションが許容レベルであることが分かった。

ところが、投写光学系３のＦナンバーＦｐが４．５以上になると、スペックルノイズおよびシンチレーションが悪化してしまうことが確認された。これにより、スペックルノイズやシンチレーションが許容レベルであるのは、投写光学系３のＦナンバーＦｐが２．４〜４の場合であり、この場合には投写光学系３のＦナンバーＦｐと投影倍率Ｍの積が４００以下であるという条件を満たしていることがわかる。

また、図６は、反射型光変調素子２の被照明面２ａのサイズＳ１が０．７インチであり、透過型スクリーン５のサイズＳ２が５０インチである場合の実験結果を示している。このように、図６では、図５の場合よりも投影倍率Ｍ（７１．４）が小さくなるよう投写型表示装置１０１を構成した場合の実験結果を示している。

この投写型表示装置１０１に対しても、図５の場合と同様に、投写光学系３のＦナンバーＦｐを変化させた場合に、透過型スクリーン５上のスペックルノイズおよびシンチレーションがどのように変化するかを目視評価で確認した。その結果、投写光学系３のＦナンバーＦｐが２．４〜５．５までである場合は、スペックルノイズおよびシンチレーションが許容レベルであることが分かった。これにより、スペックルノイズやシンチレーションが許容レベルとなる場合には、図５の場合と同様に、投写光学系３のＦナンバーＦｐと投影倍率Ｍとの積が４００以下であるという条件を満たしていることがわかる。

したがって、本実施の形態では、Ｆｐ×Ｍ＜４００を満たすよう投写型表示装置１０１を構成し、これにより透過型スクリーン５へ入射する光の発散角が所定範囲内となるようにする。

なお、本実施の形態では、投写型表示装置１０１のライトバルブとして反射型光変調素子２を用いた場合を説明したが、投写型表示装置１０１には透過型あるいは反射型液晶表示素子などの他のライトバルブを用いてもよい。

また、本実施の形態では、光源にレーザ光源１１を用いる場合について説明したが、光源はレーザ光源以外の超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の他の光源であってもよい。

このように、実施の形態１では、投写光学系３のＦナンバーＦｐと投写光学系３の投影倍率Ｍとの積を４００より小さくなるよう構成しているので、高輝度な光源を用いた場合であっても、透過型スクリーン５上のスペックルノイズおよびシンチレーションを低減することができる。

また、実施の形態１では、光源をレーザ光源１１で構成したので、寿命が長く色再現性がよい明るい光学系を構成することができる。また、実施の形態１では、照明光学系４に拡散素子４４を設けているので、効率良くスペックルノイズおよびシンチレーションを低減することができる。さらに、実施の形態１では、レーザ光源１１から出射された光束を、光ファイバ１３を用いて照明光学系４へ導く構成としたので、光学系の配置に柔軟性を持たせることができるとともに、光束の取り込み効率が高い光学系を構成できる。さらに、光ファイバ１３内で光束が多重反射されるので、スペックルノイズおよびシンチレーションを低減させて均一性の高い画像を得ることができる。また、実施の形態１では、集光光学系１からの光束を、光強度均一化素子４１を用いて均一化しているので、照度ムラのない良好な画像が得られるとともに、スペックルノイズおよびシンチレーションを低減することができる。

このように実施の形態１によれば、透過型スクリーン５へ入射する光の発散角が所定範囲内となるよう、投写光学系３のＦナンバーＦｐと投影倍率Ｍ（Ｆｐ×Ｍの値）を所定範囲（４００未満）に設定したので、高輝度な光が透過型スクリーン５に投影される場合であっても、スペックルノイズやシンチレーションを低減して良質な画像を表示することが可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図７〜図１１を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、透過型スクリーン５に少なくとも２層以上の拡散層を配置し、拡散層の拡散率（ヘイズ値）が所定範囲内となるよう規定しておく。

図７〜図９は、本発明の実施の形態２に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図である。投写型表示装置１０１の光学系である透過型スクリーン５は、入射光を略平行な光に変換して出射するフレネルレンズ（フレネルレンズシート）５１と、フレネルレンズ５１の出射光を所定の拡散光として出射するレンチキュラーレンズ（レンチキュラーレンズシート）５２とを含んで構成されている。また、透過型スクリーン５には、フレネルレンズ５１、レンチキュラーレンズ５２とともに拡散層５１ａ，５２ａが設けられている。

拡散層（第１の光拡散層）５１ａは、フレネルレンズ５１内の何れの位置に配置してもよいし、何れの層厚であってもよい。また、拡散層（第２の光拡散層）５２ａは、レンチキュラーレンズ５２内の何れの位置に配置してもよいし、何れの層厚であってもよい。

ここでは、拡散層５１ａ，５２ａの一例として、図７〜図９に示す透過型スクリーン５について説明する。図７に示す透過型スクリーン５は、フレネルレンズ５１とレンチキュラーレンズ５２の基材全体に拡散層５１ａ，５２ａを有している。また、図８に示す透過型スクリーン５は、フレネルレンズ５１とレンチキュラーレンズ５２のそれぞれの入射側に拡散層５１ａ，５２ａを配置している。さらに、図９に示す透過型スクリーン５は、フレネルレンズ５１とレンチキュラーレンズ５２のそれぞれの出射側に拡散層５１ａ，５２ａを配置している。

なお、フレネルレンズ５１とレンチキュラーレンズ５２の組み合わせは、図７〜図９に示した種類に限定されるものではなく、これら以外の他の組み合わせを用いてもよい。また、拡散層の数を３層以上にした透過型スクリーン５を用いてもよい。

拡散層５１ａ，５２ａは拡散材を含有しており、その拡散材の含有量はヘイズ値あるいは曇価（単位は％）で表現できる。ここでは、拡散層５１ａのヘイズ値がヘイズ値Ｈ１であり、拡散層５２ａのヘイズ値がヘイズ値Ｈ２である場合について説明する。

拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１または拡散層５２ａのヘイズ値Ｈ２を高くすると、透過型スクリーン５上で観測されるスペックルノイズやシンチレーションは減少する。しかしながら、拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１を高くすると、正面輝度が低下するとともに解像感が劣化するという問題がある。一方、拡散層５２ａのヘイズ値Ｈ２を高くすると、正面輝度が低下するとともに、ある所定のヘイズ値以上になるとスペックルノイズやシンチレーションを低減させる効果が小さくなってしまう。

ここで、拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１と拡散層５２ａのヘイズ値Ｈ２を種々変化させた場合の、透過型スクリーン５の明るさを示すピークゲイン（ＰＧ）と、ぎらつき現象（スペックルノイズおよびシンチレーション）の低減効果について説明する。図１０は、ヘイズ値を変化させた場合のＰＧと、ぎらつき現象の低減効果を検証した結果を示す図である。図１０では、拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１と、このヘイズ値Ｈ１でのＰＧおよびぎらつき現象（スペックルノイズおよびシンチレーション）の低減効果との関係を示している。なお、検証に用いた拡散層５１ａの具体的なヘイズ値Ｈ１の値は、ヘイズ値Ｈ１が小さい場合が４０％であり、ヘイズ値Ｈ１が大きい場合が７２％であった。また、このときフレネルレンズ５１に組み合わせた５種類のレンチキュラーレンズ５２の拡散層５２ａのヘイズ値Ｈ２の値は、８０％〜９５％の間であった。

フレネルレンズ５１の拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１が大きい場合と小さい場合の２種類と、拡散層５２ａのヘイズ値Ｈ２の値が異なる５種類のレンチキュラーレンズ５２と、を種々組み合わせた場合の、ＰＧとスペックルノイズおよびシンチレーションの低減効果について確認した。

その結果、拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１が小さい場合には、レンチキュラーレンズ５２の種類によってはＰＧが低下するものがあった。しかしながら、拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１が小さい場合、フレネルレンズ５１を何れのレンチキュラーレンズ５２と組み合わせた場合であっても、スペックルノイズおよびシンチレーションの低減効果が許容レベル（スペックルノイズおよびシンチレーションの許容限界Ｌ１）に達するものはなかった。

一方、拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１が大きい場合には、拡散層５２ａのヘイズ値Ｈ２が所定値よりも大きくなれば（ＰＧが小さくなれば）、スペックルノイズおよびシンチレーションの低減効果が格段に高くなり、許容限界Ｌ１に達するものが多かった。すなわち、拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１の値を大きくすると、スペックルノイズおよびシンチレーションを低減する効果が高まることがわかった。

つぎに、拡散層５２ａのヘイズ値Ｈ２が８０％であるレンチキュラーレンズ５２と、５種類のフレネルレンズ５１とを種々組み合わせた場合の、ＰＧ、スペックルノイズおよびシンチレーションの低減効果、解像感について検証した。図１１は、ヘイズ値を変化させた場合のＰＧ、ぎらつき現象の低減効果、解像感を検証した結果を示す図である。図１１では、拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１と、このヘイズ値Ｈ１でのＰＧ、スペックルノイズおよびシンチレーションの低減効果、解像感の程度との関係を示している。

５種類のフレネルレンズ５１の拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１の値は、それぞれ４０％〜８２％であり、ヘイズ値Ｈ１が８２％のもの（拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１である８０％より高いもの）については、スペックルノイズおよびシンチレーションの低減効果は高かったが、解像感の劣化が大きくなってしまった。このように、拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１を高くするとスペックルノイズおよびシンチレーションの低減効果は高くなるが、ヘイズ値Ｈ１を拡散層５２ａのヘイズ値Ｈ２よりも大きくすると解像感が劣化してしまうことがわかった。したがって、拡散層５１ａのヘイズ値Ｈ１を拡散層５２ａのヘイズ値Ｈ２よりも小さく構成することによって、スペックルノイズおよびシンチレーションの低減効果を高めつつ、解像感を良好にすることが可能となる。したがって、本実施の形態では、ヘイズ値Ｈ１を高くするとともにヘイズ値Ｈ１をヘイズ値Ｈ２よりも小さくする。

このように実施の形態２によれば、ヘイズ値Ｈ１の大きな拡散層５１ａであって、かつ拡散層５２ａのヘイズ値Ｈ２よりも小さなヘイズ値Ｈ１の拡散層５１ａを用いて透過型スクリーン５を構成しているので、スペックルノイズやシンチレーションを低減して良質な画像を表示することが可能となる。

実施の形態３．
つぎに、図１２および図１３を用いてこの発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、レンチキュラーレンズ５２の拡散層５２ａが少なくとも２種類の拡散材（拡散要素）を含有するよう、拡散層５２ａを構成する。

図１２および図１３は、本発明の実施の形態３に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図である。図１２、図１３では、レンチキュラーレンズ５２の拡散層５２ａの構造を概念的に示している。投写型表示装置１０１の光学系である透過型スクリーン５は、レンチキュラーレンズ５２を含んで構成されており、レンチキュラーレンズ５２の拡散層５２ａが少なくとも２種類の拡散材を含有している。拡散層５２ａは、拡散材の材料（屈折率）、拡散材の大きさ、拡散材の形状などが異なる拡散材を組み合わせて構成されている。

図１２は、拡散材の大きさが異なる場合の拡散層の一例を示しており、図１３は、拡散材の大きさおよび形状が異なる場合の拡散層の一例を示している。図１２に示すように、レンチキュラーレンズ５２の拡散層５２ａは、大きさの異なる少なくとも２種類の拡散材５５Ａ，５５Ｂを含有している。また、図１３に示すように、レンチキュラーレンズ５２の拡散層５２ａは、大きさおよび形状の異なる少なくとも２種類の拡散材５６Ａ，５６Ｂを含有している。これにより、レンチキュラーレンズ５２に入射した光６１および光６２は、１種類の拡散材で拡散層５２ａを構成した場合よりも不規則な拡散光となって観測者側に出射される。

このように実施の形態３によれば、投写型表示装置１０１は、レンチキュラーレンズ５２の拡散層５２ａが少なくとも２種類の拡散材を含有するよう構成されているので、レンチキュラーレンズ５２に入射した光６１および光６２が不規則な拡散光となって観測者側に出射される。このため、スペックルノイズおよびシンチレーションの低減効果が高まり、良好な画像を提供することが可能となる。

実施の形態４．
つぎに、図１４および図１５を用いてこの発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４では、フレネルレンズ５１の拡散層５１ａが少なくとも２種類の拡散材（拡散要素）を含有するよう、拡散層５１ａを構成する。

図１４および図１５は、本発明の実施の形態４に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図である。図１４、図１５では、フレネルレンズ５１の拡散層５１ａの構造を概念的に示している。投写型表示装置１０１の光学系である透過型スクリーン５は、フレネルレンズ５１を含んで構成されており、フレネルレンズ５１の拡散層５１ａが少なくとも２種類の拡散材を含有している。拡散層５１ａは、拡散材の材料（屈折率）、拡散材の大きさ、拡散材の形状などが異なる拡散材を組み合わせて構成されている。

図１４は、拡散材の大きさが異なる場合の拡散層の一例を示しており、図１５は、拡散材の大きさおよび形状が異なる場合の拡散層の一例を示している。図１４に示すように、フレネルレンズ５１の拡散層５１ａは、大きさの異なる少なくとも２種類の拡散材５７Ａ，５７Ｂを含有している。また、図１５に示すように、フレネルレンズ５１の拡散層５１ａは、大きさおよび形状の異なる少なくとも２種類の拡散材５８Ａ，５８Ｂを含有している。これにより、フレネルレンズ５１に入射した光６１および光６２は、１種類の拡散材で拡散層５１ａを構成した場合よりも不規則な拡散光となって観測者側に出射される。

このように実施の形態４によれば、投写型表示装置１０１は、フレネルレンズ５１の拡散層５１ａが少なくとも２種類の拡散材を含有するよう構成されているので、フレネルレンズ５１に入射した光６１および光６２が不規則な拡散光となって観測者側に出射される。このため、スペックルノイズおよびシンチレーションの低減効果が高まり、良好な画像を提供することが可能となる。

実施の形態５．
つぎに、図１６から図１９を用いてこの発明の実施の形態５について説明する。これまでの実施の形態においては、フレネルレンズ５１の拡散層５１аやレンチキュラーレンズ５２の拡散層５２аに含まれる拡散材の材料や形状、大きさが異なる例を説明したが、本実施の形態５においては、フレネルレンズ５１あるいはレンチキュラーレンズ５２の出射面に拡散要素を追加した例を説明する。

図１６および図１７は、本発明の実施の形態５に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図である。図１６，１７では、フレネルレンズ５１あるいはレンチキュラーレンズ５２の拡散層５１ａあるいは拡散層５２ａの構造を概念的に示している。投写型表示装置１０１の光学系である透過型スクリーン５は、フレネルレンズ５１を含んで構成されており、フレネルレンズ５１の拡散層５１ａが少なくとも２種類の拡散材を含有している（図１６および図１７においては３種類）。拡散層５１ａは、拡散材の材料（屈折率）、拡散材の大きさ、拡散材の形状などが異なる拡散材と、さらにレンズ作用を持つ拡散層を組み合わせて構成されている。

図１６に示すように、フレネルレンズ５１あるいはレンチキュラーレンズ５２の拡散層５１ａあるいは拡散層５２ａは、大きさの異なる２種類の拡散材１５５Ａ，１５５Ｂと、レンズ構造を持つ拡散要素１５５Ｃを含有している。これにより、フレネルレンズ５１やレンチキュラーレンズ５２に入射した光６１や光６２は、１種類の拡散要素で拡散層５１ａを構成した場合よりも不規則な拡散光となって観測者側に出射される。

同様に、図１７に示すように、フレネルレンズ５１あるいはレンチキュラーレンズ５２の拡散層５１ａあるいは拡散層５２ａは、大きさおよび形状の異なる２種類の拡散材１５６Ａ，１５６Ｂと、レンズ構造を持つ拡散要素１５６Ｃを含有している。これにより、フレネルレンズ５１やレンチキュラーレンズ５２に入射した光６１や光６２は、１種類の拡散要素で拡散層５１ａを構成した場合よりも不規則な拡散光となって観測者側に出射される。

さらに、図１８に示すように、フレネルレンズ５１あるいはレンチキュラーレンズ５２の拡散層５１ａあるいは拡散層５２ａは、大きさの異なる２種類の拡散材１５７Ａ，１５７Ｂと、プリズムレンズ構造を持つ拡散要素１５７Ｃを含有している。これにより、フレネルレンズ５１やレンチキュラーレンズ５２に入射した光６１や光６２は、１種類の拡散要素で拡散層５１ａを構成した場合よりも不規則な拡散光となって観測者側に出射される。

さらに同様に、図１９に示すように、フレネルレンズ５１あるいはレンチキュラーレンズ５２の拡散層５１ａあるいは拡散層５２ａは、大きさおよび形状の異なる２種類の拡散材１５８Ａ，１５８Ｂと、プリズムレンズ構造を持つ拡散要素１５８Ｃを含有している。これにより、フレネルレンズ５１やレンチキュラーレンズ５２に入射した光６１や光６２は、１種類の拡散要素で拡散層５１ａを構成した場合よりも不規則な拡散光となって観測者側に出射される。

なお、図１６から図１９においては、いずれも拡散層５１ａや拡散層５２ａを３種類の異なる拡散要素で構成した場合を示したが、拡散要素は３種類に限定されるものではない。例えば、拡散層５１ａや拡散層５２ａを２種類または４種類以上の拡散要素で構成してもよい。また、図１６から図１９においては、いずれもフレネルレンズ５１やレンチキュラーレンズ５２の出射側に拡散要素を配置しているが、拡散要素の配置位置は出射側に限定されものではない。例えば、拡散要素をフレネルレンズ５１やレンチキュラーレンズ５２の入射側に配置してもよい。さらに、図１６、図１７における拡散要素１５５Ｃと１５６Ｃをレンズ構造で構成し、図１８、図１９における拡散要素１５７Ｃと１５８Ｃをプリズム構造で構成した場合について説明したが、これらの構造はレンズ構造やプリズム構造に限定されるものではない。

このように実施の形態５によれば、投写型表示装置１０１は、フレネルレンズ５１あるいはレンチキュラーレンズの拡散層５１ａあるいは拡散層５２аが少なくとも２種類の拡散要素を含有するよう構成されているので、フレネルレンズ５１やレンチキュラーレンズ５２に入射した光６１や光６２が不規則な拡散光となって観測者側に出射される。このため、スペックルノイズおよびシンチレーションの低減効果が高まり、良好な画像を提供することが可能となる。

以上のように、本発明に係る投写型表示装置は、透過型スクリーン上への画像表示に適している。

本発明の実施の形態１に係る投写型表示装置の構成を示す図である。 投写光学系の光伝播の概念を説明するための図である。 透過型スクリーン上で観測されるぎらつき現象を説明するための図である。 透過型スクリーンへ入射する光の発散角の大きさと透過型スクリーンから出射する光の拡散性との関係を示す図である。 投写光学系のＦナンバーとぎらつき現象との関係を示す図（１）である。 投写光学系のＦナンバーとぎらつき現象との関係を示す図（２）である。 実施の形態２に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図（１）である。 実施の形態２に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図（２）である。 実施の形態２に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図（３）である。 ヘイズ値を変化させた場合のＰＧと、ぎらつき現象の低減効果を検証した結果を示す図である。 ヘイズ値を変化させた場合のＰＧ、ぎらつき現象の低減効果、解像感を検証した結果を示す図である。 実施の形態３に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図（１）である。 実施の形態３に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図（２）である。 実施の形態４に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図（１）である。 実施の形態４に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図（２）である。 実施の形態５に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図（１）である。 実施の形態５に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図（２）である。 実施の形態５に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図（３）である。 実施の形態５に係る投写型表示装置の光学系の構成を示す図（４）である。

符号の説明

１ 集光光学系
２ 反射型光変調素子
２ａ 被照明面
３ 投写光学系
４ 照明光学系
５ 透過型スクリーン
１１ レーザ光源
１２ 集光レンズ
１３ 光ファイバ
４１ 光強度均一化素子
４２ リレーレンズ群
４３ ミラー群
４３ａ 第１ミラー
４３ｂ 第２ミラー
４４ 拡散素子
５１ フレネルレンズ
５１ａ，５２ａ 拡散層
５２ レンチキュラーレンズ
５４，５５Ａ〜５８Ａ，５５Ｂ〜５８Ｂ，１５５Ａ〜１５８Ａ，１５５Ｂ〜１５８Ｂ，１５５Ｃ〜１５８Ｃ 拡散材
１０１ 投写型表示装置

Claims (8)

1. 背面側から透過型スクリーン上に画像を投写して画像表示を行なう投写型表示装置において、
   光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光束を所定の光路内へ伝播させて前記透過型スクリーン側へ導く照明光学系と、
   前記照明光学系が導いてくる光束によって照明される被照明領域に、前記透過型スクリーンへ表示させる画像を形成する映像表示素子と、
   前記映像表示素子の被照明領域に形成された画像を前記透過型スクリーン上に拡大投写する投写光学系と、
   を備え、
   前記投写光学系は、前記投写光学系のＦナンバーと前記投写光学系の投影倍率との積が４００未満となるよう形成されていることを特徴とする投写型表示装置。
2. 前記透過型スクリーンは、
   入射光を略平行な光に変換して出射するフレネルレンズと、
   前記フレネルレンズからの出射光を所定の拡散光として出射するレンチキュラーレンズとを備え、
   前記フレネルレンズは、入射光を拡散して第１の拡散光として出射する第１の光拡散層を有し、
   前記レンチキュラーレンズは、前記第１の拡散光をさらに拡散して第２の拡散光として出射する第２光拡散層を有し、
   前記第１の光拡散層の拡散率は、前記第２の光拡散層の拡散率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記第２の光拡散層は、少なくとも２種類の拡散要素を含有していることを特徴とする請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 前記第１の光拡散層は、少なくとも２種類の拡散要素を含有していることを特徴とする請求項２又は３に記載の投写型表示装置。
5. 前記光源は、レーザ光源であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の投写型表示装置。
6. 前記照明光学系は、伝播してくる光を拡散させて送出する拡散部を有することを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
7. 前記光源と前記照明光学系との間に配置されるとともに、前記光源から出射された光の光束を前記照明光学系まで導く光ファイバをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の投写型表示装置。
8. 前記照明光学系は、前記光源から出射された光の光束の光強度を均一化する光強度均一化素子を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の投写型表示装置。

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