(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測者から見てスクリーンの背面から画像光を投影する背面投射型の表示装置に用いられ、発光体からの画像光を観測者側に曲げるフレネルレンズスクリーンと、前記フレネルレンズスクリーンからの画像光の像を結像させるとともに発散角度を与えることにより前記画像光を広げる像表示要素とを備える透過型スクリーンであって、
前記フレネルレンズスクリーンは、
前記発光体側から見て入光面側にプリズムが形成されたフレネル光学素子と、
前記フレネル光学素子を通過した画像光を拡散する第１の光拡散手段と
を有し、
前記像表示要素は、
前記フレネルレンズスクリーンからの画像光を空間的に分割するとともに前記画像光の方向を変えるレンズ要素と、
前記レンズ要素の後段に設けられ、前記レンズ要素により空間的に分割された画像光を混ぜ合わせる複屈折層と、
前記複屈折層の後段に設けられ、前記複屈折層を通過した画像光を拡散する第２の光拡散手段と
を有する
ことを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項２】
請求項１に記載の透過型スクリーンにおいて、
前記フレネルレンズスクリーンにおける前記像表示要素と対向する面に設けられ、前記第１の光拡散手段により拡散された画像光を空間的に波面分割する第１の補助レンズと、
前記像表示要素における前記フレネルレンズスクリーンと対向する面に設けられ、前記前記第１の補助レンズにより波面分割された画像光を、前記第１の補助レンズによる波面分割方向と直交するように空間的に波面分割する第２の補助レンズと
をさらに有することを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の透過型スクリーンにおいて、
前記複屈折層は、複屈折の光学軸の方向が揃っていないシート状の樹脂で構成されることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項４】
請求項１または２に記載の透過型スクリーンにおいて、
前記複屈折層は、複屈折の光学軸の方向が揃っている波長板で構成されることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の透過型スクリーンと、
前記透過型スクリーンに対して画像光を投射する発光体と
備えた投写型表示装置。
【請求項６】
観測者から見てスクリーンの背面から画像光を投影する背面投射型の表示装置に用いられ、発光体からの画像光を観測者側に曲げるフレネルレンズスクリーンと、前記フレネルレンズスクリーンからの画像光の像を結像させるとともに発散角度を与えることにより前記画像光を広げる像表示要素とを備える透過型スクリーンの画像表示方法であって、
前記フレネルレンズスクリーンにおいて、フレネル光学素子を通過した画像光を拡散する第１拡散ステップと、
前記像表示要素において、前記フレネルレンズスクリーンからの画像光を空間的に分割するとともに前記画像光の方向を変える空間分割ステップと、
前記空間分割ステップにより空間的に分割された画像光を複屈折させることで混ぜ合わせる複屈折ステップと、
前記複屈折ステップを経た画像光を拡散する第２拡散ステップと
を有することを特徴とする透過型スクリーンの画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観測者から見てスクリーンの背面側から画像光を投影して画像を表示する透過型スクリーンに関連し、特に、スペックルによる画像劣化の低減を図る透過型スクリーン、透過型スクリーンの画像表示方法、および投写型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フレネルレンズスクリーンと拡散シート（拡散層）とを組み合わせて画像の表示を行う装置として、投写型表示装置がある。この投写型表示装置は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）やＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）と異なり、非発光型の表示装置である。
【０００３】
このような投写型表示装置は、プロジェクタとして、光源からの光を所定の方向へ導く照明光学系と、照明光学系によって導かれてくる光が照射されるとともに画像信号に応じて光量を調整し画像を形成するライトバルブと、ライトバルブで形成された画像をスクリーンに拡大投影する投写光学系と、を備えている。
【０００４】
また、投写型表示装置は、大別すると、観測者から見てスクリーンの背面から画像光を投影する背面投写型の表示装置と、観測者から見てスクリーンの手前から画像光を投影する前面投写型の表示装置がある。このうち、前者の背面投射型の表示装置に用いられる透過型スクリーンは、プロジェクタからの画像光を観測者側に曲げるフレネルレンズスクリーンと、フレネルレンズスクリーンからの画像光の像を結像させるとともに、発散角度を与えることにより画像光を広げる像表示要素と、を備えている。
【０００５】
フレネルレンズは、一般に、投写画素より細かいレンズ周期（例えば、画素の１／１０）で作られる。このため、その厚み方向も、非常に薄い寸法（プリズム部を含んだ厚み寸法が例えば数百μｍ）となる。従って、フレネルレンズを保持するためには、厚み１〜５ｍｍほどの基盤が必要となる。
【０００６】
基盤は、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ  Ｍｅｔｈｙｌ  ＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ）、ＭＳ（Ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｙｌａｔｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＭＢＳ（Ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔａｃｙｌａｔｅ  Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）などの樹脂、あるいはガラスで作られることが多い。
【０００７】
また、フレネルレンズは、光硬化樹脂などを用いて基盤の上に直接形成されていることが多く、このフレネルレンズと基盤とからなる要素は、フレネルレンズスクリーンと呼ばれている。
【０００８】
像表示要素は、少なくとも光拡散手段と基盤とを含んで構成されている。ここで、光拡散手段は、光の波長（可視光３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）より大きな表面の凹凸を利用する、あるいは、拡散層基材と光の波長より大きな微粒子との屈折率差を利用するものである。
【０００９】
このような光の波長より大きなゆらぎのある構造を、投写光学系で拡大されて空間的コヒーレンスの大きくなった光で照明する場合を考える。この場合、たとえ光源が時間的コヒーレンスの小さいランプ光源であったとしても、無数の明暗の斑点（ぎらつき）が無秩序に認識されることとなる。この明暗の斑点は、一般に、スペックル（厳密にはｓｕｂｊｅｃｔｉｖｅ  ｓｐｅｃｋｌｅ）、もしくはシンチレーションと呼ばれ、画像劣化の原因となる。
【００１０】
このようなスペックル（シンチレーション）の対策としては、領域ごとに光学軸の方向が異なる位相差板と拡散性部材を用いて、領域ごとに直交する偏光を与える技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−１６５０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１のような従来技術では、領域ごとに光学軸の方向が異なる位相差板を、スクリーンの直前に配置する必要がある。このため、スクリーンと同等に大型な領域分割位相差板を用意しなければならず、製造の困難さやコスト高になるという問題があった。
【００１３】
さらに、領域分割は、周期的に配置されることから、投射された画素やフレネルレンズ、その他マイクロレンズとのモアレ縞が発生しやすいという問題もあった。
【００１４】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、スペックルによる画像劣化を低減しつつ、低コストで製造しやすく解像力が高い画像表示を行う透過型スクリーン、透過型スクリーンの画像表示方法、および投写型表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る透過型スクリーンは、観測者から見てスクリーンの背面から画像光を投影する背面投射型の表示装置に用いられ、発光体からの画像光を観測者側に曲げるフレネルレンズスクリーンと、フレネルレンズスクリーンからの画像光の像を結像させるとともに発散角度を与えることにより画像光を広げる像表示要素とを備える透過型スクリーンであって、フレネルレンズスクリーンは、発光体側から見て入光面側にプリズムが形成されたフレネル光学素子と、フレネル光学素子を通過した画像光を拡散する第１の光拡散手段とを有し、像表示要素は、フレネルレンズスクリーンからの画像光を空間的に分割するとともに画像光の方向を変えるレンズ要素と、レンズ要素の後段に設けられ、レンズ要素により空間的に分割された画像光を混ぜ合わせる複屈折層と、複屈折層の後段に設けられ、複屈折層を通過した画像光を拡散する第２の光拡散手段とを有するものである。
【００１６】
また、本発明に係る投写型表示装置は、透過型スクリーンと、透過型スクリーンに対して画像光を投射する発光体と備えたものである。
【００１７】
また、本発明に係る透過型スクリーンの画像表示方法は、観測者から見てスクリーンの背面から画像光を投影する背面投射型の表示装置に用いられ、発光体からの画像光を観測者側に曲げるフレネルレンズスクリーンと、フレネルレンズスクリーンからの画像光の像を結像させるとともに発散角度を与えることにより画像光を広げる像表示要素とを備える透過型スクリーンの画像表示方法であって、フレネルレンズスクリーンにおいて、フレネル光学素子を通過した画像光を拡散する第１拡散ステップと、像表示要素において、フレネルレンズスクリーンからの画像光を空間的に分割するとともに画像光の方向を変える空間分割ステップと、空間分割ステップにより空間的に分割された画像光を複屈折させることで混ぜ合わせる複屈折ステップと、複屈折ステップを経た画像光を拡散する第２拡散ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る透過型スクリーン、透過型スクリーンの画像表示方法、および投写型表示装置によれば、フレネルレンズスクリーンと像表示要素とから構成された透過型スクリーンの像表示要素内において、レンズ要素と光拡散手段との間に、レンズ要素により空間的に分割された画像光を混ぜ合わせる複屈折層をさらに設けることにより、スペックルによる画像劣化を低減しつつ、低コストで製造しやすく解像力が高い画像表示を行う透過型スクリーン、透過型スクリーンの画像表示方法、および投写型表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１における透過型スクリーンを示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるフレネルレンズスクリーンの具体的な構成を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるスクリーンと投写画素との関係を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるフレネル光学素子として用いられる入光面部分全反射式フレネルレンズの拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるフレネル光学素子として用いられる従来の出光面側屈折式フレネルレンズの拡大図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるフレネル光学素子として用いられる入光面側全反射式フレネルレンズの拡大図である。
【図７】本発明の実施の形態２における透過型スクリーンを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の透過型スクリーン、透過型スクリーンの画像表示方法、および投写型表示装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００２１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における透過型スクリーンを示す構成図である。図１における本実施の形態１の透過型スクリーン１０は、フレネルレンズスクリーン２０、および像表示要素３０を備えて構成されている。フレネルレンズスクリーン２０は、画像光（図示せず）を観測者１側に曲げ、像表示要素３０に与える。そして、像表示要素３０は、フレネルレンズスクリーン２０からの画像光の像を結像させるとともに、画像光に発散角度を与えて広げる。
【００２２】
透過型スクリーン１０は、観測者１からスクリーンを見て、その背面側に光源や投写光学系等を有する構造である。図２は、本発明の実施の形態１におけるフレネルレンズスクリーン２０の具体的な構成を示した図である。光源や照明光学系、ライトバルブ、投写光学系（いずれも図示せず）からなるプロジェクタ（発光体）１００からの画像光を、観測者１の方向へ曲げる機能を持つフレネルレンズスクリーン２０には、図２に示すような種々のフレネル光学素子（２１ａ〜２１ｄ）が用いられる。
【００２３】
フレネル光学素子の具体例としては、一般によく使われている観測者側（出光面側）にレンズが形成された出光面側屈折式フレネルレンズ２１ａ、観測者の反対の光源側（入光面側）にレンズが形成された混合式フレネルレンズ２１ｂ、入光面側全反射式フレネルレンズ２１ｃ、および入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄなどが挙げられる。
【００２４】
以下では、最良の形態である入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄを適用した場合について説明するが、入光面側全反射式フレネルレンズ２１ｃを適用してもよい（その詳細については後述する）。また、入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄあるいは入光面側全反射式フレネルレンズ２１ｃには若干劣るが、次善の解として、混合式フレネルレンズ２１ｂ、出光面側屈折式フレネルレンズ２１ａを適用してもよい。
【００２５】
次に、フレネルレンズスクリーン２０および像表示要素３０の詳細な構成について、先の図１に基づいて説明する。フレネルレンズスクリーン２０は、入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄ、第１の光拡散部２２、第１の基盤２３、および第１の補助レンズ２４を備えている。
【００２６】
第１の光拡散部２２は、入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄを通過した光を拡散するとともに、入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄを第１の基盤２３に貼り合わせる役目も有する。また、第１の補助レンズ２４は、光の波面を細かく分割し、後段の像表示要素３０に分割後の光を与える。
【００２７】
一方、像表示要素３０は、少なくとも、レンズ要素４０、第２の基盤５０、および第２の光拡散部（第２の光拡散手段）６０を備えて構成されている。ここで、レンズ要素４０は、第２の基盤５０に保持されており、画像光に発散角度を与えて広げる役目を果たす。また、第２の光拡散部６０は、レンズ要素４０により広げられた画像光の像を結像させる役目を果たす。
【００２８】
なお、像表示要素３０は、一般に、観測者１が直接観測するものであるため、本実施の形態１では、最も観測者１に近い側に、表面処理部７０が設けられている。この表面処理部７０は、例えば、外光の影響を低減するために光の反射を低減させる反射防止層、見た目のぎらつきを押さえるためのアンチグレア層、静電気によるほこりの付着を防止するための帯電防止層、あるいは表面を保護するためのハードコート層などであってもよい。
【００２９】
表面処理部７０は、第２の基盤５０の観測者側最表面に直接形成されていてもよい。しかし、本実施の形態１の図１に示す構成では、薄い第３の基盤８０上に表面処理部７０を形成し、第１の接着層８１を介して第３の基盤８０を第２の基盤５０に貼り合わせている。
【００３０】
この場合、第１の接着層８１には、外光を吸収する顔料・染料などが含まれていてもよい。また、薄い第３の基盤８０は、フィルム状の樹脂基材であり、例えば、ＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）やＴＡＣ（ＴｒｉＡｃｅｔｙｌＣｅｌｌｕｌｏｓｅ）を用いて構成されている。
【００３１】
第２の基盤５０は、基盤が、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ  Ｍｅｔｈｙｌ  ＭｅｔｈＡｃｒｙｌａｔｅ）、ＭＳ（Ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔｈａｃｙｌａｔｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＭＢＳ（Ｍｅｔｈｙｌ  ｍｅｔａｃｙｌａｔｅ  Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  Ｓｔｙｒｅｎｅ）、ＰＣ（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）などの樹脂で形成されている。
【００３２】
また、第２の基盤５０を成形する際に、第２の光拡散部６０が層状に練り込まれることで、第２の基盤５０と第２の光拡散部６０とを一対成形する。この場合、第２の光拡散部６０は、少なくとも、第２の基盤５０の厚みの中心より観測者に近い側に配置される。なお、第２の基盤５０がガラスの場合には、第２の基盤５０の観測者に近い側に、フィルム状の第２の光拡散部６０を接着層で貼り合わせてもよい。
【００３３】
図３は、本発明の実施の形態１におけるスクリーンと投写画素との関係を模式的に示す図である。この図３に示すように、透過型スクリーン１０とプロジェクタ１００とによって投写型表示装置が構成されている。プロジェクタ１００は、光源１０１、照明光学系１０２、ライトバルブ１０３、および投写光学系１０４等で構成されている。そして、このプロジェクタ１００は、透過型スクリーン１０に画像光２を投影する。
【００３４】
スクリーンの高さをＨとすると、標準的な観測距離は、高さの３倍となる。また、一例として、観測者１の視力を１．０とし、高さをＨ＝１．０ｍとすると、観測者１の分解能は、約１ｍｍとなる。投写画素の大きさ１ｍｍは、画面の高さ１ｍの１／１０００倍であり、いわゆるＨＤＴＶ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）の有効走査線数１０８０本も、これに準じている。
【００３５】
本実施の形態１では、画面高さとして、０．８ｍ＜Ｈ＜１．１ｍを想定しているため、画素サイズを、０．７ｍｍ＜画素サイズ＜１．０ｍｍとする。また、図３において、フレネルプリズム周期ｍは、鋸歯状に複数配置されたフレネルプリズムの周期であり、波面３は、フレネルレンズスクリーン２０から出射される画像光２の波面を示している。
【００３６】
次に、レンズ要素４０の詳細な構成について、先の図１に基づいて説明する。レンズ要素４０は、少なくとも、台形状レンズ４１、光吸収部４２、および第４の基盤４３を備えている。台形状レンズ４１は、光源からの光を立体角に広げる役目を果たす。また、光吸収部４２は、外光を吸収する役目を果たす。そして、台形状レンズ４１および光吸収部４２は、第４の基盤４３によって保持されている。
【００３７】
なお、入光面側最表面には、台形状レンズ４１の配光制御を補助する第２の補助レンズ４４を配置してもよい。
【００３８】
この第２の補助レンズ４４、および台形状レンズ４１は、作図の関係で、図１では紙面の上下方向にならんでいるが、実際には、紙面に対して奥行き方向にならんでいる。つまり、実際には、第２の補助レンズ４４、および台形状レンズ４１の構造は、図１の手前から奥に向かって並んでいる。この場合、第２の補助レンズ４４は、フレネルレンズスクリーン２０に配置された第１の補助レンズ２４と向かい合わせで、かつ直交する（第１の補助レンズ２４は、紙面の上下方向、第２の補助レンズ４４は紙面の奥行き方向に並ぶ）。
【００３９】
また、本実施の形態１における図１では、レンズ要素４０と第２の基盤５０との間に、複屈折層９０が配置されており、レンズ要素４０と第２の基盤５０のそれぞれが、第２の接着層９１、第３の接着層９２を介して複屈折層９０に貼り合わされている。
【００４０】
なお、以下の説明では、最良の形態である台形状レンズ４１と光吸収部４２と第４の基盤４３と第２の補助レンズ４４からなるレンズ要素４０を適用した場合について説明するが、後述する実施の形態２のレンズ要素４０ａを適用してもよい。
【００４１】
この図１のように構成された透過型スクリーン１０においては、スペックルによる画像劣化を低減しつつ、色温度が高く、解像力が高い画像表示を行うことが可能となるといった効果を得ることができる。そこで、この効果について、以下に詳細に説明する。
【００４２】
初めに、光波のコヒーレンスについて、簡単に説明する。一般に、コヒーレンスは、位相・振幅に一定の関係がある波とされている。そして、初期位相、周波数（スペクトル）、波数（ベクトル量のため方向を示す）のひとまとめ（モード）が似ている状態にあると、コヒーレンスが高いとされる。反対に、これらのモードがばらばらな状態にあると、コヒーレンスが低くなる。
【００４３】
つまり、位相が揃った光であったり、光の周波数が揃った光であったり、方向が揃った光であったりすると、コヒーレンスが高くなる。例えば、レーザ光は、初期位相が揃っていて、周波数幅が狭く（周波数が揃った光）、広がりの小さい（方向の揃った）光であるため、コヒーレンスが高い。反対に、白色光は、初期位相がばらばらで、周波数幅が広く（例えば、黒体放射スペクトルなど）、広がりも大きいため、コヒーレンスが低い光（インコヒーレントな光）となる。
【００４４】
ここで、方向が揃った光、偏光について考える。光は、電磁波であり、直交する二方向の成分で表される。また、量子力学的には、光は、スピンの自由度を２つもっている。コヒーレンスは、状態が同じであると高く、異なる状態にあると低くなることから、異なる偏光方向（異なるスピンの状態）を持つと、コヒーレンスは低く、偏光方向が揃っていると（スピンの状態が揃っていると）、コヒーレンスは高くなる。
【００４５】
エネルギーでいうと、基底状態に落ちこんで縮退すると、コヒーレンスが高く、縮退が解けると、コヒーレンスが低くなる。そこで、コヒーレンスを低減させるには、揃っている偏光方向を様々な向きにして、混ぜればよい。
【００４６】
これに対して、従来技術では、領域ごとに光学軸の方向が異なる位相差板を用いて、ある領域ではある偏光方向に、隣の領域ではその直交方向に偏光方向を揃えている。しかしながら、偏光方向を、例えば、直線から円偏光に変える、あるいは偏光方向を回転させるだけでは、状態の種類が変わるだけで、種類が増えるわけではない。このため、コヒーレンスは、低減しない。
【００４７】
一方、本実施の形態１では、コヒーレントを低減させる方策として、複屈折層９０の手前に、レンズ要素４０を配置している。レンズ要素４０の働きにより、複屈折層９０に到達する光の波面を、台形状レンズ４１の周期で細かく空間的に分割し、かつ光の方向を変えることができる。この結果、複屈折層９０を通る光を空間的に分割しつつ、位相状態を変えることが可能となる。その後、拡散層で、位相が変わることにより、偏光方向が変わった光を混ぜる（つまり、状態が異なる光を混ぜる）ことで、コヒーレンスが低減する。
【００４８】
つまり、複屈折層９０の後、第２の基盤５０を通過している間に光が空間的に広がり、空間的に偏光状態が混ざりあうことで、コヒーレンスが低減する。その後、第２の光拡散手段６０を照明すると、結果として、コヒーレンスが低減した光で、第２の光拡散手段６０を照明するため、ぎらつきが低減する。また、従来のように、厚い拡散層を用いないため、拡散による波長依存性も小さく（色温度も高く）、解像力も高い画像表示が可能となる。
【００４９】
また、台形状レンズ４１の手前、観測者から見て光源側に、第２の補助レンズ４４を配置することで、台形状レンズ４１の手前で細かく空間的に波面を分割できる。この結果、上述した効果を、より一層高めることができる。
【００５０】
ここで、複屈折層９０は、複屈折の光学軸の方向が揃っている波長板、例えば、１／４波長板などでもよいが、単純に押し出し成形にて作られた薄いシート状の樹脂でもよい。
【００５１】
押し出し成形では、樹脂をロールにて押しつぶして薄く引き延ばすが、この際に、樹脂（高分子）の分子配列が空間的に対称で無い場合には、応力により、ある方向に並びやすくなる。この方向により、光の位相がずれて偏光方向が変えられる。
【００５２】
そして、単純に押し出し成形にて作られた薄いシート状の樹脂の場合には、光学軸の方向は、残留応力に応じて面内でバラバラな方向を向いている。つまり、特定の位相差を与えるように設計された波長板などをわざわざ用いなくても、薄いシート状の（押し出し成形などで残留応力の残った）樹脂を用いるだけで、コヒーレンスを低減させることができる。
【００５３】
なお、同じシート状の樹脂でも、ＴＡＣフィルムは、押し出し成形で作られることがないため、上述した効果は有しない。
【００５４】
さらに、本実施の形態１では、観測者１の反対の光源側（入光面側）にレンズが形成された入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄを採用しているが、これによるコヒーレンスの低減について、次に説明する。
【００５５】
図４は、本発明の実施の形態１におけるフレネル光学素子として用いられる入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄの拡大図である。図４における斜線部は、信号光束の光路である。最良の形態である入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄは、観測者１から見て背面側（光源側）に形成されている。
【００５６】
そして、この入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄは、以下のような２つの特徴を有している。
・発光体から照射される光線を屈折させる屈折面と、この屈折面で屈折された光線を反射する反射面とを有するフレネルプリズムが、鋸歯状に複数配置されている。
・手前のフレネルプリズムに遮断されて発光体からの光線が直接照射されない非入射面が、複数のフレネルプリズムが配置されている基盤面と略平行に形成されている。
【００５７】
このような特徴を有する入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄでは、入光面（屈折面）で屈折し、向かいの斜面（反射面）で全反射した光束は、観測者１側へ出光する。このとき、連続な光束Ａ−Ｂ−Ｃは、光束Ｂ−Ａと光束Ｃ−Ｂに分割されることになる。つまり、フレネルプリズム周期ｍを小さくすると、波面を、フレネルレンズという小さい開口で細かく分割できるようになる。
【００５８】
図５は、本発明の実施の形態１におけるフレネル光学素子として用いられる従来の出光面側屈折式フレネルレンズ２１ａの拡大図である。また、図６は、本発明の実施の形態１におけるフレネル光学素子として用いられる入光面側全反射式フレネルレンズ２１ｃの拡大図である。図５、図６における斜線部は、信号光束の光路である。
【００５９】
図５に示した従来の出光面側屈折式フレネルレンズ２１ａは、観測者１の方にフレネルレンズが形成されている（図２参照）。そして、スクリーンに対して観測者１の反対側から連続的な光束Ａ−Ｂ−Ｃが入射してきたとすると、出光面側屈折式フレネルレンズ２１ａで観測者方向に曲げられて、出光することになる。このとき、連続な光束Ａ−Ｂ−Ｃは、光束Ａ−Ｂと光束Ｂ−Ｃに分割される。
【００６０】
一方、図６に示した入光面側全反射式フレネルレンズ２１ｃを用いた場合には、先の図４で示した入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄを用いた場合と同様に、連続な光束Ａ−Ｂ−Ｃは、光束Ｂ−Ａと光束Ｃ−Ｂに分割されることになる。
【００６１】
つまり、入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄを用いた図４、および入光面側全反射式フレネルレンズ２１ｃを用いた図６においては、光束が入光面側フレネルレンズ内部で上下反転し、波面の位相が不連続に分割される。なお、図６と図４を見て分かるように、入光面側全反射式フレネルレンズ２１ｃと入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄの機能は、フレネルレンズによるコヒーレンスの低減については同等である。しかしながら、入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄの方が製造性、迷光などの点で優れており、最良の形態として入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄを採用している。
【００６２】
このように、入光面側全反射式フレネルレンズ２１ｃ、および入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄを採用することで、フレネルレンズ内部で光束が上下反転し、波面の位相が不連続に分割できるようになり、結果として、コヒーレンスを低減させることができる。
【００６３】
次に、第１の補助レンズ２４の役目について、先の図１に基づいて説明する。入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄを用いることで、小さい開口で細かく分割できた波面を、さらにフレネルレンズ内部で上下反転させて、波面の位相を分割できる。そして、フレネルレンズスクリーン２０の出光面に第１の補助レンズ２４を配置することで、入光面部分全反射式フレネルレンズ２１ｄによって波面分割された光を、第１の補助レンズ２４により、さらに細かく波面分割することができる。
【００６４】
これにより、第２の補助レンズ４４や台形状レンズ４１を経て複屈折層９０へ入る光の波面が、より細かく分割されることとなる。すなわち、複屈折層９０は、フレネルレンズスクリーン２０と組み合わせることで、さらにコヒーレンスの低減効果を有することができる。
【００６５】
以上のように、実施の形態１の透過型スクリーンによれば、フレネルレンズスクリーンは、フレネル光学素子と第１の光拡散手段とを有し、像表示要素は、レンズ要素と、複屈折層と、第２の光拡散手段とを有している。そして、レンズ要素と第２の光拡散手段との間に、レンズ要素により空間的に分割された画像光を混ぜ合わせる複屈折層を備えている。このような構成を備えることで、スペックルによる画像劣化を低減しつつ、色温度が高く、解像力が高い画像表示を行うことができるといった優れた効果を有する透過型スクリーンを実現することができる。
【００６６】
さらに、レンズ要素による配光制御を補助する補助レンズを、フレネルレンズスクリーンと像表示要素とが対向するそれぞれの面に配置することで、レンズ要素の手前で細かく空間的に波面を分割でき、上述した効果をより一層高めることができる。
【００６７】
さらに、実施の形態１の透過型スクリーンによれば、フレネル光学素子は、以下のような２つの特徴を有している。
・発光体から照射される光線を屈折させる屈折面と、この屈折面で屈折された光線を反射する反射面とを有するフレネルプリズムが、鋸歯状に複数配置されている。
・手前のフレネルプリズムに遮断されて発光体からの光線が直接照射されない非入射面が、複数のフレネルプリズムが配置されている基盤面と略平行に形成されている。
【００６８】
この結果、波面がフレネルプリズム内で上下反転し、波面の位相が不連続に分割できるようになり、複屈折層と組み合わせることで、上述した効果をより一層高めることができる。
【００６９】
さらに、実施の形態１の投写型表示装置によれば、上記いずれかの透過型スクリーンと、透過型スクリーンに画像光を照射する発光体とを備えている。従って、スペックルによる画像劣化を低減しつつ、色温度が高く、解像力が高い画像表示を行うことができる投写型表示装置を実現することができる。
【００７０】
実施の形態２．
本実施の形態２では、先の実施の形態１のレンズ要素４０とは異なる構成を備えたレンズ要素４０ａを用いる場合について説明する。
【００７１】
図７は、本発明の実施の形態２における透過型スクリーンを示す構成図である。図７における本実施の形態２の透過型スクリーン１０ａの基本構成は、先の図１における実施の形態１の透過型スクリーン１０と同様であり、相違点であるレンズ要素４０ａを中心に、以下に説明する。
【００７２】
先の実施の形態１におけるレンズ要素４０は、台形状レンズ４１、光吸収部４２、第４の基盤４３、および第２の補助レンズ４４から構成されていた。これに対して、本実施の形態２におけるレンズ要素４０ａは、図１２に示すように、楕円状レンズ４５、光吸収部４６、および第４の基盤４３から構成されている。
【００７３】
楕円状レンズ４５を介して光を受ける光吸収部４６は、大気との屈折率差（Δｎ〜０．５程度）を利用して、フレネルレンズスクリーン２０からの画像光の吸収は少なく（光吸収部４６を通る光路長を短く）、外光は多く吸収する（光吸収部４６を通る光路長を長くする）。このように構成すると、レンズ要素４０ａの構成が単純になるため、歩留まりなどの改善に効果がある。
【００７４】
以上のように、実施の形態２の透過型スクリーンによれば、楕円状レンズおよび光吸収部を有するレンズ要素を用いることで、構成を単純化して歩留まりを改善した上で、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０、１０ａ  透過型スクリーン、２０  フレネルレンズスクリーン、２１ａ  出光面側屈折式フレネルレンズ、２１ｂ  混合式フレネルレンズ、２１ｃ  入光面側全反射式フレネルレンズ、２１ｄ  入光面部分全反射式フレネルレンズ、２２  第１の光拡散部（第１の光拡散手段）、２３  第１の基盤、２４  第１の補助レンズ、３０  像表示要素、４０、４０ａ  レンズ要素、４１  台形状レンズ、４２  光吸収部、４３  第４の基盤、４４  第２の補助レンズ、４５  楕円状レンズ、４６  光吸収部、５０  第２の基盤、６０  第２の光拡散部（第２の光拡散手段）、７０  表面処理部、８０  第３の基盤、８１  第１の接着層、９０  複屈折層、９１  第２の接着層、９２  第３の接着層、１００  プロジェクタ、１０１  光源、１０２  照明光学系、１０３  ライトバルブ、１０４  投写光学系。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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