(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、
前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、
前記第１主面には、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、
前記第１主面と前記第２主面との間には、複数の微粒子を含む光拡散層が設けられ、
前記マイクロレンズアレイの拡散角に対する前記光拡散層の拡散角の割合が０．２以上０．４以下であることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項２】
前記微粒子と、前記光拡散層以外の透明部分との屈折率差は、０．０１以上０．５以下であることを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーン。
【請求項３】
前記微粒子の直径が、０．１μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の透過型スクリーン。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の透過型スクリーンが用いられることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
レーザー光を発生するレーザー光源と、
前記レーザー光を前記透過型スクリーンに走査する走査部と、を有することを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
光を発生するＬＥＤと、
前記光を前記透過型スクリーンに反射するＬＣＯＳ素子と、を有することを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
光を発生するＬＥＤと、
前記光を前記透過型スクリーンに反射するＤＭＤ素子と、を有することを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像周辺部の輝度低下を抑制することができる透過型スクリーン及びそのような透過型スクリーンを用いたヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両用ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ  Ｕｐ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＵＤ）装置は、運転者から見てフロントウインドシールドガラスの向こう側に、すなわち前方視野の前景に重畳して、運転情報（例えば、速度表示やナビゲーション表示など）を虚像として投影する。このようなＨＵＤを用いた車両用の表示システムによれば、運転情報を視認する際に運転者の視線移動を極力少なくすることができる。
【０００３】
また、上記のようなヘッドアップディスプレイやプロジェクターの分野においては、マイクロレンズアレイ（Ｍｉｃｒｏ  Ｌｅｎｓ  Ａｒｒａｙ：ＭＬＡ）を透過型スクリーンとして用いることが提案されている。
【０００４】
マイクロレンズアレイを透過型スクリーンとして用いた装置の例としては、特許文献１（特開２０１０−１４５７４５号公報）に、レーザー光を光源とし、複数画素の配列で形成される映像を投影するレーザープロジェクターと、 複数のマイクロレンズが配列され
たマイクロレンズアレイと、 前記レーザープロジェクターと前記マイクロレンズアレイ
の光路間に配設され、各マイクロレンズに入射するレーザー光の入射角が、当該マイクロレンズの開角に収まるように補正して投影するコンデンサーレンズと、 前記マイクロレ
ンズアレイの放射面に形成される映像を拡大する光学系拡大素子と、を備える画像形成装置が開示されている。
【特許文献１】特開２０１０−１４５７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヘッドアップディスプレイ装置において、従来例のように、透過型スクリーン用の光学素子として、異方性の拡散板であるマイクロレンズアレイを使うことで、視野角内での光強度の分布を小さく制御することは可能となる。
【０００６】
ここで、ヘッドアップディスプレイ装置の透過型スクリーンとしてマイクロレンズアレイを用いた際の問題点について説明する。図１５は従来のマイクロレンズアレイの課題を説明する図であり、図１５（Ａ）はマイクロレンズアレイの模式図であり、図１５（Ｂ）は当該マイクロレンズアレイの散乱光強度の散乱角依存性特性を示す図である。
【０００７】
当該特性はマイクロレンズが設けられている第１主面から光を入射し、第２主面から出射される光を測定することで取得した。この特性によると、散乱光強度にＰ1とＰ2の２つのピークが発生してしまうことがわかる。
【０００８】
ヘッドアップディスプレイ装置には、視野角内での光強度が均一であることが求められる。すなわち、ヘッドアップディスプレイ装置の透過型スクリーンに求められる特性は、所定の散乱角内で、散乱光強度がなるべくフラットであることであるが好ましいが、従来のマイクロレンズアレイによる透過型スクリーンは、図１５（Ｂ）に示すように、散乱光強度がフラットでなく問題であった。
【０００９】
なお、このような問題点は、マイクロレンズとマイクロレンズとの間の境界部に起因し
ているものと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は以上のような課題を解決するためのものであり、本発明に係る透過型スクリーンは、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面と、前記第１主面と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面と、を有し、前記第１主面には、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが設けられ、前記第１主面と前記第２主面との間には、複数の微粒子を含む光拡散層が設けられ、前記マイクロレンズアレイの拡散角に対する前記光拡散層の拡散角の割合が０．２以上０．４以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記微粒子と、前記光拡散層以外の透明部分との屈折率差は、０．０１以上０．５以下であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る透過型スクリーンは、前記微粒子の直径が、０．１μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、前記のいずれかに記載の透過型スクリーンが用いられることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、レーザー光を発生するレーザー光源と、前記レーザー光を前記透過型スクリーンに走査する走査部と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、光を発生するＬＥＤと、前記光を前記透過型スクリーンに反射するＬＣＯＳ素子と、を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、光を発生するＬＥＤと、前記光を前記透過型スクリーンに反射するＤＭＤ素子と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る透過型スクリーンは、前記第１主面と前記第２主面との間には、多数の微粒子を含む光拡散層が設けられ、前記光拡散層の拡散角は、前記マイクロレンズアレイの拡散角の０．２以上０．４以下であり、これにより、本発明に係る透過型スクリーンによれば、所定の散乱角内で、散乱光強度がフラットとなる。
【００１９】
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、上記のような透過型スクリーンを用いているので、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、視野角内での光強度が均一となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００が搭載された車両５を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００で情報の重畳画像表示を行った様子を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る透過型スクリーン５０の斜視図である。
【図５】第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
【図６】拡散角の定義を説明する図である。
【図７】ΔＬ及びＳＢ80-20の定義を説明する図である。
【図８】本発明の実施形態に係る透過型スクリーン５０の製造方法の一例を説明する図である。
【図９】本発明の実施形態に係る透過型スクリーン５０の効果を説明する図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
【図１５】従来のマイクロレンズアレイの課題を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００が搭載された車両５を示す図である。また、図２は本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の構成を示す図である。なお、以下に説明する図面は、模式的に示した図であって、実際の形状、寸法、配置とは異なる場合もある。
【００２２】
本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両５などに搭載されるものであり、ウインドシールド６、または、運転者とウインドシールド６の間に設けられたコンバイナー(不図示)に、投影ユニット８５から速度情報表示やナビゲーション情報表示などを虚像として投影することによって、前記虚像を前方視野の前景に重畳表示するものである。
【００２３】
図３は本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００で情報の重畳画像表示を行った様子を示す図である。図３は、車両５の運転者からの視点Ｅで視覚されるウインドシールド６の像の一例である。
【００２４】
次に、ヘッドアップディスプレイ装置１００を構成する投影ユニット８５の詳細について説明する。図２は、主として、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００の投影ユニット８５の構造の一例を示している。なお、投影ユニット８５内の座標を、図２に示すｘｙｚの３次元直交座標により定義する。例えば、第１光源１１から出射される光はｘ方向と平行な方向に向けて出射される光である。また、透過型スクリーン５０の光軸はｚ方向と平行な方向にあるものとする。透過型スクリーン５０の光軸は、マイクロレンズアレイ５７の重心を通る第１主面の法線と定義する。
【００２５】
なお、ｘ軸に平行な軸の方向を第１方向、及び、ｙ軸に平行な軸の方向を第２方向（前記第１方向とは直交関係）と称することがある。
【００２６】
投影部１０からは表示される画像の光が出射される。投影部１０は、第１光源１１、第
２光源１２、第３光源１３、第１ダイクロイックプリズム２１、第１ダイクロイックプリズム２１、コリメータレンズ２６等を有している。
【００２７】
第１光源１１、第２光源１２及び第３光源１３は相互に異なる波長の光を出射するものであって、第１光源１１からは第１の波長の光、第２光源１２からは第２の波長の光、第３光源１３からは第３の波長の光が出射される。本実施の形態においては、例えば、第１光源１１から出射される第１の波長の光を青色の光、第２光源１２から出射される第２の波長の光を緑色の光、第３光源１３から出射される第３の波長の光を赤色の光とすることができる。
【００２８】
第１光源１１、第２光源１２及び第３光源１３は、コヒーレント光としてのレーザー光を出射する半導体レーザー装置（レーザー光源）など各種レーザー装置を用いることができる。
【００２９】
本実施の形態においては、第１光源１１より出射された第１の波長の光と第２光源１２より出射された第２の波長の光は、第１ダイクロイックプリズム２１の異なる面に各々入射し、第３光源１３より出射された第３の波長の光は、第２ダイクロイックプリズム２２に入射するように配置されている。
【００３０】
第１ダイクロイックプリズム２１においては、第１光源１１より出射された第１の波長の光は透過し、第２光源１２より出射された第２の波長の光は反射される。これにより、第１の波長の光と第２の波長の光が合波される。
【００３１】
このように合波された第１の波長の光と第２の波長の光は、第２ダイクロイックプリズム２２に入射する。
【００３２】
第２ダイクロイックプリズム２２においては、第１光源１１より出射された第１の波長の光及び第２光源１２より出射された第２の波長の光は透過し、第３光源１３より出射された第３の波長の光は反射される。これにより、第１の波長の光、第２の波長の光、第３の波長の光が合波される。
【００３３】
このように、第２ダイクロイックプリズム２２において合波された第１の波長の光、第２の波長の光及び第３の波長のレーザー光は、コリメータレンズ２６を介し、投影ミラー３０において反射され、透過型スクリーン５０に入射する。投影ミラー３０は、２次元的に角度を変えることのできる機能を有しており、これにより、入射した光を２次元的にスキャンニングすることができ、所望のレーザー光による投影像が形成される。
【００３４】
なお、投影ミラー３０は、ｙ軸と平行な第１軸（不図示）を中心として回動する（ａ）方向の動き得るように、さらに、前記第１軸と直交する第２軸（不図示）を中心として回動する（ｂ）方向の動きえるようになっている。
【００３５】
また、投影ミラー３０としては、入射した光を２次元的にスキャンニングすることができるものであれば、適宜他の光学部材に置換することが可能であり、このような光学部材としては、ガルバノメータミラー、ガルバノメータスキャナー、ポリゴンミラー、プリズム、音響光学素子、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いた光学素子等を適宜利用することができる。
【００３６】
また、本実施形態においては、投影ミラー３０においてレーザー光が入射し、これを反射する点と、透過型スクリーン５０の光軸と投影ミラー３０とが交わる点とは一致しており、投影ミラー３０におけるレーザー光の反射点ｒ0と透過型スクリーン５０の最上端部
で走査点ｓ1と間の光路長と、投影ミラー３０におけるレーザー光の反射点ｒ0と透過型スクリーン５０の最下端部で走査点ｓ2と間の光路長と、は等しい。
【００３７】
投影ミラー３０から出射されるレーザー光は、透過型スクリーン５０に走査される。ここで、透過型スクリーン５０は、所定以上の透過度を有する透明基材からなる光学部材である。
【００３８】
透過型スクリーン５０は、有機樹脂材料を用いて成型することによって構成することもできるし、ガラスなどの無機材料を用いることで構成することもできる。
【００３９】
図４は本発明の実施形態に係る透過型スクリーン５０の斜視図である。ｘ軸に平行な軸の方向を第１方向、及び、ｙ軸に平行な軸の方向を第２方向（第１方向とは直交関係）として定義する。
【００４０】
上記のような定義の下、透過型スクリーン５０は、第１方向と、前記第１方向と直交する第２方向に広がる第１主面５１と、第１主面５１と対向すると共に、前記第１方向と、前記第２方向に広がる第２主面５２と、を有している。
【００４１】
また、透過型スクリーン５０の第１主面５１には、複数のマイクロレンズ５５が周期的に配列されてなるマイクロレンズアレイ５７が設けられている。図５は第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。図に示すように、本実施形態に係る透過型スクリーン５０においては、ｚ軸方向から見たとき、マイクロレンズ５５が、１辺の長さがｄである正方形であるものを用いている。なお、マイクロレンズ５５が配されるピッチは、第１方向と第２方向とで等しいことが好ましい。これは、マイクロレンズ５５の配置を密にして、直進透過光を減らすようにするためである。
【００４２】
また、各マイクロレンズ５５は球面レンズ乃至非球面レンズであり、第１主面５１側の頂点において、第１方向に曲率半径Ｒ1の曲率を有しており、第２方向に曲率半径Ｒ2の曲率を有している。なお、頂点とは、各マイクロレンズ５５が最もｚ軸方向に突出している点をいう。
【００４３】
そして、各マイクロレンズ５５の第１方向と平行な面であってマイクロレンズ５５の光軸を含む面における断面形状を、第２方向と平行な面であってマイクロレンズ５５の光軸を含む面における断面形状と異ならせることが好ましい。より詳しくは、各マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1と、第２方向の曲率半径
Ｒ2とは等しくすることも可能であるが、異ならせることが好ましい。
【００４４】
これは、一般的に、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報の縦横比が異なっており、画像周辺部の輝度低下の抑制を、画像の上下端部周辺と、画像の左右端部周辺と同程度とするには、各マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1と、第２方向の曲率半径Ｒ2とが異なっていた方がよいからである。
【００４５】
さらに、一般的には、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報は横長であることを考慮に入れると、各マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
【００４６】
第１主面５１と第２主面５２との間には、複数の微粒子を含む光拡散層６０が設けられており、この光拡散層６０が等方性の光拡散部として機能する。一方、透過型スクリーン５０の光拡散層６０以外の部分（マイクロレンズアレイ５７部分も含む）は、透明であり、異方性拡散部として機能する。
【００４７】
なお、ヘッドアップディスプレイ装置１００の透過型スクリーンとしては、拡散板なども用いることができるが、特に、ヘッドアップディスプレイ装置１００の光源として、レーザー光源を用いたヘッドアップディスプレイでは、拡散板に比べてマイクロレンズアレイ５７を用いることにより、レーザー光によるスペックルノイズが抑制されるという利点を有している。
【００４８】
本発明に係る透過型スクリーン５０では、このようにマイクロレンズアレイ５７にて像を形成するため、スクリーンを使用して像を形成する場合と比較して、視認方向に有効に光を伝達することが可能となり、輝度の増加を図ることが可能となる。また、少ない光量でも十分な輝度を得ることが可能となるため、各レーザー光源などの出力を抑制して小電力化を図ることができる。
【００４９】
以上のような透過型スクリーン５０のマイクロレンズアレイ５７に形成されたレーザー光による像は、凹面ミラー８０によって反射され、ウインドシールド６に投影される。
【００５０】
これにより、運転者は、ウインドシールド６において反射された画像を認識する。なお、投影ユニット８５には、車両のウインドシールド６に画像を投影する構造のものと、運転者とウインドシールド６の間に設けられたコンバイナー（不図示）に画像を投影する構造のものとがあり得る。
【００５１】
なお、本実施形態においては、レーザー光などの光源側に透過型スクリーン５０のマイクロレンズアレイ５７を有する第１主面１を配するレイアウトとしたが、透過型スクリーン５０の第２主面を光源側に配するレイアウトとしてもよい。ただし、前者のレイアウトの方が、光路が明確となり、マイクロレンズアレイ５７を設計する際のシミュレーションの精度を向上させることができる。
【００５２】
また、透過型スクリーン５０とウインドシールド６、または、コンバイナー(不図示)との間に設ける光学部材としては、凹面ミラー８０に限らず、透過型スクリーン５０とウインドシールド６、または、コンバイナー（不図示）のレイアウトに応じて、その他の適当な光学部材を用いることができる。
【００５３】
なお、以上の実施形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置１００の描画方式として、投影部１０及び投影ミラー３０とからなるレーザープロジェクター方式を採用したものに、透過型スクリーン５０を適用した例に基づいて説明したが、本発明に係る透過型スクリーン５０は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の描画方式として、ＬＥＤと、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）素子とを用いたＬＣＯＳ方式を採用したもの、或いは、ＬＥＤと、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）素子とを用いたＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式を採用したものなどにも適用することができる。
【００５４】
なお、ＬＣＯＳ方式の場合には、光源であるＬＥＤからの光を、反射型の液晶素子であるＬＣＯＳ素子が、前記光を透過型スクリーン５０に対して選択的に反射することで、また、ＤＬＰ方式の場合には、光源であるＬＥＤからの光を、複数のマイクロミラーが配置された反射型の素子であるＤＭＤ素子が、前記光を透過型スクリーン５０に対して選択的に反射することで、ヘッドアップディスプレイ装置１００を実現することができる。
【００５５】
次に、透過型スクリーン５０の詳細について説明する。まず、透過型スクリーン５０のベースとなる母材の材質について説明する。透過型スクリーン５０のベースとなる母材の材質は、透明材質であればどのようなものでもよく、例えば、熱可塑性樹脂・熱硬化性樹
脂・ＵＶ硬化性樹脂・電子線硬化性樹脂・ガラスなどを用いることできる。
【００５６】
透過型スクリーン５０のベースとなる母材の材質として、熱可塑性樹脂を用いるのであれば、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコーン系アクリル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー、メチルスチレン樹脂、フルオレン樹脂、ＰＥＴ、ポリプロピレン等を挙げることができる。
【００５７】
また、透過型スクリーン５０は、一つのベース母材から形成する必要は必ずしも無く、マイクロレンズアレイ５７などが含まれる異方性拡散部として機能する部分と、等方性光拡散部として機能する光拡散層６０とを別部材で構成しておき、これらを接着材など接合するようにしてもよい。ただし、この場合、全ての部材の屈折率が等しいことが好ましい。
【００５８】
次に、透過型スクリーン５０におけるマイクロレンズアレイ５７の加工方法について説明する。
【００５９】
例えば、マイクロレンズアレイ５７は、ナノ加工装置を使って機械切削で金型へマイクロレンズアレイの型を加工しておき、この型によって透明樹脂へ転写することにより加工することができる。また、マイクロレンズアレイ５７の加工方法としては、前記の型によって、射出成形で樹脂へ転写する方法も用いることができる。また、機械切削で透明樹脂へマイクロレンズアレイ５７を直接加工する方法も用いることができる。
【００６０】
上記のような加工によって、ヘッドアップディスプレイ装置１００の視野角の光強度分布（拡散角やΔＬ、いずれも後述）を制御するために、上記のようなナノ単位の非球面加工が有効である。
【００６１】
また、マイクロレンズアレイ５７の加工方法としては、レジスト・リフロー法、インクジェット法、電子ビーム露光法、レーザービーム描画法、化学エッチングやプラズマエッチングを用いる方法、ポンチを用いる方法などのいずれの方法も採用することができる。
【００６２】
次に、透過型スクリーン５０の光拡散層６０に用いる微粒子の材質について説明する。光拡散層６０を形成する際には、前記したようなベース母材に対して、無機酸化物からなる粒子又は有機樹脂材料からなる粒子を添加するようにする。
【００６３】
例えば、無機酸化物からなる粒子としてはシリカやアルミナ等を挙げることができる。また、有機樹脂材料からなる粒子としては、アクリル粒子、スチレン粒子、スチレンアクリル粒子及びその架橋体、メラミン−ホルマリン縮合物の粒子、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ樹脂）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＶＤＦ（ポリフルオロビニリデン）、及びＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）等の含フッ素ポリマー粒子、シリコーン樹脂粒子等を挙げることができる。
【００６４】
さらに、光拡散層６０を形成する際には、前記したようなベース母材に対して、気泡を含有させてもよい。
【００６５】
なお、透過型スクリーン５０の光拡散層６０する際、ベース母材に対して導入する微粒子は球形の微粒子であることが好ましい。このような球形の微粒子を用いると、等方性を向上させることができるからである。
【００６６】
なお、上記のような球形の微粒子は光拡散層６０の表面から露出させることがないように構成することが好ましい。表面に露出している球形の微粒子は、光を過度に散乱させてしまい、輝点の原因となるためである。
【００６７】
また、前記したようなベース母材に対して、レーザーを照射して、損壊させた微小点を複数形成することで、光拡散層６０は形成するようにしてもよい。前記の微小点は光を乱反射して、光拡散層６０が、等方性の光拡散部として機能する。
【００６８】
次に、透過型スクリーン５０の光拡散層６０に用いる微粒子の屈折率について説明する。前記したようなベース母材と、光拡散層６０に用いる微粒子の屈折率差は、０．０１以上０．５以下であることが好ましい。これは、屈折率差が０．０１より小さいと十分な拡散角が得られないことに共に、屈折率差が０．５より大きいと拡散角が大きくなりすぎてしまうからである。
【００６９】
次に、透過型スクリーン５０の光拡散層６０に用いる微粒子の大きさについて説明する。光拡散層６０に用いる微粒子の直径としては、０．１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。微粒子の直径が、０．１μｍ未満であると入射光が可視光をレイリー散乱することにより出射光が色味を帯びしまうからである。
【００７０】
特に、微粒子の直径は、第２方向（すなわち、透過型スクリーン５０によって、ヘッドアップディスプレイ装置１００を構成したとき画像の水平方向に対応する方向）におけるマイクロレンズ５５の最も長い箇所の寸法の０．２倍以上１倍以下であることがよいことを実験的に確認した。このことは、後述する実施例において記載する。
【００７１】
透過型スクリーン５０は、ベースとなる母材中に、上記のような微粒子を分散して、押し出し成型や射出成型することにより、板状の等方性拡散部とすることで製造することが可能である。なお、その厚さは、透過型スクリーン５０をヘッドアップディスプレイ装置１００に用いる場合には、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましい。厚さが０．５ｍｍ未満の場合、板状の等方性拡散部は薄くコシがないのでたわんでしまう。一方、厚さが５ｍｍ越えると、光の透過率が悪くなってしまう。
【００７２】
次に、透過型スクリーン５０をヘッドアップディスプレイ装置１００に用いる場合、透過型スクリーン５０として好ましい光学的な特性について説明する。まず、以下、拡散角を頻用するので、これを定義する。
【００７３】
図６は拡散角の定義を説明する図である。本明細書においては、透過型スクリーン５０から出射される光の最大散乱光強度Ｉmaxの２分の１になる２つの角度の差である半値幅
（ＦＷＨＭ）を拡散角θと定義する。
【００７４】
上記のような定義の下、透過型スクリーン５０としては、図４に示す水平方向（第２方向）の拡散角θHと、垂直方向（第１方向）の拡散角θVと、間には、θH＞θVの関係があることが好ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報は横長であることに起因している。
【００７５】
さらに、水平拡散角θHが２０°以上６０°以下であり、垂直方向拡散角θVが５°以上３５°以下であることが好ましい。より好ましくは、水平拡散角θHが２０°以上５０°
以下であり、垂直方向拡散角θVが１０°以上３０°以下であると、ヘッドアップディス
プレイ装置１００に用いる透過型スクリーン５０としては最適なものとなる。
【００７６】
次に、ヘッドアップディスプレイ装置１００に用いる透過型スクリーン５０を選定する
際に公的なパラメーターであるΔＬとＳＢ80-20の２つのパラメーターについて説明する
。
【００７７】
図７はΔＬ及びＳＢ80-20の定義を説明する図である。ΔＬは、透過型スクリーン５０
から出射される光の、規格化された散乱光強度の、最大値に対する、極大値と極小値の差分の割合である。また、極小値がない場合は０とする。このようなΔＬが７％以下、より好ましくは５％以下であるとき、透過型スクリーン５０がヘッドアップディスプレイ装置１００に用いるものとしては最適となる。
【００７８】
ＳＢ80-20は、透過型スクリーン５０から出射される光の散乱光強度の２０％から８０％の角度の差として定義する。このようなＳＢ80-20が１０°以下、より好ましくは７°以下であるとき、透過型スクリーン５０がヘッドアップディスプレイ装置１００に用いるものとしては最適となる。
【００７９】
なお、散乱光強度は、ＸＹＺ表色系（ＣＩＥ１９３１表色系）のＹ値によっている。
（実施例）
図８は本発明の実施形態に係る透過型スクリーン５０の製造方法の一例を説明する図であり、本実施例における透過型スクリーン５０の製造方法でもある。実施例では、図８（Ａ）→図８（Ｂ）→図８（Ｃ）の順序で製造が行われた。
【００８０】
両面に透明樹脂層が積層された等方性拡散部（第１基材６１／光拡散層６０／第２基材６２）を作製するために、表層用樹脂組成物（第１基材６１及び第２基材６２の前駆体）として、ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチック（株）製、「ユーピロンＳ−２０００」、屈折率１．５９、数平均分子量１８０００−２００００、メルトフローレート９−１２ｇ／１０分）を用いた。
【００８１】
また、中間層用樹脂組成物（光拡散層６０の前駆体）として、ポリカーボネート樹脂（三菱エンジニアリングプラスチック（株）製、「ユーピロンＳ−２０００」、屈折率１．５９、数平均分子量１８０００−２００００、メルトフローレート９−１２ｇ／１０分）にガラスビーズ屈折率１．５１、ビーズ径各種を混合した。
【００８２】
多層押出成形機で、樹脂温度２５０℃、ダイ開度１．３ｍｍでダイから溶融して共押出し、油温調３本キャストロール８０℃で冷却し、透明樹脂層（第１基材６１、第２基材６２）が両面に形成された等方性光拡散部（総厚み３．３ｍｍ、透明樹脂層の厚み１５０μｍ、等方性光拡散層（光拡散層６０）の厚み３．０ｍｍ）を作製した。（図８（Ａ）参照。）
次に、機械切削加工（ＦＡＮＵＣ社製ＲＯＢＯＮＡＮＯ）によって鋼材に非球面のマイクロレンズアレイを反転させた下記の２種類の凹形状の型６５を形成した。
ピッチ３０μｍ、高さ５μｍ、広さ５０ｍｍ×８０ｍｍ
ピッチ４０μｍ、高さ５μｍ、広さ５０ｍｍ×８０ｍｍ
上記の反転マイクロレンズアレイが形成された鋼材（型６５）に、下記組成のＵＶ樹脂を塗布し、等方性拡散部（第１基材６１／光拡散層６０／第２基材６２）が形成されたシート及びＰＣ製のリファレンスシート６６で挟んで、リファレンスシート６６側からＵＶ照射して後、剥離し光学素子を得た。（図８（Ｂ）、（Ｃ）参照。）
ＵＶ樹脂の組成：
ウレタンアクリレート：３５％
１，６−ヘキサンジオールジアクリレート３５％
ペンタエリスリトールトリアクリレート１０％
ビニルピロリドン１５％
１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン２％
ベンゾフェノン２％
ポリエーテル変性シリコーンオイル１％
また、ＵＶ照射量は、１７０ｍＪ／ｃｍ2  （３６５ｎｍ）であった。
【００８３】
概略、以上のような、製造工程によって、次の各試料を制作し、三次元変角分光測色システム（  ＧＣＭＳ−１３型、株式会社村上色彩技術研究所製）  により、変角による散乱光強度を計測し、各パラメーターを算出した。
○マイクロレンズアレイ５７のみで等方性拡散部を有さない試料２種。
サンプル名：
ＭＬＡ1、ＭＬＡ2
○等方性拡散部（第１基材６１／光拡散層６０／第２基材６２）のみの試料１２種。
サンプル名：
Ｄ5、Ｄ8、Ｄ10、Ｄ12、Ｄ15、Ｄ18、Ｄ20、Ｄ22、Ｄ25、Ｄ30、Ｄ35、Ｄ40
○マイクロレンズアレイ５７と等方性拡散部（第１基材６１／光拡散層６０／第２基材６２）が重ね合わされた試料２４種。
サンプル名：
ＭＬＡ1＋Ｄ5、ＭＬＡ1＋Ｄ8、ＭＬＡ1＋Ｄ10、ＭＬＡ1＋Ｄ12、ＭＬＡ1＋Ｄ15、ＭＬＡ1＋Ｄ18、ＭＬＡ1＋Ｄ20、ＭＬＡ1＋Ｄ22、ＭＬＡ1＋Ｄ25、ＭＬＡ1＋Ｄ30、ＭＬＡ1＋Ｄ35、ＭＬＡ1＋Ｄ40
ＭＬＡ2＋Ｄ5、ＭＬＡ2＋Ｄ8、ＭＬＡ2＋Ｄ10、ＭＬＡ2＋Ｄ12、ＭＬＡ2＋Ｄ15、ＭＬＡ2＋Ｄ18、ＭＬＡ2＋Ｄ20、ＭＬＡ2＋Ｄ22、ＭＬＡ2＋Ｄ25、ＭＬＡ2＋Ｄ30、ＭＬＡ2＋Ｄ35、ＭＬＡ2＋Ｄ40
表１乃至表４に結果を示す。特に、表３及び表４の最右欄には、ＤXの拡散角／ＭＬＡYの拡散角の算出値が記されている。表３及び表４において、ΔＬ及びＳＢ80-20が共に７
％以下であるものを、ヘッドアップディスプレイ装置１００に用いる透過型スクリーン５０として好適なものであるとした。このときの、粒子径の値、ＤXの拡散角／ＭＬＡYの拡散角の値には網掛けを施してある。
【００８４】
【表１】
0006489300.tif 000002
【００８５】
【表２】
0006489300.tif 000003
【００８６】
【表３】
0006489300.tif 000004
【００８７】
【表４】
0006489300.tif 000005
表３においては、粒子径が１２μｍ以上３０μｍ以下であるサンプルが、透過型スクリーン５０として好適であることがわかる。すなわち、第２方向におけるマイクロレンズ５５の最も長い箇所の寸法３０μｍ（ピッチに同じ）に対して、０．４倍以上１倍以下の粒子径のものがよいことがわかる。
【００８８】
また、表４においては、粒子径が１２μｍ以上３０μｍ以下であるサンプルが、透過型スクリーン５０として好適であることがわかる。すなわち、第２方向におけるマイクロレンズ５５の最も長い箇所の寸法３０μｍ（ピッチに同じ）に対して、０．２倍以上０．５倍以下の粒子径のものがよいことがわかる。
【００８９】
以上から、本発明に係る透過型スクリーン５０においては、光拡散層６０に用いる微粒子の直径は、第２方向におけるマイクロレンズ５５の最も長い箇所の寸法の０．２倍以上０．５倍以下であることが好適であるものとしている。
【００９０】
また、表３においては、ＤXの拡散角／ＭＬＡYの拡散角の値（拡散角の割合）が、０．２以上０．４以下であるサンプルが、透過型スクリーン５０として好適であることがわかる。
【００９１】
同じく、表４においても、ＤXの拡散角／ＭＬＡYの拡散角の値（拡散角の割合）が、０．２以上０．４以下であるサンプルが、透過型スクリーン５０として好適であることがわかる。
【００９２】
以上から、本発明に係る透過型スクリーン５０においては、光拡散層６０の拡散角が、
マイクロレンズアレイ５７の拡散角の０．２以上０．４以下であることが好適であるものとしている。
【００９３】
図９は本発明の実施形態に係る透過型スクリーン５０の効果を説明する図である。図９において、（Ａ）は等方性拡散部のみの散乱光強度の散乱角依存性の特性図を示しており、（Ｂ）はマイクロレンズアレイ５７ののみの散乱光強度の散乱角依存性の特性図を示しており、（Ｃ）は等方性拡散部とマイクロレンズアレイ５７とを組み合わせた本発明に係る透過型スクリーン５０の散乱光強度の散乱角依存性の特性図を示している。
【００９４】
（Ａ）に示す等方性拡散部のみを、透過型スクリーンとして用いると、光の強度がガウシアン分布となり、中心（０°）の輝度が強くなる。そのため、視野角内での光の強度変化が大きい。
【００９５】
一方、（Ｂ）に示すマイクロレンズアレイ５７ののみの場合、散乱光強度にＰ1とＰ2の２つのピークが発生してしまうことについては、［発明が解決しようとする課題］の欄において、記載したとおりである。
【００９６】
そこで、本発明に係る透過型スクリーン５０においては、（Ａ）と（Ｂ）を組み合わせた構成、すなわち、等方性拡散部とマイクロレンズアレイ５７とを組み合わせた構成とし、（Ａ）と（Ｂ）の特性を組み合わせることとした。さらに、そのときにおいて、等方性拡散部である光拡散層６０の拡散角が、マイクロレンズアレイ５７の拡散角の０．２以上０．４以下であれば好適であることを実験的に見いだした。
【００９７】
以上のように、本発明に係る透過型スクリーン５０は、前記第１主面５１と前記第２主面５２との間には、多数の微粒子を含む光拡散層６０が設けられ、前記光拡散層６０の拡散角は、前記マイクロレンズアレイ５７の拡散角の０．２以上０．４以下であり、これにより、本発明に係る透過型スクリーン５０によれば、所定の散乱角内で、散乱光強度がフラットとなる。
【００９８】
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、上記のような透過型スクリーン５０を用いているので、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置１００によれば、視野角内での光強度が均一となる。
【００９９】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第２実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
【０１００】
図１０は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
【０１０１】
第１実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７のマイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正方形であったが、第２実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７のマイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、長方形として構成している。
【０１０２】
ここで、マイクロレンズ５５の、第１方向の長さｄ1と、第２方向の長さｄ2とを比較すると、ｄ1＜ｄ2であることが好ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。
【０１０３】
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情
報が横長であることを考慮に入れると、各マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
【０１０４】
以上のような実施形態によっても、先の第１実施形態と同様の効果を享受することができる。
【０１０５】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第３実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
【０１０６】
図１１は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
【０１０７】
第１実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７のマイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正方形であったが、第３実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７のマイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正六角形として構成している。
【０１０８】
本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
【０１０９】
以上のような実施形態によっても、先の第１実施形態と同様の効果を享受することができる。
【０１１０】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第４実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
【０１１１】
図１２は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
【０１１２】
第１実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７のマイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正方形であったが、第４実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７のマイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正六角形でない六角形として構成している。
【０１１３】
ここで、マイクロレンズ５５を構成する六角形としては、第２方向に平行な辺ののみが、他の辺の長さより長い、横長の六角形であることが好ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。
【０１１４】
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
【０１１５】
以上のような実施形態によっても、先の第１実施形態と同様の効果を享受することができる。
【０１１６】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第５実施形態が、先の第１実施形態と
異なる点は、透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
【０１１７】
図１３は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
【０１１８】
第１実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７のマイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正方形であったが、第５実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７のマイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、楕円形として構成している。
【０１１９】
ここで、マイクロレンズ５５を構成する楕円形としては、長軸φ1が第２方向と平行で
あり、短軸φ2が第１方向と平行である楕円形である、横長の楕円形であることが好まし
い。これは、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。
【０１２０】
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
【０１２１】
以上のような実施形態によっても、先の第１実施形態と同様の効果を享受することができる。
【０１２２】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。第６実施形態が、先の第１実施形態と異なる点は、透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７の構成のみであるので、以下、この点について説明する。
【０１２３】
図１４は本発明の他の実施形態に係る透過型スクリーン５０の、第１方向と第２方向に広がるマイクロレンズアレイ５７をｚ軸方向から見た図である。
【０１２４】
第１実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７のマイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、正方形であったが、第６実施形態に係る透過型スクリーン５０の第１主面５１に設けられるマイクロレンズアレイ５７のマイクロレンズ５５は、ｚ軸方向から見たとき、小判形として構成している。
【０１２５】
ここで、マイクロレンズ５５を構成する小判形としては、小判型の直線部が第２方向と平行である横長の小判形であることが好ましい。これは、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が、一般的には横長であるからである。
【０１２６】
また、本実施形態においても、ヘッドアップディスプレイ装置１００で表示する画像情報が横長であることを考慮に入れると、各マイクロレンズ５５の第１主面５１側の頂点における第１方向の曲率半径Ｒ1が、第２方向の曲率半径Ｒ2より大きいことが好ましい。
【０１２７】
以上のような実施形態によっても、先の第１実施形態と同様の効果を享受することができる。
【０１２８】
なお、本発明は第１乃至第６の実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【０１２９】
５・・・車両
６・・・ウインドシールド
１０・・・投影部
１１・・・第１光源
１２・・・第２光源
１３・・・第３光源
２１・・・第１ダイクロイックプリズム
２２・・・第２ダイクロイックプリズム
２６・・・コリメータレンズ
３０・・・投影ミラー（走査部）
５０・・・透過型スクリーン
５１・・・第１主面
５２・・・第２主面
５５・・・マイクロレンズ
５７・・・マイクロレンズアレイ
６０・・・光拡散層
６１・・・第１基材
６２・・・第２基材
６３・・・マイクロレンズ基材
６５・・・型
６６・・・リファレンスシート
８０・・・凹面ミラー
８５・・・投影ユニット
１００・・・ヘッドアップディスプレイ装置
【図１】
0006489300.tif 000006
【図２】
0006489300.tif 000007
【図３】
0006489300.tif 000008
【図４】
0006489300.tif 000009
【図５】
0006489300.tif 000010
【図６】
0006489300.tif 000011
【図７】
0006489300.tif 000012
【図８】
0006489300.tif 000013
【図９】
0006489300.tif 000014
【図１０】
0006489300.tif 000015
【図１１】
0006489300.tif 000016
【図１２】
0006489300.tif 000017
【図１３】
0006489300.tif 000018
【図１４】
0006489300.tif 000019
【図１５】
0006489300.tif 000020