JP2008257253A - 平面パネル・ディスプレイ用修正光学系 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】テーパ状の透明なスラブ導波管1と、スラブの厚い端部内に画像を入射することができるプロジェクタ2と、ディスプレイを見ることができるスラブの面上の半透明のスクリーン3と、スラブ面から出る光がスクリーン3のエリアをカバーするように広がることができるように、スクリーン3をスラブから離れて保持するためのスペーサとを備える平面パネル投影ディスプレイ。これにより、そうでない場合には、光束が、テーパ状導波管1の後面から反射される点に存在するギャップまたはブランクのストリップが除去される。
【選択図】図8
Description
(50.8mm)の液晶ディスプレイは比較的安価で、指のつめほどの大きさのマイクロ
ディスプレイの価格は数ドルにしか過ぎない。
スクリーンを備え、投影レンズは、ほぼ希望通りの大きさの二次元拡大画像を半透明のスクリーン上に形成する。ビデオ・プロジェクタは安価なので、ますます盛んに使用されるようになってきているが、プロジェクタを半透明のスクリーンの前面に設置すると、プロジェクタが見ている人の邪魔になるか、見ている人が投影される光を遮ることになる。さらに、室内の照明を暗くしないと画像が色褪せたものになる。何故なら、スクリーンが、投影された画像だけでなく、背景の光も散乱するからである。プロジェクタをスクリーンの前面に設置するのではなくて、スクリーンの背面に設置することも可能である。この場合は、見ている人とスクリーンとの間には何も存在しないし、スクリーンはその背面上に入射する光だけを散乱することになる。しかし背面投影ディスプレイは大型になる。
された画像が分割されるバンド間のギャップは、テーパ状の透明なスラブのコーティング面に隣接して半透明のスクリーン3を設置し、スクリーンの底面及びくさびの2つの面を全部延伸させた場合に共通の1本の線のところで合流するように、スラブとスクリーンとの間に空間4を形成することにより除去され得る。半透明のスクリーンと隣接くさび面との間の角度σは、下式により表すことができる。
ここで、nはくさびの屈折率であり、αはくさびのテーパ角であり、θ0は光線が半透明のスクリーンに隣接するガラス/空気界面により実質的に(例えば50%のように)透過される場合には、光線の入射角が、臨界角よりも小さくなくてはならない角度である。
しかし、これは、下記の理由により、単なる平均距離にしか過ぎない。光線が、臨界角よりごくわずか大きい角度でガラス/空気界面の画像に入射した場合には、ガラス/空気界面の次の画像まで追跡することにより、光線の反射を描くことができる。これは、通常
、反射防止コーティングされていないくさびの側面を表すので、光線はくさびから出ることによりそこで終わる次の画像まで追跡される。この2回の反射の間に、光線は、くさびに沿ってある距離だけ移動し、投影された画像内のくさびのこの部分にギャップが現れる。
例えば、光線が屈折率1.5のガラス内に臨界角より0.05度小さい角度で入射した場合には、光線はくさび面に対して2.53度の角度で出てくる。入射角が他の角度である場合には、下記のように放射角は別の角度になる。
半透明のスクリーンとくさび形の導波管との間に空間が存在する場合には、1本の水平方向のバンド内の光束は、図5に示すように、隣接するギャップを満たすように、空間を
横切って投影される。ギャップの高さは、その点のテーパ状の透明なスラブの厚さtの2倍に臨界角のタンジェントを掛けたものに等しい。さらに、光束内の入射角の範囲は、くさびのテーパ状角度αの2倍に等しい。この範囲外の光線は、その反射が1回少ないか、1回多い。光束内の最大入射角が臨界角より小さいθ0である場合には、テーパ状の透明なスラブと半透明のスクリーンとの間の空間の厚さは下式により、
従来の反射防止コーティングは、臨界角より大きな角度でコーティングに入射する可能性がある任意の光線の反射を除去するように設計されている。このようなコーティングの場合には、θ0は、画像の隣接する画素を照射している一組の光線の間の角度に等しい。低い解像度の場合にはこれでも十分であるが、スラブからスクリーンへの光線の投影は非直線的になり、その結果、歪みが起こり、解像度が高い場合には不十分なものになる。
ここで、θremは、放射前に光線が受ける反射の数を変えないでθを減らすことができる最大の角度であり、θintは、この減らした後の光線の角度である。くさび角度αが90度の整数除数であると仮定した場合、下式のようになる。
ここで、rem関数は、負数にならない範囲で、できるだけ多くの回数第2のオペランドから第1のオペランドを引いた後の残りである。光線がスラブから出ると、光線は半透明のスクリーンに当たる前に、くさびの先端に向かって移動する。移動する距離は、s/tan(δθ2)であり、この光線に対してδθ1=θrem+θ0であるので、この距離は、ほぼ下式により表される。
ここで、bandは、バンドの高さである。バンドにギャップを加えたものが、光線が臨界角でくさび面に当たる隣接点の間に存在し、これらの点に当たる2本の光線の方向の違いはくさび角度の2倍である。それ故、バンドのギャップを加えたものの高さは下式により表される。
右辺の項は、収差を表し、このグラフは最大のところでピークになることを示す。図6は、光線が投影されるテーパ状の透明なスラブの面上のバンド内の位置に対する、半透明のスクリーン上に投影された光線が歪みのために移動する(隣接ギャップの高さの一部としての)距離の曲線である。ピークは、歪みを含まない画像に対してできるだけ小さいことが望ましいし、ピークの位置が、右辺の項の違いをゼロに設定することにより発見できることが望ましい。
図7は、コーティングの遷移角度とくさびのテーパ角度との間の比に対する(隣接ギャップの高さの一部としての)最大歪みの曲線である。この曲線は、θ0/αを増大することにより収差を減らし得ることを示す。ガラス/空気界面のところの反射と透過との間の遷移が、臨界角より若干小さい角度のところで起こるように反射防止コーティングを設計することによりθ0/αを増大することができる。最悪の例の場合、ギャップはバンド自身と同じ大きさであると仮定し、ピークとピークとの歪みを10%以下にしたい場合には、最大ギャップの一部は20%以下でなければならないし、それ故、θ0はαに等しくなければならない。
ない。
でコーティングし、投影光線を端部から反射することにより投影光線を折り曲げることができる。しかし、その後で、光線は、くさびまで通過しなければならないし、折曲げ部があってもなくても、投影スラブの平行な側面とくさびのテーパ状側面との間に若干のねじれがあると、投影された画像内に収差が生じる恐れが十分ある。
ギャップの無いくさびのテーパ角は約1/2 t0/Lであり、このテーパ角になるのに必要な遷移カーブの長さはテーパ角のr倍、すなわち、1/2 t0/4dtanθである。この場合、dは歪みである。くさびがt0=10mmという最初の厚さ(すなわち、厚い方の端部の厚さ)を持っている場合には、くさびの先端に達するための入射角は74度であり、許容歪みは1%であるので、遷移カーブの長さは36mmである。
は下式になる。
ここで、原点x=0、y=0は、くさびの側面を越えた110mmのところに位置するが、くさびの側面から55mmのところで、投影スラブの縁部を切断し、研磨し、銀メッキすることにより中心の方向に折り曲げられる。この視準システムは、図5の平面パネル・ディスプレイや、テーパ状導波管ばかりでなく、任意の平面パネル・ディスプレイと一緒に使用することができる。
、ビデオ画像を駆動するのに遅いデータ速度のコネクタが数個あれば十分である。
Claims (3)
- 光源と、導波管の面上に出るように、前記光がその厚い端部内に入射されるテーパ状スラブ導波管(12)と、この光を変調してそれを、該導波管を介して元の方向へ反射するディスプレイ素子(15)とを備えるプロジェクタ。
- 前記光が、前記ディスプレイ素子へ/からほぼ垂直に伝搬するように、ホログラフィック素子(13)が、前記スラブと前記ディスプレイ素子との間で前記光をそらすために使用される請求項1に記載のプロジェクタ。
- 前記スラブの面から出てくる光が、前記変調器の領域をカバーするように広がるべく、前記テーパ状スラブ導波管(12)が前記変調器(15)の面に対してある角度(14)で配置されている請求項2または3に記載のプロジェクタ。
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