JP2009265162A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可視画像と非可視画像とを重複して表示する表示するに際して肉眼での認識性を損なうことなく非可視画像の機器での認識を容易にし、かつ一般的に使用される表示環境下においても、雑音に強く大量のデータ伝送を可能とする。
【解決手段】可視光を発光する可視光源１０１と、可視光を空間的に変調することにより生成される可視画像を形成する可視画像形成手段１０２と、非可視光を発光する非可視光源１０３と、非可視光を空間的に変調することにより生成される非可視画像を形成する非可視画像形成手段１０４と、可視画像と非可視画像を合成する画像合成手段１０５とを備える表示装置１００において、非可視画像形成手段１０４は、１次元又は２次元のデータコード生成手段１０６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像を投射する表示装置に係り、特に投射された可視光で形成された情報と、見えない光（非可視光）で形成された情報とを同時に表示し、かつ見えない光で形成された情報がデータ化された情報を表示する表示装置に関する。

画像をスクリーンなどに投射する表示装置は、ディジタル機器との整合性の良や、環境への配慮による紙への印刷量の削減効果が大きいなどの理由により、プレゼンテーションなどに広く用いられるようになってきている。また、光源に発光ダイオード（Light Emitting Diode:ＬＥＤ）や半導体レーザ（Laser Diode:ＬＤ）を用いることで、色再現性が良く高速な画像表示ができるようになり、更に光ＭＥＭＳ（Micro Elector Mechanical Systems）技術をはじめとする小型で高速動作可能な画像形成技術の進展により、より小型で携帯性が増した表示装置も用いられるようになってきている。
これらの画像装置は光源に波長選択性が高い光源を用いることができるので、表示される画像に人間の目で認知できる情報以上の付加情報を与えることができる。例えば特許文献１、特許文献２には、人間の目では認識できない赤外光を照射すことにより、ディジル機器での盗撮防止を実現する方法が記載されている。ここでは、付加情報として照射される赤外光は、画像の鮮明さを妨害する以上の意味はなく、セキュリティーのみに用いられる。しかしながら、撮影するカメラのほうにＩＲフィルターを設けられると、セキュリティーとしての役割を果たさなくなるという問題もある。
また、特許文献３には、赤外光で形成した画像を可視光で形成された画像に同時に表示することで、赤外光を認識できる装置を持っている人にだけ情報を与えることができる表示装置が提案されている。この方法は、従来のプロジェクターに可視光以外の光を同時に照射するという点で特許文献１及び特許文献２に記載のものと同様ではあるが、可視光以外の光（赤外光）を積極的に情報伝達方法として利用している。
米国特許第６０１８３７４号 特開２００５−２５１１３公報 特開２００５−１７９８５公報

しかしながら、赤外光でスクリーンに投影された画像を、読取装置で読み取るためには、赤外光に対しての感度を上げた装置を使用する必要がある。投射されたスクリーンの赤外光に対する反射率が低い場合は、赤外光の情報を読み取ることができなくなる不具合もある。更に、ある程度明るい場所での投影を前提とする場合には、太陽光や蛍光灯などの外光に含まれる赤外光成分が雑音となり、鮮明な画像を得ることができず、雑音対策を講じる必要が生じるといった不具合がある。また、可視光と可視光以外の光を鮮明に結像させるためには、送信側と受信側の双方に、これまで可視光で最適化されてきた光学系に対して、可視光以外の波長にも対応した特殊な光学系を必要とし、従来の表示装置や従来の撮像装置に対して、汎用性に欠ける点やコスト高になることも問題となる。
また、データ伝送を目的として、赤外光や可視光を高速なパルスデータにして伝送する方式も提案されている。しかしながら、高速なオンオフ信号を表示してデータをやり取りするためには、雑音に対する耐性を持たせるために、パルスデータを送信する光の出力を大きくする必要がある。更に、光源からの光を直接受光するのであれば、ある程度の光出力で抑えることができるが、スクリーンに表示してその散乱光でのデータのやり取りを実現するために、信号伝達における信号と雑音の比（ＳＮ比）の劣化を防ぐためには、更に大きな光出力を必要として消費電力を増大させてしまう。

更に、大きな光強度を与えるために、半導体レーザを用いることも考えられるが、ＬＤからの光を直接人間の目に近い読取装置へ送信すると、赤外光といえども安全基準に基づく必要がある。安全基準を満たしつつ、高出力でデータ送信するといった矛盾を解決する必要があり、送信機への直接照射がデータ伝送として不向きである点も問題である。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、人間の目で認識できる可視光で生成された情報と、機械では受光認識できるが人間の目では認識できない可視光以外の光（非可視光）で生成された画像情報を同じ領域に同時に表示するに際して、人間の目での認識性を損なうことなく機械での認識を容易にし、かつ一般的に使用される表示環境下においても、雑音に強く大量のデータ伝送を可能とする表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の本発明は、可視光を発光する１以上の可視光源と、前記可視光を空間的に変調することにより生成される可視画像を形成する可視画像形成手段と、可視光以外である非可視光を発光する１以上の非可視光源と、前記非可視光を空間的に変調することにより生成される非可視画像を形成する非可視画像形成手段と、前記可視画像と前記非可視画像を同一領域に向け照射する照射手段と、を備える表示装置において、前記非可視画像形成手段に１次元又は２次元のデータコード画像を形成させるデータコード生成手段を備えることを特徴とする。
また、請求項２の本発明は、前記データコード生成手段は、時間経過に伴って異なるデータコードを出力することを特徴とする。
また、請求項３の本発明は、２種以上の波長の非可視光を出力する非可視光源を備え、前記非可視画像形成手段は２種以上の波長の非可視光に基づいて非可視画像を形成することを特徴とする。
また、請求項４の本発明は、前記データコード生成手段は、強度変調によって行いデータコードを表示すること特徴とする。

また、請求項５の本発明は、表示装置において、前記データコード生成手段は、非可視画像によるデータコードの表示と、非表示を交互に行うことを特徴とする。
また、請求項６の本発明は、前記可視光源及び前記非可視光源のうち少なくも一方の光源は、発光ダイオード又は半導体レーザであることを特徴とする。
また、請求項７の本発明は、前記可視画像形成手段及び前記非可視画像形成手段のうち少なくとも一方の画像形成手段は、透過型液晶パネルを備えることを特徴とする。
また、請求項８の本発明は、前記可視画像形成手段及び前記非可視画像形成手段のうち少なくとも一方の画像形成手段は、反射型液晶パネルを備えることを特徴とする。
また、請求項９の本発明は、前記可視画像形成手段及び前記非可視画像形成手段のうち少なくとも一方の画像形成手段は、マイクロミラーアレーを備えることを特徴とする。
そして、請求項１０の本発明は、前記可視光源及び前記非可視光源の少なくとも一方の光源がレーザであり、前記可視光画像形成手段及び前記非可視画像形成手段の少なくとも一方の画像形成装置が２軸方向に稼動するマイクロミラー素子を備えることを特徴とする。

本発明によれば、可視光以外の光をコード化することにより、雑音に強いデータ伝送を可能とし、可視光で表示されている情報に対する付加情報をユーザーに提供することができ、また、時間多重、波長多重、階調表示により伝送データ容量を増大させることにより、より多彩な付加情報をユーザーに提供することができるようになる。

以下に、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず表示装置の基本な構成について説明する。図１は実施の形態例に係る表示装置の構成を示す模式図である。表示装置１００は、可視光源１０１と、可視光画像形成手段１０２と、非可視光源１０３と、非可視画像形成手段１０４と、画像合成手段１０５と、データコード生成手段１０６とを備える。
可視光源１０１は、可視光を出力し、可視光画像形成手段１０２は前記可視光を変調、人間が肉眼によって見ることができる画像（可視画像）を形成する。
また、非可視光源１０３は、前記可視光源１０１とは別に可視光以外の光（非可視光）を発光し、非可視画像形成手段１０４は、この非可視光を変調し、人間が肉眼によって見ることができない画像（非可視画像）を形成する。
非可視画像形成手段１０４には、データコード生成手段１０６が接続され、データコード生成手段１０６は非可視画像形成手段１０４が生成する非可視画像として与えたい情報を１次元又は２次元の画像コードとしてコード化して非可視画像を生成させる。この非可視画像は、画像合成手段１０５によって可視画像同一領域に表示される。即ち、画像合成手段１０５は、前記可視画像と非可視画像とをスクリーンなどの同一領域に表示する。これらによって、可視画像と非可視画像は異なる画像を同一領域に表示される。

前記コード化された情報は、基本的には同じ領域に表示されている可視画像に対する付加的な情報、もしくは付加的な情報が存在するネットワークへのアクセスコードを表示している。このアクセスコードとは、例えば、インターネットのウェッブサイトアドレスなどである。また、後述するが、コード化された非可視画像は一瞥で人間が認識できる画像である必要はなく、受信装置によって正確に読み取られるディジタルデータであれば良い。つまり、人間によって認識できない画像であるので、受信装置が認識できる画像であれば良い。
前記スクリーンに映し出された可視画像は人間の目によって認識されるが、前記非可視画像は可視画像を見ているユーザーが持っている受信装置によって読み取られる。ここで受信装置は、可視光以外の光を受光できる機構を備えた装置であり、例えば、カメラ付き携帯電話、ディジタルカメラなどの電子撮像機構を有するディジタル機器を使用することができる。

次に、非可視画像を形成する光源として近赤外光を発光する光源を利用し、受信装置としてカメラ付き携帯電話を使用した場合を例として説明する。ここで、近赤外光は、０．７ミクロン以上で１．２ミクロン以下の波長を持つ光のことをいい、シリコンのバンドギャップエネルギー以上の振動数を与える光の波長であることが好ましい。シリコンのバンドギャップ以上の振動数を与える波長であれば、安価なシリコン製の受光素子を使った電子撮像機構を用いることができる。それ以外の赤外光の波長でも、ゲルマニウムやガリウムインジウム砒素などの材料を用いることで受光素子を形成することは可能である。もちろん、可視光以外の光であれば、遠赤外光や紫外光以下の波長を持つ光であっても良く、それらの波長に対応した受光素子を使うことで対応できる。
赤外光を受光するには、赤外光を検出する検出機構を備えた受信機である必要があるが、ディジタルカメラの撮像素子に使われているＣＭＯＳセンサーやＣＣＤセンサーでは、１ミクロン程度の波長までセンシングできる機構を持つ。つまり、ディジタルカメラの受光素子は、その光に対する感度は、人間が認知できる可視光の波長と完全に一致しているわけではなく、人間が認知できない赤外波長にもある程度感度がある。

図２は表示装置を使用した状態を示す概略図であり、（ａ）は可視光像の読取状態を示す図、（ｂ）は非可視光像の読取状態を示す図である。本例では、表示装置２０１によりスクリーン２０２に可視画像２０３及び非可視画像２０４が同一領域に表示される。可視画像２０３は、図２（ａ）に示すように、人物の目２０５で認識され、非可視画像２０４は、図２（ｂ）に示すように、カメラ付き携帯電話のカメラ２０６で撮影表示され人物に認識される。なお、図２（ａ）、（ｂ）ではそれらを別々に表現しているものであり、異なる領域に表示しているものではない。
このとき人物には図２（ａ）のように可視画像のみを視認することができ、一瞥でそこにどのような情報があるかを認識できる。非可視画像は、人間の目では認識できない光の波長で表示され、更にそれはコード化されている。興味を持った情報に関して、可視画像以上の情報を得たいと思ったときに、その画面にカメラ付き携帯電話を用いて、その画面を撮影することにより付加情報を得ることができ、もしくは非可視画像で表示された付加情報があるネットワーク上のアドレスを得ることができる。

図３はスクリーンへの表示上状態を示す模式図であり、（ａ）は可視像、（ｂ）は非可視像、（ｃ）はカメラの撮影像を示すものである。図３（ａ）に示すように、スクリーン画面に表示された複数の情報３０１ｖ、３０２ｖ、３０３ｖ、３０４ｖに対して、図３（ｂ）のように、その情報に適したデータコード３０１ｉ、３０２ｉ、３０３ｉ、３０４ｉを表示することができる。
本例によれば、図３に示すように、一度に複数の情報を同時に表示しておいても、利用者は自分の興味がある情報に対してだけ、その領域を例えばカメラ付き携帯電話のカメラなどの受信装置で撮影することで、付加情報を得ることができ、必要十分な情報にだけアクセスできる。もちろんすべての情報に対しても、同時にアクセスすることも可能で、それらは受信装置上で、ユーザーにより取捨選択される。そのとき、受信装置を表示画像に向けると、図３（ｃ）のように、可視画像と非可視画像が同時に受光され、それらが混ざった画像として認識される。
非可視画像は、コード解析によりデコードされ、受信装置の表示画面に可視画像と同時に正確な情報を表示することが可能となる。また、データ解析を行わないときには、表示情報の盗撮防止などのセキュリティー向上技術として使うことができる。

本例に係る表示装置２０１では、この赤外波長によって形成された非可視画像はコード化されている画像としている。これにより、以下の利点がある。
ひとつには、非可視画像は鮮明な画像である必要がない。つまり、コード化されたディジタルデータを受信装置で認識できれば良く、表示されるコードで、画像が有無を判別できる程度の解像度であれば良い。これにより、例えば太陽光や照明があたる環境下であって、それらに含まれる赤外光により雑音レベルが上がっても、高いＳＮ比を保ちながらデータを受信でき、デコードするだけで表示媒体に必要な表示を人間の認識できる状態で可視画像に表示することができる。更に可視画像を表示する光学系をそのまま用いても、鮮明な画像である必要がないので、雑音に強いデータのやり取りをすることができる。
もうひとつには、表示される画像のオンオフ表示が、撮像素子の１ピクセル以上で受信することが可能であるために、画像を撮影したときの受光強度を増大させることができる。つまり、撮像素子であるＣＭＯＳセンサー上で複数のピクセルにより信号を受信するので、信号強度を確保でき、雑音に強いデータのやり取りができる。
また、受信装置で必ず受信する必要があるので、非可視画像は人間が瞬時に理解できる画像である必要はない。つまり、ディジタルデータのデコードができれば、受信装置の表示画面にはクリアーな情報を表示させることができるために、送信側の画像形成機構の負担を減らすことができる。

更に、受信装置には、可視画像と、非可視画像が同時に表示されることになるが、情報を与えたい人だけにデコードできるキーを渡すことで、後述する差分方式でデータを分離することができるようになる。このことは、不特定多数へのデータの散布を防ぐセキュリティー面での効果も同時に発生させることができる。可視画像と非可視画像を同時に受信することで、画像情報を得られるシステムとすることで、表示画像の付加価値を上げると同時に盗撮防止効果も与えることができるようになる。
もちろん、非可視画像を受信する専用のセンサーを別途用意して、波長フィルターにより分離して受信することも可能である。このような方式を用いると、コストは割高になるが、光源の強度を小さくすることができ、詳細なデータコードに対する鮮明な画像を得ることができる。
データコードは人間が理解できないデータであるので、可視画像として表示させる必要はない。紙のような高解像度な印刷が可能で、ユーザーによる接写が極めて容易な状況であれば、可視画像に小さい領域でコードを表示することができるが、プロジェクションのような表示画面では解像度が紙と比較してはるかに劣るので、コードを表示するスペースが大きくなってしまう。そのため、付加情報を表示するために狭い表示範囲の大部分を必要としてしまうという課題があった。本発明であると、コードは非可視画像で表示されるので、上記のようなスペースの課題も解決できる。

次にデータコードについて説明する。ここで、データコードは１次元又は２次元で表示される画像であり、一定のルールに基づき形成されるが、人間が一瞥で認知できる文字や画像である必要はない。図４はデータコードの一例を示す模式図である。表示されるディジタルコードには、例えば、図４（ａ）に示すように１次元に配列されたディジタルコードや、図４（ｂ）に示すような２次元に配列されたディジタルコードであれば良い。
図４（ａ）、（ｂ）に示す例では、可視光以外の光が照射された部分４０１と、可視光以外の光が照射されていない部分４０２により、スクリーン上に、照射されている光のコントラストができる。このコントラストを受信装置により識別することで、コードとして認識される。このコードには、１次元バーコードや２次元バーコードとして知られている汎用のルールに基づいたコードを用いても良いし、オリジナルなルールに基づいて濃淡を表示させたコードであっても良い。これらのディジタルコードは、その配置によって情報が伝達される。

ここで、表示画像の解像度がＸＧＡ（１０２４ドットｘ７６８ドット）であるとすると、ピクセル一つ一つにディジタル情報を載せることで、３００万画素分の情報量を表示できることになる。ただし、外乱が多い環境下でのコードを解読することが困難である場合は、４ピクセルをひとまとまりとして表示させるなど、複数のピクセルを合わせることで、雑音に強いデータ転送ができる。このときの伝送情報量は減少してしまうが、後述する時間多重や、強度調整による多諧調表示などの方法で、伝送容量を補うことができる。
本例では、このように非可視画像がディジタルコードで表示されることで、受信機側と送信機側に余計な光学素子を付加する必要がなく、更に情報伝達のＳ／Ｎ比を増大させることができる。また、データコードであるために、人間が必要とする画像の鮮明さや諧調を必要とすることがない。

次にデータコードに付与するデータを増加させる手法について説明する。まずデータコードを時間的に変化させる例について説明する。図５はデータコードを時間的に変化させて情報量を増加させる例を示す模式図である。本例で使用する非可視画像形成手段１０４は、高速で画像を形成できるものであり、非可視画像として表示したディジタル情報を高速に時間変化させる機能をデータ生成手段に付加することで、送信するデータ量を増やすことができる。
即ち、非可視画像形成手段１０４は、ある特定の領域に表示されている２次元コード５０１に対して、そのデータ量が空間的に２次元コードで表記できるデータ量を超えているときに、もとのデータを２次元コード５０２、５０３、５０４、５０５、５０６と分割してそれらを異なる時間で伝送する。図５に示した例では、空間的に表示できるデータ量の５倍のデータを送信できることを示している。
本例で用いる画像形成機構はｍｓオーダーからμｓオーダーといった高速な時間変化を可能とし、受信装置に使われる撮像素子の受信速度も同程度に高速であるため、この時分割伝送により空間的に表示できるデータ量の数１０倍から数１０００倍の量を伝送することができるようになる。
１ピクセルで受光する単純なオンオフでの信号のやり取りと比較して、スピードに対して光源の強度を大きくする必要がなくデータを伝送できる。また画像とすることで、複数のピクセルによる受光が可能となり、散乱光により著しく低下した信号強度に対しての雑音特性が向上するというメリットがある。

次にデータコードに波長変化を与えつつ表示する例について説明する。図６はデータコードに波長変化を与えて情報量を増加させる例を示す模式図である。
６０１は複数の波長によって形成された２次元コードが同じ空間的な領域で重ね合わせされて形成されたコード群である。６０２、６０３、６０４、６０５はある特定の波長を中心波長とした光源によって形成されたデータコードを示している。発光ダイオードや半導体レーザはその発光波長範囲が狭く、波長多重して重ね合わせても、その波長領域での重なりを分解可能である。例えば、波長７８０ｎｍと８５０ｎｍを発光する発光ダイオードや半導体レーザによって異なるコードを形成したときに、それらを重ねて表示しても波長領域で相互作用することはない。
この表示を実現するため、表示装置１００には、複数種類の波長に対応する光源と、その光をコード化する機構を同時に併せ持つようにする。これにより、波長多重化されたデータを形成することができる。受信装置には、波長フィルターなどを導入することでそれぞれの波長を分離して、それぞれのコードを解析する。このような方法で伝送データ量を増やすことができるようになる。

次にデータコードに諧調変化を与える場合について説明する。図７はデータコードに階調変化を与えて情報量を増加させる例を示す模式図である。ディジタルデータで表記されたものは、２値の濃淡表示であるが、本例では、濃淡表示に諧調を与えている。図７に示す例では、非可視画像である２次元コード７０１は、受信装置での感度が調整されている。つまり、受信装置での感度を１００％、７０％、４０％、１０％とすることにより、４階調を得ることになる。
このように諧調を与えることで、多値表示によるディジタルデータを形成することができ、伝送データ量を増やすことができるようになる。この諧調は、単一波長に対して、非可視画像を形成するときに、その光出力を画像形成又は光源で調整することで実現される。また、複数の波長に対しては、受信装置の撮像機構がそれぞれの波長に対して異なる受光感度を利用することで、同じ出力を照射した場合にでも諧調を形成することができる。つまり、異なる波長を持つ光源から同じ強度の光を照射するだけでも、階調表示を可能とすることができる。

［データコードの差分を取ることでコード解析］
次にデータの受信について説明する。図８はデータ受信の方法を示す模式図である。この例では、非可視画像は赤外光により形成されるものとし、可視画像と非可視画像を受信装置の同一の受光装置の撮像機構で受信する場合を想定している。符号８０１は受光装置の撮像機構であるＣＣＤ又はＣＭＯＳセンサーの色を判別する４画素を示している。符号８０２、８０３、８０４、８０５はそれぞれピクセルを示しており、それぞれのピクセルは赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ１）、緑色（Ｇ２）、青色（Ｂ）に対する光の光量を電気信号強度として出力する。即ち、センサーは緑色を２ピクセルで受光する。
図８（ａ）には、スクリーンに赤外光が照射されているとき（ＯＮ状態）の信号強度をグラフで示している。この信号強度により、受信機側の表示には可視画像と非可視画像が重ね合わせされて表示されることになり、それを反映した信号強度が与えられる。ここで、赤外光を意図的にＯＮ−ＯＦＦすることにより、非可視画像を解析できるようにする。図８（ｂ）は、スクリーンに赤外光が照射されていないとき（ＯＦＦ状態）の信号強度を示している。それぞれのピクセルに赤外光が照射されていないときの信号強度が示されている。
これら図８（ａ）（ｂ）で表される信号強度の差分を取ると（ｃ）のようになる。これにある一定のしきい値を設けることで、赤外光が照射されているセンサーと照射されていないセンサーを特定することができる。これを、受信装置で撮影した領域全体で行うことで、パターンを認識することができ、そのパターンをデコードすることで、非可視画像のディジタル情報を得ることができる。

本例では、赤外光が照射されているときと照射されていないときの差分を取ることで、微弱信号であっても十分なコントラスト差を取ることができ、外光に対する雑音による影響を軽減することができる。可視画像と非可視画像はそれぞれ独立に表示できるシステムを採用しているので、可視画像を表示したまま非可視画像をオンオフすることはもちろん可能で、この動作を高速に行うことができる。つまり、外光の変化よりも、ＯＮ−ＯＦＦの動作を高速にすれば、より効果的に雑音の影響を除去することができる。赤外光の出力が可視光に対して小さい場合でも、その差の積分値を取ることで、ＯＮ−ＯＦＦの差分を見分けることができる。
また、非可視画像のＯＮ−ＯＦＦ作業は人間の目に映らないので、心理的なストレスを感じさせることがない。また、可視光を高速に点滅させるのとは異なり、無意識にも認知できないので、サブリミナルな効果による心的圧迫感を与えることもない。
一方、受信装置では非可視画像のＯＮ−ＯＦＦを認識できるので、可視画像と非可視画像が合成された出力と、可視画像だけの出力の差分を取ることで、効果的に非可視画像を抽出することができる。
このＯＮ−ＯＦＦのタイミングは予め提供されたタイミングでも良いし、情報を与えたい人にだけ暗号としてＯＮ−ＯＦＦのタイミングを利用しても良い。また、このタイミングは一定間隔でなくても良く、送信側と受信側とで同期が取れていれば良い。

［光源の説明］
次に表示装置の光源について説明する。可視画像と非可視画像を形成する可視光源、非可視光源には、ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザ（ＬＤ）などを用いる。これらは、装置の大きさ、コストなどで決定される。
光源の組み合わせとして、可視画像を形成する可視光源には、一般的に用いられている高圧水銀ランプにより波長を分離する方式を用い、非可視画像を形成する非可視光源には発光ダイオードや半導体レーザを用いるのが効果的である。非可視光源として用いる発光ダイオードや半導体レーザの波長は、７８０ｎｍや８５０ｎｍといった赤外の波長を用いる。これらの波長の光源は、赤外線通信や光ディスクに用いられている波長であるので、極めて一般的な光源であり、照射強度も大きくすることが比較的容易である。
通常、光源として半導体レーザを用いると、スペックルと呼ばれる独特の現象により、見にくい画像が形成され、そのスペックルを除去する対策が必要となるが、本例では、非可視画像がコードであるために、鮮明な画像を必要としない。このため、非可視画像のスペックル除去という対策をとる必要がなく、コードが受信機側で認識できれば、デコードすることで、ユーザーに必要な情報を正確にストレスなく伝えることができる。
非可視画像を形成する非可視光源として、７８０ｎｍ近傍や８５０ｎｍ近傍の発振波長を持つ面発光レーザを用いることができる。半導体レーザや発光ダイオードは発光の波長範囲が極めて限定的なので、複数の波長を分離して用いることができる。前述の７８０ｎｍ近傍の発振波長を持つ半導体レーザであれば、７８０ｎｍ、７９０ｎｍ、８００ｎｍといった３波長を発光する半導体レーザを用いて、３種類の異なる非可視画像を照射することで、データ伝送量を向上させることが可能となる。

また、可視画像自体を形成する可視光源を発光ダイオードや半導体レーザを用いて形成することができる。可視光として赤色、緑色、青色の発光ダイオードを用いる。赤色の発光ダイオードとしては、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）をベース材料とした発光ダイオードで、発光波長は６３０ｎｍ付近の光源を、緑色と青色の発光ダイオードとしては窒化ガリウム（ＧａＮ）をベース材料とし、発光波長を５３０ｎｍ付近、４６０ｎｍ付近とした光源を用いる。
また、可視光源として半導体レーザを用いることができる。可視光の半導体レーザとしては、発光ダイオードと同様に赤色はガリウム砒素をベースとした半導体レーザで、レーザ発振波長を６５０ｎｍ近傍としたものを用いる。緑色と青色は窒化ガリウムをベース材料とし、発振波長を５３０ｎｍ近傍、４６０ｎｍ近傍としたものを用いる。
また、可視光源として青色と緑色に波長変換素子を用いたレーザを採用することができる。緑色は、１０６４ｎｍの発振波長を持つ固体レーザや、１０６０ｎｍ近傍に発振波長を持つ半導体レーザと、周期分極反転をさせたマグネシウムドープニオブ酸リチウムやタンタル酸リチウムを組み合わせた波長変換レーザにより５３０ｎｍ近傍の発振波長を持つレーザを用いることにより実現される。青色も同様に９００ｎｍ近傍に発振波長を持つ半導体レーザと波長変換素子を組み合わせた構造を持つレーザで実現しても良い。ここで用いる半導体レーザは、発振波長の調整ができる分布帰還型（Distributed Feed-back:DFB）レーザや分布ブラッグ反射型（Distributed Bragg Reflector:DBR）レーザを用いることにより、周期分極反転波長変換素子の変換効率を保つように調整する構造を用いても良い。

［赤外光を同時にセンシングする撮像素子の説明］
次に受信機について説明する。受信機の撮像素子は、前述のようにＣＭＯＳセンサーやＣＣＤセンサーを用いることができる。これらは各ピクセルが、ＲＧＢのそれぞれの色に反応するように、色フィルターを設けられている。通常は４ピクセルでＲ、Ｇ、Ｂを判別している。ここで、非可視画像が赤外光によって形成されることを仮定し、この４ピクセルのうち１ピクセルを赤外光（Ｉ）に反応するように色フィルターを設けた撮像素子を用いることで、ひとつの撮像素子で、より正確にセンシングさせる方式を採っても良い。

［実施例１］
［具体的な構成：透過型液晶を用いた場合］
次に表示装置の第１の実施例について説明する。図９は第１の実施例に係る表示装置を示す模式図である。この表示装置９００は、画像形成手段として透過型液晶を用いたものである。表示装置９００は、高圧水銀ランプ、インテグレーターや偏光変換素子などで構成されている可視光源９０１と、可視光源９０１からの光を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の波長に色分離する反射ミラー群であるダイクロイックミラー９０２、９０３、９０４、９０５、９０６と、透過型液晶を用いた画像形成装置９０７Ｒ、９０７Ｇ、９０７Ｂと、色合成プリズム９０８とを備える。画像形成装置９０７Ｒ、９０７Ｇ、９０７Ｂでは、それぞれダイクロイックミラー９０２、９０３、９０４、９０５、９０６で分離された各色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対して画像が形成される。これら各色の画像は、色合成プリズム９０８で合成され、可視画像が形成される。

また、表示装置９００には、非可視画像を形成するための非可視光源９０９と、レンズ９１０と、２次元コード生成手段９１１と、非可視画像形成手段である透過型液晶９１２と光合成プリズム９１３とを備える。非可視光源９０９は、赤外光を発光するＬＥＤであり、非可視光源９０９からの非可視光である赤外光は、レンズ９１０によってコリメートされた後、透過型液晶９１２により空間的に変調される。このとき、２次元コード生成手段９１１により形成された２次元コードの信号が透過型液晶に与えられることで、２次元コードの空間パターンが形成され、非可視画像が形成される。
そして、表示装置９００は、投射レンズ９１４を備えており、形成された非可視画像は、光合成プリズム９１３によって、前記可視画像に重ね合わせされ、投射レンズ９１４によりスクリーンに投射される。
ここで、可視画像を形成する光源は高圧水銀ランプとしたが、ＲＧＢの光を発光するＬＥＤでも良く、ＬＥＤを用いると色分離フィルターを必要としないので、小型の表示システムが構成可能である。
このようにして形成された可視画像と非可視画像を受信装置で撮影することにより、可視画像のデータと、それに対する付加情報を得ることができるようになる。

［実施例２］
［具体的な構成：反射型液晶素子を用いた場合］
次に表示装置の第２の実施例について説明する。図１０は第２の実施例に係る表示装置を示す模式図である。この表示装置１０００は、画像形成手段として反射型液晶素子を用いたものである。表示装置１０００は、ＬＥＤ光源である可視光源１００１Ｒ、１００１Ｇ、１００１Ｂを備える。本例では、ここでは、ＲＧＢのＬＥＤを用いた方式を示しているが、可視画像を形成する光源としては、前述の高圧水銀ランプ、インテグレーター、偏光変換素子、色分離フィルターを用いた光学系でも良い。また、表示装置１０００は、赤外光の波長を持つＬＥＤである非可視光源１００１Ｉを備える。
更に、表示装置１０００は、コリメータレンズ１００２Ｒ、１００２Ｇ、１００２Ｂ、１００２Ｉを備える。可視光源１００１Ｒ、１００１Ｇ、１００１Ｂから出た可視光は、コリメータレンズ１００２Ｒ、１００２Ｇ、１００２Ｂでコリメートされ、偏光変換素子１００３Ｒ、１００３Ｇ、１００３Ｂによって偏光が一方向に揃えられる。それらの光が、偏光プリズム１００４Ｒ、１００４Ｇ、１００４Ｂを介して、反射型液晶素子１００５Ｒ、１００５Ｇ、１００５Ｂに照射されることで、それぞれの色に対応した画像を形成される。形成された画像は色合成プリズム１００６によって合成され、投射レンズ１００７によって可視画像が投影される。

また、非可視光源１００１Ｉからの赤外光は、コリメータレンズ１００２Ｉによりコリメートされ、偏光変換素子１００３Ｉによって偏光が一方向に揃えられる。その光が、偏向プリズム１００４Ｉを介して、反射型液晶素子１００５Ｉに照射されることで、非可視画像を形成する。本例では、反射型液晶素子１００５Ｉには、２次元コード生成手段１００８が配置され、この２次元コード生成手段１００８により形成された信号が反射型液晶素子１００５Ｉに付与されることにより２次元コードが形成される。形成された非可視画像は色合成プリズム１００９によって、可視画像に重ね合わせされ投射レンズ１００７によって、スクリーンに照射される。
ここでは、非可光源として１つのＬＥＤを使用した例を示したが、複数のＬＥＤを用いて非可視画像を形成しても良い。また、例えば、色合成プリズム１００９の反対側の面を用いて２種類のコードを表示することもできる。
また、色合成プリズム１００６、１００９を立方体構造としたが、使用している４面以外の面を用いて非可視画像を合成する方法や、色合成プリズムを多面体構造にして、ひとつの素子で可視画像と非可視画像を合成することもできる。

［実施例３］
［具体的な構成：マイクロミラーアレーを用いた場合］
次に表示装置の第３の実施例について説明する。図１１は第３の実施例に係る表示装置を示すものであり、（ａ）は表示装置の構成を示す模式図、（ｂ）はＲＧＢ各色の光源の点灯状態を示すタイミングチャートである。本例に係る表示装置１１００は、画像表示手段としてマイクロミラーアレーを用いたものである。
表示装置１１００には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色の光を順次発光する発光ダイオードで構成された可視光源１１０１Ｒ、１１０１Ｇ、１１０１Ｂを備える。なお、発光ダイオードを順次点灯させる代わりにカラーホイールにより各色の可視光を出力するようにして可視画像を形成するようにすることができる。
また、表示装置１１００には、赤外波長を発光する発光ダイオード又は半導体レーザ光源で構成された非可視光源１１０１Ｉと、コリメータレンズ１１０２Ｉと備える。また、非可視光源１１０１Ｉには、２次元コード生成手段１００７が配置され、２次元コードの画像データ情報が付与される。
可視光源１１０１Ｒ、１１０１Ｇ、１１０１Ｂからの光はコリメータレンズ１１０２Ｒ、１１０２Ｇ、１１０２Ｂでコリメートされ、色合成プリズム１１０３、１１０４で同軸上に伝送される。同様に非可視光源１１０１Ｉからの赤外光は、コリメータレンズ１１０２Iでコリメートされ、色合成プリズム１１０３で前記可視光と同軸上に伝送される。

そして、表示装置１１００には、マイクロミラーアレー１１０５を備え、可視画像及び非可視画像は、前記可視光と非可視光がマイクロミラーアレー１１０５の各マイクロミラーのオンオフされることによって形成される。そして、投射レンズ１１０６によってスクリーンに投影される。
マイクロミラーアレー１１０５の画像形成時間は、数１０μｓと、液晶素子と比較して極めて早く、またＬＥＤ光源やＬＤ光源のオンオフ時間もｎｓであるために、極めて高速な画像形成を実現できる。そのため、図１１（ｂ）に示すように、それぞれの光源が高速に点滅し、それにあわせてマイクロミラーアレー１１０５で画像を形成することで、可視画像と非可視画像を一括して、同じ領域に表示することが可能である。
それぞれの光源に対する表示時間は短いが、可視画像は人間の目の残像効果を用いるので、ストレスなく画像が表示される。また、非可視画像に対しては、数千分の１秒程度の表示時間でも、撮像素子にとっては十分長い時間であり、高速で受光しなくてはいけない可視光パルスでの伝送と比較しても、光量を十分にとることができるので、雑音に強いデータ伝送が可能となることが本発明の特徴である。

［実施例４］
次に表示装置の第４の実施例について説明する。図１２は第４の実施例に係る表示装置を示すものである。本例に係る表示装置１２００は、レーザと２軸可動マイクロミラーを用いたものである。
表示装置１２００は、は可視画像を形成するための赤色、緑色、青色を発光するレーザ光源である可視光源１２０１Ｒ、１２０１Ｇ、１２０１Ｂと、非可視画像を形成するための赤外光を発光するレーザ光源である非可視光源１２０１Ｉとを備える。また、表示装置１２００は、可視光源１２０１Ｒ、１２０１Ｇ、１２０１Ｂをコリメートするコリメータレンズ１２０２Ｒ、１２０２Ｇ、１２０２Ｂ、１２０２Ｉと、可視光線及び非可視光線を同軸に伝送する色合成プリズム１２０３、１２０４とを備える。
可視光源１２０１Ｒ、１２０１Ｂは、それぞれガリウム砒素、窒化ガリウムをベースとした６５０ｎｍ、４６０ｎｍ近傍を発振波長とする直接発光型の半導体レーザである。可視光源１２０１Ｇは、１０６０ｎｍ近傍の発振波長を持ち、高速で発振波長を制御できるＤＢＲ半導体レーザ１２０５と、周期分極反転構造が形成されたマグネシウム添付ニオブ酸リチウム結晶１２０６との組み合わせで構成され、５３０ｎｍ近傍のレーザ光を出力する。非可視光源１２０１Ｉとしては、７８０ｎｍ近傍で発振する半導体レーザを用いる。
可視光線と非可視光線はそれぞれ、２軸可動マイクロミラー１２０７に照射される。この２軸可動マイクロミラーは、水平方向に数１０ｋＨｚ、垂直方向に数１０Ｈｚで駆動され、スクリーンに光をラスタースキャンすることで画像を形成することができる。マイクロミラーに、赤色、緑色、青色、赤外光を高速で照射することで可視画像と非可視画像を形成する。非可視画像データは２次元コード生成手段１２０８により画像が形成される。ここでは、データ生成手段によって生成された画像に沿って半導体レーザを高速にスキャンすることにより形成できる。

可視光源１２０１Ｒ、１２０１Ｇ、１２０１Ｂにおいてそれぞれ赤色、緑色、青色の強度を変化させることで、色と諧調が調整されるが、同時に非可視光源１２０１Ｉから赤外光が照射されても人の目に見える可視画像に影響を与えない。また、赤色、緑色、青色よりも赤外光の照射パワーを抑えることや、可視画像よりも高速なパターン変化を行うことで、赤外光によるミラーの温度上昇などの不具合を抑えることができる。
画像形成に際してひとつのレーザスキャン素子を用いる場合は、必ずラスタースキャンしなくてはならないので、１点のパルス伝送ではデータ伝送効率を上げることができない。よって、本発明のように画像にデータ伝送コードを用いることでデータ伝送効率を向上させることができる。また、レーザ光はスクリーンに投影されることが前提であるので、見えない光を直接データ伝送に用いることもないため、レーザ光による安全基準をクリアーすることも比較的容易である。データ伝送に使用しない赤外光を距離計測などの特殊機能のために持ちることにより、投射されるスクリーンまでの距離を計測し、正確な投影を実現できることに利用できる。
以上に示した各実施例はすべて、可視画像と非可視画像の光軸が揃っていることが特徴であり、見えない光に対する光軸調整は必要としない。

本発明に係る表示装置は、次の場面で利用することができる。
本発明に係る表示装置は、電子広告に利用することができる。広告として表示したい商品の注目部分や必要情報（商品の写真や特徴、金額）だけを、この表示装置によりショーウィンドウに可視画像として表示する。非可視画像では、その商品の細かい付加情報を与えるデータを表示しておく。ユーザーは気に入った商品を選んで、その情報を撮影することで、商品の詳しい情報を得ることができ、購入の参考にすることができる。
また、本発明に係る表示装置は、チケット販売に利用することができる。チケット購入など予約が必要な場合、可視画像で表示された所望のチケットに対して、非可視画像でその予約状況などを確かめることができる。
この場合、内容を変更が容易な表示装置で画像が表示されるので、印刷による情報提供と比較して、よりタイムリーな情報をユーザーに与えることが可能となり、更に提供側では説明員の配置が不要となる他、詳しい情報を印刷した冊子を配布する必要がなくなることでの環境への負荷軽減が期待できる。

更に本発明に係る表示装置は、電子地図などに利用することができる。例えば、可視画像でショッピングモールの店舗配置地図を表示させ、店舗を検索し、非可視画像でその店舗の詳しいデータを付加情報として表示する。地図が表示装置により電子的に表示されていると、印刷により表示されているものと比較して、簡単な操作で地図の拡大縮小や中心への移動ができる利点がある。また、変更も容易であるので、変更に要する時間やコストを削減できる。携帯端末での通信による地図表示も一般的になりつつあるが、携帯端末では画面が小さいために、検索効率は悪く、限定的な使い方になる。大画面で表示されているものから絞り込んでいくことで、検索効率が上げる。非可視画像として、地図上の店舗情報を与えておけば、ユーザーは店舗を撮影することで、その店舗の詳しい情報を得ることができる。

また、本発明に係る表示装置は、ビデオゲーム表示にも使うことができる。ビデオゲームでは、複数の人間で通信して遊ぶ方式のものがある。例えばアイテム交換などを行うときに、この表示素子を用いると、スクリーンに表示されたアイテム一覧を表示しながら、非可視画像でそのアイテムデータを表示させておくことができるので、別のゲーム機に付随しているカメラで撮影するだけで得ることができるようになる。
更に、本発明に係る表示装置は、ビジネス用として使うことができる。近年ビジネスでは、表示装置によるプレゼンテーションが一般的になりつつある。プレゼンテーションで使用した情報を相手に与えるためには、その電子データを電子メールなどの通信手段や記録媒体で与える必要があるが、不要なデータを含めて与えてしまったり、データの選別などの煩雑な作業が必要となったりする。また、与えたくない情報を一方的に撮影されても、セキュリティー上の問題が出てきてしまう。そこで、本発明の表示素子を用いることで、与えたい情報を与えたい人にだけ提供することが可能となる。

実施の形態例に係る表示装置の構成を示す模式図である。 表示装置を使用した状態を示す概略図であり、（ａ）は可視光像の読取状態を示す図、（ｂ）は非可視光像の読取状態を示す図である。 スクリーンへの表示上状態を示す模式図であり、（ａ）は可視像、（ｂ）は非可視像、（ｃ）はカメラの撮影像を示すものである。 （ａ）及び（ｂ）は、データコードの一例を示す模式図である。 データコードを時間的に変化させて情報量を増加させる例を示す模式図である。 データコードに波長変化を与えて情報量を増加させる例を示す模式図である。 データコードに階調変化を与えて情報量を増加させる例を示す模式図である。 （ａ）（ｂ）及び（ｃ）は、データ受信の方法を示す模式図である。 第１の実施例に係る表示装置を示す模式図である。 第２の実施例に係る表示装置を示す模式図である。 第３の実施例に係る表示装置を示すものであり、（ａ）は表示装置の構成を示す模式図、（ｂ）はＲＧＢ各色の光源の点灯状態を示すタイミングチャートである。 第４の実施例に係る表示装置を示す模式図である。

符号の説明

１００ 表示装置、１０１ 可視光源、１０２ 可視光画像形成手段、１０３ 非可視光源、１０４ 非可視画像形成手段、１０５ 画像合成手段、１０６ データコード生成手段、２０１ 表示装置、２０２ スクリーン、２０３ 可視画像、２０４ 非可視画像
２０５ 目、２０６ カメラ、３０１ｉ、３０２ｉ、３０３ｉ、３０４ｉ データコード
３０１ｖ、３０２ｖ、３０３ｖ、３０４ｖ 情報、５０１ ２次元コード、５０２、５０３、５０４、５０５、５０６ ２次元コード、７０１ ２次元コード、９００ 表示装置
９０１ 可視光源、９０２、９０３、９０４、９０５、９０６ ダイクロイックミラー
９０７Ｒ、９０７Ｇ、９０７Ｂ 画像形成装置、９０８ 色合成プリズム、９０９ 非可視光源、９１０ レンズ、９１１ ２次元コード形成機構、９１２ 透過型液晶、９１３ 光合成プリズム、９１４ 投射レンズ、１０００ 表示装置、１００１Ｒ、１００１Ｇ、１００１Ｂ 可視光源、１００１Ｉ 非可視光源、１００２Ｒ、１００２Ｇ、１００２Ｂ コリメータレンズ、１００２Ｉ コリメータレンズ、１００３Ｒ、１００３Ｇ、１００３Ｂ 偏光変換素子、１００３Ｉ 偏光変換素子、１００４Ｒ、１００４Ｇ、１００４Ｂ 偏光プリズム、１００４Ｉ 偏向プリズム、１００５Ｒ、１００５Ｇ、１００５Ｂ 反射型液晶素子、１００５Ｉ 反射型液晶素子、１００６ 色合成プリズム、１００７ 投射レンズ、１００８ ２次元コード生成手段、１００９ 色合成プリズム、１１００ 表示装置、１１０１Ｒ、１１０１Ｇ、１１０１Ｂ 可視光源、１１０１Ｉ 非可視光源、１１０２I コリメータレンズ、１１０２Ｒ、１１０２Ｇ、１１０２Ｂ コリメータレンズ、１１０３、１１０４ 色合成プリズム、１１０５ マイクロミラーアレー、１１０６ 投射レンズ、１２００ 表示装置、１２０１Ｒ、１２０１Ｇ、１２０１Ｂ 可視光源、１２０１Ｉ 非可視光源、１２０２Ｒ、１２０２Ｇ、１２０２Ｂ、１２０２Ｉ メータレンズ、１２０３、１２０４ 色合成プリズム、１２０５ 型半導体レーザ、１２０６ マグネシウム添付ニオブ酸リチウム結晶、１２０７ ２軸可動マイクロミラー

Claims (10)

1. 可視光を発光する１以上の可視光源と、
   前記可視光を空間的に変調することにより生成される可視画像を形成する可視画像形成手段と、
   可視光以外である非可視光を発光する１以上の非可視光源と、
   前記非可視光を空間的に変調することにより生成される非可視画像を形成する非可視画像形成手段と、
   前記可視画像と前記非可視画像を同一領域に向け照射する照射手段と、
   を備える表示装置において、
   前記非可視画像形成手段に１次元又は２次元のデータコード画像を形成させるデータコード生成手段を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記データコード生成手段は、時間経過に伴って異なるデータコードを出力することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. ２種以上の波長の非可視光を出力する非可視光源を備え、前記非可視画像形成手段は２種以上の波長の非可視光に基づいて非可視画像を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の表示装置。
4. 前記データコード生成手段は、強度変調によりデータコードを表示すること特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の表示装置。
5. 前記データコード生成手段は、非可視画像によるデータコードの表示と、非表示を交互に行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の表示装置。
6. 前記可視光源及び前記非可視光源のうち少なくも一方の光源は、発光ダイオード又は半導体レーザであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の表示装置。
7. 前記可視画像形成手段及び前記非可視画像形成手段のうち少なくとも一方の画像形成手段は、透過型液晶パネルを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の表示装置。
8. 前記可視画像形成手段及び前記非可視画像形成手段のうち少なくとも一方の画像形成手段は、反射型液晶パネルを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の表示装置。
9. 前記可視画像形成手段及び前記非可視画像形成手段のうち少なくとも一方の画像形成手段は、マイクロミラーアレーを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の表示装置。
10. 前記可視光源及び前記非可視光源の少なくとも一方の光源がレーザであり、
    前記可視光画像形成手段及び前記非可視画像形成手段の少なくとも一方の画像形成装置が２軸方向に稼動するマイクロミラー素子を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項記載の表示装置。

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