JP2014142492A - Display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、映像を表示する表示装置に関する。 The present invention relates to a display device that displays an image.
従来からプロジェクタ等の光源からの投影映像をスクリーン(投影面)に投影して映像を表示する表示装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, display devices that display a video by projecting a video projected from a light source such as a projector onto a screen (projection surface) are known.
例えば、特許文献1には、光の散乱と透過状態を切り換え可能スクリーンに対して、空間光変調器と拡大投射光学系によって表示画像を投射することが記載されている。また、特許文献2には、画像の奥行き情報を基に、画像領域に対応するスクリーンの分割領域毎に駆動する画像表示装置が記載されており、投影原理は特許文献1と同様に空間光変調器と拡大投射光学系によって表示画像を投射することが記載されている。
For example,
特許文献1の場合、観察者が表示画像を観察する際に、投射された光がスクリーンで完全拡散状態となれば問題は発生しないが、万が一スクリーンにおける光の拡散状態が完全拡散状態にならず直線透過光が残留する場合、観察者の視点と拡大投射光学系とを結ぶ光路と、スクリーンと、が交わる場所が、観察者にとって非常にまぶしい輝点として観察される。特許文献2の場合も、投射された光がスクリーンで完全拡散状態にならず直線透過光が残留すると、観察者の視線と画像投射装置から投射させる光線の光軸が一致する位置に、観察者にとって非常にまぶしい輝点が観察される。
In the case of
つまり、特許文献1、2では、映像光がその投影領域を拡大しながら投射されるために、観察者にとって非常にまぶしい輝点として観察される領域が大きくなってしまうという問題があった。
That is, in
そこで、本発明は、上述した問題に鑑み、例えば、非常にまぶしい輝点等が観察される領域を小さくすることができる表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a display device that can reduce a region where, for example, very bright luminescent spots are observed.
上記課題を解決するために、請求項1に記載された発明は、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーンと、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、を有し、所定の結像面で結像するよう投射された映像光の前記結像面と前記スクリーンとが前記反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられていることを特徴とする表示装置である。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
請求項3に記載された発明は、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーンと、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、投射されたレーザ光からなる映像光の焦点位置に設けられた光拡散部材と、を有し、前記光拡散部材と前記スクリーンとが前記反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられていることを特徴とする表示装置である。 According to a third aspect of the present invention, a screen capable of switching between a transmissive state and a scattering state with respect to visible light, and a light beam incident in a convergent or divergent state with respect to its own element surface are symmetrical with respect to the element surface. A plate-like reflection-type plane-symmetric imaging element that emits in a divergent or converged state, and a light diffusing member provided at a focal position of image light composed of projected laser light, the light diffusing member and the The display device is characterized in that a screen is positioned in plane symmetry with respect to the reflection-type plane-symmetric imaging element.
以下、本発明の一実施形態にかかる表示装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる表示装置は、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーンと、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、を有している。そして、所定の結像面で結像するよう投射された映像光の結像面とスクリーンとが反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられている。このようにすることにより、反射型面対称結像素子が発散状態で入射した映像光を収束状態にして射出することができるので、スクリーンには収束光として投射される。したがって、非常にまぶしい輝点等が観察される領域を小さくすることができる。 Hereinafter, a display device according to an embodiment of the present invention will be described. A display device according to an embodiment of the present invention includes a screen capable of switching between a transmission state and a scattering state with respect to visible light, and a light beam incident on the element surface in a convergent or divergent state with respect to the element surface. And a plate-like reflection-type plane-symmetric imaging element that emits light in a divergent or convergent state. Then, the imaging plane of the image light projected so as to form an image on a predetermined imaging plane and the screen are positioned symmetrically with respect to the reflective plane-symmetric imaging element. By doing so, the image light incident in the divergent state of the reflective surface-symmetric imaging element can be emitted in a converged state, and thus projected onto the screen as convergent light. Therefore, it is possible to reduce a region where a very bright luminescent spot or the like is observed.
また、結像面に光拡散部材が設けられていてもよい。このようにすることにより、投影光はさらに拡散度合いが強くなって反射型面対称結像素子に入射する。そのため、視野角が拡大すると同時に、万が一まぶしい輝点が観察された場合にもその明るさを従来よりも低減させることができる。 In addition, a light diffusing member may be provided on the imaging surface. By doing so, the projection light is further diffused and enters the reflection-type plane-symmetric imaging element. Therefore, at the same time as the viewing angle is expanded, even when a bright spot is observed, the brightness can be reduced as compared with the conventional case.
また、本発明の他の実施形態にかかる表示装置は、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーンと、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、投射されたレーザ光からなる映像光の焦点位置に設けられた光拡散部材と、を有している。そして、光拡散部材と前記スクリーンとが反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられている。このようにすることにより、映像光がレーザ光であっても、光拡散部材で発散光とすることができ、反射型面対称結像素子が発散状態で入射した映像光を収束状態にして射出することができるので、スクリーンには収束光として投射される。したがって、非常にまぶしい輝点等が観察される領域を小さくすることができる。また、光拡散部材を設けることによって、視野角が拡大すると同時に、万が一まぶしい輝点が観察された場合にもその明るさを従来よりも低減させることができる。 A display device according to another embodiment of the present invention includes a screen capable of switching between a transmission state and a scattering state with respect to visible light, and a light beam incident on the element surface in a convergent or divergent state. A plate-like reflection type plane-symmetric imaging element that radiates or converges symmetrically with respect to the element surface, and a light diffusion member provided at the focal position of the image light composed of the projected laser light . The light diffusing member and the screen are positioned in plane symmetry with respect to the reflection type plane symmetric imaging element. In this way, even if the image light is laser light, it can be diverged by the light diffusing member, and the reflection type plane-symmetric imaging element converges and emits the incident image light. Can be projected on the screen as convergent light. Therefore, it is possible to reduce a region where a very bright luminescent spot or the like is observed. In addition, by providing the light diffusing member, the viewing angle is widened, and at the same time, when a bright spot is observed, the brightness can be reduced as compared with the conventional case.
また、反射型面対称結像素子は、直方体状のミラー部材が複数接合されて構成されたミラーシートが2層積層され、該2層のうちの第1層の前記ミラー部材の長手方向と第2層のミラー部材の長手方向とが直交するように積層されていてもよい。このようにすることにより、入射した光束は第1層と第2層の2回反射されて出射するので、発散状態で入射した光束は2回の反射により収束光に変換されて出射される。また、直方体状のミラー部材を2層積層することでよいので構造が単純であり、製造が容易となる。 The reflective surface-symmetric imaging element has two layers of mirror sheets formed by joining a plurality of rectangular parallelepiped mirror members, and the longitudinal direction of the mirror member in the first layer of the two layers You may laminate | stack so that the longitudinal direction of a two-layer mirror member may orthogonally cross. By doing so, the incident light beam is reflected and emitted twice by the first layer and the second layer, so that the light beam incident in the divergent state is converted into convergent light by the two reflections and emitted. Further, since it is sufficient to laminate two layers of rectangular parallelepiped mirror members, the structure is simple and the manufacture is facilitated.
また、スクリーンの透過状態と散乱状態とを所定の周期で交互に切り替える制御手段を有してもよい。このようにすることにより、スクリーンの表示とスクリーン越しの背景等の観察を交互に行うことができるので、それぞれの表示や観察を時分割で行うことができる。したがって、スクリーンに表示された映像と背景等を実質的に同時に観察することができる。 Moreover, you may have a control means which switches alternately the permeation | transmission state and scattering state of a screen with a predetermined period. By doing in this way, since the display of a screen and the observation of the background over a screen, etc. can be performed alternately, each display and observation can be performed by time division. Therefore, the image displayed on the screen and the background can be observed substantially simultaneously.
また、反射型面対称結像素子に対して映像光の投射口と面対称となる位置に、光を遮る遮光手段が設置されていてもよい。このようにすることにより、収束光の収束点を越えて発散しようとする光を遮蔽することができる。 In addition, a light shielding means for blocking light may be installed at a position that is plane-symmetric with the projection port of the image light with respect to the reflective surface-symmetric imaging element. By doing in this way, the light which is going to diverge beyond the convergence point of convergent light can be shielded.
また、結像面で結像または焦点位置で形成される映像とスクリーンに投射される映像が同じ大きさ、かつ、結像面で結像または焦点位置で形成される映像とスクリーンに投射される映像が面対称の関係となっている。したがって、結像面で結像または焦点位置で形成される映像と反射型面対称結像素子の位置関係を調整することで、使用者から見てスクリーンに正しく映像が表示される。 Also, the image formed on the image plane or the image formed at the focal position and the image projected on the screen are the same size, and the image formed on the image plane or formed at the focal position is projected on the screen. The image has a symmetrical relationship. Therefore, by adjusting the positional relationship between the image formed on the imaging plane or at the focal position and the reflective plane-symmetric imaging element, the image is correctly displayed on the screen as viewed from the user.
本発明の第1の実施例にかかる表示装置1を図1乃至図13を参照して説明する。表示装置1は図1に示すように、プロジェクタ11と、スクリーン21と、同期制御部31と、反射型面対称結像素子41と、筐体51と、を備えている。プロジェクタ11と、スクリーン21と、同期制御部31とは、プロジェクタ11の映像光(投影映像)を投射(投影)して、スクリーン21(投影面)で透過散乱する透過型プロジェクション装置である。
A
プロジェクタ11は、筐体51内に配置されている。プロジェクタ11は、スクリーン21へ映像情報により変調された映像光を投射できるものであればよい。なお、映像情報は、プロジェクタ11に入力される映像信号から得られる。プロジェクタ11には、動画の映像信号だけでなく静止画の映像信号が入力されてもよい。また、プロジェクタ11は、スクリーン21に表示される映像に対して上下が反転した鏡映像が出射されている。即ち、結像面61に結像する映像とスクリーン21に投射される映像が面対称の関係となっている。
The
スクリーン21は、筐体51の上面51aから突出している取付部51bに取り付けられている。可視光に対して透過状態と散乱状態とが切り替え可能となっており、透過状態の際にはスクリーン21を通して背景を観察することができ、散乱状態の際にはプロジェクタ11から投射される映像光を表示することができる。
The
図2に、光学状態を制御可能なスクリーン21の模式的な断面図を示す。図2に示したスクリーン21は、一対の透明なガラス基板23,24の間に液晶を含む複合材料を挟み込んだ光学層である調光部25を有する。一方のガラス基板24の調光部25側には、全面に対向電極26が形成される。他方のガラス基板23の調光部25側には、全面に制御電極27が形成される。なお、電極26、27と調光部25との間に、絶縁体からなる中間層を形成してもよい。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
スクリーン21は、電圧の印加により光学状態を変化できる素子や材料により構成された調光部25を備えている。調光部25の光学状態は、散乱状態が映像を表示する状態であり、それよりも入射光の散乱が小さく且つ光線の直線透過率が高い透明な透過状態が映像を表示しない非映像表示状態である。調光部25は、対向電極26と制御電極27との間に配置される。即ち、調光部25は、2つの電極間に挟持され、2つの電極間に印加された電圧によって光学状態を透過状態と散乱状態とに切り替え可能である。
The
調光部25には、光学状態を散乱状態と透過状態とを切り替えることができるもの、例えば、高分子中にネマティック液晶ドメインを分布させた所謂高分子分散液晶(PDLC)を用いることができる。また、電圧を印加しない状態において高分子ネットワークがドメインを形成する液晶分子の配向と関連付けられている複合材料を用いれば、より良好な光学状態を実現できる。 As the light control unit 25, one that can switch an optical state between a scattering state and a transmission state, for example, a so-called polymer dispersed liquid crystal (PDLC) in which nematic liquid crystal domains are distributed in a polymer can be used. In addition, a better optical state can be realized by using a composite material that is associated with the orientation of liquid crystal molecules in which a polymer network forms domains in a state where no voltage is applied.
PDLCを用いた例としては、光重合性モノマー、ネマティック液晶及び重合開始材料を適量混合し、調光部材を構成するガラスや樹脂の5から50ミクロン程度の基板間に配置せしめ、モノマーと液晶が相分離する温度など条件において紫外線を照射することで、高分子中に液晶ドメインを分散させることができる。この場合、通常電圧を印加しない場合に高分子と液晶の屈折率差による散乱が大きく、電場により液晶を配列させた場合に基板法線方向の屈折率差が小さくなるように設計され、ノーマルモードと呼ばれる。この他、ネマティック液晶を含むカプセルをモノマー及び重合開始剤と混合したものを用いることもできる。 As an example using PDLC, a suitable amount of photopolymerizable monomer, nematic liquid crystal and polymerization initiating material are mixed and placed between 5 and 50 micron substrates of glass or resin constituting the light control member. The liquid crystal domain can be dispersed in the polymer by irradiating with ultraviolet rays under conditions such as phase separation temperature. In this case, the normal mode is designed so that the scattering due to the refractive index difference between the polymer and the liquid crystal is large when no voltage is applied, and the refractive index difference in the substrate normal direction is small when the liquid crystal is aligned by an electric field. Called. In addition, it is also possible to use a capsule containing a nematic liquid crystal mixed with a monomer and a polymerization initiator.
電圧を印加しない状態において高分子ネットワークがドメインを形成する液晶分子の配向と関連付けられている複合材料としては、光重合性モノマーが液晶の性質を保有している。基板はラビングなど配向処理がなされ、基板間に配置された混合材料は配向処理に基づいた配列をもつ。この状態で紫外線を照射することで、電圧を印加しない場合に上記初期配列となり、電圧を印加することで液晶ドメインと高分子との屈折率差が生じることで散乱を生じる。なお一方向配列とした場合はこの配向に依存した光学特性を有するが、カイラル材を添加し初期配列にねじれを与えることで、入射光の偏光に依存しない光学特性としたものを用いることもできる。この場合、通常電圧を印加しない場合に高分子と液晶の屈折率差による散乱が小さく、電場により液晶を配列させた場合に屈折率差が大きくなるように設計され、リバースモードと呼ばれる。 As a composite material associated with the orientation of liquid crystal molecules in which a polymer network forms domains in a state where no voltage is applied, a photopolymerizable monomer has liquid crystal properties. The substrate is subjected to an alignment process such as rubbing, and the mixed material disposed between the substrates has an arrangement based on the alignment process. By irradiating ultraviolet rays in this state, the above initial arrangement is obtained when no voltage is applied, and scattering occurs due to the difference in refractive index between the liquid crystal domain and the polymer when the voltage is applied. In addition, when the unidirectional arrangement is used, it has optical characteristics depending on this orientation. However, it is also possible to use an optical characteristic that does not depend on the polarization of incident light by adding a chiral material and twisting the initial arrangement. . In this case, the scattering due to the difference in refractive index between the polymer and the liquid crystal is small when a normal voltage is not applied, and the refractive index difference is increased when the liquid crystal is aligned by an electric field, which is called a reverse mode.
即ち、ノーマルモードでは、電極間に所定の電圧を印加した場合に透過状態となり、電極間に電圧を印加しない場合に散乱状態となる。また、リバースモードでは、電極間に所定の電圧を印加した場合に散乱状態となり、電極間に電圧を印加しない場合に透過状態となる。 That is, in the normal mode, a transmission state is obtained when a predetermined voltage is applied between the electrodes, and a scattering state is obtained when no voltage is applied between the electrodes. In the reverse mode, a scattering state occurs when a predetermined voltage is applied between the electrodes, and a transmission state occurs when no voltage is applied between the electrodes.
対向電極26と制御電極27は、たとえばITO(酸化インジウム・スズ)により、透明電極として形成される。 The counter electrode 26 and the control electrode 27 are formed as transparent electrodes using, for example, ITO (indium tin oxide).
スクリーン21の例えばガラス基板24側に位置する使用者からは、スクリーン21の調光部25が散乱状態の場合は、スクリーン21は例えば白濁したように見える。一方、調光部25が透過状態の場合は、スクリーン21は透過状態のため、スクリーン21越しに背景を観察することができる。したがって、調光部25が散乱状態の場合にはスクリーン21にプロジェクタ11から投射される映像光が表示でき、透過状態の場合はスクリーン21は、背景を認識しうる透明さを有する。
For the user located on the
スクリーン21は、制御電極27と対向電極26との間に電位差を生じるように電圧が印加される。駆動波形(駆動電圧波形)としては、たとえば、一方の電極を直流状態(0ボルト)として、他方の電極に交流電圧を印加するようにしてもよいし、双方の電極に位相が反転した交流電圧を印加して電位差が生じるようにしてもよい。即ち、制御電極27と対向電極26との間に電位差を生じるように電圧が印加されると、スクリーン21がノーマルモードの場合は透過状態になり、リバースモードの場合は散乱状態になる。なお、本実施例において、スクリーン21はノーマルモード、リバースモードのいずれであってもよい。
A voltage is applied to the
制御手段としての同期制御部31は、筐体51内に配置されている。同期制御部31は、映像光が投射されるスクリーン21の調光部25を、映像光が投射されている場合は当該映像光を散乱する状態に制御し、投射されていない場合に透過状態に制御する。即ち、調光部25を散乱状態または透過状態となるように電圧を印加する。同期制御部31は、図1に示したように、プロジェクタ11とスクリーン21に接続される。同期制御部31は、プロジェクタ11の映像光の投射に同期させて、スクリーン21(調光部25)の光学状態を制御する。また、プロジェクタ11から同期制御部31へ入力される同期信号は、例えばプロジェクタ11に入力される映像信号の映像フレーム周期に同期した同期信号を用いることができる。
The
なお、同期制御部31は、CPU(Central Processing Unit)やメモリ等を備え、プログラムにより動作が制御されるコンピュータで構成されてもよいし、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などから構成された専用のハードウェアでもよい。
The
反射型面対称結像素子41は、平板状であり、筐体51の上面51aにスクリーン21とは直交するように(上面51aと平行に)配置されている。つまり、反射型面対称結像素子41は、一方の面が筐体51から露出し、他方の面が筐体51内に収容されている。反射型面対称結像素子41は、プロジェクタ11から投射された映像光が入射してスクリーン21に向かって出射される。
The reflection-type plane-
反射型面対称結像素子41の一例は、例えば、図3に示すように、各々が同数の棒状の直方体材(ミラー部材)45をその長手側面が並列に密着させることにより形成された2つのシート部(ミラーシート)43,44を有する。シート部43,44は、互いの主面同士を接着してある。
An example of the reflection-type plane-
直方体材45の長手方向に伸長した4面のうちの対向する2面は、図4に示すように、光の透過で使用する光透過面Tである。残る2面の一方は反射面であり鏡面処理を施されている。この鏡面処理は光を反射するという意味ではなく、非常に滑らかな状態にする処理である。残る2面の他方は光の吸収を行う面である。直方体材45はシート部43,44各々で100本〜20000本程度用いられる。例えば、直方体材45は、長手方向に垂直な方向、すなわち短手方向の四角形の断面の一辺が0.1〜10mm前後の透明なアクリルに代表されるプラスチック又はガラスの棒からなる。長さは投影する画像の大きさによって変化するが、100mm〜10m程度である。また、直方体材45の長手方向に伸長した1面(残りの1面の反対側の面)には光反射膜46が形成される。光反射膜46はアルミや銀の蒸着或いはスパッタなどによって形成される。その光反射膜46を形成した面とは反対側の面(残り1面)には光吸収膜47が形成され、それにより光吸収面とされる。光吸収膜47はつや消しの黒塗料などを用いたり、黒色の薄いシートを密着させて形成しても良い。
As shown in FIG. 4, two opposing surfaces among the four surfaces extending in the longitudinal direction of the
このような複数の直方体材45について、図5に示すように、1つの直方体材45の光吸収膜面と別の直方体材45の光反射膜面を密着させてシート部43,44がそれぞれ形成される。シート部43,44は、図5に示すように、直方体材45の並列方向が交差するようにいずれか一方を90度回転させた状態で貼り合わせられ、それによって反射型面対称結像素子41が形成される。即ち、ミラーシートが2層積層され、該2層のうちの第1層のミラー部材の長手方向と第2層のミラー部材の長手方向とが直交するように積層されている。シート部43の各直方体材45とシート部44の各直方体材45とが交差する部分が微小ミラーユニットを構成し、各微小ミラーユニットのシート部43の光反射膜面が第1集合体の第1光反射面であり、シート部44の光反射膜面が第2集合体の第2光反射面である。
For such a plurality of
なお、シート部43,44を形成する際に、1つの直方体材45の光吸収膜面と別の直方体材45の光反射膜面を密着させるので、光吸収膜47は光反射膜46の上に積層して形成しておいても良い。
When the
更に、直方体材45はプラスチック樹脂やガラスなどによって形成されているため、約1.5程度の屈折率を持っているが、このことによって表面反射が起こる場合がある。そこで、反射型面対称結像素子41の表裏両面に減反射コーティングを施してもよい。
Furthermore, since the
次に、図3乃至図5に示した反射型面対称結像素子41の動作原理について説明する。反射型面対称結像素子41は、上述したように微小ミラーユニットの多数配列により構成されるので、1つの微小ミラーユニットから説明する。
Next, the operation principle of the reflection-type plane-
図6は、微小ミラーユニットを概念的に説明するためのXYZ直交座標における微小ミラーユニットMuの斜視図である。微小ミラーユニットMuは素子面(XY平面)に直交する第1光反射面Mxz及び第2光反射面Myzからなる。 FIG. 6 is a perspective view of the minute mirror unit Mu in XYZ orthogonal coordinates for conceptually explaining the minute mirror unit. The minute mirror unit Mu includes a first light reflecting surface Mxz and a second light reflecting surface Myz that are orthogonal to the element surface (XY plane).
微小ミラーユニットMuにおいては、単位格子(1,1,1,)に或る点(黒丸)があるとすると、第1光反射面Mxzの鏡面に黒丸(1,−1,1,)が、第2光反射面Myzの鏡面に黒丸(−1,1,1,)が、それぞれ像空間に投影される。ここでXYZ直交座標値における−1は各軸方向の逆方向を意味し、各軸方向に垂直な平面に反転することを意味する。 In the micromirror unit Mu, if there is a certain point (black circle) in the unit cell (1, 1, 1,), the black circle (1, -1,1,) is on the mirror surface of the first light reflecting surface Mxz. Black circles (-1, 1, 1,) are respectively projected onto the image space on the mirror surface of the second light reflecting surface Myz. Here, −1 in the XYZ orthogonal coordinate values means the reverse direction of each axis direction, and means that the plane is inverted to a plane perpendicular to each axis direction.
それぞれ像空間における第1光反射面Mxzの鏡面と第2光反射面Myzの鏡面が、XYZ直交座標で有るために、黒丸(1,−1,1,)と黒丸(−1,1,1,)の像を単位格子(1,1,1,)の実空間の対角位置の空間に星印(−1,−1,1,)を投影する。 Since the mirror surface of the first light reflection surface Mxz and the mirror surface of the second light reflection surface Myz in the image space have XYZ orthogonal coordinates, the black circle (1, -1,1,) and the black circle (-1,1,1) )) Is projected on the space of the diagonal position of the real space of the unit cell (1,1,1,) with the star (-1, -1, -1,).
したがって、対角位置空間の星印(−1,−1,1,)と実空間の黒丸(1,1,1,)の関係は、黒丸の(1,1,1,)のXY軸方向の位置は星印(−1,−1,1,)のXY軸方向の位置と反転する関係にある。 Therefore, the relationship between the star (-1, 1, 1, 1) in the diagonal position space and the black circle (1, 1, 1,) in the real space is the XY axis direction of the black circle (1, 1, 1,). Is in a relationship reversed with the position of the asterisk (-1, -1, 1,) in the XY-axis direction.
図7は、Z軸方向から眺めたXY平面上の微小ミラーユニットMuの平面図である。ここでは、実空間を(1,1,1,)と、第1光反射面Mxzの鏡面による像空間を(1,−1,1,)と、第2光反射面Myzの鏡面による像空間を(−1,1,1,)と、第1及び第2光反射面Mxz,Myzの像空間の鏡面による像空間を(−1,−1,1,)と、表してある。実空間(1,1,1,)に線体Bがあるとすると、像空間(−1,−1,1,)ではXY軸方向で反転する虚像Bvが得られる。実空間(1,1,1,)の第2光反射面Myzの鏡面へ光線を角度θで入射すると光線は反射され、第1光反射面Mxzの鏡面に角度φで反射され、第2光反射面Myzの鏡面への入射光線と平行になって同一方向へ戻される。 FIG. 7 is a plan view of the minute mirror unit Mu on the XY plane viewed from the Z-axis direction. Here, the real space is (1, 1, 1,), the image space by the mirror surface of the first light reflecting surface Mxz is (1, -1, 1,), and the image space by the mirror surface of the second light reflecting surface Myz. (−1, 1, 1,) and the mirror image space of the image space of the first and second light reflecting surfaces Mxz, Myz is represented as (−1, −1, 1,). Assuming that the line B is in the real space (1, 1, 1,), a virtual image Bv that is inverted in the XY-axis direction is obtained in the image space (-1, -1, 1,). When a light beam is incident on the mirror surface of the second light reflecting surface Myz in the real space (1, 1, 1,) at an angle θ, the light beam is reflected and reflected by the mirror surface of the first light reflecting surface Mxz at an angle φ, and the second light. The light is returned in the same direction in parallel with the incident light beam on the mirror surface of the reflecting surface Myz.
したがって、第1光反射面Mxz及び第2光反射面Myzのそれぞれの法線方向以外の微小ミラーユニットMuへの入射光線は、XY平面のZ軸から開く第1及び第2光反射面Mxz,Myzの範囲内(90度未満)で反転した光線として同一方向へ戻るすなわち、再帰することになる。因みに、2枚の鏡を用意し、それを直角に合わせ鉛直に立て鏡の交線を覗いてみると、水平方向のいずれの位置でも自分の顔が常に真ん中にあることが観察できることからも再帰性は明らかである。 Therefore, the incident light beam to the micro mirror unit Mu other than the normal direction of each of the first light reflection surface Mxz and the second light reflection surface Myz is the first and second light reflection surfaces Mxz, which open from the Z axis of the XY plane. It returns in the same direction as a light beam reversed within the range of Myz (less than 90 degrees), that is, recursively. By the way, if you prepare two mirrors, align them at right angles and look vertically at the intersection of the mirrors, you can observe that your face is always in the middle at any position in the horizontal direction. Sex is obvious.
しかしながら、Z軸方向においては、微小ミラーユニットMuの第1及び第2光反射面Mxz,Myzによる再帰性は現れない。図8は図7の第1及び第2光反射面Mxz,Myzのなす角の二等分線とZ軸に直角な方向から眺めた第1及び第2光反射面Mxz,Myzの側面図である。ここで実空間(1,1,1,)の第2光反射面Myzの鏡面へ光線をZ軸に対して角度ψで入射すると光線は反射され、第1光反射面Mxzの鏡面で反射され、Z軸に対して角度ψで反射される。因みに、完全な再帰性を得るためには図6のXY平面に第3光反射面を更に設ければ、図6の白丸の像空間(−1,−1,−1,)による再帰性を得ることができる。この互いに直交する3枚の鏡を合わせたとき、3本の交線に向かう入射光線がいずれの入射位置でも同一入射方向に戻るコーナーキューブ、レトロリフレクタの再帰性として知られている。 However, in the Z-axis direction, the recursiveness due to the first and second light reflecting surfaces Mxz and Myz of the micromirror unit Mu does not appear. FIG. 8 is a side view of the first and second light reflecting surfaces Mxz and Myz viewed from a direction perpendicular to the bisector of the angle formed by the first and second light reflecting surfaces Mxz and Myz in FIG. 7 and the Z axis. is there. Here, when a light beam is incident on the mirror surface of the second light reflecting surface Myz in the real space (1, 1, 1,) at an angle ψ with respect to the Z axis, the light beam is reflected and reflected by the mirror surface of the first light reflecting surface Mxz. , Reflected at an angle ψ with respect to the Z axis. Incidentally, in order to obtain complete recursion, if a third light reflecting surface is further provided on the XY plane of FIG. 6, recursion by the white circle image space (-1, -1, -1,) of FIG. Can be obtained. This is known as the retroreflectivity of a corner cube or retroreflector in which incident light beams directed to three intersecting lines return to the same incident direction at any incident position when these three mirrors orthogonal to each other are combined.
反射型面対称結像素子41においては、Z軸方向成分においては入射光線を正反射するとともにXY軸方向成分については入射光線を再帰性反射をする微小ミラーユニットMuの複数を、図9の平面図に示すように例えばXY軸方向に第1光反射面Mxz及び第2光反射面Myzが一致するようにマトリクス状に平面的に配列して構成されている。なお、反射型面対称結像素子41においてZ軸方向には光が通過(少なくとも一部は2回反射して)できるような構成されていることは云うまでもない。
In the reflection-type plane-
図10に示すように例えば反射型面対称結像素子41のZ軸上の正側(上側)に発散光CvBを発する発光体があれば、反射型面対称結像素子41の微小ミラーユニット有効領域に拡がった全ての光線のうち、各第1及び第2光反射面Mxz,Myzで2回、反射した光線のそれぞれは、当該発光体の反射型面対称結像素子41に対する面対称位置に収束する。
As shown in FIG. 10, for example, if there is a light emitter that emits divergent light CvB on the positive side (upper side) on the Z-axis of the reflective plane-
一方、図11に示すように例えば反射型面対称結像素子41のZ軸上の正側(上側)から収束光DvBを、反射型面対称結像素子41の微小ミラーユニット有効領域に入射すれば、その中の集光領域内の各第1及び第2光反射面Mxz,Myzで2回、反射した光線は、反射型面対称結像素子41から面対称に発散して発散光として拡がる。
On the other hand, as shown in FIG. 11, for example, convergent light DvB is incident on the micromirror unit effective region of the reflective surface-
即ち、反射型面対称結像素子41は、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する。
That is, the reflective surface-
表示装置1は、プロジェクタ11と反射型面対称結像素子41との間にプロジェクタ11の結像面61(図1参照)が形成される。結像面61とスクリーン21とは反射型面対称結像素子41に対して面対称に位置付けられている。したがって、プロジェクタ11は、結像面61が、反射型面対称結像素子に対して、スクリーン21と面対称となる位置に位置付けられるように設置位置や焦点位置等が調整される。また、結像面61は、反射型面対称結像素子41を介してスクリーン21に投影される映像の大きさと同じ大きさとなっている。
In the
図12は上述した構成のスクリーン21の状態と、調光部25の光線の直線透過率と、プロジェクタ11から投射される映像光の強度(光強度)と、を示したタイミングチャートである。
FIG. 12 is a timing chart showing the state of the
図12に示したように、スクリーン21は、1映像周期内に1回散乱状態と透過状態とに変化する。つまり、透過状態と散乱状態とを所定の周期で交互に切り替えている。1映像周期とは、プロジェクタ11に入力される映像信号の1フレーム期間などであり、例えば50〜60Hz程度である。したがって、スクリーン21は、1映像周期よりも短い期間で散乱状態と透過状態との切り替えが行われる。
As shown in FIG. 12, the
スクリーン21(調光部25)が散乱状態となると、調光部25の光線の直線透過率は低下する。この期間にスクリーンに入射した光は散乱されるので、映像を表示することが可能となる。したがって、プロジェクタ11は映像光をスクリーン21に投射するので映像光強度が上昇し映像が表示される。
When the screen 21 (the light control unit 25) is in a scattering state, the linear transmittance of the light beam of the light control unit 25 is lowered. Since light incident on the screen during this period is scattered, an image can be displayed. Accordingly, since the
スクリーン21が透過状態となると、調光部25の光線の直線透過率は上昇する。この期間にスクリーンに入射した光はそのまま透過する。したがって、プロジェクタ11は映像光をスクリーン21に投射を停止する。そのため、背景がスクリーン21越しに(スクリーン21を通して)観察することができる。
When the
スクリーン21には、1映像周期毎に全画面の映像を繰り返し投影しており、人間の目にはこの繰り返しは点滅として認識されないで、時間平均(積分)されることによって、スクリーン21に投影された映像と、背景とを、フリッカを感じることなく同時に観察することができる。
On the
上述した動作を図13のフローチャートにまとめる。図13に示したフローチャートは同期制御部31で実行される。
The operations described above are summarized in the flowchart of FIG. The flowchart shown in FIG. 13 is executed by the
まず、ステップS1において、1映像周期の先頭を検出するための同期信号を検出してステップS2に進む。同期信号は、上述したプロジェクタ11に入力される映像信号の映像フレーム周期に同期した同期信号などを用いればよい。なお、プロジェクタ11は、初期状態として、映像光を投射していない状態に設定されている。
First, in step S1, a synchronization signal for detecting the head of one video cycle is detected, and the process proceeds to step S2. The synchronization signal may be a synchronization signal synchronized with the video frame period of the video signal input to the
次に、ステップS2において、スクリーン21を散乱状態にするように対向電極26と制御電極27に電圧を印加してステップS3に進む。
Next, in step S2, a voltage is applied to the counter electrode 26 and the control electrode 27 so that the
次に、ステップS3において、プロジェクタ11に映像光を投射させてステップS4に進む。即ち、プロジェクタ11に外部から入力された映像を映像光として投射させる投射制御情報を出力する。投射制御情報は、1つの信号線のハイレベルとローレベルに投射の開始と停止とが定義されている制御信号方式としてもよし、複数の信号線のハイレベルとローレベルの組み合わせから構成されるコマンド等に投射の開始と停止とが定義されているコマンド形式でもよい。また、本ステップは、図12に示した過渡状態が経過した後に行う。過渡状態の期間は、調光部25を構成する材料と印加する電圧によって予め算出可能である。
Next, in step S3, image light is projected on the
次に、ステップS4において、予め定めた期間経過後にステップS3で行った映像の投射を停止させステップS5に進む。この映像の投射期間はスクリーン21の散乱状態の期間に応じて定められている。即ち、プロジェクタ11に映像光を投射を停止させる投射制御情報を出力する。
Next, in step S4, the projection of the video performed in step S3 is stopped after the elapse of a predetermined period, and the process proceeds to step S5. The projection period of this image is determined according to the period of the scattering state of the
次に、ステップS5において、スクリーン21を透過状態にするように対向電極26と制御電極27に電圧を印加してステップS6に進む。
Next, in step S5, a voltage is applied to the counter electrode 26 and the control electrode 27 so that the
次に、ステップS6において、表示装置1の使用を終了するか否かを判断し、終了する場合(YESの場合)はフローチャートを終了し、終了しない場合(NOの場合)はステップS1に戻る。終了するか否かは、例えば、使用者の入力操作があったか否かで判断すればよい。
Next, in step S6, it is determined whether or not the use of the
このように構成された表示装置1は、上述したように、プロジェクタ11から投射した映像光が発散光として反射型面対称結像素子41に入射する。反射型面対称結像素子41に入射した映像光は、反射型面対称結像素子41によって集束光となり、スクリーン21に向かって出射される。そして、反射型面対称結像素子41から出射した映像光は、散乱状態のスクリーン21に投射され映像が表示される。
As described above, in the
ここで、スクリーン21における光の拡散状態が完全拡散状態にならず直線透過光が残留したとしても、スクリーン21を透過した映像光は、図1のX点で収束するような収束光となるので、観察者が非常にまぶしい輝点を観察する可能性の有る範囲がスクリーン21とX点で形成される三角形の範囲(図1の網掛け部分)となり、プロジェクタ11から直接映像光を投射する場合、つまり、映像光がその投影領域を拡大しながら投射する場合と比較して狭くなる。
Here, even if the light diffusion state on the
本実施例によれば、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーン21と、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子41と、を有している。そして、所定の結像面61で結像するよう投射された映像光の結像面61とスクリーン21とが反射型面対称結像素子41に対して面対称に配置されているので、反射型面対称結像素子41が発散状態で入射した映像光を収束状態にして射出することができるため、スクリーン21には収束光として投射される。したがって、非常にまぶしい輝点等が観察される領域を小さくすることができる。
According to the present embodiment, the
また、反射型面対称結像素子41は、直方体材45が複数接合されて構成されたミラーシート部43、44を重ねて2層積層され、シート部43の直方体材45の長手方向とシート部44の直方体材45の長手方向とが直交するように積層されているので、入射した光束は1層目と2層目の2回反射されて出射するため、発散状態で入射した光束は2回の反射により収束光に変換されて出射される。また、直方体材45を2層積層することでよいので構造が簡単であり、製造が容易となる。
The reflection-type plane-
また、同期制御部31が、スクリーン21の透過状態と散乱状態とを所定の周期で交互に切り替えているので、スクリーン21の表示とスクリーン21越しの背景等の観察を交互に行うことができるため、それぞれの表示や観察を時分割で行うことができる。したがって、スクリーン21に表示された映像と背景等を実質的に同時に観察することができる。
Further, since the
また、結像面61で結像される映像とスクリーン21に投射される映像が同じ大きさ、かつ、結像面61で結像される映像とスクリーン21に投射される映像が上下反転した関係となっているので、反射型面対称結像素子41を介した場合でも、結像面で結像または焦点位置で形成される映像と反射型面対称結像素子41の位置関係を調整することで、使用者から見てスクリーン21に正しく映像が表示される。
Further, the image formed on the
次に、本発明の第2の実施例にかかる測定装置を図14を参照して説明する。なお、前述した第1の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。 Next, a measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施例は、プロジェクタ11がレーザプロジェクタで構成されている。レーザプロジェクタは、例えば、赤青緑の3色のレーザ光源と、各光源のレーザ光を合成する光学部と、合成されたレーザ光を走査するミラーやアクチュエータ等から構成される走査機構を備え、焦点位置に設置したスクリーン等に出射されたレーザ光を走査することで直接描画するものである(レーザスキャン方式、直描方式とも呼ばれる)。
In this embodiment, the
また、本実施例では、第1の実施例で結像面61となっていた位置(映像光の焦点位置)に光拡散部材としてのマイクロレンズアレイ71を配置している。マイクロレンズアレイ71は、公知のように、1mm以下程度の微小な凸レンズ(または凹レンズ)を基板となる平板上に一様に隙間無く形成したものであり、入射した光を拡散することができる。即ち、マイクロレンズアレイ71とスクリーン21とが反射型面対称結像素子41に対して面対称に位置付けられている。
In the present embodiment, a
本実施例のプロジェクタ11はレーザプロジェクタであるので、第1の実施例のように、結像面61に像を形成することができない。そのため、結像面61の位置にマイクロレンズアレイ71を配置することで、当該位置に像が形成され、形成された像が拡散光(発散光)となり、反射型面対称結像素子41に入射させることができる。つまり、マイクロレンズアレイ71の位置が映像光の焦点位置となるようにプロジェクタ11は調整されている。
Since the
本実施例によれば、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーン21と、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子41と、投射されたレーザ光からなる映像光の焦点位置に設けられたマイクロレンズアレイ71と、を有している。そして、マイクロレンズアレイ71とスクリーン21とが反射型面対称結像素子41に対して面対称に位置付けられているので、映像光がレーザ光であっても、反射型面対称結像素子41が発散状態で入射した映像光を収束状態にして射出することができるため、スクリーン21には収束光として投射される。したがって、非常にまぶしい輝点等が観察される領域を小さくすることができる。
According to the present embodiment, the
また、マイクロレンズアレイ71を配置することで、映像光はさらに拡散度合いが強くなって反射型面対称結像素子41に入射するので、視野角が拡大すると同時に、万が一輝点が観察された場合にもその明るさが従来よりも低減することができる。
In addition, by arranging the
なお、マイクロレンズアレイ71は、上述した第2の実施例に限らず、第1の実施例に用いてもよい。その場合は、上述した結像面61に結像した映像の拡散度合いが強くなるために、視野角が拡大すると同時に、万が一輝点が観察された場合にもその明るさが従来よりも低減することができるという効果が得られる。
The
また、映像光は、図1や図14のX点で収束した後に拡大放射されるので、X点の位置に光を遮る遮光板等の遮光手段を設けてもよい。この遮光手段は、スクリーン21の上部と接続するようにして筐体51と一体に構成しても良いし、筐体51とは別体としてX点に設置するようにしてもよい。なお、X点は、反射型面対称結像素子41に対して、プロジェクタ11の投射口と面対称な位置となるので、プロジェクタ11の位置から容易に求めることができる。即ち、反射型面対称結像素子41に対して、映像光の出射口と面対称となる位置に光を遮る遮光手段が設置されていてもよい。
Further, since the image light is radiated after being converged at the point X in FIGS. 1 and 14, a light shielding means such as a light shielding plate for shielding the light may be provided at the position of the point X. This light shielding means may be integrated with the
また、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の表示装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。 Further, the present invention is not limited to the above embodiment. That is, those skilled in the art can implement various modifications in accordance with conventionally known knowledge without departing from the scope of the present invention. Of course, such modifications are included in the scope of the present invention as long as the configuration of the display device of the present invention is provided.
1 表示装置
21 スクリーン
31 同期制御部(制御手段)
41 反射型面対称結像素子
43 シート部(ミラーシート)
44 シート部(ミラーシート)
45 直方体材(ミラー部材)
61 結像面
71 マイクロレンズアレイ(光拡散部材)
DESCRIPTION OF
41 Reflective surface-
44 Seat (mirror sheet)
45 Cuboid material (mirror member)
61
Claims (7)
自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、を有し、
所定の結像面で結像するよう投射された映像光の前記結像面と前記スクリーンとが前記反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられていることを特徴とする表示装置。 A screen capable of switching between a transmission state and a scattering state for visible light;
A plate-like reflection-type plane-symmetric imaging element that emits a light beam incident on the element surface in a convergent or divergent state symmetrically with respect to the element surface;
A display device characterized in that the imaging plane of the image light projected so as to form an image on a predetermined imaging plane and the screen are positioned symmetrically with respect to the reflective plane-symmetric imaging element. .
自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、
投射されたレーザ光からなる映像光の焦点位置に設けられた光拡散部材と、を有し、
前記光拡散部材と前記スクリーンとが前記反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられていることを特徴とする表示装置。 A screen capable of switching between a transmission state and a scattering state for visible light;
A plate-like reflection-type plane-symmetric imaging element that emits a light beam incident on the element surface in a convergent or divergent state symmetrically with respect to the element surface;
A light diffusing member provided at the focal position of the image light composed of the projected laser light,
The display device, wherein the light diffusing member and the screen are positioned symmetrically with respect to the reflective surface-symmetric imaging element.
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