JP2014178652A - Optical element, display device and optical element manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子、表示装置及び光学素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical element, a display device, and a method for manufacturing the optical element.
格子状に組まれた微小ミラーで構成されるミラーを用いて、ミラーとユーザとの間に、ミラーの奥にあるオブジェクトの像を結像させることによって、そのオブジェクトが空中に浮いているように見せられる表示装置が知られている(特許文献1参照)。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1]特開2012−177922号公報
By using a mirror composed of micromirrors assembled in a grid, an image of the object behind the mirror is formed between the mirror and the user so that the object floats in the air. A display device that is shown is known (see Patent Document 1).
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[Patent Document 1] JP 2012-177922 A
近景や背景となるオブジェクトを空中に複数並列させて、奥行感をユーザに与えるためには、ミラーの裏側に全てのオブジェクトを置く必要があり、ミラーの裏側の限られた空間が煩雑となっていた。 In order to give the user a sense of depth by arranging multiple near-view and background objects in the air, it is necessary to place all objects behind the mirror, and the limited space behind the mirror is complicated. It was.
本発明の第1の態様における光学素子は、第1物体より放射される第1光束を反射して第1像を形成する表面部と、第2物体より放射される第2光束を前記表面部より観察者の側の空間に結像させて第2像を形成する結像部とを備える。 The optical element according to the first aspect of the present invention includes a surface portion that reflects a first light beam emitted from a first object to form a first image, and a second light beam emitted from a second object. And an imaging unit that forms an image in a space closer to the viewer to form a second image.
本発明の第2の態様における表示装置は、上記の光学素子と、上記第1物体及び前記第2物体の少なくともいずれかを設置する設置部とを備える。 The display apparatus in the 2nd aspect of this invention is equipped with said optical element and the installation part which installs at least any one of the said 1st object and the said 2nd object.
本発明の第3の態様における光学素子の製造方法は、観察者の側と反対側の空間に配置された物体から放射される光束を複数回反射させて上記観察者の側の空間へ向けて反射する微小ミラーがマトリックス状に配列されたミラー構造体を含む結像部を形成する第1工程と、上記結像部のうち、上記観察者の側の表面を鏡面加工する第2工程とを有する。 In the method of manufacturing an optical element according to the third aspect of the present invention, a light beam emitted from an object arranged in a space opposite to the observer side is reflected a plurality of times and directed toward the space on the observer side. A first step of forming an image forming unit including a mirror structure in which micromirrors to be reflected are arranged in a matrix; and a second step of performing mirror processing on the surface of the observer side of the image forming unit. Have.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は第1実施例に係る表示装置100の説明図である。図1(a)は表示装置100全体の概念図であり、図1(b)は観察者の目に映る像の図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a
本実施例に係る表示装置100は、第1映像を表示する第1ディスプレイ111と、第2映像を表示する第2ディスプレイ112と、第1ディスプレイ111を設置する第1設置部121と、第2ディスプレイ112を設置する第2設置部122と、を備える。さらに、表示装置100は、第1設置部121を移動させる第1可動アーム131と、第2設置部122を移動させる第2可動アーム132と、虚像である第1像171および実像である第2像172を形成するマイクロミラー素子140と、を備える。なお、第1ディスプレイ111から放射される第1光束11によって第1像171が形成され、第2ディスプレイから放射される第2光束12によって第2像172が形成される。加えて、表示装置100は、第1可動アーム131、第2可動アーム132およびマイクロミラー素子140を支持する支持台150と、少なくとも第1可動アーム131および第2可動アーム132を制御する制御部160と、を備える。
The
第1ディスプレイ111および第2ディスプレイ112は、略四角形の薄型映像表示機器であり、例えば液晶ディスプレイである。第1ディスプレイ111および第2ディスプレイ112は、制御部160によって信号が供給されると、信号に応じて映像を表示する。ディスプレイに表示される映像は、空中像として形成する像以外、発光しない映像とする。例えば空中像として形成する像の背景を、黒色で塗りつぶすものとしても良い。これにより、観察者は空中で複数の像を重ねて観察することができる。また、第1ディスプレイ111および第2ディスプレイ112は、制御部160の制御によって各々のディスプレイの輝度を調整する輝度調整部を備える。
The
本実施例において、第1ディスプレイ111は、表示面がマイクロミラー素子140に向くように第1設置部121に設置されている。第2ディスプレイ112は、表示面がマイクロミラー素子140に向くように第2設置部122に設置されている。また、マイクロミラー素子140は、第1ディスプレイ111および第2ディスプレイ112の間に位置する。よって、第1ディスプレイ111および第2ディスプレイ112は、互いに表示面が向かい合うように設置されている。
In the present embodiment, the
第1設置部121は、第1可動アーム131に固定され、第1ディスプレイ111を挿入させて保持するための長孔を有する。第2設置部122は、第2可動アーム132に固定され、第2ディスプレイ112を挿入させて保持するための長孔を有する。なお、本実施例においては、オブジェクトとしてディスプレイを用いるが、オブジェクトは立体物であっても良い。ここで、オブジェクトとは、空中像を形成する実体としての物体を指すが、オブジェクトをディスプレイとする場合には、空中像として形成する像の映像を含むものとする。なお、立体物は、自発光体であっても良く、また、光の照射を受ける反射体であっても良い。かかる場合、本実施例における設置部とは、立体物を積載するために、例えばアクリル板を長孔に挿入した設置台全体を指す。
The
マイクロミラー素子140は、詳しくは後述するが、第1ディスプレイ111側の表面部としてのハーフミラー230と、第2ディスプレイ112側の結像部220とを備える。ハーフミラー230は、第1ディスプレイ111より放射される第1光束11を反射して、虚像である第1像171を形成する。結像部220は、第2ディスプレイ112より放射される第2光束12を第1ディスプレイ111側の空間に投影して、第1ディスプレイ111が表示する映像に対応する第2像172を実像として結像させる。
The
本実施例において、図1(a)で図示するように、第1ディスプレイ111は山の映像を表示し、第2ディスプレイ112はバスの映像を表示する。かかる場合、観察者は、第1ディスプレイ111側の空間から当該マイクロミラー素子140を斜視することにより、観察者とマイクロミラー素子140との間の空間に浮かぶバスと、マイクロミラー素子140の奥の空間に浮かぶ山とを、同一直線上で重ねて観察することができる。すなわち、近景を実像として観察者の手前に浮かび上がらせ、背景をハーフミラー230に映し出すことにより、観察者に映像の奥行感を与えることができる。並列する空中像は、図1(b)で図示するように、山の手前にバスが位置するものとして、観察者から見ることができる。なお、図示するように、観察者のから見て手前に形成された像が、観察者から見て奥に形成された像を隠すものではない。以降の実施例においても、同様である。
In this embodiment, as shown in FIG. 1A, the
第1可動アーム131および第2可動アーム132は、任意の方向に第1設置部121および第2設置部122を移動することができる電動アームである。すなわち、第1可動アーム131は第1ディスプレイ111の位置および角度を調整することができ、第2可動アーム132は第2ディスプレイ112の位置および角度を調整することができる。電動アームは、例えば、軸回転自在な複数の回転軸をアームの途中に備え、アームは支持台に対してロール方向に回転自在に固定されていても良い。これによって、第1像171および第2像172の形成場所を動かすことができる。
The 1st movable arm 131 and the 2nd
具体的に説明すると、例えば、本実施例において近景のバスを背景の山の前で広範囲に渡り動かしたい場合、第2ディスプレイ112内で映像を動かすことによって第2像172であるバスを動かせる範囲には、第2ディスプレイ112の画面サイズによる制限がある。しかし、第2可動アーム132を動かすことによって、第2ディスプレイ112をマイクロミラー素子140の下方の空間内で動かせば、第2ディスプレイ112から放射される第2光束12の光路を変動させ、第2像172の形成場所を動かすことができる。すなわち、第2可動アーム132を動かすことにより、第2像172であるバスを、観察者とマイクロミラー素子140との間の空間内で自由に動かすことができる。さらに、第1可動アーム131および第2可動アーム132により第1像171および第2像172の形成場所を操作可能とすることによって、例えばディスプレイ自体の小型化を行えるので、表示装置100全体の小型化を図ることもできる。
Specifically, for example, in this embodiment, when it is desired to move a foreground bus over a wide range in front of a background mountain, a range in which the bus which is the
制御部160は、第1可動アーム131および第2可動アーム132の上記動作を制御することにより、第1像171および第2像172の形成場所を変動させることができる。例えば、表示装置100に設けた視点センサーが観察者の目の位置を検出し、制御部160に検出結果が入力されると、制御部160は、第1光束11および第2光束12が検出位置に入射するように、第1可動アーム131および第2可動アーム132の角度等を調整しても良い。これにより、観察者は視点位置を変えても空中像を観察することができる。
The control unit 160 can change the formation positions of the
また、制御部160は、第1ディスプレイ111および第2ディスプレイ112の各輝度調整部を制御することにより、両ディスプレイのコントラスト比を調整することができる。すなわち、例えば第1ディスプレイ111に対して第2ディスプレイ112の輝度を高くすれば、第1像171に比べて第2像172を鮮明に形成することができる。また、制御部160は、各ディスプレイの映像の輪郭を調整しても良い。例えば、第2ディスプレイ112の映像の輪郭を強調すれば、第2像172と第1像171との境界、すなわち近景と背景との境界を明確にし、メリハリを与えることができる。
In addition, the control unit 160 can adjust the contrast ratio of both displays by controlling the brightness adjusting units of the
なお、本実施例においては、当該表示装置100の設置場所を、他に光源のない暗所とすることが好ましい。ハーフミラー230は、詳しくは後述するが、透過性を有する反射面となっている。そのため、暗所に表示装置100を設置すれば、第1ディスプレイ111以外の光源からの光束が、ハーフミラー230で反射して観察者の視野角に入射することを防止でき、これにより明瞭な空中像を得ることができる。また、当該表示装置100の全体を、外部からの光を遮断できる筐体内に収容して、観察者用の覗き穴を設けても良い。これにより、当該表示装置100の設置場所が暗所でなくとも、上記同様、第1ディスプレイ111以外の光源からの光束が、ハーフミラー230で反射して観察者の視野角に入射することを防止でき、明瞭な空中像を得ることができる。
In this embodiment, it is preferable that the
図2は第1実施例に係るマイクロミラー素子140における光学系の説明図である。図2(a)はマイクロミラー素子140の全体図であり、図2(b)はマイクロミラー素子140に光束が入射する部分を拡大した拡大図である。なお、以後の説明に用いる各図において、図1と同一の符番を付した要素については、特に言及する場合を除き、同一の機能を発揮する要素としてその説明を省略する。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an optical system in the
マイクロミラー素子140は、並列に並べられた複数の直方体材からなる平板221、222と、反射層としてハーフミラー230とを備える。ハーフミラー230は、平板221の表面に形成される。平板221、222によってミラー構造体が形成され、ミラー構造体は結像部220を構成する。
The
直方体材は、短手方向における正方形状断面の一辺が、数百μmから数cm前後で、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。直方体材の長手方向長さは、数cmから数メートル程度である。また、長手方向に伸長した4面のうちの3面は、光の透過又は反射に使用する面であるので、滑らかな状態にする。直方体材は、平板221、222各々で、100本から20000本程度用いられる。直方体材の長手方向に伸長した1面には、光反射膜が形成される。光反射膜は、アルミ又は銀の蒸着又はスパッタなどによって形成される。その光反射膜を形成した面と反対側の面には、光吸収膜が形成され、当該光吸収膜により光吸収面が形成される。光吸収膜は、黒色の薄いシートを密着させて形成しても良い。また、光吸収膜は、つや消しの黒塗料を添付して形成しても良い。
The rectangular parallelepiped material is made of a plastic or glass rod represented by transparent acrylic, with one side of a square cross section in the short-side direction being around several hundred μm to several cm. The length of the rectangular parallelepiped material in the longitudinal direction is about several centimeters to several meters. Further, three of the four surfaces extending in the longitudinal direction are surfaces used for light transmission or reflection, and thus are in a smooth state. About 100 to 20000 rectangular parallelepiped materials are used for each of the
複数の直方体材は、一の直方体材の光吸収膜面と、隣接する他の直方体材の光反射膜面とを密着させることによって形成される。平板221は、平板222の上に積層して貼り合わされる。平板221の直方体材の並列方向は、平板222の直方体材の並列方向と直交する。以上により、ミラー構造体が形成される。
The plurality of rectangular parallelepiped materials are formed by bringing a light absorbing film surface of one rectangular parallelepiped material into close contact with a light reflecting film surface of another adjacent rectangular parallelepiped material. The
なお、1つの直方体材の光吸収膜面と別の直方体材の光反射膜面を密着させるのではなく、光吸収膜を光反射膜の上に積層して形成しても良い。これにより、例えば製造工程の簡素化を図ることができる。 In addition, the light absorption film may be formed on the light reflection film instead of closely adhering the light absorption film surface of one rectangular parallelepiped material and the light reflection film surface of another rectangular parallelepiped material. Thereby, simplification of a manufacturing process can be achieved, for example.
ハーフミラー230は、平板221の平面のうち、平板222側の面と反対側の面に積層して形成される。また、ハーフミラー230は、光の反射性と透過性を兼ね備える反射層を構成する。
The
本実施例においては、図2(a)で図示するように、ハーフミラー230に第1光束11が入射すると、ハーフミラー230で反射した第1光束11は観察者の目に入射する。また、ハーフミラー230と反対側の面の結像部220に第2光束12が入射すると、結像部220内で反射した第2光束12は、ハーフミラー230側の空間の観察者の目に入射する。当該光学系を拡大すると、図2(b)で図示するように、マイクロミラー素子140への入射のときには異なった光路を辿ってきた両光束が、観察者の目に入射するときには同一の光路となる。
In this embodiment, as illustrated in FIG. 2A, when the
以下、具体的に説明する。まず、第1光束11は、ハーフミラー230に入射すると、ハーフミラー230の表面で入射角に等しい反射角をもって1回反射する。一方で、第2光束12は、マイクロミラー素子140の平板222に入射すると、平板222の光反射膜面で最初の反射をする。最初の反射をした第2光束は、平板221に入射すると、平板221の光反射膜面で2度目の反射をする。すなわち、第2光束12は、結像部220で計2回反射して、結像部220から射出する。結像部220で2回反射した第2光束12は、ハーフミラー230を透過する。すなわち、第2光束12は、結像部220に入射すると、入射時と反対側のハーフミラー230から射出する。
This will be specifically described below. First, when the
以上より、本実施例において、異なる面からマイクロミラー素子140に入射した第1光束11および第2光束12は、ハーフミラー230側の空間にいる観察者の目に、同一の光路で入射する。これにより、観察者は、第1ディスプレイに映る像と第2ディスプレイに映る像を、同一直線上で観察することができる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、本実施例においては反射層としてハーフミラー230を用いたが、反射層としてカバーガラスを用いても良い。カバーガラスは、ハーフミラー230と同様に、光束を反射し、また光束を透過することができる。また、反射層を設けずに、マイクロミラー素子140の表面を平面研磨することによって、マイクロミラー素子140の表面を反射面としても良い。これによって、例えば製造工程を短縮することができる。
In the present embodiment, the
図3は第1実施例に係るマイクロミラー素子140の光学系の説明図である。図3では、マイクロミラー素子140に対し、観察者、第1ディスプレイ111、第2ディスプレイ112、第1像171および第2像172の位置関係を、観察軸10および各光束の中心軸と共に描いている。図3は、説明上、概念図として描いている具体的には、マイクロミラー素子140を断面図として図示しているのに対し、第1ディスプレイ111および第2ディスプレイ112を斜視図として図示している。特に、第1ディスプレイ111および第2ディスプレイ112については、各々の表示面に表示された像を視認できるように、各々の表示面が表れるように図示している。より詳細には、第1ディスプレイ111の表示面は、マイクロミラー素子140から見た場合に、第1ディスプレイ111の4辺のうちUPと記載されている1辺が上側となるよう図示されている。同様に、第2ディスプレイ112の表示面は、マイクロミラー素子140から見た場合に、第2ディスプレイ112の4辺のうちUPと記載されている1辺が上側となるよう図示されている。また、第1像171および第2像172についても、像として視認できるように図示している。後述する図8、図9においても、同様とする。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an optical system of the
第1ディスプレイ111は、第1ディスプレイ111の表示面から放射される第1光束11が、ハーフミラー230に入射する位置に配置されている。第2ディスプレイ112は、第2ディスプレイ112の表示面から放射される第2光束12が、結像部220に入射する位置に配置されている。
The
観察軸10は、マイクロミラー素子140の中心を、マイクロミラー素子140の積層方向に延びる仮想上の光軸であって、マイクロミラー素子140に対し傾斜を有する。本実施形態において、空中像は観察軸10上に並べて形成される。したがって、観察者は、視線を観察軸10に一致させて空中像を観察することで、連なる空中像を重ねて観察することができる。
The
本実施例において、第1ディスプレイ111には、山の映像が映し出されている。第1ディスプレイ111の表示面を、ハーフミラー230から仰角で正面視した場合、山の映像は、観察者に見せる像に対して上下反転した映像が映し出されている。第1ディスプレイ111の映像をこのように映すことにより、観察者は、ハーフミラー230に反射した山の像を、上下左右が正しい正立像として、観察することができる。
In the present embodiment, the
また、第2ディスプレイ112には、バスの映像が映し出されている。第2ディスプレイ112の表示部を、マイクロミラー素子140の結像部220から俯角で正面視した場合、バスの映像は、観察者に見せる像に対して上下左右反転した映像が映し出されている。第2ディスプレイ112の映像をこのように映すことにより、観察者は、結像部220で2度反射したバスの像を、上下左右が正しい正立像として、観察することができる。
The
本実施例において、山の像は、ハーフミラー230を中心に、第1ディスプレイ111と平面対称の位置に形成される。バスの像は、結像部220を中心に、第2ディスプレイ112と略平面対称の位置に形成される。また、第1ディスプレイ111および第2ディスプレイ112は、観察軸10を中心に、略軸対称の位置関係にある。したがって、第1ディスプレイ111および第2ディスプレイ112の配置を調整することにより、山の像およびバスの像を観察軸10上に形成することができる。また、各ディスプレイの映像の上下左右を上記のように設定することで、上下左右の正しいバスの像と山の像を、観察者は観察軸10上で重ねて観察することができる。
In the present embodiment, the mountain image is formed at a position symmetrical to the
以上のことから、マイクロミラー素子140の表面を反射面とすることによって、観察者は同一視線上に実像および虚像を観察することができる。換言すると、空中像を観察者とマイクロミラー素子の間の空間にのみ形成する場合に比べて、本実施形態は、観察者に空中像の奥行感をより強く与えることができる。また、これによって、ディスプレイをマイクロミラー素子140の裏側だけでなく表側にも配置することできる。換言すると、マイクロミラー素子140の裏側にディスプレイをすべて配置することによる煩雑さを回避することができる。
From the above, by making the surface of the micromirror element 140 a reflective surface, the observer can observe a real image and a virtual image on the same line of sight. In other words, as compared with the case where the aerial image is formed only in the space between the observer and the micromirror element, the present embodiment can give the observer a greater sense of depth of the aerial image. In addition, this makes it possible to arrange the display not only on the back side of the
以上の第1実施例では、表示装置100は1つのマイクロミラー素子140を備える構成として説明したが、複数のマイクロミラー素子140を備える構成としても良い。第2実施例においては、表示装置は2つのマイクロミラー素子を備える構成である。
In the first embodiment described above, the
図4は第2実施例に係る表示装置200の光学系の説明図である。本実施例に係る表示装置200は、マイクロミラー素子141、142と、第3映像を表示する第3ディスプレイ113と、第4映像を表示する第4ディスプレイ114と、第5映像を表示する第5ディスプレイ115とを備える。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an optical system of the
図4では、表示装置200における、第3ディスプレイ113、第4ディスプレイ114および第5ディスプレイ115の位置を、それぞれP3、P4、P5として表している。また、図面を簡略化する目的で、観察軸10上に形成される第3像173、第4像174および第5像175をそれぞれI3、I4、I5で表している。さらに、第3像173、第4像174および第5像175の形成位置を、それぞれF3、F4、F5として表している。そして、第3ディスプレイ113から放射される第3光束13と、第4ディスプレイ114から放射される第4光束14と、第5ディスプレイ115から放射される第5光束15とを、観察軸10および各光束の中心軸と共に描いている。なお、第3ディスプレイ113から放射される第3光束13によって第3像173が形成され、第4ディスプレイから放射される第4光束14によって第4像174が形成され、第5ディスプレイから放射される第5光束15によって第5像175が形成される。
In FIG. 4, the positions of the
マイクロミラー素子141、142は、第1実施例で用いたマイクロミラー素子140と、同一である。マイクロミラー素子141、142は、ハーフミラー231、232の面方向が互いに直交するように配置されている。さらに、マイクロミラー素子142のハーフミラー232の表面の端部は、マイクロミラー素子141の積層方向の側面と面接合されている。これにより、マイクロミラー素子141およびマイクロミラー素子142の裏側に位置するディスプレイから放射される光束が、観察者の目に直接入射することを防ぐことができる。
The
観察軸10は、マイクロミラー素子141の中心を、マイクロミラー素子141の積層方向に延びる仮想上の光軸であって、マイクロミラー素子141に対し傾斜を有している。本実施形態において、空中像は観察軸10上に並べて形成される。したがって、観察者は、視線を観察軸10に一致させて空中像を観察することで、連なる空中像を重ねて観察することができる。
The
本実施例においては、観察軸10上で、観察者の手前から順に、F3、F4、F5が整列している。F3,F4は共に、観察者とマイクロミラー素子141の間の観察軸10上であるのに対し、F5は、観察者から見てマイクロミラー素子141の奥に延びる観察軸10上である。
In this embodiment, F3, F4, and F5 are aligned on the
第3ディスプレイ113は、観察軸10が中心を通るマイクロミラー素子141の平面が形成する水平面に対して、F3と略平面対称の位置P3にある。さらに、第3ディスプレイ113から放射される第3光束13が、マイクロミラー素子141の結像部に入射する向きで、第3ディスプレイ113は設置されている。
The
第4ディスプレイ114の位置は、上記水平面に対してF4と略平面対称の位置を第1の位置とし、当該水平面と直交する平面のうち、マイクロミラー素子142の平面が形成する鉛直平面に対して、第1の位置と平面対称の位置P4にある。さらに、第4ディスプレイ114から放射される第4光束14が、マイクロミラー素子142の結像部に入射する向きで、第4ディスプレイ114は設置されている。
The position of the
第5ディスプレイ115の位置は、上記水平面に対してF5と略平面対称の位置を第2の位置とし、上記鉛直平面に対して第2の位置と平面対称の位置P5にある。さらに、第5ディスプレイ115から放射される第5光束15が、マイクロミラー素子142のハーフミラー232に入射する向きで、第5ディスプレイ115は設置されている。以下、本実施例の光学系を、具体的に説明する。
The position of the
まず、第3ディスプレイ113から放射される第3光束13は、マイクロミラー素子141の結像部220で2回反射し、上記水平面に対し、第3ディスプレイ113と略平面対称の光路で射出する。これにより、上記水平面に対して、第3ディスプレイ113と略平面対称の位置に、第3像173が形成される。
First, the third
次に、第4ディスプレイ114から放射される第4光束14は、マイクロミラー素子142の結像部220で2回反射され、上記鉛直面に対して、第4ディスプレイ114と略平面対称の光路で射出する。ここで、第4ディスプレイ114からマイクロミラー素子142までの第4光束14の光路長は、マイクロミラー素子142からマイクロミラー素子141までの第4光束14の光路長より長い。したがって、マイクロミラー素子142から射出した第4光束14は、マイクロミラー素子142からマイクロミラー素子141までの光路間で収束せずに、マイクロミラー素子141のハーフミラー231で1回反射される。ハーフミラー231で反射した第4光束14の光路は、観察軸10と一致し、第4光束14は観察軸10上で収束する。すなわち、当該収束位置に第4像174が形成される。
Next, the
ここで、第4ディスプレイ114からマイクロミラー素子142までの第4光束14の光路長は、マイクロミラー素子142からハーフミラー231までの第4光束14の光路長と、ハーフミラー231で反射した第4光束14が収束するまでの光路長との和と、略一致する。
Here, the optical path length of the
以上より、観察者とマイクロミラー素子141との間の観察軸10上に、観察者の手前から順に、第3像173、第4像174が並べて形成される。
As described above, the
そして、第5ディスプレイ115から放射される第5光束15は、ハーフミラー232で反射し、ハーフミラー231で更に反射する。計2回反射した第5光束15の光路は、観察軸10と一致し、第5光束15は観察者の目に入射する。第5ディスプレイ115の映像の虚像である第5像175は、観察者から見て、マイクロミラー素子141の奥の観察軸10上に形成される。ここで、第5ディスプレイ115からハーフミラー232までの第5光束15の光路長と、ハーフミラー232からハーフミラー231までの第5光束15の光路長との和は、ハーフミラー231から第5像175の形成位置までの観察軸10上の距離と一致する。
The
以上より、本実施例においては、観察軸10上に、観察者の手前から順に、第3像173、第4像174、第5像175が並べて形成される。ディスプレイの映像と、観察軸10上に形成される像の詳細は、図5を用いて詳述する。
As described above, in this embodiment, the
さらに、本実施例においては、マイクロミラー素子141とマイクロミラー素子142とを接合させたが、両マイクロミラー素子を隔てて配置しても良い。ただし、両マイクロミラー素子は、観察軸10上に第3像173、第4像174および第5像175が形成されるように配置される。例えば、マイクロミラー素子142とマイクロミラー素子141との間の光路の延長線に沿って、マイクロミラー素子142がマイクロミラー素子141と離間するように、マイクロミラー素子142を平行移動させても良い。ただし、マイクロミラー素子142の移動に伴い、第3ディスプレイ113および第4ディスプレイ114も位置を適宜調整する。これにより、例えば各像の形成場所を変えることができる。また、後述する第3実施例においても同様である。
Furthermore, in this embodiment, the
図5は第2実施例に係る表示装置200により形成される像の説明図である。図5(a)は、各ディスプレイの映像を示す図である。図5(b)は、観察軸10上に像が形成された状態の概念斜視図である。図5(c)は、観察軸10上に形成された像を、観察者の目から見た図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of an image formed by the
図5(a)において、第3ディスプレイ113にはバスの映像、第4ディスプレイ114には森の映像、第5ディスプレイ115には山の映像が映し出されている。ここで、図5(b)および図5(c)で図示するように、観察者から見た観察軸10上の各像は、バスの像と山の像は、各ディスプレイの映像と一致するが、森の像は、第4ディスプレイ114の映像と反転している。これは、マイクロミラー素子141およびマイクロミラー素子142で第4光束が反射すると、反転した第4像174が観察軸10上に形成されるからである。したがって、第4ディスプレイ114の映像を予め反転処することで、正立した第4像174を観察軸10上に形成することができる。各ディスプレイに表示させる映像を反転増とするか正立像とするかは、鏡による反射の回数を考慮して決定する。なお、映像信号の反転処理は、制御部が行っても良いし、他の映像処理部が行っても良い。
In FIG. 5A, the
図6は第3実施例に係る表示装置300の光学系の説明図である。図6(a)は表示装置300における各構成の配置を説明する図であり、図6(b)は、観察軸10上に形成された像を、観察者の目から見た図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the optical system of the
本実施例に係る表示装置300は、マイクロミラー素子141、142と、第3ディスプレイ113と、第4ディスプレイ114と、第5ディスプレイ115と、第6映像を表示する第6ディスプレイ116と、第7映像を表示する第7ディスプレイ117と、を備える。さらに、表示装置300は、第1ハーフミラー261と、第2ハーフミラー262と、を備える。第6ディスプレイ116、第7ディスプレイ117、第1ハーフミラー261および第2ハーフミラー262を設けたこと以外は、第2実施例に係る表示装置200と同じである。
The
図6では、表示装置300における、第3ディスプレイ113、第4ディスプレイ114、第5ディスプレイ115、第6ディスプレイ116および第7ディスプレイ117の配置を、それぞれP3、P4、P5、P6、P7として表している。また、図面を簡略化する目的で、観察軸10上に形成される第3像173、第4像174、第5像175、第6像176および第7像177をそれぞれI3、I4、I5、I6、I7で表している。さらに、第3像173、第4像174、第5像175、第6像176および第7像177の形成位置を、それぞれF3、F4、F5、F6、F7として表している。そして、第3ディスプレイ113から放射される第3光束13と、第4ディスプレイ114から放射される第4光束14と、第5ディスプレイ115から放射される第5光束15と、第6ディスプレイ116から放射される第6光束16と、第7ディスプレイ117から放射される第7光束17とを、観察軸10および各光束の中心軸と共に描いている。なお、第3ディスプレイ113から放射される第3光束13によって第3像173が形成され、第4ディスプレイから放射される第4光束14によって第4像174が形成され、第5ディスプレイから放射される第5光束15によって第5像175が形成され、第6ディスプレイから放射される第6光束16によって第6像176が形成され、第7ディスプレイから放射される第7光束17によって第7像177が形成される。
In FIG. 6, the arrangement of the
本実施例では、観察軸10上において、観察者の手前から順にF3、F4、F7、F6、F5が位置する。F3,F4、F7は共に、観察者とマイクロミラー素子141の間の観察軸10上に位置するのに対し、F6、F5は、観察者から見てマイクロミラー素子141の奥に延びる観察軸10上に位置する。
In this embodiment, F3, F4, F7, F6, and F5 are positioned on the
第1ハーフミラー261および第2ハーフミラー262は、一平面が反射面であり、反射面の裏面は透過面である。よって、1つの光束の光路上に、当該ハーフミラーの透過面を当該光束の入射面として、当該ハーフミラーを配置し、当該ハーフミラーの反射面には他の光束を入射させることによって、異なる光束の中心軸を合致させることができる。
As for the
本実施例において、第1ハーフミラー261は、第5ディスプレイ115とマイクロミラー素子142との間の空間、かつ、第5ディスプレイ115から放射される第5光束15の中心軸上に配置されている。さらに、第1ハーフミラー261は、第5光束15の入射側が透過面となるよう配置されている。当該透過面は、第5光束15の中心軸と45度を成す。
In the present embodiment, the
同様に、第2ハーフミラー262は、第4ディスプレイ114とマイクロミラー素子142との間の空間、かつ、第4ディスプレイ114から放射される第4光束14の中心軸上に配置されている。さらに、第2ハーフミラー262は、第4光束14の入射側が透過面となるよう配置されている。当該透過面は、第4光束14の中心軸と45度を成す。
Similarly, the second half mirror 262 is disposed in the space between the
第6ディスプレイ116の位置は、上記水平面に対してF6と平面対称の位置を第1の位置とし、上記鉛直平面に対して第1の位置と平面対称の位置を第2の位置とし、さらに、第1ハーフミラー261の平面が形成する水平面に対して、第2の位置と平面対称の位置P6にある。さらに、第6ディスプレイ116から放射される第6光束16が、第1ハーフミラー261に入射する向きで、第6ディスプレイ116は設置されている。
The position of the
第7ディスプレイ117の位置は、上記水平面に対してF7と平面対称の位置を第3の位置とし、上記鉛直平面に対して第3の位置と平面対称の位置を第4の位置とし、さらに、第2ハーフミラー262の平面が形成する水平面に対して、第4の位置と平面対称の位置P7にある。さらに、第7ディスプレイ117から放射される第7光束17が、第2ハーフミラー262に入射する向きで、第7ディスプレイ117は設置されている。
The position of the seventh display 117 is a third position that is plane-symmetric with F7 with respect to the horizontal plane, the fourth position is a position that is plane-symmetric with the third position with respect to the vertical plane, and With respect to the horizontal plane formed by the plane of the second half mirror 262, the plane is symmetrical to the fourth position at a position P7. Further, the seventh display 117 is installed such that the seventh
ここで、第1ハーフミラー261で反射する第6光束16の中心軸は、第1ハーフミラー261を透過する第5光束15の中心軸と合致する。ただし、第6ディスプレイ116から第1ハーフミラー261までの第6光束16の中心軸の光路長は、第5ディスプレイ115から第1ハーフミラー261までの第5光束15の中心軸の光路長より短い。これにより、虚像である第6像176は、観察者から見てマイクロミラー素子141の奥に延びる観察軸10上で、虚像である第5像175の手前に形成される。
Here, the central axis of the sixth
また、第2ハーフミラー262で反射する第7光束17の中心軸は、第2ハーフミラー262を透過する第4光束14の中心軸と合致する。ただし、第7ディスプレイ117から第2ハーフミラー262までの第7光束17の中心軸の光路長と、第2ハーフミラー262からマイクロミラー素子142までの第7光束17の中心軸の光路長との和は、マイクロミラー素子142からマイクロミラー素子141までの第7光束17の中心軸の光路長より長い。したがって、マイクロミラー素子142から放射された第7光束17は、マイクロミラー素子142からマイクロミラー素子141までの光路間で収束せずに、マイクロミラー素子141のハーフミラー231で1回反射される。当該ハーフミラー231で反射した第7光束17の中心軸は、観察軸10上に位置し、第7光束17は観察軸10上で収束する。すなわち、当該収束位置に第7像177が形成される。
Further, the central axis of the seventh
したがって、本実施例においては、観察軸10上に、観察者の手前から順に、第3像173、第4像174、第7像177、第6像176、第5像175を並べて形成することができる。例えば、第3像173をバスの像、第4像174を森の像、第5像175を山の像、第6像176を太陽の像、第7像177を家の像とすると、図6(b)で図示するように、観察軸10上に形成された各像を、観察者は同一直線上で重ねて観察することができる。
Therefore, in the present embodiment, the
以上のことから、第2実施例の表示装置200に対して、第1ハーフミラー261および第2ハーフミラー262を設けることにより、観察軸10上に形成される像の数を増やすことができる。また、複数のハーフミラーの配置位置は、本実施例における配置位置に限らず、各光束上において、各光束の入射側を透過面として自由に配置することができる。すなわち、複数のハーフミラーを用いることで、例えば表示装置における機器配置の煩雑さを回避することができる。
From the above, the number of images formed on the
図7は本実施形態におけるマイクロミラー素子140の製造工程のフロー図である。製造工程は、ステップS101とステップS102から成る第1工程と、ステップS103から成る第2工程と、ステップS104から成る第3工程とを有する。
FIG. 7 is a flowchart of the manufacturing process of the
ステップS101においては、光反射面と光吸収面を有するガラス製の長手部材を複数用いて、隣接する両面が密着するよう並設した平板221、222を形成する。ステップS102においては、平板221、222を、長手部材の並列方向が直交するように貼り合せることにより、結像部220を形成する。
In step S101,
ステップS103においては、ステップS102で製造された結像部220を用いて、平板221のうち長手部材が並列する1平面を研磨する。研磨方法として、例えば研磨機による自動研磨を用いることができる。平面研磨は、研磨面が反射性を有する平滑面となったら終了する。
In step S103, using the
ステップS104においては、ステップS103で研磨した結像部220の研磨面に、アルミ又は銀を蒸着させ、研磨面にハーフミラー230を形成する。以上の製造工程により、本実施形態におけるマイクロミラー素子140は製造される。
In step S104, aluminum or silver is vapor-deposited on the polished surface of the
なお、本実施形態においては、結像部220の研磨面にハーフミラー230を形成したが、マイクロミラー素子はハーフミラー230を有さなくとも良い。すなわち、ステップS103により研磨した結像部220の研磨面を、反射面として用いても良い。これにより、結像部220から放射される実像の光透過率を高めることができる。
In the present embodiment, the
図8は第4実施例に係るマイクロミラー素子340の光学系の説明図である。ここまでの実施例においては、反射層として平面のハーフミラー230を用いたが、本実施例においては、反射層として凹面のハーフミラー330を用いる。
マイクロミラー素子340は、上記の結像部220と、ガラス製の片面凹面レンズ380と、当該片面凹面レンズ380の凹面に形成されたハーフミラー330と、を備える。片面凹面レンズ380の凹面の反対側の平面は、結像部220の研磨面に固定されている。片面凹面レンズ380の凹面の表面は研磨されている。ハーフミラー330は、片面凹面レンズ380の凹面に、アルミ又は銀を蒸着させて形成される。
FIG. 8 is an explanatory diagram of an optical system of the
The
ハーフミラー330の凹面は、楕円の曲面として形成されている。第1ディスプレイ111は、凹面のハーフミラー330の2つの焦点のうち、一方に配置されている。楕円曲面の凹面鏡は、2つの焦点のうち、一方に点光源を配置すると、他方の焦点に結像させることができる。すなわち、ハーフミラー330の一方の焦点に配置した第1ディスプレイ111から放射される第1光束11が、ハーフミラー330に対して点光源程度にみなせることができれば、他方の焦点に結像させることができる。したがって、第1ディスプレイ111は、ハーフミラー330に対して相対的に小さい。第2ディスプレイ112は、マイクロミラー素子340の結像部220側に配置されている。
The concave surface of the
本実施例においては、第1ディスプレイ111から放射される第1光束11と、第2ディスプレイ112から放射される第2光束12が、マイクロミラー素子340に入射して、観察者の目に入射するまでの光学系を説明する。
In the present embodiment, the
まず、結像部220を2回反射して片面凹面レンズ380に入射する第2光束12は、片面凹面レンズ380で屈折して、実像である第2像372を形成する。第2像372は、片面凹面レンズ380を有さないマイクロミラー素子140に比べて、マイクロミラー素子340からより離れた位置に形成される。
First, the
次に、ハーフミラー330の一方の焦点から放射され、ハーフミラー330に入射する第1光束11は、凹面のハーフミラー330で反射すると、ハーフミラー330の他方の焦点付近で収束し、実像である第1像371を形成する。
Next, the
以上より、第1光束11および第2光束12によって各々形成される、実像である第1像371および第2像372の光路が、観察軸10上に位置する。これによって、マイクロミラー素子340の手前の観察軸10上で、観察者の手前から順に第2像372、第1像371と並べて形成することができる。すなわち、マイクロミラー素子340を用いることにより、観察者は、観察軸10上において手前から順に、第2像372、第1像371を重ねて観察することができる。なお、マイクロミラー素子340の2平面のうち、片面凹面レンズ380を固定していない側の面には、当該凹面と近い曲率を持つ曲面を備えた片面凹面レンズを設置しても良い。マイクロミラー素子340の両平面に対し、片面凹面レンズを平面同士が貼り合わされるように設けることにより、第2光束12の歪みを抑えることができる。また、ハーフミラー330の代わりに、自然光によって実像を形成し、凹面鏡としての作用を持つホログラフィック素子を用いても良い。
As described above, the optical paths of the
図9は第5実施例に係るホログラフィック素子440の光学系の説明図である。ここまでの実施例においては、マイクロミラー素子を光学素子として用いる光学系を説明したが、本実施例においては、ホログラフィック素子440を光学素子として用いる光学系を説明する。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the optical system of the
ホログラフィック素子440には、レーザを用いて、浮かび上がらせる第2像472からの参照光を、予め干渉縞として記録している。また、ホログラフィック素子440の表面部430は、平面研磨がなされており、ハーフミラーの反射層を設けずに、表面部430を反射面としている。
In the
第1ディスプレイ111は、ホログラフィック素子440の表面部430側の空間に位置する。さらに、第1ディスプレイ111は、第1ディスプレイ111から放射される第1光束11の中心軸が、表面部430に対して傾きを有するように配置されている。また、第1光束11は、表面部430で反射する。
The
本実施例にいては、ホログラフィック素子440に対し、再生機490からの再生照明光を、観察者の側の空間から照射する。これにより、観察者の手前の観察軸10上に、スードスコピックな実像である第2像472が形成される。また、第1ディスプレイ111から放射される第1光束11が、当該表面部430で反射した後の光路は、観察軸10上に位置するため、観察者から見てホログラフィック素子440の奥に延びる観察軸10上に、虚像である第1像471が形成される。すなわち、観察者の手前から順に、実像である第2像472、虚像である第1像471が観察軸10上に並んで形成される。したがって、本実施例によれば、ホログラフィック素子440の表面部430の反対側の空間を用いることなく、観察者は観察軸10上で第2像472、第1像471を重ねて観察することができる。
In this embodiment, the
なお、本実施例においては、再生機490からの再生照明光を、観察者の側の空間から照射することとしたが、観察者と反対側の空間から再生照明光を照射することとしても良い。これにより、観察者から見てホログラフィック素子440の奥に延びる観察軸10上に、オルソスコピックな実像である第2像472を形成することができる。
In this embodiment, the reproduction illumination light from the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
10 観察軸、11 第1光束、12 第2光束、13 第3光束、14 第4光束、15 第5光束、16 第6光束、17 第7光束、100 表示装置、111 第1ディスプレイ、112 第2ディスプレイ、113 第3ディスプレイ、114 第4ディスプレイ、115 第5ディスプレイ、116 第6ディスプレイ、117 第7ディスプレイ、121 第1設置部、122 第2設置部、131 第1可動アーム、132 第2可動アーム、140、141、142 マイクロミラー素子、150 支持台、160 制御部、171 第1像、172 第2像、173 第3像、174 第4像、175 第5像、176 第6像、177 第7像、200 表示装置、220 結像部、221、222 平板、230、231、232 ハーフミラー、261 第1ハーフミラー、262 第2ハーフミラー、300 表示装置、330 ハーフミラー、340 マイクロミラー素子、371 第1像、372 第2像、380 片面凹面レンズ、430 表面部、440 ホログラフィック素子、471 第1像、472 第2像、490 再生機
DESCRIPTION OF
Claims (10)
第2物体より放射される第2光束を前記表面部より観察者の側の空間に結像させて第2像を形成する結像部と
を備える光学素子。 A surface portion that reflects the first light flux emitted from the first object to form a first image;
An optical element comprising: an image forming unit that forms a second image by forming an image of a second light beam emitted from the second object in a space closer to the observer than the surface portion.
前記第1物体および前記第2物体の少なくともいずれかを設置する設置部と
を備える表示装置。 The optical element according to any one of claims 1 to 6,
A display device comprising: an installation unit configured to install at least one of the first object and the second object.
前記結像部のうち、前記観察者の側の表面を鏡面加工する第2工程と
を有する光学素子の製造方法。 A mirror structure in which micromirrors that reflect a light beam emitted from an object arranged in a space opposite to the viewer's side a number of times and reflect it toward the space on the viewer's side are arranged in a matrix. A first step of forming an imaging portion including:
The manufacturing method of the optical element which has the 2nd process of carrying out the mirror surface processing of the surface by the side of the said observer among the said imaging parts.
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