JP2020038331A - screen - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロジェクタにより映像または画像が投影されるスクリーンに関する。 The present invention relates to a screen on which a video or an image is projected by a projector.
プロジェクタにより映像をスクリーンに投影するシステムにおいて、スクリーンに再帰性反射材を用いる場合がある。例えば、特許文献１には、車両を運転する運転者の視界を妨げるピラーによる死角をなくすために、ピラーの外方をカメラで撮影し、撮影した画像をリアルタイムでプロジェクタから車室内のピラーの再帰性反射面に投影する技術が開示されている。 In a system for projecting an image on a screen by a projector, a retroreflective material may be used for the screen. For example, in Patent Document 1, in order to eliminate a blind spot caused by a pillar that obstructs a driver's view of a vehicle driving, the outside of the pillar is photographed by a camera, and the photographed image is returned from a projector in real time to a pillar in a vehicle cabin. There is disclosed a technique of projecting an image on a reflective surface.
しかしながら、スクリーンに再帰性反射材を用いた場合、出射方向が投影機に向いて映像が明るく見えるが、観察できる範囲すなわち視野角は極めて狭い。このため、用途によっては、再帰性反射材を用いたスクリーンより反射光の中心方向や視野角を自由に設計できるようにすることが望まれる場合がある。 However, when a retroreflective material is used for the screen, the emission direction faces the projector, and the image looks bright, but the observable range, that is, the viewing angle is extremely narrow. For this reason, depending on the application, it may be desirable to be able to freely design the central direction and the viewing angle of the reflected light from a screen using a retroreflective material.
例えば、上記特許文献１に記載されているように、ピラーの部分に対応する映像を撮影し、撮影した映像を車両内に設置されたプロジェクタによりピラーの部分に投影する技術において、ピラー部分に再帰性反射材を用いると、運転者の座席の高さの違いや運転者の運動により運転者の眼の位置が想定された位置とずれると、運転者が映像を正しく視認できない場合がある。したがって、このような用途では、スクリーンに投影された映像を観察できる範囲すなわち視野角を、再帰性反射材を用いた場合より広げることが望ましい。 For example, as described in Patent Literature 1, in a technology in which an image corresponding to a pillar portion is photographed and the photographed image is projected on the pillar portion by a projector installed in a vehicle, recursion to the pillar portion is performed. If the reflective member is used, if the position of the driver's eyes deviates from the assumed position due to a difference in the height of the driver's seat or the driver's movement, the driver may not be able to view the image correctly. Therefore, in such an application, it is desirable that the range in which the image projected on the screen can be observed, that is, the viewing angle, be wider than that in the case of using the retroreflective material.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、観察者により観察される映像の明るさを確保しつつ、視野角を広げ、入射された光を所望の範囲に所望の強度分布で出力することが可能なスクリーンを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and while ensuring the brightness of an image observed by an observer, expands a viewing angle, and outputs incident light in a desired range with a desired intensity distribution. The goal is to get a screen that can do it.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、プロジェクタから自身の表面に入射される光を反射させて出射するスクリーンであって、複数の微小光学系ユニットを備え、前記複数の微小光学系ユニットのうちの少なくとも１つの前記微小光学系ユニットは、３つの立体を交差させたときの前記３つの立体が交差する交点を含み、前記３つの立体の表面にそれぞれ対応する第１の面、第２の面および第３の面を有し、第１の面、第２の面および第３の面のうち少なくとも１つの面の傾斜角は０°より大きいまたは０°より小さいことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a screen that reflects and emits light incident on its own surface from a projector, comprising: a plurality of micro-optical units; At least one of the micro optical system units includes an intersection point where the three solids intersect when three solids intersect, and a first corresponding to the surface of each of the three solids. , A second surface, and a third surface, wherein an inclination angle of at least one of the first surface, the second surface, and the third surface is larger than 0 ° or smaller than 0 °. It is characterized by.
本発明によれば、観察者により観察される映像の明るさを確保しつつ、視野角を広げ、入射された光を所望の範囲に所望の強度分布で出力することができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while ensuring the brightness of the image | video which an observer observes, there is an effect that a viewing angle can be widened and the incident light can be output in a desired range with a desired intensity distribution.
以下に、本発明の実施の形態にかかるスクリーンを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, a screen according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.
図１は、本発明にかかる実施の形態のプロジェクションシステムの構成例を示す図である。図１は、本発明にかかるプロジェクションシステムを横方向すなわち水平方向からみた図を示している。図１において、上下方向は、垂直方向を示している。図１に示すように、プロジェクタ２は、スクリーン１の前方に配置される。図１に示すように、観測者はプロジェクタ２から出射されてスクリーン１で反射された光を観測する。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a projection system according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing a projection system according to the present invention viewed from a horizontal direction, that is, a horizontal direction. In FIG. 1, the vertical direction indicates the vertical direction. As shown in FIG. 1, the projector 2 is disposed in front of the screen 1. As shown in FIG. 1, an observer observes light emitted from the projector 2 and reflected by the screen 1.
本実施の形態では、第１の面、第２の面および第３の面の３つの表面を含む微小光学系を１つの単位とし、この表面には薄い金属膜などの高反射材を付着させるなどして光を反射する機能をもたせ、これを微小光学系ユニットと呼ぶことにする。これを複数配列することによりスクリーン１を構成する。本実施の形態では、プロジェクタ２から投影されたスクリーン１により反射される光の分布が所望の分布となるように、微小光学系ユニットを設計する。図１に示すように、観測者はプロジェクタ２から出射されてスクリーン１で反射された光を観測する。本実施の形態では、観測者が、範囲３においてプロジェクタ２から出射されてスクリーン１で反射された光を良好に視認できるように、上述した所望の分布が設定される。 In this embodiment, a micro optical system including three surfaces of a first surface, a second surface, and a third surface is defined as one unit, and a highly reflective material such as a thin metal film is attached to this surface. For example, a function of reflecting light is provided, and this is called a micro optical system unit. The screen 1 is configured by arranging a plurality of these. In the present embodiment, the micro optical system unit is designed so that the distribution of light reflected by the screen 1 projected from the projector 2 becomes a desired distribution. As shown in FIG. 1, an observer observes light emitted from the projector 2 and reflected by the screen 1. In the present embodiment, the above-described desired distribution is set so that the observer can view the light emitted from the projector 2 and reflected on the screen 1 in the range 3 in an excellent manner.
具体的には、プロジェクタ２の位置と所望の映像視認可能範囲３すなわち拡散角θｓとを定める。そして、映像視認可能範囲内でのプロジェクタ２から投影されたスクリーン１により反射される光の強度分布すなわち所望の強度分布を定める。図１には、映像視認可能範囲３の一例を示している。拡散角θｓは、観測者がプロジェクタ２から出射されてスクリーン１で反射された光を良好に視認できる映像視認可能範囲３を、スクリーン１の反射点を中心とした角度で示したものであり、スクリーン１により反射される光が拡散される範囲を示す。θｄは、プロジェクタ２に入射した光がスクリーン１で反射拡散される中心角とのなす方向を示す角度である。すなわち、プロジェクタ２とスクリーン１の反射点を結ぶ線と、拡散角θｓの中央を示す線とがなす角度であり、これらはスクリーンへの入射角には依存しない。つまり、スクリーンの上部から下部のどの位置でも、またスクリーン自体の面の方向が変化してもθｄとθｓはほとんど変化しない。図１に示した映像視認可能範囲３およびプロジェクタ２の配置位置は一例であり、映像視認可能範囲３およびプロジェクタ２の配置位置は図１に示した例に限定されない。 Specifically, the position of the projector 2 and the desired video viewable range 3, that is, the diffusion angle θs are determined. Then, an intensity distribution of light reflected by the screen 1 projected from the projector 2 within the viewable range of the image, that is, a desired intensity distribution is determined. FIG. 1 shows an example of the video viewable range 3. The diffusion angle θs indicates an image viewable range 3 in which an observer can favorably view light emitted from the projector 2 and reflected on the screen 1, as an angle centered on a reflection point of the screen 1. It shows a range in which light reflected by the screen 1 is diffused. θd is an angle indicating a direction formed by a central angle at which light incident on the projector 2 is reflected and diffused by the screen 1. That is, this is the angle between the line connecting the projector 2 and the reflection point of the screen 1 and the line indicating the center of the diffusion angle θs, and does not depend on the angle of incidence on the screen. That is, even if the direction of the surface of the screen changes from any position from the upper part to the lower part of the screen, θd and θs hardly change. The arrangement position of the image viewable range 3 and the projector 2 shown in FIG. 1 is an example, and the arrangement position of the image viewable range 3 and the projector 2 is not limited to the example shown in FIG.
映像視認可能範囲３内の所望の強度分布およびプロジェクタの配置位置を定めた後、プロジェクタ２の配置位置と観察者の位置の関係すなわちプロジェクタ２から出た光のスクリーン１からの反射方向と映像視認可能範囲３内の所望の強度分布とに基づいて、微小光学系ユニットの形状が設計される。再帰性反射材のスクリーンを用いた場合には、プロジェクタから出射される光は、プロジェクタの方向にしか戻らないが、本実施の形態では映像視認可能範囲３をプロジェクタの方向から一定の角度だけずらすと共にある程度の広がりを持つ範囲に定める。これにより、観察者により観察される映像の明るさを確保しつつ、視野角を広げることができるとともに、所望の強度分布を実現できる。また、プロジェクタ２を任意の位置に配置可能となる。 After determining a desired intensity distribution in the image viewable range 3 and the position of the projector, the relationship between the position of the projector 2 and the position of the observer, that is, the direction of reflection of light emitted from the projector 2 from the screen 1 and the image viewing. The shape of the micro optical system unit is designed based on the desired intensity distribution within the possible range 3. When a screen made of a retroreflective material is used, light emitted from the projector returns only to the direction of the projector, but in the present embodiment, the image viewable range 3 is shifted by a certain angle from the direction of the projector. Together with some extent. Thereby, the viewing angle can be widened and the desired intensity distribution can be realized while ensuring the brightness of the image observed by the observer. Further, the projector 2 can be arranged at an arbitrary position.
次に、本実施の形態のスクリーン１を構成する微小光学系ユニットの例について説明する。本実施の形態の微小光学系ユニットは、第１の面、第２の面および第３の面を有する。第１の面、第２の面および第３の面は、例えば、後述する図２に示した第１の面２１、第２の面２２および第３の面２３である。第１の面、第２の面および第３の面は、たとえば、それぞれ第１の立体、第２の立体、第３の立体の表面である。このとき、微小光学系ユニットは、第１の立体、第２の立体、第３の立体のそれぞれの表面が交差する交点を含む。第１の立体、第２の立体および第３の立体は、任意の立体であり、たとえば、球、円柱、円筒、楕円体、またはｎ次多項式関数や三角関数などの関数の回転体であり、これらを組み合わせたものであってもよい。第１の立体、第２の立体および第３の立体のうちの一部が、直方体などのように曲面を含まない立体であってもよい。第１の立体、第２の立体および第３の立体は、それぞれが異なる形状の立体であってもよいし、第１の立体、第２の立体および第３の立体のうち２つ以上が同一の形状であってもよい。また、第１の立体、第２の立体および第３の立体は、半径の異なる球といったように同一形状の大きさの異なるものであってもよい。 Next, an example of the micro optical system unit that constitutes the screen 1 of the present embodiment will be described. The micro optical system unit of the present embodiment has a first surface, a second surface, and a third surface. The first surface, the second surface, and the third surface are, for example, a first surface 21, a second surface 22, and a third surface 23 shown in FIG. The first surface, the second surface, and the third surface are, for example, the surfaces of a first solid, a second solid, and a third solid, respectively. At this time, the micro optical system unit includes an intersection where the respective surfaces of the first solid, the second solid, and the third solid intersect. The first solid, the second solid and the third solid are arbitrary solids, for example, a sphere, a cylinder, a cylinder, an ellipsoid, or a rotator of a function such as an n-th order polynomial function or a trigonometric function, These may be combined. A part of the first solid, the second solid, and the third solid may be a solid that does not include a curved surface, such as a rectangular parallelepiped. The first solid, the second solid, and the third solid may be solids having different shapes, or two or more of the first solid, the second solid, and the third solid may be the same. The shape may be as follows. In addition, the first solid, the second solid, and the third solid may have the same shape and different sizes, such as spheres having different radii.
上述したように、本実施の形態では、３つの立体を交差させて第１の面、第２の面および第３の面を形成する。典型的には、３つの面のうちの少なくとも１つが曲面となる。以下の説明では、第１の面、第２の面および第３の面の全てが曲面である例を説明するが、３つの面のうちの少なくとも１つが曲面であればよい。 As described above, in the present embodiment, a first surface, a second surface, and a third surface are formed by intersecting three solids. Typically, at least one of the three surfaces is a curved surface. In the following description, an example will be described in which all of the first surface, the second surface, and the third surface are curved surfaces, but it is sufficient that at least one of the three surfaces is a curved surface.
図２は、第１の立体、第２の立体および第３の立体を円筒とした場合の各立体と微小光学系ユニットの一例を示す図である。図２に示した例では、第１の立体１１、第２の立体１２および第３の立体１３は、それぞれが円筒である。これら３つの円筒の中心軸を結ぶ線が正三角形を形成するように、第１の立体１１、第２の立体１２および第３の立体１３を交差させると、３つの立体が交差する交点Ｂを含む概略コーナーキューブ状の図２に示す微小光学系ユニット２０が得られる。図２に示した例では、３つの円筒が同じ大きさ（同じ直径と長さ）であるとしている。微小光学系ユニット２０は、第１の立体１１の表面の一部である第１の面２１、第２の立体１２の表面の一部である第２の面２２および第３の立体１３の表面の一部である第３の面２３で構成される。図２に示すように、第１の面２１、第２の面２２および第３の面２３のそれぞれは、３つの立体を交差する交点Ｂを含む３つの頂点を有する。例えば、第１の面２１の３つの頂点は点Ａ，Ｂ，Ｄである。ここで点Ａは第１の面２１と第２の面２２が交差する辺ＢＡ上の一点であり、詳細は後述する。同様に点Ｅは第２の面２２と第３の面２３が交差する辺ＢＥ上の一点であり、点Ｄは第３の面と第１の面が交差する辺ＢＤ上の一点である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of each solid and the micro optical system unit when the first solid, the second solid, and the third solid are cylindrical. In the example shown in FIG. 2, each of the first solid 11, the second solid 12, and the third solid 13 is a cylinder. When the first solid 11, the second solid 12, and the third solid 13 intersect so that a line connecting the central axes of these three cylinders forms an equilateral triangle, an intersection B at which the three solids intersect is formed. A micro-optical system unit 20 shown in FIG. In the example shown in FIG. 2, it is assumed that the three cylinders have the same size (the same diameter and length). The micro-optical system unit 20 includes a first surface 21 that is a part of the surface of the first three-dimensional body 11, a second surface 22 that is a part of the surface of the second three-dimensional body 12, and a surface of the third three-dimensional body 13. The third surface 23 is a part of the third surface 23. As shown in FIG. 2, each of the first surface 21, the second surface 22, and the third surface 23 has three vertices including an intersection B intersecting three solids. For example, three vertices of the first surface 21 are points A, B, and D. Here, the point A is one point on the side BA at which the first surface 21 and the second surface 22 intersect, and details will be described later. Similarly, point E is a point on the side BE where the second surface 22 and the third surface 23 intersect, and point D is a point on the side BD where the third surface intersects the first surface.
図３は、微小光学系の一例と傾斜角の定義を示す図である。図３に示す微小光学系ユニットは、一例として次の手順で定められたものであるとする。まず、微小光学系ユニットのおおよそのサイズを決定し、このサイズを有する基準となるＣＣＲ（Corner Cube Retroreflectors：コーナーキューブリトロリフレクター）を定める。基準となるＣＣＲ（以下、基準ＣＣＲという）とは、直交する３つの平面で構成される三角錐状の一般的なＣＣＲである。次に、３つの立体の形状を定める。ここでは、図２と同様に、各立体は円筒であり、３つの円筒の中心軸を結ぶ線が正三角形を形成するように、３つの立体を交差させたものであり、３つの円筒が同じ大きさ（同じ直径と長さ）であるとする。交点Ｂと点Ａ，Ｄ，Ｅの４点が、それぞれ基準ＣＣＲの対応する点と一致するように３つの立体を交差させることにより、傾斜角が０°となる基準微小光学系ユニットを得る。その後、微小光学系ユニットの傾斜角を持たせる面が、所望の傾斜角となるように、点Ａ，Ｄ，Ｅの位置は変えずに、この面に対応する円筒の直径、長さ、中心軸の位置などを変更する。これにより得られる微小光学系ユニットの交点Ｂは、基準微小光学系ユニットの交点とずれることになる。図３に示す微小光学系ユニットは、上述した手順で第３の面２６に傾斜角を与えた例を示している。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the micro optical system and the definition of the tilt angle. It is assumed that the micro optical system unit shown in FIG. 3 is determined by the following procedure as an example. First, the approximate size of the micro-optical system unit is determined, and a reference CCR (Corner Cube Retroreflectors) having this size is determined. The reference CCR (hereinafter referred to as reference CCR) is a general triangular pyramid-shaped CCR composed of three orthogonal planes. Next, three solid shapes are determined. Here, as in FIG. 2, each solid is a cylinder, and three solids intersect so that a line connecting the central axes of the three cylinders forms an equilateral triangle. Assume that they are of the same size (same diameter and length). By intersecting three solids so that the intersection B and the four points A, D, and E respectively correspond to the corresponding points of the reference CCR, a reference micro optical system unit having an inclination angle of 0 ° is obtained. Thereafter, the positions of the points A, D, and E are not changed, and the diameter, length, and center of the cylinder corresponding to this surface are set without changing the positions of the points A, D, and E so that the surface having the inclination angle of the micro optical system unit has the desired inclination angle. Change the position of the axis. The intersection B of the micro optical system unit obtained thereby is shifted from the intersection of the reference micro optical system unit. The micro optical system unit shown in FIG. 3 shows an example in which the inclination angle is given to the third surface 26 in the procedure described above.
図３の左側は、微小光学系ユニットの正面図（プロジェクタ２側からみた図）である。図３では、基準ＣＣＲを破線で示している。点Ｃは、ＤＥの中点である。また、点Ｂ０は、基準ＣＣＲの三角錐の頂点であり、ＡＢ０およびＢ０Ｅの破線は基準ＣＣＲの三角錐の辺を示す。点Ｂは、基準微小光学系ユニットの交点でもある。図３の右側は、微小光学系ユニットの側面図（横方向からみた図）であり、点Ｃおよび点Ｂ０を含む面に対応する。図３に示す微小光学系ユニットは、上述した手順で得られるため、点Ａ，Ｅ，Ｄは、基準ＣＣＲの底面の頂点と一致する。ただし、第１の面あるいは第２の面も傾斜させた場合は、点Ｂは側面図の面内にあるとは限らないので、その場合はこの面に投影したものとする。第１の面２４、第２の面２５および第３の面２６は、上述した第１の面２１、第２の面２２および第３の面２３である。 The left side of FIG. 3 is a front view of the micro optical system unit (a view from the projector 2 side). In FIG. 3, the reference CCR is indicated by a broken line. Point C is the midpoint of DE. The point B 0 is the vertex of the triangular pyramid of the reference CCR, and the broken lines AB 0 and B 0 E indicate the sides of the triangular pyramid of the reference CCR. Point B is also the intersection of the reference micro-optical system units. The right side of FIG. 3 is a side view (view from the lateral direction) of the micro optical system unit, and corresponds to a plane including points C and B 0 . Since the micro optical system unit shown in FIG. 3 is obtained by the above-described procedure, the points A, E, and D coincide with the apex of the bottom surface of the reference CCR. However, when the first surface or the second surface is also inclined, the point B is not necessarily in the plane of the side view. In that case, it is assumed that the point B is projected on this plane. The first surface 24, the second surface 25, and the third surface 26 are the first surface 21, the second surface 22, and the third surface 23 described above.
図３では、第３の面の傾斜角θａが正の値となる場合を示している。第３の面２６の傾斜角は、側面図において、破線ＣＢ０と、点Ｂと点Ｃとを結ぶ直線とのなす角である。換言すると、辺ＤＥを回転中心軸として、第３の面を傾斜させたとき、この面と基準ＣＣＲの第３の面との角度を傾斜角とする。さらに第１の面および第２の面を傾斜させる場合も、傾斜角の定義は第３の面の傾斜角の定義と同様である。ただしこの場合、点Ｂは、第１の立体の表面、第２の立体の表面および第３の立体の表面が交差する交点であり、前述のように側面図の面内にあるとは限らない。その場合、側面図では点Ｂがこの面に投影された点であることを示している。すなわち、傾斜角は、微小光学ユニットにおける三角形ＡＤＥがＣＣＲの三角錐の底面となるよう基準ＣＣＲが配置された場合の基準ＣＣＲの各面を基準面とし、基準ＣＣＲの対応する辺を中心軸として回転させた場合に基準面と第１の面、第２の面および第３の面の各面とがなす角である。換言すると、微小光学ユニットの第１の面と第２の面とが交差する辺を第１の辺（図３の辺ＡＢ）とし、第２の面と第３の面とが交差する辺を第２の辺（図３の辺ＢＥ）とし、前記第３の面と前記第１の面とが交差する辺を第３の辺（図３の辺ＢＤ）とすると、傾斜角は、第１の辺、第２の辺および第３の辺のそれぞれの交点Ｂ側でない３つの端点（点Ａ，Ｄ，Ｅ）を頂点とする三角形がＣＣＲの三角錐の底面となるよう仮想的にＣＣＲが配置された場合に、第１の面、第２の面および第３の面のそれぞれとＣＣＲの対応する面とがなす角である。なお、第３の面２６が曲面の場合、図３に示した側面図において、点Ｂと点Ｃを結ぶ曲線の接線の方向は場所ごとに異なる。したがって、第３の面の傾きは場所によって異なるとも言えるが、本実施の形態では、各面の傾斜角として、面全体の傾きを示す角度として図３に示した定義を用いる。 FIG. 3 shows a case where the inclination angle θa of the third surface is a positive value. The angle of inclination of the third surface 26, in side view, an angle between the broken line CB 0, the straight line connecting the points B and C. In other words, when the third surface is inclined with the side DE as the rotation center axis, the angle between this surface and the third surface of the reference CCR is defined as the inclination angle. Further, when the first surface and the second surface are inclined, the definition of the inclination angle is the same as the definition of the inclination angle of the third surface. However, in this case, the point B is an intersection where the surface of the first solid, the surface of the second solid, and the surface of the third solid intersect, and is not necessarily in the plane of the side view as described above. . In that case, the side view shows that point B is a point projected on this surface. In other words, the inclination angle is defined such that each surface of the reference CCR when the reference CCR is arranged such that the triangle ADE in the micro optical unit is the bottom surface of the triangular pyramid of the CCR is the reference surface, and the corresponding side of the reference CCR is the center axis. The angle formed by the reference plane and each of the first, second, and third planes when rotated. In other words, the side where the first surface and the second surface of the micro optical unit intersect is the first side (side AB in FIG. 3), and the side where the second surface and the third surface intersect is the side Assuming that a second side (side BE in FIG. 3) is a side where the third surface intersects with the first surface is a third side (side BD in FIG. 3), the inclination angle is the first side. CCR is virtually set so that a triangle having vertices at three end points (points A, D, and E) other than the intersection B side of each of the side, the second side, and the third side is the bottom surface of the triangular pyramid of the CCR. When placed, it is the angle between each of the first, second and third surfaces and the corresponding surface of the CCR. In the case where the third surface 26 is a curved surface, the direction of the tangent of the curve connecting the points B and C in the side view shown in FIG. 3 differs from place to place. Therefore, although it can be said that the inclination of the third surface differs depending on the place, in this embodiment, the definition shown in FIG. 3 is used as the inclination angle of each surface as an angle indicating the inclination of the entire surface.
図４は、傾斜角θａが負の値になる微小光学系の側面図の一例を示している。傾斜角θａの定義は、図３に示した例と同様である。 FIG. 4 shows an example of a side view of the micro optical system in which the inclination angle θa has a negative value. The definition of the inclination angle θa is the same as in the example shown in FIG.
以上、図２から図４を用いて説明した微小光学系ユニットの形状は例であり、本実施の形態の微小光学系ユニットを構成する第１の面、第２の面および第３の面は上述した例に限定されない。上述のように、３つの立体を交差させて第１の面、第２の面および第３の面を形成し、典型的には、３つの面のうちの少なくとも１つが曲面となる。図２から図４では、スクリーン１の正面からみると交点が凹んだ形状の微小光学系ユニットを例示したが、微小光学系ユニットは交点が凸となるような形状であってもよい。また、傾斜角の定義についても、図３，４に示した例に限定されず、他の方法で傾斜角０°の基準微小光学系ユニットを定義し、この基準微小光学系ユニットの各面となす角を傾斜角として定義したものであってもよい。微小光学系ユニットを構成する各面の具体的な形状は、前述した通り、プロジェクタ２から投影されたスクリーン１により反射される光の分布が所望の分布となるように設計される。 As described above, the shape of the micro optical system unit described with reference to FIGS. 2 to 4 is an example, and the first surface, the second surface, and the third surface constituting the micro optical system unit of the present embodiment are It is not limited to the example described above. As described above, the three solids intersect to form a first surface, a second surface, and a third surface, and typically at least one of the three surfaces is a curved surface. 2 to 4 exemplify the micro optical system unit in which the intersection is concave when viewed from the front of the screen 1, but the micro optical system unit may have a shape in which the intersection is convex. Also, the definition of the inclination angle is not limited to the examples shown in FIGS. 3 and 4. A reference micro optical system unit having an inclination angle of 0 ° is defined by another method, and each surface of the reference micro optical system unit is defined. The angle formed may be defined as an inclination angle. As described above, the specific shape of each surface constituting the micro optical system unit is designed so that the distribution of light reflected by the screen 1 projected from the projector 2 becomes a desired distribution.
反射の中心方向や拡散角の異なる微小光学ユニットを組み合わせてスクリーン１を構成することによって、反射光学特性の多様な組み合わせが可能となる。同一の微小光学ユニットを複数組み合わせてスクリーン１を構成してもよいし、異なる特性の微小光学系ユニットを複数組み合わせてスクリーン１を構成しても良い。図５は、図４に示した微小光学系ユニットを複数配列して構成されるスクリーン１の一例を示す正面図である。図５に示した例では、スクリーン１を構成する複数の微小光学系ユニットの形状は全て同一としている。図５は、微小光学系ユニットの配置の一例であり、微小光学系ユニットの配置方法は図５に示した例に限定されない。 By configuring the screen 1 by combining minute optical units having different reflection center directions and different diffusion angles, various combinations of reflection optical characteristics are possible. The screen 1 may be configured by combining a plurality of the same micro optical units, or the screen 1 may be configured by combining a plurality of micro optical units having different characteristics. FIG. 5 is a front view showing an example of the screen 1 configured by arranging a plurality of the micro optical system units shown in FIG. In the example shown in FIG. 5, the shapes of the plurality of micro optical system units constituting the screen 1 are all the same. FIG. 5 shows an example of the arrangement of the micro optical system units, and the method of arranging the micro optical system units is not limited to the example shown in FIG.
次に、本実施の形態の微小光学系ユニットを構成する各面の設計方法について説明する。上述した通り、本実施の形態では、プロジェクタから投影されたスクリーン１により反射される光の強度分布が所望の分布となるように、微小光学系ユニットを構成する第１の面、第２の面および第３の面の形状を設計する。微小光学系ユニットの反射光学特性を決定する要素としては、上述した傾斜角、各面が曲面である場合の曲率半径などがある。以下では、第１の面、第２の面および第３の面の曲率半径は同一であるとし、傾斜角により、スクリーン１により反射される光の強度分布を調整する例を説明する。すなわち、以下の述べる例では、スクリーン１を構成する複数の微小光学系ユニットのうちの少なくとも１つの微小光学系ユニットは、３つの立体を交差させたときの３つの立体が交差する交点を含み、３つの立体の表面にそれぞれ対応する第１の面、第２の面および第３の面を有し、第１の面、第２の面および第３の面のうち少なくとも１つの面の傾斜角は０°より大きいまたは０°より小さい。なお、第１の面、第２の面および第３の面の曲率半径が同一でない場合に、以下に述べる傾斜角による調整を適用してもよい。 Next, a method for designing each surface constituting the micro optical system unit of the present embodiment will be described. As described above, in the present embodiment, the first surface and the second surface constituting the micro optical system unit so that the intensity distribution of light reflected by the screen 1 projected from the projector becomes a desired distribution. And the shape of the third surface is designed. Factors that determine the reflection optical characteristics of the micro optical system unit include the above-described tilt angle and the radius of curvature when each surface is a curved surface. Hereinafter, an example will be described in which the first surface, the second surface, and the third surface have the same radius of curvature, and the intensity distribution of light reflected by the screen 1 is adjusted by the inclination angle. That is, in the example described below, at least one micro optical system unit among the plurality of micro optical system units configuring the screen 1 includes an intersection where three solids intersect when three solids intersect, It has a first surface, a second surface, and a third surface respectively corresponding to three solid surfaces, and the inclination angle of at least one of the first surface, the second surface, and the third surface Is greater than 0 ° or less than 0 °. Note that when the first surface, the second surface, and the third surface do not have the same radius of curvature, the adjustment based on the inclination angle described below may be applied.
図６は、第１の面、第２の面および第３の面の傾斜角が０°の場合の反射パターンの一例を示す図である。図６に示す反射パターンは、本実施の形態の微小光学系ユニットを用いたスクリーン１により反射された反射光の輝度分布の解析結果を示している。図６に示した例では、微小光学系ユニットとして、第１の面、第２の面および第３の面の曲率半径が同一であり、第１の面、第２の面および第３の面の傾斜角θａが０°である微小光学系ユニットを用いている。この微小光学系ユニットの寸法は底面の正三角形の高さが２００μmである。図６に示した例では、第１の面、第２の面および第３の面は、円筒型の曲面で曲率８３０μmである。また、図６に示した例では、スクリーン１に対するプロジェクタ２から入射される光の入射角は０°としている。図６に同心円で示した角度は、スクリーン正面方向を中心とした極座標における角度である。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the reflection pattern when the inclination angle of the first surface, the second surface, and the third surface is 0 °. The reflection pattern shown in FIG. 6 shows the analysis result of the luminance distribution of the light reflected by the screen 1 using the micro optical system unit of the present embodiment. In the example shown in FIG. 6, as the micro optical system unit, the first surface, the second surface, and the third surface have the same radius of curvature, and the first surface, the second surface, and the third surface The micro optical system unit whose inclination angle θa is 0 ° is used. The dimensions of this micro optical system unit are such that the height of the equilateral triangle on the bottom is 200 μm. In the example shown in FIG. 6, the first surface, the second surface, and the third surface are cylindrical curved surfaces with a curvature of 830 μm. In the example shown in FIG. 6, the incident angle of the light incident on the screen 1 from the projector 2 is 0 °. The angles shown by concentric circles in FIG. 6 are angles in polar coordinates centered on the screen front direction.
図７は、本実施の形態の微小光学系ユニットの一例を示す図である。この微小光学系ユニットの寸法は底面の正三角形の高さが２００μmである。図７に示した例では、同一種のハッチングが施された面は傾斜角が等しい。図７に示した例では、網掛け状のハッチングのされた第１の面３１と第２の面３２は傾斜角が等しく、斜線のハッチングのされた第３の面３３は、第１の面３１および第２の面３２とは傾斜角が異なる。図７に示した微小光学系ユニットでは、第１の面３１、第２の面３２および第３の面３３の曲率半径が同一の８３０μmであり、第１の面３１と第２の面３２の傾斜角は等しく、第３の面３３の傾斜角は第１の面３１と第２の面３２の傾斜角とは異なる。すなわち、図７に示した微小光学系ユニットは、２面の傾斜角が同一であり、他の一面の傾斜角が異なる。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the micro optical system unit according to the present embodiment. The dimensions of this micro optical system unit are such that the height of the equilateral triangle on the bottom is 200 μm. In the example shown in FIG. 7, the same hatched surfaces have the same inclination angle. In the example shown in FIG. 7, the hatched first surface 31 and the second surface 32 have the same inclination angle, and the hatched third surface 33 is the first surface. 31 and the second surface 32 have different inclination angles. In the micro optical system unit shown in FIG. 7, the first surface 31, the second surface 32 and the third surface 33 have the same radius of curvature of 830 μm, and the first surface 31 and the second surface 32 The inclination angles are equal, and the inclination angle of the third surface 33 is different from the inclination angles of the first surface 31 and the second surface 32. That is, in the micro optical system unit shown in FIG. 7, the inclination angles of the two surfaces are the same, and the inclination angles of the other surfaces are different.
図８，９は、図７に例示した微小光学系ユニットを用いた場合の反射パターンの一例を示す図である。図８に示した例と図９に示した例とは、いずれも第１の面３１と第２の面３２の傾斜角は等しく、第３の面３３の傾斜角は第１の面３１と第２の面３２の傾斜角とは異なる微小光学系ユニットを用いた場合に、光線追跡のシミュレーションにより得られた解析結果を示している。また、図８に示した例と図９に示した例とでは、第３の面の傾斜角が異なっている。図８に示した微小光学系における第１の面３１、第２の面３２の傾斜角はいずれも−４°であり、第３の面３３の傾斜角は１°である。図９に示した微小光学系における第１の面３４、第２の面３５の傾斜角はいずれも−４°であり、第３の面３３６の傾斜角は５°である。図８，９に示した例では、第１の面、第２の面および第３の面は、円筒型の曲面で曲率８３０μmである。 8 and 9 are diagrams illustrating an example of a reflection pattern when the micro optical system unit illustrated in FIG. 7 is used. In both the example shown in FIG. 8 and the example shown in FIG. 9, the inclination angle of the first surface 31 and the second surface 32 is equal, and the inclination angle of the third surface 33 is equal to that of the first surface 31. FIG. 9 shows an analysis result obtained by a ray tracing simulation when a micro optical system unit having a different inclination angle from the second surface 32 is used. Further, the example shown in FIG. 8 and the example shown in FIG. 9 differ in the inclination angle of the third surface. In the micro optical system shown in FIG. 8, the inclination angles of the first surface 31 and the second surface 32 are both −4 °, and the inclination angle of the third surface 33 is 1 °. In the micro optical system shown in FIG. 9, the inclination angles of the first surface 34 and the second surface 35 are both −4 °, and the inclination angle of the third surface 336 is 5 °. In the example shown in FIGS. 8 and 9, the first surface, the second surface, and the third surface are cylindrical curved surfaces and have a curvature of 830 μm.
図８，９に示した例では、各図の左側の（ａ）では微小光学系ユニットに対する入射角０°で光が入射される場合のシミュレーション結果を示し、各図の右側の（ｂ）では微小光学系ユニットに対して、入射角１０°、方位角９０°で光が入射される場合のシミュレーション結果を示している。図８，９に同心円で示した角度は、スクリーン正面方向を中心とした極座標における角度であり、Ｘ印は入射角を示す。図６に示した例では、各方向に反射光が広がっているが、図８および図９に示した例では反射光の範囲が図６に示した例に比べて上下１０°を中心として上下左右に分布している。これは、図１のプロジェクターからの入射角を図８，９のＸの位置とした場合、反射光の中心が下側にθｄ＝１０°ずれるように設計した結果と対応している。ただし、上下対称のパターンのうち上側のパターンは不要であるが、これは無視するものとする。このように、図８および図９に示した例では図６の例に比べて、下１０°の位置を中心とした目的の範囲内の反射光の強度は高くなっている。このように傾斜角を変えることで、反射パターンを目的の領域に変更することができる。すなわち、反射パターンを所望の分布に近づけるように傾斜角を調整することで、観測者は、所望の分布内で高い強度の光を観測することになり、明るい映像を観測することができる。ただし図８では、入射光の位置（Ｘ印）より下１０°直近の光強度が弱くなっているが、この問題の改善は以下で示す。 In the examples shown in FIGS. 8 and 9, (a) on the left side of each figure shows a simulation result when light is incident on the micro optical system unit at an incident angle of 0 °, and (b) on the right side of each figure shows The simulation result in the case where light is incident on the micro optical system unit at an incident angle of 10 ° and an azimuth angle of 90 ° is shown. The angles shown by concentric circles in FIGS. 8 and 9 are angles in polar coordinates centered on the front direction of the screen, and the X mark indicates the incident angle. In the example shown in FIG. 6, the reflected light spreads in each direction, but in the examples shown in FIGS. 8 and 9, the range of the reflected light is up and down about 10 ° vertically as compared with the example shown in FIG. 6. It is distributed on the left and right. This corresponds to the result of designing such that when the incident angle from the projector in FIG. 1 is the position of X in FIGS. 8 and 9, the center of the reflected light is shifted downward by θd = 10 °. However, the upper pattern among the vertically symmetric patterns is unnecessary, but is ignored. As described above, in the examples shown in FIGS. 8 and 9, the intensity of the reflected light within the target range centered on the lower 10 ° is higher than in the example of FIG. 6. By changing the inclination angle in this way, the reflection pattern can be changed to a target area. That is, by adjusting the inclination angle so that the reflection pattern approaches the desired distribution, the observer observes high-intensity light within the desired distribution, and can observe a bright image. However, in FIG. 8, the light intensity immediately 10 ° below the position of the incident light (marked by X) is weak, but the improvement of this problem will be described below.
また、図８，９のそれぞれにおいて、（ａ）と（ｂ）を比較すると、入射角（Ｘ印の位置）を変化させても常に、反射パターンの中心はそれより下側１０°に位置しており、所望の特性が得られていることがわかる。 8 and 9, comparing (a) and (b), the center of the reflection pattern is always located at 10 ° below it even when the incident angle (the position of the X mark) is changed. It can be seen that the desired characteristics were obtained.
図１０は、２つの微小光学系ユニットをペアで用いる場合の微小光学系ユニットの組み合わせ例を示す図である。図１０に示した例では、図７に示した第１の面３１、第２の面３２および第３の面３３で構成される微小光学ユニットと、第１の面３４、第２の面３５および第３の面３６で構成される微小光学ユニットとを、第３の面３３と第３の面３６が向き合うように配置している。網掛け状のハッチングのされた第１の面３１、第２の面３２、第１の面３４、第２の面３５は傾斜角が等しい。第３の面３３、第３の面３６は、第１の面３１、第２の面３２、第１の面３４、第２の面３５と傾斜角が異なる。また、第３の面３３と第３の面３６は傾斜角が異なる。 FIG. 10 is a diagram showing an example of a combination of micro optical system units when two micro optical system units are used in pairs. In the example illustrated in FIG. 10, the micro optical unit including the first surface 31, the second surface 32, and the third surface 33 illustrated in FIG. 7, and the first surface 34 and the second surface 35 And the micro optical unit constituted by the third surface 36 are arranged such that the third surface 33 and the third surface 36 face each other. The shaded hatched first surface 31, second surface 32, first surface 34, and second surface 35 have the same inclination angle. The third surface 33 and the third surface 36 have different inclination angles from the first surface 31, the second surface 32, the first surface 34, and the second surface 35. The third surface 33 and the third surface 36 have different inclination angles.
図１１，１２は、図１０に示した微小光学系ユニットを用いた場合の反射パターンの一例を示す図である。図１１，１２に示した例では、いずれも、図８のシミュレーションで用いた微小光学系と、図９のシミュレーションで用いた微小光学系とを、互いに第２の面が向き合うように組み合わせてペアとした場合の反射パターンを示している。図１１，１２のそれぞれの（ａ）には、光線追跡のシミュレーション結果を示し、（ｂ）には、微小光学系ユニットをアレイ状にしたサンプルを用いた実測結果を示している。図１３は、測定に用いた、微小光学系のペアをアレイ状にしたサンプルを模式的に示した図である。図１１，１２（ｂ）に示す測定結果は、次のような測定を行った結果である。レーザー光を、微小光学系のペアをアレイ状にしたサンプルに正面から一定の入射角で照射し、サンプルからの反射光を散乱フィルムに当ててそのパターンをカメラで撮影した。なお、レーザーには赤色レーザー（波長６５０ｎｍ）を用いたが、波長依存性はないことを確認している。 FIGS. 11 and 12 are views showing an example of the reflection pattern when the micro optical system unit shown in FIG. 10 is used. In each of the examples shown in FIGS. 11 and 12, the micro optical system used in the simulation of FIG. 8 and the micro optical system used in the simulation of FIG. 9 are combined so that the second surfaces face each other. In this case, the reflection pattern is shown. FIGS. 11A and 12A show the results of a ray tracing simulation, and FIGS. 11B and 12B show the results of actual measurements using a sample in which a micro optical system unit is arrayed. FIG. 13 is a diagram schematically showing a sample in which a pair of micro optical systems is used in an array, which is used for measurement. The measurement results shown in FIGS. 11 and 12 (b) are the results of performing the following measurements. Laser light was irradiated from the front at a fixed incident angle onto a sample in which a pair of micro optical systems was arrayed, and the light reflected from the sample was applied to a scattering film, and the pattern was photographed with a camera. Although a red laser (wavelength 650 nm) was used as the laser, it was confirmed that there was no wavelength dependency.
図１１に示した例では、入射角０°で光が入射される場合を示し、図１２では、入射角１０°、方位角９０°で光が入射される場合を示している。図１１，１２に示すように、入射角が０°の場合も入射角が１０°の場合も、図８，９と同様に、入射光の位置（Ｘ印）から下側１０°を中心として上下左右の一定領域に反射輝度の高い部分が存在していることがわかる。また、図８，９では、下側１０°の中心直近の光強度がやや弱かったが、図１１，１２ではほぼ均一化している。図１１，１２のそれぞれの（ａ）と（ｂ）を比較するとわかるように、シミュレーション結果に近い実測結果が得られている。 The example shown in FIG. 11 shows a case where light is incident at an incident angle of 0 °, and FIG. 12 shows a case where light is incident at an incident angle of 10 ° and an azimuth angle of 90 °. As shown in FIGS. 11 and 12, both in the case where the incident angle is 0 ° and in the case where the incident angle is 10 °, similarly to FIGS. It can be seen that there is a portion with high reflection luminance in the upper, lower, left and right fixed regions. In FIGS. 8 and 9, the light intensity near the center at the lower side of 10 ° was slightly weak, but in FIGS. 11 and 12, it is almost uniform. As can be seen by comparing (a) and (b) in FIGS. 11 and 12, actual measurement results close to the simulation results are obtained.
例えば、用途によっては、スクリーン１により反射された光が全方向に拡散されるのではなく、一方向（例えば、鉛直方向、または水平方向）に広がりを持つことが要求されることがある。このような場合、上述した微小光学系ユニットのペアの傾斜角を調整することで、入射光に対して反射光を一定の方向にシフトさせ、一様に拡散するパターンを得ることができる。この場合、所望の方向以外に反射する光が減り、所望の方向に反射する光が増えるので、輝度が高くなり、観測者は明るい映像を観測できるようになる。例えば、上述した例では、標準白色板に対して１６倍の明るさを実現できる。したがって、出力の低いプロジェクタを用いる場合であっても、明瞭な映像を得ることができる。 For example, depending on the application, it may be required that the light reflected by the screen 1 is not diffused in all directions but spread in one direction (for example, a vertical direction or a horizontal direction). In such a case, by adjusting the inclination angle of the pair of micro optical system units described above, it is possible to shift the reflected light in a certain direction with respect to the incident light, and obtain a pattern that is uniformly diffused. In this case, the amount of light reflected in directions other than the desired direction decreases, and the amount of light reflected in the desired direction increases, so that the luminance increases and the observer can observe a bright image. For example, in the above-described example, 16 times the brightness can be realized with respect to the standard white plate. Therefore, a clear image can be obtained even when a low output projector is used.
本実施の形態では、再帰性反射に比べてスクリーン１により反射される光が広がりを持っているため、観測者の位置が多少ずれたとしても映像を視認することができる。たとえば、車両のピラー透明化技術に用いる場合、運転者の位置がずれたとしても、ピラーに投影される映像を運転者が視認できる。また、本実施の形態では標準白色板に比べて明るくすることができるため、昼間の車両内等であっても運転者が映像を視認することができる。さらに、出力の低いプロジェクタを用いることができるため、プロジェクタを小型化することができ、車両のピラー透明化技術に用いる場合にプロジェクタの配置の自由度が高まる。さらに、出力の低いプロジェクタを用いることができるため、省エネルギー化を実現することができる。 In the present embodiment, since the light reflected by the screen 1 is wider than the retroreflection, the image can be visually recognized even if the position of the observer is slightly shifted. For example, in the case of using the technology for making the pillar transparent of a vehicle, even if the position of the driver is shifted, the image projected on the pillar can be visually recognized by the driver. Further, in the present embodiment, since the brightness can be made higher than that of the standard white plate, the driver can visually recognize the image even in a vehicle in the daytime or the like. Furthermore, since a projector with a low output can be used, the projector can be downsized, and the degree of freedom of arrangement of the projector is increased when the projector is used for a pillar transparent technology. Furthermore, since a low-output projector can be used, energy saving can be achieved.
なお、本実施の形態では、１つのペアを構成する微小光学系ユニットがそれぞれ異なる例を説明したが、同一の微小学系ユニットでペアを構成してもよい。 Note that, in the present embodiment, an example has been described in which the micro optical system units constituting one pair are different from each other, but the same micro scientific system unit may constitute a pair.
図１では、一方向、具体的には上下方向の映像視認可能範囲３を図示したが、本発明では、上下方向および水平方向のうちの少なくとも１方向において所望の強度分布を定め、所望の強度分布となるように、スクリーンを構成する微小光学系ユニットの形状を設計する。 Although FIG. 1 illustrates the image viewable range 3 in one direction, specifically, the vertical direction, in the present invention, a desired intensity distribution is determined in at least one of the vertical direction and the horizontal direction, and the desired intensity distribution is determined. The shape of the micro optical system unit constituting the screen is designed so as to be distributed.
具体的には、スクリーン１に対するプロジェクタ２からの光の入射角度とスクリーン１からの出射光の方向とが定まれば、微小光学系ユニットを構成する各面の法線を定めることができ、これによって、スクリーンを構成する微小光学系ユニットの形状を設計することができる。 Specifically, if the incident angle of light from the projector 2 with respect to the screen 1 and the direction of light emitted from the screen 1 are determined, it is possible to determine the normal of each surface constituting the micro optical system unit. Thereby, the shape of the micro optical system unit constituting the screen can be designed.
また、スクリーン１の材質としては、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、シクロオレフィンポリマー等のプラスチック材料や、ガラス、金属、セラミックス等を用いることができる。スクリーン１の材質は、上記に限定されず、微小光学系ユニットを形成可能な材料ならばどのようなものを用いてもよい。 In addition, as a material of the screen 1, a plastic material such as acrylic, polycarbonate, polyester, or cycloolefin polymer, glass, metal, ceramics, or the like can be used. The material of the screen 1 is not limited to the above, and any material may be used as long as it can form the micro optical system unit.
また、微小光学系ユニットのサイズは、例えば、ピラー用のスクリーンとして用いる場合には、観察者が微小光学ユニットを認識できない程度のサイズが好ましい。例えば、数百μｍ程度である。また、高精度の道路標識や、サイネージなどを想定した反射集光光学デバイス等では、上記のサイズに限定されることなく、用途に応じて適宜サイズを設定すれば良い。第１の面、第２の面および第３の面のうちの少なくとも１つの面の表面を、さらに、ミクロンオーダーから微小光学ユニットのサイズまでの間の大きさで凸面、凹面、プリズム形状となるように加工することにより、さらに光を拡散させることができる。すなわち、第１の面、第２の面および第３の面のうちの少なくとも１つの面の表面は、第１の面、第２の面および第３の面のサイズより小さいサイズの凹凸の形状を有する。上記の所望の強度分布となるように設計された形状を第１の拡散制御と呼び、ミクロンオーダーの表面の加工による拡散の制御を第２の拡散制御と呼ぶこととすると、第２の拡散制御により、拡散の度合いを制御することができる。 When the micro optical system unit is used as a screen for a pillar, for example, it is preferable that the size is such that the observer cannot recognize the micro optical unit. For example, it is about several hundred μm. In the case of a high-precision reflection sign optical device or the like that assumes a high-precision road sign, signage, or the like, the size is not limited to the above-described size, and may be appropriately set according to the application. The surface of at least one of the first surface, the second surface, and the third surface has a convex surface, a concave surface, and a prism shape with a size ranging from the micron order to the size of the micro optical unit. By processing as described above, light can be further diffused. That is, the surface of at least one of the first surface, the second surface, and the third surface has an irregular shape having a size smaller than the size of the first surface, the second surface, and the third surface. Having. If the shape designed to have the desired intensity distribution described above is called first diffusion control, and the control of diffusion by processing a micron-order surface is called second diffusion control, the second diffusion control Thus, the degree of diffusion can be controlled.
また、高視野角を得るために、スクリーン１の表面を透明樹脂で充填してもよい。樹脂としては、例えば、アクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、シクロオレフィンポリマー等のプラスチック材料や、ガラス、透明セラミックス等を用いることができる。透明樹脂で充填する代わりに、透明樹脂等の基板の一面に微小光学系ユニットを形成し、微小光学系ユニットが形成されていない側の面すなわち裏面を、スクリーン１の表面として用いてもよい。これにより、スクリーン１の表面を透明樹脂で充填した場合と同様の効果を奏することができる。また、各微小光学系ユニットの開口に丸いアパーチャーパターン（パターン部分は透過、パターン以外の部分は黒く光を透過させない）を設けることによって迷光を吸収し、光学の信号対雑音比（ＳＮＲ）を高くすることが可能である。 Further, in order to obtain a high viewing angle, the surface of the screen 1 may be filled with a transparent resin. As the resin, for example, a plastic material such as acryl, polycarbonate, polyester, or cycloolefin polymer, glass, transparent ceramic, or the like can be used. Instead of filling with a transparent resin, a micro optical system unit may be formed on one surface of a substrate made of a transparent resin or the like, and the surface on which the micro optical system unit is not formed, that is, the back surface may be used as the front surface of the screen 1. Thereby, the same effect as when the surface of the screen 1 is filled with the transparent resin can be obtained. In addition, by providing a round aperture pattern (a pattern portion is transmitted and a portion other than the pattern is black and does not transmit light) at the opening of each micro optical system unit, stray light is absorbed and the optical signal-to-noise ratio (SNR) is increased. It is possible to
再帰性反射材により構成されるスクリーンでは、プロジェクタから入射された光は入射された方向へのみ射出される。これに対し、本実施の形態では、第１の面、第２の面および第３の面のうちの少なくとも１つが曲面となるため、曲面の形状を上記の所望の強度分布となるように設計する。すなわち、スクリーン１は、プロジェクタ２から入射される光が、あらかじめ定めた角度範囲にあらかじめ定めた強度分布（所望の広がり）で出力されるように設計される。詳細には、本実施の形態のスクリーン１を構成する微小光学系ユニットは、スクリーン１により反射された光の出射角に応じた強度分布が所望の強度分布となるよう形状が定められた第１の面、第２の面および第３の面を有する。 In a screen made of a retroreflective material, light incident from a projector is emitted only in the incident direction. On the other hand, in the present embodiment, at least one of the first surface, the second surface, and the third surface is a curved surface, and therefore, the shape of the curved surface is designed to have the desired intensity distribution described above. I do. That is, the screen 1 is designed so that light incident from the projector 2 is output with a predetermined intensity distribution (a desired spread) in a predetermined angle range. More specifically, the micro optical system unit constituting the screen 1 of the present embodiment has a first shape whose shape is determined so that an intensity distribution according to an emission angle of light reflected by the screen 1 becomes a desired intensity distribution. , A second surface and a third surface.
これにより、再帰性反射材で構成されるスクリーンより視野角を広くすることができるとともに、マットスクリーンに比べて大幅に明るさを向上させることができる。また、入射された光を所望の範囲に所望の強度分布で出力することが可能となり、さらには、プロジェクタの設置位置に制約が無いため、ピラーの透明化システムに適用した場合に、プロジェクタを車両内の比較的自由な位置に配置することができる。 Thus, the viewing angle can be made wider than that of a screen made of a retroreflective material, and the brightness can be greatly improved as compared with a mat screen. Further, it becomes possible to output the incident light in a desired range with a desired intensity distribution, and furthermore, since there is no restriction on the installation position of the projector, when the projector is applied to a transparent system of a pillar, the projector is mounted on a vehicle. In a relatively free position.
図１４は、車両のピラーを示す図である。図１４に示すように、車両には、ピラー１０１，１０２，１０３が設けられている。これらのピラー１０１，１０２，１０３は、運転者の視野の妨げとなる。図１５は、ピラー１０１を車両内からみた図である。前方に設けられるピラー１０１は、進行方向の視野の妨げとなり、影響が大きい。 FIG. 14 is a diagram illustrating pillars of a vehicle. As shown in FIG. 14, the vehicle is provided with pillars 101, 102, and 103. These pillars 101, 102, and 103 hinder the driver's view. FIG. 15 is a view of the pillar 101 as viewed from inside the vehicle. The pillar 101 provided in front obstructs the visual field in the traveling direction, and has a great influence.
そこで、ピラー１０１の外側を撮影するカメラを設け、カメラにより撮影された画像を車両内に設けられたプロジェクタでピラー１０１に設けられたスクリーンに投影する技術が検討されている。本実施の形態のスクリーン１は、ピラー１０１に貼付される、またはピラー１０１の一部として形成されることにより、車両内に設けられたプロジェクタ２から投影された画像を車両内の所望の映像視認可能範囲に投影することができる。これにより、画像の明るさを確保しつつ、運転者の座席の高さが変更されても、運転車は画像を視認することができる。また、プロジェクタを、天井、ヘッドレストをはじめとして車両内の任意の位置に設置することができる。なお、ここでは、本実施の形態のスクリーン１が、ピラー１０１に設置される例を説明したが、これに限らず、本実施の形態のスクリーン１がピラー１０２，１０３に設置され、ピラー１０２，１０３のそれぞれの外部を撮影した画像の投影に使用されてもよい。または、ピラー１０１，１０２，１０３の外部を撮影した画像だけでなく他の画像がプロジェクタ２により投影される場合に、本実施の形態のスクリーン１が用いられてもよい。 Therefore, a technology for providing a camera for photographing the outside of the pillar 101 and projecting an image photographed by the camera onto a screen provided on the pillar 101 by a projector provided in the vehicle has been studied. The screen 1 according to the present embodiment is attached to the pillar 101 or formed as a part of the pillar 101 so that an image projected from the projector 2 provided in the vehicle can be visually recognized as a desired image in the vehicle. Projection can be made to the possible range. Accordingly, the driving vehicle can visually recognize the image even if the height of the driver's seat is changed while ensuring the brightness of the image. Further, the projector can be installed at an arbitrary position in the vehicle including the ceiling and the headrest. Here, the example in which the screen 1 of the present embodiment is installed on the pillar 101 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the screen 1 of the present embodiment is installed on the pillars 102 and 103, and the pillar 102, It may be used to project an image of the outside of each of the 103. Alternatively, the screen 1 of the present embodiment may be used when not only an image of the outside of the pillars 101, 102, and 103 but also another image is projected by the projector 2.
また、助手席側のドアの内側に本実施の形態のスクリーン１を貼付するまたは助手席側のドアとスクリーン１が一体化されて形成されてもよい。本実施の形態では、プロジェクタ２を任意の位置に配置できるため、助手席に人がいる場合でも、助手席側のドアにプロジェクタ２から投影された画像を運転者が視認することができる。 In addition, the screen 1 of the present embodiment may be attached to the inside of the door on the passenger seat side, or the door 1 on the passenger seat side and the screen 1 may be integrally formed. In the present embodiment, since projector 2 can be arranged at an arbitrary position, even when there is a person in the passenger seat, the driver can visually recognize the image projected from projector 2 on the door on the passenger seat side.
１ スクリーン、２ プロジェクタ、３ 映像視認可能範囲、１１ 第１の立体、１２ 第２の立体、１３ 第３の立体、２１，２４，３１ 第１の面、２２，２５，３２ 第２の面、２３，２６，３３ 第３の面、１０１〜１０３ ピラー。 1 screen, 2 projectors, 3 image viewable range, 11 first solid, 12 second solid, 13 third solid, 21, 24, 31 first surface, 22, 25, 32 second surface, 23, 26, 33 Third surface, 101-103 pillars.
Claims (8)
複数の微小光学系ユニットを備え、
前記複数の微小光学系ユニットのうちの少なくとも１つの前記微小光学系ユニットは、
３つの立体を交差させたときの前記３つの立体が交差する交点を含み、前記３つの立体の表面にそれぞれ対応する第１の面、第２の面および第３の面を有し、第１の面、第２の面および第３の面のうち少なくとも１つの面の傾斜角は０°より大きいまたは０°より小さいことを特徴とするスクリーン。 A screen that reflects and emits light incident on its own surface from a projector,
Equipped with multiple micro optical units,
At least one of the plurality of micro-optical units is the micro-optical unit,
A first surface, a second surface, and a third surface, each of which includes an intersection point at which the three solids intersect when the three solids intersect, and corresponds to a surface of the three solids; The screen, wherein the inclination angle of at least one of the surface, the second surface and the third surface is larger than 0 ° or smaller than 0 °.
前記傾斜角は、前記第１の辺、前記第２の辺および前記第３の辺のそれぞれの前記交点側でない３つの端点を頂点とする三角形がコーナーキューブリトロリフレクターの三角錐の底面となるよう仮想的に前記コーナーキューブリトロリフレクターが配置された場合に、前記第１の面、前記第２の面および前記第３の面のそれぞれと前記コーナーキューブリトロリフレクターの対応する面とがなす角であることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。 A side where the first surface and the second surface intersect is a first side, a side where the second surface and the third surface intersect is a second side, and the third side is a third side. The side where the surface intersects with the first surface is defined as a third side,
The inclination angle is such that a triangle having three vertices on the first side, the second side, and the third side that are not the intersection side as vertices is the bottom surface of the triangular pyramid of the corner cube retroreflector. When the corner cube retroreflector is virtually disposed, the angle is formed between each of the first surface, the second surface, and the third surface and a corresponding surface of the corner cube retroreflector. The screen according to claim 1, wherein:
前記ペアを構成する２つの前記微小光学系ユニットである第１の微小光学系ユニットおよび第２の微小光学系ユニットは、前記第３の面が向き合うように隣接し、前記第１の微小光学系ユニットの前記第３の面の傾斜角は前記第２の値であり、前記第２の微小光学系ユニットの前記第３の面の傾斜角は前記第２の値とは異なる第３の値であることを特徴とする請求項３から５のいずれか１つに記載のスクリーン。 The plurality of micro optical system units form a pair with two adjacent micro optical units,
The first micro optical system unit and the second micro optical system unit, which are the two micro optical system units forming the pair, are adjacent to each other so that the third surfaces face each other, and the first micro optical system The inclination angle of the third surface of the unit is the second value, and the inclination angle of the third surface of the second micro optical system unit is a third value different from the second value. The screen according to claim 3, wherein the screen is provided.
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