JP4332780B2

JP4332780B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP4332780B2
Application number: JP2003186378A
Authority: JP
Inventors: 秀邦相澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP2005017985A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は新規な表示装置に関する。詳しくは、通常の可視光による画像表示を妨げること無しに別の情報表示を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来にない広い色再現性を備えた表示装置として、レーザ光源とＧＬＶ（Grating Light Valve）を用いた表示装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System）方式により、基板上に微細加工により製造される微小精密ミラーを用いて、１画素分又は縦若しくは横１列分の画素情報を２次元又は１次元に走査させて画像情報を表示する小型の表示装置も提案されている。
【０００４】
上記した表示装置は、何れも、ブラウン管や液晶パネルのような２次元的な画素の集合による固定された表示部を必要とせず、走査範囲を自由に設定して任意の画像サイズで表示することが可能である。そのため、ポータブル機器への組み込みが可能であり、室内での使用に限らず、用途の拡大が期待されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１３１８３８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の表示装置は、何れも、表示する内容に関しては在来のものと変わりなく、放送されたテレビ画像、ビデオカメラの動画映像、デジタルスチルカメラの静止画像、パーソナルコンピュータからの情報等の表示装置となっている。
【０００７】
そこで、本発明は、画像情報が色合成後は一つの光軸上を進むことに着目し、通常の可視光による画像表示を妨げること無しに別の情報表示を可能にすることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明表示装置は、上記した課題を解決するために、Ｒ、Ｇ、Ｂの各可視光源及び１つ以上の可視波長以外の波長の光源（以下、「不可視光源」という）と、上記各光源の光を１画素分又は縦若しくは横１列分の画素情報によって変調する変調手段と、上記変調手段によって変調された各光源の光を合成する色合成手段と、色合成手段によって合成された光をスクリーン上に投影且つ走査させて画像情報をスクリーン上に表示する走査投影手段とを備え、上記変調手段が位相を変調させる回折格子素子が配列されて成る空間変調器であって、上記走査投影手段が、１軸周り又は直交する２軸周りに傾動可能なスキャンミラーと投影レンズとから成り、上記スクリーン上に表示された不可視光による画像を視認するための不可視光読取装置を備えたものである。
【０００９】
従って、本発明表示装置にあっては、可視光源による画像及び不可視光源による画像は共にスクリーン上に表示されるが、不可視光源による画像は肉眼及び肉眼と同等の可視能力を有する機器では認識することができない。そのため、肉眼ではスクリーン上に表示された可視光源による画像しか視認することができない。そして、この可視光源による画像の表示を妨げること無しに、スクリーン上に表示された不可視光源による画像は不可視光読取装置によって視認することが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明表示装置の実施の形態を添付図面を参照して説明する。なお、図示した実施の形態は、本発明を、光源として半導体レーザを、空間変調器としてＧＬＶ（Grating Light Valve）を使用し、走査投影手段を投影レンズと２軸駆動のスキャンミラーとで構成し、反射型スクリーンに画像を投影する表示装置に適用したものである。
【００１１】
図１で分かるように、表示装置１０においてＲ、Ｇ、Ｂの各可視光源部２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂはそれぞれ、例えば、波長が６４２ｎｍ（ナノメータ）の赤色レーザ光、波長が５３２ｎｍの緑色レーザ光、波長が４５７ｎｍの青色レーザ光をそれぞれ発する半導体レーザ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと各半導体レーザ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに対応して設けられたＧＬＶ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂとによって構成される。
【００１２】
上記ＧＬＶは、電圧の印加によって発生するクーロン引力を用いた変調可能なリボン構造を有する回折格子型空間変調器である。図２に示すようにＧＬＶ２２は、例えば、表示画面の１画素（ピクセル）を構成する部分が３本の可動リボン（回折格子素子）２２ａ、２２ａ、２２ａと３本の固定リボン（回折格子素子）２２ｂ、２２ｂ、２２ｂから成る６本のリボン（反射部）で構成され、ＧＬＶに電圧を印加すると、上記６本のリボン２２ａ、２２ｂ、・・・が平面上に並んで平面鏡を構成していた状態から可動リボン２２ａ、２２ａ、２２ａが静電気力によって、図２に示すように、下降して、反射型回折格子に変化し、照射されたレーザ光を反射して回折光として出射するものである。上記したように、１画素分が６本のリボン２２ａ、２２ｂ、・・・で構成されるので、縦又は横方向の１ライン分を変調する場合は、例えば、１０８０画素分のリボン２２ａ、２２ｂ、・・・がシリコンチップ上に配列形成される。なお、上記したように、この実施の形態にかかる表示装置１０は１画素分ずつ順次空間変調したレーザ光を２軸可動ミラーによって２次元方向に走査して１画面を形成するものであるので、各ＧＬＶ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂはそれぞれ６本ずつのリボン２２ａ、２２ｂ、・・・を有する。
【００１３】
従って、ＧＬＶ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂによって変調されたレーザ光Ｒ、Ｇ、Ｂはコリメータレンズ２３、２３、２３を介して色合成手段３０のそれぞれ所定の面に入射される。色合成手段３０は３個のダイクロイックプリズム３１、３２、３３が結合されて構成される。可視光源部２０Ｒから出射された赤色レーザ光Ｒはダイクロイックプリズム３１の入射面３１Ｒからダイクロイックプリズム３１に入射し、可視光源部２０Ｇから出射された緑色レーザ光Ｇはダイクロイックプリズム３１の別の入射面３１Ｇからダイクロイックプリズム３１に入射する。そして、赤色レーザ光Ｒはダイクロイックプリズム３１のダイクロイック面３１ａを透過し、緑色レーザ光Ｇは上記ダイクロイック面３１ａで反射され、これによって、赤色レーザ光Ｒと緑色レーザ光Ｇとが合成され、該合成レーザ光ＲＧがダイクロイックプリズム３２に入射する。
【００１４】
可視光源部２０Ｂから出射された青色レーザ光Ｂはダイクロイックプリズム３２の入射面３２Ｂからダイクロイックプリズム３２に入射する。そして、赤色レーザ光Ｒと緑色レーザ光Ｇとの合成レーザ光ＲＧはダイクロイック面３２ａを透過し、青色レーザ光Ｂはダイクロイック面３２ａで反射され、これによって、３色のレーザ光Ｒ、Ｇ、Ｂが合成され、該合成レーザ光ＲＧＢが次のダイクロイックプリズム３３に入射する。
【００１５】
３番面のダイクロイックプリズム３３は上記合成レーザ光ＲＧＢに不可視光源からの光を合成するための手段である。ダイクロイックプリズム３３の入射面３３ＩＲに対向して不可視光源部４０が配置される。不可視光源部４０は、不可視光、例えば、７８０ｎｍ以上の波長を有する赤外レーザ光を放射する半導体レーザ４１と該半導体レーザ４１に対応して設けられたＧＬＶ４２とで構成される。
【００１６】
半導体レーザ４１から放射されＧＬＶによって変調された赤外レーザ光ＩＲはコリメータレンズ４３を介してダイクロイックプリズム３３の入射面３３ＩＲに入射される。
【００１７】
ダイクロイックプリズム３３に入射した赤外レーザ光ＩＲはダイクロイック面３３ａによって反射され、一方、上記合成レーザ光ＲＧＢはダイクロイック面３３ａを透過し、これによって、３色合成レーザ光ＲＧＢと赤外レーザ光ＩＲが合成される（ＲＧＢ＋ＩＲ）。
【００１８】
上記可視レーザ光ＲＧＢと赤外レーザ光ＩＲとが合成された合成レーザ光（ＲＧＢ＋ＩＲ）は走査投影手段５０によってスクリーン６０上に投影される。なお、上記各ＧＬＶ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ、４２によって変調されたレーザ光から０次光を遮断し、±１次光のみを透過させる（すなわち、回折格子状になったＧＬＶによって回折されたときのレーザ光の一部のみが透過される）、シュリーレンフィルター等が必要であるが、これらの図示は省略する。
【００１９】
走査投影手段５０は投影レンズ５１とスキャンミラー５２を備え、上記±１次光によって投影レンズ５１の焦点位置に実像が構成され、そして、上記実像は投影レンズ５１を経て、スキャンミラー５２によって反射されて、スクリーン６０上を２次元に走査されて、画像を表示する。すなわち、スキャンミラー５２は直交する２軸周りに傾動可能に構成され、投影レンズ５１を透過してきた実像を２次元方向に走査させることができる。なお、縦１列分又は横１列分のＧＬＶをライン状に配列し（ＧＬＶアレイを形成）、縦１列又は横１列の画素情報を１度に変調するように構成した場合（この場合は、複数の半導体レーザをライン状に配列するか又は１の半導体レーザのレーザ光を光学系によってライン状に変形してＧＬＶアレイの全長に亘ってレーザ光を入力させる）には、１軸周りに傾動可能なスキャンミラーを使用して、ライン状に構成された実像を横方向又は縦方向に走査することになる。
【００２０】
上記合成レーザ光（ＲＧＢ＋ＩＲ）によって構成される実像が上記したように、スクリーン６０上に表示されると、肉眼（人の目）７０によっては、合成可視レーザ光ＲＧＢによって表示された像のみをスクリーン６０上に視認することができる。すなわち、不可視レーザ光ＩＲによって表示された像は肉眼７０では視認することができない。そのため、可視合成レーザ光ＲＧＢによる画像の他に不可視レーザ光ＩＲによる画像が同時にスクリーン６０上に表示されているにもかかわらず、該不可視レーザ光ＩＲによる画像は可視レーザ光ＲＧＢによる画像の視認に何ら妨げとなることがない。
【００２１】
上記したように、不可視レーザ光ＩＲによって表示された像を視認するためには、特殊な装置が必要になる。例えば、不可視光読取装置８０は、バンドパスフィルター８１を透過した光を撮影レンズ８２によってセンサ８３で捉え、センサ８３で捉えた像を図示しない表示部に表示させるようにして構成することができる。バンドパスフィルター８１は所定の波長以外の波長の光を遮断するもので、上記例では、波長が７８０ｎｍ以上の赤外光のみを透過させるようになっている。従って、上記不可視レーザ光ＩＲのみがバンドパスフィルター８１を透過する。センサ８３には、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を適用することができ、該ＣＣＤの出力によって表示部、例えば、液晶パネルに不可視レーザ光ＩＲによって表示された像を表示する。このように、不可視光読取装置８０を有する者のみが不可視レーザ光ＩＲによってスクリーン６０上に表示された像を視認することができる。このような不可視光読取装置８０を、例えば、ヘッドマウントディスプレ（Head Mount Display）として構成しておけば、当該ヘッドマウントディスプレイを装着した者のみが不可視レーザ光ＩＲによる画像を見ることができる。なお、不可視レーザ光ＩＲによって表示される画像は、例えば、テキスト文のように、当該画像を見るだけで、内容を理解できるものだけでなく、ルール化されたパルス信号、例えば、モールス信号のような信号であっても良く、その場合は、不可視光読取装置８０に、パル信号を解読するデコーダを設け、解読された内容を表示部に表示するようにすればよい。
【００２２】
上記した表示装置１０にあっては、可視光による表示の他に、通常状態（専用の読取装置を使用しない状態）では見ることができない情報を紛れ込ませることができる。例えば、通常のテレビ番組を表示中に、当該番組の解説文や裏番組のチャンネル一覧（サムネイル表示）を表示させれば、画面を切り換えること無しに、解説文を読んだり、裏番組の内容を知ったりすることができる。その他、特定の人のみに多人数で見ている表示装置を介して情報を伝えることができる、等種々の使用態様が考えられる。
【００２３】
上記した実施の形態では、各光源に半導体レーザを適用したものを示したが、本発明における光源が半導体レーザに限定されることを意味するものではない。レーザ光源も半導体レーザに限らず、固体レーザ等も使用可能であり、その他の光源、例えば、発光ダイオード等、レーザ光源以外の光源も適用可能である。
【００２４】
また、可視光源に関し、上記実施の形態では、Ｒ、Ｇ、Ｂ各別の光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを用意したものを示したが、結果としてＲ、Ｇ、Ｂの光源があり、且つ、各別に制御可能であれば良く、たとえば、３色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）一体型の白色光源とされた発光ダイオード等も、各色を単独で制御できるような端子構造になっていれば、適用可能である。
【００２５】
さらに、上記実施の形態ででは、変調手段としてＧＬＶを用いたものを示したが、その他の変調手段、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）型の空間変調素子なども適用可能である。
【００２６】
上記した実施の形態では、不可視光として波長７８０ｎｍ以上の赤外光を使用したが、当該波長のものに限られることを意味するものではなく、その他の波長の赤外光や紫外光等を使用することもできる。
【００２７】
また、色合成手段としてダイクロイックプリズムを使用したもの示したが、これは色合成手段の一例であり、その他の色合成手段を使用することができることは勿論である。
【００２８】
上記したスキャンミラー５２として、シリコン基板上にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術の微細加工により製造される微小精密ミラーを使用すれば、駆動系を含めて極めて微細な走査機構を形成することが出来、本発明にかかる表示装置を携帯が可能な小型な装置として構成することができる。
【００２９】
また、上記した実施の形態では、画像を投影するスクリーンとして反射型のスクリーン６０を示したが、これは透過型のスクリーンであっても良いことは勿論である。
【００３０】
なお、上記した実施の形態では、不可視光源を１つだけ設けたものを示したが、複数の波長の異なる不可視光源を設けても良い。その場合には、光源の数分の読取装置（外観として１個であっても、読取のためには複数の系が必要である）が必要であることは勿論である。
【００３１】
その他、上記した実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【００３２】
【発明の効果】
以上に記載したところから明らかなように、本発明表示装置は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各可視光源及び１つ以上の可視波長以外の波長の光源（以下、「不可視光源」という）と、上記各光源の光を１画素分又は縦若しくは横１列分の画素情報によって変調する変調手段と、上記変調手段によって変調された各光源の光を合成する色合成手段と、色合成手段によって合成された光をスクリーン上に投影且つ走査させて画像情報をスクリーン上に表示する走査投影手段とを備え、上記変調手段が位相を変調させる回折格子素子が配列されて成る空間変調器であって、上記走査投影手段が、１軸周り又は直交する２軸周りに傾動可能なスキャンミラーと投影レンズとから成り、上記スクリーン上に表示された不可視光による画像を視認するための不可視光読取装置を備えたことを特徴とする。
【００３３】
従って、本発明表示装置にあっては、可視光源による画像及び不可視光源による画像は共にスクリーン上に表示されるが、不可視光源による画像は肉眼及び肉眼と同等の可視能力を有する機器では認識することができない。そのため、肉眼ではスクリーン上に表示された可視光源による画像しか視認することができない。そして、この可視光源による画像の表示を妨げること無しに、スクリーン上に表示された不可視光源による画像は不可視光読取装置によって視認することが可能になる。
【００３４】
そして、当該不可視光を認識できる装置によって不可視光源による画像を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明表示装置の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】ＧＬＶの動作原理を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０…表示装置、２１Ｒ…半導体レーザ（可視光源）、２１Ｇ…半導体レーザ（可視光源）、２１Ｂ…半導体レーザ（可視光源）、２２Ｒ…ＧＬＶ（変調素子）、２２Ｇ…ＧＬＶ（変調素子）、２２Ｂ…ＧＬＶ（変調素子）、２２ａ…可動リボン（回折格子素子）、２２ｂ…固定リボン（回折格子素子）、３０…色合成手段、４１…半導体レーザ（不可視光源）、４２…ＧＬＶ（変調素子）、５０…走査投影手段、５１…投影レンズ、５２…スキャンミラー、６０…スクリーン、８０…不可視光読取装置

Claims

Ｒ、Ｇ、Ｂの各可視光源及び１つ以上の可視波長以外の波長の光源（以下、「不可視光源」という）と、
上記各光源の光を１画素分又は縦若しくは横１列分の画素情報によって変調する変調手段と、
上記変調手段によって変調された各光源の光を合成する色合成手段と、
色合成手段によって合成された光をスクリーン上に投影且つ走査させて画像情報をスクリーン上に表示する走査投影手段とを備え、
上記変調手段が位相を変調させる回折格子素子が配列されて成る空間変調器であって、
上記走査投影手段が、１軸周り又は直交する２軸周りに傾動可能なスキャンミラーと投影レンズとから成り、
上記スクリーン上に表示された不可視光による画像を視認するための不可視光読取装置を備えた
ことを特徴とする表示装置。
上記Ｒ、Ｇ、Ｂの各可視光源が各別に存在している
ことを特徴をする請求項１に記載の表示装置。
上記Ｒ、Ｇ、Ｂの各可視光源が一体化されて白色光源とされると共に各光源を各別に変調可能にされた
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
上記可視光源がレーザ光源である
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
上記可視光源が発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
上記不可視光源がレーザ光源である
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
上記不可視光源が発光ダイオードである
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。