JP5283041B2 - Optical element and display system - Google Patents

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Description

本発明は光学素子およびディスプレイシステムに関する。   The present invention relates to an optical element and a display system.

鏡の中の虚像として結像する鏡映像、つまり、面対称位置に結像する像を、空間に実像として結像できるマイクロミラーを備えた透過型の光学素子がすでに提案されている(特許文献1参照)。この光学素子を用いると、素子上に歪がない等倍の空中像(実像)を観察者の至近距離に作ることができる。   A transmissive optical element having a micromirror capable of forming a mirror image formed as a virtual image in a mirror, that is, an image formed at a plane-symmetric position as a real image in space, has already been proposed (Patent Literature). 1). By using this optical element, it is possible to create an aerial image (real image) having no distortion on the element at a close distance to the observer.

詳しくは、光学素子X’は、図5に示すように、多数の2面コーナーリフレクタ20’(以下、「マイクロミラー20’」という場合がある)をマトリクス状に並べたマイクロミラーアレイ構造を備える。マイクロミラー20’のそれぞれは、互いに直交する微小な2枚の鏡面21’、22’からなり、素子面S’に対して垂直に立設して配されている。   Specifically, as shown in FIG. 5, the optical element X ′ has a micromirror array structure in which a large number of two-surface corner reflectors 20 ′ (hereinafter sometimes referred to as “micromirrors 20 ′”) are arranged in a matrix. . Each of the micromirrors 20 ′ is composed of two minute mirror surfaces 21 ′ and 22 ′ orthogonal to each other, and is erected vertically with respect to the element surface S ′.

これにより、光学素子X’は、各マイクロミラー20’への入射光の素子面S’に対する面内方向成分が再帰反射して、入射光の素子面S’に対する垂直方向成分がそのまま透過するので、面対称結像特性を有する。このため、光学素子X’では、素子面S’の裏面側の空間に配された被投影物Oの実像が、素子面S’の表面側の空間における当該素子面S’に対する面対称位置に、鏡映像P(空中像P)として結像するという作用を有している。   Thereby, in the optical element X ′, the in-plane direction component with respect to the element surface S ′ of the incident light on each micromirror 20 ′ is retroreflected, and the vertical direction component of the incident light with respect to the element surface S ′ is transmitted as it is. Have plane-symmetric imaging characteristics. Therefore, in the optical element X ′, the real image of the projection object O arranged in the space on the back surface side of the element surface S ′ is in a plane-symmetrical position with respect to the element surface S ′ in the space on the surface side of the element surface S ′. And has an effect of forming an image as a mirror image P (aerial image P).

WO2007/116639号パンフレットWO2007 / 116639 pamphlet

ところで、光学素子X’によって作られる鏡映像Pの解像度は、素子面S’内における微小なマイクロミラー20’の寸法に支配される。マイクロミラー20’を小さくすると、幾何光学的には小さなスポットに集光できるが、小さすぎると、却って、回折の影響により解像度が悪化する。よって、マイクロミラー20’の寸法には、鏡映像Pの高解像度化の観点での最適値が存在する。この場合、マイクロミラー20’の間の領域においては、光学機能を有しないデットスペースとなり、このようなデットスペースの有効利用が望まれている。   By the way, the resolution of the mirror image P produced by the optical element X ′ is governed by the size of the minute micromirror 20 ′ in the element surface S ′. If the micromirror 20 'is made small, it can be focused on a small spot in terms of geometric optics, but if it is too small, the resolution deteriorates due to the influence of diffraction. Therefore, the dimension of the micromirror 20 ′ has an optimum value from the viewpoint of increasing the resolution of the mirror image P. In this case, in the region between the micromirrors 20 ', there is a dead space having no optical function, and effective use of such a dead space is desired.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、空中像を結像可能なマイクロミラーの間のデットスペースを有効に利用できる光学素子およびこの光学素子を備えたディスプレイシステムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an optical element that can effectively use a dead space between micromirrors capable of forming an aerial image, and a display system including the optical element. For the purpose.

本件発明者等は、上述のマイクロミラーの間のデットスペースに、空中像と関連する平面映像を投影できると、映像の表現性の向上が図れて好都合であると考えた。例えば、素子面を構成する基板上の空間に3次元の人物像を作り出す場合に、基板の表面上のデットスペースに、この人物像の二次元の影を同時に表示すると、従来の光学素子と比較してリアリティに富む映像を再現できる。   The inventors of the present invention thought that it would be advantageous to improve the expressiveness of the image if a plane image related to the aerial image could be projected onto the dead space between the micromirrors. For example, when creating a three-dimensional human image in the space on the substrate that constitutes the element surface, if two-dimensional shadows of this human image are simultaneously displayed in the dead space on the surface of the substrate, it is compared with conventional optical elements. And you can reproduce the images that are rich in reality.

本発明は、このような知見に基づいてはじめて案出できたものであり、光反射特性が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域および前記第2領域によって区画された基板を備え、前記第1領域は、素子面に対して立設する1以上の反射面による光の鏡面反射が起こる領域であり、前記第2領域は、前記素子面と平行な反射面による光の乱反射が起こる領域であり、前記素子面を平面視した場合、矩形状の前記第1領域が、島状に点在して配列され、前記第2領域が、前記第1領域のそれぞれの周囲を取り囲み、前記第1領域のそれぞれの反射面は、前記基板に垂直に形成された矩形状の光学的な穴の内壁面に設けられ、前記第2領域の反射面は、前記穴以外の前記基板の表面全域に設けられている光学素子を提供する。 The present invention has been devised for the first time based on such knowledge, and includes a first region and a second region having different light reflection characteristics, and a substrate partitioned by the first region and the second region. wherein the first region is a region where the light of specular reflection by one or more reflecting surfaces to upright the element surface occurs, the second region, diffused reflection of light by the element plane and parallel reflecting surfaces region der which occurs is, when viewed in plan the element surface, rectangular first regions are arranged interspersed in an island shape, and the second region, the periphery of each of the first region Surrounding, each reflective surface of the first region is provided on an inner wall surface of a rectangular optical hole formed perpendicular to the substrate, and the reflective surface of the second region is the substrate other than the hole Provided is an optical element provided over the entire surface .

また、本発明は、光反射特性が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域は、素子面に対して立設する1以上の反射面による光の鏡面反射が起こる領域であり、前記第2領域は、前記素子面と平行な反射面による光の乱反射が起こる領域である光学素子と、前記光学素子の表面に向けて映像光を照射させるプロジェクタと、を備え、前記光学素子の裏面側の空間に配された被投影物から発せられた光が前記素子面を透過する際に、前記第1領域における前記光の鏡面反射により、前記光学素子の表面側の空間に前記被投影物の実像を結像でき、前記第2領域における前記映像光の乱反射により、前記被投影物の実像に関連する平面映像を前記第2領域に投影できるディスプレイシステムを提供する。 In addition, the present invention includes a first region and a second region having different light reflection characteristics, and the first region is a region where specular reflection of light is caused by one or more reflection surfaces standing on the element surface. The second region includes: an optical element that is a region in which irregular reflection of light occurs by a reflecting surface parallel to the element surface; and a projector that irradiates image light toward the surface of the optical element. When the light emitted from the projection object arranged in the space on the back surface side of the light passes through the element surface, the surface of the optical element on the surface side of the optical element is reflected by the specular reflection of the light in the first region. Provided is a display system capable of forming a real image of a projection object and projecting a planar image related to the real image of the projection object onto the second area by irregular reflection of the image light in the second area.

なお、ここで、第2領域は、前記平面映像を写し出すスクリーン領域として機能している。   Here, the second area functions as a screen area for projecting the planar image.

以上の構成により、本発明のディスプレイシステムでは、映像の表現性の向上を図れて有益である。例えば、第1領域によって空間に3次元の人物像を作り出す場合に、第2領域(スクリーン領域)に、この人物像の二次元の影を同時に表示すると、従来の光学素子と比較してリアリティに富む映像を再現できる。   With the above configuration, the display system of the present invention is beneficial in improving the expressiveness of video. For example, when a three-dimensional human image is created in the space by the first region, if a two-dimensional shadow of this human image is displayed simultaneously in the second region (screen region), it is more realistic than a conventional optical element. Can reproduce rich images.

本発明によれば、空中像を結像可能なマイクロミラーの間のデットスペースを有効に利用できる光学素子およびこの光学素子を備えたディスプレイシステムが得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the optical element which can utilize effectively the dead space between the micromirrors which can form an aerial image, and a display system provided with this optical element are obtained.

本発明の実施形態によるディスプレイシステムの全体構成を模式的に示した斜視図である。1 is a perspective view schematically showing an overall configuration of a display system according to an embodiment of the present invention. 図1の光学素子の基板端部での拡大斜視図である。It is an expansion perspective view in the board | substrate edge part of the optical element of FIG. 図1の光学素子の基板端部での素子表面の拡大図である。It is an enlarged view of the element surface in the board | substrate edge part of the optical element of FIG. 本発明の変形例による光学素子の基板端部での拡大斜視図である。It is an expansion perspective view in the board | substrate edge part of the optical element by the modification of this invention. 従来の光学素子を含む光学システムを模式的に示した斜視図である。It is the perspective view which showed typically the optical system containing the conventional optical element.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態によるディスプレイシステムの全体構成を模式的に示した斜視図である。図2は、図1の光学素子の基板端部での拡大斜視図である。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing the overall configuration of a display system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged perspective view of the optical element of FIG. 1 at the substrate end.

図1に示すように、本実施形態のディスプレイシステム100は、光学素子Xを備える。   As shown in FIG. 1, the display system 100 of this embodiment includes an optical element X.

この光学素子Xを構成する基板10は、図2に示すように、マイクロミラー領域S1(第1領域)およびスクリーン領域S2(第2領域)によって区画されている。   As shown in FIG. 2, the substrate 10 constituting the optical element X is partitioned by a micromirror region S1 (first region) and a screen region S2 (second region).

まず、マイクロミラー領域S1の構成および機能について述べる。   First, the configuration and function of the micromirror region S1 will be described.

光学素子Xの基板10では、島状に点在する多数のマイクロミラー領域S1毎に2面コーナーリフレクタ20(以下、「マイクロミラー20」という場合がある)が高密度に敷詰めて配列されている。   In the substrate 10 of the optical element X, two-surface corner reflectors 20 (hereinafter sometimes referred to as “micromirrors 20”) are arranged with a high density for each of a large number of micromirror regions S1 scattered in an island shape. Yes.

これらのマイクロミラー20のそれぞれが、マイクロ光学素子(単位光学素子)として機能しており、図1に示すように、光学素子Xの裏面側の空間に配された被投影物Oから発せられた光200が光学素子Xの素子面Sを透過する際に、マイクロミラー領域S1での各マイクロミラー20による光200の鏡面反射によって、光学素子Xの表面側の空間に被投影物Oの実像(鏡映像P)を結像できる(詳細は後述する)。   Each of these micro mirrors 20 functions as a micro optical element (unit optical element), and is emitted from an object to be projected O arranged in the space on the back side of the optical element X as shown in FIG. When the light 200 passes through the element surface S of the optical element X, the real image of the projection object O in the space on the surface side of the optical element X (by the specular reflection of the light 200 by each micromirror 20 in the micromirror region S1 ( A mirror image P) can be formed (details will be described later).

なお、本明細書では、図2に示しように、薄いシート状の基板10の厚みの中央部を通り、かつ、基板10の主面に平行な面(換言すると、マイクロミラー20を形成する後述の内壁面21、22と直交する面)を、便宜上「素子面S」と定義するが、このような素子面Sは、本技術を具体化した製品に実在するものではなく、あくまで仮想面に過ぎない。但し、光学素子Xの基準面として、素子面Sを上述の如く選ぶと、光学素子Xの構成の説明において都合がよい。また、本技術を具体化した製品では、基板10に微小なマイクロミラー20が多数形成されているが、図面の図示では、マイクロミラー20の大きさを誇張して表し、マイクロミラー20の個数を図示できる程度に略している。   In this specification, as shown in FIG. 2, a plane that passes through the central portion of the thickness of the thin sheet-like substrate 10 and is parallel to the main surface of the substrate 10 (in other words, a micromirror 20 is formed later). Are defined as “element surfaces S” for the sake of convenience, but such element surfaces S do not exist in the product that embodies the present technology, but are only virtual surfaces. Not too much. However, if the element surface S is selected as the reference surface of the optical element X as described above, it is convenient in the description of the configuration of the optical element X. Further, in the product in which the present technology is embodied, a large number of micro-mirrors 20 are formed on the substrate 10, but in the drawing, the size of the micro-mirrors 20 is exaggerated and the number of micro-mirrors 20 is shown. It is omitted to the extent that it can be illustrated.

ところで、マイクロミラーアレイ構造(マイクロミラー20)の形成では、図2に示すように、基板10に垂直に形成された光学的な穴を用いることができる。例えば、基板10の厚み方向に、基板10の主面に対して垂直に貫通する複数の矩形状の貫通穴H(ここでは、正方形の貫通穴H)を形成するとよい。つまり、マイクロミラー20は、貫通穴Hを区画する4つの内壁面21〜24の内の内壁面21、22に形成されて、直角に折れた2面コーナーリフレクタ(光の鏡面反射が起こる反射面)になっている。一方、鏡面仕上げが行われた内壁面21、22のそれぞれに対向する内壁面23、24では、光の多重散乱による迷光を抑制する観点から反射不能な面に仕上げるか、あるいは、これらの内壁面23、24を素子面Sに対して直角とならないよう傾けて形成して、鏡面と平行にならないようにするとよい。   By the way, in forming the micromirror array structure (micromirror 20), optical holes formed perpendicular to the substrate 10 can be used as shown in FIG. For example, a plurality of rectangular through holes H (here, square through holes H) penetrating perpendicularly to the main surface of the substrate 10 may be formed in the thickness direction of the substrate 10. That is, the micromirror 20 is formed on the inner wall surfaces 21 and 22 of the four inner wall surfaces 21 to 24 that define the through hole H, and is a two-sided corner reflector that is bent at a right angle (a reflection surface on which specular reflection of light occurs). )It has become. On the other hand, the inner wall surfaces 23 and 24 facing each of the inner wall surfaces 21 and 22 that have been mirror-finished are finished as non-reflective surfaces from the viewpoint of suppressing stray light due to multiple scattering of light, or these inner wall surfaces 23 and 24 may be formed so as not to be perpendicular to the element surface S so as not to be parallel to the mirror surface.

なお、ここでは、「光学的な穴」として上述の中空状態の貫通穴Hを例示したが、本明細書において、「光学的な穴」とは、必ずしも、これに限らず、光を透過できる部分であればよい。例えば、このような貫通穴Hの中空部に透明な矩形状の固体を配設させること、あるいは、貫通穴Hの中空部に透明な気体や液体を充填させること、によっても、「光学的な穴」の機能が発揮され、これにより、貫通穴Hの中空部の屈折率を適切に調整できる。   Here, the hollow through hole H described above is exemplified as the “optical hole”. However, in the present specification, the “optical hole” is not necessarily limited to this and can transmit light. It only has to be a part. For example, by arranging a transparent rectangular solid in the hollow part of such a through hole H, or by filling a transparent gas or liquid in the hollow part of the through hole H, “optical” The function of the “hole” is exhibited, whereby the refractive index of the hollow portion of the through hole H can be adjusted appropriately.

次に、マイクロミラーアレイ構造の設計スペックの一例を説明する。   Next, an example of the design specification of the micromirror array structure will be described.

以上のマイクロミラーアレイ構造では、マイクロミラー20に用いる貫通穴Hの2方向の幅を例えば、50μm以上、1000μm以下の範囲内に設定するとよい。本実施形態では、その幅を100μm程度に設定している。また、貫通穴Hの高さ(基板10の厚みに相当)を例えば、50μm以上、1000μm以下の範囲内に設定するとよい。本実施形態では、厚みを100μm程度に設定している。上述の貫通穴Hの幅は、マイクロミラー20に用いる2つの鏡面の幅を規定し、上述の貫通穴Hの高さは、マイクロミラー20に用いる2つの鏡面の高さを規定する。よって、本実施形態では、これらの鏡面は、幅と高さとがほぼ等しい正方形となっている。このようにして、本実施形態では、微小なマイクロミラー20を、約5cm角の基板10に敷詰め、これにより、数万ないし数十万個のマイクロミラー20が、基板10内に組み込まれている。   In the micromirror array structure described above, the width in two directions of the through hole H used for the micromirror 20 may be set within a range of, for example, 50 μm or more and 1000 μm or less. In this embodiment, the width is set to about 100 μm. Further, the height of the through hole H (corresponding to the thickness of the substrate 10) may be set within a range of 50 μm or more and 1000 μm or less, for example. In this embodiment, the thickness is set to about 100 μm. The width of the above-described through hole H defines the width of the two mirror surfaces used for the micromirror 20, and the height of the above-described through hole H defines the height of the two mirror surfaces used for the micromirror 20. Therefore, in the present embodiment, these mirror surfaces are squares having substantially the same width and height. Thus, in the present embodiment, the micromirror 20 is laid on the substrate 10 of about 5 cm square, so that tens of thousands to hundreds of thousands of micromirrors 20 are incorporated in the substrate 10. Yes.

次に、マイクロミラーアレイ構造の製造方法の一例を説明する。   Next, an example of a method for manufacturing a micromirror array structure will be described.

まず、ナノ加工によって金属製の金型に整列した筒状体を作成する。そして、上述の内壁面21、22に対応する筒状体の側面に、面粗さを50nm以下とした平滑な鏡面形成を行う。次いで、作成された金型を用いてナノインプリント工法または電鋳工法により反転転写を行い、これにより、所定ピッチの複数の貫通穴Hを利用した各マイクロミラー20を形成する。   First, a cylindrical body aligned with a metal mold is created by nano machining. Then, a smooth mirror surface having a surface roughness of 50 nm or less is formed on the side surface of the cylindrical body corresponding to the inner wall surfaces 21 and 22 described above. Next, reversal transfer is performed by the nanoimprint method or the electroforming method using the created mold, thereby forming each micromirror 20 using a plurality of through holes H having a predetermined pitch.

電鋳工法を用いて基板10をアルミやニッケルなどの金属製とした場合、内壁面21、22は、金型の面粗さが充分に小さければ、それによって自然に鏡面となる。また、ナノインプリント工法を用いて基板10を樹脂製とした場合、内壁面21、22に、スパッタリング法によって鏡面コーティングを施すとよい。   When the substrate 10 is made of a metal such as aluminum or nickel by using an electroforming method, the inner wall surfaces 21 and 22 naturally become mirror surfaces if the surface roughness of the mold is sufficiently small. Further, when the substrate 10 is made of resin using the nanoimprint method, the inner wall surfaces 21 and 22 may be mirror-coated by a sputtering method.

以上に述べたマイクロミラーアレイ構造によれば、基板10の一方側(表面側或いは裏面側)から貫通穴Hに入った光を一方の鏡面(内壁面21、22のうちの一方)によって鏡面反射させ、更にその反射光を他方の鏡面(内壁面21、22のうちの他方)によって鏡面反射させて、基板10の他方側(裏面側或いは表面側)へ通過させる機能を有する。   According to the micromirror array structure described above, the light entering the through hole H from one side (front side or back side) of the substrate 10 is specularly reflected by one mirror surface (one of the inner wall surfaces 21 and 22). Further, the reflected light is mirror-reflected by the other mirror surface (the other of the inner wall surfaces 21 and 22) and passed to the other side (back surface or front surface) of the substrate 10.

つまり、本実施形態の光学素子Xでは、素子面Sのマイクロミラー領域S1を光が透過する際に、素子面Sに対して垂直に立設している鏡面(内壁面21、22)による光の鏡面反射が2回起こる。これにより、素子面Sは、基板10の一方側にある被投影物Oの実像を、その他方側の面対称位置に鏡映像Pとして結像させる面となる。   That is, in the optical element X of the present embodiment, when the light passes through the micromirror region S1 of the element surface S, the light from the mirror surfaces (inner wall surfaces 21 and 22) erected perpendicular to the element surface S. Specular reflection occurs twice. Thereby, the element surface S is a surface on which a real image of the projection object O on one side of the substrate 10 is formed as a mirror image P at a plane symmetrical position on the other side.

なお、このようなマイクロミラーアレイ構造の光学的な機能(2回反射光による光学特性)は、上述の特許文献1においてすでに詳細に説明されている。よって、ここでは、このマイクロミラーアレイ構造の機能の詳細な説明は省略する。   Note that the optical function (optical characteristics by twice reflected light) of such a micromirror array structure has already been described in detail in Patent Document 1 described above. Therefore, detailed description of the function of the micromirror array structure is omitted here.

次に、本実施形態のディスプレイシステム100の特徴部である平面映像P1(図1参照)を投影できるスクリーン領域S2の構成および機能について述べる。   Next, the configuration and function of the screen area S2 that can project the planar image P1 (see FIG. 1), which is a characteristic part of the display system 100 of the present embodiment, will be described.

図3は、図1の光学素子の基板端部での素子表面の拡大図である。   FIG. 3 is an enlarged view of the element surface at the substrate end of the optical element of FIG.

図1に示すように、本実施形態のディスプレイシステム100は、上述の光学素子Xの基板10の表面(おもて面)側に向けて映像光30Aを照射させるプロジェクタ30を備える。このプロジェクタ30としては、CRTプロジェクタ、液晶プロジェクタ、DLPプロジェクタなどを公知のシステムを用いることができる。よって、プロジェクタ30の構成や機能の詳細な説明は、ここでは、省略する。   As shown in FIG. 1, the display system 100 of this embodiment includes a projector 30 that irradiates image light 30 </ b> A toward the surface (front surface) side of the substrate 10 of the optical element X described above. As the projector 30, a known system such as a CRT projector, a liquid crystal projector, or a DLP projector can be used. Therefore, detailed description of the configuration and functions of the projector 30 is omitted here.

本実施形態の光学素子Xは、図2および図3に示すように、マイクロミラー領域S1と光反射特性が異なり、素子面Sと平行なスクリーン領域S2を含み、このようなスクリーン領域S2は、プロジェクタ30からの映像光30Aの乱反射が起こる領域となっている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the optical element X of the present embodiment includes a screen area S2 that has a light reflection characteristic different from that of the micromirror area S1 and is parallel to the element surface S. This is an area where irregular reflection of the image light 30A from the projector 30 occurs.

そして、図3の網掛け図示から理解できるとおり、素子面Sを平面視した場合、光学素子Xのスクリーン領域S2は、上述の矩形状(ここでは、正方形)の貫通孔H以外の基板10の表面全域に形成されており、詳しくは、このスクリーン領域S2は、矩形状(ここでは、正方形)のマイクロミラー領域S1のそれぞれを取り囲むように、貫通孔Hの幅方向と平行な2方向に帯状に延在している。   As can be understood from the shaded illustration in FIG. 3, when the element surface S is viewed in plan, the screen region S2 of the optical element X is formed on the substrate 10 other than the above-described rectangular (here, square) through-holes H. More specifically, the screen region S2 is formed in two directions parallel to the width direction of the through hole H so as to surround each of the rectangular (here, square) micromirror regions S1. It extends to.

これにより、本実施形態の光学素子Xでは、従来の光学素子X’において光学機能を有しなかったマイクロミラー20間のデットスペースを、プロジェクタ30からの映像光30Aを用いた平面映像P1(図1参照)を投影できるスクリーン領域S2として有効に活用できる。また、本実施形態では、光学素子Xのマイクロミラー領域S1は、100μm程度の微小な正方形領域なので、スクリーン領域S2に平面映像P1を投影させても、平面映像P1の視認においてマイクロミラー領域S1は問題とならない。   Thereby, in the optical element X of the present embodiment, a planar image P1 using the image light 30A from the projector 30 is formed in the dead space between the micromirrors 20 that did not have an optical function in the conventional optical element X ′ (FIG. 1) can be effectively used as the screen area S2 on which projection can be performed. In the present embodiment, since the micromirror region S1 of the optical element X is a minute square region of about 100 μm, even when the planar image P1 is projected onto the screen region S2, the micromirror region S1 is not visible in viewing the planar image P1. It doesn't matter.

なお、上述のスクリーン領域S2を形成するには、映像光30Aが適度に乱反射するように、金型を用いて基板10の表面にエンボス加工などを施すとよい。   In order to form the above-described screen region S2, embossing or the like is preferably performed on the surface of the substrate 10 using a mold so that the image light 30A is appropriately irregularly reflected.

以上のとおり、本実施形態の光学素子Xは、光反射特性が異なるマイクロミラー領域S1およびスクリーン領域S2を備える。マイクロミラー領域S1は、素子面Sに対して立設するマイクロミラー20(反射面)による光の鏡面反射が起こる領域である。スクリーン領域S2は、素子面Sと平行な基板10の表面(反射面)による光の乱反射が起こる領域である。   As described above, the optical element X of the present embodiment includes the micromirror region S1 and the screen region S2 having different light reflection characteristics. The micromirror region S1 is a region where specular reflection of light occurs by the micromirror 20 (reflecting surface) standing on the element surface S. The screen region S2 is a region where irregular reflection of light occurs due to the surface (reflection surface) of the substrate 10 parallel to the element surface S.

以上の構成により、本実施形態のディスプレイシステム100では、光学素子Xの裏面側の空間に配された被投影物Oから発せられた光200が素子面Sを透過する際に、マイクロミラー領域S1のマイクロミラー20での光200の鏡面反射により、光学素子Xの表面側の空間に被投影物Oの実像(鏡映像P)を結像できる。同時に、スクリーン領域S2でのプロジェクタ30からの映像光30Aの乱反射により、被投影物Oの実像に関連する平面映像P1を基板10の表面上のスクリーン領域S2にも投影できる。   With the above configuration, in the display system 100 of the present embodiment, when the light 200 emitted from the projection object O arranged in the space on the back side of the optical element X passes through the element surface S, the micromirror region S1 The real image (mirror image P) of the projection object O can be formed in the space on the surface side of the optical element X by the specular reflection of the light 200 by the micromirror 20. At the same time, the planar image P1 related to the real image of the projection object O can be projected onto the screen region S2 on the surface of the substrate 10 by the irregular reflection of the image light 30A from the projector 30 in the screen region S2.

このようにして、本実施形態のディスプレイシステム100では、映像の表現性の向上を図れて有益である。例えば、素子面Sを構成する基板10上の空間に3次元の人物像を作り出す場合に、基板10の表面上のスクリーン領域S2に、この人物像の二次元の影を同時に表示すると、従来の光学素子X’と比較してリアリティに富む映像を再現できる。そして、このような映像の表現性の向上により、エンターテイメント立体映像、立体映像によるミュージアムでの展示、立体映像による商品広告などの様々な用途へのディスプレイシステム100の利用拡大が期待できる。   In this way, the display system 100 of the present embodiment is beneficial in improving the expressiveness of the video. For example, when a three-dimensional human image is created in the space on the substrate 10 constituting the element surface S, when a two-dimensional shadow of the human image is simultaneously displayed on the screen region S2 on the surface of the substrate 10, Compared with the optical element X ′, it is possible to reproduce an image rich in reality. And, by improving the expressiveness of such video, it can be expected that the display system 100 will be used for various purposes such as entertainment stereoscopic video, exhibition at a museum with stereoscopic video, and product advertisement with stereoscopic video.

(変形例)
本実施形態の光学素子Xでは、上述のとおり、中空状態の貫通孔Hの内壁面21、22にマイクロミラー20が形成されている。
(Modification)
In the optical element X of the present embodiment, the micro mirror 20 is formed on the inner wall surfaces 21 and 22 of the hollow through hole H as described above.

本変形例の光学素子XXにおいては、このようなマイクロミラー20に代えて、図4に示すように、基板110の表面から基板110の厚み方向に突出してマトリクス状に配された透明な矩形体Dを用いてマイクロミラー120が形成されている。この場合、マイクロミラー120は、矩形体Dを区画する4つの側壁面121〜124の内の側壁面121、122に形成されて、直角に折れた2面コーナーリフレクタ(光の鏡面反射が起こる反射面)になっている。一方、鏡面仕上げが行われた側壁面121、122のそれぞれに対向する側壁面123、124では、光の多重散乱による迷光を抑制する観点から反射不能な面に仕上げるか、あるいは、これらの側壁面123、124を素子面(図示せず)に対して直角とならないよう傾けて形成して、鏡面と平行にならないようにするとよい。   In the optical element XX of this modification, instead of such a micromirror 20, as shown in FIG. 4, a transparent rectangular body that is arranged in a matrix and protrudes from the surface of the substrate 110 in the thickness direction of the substrate 110. A micromirror 120 is formed using D. In this case, the micromirror 120 is formed on the side wall surfaces 121 and 122 among the four side wall surfaces 121 to 124 that define the rectangular body D, and is a two-sided corner reflector that is bent at a right angle (reflection that causes specular reflection of light). Surface). On the other hand, the side wall surfaces 123 and 124 facing the respective side wall surfaces 121 and 122 that have been mirror-finished are finished to be non-reflective from the viewpoint of suppressing stray light due to multiple scattering of light, or these side wall surfaces. 123 and 124 may be formed so as not to be perpendicular to the element surface (not shown) so as not to be parallel to the mirror surface.

また、スクリーン領域(図4では図示せず)の形成では、矩形体Dの間の空間を適宜の充填部材(図示せず)で埋めて、この充填部材の表面が乱反射面となるように表面処理を行うとよい。   Further, in the formation of the screen region (not shown in FIG. 4), the space between the rectangular bodies D is filled with an appropriate filling member (not shown), and the surface of the filling member becomes an irregular reflection surface. Processing should be done.

本発明は、空中像を結像可能なマイクロミラーの間のデットスペースを有効に利用できる光学素子およびこの光学素子を備えたディスプレイシステムを提供する。よって、本発明は、エンターテイメント立体映像、立体映像によるミュージアムでの展示、立体映像による商品広告などの様々な用途に利用できる。   The present invention provides an optical element that can effectively use a dead space between micromirrors capable of forming an aerial image, and a display system including the optical element. Therefore, the present invention can be used for various purposes such as entertainment stereoscopic video, exhibition at a museum with stereoscopic video, and product advertisement with stereoscopic video.

10、110 基板
20、120 2面コーナーリフレクタ(マイクロミラー)
30 プロジェクタ
30A 映像光
100 ディスプレイシステム
O 被投影物
P 鏡映像(空中像)
P1 平面映像
S 素子面
S1 マイクロミラー領域(第1領域)
S2 スクリーン領域(第2領域)
X、XX 光学素子
10, 110 Substrate 20, 120 Two-sided corner reflector (micro mirror)
30 Projector 30A Image light 100 Display system O Projected object P Mirror image (aerial image)
P1 plane image S element surface S1 micromirror region (first region)
S2 Screen area (second area)
X, XX Optical element

Claims (3)

光反射特性が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域および前記第2領域によって区画された基板を備え、
前記第1領域は、素子面に対して立設する1以上の反射面による光の鏡面反射が起こる領域であり、
前記第2領域は、前記素子面と平行な反射面による光の乱反射が起こる領域であり、
前記素子面を平面視した場合、矩形状の前記第1領域が、島状に点在して配列され、前記第2領域が、前記第1領域のそれぞれの周囲を取り囲み、
前記第1領域のそれぞれの反射面は、前記基板に垂直に形成された矩形状の光学的な穴の内壁面に設けられ、
前記第2領域の反射面は、前記穴以外の前記基板の表面全域に設けられている光学素子。
A substrate including a first region and a second region having different light reflection characteristics, and partitioned by the first region and the second region;
The first region is a region where specular reflection of light is caused by one or more reflecting surfaces erected with respect to the element surface,
Said second region, Ri region der irregular reflection of light by the element plane and parallel reflecting surfaces occur,
When the element surface is viewed in plan, the rectangular first regions are arranged in an island-like manner, and the second region surrounds each of the first regions,
Each reflective surface of the first region is provided on an inner wall surface of a rectangular optical hole formed perpendicular to the substrate,
The reflection surface of the second region is an optical element provided over the entire surface of the substrate other than the hole .
光反射特性が異なる第1領域および第2領域を含み、前記第1領域は、素子面に対して立設する1以上の反射面による光の鏡面反射が起こる領域であり、前記第2領域は、前記素子面と平行な反射面による光の乱反射が起こる領域である光学素子と、
前記光学素子の表面に向けて映像光を照射させるプロジェクタと、を備え、
前記光学素子の裏面側の空間に配された被投影物から発せられた光が前記素子面を透過する際に、前記第1領域における前記光の鏡面反射により、前記光学素子の表面側の空間に前記被投影物の実像を結像でき、
前記第2領域における前記映像光の乱反射により、前記被投影物の実像に関連する平面映像を前記第2領域に投影できるディスプレイシステム。
The first region includes a first region and a second region having different light reflection characteristics, and the first region is a region where specular reflection of light is caused by one or more reflection surfaces standing on the element surface, and the second region is An optical element that is a region where irregular reflection of light occurs by a reflecting surface parallel to the element surface ;
A projector for irradiating image light toward the surface of the optical element;
When the light emitted from the projection object arranged in the space on the back surface side of the optical element passes through the element surface, the space on the surface side of the optical element is reflected by specular reflection of the light in the first region. Can form a real image of the projection object,
A display system capable of projecting a planar image related to a real image of the projection object onto the second region by irregular reflection of the image light in the second region.
前記第2領域は、前記平面映像を写し出すスクリーン領域として機能する請求項に記載のディスプレイシステム。 The display system according to claim 2 , wherein the second area functions as a screen area for projecting the planar image.
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JP5834430B2 (en) * 2011-03-14 2015-12-24 セイコーエプソン株式会社 Display device
JP5821518B2 (en) * 2011-10-20 2015-11-24 セイコーエプソン株式会社 Optical element and image display device

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US6287670B1 (en) * 1999-01-11 2001-09-11 3M Innovative Properties Company Cube corner cavity based retroreflectors and methods for making same
US8057043B2 (en) * 2006-03-23 2011-11-15 National Institute Of Information And Communications Technology Imaging element and display with micro mirror array
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US8730579B2 (en) * 2008-07-29 2014-05-20 Dae-Hwan Lee Optical sheet having enhanced optical characteristics

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