JP6995169B2 - 3D image projection device - Google Patents
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Description
本発明は、投影装置に関し、より詳しくは、立体画像投影装置に関する。 The present invention relates to a projection device, and more particularly to a stereoscopic image projection device.
従来の立体画像の生成方法は、主に両目でそれぞれ異なる画像を受光し、大脳により画像を処理した後に左右の目で受光した画像を結像し、立体視を生成する。初期は赤色レンズ及び青色レンズで構成するアクロマートメガネが登場し、その後にアクロマートメガネでは画像の正確な色を見られないという問題があったため、偏光メガネまたは液晶シャッターメガネを製造するようになった。 In the conventional stereoscopic image generation method, different images are mainly received by both eyes, the images are processed by the cerebrum, and then the images received by the left and right eyes are imaged to generate stereoscopic vision. Initially, achromatic glasses composed of red and blue lenses appeared, and after that, there was a problem that the exact color of the image could not be seen with achromatic glasses, so polarized glasses or liquid crystal shutter glasses were manufactured.
近年、市場にはメガネを使わずに立体画像を生成可能な投影装置が登場している(特許文献1の図1及び図2を参照)。例えば、下記特許文献1には主にミラー群11及びレンズ群12が共同で反射スクリーン10を構成する指向反射画像及び画像表示装置が記載されている(図1参照)。
図2は水平方向上にある特許文献1のミラー群11の断面図を示す。ミラー群11は固定されている第1反射面111及び第2反射面112を有し、前記第1反射面111は第1刃先角θ1を有し、前記第2反射面112は第2刃先角θ2を有する。前記第1刃先角θ1及び前記第2刃先角θ2は共に0°乃至90°の間の範囲であり、第1刃先角θ1は第2刃先角θ2より小さい。レンズ群12はミラー群11から反射される画像を拡散するために用い、立体画像を観察可能な垂直方向の範囲を増加させている。
In recent years, projection devices capable of generating stereoscopic images without using glasses have appeared on the market (see FIGS. 1 and 2 of Patent Document 1). For example,
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
前述の構造により、反射スクリーン10に投射する左目の画像及び右目の画像はミラー群11の第1反射面111及び第2反射面112により反射され、レンズ群12により拡散され、左目の画像は左目に投射され、右目の画像は右目に投射される。これにより、観察者は左右の目でそれぞれ異なる画像を受光し、立体画像を生成する効果を達成する。
Due to the above-mentioned structure, the image of the left eye and the image of the right eye projected on the
しかしながら、前述した従来の技術では、前述の反射スクリーン10が2つの部材で構成されており、反射または屈折角度を調整する場合、ミラー群11またはレンズ群12を再度製造しなければならず、その構造は指向性の自由度が低いと言える。以上に鑑みると、新規の技術的方法により、前述の欠陥を解決する必要がある。
However, in the above-mentioned conventional technique, the above-mentioned
本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に至った。 The present inventor considers that the above-mentioned drawbacks can be improved, and as a result of repeated diligent studies, he / she has come up with a proposal of the present invention for effectively improving the above-mentioned problems with a rational design.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、指向性の自由度がより高い立体画像投影装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of these circumstances, and an object of the present invention is to provide a stereoscopic image projection device having a higher degree of freedom in directivity.
上記課題を解決するための本発明のある態様の立体画像投影装置は、第1画像光及び第2画像光を交互に投射する投影モジュールと、前記第1画像光及び前記第2画像光の経路上に設置され、且つ前記第1画像光及び前記第2画像光を第1偏光画像光及び第2偏光画像光に変換し、前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光は偏光方向が互いに垂直になる光線である超高速偏光変調器と、前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光の経路上に設置され、前記第1偏光画像光を反射すると共に前記第2偏光画像光を透過させる偏光子と、前記偏光子により反射される前記第1偏光画像光の経路上に設置されていると共に前記第1偏光画像光を反射し、及び前記偏光子により透過される前記第2偏光画像光の経路上に設置されていると共に前記第2偏光画像光を反射するリフレクターモジュールと、前記リフレクターモジュールにより反射された前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光を受光し、前記第1偏光画像光を第1目の受光範囲に拡散し、前記第2偏光画像光を第2目の受光範囲に拡散するアレイ状の複数のマイクロカーブミラーを有する反射型ディフューザーと、を備えている。 A stereoscopic image projection device according to an aspect of the present invention for solving the above problems includes a projection module that alternately projects first image light and second image light, and a path between the first image light and the second image light. The first image light and the second image light are converted into the first polarized image light and the second polarized image light, and the first polarized image light and the second polarized image light are polarized in different directions. An ultrafast polarization modulator, which is a light beam that is perpendicular to each other, is installed on the path of the first polarized image light and the second polarized image light, and reflects the first polarized image light and the second polarized image light. And the second polarized light transmitted by the polarizing element, which is installed on the path of the first polarized image light reflected by the polarizing element and reflects the first polarized image light. The reflector module installed on the path of the polarized image light and reflecting the second polarized image light, the first polarized image light reflected by the reflector module, and the second polarized image light are received and received. A reflective diffuser having a plurality of array-shaped microcurve mirrors that diffuses the first polarized image light into the first light receiving range and diffuses the second polarized image light into the second light receiving range. There is.
本発明の好適例において、前記第1画像光を前記第1偏光画像光に変換した場合、前記第2画像光は前記第2偏光画像光に変換する。 In a preferred example of the present invention, when the first image light is converted into the first polarized image light, the second image light is converted into the second polarized image light.
本発明の好適例において、前記第1画像光を前記第2偏光画像光に変換した場合、前記第2画像光は前記第1偏光画像光に変換する。 In a preferred example of the present invention, when the first image light is converted into the second polarized image light, the second image light is converted into the first polarized image light.
本発明の好適例において、前記偏光子は反射型偏光子または偏光ビームスプリッターである。 In a preferred embodiment of the present invention, the splitter is a reflective splitter or a polarizing beam splitter.
本発明の好適例において、フロントガラスを更に備えている。前記マイクロカーブミラーは前記第1偏光画像光を前記フロントガラスに拡散した後に前記第1目の受光範囲に反射し、前記第2偏光画像光を前記フロントガラスに拡散した後に前記第2目の受光範囲に反射する。 In a preferred embodiment of the present invention, a windshield is further provided. The microcurve mirror diffuses the first polarized image light to the front glass and then reflects it to the first light receiving range, diffuses the second polarized image light to the front glass, and then receives the second light. Reflects in the range.
本発明の好適例において、前記偏光子の後側に設置する四分の一波長板を更に備えている。前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光は前記四分の一波長板を通過し、円偏光または楕円偏光に変換する。 In a preferred embodiment of the present invention, a quarter wave plate to be installed behind the polarizing element is further provided. The first polarized image light and the second polarized image light pass through the quarter wave plate and are converted into circularly polarized light or elliptically polarized light.
本発明の好適例において、前記フロントガラスと前記反射型ディフューザーとの間に設置する凹面鏡を更に有する。 In a preferred embodiment of the present invention, the concave mirror installed between the windshield and the reflective diffuser is further provided.
本発明の好適例において、前記リフレクターモジュールは第1リフレクターミラー群及び第2リフレクターミラー群を有する。前記第1リフレクターミラー群は前記第1偏光画像光を前記反射型ディフューザーに反射し、前記第2リフレクターミラー群は前記第2偏光画像光を前記反射型ディフューザーに反射する。 In a preferred example of the present invention, the reflector module has a first reflector mirror group and a second reflector mirror group. The first reflector mirror group reflects the first polarized image light to the reflective diffuser, and the second reflector mirror group reflects the second polarized image light to the reflective diffuser.
また、上記課題を解決するための本発明の別の態様は、立体画像投影装置である。この立体画像投影装置は、第1画像光及び第2画像光を交互に投射する投影モジュールと、前記第1画像光及び前記第2画像光の経路上に設置され、且つ前記第1画像光及び前記第2画像光を第1偏光画像光及び第2偏光画像光に変換し、前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光は偏光方向が互いに垂直になる光線である超高速偏光変調器と、前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光の経路上に設置され、前記第1偏光画像光を透過させ、且つ前記第2偏光画像光を反射する偏光子と、前記偏光子により透過される前記第1偏光画像光の経路上に設置され、前記第1偏光画像光を反射して前記偏光子を透過させるリフレクターモジュールと、前記リフレクターモジュールにより反射された前記第1偏光画像光及び前記偏光子により反射された前記第2偏光画像光を受光し、前記第1偏光画像光を第1目の受光範囲に拡散し、前記第2偏光画像光を第2目の受光範囲に拡散するアレイ状の複数のマイクロカーブミラーを有する反射型ディフューザーと、を備えている。 Another aspect of the present invention for solving the above problems is a stereoscopic image projection device. This stereoscopic image projection device is installed on a projection module that alternately projects the first image light and the second image light, and on the path of the first image light and the second image light, and the first image light and the first image light. An ultrafast polarization modulator that converts the second image light into first polarized image light and second polarized image light, and the first polarized image light and the second polarized image light are rays whose polarization directions are perpendicular to each other. With a decoder that is installed on the path of the first polarized image light and the second polarized image light, transmits the first polarized image light, and reflects the second polarized image light, and the deflector. A reflector module that is installed on the path of the first polarized image light to be transmitted and reflects the first polarized image light to transmit the polarizing element, and the first polarized image light reflected by the reflector module and the first polarized image light. The second polarized image light reflected by the polarizing element is received, the first polarized image light is diffused in the first light receiving range, and the second polarized image light is diffused in the second light receiving range. It is equipped with a reflective diffuser having a plurality of array-shaped microcurve mirrors.
本発明の好適例において、前記第1画像光を前記第1偏光画像光に変換した場合、前記第2画像光は前記第2偏光画像光に変換する。 In a preferred example of the present invention, when the first image light is converted into the first polarized image light, the second image light is converted into the second polarized image light.
本発明の好適例において、前記第1画像光を前記第2偏光画像光に変換した場合、前記第2画像光は前記第1偏光画像光に変換する。 In a preferred example of the present invention, when the first image light is converted into the second polarized image light, the second image light is converted into the first polarized image light.
本発明の好適例において、前記偏光子は反射型偏光子である。 In a preferred example of the present invention, the substituent is a reflective polarizing element.
本発明の好適例において、フロントガラスを更に備えている。前記マイクロカーブミラーは前記第1偏光画像光を前記フロントガラスに拡散した後に前記第1目の受光範囲に反射し、前記第2偏光画像光を前記フロントガラスに拡散した後に前記第2目の受光範囲に反射する。 In a preferred embodiment of the present invention, a windshield is further provided. The microcurve mirror diffuses the first polarized image light to the front glass and then reflects it to the first light receiving range, diffuses the second polarized image light to the front glass, and then receives the second light. Reflects in the range.
本発明の好適例において、前記偏光子の後側に設置する四分の一波長板を更に備え、前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光は前記四分の一波長板を通過し、円偏光または楕円偏光に変換する。 In a preferred example of the present invention, a quarter wave plate installed behind the polarizing element is further provided, and the first polarized image light and the second polarized image light pass through the quarter wave plate. Converts to circular or elliptically polarized light.
本発明の好適例において、前記フロントガラスと前記反射型ディフューザーとの間に設置する凹面鏡を更に有する。 In a preferred embodiment of the present invention, the concave mirror installed between the windshield and the reflective diffuser is further provided.
本発明の好適例において、前記マイクロカーブミラーは凹面鏡または凸面鏡である。 In a preferred example of the present invention, the microcurve mirror is a concave mirror or a convex mirror.
本発明の好適例において、前記反射型ディフューザーは曲面または平面であるベースを有し、各前記マイクロカーブミラーは前記ベースに設置する。 In a preferred embodiment of the invention, the reflective diffuser has a curved or planar base, and each microcurve mirror is mounted on the base.
本発明の好適例において、前記マイクロカーブミラーの数量は複数であり、各前記マイクロカーブミラーは正方形アレイまたはハニカムアレイに配列する。 In a preferred example of the present invention, the number of the microcurve mirrors is plural, and each of the microcurve mirrors is arranged in a square array or a honeycomb array.
本発明の好適例において、前記マイクロカーブミラーの辺の長さは25μm乃至0.25mmの間の範囲である。 In a preferred example of the present invention, the side length of the microcurve mirror is in the range of 25 μm to 0.25 mm.
さらに、上記目的を解決するための本発明のなお別の態様は、立体画像投影装置である。この立体画像投影装置は、第1画像光を投射するための第1投影モジュールと、第2画像光を投射するための第2投影モジュールと、マイクロカーブミラー群で構成するアレイを有し、前記マイクロカーブミラーは前記第1画像光を第1目の受光範囲に拡散し、前記第2画像光を第2目の受光範囲に拡散する反射型ディフューザーと、を備えている。 Furthermore, yet another aspect of the present invention for solving the above object is a stereoscopic image projection device. This stereoscopic image projection device has a first projection module for projecting the first image light, a second projection module for projecting the second image light, and an array composed of a microcurve mirror group. The microcurve mirror includes a reflective diffuser that diffuses the first image light into the first light receiving range and diffuses the second image light into the second light receiving range.
本発明の好適例において、フロントガラスを更に備えている。前記マイクロカーブミラーは前記第1偏光画像光を前記フロントガラスに拡散した後に前記第1目の受光範囲に反射し、前記第2偏光画像光を前記フロントガラスに拡散した後に前記第2目の受光範囲に反射する。 In a preferred embodiment of the present invention, a windshield is further provided. The microcurve mirror diffuses the first polarized image light to the front glass and then reflects it to the first light receiving range, diffuses the second polarized image light to the front glass, and then receives the second light. Reflects in the range.
本発明の好適例において、前記フロントガラスと前記反射型ディフューザーとの間に設置する凹面鏡を更に有する。 In a preferred embodiment of the present invention, the concave mirror installed between the windshield and the reflective diffuser is further provided.
本発明の好適例において、前記反射型ディフューザーは曲面または平面であるベースを有し、各前記マイクロカーブミラーは前記ベースに設置する。 In a preferred embodiment of the invention, the reflective diffuser has a curved or planar base, and each microcurve mirror is mounted on the base.
本発明の好適例において、前記マイクロカーブミラーの数量は複数であり、各前記マイクロカーブミラーは正方形アレイまたはハニカムアレイに配列する。 In a preferred example of the present invention, the number of the microcurve mirrors is plural, and each of the microcurve mirrors is arranged in a square array or a honeycomb array.
本発明によれば、次のような効果がある。
左目が第1偏光画像光または第1画像光を受光し、右目が第2偏光画像光または第2画像光を受光することで、使用者が何も着けずに裸眼で見られる立体画像を生成する。また、本発明の各マイクロカーブミラーは設計に基づいて求められる反射角に適合するように作製し、反射型ディフューザーの指向性が非常に高い自由度を有する。
According to the present invention, there are the following effects.
The left eye receives the first polarized image light or the first image light, and the right eye receives the second polarized image light or the second image light to generate a stereoscopic image that can be seen by the naked eye without the user wearing anything. do. Further, each microcurve mirror of the present invention is manufactured so as to meet the reflection angle required based on the design, and the directivity of the reflection type diffuser has a very high degree of freedom.
本明細書及び図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。 The description of the present specification and the drawings will clarify at least the following matters.
以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.
図3は本発明に係る第1実施形態の立体画像投影装置構成を示す概略図である。主に投影モジュール20、超高速偏光変調器30、偏光子40、リフレクターモジュール50、及び反射型ディフューザー60で構成する。
FIG. 3 is a schematic view showing the configuration of a stereoscopic image projection device according to the first embodiment of the present invention. It mainly consists of a
前記投影モジュール20は第1画像光DL及び第2画像光DRを120FPS(Frames Per Second)の速度で交互に投射する。
The
前記超高速偏光変調器30(Extra Fast Polarization Modulator:X-FPM)は前記第1画像光DL及び前記第2画像光DRの経路上に設置され、且つ前記第1画像光DLを第1偏光画像光DL’に変換し、前記第2画像光DRを第2偏光画像光DR’に変換する。
図4を参照する。前記超高速偏光変調器30は外部から駆動電圧を印加することで光の偏光を制御し、自然光を偏光に変換し、且つ無振動で占有面積が小さいという利点を有する。前記超高速偏光変調器30の技術は光学分野の通常の知識に属するため詳述は省く。他の選択として、前記超高速偏光変調器30として高速偏光変調器(Fast Polarization Modulator;FPM)を選択して代替してもよい。
The ultrafast polarization modulator 30 (Extra Fast Preparation Modulator: X-FPM) is installed on the path of the first image light DL and the second image light DR, and the first image light DL is used as a first polarized image. It is converted into optical DL', and the second image light DR is converted into second polarized image light DR'.
See FIG. The
前記偏光子40(Polarizer)は前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’の経路上に設置され、且つ前記第1偏光画像光DL’を反射すると共に前記第2偏光画像光DR’を透過させる。
図5に示されるように、前記偏光子40は自然光を偏光に分離する光学素子であり、前記偏光子40は自然光を2つの偏光に分離し(互いに垂直になる直線偏光、或いは左右に相反する円偏光方向)、そのうちの1つの偏光は前記偏光子40を通過し、もう1つの偏光は前記偏光子40が反射する。
The
As shown in FIG. 5, the
前記リフレクターモジュール50は前記偏光子により反射される前記第1偏光画像光DL’及び前記偏光子により透過される前記第2偏光画像光DR’の経路上に設置されていると共に第1リフレクターミラー群51及び第2リフレクターミラー群52を有する。前記第1リフレクターミラー群51は前記第1偏光画像光DL’を前記反射型ディフューザー60に反射し、前記第2リフレクターミラー群52は前記第2偏光画像光DR’を前記反射型ディフューザー60に反射する。
The
前記反射型ディフューザー60は前記リフレクターモジュールにより反射された前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光を受光し、且つ平面のベース61及び前記ベース61に位置するマイクロカーブミラー62のアレイを有する。前記マイクロカーブミラー62は前記第1偏光画像光DL’を第1目の受光範囲LAに反射し、前記第2偏光画像光DR’を第2目の受光範囲RAに反射する。
The
また、第1実施形態の各前記マイクロカーブミラー62は図6Aに示す正方形アレイ或いは図6Bに示すハニカムアレイに配列する。 Further, each of the microcurve mirrors 62 of the first embodiment is arranged in the square array shown in FIG. 6A or the honeycomb array shown in FIG. 6B.
図7を参照し、第1実施形態の各前記マイクロカーブミラー62の辺の長さは約25μm乃至0.25mmであるが、前記マイクロカーブミラー62は種類が多く、第1実施形態では好ましい実施状態のサイズのみを示すが、前記マイクロカーブミラー62の実際のサイズはこれに限られない。
With reference to FIG. 7, the side length of each of the microcurve mirrors 62 of the first embodiment is about 25 μm to 0.25 mm, but there are many types of the
第1実施形態では、各前記マイクロカーブミラー62が第1偏光画像光DL’を前記第1目の受光範囲LAに拡散し、且つ前記第2偏光画像光DR’を前記第2目の受光範囲RAに拡散するために、各前記マイクロカーブミラー62は取り付ける実際の位置に基づいて必要な反射角に設計する。
図8は異なる反射角を有する3種類のマイクロカーブミラー62A、62B、62Cを示す。各前記マイクロカーブミラー62A、62B、62Cの反射角は掲示する実施形態のものに限らず、需要に応じて反射角を任意の方向に設計可能であり、各前記マイクロカーブミラー62A、62B、62Cが第1偏光画像光DL’を前記第1目の受光範囲LAに拡散し、前記第2偏光画像光DR’を前記第2目の受光範囲RAに拡散するものであればよい。
In the first embodiment, each of the microcurve mirrors 62 diffuses the first polarized image light DL'to the first light receiving range LA, and the second polarized image light DR'is the second light receiving range. In order to diffuse to RA, each
FIG. 8 shows three types of microcurve mirrors 62A, 62B, 62C having different reflection angles. The reflection angles of the micro-curve mirrors 62A, 62B, 62C are not limited to those of the posted embodiment, and the reflection angles can be designed in any direction according to the demand, and the reflection angles of the micro-curve mirrors 62A, 62B, 62C can be designed. Is sufficient as long as the first polarized image light DL'is diffused in the first light receiving range LA and the second polarized image light DR'is diffused in the second light receiving range RA.
前記第1画像光DLを前記第1偏光画像光DL’に変換した場合、前記第2画像光DRは前記第2偏光画像光DR’に変換する。反対に、前記第1画像光DLを前記第2偏光画像光DR’に変換した場合、前記第2画像光DRは前記第1偏光画像光DL’に変換する。 When the first image light DL is converted into the first polarized image light DL', the second image light DR is converted into the second polarized image light DR'. On the contrary, when the first image light DL is converted into the second polarized image light DR', the second image light DR is converted into the first polarized image light DL'.
本発明の第1実施形態では、前記ベース61は平面612を有し、各前記マイクロカーブミラー62は凹面鏡であり、且つ前記平面612にアレイ状に配列する(図3参照)。
In the first embodiment of the present invention, the
また、本発明の第2実施形態では、前記ベース61は曲面611を有し、各前記マイクロカーブミラー62は凹面鏡であり、且つ前記曲面611にアレイ状に配列する(図9参照)。
Further, in the second embodiment of the present invention, the
また、本発明の第3実施形態では、前記ベース61は前記平面612を有し、各前記マイクロカーブミラー62は凸面鏡であり、且つ前記平面612にアレイ状に配列する(図10参照)。
Further, in the third embodiment of the present invention, the
また、本発明の第4実施形態では、前記ベース61は前記曲面611を有し、各前記マイクロカーブミラー62は凸面鏡であり、且つ前記曲面611にアレイ状に配列する(図11参照)。
Further, in the fourth embodiment of the present invention, the
また、本発明の第5実施形態では、フロントガラス70を更に有する。前記反射型ディフューザー60は前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記フロントガラス70に反射し、前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’は前記フロントガラス70を透過して前記第1目の受光範囲LA及び前記第2目の受光範囲RAに屈折する。
実際の車両に応用する場合、光路の設計は、通常最後にフロントガラスを透過するか反射フィルムが貼付されているフロントガラスにより反射した後に使用者の目に進入するようにする。光が2種類の等方性誘電体の境界面で各々反射及び屈折する場合、光の偏光状態が変化する。反射光及び屈折光は一部分が偏光し、反射光中で入射面に垂直になる光振動(S波)は平行振動(P波)よりも多く、屈折光は反対となる。このため、フロントガラス70のP波の反射量が少なくなり、S波の反射量が多くなり、使用者の両目で受光する画像光の輝度に差異が生じ、画面の品質に影響する(図12参照)。
Further, in the fifth embodiment of the present invention, the
When applied to a real vehicle, the optical path design is usually made to enter the user's eye after being finally transmitted through the windshield or reflected by the windshield to which a reflective film is affixed. When light is reflected and refracted at the interface between two types of isotropic dielectrics, the polarization state of the light changes. The reflected light and the refracted light are partially polarized, and the light vibration (S wave) perpendicular to the incident surface in the reflected light is larger than the parallel vibration (P wave), and the refracted light is opposite. Therefore, the reflected amount of the P wave of the
また、本発明の第6実施形態では、前記フロントガラス70を有し、且つ前記偏光子40の後側に設置する四分の一波長板80を更に有する。四分の一波長板は位相リターダであり、複屈折材料で製造する。複屈折の光学的性質は光線が入射した後に、光線が異なる方向の2つの屈折を有する。波長板は通常石英結晶体(SiO2)で製造し、大きな波長範囲内に高い透明度を有し、且つ高い光学的品質を有する。他の材料(他の波長範囲に応用する)でもよく、例えば、炭酸カルシウム(CaCO3)、フッ化マグネシウム(MgF2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、雲母(二酸化ケイ素材料)、及び複屈折ポリマー等でもよい。
各材料の異方性の特徴により、異なる偏光方向の光に対して異なる屈折率及び伝播速度を有し、これにより2つの分量の位相差が生じる。四分の一波長板80は材料及び厚さを制御して光が四分の一波長板80を通過した後に、異なる偏光方向を有する2つの光に1/4の波長の位相差を生じさせる。四分の一波長板80は材質が有する「光軸(optic axis)」に基づいて、1つの線偏光が入射した際に、その振動を2つの方向の振動に分解する。そのうちの1つの光軸(高速軸fast axis)の方向は普通光線(ordinary ray,o-ray)とし、もう1つは光軸と垂直になる(低速軸slow axis)方向を異常光線(Extraordinary ray,e-ray)とする。
本実施形態では、前記四分の一波長板80は前記リフレクターモジュール50と前記反射型ディフューザー60との間に設置し、前記リフレクターモジュール50が反射した前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記四分の一波長板80から前記反射型ディフューザー60まで透過させ、反射型ディフューザー60により前記フロントガラス70に反射させ、前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記フロントガラス70を透過させて前記第1目の受光範囲LA及び前記第2目の受光範囲RAに反射させ、光軸の角度の設計と組み合わせ、前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を四分の一波長板80を通過させて円偏光に変換する。
円偏光をP偏光方向画像光及びS偏光方向画像光方向の分量に分解し、両者が同じ振幅を有する。円偏光の第1偏光画像光DL’及び円偏光第2偏光画像光DR’は、フロントガラス70の反射による影響で一致するため、両者が同じ輝度を有する。最後に、使用者が同じ輝度の第1偏光画像光DL’及び第2偏光画像光DR’を受光することで立体画像が生成され、画面の品質に影響を与えず、しかしながら第1偏光画像光DL’及び第2偏光画像光DR’の光路は異なる。よって、光路全体の減衰量には差異があり、四分の一波長板80の光軸の角度を調整することで、第1偏光画像光DL’及び第2偏光画像光DR’を四分の一波長板80を通過させて楕円偏光に変換する。楕円偏光はP波及びS波方向の分量に分解するが、両者は異なる振幅を有する。また、フロントガラス70のP波及びS波の反射量に対する差異により、光路全体の減衰量の差異を補償し、最終使用者が受光する第1偏光画像光DL’及び第2偏光画像光DR’の輝度を一致させる(図13参照)。
Further, in the sixth embodiment of the present invention, the
Due to the anisotropy characteristics of each material, it has different refractive indexes and different propagation velocities for light in different polarization directions, which results in a phase difference of two quantities. The
In the present embodiment, the
Circular polarization is decomposed into quantities in the P polarization direction image light and the S polarization direction image light direction, and both have the same amplitude. Since the circularly polarized first polarized image light DL'and the circularly polarized second polarized image light DR' match due to the influence of the reflection of the
また、本発明の第7実施形態では、前記フロントガラス70及び前記四分の一波長板80を有し、且つ凹面鏡90を更に有する。前記反射型ディフューザー60は前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記凹面鏡90に反射し、前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’は凹面鏡90により前記フロントガラス70に反射し、前記フロントガラス70から前記第1目の受光範囲LA及び前記第2目の受光範囲RAに反射する。
光軸の角度の設計と組み合わせ、前記第1偏光方向画像光及び前記第2偏光方向画像光を四分の一波長板80を通過させて円偏光に変換する。円偏光はP偏光方向画像光及びS偏光方向画像光方向の分量に分解し、両者が同じ振幅を有する。円偏光の第1偏光画像光DL’及び円偏光第2偏光画像光DR’は、前フロントガラスの反射による影響で一致するため、両者が同じ輝度を有する。最後に、使用者が同じ輝度の第1偏光画像光DL’及び第2偏光画像光DR’を受光することで立体画像が生成され、画面の品質に影響を与えず、しかしながら第1偏光画像光DL’及び第2偏光画像光DR’の光路は異なるため、光路全体の減衰量には差異がある。
四分の一波長板80により光軸の角度を調整し、第1偏光画像光DL’及び第2偏光画像光DR’を四分の一波長板を通過させて楕円偏光に変換する。楕円偏光をP波及びS波方向の分量に分解するが、両者は異なる振幅を有する。また、フロントガラスのP波及びS波の反射量に対する差異により、光路全体の減衰量の差異を補償し、最終使用者が受光する第1偏光画像光DL’及び第2偏光画像光DR’の輝度を一致させる(図14参照)。
Further, in the seventh embodiment of the present invention, the
Combined with the design of the angle of the optical axis, the first polarization direction image light and the second polarization direction image light are passed through the
The angle of the optical axis is adjusted by the
また、本発明の第8実施形態では、前記偏光子40は前記第1偏光画像光DL’を透過させ、且つ前記第2偏光画像光DR’を反射させ、前記リフレクターモジュール50は前記偏光子40により透過される前記第1偏光画像光DL’の経路上に設置されていると共に前記第1偏光画像光DL’を反射して前記偏光子40を透過させ、反射型ディフューザー60が前記リフレクターモジュール50により反射された前記第1偏光画像光DL’及び前記偏光子40により反射された前記第2偏光画像光DR’を受光し、前記反射型ディフューザー60が前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記第1目の受光範囲LA及び前記第2目の受光範囲RAに反射させる。この実施形態では、前記反射型ディフューザー60のベース61は平面であり、各前記マイクロカーブミラー62は凹面鏡であるが、これに限られず、ベース61が曲面であり、或いはマイクロカーブミラー62が凸面鏡であってもよい(図15参照)。
Further, in the eighth embodiment of the present invention, the
また、本発明の第9実施形態では、前記偏光子40は前記第1偏光画像光DL’を透過させ、且つ前記第2偏光画像光DR’を反射し、前記リフレクターモジュール50は前記第1偏光画像光DL’を反射させると共に前記偏光子40を透過させ、反射型ディフューザー60が前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記第1目の受光範囲LA及び前記第2目の受光範囲RAに反射させる。この実施形態では、前記反射型ディフューザー60のベース61は曲面であり、各前記マイクロカーブミラー62は凸面鏡であるが、これに限られず、ベース61が平面であり、或いはマイクロカーブミラー62が凹面鏡であってもよい(図16参照)。
Further, in the ninth embodiment of the present invention, the
また、本発明の第10実施形態では、前記フロントガラス70を有する。前記偏光子40は前記第1偏光画像光DL’を透過させ、且つ前記第2偏光画像光DR’を反射させる。前記リフレクターモジュール50が前記第1偏光画像光DL’を反射させると共に前記偏光子40を透過させる。反射型ディフューザー60により前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記フロントガラス70に反射させ、前記フロントガラス70により前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記第1目の受光範囲LA及び前記第2目の受光範囲RAに反射させる(図17参照)。
Further, in the tenth embodiment of the present invention, the
また、本発明の第11実施形態では、前記フロントガラス70及び前記四分の一波長板80を有する。前記偏光子40は前記第1偏光画像光DL’を透過させ、且つ前記第2偏光画像光DR’を反射させる。前記リフレクターモジュール50は前記第1偏光画像光DL’を反射させると共に前記偏光子40を透過させる。前記四分の一波長板80により前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を反射型ディフューザー60に透過させ、前記反射型ディフューザー60により前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記フロントガラス70に反射させる。前記フロントガラス70は前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記第1目の受光範囲LA及び前記第2目の受光範囲RAに反射させる(図18参照)。
Further, in the eleventh embodiment of the present invention, the
また、本発明の第12実施形態では、前記フロントガラス70と、前記四分の一波長板80と、前記凹面鏡90と、を有する。前記偏光子40は前記第1偏光画像光DL’を透過させ、且つ前記第2偏光画像光DR’を反射させ、前記リフレクターモジュール50は前記第1偏光画像光DL’を反射させると共に前記偏光子40を透過させる。
四分の一波長板80により前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記反射型ディフューザー60に透過させ、前記反射型ディフューザー60により前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記凹面鏡90に反射させ、前記凹面鏡90は前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記フロントガラス70に反射させる。最後に、前記フロントガラスにより前記第1偏光画像光DL’及び前記第2偏光画像光DR’を前記第1目の受光範囲LA及び前記第2目の受光範囲RAに反射させる(図19参照)。
Further, in the twelfth embodiment of the present invention, the
The first polarized image light DL'and the second polarized image light DR' are transmitted through the
また、本発明の第13実施形態では、前記立体画像投影装置は主に第1投影モジュール20A、第2投影モジュール20B、及び前記反射型ディフューザー60で構成する。前記第1投影モジュール20Aは第1画像光DLを投射する。前記第2投影モジュール20Bは第2画像光DRを投射する。前記反射型ディフューザー60は平面の前記ベース61及び前記ベース61にアレイ状に配列する前記マイクロカーブミラー62を有し、前記マイクロカーブミラー62は前記第1画像光DLを前記第1目の受光範囲LAに拡散し、前記マイクロカーブミラー62は前記第2画像光DRを前記第2目の受光範囲RAに拡散する。この実施形態では、前記反射型ディフューザー60のベース61は平面であり、各前記マイクロカーブミラー62は凹面鏡であるが、これに限られず、ベース61が曲面であり、或いはマイクロカーブミラー62が凸面鏡であってもよい。
Further, in the thirteenth embodiment of the present invention, the stereoscopic image projection device is mainly composed of a
前記第1投影モジュール20A及び前記第2投影モジュール20Bが前記第1画像光DL及び前記第2画像光DRを別々に投射する。本発明の第1実施形態と比べると、本発明の第13実施形態では使用する部材が大幅に減少し、且つ同様に立体画像投射効果を達成する。
The
また、本発明の第14実施形態は第13実施形態の構造形態を基にした改変であり、この実施形態では、前記反射型ディフューザー60のベース61は曲面であり、各前記マイクロカーブミラー62は凸面鏡である。この実施形態では、前記反射型ディフューザー60のベース61は曲面であり、各前記マイクロカーブミラー62は凸面鏡であるが、これに限られず、ベース61が平面であり、或いはマイクロカーブミラー62が凹面鏡であってもよい(図21参照)。
Further, the 14th embodiment of the present invention is a modification based on the structural form of the 13th embodiment. In this embodiment, the
また、本発明の第15実施形態は第13実施形態の構造形態を基にした改変であり、この実施形態では、前記フロントガラス70を更に有する。前記反射型ディフューザー60は前記第1画像光DL及び前記第2画像光DRを前記フロントガラス70に反射し、前記フロントガラス70は前記第1画像光DL及び前記第2画像光DRを前記第1目の受光範囲LA及び前記第2目の受光範囲RAに反射する(図22参照)。
Further, the fifteenth embodiment of the present invention is a modification based on the structural form of the thirteenth embodiment, and in this embodiment, the
また、本発明の第16実施形態は第13実施形態の構造形態を基にした改変であり、この実施形態では、前記フロントガラス70及び前記凹面鏡90を更に有する。前記反射型ディフューザー60は前記第1画像光DL及び前記第2画像光DRを前記凹面鏡90に反射し、前記凹面鏡90は前記第1画像光DL及び前記第2画像光DRを前記フロントガラス70に反射する。最後に、前記フロントガラス70が前記第1画像光DL及び前記第2画像光DRを前記第1目の受光範囲LA及び前記第2目の受光範囲RAに反射する(図23参照)。
Further, the 16th embodiment of the present invention is a modification based on the structural form of the 13th embodiment, and in this embodiment, the
図24を参照する。可視光は空気を通ってガラスの境界面に入射し、入射角度の変化が大きくなると、P波の反射量が徐々に減少し、ブリュースター角(Brewster angle)に達するとP波が完全に屈折して反射しなくなる。この際、反射波にはS波のみが残り、反射線及び屈折線の刃先角が90度となる。ブリュースター角は2つの媒体の屈折率から導き出し、第1媒体の屈折率がn1である場合、第2媒体の屈折率がn2となり、ブリュースター角はθB=arctan(n2/n1)となる。
図25によると、第1媒体が屈折率1の空気であり、第2媒体の屈折率1.5のガラスであり、異なる入射角のP波及びS波の反射強度測定曲線からもブリュースター角を見出せる。この入射角度では、P波の反射量が0となる。
See FIG. 24. Visible light passes through the air and enters the interface of the glass, and when the change in the angle of incidence becomes large, the amount of reflection of the P wave gradually decreases, and when the Brewster angle is reached, the P wave is completely refracted. And it stops reflecting. At this time, only the S wave remains in the reflected wave, and the cutting edge angle of the reflected line and the refracted line is 90 degrees. The Brewster angle is derived from the refractive indexes of the two media, and when the refractive index of the first medium is n1, the refractive index of the second medium is n2, and the Brewster angle is θB = arctan (n2 / n1).
According to FIG. 25, the first medium is air having a refractive index of 1, and the second medium is glass having a refractive index of 1.5, and the Brewster angle is also obtained from the reflection intensity measurement curves of P waves and S waves having different incident angles. I can find it. At this incident angle, the amount of reflection of the P wave becomes zero.
特に、図26と図27に示されるように、四分の一波長板80に入射する偏光及び光軸が平行または垂直になる(光軸との刃先角が0度または90度となる)場合、他の方向の振幅が0であるため、本来の線偏光を維持し、即ち2つの方向に分解されない。
図28に示されるように、偏光及び光軸の刃先角が45度である場合、2つの方向に分解される振幅が相等となり、加えて四分の一の位相差が生じ、高速軸及び低速軸の2つの方向に波が合成された後、1つの振動方向に回転する波が発生し、即ち円偏光である。但し、他の角度では、2つの方向に分解された振幅が異なるため、楕円偏光に変化する。この円偏光または楕円偏光を四分の一波長板80に入射し、元の方向の線偏光に再変換してもよい(図29参照)。
In particular, as shown in FIGS. 26 and 27, when the polarization and the optical axis incident on the
As shown in FIG. 28, when the cutting edge angle of the polarization and the optical axis is 45 degrees, the amplitudes decomposed in the two directions are equal, and in addition, a quarter phase difference occurs, and the high speed axis and the low speed are generated. After the waves are combined in the two directions of the axis, a wave rotating in one vibration direction is generated, that is, circularly polarized. However, at other angles, the amplitudes decomposed in the two directions are different, so that the polarization changes to elliptically polarized light. This circular or elliptically polarized light may be incident on the
よって、前記第1偏光方向画像光及び前記第2偏光方向画像光は各々異なる光路及び角度で前記反射型ディフューザーに到達し、左目で第1偏光画像光DL’または第1画像光DLを受光し、右目で第2偏光画像光DR’または第2画像光DRを受光することで、使用者が何も着けずとも裸眼で見られる立体画像を生成する。また、本発明の各マイクロカーブミラー62は設計に基づいて求められる反射角に適合するように作製し、反射型ディフューザー60の指向性が非常に高い自由度を有する。
Therefore, the first polarization direction image light and the second polarization direction image light reach the reflection type diffuser at different optical paths and angles, and receive the first polarized image light DL'or the first image light DL with the left eye. By receiving the second polarized image light DR'or the second image light DR'with the right eye, a stereoscopic image that can be seen by the naked eye without the user wearing anything is generated. Further, each
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。 The above-described embodiments have been described for the purpose of allowing a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to carry out the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in the broadest range in accordance with the technical ideas defined by the claims.
10 反射スクリーン
11 ミラー群
111 第1反射面
112 第2反射面
12 レンズ群
θ1 第1刃先角
θ2 第2刃先角
20 投影モジュール
20A 第1投影モジュール
20B 第2投影モジュール
30 超高速偏光変調器
40 偏光子
50 リフレクターモジュール
51 第1リフレクターミラー群
52 第2リフレクターミラー群
60 反射型ディフューザー
61 ベース
611 曲面
612 平面
62 マイクロカーブミラー
62A マイクロカーブミラー
62B マイクロカーブミラー
62C マイクロカーブミラー
70 フロントガラス
80 四分の一波長板
90 凹面鏡
DL 第1画像光
DL’ 第1偏光画像光
DR 第2画像光
DR’ 第2偏光画像光
LA 第1目の受光範囲
RA 第2目の受光範囲
10
Claims (15)
前記第1画像光及び前記第2画像光の経路上に設置され、且つ前記第1画像光及び前記第2画像光を第1偏光画像光及び第2偏光画像光に変換し、前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光は偏光方向が互いに垂直になる光線である超高速偏光変調器と、
前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光の経路上に設置され、前記第1偏光画像光を反射すると共に前記第2偏光画像光を透過させる偏光子と、
前記偏光子により反射される前記第1偏光画像光及び前記偏光子により透過される前記第2偏光画像光の経路上に設置され、前記第1偏光画像光を反射すると共に前記第2偏光画像光を反射するリフレクターモジュールと、
前記リフレクターモジュールにより反射された前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光を受光し、前記第1偏光画像光を第1目の受光範囲に拡散し、前記第2偏光画像光を第2目の受光範囲に拡散するアレイ状の複数のマイクロカーブミラーを有する反射型ディフューザーと、を備えることを特徴とする立体画像投影装置。 A projection module that alternately projects the first image light and the second image light,
The first image light and the second image light are installed on the path of the first image light and the second image light, and the first image light and the second image light are converted into the first polarized image light and the second polarized image light, and the first polarization is performed. The image light and the second polarized image light are light rays whose polarization directions are perpendicular to each other, and an ultrafast polarization modulator.
A polarizing element installed on the path of the first polarized image light and the second polarized image light, which reflects the first polarized image light and transmits the second polarized image light.
The first polarized image light reflected by the polarizing element and the second polarized image light transmitted by the polarizing element are installed on the path to reflect the first polarized image light and the second polarized image light. Reflector module that reflects
The first polarized image light and the second polarized image light reflected by the reflector module are received, the first polarized image light is diffused in the first light receiving range, and the second polarized image light is second. A stereoscopic image projection device comprising: a reflective diffuser having a plurality of array-shaped microcurve mirrors diffused in a light receiving range of the eye.
前記第1画像光及び前記第2画像光の経路上に設置され、且つ前記第1画像光及び前記第2画像光を第1偏光画像光及び第2偏光画像光に変換し、前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光は偏光方向が互いに垂直になる光線である超高速偏光変調器と、
前記第1偏光画像光及び前記第2偏光画像光の経路上に設置され、前記第1偏光画像光を透過させ、且つ前記第2偏光画像光を反射する偏光子と、
前記偏光子により透過される前記第1偏光画像光の経路上に設置され、前記第1偏光画像光を反射して前記偏光子を透過させるリフレクターモジュールと、
前記リフレクターモジュールにより反射された前記第1偏光画像光及び前記偏光子により反射された前記第2偏光画像光を受光し、前記第1偏光画像光を第1目の受光範囲に拡散し、前記第2偏光画像光を第2目の受光範囲に拡散するアレイ状の複数のマイクロカーブミラーを有する反射型ディフューザーと、を備えることを特徴とする立体画像投影装置。 A projection module that alternately projects the first image light and the second image light,
The first image light and the second image light are installed on the path of the first image light and the second image light, and the first image light and the second image light are converted into the first polarized image light and the second polarized image light, and the first polarization is performed. The image light and the second polarized image light are light rays whose polarization directions are perpendicular to each other, and an ultrafast polarization modulator.
A ligand that is installed on the path of the first polarized image light and the second polarized image light, transmits the first polarized image light, and reflects the second polarized image light.
A reflector module installed on the path of the first polarized image light transmitted by the polarizing element and reflecting the first polarized image light to transmit the polarizing element.
The first polarized image light reflected by the reflector module and the second polarized image light reflected by the polarizing element are received, and the first polarized image light is diffused into the first light receiving range to obtain the first light receiving range. A stereoscopic image projection device comprising: a reflection type diffuser having a plurality of array-shaped microcurve mirrors for diffusing bipolarized image light into a second light receiving range.
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