JP7355146B2 - 3D image display device and 3D image display method - Google Patents

3D image display device and 3D image display method Download PDF

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Description

本発明は、立体像表示装置、及び立体像表示方法に関する。
The present invention relates to a stereoscopic image display device and a stereoscopic image display method.

両眼視差、輻輳、目の調節のいずれも矛盾しない3次元立体像の表示技術として、ホログラフィ技術が知られている。また、LCD(Liquid Crystal Display)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon)、DMD(Digital Mirror Device)などの二次元波面変調装置により3次元立体像に応じた波面を有する再生光を生成し、フレームレートに応じて再生光を切り替えることで、3次元立体像の動画、すなわちホログラフィック映像を表示する技術が知られている。 Holography technology is known as a technology for displaying three-dimensional stereoscopic images that is consistent with binocular parallax, convergence, and eye accommodation. In addition, two-dimensional wavefront modulation devices such as LCD (Liquid Crystal Display), LCOS (Liquid Crystal on Silicon), and DMD (Digital Mirror Device) generate playback light with a wavefront corresponding to a three-dimensional stereoscopic image, and the frame rate A technique is known that displays a three-dimensional stereoscopic moving image, that is, a holographic image, by switching the reproduction light accordingly.

ホログラフィック映像の表示技術には、例えば、二次元波面変調装置による再生光の波面変調精度を上げることで、ホログラフィック映像の視域角を拡大する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。また、DMDによる再生光を鉛直方向に拡大し、かつ水平方向に縮小し、これをガルバノミラーで水平方向に走査しながら再生空間で繋ぎ合わせることで、ホログラフィック映像の水平方向の視域角を拡大する技術が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。 As a display technology for holographic images, for example, a technique is disclosed in which the viewing angle of a holographic image is expanded by increasing the wavefront modulation accuracy of reproduced light by a two-dimensional wavefront modulator (for example, Patent Document 1 reference). In addition, by expanding the reproduction light by the DMD vertically and reducing it horizontally, and connecting it in the reproduction space while scanning it horizontally with a galvano mirror, the horizontal viewing angle of the holographic image can be adjusted. A technique for enlarging has been disclosed (for example, see Non-Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1の技術によれば、大きなサイズの3次元立体像を表示するためには再生光を拡大する必要があり、拡大により視域角が減少するため、広い視域角で大きなサイズの3次元立体像を表示することは困難であった。 However, according to the technology of Patent Document 1, in order to display a large-sized three-dimensional stereoscopic image, it is necessary to enlarge the reproduction light, and the viewing angle decreases due to enlargement, so a large-sized image with a wide viewing angle is required. It has been difficult to display a three-dimensional stereoscopic image.

また非特許文献1の技術では、ガルバノミラーのサイズが制約となり、大きなサイズの3次元立体像を表示することに制限があった。 Furthermore, in the technique of Non-Patent Document 1, the size of the galvano mirror is a constraint, and there is a limit to displaying a large-sized three-dimensional stereoscopic image.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、広い視域角を確保しながら、大きなサイズの3次元立体像を表示することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to display a large-sized three-dimensional stereoscopic image while ensuring a wide viewing angle.

開示の技術の一態様に係る立体像表示装置は、ホログラフィック映像を表示する表示装置であって、1辺の長さが1.0~1.2μmである複数の光偏向素子が2次元的に配列され、前記ホログラフィック映像に応じた干渉縞パターンに基づき、入射したコヒーレント光を前記光偏向素子ごとで偏向し、再生光を生成する光偏向素子アレイと、前記再生光が結像する第1の位置において、前記再生光の光軸と交差する平面内で、前記再生光を走査する走査手段と、前記走査に応じて前記光偏向素子アレイによる前記再生光の生成を制御し、前記走査された再生光を繋ぎ合わせて前記ホログラフィック映像を形成する再生制御手段と、前記光偏向素子アレイが配置された位置と前記走査手段が配置された第3の位置の間の前記再生光の光路に、前記第3の位置における前記再生光のサイズを調整する第1の光学系と、を有し、前記第1の位置における前記走査手段による走査角度により定まる前記再生光の前記平面内の中央でのサイズは、前記第1の光学系を介し、前記光偏向素子アレイが配置された第2の位置における前記サイズと等しく、前記第1の位置における干渉縞の最小幅は、前記第2の位置における干渉縞の最小幅に等しく、視域角を維持し、前記第1の位置におけるホログラフィック映像は、前記光偏向素子アレイが配置された第2の位置における再生光を繋ぎ合わせることによりサイズが大きく、前記光偏向素子は、基板と、支点部材と、複数の規制部材と、板状部材と、複数の電極とを有し、前記支点部材は、頂部を有し、前記基板の上面に設けられ、前記規制部材のそれぞれは、上部にストッパを有し、前記板状部材の端部に設けられ、前記板状部材は、光反射面と、導電部とを有し、前記板状部材における一の面が前記頂部と接触することで前記支点部材により支持され、固定端を有さずに、前記基板と前記規制部材とで定められる範囲において可動であり、前記電極のそれぞれは、前記基板上に、前記板状部材の前記導電部と対向して設けられ、前記導電部と前記電極との間で発生する静電引力により、前記頂部を支点に、前記板状部材が前記干渉縞パターンと前記光源の位置によって定まる傾斜をすることで、前記光反射面による反射光を偏向し、前記第1の位置と前記第2の位置における前記サイズが等しいことにより、前記再生制御手段により形成される前記ホログラフィック映像が、視域角を維持して形成でき、前記再生制御手段は、前記板状部材を傾斜させるための駆動電圧を、1の光偏向素子に印加後、前記1の光偏向素子が有する前記板状部材の傾斜の動作が終了する前に、他の光偏向素子に前記駆動電圧を印加する、ことを特徴とする。

A stereoscopic image display device according to one aspect of the disclosed technology is a display device that displays a holographic image, and includes a plurality of light deflection elements each having a side length of 1.0 to 1.2 μm in a two-dimensional manner. an optical deflection element array that deflects incident coherent light with each of the optical deflection elements based on an interference fringe pattern corresponding to the holographic image, and generates reproduction light; a scanning means for scanning the reproduction light in a plane intersecting the optical axis of the reproduction light; controlling generation of the reproduction light by the optical deflection element array according to the scanning; a reproduction control means for forming the holographic image by connecting the reproduced light beams, and an optical path of the reproduction light between a position where the optical deflection element array is disposed and a third position where the scanning means is disposed. a first optical system that adjusts the size of the reproduction light at the third position, the center of the reproduction light within the plane determined by the scanning angle by the scanning means at the first position; The size at the first optical system is equal to the size at the second position where the optical deflection element array is arranged, and the minimum width of the interference fringe at the first position is equal to the size at the second position where the optical deflection element array is disposed via the first optical system. maintaining a viewing angle equal to a minimum width of interference fringes at the position, and the holographic image at the first position is a combination of reproduced light at a second position where the optical deflection element array is arranged; The optical deflection element has a substrate, a fulcrum member, a plurality of regulating members, a plate-like member, and a plurality of electrodes, and the fulcrum member has a top portion, and the optical deflection element has a Each of the regulating members is provided on an upper surface, and each of the regulating members has a stopper on the upper part, and is provided at an end of the plate-like member, and the plate-like member has a light reflecting surface and a conductive part. One surface of the shaped member is supported by the fulcrum member by contacting the top, and is movable within a range defined by the substrate and the regulating member without having a fixed end, and each of the electrodes is , is provided on the substrate to face the conductive part of the plate-like member, and due to electrostatic attraction generated between the conductive part and the electrode, the plate-like member moves to the base with the top as a fulcrum. By forming an inclination determined by the interference fringe pattern and the position of the light source, the light reflected by the light reflecting surface is deflected, and by making the size at the first position and the second position equal, the reproduction control means The holographic image can be formed while maintaining the viewing angle, and the reproduction control means applies a driving voltage for tilting the plate member to one optical deflection element, and then The driving voltage is applied to another optical deflection element before the operation of tilting the plate-like member of the optical deflection element ends.

広い視域角を確保しながら、大きなサイズの3次元立体像を表示することができる。 A large three-dimensional image can be displayed while ensuring a wide viewing angle.

ホログラフィによる3次元立体像の記録と再生を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating recording and reproduction of a three-dimensional stereoscopic image using holography. 第1の実施形態の表示装置の構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the configuration of a display device according to a first embodiment. 第1の実施形態の表示装置のハードウェア構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the hardware configuration of a display device according to a first embodiment. 第1の実施形態の表示装置の機能構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a functional configuration of a display device according to a first embodiment. 第1の実施形態の表示装置の制御装置による処理フローの一例を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an example of a processing flow by a control device of a display device according to the first embodiment. 光偏向素子アレイにより形成するホログラムを模式的に説明する図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a hologram formed by an optical deflection element array. 第1の実施形態の表示装置で変倍レンズを設けたときの装置構成の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a device configuration when a variable magnification lens is provided in the display device of the first embodiment. 第1の実施形態における光偏向素子アレイの構成を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of a light deflection element array in the first embodiment. 第2の実施形態における光偏向素子の駆動方法を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a method of driving an optical deflection element in a second embodiment. 第3の実施形態の表示装置の一構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a display device according to a third embodiment. 第4の実施形態の表示装置の一構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a display device according to a fourth embodiment.

まず本実施形態の前提として、ホログラフィの原理を、図1を用いて説明する。なお以下では、3次元立体像を、単に立体像と呼ぶ。 First, as a premise of this embodiment, the principle of holography will be explained using FIG. 1. Note that hereinafter, a three-dimensional stereoscopic image will be simply referred to as a stereoscopic image.

図1(a)は、ホログラフィによる立体像の記録を説明するものである。図1(a)において、物体101は、照射光102で照射される。照射光102は、レーザなどのコヒーレント光である。物体101で反射された物体光103は、照射光102を振幅分割、又は波面分割して得られる参照光104と重ね合わされ干渉する。物体光103と参照光104の干渉による干渉縞105は、写真乾板等の記録媒体に記録される。写真乾板は、写真乳剤が無色透明のガラス板に塗布された感光材料の一種である。写真乾板を現像することで、干渉縞105が記録されたホログラム106が得られる。 FIG. 1(a) explains recording of a three-dimensional image by holography. In FIG. 1(a), an object 101 is illuminated with illumination light 102. In FIG. Irradiation light 102 is coherent light such as a laser. Object light 103 reflected by object 101 is superimposed and interferes with reference light 104 obtained by amplitude division or wavefront division of irradiation light 102. Interference fringes 105 caused by interference between the object beam 103 and the reference beam 104 are recorded on a recording medium such as a photographic plate. A photographic plate is a type of light-sensitive material in which a photographic emulsion is coated on a colorless and transparent glass plate. By developing the photographic plate, a hologram 106 on which interference fringes 105 are recorded is obtained.

図1(b)は、ホログラフィによる立体像の再生を説明するものである。ホログラム106に対し、記録時と同じ参照光104を照射すると、参照光104は、ホログラム106に記録された干渉縞105により回折し、物体光103と同じように振る舞う再生光107となる。この再生光107により、参照光104を照射した側の反対側からホログラム106を観察すると、物体101があった位置に、物体101の立体像108が再生される。この場合の立体像108は、ホログラム106による参照光104の-1次回折光によって形成される虚像である。一方、観察者側には、ホログラム106による参照光104の+1次回折光で形成される実像が再生される。 FIG. 1(b) illustrates reproduction of a three-dimensional image by holography. When the hologram 106 is irradiated with the same reference light 104 as used during recording, the reference light 104 is diffracted by the interference fringes 105 recorded on the hologram 106 and becomes a reproduction light 107 that behaves in the same manner as the object light 103. When the hologram 106 is observed from the side opposite to the side irradiated with the reference beam 104 using the reproduction light 107, a three-dimensional image 108 of the object 101 is reproduced at the position where the object 101 was. The three-dimensional image 108 in this case is a virtual image formed by the -1st order diffracted light of the reference light 104 by the hologram 106. On the other hand, on the observer side, a real image formed by the +1st-order diffracted light of the reference light 104 by the hologram 106 is reproduced.

以上は写真乾板に干渉縞を記録し、再生するアナログのホログラフィであるが、二次元波面変調装置と呼ばれるデジタルデバイスにより、干渉縞、すなわちホログラムを形成することができる。そしてホログラムとして作用する二次元波面変調装置に参照光を照射することで、立体像を再生し、表示することができる。また、フレームレートに応じて立体像を切り替えることで、立体像の動画、すなわちホログラフィック映像を表示することができる。 The above is analog holography in which interference fringes are recorded on a photographic plate and reproduced, but interference fringes, or holograms, can be formed using a digital device called a two-dimensional wavefront modulator. By irradiating the reference light onto the two-dimensional wavefront modulator that acts as a hologram, a three-dimensional image can be reproduced and displayed. Furthermore, by switching the stereoscopic image according to the frame rate, a moving image of the stereoscopic image, that is, a holographic image can be displayed.

物体光と参照光とが干渉して得られる干渉縞は、コンピュータ演算により求めることが可能である。コンピュータ演算による干渉縞はCGH(Computer Generated Hologram)と呼ばれる。本実施形態では、CGHデータを用いたホログラフィック映像の再生及び表示を、一例として説明する。
[第1の実施形態]
第1の実施形態を、図面を参照しながら説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
Interference fringes obtained by interference between the object light and the reference light can be obtained by computer calculation. Interference fringes generated by computer calculation are called CGH (Computer Generated Hologram). In this embodiment, reproduction and display of a holographic image using CGH data will be described as an example.
[First embodiment]
A first embodiment will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components are given the same reference numerals, and redundant explanations may be omitted.

図2は、本実施形態の表示装置の構成の一例を示したものである。図2(a)は、表示装置200における部品の配置と、表示装置200により立体像が再生される空間を正面からみた様子とを示している。図2(b)は、表示装置200により再生した立体像と観察者との位置関係を示している。 FIG. 2 shows an example of the configuration of the display device of this embodiment. FIG. 2A shows the arrangement of components in the display device 200 and a front view of a space in which a stereoscopic image is reproduced by the display device 200. FIG. 2B shows the positional relationship between the stereoscopic image reproduced by the display device 200 and the viewer.

図2(a)において、表示装置200は、光源201rと、201bと、及び201gとを有している。光源201r、201b、及び201gは、それぞれ赤、青、及び緑色の波長を有するコヒーレント光を発するレーザで、例えばそれぞれ半導体レーザである。或いは、DPSS(Diode Pumped Solid State)レーザ等の更にコヒーレンスが高い、すなわち可干渉距離が長い光源を用いてもよい。 In FIG. 2A, the display device 200 includes light sources 201r, 201b, and 201g. The light sources 201r, 201b, and 201g are lasers that emit coherent light having red, blue, and green wavelengths, and are, for example, semiconductor lasers. Alternatively, a light source with higher coherence, that is, a longer coherence distance, such as a DPSS (Diode Pumped Solid State) laser, may be used.

また表示装置200は、制御装置202と、光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gとを有している。制御装置202は、光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gに接続されており、赤、青、及び緑色に対応するCGHデータをそれぞれに出力する。CGHデータは、ホログラフィック映像に応じた波面を有する再生光のデータの一例である。 The display device 200 also includes a control device 202 and light deflection element arrays 203r, 203b, and 203g. The control device 202 is connected to the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g, and outputs CGH data corresponding to red, blue, and green, respectively. CGH data is an example of reproduction light data having a wavefront corresponding to a holographic image.

光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gは、それぞれ複数の光偏向素子が2次元的に配置されたデバイスである。複数の光偏向素子は、制御装置202から入力されるCGHデータに応じてそれぞれ独立に可動し、二次元パターンを有する干渉縞、すなわちホログラムを形成する。光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gが配置された位置は、それぞれ光偏向素子アレイが配置された第2の位置の一例である。 Each of the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g is a device in which a plurality of optical deflection elements are two-dimensionally arranged. The plurality of optical deflection elements move independently according to CGH data input from the control device 202, and form interference fringes having a two-dimensional pattern, that is, a hologram. The positions where the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g are arranged are examples of second positions where the optical deflection element arrays are arranged.

光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gは、光源201r、201b、及び201gから照射された光を偏向することで、照射光を変調し、再生光を生成する。また、制御装置202から入力されるCGHデータを時系列に切り替えることで、生成される再生光を、時系列に切り替える。 The light deflection element arrays 203r, 203b, and 203g modulate the irradiated light by deflecting the light emitted from the light sources 201r, 201b, and 201g, and generate reproduced light. Furthermore, by switching the CGH data input from the control device 202 in time series, the generated reproduction light is switched in time series.

光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gで生成された再生光は、ホログラフィック映像に応じた波面を有する再生光の一例である。なお、光偏向素子アレイの構成、及び可動の詳細については後述する。 The reproduction light generated by the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g is an example of reproduction light having a wavefront corresponding to a holographic image. Note that details of the configuration and movability of the optical deflection element array will be described later.

表示装置200は、さらに、遮光板204r、204b、及び204gと、合成プリズム205と、マイクロミラー206とを有している。 The display device 200 further includes light shielding plates 204r, 204b, and 204g, a combining prism 205, and a micromirror 206.

遮光板204r、204b、及び204gのそれぞれは、例えば、金属薄板に微小な貫通穴を開けたピンホールである。フレア光発生の原因となる金属薄板での反射光を防止するため、金属薄板の表面は、植毛紙が貼付される等の処理がなされている。遮光板204r、204b、及び204gは、後述するようなOFF状態の光偏向素子の反射光を遮光する。 Each of the light shielding plates 204r, 204b, and 204g is, for example, a pinhole formed by making a minute through hole in a thin metal plate. In order to prevent light reflected from the thin metal plate, which causes flare light, the surface of the metal thin plate is treated with flocked paper or the like. The light blocking plates 204r, 204b, and 204g block reflected light from the light deflection elements in the OFF state, which will be described later.

合成プリズム205は、遮光板204r、204b、及び204gを通過した光を合成する。光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gそれぞれにより生成された3つの単色の再生光は、合成プリズム205により合成されて1つのカラーの再生光になる。 The combining prism 205 combines the light that has passed through the light shielding plates 204r, 204b, and 204g. Three monochromatic reproduction lights generated by each of the light deflection element arrays 203r, 203b, and 203g are combined by a combining prism 205 to become one color reproduction light.

マイクロミラー206は、合成プリズム205により合成された光を反射し、反射光を水平、及び鉛直方向に走査する。図2(a)において、矢印で示したX方向が水平方向であり、Y方向が鉛直方向である。 The micromirror 206 reflects the light combined by the combining prism 205 and scans the reflected light in the horizontal and vertical directions. In FIG. 2(a), the X direction indicated by the arrow is the horizontal direction, and the Y direction is the vertical direction.

マイクロミラー206は、例えば、MEMS(Micro Electromechanical System)デバイスである。マイクロミラー206では、光反射面を有する可動部がX方向と平行な第1軸、及びY方向に平行な第2軸の回りに回動可能に形成されている。マイクロミラー206は、可動部が各軸回りに回動することで、光反射面による反射光を対象領域内に二次元走査する。マイクロミラー206は、例えば半導体プロセス技術により、シリコンやガラスを微細加工して製作される。 The micromirror 206 is, for example, a MEMS (Micro Electromechanical System) device. In the micromirror 206, a movable part having a light reflecting surface is formed to be rotatable around a first axis parallel to the X direction and a second axis parallel to the Y direction. The micromirror 206 two-dimensionally scans the light reflected by the light reflecting surface within the target area by rotating the movable part around each axis. The micromirror 206 is manufactured by finely processing silicon or glass using, for example, semiconductor process technology.

再生空間207は、光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gそれぞれによる再生光が結像、又は略結像する空間である。言い換えると、再生空間207は、ホログラムとして作用する光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gにより再生される立体像が、表示される立体的な空間である。ここで略結像とは、完全に結像している状態、すなわち完全に焦点の合っている状態のみを言うのではなく、多少の結像ずれ、すなわち焦点ずれは許容することを意味する。なお、本実施形態において表示される立体像は実像であるが、虚像が表示されるような構成としてもよい。 The reproduction space 207 is a space in which reproduction light from each of the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g forms an image, or approximately forms an image. In other words, the reproduction space 207 is a three-dimensional space in which a three-dimensional image reproduced by the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g that act as holograms is displayed. Here, "substantially imaged" does not mean only a state where the image is completely formed, that is, a state where the image is completely in focus, but also means that some deviation of the image formation, that is, a deviation of the focus is allowed. Note that although the stereoscopic image displayed in this embodiment is a real image, a configuration may be adopted in which a virtual image is displayed.

再生光は、マイクロミラー206により、XY平面207a内で走査される。XY平面207aは、再生空間207から切り出した一平面であり、例えば、図2(b)で二点鎖線で示した平面である。 The reproduction light is scanned within the XY plane 207a by the micromirror 206. The XY plane 207a is a plane cut out from the playback space 207, and is, for example, the plane indicated by the two-dot chain line in FIG. 2(b).

再生光の光軸は、マイクロミラー206により走査される再生光の光束の中心を通り、再生光の伝搬方向と平行な軸である。例えば、図2(a)において、一点鎖線で示した207bは、再生光の光束207cの光軸である。再生光の光軸の方向は、マイクロミラー206による走査角度に応じて変化する。 The optical axis of the reproduction light is an axis that passes through the center of the beam of reproduction light scanned by the micromirror 206 and is parallel to the propagation direction of the reproduction light. For example, in FIG. 2A, 207b indicated by a dashed line is the optical axis of a beam 207c of reproduction light. The direction of the optical axis of the reproduction light changes depending on the scanning angle by the micromirror 206.

なお、XY平面207aは、再生光の光軸と交差する平面の一例である。 Note that the XY plane 207a is an example of a plane that intersects with the optical axis of the reproduction light.

また、XY平面207aと直交する方向における、XY平面207aの位置は、光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gそれぞれによる再生光、すなわちホログラフィック映像に応じた波面を有する再生光が結像する第1の位置の一例である。 Further, the position of the XY plane 207a in the direction orthogonal to the XY plane 207a is the position at which the reproduced light by each of the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g, that is, the reproduced light having a wavefront corresponding to the holographic image, forms an image. This is an example of position 1.

さらに、マイクロミラー206は、再生光が結像する第1の位置において、再生光の光軸と交差する平面内で、再生光を走査する走査手段の一例である。なお、マイクロミラー206の他、走査手段として、例えばポリゴンミラーや音響光学素子等を組み合わせて用いてもよい。 Further, the micromirror 206 is an example of a scanning unit that scans the reproduction light within a plane intersecting the optical axis of the reproduction light at a first position where the reproduction light forms an image. Note that in addition to the micromirror 206, a polygon mirror, an acousto-optic element, or the like may be used in combination as a scanning means, for example.

光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gで生成され、合成プリズム205で合成された1つのカラーの再生光は、マイクロミラー206で反射される。反射光は、XY平面207aにおける一部の領域208に照射される。領域208では、CGHデータに応じた立体像が再生され、表示される。この場合の立体像は、マイクロミラー206による二次元走査により得られる立体像のうちの一部分であり、以下では部分立体像と呼ぶ。 One color of reproduced light generated by the light deflection element arrays 203r, 203b, and 203g and combined by the combining prism 205 is reflected by the micromirror 206. The reflected light is irradiated onto a part of the region 208 on the XY plane 207a. In area 208, a stereoscopic image according to the CGH data is reproduced and displayed. The stereoscopic image in this case is a part of the stereoscopic image obtained by two-dimensional scanning by the micromirror 206, and is hereinafter referred to as a partial stereoscopic image.

次に、制御装置202から入力されるCGHデータが切り替えられ、光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gにより、次のカラーの再生光が生成される。またマイクロミラー206が向きを変え、反射方向が変更される。これにより、次のカラーの再生光が、例えばXY平面207aで領域208に隣接する領域に照射される。領域208に隣接する領域では、CGHに応じた次のカラーの再生光による部分立体像が再生され、表示される。 Next, the CGH data input from the control device 202 is switched, and the next color of reproduced light is generated by the light deflection element arrays 203r, 203b, and 203g. Furthermore, the micromirror 206 changes direction, and the direction of reflection is changed. As a result, the reproduction light of the next color is irradiated onto a region adjacent to the region 208 on the XY plane 207a, for example. In an area adjacent to the area 208, a partial stereoscopic image is reproduced and displayed using reproduction light of the next color according to the CGH.

このようなCGHデータの切り替えと、光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gによるカラーの再生光の生成と、マイクロミラー206による再生光の反射方向の変更と、を1セットとした動作が繰り返される。XY平面207aにおいて、カラーの再生光が照射される領域は、矢印209に沿って変更される。 A set of operations including switching the CGH data, generating colored reproduced light by the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g, and changing the reflection direction of the reproduced light by the micromirror 206 are repeated. . In the XY plane 207a, the area irradiated with the color reproduction light is changed along the arrow 209.

上記動作が繰り返され、矢印209に沿って、XY平面207aの全体にカラーの再生光が照射されることで、CGHデータに応じた部分立体像が、XY平面207aにおいて繋ぎ合わされ、立体像の全体像が形成される。 The above operation is repeated, and the entire XY plane 207a is irradiated with color reproduction light along the arrow 209, so that the partial stereoscopic images according to the CGH data are joined together on the XY plane 207a to form the entire stereoscopic image. An image is formed.

なお、マイクロミラー206による再生光の反射方向の変更は、マイクロミラー206による再生光の走査において連続的に行われる。従って、部分立体像を繋ぎ合わせるためには、マイクロミラー206により再生光を走査しながら、走査に同期して所定のタイミング毎に、CGHデータの切り替えと、カラーの再生光の生成を実行する必要がある。 Note that the direction of reflection of the reproduction light by the micromirror 206 is continuously changed when the reproduction light is scanned by the micromirror 206. Therefore, in order to join the partial 3D images, it is necessary to switch the CGH data and generate color reproduction light at predetermined timings while scanning the reproduction light using the micromirror 206 in synchronization with the scanning. There is.

本実施形態では、XY平面207aにおいて部分立体像を繋ぎ合わせる処理は、例えば隣接する部分立体像をオーバーラップさせない、いわゆるタイリング処理である。 In this embodiment, the process of joining partial stereoscopic images on the XY plane 207a is, for example, so-called tiling processing in which adjacent partial stereoscopic images are not overlapped.

具体的には、例えば、XY平面207aにおける1つの部分立体像のX方向におけるサイズをSx、マイクロミラー206からXY平面207aまでの距離をZ、マイクロミラー206による走査速度をVとする。Sx、Z、及びVに基づき、隣接する部分立体像がオーバーラップしない時間tを予め求めておき、時間t毎にCGHデータを切り替え、また光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gによりカラーの再生光を生成する。これにより、隣接する部分立体像を、相互にオーバーラップする領域がない状態で、繋ぎ合わせることができる。Y方向において部分立体像を繋ぎ合わせる場合も同様である。 Specifically, for example, let Sx be the size of one partial stereoscopic image in the X direction on the XY plane 207a, Z be the distance from the micromirror 206 to the XY plane 207a, and V be the scanning speed of the micromirror 206. Based on Sx, Z, and V, a time t during which adjacent partial stereoscopic images do not overlap is determined in advance, CGH data is switched at every time t, and color is reproduced by the light deflection element arrays 203r, 203b, and 203g. Generate light. Thereby, adjacent partial stereoscopic images can be joined together without mutually overlapping regions. The same holds true when joining partial stereoscopic images in the Y direction.

CGHデータの切り替えと、マイクロミラー206による走査を同期させるために、表示装置200は同期検知手段を有している。同期検知手段は、例えばマイクロミラー206によりカラーの再生光が走査される領域の一部に設けられたPD(Photo Diode)により実現される。 In order to synchronize the switching of CGH data and the scanning by the micromirror 206, the display device 200 has synchronization detection means. The synchronization detection means is realized, for example, by a PD (Photo Diode) provided in a part of the area where the color reproduction light is scanned by the micromirror 206.

PDは、その受光面をカラーの再生光が通過するタイミングを検知する。このタイミングを基準に、クロックのカウント等で時間を計測し、上記の時間t毎にCGHデータを切り替え、またまた光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gによりカラーの再生光を生成すればよい。 The PD detects the timing at which the color reproduction light passes through its light receiving surface. Based on this timing, time may be measured by clock counting, etc., the CGH data may be switched at each time t, and color reproduction light may be generated by the light deflection element arrays 203r, 203b, and 203g.

X方向とY方向の同期検知のためには、マイクロミラー206によるカラーの再生光のX方向、及びY方向の走査領域に、それぞれ少なくとも1つずつのPDを設ける必要がある。 For synchronized detection in the X and Y directions, it is necessary to provide at least one PD in each of the X and Y direction scanning regions of the color reproduction light by the micromirror 206.

立体像の全体像を形成する動作は、フレームレートの周期内で行われ、立体像の全体像はフレームレートで映像として表示される。立体像の全体像を、以降では、単に立体像と呼ぶ。 The operation of forming the entire 3D image is performed within the cycle of the frame rate, and the entire 3D image is displayed as a video at the frame rate. The entire three-dimensional image will hereinafter be simply referred to as a three-dimensional image.

図2(b)において、再生空間207に形成された立体像211は、図示した位置関係において、観察者212により観察される。図2(b)に二点鎖線で示した207aは、XY平面である。透明板210は、表示装置200の内部を保護するためのもので、本実施形態においては光学的な作用はない。 In FIG. 2(b), a stereoscopic image 211 formed in the reproduction space 207 is observed by an observer 212 in the illustrated positional relationship. 207a indicated by a two-dot chain line in FIG. 2(b) is the XY plane. The transparent plate 210 is for protecting the inside of the display device 200 and has no optical function in this embodiment.

なお、図2(b)では、便宜的に、赤色の光のための光学系のみを示したが、青色及び緑色の光のための光学系も同様である。 Note that although FIG. 2B shows only the optical system for red light for convenience, the same applies to the optical systems for blue and green light.

次に、本実施形態の表示装置200のハードウェア構成の一例を、図3を用いて説明する。図3に示すように、表示装置200は、制御装置202と、光源201と、マイクロミラー206と、光偏向素子アレイ203とを有し、それぞれが電気的に接続されている。光源201には、光源201r、201b、及び201gが含まれ、光偏向素子アレイ203には、光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gが含まれている。 Next, an example of the hardware configuration of the display device 200 of this embodiment will be described using FIG. 3. As shown in FIG. 3, the display device 200 includes a control device 202, a light source 201, a micromirror 206, and a light deflection element array 203, which are electrically connected to each other. The light source 201 includes light sources 201r, 201b, and 201g, and the light deflection element array 203 includes light deflection element arrays 203r, 203b, and 203g.

このうち、制御装置202は、CPU(Central Processing Unit)300と、RAM(Random Access Memory)301と、ROM(Read Only Memory)302と、FPGA(Field-Programmable Gate Array)303と、外部I/F304と、光源ドライバ305と、マイクロミラードライバ306と、光偏向素子アレイドライバ307とを有している。 Among these, the control device 202 includes a CPU (Central Processing Unit) 300, a RAM (Random Access Memory) 301, a ROM (Read Only Memory) 302, an FPGA (Field-Programmable Gate Array) 303, and an external I/F 304. , a light source driver 305 , a micromirror driver 306 , and an optical deflection element array driver 307 .

CPU300は、ROM302等の記憶装置からプログラムやデータをRAM301上に読み出し、処理を実行して、制御装置202の全体の制御や機能を実現する演算装置である。 The CPU 300 is an arithmetic device that reads programs and data from a storage device such as a ROM 302 onto the RAM 301, executes processing, and realizes overall control and functions of the control device 202.

RAM301は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の記憶装置である。 The RAM 301 is a volatile storage device that temporarily holds programs and data.

ROM302は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の記憶装置であり、CPU300が表示装置200の各機能を制御するために実行する処理用プログラムやデータを記憶している。 The ROM 302 is a nonvolatile storage device that can retain programs and data even when the power is turned off, and stores processing programs and data that the CPU 300 executes to control each function of the display device 200. .

FPGA303は、CPU300の処理に従って、光源ドライバ305、マイクロミラードライバ306及び光偏向素子アレイドライバ307に適した制御信号を出力する回路である。 The FPGA 303 is a circuit that outputs control signals suitable for the light source driver 305, micromirror driver 306, and optical deflection element array driver 307 according to the processing of the CPU 300.

外部I/F304は、例えば外部装置やネットワーク等とのインタフェースである。外部装置には、例えば、PC(Personal Computer)等の上位装置、USB(Universal Serial Bus)メモリ、SD(Secure Digital)カード、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、HDD(hard disk drive)、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置が含まれる。また、ネットワークは、例えばLAN(Local Area Network)やインターネット等である。外部I/F304は、外部装置との接続または通信を可能にする構成であればよく、外部装置ごとに外部I/F304が用意されてもよい。 External I/F 304 is an interface with, for example, an external device or a network. External devices include, for example, a host device such as a PC (Personal Computer), a USB (Universal Serial Bus) memory, an SD (Secure Digital) card, a CD (Compact Disc), a DVD (Digital Versatile Disc), and an HDD (hard disk drive). ), SSD (Solid State Drive), and other storage devices. Further, the network is, for example, a LAN (Local Area Network) or the Internet. The external I/F 304 may have any configuration as long as it enables connection or communication with an external device, and an external I/F 304 may be provided for each external device.

光源ドライバ305は、入力された制御信号に従って光源201に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。光源ドライバ305には、光源201r、201b、及び201gにそれぞれ駆動信号を出力する光源ドライバ305r、305b、及び305gが含まれる。 The light source driver 305 is an electric circuit that outputs a drive signal such as a drive voltage to the light source 201 according to an input control signal. The light source driver 305 includes light source drivers 305r, 305b, and 305g that output drive signals to the light sources 201r, 201b, and 201g, respectively.

マイクロミラードライバ306は、入力された制御信号に従ってマイクロミラー206に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。 The micromirror driver 306 is an electric circuit that outputs a drive signal such as a drive voltage to the micromirror 206 according to an input control signal.

光偏向素子アレイドライバ307は、入力された制御信号に従って光偏向素子アレイ203に駆動電圧等の駆動信号を出力する電気回路である。光偏向素子アレイドライバ307には、光偏向素子アレイ203r、203b、及び203gにそれぞれ駆動信号を出力する光偏向素子アレイドライバ307r、307b、及び307gが含まれている。 The optical deflection element array driver 307 is an electric circuit that outputs a drive signal such as a drive voltage to the optical deflection element array 203 according to an input control signal. The optical deflection element array driver 307 includes optical deflection element array drivers 307r, 307b, and 307g that output drive signals to the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g, respectively.

CGHデータの切り替え、及び光偏向素子アレイ203による再生光の生成と、マイクロミラー206による走査とを同期させるためのPDの出力は、例えばCPU300やFPGA303等に入力される。 The output of the PD for switching the CGH data and synchronizing the generation of reproduction light by the optical deflection element array 203 and the scanning by the micromirror 206 is input to, for example, the CPU 300 or the FPGA 303.

制御装置202において、CPU300は、外部I/F304を介して外部装置やネットワークから駆動情報と再生情報を取得する。なお、CPU300が駆動情報と再生情報を取得することができる構成であればよく、制御装置202内のROM302やFPGA303に駆動情報と再生情報を格納する構成としてもよいし、制御装置202内に新たにSSD等の記憶装置を設けて、その記憶装置に駆動情報と再生情報を格納する構成としてもよい。 In the control device 202, the CPU 300 acquires drive information and playback information from an external device or a network via an external I/F 304. Note that any configuration may be sufficient as long as the CPU 300 can acquire the drive information and playback information, and the drive information and playback information may be stored in the ROM 302 or FPGA 303 in the control device 202. It may also be configured such that a storage device such as an SSD is provided in the storage device, and drive information and playback information are stored in the storage device.

ここで、駆動情報と再生情報とは、再生空間207にどのように立体像を表示させるかを示した情報である。例えば、駆動情報は、光源の照射強度やマイクロミラーの可動範囲等であり、再生情報は、CGHデータや、走査に応じたCGHデータの切り替えタイミング等である。 Here, the driving information and the reproduction information are information indicating how to display a stereoscopic image in the reproduction space 207. For example, the drive information is the irradiation intensity of the light source, the movable range of the micromirror, etc., and the reproduction information is CGH data, the switching timing of CGH data according to scanning, etc.

制御装置202は、CPU300の命令および図3に示したハードウェア構成によって、次に説明する機能構成を実現することができる。 The control device 202 can realize the functional configuration described below using instructions from the CPU 300 and the hardware configuration shown in FIG.

次に、表示装置200の制御装置202の機能構成について図4を用いて説明する。図4は、表示装置200の制御装置202の一例の機能ブロック図である。 Next, the functional configuration of the control device 202 of the display device 200 will be described using FIG. 4. FIG. 4 is a functional block diagram of an example of the control device 202 of the display device 200.

図4に示すように、制御装置202は、機能として制御部400と駆動信号出力部401とを有している。制御部400は、例えばCPU300、FPGA303等により実現され、外部装置から駆動情報と再生情報を取得し、これらを制御信号に変換して駆動信号出力部401に出力する。 As shown in FIG. 4, the control device 202 has a control section 400 and a drive signal output section 401 as functions. The control unit 400 is realized by, for example, the CPU 300, the FPGA 303, etc., acquires drive information and playback information from an external device, converts these into control signals, and outputs the control signals to the drive signal output unit 401.

制御部400は、駆動制御部400aと、再生制御部400bとを有し、また駆動信号出力部401は、光源駆動信号出力部401aと、マイクロミラー駆動信号出力部401bと、光偏向素子アレイ駆動信号出力部401cとを有している。 The control unit 400 includes a drive control unit 400a and a reproduction control unit 400b, and the drive signal output unit 401 includes a light source drive signal output unit 401a, a micromirror drive signal output unit 401b, and a light deflection element array drive. It has a signal output section 401c.

駆動制御部400aは、駆動情報として外部装置等から、例えば光源の照射強度やマイクロミラーの可動範囲を取得し、所定の処理によりこれらから制御信号を生成して、光源駆動信号出力部401aとマイクロミラー駆動信号出力部401bに出力する。 The drive control unit 400a acquires, for example, the irradiation intensity of the light source and the movable range of the micromirror from an external device as drive information, generates a control signal from these through predetermined processing, and transmits the control signal to the light source drive signal output unit 401a and the micromirror. The signal is output to the mirror drive signal output section 401b.

また、再生制御部400bは、再生情報として外部装置等から、例えばCGHデータや、走査に応じたCGHデータの切り替えタイミング等を取得し、所定の処理によりCGHデータから制御信号を生成して、所定のタイミングで光偏向素子アレイ駆動信号出力部に出力する。所定のタイミングは、上述したように、タイリング処理を実行するためのもので、PDからの出力信号を受信後にカウントするクロック数等で設定することができる。 In addition, the reproduction control unit 400b acquires, for example, CGH data, CGH data switching timing according to scanning, etc. from an external device as reproduction information, generates a control signal from the CGH data by predetermined processing, and generates a control signal from the CGH data by predetermined processing. The signal is output to the optical deflection element array drive signal output section at the timing of . As described above, the predetermined timing is for executing the tiling process, and can be set by the number of clocks to be counted after receiving the output signal from the PD.

なお、再生制御部400bは、再生制御手段の一例である。 Note that the playback control section 400b is an example of playback control means.

光源駆動信号出力部401aは、例えば光源ドライバ305により実現される。マイクロミラー駆動信号出力部401bは、例えばマイクロミラードライバ306により実現される。光偏向素子アレイ駆動信号出力部401cは、例えば光偏向素子アレイドライバ307により実現される。光源駆動信号出力部401a、マイクロミラー駆動信号出力部401b、光偏向素子アレイ駆動信号出力部401cは、それぞれ入力された制御信号に基づいて、光源201、マイクロミラー206、及び光偏向素子アレイ203に駆動信号を出力する。 The light source drive signal output unit 401a is realized by the light source driver 305, for example. The micromirror drive signal output section 401b is realized by, for example, the micromirror driver 306. The optical deflection element array drive signal output section 401c is realized by, for example, the optical deflection element array driver 307. The light source drive signal output section 401a, the micromirror drive signal output section 401b, and the optical deflection element array drive signal output section 401c output signals to the light source 201, the micromirror 206, and the optical deflection element array 203 based on the input control signals, respectively. Outputs a drive signal.

駆動信号は、光源201、光偏向素子アレイ203、又はマイクロミラー206の駆動を制御するための信号である。例えば光源201においては、光源の照射タイミングおよび照射強度を制御する駆動電圧である。また、例えばマイクロミラー206においては、マイクロミラー206の有する光反射面を可動させるタイミング、及び可動範囲を制御する駆動電圧である。また、例えば光偏向素子アレイ203においては、CGHデータに応じ、光偏向素子アレイ203の有する複数の光偏向素子をそれぞれ可動させるタイミング、及び可動範囲を制御する駆動電圧である。 The drive signal is a signal for controlling the drive of the light source 201, the optical deflection element array 203, or the micromirror 206. For example, in the light source 201, it is a drive voltage that controls the irradiation timing and irradiation intensity of the light source. For example, in the case of the micromirror 206, it is a drive voltage that controls the timing and range of movement of the light reflecting surface of the micromirror 206. Further, for example, in the optical deflection element array 203, it is a drive voltage that controls the timing and movable range of each of the plurality of optical deflection elements of the optical deflection element array 203 according to the CGH data.

なお、駆動制御部400aと再生制御部400bは相互に接続されており、処理を連携させることも可能である。 Note that the drive control section 400a and the reproduction control section 400b are connected to each other, and it is also possible to cooperate in processing.

次に、表示装置200が再生空間207に立体像を表示させる処理について図5を用いて説明する。図5は、表示装置200における制御装置202の処理の一例のフローチャートである。 Next, the process by which the display device 200 displays a stereoscopic image in the playback space 207 will be described using FIG. 5. FIG. 5 is a flowchart of an example of processing by the control device 202 in the display device 200.

まず、ステップS51において、駆動制御部400aは、外部装置等から駆動情報を取得する。 First, in step S51, the drive control unit 400a acquires drive information from an external device or the like.

続いて、ステップS53において、駆動制御部400aは、取得した駆動情報から制御信号を生成し、制御信号を光源駆動信号出力部401a及びマイクロミラー駆動信号出力部401bに出力する。 Subsequently, in step S53, the drive control section 400a generates a control signal from the acquired drive information, and outputs the control signal to the light source drive signal output section 401a and the micromirror drive signal output section 401b.

続いて、ステップS55において、光源駆動信号出力部401aは、入力された制御信号に基づいて、駆動信号を光源201に出力し、マイクロミラー駆動信号出力部401bは、入力された制御信号に基づいて、駆動信号をマイクロミラー206に出力する。光源201は、入力された駆動信号に基づいて光照射を行い、マイクロミラー206は、入力された駆動信号に基づいて光反射面の可動を行い、光偏向素子アレイ203により生成された再生光を走査する。 Subsequently, in step S55, the light source drive signal output unit 401a outputs a drive signal to the light source 201 based on the input control signal, and the micromirror drive signal output unit 401b outputs a drive signal based on the input control signal. , outputs a drive signal to the micromirror 206. The light source 201 irradiates light based on the input drive signal, and the micromirror 206 moves the light reflecting surface based on the input drive signal to reflect the reproduced light generated by the light deflection element array 203. scan.

続いて、ステップS57において、再生制御部400bは、外部装置等から再生情報を取得する。なお、再生情報を制御装置202におけるRAM等に予め記憶しておき、再生制御部400bはRAM等から再生情報を取得してもよい。 Subsequently, in step S57, the reproduction control unit 400b acquires reproduction information from an external device or the like. Note that the playback information may be stored in advance in a RAM or the like in the control device 202, and the playback control unit 400b may acquire the playback information from the RAM or the like.

続いて、ステップS59において、再生制御部400bは、取得した再生情報から制御信号を生成し、制御信号を光偏向素子アレイ駆動信号出力部401cに出力する。 Subsequently, in step S59, the reproduction control section 400b generates a control signal from the acquired reproduction information, and outputs the control signal to the optical deflection element array drive signal output section 401c.

続いて、ステップS61において、光偏向素子アレイ駆動信号出力部401cは、入力された制御信号に基づいて、駆動信号を光偏向素子アレイ203に出力する。光偏向素子アレイ203は、入力された駆動信号、及び走査と同期するためのPDの出力信号に基づいて各光偏向素子の可動を所定のタイミングで行う。これにより部分立体像が再生空間207で表示される。 Subsequently, in step S61, the optical deflection element array drive signal output unit 401c outputs a drive signal to the optical deflection element array 203 based on the input control signal. The optical deflection element array 203 moves each optical deflection element at a predetermined timing based on the input drive signal and the output signal of the PD for synchronizing with scanning. As a result, a partial stereoscopic image is displayed in the reproduction space 207.

続いて、ステップS63において、制御装置202は、全ての部分立体像の表示が終了したかを判断し、終了していない場合は、ステップS57に戻り、処理を継続する。 Subsequently, in step S63, the control device 202 determines whether the display of all partial stereoscopic images has been completed, and if the display has not been completed, the process returns to step S57 and continues the process.

全ての部分立体像の表示が終了した場合は、ステップS65において、制御装置202は、全ての立体像の表示が終了したかを判断し、終了していない場合は、ステップS57に戻り、処理を継続する。 If the display of all partial 3D images has been completed, the control device 202 determines whether the display of all 3D images has been completed in step S65. If not, the control device 202 returns to step S57 and executes the process. continue.

ステップS65において、全ての立体像の表示が終了した場合は、処理を終了する。 In step S65, if the display of all stereoscopic images is finished, the process ends.

以上により、CGHデータに応じた部分立体像が走査され、それらがXY平面207aで繋ぎ合わされた立体像が表示される。 As described above, partial stereoscopic images according to the CGH data are scanned, and a stereoscopic image in which they are connected on the XY plane 207a is displayed.

なお、表示装置200では、1つの制御装置202が光源201と、光偏向素子アレイ203と、及びマイクロミラー206とを制御する装置および機能を有しているが、これに限られない。光源用の制御装置、光偏向素子アレイ用の制御装置、及びマイクロミラー用の制御装置を、別体に設けてもよい。 Note that in the display device 200, one control device 202 has a device and function for controlling the light source 201, the light deflection element array 203, and the micromirror 206, but the present invention is not limited thereto. The control device for the light source, the control device for the optical deflection element array, and the control device for the micromirror may be provided separately.

また、表示装置200では、1つの制御装置202に、制御部400の機能および駆動信号出力部401の機能を設けているが、これに限られない。これらの機能は別体として存在していてもよく、例えば制御部400を有した制御装置202とは別に駆動信号出力部401を有した駆動信号出力装置を設ける構成としてもよい。 Further, in the display device 200, one control device 202 is provided with the functions of the control section 400 and the drive signal output section 401, but the present invention is not limited to this. These functions may exist separately; for example, a drive signal output device having a drive signal output section 401 may be provided separately from the control device 202 having the control section 400.

次に、光偏向素子アレイ203rが形成する干渉縞のパターン、すなわちホログラムについて、図6を用いて説明する。 Next, a pattern of interference fringes, that is, a hologram, formed by the optical deflection element array 203r will be explained using FIG. 6.

光偏向素子アレイ203rは、制御装置202から入力されるCGHデータに応じてホログラムを形成する。なお以下では、説明の便宜のため、光偏向素子アレイ203rによる赤色の光による立体像の再生について述べるが、光偏向素子アレイ203b、及び光偏向素子アレイ203gを用いた青、及び緑色の光による立体像の再生及び表示も同様である。 The optical deflection element array 203r forms a hologram according to CGH data input from the control device 202. In the following, for convenience of explanation, reproduction of a stereoscopic image using red light by the light deflection element array 203r will be described, but reproduction of a stereoscopic image by blue and green light using the light deflection element array 203b and the light deflection element array 203g will be described. The same applies to the reproduction and display of stereoscopic images.

図6は、光偏向素子アレイ203rが形成するホログラムを示したものである。図6(a)は、光偏向素子アレイ203rにおいて、複数の光偏向素子が二次元的に配列された様子を示している。301rは、1つの光偏向素子を表しており、この光偏向素子が二次元的に配列され、光偏向素子アレイ203rが構成されている。光偏向素子は、光反射面を有し、それぞれが独立で可動する。 FIG. 6 shows a hologram formed by the optical deflection element array 203r. FIG. 6A shows a state in which a plurality of optical deflection elements are two-dimensionally arranged in the optical deflection element array 203r. 301r represents one optical deflection element, and this optical deflection element is two-dimensionally arranged to constitute an optical deflection element array 203r. The light deflection elements each have a light reflecting surface and are movable independently.

図6(b)は、CGHデータに応じて、各光偏向素子が独立に可動した様子を示している。図6(b)で、黒くない状態で示した光偏向素子301r-aは、ONの状態であり、黒い状態で示した光偏向素子301r-bは、OFFの状態である。 FIG. 6(b) shows how each optical deflection element moves independently according to the CGH data. In FIG. 6B, the light deflection element 301r-a shown in a non-black state is in an ON state, and the light deflection element 301r-b shown in a black state is in an OFF state.

本実施形態では、光偏向素子の可動はON、若しくはOFFの2通りである。ONのとき、光偏向素子の光反射面は、例えば光偏向素子が配列された平面に対して所定の角度に傾斜する。またOFFのとき、光偏向素子の光反射面は、光偏向素子が配列された平面に対して、ONのときとは異なる角度で傾斜する。OFFのときは、光反射面からの反射光は遮光板204rにより遮光され、立体像の再生には寄与しなくなる。 In this embodiment, the optical deflection element can be moved in two ways: ON or OFF. When ON, the light reflecting surface of the light deflection element is inclined at a predetermined angle with respect to the plane on which the light deflection elements are arranged, for example. Further, when the light deflection element is OFF, the light reflecting surface of the light deflection element is inclined at a different angle from when the light deflection element is ON, with respect to the plane on which the light deflection elements are arranged. When it is OFF, the light reflected from the light reflecting surface is blocked by the light shielding plate 204r and does not contribute to the reproduction of the stereoscopic image.

図6(c)は、光偏向素子がONの状態とOFFの状態を組み合わせて表現した干渉縞パターンの一例を示している。図6(a)、(b)では、光偏向素子の一つ一つを認識しやすいように、各光偏向素子を拡大して模式的に示したが、図6(c)は、各光偏向素子を拡大せずに示したものである。 FIG. 6C shows an example of an interference fringe pattern expressed by combining the ON state and OFF state of the optical deflection element. In FIGS. 6(a) and 6(b), each optical deflection element is enlarged and schematically shown to make it easier to recognize each optical deflection element, but in FIG. 6(c), each light The deflection element is shown without being enlarged.

図6(c)において、光偏向素子アレイ203rに光が入射すると、干渉縞パターンに応じて反射光が変調される。つまり、反射光は、ONの光偏向素子では立体像の再生に寄与し、OFFの光偏向素子では立体像の再生に寄与しない状態に変調される。このように光偏向素子アレイ203rは、入射する光を変調するホログラムとして作用する。なお、上記では光偏向素子の可動がONとOFFの2通りの場合を示したが、2通りより多くし、より詳細な変調を行えるようにしてもよい。 In FIG. 6C, when light enters the optical deflection element array 203r, reflected light is modulated according to the interference fringe pattern. That is, the reflected light is modulated so that it contributes to the reproduction of a stereoscopic image when the optical deflection element is ON, and does not contribute to the reproduction of the stereoscopic image when the optical deflection element is OFF. In this way, the optical deflection element array 203r acts as a hologram that modulates incident light. In addition, although the case in which the optical deflection element can be moved in two ways, ON and OFF, has been described above, it may be possible to provide more than two ways to perform more detailed modulation.

ここで、本実施形態の表示装置200では、第1の位置、すなわち再生光が結像、又は略結像する位置と、第2の位置、すなわち光偏向素子アレイを配置した位置で、再生光の光軸と交差する平面内での再生光のサイズは等しい。 Here, in the display device 200 of this embodiment, the first position, that is, the position where the reproduced light forms an image or approximately forms an image, and the second position, that is, the position where the light deflection element array is arranged, the reproduced light The size of the reproduced light in a plane intersecting the optical axis of is equal.

再生光のサイズとは、光偏向素子アレイにより生成された再生光の、光軸と交差する平面内、すなわち図2のXY平面207aにおけるサイズをいう。 The size of the reproduction light refers to the size of the reproduction light generated by the optical deflection element array in a plane intersecting the optical axis, that is, the XY plane 207a in FIG. 2.

水平方向、すなわちX方向における再生光のサイズは、光偏向素子アレイによる再生光の、水平方向、すなわちX方向における長さ(幅)と同義である。鉛直方向、すなわちY方向における再生光のサイズは、光偏向素子アレイによる再生光の、鉛直方向、すなわちY方向における長さ(高さ)と同義である。 The size of the reproduced light in the horizontal direction, that is, the X direction, is synonymous with the length (width) of the reproduced light by the optical deflection element array in the horizontal direction, that is, the X direction. The size of the reproduction light in the vertical direction, that is, the Y direction, is synonymous with the length (height) of the reproduction light in the vertical direction, that is, the Y direction, of the reproduction light by the optical deflection element array.

また、第1の位置と第2の位置での再生光のサイズが等しいことについては、別に、次の言い方ができる。すなわちX、Y方向において、1つの光偏向素子のサイズをpx、pyとし、光偏向素子アレイにおける光偏向素子の数をNx、Nyとすると、第1の位置での再生光のサイズは、X方向ではNx×px、Y方向ではNy×pyである。 Furthermore, the fact that the sizes of the reproduced light beams at the first position and the second position are equal can be expressed separately as follows. That is, in the X and Y directions, if the size of one optical deflection element is px and py, and the number of optical deflection elements in the optical deflection element array is Nx and Ny, the size of the reproduced light at the first position is The direction is Nx×px, and the Y direction is Ny×py.

第1の位置と第2の位置での再生光のサイズが等しいことは、第1の位置で、再生光のサイズが拡大されないことを意味し、また第1の位置で視域角が減少しないことを意味する。ここで視域角とは、物体を観察することのできる角度範囲、若しくは物体全体を観察できる目の角度をいう。視域角が大きいほど、より立体的な立体像が得られる。 The same size of the reproduction light at the first position and the second position means that the size of the reproduction light is not expanded in the first position, and the viewing angle is not decreased in the first position. It means that. Here, the viewing angle refers to the angular range in which an object can be observed, or the angle at which the eyes can observe the entire object. The larger the viewing angle, the more three-dimensional a three-dimensional image can be obtained.

再生される立体像の視域角φと、干渉縞の最小幅δとは、次の(1)式の関係がある。但し、λは光源の波長である。 The viewing angle φ of the reproduced stereoscopic image and the minimum width δ of the interference fringes have a relationship expressed by the following equation (1). However, λ is the wavelength of the light source.

(1)式によれば、例えば、δが1.0μmの場合は、φは約30度である。 According to equation (1), for example, when δ is 1.0 μm, φ is about 30 degrees.

仮に、光偏向素子アレイによる再生光が第1の位置で拡大された場合、干渉縞の最小幅δも拡大されるため、(1)式に従い、δの拡大に応じて視域角は減少する。 If the reproduced light by the optical deflection element array is expanded at the first position, the minimum width δ of the interference fringes will also be expanded, so according to equation (1), the viewing angle will decrease as δ increases. .

本実施形態では、光偏向素子アレイによる再生光は拡大されないため、第1の位置においても、光偏向素子アレイの位置での干渉縞の最小幅δが維持され、視域角が維持される。例えばX、Y方向において、1つの光偏向素子のサイズをそれぞれ1.0μmとし、光偏向素子アレイにおける光偏向素子の数をそれぞれ1000個とすると、第1の位置と第2に位置における再生光のサイズはともに1mmとなる。干渉縞の最小幅δは1つの偏向素子のサイズと等しく1μmであるため、δが1.0μmのときの視域角の約30度で立体像の観察が可能となる。 In this embodiment, since the reproduced light by the optical deflection element array is not expanded, the minimum width δ of the interference fringes at the position of the optical deflection element array is maintained even at the first position, and the viewing angle is maintained. For example, if the size of one optical deflection element in the X and Y directions is each 1.0 μm, and the number of optical deflection elements in the optical deflection element array is 1000, then the reproduced light at the first position and the second position Both sizes are 1 mm. Since the minimum width δ of the interference fringes is 1 μm, which is equal to the size of one deflection element, it is possible to observe a stereoscopic image at a viewing angle of about 30 degrees when δ is 1.0 μm.

第1の位置と第2の位置における再生光のサイズを等しくするために、例えば、図7のように、光偏向素子アレイ203rによる再生光の光路に、変倍レンズ213を設けた構成としてもよい。変倍レンズ213は、変倍レンズ213を設けない場合の光偏向素子アレイ203rによる再生光が第1の位置で結像する関係を保ったまま、再生光のサイズが等しくなるように作用する。 In order to equalize the size of the reproduced light at the first position and the second position, for example, as shown in FIG. good. The variable magnification lens 213 acts to equalize the size of the reproduced light while maintaining the relationship in which the reproduced light by the optical deflection element array 203r forms an image at the first position when the variable magnification lens 213 is not provided.

光偏向素子アレイ203rが形成するホログラムはレンズの一種であるため、光偏向素子アレイ203rによるホログラムと変倍レンズ213とで合成光学系を構成する。ホログラムのみの場合の結像関係を保ったまま、光学倍率が1倍になるように、合成光学系の焦点距離を設定する。これにより、第1の位置と第2の位置で再生光のサイズを等しくできる。 Since the hologram formed by the optical deflection element array 203r is a type of lens, the hologram formed by the optical deflection element array 203r and the variable magnification lens 213 constitute a composite optical system. The focal length of the synthetic optical system is set so that the optical magnification is 1x while maintaining the imaging relationship in the case of only a hologram. This makes it possible to equalize the size of the reproduction light at the first position and the second position.

変倍レンズ213は、レンズ等の複数の光学系を組み合わせて構成してもよい。また、立体像の表示性能への影響を抑えるために、変倍レンズ213には、色収差等の収差が低減されたものを用いることが好ましい。 The variable power lens 213 may be configured by combining a plurality of optical systems such as lenses. Furthermore, in order to suppress the influence on the display performance of stereoscopic images, it is preferable to use a variable magnification lens 213 with reduced aberrations such as chromatic aberration.

ところで、視域角を維持するために、第1の位置において、再生光の光軸と交差する平面内における再生光の水平、及び鉛直方向の長さRx、及びRyが、次の(2)、(3)関係を満足するようにしてもよい。 By the way, in order to maintain the viewing angle, the horizontal and vertical lengths Rx and Ry of the reproduction light in the plane intersecting the optical axis of the reproduction light at the first position are as follows (2) , (3) relationship may be satisfied.

但し、Nx、Nyは、光偏向素子アレイにおける光偏向素子の水平、鉛直方向の個数であり、λは入射したコヒーレント光の波長である。 However, Nx and Ny are the numbers of optical deflection elements in the horizontal and vertical directions in the optical deflection element array, and λ is the wavelength of the incident coherent light.

λより小さい長さの構造では回折効果は得られず、また光偏向素子アレイでは光を反射させるため、光偏向素子のサイズはλ/2以上が必要と考えられる。そのためRxを、λ/2に光偏向素子の個数を乗じた値のNx×λ/2以上の値としている。 A structure with a length smaller than λ will not produce a diffraction effect, and since the light deflection element array reflects light, it is considered that the size of the light deflection element needs to be λ/2 or more. Therefore, Rx is set to a value equal to or greater than Nx×λ/2, which is λ/2 multiplied by the number of optical deflection elements.

また、立体視は両眼で行うことを考慮すると、十分に立体的というために許容される視域角は、波長λが干渉縞の最小幅の場合における視域角の1/2までと考えられる。そのためRxを、λによる視域角の1/2の視域角を得るための干渉縞の幅2λに、光偏向素子の個数を乗じた値の2×Nx×λ以下の値としている。 Also, considering that stereoscopic vision is performed with both eyes, the permissible viewing angle for sufficient stereoscopic vision is considered to be up to 1/2 of the viewing angle when wavelength λ is the minimum width of the interference fringes. It will be done. Therefore, Rx is set to a value less than or equal to 2×Nx×λ, which is the value obtained by multiplying the width 2λ of interference fringes to obtain a viewing zone angle that is 1/2 of the viewing zone angle by λ by the number of optical deflection elements.

なお、例えば、マイクロミラー206からXY平面207aまでの距離が短いと、走査により再生光を照射するXY平面207aの領域毎で、再生光のサイズが異なる場合がある。例えば、XY平面207aにおける中央付近と端部付近で、再生光のサイズが異なるような場合である。XY平面207aの領域毎で再生光のサイズが異なるため、どの領域における再生光のサイズを、第1の位置における再生光のサイズとすればよいかが問題になる。 Note that, for example, if the distance from the micromirror 206 to the XY plane 207a is short, the size of the reproduction light may vary depending on the region of the XY plane 207a that is irradiated with the reproduction light by scanning. For example, there is a case where the size of the reproduction light differs near the center and near the ends of the XY plane 207a. Since the size of the reproduction light differs depending on the region of the XY plane 207a, the problem is which region should have the size of the reproduction light as the size of the reproduction light at the first position.

この場合、再生光のサイズは、マイクロミラー206による走査角度により決まるため、例えば、走査角度により再生光のサイズを規格化すればよい。走査角度により規格化すれば、領域による再生光のサイズの差はなくせるため、規格化した再生光のサイズを第1の位置における再生光のサイズとすればよい。或いは、例えば、XY平面207aにおける中央付近の再生光のサイズを代表値として、第1の位置における再生光のサイズとしてもよい。 In this case, since the size of the reproduction light is determined by the scanning angle of the micromirror 206, the size of the reproduction light may be standardized by the scanning angle, for example. If normalized by the scanning angle, differences in the size of the reproduced light depending on the area can be eliminated, so the standardized size of the reproduced light may be used as the size of the reproduced light at the first position. Alternatively, for example, the size of the reproduction light at the first position may be set to the size of the reproduction light near the center on the XY plane 207a as a representative value.

以上のように、第1の位置における再生光のサイズを、第2位の位置、すなわち光偏向素子アレイが配置された位置での再生光のサイズと等しくする、あるいは略等しくすることにより、広い視域角を確保することができる。 As described above, by making the size of the reproduction light at the first position equal to or approximately equal to the size of the reproduction light at the second position, that is, the position where the optical deflection element array is arranged, a wide A viewing angle can be secured.

また上述したように、本実施形態の表示装置200では、マイクロミラー206で光偏向素子アレイによる再生光を走査しながら、XY平面207aで部分立体像を繋ぎ合わせることで、大きな立体像を表示することができる。 Further, as described above, in the display device 200 of this embodiment, a large stereoscopic image is displayed by connecting partial stereoscopic images on the XY plane 207a while scanning the reproduced light from the optical deflection element array with the micromirror 206. be able to.

以上により、本実施形態の表示装置200によれば、広い視域角を確保しながら、大きなサイズの立体像を表示することができる。 As described above, according to the display device 200 of this embodiment, a large-sized stereoscopic image can be displayed while ensuring a wide viewing angle.

なお、上記ではCGHデータを用いた立体像の表示について説明したが、本実施形態の表示装置200は、ホログラフィの原理に基づいて撮影し、記録したホログラムデータを用い、3次元立体像を表示することにも適用することができる。 Note that although the display of a stereoscopic image using CGH data has been described above, the display device 200 of this embodiment displays a three-dimensional stereoscopic image using hologram data captured and recorded based on the principle of holography. It can also be applied to

次に、本実施形態の光偏向素子の構造の一例を、図8を用いて詳細に説明する。図8において、(a)は光偏向素子の平面図で、(b)は、(a)において一点鎖線で示したA-A断面の断面図である。 Next, an example of the structure of the optical deflection element of this embodiment will be described in detail using FIG. 8. In FIG. 8, (a) is a plan view of the optical deflection element, and (b) is a cross-sectional view taken along the line AA in (a).

図8において、光偏向素子800は、基板801と、規制部材802a、802b、802c、及び802dと、支点部材803a及び803bと、板状部材804と、電極805a及び805bと、接触部位807とを有している。 In FIG. 8, the optical deflection element 800 includes a substrate 801, regulating members 802a, 802b, 802c, and 802d, fulcrum members 803a and 803b, a plate member 804, electrodes 805a and 805b, and a contact portion 807. have.

基板801は、シリコンの半導体基板である。シリコンやガラス等の一般に半導体プロセスや液晶プロセスにて用いられている材質を用いることで、構造の微細化が可能となる。また、(100)面方位を有するシリコン基板で形成することで、駆動系回路と同一基板に形成でき、簡単、かつ低コスト化に製作できる。 The substrate 801 is a silicon semiconductor substrate. By using materials such as silicon and glass that are generally used in semiconductor processes and liquid crystal processes, it is possible to miniaturize the structure. In addition, by forming it using a silicon substrate having a (100) plane orientation, it can be formed on the same substrate as the drive system circuit, and can be manufactured easily and at low cost.

規制部材802a、802b、802c、及び802dは、光反射面を有する板状部材804の可動範囲を所定の空間に制限する。例えば1つの規制部材の802aは、4本の円柱状部材と、円柱状部材の上部に設けられたストッパ806とを有している。規制部材802a、802b、802c、及び802dは、矩形の板状部材804の4隅に対応する位置に、所定の間隔を空けて配置されている。ストッパ806が、板状部材804を上方向から押さえることで、板状部材804の上方向への可動範囲を制限する。規制部材802a、802b、802c、及び802dは、例えば酸化シリコン膜、又は酸化クロム膜により形成されている。なお規制部材の個数及び配置は、上記に限定されず、板状部材804の外周に対応する全領域に多数配置される構成としてもよい。 The regulating members 802a, 802b, 802c, and 802d limit the movable range of the plate member 804 having a light reflecting surface to a predetermined space. For example, one regulating member 802a includes four cylindrical members and a stopper 806 provided at the top of the cylindrical members. The regulating members 802a, 802b, 802c, and 802d are arranged at predetermined intervals at positions corresponding to the four corners of the rectangular plate member 804. The stopper 806 limits the upward movable range of the plate member 804 by pressing the plate member 804 from above. The regulating members 802a, 802b, 802c, and 802d are formed of, for example, a silicon oxide film or a chromium oxide film. Note that the number and arrangement of the regulating members are not limited to those described above, and a large number may be arranged in the entire area corresponding to the outer periphery of the plate-like member 804.

板状部材804は、高反射率を有するアルミニウム等の薄膜で形成された部材である。板状部材804の面は、光反射面として機能する。板状部材804は、支点部材803a及び803bの頂部と接触して支持されており、この頂部を支点に傾斜して可動することができる。また板状部材804は、少なくとも一部に導電部を有している。板状部材804を、導電体で構成してもよい。 The plate member 804 is a member formed of a thin film of aluminum or the like having high reflectance. The surface of the plate member 804 functions as a light reflecting surface. The plate member 804 is supported in contact with the tops of the fulcrum members 803a and 803b, and can be tilted and moved using the tops as fulcrums. Further, the plate member 804 has a conductive portion at least in part. The plate member 804 may be made of a conductor.

電極805a及び805bに電圧が印加されると、板状部材804の導電部と電極805a及び805bとの間で静電引力が発生する。板状部材804の可動範囲は、上述のように上方向は規制部材802a、802b、802c、及び802dで制限され、下方向は基板801で制限されている。板状部材804は薄膜で形成されて軽量である。これにより、基板801や規制部材802a~802dに衝突するときの衝撃が緩和される。 When a voltage is applied to the electrodes 805a and 805b, electrostatic attraction is generated between the conductive portion of the plate member 804 and the electrodes 805a and 805b. As described above, the movable range of the plate member 804 is limited in the upward direction by the regulating members 802a, 802b, 802c, and 802d, and in the downward direction by the substrate 801. The plate member 804 is made of a thin film and is lightweight. Thereby, the impact when colliding with the substrate 801 and the regulating members 802a to 802d is alleviated.

支点部材803a及び803bは、それぞれ基板801の上面に設けられた、例えば円錐状の部材である。円錐の頂部は、板状部材804が傾斜する支点として作用する。なお、支点部材803a及び803bの形状は円錐に限定されず、光偏向素子800に求められる性能に応じて適正化することができる。 The fulcrum members 803a and 803b are, for example, conical members provided on the upper surface of the substrate 801, respectively. The top of the cone acts as a fulcrum on which the plate member 804 tilts. Note that the shape of the fulcrum members 803a and 803b is not limited to a cone, and can be optimized depending on the performance required of the optical deflection element 800.

支点部材803a及び803bは、例えば酸化シリコン膜、又はシリコン窒化膜で形成されている。但し、支点部材803a及び803bを通して、板状部材804の電位を取る場合は、各種金属膜等の導電性材料で形成される必要がある。 The fulcrum members 803a and 803b are formed of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film. However, if the potential of the plate member 804 is to be taken through the fulcrum members 803a and 803b, it is necessary to form the plate member 804 with a conductive material such as various metal films.

電極805a及び805bは、板状部材804に対向するように配置されている。電極805a及び805bに電圧が印加されると、電極805a及び805bと板状部材804の導電部の間で静電引力が発生する。この静電引力により端部が引き寄せられることで、板状部材804は傾斜することができる。電極805a及び805bに印加される電圧に応じて、板状部材804の傾斜角度は切り替えられる。板状部材804のサイズと、板状部材804に入射する光の入射角度と、板状部材804の傾斜角度とをパラメータにして、板状部材804に入射する光の偏向方向を決めることができる。 Electrodes 805a and 805b are arranged to face plate member 804. When a voltage is applied to the electrodes 805a and 805b, electrostatic attraction is generated between the electrodes 805a and 805b and the conductive portion of the plate member 804. The plate-shaped member 804 can be tilted by drawing the end portions together by this electrostatic attraction. The inclination angle of the plate member 804 is switched depending on the voltage applied to the electrodes 805a and 805b. The deflection direction of the light incident on the plate member 804 can be determined by using the size of the plate member 804, the angle of incidence of the light incident on the plate member 804, and the inclination angle of the plate member 804 as parameters. .

接触部位807は、基板801上に設けられ、板状部材804が傾斜した際に、板状部材804の端部を接触させる部位である。 The contact portion 807 is provided on the substrate 801 and is a portion that brings the end of the plate-like member 804 into contact when the plate-like member 804 is tilted.

光偏向素子800の作用の一例として、支点部材803a及び803bの頂部を支点に、板状部材804が傾斜することで、板状部材804に入射する光は、図8(a)の白抜きの矢印808に沿った方向に偏向される。板状部材804への入射光束は、例えば、光偏向素子がONのときは方向1に反射され、光偏向素子がOFFのときは方向2に反射される。 As an example of the action of the light deflection element 800, when the plate-like member 804 is tilted about the tops of the fulcrum members 803a and 803b, the light incident on the plate-like member 804 is directed to the outline shown in FIG. 8(a). It is deflected in the direction along arrow 808. For example, the light beam incident on the plate member 804 is reflected in direction 1 when the optical deflection element is ON, and reflected in direction 2 when the optical deflection element is OFF.

以上説明した光偏向素子は、例えば、シリコンの半導体製造プロセスにより製作することができ、光偏向素子を2次元に配列することで、光偏向素子アレイを製作することができる。 The optical deflection elements described above can be manufactured by, for example, a silicon semiconductor manufacturing process, and by arranging the optical deflection elements two-dimensionally, an optical deflection element array can be manufactured.

次に、本実施形態の光偏向素子アレイの特徴を詳細に説明する。 Next, the features of the optical deflection element array of this embodiment will be explained in detail.

本実施形態では、光偏向素子アレイをいわゆるアクティブマトリクス方式で駆動する。ここでアクティブマトリクス方式とは、液晶パネル等の駆動に用いられる駆動方式である。具体的には、X、Y方向の2方向に導線を張り巡らし、両方向から電圧をかけることで交点の画素を駆動させる単純マトリクス型の構造に加えて、各画素にアクティブ素子を配置する方式である。アクティブ素子は、X方向の導線の電圧によってON、又はOFFに状態が切り替わり、アクティブ素子がONの時にY方向の導線にも電圧がかけられると交点にある目的の画素が駆動される。これにより、目的の画素のみを確実に駆動することができる。単純マトリクス型に比べて、残像が少なく、視域角も広く、コントラストが高く、反応速度が速いという特徴がある。 In this embodiment, the optical deflection element array is driven by a so-called active matrix method. The active matrix method here is a driving method used for driving a liquid crystal panel and the like. Specifically, in addition to a simple matrix structure in which conductive wires are stretched in two directions (X and Y directions) and voltage is applied from both directions to drive the pixels at the intersections, an active element is placed in each pixel. be. The state of the active element is switched ON or OFF depending on the voltage of the conducting wire in the X direction, and when the active element is ON and voltage is also applied to the conducting wire in the Y direction, the target pixel at the intersection is driven. Thereby, only the target pixel can be reliably driven. Compared to the simple matrix type, it has the characteristics of less afterimage, wider viewing angle, higher contrast, and faster reaction speed.

本実施形態においては、光偏向素子アレイにおける1つの光偏向素子が「画素」である。アクティブマトリクス方式を採用することで、1つの光偏向素子の直下のトランジスタ数を少なくすることができる。これにより一辺の長さが1μm程度の微細な光偏向素子を2次元に配列でき、微細な画素を備えた光偏向素子アレイを製作することが可能となる。 In this embodiment, one light deflection element in the light deflection element array is a "pixel." By adopting the active matrix method, the number of transistors directly below one optical deflection element can be reduced. This allows fine light deflection elements with a side length of about 1 μm to be arranged two-dimensionally, making it possible to manufacture a light deflection element array including fine pixels.

本実施形態において、光偏向素子のサイズ、すなわちX、Y方向における一辺の長さは、例えば、それぞれ1.2μmである。光偏向素子における板状部材804のサイズは、例えば、X、Y方向とも1.0μmである。また板状部材804は、10度以上の角度で傾斜可能である。 In this embodiment, the size of the optical deflection element, that is, the length of each side in the X and Y directions is, for example, 1.2 μm. The size of the plate member 804 in the optical deflection element is, for example, 1.0 μm in both the X and Y directions. Further, the plate member 804 can be tilted at an angle of 10 degrees or more.

本実施形態の光偏向素子アレイにおける光偏向素子の個数は、例えば、X、Y方向とも1000個である。従って、光偏向素子アレイは計100万個の光偏向素子を有し、第2の位置において、光偏向素子アレイにより形成される再生光のサイズは、X、Y方向とも1.2mmとなる。 The number of optical deflection elements in the optical deflection element array of this embodiment is, for example, 1000 in both the X and Y directions. Therefore, the optical deflection element array has a total of 1 million optical deflection elements, and the size of the reproduced light formed by the optical deflection element array at the second position is 1.2 mm in both the X and Y directions.

XY平面207aにおいて、マイクロミラー206により走査する範囲は、例えば対角で30インチであり、部分立体像を繋ぎ合わせて形成される立体像のサイズは、例えば、X、Y方向とも540mmである。このように大画面で立体像を表示することを可能としている。 In the XY plane 207a, the range scanned by the micromirror 206 is, for example, 30 inches diagonally, and the size of the stereoscopic image formed by joining the partial stereoscopic images is, for example, 540 mm in both the X and Y directions. In this way, it is possible to display stereoscopic images on a large screen.

また、本実施形態の光偏向素子アレイは、シリコン半導体製造プロセスにより製作できるため、アクティブマトリクス方式で、光偏向素子アレイの全画素、すなわち全ての光偏向素子を並列に駆動することが可能である。アクティブマトリクス方式で各光偏向素子を並列に駆動すること、並びに可動部である板状部材804を小型軽量化することで、1つの部分立体像の表示時間を、例えば57nsと高速化することができる。これにより実用的なフレームレートである60fps(frame per second)で、立体像を表示することができる。 Furthermore, since the optical deflection element array of this embodiment can be manufactured using a silicon semiconductor manufacturing process, it is possible to drive all the pixels of the optical deflection element array, that is, all the optical deflection elements in parallel using an active matrix method. . By driving each optical deflection element in parallel using an active matrix method and by making the plate-like member 804, which is a movable part, smaller and lighter, the display time of one partial stereoscopic image can be increased to, for example, 57 ns. can. This makes it possible to display a stereoscopic image at a practical frame rate of 60 fps (frames per second).

板状部材804は、ヒンジ等の固定端を持たない薄板で構成されているため、傾斜時に復元力が生じない。これにより傾斜時における抵抗が抑制されるため、より低い電圧で可動させることができる。また微細化も容易である。さらに真空封止パッケージを併用すれば更なる高速化が図れる。 Since the plate member 804 is made of a thin plate without a fixed end such as a hinge, no restoring force is generated when the plate member 804 is tilted. This suppresses resistance during tilting, so it can be moved with a lower voltage. Further, miniaturization is also easy. Furthermore, if a vacuum sealed package is used in combination, further speeding up can be achieved.

本実施形態において、光偏向素子のサイズは入射光の波長と同程度であるため、光偏向素子による周期構造で構成される光偏向素子アレイは、回折格子のように作用する。つまり、光偏向素子アレイにより偏向される光を、光偏向素子アレイによる回折光のように振る舞わせることができる。 In this embodiment, since the size of the optical deflection element is approximately the same as the wavelength of the incident light, the optical deflection element array constituted by a periodic structure of optical deflection elements acts like a diffraction grating. In other words, the light deflected by the light deflection element array can be made to behave like diffracted light by the light deflection element array.

本実施形態の光偏向素子アレイでは、周期構造を持つように各光偏向素子を傾斜させることで、ブレーズド回折格子の作用が得られる。例えば光偏向素子アレイを、+1次回折光において最大回折効率が得られるブレーズド回折格子として作用するように設計すれば、高い回折効率が得られ、明るい立体像を表示可能となる。 In the optical deflection element array of this embodiment, the effect of a blazed diffraction grating can be obtained by tilting each optical deflection element so as to have a periodic structure. For example, if the optical deflection element array is designed to act as a blazed diffraction grating that provides maximum diffraction efficiency for +1st-order diffraction light, high diffraction efficiency can be obtained and a bright three-dimensional image can be displayed.

以上、本実施形態によれば、上記光偏向素子により構成された光偏向素子アレイを使用することで明るい立体像を、実用的なフレームレートで表示することができる。また上述のように、第1の位置と第2の位置で再生光のサイズを等しくすることで広い視域角を確保でき、かつ第1の位置で再生光を走査し、繋ぎ合わせることで、大きなサイズの立体像を表示することができる。
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態の表示装置について説明する。第1の実施形態と重複する部分は説明を省略し、相違点について述べる。
As described above, according to the present embodiment, a bright stereoscopic image can be displayed at a practical frame rate by using the optical deflection element array composed of the above-mentioned optical deflection elements. Furthermore, as mentioned above, by making the size of the reproduction light equal at the first position and the second position, a wide viewing angle can be secured, and by scanning and connecting the reproduction light at the first position, Large size 3D images can be displayed.
[Second embodiment]
Next, a display device according to a second embodiment will be described. Descriptions of parts that overlap with those of the first embodiment will be omitted, and differences will be described.

本実施形態の表示装置における光偏向素子の駆動方法を、図9を用いて詳細に説明する。 A method for driving the optical deflection element in the display device of this embodiment will be described in detail with reference to FIG.

図9は、光偏向素子800に印加する駆動電圧と、板状部材804が傾斜する動作との関係を、模式的に説明する図である。なお、板状部材804は導電体で構成されている。 FIG. 9 is a diagram schematically explaining the relationship between the drive voltage applied to the optical deflection element 800 and the operation of tilting the plate member 804. Note that the plate member 804 is made of a conductor.

図9(a)、(b)、(c)において左側に示した図は、いずれも図8(a)におけるA-A断面に相当する断面図を表している。また右側に示した表は、いずれも光偏向素子800における電極805a及び805bと、電極として作用する支点部材803に印加される電圧を示している。表における中央の列は、1の光偏向素子に印加される電圧を示し、右端の列は、1の光偏向素子の次に駆動される光偏向素子に印加される電圧を示している。以降では、1の光偏向素子を光偏向素子800とし、1の光偏向素子の次に駆動される光偏向素子を光偏向素子800nとして示す。 The figures shown on the left side in FIGS. 9(a), (b), and (c) all represent cross-sectional views corresponding to the AA cross section in FIG. 8(a). Further, the table shown on the right side both shows the voltages applied to the electrodes 805a and 805b in the optical deflection element 800 and the fulcrum member 803 that acts as an electrode. The center column in the table shows the voltage applied to one optical deflection element, and the rightmost column shows the voltage applied to the optical deflection element driven next to one optical deflection element. Hereinafter, one optical deflection element will be referred to as an optical deflection element 800, and an optical deflection element driven next to the one optical deflection element will be referred to as an optical deflection element 800n.

図9(a)は、光偏向素子800に駆動電圧を印加した直後で、板状部材804が傾斜を開始する直前の状態を示している。駆動電圧が印加されることで、板状部材804と電極805aとの間で静電引力が発生し、板状部材804の左端部は、白抜き矢印901の方向に静電引力で引っ張られている。 FIG. 9A shows a state immediately after the driving voltage is applied to the optical deflection element 800 and immediately before the plate member 804 starts tilting. By applying the driving voltage, electrostatic attraction is generated between the plate member 804 and the electrode 805a, and the left end of the plate member 804 is pulled in the direction of the white arrow 901 by the electrostatic attraction. There is.

この状態において、光偏向素子800では、電極805aにX(V)が印加され、電極805b及び支点部材803には0(V)が印加されている。また光偏向素子800nでは、電極805a及び805bは、電気的に浮いている状態、すなわちFloatの状態であり、電圧は略0(V)である。支点部材803には0(V)が印加されている。 In this state, in the optical deflection element 800, X (V) is applied to the electrode 805a, and 0 (V) is applied to the electrode 805b and the fulcrum member 803. Further, in the optical deflection element 800n, the electrodes 805a and 805b are in an electrically floating state, that is, in a Float state, and the voltage is approximately 0 (V). 0 (V) is applied to the fulcrum member 803.

たとえ一瞬であっても、電圧がこの状態になると、光偏向素子800の板状部材804には、上記の静電引力が白抜き矢印901の方向に発生する。これにより板状部材804は傾斜を開始する。光偏向素子800における板状部材804は、ヒンジを持たないため、傾斜の動作を妨げるような復元力が生じない。そのため電極805aに電圧を印加し、板状部材804が傾斜を開始した直後に電極805aへの電圧の印加を停止しても、静電引力の作用は継続し、板状部材804は傾斜の動作を継続する。言い換えると、板状部材804が傾斜を開始した直後に電極805aへの電圧の印加を停止しても、板状部材804を傾斜させることができる。 When the voltage is in this state, even for a moment, the electrostatic attraction described above is generated in the plate member 804 of the optical deflection element 800 in the direction of the white arrow 901. As a result, the plate member 804 starts to tilt. Since the plate member 804 in the optical deflection element 800 does not have a hinge, a restoring force that would hinder the tilting operation is not generated. Therefore, even if a voltage is applied to the electrode 805a and the application of voltage to the electrode 805a is stopped immediately after the plate-like member 804 starts tilting, the action of electrostatic attraction continues, and the plate-like member 804 does not tilt. Continue. In other words, the plate member 804 can be tilted even if the application of voltage to the electrode 805a is stopped immediately after the plate member 804 starts tilting.

次に、図9(b)は、光偏向素子800に駆動電圧を印加し、板状部材804が、傾斜する動作を行っている途中の状態を示している。この状態では、駆動電圧の印加は停止されているが、図に点線の白抜き矢印902で示したように、静電引力は残存している。この場合、光偏向素子800の電極805aでは、電気的に浮いたFloatの状態であって、X(V)から0(V)に移行している状態である。電極805bでも同様に、電気的に浮いたFloatの状態であって、X(V)から0(V)に移行している状態である。支点部材803には、0(V)が印加されている。 Next, FIG. 9B shows a state in which a drive voltage is applied to the optical deflection element 800 and the plate-like member 804 is in the middle of performing a tilting operation. In this state, although the application of the drive voltage is stopped, the electrostatic attraction remains, as indicated by a dotted white arrow 902 in the figure. In this case, the electrode 805a of the optical deflection element 800 is in an electrically floating state, and is in a state of transition from X (V) to 0 (V). Similarly, the electrode 805b is in an electrically floating state, and is in a state of transitioning from X (V) to 0 (V). 0 (V) is applied to the fulcrum member 803.

このときに、光偏向素子800nでは、電極805anにX(V)が印加され、電極805bn及び支点部材803nに、0(V)が印加されている。そして光偏向素子800nでは、板状部材804nが傾斜し始めている。 At this time, in the optical deflection element 800n, X (V) is applied to the electrode 805an, and 0 (V) is applied to the electrode 805bn and the fulcrum member 803n. In the optical deflection element 800n, the plate member 804n has begun to tilt.

次に、図9(c)は、板状部材804が傾斜する動作を終了した後の状態を示している。板状部材804は、基板801における接触部位807に接触して停止し、傾斜の動作を終了している。本実施形態の光偏向素子800では、板状部材804は、固定されておらず、またヒンジによる復元力も有さない。そのため、電圧が印加されず、静電引力が作用しなくても、傾斜した状態、すなわち図9(c)の状態を維持することができる。この場合、電極805a及び電極805bは、電気的に浮いたFloatの状態で、略0(V)である。支点部材803には0(V)が印加されている。 Next, FIG. 9(c) shows the state after the plate member 804 has finished the tilting operation. The plate member 804 comes into contact with the contact portion 807 on the substrate 801 and stops, completing the tilting operation. In the optical deflection element 800 of this embodiment, the plate member 804 is not fixed and does not have restoring force due to a hinge. Therefore, even if no voltage is applied and no electrostatic attraction is applied, the tilted state, that is, the state shown in FIG. 9(c) can be maintained. In this case, the electrode 805a and the electrode 805b are in an electrically floating state and have approximately 0 (V). 0 (V) is applied to the fulcrum member 803.

図9(c)の状態で、光偏向素子800nでは、電極805anには電圧は印加されておらず、電気的に浮いたFloatの状態であって、X(V)から0(V)に移行している状態である。電極805bnも同様に、電気的に浮いたFloatの状態であって、X(V)から0(V)に移行している状態である。支点部材803には、0(V)が印加されている。 In the state of FIG. 9(c), in the optical deflection element 800n, no voltage is applied to the electrode 805an, and it is in an electrically floating state, shifting from X (V) to 0 (V). It is in a state of being Similarly, the electrode 805bn is in an electrically floating state, and is in a state of transitioning from X (V) to 0 (V). 0 (V) is applied to the fulcrum member 803.

以上説明したように、光偏向素子800への電圧の印加は、板状部材804が傾斜し始める一瞬だけでよい。その後、電圧の印加を停止し、電気的に浮いたFloatの状態になっても、板状部材804は傾斜の動作を継続する。そして傾斜の動作が終了した後も、傾斜した状態がそのまま維持される。従って、1つの光偏向素子には瞬間的に電圧を印加した後、すぐに電圧印加を停止し、次の光偏向素子への電圧印加に移ることができる。これにより、例えば、光偏向素子への電圧印加における待ち時間をなくし、光偏向素子アレイをさらに高速に駆動することが可能となる。 As explained above, the voltage needs to be applied to the optical deflection element 800 only for a moment when the plate member 804 begins to tilt. Thereafter, even when the voltage application is stopped and the plate-like member 804 is in an electrically floating state, the plate-like member 804 continues its tilting operation. Even after the tilting operation is completed, the tilted state is maintained as it is. Therefore, after momentarily applying a voltage to one optical deflection element, it is possible to immediately stop applying the voltage and move on to applying voltage to the next optical deflection element. This makes it possible, for example, to eliminate the waiting time in applying voltage to the optical deflection elements, and to drive the optical deflection element array at even higher speeds.

光偏向素子アレイの駆動をさらに高速化することで、表示装置による立体像表示のフレームレートをさらに高速化することが可能となる。 By further increasing the driving speed of the optical deflection element array, it becomes possible to further increase the frame rate of stereoscopic image display by the display device.

なお、上記の光偏向素子アレイの駆動は、再生制御部400bで生成した制御信号を光偏向素子アレイ駆動信号出力部401cに出力し、光偏向素子アレイ駆動信号出力部401cが駆動信号を光偏向素子アレイ203に出力することで実現される。再生制御部400b及び光偏向素子アレイ駆動信号出力部401cにおける上記の機能は、再生制御手段による「板状部材を傾斜させるための駆動電圧を、1の光偏向素子に印加後、1の光偏向素子が有する板状部材の傾斜の動作が終了する前に、他の光偏向素子に前記駆動電圧を印加する」機能の一例である。
[第3の実施形態]
次に、第3の実施形態の表示装置220について、図10を用いて説明する。第1~2の実施形態と重複する部分は説明を省略し、相違点について述べる。
Note that to drive the optical deflection element array described above, the control signal generated by the reproduction control unit 400b is output to the optical deflection element array drive signal output unit 401c, and the optical deflection element array drive signal output unit 401c outputs the drive signal to optical deflection. This is achieved by outputting to the element array 203. The above-mentioned functions of the reproduction control unit 400b and the optical deflection element array drive signal output unit 401c are such that after the reproduction control means applies a driving voltage for tilting the plate member to one optical deflection element, one optical deflection is performed. This is an example of a function in which the drive voltage is applied to other optical deflection elements before the tilting operation of the plate-like member of the element is completed.
[Third embodiment]
Next, a display device 220 according to a third embodiment will be described using FIG. 10. Descriptions of parts that overlap with the first and second embodiments will be omitted, and differences will be described.

部分立体像として表示する映像によっては、光偏向素子アレイ203r、203b及び203gによる再生光が、大きく広がって伝搬する場合がある。また、光偏向素子アレイ203r、203b及び203gのそれぞれによる再生光を、合成プリズム205で合成してマイクロミラー206に導光する際に、合成された光が大きく広がって伝搬する場合がある。このような場合、マイクロミラー206が配置された位置、すなわち第3の位置において、再生光、または合成光のサイズがマイクロミラー206の光反射面より大きくなると、再生光、または合成光の一部は、マイクロミラー206によりケラレて部分立体像の表示に寄与しなくなる。 Depending on the image to be displayed as a partial stereoscopic image, the reproduced light by the light deflection element arrays 203r, 203b, and 203g may spread widely and propagate. Furthermore, when the reproduction lights from each of the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g are combined by the combining prism 205 and guided to the micromirror 206, the combined light may spread widely and propagate. In such a case, if the size of the reproduced light or the combined light becomes larger than the light reflecting surface of the micromirror 206 at the position where the micromirror 206 is arranged, that is, the third position, part of the reproduced light or the combined light is vignetted by the micromirror 206 and no longer contributes to displaying a partial stereoscopic image.

光偏向素子アレイ203r、203b及び203gによる再生光の全てが、必ずしもマイクロミラー206における光反射面に入射する必要はないが、部分立体像の表示に寄与しない光が多くなると、部分立体像の明るさが低下する等の不具合が生じる。 Although it is not necessary that all of the light reproduced by the light deflection element arrays 203r, 203b, and 203g be incident on the light reflecting surface of the micromirror 206, if the amount of light that does not contribute to displaying the partial stereoscopic image increases, the brightness of the partial stereoscopic image will decrease. Problems such as a decrease in image quality may occur.

本実施形態の表示装置220によれば、例えば、部分立体像の表示に寄与しない光が多くなることを防ぎ、部分立体像の明るさが低下する等の不具合を防止することができる。 According to the display device 220 of the present embodiment, for example, it is possible to prevent an increase in the amount of light that does not contribute to the display of a partial stereoscopic image, and to prevent problems such as a decrease in the brightness of the partial stereoscopic image.

図10において、本実施形態の表示装置220は、レンズ221を有している。レンズ221は、光偏向素子アレイ203r、203b及び203gによる再生光の光路において、合成プリズム205とマイクロミラー206の間に設けられている。レンズ221は、「第1の光学系」の一例である。 In FIG. 10, a display device 220 of this embodiment has a lens 221. The lens 221 is provided between the combining prism 205 and the micromirror 206 in the optical path of the reproduced light by the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g. Lens 221 is an example of a "first optical system."

レンズ221は、正のパワーを有しており、マイクロミラー206に向かう光の広がりを抑制する作用をする。例えば、レンズ221の焦点距離をf(mm)とした場合に、光偏向素子アレイ203r、203b及び203gからマイクロミラー206に向かう方向にf(mm)だけ離れた位置に、再生光の光軸とレンズ221の光軸とが略一致するようにしてレンズ221を設ける。 The lens 221 has positive power and functions to suppress the spread of light toward the micromirror 206. For example, when the focal length of the lens 221 is f (mm), the optical axis of the reproduced light is located at a position f (mm) away from the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g in the direction toward the micromirror 206. The lens 221 is provided so that the optical axis of the lens 221 substantially coincides with the optical axis of the lens 221.

これにより、光偏向素子アレイ203r、203b及び203gの位置を発光点とする球面波は、レンズ221により平行化され、広がりが抑制される。そして、マイクロミラー206によりケラレて部分立体像の表示に寄与しなくなる光を減らすことができ、部分立体像の明るさが低下する等の不具合を低減することができる。 Thereby, the spherical waves whose light emitting points are at the positions of the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g are collimated by the lens 221, and their spread is suppressed. Further, it is possible to reduce the light that is vignetted by the micromirror 206 and no longer contributes to displaying the partial stereoscopic image, and it is possible to reduce problems such as a decrease in the brightness of the partial stereoscopic image.

なお上記の場合、レンズ221の焦点距離を短くしたり、レンズ221の直径を大きくしたりすれば、マイクロミラー206によるケラレを、より抑制することができる。立体像の表示性能への影響を抑えるために、レンズ221には、色収差等の収差が低減されたものを用いることが好ましい。 Note that in the above case, vignetting caused by the micromirror 206 can be further suppressed by shortening the focal length of the lens 221 or increasing the diameter of the lens 221. In order to suppress the influence on the display performance of stereoscopic images, it is preferable to use a lens 221 with reduced aberrations such as chromatic aberration.

上記では、光偏向素子アレイ203r、203b及び203gの位置を発光点とする球面波を、正のパワーを有するレンズ221により平行化する一例を示したが、これに限定されない。レンズ221により収束させたり、負のパワーを有するレンズを組み合わせたりする等、種々の変形が可能である。
[第4の実施形態]
次に、第4の実施形態の表示装置230、表示装置240及び表示装置250について、図11を用いて説明する。第1~3の実施形態と重複する部分は説明を省略し、相違点について述べる。
In the above example, the spherical waves whose light emitting points are at the positions of the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g are collimated by the lens 221 having positive power, but the present invention is not limited to this. Various modifications are possible, such as converging with the lens 221 or combining lenses with negative power.
[Fourth embodiment]
Next, a display device 230, a display device 240, and a display device 250 of the fourth embodiment will be described using FIG. 11. Descriptions of parts that overlap with the first to third embodiments will be omitted, and differences will be described.

図11(a)は、本実施形態の表示装置230の構成の一例である。図11(a)において、表示装置230は、光偏向素子アレイ203r、203b及び203gによる再生の光路において、マイクロミラー206と再生空間との間に、レンズ231を有している。レンズ231は、正のパワーを有しており、マイクロミラー206により走査され、再生空間に向かう光の広がりを抑制する。またレンズ231において、表示装置230の外部と接する側の面は平らである。 FIG. 11A shows an example of the configuration of the display device 230 of this embodiment. In FIG. 11A, the display device 230 includes a lens 231 between the micromirror 206 and the reproduction space in the optical path of reproduction by the optical deflection element arrays 203r, 203b, and 203g. The lens 231 has positive power, is scanned by the micromirror 206, and suppresses the spread of light toward the reproduction space. Further, the surface of the lens 231 that contacts the outside of the display device 230 is flat.

レンズ231が設けられない場合、マイクロミラー206により走査された光は、再生空間に向かうにつれて広がる。これにより、再生空間を挟んでマイクロミラー206と対向する方向から再生空間を観察する観察者には、明るさが減少した立体像が観察されたり、視域角が減少した立体像が観察されたりする場合がある。 If the lens 231 is not provided, the light scanned by the micromirror 206 spreads as it heads toward the reproduction space. As a result, an observer observing the reproduction space from a direction facing the micromirror 206 across the reproduction space may see a stereoscopic image with reduced brightness or a stereoscopic image with a reduced viewing angle. There are cases where

レンズ231により、再生空間に向かう光の広がりを抑制できるため、観察者は、より明るく、また視域角が維持された立体的な大きな像を、観察することができる。なお、図11(a)における光線232は、レンズ231により、再生空間に向かう光の伝搬方向が変化される様子を示したものである。 Since the lens 231 can suppress the spread of light toward the reproduction space, the viewer can observe a larger three-dimensional image that is brighter and maintains the viewing angle. Note that a light ray 232 in FIG. 11A shows how the propagation direction of light toward the reproduction space is changed by the lens 231.

図11(b)は、本実施形態の表示装置240の構成の一例である。表示装置230と相違する点は、レンズ231に代えてレンズ241が設けられている点である。レンズ241は、表示装置240の外部と接する側の面が、表示装置240の外部に向けた凸面形状を有している。レンズ241の作用は、レンズ231と同様であり、表示装置240は、表示装置230の変形例の一つである。 FIG. 11(b) is an example of the configuration of the display device 240 of this embodiment. The difference from the display device 230 is that a lens 241 is provided instead of the lens 231. The lens 241 has a surface in contact with the outside of the display device 240 that is convex toward the outside of the display device 240 . The function of the lens 241 is similar to that of the lens 231, and the display device 240 is one of the modified examples of the display device 230.

立体像の表示性能への影響を抑えるために、レンズ231及び241には、色収差等の収差が低減されたものを用いることが好ましい。 In order to suppress the influence on the display performance of stereoscopic images, it is preferable to use lenses 231 and 241 with reduced aberrations such as chromatic aberration.

なお、表示装置230、又は表示装置240において、レンズ231、又はレンズ241を図2における透明板210の位置に、透明板210に代えて設けてもよい。これによりレンズ231、又はレンズ241を、表示装置230、又は表示装置240の装置内部を保護するための部材として兼用させることができる。 Note that in the display device 230 or the display device 240, a lens 231 or a lens 241 may be provided in place of the transparent plate 210 in the position of the transparent plate 210 in FIG. Thereby, the lens 231 or the lens 241 can also be used as a member for protecting the inside of the display device 230 or the display device 240.

図11(c)は、本実施形態の表示装置250の構成の一例である。表示装置230、又は表示装置240と相違する点は、レンズ231、又はレンズ241に代えて、曲面ミラー251が設けられている点である。曲面ミラーは、光反射面が球面や放物面等の曲面形状を有するミラーである。 FIG. 11(c) is an example of the configuration of the display device 250 of this embodiment. The difference from the display device 230 or the display device 240 is that a curved mirror 251 is provided instead of the lens 231 or the lens 241. A curved mirror is a mirror whose light reflecting surface has a curved shape such as a spherical surface or a paraboloid.

マイクロミラー206による走査光は、曲面ミラー251により反射されるため、再生空間は、曲面ミラー251からみてマイクロミラー206側になる。再生空間における立体像は、観察者253により観察される。 Since the scanning light from the micromirror 206 is reflected by the curved mirror 251, the reproduction space is on the micromirror 206 side when viewed from the curved mirror 251. The stereoscopic image in the reproduction space is observed by an observer 253.

曲面ミラー251により再生空間に向かう光の広がりを抑制できる点は、レンズ231及び241による作用と同様であり、表示装置250は、表示装置230及び240の変形例の一つである。ただし反射を利用するため、色収差を抑制できる等の、表示装置230及び240に対して異なる効果がある。 The ability of the curved mirror 251 to suppress the spread of light toward the reproduction space is similar to the effect of the lenses 231 and 241, and the display device 250 is a modification of the display devices 230 and 240. However, since reflection is used, there are different effects on the display devices 230 and 240, such as being able to suppress chromatic aberration.

レンズ231、レンズ241又は曲面ミラー251は、表示装置による立体像を、観察者の眼球、又は網膜に結像させるように作用させてもよい。 The lens 231, the lens 241, or the curved mirror 251 may act to form a stereoscopic image from the display device on the observer's eyeball or retina.

レンズ231、レンズ241又は曲面ミラー251は、再生光の走査においてfθ特性を良好にすること、すなわち走査速度の等速性を良好にすることに対しても効果がある。 The lens 231, the lens 241, or the curved mirror 251 is also effective in improving the fθ characteristics in scanning the reproduction light, that is, in improving the uniformity of the scanning speed.

図11におけるレンズ231、レンズ241及び曲面ミラー251は、それぞれ「第2の光学系」の一例である。 Lens 231, lens 241, and curved mirror 251 in FIG. 11 are each an example of a "second optical system."

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although examples of embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the gist of the present invention as described in the claims. It is possible to transform and change.

108、211 立体像
200、230、240、250 表示装置
201、201r、201b、201g 光源
202 制御装置
203、203r、203b、203g 光偏向素子アレイ
204 遮光板
205 合成プリズム
206 マイクロミラー
207 再生空間
207a XY平面(再生光の光軸と交差する平面の一例)
207b 再生光の光軸
207c 再生光の光束
213 変倍レンズ
221 レンズ(第1の光学系の一例)
231、241 レンズ(第2の光学系の一例)
251 曲面ミラー(第2の光学系の一例)
305 光源ドライバ
306 マイクロミラードライバ
307 光偏向素子アレイドライバ
400 制御部
400a 駆動制御部
400b 再生制御部
401a 光源駆動信号出力部
401b マイクロミラー駆動信号出力部
401c 光偏向素子アレイ駆動信号出力部
800 光偏向素子
801 基板
802a、802b、802c、802d 規制部材
803、803a、803b 支点部材
804 板状部材
805a、805b 電極
108, 211 Stereoscopic image 200, 230, 240, 250 Display device 201, 201r, 201b, 201g Light source 202 Control device 203, 203r, 203b, 203g Light deflection element array 204 Light shielding plate 205 Synthesizing prism 206 Micromirror 207 Reproduction space 207a X Y Plane (an example of a plane that intersects the optical axis of the reproduction light)
207b Optical axis of reproduction light 207c Luminous flux of reproduction light 213 Variable magnification lens 221 Lens (an example of the first optical system)
231, 241 Lens (an example of the second optical system)
251 Curved mirror (an example of second optical system)
305 Light source driver 306 Micromirror driver 307 Optical deflection element array driver 400 Control unit 400a Drive control unit 400b Reproduction control unit 401a Light source drive signal output unit 401b Micromirror drive signal output unit 401c Optical deflection element array drive signal output unit 800 Optical deflection element 801 Substrate 802a, 802b, 802c, 802d Regulation member 803, 803a, 803b Fulcrum member 804 Plate member 805a, 805b Electrode

特許第5015969号公報Patent No. 5015969

APPLIED OPTICS Vol.48、No.17 10 June 2009APPLIED OPTICS Vol.48, No.17 10 June 2009

Claims (2)

ホログラフィック映像を表示する表示装置であって、
コヒーレントな光を発する光源と、
1辺の長さが1.0~1.2μmである複数の光偏向素子が2次元的に配列され、前記ホログラフィック映像に応じた干渉縞パターンに基づき、前記光源からの光を前記光偏向素子ごとで偏向し、再生光を生成する光偏向素子アレイと、
前記再生光が結像する第1の位置において、前記再生光の光軸と交差する平面内で、前記再生光を走査する走査手段と、
前記走査に応じて前記光偏向素子アレイによる前記再生光の生成を制御し、前記走査された再生光を繋ぎ合わせて前記ホログラフィック映像を形成する再生制御手段と、
前記光偏向素子アレイが配置された位置と前記走査手段が配置された第3の位置の間の前記再生光の光路に、前記第3の位置における前記再生光のサイズを調整する第1の光学系と、を有し、
前記第1の位置における前記走査手段による走査角度により定まる前記再生光の前記平面内の中央でのサイズは、前記第1の光学系を介し、前記光偏向素子アレイが配置された第2の位置におけるサイズと等しく、
前記第1の位置における干渉縞の最小幅は、前記第2の位置における干渉縞の最小幅に等しく、視域角を維持し、
前記第1の位置におけるホログラフィック映像は、前記光偏向素子アレイが配置された第2の位置における再生光を繋ぎ合わせることによりサイズが大きく、
前記光偏向素子は、基板と、支点部材と、複数の規制部材と、板状部材と、複数の電極とを有し、
前記支点部材は、頂部を有し、前記基板の上面に設けられ、
前記規制部材のそれぞれは、上部にストッパを有し、前記板状部材の端部に設けられ、
前記板状部材は、光反射面と、導電部とを有し、前記板状部材における一の面が前記頂部と接触することで前記支点部材により支持され、固定端を有さずに、前記基板と前記規制部材とで定められる範囲において可動であり、
前記電極のそれぞれは、前記基板上に、前記板状部材の前記導電部と対向して設けられ、
前記導電部と前記電極との間で発生する静電引力により、前記頂部を支点に、前記板状部材が前記干渉縞パターンと前記光源の位置によって定まる傾斜をすることで、前記光反射面による反射光を偏向し、
前記第1の位置と前記第2の位置における前記サイズが等しいことにより、前記再生制御手段により形成される前記ホログラフィック映像が、視域角を維持して形成でき、
前記再生制御手段は、前記板状部材を傾斜させるための駆動電圧を、1の光偏向素子に印加後、前記1の光偏向素子が有する前記板状部材の傾斜の動作が終了する前に、他の光偏向素子に前記駆動電圧を印加する、
ことを特徴とする立体像表示装置。
A display device that displays a holographic image,
A light source that emits coherent light,
A plurality of optical deflection elements each having a side length of 1.0 to 1.2 μm are two-dimensionally arranged, and the light from the light source is deflected based on an interference fringe pattern corresponding to the holographic image. an optical deflection element array that deflects each element and generates reproduction light;
scanning means for scanning the reproduction light in a plane intersecting the optical axis of the reproduction light at a first position where the reproduction light forms an image;
a reproduction control means for controlling generation of the reproduction light by the optical deflection element array according to the scanning, and connecting the scanned reproduction lights to form the holographic image;
a first optical system that adjusts the size of the reproduced light at the third position on the optical path of the reproduced light between the position where the optical deflection element array is disposed and the third position where the scanning means is disposed; system, and
The size at the center of the plane of the reproduction light determined by the scanning angle of the scanning means at the first position is determined by the size of the reproduction light at the center of the plane, which is determined by the scanning angle of the scanning means at the first position. equal to the size of
the minimum width of the interference fringes at the first position is equal to the minimum width of the interference fringes at the second position to maintain the viewing angle;
The holographic image at the first position is increased in size by connecting reproduced light at the second position where the optical deflection element array is arranged,
The optical deflection element includes a substrate, a fulcrum member, a plurality of regulating members, a plate member, and a plurality of electrodes,
The fulcrum member has a top portion and is provided on the upper surface of the substrate,
Each of the regulating members has a stopper at an upper part and is provided at an end of the plate-like member,
The plate-like member has a light reflecting surface and a conductive part, one surface of the plate-like member contacts the top part to be supported by the fulcrum member, and the plate-like member has no fixed end. movable within a range defined by the substrate and the regulating member;
Each of the electrodes is provided on the substrate to face the conductive part of the plate-like member,
Due to the electrostatic attraction generated between the conductive part and the electrode, the plate-like member tilts around the top part as a fulcrum depending on the interference fringe pattern and the position of the light source. Deflects reflected light ,
Since the sizes at the first position and the second position are equal, the holographic image formed by the reproduction control means can be formed while maintaining the viewing angle;
The reproduction control means applies a driving voltage for tilting the plate member to one optical deflection element, and before the operation of tilting the plate member included in the one optical deflection element is completed. applying the driving voltage to another optical deflection element;
A stereoscopic image display device characterized by:
前記光源は、波長の異なる2以上の光源であり、
前記波長ごとに前記光偏向素子アレイを有し、
前記波長ごとで前記光偏向素子アレイにより生成された前記再生光を、合成する手段を有し、
前記合成された再生光は、前記第1の位置における中央のサイズと、前記第2の位置における前記光偏向素子アレイのサイズと等しい、
ことを特徴とする請求項に記載の立体像表示装置。
The light source is two or more light sources with different wavelengths,
having the optical deflection element array for each of the wavelengths,
comprising means for synthesizing the reproduction light generated by the optical deflection element array for each wavelength,
The synthesized reproduction light has a center size equal to the size of the center at the first position and the size of the optical deflection element array at the second position.
The stereoscopic image display device according to claim 1 , characterized in that:
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