JP7370433B2 - Light source device used in spatial floating video information display system - Google Patents

Light source device used in spatial floating video information display system Download PDF

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Description

本発明は、空間浮遊映像情報表示システムおよびそれに用いられる光源装置に関する。 The present invention relates to a spatially floating video information display system and a light source device used therein.

空間浮遊情報表示システムとして、直接外部に向かって映像を表示する映像表示装置と空間画面として表示される表示法は既に知られている。また、表示された空間像の操作面における操作に対する誤検知を低減する検知システムについても、例えば、特許文献1に開示されている。 As spatial floating information display systems, a video display device that directly displays video to the outside and a display method that displays video as a spatial screen are already known. Further, a detection system that reduces false detections caused by operations on the operation surface of the displayed spatial image is also disclosed in Patent Document 1, for example.

特開2019-128722号公報JP2019-128722A

しかしながら、上述した従来技術の空間浮遊映像情報表示システムや空間像の操作に対する誤検知を低減する方法として、空間浮遊映像の映像源となる映像表示装置の光源を含む設計の最適化技術については考慮されていない。 However, as a method for reducing false detections caused by the above-mentioned conventional spatial floating video information display system and spatial image manipulation, optimization techniques for the design of the video display device, which is the image source of the spatial floating video, including the light source, have been considered. It has not been.

本発明の目的は、空間浮遊情報表示システムまたは空間浮遊映像表示装置において、視認性(見た目の解像度やコントラスト)が高く、表示されている空間像の操作に対する誤検知を低減させた好適な映像を表示することが可能な技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a suitable image that has high visibility (visual resolution and contrast) and reduces false positives caused by manipulation of the displayed spatial image in a spatial floating information display system or a spatial floating video display device. The purpose is to provide technology that enables display.

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例としての空間浮遊映像表示装置を以下に挙げる。本願の一例としての空間浮遊映像表示装置は、映像を表示する表示パネルと、光源装置と、表示パネルからの映像光を反射させ、反射した光により空中に実像の空間浮遊映像を表示せしめる再帰性反射板と、を備える。ここで、光源装置は、点状または面状の光源と、光源からの光を反射させるリフレクタと、リフレクタからの光を表示パネルに向けて導光する導光体と、を備え、光源装置は、リフレクタと導光体との間に配置される遮光板を備え、遮光板は、リフレクタから導光体に進む光束が遮光板に囲まれる領域を通過するように配置される。 In order to solve the above problems, for example, the configurations described in the claims are adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems, and a spatial floating video display device as an example thereof will be listed below. A spatially floating image display device as an example of the present application includes a display panel for displaying an image, a light source device, and a reflex function that reflects image light from the display panel and displays a real spatially floating image in the air using the reflected light. A reflector plate is provided. Here, the light source device includes a point-like or planar light source, a reflector that reflects light from the light source, and a light guide that guides the light from the reflector toward a display panel. , a light shielding plate is provided between the reflector and the light guide, and the light shielding plate is arranged so that the light beam traveling from the reflector to the light guide passes through a region surrounded by the light shielding plate.

本発明によれば、好適に空間浮遊映像情報を表示することができ、誤検知が少ないセンシング機能を有する空間浮遊情報表示システムまたは空間浮遊映像表示装置を実現できる。上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to realize a space floating information display system or a space floating video display device that can suitably display space floating video information and has a sensing function with fewer false detections. Problems, configurations, and effects other than those described above will be made clear by the description of the embodiments below.

本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの使用形態の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a usage pattern of a floating video information display system according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成と再帰反射部構成の一例を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of main parts and a configuration of a retroreflection part of a floating video information display system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成の他の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating another example of the configuration of the main parts of the floating video information display system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成の他の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating another example of the configuration of the main parts of the floating video information display system according to an embodiment of the present invention. 空間浮遊映像情報表示システムで用いるセンシング装置の機能を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the functions of a sensing device used in a floating video information display system. 空間浮遊映像情報表示システムで用いる3次元映像表示の原理の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the principle of three-dimensional video display used in the spatial floating video information display system. 反射型偏光板の特性を評価した測定系の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a measurement system for evaluating the characteristics of a reflective polarizing plate. 反射型偏光板透過軸の光線入射角度に対する透過率特性を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the transmittance characteristics of the transmission axis of a reflective polarizing plate with respect to the angle of incidence of light rays. 反射型偏光板反射軸の光線入射角度に対する透過率特性を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the transmittance characteristics of the reflection axis of a reflective polarizing plate with respect to the angle of incidence of a light beam. 反射型偏光板透過軸の光線入射角度に対する透過率特性を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the transmittance characteristics of the transmission axis of a reflective polarizing plate with respect to the angle of incidence of light rays. 反射型偏光板反射軸の光線入射角度に対する透過率特性を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing the transmittance characteristics of the reflection axis of a reflective polarizing plate with respect to the angle of incidence of a light beam. 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a specific configuration of a light source device. 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a specific configuration of a light source device. 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a specific configuration of a light source device. 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部を示す配置図である。1 is a layout diagram showing the main parts of a floating video information display system according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムを構成する映像表示装置の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the configuration of a video display device that constitutes a floating video information display system according to an embodiment of the present invention. 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a specific configuration of a light source device. 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a specific configuration of a light source device. 光源装置の具体的な構成の一例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a specific configuration of a light source device. 映像表示装置の光源拡散特性を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining light source diffusion characteristics of a video display device. 映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the diffusion characteristics of the video display device. 映像表示装置の拡散特性を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the diffusion characteristics of the video display device. 空間浮遊映像情報表示システムを構成する映像表示装置の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the configuration of a video display device that constitutes a floating video information display system. 従来技術による空間浮遊映像情報表示システムで発生するゴースト像の発生原理を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the principle of generation of ghost images in a spatially floating image information display system according to the prior art. 本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムを構成する映像表示装置の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the configuration of a video display device that constitutes a floating video information display system according to an embodiment of the present invention. 光源装置の具体的な構成の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the specific structure of a light source device. 光源装置の具体的な構成の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the specific structure of a light source device. 光源装置の具体的な構成の別の例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of a specific configuration of the light source device. 光源装置の具体的な構成の別の例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of a specific configuration of the light source device. 光源装置の具体的な構成の別の例の一部を抜粋した図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a part of another example of a specific configuration of a light source device. 光源装置の具体的な構成の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the specific structure of a light source device. 光源装置の具体的な構成の別の例を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing another example of a specific configuration of the light source device. 光源装置の具体的な構成の別の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the specific structure of a light source device. 光源装置の具体的な構成の別の例の拡散板の形状の一例の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of an example of the shape of a diffuser plate in another example of a specific configuration of a light source device.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態(以下、「本開示」ともいう)の内容に限定されるものではない。本発明は、発明の精神ないし特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲またはその均等範囲物にも及ぶ。また、以下に説明する実施形態(実施例)の構成は、あくまで例示に過ぎないのであって、本明細書に開示される技術的思想の範囲において、当業者による様々な変更および修正が可能である。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the content of the embodiments (hereinafter also referred to as "this disclosure") described below. The present invention extends to the spirit of the invention and the scope of the technical ideas described in the claims, or to equivalents thereof. Further, the configuration of the embodiment (example) described below is merely an example, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea disclosed in this specification. be.

また、本発明を説明するための図面において、同一または類似の機能を有するものには、同一の符号を付与し、適宜、異なる名称を使用する一方で、機能等の繰り返しの説明を省略する場合がある。なお、以下の実施形態の説明において、空間に浮遊する映像を「空間浮遊映像」という用語で表現している。この用語の代わりに、「空中像」、「空間像」、「空中浮遊映像」、「表示映像の空間浮遊光学像」、「表示映像の空中浮遊光学像」などと表現してもかまわない。実施形態の説明で主として用いる「空間浮遊映像」の用語は、これらの用語の代表例として用いている。 In addition, in the drawings for explaining the present invention, parts having the same or similar functions are given the same reference numerals, different names are used as appropriate, and repeated explanations of functions, etc. are omitted. There is. In the following description of the embodiment, an image floating in space is expressed using the term "space floating image." Instead of this terminology, expressions such as "aerial image", "aerial image", "aerial floating image", "aerial floating optical image of a display image", "aerial floating optical image of a display image", etc. may be used. The term "space floating image" mainly used in the description of the embodiments is used as a representative example of these terms.

本開示は、例えば、大面積な映像発光源からの映像光による映像を、ショーウィンドのガラス等の空間を仕切る透明な部材を介して透過して、店舗(空間)の内部または外部に空間浮遊映像として表示することが可能な情報表示システムに関する。また、本開示は、かかる情報表示システムを複数用いて構成される大規模なデジタルサイネージシステムに関する。 The present disclosure, for example, transmits an image of image light from a large-area image light source through a transparent member that partitions a space, such as glass in a show window, and floats the image inside or outside of a store (space). The present invention relates to an information display system that can display images. The present disclosure also relates to a large-scale digital signage system configured using a plurality of such information display systems.

以下の実施形態によれば、例えば、ショーウィンドのガラス面や光透過性の板材上に高解像度な映像情報を空間浮遊した状態で表示可能となる。この時、出射する映像光の発散角を小さく、即ち鋭角とし、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させることができる。このため、光の利用効率が高く、従来の再帰反射方式での課題となっていた主空間浮遊像の他に発生するゴースト像を抑えることができ、鮮明な空間浮遊映像を得ることができる。 According to the embodiments described below, it is possible to display high-resolution video information floating in space, for example, on the glass surface of a show window or on a light-transmitting board. At this time, by making the divergence angle of the emitted image light small, that is, an acute angle, and aligning it with a specific polarization, it is possible to efficiently reflect only the regular reflected light to the retroreflection member. Therefore, the light utilization efficiency is high, and ghost images generated in addition to the main space floating image, which were a problem with conventional retroreflection methods, can be suppressed, and a clear space floating image can be obtained.

また、本開示の光源を含む装置により、消費電力を大幅に低減することが可能な、新規で利用性に優れた空間浮遊映像情報表示システムを提供することができる。また、本開示の技術によれば、例えば、車両のフロントガラスやリアガラスやサイドガラスを含むシールドガラスを介して、車両外部において視認可能である、いわゆる、一方向性の空間浮遊映像の表示が可能な車両用浮遊映像情報表示システムを提供することができる。 Further, by using a device including the light source of the present disclosure, it is possible to provide a novel and highly usable space-floating video information display system that can significantly reduce power consumption. Further, according to the technology of the present disclosure, it is possible to display a so-called unidirectional spatial floating image that is visible from outside the vehicle, for example, through the shield glass including the windshield, rear glass, and side glass of the vehicle. A floating video information display system for a vehicle can be provided.

一方、従来の空間浮遊映像情報表示システムでは、高解像度なカラー表示映像源150として有機ELパネルや液晶表示パネル(液晶パネルまたは表示パネル)を、再帰反射部材151と組み合わせる。従来技術による空間浮遊映像表示装置では、映像光が広角で拡散するため、再帰反射部材151(図23を参照)で正規に反射する反射光の他に、図24に示すように、再帰反射部材2aに斜めから入射する映像光によってゴースト像(図23中の符号301、302を参照)が発生し、空間浮遊映像の画質を損ねていた。また、従来技術による空間浮遊映像表示装置では、図23に示すように、正規な空間浮遊映像300の他に、第1ゴースト像301や第2ゴースト像302などが複数発生する。このため、観視者以外にもゴースト像である同一空間浮遊映像を観視されてしまい、セキュリティ上の観点からも、大きな課題があった。 On the other hand, in a conventional space floating video information display system, an organic EL panel or a liquid crystal display panel (liquid crystal panel or display panel) is combined with a retroreflective member 151 as a high resolution color display video source 150. In the conventional spatial floating image display device, since the image light is diffused at a wide angle, in addition to the reflected light normally reflected by the retroreflective member 151 (see FIG. 23), as shown in FIG. Ghost images (see reference numerals 301 and 302 in FIG. 23) are generated by the image light incident obliquely on 2a, impairing the image quality of the spatially floating image. Furthermore, in the conventional spatial floating image display device, as shown in FIG. 23, in addition to the normal spatial floating image 300, a plurality of first ghost images 301, second ghost images 302, etc. are generated. For this reason, the ghost image floating in the same space could be viewed by people other than the viewer, which also posed a major problem from a security perspective.

<空間浮遊映像情報表示システムの第1の構成例>
図1(A)は、本開示の空間浮遊映像情報表示システムの使用形態の一例を示す図である。また、図1(A)は、本実施形態における空間浮遊映像情報表示システムの全体構成を説明する図である。図1(A)を参照すると、例えば、店舗等においては、ガラス等の透光性の部材であるショーウィンド(「ウィンドガラス」とも言う)105により空間が仕切られている。本開示の空間浮遊情報表示システム(以下、「本システム」とも言う)によれば、かかる透明な部材を透過して、浮遊映像を店舗(空間)の外部に対して一方向に表示することが可能である。
<First configuration example of spatial floating video information display system>
FIG. 1(A) is a diagram illustrating an example of a usage pattern of the spatially floating video information display system of the present disclosure. Further, FIG. 1(A) is a diagram illustrating the overall configuration of a floating video information display system in this embodiment. Referring to FIG. 1A, for example, in a store or the like, a space is partitioned by a show window (also referred to as "window glass") 105, which is a translucent member such as glass. According to the spatial floating information display system of the present disclosure (hereinafter also referred to as "this system"), it is possible to transmit the floating image through such a transparent member and display the floating image in one direction to the outside of the store (space). It is possible.

具体的には、本システムによれば、映像表示装置(表示装置)1から挟角な指向特性でかつ特定偏波の光が、映像光束として出射され、再帰反射部材2に一旦入射し、再帰反射してウィンドガラス105を透過して、店舗の外側に、実像である空中像3(空間浮遊像3)を形成する。図1(A)では、透明部材(ここではウィンドガラス)105の内側(店舗内)を奥行方向とし、ウィンドガラス105の外側(例えば、歩道)が手前になるように示している。 Specifically, according to this system, light with a narrow directional characteristic and a specific polarization is emitted from the video display device (display device) 1 as a video light flux, once enters the retroreflective member 2, and is then reflected The light is reflected and transmitted through the window glass 105, forming a real aerial image 3 (space floating image 3) outside the store. In FIG. 1A, the inside of the transparent member (window glass in this case) 105 (inside the store) is shown as the depth direction, and the outside of the window glass 105 (for example, the sidewalk) is shown as the front.

他方、ウィンドガラス105に特定偏波を反射する手段を設け、かかる手段で映像光束を反射させて、店内の所望の位置に空中像を形成することもできる。 On the other hand, it is also possible to provide means for reflecting a specific polarized wave on the window glass 105, and to reflect the image light flux using such means to form an aerial image at a desired position within the store.

図1(B)は、上述した映像表示装置1の構成を示すブロック図である。映像表示装置1は、空中像の原画像を表示する映像表示部と、入力された映像をパネルの解像度に合わせて変換する映像制御部と、映像信号を受信する映像信号受信部と、を含む。 FIG. 1(B) is a block diagram showing the configuration of the video display device 1 described above. The video display device 1 includes a video display section that displays an original image of an aerial image, a video control section that converts an input video according to the resolution of the panel, and a video signal reception section that receives a video signal. .

このうち、映像信号受信部は、例えば、HDMI(High-Definition Multimedia Interface(登録商標))などの入力インターレースを通じての有線での入力信号への対応と、Wi-Fi(登録商標)(Wireless Fidelity)などの無線入力信号への対応を行う役割を担う。また、映像信号受信部は、映像受信・表示装置として単独で機能することもできる。さらに、映像信号受信部は、タブレット、スマートフォンなどからの映像情報を表示することもできる。さらにまた、映像信号受信部は、必要に応じてスティックPCなどのプロセッサ(演算処理装置)を接続することもでき、この場合、映像信号受信部全体として、計算処理や映像解析処理などの能力を持たせることもできる。 Among these, the video signal receiving section supports wired input signals through input interlacing such as HDMI (High-Definition Multimedia Interface (registered trademark)) and Wi-Fi (registered trademark) (Wireless Fidelity). It plays the role of responding to wireless input signals such as Further, the video signal receiving section can also function independently as a video receiving/displaying device. Furthermore, the video signal receiving section can also display video information from a tablet, smartphone, etc. Furthermore, the video signal receiving section can also be connected to a processor (arithmetic processing unit) such as a stick PC as needed. In this case, the video signal receiving section as a whole has the ability to perform calculation processing, video analysis processing, etc. You can also have it.

図2は、本開示の空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成と再帰反射部構成の一例を示す図である。図2を用いて、空間浮遊映像情報表示システムの構成をより具体的に説明する。図2(A)に示すように、ガラス等の透光性を有する透過性プレート(以下、「透明な部材」と言う。)100の斜め方向に、特定偏波の映像光を挟角に発散させる映像表示装置1を備える。映像表示装置1は、液晶表示パネル11と挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置13とを備えている。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of main parts and the configuration of a retroreflection part of the spatially floating video information display system of the present disclosure. The configuration of the spatial floating video information display system will be explained in more detail using FIG. 2. As shown in FIG. 2(A), image light of a specific polarization is diverged at an angle in the diagonal direction of a transparent plate (hereinafter referred to as a "transparent member") 100 such as glass. A video display device 1 is provided. The video display device 1 includes a liquid crystal display panel 11 and a light source device 13 that generates light of a specific polarization having narrow-angle diffusion characteristics.

映像表示装置1からの特定偏波の映像光は、透明な部材100に設けた特定偏波の映像光を選択的に反射する膜を有する偏光分離部材101(図中は偏光分離部材101をシート状に形成して透明な部材100に粘着している)で反射され、再帰反射部材2に入射する。再帰反射部材の映像光入射面にはλ/4板21を設ける。映像光は、再帰反射部材への入射のときと出射のときの2回、λ/4板21を通過させられることで特定偏波から他方の偏波へ偏光変換される。 Image light of a specific polarization from the image display device 1 is transmitted to a polarization separation member 101 (in the figure, the polarization separation member 101 is a sheet) having a film that selectively reflects the image light of a specific polarization provided on a transparent member 100. (formed in a shape and adhered to the transparent member 100) and incident on the retroreflective member 2. A λ/4 plate 21 is provided on the image light incident surface of the retroreflective member. The image light is passed through the λ/4 plate 21 twice, once when it enters the retroreflective member and once when it exits, thereby converting the polarization from a specific polarization to the other polarization.

ここで、特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材101は、偏光変換された他方の偏波の偏光は透過する性質を有するので、偏光変換後の特定偏波の映像光は、偏光分離部材101を透過する。偏光分離部材101を透過した映像光が、透明な部材100の外側に実像である空間浮遊映像3を形成する。 Here, the polarization separation member 101 that selectively reflects the image light of a specific polarization has a property of transmitting the polarized light of the other polarization that has been polarized, so the image light of the specific polarization after polarization conversion is , is transmitted through the polarization separation member 101. The image light transmitted through the polarization separation member 101 forms a spatial floating image 3 as a real image outside the transparent member 100.

なお、空中浮遊映像3を形成する光は、再帰反射部材2から空中浮遊映像3の光学像へ収束する光線の集合であり、これらの光線は、空中浮遊映像3の光学像を通過後も直進する。よって、空中浮遊映像3は、一般的なプロジェクタなどでスクリーン上に形成される拡散映像光とは異なり、高い指向性を有する映像である。 Note that the light forming the floating image 3 is a collection of light rays that converge from the retroreflective member 2 to the optical image of the floating image 3, and these rays continue to travel straight even after passing through the optical image of the floating image 3. do. Therefore, the floating image 3 is a highly directional image, unlike the diffused image light formed on a screen by a general projector or the like.

よって、図2の構成では、矢印Aの方向からユーザが視認する場合には空中浮遊映像3は明るい映像として視認されるが、矢印Bの方向から他の人物が視認する場合には、空中浮遊映像3は映像として一切視認することはできない。この特性は、高いセキュリティが求められる映像や、ユーザに正対する人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示するシステムに採用する場合に、非常に好適である。 Therefore, in the configuration of FIG. 2, when the user views the floating image 3 from the direction of arrow A, the floating image 3 is viewed as a bright image, but when another person views it from the direction of arrow B, the floating image 3 appears as a bright image. Video 3 cannot be viewed as a video at all. This characteristic is very suitable for use in a system that displays images that require high security or highly confidential images that should be kept secret from the person directly facing the user.

なお、再帰反射部材2の性能によっては、反射後の映像光の偏光軸が不揃いになることがある。この場合、偏光軸が不揃いになった一部の映像光は、上述した偏光分離部材101で反射され映像表示装置1に戻る。この一部の映像光は、映像表示装置1を構成する液晶表示パネル11の映像表示面で再反射し、ゴースト像を発生させることにより、空間浮遊像の画質の低下を引き起こす要因になり得る。 Note that depending on the performance of the retroreflection member 2, the polarization axes of the reflected image light may become uneven. In this case, some of the image light whose polarization axes are not aligned is reflected by the polarization separation member 101 described above and returns to the image display device 1 . This part of the image light is re-reflected on the image display surface of the liquid crystal display panel 11 constituting the image display device 1 and generates a ghost image, which can be a factor that causes a deterioration in the image quality of the spatially floating image.

そこで、本実施の形態では、映像表示装置1の映像表示面に吸収型偏光板12を設ける。吸収型偏光板12は、映像表示装置1から出射する映像光を当該吸収型偏光板12にて透過させ、偏光分離部材101から戻ってくる反射光を当該吸収型偏光板12で吸収させることで、再反射を抑制できる。したがって、吸収型偏光板12を用いる本実施の形態によれば、空間浮遊像のゴースト像による画質低下を防止ないし抑制することができる。 Therefore, in this embodiment, an absorption type polarizing plate 12 is provided on the image display surface of the image display device 1. The absorption type polarizing plate 12 transmits the image light emitted from the image display device 1 through the absorption type polarizing plate 12, and absorbs the reflected light returning from the polarization separation member 101 with the absorption type polarizing plate 12. , re-reflection can be suppressed. Therefore, according to this embodiment using the absorptive polarizing plate 12, it is possible to prevent or suppress image quality deterioration due to a ghost image of a spatially floating image.

上述した偏光分離部材101は、例えば反射型偏光板や特定偏波を反射させる金属多層膜などで形成すればよい。 The polarized light separating member 101 described above may be formed of, for example, a reflective polarizing plate or a metal multilayer film that reflects a specific polarized wave.

次に、図2(B)に代表的な再帰反射部材2として、今回の検討に用いた日本カ-バイト工業株式会社製の再帰反射部材の表面形状を示す。規則的に配列された6角柱の内部に入射した光線は、6角柱の壁面と底面で反射され再帰反射光として入射光に対応した方向に出射し、映像表示装置1に表示した映像に基づき実像である空間浮遊映像を表示する。この空間浮遊像の解像度は液晶表示パネル11の解像度の他に、図2(B)で示す再帰反射部材2の再帰反射部の外形DとピッチPに大きく依存する。例えば、7インチのWUXGA(1920×1200画素)液晶表示パネルを用いる場合には、1画素(1トリプレット)が約80μmであっても、例えば再帰反射部の直径Dが240μmでピッチが300μmであれば空間浮遊像の1画素は300μm相当となる。このため、空間浮遊映像の実効的な解像度は1/3程度に低下する。そこで空間浮遊映像の解像度を映像表示装置1の解像度と同等にするためには、再帰反射部の直径とピッチを液晶表示パネルの1画素に近づけることが望まれる。他方、再帰反射部材と液晶表示パネルの画素によるモアレの発生を抑えるため、それぞれのピッチ比を1画素の整数倍から外して設計すると良い。また形状は再帰反射部のいずれの一辺も液晶表示パネルの1画素のいずれの一辺と重ならないように配置すると良い。 Next, FIG. 2(B) shows the surface shape of a retroreflective member manufactured by Nippon Carbide Industries Co., Ltd. used in this study as a representative retroreflective member 2. The light rays incident on the inside of the regularly arranged hexagonal prisms are reflected by the walls and bottoms of the hexagonal prisms and emitted as retroreflected light in the direction corresponding to the incident light, and a real image is generated based on the image displayed on the image display device 1. Displays a floating image in space. The resolution of this spatially floating image depends not only on the resolution of the liquid crystal display panel 11 but also on the outer shape D and pitch P of the retroreflective portion of the retroreflective member 2 shown in FIG. 2(B). For example, when using a 7-inch WUXGA (1920 x 1200 pixels) liquid crystal display panel, even if one pixel (one triplet) is about 80 μm, the diameter D of the retroreflective part is 240 μm and the pitch is 300 μm. For example, one pixel of the spatial floating image is equivalent to 300 μm. Therefore, the effective resolution of the spatially floating image is reduced to about 1/3. Therefore, in order to make the resolution of the spatially floating image equivalent to that of the image display device 1, it is desirable to make the diameter and pitch of the retroreflective portions close to one pixel of the liquid crystal display panel. On the other hand, in order to suppress the occurrence of moiré caused by the retroreflective member and the pixels of the liquid crystal display panel, it is preferable to design the pitch ratio of each of them to be outside an integral multiple of one pixel. Further, the shape of the retroreflective portion is preferably arranged so that no side of the retroreflective portion overlaps any side of one pixel of the liquid crystal display panel.

一方、再帰反射部材を低価格で製造するためには、ロールプレス法を用いて成形すると良い。具体的には再帰部を整列させフィルム上に賦形する方法であり、賦形する形状の逆形状をロール表面に形成し、固定用のベース材の上に紫外線硬化樹脂を塗布しロール間を通過させることで、必要な形状を賦形し紫外線を照射して硬化させ、所望形状の再帰反射部材2を得る。 On the other hand, in order to manufacture the retroreflective member at low cost, it is preferable to mold it using a roll press method. Specifically, this is a method in which the recursive parts are aligned and shaped on the film.The reverse shape of the shape to be shaped is formed on the surface of the roll, and an ultraviolet curing resin is applied on the base material for fixation, and the space between the rolls is By passing it through, it is shaped into a necessary shape and cured by irradiation with ultraviolet rays, thereby obtaining a retroreflective member 2 having a desired shape.

<空間浮遊映像情報表示システムの第2の構成例>
図3は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成の他の例を示す図である。図3(A)は、空間浮遊映像情報表示システムの他の実施例を示す図である。映像表示装置1は、映像表示素子11としての液晶表示パネル11と、挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置13と、を備えて構成される。液晶表示パネル11は、画面サイズが5インチ程度の小型のものから、80インチを超える大型な液晶表示パネルで構成される。例えば、反射型偏光板のような偏光分離部材101で液晶表示パネルからの映像光を、再帰反射部材(再帰反射部または再帰反射板)2に向けて反射させる。
<Second configuration example of spatial floating video information display system>
FIG. 3 is a diagram showing another example of the configuration of the main parts of the spatial floating video information display system according to an embodiment of the present invention. FIG. 3(A) is a diagram showing another embodiment of the spatial floating video information display system. The video display device 1 includes a liquid crystal display panel 11 as a video display element 11, and a light source device 13 that generates light of a specific polarization having narrow-angle diffusion characteristics. The liquid crystal display panel 11 is comprised of a small liquid crystal display panel with a screen size of about 5 inches to a large liquid crystal display panel with a screen size of over 80 inches. For example, a polarization separation member 101 such as a reflective polarizing plate reflects image light from a liquid crystal display panel toward a retroreflection member (retroreflection unit or retroreflection plate) 2.

図3に示す例における、図2に示した例との違いは、反射シートが凸面形状に沿って設けられている点である。このため、液晶表示パネル11からの映像光は凹面の形状に合わせて拡散して再帰反射部材2に入射する。この結果、液晶表示パネル11の画面表示面(表示サイズは図中L1)より広がり拡大された実像である空間浮遊映像3を得ることができる。更に、再帰反射部材2で反射した映像光束は偏光変換された後、凸面の反射シートを透過したのち凸面の他方の面に設けられた凹面形状の作用により更に拡散され透明部材100を透過し、図3(A)の斜め方向に拡大された空間浮遊映像L2となる。この時、空間浮遊映像の倍率Mは、M=L2/L1となる。 The difference between the example shown in FIG. 3 and the example shown in FIG. 2 is that the reflective sheet is provided along the convex shape. Therefore, the image light from the liquid crystal display panel 11 is diffused according to the shape of the concave surface and enters the retroreflective member 2. As a result, it is possible to obtain a spatially floating image 3 which is a real image spread out and enlarged from the screen display surface of the liquid crystal display panel 11 (the display size is L1 in the figure). Furthermore, the image light beam reflected by the retroreflective member 2 is polarized, and then transmitted through the convex reflective sheet, further diffused by the effect of the concave shape provided on the other side of the convex surface, and transmitted through the transparent member 100. This results in a spatially floating image L2 enlarged in the diagonal direction of FIG. 3(A). At this time, the magnification M of the spatially floating image is M=L2/L1.

以上述べたように、映像表示素子11と再帰反射部材2の間、又は再帰反射部材2と空間浮遊映像の間にレンズ作用を有する光学部材を設け、場合によってはこの光学部材を映像表示装置と再帰反射部材を結ぶ光軸から偏心させたり傾けたりすることで、映像情報システムにおいて得られる空間浮遊映像の大きさや結像位置を前述した光軸に対して任意に設定できる。上述したように、光学部材によって空間浮遊映像の大きさや結像位置を変えると、そのままでは空間映像に歪が生じるが、映像表示装置にこの歪を補正した映像を映し出すことによって、映像情報システム全体では歪のない映像を得ることができる。 As described above, an optical member having a lens function is provided between the image display element 11 and the retroreflective member 2 or between the retroreflective member 2 and the spatially floating image, and in some cases, this optical member is used as an image display device. By decentering or tilting the retroreflective member from the optical axis connecting the retroreflective members, the size and imaging position of the spatially floating image obtained in the video information system can be arbitrarily set with respect to the optical axis described above. As mentioned above, if the size and imaging position of the spatial floating image are changed using optical members, distortion will occur in the spatial image, but by displaying an image with this distortion corrected on the image display device, the entire image information system will be improved. You can get images without distortion.

再帰反射部材2の光入射面にはλ/4板21を設け、入射した映像光が再帰反射部材2で反射したのち再びλ/4板21を透過することで、映像光の偏波が変換され凸面の偏光分離部材101を透過する。この結果、透明な部材100を透過した位置に液晶表示パネルで表示したサイズと異なるサイズの空間浮遊映像を形成できる。 A λ/4 plate 21 is provided on the light incidence surface of the retroreflective member 2, and the incident image light is reflected by the retroreflective member 2 and then transmitted through the λ/4 plate 21 again, thereby converting the polarization of the image light. The light is transmitted through the polarization separation member 101 having a convex surface. As a result, a spatial floating image having a size different from that displayed on the liquid crystal display panel can be formed at a position transmitted through the transparent member 100.

<空間浮遊映像情報表示システムの第3の構成例>
図3(B)は、空間浮遊映像情報表示システムの他の例を示す図である。図3(A)と同様に、映像表示装置1は、液晶表示パネル11と、挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置13と、を備える。液晶表示パネル11は、画面サイズが5インチ程度の小型のものから、80インチを超える大型な液晶表示パネルで構成することもできる。例えば、反射型偏光板のような特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材101で、液晶表示パネル11からの映像光を、再帰反射部材(再帰反射部または再帰反射板)2に向けて反射させる。図2の例との違いは、得られた空間浮遊映像を凹面ミラー5で虚像Xとして拡大することである。映像表示装置1及び再帰反射部材2の構成については、図2及び図3(A)に示した実施例と同じであり、説明は省略する。なお、図3(B)の構成において、さらに偏光分離部材101を凸面形状としても良い。
<Third configuration example of spatial floating video information display system>
FIG. 3(B) is a diagram showing another example of the spatial floating video information display system. Similar to FIG. 3A, the video display device 1 includes a liquid crystal display panel 11 and a light source device 13 that generates light of a specific polarization having narrow-angle diffusion characteristics. The liquid crystal display panel 11 can be configured from a small one with a screen size of about 5 inches to a large liquid crystal display panel with a screen size of more than 80 inches. For example, a polarization separation member 101 that selectively reflects image light of a specific polarization, such as a reflective polarizing plate, is used to transfer image light from the liquid crystal display panel 11 to a retroreflection member (retroreflection unit or retroreflection plate) 2. reflect it towards. The difference from the example in FIG. 2 is that the obtained spatially floating image is enlarged as a virtual image X using a concave mirror 5. The configurations of the video display device 1 and the retroreflective member 2 are the same as those in the embodiment shown in FIGS. 2 and 3(A), and the description thereof will be omitted. Note that in the configuration of FIG. 3(B), the polarization separation member 101 may also have a convex shape.

ここで、図2で説明したとおり、空中浮遊映像3は高い指向性を有する光線により形成されるので、矢印Aの方向から視認する場合には空中浮遊映像3は明るい映像として視認されるが、矢印Bの方向から視認する場合には、空中浮遊映像3は映像として一切視認されない。そのため、図3(B)の構成では、ユーザが矢印Bの方向から視認する場合に虚像Xの奥側に空中浮遊映像3が位置することとなるが、ユーザには、空中浮遊映像3は一切視認されず、虚像Xのみが好適に視認される。よって、この特性を活かして、図3(B)に示すように、虚像Xの奥側に空中浮遊映像3が位置するように構成すれば、虚像Xを視認するときのユーザXの視認範囲から空中浮遊映像3を除外するように構成するよりも、システム全体を小型化できるため、好適である。 Here, as explained in FIG. 2, the floating image 3 is formed by light rays with high directivity, so when viewed from the direction of arrow A, the floating image 3 is perceived as a bright image. When viewed from the direction of arrow B, the floating image 3 is not viewed as an image at all. Therefore, in the configuration of FIG. 3(B), when the user views from the direction of arrow B, the floating image 3 is located behind the virtual image X, but the user does not see the floating image 3 at all. It is not visually recognized, and only the virtual image X is suitably visually recognized. Therefore, by taking advantage of this characteristic, if the floating image 3 is configured to be positioned behind the virtual image X as shown in FIG. This is preferable than configuring to exclude the floating image 3 because the entire system can be made smaller.

<空間浮遊映像情報表示システムの第4の構成例>
図4は、本発明の一実施例に係る空間浮遊映像情報表示システムの主要部構成の他の例を示す図である。図3(A)等と同様に、映像表示装置1は、液晶表示パネル11と、挟角な拡散特性を有する特定偏波の光を生成する光源装置13と、を備える。例えば、液晶表示パネル11は、画面サイズが5インチ程度の小型のものから80インチを超える大型な液晶表示パネルで構成される。折り返しミラー22は、透明な部材100を基板とする。透明な部材100の映像表示装置1側の表面には、反射型偏光板のような特定偏波の映像光を選択的に反射する偏光分離部材101を設け、液晶表示パネル11からの映像光を再帰反射部2に向けて反射する。これにより、折り返しミラー22はミラーとしての機能を有する。映像表示装置1からの特定偏波の映像光は、透明な部材100の下面に設けた偏光分離部材101(図示の例では、シート状の偏光分離部材101を粘着剤を用いて透明な部材100に貼り付けている。)で反射され、再帰反射部材2に入射する。なお、偏光分離部材101の代わりに、透明な部材100の表面に偏光分離特性を有する光学膜を蒸着してもよい。
<Fourth configuration example of spatial floating video information display system>
FIG. 4 is a diagram showing another example of the configuration of the main parts of the spatial floating video information display system according to an embodiment of the present invention. Similar to FIG. 3A and the like, the video display device 1 includes a liquid crystal display panel 11 and a light source device 13 that generates light of a specific polarization having narrow-angle diffusion characteristics. For example, the liquid crystal display panel 11 is configured from a small one with a screen size of about 5 inches to a large liquid crystal display panel with a screen size of over 80 inches. The folding mirror 22 uses the transparent member 100 as a substrate. On the surface of the transparent member 100 on the image display device 1 side, a polarization separation member 101 such as a reflective polarizing plate that selectively reflects image light of a specific polarization is provided, and the image light from the liquid crystal display panel 11 is separated. It is reflected toward the retroreflector 2. Thereby, the folding mirror 22 has a function as a mirror. Image light of a specific polarization from the image display device 1 is separated from the transparent member 100 by using a polarization separation member 101 (in the illustrated example, a sheet-like polarization separation member 101 provided on the lower surface of the transparent member 100) using an adhesive. ) and enters the retroreflective member 2. Note that instead of the polarization separation member 101, an optical film having polarization separation characteristics may be deposited on the surface of the transparent member 100.

再帰反射部材2の光入射面にはλ/4板21を設け、映像光を2度通過させることで偏光変換し特定偏波を、位相が90°異なる他方の偏波に変換する。これにより、再帰反射後の映像光について偏光分離部材101を透過させ、透明な部材100の外側に、実像である空間浮遊映像3を表示する。ここで、上述した偏光分離部材101では再帰反射することで偏光軸が不揃いになるため、一部の映像光は、反射して映像表示装置1に戻る。この光は、再び映像表示装置1を構成する液晶表示パネル11の映像表示面で反射し、ゴースト像を発生させ空間浮遊像の画質を著しく低下させる。 A λ/4 plate 21 is provided on the light incidence surface of the retroreflective member 2, and the image light is passed through it twice to perform polarization conversion and convert a specific polarized wave into the other polarized wave with a phase difference of 90°. As a result, the image light after retroreflection is transmitted through the polarization separation member 101, and a spatial floating image 3, which is a real image, is displayed on the outside of the transparent member 100. Here, in the polarization separation member 101 described above, the polarization axes become uneven due to retroreflection, so a part of the image light is reflected and returns to the image display device 1 . This light is reflected again on the image display surface of the liquid crystal display panel 11 constituting the image display device 1, generating a ghost image and significantly deteriorating the image quality of the spatial floating image.

そこで、本実施例では、映像表示装置1の映像表示面に吸収型偏光板12を設けることとした。この吸収型偏光板12は、映像表示装置1から発せられる映像光は透過させ、上述した偏光分離部材101からの反射光を吸収させるものであり、かかる構成とすることにより、空間浮遊像のゴースト像による画質低下を防止する。また、セット外部の太陽光や照明光による画質低下を軽減するため、透明部材105の映像光出力側の表面に吸収型偏光板102を設けると良い。 Therefore, in this embodiment, an absorption type polarizing plate 12 is provided on the image display surface of the image display device 1. This absorptive polarizing plate 12 transmits the image light emitted from the image display device 1 and absorbs the reflected light from the polarization separation member 101 described above. With this configuration, ghosts of spatially floating images can be eliminated. Prevent image quality from deteriorating due to images. Further, in order to reduce image quality deterioration due to sunlight or illumination light outside the set, it is preferable to provide an absorption type polarizing plate 102 on the surface of the transparent member 105 on the image light output side.

次に、上述した空間浮遊映像情報システムにより得られた空間浮遊映像に対して対象物とセンサ44の距離と位置の関係をセンシングするように、TOF(Time of Fly)機能を有するセンサ44を図5に示すように複数層に配置して、対象物の平面方向の座標の他に奥行方向の座標と対象物の移動方向、移動速度も感知することが可能となる。 Next, a sensor 44 having a TOF (Time of Fly) function is illustrated so as to sense the relationship between the distance and position between the object and the sensor 44 with respect to the spatial floating image obtained by the above-mentioned spatial floating image information system. By arranging them in multiple layers as shown in FIG. 5, it becomes possible to sense not only the coordinates of the object in the plane direction, but also the coordinates in the depth direction, the direction of movement, and the speed of movement of the object.

2次元の距離と位置を読み取るため、赤外線または紫外線などの非可視光発光部と受光部との組み合わせを複数直線的に配置し、発光点からの光を対象物に照射し反射した光を受光部で受光する。発光した時間と受光した時間との差と、光速の積により、対象物との距離が明確になる。また、平面上の座標は複数の発光部と受光部で、発光時間と受光時間の差が最も小さい部分での座標から読み取ることができる。以上により、平面(2次元)での対象物の座標と、前述したセンサを複数組み合わせることで、3次元の座標情報を得ることもできる。 In order to read two-dimensional distance and position, multiple combinations of non-visible light emitting parts such as infrared or ultraviolet light and light receiving parts are arranged in a straight line, the light from the light emitting points is irradiated onto the target object, and the reflected light is received. The light is received at the The distance to the object is determined by the product of the difference between the time the light is emitted and the time the light is received and the speed of light. Further, the coordinates on the plane can be read from the coordinates of the portion where the difference between the light emission time and the light reception time is the smallest among the plurality of light emitting units and light receiving units. As described above, three-dimensional coordinate information can also be obtained by combining the coordinates of the object on a plane (two-dimensional) and a plurality of the sensors described above.

更に、上述した空間浮遊映像情報システムとして3次元の空間浮遊映像を得る方法について、図6を用いて説明する。図6は、空間浮遊映像情報表示システムで用いる3次元映像表示の原理を説明するための図である。図4に示す映像表示装置1の液晶表示パネル11の映像表示画面の画素に合わせて水平レンチキュラーレンズを配置する。この結果、図6に示すように画面水平方向の運動視差P1、P2、P3の3方向からの運動視差を表示するには、3方向からの映像を3画素ごとに1つのブロックとして、1画素ごとに3方向からの映像情報を表示し、対応するレンチキュラーレンズ(図6中に縦線で示す)の作用により光の出射方向を調整して3方向に分離出射する。この結果、3視差の立体像が表示可能となる。 Furthermore, a method for obtaining a three-dimensional spatially floating image as the above-mentioned spatially floating image information system will be explained using FIG. 6. FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of three-dimensional video display used in the spatial floating video information display system. A horizontal lenticular lens is arranged in accordance with the pixels of the video display screen of the liquid crystal display panel 11 of the video display device 1 shown in FIG. As a result, in order to display motion parallax from three directions P1, P2, and P3 in the horizontal direction of the screen as shown in FIG. Image information from three directions is displayed for each, and the direction of light emission is adjusted by the action of the corresponding lenticular lens (indicated by vertical lines in FIG. 6), and the light is separated and emitted in three directions. As a result, a three-dimensional image with three parallaxes can be displayed.

<反射型偏光板>
本実施例の空間浮遊映像情報装置において偏光分離部材101は、映像の画質を決めるコントラスト性能を、一般的なハーフミラーよりも向上させるために用いられる。本実施例の偏光分離部材101の一例として反射型偏光板の特性を説明する。図7は、反射型偏光板の特性を評価した測定系の説明図である。図7の反射型偏光板の偏光軸に対して垂直方向からの光線入射角に対する透過特性と反射特性をV-AOIとして、図8及び図9にそれぞれ示す。同様に反射型偏光板の偏光軸に対して水平方向からの光線入射角に対する透過特性と反射特性をH-AOIとして、図10及び図11にそれぞれ示す。
<Reflective polarizing plate>
In the spatially floating video information device of this embodiment, the polarization separation member 101 is used to improve the contrast performance, which determines the image quality of the video, compared to a general half mirror. The characteristics of a reflective polarizing plate will be described as an example of the polarization separation member 101 of this embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram of a measurement system used to evaluate the characteristics of a reflective polarizing plate. The transmission characteristics and reflection characteristics of the reflective polarizing plate shown in FIG. 7 with respect to the incident angle of light from the direction perpendicular to the polarization axis are shown as V-AOI in FIGS. 8 and 9, respectively. Similarly, the transmission characteristics and reflection characteristics of the reflective polarizing plate with respect to the angle of incidence of light from the horizontal direction with respect to the polarization axis are shown as H-AOI in FIGS. 10 and 11, respectively.

なお、図8~図11の特性グラフ(各々カラーで表示している)において、右側の欄外に示す角度(deg)の値は、縦軸すなわち透過率(%)の値が高い順に、上から示している。例えば、図8では、横軸が略400nm~800nmの波長の光を示す範囲において、垂直(V)方向の角度が0度(deg)の場合が最も透過率が高く、10度、20度、30度、40度の順に透過率が低くなる。また、図9では、横軸が略400nm~800nmの波長の光を示す範囲において、垂直(V)方向の角度が0度(deg)の場合が最も透過率が高く、10度、20度、30度、40度の順に透過率が低くなる。 In addition, in the characteristic graphs of Figures 8 to 11 (each shown in color), the angle (deg) values shown in the right margin are arranged in descending order of the vertical axis, that is, the transmittance (%) value, starting from the top. It shows. For example, in FIG. 8, in the range where the horizontal axis indicates light with a wavelength of approximately 400 nm to 800 nm, the transmittance is highest when the angle in the vertical (V) direction is 0 degrees (deg), 10 degrees, 20 degrees, The transmittance decreases in the order of 30 degrees and 40 degrees. In addition, in FIG. 9, in the range where the horizontal axis indicates light with a wavelength of approximately 400 nm to 800 nm, the transmittance is highest when the angle in the vertical (V) direction is 0 degrees (deg), 10 degrees, 20 degrees, The transmittance decreases in the order of 30 degrees and 40 degrees.

また、図10では、横軸が略400nm~800nmの波長の光を示す範囲において、水平(H)方向の角度が0度(deg)の場合が最も透過率が高く、10度、20度の順に透過率が低くなる。また、図11では、横軸が略400nm~800nmの波長の光を示す範囲において、水平(H)方向の角度が0度(deg)の場合が最も透過率が高く、10度、20度の順に透過率が低くなる。 In addition, in FIG. 10, in the range where the horizontal axis indicates light with a wavelength of approximately 400 nm to 800 nm, the transmittance is highest when the angle in the horizontal (H) direction is 0 degrees (deg), and when the angle in the horizontal (H) direction is 0 degrees (deg), the transmittance is highest; The transmittance decreases in this order. In addition, in FIG. 11, in the range where the horizontal axis indicates light with a wavelength of approximately 400 nm to 800 nm, the transmittance is highest when the angle in the horizontal (H) direction is 0 degrees (deg), and when the angle in the horizontal (H) direction is 0 degrees (deg), the transmittance is highest; The transmittance decreases in this order.

図8及び図9に示すように、グリッド構造の反射型偏光板は、偏光軸に対して垂直方向からの光についての特性は低下する。このため、偏光軸に沿った仕様が望ましく、液晶表示パネル11からの出射映像光を挟角で出射可能な本実施例の光源が理想的な光源となる。また、水平方向の特性も同様に、斜めからの光については、特性低下がある。以上の特性を考慮して、以下、液晶表示パネル11からの出射映像光をより挟角に出射可能な光源を液晶表示パネル11のバックライトとして使用する、本実施例の構成例について説明する。これにより、高コントラストな空間浮遊映像が提供可能となる。 As shown in FIGS. 8 and 9, the grid-structured reflective polarizing plate has poor characteristics with respect to light from a direction perpendicular to the polarization axis. For this reason, specifications along the polarization axis are desirable, and the light source of this embodiment, which can emit the image light emitted from the liquid crystal display panel 11 at a narrow angle, is an ideal light source. Furthermore, similarly to the characteristics in the horizontal direction, the characteristics deteriorate with respect to light from an oblique direction. In consideration of the above characteristics, a configuration example of this embodiment will be described below in which a light source capable of emitting image light from the liquid crystal display panel 11 at a narrower angle is used as a backlight of the liquid crystal display panel 11. This makes it possible to provide high-contrast spatially floating images.

<映像表示装置>
次に、本実施例の映像表示装置1について図を用いて説明する。本実施例の映像表示装置は、映像表示素子11(液晶表示パネル)と共に、その光源を構成する光源装置13を備えており、図12では、光源装置13を液晶表示パネルと共に展開斜視図として示している。
<Video display device>
Next, the video display device 1 of this embodiment will be explained using the drawings. The video display device of this embodiment includes a video display element 11 (liquid crystal display panel) and a light source device 13 that constitutes its light source. In FIG. 12, the light source device 13 is shown as an exploded perspective view together with the liquid crystal display panel. ing.

この液晶表示パネル(映像表示素子11)は、図12に矢印30で示すように、バックライト装置である光源装置13からの光により挟角な拡散特性を有する光束、即ち、指向性(直進性)が強く、かつ、偏光面を一方向に揃えたレーザ光に似た特性の照明光束を得て、入力される映像信号に応じて変調をかけた映像光を、再帰反射部材2により反射しウィンドガラス105を透過して、実像である空間浮遊像を形成する(図1も参照)。 As shown by an arrow 30 in FIG. 12, this liquid crystal display panel (video display element 11) uses a light beam from a light source device 13, which is a backlight device, to produce a light beam having a narrow angle diffusion characteristic, that is, a directivity (straight direction). ) is strong and the polarization plane is aligned in one direction to obtain an illumination light beam with characteristics similar to a laser beam, and the image light modulated according to the input video signal is reflected by the retroreflective member 2. The light passes through the window glass 105 to form a spatially floating image that is a real image (see also FIG. 1).

また、図12では、映像表示装置1を構成する液晶表示パネル11と、更に、光源装置13からの出射光束の指向特性を調整する光方向変換パネル54、および、必要に応じ挟角拡散板(図示せず)を備えて構成されている。即ち、液晶表示パネル11の両面には偏光板が設けられ、特定の偏波の映像光が映像信号により光の強度を変調して出射する(図12の矢印30を参照)構成となっている。これにより、所望の映像を指向性(直進性)の高い特定偏波の光として、光方向変換パネル54を介して、再帰反射部材2に向けて投写し、再帰反射部材2で反射後、店舗(空間)の外部の観視者の眼に向けて透過して空間浮遊像3を形成する。なお、上述した光方向変換パネル54の表面には保護カバー50(図13、図14を参照)を設けてよい。 Further, in FIG. 12, a liquid crystal display panel 11 constituting the image display device 1, a light direction conversion panel 54 that adjusts the directivity of the light beam emitted from the light source device 13, and a narrow-angle diffuser plate ( (not shown). That is, polarizing plates are provided on both sides of the liquid crystal display panel 11, and the configuration is such that image light of a specific polarization is emitted after modulating the intensity of the light according to the image signal (see arrow 30 in FIG. 12). . As a result, a desired image is projected as a highly directional (straight forward) specific polarized light toward the retroreflective member 2 via the light direction conversion panel 54, and after being reflected by the retroreflective member 2, the light is transmitted to the store. The light is transmitted toward the viewer's eyes outside the (space) to form a space floating image 3. Note that a protective cover 50 (see FIGS. 13 and 14) may be provided on the surface of the light direction conversion panel 54 described above.

本実施例では、光源装置13からの出射光束30の利用効率を向上させ、消費電力を大幅に低減するために、光源装置13と液晶表示パネル11を含んで構成される映像表示装置1において、光源装置13からの光(図12の矢印30を参照)を、再帰反射部材2に向けて投写し、再帰反射部材2で反射した後、ウィンドガラス105の表面に設けた透明シート(図示せず)により、浮遊映像を所望の位置に形成するよう指向性を調整することもできる。 In this embodiment, in order to improve the utilization efficiency of the emitted light beam 30 from the light source device 13 and significantly reduce power consumption, the video display device 1 including the light source device 13 and the liquid crystal display panel 11 includes: Light from the light source device 13 (see arrow 30 in FIG. 12) is projected toward the retroreflective member 2, and after being reflected by the retroreflective member 2, a transparent sheet (not shown) provided on the surface of the windshield 105 is projected. ), the directivity can be adjusted to form a floating image at a desired position.

具体的には、この透明シートは、フレネルレンズやリニアフレネルレンズ等の光学部品によって高い指向性を付与したまま浮遊映像の結像位置を調整する。このことによれば、映像表示装置1からの映像光は、レーザ光のようにウィンドガラス105の外側(例えば、歩道)にいる観察者に対して高い指向性(直進性)で効率良く届くこととなり、その結果、高品位な浮遊映像を高解像度で表示すると共に、光源装置13のLED素子201を含む映像表示装置1による消費電力を著しく低減することが可能となる。 Specifically, this transparent sheet adjusts the imaging position of the floating image while imparting high directivity using optical components such as a Fresnel lens or a linear Fresnel lens. According to this, the image light from the image display device 1 can efficiently reach the observer who is outside the window glass 105 (for example, on the sidewalk) with high directivity (straightness) like laser light. As a result, it becomes possible to display a high-quality floating image with high resolution, and to significantly reduce power consumption by the image display device 1 including the LED element 201 of the light source device 13.

<映像表示装置の例1>
図13には、映像表示装置1の具体的な構成の一例を示す。図13では、図12の光源装置13の上に、液晶表示パネル11と光方向変換パネル54を配置している。この光源装置13は、図12に示したケース上に、例えば、プラスチックなどにより形成され、その内部にLED素子201、導光体203を収納して構成されている。導光体203の端面には、図12等にも示したように、それぞれのLED素子201からの発散光を略平行光束に変換するために、受光部に対して対面に向かって徐々に断面積が大きくなる形状を有し、内部を伝搬する際に複数回全反射することで発散角が徐々に小さくなるような作用を有するレンズ形状を設けている。
<Example 1 of video display device>
FIG. 13 shows an example of a specific configuration of the video display device 1. In FIG. 13, a liquid crystal display panel 11 and a light direction conversion panel 54 are arranged on the light source device 13 of FIG. 12. This light source device 13 is formed of, for example, plastic on the case shown in FIG. 12, and has an LED element 201 and a light guide 203 housed therein. As shown in FIG. 12, etc., the end face of the light guide 203 is gradually cut off toward the light receiving part in order to convert the diverging light from each LED element 201 into a substantially parallel light flux. A lens shape is provided that has a shape with a large area and has the effect of gradually decreasing the divergence angle by undergoing total reflection multiple times while propagating inside.

導光体203の上には、液晶表示パネル11が取り付けられている。また、光源装置13のケースのひとつの側面(本例では左側の端面)には、半導体光源であるLED(Light Emitting Diode)素子201や、その制御回路を実装したLED基板202が取り付けられると共に、LED基板202の外側面には、LED素子および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンクが取り付けられてもよい。 A liquid crystal display panel 11 is attached above the light guide 203. Furthermore, an LED (Light Emitting Diode) element 201, which is a semiconductor light source, and an LED board 202 mounted with its control circuit are attached to one side surface (in this example, the left end surface) of the case of the light source device 13. A heat sink, which is a member for cooling the heat generated by the LED elements and the control circuit, may be attached to the outer surface of the LED board 202.

また、光源装置13のケースの上面に取り付けられる液晶表示パネル11のフレーム(図示せず)には、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル11と、更に、当該液晶表示パネル11に電気的に接続されたFPC(Flexible Printed Circuits:フレキシブル配線基板)(図示せず)などが取り付けられて構成される。即ち、映像表示素子である液晶表示パネル11は、固体光源であるLED素子201と共に、電子装置を構成する制御回路(図示せず)からの制御信号に基づいて、透過光の強度を変調することによって表示映像を生成する。この時、生成される映像光は拡散角度が狭く特定の偏波成分のみとなるため、映像信号により駆動された面発光レーザ映像源に近い、従来にない新しい映像表示装置が得られることとなる。 Further, the frame (not shown) of the liquid crystal display panel 11 attached to the upper surface of the case of the light source device 13 is electrically connected to the liquid crystal display panel 11 attached to the frame and further to the liquid crystal display panel 11. A flexible printed circuit (FPC) (not shown) and the like are attached thereto. That is, the liquid crystal display panel 11, which is an image display element, together with the LED element 201, which is a solid-state light source, modulates the intensity of transmitted light based on a control signal from a control circuit (not shown) that constitutes an electronic device. A display image is generated by At this time, the generated image light has a narrow diffusion angle and only has a specific polarization component, resulting in a new, unprecedented image display device that is similar to a surface-emitting laser image source driven by a video signal. .

なお、現状では、レーザ装置により、上述した映像表示装置1で得られる画像と同等のサイズのレーザ光束を得ることは、技術的にも安全上からも不可能である。そこで、本実施例では、例えば、LED素子を備えた一般的な光源からの光束から、上述した面発光レーザ映像光に近い光を得る。 Note that, at present, it is technically impossible to obtain a laser beam having a size equivalent to that of the image obtained by the video display device 1 described above using a laser device, both technically and from a safety standpoint. Therefore, in this embodiment, for example, light close to the above-mentioned surface emitting laser image light is obtained from a light beam from a general light source including an LED element.

続いて、光源装置13のケース内に収納されている光学系の構成について、図13と共に、図14を参照しながら詳細に説明する。 Next, the configuration of the optical system housed in the case of the light source device 13 will be described in detail with reference to FIG. 14 as well as FIG. 13.

図13および図14は断面図であるため、光源を構成する複数のLED素子201が1つだけ示されており、これらは導光体203の受光端面203aの形状により略コリメート光に変換される。このため、導光体端面の受光部とLED素子は、所定の位置関係を保って取り付けられている。 Since FIGS. 13 and 14 are cross-sectional views, only one of the plurality of LED elements 201 constituting the light source is shown, and these are converted into approximately collimated light by the shape of the light-receiving end surface 203a of the light guide 203. . Therefore, the light receiving section on the end surface of the light guide and the LED element are attached while maintaining a predetermined positional relationship.

なお、この導光体203は、各々、例えば、アクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、この導光体203の端部のLED受光面は、例えば、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有し、その頂部では、その中央部に凸部(即ち、凸レンズ面)を形成した凹部を有し、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面(あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い)を有するものである(図示せず)。なお、LED素子201を取り付ける導光体の受光部外形形状は、円錐形状の外周面を形成する放物面形状をなし、LED素子から周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。 Note that each of the light guides 203 is made of a translucent resin such as acrylic, for example. The LED light-receiving surface at the end of the light guide 203 has, for example, a conical convex outer peripheral surface obtained by rotating a parabolic cross section, and at its top, a convex portion (i.e., The lens has a concave portion with a convex lens surface formed thereon, and a convex lens surface protruding outward (or a concave lens surface concave inward) in the center of the flat portion (not shown). Note that the external shape of the light receiving part of the light guide to which the LED element 201 is attached is a paraboloid that forms a conical outer peripheral surface, and the light emitted from the LED element in the peripheral direction can be totally reflected inside. It is set within the range of possible angles, or a reflective surface is formed.

他方、LED素子201は、その回路基板である、LED基板202の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このLED基板202は、コリメータ(受光端面203a)に対して、その表面上のLED素子201が、それぞれ、前述した凹部の中央部に位置するように配置されて固定される。 On the other hand, the LED elements 201 are arranged at predetermined positions on the surface of an LED board 202, which is a circuit board thereof. This LED board 202 is arranged and fixed to the collimator (light-receiving end surface 203a) so that the LED elements 201 on the surface thereof are respectively located at the center of the above-mentioned recess.

かかる構成によれば、導光体203の受光端面203aの形状によって、LED素子201から放射される光は略平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。 According to this configuration, the shape of the light-receiving end surface 203a of the light guide 203 allows the light emitted from the LED element 201 to be extracted as substantially parallel light, and it is possible to improve the utilization efficiency of the generated light. Become.

以上述べたように、光源装置13は、導光体203の端面に設けた受光部である受光端面203aに光源であるLED素子201を複数並べた光源ユニットを取り付けて構成され、LED素子201からの発散光束を導光体端面の受光端面203aのレンズ形状によって略平行光として、矢印で示すように、導光体203内部を導光し(図面に平行な方向)、光束方向変換手段204によって、導光体203に対して略平行に配置された液晶表示パネル11に向かって(図面から手前に垂直な方向)出射する。導光体内部または表面の形状によって、この光束方向変換手段204の分布(密度)を最適化することで、液晶表示パネル11に入射する光束の均一性を調整することができる。 As described above, the light source device 13 is configured by attaching a light source unit in which a plurality of LED elements 201, which are light sources, are arranged to the light receiving end face 203a, which is a light receiving part provided on the end face of the light guide 203. The diverging light flux of , the light is emitted toward the liquid crystal display panel 11 arranged substantially parallel to the light guide 203 (in a direction perpendicular to the front in the drawing). By optimizing the distribution (density) of the light flux direction converting means 204 depending on the shape of the inside or surface of the light guide, the uniformity of the light flux incident on the liquid crystal display panel 11 can be adjusted.

上述した光束方向変換手段204は、図13または図14に示すように導光体表面の形状や導光体内部に例えば屈折率の異なる部分を設けることで、導光体203内を伝搬した光束を、導光体203に対して略平行に配置された液晶表示パネル11に向かって(図面から手前に垂直な方向)出射する。この時、液晶表示パネル11を画面中央に正対し画面対角寸法と同じ位置に視点を置いた状態で画面中央と画面周辺部の輝度を比較した場合の相対輝度比が20%以上あれば実用上問題なく、30%を超えていれば更に優れた特性となる。 The above-mentioned light flux direction conversion means 204 changes the light flux propagated within the light guide 203 by providing portions with different refractive indexes in the shape of the light guide surface or inside the light guide as shown in FIG. 13 or 14. is emitted toward the liquid crystal display panel 11 arranged substantially parallel to the light guide 203 (in a direction perpendicular to the front in the drawing). At this time, if the relative brightness ratio is 20% or more when comparing the brightness of the center of the screen and the periphery of the screen with the liquid crystal display panel 11 facing directly at the center of the screen and the viewpoint placed at the same position as the diagonal dimension of the screen, it is practical. There is no problem, and if it exceeds 30%, the characteristics will be even better.

なお、図13は上述した導光体203とLED素子201を含む光源装置13において、偏光変換する本実施例の光源の構成とその作用を説明するための断面配置図である。図13において、光源装置13は、例えば、プラスチックなどにより形成される表面または内部に光束方向変換手段204を設けた導光体203、光源としてのLED素子201、反射シート205、位相差板206、レンチキュラーレンズなどから構成されており、その上面には、光源光入射面と映像光出射面に偏光板を備える液晶表示パネル11が取り付けられている。 Note that FIG. 13 is a cross-sectional layout diagram for explaining the structure and operation of the light source of this embodiment that converts polarization in the light source device 13 including the light guide 203 and the LED element 201 described above. In FIG. 13, the light source device 13 includes, for example, a light guide 203 formed of plastic or the like and having a light beam direction converting means 204 on its surface or inside, an LED element 201 as a light source, a reflective sheet 205, a retardation plate 206, It is made up of a lenticular lens, etc., and a liquid crystal display panel 11 is attached to its upper surface, which has polarizing plates on the light source light incident surface and the image light exit surface.

また、光源装置13に対応した液晶表示パネル11の光源光入射面(図の下面)にはフィルムまたはシート状の反射型偏光板49を設けており、LED素子201から出射した自然光束210のうち片側の偏波(例えばP波)212を選択的に反射させ、導光体203の一方(図の下方)の面に設けた反射シート205で反射して、再度、液晶表示パネル11に向かうようにする。そこで、反射シート205と導光体203の間もしくは導光体203と反射型偏光板49の間に位相差板(λ/4板)を設けて反射シート205で反射させ、2回通過させることで反射光束をP偏光からS偏光に変換し、映像光としての光源光の利用効率を向上する。 Further, a reflective polarizing plate 49 in the form of a film or sheet is provided on the light source light incident surface (lower surface in the figure) of the liquid crystal display panel 11 corresponding to the light source device 13, so that a portion of the natural light flux 210 emitted from the LED element 201 is The polarized wave (for example, P wave) 212 on one side is selectively reflected, reflected by a reflective sheet 205 provided on one (lower side of the figure) surface of the light guide 203, and directed toward the liquid crystal display panel 11 again. Make it. Therefore, a retardation plate (λ/4 plate) is provided between the reflective sheet 205 and the light guide 203 or between the light guide 203 and the reflective polarizing plate 49 so that the reflection is reflected by the reflective sheet 205 and passed twice. The reflected light flux is converted from P-polarized light to S-polarized light, thereby improving the efficiency of using the light source light as image light.

液晶表示パネル11で映像信号により光強度を変調された映像光束は(図13の矢印213)、再帰反射部材2に入射して、図1に示したように、反射後にウィンドガラス105を透過して店舗(空間)の内部または外部に実像である空間浮遊像を得ることができる。 The image light beam whose light intensity is modulated by the image signal on the liquid crystal display panel 11 (arrow 213 in FIG. 13) enters the retroreflective member 2, and as shown in FIG. 1, after reflection, it passes through the window glass 105. It is possible to obtain a real spatial floating image inside or outside the store (space).

図14は、図13と同様に、導光体203とLED素子201を含む光源装置13において、偏光変換する本実施例の光源の構成と作用を説明するための断面配置図である。光源装置13も、同様に、例えばプラスチックなどにより形成される表面または内部に光束方向変換手段204を設けた導光体203、光源としてのLED素子201、反射シート205、位相差板206、レンチキュラーレンズなどから構成されている。導光体203の上には、映像表示素子として、光源光入射面と映像光出射面に偏光板を備える液晶表示パネル11が取り付けられている。 Similar to FIG. 13, FIG. 14 is a cross-sectional layout diagram for explaining the configuration and operation of the light source of this embodiment that converts polarization in the light source device 13 including the light guide 203 and the LED element 201. The light source device 13 similarly includes a light guide 203 formed of plastic or the like and having a light beam direction converting means 204 on its surface or inside, an LED element 201 as a light source, a reflective sheet 205, a retardation plate 206, and a lenticular lens. It is composed of etc. On the light guide 203, a liquid crystal display panel 11 is attached as an image display element, which includes polarizing plates on a light source light incident surface and an image light exit surface.

また、光源装置13に対応した液晶表示パネル11の光源光入射面(図の下面)にはフィルムまたはシート状の反射型偏光板49を設け、LED光源201から出射した自然光束210うち片側の偏波(例えばS波)211を選択的に反射させ、導光体203の一方(図の下方)の面に設けた反射シート205で反射して、再度液晶表示パネル11に向かう。反射シート205と導光体203の間もしくは導光体203と反射型偏光板49の間に位相差板(λ/4板)を設けて反射シート205で反射させ、2回通過させることで反射光束をS偏光からP偏光に変換し、映像光として光源光の利用効率を向上する。液晶表示パネル11で映像信号により光強度変調された映像光束は(図14の矢印214)、再帰反射部材2に入射して、図1に示すように、反射後にウィンドガラス105を透過して店舗(空間)の内部または外部に実像である空間浮遊像を得ることができる。 Further, a reflective polarizing plate 49 in the form of a film or sheet is provided on the light source light incident surface (lower surface in the figure) of the liquid crystal display panel 11 corresponding to the light source device 13, and one side of the natural light flux 210 emitted from the LED light source 201 is polarized. Waves (for example, S waves) 211 are selectively reflected, reflected by a reflective sheet 205 provided on one surface (lower side in the figure) of the light guide 203, and directed toward the liquid crystal display panel 11 again. A retardation plate (λ/4 plate) is provided between the reflective sheet 205 and the light guide 203 or between the light guide 203 and the reflective polarizing plate 49, and the light is reflected by the reflective sheet 205, and the light is reflected by passing it twice. The light beam is converted from S-polarized light to P-polarized light, and the efficiency of using the light source light as image light is improved. The image light beam whose intensity is modulated by the image signal on the liquid crystal display panel 11 (arrow 214 in FIG. 14) enters the retroreflective member 2, and as shown in FIG. It is possible to obtain a space floating image that is a real image inside or outside (space).

図13および図14に示す光源装置においては、対応する液晶表示パネル11の光入射面に設けた偏光板の作用の他に、反射型偏光板49で片側の偏光成分を反射するため、理論上得られるコントラスト比は、反射型偏光板のクロス透過率の逆数と液晶表示パネルに付帯した2枚の偏光板により得られるクロス透過率の逆数を乗じたものとなる。これにより、高いコントラスト性能が得られる。実際には、表示画像のコントラスト性能が10倍以上向上することを実験により確認した。この結果、自発光型の有機ELに比較しても遜色ない高品位な映像が得られた。 In the light source devices shown in FIGS. 13 and 14, in addition to the action of the polarizing plate provided on the light incident surface of the corresponding liquid crystal display panel 11, the reflective polarizing plate 49 reflects the polarized light component on one side. The obtained contrast ratio is obtained by multiplying the reciprocal of the cross transmittance of the reflective polarizing plate by the reciprocal of the cross transmittance obtained by the two polarizing plates attached to the liquid crystal display panel. This provides high contrast performance. In fact, it has been confirmed through experiments that the contrast performance of displayed images is improved by more than 10 times. As a result, high-quality images comparable to those of self-luminous organic EL were obtained.

<映像表示装置の例2>
図15には、映像表示装置1の具体的な構成の他の一例を示す。図15の光源装置13は、図17等の光源装置と同様である。この光源装置13は、例えばプラスチックなどのケース内にLED、コリメータ、合成拡散ブロック、導光体等を収納して構成されており、その上面には液晶表示パネル11が取り付けられている。また、光源装置13のケースのひとつの側面には、半導体光源であるLED(Light Emitting Diode)素子14a、14bや、その制御回路を実装したLED基板が取り付けられると共に、LED基板の外側面には、LED素子および制御回路で発生する熱を冷却するための部材であるヒートシンク103が取り付けられている(図17、図18等も参照)。
<Example 2 of video display device>
FIG. 15 shows another example of a specific configuration of the video display device 1. The light source device 13 in FIG. 15 is similar to the light source device in FIG. 17 and the like. The light source device 13 is configured by housing an LED, a collimator, a synthetic diffusion block, a light guide, etc. in a case made of plastic, for example, and has a liquid crystal display panel 11 attached to its upper surface. Furthermore, an LED board on which LED (Light Emitting Diode) elements 14a and 14b, which are semiconductor light sources, and their control circuits are mounted is attached to one side of the case of the light source device 13, and an LED board is mounted on the outer side of the LED board. A heat sink 103, which is a member for cooling the heat generated by the LED elements and the control circuit, is attached (see also FIGS. 17, 18, etc.).

また、ケースの上面に取り付けられた液晶表示パネルフレームには、当該フレームに取り付けられた液晶表示パネル11と、更に、液晶表示パネル11に電気的に接続されたFPC(Flexible Printed Circuits:フレキシブル配線基板)403(図7参照)などが取り付けられて構成されている。即ち、液晶表示素子である液晶表示パネル11は、固体光源であるLED素子14a,14bと共に、電子装置を構成する制御回路(ここでは図示せず)からの制御信号に基づいて、透過光の強度を変調することによって、表示映像を生成する。 In addition, the liquid crystal display panel frame attached to the top surface of the case includes the liquid crystal display panel 11 attached to the frame and an FPC (Flexible Printed Circuit) electrically connected to the liquid crystal display panel 11. ) 403 (see FIG. 7), etc. are attached. That is, the liquid crystal display panel 11 that is a liquid crystal display element, together with the LED elements 14a and 14b that are solid-state light sources, adjusts the intensity of transmitted light based on a control signal from a control circuit (not shown here) that constitutes an electronic device. A display image is generated by modulating the .

<映像表示装置の例2の光源装置の例1>
続いて、ケース内に収納されている光源装置13等の光学系の構成について、図17と共に、図18(a)および(b)を参照しながら、詳細に説明する。
<Example 1 of light source device of Example 2 of image display device>
Next, the configuration of the optical system such as the light source device 13 housed in the case will be described in detail with reference to FIGS. 18(a) and 18(b) as well as FIG. 17.

図17および図18には、光源を構成するLED14a、14bが示されており、これらはコリメータ15に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このコリメータ15は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、このコリメータ15は、図18(b)にも示すように、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面156を有すると共に、その頂部(LED基板に接する側)におけるその中央部に、凸部(即ち、凸レンズ面)157を形成した凹部153を有する。 17 and 18 show LEDs 14a and 14b constituting a light source, which are attached to a predetermined position with respect to the collimator 15. Note that each of the collimators 15 is made of a translucent resin such as acrylic. As shown in FIG. 18(b), this collimator 15 has an outer circumferential surface 156 with a conical convex shape obtained by rotating a parabolic cross section, and the center of the collimator 15 at its top (the side in contact with the LED board). It has a concave portion 153 in which a convex portion (that is, a convex lens surface) 157 is formed.

また、コリメータ15の平面部(上記の頂部とは逆の側)の中央部には、外側に突出した凸レンズ面(あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い)154を有している。なお、コリメータ15の円錐形状の外周面を形成する放物面156は、LED14a、14bから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。 The collimator 15 has a convex lens surface (or a concave lens surface recessed inward) 154 that protrudes outward at the center of the plane portion (the side opposite to the above-mentioned top portion). Note that the paraboloid 156 forming the conical outer circumferential surface of the collimator 15 is set within an angle range that allows total reflection of the light emitted from the LEDs 14a and 14b in the peripheral direction, or, A reflective surface is formed.

また、LED14a、14bは、その回路基板である、LED基板102の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このLED基板102は、コリメータ15に対して、その表面上のLED14aまたは14bが、それぞれ、その凹部153の中央部に位置するように配置されて固定される。 Further, the LEDs 14a and 14b are respectively arranged at predetermined positions on the surface of the LED board 102, which is the circuit board thereof. This LED board 102 is arranged and fixed to the collimator 15 such that the LEDs 14a or 14b on the surface thereof are located at the center of the recess 153, respectively.

かかる構成によれば、上述したコリメータ15によって、LED14aまたは14bから放射される光のうち、特に、その中央部分から上方(図の右方向)に向かって放射される光は、コリメータ15の外形を形成する2つの凸レンズ面157、154により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、コリメータ15の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したコリメータ15によれば、LED14aまたは14bにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。 According to this configuration, among the light emitted from the LED 14a or 14b by the collimator 15 described above, especially the light emitted upward (to the right in the figure) from the central portion thereof, the outer shape of the collimator 15 is The two convex lens surfaces 157 and 154 converge the light into parallel light. Further, light emitted from other parts toward the periphery is reflected by the paraboloid that forms the conical outer peripheral surface of the collimator 15, and is similarly condensed into parallel light. In other words, with the collimator 15 having a convex lens in the center and a paraboloid in the periphery, it is possible to extract almost all of the light generated by the LED 14a or 14b as parallel light. , it becomes possible to improve the utilization efficiency of the generated light.

なお、コリメータ15の光の出射側には、偏光変換素子21が設けられている。偏光変換素子21は、偏光変換部材と称しても良い。この偏光変換素子21は、図18からも明らかなように、断面が平行四辺形である柱状(以下、平行四辺形柱)の透光性部材と、断面が三角形である柱状(以下、三角形柱)の透光性部材とを組み合わせ、コリメータ15からの平行光の光軸に対して直交する面に平行に、複数、アレイ状に配列して構成されている。更に、これらアレイ状に配列された隣接する透光性部材間の界面には、交互に、偏光ビームスプリッタ(以下、「PBS膜」と省略する)211と反射膜212とが設けられている。また、偏光変換素子21へ入射してPBS膜211を透過した光が出射する出射面には、λ/2位相板213が備えられている。 Note that a polarization conversion element 21 is provided on the light output side of the collimator 15. The polarization conversion element 21 may also be referred to as a polarization conversion member. As is clear from FIG. 18, this polarization conversion element 21 consists of a columnar light-transmitting member having a parallelogram cross section (hereinafter referred to as a parallelogram column) and a columnar member having a triangular cross section (hereinafter referred to as a triangular column). ) and are arranged in a plurality in an array parallel to a plane perpendicular to the optical axis of the parallel light from the collimator 15. Furthermore, polarizing beam splitters (hereinafter abbreviated as "PBS films") 211 and reflective films 212 are alternately provided at the interfaces between adjacent light-transmitting members arranged in an array. Further, a λ/2 phase plate 213 is provided on the exit surface from which the light that has entered the polarization conversion element 21 and passed through the PBS film 211 exits.

この偏光変換素子21の出射面には、更に、図18(a)にも示す、矩形状の合成拡散ブロック16が設けられている。即ち、LED14aまたは14bから出射された光は、コリメータ15の働きにより平行光となって合成拡散ブロック16へ入射し、出射側のテクスチャー161により拡散された後、導光体17に到る。 The output surface of this polarization conversion element 21 is further provided with a rectangular synthetic diffusion block 16, also shown in FIG. 18(a). That is, the light emitted from the LED 14a or 14b becomes parallel light due to the action of the collimator 15, enters the composite diffusion block 16, is diffused by the texture 161 on the exit side, and then reaches the light guide 17.

導光体17は、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形(図18(b)参照)の棒状に形成された部材であり、そして、図17からも明らかなように、合成拡散ブロック16の出射面に第1の拡散板18aを介して対向する導光体光入射部(面)171と、斜面を形成する導光体光反射部(面)172と、第2の拡散板18bを介して、液晶表示素子である液晶表示パネル11と対向する導光体光出射部(面)173と、を備えている。 The light guide 17 is a rod-shaped member with a substantially triangular cross section (see FIG. 18(b)) made of a translucent resin such as acrylic, and as is clear from FIG. A light guide light incident part (surface) 171 facing the output surface of the diffusion block 16 via the first diffuser plate 18a, a light guide light reflection part (surface) 172 forming a slope, and a second diffuser. A light guide light emitting portion (surface) 173 is provided, which faces the liquid crystal display panel 11, which is a liquid crystal display element, through the plate 18b.

この導光体17の導光体光反射部(面)172には、その一部拡大図である図17にも示すように、多数の反射面172aと連接面172bとが交互に鋸歯状に形成されている。そして、反射面172a(図では右上がりの線分)は、図において一点鎖線で示す水平面に対してαn(n:自然数であり、本例では、例えば、1~130である)を形成しており、その一例として、ここでは、αnを43度以下(ただし、0度以上)に設定している。 As shown in FIG. 17, which is a partially enlarged view, the light guide light reflecting portion (surface) 172 of the light guide 17 has a large number of reflecting surfaces 172a and connecting surfaces 172b alternately arranged in a sawtooth shape. It is formed. The reflective surface 172a (line segment sloping upward to the right in the figure) forms αn (n: a natural number, for example, 1 to 130) with respect to the horizontal plane indicated by the dashed line in the figure. As an example, here αn is set to 43 degrees or less (however, 0 degrees or more).

一方、導光体17の導光体入射部(面)171は、図17に示すように光源側に傾斜した湾曲の凸形状に形成されている。 On the other hand, the light guide entrance part (surface) 171 of the light guide 17 is formed into a curved convex shape inclined toward the light source, as shown in FIG.

上記のような構成の光源装置13によれば、合成拡散ブロック16の出射面から出射された平行光は、第1の拡散板18aを介して拡散されて導光体17の導光体入射部(面)171に入射する。導光体17に入射した光は、図17からも明らかなように、導光体入射部(面)171に入射した際に上方に僅かに屈曲(偏向)しながら導光体光反射部(面)172に達し、導光体光反射部(面)172の反射面(172a)で反射して、図17の上方の出射面に設けた液晶表示パネル11へと到達する。 According to the light source device 13 configured as described above, the parallel light emitted from the output surface of the composite diffusion block 16 is diffused via the first diffusion plate 18a and reaches the light guide entrance portion of the light guide 17. (plane) 171. As is clear from FIG. 17, the light incident on the light guide 17 is slightly bent (deflected) upward when it enters the light guide incident part (surface) 171, and then passes through the light guide light reflection part ( The light reaches the light guide surface (surface) 172, is reflected by the reflective surface (172a) of the light guide light reflecting portion (surface) 172, and reaches the liquid crystal display panel 11 provided on the upper output surface in FIG.

以上に詳述した映像表示装置1によれば、光利用効率やその均一な照明特性をより向上すると同時に、モジュール化されたS偏光波の光源装置を含め、小型かつ低コストで製造することが可能となる。なお、上記の説明では、偏光変換素子21をコリメータ15の後に取り付けるものとして説明したが、本発明はそれに限定されることなく、液晶表示パネル11に到る光路中に設けることによっても、同様の作用・効果が得られる。 According to the video display device 1 described in detail above, it is possible to further improve the light utilization efficiency and its uniform illumination characteristics, and at the same time, it can be manufactured in a small size and at low cost, including a modular S-polarized light source device. It becomes possible. In the above description, the polarization conversion element 21 was described as being attached after the collimator 15, but the present invention is not limited thereto, and the same effect can be achieved by providing it in the optical path leading to the liquid crystal display panel 11. Effects and effects can be obtained.

なお、導光体光反射部(面)172には、多数の反射面172aと連接面172bとが交互に鋸歯状に形成されており、照明光束は、各々の反射面172a上で全反射されて上方に向かい、更には、導光体光出射部(面)173には挟角拡散板を設けて略平行な拡散光束として指向特性を調整する光方向変換パネル54に入射し、斜め方向から液晶表示パネル11へ入射する。本実施例では光方向変換パネル54を導光体出射面173と液晶表示パネル11の間に設けたが、液晶表示パネル11の出射面に設けても、同様の効果が得られる。 Note that the light guide light reflecting portion (surface) 172 has a large number of reflecting surfaces 172a and connecting surfaces 172b alternately formed in a sawtooth shape, and the illumination light flux is totally reflected on each reflecting surface 172a. Furthermore, a narrow-angle diffuser plate is provided on the light guide light emitting part (surface) 173, and the light enters the light direction conversion panel 54 that adjusts the directivity as a substantially parallel diffused light flux, and from an oblique direction. The light enters the liquid crystal display panel 11. In this embodiment, the light direction conversion panel 54 is provided between the light guide output surface 173 and the liquid crystal display panel 11, but the same effect can be obtained even if it is provided on the output surface of the liquid crystal display panel 11.

<映像表示装置の例2の光源装置の例2>
光源装置13等の光学系の構成について、他の例を図19に示す。図19に示す光学系も、図18に示した例と同様に、光源を構成する複数(本例では、2個)のLED14a、14bが示されており、これらはコリメータ15に対して所定の位置に取り付けられている。なお、このコリメータ15は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂により形成されている。そして、図18に示した例と同様に、このコリメータ15は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面156を有すると共に、その頂部では、その中央部に凸部(即ち、凸レンズ面)157を形成した凹部153を有する。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面(あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い)154を有している。なお、コリメータ15の円錐形状の外周面を形成する放物面156は、LED14aから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。
<Example 2 of light source device of Example 2 of image display device>
Another example of the configuration of the optical system such as the light source device 13 is shown in FIG. Similarly to the example shown in FIG. 18, the optical system shown in FIG. mounted in position. Note that each of the collimators 15 is made of a translucent resin such as acrylic. Similarly to the example shown in FIG. 18, this collimator 15 has an outer circumferential surface 156 with a conical convex shape obtained by rotating a parabolic cross section, and has a convex portion (i.e., It has a concave portion 153 in which a convex lens surface 157 is formed. Further, in the center of the plane part, there is a convex lens surface (or a concave lens surface concave inward) 154 that projects outward. Note that the paraboloid 156 forming the conical outer peripheral surface of the collimator 15 is set within an angle range that allows total internal reflection of the light emitted from the LED 14a in the peripheral direction, or is set as a reflective surface. is formed.

また、LED14a、14bは、その回路基板である、LED基板102の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このLED基板102は、コリメータ15に対して、その表面上のLED14aまたは14bが、それぞれ、その凹部153の中央部に位置するように配置されて固定される。 Further, the LEDs 14a and 14b are respectively arranged at predetermined positions on the surface of the LED board 102, which is the circuit board thereof. This LED board 102 is arranged and fixed to the collimator 15 such that the LEDs 14a or 14b on the surface thereof are located at the center of the recess 153, respectively.

かかる構成によれば、上述したコリメータ15によって、LED14aまたは14bから放射される光のうち、特に、その中央部分から上方(図の右方向)に向かって放射される光は、コリメータ15の外形を形成する2つの凸レンズ面157、154により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、コリメータ15の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したコリメータ15によれば、LED14aまたは14bにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。 According to this configuration, among the light emitted from the LED 14a or 14b by the collimator 15 described above, especially the light emitted upward (to the right in the figure) from the central portion thereof, the outer shape of the collimator 15 is The two convex lens surfaces 157 and 154 converge the light into parallel light. Further, light emitted from other parts toward the periphery is reflected by the paraboloid that forms the conical outer peripheral surface of the collimator 15, and is similarly condensed into parallel light. In other words, with the collimator 15 having a convex lens in the center and a paraboloid in the periphery, it is possible to extract almost all of the light generated by the LED 14a or 14b as parallel light. , it becomes possible to improve the utilization efficiency of the generated light.

なお、コリメータ15の光の出射側には第一の拡散板18aを介して導光体170が設けられている。導光体170は、例えばアクリル等の透光性の樹脂により断面が略三角形(図19(a)参照)の棒状に形成された部材であり、そして、図19(a)からも明らかなように、拡散ブロック16の出射面に第1の拡散板18aを介して対向する導光体光170の入射部(面)171と、斜面を形成する導光体光反射部(面)172と、反射式偏光板200を介して液晶表示素子である液晶表示パネル11と対向する導光体光出射部(面)173とを備えている。 Note that a light guide 170 is provided on the light output side of the collimator 15 via a first diffuser plate 18a. The light guide 170 is a rod-shaped member with a substantially triangular cross section (see FIG. 19(a)) made of a translucent resin such as acrylic, and as is clear from FIG. 19(a). , an incident part (surface) 171 of the light guide light 170 facing the output surface of the diffusion block 16 via the first diffuser plate 18a, and a light guide light reflection part (surface) 172 forming a slope; It includes a light guide light emitting part (surface) 173 that faces a liquid crystal display panel 11 which is a liquid crystal display element with a reflective polarizing plate 200 interposed therebetween.

この反射型偏光板200は、例えばP偏光を反射(S偏光は透過)させる特性を有する物を選択すれば、光源であるLEDから発した自然光のうちP偏光を反射し、図19(b)に示した導光体光反射部172に設けたλ/4板202を通過して反射面201で反射し、再びλ/4板202を通過することでS偏光に変換され、液晶表示パネル11に入射する光束は全てS偏光に統一される。 If this reflective polarizing plate 200 is selected to have a property of reflecting P-polarized light (transmitting S-polarized light), for example, it will reflect P-polarized light out of the natural light emitted from the LED that is the light source, as shown in FIG. 19(b). It passes through the λ/4 plate 202 provided in the light guide light reflecting section 172 shown in FIG. All the light beams incident on the light beam are unified into S-polarized light.

同様に、反射型偏光板200としてS偏光を反射(P偏光は透過)させる特性を有する物を選択すれば、光源であるLEDから発した自然光のうちS偏光を反射し、図19(b)に示した導光体光反射部172に設けたλ/4板202を通過して反射面201で反射し、再びλ/4板202を通過することでP偏光に変換され、液晶表示パネル52に入射する光束は全てP偏光に統一される。以上述べた構成でも偏光変換が実現できる。 Similarly, if a reflective polarizing plate 200 is selected that has the property of reflecting S-polarized light (transmitting P-polarized light), it will reflect S-polarized light out of the natural light emitted from the LED as the light source, as shown in FIG. 19(b). It passes through the λ/4 plate 202 provided in the light guide light reflecting section 172 shown in FIG. All the light beams incident on the light beam are unified into P-polarized light. Polarization conversion can also be achieved with the configuration described above.

<映像表示装置の例3>
続いて、図16を用いて、映像表示装置1の具体的な構成の他の例(映像表示装置の例3)を説明する。この映像表示装置1の光源装置は、LEDからの光(P偏光とS偏光が混在)の発散光束をコリメータ18により略平行光束に変換し、反射型導光体304の反射面により液晶表示パネル11に向け反射する。反射光は、液晶表示パネル11と反射型導光体304の間に配置された反射型偏光板49に入射する。
<Example 3 of video display device>
Next, another example of the specific configuration of the video display device 1 (example 3 of the video display device) will be described using FIG. 16. The light source device of this image display device 1 converts the diverging light flux of light (P polarized light and S polarized light mixed) from the LED into a substantially parallel light flux using the collimator 18, and uses the reflective surface of the reflective light guide 304 to display the liquid crystal display panel. Reflect towards 11. The reflected light enters a reflective polarizing plate 49 placed between the liquid crystal display panel 11 and the reflective light guide 304 .

反射型偏光板49では特定の偏波(例えばP偏光)は透過して液晶表示パネル11に入射する。反射型偏光板で他方の偏波(例えばS偏光)は反射され再び反射型導光体304へ向かう。反射型偏光板49は、反射型導光体304の反射面からの光の主光線に対して垂直とならないよう傾きを以て設置されており、反射型偏光板49で反射された光の主光線は、反射型導光体304の透過面に入射する。 A specific polarized light (for example, P-polarized light) is transmitted through the reflective polarizing plate 49 and enters the liquid crystal display panel 11 . The other polarized light (for example, S-polarized light) is reflected by the reflective polarizing plate and heads toward the reflective light guide 304 again. The reflective polarizing plate 49 is installed at an angle so as not to be perpendicular to the principal ray of light from the reflective surface of the reflective light guide 304, and the principal ray of light reflected by the reflective polarizing plate 49 is , is incident on the transmission surface of the reflective light guide 304.

反射型導光体304の透過面に入射した光は、反射型導光体304の背面を透過し、位相差板であるλ/4板270を透過し、反射板271で反射される。反射板271で反射された光は、再びλ/4板270を透過し、反射型導光体304の透過面を透過する。反射型導光体304の透過面を透過した光は再び反射型偏光板49に入射する。 The light incident on the transmission surface of the reflective light guide 304 passes through the back surface of the reflective light guide 304, passes through the λ/4 plate 270, which is a retardation plate, and is reflected by the reflection plate 271. The light reflected by the reflection plate 271 passes through the λ/4 plate 270 again, and then passes through the transmission surface of the reflective light guide 304. The light transmitted through the transmission surface of the reflective light guide 304 enters the reflective polarizing plate 49 again.

このとき、反射型偏光板49に再度入射する光は、λ/4板270を2回通過しているため、反射型偏光板49を透過する偏波(例えば、P偏光)へ偏光が変換されている。よって、偏光が変換されている光は反射型偏光板49を透過し、液晶表示パネル11に入射する。なお、偏光変換に係る偏光設計について、上述の説明から偏波を逆に構成(S偏光とP偏光を逆にする)してもかまわない。 At this time, the light that enters the reflective polarizing plate 49 again passes through the λ/4 plate 270 twice, so the polarization is converted to polarized light (for example, P polarized light) that passes through the reflective polarizing plate 49. ing. Therefore, the polarized light passes through the reflective polarizing plate 49 and enters the liquid crystal display panel 11. Note that with respect to polarization design related to polarization conversion, the polarization may be configured to be reversed (S-polarized light and P-polarized light are reversed) from the above explanation.

この結果、LEDからの光は特定の偏波(例えばP偏光)に揃えられ、液晶表示パネル11に入射し、映像信号に合わせて輝度変調されパネル面に映像を表示する。上述の例と同様に光源を構成する複数のLEDが設けられており(ただし、縦断面のため図16ではLEDを1個のみ図示している)、これらはコリメータ18に対して所定の位置に取り付けられている。 As a result, the light from the LED is aligned to a specific polarization (for example, P polarization), enters the liquid crystal display panel 11, and is modulated in brightness according to the video signal to display an image on the panel surface. As in the above example, a plurality of LEDs constituting the light source are provided (however, only one LED is shown in FIG. 16 due to the vertical section), and these are placed at a predetermined position with respect to the collimator 18. installed.

なお、コリメータ18は、各々、例えばアクリル等の透光性の樹脂またはガラスにより形成されている。そして、このコリメータ18は、放物断面を回転して得られる円錐凸形状の外周面を有してもよい。その頂部では、その中央部に凸部(即ち、凸レンズ面)を形成した凹部を有してもよい。また、その平面部の中央部には、外側に突出した凸レンズ面(あるいは、内側に凹んだ凹レンズ面でも良い)を有している。なお、コリメータ18の円錐形状の外周面を形成する放物面は、LEDから周辺方向に出射する光をその内部で全反射することが可能な角度の範囲内において設定され、あるいは、反射面が形成されている。 Note that the collimators 18 are each made of a translucent resin such as acrylic, or glass. The collimator 18 may have a conical convex outer peripheral surface obtained by rotating a parabolic cross section. The top portion may have a concave portion with a convex portion (ie, a convex lens surface) formed in the center thereof. Further, the central portion of the flat portion has a convex lens surface projecting outward (or a concave lens surface concave inward). Note that the paraboloid that forms the conical outer circumferential surface of the collimator 18 is set within an angle range that allows total internal reflection of the light emitted from the LED in the peripheral direction, or the parabolic surface is It is formed.

なお、LEDは、その回路基板である、LED基板102の表面上の所定の位置にそれぞれ配置されている。このLED基板102は、コリメータ18に対して、その表面上のLEDが、それぞれ、円錐凸形状の頂部の中央部(頂部に凹部が有る場合はその凹部)に位置するように配置されて固定される。 Note that the LEDs are arranged at predetermined positions on the surface of the LED board 102, which is a circuit board thereof. This LED board 102 is arranged and fixed to the collimator 18 so that the LEDs on its surface are located at the center of the conical convex top (or in the recess if the top has a recess). Ru.

かかる構成によれば、コリメータ18によって、LEDから放射される光のうち、特に、その中央部分から放射される光は、コリメータ18の外形を形成する凸レンズ面により集光されて平行光となる。また、その他の部分から周辺方向に向かって出射される光は、コリメータ18の円錐形状の外周面を形成する放物面によって反射され、同様に、集光されて平行光となる。換言すれば、その中央部に凸レンズを構成すると共に、その周辺部に放物面を形成したコリメータ18によれば、LEDにより発生された光のほぼ全てを平行光として取り出すことが可能となり、発生した光の利用効率を向上することが可能となる。 According to this configuration, among the light emitted from the LED by the collimator 18, especially the light emitted from the central portion thereof is focused by the convex lens surface forming the outer shape of the collimator 18, and becomes parallel light. Further, the light emitted toward the peripheral direction from other parts is reflected by the paraboloid that forms the conical outer peripheral surface of the collimator 18, and is similarly condensed into parallel light. In other words, the collimator 18, which has a convex lens in its center and a paraboloid in its periphery, makes it possible to extract almost all of the light generated by the LED as parallel light. This makes it possible to improve the efficiency of using the light.

以上の構成は、図17、図18等に示した映像表示装置の光源装置と同様の構成である。さらに、図16に示したコリメータ18により略平行光に変換された光は、反射型導光体304で反射される。当該光のうち、反射型偏光板49の作用により特定の偏波の光は反射型偏光板49を透過し、反射型偏光板49の作用により反射された他方の偏波の光は、再度導光体304を透過する。当該光は、反射型導光体304に対して、液晶表示パネル11とは逆の位置にある反射板271で反射する。この時、当該光は位相差板であるλ/4板270を2度通過することで偏光変換される。 The above configuration is similar to the light source device of the video display device shown in FIGS. 17, 18, etc. Furthermore, the light converted into substantially parallel light by the collimator 18 shown in FIG. 16 is reflected by the reflective light guide 304. Of the light, a specific polarized light is transmitted through the reflective polarizing plate 49 by the action of the reflective polarizing plate 49, and the other polarized light reflected by the action of the reflective polarizing plate 49 is guided again. It passes through the light body 304. The light is reflected by a reflection plate 271 located at a position opposite to the liquid crystal display panel 11 with respect to the reflective light guide 304 . At this time, the light passes twice through the λ/4 plate 270, which is a retardation plate, to undergo polarization conversion.

反射板271で反射した光は、再び導光体304を透過して、反対面に設けた反射型偏光板49に入射する。当該入射光は、偏光変換がなされているので、反射型偏光板49を透過して、偏光方向を揃えて液晶表示パネル11に入射させられる。この結果、光源の光を全て利用できるので、光の幾何光学的な利用効率が2倍になる。また、反射型偏光板の偏光度(消光比)もシステム全体の消光比に乗せられるので、本実施例の光源装置を用いることで、表示装置全体としてのコントラスト比が大幅に向上する。 The light reflected by the reflecting plate 271 passes through the light guide 304 again and enters the reflective polarizing plate 49 provided on the opposite surface. Since the incident light has undergone polarization conversion, it passes through the reflective polarizing plate 49 and enters the liquid crystal display panel 11 with the polarization direction aligned. As a result, all the light from the light source can be used, so the geometrical optical usage efficiency of light is doubled. Further, since the degree of polarization (extinction ratio) of the reflective polarizing plate is added to the extinction ratio of the entire system, by using the light source device of this embodiment, the contrast ratio of the entire display device is significantly improved.

なお、反射型導光体304の反射面の面粗さおよび反射板271の面粗さを調整することで、それぞれの反射面での光の反射拡散角を調整することができる。液晶表示パネル11に入射する光の均一性がより好適になるように、設計毎に、反射型導光体304の反射面の面粗さおよび反射板271の面粗さを調整すればよい。 Note that by adjusting the surface roughness of the reflective surface of the reflective light guide 304 and the surface roughness of the reflective plate 271, the angle of reflection and diffusion of light on each reflective surface can be adjusted. The surface roughness of the reflective surface of the reflective light guide 304 and the surface roughness of the reflector plate 271 may be adjusted for each design so that the uniformity of light incident on the liquid crystal display panel 11 becomes more suitable.

なお、図16で説明した例では、位相差板であるλ/4板270は、λ/4板270へ垂直に入射した偏光に対する位相差がλ/4である構成としたが、必ずしも、このような構成である必要はない。図16の構成において、λ/4板270は、偏光が2回通過することで、位相が90°(λ/2)変わる位相差板であればよい。また、位相差板の厚さは、偏光の入射角度分布に応じて調整すればよい。 In the example explained with reference to FIG. 16, the λ/4 plate 270, which is a retardation plate, has a configuration in which the phase difference with respect to polarized light incident perpendicularly to the λ/4 plate 270 is λ/4, but this is not necessarily the case. It is not necessary to have such a configuration. In the configuration of FIG. 16, the λ/4 plate 270 may be any retardation plate whose phase changes by 90° (λ/2) when polarized light passes through it twice. Further, the thickness of the retardation plate may be adjusted depending on the incident angle distribution of polarized light.

<映像表示装置の例4>
さらに、表示装置の光源装置等の光学系の構成についての他の例(映像表示装置の例4)を、図25を用いて説明する。図25は、映像表示装置の例3の光源装置において、反射型導光体304の代わりに拡散シートを用いる場合の構成例を示す。
<Example 4 of video display device>
Furthermore, another example (Example 4 of video display device) of the configuration of an optical system such as a light source device of a display device will be described using FIG. 25. FIG. 25 shows a configuration example in which a diffusion sheet is used instead of the reflective light guide 304 in the light source device of Example 3 of the video display device.

具体的には、コリメータ18の光の出射側には図面の垂直方向と水平方向(図の前後方向で図示せず)の拡散特性を変換する光学シートを2枚用い(光学シート207Aおよび光学シート207B)、コリメータ18からの光を2枚の光学シート(拡散シート)の間に入射させる。この光学シートは、2枚構成ではなく1枚としてもよい。1枚構成とする場合には、1枚の光学シートの表面と裏面の微細形状で垂直と水平の拡散特性を調整する。 Specifically, on the light output side of the collimator 18, two optical sheets are used (an optical sheet 207A and an optical sheet 207B), the light from the collimator 18 is made to enter between two optical sheets (diffusion sheets). The number of this optical sheet may be one instead of two. In the case of a single optical sheet configuration, the vertical and horizontal diffusion characteristics are adjusted by the fine shapes on the front and back surfaces of the single optical sheet.

また、拡散シートを複数枚使用して、拡散の作用を各々の拡散シートに分担させる構成としても良い。ここで、図25の例では、光学シート207Aと光学シート207Bの表面形状と裏面形状による反射拡散特性について、液晶表示パネル11から出射する光束の面密度が均一になるように、LEDの数量とLED基板(光学素子)102からの発散角およびコリメータ18の光学仕様を設計パラメータとして最適設計すると良い。すなわち、導光体の代わりに複数の拡散シートの表面形状により拡散特性を調整する。 Alternatively, a configuration may be adopted in which a plurality of diffusion sheets are used and the diffusion function is shared among each diffusion sheet. Here, in the example of FIG. 25, the number of LEDs is adjusted so that the surface density of the luminous flux emitted from the liquid crystal display panel 11 is uniform, regarding the reflection and diffusion characteristics due to the surface shape and back surface shape of the optical sheet 207A and the optical sheet 207B. It is preferable to optimally design the divergence angle from the LED board (optical element) 102 and the optical specifications of the collimator 18 as design parameters. That is, the diffusion characteristics are adjusted by the surface shape of a plurality of diffusion sheets instead of the light guide.

図25に示す例では、偏光変換は、上述した表示装置の例3と同様の方法で行われる。すなわち、図25の例において、反射型偏光板49は、S偏光を反射(P偏光は透過)させる特性を有するように構成すればよい。その場合、光源であるLEDから発した光のうちP偏光を透過して、透過した光は液晶表示パネル11に入射する。光源であるLEDから発した光のうちS偏光を反射し、反射した光は、図25に示した位相差板270を通過する。 In the example shown in FIG. 25, polarization conversion is performed in a manner similar to display example 3 described above. That is, in the example of FIG. 25, the reflective polarizing plate 49 may be configured to have a characteristic of reflecting S-polarized light (transmitting P-polarized light). In that case, the P-polarized light of the light emitted from the LED serving as the light source is transmitted, and the transmitted light is incident on the liquid crystal display panel 11 . Of the light emitted from the LED, which is a light source, S-polarized light is reflected, and the reflected light passes through a retardation plate 270 shown in FIG.

そして、位相差板270を通過した光は、反射板271で反射される。反射板271で反射した光は、再び位相差板270を通過することで、P偏光に変換される。偏光変換された光は、反射型変更板49を透過し、液晶表示パネル11に入射する。なお、図25の位相差板であるλ/4板270は、必ずしもλ/4板270へ垂直に入射した偏光に対する位相差がλ/4である必要はない。図25の構成において、λ/4板270は、偏光が2回通過することで、位相が90°(λ/2)変わる位相差板であればよい。位相差板の厚さは、偏光の入射角度分布に応じて調整すればよい。なお、図25においても、偏光変換に係る偏光設計について、上述の説明から偏波を逆に構成(S偏光とP偏光を逆にする構成と)してもかまわない。 Then, the light that has passed through the retardation plate 270 is reflected by the reflection plate 271. The light reflected by the reflection plate 271 passes through the retardation plate 270 again and is converted into P-polarized light. The polarization-converted light passes through the reflective change plate 49 and enters the liquid crystal display panel 11. Note that the λ/4 plate 270, which is a retardation plate in FIG. 25, does not necessarily have to have a phase difference of λ/4 with respect to the polarized light incident perpendicularly to the λ/4 plate 270. In the configuration of FIG. 25, the λ/4 plate 270 may be any retardation plate whose phase changes by 90° (λ/2) when polarized light passes through it twice. The thickness of the retardation plate may be adjusted depending on the incident angle distribution of polarized light. Note that in FIG. 25 as well, regarding the polarization design related to polarization conversion, the polarization may be configured to be reversed (S-polarized light and P-polarized light are reversed) from the above description.

液晶表示パネル11からの出射光は、一般的なTV用途の装置では、例えば図22(A)中の「従来特性(X方向)」および図22(B)中の「従来特性(Y方向)」のプロット曲線に示すように、画面水平方向(図22(A)のグラフのX軸に対応した表示方向)と画面垂直方向(図22(B)のグラフのY軸に対応した表示方向)とで、互いに同様な拡散特性を有する。 In a device for general TV use, the light emitted from the liquid crystal display panel 11 has, for example, the "conventional characteristic (X direction)" in FIG. 22(A) and the "conventional characteristic (Y direction)" in FIG. 22(B). '', the screen horizontal direction (display direction corresponding to the X-axis of the graph in FIG. 22(A)) and the screen vertical direction (display direction corresponding to the Y-axis of the graph in FIG. 22(B)) and have similar diffusion characteristics.

これに対して、本実施例の液晶表示パネルからの出射光束の拡散特性は、例えば図22(A)中の「例1(X方向)」および図22(B)中の「例1(Y方向)」のプロット曲線に示すような拡散特性となる。 On the other hand, the diffusion characteristics of the emitted light flux from the liquid crystal display panel of this example are, for example, "Example 1 (X direction)" in FIG. 22(A) and "Example 1 (Y direction)" in FIG. 22(B). The diffusion characteristics are as shown in the plot curve of ``direction)''.

一具体例では、正面視(角度0度)の輝度に対して50%の輝度(約半分に低下する輝度)になる視野角が13度となるように設定した場合、一般的な家庭用のTV用途の装置の拡散特性(角度62度)に対して約1/5の角度となる。同様に、垂直方向の視野角を上側と下側とで不均等に設定する場合の一例では、上側の視野角を下側の視野角に対して1/3程度に抑える(狭くする)ように、反射型導光体の反射角度や反射面の面積等を最適化する。 In one specific example, if the viewing angle is set to 13 degrees at which the brightness is 50% of the brightness when viewed from the front (angle of 0 degrees) (brightness reduced by about half), The angle is approximately 1/5 of the diffusion characteristic (angle of 62 degrees) of a device for TV use. Similarly, in an example where the vertical viewing angle is set unevenly between the upper and lower sides, the upper viewing angle may be suppressed (narrowed) to about 1/3 of the lower viewing angle. , optimize the reflection angle of the reflective light guide, the area of the reflective surface, etc.

上記のような視野角等の設定が行われることにより、従来の液晶TVに比べ、ユーザの観視方向に向かう映像の光量が格段に増加(映像の明るさの点で大幅に向上)し、かかる映像の輝度は50倍以上となる。 By setting the viewing angle, etc. as described above, compared to conventional LCD TVs, the amount of light directed toward the user's viewing direction is significantly increased (significantly improved in terms of image brightness). The brightness of such an image is 50 times or more.

更に、図22の「例2」に示す視野角特性とした場合、正面視(角度0度)で得られる映像の輝度に対して50%の輝度(約半分に低下する輝度)になる視野角が5度となるように設定した場合、一般的な家庭用のTV用途の装置の拡散特性(角度62度)に対して約1/12の角度(狭い視野角)となる。同様に、垂直方向の視野角を上側と下側とで均等に設定する場合の一例では、かかる垂直方向の視野角を従来に対して1/12程度に抑える(狭くする)ように、反射型導光体の反射角度と反射面の面積等を最適化する。 Furthermore, in the case of the viewing angle characteristics shown in "Example 2" in FIG. 22, the viewing angle is such that the brightness is 50% of the brightness of the image obtained in front view (angle of 0 degrees) (brightness reduced to approximately half). If it is set to be 5 degrees, the angle will be about 1/12 (narrow viewing angle) of the diffusion characteristic (angle of 62 degrees) of a device for general home TV use. Similarly, in an example where the vertical viewing angle is set equally on the upper and lower sides, reflective type Optimize the reflection angle of the light guide and the area of the reflection surface.

このような設定が行われることにより、従来の液晶TVに比べ、観視方向(ユーザの視線方向)に向かう映像の輝度(光量)が大幅に向上し、かかる映像の輝度は100倍以上となる。 By making these settings, the brightness (amount of light) of images directed toward the viewing direction (direction of the user's line of sight) is significantly improved compared to conventional LCD TVs, and the brightness of such images is more than 100 times higher. .

以上述べたように、視野角を挟角とすることで、観視方向に向かう光束量を集中できるので、光の利用効率が大幅に向上する。この結果、一般的なTV用途の液晶表示パネルを使用しても、光源装置の光拡散特性を調整することで同様な消費電力で大幅な輝度向上が実現可能で、明るい屋外に向けての情報表示システムに対応した映像表示装置とすることができる。 As described above, by making the viewing angle a narrow angle, the amount of luminous flux directed toward the viewing direction can be concentrated, so that the efficiency of light utilization is greatly improved. As a result, even if a liquid crystal display panel for general TV use is used, by adjusting the light diffusion characteristics of the light source device, it is possible to achieve a significant increase in brightness with the same power consumption. It can be a video display device compatible with the display system.

大型の液晶表示パネルを使用する場合には、画面周辺の光は画面中央を観視者が正対した場合に観視者の方向に向かうように内側に向けることで、画面明るさの全面性が向上する。図20は、液晶表示パネルから観視者までの距離Lと、映像表示装置のパネルサイズ(画面比16:10)と、をパラメータとしたときの液晶表示パネル長辺と液晶表示パネル短辺との収斂角度を求めたものである。 When using a large LCD panel, the light around the screen is directed inward toward the viewer when the center of the screen is directly facing the viewer, thereby increasing the overall brightness of the screen. will improve. FIG. 20 shows the long side of the liquid crystal display panel and the short side of the liquid crystal display panel when the distance L from the liquid crystal display panel to the viewer and the panel size of the video display device (screen ratio 16:10) are used as parameters. The convergence angle is calculated.

図20中の上側に示す図では、液晶表示パネルの画面を縦長(以下、「縦使い」とも称する)として映像を観視する場合を前提としている。この場合には、液晶表示パネルの短辺(適宜、図20中の矢印V方向を参照)に合わせて収斂角度を設定すればよい。より具体的な例としては、図20中のプロットグラフに参照されるように、例えば、22“パネルの縦使いで観視距離が0.8mの場合には、収斂角度を10度に設定することにより、画面の各隅(4コーナー)からの映像光を、観視者に向けて効果的に投射ないし出力することができる。 The diagram shown in the upper part of FIG. 20 assumes that the image is viewed with the screen of the liquid crystal display panel in portrait orientation (hereinafter also referred to as "portrait orientation"). In this case, the convergence angle may be set in accordance with the short side of the liquid crystal display panel (as appropriate, refer to the direction of arrow V in FIG. 20). As a more specific example, as shown in the plot graph in FIG. 20, for example, when a 22" panel is used vertically and the viewing distance is 0.8 m, the convergence angle is set to 10 degrees. As a result, image light from each corner (four corners) of the screen can be effectively projected or output toward the viewer.

同様に、15”パネルの縦使いで観視する場合には観視距離が0.8mの場合には収斂角度を7度とすれば画面4コーナからの映像光を有効に観視者に向けることができる。以上述べたように、液晶表示パネルのサイズ及び縦使いか横使いかによって画面周辺の映像光を、画面中央を観視するのに最適な位置にいる観視者に向けることで、画面明るさの全面性を向上できる。 Similarly, when viewing a 15" panel vertically and the viewing distance is 0.8m, setting the convergence angle to 7 degrees will effectively direct the image light from the four corners of the screen toward the viewer. As mentioned above, depending on the size of the LCD panel and whether it is used vertically or horizontally, the image light around the screen can be directed to the viewer who is in the optimal position to view the center of the screen. , the overall screen brightness can be improved.

基本構成としては、上述の図16などに示すように光源装置により挟角な指向特性の光束を液晶表示パネル11に入射させ、映像信号に合わせて輝度変調することで、液晶表示パネル11の画面上に表示した映像情報を、再帰反射部材で反射させ得られた空間浮遊映像を、透明な部材100を介して室外または室内に表示する。 As for the basic configuration, as shown in FIG. A spatially floating image obtained by reflecting the image information displayed above on a retroreflective member is displayed outdoors or indoors via a transparent member 100.

以下、光源装置の別の例について複数の例を説明する。これらの光源装置の別の例は、いずれも上述した映像表示装置の例の光源装置に変えて採用してもよい。 Hereinafter, a plurality of other examples of the light source device will be described. Any of these other examples of the light source device may be adopted in place of the light source device of the example of the video display device described above.

<光源装置の別の例1>
図26(a)及び図26(b)を参照して、光源装置の別の例について説明する。図26(a)は、導光体311を説明するために、液晶表示パネル11と拡散板206の一部を省略した図である。
<Another example 1 of light source device>
Another example of the light source device will be described with reference to FIGS. 26(a) and 26(b). FIG. 26A is a diagram in which a portion of the liquid crystal display panel 11 and the diffusion plate 206 are omitted in order to explain the light guide 311.

図26は、光源を構成するLED14が基板102に備え付けられた状態を示している。これらLED14および基板102は、リフレクタ300に対して所定の位置に取り付けられている。 FIG. 26 shows a state in which the LED 14 constituting the light source is attached to the substrate 102. These LEDs 14 and substrate 102 are attached to the reflector 300 at predetermined positions.

図26(a)に示すように、LED14は、リフレクタ300が配置される側の液晶表示パネル11の辺(この例では短辺)と平行な方向に、一列に配置される。図示の例では、かかるLEDの配置と対応して、リフレクタ300が配置されている。なお、リフレクタ300は複数配置されてもよい。 As shown in FIG. 26(a), the LEDs 14 are arranged in a line in a direction parallel to the side (the short side in this example) of the liquid crystal display panel 11 on which the reflector 300 is arranged. In the illustrated example, a reflector 300 is arranged corresponding to the arrangement of the LEDs. Note that a plurality of reflectors 300 may be arranged.

一具体例では、リフレクタ300は、各々、プラスチック材料により形成されている。他の例として、リフレクタ300は、金属材料やガラス材料で形成してもよいが、プラスチック材料の方が成型しやすいため、本実施例ではプラスチック材料のものを用いる。 In one embodiment, reflectors 300 are each formed from a plastic material. As another example, the reflector 300 may be formed of a metal material or a glass material, but since a plastic material is easier to mold, a plastic material is used in this embodiment.

図26(b)に示すように、リフレクタ300の内側(同図中の右側)の面は、放物面を子午面で切り取った形状の反射面(以下は「放物面」と称する場合がある)305を備える。リフレクタ300は、LED14から出射される発散光を、上記の反射面305(放物面)で反射させることにより、略平行な光に変換し、変換された光を導光体311の端面に入射させる。一具体例では、導光体311は、透過型導光体である。 As shown in FIG. 26(b), the inner surface (the right side in the figure) of the reflector 300 is a reflecting surface in the shape of a paraboloid cut along the meridian plane (hereinafter sometimes referred to as a "paraboloid"). ) 305. The reflector 300 converts the diverging light emitted from the LED 14 into approximately parallel light by reflecting it on the reflecting surface 305 (paraboloid), and the converted light enters the end surface of the light guide 311. let In one specific example, light guide 311 is a transmissive light guide.

リフレクタ300の反射面は、LED14の出射光の光軸に対して非対称な形状である。また、リフレクタ300の反射面305は、上述のように放物面であり、かかる放物面の焦点にLEDを配置することで、反射後の光束を略平行光に変換する。 The reflective surface of the reflector 300 has an asymmetrical shape with respect to the optical axis of the light emitted from the LED 14. Further, the reflective surface 305 of the reflector 300 is a paraboloid as described above, and by arranging the LED at the focal point of the paraboloid, the reflected light beam is converted into substantially parallel light.

LED14は面光源であるため放物面の焦点に配置してもLEDからの発散光を完全な平行光に変換することはできないが、本願発明の光源の性能を左右することはない。LED14とリフレクタ300は一対のペアでありLED14の基板102への取り付け精度±40μmにおいて所定の性能を確保するためにはLEDの基板の取り付けは最大10個以下とすべきであり、量産性を考慮すれば5個程度に抑えると良い。 Since the LED 14 is a surface light source, even if it is placed at the focal point of a paraboloid, the diverging light from the LED cannot be converted into completely parallel light, but this does not affect the performance of the light source of the present invention. The LED 14 and the reflector 300 are a pair, and in order to ensure the specified performance with the mounting accuracy of the LED 14 to the board 102 of ±40 μm, the number of LEDs to be mounted on the board should be no more than 10 at most, considering mass production. If so, it's best to keep it to around 5.

LED14とリフレクタ300は一部において近接されるがリフレクタ300の開口側の空間へ放熱できるためLEDの温度上昇が低減できる。このためプラスチック成型品のリフレクタ300が使用可能となる。この結果、反射面の形状精度をガラス素材のリフレクタに比べ10倍以上向上できるので光利用効率を向上させることができる。 Although the LED 14 and the reflector 300 are partially located close to each other, heat can be radiated to the space on the opening side of the reflector 300, so that the temperature rise of the LED can be reduced. Therefore, the reflector 300 made of plastic molding can be used. As a result, the shape accuracy of the reflecting surface can be improved by more than 10 times compared to a reflector made of glass material, so that the light utilization efficiency can be improved.

一方、導光体311の底面303には反射面が設けられ、LED14からの光はリフレクタ300により平行光束に変換された後、当該反射面で反射し、導光体311に対向して配置された液晶表示パネル11に向け出射する。底面303に設けられた反射面には、図26に示したように、リフレクタ300からの平行光束の進行方向において、傾きの異なる複数の面があってもよい。傾きの異なる複数の面のそれぞれの面はリフレクタ300からの平行光束の進行方向に垂直な方向に延伸する形状を有してもよい。 On the other hand, a reflective surface is provided on the bottom surface 303 of the light guide 311, and the light from the LED 14 is converted into a parallel beam by the reflector 300, then reflected by the reflective surface, and is placed opposite the light guide 311. The light is emitted toward the liquid crystal display panel 11. As shown in FIG. 26, the reflective surface provided on the bottom surface 303 may have a plurality of surfaces having different inclinations in the traveling direction of the parallel light beam from the reflector 300. Each of the plurality of surfaces having different inclinations may have a shape extending in a direction perpendicular to the traveling direction of the parallel light beam from the reflector 300.

また、底面303に設けられた反射面の形状は平面形状でもよい。この時、液晶表示パネル11に対向した導光体311の面に設けた屈折面314により、導光体311の底面303に設けられた反射面で反射された光を屈折させて液晶表示パネル11に向かう光束の光量と出射方向を高精度に調整する。 Further, the shape of the reflective surface provided on the bottom surface 303 may be a planar shape. At this time, the refracting surface 314 provided on the surface of the light guide 311 facing the liquid crystal display panel 11 refracts the light reflected by the reflective surface provided on the bottom surface 303 of the light guide 311, so that the liquid crystal display panel 11 The light intensity and emission direction of the luminous flux directed toward the target are adjusted with high precision.

屈折面314は、図26に示したように、リフレクタ300からの平行光束の進行方向において、傾きの異なる複数の面があってもよい。傾きの異なる複数の面のそれぞれの面はリフレクタ300からの平行光束の進行方向に垂直な方向に延伸する形状を有してもよい。当該複数の面の傾きは、導光体311の底面303に設けられた反射面で反射された光を液晶表示パネル11に向かって屈折させる。また、屈折面314は、透過面としてもよい。 As shown in FIG. 26, the refracting surface 314 may have a plurality of surfaces having different inclinations in the traveling direction of the parallel light beam from the reflector 300. Each of the plurality of surfaces having different inclinations may have a shape extending in a direction perpendicular to the traveling direction of the parallel light beam from the reflector 300. The inclinations of the plurality of surfaces cause the light reflected by the reflective surface provided on the bottom surface 303 of the light guide 311 to be refracted toward the liquid crystal display panel 11 . Further, the refraction surface 314 may be a transmission surface.

なお、液晶表示パネル11の前に拡散板206がある場合は、前記反射面で反射された光は、屈折面314の前記複数の傾きにより拡散板206に向かって屈折される。すなわち、屈折面314が有する傾きが異なる複数の面の延伸方向と、底面303に設けられた反射面が有する傾きが異なる複数の面の延伸方向は平行である。両者の延伸方向を平行にすることにより、より好適に光の角度を調整することができる。他方、LED14は、金属性の基板102に半田付けする。このためLEDの発熱を、基板を介して空気中に放熱することが出来る。 Note that when the diffuser plate 206 is provided in front of the liquid crystal display panel 11, the light reflected by the reflective surface is refracted toward the diffuser plate 206 by the plurality of inclinations of the refracting surface 314. That is, the extending direction of the plurality of surfaces having different inclinations of the refractive surface 314 and the extending direction of the plurality of surfaces having different inclinations of the reflective surface provided on the bottom surface 303 are parallel. By making both stretching directions parallel, the angle of light can be adjusted more suitably. On the other hand, the LED 14 is soldered to the metallic substrate 102. Therefore, the heat generated by the LED can be radiated into the air through the substrate.

また、基板102にリフレクタ300が接していても良いが、空間を開けておいても良い。空間を開ける場合、リフレクタ300は筐体に接着させて配置される。空間を開けておくことでLEDの発熱を空気中に放熱でき、冷却効果が上がる。この結果、LEDの動作温度が低減できるので発光効率の維持と長寿命化を実現する。 Further, the reflector 300 may be in contact with the substrate 102, but a space may be left open. When opening a space, the reflector 300 is placed in a state where it is adhered to the casing. By leaving the space open, the heat generated by the LED can be dissipated into the air, increasing the cooling effect. As a result, the operating temperature of the LED can be reduced, thereby maintaining luminous efficiency and extending the lifespan.

<光源装置の別の例2>
続いて、図26に示した光源装置に対して、偏光変換を用いて光利用効率を1.8倍向上した光源装置に関する光学系の構成について、図27A(1)(2)及び図27B(1)(2)及び図27C及び図27D(1)(2)を参照しながら詳細に説明する。なお、図27A(1)においてサブリフレクタ308の図示は省略している。
<Another example 2 of light source device>
Next, we will discuss the configuration of an optical system for a light source device that uses polarization conversion to improve light utilization efficiency by 1.8 times compared to the light source device shown in FIG. 26. This will be described in detail with reference to 1)(2) and FIGS. 27C and 27D(1)(2). Note that the illustration of the sub-reflector 308 is omitted in FIG. 27A(1).

図27Aおよび図27Bおよび図27Cは、光源を構成するLED14が基板102に備え付けられた状態を示しており、これらはリフレクタ300とLED14を一対のブロックとし、複数のブロックを有するユニット312で構成する。 27A, FIG. 27B, and FIG. 27C show a state in which the LED 14 constituting the light source is attached to the substrate 102, and these are configured by a unit 312 having a plurality of blocks, including a reflector 300 and the LED 14 as a pair of blocks. .

このうち、図27A(2)に示した基材320は、基板102の基材である。一般に、金属性の基板102は熱を持っているため、かかる基板102の熱を絶縁(断熱)するために、基材320は、プラスチック材料などを用いるとよい。リフレクタ300の材質と反射面の形状は、図26の光源装置の例と同じ材質および形状でよい。 Among these, the base material 320 shown in FIG. 27A(2) is the base material of the substrate 102. Generally, the metallic substrate 102 has heat, so in order to insulate (insulate) the heat of the substrate 102, the base material 320 is preferably made of a plastic material or the like. The material of the reflector 300 and the shape of the reflecting surface may be the same as those of the example of the light source device in FIG. 26 .

また、リフレクタ300の反射面は、LED14の出射光の光軸に対して非対称な形状でもよい。この理由を、図27A(2)により説明する。本実施例では、図26の例と同様にリフレクタ300の反射面は放物面であり、放物面の焦点位置に面光源であるLEDの発光面の中心を配置する。 Further, the reflective surface of the reflector 300 may have a shape asymmetrical with respect to the optical axis of the emitted light of the LED 14. The reason for this will be explained with reference to FIG. 27A(2). In this embodiment, the reflective surface of the reflector 300 is a paraboloid, as in the example of FIG. 26, and the center of the light emitting surface of the LED, which is a surface light source, is placed at the focal point of the paraboloid.

また、放物面の特性上、発光面の4隅からの発光も略平行光束となり、出射方向が異なるだけである。そのため、発光部が面積を持っていても、後段に配置された偏光変換素子とリフレクタ300の間隔が短ければ偏光変換素子21へ入射する光量と変換効率は、ほとんど影響を受けない。 Further, due to the characteristics of the paraboloid, the light emitted from the four corners of the light emitting surface also becomes a substantially parallel light beam, and the only difference is in the emission direction. Therefore, even if the light emitting section has a large area, the amount of light incident on the polarization conversion element 21 and the conversion efficiency are hardly affected as long as the distance between the polarization conversion element disposed at the subsequent stage and the reflector 300 is short.

また、LED14の取り付け位置が、対応するリフレクタ300の焦点に対してXY平面内でずれても上述した理由により光変換効率の低下を軽減できる光学系が実現できる。さらに、LED14の取り付け位置がZ軸方向にばらついた場合であっても、変換された平行光束がZX平面内で移動するだけであり、面光源であるLEDの取り付け精度を大幅に軽減できる。本実施例においても放物面の一部を子午的に切り欠いた反射面を有するリフレクタ300について記載したが、放物面全面を反射面として切り欠いた一部分にLEDを配置してもよい。 Further, even if the mounting position of the LED 14 is shifted from the focal point of the corresponding reflector 300 within the XY plane, an optical system can be realized that can reduce the decrease in light conversion efficiency for the above-mentioned reasons. Furthermore, even if the mounting position of the LED 14 varies in the Z-axis direction, the converted parallel light beam only moves within the ZX plane, and the mounting accuracy of the LED, which is a surface light source, can be significantly reduced. In this embodiment as well, a reflector 300 having a reflecting surface formed by cutting out a part of a paraboloid in a meridian direction has been described, but an LED may be placed in a part of the entire paraboloid which is cut out as a reflecting surface.

一方、本実施例では、図27B(1)、図27Cに示したように、LED14からの発散光を放物面321で反射させ略平行な光に変換した後、後段の偏光変換素子21の端面に入射させ、偏光変換素子21により特定の偏波に揃えることを特徴的な構成としている。この特徴的な構成により、本発明においては、光の利用効率が前述した図26の例に対して1.8倍となり、高効率な光源が実現できる。 On the other hand, in this embodiment, as shown in FIGS. 27B(1) and 27C, after the diverging light from the LED 14 is reflected by the paraboloid 321 and converted into substantially parallel light, the polarization conversion element 21 in the subsequent stage is The characteristic configuration is that the light is made incident on the end face and aligned to a specific polarization by the polarization conversion element 21. Due to this characteristic configuration, in the present invention, the light utilization efficiency is 1.8 times that of the example shown in FIG. 26 described above, and a highly efficient light source can be realized.

なお、このとき、LED14からの発散光を放物面321で反射させた略平行な光は、すべて均一というわけではない。よって、複数の傾きを持った反射面307により反射光の角度分布を調整することで液晶表示パネル11に向けて、液晶表示パネル11に対して垂直方向に入射可能としている。 Note that at this time, the substantially parallel light obtained by reflecting the diverging light from the LED 14 on the paraboloid 321 is not all uniform. Therefore, by adjusting the angular distribution of the reflected light using the reflective surfaces 307 having a plurality of inclinations, the reflected light can be directed toward the liquid crystal display panel 11 in a direction perpendicular to the liquid crystal display panel 11 .

ここで、本図の例では、LEDからリフレクタに入る光(主光線)の向きと液晶表示パネルに入る光の向きが略平行になるように配置している。この配置は、設計上配置がしやすく、また、熱源を光源装置の下に配置する方が、空気が上に抜けることによってLEDの温度上昇を低減することができるので、より好適である。 In the example shown in this figure, the arrangement is such that the direction of light (principal ray) entering the reflector from the LED and the direction of light entering the liquid crystal display panel are approximately parallel. This arrangement is easy to arrange in terms of design, and it is more preferable to arrange the heat source under the light source device because the temperature rise of the LED can be reduced by allowing air to escape upward.

また、図27B(1)示したように、LED14からの発散光の捕捉率を向上させるために、リフレクタ300で捕捉できない光束をリフレクタ上部に配置した遮光板309に設けたサブリフレクタ308で反射させ、下部のサブリフレクタ310の斜面で反射させ後段の偏光変換素子21の有効領域に入射させ光の利用効率を更に向上させる。すなわち、本実施例では、リフレクタ300で反射した光の一部をサブリフレクタ308で反射し、サブリフレクタ308で反射された光をサブリフレクタ310で導光体306に向かう方向に反射させる。 In addition, as shown in FIG. 27B (1), in order to improve the capture rate of the diverging light from the LED 14, the light flux that cannot be captured by the reflector 300 is reflected by the sub-reflector 308 provided on the light shielding plate 309 disposed above the reflector. The light is reflected by the slope of the lower sub-reflector 310 and enters the effective area of the polarization conversion element 21 in the subsequent stage, further improving the light utilization efficiency. That is, in this embodiment, a part of the light reflected by the reflector 300 is reflected by the sub-reflector 308, and the light reflected by the sub-reflector 308 is reflected by the sub-reflector 310 in the direction toward the light guide 306.

かくして、偏光変換素子21により特定の偏波に揃えられた略平行光束は、反射型導光体306の表面に設けた反射形状によって、反射型導光体306の出射面に対向して配置された液晶表示パネル11に向けて反射される。このとき、液晶表示パネル11に入射する光束の光量分布は、前述したリフレクタ300の形状と配置及び反射型導光体の反射面形状(断面形状)と反射面の傾き、面粗さ等についての事前の設定ないし調整(最適設計)によって決定される。言い換えると、上述した設定ないし調整事項を最適化することにより、液晶表示パネル11に入射する光束の光量分布が最適化される。 In this way, the substantially parallel light beam aligned to a specific polarization by the polarization conversion element 21 is arranged opposite to the output surface of the reflective light guide 306 due to the reflection shape provided on the surface of the reflective light guide 306. The light is reflected toward the liquid crystal display panel 11. At this time, the light intensity distribution of the luminous flux incident on the liquid crystal display panel 11 is determined by the shape and arrangement of the reflector 300, the shape (cross-sectional shape) of the reflective surface of the reflective light guide, the inclination of the reflective surface, the surface roughness, etc. Determined by prior setting or adjustment (optimal design). In other words, by optimizing the settings or adjustment items described above, the light amount distribution of the luminous flux incident on the liquid crystal display panel 11 is optimized.

導光体306表面に設けた反射面形状としては、偏光変換素子の出射面に対向して複数の反射面を配置し、偏光変換素子21からの距離に応じて、反射面の傾き、面積、高さ、ピッチを最適化することで、前述したように、液晶表示パネル11に入射する光束の光量分布を所望の値とする。 As for the shape of the reflective surface provided on the surface of the light guide 306, a plurality of reflective surfaces are arranged facing the output surface of the polarization conversion element, and the inclination, area, and shape of the reflection surface are determined depending on the distance from the polarization conversion element 21. By optimizing the height and pitch, the light intensity distribution of the light flux incident on the liquid crystal display panel 11 can be set to a desired value, as described above.

反射型導光体に設けた反射面307は、図27B(2)に示すように、1面に複数の傾きを持つような構成とすることで、より高精度に反射光の調整を実現できる。なお、反射面において、1面に複数の傾きを持つような構成としては、反射面として使用する領域が、複数面または多面または曲面でもよい。更に拡散板206の拡散作用により、より均一な光量分布を実現する。LEDに近い側の拡散板に入射する光は、反射面の傾きを変化させることで、均一な光量分布を実現する。 By configuring the reflective surface 307 provided on the reflective light guide to have multiple inclinations on one surface, as shown in FIG. 27B (2), it is possible to adjust the reflected light with higher precision. . In addition, in the case of a configuration in which the reflective surface has a plurality of inclinations on one surface, the region used as the reflective surface may be a plurality of surfaces, a polysurface, or a curved surface. Furthermore, the diffusion effect of the diffusion plate 206 realizes a more uniform light amount distribution. The light incident on the diffuser plate on the side closer to the LED achieves a uniform light intensity distribution by changing the inclination of the reflecting surface.

本実施例では、反射面307の基材は、耐熱性ポリカーボネイトなどのプラスチック材料を用いる。また、λ/2板213の出射直後の反射面307の角度は、λ/2板と反射面の距離によって変化する。 In this embodiment, the base material of the reflective surface 307 is made of a plastic material such as heat-resistant polycarbonate. Further, the angle of the reflecting surface 307 immediately after the light is emitted from the λ/2 plate 213 changes depending on the distance between the λ/2 plate and the reflecting surface.

本実施例においても、LED14とリフレクタ300は、一部において近接されるが、リフレクタ300の開口側の空間へ放熱できLEDの温度上昇を低減できる。また、基板102とリフレクタ300を図27A、図27B、図27Cと上下逆に配置してもよい。 In this embodiment as well, although the LED 14 and the reflector 300 are partially located close to each other, heat can be radiated to the space on the opening side of the reflector 300, thereby reducing the temperature rise of the LED. Further, the substrate 102 and the reflector 300 may be arranged upside down as shown in FIGS. 27A, 27B, and 27C.

ただし、基板102を上に配置すると、基板102が液晶表示パネル11と近くなるので、レイアウトが困難になる場合がある。よって、図示した通り、基板102をリフレクタ300の下側(液晶表示パネル11から遠い側)に配置する方が、装置内の構成がより簡素になる。 However, if the substrate 102 is placed on top, the substrate 102 will be close to the liquid crystal display panel 11, which may make layout difficult. Therefore, as shown in the figure, if the substrate 102 is placed below the reflector 300 (on the side far from the liquid crystal display panel 11), the internal structure of the device will be simpler.

偏光変換素子21の光入射面には、後段の光学系に不要な光が入射しないように、遮光板410を設けるとよい。このような構成とすることで、温度上昇を抑えた光源装置が実現できる。液晶表示パネル11の光入射面に設けた偏光板では、偏光が揃った光束については吸収により温度上昇を低減させることができ、反射型導光体で反射した際に偏光方向が回転した一部の光については、入射側偏光板で吸収される。更に、液晶そのものでの吸収や電極パターンに入射した光による温度上昇で液晶表示パネル11の温度も上昇するが、反射型導光体306の反射面と液晶表示パネル11の間に十分な空間があることから、かかる空間を利用した自然冷却によって、液晶表示パネル11の温度上昇を抑制することができる。 A light shielding plate 410 may be provided on the light incidence surface of the polarization conversion element 21 to prevent unnecessary light from entering the optical system at the subsequent stage. With such a configuration, a light source device that suppresses temperature rise can be realized. The polarizing plate provided on the light incident surface of the liquid crystal display panel 11 can reduce the temperature rise by absorbing the uniformly polarized light beam, and the part whose polarization direction has been rotated when reflected by the reflective light guide. The light is absorbed by the polarizing plate on the incident side. Furthermore, the temperature of the liquid crystal display panel 11 also rises due to absorption by the liquid crystal itself and temperature rise due to light incident on the electrode pattern, but if there is sufficient space between the reflective surface of the reflective light guide 306 and the liquid crystal display panel 11. Therefore, the temperature rise of the liquid crystal display panel 11 can be suppressed by natural cooling using such a space.

図27Dは、図27B(1)および図27Cの光源装置の変形例である。図27D(1)は、図27B(1)の光源装置の一部を抜粋してその変形例を図示している。その他の構成については、図27B(1)で上述した光源装置と同じ構成であるため、図示および繰り返しの説明を省略する。 FIG. 27D is a modification of the light source device of FIGS. 27B(1) and 27C. FIG. 27D(1) shows a modified example of a part of the light source device of FIG. 27B(1). The other configurations are the same as those of the light source device described above in FIG. 27B(1), so illustration and repeated description will be omitted.

まず、図27D(1)に示す例では、サブリフレクタ310の凹部319の高さは、蛍光体114から横向き(X軸方向)に出力される蛍光の主光線(図27D(1)中、X軸と平行な方向に伸びる直線を参照)が、サブリフレクタ310の凹部319から抜けるように、蛍光体114よりも低い位置となるように調整されている。さらに、蛍光体114から横向きに出力される蛍光の主光線が遮光板410により遮られずに偏光変換素子21の有効領域に入射するように、蛍光体114の位置に対して、Z軸方向において遮光板410の高さが低くなるように調整されている。 First, in the example shown in FIG. 27D (1), the height of the recess 319 of the sub-reflector 310 is such that the principal ray of fluorescence outputted laterally (X-axis direction) from the phosphor 114 (in FIG. 27D (1) (see a straight line extending in a direction parallel to the axis) is adjusted to be at a position lower than the phosphor 114 so that it passes through the recess 319 of the sub-reflector 310. Furthermore, in the Z-axis direction with respect to the position of the phosphor 114, so that the chief ray of fluorescence outputted laterally from the phosphor 114 enters the effective area of the polarization conversion element 21 without being blocked by the light shielding plate 410. The height of the light shielding plate 410 is adjusted to be low.

また、サブリフレクタ310の頂部の凹凸の凸部が有する反射面は、サブリフレクタ308で反射した光を導光体306に導くために、サブリフレクタ308で反射した光を反射する。よって、サブリフレクタ310の凸部318の高さは、サブリフレクタ308で反射した光を反射させ後段の偏光変換素子21の有効領域に入射するように調整されることで、光の利用効率を更に向上させることができる。 Further, the reflective surface of the uneven convex portion on the top of the sub-reflector 310 reflects the light reflected by the sub-reflector 308 in order to guide the light reflected by the sub-reflector 308 to the light guide 306 . Therefore, the height of the convex portion 318 of the sub-reflector 310 is adjusted so that the light reflected by the sub-reflector 308 is reflected and enters the effective area of the polarization conversion element 21 in the subsequent stage, thereby further improving the light utilization efficiency. can be improved.

なお、サブリフレクタ310は図27A(2)に示すように一方方向に延伸して配置され、凹凸形状となっている。さらに、サブリフレクタ310の頂部には、1つ以上の凹部を有する凹凸が周期的に一方向に沿って並んでいる。このような凹凸形状とすることにより、蛍光体114から横向きに出力される蛍光の主光線が偏光変換素子21の有効領域に入射するように構成できる。 Note that, as shown in FIG. 27A(2), the sub-reflector 310 is arranged extending in one direction, and has an uneven shape. Further, on the top of the sub-reflector 310, irregularities having one or more recesses are periodically arranged in one direction. By forming such an uneven shape, it is possible to configure such that the chief ray of fluorescence outputted laterally from the phosphor 114 enters the effective area of the polarization conversion element 21.

また、サブリフレクタ310の凹凸形状は、LED14がある位置に凹部319がくるピッチで周期的に配置されている。すなわち、蛍光体114のそれぞれは、サブリフレクタ310の凹凸の凹部の配置のピッチに対応して一方向に沿って周期的に配置される。なお、蛍光体114がLED14に備えられている場合は、蛍光体114を光源の発光部と表現しても良い。 Further, the uneven shape of the sub-reflector 310 is arranged periodically at a pitch such that the recesses 319 are located at the positions where the LEDs 14 are located. That is, each of the phosphors 114 is arranged periodically along one direction corresponding to the pitch of the arrangement of the concave and convex portions of the sub-reflector 310. In addition, when the phosphor 114 is included in the LED 14, the phosphor 114 may be expressed as a light emitting part of a light source.

また、図27D(2)は、図27Cの光源装置の一部を抜粋してその変形例を図示している。その他の構成については、図27Cの光源装置と同じ構成であるため、図示および繰り返しの説明を省略する。図27D(2)に示すように、サブリフレクタ310はなくてもよいが、図27D(1)と同様に、蛍光体114から横向きに出力される蛍光の主光線が遮光体410により遮られずに偏光変換素子21の有効領域に入射するように、蛍光体114の位置に対して、Z軸方向において遮光板410の高さが低くなるように調整されている。 Moreover, FIG. 27D(2) shows a modified example of a part of the light source device of FIG. 27C. The other configurations are the same as those of the light source device in FIG. 27C, so illustration and repeated description will be omitted. As shown in FIG. 27D (2), the sub-reflector 310 may not be provided, but as in FIG. 27D (1), the principal ray of fluorescence output sideways from the phosphor 114 is not blocked by the light shield 410. The height of the light shielding plate 410 is adjusted to be lower in the Z-axis direction with respect to the position of the phosphor 114 so that the light enters the effective area of the polarization conversion element 21.

なお、図27A、図27B、図27C、図27Dの光源装置について、27A(1)に示したように、反射型導光体306の反射面と液晶表示パネル11の間の空間へのごみ入り込み防止、光源装置外部への迷光発生防止、および光源装置外部からの迷光侵入防止のために、側壁400を設けてもよい。側壁400を設ける場合は、導光体306と拡散板206との空間を挟むように配置される。 Regarding the light source devices in FIGS. 27A, 27B, 27C, and 27D, as shown in 27A(1), dust may enter the space between the reflective surface of the reflective light guide 306 and the liquid crystal display panel 11. A side wall 400 may be provided to prevent stray light from entering the outside of the light source device, and to prevent stray light from entering from outside the light source device. When the side wall 400 is provided, it is arranged so as to sandwich the space between the light guide 306 and the diffusion plate 206.

当該偏光変換素子21によって偏光変換された光を出射する偏光変換素子21の光出射面は、側壁400と導光体306と拡散板206と偏光変換素子21とで囲まれた空間に面する。また、側壁400の内側の面のうち、偏光変換素子21の出射面から光が出力される空間(図27B(1)の偏光変換素子21の出射面から右側の空間)を側面から覆う部分の面は、反射膜などを有する反射面を用いる。すなわち、上記空間に面する側壁400の面は、反射膜を有する反射領域を備える。側壁400の内側の面のうち当該部分を反射面とすることで、当該反射面で反射した光を光源光として再利用でき、光源装置の輝度を向上することができる。 A light exit surface of the polarization conversion element 21 that outputs the light polarization-converted by the polarization conversion element 21 faces a space surrounded by the side wall 400, the light guide 306, the diffuser plate 206, and the polarization conversion element 21. Also, of the inner surface of the side wall 400, a portion that covers from the side the space where light is output from the output surface of the polarization conversion element 21 (the space on the right side from the output surface of the polarization conversion element 21 in FIG. 27B(1)). A reflective surface having a reflective film or the like is used as the surface. That is, the surface of the side wall 400 facing the space includes a reflective region having a reflective film. By making the part of the inner surface of the side wall 400 a reflective surface, the light reflected by the reflective surface can be reused as light source light, and the brightness of the light source device can be improved.

側壁400の内側の面のうち、偏光変換素子21を側面から覆う部分の面は、光反射率の低い面(反射膜のない黒色面など)とする。これは、偏光変換素子21の側面で反射光が生じると、想定外の偏光状態の光が生じ、迷光の原因となるためである。言い換えると、上記の面を光反射率の低い面とすることにより、映像の迷光および想定外の偏光状態の光の発生を防止ないし抑制することができる。また、側壁400の一部に空気が通る穴をあけておくことで冷却効果を向上させるように構成してもよい。 Among the inner surfaces of the side wall 400, the surface that covers the polarization conversion element 21 from the side is a surface with low light reflectance (such as a black surface without a reflective film). This is because when reflected light occurs on the side surface of the polarization conversion element 21, light with an unexpected polarization state is generated, causing stray light. In other words, by making the above-mentioned surface a surface with low light reflectance, it is possible to prevent or suppress the generation of stray light in an image and light with an unexpected polarization state. Further, the cooling effect may be improved by forming a hole in a part of the side wall 400 through which air passes.

なお、図27A、図27B、図27C、図27Dの光源装置は、偏光変換素子21を用いる構成を前提として説明した。しかしながら、これらの光源装置から偏光変換素子21を省略して構成してもよい。この場合、より安価に光源装置を提供することができる。 Note that the light source devices in FIGS. 27A, 27B, 27C, and 27D have been described on the assumption that the polarization conversion element 21 is used. However, the polarization conversion element 21 may be omitted from these light source devices. In this case, the light source device can be provided at a lower cost.

<光源装置の別の例3>
続いて、光源装置の例1に示した光源装置を基に反射型導光体304を用いた光源装置に関する光学系の構成について、図28A(1)、(2)、(3) 、及び図28Bを参照しながら詳細に説明する。
<Another example 3 of light source device>
Next, the configuration of an optical system related to a light source device using a reflective light guide 304 based on the light source device shown in Example 1 of the light source device is shown in FIGS. 28A (1), (2), (3), and FIG. This will be explained in detail with reference to 28B.

図28Aは、光源を構成するLED14が基板102に備え付けられた状態を示しており、これらはコリメータ18とLED14が一対のブロックとし、複数のブロックを有するユニット328で構成する。本実施例のコリメータ18は、LED14と近接しているため、耐熱性を考慮してガラス材料を採用している。コリメータ18の形状は、図17のコリメータ15で説明した形状と同様である。また、偏光変換素子21へ入射する前段に遮光板317を設けることにより、不要な光が後段の光学系に入射するのを防止ないし抑制し、当該不要な光による温度の上昇を軽減している。 FIG. 28A shows a state in which the LED 14 constituting the light source is mounted on the substrate 102, and the collimator 18 and the LED 14 form a pair of blocks, and the unit 328 has a plurality of blocks. Since the collimator 18 of this embodiment is close to the LED 14, a glass material is used in consideration of heat resistance. The shape of the collimator 18 is similar to the shape described for the collimator 15 in FIG. Furthermore, by providing a light shielding plate 317 before entering the polarization conversion element 21, unnecessary light is prevented or suppressed from entering the optical system at the subsequent stage, and temperature rise due to the unnecessary light is reduced. .

図28Aに示す光源のその他の構成及び効果については、図27A、図27B、図27C、図27Dと同様であるため、繰り返しの説明を省略する。図28Aの光源装置は、図27A、図27B、図27Cで説明したのと同様に、側壁を設けてもよい。側壁の構成及び効果については、既に説明した通りであることから、繰り返しの説明を省略する。 Other configurations and effects of the light source shown in FIG. 28A are the same as those in FIGS. 27A, 27B, 27C, and 27D, and therefore, repeated explanations will be omitted. The light source device in FIG. 28A may be provided with side walls in the same manner as described in FIGS. 27A, 27B, and 27C. The configuration and effects of the side walls have already been explained, so repeated explanations will be omitted.

図28Bは、図28A(2)の断面図である。図28Bに示す光源の構成については、図18の光源の構造の一部と共通であり、図18においてすでに説明済みであるため、繰り返しの説明を省略する。 FIG. 28B is a cross-sectional view of FIG. 28A(2). The structure of the light source shown in FIG. 28B is common to a part of the structure of the light source in FIG. 18, and has already been explained in FIG. 18, so repeated explanation will be omitted.

<光源装置の別の例4>
続いて、図29の光源装置は、図28に示した光源装置に用いたコリメータ18とLED14が一対のブロックとして複数のブロックを有するユニット328で構成する。液晶表示パネル11の背面の両端部に配置したLEDと反射型導光体504を用いた光源装置に関する光学系の構成について、図29(a)(b)及び(c)を参照しながら詳細に説明する。
<Another example 4 of light source device>
Next, the light source device of FIG. 29 is constituted by a unit 328 having a plurality of blocks as a pair of blocks including the collimator 18 and the LED 14 used in the light source device shown in FIG. 28. The configuration of the optical system related to the light source device using the LEDs and the reflective light guide 504 arranged at both ends of the back surface of the liquid crystal display panel 11 will be explained in detail with reference to FIGS. 29(a), (b), and (c). explain.

図29は光源を構成するLED14が基板505に備え付けられた状態を示しており、これらはコリメータ18とLED14が一対のブロックとした複数のブロックを有するユニット503で構成する。ユニット503は液晶表示パネル11の背面の両端部に配置される(本実施例では短辺方向に3ユニットが並んで配置される)。ユニット503から出力された光は反射型導光体504で反射され、対向配置された液晶表示パネル11(図29(c)に図示)に入射する構成としている。 FIG. 29 shows a state in which LEDs 14 constituting a light source are mounted on a substrate 505, and these are constituted by a unit 503 having a plurality of blocks each including a collimator 18 and an LED 14 as a pair of blocks. The units 503 are arranged at both ends of the back surface of the liquid crystal display panel 11 (in this embodiment, three units are arranged side by side in the short side direction). The light output from the unit 503 is reflected by the reflective light guide 504 and is incident on the liquid crystal display panel 11 (shown in FIG. 29(c)) arranged opposite to each other.

反射型導光体504は、図29(c)に示すように、それぞれの端部に配置されたユニットに対応して2つのブロックに分割され中央部が最も高くなるように配置されている。コリメータ18は、LED14と近接しているため、LED14から発せられる熱への耐熱性を考慮して、ガラス材料を採用している。コリメータ18の形状は、図17のコリメータ15で説明した形状である。 As shown in FIG. 29(c), the reflective light guide 504 is divided into two blocks corresponding to the units arranged at each end, and arranged so that the central part is the highest. Since the collimator 18 is close to the LED 14, a glass material is used in consideration of heat resistance to the heat emitted from the LED 14. The shape of the collimator 18 is the same as that described for the collimator 15 in FIG. 17.

LED14から出射された光は、コリメータ18を介して偏光変換素子501へ入射する。この例では、光学素子81の形状により、後段の反射型導光体504に入射する光の分布を調整する構成としている。すなわち、液晶表示パネル11に入射する光束の光量分布は、前述したコリメータ18の形状と、配置及び光学素子81の形状と、拡散特性及び反射型導光体の反射面形状(断面形状)と、反射面の傾き、反射面の面粗さと、を調整することによって最適設計される。 The light emitted from the LED 14 enters the polarization conversion element 501 via the collimator 18. In this example, the configuration is such that the shape of the optical element 81 adjusts the distribution of light incident on the reflective light guide 504 at the subsequent stage. That is, the light intensity distribution of the light beam incident on the liquid crystal display panel 11 is determined by the shape of the collimator 18, the arrangement and shape of the optical element 81, the diffusion characteristics, and the shape (cross-sectional shape) of the reflective surface of the reflective light guide. Optimal design is achieved by adjusting the inclination of the reflective surface and the surface roughness of the reflective surface.

反射型導光体504の表面に設けた反射面形状としては、図29(b)に示すように、偏光変換素子の出射面に対向して複数の反射面を配置し、偏光変換素子21からの距離に応じて、反射面の傾き、面積、高さ、ピッチを最適化する。また、同一反射面となる領域(すなわち、偏光変換素子に対向する面)を多面体に分割することで、前述したように液晶表示パネル11に入射する光束の光量分布を所望の値とする(最適化する)ことができる。 The shape of the reflective surface provided on the surface of the reflective light guide 504 is as shown in FIG. Optimize the tilt, area, height, and pitch of the reflective surface according to the distance. In addition, by dividing the area serving as the same reflective surface (that is, the surface facing the polarization conversion element) into polyhedrons, the light intensity distribution of the light beam incident on the liquid crystal display panel 11 can be set to a desired value (optimal can be converted into

反射型導光体に設けた反射面は、図27Bで説明した反射型導光体と同様に、1面(光の反射させる領域)を、複数の傾きを持った形状を持たせる構成(図29の例ではXY平面内で14分割して異なった傾斜面で構成)とすることで、より高精度に反射光の調整を行うことができる。また、反射型導光体からの反射光が光源装置13の側面から漏れないようにするため、遮光壁507を設けることにより、所望の方向(液晶表示パネル11へ向かう方向)以外への漏れ光の発生を防止することができる。 Similar to the reflective light guide described in FIG. 27B, the reflective surface provided on the reflective light guide has a configuration in which one surface (the area where light is reflected) has a shape with multiple inclinations (see FIG. In the example of No. 29, the reflected light can be adjusted with higher precision by dividing the XY plane into 14 parts and configuring them with different inclined surfaces. In addition, in order to prevent the reflected light from the reflective light guide from leaking from the side surface of the light source device 13, a light shielding wall 507 is provided to prevent light from leaking in a direction other than the desired direction (direction toward the liquid crystal display panel 11). can be prevented from occurring.

また、図29の反射型導光体504の左右に配置されるユニット503を、図27の光源装置に置き換えてもよい。すなわち、図27の光源装置(基板102、リフレクタ300、LED14等)を複数用意し、かかる複数の光源装置を、図29(a),(b),(c)に参照されるように、互いに対向する位置に配置した構成としてもよい。 Further, the units 503 arranged on the left and right sides of the reflective light guide 504 in FIG. 29 may be replaced with the light source device in FIG. 27. That is, a plurality of light source devices (substrate 102, reflector 300, LED 14, etc.) shown in FIG. 27 are prepared, and the plurality of light source devices are connected to each other as shown in FIGS. 29(a), (b), and (c). It is also possible to have a configuration in which they are placed at opposing positions.

図30は、拡散板206の形状の一例を示す断面図である。上述のように、LEDから出力された発散光は、リフレクタ300またはコリメータ18で略平行光に変換され、偏光変換素子21で特定偏波に変換された後に、導光体で反射させられる。そして、導光体で反射した光束は、拡散板206の入射面の平面部分を通過して、液晶表示パネル11に入射する(図30中の「導光体からの反射光」を示す2本の実線矢印を参照)。 FIG. 30 is a cross-sectional view showing an example of the shape of the diffusion plate 206. As described above, the diverging light output from the LED is converted into substantially parallel light by the reflector 300 or the collimator 18, converted into a specific polarized light by the polarization conversion element 21, and then reflected by the light guide. Then, the light beam reflected by the light guide passes through the flat part of the incident surface of the diffuser plate 206 and enters the liquid crystal display panel 11 (two lines indicating "reflected light from the light guide" in FIG. 30 (see solid arrow).

また、偏光変換素子21から出射した光のうち、発散光束は、拡散板206の入射面に設けた傾斜面を有する突起部の斜面で全反射して、液晶表示パネル11に入射する。偏光変換素子21から出射した光を拡散板206の突起部の斜面で全反射させるために、突起部の斜面の角度を、偏光変換素子21からの距離に基づいて変化させる。偏光変換素子21から遠い側またはLEDから遠い側の突起部の斜面の角度をαとし、偏光変換素子21から近い側またはLEDから近い側の突起部の斜面の角度をα’とする場合、αはα’より小さい(α<α’)。このような設定とすることにより、偏光変換された光束を有効利用することが可能となる。 Further, among the light emitted from the polarization conversion element 21 , a diverging luminous flux is totally reflected on the slope of a protrusion having a slope provided on the incident surface of the diffuser plate 206 and enters the liquid crystal display panel 11 . In order to cause the light emitted from the polarization conversion element 21 to be totally reflected on the slope of the projection of the diffuser plate 206, the angle of the slope of the projection is changed based on the distance from the polarization conversion element 21. When the angle of the slope of the protrusion on the side far from the polarization conversion element 21 or the side far from the LED is α, and the angle of the slope of the protrusion on the side close to the polarization conversion element 21 or the side close to the LED is α', α is smaller than α' (α<α'). With such a setting, it becomes possible to effectively utilize the polarized light flux.

<レンチキュラーレンズ>
液晶表示パネル11からの映像光の拡散分布を調整する方法として、光源装置13と液晶表示パネル11との間、あるいは、液晶表示パネル11の表面に、レンチキュラーレンズを設け、当該レンズの形状を最適化することが挙げられる。すなわち、レンチキュラーレンズ形状の最適化を行うことによって、液晶表示パネル11から一方向に出射される映像光(以下、「映像光束」とも称する)の出射特性を調整することができる。
<Lenticular lens>
As a method of adjusting the diffusion distribution of image light from the liquid crystal display panel 11, a lenticular lens is provided between the light source device 13 and the liquid crystal display panel 11, or on the surface of the liquid crystal display panel 11, and the shape of the lens is optimized. One example is to become That is, by optimizing the shape of the lenticular lens, the emission characteristics of the image light (hereinafter also referred to as "image light flux") emitted from the liquid crystal display panel 11 in one direction can be adjusted.

代替的または追加的に、液晶表示パネル11の表面(または光源装置13と液晶表示パネル11との間)に、マイクロレンズアレイをマトリックス状に配置し、当該配置の態様を調整してもよい。すなわち、マイクロレンズアレイの配置を調整することによって、映像表示装置1から出射される映像光束についての、X軸およびY軸方向への出射特性を調整することができ、この結果、所望の拡散特性を有する映像表示装置を得ることができる。 Alternatively or additionally, the microlens array may be arranged in a matrix on the surface of the liquid crystal display panel 11 (or between the light source device 13 and the liquid crystal display panel 11), and the mode of arrangement may be adjusted. That is, by adjusting the arrangement of the microlens array, the emission characteristics of the image light flux emitted from the image display device 1 in the X-axis and Y-axis directions can be adjusted, and as a result, desired diffusion characteristics can be obtained. It is possible to obtain a video display device having the following.

レンチキュラーレンズによる作用について説明する。上述のように、レンズ形状が最適化されたレンチキュラーレンズを使用した場合、以下の作用効果が得られる。すなわち、映像表示装置1から出射される映像光束の出射特性を、レンチキュラーレンズを通して調整(最適化)するとともに、当該最適化された映像光束を、効率良くウィンドガラス105で透過又は反射させて、好適な空間浮遊像を得ることができる。 The effect of the lenticular lens will be explained. As described above, when a lenticular lens with an optimized lens shape is used, the following effects can be obtained. That is, the output characteristics of the image light flux emitted from the image display device 1 are adjusted (optimized) through the lenticular lens, and the optimized image light flux is efficiently transmitted or reflected by the windshield 105 to achieve a suitable A spatially floating image can be obtained.

さらなる構成例として、映像表示装置1から出射される映像光が通過する位置に、2枚のレンチキュラーレンズを組み合わせて配置する、または、マイクロレンズアレイをマトリックス状に配置して拡散特性を調整するシートを設けてもよい。このような光学系の構成とすることにより、X軸およびY軸方向において、映像光の輝度(相対輝度)を、映像光の反射角度(垂直方向に反射した場合を基準(0度)とした反射角度)に応じて調整することができる。 As a further configuration example, a sheet may be used in which a combination of two lenticular lenses is arranged at a position through which the image light emitted from the image display device 1 passes, or a sheet in which a microlens array is arranged in a matrix to adjust the diffusion characteristics. may be provided. By configuring the optical system like this, the brightness (relative brightness) of the image light in the X-axis and Y-axis directions can be adjusted to the reflection angle of the image light (with the case of reflection in the vertical direction as the standard (0 degrees)). reflection angle).

本実施例では、このようなレンチキュラーレンズを使用することにより、図22(B)中に「例1(Y方向)」および「例2(Y方向)」のグラフ(プロット曲線)に示すように、従来特性のグラフ(プロット曲線)とは明らかに異なった、優れた光学的特性を獲得することができる。具体的には、例1(Y方向)および例2(Y方向)のプロット曲線では、垂直方向の輝度特性を急峻にし、さらに、上下方向(Y軸の正負方向)の指向特性のバランスを変化させることで、反射や拡散による光の輝度(相対輝度)を高めることができる。 In this example, by using such a lenticular lens, as shown in the graphs (plot curves) of "Example 1 (Y direction)" and "Example 2 (Y direction)" in FIG. , it is possible to obtain excellent optical characteristics that are clearly different from conventional characteristic graphs (plot curves). Specifically, in the plot curves of Example 1 (Y direction) and Example 2 (Y direction), the brightness characteristics in the vertical direction are made steeper, and the balance of the directional characteristics in the vertical direction (positive and negative directions of the Y axis) is further changed. By doing so, the brightness (relative brightness) of light due to reflection and diffusion can be increased.

このため、本実施例によれば、面発光レーザ映像源からの映像光のように、拡散角度が狭く(高い直進性)かつ特定の偏波成分のみの映像光とし、従来技術による映像表示装置を用いた場合に再帰反射部材で発生していたゴースト像を抑え、再帰反射による空間浮遊像を効率良く観視者の眼に届けるように、調整することができる。 Therefore, according to this embodiment, the image light has a narrow diffusion angle (high straightness) and has only a specific polarization component, like image light from a surface-emitting laser image source, and the image display device according to the prior art It is possible to suppress the ghost image that would occur in the retroreflective member when using the retroreflection member, and to make adjustments so that the spatially floating image due to retroreflection can be efficiently delivered to the viewer's eyes.

また、上述した光源装置により、図22の(a)、(b)に示した一般的な液晶表示パネルからの出射光拡散特性(図中では「従来特性」と表記)に対して、X軸方向およびY軸方向ともに大幅に挟角な指向特性を持たせることができる。本実施例では、このような狭角な指向特性を持たせることで、特定方向に向けて平行に近い映像光束を出射する、特定偏波の光を出射する映像表示装置を実現することができる。 In addition, the above-described light source device allows the X-axis It is possible to provide a directional characteristic with a significantly narrow angle in both the direction and the Y-axis direction. In this embodiment, by providing such a narrow-angle directivity characteristic, it is possible to realize an image display device that emits a nearly parallel image light beam in a specific direction and emits light of a specific polarization. .

図21には、本実施例で採用するレンチキュラーレンズの特性の一例を示している。この例では、特に、Z軸を基準としたX方向(垂直方向)における特性を示しており、特性Oは、光の出射方向のピークが垂直方向(0度)から上方に30度付近の角度であり上下に対称な輝度特性を示している。また、図21のグラフに示す特性Aや特性Bのプロット曲線は、更に、30度付近においてピーク輝度の上方の映像光を集光して輝度(相対輝度)を高めた特性の例を示している。このため、これらの特性Aや特性Bでは、特性Oのプロット曲線と比較して分かるように、Z軸からX方向への傾き(角度θ)が30度を超えた角度(θ>30°)の領域において、急激に光の輝度(相対輝度)が低減する。 FIG. 21 shows an example of the characteristics of the lenticular lens employed in this example. This example particularly shows the characteristics in the X direction (vertical direction) with respect to the Z axis, and the characteristic O is that the peak of the light emission direction is at an angle of around 30 degrees upward from the vertical direction (0 degrees). , and exhibits vertically symmetrical brightness characteristics. Furthermore, the plot curves of characteristic A and characteristic B shown in the graph of FIG. 21 further show an example of a characteristic in which the brightness (relative brightness) is increased by focusing the image light above the peak brightness around 30 degrees. There is. Therefore, in these characteristics A and B, as can be seen by comparing with the plot curve of characteristic O, the angle where the inclination (angle θ) from the Z axis to the X direction exceeds 30 degrees (θ > 30 degrees) In the region, the brightness (relative brightness) of light decreases rapidly.

即ち、上述したレンチキュラーレンズを含んだ光学系によれば、映像表示装置1からの映像光束を再帰反射部材2に入射させる際、光源装置13で挟角に揃えられた映像光の出射角度や視野角を調整でき、再帰反射シート2の設置の自由度を大幅に向上できる。その結果、ウィンドガラス105を反射又は透過して所望の位置に結像する空間浮遊像の結像位置の関係の自由度を大幅に向上できる。この結果、拡散角度が狭く(高い直進性)かつ特定の偏波成分のみの光として効率良く室外または室内の観視者の眼に届くようにすることが可能となる。このことによれば、映像表示装置1からの映像光の強度(輝度)が低減しても、観視者は映像光を正確に認識して情報を得ることができる。換言すれば、映像表示装置1の出力小さくすることにより、消費電力の低い情報表示システムを実現することが可能となる。 That is, according to the optical system including the above-mentioned lenticular lens, when the image light flux from the image display device 1 is made to enter the retroreflective member 2, the output angle and field of view of the image light aligned at an included angle by the light source device 13 are adjusted. The angle can be adjusted, and the degree of freedom in installing the retroreflective sheet 2 can be greatly improved. As a result, the degree of freedom regarding the image formation position of the spatially floating image that is reflected or transmitted through the window glass 105 and formed at a desired position can be greatly improved. As a result, it becomes possible to efficiently reach the eyes of a viewer outdoors or indoors as light with a narrow diffusion angle (high straightness) and only a specific polarization component. According to this, even if the intensity (luminance) of the image light from the image display device 1 is reduced, the viewer can accurately recognize the image light and obtain information. In other words, by reducing the output of the video display device 1, it is possible to realize an information display system with low power consumption.

以上、本発明を適用した種々の実施の形態ないし実施例(すなわち具体例)について詳述した。一方で、本発明は、上述した実施形態(具体例)のみに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するためにシステム全体を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Various embodiments and examples (ie, specific examples) to which the present invention is applied have been described above in detail. On the other hand, the present invention is not limited to the embodiment (specific example) described above, and includes various modifications. For example, in the embodiments described above, the entire system is explained in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the system is not necessarily limited to having all the configurations described. Furthermore, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, or replace some of the configurations of each embodiment with other configurations.

上記で説明した光源装置は、空間浮遊映像表示装置に限られず、HUD、タブレット、デジタルサイネージ等のような情報表示装置に適用することも可能である。 The light source device described above is not limited to a floating image display device, but can also be applied to information display devices such as a HUD, a tablet, a digital signage, and the like.

本実施の形態に係る技術では、空間浮遊映像を高解像度かつ高輝度な映像情報を空間浮遊した状態で表示することにより、例えば、ユーザは感染症の接触感染に対する不安を感じることなく操作することを可能にする。不特定多数のユーザが使用するシステムに本実施例に係る技術を用いれば、感染症の接触感染のリスクを低減し、不安を感じることなく使用できる非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。このような技術を提供する本発明によれば、国連の提唱する持続可能な開発目標(SDGs:Sustainable Development Goals)の「3すべての人に健康と福祉を」に貢献する。 In the technology according to the present embodiment, by displaying high-resolution and high-brightness video information floating in space, the user can, for example, operate the image without feeling anxious about contact infection of an infectious disease. enable. If the technology according to this embodiment is used in a system used by an unspecified number of users, it will be possible to reduce the risk of contact transmission of infectious diseases and provide a contactless user interface that can be used without anxiety. . According to the present invention, which provides such technology, it contributes to "3 health and well-being for all" of the Sustainable Development Goals (SDGs) advocated by the United Nations.

また、上述した実施の形態に係る技術では、出射する映像光の発散角を小さくし、さらに特定の偏波に揃えることで、再帰反射部材に対して正規の反射光だけを効率良く反射させるため、光の利用効率が高く、明るく鮮明な空間浮遊映像を得ることが可能になる。本実施の形態に係る技術によれば、消費電力を大幅に低減することが可能な、利用性に優れた非接触ユーザインタフェースを提供することができる。このような技術を提供する本発明によれば、国連の提唱する持続可能な開発目標(SDGs:Sustainable Development Goals)の「9産業と技術革新の基盤をつくろう」および「11住み続けられるまちづくりを」に貢献する。 Further, in the technology according to the embodiment described above, by reducing the divergence angle of the emitted image light and aligning it with a specific polarization, only the normal reflected light can be efficiently reflected by the retroreflective member. , it is possible to obtain bright and clear spatial floating images with high light utilization efficiency. According to the technology according to the present embodiment, it is possible to provide a contactless user interface with excellent usability and which can significantly reduce power consumption. According to the present invention, which provides such technology, the Sustainable Development Goals (SDGs) advocated by the United Nations, ``9 Create a foundation for industry and technological innovation'' and ``11 Create sustainable cities'', can be achieved. Contribute to

さらに、上述した実施の形態に係る技術では、指向性(直進性)の高い映像光による空間浮遊映像を形成することを可能にする。本実施例に係る技術では、銀行のATMや駅の券売機等における高いセキュリティが求められる映像や、ユーザに正対する人物には秘匿したい秘匿性の高い映像を表示する場合でも、指向性の高い映像光を表示することで、ユーザ以外に空間浮遊映像を覗き込まれる危険性が少ない非接触ユーザインタフェースを提供することを可能にする。本発明は、以上のような技術を提供することにより、国連の提唱する持続可能な開発目標(SDGs:Sustainable Development Goals)の「11住み続けられるまちづくりを」に貢献する。 Furthermore, the technique according to the embodiment described above makes it possible to form a spatially floating image using highly directional (straight-travelling) image light. With the technology according to this embodiment, even when displaying images that require high security such as at bank ATMs or ticket vending machines at stations, or when displaying highly confidential images that should be kept secret from the person directly facing the user, the technology can be used to display highly directional images. By displaying the image light, it is possible to provide a non-contact user interface in which there is little risk that the floating image will be looked into by anyone other than the user. By providing the above-mentioned technology, the present invention contributes to the Sustainable Development Goals (SDGs) advocated by the United Nations, "11: Creating livable cities."

1…映像表示装置、2…再帰反射部材、3…空間像(空間浮遊像)、105…ウィンドガラス、100…透過性プレート、101…偏光分離部材、12…吸収型偏光板、13…光源装置、54…光方向変換パネル、151…再帰反射部材、102、202…LED基板、203…導光体、205…反射シート、271…反射板、206、270…位相差板、300…空間浮遊像、301…空間浮遊映像のゴースト像、302…空間浮遊映像のゴースト像、11…液晶表示パネル、206…拡散板、21…偏光変換素子、300…LEDリフレクタ、213…λ/2板、反射型導光体…306、反射面…307、サブリフレクタ…308、310、81…光学素子、偏光変換素子…501、ユニット…503、遮光壁…507、401、402…遮光板、320…基材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Image display device, 2... Retroreflection member, 3... Spatial image (spatial floating image), 105... Wind glass, 100... Transmissive plate, 101... Polarization separation member, 12... Absorption type polarizing plate, 13... Light source device , 54... Light direction conversion panel, 151... Retroreflection member, 102, 202... LED board, 203... Light guide, 205... Reflection sheet, 271... Reflection plate, 206, 270... Retardation plate, 300... Space floating image , 301...Ghost image of space floating image, 302...Ghost image of space floating image, 11...Liquid crystal display panel, 206...Diffusion plate, 21...Polarization conversion element, 300...LED reflector, 213...λ/2 plate, reflective type Light guide... 306, reflective surface... 307, sub-reflector... 308, 310, 81... optical element, polarization conversion element... 501, unit... 503, light shielding wall... 507, 401, 402... light shielding plate, 320... base material

Claims (24)

光源装置であって、
光源と、
前記光源からの光を反射させるリフレクタと、
前記リフレクタからの光を導光する導光体と、を備え、
前記光源装置は、前記リフレクタと前記導光体との間に配置される遮光板を備え、
前記遮光板は、前記リフレクタから前記導光体に進む光束を、該光束の進行方向に対して挟み込むように対向して配置される複数の遮光部分を有し、前記光束が前記遮光板の前記複数の遮光部分挟み込まれる領域を通過するように配置されるものであり
前記光源装置は、前記遮光板と前記導光体との間に偏光変換素子を備えるものであり、
前記遮光板は、前記偏光変換素子の面のうち前記リフレクタ側の面に設けられている、
光源装置。
A light source device,
a light source and
a reflector that reflects light from the light source;
A light guide that guides the light from the reflector,
The light source device includes a light shielding plate disposed between the reflector and the light guide,
The light shielding plate has a plurality of light shielding portions arranged to face each other so as to sandwich the light flux traveling from the reflector to the light guide with respect to the traveling direction of the light flux, and the light flux passes through the light flux passing through the light guide member . It is arranged so as to pass through an area sandwiched between multiple light-shielding parts ,
The light source device includes a polarization conversion element between the light shielding plate and the light guide,
The light shielding plate is provided on a surface of the polarization conversion element on the reflector side,
Light source device.
請求項1に記載の光源装置において、
前記遮光板は、前記リフレクタで反射された光束の出射方向に対して垂直な平面に配置されている、
光源装置。
The light source device according to claim 1,
The light shielding plate is arranged on a plane perpendicular to the emission direction of the light beam reflected by the reflector.
Light source device.
請求項1に記載の光源装置において、
前記光源は平面の形状の光源であり、
前記リフレクタの反射面は、前記平面の形状の光源の当該平面からの発散光束を前記リフレクタで反射されたのちに平行光束として出射させる形状を備えており、
前記リフレクタの反射面で反射された光束の出射方向は、前記平面の形状の光源の当該平面に垂直な光軸に対して垂直な方向である、
光源装置。
The light source device according to claim 1,
The light source is a planar light source,
The reflective surface of the reflector has a shape that causes a divergent light beam from the plane of the light source in the shape of a plane to be reflected by the reflector and then emitted as a parallel light beam,
The emission direction of the light beam reflected by the reflective surface of the reflector is a direction perpendicular to the optical axis of the planar light source that is perpendicular to the plane.
Light source device.
請求項に記載の光源装置において、
前記リフレクタの反射面は、前記光源からの光を反射し、反射した光が略平行光となって前記導光体に向かって進行するように構成されたものであり、
前記リフレクタから前記導光体に向かう略平行光の進行方向を第1の方向とし、
前記光源は複数あり、前記複数の光源は第2の方向に一列に配置されており、
前記第1の方向と前記第2の方向に垂直な方向である第3の方向において、前記遮光板は前記偏光変換素子の端より長く延伸している、
光源装置。
The light source device according to claim 1 ,
The reflective surface of the reflector is configured to reflect light from the light source, and the reflected light becomes substantially parallel light and travels toward the light guide,
a traveling direction of substantially parallel light from the reflector toward the light guide is a first direction;
There are a plurality of light sources, and the plurality of light sources are arranged in a line in a second direction,
In a third direction that is perpendicular to the first direction and the second direction, the light shielding plate extends longer than the end of the polarization conversion element.
Light source device.
請求項1に記載の光源装置において、
前記導光体の反射面での反射により光を表示パネルに向けて導光し、
前記導光体の反射面と前記表示パネルの間に空間が設けられており、該空間で自然冷却が行われる、
光源装置。
The light source device according to claim 1,
guiding light toward a display panel by reflection on a reflective surface of the light guide;
A space is provided between the reflective surface of the light guide and the display panel, and natural cooling is performed in the space.
Light source device.
請求項1に記載の光源装置において、
前記リフレクタは、プラスチック材料またはガラス材料または金属材料を用いる、
光源装置。
The light source device according to claim 1,
The reflector is made of plastic material, glass material or metal material,
Light source device.
請求項1に記載の光源装置において、
前記導光体からの光を拡散する拡散板を備え、
前記リフレクタの反射面は放物面であり、
前記リフレクタと前記導光体は、前記光源から前記リフレクタに入る光軸の向きと前記導光体から前記拡散板に入る光の向きが略平行になるよう配置されている、
光源装置。
The light source device according to claim 1,
comprising a diffusion plate that diffuses light from the light guide,
The reflective surface of the reflector is a paraboloid,
The reflector and the light guide are arranged so that the direction of the optical axis entering the reflector from the light source and the direction of light entering the diffuser plate from the light guide are substantially parallel.
Light source device.
請求項に記載の光源装置において、
前記光源は複数あり、
前記光源は、前記拡散板の複数の辺のうち、前記リフレクタ側の前記拡散板の辺と平行な方向に一列に配置される、
光源装置。
The light source device according to claim 7 ,
There are multiple light sources,
The light sources are arranged in a line in a direction parallel to a side of the diffuser plate on the reflector side among the plurality of sides of the diffuser plate.
Light source device.
請求項1に記載の光源装置において、
前記光源からの光を特定方向の偏光に揃える偏光変換素子と、
前記導光体からの光を拡散する拡散板と、
前記導光体と前記拡散板との空間を挟むように配置される側壁と、を備え、
前記偏光変換素子の光出射面は、前記側壁と前記導光体と前記拡散板と前記偏光変換素子とで囲まれた空間に面する、
光源装置。
The light source device according to claim 1,
a polarization conversion element that aligns the light from the light source with polarization in a specific direction;
a diffusion plate that diffuses light from the light guide;
comprising a side wall arranged to sandwich a space between the light guide and the diffuser plate,
The light exit surface of the polarization conversion element faces a space surrounded by the side wall, the light guide, the diffusion plate, and the polarization conversion element.
Light source device.
請求項に記載の光源装置において、
前記側壁は、通気口を有する、
光源装置。
The light source device according to claim 9 ,
the side wall has a vent;
Light source device.
請求項に記載の光源装置において、
前記側壁のうち、前記空間に接する面は反射面である、
光源装置。
The light source device according to claim 9 ,
A surface of the side wall that is in contact with the space is a reflective surface,
Light source device.
請求項に記載の光源装置において、
前記光源は複数あり、
前記光源は、前記拡散板の複数の辺のうち、前記リフレクタ側の前記拡散板の辺と平行な方向に一列に配置される、
光源装置。
The light source device according to claim 9 ,
There are multiple light sources,
The light sources are arranged in a line in a direction parallel to a side of the diffuser plate on the reflector side among the plurality of sides of the diffuser plate.
Light source device.
光源装置であって、
平面の形状の光源と、
前記光源からの光を反射させるリフレクタと、
前記リフレクタからの光を導光する導光体と、を備え、
前記光源装置は、前記リフレクタと前記導光体との間に配置される遮光板を備え、
前記遮光板は、前記リフレクタから前記導光体に進む光束を、該光束の進行方向に対して挟み込むように対向して配置される複数の遮光部分を有し、前記光束が前記遮光板の前記複数の遮光部分挟み込まれる領域を通過するように配置されるものであり
前記リフレクタの反射面の第1の位置で反射された光を前記導光体の反射面の第2の位置において前記光源の平面に対して垂直な方向に反射し、前記第1の位置とは前記リフレクタで反射された光束の出射方向において異なる位置である前記リフレクタの反射面の第3の位置で反射された光を、前記第2の位置とは前記リフレクタで反射された光束の出射方向において異なる位置である前記導光体の反射面の第4の位置において前記光源の平面に対して垂直な方向に反射する状態があ
前記光源装置は、前記遮光板と前記導光体との間に偏光変換素子を備えるものであり、
前記遮光板は、前記偏光変換素子の面のうち前記リフレクタ側の面に設けられている、
光源装置。
A light source device,
A light source in the shape of a plane,
a reflector that reflects light from the light source;
A light guide that guides the light from the reflector,
The light source device includes a light shielding plate disposed between the reflector and the light guide,
The light shielding plate has a plurality of light shielding portions arranged to face each other so as to sandwich the light flux traveling from the reflector to the light guide with respect to the traveling direction of the light flux, and the light flux passes through the light flux passing through the light guide member . It is arranged so as to pass through an area sandwiched between multiple light-shielding parts ,
The light reflected at the first position of the reflective surface of the reflector is reflected at a second position of the reflective surface of the light guide in a direction perpendicular to the plane of the light source, and the first position is different from the first position. The light reflected at a third position of the reflective surface of the reflector, which is a different position in the emission direction of the light flux reflected by the reflector, is defined as the second position, which is a different position in the emission direction of the light flux reflected by the reflector. There is a state in which the light is reflected in a direction perpendicular to the plane of the light source at a fourth position of the reflective surface of the light guide, which is a different position;
The light source device includes a polarization conversion element between the light shielding plate and the light guide,
The light shielding plate is provided on a surface of the polarization conversion element on the reflector side,
Light source device.
請求項13に記載の光源装置において、
前記遮光板は、前記リフレクタで反射された光束の出射方向に対して垂直な平面に配置されている、
光源装置。
The light source device according to claim 13 ,
The light shielding plate is arranged on a plane perpendicular to the emission direction of the light beam reflected by the reflector.
Light source device.
請求項13に記載の光源装置において、
前記光源は平面の形状の光源であり、
前記リフレクタの反射面は、前記平面の形状の光源の当該平面からの発散光束を前記リフレクタで反射されたのちに平行光束として出射させる形状を備えており、
前記リフレクタの反射面で反射された光束の出射方向は、前記平面の形状の光源の当該平面に垂直な光軸に対して垂直な方向である、
光源装置。
The light source device according to claim 13 ,
The light source is a planar light source,
The reflective surface of the reflector has a shape that causes a divergent light beam from the plane of the light source in the shape of a plane to be reflected by the reflector and then emitted as a parallel light beam,
The emission direction of the light beam reflected by the reflective surface of the reflector is a direction perpendicular to the optical axis of the planar light source that is perpendicular to the plane.
Light source device.
請求項13に記載の光源装置において、
前記リフレクタの反射面は、前記光源からの光を反射し、反射した光が略平行光となって前記導光体に向かって進行するように構成されたものであり、
前記リフレクタから前記導光体に向かう略平行光の進行方向を第1の方向とし、
前記光源は複数あり、前記複数の光源は第2の方向に一列に配置されている、
光源装置。
The light source device according to claim 13 ,
The reflective surface of the reflector is configured to reflect light from the light source, and the reflected light becomes substantially parallel light and travels toward the light guide,
a traveling direction of substantially parallel light from the reflector toward the light guide is a first direction;
There are a plurality of light sources, and the plurality of light sources are arranged in a line in a second direction.
Light source device.
請求項13に記載の光源装置において、
前記導光体の反射面での反射により光を表示パネルに向けて導光し、
前記導光体の反射面と前記表示パネルの間に空間が設けられており、該空間で自然冷却が行われる、
光源装置。
The light source device according to claim 13 ,
guiding light toward a display panel by reflection on a reflective surface of the light guide;
A space is provided between the reflective surface of the light guide and the display panel, and natural cooling is performed in the space.
Light source device.
請求項13に記載の光源装置において、
前記リフレクタは、プラスチック材料またはガラス材料または金属材料を用いる、
光源装置。
The light source device according to claim 13 ,
The reflector is made of plastic material, glass material or metal material,
Light source device.
請求項13に記載の光源装置において、
前記導光体からの光を拡散する拡散板を備え、
前記リフレクタの反射面は放物面であり、
前記リフレクタと前記導光体は、前記光源から前記リフレクタに入る光軸の向きと前記導光体から前記拡散板に入る光の向きが略平行になるよう配置されている、
光源装置。
The light source device according to claim 13 ,
comprising a diffusion plate that diffuses light from the light guide,
The reflective surface of the reflector is a paraboloid,
The reflector and the light guide are arranged so that the direction of the optical axis entering the reflector from the light source and the direction of light entering the diffuser plate from the light guide are substantially parallel.
Light source device.
請求項19に記載の光源装置において、
前記光源は複数あり、
前記光源は、前記拡散板の複数の辺のうち、前記リフレクタ側の前記拡散板の辺と平行な方向に一列に配置される、
光源装置。
The light source device according to claim 19 ,
There are multiple light sources,
The light sources are arranged in a line in a direction parallel to a side of the diffuser plate on the reflector side among the plurality of sides of the diffuser plate.
Light source device.
請求項13に記載の光源装置において、
前記光源からの光を特定方向の偏光に揃える偏光変換素子と、
前記導光体からの光を拡散する拡散板と、
前記導光体と前記拡散板との空間を挟むように配置される側壁と、を備え、
前記偏光変換素子の光出射面は、前記側壁と前記導光体と前記拡散板と前記偏光変換素子とで囲まれた空間に面する、
光源装置。
The light source device according to claim 13 ,
a polarization conversion element that aligns the light from the light source with polarization in a specific direction;
a diffusion plate that diffuses light from the light guide;
comprising a side wall arranged to sandwich a space between the light guide and the diffuser plate,
The light exit surface of the polarization conversion element faces a space surrounded by the side wall, the light guide, the diffusion plate, and the polarization conversion element.
Light source device.
請求項21に記載の光源装置において、
前記側壁は、通気口を有する、
光源装置。
The light source device according to claim 21 ,
the side wall has a vent;
Light source device.
請求項21に記載の光源装置において、
前記側壁のうち、前記空間に接する面は反射面である、
光源装置。
The light source device according to claim 21 ,
A surface of the side wall that is in contact with the space is a reflective surface,
Light source device.
請求項21に記載の光源装置において、
前記光源は複数あり、
前記光源は、前記拡散板の複数の辺のうち、前記リフレクタ側の前記拡散板の辺と平行な方向に一列に配置される、
光源装置。
The light source device according to claim 21 ,
There are multiple light sources,
The light sources are arranged in a line in a direction parallel to a side of the diffuser plate on the reflector side among the plurality of sides of the diffuser plate.
Light source device.
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