KR20150112805A - 공간 영상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

공간 영상 표시 장치는 2차원 배열된 복수의 화소를 포함하는 표시 소자, 및 복수의 2면 코너 리플렉터가 배열된 기판을 포함하는 결상 소자를 포함하고, 표시 소자는 기판의 한쪽의 주면 측의 제1 공간에 표시 소자가 배치되고, 결상 소자는 기판의 다른 쪽 주면 측의 제2 공간에, 표시 소자에 의한 표시 화상의 실상을 형성한다. 복수의 화소는 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 주기로 배열되어 있다.

Description

공간 영상 표시 장치{SPATIAL IMAGE DISPLAY APPARATUS}
본 출원은 2014년 3월 27일자 출원된 일본 우선권 특허 출원 JP 2014-066892호의 우선권을 주장하고, 그 전체 내용은 여기에 참고로 도입된다.
본 개시는 공간 중에 영상을 표시하는 공간 영상 표시 장치에 관한 것이다.
면 대칭 결상 소자를 사용하여, 그 소자의 하면 측에 놓인 물체의 상을 소자의 상면 측의 면 대칭이 되는 위치에 결상시키는 광학 시스템이 일본 미심사 특허 출원 공개 2008-158114호에 개시되어 있다. 이 광학 시스템에서 사용되는 면 대칭 결상 소자의 기판에는 단면이 사각형인 복수의 세로 구멍이 행렬 형상으로 설치되고, 각 세로 구멍의 내벽에는 2면 코너 리플렉터(DCR: Dihedral Corner Reflector)라고 불리는 서로 직교하는 2개의 경면(mirror surface)이 형성되어 있다. 이러한 복수의 2면 코너 리플렉터를 기판에 배열한 2면 코너 리플렉터 어레이(DCRA) 소자를 포함하는 결상 소자에서는, 물체로부터 발해진 광이 기판의 세로 구멍을 통과할 때에, 광은 2면 코너 리플렉터를 구성하는 2개의 경면에서 각각 1회씩 반사된다. 그리고, 그 반사광이 기판에 면 대칭인 위치에서 결상한다. 그 결과, 관찰자에게는 결상한 상(실상)이 결상 소자의 상면 공간 중에 떠서 보이게 된다.
상기와 같은 2면 코너 리플렉터 소자가, 예를 들어, 2차원 디스플레이 패널에 의한 표시 화상의 실상을 공간 중에 표시하는 경우에, 2면 코너 리플렉터 소자의 광학 특성에 따라 2차원 디스플레이 패널의 화소 구조와 표시 화상의 내용을 최적화하는 것이 바람직하다.
시인성이 양호한 공간 영상을 얻을 수 있는 공간 영상 표시 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시의 제1 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치는 2차원 배열된 복수의 화소를 포함하는 표시 소자, 및 복수의 2면 코너 리플렉터가 배열된 기판을 포함하는 결상 소자를 포함하고, 표시 소자는 기판의 한쪽의 주면 측의 제1 공간에 배치되고, 결상 소자는 기판의 다른 쪽 주면 측의 제2 공간에, 표시 소자에 의한 표시 화상의 실상을 형성하고, 복수의 화소는 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 주기로 배열되어 있다.
본 개시의 제2 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치는 2차원 배열된 복수의 화소를 포함하고, 입력 화상 신호에 기초하는 화상을 표시하는 표시 소자, 및 복수의 2면 코너 리플렉터가 배열된 기판을 포함하는 결상 소자 - 표시 소자는 기판의 한쪽의 주면 측의 제1 공간에 배치되고, 결상 소자는 기판의 다른 쪽 주면 측의 제2 공간에, 표시 소자에 의한 표시 화상의 실상을 형성함 -, 및 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 특성에 기초하여, 입력 화상 신호의 휘도를 조정하는 휘도 조정부를 포함한다.
본 개시의 제1 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치에서, 표시 소자의 복수의 화소가 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 주기로 배열되므로, 결상 소자의 MTF 특성의 변동에 의한 공간 영상의 화질 열화를 저감할 수 있다.
본 개시의 제2 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치에서, 휘도 조정부에 의해 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 특성에 기초하여 입력 화상 신호의 휘도가 조정되므로, 결상 소자의 MTF 특성의 변동에 의한 공간 영상의 화질 열화를 저감할 수 있다.
본 개시의 제1 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치에 따르면, 표시 소자의 복수의 화소를 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 주기로 배열하므로, 시인성이 양호한 공간 영상을 얻을 수 있다.
본 개시의 제2 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치에 따르면, 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 특성에 기초하여 입력 화상 신호의 휘도를 조정하므로, 시인성이 양호한 공간 영상을 얻을 수 있다.
또한, 반드시 여기에 기재된 효과로 한정되는 것이 아니라, 본 개시에 기재되어 있는 어떤 효과가 있을 수 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치의 구성예를 도시하는 단면도.
도 2는 표시 소자의 구성예를 도시하는 평면도.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치의 제1 변형예를 도시하는 단면도.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치의 제2 변형예를 도시하는 단면도.
도 5는 공간 영상 표시 장치에서의 결상 소자의 구성예를 도시하는 평면도.
도 6은 공간 영상 표시 장치에서의 결상 소자의 구성예를 도시하는 부분 사시도.
도 7은 결상 소자의 작용을 도시하는 사시도.
도 8은 결상 소자의 작용을 도시하는 단면도.
도 9는 결상 소자의 작용을 도시하는 단면도.
도 10은 결상 소자의 MTF 특성의 측정 환경을 도시하는 단면도.
도 11은 결상 소자의 MTF 특성의 일례를 도시하는 특성도.
도 12는 결상 소자의 MTF 특성과 표시 소자의 화소 주기 간의 대응 관계를 도시하는 설명도.
도 13은 제2 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치에서, 결상 소자의 MTF 특성과 표시 소자의 화소 주기 간의 대응 관계를 도시하는 설명도.
도 14는 제2 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치에서, 표시 소자의 휘도 조정에 관한 블록도.
도 15는 도 14에 도시한 휘도 조정부의 구성예를 도시하는 블록도.
도 16은 휘도 조정의 제1 예를 도시하는 설명도.
도 17은 휘도 조정의 제2 예를 도시하는 설명도.
도 18은 제3 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치의 구성예를 도시하는 단면도.
도 19는 제4 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치의 구성예를 도시하는 단면도.
이하, 본 개시의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 설명은 이하의 순서로 행한다.
1. 제1 실시 형태(화소의 주기가 최적화된 표시 소자를 포함하는 공간 영상 표시 장치)(도 1 내지 도 12)
1.1 공간 영상 표시 장치의 전체 구성예
1.2 결상 소자의 구성예
1.3 작용
1.4 효과
2. 제2 실시 형태(입력 화상 신호의 휘도를 최적화한 공간 영상 표시 장치)(도 13 내지 도 17)
3. 제3 실시 형태(편광판을 구비한 공간 영상 표시 장치)(도 18)
4. 제4 실시 형태(공간 영상 표시 장치의 적용 사례)(도 19)
5. 기타의 실시 형태
1. 제1 실시 형태
1.1 공간 영상 표시 장치의 전체 구성예
도 1은 본 개시의 제1 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치(1)의 구성예를 도시한다. 공간 영상 표시 장치(1)는 면 대칭 결상 소자로서의 결상 소자(10), 표시 소자(40), 및 구동 회로부(50)를 포함한다. 결상 소자(10)는 복수의 2면 코너 리플렉터(13)가 배열된 기판(11)을 포함한다.
도 1에서는, 결상 소자(10)의 기판 면에 수직인 방향을 Z축 방향, 및 결상 소자(10)의 기판 면에 평행한 면 내에서 서로 직교하는 방향을 X축 방향과 Y축 방향으로 하고 있다. 이후의 다른 도면에 대해서도 마찬가지이다.
표시 소자(40)는 결상 소자(10)의 기판(11)의 한쪽의 주면(하면(10B)) 측의 제1 공간(21)에 배치되어 있다. 결상 소자(10)는 기판(11)의 다른 쪽 주면(상면(10A)) 측의 제2 공간(22)에서, 기판(11)에 면 대칭인 위치에, 표시 소자(40)에 의한 표시 화상의 실상(100)을 형성한다. 관찰자(1000)는 제2 공간(22)에서 형성된 실상(100)을 공간 영상으로서 인식할 수 있다.
표시 소자(40)는 구동 회로부(50)에 의해 구동되고, 외부로부터의 입력 화상 신호에 기초하여, 영상 표시 면(40A)에 표시 화상을 표시한다. 표시 소자(40)는 예를 들어, 액정 패널이나 유기 EL 패널 등의 평판 형상의 표시 패널이다. 표시 소자(40)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 2차원 배열된 복수의 화소(41)를 포함한다. 각 화소(41)는 소정의 발산 각을 갖는 발산 광을 발한다. 표시 소자(40)는 영상 표시 면(40A)으로부터 발산 광을 발한다. 표시 소자(40)로부터 발해진 광은 결상 소자(10)의 하면(10B)에 입사하도록 되어 있다. 표시 소자(40)는 예를 들어, 가시 영역의 표시 화상을 표시한다. 그러므로, 관찰자(1000)는 가시 영역의 실상(100)을 공간 영상으로서 인식할 수 있다. 각 화소(41)는, 예를 들어, R(적색), G(녹색), 및 B(청색)의 서브 화소를 가질 수 있다.
복수의 화소(41)는, 후술하는 이유에 의해, 결상 소자(10)의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 소정의 주기로 2차원 배열되어 있다. 면 내 수평 방향의 화소 피치 Xp와 면 내 수직 방향의 화소 피치 Yp가 최적화되기 때문에, 복수의 화소(41)는 소정의 주기를 갖는다. 각 화소(41)가 R, G, 및 B의 서브 화소로 구성되는 경우에, 동일 색의 서브 화소가 소정의 주기를 갖도록 최적화되는 것이 바람직하다.
또한, 도 1에서는, 표시 소자(40)의 영상 표시 면(40A)이 결상 소자(10)의 기판 면에 경사지도록 배치되어 있지만, 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 영상 표시 면(40A)이 결상 소자(10)의 기판 면에 대략 직교하도록 배치될 수 있다. 이 경우에, 공간 중의 실상(100)도 결상 소자(10)의 기판 면에 대략 직교하도록 형성된다. 또한, 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 영상 표시 면(40A)이 결상 소자(10)의 기판 면에 대략 평행하도록 배치될 수 있다. 이 경우에, 공간 중의 실상(100)도 결상 소자(10)의 기판 면에 대략 평행하도록 형성된다.
1.2 결상 소자의 구성예
결상 소자(10)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 기판(11) 상에 행렬 형상으로 배치된 복수의 개구(12)를 포함한다. 각 개구(12)는 기판(11)을 두께 방향(Z축 방향)으로 관통하고, 기판(11)의 하면(10B) 측에서 입사한 광을 기판(11)의 상면(10A) 측에 투과시킨다. 각 개구(12)는 예를 들어, 공극을 갖고 있다. 각 개구(12)는 기판(11)의 상면(10A)에 형성된 볼록 형상의 구조물 내에 설치될 수 있다. 기판(11)은, 각 개구(12)가 형성되어 있는 부분 이외의 부분에서, 차광성(광 반사성 또는 광 흡수성)의 부재를 가질 수 있다.
각 개구(12)의 측면에는 미소 광학 소자로서 2면 코너 리플렉터(13)가 형성되어 있다. 즉, 결상 소자(10)는 행렬 형상으로 배치된 복수의 2면 코너 리플렉터(13)를 포함한다. 각 2면 코너 리플렉터(13)는 서로 직교하는 제1 반사면(13A) 및 제2 반사면(13B)을 포함하도록 구성되어 있다. 제1 반사면(13A)은 예를 들어, XZ 평면과 평행이 되고, 제2 반사면(13B)은 예를 들어, YZ 평면과 평행이 된다.
1.3 작용
결상 소자(10)의 작용
도 7 내지 도 9를 참조하여 결상 소자(10)의 광학 작용에 대해서 설명한다. 도 7은 결상 소자(10)의 1개의 2면 코너 리플렉터(13)에 입사한 광 L의 진행 상태의 일례를 도시한다. 도 8은 광 L의 XY축 방향의 성분 Lxy의 진행 상태(광 L의 XY 평면 내에서의 진행 상태)의 일례를 도시한다. 도 9는 광 L의 Z축 방향의 성분 Lz의 진행 상태(광 L의 XZ 평면 내 및 YZ 평면 내에서의 진행 상태)의 일례를 도시한다.
도 8에 도시한 바와 같이, XY 평면 내에서는, 결상 소자(10)의 하면(10B) 측에서 입사한 광 L은 예를 들어, 입사각 α로 제2 반사면(13B)에 입사하고, 출사각 α로 반사된 다음, 입사각 β로 제1 반사면(13A)에 입사하고, 출사각 β로 반사된다. 따라서, 제1 및 제2 반사면(13A 및 13B)의 각각의 법선 방향 이외의 각도로 제1 및 제2 반사면(13A 및 13B)에 입사한 광선은 제1 및 제2 반사면(13A 및13B)에 의해, 진행된 방향으로 되돌려진다. 여기서, 2면 코너 리플렉터(13)에 입사한 광의 광축과 2면 코너 리플렉터(13)에서 반사되어 되돌아 온 광의 광축과의 어긋남량 Δd는 개구(12)의 직경보다 작다. 따라서, 제1 및 제2 반사면(13A 및 13B)의 각각의 법선 방향 이외의 각도에서 제1 및 제2 반사면(13A 및 13B)에 입사한 광의 XY축 방향 성분은 제1 및 제2 반사면(13A 및 13B)에 의해 재귀성 반사된다.
한편, 도 9에 도시한 바와 같이, XZ 평면 내 및 YZ 평면 내에서는, 결상 소자(10)의 하면(10B) 측에서 입사한 광 L은 예를 들어, 입사각 γ로 제2 반사면(13B)에 입사하고, 출사각 γ로 반사된 다음, 입사각 γ로 제1 반사면(13A)에 입사하고, 출사각 γ로 반사되어, 결상 소자(10)의 상면(10A) 측에 출사한다. 따라서, Z축 방향에서는, 제1 및 제2 반사면(13A 및 13B)에 의한 재귀성 반사는 나타나지 않는다. 이상으로부터, 2면 코너 리플렉터(13)는 결상 소자(10)의 기판(11)의 법선과 평행한 Z축 방향 성분에서는 입사 광선을 정반사하고, 결상 소자(10)의 하면(10B)과 평행한 XY축 방향 성분에서는 입사 광선을 재귀성 반사한다.
예를 들어, 결상 소자(10)의 하면(10B) 측에 발산 광을 발하는 발광체 또는 광 조사체가 배치되어 있는 경우에, 그 발광체 또는 광 조사체에서 발해진 발산 광은 결상 소자(10)를 투과하고, 발광체 또는 광 조사체와의 위치 관계에서, 결상 소자(10)을 기준으로 해서 면 대칭의 위치에 수렴(결상)한다. 따라서, 결상 소자(10)는 결상 소자(10)에 입사하는 발광체 또는 광 조사체로부터의 발산 광을 발광체 또는 광 조사체와의 위치 관계에서, 결상 소자(10)를 기준으로 해서, 면 대칭의 위치에 수렴(결상)하는 면 대칭 결상 소자로서 기능한다.
이상과 같은 결상 소자(10)의 광학 작용에 의해, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(11)에 면 대칭인 위치에 표시 소자(40)에 의한 표시 화상의 실상(100)이 결상된다. 관찰자(1000)는 결상된 실상(100)을 공간 영상으로서 인식할 수 있다.
결상 소자(10)의 제조 방법
결상 소자(10)는 예를 들어, LIGA(Lithographie Galvanoformung Abformung)로 제작할 수 있다. 도 5에 도시한 개구(12)에 대응하는 패턴은 PDMS(Poly dimethylsiloxane) 기판 상에 직묘(direct drawing) 포토리소그래피에 의해 금속 또는 카본의 X-선 마스크를 리프트 오프하는 방법에 의해 형성된다. 예를 들어, 100㎛ 각 형상의 정사각형이 면 내 XY 방향에 200㎛의 주기로 배치된 패턴을 형성한다. 기판(11)을 구성하는 샘플에 싱크로트론 방사 광에 의해 콜리메이트된 X-선을 조사 노광하고 현상함으로써 원하는 개구 형상을 얻는다. PDMS 등 플라스틱의 X-선 흡수율이 낮으므로, X-선에 의한 노광은 샘플의 배면에 대해 높은 애스펙트비의 형상을 얻을 수 있는 기술이다. 다음에, 투명한 샘플의 전 표면에 금속 등의 반사막을 형성한다. 예를 들어, 도금에 의해 수 ㎛의 금을 성막한다. 이에 의해, 2면 코너 리플렉터(13)를 형성한다. 베이스막으로서 크롬이나 티타늄을 성막함으로써 금을 성막할 수 있다. 성막 방법으로서, 도금 이외에 스퍼터링법을 사용할 수 있다.
결상 소자(10)의 MTF 특성
이어서, 결상 소자(10)의 결상 성능으로서 MTF 특성에 대해서 설명한다. 도 10의 광학계를 사용하여 결상 소자(10)의 공간 주파수에 대한 MTF의 변화를 측정했다. 즉, 테스트 차트(31)를 결상 소자(10)의 기판(11)의 하면(10B) 측의 제1 공간 (21)에 배치하고, 기판(11)의 상면(10A) 측의 제2 공간(22)에서 기판(11)에 면 대칭인 위치에 테스트 차트(31)의 실상(100)을 형성하고, 카메라부(30)로 측정을 행했다. 광원으로서 Xe 램프를 사용하고, 한번 확산판에서 확산한 백색 광을 US Air force의 테스트 차트(31)에 조명했다. 테스트 차트(31)의 실상(100)을 NA 0.1, PLAN APO 10X의 대물 렌즈, 및 CCD(Charge Coupled Device) 카메라(화소 사이즈 7.4 ㎛ 각)를 포함하는 카메라부(30)로 촬영하고, 전체 백색광과 전체 흑색광을 투영했을 때의 계조 차를 100%로 설정함으로써 약 10 내지 1(line pairs/mm) 정도의 공간 주파수 패턴에 대하여 변조도를 측정했다. 결상 소자(10)와 물체(테스트 차트(31)) 간의 거리, 즉 결상 소자(10)와 실상(100) 간의 거리를 Zb, Zb 보다 짧은 Za, 및 Zb 보다 긴 Zc로 했을 경우의 각각에 대해서 측정했다.
도 11은 그 측정 결과를 도시한다. 도 11에서, 횡축은 공간 주파수를 나타내고, 종축은 MTF 값을 나타낸다. 도 11에 도시한 바와 같이, 공간 주파수가 증가함에 따라 MTF 값이 단조 감소하는 것이 아니라, 공간 주파수가 증가함에 따라, MTF 값이 한번 극소점 P1을 취하고, 극대점 P2를 취한 다음에, MTF 값이 다시 감소하여 해상 한계에 달하는 특성이 얻어졌다. 물체 및 실상(100)에 대한 결상 소자(10)의 거리가 감소함에 따라, 보다 높은 공간 주파수에서 MTF가 한번 극대점 P2의 피크를 갖는다는 것도 알 수 있다.
일반적으로, 결상 광학계의 MTF는 공간 주파수의 증가에 따라 단조 감소한다. 도 11에 도시된 것과 같은 극소점 P1 및 극대점 P2를 취하는 MTF 특성은 결상 소자(10)를 구성하는 2면 코너 리플렉터에 특유한 성질이라고 생각할 수 있다. 이러한 MTF 특성은 2차원 디스플레이인 표시 소자(40)에 표시하는 화상의 특정 주기 구조만의 콘트라스트를 강조하거나 감쇠시키므로, 표시 화상의 품질을 손상시킨다. 그러므로, 관찰자(1000)에게 위화감을 주지 않는 공간 영상을 제공하기 위해서, 도 12에 도시한 바와 같이, 물체에 상당하는 표시 소자(40)의 화소(41)의 주기(또는 화소 주파수)는 이 극소 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 주기(또는 화소 주파수)가 되게 설정함으로써 달성될 수 있다. 이러한 화소 주기에 의한 결상 소자(10)의 공간 주파수에 대한 MTF의 변화에 의해 공간 영상의 화질 열화를 방지할 수 있다.
1.4 효과
본 실시 형태에 따르면, 표시 소자(40)의 복수의 화소(41)를 결상 소자(10)의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 주기로 배열하기 때문에, 결상 소자(10)의 MTF 특성의 변동에 의한 공간 영상의 화질 열화를 저감할 수 있다. 그러므로, 시인성이 양호한 공간 영상을 얻을 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이며 한정되는 것이 아니고, 다른 효과가 있을 수 있다. 이후의 다른 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
2. 제2 실시 형태(입력 화상 신호의 휘도를 최적화한 공간 영상 표시 장치)
이어서, 본 개시의 제2 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치에 대해서 설명한다. 또한, 아래에서는 제1 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치(1)에서의 구성 요소와 대략 동일한 부분은 동일한 참조 번호로 표시하고, 적절히 그 설명을 생략한다.
제1 실시 형태에서는, 도 12에 도시한 바와 같이, 표시 소자(40)의 복수의 화소(41)를 결상 소자(10)의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 주기로 배열하기 때문에, 결상 소자(10)의 MTF 특성의 변동에 의한 공간 영상의 화질 열화를 저감할 수 있다. 이에 대해, 본 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치에서는, 도 13에 도시한 바와 같이, 표시 소자(40)의 복수의 화소(41)가 결상 소자(10)의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수보다 높은 주파수에 상당하는 주기로 배열되어 있다. 본 실시 형태에서는, 복수의 화소(41)가 극소 공간 주파수보다 높은 해상도에서 배열되어 있는 경우에도, 공간 영상의 화질 열화를 저감하는 방법에 대해서 설명한다.
본 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치는, 도 14에 도시한 바와 같이, 화상 신호 입력부(51), 휘도 조정부(52), 및 구동 회로부(50)를 포함한다. 휘도 조정부(52)는, 도 15에 도시한 바와 같이, 2차원 FFT(Fast Fourier Transform)부(53), 공간 주파수 스펙트럼 분석부(54), 및 공간 주파수 등화 처리부(55)를 포함한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치에서, 화소(41)의 주기 및 회로 구성 이외의 부분의 구성은 도 1과 거의 마찬가지일 수 있다.
휘도 조정부(52)는 화상 신호 입력부(51)를 통하여 입력된 입력 화상 신호의 휘도를 결상 소자(10)의 공간 주파수에 대한 MTF 특성에 기초하여 조정하고, 조정 후의 입력 화상 신호를 구동 회로부(50)에 출력한다. 구동 회로부(50)는 표시 소자(40)에, 조정 후의 입력 화상 신호에 기초하는 표시 화상을 표시한다.
도 16 및 도 17은 휘도 조정부(52)에 의한 휘도의 조정의 예를 도시한다. 도 16 및 도 17에서, 실선은 결상 소자(10)의 공간 주파수에 대한 MTF의 변화를 나타낸다. 파선은 휘도 조정부(52)에 의한 휘도 조정 후의 공간 주파수에 대한 휘도의 변화를 나타낸다. 예를 들어, 도 16에 도시한 바와 같이, 휘도 조정부(52)는 입력 화상 신호에서, 결상 소자(10)의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극대가 되는 극대 공간 주파수 이하에 상당하는 화상 부분의 휘도를 증대시킨다. 그러므로, 결상 소자(10) 자체의 결상 성능이 바뀌는 것은 아니지만, 표시 소자(40)에 표시되는 화상의 휘도가 결상 소자(10)의 공간 주파수에 대한 MTF의 변동을 보상하도록 조정되고, 결과적으로, 결상 소자(10)에 의해 형성되는 실상(100)의 화질 열화를 저감할 수 있다.
결과적으로, 휘도 조정부(52)에 의한 휘도의 조정은 공간 주파수에 대한 휘도의 변동을 감소시키도록 조정될 수 있다. 이로 인해, 예를 들어, 도 17에 도시한 바와 같이, 입력 화상 신호에 대하여, MTF의 극소점 P1 부근의 공간 주파수를 갖는 화상 부분의 휘도를 증대시키고, 극대점 P2 부근의 공간 주파수를 갖는 화상 부분의 휘도를 감소시키도록 조정을 행할 수 있다. 그러므로, 결과적으로, 공간 주파수에 대한 휘도의 변화가 적고, 관찰자(1000)에게 위화감을 덜 주는 실상(100)을 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 결상 소자(10)의 공간 주파수에 대한 MTF 특성에 기초하여 입력 화상 신호의 휘도를 조정하므로, 표시 소자(40)의 복수의 화소(41)가 높은 해상도로 배열되는 경우에도, 결상 소자(10)의 MTF 특성의 변동에 의한 공간 영상의 화질 열화를 저감할 수 있다. 그러므로, 시인성이 양호한 공간 영상을 얻을 수 있다.
3. 제3 실시 형태
편광판을 사용한 공간 영상 표시 장치
이어서, 본 개시의 제3 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치에 대해서 설명한다. 또한, 아래에서는 제1 및 제2 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치에서의 구성 요소와 대략 동일한 부분은 동일한 참조 번호로 표시하고, 적절히 그 설명을 생략한다.
도 18은 본 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치(1A)의 구성예를 도시한다. 공간 영상 표시 장치(1A)는 결상 소자(10)와 실상(100) 사이에 특정한 편광 방향의 광을 투과하는 편광판(70)을 더 포함한다. 표시 소자(40)는 특정한 편광 방향으로 편광된 표시 화상을 표시할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치(1A)에서, 편광판(70) 이외의 부분의 구성은 제1 또는 제2 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치와 거의 마찬가지일 수 있다. 도 18은 표시 소자(40)의 영상 표시 면(40A)이 결상 소자(10)의 기판 면에 대략 평행하도록 배치된 경우를 예로서 도시하지만, 도 1에 도시한 바와 같이, 영상 표시 면(40A)이 결상 소자(10)의 기판 면에 경사지도록 배치되어 있는 경우에도 편광판(70)을 배치할 수 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 영상 표시 면(40A)이 결상 소자(10)의 기판 면에 대략 직교하도록 배치되어 있는 경우에도 편광판(70)을 배치할 수 있다.
결상 소자(10)는 외광 회절이 많은 구조이기 때문에, 관찰자가 특히 밝은 환경 하에서 관찰을 하고자 하면, 관찰자(1000)의 주의는 결상 소자(10)의 회절 광에 향하므로, 실상(100)을 관찰하기 어려워진다라고 하는 과제가 있다.
표시 소자(40)가 액정 디스플레이와 같이, 특정한 편광 방향으로 편광된 표시 화상을 표시하는 경우에, 외광 콘트라스트를 향상시키기 위해서, 그 특정한 편광 방향의 광을 주로 투과하는 편광판(70)을 결상 소자(10)와 실상(100) 사이에 설치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 외광의 결상 소자(10)에의 입사를 대략 50% 저감할 수 있다. 그러므로, 결상 소자(10)에서의 외광으로부터의 회절 산란 광이 관찰자(1000)에게 신경을 쓰이게 하지 않으므로, 양호한 공간 영상을 제공할 수 있다.
4. 제4 실시 형태
공간 영상 표시 장치의 적용 사례
제1 내지 제3 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치는 예를 들어, 이하와 같은 분야에 적용 가능하다.
또한, 제1 내지 제3 실시 형태에 따른 공간 영상 표시 장치는, 도 19에 도시한 바와 같이, 손가락 등의 지시물(61)을 검출하는 공간 센서로서의 검출부(60), 및 검출부(60)의 검출 결과에 기초하여 표시 소자(40)의 표시 화상의 내용을 제어하는 화상 제어부(62)를 더 포함할 수 있다. 그러므로, 조작자는 예를 들어, 태블릿 단말기 등의 터치 패널을 손가락 등으로 터치 조작하는 것과 같은 감각과 마찬가지인 포인팅 조작을 공중 영상(실상(100))에 대하여 행할 수 있다. 이에 의해, 영상 표시를 행할 뿐만 아니라, 인터렉티브한 정보 표시를 제공할 수 있다.
이러한 인터렉티브한 정보 표시는 예를 들어, 의료 분야의 표시 장치에 적용 가능하다. 예를 들어, 의료 분야의 진료와 진찰 현장에서, 의사가 환자에 접촉한 장갑을 끼고 손으로 환자 이외의 물체에 접촉하면, 감염의 우려가 있다. 본 개시에 따른 공간 영상 표시 장치와 같이 공중 영상을 사용한 인터렉티브한 영상 인터페이스를 사용하면, 그러한 가능성이 없어진다.
또한, 본 개시에 따른 공간 영상 표시 장치는 포스터나 안내판 등의 디지털 사이니지(전자 간판)로서 적용 가능하다.
또한, 본 개시에 따른 공간 영상 표시 장치는 카 내비게이션 시스템이나 헤드업 디스플레이 등의 차량용의 표시 장치로서 적용 가능하다.
또한, 본 개시에 따른 공간 영상 표시 장치는 도로의 안전 표지 등에도 적용 가능하다. 공중 영상을 도로의 안전 표지 등에 사용함으로써, 교통에 방해가 적은 표시를 행할 수 있다.
5. 기타의 실시 형태
본 개시에 따른 기술은 상기 실시 형태의 설명에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
예를 들어, 본 기술은 이하의 구성을 취할 수 있다.
(1)
공간 영상 표시 장치로서,
2차원 배열된 복수의 화소를 포함하는 표시 소자; 및
복수의 2면 코너 리플렉터가 배열된 기판을 포함하는 결상 소자를 포함하고, 상기 표시 소자는 상기 기판의 한쪽의 주면 측의 제1 공간에 배치되고, 상기 결상 소자는 상기 기판의 다른 쪽 주면 측의 제2 공간에, 상기 표시 소자에 의한 표시 화상의 실상을 형성하고,
상기 복수의 화소가 상기 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 주기로 배열되어 있는 공간 영상 표시 장치.
(2)
상기 (1)에 따른 공간 영상 표시 장치로서,
상기 결상 소자와 상기 실상 사이에, 특정한 편광 방향의 광을 투과하는 편광판을 더 포함하는 공간 영상 표시 장치.
(3)
상기 (1) 또는 (2)에 기재된 공간 영상 표시 장치로서,
상기 표시 소자가 상기 특정한 편광 방향으로 편광된 표시 화상을 표시하는 공간 영상 표시 장치.
(4)
공간 영상 표시 장치로서,
2차원 배열된 복수의 화소를 포함하고, 입력 화상 신호에 기초하는 화상을 표시하는 표시 소자; 및
복수의 2면 코너 리플렉터가 배열된 기판을 포함하는 결상 소자 - 상기 표시 소자는 상기 기판의 한쪽의 주면 측의 제1 공간에 배치되고, 상기 결상 소자는 상기 기판의 다른 쪽 주면 측의 제2 공간에, 상기 표시 소자에 의한 표시 화상의 실상을 형성함 - ; 및
상기 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 특성에 기초하여, 상기 입력 화상 신호의 휘도를 조정하는 휘도 조정부
를 포함하는 공간 영상 표시 장치.
(5)
상기 (4)에 따른 공간 영상 표시 장치로서,
상기 휘도 조정부는 상기 MTF 특성에 의한 휘도의 변동을 억제하도록 상기 입력 화상 신호의 휘도를 조정하는 공간 영상 표시 장치.
(6)
상기 (5)에 따른 공간 영상 표시 장치로서,
상기 휘도 조정부는 상기 입력 화상 신호에서, 상기 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극대가 되는 극대 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 화상 부분의 휘도를 증대시키는 공간 영상 표시 장치.
(7)
상기 (4) 내지 (6) 중 어느 하나에 따른 공간 영상 표시 장치로서,
상기 표시 소자의 상기 복수의 화소가 상기 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수보다 높은 주파수에 상당하는 주기로 배열되어 있는 공간 영상 표시 장치.
(8)
상기 (4) 내지 (7) 중 어느 하나에 따른 공간 영상 표시 장치로서,
상기 결상 소자와 상기 실상 사이에, 특정한 편광 방향의 광을 투과하는 편광판을 더 포함하는 공간 영상 표시 장치.
(9)
상기 (8)에 따른 공간 영상 표시 장치로서,
상기 표시 소자가 상기 특정한 편광 방향으로 편광된 표시 화상을 표시하는 공간 영상 표시 장치.
본 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 변형, 조합, 부조합 및 변경이 첨부된 청구 범위 및 그 균등물의 범위 내에 있는 한 설계 요건 및 다른 인자에 따라 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
1, 1A: 공간 영상 표시 장치, 10: 결상 소자, 10A: 상면(다른 쪽의 주면), 10B: 하면(한쪽의 주면), 11: 기판, 12: 개구, 13: 2면 코너 리플렉터, 13A: 제1 반사면, 13B: 제2 반사면, 21: 제1 공간, 22: 제2 공간, 30: 카메라부, 31: 테스트 차트, 40: 표시 소자, 40A: 영상 표시 면, 41: 화소, 50: 구동 회로부, 51: 화상 신호 입력부, 52: 휘도 조정부, 53: 2차원 FFT부, 54: 공간 주파수 스펙트럼 분석부, 55: 공간 주파수 등화 처리부, 60: 검출부, 61: 지시물(손가락), 62: 화상 제어부, 70: 편광판, 100: 실상, 1000: 관찰자, L: 광, Lxy: 광의 XY축 방향의 성분, Lz: 광의 Z축 방향의 성분, Xp: 면 내 수평 방향의 화소 피치, Yp: 면 내 수직 방향의 화소 피치, P1: 극소점, P2: 극대점, Za ,Zb, Zc: 거리.

Claims (9)

  1. 공간 영상 표시 장치로서,
    2차원 배열된 복수의 화소를 포함하는 표시 소자; 및
    복수의 2면 코너 리플렉터가 배열된 기판을 포함하는 결상 소자를 포함하고, 상기 표시 소자는 상기 기판의 한쪽의 주면 측의 제1 공간에 배치되고, 상기 결상 소자는 상기 기판의 다른 쪽 주면 측의 제2 공간에, 상기 표시 소자에 의한 표시 화상의 실상을 형성하고,
    상기 복수의 화소가 상기 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 주기로 배열되어 있는 공간 영상 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결상 소자와 상기 실상 사이에, 특정한 편광 방향의 광을 투과하는 편광판을 더 포함하는 공간 영상 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 표시 소자가 상기 특정한 편광 방향으로 편광된 표시 화상을 표시하는 공간 영상 표시 장치.
  4. 공간 영상 표시 장치로서,
    2차원 배열된 복수의 화소를 포함하고, 입력 화상 신호에 기초하는 화상을 표시하는 표시 소자; 및
    복수의 2면 코너 리플렉터가 배열된 기판을 포함하는 결상 소자 - 상기 표시 소자는 상기 기판의 한쪽의 주면 측의 제1 공간에 배치되고, 상기 결상 소자는 상기 기판의 다른 쪽 주면 측의 제2 공간에, 상기 표시 소자에 의한 표시 화상의 실상을 형성함 - ; 및
    상기 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 특성에 기초하여, 상기 입력 화상 신호의 휘도를 조정하는 휘도 조정부
    를 포함하는 공간 영상 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 휘도 조정부는 상기 MTF 특성에 의한 휘도의 변동을 억제하도록 상기 입력 화상 신호의 휘도를 조정하는 공간 영상 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 휘도 조정부는 상기 입력 화상 신호에서, 상기 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극대가 되는 극대 공간 주파수 이하의 주파수에 상당하는 화상 부분의 휘도를 증대시키는 공간 영상 표시 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 표시 소자의 상기 복수의 화소가 상기 결상 소자의 공간 주파수에 대한 MTF 값이 극소가 되는 극소 공간 주파수보다 높은 주파수에 상당하는 주기로 배열되어 있는 공간 영상 표시 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 결상 소자와 상기 실상 사이에, 특정한 편광 방향의 광을 투과하는 편광판을 더 포함하는 공간 영상 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 표시 소자가 상기 특정한 편광 방향으로 편광된 표시 화상을 표시하는 공간 영상 표시 장치.
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