CN108885353A - 投影装置、投影***以及眼镜型显示装置 - Google Patents

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Abstract

根据现有的再归性投影技术，由于来自投影仪的影像光在半透半反镜反射以及透射后到达观察者，因此影像光的损失较大。因此，为了观察者观察到明亮的影像而需要大规模的装置。本发明提供一种投影***，其具有：投影部，其射出投影像；相位差板，其相对于投影像的光轴倾斜地配置，并入射投影像进而调制偏振状态；反射型偏振板，其重叠于相位差板中的投影像入射侧的相反侧，并反射透射了相位差板的投影像的第一偏振光成分；以及再归性反射元件，其设置于投影像的由反射型偏振板进行的反射方向上，并向入射光的入射方向射出反射光，反射型偏振板使在再归性反射元件反射并在相位差板中调制的投影像的第二偏振光成分透射。

Description

投影装置、投影***以及眼镜型显示装置
技术领域
本发明涉及一种投影装置、投影***以及眼镜型显示装置。
背景技术
已知有一种再归性投影技术，其通过将来自投影仪的影像经由半透半反镜向再归性反射元件投影，从而显示虚拟物体(参照非专利文献1和专利文献1)。另外，已知有一种使用了偏振光分束器的图像显示装置(参照专利文献2至3)。
现有技术文献
非专利文献1：S.Tachi,远距离感知传送和再归性投影技术，第五届虚拟现实国际会议论文集(Telexistence and Retro-reflective Projection Technology(RPT),Proceedings of the 5th Virtual Reality International Conference)(VRIC2003)pp.69/1-69/9,Laval Virtual 2003,France,May 13-18,2003。
专利文献
专利文献1：日本专利公开2000-122176号公报
专利文献2：日本专利公开平成6-342129号公报
专利文献3：日本专利公开平成6-59217号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
但是，若根据现有方法，由于来自投影仪的影像被半透半反镜削弱后到达观察者，因此影像光的损失较大，只能显示较暗的影像。而为了向观察者提供明亮的影像而需要大型投影仪。
(二)技术方案
在本发明的第一方式中，提供一种投影***，其具有：投影部，其射出投影像；相位差板，其相对于投影像的光轴倾斜地配置，并入射投影像进而调制偏振状态；反射型偏振板，其重叠于相位差板的投影像入射侧的相反侧，并反射透射了相位差板的投影像的第一偏振光成分；以及再归性反射元件，其设置于投影像的由反射型偏振板进行的反射方向上，并向入射光的入射方向射出反射光，反射型偏振板使在再归性反射元件反射并在相位差板调制的投影像的第二偏振光成分透射。
在本发明的第二方式中，提供一种投影装置，其具有：投影部，其射出投影像；相位差板，其相对于投影像的光轴倾斜地配置，并入射投影像进而调制偏振状态；以及反射型偏振板，其重叠于相位差板的投影像入射侧的相反侧，并反射透射了相位差板的投影像的第一偏振光成分，进而向配置于前方的再归性反射元件投影，反射型偏振板使在再归性反射元件反射并在相位差板调制的投影像的第二偏振光成分透射。
此外，上述发明的概要并未列举本发明的全部特征。另外，这些特征组的子组合也能够另外成为发明。
附图说明
图1表示本实施方式的投影***10的一例。
图2表示本实施方式中的再归性反射元件190的一例。
图3表示本实施方式的第一变形例的投影***10的立体图像显示方法的一例。
图4表示本实施方式的第一变形例的投影***10的立体图像显示方法的一例。
图5表示本实施方式的第二变形例的投影***10的一例。
图6表示本实施方式的第三变形例的投影***10的一例。
图7表示使用了本实施方式的投影装置100的眼镜型显示装置的一例。
具体实施方式
下面，通过发明的实施方式来说明本发明，但以下的实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。另外，在实施方式中说明的特征的全部组合在发明的解决方案中并不一定是必须的。
图1表示本实施方式的投影***10的一例。投影***10从观察者的附近射出投影像，并使射出的投影像再归性反射进而让观察者观察。投影***10具有投影装置100和再归性反射元件190。
投影装置100向再归性反射元件190射出投影像。投影装置100具有图像生成部110、投影部120、相位差板130以及反射型偏光板140。
图像生成部110生成投影装置100射出的投影像的图像数据。例如，图像生成部110生成在再归性反射元件190上让用户观察的物品等的图像数据。图像生成部110也可以读出存储于设置在投影装置100的内部或外部的存储装置中的图像数据。图像生成部110向投影部120提供图像数据。
投影部120具有射出基于图像生成部110所生成的图像数据的投影像的功能，例如可以是小型的投影仪装置。投影部120可以射出将配置了再归性反射元件190的位置作为对焦位置的投影像。投影部120可以射出偏振光(例如圆偏振光)的投影像。
相位差板130相对于投影部120射出的投影像的光轴倾斜地配置，并入射投影像进而调制偏振状态。例如，相位差板130以其主面的法线与投影像的光轴的倾角α为30～60度的范围(作为一例，为45度)的方式配置。另外，在观察者眼睛的位置确定的情况下，如图1所示，可以在相位差板130的主面的法线与连结相位差板与观察者眼睛的直线所成的角度与倾角α一致或者大致一致的位置上配置投影部120和相位差板130。
相位差板130可以是1/4波长板。另外，相位差板130可以是根据倾角α以使从投影部120入射的偏振光的相位偏移1/4波长并射出的方式而调整了面内相位差和/或厚度方向相位差的相位差板。另外，面内相位差和/或厚度方向相位差根据倾角α,依赖于相位差板130的滞相轴与入射光向相位差板130的主面上的投影方向的角度而变化。因此，为了获得1/4波长的相位差，也可以调整相位差板130中的滞相轴的方向，并且调整后述的反射型偏振板140的透射轴/反射轴。
反射型偏振板140重叠于相位差板130的投影像入射侧的相反侧，其反射透射了相位差板130的投影像的第一偏振光成分。由此，反射型偏振板140将反射的投影像向配置于前方的再归性反射元件190投影。
另外，反射型偏振板140使在再归性反射元件190所反射并在相位差板130进一步调制的投影像的第二偏振光成分透射。反射型偏振板140可以通过粘接或其它方法固定于相位差板130的面上。例如，反射型偏振板140可以包括线栅型偏振片或者多层膜偏振片。
再归性反射元件190设置于来自投影部120的投影像由反射型偏振板140反射的方向上，并向入射光的入射方向射出反射光。由此，再归性反射元件190将从反射型偏振板140入射的投影像朝向反射型偏振板140射出。
在此，对从图1中的投影部120射出的投影像的光路的一例进行说明。首先，投影部120通过第一圆偏振光(作为一例，为右旋转圆偏振光)射出投影像1A。在此，在本说明书中，右旋转圆偏振光可以指从射出源(例如投影部120侧)观察射出方向(例如相位差板130侧)为右旋转(即，绕顺时针旋转)的圆偏振光，左旋转圆偏振光可以指从射出源观察射出方向为左旋转的圆偏振光。从投影部120射出的投影像1A以倾角α(例如45度)的入射角向相位差板130入射。
接着，入射到相位差板130的第一圆偏振光的投影像1A在相位差板130调制成第一直线偏振光(例如S偏振光)并向反射型偏振板140入射。反射型偏振板140以反射角α反射成为第一直线偏振光的投影像1A，并再次使投影像1A向相位差板130入射。相位差板130向再归性反射元件190射出投影像1B，所述投影像1B是将反射的第一直线偏振光的投影像1A调制成了第一圆偏振光(作为一例为右旋转圆偏振光)的投影像。
接着，再归性反射元件190使入射的第一圆偏振光的投影像1B入射，并在维持偏振状态不变的情况下向入射方向反射，由此，朝向相位差板130射出旋转方向与第一圆偏振光相反的第二圆偏振光的投影像1C。
接着，再次入射至相位差板130的第二圆偏振光的投影像1C在相位差板130调制成振动方向与第一直线偏振光不同的第二直线偏振光(例如，P偏振光)并向反射型偏振板140入射。反射型偏振板140不反射第二直线偏振光的投影像1C而让其透射，由此，向观察者射出投影像1D。
这样，根据投影***10，由于再归性反射元件190向观察者反射投影部120所射出的投影像，因此只有观察者能够观察投影像。由此，根据投影***10，由于在物体、银幕上重合显示只有观察者能够目视确认的其它物体的图像等，因此能够向观察者提供不同于现实影像的虚拟现实体验。
另外，根据投影***10，通过组合相位差板130和反射型偏振板140，与使用半透半反镜的情况相比，能够向观察者提供较明亮的投影像。因此，根据本实施方式的投影***10，与现有方法相比，能够向观察者提供更明亮且清晰的影像。
进一步地，根据投影***10，通过降低显示投影像所需要的能耗和/或使投影部120小型化，从而能够使投影装置100自身也小型化。而且，根据投影***10，通过将相位差板130与反射型偏振板140重叠，从而能够使投影装置100小型化。
图2表示本实施方式中的再归性反射元件190的一例。再归性反射元件190可以具有基底基材192、粘接层194、以及反射材料196。基底基材192是担载反射材料196的部件，例如可以是膜、纸、纺织物、陶瓷板、玻璃板、或者金属板等。
粘接层194是将反射材料196固定到基底基材192的部件，例如可以是被固化的粘接剂等。反射材料196在基底基材192的面上配置有多个，其是通过对入射光进行折射及反射，从而向与入射光大致相同方向射出反射光的部件，例如可以是球体透镜、圆柱透镜、角形棱镜、或者棱镜等。
在图2中，再归性反射元件190整体是平面形状，但再归性反射元件190也可以具有曲面。另外，再归性反射元件190可以是具有刚性的板状部件，或者也可以是具有柔软性的柔性部件。例如，在物体上罩上具有柔软性的布状的再归性反射元件190之后，投影装置100通过将物体的背景图像作为投影像射出至再归性反射元件190，从而能够产生针对物体的迷彩效果。
图3和图4表示本实施方式的第一变形例的投影***10的立体图像显示方法的一例。在本变形例中，投影装置100至少具有多个投影部120以及相位差板130，由多个投影部120射出左眼用的投影像以及右眼用的投影像，由此使观察者观察立体图像。
图3表示左眼用的投影像的光路及偏振状态的一例。例如，首先，左眼用的投影部120L向在-Y方向上设置的左眼用的相位差板130L射出左眼用的投影像3A。投影部120L射出右旋转圆偏振光作为投影像3A。
相位差板130L可以是将以投影像3A的光轴作为法线的面设置为以正交于Y方向的X轴为中心进行了45度旋转的面的1/4波长板。在此，将在相位差板130L的主面内与X轴正交的轴设为Y’。对于相位差板130L来说，滞相轴可以在XY’面内相对于X方向倾斜45度，将入射至相位差板130L的投影像3A调制成在X方向上振动的直线偏振光的投影像3B，并向反射型偏振板140L射出。
反射型偏振板140L与相位差板130L重叠设置，其可以是具有与±X方向平行地排列的多个线材的线栅型偏振元件。反射型偏振板140L向与X方向和Z方向正交的+Z方向反射投影像3B，投影像3B是在±X方向上振动的S偏振光，由此向相位差板130L射出投影像3C。
接着，相位差板130L将由反射型偏振板140L反射进而入射的投影像3C调制成右旋转圆偏振光的投影像3D，并朝向再归性反射元件190向+Z方向射出。
接着，再归性反射元件190将入射的投影像3D在维持偏振状态不变的情况下向入射方向反射，由此，朝向相位差板130L向-Z方向射出左旋转偏振光的投影像3E。在此，再归性反射元件190有时将投影像3D中的一部分通过散射等而向入射方向以外反射。例如，再归性反射元件190将作为投影像3D的反射光一部分的左旋转圆偏振光的投影像3E’向右眼用的相位差板130R的方向射出。
相位差板130L将入射的投影像3E调制成在相位差板130L的面内在±Y方向上振动的直线偏振光的投影像3F，并向反射型偏振板140L射出。反射型偏振板140L使投影像3F朝向观察者的左眼透射，投影像3F是在±Y方向上振动的P偏振光，由此，能够使观察者的左眼观察左眼用的投影像。
另一方面，相位差板130R可以是与相位差板130L平行设置且具有与相位差板130L正交的滞相轴的1/4波长板。相位差板130R将入射的投影像3E’调制成在±X方向上振动的直线偏振光的投影像3F’，并向反射型偏振板140R射出。
反射型偏振板140R与反射型偏振板140L平行，且其透射轴及反射轴与反射型偏振板140L设置成相同方向。反射型偏振板140R不使投影像3F’透射而进行反射，投影像3F’是在±X方向上振动的S偏振光。由此，反射型偏振板140R防止向观察者的右眼入射左眼用的投影像，从而防止串扰。
图4表示右眼用的投影像的光路以及偏振状态的一例。例如，首先，右眼用的投影部120R向在-Y方向上设置的右眼用的相位差板130R射出右眼用的投影像4A。投影部120R射出与投影像3A不同的左旋转圆偏振光作为投影像4A。
相位差板130R可以设置于与相位差板130L平行的面内。相位差板130R将入射的投影像4A调制成在与Y方向正交的X方向上振动的直线偏振光的投影像4B，并向反射型偏振板140R射出。
反射型偏振板140R与相位差板130R重叠设置，其可以是具有与±X方向平行地排列的多个线材的线栅型偏振元件。反射型偏振板140R和反射型偏振板140L可以通过一张反射型偏振板实现，或者也可以通过分离的多张反射型偏振板实现。反射型偏振板140R向+Z方向反射投影像4B，投影像4B是在±X方向上振动的S偏振光，由此向相位差板130R射出投影像4C。
接着，相位差板130R将入射的投影像4C调制成左旋转圆偏振光的投影像4D，并朝向再归性反射元件190向+Z方向射出。
接着，再归性反射元件190将入射的投影像4D在维持偏振状态不变的情况下向入射方向反射，由此，朝向相位差板130R向-Z方向射出右旋转偏振光的投影像4E。在此，再归性反射元件190有时将投影像4D中的一部分通过散射等而向入射方向以外反射。例如，再归性反射元件190将作为投影像4D的反射光一部分的右旋转圆偏振光的投影像4E’向右眼用的相位差板130L的方向射出。
相位差板130R将入射的投影像4E调制成在±Y方向上振动的直线偏振光的投影像4F，并向反射型偏振板140R射出。反射型偏振板140R使投影像4F朝向观察者的右眼透射，投影像4F是在±Y方向上振动的P偏振光，由此，能够使观察者的右眼观察右眼用的投影像。
另一方面，相位差板130L将入射的投影像4E’调制成在±X方向上振动的直线偏振光的投影像4F’，并向反射型偏振板140L射出。反射型偏振板140L不使投影像4F’透射而进行反射，投影像4F’是在±X方向上振动的S偏振光。由此，反射型偏振板140L防止向观察者的左眼入射右眼用的投影像，从而防止串扰。
这样一来，本变形例的投影***10在再归性反射元件190上对观察者显示左眼用的投影像以及右眼用的投影像，能够对观察者显示3D图像。特别地，根据本变形例，通过利用射出偏振光方向不同的投影像的多个投影部120L-R、分别入射来自多个投影部120L-R的多个投影像且滞相轴方向正交的多个相位差板130L-R及反射型偏振板140L-R，从而能够降低投影光的损失，更有效地显示3D图像，并降低3D图像中产生串扰。
另外，在图3及图4的例子中，示出了左眼用的反射型偏振板140L与右眼用的反射型偏振板140R的透射轴/反射轴平行且左眼用的相位差板130L与右眼用的相位差板130R的滞相轴正交的情况，也可以取代这种情况，使左眼用的反射型偏振板140L与右眼用的反射型偏振板140R的透射轴/反射轴正交且左眼用的相位差板130L与右眼用的相位差板130R的滞相轴平行。
图5表示本实施方式的第二变形例的投影***10的一例。在本变形例中，投影装置100还具有传感器部105、遮光部160、以及吸收型偏振板170。
传感器部105检测观察者的位置。例如，传感器部105可以是检测观察者的头部或者眼的位置的运动传感器。传感器部105向图像生成部110提供所检测的头部等的位置。
图像生成部110基于预先存储的再归性反射元件190的后方的背景图像，在没有再归性反射元件190的情况下，生成应从观察者的头部等的位置观察的背景图像的场景的图像数据。图像生成部110也可以生成应从观察者的左眼以及右眼等的位置观察的各自的背景图像的场景的图像数据。
在此，图像生成部110也可以在背景图像的前方配置了现实中不存在的虚拟的物体的情况下生成观察者应观察的场景的图像数据。投影部120射出图像生成部110所生成的图像数据的投影像。
遮光部160设置于反射型偏振板140的投影部120相反侧，且遮挡来自于外部的光，和/或吸收入射的光。由此，遮光部160吸收从投影部120射出的投影像5A中的未被反射型偏振板140反射而透射的干扰光5F，从而防止干扰光5F在投影装置100的内部或外部反射而被观察者观察到。另外，遮光部160由于遮蔽从外部侵入的外部光，因此能够防止地面等的眩光被观察者观察到。
吸收型偏振板170入射从再归性反射元件190入射并透射了反射型偏振板140的投影像5D，所述吸收型偏振板170具有与反射型偏振板140的透射轴平行的透射轴、以及与反射型偏振板140的反射轴平行的吸收轴。由此，吸收型偏振板170使观察者观察从投影部120射出的投影像5D，并且阻断从投影部120射出的投影像以外的光，使观察者观察干扰更少的投影像。特别地，在将吸收型偏振板170应用于在图3及图4中说明的第二变形例的情况下，由于进一步阻断来自另一只眼侧的投影像，因此能够实现进一步降低了串扰的投影装置100。
图6表示本实施方式的第三变形例的投影***10的一例。在本变形例中，吸收型偏振板170代替在第二变形例中所示那样配置于反射型偏振板140与观察者之间的情况，而重叠设置于反射型偏振板140的相位差板130相反侧。由此，在从反射型偏振板140的投影部120相反侧入射了外部光6G’的情况下，由于吸收型偏振板170吸收与反射型偏振板140的反射轴平行的偏振光成分，因此能够降低观察者观察到的外部光6G’。
图7表示利用了本实施方式的投影装置100的眼镜型显示装置200的一例。眼镜型显示装置200具有投影装置100以及眼镜型的框架102，也可以通过框架102以与眼镜相同的方式供观察者佩戴。
在本变形例中，眼镜型显示装置200可以在眼镜的与眼的位置对应的部分的上部具有投影部120L及投影部120R，投影部120L及投影部120R可以向下方射出左眼用及右眼用的投影像。另外，可以在眼镜型显示装置200的右眼侧的边框210R和左眼侧的边框210L的内部分别设置有相位差板130L和相位差板130R、以及反射型偏振板140L和反射型偏振板140R等，并向佩戴者的前方射出从投影部120L和投影部120R射出的投影像。眼镜型显示装置200还可以具有透镜等其它的光学***。
眼镜型显示装置200可以在其它部分设置投影部120L和投影部120R。例如，眼镜型显示装置200可以将投影部120L和投影部120R设置于与眼对应的部分的下侧、内侧、或者外侧。另外，虽未图示，投影装置100和眼镜型显示装置200可以包含传感器部105、图像生成部110、以及对投影部120等进行控制的处理器、以及向它们提供电力的电池等必要元件。
取代图7所示的眼镜型显示装置200，投影装置100也可以通过头盔型显示装置、头戴式显示器型、便携信息终端、或者可穿戴终端等封装。
以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所述的范围。在上述实施方式中，对于本领域技术人员而言，显然可以进行各种改变或者改良。根据权利要求书的记载显然可知，实施了这样改变或者改良的方式也包含于本发明的技术范围内。
需要注意的是，关于在权利要求书、说明书、以及附图中示出的装置、***、程序以及方法中的动作、流程、步骤以及阶段等各处理的执行顺序，只要不特别明示“更靠前”、“之前”等，另外在后面的处理中使用前面的处理的输出的情况下，都能够以任意的顺序实现。关于权利要求书、说明书、以及附图中的动作流程，即使为了方便而使用“首先”、“接着”等进行说明，也并不表示必须要以该顺序实施。
另外，在实施方式的说明中列举了多个元件的情况下，也可以使用所列举的元件以外的元件。例如，在记载为“X使用A、B以及C执行Y”的情况下，X除了A、B以及C之外还可以使用D执行Y。
附图标记说明
10-投影***；
100-投影装置；
102-框架；
105-传感器部；
110-图像生成部；
120-投影部；
130-相位差板；
140-反射型偏振板；
160-遮光部；
170-吸收型偏振板；
190-再归性反射元件；
192-基底基材；
194-粘接层；
196-反射材料；
200-眼镜型显示装置；
210-边框。

Claims (12)

1.一种投影***，其具有：
投影部，其射出投影像；
相位差板，其相对于所述投影像的光轴倾斜地配置，并入射所述投影像进而调制偏振状态；
反射型偏振板，其重叠于所述相位差板的所述投影像入射侧的相反侧，并反射透射了所述相位差板的所述投影像的第一偏振光成分；以及
再归性反射元件，其设置于所述投影像的由所述反射型偏振板进行的反射方向上，并向入射光的入射方向射出反射光，
所述反射型偏振板使在所述再归性反射元件反射并在所述相位差板调制的所述投影像的第二偏振光成分透射。
2.根据权利要求1所述的投影***，其特征在于，
所述投影***还具有吸收型偏振板，其入射从所述再归性反射元件入射并透射了所述反射型偏振板的所述投影像，并具有与所述反射型偏振板的透射轴平行的透射轴。
3.根据权利要求1或2所述的投影***，其特征在于，
所述投影***在所述反射型偏振板的所述投影部相反侧还具有遮光部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的投影***，其特征在于，
所述投影部射出圆偏振光，
所述相位差板是1/4波长板。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的投影***，其特征在于，
所述投影***具有多个所述投影部以及多个所述相位差板，
多个所述相位差板的滞相轴方向正交，且多个所述相位差板入射来自多个所述投影部的多个所述投影像。
6.一种投影装置，其具有：
投影部，其射出投影像；
相位差板，其相对于所述投影像的光轴倾斜地配置，并入射所述投影像进而调制偏振状态；以及
反射型偏振板，其重叠于所述相位差板的所述投影像入射侧的相反侧，并反射透射了所述相位差板的所述投影像的第一偏振光成分，进而向配置于前方的再归性反射元件投影，
所述反射型偏振板使在所述再归性反射元件反射并在所述相位差板调制的所述投影像的第二偏振光成分透射。
7.根据权利要求6所述的投影装置，其特征在于，
所述投影装置还具有吸收型偏振板，其入射从所述再归性反射元件入射并透射了所述反射型偏振板的所述投影像，并具有与所述反射型偏振板的透射轴平行的透射轴。
8.根据权利要求6或7所述的投影装置，其特征在于，
所述投影装置在所述反射型偏振板的所述投影部相反侧还具有遮光部。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的投影装置，其特征在于，
所述投影部射出圆偏振光，
所述相位差板是1/4波长板。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的投影装置，其特征在于，
所述投影装置具有多个所述投影部以及多个所述相位差板，
多个所述相位差板的滞相轴方向正交，且多个所述相位差板入射来自多个所述投影部的多个所述投影像。
11.一种眼镜型显示装置，
其具有权利要求6至10中任一项所述的投影装置。
12.根据权利要求11所述的眼镜型显示装置，其特征在于，
所述投影部设置于眼的位置的上部侧。
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