JP6350512B2 - 表示装置、撮像装置および光学系 - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様によると、撮像装置は、第1偏光の光を反射し、第2偏光の光を透過する複数の凹面を有する第1光学部材と、前記第1光学部材に入射し前記複数の凹面を透過した前記第2偏光の光を前記第1偏光の光に変換して反射し、前記第1光学部材に入射させ、前記第1光学部材の前記複数の凹面で反射した前記第1偏光の光を第3偏光の光に変換する第2光学部材と、前記第2光学部材で変換された前記第3偏光の光が入射する複数の画素を有する撮像部と、を備える。
本発明の第3の態様によると、光学系は、第1偏光の光を第2偏光の光に変換する第1光学部材と、前記第1光学部材で前記第2偏光の光に変換された光を反射して前記第1光学部材に入射させる複数の凹面を有する第2光学部材とを備え、前記第1光学部材は、前記第2光学部材の複数の凹面で反射された前記第2偏光の光を第3偏光の光に変換して反射し、前記第2光学部材に入射させ、前記第2光学部材の複数の凹面は、前記第1光学部材で反射された前記第3偏光の光を透過する。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る表示装置の構成を模式的に示す斜視図である。表示装置100は、いわゆるインテグラルフォトグラフィ方式の立体映像表示装置であり、液晶ディスプレイ110と、液晶ディスプレイ110の表示面に対向して設置されたマイクロミラーアレイ120とを備える。液晶ディスプレイ110の表示面には、矩形形状を有する多数の表示画素(ピクセル)111が二次元状に正方配列されている。
図2は、マイクロミラー121の構成を模式的に示す断面図である。マイクロミラーアレイ120は、図2に示したマイクロミラー121が二次元状に多数配列されたものである。なお、図2では分かりやすさのために、1つのマイクロミラー121を構成する各部材および液晶ディスプレイ110を互いに分離して図示しているが、実際には各部材は密着して形成される。
(1)マイクロミラー121は、四分の一波長板123と、四分の一波長板123の一方の面に対向して配置され、P偏光成分を透過しS偏光成分を反射する反射型直線偏光板122と、四分の一波長板123の他方の面に対向する凹面を有し、凹面に入射した右円偏光成分を反射し左円偏光成分を透過する反射鏡124とを備える。このようにしたので、マイクロミラーアレイ120を用いる表示装置100を薄型化することができる。また、従来のマイクロレンズに比べて、開放絞り値が小さく(明るく)且つ色収差が生じないマイクロミラーを用意することが可能になる。
上述した第1の実施の形態の表示装置には、観察者側からマイクロミラー121に向かって入射する外光によって、液晶ディスプレイ110に表示された映像のコントラストが低下してしまうという問題がある。以下、この問題を解決した、第2の実施の形態に係る表示装置の構成を説明する。
(1)マイクロミラー221は、反射鏡124の凸面に対向して設けられ、P偏光成分を透過しS偏光成分を吸収する吸収型直線偏光板126と、反射鏡124と吸収型直線偏光板126との間に設けられた四分の一波長板125とを備える。このようにしたので、外光による観察像のコントラスト低下を防止することができる。
以下、本発明の第3の実施の形態に係る表示装置について説明する。なお、以下の説明では、第2の実施の形態に係る表示装置との違いについて説明し、第2の実施の形態と同一の部材については第2の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。
(1)マイクロミラー321は、四分の一波長板123と反射型直線偏光板122との間に配置され、二分の一波長板と略同一の光学特性を有する状態と、入射光の偏光状態を変化させずに透過する状態とを電気的に切替可能な液晶板127を備える。このようにしたので、三次元画像の観察と二次元画像の観察とを電気的に切り替えることができる。
以下、本発明の第4の実施の形態に係る表示装置について説明する。なお、以下の説明では、第2の実施の形態に係る表示装置との違いについて説明し、第2の実施の形態と同一の部材については第2の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。
(1)反射鏡424の凹面は、観察者側を向いている。このようにしたので、反射鏡424の凹面に形成された円偏光分離層が左円偏光成分を完全に反射しきれない場合(つまり左円偏光成分の一部が反射鏡424を透過してしまう場合)であっても、反射鏡424を意図せず透過してしまった光は液晶ディスプレイ110の表示面に吸収され、観察者側に向かうことがない。
以下、本発明の第5の実施の形態について説明する。第5の実施の形態は、上記の実施の形態で説明をした表示装置の構成を近接眼観察システムであるヘッドマウントディスプレイシステム(ヘッドマウント表示装置)に応用した例を示す。
(1)光学系を上記のような偏光折り返し光学系521としたので、ヘッドマウントディスプレイシステムの光学系として、薄型化され、開放絞り値が小さく(明るく)、かつ、色収差が生じない光学系を使用することが可能になる。
上述した各実施の形態において、P偏光成分とS偏光成分との透過・反射(吸収)の関係は変更可能である。例えば図2において、反射型直線偏光板122がS偏光成分を透過しP偏光成分を反射するようにしてもよい。この場合、反射鏡124に形成された円偏光分離層は、右円偏光成分を透過し左円偏光成分を反射するように形成すればよい。また、吸収型直線偏光板126はS偏光成分を透過しP偏光成分を吸収するようにし、液晶ディスプレイ110からはP偏光成分の光でなくS偏光成分の光を出射させればよい。
マイクロミラーアレイにおける複数のマイクロミラーの配列は、上述した各実施の形態のような千鳥配列に限定されない。例えば複数のマイクロミラーを正方配列したマイクロミラーアレイに本発明を適用してもよい。
レンチキュラー方式により立体画像を観察する表示装置に本発明を適用することも可能である。この場合、細長い形状(短冊状)のレンチキュラーレンズを、上述した各実施の形態におけるマイクロミラーのように形成し、一次元状に配列することになる。
上述した各実施の形態では、三次元画像を観察可能な表示装置に本発明を適用した例について説明したが、本発明はそのような実施の形態に限定されない。例えば、撮像装置や光学系の収差測定装置に本発明を適用することも可能である。この場合、液晶ディスプレイ110の代わりに、CCDやCMOS等の撮像素子を、撮像面の位置が反射鏡124の焦点位置と合致するように設置すればよい。その他、従来は複数のマイクロレンズを利用していた種々の装置に、本発明の光学部材(マイクロミラー)を適用することが可能である。
第5の実施の形態では、偏光折り返し光学系521をヘッドマウントディスプレイに使用する例を説明したが、必ずしもこの内容に限定する必要はない。偏光折り返し光学系521のような光学系を、観察対象を拡大して観察する種々の場合に応用することができる。また、変形例4と同様に、撮像装置や光学系の収差測定装置などに本発明を適用することも可能である。この場合、2次元表示素子510の代わりに、CCDやCMOS等の撮像素子を、撮像面の位置が反射鏡524の焦点位置と合致するように設置すればよい。
日本国特許出願2013年第34585号(2013年2月25日出願)
Claims (19)
- 複数の画素を有する表示部と、
前記表示部の複数の画素からの光のうち第1偏光の光を第2偏光の光に変換する第1光学部材と、
前記第1光学部材で前記第2偏光の光に変換された光を反射して前記第1光学部材に入射させる複数の凹面を有する第2光学部材と
を備え、
前記第1光学部材は、前記第2光学部材の複数の凹面で反射された前記第2偏光の光を第3偏光の光に変換して反射し、前記第2光学部材に入射させ、
前記第2光学部材の複数の凹面は、前記第1光学部材で反射された前記第3偏光の光を透過する
表示装置。 - 前記第1光学部材は、第3光学部材と第4光学部材を有し、
前記第3光学部材は、前記表示部の複数の画素からの光のうち前記第1偏光の光を前記第2偏光の光に変換して前記第2光学部材に入射させ、前記第2光学部材の複数の凹面で反射された前記第2偏光の光を第4偏光の光に変換して前記第4光学部材に入射させ、前記第4光学部材で反射された前記第4偏光の光を前記第3偏光の光に変換して前記第2光学部材に入射させ、
前記第4光学部材は、前記第3光学部材と前記表示部との間に設けられ、前記表示部の複数の画素からの光のうち前記第1偏光の光を透過して前記第3光学部材に入射させ、前記第3光学部材で変換された前記第4偏光の光を反射して前記第3光学部材に入射させる請求項1記載の表示装置。 - 前記第3光学部材は波長板であり、前記第4光学部材は偏光板である請求項2記載の表示装置。
- 前記第2光学部材の複数の凹面は前記第1光学部材の方向に向いている請求項1から3のいずれか一項記載の表示装置。
- 前記凹面の焦点位置の近傍に前記表示部が配置されている請求項1から4の何れか一項記載の表示装置。
- 前記第1光学部材は、偏光を変換可能な第5光学部材を有し、
前記第1光学部材は、前記表示部の複数の画素からの光のうち前記第1偏光の光を前記第2偏光の光に変換して前記第2光学部材に入射させる状態と、前記表示部の複数の画素からの光のうち前記第1偏光の光を前記第3偏光の光に変換して前記第2光学部材に入射させる状態とを前記第5光学部材で偏光を変換するか否かにより切り替え可能である請求項2記載の表示装置。 - 前記第5光学部材は、前記第3光学部材と前記第4光学部材との間に設けられ、
前記第5光学部材は、前記表示部の複数の画素からの光のうち前記第4光学部材を透過した前記第1偏光の光の偏光を変換せずに、前記第3光学部材で前記第1偏光の光を前記第2偏光の光に変換して前記第2光学部材に入射させる状態と、前記表示部の複数の画素からの光のうち前記第4光学部材を透過した前記第1偏光の光を前記第4偏光の光に変換し、前記第3光学部材で前記変換された第4偏光の光を前記第2偏光の光に変換して前記第2光学部材に入射させる状態とを切り替える請求項6記載の表示装置。 - 前記第5光学部材は液晶板であり、
前記液晶板への印加電圧により偏光を変換する状態と偏光を変換しない状態とを切り替える請求項7記載の表示装置。 - 前記第2光学部材の複数の凹面に前記第2偏光の光を反射し前記第3偏光の光を透過する部材が設けられている請求項1から8の何れか一項記載の表示装置。
- 前記第2偏光の光を反射し前記第3偏光の光を透過する部材は、液晶である請求項9記載の表示装置。
- 前記第2光学部材の1つの凹面では、前記第1光学部材で前記第2偏光の光に変換された、前記表示部の複数の画素のうち一部の複数の画素からの光が反射される請求項1から10の何れか一項記載の表示装置。
- 前記第1偏光の光は第1直線偏光の光であり、前記第2偏光の光は第1円偏光の光であり、前記第3偏光の光は第2円偏光の光であり、前記第4偏光の光は第2直線偏光の光である請求項2記載の表示装置。
- 前記第1円偏光の光は、前記第2円偏光の光と偏光方向が逆であり、前記第1直線偏光の光と前記第2直線偏光の光とは偏光方向が直交している請求項12記載の表示装置。
- 前記第1円偏光の光は右円偏光の光であり、前記第2円偏光の光は左円偏光の光であり、前記第1直線偏光の光はP偏光の光であり、前記第2直線偏光の光はS偏光の光である請求項13記載の表示装置。
- 第6光学部材を有し、
前記第6光学部材は、前記第6光学部材を介して前記第2光学部材の複数の凹面とは反対方向から前記第2光学部材に入射して反射する円偏光の光を直線偏光の光に変換し、前記変換された直線偏光の光を遮光する請求項1記載の表示装置。 - 前記第6光学部材は、偏光板と波長板を有し、
前記偏光板は、第1直線偏光の光を吸収し第2直線偏光の光を透過して前記波長板に入射させ、
前記波長板は、前記偏光板を透過した前記第2直線偏光の光を第1円偏光の光に変換して前記第2光学部材に入射し、前記第2光学部材の複数の凹面の裏側で反射した前記第1円偏光の光を前記第1直線偏光の光に変換して前記偏光板に入射させる請求項15記載の表示装置。 - 前記表示部の複数の画素からの光のうち第1偏光の光は、前記第1光学部材で前記第2偏光の光に変換されて前記第2光学部材に入射し、前記第1光学部材で変換された前記第2偏光の光は、前記第2光学部材の複数の凹面で反射し前記第1光学部材に入射し、前記第2光学部材の複数の凹面で反射された前記第2偏光の光は、前記第1光学部材で前記第3偏光の光に変換されて反射して前記第2光学部材に入射し、前記第3偏光の光は、前記第2光学部材の複数の凹面を透過する請求項1から16の何れか一項記載の表示装置。
- 第1偏光の光を反射し、第2偏光の光を透過する複数の凹面を有する第1光学部材と、
前記第1光学部材に入射し前記複数の凹面を透過した前記第2偏光の光を前記第1偏光の光に変換して反射し、前記第1光学部材に入射させ、前記第1光学部材の前記複数の凹面で反射した前記第1偏光の光を第3偏光の光に変換する第2光学部材と、
前記第2光学部材で変換された前記第3偏光の光が入射する複数の画素を有する撮像部と、
を備える撮像装置。 - 第1偏光の光を第2偏光の光に変換する第1光学部材と、
前記第1光学部材で前記第2偏光の光に変換された光を反射して前記第1光学部材に入射させる複数の凹面を有する第2光学部材と
を備え、
前記第1光学部材は、前記第2光学部材の複数の凹面で反射された前記第2偏光の光を第3偏光の光に変換して反射し、前記第2光学部材に入射させ、
前記第2光学部材の複数の凹面は、前記第1光学部材で反射された前記第3偏光の光を透過する
光学系。
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