JP2011090061A - Scanning type display device optical system and scanning type display device - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、白色光の三原色に限定されない波長の光で分離・合成を行い、所望の色分け調整制御をDMDで行い、微妙な色合いを実現し、従来の投影装置では実現が困難であった、任意のフルカラー画像を投影することができ、自然の色に最も近いフルスペックの超高解像度画像にマッチするとともに、奥行きのあるように見せる三次元フルカラー画像にも対応することができる走査型表示装置光学系を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の走査型表示装置光学系は、ランプ1からの光を凹面回折格子7により波長毎に分解し、DMD8によりこの分解された波長毎の調整を行い、凹面鏡9により波長毎の合成を行って、任意の色のフルカラー画像を投影する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To separate and synthesize light having a wavelength not limited to the three primary colors of white light, to perform desired color-separation adjustment control by DMD, to realize subtle hues, which is difficult to realize with a conventional projector. Scanning that can project any full-color image, matches a full-spec ultra-high-resolution image that is closest to the natural color, and also supports a three-dimensional full-color image that appears to be deep An object of the present invention is to provide a mold display device optical system.
An optical system of a scanning display device according to the present invention decomposes light from a lamp 1 for each wavelength by a concave diffraction grating 7, performs adjustment for each wavelength decomposed by a DMD 8, and uses a concave mirror 9 for each wavelength. And a full color image of an arbitrary color is projected.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、反射型回折素子や透過型回折素子等の少なくとも2つの分光素子と、DMD(Digital Mirror Device、正式にはDigital Micromirror Device)に代表される高速な空間変調素子を用いて画像内の各画素が任意の分光分布を持つ画像を走査により形成するライン走査型表示光学系及びライン走査型表示装置に関する。 The present invention uses at least two spectroscopic elements such as a reflective diffractive element and a transmissive diffractive element, and a high-speed spatial modulation element represented by DMD (Digital Mirror Device, officially Digital Micromirror Device). The present invention relates to a line scanning display optical system and a line scanning display device that form an image in which each pixel has an arbitrary spectral distribution by scanning.
従来から、白色光を出射する光源と、光源により出射された白色光を空間に連続的に分布するスペクトル光に変換する連続スペクトル光形成手段と、表示すべきカラー画像の各画素に対応して二次的に配列された各画素素子を駆動して入射光を時分割変調するライトバルブと、連続したスペクトル光をライトバルブ上で一方向に巡回走査させるスペクトル光走査手段とを含む投影型表示装置(例えば特許文献1特許請求の範囲請求項1、図1参照)や、スペクトル的および空間的に分解された光を提供するように構成された少なくとも1つの光源と、スペクトル的および空間的分解された光を受け取って変調し、光源から選択された空間色を選択的に送って部分画像の集合を形成するように構成された空間光変調器と、部分画像の集合を受け取り、表示エリア全体にわたり該部分画像の集合を走査してフルフレームカラー画像を作成するように構成された少なくとも1つの走査装置とを含んでなる表示システムからなる走査型表示装置光学系および走査型表示装置(例えば特許文献2特許請求の範囲請求項1、図1、2参照)などが知られている。
Conventionally, a light source that emits white light, a continuous spectrum light forming unit that converts the white light emitted by the light source into spectral light continuously distributed in space, and each pixel of a color image to be displayed Projection-type display including a light valve that drives each pixel element arranged secondarily to time-division-modulate incident light, and a spectral light scanning unit that cyclically scans continuous spectral light in one direction on the light valve. An apparatus (see, for example, US Pat. No. 6,099,097, FIG. 1), at least one light source configured to provide spectrally and spatially resolved light, and spectral and spatial resolution A spatial light modulator configured to receive and modulate the received light and selectively send a selected spatial color from the light source to form a set of partial images; and to receive the set of partial images A scanning display optical system and a scanning display comprising: a display system comprising: at least one scanning device configured to scan the set of partial images over the entire display area to create a full frame color image; An apparatus (for example, see
しかしながら、従来の走査型表示装置光学系及び走査型表示装置では、R(赤色光)、G(緑色光)、B(青色光)に限定されない波長の光で合成し、表示する色合いの度合いを微妙に変化させる具体的な光学系が明確かつ一義的に記載されておらず、実現することが極めて困難であった。これは、実際の装置で実現するには技術的な困難性があったからである。
そのため、従来の走査型表示装置光学系及び走査型表示装置では、各画素が任意の分光分布をもつ画像を表示することができず、例えば自然の色を忠実に再現した超高解像度画像(ハイビジョン)にマッチすることができず、さらに奥行きのあるように見せる三次元フルカラー画像を画像表示することができなかった。
However, in the conventional scanning display device optical system and scanning display device, the degree of color to be displayed is synthesized by combining light of wavelengths not limited to R (red light), G (green light), and B (blue light). The specific optical system to be changed delicately is not clearly and uniquely described, and it has been extremely difficult to realize. This is because there was a technical difficulty to realize with an actual device.
For this reason, the conventional scanning display optical system and scanning display cannot display an image in which each pixel has an arbitrary spectral distribution. For example, an ultra-high resolution image (high-definition image) that faithfully reproduces natural colors. ) And a 3D full-color image that appears to be deeper could not be displayed.
また、実験的に実現された従来の走査型表示装置光学系及び走査型表示装置では、条件混色(R、G、B)によるカラー表示が基本であるので、個人の等色関数の違いにより、観察する人によって知覚される色に違いが出てくるという問題があった。つまり、カメラで撮影した対象となる物体の画像が、標準的な等色関数と同じ等色関数を持つ観察者にはもとの色と再現された表示装置上での色が同じであっても、等色関数のずれた観察者では同じ色には見えなかった。 In addition, in the conventional scanning display device optical system and scanning display device realized experimentally, color display based on conditional color mixing (R, G, B) is fundamental, so due to differences in individual color matching functions, There was a problem that the color perceived by the observer was different. In other words, the image of the target object captured by the camera has the same color on the display device as the original color for an observer who has the same color matching function as the standard color matching function. However, the same color was not seen by observers with different color matching functions.
これは、色覚異常をもつ観察者では更に顕著で、LED光源3色を使った表示装置では、大きな問題となる可能性がある。また、限られたR、G、Bの三原色の合成では、単波長での色、その近くの色は表示できず、本来の色度座標の限られた領域での色再現となっていた。 This is more conspicuous for an observer with color blindness, which may be a serious problem in a display device using three LED light sources. Further, in the synthesis of the limited three primary colors of R, G, and B, a color at a single wavelength and a color in the vicinity thereof cannot be displayed, and color reproduction is performed in a region where the original chromaticity coordinates are limited.
また、運転に関係する色覚の検査において、LEDを使った信号機の表示は従来の表示装置ではLEDの分光分布を再現した画像を作ることができなかったので、本当のLEDを使う以外、汎用の表示装置で行うことはできなかった。 Moreover, in the color vision inspection related to driving, the display of the traffic light using the LED could not make an image reproducing the spectral distribution of the LED with the conventional display device. It could not be done with a display device.
そこで、本発明では、2つの分光素子を同時に有し、白色光の波長を数ナノメートル以下の細かい分解を行い、色分け調整を単独に制御可能なDMD等の空間変調素子を用いて、全ての波長分布を制御して色合いを再現可能な走査型表示装置光学系及び走査型表示装置を提供とすることを目的とする。 Therefore, in the present invention, all of the spectral elements using a spatial modulation element such as DMD that has two spectroscopic elements at the same time, finely decomposes the wavelength of white light to a few nanometers or less, and can independently control the color classification adjustment, It is an object of the present invention to provide a scanning display device optical system and a scanning display device capable of reproducing the hue by controlling the wavelength distribution.
例えば、反射型回折素子、透過型回折素子などの少なくとも2つの光学素子(分光素子)を同時に用い、白色光の三原色(R(赤色光)、G(緑色光)、B(青色光))に限定されない波長の光で分離・合成を行い、所望の色分け調整制御を少なくとも2つの光学素子(分光素子)間に配置されたDMDなどの高速空間変調器で行い、微妙な分光分布を再現し、従来の投影装置では実現が困難であった、各画素が任意の分光分布をもった画像(従来のプログラマブル光源による分光分布の生成と同様。ただしプログラマブル光源は照明的に1種類の分光分布を表示するだけ)を表示することができ、自然の分光分布を完全に再現した超高解像度画像(ハイビジョン)表示や、色再現が完全な三次元画像表示にも対応することができる走査型表示装置光学系及び走査型表示装置を提供することを目的とする。 For example, at least two optical elements (spectral elements) such as a reflective diffractive element and a transmissive diffractive element are used at the same time, and the three primary colors of white light (R (red light), G (green light), and B (blue light)) are used. Perform separation and synthesis with light of unlimited wavelength, perform desired color-separation adjustment control with a high-speed spatial modulator such as DMD placed between at least two optical elements (spectral elements), and reproduce subtle spectral distribution, An image in which each pixel has an arbitrary spectral distribution, which was difficult to realize with a conventional projection apparatus (similar to the generation of a spectral distribution by a conventional programmable light source. However, a programmable light source displays one type of spectral distribution in terms of illumination. Scanning table that can display ultra-high-resolution images (high-definition) that fully reproduces the natural spectral distribution and three-dimensional image display that fully reproduces color. And to provide an apparatus optical system and a scanning display.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、白色光源からの光を第1分光素子で波長毎の分解を行い、空間変調素子によりこの分解された波長毎の透過強度の調整を、時間的な方法あるいは透過率の変更で行い、第2分光素子で波長毎の合成を行って、各画素が任意の波長分布を有する1次元画像(もとの白色スリットに対応した1次元画像)を形成し、走査型投影系で、この任意の波長分布をもつ1次元画像をその垂直方向あるいは水平方向に走査投影することで、各画素が任意の波長分布を有する2次元画像を表示することを特徴とする走査型画像表示装置である。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 is configured such that the light from the white light source is decomposed for each wavelength by the first spectroscopic element, and the transmission intensity for each decomposed wavelength is adjusted by the spatial modulation element for the time. Or by changing the transmittance, and by combining each wavelength with the second spectral element, each pixel has a one-dimensional image (one-dimensional image corresponding to the original white slit) having an arbitrary wavelength distribution. By forming and scanning and projecting the one-dimensional image having an arbitrary wavelength distribution in the vertical direction or the horizontal direction by a scanning projection system, each pixel can display a two-dimensional image having an arbitrary wavelength distribution. This is a characteristic scanning image display device.
すなわち、
請求項1に記載の発明は、白色光源からの光を少なくとも2つの分光素子により分光および合成し、分光と合成の間に空間変調素子により空間変調し,変調され合成された光を走査手段によりスクリーン上に画像投影し、フルカラー画像を投影することを特徴とする走査型表示装置光学系である。
That is,
According to the first aspect of the present invention, the light from the white light source is split and combined by at least two spectroscopic elements, and spatially modulated by the spatial modulation element between the spectroscopic and combining, and the modulated and synthesized light is scanned by the scanning unit. An optical system of a scanning display device that projects an image on a screen and projects a full-color image.
請求項2に記載の発明は、白色光源からの光を第1分光素子で波長毎の分解を行い、空間変調素子によりこの分解された波長毎の調整を行い、第2分光素子で波長毎の合成を行って、走査手段により任意の色のフルカラー画像を表示装置に投影することを特徴とする走査型表示装置光学系である。 According to the second aspect of the invention, the light from the white light source is decomposed for each wavelength by the first spectroscopic element, the resolution is adjusted for each wavelength by the spatial modulation element, and the second spectroscopic element is used for each wavelength. An optical system of a scanning display device that performs composition and projects a full-color image of an arbitrary color onto a display device by a scanning unit.
請求項3に記載の発明は、前記空間変調素子で波長毎の透過率の調整を行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の走査型表示装置光学系である。 According to a third aspect of the present invention, in the scanning display device optical system according to the first or second aspect, the transmittance of each wavelength is adjusted by the spatial modulation element.
請求項4に記載の発明は、白色光源からの光がスリット状あるいは、扇形になっていて、そこからの光が第1分光素子に到達することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の走査型表示装置光学系である。 According to a fourth aspect of the present invention, the light from the white light source is slit-shaped or fan-shaped, and the light from the light reaches the first spectroscopic element. The scanning display device optical system described.
請求項5に記載の発明は、スリット状、あるいは、扇形の光束の平面的な方向に対し、分光方向が垂直になっていることを特徴とする請求項4に記載の走査型表示装置光学系である。
5. The scanning display device optical system according to
請求項6に記載の発明は、スリット部材と空間変調素子とが第1分光素子を通して共役の関係になっていることを特徴とする請求項4に記載の走査型表示装置光学系である。 According to a sixth aspect of the present invention, in the scanning display device optical system according to the fourth aspect, the slit member and the spatial modulation element are in a conjugate relationship through the first spectroscopic element.
請求項7に記載の発明は、白色光源からの光を第1分光素子で波長毎に分解して、分解された波長の光をDMDで各波長毎に調整し、調整された波長の光を第2分光素子で合成して、投影レンズを介して、スクリーンに任意の色のフルカラー画像を投影することを特徴とする走査型表示装置光学系である。
In the invention according to
請求項8に記載の発明は、前記第1分光素子または前記第2分光素子のいずれか一方は、反射型凹面回折素子であることを特徴とする請求項7に記載の走査型表示装置光学系である。
The invention according to
請求項9に記載の発明は、前記第1分光素子または前記第2分光素子のいずれか一方は、透過型回折素子であることを特徴とする請求項7に記載の走査型表示装置光学系である。
The invention according to
請求項10に記載の発明は、白色光を複数の波長の光に分解する第1分光素子と、該第1分光素子により分解され複数の波長の光毎に所望の色合いに調整して反射するDMDと、DMDにより反射された光を合成する第2分光素子と、該第2分光素子を通過した光を投影するための投影レンズとを有することを特徴とする走査型表示装置光学系である。 According to a tenth aspect of the present invention, a first light splitting element that decomposes white light into light of a plurality of wavelengths, and a light that is decomposed by the first light splitting element and adjusted to a desired color for each of the light of a plurality of wavelengths is reflected. A scanning display apparatus optical system comprising: a DMD; a second spectral element that combines light reflected by the DMD; and a projection lens that projects light that has passed through the second spectral element. .
請求項11に記載の発明は、白色光を複数の波長の光に分解する第1分光素子と、該第1分光素子により分解した光を数nm以下の波長毎に調整して反射するDMDと、DMDにより反射された光を合成する第2分光素子と、該第2分光素子を通過した光を投影するための投影レンズとを有することを特徴とする走査型表示装置光学系である。
The invention according to
請求項12に記載の発明は、前記DMDにより反射された光をさらに反射させる凹面ミラーを有することを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の走査型表示装置光学系である。
The invention according to
請求項13に記載の発明は、前記第1分光素子と前記第2分光素子との少なくとも一方が平面状であり、素子を通過する光束が平行であることを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の走査型表示装置光学系である。 According to a thirteenth aspect of the present invention, at least one of the first spectroscopic element and the second spectroscopic element is planar, and light beams passing through the element are parallel. The scanning display device optical system according to any one of 12 above.
請求項14に記載の発明は、合成後の波長又は光を所定角度の範囲内で回転するミラーに投影し、スクリーン上に画像を投影することを特徴とする請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の走査型表示装置光学系である。
The invention described in
請求項15に記載の発明は、請求項1ないし請求項14のいずれか1項に記載の走査型表示装置光学系を有することを特徴とする走査型表示装置である。 According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a scanning display device comprising the scanning display device optical system according to any one of the first to fourteenth aspects.
本発明によれば、反射型回折素子、透過型回折素子等の少なくとも2つの分光素子を同時に用い、白色光の三原色(R(赤色光)、G(緑色光)、B(青色光))に限定されない波長の光を用いて分離・合成を行い、所望の分光透過率制御をDMDなどの高速空間変調素子で行い、従来の表示装置では実現が困難であった、各画素が任意の分光分布を有する画像を投影することができ、自然の色を完全に再現した超高解像度画像(ハイビジョン)や、色再現が完全な三次元画像にも対応することができる。 According to the present invention, at least two spectroscopic elements such as a reflective diffractive element and a transmissive diffractive element are used at the same time for the three primary colors of white light (R (red light), G (green light), B (blue light)). Separation / synthesis is performed using light of an unlimited wavelength, and desired spectral transmittance control is performed by a high-speed spatial modulation element such as DMD. Each pixel has an arbitrary spectral distribution, which is difficult to realize with conventional display devices. It is possible to project an image having a high-resolution image (high definition) in which natural colors are completely reproduced and a three-dimensional image in which color reproduction is complete.
(実施例1)
図1は本発明に係わる走査型表示装置光学系の第1実施例を示す光学図である。
Example 1
FIG. 1 is an optical diagram showing a first embodiment of an optical system of a scanning display device according to the present invention.
走査型表示装置光学系は、白色光源であるランプ1、ライトパイプ2、リレーレンズ3、4、スリット部材5、折り返しミラー6、反射型回折素子である凹面回折格子(第1光学素子)7、空間変調素子であるDMD8、凹面鏡(第2光学素子)9、透過型回折素子である透過型回折格子10、リレーレンズ11、スキャナーミラー12及びエンコーダ装置(なお、エンコーダ装置は図示せず)、投影レンズ13を有する。この走査型表示装置光学系により合成された光は、画素ごとにそれぞれの分光分布を有する1次元画像(扇形のこともある)15’となり、この1次元画像を走査型光学系によりスクリーンSに走査投影され、各画素が任意の波長分布を有する2次元画像が表示される。なお、符号1aは楕円形リフレクタを示す。
The scanning display optical system includes a lamp 1, which is a white light source, a
図1に示すように、この走査型表示装置光学系は、反射型回折素子である凹面回折格子7、透過型回折素子である透過型回折格子10の少なくとも2つの回折素子を同時に有している。
As shown in FIG. 1, this scanning display device optical system has at least two diffraction elements, that is, a
ここでは、ランプ1には、キセノンランプを用いてもよく、300Wから500Wの明るさである。ライトパイプ2は、その開口数NAが0.5、その長辺が2.1mm程度、その短辺が0.01〜0.1mmであり、最適な短辺の寸法は0.03〜0.05mmである。リレーレンズ4は、その倍率が5倍程度が望ましい。
Here, a xenon lamp may be used as the lamp 1, and the brightness is 300W to 500W. The
スリット部材5は、その開口数NAが0.1で、その長さが10.0mm〜11.0mm程度であり、最適な長さは10.506mmである。また、そのスリット部材5の穴径の大きさは、0.1〜0.5mm、最適な大きさは0.2mm程度である。
The
凹面回折格子7は、曲率半径r=120mm〜130mm程度であり、最適な一例として126.9mmを用いる。凹面鏡9の曲率半径も、凹面回折格子7と同じ程度である。なお、凹面回折格子7における光の反射位置に比べ、凹面鏡9における光の反射位置は図1の紙面上では奥側に位置する。
The
光学変調素子であるDMD8は、0.7インチ、縦横(14mm〜15mm)×(10mm〜11mm)であり、最適な一例として、14.008mm×10.506mmのものを用いる。なお、分光方向(400nm〜700nm)で約13.2mmの大きさを有する。DMDの傾斜角は、略20度〜24度程度である。
透過型回折格子10は、1mm当たり1000本程度の回折格子を有する。
DMD8, which is an optical modulation element, is 0.7 inches, vertical and horizontal (14 mm to 15 mm) × (10 mm to 11 mm), and an optimal example is one having 14.008 mm × 10.506 mm. In addition, it has a size of about 13.2 mm in the spectral direction (400 nm to 700 nm). The inclination angle of DMD is approximately 20 to 24 degrees.
The
リレーレンズ11は、その焦点距離fがf=24.4mmである。
The focal length f of the
スキャナーミラー12の走査角は、(スキャン角)±8度であり、そのミラーサイズは4mm×4mmである。
The scanning angle of the
また、スキャナーミラー12の共振周波数は8kHzである。走査する波長は多波長であり、フルカラー画像を転送することができる。また、画像のピッチ分を走査するが、このピッチは画像毎に変えることができ、任意のフルカラー画像に応じて走査を自由に変化することができる。
The resonance frequency of the
投影レンズ13は、その焦点距離fが708.6mmで、その投影レンズ13からスクリーンSまでの距離は700mmであり、スクリーンサイズは20インチである。
The
スリット部材5と空間変調素子であるDMD8とは第1光学素子である凹面鏡7を介して共役とされている。
The
白色光源からの光は、スリット部材5によりスリット状又は扇形形状とされ、これらのスリット状又は扇形形状の光束が折り返しミラー6を介して第1光学素子である凹面回折格子7に導かれる。これらのスリット状又は扇形形状の平面的な方向に対して垂直方向が分光方向となっている。
The light from the white light source is made into a slit shape or a sector shape by the
以上の構成により、白色光源からの光を第1分光素子で波長毎に分解を行い、DMDで分光透過率をそれぞれの位置のミラーのオン・オフの時間間隔により調整し、第2分光素子で波長毎の合成を行って、任意の波長分布を各画素に対応した部分に有する1次元画像を形成し、スキャナーミラー12を有する走査型走査型表示装置光学系でこの1次元画像を走査スクリーンに投影し、各画素が任意の分光分布を有する2次元画像を表示する。また、白色光源からの光を反射型回折素子で分光し、
反射され分光された光をDMD8で各波長要素毎に反射量を時間的に調整して反射させ、反射された分光的に分散されていた光を透過型回折素子10で合成して透過させ、スキャナーミラー12と投影レンズ13を介してスクリーンSに各画素が任意の分光分布を有するフルカラー2次元画像を投影する。なお、反射型回折素子は、反射型凹面である。
With the above configuration, the light from the white light source is decomposed for each wavelength by the first spectroscopic element, the spectral transmittance is adjusted by DMD according to the on / off time interval of the mirror at each position, and the second spectroscopic element is used. By combining each wavelength, a one-dimensional image having an arbitrary wavelength distribution corresponding to each pixel is formed, and this one-dimensional image is formed on a scanning screen by a scanning scanning display optical system having a
The reflected and dispersed light is reflected by the
色合成後の1次元画像を所定角度の範囲内で回転するミラーに投影し、スクリーンS上に光を走査する。さらに、本発明に係る投影装置は、これらの走査型表示装置光学系を有する。 The one-dimensional image after color synthesis is projected onto a mirror that rotates within a predetermined angle range, and light is scanned on the screen S. Furthermore, the projection apparatus according to the present invention includes these scanning display device optical systems.
演算制御部14により、所望の分光分布の合成を行うべく、DMD8は制御され、詳細に分解された各波長成分野の光がDMD8で反射され、凹面鏡9で反射され、透過型回折素子10を介して、分光分布の詳細な合成を行う。これに限定されず、自然の色に最も近いフルスペックの超高解像度画像(ハイビジョン)にマッチした色合いを実現することができる。 なお、図2は、図1に示すスリット部材5から透過型回折格子10までの光路を拡大して示す光学系の拡大図である。
The
なお、白色光源に限定されず、白色光、またはそれに準ずる波長幅の広い光源、または、複数の光源を利用して擬似的に波長幅を広くした複合光源、また、とびとびの波長を広い波長域に持つ光源でも可能である。 Note that the light source is not limited to a white light source, white light or a light source having a wide wavelength width corresponding to the light source, a composite light source in which a plurality of light sources are used to artificially widen the wavelength width, and a discrete wavelength range of a wide wavelength range. It is possible even with a light source.
また、図1の走査型表示装置光学系に映像情報提供部を追加し、映像データが記録されたディスクを映像情報提供部に入れて、それを演算制御部に提供する。または電波、あるいは光ケーブルなどで伝送されてきた映像情報を演算部に提供することもできる。 Also, a video information providing unit is added to the scanning display device optical system of FIG. 1, and a disc on which video data is recorded is placed in the video information providing unit and provided to the arithmetic control unit. Alternatively, video information transmitted through radio waves or optical cables can be provided to the arithmetic unit.
縦256画素、横320画素の任意分光分布表示のための演算制御部14による空間変調器の制御は下記のとおりである。
30画像/秒(FPS)を実現するために、ライン走査は30×256(行数)7680回の空間変調が必要となる。これをDMDなどの書き換え速度と比較すると、フレーム単位での書き換えがDMDで32KHz程度できるとすると、階調は4階調となり、十分ではない。ただしDMDはハイビジョン対応(1920×1080画素)など大量の画素をもつため320×256画素程度の完全分光(Hiperspectral)画像を目標とするのであれば、DMDの3×3を一画素に対応させることで、擬似的に階調を挙げることができる。このように、DMDのミラーのオン・オフによる時間的な強度変調とDMDの高精細な画素によって、空間変調を実現することができる。ここで空間変調とは、最終的な2次元画像の1画素を形成するための、分光された画素に対応するある波長の光源側からの光の強度を適当な強度に変換する操作である。
ところで、3×3の画素を使って擬似的な階調を出すとすると、9画素を使うことになるので、それぞれがオンかオフであるので、2の9乗=512階調となる。さらにもともとの時間変調分と掛け合わせると512×4で2048階調となり、かなり十分な階調をもつことになる。また、場合によっては、さらに解像度を優先、フレームレートを優先することも考えられる。たとえば、30FPSでなく60FPSの場合は、時間的な制御による階調が2階調になり、空間変調による階調とあわせて1024階調となる。
さらに高精細のDMD(横の画素数4000など)を使用することにより、ハイビジョンクラスの、各画素が忠実な分光分布を完全に再現した表示ができる。
また、光源の分光分布の調整のためのスペクトルメーターが必要な場合がある。この場合は、光源からの光がスリット5に導かれたあと、第1の分光素子に導かれる前に、光路上に補助の分光素子等を導入することにより、分光分布を調整したスリットを生成することがある。
Control of the spatial modulator by the
In order to realize 30 images / second (FPS), the line scan requires spatial modulation of 30 × 256 (number of rows) 7680 times. When this is compared with the rewriting speed of DMD or the like, if rewriting in units of frames can be performed at about 32 KHz by DMD, the gradation becomes 4 gradations and is not sufficient. However, since DMD has a large number of pixels such as high-definition support (1920 x 1080 pixels), if you want to target a full spectral image of about 320 x 256 pixels, make DMD 3 x 3 correspond to one pixel. Thus, a pseudo gradation can be given. Thus, spatial modulation can be realized by temporal intensity modulation by turning on / off the DMD mirror and high-definition pixels of the DMD. Spatial modulation is an operation for converting the intensity of light from the light source side of a certain wavelength corresponding to the dispersed pixels into an appropriate intensity to form one pixel of the final two-dimensional image.
By the way, if a pseudo gradation is produced using 3 × 3 pixels, nine pixels are used, and each of them is on or off, so 2 9 = 512 gradations. Furthermore, when multiplied by the original time modulation, it becomes 512 × 4, 2048 gradations, and it has a sufficiently sufficient gradation. In some cases, priority may be given to resolution and frame rate. For example, in the case of 60 FPS instead of 30 FPS, the gradation by the temporal control becomes two gradations, and the gradation by spatial modulation becomes 1024 gradations.
In addition, by using a high-definition DMD (such as the number of horizontal pixels of 4000), a high-definition class display in which each pixel is faithfully reproduced can be displayed.
In addition, a spectrum meter for adjusting the spectral distribution of the light source may be necessary. In this case, after the light from the light source is guided to the
なお、16はある方向の直線偏光を得るための偏光子で、分光素子に偏光素子を使用した場合、p偏光とs偏光で分光強度の特性が異なり、所望の分光分布が得られないことがあり、その場合必要である。
(実施例2)
図3は、本発明の第2の実施例の走査型表示装置光学系を示す図である。
Note that 16 is a polarizer for obtaining linearly polarized light in a certain direction. When a polarizing element is used as a spectroscopic element, the p-polarized light and the s-polarized light have different spectral intensity characteristics, and a desired spectral distribution may not be obtained. Yes, in that case it is necessary.
(Example 2)
FIG. 3 is a diagram showing a scanning display device optical system according to the second embodiment of the present invention.
白色光源からの光(白色光)をライトパイプ2でスクランブルし、スリット部材5、反射型凹面回折素子7を介して分光する。分光された波長毎の成分は、さらにDMD8で光学系の後の部分へ透過する率を制御され、さらに凹面ミラー9で反射され、透過型回折素子(線形の回折素子)10を介して、分光素子7で分解された波長成分の再合成が行われる。
The light from the white light source (white light) is scrambled by the
演算制御部14により、所望の分光分布を得るための合成を行うべく、各分光成分毎にDMD8で反射され、凹面ミラー9で反射され、透過型回折素子10を介して、分光分布の再合成を行う。なお、符号17は反射ミラーを示す。
(第3実施例)
図4は、本発明の第3の実施例の走査型表示装置走査型表示装置光学系を示す図である。
In order to perform synthesis for obtaining a desired spectral distribution by the
(Third embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing a scanning display device optical system of a scanning display device according to a third embodiment of the present invention.
この第3実施例では、収差を極力なくした平面回折格子を用いた走査型表示装置光学系が示されている。 In the third embodiment, a scanning display device optical system using a planar diffraction grating in which aberrations are minimized is shown.
この走査型表示装置光学系は、白色光源であるランプ1、ライトパイプ2、2枚のリレーレンズ(リレー系)4a、4b、リレーレンズの焦点位置のスリット、透過型回折素子である透過型回折格子10a、集光レンズ15、DMD8、コリメータレンズ9’、透過型回折素子10b、2枚のリレーレンズ(リレー系)11a、11b、スキャナーミラー12からなり、スクリーンSへフルカラー画像が表示される。2枚目の透過型回折素子10bを透過した後のリレーレンズ11aの焦点位置は、スリット部材5と光学的に共役な位置であり、分光分布をもった1次元画像が形成される。走査手段であるスキャナーミラー12で1次元画像を所定角度内で走査することにより、スクリーンSにフルカラーの画像が投影され表示される。
This scanning display device optical system includes a lamp 1, which is a white light source, a
第1実施例と同じ構成については、説明を省略する。 The description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.
集光レンズ15、DMD8、コリメータレンズ9’の光学的配置について、2つのシャインプルークの原理に基づく配置のため、DMD8上でのピクセル数に偏りが生じてしまう(紙面垂直方向の倍率)。これは、光源側のスリット部材5からDMD8までについては光量補正で解決することができる。また、DMD8と分光分布をもった1次元画像間では、分光分布の足し合わせに問題が生じるので、DMD8上で空間フィルタリングするときの位置関係を、分光分布をもった1次元画像が所望の分光分布を持つように、足し合わせ、ラインが必要な傾きを持つ様にする。つまり図4において、DMD8の右上から出た光(例えば、波長400nm近傍の光)と比較して、DMD8の左下から出た光(例えば、波長800nm近傍の光)は透過型回折格子までの紙面垂直方向の倍率が高くなるので、もともとDMD8の左下(この場合長波長側)の、偏調領域がDMD8の右上から出た光よりも狭くしておく。これにより、透過型回折格子10b上で、また、分光分布をもった1次元画像の足し合わせが正確にできるようにする。
Regarding the optical arrangement of the
DMD8の前後のレンズ15、9’はfΘレンズとする。これらのレンズはDMDに平行に配置される。
The
演算制御部14は実勢例1と同様であるため、ここでは説明を省く。
Since the
また、収差を少なくするために、透過型回折格子10a、集光レンズ15、DMD8までの光路上、および/または、DMD8、透過型回折素子10bまでの光路上などに、単独のレンズあるいは複数のレンズからなる光学系を配置することもできる。
In order to reduce aberration, a single lens or a plurality of lenses may be provided on the optical path to the
本発明に係る走査型表示装置光学系は、映画館、ホームシアター用のリアまたはフロントのプロジェクタ、短投射距離プロジェクタ等の投影装置のほかに、自動車内で映画、テレビなどの画像を楽しむことができる車載用投影装置にも適用することができる。また、農業用機械、キャタピラーなどの重機、船舶、航空機などの移動体装置のHUD(ヘッドアップディスプレイ)、眼鏡タイプのパーソナル用HUDにももちろん適用することができ、映画、テレビなどの画像を楽しむことができる。さらに、運転免許などで、信号の分光分布を正確に表示することが重要である場合にも有用である。さらに、個人の等色関数に係わらず、実物を見たとおりの表示ができることで、これまでの表示装置とはまったく異なる発明である。さらに、正常者の等色関数の違いばかりでなく、色覚異常者にも自然な見え方を提供することができるため、バリアフリーにも貢献することができる。 The scanning display device optical system according to the present invention can enjoy images of movies, televisions, and the like in a car, in addition to projection devices such as movie theaters, rear or front projectors for home theaters, and short projection distance projectors. The present invention can also be applied to an in-vehicle projector. It can also be applied to agricultural machinery, heavy equipment such as caterpillars, HUDs (head-up displays) for mobile devices such as ships and aircraft, and glasses-type personal HUDs. be able to. Further, it is useful when it is important to accurately display the spectral distribution of a signal, such as in a driver's license. Furthermore, the present invention is completely different from conventional display devices because it can display the actual object regardless of the color matching function of the individual. Furthermore, not only the difference in the color matching function of the normal person but also the natural appearance can be provided to the color blind person, which can contribute to barrier-free.
1…ランプ
7…凹面回折格子
8…DMD
9…凹面鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
9 ... concave mirror
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| JP2009241782A JP2011090061A (en) | 2009-10-20 | 2009-10-20 | Scanning type display device optical system and scanning type display device |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013061375A (en) * | 2011-09-12 | 2013-04-04 | Ricoh Co Ltd | Image display device |
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2009
- 2009-10-20 JP JP2009241782A patent/JP2011090061A/en active Pending
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