(57)【要約】【課題】非常にまぶしい輝点等が観察される領域を小さくすることができる表示装置を提供する。【解決手段】可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーン２１と、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子４１と、を有している。そして、所定の結像面６１で結像するよう投射された映像光の結像面６１とスクリーン２１とが反射型面対称結像素子４１に対して面対称に位置付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーンと、
自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、を有し、
所定の結像面で結像するよう投射された映像光の前記結像面と前記スクリーンとが前記反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられていることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記結像面に光拡散部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーンと、
自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、
投射されたレーザ光からなる映像光の焦点位置に設けられた光拡散部材と、を有し、
前記光拡散部材と前記スクリーンとが前記反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられていることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
前記反射型面対称結像素子は、直方体状のミラー部材が複数接合されて構成されたミラーシートが２層積層され、該２層のうちの第１層の前記ミラー部材の長手方向と第２層の前記ミラー部材の長手方向とが直交するように積層されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記スクリーンの前記透過状態と前記散乱状態とを所定の周期で交互に切り替える制御手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記反射型面対称結像素子に対して前記映像光の出射口と面対称となる位置に、光を遮る遮光手段が設置されていることを特徴とする請求項１乃至５記載の表示装置。
【請求項７】
前記結像面で結像または前記焦点位置で形成される映像と前記スクリーンに投射される映像が同じ大きさ、かつ、前記結像面で結像または前記焦点位置で形成される映像と前記スクリーンに投射される映像が面対称の関係となっていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像を表示する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からプロジェクタ等の光源からの投影映像をスクリーン（投影面）に投影して映像を表示する表示装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、光の散乱と透過状態を切り換え可能スクリーンに対して、空間光変調器と拡大投射光学系によって表示画像を投射することが記載されている。また、特許文献２には、画像の奥行き情報を基に、画像領域に対応するスクリーンの分割領域毎に駆動する画像表示装置が記載されており、投影原理は特許文献１と同様に空間光変調器と拡大投射光学系によって表示画像を投射することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３９７００号公報
【特許文献２】特開２００５−０２４７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の場合、観察者が表示画像を観察する際に、投射された光がスクリーンで完全拡散状態となれば問題は発生しないが、万が一スクリーンにおける光の拡散状態が完全拡散状態にならず直線透過光が残留する場合、観察者の視点と拡大投射光学系とを結ぶ光路と、スクリーンと、が交わる場所が、観察者にとって非常にまぶしい輝点として観察される。特許文献２の場合も、投射された光がスクリーンで完全拡散状態にならず直線透過光が残留すると、観察者の視線と画像投射装置から投射させる光線の光軸が一致する位置に、観察者にとって非常にまぶしい輝点が観察される。
【０００６】
つまり、特許文献１、２では、映像光がその投影領域を拡大しながら投射されるために、観察者にとって非常にまぶしい輝点として観察される領域が大きくなってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題に鑑み、例えば、非常にまぶしい輝点等が観察される領域を小さくすることができる表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーンと、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、を有し、所定の結像面で結像するよう投射された映像光の前記結像面と前記スクリーンとが前記反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられていることを特徴とする表示装置である。
【０００９】
請求項３に記載された発明は、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーンと、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、投射されたレーザ光からなる映像光の焦点位置に設けられた光拡散部材と、を有し、前記光拡散部材と前記スクリーンとが前記反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられていることを特徴とする表示装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例にかかる表示装置の概略構成図である。
【図２】図１に示されたスクリーンの模式的な断面図である。
【図３】図１に示された反射型面対称結像素子の斜視図である。
【図４】図１に示された反射型面対称結像素子を構成する直方体材を示す斜視図である。
【図５】図１に示された反射型面対称結像素子を形成する２つのシート部の組み合わせを示す斜視図である。
【図６】図１に示された反射型面対称結像素子における微小ミラーユニットを概念的に説明するためのＸＹＺ直交座標における微小ミラーユニットの斜視図である。
【図７】図６に示された微小ミラーユニットにおけるＺ軸方向から眺めたＸＹ平面上の微小ミラーユニットの平面図である。
【図８】図７の第１及び第２光反射面のなす角の二等分線とＺ軸に直角な方向から眺めた第１及び第２光反射面の側面図である。
【図９】図１に示された反射型面対称結像素子の平面図である。
【図１０】図１に示された反射型面対称結像素子の斜視図である。
【図１１】図１に示された反射型面対称結像素子の斜視図である。
【図１２】図１に示されたスクリーンの状態と調光部の光線の直線透過率とプロジェクタから投射される映像光強度のタイミングチャートである。
【図１３】図１に示されたスクリーンの動作を示したフローチャートである。
【図１４】本発明の第２の実施例にかかる表示装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態にかかる表示装置を説明する。本発明の一実施形態にかかる表示装置は、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーンと、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、を有している。そして、所定の結像面で結像するよう投射された映像光の結像面とスクリーンとが反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられている。このようにすることにより、反射型面対称結像素子が発散状態で入射した映像光を収束状態にして射出することができるので、スクリーンには収束光として投射される。したがって、非常にまぶしい輝点等が観察される領域を小さくすることができる。
【００１２】
また、結像面に光拡散部材が設けられていてもよい。このようにすることにより、投影光はさらに拡散度合いが強くなって反射型面対称結像素子に入射する。そのため、視野角が拡大すると同時に、万が一まぶしい輝点が観察された場合にもその明るさを従来よりも低減させることができる。
【００１３】
また、本発明の他の実施形態にかかる表示装置は、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーンと、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子と、投射されたレーザ光からなる映像光の焦点位置に設けられた光拡散部材と、を有している。そして、光拡散部材と前記スクリーンとが反射型面対称結像素子に対して面対称に位置付けられている。このようにすることにより、映像光がレーザ光であっても、光拡散部材で発散光とすることができ、反射型面対称結像素子が発散状態で入射した映像光を収束状態にして射出することができるので、スクリーンには収束光として投射される。したがって、非常にまぶしい輝点等が観察される領域を小さくすることができる。また、光拡散部材を設けることによって、視野角が拡大すると同時に、万が一まぶしい輝点が観察された場合にもその明るさを従来よりも低減させることができる。
【００１４】
また、反射型面対称結像素子は、直方体状のミラー部材が複数接合されて構成されたミラーシートが２層積層され、該２層のうちの第１層の前記ミラー部材の長手方向と第２層のミラー部材の長手方向とが直交するように積層されていてもよい。このようにすることにより、入射した光束は第１層と第２層の２回反射されて出射するので、発散状態で入射した光束は２回の反射により収束光に変換されて出射される。また、直方体状のミラー部材を２層積層することでよいので構造が単純であり、製造が容易となる。
【００１５】
また、スクリーンの透過状態と散乱状態とを所定の周期で交互に切り替える制御手段を有してもよい。このようにすることにより、スクリーンの表示とスクリーン越しの背景等の観察を交互に行うことができるので、それぞれの表示や観察を時分割で行うことができる。したがって、スクリーンに表示された映像と背景等を実質的に同時に観察することができる。
【００１６】
また、反射型面対称結像素子に対して映像光の投射口と面対称となる位置に、光を遮る遮光手段が設置されていてもよい。このようにすることにより、収束光の収束点を越えて発散しようとする光を遮蔽することができる。
【００１７】
また、結像面で結像または焦点位置で形成される映像とスクリーンに投射される映像が同じ大きさ、かつ、結像面で結像または焦点位置で形成される映像とスクリーンに投射される映像が面対称の関係となっている。したがって、結像面で結像または焦点位置で形成される映像と反射型面対称結像素子の位置関係を調整することで、使用者から見てスクリーンに正しく映像が表示される。
【実施例１】
【００１８】
本発明の第１の実施例にかかる表示装置１を図１乃至図１３を参照して説明する。表示装置１は図１に示すように、プロジェクタ１１と、スクリーン２１と、同期制御部３１と、反射型面対称結像素子４１と、筐体５１と、を備えている。プロジェクタ１１と、スクリーン２１と、同期制御部３１とは、プロジェクタ１１の映像光（投影映像）を投射（投影）して、スクリーン２１（投影面）で透過散乱する透過型プロジェクション装置である。
【００１９】
プロジェクタ１１は、筐体５１内に配置されている。プロジェクタ１１は、スクリーン２１へ映像情報により変調された映像光を投射できるものであればよい。なお、映像情報は、プロジェクタ１１に入力される映像信号から得られる。プロジェクタ１１には、動画の映像信号だけでなく静止画の映像信号が入力されてもよい。また、プロジェクタ１１は、スクリーン２１に表示される映像に対して上下が反転した鏡映像が出射されている。即ち、結像面６１に結像する映像とスクリーン２１に投射される映像が面対称の関係となっている。
【００２０】
スクリーン２１は、筐体５１の上面５１ａから突出している取付部５１ｂに取り付けられている。可視光に対して透過状態と散乱状態とが切り替え可能となっており、透過状態の際にはスクリーン２１を通して背景を観察することができ、散乱状態の際にはプロジェクタ１１から投射される映像光を表示することができる。
【００２１】
図２に、光学状態を制御可能なスクリーン２１の模式的な断面図を示す。図２に示したスクリーン２１は、一対の透明なガラス基板２３，２４の間に液晶を含む複合材料を挟み込んだ光学層である調光部２５を有する。一方のガラス基板２４の調光部２５側には、全面に対向電極２６が形成される。他方のガラス基板２３の調光部２５側には、全面に制御電極２７が形成される。なお、電極２６、２７と調光部２５との間に、絶縁体からなる中間層を形成してもよい。
【００２２】
スクリーン２１は、電圧の印加により光学状態を変化できる素子や材料により構成された調光部２５を備えている。調光部２５の光学状態は、散乱状態が映像を表示する状態であり、それよりも入射光の散乱が小さく且つ光線の直線透過率が高い透明な透過状態が映像を表示しない非映像表示状態である。調光部２５は、対向電極２６と制御電極２７との間に配置される。即ち、調光部２５は、２つの電極間に挟持され、２つの電極間に印加された電圧によって光学状態を透過状態と散乱状態とに切り替え可能である。
【００２３】
調光部２５には、光学状態を散乱状態と透過状態とを切り替えることができるもの、例えば、高分子中にネマティック液晶ドメインを分布させた所謂高分子分散液晶（ＰＤＬＣ）を用いることができる。また、電圧を印加しない状態において高分子ネットワークがドメインを形成する液晶分子の配向と関連付けられている複合材料を用いれば、より良好な光学状態を実現できる。
【００２４】
ＰＤＬＣを用いた例としては、光重合性モノマー、ネマティック液晶及び重合開始材料を適量混合し、調光部材を構成するガラスや樹脂の５から５０ミクロン程度の基板間に配置せしめ、モノマーと液晶が相分離する温度など条件において紫外線を照射することで、高分子中に液晶ドメインを分散させることができる。この場合、通常電圧を印加しない場合に高分子と液晶の屈折率差による散乱が大きく、電場により液晶を配列させた場合に基板法線方向の屈折率差が小さくなるように設計され、ノーマルモードと呼ばれる。この他、ネマティック液晶を含むカプセルをモノマー及び重合開始剤と混合したものを用いることもできる。
【００２５】
電圧を印加しない状態において高分子ネットワークがドメインを形成する液晶分子の配向と関連付けられている複合材料としては、光重合性モノマーが液晶の性質を保有している。基板はラビングなど配向処理がなされ、基板間に配置された混合材料は配向処理に基づいた配列をもつ。この状態で紫外線を照射することで、電圧を印加しない場合に上記初期配列となり、電圧を印加することで液晶ドメインと高分子との屈折率差が生じることで散乱を生じる。なお一方向配列とした場合はこの配向に依存した光学特性を有するが、カイラル材を添加し初期配列にねじれを与えることで、入射光の偏光に依存しない光学特性としたものを用いることもできる。この場合、通常電圧を印加しない場合に高分子と液晶の屈折率差による散乱が小さく、電場により液晶を配列させた場合に屈折率差が大きくなるように設計され、リバースモードと呼ばれる。
【００２６】
即ち、ノーマルモードでは、電極間に所定の電圧を印加した場合に透過状態となり、電極間に電圧を印加しない場合に散乱状態となる。また、リバースモードでは、電極間に所定の電圧を印加した場合に散乱状態となり、電極間に電圧を印加しない場合に透過状態となる。
【００２７】
対向電極２６と制御電極２７は、たとえばＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）により、透明電極として形成される。
【００２８】
スクリーン２１の例えばガラス基板２４側に位置する使用者からは、スクリーン２１の調光部２５が散乱状態の場合は、スクリーン２１は例えば白濁したように見える。一方、調光部２５が透過状態の場合は、スクリーン２１は透過状態のため、スクリーン２１越しに背景を観察することができる。したがって、調光部２５が散乱状態の場合にはスクリーン２１にプロジェクタ１１から投射される映像光が表示でき、透過状態の場合はスクリーン２１は、背景を認識しうる透明さを有する。
【００２９】
スクリーン２１は、制御電極２７と対向電極２６との間に電位差を生じるように電圧が印加される。駆動波形（駆動電圧波形）としては、たとえば、一方の電極を直流状態（０ボルト）として、他方の電極に交流電圧を印加するようにしてもよいし、双方の電極に位相が反転した交流電圧を印加して電位差が生じるようにしてもよい。即ち、制御電極２７と対向電極２６との間に電位差を生じるように電圧が印加されると、スクリーン２１がノーマルモードの場合は透過状態になり、リバースモードの場合は散乱状態になる。なお、本実施例において、スクリーン２１はノーマルモード、リバースモードのいずれであってもよい。
【００３０】
制御手段としての同期制御部３１は、筐体５１内に配置されている。同期制御部３１は、映像光が投射されるスクリーン２１の調光部２５を、映像光が投射されている場合は当該映像光を散乱する状態に制御し、投射されていない場合に透過状態に制御する。即ち、調光部２５を散乱状態または透過状態となるように電圧を印加する。同期制御部３１は、図１に示したように、プロジェクタ１１とスクリーン２１に接続される。同期制御部３１は、プロジェクタ１１の映像光の投射に同期させて、スクリーン２１（調光部２５）の光学状態を制御する。また、プロジェクタ１１から同期制御部３１へ入力される同期信号は、例えばプロジェクタ１１に入力される映像信号の映像フレーム周期に同期した同期信号を用いることができる。
【００３１】
なお、同期制御部３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等を備え、プログラムにより動作が制御されるコンピュータで構成されてもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などから構成された専用のハードウェアでもよい。
【００３２】
反射型面対称結像素子４１は、平板状であり、筐体５１の上面５１ａにスクリーン２１とは直交するように（上面５１ａと平行に）配置されている。つまり、反射型面対称結像素子４１は、一方の面が筐体５１から露出し、他方の面が筐体５１内に収容されている。反射型面対称結像素子４１は、プロジェクタ１１から投射された映像光が入射してスクリーン２１に向かって出射される。
【００３３】
反射型面対称結像素子４１の一例は、例えば、図３に示すように、各々が同数の棒状の直方体材（ミラー部材）４５をその長手側面が並列に密着させることにより形成された２つのシート部（ミラーシート）４３，４４を有する。シート部４３，４４は、互いの主面同士を接着してある。
【００３４】
直方体材４５の長手方向に伸長した４面のうちの対向する２面は、図４に示すように、光の透過で使用する光透過面Ｔである。残る２面の一方は反射面であり鏡面処理を施されている。この鏡面処理は光を反射するという意味ではなく、非常に滑らかな状態にする処理である。残る２面の他方は光の吸収を行う面である。直方体材４５はシート部４３，４４各々で１００本〜２００００本程度用いられる。例えば、直方体材４５は、長手方向に垂直な方向、すなわち短手方向の四角形の断面の一辺が０．１〜１０ｍｍ前後の透明なアクリルに代表されるプラスチック又はガラスの棒からなる。長さは投影する画像の大きさによって変化するが、１００ｍｍ〜１０ｍ程度である。また、直方体材４５の長手方向に伸長した１面（残りの１面の反対側の面）には光反射膜４６が形成される。光反射膜４６はアルミや銀の蒸着或いはスパッタなどによって形成される。その光反射膜４６を形成した面とは反対側の面（残り１面）には光吸収膜４７が形成され、それにより光吸収面とされる。光吸収膜４７はつや消しの黒塗料などを用いたり、黒色の薄いシートを密着させて形成しても良い。
【００３５】
このような複数の直方体材４５について、図５に示すように、１つの直方体材４５の光吸収膜面と別の直方体材４５の光反射膜面を密着させてシート部４３，４４がそれぞれ形成される。シート部４３，４４は、図５に示すように、直方体材４５の並列方向が交差するようにいずれか一方を９０度回転させた状態で貼り合わせられ、それによって反射型面対称結像素子４１が形成される。即ち、ミラーシートが２層積層され、該２層のうちの第１層のミラー部材の長手方向と第２層のミラー部材の長手方向とが直交するように積層されている。シート部４３の各直方体材４５とシート部４４の各直方体材４５とが交差する部分が微小ミラーユニットを構成し、各微小ミラーユニットのシート部４３の光反射膜面が第１集合体の第１光反射面であり、シート部４４の光反射膜面が第２集合体の第２光反射面である。
【００３６】
なお、シート部４３，４４を形成する際に、１つの直方体材４５の光吸収膜面と別の直方体材４５の光反射膜面を密着させるので、光吸収膜４７は光反射膜４６の上に積層して形成しておいても良い。
【００３７】
更に、直方体材４５はプラスチック樹脂やガラスなどによって形成されているため、約１．５程度の屈折率を持っているが、このことによって表面反射が起こる場合がある。そこで、反射型面対称結像素子４１の表裏両面に減反射コーティングを施してもよい。
【００３８】
次に、図３乃至図５に示した反射型面対称結像素子４１の動作原理について説明する。反射型面対称結像素子４１は、上述したように微小ミラーユニットの多数配列により構成されるので、１つの微小ミラーユニットから説明する。
【００３９】
図６は、微小ミラーユニットを概念的に説明するためのＸＹＺ直交座標における微小ミラーユニットＭｕの斜視図である。微小ミラーユニットＭｕは素子面（ＸＹ平面）に直交する第１光反射面Ｍｘｚ及び第２光反射面Ｍｙｚからなる。
【００４０】
微小ミラーユニットＭｕにおいては、単位格子（１，１，１，）に或る点（黒丸）があるとすると、第１光反射面Ｍｘｚの鏡面に黒丸（１，−１，１，）が、第２光反射面Ｍｙｚの鏡面に黒丸（−１，１，１，）が、それぞれ像空間に投影される。ここでＸＹＺ直交座標値における−１は各軸方向の逆方向を意味し、各軸方向に垂直な平面に反転することを意味する。
【００４１】
それぞれ像空間における第１光反射面Ｍｘｚの鏡面と第２光反射面Ｍｙｚの鏡面が、ＸＹＺ直交座標で有るために、黒丸（１，−１，１，）と黒丸（−１，１，１，）の像を単位格子（１，１，１，）の実空間の対角位置の空間に星印（−１，−１，１，）を投影する。
【００４２】
したがって、対角位置空間の星印（−１，−１，１，）と実空間の黒丸（１，１，１，）の関係は、黒丸の（１，１，１，）のＸＹ軸方向の位置は星印（−１，−１，１，）のＸＹ軸方向の位置と反転する関係にある。
【００４３】
図７は、Ｚ軸方向から眺めたＸＹ平面上の微小ミラーユニットＭｕの平面図である。ここでは、実空間を（１，１，１，）と、第１光反射面Ｍｘｚの鏡面による像空間を（１，−１，１，）と、第２光反射面Ｍｙｚの鏡面による像空間を（−１，１，１，）と、第１及び第２光反射面Ｍｘｚ，Ｍｙｚの像空間の鏡面による像空間を（−１，−１，１，）と、表してある。実空間（１，１，１，）に線体Ｂがあるとすると、像空間（−１，−１，１，）ではＸＹ軸方向で反転する虚像Ｂｖが得られる。実空間（１，１，１，）の第２光反射面Ｍｙｚの鏡面へ光線を角度θで入射すると光線は反射され、第１光反射面Ｍｘｚの鏡面に角度φで反射され、第２光反射面Ｍｙｚの鏡面への入射光線と平行になって同一方向へ戻される。
【００４４】
したがって、第１光反射面Ｍｘｚ及び第２光反射面Ｍｙｚのそれぞれの法線方向以外の微小ミラーユニットＭｕへの入射光線は、ＸＹ平面のＺ軸から開く第１及び第２光反射面Ｍｘｚ，Ｍｙｚの範囲内（９０度未満）で反転した光線として同一方向へ戻るすなわち、再帰することになる。因みに、２枚の鏡を用意し、それを直角に合わせ鉛直に立て鏡の交線を覗いてみると、水平方向のいずれの位置でも自分の顔が常に真ん中にあることが観察できることからも再帰性は明らかである。
【００４５】
しかしながら、Ｚ軸方向においては、微小ミラーユニットＭｕの第１及び第２光反射面Ｍｘｚ，Ｍｙｚによる再帰性は現れない。図８は図７の第１及び第２光反射面Ｍｘｚ，Ｍｙｚのなす角の二等分線とＺ軸に直角な方向から眺めた第１及び第２光反射面Ｍｘｚ，Ｍｙｚの側面図である。ここで実空間（１，１，１，）の第２光反射面Ｍｙｚの鏡面へ光線をＺ軸に対して角度ψで入射すると光線は反射され、第１光反射面Ｍｘｚの鏡面で反射され、Ｚ軸に対して角度ψで反射される。因みに、完全な再帰性を得るためには図６のＸＹ平面に第３光反射面を更に設ければ、図６の白丸の像空間（−１，−１，−１，）による再帰性を得ることができる。この互いに直交する３枚の鏡を合わせたとき、３本の交線に向かう入射光線がいずれの入射位置でも同一入射方向に戻るコーナーキューブ、レトロリフレクタの再帰性として知られている。
【００４６】
反射型面対称結像素子４１においては、Ｚ軸方向成分においては入射光線を正反射するとともにＸＹ軸方向成分については入射光線を再帰性反射をする微小ミラーユニットＭｕの複数を、図９の平面図に示すように例えばＸＹ軸方向に第１光反射面Ｍｘｚ及び第２光反射面Ｍｙｚが一致するようにマトリクス状に平面的に配列して構成されている。なお、反射型面対称結像素子４１においてＺ軸方向には光が通過（少なくとも一部は２回反射して）できるような構成されていることは云うまでもない。
【００４７】
図１０に示すように例えば反射型面対称結像素子４１のＺ軸上の正側（上側）に発散光ＣｖＢを発する発光体があれば、反射型面対称結像素子４１の微小ミラーユニット有効領域に拡がった全ての光線のうち、各第１及び第２光反射面Ｍｘｚ，Ｍｙｚで２回、反射した光線のそれぞれは、当該発光体の反射型面対称結像素子４１に対する面対称位置に収束する。
【００４８】
一方、図１１に示すように例えば反射型面対称結像素子４１のＺ軸上の正側（上側）から収束光ＤｖＢを、反射型面対称結像素子４１の微小ミラーユニット有効領域に入射すれば、その中の集光領域内の各第１及び第２光反射面Ｍｘｚ，Ｍｙｚで２回、反射した光線は、反射型面対称結像素子４１から面対称に発散して発散光として拡がる。
【００４９】
即ち、反射型面対称結像素子４１は、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する。
【００５０】
表示装置１は、プロジェクタ１１と反射型面対称結像素子４１との間にプロジェクタ１１の結像面６１（図１参照）が形成される。結像面６１とスクリーン２１とは反射型面対称結像素子４１に対して面対称に位置付けられている。したがって、プロジェクタ１１は、結像面６１が、反射型面対称結像素子に対して、スクリーン２１と面対称となる位置に位置付けられるように設置位置や焦点位置等が調整される。また、結像面６１は、反射型面対称結像素子４１を介してスクリーン２１に投影される映像の大きさと同じ大きさとなっている。
【００５１】
図１２は上述した構成のスクリーン２１の状態と、調光部２５の光線の直線透過率と、プロジェクタ１１から投射される映像光の強度（光強度）と、を示したタイミングチャートである。
【００５２】
図１２に示したように、スクリーン２１は、１映像周期内に１回散乱状態と透過状態とに変化する。つまり、透過状態と散乱状態とを所定の周期で交互に切り替えている。１映像周期とは、プロジェクタ１１に入力される映像信号の１フレーム期間などであり、例えば５０〜６０Ｈｚ程度である。したがって、スクリーン２１は、１映像周期よりも短い期間で散乱状態と透過状態との切り替えが行われる。
【００５３】
スクリーン２１（調光部２５）が散乱状態となると、調光部２５の光線の直線透過率は低下する。この期間にスクリーンに入射した光は散乱されるので、映像を表示することが可能となる。したがって、プロジェクタ１１は映像光をスクリーン２１に投射するので映像光強度が上昇し映像が表示される。
【００５４】
スクリーン２１が透過状態となると、調光部２５の光線の直線透過率は上昇する。この期間にスクリーンに入射した光はそのまま透過する。したがって、プロジェクタ１１は映像光をスクリーン２１に投射を停止する。そのため、背景がスクリーン２１越しに（スクリーン２１を通して）観察することができる。
【００５５】
スクリーン２１には、１映像周期毎に全画面の映像を繰り返し投影しており、人間の目にはこの繰り返しは点滅として認識されないで、時間平均（積分）されることによって、スクリーン２１に投影された映像と、背景とを、フリッカを感じることなく同時に観察することができる。
【００５６】
上述した動作を図１３のフローチャートにまとめる。図１３に示したフローチャートは同期制御部３１で実行される。
【００５７】
まず、ステップＳ１において、１映像周期の先頭を検出するための同期信号を検出してステップＳ２に進む。同期信号は、上述したプロジェクタ１１に入力される映像信号の映像フレーム周期に同期した同期信号などを用いればよい。なお、プロジェクタ１１は、初期状態として、映像光を投射していない状態に設定されている。
【００５８】
次に、ステップＳ２において、スクリーン２１を散乱状態にするように対向電極２６と制御電極２７に電圧を印加してステップＳ３に進む。
【００５９】
次に、ステップＳ３において、プロジェクタ１１に映像光を投射させてステップＳ４に進む。即ち、プロジェクタ１１に外部から入力された映像を映像光として投射させる投射制御情報を出力する。投射制御情報は、１つの信号線のハイレベルとローレベルに投射の開始と停止とが定義されている制御信号方式としてもよし、複数の信号線のハイレベルとローレベルの組み合わせから構成されるコマンド等に投射の開始と停止とが定義されているコマンド形式でもよい。また、本ステップは、図１２に示した過渡状態が経過した後に行う。過渡状態の期間は、調光部２５を構成する材料と印加する電圧によって予め算出可能である。
【００６０】
次に、ステップＳ４において、予め定めた期間経過後にステップＳ３で行った映像の投射を停止させステップＳ５に進む。この映像の投射期間はスクリーン２１の散乱状態の期間に応じて定められている。即ち、プロジェクタ１１に映像光を投射を停止させる投射制御情報を出力する。
【００６１】
次に、ステップＳ５において、スクリーン２１を透過状態にするように対向電極２６と制御電極２７に電圧を印加してステップＳ６に進む。
【００６２】
次に、ステップＳ６において、表示装置１の使用を終了するか否かを判断し、終了する場合（ＹＥＳの場合）はフローチャートを終了し、終了しない場合（ＮＯの場合）はステップＳ１に戻る。終了するか否かは、例えば、使用者の入力操作があったか否かで判断すればよい。
【００６３】
このように構成された表示装置１は、上述したように、プロジェクタ１１から投射した映像光が発散光として反射型面対称結像素子４１に入射する。反射型面対称結像素子４１に入射した映像光は、反射型面対称結像素子４１によって集束光となり、スクリーン２１に向かって出射される。そして、反射型面対称結像素子４１から出射した映像光は、散乱状態のスクリーン２１に投射され映像が表示される。
【００６４】
ここで、スクリーン２１における光の拡散状態が完全拡散状態にならず直線透過光が残留したとしても、スクリーン２１を透過した映像光は、図１のＸ点で収束するような収束光となるので、観察者が非常にまぶしい輝点を観察する可能性の有る範囲がスクリーン２１とＸ点で形成される三角形の範囲（図１の網掛け部分）となり、プロジェクタ１１から直接映像光を投射する場合、つまり、映像光がその投影領域を拡大しながら投射する場合と比較して狭くなる。
【００６５】
本実施例によれば、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーン２１と、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子４１と、を有している。そして、所定の結像面６１で結像するよう投射された映像光の結像面６１とスクリーン２１とが反射型面対称結像素子４１に対して面対称に配置されているので、反射型面対称結像素子４１が発散状態で入射した映像光を収束状態にして射出することができるため、スクリーン２１には収束光として投射される。したがって、非常にまぶしい輝点等が観察される領域を小さくすることができる。
【００６６】
また、反射型面対称結像素子４１は、直方体材４５が複数接合されて構成されたミラーシート部４３、４４を重ねて２層積層され、シート部４３の直方体材４５の長手方向とシート部４４の直方体材４５の長手方向とが直交するように積層されているので、入射した光束は１層目と２層目の２回反射されて出射するため、発散状態で入射した光束は２回の反射により収束光に変換されて出射される。また、直方体材４５を２層積層することでよいので構造が簡単であり、製造が容易となる。
【００６７】
また、同期制御部３１が、スクリーン２１の透過状態と散乱状態とを所定の周期で交互に切り替えているので、スクリーン２１の表示とスクリーン２１越しの背景等の観察を交互に行うことができるため、それぞれの表示や観察を時分割で行うことができる。したがって、スクリーン２１に表示された映像と背景等を実質的に同時に観察することができる。
【００６８】
また、結像面６１で結像される映像とスクリーン２１に投射される映像が同じ大きさ、かつ、結像面６１で結像される映像とスクリーン２１に投射される映像が上下反転した関係となっているので、反射型面対称結像素子４１を介した場合でも、結像面で結像または焦点位置で形成される映像と反射型面対称結像素子４１の位置関係を調整することで、使用者から見てスクリーン２１に正しく映像が表示される。
【実施例２】
【００６９】
次に、本発明の第２の実施例にかかる測定装置を図１４を参照して説明する。なお、前述した第１の実施例と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００７０】
本実施例は、プロジェクタ１１がレーザプロジェクタで構成されている。レーザプロジェクタは、例えば、赤青緑の３色のレーザ光源と、各光源のレーザ光を合成する光学部と、合成されたレーザ光を走査するミラーやアクチュエータ等から構成される走査機構を備え、焦点位置に設置したスクリーン等に出射されたレーザ光を走査することで直接描画するものである（レーザスキャン方式、直描方式とも呼ばれる）。
【００７１】
また、本実施例では、第１の実施例で結像面６１となっていた位置（映像光の焦点位置）に光拡散部材としてのマイクロレンズアレイ７１を配置している。マイクロレンズアレイ７１は、公知のように、１ｍｍ以下程度の微小な凸レンズ（または凹レンズ）を基板となる平板上に一様に隙間無く形成したものであり、入射した光を拡散することができる。即ち、マイクロレンズアレイ７１とスクリーン２１とが反射型面対称結像素子４１に対して面対称に位置付けられている。
【００７２】
本実施例のプロジェクタ１１はレーザプロジェクタであるので、第１の実施例のように、結像面６１に像を形成することができない。そのため、結像面６１の位置にマイクロレンズアレイ７１を配置することで、当該位置に像が形成され、形成された像が拡散光（発散光）となり、反射型面対称結像素子４１に入射させることができる。つまり、マイクロレンズアレイ７１の位置が映像光の焦点位置となるようにプロジェクタ１１は調整されている。
【００７３】
本実施例によれば、可視光に対し透過状態と散乱状態とを切り替え可能なスクリーン２１と、自らの素子面に対して収束または発散状態で入射される光束を前記素子面に関して対称に発散または収束状態で射出する板状の反射型面対称結像素子４１と、投射されたレーザ光からなる映像光の焦点位置に設けられたマイクロレンズアレイ７１と、を有している。そして、マイクロレンズアレイ７１とスクリーン２１とが反射型面対称結像素子４１に対して面対称に位置付けられているので、映像光がレーザ光であっても、反射型面対称結像素子４１が発散状態で入射した映像光を収束状態にして射出することができるため、スクリーン２１には収束光として投射される。したがって、非常にまぶしい輝点等が観察される領域を小さくすることができる。
【００７４】
また、マイクロレンズアレイ７１を配置することで、映像光はさらに拡散度合いが強くなって反射型面対称結像素子４１に入射するので、視野角が拡大すると同時に、万が一輝点が観察された場合にもその明るさが従来よりも低減することができる。
【００７５】
なお、マイクロレンズアレイ７１は、上述した第２の実施例に限らず、第１の実施例に用いてもよい。その場合は、上述した結像面６１に結像した映像の拡散度合いが強くなるために、視野角が拡大すると同時に、万が一輝点が観察された場合にもその明るさが従来よりも低減することができるという効果が得られる。
【００７６】
また、映像光は、図１や図１４のＸ点で収束した後に拡大放射されるので、Ｘ点の位置に光を遮る遮光板等の遮光手段を設けてもよい。この遮光手段は、スクリーン２１の上部と接続するようにして筐体５１と一体に構成しても良いし、筐体５１とは別体としてＸ点に設置するようにしてもよい。なお、Ｘ点は、反射型面対称結像素子４１に対して、プロジェクタ１１の投射口と面対称な位置となるので、プロジェクタ１１の位置から容易に求めることができる。即ち、反射型面対称結像素子４１に対して、映像光の出射口と面対称となる位置に光を遮る遮光手段が設置されていてもよい。
【００７７】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではない。即ち、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。かかる変形によってもなお本発明の表示装置の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７８】
１        表示装置
２１      スクリーン
３１      同期制御部（制御手段）
４１      反射型面対称結像素子
４３      シート部（ミラーシート）
４４      シート部（ミラーシート）
４５      直方体材（ミラー部材）
６１      結像面
７１      マイクロレンズアレイ（光拡散部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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