JP2003035884A - 画像表示装置 - Google Patents
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- H04N5/7441—Projection arrangements for image reproduction, e.g. using eidophor involving the use of a spatial light modulator, e.g. a light valve, controlled by a video signal the modulator being an array of liquid crystal cells
Abstract
(57)【要約】
【課題】空間光変調素子のサイズにかかわらず光利用効
率が高く、投影される画面輝度の均一性を高めることが
可能な画像表示装置を実現することにある。 【解決手段】画像投影装置の空間光変調素子103を、照
明用レンズ102のほぼ焦点位置に配置する。さらに、光
源101も照明用レンズ102のほぼ焦点位置に配置すれば、
小型化された画像投影装置が実現できる。
率が高く、投影される画面輝度の均一性を高めることが
可能な画像表示装置を実現することにある。 【解決手段】画像投影装置の空間光変調素子103を、照
明用レンズ102のほぼ焦点位置に配置する。さらに、光
源101も照明用レンズ102のほぼ焦点位置に配置すれば、
小型化された画像投影装置が実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、LEDアレイ等の面
状光源を用いた画像表示装置に係り、特に両眼視差を用
いた立体視を、特殊な眼鏡を着用することなく左右１組
の画像投影装置を用いて同一スクリーン上に投影するこ
とにより可能にする立体画像表示装置に好適な画像表示
装置に関する。
状光源を用いた画像表示装置に係り、特に両眼視差を用
いた立体視を、特殊な眼鏡を着用することなく左右１組
の画像投影装置を用いて同一スクリーン上に投影するこ
とにより可能にする立体画像表示装置に好適な画像表示
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、空間光変調素子を照明し、変調
された画像信号を投射レンズを介してスクリーン上に投
影する装置構成を画像投影装置と言い、この画像投影装
置とスクリーンとを備えたものを画像表示装置と呼んで
いる。
された画像信号を投射レンズを介してスクリーン上に投
影する装置構成を画像投影装置と言い、この画像投影装
置とスクリーンとを備えたものを画像表示装置と呼んで
いる。
【０００３】従来、LEDアレイ等の面状光源を用いた画
像表示装置が、例えば特開2000-56410に開示されてい
る。ここに示された画像投影装置では、面状光源から発
した光束が液晶パネル等の照空間光変調素子を照明し、
変調された画像信号は投射レンズを介してスクリーン上
に投影される構成になっている。そして、この画像表示
装置では、スクリーン上で赤色、緑色、青色の３色光源
を色合成することにより１枚の空間光変調素子によりカ
ラー表示を行い、低コスト化を計っている。
像表示装置が、例えば特開2000-56410に開示されてい
る。ここに示された画像投影装置では、面状光源から発
した光束が液晶パネル等の照空間光変調素子を照明し、
変調された画像信号は投射レンズを介してスクリーン上
に投影される構成になっている。そして、この画像表示
装置では、スクリーン上で赤色、緑色、青色の３色光源
を色合成することにより１枚の空間光変調素子によりカ
ラー表示を行い、低コスト化を計っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の画像表
示装置では、面状光源から平行性の高い光束を放射させ
るため面状光源と空間光変調素子の大きさが一致してい
ない場合、すなわち、光束が空間光変調素子の面積より
も小さい時には、空間光変調素子内に照明されない箇所
ができて画面欠陥を生じるか、逆に光束が空間光変調素
子の面積よりも大きい時には、空間光変調素子に当たら
ない無効な光束を生じ光利用効率の低下をまねくことと
なる。
示装置では、面状光源から平行性の高い光束を放射させ
るため面状光源と空間光変調素子の大きさが一致してい
ない場合、すなわち、光束が空間光変調素子の面積より
も小さい時には、空間光変調素子内に照明されない箇所
ができて画面欠陥を生じるか、逆に光束が空間光変調素
子の面積よりも大きい時には、空間光変調素子に当たら
ない無効な光束を生じ光利用効率の低下をまねくことと
なる。
【０００５】また、上記従来技術では、面状光源の面内
発光輝度分布が、空間光変調素子を照明する光束とほぼ
一致することとなる。このために、面状光源の発光が均
一でないと空間光変調素子が不均一に照明され、結果と
して投射される画像に輝度ムラを生じることも課題であ
った。また、面状光源の面内発光輝度分布をムラなく均
一にするためには面状光源自体に更に高度な技術が要求
される。
発光輝度分布が、空間光変調素子を照明する光束とほぼ
一致することとなる。このために、面状光源の発光が均
一でないと空間光変調素子が不均一に照明され、結果と
して投射される画像に輝度ムラを生じることも課題であ
った。また、面状光源の面内発光輝度分布をムラなく均
一にするためには面状光源自体に更に高度な技術が要求
される。
【０００６】したがって、本発明の目的は、上記課題を
解決することにあり、面状光源を用いた画像表示装置に
おいて、空間光変調素子のサイズにかかわらず光利用効
率が高く、投影される画面輝度の均一性を高めることに
ある。
解決することにあり、面状光源を用いた画像表示装置に
おいて、空間光変調素子のサイズにかかわらず光利用効
率が高く、投影される画面輝度の均一性を高めることに
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく種々実験検討したところ、通常、この種の
画像表示装置は、画像投影装置とこの画像投影装置から
投影される投影画像を表示するためのスクリーンとから
構成され、この画像投影装置には光源と空間光変調素子
との間に照明用レンズが配置されるが、この場合、少な
くとも空間光変調素子の位置を照明用レンズのほぼ焦点
位置に配置したところ、光利用効率及びスクリーン上に
投影される画面輝度の均一性ともに極めてよい結果が得
られると言う予期せざる知見が得られた。
を達成すべく種々実験検討したところ、通常、この種の
画像表示装置は、画像投影装置とこの画像投影装置から
投影される投影画像を表示するためのスクリーンとから
構成され、この画像投影装置には光源と空間光変調素子
との間に照明用レンズが配置されるが、この場合、少な
くとも空間光変調素子の位置を照明用レンズのほぼ焦点
位置に配置したところ、光利用効率及びスクリーン上に
投影される画面輝度の均一性ともに極めてよい結果が得
られると言う予期せざる知見が得られた。
【０００８】また、光源の位置も照明用レンズを中心に
して空間光変調素子とは対称の位置で、照明用レンズの
ほぼ焦点位置に配置すれば、さらによい結果が得られる
と言う重要な知見も得られた。
して空間光変調素子とは対称の位置で、照明用レンズの
ほぼ焦点位置に配置すれば、さらによい結果が得られる
と言う重要な知見も得られた。
【０００９】本発明は、このような重要な知見に基づい
てなされたものであり、以下に、本発明に係る画像表示
装置の特徴点を説明する。
てなされたものであり、以下に、本発明に係る画像表示
装置の特徴点を説明する。
【００１０】上記目的を達成するための本発明の第１の
発明に係る画像表示装置は、少なくとも１次元または２
次元に広がった光源と、この光源から発した光束が透過
する照明用レンズと、この照明用レンズを透過した光束
を変調する空間光変調素子と、この空間光変調素子で変
調された光束を投影する投射用レンズとを備えた画像投
影装置と、前記画像投影装置の投射用レンズによって投
影される投影画像を表示するスクリーンとを具備した画
像表示装置であって、前記画像投影装置の空間光変調素
子を前記照明用レンズのほぼ焦点位置fに配置すること
を特徴とする。
発明に係る画像表示装置は、少なくとも１次元または２
次元に広がった光源と、この光源から発した光束が透過
する照明用レンズと、この照明用レンズを透過した光束
を変調する空間光変調素子と、この空間光変調素子で変
調された光束を投影する投射用レンズとを備えた画像投
影装置と、前記画像投影装置の投射用レンズによって投
影される投影画像を表示するスクリーンとを具備した画
像表示装置であって、前記画像投影装置の空間光変調素
子を前記照明用レンズのほぼ焦点位置fに配置すること
を特徴とする。
【００１１】上記目的を達成するための本発明の第２の
発明に係る画像表示装置は、上記光源を、上記照明用レ
ンズの上記空間光変調素子が配置されたのと反対側のほ
ぼ焦点位置に配置することを特徴とする。
発明に係る画像表示装置は、上記光源を、上記照明用レ
ンズの上記空間光変調素子が配置されたのと反対側のほ
ぼ焦点位置に配置することを特徴とする。
【００１２】上記目的を達成するための本発明の第３の
発明に係る画像表示装置は、少なくとも１次元または２
次元に広がった光源と、この光源から発した光束が透過
する照明用レンズと、この照明用レンズを透過した光束
を変調する空間光変調素子と、この空間光変調素子で変
調された光束を投影する投射用レンズとを備えた左右１
組の画像投影装置と、前記１組の画像投影装置の投射用
レンズによって投影される投影画像を同一面上に表示す
るスクリーンとを具備した立体画像表示装置であって、
前記画像投影装置の空間光変調素子を前記照明用レンズ
のほぼ焦点位置fに配置することを特徴とする。
発明に係る画像表示装置は、少なくとも１次元または２
次元に広がった光源と、この光源から発した光束が透過
する照明用レンズと、この照明用レンズを透過した光束
を変調する空間光変調素子と、この空間光変調素子で変
調された光束を投影する投射用レンズとを備えた左右１
組の画像投影装置と、前記１組の画像投影装置の投射用
レンズによって投影される投影画像を同一面上に表示す
るスクリーンとを具備した立体画像表示装置であって、
前記画像投影装置の空間光変調素子を前記照明用レンズ
のほぼ焦点位置fに配置することを特徴とする。
【００１３】上記のように空間光変調素子の位置、さら
には光源の位置を、それぞれ照明用レンズのほぼ焦点位
置fに配置することであるが、焦点位置fから±２５％程
度のズレの範囲ならば効果の上で多少の差があるにして
も実用上問題にならず許容される。
には光源の位置を、それぞれ照明用レンズのほぼ焦点位
置fに配置することであるが、焦点位置fから±２５％程
度のズレの範囲ならば効果の上で多少の差があるにして
も実用上問題にならず許容される。
【００１４】また、上記投射用レンズのFナンバーをＦ
n、照明用レンズの焦点距離をf、光源の直径をWとした
とき、次式（７）の関係を満たす光源面積が大きい場合
には、 W ＞ 1.2ｆ／Ｆn …（７） 前記照明用レンズから光源の位置を、ゼロから照明用レ
ンズの焦点距離ｆの３．５倍までの範囲とするか、次式
（８）の関係を満たす光源面積が小さい場合には、 W ≦ 1.2ｆ／Ｆn …（８） 前記照明用レンズから光源の位置を、照明用レンズの焦
点距離ｆの−４０％〜＋８０％の範囲とすることができ
る。
n、照明用レンズの焦点距離をf、光源の直径をWとした
とき、次式（７）の関係を満たす光源面積が大きい場合
には、 W ＞ 1.2ｆ／Ｆn …（７） 前記照明用レンズから光源の位置を、ゼロから照明用レ
ンズの焦点距離ｆの３．５倍までの範囲とするか、次式
（８）の関係を満たす光源面積が小さい場合には、 W ≦ 1.2ｆ／Ｆn …（８） 前記照明用レンズから光源の位置を、照明用レンズの焦
点距離ｆの−４０％〜＋８０％の範囲とすることができ
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面にしたがい本発明の概
要を説明する。図１〜図５はそれぞれ異なる構成の画像
投影装置１００の光学系を、図６〜図９はそれぞれ異な
る構成の光源１０１を、図１０は画像表示装置１５０
を、図１１は画像表示装置１５０を構成するスクリーン
の模式図を示している。図１は、本発明の画像表示装置
１５０を構成する画像投影装置１００の光学系の一例を
示したものである。この画像投影装置１００の投射用レ
ンズに対向する位置に、不図示のスクリーンが設けられ
て本発明の画像表示装置が構成される。
要を説明する。図１〜図５はそれぞれ異なる構成の画像
投影装置１００の光学系を、図６〜図９はそれぞれ異な
る構成の光源１０１を、図１０は画像表示装置１５０
を、図１１は画像表示装置１５０を構成するスクリーン
の模式図を示している。図１は、本発明の画像表示装置
１５０を構成する画像投影装置１００の光学系の一例を
示したものである。この画像投影装置１００の投射用レ
ンズに対向する位置に、不図示のスクリーンが設けられ
て本発明の画像表示装置が構成される。
【００１６】本発明の画像表示装置を構成する画像投影
装置は、図１に示すように、光源１０１と、光源１０１
から発した光束が透過する照明用レンズ１０２と、照明
用レンズ１０２を透過した光束を変調する空間光変調素
子１０３と、空間光変調素子１０３で変調された光束を
投影する投射用レンズ１０４とによって構成されてい
る。
装置は、図１に示すように、光源１０１と、光源１０１
から発した光束が透過する照明用レンズ１０２と、照明
用レンズ１０２を透過した光束を変調する空間光変調素
子１０３と、空間光変調素子１０３で変調された光束を
投影する投射用レンズ１０４とによって構成されてい
る。
【００１７】ここで、光源１０１では、発光面が１次元
または２次元に広がった面状光源である。また、空間光
変調素子１０３は、照明用レンズ１０２の焦点位置上に
配置されている。このため、面状光源１０１の各点から
発した光束はいずれも、空間光変調素子１０３上を透過
し効率良く照明される。
または２次元に広がった面状光源である。また、空間光
変調素子１０３は、照明用レンズ１０２の焦点位置上に
配置されている。このため、面状光源１０１の各点から
発した光束はいずれも、空間光変調素子１０３上を透過
し効率良く照明される。
【００１８】画像投影装置において、投射画像に画面欠
陥を生じないためには、空間光変調素子全面を照明する
必要がある。このために、本発明の画像投影装置では、
面状光源１０１の各点から放射される光束が広がりをも
つ必要がある。この各点の光束の広がり、すなわち光束
放射角度αが空間光変調素子１０３全面を照明するに充
分広ければ良い。
陥を生じないためには、空間光変調素子全面を照明する
必要がある。このために、本発明の画像投影装置では、
面状光源１０１の各点から放射される光束が広がりをも
つ必要がある。この各点の光束の広がり、すなわち光束
放射角度αが空間光変調素子１０３全面を照明するに充
分広ければ良い。
【００１９】このためには空間光変調素子１０３の幅を
ｄ、照明用レンズ１０２の焦点距離をｆとするとき、α
は α≧arctan(d/2f) …（１） とすれば良い。ここで、最も効率良く空間光変調素子を
照明するためには α＝arctan(d/2f) …（２） とすれば良い。
ｄ、照明用レンズ１０２の焦点距離をｆとするとき、α
は α≧arctan(d/2f) …（１） とすれば良い。ここで、最も効率良く空間光変調素子を
照明するためには α＝arctan(d/2f) …（２） とすれば良い。
【００２０】一般に、空間光変調素子は長方形をしてお
り、その幅は水平方向と垂直方向で異なる。そこで、光
束放射角度も水平、垂直で独立に設定する方がさらに好
適である。この場合、空間光変調素子の水平幅をｄH、
上記光源の各点における水平方向の光束放射角度をαH
は αH≧arctan(dH/2f) …（３） とすれば良い。
り、その幅は水平方向と垂直方向で異なる。そこで、光
束放射角度も水平、垂直で独立に設定する方がさらに好
適である。この場合、空間光変調素子の水平幅をｄH、
上記光源の各点における水平方向の光束放射角度をαH
は αH≧arctan(dH/2f) …（３） とすれば良い。
【００２１】また、空間光変調素子の垂直幅をｄV、上
記光源の各点における垂直方向の光束放射角度をαVは αV≧arctan(dV/2f) …（４） とすれば良い。
記光源の各点における垂直方向の光束放射角度をαVは αV≧arctan(dV/2f) …（４） とすれば良い。
【００２２】ここで、最も効率良く空間光変調素子を照
明するためには αH＝arctan(dH/2f) …（５） αV＝arctan(dV/2f) …（６） とすれば良い。
明するためには αH＝arctan(dH/2f) …（５） αV＝arctan(dV/2f) …（６） とすれば良い。
【００２３】一般に、照射面積は製造誤差を考慮し、空
間光変調器より１０％程度大きく設計される。この場合
には、（２）〜（６）式における空間光変調器の幅d、
水平幅dH、垂直幅dVは製造誤差を考慮した照射面の幅、
水平幅、垂直幅と置き換えられることは云うまでもな
い。
間光変調器より１０％程度大きく設計される。この場合
には、（２）〜（６）式における空間光変調器の幅d、
水平幅dH、垂直幅dVは製造誤差を考慮した照射面の幅、
水平幅、垂直幅と置き換えられることは云うまでもな
い。
【００２４】また、光源１０３の位置は、図１で示した
ように照明レンズ１０２に近いと光源１０３上の各点か
ら放射された光束は広がり、投射用レンズ１０４に入ら
ない光束が発生する。一方、照明レンズ１０２から離れ
ていると光束は収束するため投射用レンズ１０４に入ら
ない光束は減少するが、装置が大きくなってしまう。
ように照明レンズ１０２に近いと光源１０３上の各点か
ら放射された光束は広がり、投射用レンズ１０４に入ら
ない光束が発生する。一方、照明レンズ１０２から離れ
ていると光束は収束するため投射用レンズ１０４に入ら
ない光束は減少するが、装置が大きくなってしまう。
【００２５】このため、図２の光学系に示す様に、光源
１０１が照明用レンズ１０２の空間変調素子１０３が配
置されたのと反対側の焦点位置に配置されると好適であ
る。
１０１が照明用レンズ１０２の空間変調素子１０３が配
置されたのと反対側の焦点位置に配置されると好適であ
る。
【００２６】空間光変調素子１０３は、図１、図２で示
したように透過型液晶パネル等の透過型素子であっても
良いし、デジタルミラーデバイスや図３の光学系に示す
ような偏光ビームスプリッタ１０５を用いた反射型液晶
パネル等の反射型素子であっても良い。
したように透過型液晶パネル等の透過型素子であっても
良いし、デジタルミラーデバイスや図３の光学系に示す
ような偏光ビームスプリッタ１０５を用いた反射型液晶
パネル等の反射型素子であっても良い。
【００２７】カラー表示の場合、光源１０１は、赤色、
緑色、青色の３色の発光部分が必要であるが、図１、図
２、図３に示したように１個の面状光源内に集積されて
いても良い。また、図４、図５に示す様に、赤色光源１
０１Ｒ、緑色光源１０１Ｇ、青色光源１０１Ｂと３個に
分かれていても良い。なお、図４、図５において、１０
６はダイクロイッククロスプリズムを示している。
緑色、青色の３色の発光部分が必要であるが、図１、図
２、図３に示したように１個の面状光源内に集積されて
いても良い。また、図４、図５に示す様に、赤色光源１
０１Ｒ、緑色光源１０１Ｇ、青色光源１０１Ｂと３個に
分かれていても良い。なお、図４、図５において、１０
６はダイクロイッククロスプリズムを示している。
【００２８】これらの光源は、図６に示すように発光ダ
イオード（ＬＥＤ）110などの発光面積の小さな光源を
アレイ状に集積しても良いし、図７に示す様な蛍光灯12
0等の広がりをもった光源を用いても良い。
イオード（ＬＥＤ）110などの発光面積の小さな光源を
アレイ状に集積しても良いし、図７に示す様な蛍光灯12
0等の広がりをもった光源を用いても良い。
【００２９】また、実際に光源が面状になっていなくて
も実質的に面状の光源とみなせる場合も適応可能であ
る。例えば、発光ダイオード等の光源から発した光束
を、図８に示す様にマイクロレンズアレイや拡散材を透
光性基板に含ませた拡散体111に当てた場合の拡散面112
や、図９に示す様に円筒状または角柱状の反射体からな
るインテグレータ113の出射面114などがこれに該当す
る。
も実質的に面状の光源とみなせる場合も適応可能であ
る。例えば、発光ダイオード等の光源から発した光束
を、図８に示す様にマイクロレンズアレイや拡散材を透
光性基板に含ませた拡散体111に当てた場合の拡散面112
や、図９に示す様に円筒状または角柱状の反射体からな
るインテグレータ113の出射面114などがこれに該当す
る。
【００３０】画像投影装置100で投射画像の輝度ムラを
さらに軽減するためには、空間光変調素子を均一に照明
する必要があり、このために本画像投影装置では光源各
点の光束の放射角度分布を均一にする必要がある。ここ
で光源としてＬＥＤをアレイ状に配列して用いる場合に
は、ＬＥＤ各素子の放射分布によって画像の均一性が決
まることとなる。
さらに軽減するためには、空間光変調素子を均一に照明
する必要があり、このために本画像投影装置では光源各
点の光束の放射角度分布を均一にする必要がある。ここ
で光源としてＬＥＤをアレイ状に配列して用いる場合に
は、ＬＥＤ各素子の放射分布によって画像の均一性が決
まることとなる。
【００３１】一般に、ＬＥＤ放射角度分布には異方性が
あり、LEDを発光させる場合には図１３に示すX方向とY
方向で放射分布が異なり、上記投射画像輝度ムラの原因
となる。これを軽減するためには、光源を構成するＬＥ
Ｄ１１０の配置、具体的にはアレイ光源面内におけるア
ノードとカソードの方向が少なくとも２方位以上異なる
ように配置すれば良い。例えば図１４に示すように各Ｌ
ＥＤが互いに直交する２方向となるように集積すれば好
適となる。
あり、LEDを発光させる場合には図１３に示すX方向とY
方向で放射分布が異なり、上記投射画像輝度ムラの原因
となる。これを軽減するためには、光源を構成するＬＥ
Ｄ１１０の配置、具体的にはアレイ光源面内におけるア
ノードとカソードの方向が少なくとも２方位以上異なる
ように配置すれば良い。例えば図１４に示すように各Ｌ
ＥＤが互いに直交する２方向となるように集積すれば好
適となる。
【００３２】これまで述べた画像投影装置は反射型もし
くは透過型のスクリーンと組み合わせることで前面投射
型や背面投射型の画像表示装置１５０を構成することが
できる。例えば前面投射型画像表示装置の場合、図１０
に示す様に反射型スクリーン１４０と組み合わせればよ
い。
くは透過型のスクリーンと組み合わせることで前面投射
型や背面投射型の画像表示装置１５０を構成することが
できる。例えば前面投射型画像表示装置の場合、図１０
に示す様に反射型スクリーン１４０と組み合わせればよ
い。
【００３３】ここで、スクリーン１４０に例えば図１１
に示したように合わせ鏡群１４１と拡散角度が水平方向
と垂直方向で異なる異方性拡散手段１４２で構成される
指向性反射スクリーンを用いると、限られた範囲で高輝
度な画像が鑑賞可能な画像表示装置が得られる。
に示したように合わせ鏡群１４１と拡散角度が水平方向
と垂直方向で異なる異方性拡散手段１４２で構成される
指向性反射スクリーンを用いると、限られた範囲で高輝
度な画像が鑑賞可能な画像表示装置が得られる。
【００３４】ここで、異方性拡散手段１４２は、合わせ
鏡群の稜線と平行の方向で垂直の方向より広く拡散する
ように配置して合わせ鏡群と一体化すればよい。また、
この異方性拡散手段１４２は、図１１に示したような蒲
鉾状のレンズ群であってもよいし、マイクロレンズ群、
ホログラフィック素子等いずれもが使用可能である。
鏡群の稜線と平行の方向で垂直の方向より広く拡散する
ように配置して合わせ鏡群と一体化すればよい。また、
この異方性拡散手段１４２は、図１１に示したような蒲
鉾状のレンズ群であってもよいし、マイクロレンズ群、
ホログラフィック素子等いずれもが使用可能である。
【００３５】さらに、この様な指向性反射スクリーン１
４０と右眼用、左眼用の２台の画像投影装置１００R、
１００Lを組み合わせ、各画像投影装置から両眼視差を
有する画像を投影することで図１２に示す様に立体画像
表示装置１５０を得ることが出来る。なお、符号１６０
は鑑賞者を表わしている。
４０と右眼用、左眼用の２台の画像投影装置１００R、
１００Lを組み合わせ、各画像投影装置から両眼視差を
有する画像を投影することで図１２に示す様に立体画像
表示装置１５０を得ることが出来る。なお、符号１６０
は鑑賞者を表わしている。
【００３６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にしたがって
具体的に説明する。 ＜実施例１＞本発明の一実施例を画像投影装置100の光
学系を示した図１を用いて説明する。焦点距離ｆ＝40m
m、直径60mmφの照明用レンズ102を用い、その前方焦点
距離ｆ＝40mmの位置に空間光変調器103を配置した。こ
こで、空間光変調器は対角サイズ12mmの液晶パネルを用
いた。
具体的に説明する。 ＜実施例１＞本発明の一実施例を画像投影装置100の光
学系を示した図１を用いて説明する。焦点距離ｆ＝40m
m、直径60mmφの照明用レンズ102を用い、その前方焦点
距離ｆ＝40mmの位置に空間光変調器103を配置した。こ
こで、空間光変調器は対角サイズ12mmの液晶パネルを用
いた。
【００３７】また、照明用レンズ102の後方80mmの位置
にLEDアレイ光源101を配置した。LEDアレイ光源は、図
１４の点線に示すように直径40ｍｍφの円周内にLED素
子110を密に配列した。本照明光学系では、上記のごと
くLEDアレイ光源101に比べて空間光変調器103の大きさ
にはかなりの違いがあるが、照明用レンズ102の作用に
よって効率良く照明され、Fナンバー２の投射用レンズ1
04と組み合わせて光利用効率の高い画像投影装置100を
得ている。 ＜実施例２＞本発明の他の実施例を、図２を用いて説明
する。焦点距離ｆ＝40mm、直径40mmの照明用レンズ102
を用い、その前方焦点距離ｆ＝40mmの位置に対角サイズ
12mmの液晶パネルからなる空間光変調器103を配置し
た。また、照明用レンズ102の後方焦点距離ｆ＝40mmの
位置に直径20ｍｍφの円周内にLED素子を配置したＬＥ
Ｄアレイ光源101を配置した。ここで、ＬＥＤアレイ光
源を焦点位置に配置することでさらに効率良く照明で
き、実施例１と比較して、光軸方向の長さが短くできる
とともに、光源および照明用レンズの径も小さくするこ
とができ、Fナンバー２の投射用レンズ104と組み合わせ
て光利用効率の高く、かつ、小型の画像投影装置を得て
いる。 ＜実施例３＞本発明では、上記実施例において空間光変
調器103および光源101の照明用レンズ102距離を変えた
場合の画像投影装置100の出射光強度について説明す
る。
にLEDアレイ光源101を配置した。LEDアレイ光源は、図
１４の点線に示すように直径40ｍｍφの円周内にLED素
子110を密に配列した。本照明光学系では、上記のごと
くLEDアレイ光源101に比べて空間光変調器103の大きさ
にはかなりの違いがあるが、照明用レンズ102の作用に
よって効率良く照明され、Fナンバー２の投射用レンズ1
04と組み合わせて光利用効率の高い画像投影装置100を
得ている。 ＜実施例２＞本発明の他の実施例を、図２を用いて説明
する。焦点距離ｆ＝40mm、直径40mmの照明用レンズ102
を用い、その前方焦点距離ｆ＝40mmの位置に対角サイズ
12mmの液晶パネルからなる空間光変調器103を配置し
た。また、照明用レンズ102の後方焦点距離ｆ＝40mmの
位置に直径20ｍｍφの円周内にLED素子を配置したＬＥ
Ｄアレイ光源101を配置した。ここで、ＬＥＤアレイ光
源を焦点位置に配置することでさらに効率良く照明で
き、実施例１と比較して、光軸方向の長さが短くできる
とともに、光源および照明用レンズの径も小さくするこ
とができ、Fナンバー２の投射用レンズ104と組み合わせ
て光利用効率の高く、かつ、小型の画像投影装置を得て
いる。 ＜実施例３＞本発明では、上記実施例において空間光変
調器103および光源101の照明用レンズ102距離を変えた
場合の画像投影装置100の出射光強度について説明す
る。
【００３８】まず、空間光変調器103の位置を変えた場
合の実験結果を図１５に示す。図１５から、空間光変調
器103が焦点距離ｆに配置されている場合に最大の出射
光強度を示し、焦点距離ｆから±２５％以内であれば実
用上大きな効果が得られることが分かる。
合の実験結果を図１５に示す。図１５から、空間光変調
器103が焦点距離ｆに配置されている場合に最大の出射
光強度を示し、焦点距離ｆから±２５％以内であれば実
用上大きな効果が得られることが分かる。
【００３９】次に、光源101の位置を変えた場合につい
て実施例１に示した様な光源面積が大きい場合と実施例
２に示した様な光源面積が小さい場合に分けて説明す
る。
て実施例１に示した様な光源面積が大きい場合と実施例
２に示した様な光源面積が小さい場合に分けて説明す
る。
【００４０】先ず、光源面積が大きい場合に、光源101
の位置を変えたときの実験結果を図１６に示す。この場
合には図１６から、光源101と照明用レンズ102の距離
が、ゼロから焦点距離ｆの３．５倍までの範囲において
大きな出射光強度が得られることが分かる。
の位置を変えたときの実験結果を図１６に示す。この場
合には図１６から、光源101と照明用レンズ102の距離
が、ゼロから焦点距離ｆの３．５倍までの範囲において
大きな出射光強度が得られることが分かる。
【００４１】一方、画像投影装置の小型化にともない光
源面積が小さい場合に光源101の位置を変えた実験結果
を図１７に示す。この場合には図１７から、光源101が
焦点距離ｆ近傍に配置されている場合に最大の出射光強
度を示し、焦点距離ｆから−４０％から＋８０％以内で
あれば実用上大きな効果が得られることが分かる。
源面積が小さい場合に光源101の位置を変えた実験結果
を図１７に示す。この場合には図１７から、光源101が
焦点距離ｆ近傍に配置されている場合に最大の出射光強
度を示し、焦点距離ｆから−４０％から＋８０％以内で
あれば実用上大きな効果が得られることが分かる。
【００４２】ここで、光源面積が大きい場合と小さい場
合は投射用レンズ104のFナンバーＦnと照明用レンズ102
の焦点距離fによって決まり、光源の直径Wが次式
（７）、（８）に示すように、 W ＞ 1.2ｆ／Ｆn …（７） のときが大きい場合に相当し、 W ≦ 1.2ｆ／Ｆn …（８） のときが小さい場合に相当する。 ＜実施例４＞本発明の画像表示装置150について、図１
２を用いて説明する。右眼用画像投影装置100R、左眼用
画像投影装置100Lには実施例２で説明した画像投影装置
100を用い、両者を鑑賞者160の左右方向には両眼間隔
（約６５ｍｍ）で配置し、画面サイズ２０インチで画像
投影装置から７００ｍｍ前方の指向性反射スクリーン14
0に投影した。
合は投射用レンズ104のFナンバーＦnと照明用レンズ102
の焦点距離fによって決まり、光源の直径Wが次式
（７）、（８）に示すように、 W ＞ 1.2ｆ／Ｆn …（７） のときが大きい場合に相当し、 W ≦ 1.2ｆ／Ｆn …（８） のときが小さい場合に相当する。 ＜実施例４＞本発明の画像表示装置150について、図１
２を用いて説明する。右眼用画像投影装置100R、左眼用
画像投影装置100Lには実施例２で説明した画像投影装置
100を用い、両者を鑑賞者160の左右方向には両眼間隔
（約６５ｍｍ）で配置し、画面サイズ２０インチで画像
投影装置から７００ｍｍ前方の指向性反射スクリーン14
0に投影した。
【００４３】ここで、両画像投影装置100R,100Lから
は、合わせて立体感を誘発する画像対が投影されてい
る。指向性反射スクリーン140は、図１１に示すように
合わせ鏡群141と異方性拡散手段142によって構成されて
いる。合わせ鏡群は隣接する鏡のなす角度が９０度にな
っており、ここに入射した光線は水平方向には入射方向
に反射される。
は、合わせて立体感を誘発する画像対が投影されてい
る。指向性反射スクリーン140は、図１１に示すように
合わせ鏡群141と異方性拡散手段142によって構成されて
いる。合わせ鏡群は隣接する鏡のなす角度が９０度にな
っており、ここに入射した光線は水平方向には入射方向
に反射される。
【００４４】従って、水平方向には各画像投影装置の光
出射位置に光線は集められ、上記のように両眼間隔で並
べられた画像投影装置の直上または直下において、鑑賞
者の左右の眼には各画像投影装置からの投影画像が鑑賞
され特殊な眼鏡を着用することなく、立体画像を鑑賞す
ることができる。異方性拡散手段142は、蒲鉾状のレン
ズ群からなり、垂直方向にのみ大きく拡散し前述の水平
方向の指向性を保ったまま垂直方向の鑑賞範囲を広げる
ものである。
出射位置に光線は集められ、上記のように両眼間隔で並
べられた画像投影装置の直上または直下において、鑑賞
者の左右の眼には各画像投影装置からの投影画像が鑑賞
され特殊な眼鏡を着用することなく、立体画像を鑑賞す
ることができる。異方性拡散手段142は、蒲鉾状のレン
ズ群からなり、垂直方向にのみ大きく拡散し前述の水平
方向の指向性を保ったまま垂直方向の鑑賞範囲を広げる
ものである。
【００４５】このように、本画像表示装置150では、鑑
賞位置が画像投影装置近傍となるため画像投影装置100
が小型化可能な本画像投影装置が大変好適である。
賞位置が画像投影装置近傍となるため画像投影装置100
が小型化可能な本画像投影装置が大変好適である。
【００４６】
【発明の効果】以上、詳述したように本発明により、空
間光変調素子のサイズにかかわらず光利用効率が高く、
投影される画面輝度の均一性を高めることが可能な画像
表示装置を実現すると言う所期の目的を達成することが
できた。
間光変調素子のサイズにかかわらず光利用効率が高く、
投影される画面輝度の均一性を高めることが可能な画像
表示装置を実現すると言う所期の目的を達成することが
できた。
【図１】本発明の画像投影装置の光学系構成概略図であ
る。
る。
【図２】本発明の画像投影装置の光学系構成概略図であ
る。
る。
【図３】本発明の画像投影装置の光学系構成概略図であ
る。
る。
【図４】本発明の画像投影装置の光学系構成概略図であ
る。
る。
【図５】本発明の画像投影装置の光学系構成概略図であ
る。
る。
【図６】本発明の画像投影装置に用いる光源の概略図で
ある。
ある。
【図７】本発明の画像投影装置に用いる光源の概略図で
ある。
ある。
【図８】本発明の画像投影装置に用いる光源の概略図で
ある。
ある。
【図９】本発明の画像投影装置に用いる光源の概略図で
ある。
ある。
【図１０】本発明の画像表示装置の構成概略図（上面
図）である。
図）である。
【図１１】本発明の画像表示装置に用いる指向性反射ス
クリーンの構造概略図である。
クリーンの構造概略図である。
【図１２】本発明の画像表示装置の構成概略図（上面
図）である。
図）である。
【図１３】LED素子の放射角度異方性を説明するための
図である。
図である。
【図１４】本発明の画像投影装置に用いるＬＥＤアレイ
光源の概略図である。
光源の概略図である。
【図１５】本発明の画像投影装置における出射光強度と
空間光変調器との設置位置の関係を示す図である。
空間光変調器との設置位置の関係を示す図である。
【図１６】本発明の画像投影装置における出射光強度と
光源の設置位置との関係を示す図である。
光源の設置位置との関係を示す図である。
【図１７】本発明の画像投影装置における出射光強度と
光源の設置位置との関係を示す図である。
光源の設置位置との関係を示す図である。
１００…画像投影装置、
１０１…面状光源、
１０２…照明用レンズ、
１０３…空間光変調素子、
１０４…投射用レンズ、
１０５…偏光ビームスプリッタ、
１０６…ダイクロイッククロスプリズム、
１１０…発光ダイオード、
１２０…蛍光灯、
１１１…拡散体、
１１２…拡散面、
１１３…インテグレータ、
１１４…射出面、
１４０…スクリーン、
１４１…合わせ鏡群、
１４２…異方性拡散手段、
１５０…画像表示装置、
１６０…鑑賞者。
フロントページの続き
(72)発明者 辻 和隆
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
(72)発明者 有本 昭
東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
(72)発明者 海老名 修
神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株
式会社日立製作所デジタルメディアシステ
ム事業部内
(72)発明者 谷津 雅彦
神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株
式会社日立製作所デジタルメディアシステ
ム事業部内
Ｆターム(参考） 2H059 AA35 AA38
5C061 AA06 AB14
Claims (13)
- 【請求項１】少なくとも１次元または２次元に広がった
光源と、この光源から発した光束が透過する照明用レン
ズと、この照明用レンズを透過した光束を変調する空間
光変調素子と、この空間光変調素子で変調された光束を
投影する投射用レンズとを備えた画像投影装置と、前記
画像投影装置の投射用レンズによって投影される投影画
像を表示するスクリーンとを具備した画像表示装置であ
って、前記画像投影装置の空間光変調素子を前記照明用
レンズのほぼ焦点位置fに配置することを特徴とする画
像表示装置。 - 【請求項２】上記光源を、上記照明用レンズの上記空間
光変調素子が配置されたのと反対側のほぼ焦点位置に配
置することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。 - 【請求項３】少なくとも１次元または２次元に広がった
光源と、この光源から発した光束が透過する照明用レン
ズと、この照明用レンズを透過した光束を変調する空間
光変調素子と、この空間光変調素子で変調された光束を
投影する投射用レンズとを備えた左右１組の画像投影装
置と、前記１組の画像投影装置の投射用レンズによって
投影される投影画像を同一面上に表示するスクリーンと
を具備した立体画像表示装置であって、前記画像投影装
置の空間光変調素子を前記照明用レンズのほぼ焦点位置
fに配置することを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項４】上記照明用レンズから空間光変調素子の位
置を、照明用レンズの焦点位置f±２５％の範囲とした
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載
の画像表示装置。 - 【請求項５】上記投射用レンズのFナンバーをＦn、照明
用レンズの焦点距離をf、光源の直径をWとしたとき、次
式（７）の関係を満たす光源面積が大きい場合には、 W ＞ 1.2ｆ／Ｆn …（７） 前記照明用レンズから光源の位置を、ゼロから照明用レ
ンズの焦点距離ｆの３．５倍までの範囲としたことを特
徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の画像表
示装置。 - 【請求項６】上記投射用レンズのFナンバーをＦn、照明
用レンズの焦点距離をf、光源の直径をWとしたとき、次
式（８）の関係を満たす光源面積が小さい場合には、 W ≦ 1.2ｆ／Ｆn …（８） 前記照明用レンズから光源の位置を、照明用レンズの焦
点距離ｆの−４０％〜＋８０％の範囲としたことを特徴
とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の画像表示
装置。 - 【請求項７】上記空間光変調素子の水平幅をｄH、上記
照明用レンズの焦点距離をｆとするとき、上記光源の各
点における水平方向の光束放射角度をαH、が αH≧arctan(dH/2f) であることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。 - 【請求項８】上記空間光変調素子の垂直幅をｄV、上記
照明用レンズの焦点距離をｆとするとき、上記光源の各
点における垂直方向の光束放射角度をαV、が αV≧arctan(dV/2f) であることを特徴とする請求項２または３記載の画像表
示装置。 - 【請求項９】上記光源がＬＥＤを１次元または２次元ア
レイ状に配列してなることを特徴とする請求項１または
２記載の画像表示装置。 - 【請求項１０】上記光源を構成するＬＥＤの配置が少な
くとも２方位以上の異なる方向に組み合わせてなること
を特徴とする請求項９記載の画像表示装置。 - 【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれか一つに記載
の画像投影装置と投射画像を拡散反射させ表示するスク
リーンとからなることを特徴とする画像表示装置。 - 【請求項１２】上記スクリーンが合わせ鏡群と合わせ鏡
群の稜線と平行の方向で垂直の方向より広く拡散する異
方性拡散体から成ることを特徴とする請求項１１記載の
画像表示装置。 - 【請求項１３】上記画像投影装置を複数個有することを
特徴とする請求項１２記載の立体画像表示装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001222593A JP2003035884A (ja) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | 画像表示装置 |
| TW090120926A TW494272B (en) | 2001-07-24 | 2001-08-24 | Picture display device |
| KR1020010053097A KR100877863B1 (ko) | 2001-07-24 | 2001-08-31 | 화상 표시 장치 |
| US09/942,724 US6705730B2 (en) | 2001-07-24 | 2001-08-31 | Picture display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001222593A JP2003035884A (ja) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | 画像表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003035884A true JP2003035884A (ja) | 2003-02-07 |
Family
ID=19056050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001222593A Pending JP2003035884A (ja) | 2001-07-24 | 2001-07-24 | 画像表示装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6705730B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003035884A (ja) |
| KR (1) | KR100877863B1 (ja) |
| TW (1) | TW494272B (ja) |
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| JP2010511360A (ja) * | 2006-11-29 | 2010-04-08 | エフ ポスザット エイチユー、 エルエルシー | 三次元投影ディスプレイ |
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-
2001
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