JP2005084669A - 立体映像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体映像投写装置において液晶プロジェクタの出力する映像の偏光方向は同一偏光面（単一偏光面）になっており、光源ランプのスペクトルを広く利用することが出来ないので、映像がい。また明るくするためにはランプの出力を上げなければならず光の利用効率が悪いため装置内の温度が上昇し偏光光学系を損傷し易い。
【解決手段】本発明は、第１の液晶プロジェクタの投射レンズの前面に緑の出射光のみをＳ波に偏光面を９０度回転させる偏光制御部材を備えることで赤と青のＳ波と同一偏光面となす。他方の第２の液晶プロジェクタの投射レンズの前面には赤と青のみをＰ波に偏光面を９０度回転させる偏光制御部材備える。これにより出射光が互いに９０度異なる偏光面を有する液晶プロジェクタが得られ立体視用に供することができると共に、光源ランプのスペクトルを広く利用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は左右の偏光方向が異なる偏光眼鏡で立体視できるようにした立体視用液晶投写装置に関する。

従来から立体装置として種々の形式のものが提案されている。図８に示すように２台の液晶プロジェクタを用いて、左右の像をそれぞれ表示させ、１台の液晶プロジェクタの像はハーフミラーを通して見て、他方の液晶プロジェクタの像はハーフミラーの反射によるものを見るようにしたものがある。例えば、特開平１０−１４８７９６号公報に開示された映像投写プロジェクタシステムがその一例である。

ところで、この装置に使用する液晶プロジェクタの出力する映像の偏光方向は同一偏光面（単一偏光面）になっており、光源ランプのスペクトルを広く利用することが出来ない。このため、映像の明るさに大きく影響を与え、また明るくするためにはランプの出力を上げなければならず光の利用効率が悪いため装置内の温度が上昇し偏光光学系にダメージを与える。

一方、光の利用効率を改善した図６に示す高性能標準型液晶プロジェクタではスペクトルを広く利用するよう図７に示す光学特性を備えたクロスプリズムを内蔵し、液晶からの出射光を、緑はＰ波に、赤と青はＳ波として投射すると共に、内部の発熱も抑えた構造になっている。クロスプリズムは図７に示す実線のＧ／Ｐ波は破線のＧ／Ｓ波より帯域が広く、一方、破線のＲ／Ｓ波とＢ／Ｓ波は実線のＲ／Ｐ波、及び、Ｂ／Ｐ波より広帯域となる特性を示す。従って、緑色はＰ波を、赤色と青色はＳ波を用いる事によりスペクトルを広く利用することができ、光源ランプのスペクトル利用効率が向上する。本発明は出射光に２つの偏光面を有する２台の高性能標準的液晶プロジェクタ１Ｐ、１Ｓ（図１）を用いて、立体映像を高精度に合成し投写することのできる立体映像投写装置の提供を、その課題としている。

上述課題を解決するために、本発明は、第１の液晶プロジェクタ１Ｓ（図１）の投射レンズの前面に緑の出射光のみをＳ波に偏光面を９０度回転させる偏光制御部材２１Ｓ（図４）を備えることで赤と青のＳ波と同一偏光面となす。他方の第２の液晶プロジェクタ１Ｐの投射レンズの前面には赤と青のみをＰ波に偏光面を９０度回転させる偏光制御部材２１Ｐ（図３）備える。ここで、入射したＳ波の光を反射させＰ波の光を透過させる界面を有し、角度９０度異なる２方向からのＰ波、及び、Ｓ波の光をこの界面で透過及び反射させてこれらの光を合成し出力する光制御部材を備えたことを特徴としている。

この構成によると、緑はＰ波に、赤と青はＳ波となっている高性能標準的液晶プロジェクタにおいて、第１の液晶プロジェクタ１Ｓの出射光をＳ波となるように偏光制御部材２１Ｓを配すると共に、第２の液晶プロジェクタ１Ｐの出射光をＰ波となるように偏光制御部材２１Ｐを配し、該２台の液晶プロジェクタ１Ｓ、１Ｐから投写された映像は、映像合成装置によって偏光面が異なるように合成され、スクリーンに投射される。スクリーンは偏光特性を維持し高い偏光コントラストが得られるとともに演色性の良い明るい映像を鮮明に見ることができ、かつ偏光状態の保存がよいので、偏光眼鏡を使用して観察したときの立体感を向上させることが可能となる。

本発明による映像合成装置によれば、Ｐ波とＳ波からなる出射光を有する高性能標準的液晶プロジェクタに於いて、一方を色選択的に偏光面を回転してＰ波のみの出射光にすると共に、他方を色選択的に偏光面を回転してＳ波のみの出射光にすることにより、２方向から入射した光の偏光面を９０度回転させてたのち合成することができるので、立体映像を投写するのに際し、特別の仕様のものではなく、標準仕様の同型式からなる液晶プロジェクタに対応することができ、汎用性が高くコストの軽減が図れ高性能化できる。

更に、本発明によると第１の液晶プロジェクタ１Ｓ、及び、第２の液晶プロジェクタ１Ｐはそれぞれ互いに上下にずらせて水平に配し、且つ、第１の液晶プロジェクタ１Ｓは２回反射してスクリーンに投射させると共に、第２の液晶プロジェクタ１Ｐは透過光を直接スクリーンに投射させた配置することでプロジェクターの設置角度を標準の床置き方向にすることができるので標準的液晶プロジェクタを使用する事ができる。

本発明の実施形態を図１に示すと共に、図２、図３、図４、図５、図６、図７、及び、図８を参照して説明する。図１に示す立体映像投写装置は左眼用液晶プロジェクタ１Ｓと右眼用液晶プロジェクタ１Ｐを水平方向にそれぞれの光軸５が互いに平行になるように上下に配し、右眼用液晶プロジェクタ１Ｐの映像はハーフミラー３を透過してスクリーン４に投射する。一方、左眼用液晶プロジェクタ１Ｓの映像は表面鏡６とハーフミラー３で反射されてスクリーン４に投射する。ここで、表面鏡６とハーフミラー３は互いに平行で、且つ、右眼用液晶プロジェクタ１Ｐの光軸、及び、左眼用液晶プロジェクタ１Ｓの光軸と４５度をなすように配置されている。更に、左眼用液晶プロジェクタ１Ｓの投射レンズには図４に示す緑色出射光がＳ波となるよう偏光面を回転するフィルター２１Ｓを装着しており、また、右眼用右眼用液晶プロジェクタ１Ｐの投射レンズには図３に示す赤色と青色の出射光がＰ波となるよう偏光面を回転するフィルター２１Ｐを装着している。
これにより左眼用液晶プロジェクタ１Ｓと右眼用液晶プロジェクタ１Ｐの光軸を一致させ、また、それぞれの光路長も等しくすることで左眼用映像結像面と右眼用映像結像面が同一平面内に納まり左右の視差角に依存する画面の差は残し、画面が完全に重なる。ここで、左眼にＳ波を透過する偏光フィルターを、右眼にＰ波を透過する偏光フィルターを設けた眼鏡を着用して観察すると同一平面内で結像した左右の映像を極めて自然な映像として立体視できる。あるいは、スクリーンを４’の位置に置き、左眼用プロジェクタ１Ｓと右眼用液晶プロジェクタ１Ｐを入れ替えて左眼用プロジェクタ１Ｐはハーフミラー３を透過させ、右眼用液晶プロジェクタ１Ｓはハーフミラー３で反射させることによりスクリーン４’に結像させることができる。この場合は、左眼にＰ波を透過する偏光フィルターを、右眼にＳ波を透過する偏光フィルターを設けた眼鏡を着用して観察する。

本発明に供する偏光部材２０Ｐを図３を使って説明する。Ｓ波の赤色と青色を９０度偏光面を回転させる偏光制御部材２１Ｐを投射レンズ側にすると共に、とＰ波のみを透過する偏光フィルター２２Ｐをスクリーン側にしそれぞれ光軸と直交するように配する。同様に、偏光部材２０Ｓを図４に示しており２１Ｓは赤色と青色を９０度偏光面を回転させ、偏光フィルター２２ＳはＳ波のみを透過する。この２０Ｐ、２０Ｓの偏光部材の中心と、それぞれ右眼用液晶プロジェクタ１Ｐ、及び、左眼用液晶プロジェクタ１Ｓの投射レンズの光軸中心が合うように本体に固定にする。このようにすることで、偏光フィルター２２Ｐ、２２Ｓにより複雑な光路で甘くなった偏光度を再度シャープにする。このため、左右の偏光コントラスト比を高くすることができ、左右両目にそれぞれ純粋な左右の映像光を視認することができるので、立体映像が明瞭になる。更に、本発明によると第１の液晶プロジェクタ１Ｓ、及び、第２の液晶プロジェクタ１Ｐはそれぞれ互いに平行に配置することでプロジェクターの設置角度を標準の床置き方向にすることができ、最良の設計基準状態に設置することができるので機内の異常温度上昇を抑えて各種部品の耐久性を最大限に活かす事ができる。

図１の左眼用液晶プロジェクター１Ｓ’は表面鏡６を使用しないで垂直に設置可能な液晶プロジェクターを用いた場合の実施例で、ハーフミラー３で反射された出射光は９０度曲げられてスクリーンに結像される。一般に、垂直に設置可能な液晶プロジェクターは光学設計に制約があるので市場に出ているのは少ない。この場合も、スクリーン面での左眼用液晶プロジェクター１Ｓの光軸と右眼用液晶プロジェクタ１Ｐの光軸と光路長が一致するよう設置し、且つ、左眼用液晶プロジェクター１Ｓの映像を左右反転させ、左眼と右眼の映像極性を一致させることで左眼はＳ波、右眼はＰ波の立体視映像をスクリーン面４に結像させることができる。図３、及び、図４に示す偏光フィルター２２Ｐ、及び、２２Ｓはそれぞれ偏光制御部材２１Ｐ、及び、２１Ｓとの間に１０ｍｍの空隙を設けて偏光フィルター２２Ｐ、２２Ｓや偏光制御部材２１Ｐ、２１Ｓを冷却するようにして光源からの熱による劣化を防いでいる。また、この偏光部材２０Ｐ、２０Ｓは液晶プロジェクタに容易に着脱自在になるよう取付部２３が設けられている。図３、図６ではこの取付部２３は板バネの作用で液晶プロジェクタ本体側に着脱自在となっている。

図５は本発明の他の実施例であり、明るい環境でも明瞭に立体表示できるリヤプロジェクタ９を示す。ここで第１の液晶プロジェクタ１Ｓ、及び、第２の液晶プロジェクタ１Ｐはそれぞれ互いに上下にずらせて水平に配し、且つ、それぞれのスクリーン迄の光路長とスクリーン上での光軸が重なるように設置されている。つまり、第１の液晶プロジェクタ１Ｓはハーフミラー３で反射された後、全反射表面鏡７で更に反射されスクリーンに投射させる。一方、第２の液晶プロジェクタ１Ｐは全反射ミラー６で反射されて１Ｐ’となる。ここで１Ｓ’と１Ｐ’は光軸が一致して重なるようにする。この１Ｐ’の映像はハーフミラー３を透過し、更に全反射表面鏡７で反射されて第１の液晶プロジェクタ１Ｓの反写像と光軸が一致して重なる像をスクリーンに投射させる。ここで、全反射表面鏡６とハーフミラー３は互いに平行で、水平面と４５度をなすと共に、全反射表面鏡７はこれら全反射表面鏡６、及び、ハーフミラー３と９０度の角度に設置されているものとする。この配置で液晶プロジェクターの設置角度を標準の水平方向に設置する事ができ熱的に無理な状態を回避できる。またスクリーンへの打ち込み角８を水平より下方に向けることができるので大型のスクリーンでは液晶プロジェクターの投射光を有効に視線方向に近付けることができるとともに、スクリーン上の結像のコントラストを上げることが可能となるため明るい環境下でも明瞭な映像を提供できる。

産業上の利用の可能性

本発明は高性能標準的液晶プロジェクタのＰ波とＳ波からなる出射光をＳ波のみに変換した第１の液晶プロジェクタとＰ波のみに変換した第２の液晶プロジェクタを用い、左右の投射映像の光軸、及び、結像面を一致させているため極めて自然な映像が再現される。これにより疲労感なく長時間の立体映像観賞に耐え得るものである。

従って、本発明による立体視プロジェクターは長時間の観察に耐える用途に最適であり、物体観察や各種作業監視用の長時間高画質立体映像観察用に適する。

は本発明の立体視用液晶プロジェクターの一実施例を示す構成図である。 は本発明に供する高性能標準的液晶プロジェクタの概観図と偏光面回転光学ユニットを備えた液晶プロジェクター投射レンズである。 はＰ波とＳ波からなる偏光映像投射光のＳ波をＰ波に変換しＰ波のみを透過させ色選択的に偏光面を回転する偏光部材２０Ｐを示す図である。 はＰ波とＳ波からなる偏光映像投射光のＰ波をＳ波に変換しＳ波のみを透過させ色選択的に偏光面を回転する偏光部材２０Ｓを示す図である。 は本発明の立体視用液晶プロジェクターの他の実施例を示す構成図である。 は高性能標準的液晶プロジェクタに用いられている光源の配置図である。 は図６の光源に用いられているクロスプリズムの原理図である。 は従来の立体視用液晶プロジェクターの一実施例を示す構成図である。

符号の説明

１Ｓ 左目用立体視用液晶プロジェクター
１Ｐ 右目用立体視用液晶プロジェクター
１Ｓ’ 左目用立体視用液晶プロジェクターの１回反射像
１Ｐ’ 右目用立体視用液晶プロジェクターの１回反射像
１Ｓ” 左目用立体視用液晶プロジェクターの２回反射像
１Ｐ” 右目用立体視用液晶プロジェクターの２回反射像
２Ｐ 右目用偏光面回転光学ユニットを備えた液晶プロジェクター投射レンズ
２Ｓ 左目用偏光面回転光学ユニットを備えた液晶プロジェクター投射レンズ
３ ハーフミラーまたはビームスプリッター
４ 立体視用透過型リヤスクリーン
５ 液晶プロジェクターレンズ光軸
６ 表面鏡
７ 液晶プロジェクター投射レンズ
８ 打ち込み角
９ リヤプロジェクタボックス
２０Ｐ，２０Ｓ 偏光面回転光学ユニット
２１Ｐ，２１Ｓ 色選択的偏光面回転フィルター
２２Ｐ，２２Ｓ 直線偏光フィルター

Claims (10)

1. それぞれ出射光に複数の偏光面を有する２台の液晶プロジェクタの左眼用液晶プロジェクタと右眼用液晶プロジェクタの出射光を互いに９０度異なるＳ波、または、Ｐ波に変換する偏光部材をそれぞれ光軸上に設けたことを特徴とする立体視投射装置。
2. 上記請求項１記載の立体視投射装置において、互いの光軸を一致させ、且つ、光路長を等しくして配置したことを特徴とする立体視投射装置。
3. 上記請求項２記載の立体視投射装置において、表面鏡とハーフミラーを互いに平行で、且つ、光軸と４５度をなすように配置し、左右両液晶プロジェクタを水平に配置したことを特徴とする立体視投射装置。
4. それぞれＰ波とＳ波の偏光波を出射光とした２台の左眼用液晶プロジェクタと右眼用液晶プロジェクタを光軸が平行になるように上下に配し、一方の液晶プロジェクタはハーフミラーを透過してスクリーンに投射すると共に、他方の液晶プロジェクタの映像は表面鏡とハーフミラーで反射してスクリーンに投射し、スクリーン上で光軸を一致させ、且つ、光路長も等しくした立体視投射装置において一方の液晶プロジェクタはＳ波をＰ波に統一し、他方の液晶プロジェクタはＰ波をＳ波に統一したことを特徴とする立体視投射装置。
5. それぞれＰ波とＳ波の偏光波を出射光とした２台の左眼用液晶プロジェクタと右眼用液晶プロジェクタを光軸が平行になるように上下に配し、一方の液晶プロジェクタはハーフミラーを反射してスクリーンに投射すると共に、他方の液晶プロジェクタの映像は表面鏡で反射した後ハーフミラーを透過させてスクリーンに投射してスクリーン上で光軸を一致させ、且つ、光路長も等しくした立体視投射装置において一方の液晶プロジェクタはＳ波をＰ波に統一し、他方の液晶プロジェクタはＰ波をＳ波に統一したことを特徴とする立体視投射装置。
6. 左右両液晶プロジェクタの投射レンズとスクリーンの間に出射光のＰ波とＳ波の偏光波を一方はＰ波の偏光波に、他方はＳ波の偏光波に変換する偏光制御部材を配置したことを特徴とする請求項２記載の立体視投射装置。
7. 上記請求項３記載の立体視投射装置において、偏光制御部材とスクリーンの間に偏光フィルターを設けたことを特徴とする立体視投射装置。
8. 上記請求項４記載の立体視投射装置において、偏光制御部材と偏光フィルターの間に冷却用の空隙を設けたことを特徴とする立体視投射装置。
9. 上記請求項５記載の立体視投射装置において、偏光制御部材と偏光フィルターの間に冷却用の空隙を設けたことを特徴とする立体視投射装置。
10. 上記請求項１記載の上記第１の表面鏡と互いに直交する第２の表面鏡をスクリーンに面して設けたことを特徴とするリヤプロジェクション型立体視投射装置。

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