JP2005115276A - 投射型表示装置及び投射型表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 一台の投影装置で安定して立体像が得られる投射型表示装置を提供する。
【解決手段】 ＲＧＢの色光を合成するプリズム３と、ＲＧＢの色光をプリズム３へ入射する光学系２と、投射レンズ６と、投影光の偏光方向を右回りの円偏光と左回りの円偏光の間で切換える液晶セル４および位相差板５と、制御装置８とを有する投射型表示装置１である。ＲＧＢ各色光の右眼用色光と左眼用色光とを１フィールド毎に交互に出射し、Ｇ色光の右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングをＲ，Ｂ色光の右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対してずらして出射し、さらにプリズム３からの投影光の偏光方向を液晶セル４および位相差板５により１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えることにより立体像を表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プロジェクタ等と呼ばれる投射型表示装置、特に、複数種類の色光を合成して投射光と成し、その投射光をスクリーンに照射することにより、そのスクリーン上に像を表示する構成の投射型表示装置に関する。また、本発明は、そのような投射型表示装置によって行われる投射型表示方法に関する。

上記のような投射型表示装置は従来から知られている。例えば、右眼用映像データから生成される投影光と、その右眼用映像データに対して偏光方向が９０°異なる左眼用映像データから生成される投影光とを交互にスクリーン上に投影し、観察者が偏光眼鏡を通して左右の眼に独立した投影像を観察することで立体表示を行う構成の投射型表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−０２８２７５号公報（第３〜５頁、図１）

特開平１０−０２８２７５号公報においては、偏光方向を９０°切換える偏光制御手段として強誘電性液晶が用いられている。この強誘電性液晶は、高速応答の液晶モードとして知られているが、特開平１０−０２８２７５号公報では、セルパラメータや、配向軸と投影光の偏光軸との関係については触れられていない。

また、特開平１０−０２８２７５号公報において、偏光制御手段は投射レンズの光出射側に配設されている。この場合には、投射レンズの外部への張出し量が大きくなるため、投射型表示装置を小型化することが難しいという問題がある。また、偏光制御手段を駆動するための配線の処理が煩わしいという問題がある。さらに、観察者の姿勢変化、例えば観察者が寝転んでスクリーンを観察する場合には、偏光眼鏡の偏光軸が回転するため、スクリーンに投影されている偏光光を正常な状態で観察することはできず、２重像や左右逆のデータが認識されてしまい、十分な立体表示が得られないという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、投射レンズの外部への張出し量を抑制すること、偏光制御手段に関する配線処理を容易にすること、さらに、姿勢変化に伴う不具合を解消することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る投射型表示装置は、複数種類の色光を合成して出射可能な色合成プリズムと、前記複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する光学系と、像を拡大する投射レンズと、前記色合成プリズムと前記投射レンズとの間に配設され、入射した光の偏光方向を切換え可能な偏光制御手段と、前記光学系及び前記偏光制御手段の動作を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記光学系において、各色光の右眼用色光と左眼用色光とを、一つのフレーム期間が複数のフィールド期間によって分割された当該フィールド毎に交互に出射させるとともに、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対して異ならせて出射するように制御し、さらに前記偏光制御手段において、前記色合成プリズム側から入射した光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射するように制御することを特徴とする。

この投射型表示装置によれば、色合成プリズム、光学系、投射レンズ、偏光制御手段、
及び制御手段の働きにより、立体表示を行うことができる。また、偏光制御手段を色合成プリズムと投射レンズとの間に配設したので、投射レンズの外部への張出し量を抑制でき、偏光制御手段に関する配線処理を容易にすることができ、さらに、姿勢が変化しても立体像が認識できなくなるという事態が発生しない。

上記構成の投射型表示装置において、前記制御手段は前記光学系において、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを同一の１フレーム期間内で入れ替えることにより、該１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対して異ならせることが望ましい。

このように、右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを同一の１フレーム期間内で入れ替えることにより、該１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対して異ならせるようにすれば、右眼用色光と左眼用色光とが途切れることなく連続的に投影されるため、フリッカのない映像を作成できる。

上記構成の投射型表示装置において、前記制御手段は前記光学系において、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光及び左眼用色光の出射タイミングを１フィールド期間分だけ遅延させることにより、該１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対してずらせることが望ましい。

上記の発明では、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを１フレーム期間内で入れ替えることにより、該１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対して異ならせたのに対し、本実施態様の発明では、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光及び左眼用色光の出射タイミングを１フィールド期間分だけ遅延させることにより、該１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対してずらせることにしている。

この構成によれば、投影された映像に関してフリッカを発生させないということに関しては上記の投射型表示装置と同等の効果が得られるが、立体映像を作成する上での映像データの処理が簡単であるという利点を有する。

以上に記載した構成の投射型表示装置において、前記複数種類の色光は、Ｒ色光、Ｇ色光、及びＢ色光であることが望ましい。もちろん、必要に応じて他の種類の色光を用いることもできる。なお、この場合には、Ｇ色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを、Ｒ色光及びＢ色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対してずらせることが望ましい。

以上に記載した構成の投射型表示装置において、前記偏光制御手段は液晶セルと位相差板とを有し、前記液晶セルのΔｎｄはλ／２又は略λ／２であり、前記位相差板は１／４波長板からなることが望ましい。偏光制御手段の構成をこのように具体的に設定することにより、３次元の立体映像をきれいに表示できる。なお、この場合、前記偏光制御手段は電圧印加時と電圧非印加時との間でΔｎｄがλ／４と３λ／４との間で切換わるように構成することが望ましい。このような構成にすれば、色合成プリズムから出射される直線偏光光を前記偏光制御手段を用いることにより、右回りの円偏光と左回りの円偏光とに正確に切換えを行うことができる。

液晶セルを用いた上記の投射型表示装置において、前記液晶セルの表示モードは、強誘電性液晶又はＯＣＢモードであることが望ましい。これらのモードは、いずれも、高速の応答が可能な液晶モードであるので、本発明のように１フィールド単位で液晶セルのＯＮ／ＯＦＦを切換える必要がある場合に好都合である。

ここで、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend Mode）モードとは、配向方向はパラレル配向として、通常のネマチック液晶を用いた、いわゆるπセル構造を採るモードである。このモードでは、２つのベント配列状態を切換えることでＯＮ／ＯＦＦ表示を行うが、電圧印加によって発生するバックフローが液晶配列の変形を加速するため、高速の応答が可能になっている。

以上に記載した構成の投射型表示装置において、前記制御手段は表示を制御するモードとして２次元表示モード及び３次元表示モードを有することが望ましい。そして、前記３次元表示モードでは前記偏光制御手段において、入射した光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換わるように制御し、さらに、前記２次元表示モードでは前記偏光制御手段において、入射した光の偏光方向が常時右回りの円偏光又は常時左回りの円偏光となるように制御することが望ましい。これにより、２次元的な映像表示と３次元的な映像表示の両方を切換えて確実に実行できる。なお、この場合、２次元表示を行う際には、表示の元になる映像データとしては右眼用と左眼用との区別のない映像データを用いることができる。

なお、２次元表示モード及び３次元表示モードを有する投射型表示装置において、前記制御手段は、前記３次元表示モード時では右眼用と左眼用の立体表示データを１フィールド毎に切換えて前記光学系に入力し、前記２次元表示モード時では２次元表示データを１フレーム毎に前記光学系に入力し、前記偏光制御手段のみを１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間を切換えることが望ましい。

前記のように、３次元表示モードでは、入射した光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換わるように制御し、一方、２次元表示モードでは、入射した光の偏光方向が常時右回りの円偏光又は常時左回りの円偏光となるように制御すると、偏光眼鏡を付けたまま観察したときに一方の眼にしか映像が認識されないため、正常な映像を見るには偏光眼鏡を外す必要がある。これに対して上記の本実施態様の構成を採用すれば、偏光眼鏡を付けたまま観察しても左右の眼に同じ映像が認識されるため、眼鏡を外さずに２次元表示及び３次元表示の両方の観察が可能になる。

２次元表示モードと３次元表示モードの両方を実施できるようにした上記の投射型表示装置において、前記制御手段は、３次元表示モードの際に、１フレーム中の一部期間、例えば１フィールド期間中で右眼用色光を発生させ、１フレーム中の残りの期間、例えば残りの１フィールド期間中で左眼用色光を発生させる制御を行うことが望ましい。これにより、１フレーム期間中に右眼、左眼の各々の画像を表示できるため、動画表示時にもフリッカのない滑らかな画像を認識できる。

次に、本発明に係る他の投射型表示装置は、複数種類の色光を合成して出射できる色合成プリズムと、前記複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する光学系と、像を拡大する投射レンズと、前記色合成プリズムから前記投射レンズに至る光路上に配設され、入射した光の偏光方向を切換え可能な偏光制御手段と、前記光学系及び前記偏光制御手段の動作を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記光学系において、各色光について右眼用色光と左眼用色光とを、一つのフレーム期間が複数のフィールド期間によって分割された当該フィールド毎に交互に出射させると共に、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対して異ならせて出射するように制御し、さらに前記偏光制御手段において、前記色合成プリズム側から入射した光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射するように制御することを特徴とする。

先に記載した投射型表示装置では、『偏光制御手段を色合成プリズムと投射レンズとの間に配設する』という構成を採用した。これに対し、本実施態様の発明では、『偏光制御手段を、色合成プリズムから投射レンズに至る光路上に配設する』という構成を採用した。つまり、本発明は、機械的な構造から見て偏光制御手段が色合成プリズムと投射レンズとの間に置かれる場合に限られず、機械的な構造から見れば偏光制御手段が色合成プリズムと投射レンズとの間に置かれていないと見受けられるような場合でも、偏光制御手段が色合成プリズムから投射レンズに至る光路上に置かれていれば、本発明を達成する上で何等の問題もないということである。

次に、本発明に係る投射型表示方法は、（Ａ）複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する工程と、（Ｂ）該色合成プリズムによって複数種類の色光を合成して出射する工程と、（Ｃ）前記色合成プリズムから出射した光の偏光方向を偏光制御手段によって右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射する工程と、（Ｄ）前記偏光制御手段から出射した光を投射レンズによって拡大する工程とを有し、（ａ）複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する前記工程では、各色光について右眼用色光と左眼用色光とを、一つのフレーム期間が複数のフィールド期間によって分割された当該フィールド毎に交互に出射し、さらに、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に対して同一の１フレーム期間内のフィールド期間で入れ替えることにより、該１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対して異ならせて出射し、さらに（ｂ）色合成プリズムから出射した光の偏光方向を偏光制御手段によって右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射する前記工程では、光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換わるようにすることを特徴とする。

この構成の投射型表示方法によれば、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の各工程を経ることにより、スクリーン等といった表示体上に立体表示を形成できる。また、偏光制御手段を色合成プリズムから投射レンズに至る光路上に配設したので、投射レンズの外部への張出し量を抑制でき、偏光制御手段に関する配線処理を容易にすることができ、さらに、観察者が姿勢を変化させても立体像が認識できなくなるという事態が発生しない。

次に、本発明に係る他の投射型表示方法は、（Ａ）複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する工程と、（Ｂ）該色合成プリズムによって複数種類の色光を合成して出射する工程と、（Ｃ）前記色合成プリズムから出射した光の偏光方向を偏光制御手段によって右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射する工程と、（Ｄ）前記偏光制御手段から出射した光を投射レンズによって拡大する工程とを有し、（ａ）複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する前記工程では、各色光について右眼用色光と左眼用色光とを、一つのフレーム期間を複数のフィールド期間に分割した当該フィールド毎に交互に出射し、さらに、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを１フィールド期間分だけ遅延させることにより、該１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対してずらして出射し、さらに（ｂ）色合成プリズムから出射した光の偏光方向を偏光制御手段によって右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射する前記工程では、光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換わるようにすることを特徴とする。

（投射型表示装置及び投射型表示方法の第１実施形態）
以下、本発明に係る投射型表示装置及び投影型表示方法を、いわゆる３板式の投射型表示装置を例に挙げて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されるものでないことは、もちろんである。

図１は、本発明に係る投射型表示装置の一実施形態を示している。同図において、投射型表示装置１は、光学系２と、色合成プリズム３と、偏光制御手段としての液晶セル４と、位相差板５、投射レンズ６と、スクリーン７と、制御手段としての制御装置８とを有する。

光学系２は、白色光を発生するランプ９及び反射鏡１１から成る光源１２と、Ｒ（赤）色光を反射すると共にその他の光を透過するダイクロイックミラー１４ｒと、Ｇ（緑）色光を反射すると共にその他の光を透過するダイクロイックミラー１４ｇと、ダイクロイックミラー１４ｒで反射したＲ色光を反射するミラー１４ａと、ダイクロイックミラー１４ｇを透過した光を反射するミラー１４ｂ，１４ｃとを有する。

また、光学系２は、Ｒ色光の光像を形成するＲ色ライトバルブとしてのＲ色液晶パネル１６ｒと、Ｇ色光の光像を形成するＧ色ライトバルブとしてのＧ色液晶パネル１６ｇと、Ｂ色光の光像を形成するＢ色ライトバルブとしてのＢ色液晶パネル１６ｂと、光の進行方向に沿ってＧ色液晶パネル１６ｇの下流側に配設されたλ／２板１７とを有する。各色液晶パネル１６ｒ，１６ｇ，１６ｂは、電気光学物質としての液晶から成る層を互いに対向する一対の電極によって挟んだ構成を有し、それら一対の電極によって複数の画素が形成され、それらの画素は平面的に見てドット・マトリクス状に並び、それらの画素によって有効表示領域が形成される。

複数の画素から適宜のものを選択してそれらに所定電圧を印加すれば、液晶パネルを通過する光がそれら選択された画素において液晶によって変調され、その変調された光により、液晶パネル１６ｒ，１６ｇ，１６ｂの光出射側にＲ色光、Ｇ色光、Ｂ色光のそれぞれの光像が出射される。液晶パネル１６ｒ，１６ｇ，１６ｂから出た各色の光は縦方向の直線偏光となっている。但し、Ｇ色光に関しては、Ｇ色液晶パネル１６ｇの下流側に設けたλ／２板１７の作用により、偏光方向を９０°回転させられて横方向の直線偏光となっている。

図１において、液晶セル４はＯＣＢモードの表示モードを実現する液晶セルによって構成されている。この液晶セル４のΔｎｄをλ／２に設定し、電圧印加と電圧非印加の状態でΔｎｄは０とλ／２の間で高速に切換えられる。また、液晶セル４の配向層は平行に配向処理され、色合成プリズム３から出射される偏光光の光学軸に対して配向方向が４５°になるように液晶セル４が配置されている。さらに、液晶セル４の表面には位相差板５としてλ／４板が配設されており、液晶セル４の電圧印加と電圧非印加の状態で位相差板５を介して投射レンズ６側に出射される光の位相がλ／４と３λ／４の間で切換わる。従って、色合成プリズム３から出射される直線偏光は、右回りの円偏光として投影される場合と、左回りの円偏光として投影される場合とで切換えることができる。

図１において、制御装置８は、映像データが格納された画像ＲＯＭ２１と、画像ＲＯＭ２１からの映像データを処理するデータ処理回路２２と、Ｒ色液晶パネル１６ｒを駆動するパネル駆動回路２３ｒと、Ｇ色液晶パネル１６ｇを駆動するパネル駆動回路２３ｇと、Ｂ色液晶パネル１６ｂを駆動するパネル駆動回路２３ｂと、液晶セル４を駆動するセル駆動回路２４と、画像ＲＯＭ２１からの映像データに含まれる同期信号を読み取ってパネル駆動回路２３ｒ，２３ｇ，２３ｂ及びセル駆動回路２４の同期をとるタイミングコントローラ２６とを有する。

制御装置８内の各要素は、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）等といった制御部によって制御されて動作する。画像ＲＯＭ２１はその内部に２次元映像データ２Ｄ及び３次元（立体）映像データ３Ｄを記憶している。２次元映像データ２Ｄは、各１フレーム毎のデータＶ１，Ｖ２，Ｖ３，……Ｖｎ（ｎは画像のフレーム数）の集まりによって構成される。また、３次元映像データ３Ｄは、１フレーム期間内において、１フレーム分の画像を構成する右眼用映像データのフィールドと同一の１フレーム分の画像を構成する左眼用映像データのフィールドとに分けられており、各フィールド期間毎にそれぞれ個別に割り当てられた１フレーム分の右眼用映像データＶ_1R，Ｖ_2R，Ｖ_3R，……Ｖ_nR（ｎは画像のフレーム数）、及び１フレーム分の左眼用映像データＶ_1L，Ｖ_2L，Ｖ_3L，……Ｖ_nL（ｎは画像のフレーム数）の組合せによって構成される。例えば、３次元映像データ３Ｄは、図２に示すように、右眼用映像データと左眼用映像データとが１フィールド毎に交互に出力される。また、フィールド期間内に割り当てられる１フレーム分の各右眼用映像データ及び各左眼用映像データは、それぞれＲ信号，Ｇ信号，Ｂ信号で構成されている。

データ処理回路２２は、画像ＲＯＭ２１から伝送された映像データをＲ，Ｇ，Ｂの３つの色信号に変換し、それらの各色信号を、それぞれ、Ｒ用パネル駆動回路２３ｒ、Ｇ用パネル駆動回路２３ｇ、Ｂ用パネル駆動回路２３ｂへ伝送する。各パネル駆動回路２３ｒ，２３ｇ，２３ｂは伝送された各色データに基づいて対応する液晶パネル１６ｒ，１６ｇ，１６ｂを駆動する。

以下、上記構成より成る投射型表示装置１の動作について説明する。
光源１２から放射された白色光はＲ，Ｇ，Ｂの各色に対応したダイクロイックミラー１４ｒ，１４ｇのそれぞれによってＲ，Ｇ，Ｂの色ごとに分離され、それらの分離された光が３枚の液晶パネル１６ｒ，１６ｇ．１６ｂに投射される。各液晶パネル１６ｒ，１６ｇ，１６ｂは対応するパネル駆動回路２３ｒ，２３ｇ，２３ｂによって個別に駆動されて、ドット・マトリクス状に並んだ複数の画素のうちの適宜のものが選択されてＯＮ／ＯＦＦされ、これにより、各液晶パネル１６ｒ，１６ｇ，１６ｂの出力面に各色の光像が形成される。

これら各色の光像は色合成プリズム３の各入力面に入射し、その色合成プリズム３の内部で光学的に合成され、その合成光が色合成プリズム３の出力面から出射し、さらに液晶セル４，位相差板５を通過した後、投射レンズ６で拡大されてスクリーン７上に投影されてカラー像が表示される。そして、このカラー像は、偏光眼鏡３１を装着した又は偏光眼鏡３１を装着していない観察者によって観察される。

画像ＲＯＭ２１から出力された映像データが２次元データ２Ｄであれば、観察者は偏光眼鏡３１を装着する、あるいはしないに関わらず、スクリーン７上の投影像を２次元像として認識できる。一方、画像ＲＯＭ２１から出力された映像データが３次元データ３Ｄであれば、観察者は偏光眼鏡３１を装着することにより、スクリーン７上の投影像を３次元像、すなわち立体像として認識できる。偏光眼鏡３１は右眼レンズ３２ａと左眼レンズ３２ｂとで円偏光の回転方向が正反対になるように構成されている。

ここで、色合成プリズム３と投射レンズ６との間には偏光制御手段として液晶セル４と位相差板５が設けられている。この液晶セル４は、本実施形態の場合、ＯＣＢモードで作動するように設定されており、電圧印加と電圧非印加で位相差がλ／４と３λ／４との間で切換わり、図２に示すように作動する。すなわち、液晶セル４のＯＮ時には液晶層の屈折率異方性は等方性を示すため、色合成プリズム３からの偏光光の成分は液晶セル４と位相差板５を通過することでλ／４位相がずれるため右回りの円偏光に変換されて投影される。一方、液晶セル４のＯＦＦ時には、液晶セル４の屈折率異方性がλ／２になるように構成したため、色合成プリズム３からの偏光光は液晶セル４と位相差板５を通過することで位相が３λ／４ずれる。そのため、液晶セル４のＯＮ時とは回転方向が反対、すなわち左回りの円偏光として投影される。このような投影光の偏光方向に合わせて、偏光眼鏡３１の左右レンズで円偏光の回転方向を設定することで、左右の眼に独立した映像を認識させることができる。

また、Ｒ信号及びＢ信号とＧ信号とは、色合成プリズム３から出射される際には、偏光方向が９０°異なっているため、偏光制御手段を通過すると各々右回りの円偏光と左回りの円偏光とに変換されてスクリーンに投影される。すなわち、１フィールド目においては右眼用データＲ_1R，Ｂ_1Rと左眼用データＧ_1Lが投影され、次フィールドにおいては偏光制御手段により位相がλ／２ずれるため、各々の円偏光の回転方向が反転し、右眼用データＧ_1Rと左眼用データＲ_1L，Ｂ_1Lが投影される。そのため、各フィールドにおいて、常に両眼に信号が入力するため、フリッカのない自然な映像になる。

より具体的に説明すれば、図２において、１フレーム中で右眼用データと左眼用データを交互に切換えると共に、液晶セル４で同期をとると共にλ／４位相差板５を用いることで出射光の円偏光の回転方向を反転させる。その出射光はスクリーン７に投影され、左右のレンズ間で円偏光の回転方向が逆になるように設定されている偏光眼鏡３１を通して観察することにより、左右で独立した映像として観察されるため、立体像として認識される。ここで、スクリーン７としては、投射光の偏光状態が保持されるような表面状態を有するスクリーン、すなわち、写り込みがなく散乱による偏光解消の問題がないスクリーンを用いるのが望ましい。

なお、本実施形態では、図１のデータ処理回路２２が、図２に示すように、Ｇ色信号の右眼用データＧ_1R，Ｇ_2R，……と左眼用データＧ_1L，Ｇ_2L，……の発生タイミングを、１フレーム内において入れ替えることにより、Ｒ信号，Ｇ信号，Ｂ信号のうちのＧ信号を他色信号、すなわちＲ信号及びＢ信号からずらしている。つまり、１フレーム期間内でＲ信号とＢ信号においては最初の１フィールド期間内に右眼用データが割り当てられ、次の１フィールド期間内に左眼用データが割り当てられているが、Ｇ信号においては最初の１フィールド期間内に左眼用データが割り当てられ、次の１フィールド期間内に右眼用データが割り当てられている。これにより、偏光眼鏡３１を通して観察したときに３次元の立体像として認識できるようにしている。

また、本実施形態の投射型表示装置１で２次元表示を行う場合には、図１において、画像ＲＯＭ２１から２次元データ２Ｄを出力すると共に、液晶セル４の電源を常時ＯＮ又は常時ＯＦＦにする。

さらに、本実施形態の投射型表示装置１では、液晶セル４と位相差板５とを色合成プリズム３と投射レンズ６との間に配設したので、換言すれば、液晶セル４と位相差板５とを色合成プリズム３から投射レンズ６に至る光路上に配設したので、液晶セル４を投射レンズ６の光出射側、すなわち投射レンズ６の外側に配設した場合に比べて、投射レンズ６の外部への張出し量を抑制でき、液晶セル４に関する配線処理を容易にすることができる。また、円偏光モードを採用したことにより姿勢変化により立体像が認識できなくなるという事態が発生しなくなる。

ところで、２次元表示モード及び３次元表示モードを有する本実施形態の投射型表示装置において、図１の制御装置８による制御を考えた場合、仮に、３次元表示モードにおいて、入射した光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換わるように制御し、一方、２次元表示モードにおいて、入射した光の偏光方向が常時右回りの円偏光又は常時左回りの円偏光となるように制御すると、偏光眼鏡を付けたまま観察したときに一方の眼にしか映像が認識されないため、正常な映像を見るには偏光眼鏡を外す必要がある。

これに対し、図１の制御装置８による制御として、３次元表示モード時では右眼用と左眼用の立体表示データを１フィールド毎に切換えて光学系２に入力し、一方、２次元表示モード時では、２次元表示データを１フレーム毎に光学系２に入力すると共に、液晶セル４のみを１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えるという制御を行えば、偏光眼鏡を付けたまま観察しても左右の眼に同じ映像が認識されるため、眼鏡を外さずに２次元表示及び３次元表示の両方の観察が可能になる。
（投射型表示装置及び投射型表示方法の第２実施形態）

以上の実施形態では、図１において、偏光制御手段としてＯＣＢモードで動作する液晶セル４を採用した。本発明の他の実施形態では、偏光制御手段としてＯＣＢモードに代えて強誘電性液晶を採用する。これ以外の構成は図１に示した構成とすることができる。この実施形態の場合でも、Δｎｄがλ／２になるように調整し、さらに、平行配向処理を施した。さらに、液晶セル４の表面にはλ／４位相差板５を配設した。

液晶セル４として強誘電性液晶を使用することで、応答速度がμｓｅｃオーダーとなり、上述したＯＣＢモードの液晶セルを用いた実施形態の場合よりも高速な光学応答を実現できる。そのため、切換え時の光学応答によるロスを最小限に抑えることができ、明るい表示が可能となる。また、液晶セル４によって高速の切換えが可能になるため、動画表示等といった高速の応答が求められる用途に好適である。
（変形例）

液晶セル４の表示モードとしては、ＯＣＢモード及び強誘電性液晶以外に、ＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モードや反強誘電性液晶を使用することもできる。実際には、必要に応じて、これらの表示モードの中から適宜のものを選択して適用することが望ましい。
（投射型表示装置及び投射型表示方法の第３実施形態）

図２に示した先の実施形態では、Ｇ色信号の右眼用データＧ_1R，Ｇ_2R，……と左眼用データＧ_1L，Ｇ_2L，……とを、１フレーム内において入れ替えることにより、Ｒ信号，Ｇ信号，Ｂ信号のうちのＧ信号を他色信号、すなわちＲ信号及びＢ信号からずらしている。そして、これにより、偏光眼鏡３１を介して観察したときに３次元の立体像が表示されるようにしている。

これに対し、本実施形態の投射型表示装置では、図３に示すように、Ｇ色信号に関する右眼用データＧ_1R，Ｇ_2R，……及び左眼用データＧ_1L，Ｇ_2L，……の出射タイミングを１フィールド分だけ遅延させることにより、Ｇ色信号に関する右眼用データと左眼用データとの出射タイミングを他色信号、すなわちＲ色及びＢ色の各信号に関する右眼用データと左眼用データとの出射タイミングに対してずらせることにした。つまり、図２に示す実施形態では、一つのフレーム期間を二つのフィールドに分けて、Ｒ信号，Ｇ信号，Ｂ信号の各々において、一方のフィールド期間内に１番目のフレームを構成する（１フレーム分の）右眼用映像データを割り当て、他方のフィールド期間内に１番目のフレームを構成する（同一の１フレーム分の）左眼用映像データを割り当てていた。これに対して、図３に示す本実施形態では、一つのフレーム期間を二つのフィールドに分けて、Ｒ信号，Ｂ信号においては、一方のフィールド期間内に１番目のフレームを構成する（１フレーム分の）右眼用映像データを割り当て、他方のフィールド期間内に１番目のフレームを構成する（同一の１フレーム分の）左眼用映像データを割り当てているが、Ｇ信号においては、一方のフィールド期間（後半のフィールド期間）に１番目のフレームを構成する（１フレーム分の）右眼用映像データを割り当て、次ぎのフレーム期間の一方のフィールド期間（前半のフィールド期間）に１番目のフレームを構成する左眼用映像データを割り当てている。この方法によっても、偏光眼鏡３１を用いた観察により、３次元像、すなわち立体像を観察できる。なお、図２のデータ処理方法を用いれば、図３のデータ処理方法を用いる場合に比べて、立体映像用のデータの処理が簡便になる。
（その他の実施形態）

以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。

例えば、図１の実施形態では、３板式の投射型表示装置を例示したが、本発明はその他任意の構成の投射型表示装置に適用できる。また、図１の実施形態では、偏光制御手段としてＯＣＢモードや強誘電性液晶の液晶セル４および位相差板５を用いたが、偏光制御手段としては、それら以外の表示モードの液晶セル４、あるいは、液晶セル以外の偏光制御要素を用いることもできる。

本発明に係る投射型表示装置及び投射型表示方法は、液晶プロジェクタによってカラー表示を行う際、特に、３次元の立体カラー表示を行う際に好適に用いられる。具体的には、液晶セル等といった偏光制御手段を工夫することにより、コンパクトで扱い易い投射型表示装置を提供できる。

本発明に係る投射型表示装置の一実施形態を示す図である。 図１の装置で行われるデータ処理の一例を示すタイミングチャートである。 本発明に係る投射型表示装置の他の実施形態を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１．投射型表示装置、 ２．光学系、 ３．色合成プリズム、４．液晶セル（偏光制御手段）、 ５.位相差板、 ６．投射レンズ、 ７．スクリーン、８．制御装置（制御手段）、 ９．ランプ、 １１．反射鏡、 １２．光源、１４ｒ，１４ｇ．ダイクロイックミラー、 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ．ミラー、１６ｒ，１６ｇ，１６ｂ．液晶パネル（ライトバルブ）、 １７．λ／２板、３１．偏光眼鏡、 ３２ａ，３２ｂ．レンズ。

Claims (14)

1. 複数種類の色光を合成して出射可能な色合成プリズムと、
   前記複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する光学系と、
   像を拡大する投射レンズと、
   前記色合成プリズムと前記投射レンズとの間に配設され、入射した光の偏光方向を切換え可能な偏光制御手段と、
   前記光学系及び前記偏光制御手段の動作を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、
   前記光学系において、各色光の右眼用色光と左眼用色光とを、一つのフレーム期間が複数のフィールド期間によって分割された当該フィールド毎に交互に出射させるとともに、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対して異ならせて出射するように制御し、さらに
   前記偏光制御手段において、前記色合成プリズム側から入射した光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射するように制御することを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対して同一の１フレーム期間内のフィールド期間で入れ替えられていることを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
3. 前記少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対して１フィールド期間分だけ遅延させていることを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つにおいて、前記複数種類の色光は、赤（Ｒ）色光、緑（Ｇ）色光、及び青（Ｂ）色光であることを特徴とする投射型表示装置。
5. 請求項４において、緑（Ｇ）色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを、赤（Ｒ）色光及び青（Ｂ）色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対してずらしていることを特徴とする投射型表示装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１つにおいて、前記偏光制御手段は液晶セルと位相差板とを有し、前記液晶セルのΔｎｄはλ／２又は略λ／２であり、前記位相差板は１／４波長板からなることを特徴とする投射型表示装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つにおいて、前記偏光制御手段は電圧印加時と電圧非印加時との間でΔｎｄがλ／４と３λ／４との間で切換わるように構成したことを特徴とする投射型表示装置。
8. 請求項６又は請求項７において、前記液晶セルの表示モードは、強誘電性液晶、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend Mode）モード、又はＥＣＢ（Electrically Controlled Birefringence）モードであることを特徴とする投射型表示装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１つにおいて、
   前記制御手段は表示を制御するモードとして２次元表示モード及び３次元表示モードを有し、
   前記３次元表示モードでは前記偏光制御手段において、入射した光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換わるように制御し、
   前記２次元表示モードでは前記偏光制御手段において、入射した光の偏光方向が常時右回りの円偏光又は常時左回りの円偏光となるように制御することを特徴とする投射型表示装置。
10. 請求項９において、前記制御手段は、前記３次元表示モード時では右眼用と左眼用の立体表示データを１フィールド毎に切換えて前記光学系に入力し、前記２次元表示モード時では２次元表示データを１フレーム毎に前記光学系に入力し、前記偏光制御手段のみを１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間を切換えていることを特徴とする投射型表示装置。
11. 請求項９において、前記制御手段は、
    前記３次元表示モードでは、１フレーム中の一部期間で右眼用色光を発生させ、１フレーム中の残りの期間で左眼用色光を発生させる制御を行うことを特徴とする投射型表示装置。
12. 複数種類の色光を合成して出射できる色合成プリズムと、
    前記複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する光学系と、
    像を拡大する投射レンズと、
    前記色合成プリズムから前記投射レンズに至る光路上に配設され、入射した光の偏光方向を切換え可能な偏光制御手段と、
    前記光学系及び前記偏光制御手段の動作を制御する制御手段とを有し、
    前記制御手段は、
    前記光学系において、各色光について右眼用色光と左眼用色光とを、一つのフレーム期間が複数のフィールド期間によって分割された当該フィールド毎に交互に出射させるとともに、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対して異ならせて出射するように制御し、さらに
    前記偏光制御手段において、前記色合成プリズム側から入射した光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射するように制御することを特徴とする投射型表示装置。
13. （Ａ）複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する工程と、
    （Ｂ）該色合成プリズムによって複数種類の色光を合成して出射する工程と、
    （Ｃ）前記色合成プリズムから出射した光の偏光方向を偏光制御手段によって右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射する工程と、
    （Ｄ）前記偏光制御手段から出射した光を投射レンズによって拡大する工程とを有し、
    （ａ）複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する前記工程では、各色光について右眼用色光と左眼用色光とを、一つのフレーム期間が複数のフィールド期間によって分割された当該フィールド毎に交互に出射し、さらに、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に対して同一の１フレーム期間内のフィールド期間で入れ替えることにより、該１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対して異ならせて出射し、さらに
    （ｂ）色合成プリズムから出射した光の偏光方向を偏光制御手段によって右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射する前記工程では、光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換わるようにすることを特徴とする投射型表示方法。
14. （Ａ）複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する工程と、
    （Ｂ）該色合成プリズムによって複数種類の色光を合成して出射する工程と、
    （Ｃ）前記色合成プリズムから出射した光の偏光方向を偏光制御手段によって右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射する工程と、
    （Ｄ）前記偏光制御手段から出射した光を投射レンズによって拡大する工程とを有し、
    （ａ）複数種類の色光を前記色合成プリズムへ入射する前記工程では、各色光について右眼用色光と左眼用色光とを、一つのフレーム期間を複数のフィールド期間に分割した当該フィールド毎に交互に出射し、さらに、少なくとも１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを１フィールド期間分だけ遅延させることにより、該１つの色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングを他の色光に関する右眼用色光と左眼用色光との出射タイミングに対してずらして出射し、さらに
    （ｂ）色合成プリズムから出射した光の偏光方向を偏光制御手段によって右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換えて出射する前記工程では、光の偏光方向が１フィールド毎に右回りの円偏光と左回りの円偏光との間で切換わるようにすることを特徴とする投射型表示方法。
    
    
    

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