JP2006267869A - 画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 所望の画像を表示できる画像表示装置を提供する。
【解決手段】 画像表示装置は、光を射出する光源1を含む1つの照明系2と、照明系2から射出された光の偏光方向を揃える第1偏光変換系3と、第1偏光変換系3を介した光を複数の基本色光に分離する色分離系Dと、色分離系Dに対して複数設けられ、色分離系Dで生成された複数の基本色光のそれぞれを画像信号に応じて光変調する空間光変調装置V1、V2と、空間光変調装置V1、V2に対応して設けられ、空間光変調装置V1、V2により変調された基本色光を合成する色合成系14、24と、色合成系14で生成された第1の光をスクリーン10上に投射する第1投射系15と、色合成系24で生成された第2の光をスクリーン10上に投射する第2投射系25と、第2投射系25に入射する第2の光の光路上に設けられ、第2の光の偏光方向を変換させる第2偏光変換系9とを備えている。
【選択図】 図1

Description

本発明は画像表示装置に関するものである。
液晶装置等の空間光変調装置で生成された画像情報を含む色光を投射系を介してスクリーン上に投射する画像表示装置(プロジェクタ)の一例として、スクリーンの背面側から色光を投射する背面投射型画像表示装置(リアプロジェクタ)が知られている。また、偏光方向が互いに異なる色光をスクリーン上に投射し、投射した画像を鑑賞者に立体像として認識させる立体画像表示装置が知られている(特許文献1参照)。
特開2003−185969号公報
従来の技術は、一方の目用画像を形成するためのプロジェクタと他方の目用画像を形成するためのプロジェクタとをそれぞれ個別に設けている。すなわち、2つのプロジェクタのそれぞれが光源を独立して有している構成である。この場合、各プロジェクタの光源から射出される光量にばらつきが生じると、一方の目用画像と他方の目用画像との間に差異が生じたり色ずれが生じる等の不都合が生じ、所望の画像を表示できない可能性がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望の画像を表示できる画像表示装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明は、光を射出する光源を含む1つの照明系と、前記照明系から射出された光の偏光方向を揃える第1偏光変換系と、前記第1偏光変換系を介した光を複数の基本色光に分離する色分離系と、前記色分離系に対して複数設けられ、前記色分離系で生成された前記複数の基本色光のそれぞれを画像信号に応じて光変調する空間光変調装置と、前記空間光変調装置に対応して設けられ、前記空間光変調装置により変調された前記基本色光を合成する色合成系と、前記色合成系で生成された複数の光のうち、第1の光を投射面上に投射する第1投射系と、前記色合成系で生成された複数の光のうち、第2の光を投射面上に投射する第2投射系と、前記第2投射系に入射する前記第2の光の光路上に設けられ、前記第2の光の偏光方向を変換させる第2偏光変換系とを備えた画像表示装置を提供する。
本発明によれば、光源を含む1つの照明系より光を射出し、その照明系から射出された光の偏光方向を第1偏光変換系で揃え、第1偏光変換系を介した光を色分離系で複数の基本色光に分離し、それら基本色光を複数の空間光変調装置のそれぞれ、及び色合成系を通過させて、所定の偏光方向を有する第1の光及び第2の光のそれぞれに基づく複数の画像を生成し、第1の光を第1投射系を介して投射面上に投射し、第2の光を第2偏光変換系及び第2投射系を介して投射面上に投射するようにしたので、光源を含む照明系が複数あることに起因する不都合を防止しつつ、偏光方向が互いに異なる複数の光のそれぞれを投射面上に投射することができる。
前記第1投射系と該第1投射系に対応する空間光変調装置の光射出面との光学的な距離と、前記第2投射系と該第2投射系に対応する空間光変調装置の光射出面との光学的な距離とは互いに略等しい構成を採用することができる。これにより、投射面に投射される偏光方向が互いに異なる複数の光のそれぞれの状態をほぼ等価にすることができる。
前記第1投射系より投射された前記投射面上での画像と、前記第2投射系より投射された前記投射面上での画像とを位置合わせするアライメント装置を有する構成を採用することができる。これにより、投射面上において所望の画像を形成することができる。
前記アライメント装置は、前記第1投射系及び第2投射系の少なくとも一方を前記投射面に対して略平行な方向に移動する移動装置を含む構成を採用することができる。これにより、第1投射系より投射された投射面上での画像と、第2投射系より投射された投射面上での画像とを位置合わせすることができる。
前記基本色光は、赤色光、緑色光、及び青色光を含み、前記第1投射系には第1偏光の赤色光及び青色光と第2偏光の緑色光とが供給され、第2投射系には第2偏光の赤色光及び青色光と第1偏光の緑色光とが供給される構成を採用することができる。これにより、所望のフルカラー画像を形成することができる。
前記第1、第2投射系のそれぞれから投射され前記投射面を介した光のうち第1偏光のみを透過する一方の目用透過部と、第2偏光のみを透過する他方の目用透過部とを有する眼鏡を有する構成を採用することができる。これにより、眼鏡をかけた鑑賞者に立体像を認識させることができる。
前記空間光変調装置は液晶装置を含む構成を採用することができる。これにより、画像信号に応じた所望の画像を投射することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内における所定方向をX軸方向、水平面内においてX軸方向と直交する方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向のそれぞれに直交する方向(すなわち鉛直方向)をZ軸方向とする。更には、X軸、Y軸、及びZ軸まわりの回転方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。
図1は、本実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。また、図2は、図1の一部を抽出した側面図、図3は、図1の一部を抽出した平面図である。
これらの図において、画像表示装置PJは、スクリーン(投射面)10と、スクリーン10上に画像を投射する投射ユニットUとを備えている。投射ユニットUからスクリーン10に対して光が投射されることにより、スクリーン10上に画像が形成される。本実施形態の画像表示装置PJは、スクリーン10の背面側からスクリーン10上に画像を投射する背面投射型画像表示装置、所謂リアプロジェクタである。以下の説明において、画像表示装置を適宜、「プロジェクタ」と称する。
投射ユニットUは、光を射出する1つの光源1と、1つの照明系(照明光学系)2と、照明系2(光源1)から射出された光の偏光方向を揃える第1偏光変換系3と、第1偏光変換系3を介した光を複数の基本色光に分離する色分離系Dと、色分離系Dに対して複数設けられ、色分離系Dで生成された複数の基本色光のそれぞれを画像信号に応じて光変調する空間光変調装置V1、V2と、空間光変調装置V1、V2に対応して設けられ、空間光変調装置V1、V2により変調された基本色光を合成する色合成系14、24と、色合成系14で生成された光をスクリーン10上に投射する第1投射系(投射光学系)15と、色合成系24で生成された光をスクリーン10上に投射する第2投射系(投射光学系)25と、第2投射系25に入射する光の光路上に設けられ、その光の偏光方向を変換させる第2偏光変換系9とを備えている。
本実施形態においては、投射ユニットUは、第1空間光変調装置V1及び第2空間光変調装置V2の2つの空間光変調装置を有している。なお、本実施形態の投射ユニットUは、第1色合成系14及び第2色合成系24の2つの色合成系を有しているが、図中、Z方向に長い色合成系(ダイクロイックプリズム)を用いる場合には、色合成系は1つであってもよい。すなわち、色合成系は、2つの空間光変調装置V1、V2に対応するように、実質的に2つ設けられていればよい。
光源1は、例えば超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどによって構成可能であり、白色光(W)を射出する。光源1は1つである。照明系2は、インテグレータ系、第1プリズムレンズ、第2プリズムレンズ、コリメータレンズ、集光レンズ、シリンドリカルレンズ等を含んで構成されている。
第1偏光変換系3は、偏光ビームスプリッタ(以下、適宜「PBSアレイ」と称する)を備えている。PBSアレイは、偏光分離膜と位相差板(1/2λ板)とを備えている。本実施形態のPBSアレイの各偏光分離膜は、照明系2からの光(白色光)のうち例えばP偏光を通過させ、S偏光を90°光路変更する。光路変更されたS偏光は隣接の反射部材で反射してそのまま射出される。一方、偏光分離膜を透過したP偏光はそのまま光射出側に設けられている位相差板によってS偏光に変換されて射出される。すなわち本実施形態においては、第1偏光変換系3に入射した光のほぼ全てがS偏光に変換されるようになっている。このように、本実施形態の第1偏光変換系3は、照明系2(光源1)から射出された光の偏光方向をS偏光に揃える。
第1偏光変換系3を通過したS偏光の白色光(W)は、色分離系Dによって、複数の基本色光に分離される。色分離系Dは、第1ダイクロイックミラー4と、第2ダイクロイックミラー5とを備えている。また、色分離系Dに対して2つ(複数)設けられた空間光変調装置V1、V2のうち、第1空間光変調装置V1は、赤色光用ライトバルブ11と、緑色光用ライトバルブ12と、青色光用ライトバルブ13とを備えている。第2空間光変調装置V2は、赤色光用ライトバルブ21と、緑色光用ライトバルブ22と、青色光用ライトバルブ23とを備えている。
ここで、2つの空間光変調装置V1、V2のそれぞれに対応するように、第1偏光変換系3(照明系2)からは、第1ダイクロイックミラー4に対して、互いに異なる光束を有する2つの光が供給されるようになっている。本実施形態においては、2つの空間光変調装置V1、V2のそれぞれに同時に光を供給可能なように、光源1、照明系2、第1偏光変換系3、色合成系(ダイクロイックミラー)、及び反射ミラー等の各種光学部材の大きさや構造が最適に設定されている。
第1ダイクロイックミラー4は、赤色波長帯域の光(以下、赤色光(R)と称する)を透過し、その他の波長帯域の光を反射する。第1ダイクロイックミラー4を透過した赤色光(R)は、反射ミラー8で反射して、赤色光用ライトバルブ11、21のそれぞれに導かれる。一方、第1ダイクロイックミラー4で反射した光は、第2ダイクロイックミラー5に導かれる。
第2ダイクロイックミラー5は、青色波長帯域の光(以下、青色光(B)と称する)を透過し、緑色波長帯域の光(以下、緑色光(G)と称する)を反射する。第2ダイクロイックミラー5で反射した緑色光(G)は緑色光用ライトバルブ12、22のそれぞれに導かれる。また、第2ダイクロイックミラー5を透過した青色光(B)は、リレーレンズ41、反射ミラー6、リレーレンズ42、反射ミラー7、及びリレーレンズ43を介して青色光用ライトバルブ13、23のそれぞれに導かれる。
第1空間光変調装置V1の各ライトバルブ11、12、13は、液晶装置によって構成されている。ライトバルブは、入射側偏光板と、一対のガラス基板どうしの間に封入された液晶を有するパネル部と、射出側偏光板とを備えている。ガラス基板には画素電極や配向膜が設けられている。ライトバルブは、定められた振動方向の光のみを透過させるようになっており、ライトバルブに入射した各基本色光(赤色光、緑色光、及び青色光)は、ライトバルブを通過することによって光変調される。
各ライトバルブ11、12、13を通過することで変調された各基本色光(変調光)は、第1色合成系14で合成される。第1色合成系14はダイクロイックプリズムによって構成されており、S偏光の赤色光(R)、緑色光(G)、及び青色光(B)は第1色合成系14で合成されてフルカラー合成光となる。第1色合成系14から射出される光はS偏光のフルカラー合成光である。第1色合成系14から射出されたS偏光のフルカラー合成光は第1投射系15に導かれる。したがって、第1投射系15にはS偏光の赤色光(R)、緑色光(G)、及び青色光(B)が供給される。
第2空間光変調装置V2の各ライトバルブ21、22、23は、液晶装置によって構成されている。ライトバルブに入射した各基本色光(赤色光、緑色光、及び青色光)は、ライトバルブを通過することによって光変調される。
各ライトバルブ21、22、23を通過することで変調された各基本色光(変調光)は、第2色合成系24で合成される。第2色合成系24はダイクロイックプリズムによって構成されており、S偏光の赤色光(R)、緑色光(G)、及び青色光(B)は第2色合成系24で合成されてフルカラー合成光となる。第2色合成系24から射出される光はS偏光のフルカラー合成光である。
第2色合成系24の光射出部には、光の偏光方向を変換させる第2偏光変換系9が設けられている。第2偏光変換系9によって、第2色合成系24から射出されたS偏光のフルカラー合成光は、P偏光のフルカラー合成光に変換される。第2色合成系24から射出され、第2偏光変換系9を通過したP偏光のフルカラー合成光は、第2投射系25に導かれる。したがって、第2投射系25にはP偏光の赤色光(R)、緑色光(G)、及び青色光(B)が供給される。
そして、第1投射系15からはS偏光のフルカラー合成光がスクリーン10上に投射され、第2投射系25からはP偏光のフルカラー合成光がスクリーン10上に投射される。第1、第2投射系15、25のそれぞれは、入射側の画像を拡大してスクリーン10上に投射する所謂拡大系である。第1、第2投射系15、25のそれぞれから投射された光に基づく画像をスクリーン10上で合成することによって、投射ユニットUは、スクリーン10上にフルカラーの合成画像を形成することができる。鑑賞者は、投射ユニットUによりスクリーン10の背面側からスクリーン10に対して投射された画像(合成画像)を正面側から鑑賞する。
本実施形態においては、第1投射系15とその第1投射系15に対応する複数のライトバルブ11、12、13の各光射出面との光学的な距離と、第2投射系25とその第2投射系25に対応する複数のライトバルブ21、22、23の各光射出面との光学的な距離とは互いに等しくなっている。これにより、スクリーン10に投射される偏光方向が互いに異なる2つの光のそれぞれの状態をほぼ等価にすることができ、スクリーン10上に所望の画像を形成することができる。
また、本実施形態のプロジェクタPJは、立体画像表示装置として使用可能である。すなわち、スクリーン10上に投射した画像を立体像として鑑賞者に認識させるために、プロジェクタPJは、一方の目用画像(例えば左目用画像)として、S偏光のフルカラー合成光をスクリーン10上に投射し、他方の目用画像(例えば右目用画像)として、P偏光のフルカラー合成光をスクリーン10上に投射している。
鑑賞者は、図1に示すような、左目側にS偏光透過フィルム31を有し、右目側にP偏光透過フィルム32を有した眼鏡30を装着することにより、立体像を認識することができる。ここで、眼鏡30の左目側のS偏光透過フィルム31は、スクリーン10を介したS偏光のみを透過する左目用透過部として機能し、眼鏡30の右目側のP偏光透過フィルム32は、スクリーン10を介したP偏光のみを透過する右目用透過部として機能している。
以上説明したように、1つの光源1から光を射出し、その光源1から射出された光の偏光方向を第1偏光変換系3で揃え、第1偏光変換系3を介した光を色分離系Dで複数の基本色光に分離し、この基本色光(赤色光、緑色光、及び青色光)を2つの空間光変調装置V1、V2、及び色合成系14、24のそれぞれを通過させて、S偏光に基づく2つの画像を生成し、第1空間光変調装置V1からの光を第1投射系15を介してスクリーン10上に投射するとともに、第2空間光変調装置V2からの光を第2偏光変換系9及び第2投射系25を介してスクリーン10上に投射するようにしたので、光源1が複数あることに起因する不都合を防止しつつ、偏光方向が互いに異なる2つの光のそれぞれをスクリーン10上に投射することができる。すなわち、光源が2つ(複数)ある場合には、例えば2つの光源のそれぞれから射出される光の光量に違いがあったり、2つの光源のうちどちらか一方の経時的な劣化が大きい状況が生じると、一方の目用画像と他方の目用画像との間に差異が生じたり色ずれが生じる等の不都合が生じ、所望の画像を表示できない可能性がある。ところが、本実施形態では、光源1及び照明系2を1つにしたので、そのような不都合を防止することができる。また、光源1及び照明系2が1つなので、スクリーン10上での照度むらや色むらを抑えることができる。また、光源1を交換する作業も容易に行うことができる。
また、分離系Dも1つなので、各空間光変調装置V1、V2のそれぞれに対応するように分離系を複数設ける構成に比較して、装置構成や設置作業を簡単化することができる。
また本実施形態においては、色分離系Dは1つであり、第1空間光変調装置V1と第2空間光変調装置V2とはほぼ同等の構成を有し、第1色合成系14と第2色合成系24とはほぼ同等の構成を有している。したがって、互いに異なる構成を有する色分離系、空間光変調装置、及び色合成系を用意しなくても、同種の空間光変調装置及び色合成系を複数用意し、これらを組み合わせてユニットを形成し、その形成されたユニットを2つ組み合わせ、色分離系の光入射部側に第1偏光変換系3を配置するとともに、色分離系Dを配置し、2つの空間光変調装置のうち一方の空間光変調装置に対応する色合成系の光射出部側の光路上に第2偏光変換系9を配置するといった簡単な構成で、本実施形態の投射ユニットUを製造することができる。
なお上述のように、色分離系Dは1つであり、第1空間光変調装置V1と第2空間光変調装置V2とはほぼ同等の構成を有し、第1色合成系14と第2色合成系24とはほぼ同等の構成を有しており、第1色合成系14からは、第1投射系15に対して、S偏光の赤色光(R)、緑色光(G)、及び青色光(B)が供給され、第2色合成系24からは、第2投射系25に対して、第2偏光変換系9を介して、P偏光の赤色光(R)、緑色光(G)、及び青色光(B)が供給されているが、例えば、第1投射系15にはS偏光の赤色光(R)及び青色光(B)とP偏光の緑色光(G)とが供給され、第2投射系25にはP偏光の赤色光(R)及び青色光(B)とS偏光の緑色光(G)とが供給されるようにしてもよい。例えば、特開2003−185969号公報に開示されているような映像信号供給手段を使って、色合成系に入射する緑色光(G)の偏光方向を赤色光(R)及び青色光(B)と異ならせることによって、上述の構成を実現できる。
なお、上述の実施形態においては、第2偏光変換系9は、第2色合成系24と第2投射系25との間に設けられているが、所望の偏光方向に調整可能であれば、第2投射系25に入射する光の光路上の任意の位置に設けることができる。
ところで、本実施形態においては、投射ユニットUは2つの投射系15、25を有しており、第1投射系15より投射されたスクリーン10上での画像と、第2投射系25より投射されたスクリーン10上での画像とがずれる可能性がある。そこで、投射ユニットUに、第1投射系15より投射されたスクリーン10上での画像と、第2投射系25より投射されたスクリーン10上での画像とを位置合わせするためのアライメント装置を設けることができる。
図4はアライメント装置の一例を示す図である。図4において、アライメント装置40は、第1投射系15及び第2投射系15の少なくとも一方をスクリーン10のスクリーン面に対して略平行な方向に移動する移動装置41を備えている。アライメント装置40は、例えば第1投射系15をスクリーン10のスクリーン面に対して略平行な方向に移動することにより、第2投射系25によってスクリーン10上に形成されている画像に対して、第1投射系15から投射した画像を位置合わせすることができる。また、第1投射系15及び第2投射系25のそれぞれから投射された画像をスクリーン10上で位置合わせするために、第2投射系25を動かしてもよいし、第1、第2投射系15、25の両方を動かしてもよい。あるいは、ライトバルブを動かすことによっても、第1投射系15及び第2投射系25のそれぞれから投射された画像をスクリーン10上で位置合わせすることができる。
なお上述の実施形態においては、スクリーン10の背面側からスクリーン10に対して画像を投射する背面投射型画像表示装置(リアプロジェクタ)に関して本発明の画像表示装置を適用する場合を例にして説明したが、スクリーンの正面側からスクリーンに対して画像を投射する画像表示装置に適用してもよい。
上述の実施形態においては、1つの基本色光について互いに直交関係にある偏光方向を有する光をスクリーン10上に投射することによって立体像を形成しているが、偏光方向としては、直線偏光であるS偏光及びP偏光に限られず、円偏光である右円偏光及び左円偏光であってもよい。
また上述の実施形態においては、本発明の画像表示装置を立体画像表示装置に適用した場合を例にして説明したが、二次元画像を表示する装置であってもよい。この場合、スクリーン10上には、互いに直交関係にある偏光方向を有する光を必ずしも投射しなくてもよい。すなわち、各投射ユニットから、同じ偏光方向を有する光を投射するようにしてもよい。
なお上述の実施形態においては、空間光変調装置として液晶装置(ライトバルブ)を用いているが、例えばDMD(Digital Micromirror Device)等の反射型光変調装置(ミラー変調器)を用いてもよい。
本実施形態に係る画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。 図1の一部を抽出した側面図である。 図1の一部を抽出した平面図である。 アライメント装置を説明するための模式図である。
符号の説明
1…光源、2…照明系、3…第1偏光変換系、9…第2偏光変換系、10…スクリーン(投射面)、14…第1色合成系、15…第1投射系、24…第2色合成系、25…第2投射系、30…メガネ、31…S偏光透過フィルム(一方の目用透過部)、32…P偏光透過フィルム(他方の目用透過部)、40…アライメント装置、41…移動装置、D…色分離系、PJ…プロジェクタ(画像表示装置)、U…投射ユニット、V1、V2…空間光変調装置

Claims (7)

  1. 光を射出する光源を含む1つの照明系と、
    前記照明系から射出された光の偏光方向を揃える第1偏光変換系と、
    前記第1偏光変換系を介した光を複数の基本色光に分離する色分離系と、
    前記色分離系に対して複数設けられ、前記色分離系で生成された前記複数の基本色光のそれぞれを画像信号に応じて光変調する空間光変調装置と、
    前記空間光変調装置に対応して設けられ、前記空間光変調装置により変調された前記基本色光を合成する色合成系と、
    前記色合成系で生成された複数の光のうち、第1の光を投射面上に投射する第1投射系と、
    前記色合成系で生成された複数の光のうち、第2の光を投射面上に投射する第2投射系と、
    前記第2投射系に入射する前記第2の光の光路上に設けられ、前記第2の光の偏光方向を変換させる第2偏光変換系とを備えた画像表示装置。
  2. 前記第1投射系と該第1投射系に対応する空間光変調装置の光射出面との光学的な距離と、
    前記第2投射系と該第2投射系に対応する空間光変調装置の光射出面との光学的な距離とは互いに略等しい請求項1記載の画像表示装置。
  3. 前記第1投射系より投射された前記投射面上での画像と、前記第2投射系より投射された前記投射面上での画像とを位置合わせするアライメント装置を有する請求項1又は2記載の画像表示装置。
  4. 前記アライメント装置は、前記第1投射系及び第2投射系の少なくとも一方を前記投射面に対して略平行な方向に移動する移動装置を含む請求項3記載の画像表示装置。
  5. 前記基本色光は、赤色光、緑色光、及び青色光を含み、
    前記第1投射系には第1偏光の赤色光及び青色光と第2偏光の緑色光とが供給され、第2投射系には第2偏光の赤色光及び青色光と第1偏光の緑色光とが供給される請求項1〜4のいずれか一項記載の画像表示装置。
  6. 前記第1、第2投射系のそれぞれから投射され前記投射面を介した光のうち第1偏光のみを透過する一方の目用透過部と、第2偏光のみを透過する他方の目用透過部とを有する眼鏡を有する請求項1〜5のいずれか一項記載の画像表示装置。
  7. 前記空間光変調装置は液晶装置を含む請求項1〜6のいずれか一項記載の画像表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013504784A (ja) * 2009-09-11 2013-02-07 トムソン ライセンシング 3次元(3d)投射方法及びシステム
JP2016517178A (ja) * 2013-03-22 2016-06-09 ラムダ ガード テクノロジーズ リミテッド メタマテリアルでできた要素を備える光ダイオード

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JP2013504784A (ja) * 2009-09-11 2013-02-07 トムソン ライセンシング 3次元(3d)投射方法及びシステム
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