JP2006276406A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化を実現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、基本色光を射出する光源装置と、光源装置から射出された基本色光を画像信号に応じて光変調する空間光変調装置と、空間光変調装置により変調された基本色光に基づく画像をスクリーン１０上に投射する投射ユニットを複数備えている。また投射ユニットは、Ｓ偏光の互いに異なる基本色光からなる画像をスクリーン１０上にそれぞれ投射する投射ユニットと、Ｐ偏光の互いに異なる基本色光からなる画像をスクリーン１０上にそれぞれ投射する投射ユニットとを含んでいる。マトリクス状に配置された投射ユニットのそれぞれから投射された画像をスクリーン１０上で合成することによってスクリーン１０上に合成画像を形成する。
【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）。
また、複数のプロジェクタの投影画像を並列にスクリーン上で合成し大型の映像を提供する画像表示装置が知られていた。（特許文献２参照）
特開２００３−１８５９６９号公報 特開２００２−７２３５９号公報

ところで、上述の画像表示装置においては、投射系の物体面と空間光変調装置の光射出面とを一致させるとともに、投射系の像面とスクリーンとを一致させ、空間光変調装置の光射出面とスクリーンとを投射系に関して共役な位置関係にする必要がある。ところが、従来の技術は、空間光変調装置と投射系との間にダイクロイックプリズム等を含む合成系を設ける構成であるため、投射系と空間光変調装置の光射出面との間の距離（投射系のバックフォーカス）を、合成系を配置可能な程度に確保する必要がある。バックフォーカスが長くなると、投射系とスクリーンとの間の距離（投射系のフロントフォーカス）も長くなるため、この画像表示装置をリアプロジェクタに適用した場合、リアプロジェクタの小型化（薄型化）を阻害することになる。また、大きな投影空間を許容できる大型装置に適用するため、装置全体では長い投影距離を必要としていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、小型化を実現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、基本色光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出された前記基本色光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より変調された前記基本色光に基づく画像をスクリーン上に投射する投射系とを有する投射ユニットを複数備え、前記投射ユニットはマトリクス状に配置され、投射ユニットのそれぞれから投射された前記画像を前記スクリーン上で合成することによって合成画像を形成する画像表示装置が提供される。

本発明によれば、投射ユニットは、直交するマトリクスの交点や三角形マトリクスの各頂点に配置することによって漏れなくスクリーン領域をカバーし、均一な表示を得ることができる。

投射ユニットのマトリクス状配置に対応したブレンディング領域で画像を重ね合わせて合成画像を形成することによりスクリーン全体で均質な画像が提供される。

本発明によれば、偏光投射ユニットは、直交するマトリクスの交点や三角形マトリクスの各頂点に配置することによって漏れなくスクリーン領域をカバーし、均一な表示を得ることができる。 また、本発明によれば、第１偏光の互いに異なる基本色光を投射可能は第１偏光投射ユニットと、第２偏光の互いに異なる基本色光を投射可能な第２偏光投射ユニットとのそれぞれを複数設置された複数の投射クラスタは、各投射ユニットから投射された画像をスクリーン上で合成する。この場合、投射ユニットには色合成系を設けなくてすむため、装置の小型化を実現することができる。また、各投射ユニットの構造を簡単化することができる。

前記第１偏光投射ユニットから投射され前記スクリーンを介した前記第１偏光のみを透過する一方の目用透過部と、前記第２偏光投射ユニットから投射され前記スクリーンを介した前記第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。

本発明によれば、偏光投射ユニットは、直交するマトリクスの交点や三角形マトリクスの各頂点に配置することによって漏れなくスクリーン領域をカバーし、均質な立体表示を得ることができる。

各偏光投射ユニットのマトリクス状の配置に対応したブレンディング領域で各偏光画像を重ね合わせて合成画像を形成することによりスクリーン全体で均質な立体画像が提供される。

前記空間光変調装置の光射出面は前記投射系の光軸に対して垂直方向に配置されているとともに、前記光射出面から射出される光束の中心軸と前記投射系の光軸とがずれている構成を採用することができる。これにより、スクリーンに投射される光束の中心軸とスクリーンとが非垂直であっても、スクリーン上に所望の画像を形成することができる。

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、各投射ユニットは所望の画像を投射することができる。

前記光源装置は発光ダイオードを含む構成を採用することができる。これにより、各投射ユニットは所望の基本色光を投射することができる。

前記光源装置は各々独立に光量制御手段を持ち、オフもしくは減光することができる。これにより広いダイナミックレンジ光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。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。図１において、画像表示装置ＰＪは、スクリーン１０と、スクリーン１０上に画像を投射する複数の投射ユニット１２とを備えている。投射ユニット１２は基本色の画像投射装置であり、図1中でR、G、Bと記載しているのは赤(R)、緑(G)、青(B)を基本色とした場合の投射ユニットの担当する基本色を示している。また、投射ユニットの担当基本色は繰り返しなので図１中には左側からの繰り返しパターンを示している。複数の投射ユニットから投影された基本色画像は、ブレンディング領域１１で周囲の画像と画像の位置、輝度色度の連続性を保たれ、スクリーン１０上に合成画像を形成する。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。

複数の投射ユニットは、スクリーン１０の背面側において互いに所定の位置関係で設けられている。本実施形態においては、複数の投射ユニットは、スクリーン１０の背面側において直交するマトリクスアレイ状に並列に配置されている。そして、赤色光投射ユニット、緑色光投射ユニット、及び青色光投射ユニットのそれぞれから投射された画像がスクリーン１０上で合成されることにより、スクリーン１０上にフルカラーの合成画像が形成される。鑑賞者は、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。

この合成画像は、一枚の画像を投射ユニット毎に分解し、分解した画像を各投射ユニットに分配する、特開２００２−７２３５９号に記述のいわゆるタイリングの手法によって作成できる。

図１において、投射ユニットは直交するマトリクスの交点に配置されている。基本色の配置は、上段は左からB、G、Rの順、中段はR、B、G、下段はG、R、Bの順に配置される。したがって投射される画像の位置も同様の配置となる。図１において重なり合う投射画像がブレンディング領域で矛盾なく混合されるためには、同じ基本色を担当する投射ユニットは均一な表示を得るために漏れなくスクリーン領域をカバーする必要がある。図１に示すブレンディング領域１１は、緑（G）に対する領域を示している。同じように青（B）、赤（R）は、緑のブレンディング領域に対し、投射ユニットの間隔単位分、横にシフトしたものとなる。

図１において、投射ユニットを直交するマトリクスの交点に配置すると、すべての基本色が投射された完全な画像再現できる領域は中心部となる。なぜなら周辺部においては、いずれかの基本色画像の欠損が生じるためである。図１の配置では上下方向では欠損が生じないが、左右の周囲では欠損が生じる。

図２はスクリーン上に投影された基本色画像の配置を示している。青（B）画像は白枠領域、緑（G）画像は斜線領域、赤（R）画像は破線で囲われた領域に投影される。なお重なり合いを明示的に示すため、若干上下方向に各領域をずらして描いている。左右の周辺部は一部の基本色画像が欠損する。図２の場合、１投射画像の幅の２／３が欠損領域にあたる。図１、図２にしめすスクリーン領域１４はこの欠損領域を観察できないようにするための開口部である。また図２中の１１はスクリーンから観察できる、緑（G）画像を重ね合わせるブレンディング領域である。

図３は赤色光投射ユニットＲＵを示す概略構成図である。図２において、投射ユニットＲＵは、赤色光を射出する光源装置１と、光源装置１から射出された赤色光の照度を均一化するインテグレータ系２と、光源装置１から射出され、インテグレータ系２を通過した赤色光の偏光方向を揃える偏光変換装置３と、レンズ系４と、光源装置１から射出され、偏光変換装置３及びレンズ系４を通過した赤色光を画像信号に応じて光変調する空間光変調装置５と、空間光変調装置５により変調された赤色光に基づく画像をスクリーン１０上に投射する投射系（投射光学系）６とを有している。光源装置１、インテグレータ系２、偏光変換装置３、レンズ系４、空間光変調装置５、及び投射系６のそれぞれは保持部材（ハウジング）８に保持されている。

投射ユニットＲＵの光源装置１は、赤色光を射出する発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を備えている。インテグレータ系２は、例えばフライアイレンズを含んで構成されており、光源装置１より射出され、偏光変換装置３に対する赤色光の照度を均一化する。偏光変換装置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、インテグレータ系２からの赤色光のうち例えば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。すなわち図２においては、偏光変換装置３に入射した赤色光のほぼ全てがＳ偏光に変換されるようになっている。

空間光変調装置５は、液晶装置（以下、適宜「ライトバルブ」と称する）を備えている。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。空間光変調装置５を構成するライトバルブは、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、空間光変調装置５に入射した赤色光は、空間光変調装置５を通過することによって光変調される。図２においては、空間光変調装置５から射出される光はＳ偏光の赤色光である。

空間光変調装置５で光変調された赤色光（変調光）は、投射系６によってスクリーン１０上に投射される。投射系６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。このように、赤色光投射ユニットＲＵは赤色光からなる画像をスクリーン１０上に投射する。

以上、赤色光投射ユニットＲＵについて説明したが、他の投射ユニットＧＵ、ＢＵも、図２に示した投射ユニットＲＵとほぼ同等の構成を有している。すなわち緑色光投射ユニットＧＵを構成する光源装置１は緑色光を射出するＬＥＤを備えており、青色光投射ユニットＢＵを構成する光源装置１は青色光を射出するＬＥＤを備えている。

＜第２実施形態＞
図４は第２実施形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。図４において、画像表示装置ＰＪは、スクリーン１０と、スクリーン１０上に画像を投射する複数の投射ユニット１２とを備えている。投射ユニット１２は基本色の画像投射装置であり、図４中でR、G、Bと記載しているのは赤(R)、緑(G)、青(B)を基本色とした場合の投射ユニットの担当する基本色を示している。また、投射ユニットの担当基本色は繰り返しなので図１中には左側からの繰り返しパターンを示している。複数の投射ユニットから投影された基本色画像は、ブレンディング領域１１で周囲の画像と画像の位置、輝度色度の連続性を保たれ、スクリーン１０上に合成画像を形成する。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リアプロジェクタである。

複数の投射ユニットは、スクリーン１０の背面側において互いに所定の位置関係で設けられている。本実施形態においては、複数の投射ユニットは、スクリーン１０の背面側において直交するマトリクスアレイ状に並列に配置されている。そして、赤色光投射ユニット、緑色光投射ユニット、及び青色光投射ユニットのそれぞれから投射された画像がスクリーン１０上で合成されることにより、スクリーン１０上にフルカラーの合成画像が形成される。鑑賞者は、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。

この合成画像は、一枚の画像を投射ユニット毎に分解し、分解した画像を各投射ユニットに分配する、特開２００２−７２３５９号に記述のいわゆるタイリングの手法によって作成できる。

図４においては投射ユニットは三角形をつなぎ合わせた三角形マトリクスの各頂点、所謂デルタ状マトリクスの交点に配置されている。基本色の配置は、上段は左からB、G、Rの順、次段はG、R、B、次段はB、G、R、下段はG、R、Bの順に配置されている。デルタ状の配置の場合、すべての近接する投射ユニット群は必ず基本色のR、G、Bをデルタ形状の各頂点に有することができる。このデルタ配置は無駄なく均質に基本色画像を設置できる特徴をもっている。投射される画像の位置も同様の配置となる。図４において重なり合う投射画像がブレンディング領域で矛盾なく混合されるためには、同じ基本色を担当する投射ユニットは漏れなくスクリーン領域をカバーする必要がある。図４に示すブレンディング領域１１は、緑（G）に対する領域を示している。同じように青（B）、赤（R）は、緑のブレンディング領域に対し、投射ユニットのシフト間隔と同等にシフトしたものとなる。

図４において各基本色の投射ユニットをデルタ状マトリクスの交点に配置すると、すべての基本色が投射され、完全な画像再現できる領域は中心部となる。なぜなら周辺部においては、いずれかの基本色画像の欠損が生じるためである。図４の配置では上下方向では欠損が生じないが、左右の周囲では欠損が生じる。

図５はスクリーン上に投影された基本色画像の配置を示している。青（B）画像は白枠領域、緑（G）画像は着色領域、赤（R）画像は破線で囲われた領域に投影される。なお重なり合いを明示的に示すため、若干上下方向に領域をずらして描いている。左右の周辺部は基本色の欠損し、図５の場合、１投射画像の幅の２／３程度が欠損領域にあたる。図４、図５にしめすスクリーン領域１４はこの欠損領域を観察できないようにするための開口部である。また図５中の１１はスクリーンから観察できる、緑（G）画像に対するブレンディング領域である。

第２実施形態で用いた投射ユニットは図３に示す第１実施形態で用いたものと同等である。

＜第３実施形態＞
図６は第３実施形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。図６において、画像表示装置ＰＪは、スクリーン１０と、スクリーン１０上に画像を投射する複数の投射ユニット１２とを備えている。投射ユニット１２は直交関係にある偏光した基本色の画像投射装置であり、図1中でRUｓ、GUｓ、BUｓと記載しているものは赤(R)、緑(G)、青(B)を基本色としたS偏光を出射する投射ユニット、RUｐ、GUｐ、BUｐと記載しているものは赤(R)、緑(G)、青(B)を基本色としたP偏光を出射する投射ユニットを示している。また、投射ユニットの担当基本色は繰り返しなので図６中には左側からの繰り返しパターンを示している。複数の投射ユニットから投影された偏光基本色画像は、ブレンディング領域１１で周囲の画像と画像の位置、輝度色度の連続性を保たれ、スクリーン１０上に合成画像を形成する。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リアプロジェクタである。

複数の投射ユニットＲＵｓ、ＲＵｐ、ＧＵｓ、ＧＵｐ、ＢＵｓ、ＢＵｐは、スクリーン１０の背面側において互いに所定の位置関係で設けられている。本実施形態においては、複数の投射ユニットＲＵｓ、ＲＵｐ、ＧＵｓ、ＧＵｐ、ＢＵｓ、ＢＵｐは、スクリーン１０の背面側において直交マトリクスアレイ状に並列に配置されている。そして、赤色光投射ユニットＲＵｓ、ＲＵｐ、緑色光投射ユニットＧＵｓ、ＧＵｐ、及び青色光投射ユニットＢＵｓ、ＢＵｐのそれぞれから投射された画像がスクリーン１０上で合成されることにより、スクリーン１０上にフルカラーの合成画像が形成される。鑑賞者は、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）を正面側から偏光を分離するメガネ２０等を用いて鑑賞する

鑑賞者は、図６に示すような、左目側にＳ偏光透過フィルム２１を有し、右目側にＰ偏光透過フィルム２２を有した眼鏡２０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２０の左目側のＳ偏光透過フィルム２１は、Ｓ偏光赤色光投射ユニットＲＵｓ、Ｓ偏光緑色光投射ユニットＧＵｓ、及びＳ偏光青色光投射ユニットＢＵｓのそれぞれから投射され、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２０の右目側のＰ偏光透過フィルム２２は、Ｐ偏光赤色光投射ユニットＲＵｐ、Ｐ偏光緑色光投射ユニットＧＵｐ、及びＰ偏光青色光投射ユニットＢＵｐのそれぞれから投射され、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。

図６において、投射ユニットは直交するマトリクスの交点に配置されている。S偏光に対応した基本色の配置は、上段から下段に向かって、左からまずB、G、Rの順、次段はR、B、G、その次の段はG、R、Bの順に配置される。P偏光に対応した基本色の配置は、上段から下段に向かって、左からまずG、R、Bの順、次段はB、G、R、その次の段はR、B、Gの順に配置される。この基本色の順番は局所的に特定の基本色が偏らないように周期的な配列を採用している。

この投射ユニットの配置にしたがって投射される画像の位置も同様の配置となる。図１において重なり合う投射画像がブレンディング領域で矛盾なく混合されるためには、同じ基本色、同じ偏光を担当する投射ユニットは漏れなくスクリーン領域をカバーする必要がある。図１のブレンディング領域１１は、S偏光の緑（G）に対する領域を示している。ブレンディング領域１３は、P偏光の緑（G）に対する領域を示している。同じように直交する偏光ごとの青（B）、赤（R）のブレンディング領域は、緑のブレンディング領域に対し、投射ユニットの間隔単位分、横にシフトした配置となる。

図６において各基本色の投射ユニットを直交するマトリクスの交点に配置すると、すべての偏光の基本色が投射され、完全な画像再現できる領域は中心部となる。なぜなら周辺部においては、いずれかの偏光もしくは基本色画像の欠損が生じるためである。

図７はスクリーン上に投影された偏光した基本色画像の配置を示している。簡単のために緑（G）のS偏光、P偏光に対する画像領域だけを示した。Gｓで示されるｓ偏光画像領域が着色部、Gｐで示されるｐ偏光画像領域が白枠部である。左右、上下の周辺部にすべての偏光が投射されない欠損領域が存在する。さらに基本色G、B、Rでの欠損領域が左右の周辺部に存在する。図６、図７にしめすスクリーン領域１４はこの欠損領域を無効にするための開口部である。また図７中の１１はスクリーンから観察できる、S偏光に対する緑（G）画像に対するブレンディング領域、１３はP偏光に対する緑（G）画像に対するブレンディング領域である。

第３実施形態で用いた投射ユニットは図３に示す第１実施形態で用いたものと同等である。

第１実施形態、第２実施形態では投射ユニットの偏光性能は画像の形成において影響がないが、第３実施形態においては偏光によって左右の画像を分離するため直交する偏光間でのクロストークを最小にする必要がある。このため各投射ユニットは適宜、偏光をさらにそろえる偏光板等を設置すると効果的である。

すなわち、図３の投射ユニットにおいて、Ｐ偏光赤色光投射ユニットＲＵｐを構成する光源装置１は赤色光を射出するＬＥＤを備えており、Ｐ偏光赤色光投射ユニットＲＵｐを構成する空間光変調装置５から射出される赤色光はＰ偏光である。Ｓ偏光緑色光投射ユニットＧＵｓを構成する光源装置１は緑色光を射出するＬＥＤを備えており、Ｓ偏光緑色光投射ユニットＧＵｓを構成する空間光変調装置５から射出される緑色光はＳ偏光である。また、Ｐ偏光緑色光投射ユニットＧＵｐを構成する光源装置１は緑色光を射出するＬＥＤを備えており、Ｐ偏光緑色光投射ユニットＧＵｐを構成する空間光変調装置５から射出される緑色光はＰ偏光である。Ｓ偏光青色光投射ユニットＢＵｓを構成する光源装置１は青色光を射出するＬＥＤを備えており、Ｓ偏光青色光投射ユニットＢＵｓを構成する空間光変調装置５から射出される青色光はＳ偏光である。また、Ｐ偏光青色光投射ユニットＢＵｐを構成する光源装置１は青色光を射出するＬＥＤを備えており、Ｐ偏光青色光投射ユニットＢＵｐを構成する空間光変調装置５から射出される青色光はＰ偏光である。なお、各投射ユニットの投射系６の射出面側に、偏光変換装置を適宜配置することができる。

＜第４実施形態＞
図８は第４実施形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。図８において、画像表示装置ＰＪは、スクリーン１０と、スクリーン１０上に画像を投射する複数の投射ユニット１２とを備えている。投射ユニット１２は直交関係にある偏光した基本色の画像投射装置であり、図1中でRUｓ、GUｓ、BUｓと記載しているのは赤(R)、緑(G)、青(B)を基本色としたS偏光を出射する投射ユニット、RUｐ、GUｐ、BUｐと記載しているのは赤(R)、緑(G)、青(B)を基本色としたP偏光を出射する投射ユニットを示している。また、投射ユニットの担当基本色は繰り返しなので図８中には左側からの繰り返しパターンを示している。複数の投射ユニットから投影された基本色画像は、ブレンディング領域１１で周囲の画像と画像の位置、輝度色度の連続性を保たれ、スクリーン１０上に合成画像を形成する。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リアプロジェクタである。

複数の投射ユニットＲＵｓ、ＲＵｐ、ＧＵｓ、ＧＵｐ、ＢＵｓ、ＢＵｐは、スクリーン１０の背面側において互いに所定の位置関係で設けられている。本実施形態においては、複数の投射ユニットＲＵｓ、ＲＵｐ、ＧＵｓ、ＧＵｐ、ＢＵｓ、ＢＵｐは、スクリーン１０の背面側において直交マトリクスアレイ状に並列に配置されている。そして、赤色光投射ユニットＲＵｓ、ＲＵｐ、緑色光投射ユニットＧＵｓ、ＧＵｐ、及び青色光投射ユニットＢＵｓ、ＢＵｐのそれぞれから投射された画像がスクリーン１０上で合成されることにより、スクリーン１０上にフルカラーの合成画像が形成される。鑑賞者は、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）を正面側から偏光を分離するメガネ２０等を用いて鑑賞する

鑑賞者は、図８に示すような、左目側にＳ偏光透過フィルム２１を有し、右目側にＰ偏光透過フィルム２２を有した眼鏡２０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２０の左目側のＳ偏光透過フィルム２１は、Ｓ偏光赤色光投射ユニットＲＵｓ、Ｓ偏光緑色光投射ユニットＧＵｓ、及びＳ偏光青色光投射ユニットＢＵｓのそれぞれから投射され、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２０の右目側のＰ偏光透過フィルム２２は、Ｐ偏光赤色光投射ユニットＲＵｐ、Ｐ偏光緑色光投射ユニットＧＵｐ、及びＰ偏光青色光投射ユニットＢＵｐのそれぞれから投射され、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。

図８において、投射ユニットはデルタ状マトリクスの交点に配置されている。基本色の配置は、上段は左からB、G、Rの順、次段はG、R、B、次段はB、G、R、下段はG、R、Bの順に配置されている。デルタ状の配置の場合、すべての近接する投射ユニット群は、必ず基本色のR、G、Bをデルタ形状の各頂点に有することができる。このデルタ配置は無駄なく均質に基本色画像を設置できる特徴をもっている。

この投射ユニットの配置にしたがって投射される画像の位置も同様の配置となる。図８において重なり合う投射画像がブレンディング領域で矛盾なく混合されるためには、同じ基本色、同じ偏光を担当する投射ユニットは漏れなくスクリーン領域をカバーする必要がある。図８に示すブレンディング領域１１は、S偏光の緑（G）画像に対する領域、ブレンディング領域１３はP偏光の緑（G）画像に対する領域を示している。同じように青（B）、赤（R）は、緑のブレンディング領域に対し、投射ユニットのシフト間隔と同等にシフトしたものとなる。

図８において各基本色の投射ユニットをデルタ状マトリクスの交点に配置すると、すべての基本色が投射され、完全な画像再現できる領域は中心部となる。なぜなら周辺部においては、いずれかの基本色、いずれかの偏光画像の欠損が生じるためである。

図９はスクリーン上に投影された偏光した基本色画像の配置を示している。簡単のために緑（G）のS偏光、P偏光に対する画像領域だけを示した。Gｓで示されるS偏光画像領域が着色部、Gｐで示されるP偏光画像領域が白枠部である。左右、上下の周辺部にすべての偏光が投射されない欠損領域が存在する。さらに基本色G、B、Rでの欠損領域が左右の周辺部に存在する。図８、図９に示すスクリーン領域１４はこの欠損領域を無効にするための開口部である。また図９中の１１はスクリーンから観察できる、S偏光に対する緑（G）画像に対するブレンディング領域、１３はP偏光に対する緑（G）画像に対するブレンディング領域である。

第４実施形態で用いた投射ユニットは図３に示す第１実施形態で用いたものと同等である。

第１実施形態、第２実施形態では投射ユニットの偏光性能は画像の形成において影響がないが、第４実施形態においては偏光によって左右の画像を分離するため直交する偏光間でのクロストークを最小にする必要がある。このため各投射ユニットは適宜、偏光をさらにそろえる偏光板等を設置すると効果的である。

すなわち、図３の投射ユニットにおいて、Ｐ偏光赤色光投射ユニットＲＵｐを構成する光源装置１は赤色光を射出するＬＥＤを備えており、Ｐ偏光赤色光投射ユニットＲＵｐを構成する空間光変調装置５から射出される赤色光はＰ偏光である。Ｓ偏光緑色光投射ユニットＧＵｓを構成する光源装置１は緑色光を射出するＬＥＤを備えており、Ｓ偏光緑色光投射ユニットＧＵｓを構成する空間光変調装置５から射出される緑色光はＳ偏光である。また、Ｐ偏光緑色光投射ユニットＧＵｐを構成する光源装置１は緑色光を射出するＬＥＤを備えており、Ｐ偏光緑色光投射ユニットＧＵｐを構成する空間光変調装置５から射出される緑色光はＰ偏光である。Ｓ偏光青色光投射ユニットＢＵｓを構成する光源装置１は青色光を射出するＬＥＤを備えており、Ｓ偏光青色光投射ユニットＢＵｓを構成する空間光変調装置５から射出される青色光はＳ偏光である。また、Ｐ偏光青色光投射ユニットＢＵｐを構成する光源装置１は青色光を射出するＬＥＤを備えており、Ｐ偏光青色光投射ユニットＢＵｐを構成する空間光変調装置５から射出される青色光はＰ偏光である。なお、各投射ユニットの投射系６の射出面側に、偏光変換装置を適宜配置することができる。

以上説明したように、それぞれ赤色光、緑色光、及び青色光を投射可能な投射ユニットから投射された画像をスクリーン１０上で合成することにより、スクリーン１０上に所望のフルカラー合成画像を形成することができる。この場合、投射ユニットには従来のようなダイクロイックプリズム等の合成系を設けなくてすむため、投射系６のバックフォーカスを短くすることができ、これに伴って投射系６のフロントフォーカスも短くすることができる。このように、投射系６として短焦点レンズを採用することができ、広角投影が可能となるとともに、装置の小型化を図ることができる。また、ダイクロイックプリズム等の合成系は投射系６等に比べて比較的高価であるが、その合成系を省略できるため、装置コストを低減することができる。そして、本実施形態のように画像表示装置ＰＪをリアプロジェクタに適用した場合、リアプロジェクタの薄型化（小型化）を実現することができる。また、従来のような合成系を必要としないため、ライトバルブと合成系との位置決め作業や位置決め構造を省略もしくは簡略化することができ、コスト低下を図ることができる。さらに、投射クラスタを適宜増設することによって薄型でありながら大型スクリーンをもつリアプロジェクタを実現することができる。

また、本実施形態の複数の投射ユニットには、赤色光についてのＳ偏光を投射するＳ偏光赤色光投射ユニットＲＵｓと、Ｐ偏光を投射するＰ偏光赤色光投射ユニットＲＵｐとが含まれている。また、本実施形態の複数の投射ユニットには、緑色光についてのＳ偏光を投射するＳ偏光緑色光投射ユニットＧＵｓと、Ｐ偏光を投射するＰ偏光緑色光投射ユニットＧＵｐとが含まれている。更に、本実施形態の複数の投射ユニットには、青色光についてのＳ偏光を投射するＳ偏光青色光投射ユニットＢＵｓと、Ｐ偏光を投射するＰ偏光青色光投射ユニットＢＵｐとが含まれている。そして、Ｓ偏光投射ユニットＲＵｓ、ＧＵｓ、ＢＵｓから投射され、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２１と、Ｐ偏光投射ユニットＲＵｐ、ＧＵｐ、ＢＵｐから投射され、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２２とを有する眼鏡２０を鑑賞者が装着することにより、鑑賞者は立体像を認識することができる。

また、投射ユニット（投射系６）の射出面を所定面（ＸＺ平面）上で並べて配置する構成のため、射出面の配置の自由度が向上されており、射出面を所定面上の第１方向（Ｘ軸方向）に並べて設けたり、第１方向とは異なる第２方向（Ｚ軸方向）に重ねて設けるといったことを、大きな制約を受けずに行うことができる。したがって、複数の空間光変調装置を複雑に配置する場合に比較して装置全体の構造を簡単化することができ、且つ装置の小型化を実現することができ、各投射ユニットから射出された基本色光に基づく画像をスクリーン１０上に円滑に投射し、所望の画像（合成画像）を得ることができる。

ところで、プロジェクタＰＪの小型化（薄型化）等の観点から、図１０に示すように、各投射ユニットの各投射系の光軸をスクリーン１０に対して非垂直とする構成が考えられる。このような構成の場合、例えば特開２００２−１３９７９４号公報に開示されているように、空間光変調装置５の光射出面を投射系６の光軸に対して垂直方向に配置するとともに、光射出面から射出される光束の中心軸と投射系６の光軸とをずらすといった光学系（所謂シフト光学系）を投射ユニットについて構築することにより、各投射ユニットから投射された画像のスクリーン１０上での歪みを補正することができる。

また、特開２００２−１３９７９４号公報に開示されているような、空間光変調装置５から射出される光束の中心軸と投射系６の光軸とを一致させるとともに、空間光変調装置５の光射出面を、投射系６の光軸に対して非垂直に配置するといった光学系（所謂あおり光学系）を構築したり、あるいは特開平９−３２６９８１号公報や特開２００１−６１１２１号公報に開示されているような補正手法を用いることで、所望の画像をスクリーン１０上に投射することができる。

各投射ユニットの表示する画像は、スクリーン１０全体で均質な投影画像を得るように特開２００２−７２３５９に開示されるような、各投射クラスタ表示画像には前もって幾何変形が加えられ、さらに輝度むら、色むらを補正する前処理がされている。

この前処理は、撮影系からのフィードバックシステムによって実現されるが、リアプロジェクタの場合スクリーンを投影側から観察して前処理用のデータを得ることができる。

複数の投射ユニットは光源を各々独立にオフ、もしくは減光することができるので、投射クラスタの黒レベルを下げることができる。これにより、投射ユニット投影光は広い変調ダイナミックレンジを実現できる。

なお上述の各実施形態においては、各投射ユニットは、基本色光として、赤色光、緑色光、及び青色光のいずれかを射出するが、これらの色光に限られず、任意の色光を射出することができる。各投射ユニットはそれぞれほぼ単色の基本色光を射出するので、各投射ユニットから射出する色光を容易に調整することができるとともに、投射ユニットを適宜組み合わせることで、プロジェクタＰＪの色再現性を向上させることができる。

なお上述の各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。

上述の各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、立体画像表示装置に適用した実施形態も説明したが、偏光メガネ等の分離手段をはずすとより高密度な二次元画像を表示する装置とすることができる。

なお上述の実施形態においては、光源装置としてＬＥＤを用いているが、基本色光を発生可能なものであればよく、例えばレーザダイオード励起の固体レーザを用いることができる。

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。

第１実施形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。 スクリーン上に投影された基本色画像の配置を説明するための図である。 投射ユニットを示す概略構成図である。 第２実施形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。 スクリーン上に投影された基本色画像の配置を説明するための図である。 第３実施形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。 スクリーン上に投影された基本色画像の配置を説明するための図である。 第４実施形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。 スクリーン上に投影された基本色画像の配置を説明するための図である。 非垂直な投射系を説明するための図である。

符号の説明

１…光源装置、５…空間光変調装置、６…投射系、１０…スクリーン、１１、１３…ブレンディング領域、１２…投射ユニット、２０…メガネ、２１…Ｓ偏光透過フィルム（一方の目用透過部）、２２…Ｐ偏光透過フィルム（他方の目用透過部）、ＰＪ…プロジェクタ（画像表示装置）、Ｒ、Ｇ、Ｂ…基本色、ＲＵ、ＧＵ、ＢＵ…投射ユニット、ＲＵｓ、ＧＵｓ、ＢＵｓ…投射ユニット（第１偏光投射ユニット）、ＲＵｐ、ＧＵｐ、ＢＵｐ…投射ユニット（第２偏光投射ユニット）。

Claims (14)

1. 基本色光を射出する光源装置と、前記光源装置から射出された前記基本色光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より変調された前記基本色光に基づく画像をスクリーン上に投射する投射系とを有する複数の投射ユニットを複数備え、
   前記投射ユニットはマトリクス状に配置され、投射ユニットのそれぞれから投射された前記画像を前記スクリーン上で合成することによって合成画像を形成する画像表示装置。
2. 前記投射ユニットは、直交するマトリクスの交点に配置されることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記投射ユニットは、三角形マトリクスの各頂点に配置されることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
4. 前記スクリーン上で合成される前記基本色光に基づく画像は、前記投射ユニットのマトリクス状の配置に対応したブレンディング領域で重ね合わされた合成画像であることを特徴とする請求項２、請求項３のいずれか一項記載の画像表示装置。
5. 前記投射ユニットは、第１偏光の互いに異なる基本色光からなる画像を前記スクリーン上にそれぞれ投射する複数の第１偏光投射ユニットと、第２偏光の互いに異なる基本色光からなる画像を前記スクリーン上にそれぞれ投射する複数の第２偏光投射ユニットとを含み、
   前記第１偏光投射ユニット及び第２偏光投射ユニットのそれぞれから投射された前記画像を前記スクリーン上で合成することによって前記スクリーン上に合成画像を形成する請求項１記載の画像表示装置。
6. 前記第１偏光投射ユニットから投射され前記スクリーンを介した前記第１偏光のみを透過する一方の目用透過部と、前記第２偏光投射ユニットから投射され前記スクリーンを介した前記第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５記載の画像表示装置。
7. 前記偏光投射ユニットは、直交するマトリクスの交点に配置されることを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
8. 前記偏光投射ユニットは、三角形マトリクスの各頂点に配置されることを特徴とする請求項６記載の画像表示装置。
9. 前記スクリーン上で合成される前記互いに異なる基本色光からなる画像は、前記投射ユニットのマトリクス状配置に対応したブレンディング領域で重ね合わされた合成画像であることを特徴とする請求項７、請求項８のいずれか一項記載の画像表示装置。
10. 前記空間光変調装置の光射出面は前記投射系の光軸に対して垂直方向に配置されているとともに、前記光射出面から射出される光束の中心軸と前記投射系の光軸とがずれている請求項１〜９のいずれか一項記載の画像表示装置。
11. 前記複数の基本色光は、赤色光、緑色光、及び青色光を含む請求項１〜１０のいずれか一項記載の画像表示装置。
12. 前記空間光変調装置は液晶装置を含む請求項１〜１１のいずれか一項記載の画像表示装置。
13. 前記光源装置は発光ダイオードを含む請求項１〜１２のいずれか一項記載の画像表示装置。
14. 前記光源装置は独立した光量制御手段を含む請求項１〜１３のいずれか一項記載の画像表示装置。
    

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