JP2007187745A - Image display device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば立体画像を表示させるために投射部を複数備えたものに適用して好適な投射型の画像表示装置に関する。 The present invention relates to a projection-type image display device suitable for application to, for example, an apparatus including a plurality of projection units for displaying a stereoscopic image.
従来、立体画像を表示する技術として種々の方法が提案されている。最も一般的なものとしては、立体視用の眼鏡を用いるものがある。これは、両眼の輻輳角(両眼視差)を利用して、右眼用の画像と左眼用の画像とを眼鏡によって分けて表示して立体視感を得るものである。しかしながらこの場合、立体視により遠近感をもって見られる像と、眼の焦点位置であるスクリーン面とがずれているので、違和感が生じるとか、または長時間見ていると眼が疲労するなどの問題がある。 Conventionally, various methods have been proposed as techniques for displaying stereoscopic images. The most common one uses stereoscopic glasses. In this method, the right eye image and the left eye image are displayed separately by glasses using the convergence angle (binocular parallax) of both eyes to obtain stereoscopic vision. However, in this case, since the image seen with perspective in stereoscopic view and the screen surface which is the focal position of the eye are shifted, there is a problem that the eye feels uncomfortable or the eye becomes tired when viewed for a long time. is there.
これに対し、光源からの光を変調して投影する投影装置を複数用いて、表示面の視野角内において、立体画像に対応する光を変調して出射する構成とし、この表示面において立体的な画像を表示する3次元(立体)画像生成技術について、特許文献1に開示がされている。
On the other hand, a plurality of projection devices that modulate and project light from a light source are used to modulate and emit light corresponding to a stereoscopic image within the viewing angle of the display surface.
上記特許文献1に開示の手法による3次元画像生成の原理について、図9(a)及び図9(b)を参照して説明する。図9(a)及び図9(b)に、通常の2次元画像を表示する場合と、3次元画像を表示する場合の光線の向きと強度をそれぞれ矢印で模式的に示す。図9(a)に示すように、通常の2次元の画像を表示するいわゆるリアプロジェクター等の表示装置では、スクリーン2の表面が拡散方向に異方性を持たない拡散面になっており、スクリーン2の後方から1台の投影装置の画像を投影して画像を表示する。これに対し、3次元画像を表示するには、図9(b)に示すように、例えばスクリーン2の後方の各位置ア、イ及びウから出射される像光が、スクリーン2の各画素を通過する角度、特に水平方向の角度を保持して出射される構成とする。このようにすることにより、観察者の左右の瞳eに3次元画像に対応する視差情報が入ることとなり、立体的な画像が認識される。上述の特許文献1に記載の3次元画像生成方法を実現するには、上述したように、人間の左右の眼に対して、3次元画像に対応する視差情報を入れることが必要である。このため、図10にその一例の概略構成図を示すように、スクリーン2の後方に多数の投射部10が配置される。そして、特にスクリーン2は、その拡散特性として、図中矢印yで示す垂直方向には比較的広く拡散させ、矢印xで示す水平方向にはほとんど拡散しないような拡散角特性を有するものとされる。このような構成とすることで、上述したような各画素を通過する光の水平方向の出射角度を保持し、左右の眼に対して別々の画像情報を入力することができるようになる。
The principle of three-dimensional image generation by the method disclosed in
このとき、左右の眼には、1台の投射部から表示される光がスクリーンの拡散角異方性により垂直方向にしか拡散されないため、縦ラインの表示光として見える。隣の表示ラインはその隣の投射部からの表示光が眼にはいるため、複数台の投射部からそれぞれ必要な情報が眼に入るようになっている。 At this time, since the light displayed from one projection unit is diffused only in the vertical direction by the diffusion angle anisotropy of the screen, the left and right eyes can see it as vertical line display light. In the adjacent display line, since the display light from the adjacent projection unit enters the eye, necessary information enters each eye from a plurality of projection units.
このように、立体画像を表示する画像表示装置においては、複数の投射部と水平方向の拡散角を制限するスクリーンとが用いられる。この場合、より立体的で高画質な立体表示を再現させるためには、いろいろな方向にできるだけ多くの画像データを投射する必要があり、多数の投射部が高密度に配列されることが求められる。 Thus, in an image display device that displays a stereoscopic image, a plurality of projection units and a screen that limits the horizontal diffusion angle are used. In this case, in order to reproduce more stereoscopic and high-quality stereoscopic display, it is necessary to project as much image data as possible in various directions, and a large number of projection units are required to be arranged at high density. .
ところが、投影レンズにフォーカスを合わせる機能を設けている場合などは投影レンズが大型化し、それに伴い投射部も大きくなるため、投射部を画像表示装置内に高密度で配列することができず、その結果光線数が減少し、表示される画像の立体感が損なわれるといった問題があった。また、フォーカス調整機構を投射部に持たせず、組み込み後に調整を行う場合は、調整が必要な方向の軸であるx軸、y軸、z軸、θx軸、θy軸、θz軸といった複数の軸を調整する複雑な調整治具を有する生産設備が必要となり、コスト高を招来するという問題があった。さらに、投射部が画像表示装置内の決められた位置に正確に設置されるために、位置決めの基準として投射部の外径を使用している場合には、想定された位置と実際に設置された位置との間で誤差が生じることがあり、その誤差が、スクリーンに結像される立体画像の歪みを生み出す原因になってしまうという問題もあった。 However, when the projection lens is provided with a function for focusing, the projection lens becomes larger, and the projection unit becomes larger accordingly, so the projection unit cannot be arranged at high density in the image display device. As a result, there is a problem that the number of light rays decreases and the stereoscopic effect of the displayed image is impaired. In addition, when adjustment is performed after installation without having the focus adjustment mechanism in the projection unit, there are a plurality of axes such as x-axis, y-axis, z-axis, θx-axis, θy-axis, and θz-axis that are axes in the direction that requires adjustment. There is a problem that a production facility having a complicated adjustment jig for adjusting the shaft is required, resulting in high costs. Furthermore, in order to accurately install the projection unit at a predetermined position in the image display device, when the outer diameter of the projection unit is used as a positioning reference, the projection unit is actually installed with the assumed position. There is also a problem that an error may occur between the position and the position, which causes a distortion of the stereoscopic image formed on the screen.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、投射部のフォーカスの調整を容易化するとともに、高画質な立体画像を投射できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to facilitate the adjustment of the focus of the projection unit and to project a high-quality stereoscopic image.
本発明は、光源から出射された光を、空間光変調部により変調して、投射光学系によりスクリーンに投射して画像を表示する投射部を所定状態で配列して構成される画像表示装置として、複数の投射部が取付けられる透孔が配列されたベース部材を備え、投影部に、複数枚の投影レンズからなる投影レンズ群と、映像表示パネルと、光軸上に前後に水平移動することによりフォーカスの調整を行う位置調整部と、位置調整部の水平移動をガイドし、ベース部材の透孔に取り付ける場合の位置決めの軸としても用いられるガイド軸とを備えさせたものである。 The present invention provides an image display device configured by arranging, in a predetermined state, a projection unit that modulates light emitted from a light source by a spatial light modulation unit and projects the light onto a screen by a projection optical system. A base member in which through holes to which a plurality of projection units are attached are arranged, and the projection unit includes a projection lens group including a plurality of projection lenses, a video display panel, and a horizontal movement back and forth on the optical axis. Is provided with a position adjusting unit that adjusts the focus by a guide, and a guide shaft that guides the horizontal movement of the position adjusting unit and is also used as a positioning shaft when attached to the through hole of the base member.
このようにしたことで、それぞれの投射部は、フォーカスが正確に調整された状態を保った上で画像表示装置に設置され、かつ投射部が画像表示装置に設置される位置も正確なものとなるため、より高画質な立体画像を表示させることができるようになる。 By doing so, each projection unit is installed in the image display device while maintaining a state in which the focus is accurately adjusted, and the position where the projection unit is installed in the image display device is also accurate. Therefore, a higher quality stereoscopic image can be displayed.
本発明によると、簡単な構成で投射部のフォーカス調整ができ、簡単な調整で立体画像を表示させることができる。 According to the present invention, the focus of the projection unit can be adjusted with a simple configuration, and a stereoscopic image can be displayed with a simple adjustment.
以下、本発明の一実施の形態を、図1〜図8を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、図1〜図3を参照して、本例における画像表示装置100の構成について説明を行う。図1は、画像表示装置の構成例を示す図である。装置の手前側には、複数の投射部10が配置されたプロジェクタベース40と、各投射部10に映像信号を送る基板50及び、基板50を保持する基板保持板51と基板保持ベース52が配置してある。投射部10内には、光源と1次元型空間光変調部とが設けてあり、基板50より送られる映像信号に対応した像光を投射するようにしてある。その投射光出射面に対向して、スクリーン30が配置してある。スクリーン30は、スクリーン枠31により保持してある。投射部10とスクリーン30とが対向する空間の側面にはミラー60が設けてあり、投射部10から投射される投射光Lpのうち、スクリーン30に入射しない投射光を反射させ、スクリーン30側に投射させる構成としてある。ミラー60はミラーホルダ61によって保持してあり、ミラーホルダ61はミラーホルダ保持枠62により保持してある。スクリーン枠31は上フレーム91により保持し、ミラーホルダ保持枠62はサイドフレーム90により保持しており、すべての装置はベース80の上に配置してある。
First, the configuration of the
図2は、本例の画像表示装置100の各投射部からの像光の投射状態を示す図である。図2に示すように複数の投射部10を横方向に配列した状態としてあり、各投射部10からの投射光Lpの出射面をほぼ一平面に揃えて並置配列させる構成としてある。なお、各投射部10は図1などに示したプロジェクタベース40により保持される。プロジェクタベース40への投射部10の取付け状態の詳細については後述する。個々の投射部10は、光源と液晶パネル等の空間光変調部とが内蔵されて、独立した投射装置として機能するように構成してある。そして各投射部10の投射光出射面に対向して、スクリーン30が配置してある。このスクリーン30は、垂直方向には大きい拡散角を有し、水平方向には微小な拡散角を有する拡散異方性をもつ拡散板等より構成してある。
FIG. 2 is a diagram illustrating a projection state of image light from each projection unit of the
図3は、本例のプロジェクタベース40を示す図である。プロジェクタベース40は、所定厚の板材を使用して構成させてあり、投射部10を取付けるための透孔41が、縦横に一定間隔て設けてある。それぞれの透孔41は、投射部10のレンズホルダ26の外形形状に対応して、上部と下部が曲線を描き、左右の側部が直線形状となっている。そして、各透孔41の右上の脇には、第1のガイドピン用貫通穴29aが設けてあり、各透孔41の左下の脇には、第2のガイドピン用貫通穴29bが設けてある。なお、図3に示すように、ここではスクリーン30の面の水平方向に対応する方向を方向xとし、スクリーン30の面の垂直方向に対応する方向を方向yとすると、y方向に複数配置(図3では6段配置)された各透孔41のx方向の位置は、それぞれ若干ずれた位置としてあり、x方向で見ると、複数段(6段)配置された全ての投射部10は、ずれた位置に配列された状態となる。
FIG. 3 is a diagram showing the
図4は投射部10の構成例を示す斜視図であり、カバーやホルダなどの筐体に相当する部材だけを破断して示して、内部の配置状態を示してある。投射部10の後端(図4での右側)には、光源11が配置してある。光源11から出射された光の出射側にはライトパイプ12が配置してあり、光源11から出射された光を平行光に変換する構成としてある。ライトパイプ12はライトホルダ13の内部に固定してある。ライトパイプ12にて平行光に変換された光の光路上には、透過型の液晶パネル14が配置してあり、入力された映像信号に対応した映像を表示する構成としてある。液晶パネル14は、液晶カバー15と液晶ホルダ16にて挟んだ状態で保持してある。本例の液晶カバー15と液晶ホルダ16との間は、接着剤により接着してある。また、液晶カバー15とライトホルダ13は、固定ネジ23A及び23B(固定ネジ23Bは図4では図示せず)により結合されている。液晶パネル14を透過する光の光路上には、複数枚の投射レンズからなる投射レンズ群25を、レンズホルダ26により保持された形状で配置してあり、液晶パネル14から出射された像光が集光及び拡大され、図示されていないスクリーン30に投射される構成としてある。投射レンズ群25を固定したレンズホルダ26の所定個所には、絞り部26aについても一体に設けてある。また、液晶パネル14と液晶カバー15と液晶ホルダ16は、レンズホルダ26の右上及び左下(光源13を手前とした方向)にガイドピン17A及び17Bが取付けてあり、それぞれのガイドピン17A及び17Bの先端はレンズホルダ26の外側に露出している。一方のガイドピン17Bには、後述するようにコイルバネを巻回させてある(図6,図7参照)。このガイドピン17A及び17B上を軸にして、液晶パネル14と液晶カバー15と液晶ホルダ16は、光軸上を入射方向及び出射方向に移動可能な構成としてあり、投射レンズ群25のレンズ最終面と液晶パネル14の物体面との間の距離を調整してフォーカスを合わせる、位置調整機構としても機能するようにしてある。位置調整機構の詳細については後述する。
FIG. 4 is a perspective view illustrating a configuration example of the
次に、図5を参照して、本例の画像表示装置において立体的な画像を表示する原理について説明する。まず、例えば撮影装置によって、予め表示する立体像を複数方向から撮影して、立体画像表示に必要な画像情報n枚(nは複数、例えば100以上)分を用意し、図示しない記憶装置などに記憶しておく。図5には、この複数の画像情報を利用した画像表示態様が模式的に示されている。例えば投射部10のうち1つの投射部10mから、矢印m1〜m5で示すように、スクリーン30に向かって投射光が投射される。なお、投射部10とスクリーン30とが対向する空間の側面にミラー60を配置することによって、ミラー60により反射された光も矢印m1´で示すようにスクリーン30に入射され、スクリーン30における観察者からの視野角が広がる効果が得られる。
Next, the principle of displaying a three-dimensional image in the image display apparatus of this example will be described with reference to FIG. First, a stereoscopic image to be displayed in advance is captured from a plurality of directions by, for example, an imaging device, and n pieces of image information (n is a plurality, for example, 100 or more) necessary for stereoscopic image display are prepared and stored in a storage device (not shown). Remember. FIG. 5 schematically shows an image display mode using the plurality of image information. For example, projection light is projected toward the
これらのm1´、m2〜m5で示す光がスクリーン30を通過する角度は、このスクリーン30を水平方向には微小な拡散角のみを有する構成とすることにより、ほぼ保持される。ここで、これらの矢印m1´、m2〜m5で示す光は、予め用意しておいた立体画像を構成する複数枚の画像情報P1〜Pnのうち、縦方向に分割された一部の画像情報p2m〜pnmを表示する。この場合、スクリーン30を、その垂直方向には大きい拡散角を有し、水平方向には微小な拡散角度を有する構成とすることによって、1つの投射部の情報は垂直方向にしか拡散されないため、縦ラインの表示として見える。すなわち、矢印m1´、m2〜m5で示す光が通過するスクリーン30上の位置を単位画素とすると、垂直方向に延びる各単位画素から観察者の瞳にむけて、立体画像を構成する縦ラインの画像情報p2m〜pnmが出射されることとなる。
The angles at which the light indicated by m1 ′ and m2 to m5 pass through the
ここで、スクリーン30の隣の単位画素の表示ラインはその隣の投射部からの表示情報が眼に入る。したがって、複数台の投射部からそれぞれ必要な情報が眼に入るようにすることによって、左右の眼で観察されるスクリーン30上の画像は、各投射部による縦ライン表示の合成画像として見える。そしてこの場合、スクリーン30が水平方向において例えば1°未満程度の微小な拡散角を有する構成とすると、各投射部が表示するこれらの縦ラインの間に隙間が生じることなく、良好な立体画像表示を行うことができる。
Here, in the display line of the unit pixel adjacent to the
ところで、上述したように、図5に示す画像表示装置において、左右の眼に見えるスクリーン30上の画像は各投射部10による縦ライン表示の合成画像として見えるが、スクリーン30の拡散板の水平方向の拡散角がほとんど0度の場合は、各投射部10が表示する縦ラインの間に隙間が生じるため、縦ストライプが目立ってしまう。このため、水平方向の拡散角を上述したように例えば1°未満程度もたせることで縦ライン間の隙間を埋めることができる。
Incidentally, as described above, in the image display device shown in FIG. 5, the image on the
次に、図6及び図7を参照して、投射部10の構成と位置調整機構について説明を行う。図6は投射部10の構成例を示す分解斜視図である。液晶パネル14、液晶カバー15及び液晶ホルダ16は接着剤により接着され、液晶カバー15とライトホルダ13は、固定ネジ23A及び固定ネジ23Bにより結合されている。固定ネジ23Aと固定ネジ23Bは、それぞれライトホルダ13に設けられた固定ネジ23A用貫通穴24A及び固定ネジ23B用貫通穴24Bを通って液晶カバー15に設けられた穴に差し込まれてある。また、結合部分は図示されていないが、光源11とライトホルダ13もネジにより結合されている。ガイドピン17Aは、レンズホルダ26の側面に設けられたガイドピン17B用貫通溝18を通り、液晶ホルダ16に設けられた穴に圧入されており、ガイドピン17Bは同じくレンズホルダ26に設けられたガイドピン17B用貫通穴19を通り、液晶ホルダ16に設けられた穴に圧入されている。ガイドピン17Aにはコイルバネ20が巻きつけられており、コイルバネ20が液晶ホルダ16とレンズホルダ26との間に圧縮された形状で配置されることで、両部品はそれぞれ入射方向、出射方向に圧出されるようにしてある。組み立てられた状態でのコイルバネ20の配置状態は、図7に示すように、コイルバネ20が、レンズホルダ側溝27と液晶ホルダ側溝28に嵌め込まれてある。これと相反する力で液晶ホルダ16とレンズホルダ26とを結合するのが調整ネジ21である。調整ネジ21は、レンズホルダ26に設けられた調整ネジ用貫通穴22を通り、液晶ホルダ16に設けられた穴に差し込まれている。調整ネジ21は、右回りに回転させることでねじ込まれ、左回りに回転させることで緩められる。調整ネジ21の回転を調整することにより、液晶ホルダ16とレンズホルダ26との距離が伸縮し、フォーカスが調整される構成としてある。なお、フォーカスの調整は、スクリーン30に投射された像を見ながら行うようにしてある。
Next, the configuration of the
次に、図8を参照して、投射部10のガイドピン17A及びガイドピン17Bが、画像表示装置における位置決めピンとしても機能する例について説明を行う。図8は、投射部10が組み立てられた状態の構成例を示す斜視図である。位置調整機構の水平移動のガイド軸として使用されたガイドピン17A及び17Bは、レンズホルダ26の外側に突出しており、これらのピン17A及び17Bを格納する貫通穴29a及び29b(図3)が、画像表示装置100のプロジェクタベース40に設けられている。投射部10をプロジェクタベース40の透孔41にはめ込むことで、その際に投射部10のガイドピン17Aが貫通穴29aに、また、ガイドピン17Bが貫通穴29bに差し込まれる構成となっている。
Next, an example in which the guide pins 17A and the guide pins 17B of the
このように構成させることで、投射部10においてフォーカス調整に使用されたガイドピン17A及び17Bが、画像表示装置における投射部の位置決めの軸としてもそのまま使用されるため、投射部10は、フォーカスが正確に調整された状態を保って画像表示装置100に設置される。このため、設置後にフォーカスの調整を行う必要が無くなり、また、個々の投射部10からは焦点の合った投射光が投射されるため、スクリーン30に表示される画像の立体感が向上する。
With this configuration, since the guide pins 17A and 17B used for focus adjustment in the
また、画像表示装置100に投射部10を設置する際に、位置決めの基準として、投射部10の外径だけでなくガイドピン17A及び17Bも使用しているため、設置される位置が正確なものとなり、その結果、投射部10より出射される光がスクリーン30上の予め想定された位置に正確に照射され、より立体的な立体画像を表示させることができる。
In addition, when the
また、投射部10のフォーカス調整機構として、調整ネジ21とコイルバネ20による簡単な機構を用いているため、部品点数の削減と製造コストの削減を図ることができる。
Further, since a simple mechanism using the adjusting
さらに、投射部10の位置調整機構を簡素化したことで投射部10が小型化し、画像表示装置100内のプロジェクタベース40に高密度に配列できるようになるため、スクリーン30上に投射される視差映像の数が増加し、より高画質な立体画像を表示させることができる。
Furthermore, since the position adjustment mechanism of the
なお、ここまで説明した実施の形態では、投射部10として透過型の液晶表示パネルを使用した例としたが、他の映像表示手段を使用した投射部を使用してもよい。また、投射部の外形形状やレンズ配置は一例を示したものであり、各図に示した構成に限定されるものではない。
In the embodiment described so far, a transmissive liquid crystal display panel is used as the
3、10…投射部、11…光源、12…ライトパイプ、13…ライトホルダ、14…液晶パネル、15…液晶カバー、16…液晶ホルダ、17…ガイドピン、18…ガイドピン用貫通溝、19、29…ガイドピン用貫通穴、20…コイルバネ、21…調整ネジ、22…調整ネジ用貫通穴、23…固定ネジ、24…固定ネジ用貫通穴、25…投射レンズ群、26…レンズホルダ、27…レンズホルダ側溝、28…液晶ホルダ側溝、2、30…スクリーン、31…スクリーン枠、40…プロジェクタベース、41…透孔、50…基板、51…基板保持板、52…基板保持ベース、60…ミラー、61…ミラーホルダ、62…ミラーホルダ保持枠、80…ベース、90…サイドフレーム、91…上フレーム、100…画像表示装置、ア〜ウ…発光点、e…瞳
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記複数の投射部が取付けられる透孔が配列されたベース部材を備え、
前記投射部は、
複数枚の投影レンズからなる投影レンズ群と、
前記投影レンズ群を固定するレンズホルダと、
映像表示パネルと、
前記映像表示パネルを保護するホルダとカバーとで構成され、かつ光軸上に前後に水平移動することによりフォーカスの調整を行う位置調整部と、
前記位置調整部の水平移動をガイドし、前記ベース部材の透孔に取り付ける場合の位置決めの軸としても用いられるガイド軸とを備えたことを特徴とする
画像表示装置。 An image projection apparatus configured by arranging a plurality of projection units arranged in a predetermined state to modulate light emitted from a light source by a spatial light modulation unit and project the light onto a screen by a projection optical system. ,
A base member on which through holes to which the plurality of projection units are attached are arranged;
The projection unit is
A projection lens group comprising a plurality of projection lenses;
A lens holder for fixing the projection lens group;
A video display panel;
A position adjusting unit that includes a holder and a cover that protect the image display panel, and adjusts the focus by moving horizontally back and forth on the optical axis;
An image display apparatus comprising: a guide shaft that guides horizontal movement of the position adjusting unit and is also used as a positioning shaft when attached to a through hole of the base member.
前記位置調整部の移動は、前記ホルダと前記レンズホルダとを結合するネジの回転により成されるように構成されたことを特徴とする
画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
2. The image display device according to claim 1, wherein the movement of the position adjusting unit is configured by rotation of a screw that couples the holder and the lens holder.
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