JP2009271137A - 投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 投写型映像表示装置と投写面との距離の短縮を図った投写型映像表示装置を用いて、新たな設置方法で適切な映像を表示する。
【解決手段】 投写型映像表示装置１００は、映像光生成部２００と、投写光学系３００とを有する。投写光学系３００は、反射ミラー３２０を有する。投写型映像表示装置１００は、投写面２１０上において、反射ミラー３２０で反射された映像光の進行方向に沿った垂直面に対して略直交する偏光に映像光を調整する偏光調整素子６０を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、映像光を投写する投写光学系を有する投写型映像表示装置に関する。

従来、光源が発する光を変調する光変調素子と、光変調素子から出射される光を投写面（スクリーン）上に投写する投写レンズとを有する投写型映像表示装置が知られている。

ここで、スクリーン上に映像を大きく表示するためには、投写レンズとスクリーンとの距離を長くとる必要がある。これに対して、投写レンズから出射される光をスクリーン側に反射する反射ミラーを利用して、投写型映像表示装置とスクリーンとの距離の短縮を図った投写型表示システムが提案されている（例えば、特許文献１）。

ここで、投写型映像表示装置とスクリーンとの距離の短縮を図ると、投写型映像表示装置がスクリーンに近くなり、投写型映像表示装置がユーザの視野に入ることになるため、スクリーンの上下又は横から斜め投写を行う必要がある。例えば、上述した投写型表示システムでは、光変調素子と投写光学系との位置関係を上下方向にシフトするとともに、反射ミラーとして凹面ミラーを用いることにより、投写距離の短縮と斜め投写を行っている。
特開２００６−２３５５１６号公報（請求項１、図１など）

ところで、投写距離の短縮を図った投写型映像表示装置の設置方法及び投写方法としては、投写型映像表示装置を床面や机上に設置して、その床面や机上に投写する方法など、新たな設置／投写方法が考えられる。一方で、新たな設置／投写方法をどのような場面で活用できるかについては、あまり考慮されていない。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、投写型映像表示装置と投写面との距離の短縮を図った投写型映像表示装置を用いて、新たな設置方法で適切な映像を表示する投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

第１の特徴に係る投写型映像表示装置は、映像光を生成する映像光生成部（映像光生成部２００）と、水面によって構成される投写面（投写面２１０）上に前記映像光を投写する投写光学系（投写光学系３００）とを備える。前記投写光学系は、前記映像光生成部から出射された前記映像光を反射する反射ミラー（反射ミラー３２０）を有する。投写型映像表示装置は、前記投写面上において、前記反射ミラーで反射された前記映像光の進行方向に沿った垂直面に対して略直交する偏光に前記映像光を調整する偏光調整部（偏光調整素子６０）を備える。

第１の特徴によれば、偏光調整部は、反射ミラーで反射された映像光の進行方向に沿った垂直面に対して略直交する偏光に映像光を調整する。すなわち、偏光調整部は、投写面上において、映像光をＳ偏光に調整する。従って、水面によって構成される投写面２１０上に映像を効率的に表示することができる。

第１の特徴において、前記映像光生成部は、第１色成分光及び第２色成分光を前記投写光学系側に反射し、第３色成分光を前記投写光学系側に透過する色合成部（クロスダイクロイックプリズム５０）を有する。前記色合成部で反射された前記第１色成分光及び前記第２色成分光の偏光は、前記色合成部を透過した前記第３色成分光の偏光と異なる。前記偏光調整部は、前記色合成部の光出射側に設けられた狭帯域位相差板（偏光調整素子７０）を有する。前記狭帯域位相差板は、前記色合成部から出射された前記映像光のうち、一部の波長帯域幅を有する光の偏光を調整する。

第１の特徴において、投写型映像表示装置は、前記反射ミラーで反射された前記映像光の光路上に設けられた防護カバー（防護カバー４００ａ）をさらに備える。前記防護カバーは、前記映像光が透過する透過領域（透過領域４１０）を有する。前記反射ミラーは、前記反射ミラーと前記投写面との間において、前記映像光生成部から出射された前記映像光を集光する。前記透過領域は、前記反射ミラーによって前記映像光が集光される位置近傍に配置される。

上述した特徴において、前記防護カバーの少なくとも一部は、光透過性部材によって構成される。前記透過領域は、前記光透過性部材によって構成される。

本発明によれば、投写型映像表示装置と投写面との距離の短縮を図った投写型映像表示装置を用いて、新たな設置方法で適切な映像を表示することができる。

以下において、本発明の実施形態に係る投写型映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［第１実施形態］
（投写型映像表示装置の構成）
以下において、第１実施形態に係る投写型映像表示装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００の構成を示す図である。

図１に示すように、投写型映像表示装置１００は、映像光生成部２００と投写光学系３００とを収容する筐体４００を有する。第１実施形態では、筐体４００の一部は、防護カバー４００ａを構成する。

映像光生成部２００は、映像光を生成する。具体的には、映像光生成部２００は、映像光を出射する表示素子４０を少なくとも有する。表示素子４０は、投写光学系３００の光軸Ｌに対してシフトした位置に設けられている。表示素子４０が光軸Ｌからシフトした位置に設けられることによって映像光の斜め投写が実現される。表示素子４０は、例えば、反射型液晶パネル、透過型液晶パネル、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などである。映像光生成部２００の詳細については後述する（図２を参照）。

投写光学系３００は、映像光生成部２００から出射された映像光を投写する。ここで、投写光学系３００は、投写面２１０上に映像光を投写する。第１実施形態では、投写面２１０は、水面によって構成されるケースについて考える。具体的には、投写光学系３００は、投写レンズ３１０と、反射ミラー３２０とを有する。

投写レンズ３１０は、映像光生成部２００から出射された映像光を反射ミラー３２０側に出射する。

反射ミラー３２０は、投写レンズ３１０から出射された映像光を反射する。反射ミラー３２０は、映像光を集光した上で、映像光を広角化する。例えば、反射ミラー３２０は、映像光生成部２００側に凹面を有する非球面ミラーである。

防護カバー４００ａは、反射ミラー３２０を保護するカバーである。防護カバー４００ａは、少なくとも、反射ミラー３２０で反射された映像光の光路上に設けられている。防護カバー４００ａは、映像光が透過する透過領域４１０を有する。

ここで、第１実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに略直交する。図１に示すように、水面（投写面２１０）がＸ軸及びＹ軸によって定義される。反射ミラー３２０で反射された映像光の進行方向がＸ軸によって定義される。水面に略直交する垂直方向がＺ軸によって定義される。

上述したように、投写光学系３００は、透過領域４１０を透過した映像光を投写面２１０上に投写する。後述するように、映像光は、投写面２１０上において、反射ミラー３２０で反射された映像光の進行方向に沿った垂直面（すなわち、Ｘ−Ｚ平面）に略直交する偏光（すなわち、Ｙ軸方向の偏光）に調整される。

（映像光生成部の構成）
以下において、第１実施形態に係る映像光生成部の構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、第１実施形態に係る映像光生成部２００を主として示す図である。映像光生成部２００は、図２に示した構成に加えて、電源回路（不図示）、映像信号処理回路（不図示）などを有する。ここでは、表示素子４０が透過型液晶パネルであるケースについて例示する。

映像光生成部２００は、光源１０と、フライアイレンズユニット２０と、ＰＢＳアレイ３０と、複数の液晶パネル４０（液晶パネル４０Ｒ、液晶パネル４０Ｇ、液晶パネル４０Ｂ）と、クロスダイクロイックプリズム５０と、偏光調整素子６０とを有する。

また、映像光生成部２００は、ミラー群（ダイクロイックミラー１１１、ダイクロイックミラー１１２、反射ミラー１２１〜反射ミラー１２３）と、レンズ群（コンデンサレンズ１３１、コンデンサレンズ１４０Ｒ、コンデンサレンズ１４０Ｇ、コンデンサレンズ１４０Ｂ、リレーレンズ１５１〜リレーレンズ１５２）とを有する。

光源１０は、バーナ及びリフレクタによって構成される超高圧水銀ランプ（ＵＨＰランプ）などである。光源１０が発する光は、赤成分光、緑成分光及び青成分光を含む。

フライアイレンズユニット２０は、光源１０が発する光を均一化する。すなわち、フライアイレンズユニット２０は、光源１０が発する光のうち、中央部分光と周辺部分光との光量差を均一化する。具体的には、フライアイレンズユニット２０は、フライアイレンズ２０ａ及びフライアイレンズ２０ｂによって構成される。

フライアイレンズ２０ａ及びフライアイレンズ２０ｂは、それぞれ、複数の微少レンズによって構成される。各微少レンズは、光源１０が発する光が液晶パネル４０の全面に照射されるように、光源１０が発する光を導く。

ＰＢＳアレイ３０は、フライアイレンズユニット２０から出射された光の偏光状態を揃える。第１実施形態では、ＰＢＳアレイ３０は、フライアイレンズユニット２０から出射された光をＺ軸方向の偏光に揃える。

ダイクロイックミラー１１１は、ＰＢＳアレイ３０から出射された光のうち、赤成分光及び緑成分光を透過する。ダイクロイックミラー１１１は、ＰＢＳアレイ３０から出射された光のうち、青成分光を反射する。

ダイクロイックミラー１１２は、ダイクロイックミラー１１１を透過した光のうち、赤成分光を透過する。ダイクロイックミラー１１２は、ダイクロイックミラー１１１を透過した光のうち、緑成分光を反射する。

反射ミラー１２１は、青成分光を反射して青成分光を液晶パネル４０Ｂ側に導く。反射ミラー１２２及び反射ミラー１２３は、赤成分光を反射して赤成分光を液晶パネル４０Ｒ側に導く。

コンデンサレンズ１３１は、光源１０が発する白色光を集光するレンズである。

コンデンサレンズ１４０Ｒは、液晶パネル４０Ｒに赤成分光が照射されるように、赤成分光を略平行光化する。コンデンサレンズ１４０Ｇは、液晶パネル４０Ｇに緑成分光が照射されるように、緑成分光を略平行光化する。コンデンサレンズ１４０Ｂは、液晶パネル４０Ｂに青成分光が照射されるように、青成分光を略平行光化する。

リレーレンズ１５１、リレーレンズ１５２は、赤成分光の拡大を抑制しながら、液晶パネル４０Ｒ上に赤成分光を略結像する。

液晶パネル４０Ｒは、赤成分光の偏光方向を回転させることによって赤成分光を変調する。液晶パネル４０Ｒの光入射面側には、一の偏光方向（ここでは、Ｚ軸方向の偏光）を有する光を透過して、他の偏光方向（ここでは、Ｘ軸方向の偏光）を有する光を遮光する入射側偏光板４１Ｒが設けられている。液晶パネル４０Ｒの光出射面側には、一の偏光方向（ここでは、Ｚ軸方向の偏光）を有する光を遮光して、他の偏光方向（ここでは、Ｘ軸方向の偏光）を有する光を透過する出射側偏光板４２Ｒが設けられている。

同様に、液晶パネル４０Ｂは、青成分光の偏光方向を回転させることによって青成分光を変調する。液晶パネル４０Ｂの光入射面側には、一の偏光方向（ここでは、Ｚ軸方向の偏光）を有する光を透過して、他の偏光方向（ここでは、Ｘ軸方向の偏光）を有する光を遮光する入射側偏光板４１Ｂが設けられている。液晶パネル４０Ｂの光出射面側には、一の偏光方向（ここでは、Ｚ軸方向の偏光）を有する光を遮光して、他の偏光方向（ここでは、Ｘ軸方向の偏光）を有する光を透過する出射側偏光板４２Ｂが設けられている。

液晶パネル４０Ｇは、緑成分光の偏光方向を回転させることによって緑成分光を変調する。液晶パネル４０Ｇの光入射面側には、一の偏光方向（ここでは、Ｙ軸方向の偏光）を有する光を透過して、他の偏光方向（ここでは、Ｘ軸方向の偏光）を有する光を遮光する入射側偏光板４１Ｇが設けられている。液晶パネル４０Ｇの光出射面側には、一の偏光方向（ここでは、Ｙ軸方向の偏光）を有する光を遮光して、他の偏光方向（ここでは、Ｘ軸方向の偏光）を有する光を透過する出射側偏光板４２Ｇが設けられている。

クロスダイクロイックプリズム５０は、液晶パネル４０Ｒ、液晶パネル４０Ｇ及び液晶パネル４０Ｂから出射された光を合成する。クロスダイクロイックプリズム５０は、投写レンズ３１０側に合成光（映像光）を出射する。

ここで、クロスダイクロイックプリズム５０から出射される映像光は、各液晶パネル４０の光出射面側に設けられた出射側偏光板４２を透過する光である。従って、クロスダイクロイックプリズム５０から出射される映像光は、Ｘ軸方向の偏光を有することに留意すべきである。

偏光調整素子６０は、反射ミラー３２０で反射された映像光の進行方向に沿った垂直面（すなわち、Ｘ−Ｚ平面）に略直交する偏光（すなわち、Ｙ軸方向の偏光）に映像光を調整する。例えば、偏光調整素子６０は、Ｘ軸方向の偏光をＹ軸方向の偏光に調整する１／２λ位相差板である。

（映像光の偏光）
以下において、第１実施形態に係る投写光学系から出射された映像光の偏光について、図面を参照しながら説明する。図３は、投写面２１０上における映像光の偏光を示す図である。

上述したように、水面（投写面２１０）がＸ軸及びＹ軸によって定義される。反射ミラー３２０で反射された映像光の進行方向がＸ軸によって定義される。水面に略直交する垂直方向がＺ軸によって定義される。

図３に示すように、投写面２１０は、水面（すなわち、Ｘ−Ｙ平面）上に設けられる。垂直面（すなわち、Ｘ−Ｚ平面）は、投写面２１０に入射する入射光（映像光）及び投写面２１０で反射される反射光（映像光）によって定義される。

映像光は、上述した偏光調整素子６０によって、垂直面（すなわち、Ｘ−Ｚ平面）に対して略直交する偏光（Ｙ軸方向の偏光）に調整される。すなわち、映像光は、投写面２１０上においてＳ偏光を有する。

（作用及び効果）
第１実施形態では、防護カバー４００ａは、反射ミラー３２０で反射された映像光の光路上に設けられている。従って、ユーザが反射ミラー３２０に接触して反射ミラー３２０の角度などが変わることを抑制することができる。また、防護カバー４００ａは、反射ミラー３２０で反射された映像光が透過する透過領域４１０を有する。従って、投写面２１０上に照射される映像光が防護カバー４００ａによって妨げられることがない。このように、投写型映像表示装置１００と投写面２１０との距離の短縮を図るために設けられた反射ミラー３２０の配置精度を良好に保つことができる。

偏光調整素子６０は、垂直面（すなわち、Ｘ−Ｚ平面）に対して略直交する偏光（Ｙ軸方向の偏光）に映像光を調整する。すなわち、偏光調整素子６０は、水面によって構成される投写面２１０上において映像光をＳ偏光に調整する。このように、映像光がＳ偏光に調整されるため、水面によって構成される投写面２１０上に映像を効率的に表示することができる。

例えば、投写面２１０を構成する水面としては、プールに貯留された水の水面、壁面を流れる水の水面などが考えられる。

［第２実施形態］
以下において、第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下においては、第１実施形態と第２実施形態との相違点について主として説明する。

具体的には、第２実施形態では、クロスダイクロイックプリズム５０から出射される映像光の偏光が揃っていないケースについて考える。

（映像光生成部の構成）
以下において、第２実施形態に係る映像光生成部の構成について、図面を参照しながら説明する。図４は、第２実施形態に係る映像光生成部２００を主として示す図である。図４では、図２と同様の構成について同様の符号を付している。

図４に示すように、映像光生成部２００は、偏光調整素子６０に代えて、偏光調整素子７０を有する。投写光学系３００は、偏光調整素子８０を有する。

図４では、クロスダイクロイックプリズム５０から出射される段階において、赤成分光及び青成分光の偏光と緑成分光の偏光とが揃っていないケースについて考える。例えば、クロスダイクロイックプリズム５０における反射特性を考慮して、出射側偏光板４２Ｒ及び出射側偏光板４２Ｂから出射される赤成分光及び青成分光は、Ｘ軸方向の偏光を有する。一方で、クロスダイクロイックプリズム５０における透過特性を考慮して、出射側偏光板４２Ｇから出射される緑成分光は、Ｙ軸方向の偏光を有する。

偏光調整素子７０は、クロスダイクロイックプリズム５０から出射される映像光のうち、一部の波長帯域幅を有する光の偏光を調整する狭帯域位相差板である。例えば、偏光調整素子７０は、赤成分光及び青成分光の偏光を調整せずに、緑成分光の偏光をＹ軸方向の偏光からＸ軸方向の偏光に調整する。なお、偏光調整素子７０は、緑成分光の偏光を調整せずに、赤成分光及び青成分光の偏光をＸ軸方向の偏光からＹ軸方向の偏光に調整してもよい。

偏光調整素子８０は、偏光調整素子６０と同様に、１／２λ位相差板である。偏光調整素子８０は、Ｘ軸方向の偏光に揃えられた映像光をＹ軸方向の偏光に調整する。なお、偏光調整素子７０によって映像光がＹ軸方向の偏光に調整されている場合には、偏光調整素子８０が不要であることに留意すべきである。

なお、偏光調整素子８０は、投写レンズ３１０の光出射側に設けられているが、偏光調整素子８０の配置は、これに限定されるものではない。偏光調整素子８０は、映像光生成部２００に設けられており、偏光調整素子７０の光入射側又は光出射側に設けられていてもよい。

（作用及び効果）
第２実施形態では、偏光調整素子７０は、クロスダイクロイックプリズム５０から出射される映像光のうち、一部の波長帯域幅を有する光の偏光を調整する。従って、クロスダイクロイックプリズム５０から出射される映像光の偏光が揃っていないケースであっても、水面によって構成される投写面２１０上において映像光をＳ偏光に調整することができる。

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

上述した実施形態では特に触れていないが、防護カバー４００ａの少なくとも一部は、透明樹脂やガラスなどの光透過性部材によって構成されていてもよい。透過領域４１０は、このような光透過性部材によって構成されていてもよい。

上述した実施形態では特に触れていないが、反射ミラー３２０は、反射ミラー３２０と投写面２１０との間において、映像光生成部２００から出射された映像光を集光する。透過領域４１０は、反射ミラー３２０によって映像光が集光される位置近傍に設けられることが好ましい。

上述した実施形態では、反射ミラー３２０として非球面ミラーを用いるケースについて例示したが、反射ミラー３２０はこれに限定されるものではない。例えば、反射ミラー３２０として自由曲面ミラーを用いてもよい。収差や解像度について工夫をすれば、反射ミラー３２０として球面ミラーを用いてもよい。

上述した実施形態では、映像光生成部２００の構成として複数の表示素子４０を用いるケース（３板式）について例示したが、映像光生成部２００の構成はこれに限定される物ではない。映像光生成部２００の構成として単数の表示素子４０を用いてもよい（単板式）。

上述した第１実施形態では、偏光調整部は、偏光調整素子６０によって構成される。上述した第２実施形態では、偏光調整部は、偏光調整素子７０及び偏光調整素子８０によって構成される。しかしながら、偏光調整部の構成は、これに限定されるものではない。偏光調整部は、１／４λ位相差板、１／２λ位相差板、狭帯域位相差板を適切に組み合わせた構成を有していてもよい。例えば、上述した第１実施形態において、偏光調整素子６０に代えて、反射ミラー３２０に入射する映像光の光路及び反射ミラー３２０で反射される映像光の光路上に、１対の１／４λ位相差板が設けられていてもよい。

各実施形態によれば、上述したように、反射ミラー３２０を設けることによって、投写型映像表示装置と投写面との距離が短縮される。従って、投写型映像表示装置と投写面との間に人などが入り込んで、映像光が遮られることを抑制することができる。また、光源１０としてＬＤを用いた場合に、レーザ光（映像光）が人に照射される可能性を低減することができる

第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００を示す図である。 第１実施形態に係る映像光生成部２００の構成を示す図である。 第１実施形態に係る投写面２１０上における映像光の偏光を示す図である。 第２実施形態に係る映像光生成部２００の構成を示す図である。

符号の説明

１０・・・光源、２０・・・フライアイレンズユニット、３０・・・ＰＢＳアレイ、４０・・・表示素子、４１・・・入射側偏向板、４２・・・出射側偏向板、５０・・・クロスダイクロイックプリズム、６０・・・偏光調整素子、７０・・・偏光調整素子、８０・・・偏光調整素子、１００・・・投写型映像表示装置、１１１・・・ダイクロイックミラー、１１２・・・ダイクロイックミラー、１２１〜１２３・・・反射ミラー、１３１・・・コンデンサレンズ、１４０・・・コンデンサレンズ、１５１〜１５２・・・リレーレンズ、２００・・・映像光生成部、２１０・・・投写面、３００・・・投写光学系、３１０・・・投写レンズ、３２０・・・反射ミラー、４００・・・筐体、４００ａ・・・防護カバー、４１０・・・透過領域

Claims (4)

1. 映像光を生成する映像光生成部と、水面によって構成される投写面上に前記映像光を投写する投写光学系とを備えた投写型映像表示装置であって、
   前記投写光学系は、前記映像光生成部から出射された前記映像光を反射する反射ミラーを有しており、
   前記投写面上において、前記反射ミラーで反射された前記映像光の進行方向に沿った垂直面に対して略直交する偏光に前記映像光を調整する偏光調整部を備えることを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 前記映像光生成部は、第１色成分光及び第２色成分光を前記投写光学系側に反射し、第３色成分光を前記投写光学系側に透過する色合成部を有しており、
   前記色合成部で反射された前記第１色成分光及び前記第２色成分光の偏光は、前記色合成部を透過した前記第３色成分光の偏光と異なっており、
   前記偏光調整部は、前記色合成部の光出射側に設けられた狭帯域位相差板を有しており、
   前記狭帯域位相差板は、前記色合成部から出射された前記映像光のうち、一部の波長帯域幅を有する光の偏光を調整することを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
3. 前記反射ミラーで反射された前記映像光の光路上に設けられた防護カバーをさらに備え、
   前記防護カバーは、前記映像光が透過する透過領域を有し、
   前記反射ミラーは、前記反射ミラーと前記投写面との間において、前記映像光生成部から出射された前記映像光を集光し、
   前記透過領域は、前記反射ミラーによって前記映像光が集光される位置近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
4. 前記防護カバーの少なくとも一部は、光透過性部材によって構成されており、
   前記透過領域は、前記光透過性部材によって構成されることを特徴とする請求項３に記載の投写型映像表示装置。

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