JP2011059461A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶ライトバルブの単板方式投写型表示装置において、投写画面が大きくなると赤、緑、青の分離した画素構造が目立ち画質が低下するため、赤、緑、青の画素構造が目立たない投写型表示装置を構成することが課題であった。
【解決手段】光源と、照明手段と、単板方式の液晶パネル４４と、投写レンズ４８とを備えた投写型表示装置であって、液晶パネル４４と投写レンズ４８との間に、赤、青の色光の光軸をシフトさせる波長選択性偏光回転素子と複屈折板とで構成した第１および第２の波長選択性光軸シフト素子４６、４７を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ライトバルブ上に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関するものであり、さらには、立体表示用の投写型表示装置に関するものである。

小型、低コストの投写型表示装置として、赤、緑、青の画素を備えた１つの液晶パネルを用いた単板方式の投写型表示装置が開示されている。図９に従来の投写型表示装置を示す。光源であるランプ１からの白色光は反射鏡２とコンデンサレンズ３により集光され、ダイクロイックミラー４Ｒ，４Ｇ，４Ｂにより赤、緑、青の色光に分離される。分離された色光はそれぞれ異なる角度で液晶パネル６に入射する。赤、緑、青の映像信号に応じた画素を配置した液晶パネル６には、分離された赤、緑、青の色光が各色光用の画素部を透過するようマイクロレンズアレイ５を配置している。液晶パネル６を透過した画像光はフィールドレンズ７を透過後、投写レンズ８によりスクリーン９上に拡大投写される。このようにして、赤、緑、青を透過するカラーフィルターを形成した１つの液晶パネルを用いるよりも、明るい投写型表示装置が構成できる。また、３つの液晶パネルを用いるよりも小型で低コストの投写型表示装置を構成している（特許文献１）。

一方、赤、緑、青の画素を備えた２つの液晶パネルを用いた立体表示用の単板方式の投写型表示装置が開示されている。液晶パネルからの偏光を偏光ビームスプリッタで画像を合成して、投写レンズにより拡大投写するものである（特許文献２）。

特開平４−６５０５５号公報 特開平４−４５６７８号公報

しかしながら、単板方式の投写型表示装置でスクリーン上に拡大投写された投写画像の画素構造が赤、緑、青の分離した構造となる。この画素構造は拡大投写サイズが小さい範囲では目立たないが、投写サイズが大きくなると視認性が高くなり、画質を低下させる。

本発明は、上記問題に鑑みて、１つの液晶ライトバルブを用いた単板方式の投写型表示装置であっても、投写画像の赤、緑、青の画素構造が目立たない投写型表示装置を構成することが課題であった。

本発明の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明手段と、映像信号に応じて画像を形成する１つの液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブの画像を拡大投写する投写レンズを備えた投写型表示装置であって、前記液晶ライトバルブからの光を受け、所定の色光の光軸をシフトさせる第１の波長選択性光軸シフト素子と、所定の色光の光軸をシフトさせる第２の波長選択性光軸シフト素子とを具備し、前記第１の波長選択性光軸シフト素子は、第１の波長選択性偏光回転素子と、前記第１の波長選択性偏光回転素子で偏光回転した色光の光軸をシフトさせる第１の複屈折板と、前記第１の複屈折板からの偏光光を偏光回転させる第１の波長選択性偏光回転素子とを備え、前記第２の波長選択性光軸シフト素子は、第２の波長選択性偏光回転素子と、前記第２の波長選択性偏光回転素子で偏光回転した色光の光軸をシフトさせる第２の複屈折板と、前記第２の複屈折板からの偏光光を偏光回転させる第２の波長選択性偏光回転素子とを備えたものである。

上記構成の投写型表示装置は、第１および第２の波長選択性光軸シフト素子により、拡大投写された赤、緑、青の分離した画素構造が重畳されるため、赤、緑、青の画素構造が目立たない高品位な画像が得られる。

次に本発明の他の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明手段と、右眼用映像信号に応じて画像を形成する１つの液晶ライトバルブと、左眼用映像信号に応じて画像を形成する１つの液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブからの画像光を受け、直交する２つの偏光を合成する偏光合成手段と、前記偏光合成手段からの光を受け、右眼用および左眼用液晶ライトバルブの画像を拡大投写する投写レンズとを備えた投写型立体表示装置であって、前記液晶ライトバルブと前記偏光合成手段の間に配置され、前記右眼用および左眼用液晶ライトバルブからのそれぞれの光を受け、それぞれ所定の色光の光軸をシフトさせる第１の波長選択性光軸シフト素子と、それぞれ所定の色光の光軸をシフトさせる第２の波長選択性光軸シフト素子と、前記右眼用もしくは左眼用の一方の画像光の光路にあって第２の波長選択性光軸シフト素子からの光を受けて偏光方向を回転させる１／２波長板とを備えたものである。

上記構成の投写型表示装置は、第１および第２の波長選択性光軸シフト素子により、拡大投写された赤、緑、青の分離した画素構造が重畳されるため、赤、緑、青の画素構造が目立たない高品位な画像が得られるとともに、右眼用画像形成液晶ライトバルブと左眼用画像形成液晶ライトバルブを備えるため、画像光を時分割することなく連続的に右眼用および左眼用の投写画像が形成されフリッカーのない、明るい立体表示が可能である。２枚の液晶ライトバルブ形成された右眼用画像光と左眼用画像光とを、１本の投写レンズで拡大投写するため、設置性が容易で安定した立体表示が可能となる。

本発明によれば、拡大投写された赤、緑、青の分離した画素構造が重畳されるため、赤、緑、青の画素構造が目立たない高品位でありながら、小型で安価な単板方式の投写型表示装置が実現できる。また、小型で安価な１台構成の立体表示可能な投写型表示装置が実現できる。

本発明の実施の形態１における投写型表示装置の構成図 液晶パネルの構造図 波長選択性光軸シフト素子の構成図 波長選択性偏光回転素子の偏光透過率特性図 拡大投写した画素構造を示す図 本発明の実施の形態２における投写型表示装置の構成図 本発明の実施の形態３における投写型表示装置の構成図 本発明の実施の形態４における投写型表示装置の構成図 従来の投写型表示装置の構成図

以下本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１を示す投写型表示装置である。液晶ライトバルブとしては、ＴＮモードもしくはＶＡモードの透過型の液晶パネルを用いている。

３０は光源である放電ランプ、３１は反射鏡、３２は凹レンズ、３３は青反射のダイクロイックミラー、３４は赤反射のダイクロイックミラー、３５、３６は反射ミラー、３７は第１のレンズアレイ板、３８は第２のレンズアレイ板、３９は偏光変換光学素子、４０は集光レンズ、４１は反射ミラー、４２はフィールドレンズ、４３は入射側偏光板、４４は液晶パネル、４５は出射側偏光板、４６は第１の波長選択性光軸シフト素子、４７は第２の波長選択性光軸シフト素子、４８は投写レンズである。

ランプ３０から放射される光は反射鏡３１により集光され、凹レンズ３２により略平行光に変換される。略平行光に変換された光は、青反射のダイクロイックミラー３３と赤反射のダイクロイックミラー３４により構成される色分離手段により、青、赤の色光は反射され、それぞれ反射ミラー３５、３６により再度、反射して複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板３７に入射する。緑の色光は青反射のダイクロイックミラー３３、赤反射のダイクロイックミラー３４を透過し、第１のレンズアレイ板３７に入射する。

第１のレンズアレイ板３７に入射した青、緑、赤の光束はさらに多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板３８に収束する。第１のレンズアレイ板３７のレンズ素子は液晶パネル４４と相似形の開口形状である。第２のレンズアレイ板３８のレンズ素子は第１のレンズアレイ板３７と液晶パネル４４とが略共役関係となるようにその焦点距離を決めている。第２のレンズアレイ板３８から出射した光は偏光変換光学素子３９に入射する。偏光変換光学素子３９は、偏光合成プリズムと１／２波長板により構成され、ランプからの自然光を一つの偏光方向の光に変換する。偏光変換光学素子３９からの光は集光レンズ４０に入射する。集光レンズ４０は第２のレンズアレイ板３８の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル４４上に重畳照明するためのレンズである。第１および第２のレンズアレイ板３７、３８と、偏光変換光学素子３９と、集光レンズ４０が照明手段である。集光レンズ４０からの光は反射ミラー、フィールドレンズ４２、入射側偏光板４３を透過後、液晶パネル４４に入射する。入射する青、緑、赤の色光は主光線がそれぞれ異なる角度で液晶パネル４４に入射する。

液晶パネル４４はアクティブマトリックス方式の単板方式の液晶パネルであって、赤、緑、青の映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により、入射する光の偏光状態を変化させ、それぞれの液晶パネル４４の両側に透過軸を直交するように配置した入射側偏光板４３および出射側偏光板４５を組み合わせて光を変調し、画像を形成する。出射側偏光板４５を透過した色光は、第１の波長選択性光軸シフト素子４６と第２の波長選択性光軸シフト素子４７により、それぞれ赤、青の色光の光軸がシフトされる。第２の波長選択性光軸シフト素子を出射した光は投写レンズ４８によりスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

図２は液晶パネルの構造を示すものである。液晶パネルは液晶層を２枚ガラス基板に挟持され、画素単位に赤、緑、青の画素５１を備えている。画素のピッチと隣接する画素の赤、緑、青のピッチをそれぞれＰ、Ｐｒ、Ｐｂとしたとき、Ｐｒ＝Ｐｂである。液晶パネルの入射側にはピッチＰでマイクロレンズアレイ５０を形成している。図２（ｂ）に赤、緑、青の画素の構造を示す。ｘ軸を定義し、＋ｘ方向に赤、緑、青の画素が配列されている。赤、緑、青の色光の主光線が異なる角度でマイクロレンズアレイ５０に入射した光はマイクロレンズにより、それぞれ対応する色光の画素に集光し、それぞれの対応する画素を透過する。マイクロレンズの焦点距離ｆは赤、青の主光線角度をθとすると、（数１）で表記される。

ｆ＝Ｐｒ／ｔａｎθ ・・・（数１）
このように、異なる角度で入射した各色光の光束は、マイクロレンズにより対応する各色の画素開口を選択的に透過する。

図３に第１および第２の波長選択性光軸シフト素子の構成を示す。赤、緑、青の入射光の偏光方向は９０度であり、０度方向をｘ軸と定める。入射光側より順に、第１の波長選択性光軸シフト素子４６は第１の波長選択性偏光回転素子６０と、第１の複屈折板６１と第１の波長選択性偏光回転素子６２により構成され、第２の波長選択性光軸シフト素子４７は第２の波長選択性偏光回転素子６３と第２の複屈折板６４と第２の波長選択性偏光回転素子６５により構成される。波長選択性偏光回転素子は位相差フィルムを積層して特定波長帯域の偏光方向を回転するものである。複屈折板の材料は水晶であり、水晶の主平面と光学軸の切断角を４５度としている。第１の波長選択性光軸シフト素子４６へ入射する各色光の偏光方向は９０度である。第１の波長選択性光軸シフト素子４６へ入射した光は、第１の波長選択性偏光回転素子６０により、赤の色光のみの偏光方向を９０度回転した後、第１の複屈折板６１により０度方向、すなわち画素の配列方向＋ｘ方向に複屈折し、赤の色光のみの光がシフトする。第１の複屈折板６１は入射面に射影した光学軸が０度方向となるよう配置している。緑、青の色光は、偏光方向が第１の複屈折板６１の入射面に射影した光学軸に直交するため複屈折せず透過する。光軸のシフト量は液晶パネルの赤と緑の画素ピッチＰｒとなるように、第１の複屈折板６１の厚みを決めている。ここで、複屈折板の厚みをｔ、複屈折板の主平面とその光学軸とのなす角度をφ、異常光線屈折率をｎｅ、常光線屈折率をｎｏとしたとき、光軸シフト量ｄは（数２）で表記される。

ｄ＝（ｎｅ²−ｎｏ²）ｔ・ｓｉｎφｃｏｓφ／（ｎｅ²ｓｉｎ²φ＋ｎｏ²ｃｏｓ²φ）・・・（数２）
複屈折板の主平面とその光学軸とのなす角度φが４５度としているため、光軸シフト量ｄは（数３）で表記される。

ｄ＝（ｎｅ²−ｎｏ²）ｔ／（ｎｅ²＋ｎｏ²）・・・（数３）
複屈折板の材料として水晶を用いる場合には、ｎｅ＝１．５５５３、ｎｏ＝１．５４６２である。

第１の複屈折板６１を出射した光は再び第１の波長選択性偏光回転素子６２により、赤の色光のみが偏光方向を９０度回転され、赤、緑、青の偏光方向は９０度となる。

第２の波長選択性光軸シフト素子４７に入射する光は、第２の波長選択性偏光回転素子６３により、青の色光のみの偏光方向を９０度回転した後、第２の複屈折板６４により１８０度方向、すなわち画素配列方向である−ｘ方向に複屈折し、青の色光のみの光がシフトする。第２の複屈折板６４は入射面に射影した光学軸が１８０度方向となるよう配置している。赤、青の色光は、偏光方向が第２の複屈折板６４の入射面に射影した光学軸に直交するため複屈折せず透過する。光軸のシフト量は液晶パネルの青と緑の画素ピッチＰｂとなるように、（数２）を用いて第２の複屈折板６４の厚みを決めている。このようにして、第１および第２の波長選択性光軸シフト素子により、赤、青の画素が緑の画素へ重なるように赤、青の光軸がシフトできる。

図４に第１の波長選択性偏光回転素子の偏光透過率特性を示す。図４（ａ）は第１の波長選択性偏光回転素子の特性であり、図４（ｂ）は第２の波長選択性偏光回転素子の特性である。偏光子と検光子の吸収軸を直交もしくは平行に配置し、偏光子と検光子との間に波長選択性偏光回転素子を配置して波長に対する透過率を測定したものである。図４（ａ）において、偏光子と検光子を直交配置した場合は、赤の帯域の光の偏光方向が回転するため、赤の色光帯域での透過率が高くなる。一方、偏光子と検光子を平行配置した場合には、偏光方向が回転しない緑、青の帯域の光の透過率が高くなり、選択的に波長の偏光を回転している。図４（ｂ）については、偏光子と検光子を直交配置した場合は、青の帯域の光の偏光方向が回転するため、青の色光帯域での透過率が高くなる。一方、偏光子と検光子を平行配置した場合には、偏光方向が回転しない緑、赤の帯域の光の透過率が高くなり、選択的に波長の偏光を回転している。

このように、第１および第２の波長選択性光軸シフト素子により、投写レンズにより拡大投写された赤、緑、青の分離した画素構造が図５に示すように重畳されるため、赤、緑、青の分離画素構造が目立たない高品位な投写画像が得られる。また、１つの液晶パネルで構成しているため、３つの液晶パネルを用いるよりも小型で低コストの投写型表示装置が構成できる。

上記構成において、入射光側より順に、第１、第２の波長選択性光軸シフト素子を配置しているが、第２、第１の順に配置してもよい。複屈折板として、比較的安価な水晶を用いて説明したが、サファイアなどの一軸性光学結晶でもよい。サファイアは放熱性が優れているため、入射光が非常に強力であり、複屈折板と波長選択性偏光回転素子を貼合する接着剤の熱的信頼性が向上する。さらには、複屈折板として光学結晶ではなく、液晶を用いた複屈折板であってもよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における投写型表示装置について説明する。

図６は本発明の実施の形態２を示す投写型表示装置である。液晶ライトバルブとしては、ＴＮモードもしくはＶＡモードの透過型の液晶パネルを用いている。

７０、７１、７２はそれぞれ緑、赤、青の光源であるＬＥＤ、７３、７４、７５はコンデンサレンズ、３７は第１のレンズアレイ板、３８は第２のレンズアレイ板、３９は偏光変換光学素子、４０は集光レンズ、４１は反射ミラー、４２はフィールドレンズ、４３は入射側偏光板、４４は液晶パネル、４５は出射側偏光板、４６は第１の波長選択性光軸シフト素子、４７は第２の波長選択性光軸シフト素子、４８は投写レンズである。

本発明の実施の形態１における投写型表示装置と異なるのは、光源に、緑、赤、青の色光を発光するＬＥＤ光源７０、７１、７２と、コンデンサレンズ７３、７４、７５を配置している点である。緑、赤、青のＬＥＤ光源７０、７１、７２を用いれば、実施の形態１における投写型表示装置の構成で用いている青反射ダイクロイックミラー３３、赤反射のダイクロイックミラー３４で構成される色分離手段と、反射ミラー３５、３６が不要となる。

ＬＥＤ光源７０、７１、７２からの光はそれぞれ対応するコンデンサレンズ７３、７４、７５により集光され、第１のレンズアレイ板３７に入射する。以降は本発明の実施の形態１における投写型表示装置の動作と同じである。

緑、赤、青のＬＥＤ光源を用いれば、実施の形態１における投写型表示装置の構成で用いている青反射ダイクロイックミラー３３、赤反射のダイクロイックミラー３４で構成される色分離手段と、反射ミラー３５、３６が不要となり、より小型の投写型表示装置が構成できる。また、放電ランプと比べ、光源の寿命が長い投写型表示装置が構成できる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３における投写型表示装置について説明する。

図７は本発明の実施の形態３を示す投写型表示装置である。液晶ライトバルブとしては、ＴＮモードもしくはＶＡモードの透過型の液晶パネルを用いている。

８０は光源である放電ランプ、８１は反射鏡、８２は凹レンズ、８３は青反射のダイクロイックミラー、８４は赤反射のダイクロイックミラー、８５、８６は反射ミラー、８７は第１のレンズアレイ板、８８は第２のレンズアレイ板、８９は偏光変換光学素子、９０は集光レンズ、９１はハーフミラー、９２、９３は反射ミラー、９４、１０１はフィールドレンズ、９５、１０２は入射側偏光板、９６、１０３は液晶パネル、９７、１０４は出射側偏光板、９８、１０５は第１の波長選択性光軸シフト素子、９９、１０６は第２の波長選択性光軸シフト素子、１００は１／２波長板、１０７は偏光合成プリズム、１０８は投写レンズである。本発明の実施の形態１及び２における投写型表示装置と異なる点は、照明光束を分離するハーフミラーと、立体表示のための右眼用および左眼用の画像を形成する２枚の液晶パネルと、右眼用画像光と左眼用画像光を合成する偏光合成手段を配置している点である。

ランプ８０から放射される光は反射鏡８１により集光され、凹レンズ８２により略平行光に変換される。略平行光に変換された光は、青反射のダイクロイックミラー８３と赤反射のダイクロイックミラー８４により構成される色分離手段により、青、赤の色光は反射され、それぞれ反射ミラー８５、８６により再度、反射して複数のレンズ素子から構成される第１のレンズアレイ板８７に入射する。緑の色光は青反射のダイクロイックミラー８３、赤反射のダイクロイックミラー８４を透過し、第１のレンズアレイ板８７に入射する。第１のレンズアレイ板８７に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板８８に収束する。第２のレンズアレイ板８８から出射した光は偏光変換光学素子８９に入射する。偏光変換光学素子８９は、偏光合成プリズムと１／２波長板により構成され、ランプからの自然光を一つの偏光方向の光に変換する。偏光変換光学素子８９からの光は集光レンズ９０に入射する。集光レンズ９０は第２のレンズアレイ板８８の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル９６、１０３上に重畳照明するためのレンズである。第１および第２のレンズアレイ板８７、８８と、偏光変換光学素子８９と、集光レンズ９０が照明手段である。

集光レンズ９０からの光は、光分離手段であるガラス基板上に誘電体多層膜を形成したハーフミラー９１により、透過光と反射光の光束を１：１に分離される。

ハーフミラー９１で分離した透過光は、反射ミラー９２、フィールドレンズ９４、入射側偏光板９５を透過して、液晶パネル９６に入射する。液晶パネル９６はアクティブマトリックス方式のＴＮモードの単板方式の液晶パネルであって、赤、緑、青の映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により、入射する光の偏光状態を変化させ、それぞれの液晶パネル９６の両側に透過軸を直交するように配置した入射側偏光板９５および出射側偏光板９７を組み合わせて光を変調し、画像を形成する。出射側偏光板９７を透過した光は、第１の波長選択性光軸シフト素子９８と第２の波長選択性光軸シフト素子９９により、それぞれ赤、青の色光の光軸がシフトし、分離した赤、青の画素を透過する色光が緑の画素を透過した色光に重畳される。第２の波長選択性光軸シフト素子９９を出射した光は、１／２波長板１００により偏光方向を回転した後、偏光合成プリズム１０７に入射する。第１および第２の波長選択性光軸シフト素子９８、９９は本発明の実施の形態１における投写型表示装置である図２に示す構成、作用と同じである。

一方、ハーフミラー９１で反射した光は、反射ミラー９３で反射して、フィールドレンズ１０１、入射側偏光板１０２を透過して、液晶パネル１０３に入射する。左眼画像形成用液晶パネル１０３はアクティブマトリックス方式の液晶パネルであって、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により入射する光の偏光状態を変化させ、それぞれの液晶パネル１０３の両側に透過軸を直交するように配置したそれぞれの入射側偏光板１０２および出射側偏光板１０４を組み合わせて光を変調し、左眼用の画像を形成する。出射側偏光板１０４を透過した光は、第１の波長選択性光軸シフト素子１０５と第２の波長選択性光軸シフト素子１０６により、それぞれ赤、青の色光の光軸がシフトされ、分離した赤、青の画素を透過する色光が緑の画素を透過した色光に重畳される。第２の波長選択性光軸シフト素子１０６を出射した光は、偏光合成プリズム１０７に入射する。第１および第２の波長選択性光軸シフト素子１０５、１０６は図２に示す作用と同じである。

偏光合成プリズム１０７は誘電体多層膜を形成した偏光ビームスプリッタであり、１／２波長板１００、第２の波長選択性光軸シフト素子１０６からそれぞれ出射する右眼用画像光、左眼用画像光を合成する。偏光合成プリズム１０７を出射した光は投写レンズ１０８によりスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。右眼用画像光がＰ偏光、左眼用画像光はＳ偏光で拡大投写される。右眼用にはＳ偏光成分が吸収され、左眼用にはＰ偏光成分が吸収される偏光めがねにより、立体画像が観察される。

偏光合成手段として、誘電体多層膜を形成したプリズムを用いているが、アルミニウム膜などの金属膜を形成したワイヤーグリッド型偏光素子で構成したプリズムであってもよい。ワイヤーグリッド型は高価であるが、入射角に対する分光特性の変化が小さいため、クロストークを小さく、Ｐ偏光の透過率、Ｓ偏光の反射効率が高い偏光合成が可能となる。

上記構成において、入射光側より順に、第１、第２の波長選択性光軸シフト素子を配置しているが、第２、第１の順に配置してもよい。複屈折板として比較的安価な水晶を用いて説明したが、サファイアなどの一軸性光学結晶でもよい。サファイアは放熱性が優れているため信頼性が向上する。また、複屈折板として光学結晶ではなく、液晶を用いた複屈折板であってもよい。光源として、緑、赤、青のＬＥＤ光源を用いてもよい。ＬＥＤ光源を用いた場合は色分離手段が、より小型の投写型表示装置が構成できる。また、放電ランプと比べ、光源の寿命が長い投写型表示装置が構成できる。

以上のような投写型表示装置により、右眼用画像光と左眼用画像光を時分割することなく連続的に投写され、クロストークが非常に小さく、フリッカーのない立体表示が可能である。２つの単板方式液晶パネルで構成するため、小型で安価な立体表示装置が構成できる。光源からの光を１：１で均等に分離して右眼用および左眼用の液晶パネルに照明するため、右眼用と左眼用の投写画像の明るさや色度の経時変化が小さい。一本の投写レンズで構成した１台の投写型表示装置であるため、設置調整が不要で安定した投写画像を表示できる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の投写型表示装置について説明する。

図８は本発明の実施の形態４における投写型表示装置を示す。液晶ライトバルブとしては、ＴＮモードもしくはＶＡモードの透過型の液晶パネルを用いている。

１２０、１４０は光源である放電ランプ、１２１、１４１は反射鏡、１２２、１４２は凹レンズ、１２３、１４３は青反射のダイクロイックミラー、１２４、１４４は赤反射のダイクロイックミラー、１２５、１２６、１４５、１４６は反射ミラー、１２７、１４７は第１のレンズアレイ板、１２８、１４８は第２のレンズアレイ板、１２９、１４９は偏光変換光学素子、１３０、１５０は集光レンズ、１３１、１５２は反射ミラー、１３２、１５３はフィールドレンズ、１３３、１５４は入射側偏光板、１３４、１５５は液晶パネル、１３５、１５６は出射側偏光板、１３６、１５７は第１の波長選択性光軸シフト素子、１３７、１５８は第２の波長選択性光軸シフト素子、１３８は１／２波長板、１６０は偏光合成プリズム、１６１は投写レンズである。本発明の第３の投写型表示装置と異なる点は、立体表示のための右眼用および左眼用の画像を形成する２つの液晶パネルを照明するため、それぞれに光源と照明手段を配置している点である。

ランプ１２０、１４０から放射されるそれぞれの光は反射鏡１２１、１４１により集光され、凹レンズ１２２、１４２により略平行光に変換される。略平行光に変換された光は、青反射のダイクロイックミラー１２３、１４３と赤反射のダイクロイックミラー１２４、１４４により構成される色分離手段により、青、赤の色光は反射され、それぞれ反射ミラー１２５、１２６、１４５、１４６により再度、反射して第１のレンズアレイ板８７に入射する。緑の色光は青反射のダイクロイックミラー１２３、１４３、赤反射のダイクロイックミラー１２４、１４４を透過し、第１のレンズアレイ板１２７、１４７に入射する。第１のレンズアレイ板１２７、１４７に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成される第２のレンズアレイ板１２８、１４８に収束する。第２のレンズアレイ板１２８、１４８から出射した光は偏光変換光学素子１２９、１４９に入射する。偏光変換光学素子１２９、１４９は偏光合成プリズムと１／２波長板により構成され、ランプからの自然光を一つの偏光方向の光に変換する。偏光変換光学素子１２９、１４９からの光は集光レンズ１３０、１５０に入射する。集光レンズ１３０、１５０は第２のレンズアレイ板１２８、１４８の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル１３４、１５５上に重畳照明するためのレンズである。第１および第２のレンズアレイ板１２７、１４７、１２８、１４８と、偏光変換光学素子１２９、１４９と、集光レンズ１３０、１５０とが照明手段である。

集光レンズ１３０、１５０からのそれぞれの光は、反射ミラー１３１、１５１、１５２、フィールドレンズ１３２、１５３、入射側偏光板１３３、１５４を透過して、液晶パネル１３４、１５５に入射する。液晶パネル１３４、１５５はアクティブマトリックス方式のＴＮモードの単板方式の液晶パネルであって、右眼用、左眼用の赤、緑、青の映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により、入射する光の偏光状態を変化させ、それぞれの液晶パネル１３４、１５５の両側に透過軸を直交するように配置した入射側偏光板１３３、１５４および出射側偏光板１３５、１５６を組み合わせて光を変調し、画像を形成する。出射側偏光板１３５、１５６を透過した光は、第１の波長選択性光軸シフト素子１３６、１５７と第２の波長選択性光軸シフト素子１３７、１５８により、それぞれ赤、青の色光の光軸がシフトし、分離した赤、青の画素を透過する色光が緑の画素を透過した色光に重畳される。第２の波長選択性光軸シフト素子１３７を出射した光は、１／２波長板１３８により偏光方向を回転した後、偏光合成プリズム１６０に入射する。第１の波長選択性光軸シフト素子１３６、１５７および第２の波長選択性光軸シフト素子１３７、１５８は本発明の第１の投写型表示装置である図２に示す構成、作用と同じである。

偏光合成プリズム１６０は偏光ビームスプリッタであり、１／２波長板１３８、第２の波長選択性光軸シフト素子１５８からの右眼用画像光、左眼用画像光を合成する。偏光合成プリズム１６０を出射した光は投写レンズ１６１によりスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。右眼用画像光がＰ偏光、左眼用画像光はＳ偏光で拡大投写される。右眼用にはＳ偏光成分が吸収され、左眼用にはＰ偏光成分が吸収される偏光めがねにより、立体画像が観察される。

右眼用、左眼用の２つの液晶パネルそれぞれに光源と、照明手段を配置しているため、明るい立体表示が可能な投写型表示装置が構成できる。

本発明は、液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置と、偏光方式の立体表示装置に関するものである。

３０、８０、１２０、１４０ ランプ
３１、８１、１２１、１４１ 反射鏡
３２、８２、１２２、１４２ 凹レンズ
３３、８３、１２３、１４３ 青反射のダイクロイックミラー
３４、８４、１２４、１４４ 赤反射のダイクロイックミラー
３５、３６、４１、８５、８６、９２、９３、１２５、１２６、１３１、１４５、１４ ６、１５１、１５２ 反射ミラー
３７、８７、１２７、１４７ 第１のレンズアレイ板
３８、８８、１２８、１４８ 第２のレンズアレイ板
３９、８９、１２９、１４９ 偏光変換光学素子
４０、９０、１３０、１５０ 集光レンズ
４２、９４、１０１、１３２、１５３ フィールドレンズ
４３、９５、１０２、１３３、１５４ 入射側偏光板
４４、９６、１０３、１３４、１５５ 液晶パネル
４５、９７、１０４、１３５、１５６ 出射側偏光板
４６、９８、１０５、１３６、１５７ 第１の波長選択性光軸シフト素子
４７、９９、１０６、１３７、１５８ 第２の波長選択性光軸シフト素子
４８、１０８、１６１ 投写レンズ
５０ マイクロレンズアレイ
５１ 画素
６０、６２ 第１の波長選択性偏光回転素子
６１ 第１の複屈折板
６３、６５ 第２の波長選択性偏光回転素子
６４ 第２の複屈折板
７０、７１、７２ ＬＥＤ
７３、７４、７５ コンデンサレンズ
９１ ハーフミラー
１００、１３８ １／２波長板
１０７、１６０ 偏光合成プリズム

Claims (11)

1. 光源と、前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明手段と、映像信号に応じて画像を形成する１つの液晶ライトバルブと、前記液晶ライトバルブの画像を拡大投写する投写レンズを備えた投写型表示装置であって、前記液晶ライトバルブからの光を受け、所定の色光の光軸をシフトさせる第１の波長選択性光軸シフト素子と、所定の色光の光軸をシフトさせる第２の波長選択性光軸シフト素子とを具備し、
   前記第１の波長選択性光軸シフト素子は、第１の波長選択性偏光回転素子と、前記第１の波長選択性偏光回転素子で偏光回転した色光の光軸をシフトさせる第１の複屈折板と、前記第１の複屈折板からの光を偏光回転させる第１の波長選択性偏光回転素子とを備え、前記第２の波長選択性光軸シフト素子は、第２の波長選択性偏光回転素子と、前記第２の波長選択性偏光回転素子で偏光回転した色光の光軸をシフトさせる第２の複屈折板と、前記第２の複屈折板からの光を偏光回転させる第２の波長選択性偏光回転素子を備えたことを特徴とする投写型表示装置。
2. 光源と、前記光源からの光を集光し被照明領域に照明する照明手段と、右眼用映像信号に応じて画像を形成する１つの液晶ライトバルブと、左眼用映像信号に応じて画像を形成する１つの液晶ライトバルブと、前記右眼用および左眼用液晶ライトバルブからの画像光を受け、直交する２つの偏光を合成する偏光合成手段と、前記偏光合成手段からの光を受け、右眼用および左眼用液晶ライトバルブの画像を拡大投写する投写レンズを備えた投写型表示装置であって、前記液晶ライトバルブと前記偏光合成手段の間に配置され、前記右眼用および左眼用液晶ライトバルブからのそれぞれの光を受け、それぞれ所定の色光の光軸をシフトさせる第１の波長選択性光軸シフト素子と、それぞれ所定の色光の光軸をシフトさせる第２の波長選択性光軸シフト素子と、前記右眼用もしくは左眼用の一方の画像光の光路にあって第２の波長選択性光軸シフト素子からの光を受けて偏光方向を回転させる１／２波長板とを具備し、
   前記第１の波長選択性光軸シフト素子は第１の波長選択性偏光回転素子と、前記第１の波長選択性偏光回転素子で偏光回転した色光の光軸をシフトさせる第１の複屈折板と、前記第１の複屈折板からの光を偏光回転させる第１の波長選択性偏光回転素子と備え、前記第２の波長選択性光軸シフト素子は、第２の波長選択性偏光回転素子と、前記第２の波長選択性偏光回転素子で偏光回転した色光の光軸をシフトさせる第２の複屈折板と、前記第２の複屈折板からの偏光光を偏光回転させる第２の波長選択性偏光回転素子を備えたことを特徴とする投写型表示装置。
3. 第１の波長選択性偏光回転素子は赤の色光の偏光を９０度回転させ、第２の波長選択性偏光回転素子は青の色光の偏光を９０度回転させる請求項１または２記載の投写型表示装置。
4. 複屈折板は水晶である請求項１または２記載の投写型表示装置。
5. 液晶ライトバルブの赤、緑、青の画素配列の方向をｘとすると、第１の複屈折板は入射面に射影した光学軸が＋ｘを基準として０°方向であり、第２の複屈折板は１８０°方向である請求項１または２の投写型表示装置。
6. 液晶ライトバルブはＴＮモード液晶、またはＶＡモード液晶である請求項１または２記載の投写型表示装置。
7. 液晶ライトバルブは異なる角度で入射する赤、緑、青の色光をそれぞれ対応する赤、緑、青の画素部に透過させるマイクロレンズアレイを備えた請求項１または２記載の投写型表示装置。
8. 光源は赤、緑、青のＬＥＤである請求項１または２記載の投写型表示装置。
9. 偏光合成手段は誘電体薄膜を形成した偏光ビームスプリッタである請求項２記載の投写型表示装置。
10. 偏光合成手段はワイヤーグリッド型偏光プリズムである請求項２記載の投写型表示装置。
11. 光分離手段は透過光と反射光を１：１に分離する誘電体薄膜を形成したハーフミラーである請求項２記載の投写型表示装置。

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