JP3238993B2 - 立体映像表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プロジェクタを用いた
特殊眼鏡の不要な立体映像表示装置に係り、特には少数
のプロジェクタで高解像度の立体画像を表示できるよう
にした立体映像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、視差の異なる画像が人間の左右の
目に独立して知覚されるように電子的、光学的な手段を
用い人間の両眼視差による立体知覚を利用して立体映像
表示を行なう立体映像表示装置が開発されている。この
立体映像表示装置には大別すると特殊眼鏡を用いる眼鏡
有り方式と、例えば特開昭６３−２４８２９３に開示さ
れている眼鏡無し方式とがある。

【０００３】眼鏡有り方式は、偏光メガネ、液晶シャッ
タメガネ等の特殊眼鏡を装着することで左右の目に独立
した画像を表示する方式であり、眼鏡無し方式は、レン
チキュラ板、複眼レンズなどの特殊なレンズやパララッ
クスバリアなどの光透過時に指向性を持った光学スクリ
ーンを画面の前に配置し左右の目に独立した画像を表示
する方式である。

【０００４】レンチキュラ板を用いた眼鏡なし方式で
は、例えば図１の原理図に示すように表示画面１０１に
左目用の映像情報を表示する画素１０２と右目用の映像
情報を表示する画素１０３とが水平方向に１個ずつ交互
に配列され、表示画面１０１の前面に２画素分のピッチ
に概略一致する間隔でストライプ状のシリンドリカルレ
ンズを多数配列したレンチキュラ板１０４が配置され
る。

【０００５】各画素から発生した光束はレンチキュラ板
の各シリンドリカルレンズを通過する際に屈折作用によ
ってレンチキュラ板４の前方に位置した人間の左右両眼
１０５・１０６に到達する。この時左目用の映像情報を
表示した画素１０２から発せられた光束は左目１０５の
みに到達し、右目用の映像情報を表示した画素１０３か
ら発せられた光束は、右目１０６のみに到達する。ここ
で左右目用各々の表示画素１０２・１０３に人間が両眼
視差によって立体知覚を行なう条件と同様な場合の視差
を有した映像情報を表示させておけば、このような視差
のある２つの画像情報を視覚することにより立体映像を
知覚することができる。

【０００６】このようなレンチキュラ板を用いた眼鏡な
し方式では視差を有した画像の数を前記従来例のように
２個だけではなく、更に増やすことが可能であり、視差
を有した画像の数が２個の場合には２眼式と称し、画像
の数が３個以上の場合には多眼式と称している。多眼式
を採用すれば、人間が立体画像を知覚することが可能な
観察領域が拡大し、より臨場感が高められることを確認
している。更に、前記視差を有する画像を表示する機器
としてプロジェクタを用い、大画面で立体表示を行なう
ことでさらに臨場感を高めることが試みられている。

【０００７】この種のプロジェクタでは、光源からライ
トハルブに光を照射し、ライトバルブが映像信号に応じ
て光強度を変調して形成する光学像を投写レンズでスク
リーン上に拡大投写するように構成され、上記ライトバ
ルブとして最も多用されているのが液晶パネルである。

【０００８】ライトバルブとして液晶パネルを用いるプ
ロジェクタは液晶プロジェクタと呼ばれ、この液晶プロ
ジェクタにおいてカラー表示を行なう場合には、いわゆ
る３板式液晶プロジェクタが代表的である。この３板式
液晶プロジェクタでは、ダイクロイックミラー等の色分
離手段を用いて光源の白色光をＲＧＢ３原色に色分離
し、各色の映像信号に応じて３枚の液晶パネルで各色の
像を形成し、ダイクロイックミラー等の色合成手段を用
いて各色の像を合成し、合成された光学像を投写レンズ
によってスクリーン上に拡大投写を行なうようにしてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】液晶プロジェクタを用
いる立体映像表示装置において、多眼式を採用する場合
には、ある１つの視点からの画像の水平解像度は、表示
画像の水平画素数に比例し、視点の数に反比例する。

【００１０】水平解像度が視点の数、即ち、視差像の数
を増やすごとに解像度が劣化するという問題を解決する
ためには液晶パネルの画素数を増やすという方法を採る
ことができるが、例えばハイビジョンの如く高品位な画
像の多眼式立体表示に対し、十分な解像度を得られる液
晶パネルは現在開発されておらず、またその開発には微
細加工技術の困難さを伴い、さらにパネル製造上の歩留
りも悪化し、コストアップの要因となる問題がある。

【００１１】そこで、現在実用されている液晶パネルを
使用した複数の液晶プロジェクタを用い、各々の画像を
１ヶ所に重畳することによって等価的に画素数を増やす
手法が考えられるが、この場合スクリーン上に投写され
た各液晶プロジェクタごとの画素配列関係は非常に精密
な位置決めが必要となる。

【００１２】しかしながら、独立した液晶プロジェクタ
を複数台用いる場合には、各液晶プロジェクタに搭載さ
れた投写レンズの倍率、歪曲収差、色収差等の性能誤差
がある上、互いに独立して設置される各液晶プロジェク
タの設置位置に誤差が生じ、これらの誤差が原因となっ
て画素配列を十分に調整できなかったり、振動などの外
的要因が影響して画素配列が乱されたりすることがあ
る。

【００１３】本発明は、上記の事情を鑑みてなされたも
のであり、少数の液晶プロジェクタで高解像度の立体画
像を安定良く表示できるようにした立体映像表示装置を
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、水平方向に所
定の間隔で複数個の視点からの画像を同一表示面状に順
次に隣合わせて表示し、レンチキュラ板又は複眼レンズ
により光学的に視点数と同数の画像に分離して表示する
立体映像表示装置において、上記の目的を達成するた
め、次のような手段を講じている。

【００１５】即ち、白色光源と、光源の白色光を視点数
の半数の緑色光と視点数の半数の赤及び青色光とに分離
する色分離手段と、分離された緑色光に映像信号に対応
する強度変調を行って光学像を形成する視点数の半数の
緑色用ライトバルブと、分離された赤及び青色光に映像
信号に対応する強度変調を行って光学像を形成する視点
数の半数の赤青色用ライトバルブと、各ライトバルブの
光学像を合成する色合成手段とを備え、上記赤青色用液
晶パネルは、垂直方向に１画素ずつ交互に配列され、水
平方向にストライプ状に形成された赤色透過フィルタと
青色透過フィルタとを有することを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明においては、１つの光源から出射された
白色光が各視点に対応する緑色用ライトバルブと赤青色
用ライトバルブとに分離して投写され、それぞれのライ
トバルブで形成された緑色画像と赤色及び青色画像とが
合成されることにより、複数の視点のカラー画像が得ら
れる。このカラー画像の水平画素数は、各ライトバルブ
の水平画素数と視点の数とを乗じた数となるので、１つ
の液晶プロジェクタで高解像度の立体画像の表示ができ
るようになる。

【００１７】

【実施例】本発明を４眼式立体映像表示装置に適用した
実施例を図面に基づいて具体的に説明すれば、以下の通
りである。

【００１８】本発明の一実施例に係る４眼式立体映像表
示装置は、１台の液晶プロジェクタを備え、この液晶プ
ロジェクタは、図２の構成図に示すように、白色光源
１、リフレクター２、色分離装置３、２枚の緑色用液晶
パネル４・５、２枚の赤青色用液晶パネル６・７、光合
成装置８及び投写レンズ９を備えている。

【００１９】上記色分離装置３は、第１ダイクロイック
ミラー１０、第１ミラー１１、第２ダイクロイックミラ
ー１２、ハーフミラー１３及び第２ミラー１４を備え、
第１ダイクロイックミラー１０は図３に示すように赤、
青色成分は全て反射し、緑成分は約５０％の透過率であ
る分光透過率を有している。

【００２０】図２に示すように、光源１から発した白色
光はリフレクタ２で反射されて概略平行光として、第１
ダイクロイックミラー１０に入射する。第１のダイクロ
イックミラー１０を透過した緑色光ＧＩは第１ミラー１
１で全反射されて緑色用液晶パネル４に入射し、図４の
説明図に示すように画素が並ぶ緑色光学像に変換され
る。

【００２１】即ち、図４において、Ｇは緑色の画素を示
し、左側の数字は行番地を示し、上側の添字が付された
数字は列番地を示し、列番地に付された添字は各視差像
を番号付けして示すものである。

【００２２】第１ダイクロイックミラー１０により反射
された赤色光、青色光及び５０％の緑色光は第２ダイク
ロイックミラー１２により赤、青色光の合成光と緑色光
ＧＩＩに分離される。赤、青色光の合成光はハーフミラ
ー１３に入射し、５０％ずつ各赤青色用液晶パネル６・
７に入射し、それぞれ赤色及び青色光学像に変換され
る。

【００２３】各赤青色用液晶パネル６・７は、垂直方向
に１画素ずつ交互に配列され、水平方向にストライプ状
に形成された赤色透過フィルタと青色透過フィルタとを
有するので、各赤青色用液晶パネル６・７の画素構成
は、例えば図７あるいは図６の説明図に示すように、赤
色と青色とが垂直方向に交互に並び、４つの視差像のう
ちの奇数番目或いは偶数番目の視差像が交互に水平方向
に交互に並ぶ。

【００２４】即ち、図７及び図６において、Ｂは青色の
画素、Ｒは青色の画素を示し、左側の数字は行番地、上
側の添字を付した数字は列番地を示し、列番地に付され
た添字は各視差像を番号付けして示すものである。

【００２５】又、第２ダイクロイックミラー１２を透過
した緑色光ＧＩＩは第２ミラー１４を介して緑色用液晶
パネル５に入射し、図５の説明図に示すように画素が並
ぶ緑色光学像に変換される。

【００２６】ここで、図５において、Ｇは緑色の画素を
示し、左側の数字は行番地を示し、上側の添字が付され
た数字は列番地を示し，列番地に付された添字は各視差
像を番号付けして示すものである。

【００２７】光合成装置８は、第３のダイクロイックミ
ラー１５、第４のダイクロイックミラー１６及びハーフ
ミラー１７を備え、第３及び第４のダイクロイックミラ
ー１５・１６は緑色を透過させ、赤色及び青色を反射さ
せる。

【００２８】従って、緑色用液晶パネル４の緑色光学像
と、赤青色用液晶パネル７の赤色及び青色光学像とは第
３のダイクロイックミラー１５によって合成されてハー
フミラー１７に達する。

【００２９】ここで、緑色用液晶パネル４及び赤青色用
液晶パネル７とは、第３のダイクロイックミラー１５に
よって合成される緑色画像と赤又は青色画像とが例えば
図８に示すように同一番地の画素が互いに同一位置に重
なる位置に配置される。

【００３０】同様に、緑色用液晶パネル５の緑色光学像
と、赤青色用液晶パネル６の赤色及び青色光学像とは第
４のダイクロイックミラー１６によって合成されてハー
フミラー１７に達する。これら緑色用液晶パネル５及び
赤青色用液晶パネル６とは、第４のダイクロイックミラ
ー１６によって合成される緑色画像と赤又は青色画像と
が例えば図８に示すように同一番地の画素が互いに同一
位置に重なる位置に配置される。

【００３１】これら２つのダイクロイックミラー１５・
１６からハーフミラー１７に入射した光学像は更に合成
されて、投写レンズ９により拡大投写されるが、ハーフ
ミラー１７においては、例えば、図９の説明図に示すよ
うに、一方のダイクロイックミラー１５で合成された光
学像の各画素の間に他方のダイクロイックミラー１６に
おいて合成された光学像の各画素を埋め込むようにし
て、視差像の番号が順に並ぶように画素配列をする。

【００３２】これにより、水平方向の有効画素数は液晶
パネル２枚分となり、１台の液晶プロジェクタで従来の
液晶プロジェクタ２台分の情報を表示して、解像度を高
めることができる。なお、垂直方向の解像度は赤色と青
色とについては解像度が半減するが、視感度に対して最
も寄与の大きい緑色の画素数は従来と同様であり、劣化
しないので、解像度の面ではほとんど問題はない。

【００３３】上記実施例においては、２枚の半数の緑色
用液晶パネル４・５と２枚の赤青色用液晶パネル６・７
とを用いて４視点の多眼式立体映像表示を行って、１台
の液晶プロジェクタで従来の２倍の視差数を表示するこ
とが出来るようにしているが、それぞれ３枚の緑色用液
晶パネル４・５と赤青色用液晶バネル６・７とを用いれ
ば６視点の多眼式立体映像表示を行なうことができる。

【００３４】図１０に示す本発明の他の実施例に係る立
体映像表示装置では、色分離装置２３と色合成装置２８
との構成が異なる他は上記一実施例と同様に構成され
る。

【００３５】即ち、光源２１が出射した白色光はリフレ
クタ２２で反射されて概略平行光として、色分離装置２
３の偏光ビームスプリッタ３０に入射させ、この偏光ビ
ームスプリッタ３０でＰ偏光とＳ偏光とに分離する。

【００３６】分離されたＰ偏光は、ダイクロイックミラ
ー３１により赤青色Ｐ偏光と緑色Ｐ偏光とに分光され、
赤青色Ｐ偏光はハーフミラー３２で反射させて赤青色用
液晶パネル２６に入射させ、ダイクロイックミラー３１
により分光された緑色Ｐ偏光は反射ミラー３３で反射さ
せて、緑色用液晶パネル２４に入射させる。

【００３７】Ｓ偏光成分はダイクロイックミラー３４で
赤青色Ｓ偏光と緑色Ｓ偏光とに分光され、赤青色Ｓ偏光
はハーフミラー３２に反射させて赤青色用液晶パネル２
７に入射させ、緑色Ｓ偏光は反射ミラー３５で反射させ
て緑色用液晶パネル２５に入射させる。

【００３８】液晶パネル２４〜２７の光学像はそれぞれ
緑色透過ダイクロイックミラー３６・３７によってＰ偏
光光学像とＳ偏光光学像とに合成された後、偏光ビーム
スプリッタ３８によって合成され、投写レンズ２９によ
り図示しないスクリーンに拡大投写される。

【００３９】尚、上記各実施例では、ライトバルブとし
て液晶パネルを例に挙げたが、液晶パネルの他に映像信
号に応じた光学像を表示できるライトバルブを用いるこ
とも可能である。また、前記ハーフミラー３２は、表裏
両面を、Ａｌ蒸着等による反射ミラーとしても良い。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、１台の
プロジェクタ内に視点数の半数の緑色用ライトバルブと
視点数の半数の赤及び青色用ライトバルブと、１つの白
色光源の光を分光して各ライトバルブに入射させる色分
離手段と、各ライトバルブの光学像を１つの光学像に合
成する色合成手段と、投写レンズとを設けるだけで、所
要の偶数の視点数の高解像度立体画像を形成することが
できる。従って、３板式液晶プロジェクタを複数台用い
る従来の立体映像表示装置に比べると液晶プロジェクタ
の必要数が半分以下に減少する。

【００４１】又、液晶プロジェクタごとの投写レンズの
倍率、歪曲収差、色収差等の性能誤差や各液晶プロジェ
クタが独立することによる構造的な設置誤差に起因する
画素配列位置精度の問題を解消することができる上、複
数の液晶プロジェクタをそれぞれの誤差に対応して適性
位置に配置するアライメント作業が不要になるととも
に、重畳画像の経時的なずれが生じ難くなり、高画質の
立体映像を安定良く形成することかできる。

【００４２】更に、本発明によれば、視感度に対して、
最も寄与の大きい緑色の画素数が３板式の液晶プロジェ
クタに比べて２以上の整数倍存在するので、通常の２次
元映像表示を行なう場合にも、３板式液晶プロジェクタ
よりも高解像度が得られるという利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】レンチキュラ板を用いる眼鏡無し方式の立体映
像表示装置の原理図である。

【図２】本発明の一実施例の光学系の構成図である。

【図３】第１、第２ダイクロイックミラー１０・１２の
分光特性図である。

【図４】緑色用液晶パネル４の画素構成の説明図であ
る。

【図５】緑色用液晶パネル５の画素構成の説明図であ
る。

【図６】赤青色用液晶パネル７の画素構成の説明図であ
る。

【図７】赤青色用液晶パネル６の画素構成の説明図であ
る。

【図８】緑色用液晶パネル４と赤青色用液晶パネル７と
の合成画像の画素構成の説明図である。

【図９】投写レンズにより拡大投写される画像の画素構
成の説明図である。

【図１０】本考案の他の実施例の光学系の構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 光源 ３ 色分離手段 ４，５ 緑色用液晶パネル ６，７ 赤青色用液晶パネル ８ 色合成手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロジェクタを用いて水平方向に所定の
   間隔で複数個の視点からの画像を同一表示面上に順次に
   隣合わせて表示し、レンチキュラ板又は複眼レンズによ
   り光学的に視点数と同数の画像に分離して表示する立体
   映像表示装置において、 上記プロジェクタが、白色光源と、光源の白色光を視点
   数の半数の緑色光と視点数と半数の赤及び青色光とに分
   離する色分離手段と、分離された緑色光に映像信号に対
   応する強度変調を行って光学像を形成する視点数の半数
   の緑色用ライトバルブと、分離された赤及び青色光に映
   像信号に対応する強度変調を行って光学像を形成する視
   点数の半数の赤青色用ライトバルブと、各ライトバルブ
   の光学像を合成する色合成手段とを備え、上記赤青色用
   ライトバルブは、垂直方向に１画素ずつ交互に配列さ
   れ、水平方向にストライプ状に形成された赤色透過フィ
   ルタと青色透過フィルタとを有することを特徴とする立
   体映像表示装置。