JP4893250B2 - Projection display - Google Patents

Projection display Download PDF

Info

Publication number
JP4893250B2
JP4893250B2 JP2006306227A JP2006306227A JP4893250B2 JP 4893250 B2 JP4893250 B2 JP 4893250B2 JP 2006306227 A JP2006306227 A JP 2006306227A JP 2006306227 A JP2006306227 A JP 2006306227A JP 4893250 B2 JP4893250 B2 JP 4893250B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
dimensional image
primary color
image display
illumination
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2006306227A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2008122641A (en
Inventor
晃也 末廣
真 吉村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JVCKenwood Corp
Original Assignee
JVCKenwood Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JVCKenwood Corp filed Critical JVCKenwood Corp
Priority to JP2006306227A priority Critical patent/JP4893250B2/en
Publication of JP2008122641A publication Critical patent/JP2008122641A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4893250B2 publication Critical patent/JP4893250B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Projection Apparatus (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Description

本発明は投射型表示装置に係り、特にホログラフィとは異なる原理に基づいて、発光ダイオードやレーザーダイオードなどのRGB単色光源を照明光学系として用いて、空間像としての三次元画像を表示する投射型表示装置に関する。   The present invention relates to a projection display device, and in particular, based on a principle different from holography, a projection type that displays a three-dimensional image as an aerial image using an RGB monochromatic light source such as a light emitting diode or a laser diode as an illumination optical system. The present invention relates to a display device.

従来実用化されている眼鏡なし二眼式立体ディスプレイや多眼式立体ディスプレイは、水平方向に観察位置を移動することにより生じる画像のとび、すなわち不連続な運動視差による不自然さや、いわゆる輻輳と調節の不一致に起因する眼精疲労の問題のために普及するには至っていない。   Conventional eyeglassless binocular 3D displays and multi-view 3D displays have image skipping caused by moving the observation position in the horizontal direction, that is, unnaturalness caused by discontinuous motion parallax, and so-called congestion. It has not become widespread due to the problem of eye strain caused by mismatched accommodation.

また、究極の三次元表示方式といわれるホログラフィ方式は、印刷技術としては実用化されているが、ディスプレイ技術としては電子的な表示デバイスの性能が決定的に不足しているために実用化には程遠いのが現実である。   In addition, the holography method, which is said to be the ultimate 3D display method, has been put into practical use as a printing technology. The reality is that it is far away.

しかし、従来の視差情報を用いながらも上記の輻輳と調節の不一致の問題を解決する超多眼と呼ばれる概念が通信・放送機構で行われた三次元表示に関する研究開発プロジェクトにより見出され(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照)、この革新的概念を応用した自然な三次元ディスプレイの実用化研究が活発化している。   However, a concept called super multi-view that solves the above-mentioned problem of inconsistency of congestion and adjustment while using conventional disparity information was found by a research and development project on 3D display performed by the communication and broadcasting mechanism (for example, , Patent Document 1 and Non-Patent Document 1), research on practical application of a natural three-dimensional display using this innovative concept has been activated.

そのような研究の中でも、実際の物体が発する光を角度単位でサンプリングして得られる多数の光線群を空間に再現することにより、水平方向の滑らかな運動視差と眼精疲労の生じない三次元カラー動画表示を実現する高密度指向性表示方式は、自然で高画質な三次元ディスプレイの実用化が近い将来に可能であることを示唆するものである。この高密度指向性表示方式の技術内容は例えば特許文献2に詳しく開示されている。   Even in such research, by reproducing a large number of ray groups obtained by sampling the light emitted by an actual object in units of angles, it is possible to create a three-dimensional model that does not cause horizontal smooth motion parallax and eye strain. The high-density directional display method that realizes color moving image display suggests that a natural and high-quality three-dimensional display can be put to practical use in the near future. The technical content of this high-density directional display method is disclosed in detail in, for example, Patent Document 2.

以下、従来例として特許文献2を引用し、高密度指向性表示方式による三次元画像表示技術の概要を説明する。図14は特許文献2に開示された表示原理を引用した図である。同図において、複数の画像発生源がそれぞれ表示角度範囲31を有し、これら複数の画像発生源を図14(a)に示すように斜めに二次元配置し、さらに各画像の垂直方向の表示角度範囲を図14(b)に34で示すように広げて、すべての画像に共通な垂直方向の表示角度範囲35を発生させることにより、水平方向に高密度な画像表示を実現するものである。なお、図14において、32は個々の画像の水平表示角度、33は垂直表示角度である。なお、このような斜めの二次元配置を利用した表示自体は、本従来例以前の多眼式立体表示として知られている(例えば、特許文献3、特許文献4参照)。   Hereinafter, Patent Document 2 will be cited as a conventional example, and an outline of a three-dimensional image display technique based on a high-density directional display method will be described. FIG. 14 is a diagram in which the display principle disclosed in Patent Document 2 is cited. In the figure, each of a plurality of image generation sources has a display angle range 31, and the plurality of image generation sources are arranged in a two-dimensional manner obliquely as shown in FIG. By expanding the angle range as indicated by 34 in FIG. 14B and generating the vertical display angle range 35 common to all images, high-density image display in the horizontal direction is realized. . In FIG. 14, 32 is the horizontal display angle of each image, and 33 is the vertical display angle. In addition, the display itself using such an oblique two-dimensional arrangement is known as a multi-view stereoscopic display before this conventional example (see, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4).

上記従来例が開示される以前の多くの多眼式立体表示装置では、水平方向に表示方向の異なる画像を表示するために水平方向にのみ画像発生源を並べていたため、視点の数をたかだか10視点程度しか表示できなかった。このため、視点によって画像が不連続に切り替わる問題、すなわち不連続な運動視差の問題や、上述した眼精疲労の問題があった。   In many multi-view stereoscopic display devices before the conventional example is disclosed, the image generation sources are arranged only in the horizontal direction in order to display images having different display directions in the horizontal direction. Only the viewpoint was displayed. For this reason, there has been a problem that images are switched discontinuously depending on the viewpoint, that is, a problem of discontinuous motion parallax and the problem of eye strain described above.

しかし、上記従来例によれば、水平方向に加えて垂直方向にも画像発生源を配置することにより、多数の画像発生源を高い密度で配置することが可能となったため、画像の数を50以上に増加させることができるようになった。しかも、両眼視差と輻輳のみを用いた多眼式立体表示に関する特許文献3や特許文献4記載の多眼式立体表示装置とは異なり、視点を仮定しないで多数の水平方向から平行投影した画像(指向性画像)を用いて光線を空間に集めることで、いわゆる空間像として表示することにより、前後の観察位置に依らない三次元表示を行うことも可能となった。   However, according to the above conventional example, by arranging the image generation sources not only in the horizontal direction but also in the vertical direction, it becomes possible to arrange a large number of image generation sources at a high density. It became possible to increase more. Moreover, unlike the multi-view stereoscopic display devices described in Patent Document 3 and Patent Document 4 relating to multi-view stereoscopic display using only binocular parallax and convergence, images projected in parallel from many horizontal directions without assuming a viewpoint By collecting light rays in a space using (directivity image) and displaying as a so-called aerial image, it has become possible to perform three-dimensional display independent of the front and rear observation positions.

その結果、滑らかな運動視差をもつ三次元表示が実現されて物質の光沢感などの質感表現が可能になるとともに、単眼に複数の指向性画像が入射するように観察した場合には輻輳と調節の不一致による眼精疲労が生じないことも実験的に確認された。   As a result, 3D display with smooth motion parallax can be realized, and it is possible to express the material's glossiness and other textures. In addition, when viewing with multiple directional images incident on a single eye, convergence and adjustment It has also been experimentally confirmed that eye strain due to disagreement does not occur.

なお、二次元表示のために多数のプロジェクタを用いる従来例として特許文献5が開示されている。   Note that Patent Document 5 is disclosed as a conventional example using a large number of projectors for two-dimensional display.

特開2002−258215号公報JP 2002-258215 A 特許第3576521号公報Japanese Patent No. 3576521 特許第3533904号公報Japanese Patent No. 3533904 特開平10−505689号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-505687 特開2002−214707号公報JP 2002-214707 A 通信放送機構編、”高度三次元動画像遠隔表示プロジェクト最終報告書”(2002)Telecommunications Broadcasting Organization, “Advanced 3D Video Remote Display Project Final Report” (2002)

しかしながら、従来の高密度指向性表示方式の実施形態としてマルチプロジェクション型の構成をとる場合、画質に関してはなお課題が残されている。課題の一つは、プロジェクタ毎に異なる色や輝度が合うように調整しなければならないことである。高密度指向性表示では、観察者の網膜上に複数のプロジェクタからの画像(指向性画像)を入射させるため、異なるプロジェクタの間で色や輝度の違いがあると、ある位置で観察される三次元画像は色むらや輝度むらをもつものとなるからである。   However, when a multi-projection type configuration is adopted as an embodiment of a conventional high-density directional display system, there is still a problem regarding image quality. One of the problems is that adjustments must be made so that different colors and luminances are suitable for each projector. In high-density directional display, images from multiple projectors (directional images) are incident on the viewer's retina, so if there is a difference in color or brightness between different projectors, the third order observed at a certain position This is because the original image has uneven color and uneven brightness.

ハロゲンランプやキセノンランプなどの白色光源を用いる場合は、キセノンランプなどの高出力光源をライトガイドで多分岐することで、色むらをなくすことができる。この技術は、前記特許文献5に開示されている。   When a white light source such as a halogen lamp or a xenon lamp is used, uneven color can be eliminated by branching a high output light source such as a xenon lamp with a light guide. This technique is disclosed in Patent Document 5.

しかし、発光ダイオード(LED)やレーザーダイオードなどのRGB単色光源を照明光学系に用いて、これらの光源を時分割駆動するフィールドシーケンシャル方式の表示デバイスに対しては、プロジェクタとして用いるのに十分な輝度の光源が存在しないために、多分岐すると輝度が不足するという課題がある。   However, for a field sequential display device that uses RGB single-color light sources such as light-emitting diodes (LEDs) and laser diodes in an illumination optical system and drives these light sources in a time-sharing manner, the luminance is sufficient for use as a projector. Since there is no light source, there is a problem that the luminance is insufficient when the light is branched.

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、従来の空間像方式による三次元画像表示装置における照明光源を一様な照明光を出射できる構成として三次元画像の色むらを解消し得る投射型表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and a projection type capable of eliminating uneven color in a three-dimensional image as a configuration capable of emitting uniform illumination light from an illumination light source in a conventional three-dimensional image display device using a spatial image method. An object is to provide a display device.

また、本発明の他の目的は、十分な輝度の照明光を得ることができる投射型表示装置を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a projection display device that can obtain illumination light with sufficient luminance.

上記の目的を達成するため、第1の発明は、複数の二次元画像表示素子を用いて複数の二次元画像を投射して三次元画像を表示する投射型表示装置において、互いに異なる原色光を出射する三以上の光源と、三以上の光源から各々出射された原色光を、各原色光毎に二次元画像表示素子の数と同数の部分原色光にそれぞれ分岐する複数の光分岐手段と、複数の光分岐手段により別々に分岐された互いに異なる原色の部分原色光を組み合わせた光で、複数の二次元画像表示素子を個別に照明する複数の照明手段と、複数の二次元画像表示素子から投射される複数の二次元画像からの光線の方向を、該二次元画像単位で互いに異なる方向に偏向させる偏向光学素子アレイとを有し、光線の交点を空間に形成することにより三次元の空間像を表示し、三以上の光源の各々は、同一の原色光を複数加算して均一照明光として出射する1本のライトパイプからなるロッドインテグレータによる光加算手段を有しており、光加算手段から均一照明光の原色光を出射する構成であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a projection display device that displays a three-dimensional image by projecting a plurality of two-dimensional images using a plurality of two-dimensional image display elements. Three or more light sources to be emitted, and a plurality of light branching means for branching the primary color lights respectively emitted from the three or more light sources into the same number of partial primary color lights as the number of two-dimensional image display elements for each primary color light, A plurality of illumination means for individually illuminating a plurality of two-dimensional image display elements with a combination of partial primary color lights of different primary colors separately branched by a plurality of light branching means; and a plurality of two-dimensional image display elements A deflecting optical element array for deflecting the directions of light rays from a plurality of projected two-dimensional images in different directions in units of the two-dimensional images, and forming an intersection of the light rays in a three-dimensional space to display the image Each of the three or more light sources has light adding means by a rod integrator composed of a single light pipe that adds a plurality of the same primary color lights and emits them as uniform illumination light. It is the structure which radiate | emits primary color light, It is characterized by the above-mentioned.

この発明では、三以上の光源から各々出射された原色光を、各原色光毎に二次元画像表示素子の数と同数の部分原色光にそれぞれ分岐して、分岐した互いに異なる原色の部分原色光を組み合わせた光で、複数の二次元画像表示素子を個別に照明するようにしたため、複数の二次元画像表示素子をそれぞれ照明する個々の照明光の輝度や色を互いに同じにすることができる。   In this invention, the primary color light emitted from each of the three or more light sources is branched into the same number of partial primary color lights as the number of two-dimensional image display elements for each primary color light, and branched partial primary color lights of different primary colors. Since the plurality of two-dimensional image display elements are individually illuminated with the combined light, the brightness and color of the individual illumination lights respectively illuminating the plurality of two-dimensional image display elements can be made the same.

また、上記の目的を達成するため、第2の発明は、第1の発明における複数の照明手段の各々を、複数の光分岐手段により別々に分岐された互いに異なる原色の部分原色光を色合成して白色光を発生する色合成手段と、白色光を光の三原色光に分離し、その分離した三つの原色光で二次元画像表示素子を照明する光分離手段とからなる構成としたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to a second invention, each of the plurality of illumination means in the first invention is color-combined with partial primary color lights of different primary colors branched separately by the plurality of light branching means. The color composition means for generating white light and the light separation means for separating the white light into the three primary color lights and illuminating the two-dimensional image display element with the three primary color lights thus separated. Features.

また、上記の目的を達成するため、第3の発明は、第1の発明における複数の二次元画像表示素子の各々を、赤色光で照明される赤色光用二次元画像表示素子と、緑色光で照明される緑色光用二次元画像表示素子と、青色光で照明される青色光用二次元画像表示素子とからなる構成とし、複数の照明手段の各々を、複数の光分岐手段により別々に分岐された部分原色光のうち、対応する原色の部分原色光で二次元画像表示素子を個別に照明する手段としたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the third invention provides a two-dimensional image display element for red light that is illuminated with red light, and a green light for each of the plurality of two-dimensional image display elements in the first invention. A two-dimensional image display element for green light illuminated with a blue light and a two-dimensional image display element for blue light illuminated with blue light, and each of a plurality of illumination means is separately divided by a plurality of light branching means. Among the branched partial primary color lights, the two-dimensional image display element is individually illuminated with the corresponding partial primary color light of the primary color.

また、上記の目的を達成するため、第4の発明は、第1の発明における三以上の光源を、発光動作する光源が二次元画像表示素子のフィールド単位で一つずつ順次巡回的に切り替えると共に、二次元画像表示素子で表示する画像を照明原色光に対応した原色光用画像にフィールド単位で同期して切り替える切り替え手段を有し、複数の照明手段の各々は、複数の光分岐手段により別々に分岐された部分原色光で二次元画像表示素子を個別に照明する手段としたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to a fourth aspect, the three or more light sources in the first aspect are sequentially and cyclically switched one by one for each field of the two-dimensional image display element. Switching means for switching the image to be displayed on the two-dimensional image display element to a primary color light image corresponding to the illumination primary color light in synchronism with each field, and each of the plurality of illumination means is separated by a plurality of light branching means. The two-dimensional image display element is individually illuminated with the partial primary color light branched into two.

また、上記の目的を達成するため、第5の発明は、三次元画像表示させるオブジェクトが発する光線を角度単位で標本化することにより光線空間を再現して、空間像としての三次元画像を表示する投射型表示装置であって、三以上の光源から各々出射された互いに異なる原色光を、各原色光毎に複数の部分原色光にそれぞれ分岐し、その分岐された互いに異なる原色の部分原色光を組み合わせて照明光として発光する複数の照明光学系が、水平方向及び垂直方向に二次元的に配置された照明光学系アレイと、複数の照明光学系から別々に出射される照明光で個別に照明される複数の二次元画像表示素子が、水平方向及び垂直方向に二次元的に配置された二次元画像表示素子アレイと、複数の二次元画像表示素子の個々の画像表示の中心位置に対して、各々の光軸の位置が偏心するように水平方向及び垂直方向に二次元的に配置された複数のレンズからなり、複数の二次元画像表示素子のそれぞれで表示された画像からの発散光を個別に透過する投射レンズアレイと、投射レンズアレイからの発散光が収束する共通像面付近に配置され、該発散光を水平方向に平行化すると共に垂直方向に拡散して空間に投射し三次元の空間像を結像させる共通スクリーンとを有し、三以上の光源の各々は、同一の原色光を複数加算して均一照明光として出射する1本のライトパイプからなるロッドインテグレータによる光加算手段を有しており、光加算手段から均一照明光の原色光を出射する構成であることを特徴とする。この発明では、複数の二次元画像表示素子をそれぞれ照明する個々の照明光の輝度や色を互いに同じにすることができる。 In order to achieve the above object, the fifth aspect of the invention reproduces a light space by sampling light rays emitted from an object to be displayed in a three-dimensional image in units of angles, and displays a three-dimensional image as a spatial image. A projection type display apparatus, wherein different primary color lights respectively emitted from three or more light sources are branched into a plurality of partial primary color lights for each primary color light, and the branched partial primary color lights of different primary colors A plurality of illumination optical systems that emit light as illumination light in combination with the illumination optical system array arranged two-dimensionally in the horizontal direction and the vertical direction and illumination light separately emitted from the plurality of illumination optical systems individually A plurality of two-dimensional image display elements to be illuminated are two-dimensionally arranged in a horizontal direction and a vertical direction in a two-dimensional image display element array, and at the center position of each image display of the plurality of two-dimensional image display elements. A plurality of lenses arranged two-dimensionally in the horizontal direction and the vertical direction so that the positions of the respective optical axes are decentered, and divergence from images displayed on each of the plurality of two-dimensional image display elements A projection lens array that individually transmits light and a common image plane on which divergent light from the projection lens array converges are collimated in the horizontal direction and diffused in the vertical direction to be projected into space. have a common screen for forming an aerial image of a three-dimensional, each of the three or more light sources, light from the rod integrator composed of a single light pipe that emits the same primary color light as a plurality addition to uniform illumination light It has an addition means, and is characterized in that the primary color light of uniform illumination light is emitted from the light addition means . In the present invention, it is possible to make the brightness and color of individual illumination lights respectively illuminating a plurality of two-dimensional image display elements the same.

本発明によれば、複数の二次元画像表示素子をそれぞれ照明する個々の照明光の輝度や色を互いに同じにすることができるため、投射画像間あるいは視差画像間の色度ばらつきをなくすことができ、その結果、コンパクトで高輝度かつ高画質なマルチプロジェクション型の3次元画像表示装置を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to make the brightness and color of individual illumination lights that respectively illuminate a plurality of two-dimensional image display elements the same, thereby eliminating chromaticity variations between projected images or parallax images. As a result, a compact, high-brightness, high-quality multi-projection type three-dimensional image display device can be realized.

また、本発明によれば、三以上の光源の各々が、同一の原色光を複数加算する光加算手段を有することにより、十分なパワーの原色光に基づいて、十分な輝度の照明光を得ることができる。   In addition, according to the present invention, each of the three or more light sources has light adding means for adding a plurality of the same primary color lights, thereby obtaining illumination light with sufficient brightness based on the primary color lights with sufficient power. be able to.

次に、本発明の最良の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明になる投射型表示装置の照明光学系の第1の実施の形態の基本的構成図を示す。同図において、投射型表示装置の照明光学系は、赤色光を発光する赤色光源101R、緑色光を発光する緑色光源101G及び青色光を発光する青色光源101Bからなる3原色光の原色光源と、原色光源101R、101G、101Bに1対1に対応して設けられたリレーレンズ102R、102G、102Bと、赤色光用フィールドレンズ103R、緑色光用フィールドレンズ103G及び青色光用フィールドレンズ103Bと、赤色光用光導波路アレイ104R、緑色光用光導波路アレイ104G及び青色光用光導波路アレイ104Bとを有する。   Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a basic configuration diagram of a first embodiment of an illumination optical system of a projection display apparatus according to the present invention. In the figure, the illumination optical system of the projection display apparatus includes a primary color light source of three primary colors composed of a red light source 101R that emits red light, a green light source 101G that emits green light, and a blue light source 101B that emits blue light; Relay lenses 102R, 102G, and 102B provided in a one-to-one correspondence with the primary color light sources 101R, 101G, and 101B, a red light field lens 103R, a green light field lens 103G, and a blue light field lens 103B, and red It has an optical waveguide array for light 104R, an optical waveguide array for green light 104G, and an optical waveguide array for blue light 104B.

更に、赤色光用光導波路アレイ104R、緑色光用光導波路アレイ104G及び青色光用光導波路アレイ104Bの光出射側には、n個(nは4以上の自然数)のコリメートレンズ1051〜105n、n個の偏光子1061〜106n、n個の二次元画像表示素子1071〜107n、n個のRGBカラーフィルタ1081〜108n、n個の偏光ビームスプリッタ1091〜109n、n台の投射レンズユニット1101〜110nが設けられている。   Further, n (n is a natural number of 4 or more) collimator lenses 1051 to 105n, n are provided on the light exit side of the optical waveguide array for red light 104R, the optical waveguide array for green light 104G, and the optical waveguide array for blue light 104B. Each of polarizers 1061 to 106n, n two-dimensional image display elements 1071 to 107n, n RGB color filters 1081 to 108n, n polarization beam splitters 1091 to 109n, and n projection lens units 1101 to 110n. Is provided.

赤色光源101R、緑色光源101G及び青色光源101Bとしては、対応する所定の原色光を発光するLEDやレーザーダイオードなどが使用される。図1は、R,G,Bの3原色の光源を用いた場合の実施の形態であり、より多くの照明光源を用いた多原色の構成にした場合であっても本発明はそのまま適用できるが、便宜上R、G、Bの色のみを原色として用いるとして説明する。   As the red light source 101R, the green light source 101G, and the blue light source 101B, an LED or a laser diode that emits corresponding predetermined primary color light is used. FIG. 1 shows an embodiment in which light sources of three primary colors R, G, and B are used, and the present invention can be applied as it is even when a multi-primary configuration using more illumination light sources is used. However, for convenience, it is assumed that only the colors R, G, and B are used as primary colors.

図1において、赤色光源101Rから発光した光は、光パワーの損失ができるだけないような光学系を用いて、光導波路アレイ104Rに入射される。図1ではリレーレンズ102Rとフィールドレンズ103Rを用いて、赤色光源101Rの像を赤色光用光導波路アレイ104Rの入射端面に結像させる。他の緑色光源101G、青色光源101Bから出射する緑色光、青色光についても上記の赤色光の光学系と同様にして、それぞれの光源の像を光導波路アレイ104G、104Bの入射端面に結像させる。なお、光源101R、101G、101Bからの各原色光は光導波路アレイ104R、104G、104Bの各入射端面に均一照明として入射される。   In FIG. 1, the light emitted from the red light source 101R is incident on the optical waveguide array 104R using an optical system in which the loss of optical power is as small as possible. In FIG. 1, the relay lens 102R and the field lens 103R are used to form an image of the red light source 101R on the incident end face of the red light optical waveguide array 104R. For the green light and blue light emitted from the other green light source 101G and blue light source 101B, the images of the respective light sources are formed on the incident end faces of the optical waveguide arrays 104G and 104B in the same manner as the optical system for red light. . Each primary color light from the light sources 101R, 101G, and 101B is incident as uniform illumination on each incident end face of the optical waveguide array 104R, 104G, and 104B.

これらの光導波路アレイ104R、104G、104Bは、同一構成であり、例えばフレキシブルな光ファイバー束(図5にその端面を図示)や、リジッドなライトガイド(図示なし)が使用できる。各々の光導波路アレイ104R、104G、104Bに入射した光は、カレイドスコープ照明の原理により、光導波路アレイ104R、104G、104Bを構成する個々の光導波路の内部で全反射を繰り返すことで出射端面での光強度分布が均一化される。   These optical waveguide arrays 104R, 104G, and 104B have the same configuration, and for example, a flexible optical fiber bundle (the end face is shown in FIG. 5) or a rigid light guide (not shown) can be used. The light incident on each of the optical waveguide arrays 104R, 104G, and 104B is reflected at the emission end surface by repeating total reflection inside the individual optical waveguides constituting the optical waveguide arrays 104R, 104G, and 104B according to the principle of kaleidoscope illumination. The light intensity distribution is made uniform.

図5(a)、(b)は光導波路アレイの各例の端面を示す。図5(a)は上記の光導波路アレイ104R、104G、104Bとしての光ファイバー束104aを示す。この光ファイバー束104aは、一般的な光ファイバー束とは異なり、個々の光ファイバー(光導波路)1041をできるだけ近接させることにより、均一照明された光損失をできるだけ低減することが好ましい。   FIGS. 5A and 5B show the end faces of each example of the optical waveguide array. FIG. 5A shows an optical fiber bundle 104a as the optical waveguide array 104R, 104G, 104B. Unlike the general optical fiber bundle, the optical fiber bundle 104a preferably reduces the loss of uniformly illuminated light as much as possible by bringing the individual optical fibers (optical waveguides) 1041 as close as possible.

これを行うために、個々の光ファイバー1041をエポキシ樹脂のような接着剤で接着するのではなく、個々の光ファイバー1041同士をガラス溶着技術を用いて溶着させることにより高耐熱性と高スループット性とを実現することが文献(B.Pailthorpe et.al,”High-resolution display with uniform illumination”,Proc.Asia Display,IDW'01,
pp.1295-1298(2001))に開示されている。
In order to do this, the individual optical fibers 1041 are not bonded with an adhesive such as an epoxy resin, but the individual optical fibers 1041 are welded to each other using a glass welding technique, thereby achieving high heat resistance and high throughput. It can be realized in the literature (B. Pailthorpe et.al, “High-resolution display with uniform illumination”, Proc. Asia Display, IDW'01,
pp.1295-1298 (2001)).

本発明の空間像式の3Dディスプレイに応用する際には、個々の表示デバイスに必要な照明光束は、表示デバイスの数に反比例するため、耐熱性の要求はさほど高くない。そこで、光ファイバー材料としては、上記ガラスの他、安価なプラスチック材料のファイバーを使用し、高密度に接着させて使用することもできる。   When applied to the aerial image type 3D display of the present invention, the illumination light flux required for each display device is inversely proportional to the number of display devices, and thus the heat resistance requirement is not so high. Therefore, as the optical fiber material, in addition to the above glass, an inexpensive plastic fiber can be used, and the optical fiber material can be used after being bonded with high density.

光ファイバー束としては、図5(a)に示す断面形状が円形の光ファイバー束104aの他、図5(b)に示す矩形の光ファイバー束104bを使用することができる。ただし、この光ファイバー束104bは、外形の断面形状が矩形であって、内部には多数本の円形断面の光ファイバー(光導波路)1042が近接して例えば溶着されている。特に、光ファイバー束の前段に配置する均一照明光学系として断面形状が矩形のライトパイプを使用する場合には、光損失を減らすために図5(b)に示す矩形の光ファイバー束104bを用いてマッチングをとることが好ましい。   As the optical fiber bundle, in addition to the optical fiber bundle 104a having a circular cross section shown in FIG. 5A, a rectangular optical fiber bundle 104b shown in FIG. 5B can be used. However, the optical fiber bundle 104b has a rectangular outer cross-sectional shape, and a large number of optical fibers (optical waveguides) 1042 having a circular cross section are adjacently welded, for example. In particular, when a light pipe having a rectangular cross-section is used as the uniform illumination optical system disposed in the front stage of the optical fiber bundle, matching is performed using the rectangular optical fiber bundle 104b shown in FIG. 5B in order to reduce light loss. It is preferable to take

図1に戻って説明するに、赤色光用光導波路アレイ104Rを構成するm本(mはn以上の自然数)の光導波路104R1〜104Rmの各々から出射する光は、同一の赤色光源101Rから出射した赤色光であるため、互いに色相、飽和度及び明度(本明細書ではこれらを色度ともいう)が同一である。従って、マルチプロジェクション光学系の照明光学系として好適である。これは、緑色光用光導波路アレイ104Gを構成するm本の光導波路104G1〜104Gmの各々から出射する緑色光や、青色光用光導波路アレイ104Bを構成するm本の光導波路104B1〜104Bmの各々から出射する青色光についても同様である。各原色の光導波路アレイ104R、104G、104Bを構成する光導波路の数mは、それぞれ少なくとも照明する二次元画像表示素子1071〜107nの数n以上を有するように構成する。   Referring back to FIG. 1, light emitted from each of m optical waveguides 104R1 to 104Rm (m is a natural number equal to or larger than n) constituting the optical waveguide array for red light 104R is emitted from the same red light source 101R. Therefore, the hue, the saturation, and the lightness (also referred to as chromaticity in this specification) are the same. Therefore, it is suitable as an illumination optical system for a multi-projection optical system. This is because green light emitted from each of the m optical waveguides 104G1 to 104Gm constituting the green light optical waveguide array 104G and each of the m optical waveguides 104B1 to 104Bm constituting the blue light optical waveguide array 104B. The same applies to the blue light emitted from. The number m of the optical waveguides constituting each primary color optical waveguide array 104R, 104G, 104B is configured to have at least the number n of the two-dimensional image display elements 1071 to 107n to be illuminated.

光導波路アレイ104R、104G、104Bを構成する個々の光導波路は、異なる3原色を組み合わせて二次元画像表示素子1071〜107nを照明する。この照明の方法は、二次元画像表示素子1071〜107nの種類によって異なる。二次元画像表示素子1071〜107nがRGBカラーフィルタ1081〜108nを有する本実施の形態においては、光導波路アレイ104R、104G、104Bを構成する個々の光導波路からの3原色光を色合成して白色光化して行う。   The individual optical waveguides constituting the optical waveguide arrays 104R, 104G, and 104B illuminate the two-dimensional image display elements 1071 to 107n by combining three different primary colors. This illumination method differs depending on the types of the two-dimensional image display elements 1071 to 107n. In the present embodiment in which the two-dimensional image display elements 1071 to 107n have RGB color filters 1081 to 108n, the three primary color lights from the individual optical waveguides constituting the optical waveguide arrays 104R, 104G, and 104B are color-synthesized to produce white. Perform by light.

この白色光化は、図1には図示されていないが、波長選択性をもつダイクロイックフィルタを用いた周知の色合成光学系を使用することができる。あるいは、個々の光導波路104R1〜104Rm、104G1〜104Gm、104B1〜104Bmとして光ファイバーを使用する場合には、特に色合成光学系を用いなくても、R、G、B3本の光ファイバーをバンドルするだけでもよい。   Although this whitening is not shown in FIG. 1, a known color synthesis optical system using a dichroic filter having wavelength selectivity can be used. Alternatively, when optical fibers are used as the individual optical waveguides 104R1 to 104Rm, 104G1 to 104Gm, and 104B1 to 104Bm, even if a color combining optical system is not used, only R, G, and B3 optical fibers are bundled. Good.

ここでは、個々の光導波路104R1〜104Rm、104G1〜104Gm、104B1〜104Bmを光ファイバーとし、例えば光導波路104R1により伝送された赤色光と、光導波路104G1により伝送された緑色光と、光導波路104B1により伝送された青色光とを色合成して白色光とし、その白色光をコリメートレンズ1051で平行光化し、偏光子1061で所定の偏光面(例えば、図1の紙面に直交する方向の偏光面)を有する直線偏光に変換し、偏光ビームスプリッタ1091で反射させてRGBカラーフィルタ1081によりR,G,Bの三原色光に分離して二次元画像表示素子1071を照明する。   Here, the individual optical waveguides 104R1 to 104Rm, 104G1 to 104Gm, and 104B1 to 104Bm are optical fibers. For example, red light transmitted through the optical waveguide 104R1, green light transmitted through the optical waveguide 104G1, and transmission through the optical waveguide 104B1. The resulting blue light is color-combined into white light, the white light is converted into parallel light by the collimator lens 1051, and a predetermined polarization plane (for example, a polarization plane in a direction orthogonal to the paper surface of FIG. 1) is formed by the polarizer 1061. The two-dimensional image display element 1071 is illuminated by being converted into linearly polarized light having the same color, reflected by a polarizing beam splitter 1091 and separated into R, G, and B primary colors by an RGB color filter 1081.

二次元画像表示素子1071は、各々1個の赤色用画素、緑色用画素、青色用画素を一組とする多数組の画素がマトリクス状に規則的に配列されており、照明された原色光に対応した画素からの画像に応じた色度の三原色の反射光は、入射時と偏光面が直交する直線偏光とされ、RGBカラーフィルタ1081を透過し、更に偏光ビームスプリッタ1091を透過して投射レンズユニット1101に入射する。   The two-dimensional image display element 1071 has a plurality of pixels regularly arranged in a matrix, each including one red pixel, green pixel, and blue pixel. The reflected light of the three primary colors having chromaticity corresponding to the image from the corresponding pixel is linearly polarized light whose polarization plane is orthogonal to that of the incident light, passes through the RGB color filter 1081, and further passes through the polarization beam splitter 1091 to be a projection lens. The light enters the unit 1101.

他の投射レンズユニット1102〜110nにも同様にして、個々の光導波路からの3原色光を色合成して白色光とし、それをRGBカラーフィルタ1082〜108nのそれぞれで分離されたR,G,Bの三原色光で照明される二次元画像表示素子1072〜107nからの表示画像に応じた色度の三原色光が、偏光ビームスプリッタ1092〜109nを別々に透過して入射される。   Similarly for the other projection lens units 1102 to 110n, the three primary color lights from the individual optical waveguides are color-combined into white light, which is separated into R, G, and R separated by the RGB color filters 1082 to 108n, respectively. Three primary color lights having chromaticities corresponding to display images from the two-dimensional image display elements 1072 to 107n illuminated with the three primary color lights B are separately transmitted through the polarization beam splitters 1092 to 109n.

このように、本実施の形態では、二次元画像表示素子1071〜107nの前方に設けられたRGBカラーフィルタ1081〜108nのそれぞれに入射する白色光は、同一の赤色光源101Rからの赤色光と、同一の緑色光源101Gからの緑色光と、同一の青色光源101Bからの青色光とを色合成して得られた白色光であるため、互いの色度が同一であり、よってその白色光をRGBカラーフィルタ1081〜108nで分離して得た二次元画像表示素子1071〜107nを照明する三原色光も同じ原色光同士は互いに色度が同一となり、これにより投射画像間あるいは視差画像間の色度ばらつきをほぼなくすことができる。   Thus, in the present embodiment, the white light incident on each of the RGB color filters 1081 to 108n provided in front of the two-dimensional image display elements 1071 to 107n is the red light from the same red light source 101R, Since it is white light obtained by color-combining the green light from the same green light source 101G and the blue light from the same blue light source 101B, the chromaticities of each other are the same. The three primary color lights that illuminate the two-dimensional image display elements 1071 to 107n obtained by being separated by the color filters 1081 to 108n also have the same chromaticity between the same primary color lights, thereby causing chromaticity variations between projected images or parallax images. Can be almost eliminated.

次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図2は本発明になる投射型表示装置の照明光学系の第2の実施の形態の基本的構成図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図2に示す第2の実施の形態は、第1の実施の形態と比較すると、二次元画像表示素子として3板式の反射型液晶表示素子を用いた点に特徴がある。すなわち、偏光子1061〜106nのそれぞれで所定の偏光面を有する直線偏光に変換された白色光は、色分解光学系によりR,G,Bの三原色光に分離されて赤色光は赤色光用液晶表示素子1111R〜111nR、緑色光は緑色光用液晶表示素子1111G〜111nG、青色光は青色光用液晶表示素子1111B〜111nBにそれぞれ照明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 shows a basic configuration diagram of a second embodiment of the illumination optical system of the projection display apparatus according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. The second embodiment shown in FIG. 2 is characterized in that a three-plate reflective liquid crystal display element is used as the two-dimensional image display element, as compared with the first embodiment. That is, white light converted into linearly polarized light having a predetermined polarization plane in each of the polarizers 1061 to 106n is separated into three primary color lights of R, G, and B by a color separation optical system, and red light is liquid crystal for red light. Display elements 1111R to 111nR, green light illuminates liquid crystal display elements 1111G to 111nG for green light, and blue light illuminates liquid crystal display elements 1111B to 111nB for blue light.

赤色光用液晶表示素子1111R〜111nR、緑色光用液晶表示素子1111G〜111nG、青色光用液晶表示素子1111B〜111nBから反射された、表示画像に応じた色度の三原色の反射光は、入射時と偏光面が直交する直線偏光であり、プリズムを用いた公知の色合成光学系(クワッド光学系ともいう)1131〜113nにより別々に白色光化して投射レンズユニット1101〜110nに別々に入射する。   Reflected light of the three primary colors according to the display image reflected from the red light liquid crystal display elements 1111R to 111nR, the green light liquid crystal display elements 1111G to 111nG, and the blue light liquid crystal display elements 1111B to 111nB Are linearly polarized light whose polarization planes are orthogonal to each other, and are converted into white light by a known color synthesizing optical system (also referred to as a quad optical system) 1131 to 113n using a prism and separately incident on the projection lens units 1101 to 110n.

なお、図2では、個々の光導波路からの光を色分解光学系で分離して赤色光用液晶表示素子1111R〜111nR、緑色光用液晶表示素子1111G〜111nG、青色光用液晶表示素子1111B〜111nBを照明するように図示されているが、赤色光用液晶表示素子1111R〜111nR、緑色光用液晶表示素子1111G〜111nG、青色光用液晶表示素子1111B〜111nBを個々の光導波路からの対応する原色光で直接照明するように構成してもよい。   In FIG. 2, light from individual optical waveguides is separated by a color separation optical system, and red light liquid crystal display elements 1111R to 111nR, green light liquid crystal display elements 1111G to 111nG, and blue light liquid crystal display elements 1111B to 1111B. Illustrated to illuminate 111 nB, the red light liquid crystal display elements 1111R to 111nR, the green light liquid crystal display elements 1111G to 111nG, and the blue light liquid crystal display elements 1111B to 111nB correspond to the individual optical waveguides. You may comprise so that it may illuminate directly with primary color light.

次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図3は本発明になる投射型表示装置の照明光学系の第3の実施の形態の基本的構成図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図3に示す第3の実施の形態は、第1及び第2の実施の形態と比較すると、n個の二次元画像表示素子1121〜112nが動画のRGBフレームを高速に切り替えることのできるフィールドシーケンシャル方式の表示素子である点に特徴がある。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a basic configuration diagram of a third embodiment of the illumination optical system of the projection display apparatus according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. Compared with the first and second embodiments, the third embodiment shown in FIG. 3 is a field sequential in which n two-dimensional image display elements 1121 to 112n can switch RGB frames of a moving image at high speed. It is characterized in that it is a display element of the system.

図3において、赤色光源101R、緑色光源101G及び青色光源101Bは、それぞれ発光(ON)と消灯(OFF)とを60Hz以上で高速に切り替え可能な単色のLEDやレーザーダイオードなどを使用する。この実施の形態では、赤色光源101R、緑色光源101G及び青色光源101Bは、二次元画像表示素子1121〜112nのフィールドに同期させて一つの光源のみがONとされるように巡回的に切り替えられる。   In FIG. 3, each of the red light source 101R, the green light source 101G, and the blue light source 101B uses a single color LED or laser diode that can switch light emission (ON) and light extinction (OFF) at a high speed of 60 Hz or higher. In this embodiment, the red light source 101R, the green light source 101G, and the blue light source 101B are cyclically switched so that only one light source is turned on in synchronization with the fields of the two-dimensional image display elements 1121 to 112n.

これにより、コリメートレンズ1051〜105nからはそれぞれR、G、Bのうちいずれか一の原色光が取り出され、その原色光は偏光子1061〜106nで所定の偏光面(例えば、図3の紙面に直交する方向の偏光面)を有する直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ1091〜109nで反射されて二次元画像表示素子1121〜112nに照射される。このとき、二次元画像表示素子1121〜112nは、赤色光源101R、緑色光源101G及び青色光源101Bの光源切り替えと同期して、フィールドに同期して照明される原色光と同じ原色の画素の画像を表示するように切り替えられる。   As a result, any one of R, G, and B primary color light is extracted from the collimating lenses 1051 to 105n, and the primary color light is output by the polarizers 1061 to 106n to a predetermined polarization plane (for example, on the paper surface of FIG. 3). Is converted into linearly polarized light having a polarization plane in an orthogonal direction, reflected by the polarization beam splitters 1091 to 109n, and irradiated on the two-dimensional image display elements 1121 to 112n. At this time, the two-dimensional image display elements 1121 to 112n display images of pixels of the same primary color as the primary color light that is illuminated in synchronization with the field in synchronization with the light source switching of the red light source 101R, the green light source 101G, and the blue light source 101B. Switch to display.

従って、二次元画像表示素子1121〜112nの各画素からの反射光は、照明される原色光に対応してフィールドに同期して巡回的に切り替わり、投射レンズユニット1101〜110nに入射して公知のフィールドシーケンシャル表示を行う。   Accordingly, the reflected light from each pixel of the two-dimensional image display elements 1121 to 112n is cyclically switched in synchronization with the field corresponding to the primary color light to be illuminated, and is incident on the projection lens units 1101 to 110n and is publicly known. Displays field sequential display.

以上の3つの実施の形態は、単色光源に関しては三原色の各原色1つずつ、計3つの光源101R、101G、101Bを用いるものであるが、次に、複数の単色光源を用いた第4の実施の形態を図4を用いて説明する。   In the above three embodiments, a total of three light sources 101R, 101G, and 101B are used for each of the three primary colors with respect to the single color light source. Next, a fourth type using a plurality of single color light sources is used. The embodiment will be described with reference to FIG.

図4は本発明になる投射型表示装置の照明光学系の第4の実施の形態の基本的構成図を示す。同図中、図3と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。本発明は、光源から出射した原色光を光ファイバー束などの光導波路アレイ104R、104G、104Bを用いて分岐するが、元の光源が十分な光出力をもつことが前提である。しかし、現時点ではLEDやレーザーダイオードでプロジェクタで使用可能なものは、まだ分岐に耐えるほど十分な光出力を有していない。   FIG. 4 shows a basic configuration diagram of a fourth embodiment of the illumination optical system of the projection display apparatus according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIG. The present invention branches primary color light emitted from a light source using optical waveguide arrays 104R, 104G, and 104B such as optical fiber bundles, but it is premised that the original light source has sufficient light output. However, at present, LEDs and laser diodes that can be used in projectors do not yet have sufficient light output to withstand branching.

そこで、本発明を好適に実施するために、複数の同色の単色光源(LEDなど)を使用して、光出力を加算して高めることが望ましい。かかる光加算の方法としては、種々の方法が考えられるが、図4に示すように、ライトパイプからなるロッドインテグレータ114R、114G、114Bにそれぞれ同色の複数個の単色光源を装着することでコンパクトな高出力光源を提供することができる。   Therefore, in order to suitably implement the present invention, it is desirable to use a plurality of monochromatic light sources (such as LEDs) of the same color and add and increase the light output. Various methods can be considered as such a light addition method. As shown in FIG. 4, a plurality of single-color light sources of the same color are mounted on the rod integrators 114R, 114G, and 114B made of light pipes to make the light addition compact. A high output light source can be provided.

すなわち、図4に示すように、1本のライトパイプからなるロッドインテグレータ114Rに、例えば3個の赤色光源101R1、101R2、101R3を装着することにより、1個の赤色光源101Rの3倍の光出力を得ることができる。このロッドインテグレータ114Rからの出射光は光導波路アレイ104Rに入射する。このとき、図5(a)、又は図5(b)に示した光導波路アレイ104Rの入射端面に入射される赤色光は、光ファイバー束の中心と周辺とで輝度が異なることなく、光ファイバー束の入射端面全面で一様の輝度である均一照明として入射されるように、3個の赤色光源101R1、101R2、101R3の各輝度などが設定されている。   That is, as shown in FIG. 4, for example, by attaching three red light sources 101R1, 101R2, and 101R3 to a rod integrator 114R made of one light pipe, the light output is three times that of one red light source 101R. Can be obtained. Light emitted from the rod integrator 114R enters the optical waveguide array 104R. At this time, the red light incident on the incident end face of the optical waveguide array 104R shown in FIG. 5A or FIG. 5B does not differ in luminance between the center and the periphery of the optical fiber bundle, The luminances of the three red light sources 101R1, 101R2, and 101R3 are set so as to be incident as uniform illumination with uniform luminance over the entire incident end face.

同様に、緑色光源についても3個の緑色光源101G1、101G2、101G3を1本のライトパイプからなるロッドインテグレータ114Gに装着し、青色光源についても3個の青色光源101B1、101B2、101B3を1本のライトパイプからなるロッドインテグレータ114Bに装着することで、1個の単色光源の3倍の光出力を得ることができ、これらの光出力を光導波路アレイ104G、104Bの入射端面に均一照明光として入射する。   Similarly, for the green light source, three green light sources 101G1, 101G2, and 101G3 are attached to a rod integrator 114G that is made up of one light pipe, and for the blue light source, three blue light sources 101B1, 101B2, and 101B3 are combined into one. By attaching to the rod integrator 114B made of a light pipe, it is possible to obtain a light output that is three times that of a single monochromatic light source, and these light outputs are incident on the incident end faces of the optical waveguide arrays 104G and 104B as uniform illumination light. To do.

これらの光源からの出射光を光導波路アレイ104R、104G、104Bで投射レンズユニット1101〜110nの数とほぼ同数だけ分岐して、二次元画像表示素子の種類に応じて上記の第1〜第3の実施の形態で説明したのと同様に照明すればよい。なお、図4では二次元画像表示素子は第3の実施の形態のフィールドシーケンシャル表示の二次元画像表示素子1121〜112nを一例として示しているが、上記のように、二次元画像表示素子は図1の第1の実施の形態又は図2の第2の実施の形態のものでもよい。   The light emitted from these light sources is branched by the optical waveguide arrays 104R, 104G, and 104B by approximately the same number as the number of the projection lens units 1101 to 110n, and the above-described first to third are divided according to the type of the two-dimensional image display element. What is necessary is just to illuminate similarly to having demonstrated in embodiment of this. In FIG. 4, the two-dimensional image display element is shown by way of example of the field sequential display two-dimensional image display elements 1121 to 112n according to the third embodiment. The first embodiment of the first embodiment or the second embodiment of FIG. 2 may be used.

次に、本発明をマルチプロジェクション型の三次元ディスプレイに適用する場合の実施の形態について図6から図13を用いて詳細に説明する。本実施の形態における三次元ディスプレイは、多数の光線を空間に再現することにより像を再生するいわゆる空間像再生型の三次元ディスプレイに関する。すなわち、観察者の目の位置に投射光線を集めて、1つのプロジュクタが表示する二次元画像(透視投影画像)の全体を観察者の瞳に入射させる多眼式立体表示ではなく、1つのプロジェクタからの画像(平行投影画像)の一部を観察者の瞳に入射させ、異なるプロジェクタからの部分的な画像の積分として網膜像を形成させるものである。これは、空間像方式が多眼式に比べて、1台のプロジェクタに照射すべき光パワーが少なくて済むため、本発明をより好適に実施できるからである。もちろん、多眼式立体ディスプレイに対して本発明が適用できないという意味ではない。   Next, an embodiment in which the present invention is applied to a multi-projection type three-dimensional display will be described in detail with reference to FIGS. The three-dimensional display according to the present embodiment relates to a so-called aerial image reproduction type three-dimensional display that reproduces an image by reproducing a large number of light rays in space. That is, instead of the multi-view stereoscopic display in which the projection light is collected at the position of the observer's eyes and the entire two-dimensional image (perspective projection image) displayed by one projector is incident on the observer's pupil, one projector is used. A part of the image (parallel projection image) is made incident on the pupil of the observer, and a retinal image is formed as an integral of partial images from different projectors. This is because the aerial image method requires less light power to be applied to one projector than the multi-view method, and thus the present invention can be more suitably implemented. Of course, this does not mean that the present invention is not applicable to multi-view stereoscopic displays.

図6は本発明の投射型表示装置の一実施の形態の基本構成を示す図である。図6(a)は装置全体の斜視図であり、図6(b)は装置を構成するアレイ光学系の正面図を示す。図6において、三次元画像表示装置は、二次元画像表示装置アレイ10、レンズアレイ12、開口アレイ14、共有レンズ16、垂直方向拡散板17からなる。また、18は共通像面、19は光軸である。   FIG. 6 is a diagram showing a basic configuration of an embodiment of the projection type display apparatus of the present invention. 6A is a perspective view of the entire apparatus, and FIG. 6B is a front view of an array optical system constituting the apparatus. In FIG. 6, the three-dimensional image display device includes a two-dimensional image display device array 10, a lens array 12, an aperture array 14, a shared lens 16, and a vertical diffusion plate 17. Reference numeral 18 denotes a common image plane, and 19 denotes an optical axis.

図6(b)は上記のアレイ光学系の正面図であり、二次元画像表示装置アレイ10は、複数台の二次元画像表示装置11が斜めにずらして二次元配置された構成とされている。レンズアレイ12は、二次元画像表示装置11に対応した位置に設けられた複数のレンズ13からなる。また、開口アレイ14は、複数のレンズ13に対応した位置に設けられた複数の開口15からなる。本実施の形態では、共有レンズ16と垂直方向拡散板17と共通像面18とがほぼ一体化されて配置されている。   FIG. 6B is a front view of the above-described array optical system. The two-dimensional image display device array 10 has a configuration in which a plurality of two-dimensional image display devices 11 are two-dimensionally arranged obliquely. . The lens array 12 includes a plurality of lenses 13 provided at positions corresponding to the two-dimensional image display device 11. The aperture array 14 includes a plurality of apertures 15 provided at positions corresponding to the plurality of lenses 13. In the present embodiment, the shared lens 16, the vertical diffusion plate 17, and the common image plane 18 are arranged almost integrally.

図7(a)、(b)は、本発明の投射型表示装置の要部の光線状態を示す上面図であり、図8(a)、(b)はその側面図である。図7(a)及び図8(a)はアレイ光学系全体の光軸19上に二次元画像表示装置11がある場合の光線状態を示しており。図7(b)及び図8(b)は光軸19から外れた位置に二次元画像表示装置11がある場合の光線状態を示している。   FIGS. 7A and 7B are top views showing the light beam state of the main part of the projection display device of the present invention, and FIGS. 8A and 8B are side views thereof. FIGS. 7A and 8A show the light beam state when the two-dimensional image display device 11 is on the optical axis 19 of the entire array optical system. FIGS. 7B and 8B show the light beam state when the two-dimensional image display device 11 is located at a position off the optical axis 19.

図7および図8において、斜線で示した領域は二次元画像表示装置11に表示された画像からの光線が存在する領域を表している。また、この領域の境界付近の実線で示す光線は、個々の開口15を通過する代表的な3本の光線を示している。すなわち、開口15の中心を通過する1本の主光線(principal ray)と、開口15の縁を通過する2本の外縁光線(marginal ray)である。   7 and 8, the hatched area represents an area where light rays from the image displayed on the two-dimensional image display device 11 exist. In addition, light rays indicated by solid lines near the boundary of this region show three typical light rays that pass through the individual openings 15. That is, one principal ray that passes through the center of the opening 15 and two marginal rays that pass through the edge of the opening 15.

これらの主光線(principal ray)と外縁光線(marginal ray)の光路が示すように、二次元画像表示装置11から発せられた発散光線は、共有レンズ16付近の共通像面18で収束する。すなわち、二次元画像表示装置11と共有レンズ16がほぼ結像関係にある。このことは、共有レンズ16が結像に寄与しないことを意味する。ただし、共有レンズ16で結像した後に再び発散する光線群により形成される三次元画像には、後に詳しく説明するように共有レンズ16の寄与が存在する。   As indicated by the optical paths of these principal rays (principal rays) and outer marginal rays (marginal rays), the divergent rays emitted from the two-dimensional image display device 11 converge on the common image plane 18 near the shared lens 16. That is, the two-dimensional image display device 11 and the shared lens 16 are substantially in an imaging relationship. This means that the shared lens 16 does not contribute to image formation. However, the contribution of the shared lens 16 is present in the three-dimensional image formed by the group of rays diverging again after being imaged by the shared lens 16 as will be described in detail later.

また、本実施の形態では水平方向には光線を拡散しない垂直方向拡散板17を共有レンズ16に近接させて配置することにより、垂直方向にのみ光線の拡散を行うようにしている。共有レンズ16と垂直方向拡散板17からなるスクリーンの実施形態としては、図9(a)、(b)に示すように1枚で構成する場合と2枚で構成する場合の2通りの形態が考えられる。図9(a)は、共有レンズ16と垂直方面拡散板17を一体化したスクリーンとして構成した場合の例である。同図(a)は共有レンズ16としてフレネルレンズを使用し、垂直方向拡散板17としてレンチキュラーシートを使用した場合の図を示している。共通像面18を裏面のフレネルレンズ面16に一致させてテレセントリック化した後に、観察者側の垂直方向拡散板17で表示方向の違いを解消する。   In the present embodiment, the vertical diffusion plate 17 that does not diffuse light in the horizontal direction is disposed close to the shared lens 16 so that light is diffused only in the vertical direction. As an embodiment of the screen composed of the shared lens 16 and the vertical diffusing plate 17, there are two kinds of forms, that is, a case where it is constituted by one piece and a case where it is constituted by two pieces as shown in FIGS. Conceivable. FIG. 9A shows an example in which the shared lens 16 and the vertical diffusing plate 17 are integrated as a screen. FIG. 5A shows a case where a Fresnel lens is used as the shared lens 16 and a lenticular sheet is used as the vertical diffusion plate 17. After the common image surface 18 is made telecentric by matching the Fresnel lens surface 16 on the back surface, the difference in display direction is eliminated by the vertical diffusion plate 17 on the viewer side.

なお、垂直方向拡散板17としては、レンチキュラーシートの他、ホログラフィックスクリーンを使用することができる。また、共有レンズ16とレンズアレイ12との間に平面鏡や凹面鏡を用いて折り曲げたカタディオプトリック光学系(反射屈折光学系)を構成することにより、装置の奥行きをスリム化することができる。   As the vertical diffusion plate 17, a holographic screen can be used in addition to the lenticular sheet. Further, by forming a catadioptric optical system (catadioptric optical system) that is bent using a plane mirror or a concave mirror between the shared lens 16 and the lens array 12, the depth of the apparatus can be reduced.

図9(b)は、共有レンズ16と垂直方向拡散板17とを2枚で構成した場合の例である。垂直方向拡散板17として図示するような両面に成形されたダブルレンチキュラーシートを使用することで、垂直方向に、より優れた拡散性をもたせることができる。このようなスクリーンとして実用化されているものとしては、リアプロジェクションテレビ用のフレネルレンチスクリーン等がある。   FIG. 9B shows an example in which the shared lens 16 and the vertical diffusing plate 17 are composed of two sheets. By using a double lenticular sheet formed on both sides as shown in the figure as the vertical diffusion plate 17, more excellent diffusibility can be provided in the vertical direction. Examples of such a screen that have been put into practical use include a Fresnel wrench screen for a rear projection television.

本実施の形態では、二次元画像表示装置11の中心軸は個々のレンズ13の光軸と個々の開口15の光軸と一致しておらず、平行偏心している。すなわち、図7又は図8が示すように、二次元画像表示装置11の中心軸(図示なし)に対して、個々のレンズ13の光軸(一点破線で図示あり)と個々の開口15の光軸(一点破線で図示あり)がシフトしている。そして、これらの個々の光学系の絞り中心を通過する光線が共有レンズ16の中心を通過する構成となっている。従って、三次元表示に必要な画像の表示方向は、共有レンズ16で与えられるのではなく、偏心をもつ個々の光学系により最初から与えられているのである。この偏心した光学系について、図10を参照しながらより詳細に説明する。   In the present embodiment, the central axis of the two-dimensional image display device 11 does not coincide with the optical axis of each lens 13 and the optical axis of each opening 15, and is decentered in parallel. That is, as shown in FIG. 7 or FIG. 8, the optical axis of each lens 13 (shown by a dashed line) and the light of each opening 15 with respect to the central axis (not shown) of the two-dimensional image display device 11. The axis (shown with a dashed line) is shifted. The light passing through the diaphragm centers of these individual optical systems passes through the center of the shared lens 16. Therefore, the display direction of the image necessary for the three-dimensional display is not given by the shared lens 16, but is given from the beginning by the individual optical systems having decentering. This decentered optical system will be described in more detail with reference to FIG.

図10は偏心をもつ投射光学系アレイの実施形態を示す図である。同図中、図6と同一構成部分には同一符号を付してある。また、図10において、直交する2本の直線は、水平方向を表す水平軸2、それに垂直な方向を表す垂直軸3である。なお、水平方向とは、表示画像の観察者の二つの目を結ぶ方向に平行な方向である。図10に示すように、本実施の形態では、画像発生源である二次元画像表示装置11は、水平軸2に射影した位置が、垂直軸3方向で互いに一致しないように、斜めにずらして配置している。そして、これらの二次元画像表示装置11に対して、個々のレンズ13及び開口15を異なる偏心量で水平方向及び垂直方向にシフトさせている。   FIG. 10 is a diagram showing an embodiment of a projection optical system array having decentration. In the figure, the same components as those in FIG. In FIG. 10, two orthogonal straight lines are a horizontal axis 2 representing the horizontal direction and a vertical axis 3 representing the direction perpendicular thereto. The horizontal direction is a direction parallel to the direction connecting the two eyes of the viewer of the display image. As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the two-dimensional image display device 11 that is an image generation source is shifted obliquely so that the positions projected on the horizontal axis 2 do not coincide with each other in the vertical axis 3 direction. It is arranged. And with respect to these two-dimensional image display apparatuses 11, each lens 13 and opening 15 are shifted in the horizontal direction and the vertical direction by different eccentric amounts.

投射レンズのレンズシフトは、以前は画像の歪や画像劣化を伴うものであったが、近年の光学設計技術の進歩により、水平方向及び垂直方向にレンズシフトを行っても、像質の低下が許容値以下であり、電気的な歪補正が不要な投射レンズを備えたプロジュクタが開発されており、本出願人も当該プロジェクタの製造・販売を行っている。   Previously, the lens shift of the projection lens was accompanied by image distortion and image degradation. However, due to recent advances in optical design technology, even if the lens shift is performed in the horizontal and vertical directions, the image quality will deteriorate. A projector having a projection lens that is less than an allowable value and does not require electrical distortion correction has been developed, and the present applicant also manufactures and sells the projector.

さて、図7、図8における共通像面18付近に配置したスクリーンである共有レンズ16及び垂直方向拡散板17は、共通像面18に形成された二次元画像表示装置11の拡大像の大きさを変えることなく空間に投射する。すなわち、複数台の二次元画像表示装置11の各々から2本ずつ射出された光線が、2本ずつ平行になるように、共有レンズ16により屈折される。すなわち、共有レンズ16は、上に述べたレンズシフトによって与えられた瞳の伝播方向を変えることなく、テレセントリック化するように構成する。   7 and 8, the shared lens 16 and the vertical diffusion plate 17, which are screens arranged in the vicinity of the common image plane 18, are enlarged image sizes of the two-dimensional image display device 11 formed on the common image plane 18. Project into the space without changing. That is, two light beams emitted from each of the plurality of two-dimensional image display devices 11 are refracted by the shared lens 16 so that two light beams are parallel each other. That is, the shared lens 16 is configured to be telecentric without changing the propagation direction of the pupil given by the lens shift described above.

このような共有レンズ16及び垂直方向拡散板17からなるスクリーンにより水平方向についてはテレセントリックに、垂直方向については拡散状態となった光線により、三次元画像が形成されることになる。   A three-dimensional image is formed by the light beam that is telecentric in the horizontal direction and diffused in the vertical direction by the screen including the shared lens 16 and the vertical diffusion plate 17.

次に、上記の三次元画像の肉眼観察について説明する。図11は肉眼観察時の観察者の綱膜上の像の一例を示す図である。図11(a)は、球21と立方体22の空間像を観察者がある観察位置で見たときに観察される網膜上の像である。そして、図11(a)に示す網膜像は、指向性が高くテレセントリックな光線が空間に投射されるため、目には二次元画像表示装置11に表示された平行投影画像の一部しか入射しないため、部分的な画像が観察される。垂直方向には垂直方向拡散板17により射出瞳が拡大されるため、縦長の短冊状の画像となる。網膜像は、異なるプロジェクタからのこれらの短冊状の画像が網膜上で並んだものであり、図11(b)に示すように複数の短冊状の画像が接続されたものである。   Next, the visual observation of the above three-dimensional image will be described. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an image on the membrane of an observer at the time of naked eye observation. FIG. 11A is an image on the retina that is observed when an observer sees a spatial image of the sphere 21 and the cube 22 at a certain observation position. The retinal image shown in FIG. 11A has a high directivity and telecentric light rays are projected onto the space, so that only a part of the parallel projection image displayed on the two-dimensional image display device 11 is incident on the eyes. Therefore, a partial image is observed. In the vertical direction, the exit pupil is enlarged by the vertical diffusing plate 17, so that a vertically long strip-shaped image is obtained. The retinal image is an image in which these strip-like images from different projectors are arranged on the retina, and a plurality of strip-like images are connected as shown in FIG.

このような短冊状の画像の例を図12(a)〜(f)に示す。これらは、図6における二次元画像表示装置アレイ10のうち、一台の二次元画像表示装置11のみに画像を表示させたときに肉眼観察される像を示すものである。図12(a)においては、球の空間像21の左部分の画像が表示されている。このとき、観察位置を水平方向に移動すると、図12(b)に示すように球の空間像21の中央部分の画像を肉眼観察することができる。更に観察位置を水平方向に移動していくと、図12(c)に示す球の空間像21の右端、図12(d)に示す立方体の空間像22の左端、図12(e)に示す立方体の空間像22の中央付近、図12(f)に示す立方体の空間像22の右端の投影画像を順次、肉眼観察することができる。   Examples of such strip-shaped images are shown in FIGS. These show images that are observed with the naked eye when an image is displayed only on one two-dimensional image display device 11 in the two-dimensional image display device array 10 in FIG. 6. In FIG. 12A, an image of the left part of the spherical space image 21 is displayed. At this time, when the observation position is moved in the horizontal direction, the image of the central portion of the spherical space image 21 can be visually observed as shown in FIG. When the observation position is further moved in the horizontal direction, the right end of the spherical aerial image 21 shown in FIG. 12C, the left end of the cubic aerial image 22 shown in FIG. 12D, and FIG. The projected image at the right end of the cubic aerial image 22 shown in FIG. 12F can be sequentially observed with the naked eye in the vicinity of the center of the cubic aerial image 22.

また、観察位置を固定して、二次元画像表示装置アレイ10のうち二次元画像表示装置11を1台ずつ順次点灯させていった場合においても。図12(a)〜(f)とほぼ同様な画像を肉眼観察することができる。勿輪、異なる二次元画像表示装置11には各々異なる方向から投影した画像が表示されているため、肉眼観察される短冊画像としては、厳密には図12(a)〜(f)とは視差量だけ異なっている。   Further, even when the observation position is fixed and the two-dimensional image display devices 11 of the two-dimensional image display device array 10 are sequentially turned on one by one. Images similar to those shown in FIGS. 12A to 12F can be observed with the naked eye. Needless to say, images projected from different directions are displayed on the different two-dimensional image display devices 11, so that the strip images observed with the naked eye are strictly parallax with FIGS. 12 (a) to 12 (f). Only the amount is different.

ここで、もしこれらの個々の短冊状の画像に僅かでも色むらや輝度むらが存在した場合、すべての二次元画像表示装置11を点灯させたときに、図11(b)のように滑らかに網膜像を接続することができなくなる。本発明では、図1乃至図5と共に説明したように、かかる色むらを抑えるべく、共通の単色光源を用いてその出射光を光ファイバー束等で分岐し、分岐した後に色合成するように構成したことで、色むらを完全に解消したのである。   Here, if there is even a slight color unevenness or luminance unevenness in these individual strip-shaped images, when all the two-dimensional image display devices 11 are turned on, the images are smoothly as shown in FIG. The retinal image cannot be connected. In the present invention, as described with reference to FIGS. 1 to 5, in order to suppress such color unevenness, a common monochromatic light source is used to divide the emitted light by an optical fiber bundle or the like, and the color is synthesized after being branched. In this way, the uneven color was completely eliminated.

次に、図13を参照しながら本発明を実施するための具体例を詳細に説明する。図13は本発明になる投射型表示装置の一実施の形態の要部の上面方向からの構成図を示す。同図中、図1〜図4、図6と同一構成部分には同一符号を付してある。   Next, a specific example for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 13 is a structural view from the upper surface direction of the main part of an embodiment of the projection display device according to the present invention. In the figure, the same components as those in FIGS. 1 to 4 and 6 are denoted by the same reference numerals.

図13において、二次元画像表示素子1121、偏光ビームスプリッタ1091及び投射レンズユニット1101は、プロジェクタ100を構成している。同様に、二次元画像表示素子1122〜112n、偏光ビームスプリッタ1092〜109n、投射レンズユニット1102〜110nも同様に、それぞれ2台目〜n台目のプロジェクタを構成している。   In FIG. 13, the two-dimensional image display element 1121, the polarization beam splitter 1091, and the projection lens unit 1101 constitute the projector 100. Similarly, the two-dimensional image display elements 1122 to 112n, the polarizing beam splitters 1092 to 109n, and the projection lens units 1102 to 110n also form second to nth projectors, respectively.

プロジェクタ100等の各プロジェクタは偏心のある撮影光学系を有する二次元画像投影装置であり、全体としては水平方向及び垂直方向に二次元的に配置されて二次元画像投影装置アレイを構成している。投射レンズユニット1101は、入射側の投射レンズ211、投射レンズ内部の開口絞り212、射出側の投射レンズ213からなる。他の投射レンズユニット1102〜110nも同様である。また、二次元画像表示素子1121〜112nはそれぞれ図6(b)の二次元画像表示装置11に相当し、全体として図6(a)、(b)に示した二次元画像表示装置アレイ10を構成している。また、投射レンズユニット1101〜110nのそれぞれは図6(b)のレンズ13及び開口15に相当し、全体として図6(a)、(b)に示したレンズアレイ12、開口アレイ14を構成している。   Each projector such as the projector 100 is a two-dimensional image projection device having a decentered photographing optical system, and is arranged two-dimensionally in the horizontal direction and the vertical direction as a whole to constitute a two-dimensional image projection device array. . The projection lens unit 1101 includes an incident-side projection lens 211, an aperture stop 212 inside the projection lens, and an exit-side projection lens 213. The same applies to the other projection lens units 1102 to 110n. The two-dimensional image display elements 1121 to 112n correspond to the two-dimensional image display device 11 shown in FIG. 6B, and the two-dimensional image display device array 10 shown in FIGS. It is composed. Each of the projection lens units 1101 to 110n corresponds to the lens 13 and the aperture 15 in FIG. 6B, and constitutes the lens array 12 and the aperture array 14 shown in FIGS. 6A and 6B as a whole. ing.

図13の二次元画像表示素子1121〜112nには図示しない再生装置とドライブ回路により被写体の投影画像を表示させる。図13における二次元画像表示素子1121〜112nへの照明光源からの光の導入の仕方は、一般的な反射型液晶表示素子を用いたプロジェクタの光学系を用いることができる。なお、図13においては、二次元画像表示素子として図3又は図4のフィールドシーケンシャル表示の二次元画像表示素子1121〜112nを一例として示しているが、図1又は図2に示した二次元画像表示素子でもよく、また、照明光源が図13には図示していないが、図1〜図4に図示したいずれかの照明光学系を使用することができる。   Projected images of the subject are displayed on the two-dimensional image display elements 1121 to 112n in FIG. 13 by a reproduction device and a drive circuit (not shown). As a method of introducing light from the illumination light source into the two-dimensional image display elements 1121 to 112n in FIG. 13, a projector optical system using a general reflective liquid crystal display element can be used. In FIG. 13, the field sequential display two-dimensional image display elements 1121 to 112n shown in FIG. 3 or FIG. 4 are shown as an example of the two-dimensional image display element, but the two-dimensional image shown in FIG. Although a display element may be sufficient and the illumination light source is not illustrated in FIG. 13, any one of the illumination optical systems illustrated in FIGS. 1 to 4 can be used.

この二次元画像表示素子1121〜112nとしては、高い解像度を有する反射型液晶表示素子であるLCOS(Liquid Crystal On Silicon)を使用することが好ましい。特に、本出願人が製造、販売するLCOSであるD−ILA(登録商標)のうち、解像度が4096×2160画素のものを用いると、大画面で高解像度の三次元画像表示装置を好適に実現することができる。   As the two-dimensional image display elements 1121 to 112n, it is preferable to use LCOS (Liquid Crystal On Silicon) which is a reflective liquid crystal display element having a high resolution. In particular, among D-ILA (registered trademark), which is an LCOS manufactured and sold by the present applicant, when a resolution of 4096 × 2160 pixels is used, a large-screen, high-resolution three-dimensional image display device is suitably realized. can do.

勿論、二次元画像表示素子1121〜112nの替わりに、HTPS(High Temperature Poly-Silicon:高温ポリシリコンTFT液晶)に代表される透過型液晶あるいはDLP(Digital Light Processing:登録商標)などの他のマイクロディスプレイデバイス(Micro Display Device:MD)を用いることも可能である。その場合には、光源および照明光学系ならびに偏光ビームスプリッタ1091〜109nを、各々のマイクロディスプレイデバイスに適合するものに置き換えて実施すればよい。   Of course, instead of the two-dimensional image display elements 1121 to 112n, transmissive liquid crystal typified by HTPS (High Temperature Poly-Silicon: High-Temperature Polysilicon TFT Liquid Crystal) or other micro-type such as DLP (Digital Light Processing: registered trademark). It is also possible to use a display device (Micro Display Device: MD). In that case, the light source, the illumination optical system, and the polarization beam splitters 1091 to 109n may be replaced with ones suitable for each microdisplay device.

二次元画像表示素子1121〜112nのそれぞれから出射される二次元画像の光線は、偏光ビームスプリッタ1091〜109nをそれぞれテレセントリックな状態で透過した後、投射レンズユニット1101〜110nに別々に入射する。この投射レンズユニット1101〜110nは、二次元画像表示素子1121〜112nの拡大像を共有レンズ(フレネルレンズ)16付近に結像させた後、観察者の網膜23にn個の縦長の短冊状の画像が接続された三次元空間像を結像させる。   The two-dimensional image light beams emitted from the two-dimensional image display elements 1121 to 112n are transmitted through the polarization beam splitters 1091 to 109n in a telecentric state, and then enter the projection lens units 1101 to 110n separately. The projection lens units 1101 to 110n form an enlarged image of the two-dimensional image display elements 1121 to 112n in the vicinity of the shared lens (Fresnel lens) 16 and then n vertically long strips on the retina 23 of the observer. A three-dimensional aerial image connected with the image is formed.

以上、詳述したように本実施の形態によれば、照明光学系により投射画像間あるいは視差画像間の色度ばらつきをほぼなくすことができるため、従来の空間像方式による三次元画像表示装置における、表示される三次元画像の色むらや輝度むらを解消することができると共に、共有レンズ16、垂直方向拡散板17および共通像面18とを極めて近接して配置することで、二次元画像投影装置から共通像面までの光路長や共有レンズのサイズの縮小化を実現したため、簡素で小型なプロジェクタアレイを構成できる。   As described above in detail, according to the present embodiment, the illumination optical system can substantially eliminate chromaticity variations between projected images or parallax images. Therefore, in the conventional three-dimensional image display device using the aerial image method, The unevenness of color and brightness of the displayed three-dimensional image can be eliminated, and the common lens 16, the vertical diffusing plate 17 and the common image plane 18 are arranged in close proximity to each other, thereby projecting a two-dimensional image. Since the optical path length from the device to the common image plane and the size of the shared lens are reduced, a simple and small projector array can be configured.

なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば光源はR,G,B用の三つの単色光源に限らず、三つ以上の単色光源でもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the light source is not limited to the three monochromatic light sources for R, G, and B, and may be three or more monochromatic light sources.

本発明の投射型表示装置の照明光学系の第1の実施の形態の基本的構成図である。It is a fundamental lineblock diagram of a 1st embodiment of an illumination optical system of a projection type display of the present invention. 本発明の投射型表示装置の照明光学系の第2の実施の形態の基本的構成図である。It is a basic block diagram of 2nd Embodiment of the illumination optical system of the projection type display apparatus of this invention. 本発明の投射型表示装置の照明光学系の第3の実施の形態の基本的構成図である。It is a basic block diagram of 3rd Embodiment of the illumination optical system of the projection type display apparatus of this invention. 本発明の投射型表示装置の照明光学系の第4の実施の形態の基本的構成図である。It is a basic block diagram of 4th Embodiment of the illumination optical system of the projection type display apparatus of this invention. 光導波路アレイの各例の端面を示す図である。It is a figure which shows the end surface of each example of an optical waveguide array. 本発明の投射型画像表示装置の一実施の形態の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of one Embodiment of the projection type image display apparatus of this invention. 本発明の投射型表示装置の要部の光線状態を示す上面図である。It is a top view which shows the light ray state of the principal part of the projection type display apparatus of this invention. 本発明の投射型表示装置の要部の光線状態を示す側面図である。It is a side view which shows the light ray state of the principal part of the projection type display apparatus of this invention. 図6中の共有レンズと垂直方向拡散板からなるスクリーンの各例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows each example of the screen which consists of a shared lens in FIG. 6, and a vertical direction diffuser. 本発明における偏心をもつ投射光学系アレイの一実施の形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the projection optical system array with a decentration in this invention. 肉眼観察時の観察者の綱膜上の像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the image on the membrane of an observer at the time of macroscopic observation. 肉眼観察される短冊画像例を示す図である。It is a figure which shows the example of a strip image observed with the naked eye. 本発明の投射型表示装置の一実施の形態の要部の上面方向からの構成図である。It is a block diagram from the upper surface direction of the principal part of one Embodiment of the projection type display apparatus of this invention. 従来の3次元ディスプレイの一例の表示原理説明図である。It is a display principle explanatory drawing of an example of the conventional three-dimensional display.

符号の説明Explanation of symbols

10 二次元画像表示装置アレイ
11 二次元画像表示装置
12 レンズアレイ
13 レンズ
14 開口アレイ
15 開口
16 共有レンズ
17 垂直方向拡散板
18 共通像面
19 光軸
100 プロジェクタ(二次元画像投影装置)
101R 赤色光源
101G 緑色光源
101B 青色光源
102R、102B、102B リレーレンズ
103R、103G、103B フィールドレンズ
104R、104G、104B 光導波路アレイ
1051〜105n コリメートレンズ
1061〜106n 偏光子
1071〜107n、1121〜112n 二次元画像表示素子
1081〜108n RGBカラーフィルタ
1091〜109n 偏光ビームスプリッタ
1101〜110n 投射レンズユニット
1111R〜111nR 赤色光用液晶表示素子
1111G〜111nG 緑色光用液晶表示素子
1111B〜111nB 青色光用液晶表示素子
1131〜113n 色合成光学系
114R、114G、114B ライトパイプからなるロッドインテグレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Two-dimensional image display apparatus array 11 Two-dimensional image display apparatus 12 Lens array 13 Lens 14 Aperture array 15 Aperture 16 Shared lens 17 Vertical direction diffuser 18 Common image surface 19 Optical axis 100 Projector (two-dimensional image projection apparatus)
101R Red light source 101G Green light source 101B Blue light source 102R, 102B, 102B Relay lens 103R, 103G, 103B Field lens 104R, 104G, 104B Optical waveguide array 1051-105n Collimating lens 1061-106n Polarizer 1071-107n, 1121-112n Two-dimensional Image display element 1081 to 108n RGB color filter 1091 to 109n Polarizing beam splitter 1101 to 110n Projection lens unit 1111R to 111nR Liquid crystal display element for red light 1111G to 111nG Liquid crystal display element for green light 1111B to 111nB Liquid crystal display element for blue light 1131 113n Color synthesis optical system 114R, 114G, 114B Rod integrator comprising light pipe

Claims (5)

複数の二次元画像表示素子を用いて複数の二次元画像を投射して三次元画像を表示する投射型表示装置において、
互いに異なる原色光を出射する三以上の光源と、
前記三以上の光源から各々出射された原色光を、各原色光毎に前記二次元画像表示素子の数と同数の部分原色光にそれぞれ分岐する複数の光分岐手段と、
前記複数の光分岐手段により別々に分岐された互いに異なる原色の前記部分原色光を組み合わせた光で、前記複数の二次元画像表示素子を個別に照明する複数の照明手段と、
前記複数の二次元画像表示素子から投射される複数の二次元画像からの光線の方向を、該二次元画像単位で互いに異なる方向に偏向させる偏向光学素子アレイと
を有し、
前記光線の交点を空間に形成することにより三次元の空間像を表示し、
前記三以上の光源の各々は、同一の原色光を複数加算して均一照明光として出射する1本のライトパイプからなるロッドインテグレータによる光加算手段を有しており、該光加算手段から前記均一照明光の前記原色光を出射する構成である
ことを特徴とする投射型表示装置。
In a projection type display device that displays a three-dimensional image by projecting a plurality of two-dimensional images using a plurality of two-dimensional image display elements,
Three or more light sources that emit different primary colors;
A plurality of light branching means for branching the primary color light respectively emitted from the three or more light sources into the same number of partial primary color lights as the number of the two-dimensional image display elements for each primary color light;
A plurality of illumination means for individually illuminating the plurality of two-dimensional image display elements with light obtained by combining the partial primary color lights of different primary colors separately branched by the plurality of light branching means;
A deflection optical element array that deflects the directions of light rays from a plurality of two-dimensional images projected from the plurality of two-dimensional image display elements in directions different from each other in units of the two-dimensional image;
Displaying a three-dimensional aerial image by forming the intersection of the rays in space ;
Each of the three or more light sources has a light adding means by a rod integrator composed of a single light pipe that adds a plurality of the same primary color lights and emits them as uniform illumination light. A projection type display device characterized in that the primary color light of illumination light is emitted .
前記複数の照明手段の各々は、
前記複数の光分岐手段により別々に分岐された互いに異なる原色の前記部分原色光を色合成して白色光を発生する色合成手段と、
前記白色光を光の三原色光に分離し、その分離した三つの原色光で前記二次元画像表示素子を照明する光分離手段と
からなることを特徴とする請求項1記載の投射型表示装置。
Each of the plurality of illumination means includes
Color synthesizing means for generating white light by color synthesizing the partial primary color lights of different primary colors separately branched by the plurality of light branching means;
The projection display apparatus according to claim 1, further comprising: a light separation unit that separates the white light into three primary color lights and illuminates the two-dimensional image display element with the separated three primary color lights.
前記複数の二次元画像表示素子の各々は、赤色光で照明される赤色光用二次元画像表示素子と、緑色光で照明される緑色光用二次元画像表示素子と、青色光で照明される青色光用二次元画像表示素子とからなり、
前記複数の照明手段の各々は、前記複数の光分岐手段により別々に分岐された前記部分原色光のうち、対応する原色の部分原色光で前記二次元画像表示素子を個別に照明する手段であることを特徴とする請求項1記載の投射型表示装置。
Each of the plurality of two-dimensional image display elements is illuminated with red light, a two-dimensional image display element for red light that is illuminated with red light, a two-dimensional image display element for green light that is illuminated with green light, and a blue light. It consists of a two-dimensional image display element for blue light,
Each of the plurality of illumination means is means for individually illuminating the two-dimensional image display element with a partial primary color light of a corresponding primary color among the partial primary color lights branched separately by the plurality of light branching means. The projection type display device according to claim 1.
前記三以上の光源を、発光動作する光源が前記二次元画像表示素子のフィールド単位で一つずつ順次巡回的に切り替えると共に、前記二次元画像表示素子で表示する画像を照明原色光に対応した原色光用画像に前記フィールド単位で同期して切り替える切り替え手段を有し、
前記複数の照明手段の各々は、前記複数の光分岐手段により別々に分岐された前記部分原色光で前記二次元画像表示素子を個別に照明する手段であることを特徴とする請求項1記載の投射型表示装置。
The three or more light sources are sequentially switched one by one in units of fields of the two-dimensional image display element, and the light source that performs the light emission operation is a primary color corresponding to the illumination primary color light. Switching means for switching to the light image in synchronism with the field unit;
2. The plurality of illumination means are means for individually illuminating the two-dimensional image display element with the partial primary color light separately branched by the plurality of light branching means. Projection display device.
三次元画像表示させるオブジェクトが発する光線を角度単位で標本化することにより光線空間を再現して、空間像としての三次元画像を表示する投射型表示装置であって、
三以上の光源から各々出射された互いに異なる原色光を、各原色光毎に複数の部分原色光にそれぞれ分岐し、その分岐された互いに異なる原色の前記部分原色光を組み合わせて照明光として発光する複数の照明光学系が、水平方向及び垂直方向に二次元的に配置された照明光学系アレイと、
前記複数の照明光学系から別々に出射される照明光で個別に照明される複数の二次元画像表示素子が、水平方向及び垂直方向に二次元的に配置された二次元画像表示素子アレイと、
前記複数の二次元画像表示素子の個々の画像表示の中心位置に対して、各々の光軸の位置が偏心するように水平方向及び垂直方向に二次元的に配置された複数のレンズからなり、前記複数の二次元画像表示素子のそれぞれで表示された画像からの発散光を個別に透過する投射レンズアレイと、
前記投射レンズアレイからの発散光が収束する共通像面付近に配置され、該発散光を水平方向に平行化すると共に垂直方向に拡散して空間に投射し三次元の空間像を結像させる共通スクリーンと
を有し、
前記三以上の光源の各々は、同一の原色光を複数加算して均一照明光として出射する1本のライトパイプからなるロッドインテグレータによる光加算手段を有しており、該光加算手段から前記均一照明光の前記原色光を出射する構成である
ことを特徴とする投射型表示装置。
A projection display device that reproduces a light space by sampling light rays emitted by an object to be displayed in a three-dimensional image in units of angles, and displays a three-dimensional image as a spatial image,
Different primary color lights respectively emitted from three or more light sources are branched into a plurality of partial primary color lights for each primary color light, and the split primary color lights of different primary colors are combined to emit light as illumination light. An illumination optical system array in which a plurality of illumination optical systems are two-dimensionally arranged in a horizontal direction and a vertical direction;
A plurality of two-dimensional image display elements individually illuminated with illumination light emitted separately from the plurality of illumination optical systems, a two-dimensional image display element array arranged two-dimensionally in the horizontal direction and the vertical direction;
A plurality of lenses arranged two-dimensionally in the horizontal direction and the vertical direction so that the position of each optical axis is decentered with respect to the center position of each image display of the plurality of two-dimensional image display elements, A projection lens array that individually transmits divergent light from images displayed on each of the plurality of two-dimensional image display elements;
Commonly arranged near the common image plane where the divergent light from the projection lens array converges, parallelizes the divergent light in the horizontal direction, diffuses it in the vertical direction, and projects it into space to form a three-dimensional aerial image. possess a screen,
Each of the three or more light sources has a light adding means by a rod integrator composed of a single light pipe that adds a plurality of the same primary color lights and emits them as uniform illumination light. A projection type display device characterized in that the primary color light of illumination light is emitted .
JP2006306227A 2006-11-13 2006-11-13 Projection display Active JP4893250B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006306227A JP4893250B2 (en) 2006-11-13 2006-11-13 Projection display

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006306227A JP4893250B2 (en) 2006-11-13 2006-11-13 Projection display

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008122641A JP2008122641A (en) 2008-05-29
JP4893250B2 true JP4893250B2 (en) 2012-03-07

Family

ID=39507455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006306227A Active JP4893250B2 (en) 2006-11-13 2006-11-13 Projection display

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4893250B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5608996B2 (en) * 2009-03-31 2014-10-22 株式会社Jvcケンウッド ADJUSTMENT DEVICE AND ADJUSTMENT METHOD FOR ADJUSTING A STEREO IMAGE DISPLAY DEVICE, AND ADJUSTMENT DEVICE AND ADJUSTMENT METHOD FOR ADJUSTING A STEREO IMAGE CAPTURE DEVICE
JP5424342B2 (en) * 2009-05-20 2014-02-26 国立大学法人東京農工大学 Stereoscopic image display device
DE102010030138A1 (en) 2010-06-15 2011-12-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Projection display and method for displaying an overall picture
JP2013182095A (en) * 2012-03-01 2013-09-12 Mitsubishi Electric Corp Multiple screen display device
CN110248063B (en) * 2019-06-24 2023-12-26 华中科技大学 Color coherent imaging device and method for lens-free microscopic system

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0830859B2 (en) * 1989-11-01 1996-03-27 シャープ株式会社 Light source for LCD projector
JPH0430105A (en) * 1990-05-26 1992-02-03 Matsushita Electric Works Ltd Fiber light source device
JPH09106705A (en) * 1995-10-11 1997-04-22 Mitsubishi Electric Corp Light source device and projection display device using it
JP2002214707A (en) * 2001-01-18 2002-07-31 Olympus Optical Co Ltd Image display device
JP3576521B2 (en) * 2001-11-02 2004-10-13 独立行政法人 科学技術振興機構 Stereoscopic display method and apparatus
US6655825B2 (en) * 2001-12-28 2003-12-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. White light source for LCD backlight
JP5004269B2 (en) * 2006-05-16 2012-08-22 国立大学法人東京農工大学 3D image display method and 3D image display apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008122641A (en) 2008-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7607779B2 (en) Stereoscopic image display device and image display device
US8388138B1 (en) Projection display systems
US9329470B2 (en) Display apparatus for displaying multiple view angle images
US10678061B2 (en) Low etendue illumination
KR101174075B1 (en) Stereoscopic Image Display System, and Stereoscopic Image Player and Stereoscopic Image Player For the Same
JP5595907B2 (en) High resolution 3D projection system
JP2007524111A (en) Color projection display system
JP4052314B2 (en) Stereoscopic image display device and image display device
JP2003140083A (en) Three-dimensional display method and its device
US9116422B2 (en) Display apparatus for displaying multiple images of viewing angles
JP5004269B2 (en) 3D image display method and 3D image display apparatus
CN113748671A (en) Method and apparatus for variable resolution screen
JP2010122345A (en) Image displaying device, image displaying method, and image displaying system
JP4893250B2 (en) Projection display
JP4052315B2 (en) Stereoscopic image display device
US20070236801A1 (en) Time-multiplexed 3D display system with beam splitter
JP2010020037A (en) Three-dimensional image display method and three-dimensional image display device
US20120327132A1 (en) Image display apparatus and method
JP2012141574A (en) Polarization convertible relay optical system and image projection device provided therewith
JP4928152B2 (en) Rear projection display device and screen
JPH08149520A (en) Stereoscopic video image display device
JP2010511913A (en) Modulator device and apparatus for three-dimensional display system
US8820942B2 (en) Light dividing structure and optical machine system comprising the same
TW201241476A (en) Display apparatus for displaying multiple view angle images
JP2012063564A (en) Projector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20081226

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110720

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110816

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111011

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20111012

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111122

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111205

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4893250

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150106

Year of fee payment: 3