JPWO2010070917A1 - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

３次元表示した場合に、右眼画像と左眼画像を交互に切り替えて表示する必要がなく、また、２次元表示と３次元表示とで光利用効率が実質的に変わらない画像表示装置を提供する。
画像表示装置１は、偏光特性を有しないＬＥＤ光源２と、ＬＥＤ光源２からの光を平行光にするコリメータレンズ３と、コリメータレンズ３を透過した平行光を集光するコンデンサレンズ１０と、コンデンサレンズ１０を透過した光をＳ偏光とＰ偏光に分離する偏光プリズム４と、偏光プリズム４で反射されたＳ偏光からＰ偏光画像を形成する第１の偏光画像形成手段５と、偏光プリズム４を透過したＰ偏光からＳ偏光画像を形成する第２の偏光画像形成手段６と、Ｐ偏光画像とＳ偏光画像を合成する偏光プリズム７と、合成された画像を投影する投影レンズ８およびスクリーン９を備える。

Description

本発明は、画像表示装置に関する。

液晶プロジェクタに使用される偏光制御型の液晶ライトバルブには、透過型と反射型があり、それぞれに、３板方式、２板方式または単板方式のプロジェクタが用いられている。

３板方式では、２枚のダイクロイックミラーによって白色光を赤色、緑色および青色の各波長帯に分離し、それぞれの色に対応した液晶ライトバルブで合成しカラー画像とした後、投影レンズを用いてスクリーンに拡大投影する。この方式によれば、高い色再現性と高解像度が得られるが、部品点数が増えることによって大型化するという問題がある。

これに対して、単板方式は、赤色、緑色および青色の変調を１つの液晶ライトバルブで行うので、小型で軽量という利点を有する。一例として、液晶ライトバルブの３つの画素に赤色、緑色および青色の各色を割り当てる方式が挙げられる。しかし、この方式では、常時、光の２／３が遮られてしまうので、解像度と明るさが１／３に落ちてしまうという欠点がある。

一方、２板方式は、２色の光を１つの液晶ライトバルブで変調し、残りの１色の光をもう１つの液晶ライトバルブで変調するものである。

図５は、特許文献１に開示されている２板方式のプロジェクタを用いた画像表示装置である。この装置では、白色光１１０が暫定変調器１２０に入射すると、暫定変調器１２０は光の特定のスペクトル要素１２５を選択的に偏光する。次いで、第１のフィルタ１３０によって、スペクトル要素１２５の中から第１のスペクトル要素１３５の偏光方向が回転する一方、残りの部分である第２のスペクトル要素１３６は第１のフィルタ１３０をそのまま透過する。次に、第１のスペクトル要素１３５と第２のスペクトル要素１３６は、ビームスプリッタ１４０の反射・透過面１４５によって分離され、それぞれ別個にパネル１５０、１６０に入射する。第１のスペクトル要素１３５は、パネル１５０において偏光方向を往復でπ／２だけ回転した後、ビームスプリッタ１４０の反射・透過面１４５に戻って、パネル１６０からの第２のスペクトル要素１３６と再結合する。再結合した光は、第２の光学的偏光素子１７０によって偏光方向が回転された後、投写レンズ１８０を通ってスクリーンに表示される。

特開２００２−４０３６７号公報

上記した２板方式は、３板方式と単板方式との折衷的な方式と言える。ここで、特許文献１に記載の画像表示装置は２次元の画像を表示する装置である。この装置で３次元の画像を表示するには、右眼用画像と左眼用画像が交互にスクリーンに映し出されるようにすればよい。観察者は、液晶シャッタを用いた眼鏡をかけ、左右の画像を切り換えて表示するタイミングに同期させて右眼用と左目用の液晶シャッタを交互に開閉することにより、３次元の画像を見ることができる。

また、右眼用画像と左眼用画像とをフィールドごとに交互に表示し、偏光板と制御装置によってフィールド毎にＯＮ／ＯＦＦされる液晶シャッタを用いて、左右各眼の映像の偏光角を９０度異ならせる。左右各眼に対応し互いに偏光角が９０°異なる偏光眼鏡をかけてこの画像を目視することによっても、観察者は立体画像を見ることができる。

しかしながら、液晶シャッタを用いた上記方法では、左右の画像のクロストークが発生しやすく、フリッカも生じるといった問題があった。また、左眼画像と右眼画像の両方を交互に表示するため、明るさが半分になってしまうという問題もあった。

本発明は、こうした点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、３次元表示した場合に、右眼画像と左眼画像を交互に切り替えて表示する必要がなく、また、２次元表示と３次元表示とで光利用効率が実質的に変わらない画像表示装置を提供することにある。

本発明の画像表示装置は、光源と、この光源からの光を平行光にする平行光生成手段と、平行光をＳ偏光とＰ偏光に分離する分離手段と、Ｓ偏光からＰ偏光画像を形成する第１の偏光画像形成手段と、Ｐ偏光からＳ偏光画像を形成する第２の偏光画像形成手段と、Ｐ偏光画像とＳ偏光画像を合成する合成手段と、合成された画像を投影する投影手段とを備える。
第１の偏光画像形成手段は、Ｓ偏光の内の第１の色の画像情報を受け取る第１の反射型液晶素子と、Ｓ偏光の内の第２の色および第３の色の画像情報を受け取る第２の反射型液晶素子と、第１の色の光、第２の色の光および第３の色の光の偏光方向を制御する２つの偏光方向制御手段と、第１の色の光を第１の反射型液晶素子に向けて反射（または透過）し、第２の色の光および第３の色の光を第２の反射型液晶素子に向けて透過（または反射）するとともに、第１の反射型液晶素子で反射された光と、第２の反射型液晶素子で反射された光とを結合する光分割結合手段とを有する。
第２の偏光画像形成手段は、Ｐ偏光の内の第１の色の画像情報を受け取る第３の反射型液晶素子と、Ｐ偏光の内の第２の色および第３の色の画像情報を受け取る第４の反射型液晶素子と、第１の色の光、第２の色の光および第３の色の光の偏光方向を制御する２つの偏光方向制御手段と、第１の色の光を第３の反射型液晶素子に向けて反射（または透過）し、第２の色の光および第３の色の光を第４の反射型液晶素子に向けて透過（または反射）するとともに、第３の反射型液晶素子で反射された光と、第４の反射型液晶素子で反射された光とを結合する光分割結合手段とを有する。

本発明の画像表示装置では、画像情報が２次元の画像情報および３次元の画像情報のいずれか一方に選択的に切り替えられるようにすることができる。

本発明の画像表示装置において、光源は偏光特性を有しないＬＥＤ光源とすることが好ましい。

本発明の画像表示装置において、光源は、第２の色の光と第３の色の光とを時間を分離して放射するとともに、それぞれの放射時間の長さが異なるよう構成された光源とすることが好ましい。

本発明の画像表示装置において、平行光生成手段は、コリメータレンズを用いて構成された手段とすることが好ましい。

本発明の画像表示装置において、平行光生成手段は、ライトトンネルを用いて構成された手段とすることが好ましい。

本発明の画像表示装置において、第２の反射型液晶素子は、第２および第３の色の画像情報を受け取り、第２の色の画像情報に従う画像形成と第３の色の画像情報に従う画像形成とを時間を分けて行うものであり、且つ、第２の色の画像情報に従う画像形成の期間と第３の色の画像情報に従う画像形成の期間とが異なることが好ましい。

本発明の画像表示装置において、第４の反射型液晶素子は、第２の色の画像情報と第３の色の画像情報とを時間を分けて受け取るものであり、第２の色の画像情報を受け取る時間の長さと第３の色の画像情報を受け取る時間の長さが異なることが好ましい。

本発明の画像表示装置によれば、第１の偏光画像形成手段と第２の偏光画像形成手段を有するので、一方の偏光画像形成手段によって左眼用画像を形成し、他方の偏光画像形成手段によって右眼用画像を形成することにより、３次元表示した場合に右眼画像と左眼画像を交互に切り替えて表示する必要がなく、２次元表示と３次元表示とで光利用効率が実質的に変わらないという効果が得られる。

本実施の形態による画像表示装置の説明図である。 偏光変換素子の分光特性の例である。 偏光変換素子の分光特性の例である。 本実施の形態による他の画像表示装置の説明図である。 従来の画像表示装置の説明図である。

図１を用いて、本実施の形態の画像表示装置を説明する。尚、図中の矢印は、光の進行方向を表している。

画像表示装置１は、偏光特性を有しないＬＥＤ光源２と、ＬＥＤ光源２からの光を平行光にする平行光生成手段としてのコリメータレンズ３と、コリメータレンズ３を透過した平行光を集光するコンデンサレンズ１０と、コンデンサレンズ１０を透過した光をＳ偏光とＰ偏光に分離する分離手段としての偏光プリズム４と、偏光プリズム４で反射されたＳ偏光からＰ偏光画像を形成する第１の偏光画像形成手段５と、偏光プリズム４を透過したＰ偏光からＳ偏光画像を形成する第２の偏光画像形成手段６と、Ｐ偏光画像とＳ偏光画像を合成する合成手段としての偏光プリズム７と、合成された画像を投影する投影手段としての投影レンズ８およびスクリーン９を備えている。

ＬＥＤ光源２は、赤色ＬＥＤ２Ｒと、緑色ＬＥＤ２Ｇと、青色ＬＥＤ２Ｂとを有する。ＬＥＤ光源２は、光源駆動回路２０１によって制御される。光源駆動回路２０１は、照明色切替制御部２０２を介してタイミング演算制御部２０３に接続している。本実施の形態では、緑色ＬＥＤ２Ｇは常時発光している。一方、赤色ＬＥＤ２Ｒと青色ＬＥＤ２Ｂは、交互に時分割で発光する。すなわち、タイミング演算制御部２０３と照明色切替制御部２０２によって、赤色ＬＥＤ２Ｒと青色ＬＥＤ２Ｂがそれぞれ６０Ｈｚの周波数で交互に発光するように制御されている。但し、各色の発光の形態はこれに限られるものではない。

本実施の形態では、赤色ＬＥＤ２Ｒと青色ＬＥＤ２Ｂが、それぞれ同じ期間で交互に発光するように制御することが可能であるが、赤色ＬＥＤ２Ｒと青色ＬＥＤ２Ｂの発光強度のバランスなどを考慮して、それらの発光期間を等しくしないように調整して制御することも可能である。

例えば、使用するＬＥＤの特性によっては発光パワーが異なることがあり、こうした特性について何ら考慮することなく同じ期間で発光させようとすると、表示色により明度差が発生してしまうことがある。そこで、赤色ＬＥＤ２Ｒと青色ＬＥＤ２Ｂのうち一方が他方に対して発光パワーが大きい場合には、その大きい方の消灯期間を長くする、すなわち、発光期間を他方に比べて短くすることで、赤色と青色間の明度差の発生を抑制することが可能である。

赤色ＬＥＤ２Ｒと青色ＬＥＤ２Ｂの発光期間を調整する場合、それに対応するよう、後述する第２の反射型液晶素子５０２と第４の反射型液晶素子６０２における赤色光と青色光の変調期間を調整することが好ましい。すなわち、１つの画像を表示する時間的単位である１フレームは、赤色光の画像情報に基づいて変調を行う期間と、青色光の画像情報に基づいて変調を行う期間とからなるが、それぞれを同じ期間として固定すること必要はなく、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤの発光パワーに基づいて、それぞれ適当な期間となるよう調整してもよい。つまり、赤色光画像の形成を行うサブフレーム期間と、青色光画像の形成を行うサブフレーム期間とを、各ＬＥＤの明度差に応じて不等間隔とし、１フレーム期間内で調整することも可能である。このようにすることにより、１フレーム期間における赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤの発光期間を無駄なく設定することができ、より高輝度の画像形性を実現できる。

尚、ＬＥＤ光源２に代えて、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプおよびキセノンランプなどの白色光を発生する光源を用いてもよい。但し、この場合には、白色光を赤色光、緑色光および青色光に分離する公知の色分離手段が必要になる。具体的には、白色光を赤色光とそれ以外の光とに分離する第１のダイクロイックミラーと、第１のダイクロイックミラーからの光を緑色光とそれ以外の光とに分離する第２のダイクロイックミラーと、第２のダイクロイックミラーからの光から青色光を分離する第３のダイクロイックミラーと、分離した光を所定の方向に反射させるミラーなどが必要になる。したがって、画像表示装置をコンパクトにする点からは、ＬＥＤ光源を用いることが好ましい。

ＬＥＤ光源２から出射された光は、コリメータレンズ３を透過することによって平行光になる。その後、この平行光は、コンデンサレンズ１０によって集光された後、偏光プリズム４によって、互いに直交する偏光軸を有するＳ偏光とＰ偏光に偏光分離される。分離されたＳ偏光とＰ偏光は、それぞれ、第１の偏光画像形成手段５と第２の偏光画像形成手段６に入射する。

ＬＥＤ光源２から出射された光を平行光に変換する手段としては、上述のコリメータレンズ３を用いる以外に、またはそれと併用して、ライトトンネルを使用することも可能である。

ライトトンネルは、ライトパイプ（ホモジナイザーとも称される。）の一種であって、多角柱または多角錐の側面で複数回光を反射させることで均一な面光源を得るのに使用される光学素子である。ライトトンネルは、ガラスなどの透明な物質で多角柱を作成して側面での全反射を利用するロッドに対し、内部を中空にして側面をミラーで構成した構造を備える。したがって、このライトトンネルでは、内部に光が入射された場合、入射光はライトトンネルの内部で反射を繰り返すことによって拡散角度を小さく矯正された後、出射面から外部に射出される。つまり、ライトトンネルは、固有の基本軸を有しており、その基本軸に対して斜めの方向から光が入射された場合、その光を基本軸と平行に近い光に矯正して射出する。

第１の偏光画像形成手段５は、Ｓ偏光の内の緑色光の画像情報を受け取る第１の反射型液晶素子５０１と、Ｓ偏光の内の赤色光および青色光の画像情報を受け取る第２の反射型液晶素子５０２と、赤色、緑色および青色の光の偏光方向を制御する偏光方向制御手段としての偏光変換素子５０３、５０４と、緑色光を第１の反射型液晶素子５０１に向けて反射し、赤色光および青色光を第２の反射型液晶素子５０２に向けて透過するとともに、第１の反射型液晶素子５０１で反射された緑色光と、第２の反射型液晶素子５０２で反射された赤色光または青色光とを結合する光分割結合手段としての偏光ビームスプリッタ５０５とを有する。

第１の反射型液晶素子５０１と第２の反射型液晶素子５０２には、液晶の応答速度が速く、高いフレーム速度を有するものを用いる。例えば、高速応答と広視野角表示が可能な分極遮蔽型スメクティック液晶（ＰＳＳ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｓｍｅｃｔｉｃ）素子が好ましく用いられる。この液晶素子については、例えば、特許文献：米国特許出願公開第２００４／１９６４２８号明細書が参照される。また、１２０Ｈｚでのフレーム速度表示が可能なソニー株式会社製の「０．６１型ハイフレームレートフルＨＤ ＳＸＲＤ」なども挙げられる。

また、第１および第２の反射型液晶素子５０１、５０２には、分極遮蔽型スメクティック液晶（ＰＳＳ）素子（ＰＳＳ−ＬＣＤ）、ＴＮ型液晶素子、ＩＰＳ型液晶素子、ＶＡ型液晶素子、ＭＶＡ型液晶素子、ＯＣＢ型液晶素子、強誘電性液晶素子、反強誘電性液晶素子、無しきい値反強誘電性液晶素子、または、ブルー相液晶を用いた液晶素子などを用いることも可能である。

偏光変換素子５０３、５０４は、赤色光と青色光をＳ偏光からＰ偏光に変換し、緑色光に対しては偏光方向を変えずにそのまま透過させる機能を有する。偏光変換素子５０３、５０４の具体例としては、カラーリンク・ジャパン株式会社製のカラーセレクト（登録商標）が挙げられる。図２にカラーセレクト（製品名：ＭＧ１１）の分光特性を示す。実線は、２枚の偏向板をクロスニコルに配置し、その間にカラーセレクトを配置した場合の分光特性である。一方、点線は、２枚の偏向板をパラレルニコルに配置し、その間にカラーセレクトを配置した場合の分光特性である。このような偏光変換素子を用いることにより、赤色光と青色光についてはＳ偏光からＰ偏光に変換し、緑色光については偏光方向を変えずにそのまま透過させることができる。

偏光ビームスプリッタ５０５は、２つの直角プリズムの斜辺同士を接合し、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過させる機能を持った誘電体多層膜からなる偏光分離層を接合面に形成したものである。

偏光プリズム４で反射されたＳ偏光は、偏光変換素子５０３に入射する。このとき、Ｓ偏光は、緑色光と赤色光の組み合わせ、または、緑色光と青色光の組み合わせとなる。

偏光変換素子５０３は緑色光に対しては作用しないので、Ｓ偏光の内の緑色光はそのまま偏光変換素子５０３を透過し、偏光ビームスプリッタ５０５で反射した後、第１の反射型液晶素子５０１に入射する。第１の反射型液晶素子５０１に入射したＳ偏光の緑色光は、緑色光の画像情報に基づいて変調される。そして、第１の反射型液晶素子５０１で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＰ偏光になる。このＰ偏光の緑色光は、偏光ビームスプリッタ５０５を透過した後、偏光変換素子５０４に入射する。偏光変換素子５０４は緑色光に対して作用しないので、緑色光はＰ偏光のまま偏光変換素子５０４を透過して偏光プリズム７に入射する。

一方、赤色光は、偏光変換素子５０３によって偏光方向を９０度回転させられてＰ偏光になる。その後、偏光ビームスプリッタ５０５を透過して、第２の反射型液晶素子５０２に入射する。第２の反射型液晶素子５０２に入射したＰ偏光の赤色光は、赤色光の画像情報に基づいて変調される。そして、第２の反射型液晶素子５０２で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＳ偏光になる。Ｓ偏光の赤色光は、偏光ビームスプリッタ５０５で反射された後、偏光変換素子５０４に入射する。そして、偏光変換素子５０４で偏光方向を９０度回転させられ、Ｐ偏光の赤色光となって偏光プリズム７に入射する。

尚、青色光についても赤色光と同様である。すなわち、偏光変換素子５０３によって偏光方向を９０度回転させられてＰ偏光になった後、偏光ビームスプリッタ５０５を透過して、第２の反射型液晶素子５０２に入射する。その後、第２の反射型液晶素子５０２で青色光の画像情報に基づいて変調され、第２の反射型液晶素子５０２で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＳ偏光になる。Ｓ偏光の青色光は、偏光ビームスプリッタ５０５で反射された後、偏光変換素子５０４で偏光方向を９０度回転させられ、Ｐ偏光の青色光となって偏光プリズム７に入射する。

第２の偏光画像形成手段６は、Ｐ偏光の内の緑色光の画像情報を受け取る第３の反射型液晶素子６０１と、Ｐ偏光の内の赤色光および青色光の画像情報を受け取る第４の反射型液晶素子６０２と、赤色、緑色および青色の光の偏光方向を制御する偏光方向制御手段としての偏光変換素子６０３、６０４と、緑色光を第３の反射型液晶素子６０１に向けて反射し、赤色光および青色光を第４の反射型液晶素子６０２に向けて透過するとともに、第３の反射型液晶素子６０１で反射された緑色光と、第４の反射型液晶素子６０２で反射された赤色光または青色光とを結合する光分割結合手段としての偏光ビームスプリッタ６０５とを有する。

第３の反射型液晶素子６０１と第４の反射型液晶素子６０２には、液晶の応答速度が速く、高いフレーム速度を有するものを用いる。例えば、高速応答と広視野角表示が可能な分極遮蔽型スメクティック液晶（ＰＳＳ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｓｍｅｃｔｉｃ）素子が好ましく用いられる。この液晶素子については、例えば、特許文献：米国特許出願公開第２００４／１９６４２８号明細書が参照される。また、１２０Ｈｚでのフレーム速度表示が可能なソニー株式会社製の「０．６１型ハイフレームレートフルＨＤ ＳＸＲＤ」なども挙げられる。応答速度の速い液晶を用いることで、書き込み速度が速く、フレーム毎の映像を速く切り替えることのできる画像表示装置が提供される。

また、第３の反射型液晶素子６０１と第４の反射型液晶素子６０２には、分極遮蔽型スメクティック液晶（ＰＳＳ）素子（ＰＳＳ−ＬＣＤ）、ＴＮ型液晶素子、ＩＰＳ型液晶素子、ＶＡ型液晶素子、ＭＶＡ型液晶素子、ＯＣＢ型液晶素子、強誘電性液晶素子、反強誘電性液晶素子、無しきい値反強誘電性液晶素子、または、ブルー相液晶を用いた液晶素子などを用いることも可能である。

偏光変換素子６０３、６０４は、緑色光をＰ偏光からＳ偏光に変換し、赤色光と青色光に対しては偏光方向を変えずにそのまま透過させる機能を有する。偏光変換素子６０３、６０４の具体例としては、カラーリンク・ジャパン株式会社製のカラーセレクト（登録商標）が挙げられる。図３にカラーセレクト（製品名：ＧＭ４４）の分光特性を示す。実線は、２枚の偏向板をクロスニコルに配置し、その間にカラーセレクトを配置した場合の分光特性である。一方、点線は、２枚の偏向板をパラレルニコルに配置し、その間にカラーセレクトを配置した場合の分光特性である。このような偏光変換素子を用いることにより、緑色光についてはＰ偏光からＳ偏光に変換し、赤色光と青色光については偏光方向を変えずにそのまま透過させることができる。

偏光ビームスプリッタ６０５は、２つの直角プリズムの斜辺同士を接合し、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過させる機能を持った誘電体多層膜からなる偏光分離層を接合面に形成したものである。

偏光プリズム４を透過したＰ偏光は、偏光変換素子６０３に入射する。このとき、Ｐ偏光は、緑色光と赤色光の組み合わせ、または、緑色光と青色光の組み合わせとなる。

偏光変換素子６０３は、緑色光の偏光方向を９０度回転してＳ偏光にする。Ｓ偏光の緑色光は、偏光ビームスプリッタ６０５で反射した後、第３の反射型液晶素子６０１に入射する。第３の反射型液晶素子６０１に入射したＳ偏光の緑色光は、緑色光の画像情報に基づいて変調される。そして、第３の反射型液晶素子６０１で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＰ偏光になる。このＰ偏光の緑色光は、偏光ビームスプリッタ６０５を透過した後、偏光変換素子６０４に入射する。偏光変換素子６０４は緑色光の偏光方向を９０度回転させるので、緑色光はＳ偏光となって偏光プリズム７に入射する。

一方、偏光変換素子６０３は、赤色光に対して作用しないので、赤色光はＰ偏光のまま偏光変換素子６０３を透過する。その後、偏光ビームスプリッタ６０５を透過して、第４の反射型液晶素子６０２に入射する。第４の反射型液晶素子６０２に入射したＰ偏光の赤色光は、赤色光の画像情報に基づいて変調される。そして、第４の反射型液晶素子６０２で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＳ偏光になる。Ｓ偏光の赤色光は、偏光ビームスプリッタ６０５で反射された後、偏光変換素子６０４に入射する。偏光変換素子６０４は赤色光に対して作用しないので、赤色光はＳ偏光のまま偏光変換素子６０４を透過して偏光プリズム７に入射する。

尚、青色光についても赤色光と同様である。すなわち、青色光はＰ偏光のまま偏光変換素子６０３を透過し、さらに、偏光ビームスプリッタ６０５を透過して、第４の反射型液晶素子６０２に入射する。第４の反射型液晶素子６０２に入射したＰ偏光の青色光は、青色光の画像情報に基づいて変調される。そして、第４の反射型液晶素子６０２で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＳ偏光になる。Ｓ偏光の青色光は、偏光ビームスプリッタ６０５で反射された後に偏光変換素子６０４に入射し、Ｓ偏光のまま偏光変換素子６０４を透過して偏光プリズム７に入射する。

以上のようにして、第１の偏光画像形成手段５からはＰ偏光の緑色光と赤色光、または、Ｐ偏光の緑色光と青色光が出射して偏光プリズム７に入射する。一方、第２の偏光画像形成手段６からは、Ｓ偏光の緑色光と赤色光、またはＳ偏光の緑色光と青色光が出射して偏光プリズム７に入射する。偏光プリズム７は、第１の偏光画像形成手段５からのＰ偏光画像と、第２の偏光画像平成手段６からのＳ偏光画像を合成する。合成された画像は、画像を投影する投影手段としての投影レンズ８を介してスクリーン９に投影される。

本実施の形態においては、画像情報が２次元の画像情報および３次元の画像情報のいずれか一方に選択的に切り替えられるようにすることができる。すなわち、第１の反射型液晶素子５０１、第２の反射型液晶素子５０２、第３の反射型液晶素子６０１および第４の反射型液晶素子６０２に２次元の画像情報が入力された場合には、スクリーン９に２次元の画像が投影される。この画像は、具体的には、Ｐ偏光画像とＳ偏光画像とが全て同じ視差の画像となっている。一方、第１の反射型液晶素子５０１、第２の反射型液晶素子５０２、第３の反射型液晶素子６０１および第４の反射型液晶素子６０２に、左右の目の視差分のずれを有する立体画像情報が入力された場合には、スクリーン９に投影された画像を、左右の偏光方向に対応した偏光板を備えた偏光眼鏡を装着して観察することで、観察者は立体画像を見ることができる。この場合、例えば、Ｐ偏光画像を左眼用画像とし、Ｓ偏光画像を右眼用画像とすることができる。

このように、本実施の形態の構成によれば、一方の偏光画像形成手段によって左眼用画像を形成し、他方の偏光画像形成手段によって右眼用画像を形成するので、３次元表示した場合に、右眼画像と左眼画像を交互に切り替えて表示する必要がない。つまり、解像度を犠牲にすることなく３次元表示をすることができる。

また、反射型液晶素子に入力する画像情報を２次元の画像情報および３次元の画像情報のいずれか一方に選択的に切り替えるだけで、２次元の画像表示または３次元の画像表示が行えるので、２次元表示と３次元表示とで光利用効率が実質的に変わらない画像表示装置とすることができる。

尚、３板方式においても、３つの偏光ビームスプリッタと、例えば１２０Ｈｚでのフレーム速度表示が可能な反射型液晶素子とを用いて、右眼画像と左眼画像を時分割で切り替えることにより、大型化を回避して３次元の画像を表示することが可能である。しかしながら、この方式では、照明光を偏向させるための偏光変換光学系が必要であり、光利用効率が低下する問題を解消できない。

さらに、本実施の形態の画像表示装置によれば、液晶シャッタを用いてスクリーンに左眼用画像と右眼用画像を交互に投影する方式に比べて、フリッカがなく動画特性のよい立体表示が可能となる。

本実施の形態は、図１とは異なる方向から入射光が入射するようにしてもよい。図４にその一例を示す。尚、図４で図１と同じ符号を付した部分は図１と同じものである。

図４では、ＬＥＤ光源から出射された光は、画像表示装置１’に対して２方向から入射する。すなわち、緑色ＬＥＤ２Ｇからの入射方向は図１と同様であるが、赤色ＬＥＤ２Ｒと青色ＬＥＤ２Ｂからは、緑色ＬＥＤ２Ｇからの入射方向に対して９０度の方向から入射する。尚、緑色ＬＥＤ２Ｇは常時発光しており、赤色ＬＥＤ２Ｒと青色ＬＥＤ２Ｂは、交互に時分割で発光するのは図１の例と同様である。また、赤色ＬＥＤ２Ｒと青色ＬＥＤ２Ｂは、タイミング演算制御部２０３と照明色切替制御部２０２によって、それぞれ６０Ｈｚの周波数で交互に発光するように制御される。但し、各色の発光の形態はこれに限られるものではない。また、赤色ＬＥＤ２Ｒと青色ＬＥＤ２Ｂは、それぞれ同じ期間で交互に発光してもよく、各発光強度のバランスなどを考慮して発光期間が異なるようにしてもよい。

緑色ＬＥＤ２Ｇから出射された光は、コリメータレンズ３を透過することによって平行光になる。その後、この平行光は、コンデンサレンズ１０によって集光された後、偏光プリズム４によって、互いに直交する偏光軸を有するＳ偏光とＰ偏光に偏光分離される。分離されたＳ偏光とＰ偏光は、それぞれ、第１の偏光画像形成手段５と第２の偏光画像形成手段６に入射する。

一方、赤色ＬＥＤ２Ｒと青色ＬＥＤ２Ｂから出射された光は、コリメータレンズ３’を透過することによって平行光になる。その後、この平行光は、コンデンサレンズ１０’によって集光された後、偏光プリズム４によって、互いに直交する偏光軸を有するＳ偏光とＰ偏光に偏光分離される。分離されたＰ偏光とＳ偏光は、それぞれ、第１の偏光画像形成手段５と第２の偏光画像形成手段６に入射する。

第１の偏光画像形成手段５は、緑色のＳ偏光の画像情報を受け取る第１の反射型液晶素子５０１と、赤色および青色のＰ偏光の画像情報を受け取る第２の反射型液晶素子５０２と、赤色、緑色および青色の光の偏光方向を制御する偏光方向制御手段としての偏光変換素子５０４と、緑色光を第１の反射型液晶素子５０１に向けて反射し、赤色光および青色光を第２の反射型液晶素子５０２に向けて透過するとともに、第１の反射型液晶素子５０１で反射された緑色光と、第２の反射型液晶素子５０２で反射された赤色光または青色光とを結合する光分割結合手段としての偏光ビームスプリッタ５０５とを有する。

第１の反射型液晶素子５０１と第２の反射型液晶素子５０２には、液晶の応答速度が速く、高いフレーム速度を有するものを用いる。例えば、例えば、高速応答と広視野角表示が可能な分極遮蔽型スメクティック液晶（ＰＳＳ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｓｍｅｃｔｉｃ）素子が好ましく用いられる。

偏光変換素子５０４は、赤色光と青色光をＳ偏光からＰ偏光に変換し、緑色光に対しては偏光方向を変えずにそのまま透過させる。

偏光ビームスプリッタ５０５は、２つの直角プリズムの斜辺同士を接合し、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過させる機能を持った誘電体多層膜からなる偏光分離層を接合面に形成したものである。

偏光プリズム４で反射されたＳ偏光の緑色光は、偏光ビームスプリッタ５０５で反射した後、第１の反射型液晶素子５０１に入射する。第１の反射型液晶素子５０１に入射したＳ偏光の緑色光は、緑色光の画像情報に基づいて変調される。そして、第１の反射型液晶素子５０１で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＰ偏光になる。このＰ偏光の緑色光は、偏光ビームスプリッタ５０５を透過した後、偏光変換素子５０４に入射する。偏光変換素子５０４は緑色光に対して作用しないので、緑色光はＰ偏光のまま偏光変換素子５０４を透過して偏光プリズム７に入射する。

一方、偏光プリズム４を透過したＰ偏光の赤色光は、偏光ビームスプリッタ５０５を透過した後、第２の反射型液晶素子５０２に入射する。第２の反射型液晶素子５０２に入射したＰ偏光の赤色光は、赤色光の画像情報に基づいて変調される。そして、第２の反射型液晶素子５０２で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＳ偏光になる。Ｓ偏光の赤色光は、偏光ビームスプリッタ５０５で反射された後、偏光変換素子５０４に入射する。そして、偏光変換素子５０４で偏光方向を９０度回転させられ、Ｐ偏光の赤色光となって偏光プリズム７に入射する。

尚、青色光についても赤色光と同様である。すなわち、偏光ビームスプリッタ５０５を透過して、第２の反射型液晶素子５０２に入射する。その後、第２の反射型液晶素子５０２で青色光の画像情報に基づいて変調され、第２の反射型液晶素子５０２で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＳ偏光になる。Ｓ偏光の青色光は、偏光ビームスプリッタ５０５で反射された後、偏光変換素子５０４で偏光方向を９０度回転させられ、Ｐ偏光の青色光となって偏光プリズム７に入射する。

第２の偏光画像形成手段６は、赤色および青色のＳ偏光の画像情報を受け取る第３の反射型液晶素子６０１と、緑色のＰ偏光の画像情報を受け取る第４の反射型液晶素子６０２と、赤色、緑色および青色の光の偏光方向を制御する偏光方向制御手段としての偏光変換素子６０４と、赤色光と青色光を第３の反射型液晶素子６０１に向けて反射し、緑色光を第４の反射型液晶素子６０２に向けて透過するとともに、第３の反射型液晶素子６０１で反射された赤色光および青色光と、第４の反射型液晶素子６０２で反射された緑色光とを結合する光分割結合手段としての偏光ビームスプリッタ６０５とを有する。

第３の反射型液晶素子６０１と第４の反射型液晶素子６０２には、液晶の応答速度が速く、高いフレーム速度を有するものを用いる。例えば、例えば、高速応答と広視野角表示が可能な分極遮蔽型スメクティック液晶（ＰＳＳ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｓｈｉｅｌｄｅｄ Ｓｍｅｃｔｉｃ）素子が好ましく用いられる。

偏光変換素子６０４は、赤色光と青色光をＰ偏光からＳ偏光に変換し、緑色光に対しては偏光方向を変えずにそのまま透過させる機能を有する。

偏光ビームスプリッタ６０５は、２つの直角プリズムの斜辺同士を接合し、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過させる機能を持った誘電体多層膜からなる偏光分離層を接合面に形成したものである。

偏光プリズム４を透過したＰ偏光の緑色光は、偏光ビームスプリッタ６０５を透過して、第４の反射型液晶素子６０２に入射する。第４の反射型液晶素子６０２に入射したＰ偏光の緑色光は、緑色光の画像情報に基づいて変調される。そして、第４の反射型液晶素子６０２で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＳ偏光になる。Ｓ偏光の緑色光は、偏光ビームスプリッタ６０５で反射された後、偏光変換素子６０４に入射する。偏光変換素子６０４は緑色光に対して作用しないので、緑色光はＳ偏光のまま偏光変換素子６０４を透過して偏光プリズム７に入射する。

一方、偏光プリズム４で反射したＳ偏光の赤色光は、偏光ビームスプリッタ６０５で反射した後、第３の反射型液晶素子６０１に入射する。第３の反射型液晶素子６０１に入射したＳ偏光の赤色光は、赤色光の画像情報に基づいて変調される。そして、第３の反射型液晶素子６０１で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＰ偏光になる。このＰ偏光の赤色光は、偏光ビームスプリッタ６０５を透過した後、偏光変換素子６０４に入射する。偏光変換素子６０４は赤色光の偏光方向を９０度回転させるので、赤色光はＳ偏光となって偏光プリズム７に入射する。

尚、青色光についても赤色光と同様である。すなわち、Ｓ偏光の青色光は、偏光ビームスプリッタ６０５で反射して、第３の反射型液晶素子６０１に入射する。第３の反射型液晶素子６０１に入射したＳ偏光の青色光は、青色光の画像情報に基づいて変調される。そして、第３の反射型液晶素子６０１で反射される際に、変調に応じて偏光方向を回転させてＰ偏光になる。Ｐ偏光の青色光は、偏光ビームスプリッタ６０５を透過した後に偏光変換素子６０４に入射する。偏光変換素子６０４は青色光の偏光方向を９０度回転させるので、青色光はＳ偏光となって偏光プリズム７に入射する。

以上のようにして、第１の偏光画像形成手段５からはＰ偏光の緑色光と赤色光、または、Ｐ偏光の緑色光と青色光が出射して偏光プリズム７に入射する。一方、第２の偏光画像形成手段６からは、Ｓ偏光の緑色光と赤色光、またはＳ偏光の緑色光と青色光が出射して偏光プリズム７に入射する。偏光プリズム７は、第１の偏光画像形成手段５からのＰ偏光画像と、第２の偏光画像平成手段６からのＳ偏光画像を合成する。合成された画像は、画像を投影する投影手段としての投影レンズ８を介してスクリーン９に投影される。

図４の例によれば、図１で必要とした偏光変換素子５０３、６０３が不要になる。また、光源の発光面積を小さくして光の利用効率を向上させることができる。つまり、本発明では、光源の発光特性に合わせて、赤色光、青色光、緑色光の組み合わせを任意に変えることが可能である。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。

例えば、反射型液晶素子に代えて透過型液晶素子を用いることもできる。

また、上記実施の形態では、偏光ビームスプリッタとしてＳ偏光を反射しＰ偏光を透過させる機能を持ったものを用いたが、Ｐ偏光を反射してＳ偏光を透過させる機能を持ったものを用いてもよい。この場合、図１の偏光ビームスプリッタ５０５、６０５を偏光ビームスプリッタ５０５’、６０５’（図示せず）とすると、Ｓ偏光の緑色光は偏光ビームスプリッタ５０５’を透過し、Ｓ偏光の赤色光と青色光は、偏光変換素子５０３でＰ偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ５０５’で反射する。したがって、図１の第１の反射型液晶素子５０１と第２の反射型液晶素子５０２の位置を入れ替える必要がある。一方、Ｐ偏光の緑色光は、偏光変換素子６０３でＳ偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタ６０５’を透過し、Ｐ偏光の赤色光と青色光は偏光ビームスプリッタ６０５’で反射する。したがって、図１の第３の液晶光学素子６０１と第４の液晶光学素子６０２の位置を入れ替える必要がある。

また、図１において、偏光プリズム７と、第１の偏光画像形成手段５および第２の偏光画像形成手段６との間に、吸収型の偏光板を挿入して、偏光状態が乱れた光がカットされるようにしてもよい。これにより、３次元画像を表示する際のクロストークを防止することができる。

１ 画像表示装置
２ ＬＥＤ光源
３ コリメータレンズ
４、７ 偏光プリズム
５ 第１の偏光画像形成手段
６ 第２の偏光画像形成手段
８ 投影レンズ
９ スクリーン
１０ コンデンサレンズ
５０１ 第１の反射型液晶素子
５０２ 第２の反射型液晶素子
５０３、５０４、６０３、６０４ 偏光変換素子
５０５、６０５ 偏光ビームスプリッタ
６０１ 第３の反射型液晶素子
６０２ 第４の反射型液晶素子
１１０ 白色光
１２０ 暫定変調器
１２５ スペクトル要素
１３０ 第１のフィルタ
１３５ 第１のスペクトル要素
１３６ 第２のスペクトル要素
１４０ ビームスプリッタ
１４５ 反射・透過面
１５０、１６０ パネル
１８０ 投写レンズ

Claims (8)

1. 光源と、
   前記光源からの光を平行光にする平行光生成手段と、
   前記平行光をＳ偏光とＰ偏光に分離する分離手段と、
   前記Ｓ偏光からＰ偏光画像を形成する第１の偏光画像形成手段と、
   前記Ｐ偏光からＳ偏光画像を形成する第２の偏光画像形成手段と、
   前記Ｐ偏光画像と前記Ｓ偏光画像を合成する合成手段と、
   前記合成された画像を投影する投影手段とを備えた画像表示装置であって、
   前記第１の偏光画像形成手段は、前記Ｓ偏光の内の第１の色の画像情報を受け取る第１の反射型液晶素子と、
   前記Ｓ偏光の内の第２の色および第３の色の画像情報を受け取る第２の反射型液晶素子と、
   該第１の色の光、該第２の色の光および該第３の色の光の偏光方向を制御する２つの偏光方向制御手段と、
   該第１の色の光を前記第１の反射型液晶素子に向けて反射（または透過）し、該第２の色の光および該第３の色の光を前記第２の反射型液晶素子に向けて透過（または反射）するとともに、前記第１の反射型液晶素子で反射された光と、前記第２の反射型液晶素子で反射された光とを結合する光分割結合手段とを有し、
   前記第２の偏光画像形成手段は、前記Ｐ偏光の内の第１の色の画像情報を受け取る第３の反射型液晶素子と、
   前記Ｐ偏光の内の第２の色および第３の色の画像情報を受け取る第４の反射型液晶素子と、
   該第１の色の光、該第２の色の光および該第３の色の光の偏光方向を制御する２つの偏光方向制御手段と、
   該第１の色の光を前記第３の反射型液晶素子に向けて反射（または透過）し、該第２の色の光および該第３の色の光を前記第４の反射型液晶素子に向けて透過（または反射）するとともに、前記第３の反射型液晶素子で反射された光と、前記第４の反射型液晶素子で反射された光とを結合する光分割結合手段とを有することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記画像情報は、２次元の画像情報および３次元の画像情報のいずれか一方に選択的に切り替えられることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光源は偏光特性を有しないＬＥＤ光源であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記光源は、前記第２の色の光と前記第３の色の光とを時間を分離して放射するとともに、それぞれの放射時間の長さが異なるよう構成された光源であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置。
5. 前記平行光生成手段は、コリメータレンズを用いて構成された手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記平行光生成手段は、ライトトンネルを用いて構成された手段であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記第２の反射型液晶素子は、前記第２および前記第３の色の画像情報を受け取り、前記第２の色の画像情報に従う画像形成と前記第３の色の画像情報に従う画像形成とを時間を分けて行うものであり、且つ、前記第２の色の画像情報に従う画像形成の期間と前記第３の色の画像情報に従う画像形成の期間とが異なることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 前記第４の反射型液晶素子は、前記第２の色の画像情報と前記第３の色の画像情報とを時間を分けて受け取るものであり、前記第２の色の画像情報を受け取る時間の長さと前記第３の色の画像情報を受け取る時間の長さが異なることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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