投写型表示装置
【課題】応答速度が十分ではないライトバルブを用いながら、パッシブ方式の偏光メガネにより、クロストークが小さく明るい立体画像表示を観察でき、かつ２次元画像表示の明るさを確保する。
【解決手段】照明部３〜６からの照明光によりライトバルブ２１〜２３は右眼用及び左眼用の画像光を時分割で形成し、その画像光の偏光方向を位相差パネル３２により切り替えて投写レンズ３３により拡大投写する。右眼用と左眼用の各画像光の偏光方向が互いに異なることにより、立体画像を観察可能である。黒挿入用液晶パネル３０及び黒挿入用液晶パネルの両側に配置される黒挿入用偏光素子２９、３１を含み、黒挿入用液晶パネルを制御することにより右眼用及び左眼用画像光の相互間に遮光期間を挿入可能なように構成された黒挿入部と、黒挿入用偏光素子を画像光の光路中及び光路外の位置の間で移動させる移動制御部とを備える。
【解決手段】照明部３〜６からの照明光によりライトバルブ２１〜２３は右眼用及び左眼用の画像光を時分割で形成し、その画像光の偏光方向を位相差パネル３２により切り替えて投写レンズ３３により拡大投写する。右眼用と左眼用の各画像光の偏光方向が互いに異なることにより、立体画像を観察可能である。黒挿入用液晶パネル３０及び黒挿入用液晶パネルの両側に配置される黒挿入用偏光素子２９、３１を含み、黒挿入用液晶パネルを制御することにより右眼用及び左眼用画像光の相互間に遮光期間を挿入可能なように構成された黒挿入部と、黒挿入用偏光素子を画像光の光路中及び光路外の位置の間で移動させる移動制御部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトバルブ上に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関し、特に、立体画像表示用の投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で、設置性に優れた立体画像表示装置を得るために、ライトバルブとして液晶パネルを用いた１台の投写型表示装置を、時分割で駆動する構成が知られている。時分割で駆動する場合、投写型表示装置により右眼用、左眼用の画像光を時分割で形成し、画像光の偏光方向を切り替えてパッシブ方式の偏光メガネで観察する方法、あるいは、アクティブ方式の液晶シャッターメガネで観察する方法がある。
【０００３】
画像光の偏光方向を切り替えて、パッシブ方式の偏光メガネで立体画像を観察するように構成された、従来の投写型表示装置の例を図５に示す（特許文献１参照）。光源ランプ６０の光から青、緑、赤の色光の画像を形成する光学系６１が、色分離用のダイクロイックミラー６２、６３、反射ミラー６４、６５、６６、および画像を形成する液晶パネル６７ｒ、６７ｇ、６７ｂから構成されている。液晶パネル６７ｒ、６７ｇ、６７ｂからの青、緑、赤の画像光は、合成プリズム６８により合成され、偏光回転液晶６９を経て投写レンズ７０により投写される。偏光回転液晶６９は、投写光の偏光方向を０°と９０°の間で切換える。
【０００４】
光学系６１からは、青、緑、赤の各色光の右眼用画像光と左眼用画像光とが、１フィールド毎に交互に出射される。その際、緑の色光の右眼用および左眼用画像光の出射タイミングが、赤、青色光の右眼用および左眼用画像光の出射タイミングに対して、１フィールドずらされている。さらに、合成プリズム６８からの投影光の偏光方向が、偏光回転液晶６９により１フィールド毎に０°と９０°との間で切換えられる。これにより、偏光めがねを用いて立体画像を観察することができる。
【０００５】
しかしながら、１フィールドごとに右眼用画像と左眼用画像を形成し、切替えるため、右眼用画像が左眼に入射し、左眼用画像が右眼に入射するというクロストークが生じることがあった。クロストークが大きいと二重像の画像となる。このクロストークを低減するには、偏光回転制御用の液晶セルだけではなく、画像形成用の液晶ライトバルブにも同様に高速な応答性が求められる。しかし、実用的なライトバルブのＴＮモード液晶やＶＡモード液晶では、必要とされる５ｍｓｅｃ以下の高速な応答性の確保は困難であった。
【０００６】
一方、液晶シャッターメガネを用いる表示装置の例が、特許文献２に開示されている。この装置では、画像形成用ライトバルブの応答速度不足を改善するために、ライトバルブを高速（例えば２４０Ｈｚ）で駆動し、左眼用の画像と右眼用の画像をそれぞれ２回ずつ繰り返して画像を形成させる。そして、それぞれ２回目に形成された画像の一期間のみを液晶シャッターメガネで透過させる。これにより、液晶パネルを用いた場合における液晶応答速度の不足や、シャッタ眼鏡の液晶シャッタのコントラスト不足により発生するクロストークを改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−６５０５５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３９４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
アクティブ方式の液晶シャッターメガネを用いる上記従来例の方法では、画像形成用液晶パネルの高速駆動と液晶シャッターメガネの開閉時間の制御によりクロストークは低減されるが、液晶シャッターメガネでの光損失が大きく、２次元画像表示の場合と比べて略８％と大幅に暗くなる。また、メガネに表示装置との間の送受信装置が必要であったり、メガネへの充電もしくは電池交換が必要であるなどの、不便な面もある。このように、パッシブ方式の偏光メガネと比較して、明るさが低下する、コストが高くなる、利便性が低いなどの問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みて、パッシブ方式の偏光メガネにより立体画像を観察する構成により、応答速度が十分ではないライトバルブを用いながらも、クロストークが非常に小さく、明るい立体画像表示が得られ、さらに、２次元画像表示の場合の明るさを十分に確保可能な投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光を集光して照明光を形成する照明部と、前記照明光を受けて右眼用画像光及び左眼用画像光を時分割で形成するライトバルブと、前記右眼用及び左眼用画像光の偏光方向を切り替える位相差パネルと、前記画像光を拡大投写する投写レンズとを具備し、前記右眼用及び左眼用画像光の偏光方向を互いに異ならせて表示して、立体画像の観察を可能とするように構成される。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の投写型表示装置は、黒挿入用液晶パネル、及び前記黒挿入用液晶パネルの両側に配置される黒挿入用偏光素子を含み、前記黒挿入用液晶パネルを制御することにより前記右眼用及び左眼用画像光の相互間に遮光期間を挿入可能なように構成された黒挿入部と、少なくとも前記黒挿入用偏光素子を前記画像光の光路中及び光路外の位置の間で移動させる移動制御部とを更に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成の投写型表示装置は、移動制御可能な偏光素子を備えた黒挿入用液晶パネル、及び位相差パネルにより、クロストークを大幅に低減した明るい立体画像表示と、明るい２次元画像表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の構成を示す正面図
【図２】同投写型表示装置における黒挿入用液晶パネルと位相差パネルの配置を示す斜視図
【図３】同投写型表示装置における黒挿入用液晶パネルと位相差パネルの動作を説明するための図
【図４】本発明の実施の形態２における投写型表示装置の構成を示す正面図
【図５】従来例の投写型表示装置の構成を示す正面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の投写型表示装置は、上記構成を基本として、以下のような態様を採ることが可能である。
【００１５】
すなわち、前記移動制御部は、２次元画像表示の場合には、少なくとも前記黒挿入用偏光素子を前記画像光の光路外の位置に移動させるように動作する構成とすることが好ましい。
【００１６】
また、前記ライトバルブが液晶ライトバルブにより構成され、前記ライトバルブと投写レンズとの間に配置され、青、緑、赤の色光を合成する色合成部と、前記色合成部からの所定の色光の偏光方向を回転させて、前記色光の各々の偏光方向を互いに揃える波長選択性偏光回転素子とを備えた構成とすることができる。
【００１７】
また、前記黒挿入用液晶パネルは、電圧制御により遮光と透過が切り替えられる液晶パネルとすることができる。
【００１８】
また、前記黒挿入用偏光素子は、放熱基板に貼合した偏光フィルムとすることができる。
【００１９】
また、前記黒挿入用偏光素子は、無機偏光板とすることができる。
【００２０】
また、前記移動制御部は、電動で移動制御が可能である構成とすることができる。
【００２１】
また、前記位相差パネルは、電圧制御により位相差が零と１／２波長とで切り替えられる液晶セルとすることができる。
【００２２】
また、前記位相差パネルと前記投写レンズの間に１／４波長板が配置された構成とすることができる。
【００２３】
また、前記光源は、放電ランプまたは固体光源とすることができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における投写型表示装置の構成を示す正面図である。この装置では、液晶ライトバルブとして、ＴＮモードもしくはＶＡモードの透過型の液晶パネルを用いる。
【００２６】
光源部が、放電ランプ１、反射鏡２、及び凹レンズ３により構成されている。光源部からの光を集光して照明光を形成する照明部が、第１および第２レンズアレイ板４、５、偏光変換素子６、及び集光レンズ７により構成されている。照明光を赤、青、緑の色光に分離する色分離部が、青反射のダイクロイックミラー８、緑反射のダイクロイックミラー９、反射ミラー１０、１１、１２、及びリレーレンズ１３、１４により構成されている。色分離された各色光の画像光を形成するライトバルブ部が、フィールドレンズ１５、１６、１７、入射側偏光板１８、１９、２０、画像光形成用の液晶パネル２１、２２、２３、及び出射側偏光板２４、２５、２６により構成されている。
【００２７】
ライトバルブ部により形成された各色の画像光を合成する色合成プリズム２７は、赤反射のダイクロイックミラーと青反射のダイクロイックミラーから構成されている。合成された画像光は、波長選択性偏光回転素子２８により偏光方向が揃えられる。波長選択性偏光回転素子２８から出射する画像光に遮光期間を挿入する黒挿入部が、偏光板２９、３１、及び黒挿入用液晶パネル３０により構成されている。黒挿入部から出射する画像光は、位相差パネル３２により偏光方向が切り替えられて、投写レンズ３３により拡大投写される。
【００２８】
上記構成による動作の詳細について、以下に説明する。放電ランプ１から放射される光は反射鏡２により集光され、凹レンズ３により略平行光に変換される。略平行光に変換された光は、複数のレンズ素子から構成された第１レンズアレイ板４に入射する。第１レンズアレイ板４に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成された第２レンズアレイ板５に収束する。第１レンズアレイ板４のレンズ素子は、液晶パネルと相似形の開口形状であり、また、第１レンズアレイ板４と液晶パネル２１、２２、２３とが略共役関係となるようにその焦点距離が決められている。第２レンズアレイ板５から出射した光は、偏光変換素子６に入射する。偏光変換素子６は、偏光分離プリズムと１／２波長板により構成され、ランプからの自然光を一つの偏光方向の光に変換する。偏光変換素子６からの光は集光レンズ７に入射する。集光レンズ７は、第２レンズアレイ板５の各レンズ素子から出射した光を、液晶パネル２１、２２、２３を重畳照明するように集光する。
【００２９】
集光レンズ７からの光は、色分離部を構成する青反射のダイクロイックミラー８、緑反射のダイクロイックミラー９により、青、緑、赤の色光に分離される。緑の色光はフィールドレンズ１５、入射側偏光板１８を透過して、液晶パネル２１に入射する。青の色光は反射ミラー１０で反射した後、フィールドレンズ１６、入射側偏光板１９を透過して液晶パネル２２に入射する。赤の色光はリレーレンズ１３、１４を透過し、屈折され、反射ミラー１１、１２により反射され、フィールドレンズ１７、入射側偏光板２０を透過して、液晶パネル２３に入射する。
【００３０】
３枚の液晶パネル２１、２２、２３は、アクティブマトリックス方式の液晶パネルであって、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により、入射する光の偏光状態を変化させる。それぞれの液晶パネル２１、２２、２３の両側に、透過軸を互いに直交させてそれぞれの入射側偏光板１８、１９、２０および出射側偏光板２４、２５、２６が配置され、それらを組み合わせた作用により光を変調する。その際、緑、青、赤の右眼用および左眼用の画像光を時分割で形成する。
【００３１】
出射側偏光板２４、２５、２６を透過した各色光は、色合成プリズム２７により合成される。すなわち、赤色光が赤反射のダイクロイックミラーで、青色光が青反射のダイクロイックミラーで反射されて、透過する緑の色光と合成される。合成プリズム２７の反射面に対して、緑の色光はＰ偏光で透過し、赤、青の色光はＳ偏光で反射する。緑の色光をＰ偏光、青、赤の色光をＳ偏光で用いるのは、各色光に対する分光特性が、広帯域で透過率および反射率を高くできるためである。
【００３２】
波長選択性偏光回転素子２８は、緑の色光の偏光方向を９０度回転させ、赤、青の色光の偏光方向は回転させない。波長選択性偏光回転素子２８は、位相差フィルムを積層して、特定波長帯域の偏光方向を回転させるように構成されている。これにより、緑、青、赤の色光がＳ偏光に揃えられる。波長選択性偏光回転素子２８を出射した光は、両側に偏光板２９、３１が配置された黒挿入用液晶パネル３０に入射する。黒挿入用液晶パネル３０は、電圧制御により右眼用と左眼用のそれぞれの画像光の一定期間の光を遮光する。黒挿入用液晶パネル３０を透過した光は、位相差パネル３２に入射する。位相差パネル３２は、電圧制御により位相差が零もしくは１／２波長に変化し、一定期間の光の偏光方向を回転させる。
【００３３】
図２に、黒挿入用液晶パネル３０と位相差パネル３２の配置構成と偏光状態を示す。それぞれ、駆動信号供給用のフレキシブル配線基板３０ａ、３０ｂが装着されている様子が示されるが、他の部分との配線は図示が省略されている。色合成プリズム２７からの光は、緑（Ｇ）の色光がＰ偏光、青、赤（Ｒ、Ｂ）の色光がＳ偏光である。波長選択性偏光回転素子２８により、緑色光の偏光方向が９０度回転され、緑、赤、青の色光がＳ偏光に揃えられる。偏光板２９の偏光透過軸はＳ偏光方向である。偏光板３１は偏光板２９とクロスニコルとなる配置である。偏光板２９、３１は、サファイアや水晶などの薄板放熱基板に偏光フィルムを貼合した構成とすることができる。位相差パネル３２により制御された出射光の偏光方向が、右眼用画像光についてはＲで、左眼用画像光についてはＬで示されている。
【００３４】
偏光板２９、３１は保持機構３４により保持され、保持機構３４は、ギアモーター３５で移動制御が可能であり、保持機構３４とギアモーター３５により構成された移動制御部により、偏光板２９、３１を光路外の位置に移動させることが可能である。但し、このように移動制御部を電動とすることは必須ではなく、手動で移動させるように構成してもよい。２次元画像信号が供給される場合には、ギアモーター３５により、偏光板２９、３１を画像光の光路外に移動させるように制御する。
【００３５】
偏光板２９、３１は放熱基板を備えているために、吸収される熱を効率よく放熱する。但し、偏光板２９は入射光と偏光透過軸を一致させているため光吸収は最小となるが、偏光板３１は遮光する場合があるため、光吸収が大きい。偏光板２９、３１、黒挿入用液晶パネル３０、位相差パネル３２は、それぞれ温度上昇に応じて冷却ユニット（図示せず）により冷却され、所定の温度以下に保たれる。偏光板２９、３１で吸収する光量が大きく、放熱基板では所定の温度以下へ温度上昇を抑制できない場合には、高コストとなるが、ワイヤーグリッド型の無機偏光板や延伸異方性金属粒子をガラス基板に混入した無機偏光板を用いてもよい。
【００３６】
以上のようにして、位相差パネル３２からは、一定の期間毎に、偏光方向が異なる右眼用画像光Ｒと左眼用画像光Ｌが切り替えられた光が出射される。黒挿入用液晶パネル３０及び位相差パネル３２は、応答速度が２ｍｓ以下の高速液晶であれば、液晶モードはＳＴＮ、ＴＮ、ＯＣＢ、強誘電液晶など、いずれの液晶のモードであってもよい。図１に示すように、位相差パネル３２を出射した光は投写レンズ３３に入射する。投写レンズ３３に入射した右眼用画像光Ｒと左眼用画像光Ｌは偏光状態を乱されることなく、偏光特性を維持するスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。拡大投写された投写画像をパッシブ方式の偏光メガネを通すことにより、立体表示画像を観察できる。
【００３７】
図３を参照して、黒挿入用液晶パネル３０と位相差パネル３２の、時間に対する動作を説明する。図３（ａ）は立体画像信号の変化、図３（ｂ）から（ｄ）はそれぞれ、画像形成用液晶パネル１８〜２０、黒挿入用液晶パネル３０、及び位相差パネル３２の動作の時間に対する変化を示す。図３（ｅ）は、位相差パネル３２からの出射光の相対光束と偏光方向の時間に対する変化を示す。図中、Ｌ、Ｒは、左眼用画像光Ｌ、右眼用画像光Ｒに対応することを示す。
【００３８】
立体画像信号の左眼用信号Ｌと右眼用信号Ｒは、６０Ｈｚの時分割信号である。画像形成用の液晶パネル１８〜２０は、２４０Ｈｚで画像光Ｌ、Ｒをそれぞれ２回ずつ繰り返し形成する。黒挿入用液晶パネル３０は、２回目の画像光Ｌ、Ｒの期間のみ透過状態、他の期間は遮光状態に制御される。位相差パネル３２は、２回目のＬの期間のみ、位相差が１／２波長となるよう切り替える。このようにして、右眼用画像光、左眼用画像光の出射光は偏光方向毎に良好に分離され、クロストークが大幅に低減した光となる。
【００３９】
各要素の典型的な光学特性の一例では、波長選択性偏光回転素子２８の偏光回転率を９２％、偏光板２９、３１の偏光透過率を８４％、黒挿入用液晶パネル３０と位相差パネル３２の透過率をそれぞれ９０％、時間開口率を２５％、パッシブ方式の偏光メガネの偏光透過率を８４％とする。この場合、波長選択性偏光回転素子２８、黒挿入用液晶パネル３０、及び位相差パネル３２を配置して立体画像光を得る場合の光利用効率は、１１％となる。
【００４０】
一方、液晶シャッターメガネの場合には、入射する光が自然光となるため、偏光板や液晶セルの透過率に同様な数値を用いると、立体画像光の光利用効率は７．９％となる。したがって、図１の構成では、液晶シャッターメガネを利用する場合と比べ、光利用効率が１．４倍となる。
【００４１】
また、２次元画像の場合は、偏光特性の維持が不要なため、偏光板２９、３１を移動制御部により光路外の領域に退避させる。この場合は、波長選択性偏光回転素子２８の透過率を９８％、黒挿入用液晶パネル３０と位相差パネル３２の透過率を９０％とすると、２次元画像の場合の光利用効率は６６．７％となる。これに対して、偏光板２９、３１を移動制御しない場合の光利用効率は４４．１％であり、これと比べると、移動制御する場合は１．５倍の光利用効率が得られることになる。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、従来例の方法と比べると、光利用効率が高く、明るい立体画像と２次元画像を得ることができる。
【００４３】
２次元画像表示の場合に偏光板２９、３１を光路外へ移動させると、図１に示す投写レンズ３３のバックフォーカスが変化する。１枚の偏光板の厚みを０．７ｍｍ、屈折率を１．５とすると、像面移動量は０．４７ｍｍとなる。投写レンズ３３は、その像面移動量を調整可能なように構成される。偏光板２９、３１が薄板のため、投写レンズ３３のバックフォーカス調整量は小さい。また、偏光板２９、３１には液晶パネルや位相差パネルのような制御用配線が不要なため、移動機構は簡易でよい。
【００４４】
位相差パネル３２と投写レンズ３３の間に、直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板を配置してもよい。１／４波長板により、直交する直線偏光がそれぞれ右回り、左回りの円偏光に変換され、円偏光タイプの偏光メガネを利用すれば、画像光と偏光メガネとの偏光方向の角度ずれによるクロストークを低減できる。
【００４５】
上述の説明では、位相差パネル３２は、位相差が零と１／２波長とを切り替える液晶セルとしたが、位相差が１／４波長と３／４波長の間で切り替える液晶セルにより位相差パネルを構成してもよい。この場合には、周り方向が異なる円偏光に変換され、１／４波長板を追加で配置することなく、円偏光タイプの偏光メガネが利用可能となる。
【００４６】
図１では、偏光板２９、３１のみを移動制御する構成となっているが、これに限らず、黒挿入用液晶パネル３０や位相差パネル３２を移動制御できる構成とすることができる。そのためには、投写レンズ３３のバックフォーカスの調整のための移動量が大きい機構を投写レンズ３３に付加することが望ましい。黒挿入用液晶パネル３０や位相差パネル３２を移動制御することにより、２次元画像表示の場合の光利用効率を２３％向上させることができる。
【００４７】
以上のように、波長選択性偏光回転素子、移動制御可能な偏光板を配置した黒挿入用液晶パネル、及び位相差パネルを用いることにより、利便性に優れた安価なパッシブ方式の偏光メガネを用いた観察が可能で、クロストークが大幅に低減された明るい立体画像表示、及び明るい２次元画像表示が可能となる。
【００４８】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における投写型表示装置の構成を示す正面図である。この装置では、液晶ライトバルブとして、ＴＮモードもしくはＶＡモードの透過型の液晶パネルを用いる。また光源としては、固体光源である発光ダイオードを用いる。本実施の形態は、光源部の構成が実施の形態１と相違することが特徴である。
【００４９】
光源部は、緑、赤、青の色光をそれぞれ発光する発光ダイオード４０、４１、４２、ヒートシンク４３、４４、４５、コンデンサレンズ４６、４７、４８、緑反射のダイクロイックミラー４９、青透過のダイクロイックミラー５０から構成されている。光源部からの光が入射する照明部の第１レンズアレイ板４以降の、投写レンズ３３に至る要素の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。従って、同一の要素については同一の参照番号を付して説明の繰り返しを省略する。光源部の構成と作用について、以下に詳述する。
【００５０】
発光ダイオード４０、４１、４２から発光する緑、赤、青の色光は、それぞれ対応するコンデンサレンズ４６、４７、４８により集光され、略平行光に変換される。発光ダイオード４０、４１、４２は、それぞれ発光ダイオードと密着させたヒートシンク４３、４４、４５と空冷ユニット（図示せず）により、一定の温度以下に制御される。
【００５１】
発光ダイオード４０からの緑の色光は、平行光に変換された後、緑反射のダイクロイックミラー４９と青透過のダイクロイックミラー５０で反射される。発光ダイオード４１からの赤の色光は、緑反射のダイクロイックミラー４９を透過し、青透過のダイクロイックミラー５０で反射される。発光ダイオード４２からの青の色光は、青透過のダイクロイックミラー５０を透過する。このように、発光ダイオードからの緑、赤、青の色光はダイクロイックミラー４９、５０で合成され、白色光となり、第１レンズアレイ板４に入射する。
【００５２】
発光ダイオードは放電ランプに比べて、発光光束は少ないが、長寿命で、色再現範囲が広く、応答速度が速い。図３（ｃ）の黒挿入用液晶パネル３０の時間に対応する動作を参照すると、透過するタイミングでの４．１７ｍｓの期間でのみ、スクリーン上に画像光が投写される。このタイミングに合わせて発光ダイオード４０、４１、４２を発光させれば、黒挿入用液晶パネル３０での不要な光吸収がなく、クロストークがさらに改善される。また、発光ダイオードはパルス駆動して用いるため、連続駆動よりも発光光束が大きく、発光ダイオードのジャンクション温度が下がり、長寿命が可能となる。なお、固体光源として用いるのは発光ダイオードに限らず、レーザー光源や、レーザー光で励起させて蛍光発光する光源を用いても同様な効果を得ることができる。
【００５３】
本実施の形態のように、応答速度の速い固体光源、波長選択性偏光回転素子、移動制御可能な偏光板を配置した黒挿入用液晶パネル、及び位相差パネルを用いることにより、クロストークを大幅に低減し、色再現範囲が広く、明るい立体画像を得ることができる。
【００５４】
以上のとおり、実施の形態１，２の投写型表示装置は、光源からの自然光を効率よく直線偏光の光に変換し、均一に液晶パネルへ照明して、緑、赤、青の３枚の液晶パネルを用いて各色光の画像を形成する構成である。そのため、明るく、均一で、高精細の投写画像を得ることができる。また、１本の投写レンズで構成した１台の投写型表示装置により立体画像を表示するため、設置調整が不要で安定した投写画像を表示できる。
【００５５】
上述の実施の形態１，２では、液晶ライトバルブとして透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いて構成してもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、高精細な投写型表示装置を構成できる。また、ライトバルブとして、ミラー偏向型ライトバルブであるデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を１枚もしくは３枚用いることもできる。ＤＭＤを用いる場合には、波長選択性偏光回転素子は不要となり、液晶ライトバルブよりも応答速度が速いため、黒挿入用液晶パネルの透過状態である時間開口率を高く設定でき、明るく、小型で高信頼性の投写型表示装置を構成できる。
【００５６】
以上のように、本発明の投写型表示装置は、移動制御可能な偏光素子を備えた黒挿入用液晶パネルと位相差パネルにより、クロストークを大幅に低減した明るい立体画像表示が可能であるとともに、明るい２次元画像表示が可能である。また、パッシブ方式の偏光メガネを用いるため、安価で利便性の高い投写型の立体表示装置を構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の投写型表示装置は、クロストークが非常に小さく、明るい立体画像表示が得られ、応答速度が十分ではない液晶ライトバルブを用いた投写型の立体表示装置として有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ランプ
２ 反射鏡
３ 凹レンズ
４ 第１レンズアレイ板
５ 第２レンズアレイ板
６ 偏光変換素子
７ 集光レンズ
８ 青反射のダイクロイックミラー
９、４９ 緑反射のダイクロイックミラー
１０、１１、１２ 反射ミラー
１３、１４ リレーレンズ
１５、１６、１７ フィールドレンズ
１８、１９、２０ 入射側偏光板
２１、２２、２３ 画像形成用の液晶パネル
２４、２５、２６ 出射側偏光板
２７ 色合成プリズム
２８ 波長選択性偏光回転素子
２９、３１ 偏光板
３０ 黒挿入用液晶パネル
３２ 位相差パネル
３３ 投写レンズ
３４ 保持機構
３５ ギアモーター
４０、４１、４２ 発光ダイオード
４３、４４、４５ ヒートシンク
４６、４７、４８ コンデンサレンズ
５０ 青透過のダイクロイックミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライトバルブ上に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関し、特に、立体画像表示用の投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で、設置性に優れた立体画像表示装置を得るために、ライトバルブとして液晶パネルを用いた１台の投写型表示装置を、時分割で駆動する構成が知られている。時分割で駆動する場合、投写型表示装置により右眼用、左眼用の画像光を時分割で形成し、画像光の偏光方向を切り替えてパッシブ方式の偏光メガネで観察する方法、あるいは、アクティブ方式の液晶シャッターメガネで観察する方法がある。
【０００３】
画像光の偏光方向を切り替えて、パッシブ方式の偏光メガネで立体画像を観察するように構成された、従来の投写型表示装置の例を図５に示す（特許文献１参照）。光源ランプ６０の光から青、緑、赤の色光の画像を形成する光学系６１が、色分離用のダイクロイックミラー６２、６３、反射ミラー６４、６５、６６、および画像を形成する液晶パネル６７ｒ、６７ｇ、６７ｂから構成されている。液晶パネル６７ｒ、６７ｇ、６７ｂからの青、緑、赤の画像光は、合成プリズム６８により合成され、偏光回転液晶６９を経て投写レンズ７０により投写される。偏光回転液晶６９は、投写光の偏光方向を０°と９０°の間で切換える。
【０００４】
光学系６１からは、青、緑、赤の各色光の右眼用画像光と左眼用画像光とが、１フィールド毎に交互に出射される。その際、緑の色光の右眼用および左眼用画像光の出射タイミングが、赤、青色光の右眼用および左眼用画像光の出射タイミングに対して、１フィールドずらされている。さらに、合成プリズム６８からの投影光の偏光方向が、偏光回転液晶６９により１フィールド毎に０°と９０°との間で切換えられる。これにより、偏光めがねを用いて立体画像を観察することができる。
【０００５】
しかしながら、１フィールドごとに右眼用画像と左眼用画像を形成し、切替えるため、右眼用画像が左眼に入射し、左眼用画像が右眼に入射するというクロストークが生じることがあった。クロストークが大きいと二重像の画像となる。このクロストークを低減するには、偏光回転制御用の液晶セルだけではなく、画像形成用の液晶ライトバルブにも同様に高速な応答性が求められる。しかし、実用的なライトバルブのＴＮモード液晶やＶＡモード液晶では、必要とされる５ｍｓｅｃ以下の高速な応答性の確保は困難であった。
【０００６】
一方、液晶シャッターメガネを用いる表示装置の例が、特許文献２に開示されている。この装置では、画像形成用ライトバルブの応答速度不足を改善するために、ライトバルブを高速（例えば２４０Ｈｚ）で駆動し、左眼用の画像と右眼用の画像をそれぞれ２回ずつ繰り返して画像を形成させる。そして、それぞれ２回目に形成された画像の一期間のみを液晶シャッターメガネで透過させる。これにより、液晶パネルを用いた場合における液晶応答速度の不足や、シャッタ眼鏡の液晶シャッタのコントラスト不足により発生するクロストークを改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−６５０５５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３９４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
アクティブ方式の液晶シャッターメガネを用いる上記従来例の方法では、画像形成用液晶パネルの高速駆動と液晶シャッターメガネの開閉時間の制御によりクロストークは低減されるが、液晶シャッターメガネでの光損失が大きく、２次元画像表示の場合と比べて略８％と大幅に暗くなる。また、メガネに表示装置との間の送受信装置が必要であったり、メガネへの充電もしくは電池交換が必要であるなどの、不便な面もある。このように、パッシブ方式の偏光メガネと比較して、明るさが低下する、コストが高くなる、利便性が低いなどの問題があった。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みて、パッシブ方式の偏光メガネにより立体画像を観察する構成により、応答速度が十分ではないライトバルブを用いながらも、クロストークが非常に小さく、明るい立体画像表示が得られ、さらに、２次元画像表示の場合の明るさを十分に確保可能な投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光を集光して照明光を形成する照明部と、前記照明光を受けて右眼用画像光及び左眼用画像光を時分割で形成するライトバルブと、前記右眼用及び左眼用画像光の偏光方向を切り替える位相差パネルと、前記画像光を拡大投写する投写レンズとを具備し、前記右眼用及び左眼用画像光の偏光方向を互いに異ならせて表示して、立体画像の観察を可能とするように構成される。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の投写型表示装置は、黒挿入用液晶パネル、及び前記黒挿入用液晶パネルの両側に配置される黒挿入用偏光素子を含み、前記黒挿入用液晶パネルを制御することにより前記右眼用及び左眼用画像光の相互間に遮光期間を挿入可能なように構成された黒挿入部と、少なくとも前記黒挿入用偏光素子を前記画像光の光路中及び光路外の位置の間で移動させる移動制御部とを更に備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成の投写型表示装置は、移動制御可能な偏光素子を備えた黒挿入用液晶パネル、及び位相差パネルにより、クロストークを大幅に低減した明るい立体画像表示と、明るい２次元画像表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における投写型表示装置の構成を示す正面図
【図２】同投写型表示装置における黒挿入用液晶パネルと位相差パネルの配置を示す斜視図
【図３】同投写型表示装置における黒挿入用液晶パネルと位相差パネルの動作を説明するための図
【図４】本発明の実施の形態２における投写型表示装置の構成を示す正面図
【図５】従来例の投写型表示装置の構成を示す正面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の投写型表示装置は、上記構成を基本として、以下のような態様を採ることが可能である。
【００１５】
すなわち、前記移動制御部は、２次元画像表示の場合には、少なくとも前記黒挿入用偏光素子を前記画像光の光路外の位置に移動させるように動作する構成とすることが好ましい。
【００１６】
また、前記ライトバルブが液晶ライトバルブにより構成され、前記ライトバルブと投写レンズとの間に配置され、青、緑、赤の色光を合成する色合成部と、前記色合成部からの所定の色光の偏光方向を回転させて、前記色光の各々の偏光方向を互いに揃える波長選択性偏光回転素子とを備えた構成とすることができる。
【００１７】
また、前記黒挿入用液晶パネルは、電圧制御により遮光と透過が切り替えられる液晶パネルとすることができる。
【００１８】
また、前記黒挿入用偏光素子は、放熱基板に貼合した偏光フィルムとすることができる。
【００１９】
また、前記黒挿入用偏光素子は、無機偏光板とすることができる。
【００２０】
また、前記移動制御部は、電動で移動制御が可能である構成とすることができる。
【００２１】
また、前記位相差パネルは、電圧制御により位相差が零と１／２波長とで切り替えられる液晶セルとすることができる。
【００２２】
また、前記位相差パネルと前記投写レンズの間に１／４波長板が配置された構成とすることができる。
【００２３】
また、前記光源は、放電ランプまたは固体光源とすることができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における投写型表示装置の構成を示す正面図である。この装置では、液晶ライトバルブとして、ＴＮモードもしくはＶＡモードの透過型の液晶パネルを用いる。
【００２６】
光源部が、放電ランプ１、反射鏡２、及び凹レンズ３により構成されている。光源部からの光を集光して照明光を形成する照明部が、第１および第２レンズアレイ板４、５、偏光変換素子６、及び集光レンズ７により構成されている。照明光を赤、青、緑の色光に分離する色分離部が、青反射のダイクロイックミラー８、緑反射のダイクロイックミラー９、反射ミラー１０、１１、１２、及びリレーレンズ１３、１４により構成されている。色分離された各色光の画像光を形成するライトバルブ部が、フィールドレンズ１５、１６、１７、入射側偏光板１８、１９、２０、画像光形成用の液晶パネル２１、２２、２３、及び出射側偏光板２４、２５、２６により構成されている。
【００２７】
ライトバルブ部により形成された各色の画像光を合成する色合成プリズム２７は、赤反射のダイクロイックミラーと青反射のダイクロイックミラーから構成されている。合成された画像光は、波長選択性偏光回転素子２８により偏光方向が揃えられる。波長選択性偏光回転素子２８から出射する画像光に遮光期間を挿入する黒挿入部が、偏光板２９、３１、及び黒挿入用液晶パネル３０により構成されている。黒挿入部から出射する画像光は、位相差パネル３２により偏光方向が切り替えられて、投写レンズ３３により拡大投写される。
【００２８】
上記構成による動作の詳細について、以下に説明する。放電ランプ１から放射される光は反射鏡２により集光され、凹レンズ３により略平行光に変換される。略平行光に変換された光は、複数のレンズ素子から構成された第１レンズアレイ板４に入射する。第１レンズアレイ板４に入射した光束は多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、複数のレンズから構成された第２レンズアレイ板５に収束する。第１レンズアレイ板４のレンズ素子は、液晶パネルと相似形の開口形状であり、また、第１レンズアレイ板４と液晶パネル２１、２２、２３とが略共役関係となるようにその焦点距離が決められている。第２レンズアレイ板５から出射した光は、偏光変換素子６に入射する。偏光変換素子６は、偏光分離プリズムと１／２波長板により構成され、ランプからの自然光を一つの偏光方向の光に変換する。偏光変換素子６からの光は集光レンズ７に入射する。集光レンズ７は、第２レンズアレイ板５の各レンズ素子から出射した光を、液晶パネル２１、２２、２３を重畳照明するように集光する。
【００２９】
集光レンズ７からの光は、色分離部を構成する青反射のダイクロイックミラー８、緑反射のダイクロイックミラー９により、青、緑、赤の色光に分離される。緑の色光はフィールドレンズ１５、入射側偏光板１８を透過して、液晶パネル２１に入射する。青の色光は反射ミラー１０で反射した後、フィールドレンズ１６、入射側偏光板１９を透過して液晶パネル２２に入射する。赤の色光はリレーレンズ１３、１４を透過し、屈折され、反射ミラー１１、１２により反射され、フィールドレンズ１７、入射側偏光板２０を透過して、液晶パネル２３に入射する。
【００３０】
３枚の液晶パネル２１、２２、２３は、アクティブマトリックス方式の液晶パネルであって、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御により、入射する光の偏光状態を変化させる。それぞれの液晶パネル２１、２２、２３の両側に、透過軸を互いに直交させてそれぞれの入射側偏光板１８、１９、２０および出射側偏光板２４、２５、２６が配置され、それらを組み合わせた作用により光を変調する。その際、緑、青、赤の右眼用および左眼用の画像光を時分割で形成する。
【００３１】
出射側偏光板２４、２５、２６を透過した各色光は、色合成プリズム２７により合成される。すなわち、赤色光が赤反射のダイクロイックミラーで、青色光が青反射のダイクロイックミラーで反射されて、透過する緑の色光と合成される。合成プリズム２７の反射面に対して、緑の色光はＰ偏光で透過し、赤、青の色光はＳ偏光で反射する。緑の色光をＰ偏光、青、赤の色光をＳ偏光で用いるのは、各色光に対する分光特性が、広帯域で透過率および反射率を高くできるためである。
【００３２】
波長選択性偏光回転素子２８は、緑の色光の偏光方向を９０度回転させ、赤、青の色光の偏光方向は回転させない。波長選択性偏光回転素子２８は、位相差フィルムを積層して、特定波長帯域の偏光方向を回転させるように構成されている。これにより、緑、青、赤の色光がＳ偏光に揃えられる。波長選択性偏光回転素子２８を出射した光は、両側に偏光板２９、３１が配置された黒挿入用液晶パネル３０に入射する。黒挿入用液晶パネル３０は、電圧制御により右眼用と左眼用のそれぞれの画像光の一定期間の光を遮光する。黒挿入用液晶パネル３０を透過した光は、位相差パネル３２に入射する。位相差パネル３２は、電圧制御により位相差が零もしくは１／２波長に変化し、一定期間の光の偏光方向を回転させる。
【００３３】
図２に、黒挿入用液晶パネル３０と位相差パネル３２の配置構成と偏光状態を示す。それぞれ、駆動信号供給用のフレキシブル配線基板３０ａ、３０ｂが装着されている様子が示されるが、他の部分との配線は図示が省略されている。色合成プリズム２７からの光は、緑（Ｇ）の色光がＰ偏光、青、赤（Ｒ、Ｂ）の色光がＳ偏光である。波長選択性偏光回転素子２８により、緑色光の偏光方向が９０度回転され、緑、赤、青の色光がＳ偏光に揃えられる。偏光板２９の偏光透過軸はＳ偏光方向である。偏光板３１は偏光板２９とクロスニコルとなる配置である。偏光板２９、３１は、サファイアや水晶などの薄板放熱基板に偏光フィルムを貼合した構成とすることができる。位相差パネル３２により制御された出射光の偏光方向が、右眼用画像光についてはＲで、左眼用画像光についてはＬで示されている。
【００３４】
偏光板２９、３１は保持機構３４により保持され、保持機構３４は、ギアモーター３５で移動制御が可能であり、保持機構３４とギアモーター３５により構成された移動制御部により、偏光板２９、３１を光路外の位置に移動させることが可能である。但し、このように移動制御部を電動とすることは必須ではなく、手動で移動させるように構成してもよい。２次元画像信号が供給される場合には、ギアモーター３５により、偏光板２９、３１を画像光の光路外に移動させるように制御する。
【００３５】
偏光板２９、３１は放熱基板を備えているために、吸収される熱を効率よく放熱する。但し、偏光板２９は入射光と偏光透過軸を一致させているため光吸収は最小となるが、偏光板３１は遮光する場合があるため、光吸収が大きい。偏光板２９、３１、黒挿入用液晶パネル３０、位相差パネル３２は、それぞれ温度上昇に応じて冷却ユニット（図示せず）により冷却され、所定の温度以下に保たれる。偏光板２９、３１で吸収する光量が大きく、放熱基板では所定の温度以下へ温度上昇を抑制できない場合には、高コストとなるが、ワイヤーグリッド型の無機偏光板や延伸異方性金属粒子をガラス基板に混入した無機偏光板を用いてもよい。
【００３６】
以上のようにして、位相差パネル３２からは、一定の期間毎に、偏光方向が異なる右眼用画像光Ｒと左眼用画像光Ｌが切り替えられた光が出射される。黒挿入用液晶パネル３０及び位相差パネル３２は、応答速度が２ｍｓ以下の高速液晶であれば、液晶モードはＳＴＮ、ＴＮ、ＯＣＢ、強誘電液晶など、いずれの液晶のモードであってもよい。図１に示すように、位相差パネル３２を出射した光は投写レンズ３３に入射する。投写レンズ３３に入射した右眼用画像光Ｒと左眼用画像光Ｌは偏光状態を乱されることなく、偏光特性を維持するスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。拡大投写された投写画像をパッシブ方式の偏光メガネを通すことにより、立体表示画像を観察できる。
【００３７】
図３を参照して、黒挿入用液晶パネル３０と位相差パネル３２の、時間に対する動作を説明する。図３（ａ）は立体画像信号の変化、図３（ｂ）から（ｄ）はそれぞれ、画像形成用液晶パネル１８〜２０、黒挿入用液晶パネル３０、及び位相差パネル３２の動作の時間に対する変化を示す。図３（ｅ）は、位相差パネル３２からの出射光の相対光束と偏光方向の時間に対する変化を示す。図中、Ｌ、Ｒは、左眼用画像光Ｌ、右眼用画像光Ｒに対応することを示す。
【００３８】
立体画像信号の左眼用信号Ｌと右眼用信号Ｒは、６０Ｈｚの時分割信号である。画像形成用の液晶パネル１８〜２０は、２４０Ｈｚで画像光Ｌ、Ｒをそれぞれ２回ずつ繰り返し形成する。黒挿入用液晶パネル３０は、２回目の画像光Ｌ、Ｒの期間のみ透過状態、他の期間は遮光状態に制御される。位相差パネル３２は、２回目のＬの期間のみ、位相差が１／２波長となるよう切り替える。このようにして、右眼用画像光、左眼用画像光の出射光は偏光方向毎に良好に分離され、クロストークが大幅に低減した光となる。
【００３９】
各要素の典型的な光学特性の一例では、波長選択性偏光回転素子２８の偏光回転率を９２％、偏光板２９、３１の偏光透過率を８４％、黒挿入用液晶パネル３０と位相差パネル３２の透過率をそれぞれ９０％、時間開口率を２５％、パッシブ方式の偏光メガネの偏光透過率を８４％とする。この場合、波長選択性偏光回転素子２８、黒挿入用液晶パネル３０、及び位相差パネル３２を配置して立体画像光を得る場合の光利用効率は、１１％となる。
【００４０】
一方、液晶シャッターメガネの場合には、入射する光が自然光となるため、偏光板や液晶セルの透過率に同様な数値を用いると、立体画像光の光利用効率は７．９％となる。したがって、図１の構成では、液晶シャッターメガネを利用する場合と比べ、光利用効率が１．４倍となる。
【００４１】
また、２次元画像の場合は、偏光特性の維持が不要なため、偏光板２９、３１を移動制御部により光路外の領域に退避させる。この場合は、波長選択性偏光回転素子２８の透過率を９８％、黒挿入用液晶パネル３０と位相差パネル３２の透過率を９０％とすると、２次元画像の場合の光利用効率は６６．７％となる。これに対して、偏光板２９、３１を移動制御しない場合の光利用効率は４４．１％であり、これと比べると、移動制御する場合は１．５倍の光利用効率が得られることになる。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、従来例の方法と比べると、光利用効率が高く、明るい立体画像と２次元画像を得ることができる。
【００４３】
２次元画像表示の場合に偏光板２９、３１を光路外へ移動させると、図１に示す投写レンズ３３のバックフォーカスが変化する。１枚の偏光板の厚みを０．７ｍｍ、屈折率を１．５とすると、像面移動量は０．４７ｍｍとなる。投写レンズ３３は、その像面移動量を調整可能なように構成される。偏光板２９、３１が薄板のため、投写レンズ３３のバックフォーカス調整量は小さい。また、偏光板２９、３１には液晶パネルや位相差パネルのような制御用配線が不要なため、移動機構は簡易でよい。
【００４４】
位相差パネル３２と投写レンズ３３の間に、直線偏光を円偏光に変換する１／４波長板を配置してもよい。１／４波長板により、直交する直線偏光がそれぞれ右回り、左回りの円偏光に変換され、円偏光タイプの偏光メガネを利用すれば、画像光と偏光メガネとの偏光方向の角度ずれによるクロストークを低減できる。
【００４５】
上述の説明では、位相差パネル３２は、位相差が零と１／２波長とを切り替える液晶セルとしたが、位相差が１／４波長と３／４波長の間で切り替える液晶セルにより位相差パネルを構成してもよい。この場合には、周り方向が異なる円偏光に変換され、１／４波長板を追加で配置することなく、円偏光タイプの偏光メガネが利用可能となる。
【００４６】
図１では、偏光板２９、３１のみを移動制御する構成となっているが、これに限らず、黒挿入用液晶パネル３０や位相差パネル３２を移動制御できる構成とすることができる。そのためには、投写レンズ３３のバックフォーカスの調整のための移動量が大きい機構を投写レンズ３３に付加することが望ましい。黒挿入用液晶パネル３０や位相差パネル３２を移動制御することにより、２次元画像表示の場合の光利用効率を２３％向上させることができる。
【００４７】
以上のように、波長選択性偏光回転素子、移動制御可能な偏光板を配置した黒挿入用液晶パネル、及び位相差パネルを用いることにより、利便性に優れた安価なパッシブ方式の偏光メガネを用いた観察が可能で、クロストークが大幅に低減された明るい立体画像表示、及び明るい２次元画像表示が可能となる。
【００４８】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における投写型表示装置の構成を示す正面図である。この装置では、液晶ライトバルブとして、ＴＮモードもしくはＶＡモードの透過型の液晶パネルを用いる。また光源としては、固体光源である発光ダイオードを用いる。本実施の形態は、光源部の構成が実施の形態１と相違することが特徴である。
【００４９】
光源部は、緑、赤、青の色光をそれぞれ発光する発光ダイオード４０、４１、４２、ヒートシンク４３、４４、４５、コンデンサレンズ４６、４７、４８、緑反射のダイクロイックミラー４９、青透過のダイクロイックミラー５０から構成されている。光源部からの光が入射する照明部の第１レンズアレイ板４以降の、投写レンズ３３に至る要素の構成及び動作は、実施の形態１と同様である。従って、同一の要素については同一の参照番号を付して説明の繰り返しを省略する。光源部の構成と作用について、以下に詳述する。
【００５０】
発光ダイオード４０、４１、４２から発光する緑、赤、青の色光は、それぞれ対応するコンデンサレンズ４６、４７、４８により集光され、略平行光に変換される。発光ダイオード４０、４１、４２は、それぞれ発光ダイオードと密着させたヒートシンク４３、４４、４５と空冷ユニット（図示せず）により、一定の温度以下に制御される。
【００５１】
発光ダイオード４０からの緑の色光は、平行光に変換された後、緑反射のダイクロイックミラー４９と青透過のダイクロイックミラー５０で反射される。発光ダイオード４１からの赤の色光は、緑反射のダイクロイックミラー４９を透過し、青透過のダイクロイックミラー５０で反射される。発光ダイオード４２からの青の色光は、青透過のダイクロイックミラー５０を透過する。このように、発光ダイオードからの緑、赤、青の色光はダイクロイックミラー４９、５０で合成され、白色光となり、第１レンズアレイ板４に入射する。
【００５２】
発光ダイオードは放電ランプに比べて、発光光束は少ないが、長寿命で、色再現範囲が広く、応答速度が速い。図３（ｃ）の黒挿入用液晶パネル３０の時間に対応する動作を参照すると、透過するタイミングでの４．１７ｍｓの期間でのみ、スクリーン上に画像光が投写される。このタイミングに合わせて発光ダイオード４０、４１、４２を発光させれば、黒挿入用液晶パネル３０での不要な光吸収がなく、クロストークがさらに改善される。また、発光ダイオードはパルス駆動して用いるため、連続駆動よりも発光光束が大きく、発光ダイオードのジャンクション温度が下がり、長寿命が可能となる。なお、固体光源として用いるのは発光ダイオードに限らず、レーザー光源や、レーザー光で励起させて蛍光発光する光源を用いても同様な効果を得ることができる。
【００５３】
本実施の形態のように、応答速度の速い固体光源、波長選択性偏光回転素子、移動制御可能な偏光板を配置した黒挿入用液晶パネル、及び位相差パネルを用いることにより、クロストークを大幅に低減し、色再現範囲が広く、明るい立体画像を得ることができる。
【００５４】
以上のとおり、実施の形態１，２の投写型表示装置は、光源からの自然光を効率よく直線偏光の光に変換し、均一に液晶パネルへ照明して、緑、赤、青の３枚の液晶パネルを用いて各色光の画像を形成する構成である。そのため、明るく、均一で、高精細の投写画像を得ることができる。また、１本の投写レンズで構成した１台の投写型表示装置により立体画像を表示するため、設置調整が不要で安定した投写画像を表示できる。
【００５５】
上述の実施の形態１，２では、液晶ライトバルブとして透過型の液晶パネルを用いたが、反射型の液晶パネルを用いて構成してもよい。反射型の液晶パネルを用いることにより、高精細な投写型表示装置を構成できる。また、ライトバルブとして、ミラー偏向型ライトバルブであるデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を１枚もしくは３枚用いることもできる。ＤＭＤを用いる場合には、波長選択性偏光回転素子は不要となり、液晶ライトバルブよりも応答速度が速いため、黒挿入用液晶パネルの透過状態である時間開口率を高く設定でき、明るく、小型で高信頼性の投写型表示装置を構成できる。
【００５６】
以上のように、本発明の投写型表示装置は、移動制御可能な偏光素子を備えた黒挿入用液晶パネルと位相差パネルにより、クロストークを大幅に低減した明るい立体画像表示が可能であるとともに、明るい２次元画像表示が可能である。また、パッシブ方式の偏光メガネを用いるため、安価で利便性の高い投写型の立体表示装置を構成できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の投写型表示装置は、クロストークが非常に小さく、明るい立体画像表示が得られ、応答速度が十分ではない液晶ライトバルブを用いた投写型の立体表示装置として有用である。
【符号の説明】
【００５８】
１ ランプ
２ 反射鏡
３ 凹レンズ
４ 第１レンズアレイ板
５ 第２レンズアレイ板
６ 偏光変換素子
７ 集光レンズ
８ 青反射のダイクロイックミラー
９、４９ 緑反射のダイクロイックミラー
１０、１１、１２ 反射ミラー
１３、１４ リレーレンズ
１５、１６、１７ フィールドレンズ
１８、１９、２０ 入射側偏光板
２１、２２、２３ 画像形成用の液晶パネル
２４、２５、２６ 出射側偏光板
２７ 色合成プリズム
２８ 波長選択性偏光回転素子
２９、３１ 偏光板
３０ 黒挿入用液晶パネル
３２ 位相差パネル
３３ 投写レンズ
３４ 保持機構
３５ ギアモーター
４０、４１、４２ 発光ダイオード
４３、４４、４５ ヒートシンク
４６、４７、４８ コンデンサレンズ
５０ 青透過のダイクロイックミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を集光して照明光を形成する照明部と、
前記照明光を受けて右眼用画像光及び左眼用画像光を時分割で形成するライトバルブと、
前記右眼用及び左眼用画像光の偏光方向を切り替える位相差パネルと、
前記画像光を拡大投写する投写レンズとを具備し、
前記右眼用及び左眼用画像光の偏光方向を互いに異ならせて表示して立体画像の観察を可能とするように構成された投写型表示装置であって、
黒挿入用液晶パネル、及び前記黒挿入用液晶パネルの両側に配置される黒挿入用偏光素子を含み、前記黒挿入用液晶パネルを制御することにより前記右眼用及び左眼用画像光の相互間に遮光期間を挿入可能なように構成された黒挿入部と、
少なくとも前記黒挿入用偏光素子を前記画像光の光路中及び光路外の位置の間で移動させる移動制御部とを更に備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記移動制御部は、２次元画像表示の場合には、少なくとも前記黒挿入用偏光素子を前記画像光の光路外の位置に移動させるように動作する請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記ライトバルブが液晶ライトバルブにより構成され、
前記ライトバルブと投写レンズとの間に配置され、青、緑、赤の色光を合成する色合成部と、
前記色合成部からの所定の色光の偏光方向を回転させて、前記色光の各々の偏光方向を互いに揃える波長選択性偏光回転素子とを備えた請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記黒挿入用液晶パネルが、電圧制御により遮光と透過が切り替えられる液晶パネルである請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記黒挿入用偏光素子が、放熱基板に貼合した偏光フィルムである請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記黒挿入用偏光素子が、無機偏光板である請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項７】
前記移動制御部は、電動で移動制御が可能である請求項２記載の投写型表示装置。
【請求項８】
前記位相差パネルは、電圧制御により位相差が零と１／２波長とで切り替えられる液晶セルである請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項９】
前記位相差パネルと前記投写レンズの間に１／４波長板が配置された請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項１０】
前記光源は、放電ランプまたは固体光源である請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を集光して照明光を形成する照明部と、
前記照明光を受けて右眼用画像光及び左眼用画像光を時分割で形成するライトバルブと、
前記右眼用及び左眼用画像光の偏光方向を切り替える位相差パネルと、
前記画像光を拡大投写する投写レンズとを具備し、
前記右眼用及び左眼用画像光の偏光方向を互いに異ならせて表示して立体画像の観察を可能とするように構成された投写型表示装置であって、
黒挿入用液晶パネル、及び前記黒挿入用液晶パネルの両側に配置される黒挿入用偏光素子を含み、前記黒挿入用液晶パネルを制御することにより前記右眼用及び左眼用画像光の相互間に遮光期間を挿入可能なように構成された黒挿入部と、
少なくとも前記黒挿入用偏光素子を前記画像光の光路中及び光路外の位置の間で移動させる移動制御部とを更に備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記移動制御部は、２次元画像表示の場合には、少なくとも前記黒挿入用偏光素子を前記画像光の光路外の位置に移動させるように動作する請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記ライトバルブが液晶ライトバルブにより構成され、
前記ライトバルブと投写レンズとの間に配置され、青、緑、赤の色光を合成する色合成部と、
前記色合成部からの所定の色光の偏光方向を回転させて、前記色光の各々の偏光方向を互いに揃える波長選択性偏光回転素子とを備えた請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記黒挿入用液晶パネルが、電圧制御により遮光と透過が切り替えられる液晶パネルである請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記黒挿入用偏光素子が、放熱基板に貼合した偏光フィルムである請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記黒挿入用偏光素子が、無機偏光板である請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項７】
前記移動制御部は、電動で移動制御が可能である請求項２記載の投写型表示装置。
【請求項８】
前記位相差パネルは、電圧制御により位相差が零と１／２波長とで切り替えられる液晶セルである請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項９】
前記位相差パネルと前記投写レンズの間に１／４波長板が配置された請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項１０】
前記光源は、放電ランプまたは固体光源である請求項１記載の投写型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１６３９４４（Ｐ２０１２−１６３９４４Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３７５５８（Ｐ２０１１−２３７５５８）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]