JP2006163191A - 立体プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＭＤを用いた２組のＤＬＰ方式の表示部の間に偏光ビームスプリッタを備えることによって、１台で立体画像を観察することができる立体プロジェクタを提供すること。
【解決手段】入射光を反射するマイクロミラーの集合体素子を用いる立体プロジェクタにおいて、第１の光源ランプと第１のマイクロミラーの集合体素子と第１のカラーフィルタと所定の方向に偏光軸を有する第１の偏光板を備える第１の表示部と、第２の光源ランプと第２のマイクロミラーの集合体素子と第２のカラーフィルターと該所定の方向と異なる偏光軸を有する第２の偏光板を備える第２の表示部と、偏光ビームスプリッタと投射レンズから成る構成となり、該第１の表示部から生成される画像と該第２の表示部から生成される画像を該偏光ビームスプリッタで合成することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、映画、アーケードゲーム、プレゼンテーション等において立体表示を行う立体プロジェクタに関するものである。

従来、立体プロジェクタとして、２台のプロジェクタを用いて各々の投射レンズの前面に互いに偏光軸が直交する偏光板を配置し、１つのスクリーン上に偏光状態の異なる左眼画像と右眼画像を重ねて投影し、観察者は偏光めがねを掛けて各々の画像を分離して立体視する方式が知られている。

又、立体プロジェクタではないが、通常のプロジェクタとして、より高精細・高品質な画像表示が可能となったＤＬＰ（Digital Light Processing）方式のプロジェクタが知られている．
このＤＬＰ方式で使用されるマイクロミラーの集合体素子は、ＤＭＤ（Digital Mirror Device ）と呼ばれている。そのため、ここではマイクロミラーの集合体素子をＤＭＤと呼ぶ。ＤＭＤは、多数の微細なマイクロミラーを１枚のパネル状に形成したものである。これらのマイクロミラーは、それぞれ±１０度程度傾けることが可能に装着されている。１つのミラーは、１つの画素に対応して例えば＋１０度に傾いた時に光源ランプからの入射光を投射レンズの方向に反射し、−１０度に傾いた時に投射レンズの方向に反射しないように作用させる。従って、表示映像のデジタル信号を受け取ったＤＭＤがそのミラー１つ１つの傾斜角度を変え、光源ランプから発せられた光のオン／オフを行う仕組みになっており、オン／オフというデジタルで色階調を制御できるため、色ムラの無い鮮明な画像を得ることができるプロジェクタとして構成することが可能である。

図４はＤＭＤを１チップ用いたプロジェクタの水平断面図でその構成を示す。図４に示すＤＭＤ1 チップのプロジェクタは、光源ランプ１０１、集光レンズ１０２、カラーフィルタ１０３、凸レンズ１０４、ＤＭＤ１０５、凸レンズ１０６と投射レンズ１０７等で主に構成される。ＤＭＤ５は、単に光の反射をコントロールするのみで、カラー化はできない。そこで、図５に示すようなカラーフィルタ３と呼ばれるものを使用している。カラーフィルタ３は、円板にＲＧＢ各色のフィルタを取り付けたもので，これをモータで高速回転させることにより、光源ランプ１０１からの光の色をＲＧＢの順番に変化させる。

映像を表示する原理は次のようになる。先ず、光源ランプ１０１からの光２０は集光レンズ１０２によって、カラーフィルター１０３上に焦点が結ばれるように照射される。カラーフィルタ１０３を透過してカラー化された光２０は、凸レンズ１０４で平行光に拡大され、ＤＭＤ１０５に照射される。予めＤＭＤ１０５は画像のデジタル信号を受け取り、そのデジタル信号に合わして１つ１つのマイクロミラーがオン／オフに傾斜しており、その入射光を反射する。ＤＭＤ１０５によって反射された光２０は、凸レンズ１０６、投射レンズ１０７を透過し、スクリーン１０８に投影される。

ＤＭＤ１０５によって反射され投影される映像は、ＲＧＢの順番に表示されることになる。しかし、カラーフィルタ１０４が高速回転しＤＭＤ１０５が十分に速く切り替わるため、観察者は色が混ざってスクリーン１０８の映像を知覚する。これにより、高品質なカラー画像を得ることができる。

従来の立体プロジェクタでは、２台のプロジェクタを使用するため、スクリーン上の左右眼画像の位置を合わせることが必要となる。即ち、両眼視差を利用して立体視を行うには、左右眼画像を若干ずらさなければならない。ずらす量が大きいと画像の飛び出し量も大きくなり、観察者に負担がかかり、小さいと立体感のない画像となる。そのため、位置合わせを正確に行わないと立体画像の観察に支障を来す。従って、左右眼画像の位置合わせは非常に困難かつ時間を要した。

そのため、特許文献１には、光源ランプと液晶パネルを備える２組の表示部からのそれぞれの画像を偏光ビームスプリッタで合成し、１つの投射レンズでスクリーンに投影する方式を開示している。

特開平０７−３２７２４３号公報

しかし、前記特許文献１に記載された方式では、液晶パネル方式に比べより高精細なＤＬＰ方式のプロジェクタの利用については考慮されておらず、そのためＤＬＰ方式のプロジェクタを利用した場合のコスト削減の提案もされていない。

本発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、ＤＭＤを用いた２組のＤＬＰ方式の表示部の間に偏光ビームスプリッタを備えることによって、１台で立体画像を観察することができる立体プロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、入射光を反射するマイクロミラーの集合体素子を用いる立体プロジェクタにおいて、第１の光源ランプと第１のマイクロミラーの集合体素子と第１のカラーフィルタと所定の方向に偏光軸を有する第１の偏光板を備える第１の表示部と、第２の光源ランプと第２のマイクロミラーの集合体素子と第２のカラーフィルターと該所定の方向と異なる偏光軸を有する第２の偏光板を備える第２の表示部と、偏光ビームスプリッタと投射レンズから成る構成となり、該第１の表示部から生成される画像と該第２の表示部から生成される画像を該偏光ビームスプリッタで合成することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタを１つの共通カラーフィルターとすることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記第１の偏光板と前記第２の偏光板の偏光軸が互いに直交することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記偏光ビームスプリッタの入射面の前面に前記第１の偏光板と前記第２の偏光板を配置することを特徴とする。

本発明によれば、２組のＤＭＤを用いた表示部に偏光ビームスプリッタを備えることで、それぞれの表示部で生成された画像を合成し、歪みの無い高精細な立体画像を投影することが可能である。又、２組の光源ランプを有するため、立体画像を観察するには十分な輝度を得られる。又、ＤＭＤからの光は平行光であり、且つ、光径が縮小された光あるため、偏光ビームスプリッタを小型にすることもでき、これは立体プロジェクタの小型化、低価格化に寄与するものである。

更に、本発明によれば、２組必要であるカラーフィルタを１つのカラーフィルタに共通化することで、部材を少なくし低価格な立体プロジェクタを得ることができる。

以下に本発明実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本実施の形態に係る立体プロジェクタの水平断面図である。ここで、右眼画像を表示する構成要素には「Ｒ」の添え字を、左眼画像を表示する構成要素には「Ｌ」の添え字を付して示す。右眼表示部は、光源ランプ１Ｒ、集光レンズ２Ｒ、カラーフィルタ３Ｒ、凸レンズ４Ｒ、ＤＭＤ５Ｒ、偏光板９Ｒで構成されている。左眼表示部も同様の構成で「Ｒ」の添え字が「Ｌ」の添え字に変更されている。偏光ビームスプリッタ１０は、右眼表示部と左眼表示部の間にあり、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに右眼表示部のＤＭＤ５Ｒが配置され、透過面１０ｂには左眼表示部のＤＭＤ５Ｒが配置されている。偏光ビームスプリッタ１０の射出面１０ｃには凸レンズ６と投射レンズ７が配置されている。

次に、立体画像を表示する原理を説明する。

光源ランプ１Ｒからの光の進行は矢印で示す光２１Ｒである。先ず、光源ランプ１Ｒからの光２１Ｒは集光レンズ２Ｒによって、ＲＧＭの３面で分けられたカラーフィルタ３Ｒ上に焦点が結ばれるように照射される。カラーフィルタ３Ｒを透過した光２１Ｒは、偏光板９Ｒに照射される。ここで、偏光板９Ｒは、紙面に垂直方向に偏光軸を有する。そのため、偏光板９Ｒを透過した光２１Ｒは、紙面に垂直方向に偏光軸を有する直線偏光となり、凸レンズ４Ｒによって並行光に変換されミラー３１を介してＤＭＤ５Ｒに照射される。予めＤＭＤ５Ｒは画像のデジタル信号を受け取り、そのデジタル信号に合わして１つ１つのマイクロミラーがオン／オフに傾斜しており、その入射光２１Ｒを反射する。反射された光２１Ｒは、偏光ビームスプリッタ１０に入射し、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａで反射され、凸レンズ６、投射レンズ７を介してスクリーン８に投影される。

左眼表示部の光源ランプ１Ｌからの光の進行は矢印で示す光２１Ｌである。左眼表示部の光２１Ｌの進行は、右眼表示部の光２１Ｒと同様で、カラーフィルタ３Ｌでカラー化された光２１Ｌは、偏光板９Ｌに照射される。ここで、偏光板９Ｌは、紙面に水平方向に偏光軸を有する。そのため、偏光板９Ｌを透過した光２１Ｌは、紙面に水平方向を有する直線偏光となり、凸レンズ４Ｌとミラー３２を介してＤＭＤ５Ｌに照射される。そして、ＤＭＤ５Ｌによって反射された光２１Ｌは、偏光ビームスプリッタ１０の透過面１０ｂを透過し、凸レンズ６、投射レンズ７を介してスクリーン８に投影される。

観察者は、右眼に偏光板９Ｒと同様の偏光軸を有する偏光板を、左眼に偏光板９Ｌと同様の偏光軸を有する偏光板を備えた偏光めがねを掛けることによって、立体画像を観察する。

右眼画像と左眼画像に時間差を無くすため、ＤＭＤ５ＲとＤＭＤ５Ｌの動作及びカラーフィルタ４Ｒとカラーフィルタ４Ｌの動作は同期させている。又、右眼画像表示部と左眼画像表示部の光路差も無いように設計する。

上記の構成によれば、右眼表示部と左眼表示部の構成は通常のＤＬＰ方式のプロジェクターと同様の構成とすることができるので、特別な部材を必要としない。更に、ＤＭＤからの光は平行光であり、且つ、光径が縮小された光あるため、偏光ビームスプリッタ１０のサイズを小型にできる。従って、小型で特別な部材を必要としないＤＭＤを用いたＤＬＰ方式の立体プロジェクターを提供できる。

＜実施の形態２＞
図２は本発明の実施の形態に係る立体プロジェクタの水平断面図である。ここで、実施の形態１と同様の部材には同じ符号としている。又、実施の形態１のカラーフィルタ３Ｒと３Ｌの代わりに共通カラーフィルタ１１を使用する。図３は共通カラーフィルタ１１の構成図である。共通カラーフィルタ１１は、６面に分けられ、２組のＲＧＢフィルターで構成され、同色のフィルタが対面となるようにする。

次に、立体画像を表示する原理を説明する。

光源ランプ１Ｒからの光２１Ｒは、ミラー３１を介して集光レンズ２Ｒを透過し、共通カラーフィルタ１１に入射する。光源ランプ１Ｌからの光２１Ｌも光２１Ｒと同様にミラー３１を介し共通カラーフィルタ１１に入射する。ミラー３１を用いることで、光２１Ｒと光２１Ｌを近づけ共通カラーフィルタ１１を小型化している。光２１Ｒと光２１Ｌは、共通カラーフィルタ１１の同色のフィルタに照射される。共通カラーフィルタ１１によってカラー化された光２１Ｒと光２１Ｌは、それぞれ偏光板９Ｒと偏光板９Ｌによって偏光軸を与えられる。

光２１Ｒは、ミラー３２とミラー３３によって光路を変化させられ、ＤＭＤ５Ｒに入射する。ＤＭＤ５Ｒで反射した光２１Ｒは、偏光ビームスプリッタ１０の反射面１０ａに反射され、凸レンズ６、投射レンズ７を介してスクリーン８に投影される。光２１Ｌは、ミラー３４によって光路を変化させられ、ＤＭＤ５Ｌに入射する。ＤＭＤ５Ｌで反射した光２１Ｌは、偏光ビームスプリッタ１０の透過面１０ｂを透過し、凸レンズ６、投射レンズ７を介してスクリーン８に投影される。

本実施の形態においても、右眼画像と左眼画像に時間差を無くすため、右眼画像表示部と左眼画像表示部の光路差が無いように設計する。

上記の構成によれば、実施の形態１で２組必要であるカラーフィルタを１つのカラーフィルターに共通化するため、部材を削減できコストダウンが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る立体プロジェクタの水平断面図である。 本発明の実施の形態２に係る立体プロジェクタの平断面図である。 共通カラーフィルタの構成図である。 従来のＤＭＤ１チップを使用したＤＬＰ方式のプロジェクタの水平断面図である。 カラーフィルタの構成図である。

符号の説明

１ 光源ランプ
２ 集光レンズ
３ カラーフィルタ
４ 凸レンズ
５ ＤＭＤ
６ 凸レンズ
７ 投射レンズ
８ スクリーン
９ 偏光板
１０ 偏光ビームスプリッタ
１１ 共通カラーフィルタ

Claims (4)

1. 入射光を反射するマイクロミラーの集合体素子を用いる立体プロジェクタにおいて、
   第１の光源ランプと第１のマイクロミラーの集合体素子と第１のカラーフィルタと所定の方向に偏光軸を有する第１の偏光板を備える第１の表示部と、第２の光源ランプと第２のマイクロミラーの集合体素子と第２のカラーフィルターと該所定の方向と異なる偏光軸を有する第２の偏光板を備える第２の表示部と、偏光ビームスプリッタと投射レンズから成る構成となり、該第１の表示部から生成される画像と該第２の表示部から生成される画像を該偏光ビームスプリッタで合成することを特徴とする立体プロジェクタ。
2. 前記第１のカラーフィルタと前記第２のカラーフィルタを１つの共通カラーフィルターとすることを特徴とする請求項１記載の立体プロジェクタ。
3. 前記第１の偏光板と前記第２の偏光板の偏光軸が互いに直交することを特徴とする請求項１又は２記載の立体プロジェクタ。
4. 前記偏光ビームスプリッタの入射面の前面に前記第１の偏光板と前記第２の偏光板を配置することを特徴とする請求項１又は２記載の立体プロジェクタ。

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