JP2007271828A

JP2007271828A - 立体画像投射装置

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Publication number: JP2007271828A
Application number: JP2006096124A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yoshimura; 真吉村
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】１台のプロジェクタを用いて構成でき、また、垂直周波数の高周波化や画像情報を圧縮を要することなく、かつ、使用する立体メガネの製造が容易で、安価に製造できる立体画像投射装置を提供する。
【解決手段】表示領域の略半分の領域１ａにおいて右目用（または左目用）の画像を表示し表示領域の他の略半分の領域１ｂにおいて左目用（または右目用）の画像を同一のフレーム期間において表示する表示デバイス１と、右目用の画像からの光と左目用の画像からの光との光路を分離させるスプリットミラー３と、右目用の画像からの光と左目用の画像からの光とに互いに異なる光学的特性を付与する光学フィルタ７ａ，７ｂとを備え、光学フィルタ７ａ，７ｂを経た右目用の画像からの光及び左目用の画像からの光をスクリーン６上に重ね合わせて投射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示デバイスにより表示した画像をスクリーン上に投射して結像させ、立体画像の表示を行う立体画像投射装置に関する。

従来、投射型画像表示装置において、立体画像の表示が可能となされた装置が提案されている。

例えば、図４に示すように、２台のプロジェクタ１０１ａ，１０１ｂを有し、これら各プロジェクタ１０１ａ，１０１ｂにより、右目用画像及び左目用画像を同一のスクリーン１０２上に重ねて投射するようにした立体画像投射装置が提案されている。各プロジェクタ１０１ａ，１０１ｂにより投射される画像光は、投射レンズからの光路中、または、プロジェクタ内の光路中において光学フィルタ１０３ａ，１０３ｂを通ることにより、互いに異なる光学的特性を付与されている。これら光学フィルタ１０３ａ，１０３ｂは、例えば、偏光フィルタや波長選択フィルタ（Infitec）等であって、右目用画像を表示する光と左目用画像を表示する光とを互いに異なる偏光方向の光とし、または、互いに異なる波長分布を有する光とする。

これらプロジェクタ１０１ａ，１０１ｂによって投射された画像は、いわゆる立体メガネ１０４を透して観察することにより、立体画像として認識される。この立体メガネ１０４は、右目用フィルタ１０４ａ及び左目用フィルタ１０４ｂからなっている。右目用フィルタ１０４ａは、右目用画像を表示する光のみを透過する特性を有している。また、左目用フィルタ１０４ｂは、左目用画像を表示する光のみを透過する特性を有している。

また、従来の立体画像投射装置として、図５に示すように、１台のプロジェクタ１０１を有し、このプロジェクタ１０１により、右目用画像及び左目用画像を同一のスクリーン１０２上に時分割的に投射するようにしたものが提案されている。このプロジェクタ１０１は、第１の垂直期間において右目用画像を投射し、第２の垂直期間において左目用画像を投射する。このようにして、右目用画像と左目用画像とが交互に投射される。

このプロジェクタ１０１によって投射された画像は、いわゆる立体メガネ１０５を透して観察することにより、立体画像として認識される。この立体メガネ１０５は、右目用シャッタ１０５ａ及び左目用シャッタ１０５ｂからなっている。右目用シャッタ１０５ａは、右目用画像が表示されている期間のみに光を透過させるように駆動される。また、左目用シャッタ１０５ｂは、左目用画像が表示されている期間のみに光を透過させるように駆動される。なお、このようなシャッタとしては、液晶シャッタ等を用いることができる。

さらに、特許文献１には、「超多眼領域」を利用した立体画像投射装置が記載されている。この立体画像投射装置は、多数のカメラを用いて撮影された僅かずつ視差を有する画像情報に基づいて、これら各画像情報を僅かずつ異なる方向に投射するように構成されており、この投射光を拡散板を介して観察することにより、立体画像が認識されるものである。

特許第３６６７２４５号公報

ところで、図４に示した立体画像投射装置においては、プロジェクタを２台用意しなければならないために装置構成が大型化してしまい、また、これら２台のプロジェクタを同期して駆動することを要するため、これらプロジェクタを同期駆動するための駆動手段が必要となり、装置構成が複雑化してしまう。

そして、図５に示した立体画像投射装置においては、プロジェクタは１台で済むが、右目用画像と左目用画像とを交互に表示するため、これら画像のフリッカが目立たないようにするためには、垂直周波数を通常のプロジェクタの２倍にしなければならない。そのため、この立体画像投射装置においては、プロジェクタ自体の製造が困難であり、高価なものになってしまう。

また、この立体画像投射装置においては、使用する立体メガネの製造が困難であり、また、高価なものとなってしまう。さらに、この立体画像投射装置においては、プロジェクタに入力する画像信号について、垂直期間が短いことに合わせて、各画像信号を変調して１／２周期に圧縮する必要があり、装置構成の複雑化が招来される。

さらに、「超多眼領域」を利用した立体画像投射装置においては、画像情報を得るために多数のカメラを用いなければならず、また、画像情報も膨大なものとなる。表示画像のカラー化や表示装置の構成についても課題が多く、実用化は未だ困難な状態である。

そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、１台のプロジェクタを用いて構成でき、また、垂直周波数の高周波化や画像情報を圧縮を要することなく、かつ、使用する立体メガネの製造が容易で、安価に製造できる立体画像投射装置を提供することを目的とする。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る立体画像投射装置は、表示領域の一側側の略半分の領域において右目用または左目用の画像のうちの一方を表示し該表示領域の他側側の略半分の領域において右目用または左目用の画像のうちの他方を表示する表示デバイスと、この表示デバイスに表示された右目用の画像からの光と該表示デバイスに表示された左目用の画像からの光との光路を分離させるスプリットミラーと、右目用の画像からの光と左目用の画像からの光とに互いに異なる光学的特性を付与する光学フィルタと、光学フィルタを経た右目用の画像からの光及び左目用の画像からの光をスクリーン上に投射して結像させこれら各画像をスクリーン上において互いに重ね合わせる投射レンズとを備え、表示デバイスは、右目用の画像及び左目用の画像を同一のフレーム期間において表示することを特徴とするものである。

本発明に係る立体画像投射装置においては、表示領域の一側側の略半分の領域において右目用（または左目用）の画像を表示し表示領域の他側側の略半分の領域において左目用（または左目用）の画像を表示する表示デバイスは、右目用の画像及び左目用の画像を同一のフレーム期間において表示するので、１台のプロジェクタを用いて構成でき、また、垂直周波数の高周波化や画像情報を圧縮をする必要がない。

また、この立体画像投射装置においては、スプリットミラーによって光路を分離された右目用の画像からの光と左目用の画像からの光とが光学フィルタによって互いに異なる光学的特性を付与されるので、立体メガネとして、偏光フィルタや波長選択フィルタ（Infitec）等からなる製造が容易で安価に製造できるものを使用することができる。

すなわち、本発明は、１台のプロジェクタを用いて構成でき、また、垂直周波数の高周波化や画像情報を圧縮を要することなく、かつ、使用する立体メガネの製造が容易で、安価に製造できる立体画像投射装置を提供することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係る立体画像投射装置の構成を示す平面図である。

本発明に係る立体画像投射装置は、図１に示すように、表示デバイス１を有している。この表示デバイス１は、例えば、反射型液晶表示素子（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）などであり、従来の投射型画像表示装置において使用されているものと同様のものである。この表示デバイス１は、表示領域の一側側の略半分の領域１ａにおいて、右目用（または左目用）の画像を表示し、表示領域の他側側の略半分の領域１ｂにおいて、左目用（または右目用）の画像を表示するようになっている。この表示デバイス１においては、右目用の画像及び左目用の画像は、同一のフレーム期間において表示される。したがって、この表示デバイス１においては、従来の投射型画像表示装置における表示デバイスに比較して、垂直周波数を高周波化したり、画像情報を圧縮する必要はない。

そして、表示デバイス１に表示された右目用の画像からの光と、表示デバイス１に表示された左目用の画像からの光とは、投射レンズの一部をなす集光レンズ２によって集光された後、スプリットミラー３に入射されて、光路を分離させる。このスプリットミラー３は、集光レンズ２側に向けた２面の反射面を有している。スプリットミラー３の一方の反射面は、右目用の画像からの光を集光レンズ２の光軸から離れる方向に略９０°偏向させる。また、スプリットミラー３の他方の反射面は、左目用の画像からの光を集光レンズ２の光軸から離れる方向に略９０°偏向させる。これら右目用の画像からの光及び左目用の画像からの光は、それぞれ集光レンズ２の光軸から離れる方向に互いに反対側に偏向される。

なお、このスプリットミラーとしては、反射面を集光レンズ２側に向けた２枚のミラーを用いてもよい。この場合には、一方のミラーを、右目用の画像からの光を集光レンズ２の光軸から離れる方向に略９０°偏向させるように配置し、他方のミラーを、左目用の画像からの光を集光レンズ２の光軸から離れる方向に略９０°偏向させるように配置する。

そして、右目用の画像からの光は、ミラー４ａによって反射されて略９０°偏向され、前方側（スクリーン側）に向かう。また、左目用の画像からの光も、ミラー４ｂによって反射されて略９０°偏向され、前方側（スクリーン側）に向かう。右目用の画像からの光は、投射レンズを構成する出射レンズ５ａを経て、スクリーン６上に投射されて結像される。左目用の画像からの光は、投射レンズを構成する出射レンズ５ｂを経て、スクリーン６上に投射されて結像される。これら右目用の画像からの光及び左目用の画像からの光は、スクリーン６上において互いに重ね合わされて投射され、重なり合った画像を表示する。

そして、右目用の画像からの光及び左目用の画像からの光は、それぞれスプリットミラー３からスクリーン６に至る光路上において、光学フィルタ７ａ，７ｂを透過する。すなわち、右目用の画像からの光は、出射レンズ５ａに入射する前に、光学フィルタ７ａを透過するようになっている。また、左目用の画像からの光は、出射レンズ５ｂに入射する前に、光学フィルタ７ｂを透過するようになっている。なお、これら光学フィルタ７ａ，７ｂは、出射レンズ５ａ，５ｂから出射された光が透過するように設置してもよい。

これら光学フィルタ７ａ，７ｂは、右目用の画像からの光及び左目用の画像からの光に対して、互いに異なる光学的特性を付与するようになっている。これら光学フィルタ７ａ，７ｂは、例えば、偏光フィルタや波長選択フィルタ（Infitec）等であり、右目用の画像からの光と左目用の画像からの光とを互いに異なる偏光方向の光とし、または、互いに異なる波長分布を有する光とする。

このようにしてスクリーン６上に重ねて表示された右目用の画像及び左目用の画像は、いわゆる立体メガネ８を透して観察することにより、立体画像として認識される。この立体メガネ８は、右目用フィルタ８ａ及び左目用フィルタ８ｂからなっている。右目用フィルタ８ａは、右目用の画像を表示する光のみを透過する特性を有している。また、左目用フィルタ８ｂは、左目用の画像を表示する光のみを透過する特性を有している。

これら右目用フィルタ８ａ及び左目用フィルタ８ｂは、例えば、偏光フィルタであって、右目用フィルタ８ａが右目用の画像を表示する光の偏光方向に対応した透過特性を有しており、左目用フィルタ８ｂが左目用の画像を表示する光の偏光方向に対応した透過特性を有している。

また、これら右目用フィルタ８ａ及び左目用フィルタ８ｂは、例えば、周波数選択フィルタであって、右目用フィルタ８ａが右目用の画像を表示する光の周波数特性に対応した透過特性を有しており、左目用フィルタ８ｂが左目用の画像を表示する光の周波数特性に対応した透過特性を有している。

図２は、この立体画像投射装置の表示デバイスにおいて表示される画像の周期を示すグラフである。

このように構成される立体画像投射装置において、表示デバイス１は、図２に示すように、右目用の画像及び左目用の画像を、左右の領域１ａ，１ｂにおいて同一のフレーム期間において表示する。なお、図２は、画面上部の白から画面下部の黒に亘るグレースケールを表示した場合を示している。この表示デバイス１として、４０９６画素×２１６０画素の横長のアスペクトレシオの表示画面を有するものを用いると、右目用の画像及び左目用の画像は、それぞれ表示画面の片側半分にあたる２０４８画素×２１６０画素が最大表示領域となる。この場合、これら右目用の画像及び左目用の画像の最大表示領域は、略１：１のアスペクトレシオを有する略正方形となり、特に、プラネタリウム装置やシュミレータ装置に用いて有用な表示領域となる。

なお、図２では、右目用の画像及び左目用の画像の表示領域を２０２４画素×２０２４画素の正方形としている状態を示している。図２における駆動波形は、表示デバイス１として反射型液晶表示素子（ＬＣＯＳ）を用いた場合のものであり、ＶＣＯＭ電圧を中心に対象の電圧波形が１垂直期間内に繰り返されるものとなる。図２中の９ａ＋及び９ａ−で示す期間において右目用の画像が表示され、図２中の９ｂ＋及び９ｂ−で示す期間において左目用の画像が表示される。

このようにして、本発明に係る立体画像投射装置においては、１台のプロジェクタを用いて、また、垂直周波数の高周波化や画像情報を圧縮を要することなく、かつ、製造が容易で安価な立体メガネを使用して、立体画像の表示を行うことができる。なお、この立体画像投射装置におけるプロジェクタは、従来の投射型画像表示装置の投射レンズを、前述した集光レンズ２、スプリットミラー３、ミラー４ａ，４ｂ、光学フィルタ７ａ，７ｂ及び出射レンズ５ａ，５ｂからなる投射レンズユニットに交換することによっても構成することができるため、製造が容易であり、また、メンテナンスも容易である。

図３は、表示デバイスを３枚用いてカラー画像の表示を行うようにした本発明に係る立体画像投射装置の構成を示す平面図である。

本発明に係る立体画像投射装置は、図３に示すように、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）用の各１枚の表示デバイス１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを用いることによって、カラー画像の表示が行えるように構成することができる。

この立体画像投射装置においては、光源１０から発せられた照明光は、ツインタイプのリフレクタ１１によって反射集光され、コンデンサレンズ１２を経ることにより、略平行光束となされる。光源１０としては、キセノンランプ（Xenon Lamp）や、いわゆるＵＨＰランプ等が使用される。コンデンサレンズ１２を経た照明光は、コールドミラー１３で反射されることによって赤外光成分をカットされ、さらに、ＵＶ／ＩＲフィルタ１４を透過して、画像表示に不要な色範囲の光をカットされる。ＵＶ／ＩＲフィルタ１４を経た照明光は、フライアイインテグレータ１５，１６を経て、それぞれのフライアイで素子に向かって集光されて、照度を均一化される。

フライアイインテグレータ１５，１６を経た照明光は、リレーレンズ１７を経て、クロスダイクロプレート１８に入射される。このクロスダイクロプレート１８は、入射された照明光をＢ光及びＹ（イエロー）光に分離させる。なお、Ｙ光は、ＲとＧとの混色である。

クロスダイクロプレート１８において反射されたＢ光は、プリＰＢＳ（Polarized Beam Splitter）１９に入射される。このプリＰＢＳ１９は、反射面に対するＳ偏光のみを反射し、Ｐ偏光を透過させることにより、Ｂの照明光をＳ偏光成分に揃える。プリＰＢＳ１９から出射されたＢの照明光は、フィールドレンズ２０を介して、メインＰＢＳ２１に入射される。このメインＰＢＳ２１は、反射面に対するＳ偏光のみを反射し、Ｐ偏光を透過させることにより、Ｂの照明光のＳ偏光成分を波長板２２を介して、Ｂ用の表示デバイス１Ｂに入射させる。

一方、クロスダイクロプレート１８において反射されたＹ光は、プリＰＢＳ２３に入射される。このプリＰＢＳ２３は、反射面に対するＳ偏光のみを反射し、Ｐ偏光を透過させることにより、Ｙの照明光をＳ偏光成分に揃える。プリＰＢＳ２３から出射されたＹの照明光は、ダイクロプレート２４に入射される。このダイクロプレート２４は、入射された照明光をＲ光及びＧ光に分離させる。

ダイクロプレート２４を透過したＲの照明光は、フィールドレンズ２５を介して、メインＰＢＳ２６に入射される。このメインＰＢＳ２６は、反射面に対するＳ偏光のみを反射し、Ｐ偏光を透過させることにより、Ｒの照明光のＳ偏光成分を波長板２７を介して、Ｒ用の表示デバイス１Ｒに入射させる。

また、ダイクロプレート２４により反射されたＧの照明光は、フィールドレンズ２８を介して、メインＰＢＳ２９に入射される。このメインＰＢＳ２９は、反射面に対するＳ偏光のみを反射し、Ｐ偏光を透過させることにより、Ｇの照明光のＳ偏光成分を波長板３０を介して、Ｇ用の表示デバイス１Ｇに入射させる。

Ｂ用の表示デバイス１Ｂに入射されたＢの照明光は、右目用の画像のＢ成分及び左目用の画像のＢ成分に応じて偏光変調されて反射される。この変調光は、波長板２２を介して、メインＰＢＳ２１に戻り、変調されたＰ偏光成分がメインＰＢＳ２１の反射面を透過し、クロスダイクロイックプリズム３１に入射する。

Ｒ用の表示デバイス１Ｒに入射されたＲの照明光は、右目用の画像のＲ成分及び左目用の画像のＲ成分に応じて偏光変調されて反射される。この変調光は、波長板２７を介して、メインＰＢＳ２６に戻り、変調されたＰ偏光成分がメインＰＢＳ２６の反射面を透過し、クロスダイクロイックプリズム３１に入射する。

Ｇ用の表示デバイス１Ｇに入射されたＧの照明光は、右目用の画像のＧ成分及び左目用の画像のＧ成分に応じて偏光変調されて反射される。この変調光は、波長板３０を介して、メインＰＢＳ２９に戻り、変調されたＰ偏光成分がメインＰＢＳ２９の反射面を透過し、クロスダイクロイックプリズム３１に入射する。

このようにしてクロスダイクロイックプリズム３１に三方から入射したＲ、Ｇ、Ｂの各変調光は、このクロスダイクロイックプリズム３１によって合成され、クロスダイクロイックプリズム３１の前方側に出射される。クロスダイクロイックプリズム３１からの出射光は、投射レンズユニットに入射される。この投射レンズユニットは、前述したように、集光レンズ２、スプリットミラー３、ミラー４ａ，４ｂ、光学フィルタ７ａ，７ｂ及び出射レンズ５ａ，５ｂからなるものである。この投射レンズユニットにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの各変調光が合成された右目用の画像と、Ｒ、Ｇ、Ｂの各変調光が合成された左目用の画像とは、スクリーン６上において互いに重ね合わされて投射され、重なり合わされて表示される。

このようにしてスクリーン６上に重ねて表示された右目用の画像及び左目用の画像は、前述したように、いわゆる立体メガネ８を透して観察することにより、立体画像として認識される。この立体メガネ８は、右目用フィルタ８ａ及び左目用フィルタ８ｂからなっている。右目用フィルタ８ａは、光学フィルタ７ａを経た右目用の画像を表示する光のみを透過する特性を有している。また、左目用フィルタ８ｂは、光学フィルタ７ｂを経た左目用の画像を表示する光のみを透過する特性を有している。これら右目用フィルタ８ａ及び左目用フィルタ８ｂは、例えば、偏光フィルタや周波数選択フィルタである。

なお、この立体画像投射装置の投射レンズユニットの出射レンズ５ａ，５ｂ間の間隔は、観察者の左右の目の間隔に合わせるためや、左右画像の視差角を調整するために、調整可能としておくことが望ましい。

本発明に係る立体画像投射装置の構成を示す平面図である。本発明に係る立体画像投射装置の表示デバイスにおいて表示される画像の周期を示すグラフである。表示デバイスを３枚用いてカラー画像の表示を行うようにした本発明に係る立体画像投射装置の構成を示す平面図である。従来の立体画像投射装置の構成を示す平面図である。従来の立体画像投射装置の他の例を示す平面図である。

符号の説明

１表示デバイス
１ＲＲ用表示デバイス
１ＧＧ用表示デバイス
１ＢＢ用表示デバイス
２集光レンズ
３スプリットミラー
５ａ，５ｂ出射レンズ
６スクリーン
７ａ，７ｂ光学フィルタ

Claims

表示領域の一側側の略半分の領域において右目用または左目用の画像のうちの一方を表示し、該表示領域の他側側の略半分の領域において右目用または左目用の画像のうちの他方を表示する表示デバイスと、
前記表示デバイスに表示された右目用の画像からの光と該表示デバイスに表示された左目用の画像からの光との光路を分離させるスプリットミラーと、
前記右目用の画像からの光と前記左目用の画像からの光とに互いに異なる光学的特性を付与する光学フィルタと、
前記光学フィルタを経た前記右目用の画像からの光及び前記左目用の画像からの光をスクリーン上に投射して結像させ、これら各画像を前記スクリーン上において互いに重ね合わせる投射レンズと
を備え、
前記表示デバイスは、前記右目用の画像及び前記左目用の画像を同一のフレーム期間において表示する
ことを特徴とする立体画像投射装置。