(57)【要約】【課題】  エッジブレンディングを単なる遮光板で行う際に起こるバンディング現象の解消を、低いエネルギーロスで実現すること。【解決手段】  第一のフライアイレンズの各セルが第一の方向軸と平行な辺および前記第二の方向軸と平行な辺を持ち、第一のフライアイレンズの少なくとも１セルの面頂点位置を第一の方向軸に射影した値が当該セルと第二の方向に隣接するセルの少なくとも１つの面頂点位置を第一の方向軸に射影した値と異なり、第一のフライアイレンズの少なくとも１セルの面頂点位置を第二の方向軸に射影した値が当該セルと第一の方向に隣接するセルの少なくとも１つの面頂点位置を前記第二の方向軸に射影した値と異なり、第二のフライアイレンズの各セルの中心位置を第一の方向に射影した値が第一のフライアイレンズにおいて対応するセルの面頂点位置を第一の方向軸に射影した値と略一致する。【選択図】図５
2020166087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、
長方形のレンズセルが第一の方向および第二の方向に並んでいる第一のフライアイレンズと、
レンズセルが前記第一の方向および前記第二の方向に並んでいる第二のフライアイレンズと、
前記部分光束を光変調素子に重畳照明する集光手段と、
前記光変調素子で変調された光をスクリーンに投影する投影手段と、
を有する画像投射装置において、
前記第一のフライアイレンズの各セルが前記第一の方向軸と平行な辺および前記第二の方向軸と平行な辺を持ち、
前記第一のフライアイレンズの少なくとも１セルの面頂点位置を前記第一の方向軸に射影した値が当該セルと第二の方向に隣接するセルの少なくとも１つの面頂点位置を前記第一の方向軸に射影した値と異なり、
前記第一のフライアイレンズの少なくとも１セルの面頂点位置を前記第二の方向軸に射影した値が当該セルと第一の方向に隣接するセルの少なくとも１つの面頂点位置を前記第二の方向軸に射影した値と異なり、
前記第二のフライアイレンズの各セルの中心位置を前記第一の方向に射影した値が前記第一のフライアイレンズにおいて対応するセルの面頂点位置を前記第一の方向軸に射影した値と一致することを特徴とする映像生成装置。
【請求項２】
前記第一のフライアイレンズの各セルの中心位置を前記第一の方向に射影した値が当該セルの面頂点位置を前記第一の方向軸に射影した値と一致することを特徴とする請求項１に記載の映像生成装置。
【請求項３】
前記第二のフライアイレンズの各セルの中心位置を前記第二の方向に射影した値が前記第一のフライアイレンズにおいて対応するセルの面頂点位置を前記第二の方向軸に射影した値と一致することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の映像生成装置。
【請求項４】
前記第一のフライアイレンズの各セルの短辺が前記第一の方向軸と平行であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の映像生成装置。
【請求項５】
前記第二のフライアイレンズの各セルが長方形でないことを特徴とする請求項３に記載の映像生成装置。
【請求項６】
光束の偏光を揃える偏光変換素子を備え、前記偏光変換素子は、偏光分離部と１つ以上の偏光回転素子からなり、前記偏光回転素子が前記第一のフライアイレンズの各セルの辺に対して傾いていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の映像生成装置。
【請求項７】
前記偏光変換素子から出力される光束の偏光を回転する半波長板を備えることを特徴とする請求項６に記載の映像生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型表示装置により投射される映像を複数繋ぎ合わせることにより、１つの大きな映像とする技術が開発されている。この時、映像の繋ぎ目を目立たなくするため、各映像の端部を少し重ね合わせるエッジブレンディングを行うことが一般的である。この時、複数の映像をそのまま重ねると、映像が重ね合わされた部分は他の部分よりも明るくなってしまい、つなぎ目として目立ってしまうという問題がある。そのため、複数の映像を自然につなぎ合わせる目的で各映像の端部の重ね合わせ部分の輝度をフィルタ等で連続的に落とす技術が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３４３１４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１に用いられている遮光素子は製作が容易ではない反面、光学系に合わせて設計を変えないといけないため、高コストとなるという課題がある。そのため、遮光素子として単なる遮光板などが使用できることが望ましい。しかし、単なる遮光板を投射レンズの前において映像端部の輝度を落とした場合、映像端部の輝度プロフィールが図１に示すように階段状になり、自然なエッジブレンディングを妨げるという問題が生じる。
【０００５】
この階段状の輝度プロフィールは瞳面照明パターンの形状に由来する。投射型表示装置においては、フライアイレンズ対などのインテグレータを用いてケーラー照明系を構成するが、この時の瞳面照明パターンは図２に示すように光源像が格子点状に配列した形状のパターンとなる。エッジブレンディングのために光学マスクを投射レンズ前に置くと、スクリーン上の映像端部では瞳面照明パターン上の各格子点から見た光学マスクの影が複数重なりあうことになる。その結果、映像端部の輝度プロフィールは階段状となる。
【０００６】
本発明はこの課題の解決のためになされたものであって、単なる遮光板を用いて映像端部の輝度を滑らかに落とし、エッジブレンディングを可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明に係る映像生成装置は、
光源部と、長方形のレンズセルが第一の方向および第二の方向に並んでいる第一のフライアイレンズと、レンズセルが前記第一の方向および前記第二の方向に並んでいる第二のフライアイレンズと、前記部分光束を光変調素子に重畳照明する集光手段と、前記光変調素子で変調された光をスクリーンに投影する投影手段とを有する画像投射装置において、前記第一のフライアイレンズの各セルが前記第一の方向軸と平行な辺および前記第二の方向軸と平行な辺を持ち、前記第一のフライアイレンズの少なくとも１セルの面頂点位置を前記第一の方向軸に射影した値が当該セルと第二の方向に隣接するセルの少なくとも１つの面頂点位置を前記第一の方向軸に射影した値と異なり、前記第一のフライアイレンズの少なくとも１セルの面頂点位置を前記第二の方向軸に射影した値が当該セルと第一の方向に隣接するセルの少なくとも１つの面頂点位置を前記第二の方向軸に射影した値と異なり、前記第二のフライアイレンズの各セルの中心位置を前記第一の方向に射影した値が前記第一のフライアイレンズにおいて対応するセルの面頂点位置を前記第一の方向軸に射影した値と略一致することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る映像生成装置によれば、単なる遮光板でも映像端部の輝度を滑らかに落とすことができ、エッジブレンディングをより容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の従来例における映像端部の輝度分布を示す模式図
【図２】本発明の従来例における瞳面輝度パターンを示す模式図
【図３】本発明の実施例１にかかる光学系を説明する模式図
【図４】本発明の従来例におけるフライアイレンズの形状を説明する模式図
【図５】本発明の実施例１に用いるフライアイレンズの形状を説明する模式図
【図６】本発明の実施例１における瞳面輝度パターンを示す模式図
【図７】本発明の実施例１における映像端部の輝度分布を示す模式図
【図８】本発明の実施例１に用いるフライアイレンズの形状を説明する模式図
【図９】本発明の実施例１に用いる偏光変換素子の配置を説明する模式図
【図１０】本発明の実施例２に用いる第一のフライアイレンズを説明する模式図
【図１１】本発明の実施例２にかかる光学系を説明する模式図
【図１２】本発明の実施例２に用いる第二のフライアイレンズを説明する模式図
【図１３】本発明の実施例３にかかる光学系を説明する模式図
【図１４】本発明の実施例３に用いる第二のフライアイレンズを説明する模式図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態における波長変換装置の構成例について図を用いて説明するが、本発明は以下に説明する実施形態の構成等によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００１１】
図３は、実施例１の照明光学系の断面図である。
【００１２】
光源１０１からの光はリフレクタ１０２で略平行光とされる。光源１０１として本実施例では超高圧水銀ランプを用いるが、固体レーザー光源と蛍光体を用いてもよいし、キセノンランプやＬＥＤを用いてもよい。
【００１３】
フライアイレンズ１０３およびフライアイレンズ１０４はパネル面上での照度分布をフラットにするための光インテグレータである。その詳しい形状については後述する。
【００１４】
偏光変換素子１０５は光束の偏光を揃える素子である。光学系１０６は１枚以上のレンズからなる系であり、液晶パネル面上に光束を集光する集光光学系である。
【００１５】
パネルユニット１０７は光変調素子を含む画像生成部分であり、本実施例では液晶パネル１０８、ＰＢＳプリズム１０９と偏光板１１０からなる。ＰＢＳプリズム１０９を透過したＰ偏光の光は液晶パネル１０８で変調を受ける。このとき偏光が変化しない成分はパネルで反射した後もＰ偏光のままであり、ＰＢＳプリズム１０９を再度透過するため、投射系の方へ行かず投射されない。液晶パネル１０８による変調で偏光が９０度変化する成分はＳ偏光としてＰＢＳプリズム１０９へ戻され、ＰＢＳプリズム１０９で反射し、投射系１１１によって投射される。偏光板１１０はＰＢＳプリズムでわずかに反射してしまうＰ偏光成分を除去することにより画像のコントラストを向上する。
【００１６】
まず、従来のフライアイレンズを用いた場合を考える。従来の構成では、フライアイレンズ１０３およびフライアイレンズ１０４は図４に示すようにいずれも９×６個の長方形のセルが並んだ構造をしている。このとき、いずれのフライアイレンズにおいても各セルの面頂点位置はセルの中心にある。フライアイレンズ１０３により光束はセルの数だけ光源像を結んだ瞳面照度パターンを形成する。各光源像の中心位置は各セルの面頂点を通り光軸と平行な直線上になるため、この構成での瞳面照度パターンは図２のような長方形格子点状に光源像が並んだパターンとなる。
【００１７】
このような従来の構成では、上述したように、エッジブレンディングを目的として投射レンズ前に遮光板を設置すると映像端部の輝度分布は図１に示すような階段状のパターンとなってしまう。
【００１８】
対して本実施例におけるフライアイレンズ１０３は、図５に示すように、かつ各セルの面頂点位置が長辺および短辺の両方向にシフトした形状をしている。これらのシフトによりフライアイレンズ１０３により形成される瞳面照度パターンは図６に示すように歪んだ形状となる。このような瞳面照度パターンを用いた場合、投射レンズ前に遮光板を設置すると映像端部の輝度分布は図７に示すような滑らかな変化となり、容易にエッジブレンディングを行うことが可能となる。
【００１９】
エッジブレンディングを容易にするという目的を達成するためには、瞳面照度パターンは、短辺方向への射影および長辺方向への射影がいずれもフラットに近いパターンとなることが望ましい。本実施例においては以下のようにシフト量を付与した。
【００２０】
まず、フライアイレンズ１０３の各セルをＣ＿ｉｊとする。このとき、ｉはセルの列番号であり、ｊは行番号である。このとき、ｘ軸をフライアイレンズ１０３の長辺と平行な方向、ｙ軸を短辺と平行な方向とし、フライアイレンズの中心を原点とする（図５参照）。フライアイレンズのセル列の数をｎ＿ｘとおき、セル列内のセルの数をｎ＿ｙとおくと、１≦ｉ≦ｎ＿ｘであり、１≦ｊ≦ｎ＿ｙである。本実施例においては、ｎ＿ｘ＝６、ｎ＿ｙ＝９となる。また、フライアイレンズ１０３の各セルの長辺の長さをｄ＿ｘ、短辺の長さをｄ＿ｙとおく。以上の記号を用い、本実施例ではＣ＿ｉｊの面頂点の座標（ｘ＿ｉｊ、ｙ＿ｉｊ）が、
ｘ＿ｉｊ＝ｄ＿ｘ×（ｉ−（ｎ＿ｙ＋１）／２）
となるように各セルを偏心させ、
ｙ＿ｉｊ＝ｄ＿ｊ×（ｊ−（ｎ＿ｘ＋１）／２）
となるようにセル列をシフトさせた。
【００２１】
本実施例では、このような計算式に基づきフライアイレンズ１０３のセルにシフトと偏心を与えたがこれに限定されるものではない。瞳面照度パターンの照度分布がフラットになるよう、１つ以上のセルの面頂点位置を他のセルの面頂点位置に対してシフトする構成とすればよい。
【００２２】
フライアイレンズ１０４は、図８に示すように、各セル列の位置が短辺方向に少しずつシフトした形状をしている。このシフトにより、各光源像が短辺方向において各セルのセル中央に結像させることで隣のセルに入ってしまう光が低減され、光の利用効率を最大とすることができる。なお、各光源像の中心位置はセル長辺方向においてもシフトしているが、長辺方向においてはフライアイレンズＢのセルサイズに余裕があるため、セル中心位置をシフトさせなくても十分な光利用効率が得られる。
【００２３】
偏光変換素子１０５は、光束を偏光により分離する部分と、分離したうちの一方の光束の偏光を９０度回転させる部分からなる。図６に示した歪んだ形状の瞳面照度パターンの光束をエネルギーロス無く偏光変換するため、偏光変換素子１０５も図９に示すように傾けて設置する。この際、偏光変換素子１０５から射出される光束の偏光は、偏光変換素子１０５を傾けた角度だけフライアイセルの短辺・長辺に対して傾くが、ＰＢＳプリズム１０９を透過する際にＰ偏光に揃えられるため、映像を生成するにあたって問題とならない。映像のコントラストを改善するために、ＰＢＳプリズム１０９の手前に偏光板を入れ、光束の偏光度を向上させてもよい。また、ＰＢＳプリズム１０９でのエネルギーロスを低減するため、偏光変換素子１０５の後に半波長板を設置して偏光方向を調整してもよい。
【００２４】
本実施例により、単純な遮光板を用いてエッジブレンディングが容易となるような輝度変化を映像端部に生成することが可能となる。
【実施例２】
【００２５】
図１１に本実施例の構成を示す。本実施例では、実施例１におけるフライアイレンズ１０３および１０４に変えてフライアイレンズ２０１と２０２を用いる。
【００２６】
実施例１におけるフライアイレンズ１０３は長方形の外形をしていた。本実施例で用いるフライアイレンズ２０１は図１０に示すように、短辺方向においてセル列位置がシフトした形状としている。この場合、液晶パネル１０８で照明エリアが重なるようにするためには、フライアイレンズ２０２の各セルの面頂点位置のシフトは不要となる（図１２）。フライアイレンズ２０１は、フライアイレンズ１０３と比べてセルの境界部分での段差が少なく、製造上有利となる場合が多い。
【００２７】
また、本実施例では、パネルユニット１０７の代わりに色分解合成系２０３を用いる。色分解合成系２０３は、ダイクロイックミラー２０４、第一の偏光板２０５、第二の偏光板２０６、第一のＰＢＳプリズム２０７、第二のＰＢＳプリズム２０８、波長選択性位相板２０９、色合成プリズム２１０、赤用液晶パネル２１１、緑用液晶パネル２１２、青用液晶パネル２１３、赤用位相補償板２１４、緑用位相補償板２１５、青用位相補償板２１６からなる。色分解合成系２０３を用いることにより、カラー画像を生成することが可能となる。
【実施例３】
【００２８】
本実施例では、図１３に示すように、実施例２におけるフライアイレンズ１０４に変えて、フライアイレンズ３０１を用いる。
【００２９】
フライアイレンズ３０１は図１４に示すような外形をしている。これは、各セル列の短辺方向のシフトに加え、各セル行が長辺方向にシフトすることによって形成される。この時、各セルの形状は長方形が欠けた形状となるが、この場合、元の長方形の中心をセルの中心とする。または、長方形が欠けた形状となっている各セルの２次元的な重心位置をセルの中心としてもよい。フライアイレンズ３０１の各セルの辺はフライアイレンズ１０３の辺と平行とならなくてもよい。この場合、フライアイレンズ３０１の各セルの形状が長方形ではない平行四辺形となる場合などが考えられる。この時、各セルの中心は対角線の交点として決めてもよい。フライアイレンズ３０１の各セル列の面頂点位置はセル中心に対してシフトし、フライアイレンズ１０３のセル中心位置と対応するように設定される。これにより、液晶パネル１０８で各セルの照明エリアが重なる。
【００３０】
本実施例によりさらにフライアイレンズ３０１上での隣打ちを低減することができ、光量の低下を低減することができる。
【００３１】
本発明は、液晶プロジェクタ等の投射型表示装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１０１  光源、１０２  リフレクタ、１０３  フライアイレンズ１、
１０４  フライアイレンズ２、１０５  偏光変換素子、１０６  光学系、
１０７  パネルユニット、１０８  液晶パネル、１０９  ＰＢＳプリズム、
１１０  偏光板、１１１  投射系、２０１  フライアイレンズ３、
２０２  フライアイレンズ４、２０３  色分解合成系、
２０４  ダイクロイックミラー、２０５  偏光板２、２０６  偏光板３、
２０７  ＰＢＳプリズム２、２０８  ＰＢＳプリズム３、
２０９  波長選択性位相板、２１０  色合成プリズム、
２１１  赤用液晶パネル、２１２  緑用液晶パネル、
２１３  青用液晶パネル、２１４  赤用位相補償板、
２１５  緑用位相補償板、２１６  青用位相補償板、
３０１  フライアイレンズ５
【図１】
2020166087.tif 000003
【図２】
2020166087.tif 000004
【図３】
2020166087.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020166087.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020166087.tif 000009
【図８】
2020166087.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020166087.tif 000012
【図１１】
2020166087.tif 000013
【図１２】
2020166087.tif 000014
【図１３】
2020166087.tif 000015
【図１４】
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