(57)【要約】本発明は、３次元／２次元の切り替え可能なカラープロジェクションディスプレイシステムを提供する。このシステムは、マイクロ型分光フィルターを有する２枚の反射型ＬＣＯＳディスプレイパネルを利用して、偏光方向が互いに直交する直線偏光の画像情報を投射することで、看取する人は偏光板で作った眼鏡をかけると、右左の目に異なる画像が見え、立体視効果が生じる。また、２枚のマイクロ型ディスプレイパネルに入力した画像情報を制御することにより、このシステムを２次元多原色のカラープロジェクションディスプレイに切り替えることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光ビームスプリッターグループと、２枚のカラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネルとプロジェクション対物レンズを備えるカラープロジェクションディスプレイシステムにおいて、
前記カラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネルはマイクロ分光フィルターアレイを有し、
前記偏光ビームスプリッターグループは、入射した光線を偏光方向が互いに直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光に分割して、その２つの直線偏光を異なる位置から放射させ、
前記マイクロ型ディスプレイパネルは、第１の直線偏光と第２の直線偏光の反射位置に位置し、入射されたそれぞれの画像情報に基づいて、それぞれ前記２つの直線偏光を変調し、その変調して得た第３の直線偏光と第４の直線偏光を前記偏光ビームスプリッターキューブの中に反射させ、ここで、前記第３の直線偏光と第４の直線偏光の偏光方向はそれぞれ第１の直線偏光と第２の直線偏光の偏光方向に対して９０度回転されており、
前記偏光ビームスプリッターグループは、前記マイクロ型ディスプレイパネルから前記第３の直線偏光と第４の直線偏光を受け取ることにも用いられ、且つ２つの光線束を１つの画像形成光線束に合成して、プロジェクション対物レンズに投射し、
前記プロジェクション対物レンズは、前記偏光ビームスプリッターグループからの画像形成光線束を受け取ることに用いられ、且つそれを投影して画像を形成させることを特徴とするカラープロジェクションディスプレイシステム。
【請求項２】
前記偏光ビームスプリッターグループは、直角面に偏光ビームスプリッター被膜をメッキした４つの直角プリズムを、「Ｘ」字状に並べて結合してなる請求項１に記載のカラープロジェクションディスプレイシステム。
【請求項３】
前記偏光ビームスプリッターグループは、４つの普通の偏光ビームスプリッターキューブを「米」字状に並べて結合してなる請求項１に記載のカラープロジェクションディスプレイシステム。
【請求項４】
前記偏光ビームスプリッターグループにおける各偏光ビームスプリッターキューブの少なくとも一部分の結合面の間に二分の一波長板を挿入していることを特徴とする請求項３に記載のカラープロジェクションディスプレイシステム。
【請求項５】
前記マイクロ型ディスプレイパネルの表面に四分の一波長板を貼り付けていることを特徴とする請求項１に記載のカラープロジェクションディスプレイシステム。
【請求項６】
前記２枚のマイクロ型ディスプレイパネルには原色の同一であるマイクロ型分光フィルターアレイを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のカラープロジェクションディスプレイシステム。
【請求項７】
前記２枚のマイクロ型ディスプレイパネルには異なる原色のマイクロ分光フィルターアレイが有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載のカラープロジェクションディスプレイシステム。
【請求項８】
１枚のマイクロ型ディスプレイパネルのマイクロ型分光フィルターアレイは赤、緑、青の３原色を有し、もう１枚のマイクロ型ディスプレイパネルのマイクロ型分光フィルターアレイは青緑色、深紅色、黄色の３原色を有することを特徴とする請求項７に記載のカラープロジェクションディスプレイシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のカラープロジェクションディスプレイシステムにおいて、
当該ディスプレイシステムが立体ディスプレイに用いられる場合では、前記２枚のマイクロ型ディスプレイパネルに入力した画像情報は異なる視角に対応するものであり、
当該ディスプレイシステムが平面ディスプレイに用いられる場合では、前記２枚のマイクロ型ディスプレイパネルに入力した画像情報は同一の視角に対応するものであることを特徴とするカラープロジェクションディスプレイシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のカラープロジェクションディスプレイシステムにおいて、
当該ディスプレイシステムが平面ディスプレイに用いられる場合では、２枚のカラーマイクロ型ディスプレイパネルの位置を調整して前記マイクロ型ディスプレイパネルの対応した画素のプロジェクション画像を形成する位置を重なり合う位置調整機構も備えることを特徴とするカラープロジェクションディスプレイシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラープロジェクションディスプレイシステムに係わり、特に３次元／２次元の切替え可能なカラープロジェクションディスプレイシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）技術の応用として、種々な新しいディスプレイ技術、例えば、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）技術、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ディスプレイ技術、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）ディスプレイ技術及び反射型ＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）方式ディスプレイ技術などが発展してきた。中国特許第０１１１３４７１．２号明細書及び中国特許第０２２１７３５６．０号明細書は、１種のカラーディスプレイ方法を開示している。その中では、ＬＣＯＳ技術と光学薄膜マイクロ型フィルター技術を結合させてカラーのＬＣＯＳデバイスを構成する。当該デバイスは解像度が高く、コストが安く、光利用効率が高く、画像品質がよく、量産化が容易であるなどの長所があり、次世代の主流ディスプレイ技術になると考えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のディスプレイ技術は、３次元立体視効果を有しないため、ディスプレイ技術を発展させる今後の課題としては、立体視効果を有するディスプレイシステムを開発することにある。これを実現するために、世界の数多くの研究者が研究を開始した。例えば、米国特許第６３５１２８０号明細書では、液晶表示板の表面に偏光板を貼り付けて、看取する人は偏光板で作った眼鏡をかけると、右左の目に異なる画像が見え、立体視効果が生じる方法を提案している。しかし、これまでのこれらの立体ディスプレイ技術は複雑で、実用性に乏しいという問題点があった。
【０００４】
本発明の目的は、構造が簡単で光利用効率が高く、コストが低いなどの長所を有した３次元カラープロジェクションディスプレイシステムを提供することにある。
更に本発明の目的は、もっと高い光利用効率を有し、且つ豊かに、生き生きと、真迫に色を表示することで、画像品質を高める２次元６原色のカラープロジェクションディスプレイシステムを提供することにある。
【０００５】
本発明のもっと更なる目的は、３次元立体カラープロジェクションディスプレイと２次元６原色のカラーのプロジェクションディスプレイとの間で、互いに切り替えできるディスプレイシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、下記の手段によって前記目的を達成する。
本発明のカラープロジェクションディスプレイシステムは、偏光ビームスプリッターグループと、２枚のカラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネルとプロジェクション対物レンズを備える。その中に、前記カラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネルはマイクロ分光フィルターアレイを有する。前記偏光ビームスプリッターグループは入射した光線を偏光方向が互いに直交する第１の直線偏光と第２の直線偏光に分割し、且つその２つの直線偏光が異なる位置から放射するようにさせる。前記マイクロ型ディスプレイパネルは、それぞれ前記第１の直線偏光と第２の直線偏光の反射位置に位置し、入射されたそれぞれの画像情報に基づいて前記２つの直線偏光を変調し、且つその変調し得た第３の直線偏光と第４の直線偏光を前記偏光ビームスプリッターグループの中に反射させる。ここで、前記第３の直線偏光と第４の直線偏光の偏光方向はそれぞれ第１の直線偏光と第２の直線偏光の偏光方向に対して９０度回転するようになる。また、前記偏光ビームスプリッターグループは、前記マイクロ型ディスプレイパネルから前記第３の直線偏光と第４の直線偏光を受け取ることにも用いられ、且つ２つの光線束を１つの画像形成用光線束に合成して、プロジェクション対物レンズに投射する。前記プロジェクション対物レンズは、前記偏光ビームスプリッターキューブからの画像形成用光線束を受け取ることに用いられ、且つそれを投影して画像を形成させる。
【０００７】
前記２枚のマイクロ型ディスプレイパネルにおける入力画像が異なる視角に対応する場合では、前記本発明のカラープロジェクションディスプレイシステムは３次元のカラープロジェクションディスプレイを実現できる。前記２枚のマイクロ型ディスプレイパネルにおける入力画像が同じである場合では、２次元のカラープロジェクションディスプレイを実現できる。且つ前記マイクロ型ディスプレイパネルのマイクロ分光フィルターアレイは同一又は異なる原色を有することができる。２枚のマイクロ分光フィルターがそれぞれ３つの異なる原色を有する場合では、２次元６原色のプロジェクションディスプレイを実現できる。
【０００８】
本発明のカラープロジェクションディスプレイシステムに使用された偏光ビームスプリッターグループは多種の方式にて構成されてもよい。例えば、シングルの普通の偏光ビームスプリッターキューブから構成されてもよいし、或いは直角面に偏光ビームスプリッター被膜をメッキした４つの直角プリズムを「Ｘ」字状に並べて結合するよう構成されてもよいし、または４つの普通の偏光ビームスプリッターキューブを「米」字状に並べて結合するよう構成されてもよい。
【０００９】
また、偏光ビームスプリッターキューブの間に二分の一波長板を挿入するとか、または、マイクロ型ディスプレイパネルの表面に四分の一波長板を貼り付けることにより、画像対比度をさらに向上することができ、その結果、画像品質を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、図面に従って本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の３次元／２次元切り替え可能なカラープロジェクションディスプレイシステムのメカニズムを示す説明図である。当該カラープロジェクションディスプレイシステムは偏光ビームスプリッターキューブ（polarizing beam splitter cube）１と、２枚のカラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネル２，３と、プロジェクション対物レンズ４とを備える。前記カラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネル２，３は、例えば中国特許第０１１１３４７１．２号明細書と中国特許第０２２１７３５６．０号明細書に記載のマイクロ分光光学フィルターを備えたカラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネルであってもよい。マイクロ型ディスプレイパネル２，３はそれぞれ偏光ビームスプリッターキューブ１の相隣なる２つの面において、異なる視角に対応した立体画像情報をそれぞれに入力することができる。
【００１１】
照射に用いられる白色の自然光５が偏光ビームスプリッターグループ１に入射すると、偏光ビームスプリッター被膜の部分で反射と屈折が発生し、２つの偏光方向が互いに直交するｓ方向の直線偏光６とｐ方向の直線偏光７とに分解し、当該直線偏光６，７はそれぞれカラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネル３と２の上に照射する。カラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネル２，３に入射された直線偏光が当該パネルによって変調されたあと、カラーの画像情報が含まれている一部分の直線偏光は反射され、その偏光方向は９０度変換することによって、ｐ方向の直線偏光８とｓ方向の直線偏光９が得られる。光線８，９は偏光ビームスプリッターキューブ１を再度通過し、偏光ビームスプリッターキューブ１により１束の光線１０に合成される。この光線１０はプロジェクション対物レンズ４により拡大・画像形成された後、プロジェクションディスプレイとして用いられる。このように、プロジェクション画像の一部分の光線はマイクロ型ディスプレイパネル３からのｐ直線偏光画像であり、もう一部分の光線はマイクロ型ディスプレイパネル２からのｓ直線偏光画像である。
【００１２】
もし看取する人は偏光方向が互いに直交する偏向板、即ち、ｓとｐ光線偏光板で作られた眼鏡を着用した場合、看取する人の両眼はそれぞれｓ偏光画像とｐ偏光画像だけが見える。２枚のカラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネル２，３には異なる視角に対応した立体画像情報を入力する場合、看取する人の両眼は異なる視角に対応する画像を見られ、立体視覚を生ずることができる。
【００１３】
カラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネル２と３の画像情報がまったく同じである場合、位置調整機構（図示しない）にて２枚のカラーマイクロ型ディスプレイパネルの相対位置を調整することにより、両パネルの対応した画素のプロジェクション画像を完全に重なり合うことができる。もちろん、カラーマイクロ型ディスプレイパネルは固定で可調整構造でなくでもよい。これは最初に、２枚のパネルの対応した画素のプロジェクション画像が重なり合うように組み合わせてあるからである。そのとき、看取する人は眼鏡を着用しなくても当該２次元の平面ディスプレイ画像を見える。前記プロジェクションディスプレイシステムはOLE_LINK1偏光変換デバイスOLE_LINK1を必要としないため、異なる直線偏光がすべて利用され、システムの光利用効率を高めることができる。なお、２枚のカラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネルを利用したため、表示したカラー・グレイド(color grade)をさらに豊富にすることができる。特に、当該２枚のカラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネルのマイクロ分光フィルターアレイが相異なる複数の原色を持っている場合、例えば、１枚のマイクロ型ディスプレイパネルが赤、緑、青の３原色のマイクロ型分光フィルターアレイを有し、もう１枚のマイクロ型ディスプレイパネルが青緑色（シアン）、深紅色（マゼンタ）、黄色の３原色のマイクロ型分光フィルターアレイを有している場合には、６原色のカラーディスプレイシステムが構成でき、ディスプレイした画像の色度範囲が広くなり、豊かに、生き生きと、更に真迫に色彩を表現することができる。
【００１４】
本発明のカラープロジェクションディスプレイシステムは３次元のカラーディスプレイを実現でき、その構造が簡単であるため、コストが低いとともに、入射した自然光のすべての偏光方向における光線が利用できるため、光利用効率が高い。本発明のプロジェクションディスプレイシステムは２次元の平面ディスプレイにも利用できる。この場合、当該システムは偏光変換デバイスを使用した従来のディスプレイシステムよりさらに高い光利用効率を有し、且つ６原色のカラーディスプレイを実現でき、豊富な色彩と、生き生きとした画像を得ることができる。また、本発明のカラープロジェクションディスプレイシステムのもう１つの重要な利点は、カラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネルに入力した画像情報を制御することによって、異なる視角又は同じ視角に対応させ、２次元平面ディスプレイと３次元立体ディスプレイの切り替えを自由に実現し、当該システムの使用がさらに便利になり、用途がさらに広くなったことである。
【００１５】
カラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネル２，３に投射した照明光は、その一部分が当該パネルにより変調されてその偏光方向が変わり、プロジェクションディスプレイに用いられ、ほかの部分（マイクロ型分光フィルターによって反射された光と液晶パネルによって偏光方向が改変されなかった光とを含む）は、偏光方向が改変しなかったため、元の光の通路を沿って照明システムに反射される。そして、特別な装置を利用してこの部分の光を再び反射させて繰り返し利用することができ、光利用効率を高め(中国特許出願第０２２１７３５５．２号明細書を参照)、プロジェクションディスプレイ画像の輝度を高めることができる。
【００１６】
従来の普通の偏光ビームスプリッター被膜においては、その透射光の消光比と反射光の消光比が異なり、且つそれぞれの消光比が低く、良好な画像対比度が得られなかった。例えば、通常、その透射光の消光比（１０００：１より高く）はその反射光の消光比（約数十対一）よりはるかに大きい。したがって、本発明の実施例において、図１に示されているシステムは、そのプロジェクション画像の対比度が低く、さらに改善する必要がある。
【００１７】
図２は、本発明の３次元／２次元切り替え可能なカラープロジェクションディスプレイシステムを基礎として、改良した実施例である。その中で、偏光ビームスプリッターグループ１１は、直角面に偏光ビームスプリッター被膜ａをメッキした４つの直角プリズムを「Ｘ」字状に並べて結合させてなる。マイクロ型分光フィルターアレイを有する２枚のカラー反射型ＬＣＯＳディスプレイパネル２，３は、それぞれ偏光ビームスプリッターグループ１１のｐ方向とｓ方向の直線偏光の出口位置に位置し、プリズム表面と平行して配置されている。図２に示されるように、この実施例では、マイクロ型ディスプレイパネルに入射した画像形成光線及びマイクロ型ディスプレイパネルから反射された画像形成光線がそれぞれ偏光ビームスプリッター被膜を２回とも通過している（連続して２回反射される、または連続して２回透射される）ため、消光比を大幅に高めると共に、プロジェクション画像の対比度を高め、画像品質も改善させたものである。
【００１８】
図３は本発明のもう１つの実施例の説明図である。このシステムの偏光ビームスプリッターグループ１１は、４つの普通の偏光ビームスプリッターキューブ１２を「米」字状に並べて結合されてなる。そのメカニズムは図２に示す「Ｘ」字状に並べて結合されてなる偏光ビームスプリッターキューブとまったく同じである。この実施例の利点は汎用な偏光ビームスプリッターキューブを使用できるため、コストダウンと量産化を図ることができる。
【００１９】
図４は図３に示すシステムに対して改良したもう１つの実施例の説明図である。その偏光ビームスプリッターグループ１１は、やはり４つの普通の偏光ビームスプリッターキューブ１２を「米」字状に並べて結合されてなり、図３との相違点は、各偏光ビームスプリッターキューブ１２が互いに結合する境界面の間に二分の一波長板１３を挿入することにある。二分の一波長板１３は、直線偏光の偏光方向を９０度回転させることができる。すなわち、ｓ方向直線偏光をｐ方向直線偏光に変換することができ、又はｐ方向直線偏光をｓ方向の直線偏光に変換することができる。そして、図４に示すように、マイクロ型ディスプレイパネルに入射したすべての画像形成光線とマイクロ型ディスプレイパネルから反射されたすべての画像形成光線はそれぞれ偏光ビームスプリッター被膜を２回通過し、且つその１回は透射であり、ほかの１回は反射であるため、両方の画像形成光線のバランスを維持させることができる。また、両画像形成光線の消光比もほぼ同じであるため、合成したプロジェクション光線の消光比が最適となり、画像対比度を高め、画像品質を改善することができる。
【００２０】
また、カラー反射型ＬＣＯＳマイクロディスプレイパネルの前表面に四分の一波長板を貼り付けることにより、光線が傾斜入射時に生ずる対比度降下問題（米国特許第5327270号明細書を参照）を有効に解決できる。
【００２１】
本発明によれば、便利且つ簡単に、低コストのカラー立体ディスプレイを実現できる。また、多原色のカラーディスプレイを実現できる。３次元立体ディスプレイと２次元多原色のカラーディスプレイとの間で自由に切り替えることができる。
【００２２】
以上、図面に従って本発明の好ましい実施例のシステム及び方法を説明した。しかしながら、本発明は、これらの実施例および図面によって何ら拘束されるものではない。本発明の範囲は請求項により定まる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の３次元／２次元切り替え可能なカラープロジェクションディスプレイシステムのメカニズムを示す説明図である。
【図２】本発明の１つの実施例の説明図である。
【図３】本発明のもう１つの実施例の説明図である。
【図４】本発明のもう１つの実施例の説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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