(57)【要約】【課題】  表示装置において、複数の液晶パネルそれぞれに形成された画像を互いに奥行きが異なる位置に見えるように表示する場合における光の利用効率の低下を抑制する。【解決手段】  光照射部３１Ａ、３１Ｂによる照明を受けて、液晶パネル１１Ａ、１１Ｂに形成された各画像Ｒ１、Ｒ２から発せられた、上記液晶パネル１１Ａ、１１Ｂを通ることなく互いに異なる光路長を有する光路を伝播した各光を、偏光ビームスプリッタである光路合成部２１を通して光路を一致させ、上記画像Ｒ１、Ｒ２が光路合成部２１を通して互いに奥行きが異なる位置に見えるようにする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示する複数の液晶パネルと、該複数の液晶パネルそれぞれに形成された画像から発せられて、いずれの前記液晶パネルをも通ることなく互いに異なる光路長を有する光路を伝播して入射した各光の光路を一致させる光路合成部とを備え、
前記各液晶パネルに形成された各画像を、前記光路合成部を通して互いに奥行きが異なる位置に見えるように表示することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記光路合成部が偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記表示装置が、前記液晶パネルへの画像の投影によって該液晶パネルに形成された画像から光が発せられるものである場合には、該液晶パネルに投影される画像を担持した光がいずれの前記液晶パネルをも通過しないように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表示装置に関し、詳しくは、複数の画像を互いに奥行きが異なる位置に見えるように表示する表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の液晶パネルに形成された各画像を、奥行き方向において互いに異なる位置に見えるように表示する表示装置が知られている。例えば、所定の間隔を置いて１方向に重ねられた３枚の液晶パネルの内の１枚を半透明にするとともに残りの２枚を透明にして上記半透明となった１枚に対して投影機により画像を投影し、上記半透明にする液晶パネルを順次変更することにより上記３枚の液晶パネルそれぞれに対応した３種類の画像を表示させる表示装置が提案されている（特許文献１参照）。この表示装置では、観察者から各液晶パネルまでの光路長が互いに異なるので、観察者は１方向に重ねられた各液晶パネルに投影された各画像を距離感の違いによって容易に識別することができる。
【特許文献１】特開平５−３０７１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記表示装置は、複数の液晶パネルが１方向に重ねられて、透明化された液晶パネルを通して半透明化された液晶パネル上に投影された画像を観察したり、あるいは、透明化された液晶パネルを通して半透明化された液晶パネル上に画像を投影するように構成されており、投影機から発せられた光は、２枚の透明化された液晶パネルと１枚の半透明化された液晶パネルとを通って観察者に伝播される。
【０００４】
しかしながら、液晶パネルを透明化したときの透過率は一般に１０％以下なので、投影機から発せられた光の強度は観察者に伝播されるまでに１／１０００（１０％×１０％×１０％）以下に減衰し、上記表示装置には光の利用効率が低いという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の液晶パネルそれぞれに形成された画像を互いに奥行きが異なる位置に見えるように表示する場合における光の利用効率の低下を抑制することができる表示装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の表示装置は、画像を表示する複数の液晶パネルと、該複数の液晶パネルそれぞれに形成された画像から発せられて、いずれの前記液晶パネルをも通ることなく互いに異なる光路長を有する光路を伝播して入射した各光の光路を一致させる光路合成部とを備え、各液晶パネルに形成された各画像を、光路合成部を通して互いに奥行きが異なる位置に見えるように表示することを特徴とするものである。
【０００７】
前記光路合成部は偏光ビームスプリッタとすることが好ましい。
【０００８】
前記表示装置は、前記液晶パネルへの画像の投影によって該液晶パネルに形成された画像から光が発せられるものである場合には、該液晶パネルに投影される画像を担持した光がいずれの前記液晶パネルをも通過しないように構成することが好ましい。
【０００９】
なお、前記液晶パネルへ画像を投影する場合には、該液晶パネルを画像投影用のスクリーンとしての機能を果たすことができる状態、すなわち濃淡の少ない不透明な状態とすることが望ましい。
【００１０】
また、各光の光路を一致させるとは、必ずしも各光の光路が完全に一致する場合、すなわち複数の液晶パネルそれぞれに形成された各画像の中心位置が完全に重なって見える場合に限らず、少なくとも各画像の一部分が互いに重なって見える程度に光路を一致させることを意味する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の表示装置は、画像を表示する複数の液晶パネルと、該複数の液晶パネルそれぞれに形成された画像から発せられて、いずれの上記液晶パネルを通ることなく互いに異なる光路長を有する光路を伝播して入射した各光の光路を一致させる光路合成部とを備え、各液晶パネルに形成された各画像を、光路合成部を通して互いに奥行きが異なる位置に見えるように表示するようにしたので、各液晶パネルに形成された画像から発せられたいずれの液晶パネルをも通過することなく伝播された光に基づいて上記各画像を観察することができ、光路合成部として例えば液晶パネルより光の透過率および反射率が高いビームスプリッタ等を用いることにより、上記光路合成部を通る光の光量の減衰率を液晶パネルを通る光の光量の減衰率より常に低くすることができるので、従来に比して、上記各液晶パネルに形成された各画像を表示する際の光の利用効率の低下を抑制することができる。
【００１２】
また、光路合成部を偏光ビームスプリッタとすれば、上記液晶パネルを透過した光および液晶パネルで反射された光は偏光光となるので、各液晶パネルに形成された画像から発せられた光の偏光方向と上記光路合成部における光の偏光方向とをこの光路合成部を通り上記同方向に射出される光の光量の低下が少なくなるように組み合わせることにより、上記各液晶パネルに形成された各画像を表示する際の光の利用効率の低下をさらに抑制することができる。
【００１３】
また、上記表示装置が、各液晶パネルへの画像の投影によって該液晶パネルに形成された画像から光が発せられるものである場合には、該液晶パネルに投影される画像を担持した光がいずれの上記液晶パネルをも通過しないように構成すれば、液晶パネルに投影される上記光の光量の減衰を防止することができ、上記各液晶パネルに形成された画像を表示する際の光の利用効率の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態による表示装置の実施例１における概略構成を示す平面図、図２は液晶パネルの構造を示す斜視図、図３は各液晶パネルに画像を形成し表示するタイミングを示すタイミングチャート、図４は実施例２における表示装置の概略構成を示す平面図、図５は実施例３における表示装置の概略構成を示す平面図である。
【００１５】
本発明の第１の実施の形態の実施例１の表示装置１０１は、画像を表示する複数の液晶パネル１１Ａ、１１Ｂと、液晶パネル１１Ａ、１１Ｂそれぞれに形成された画像から発せられて、いずれの上記液晶パネルを通ることなく互いに異なる光路長を有する光路を伝播して互いに異なる方向から入射した各光の光路を一致させる偏光ビームスプリッタである光路合成部２１とを備えている。
【００１６】
この表示装置１０１は、さらに液晶パネル１１Ａ、１１Ｂそれぞれを照明する光照射部３１Ａ、３１Ｂと、液晶パネル１１Ａ、１１Ｂそれぞれに画像を形成するための画像信号を各液晶パネル１１Ａ、１１Ｂに入力するとともに、光照射部３１Ａ、３１Ｂによる照明のタイミングを制御するコントローラ４１とを有している。
【００１７】
光路合成部２１は、偏光膜を介して２つの３角プリズム２１Ｇ、２１Ｊを貼り合わせて構成された偏光ビームスプリッタであり、この貼合せ面が偏光面２１Ｈとなっている。この偏光面２１Ｈは、電場ベクトルの方向が紙面に対して垂直方向（図中Ｂ方向）であるＳ成分の光を反射し、電場ベクトルの方向が紙面に対し平行方向（図中矢印Ａ方向）であるＰ成分の光を透過させる。
【００１８】
光照射部３１Ａの照明を受けて、液晶パネル１１Ａに形成された画像から発せられたこの画像を示す画像情報を担持したＰ偏光の光は、図中矢印Ｙ方向に伝播して光路合成部２１の３角プリズム２１Ｇの面ｕ１から入射し偏光面２１Ｈを透過して、３角プリズム２１Ｊの面ｕ２から図中矢印Ｙ方向に向けて射出される。
【００１９】
一方、光照射部３１Ｂの照明を受けて、液晶パネル１１Ｂに形成された画像から発せられたこの画像を示す画像情報を担持したＳ偏光の光は、図中矢印Ｘ方向に伝播して光路合成部２１の３角プリズム２１Ｊの面ｕ３から入射し偏光面２１Ｈで反射され、３角プリズム２１Ｊの面ｕ２から図中矢印Ｙ方向に向けて射出される。
【００２０】
なお、図２に示すように、上記液晶パネル１１Ａ、１１Ｂは偏光方向が互いに直交する２枚の偏光板１８Ａ、１８Ｂの間に液晶１９を挟み込んだ公知のものであり、液晶パネルを透過または反射した光は偏光光となる。
【００２１】
上記構成からなる表示装置１０１において、光路合成部２１の面ｕ２の側の視点位置Ｅ１からこの面ｕ２を通して液晶パネル１１Ａ、および１１Ｂを観察すると、液晶パネル１１Ａに表示された画像Ｒ１は液晶パネル１１Ｂに表示された画像Ｒ２より距離Ｋ１１だけ手前に見え、各画像が互いに奥行きが異なる位置に見える。すなわち、液晶パネル１１Ａを観察するときの視点位置Ｅ１から液晶パネル１１Ａまでの光路長が、液晶パネル１１Ｂを観察するときの視点位置Ｅ１から液晶パネル１１Ｂに向かう光路中の位置Ｆ１までの光路長に等しいとすると、上記距離Ｋ１１は位置Ｆ１から液晶パネル１１Ｂまでの光路Ｌ１１における光路長となる。
【００２２】
ここでは、表示装置１０１が空気中に配置されており、空気の屈折率が概略１なので光路Ｌ１１の光路長＝距離Ｋ１１とする。
【００２３】
上記表示装置１０１により画像の表示を行なうときには、コントローラ４１により、液晶パネル１１Ａ、１１Ｂそれぞれに画像を形成するための画像信号と、光照射部３１Ａ、３１Ｂによる液晶パネル１１Ａ、１１Ｂの照明を図３に示すタイミングチャートに従って制御する。
【００２４】
図３のタイミングチャートに示すように、始めの時間帯Ｔ１においては、液晶パネル１１Ａに画像Ｒ１が形成されるとともに、光照射部３１Ａにより液晶パネル１１Ａが照明され、液晶パネル１１Ａに形成された画像Ｒ１が表示される。このとき、液晶パネル１１Ｂには画像が形成されず、光照射部３１Ｂは液晶パネル１１Ｂを照明しない。
【００２５】
次の時間帯Ｔ２においては、液晶パネル１１Ｂに画像Ｒ２が形成されるとともに、光照射部３１Ｂにより液晶パネル１１Ｂが照明され、液晶パネル１１Ｂに形成された画像Ｒ２が表示される。このとき、液晶パネル１１Ａには画像が形成されず、光照射部３１Ａは液晶パネル１１Ａを照明しない。
【００２６】
次の時間帯Ｔ３においては、液晶パネル１１Ａに画像Ｒ１が形成されるとともに、光照射部３１Ａにより液晶パネル１１Ａが照明され、液晶パネル１１Ａに形成された画像Ｒ１が表示される。このとき、液晶パネル１１Ｂには画像が形成されず、光照射部３１Ｂは液晶パネル１１Ｂを照明しない。
【００２７】
このように、表示装置１０１では、画像Ｒ１および画像Ｒ２が、光路合成部２１を通して観察者の視野内の同一領域に重ねられて、かつ観察者から互いに異なる距離に互いに異なるタイミングで表示される。これにより、画像Ｒ１と画像Ｒ２とを、各画像の表示スペースを小さくすることなく、かつ互いに他の画像を覆い隠して妨げる等のことなく表示させることができる。また、観察者は上記各画像を距離感の違いによって容易に識別することができる。
【００２８】
なお、図４の実施例２に示すように、液晶パネル１１Ｂおよび光照射部３１Ｂの向きを液晶パネル１１Ａおよび光照射部３１Ａと同じ向きとなるように変更するとともに、液晶パネル１１Ｂと光路合成部２１との間の光路に３角プリズムからなる全反射ミラー５１を配置し、液晶パネル１１Ｂに形成された画像から発せられた図中矢印Ｙ方向に伝播する光を上記全反射ミラー５１の全反射面５１Ｈで反射させた後に、光路合成部２１の面ｕ３に入射させるようにすることもできる。
【００２９】
この場合、観察からは、液晶パネル１１Ａに表示された画像Ｒ１は液晶パネル１１Ｂに表示された画像Ｒ２より距離Ｋ１２だけ手前に見える。すなわち、上記距離Ｋ１２は上記位置Ｆ１から全反射面５１Ｈまでの光路Ｌ１２における光路長と全反射面５１Ｈから液晶パネル１１Ｂまでの光路Ｌ１３における光路長との和となる。
【００３０】
また、図５の実施例３に示すように、上記全反射ミラー５１の代わりに、偏光膜を介して２つの３角プリズム６１Ｇ、６１Ｊを貼り合わせて構成された偏光ビームスプリッタ６１を配置するようにしてもよい。ここで、上記貼合せ面である偏光面６１Ｈは、電場ベクトルの方向が紙面に対して垂直方向（図中Ｂ方向）であるＳ成分の光を反射し、電場ベクトルの方向が紙面に対し平行方向（図中矢印Ａ方向）であるＰ成分の光を透過させる。これにより、液晶パネル１１Ｂに形成された画像から発せられたＳ偏光の光は、図中矢印Ｙ方向に伝播し３角プリズム６１Ｇの面ｖ１を通って偏光面６１Ｈで反射され３角プリズム６１Ｇの面ｖ２を通った後、光路合成部２１の面ｕ３に入射する。
【００３１】
この場合、観察からは、液晶パネル１１Ａに表示された画像Ｒ１は液晶パネル１１Ｂに表示された画像Ｒ２より距離Ｋ１３だけ手前に見える。すなわち、上記距離Ｋ１３は上記位置Ｆ１から偏光面６１Ｈまでの光路Ｌ１４における光路長と偏光面６１Ｈから液晶パネル１１Ｂまでの光路Ｌ１５における光路長との和となる。
【００３２】
上記第１の実施の形態においては、光路合成部として偏光ビームスプリッタを用いたが、このような場合に限らず、上記偏光ビームスプリッタを単なるビームスプリッタに変更してもよい。この場合には、各液晶パネルから発せられビームスプリッタを通った光は光量が１／２に減衰する。
【００３３】
以下、本発明の第２の実施の形態の表示装置を示す。図６は第２の実施の形態の表示装置の概略構成を示す平面図である。
【００３４】
上記表示装置１０２は、画像を表示する複数の液晶パネル１２Ａ、１２Ｂ、…（以後、液晶パネル１２Ａ、１２Ｂ、…をまとめて液晶パネル１２ともいう）と、液晶パネル１２Ａ、１２Ｂ、…に形成された画像Ｒａ、Ｒｂ、…（以後、画像Ｒａ、Ｒｂ、…をまとめて画像Ｒともいう）から発せられて上記いずれの液晶パネルをも通ることなく互いに異なる光路長を有する光路を伝播して入射した各光の光路を一致させるビームスプリッタである光路合成部２２Ａ、２２Ｂ、…（以後、光路合成部２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、…をまとめて光路合成部２２ともいう）とを備えている。
【００３５】
上記各光路合成部２２は、液晶パネル１２Ｂ、１２Ｃ…から発せられた上記各画像Ｒを示す画像情報を担持した各光を、各光路合成部２２を通る共通の光路ＫＫ上に射出する。
【００３６】
この表示装置１０２は、さらに各液晶パネル１２それぞれを照明する光照射部３２Ａ、３２Ｂ、…（以後、光照射部３２Ａ、３２Ｂ、…をまとめて光照射部３２ともいう）と、上記光路ＫＫの向きを変更する反射ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４と、各液晶パネル１２それぞれに画像を形成するための画像信号を各液晶パネル１２に入力するとともに、各光照射部３２による各液晶パネル１２の照明のタイミングを制御するコントローラ４２とを有している。
【００３７】
各光路合成部２２は、それぞれ２つの３角プリズム（光路合成部２２Ａは３角プリズム２２Ａｇ、２２Ａｊ、光路合成部２２Ｂは３角プリズム２２Ｂｇ、２２Ｂｊ、以下同様）を貼り合わせて構成したビームスプリッタであり、この貼合せ面が光を２方向に分岐する光分岐面２２Ａｈ、２２Ｂｈ、…（以後、光分岐面２２Ａｈ、２２Ｂｈ、…をまとめて光分岐面２２ｈともいう）となっている。なお、以後、３角プリズム２２Ａｇ、３角プリズム２２Ｂｇ、…をまとめて３角プリズム２２Ｇともいう。また、３角プリズム２２Ａｊ、３角プリズム２２Ｂｊ、…をまとめて３角プリズム２２Ｊともいう。
【００３８】
各光路合成部２２の光分岐面２２ｈは偏光面ではないので、電場ベクトルの方向に拘らず、図中Ｙ方向から３角プリズム２２Ｇの面ｇ１に入射した光を、この光の光量の１／２を反射して３角プリズム２２Ｇ側の面ｇ２から射出し、上記光の光量の１／２を透過して３角プリズム２２Ｊの面ｊ２から射出する。なお、上記面ｇ１、面ｇ２、面ｊ１、面ｊ２の記号は各光路合成部２２共に同じ方向に面しているものに対しては同じ記号を用いる。
【００３９】
したがって、各光照射部３２の照明を受けて、各液晶パネル１２に形成された画像Ｒから発せられたこの画像Ｒを示す画像情報を担持した光は、図中矢印Ｙ方向に伝播し各光路合成部２２の３角プリズム２２ｇの面ｇ１から入射し、この面ｇ１から入射した光量の１／２の光量は光分岐面２２ｈを透過して３角プリズム２２ｊの面ｊ２から図中矢印Ｙ方向に射出され、上記面ｇ１から入射した光量の１／２の光量は光分岐面２２ｈで反射され３角プリズム２２ｇの面ｇ２から図中矢印Ｘ方向に射出される。
【００４０】
ここで、光路合成部２２Ａ以外の光路合成部２２Ｂ、２２Ｃ…においては、３角プリズム２２Ｇの面ｇ２から図中矢印Ｘ方向に向けて射出された光は上記光路ＫＫを伝播して隣接する各光路合成部２２の３角プリズム２２Ｊの面ｊ１に入射する。
【００４１】
したがって、各液晶パネル１２に形成された各画像から発せられた上記光は、各光路合成部２２の面ｇ１から入射し光分岐面２２ｈを透過したり、あるいはこの光分岐面２２ｈで反射され、上記各光は各光分岐面２２ｈで光量が１／２に減衰されながら光路合成部２２Ａの上記面ｊ２側を臨む視点位置Ｅ２に向かう。
【００４２】
すなわち、液晶パネル１２Ａに形成された画像Ｒａを示す画像情報を担持した光は、光路合成部２２Ａの面ｇ１から入射し、光分岐面２２Ａｈを透過して面ｊ２から図中矢印Ｙ方向に向けて射出され視点位置Ｅ２に向かう。一方、光路合成部２２Ａの面ｊ１に向かう光路ＫＫ上に並ぶ光路合成部２２Ｂ、２２Ｃ、…の各光分岐面２２Ｂｈ、２２Ｃｈ、…で反射され光路合成部２２Ａに向かって光路ＫＫ上伝播する光は、各光路合成部２２Ｂ、２２Ｃを通って最終的に光路合成部２２Ａの面ｊ１に入射し光分岐面２２Ａｈで反射され面ｊ２から図中矢印Ｙ方向に向けて射出され視点位置Ｅ２に向かう。
【００４３】
上記構成からなる表示装置１０２において、上記視点位置Ｅ２から面ｊ２を通して各液晶パネル１２を観察すると、例えば、液晶パネル１２Ａに表示された画像Ｒａは液晶パネル１２Ｂに表示された画像Ｒｂより距離Ｋａだけ手前に見える。ここで、距離Ｋａは、視点位置Ｅ２から液晶パネル１２Ａまでの光路長と、視点位置Ｅ２から液晶パネル１２Ｂまでの光路長との差であり、光分岐面２２Ａｈから光分岐面２２Ｂｈまでの光路Ｌａにおける光路長である。
【００４４】
また、上記と同様の理由により、液晶パネル１２Ｂに表示された画像は、液晶パネル１２Ｃに表示された画像より光分岐面２２Ｂｈから光分岐面２２Ｃｈまでの光路Ｌｂにおける光路長分だけ手前に見え、以下同様に、例えば液晶パネル１２Ｈに表示された画像Ｒｈは図中の光路Ｌｈにおける光路長分だけ液晶パネル１２Ｉに表示された画像Ｒｉより手前に見え、液晶パネル１２Ｉに表示された画像Ｒｉは図中の光路Ｌｉにおける光路長分だけ液晶パネル１２Ｊに表示された各画像Ｒｊより手前に見える。
【００４５】
表示装置１０２により画像の表示を行なうときには、コントローラ４２により、各液晶パネル１２それぞれに画像を形成するための各画像信号と、各光照射部３２による各液晶パネル１２の照明を行なうための信号とを同期させ、上記実施の形態１と同様に、各画像Ｒａ、Ｒｂ、…が互いに異なるタイミングで表示されるように制御を行なう。これにより、画像Ｒａ、画像Ｒｂ、画像Ｒｃ、…を、互いに他の画像の表示を覆い隠して妨げる等のことなく表示させることができるとともに、観察者は各液晶パネルの画像を距離感の違いによって容易に識別することができる。
【００４６】
上記第１および第２の実施の形態においては、各液晶パネルが画像を形成する機能を有するものとし、光照射部が上記液晶パネルに形成された画像を照明するものとしたが、このような場合に限らず、各液晶パネルを半透明なスクリーン状態とし、光照射部を上記液晶パネルからなる半透明スクリーンに対して画像を投影するものとしてもよい、このようにしても上記第１および第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。例えば、図１において、液晶パネル１１Ａ、１１Ｂをそれぞれ半透明なスクリーン状態とし、光照射部３１Ａ′３１Ｂ′を、半透明なスクリーン状態となった液晶パネル１１Ａ、１１Ｂに対して画像を投影する投影機として表示装置１０１′を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施の形態による表示装置の実施例１における概略構成を示す平面図
【図２】液晶パネルの構造を示す斜視図
【図３】各画像を表示させるタイミングを示すタイミングチャート
【図４】実施例２の表示装置の概略構成を示す平面図
【図５】実施例３の表示装置の概略構成を示す平面図
【図６】第２の実施の形態の表示装置の概略構成を示す平面図
【符号の説明】
【００４８】
１１Ａ、１１Ｂ    液晶パネル
２１    光路合成部
３１Ａ、３１Ｂ    光照射部
４１    コントローラ
１０１    表示装置
【図１】
2005077547.tif 000003
【図２】
2005077547.tif 000004
【図３】
2005077547.tif 000005
【図４】
2005077547.tif 000006
【図５】
2005077547.tif 000007
【図６】
2005077547.tif 000008