(57)【要約】【課題】投射部を複数配列させて立体画像を表示させる画像表示装置で、投射部のフォーカス調整を簡単な構成によって実現させる。【解決手段】光源から出射された光を、空間光変調部により変調して、投射光学系によりスクリーン３０に投射して画像を表示する投射部１０を所定状態で配列して構成される画像表示装置１００として、複数の投射部が取付けられる透孔が配列されたベース部材４０を備え、投影部１０として、複数枚の投影レンズからなる投影レンズ群と、映像表示パネルと、光軸上に前後に水平移動することによりフォーカスの調整を行う位置調整部と、位置調整部の水平移動をガイドし、投射部をベース部材４０に取り付ける場合の位置決めの軸としても用いられるガイド軸１７とを備えさせた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光を、空間光変調部により変調して、投射光学系によりスクリーンに投射して画像を表示する投射部を、所定状態で複数配列して構成される画像投射装置であって、
前記複数の投射部が取付けられる透孔が配列されたベース部材を備え、
前記投射部は、
複数枚の投影レンズからなる投影レンズ群と、
前記投影レンズ群を固定するレンズホルダと、
映像表示パネルと、
前記映像表示パネルを保護するホルダとカバーとで構成され、かつ光軸上に前後に水平移動することによりフォーカスの調整を行う位置調整部と、
前記位置調整部の水平移動をガイドし、前記ベース部材の透孔に取り付ける場合の位置決めの軸としても用いられるガイド軸とを備えたことを特徴とする
画像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像表示装置において、
前記位置調整部の移動は、前記ホルダと前記レンズホルダとを結合するネジの回転により成されるように構成されたことを特徴とする
画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば立体画像を表示させるために投射部を複数備えたものに適用して好適な投射型の画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体画像を表示する技術として種々の方法が提案されている。最も一般的なものとしては、立体視用の眼鏡を用いるものがある。これは、両眼の輻輳角（両眼視差）を利用して、右眼用の画像と左眼用の画像とを眼鏡によって分けて表示して立体視感を得るものである。しかしながらこの場合、立体視により遠近感をもって見られる像と、眼の焦点位置であるスクリーン面とがずれているので、違和感が生じるとか、または長時間見ていると眼が疲労するなどの問題がある。
【０００３】
これに対し、光源からの光を変調して投影する投影装置を複数用いて、表示面の視野角内において、立体画像に対応する光を変調して出射する構成とし、この表示面において立体的な画像を表示する３次元（立体）画像生成技術について、特許文献１に開示がされている。
【０００４】
上記特許文献１に開示の手法による３次元画像生成の原理について、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）及び図９（ｂ）に、通常の２次元画像を表示する場合と、３次元画像を表示する場合の光線の向きと強度をそれぞれ矢印で模式的に示す。図９（ａ）に示すように、通常の２次元の画像を表示するいわゆるリアプロジェクター等の表示装置では、スクリーン２の表面が拡散方向に異方性を持たない拡散面になっており、スクリーン２の後方から１台の投影装置の画像を投影して画像を表示する。これに対し、３次元画像を表示するには、図９（ｂ）に示すように、例えばスクリーン２の後方の各位置ア、イ及びウから出射される像光が、スクリーン２の各画素を通過する角度、特に水平方向の角度を保持して出射される構成とする。このようにすることにより、観察者の左右の瞳ｅに３次元画像に対応する視差情報が入ることとなり、立体的な画像が認識される。上述の特許文献１に記載の３次元画像生成方法を実現するには、上述したように、人間の左右の眼に対して、３次元画像に対応する視差情報を入れることが必要である。このため、図１０にその一例の概略構成図を示すように、スクリーン２の後方に多数の投射部１０が配置される。そして、特にスクリーン２は、その拡散特性として、図中矢印ｙで示す垂直方向には比較的広く拡散させ、矢印ｘで示す水平方向にはほとんど拡散しないような拡散角特性を有するものとされる。このような構成とすることで、上述したような各画素を通過する光の水平方向の出射角度を保持し、左右の眼に対して別々の画像情報を入力することができるようになる。
【０００５】
このとき、左右の眼には、１台の投射部から表示される光がスクリーンの拡散角異方性により垂直方向にしか拡散されないため、縦ラインの表示光として見える。隣の表示ラインはその隣の投射部からの表示光が眼にはいるため、複数台の投射部からそれぞれ必要な情報が眼に入るようになっている。
【０００６】
このように、立体画像を表示する画像表示装置においては、複数の投射部と水平方向の拡散角を制限するスクリーンとが用いられる。この場合、より立体的で高画質な立体表示を再現させるためには、いろいろな方向にできるだけ多くの画像データを投射する必要があり、多数の投射部が高密度に配列されることが求められる。
【０００７】
【特許文献１】特表２０００−５０９５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、投影レンズにフォーカスを合わせる機能を設けている場合などは投影レンズが大型化し、それに伴い投射部も大きくなるため、投射部を画像表示装置内に高密度で配列することができず、その結果光線数が減少し、表示される画像の立体感が損なわれるといった問題があった。また、フォーカス調整機構を投射部に持たせず、組み込み後に調整を行う場合は、調整が必要な方向の軸であるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、θｘ軸、θｙ軸、θｚ軸といった複数の軸を調整する複雑な調整治具を有する生産設備が必要となり、コスト高を招来するという問題があった。さらに、投射部が画像表示装置内の決められた位置に正確に設置されるために、位置決めの基準として投射部の外径を使用している場合には、想定された位置と実際に設置された位置との間で誤差が生じることがあり、その誤差が、スクリーンに結像される立体画像の歪みを生み出す原因になってしまうという問題もあった。
【０００９】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、投射部のフォーカスの調整を容易化するとともに、高画質な立体画像を投射できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、光源から出射された光を、空間光変調部により変調して、投射光学系によりスクリーンに投射して画像を表示する投射部を所定状態で配列して構成される画像表示装置として、複数の投射部が取付けられる透孔が配列されたベース部材を備え、投影部に、複数枚の投影レンズからなる投影レンズ群と、映像表示パネルと、光軸上に前後に水平移動することによりフォーカスの調整を行う位置調整部と、位置調整部の水平移動をガイドし、ベース部材の透孔に取り付ける場合の位置決めの軸としても用いられるガイド軸とを備えさせたものである。
【００１１】
このようにしたことで、それぞれの投射部は、フォーカスが正確に調整された状態を保った上で画像表示装置に設置され、かつ投射部が画像表示装置に設置される位置も正確なものとなるため、より高画質な立体画像を表示させることができるようになる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、簡単な構成で投射部のフォーカス調整ができ、簡単な調整で立体画像を表示させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態を、図１〜図８を参照して説明する。
【００１４】
まず、図１〜図３を参照して、本例における画像表示装置１００の構成について説明を行う。図１は、画像表示装置の構成例を示す図である。装置の手前側には、複数の投射部１０が配置されたプロジェクタベース４０と、各投射部１０に映像信号を送る基板５０及び、基板５０を保持する基板保持板５１と基板保持ベース５２が配置してある。投射部１０内には、光源と１次元型空間光変調部とが設けてあり、基板５０より送られる映像信号に対応した像光を投射するようにしてある。その投射光出射面に対向して、スクリーン３０が配置してある。スクリーン３０は、スクリーン枠３１により保持してある。投射部１０とスクリーン３０とが対向する空間の側面にはミラー６０が設けてあり、投射部１０から投射される投射光Ｌｐのうち、スクリーン３０に入射しない投射光を反射させ、スクリーン３０側に投射させる構成としてある。ミラー６０はミラーホルダ６１によって保持してあり、ミラーホルダ６１はミラーホルダ保持枠６２により保持してある。スクリーン枠３１は上フレーム９１により保持し、ミラーホルダ保持枠６２はサイドフレーム９０により保持しており、すべての装置はベース８０の上に配置してある。
【００１５】
図２は、本例の画像表示装置１００の各投射部からの像光の投射状態を示す図である。図２に示すように複数の投射部１０を横方向に配列した状態としてあり、各投射部１０からの投射光Ｌｐの出射面をほぼ一平面に揃えて並置配列させる構成としてある。なお、各投射部１０は図１などに示したプロジェクタベース４０により保持される。プロジェクタベース４０への投射部１０の取付け状態の詳細については後述する。個々の投射部１０は、光源と液晶パネル等の空間光変調部とが内蔵されて、独立した投射装置として機能するように構成してある。そして各投射部１０の投射光出射面に対向して、スクリーン３０が配置してある。このスクリーン３０は、垂直方向には大きい拡散角を有し、水平方向には微小な拡散角を有する拡散異方性をもつ拡散板等より構成してある。
【００１６】
図３は、本例のプロジェクタベース４０を示す図である。プロジェクタベース４０は、所定厚の板材を使用して構成させてあり、投射部１０を取付けるための透孔４１が、縦横に一定間隔て設けてある。それぞれの透孔４１は、投射部１０のレンズホルダ２６の外形形状に対応して、上部と下部が曲線を描き、左右の側部が直線形状となっている。そして、各透孔４１の右上の脇には、第１のガイドピン用貫通穴２９ａが設けてあり、各透孔４１の左下の脇には、第２のガイドピン用貫通穴２９ｂが設けてある。なお、図３に示すように、ここではスクリーン３０の面の水平方向に対応する方向を方向ｘとし、スクリーン３０の面の垂直方向に対応する方向を方向ｙとすると、ｙ方向に複数配置（図３では６段配置）された各透孔４１のｘ方向の位置は、それぞれ若干ずれた位置としてあり、ｘ方向で見ると、複数段（６段）配置された全ての投射部１０は、ずれた位置に配列された状態となる。
【００１７】
図４は投射部１０の構成例を示す斜視図であり、カバーやホルダなどの筐体に相当する部材だけを破断して示して、内部の配置状態を示してある。投射部１０の後端（図４での右側）には、光源１１が配置してある。光源１１から出射された光の出射側にはライトパイプ１２が配置してあり、光源１１から出射された光を平行光に変換する構成としてある。ライトパイプ１２はライトホルダ１３の内部に固定してある。ライトパイプ１２にて平行光に変換された光の光路上には、透過型の液晶パネル１４が配置してあり、入力された映像信号に対応した映像を表示する構成としてある。液晶パネル１４は、液晶カバー１５と液晶ホルダ１６にて挟んだ状態で保持してある。本例の液晶カバー１５と液晶ホルダ１６との間は、接着剤により接着してある。また、液晶カバー１５とライトホルダ１３は、固定ネジ２３Ａ及び２３Ｂ（固定ネジ２３Ｂは図４では図示せず）により結合されている。液晶パネル１４を透過する光の光路上には、複数枚の投射レンズからなる投射レンズ群２５を、レンズホルダ２６により保持された形状で配置してあり、液晶パネル１４から出射された像光が集光及び拡大され、図示されていないスクリーン３０に投射される構成としてある。投射レンズ群２５を固定したレンズホルダ２６の所定個所には、絞り部２６ａについても一体に設けてある。また、液晶パネル１４と液晶カバー１５と液晶ホルダ１６は、レンズホルダ２６の右上及び左下（光源１３を手前とした方向）にガイドピン１７Ａ及び１７Ｂが取付けてあり、それぞれのガイドピン１７Ａ及び１７Ｂの先端はレンズホルダ２６の外側に露出している。一方のガイドピン１７Ｂには、後述するようにコイルバネを巻回させてある（図６,図７参照）。このガイドピン１７Ａ及び１７Ｂ上を軸にして、液晶パネル１４と液晶カバー１５と液晶ホルダ１６は、光軸上を入射方向及び出射方向に移動可能な構成としてあり、投射レンズ群２５のレンズ最終面と液晶パネル１４の物体面との間の距離を調整してフォーカスを合わせる、位置調整機構としても機能するようにしてある。位置調整機構の詳細については後述する。
【００１８】
次に、図５を参照して、本例の画像表示装置において立体的な画像を表示する原理について説明する。まず、例えば撮影装置によって、予め表示する立体像を複数方向から撮影して、立体画像表示に必要な画像情報ｎ枚（ｎは複数、例えば１００以上）分を用意し、図示しない記憶装置などに記憶しておく。図５には、この複数の画像情報を利用した画像表示態様が模式的に示されている。例えば投射部１０のうち１つの投射部１０ｍから、矢印ｍ１〜ｍ５で示すように、スクリーン３０に向かって投射光が投射される。なお、投射部１０とスクリーン３０とが対向する空間の側面にミラー６０を配置することによって、ミラー６０により反射された光も矢印ｍ１´で示すようにスクリーン３０に入射され、スクリーン３０における観察者からの視野角が広がる効果が得られる。
【００１９】
これらのｍ１´、ｍ２〜ｍ５で示す光がスクリーン３０を通過する角度は、このスクリーン３０を水平方向には微小な拡散角のみを有する構成とすることにより、ほぼ保持される。ここで、これらの矢印ｍ１´、ｍ２〜ｍ５で示す光は、予め用意しておいた立体画像を構成する複数枚の画像情報Ｐ１〜Ｐｎのうち、縦方向に分割された一部の画像情報ｐ２ｍ〜ｐｎｍを表示する。この場合、スクリーン３０を、その垂直方向には大きい拡散角を有し、水平方向には微小な拡散角度を有する構成とすることによって、１つの投射部の情報は垂直方向にしか拡散されないため、縦ラインの表示として見える。すなわち、矢印ｍ１´、ｍ２〜ｍ５で示す光が通過するスクリーン３０上の位置を単位画素とすると、垂直方向に延びる各単位画素から観察者の瞳にむけて、立体画像を構成する縦ラインの画像情報ｐ２ｍ〜ｐｎｍが出射されることとなる。
【００２０】
ここで、スクリーン３０の隣の単位画素の表示ラインはその隣の投射部からの表示情報が眼に入る。したがって、複数台の投射部からそれぞれ必要な情報が眼に入るようにすることによって、左右の眼で観察されるスクリーン３０上の画像は、各投射部による縦ライン表示の合成画像として見える。そしてこの場合、スクリーン３０が水平方向において例えば１°未満程度の微小な拡散角を有する構成とすると、各投射部が表示するこれらの縦ラインの間に隙間が生じることなく、良好な立体画像表示を行うことができる。
【００２１】
ところで、上述したように、図５に示す画像表示装置において、左右の眼に見えるスクリーン３０上の画像は各投射部１０による縦ライン表示の合成画像として見えるが、スクリーン３０の拡散板の水平方向の拡散角がほとんど０度の場合は、各投射部１０が表示する縦ラインの間に隙間が生じるため、縦ストライプが目立ってしまう。このため、水平方向の拡散角を上述したように例えば１°未満程度もたせることで縦ライン間の隙間を埋めることができる。
【００２２】
次に、図６及び図７を参照して、投射部１０の構成と位置調整機構について説明を行う。図６は投射部１０の構成例を示す分解斜視図である。液晶パネル１４、液晶カバー１５及び液晶ホルダ１６は接着剤により接着され、液晶カバー１５とライトホルダ１３は、固定ネジ２３Ａ及び固定ネジ２３Ｂにより結合されている。固定ネジ２３Ａと固定ネジ２３Ｂは、それぞれライトホルダ１３に設けられた固定ネジ２３Ａ用貫通穴２４Ａ及び固定ネジ２３Ｂ用貫通穴２４Ｂを通って液晶カバー１５に設けられた穴に差し込まれてある。また、結合部分は図示されていないが、光源１１とライトホルダ１３もネジにより結合されている。ガイドピン１７Ａは、レンズホルダ２６の側面に設けられたガイドピン１７Ｂ用貫通溝１８を通り、液晶ホルダ１６に設けられた穴に圧入されており、ガイドピン１７Ｂは同じくレンズホルダ２６に設けられたガイドピン１７Ｂ用貫通穴１９を通り、液晶ホルダ１６に設けられた穴に圧入されている。ガイドピン１７Ａにはコイルバネ２０が巻きつけられており、コイルバネ２０が液晶ホルダ１６とレンズホルダ２６との間に圧縮された形状で配置されることで、両部品はそれぞれ入射方向、出射方向に圧出されるようにしてある。組み立てられた状態でのコイルバネ２０の配置状態は、図７に示すように、コイルバネ２０が、レンズホルダ側溝２７と液晶ホルダ側溝２８に嵌め込まれてある。これと相反する力で液晶ホルダ１６とレンズホルダ２６とを結合するのが調整ネジ２１である。調整ネジ２１は、レンズホルダ２６に設けられた調整ネジ用貫通穴２２を通り、液晶ホルダ１６に設けられた穴に差し込まれている。調整ネジ２１は、右回りに回転させることでねじ込まれ、左回りに回転させることで緩められる。調整ネジ２１の回転を調整することにより、液晶ホルダ１６とレンズホルダ２６との距離が伸縮し、フォーカスが調整される構成としてある。なお、フォーカスの調整は、スクリーン３０に投射された像を見ながら行うようにしてある。
【００２３】
次に、図８を参照して、投射部１０のガイドピン１７Ａ及びガイドピン１７Ｂが、画像表示装置における位置決めピンとしても機能する例について説明を行う。図８は、投射部１０が組み立てられた状態の構成例を示す斜視図である。位置調整機構の水平移動のガイド軸として使用されたガイドピン１７Ａ及び１７Ｂは、レンズホルダ２６の外側に突出しており、これらのピン１７Ａ及び１７Ｂを格納する貫通穴２９ａ及び２９ｂ（図３）が、画像表示装置１００のプロジェクタベース４０に設けられている。投射部１０をプロジェクタベース４０の透孔４１にはめ込むことで、その際に投射部１０のガイドピン１７Ａが貫通穴２９ａに、また、ガイドピン１７Ｂが貫通穴２９ｂに差し込まれる構成となっている。
【００２４】
このように構成させることで、投射部１０においてフォーカス調整に使用されたガイドピン１７Ａ及び１７Ｂが、画像表示装置における投射部の位置決めの軸としてもそのまま使用されるため、投射部１０は、フォーカスが正確に調整された状態を保って画像表示装置１００に設置される。このため、設置後にフォーカスの調整を行う必要が無くなり、また、個々の投射部１０からは焦点の合った投射光が投射されるため、スクリーン３０に表示される画像の立体感が向上する。
【００２５】
また、画像表示装置１００に投射部１０を設置する際に、位置決めの基準として、投射部１０の外径だけでなくガイドピン１７Ａ及び１７Ｂも使用しているため、設置される位置が正確なものとなり、その結果、投射部１０より出射される光がスクリーン３０上の予め想定された位置に正確に照射され、より立体的な立体画像を表示させることができる。
【００２６】
また、投射部１０のフォーカス調整機構として、調整ネジ２１とコイルバネ２０による簡単な機構を用いているため、部品点数の削減と製造コストの削減を図ることができる。
【００２７】
さらに、投射部１０の位置調整機構を簡素化したことで投射部１０が小型化し、画像表示装置１００内のプロジェクタベース４０に高密度に配列できるようになるため、スクリーン３０上に投射される視差映像の数が増加し、より高画質な立体画像を表示させることができる。
【００２８】
なお、ここまで説明した実施の形態では、投射部１０として透過型の液晶表示パネルを使用した例としたが、他の映像表示手段を使用した投射部を使用してもよい。また、投射部の外形形状やレンズ配置は一例を示したものであり、各図に示した構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態による画像表示装置の構成例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態による投射部の配列の例を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施の形態による画像表示装置の構成例を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態による投射部の構成例を示す部分断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態による画像表示装置の画像表示態様例を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態による投射部の構成例を示す分解斜視図である。
【図７】本発明の一実施の形態による投射部の構成例を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施の形態による投射部へのバネ取り付けの例を示す側面図である。
【図９】（ａ）は従来の二次元画像表示方法の説明図、（ｂ）は従来の三次元画像表示方法の説明図である。
【図１０】従来の三次元画像生成方法の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
３、１０…投射部、１１…光源、１２…ライトパイプ、１３…ライトホルダ、１４…液晶パネル、１５…液晶カバー、１６…液晶ホルダ、１７…ガイドピン、１８…ガイドピン用貫通溝、１９、２９…ガイドピン用貫通穴、２０…コイルバネ、２１…調整ネジ、２２…調整ネジ用貫通穴、２３…固定ネジ、２４…固定ネジ用貫通穴、２５…投射レンズ群、２６…レンズホルダ、２７…レンズホルダ側溝、２８…液晶ホルダ側溝、２、３０…スクリーン、３１…スクリーン枠、４０…プロジェクタベース、４１…透孔、５０…基板、５１…基板保持板、５２…基板保持ベース、６０…ミラー、６１…ミラーホルダ、６２…ミラーホルダ保持枠、８０…ベース、９０…サイドフレーム、９１…上フレーム、１００…画像表示装置、ア〜ウ…発光点、ｅ…瞳
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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