(57)【要約】【課題】小型化と共に、投写による歪を補正・低減して好適な投影像を得る新規な映像投写装置を提供する。【解決手段】テーブル等、平行方向に伸びた略矩形の表示面上に２つの映像光を拡大投写し、もって、対向する辺から拡大投写を観察可能に表示する映像表示装置であって、偏光方向の異なる少なくとも２つの映像光を、反射型偏光１３０を介して合成し、合成した光を同一の投写拡大光学系１５０により拡大し、自由曲面ミラー１２０を含む傾斜光学系を介して、平行方向に伸びた略矩形の表示面上に投写する。【選択図】図４
2009109867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行方向に伸びた略矩形の表示面上に少なくとも２つの映像光を拡大投写し、もって、当該略矩形の対向する辺から拡大投写を観察可能に表示する映像表示装置であって、偏光方向の異なる少なくとも２つの映像光を、反射型偏光板を介して合成し、当該反射型偏光板を介して合成した光を同一の投写拡大光学系により拡大し、自由曲面ミラーを含む傾斜光学系を介して、平行方向に伸びた略矩形の表示面上に投写することを特徴とする映像映像表示装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載した映像表示装置において、前記表示面上に投写される映像は、前記自由曲面ミラーを含む傾斜光学系上の異なる面上で反射されて、前記略矩形の表示面上に投写されることを特徴とする映像表示装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載した映像表示装置において、前記表示面上に投写される映像は、当該平行方向に伸びた略矩形の表示面上において、当該映像光の数により分割された領域に、それぞれ、投写されることを特徴とする映像表示装置。
【請求項４】
前記請求項３に記載した映像表示装置において、前記表示面上に投写される映像は、それぞれ、異なる映像であることを特徴とする映像表示装置。
【請求項５】
前記請求項１に記載した映像表示装置において、前記表示面上に投写される映像は、当該平行方向に伸びた略矩形の同一の表示面上に投写表示されることを特徴とする映像表示装置。
【請求項６】
前記請求項５に記載した映像表示装置において、前記表示面上に投写される映像は、それぞれ、異なる映像であることを特徴とする映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像を光学的に拡大して面上に投写する映像投写装置に関し、特に、複数の映像を平行な投写面上に投写する新規な映像投写装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、以下の特許文献によれば、光源からの光を映像表示素子の画像を通し、更に、投写光学ユニットなどを介して拡大・投写する映像投写装置としては、種々のものが既に知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２５９２５２号公報
【特許文献２】特開平５−１３４２１３号公報
【特許文献３】特開２０００−１６２５４４号公報
【特許文献４】特開２００４−１５７５６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術になる映像投写装置では、通常、映像を、例えば、スクリーンのように、垂直方向に広がった投写面上に拡大して投写するものである。なお、かかる映像の表示形態は、テレビジョンや映画のように、当該映像を視聴する場合において好適な形態である。
【０００５】
これに対して、例えば、発表や展示場などでは、映像をテーブル等、所謂、水平方向に広がった投写面上に拡大して投写することが要求される場合がある。その場合、当該テーブル等の水平投写面の対向する辺に沿って観察者が投写された映像を観察する場合など、種々の表示形態が考えられる。
【０００６】
例えば、一例として、添付の図１１（Ｂ）により示すように、投写すべき映像を投写レンズ等の光学系を介して拡大投写する方法が一般的であるが、しかしながら、歪の少ない投写映像を得るためには、投写面から十分離れた場所から投写しなければならず、そのため、装置全体として（特に、その高さが）大型化してしまうという問題点があった。更には、図１１（Ａ）により示すように、光路の一部に挿入した折り曲げミラーを利用して、同じ投写映像を２つに分割して投写する場合にも、やはり、投写面から十分離れた場所から投写しなければならず、そのため、装置全体として大型化してしまうという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明では、特に、水平方向に広がった投写面上に複数の映像を投写し、当該投写面の対向する辺に沿って観察者が投写された映像を観察する場合に適した映像投写装置であって、装置を小型化すると共に、投写による歪を補正・低減して好適な投影像を得ることが可能であり、もって、映像投写装置による新たな表示形態を可能とする、新規な映像投写装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、上述した目的を達成するため、平行方向に伸びた略矩形の表示面上に少なくとも２つの映像光を拡大投写し、もって、当該略矩形の対向する辺から拡大投写を観察可能に表示する映像表示装置であって、偏光方向の異なる少なくとも２つの映像光を、反射型偏光板を介して合成し、当該反射型偏光板を介して合成した光を同一の投写拡大光学系により拡大し、自由曲面ミラーを含む傾斜光学系を介して、平行方向に伸びた略矩形の表示面上に投写する映像表示装置が提供される。
【０００９】
更に、本発明では、前記に記載した映像表示装置において、前記表示面上に投写される映像は、前記自由曲面ミラーを含む傾斜光学系上の異なる面上で反射されて、前記略矩形の表示面上に投写されることが好ましく、更には、前記表示面上に投写される映像は、当該平行方向に伸びた略矩形の表示面上において、当該映像光の数により分割された領域に、それぞれ、投写されることが好ましい。加えて、前記表示面上に投写される映像は、それぞれ、異なる映像であってもよい。
【００１０】
また、本発明によれば、前記に記載した映像表示装置において、前記表示面上に投写される映像は、当該平行方向に伸びた略矩形の同一の表示面上に投写表示されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上述したように、本発明によれば、平行方向に伸びた略矩形の表示面上に複数投写する際、偏光を利用して映像光を合成し、共通の光学系により拡大し、自由曲面ミラーを含む傾斜光学系により略矩形の表示面上に投写することから、大幅な小型化（特に、高さ）が可能であり、かつ、投写による歪を補正・低減して好適な投影像を得ることが可能となるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施の形態になる映像投写装置について、添付の図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００１３】
まず、添付の図１は、本発明の一実施の形態になる映像投写装置の外観構造を示しており、当該映像投写装置１００は、例えば、展示用のテーブル２００の表面上において、所謂、水平方向に広がった投写面２１０上又はそれに近接した位置に配置される。そして、当該映像投写装置１００は、以下にも詳述するが、その内部に設けられた光源からの光（映像光）を、水平方向に広がった投写面上に、複数の（この例では２つの）映像として（例えば、投写面２１０Ｓと２１０Ｐ上に）投写する。すなわち、このことによれば、テーブル２００の対向する辺に沿って移動し、又は、立ち止まる観察者に対して、それぞれ、観察すべき２つの映像を、それぞれ、異なる投写面２１０Ｓ、２１０Ｐ上に提供することが可能となる。なお、図中の符号２２０は、このテーブル２００を床面上に平行に支持するための脚部であり、また、符号１１０は、上記映像投写装置１００をテーブル２００の表面上に安定して設置するための台座を示している。
【００１４】
次に、添付の図２には、上記映像投写装置１００を、図１に示したテーブル２００の対向する辺の一方から見た側面図を示している。この図において直線で示すように、上記映像投写装置１００の内部に設けられた光源からの光（映像光）は、後にも詳細に説明する光学系を経由して自由曲面ミラー１２０により反射され、テーブル２００上の水平方向に広がった投写面２１０上に投写され、もって、観察者の眼によって観察されることとなる。
【００１５】
更に、添付の図３には、上記映像投写装置１００において、複数の（本例では２つ）映像をテーブル２００上の水平方向に広がった投写面２１０上に投写する原理を示したものである。即ち、本発明では、投写すべき２つの映像のうち、一方の映像をＳ偏光光とし、他方をＰ偏光光として、反射型偏光板１３０の両面から投写する。その結果、Ｓ偏光光として投写された映像光は、当該反射型偏光板１３０上で反射され、他方、Ｐ偏光光からなる映像光は、当該反射型偏光板１３０を通過し、もって、図にも示すように、Ｓ偏光光からなる映像光とＰ偏光光からなる映像光とを合せる。なお、以下に述べる実施例１では、Ｓ偏光光からなる映像光とＰ偏光光からなる映像光とを、それぞれ異なる領域に投写するため、更に、これらのＳ偏光光とＰ偏光光とを１／４波長板１４０により、円偏光に変換する。なお、この円偏光へ変換するための１／４波長板１４０は、必ずしも必要ではないが、これを設けることによれば、偏光状態の違いにより、テーブル面での反射率特性に差異が出る等の影響を回避することが出来るという効果が期待される。
【００１６】
＜実施例１＞
次に、添付の図４には、本発明の実施例１になる映像投写装置１００の、特に、その光学系の詳細を以下に示す。
【００１７】
図中において、符号３２０Ｓ、３２０Ｐは、上述したＳ偏光光又はＰ偏光光からなる映像光を合成するための光変調ユニットを構成するプリズムを示し、そして、符号３３０Ｓ、３３０Ｐは、これらＳ偏光光又はＰ偏光光からなる映像光を反射型偏光板１３０へ投写するためのレンズ群を、それぞれ、示している。また、図中の符号１５０は、後にも詳細を説明するが、上記反射型偏光板１３０からの映像光を拡大して上記自由曲面ミラー１２０上に投写する拡大投写レンズ群を示している。なお、この実施例１により示す光学系では、図の上下にも示すように、上記の光学系、特に、その自由曲面ミラー１２０上において、Ｓ偏光光とＰ偏光光との２つの領域（領域（１）と領域（２））に分割し（即ち、光軸に垂直な面上で分離し）、それぞれ、映像光を拡大投写するように構成されている。
【００１８】
なお、上述したＳ偏光光又はＰ偏光光からなる映像光を合成するための光変調ユニットを含む構成の一例が、添付の図５に示されている。なお、ここでは図示しないが、その内部に高輝度の白色光を発生するランプや集光ミラーなどを含む光源ユニット３００からの光の一部は、例えば、光変調ユニット３００を構成するダイクロイックミラー３１１とミラー３１２を介して、液晶画像表示素子である、例えば、透過型の赤色用（Ｒ）液晶パネル３１３Ｒへ、他の一部は、ダイクロイックミラー３１１と第２のダイクロイックミラー３１４を介して、透過型の緑色用（Ｇ）液晶パネル３１３Ｇへ、そして、残りの一部は、ダイクロイックミラー３１１と第２のダイクロイックミラー３１４、更に、ミラー３１５、３１６を介して、透過型の青色用（Ｂ）液晶パネル３１３Ｂへ導かれ、それぞれ、表示する画像又は映像に従って変調される。その後、上記の光合成プリズム３２０によって合成されたカラー映像光は、以下に詳細に説明する光学系を構成するレンズ群３３０Ｓ、３３０Ｐ、１５０を介して、投写面２１０上に投写する。ここでは、Ｓ偏光光からなる映像光とＰ偏光光からなる映像光の一方を合成するための光変調ユニットを含む構成を示したが、他方の光変調ユニットも同様に構成することが出来ることは明らかであろう。即ち、上述した構成の光変調ユニットにより、それぞれ、投写面２１０Ｓ、２１０Ｐ上に投写される映像光が形成される。
【００１９】
また、ここで、光源ユニット３００からの光を、Ｓ偏光光又はＰ偏光光に変換する偏光変換素子１３０Ａの構造及び偏光変換作用について、添付の図６を用いて説明する。なお、この図６は、偏光変換素子を、その光軸を含んで液晶パネルの長辺に沿って切断した断面構成図である。
【００２０】
この図６に示すように、偏光変換素子１３０Ａは、液晶パネル１５の短辺に平行な方向に沿って伸びた平行四辺形柱である透光性部材３１が、光軸１１５方向に対して直交する面に平行して、液晶パネル１５の長辺に平行な方向に複数アレイ状に配列され、アレイ状に配列され隣接する透光性部材３１間の界面に交互に偏光ビームスプリッタ膜（以下、「ＰＢＳ膜」と省略する）３２と反射膜３３が形成されている。また、偏光変換素子１３０Ａの入射側の開口部３５を通り、ＰＢＳ膜３２を透過した光が出射する出射面にはλ／２位相差板３４が備えられている。また、偏光変換素子１３０Ａは、光軸１１５と平行四辺形柱の透光性部材５１の延伸方向とで形成される面（光軸１１５は平面であり、以下、この面を便宜上「光軸面」と称する）Ｓ１１５に対して対称に構成されている。
【００２１】
以上のように構成された偏光変換素子１３０Ａによれば、光源から入射した光線３７のうち、例えば、Ｓ偏光光はＰＢＳ膜３２で反射され、対向する反射ミラー３３で反射されてＳ偏光光で出射する。またＰ偏光の光はＰＢＳ膜３２を透過し、出射面のλ／２位相差板３４によりＳ偏光の光に変換されて出射する。このような基本と成る偏光変換部３０が複数個構成され、もって、偏光変換素子１３０Ａは入射した光の偏光方向を所定偏光方向の光（ここでは、Ｓ偏光又はＰ偏光の光）に揃えられて出射させる。Ｐ偏光の光の揃える場合には、Ｓ偏光光の出射面にλ／２位相差板３４を設けるようにすればよい。即ち、上述した偏光変換素子１３０Ａを、それぞれ、その光源から照射される光路の一部に挿入することにより、上記図４にも示せたように、映像投写装置１００の光学系に対して、Ｓ偏光光又はＰ偏光光からなる映像光を、それぞれ、投写することが出来る。
【００２２】
次に、上述した構成になる映像投写装置１００により投写される映像の一例を、その光路と共に、添付の図７に示す。なお、図７（Ａ）は、上記映像投写装置１００をその正面から見た場合の光路を、図７（Ｂ）は、その側面から見た場合の光路を、そして、図７（Ｃ）は、その上面から見た場合の光路を示している。特に、図７（Ｃ）からも明らかなように、上記実施例１の構成になる映像投写装置１００によれば、２つの映像を、図１に示す投写面２１０Ｓ、２１０Ｐ上に、それぞれ、独立して投写することが可能となる。なお、この場合、提供される映像は、テーブル２００の対向する辺から観察する観察者に対しては、それぞれ、その上下左右の方向が正しく投写されることとなる。また、図８にも示すように、２つの映像を、上下方向は正しく、但し、その左右を逆転した映像を、それぞれ、テーブル２００の対向する辺から観察する観察者に対して投写することも可能である。
【００２３】
なお、この実施例１の光学系、即ち、上記図４におけるレンズ面の詳細を、以下の表１に示す。なお、ここで、Ｓ１〜Ｓ２４は、上記光合成プリズム３２０から上記自由曲面ミラー１２０に到るまでのレンズ面を示す。
【００２４】
曲率半径はその曲率中心が右側にある場合を正で定義する。面間距離は、各レンズ面の光軸上の距離であり、各レンズ面が偏心・倒れをする前の状態で定義されている。
【００２５】
各面の偏心・倒れは、偏心が先に作用し、次に倒れが作用する。倒れに関しては、３つの座標軸に対して作用する順番が定まっているが、このレンズデータでは、Ｘ軸（光軸に直交する水平方向の座標軸）周りのみの回転であり、Ｘ軸の正方向から見て時計回りを正で定義する。なお、デセンタ＆リターンで定義した偏心・倒れは、そのレンズ面にのみ作用する。
【００２６】
【表１】
2009109867.tif 000003
【００２７】
また、上記自由曲面レンズおよび、自由曲面ミラー１２０の形状は、次の式で定義され、また、その係数は以下の表２による。
【００２８】
【数１】
2009109867.tif 000004
【００２９】
【表２】
2009109867.tif 000005
非球面に関しては、以下の式で定義され、各非球面での係数は、以下の表３による。
【００３０】
【数２】
2009109867.tif 000006
【００３１】
【表３】
2009109867.tif 000007
【００３２】
＜実施例２＞
次に、添付の図９には、本発明の実施例２になる映像投写装置１００の光学系の詳細を示す。
【００３３】
なお、この図９において、各符号はそれぞれ上記図４に示した符号と同様の要素を示す。しかしながら、この実施例２においては、上記の実施例とは異なり、光学系をＳ偏光光とＰ偏光光との２つの領域に分割することなく、即ち、一つの領域（３）として共通に利用するものである。
【００３４】
なお、この実施例２になる映像投写装置１００によれば、添付の図１０にも示すように、Ｓ偏光光からなる映像光と、Ｐ偏光光からなる映像光とが、上記自由曲面ミラー１２０を介して、同一（共通）の表示領域である領域（３）、即ち、投写面２１０上に投写されることから、展示用のテーブル２００の表面をより効率的に利用することが可能になる。但し、この場合、表示領域上には、Ｓ偏光光からなる映像光とＰ偏光光からなる映像光とが重なって投写されることとなることから、図にも示すように、観察者は、Ｓ偏光光又はＰ偏光光を観察するための偏光眼鏡５００Ｓ、５００Ｐを利用する（掛ける）ことにより、それぞれ、提供される映像を観察することが可能となる（図中に実線で示す「上」と破線で示す「上」を参照）。
【００３５】
以上に説明したように、本発明によれば、平行方向に伸びた略矩形の表示面上に複数投写する際、偏光を利用して映像光を合成し、共通の光学系により拡大し、自由曲面ミラーを含む傾斜光学系により、略矩形の表示面上に投写することから、歪を補正・低減して好適な投影像を得ることが可能となる。また、その際、前記表示面上に投写される映像は、それぞれ、異なる映像とすることによれば、特に、展示場などにおいて、観察方向の異なる観察者に対して異なる映像を表示するなど、種々の表示形態が考えられ、映像表示装置の利用の幅を大幅に拡大することも可能となる。また、本発明になる映像表示装置は、自由曲面ミラーを含む傾斜光学系の採用により、表示面から光投写口までの距離（即ち、装置の高さ）を大幅に小型化することが可能となり、容易に移動又は持ち運びが可能な装置とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施の形態になる映像投写装置の外観構造を示す図である。
【図２】上記本発明の映像投写装置における原理を説明するための図である。
【図３】上記本発明の映像投写装置にいて、特に、映像をテーブル上に投写する原理を示したものである。
【図４】本発明の実施例１になる映像投写装置における光学系の詳細を示す図である。
【図５】上記実施例１にいて、Ｓ偏光光又はＰ偏光光からなる映像光を合成するための光変調ユニットを含む構成の一例を示す図である。
【図６】上記実施例１において、光源ユニットからの光をＳ偏光光又はＰ偏光光に変換する偏光変換素子の一例を示す断面図である。
【図７】上記実施例１になる映像投写装置により投写される映像の一例を、その光路と共に示す図である。
【図８】上記実施例１になる映像投写装置により投写される映像の他の一例を、その光路と共に示す図である。
【図９】本発明の実施例２になる映像投写装置における光学系の詳細を示す図である。
【図１０】上記実施例２になる映像投写装置の外観構造を示す図である。
【図１１】従来技術における映像投写装置について説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００…映像投写装置、１２０…自由曲面ミラー、１３０…反射型偏光板、１４０…１／４波長板、２００…テーブル、２１０Ｓ、２１０Ｐ…投写面、３２０Ｓ、３２０Ｐ…プリズム、３００…光源ユニット、１３Ａ…偏光変換素子、５００Ｓ、５００Ｐ…偏光眼鏡。
【図１】
2009109867.tif 000008
【図２】
2009109867.tif 000009
【図３】
2009109867.tif 000010
【図４】
2009109867.tif 000011
【図５】
2009109867.tif 000012
【図６】
2009109867.tif 000013
【図７】
2009109867.tif 000014
【図８】
2009109867.tif 000015
【図９】
2009109867.tif 000016
【図１０】
2009109867.tif 000017
【図１１】
2009109867.tif 000018