JP2006058588A - Optical device, optical apparatus, display apparatus and stereoscopic image display apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は光学デバイス、光学装置、表示装置及び立体画像表示装置に関し、詳細には投射型表示装置、特にデジタルマイクロミラーデバイス(以下DMDと略す)を用いた投射型表示装置に利用され、その高精細化を図る技術に関する。 The present invention relates to an optical device, an optical device, a display device, and a stereoscopic image display device, and more particularly to a projection display device, particularly a projection display device using a digital micromirror device (hereinafter abbreviated as DMD). The present invention relates to a technology for improving definition.
はじめに、本明細書における用語を以下のとおり定義しておく。先ず、「ピクセルシフト技術」とは、少なくとも画像情報に従って光を制御可能な複数の画素を二次元的に配列した画像表示素子と、画像表示素子を照明する光源と、画像表示素子に表示した画像パターンを観察するための光学部材と、画像フィールドを時間的に分割した複数のサブフィールド毎に画像表示素子と光学部材の間の光路を偏向する光偏向手段とを有したピクセルシフト素子を用い、光偏向手段によりサブフィールド毎の光路の偏向に応じて表示位置がずれている状態の画像パターンを表示させることで、画像表示素子の見掛け上の画素数を増倍して表示する技術を指す。また、「直線偏光の偏光方向」とは、直線偏光における電界ベクトルの振動方向を指す。 First, terms used in this specification are defined as follows. First, the “pixel shift technology” is an image display element in which a plurality of pixels that can control light according to image information is two-dimensionally arranged, a light source that illuminates the image display element, and an image displayed on the image display element. Using a pixel shift element having an optical member for observing a pattern and a light deflecting means for deflecting an optical path between the image display element and the optical member for each of a plurality of subfields obtained by dividing the image field in time, The technique refers to a technique in which the apparent number of pixels of the image display element is multiplied and displayed by displaying an image pattern in which the display position is shifted in accordance with the deflection of the optical path for each subfield by the light deflecting means. The “polarization direction of linearly polarized light” refers to the vibration direction of the electric field vector in linearly polarized light.
従来のピクセルシフト技術は、画像表示素子や投射光学系の光学要素を揺動したり、液晶等による光偏光素子を利用したりする方式であるが、前者の揺動方式では機械的振動を伴うため、画像表示素子や光学要素の耐久性を損ねたり、発熱、騒音等の問題が生じる。後者の液晶方式は、機械的信頼性の点では優れているが、液晶配向制御が不十分な場合、画像コントラストを劣化させ、素子化のためのコストが多くかかる。 The conventional pixel shift technique is a method of oscillating an optical element of an image display element or a projection optical system, or using a light polarization element such as a liquid crystal. However, the former oscillating method involves mechanical vibration. Therefore, the durability of the image display element and the optical element is impaired, and problems such as heat generation and noise occur. The latter liquid crystal method is excellent in terms of mechanical reliability. However, when the liquid crystal alignment control is insufficient, the image contrast is deteriorated, and the cost for elementization is high.
一方で、DMDを用いた投射型表示装置が開発されている。このDMDを用いた投射型表示装置には、カラーホイールを用いたフィールドシーケンシャルカラー方式によるカラー化を図った装置があるが、この装置を図面を用いて以下説明する。図21は従来の投射型表示装置の構成を示す概略図である。同図において、高圧水銀ランプ、キセノンランプ等白色光源を有するランプユニット1から出射した光線は、図22に示すような構成を有し、回転するカラーホイール2を通過する際、時間的に赤(R)、緑(G)、青(B)の各色に切り替えられる。カラーホイール2から出射した光はレンズ3により光強度の均一性を向上させるためのロッドインテグレータ4に導かれ、コンデンサレンズ5を介してDMD6に照射される。DMD6はマイクロミラーよりなる画素が2次元的に配列されている画像表示素子である。各ピクセルに対応する画像信号によって、ピクセル毎にミラーの角度を切り替え、投射レンズ7の方向に反射する時間の長さと投射レンズ以外の方向に反射する時間の長さを制御することで、画素毎に所定の明るさを得る。
On the other hand, projection display devices using DMD have been developed. The projection display device using the DMD includes a device that is colorized by a field sequential color system using a color wheel. This device will be described below with reference to the drawings. FIG. 21 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional projection display device. In the figure, a light beam emitted from a
ここで、DMDの高精細化、画像スムーズ化を図る技術として特許文献1にピクセルシフトと類似する技術が開示されている。また、特許文献2には、回転プリズムを表示装置に用いた技術が開示されている。この回転プリズムは、単板の画像表示素子でカラー表示を行うに際し、光利用効率を高める目的で、複数色のライトバンド(照明系からの光の帯)を画像表示素子内で移動させるために用いられている。
Here, a technique similar to pixel shift is disclosed in
また、立体画像表示システムに関する従来技術としては、例えば特許文献3、特許文献4等に開示されている。特許文献3には、偏光ビームスプリッタにより光源光をS及びP偏光に分離し、これらの光を右眼用及び左眼用の各液晶パネルに入射させ、投射レンズでスクリーンに投射する立体表示装置が提案されている。また、特許文献4には、レンチキュラースクリーン手前に偏光方向を時分割に切り替えるための偏光切り替え手段を配置し、レンチキュラースクリーンとして、直交する偏光フィルタをストライプ状に設けた偏光板列を設けた立体表示装置が提案されている。
しかしながら、上記特許文献1は機械的振動を伴うため、画像表示素子や光学要素の耐久性を損ねたり、発熱、騒音等の問題が生じる。また、上記特許文献2はカラー化に有効であるが偏光を切り替えることまでは至っておらず、よってDMDの高精細化を図ることができない。更に、特許文献3は左眼右眼に対応させて画像表示素子、投射レンズを2組用意しているため、装置が大型化するという問題がある。また、特許文献4によれば、偏光切り替え手段を通ることによる画像劣化、偏光板列により実質光量を半減させてしまうことによる光利用効率低下が問題である。
However, since
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、時間的に偏光状態を切り替え可能で、かつ波長依存性が少なく偏光純度の優れた偏光が得られる光学デバイス、光学装置、及びピクセルシフトが簡単に高精度に行うことができ高精細化を図れる表示装置、並びに小型でかつ良好な立体画像を表示する立体画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention is intended to solve these problems, and an optical device, an optical apparatus, and a pixel shift capable of switching a polarization state with time and obtaining a polarized light with less wavelength dependency and excellent polarization purity. It is an object of the present invention to provide a display device that can be easily performed with high accuracy and can achieve high definition, and a stereoscopic image display device that displays a small and favorable stereoscopic image.
前記問題点を解決するために、本発明の光学デバイスは、回転軸を有し、回転軸に対して平行でかつ透光性を有する面を備え、面の少なくとも一部が光学的異方性媒質により形成され、回転に伴い面を通る光線の偏光状態を時間的に切り替えて出射することに特徴がある。よって、液晶等を用いた従来の偏光変換に比較して、波長依存性が少なく偏光純度の優れた偏光が得られる。複屈折板と組み合わせることで光の進行方向を周期的に切り替えることが可能となり、プロジェクションディスプレイの高精細化を図れ、ピクセルシフトが簡単に高精度に行うことができる。 In order to solve the above problems, an optical device of the present invention includes a surface having a rotation axis, parallel to the rotation axis and having a light transmitting property, and at least a part of the surface is optically anisotropic. It is characterized by the fact that it is formed by a medium and is emitted by switching the polarization state of the light beam passing through the surface with rotation. Therefore, compared with conventional polarization conversion using liquid crystal or the like, polarized light having less wavelength dependency and excellent polarization purity can be obtained. By combining with a birefringent plate, the traveling direction of light can be switched periodically, the projection display can be made high definition, and pixel shift can be easily performed with high accuracy.
また、本発明の光学デバイスは、回転軸を有し、回転軸に対して平行でかつ透光性を有する面を備えた多角柱であり、少なくとも側面の一部が光学的異方性媒質により形成されている。よって、光学的異方性媒質を形成されている面を平面とすることで、時間的に切り替わる偏光状態において所定単位時間内の偏光状態を均質化でき、発散光もしくは収束光であっても収差設計がしやすくでき、多層膜構造を容易に採用することができる。 The optical device of the present invention is a polygonal column having a rotation axis, a surface parallel to the rotation axis and having a light transmitting property, and at least a part of the side surface is made of an optically anisotropic medium. Is formed. Therefore, by setting the surface on which the optically anisotropic medium is formed as a flat surface, the polarization state within a predetermined unit time can be homogenized in the polarization state that changes over time. It is easy to design and a multilayer film structure can be easily adopted.
更に、本発明の光学デバイスは、回転軸を有した円柱であり、少なくとも側面の一部が光学的異方性媒質により形成されている。よって、時間的に切り替わる偏光状態において光路長の時間的変化を解消できる。 Furthermore, the optical device of the present invention is a cylinder having a rotation axis, and at least a part of the side surface is formed of an optically anisotropic medium. Therefore, the temporal change in the optical path length can be eliminated in the polarization state that changes over time.
また、光学的異方性媒質は光学デバイスの回転方向に沿って所定間隔で形成された偏光子であることにより、無偏光を入射し、時間的に状態の異なる直線偏光が得られ、光学系の簡略化、小型化が図れる。 Further, the optically anisotropic medium is a polarizer formed at a predetermined interval along the rotation direction of the optical device, so that non-polarized light is incident and linearly polarized light having different states in time is obtained. Can be simplified and downsized.
更に、光学デバイスの回転方向に沿って、出射光の偏光方向が異なる複数の偏光子が配列されてなることにより、光学系の簡略化、小型化が図れる。 Further, the optical system can be simplified and miniaturized by arranging a plurality of polarizers having different polarization directions of the emitted light along the rotation direction of the optical device.
また、光学デバイスの回転方向に沿って、出射光の偏光方向が直交する2つの偏光子が交互に配列されてなることにより、偏光方向が直交する2つの状態の出射光が得られ、デジタルマイクロミラーデバイスを用いた場合のピクセルシフトが簡単に高精度に行うことができる。 In addition, by arranging two polarizers whose polarization directions are orthogonal to each other along the rotation direction of the optical device, emission light in two states whose polarization directions are orthogonal can be obtained. Pixel shift in the case of using a mirror device can be easily performed with high accuracy.
更に、光学的異方性媒質は光学デバイスの回転方向に沿って所定間隔で形成された1/2波長素子であることにより、入射光が直線偏光である場合に時間的に状態の異なる直線偏光を出射できる。 Further, the optically anisotropic medium is a half-wavelength element formed at a predetermined interval along the rotation direction of the optical device, so that when the incident light is linearly polarized light, the linearly polarized light whose state is temporally different Can be emitted.
また、光学デバイスの回転方向に沿って、1/2波長素子の間隙に、1/2波長素子透過時の光路長と一致する光学的等方性媒質が設けられている。よって、光路長不一致による収差を防ぐことができ、デジタルマイクロミラーデバイスへの照明系に用いた場合配光分布の時間的な変化を解消できる。 In addition, an optically isotropic medium that matches the optical path length when transmitting through the half-wavelength element is provided in the gap between the half-wavelength elements along the rotation direction of the optical device. Therefore, aberration due to optical path length mismatch can be prevented, and temporal changes in light distribution can be eliminated when used in an illumination system for a digital micromirror device.
更に、光学デバイスの回転方向に沿って、1/2波長素子の間隙に、1/2波長素子透過時の透過率と等しい透過率を有する光学的等方性媒質が設けられている。よって、透過率の時間的な変化を防ぐことができ、デジタルマイクロミラーデバイスへの照明系に用いた場合光量の時間的な変化を解消できる。 Furthermore, an optically isotropic medium having a transmittance equal to the transmittance at the time of transmission through the half-wavelength element is provided in the gap between the half-wavelength elements along the rotation direction of the optical device. Therefore, a temporal change in transmittance can be prevented, and a temporal change in the amount of light can be eliminated when used in an illumination system for a digital micromirror device.
また、光学的異方性媒質は光学デバイスの回転方向に沿って所定間隔で形成された1/4波長素子であることにより、出射光の波長分散等を容易に揃えられる。 Further, since the optical anisotropic medium is a quarter wavelength element formed at a predetermined interval along the rotation direction of the optical device, the wavelength dispersion of the emitted light can be easily aligned.
更に、光学デバイスの回転方向に沿って、位相方向の異なる1/4波長素子が交互に配列されてなることにより、入射光が円偏光である場合直交する直線偏光を時間的に切り替えて出射できる。 Furthermore, by arranging alternately the quarter wavelength elements having different phase directions along the rotation direction of the optical device, when the incident light is circularly polarized light, the orthogonal linearly polarized light can be switched in time and emitted. .
また、光学デバイスの回転方向に沿って色フィルタが備わり、少なくとも1つ以上の色フィルタが光学的異方性媒質を兼ねることにより、偏光状態と共に色も時間的に切り替えることができ、小型化も図れる。 In addition, a color filter is provided along the rotation direction of the optical device, and at least one color filter also serves as an optically anisotropic medium, so that the color can be switched over time as well as the polarization state. I can plan.
更に、色フィルタは、少なくとも赤(R),緑(G),青(B)の3色を含み、1回転の間に各色毎に直交する偏光を少なくとも6偏光状態で出射する。よって、表示用の三色の光を得ながら、高精細化のための偏光状態の切り替えを行うことができ、ピクセルシフト技術により光学デバイス1回転の間に2つの位置にピクセルシフトを行い二倍の高精細化が図れる。 Further, the color filter includes at least three colors of red (R), green (G), and blue (B), and emits polarized light orthogonal to each color in at least six polarization states during one rotation. Therefore, while obtaining three colors of light for display, it is possible to switch the polarization state for higher definition, and pixel shift technology shifts the pixel to two positions during one rotation of the optical device and doubles it. High definition can be achieved.
また、6偏光状態において隣接する偏光状態の色は異なる色に設定することにより、カラーブレークを防ぐことができる。 In addition, the color break can be prevented by setting the colors of the adjacent polarization states in the six polarization states to different colors.
更に、色フィルタは、赤(R),緑(G),青(B),緑(G)よりなり、1回転の間にそれぞれの緑(G)が直交する偏光を出射することにより、表示用の出射光を得ながら高精細化のための偏光状態の切り替えを行うことができ、その上緑のみの偏光変化であるため状態変化は4つとなり偏光状態を取る時間を1.5倍に増やすことが可能となり、プロジェクションディスプレイに用いる場合光利用効率を向上させることができる。 Further, the color filter is composed of red (R), green (G), blue (B), and green (G), and each green (G) emits polarized light orthogonal to each other during one rotation. The polarization state for high definition can be switched while obtaining the outgoing light, and since it is only the polarization change of green, there are four state changes and the time to take the polarization state is 1.5 times longer It is possible to increase the light utilization efficiency when used in a projection display.
また、赤(R),青(B)の出射光はいずれかの緑(G)の偏光方向と平行な直線偏光を出射する偏光状態に設定することにより、緑以外に、赤、青の光線も直線偏光化でき、画素位置が二重像とならないようにでき、よって細線表示時の解像性能の優れた画像表示装置を提供できる。 In addition, red (R) and blue (B) outgoing light is set to a polarization state in which linearly polarized light parallel to the polarization direction of any green (G) is emitted, so that red and blue light rays other than green are emitted. Can be linearly polarized, and the pixel position can be prevented from forming a double image. Therefore, it is possible to provide an image display device with excellent resolution performance when displaying thin lines.
更に、赤(R),青(B)の色フィルタ透過率は、いずれの緑(G)の色フィルタの透過率より高いことにより、緑の色フィルタを2回通るため二倍の光量となるが赤、青の色フィルタの透過率を上げ色バランスを整えることが可能となり、よって高精細でかつ色再現性能に優れたプロジェクション画像を得ることができる。 Further, since the red (R) and blue (B) color filter transmittances are higher than the transmittance of any green (G) color filter, it passes through the green color filter twice, resulting in twice the amount of light. However, it is possible to increase the transmittance of the red and blue color filters and to adjust the color balance, thereby obtaining a projection image with high definition and excellent color reproduction performance.
また、赤(R),青(B)の色フィルタの回転方向の幅は、いずれの緑(G)の色フィルタの幅より広いことにより、緑の色フィルタを2回通るため二倍の光量となるが赤、青の色フィルタの幅を広げ光線の通過時間を緑以上に多くとることで色バランスを整えることが可能となり、よって高精細でかつ色再現性能に優れたプロジェクション画像を得ることができる。 In addition, the width in the rotation direction of the red (R) and blue (B) color filters is wider than the width of any green (G) color filter. However, it is possible to adjust the color balance by widening the width of the red and blue color filters and making the light passage time longer than green, thus obtaining a projection image with high definition and excellent color reproduction performance. Can do.
更に、別の発明としての光学装置は、上記の光学デバイスを少なくとも1つ備え、光学デバイスに対して所定方向から光線を入射させ、入射光の偏光状態と異なる偏光状態の光線を時間的に切り替えて出射することに特徴がある。よって、極めて高精度の偏光状態の切り替えが可能となる光学装置を提供できる。 Furthermore, an optical apparatus according to another invention includes at least one of the above-described optical devices, allows light rays to enter the optical device from a predetermined direction, and temporally switches light beams having a polarization state different from the polarization state of incident light. It is characterized by exiting. Therefore, it is possible to provide an optical device that can switch the polarization state with extremely high accuracy.
また、光学デバイスに形成されている光学的異方性媒質を透過する光線の光軸は回転軸に対して垂直であることにより、良好な出射光の偏光状態を得ることができ、プロジェクション装置のピクセルシフトに応用した場合各ピクセルシフト位置での二重像を抑制し高画質な画像を得ることができる。 In addition, since the optical axis of the light beam transmitted through the optical anisotropic medium formed in the optical device is perpendicular to the rotation axis, a good polarization state of the emitted light can be obtained. When applied to pixel shift, it is possible to suppress a double image at each pixel shift position and obtain a high-quality image.
更に、光学的異方性媒質を透過する光線の光軸を含む直線が、光学デバイスの回転軸を通ることにより、良好な出射光の偏光状態を得ることができ、プロジェクション装置のピクセルシフトに応用した場合各ピクセルシフト位置での二重像を抑制し高画質な画像を得ることができる。 Furthermore, a straight line including the optical axis of the light beam passing through the optically anisotropic medium passes through the rotation axis of the optical device, so that a good polarization state of the emitted light can be obtained and applied to the pixel shift of the projection apparatus. In this case, a double image at each pixel shift position can be suppressed and a high quality image can be obtained.
また、光学的異方性媒質に入射する光線が収束光であり、収束点が光学的異方性媒質が形成されている部分と一致することにより、光学的異方性媒質を透過する光を小径化でき、装置の小型化が図れる。 In addition, the light beam incident on the optically anisotropic medium is convergent light, and the convergence point coincides with the portion where the optically anisotropic medium is formed. The diameter can be reduced and the apparatus can be downsized.
更に、光学デバイスを透過する間に、光学的異方性媒質が形成されている面を1回通過することにより、複数回通ることで生じる偏光状態の劣化を防ぐことができる。 Furthermore, by passing once through the surface on which the optically anisotropic medium is formed while passing through the optical device, it is possible to prevent the polarization state from deteriorating due to multiple passes.
また、光学デバイスの内部であって、光学的異方性媒質を透過する光線の光路上に、固定ミラーが設置されていることにより、極めて簡単な構成で光学装置を具現化できる。 In addition, since the fixed mirror is provided inside the optical device and on the optical path of the light beam that passes through the optical anisotropic medium, the optical device can be realized with a very simple configuration.
更に、光学デバイスにおける光線の進行方向は、固定ミラーから光学的異方性媒質に向かう方向であることにより、偏光状態を切り替えた後に反射面を設けることによる偏光乱れを回避でき、偏光乱れによる二重像の発生を抑制できる。 Furthermore, since the traveling direction of the light beam in the optical device is a direction from the fixed mirror toward the optically anisotropic medium, it is possible to avoid polarization disturbance caused by providing a reflecting surface after switching the polarization state. Generation of multiple images can be suppressed.
また、光学的異方性媒質が光学デバイスの回転方向に沿って所定間隔で形成された1/4波長素子である光学デバイスに入射する光線が円偏光であることにより、出射光の波長分散等を容易に揃えられる。 Further, since the optically anisotropic medium is a circularly polarized light beam incident on the optical device that is a quarter wavelength element formed at a predetermined interval along the rotation direction of the optical device, the wavelength dispersion of the emitted light, etc. Can be easily arranged.
更に、光学デバイスを透過する間に、光学的異方性媒質が形成されている面を2回通過することにより、光学デバイスを光線が通過する前後で光軸が共通の直線上に乗るように構成できるため光学設計及び調整が容易となる。 Furthermore, while passing through the optical device, it passes through the surface on which the optically anisotropic medium is formed twice, so that the optical axis is on a common straight line before and after the light beam passes through the optical device. Since it can be configured, optical design and adjustment become easy.
また、光学的異方性媒質が光学デバイスの回転方向に沿って所定間隔で形成された偏光子である光学デバイスに入射する光線が無偏光であることにより、無偏光を入射させるため装置構成を簡単にできる。 In addition, the optical anisotropic medium is a polarizer formed at predetermined intervals along the rotation direction of the optical device. Easy to do.
更に、光学的異方性媒質が光学デバイスの回転方向に沿って所定間隔で形成された1/2波長素子である光学デバイスに入射する光線が直線偏光であることにより、前段で無偏光から偏光変換技術により直線偏光を得て、光学装置に入射させる場合に、光利用効率を向上させることができる。 Furthermore, since the optically anisotropic medium is a linearly polarized light beam incident on an optical device that is a half-wavelength element formed at predetermined intervals along the rotation direction of the optical device, it is polarized from non-polarized light in the previous stage. The light utilization efficiency can be improved when linearly polarized light is obtained by the conversion technique and is incident on the optical device.
また、時間的に切り替わる出射光の偏光状態が、直交する2つの直線偏光であることにより、プロジェクション装置のピクセルシフトに応用した場合各ピクセルシフト位置での二重像を抑制し高画質な画像を得ることができる。 In addition, since the polarization state of the outgoing light that changes over time is two linearly polarized lights that are orthogonal to each other, when applied to the pixel shift of the projection device, a double image at each pixel shift position is suppressed and a high-quality image is obtained. Obtainable.
更に、別の発明としての表示装置は、上記光学装置を具備することに特徴がある。よって、画像表示素子や投射光学系の光学要素を揺動したり、液晶等による光偏光素子を利用したりするピクセルシフト方式に比べ、照明側で光線を制御するため、画像表示素子に負荷をかけることなく、また投射光学系のバックフォーカスを増やすことなく良好なピクセルシフトが行うことができる。 Furthermore, a display device as another invention is characterized by comprising the optical device. Therefore, compared to the pixel shift method in which the optical elements of the image display element and the projection optical system are swung or the light polarization element such as liquid crystal is used, the light is controlled on the illumination side. A good pixel shift can be performed without applying and without increasing the back focus of the projection optical system.
また、デジタルマイクロミラーデバイスを有することより、ピクセルシフトが簡単に高精度に行うことができる。 In addition, since the digital micromirror device is provided, the pixel shift can be easily performed with high accuracy.
更に、デジタルマイクロミラーデバイスの照明光側に、光学装置を設置することにより、バックフォーカスを短縮化でき、かつ投射光学系側に配置した場合ミラーの平面度によって生じる画像の歪を回避できる。 Furthermore, by installing the optical device on the illumination light side of the digital micromirror device, the back focus can be shortened, and when it is arranged on the projection optical system side, image distortion caused by the flatness of the mirror can be avoided.
また、光学装置に含まれた光学デバイスを出射し、時間的に偏光方向を切り替えながらデジタルマイクロミラーデバイスに入射する光線の偏光方向がデジタルマイクロミラーデバイス内のピクセルの対角方向と垂直又は平行な方向であることにより、4つの近接するピクセル間を補間する位置にピクセルシフトさせることが可能となり効率よく高精細化が図れる。 In addition, the polarization direction of the light emitted from the optical device included in the optical apparatus and incident on the digital micromirror device while switching the polarization direction in time is perpendicular or parallel to the diagonal direction of the pixels in the digital micromirror device. By being in the direction, it is possible to shift the pixel to a position for interpolation between four adjacent pixels, and high definition can be achieved efficiently.
更に、光学装置に含まれた光学デバイスを出射し、時間的に偏光方向を切り替えながらデジタルマイクロミラーデバイスに入射する光線の偏光方向が、デジタルマイクロミラーデバイス内のピクセルの辺方向と垂直又は平行な方向である。よって、上下あるいは左右方向の走査線間を補間する位置にピクセルシフトさせることが可能となり効率よく高精細化が図れる。 Furthermore, the polarization direction of the light beam that exits the optical device included in the optical apparatus and enters the digital micromirror device while switching the polarization direction in time is perpendicular or parallel to the side direction of the pixels in the digital micromirror device. Direction. Therefore, it is possible to shift the pixel to the position for interpolating between the scanning lines in the vertical and horizontal directions, and high definition can be achieved efficiently.
また、デジタルマイクロミラーデバイスからの出射光側に、光軸に対して傾斜した方向に光学軸を有する複屈折素子を設置することにより、光の進行方向を周期的に切り替えることが可能な投射型の表示装置を提供できる。 In addition, a projection type that can periodically switch the traveling direction of light by installing a birefringent element having an optical axis in a direction inclined with respect to the optical axis on the light output side from the digital micromirror device. Can be provided.
更に、光学装置に含まれた光学デバイスを出射し、時間的に偏光方向を切り替えながら複屈折素子に入射する光線の偏光方向が、複屈折素子の光学軸と光軸を含む面に対し、垂直又は平行な方向であることにより、二重像が発生せずに、光の進行方向を周期的に切り替えることが可能な投射型の表示装置を提供できる。 Furthermore, the polarization direction of the light beam that is emitted from the optical device included in the optical apparatus and enters the birefringent element while switching the polarization direction with respect to time is perpendicular to the plane including the optical axis and the optical axis of the birefringent element. Alternatively, it is possible to provide a projection-type display device that can switch the traveling direction of light periodically without generating a double image due to the parallel direction.
また、複屈折素子に入射する光線の偏光方向が複屈折素子の光学軸と光軸を含む面に対して平行な方向であるときの光線の複屈折による偏光量が偏光方向におけるデジタルマイクロミラーデバイスにおけるピクセル配列の半ピッチであることにより、ピクセル配列の半ピッチに相当する位置にシフトさせることで高精細な画像が得られる。 In addition, when the polarization direction of the light beam incident on the birefringence element is parallel to the plane including the optical axis and the optical axis of the birefringence element, the amount of polarization due to the birefringence of the light beam is a digital micromirror device in the polarization direction. Because of the half pitch of the pixel array in, a high-definition image can be obtained by shifting to a position corresponding to the half pitch of the pixel array.
更に、デジタルマイクロミラーデバイスの表示切替タイミングと光学装置に含まれた光学デバイスの偏光状態切替タイミングが同期していることにより、タイミング不良による二重像を防止でき、良好な高精細な画像が得られる。 Furthermore, since the display switching timing of the digital micromirror device and the polarization state switching timing of the optical device included in the optical device are synchronized, a double image due to timing failure can be prevented, and a good high-definition image can be obtained. It is done.
また、別の発明としての立体画像表示装置は、上記の表示装置と、表示装置から出射されるそれぞれの直線偏光の偏光方向と一致する透過軸を有する偏光フィルタを、観察者の左右眼用に対応して有している偏光選択手段とを有することに特徴がある。よって、波長依存性が少なく偏光純度の優れた偏光が得ら、高画質の立体画像を形成できる。また、照明系内に光学デバイスを設けることで、投射レンズのバックフォーカス増大を回避でき装置小型化が図れる。装置小型化に伴い低コスト化や、リアプロジェクションタイプの場合は薄型化、そして投射系内の光学部品点数を低減させ画像品質向上が図れる。更に、立体画像形成のための新たな構成部品を必要としないので投射光学系の設計が容易となる。 In another aspect of the present invention, there is provided a stereoscopic image display device for the left and right eyes of an observer, comprising the above display device and a polarizing filter having a transmission axis that matches the polarization direction of each linearly polarized light emitted from the display device. It has a feature in that it has a corresponding polarization selection means. Therefore, polarized light with less wavelength dependency and excellent polarization purity can be obtained, and a high-quality stereoscopic image can be formed. Further, by providing an optical device in the illumination system, an increase in the back focus of the projection lens can be avoided and the apparatus can be miniaturized. The cost can be reduced along with the downsizing of the apparatus, and the rear projection type can be reduced in thickness and the number of optical components in the projection system can be reduced to improve the image quality. Furthermore, since a new component for forming a stereoscopic image is not required, the projection optical system can be easily designed.
更に、偏光選択手段が眼鏡型であり、偏光フィルタが各眼に対応する眼鏡に設けられていることにより、観察者の位置にかかわらずして良好な立体画像が観察できる。 Furthermore, since the polarization selection means is a spectacle type and the polarizing filter is provided on the spectacles corresponding to each eye, a good stereoscopic image can be observed regardless of the position of the observer.
また、デジタルマイクロミラーデバイスが右眼用又は左眼用の画像を表示している時間帯において、眼鏡型の偏光選択手段の右眼又は左眼の位置に設けられた偏光フィルタの透過軸と平行な直線偏光が観察者に到達するように偏光方向を制御することにより、良好な立体画像が形成できる。 Further, in the time zone in which the digital micromirror device is displaying an image for the right eye or the left eye, it is parallel to the transmission axis of the polarizing filter provided at the position of the right eye or the left eye of the spectacle-type polarization selection means. A good stereoscopic image can be formed by controlling the polarization direction so that the linearly polarized light reaches the observer.
本発明の光学デバイスによれば、時間的に偏光状態を切り替えられ、かつ波長依存性が少なく偏光純度の優れた偏光が得られる。 According to the optical device of the present invention, the polarization state can be switched with time, and polarized light with less wavelength dependency and excellent polarization purity can be obtained.
図1は本発明の第1の実施の形態例に係る光学デバイスの構成を示す斜視図である。同図に示す本実施の形態例の光学デバイス10は、回転軸11を有する四角柱をなし、回転軸11に対して平行でかつ透光性を有する4つの面12を備え、この面12の少なくとも一部が光学的異方性媒質により形成され、回転に伴い面12を通る光線の偏光状態を時間的に切り替え出射する。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an optical device according to a first embodiment of the present invention. The
図2は本発明の第1の実施の形態例に係る光学デバイスの他の例の構成を示す斜視図である。同図に示す光学デバイス20は、回転軸21を有する六角形柱をなし、回転軸21に対して平行でかつ透光性を有する6つの面22を備え、この面22の少なくとも一部が光学的異方性媒質により形成され、回転に伴い面22を通る光線の偏光状態を時間的に切り替え出射する。
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of another example of the optical device according to the first embodiment of the present invention. The
なお、本実施の形態例の光学デバイスは、図1のような四角柱や図2のような六角形柱に限定されず、多角柱状であればよい。また、回転軸11,21は回転対称軸と一致して選ばれている。光学的異方性媒質は多角柱の側面に形成されている。 The optical device according to the present embodiment is not limited to the quadrangular column as shown in FIG. 1 or the hexagonal column as shown in FIG. The rotation axes 11 and 21 are selected to coincide with the rotational symmetry axis. The optically anisotropic medium is formed on the side surface of the polygonal column.
図3は本発明の第2の実施の形態例に係る光学デバイスの構成を示す斜視図である。同図に示す本実施の形態例の光学デバイス30は、回転軸31を有する円柱をなし、光学デバイス30における光学的異方性媒質が円柱の側面32に形成されている。また、光学デバイス30は、例えば光が通る部位を避け、金属や樹脂等でフレームを形成し、このフレームに光学的異方性媒質のエッジを接着することで形成できる。また、ガラス、透明樹脂等、あるいは透明性で光学的に等方性を有する材料で基材を成型し、その上に光学的異方性媒質を印刷し、又は真空成膜などにより形成してもよい。
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the optical device according to the second embodiment of the present invention. The
以上説明したように、第1,第2の実施の形態例における光学的異方性媒質としては、ある所定方向の偏光のみ透過し、それ以外の方向の光線を遮光する直線偏光子、偏光方向により光線の伝播速度に差を持たせる位相シフタが用いられる。特に、位相シフタとして、入射光と出射光に半波長分の位相差を持たせる1/2波長素子、1/4波長分の位相差を持たせる1/4波長素子が選ばれる。それぞれの異方性媒体は、可視光域全般に均一な特性を持つものが好ましいが、特に緑色域で良好に機能するものが望ましい。その材料としては一般的に光学部品として用いられているものを利用でき、例えばポリビニルアルコール、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリオレフィンなどの樹脂を延伸し光学異方性を持たせたものを用いることができる。 As described above, the optically anisotropic medium in the first and second embodiments is a linear polarizer that transmits only polarized light in a certain predetermined direction and shields light beams in other directions, and the polarization direction. Therefore, a phase shifter that makes a difference in the propagation speed of the light beam is used. In particular, as the phase shifter, a ½ wavelength element that gives a phase difference corresponding to a half wavelength between incident light and outgoing light, and a ¼ wavelength element that gives a phase difference equivalent to ¼ wavelength are selected. Each anisotropic medium preferably has a uniform characteristic in the entire visible light range, but is preferably one that functions well in the green range. As the material, those generally used as optical parts can be used. For example, a resin such as polyvinyl alcohol, polypropylene, polyethylene, polycarbonate, polyarylate, polysulfone, polyolefin, etc. is stretched to give optical anisotropy. Can be used.
また、図1及び図2に示す第1の実施の形態例において、各面毎に異なる方向の直線偏光子を配置させることで、各面毎に偏光方向を制御させることが可能である。また、図3に示す第2の実施の形態例においては、側面32で回転方向に所定の間隔で直線偏光を形成させることで、偏光方向を制御できる。更に、DMDを用いたピクセルシフトにおいては、直交する偏光を時間的に切り替えることが必要であり、その意味から偏光方向としては、出射光の偏光方向が直交する2つの偏光子が交互に配列されてなる構造が有用である。いずれの場合においても偏光子から出射する光線の波長特性が均等であることが望ましく、同種類の偏光子を90度傾けた状態で配置していくのがよい。図4に示すように、透明な円盤の表面41に直線偏光子を形成した構成のものを用意し、円盤40を回転することで偏光状態を時間的に切り替えることも可能であるが、光線通過領域全域42で均一な方向の直線偏光を得ることはできない。
Further, in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, it is possible to control the polarization direction for each surface by arranging linear polarizers in different directions for each surface. In the second embodiment shown in FIG. 3, the polarization direction can be controlled by forming linearly polarized light at predetermined intervals in the rotational direction on the
図5は別の発明の第1の実施の形態例に係る光学装置の構成を示す斜視図である。同図に示す本実施の形態例の光学装置50は、図3に示す光学デバイス30の内部に、光学的異方性媒質を透過する光線の光路上に固定ミラー51が設置されて構成されている。光線52は光学的異方性媒質が備わる面32を1回だけ通過する。この光学的異方性媒質は直交する2つの偏光子よりなり、入射光が無偏光である場合、図5に示すように、直交する偏光が時間的に切り替わりながら出射する。この場合、図4と比較し光線通過領域全域で均一な方向直線偏光が得られる。図5では光線の進行方向を固定ミラー51から光学的異方性媒質に向かう方向に設定しており、このように設定することで、例えば図6に示すとおり、DMDに至るまでの光路に反射面を設ける必要がなく反射面の面精度に起因する偏光乱れを回避できる。図6において、ランプユニット61から出射した光線は、カラーホイール62の面で一旦集光し、色が時間的にRGBに分割され出射する。カラーホイール62から出射した光はレンズ63によりロッドインテグレータ64に導かれ光量分布の均質化が図られる。ロッドインテグレータ64から出射した光は、上述したような図5の光学装置50に導かれる。カラーホイール62の1周期毎に光学装置50によって偏光方向が切り替わるタイミングで偏光状態を変える。その後、コンデンサレンズ65を介してDMD66を照明する。DMD66では、各ピクセル毎に進行方向の変調を行う。投射レンズ68の方向に進む光線が複屈折素子67を通過するとき、後述する偏光状態の差によって直進する光線と偏向する光線を制御することが可能で、これら2つの光線を用いて高精細画像が得られる。最終的に投射レンズ68を介して図示しないスクリーンにカラー画像として結像する。なお、図6において光学装置50は、DMD66の投射側に配置することも可能であるが、投射レンズ68のバックフォーカスが長くなってしまうため、照明側に配置するのがより好ましい。
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the optical apparatus according to the first embodiment of another invention. The
図7は別の発明の第2の実施の形態例に係る光学装置の構成を示す斜視図である。同図の光学装置70は、図3に示す光学デバイス30の回転方向に沿って色フィルタ73が備わり、少なくとも1つ以上の色フィルタ73が光学的異方性媒質を兼ねる構造を有している。特に、ここでは無偏光を入射させ時間的に色、偏光方向がともに切り替わる構成の例である。この光学デバイス30を用いることによって、図6の光学系からカラーホイール62を除いた場合、つまり図8に示すような構成でも、同様の機能が得られるようになり、装置小型化及び低コスト化が図れる。なお、図8においてはロッドインテグレータ64の後にリレーレンズ81を設け、光学的異方性媒質の部分とロッドインテグレータ64の出射部とを共役な関係とし、光線の収束点とした。
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of an optical apparatus according to a second embodiment of another invention. The
ここで、図6及び図8において、光学的異方性媒質を透過する光線の光軸は、回転軸と垂直であるのが良好な偏光状態を得るのに望ましく、更に、光学的異方性媒質を透過する光線の光軸を含む直線が、光学デバイスの回転軸を通ることがより一層望ましい。また、光学的異方性媒質に入射する光線が収束光であり、収束点が光学的異方性媒質部と一致するように配置するのがよい。 Here, in FIGS. 6 and 8, it is desirable that the optical axis of the light beam transmitted through the optically anisotropic medium is perpendicular to the rotation axis in order to obtain a good polarization state. It is even more desirable that the straight line including the optical axis of the light beam passing through the medium passes through the rotation axis of the optical device. Further, it is preferable that the light beam incident on the optically anisotropic medium is convergent light, and the convergent point coincides with the optically anisotropic medium part.
次に、ピクセルシフトのモードとして以下の2つを考える。1つは各ピクセルがシフト位置として2つの位置(SP1,SP2)を取り、それぞれの位置でRGB各色位置に応じた明るさを取る場合である。この場合、図9の(a),(c)に示すように、1つの画像フィールドは6つのサブフィールドに分けられ、6つの偏光・色状態が各サブフィールド毎に設定される。このモードを達成するためには、図7に示す光学装置70における光学デバイス30に対して、回転方向に沿って備わる色フィルタ73が、少なくとも赤(R)緑(G)青(B)の3色を含み、1回転の間にそれぞれの色毎に直交する偏光を出射するよう構成すればよい。この場合、隣接するサブフィールドの色はカラーブレーク、すなわち人間が時間的な色の変化を感じてしまい違和感を覚える現象を抑制するために異なる色に設定するのが好ましい。もう1つのピクセルシフトのモードは、各ピクセルがシフト位置として2つの位置を取り、一方の位置ではRGBの各色を表示し、もう一方の位置では緑のみ表示する場合である。この場合図9の(b),(d)に示すように1つの画像フィールドは4つのサブフィールドに分けられる。図7に示す光学装置70の光学デバイス30に対して、回転方向に沿って備わる色フィルタ73が、赤(R)緑(G)青(B)緑(G)よりなり、1回転の間にそれぞれの緑(G)が、直交する偏光を出射するよう構成すればよい。
Next, consider the following two pixel shift modes. One is a case where each pixel takes two positions (SP1, SP2) as shift positions, and brightness corresponding to each color position of RGB is obtained at each position. In this case, as shown in FIGS. 9A and 9C, one image field is divided into six subfields, and six polarization / color states are set for each subfield. In order to achieve this mode, the
図10は図3の光学デバイスの側面図である。各色には図中示す方向の偏光子が形成されている。この場合赤(R)と青(B)はいずれかの偏光方向と一致する偏光状態に設定するのが望ましく、さらには後述する複屈折板を通過する際に常光となる方向に設定するのが、波長分散による色劣化を抑える上で好ましい。また、図10の(b)に示すように、赤(R),青(B)の色フィルタの透過率を、いずれの緑(G)の色フィルタの透過率より高く(図中緑(G)の透過率が低いことを網掛けで表示)設定したり、図10の(c)に示すように、赤(R),青(B)の色フィルタの回転方向の幅をいずれの緑(G)の色フィルタの幅より広くとることで色バランスを良好に保つことができる。 FIG. 10 is a side view of the optical device of FIG. Each color has a polarizer in the direction shown in the figure. In this case, it is desirable to set red (R) and blue (B) to a polarization state that coincides with one of the polarization directions, and further to set the direction to become ordinary light when passing through a birefringent plate described later. It is preferable for suppressing color deterioration due to wavelength dispersion. Further, as shown in FIG. 10B, the transmittance of the red (R) and blue (B) color filters is higher than the transmittance of any of the green (G) color filters (green (G in the figure)). ) Is set to be low), or the width of the rotation direction of the red (R) and blue (B) color filters is set to any green (as shown in FIG. 10C). The color balance can be kept good by taking it wider than the width of the color filter of G).
図11は別の発明の第1の実施の形態例に係る表示装置の構成を示す概略構成図である。同図に示す本実施の形態例の表示装置110によれば、図6及び図8に示すロッドインテグレータ64に代え偏光変換素子111を設けた光学系を有している投射型の表示装置であって、光学装置50の光学デバイスに入射する光線の偏光を制御可能であり、例えば直線偏光、円偏光を入射させることができる。そして、光学的異方性媒質を、光学デバイスの回転方向に沿って所定間隔で形成された1/2波長素子で構成し、入射する直線偏光に対して1/2波長素子の遅相軸方向を偏光方向から所定角度、傾斜させることで、任意の偏光方向の直線偏光を取り出せる。光学デバイスの回転方向に沿って、1/2波長素子の間隙に、1/2波長素子透過時の光路長と一致する光学的等方性媒質を設けておくことにより、等方性媒質を光線が通過する場合は偏光状態を保持し、光学的異方性媒質を通過するときに偏光方向を切り替えることが可能となる。また、光路長を等しく設定しておけば結像位置が変化しない。更に、両者の透過率を等しく設定することで色バランスを保持することができる。各波長で同等の透過率に設定するのが好ましく、投射型表示装置の場合、とりわけ緑色を同等に設定する必要がある。また、光学的異方性媒質を、光学デバイスの回転方向に沿って所定間隔で形成された1/4波長素子で構成することができる。入射する円偏光に対して位相方向の異なる1/4波長素子を交互に配置することで、直交する直線偏光を取り出せる。更に、1/2波長素子や1/4波長素子を直線偏光子と同様に色フィルタと組み合わせて用いることもできる。偏光変換素子との組み合わせでそれぞれ時間的に切り替わる直線偏光を得るための光学装置を構成することができる。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing the configuration of the display device according to the first embodiment of another invention. The
図12は別の発明の第2の実施の形態例に係る表示装置の構成を示す概略構成図である。同図に示す本実施の形態例の表示装置120は、光学装置の光学デバイスを透過する間に光学的異方性媒質が備わる面を2回通過する投射型の表示装置である。ここでの光学装置には図1に示す四角柱の光学デバイス10を用いている。同図において、光学デバイスの後段にあるコンデンサレンズのパワーを適切に設定することで、画像表示素子に到達する照明光は偏光方向が上から下へ順次変化することになる。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a display device according to a second embodiment of another invention. A
図13は、図12の光学装置における光学デバイスを光が透過する場合の動作を模式的に示した図であり、ここでは光線は無偏光であって図中左から右に進行している。光学デバイス10は光路中に位置し図示の通り回転している。図13の(a)の状態では、光の入射面と出射面とに位置する偏光子と光軸は垂直であり、光は全て1つの面から入射し1つの面から出射する。入射面と出射面に縦方向の透過軸を有する偏光子を設けることで縦方向の偏光のみ出射する。図13の(c)の状態では同様に横方向の成分のみ出射する。図13の(b)の状態では、入射面、出射面とも2つの面にまたがる。入射面1では偏光子が縦方向の透過軸を有するため縦方向の成分のみ透過させるが、この光は多角体偏光フィルタ内部の透明材質の屈折率によって屈折し出射面1に導かれる。出射面1では入射面1と同様縦方向の偏光を透過するのでこの出射光は縦方向偏光成分のみ有することになる。入射面2では偏光子が横方向の透過軸を有するため横方向の成分のみ透過させるが、同様に、この光は多角体偏光フィルタの屈折率によって屈折し出射面2に導かれる。出射面2では入射面2と同様横方向の偏光を透過するのでこの出射光は横方向偏光成分のみ有することになる。
FIG. 13 is a diagram schematically showing an operation when light is transmitted through the optical device in the optical apparatus of FIG. 12. Here, the light beam is unpolarized and proceeds from the left to the right in the drawing. The
なお、上記の場合、無偏光の光を多角体偏光フィルタに入射させる例を示したが、直線偏光の入射光であっても多角体偏光フィルタを用いることが可能である。図14は、この例を示すもので光学的異方性媒体として入射面1および出射面1に位置する面に1/4波長素子を設け入射面2および出射面2に位置する面には1/4波長素子の透過率と同等の等方媒質を設ける。これによって入射面1から入射した光は光学デバイス中では円偏光となり、出射面1を通過した後、入射光とは偏光面が90度異なる直線偏光となる。入射面2から入射した光は状態を変えることなく出射面2から出射する。ランプ光源等の無偏光の照明光を直線偏光に変換させる方法は従来より偏光変換素子として提案されており、本投射型画像表示装置においても利用することができる。
In the above case, an example in which unpolarized light is incident on the polygonal polarizing filter has been described. However, it is possible to use a polygonal polarizing filter even for linearly polarized incident light. FIG. 14 shows an example of this. A quarter wavelength element is provided as an optically anisotropic medium on the surface located on the
次に、ピクセルシフトの方向と位置について説明する。図15の(a)は、ピクセルシフトの方向がDMD内ピクセルの対角方向であり、この場合光学デバイスを出射し時間的に偏光方向を切り替えながらDMDに入射する光線の偏光方向は、DMDのピクセルの対角方向と垂直もしくは平行な方向をとる。図15の(b)は、ピクセルシフトの方向がDMD内ピクセルの辺方向であり、この場合光学デバイスを出射し時間的に偏光方向を切り替えながらDMDに入射する光線の偏光方向は、DMDのピクセルの辺方向と垂直もしくは平行な方向をとる。よって、上下あるいは左右方向の走査線間を補間する位置にピクセルシフトさせることが可能となり効率よく高精細化が図れる。例えばHDTVのD4規格である720本の走査線に対してDMDの副走査方向のピクセル数が半数360本であっても、ピクセルシフトにより720本相当の画像が得られる。 Next, the direction and position of pixel shift will be described. In FIG. 15A, the pixel shift direction is the diagonal direction of the pixel in the DMD. In this case, the polarization direction of the light beam that exits the optical device and enters the DMD while switching the polarization direction in time is The direction is perpendicular or parallel to the diagonal direction of the pixel. In FIG. 15B, the direction of the pixel shift is the side direction of the pixel in the DMD. In this case, the polarization direction of the light beam that exits the optical device and enters the DMD while switching the polarization direction in time is the DMD pixel. The direction is perpendicular or parallel to the side direction. Therefore, it is possible to shift the pixel to the position for interpolating between the scanning lines in the vertical and horizontal directions, and high definition can be achieved efficiently. For example, even if the number of pixels in the sub-scanning direction of DMD is half of 360 for 720 scanning lines that are the D4 standard of HDTV, an image equivalent to 720 is obtained by pixel shift.
図16は本発明で用いられる複屈折素子の構造を示す図である。図16の(a)に示すように、光軸に対して傾斜した方向に光学軸を有している。なおここでは簡単のため、光軸と複屈折素子の表面は垂直な関係にあるとする。また、図16に示した直交座標系において、図16の(b)の光線1に示すように、光線がx方向に偏光方向を有する場合、すなわち複屈折素子の光学軸と光軸を含む面に対し垂直な状態であるとき、この偏光は常光として振る舞い複屈折素子中を直進する。一方、光線2に示すように、光線がy方向に偏光方向を有する場合、すなわち複屈折素子の光学軸と光軸を含む面に対し平行な状態であるとき、この偏光は異常光として振る舞い複屈折素子中を直進する。これ以外の方向に直線偏光の方向がある場合、直進する成分と偏光する成分が発生する。したがって、光学デバイスを出射し時間的に偏光方向を切り替えながら、複屈折素子に入射する光線の偏光方向が、複屈折素子の光学軸と光軸を含む面に対し、平行な状態と垂直な状態で切り替えることで、直進と偏光を制御できる。また、異常光のシフト量sをDMDピクセル配列の半ピッチとすることでピクセル間を等分に補間するため高品位の画像が得られる。更に、複屈折板の材料としては、KH2PO4(KDP)、NH4H2PO4(ADP)、LiNbO3、LiTaO3、GaAs、CdTeなど第1次電気光学効果(ポッケルス効果)の大きな材料や、KTN、SrTiO3、CS2、ニトロベンゼンなどの第2次電気光学効果の大きな材料、等を用いることができる。
FIG. 16 is a diagram showing the structure of a birefringent element used in the present invention. As shown to (a) of FIG. 16, it has an optical axis in the direction inclined with respect to the optical axis. Here, for simplicity, it is assumed that the optical axis and the surface of the birefringent element are perpendicular to each other. Further, in the orthogonal coordinate system shown in FIG. 16, when the light ray has a polarization direction in the x direction, as shown by the
図17は本発明の光学装置における、DMD駆動信号、偏光状態の1フィールド内における時間配分の例を示すタイムチャートである。同図からわかるように、表示切替タイミングと光学デバイスの偏光状態切替タイミングが同期しており、画像劣化が抑制できる。この同期は例えば光学デバイスの所定位置に光学検出用のマークを形成し、マークからの反射光により同期信号を得ることで行えばよい。 FIG. 17 is a time chart showing an example of time distribution in one field of DMD drive signal and polarization state in the optical apparatus of the present invention. As can be seen from the figure, the display switching timing and the polarization state switching timing of the optical device are synchronized, and image degradation can be suppressed. This synchronization may be performed, for example, by forming a mark for optical detection at a predetermined position of the optical device and obtaining a synchronization signal by reflected light from the mark.
図18は別の発明の一実施の形態例に係る立体画像表示システムの構成を示す概略構成図である。同図に示す本実施の形態例の立体画像表示システムには、例えば図8と同様の投射型表示装置を用いている。この投射型表示装置からは、光学装置70の光学デバイスによって、直交する偏光が1フレームの間に交互に出射している。この直交する偏光をそれぞれ右眼、左眼で独立に認識できるように、直線偏光の偏光方向と一致する透過軸を有する偏光フィルタを左右眼用に対応して形成した偏光選択手段を設ける。なお、図18の立体画像表示システムにおいては観察者が眼鏡型偏光選択手段180をかけている。
FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a stereoscopic image display system according to an embodiment of another invention. For example, a projection display device similar to that shown in FIG. 8 is used in the stereoscopic image display system according to this embodiment shown in FIG. From this projection type display device, orthogonal polarized light is alternately emitted during one frame by the optical device of the
図19は別の発明の立体画像表示システムにおける、DMD駆動信号、偏光状態の1フィールド内における時間配分の例を示すタイムチャートである。同図からわかるように、表示切替タイミングと光学デバイスの偏光状態切替タイミングは前述同様に同期しており、画像劣化が抑制できる。そして、DMDに入力する立体画像信号は、例えば図20に示すように両眼に対応し2台のカメラ201,202で被写体200を撮影した画像を用いることができる。各カメラ201,202において同一タイミングで得たそれぞれのフレーム画像203,204は、RGBに分解され6枚のサブフィールド画像205〜210を得る。図18の光学装置70の光学デバイスから出射する光の偏光方向と色は、図19に示す通り、例えば[右R]→[左G]→[右B]→[左R]→[右G]→[左B]とすればよく、これに合せて6枚のサブフィールド画像に対応した画像信号を図18のDMD66に伝送する。これによって1フィールドの間に左右両眼にカラーの立体画像が視認できるようになる。隣接するサブフィールド画像では偏光方向、色ともに異なるように設定するのがフリッカを抑制するために望ましい。
FIG. 19 is a time chart showing an example of time distribution in one field of DMD drive signal and polarization state in a stereoscopic image display system of another invention. As can be seen from the figure, the display switching timing and the polarization state switching timing of the optical device are synchronized as described above, and image degradation can be suppressed. As the stereoscopic image signal input to the DMD, for example, as shown in FIG. 20, an image obtained by photographing the subject 200 with the two
なお、図18に示すような眼鏡型偏光選択手段180を用いずに立体画像表示システムを構成することも可能である。例えば図18のスクリーン181にレンチキュラースクリーンを用い、レンチキュラースクリーン内に、直交する偏光フィルタをストライプ状に形成した偏光板列を設ける。そして、ストライプの一方を通る光が全て右眼に、他方を通る光が全て左眼に導かれるようにレンチキュラーレンズを設計する。その上で、DMD66から出射した光は光学装置70の光学デバイスにより時分割に偏光方向が切り替えられるため、ストライプ状偏光フィルタを通る光は交互に遮光されることになる。よって、遮光されない光が導かれる側の眼に対応してDMD66の画像を切り替えることで左右眼独立の画像を形成することができ、立体画像を形成することができる。ただし、偏光板列により実質光量を半減させてしまうことによる光利用効率低下が問題である。
Note that it is also possible to configure a stereoscopic image display system without using the glasses-type polarization selection means 180 as shown in FIG. For example, a lenticular screen is used as the
なお、本発明は上記実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications and substitutions are possible as long as they are described within the scope of the claims.
10,20,30;光学デバイス、11,21,31;回転軸、
12,22;面、32;側面、50,70;光学装置、
51,71;固定ミラー、110,120;表示装置、
180;眼鏡型偏光選択手段、181;スクリーン。
10, 20, 30; optical device, 11, 21, 31; rotating shaft,
12, 22; surface, 32; side surface, 50, 70; optical device,
51, 71; fixed mirror, 110, 120; display device,
180; glasses-type polarization selecting means; 181; screen.
Claims (42)
Parallel to the transmission axis of the polarizing filter provided at the position of the right eye or left eye of the polarized light selecting means of the glasses type in the time zone in which the digital micromirror device is displaying an image for the right eye or the left eye 42. The stereoscopic image display device according to claim 40, wherein the direction of polarization is controlled so that simple linearly polarized light reaches an observer.
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