太阳城集团

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影像显示装置和应用该影像显示装置的三维影像显示装置.pdf

摘要
申请专利号:

CN201010281532.9

申请日:

2008.05.16

公开号:

CN101950084B

公开日:

2015.01.07

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 专利权的转移IPC(主分类):G02B 27/22登记生效日:20180302变更事项:专利权人变更前权利人:日立麦克赛尔株式会社变更后权利人:麦克赛尔株式会社变更事项:地址变更前权利人:日本大阪府变更后权利人:日本京都府|||专利权的转移IPC(主分类):G02B 27/22变更事项:专利权人变更前权利人:日立民用电子株式会社变更后权利人:日立麦克赛尔株式会社变更事项:地址变更前权利人:日本东京都变更后权利人:日本大阪府登记生效日:20150304|||授权|||专利申请权的转移IPC(主分类):G02B 27/22变更事项:申请人变更前权利人:株式会社日立制作所变更后权利人:日立民用电子株式会社变更事项:地址变更前权利人:日本东京变更后权利人:日本东京都登记生效日:20131209|||实质审查的生效IPC(主分类):G02B 27/22申请日:20080516|||公开
IPC分类号: G02B27/22; H04N13/00 主分类号: G02B27/22
申请人: 日立民用电子株式会社
发明人: 平田浩二; 谷津雅彦; 池田英博
地址: 日本东京都
优先权: 2007.05.16 JP 2007-130003
专利代理机构: 北京尚诚知识产权代理有限公司 11322 代理人: 龙淳
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法律状态
申请(专利)号:

CN201010281532.9

授权太阳城集团号:

||||||101950084B|||||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2018.03.23|||2015.03.25|||2015.01.07|||2013.12.25|||2011.03.16|||2011.01.19

法律状态类型:

太阳城集团专利申请权、专利权的转移|||专利申请权、专利权的转移|||授权|||专利申请权、专利权的转移|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明提供一种影像显示装置和应用该影像显示装置的三维影像显示装置。现有的影像显示装置在从观看者看的纵深方向的相异位置上设置有多个显示面,在该多个显示面上显示二维图像,从而能够视听三维图像,但该装置很昂贵。本发明构成为,包括:用于根据第一影像信号调制所入射的光并形成第一图像的第一光调制部;用于根据第二影像信号调制来自光源的光的一个或多个第二光调制部;和配置在所述第一光调制部的光入射侧,对在所述第二光调制部调制的光进行放大投影并形成第二图像的放大像形成部,其中,所述第一光调制部,被射入在所述放大像形成部形成的所述第二图像的光,根据所述第一影像信号调制该第二图像的光并形成第一图像。

权利要求书

1: 一种影像显示装置, 其特征在于, 包括 : 投影图像形成装置 ; 和用于根据第一影像信号, 对由该投影图像形成装置形成的投影 图像进行调制得到显示用图像的第一光调制部, 所述投影图像形成装置具有 : 光源 ; 根据第二影像信号对来自该光源的光进行调制的 一个或多个第二光调制部 ; 和用于投影在该第二光调制部调制的光并在所述第一光调制部 的光入射侧形成所述投影图像的投影透镜装置, 并且, 所述投影透镜装置具有 : 从形成放大图像的第一光调制部的入射面朝向所述第 二光调制部依次配置的、 含有旋转非对称的反射面的第一镜子 ; 和包括第一组和第二组的 投影透镜, 其中, 所述第一组包括位于该第一镜子的第二光调制部侧的至少 1 面具有旋转 非对称的透镜面的第一透镜, 所述第二组作为整体具有正的折射力, 在所述第一镜子与所述第一光调制部之间至少配置有 1 枚平面镜。
2: 一种三维影像显示装置, 其为在纵深位置相异的多个显示面上分别显示二维图像从 而生成三维立体图像的三维显示装置, 其特征在于, 包括 : 用于根据第一影像信号调制所入射的光并形成第一图像的第一光调制部 ; 和投影图像 形成装置, 所述投影图像形成装置是为了获得位于从观看者看相异的纵深位置的多个显示图像, 而在所述第一光调制部的光入射侧形成第二图像的装置, 该投影图像形成装置包括 : 用于根据影像信号调制来自光源的光的强度的一个或多个 第二光调制部 ; 和用于放大投影在该第二光调制部得到的图像并形成所述第二图像的投影 透镜装置, 令通过所述投影图像形成装置得到的第二图像为从规定的方向对显示对象物体进行 投影的二维像, 通过在第一光调制部对该第二图像的光束进行再次调制形成所述第一图 像, 令该第一图像为从与所述第二图像相异的影像信号形成的二维像, 由此能够显示三维 图像。
3: 如权利要求 2 所述的三维影像显示装置, 其为在纵深位置相异的多个显示面上分别 显示二维图像从而生成三维立体图像的三维显示装置, 其特征在于 : 令通过所述投影图像形成装置得到的第二图像为从来自观看者的一方的眼睛的视线 方向对显示对象物体进行投影的二维像, 通过在第一光调制部对该第二图像的光束进行再 次调制形成所述第一图像, 令该第一图像为从来自观看者的另一方的眼睛的视线方向进行 投影的二维像, 由此能够显示三维图像。
4: 如权利要求 2 或 3 所述的三维影像显示装置, 其特征在于 : 还包括将来自所述光源的光变换成所希望的偏振波成分的偏振光变换部, 所述第二光 调制部根据影像信号而对来自该偏振光变换部的光的强度进行调制。
5: 如权利要求 2 或 3 所述的三维影像显示装置, 其特征在于 : 所述第一图像的尺寸与所述第二图像的尺寸能够相互独立地变化。
6: 如权利要求 2 或 3 所述的三维影像显示装置, 其特征在于 : 使所述第二图像的亮度比所述第一图像的亮度高。
7: 如权利要求 2 或 3 所述的三维影像显示装置, 其特征在于 : 使所述第二图像的亮度比所述第一图像的亮度低。 2
8: 如权利要求 2 或 3 所述的三维影像显示装置, 其特征在于 : 使所述第二图像的尺寸比所述第一图像的尺寸小。
9: 如权利要求 5 所述的三维影像显示装置, 其特征在于 : 使所述第二图像的尺寸从第一光调制部向纵深方向逐渐变小。
10: 如权利要求 5 所述的三维影像显示装置, 其特征在于 : 使所述第二图像的尺寸从第 一光调制部向纵深方向逐渐变大。

说明书


影像显示装置和应用该影像显示装置的三维影像显示装置

    本申请是申请日为 2008 年 5 月 16 日, 发明名称为 “影像显示装置和应用该影像显 示装置的三维影像显示装置” , 申请号为 200810096577.1 的专利申请的分案申请。
     技术领域 本发明涉及从观察者一侧观察在位于组件纵深方向不同位置的多个显示面上分 别显示多个二维图像的影像显示装置, 特别涉及即使将二维图像的显示尺寸大型化也能够 廉价地提供的影像显示装置。
     背景技术 近年来, 随着预定在 2011 年的地面波模拟电视 (television) 播放的停播, 能够接 收已经开始的高精细 ( 例如 1920×1080 像素 ) 的高清晰播放、 高图像质量的地面波数字 TV(television) 播放的大画面的直视型影像显示装置也越来越普及。
     一般而言, 用于薄型直视型的影像显示装置中的显示面板有 PDP( 等离子体显示 面板 : Plasma Display Panel)、 液晶面板等, 而与 PDP 相比, 液晶面板的对比度 ( 也称为对 比度比 ) 稍逊一筹。另一方面, PDP 还残存有在进行全白显示时亮度不足等需要解决的问 题。并且, 太阳城集团薄型直视型的影像显示装置, 虽然面板在总成本中所占的比例较大, 但是随 着面板制造商的大型设备投资而导致的面板的生产过剩, 面板的单价已经大幅度下跌, 所 以组装价格也随之以每年大约 20%以上的速度下跌。
     因此, 组装制造公司也均在继续进行附加价值高的影像显示装置的开发, 商 品调整的重点为, 面板的析像度从 XGA(1024×768 像素 ) 向对应更高精细度的高清晰 (1920×1080 像素 ) 播放的机型转移。并且, 作为下一阶段, 正在进行能够进行三维立体图 像 ( 以下, 称为 “三维图像” ) 的显示的三维影像显示装置的开发。
     作为显示该三维图像 ( 三维立体图像 ) 的三维显示方法, 在开发的初期阶段, 已知 有按照影像信号的每一个 field( 场 ) 对右眼用的图像 ( 二维图像 ) 和左眼用的图像 ( 二 维图像 ) 进行切换, 并与之同步切换安装在眼镜中的液晶快门 (shutter) 的液晶快门眼镜 方式。但是, 在该方式中, 因为需要液晶快门眼镜, 所以在实际使用上非常不便。并且还存 在以下问题点, 即, 因为在显示二维图像的面 ( 以下, 称为 “显示面” ) 进行在肉眼的焦点调 整, 容易产生眼睛疲劳等的生理问题。
     作为解决上述问题点的三维显示方法和应用该三维显示方法的三维影像显示装 置, 已知有专利文献 1。
     在专利文献 1 中, 公开有 : 在安装纵深方向的相异位置在多个显示面上生成从观 看者的视线方向对显示对象物体进行投影的二维图像 ( 以下, 只要不产生疑义, 就将二维 图像简称为 “图像” ), 按照每个显示面个别独立地控制该图像的亮度, 由此获得不协调感较 少的三维图像的三维显示方法。 在本三维显示方法中, 例如, 一定地保持从观看者看到的总 体的亮度, 同时, 越靠近观看者的显示面越提高其图像的亮度, 越远离观看者的显示面越降 低其图像的亮度。 由此, 观看者由于生理或心理上的原因或者说错觉, 显示的即使是二维图
     像, 也感觉到在多个显示面之间存在三维图像。
     此外, 在专利文献 1 中, 公开有多个应用上述三维显示方法的三维影像显示装置 的实施例。
     例如, 在三维影像显示装置的第一实施例 ( 专利文献 1 的图 20) 中, 公开有 : 通过 半透明反射镜 (halfmirror) 将多个二维影像显示装置 ( 例如, CRT、 液晶显示器、 LED 显示 器、 等离子体显示器、 FED 显示器、 DMD 显示器、 投影型显示器、 线扫描型显示器等 ) 的图像 分别配置在纵深方向的相异位置 ( 显示面 ) 的光学系统。但是, 在此三维影像显示装置中, 为了获得大型的三维图像, 存在装置大型化 ( 尤其是装置的纵深加长加大化 ), 且昂贵的问 题。而且, 因为使用半透明反射镜, 所以光的利用效率下降, 装置的明亮度变小。
     在第二实施例 ( 专利文献 1 的图 21) 的三维影像显示装置中, 公开有 : 在投影图像 的多个投影机的前面配置用于分别进行光的透过 / 遮断的快门元件, 在来自各个投影机的 投影图像的成像位置分别配置对散射 / 透过或反射 / 透过进行控制的散射板, 使散射板的 散射 / 透过的定时 ( タイミング ) 与快门元件的透过 / 遮断的定时匹配而进行驱动, 由此, 通过太阳城集团分割, 控制在散射板上形成的图像的纵深位置的光学系统。 但是, 在该三维影像显 示装置中, 为了获得大型的三维图像而使装置大型化 ( 尤其是装置的纵深加长加大化 )。 而 且, 控制散射 / 透过或反射 / 透过的散射板在大型化的情况下非常昂贵。
     在第三实施例 ( 专利文献 1 的图 22) 的三维影像显示装置中, 公开有将三维影像 显示装置内部的多个图像显示在三维影像显示装置的外部的光学系统。但是, 将三维影像 显示装置内部的多个图像变换到三维影像显示装置的外部显示面上的透镜光学系统 183 的设计很困难。同样, 高精度地实施第四实施例 ( 例如, 专利文献 1 的图 23) 记载的变焦距 反射镜 (varifocal mirror) 的形状控制也非常困难, 是不现实的。进一步, 太阳城集团之后记载 的实施例 ( 例如专利文献 1 的图 24), 不仅技术上的障碍较高难以制造, 而且为了实现三维 影像显示装置成本上升的因素也非常多, 最终很可能变得非常昂贵。
     专利文献 1 : 日本专利特许第 3022558 号公报 发明内容 本发明是鉴于上述问题而完成的, 其目的在于提供能够低成本显示高图像质量的 多个图像且适宜于三维图像显示的影像显示装置。
     为了实现上述目的, 本发明提供一种影像显示装置, 其特征在于 : 具有设置在距离 观看侧最近的位置的第一显示用光调制部 ; 和通过影像信号对来自光源的光进行调制, 且 具有比上述显示用光调制部的显示面更小的显示面的第二光调制部 ; 并且, 至少具有一个 包括将在该第二光调制部调制的光向第一光调制部放大投影的投影透镜装置的投影装置。
     根据上述结构, 通过第二光调制部按照像素单位对从光源射出的光量进行光调 制, 获得第一个二维图像。 进一步, 利用进行放大投影的放大投影透镜装置将该调制过的图 像光使用为输向第一显示用光调制部的输入光, 由此能够得到第二个二维图像。 结果, 能够 进行多个二维图像的显示。如果增加上述第二光调制部和投影透镜装置的组合 ( 即投影装 置 ) 并增加二维图像的数量, 则能够实现能够显示更真实的三维图像的影像显示装置。
     在本方式中, 因为能够缩小第二光调制部的尺寸, 所以即使增加二维图像显示的 画面数也能够以低成本实现大型的三维显示装置。 进一步, 通过光多次通过偏振光板, 还能
     够获得能够大幅提升图像的对比度性能这样的另外的效果。
     而且, 因为在光源与第二光调制部之间设置有将来自上述光源的光变换为所希望 的方向的偏振光成分的偏振光变换部, 所以能够使从光源出射的没有偏振的光与规定的偏 振光方向一致, 能够高效地利用来自光源的光。
     发明的效果
     根据本发明, 能够得到低成本且高图像质量的影像显示装置以及应用该影像显示 装置的三维显示装置。 附图说明 图 1 是示意地表示本发明的一个实施方式的影像显示装置的结构图。
     图 2 是表示本发明的影像显示装置中的投影透镜装置的基本的光学系统的结构 的截面图。
     图 3 是构成投影透镜装置的投影透镜的立体图。
     图 4 是投影透镜的截面图。
     图 5 是本实施方式涉及的 YZ 截面的投影光学系统的光线图。
     图 6 是本实施方式涉及的 XZ 截面的投影光学系统的光线图。 图 7 是表示本实施方式涉及的投影光学系统的畸变性能的图。 图 8 是表示本实施方式涉及的投影光学系统的光点 (spot) 性能的图。 图 9 是表示本实施方式涉及的菲涅尔透镜片的示意结构图。 图 10 是设定构成折射区域 160D 的折射型菲涅尔透镜的棱镜面形状的方法的说明图。 图 11 是表示折射区域 160D 中的棱镜面 ( プリズム面 ) 与原面 ( オリジナル面 ) 的关系的图。
     图 12 是实施例 1 的投影图像形成装置的示意结构图。
     图 13 是包含光轴沿液晶面板的长边切断实施例 1 的偏振光变换元件后的截面结 构图。
     图 14 是实施例 2 的投影图像形成装置的示意结构图。
     图 15 是实施例 3 的影像显示装置的示意结构图。
     图 16 是用于说明本实施方式涉及的三维显示方法的原理的图。
     图 17 是示意表示本发明的一个实施方式的三维影像显示装置的变形例的结构 图。
     具体实施方式
     以下, 使用附图对本发明的最佳的实施方式进行详细的说明。其中, 在各图中, 对 于具有共同的功能的要素付与相同的符号, 对于已经说明过的内容, 省略其重复说明。并 且, 为了使说明简单, 虽然对在两个显示面中显示二维图像的情况进行说明, 但本发明不限 于此。当然, 即使采用两个以上的显示面, 也能够得到后述的同样的效果。
     在说明本实施方式之前, 首先, 对在本实施方式的影像显示装置中, 用于三维立体 图像显示的专利文献 1 所公开的三维显示方法的原理进行说明。图 16 是用于说明本实施方式涉及的三维显示方法的原理的图。其中, 图 (a) 是立 体图, 图 (b) 是大致从正面看时的图。
     如图 16 所示, 在视听影像的观看者 250 的前方, 在纵深方向相异的位置设置多个 显示面, 例如设置第一显示面 170a 和第二显示面 160a, 使用后述的本实施方式的影像显示 装置, 在这些显示面上显示两个图像 ( 二维图像 ) 即第一图像 175 和第二图像 155。其中, 第一显示面 170a 与作为后述的第一光调制部的图像显示用液晶面板 170 的显示面 ( 图像 形成面 ) 对应, 第二显示面 160a 与通过投影透镜装置 10 对作为后述的第二光调制部的液 晶面板 150 的显示面 ( 图像形成面 ) 进行放大投影后的投影图像面 ( 成像面 ) 对应。
     如专利文献 1 的图 2 所述那样, 在第一显示面 170a 和第二显示面 160a 中显示的 图像 ( 二维图像 )175、 155 为, 从观看者的两眼的视线方向将希望呈现给观看者的三维物体 ( 显示对象物 ) 向上述显示面 170a、 160a 投影的图像。
     作为向这些显示面 170a、 160a 投影的图像的形成方法, 例如列举出, 使用通过照 相机从视线方向对三维物体进行拍照而获得的二维图像的方法、 或对从其它方向拍照而获 得的多张二维图像进行合成的方法、 或使用基于计算机图片处理的合成技术、 模型化的方 法等各种方法。 而且, 在后述的本实施方式的影像显示装置中使用的第一影像信号、 第二影 像信号通过使用上述方法中的任一个生成, 第一影像信号与第一图像对应, 第二影像信号 与第二图像对应, 经常具有相异的信号成分。 另一方面, 除了专利文献 1 所示的方法以外, 本发明者们也确认到, 通过在试制的 影像显示装置中显示 2 种图像, 通过改变第一图像和第二图像的大小、 使亮度信号的电平 相异, 显示画面的内容即使相同, 能够在视觉上也如同近似地进行三维显示。并且, 通过增 加第二图像的数目, 能够得到更逼真的三维图像。
     如图 16(b) 所示, 分别在第一显示面 170a 和第二显示面 160a 这两个面上显示以 上述方式生成的第一图像 175 和第二图像 155, 使得从连接观看者 250 的右眼和左眼的线上 的一点观看时重合。在后述的本实施方式的影像显示装置中, 因为能够使显示面的尺寸为 27 ~ 100 英寸 ( インチ ) 左右, 并且能够以与画面尺寸匹配的方式使第一显示面 170a 与第 二显示面 160a 之间的距离 L 为例如大致 0mm ~ 50mm 左右的最佳显示距离, 所以能够充分 地满足上述条件。
     然后, 为了使得能够从两个图像 ( 二维图像 ) 感觉到三维图像 ( 三维立体图像 ), 将从观看者 250 看到的总体的亮度保持不变, 同时使其按照三维物体距离观看者的纵深位 置进行改变。
     参照图 16 对该亮度的改变方法的一个例子进行说明。而且, 在此, 为了更容易理 解, 对亮度较高的图像较浓地进行表示。
     即, 例如, 将从观看者 250 看到的总体的亮度保持不变, 同时距离观看者越近的显 示面 ( 此处为第一显示面 170a) 越提高图像的亮度, 距离观看者越远的显示面 ( 此处为第 二显示面 155a) 越降低图像的亮度。由此, 观看者通过生理或心理的原因或者说错觉, 即使 显示的是二维图像, 也感觉到在多个显示面 ( 此处为第一显示面 170a 和第二显示面 155a) 之间存在三维图像。
     通过使用以上所述的三维显示方法, 通过在从观看者看纵深位置相异的多个显示 面上分别形成多个图像 ( 二维图像 ), 能够显示三维图像 ( 立体视图 )。
     接着, 对本实施方式的影像显示装置进行说明。
     本实施方式的影像显示装置, 为了在从观看者看纵深位置相异的多个显示面上分 别形成多个图像 ( 二维图像 ), 具有至少两个用于形成作为图像的光学像的光调制部。而 且, 其特征在于, 具有 : 用于按照第一影像信号光调制入射的光从而形成第一图像的第一光 调制部 ; 用于按照第二影像信号光调制来自光源的光的一个或多个第二光调制部 ; 和配置 在上述第一光调制部的光入射侧, 对在上述第二光调制部光调制过的光进行放大投影从而 在第一光调制部的光入射侧附近形成 ( 投射 ) 第二图像的放大像形成部, 其中, 上述第一光 调制部, 被射入通过上述放大像形成部形成的上述第二图像的光, 并按照上述第一影像信 号光调制该第二图像的光从而形成上述第一图像。 在本实施方式中, 如上所述, 在放大像形 成部对在第二光调制部形成的光学像 ( 图像 ) 进行放大投影 ( 投射 ) 形成第二图像。 因此, 因为能够使得第二光调制部的画面尺寸与第一光调制部的画面尺寸相比足够小, 所以能够 实现低成本的影像显示装置以及应用该装置的三维影像显示装置。 另外, 在以下的说明中, 为了将在第二光调制部形成的光学像 ( 图像 ) 与放大投影后的第二图像区分出来, 将其称 为 “原图像” 或 “第二原图像” 。
     图 1 是示意地表示本发明的一个实施方式的影像显示装置的结构图。在以下的实 施例中, 以使用透过型的液晶面板作为第二光调制部的情况为例进行说明。为了得到彩色 图像, 虽然需要与将白色光分离成 RGB 三原色的颜色分离单元分别对应的 3 块液晶面板以 及将通过各液晶面板形成的各色光的图像合成为彩色图像的合成棱镜, 但是在图 1 中, 为 了使说明简单而将它们省略, 并且, 对于各构成要素, 没有顾及其实际的尺寸, 只是示意地 加以表示。 在图 1 中, 本实施方式的影像显示装置 100 构成为具有以下部件 : 作为用于形成 第一图像的第一光调制部的图像显示用液晶面板 170 ; 形成第二图像的投影图像形成装置 200 ; 作为配置于图像显示用液晶面板 170 的入射侧附近的光方向变换部的菲涅尔透镜片 (Fresnel lens sheet)160 ; 驱动图像显示用液晶面板 170 使之形成第一图像的第一面板驱 动电路 192 ; 和驱动投影图像形成装置 200 使之形成第二图像的第二面板驱动电路 192。
     另外, 根据影像显示装置 100 的组装结构, 也有可以使用光散射片代替菲涅尔透 镜片 160 的情况。
     投影图像形成装置 200 从图像显示用液晶面板 ( 也可以简称为 “液晶面板” )170 的背后对放大图像进行投影, 在图像显示用液晶面板 170 的光入射侧附近形成第二图像, 其中, 该图像显示用液晶面板 170 作为按照第一影像信号 193 对光进行调制 ( 光调制 ) 的 第一光调制部进行彩色显示。即, 使用图 16 说明过的第二显示面 160a 位于图像显示用液 晶面板 170 的光入射侧附近。而且, 投影图像形成装置 200 朝向图像显示用液晶面板 170, 依次包括 : 射出大致白色光的光源 110 ; 作为将从光源 110 射出的没有起偏的光变换为所希 望方向的偏振光成分并使其一致的偏振光变换部的偏振光变换元件 130 ; 作为对来自偏振 光变换元件 130 的光 ( 白色光 ) 进行光调制而形成第二原图像的第二光调制部的液晶面板 150 ; 和作为放大像形成部的投影透镜装置 10, 其中, 该投影透镜装置 10 将在液晶面板 150 对应于第二影像信号 196 而被光调制的光束 ( 第二原图像 ) 放大并朝作为第一光调制部的 图像显示用液晶面板 170 投影, 从而在图像显示用液晶面板 170 的光入射侧附近 ( 例如, 未 图示的入射侧偏振光板附近 ) 的第二显示面 160a 形成第二图像 155。
     另外, 在设置于图像显示用液晶面板 170 的光入射侧附近的第二显示面 160a 的显 示面位置, 以使得来自投影透镜装置 10 的光束几乎垂直地向图像显示用液晶面板 170 的入 射面入射的方式, 设置有作为进行变换的光方向变换部的菲涅尔透镜片 160。 因为通过该菲 涅尔透镜片 160 使来自投影透镜装置 10 的光束为大致平行光束, 所以仅向图像显示用面板 入射对比度性能优异的角度成分的光, 结果是能够大幅提高影像显示装置整体的对比度性 能。 另一方面, 为了节约成本也能够省略菲涅尔透镜片 160, 但是在此情况下, 因为必须追加 光漫射效果较大的漫射片, 所以不能得到上述效果, 于是不能得到大幅提高对比度性能的 效果。
     作为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170, 通过第一面板驱动电路 192 根据 第一影像信号 193 对从投影图像形成装置 200 照射的第二原图像被放大后的投影图像 ( 第 二图像 155) 的影像光再次进行光调制, 形成作为主显示图像的第一图像 175, 然后射出。 在 此, 采用用于横纵比为 16 ∶ 9、 像素数为 1920×1080、 画面尺寸 ( 画面显示有效区域的对角 尺寸 L1) 为 27 ~ 60 英寸左右的大画面直视型液晶 TV 中的有源矩阵驱动的 TFT(Thin Film Transistor : 薄膜晶体管 ) 型液晶面板。一般而言, TFT 型液晶面板的对比度为 1000 ∶ 1 左右。
     另外, 设置在投影图像形成装置 200 中的作为第二光调制部的液晶面板 150 和作 为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170, 为了得到高对比度的影像, 虽然在入射侧和出 射侧具有偏振光板, 但是省略其图示。并且, 当不重视对比度性能时, 因为省略任意一个偏 振光板均能够得到所希望的性能, 所以不一定需要所有的偏振光板。 在此情况下, 能够节约 与省略的偏振光板的材料费用相同程度的成本。而且, 因为在本发明的投影图像形成装置 200 设置有将从光源 110 射出的没有起偏的光变换为所希望方向的偏振光成分并使其一致 的偏振光变换部, 所以光的利用效率与通常的直视型液晶 TV 相比非常高。
     光源 110 例如包括 : 射出大致白色光的高亮度的高压水银灯等的灯 101, 和从背后 覆盖灯 101 并反射来自灯 101 的白色光将其变换成平行光的旋转抛物面形状的反射镜 ( リ フレクタ一 )102。 在本实施方式中, 如后所述, 因为从光源 110 射出的光照射到与图像显示 用液晶面板 170 相比足够小且作为第二光调制部的液晶面板 150 上, 所以能够使用高压水 银灯等的放电灯。
     从灯 101 射出的光例如被具有旋转抛物面形状的反射面的反射镜 102 反射, 变得 与光轴 115 大致平行, 于是, 从光源 110 射出大致平行的光束。从光源 110 射出的光向偏振 光变换元件 130 入射。
     偏振光变换元件 130 使从光源 110 射出的没有起偏的光与规定的偏振方向的偏振 光一致。在偏振光变换元件 130 变换为规定偏振光的光向液晶面板 150 入射。
     作为第二光调制部的液晶面板 150 通过第二面板驱动电路 195 根据第二影像信号 196 进行光调制形成光学像 ( 第二原图像 )。在此, 为了降低影像显示装置的价格, 当不太 重视析像度时, 也有降低液晶面板 150 的析像度, 使用更低价格的面板的情况。例如, 在液 晶面板 170 的横纵比为 16 ∶ 9、 HD 的像素数为 1920×1080 的情况下, 在成本优先的情况下 也可以使用 WSVGA 的像素数 852×480。另一方面, 作为画面尺寸 ( 画面显示有效区域的对 角尺寸为 L2), 使用 0.4 ~ 1.3 英寸左右的单矩阵 (single matrix) 驱动的 TN 型液晶面板 ( 透过型液晶面板 )。一般而言, TN 型液晶面板的对比度比为 700 ∶ 1 左右, 比 TFT 型低。但是, 在本发 明中, 因为对比度比为作为第二光调制部的液晶面板 150 的对比度比和作为第一光调制部 的图像显示用液晶面板 170 的对比度比的乘积, 所以虽然使用价格低廉的面板, 但是具有 能够显著提高对比度比的其他效果。
     为了降低成本, 当使作为第二光调制部的液晶面板 150 的析像度比作为第一光调 制部的液晶面板 170 低时, 第二面板驱动电路 195 形成为具有按比例缩放 (scaling) 功能 ( 未图示 ) 的结构, 也存在对第二影像信号 196 按照液晶面板 150 的析像度进行按比例缩放 等图像处理的情况。之后, 驱动液晶面板 150, 形成第二原图像 ( 光学像 )。另外, 也可以从 第一液晶面板驱动电路 192 向液晶面板 150 供给用于供向图像显示用液晶面板 170 的 RGB 信号 ( 根据需要, 与液晶面板 150 的析像度对应地进行按比例缩放处理 )。
     作为放大像形成部的投影透镜装置 10 构成为, 将在液晶面板 150 形成的图像放大 后向作为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170 投影。这时, 如果使用现有方式的投影 透镜装置, 则影像显示装置的纵深尺寸变大。因此, 在本实施例中虽然在后面详细叙述, 但 是为了尽量使纵深尺寸较小, 使用斜投影。
     本发明的投影透镜装置 10 因为将液晶面板 150 的图像向着作为第一光调制部的 图像显示用液晶面板 170 放大投影, 所以必须满足以下条件。 ( 数学式 1)
     10 < L1/L2 < 150
     作为第二光调制部的液晶面板, 其最小的型号现在为 0.48 英寸 ( 对角尺寸 ) 左 右, 认为 0.4 英寸是其极限。因此, 如果令液晶面板 150 的图像尺寸为 L2 = 0.4 英寸且令 图像显示用液晶面板 170 的画面尺寸为 L1 = 60 英寸, 则 L1/L2 = 150。如果 L1/L2 超过 150, 则会产生照射到作为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170 的亮度变暗的问题。因 此, 优选令 L1/L2 为 150 以下。下限虽然与液晶面板 150 的画面尺寸相关, 但是如果接近图 像显示用液晶面板 170 的画面尺寸, 则不能削减成本, 所以优选至少令 L1/L2 = 10 以上。 一 般而言, 如果令用于投影型影像显示装置的接近上限的画面尺寸 L2 = 1.3 英寸的面板为作 为第二光调制部的液晶面板 150, 且令作为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170 的画 面尺寸为 L1 = 27 英寸, 则 L1/L2 = 20 左右, 能够满足上述条件。
     菲涅尔透镜片 160 设置在第二显示面 160a 的位置附近, 为按照使来自投影透镜装 置 10 的斜光大致垂直地向图像显示用液晶面板 170 的入射面入射的方式进行变换的光方 向变换部。在构成菲涅尔透镜片 160 的基体材料 161 的一个面 ( 此处为与图像显示用液 晶面板 170 一侧相反的一侧的面 ) 上, 同心圆状地形成有多个折射型菲涅尔透镜 162 和全 反射型菲涅尔透镜 167, 其中, 折射型菲涅尔透镜 162 将入射角为规定值以内的光折射并射 出, 全反射型菲涅尔透镜 167 将入射角为规定值以上的光全反射并射出。于是, 通过折射型 菲涅尔透镜 162 和全反射型菲涅尔透镜 167 按照入射角度将来自投影透镜装置 10 的光折 射或全反射, 使得大致垂直地向图像显示用液晶面板 170 的入射面入射 ( 后面详细叙述 )。
     如上所述, 在本实施方式中, 使用尺寸小的液晶面板 150, 与第二影像信号对应地 对光进行调制 ( 光调制、 光强度调制 ), 通过投影透镜装置 10 将得到的图象 ( 第二原图像 ) 向作为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170 放大投影, 在图像显示用液晶面板 170 的 光入射侧附近 ( 例如入射侧偏振光板附近 ) 形成第二图像 155, 并与第二影像信号对应地对
     射入上述液晶面板 170 的光束再次进行光调制 ( 形成第一图像 ), 由此, 能够经由液晶面板 170 不是太阳城集团分割而是同时地显示从观看者看纵深位置相异的两个图像 ( 第二图像和第一 图像 )。 但是, 利用本实施方式的影像显示装置 100 仅仅同时显示从观看者看的纵深位置相 异的多个图像, 立体感不充分。因此, 应用在上述专利文献 1 公开的三维显示方法。即, 例 如, 将从观看者 250 看到的总体的亮度保持不变, 同时按照三维物体距离观看者的纵深位 置改变亮度。作为具体的一个例子, 例如, 将从观看者 250 看到的总体的亮度保持不变, 同 时越靠近观看者的显示面 ( 此处为第一显示面 170a) 越提高其图像的亮度, 越远离观看者 的显示面 ( 此处为第二显示面 155a) 越降低其图像的亮度。
     为了进行上述控制, 当将影像显示装置 100 应用于三维影像显示装置 300 中时, 三 维影像显示装置 300 除了具有影像显示装置 100 之外, 还具有控制电路 310。
     控制电路 310 对于驱动作为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170 的第一面板 驱动电路 192 和驱动作为第二光调制部的液晶面板 150 的第二面板驱动电路 195, 以使得在 第一图像和第二图像之间产生亮度差的方式进行控制。例如, 对于第一面板驱动电路 192 以提高亮度的方式进行控制, 而对于第二面板驱动电路 195 以降低亮度的方式进行控制。 当然, 也可以简单地仅对第二面板驱动电路 195 以降低亮度的方式进行控制。 当然, 控制电路不限于此。例如, 如图 17 所示, 三维影像显示装置 300A 也可以具 有控制电路 310A 而代替控制电路 310, 向控制电路 310A 输入影像信号 191, 通过控制电路 310A 进行规定的信号处理, 生成具有亮度差的第一影像信号 ( 第一光调制部用 ) 和第二影 像信号 ( 第二光调制部用 ), 将生成的第一影像信号 193’ 和第二影像信号 196’ 分别供向第 一面板驱动电路 192、 第二面板驱动电路 195。
     而且, 很明显, 三维显示方法不限定于上述内容, 也可以使用专利文献 1 公开的各 种亮度控制方法。
     在此, 对于本实施方式的影像显示装置 100 所具有的三维显示以外的其它特征, 简单加以说明。
     在本实施方式的影像显示装置 100 中, 如上所述, 因为图像的对比度比为液晶面 板 150 的对比度比和图像显示用液晶面板 170 的对比度比的乘积, 所以能够显著地提高对 比度比。
     另一方面, 能够使用与作为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170 相比足够小 的作为第二光调制部的液晶面板 150, 而且, 还能够使光源 110 的尺寸较小。 因此, 与使用与 图像显示用液晶面板 170 为相同尺寸的昂贵的液晶面板的方式相比, 虽然需要追加投影装 置、 菲涅尔透镜片, 但是在能够使用低析像度的液晶面板的情况下, 能够将影像显示装置的 成本降低至 2/3 ~ 1/2。
     另外, 通过将液晶面板 150 与合成棱镜 ( 未图示 ) 模块 (block) 化, 成为使光源 110 能够分别交换的方式, 能够大幅提高服务性。
     并且, 与通常的直视型液晶影像显示装置不同, 在图像显示用液晶面板 170 的附 近, 没有必要邻接设置作为发热源的光源 ( 通常为冷阴极线管或 LED), 也能够容易地设计 冷却结构。
     以上虽然没有详细地叙述, 即使使作为第二光调制部的液晶面板 150 的一个像素 与作为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170 的多个像素对应, 或者相反, 使液晶面板
     150 的多个像素与图像显示用液晶面板 170 的一个像素对应, 本发明也并不限定于此。当 然, 也可以使图像显示用液晶面板 170 的一个像素 ( 一个像素包括一组 R 像素、 G 像素、 1B 像素 ) 与液晶面板 150 的一个像素对应。
     另外, 虽然使用高压水银灯作为光源, 但是也可以使用白色光的 LED、 激光器。 当一 个 LED、 激光器的光量不够时, 也可以使用排列有多个 LED、 激光器的装置。
     另外, 作为与第二影像信号对应地对来自光源的光束进行光调制的第二光调制 部, 虽然使用透过型的液晶面板, 但是也可以代替该透过型的液晶面板, 使用反射型光调 制元件, 例如, 反射型液晶面板 (LCOS : Liquid Crystal on Silicon)、 微小镜元件 (DMD : Digital MicroMirror Device) 等。
     接着, 对投影透镜装置的一个实施例进行说明。此处, 为了使影像显示装置的纵 深尺寸尽量薄, 应用发明者申请的日本专利特开 2006-292900 号公报中记载的投影透镜装 置。
     图 2 是表示影像显示装置中的投影透镜装置的基本光学系统的结构的截面图, 以 XYZ 正交坐标系中的 YZ 截面表示光学系统的结构。此处, 令 XYZ 正交坐标系的原点为液晶 面板 150 的显示画面的中央, 令 Z 轴与图像显示用液晶面板 170 的法线 8 平行。令 Y 轴与 图像显示用液晶面板 170 的显示画面的短边平行, 且与图像显示用液晶面板 170 的纵 ( 上 下 ) 方向相等。令 X 轴与图像显示用液晶面板 170 的显示画面的长边平行, 且与图像显示 用液晶面板 170 的横 ( 左右 ) 方向相等。另外, 图 3 是构成投影图像形成装置的投影透镜 装置的立体图, 图 4 是省略投影透镜装置中的光路的折曲而表示的投影透镜的截面图。其 中, 在图 2 中, 为了使图示简单, 省略作为光方向变换部的菲涅尔透镜片 160。 如图 2 所示, 投影透镜装置 10 包括 : 在从液晶面板 150 朝向菲涅尔透镜片 160、 图 像显示用液晶面板 170 的光路上从液晶面板 150 一侧起依次配置的投影透镜 2、 作为第一反 射镜的自由曲面镜 4、 和作为第二反射镜的平面反射镜 5。
     液晶面板 150 的显示画面上的第二原图像被投影透镜 2 向作为第一光调制部的图 像显示用液晶面板 170 投影。这时, 如果进行直线投影则需要规定的距离, 影像显示装置 100 的纵深尺寸变长。即, 影像显示装置 100 的纵深变厚。于是, 以自由曲面镜 4 和平面反 射镜 5 折回从投影透镜 2 朝向图像显示用液晶面板 170 的光路 ( 例如, 光线 21、 22、 23 表示 的光路 ), 从而使得影像显示装置 100 的纵深较小。而且, 令从液晶面板 150 的画面的中央 射出并朝向图像显示用液晶面板 170 的画面中央的光线 21( 以下, 称为 “画面中央光线” ) 相对于图像显示用液晶面板 170 的入射面非垂直 ( 一般而言, 称这样的投影为 “斜投影” ), 使影像显示装置 100 的纵深较小。
     从图 2、 图 4 明显可知, 投影透镜 2 由前组 12 和后组 13 构成, 其中, 前组 12 由具有 旋转对称的面形状的多个折射透镜构成, 后组 13 包括至少一个面具有旋转非对称的自由 曲面的形状的透镜 ( 以下, 称为 “自由曲面透镜” )。
     在图 2 中, 因为投影透镜 2 的长度较长, 所以可能看起来液晶面板 150 的位置相对 于图像显示用液晶面板 170 的法线 8 的方向较远, 纵深变得较厚。但是, 此处, 如图 3 所示, 在与 X 轴 ( 即, 图像显示用液晶面板的长边 ) 平行配置的前组 12 的途中配置有光路折弯镜 14, 将前组 12 的光轴 9( 即投影透镜的光轴 ) 向 Z 轴方向 ( 即, 与图像显示用液晶面板 170 的法线 8 平行的方向 ) 折弯, 防止纵深的增大。当然, 本发明不限于此, 也可以在自由曲面
     镜 4 与投影透镜 2 的后组 13 之间、 或投影透镜 2 的前组 12 与后组 13 之间配置折弯光路的 光路折弯镜。
     在本实施方式中, 如图 2 所示, 液晶面板 150 的显示画面的中央配置在投影透镜 2 的光轴 9 上。因此, 从液晶面板 150 的显示画面的中央射出通过投影透镜 2 的入射光瞳的 中央后朝向图像显示用液晶面板 170 的画面中央的画面中央光线 21 沿投影透镜的光轴前 进。该画面中央光线 21 在自由曲面镜 4 的反射面上的点 P2 被反射后, 在平面反射镜 5 上 的点 P5 被反射, 相对于图像显示用液晶面板的入射面的法线 8 按照规定的角度 (θs)( 即 倾斜 ) 入射到图像显示用液晶面板 170 的画面中央的点 P8。
     该状态为沿投影透镜 2 的光轴 9 通过的光线相对于图像显示用液晶面板 170 倾斜 入射的状态, 实质上被设定为投影透镜 2 的光轴相对于图像显示用液晶面板 170 倾斜。如 果以这样的方法向图像显示用液晶面板 170 倾斜入射, 则除了投影的长方形的形状成为梯 形的所谓梯形畸变以外, 还会产生相对于光轴不旋转对称的各种像差。 于是, 在本实施方式 中, 通过投影透镜 2 的后组 13 和自由曲面镜 4 的反射面对以上情况进行修正。
     在图 2 所示的截面内, 令从液晶面板 150 的画面下端通过投影透镜 2 的入射光瞳 的中央后射出且入射到与此对应的图像显示用液晶面板 170 的画面上端的点 P9 的光线为 光线 22。并且, 令从液晶面板 150 的画面上端通过投影透镜 2 的入射光瞳的中央后射出且 入射到与此对应的图像显示用液晶面板 170 的画面下端的点 P7 的光线为光线 23。观察图 2 可知, 从点 P3 经由点 P6 到达点 P9 的光路长比从点 P1 经由点 P4 到达点 P7 的光路长更 长。这意味着, 从投影透镜 2 看, 图像显示用液晶面板 170 的像点 P9 位于比像点 P7 更远的 位置。因此, 如果与图像显示用液晶面板 170 的像点 P9 对应的物点 ( 液晶面板 150 的显示 画面上的点 ) 比距离投影透镜 2 较近的点, 或与像点 P7 对应的物点为距离投影透镜 2 较远 的点, 就能够修正像面的倾斜。为此, 令液晶面板 150 的显示画面的中央的法线矢量相对于 投影透镜 2 的光轴倾斜。具体而言, 使上述法线矢量在 YZ 平面内以朝向图像显示用液晶面 板 170 的所处位置的方式倾斜即可。已知为了得到相对于光轴倾斜的像平面而倾斜物平面 的方法。 但是, 如果利用实用大小的视角, 则基于物平面的倾斜的像面相对于光轴产生非对 称的变形, 因此利用旋转对称的投影透镜难以进行修正。于是, 在本实施方式中, 使用非旋 转对称即旋转非对称的自由曲面, 对应非对称的像面的变形。 因此, 通过倾斜物平面能够大 幅降低低程度的像面的畸变, 在辅助基于自由曲面的像差修正方面有效果。
     接着, 对各光学要素的作用进行说明。投影透镜 2 中的前组 12 为用于将作为第二 光调制部的液晶面板 150 的第二原图像 ( 通过光调制得到的二维图像 ) 放大投影到作为第 一光调制部的图像显示用液晶面板 170( 正确而言, 使之在图像显示用液晶面板 170 的入射 侧附近例如未图示的入射侧偏振光板附近成像 ) 的主透镜, 修正旋转对称的光学系统中的 基本的像差。投影透镜 2 的后组 13 包括旋转非对称的自由曲面透镜。此处, 从图 2、 图 3、 图 4 明显可知, 自由曲面透镜以相对于其光射出方向凹下的方式弯曲。并且, 使自由曲面透 镜的朝向图像显示用液晶面板 170 的下端的光线 23 透过的部分的曲率比朝向图像显示用 液晶面板 170 的上端的光线 22 透过的部分的曲率大。
     自由曲面镜 4 具有旋转非对称的自由曲面形状的反射面。此处, 令自由曲面镜 4 为其一部分以相对于光的反射方向凸起的方式弯曲的旋转非对称的凸面镜。具体而言, 令 自由曲面镜 4 的反射朝向图像显示用液晶面板 170 的下方的光的部分 (P1) 的曲率比反射朝向图像显示用液晶面板 170 的上方的光的部分 (P3) 的曲率大。换言之, 在自由曲面镜 4 的 YZ 截面 ( 图像显示用液晶面板 170 的画面纵方向截面 ) 中, 对于画面中央光线 21 被自 由曲面镜 4 反射的位置 P2, 使 P1-P2 之间的尺寸与 P3-P2 之间的尺寸相异, 从而使得以下数 学式成立。
     ( 数学式 2)
     P1-P2 之间的尺寸< P3-P2 之间的尺寸
     另外, 也可以使得, 自由曲面镜 4 的反射朝向图像显示用液晶面板 170 的下方的光 的部分 (P1) 为向该光的反射方向凸出的形状, 反射朝向图像显示用液晶面板 170 的上方的 光的部分 (P3) 为向光的反射方向凹下的形状。
     通过上述自由曲面透镜和自由曲面镜的作用, 主要对因倾斜入射产生的像差进行 修正。即, 在本实施方式中, 自由曲面镜 4 主要修正梯形畸变, 投影透镜 2 的后组 13 主要进 行像面的畸变等非对称的像差的修正。
     这样, 本实施方式中, 投影透镜 2 至少包括一个旋转非对称的自由曲面透镜, 自由 曲面镜 4 为旋转非对称的自由曲面形状的反射镜。因此, 能够同时修正因斜投影产生的梯 形畸变和像差。结果是, 根据第二影像信号将通过液晶面板 150 光调制过的第二原图像放 大, 向图像显示用液晶面板投影, 并且将该影像光束作为近似的二次光源, 通过图像显示用 液晶面板根据第一影像信号再次进行光调制。 从观看侧能够不是太阳城集团分割而是同时地观察 纵深位置相异的两个图像即第二图像 155 和第一图像 175。
     进一步, 作为这两个图像 ( 第二图像和第一图像 ), 使用从观看者的视线方向对显 示对象物进行投影后的二维图像, 通过作为第二光调制部的液晶面板 150 的放大像 ( 投影 图像 ) 生成从其中的观看侧看的里侧的二维图像, 通过作为上述第一光调制部的图像显示 用液晶面板 170 显示从另一方的观看侧看的跟前侧的二维图像, 由此, 能够实现能够显示 三维图像的三维影像显示装置 ( 例如, 参照图 16)。 这时, 当然, 为了增加图像的纵深方向的 太阳城集团量从而提高三维图像的精细度, 增加作为上述第二图像的投影图像 ( 二维图像 ) 的显 示图像数即可。
     接着, 使用图 5、 图 6 和表 1 ~表 4, 例示具体的数值, 同时对以上所述的投影透镜 装置 10 的光学系统进行说明。
     图 5 和图 6 表示基于数值例的本实施方式涉及的投影透镜装置的光学系统的光线 图。在上述的 XYZ 正交坐标中, 图 5 表示 YZ 截面的结构, 图 6 表示 XZ 截面的结构。投影透 镜 2, 如图 3 所述, 在前组 12 的途中配置有光路折弯镜 14, 但是在图 5 中, 省略该光路折弯 镜 14, 将光学系统在 Z 轴方向展开加以表示。该情况在图 4 中也相同。光路折弯镜在设置 的位置、 角度上有若干的任意性, 并且不会影响各光学要素的功能。 因此, 在以下的说明中, 省略光路折弯镜进行说明。
     从表示于图 5 的下侧的液晶面板 150 射出的光, 首先通过包括多个透镜的投影透 镜 2 中的、 仅由只具有旋转对称形状的面的透镜构成的前组 12。 然后, 通过包括旋转非对称 的自由曲面透镜的后组 13, 在自由曲面镜 4 的反射面被反射。该反射光在平面反射镜 5 被 反射后, 入射到图像显示用液晶面板 170。
     此处, 投影透镜 2 的前组 12 全部由具有旋转对称的形状的折射面的多个透镜构 成, 各折射面中的四个为旋转对称的非球面, 其它为球面。此处使用的旋转对称的非球面,使用每个面的局部的圆柱坐标系, 用以下数学式表示。
     ( 数学式 3)
     此处, r 是距离光轴的距离, Z 表示下垂 (sag) 量。并且, c 是在顶点的曲率, k是 圆锥常数, A ~ J 是 r 的幂乘的项的系数。
     投影透镜 2 的后组 13 中的自由曲面透镜使用以各面的面顶点为原点的局部的正 交坐标系 (x、 y、 z), 以包括 X、 Y 的多项式的以下的数学式表示。
     ( 数学式 4)
     此处, Z 表示在与 X、 Y 轴垂直的方向自由曲面的形状的下垂量, c 是在顶点的曲率, r 是在 X、 Y 轴的平面内的距离原点的距离, k 是圆锥常数, C(m、 n) 是多项式的系数。
     表 1 表示本实施方式涉及的光学系统的数值数据。在表 1 中, S0 ~ S23 与图 4 所 示的符号 S0 ~ S23 分别对应。此处, S0 表示液晶面板 150 的显示面、 即物面, S23 表示自由 曲面镜 4 的反射面。另外, S24 虽然在图 4 中没有表示, 但是表示图像显示用液晶面板 170 的入射面、 即像面。其中, 在图 4 中, 上图表示本实施方式涉及的投影透镜 2 和自由曲面镜 4 的 YZ 截面图, 下图表示该光学系统的 XZ 截面图。
     在表 1 中, Rd 是各面的曲率半径, 在图 5 中, 当曲率的中心位于面的左侧时以正值 表示, 在相反的情况下以负值表示。并且, 在表 1 中, TH 是面间距离, 表示从其透镜面的顶 点到下一透镜面的顶点的距离。当相对于某一透镜面其后续的透镜面在图 5 中位于左侧时 面间距离以正值表示, 当位于右侧时以负值表示。而且, 在表 1 中, S5、 S6、 S17、 S18 是旋转 对称的非球面, 在表 1 中在面号码的旁边注上 * 便于理解地表示。表 2 表示这四个面的非 球面的系数。
     在表 1 中, S19 ~ S22 是投影透镜 2 的后组 13 所包括的自由曲面透镜的各个折射 面, 如上所述, S23 是自由曲面境 4 的反射面, 在面号码的旁边注上 # 表示。将表示这五个 自由曲面的形状的系数的值表示于表 3 中。
     在本实施方式中, 使作为影像显示元件 11 的显示画面的物面相对于投影透镜 2 的 光轴倾斜 -1.163 度。倾斜的方向为, 令在图 5 的截面内物面的法线逆时针旋转的方向以正 值表示。因此, 在本实施例内在图 5 的截面内使物面从垂直于投影透镜 2 的光轴的位置向 顺时针方向倾斜 1.163 度。
     S23 的自由曲面镜 4 将局部坐标的原点设置在投影透镜 2 的光轴上。并且, 令在 自由曲面镜 4 的局部坐标的原点的法线、 即 Z 轴从与投影透镜 2 的光轴平行的位置倾斜 29 度而加以配置。与上述物面同样地令在图 5 的截面内逆时针旋转的方向为正, 因此倾斜的 方向逆时针倾斜。由此, 从液晶面板 150 的画面中央射出并大致沿投影透镜 2 的光轴前进 的画面中央光线, 在 S23 反射后, 向相对于投影透镜 2 的光轴只倾斜上述倾斜角度的 2 倍的 58 度的方向前进。在此, 令通过 S23 的坐标原点且相对于投影透镜 2 的光轴的 S23 的倾斜 角度的 2 倍的倾斜方向为反射后的新光轴, 令以后的面为配置在该光轴上的面。 表 1 的 S23 所示的面间隔的值 -400 表示, 后续的 S24 表示位于 S23 的右侧, 且将局部坐标的原点配置
     在沿上述反射后的光轴 400mm 的距离的点。以下的面也根据同样的规则配置。
     表 4 表示本实施例中的各面的局部坐标系的倾斜或偏心的情况。在表 4 中, 在面 号码的右侧表示倾斜角度、 偏心的值。ADE 是在与图 5 的截面平行的面内的倾斜的大小, 其 显示规则如以上所说明的那样。另外, YDE 是偏心的大小, 偏心被设定在与图 5 的截面平行 的面内且与光轴垂直的方向, 在图 5 的截面内令向下侧的偏心为正。并且, 在本实施例中, 令 YDE 为 0( 即没有偏心 )。
     在本实施方式中, 所有的光学要素的倾斜、 偏心均被设定在与图示的截面平行的 截面内的方向。
     根据表 1、 表 3 可知, 在本实施例中, 曲率 c 和锥形系数 ( コ一ニツク数 )k 为0。 基于斜入射的梯形畸变在斜入射的方向上极端地发生, 而与此垂直的方向上的畸变量较 小。因此, 在斜入射的方向和与之垂直的方向上, 需要有很大不同的功能, 通过不使用旋转 对称且在全方向上发挥作用的上述曲率 c、 锥形系数 k, 能够良好地修正非对称的像差。
     ( 表 1)
     Surface S0 S1 S2 S3 S4 S5* S6* S7 S8 S9 S10 S11Rd Infinity Infinity Infinity 246.358 -84.858 -83.708 -75.314 41.651 -42.282 29.550 29.476 -79.153TH 10.00 31.34 7.06 4.65 18.00 9.00 0.10 9.32 2.50 0.10 9.00 25.90ndvd1.5182748.01.8530617.21.4924542.91.49811 1.7601460.9 20.01.4981160.916101950084 A CN 101950087说Infinity -265.353 -53.869 -24.898 -58.225 -27.332 -32.424 Infinity Infinity Infinity Infinity Infinity Infinity Infinity 9.10 6.00 65.00 4.19 9.00 10.00 2.50 8.00 20.51 8.00明书14/22 页S12 S13 S14 S15 S16 S17* S18* S19# S20# S21# S22# S23# S24 S25
     1.8530617.21.7470233.21.4924542.91.4924542.91.4924542.9160.99 -400.00 305.00 --REFL REFL( 表 2)
     ( 表 3)
     ( 表 4) Surface S0 ADE(° ) -1.163 YDE(mm) 0.018101950084 A CN 101950087说S23 S24 S25 29.000明书0.0 0.0 0.016/22 页-43.000 30.000上述表 1 ~ 4 的数值是将液晶面板 150 的画面上的 16×9 的范围的被光调制后的 光学像 ( 调光像 ) 投影为图像显示用液晶面板 170 的画面上的 1452.8×817.2 的大小的情 况的一个例子。图 7 表示这时的图形畸变。图 7 的纵方向为图 5 的上下方向, 是 Y 轴的方 向。图 7 的横方向在图像显示用液晶面板 170 上是与 Y 轴正交的方向, 图中的长方形的中 央是画面的中央。该图表示将画面的纵方向分成 4 部分、 将横方向分成 8 部分的直线的弯 曲的状态并表示图形畸变的情况。
     图 8 表示本数值实施例的光点图。在图 8 中, 在液晶面板 150 的显示画面上, 从上 部依次显示从 X、 Y 坐标的值为 (8、 4.5)、 (0、 4.5)、 (4.8、 2.7)、 (8、 0)、 (0、 0)、 (4.8、 -2.7)、 (8、 -4.5)、 (0、 -4.5) 的 8 点射出的光束的光点图。单位为 mm。各光点图的横方向是在图像 显示用液晶面板 170 上的 X 方向, 纵方向是在图像显示用液晶面板 170 上的 Y 方向。这样, 两方面均能够维持良好的性能。以上, 对投影透镜装置的一个实施例进行了说明。而且, 在 上述中, 虽然以下述方式构成, 即从投影透镜 2 射出的光线在自由曲面镜 4 被反射, 进一步 在平面反射镜 5 被折回, 然后朝向图像显示用液晶面板 170, 但本发明不限于此, 根据投影 透镜的配置位置, 当然也可以省略上述折回用的平面反射镜。
     接着, 对作为光方向变换部的菲涅尔透镜片 160 的一个实施例进行说明。
     图 9 是菲涅尔透镜片的示意构成图, 其 (a) 图是从投影装置侧看菲涅尔透镜片时 的立体结构图, 其 (b) 图是沿 G-G 线的截面结构图。
     如图 9 所示, 菲涅尔透镜片 160 由处于与图像显示用液晶面板 170 的画面大致中 央侧对应的位置的折射区域 160D、 和处于与图像显示用液晶面板 170 的画面的周边侧对应 的位置且以包围折射区域 160D 的方式配置的全反射区域 160E 构成。在折射区域 160D 在 基体材料 161 的与图像显示用液晶面板 170 相反一侧的面上同心圆状地形成有多个折射型 菲涅尔透镜 162。 折射型菲涅尔透镜 162 具有将从投影透镜装置 10 投影的入射角为规定值 以内的光线 L61 折射并使之向图像显示用液晶面板 170 垂直地射出的功能。另外, 在全反 射区域 160E 在基体材料 161 的与图像显示用液晶面板 170 相反一侧的面上同心圆状地形 成有多个全反射型菲涅尔透镜 167。 全反射型菲涅尔透镜 167 具有将从投影装置 10 投影的 入射角为规定值以上的光线 L66 全反射并使之向图像显示用液晶面板 170 垂直地射出的功 能。
     众所周知, 如果仅以折射型菲涅尔透镜构成菲涅尔透镜片 ( フレネルレンズシ一 ト ), 则随着向菲涅尔透镜片入射的入射角 ( 与法线所成的角度 ) 变大, 容易在菲涅尔透镜 的入射面产生反射, 因反射损失大幅增加而导致画面的周边部变暗。因此, 在本实施例中, 适用 WO2004/049059 号公报的技术, 在第一图像显示用液晶面板 170 的周边部, 在来自投影 装置 10 的入射角为规定值以上的区域, 配置全反射型棱镜。
     首先, 对折射区域 160D 中的折射型菲涅尔透镜 162 进行说明。
     如果将菲涅尔透镜片 160 的折射区域 160D 中的任意的截面中的各折射型菲涅尔 透镜的棱镜面 163 连在一起, 则得到一个曲线 ( 即, 包络线 )。得到的包络线的所有截面中 的集合形成一个假想面。以下, 称该假想面为 “原面” 。
     附随构成折射区域 160D 的折射型菲涅尔透镜的原面在投影型影像显示装置中, 一般为球面, 但是在本实施方式中, 应用日本专利特开 2006-154719 号公报所公开的菲涅 尔透镜片的技术, 为与从投影装置 10 向图像显示液晶面板 170 入射的光线的入射角对应的 非球面形状。
     这时, 各棱镜面的菲涅尔角在折射区域 160D 中, 上部比下部大。由此, 入射到菲涅 尔透镜片 160 的折射区域 160D 的入射面的光线被变换为, 漫及图像显示用液晶面板 170 的 大致整个面上, 几乎垂直地向图像显示用液晶面板 170 的入射面入射。
     接着, 参照图 10 的示意图, 对在形成于上述折射区域 160D 的折射型菲涅尔透镜 162 中, 设定同心圆状地形成的多个棱镜面 163 的面形状 ( 所谓的菲涅尔透镜的原面 ) 的方 法进行详细说明。而且, 如上所述, 构成折射区域 160D 的折射型菲涅尔透镜的棱镜面形成 为以某一点 ( 旋转轴 ) 为中心的同心圆状。并且, 用于决定各折射型菲涅尔透镜的棱镜面 的菲涅尔角 ( 即, 棱镜面与菲涅尔透镜片 160 的主平面所成的角度 ) 的原面为非球面形状。 此处, 如上所述, 所谓原面是用于决定各棱镜面的菲涅尔角的面, 指当令菲涅尔透镜片 160 的折射区域 160D 整体为一个透镜时的该透镜面。即, 当设定折射型菲涅尔透镜的棱镜面的 菲涅尔角时, 首先假定菲涅尔透镜片 160 的折射区域 160D 整体具有某一个透镜特性, 将该 透镜的面形状设定为原面。然后, 在折射区域 160D 的面上展开与该原面的折射区域 160D 各点对应的形状 ( 例如, 该各点的原面的切线 )。 由此, 折射区域 160D 的各点的棱镜面的菲 涅尔角被设定。因此, 按照该菲涅尔角将菲涅尔透镜片的折射区域 160D 整体的各棱镜面连 在一起的曲线, 即包括菲涅尔透镜片的折射区域 160D 整体的所有棱镜面的集合的包络线, 表示上述原面。即, 折射区域 160D 的各点的棱镜面的光的折射方向由与各个棱镜对应的上 述原面的形状决定。其中, 令上述旋转轴与菲涅尔透镜片 160 的主平面 ( 图 10 的 XY 面 ) 正交 ( 包含图的 Z 轴的面 )。并且, 该旋转轴包含向菲涅尔透镜片 160 射的光线 25 与将菲 涅尔透镜片 160 左右相等地垂直分割的面 165( 与 YZ 面平行的面 ) 相交的点 P15。即, 旋转 轴为与菲涅尔透镜片 160 的主平面垂直 ( 与第一图像显示用液晶面板 170 的法线 8 平行 ) 的轴、 即图 10 的轴 166。
     但是, 在上述中, 因为入射的光线 25 根据图像显示用液晶面板 170 上的位置其入 射角度 ( 相对于入射面的法线的角度 ) 而变化, 所以在此, 通过上述方法求得的轴 166 存在 多个。并且, 从这多个轴中, 令位于其大致中央的轴为折射型菲涅尔透镜的旋转轴 ( 即, 构 成折射型菲涅尔透镜的同心圆状棱镜的中心位置 )。
     接着, 以下述方式求取上述各棱镜面的菲涅尔角的形状 ( 角度 )。首先, 在折射区 域 160D 的棱镜面使入射向图像显示用液晶面板 170 的入射光线折射, 同时对于折射区域 160D 各点, 分别根据菲涅耳定律求取用于使之向上述法线方向 ( 出射角为 0 度 ) 射出的棱 镜的角度。接着, 使该求得的棱镜面连续, 形成上述折射型菲涅尔透镜的原面 ( 非球面 )。
     其中, 该求取的原面由数学式 3 的非球面式近似求得。
     ( 数学式 5)此处, Z 是与 Z 轴平行的面的下垂量, r 是距离旋转轴的距离, c 是在顶点的曲率, k 是锥形常数 ( 圆锥常数 ), A ~ F 是 r 的乘幂项的系数 ( 非球面系数 )。
     这时, 进一步进行近似的非球面系数与实际的光线射出角的比较, 以使得射出角 成为接近 0 度的方式对旋转轴的位置、 非球面系数施加适当且必要的修正和 / 或变更。
     如上所述, 通过上述求取的要素, 即成为构成折射型菲涅尔透镜的同心圆状的棱 镜部的旋转中心的旋转轴的位置、 由该各个棱镜面的集合形成的原面的非球面系数, 构成 上述菲涅尔透镜片 160 的折射区域 160D 部分。
     图 11 表示经过上述过程而构成的菲涅尔透镜片 160 的示意截面图。图 11 表示菲 涅尔透镜片 160 的与该菲涅尔透镜片 160 的法线平行且包含上述旋转轴的截面。
     在图 11 中, Z = f(r) 是表示附随菲涅尔透镜片 160 的折射区域 160D 中的折射型 菲涅尔透镜的非球面形状的原面 164 的多项式, 以数学式 5 表示。r 与上述数学式 5 的 r 对 应, 表示距离旋转轴的距离。 距离 r1 的折射型菲涅尔透镜的棱镜面 163 的菲涅尔角 θ1( 菲 涅尔透镜片 160 的主平面与棱镜面成的角度 ) 与距离 r1 的原面 164 的倾斜 ( 切线 ) 大致 相等。即, 当令以数学式 3 表示的原面的非球面式为 Z = f(rn) 且 n 为 1 以上的整数时, 折 射区域 160D 的各位置的菲涅尔角 θn 由数学式 6 表示。
     ( 数学式 6)
     θn = f(rn)’
     由此, θ1 = f(r1)’ , θ2 = f(r2)’ , θ3 = f(r3)’ ……。这样, 折射区域 160D 的 各位置的菲涅尔角 θn 与非球面式的各位置 ( 各距离 rn) 的微分值大致对应。这样, 菲涅 尔透镜片 160 中的折射区域 160D 的各位置的菲涅尔角 θn 被设定。
     如上所述, 从投影透镜装置 10 向菲涅尔透镜片 160 的折射区域 160D 入射的光线 被折射型菲涅尔透镜的各棱镜面 163 折射。 如上所述, 如果令折射型菲涅尔透镜的原面 164 为与向折射区域 160D 各位置入射的入射光线的入射角对应的非球面形状, 则被各棱镜面 163 折射的各光线与菲涅尔透镜片 160 的法线大致平行。 此处, 从图 11 明显可知, 位于菲涅 尔透镜片 160 的折射区域 160D 上部的 ( 即, 在图像显示用液晶面板的纵方向上部远离旋转 轴的位置的 ) 棱镜面 163 的菲涅尔角 θ, 比位于菲涅尔透镜片 160 的折射区域 160D 下部 的 ( 即, 在图像显示用液晶面板的纵方向下部接近旋转轴的位置的 ) 棱镜面 163 的菲涅尔 角 θ 大。这是因为, 在本实施方式中的斜投影中, 图像显示用液晶面板上部与图像显示用 液晶面板下部相比其光线的入射角较大。
     接着, 参照图 11, 对全反射区域 160E 中的全反射型菲涅尔透镜 167 进行说明。
     如图 11 所示, 全反射区域 160E 的全反射型菲涅尔透镜包括折射面 1671 和全反射 面 1672。入射到位于全反射区域 160E 的全反射型菲涅尔透镜 167 的光线 L66 在其折射面 1671 被折射, 然后朝向全反射面 1672。然后, 在全反射面 1672 被全反射, 从菲涅尔透镜片 160 射出, 垂直地向图像显示用液晶面板 170 入射。
     为了使入射光线向图像显示用液晶面板 170 垂直地射出, 对全反射面 1672 与主平 面所成的角 α 进行设定, 使得从与投影装置 10 较近的全反射型菲涅尔透镜到较远的全反 射型菲涅尔透镜逐渐变小, 或者, 也可以对折射面 1671 与主平面所成的角 β 进行设定, 相
     反地使得从与投影装置 10 较近的全反射型菲涅尔透镜到较远的全反射型菲涅尔透镜逐渐 变大。这样, 能够使入射到全反射区域的光线向图像显示用液晶面板 170 垂直地射出。
     如果如上述那样构成菲涅尔透镜片 160, 则能够将从投影透镜装置 10 向图像显示 用液晶面板 170 投影的光线加以变换并使之射出, 使得其向图像显示用液晶面板 170 入射 的入射角大致为 0 度。 因此, 如果使用本实施方式的菲涅尔透镜片, 则来自投影透镜装置 10 的光线能够与图像显示用液晶面板 170 的法线平行地 ( 即, 与图像显示用液晶面板 170 垂 直 ) 入射, 所以能够在图像显示用液晶面板 170 上显示高对比度的图像。
     另外, 在上述菲涅尔透镜片 160 中, 在片的入射侧设置有折射区域和全反射区域, 但本发明不限于此。例如, 如本发明者所申请的日本专利特开 2005-91541 号公报所示那 样, 也可以在片的入射侧在入射角为规定以上的周边部设置全反射区域, 而在片的射出侧 在入射角为规定以下的中央部设置折射区域。
     ( 实施例 1)
     在图 1 所示的影像显示装置中, 因为从光源 110 向液晶面板照射的光量分布 ( 也 称为光强度分布, 照度分布 ) 不一样 ( 不均匀 ), 所以在图像显示用液晶面板上的图像中在 明亮度上存在发生不均匀的问题。 于是, 使用图 12, 对在光源与液晶面板之间插入有用于使 来自光源的照明光的光量分布均匀的联合组件 (integrater) 的实施例 1 的投影图像形成 装置进行说明。 图 12 是实施例 1 的投影图像形成装置的示意结构图。
     如图 12 所示, 本实施例的投影图像形成装置包括 : 光源 110、 成对并作为多透镜方 式联合组件 120 发挥作用的第一多透镜元件 121 以及第二多透镜元件 122、 偏振光变换元件 130A、 重叠透镜 141、 场透镜 145、 第二液晶面板 150、 和投影透镜装置 10。
     光源 110 由灯 101 和反射镜 102 构成。灯 101 是高压水银灯的白色灯。反射镜 102 以从背后侧覆盖灯 101 的方式配置, 例如具有旋转抛物面形状的反射面, 且具有圆形或 多角形的射出开口。
     从灯 101 射出的光被具有旋转抛物面形状的反射面的反射镜 102 反射, 变得与光 轴 115 大致平行, 于是从光源 110 射出大致平行的光束。从光源 110 射出的光向多透镜方 式的联合组件入射。
     多透镜方式的联合组件 120 由第一多透镜元件 121 和第二多透镜元件 122 构成。
     第一多透镜元件 121 以矩阵状配置有多个透镜单元, 以多个透镜单元将从光源入 射的光分割成多路光, 以使得其高效率地通过第二多透镜元件 122 和偏振光变换元件 130A 的方式加以引导, 其中, 该透镜单元从光轴 115 方向看具有与作为第二光调制部的液晶面 板 150、 作为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170 大致相似的矩形形状。即, 第一多透 镜元件 121 被设计为与灯 101 和第二多透镜元件 122 的各透镜单元成光学上的共轭关系。
     第二多透镜元件 122 与第一多透镜元件 121 同样, 从光轴 115 方向看具有矩阵状 地配置有矩形形状的多个透镜单元的结构, 其将构成的透镜单元分别对应的第一多透镜元 件 121 的透镜单元的形状分别与重叠透镜 141 一起投影 ( 投射 ) 到液晶面板 150 上。
     在该过程中, 利用偏振光变换元件 130A, 使来自第二多透镜元件 122 的光与规定 的偏振光方向一致。 然后, 第一多透镜元件 121 的各透镜单元的投影像分别被重叠透镜 141 重叠, 经场透镜 145 调整为与光轴 115 大致平行后, 在液晶面板 150 上重合。
     另外, 因为第二多透镜元件 122 和与之接近配置的聚光透镜 141, 以使得第一多透 镜元件 121 的各透镜单元与液晶面板 150 为光学上的物体与像的关系 ( 即共轭关系 ) 的方 式设计, 所以被第一多透镜元件 121 分割为多路的光束, 通过第二多透镜元件 122 和重叠透 镜 141, 被重叠投影在液晶面板 150 上, 使液晶面板 150 上的光量分布均匀。
     在此, 使用图 13, 对偏振光变换元件 130A 的偏振光变换作用进行说明。 图 13 是包 含光轴沿液晶面板的长边将偏振光变换元件切断后的截面结构图。
     如图 13 所示, 偏振光变换元件 130A 中, 作为沿与第二液晶面板 150 的短边平行的 方向延伸的平行四边形柱的透光性部件 31, 与相对于光轴 115 方向正交的面平行, 在与液 晶面板 150 的长边平行的方向上排列成多个阵列状, 在以阵列状排列且邻接的透光性部件 31 之间的界面处交替地形成有偏振光分束膜 ( 以下, 省略为 “PBS 膜” )32 和反射膜 33。并 且, 在通过偏振光变换元件 130A 的入射侧的开口部 35 后透过 PBS 膜 32 的光射出的的射出 面处设置有 λ/2 相位差板 34。并且, 偏振光变换元件 130A 构成为, 相对于在光轴 115 和平 行四边形柱的透光性部件 51 的延伸方向形成的面 ( 令光轴 115 为平面, 以下, 为了方便, 将 该面称为 “光轴面” )S115 对称。
     在以上述方式构成的偏振光变换元件 130A 中, 通过第一多透镜元件 121、 第二多 透镜元件 122 后入射到开口部 35 的光线 37 之中, 例如 S 偏振光被 PBS 膜 32 反射, 并被相对 的反射镜 33 反射后以 S 偏振光射出。另外, P 偏振光的光透过 PBS 膜 32, 被射出面的 λ/2 相位差板 34 变换成 S 偏振光的光后射出。这样作为基础的偏振光变换部 30 构成有多个, 偏振光变换元件 130A 使入射的光的偏振方向与规定偏振方向的光 ( 在此为 S 偏振光的光 ) 一致并射出。当使 P 偏振光的光一致时, 在 S 偏振光的光的射出面设置 λ/2 相位差板 34 即可。
     如上所述, 能够通过以成对的第一多透镜元件 121 和第二多透镜元件 122 构成的 多透镜方式联合组件 120 均匀照明液晶面板 150。
     ( 实施例 2)
     在实施例 1 中, 作为使照明光同样化 ( 均匀化 ) 的联合组件, 使用由成对的第一多 透镜元件和第二多透镜元件构成的多透镜方式联合组件 120。接着, 参照图 14, 对使用作为 联合组件的一种的杆 ( ロツド ) 型联合组件的实施例 2 的投影图像形成装置进行说明。
     其中, 作为杆型联合组件, 有光漏斗 (light funnel)、 棒形透镜 ( ロツドレンズ ) 等, 此处使用光漏斗。 另外, 作为液晶面板, 使用反射型的液晶面板。 但是, 本发明不限于此, 既可以使用棒形透镜代替光漏斗, 或者, 也可以改变光学系统的结构, 使用二维排列有多个 微小镜的 DMD(Digital Micro Mirror Device : 数字微镜器件 ) 元件、 透过型的液晶面板代 替反射型液晶面板。
     图 14 是实施例 2 的投影图像形成装置的示意结构图。
     如图 14 所示, 本实施例的投影图像形成装置包括 : 光源 110B、 作为联合组件发挥 作用的光漏斗 125、 偏振光变换元件 130B、 聚光透镜 142、 场透镜 146、 偏振光板 151、 偏振分 束棱镜 ( 以下, 省略为 “PBS 棱镜” )152、 反射型液晶面板 150B、 偏振光板 153、 和投影透镜装 置 10。
     光源 110B 由灯 101 和反射镜 103 构成。灯 101 是高压水银灯的白色灯。反射镜 103 以从背后侧覆盖灯 101 的方式配置, 具有旋转椭圆面形状的反射面。从配置于反射镜 103 的第一焦点处的灯 101 射出的光被具有旋转椭圆面形状的反 射面的反射镜 103 反射, 向配置于反射镜 103 的第二焦点位置附近的光漏斗 125 的入射面 125a 聚光并入射。
     即, 反射镜 103 作为将从灯 101 射出的光聚光到光漏斗 125 的入射面 125a 的聚光 部而发挥作用。当然, 与实施例 1 相同, 作为反射镜 103 也可以使用旋转抛物面形状的反射 镜, 以聚光透镜向光漏斗 125 的入射面 125a 聚光。
     光漏斗 125 如万花筒 ( 万華鏡 ) 那样以中空的光管 ( 所谓光导管 ) 构成, 具有将 入射的光反复多次全反射而使入射光的光量分布均匀 ( 一样 ) 的功能。在此, 使用与光轴 115 正交的截面的面积朝射出侧逐渐变大的光导管。但是, 也可以使用实心的棒形透镜。
     入射到光漏斗 125 的光线在光漏斗的侧面反复全反射, 在射出面 125b 成为各种各 样的角度的光重叠的状态, 光量分布变均匀。并且, 因为光漏斗 125 的截面形状朝射出侧变 大, 所以从射出面 125b 射出的光线角度与光轴大致平行。从光漏斗 125 射出的光向偏振光 变换元件 130B 入射。
     偏振光变换元件 130B 包括 : 设置于光漏斗 125 的射出面 125b 的具有 PBS 膜 41a 的 PBS 棱镜 41、 配置于被 PBS 棱镜 41 的 PBS 膜 41a 反射的 S 偏振光前进的一侧的具有全反 射膜 42a 的全反射棱镜 42、 和设置于射出面 41b 的 λ/2 相位差板 43, 其中, 该射出面 41b 为透过 PBS 棱镜 41 的 PBS 膜 41a 的 P 偏振光射出的面。
     从光漏斗 125 入射到偏振光变换元件 130B 的 PBS 棱镜 41 的光量分布均匀且没有 偏倚的光之中, S 偏振光的光 (S 偏振光 ) 被 PBS 膜 41a 反射, 入射到全反射棱镜 42, 被全反 射膜 42a 反射, 最后从全反射棱镜的射出面 42b 射出。另外, 入射到 PBS 棱镜 41 的 P 偏振 光的光 (P 偏振光 ) 透过 PBS 膜 41a, 从射出面 41b 射出, 进一步被 λ/2 相位差板 43 变换成 S 偏振光而射出。这样, 入射到偏振光变换元件 130B 的没有偏倚的光通过偏振光变换元件 130B 与 S 偏振光一致。
     而且, 通过射出侧变宽的光漏斗 125 而成为与光轴 115 大致平行的光线向偏振光 变换元件 130B 入射, 所以能够利用 PBS 膜 41a 高效地进行偏振光分离。并且, 由射出面 41b 和射出面 42b 构成的偏振光变换元件 130B 的射出面的形状形成为与反射型液晶面板 150B 大致相似。
     聚光透镜 142 为将偏振光变换元件 130B 的射出面投影向反射型液晶面板 150B 的 中继透镜。
     从偏振光变换元件 130B 射出的 S 偏振光被聚光透镜 142 聚光, 被场透镜 146 变换 为与光轴 116 大致平行, 然后通过偏振光板 151, 最后被 PBS 棱镜 152 反射而向反射型液晶 面板 150B 入射。
     因为被反射型液晶面板 150B 调制而成的调光像为 P 偏振光, 所以这次透过 PBS 棱 镜 152, 被偏振光板提高对比度, 然后被投影透镜装置 10 朝图像显示用液晶面板放大投影。
     ( 实施例 3)
     使用图 15 对实施例 3 的影像显示装置进行说明。
     本实施例的影像显示装置与实施例 2 相比在光漏斗 125 的入射面 125a 附近配置 有作为太阳城集团分割颜色分离部的颜色转轮 (color wheel) 这方面是不同的。如果使用颜色转 轮, 则能够在进行单色显示 ( 例如黑白显示 ) 的图像显示用光调制部对彩色图像进行太阳城集团分割显示 ( 颜色顺序显示 )。因此, 当进行彩色显示时, 1 个像素由一组彩色像素 (R 像素、 G 像素、 B 像素 ) 构成, 但是在进行单色显示时, 因为以一个像素进行显示, 所以能够使用整 体的像素数较少的面板。因此, 能够实现成本的降低。
     图 15 是实施例 3 的影像显示装置的示意结构图。
     在图 15 中, 180 是颜色转轮, 170B 是进行上述单色显示的图像显示用液晶面板。
     颜色转轮 180 例如是在周方向以规定的比例形成有透过 R 光 ( 红色光 ) 的 R 光滤 色片 181、 透过 G 光 ( 绿色光 ) 的 G 光滤色片 182、 透过 B 光 ( 蓝色光 ) 的 B 光滤色片 183 的圆盘, 在其中心具有旋转轴 ( 未图示 ), 通过未图示的驱动部高速旋转。这样构成的颜色 转轮 180 在光源 110B 与光漏斗 125 之间配置在光漏斗 125 的入射面 125a 的附近。
     从光源 110B 射出的大致白色的会聚光被颜色转轮 180 以太阳城集团分割而颜色分离为 R 光、 G 光、 B 光。
     然后, 被颜色转轮 180 颜色分离的色光向光漏斗 125 入射, 在光量分布被均匀化后 被偏振光变换元件 130B 形成为 S 偏振光, 进一步, 被作为第二光调制部的反射型液晶面板 根据第二影像信号进行调制, 该调制后的图像通过投影透镜装置 10 被放大照射到作为第 一光调制部的图像显示用液晶面板 170B 上。图像显示用液晶面板 170B 将照射的调制放大 图像作为近似的二次光源根据第一影像信号再次进行调制, 由此, 形成高对比度的图像。 经 过这样的过程, 在图像显示用液晶面板 170B 上以太阳城集团分割形成 R 光的图像、 G 光的图像、 B 光的图像, 在视觉上被识别为彩色图像。
     通过本实施例, 能够实现彩色直视型影像显示装置的成本降低。
     另外, 在上述内容中, 虽然在第二光调制部使用反射型液晶面板, 但是也可以使用 二维排列有微小镜的 DMD 元件。DMD 元件与液晶面板相比, 其对比度比较大, 能够更加适于 使用。
太阳城集团     在以上所述的实施例中, 在图像显示用液晶面板 170B 的入射侧和射出侧设置有 偏振光板。但是, 在直视型影像显示装置的情况下, 画面尺寸较大。因此, 当使用液晶面板 作为第二光调制部时, 如果使用 2 块配置于液晶面板的光路上的前后的偏振光板、 例如射 出侧偏振光板来提高偏振度, 则有消除作为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170B 的 入射侧偏振光板的可能性。在此情况下, 附随液晶面板的偏振光板的尺寸大致与液晶面板 相同, 相比于将射出侧偏振光板采用 2 块结构的成本增加, 消除图像显示用液晶面板 170B 的入射侧偏振光板的成本下降更大, 因此能够实现影像显示装置的成本降低。 并且, 当使用 DMD 元件作为第二光调制部时, 因为 DMD 元件比液晶面板能够获得足够大的对比度比, 所以 也能够消除作为第一光调制部的图像显示用液晶面板 170B 的入射侧偏振光板。

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