JP2003248195A

JP2003248195A - 画像投影方法および画像投影システム

Info

Publication number: JP2003248195A
Application number: JP2002050485A
Authority: JP
Inventors: Taiga Asano; 大雅淺野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-09-05
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: JP4141150B2

Abstract

(57)【要約】【課題】投影画像に字幕などの補助的な情報を投影
し、観察者が選択的に元画像および補助画像を確実に観
察可能にすること。【解決手段】投影光のある偏光部分と、当該成分に直
交する偏光成分５の強度比を変調し、元の画像に対し、
ある偏光方向の光のみを透過する偏光板４を通してのみ
可視像として視認される変調画像３を、重ねて投影偏光
に関係のない状態で投影画像を観察した場合には、変調
されていない元画像のみが可視され、偏光板を介したと
きのみ変調画像を観察することを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ある偏光成分とそ
れに直交する偏光成分の比を変調し、スクリーンなどに
投影する元画像に対し、ある偏光方向の光のみを通す偏
光板を介して観察可能な他の画像を重畳して表示する画
像投影方法および画像投影システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】スクリーンに画像を投影し知覚するもの
として、映画館で用いられている映写機が一般的であ
る。これは、フィルムなどに連続的に記録された画像列
（コマ列）を拡大投射系を用いてスクリーン投影し、映
画館などの数百人以上の大人数で観賞するものとして知
られている技術である。

【０００３】また、小規模なものとしては、ビデオ映
像、デジタル文書などをスクリーンに拡大投射するため
の画像投影装置がプロジェクタという名称で多く開発あ
るいは商品として普及している。このようなプロジェク
タは会議室でのプレゼンテーションから中規模の映画館
程度の収容人数をもつホールで行なわれる会議、ショ
ー、セミナー、学会などで幅広く用いられている。これ
らの装置は液晶と偏光板を用いて光変調を行ない、画像
を形成し、これを拡大光学系によって所望の平面に照射
する方式を採用している。

【０００４】また、大画面に対して画像表示可能な画像
投影装置の他の応用例として、たとえば特開平７−２８
４１２８号公報などに多数開示されている。これらの装
置は、投影光を直交する２つの直線偏光光に分け、一方
を右目用の画像、他方を左目用の画像とし、観察者が、
互いに直交する偏光方向の偏光板を備えた眼鏡を装着す
ることにより、立体画像を認識するものである。この場
合、立体画像は、両目の視差を利用して作成され、通常
は２つの撮像装置を用いて撮影する。このように立体表
示を行なうための変調を掛けた投影画像は、立体画像を
見たくない人、特に必要のない人が立体視を行なうため
に眼鏡を用いずに観察すると非常に見づらいものであ
る。

【０００５】一方、一般に用いられている投影装置を用
いて偏光画像を投影することが考えられる。この場合に
は以下のような不具合が生じる。たとえば、外国映画で
は母国語の字幕をつけて投影されることが多い。しか
し、字幕を必要としない外国人あるいは外国語能力の高
い人にとっては、字幕表示はかえって煩わしくなること
がある。特に、多言語の字幕を表示する場合には大変煩
わしいものである。たとえば、香港では中国語（北京
語）と英語の字幕が画面に表示される場合が多く、映画
を鑑賞する妨げとなる。

【０００６】また、国際会議のように英語で発表がなさ
れるような会議、プレゼンテーション、セミナー、ショ
ーでは英語力が乏しい人を考慮して通訳がなされる。す
なわち、通訳を専門とする人が同時通訳を行ない、その
通訳音声を無線を使って送信し、聴衆は無線受信器を備
えたイヤホンで聞くというシステムが用いられている。
この場合、通訳放送を聞いていると、耳にするものはあ
くまでも通訳者が翻訳したものであり、発表者の生の言
葉、つまり通訳されなかった内容あるいはニュアンスが
伝達されないことがある。また、国際化に伴い、母国語
の同時通訳は必要ではなく、映画のように母国語の字幕
があれば十分である人も多い。さらに語学力のある人で
あれば外国語のそのままのスクリプトが表示されていれ
ば十分であり、その方が望ましい場合もある。

【０００７】また、聴覚障害者のために手話通訳が行な
われる場合も多い。この場合、手話通訳を行なう人が会
場の一角で同時通訳を行ない、聴覚障害者は投影された
画像と手話通訳者の手話を視線を切り換えながら見るこ
とになる。特に、手話通訳は画像投影装置とは別に設置
されたテレビ画面などに映し出されることも多く、この
場合には、頻繁に視線を切り換えるので、発表内容に集
中できなくなってしまう。また、手話の様子をプレゼン
テーションと同じ画面に重ねて投影すると、手話は映画
の字幕などに比べて多くの空間を占有するので、プレゼ
ンテーションの画面が見づらくなる場合がある。このよ
うに、必要な人にだけ補助的な映像を見せることが可能
であり、必要としない人には、補助的な映像が視聴の妨
げにならないシステムがあれば便利である。

【０００８】上記のような不具合を解決するものとし
て、複数の投影装置によって異なる偏光成分の光を投影
する映像表示装置および映像表示方法が特開２０００−
２５０１２９号公報に開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示されるような従来の装置にあっては、複数の投影装置
を用いる必要があることや、偏光板を介さずに投影画像
を観察した場合、複数の画像が重なって見えるので、必
ずいずれかの方向の偏光成分の光のみを観察するための
偏光眼鏡を着用しなければならず、補助的な投影画像を
確実に知覚することができないという問題点があった。

【００１０】本発明は、上記に鑑みてなされたものであ
って、投影画像に字幕などの補助的な情報を投影し、観
察者が選択的に元画像および補助画像を確実に観察可能
にすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかる画像投影方法にあっては、投影
光のある偏光部分と、当該成分に直交する偏光成分の強
度比を変調し、元の画像に対し、ある偏光方向の光のみ
を透過する偏光板を通してのみ可視像として視認される
変調画像を、重ねて投影するものである。

【００１２】この発明によれば、投影光のある成分と、
それに垂直な偏光成分の強度比を変調し、偏光板を通し
てのみ可視化されるような変調画像を元画像に対して重
ねて投影することにより、偏光に関係のない状態で投影
画像を観察した場合には、変調されていない元画像のみ
が可視され、偏光板を介したときのみ変調画像を観察す
ることが可能になる。

【００１３】また、請求項２にかかる画像投影システム
にあっては、ある偏光方向の光のみを透過する偏光眼鏡
と、元画像の投影処理および偏光変調画像の生成に必要
な信号処理を行なう信号処理手段と、前記偏光眼鏡を通
してのみ可視像として視認される前記偏光変調画像を、
前記信号処理手段の出力信号にしたがって元画像に重ね
て投影する画像投影手段と、を備えたものである。

【００１４】この発明によれば、変調画像が、外部の信
号処理手段から供給され、元画像に対してリアルタイム
に画像変調を行ない、投影することが可能になる。たと
えば同時通訳されたテキストデータや手話の内容をビデ
オカメラで取り込んだものなど、元の画像（映像）とは
別の手段により入力された画像を変調画像として重ね合
わせることが可能になる。

【００１５】また、請求項３にかかる画像投影システム
にあっては、さらに、元画像のデータと前記変調画像の
データとが記憶されたデータ記憶手段を備え、前記信号
処理手段は、投影する際に、前記データ記憶手段の元画
像に対し、前記変調画像を同時投影するための偏光変調
に関する処理を実行するものである。

【００１６】この発明によれば、変調画像が、投影され
る元画像を記憶した記憶媒体に、元画像と共に記憶され
ており、画像または映像を拡大投影する際、元画像に対
し、変調画像を同時投影するために偏光変調に関する画
像信号処理を行なうことが可能になる。また、元の画像
（映像データ）と補助となる画像データを同時に読み込
むことにより、補助データの変調を施した画像信号を供
給することが可能になる。

【００１７】また、請求項４にかかる画像投影システム
にあっては、前記偏光眼鏡は、複屈折性を示す光学物質
に対し、電場、または外力による歪、または弾性波の印
加し、透過光の偏光状態を制御し、前記変調画像の画像
変調と同期して時間変化させる構成とするものである。

【００１８】この発明によれば、偏光眼鏡には、偏光状
態を変調画像の画像変調と同期して時間変化させること
により、最適な状態で変調画像を見ることが可能にな
る。

【００１９】また、請求項５にかかる画像投影システム
にあっては、前記偏光眼鏡は、時分割多重された変調画
像に同期して偏光方向を時間的に変化させ、前記時分割
多重された変調画像のうち、任意の画像のみを元画像に
付加した画像が可視されるものである。

【００２０】この発明によれば、時分割多重された変調
画像に同期して偏光方向を時間的に変化させ、時分割多
重された変調画像のうち、任意の画像のみを元画像に付
加した画像が可視される偏光眼鏡の構成とすることによ
り、時分割多重された変調画像のうち、任意の１つに同
期して偏光眼鏡の偏光方向を時間的に変化させ、時分割
多重された変調画像のうち、任意の画像のみを元画像に
付加して観察することが可能になる。

【００２１】また、請求項６にかかる画像投影システム
にあっては、前記画像投影手段は、２つの直交する直線
偏光光に分割する偏光ビームスプリッタを備え、前記偏
光ビームスプリッタで分割された分割光のうち、少なく
とも一方に対して振幅または偏光方向に変調を掛けた
後、再び前記偏光ビームスプリッタにより合成される光
路構成とするものである。

【００２２】この発明によれば、偏光ビームスプリッタ
で分割された分割光のうち、少なくとも一方に対して振
幅または偏光方向に変調を掛けた後、再び偏光ビームス
プリッタにより合成することにより、偏光がばらばらの
状態や楕円偏光の光に対して直交する２つの偏光成分の
比が異なる変調画像を投影することが可能になる。

【００２３】また、請求項７にかかる画像投影システム
にあっては、前記偏光ビームスプリッタは、ある方向の
直線偏光の光に対し、前記偏光ビームスプリッタにより
前記直線偏光の方向に対して４５度ずつ傾斜し、強度の
等しい２つの直線偏光状態の光に分かれるように配置さ
れているものである。

【００２４】この発明によれば、ある方向の直線偏光の
光に対し、前記ビームスプリッタにより直線偏光の方向
に対して４５度ずつ傾斜し、強度の等しい２つの直線偏
光状態の光に分かれるように偏光ビームスプリッタを配
置することにより、直線偏光光に対して偏光による変調
を行なうことが可能になる。また、これにより、直線偏
光で投影を行なう通常のプロジェクタに外付け装置とし
て付加でき、変調画像の投影が実現する。

【００２５】また、請求項８にかかる画像投影システム
にあっては、多色の光源によってカラー画像が投影さ
れ、投影光のある偏光部分と、当該成分に直交する偏光
成分の強度比を変調し、元の画像に対し、ある偏光方向
の光のみを透過する偏光板を通してのみ可視像として視
認される変調画像を、重ねて投影する画像投影システム
であって、各色の光源から出射される光を直線偏光する
偏光変換手段と、前記直線偏光された各色に対して特定
の波長成分のみの光を透過する波長フィルタと、前記波
長フィルタを通過した光の偏光方向を回転させて偏光変
調を行なう偏光変調手段と、前記偏光変調手段を経た各
色を合成する合成手段と、を備えたものである。

【００２６】この発明によれば、請求項８の構成とする
ことにより、多色の光源によってカラー画像が表示可能
なプロジェクタのおおもとの部分から変調することが可
能になる。また、変調画面に表示する画像に対して色付
けを行なうことが可能となる。また、光源を偏光ロスに
よる損失を少なくすることが可能になる。

【００２７】また、請求項９にかかる画像投影システム
にあっては、前記変調画像の元画像に対する変調強度の
幅を、変調素子のある画素における元画像の出力強度を
Ｉ、最大出力強度をＩｍａｘ、最小出力強度をＩｍｉｎ
としたとき、（Ｉｍａｘ−Ｉ）と（Ｉ−Ｉｍｉｎ）のい
ずれか小さい方の幅で強度変調を行なうものである。

【００２８】この発明によれば、請求項９に示す強度変
調とすることにより、元画像に影響を与えずに最大の変
調幅で補助的な画像の変調を行なうことが可能になる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる画像投影方
法および画像投影システムの好適な実施の形態について
添付図面を参照し、詳細に説明する。なお、本発明はこ
の実施の形態に限定されるものではない。

【００３０】（画像投影原理）まず、本発明にかかる画
像投影システムを実現させるための投影原理について図
１〜図６を参照しながら説明する。図１は無偏光状態で
投影画像を観察した例を示す説明図、図２は水平方向に
移動させる偏光板を通して投影画像を観察した例を示す
説明図、図３は垂直方向に移動させる偏光板を通して投
影画像を観察した例を示す説明図、図４は変調画像の強
度と無変調部の強度の関係を示す説明図、図５は無変調
部の強度を示す説明図、図６はスクリーン投影の様子を
示す説明図である。

【００３１】図１においては偏光に関係ない状態で観察
した場合における投影画像である。この例では説明を簡
単にするために投影画像を偏光に関係ない状態で観察し
た画像（無偏光状態で観察した投影画像１）は灰色で一
様な画像（無偏光状態で観察された元画像６）が投影さ
れているとする。

【００３２】さて、偏光に関係のない状態では、図１に
示すように一様な画像であるが、図２、図３に示すよう
に、偏光板４を通して観察すると、特定の偏光成分５
（方向は図の矢印で示す）の光のみが観察可能となる。
図２、図３では、変調画像３が円および直方体として表
されている。背景となっている偏光板４を通して観察さ
れた元画像７は、図５に示すように、２つの直交する偏
光成分の強度が等しく、その強度は偏光板４を通す前の
半分になっている。変調画像として、円と直方体が示さ
れているが、これらの強度を足し合わせると図４に示す
ように、偏光板４なしで観察したときの強度と等しくな
る。

【００３３】偏光板４を、偏光変調を行なっている２つ
の直交する偏光方向のいずれかに一致させたときに、変
調画像が最もはっきりと観察することが可能になる。図
６は、投影する画像が強度分布を有している場合であ
り、この無偏光状態で観察された元画像６に対して解説
を変調画像３として付加してある。これを適当な偏光板
を通して観察したのが右の図である。

【００３４】このように本発明は、偏光に関係のない状
態で観察すると、観察されないような画像を、２つの直
交する偏光成分の比を変化させることによって変調し、
重ね合わせるという原理を用いている。偏光に関係のな
い状態で観察した場合は、変調画像が見えないので、そ
の画像を見ることを必要としないときには変調画像の存
在が全く気にならない。したがって、必要に応じて偏光
板などを構成要素とする光学素子を通して変調画像を観
察することができる。本発明は、このような偏光変調が
掛かった画像を投影する画像投影装置、変調画像を観察
するための偏光眼鏡などの変調画像観察装置を一体とし
た画像投影システムである。この具体的な光学系などの
構成および動作について以下に説明する。

【００３５】（実施の形態）まず、本発明の基本となる
画像投影システムについて説明する。図７は、本発明の
実施の形態にかかる画像投影システムの基本構成を示す
ブロック図である。このシステムは、大きくは、投影画
像の信号処理を行なう情報処理装置１１と、画像を拡大
投影するための画像投影装置１２と、投影された画像を
観察する偏光眼鏡２０と、を備えている。

【００３６】情報処理装置１１は、情報処理部１４と、
画像信号処理部１５と、を備えている。情報処理部１４
はメイン投影データ１７から生成される画像信号または
画像情報と、それに対して偏光変調として投影される変
調投影データ１８から生成される画像信号または画像情
報と、から偏光変調するための画像信号の演算処理を行
なう。

【００３７】上記演算処理は、大きく分けて２つの方法
がある。一方はメインの投影画像の波面に対して後から
偏光方向の変調を行なう方式であり、他方は２つの投影
内容に応じて偏光成分の比によって変調画面を形成する
ような２つの光学変調器（たとえば液晶）を使い同時に
変調を行なう方式である。これらの例については後述す
る。

【００３８】画像信号処理部１５は、演算内容にしたが
って画像投影装置１２に供給する信号を生成する。すな
わち、情報処理装置１１の画像信号を出力するための演
算能力や、ビデオメモリの容量、および画像投影装置１
２の能力に適合した画像信号を出力する。

【００３９】画像投影装置１２は、主にメイン投影デー
タ１７に関する画像信号と、主に偏光変調に関する信号
を受け取り、それぞれの信号に応じた画像を生成する。
また、画像投影装置１２は、光源（図示せず）と、画像
生成部１２ａと、拡大投影光学系１２ｂと、から構成さ
れ、画像を拡大して投影を行なう。

【００４０】偏光眼鏡２０は、図８に示すように通常の
眼鏡形状をなし、レンズ部分が偏光板４で構成されてい
る。この偏光眼鏡２０を通してたとえば図９の左側を見
ると、その右側の図で示されるような画像を見ることが
できる。すなわち、偏光眼鏡２０の偏光板４を通して観
察することにより、変調画像３を観察することができ
る。一方、偏光眼鏡２０を用いない人は、偏光に関係な
い状態で投影画像を観察するため、図９左のように変調
偏光によって投影される内容を知覚することはない。

【００４１】また、偏光眼鏡２０に、偏光板４を回転さ
せ、観察したい偏光方向を調節する機能を付加すること
により、変調画像のダイナミックスを変化させることが
でき、変調画像をじっくり見たいときには、ダイナミッ
クスが大きくなるように偏光板４を回転させ、変調画像
は副次的であまり必要ではない場合は、ダイナミックス
が小さくなるように偏光板４を回転させることができる
ように構成してもよい。

【００４２】ところで、元画像に変調画像を重ねて投影
するものとして大きく分けて２つの画像生成方法があ
る。第１の画像生成方法は、変調画像が、画像投影装置
１２に接続された外部の情報処理装置１１から供給さ
れ、元画像に対してリアルタイムに画像変調を行ない、
投影するものである。

【００４３】すなわち、変調画像が、元画像を再生する
装置とは別の装置から読み込まれるかあるいは再生さ
れ、それが元画像を再生する装置に外付けの形で生成さ
れるか、あるいは元画像・変調画像が同じ情報装置によ
り再生されるが、異なるアプリケーション、あるいはア
プリケーションは同じであっても、異なる文書で保管さ
れているものである場合である。この場合、原則として
元画像の信号に対して変調画像が非同期で再生される。
よって、２つの映像をリアルタイムで処理し、元画像に
対して変調画像を重ねるという方式をとることになる。

【００４４】図１０は、本発明の実施の形態にかかる第
１の画像生成方法（その１）による画像投影システムの
構成を示すブロック図である。このシステムは、前述し
た図７の基本構成に対し、情報処理装置１１内に、情報
処理部１４に接続され、メイン投影データ１７が記憶さ
れた記憶媒体１３を設け、さらに外部に、変調投影デー
タ１８を保持する撮像／再生装置１６が情報処理部１４
に接続されている。なお、他の構成要素は図７と同様の
機能を有し、同一符号を付しここでの説明は省略する。

【００４５】すなわち、メイン投影データ１７は、情報
処理装置１１の記憶媒体１３に記録されており、一方、
変調投影データ１８は、外部の撮像／再生装置１６から
入力されるように構成されている。これら２つの投影内
容は、情報処理部１４によって処理され、画像信号処理
部１５により画像投影装置１２に送るための信号が生成
される。このとき、送られる信号列は２つあり、１つは
主にメイン投影データ１７の画像に関するものであり、
他方は変調に関するものである。

【００４６】画像投影装置１２は、前述（図７参照）し
たように、光源と、画面データを生成するための光学素
子（画像生成部１２ａ）と、拡大光学系１２ｂと、を有
しており、情報処理装置１１の画像信号処理部１５で処
理された信号から、前述したように偏光により変調の掛
かった画像／映像を投影する機能を有する。

【００４７】この画像投影装置１２は、一般にプロジェ
クタと呼ばれるものに工夫を加えることにより実現可能
である。たとえば、液晶を用いた画面変調や、拡大光学
系の機構はそのまま流用して画像投影装置１２に組み込
むことが可能である。また、映画館で用いられている映
写機のような単純な拡大投影系も用いることが可能であ
る。

【００４８】撮像／再生装置１６には、たとえばビデオ
カメラ、デジタルカメラ、ビデオテープレコーダなどの
一般的に用いられている装置を用いる。また、キーボー
ドから入力された内容などを表示することも可能であ
る。

【００４９】図１１は、本発明の実施の形態にかかる第
１の画像生成方法（その２）による画像投影システムの
構成を示すブロック図である。このシステムは、メイン
投影データ１７と変調画像データ１８とを共に外部の撮
像／再生装置１６から供給するように構成されている。
情報処理部１４では、２つの外部から入力された画像デ
ータに対してリアルタイムで画像処理が行なわれる。ま
た、この際、必要に応じて外部からの映像データに対し
てＡＤ変換が行なわれる。

【００５０】図１２は、本発明の実施の形態２にかかる
第１の画像生成方法（その３）による画像投影システム
の構成を示すブロック図である。このシステムは、メイ
ン投影データ１７と変調投影データ１８とが記憶媒体１
３に記録され、記憶媒体１３が情報処理部１４に接続さ
れている。なお、それぞれのドキュメントデータを表示
するためのアプリケーションは異なる。メイン投影デー
タ１７の内容を投影しながら必要に応じて変調投影デー
タ１８を再生、表示させるためのアプリケーションを起
動／走査し、変調画像として表示させる場合に用いられ
る。

【００５１】さて、上述した第１の画像生成方法に対
し、第２の画像生成方法は、変調画像が、画像投影装置
１２で投影される元画像を記録した記憶媒体に、元画像
と共に記録されており、投影する際に、元画像に対して
変調画像を同時投影するために、変更変調に関する画像
信号処理を行なうものである。

【００５２】すなわち、この第２の画像生成方法は、最
初から変調画像を生成するためのアプリケーションの文
書として、元画像と変調画像が同一文書に保存されてい
る場合である。この場合、元画像と変調画像は同期して
いる。アプリケーションで文書を読み込み、再生する
と、元画像と変調画像の画像信号列が同時に再生され
る。

【００５３】図１３は、本発明の実施の形態にかかる第
２の画像生成方法による画像投影システムの構成を示す
ブロック図である。このシステムは、情報処理部１４に
接続される記憶媒体１３に、メイン投影データ１７と変
調投影データ１８とが単一の文書データで記録され管理
されている。メイン投影データ１７のどの箇所、あるい
はどのタイミングで変調投影データ１８の内容を表示す
るかがあらかじめ決定されている。したがって、情報処
理部１４でドキュメントを読み出すと同時に、メイン投
影データ１７と変調投影データ１８の内容が読み出さ
れ、表示を行なうための演算処理が実行される。画像信
号処理部１５では、前述した第１の画像生成方法と同様
に、画像投影装置１２に信号を送るための画像処理を行
なう。

【００５４】ここでは、時分割多重により複数の変調画
像を多重に投影する例について説明する。図１４は、時
分割多重変調により、複数の偏光変調画像を元画像に対
して重ねて投影する画像投影装置により、複数の画像ま
たは映像の変調を行なう様子を示す説明図である。
（ａ）は偏光に関係のない状態で投影画像を観察した様
子であり、偏光変調画像は観察できない状態である。
（ｂ）は（ａ）の元の映像に対し、複数の画像列または
映像を時分割多重により変調を行なう様子を示したもの
である。

【００５５】なお、符号４１は第１の変調画像、符号４
２は第２の変調画像、符号４３は第１の変調画像４１の
同期信号、符号４４は第２の変調画像４２の同期信号で
ある。この変調に対して同期して通過する光の偏光方向
を制御することが可能な光学装置を用いることにより、
（ｃ）および（ｄ）に示すように、異なる複数の変調画
像を元の投影画像に重ねて観察することが可能になる。
なお、符号４５は第１の変調画像４１に同期した屈折率
制御信号、符号４６は第２の変調画像４２に同期した屈
折率制御信号である。

【００５６】この図１４では、一方の視聴者は日本語の
字幕を読んでおり、他方の視聴者は英語の字幕を読むと
いう状況になっている。このように、偏光状態を変化さ
せる光学装置などについて以下に説明する。すなわち、
電場、外力による歪、または弾性波により、複屈折性を
示す光学材料を構成要素として含み、複屈折を利用し、
透過光の偏光成分を時間制御することが可能な偏光眼鏡
について述べる。

【００５７】ある偏光成分の光のみを通過する機能を有
する装置として、液晶シャッターがあり、立体視のため
の装置として用いられる。その構成を図１５に示す。偏
光板６２Ａ，Ｂと液晶６１で構成されており、液晶６１
に印加する電圧を変化させることにより、一方の偏光板
６２Ａを通過する偏光成分の光を他方の偏光板６２Ｂも
透過させるか、あるいは遮断するかという変調を行なう
ように構成されている。つまり、液晶表示装置と同じ原
理を利用している。

【００５８】このような装置を用いる場合、時分割多重
により、偏光板６２Ａを透過する偏光成分を１００％透
過させるか、全て遮断するかの２状態の遷移を用いるこ
とになる。なお、この構成では、偏光成分によらずに光
を１００％透過させることは不可能である。立体視で用
いられる場合、画像投影装置１２は、右目用の画像と左
目用の画像をある時間間隔でもって交互に投影する。一
方、液晶シャッターはその変調に合わせて、右目用の画
像が表示されているときは、右目には光が透過し、左目
には光を遮断するように、液晶シャッターの液晶６１に
印加する電圧を変化させる。左目用の画像が表示される
ときには、その反対の動作が行なわれる。

【００５９】上述したような液晶シャッターを用いて本
発明の画像投影システムを構成する場合には、必ず偏光
板４を通過させることが必要である。時分割で複数の変
調画像を多重処理する場合、所望のタイミングでは、偏
光板と液晶により遮断され不可視になるよう、液晶シャ
ッターを制御するシステムによって実現することも可能
である。すなわち、所望の変調画像が投影されるタイミ
ングしか可視でないため、画像の時間平均強度が低下す
る問題を含んでいる。この様子を図１６に示す。

【００６０】図１６では、タイミングに合わせて液晶眼
鏡の透過率を１００％または０％にし、所望の変調画像
が写し出されるタイミングのみ液晶シャッターが開き、
メインの画像と変調画像が重なった画像だけ観察される
ようになっている。なお、符号８１は第１の変調画像４
１に同期した屈折率制御信号、符号８２は第２の変調画
像４２に同期した屈折率制御信号である。

【００６１】しかし、このように必ず偏光板４を通過す
る方法ではなく、全ての偏光成分の光が通過する状態に
することも可能である光学装置を用いることによって、
上述したような制約を解除することができる。すなわ
ち、所望の変調画像とは異なる変調画像が投影されてい
るタイミングでは、変調画像は不可視で、元の画像が可
視であればよい。これを実現するのが、電場を印加する
第１の方法、および弾性波を用いる第２の方法である。
以下に詳述する。

【００６２】まず、上記第１の方法の原理について説明
する。結晶のある方向から電場を印加することによっ
て、結晶の屈折率の変化を乗じる物理効果は、電気光学
効果（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｅｆｆｅｃｔ）と
呼ばれている。この効果を示す光学材料は電気光学結晶
と呼ばれ、その材料としては、ＫＤＰ（ＫＨ₂ＰＯ₄）、
ＡＤＰ（ＫＨ₂ＰＯ₄）、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂ
Ｏ₃、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、
ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅ、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ₄）などが
挙げられる。この電気光学効果を利用し、結晶に複屈折
性をもたせ、結晶に対してある方向の偏光成分の光を屈
折させることが可能となる。屈折率を変化させることに
より、光の偏光方向を制御する装置として、電気光学偏
向器が知られている。

【００６３】つぎに、上記電気光学効果を利用した画像
投影システムの構成などについて説明する。図１７は、
電気光学効果を用いた偏向眼鏡の原理および構成を示す
説明図である。図示するように、電場印加により複屈折
性を示す光学結晶５０が２枚重なっている。この２枚の
光学結晶５０は同じ材質である必要はなく、偏向を受け
ずに真っ直ぐに透過するように調整されている。なお、
図中の符号５は偏光成分、符号５３は入射光、符号５４
は正常光、符号５５は異常光である。

【００６４】変調回路５８は、変調画像の変調パターン
と同期して光学結晶５０の屈折率を変化させるように電
極５１の電位を変化させる。この例では、電場が印加さ
れた場合、紙面に垂直な偏光成分５は真っ直ぐに光学結
晶５０を通過し、一方、紙面に平行な偏光成分５は、偏
向を受け、図示するように第１の光学結晶５０に入射す
るときに屈折する。屈折した光は、第１の光学結晶５０
の端面に角度θで入射するが、この角度θがブリュスタ
ー角以上の角度になるようにすることにより、この偏向
した偏光成分５の光は全反射する。全反射した光は、光
を吸収する吸収媒質５２により吸収される。この図で
は、光学結晶５０を２枚組み合わせた例について示した
が、これ以上の枚数で構成し、ブリュスター角以上の角
度で端面に入射させ、全反射を起こすような構成であっ
てもよい。

【００６５】つぎに、図２１を用いてブリュスター角に
関する説明を行なう。屈折率ｎ１の媒質から屈折率ｎ２
の媒質に光が入射する場合、媒質の境界面に入射すると
きの、境界面となす角度θ１、境界面から屈折するとき
に境界面となす角度をθ２とすると、スネルの法則によ
り、ｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ２ｓｉｎθ２となる。したがって、ｓｉｎθ２＝（ｎ１／ｎ２）ｓｉ
ｎθ１から屈折角θ２が求められるが、（ｎ１／ｎ２）
ｓｉｎθ１の値が１より大きい場合、この式を満たす屈
折角θ２の解が存在しないことになる。（ｎ１／ｎ２）ｓｉｎθ１＝１を満たす入射角θ１はブリュスター角（偏光角）と呼ば
れ、ブリュスター角より小さい角度で入射した光は全て
全反射される。

【００６６】つぎに、上述した例とは異なる偏光眼鏡に
ついて説明する。光学結晶に対し、ある方向から外力を
掛け、結晶に生じた歪によって、屈折率の変化を乗じる
物理効果は、フォトエラスティック効果と呼ばれてい
る。この効果を利用し、結晶に弾性波（超音波）を加
え、屈折率の変化を乗じる物理効果は、音響光学効果
（ａｃｏｕｓｔ−ｏｐｔｉｃｅｆｆｅｃｔ）と呼ばれ
ている。この弾性波による屈折率分布である偏向の入射
光を回折させることにより、光を偏向させる効果は、光
弾性効果と呼ばれる。この効果を利用して光の偏向角度
を変調する光偏向器は、音響光学偏向器として知られて
いる。また、この場合の光学材料として、二酸化テルル
ＴｅＯ₂、ＰｂＭｏＯ₄などがある。

【００６７】図１８は、音響光学偏向器を用いた偏向眼
鏡の原理および構成を示す説明図である。前述の電気光
学効果（図１７参照）を利用する代わりに音響光学効果
を用いる以外は、図１７に示した構成とほぼ同一であ
る。２枚合わされた光学結晶５０の片側には超音波発生
器５６がついており、変調回路５８によって変調画像と
同期して偏向するように制御を行なう。超音波発生器５
６と光学結晶５０を挟んで反対側には、超音波を吸収す
るための吸音材５７が設けられている。

【００６８】つぎに、投影画像を観察する装置の変調と
画像投影装置１１の変調と同期させ、変調画像を観察す
る画像投影システムの例について図１９および図２０を
参照し説明する。図１９において、情報処理装置１１の
情報処理部１４は、変調画像を生成するための演算を行
なうと同時に、変調画像の同期信号を生成する機能を有
している。この同期信号は、同期電波発信機２３から電
波として送信される。透過する光の偏光成分を選択する
機能を有する偏光眼鏡２０は、電波受信機２２を構成要
素として含んでおり、これにより、変調画像に動機した
電波を受信する。受信した同期信号に合わせ、屈折率変
調器２１によって偏光眼鏡２０の透過光の偏光選択を行
なう。

【００６９】これにより、画像変調が行なわれたときに
のみ、偏光眼鏡２０を通過する偏光を選択し、画像変調
が行なわれていないときは、偏光に無関係に光が通過す
る。これを模式図として示したものが図２０である。な
お、図２０における符号４７は屈折率変調オフの状態の
媒質、符号４８は屈折率変調オンの状態の媒質である。

【００７０】また、偏光眼鏡２０は、常に同期信号を受
信し続けている必要はなく、変調回路５８に内部クロッ
クを備えることにより、一度同期を取れば、後は内部ク
ロックを利用して屈折率の変調を行なうことが可能であ
る。たとえば、所定の時間間隔ごとに定期的に受信する
ものや、視聴者が手動で同期を取るための信号を出力す
るよう情報処理装置１１と電波により交信することも可
能である。

【００７１】変調画像を観察するための装置により、元
画像の画像変調レートに対して、変調画像の画像変調レ
ートを遅く（減少）させた例で用いられる。さて、画像
投影装置１２で投影された画像を偏光眼鏡２０を用いて
観察すると、投影画像のうち無変調の部分の光量は、偏
光板による偏光選択により低下する。これを回避するた
めに、変調レートを遅くし、変調が掛かっていない状態
では、それに合わせて偏光に関係ない状態で投影画面を
観察可能にすることにより、光量の時間平均量は幾分か
向上させることが可能である。

【００７２】さて、変調画像を観察するための装置は、
時分割多重された複数の変調画像または映像のうち１つ
を選択し、視聴することが可能なシステムに応用され
る。投影画像を観察している様子を示す図は、先の図１
４で示した通りである。このシステムの構成を図２２に
示す。本構成は図１９とほぼ同一である。ただし、情報
処理装置１１の情報処理部１４は、複数の画像内容を生
成するための変調を時分割多重により行なう。図１４の
例では、日本語字幕と英語字幕を交互に生成している例
について示している。また、同期電波発信機２３は、複
数の変調内容のうちどの変調内容のものかを示す信号を
同期信号と共に送信することが可能であり、同期電波受
信機２２は、同期信号を受信すると同時に、その信号が
どの変調内容のものかを認識する手段を有する。屈折率
変調器２１は、複数の同期信号列の一つを選択し、屈折
率を変調する。

【００７３】つぎに、具体的な変調方法について、光学
系の構成、変調前と変調後の、偏光板を通して見た場合
と、偏光板を介さずに観察した場合の強度の例を挙げて
説明する。また、情報処理装置１１の情報処理部１４
が、元のメイン画像と変調画像の２つの画像情報からど
のような処理を行なうかについて説明する。

【００７４】第１の光学系として、画像情報を有する平
面波である光に対し、偏光方向と回転させる機能を有す
る変調素子を用い、偏光による変調を行なう例について
述べる。この変調を行なう光学系の概略構成を図２３に
示す。図２３（ａ）に示すような２つの偏光板６２に挟
まれた液晶６１Ａによって画像変調を施され、直線偏光
状態である光６０が、変調画像を生成するための液晶６
１Ｂに入射する場合、あるいは何らかの方法により画像
変調を受けた後、互いに直交する偏光成分の光のみから
なるように偏光状態を調整された光が変調画像を生成す
るための液晶６１Ｂに入射する場合がある。

【００７５】後者はたとえば、光源でフィルムを照射し
た後、その画像変調を施された透過光を一度偏光ビーム
スプリッタで分割した後、再び偏光ビームスプリッタで
合成することによって得られる。これらの２つの場合に
おける偏光変調の前後での光の振幅と偏光方向について
図２４を用いて説明する。図２４（ａ）は直線偏光にお
ける変調前後、（ｂ）は楕円偏光における変調前後の偏
光状態をそれぞれ示す。

【００７６】変調前の偏光状態が図２４（ａ）に示すよ
うに単一の直線偏光成分のみの場合、液晶６１Ｂで変調
された部分は、偏光方向が回転する。この画像を偏光板
を用いて観察することを考えると、変調前の偏光方向と
同じ方向の強度を見ると、液晶６１Ｂで変調されない部
分の強度は同じである。一方、変調された部分は、強度
が減少しているように見える。特に、偏光方向が９０度
回転した場合は、最も暗く見えることになる。ところ
が、偏光板を介さずに観察した場合は、変調前と同じ画
像が観察される。つぎに、変調前の偏光方向と垂直な偏
光成分を観察すると、変調を受けていない部分は見えな
くなり、変調を受けた成分のみが観察可能になる。つま
り、液晶６１Ｂで偏光方向を回転させることにより、先
に述べた図６のように、変調画像を元の画像に対する偏
光変調として重ね合わせて投影することができる。

【００７７】変調前の偏光状態が図２４（ｂ）に示すよ
うに、楕円偏光である場合についても同様に考えればよ
い。偏光方向がθ回転した場合を考える。最初に図２４
（ｂ）に直交する２つの偏光成分の強度がそれぞれＩ
１、Ｉ２という値であるとすると、変調後には、変調を
受けない部分の２つの偏光成分の強度はそのままで、そ
れぞれＩ１、Ｉ２である。

【００７８】一方、変調を受けた部分はそれぞれ、Ｉ１ｃｏｓθ＋Ｉ２ｓｉｎθ、Ｉ１ｓｉｎθ＋Ｉ２ｃｏ
ｓθ となる。したがって、偏光成分の比（Ｉ２／Ｉ１）と回
転角θを変化させることにより変調することが可能にな
る。

【００７９】以上が第１の光学系に関する説明である。
つぎに、情報処理部１４の処理について述べる。上記第
１の光学系の説明からも分かるように、ある画像情報を
もった光に対し、後から偏光成分を変調するという方法
をとっている。すなわち、画像処理部１４では、まず、
メインの画像を記憶媒体から読み込んで、図２３に示す
光学系に入射させる画像を形成するための処理と、図２
３の光学系に入射した光を、液晶６１Ａ，Ｂによって変
調するための画像処理を分けて行なう。

【００８０】メイン画像を投影する方法は、パーソナル
コンピュータが行なっているように、あるドキュメント
ファイルを所定のアプリケーションで開き、画像データ
をビデオドライバによって演算するか、あるいは一般の
ビデオ再生装置が行なっているように、記憶媒体から記
録された映像データを読み出し、所定のフォーマットの
映像信号を生成するといった操作で実現する。

【００８１】一方、変調画像を生成するための演算内容
は、メイン画像と同様にして得られた画像情報と、メイ
ンの画像情報が比較され、液晶をどの程度変調したら見
やすくなるかが計算処理される。すなわち、変調用の液
晶６１Ａ，Ｂの各電極に印加する電圧を、その位置の液
晶を通過するメインの画像の波長、強度に応じて変化さ
せる。その理由は、波長により旋光特性が異なること、
およびメイン画像の強度により、変調画像の変調幅（ダ
イナミックス）が変化するためである。よって、これら
を考慮して液晶Ａ，Ｂに印加する電圧を変調する必要が
ある。変調画像の表示位置をメイン画像内で移動させる
自由度が存在する場合は、ダイナミックスが大きく取れ
るよう、表示位置を移動して判断およびその処理を行な
う機能を設ける。

【００８２】さて、第２の光学系として、偏光ビームス
プリッタにより、２つの直交する直線偏光光に分割し、
その分割光のうち、少なくとも一方に対し、振幅または
偏光方向に対して変調を掛けた後、再び偏光ビームスプ
リッタによって合成する例について説明する。

【００８３】図２５は、第２の光学系の概略構成例（そ
の１）を示す説明図である。第１の偏光ビームスプリッ
タ（以下、ＰＢＳと略記する）７０で直交する２つ直線
偏光成分に分割された後、それぞれ光学変調器７２で振
幅または偏光方向について変調を受け、その後、第２の
ＰＢＳ７０により再び光線に重ね合わせる構成となって
いる。２つのＰＢＳ７０は共に、紙面に垂直な偏光成分
を反射し、平行な偏光成分は通過する。２つのＰＢＳ７
０と２つの鏡７１を用い、２つの光路を再び合成してい
る。

【００８４】光学変調器７２としては、たとえば液晶を
用いることが可能である。液晶に入射前は全てが直線偏
光であるが、液晶により偏光方向をθ回転させると、第
２のＰＢＳ７０で透過／反射する成分の強度が元のｃｏ
ｓθ倍になり、（１−ｃｏｓθ）倍の成分は透過／反射
され、失われる。または、光学変調器７２を、液晶を通
過後、偏光板を通るような構成であってもよい。

【００８５】第１のＰＢＳ７０により分割された時点で
紙面に垂直な成分の強度がＩ１、水平な成分がＩ２であ
るとすると、仮に液晶によってそれぞれθ１、θ２だけ
偏光方向が回転するような変調を受けたとすると、第２
のＰＢＳ７０で光路が合成されたときの紙面に垂直な成
分、平行な成分の強度はそれぞれ、Ｉ１ｃｏｓθ１、Ｉ２ｃｏｓθ２となる。

【００８６】図２６は、第２の光学系の概略構成例（そ
の２）を示す説明図である。本構成は前述の図２６に対
し、ＰＢＳ７０を１つで構成し、さらに光学変調器７２
を往復し、再び光路が合成されるように構成する。この
場合、ＰＢＳ７０で再合成されたときの紙面に垂直な偏
光成分の強度、平行な偏光成分の強度は、Ｉ１ｓｉｎ（２×θ２）、Ｉ１ｓｉｎ（２×θ１）となる。

【００８７】また、図２７および図２８に示すように、
ある方向の直線偏光の光に対し、第１のＰＢＳ７０によ
り、直線偏光方向に４５度ずつ傾いた強度の等しい２つ
の直線偏光状態に分かれるように配置する光学系であっ
てもよい。この場合、２光線が再合成された後の強度
は、元の偏光成分に対して４５度ずつ傾いた２方向成分
に対して上述の光学系と同様となる。

【００８８】このように、上述したそれぞれの光学系で
は、光学変調器７２により偏光方向を回転させることに
より、２つの直交する偏光成分の強度を変調することが
可能である。これによって、偏光成分の強度比を変調す
るが、偏光に関係ない状態で観察した場合の強度は、通
過後では通過前の半分になっている。

【００８９】つぎに、変調を行なった例について図２９
および図３０を参照して説明する。図２９は、偏光板を
通して観察された場合においても変調画像だけでなく元
画像も見える例を示すものである。また、図３０は、偏
光板を通して観察した場合、元画像は見えず、変調画像
のみが見えるように変調した例を示すものである。

【００９０】図において、各行の左の列はＰＢＳに入射
する前の偏光状態とその強度振幅を示すものである。上
の行は一般の楕円偏光であるが、説明を簡単にするため
円偏光で示している。中の列は、ＰＢＳで分割された直
後の状態を示している。また、各行の右の列は、再合成
されたときの偏光状態とその強度振幅を表すものであ
り、上下はその変調度合いの両極端を示し、一方を変調
画像を表示するための変調が掛かっていない状態であ
り、他方が変調画像を表示するための変調度合いが最大
の状態を示す。

【００９１】つぎに、前述した図２５〜図２８に示した
光学系を用いた画像投影システムの情報処理部１４の処
理について説明する。この画像投影システムでは、前述
したように、メインの画像情報光に対し、後から偏光成
分を変調する方法と、両方の画像の変調を同時に行なう
方法の２通りが可能である。前者の方法については先に
述べたので、後者について説明する。

【００９２】図２３において示した光学系を用いたシス
テムと同様に、まず、メインの画像と変調画像に関する
２つの画像情報を得る。分割された光路を合成した後、
同一の位置を示す２つの光学変調器７２のある点におい
て、メインの画像に対して一方は光強度が強くなるよう
に、他方は弱くなるように変調する。この変調を受けた
画像は、メインの画像と変調画像が混在した状態である
が、２つをＰＢＳ７０で合成されると、偏光によらない
状態では、メインの画像のみが可視である。また、この
とき、両者の画像情報から変調画像のダイナミックスを
大きく取れるように２つの光学変調器７２に最適なデー
タを送るための計算を行なう。以下、この強度変調例に
ついて述べる。

【００９３】先に述べたように、変調画像のダイナミッ
クスは、重ねる場所の元画像の強度に依存する。図２５
〜図２８で示した光学系で変調を行なう場合は、その影
響を大きく受けることになる。図３１は、変調方法の原
理を示すものである。すなわち、変調画像の元画像に対
する変調強度の幅を変調素子のある画素における元画像
の出力強度をＩ、最大出力強度をＩｍａｘ、最小出力強
度をＩｍｉｎとしたとき、（Ｉｍａｘ−Ｉ）と（Ｉ−Ｉ
ｍｉｎ）のいずれか小さい方の幅で強度変調を行なう例
を示すものである。ここで、出力強度は、その最大値で
規格化したものであり、すなわちＩｍａｘ＝１である。
また、一般にＩｍｉｎ＝０である。

【００９４】図３１において、元画像が最大出力強度Ｉ
ｍａｘと最小出力強度Ｉｍｉｎの中間値以上の値に相当
する箇所では、その値Ｉに対してそれぞれ±（Ｉｍａｘ
−Ｉ）の幅で変調される。したがって、片方は最大強度
となるような変調を行なうことになる。一方、元画像が
最大出力強度Ｉｍａｘと最小出力強度Ｉｍｉｎの中間値
より小さい値に相当する箇所では、片方は最小強度とな
るような変調を行なうことになる。このような変調を行
なうことにより、変調画像の表示色はまちまちになる
が、ダイナミックスが大きく取れるので、見やすくな
る。

【００９５】以上説明したような原理を用い、変更成分
比を変調することにより、偏光板を通してのみ観察可能
になる画像を、偏光板を介さない場合は知覚できないよ
うな状態で表示することが可能となる。

【００９６】つぎに、多色投影可能であり、変調画像の
変調信号が各色が独立に生成可能である画像投影装置本
体の光学系について、２つの光学系の例（図３２、図３
３、図３４）を示し、説明する。図３２および図３３
は、図２３に示した光学系による変調原理によって各色
独立変調を行なう光学系の概略構成を示す説明図であ
る。

【００９７】図３２の各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のユニットは
図３３のように構成されている。図における符号６１
Ａ，Ｂは液晶、符号６２は偏光板、符号７３は光源、符
号７４は波長（色）フィルタ、符号７５は偏光変換素
子、符号７６はダイクロイックプリズム、符号７７は拡
大光学系である。

【００９８】光源７３からの光は偏光変換素子７５によ
り、直線偏光になり、波長フィルタ７４により特定の波
長成分のみの光が透過される。その後、液晶６１Ａと偏
光板６２で画像を生成した後、液晶６１Ｂで偏光方向を
回転させることにより、偏光変調を行なう。この部分
は、図２３で述べた通りである。

【００９９】光学系全体の大まかな構成は図３２のよう
になっており、各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のユニットから出力
された光は、ダイクロイックプリズム７６により合成さ
れ、カラー画像となる。その後、拡大光学系７６によっ
て拡大投影される。投影原理は一般のプロジェクタと同
じであり、同様の構成により実現される。なお、図３２
では３色別々の光源が用意されているように描かれてい
るが、単一の光源から得られた光をダイクロイックプリ
ズム７６を用いて色分解する構成であってもよい。

【０１００】図３４は、図２５、図２６に示した光学系
による変調原理によって各色独立変調を行なう光学系の
概略構成を示す説明図である。光源７３から得られた光
に対して波長フィルタ７４で特定の波長成分を透過させ
た光をＰＢＳ７０に入射し、先に述べた原理により変調
を行なう。その後、各色（Ｒ、Ｇ，Ｂ）の光がダイクロ
イックプリズム７６によって合成され、拡大光学系７６
によって拡大投影される。この例においても、単一の光
源から得られた光をダイクロイックプリズムを用いて色
分解する構成でも実現可能である。また、一般のプロジ
ェクタの原理の大部分の構成をそのまま流用することが
できる。

【０１０１】つぎに、各色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を独立の変調
度で変調する例について図３５を用いて説明する。情報
処理部１４で、変調画像の信号を生成する際に、背景と
なるメインの画像に対して取れるダイナミックス内で、
各色はそれぞれ独自の変調強度で画像変調を行うことが
可能である。

【０１０２】図３５（ａ）は、偏光に関係のない状態で
観察した投影画像の様子の例である。この例の場合、一
様に灰色の画面が観察される。図３５（ｂ）、（ｃ）は
それぞれ、紙面の左右方向、上下方向の偏光成分５を偏
光板４を用いて観察した投影画像の様子を示す図であ
る。ここでは、変調画像である円と直方体はそれぞれ異
なる色で表示されている。

【０１０３】これらの変調画像を足し合わせると、図３
５（ａ）の色に戻る。この仕組みを図３６に示す。この
図例では、分かりやすくするため、背景となるメインの
画像が一様である場合を示したが、実際には一様である
必要はない。その場合、背景が暗い箇所ではダイナミッ
クスが取れないので、情報処理装置１１によって変調画
像を表示させる位置を、ダイナミックスがなるべく大き
く取れるように、表示場所を調整する機能を付加するこ
とにより、ある程度解決することができる。

【０１０４】つぎに、変調レートについて説明する。先
に述べた図２３において偏光方向を回転させる変調を行
なう液晶６１Ｂは必ずしも元の画像を作成するための液
晶６１Ａと同じ変調レートで同期している必要はない。
変調画像として用いられているデータは、補助的な内容
であり、文字情報などの頻繁に内容を更新しなくても済
むデータであることが多い。このような場合、変調レー
トを落とすことにより、信号処理データを少なくするこ
とが可能である。また、図２５〜図２８に示した光学系
の場合にも、同様に演算の負担を軽減することが可能で
ある。

【０１０５】別の観点からみると、人間の目は２０Ｈｚ
以上の変調には追従できないというデータがある。動画
を見る場合はその変化を知覚するが、動きの少ない物体
ではあまり気にならない。このことを利用し、変調画像
の画像変調レートを２０Ｈｚ〜３０Ｈｚとする。

【０１０６】図３７は、元画像（ａ）に対する第１の変
調例（ｂ）および第２の変調例（ｃ）を示す説明図であ
る。元画像のリフレッシュレートは６０Ｈｚであり、こ
れに対して変調画像は２０Ｈｚである。すなわち、６０
Ｈｚの画素クロックに対して３クロック毎に内容を更新
する。図３７（ｃ）の別の例においても、元画像のリフ
レッシュレート６０Ｈｚに対し、変調画像を２０Ｈｚと
する。つまり、６０Ｈｚの画素クロックに対して３クロ
ック毎に内容を更新する。

【０１０７】つぎに、上述した変調方法とは異なる例に
ついて説明する。先に述べた図２５〜図２８において投
影された画像を偏光眼鏡を用いて観察すると、投影画像
のうち無変調の部分の光量は、偏光板による偏光選択に
より低下する。これを回避するために、変調レートを遅
くし、変調が掛かっていない状態では、これに合わせ、
偏光に関係のない状態で投影画面を観察することによ
り、光量の時間平均量は幾分か向上させることが可能で
ある。この変調方法を示したのが図３８である。

【０１０８】図３８において、６０Ｈｚの元画像に対し
て２０Ｈｚで変調を行なっているが、画素クロックを１
つ分の間のみ変調画像を表示させており、それ以外の２
クロック間は変調画像を表示させていない。図３８
（ａ）は偏光板を介さずに観察した状態である図３８
（ｂ）は偏光板を通して観察した例である。この場合、
変調が掛かってない時刻での強度は、偏光板を通さずに
観察した場合の半分になっている。

【０１０９】一方、図３８（ｃ）は、図１７〜図２０で
示したように、変調に同期して透過光の偏光成分を調整
することが可能な装置を通して観察した場合である。変
調画像が表示されるタイミングでは、透過する偏光成分
が選択され、変調画像を観察することが可能であり、一
方、変調画像が表示されないタイミングにおいては、偏
光成分の選択が行なわれないため、元の強度で観察が可
能になる。これにより、短時間の時間平均強度が向上す
るので、画像を明るく感じることができる。この方法
は、プレゼンテーションスライドのような比較的時間変
化の少ない内容を投影する場合に有効となる。

【０１１０】つぎに、変調画像として字幕を表示させる
装置構成などについて説明する。図３９は、字幕表示の
ための第１の構成例を示すブロック図である。ここで
は、字幕投影データ２４が、メイン投影データ１７と同
一文書として記憶媒体１３に記憶されている。メイン投
影データ１７に対し、どのタイミングでどの場所に、ま
たどのようなフォント、色調で字幕投影データ２４が表
示されるかが、予め記録されている。したがって、これ
らの内容を含むドキュメントをアプリケーションから実
行すると、メイン投影データ１７に応じて自動的に字幕
投影データ２４が表示される。もちろん、この投影画像
を観察する場合、偏光眼鏡を掛けた人だけが字幕を読む
ことが可能であり、一方、偏光眼鏡を掛けていない人は
その内容を知覚することはない。

【０１１１】図４０は、字幕表示のための第２の構成例
を示すブロック図である。この場合、文字入力装置２５
を介して補助的なオペレータが、キー入力で字幕情報を
タイプし、その内容を変調画像として元画像・映像を重
ねて投影するように構成されている。この例では、情報
処理装置１１に付属の、あるいは接続された文字入力装
置２５を用いて字幕投影データ２４を入力し、その内容
をメイン投影データ１７に対して偏光変調を掛けて、投
影することが可能である。

【０１１２】図４１は、字幕表示の応用表示例を示す説
明図であり、字幕表示専用領域３４を設け、この領域に
字幕を表示する。すなわち、情報処理装置１１は、画像
投影装置１２が字幕を投影するための字幕表示専用領域
３４を設けるような画像信号を送る。変調画像データ１
８のうち字幕に関するものは全てこの字幕表示専用領域
３４に投影される。字幕を必要としない人は偏光眼鏡を
掛けなければ、字幕表示専用領域３４の字幕内容を知覚
することはない。

【０１１３】ところで、偏光眼鏡を通して観察すること
により、字幕内容を読むことは可能になるが、変調画像
の内容がこの字幕のみの場合、投影内容の他の領域を偏
光眼鏡で見ると暗くみえるという短所がある。この観察
光量の低下を回避するために用いられるのが、図４２に
示す偏光眼鏡２０である。

【０１１４】図４２に示す偏光眼鏡２０は、字幕部分の
み偏光板４が入っており、それ以外の部分は透過する偏
光成分に影響を及ぼすことのない透明板８で構成されて
いる。この偏光眼鏡を使用し、メイン投影データ１７の
投影反射光が透明板８を通過し、字幕投影専用領域３４
の投影反射光が偏光板４を通過するように、各人の姿勢
および視点を調整することにより、メイン内容は偏光成
分の選択による光量の現象を起こすことがなく、しかも
偏光板４を通して、偏光変調された字幕の内容を読むこ
とができる。

【０１１５】つぎに、これまで説明してきた画像投影シ
ステムに様々な補助的な情報を出力する機能を付加する
例について述べる。図４３は、変調画像として手話情報
を表示される画像投影システムの構成例（その１）を示
すブロック図である。図４４は、変調画像として手話情
報を表示される画像投影システムの構成例（その２）を
示すブロック図である。

【０１１６】図４３のシステムでは、記憶媒体１３に、
手話通訳者の行なう手話内容である手話投影データ２６
を記憶しておき、このデータを必要に応じて情報処理部
１４が読み取り、前述と同様に変調画像として投影でき
るような処理を行なう。

【０１１７】また、図４４のシステムでは、外部の映像
入力装置１６と情報処理装置１１を接続し、映像入力装
置１６内に手話通訳者の行なう手話内容である手話投影
データ２６を記憶しておき、上記と同様に、このデータ
を必要に応じて情報処理部１４が読み取り、前述と同様
に変調画像として投影できるような処理を行なう。

【０１１８】このように、手話を必要とする人は、偏光
眼鏡を通して手話投影画像を観察することにより、手話
通訳者の行なっている手話から内容を理解することが可
能となる。なお、映像入力装置１６は、たとえば一般の
ビデオカメラによって実現することが可能である。

【０１１９】図４５は、音声入力による音声認識機能お
よび変調画像として字幕を表示する機能を備えた画像投
影システムの構成を示すブロック図である。マイクロフ
ォンなどの音声入力装置２７によって、話者の発声内容
が入力され、情報処理装置１１は、音声認識用のアプリ
ケーションソフト１４、音声認識部２８を備えている。
これによって、発声内容がテキストデータに変換され
る。また、このテキストデータの内容が先に述べたと同
様に字幕として表示する。したがって、リアルタイムで
字幕が変調画面として投影され、偏光眼鏡を掛けた人の
みが知覚することができ、その内容を読むことができ
る。また，それ以外の人はその表示を知覚することがな
い。

【０１２０】図４６は、図４５に翻訳機能を付加した画
像投影システムの構成例を示すブロック図である。この
システムは、情報処理部１４に、音声認識部２８と、ア
プリケーションソフト２９と、外国語翻訳ソフトなどの
外国語翻訳部３０を備えている。また、情報処理部１４
に接続する記憶媒体１３には、翻訳を行なうために必要
となる翻訳データベース（ＤＢ）３１が用意されてい
る。音声認識によって得られたテキストデータは、外国
語翻訳部３０と翻訳データベース（ＤＢ）３１により他
のテキストデータに翻訳され、その内容が偏光変調によ
り字幕として投影される。その内容は、偏光眼鏡を掛け
た人のみが知覚することができ、その内容を読むことが
できる。また、それ以外の人はその表示を知覚すること
がない。

【０１２１】図４７は、図４５に手話表示機能を付加し
た画像投影システムの構成例を示すブロック図である。
このシステムは、情報処理部１４に、音声認識部２８
と、アプリケーションソフト２９と、手話翻訳を行なう
ソフトウェアである手話翻訳部３２を備えている。ま
た、情報処理部１４に接続する記憶媒体１３には、手話
のアニメーションデータである手話映像データベース
（ＤＢ）３３が用意されている。

【０１２２】図４７において、情報処理部１４は、手話
アニメーションを呼び出して手話翻訳を行なうソフトウ
ェア（手話翻訳部３２）を有し、話者の音声内容からリ
アルタイムで手話翻訳を行ない、アニメーション表示を
偏光変調画像として投影する。この手話アニメーション
は、偏光眼鏡を掛けた人のみが知覚することができ、そ
の内容を読むことができる。また，それ以外の人はその
表示を知覚することがない。

【０１２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる画
像投影方法（請求項１）によれば、投影光のある成分
と、それに垂直な偏光成分の強度比を変調し、偏光板の
みを通してのみ可視化されるような変調画像を元画像に
対して重ねて投影することにより、偏光に関係のない状
態で投影画像を観察した場合には、変調されていない元
画像のみが可視され、偏光板を介したときのみ変調画像
を観察することが可能になる。したがって、投影画像に
字幕などの補助的な情報（変調画像）を投影し、観察者
が偏光板の使用により選択的に元画像および補助画像を
確実に観察することができる。

【０１２４】また、本発明にかかる画像投影システム
（請求項２）によれば、変調画像が、外部の信号処理手
段から供給され、元画像に対してリアルタイムに画像変
調を行ない、投影することが可能になり、たとえば同時
通訳されたテキストデータや手話の内容をビデオカメラ
で取り込んだものなど、元の画像（映像）とは別の手段
により入力された画像を変調画像として重ね合わせるこ
とが可能になるので、投影画像に字幕などの補助的な情
報（変調画像）を投影し、観察者が偏光板の使用により
選択的に元画像および補助画像を確実に観察することが
できる。

【０１２５】また、本発明にかかる画像投影システム
（請求項３）によれば、変調画像が、投影される元画像
を記憶した記憶媒体に、元画像と共に記憶しておき、こ
れを利用することにより、画像または映像を拡大投影す
る際、元画像に対し、変調画像を同時投影するために偏
光変調に関する画像信号処理を行なうことができると共
に、元の画像（映像データ）と補助となる画像データを
同時に読み込むことが実現するので、補助データの変調
を施した画像信号を供給することができる。

【０１２６】また、本発明にかかる画像投影システム
（請求項４）によれば、偏光状態を変調画像の画像変調
と同期して時間変化させる偏光眼鏡の構成したので、最
適な状態で変調画像を見ることができる。

【０１２７】また、本発明にかかる画像投影システム
（請求項５）によれば、時分割多重された変調画像に同
期して偏光方向を時間的に変化させ、時分割多重された
変調画像のうち、任意の画像のみを元画像に付加した画
像が可視される偏光眼鏡の構成とするため、時分割多重
された変調画像のうち、任意の１つに同期して偏光眼鏡
の偏光方向を時間的に変化させ、時分割多重された変調
画像のうち、任意の画像のみを元画像に付加して観察す
ることができる。

【０１２８】また、本発明にかかる画像投影システム
（請求項６）によれば、偏光ビームスプリッタで分割さ
れた分割光のうち、少なくとも一方に対して振幅または
偏光方向に変調を掛けた後、再び偏光ビームスプリッタ
により合成するので、偏光がばらばらの状態や楕円偏光
の光に対して直交する２つの偏光成分の比が異なる変調
画像を投影することができる。

【０１２９】また、本発明にかかる画像投影システム
（請求項７）によれば、ある方向の直線偏光に光に対
し、前記ビームスプリッタにより直線偏光の方向に対し
て４５度ずつ傾斜し、強度の等しい２つの直線偏光状態
の光に分かれるように偏光ビームスプリッタを配置した
ので、直線偏光光に対して偏光による変調を行なうこと
ができ、また、直線偏光で投影を行なう通常のプロジェ
クタに外付け装置として付加することが可能となり、変
調画像の投影を比較的簡単に行なうことができる。

【０１３０】また、本発明にかかる画像投影システム
（請求項８）によれば、請求項８の構成とすることによ
り、多色の光源によってカラー画像が表示可能なプロジ
ェクタのおおもとの部分から変調することができると共
に、変調画面に表示する画像に対して色付けを行なうこ
とができ、さらに光源を偏光ロスによる損失を少なくす
ることが可能になる。

【０１３１】また、本発明にかかる画像投影システム
（請求項９）によれば、請求項９に示す条件で強度変調
を行なうため、元画像に影響を与えずに最大の変調幅で
補助的な画像の変調を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる無偏光状態で投影
画像を観察した例を示す説明図である。

【図２】本発明の実施の形態にかかる水平方向に移動さ
せる偏光板を通して投影画像を観察した例を示す説明図
である。

【図３】本発明の実施の形態にかかる垂直方向に移動さ
せる偏光板を通して投影画像を観察した例を示す説明図
である。

【図４】本発明の実施の形態にかかる変調画像の強度と
無変調部の強度の関係を示す説明図である。

【図５】本発明の実施の形態にかかる無変調部の強度を
示す説明図である。

【図６】本発明の実施の形態にかかるスクリーン投影の
様子を示す説明図である。

【図７】本発明の実施の形態にかかる画像投影システム
の基本構成を示すブロック図である。

【図８】本発明の実施の形態にかかる偏光眼鏡の構成を
示す説明図である。

【図９】本発明の実施の形態にかかる無変調画像、変調
画像の観察状態例を示す説明図である。

【図１０】本発明の実施の形態にかかる第１の画像生成
方法（その１）による画像投影システムの構成を示すブ
ロック図である。

【図１１】本発明の実施の形態にかかる第１の画像生成
方法（その２）による画像投影システムの構成を示すブ
ロック図である。

【図１２】本発明の実施の形態２にかかる第１の画像生
成方法（その３）による画像投影システムの構成を示す
ブロック図である。

【図１３】本発明の実施の形態にかかる第２の画像生成
方法による画像投影システムの構成を示すブロック図で
ある。

【図１４】本発明の実施の形態にかかる時分割多重変調
により複数の画像または映像の変調を行なう様子を示す
説明図である。

【図１５】本発明の実施の形態にかかる光学系に用いら
れる液晶シャッタの構成を示す説明図である。

【図１６】本発明の実施の形態にかかる光学系による液
晶シャッタを用いた場合の時分割多重変調の様子を示す
説明図である。

【図１７】本発明の実施の形態にかかる電気光学効果を
用いた偏向眼鏡の原理および構成を示す説明図である。

【図１８】本発明の実施の形態にかかる音響光学偏向器
を用いた偏向眼鏡の原理および構成を示す説明図であ
る。

【図１９】本発明の実施の形態にかかり、投影画像を観
察する装置の変調と画像投影装置の変調とを同期させて
観察する画像投影システムの構成を示すブロック図であ
る。

【図２０】図１９の画像投影システムにおける屈折率変
調オン／オフ時の偏光眼鏡による観察状態を示す説明図
である。

【図２１】ブリュスター角（偏光角）の様子を示す説明
図である。

【図２２】本発明の実施の形態にかかり、時分割多重さ
れた複数の変調画像／映像を選択し、観察する画像投影
システムの構成を示すブロック図である。

【図２３】本発明の実施の形態にかかる第１の光学系の
原理および構成を示す説明図である。

【図２４】図２３における第１の光学系による変調例を
示す説明図である。

【図２５】本発明の実施の形態にかかる第２の光学系の
概略構成例（その１）を示す説明図である。

【図２６】本発明の実施の形態にかかる第２の光学系の
概略構成例（その２）を示す説明図である。

【図２７】本発明の実施の形態にかかり、等強度の２つ
の直線偏光を実現する第２の光学系の構成例（その１）
を示す説明図である。

【図２８】本発明の実施の形態にかかり、等強度の２つ
の直線偏光を実現する第２の光学系の構成例（その２）
を示す説明図である。

【図２９】本発明の実施の形態にかかり、偏光板を通し
て観察された場合においても変調画像だけでなく元画像
も見える例を示す説明図である。

【図３０】本発明の実施の形態にかかり、偏光板を通し
て観察した場合、元画像は見えず、変調画像のみが見え
るように変調した例を示す説明図である。

【図３１】本発明の実施の形態変調方法の原理を示す説
明図である。

【図３２】図２３に示した光学系による変調原理によっ
て各色独立変調を行なう光学系の概略構成を示す説明図
である。

【図３３】図３２の各色ユニットの構成を示す説明図で
ある。

【図３４】図２５、図２６に示した光学系による変調原
理によって各色独立変調を行なう光学系の概略構成を示
す説明図である。

【図３５】図３４の光学系による各色独立変調例を示す
説明図である。

【図３６】図３５における偏光成分の仕組みを示す説明
図である。

【図３７】本発明の実施の形態にかかる元画像（ａ）に
対する第１の変調例（ｂ）および第２の変調例（ｃ）を
示す説明図である。

【図３８】図３７とは異なる他の変調方法を示す説明図
である。

【図３９】本発明の実施の形態にかかる字幕表示のため
の第１の構成例を示すブロック図である。

【図４０】本発明の実施の形態にかかる字幕表示のため
の第２の構成例を示すブロック図である。

【図４１】本発明の実施の形態にかかる字幕表示の応用
表示例を示す説明図である。

【図４２】本発明の実施の形態にかかる偏光板と透明板
とを両立した偏光眼鏡の構成を示す説明図である。

【図４３】本発明の実施の形態にかかる変調画像として
手話情報を表示される画像投影システムの構成例（その
１）を示すブロック図である。

【図４４】本発明の実施の形態にかかる変調画像として
手話情報を表示される画像投影システムの構成例（その
２）を示すブロック図である。

【図４５】本発明の実施の形態にかかる音声入力による
音声認識機能および変調画像として字幕を表示する機能
を備えた画像投影システムの構成を示すブロック図であ
る。

【図４６】図４５に翻訳機能を付加した画像投影システ
ムの構成例を示すブロック図である。

【図４７】図４５に手話表示機能を付加した画像投影シ
ステムの構成例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１無偏光状態で観察した投影画像２偏光板を通して観察した投影画像３変調画像４偏光板５偏光成分６無偏光状態で観察された元画像７偏光板を通して観察された元画像８透明板１１情報処理装置１２画像投影装置１３記憶媒体１４情報処理部１５画像信号処理部１６撮像／再生装置１７メイン投影データ１８変調投影データ２０偏光眼鏡２１屈折率変調器２２同期電波受信機２３同期電波発信器７０ＰＢＳ７１鏡７２光学変調器７３光源７４波長フィルタ７６ダイクロイックプリズム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 15/00 Ｈ０４Ｎ 15/00 ５Ｃ０６１Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA05 BB01 BB03 BB62 BC22 2H088 EA14 EA15 HA13 HA18 HA20 HA21 HA24 HA28 MA20 2H099 AA11 BA17 CA06 CA11 DA00 2K103 AA05 AB10 BB05 BB09 BC14 BC16 CA57 CA72 5C058 BA24 EA11 EA13 EA14 EA26 5C061 AA02 AA11 AA23 AA25 AB12 AB14 AB16 AB20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影光のある偏光部分と、当該成分に直
交する偏光成分の強度比を変調し、元の画像に対し、あ
る偏光方向の光のみを透過する偏光板を通してのみ可視
像として視認される変調画像を、重ねて投影することを
特徴とする画像投影方法。
【請求項２】ある偏光方向の光のみを透過する偏光眼
鏡と、元画像の投影処理および偏光変調画像の生成に必要な信
号処理を行なう信号処理手段と、前記偏光眼鏡を通してのみ可視像として視認される前記
偏光変調画像を、前記信号処理手段の出力信号にしたが
って元画像に重ねて投影する画像投影手段と、を備えた
ことを特徴とする画像投影システム。
【請求項３】さらに、元画像のデータと前記変調画像
のデータとが記憶されたデータ記憶手段を備え、前記信号処理手段は、投影する際に、前記データ記憶手
段の元画像に対し、前記変調画像を同時投影するための
偏光変調に関する処理を実行することを特徴とする請求
項２に記載の画像投影システム。
【請求項４】前記偏光眼鏡は、複屈折性を示す光学物
質に対し、電場、または外力による歪、または弾性波を
印加し、透過光の偏光状態を制御し、前記変調画像の画
像変調と同期して時間変化させる構成であることを特徴
とする請求項２または３に記載の画像投影システム。
【請求項５】前記偏光眼鏡は、時分割多重された変調
画像に同期して偏光方向を時間的に変化させ、前記時分
割多重された変調画像のうち、任意の画像のみを元画像
に付加した画像が可視化されることを特徴とする請求項
４に記載の画像投影システム。
【請求項６】前記画像投影手段は、２つの直交する直線偏光光に分割する偏光ビームスプリ
ッタを備え、前記偏光ビームスプリッタで分割された分割光のうち、
少なくとも一方に対して振幅または偏光方向に変調を掛
けた後、再び前記偏光ビームスプリッタにより合成され
る光路構成であることを特徴とする請求項２に記載の画
像投影システム。
【請求項７】前記偏光ビームスプリッタは、ある方向
の直線偏光に光に対し、前記偏光ビームスプリッタによ
り前記直線偏光の方向に対して４５度ずつ傾斜し、強度
の等しい２つの直線偏光状態の光に分かれるように配置
されていることを特徴とする請求項６に記載の画像投影
システム。
【請求項８】多色の光源によってカラー画像が投影さ
れ、投影光のある偏光部分と、当該成分に直交する偏光
成分の強度比を変調し、元の画像に対し、ある偏光方向
の光のみを透過する偏光板を通してのみ可視像として視
認される変調画像を、重ねて投影する画像投影システム
であって、各色の光源から出射される光を直線偏光する偏光変換手
段と、前記直線偏光された各色に対して特定の波長成分のみの
光を透過する波長フィルタと、前記波長フィルタを通過した光の偏光方向を回転させて
偏光変調を行なう偏光変調手段と、前記偏光変調手段を経た各色を合成する合成手段と、を備えたことを特徴とする画像投影システム。
【請求項９】前記変調画像の元画像に対する変調強度
の幅を、変調素子のある画素における元画像の出力強度
をＩ、最大出力強度をＩｍａｘ、最小出力強度をＩｍｉ
ｎとしたとき、（Ｉｍａｘ−Ｉ）と（Ｉ−Ｉｍｉｎ）の
いずれか小さい方の幅で強度変調を行なうことを特徴と
する請求項６、７または８に記載の画像投影システム。