JP2005215325A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークの少ない鮮明な立体画像を表示する立体画像表示装置の提供。
【解決手段】立体画像表示装置１００ａは、分割偏光源１０、投影レンズ２０、偏光透過スクリーン３０、液晶パネル４０、および拡散シート５０を備える。投影レンズ２０は、右目用の直線偏光の偏光軸に直交する方向、すなわち水平方向に伸びた稜線を有する第１のリニアフレネルレンズ２２ａと、右目用の直線偏光の偏光軸に平行な方向、すなわち垂直方向に伸びた稜線を有する第２のリニアフレネルレンズ２２ｂとを、直線偏光の進行方向に重ねて有する。この場合、第１のリニアフレネルレンズ２２ａは、右目用及び左目用の直線偏光を垂直方向に屈折させ、第２のリニアフレネルレンズ２２ｂは、右目用及び左目用の直線偏光を水平方向に屈折させる。
【選択図】図１

Description

本発明は立体画像表示装置に関する。

従来、２次元ディスプレイを用いて立体画像を表現する表示装置として、視差のある２枚の画像を左右の目に分離提示する方式が各種提案されている。例えば、互いに直交する偏光からなる左目用画像と右目用画像とを偏光板からなる特殊メガネで分離するメガネ方式や（例えば、特許文献１参照。）、左目用画像と右目用画像とでバックライトの光源を分離し、左目用画像を透過した光を観察者の左目に、右目用画像を透過した光を観察者の右目に投影するメガネ無し方式等が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平３−１３４６４８号公報 ＷＯ ０１／５９５０８号公報

メガネ方式においては、左目用の光と右目用の光とを分離する場合、表示素子を透過し同一方向に偏光軸を有する左目及び右目用画像の直線偏光のいずれか一方を１／２波長板に透過させて９０°回転させることにより、左目用画像の直線偏光と右目用画像の直線偏光とを直交させる。そして、観察者用の偏光眼鏡において、左右それぞれの直線偏光の向きと平行に右眼用及び左眼用の偏光板の向きをそれぞれ合わせる。これにより、観察者の左目には左目用画像の直線偏光のみが、右目には右目用画像の直線偏光のみが到達する。

一方、メガネ無し方式においては、バックライトとしての右目用光源と左目用光源とで互いに直交する直線偏光を用いる。そして表示素子の左目用画像表示ラインに向かう左目用の直線偏光と右目用画像表示ラインに向かう右目用の直線偏光のいずれかの偏光軸の向きを１／２波長板で９０°回転させることによって、両者の偏光軸の向きを表示素子の入射側に設けられた偏光板の偏光軸と平行にそろえる。この結果、左目用画像表示ラインに向かう左目用直線偏光と、右目用表示ラインに向かう右目用直線偏光のみが表示素子に入射する。このようにして、観察者の左目には左目用画像の直線偏光のみが、右目には右目用画像の直線偏光のみが到達する。

しかしながら、メガネ方式及びメガネ無し方式のいずれの場合であっても、直線偏光を同心円上の投影レンズで前方に投影する際に、直線偏光の偏光軸の向きが変化してしまう、または直線偏光が楕円偏光化してしまうという課題があった。この現象は、同心円上の投影レンズで直線偏光を屈折させる場合に、投影レンズへの入射位置によっては、同一の直線偏光がＰ波及びＳ波の成分を同時に有することに起因すると考えられる。Ｐ波及びＳ波は反射率及び透過率が異なるので、投影レンズを透過する間に両者に位相差が生じ、結果として偏光軸が回転、または楕円偏光化してしまうと考えられる。このようにして直線偏光が崩れると、左目用の直線偏光と右目用の直線偏光を偏光板で十分に分離しきれず、立体画像にクロストークが発生してしまうという課題があった。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態において、立体画像表示装置は、水平又は垂直な偏光軸を有する右目用の直線偏光を出射する右目用光源と、右目用の直線偏光と直交する左目用直線偏光を出射する左目用光源とを、左右方向に分割して備える分割偏光源と、右目用の直線偏光の偏光軸と直交する方向に伸びた稜線を有する第１のリニアフレネルレンズと、偏光軸に平行な方向に伸びた稜線を有する第２のリニアフレネルレンズとを、直線偏光の進行方向に重ねて有することにより、右目用の直線偏光を観察者の右目の方向に投影すると共に、左目用の直線偏光を観察者の左目の方向に投影する投影レンズと、投影レンズよりも観察者側に設けられ、右目用画像を表示する右目用表示ライン及び左目用画像を表示する左目用表示ラインが垂直方向に交互に繰り返して設けられた表示部と、表示部の分割偏光源側に設けられ、右目用光源から出射される直線偏光と平行な直線偏光のみを表示部に入射させる偏光板とを有する液晶パネルと、液晶パネルよりも分割偏光源側において、右目用表示ラインと対向して設けられ、右目用光源及び左目用光源から出射される直線偏光を同一の向きで出射する０°回転領域と、左目用表示ラインと対向して設けられ、右目用光源及び左目用光源から出射される直線偏光をそれぞれ±９０°回転させて出射する９０°回転領域とを垂直方向に交互に繰り返し有する偏光透過スクリーンとを備える。

上記立体画像表示装置において、投影レンズはＰ波及びＳ波の成分を同時に屈折させることがない。この結果、投影レンズは、入射する直線偏光の偏光軸を回転させることなく、または楕円偏光化することなく当該直線偏光を前方に投影することができる。従って、液晶パネルは、投影レンズから投影された光を高精度にフィルタリングすることができる。すなわち、上記立体画像表示装置は、クロストークの少ない鮮明な立体画像を表示することができる。また、上記立体画像表示装置において、液晶パネルは、投影レンズよりも観察者側に設けられている。従って、立体画像表示装置は液晶パネルの画素ピッチを拡大することなく、観察者に対して高精細な画像を表示することができる。

偏光透過スクリーンは、右目用光源から出射される直線偏光の偏光軸に対して光学主軸の方向が±２２．５°の角度をなす第１の回転領域と、第１の回転領域の光学主軸に対して±４５°の角度をなすように光学主軸の方向が設けられた第２の回転領域とが、いずれも１／２波長板によって垂直方向に交互に繰り返し形成されたパターン偏光回転板と、垂直方向において光学主軸の向きが一様な１／２波長板であって、当該光学主軸の向きが第１の回転領域の光学主軸に対して直交する一様偏光回転板とを含み、第１の回転領域は０°回転領域に含まれ、第２の回転領域は９０°回転領域に含まれてもよい。

上記偏光透過スクリーンにおいて、第１の回転領域及び一様偏光回転板を通過する偏光は互いに逆方向に同一の回転角度で回転するので波長分散特性が打ち消される。また、第２の回転領域及び一様偏光回転板を通過する偏光は最終的に達成される９０°の回転を４５°ずつ、つまり９０°よりも小さい回転角度づつ、複数回同一方向に回転することによって達成する。これにより、一度に９０°回転させる場合よりも波長分散特性が低減される。また、一様偏光回転板は、偏光回転特性が垂直方向に関して一様なので、光学主軸の向きを上記のように設定すれば、パターン偏光回転板の各領域に対して一様偏光回転板を上下左右方向に位置合わせする必要がない。これにより、上記偏光透過スクリーンは、パターン偏光回転板と一様偏光回転板の上下方向の組み立て誤差の影響を受けることなく、第１の回転領域を通過する直線偏光と第２の回転領域を通過する直線偏光とを広い波長域に渡り、精度良く直交させることができる。このような偏光透過スクリーンを備える立体表示装置は、左目用画像と右目用画像とを偏光板で高精度に分離できるので、クロストークの少ない鮮明な立体画像を表示できる。

本発明の第２の形態によれば、立体画像表示装置は、水平又は垂直な偏光軸を有する右目用の直線偏光を出射する右目用光源と、右目用の直線偏光と直交する左目用直線偏光を出射する左目用光源とを、左右方向に分割して備える分割偏光源と、右目用の直線偏光の偏光軸に直交する方向に伸びた稜線を有する第１のリニアフレネルレンズと、偏光軸に平行な方向に伸びた稜線を有する第２のリニアフレネルレンズとを、直線偏光の進行方向に重ねて有することにより、右目用の直線偏光を観察者の右目の方向に投影すると共に、左目用の直線偏光を観察者の左目の方向に投影する投影レンズと、投影レンズよりも観察者側に設けられ、右目用画像を表示する右目用表示ライン及び左目用画像を表示する左目用表示ラインが垂直方向に交互に繰り返して設けられた表示部と、表示部の分割偏光源側に設けられ、左目用光源から出射される直線偏光と平行な直線偏光のみを表示部に入射させる偏光板とを有する液晶パネルと、液晶パネルよりも分割偏光源側において、右目用表示ラインと対向して設けられ、右目用光源及び左目用光源から出射される直線偏光をそれぞれ±９０°回転させて出射する９０°回転領域と、左目用表示ラインと対向して設けられ、右目用光源及び左目用光源から出射される直線偏光を同一の向きで出射する０°回転領域とを垂直方向に交互に繰り返し有する偏光透過スクリーンとを備える。これにより、第１の形態と同様の効果を奏する。

上記立体画像表示装置において、偏光透過スクリーンは、左目用光源から出射される直線偏光の偏光軸に対して光学主軸の方向が±２２．５°の角度をなす第１の回転領域と、第１の回転領域の光学主軸に対して±４５°の角度をなすように光学主軸の方向が設けられた第２の回転領域とが、いずれも１／２波長板によって垂直方向に交互に繰り返し形成されたパターン偏光回転板と、垂直方向において光学主軸の向きが一様な１／２波長板であって、当該光学主軸の向きが第１の回転領域の光学主軸に対して直交する一様偏光回転板とを含み、第１の回転領域は０°回転領域に含まれ、第２の回転領域は９０°回転領域に含まれてもよい。

本発明の第３の形態によれば、立体画像表示装置は、光源と、光源の前方に設けられ、所定の直線偏光のみを透過させる入射側偏光板と、当該入射側偏光板の観察者側に設けられ、右目用画像を表示する右目用表示ライン及び左目用画像を表示する左目用表示ラインが垂直方向に交互に繰り返して設けられた表示部と、表示部を通過した光のうち特定方向の直線偏光のみを透過させる出射側偏光板とを有する液晶パネルと、液晶パネルを透過した直線偏光の光路上において、右目用表示ラインと対向して設けられ、右目用表示ライン及び出射側偏光板を透過した直線偏光を±９０°回転させて出射する９０°回転領域と、左目用表示ラインと対向して設けられ、左目用表示ライン及び出射側偏光板を透過した直線偏光を同一の向きで出射する０°回転領域とを垂直方向に交互に繰り返し有する偏光透過スクリーンと、偏光透過スクリーンを透過した直線偏光の偏光軸に対して平行又は直角な方向に傾斜して設けられ、偏光透過スクリーンを透過した直線偏光を反射する反射鏡と、反射鏡によって反射された直線偏光の光路上に設けられ、出射側偏光板の透過軸と直交する方向に伸びた稜線を有する第１のリニアフレネルレンズと、透過軸に平行な方向に伸びた稜線を有する第２のリニアフレネルレンズとを、直線偏光の進行方向に重ねて有することにより、液晶パネルから出射する光学像を当該立体画像表示装置の前方に向けてコリメートする投影レンズとを備える。

出射側偏光板の透過軸と直交する直線偏光を透過させ、かつ透過軸に平行な直線偏光を吸収する右目用偏光板と、透過軸に平行な直線偏光を透過させ、かつ透過軸と直交する直線偏光を吸収する左目用偏光板とを有する観察者用偏光メガネを更に備えてもよい。

上記立体画像表示装置によれば、出射側偏光板の透過軸と直交する直線偏光を透過させ、かつ透過軸に平行な直線偏光を吸収する左目用偏光板と、透過軸に平行な直線偏光を透過させ、かつ透過軸と直交する直線偏光を吸収する右目用偏光板とを含む観察者用偏光メガネを観察者が装着した場合に、液晶パネルに表示された画像を所望のサイズに拡大しつつ、クロストークの少ない鮮明な立体画像を観察者に対して提供することができる。また、クロストークを悪化させることなく、画像を所望のサイズに拡大投影する薄型の立体画像表示装置を提供することができる。

本発明の第４の形態によれば、立体画像表示装置は、光源と、光源の前方に設けられ、所定の直線偏光のみを透過させる入射側偏光板と、当該入射側偏光板の観察者側に設けられ、右目用画像を表示する右目用表示ライン及び左目用画像を表示する左目用表示ラインが垂直方向に交互に繰り返して設けられた表示部と、表示部を通過した光のうち特定方向の直線偏光のみを透過させる出射側偏光板とを有する液晶パネルと、液晶パネルを透過した直線偏光の光路上において、左目用表示ラインと対向して設けられ、左目用表示ライン及び出射側偏光板を透過した直線偏光を±９０°回転させて出射する９０°回転領域と、右目用表示ラインと対向して設けられ、右目用表示ライン及び出射側偏光板を透過した直線偏光を同一の向きで出射する０°回転領域とを垂直方向に交互に繰り返し有する偏光透過スクリーンと、偏光透過スクリーンを透過した直線偏光の偏光軸に対して平行又は直角な方向に傾斜して設けられ、偏光透過スクリーンを透過した直線偏光を反射する反射鏡と、反射鏡によって反射された直線偏光の光路上に設けられ、出射側偏光板の透過軸と直交する方向に伸びた稜線を有する第１のリニアフレネルレンズと、透過軸に平行な方向に伸びた稜線を有する第２のリニアフレネルレンズとを、直線偏光の進行方向に重ねて有することにより、液晶パネルから出射する光学像を当該立体画像表示装置の前方に向けて拡大投影する投影レンズとを備える。これにより、第３の形態と同様の効果を奏する。

上記立体画像表示装置は、出射側偏光板の透過軸と直交する直線偏光を透過させ、かつ透過軸に平行な直線偏光を吸収する左目用偏光板と、透過軸に平行な直線偏光を透過させ、かつ透過軸と直交する直線偏光を吸収する右目用偏光板とを含む観察者用偏光メガネを更に備えてもよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態のメガネ無し方式による立体画像表示装置１００ａの構成を示す分解斜視図である。立体画像表示装置１００ａは、分割偏光源１０、投影レンズ２０、偏光透過スクリーン３０、液晶パネル４０、および拡散シート５０を備える。立体画像表示装置１００ａは、分割偏光源１０から出力される左目用の偏光で液晶パネル４０が表示する左目用の画像を照射し、その透過光を観察者の左目に投影する。同時に、分割偏光源１０から出力される右目用の偏光で液晶パネル４０が表示する右目用の画像を照射し、その透過光を観察者の右目に投影する。このとき、左目に投影される偏光が右目用の画像を透過せず、かつ右目に投影される偏光が左目用の画像を透過しないような高精度な光学特性を実現することにより、観察者に対してクロストークの少ない鮮明な立体画像を表示することができる。

分割偏光源１０は、左目用の直線偏光を出力する左目用の分割偏光源１０ｂと、左目用の直線偏光と直交する右目用の直線偏光を出力する右目用の分割偏光源１０ａとを、左右方向に分割して備える。観察者から見て右側に左目用の分割偏光源１０ｂが、左側に右目用の分割偏光源１０ａが配置されている。左目用の分割偏光源１０ｂは、左目用の分割光源１２ｂと左目用の分割偏光板１４ｂを、右目用の分割偏光源１０ａは、右目用の分割光源１２ａと右目用の分割偏光板１４ａを含む。分割光源１２は点光源であり、無偏光を出力する。分割光源１２は点光源以外にも、例えば有機ＥＬなどの面発光する光源であってもよい。左目用の分割偏光板１４ｂと右目用の分割偏光板１４ａは透過軸が直交して設けられている。例えば本実施例では、左目用の分割偏光板１４ｂは水平方向の透過軸を有し、右目用の分割偏光板１４ａは垂直方向の透過軸を有している。従って、左目用の分割偏光板１４ｂは、水平方向に偏光軸を有する直線偏光を出射し、右目用の分割偏光板１４ａは、垂直方向に偏光軸を有する直線偏光を出射する。

投影レンズ２０は、右目用の直線偏光の偏光軸に直交する方向、すなわち水平方向に伸びた稜線を有する第１のリニアフレネルレンズ２２ａと、右目用の直線偏光の偏光軸に平行な方向、すなわち垂直方向に伸びた稜線を有する第２のリニアフレネルレンズ２２ｂとを、直線偏光の進行方向に重ねて有する。この場合、第１のリニアフレネルレンズ２２ａは、右目用及び左目用の直線偏光を垂直方向に屈折させ、第２のリニアフレネルレンズ２２ｂは、右目用及び左目用の直線偏光を水平方向に屈折させる。上記第１及び第２のリニアフレネルレンズ２２ａ、２２ｂは前後の順序を入れ替えてもよい。さらに、第１及び第２のリニアフレネルレンズ２２ａ、２２ｂは接触して設けられてもよく、離間して設けられても良い。以上の構成により、投影レンズ２０は、分割偏光板１４ａから出射された右目用の直線偏光を観察者の右目の方向に投影すると共に、分割偏光板１４ｂから出射された左目用の直線偏光を観察者の左目の方向に投影する。

液晶パネル４０は、左目用画像を表示する左目用表示ライン４８ｂ及び右目用画像を表示する右目用表示ライン４８ａが垂直方向に交互に繰り返して設けられた表示部４６と、表示部４６の光源側に設けられ、右目用の分割偏光板１４ａの透過軸と平行な透過軸を有する入射側偏光板４２とを有する。入射側偏光板４２は、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光と平行な直線偏光のみを表示部４６に入射させる。液晶パネル４０はさらに、表示部４６の観察者側に設けられ、表示部４６から出射する光のうちで特定方向に変更軸を有する直線偏光のみを透過させる出射側偏光板４４を有する。

出射側偏光板４４の透過軸の向きは、液晶パネル４０の表示仕様がノーマリーブラック、ノーマリーホワイトのいずれであるかによって変わる。例えば、ノーマリーブラックの場合、出射側偏光板４４の透過軸は、入射側偏光板４２の透過軸と平行に設けられる。一方、ノーマリーホワイトの場合、出射側偏光板４４の透過軸は、入射側偏光板４２の透過軸と直交して設けられる。本実施例は一例として、出射側偏光板４４の透過軸が入射側偏光板４２の透過軸と直交して設けられている場合について説明する。液晶パネル４０は、投影レンズ２０よりも観察者側に設けられている。従って、立体画像表示装置１００ａは液晶パネル４０の画素ピッチを拡大することなく、観察者に対して高精細な画像を表示することができる。

偏光透過スクリーン３０は、液晶パネル４０よりも光源側において、右目用表示ライン４８ａに対向して設けられた０°回転領域３２ａと、左目用表示ライン４８ｂに対向して設けられた９０°回転領域３２ｂとを垂直方向に交互に繰り返し有する。０°回転領域３２ａは、左右の分割偏光源１０から出射される直線偏光をそれぞれ同一の向きで出射する。９０°回転領域３２ｂは、左右の分割偏光源１０ｂから出射される直線偏光をそれぞれ±９０°回転させて出射する。

９０°回転領域３２ｂは、光学主軸の方向が互いに異なる複数の位相差板を重ねて有し、特定方向に偏光軸を有する直線偏光を透過させた場合に、偏光軸を複数の位相差板のそれぞれで９０°より小さい角度ずつ段階的に回転し、合計９０°回転させる。一方、０°回転領域３２ａは、光学主軸の方向が互いに異なる複数の位相差板を重ねて有し、特定方向に偏光軸を有する直線偏光を透過させた場合に、偏光軸の向きを入射時と出射時とで同一にする。この場合、複数の位相差板は、偏光軸を正負の両方向に同一の角度回転させるよことによって、直線偏光を入射時と同一の向きで出射する。

９０°回転領域３２ｂは、直線偏光の偏光軸を一枚の位相差板で一度に９０°回転させる場合よりも低い波長分散特性によって、偏光軸の向きを９０°回転させる。同時に０°回転領域３２ａは、偏光軸を両方向に同一の回転角度回転させるので波長分散特性を打ち消すことができる。すなわち、偏光透過スクリーン３０は、９０°回転領域３２ｂ及び０°回転領域３２ａを透過する直線偏光の偏光軸をいずれも波長分散特性を抑えて精度良く直交させることができる。

９０°回転領域３２ｂ及び０°回転領域３２ａにおける複数の位相差板の少なくとも一つは同一かつ一様な位相差板である。一様な位相差板であれば、光学特性上他の位相差板に対して位置合わせする必要がないので、複数の位相差板の組み立て誤差による偏光透過スクリーン３０の光学特性のばらつきを低減することができる。偏光透過スクリーン３０の詳細な構成については、図８及び図９を参照して後述する。

拡散シート５０は、画像光を垂直方向にのみ拡散させる。これにより、左目用の画像を右目に、右目用の画像を左目に入射させることなく、垂直方向の視野角のみを広げることができる。拡散シート５０は、マット状拡散面またはレンチキュラレンズにより画像光を垂直方向に拡散させる。マット状拡散面の場合、拡散シート５０は、例えば微細な傷をつけるサンドブラスト法、透明インクで表面の一部をもりあげるペインティング法またはプリント法などの手法により、水平方向にのびる微細な凹凸が表面に形成される。レンチキュラレンズの場合、拡散シート５０は、水平方向にのびる半円柱状の単位レンズを垂直方向に繰り返して有する。

図２は、本実施形態の表示部４６に表示される画像データを示す。走査線Ｌ１からＬ１０で構成された左目用画像と、走査線Ｒ１からＲ１０で構成された右目用画像とを合成して、表示部４６に表示する立体画像用の画像データを生成する。これら左目用画像データ及び右目用画像データは、２つの映像を同時に撮影する立体仕様カメラなどを用いて撮影される。左目用画像データの奇数番目の走査線データと、右目用画像データの偶数番目の走査線データとをそれぞれ抽出し、交互に合成された画像が表示部４６に表示される。左目用画像データの偶数番目の走査線データと右目用画像データの奇数番目の走査線データとは表示部４６に表示されることなく破棄される。表示部４６に於ける右目用表示ライン４８ａ及び左目用表示ライン４８ｂは、それぞれ右目用画像の走査線（Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６・・）と左目用画像の走査線（Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５・・）にそれぞれ対応する。

図３は、立体画像表示装置１００ａにおいて、分割偏光源１０からの光がそれぞれ左右の目に分離して投影される原理を示す図である。分割偏光源１０ａ及び分割偏光源１０ｂは、水平方向に光を屈折させるリニアフレネルレンズ２２ｂの光軸を中心に左右に分割されている。従って、観察者から見て光軸よりも右側に配置されている分割偏光源１０ｂから出射する光は、リニアフレネルレンズ２２ｂによって光軸よりも左側、すなわち観察者の左目の方向に投影される。一方、観察者からみて光軸よりも左側に配置されている分割偏光源１０ａから出射する光は、リニアフレネルレンズ２２ｂによって光軸よりも右側、すなわち観察者の右目の方向に投影される。このようにして、左目用の分割偏光源１０ｂから出射した光は観察者の左目の方向に、右目用の分割偏光源１０ａから出射した光は観察者の右目の方向にそれぞれ投影される。

図４は、図１の立体画像表示装置１００ａにおいて、左目用画像及び右目用画像が観察者の左右の目に分離して投影される原理を概念的に示す。まず、右目用の分割偏光源１０ａから出射する直線偏光は垂直方向の偏光軸を有しており、投影レンズ２０によって観察者の右目の方向に投影される。このうち、０°回転領域３２ａに入射する直線偏光は偏光軸の向きが同一のまま、すなわち垂直方向を向いたまま偏光透過スクリーン３０から出射し、９０°回転領域３２ｂに入射する直線偏光は、偏光軸の向きが±９０°回転した状態、すなわち水平方向を向いた状態で出射する。入射側偏光板４２は、偏光透過スクリーン３０を透過する光のうちで、偏光軸の向きが垂直な直線偏光を透過させると共に、偏光軸の向きが水平な直線偏光を遮断する。従って、０°回転領域３２ａを透過した直線偏光は透過させる一方で、９０°回転領域３２ｂを透過した直線偏光を吸収する。従って、０°回転領域３２ａと対向して設けられた右目用表示ライン４８ａには右目用の直線偏光が入射し、９０°回転領域３２ｂと対向して設けられた左目用表示ライン４８ｂには右目用の直線偏光が入射しない。このようにして、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光は右目用表示ライン４８ａのみに入射し、右目用の画像光のみを観察者の右目に投影する。

一方、左目用の分割偏光源１０ｂから出射する直線偏光は水平方向の偏光軸を有しており、投影レンズ２０によって観察者の左目の方向に投影される。このうち、０°回転領域３２ａに入射する直線偏光は偏光軸の向きが同一のまま、すなわち水平方向を向いたまま偏光透過スクリーン３０から出射し、９０°回転領域３２ｂに入射する直線偏光は、偏光軸の向きが±９０°回転した状態、すなわち垂直方向を向いた状態で出射する。従って、０°回転領域３２ａを透過した左目用の直線偏光は入射側偏光板４２を透過する一方で、９０°回転領域３２ｂを透過した左目用の直線偏光は入射側偏光板４２で吸収される。すなわち、９０°回転領域３２ｂと対向して設けられた左目用表示ライン４８ｂには左目用の直線偏光が入射し、０°回転領域３２ａと対向して設けられた右目用表示ライン４８ａには左目用の直線偏光が入射しない。このようにして、左目用の分割偏光源１０ｂから出射される直線偏光は左目用表示ライン４８ｂのみに入射し、左目用の画像光のみを観察者の左目に投影する。立体画像表示装置１００ａは、以上のような仕組みで表示部４６に表示された左目用画像及び右目用画像を観察者の左右の目に分離して投影することができる。これにより、観察者に対して立体画像を表示することができる。

ここで、投影レンズ２０において、第１のリニアフレネルレンズ２２ａ及び第２のリニアフレネルレンズ２２ｂは、図１に示した様に、それぞれ右目用及び左目用の直線偏光の偏光軸に対して直交又は平行な方向に伸びた稜線を有する。この場合、左右の分割偏光源１０ａ又は１０ｂから出射する一つの直線偏光について、投影レンズ２０はＰ波及びＳ波の成分を同時に屈折させることがない。この結果、投影レンズ２０は、入射する直線偏光の偏光軸を回転させることなく、または楕円偏光化することなく当該直線偏光を前方に投影することができる。従って、入射側偏光板４２は、投影レンズ２０から投影された光を高精度にフィルタリングすることができる。すなわち、本実施形態の立体画像表示装置１００ａは、遮光すべき直線偏光を高い遮光率で遮蔽し、透過すべき直線偏光を高い透過率で透過させることができる。ここで、投影レンズ２０に用いる素材のレタデーション値は小さいほど望ましい。レタデーション値は、例えば２０ｎｍ以下であることが望ましい。これにより、投影レンズ２０を透過する直線偏光が投影レンズ２０における複屈折で楕円偏光化してしまうことが防止される。

なお、入射側偏光板４２は、左目用の分割偏光板１４ｂの透過軸と平行な透過軸を有し、左目用の分割偏光源１０ｂから出射される直線偏光と平行な直線偏光のみを表示部４６に入射させてもよい。この場合、９０°回転領域３２ｂは、液晶パネル４０よりも光源側において右目用表示ライン４８ａに対向して設けられ、０°回転領域３２ａは、左目用表示ライン４８ｂに対向して設けられる。

また他の実施例として、左目用の分割偏光板１４ｂは垂直方向の透過軸を有し、右目用の分割偏光板１４ａは水平方向の透過軸を有していてもよい。この場合、０°回転領域３２ａは左目用表示ライン４８ｂに対向して設けられ、９０°回転領域３２ｂは右目用表示ライン４８ａに対向して設けられる。あるいは、０°回転領域３２ａ及び９０°回転領域３２ｂは前述の実施例同様、それぞれ右目用表示ライン４８ａ及び左目用表示ライン４８ｂに対向させ、入射側偏光板４２及び出射側偏光板４４の透過軸の方向を前述の実施例から９０°回転させてもよい。つまり、入射側偏光板４２は水平方向に透過軸を向け、出射側偏光板４４は垂直方向に透過軸を向けてもよい。

図５は、拡散シート５０の構成の一例を示す垂直断面図である。拡散シート５０は光源側にレンチキュラレンズ５２を有している。レンチキュラレンズ５２は、水平方向に延伸した半円柱状の凸レンズを垂直方向に繰り返し有している。レンチキュラレンズ５２は、画像光を垂直方向に拡散する。これにより画像の垂直方向の視野角が拡大される。また、拡散シート５０の観察者側には、画像光の光路の外側に遮光層５４が形成されている。遮光層５４は例えばカーボンブラック等の遮光性物質を含み、光源側から入射する画像光以外の光の透過率を低減すると共に、観察者側から入射する光の反射を防止する。これにより、画像のコントラストを向上することができる。なお、遮光性物質は一定の遮光性を有している物質であればよく、塗料及び遮光性フィルムなどであってもよい。

図６は、本実施形態のメガネ方式による立体画像表示装置１００ｂの第１実施例を示す分解斜視図である。立体画像表示装置１００ｂは、前述の立体画像表示装置１００ａにおける分割偏光源１０に代えて光源１６を備え、立体画像表示装置１００ａにおいて液晶パネル４０よりも光源側に配置されていた偏光透過スクリーン３０を観察者側に備えている。さらに立体画像表示装置１００ａと異なり、観察者用の偏光メガネ６０を備える。以下、立体画像表示装置１００ａと同一の部材には同一の符号を付して説明を省略する。

光源１６は、無偏光を前方に出射する。光源１６は、点光源以外にも、例えば有機ＥＬなどの面発光する光源であってもよい。投影レンズ２０は、光源１６が出射する光を平行光にコリメートして液晶パネル４０に入射させ、液晶パネル４０に表示される画像を等倍で当該立体画像表示装置１００ｂの前方に向けて投影する。液晶パネル４０は、投影レンズ２０よりも観察者側に設けられている。偏光メガネ６０は、右目用画像を投影する直線偏光のみを透過させる右目用偏光板６２ａと、左目用画像を投影する直線偏光のみを透過させる左目用偏光板６２ｂを有する。

投影レンズ２０において、第１のリニアフレネルレンズ２２ａの稜線は、水平方向に向けられており、光を垂直方向に屈折させる。また、第２のリニアフレネルレンズ２２ｂの稜線は、垂直方向に向けられており、光を水平方向に屈折させる。液晶パネル４０において、入射側偏光板４２の透過軸は、垂直方向に設けられており、偏光軸が垂直な直線偏光のみを透過させる。

偏光透過スクリーン３０において、０°回転領域３２ａは右目用表示ライン４８ａを透過した直線偏光を同一の向きで出射し、９０°回転領域３２ｂは左目用表示ライン４８ｂを透過した直線偏光を±９０°回転させる。

偏光メガネ６０において、右目用偏光板６２ａの透過軸は、出射側偏光板４４の透過軸と平行に設けられている。従って、右目用表示ライン４８ａ及び出射側偏光板４４を透過した後、０°回転領域３２ａを同一の向きで通過する直線偏光を右目に到達させる。そして左目用表示ライン４８ｂ及び出射側偏光板４４を透過した後、９０°回転領域３２ｂで±９０°回転した直線偏光を吸収する。一方、左目用偏光板６２ｂの透過軸は、出射側偏光板４４の透過軸と直交して設けられている。従って、左目用表示ライン４８ｂ及び出射側偏光板４４を透過した後、９０°回転領域３２ｂで±９０°回転した直線偏光を左目に到達させる。そして、右目用表示ライン４８ａ及び出射側偏光板４４を透過した後、０°回転領域３２ａを同一の向きで通過する直線偏光を吸収する。

他の実施例として、０°回転領域３２ａは、左目用表示ライン４８ｂと対向して設けられ、９０°回転領域３２ｂは、右目用表示ライン４８ａと対向して設けられていてもよい。すなわち、０°回転領域３２ａは、左目用表示ライン４８ｂから出射される直線偏光を同一の向きで出射し、９０°回転領域３２ｂは、右目用表示ライン４８ａから出射される直線偏光を±９０°回転させて出射してもよい。この場合、偏光メガネ６０において、右目用偏光板６２ａの透過軸は、出射側偏光板４４の透過軸と直交して設けられる。これにより、右目用偏光板６２ａは、右目用表示ライン４８ａ及び出射側偏光板４４を透過した後、９０°回転領域３２ｂで±９０°回転した直線偏光を右目に到達させる。そして左目用表示ライン４８ｂ及び出射側偏光板４４を透過した後、０°回転領域３２ａを同一の向きで通過する直線偏光を吸収する。一方、左目用偏光板６２ｂの透過軸は、出射側偏光板４４の透過軸と平行に設けられる。これにより、左目用偏光板６２ｂは、左目用表示ライン４８ｂ及び出射側偏光板４４を透過した後、０°回転領域３２ａを同一の向きで通過する直線偏光を左目に到達させる。そして、右目用表示ライン４８ａ及び出射側偏光板４４を透過した後、９０°回転領域３２ｂで±９０°回転した直線偏光を吸収する。

以上の構成により、立体画像表示装置１００ｂは、観察者の目に左右で完全に独立した画像を到達させ、もって鮮明な立体画像を提供することができる。

なお、立体画像表示装置１００ｂの他の実施例において、入射側偏光板４２の透過軸は、水平方向に向けられていてもよい。この場合、出射側偏光板４４及び偏光メガネ６０の透過軸を前述の実施例に対して９０°回転させる。すなわち、出射側偏光板４４の透過軸は垂直方向に、右目用偏光板６２ａの透過軸は垂直方向に、左目用偏光板６２ｂ透過軸は水平方向にそれぞれ向けられる。あるいは、０°回転領域３２ａと９０°回転領域３２ｂの位置を入れ替えて、偏光メガネ６０の透過軸の方向を前述の実施例と同一にしてもよい。すなわち、右目用表示ライン４８ａに対向して９０°回転領域３２ｂを配置し、左目用表示ライン４８ｂに対向して０°回転領域３２ａを配置する。この場合、右目用偏光板６２ａ及び左目用偏光板６２ｂの透過軸は前述の例と同様にそれぞれ水平方向及び垂直方向に向けられる。

図７は、本実施形態のメガネ方式による立体画像表示装置１００ｂの第２実施例を示す分解斜視図である。本実施例の立体画像表示装置１００ｂは、液晶パネル４０に表示される画像を光源１６から出射される光で前方に拡大投影し、所望のサイズに拡大された画像光を投影レンズ２０でコリメートする。本実施例の立体画像表示装置１００ｂは、構成上、投影レンズ２０が偏光透過スクリーン３０よりも観察者側に設けられる点で図６に示した第１実施例と異なる。なお、第１実施例と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

出射側偏光板４４は、透過軸を水平方向に向けて設けられており、表示部４６を通過した光のうち水平な直線偏光のみを透過させる。偏光透過スクリーン３０において、９０°回転領域３２ｂは、左目用表示ライン４８ｂと対向した位置、すなわち左目用表示ライン４８ｂを透過した画像光が入射する位置に設けられる。したがって、左目用表示ライン４８ｂ及び出射側偏光板４４を透過した直線偏光は、９０°回転領域３２ｂにおいて±９０°回転されて出射する。一方、０°回転領域３２ａは、右目用表示ライン４８ａと対向した位置、すなわち右目用表示ライン４８ａを透過した画像光が入射する位置に設けられる。従って、右目用表示ライン４８ａ及び出射側偏光板４４を透過した直線偏光は、０°回転領域３２ａを透過して同一の向きで出射する。

投影レンズ２０は、偏光の進行方向における偏光透過スクリーン３０より観察者側において、液晶パネル４０に表示される画像を所望のサイズに拡大する為に必要な距離を隔てて設けられる。投影レンズ２０は、液晶パネル４０及び偏光透過スクリーン３０を透過して拡大された画像光をコリメートし、立体画像表示装置１００ｂの前方に向けて投影する。投影レンズ２０において、第１及び第２のリニアフレネルレンズ２２ａ、２２ｂのそれぞれは、０°回転領域３２ａ及び９０°回転領域３２ｂから出射する直線偏光の偏光軸と平行又は垂直な稜線を有する。従って、投影レンズ２０は、０°回転領域３２ａ及び９０°回転領域３２ｂからそれぞれ出射する画像光の直線偏光を崩すことなく、観察者に向けてコリメートすることができる。この状態で、左目用偏光板６２ｂの透過軸を出射側偏光板４４の透過軸に対して直交させ、右目用偏光板６２ａの透過軸を出射側偏光板４４の透過軸に対して平行に設けることにより、左目用及び右目用の画像を観察者の左右の目に対して高精度に分離して表示することができる。以上の構成によれば、液晶パネル４０に表示された画像を所望のサイズに拡大しつつ、クロストークの少ない鮮明な立体画像を観察者に対して提供することができる。

他の実施例において、９０°回転領域３２ｂは、右目用表示ライン４８ａと対向した位置に設けられ、０°回転領域３２ａは、左目用表示ライン４８ｂと対向した位置に設けられてもよい。これにより、右目用表示ライン４８ａ及び出射側偏光板４４を透過した画像光の直線偏光は、９０°回転領域３２ｂで±９０°回転して出射する。一方、左目用表示ライン４８ｂ及び出射側偏光板４４を透過した画像光の直線偏光は、０°回転領域３２ａを同一の向きで透過する。この場合、左目用偏光板６２ｂの透過軸は、出射側偏光板４４の透過軸と平行に設けられる。また、右目用偏光板６２ａの透過軸は、出射側偏光板４４の透過軸と直交して設けられる。偏光メガネ６０において、右目用偏光板６２ａの透過軸は、出射側偏光板４４の透過軸と直交して設けられる。また、左目用偏光板６２ｂの透過軸は、出射側偏光板４４の透過軸と平行に設けられる。

これにより、右目用偏光板６２ａは、右目用表示ライン４８ａ及び出射側偏光板４４を透過して、９０°回転領域３２ｂで±９０°回転した直線偏光を右目に到達させる。そして左目用表示ライン４８ｂ及び出射側偏光板４４を透過して、０°回転領域３２ａを同一の向きで通過する直線偏光を吸収する。一方、左目用偏光板６２ｂは、左目用表示ライン４８ｂ及び出射側偏光板４４を透過して、０°回転領域３２ａを同一の向きで透過する直線偏光を左目に到達させる。そして、右目用表示ライン４８ａ及び出射側偏光板４４を透過して、９０°回転領域３２ｂで±９０°回転した直線偏光を吸収する。

なお、本実施例の拡散シート５０は、水平方向への拡散性を有してもよい。また、光源１６が液晶パネル４０とほぼ同等の面積を有する面光源である場合、立体画像表示装置１００ｂは、液晶パネル４０から出射する画像光を拡大する拡大レンズを有してもよい。この場合、当該拡大レンズは、偏光透過スクリーン３０から出射される偏光の偏光軸と直交及び平行な稜線を有するリニアフレネルレンズ２２ａ及びリニアフレネルレンズ２２ｂであることが望ましい。これにより、偏光透過スクリーン３０から出射される直線偏光の偏光軸を回転させたり、楕円偏光化したりすることなく、画像光を所望のサイズに拡大できる。

図８は、図７に示した立体画像表示装置１００ｂの応用例を示す。本実施例のリアプロジェクションディスプレイ１０２は、偏光メガネ６０を装着した観察者に対して拡大された立体画像を表示する。リアプロジェクションディスプレイ１０２は、図７の構成に加え、液晶パネル４０及び偏光透過スクリーン３０を透過して拡大投影される光学像を反射して投影レンズ２０に入射させる反射鏡８０と、拡散シート５０の観察者側に設けられる前面板９０とを備える。偏光透過スクリーン３０は、液晶パネル４０の前面において液晶パネル４０に平行かつ近接して設けられている。反射鏡８０は、偏光透過スクリーン３０を透過した直線偏光の偏光軸に対して平行又は直角な方向に傾斜して設けられている。前面板９０は、投影レンズ２０及び拡散シート５０を保護すると共に、表面に施されたＡＲコートなどのアンチグレア処理により外光の反射を低減する。

液晶パネル４０に表示された画像を所望の大きさで投影レンズ２０に拡大投影するには、偏光透過スクリーン３０と投影レンズ２０との間に一定以上の光路長を確保する必要がある。リアプロジェクションディスプレイ１０２は、反射鏡８０を備えることにより、リアプロジェクションディスプレイ１０２の奥行きを大きくすることなく、必要な光路長を確保している。

ここで、反射鏡８０は、偏光透過スクリーン３０から出射される左目用画像及び右目用画像の直線偏光の偏光軸に対して平行又は直角な方向に傾斜して設けられているので、左目用画像及び右目用画像のいずれにおいてもＰ波またはＳ波が混在して入射することがない。従って、反射鏡８０は、右目用画像及び左目用画像の直線偏光を、偏光軸を回転することなく、または楕円偏光化することなく反射し、投影レンズ２０に入射させる。従って、本実施例のリアプロジェクションディスプレイ１０２は、偏光メガネ６０を装着した観察者に対して、クロストークが少なく、所望のサイズに拡大された立体画像を提供することができる。

図９及び図１０は、偏光透過スクリーン３０の構成を示す。このうち図９はさらに、図１の立体画像表示装置１００ａにおいて、観察者の右目に投影される直線偏光を偏光透過スクリーン３０が段階的に回転する工程を示す。偏光透過スクリーン３０は、いずれも１／２波長板からなるパターン偏光回転板３４と一様偏光回転板３６を有する。パターン偏光回転板３４は、液晶パネル４０の右目用表示ライン４８ａと対向して設けられた第１回転領域３５ａと、左目用表示ライン４８ｂと対向して設けられた第２回転領域３５ｂとを垂直方向に交互に繰り返して有する。パターン偏光回転板３４及び一様偏光回転板３６は、それぞれ１／２波長板と同様の機能を達成する位相差板であればよい。例えば、１／４波長板を２枚組み合わせてもよいし、１／８波長板を４枚組み合わせてもよい。

本実施例において、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光の偏光軸は垂直方向を向く。そして第１回転領域３５ａは、直線偏光の偏光軸に対して光学主軸の方向が±２２．５°の角度をなす。第２回転領域３５ｂは、第１回転領域３５ａの光学主軸に対して±４５°の角度をなすように光学主軸の方向が向けられている。ここで、光学主軸とは１／２波長板の進相軸又は遅相軸を示す。図中、パターン偏光回転板３４及び一様偏光回転板３６に描かれた太線の矢印は、１／２波長板の光学主軸の方向を示す。また、パターン偏光回転板３４及び一様偏光回転板３６を貫通する矢印は画像を投影する直線偏光の光路を示す。そして当該光路上に描かれた細線の矢印は、直線偏光の偏光軸の方向を示す。

一様偏光回転板３６は、垂直方向において光学主軸の向きが一様であり、当該光学主軸は、第１回転領域３５ａの光学主軸に対して直交して設けられている。ここで一様偏光回転板３６の第１回転領域３５ａと対向する部分と第１回転領域３５ａが前述の０°回転領域３２ａを構成し、一様偏光回転板３６の第２回転領域３５ｂと対向する部分と第２回転領域３５ｂが９０°回転領域３２ｂを構成する。

第１回転領域３５ａは、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光の偏光軸を＋４５°回転させる。第２回転領域３５ｂは、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光の偏光軸を−４５°回転させる。一様偏光回転板３６は、第１回転領域３５ａで＋４５°回転した直線偏光の偏光軸と第２回転領域３５ｂで−４５°回転した直線偏光の偏光軸をいずれも−４５°回転させる。なお、回転方向は光の進行方向から見て右回りを正、左回りを負とする。

この結果、第１回転領域３５ａ及び一様偏光回転板３６を透過した直線偏光の偏光軸と、第２回転領域３５ｂ及び一様偏光回転板３６を透過した直線偏光の偏光軸とが直交する。例えば本実施例では、第１回転領域３５ａ及び一様偏光回転板３６を透過した直線偏光の偏光軸は、パターン偏光回転板３４への入射時と同一の垂直方向を向く。そして第２回転領域３５ｂ及び一様偏光回転板３６を透過した直線偏光の偏光軸は、パターン偏光回転板３４への入射時と直交する水平方向を向く。

入射側偏光板４２は、偏光透過スクリーン３０を透過する光のうちで、偏光軸の向きが垂直な直線偏光を透過させると共に、偏光軸の向きが水平な直線偏光を遮断する。従って、第１回転領域３５ａと対向して設けられた右目用表示ライン４８ａには光が入射し、第２回転領域３５ｂと対向して設けられた左目用表示ライン４８ｂには光が入射しない。このようにして、右目用の直線偏光は右目用表示ライン４８ａのみに入射し、右目用の画像光を前方に投影する。

すなわち、９０°回転領域３２ｂは、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光の偏光軸を、遅相軸の方向が異なる複数の位相差板によって複数回回転させることによって、合わせて９０°回転させる。この場合、入射する偏光に対する遅相軸の角度が位相差板毎に変化し、偏光の位相が遅れるベクトル成分が位相差板のそれぞれで変化する。この場合、遅相軸の向きが一様な位相差板によって、入射時から出射時まで同一ベクトル成分の位相が連続して遅れる場合よりも、波長分散特性を低減することができる。従って、広い波長域に渡り、直線偏光の偏光軸を精度良く９０°回転させることができる。

なお、９０°回転領域３２ｂは、３枚以上の位相差板により直線偏光の偏光軸を９０°回転させてもよい。例えば、９０°回転領域３２ｂを４枚の１／２波長板で構成する場合、１枚目の遅相軸を水平方向に対して１１．２５°傾け、２枚目から４枚目の遅相軸を同一方向に更に２２．５°ずつ傾けて組み合わせる。この様に構成された９０°回転領域３２ｂに、水平方向に偏光軸を有する直線偏光を１枚目側から入射させると、１枚目から４枚目までのそれぞれにおいて２２．５°ずつ偏光軸が回転し、合計で９０°回転した直線偏光が出射する。

本実施形態の一様偏光回転板３６は、光学主軸の向きが一様なので、光学主軸の向きを第１回転領域３５ａの光学主軸に対して直交して設ければよく、パターン偏光回転板３４に対して上下左右方向に位置合わせを行う必要がない。従って、偏光透過スクリーン３０から出射する時点の偏光軸の向きを、第１回転領域３５ａ及び第２回転領域３５ｂの位置で決めることができ、パターン偏光回転板３４及び一様偏光回転板３６の組み立て誤差の影響を受けることがない。

更に、０°回転領域３２ａにおいて一様偏光回転板３６及び第１回転領域３５ａは、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光の偏光軸を互いに逆方向に同一の角度回転させる。ここで、一様偏光回転板３６及び第１回転領域３５ａは光学主軸、すなわち進相軸又は遅相軸が互いに直交しているの。従って、入射する偏光のベクトル成分のうちで、第１回転領域３５ａを透過して位相が遅れる成分は、一様偏光回転板３６を透過することにより、第１回転領域３５ａで位相が遅れなかった成分に対して相対的に同じ大きさだけ位相が進む。これは、いずれの可視光波長域においても同様なので、一様偏光回転板３６及び第１回転領域３５ａの一方で発生する波長分散特性は、他方でうち消される。また、２枚の１／２波長によって直線偏光の偏光軸を回転する場合、回転の方向が互いに逆で回転角の大きさが等しければ、それぞれの回転によって生じる波長分散特性は絶対値がほぼ等しく、正負が逆になる。従って、一様偏光回転板３６及び第１回転領域３５ａのそれぞれが直線偏光の偏光軸を逆方向に回転するときに生じる波長分散特性は互いを打ち消し合う。ここで、パターン偏光回転板３４及び一様偏光回転板３６は波長分散特性が同一である。これにより、第１回転領域３５ａで回転する偏光の波長分散特性は、一様偏光回転板３６でさらに精度良くキャンセルされる。

なお、０°回転領域３２ａは、３枚以上の位相差板で構成してもよい。例えば、０°回転領域３２ａを４枚の１／２波長板で構成する場合、１枚目の遅相軸を水平方向に対して１１．２５°傾け、２枚目の遅相軸を同一方向に更に２２．５°傾ける。そして、３枚目の遅相軸を２枚目の遅相軸と直交させ、さらに４枚目の遅相軸を１枚目の遅相軸に対して直交させる。この様に構成された０°回転領域３２ａに、水平方向に偏光軸を有する直線偏光を１枚目側から入射させると、偏光軸が１枚目及び２枚目で同一方向にそれぞれ２２．５°ずつ回転し、３枚目及び４枚目で逆方向に同じ大きさの角度ずつ、つまり２２．５°ずつ逆回転する。この結果、直線偏光の偏光軸の向きは入射時と同一の向き、すなわち水平方向を向いて出射される。

以上の説明から明らかなように、本実施形態の偏光透過スクリーン３０は、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光の偏光軸を０°回転領域３２ａ及び９０°回転領域３２ｂに透過させることにより、広い波長域に渡り高精度に直交させることができる。したがって、入射側偏光板４２において、高精度に直交した直線偏光を高精度にフィルタリングすることができる。すなわち、右目用表示ライン４８ａに対しては右目用の偏光を効率よく入射させると共に、左目用表示ライン４８ｂに対しては右目用の偏光を広い波長域に渡って確実に遮蔽できる。

なお、偏光透過スクリーン３０は、パターン偏光回転板３４及び一様偏光回転板３６の配置を前後で入れ替えても上述の例と同様の効果を有する。すなわち、まず一様偏光回転板３６は、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光の偏光軸を−４５°回転させる。次に、第１回転領域３５ａは、一様偏光回転板３６で−４５°回転した偏光軸を＋４５°回転させる。一方、第２回転領域３５ｂは、一様偏光回転板３６で−４５°回転した偏光軸を更に−４５°回転させる。

また、パターン偏光回転板３４及び一様偏光回転板３６は、入射する直線偏光の偏光軸をそれぞれ上述の実施例と逆方向に回転させても良い。例えば、第１回転領域３５ａは、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光の偏光軸を−４５°回転させてもよい。この場合、第２回転領域３５ｂは、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光の偏光軸を＋４５°回転させる。そして一様偏光回転板３６は、第１回転領域３５ａで−４５°回転した偏光軸を＋４５°回転させると共に、第２回転領域３５ｂで＋４５°回転した偏光軸を更に＋４５°回転させる。この場合も前述の実施例と同様の効果が得られる。

図１０は、図９に示した偏光透過スクリーン３０が、観察者の左目に投影される直線偏光を段階的に回転する工程を示す。本実施例において、左目用の分割偏光源１０ｂから出射される直線偏光の偏光軸は、右目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光と直交する方向、すなわち水平方向を向いている。第１回転領域３５ａは、左目用の分割偏光源１０ｂから出射される直線偏光の偏光軸を＋４５°回転させる。第２回転領域３５ｂは、左目用の分割偏光源１０ａから出射される直線偏光の偏光軸を−４５°回転させる。

一様偏光回転板３６は、第１回転領域３５ａで＋４５°回転した直線偏光及び第２回転領域３５ｂで−４５°回転した直線偏光の偏光軸をいずれも−４５°回転させる。この結果、第１回転領域３５ａ及び一様偏光回転板３６を透過した直線偏光の偏光軸と、第２回転領域３５ｂ及び一様偏光回転板３６を透過した直線偏光の偏光軸とが直交する。例えば本実施例では、第１回転領域３５ａ及び一様偏光回転板３６を透過した直線偏光の偏光軸は、パターン偏光回転板３４への入射時と同一の水平方向を向く。そして第２回転領域３５ｂ及び一様偏光回転板３６を透過した直線偏光の偏光軸は、パターン偏光回転板３４への入射時と直交する垂直方向を向く。

以上の工程により、本実施形態の偏光透過スクリーン３０は、左目用の分割偏光源１０ｂから出射される直線偏光の偏光軸を０°回転領域３２ａ及び９０°回転領域３２ｂに透過させることにより、広い波長域に渡り高精度に直交させることができる。したがって、入射側偏光板４２において、高精度に直交した直線偏光を高精度にフィルタリングすることができる。すなわち、左目用表示ライン４８ｂに対しては左目用の偏光を効率よく入射させると共に、右目用表示ライン４８ａに対しては左目用の偏光を広い波長域に渡って確実に遮蔽できる。

以上、図９及び図１０の説明から明らかなように、本実施形態の偏光透過スクリーン３０によれば、広い波長域に渡り、垂直又は水平な偏光軸を有する直線偏光を、回転領域３５毎に高精度に直交させることができる。従って、立体画像表示装置１００は、高精度に直交した直線偏光を入射側偏光板４２又は偏光メガネ６０に透過させることによって、左目用の直線偏光及び右目用の直線偏光を観察者の左右の目に対して高精度に分離することができる。従って、メガネあり方式及びメガネ無し方式のいずれの場合であっても、立体画像表示装置１００は、偏光透過スクリーン３０を用いることにより、クロストークの少ない鮮明な立体画像を表示することができる。

なお、第１回転領域３５ａの光学主軸は、左目用の分割偏光源１０ｂから出射される直線偏光の偏光軸に対して±２２．５°角度を有してもよい。この場合も、上述の例と同様に、第２回転領域３５ｂの光学主軸の方向は、第１回転領域３５ａの光学主軸に対して±４５°の角度をなすように向けられ、一様偏光回転板３６の光学主軸の向きは、第１回転領域３５ａの光学主軸に対して直交して設けられる。そして、一様偏光回転板３６の第１回転領域３５ａに対向する部分と第１回転領域３５ａは０°回転領域３２ａを構成し、一様偏光回転板３６の第２回転領域３５ｂに対向する部分と第２回転領域３５ｂは０°回転領域３２ａを構成する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態の立体画像表示装置１００は、クロストークの少ない鮮明な立体画像を表示することができる。

なお、分割偏光板１４、リニアフレネルレンズ２２ａ、リニアフレネルレンズ２２ｂ、入射側偏光板４２、出射側偏光板４４、パターン偏光回転板３４、一様偏光回転板３６、及び偏光メガネ６０のうち任意の２つの相対角度は、本実施形態に記載の相対角度と厳密に一致する必要はない。これらの相対角度は、観察者に到達する立体画像のクロストークが立体視に支障のない範囲内において、本実施形態に記載の相対角度からずれていてもよい。そのような構成も、本発明の技術的範囲に属することは明らかである。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることは当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本実施形態のメガネ無し方式による立体画像表示装置１００ａの構成を示す分解斜視図である。 表示部４６に表示される画像データを示す。 立体画像表示装置１００ａにおいて、分割偏光源１０からの光がそれぞれ左右の目に分離して投影される原理を示す概念図である。 立体画像表示装置１００ａにおいて、左目用画像及び右目用画像が観察者の左右の目に分離して投影される原理を示す図である。 拡散シート５０の構成の一例を示す断面図である。 本実施形態のメガネ方式による立体画像表示装置１００ｂの第１実施例を示す分解斜視図である。 本実施形態のメガネ方式による立体画像表示装置１００ｂの第２実施例を示す分解斜視図である。 図７に示した立体画像表示装置１００ｂの応用例を示す。 偏光透過スクリーン３０が右目に投影される直線偏光を段階的に回転する工程を示す図である。 偏光透過スクリーン３０が左目に投影される直線偏光を段階的に回転する工程を示す図である。

符号の説明

１０ 分割偏光源
１２ 分割光源
１４ 分割偏光板
１６ 光源
２０ 投影レンズ
２２ リニアフレネルレンズ
３０ 偏光透過スクリーン
３２ａ ０°回転領域
３２ｂ ９０°回転領域
３４ パターン偏光回転板
３５ａ 第１回転領域
３５ｂ 第２回転領域
３６ 一様偏光回転板
４０ 液晶パネル
４２ 入射側偏光板
４４ 出射側偏光板
４６ 表示部
４８ａ 右目用表示ライン
４８ｂ 左目用表示ライン
５０ 拡散シート
５２ レンチキュラレンズ
５４ 遮光層
６０ 偏光メガネ
６２ａ 右目用偏光板
６２ｂ 左目用偏光板
１００ 立体画像表示装置
１０２ リアプロジェクションディスプレイ

Claims (8)

1. 立体画像表示装置であって、
   水平又は垂直な偏光軸を有する右目用の直線偏光を出射する右目用光源と、前記右目用の直線偏光と直交する左目用直線偏光を出射する左目用光源とを、左右方向に分割して備える分割偏光源と、
   前記右目用の直線偏光の偏光軸と直交する方向に伸びた稜線を有する第１のリニアフレネルレンズと、前記偏光軸に平行な方向に伸びた稜線を有する第２のリニアフレネルレンズとを、前記直線偏光の進行方向に重ねて有することにより、前記右目用の直線偏光を観察者の右目の方向に投影すると共に、前記左目用の直線偏光を前記観察者の左目の方向に投影する投影レンズと、
   前記直線偏光の進行方向における前記投影レンズよりも観察者側に設けられ、右目用画像を表示する右目用表示ライン及び左目用画像を表示する左目用表示ラインが垂直方向に交互に繰り返して設けられた表示部と、前記表示部の前記分割偏光源側に設けられ、前記右目用光源から出射される直線偏光と平行な直線偏光のみを前記表示部に入射させる偏光板とを有する液晶パネルと、
   前記液晶パネルよりも前記分割偏光源側において、前記右目用表示ラインと対向して設けられ、前記右目用光源及び前記左目用光源から出射される直線偏光を同一の向きで出射する０°回転領域と、前記左目用表示ラインと対向して設けられ、前記右目用光源及び前記左目用光源から出射される直線偏光をそれぞれ±９０°回転させて出射する９０°回転領域とを垂直方向に交互に繰り返し有する偏光透過スクリーンと、
   を備える立体画像表示装置。
2. 前記偏光透過スクリーンは、
   前記右目用光源から出射される直線偏光の偏光軸に対して光学主軸の方向が±２２．５°の角度をなす第１の回転領域と、前記第１の回転領域の前記光学主軸に対して±４５°の角度をなすように光学主軸の方向が設けられた第２の回転領域とが、いずれも１／２波長板によって垂直方向に交互に繰り返し形成されたパターン偏光回転板と、
   前記垂直方向において光学主軸の向きが一様な１／２波長板であって、当該光学主軸の向きが前記第１の回転領域の光学主軸に対して直交する一様偏光回転板と
   を含み、前記第１の回転領域は前記０°回転領域に含まれ、前記第２の回転領域は前記９０°回転領域に含まれる、請求項１に記載の立体画像表示装置。
3. 立体画像表示装置であって、
   水平又は垂直な偏光軸を有する右目用の直線偏光を出射する右目用光源と、前記右目用の直線偏光と直交する左目用直線偏光を出射する左目用光源とを、左右方向に分割して備える分割偏光源と、
   前記右目用の直線偏光の偏光軸に直交する方向に伸びた稜線を有する第１のリニアフレネルレンズと、前記偏光軸に平行な方向に伸びた稜線を有する第２のリニアフレネルレンズとを、前記直線偏光の進行方向に重ねて有することにより、前記右目用の直線偏光を観察者の右目の方向に投影すると共に、前記左目用の直線偏光を前記観察者の左目の方向に投影する投影レンズと、
   前記直線偏光の進行方向において前記投影レンズよりも観察者側に設けられ、右目用画像を表示する右目用表示ライン及び左目用画像を表示する左目用表示ラインが垂直方向に交互に繰り返して設けられた表示部と、前記表示部の前記分割偏光源側に設けられ、前記左目用光源から出射される直線偏光と平行な直線偏光のみを前記表示部に入射させる偏光板とを有する液晶パネルと、
   前記直線偏光の進行方向に関する前記液晶パネルよりも前記分割偏光源側において、前記右目用表示ラインと対向して設けられ、前記右目用光源及び前記左目用光源から出射される直線偏光をそれぞれ±９０°回転させて出射する９０°回転領域と、前記左目用表示ラインと対向して設けられ、前記右目用光源及び前記左目用光源から出射される直線偏光を同一の向きで出射する０°回転領域とを垂直方向に交互に繰り返し有する偏光透過スクリーンと、
   を備える立体画像表示装置。
4. 前記偏光透過スクリーンは、
   前記左目用光源から出射される直線偏光の偏光軸に対して光学主軸の方向が±２２．５°の角度をなす第１の回転領域と、前記第１の回転領域の前記光学主軸に対して±４５°の角度をなすように光学主軸の方向が設けられた第２の回転領域とが、いずれも１／２波長板によって垂直方向に交互に繰り返し形成されたパターン偏光回転板と、
   前記垂直方向において光学主軸の向きが一様な１／２波長板であって、当該光学主軸の向きが前記第１の回転領域の光学主軸に対して直交する一様偏光回転板と
   を含み、前記第１の回転領域は前記０°回転領域に含まれ、前記第２の回転領域は前記９０°回転領域に含まれる、請求項３に記載の立体画像表示装置。
5. 立体画像表示装置であって、
   光源と、
   前記光源の前方に設けられ、所定の直線偏光のみを透過させる入射側偏光板と、当該入射側偏光板の観察者側に設けられ、右目用画像を表示する右目用表示ライン及び左目用画像を表示する左目用表示ラインが垂直方向に交互に繰り返して設けられた表示部と、前記表示部を通過した光のうち特定方向の直線偏光のみを透過させる出射側偏光板とを有する液晶パネルと、
   前記液晶パネルを透過した直線偏光の光路上において、前記右目用表示ラインと対向して設けられ、前記右目用表示ライン及び前記出射側偏光板を透過した直線偏光を±９０°回転させて出射する９０°回転領域と、前記左目用表示ラインと対向して設けられ、前記左目用表示ライン及び前記出射側偏光板を透過した直線偏光を同一の向きで出射する０°回転領域とを垂直方向に交互に繰り返し有する偏光透過スクリーンと、
   前記偏光透過スクリーンを透過した直線偏光の偏光軸に対して平行又は直角な方向に傾斜して設けられ、前記偏光透過スクリーンを透過した前記直線偏光を反射する反射鏡と
   前記反射鏡によって反射された直線偏光の光路上に設けられ、前記出射側偏光板の透過軸と直交する方向に伸びた稜線を有する第１のリニアフレネルレンズと、前記透過軸に平行な方向に伸びた稜線を有する第２のリニアフレネルレンズとを、前記直線偏光の進行方向に重ねて有することにより、前記液晶パネルから出射する光学像を当該立体画像表示装置の前方に向けてコリメートする投影レンズと
   を備える立体画像表示装置。
6. 前記出射側偏光板の透過軸と直交する直線偏光を透過させ、かつ前記透過軸に平行な直線偏光を吸収する右目用偏光板と、前記透過軸に平行な直線偏光を透過させ、かつ前記透過軸と直交する直線偏光を吸収する左目用偏光板とを有する観察者用偏光メガネ
   を更に備える請求項５に記載の立体画像表示装置。
7. 立体画像表示装置であって、
   光源と、
   前記光源の前方に設けられ、所定の直線偏光のみを透過させる入射側偏光板と、当該入射側偏光板の観察者側に設けられ、右目用画像を表示する右目用表示ライン及び左目用画像を表示する左目用表示ラインが垂直方向に交互に繰り返して設けられた表示部と、前記表示部を通過した光のうち特定方向の直線偏光のみを透過させる出射側偏光板とを有する液晶パネルと、
   前記液晶パネルを透過した直線偏光の光路上において、前記左目用表示ラインと対向して設けられ、前記左目用表示ライン及び前記出射側偏光板を透過した直線偏光を±９０°回転させて出射する９０°回転領域と、前記右目用表示ラインと対向して設けられ、前記右目用表示ライン及び前記出射側偏光板を透過した直線偏光を同一の向きで出射する０°回転領域とを垂直方向に交互に繰り返し有する偏光透過スクリーンと、
   前記偏光透過スクリーンを透過した直線偏光の偏光軸に対して平行又は直角な方向に傾斜して設けられ、前記偏光透過スクリーンを透過した前記直線偏光を反射する反射鏡と
   前記反射鏡によって反射された直線偏光の光路上に設けられ、前記出射側偏光板の透過軸と直交する方向に伸びた稜線を有する第１のリニアフレネルレンズと、前記透過軸に平行な方向に伸びた稜線を有する第２のリニアフレネルレンズとを、前記直線偏光の進行方向に重ねて有することにより、前記液晶パネルから出射する光学像を当該立体画像表示装置の前方に向けてコリメートする投影レンズと、
   を備える立体画像表示装置。
8. 前記出射側偏光板の透過軸と直交する直線偏光を透過させ、かつ前記透過軸に平行な直線偏光を吸収する左目用偏光板と、前記透過軸に平行な直線偏光を透過させ、かつ前記透過軸と直交する直線偏光を吸収する右目用偏光板とを含む観察者用偏光メガネ
   を更に備える、請求項７に記載の立体画像表示装置。

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