JP2009151151A - 立体映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１台のプロジェクタで安価な構成で立体映像を表示することができる立体映像表示装置を提供する。
【解決手段】１次元光変調素子（１_Ｒ，１_Ｇ，１_Ｂ）により１次元変調光が得られ、中間像リレー光学系３により中間像が形成され、奇数番目と偶数番目の画素で異なる波長板が集積されてなる集積波長板４が１次元変調光の中間像が形成される位置に配置され、入射する１次元変調光の中間像に対して、奇数番面と偶数番目の画素の偏光状態が直交するように偏光され、１次元変調光の画素配列と直交する方向に走査され、スクリーン７上に投影され、奇数番目と偶数番目の走査線の光の偏光状態が直交するように構成された２次元像が結像され、右眼用画像の偏光を透過させる右眼用偏光板と左眼用画像の偏光を透過させる左眼用偏光板を有する観察者用偏光板を用いて観察する。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体映像表示装置に関し、特に、偏光メガネを用いた立体映像表示装置に関するものである。

従来から、立体映像を表現する技術については種々の試みがなされており、写真、映画及びテレビジョン等の画像を扱う多くの分野で、立体映像に関する画像表示方法が研究され、実用化されてきている。

投射型の立体映像装置としては、右眼用映像と左眼用映像をスクリーンに投影して、右眼および左眼にてそれぞれの映像を観察する視差利用の方式が、一般に用いられてきた。
この立体映像の画像表示方法としては、メガネ方式と無メガネ方式とに大別され、メガネ方式の方法として、特許文献１などに開示されているシャッターメガネを用いる時分割方式と、特許文献２などに開示されている偏光メガネを用いる偏光方式が知られている。
例えば、以下のような手段が知られているが、それぞれに下記のような問題点があった（非特許文献１参照）。

時分割方式では、フレーム毎に右眼用映像と左眼用映像を交互に投影する。フレームに同期した信号をシャッターメガネが受信し、映像表示タイミングに同期して、メガネの左右にシャッターをオン／オフし、左右それぞれの目で目的の映像を観察する。
しかし、この時分割方式では、シャッターメガネが高価であるという問題がある。また、メガネのシャッター開閉とメガネの低透過率により光量ロスが大きく、観察される明るさは初期の１５％以下となってしまう。また、メガネの応答速度に限界があるため、例えば２４０フレーム毎秒程度の高速のフレームレートの映像に対応できない。

プロジェクタを２台使用する偏光方式では、右眼用映像および左眼用映像を２台のプロジェクタからそれぞれ投影する。プロジェクタは、それぞれ右回り偏光あるいは左回り偏光を投影する。スクリーンは偏光状態を保存する専用スクリーンを使用する。それぞれの回転方向の偏光を、偏光めがねで、左右独立に観察する。
しかし、プロジェクタを２台使用する偏光方式では、２台のプロジェクタの投影位置の調整が非常に難しいという問題がある。

偏光切り替えによる偏光方式では、光源の偏光状態を切り替える。電気光学変調効果を利用した偏光スイッチング素子を使用する。
しかし、偏光切り替えによる偏光方式では、電気光学変調効果を利用した偏光スイッチング素子が高価であるという問題がある。
特開２００４−１５７４２５号公報 特開２００２−８２３０７号公報 米国特許第６，２１５，５７９号明細書 米国特許第６，６９２，１２９号明細書 特開２００６−７２１０４号公報 欧州特許出願公開第１，２５７，８６９号明細書 特開２００６−２２７３６４号公報 特許３３２５８２５号明細書 三次元映像ハンドブック、朝倉書店、２００６年

解決しようとする課題は、１台のプロジェクタで安価な構成で立体映像を表示することが困難であることである。

本発明の立体映像表示装置は、光源と、１次元方向に画素が配列されて構成され、前記光源からの光から１次元変調光を得る１次元光変調素子と、前記１次元変調光の中間像を形成する中間像リレー光学系と、奇数番目の画素と偶数番目の画素で異なる波長板が集積されてなる集積波長板であって、前記１次元変調光の前記中間像が形成される位置に配置され、入射する前記１次元変調光の前記中間像に対して、奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が直交するように偏光させて出射する集積波長板と、前記集積波長板を経た前記１次元変調光を当該１次元変調光の画素配列と直交する方向に走査する走査部と、前記１次元変調光が走査されて形成され、奇数番目の走査線の光の偏光状態と偶数番目の走査線の光の偏光状態が直交するように構成され、前記奇数番目の走査線が立体映像を視認するための視差に対応した右眼用画像と左眼用画像のいずれか一方となり、前記偶数番目の走査線が前記右眼用画像と前記左眼用画像のいずれか他方となる、２次元像を投影して結像させる投影光学系と、前記２次元像が結像されるスクリーンと、前記スクリーンと観察者の間に配置され、前記右眼用画像の偏光を透過させる右眼用偏光板と前記左眼用画像の偏光を透過させる左眼用偏光板を有する観察者用偏光板とを有することを特徴とする。

上記の本発明の立体映像表示装置は、１次元方向に画素が配列されて構成された１次元光変調素子により光源からの光から１次元変調光が得られ、中間像リレー光学系により１次元変調光の中間像が形成され、奇数番目の画素と偶数番目の画素で異なる波長板が集積されてなる集積波長板が１次元変調光の中間像が形成される位置に配置され、入射する１次元変調光の中間像に対して、奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が直交するように偏光させて出射される。
上記の集積波長板を経た１次元変調光は、走査部により１次元変調光の画素配列と直交する方向に走査され、スクリーン上に投影されて、奇数番目の走査線の光の偏光状態と偶数番目の走査線の光の偏光状態が直交するように構成され、奇数番目の走査線と偶数番目の走査線の一方が立体映像を視認するための視差に対応した右眼用画像、他方が左眼用画像となる２次元像が結像される。
右眼用画像の偏光を透過させる右眼用偏光板と左眼用画像の偏光を透過させる左眼用偏光板を有する観察者用偏光板を用いて観察者により立体映像が観察される。

本発明の立体映像表示装置によれば、安価な構成で奇数番目の走査線の光の偏光状態と偶数番目の走査線の光の偏光状態が直交する２次元像をスクリーンに結像して立体映像を表示でき、１台のプロジェクタで安価な構成で立体映像を表示することができる。

以下に、本発明の立体映像表示装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

第１実施形態
図１は本実施形態に係る立体映像表示装置の模式構成図である。
例えば、赤色レーザ光Ｌ_Ｒ、緑色レーザ光Ｌ_Ｇ、青色レーザ光Ｌ_Ｂを出射する光源（不図示）、例えば１次元方向に画素が配列されて構成されたグレーティングライトバルブ（特許文献３参照）からなり、赤色レーザ光Ｌ_Ｒ、緑色レーザ光Ｌ_Ｇ、青色レーザ光Ｌ_Ｂのそれぞれに対して各色の１次元変調光を得る１次元光変調素子（１_Ｒ，１_Ｇ，１_Ｂ）、赤色レーザ光ＬＲ、緑色レーザ光ＬＧ、青色レーザ光ＬＢを合成する光合成プリズム２、合成された１次元変調光の中間像を形成する中間像リレー光学系３、１次元変調光の前記中間像が形成される位置に配置され、奇数番目の画素と偶数番目の画素で異なる波長板が集積されてなる集積波長板４、集積波長板４を経た１次元変調光を１次元変調光の画素配列と直交する方向に走査する走査部５、１次元変調光が走査されて形成された２次元像を投影して結像させる投影光学系６、及び、２次元像が結像されるスクリーン７とを有する。

グレーティングライトバルブなどの１次元光変調素子（１_Ｒ，１_Ｇ，１_Ｂ）は、光源（不図示）から出射された赤色レーザ光Ｌ_Ｒ、緑色レーザ光Ｌ_Ｇ、青色レーザ光Ｌ_Ｂが入射される。

１次元光変調素子（１_Ｒ，１_Ｇ，１_Ｂ）で変調された各色の１次元光変調光は、色合成プリズム２によって合成される。

合成された１次元変調光から、中間像リレー光学系３によって、集積波長板４の位置に３色が合成された１次元変調光の中間像が形成される。中間像リレー光学系３は、例えば凹面鏡と凸面鏡の組み合わせからなるオフナーリレーが使用される（特許文献４参照）。

集積波長板４の位置に形成された１次元変調光の中間像は、走査ミラーとリレー光学系を有する走査部（二次元像リレー光学系）５によって、１次元変調光の画素配列と直交する方向に走査され、二次元の中間像に変換される（特許文献５参照）。
二次元の中間像は、投影光学系６により、スクリーン７面に拡大投影される。

ここで、上記の集積波長板４は、入射する１次元変調光の中間像に対して、奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が直交するように偏光させて出射する。

上記のように集積波長板４で偏光された１次元変調光を走査して得た２次元像は、奇数番目の走査線の光の偏光状態と偶数番目の走査線の光の偏光状態が直交するように構成され、奇数番目の走査線が立体映像を視認するための視差に対応した右眼用画像と左眼用画像のいずれか一方となり、偶数番目の走査線が前記右眼用画像と前記左眼用画像のいずれか他方となる。

上記の２次元像は、右眼用画像の偏光を透過させる右眼用偏光板と左眼用画像の偏光を透過させる左眼用偏光板を有する観察者用偏光板を用いることで、観察者により立体映像として観察される。

本実施形態においては、１次元変調光の中間像の位置に集積波長板４を設置することにより、立体映像の投影を実現する。
図２（ａ）は、集積波長板の模式図であり、図２（ｂ）は画素波長板を拡大した模式図である。
例えば、石英からなる透明光学基板４０に、１次元変調光の中間像の各画素に対応した画素波長板４１が並べられて形成されている。
図面上に、中間像リレー光学系３により形成された１次元変調光の中間像４２を示している。透明光学基板４０は位置の微調整が可能なホルダに保持され、中間像４２が画素波長板４１の位置と重なるように、集積波長板４の位置が微調整されて用いられる。位置の微調整は、画素波長板４１の上下に形成されたアライメントマーク４３を参照して行われる。

本実施形態において、画素波長板４１はそれぞれ１／４波長板であり、進相軸の方向が、中間像の画素の縦幅（画素が並ぶ方向の幅）に一致する幅で、交互に直交する方向に入れ替わる構造を持っている。奇数番である、１，３，５・・・番目の画素に相当する領域は、図２（ｂ）に示すように、速軸（Ｆ）が＋４５°方向を示す１／４波長板で、偶数番である２，４，６・・・番目の画素に相当する領域は遅軸（Ｓ）が＋４５°方向を示す１／４波長板である。

図３（ａ）〜（ｃ）は、集積波長板に入射する光と出射する光の偏光状態を説明する説明図である。ここでは、１次元変調光が１０８０画素からなる場合について示している。
図３（ａ）は集積波長板４に入射する光の偏光状態であり、画素の配列方向に平行方向の直線偏光が入射するとする。
図３（ｂ）は画素波長板４１の構成を示す模式図であり、図３（ｃ）は集積波長板４から出射する光の偏光状態であり、上記の画素波長板４１を経た光は位相遅延を受けて、図３（ｃ）に示すように、画素ごとに回転方向が反転する右回り（Ｐ_Ｒ）および左回り（Ｐ_Ｌ）の円偏光として出射される。

スクリーンは、入射した光の偏光状態を保存するシルバースクリーンが使用される。
図４は、スクリーン上に投影された２次元像の模式図である。上記のように集積波長板４で偏光された１次元変調光を走査して得た２次元像は、奇数番目の走査線の光の偏光状態と偶数番目の走査線の光の偏光状態が直交するように構成され、例えば、奇数番目の走査線（ＳＬ１，３，・・・１０７９）では右回り（Ｐ_Ｒ）の円偏光、偶数番目の走査線（ＳＬ２，４，・・・１０８０）では左回り（Ｐ_Ｌ）の円偏光となる。

図５は、上記の２次現像を立体画像として観察するための偏光メガネの構成を示す模式図である。
スクリーン７に上記のように奇数番目の走査線の光の偏光状態と偶数番目の走査線の光の偏光状態が直交する２次元像が投影されている。
偏光メガネ８は、外側に左眼用１／４波長板８１と右眼用１／４波長板８２、内側に左眼用偏光板８３と右眼用偏光板８４を有する２層構造によって構成される。
例えば、左眼用１／４波長板８１は進相軸方向が左回り円偏光を縦の直線偏光に変換する方向に選ばれ、一方、右眼用１／４波長板８２は進相軸方向が右回り円偏光を縦の直線偏光に変換する方向に選ばれる。
また、左眼用偏光板８３と右眼用偏光板８４は、それぞれ、縦の直線偏光を透過し、横の直線偏光を遮断するように設けられる。

以上の構成により、左回り円偏光を左眼のみに、右回り円偏光を右眼のみに、分離して導くことができる。
スクリーン上の２次元像として、例えば、奇数ラインに右眼で観察することを意図された右眼用映像を表示し、偶数ラインに左眼用画像を表示することによって、立体映像を観察することが可能となる。

図６は、集積波長板の詳細な構成を示す斜視図である。
１次元変調光の中間像の位置に配置される集積波長板４は、例えば、ホルダ４５に保持される。
中間像における画素サイズは、グレーティングライトバルブの場合、通常一画素あたり１７×１７μｍ^２程度であり、縦に１０８０個の画素がある場合、中間像のサイズは１８．４ｍｍ×１７μｍとなる。中間像の位置と集積波長板４は正確に位置を一致させなければならない。そこで、ホルダ４５には、図中に示した並進移動軸（ｘ，ｙ，ｚ）および回転軸（ｘ−ｒｏ，ｚ−ｒｏ）の微調整機構を設ける。さらに、光変調素子から発生する迷光を除去し、映像のコントラストを改善するためのスリット４６が設けられる。

集積波長板４の各画素波長板を構成する材料としては、（１）合成水晶などの複屈折性を持つ光学結晶、（２）波長依存性の低減を目的とした異種の光学結晶張り合わせによるもの、（３）光学異方性をもつ高分子ポリマーによるもの、（４）形状異方性をもつ無機多層膜構造により光学異方性を実現したもの、（５）ナノインプリントなどの手法によりサブ波長の構造を形成して光学異方性を実現したもの（構造複屈折波長板）などを用いることができる。
特に１７μｍ程度のサイズで形成する波長板に関しては、上記のうち（４）または（５）の製法によるものが有効である。
集積波長板４の各画素波長板を構成する材料としては、例えば、特許文献８に記載の３次元周期構造体を好ましく用いることができる。

上記の本実施形態に係る立体画像表示装置によれば、安価な構成で奇数番目の走査線の光の偏光状態と偶数番目の走査線の光の偏光状態が直交する２次元像をスクリーンに結像して立体映像を表示でき、１台のプロジェクタで安価な構成で立体映像を表示することができる。

また、本実施形態の立体映像表示装置は、時分割方式に対しては、光利用効率が高いというメリットが挙げられる。時分割方式は、メガネの偏光検出による損失分と、時間シャッターでの損失分の両方が発生するが、本方式はメガネの偏光検出によい損失のみである。これによって、時分割方式に比べて２倍以上の明るさを得ることができる。もう一つの効果は、時分割方式が、シャッターメガネの時間応答速度の制約で、フレームレートが決定されるのに対して、本方式はプロジェクタによってのみフレームレートが決定されることである。通常シャッターメガネは液晶応答を使用しているため、切り替え速度が、グレーティングライトバルブのような高速フレームレートの映像に追随できない。一方、本方式においては、プロジェクタの最高のフレームレートでの立体映像の投影が実現可能である。

第２実施形態
第１実施形態においては、赤色光、緑色光、青色光を空間的に１つに合成して中間像を形成している。そのため、集積波長板は、赤色光、緑色光、青色光の各波長に対して同時に１／４波長板として作用できるように波長依存性が低い特性を有する波長板（アクロマティック波長板）であることが要求される。
しかし、上記のような波長板はしばしば製造上の困難が伴うので、製造上容易に実現できる構成として、本実施形態においては、赤色光、緑色光、青色光の各波長の中間像の位置をずらして、それぞれの波長に対して専用の集積波長板を設ける。

図７（ａ）は集積波長板の模式図であり、図７（ｂ）は、赤色光用画素波長板を拡大した模式図である。緑色光用画素波長板、青色光用画素波長板についても赤色光用画素波長板と同等の構成である。
例えば、石英からなる透明光学基板４０に、赤色光用画素波長板４１_Ｒ、緑色光用画素波長板４１_Ｇ、青色光用画素波長板４１_Ｂが所定の間隔で形成されている。赤色光用画素波長板４１_Ｒ、緑色光用画素波長板４１_Ｇ、青色光用画素波長板４１_Ｂは、それぞれ、１次元変調光の中間像の各画素に対応した画素波長板が並べられて形成されている。

赤色光、緑色光、青色光の各色の光は、それぞれ波長６４２ｎｍ、波長５３２ｎｍ、波長４４５ｎｍのレーザ光とする。予め、赤色光、緑色光、青色光の各色光の１次元光変調素子の位置をずらして調整することにより、赤色光の１次元変調光の中間像４２_Ｒ、緑色光の１次元変調光の中間像４２_Ｇ、青色光の１次元変調光の中間像４２_Ｂを、例えば５０μｍずつ横にずらして形成する。

赤色光用画素波長板４１_Ｒ、緑色光用画素波長板４１_Ｇ、青色光用画素波長板４１_Ｂの各波長において１／４波長板として機能するよう最適に設計されており、各色の入射する１次元変調光の中間像に対して、奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が直交するように偏光させて出射するものである。
例えば、特許文献８に記載の３次元周期構造体を好ましく用いることができる。

各色の中間像のずれの大きさである５０μｍに合わせて、赤色光用画素波長板４１_Ｒ、緑色光用画素波長板４１_Ｇ、青色光用画素波長板４１_Ｂを５０μｍずつ横にずらすことで、各色の画素波長板と中間像を重ね合わせることができ、各色の光に対して最適な位相遅延量を得て、偏光させることができる。

図８（ａ）〜（ｃ）は、赤色光用画素波長板、緑色光用画素波長板、青色光用画素波長板を有する集積波長板の模式的断面図である。
図８（ａ）は、１枚の透明光学基板４０に、赤色光用画素波長板４１_Ｒ、緑色光用画素波長板４１_Ｇ、青色光用画素波長板４１_Ｂを所定の間隔で形成したものである。
図８（ｂ）は、第１の透明光学基板４０ａに、緑色光用画素波長板４１_Ｇを形成し、第２の透明光学基板４０ｂに赤色光用画素波長板４１_Ｒと青色光用画素波長板４１_Ｂを所定の間隔で形成し、これらを各波長板の形成面側から貼り合わせたものである。
図８（ｃ）は、第１の透明光学基板４０ａに、青色光用画素波長板４１_Ｂを形成し、第２の透明光学基板４０ｂに緑色光用画素波長板４１_Ｇを形成し、第３の透明光学基板４０ｃに赤色光用画素波長板４１_Ｒを形成し、これらを貼り合わせたものである。

図８（ａ）のように、同一基板上に赤色光用画素波長板４１_Ｒ、緑色光用画素波長板４１_Ｇ、青色光用画素波長板４１_Ｂを同時に作成することが困難な場合は、それぞれの波長用の画素波長板を個別に用意して、それらを重ね合わせることによって、同等の効果を得ることができる。図８（ｂ）は２つの色の画素波長板を同一基板上に形成し、残り１色の画素波長板を別基板上に形成し、貼り合わせたものである。それぞれの波長板形成領域を互いに対向させて、位置を調整して張り合わせることによって、図８（ａ）と同等の機能を実現できる。また、図８（ｃ）に示すように、赤色光用画素波長板４１_Ｒ、緑色光用画素波長板４１_Ｇ、青色光用画素波長板４１_Ｂをそれぞれ別個の波長板を用意して、３枚重ね合わせてもかまわない。

上記のように、各色の中間像を５０μｍ程度ずらして形成して、これをスクリーン上に投影した場合、赤色光の２次元像、緑色光の２次元像、青色光の２次元像の位置ずれが、スクリーン上での色ずれとして表れる。
そこで、走査部内の走査ミラーの横走査に同期した１次元光変調素子の動作タイミングを、各色ごとにずらすことによって、スクリーン上での色ずれを補正することができる。
例えば、赤色光の２次元像を基準として、緑色光の２次元像が３画素相当、青色光の２次元像が６画素相当ずれていたとすると、緑色光の１次元光変調を３画素、青色光の１次元光変調を６画素ずらすことによって、画面上では色ずれのない２次元のカラー画像を得ることができる。

赤色光の２次元像、緑色光の２次元像、青色光の２次元像の横ズレ量は、迷光を除去するためのスリットの幅を狭くして、映像のコントラストを向上するよう、可能な限り短くする方が望ましい。
例えば、グレーティングライトバルブの場合は、迷光除去のため、２００μｍ幅のスリットを設けることが望ましい。赤色光、緑色光、青色光の中間像の間隔が５０μｍであるならば、迷光を除去するためのスリットも設置可能である。

上記の本実施形態に係る立体画像表示装置によれば、第１実施形態と同様に、安価な構成で奇数番目の走査線の光の偏光状態と偶数番目の走査線の光の偏光状態が直交する２次元像をスクリーンに結像して立体映像を表示でき、１台のプロジェクタで安価な構成で立体映像を表示することができる。

また、本実施形態の立体映像表示装置は、光利用効率が高く、時分割方式に比べて２倍以上の明るさを得ることができ、さらに、プロジェクタの最高のフレームレートでの立体映像の投影が実現可能である。

第３実施形態
図９は、本実施形態に係る集積波長板の詳細な構成を示す斜視図である。
１次元変調光の中間像の位置に配置される集積波長板４は、例えば、ホルダ４５に保持される。
さらに、光変調素子から発生する迷光を除去し、映像のコントラストを改善するためのスリット４６が設けられる。
ここで、本実施形態においては、ホルダ４５にアクチュエータ４７が設けられ、集積波長板４が、奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が第１の偏光状態で直交するように偏光させる第１の位置、または、第１の偏光状態と逆の第２の偏光状態で直交するように偏光させる第２の位置をとるように、立体映像のフレーム毎に集積波長板の位置が移動するように構成されている。

即ち、アクチュエータ４７は、ホルダ４５を上下方向（図中Ｙの方向）に移動させる機能を持ち、光線走査ミラーに同期して、集積波長板４を一画素相当の距離だけ上下に移動させる機能を有する。アクチュエータとしては、ボイスコイルモータ、ピエゾ素子などが使用される。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、往復運動するガルバノミラーによって走査する場合における、走査ミラーの光線走査タイミング（ａ）と、映像送出タイミング（ｂ）と、集積波長板のアクチュエータの動作タイミング（ｃ）の関係を示すダイミングチャートである。
ガルバノミラーは、１２０Ｈｚの周波数で、光線を走査している。映像信号は、ミラーの往復に合わせて送出され、２４０Ｈｚのフレームレートでの映像が投影される。集積波長板は、走査の往きにＡの位置に、帰りにＡの位置より１画素相当下の位置となるＢの位置となるよう、アクチュエータが動作する。ＡとＢの間の位置移動は、走査ミラーの走査方向が反転し、映像がブランキングするタイミングになされる。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、広角走査ミラーによって片道方向に光線が走査される場合における、走査ミラーの光線走査タイミング（ａ）と、映像送出タイミング（ｂ）と、集積波長板のアクチュエータの動作タイミング（ｃ）の関係を示すダイミングチャートである。
走査ミラーは、ガルバノミラーを鋸歯駆動するか、あるいは、多面体ミラーで一方向に光線を順次走査するポリゴンミラーを使用する。この場合において、微小波長板は走査毎にＡの位置とＡの位置より１画素相当下の位置となるＢの位置の間を順次移動する。ＡとＢの間の位置移動は、映像がブランキングするタイミングになされる。

図１２（ａ）〜（ｅ）は、集積波長板に入射する光と出射する光の偏光状態を説明する説明図である。ここでは、１次元変調光が１０８０画素からなる場合について示している。
図１２（ａ）は集積波長板に入射する光の偏光状態であり、画素の配列方向に平行方向の直線偏光が入射するとする。
図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）は画素波長板の構成を示す模式図であり、図１０及び図１１における位置Ａは、画素波長板の位置は図１２（ｂ）に示す位置のことであり、位置Ｂは、画素波長板の位置は図１２（ｃ）に示す位置のことである。図１２（ｄ）は位置Ａのときの集積波長板から出射する光の偏光状態であり、図１２（ｅ）は位置Ｂのときの集積波長板から出射する光の偏光状態である。
集積波長板がＡの位置にあるとき、奇数番の画素が右回り円偏光に、偶数番の画素が左回り円偏光になる。一方、微小波長板がＢの位置にあるときは、微小波長板が一画素相当だけ下に（画素配列方向に）移動しているため、奇数番の画素が左回り円偏光に、偶数番の画素が右回り円偏光になる。

図１３（ａ）は、Ａの位置でスクリーン上に投影された２次元像の模式図であり、図１３（ｂ）はＢの位置でスクリーン上に投影された２次元像の模式図である。
例えば、Ａの位置のときには、奇数番目の走査線（ＳＬ１，３，・・・１０７９）では右回り（Ｐ_Ｒ）の円偏光、偶数番目の走査線（ＳＬ２，４，・・・１０８０）では左回り（Ｐ_Ｌ）の円偏光となる。Ｂの位置のときには、奇数番目の走査線（ＳＬ１，３，・・・１０７９）では左回り（Ｐ_Ｌ）の円偏光、偶数番目の走査線（ＳＬ２，４，・・・１０８０）では右回り（Ｐ_Ｒ）の円偏光となる。

フレームごとにＡとＢの状態を交互に繰り返し、左眼（左回り円偏光を受光）は、Ａの状態では偶数ラインを、Ｂの状態では奇数ラインを受光する。右眼（右回り円偏光を受光）は、Ａの状態では奇数ラインを、Ｂの状態では偶数ラインを受光する。
ここで、予め、左眼用の映像をＡのフレームで偶数ラインに、Ｂのフレームで奇数ラインに描画することによって、縦方向の走査線数（解像度）の低下のない、立体映像を実現することができる。

第１及び第２実施形態に係る立体映像表示装置は、立体映像の縦の画素数が半減するという課題がある。そこで、簡便な手法で、立体映像の縦の画素数を２倍にして、通常投影と等しい解像度を実現することができる。
本実施形態は、上記の第１及び第２実施形態のいずれにも適用できる。

本実施形態は、解像度向上の効果に加えて、スペックルノイズを低減するという効果がある。スペックルノイズとは、レーザの干渉性と、スクリーンの微小凹凸構造に起因する、画ノイズのことである。レーザを光源とするディスプレイにおいては、画質を劣化する原因となる。スペックルノイズの形状は、レーザの偏光方向とスクリーンの微小凹凸構造によって変化することが知られている（特許文献６参照）。上記のように微小波長板の振動によって、レーザの偏光状態を時間的に変化させることができる。これによってスペックルパターン形状の時間的変化をもたらし、目の応答速度による平均化作用によって、スペックルノイズを低減することができる。

第４実施形態
本実施形態においては、第３実施形態と同様に、ホルダ４５にアクチュエータ４７が設けられ、集積波長板４が、奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が第１の偏光状態で直交するように偏光させる第１の位置、または、第１の偏光状態と逆の第２の偏光状態で直交するように偏光させる第２の位置をとるように、立体映像のフレーム毎に集積波長板の位置が移動するように構成されている。
ここで、第３実施形態と異なり、アクチュエータ４７は、ホルダ４５を左右方向に移動させる機能を持つ。

図１４（ａ）〜（ｄ）は、集積波長板に入射する光と出射する光の偏光状態を説明する説明図である。ここでは、１次元変調光が１０８０画素からなる場合について示している。
図１４（ａ）は集積波長板に入射する光の偏光状態であり、画素の配列方向に平行方向の直線偏光が入射するとする。
図１４（ｂ）は画素波長板の構成を示す模式図である。画素波長板は、縦に１０８０列、横に２列の繰り返し構造からなる１／４波長の波長板を有する。縦横の隣り合う領域は、互いに直交する偏光軸を有する。画素波長板を、アクチュエータにより走査に同期して左右に動かす。図１０及び図１１における位置Ａは、画素波長板の左側の列が用いられる位置のことであり、位置Ｂは、画素波長板の右側の列が用いられる位置のことである。図１４（ｃ）は位置Ａのときの集積波長板から出射する光の偏光状態であり、図１４（ｄ）は位置Ｂのときの集積波長板から出射する光の偏光状態である。
上記に示すように、第３実施形態の画素波長板の縦振動の場合と同様に、立体映像の縦の画素数を２倍にして、通常投影と等しい解像度を実現することができるという効果を実現することができる。

第５実施形態
本実施形態においては、第３及び第４実施形態と異なり、集積波長板に入射する前の１次元変調光が、奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が第１の偏光状態で直交するように偏光する光となる第１の偏光した光、または、第１の偏光状態と逆の第２の偏光状態で直交するように偏光する光となる第２の偏光した光となるように、立体映像のフレーム毎に切り替えられるように構成されている。

図１５（ａ）〜（ｅ）は、集積波長板に入射する光と出射する光の偏光状態を説明する説明図である。ここでは、１次元変調光が１０８０画素からなる場合について示している。
図１５（ａ）及び（ｂ）は集積波長板に入射する光の偏光状態であり、図１５（ａ）では画素の配列方向に平行方向の直線偏光が入射し、図１５（ｂ）では画素の配列方向に巣直方向の直線偏光が入射するとする。
図１５（ｃ）は画素波長板の構成を示す模式図である。
図１５（ｄ）はＡの光線走査タイミングの場合の集積波長板から出射する光の偏光状態であり、図１５（ｅ）はＢの光線走査タイミングの場合の集積波長板から出射する光の偏光状態である。

本実施形態においては、可動部なしに、縦の解像度を改善することができる。
本実施形態においては、赤色光、緑色光、青色光の各色に対して、縦偏光および横偏光の二つのレーザ光源を独立に用意する。レーザの偏光方向は１／２波長板によって調整する。レーザの出力は、図１０及び１１に示した同期タイミングでオン／オフ可能で、例えば、図１０及び１１のＡのタイミングは縦偏光のレーザ光を点灯し、Ｂのタイミングでは横偏光のレーザを点灯する。
縦横偏光のレーザ光のスイッチングには、電気光学光変調器を使用してもよい。

図１５に示すように、入射光の偏光方向を縦方向と横方向にスイッチングすることによって、第３及び第４実施形態と同様に、立体映像の縦の画素数を２倍にして、通常投影と等しい解像度を実現することができるという効果を集積波長板の移動機構なしで実現することができる。

本実施形態に係る縦横偏光のレーザ光のスイッチングを用いれば、集積波長板なしでも立体映像の投影を実現することは可能である。ただし、本方式は、微小波長板を合わせて使用することによって、以下の二つの効果が得られる立体投影と通常投影で、ユニフォーミティ補正のための参照テーブル（ＬＵＴ：Look-up-table）を切り替える必要がない。

レーザを一次元映像素子に照明する場合、特許文献７に記載のように、例えば、画素ごとの照明強度のばらつきを補正して、均一な強度分布を実現するために参照テーブル（ＬＵＴ）を用意して、それぞれの画素の駆動レベルを調整するが、集積波長板を使用しないで縦偏光レーザと横偏光レーザの切り替えで立体投影を行った場合には、左眼は縦偏光レーザの強度分布を、右眼は横偏光レーザの強度分布を検出するので、それぞれに対して異なる参照テーブルを用意して、順次適用する必要がある。また、立体投影ではない通常投影においては、縦偏光と横偏光の合成強度分布となるので、さらに異なる参照テーブルを使用する必要がある。結果として、３通りの参照テーブルを用意する必要があり、システムが複雑化する問題があった。

一方、本実施形態に係る集積波長板を用いた場合には、左右の目とも、縦偏光と横偏光の強度分布が平均化された強度を検出する。これは、通常投影状態の強度分布と同一である。よって、参照テーブルの切り替えが必要なくなる。

また、高速フレームレートの映像を投影することができる。
縦偏光および横偏光のレーザをオン／オフする場合、片側の目が検知する実効的なフレームレートは、プロジェクタのフレームレートの半分となる。一方、微小波長板を導入した場合は、常に左右両側の目に映像が投影されるため、動きがさらに滑らかに表現される。この効果により、立体映像でありながら、こま落ち感の少ない、動特性に優れた映像が実現できる。

第６実施形態
図１６は本実施形態に係る立体映像表示装置の模式構成図である。
実質的に第１実施形態と同様であるが、中間像リレー光学系３と集積波長板４の間に、集積波長板４に入射する中間像の偏光状態を直線偏光にする偏光板９をさらに有することが異なる。

集積波長板の直前に偏光板を設置することで、微小波長板に入射する光を直線偏光にすることができ、本実施形態では、レーザ光から、中間像の間で偏光状態の位相差が発生した場合でも、左右の目の分離度の高い立体映像を投影することができる。
本実施形態は、上記の各実施形態に適用できる。

本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、上記の各実施形態において、集積波長板を構成する１／４波長板の代わりに１／２波長板を用いてもよい。この場合、入射直線偏光の偏光軸を回転させることによって、同等の効果を得ることも可能である。
例えば、走査の方向は特に限定されず、左右方向または上下方向どちらでもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本発明の立体映像表示装置及び立体映像表示方法は、映像を立体に表示することができる表示装置及び方法に適用できる。

図１は本発明の第１実施形態に係る立体映像表示装置の模式構成図である。 図２（ａ）は本発明の第１実施形態に係る集積波長板の模式図であり、図２（ｂ）は画素波長板を拡大した模式図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る集積波長板に入射する光と出射する光の偏光状態を説明する説明図である。 図４は本発明の第１実施形態に係るスクリーン上に投影された２次元像の模式図である。 図５は本発明の第１実施形態に係る２次現像を立体画像として観察するための偏光メガネの構成を示す模式図である。 図６は本発明の第１実施形態に係る集積波長板の詳細な構成を示す斜視図である。 図７（ａ）は本発明の第２実施形態に係る集積波長板の模式図であり、図７（ｂ）は赤色光用画素波長板を拡大した模式図である。 図８（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２実施形態に係る赤色光用画素波長板、緑色光用画素波長板、青色光用画素波長板を有する集積波長板の模式的断面図である。 図９は本発明の第３実施形態に係る集積波長板の詳細な構成を示す斜視図である。 図１０（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３実施形態に係る走査ミラーの光線走査タイミングと、映像送出タイミングと、集積波長板のアクチュエータの動作タイミングの関係を示すダイミングチャートである。 図１１（ａ）〜（ｃ）は本発明の第３実施形態に係る走査ミラーの光線走査タイミングと、映像送出タイミングと、集積波長板のアクチュエータの動作タイミングの関係を示すダイミングチャートである。 図１２（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３実施形態に係る集積波長板に入射する光と出射する光の偏光状態を説明する説明図である。 図１３（ａ）は本発明の第３実施形態に係るＡの位置でスクリーン上に投影された２次元像の模式図であり、図１３（ｂ）はＢの位置でスクリーン上に投影された２次元像の模式図である。 図１４（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４実施形態に係る集積波長板に入射する光と出射する光の偏光状態を説明する説明図である。 図１５（ａ）〜（ｅ）は本発明の第５実施形態に係る集積波長板に入射する光と出射する光の偏光状態を説明する説明図である。 図１６は本発明の第６実施形態に係る立体映像表示装置の模式構成図である。

符号の説明

１_Ｒ，１_Ｇ，１_Ｂ…１次元光変調素子、２…光合成プリズム、３…中間像リレー光学系、４…集積波長板、５…走査部、６…投影光学系、７…スクリーン、８…偏光メガネ、９…偏光板、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…透明光学基板、４１，４１_Ｒ，４１_Ｇ，４１_Ｂ…画素波長板、４２，４２_Ｒ，４２_Ｇ，４２_Ｂ…中間像、４３…アライメントマーク、４５…ホルダ、４６…スリット、４７…アクチュエータ、８１…左眼用１／４波長板、８２…右眼用１／４波長板、８３…左眼用偏光板、８４…右眼用偏光板、Ｆ…速軸、Ｓ…遅軸、ＳＬ１〜ＳＬ１０８０…走査線、Ｐ_Ｒ…右回りの円偏光、Ｐ_Ｌ…左回り円偏光

Claims (11)

1. 光源と、
   １次元方向に画素が配列されて構成され、前記光源からの光から１次元変調光を得る１次元光変調素子と、
   前記１次元変調光の中間像を形成する中間像リレー光学系と、
   奇数番目の画素と偶数番目の画素で異なる波長板が集積されてなる集積波長板であって、前記１次元変調光の前記中間像が形成される位置に配置され、入射する前記１次元変調光の前記中間像に対して、奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が直交するように偏光させて出射する集積波長板と、
   前記集積波長板を経た前記１次元変調光を当該１次元変調光の画素配列と直交する方向に走査する走査部と、
   前記１次元変調光が走査されて形成され、奇数番目の走査線の光の偏光状態と偶数番目の走査線の光の偏光状態が直交するように構成され、前記奇数番目の走査線が立体映像を視認するための視差に対応した右眼用画像と左眼用画像のいずれか一方となり、前記偶数番目の走査線が前記右眼用画像と前記左眼用画像のいずれか他方となる、２次元像を投影して結像させる投影光学系と、
   前記２次元像が結像されるスクリーンと、
   前記スクリーンと観察者の間に配置され、前記右眼用画像の偏光を透過させる右眼用偏光板と前記左眼用画像の偏光を透過させる左眼用偏光板を有する観察者用偏光板と
   を有することを特徴とする立体映像表示装置。
2. 前記光源が、赤色光源、緑色光源及び青色光源を有し、前記赤色光源、前記緑色光源及び前記青色光源から、それぞれ、赤色光、緑色光及び青色光を出射する
   請求項１に記載の立体映像表示装置。
3. 前記集積波長板は、前記赤色光、前記緑色光及び前記青色光の各色の光に対して、奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が直交するように偏光させる波長板であり、前記集積波長板の同一の領域に前記赤色光、前記緑色光及び前記青色光を重ね合わせて入射させることにより、前記赤色光、前記緑色光及び前記青色光の各色の光それぞれに偏光させる
   請求項２に記載の立体映像表示装置。
4. 前記集積波長板が、前記奇数番面の画素の偏光状態と前記偶数番目の画素の偏光状態が第１の偏光状態で直交するように偏光させる第１の位置、または、前記第１の偏光状態と逆の第２の偏光状態で直交するように偏光させる第２の位置をとるように、前記立体映像のフレーム毎に前記集積波長板の位置が移動するように構成されている
   請求項３に記載の立体映像表示装置。
5. 前記集積波長板に入射する前の１次元変調光が、前記奇数番面の画素の偏光状態と前記偶数番目の画素の偏光状態が第１の偏光状態で直交するように偏光する光となる第１の偏光した光、または、前記第１の偏光状態と逆の第２の偏光状態で直交するように偏光する光となる第２の偏光した光となるように、前記立体映像のフレーム毎に切り替えられるように構成されている
   請求項３に記載の立体映像表示装置。
6. 前記中間像リレー光学系と前記集積波長板の間に、前記集積波長板に入射する前記中間像の偏光状態を直線偏光にする偏光板をさらに有する
   請求項３に記載の立体映像表示装置。
7. 前記集積波長板は、前記赤色光に対して奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が直交するように偏光させる赤色光用波長板と、前記緑色光に対して奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が直交するように偏光させる緑色光用波長板と、前記青色光に対して奇数番面の画素の偏光状態と偶数番目の画素の偏光状態が直交するように偏光させる青色光用波長板とが設けられており、前記赤色光を前記赤色光用波長板に、前記緑色光を前記緑色光用波長板に、前記青色光を前記青色光用波長板に入射させることにより、前記赤色光、前記緑色光及び前記青色光の各色の光それぞれに偏光させる
   請求項２に記載の立体映像表示装置。
8. 前記赤色光による前記２次元像、前記緑色光による前記２次元像及び前記青色光による前記２次元像が前記スクリーン上で重なり合うように、前記赤色光の映像信号、前記緑色光の映像信号、及び、前記青色光の映像信号のタイミングを調整する調節回路を有する
   請求項７に記載の立体映像表示装置。
9. 前記集積波長板が、前記奇数番面の画素の偏光状態と前記偶数番目の画素の偏光状態が第１の偏光状態で直交するように偏光させる第１の位置、または、前記第１の偏光状態と逆の第２の偏光状態で直交するように偏光させる第２の位置をとるように、前記立体映像のフレーム毎に前記集積波長板の位置が移動するように構成されている
   請求項７に記載の立体映像表示装置。
10. 前記集積波長板に入射する前の１次元変調光が、前記奇数番面の画素の偏光状態と前記偶数番目の画素の偏光状態が第１の偏光状態で直交するように偏光する光となる第１の偏光した光、または、前記第１の偏光状態と逆の第２の偏光状態で直交するように偏光する光となる第２の偏光した光となるように、前記立体映像のフレーム毎に切り替えられるように構成されている
    請求項７に記載の立体映像表示装置。
11. 前記中間像リレー光学系と前記集積波長板の間に、前記集積波長板に入射する前記中間像の偏光状態を直線偏光にする偏光板をさらに有する
    請求項７に記載の立体映像表示装置。

Images