JP2012002886A - 偏光変換装置、偏光変換方法及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】左右画像の切替えに伴う位相のクロストークの影響を軽減すること。
【解決手段】偏光変換装置４は、左目用の左画像と右目用の右画像から構成される時分割表示型の立体映像データに基づいて、左画像及び右画像を表示する表示部３，１１から出射される第１の偏光変換部２１と第２の偏光変換部２２を備える。第１の偏光変換部２１は、左画像及び右画像の光線を偏光変換して偏光を出射する。第２の偏光変換部２２は、第１の偏光変換部２１から入射する偏光を偏光変換して偏光を出射する。そして、制御部２５は、左画像及び右画像が表示部に切替えて表示されるタイミングで左右画像の偏光の位相差が逆位相となるように、第１及び第２の偏光変換部が偏光変換するタイミングを制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、ユーザが立体映像を視聴する場合に適用して好適な偏光変換装置、偏光変換方法及び表示装置に関する。

従来、ユーザの左右の眼の視差に合わせて設置される２台のカメラが撮像した同一の被写体の画像を用いて、ユーザが立体視することができる立体映像（３Ｄ映像）を生成する技術がある。２台のカメラが撮像した画像は、ユーザの左右の眼に合わせて左画像と右画像（以下、左画像と右画像を「左右画像」とも総称する。）と呼ばれる。

そして、ユーザが立体映像を視聴可能な表示装置として、３Ｄディスプレイ装置やスクリーンに投影した画像を視ることが可能な表示装置がある。この表示装置は、例えば、偏光変換をかけた左右画像を順番に表示するため、観客はパッシブなメガネ（偏光グラス）をかけると立体映像を見ることができる。

ここで、従来用いられていた立体映像を表示する技術について説明する。
上述したように従来のディスプレイ装置やスクリーンは、左右画像を交互に画面上に表示するものであり、ユーザは、偏光板を備えたメガネを耳にかけて立体映像を見ることができる。

特許文献１には、メガネが備える左右のレンズ部分にそれぞれ異なる円偏光板を設けて、ユーザが左右画像を見ることができるようにする技術が開示されている。

特開平２−４８６３４号公報

ところで、１フレーム又は１フィールドの画像は、水平方向に走査されることによって表示される。このため、従来の偏光板を介して立体映像を見る方式では画像の鮮明度が落ちてしまうことがあった。このことについて、以下の図１３を参照して説明する。

図１３は、従来の立体映像表示装置１００が出力する偏光変換の出力位相の例を示す。
立体映像表示装置１００は、左右画像を表示する表示部１０１と、光線を偏光する偏光変換部１０２によって構成される。表示部１０１が出射する光線は、偏光変換部１０２によって右偏光又は左偏光して、不図示のメガネに到達する。

理想的には、表示部１０１が出力する左右画像の位相と、偏光変換部１０２を通過する左右画像の位相との切替えタイミングが一致することが望ましい。しかし、実際には、左右画像を走査に伴い、左右画像の切替え時に、左右画像が一部混ざってしまう。このため、フィールド／フレームシーケンシャルに左右画像を表示し、左右画像それぞれに対して、逆位相の偏光変換を掛けて左右画像の分別を行う立体映像表示装置１００に於いて、表示部１０１の応答が悪いと、左右画像がクロストークして表示される。この結果、表示部１０１が動きの激しい被写体の画像を表示する場合等に、左右画像の位相が混ざった部分で発生したクロストークによって画像の鮮明度が落ちてしまう。

また、表示部１０１に組み合わせる偏光変換部１０２のレスポンスが悪いとクロストークを生じるため、組み合わせ可能な表示部１０１が限られていた。また、メガネの左右のレンズ部分にシャッタを設ける方式では、メガネが重くなってしまう。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、左右画像の切替えに伴う位相のクロストークの影響を軽減することを目的とする。

本発明は、左目用の左画像と右目用の右画像から構成される時分割表示型の立体映像データに基づいて、左画像及び右画像を表示する表示部から出射される、左画像及び右画像の光線を立体映像としてユーザが視認する場合に用いられる。
そして、制御部は、偏光変換して偏光を出射する第１の偏光変換部と、第１の偏光変換部から入射する偏光を偏光変換して偏光を出射する第２の偏光変換部に対して、偏光変換するタイミングを制御する。
このとき、制御部は、左右画像の偏光の位相差が逆位相となるように、偏光変換するタイミングを制御するものである。

このようにしたことで、左右画像の切替えタイミングに合わせて、左右画像の偏光の位相差が逆位相とされた黒色を挿入できる。

本発明によれば、左右画像の切替えタイミングに合わせて、左右画像の偏光の位相差が逆位相とされた黒色を挿入できるため、この期間にクロストークが発生しない。このため、ユーザが左右画像を立体視する場合に視認性が向上する。

本発明の第１の実施の形態における立体映像表示システムの第１の構成例を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態における立体映像表示システムの第２の構成例を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態における偏光変換装置の内部構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における偏光変換装置の直線偏光の仕組みを示す説明図である。 本発明の第１の実施の形態における偏光変換装置の偏光の様子を示すモデル図である。 本発明の第１の実施の形態における直線偏光の場合のタイミングチャートの例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態における偏光変換装置の内部構成例を示すブロック図である。 円偏光の仕組みを示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態における偏光変換装置の偏光の様子を示すモデル図である。 本発明の第２の実施の形態における円偏光の場合のタイミングチャートの例を示す説明図である。 本発明の第３の実施の形態における偏光変換装置の内部構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態における偏光変換装置の偏光の様子を示すモデル図である。 従来の左右画像の出力の例を示す説明図である。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする。）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（第１の偏光制御：２枚の偏光板を設置した例）
２．第２の実施の形態（第２の偏光制御：３枚の偏光板を設置した例）
３．第３の実施の形態（第３の偏光制御：３枚の偏光板を設置した例）
４．変形例

＜１．第１の実施の形態＞
［第１の偏光制御：２枚の偏光板を設置した例］

以下、本発明の第１の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。本実施の形態では、立体映像を表示可能な立体映像表示装置と、所定のタイミングで偏光変換する偏光変換装置及び偏光変換方法に適用した例について説明する。

図１は、本例の立体映像表示システム１の構成例を示す。
立体映像表示システム１は、左右画像を投影する表示部３と、シルバースクリーン５との間に光線を偏光する偏光変換装置４を設置した構成とする。

立体映像表示システム１は、映像ファイル７に含まれる左目データ７Ｌと右目データ７Ｒをファイル毎に取込んで左右画像の画像データを出力するデジタルシネマサーバ２を備える。また、立体映像表示システム１は、デジタルシネマサーバ２の制御によりシルバースクリーン５に立体映像を投影する表示部３と、シルバースクリーン５と表示部３の間に配され、投影画像を偏光する偏光変換装置４と、を備える。また、メガネ６は、左右のレンズ部分に該当する箇所にそれぞれ偏光方向が異なる偏光板を入れている。

映像ファイル７には、例えば、映画コンテンツが含まれるデジタルシネマパッケージが用いられる。表示部３は、ＤＬＰシネマ（登録商標）の技術が用いられるプロジェクタであり、シルバースクリーン５に左右画像を交互に投影する。そして、メガネ６のレンズ面を通過する光線は、左右で旋回方向が異なる円偏光となる。シルバースクリーン５には、偏光変換装置４によって偏光された左右画像が投影され、メガネ６に入射する左右画像は、シルバースクリーン５に投影された画像の偏光方向に一致した場合にユーザが見ることができる。メガネ６は、電源等を要しないパッシブ型であるため、軽量化し、安価に製造することも可能である。

図２は、本例の立体映像表示システム１０の構成例を示す。
立体映像表示システム１０は、後述する表示部１１とメガネ６との間に偏光変換装置４を設置した構成とするため、既に説明した立体映像表示システム１に係る符号と同一の符号を付した部分については詳細な説明を省略する。

表示部１１は、入力した左目データ７Ｌと右目データ７Ｒより、左右画像を表示する。そして、偏光変換装置４は、表示部１１が出射する左右画像の光線を、所定のタイミングで偏光変換する。このため、メガネ６の左右のレンズ部分には、左右画像が別に入射する。

図３は、偏光変換装置４の内部構成例を示す。
偏光変換装置４は、表示部３，１１から入射する入射光を偏光変換して偏光を出力する第１の偏光変換部２１と、第２の偏光変換部２２を備える。第１の偏光変換部２１は、左目用の左画像と右目用の右画像から構成される時分割表示型の立体映像データに基づいて、左画像及び右画像を表示する表示部から出射される、左画像及び右画像の光線を偏光変換して偏光を出射する。第２の偏光変換部２２は、第１の偏光変換部２１から入射する偏光を偏光変換して偏光を出射する。第１の偏光変換部２１と、第２の偏光変換部２２は、表示部３，１１が出射する光線の入射方向の順に配置され、入射する光線のうち、透過軸に平行な方向の光線を出射する偏光板２６を備える。また、制御部２５からの駆動電圧がオフされると、偏光板２６から入射する光線の偏光方向を保持し、制御部２５からの駆動電圧がオンされると、偏光板２６から入射する光線の位相差をπだけ異ならせて直線偏光を出射する液晶部２７を備える。

また、偏光変換装置４は、第１の偏光変換部２１と、第２の偏光変換部２２が入射光を変調するタイミングを制御する制御部２５を備える。第１の偏光変換部２１と、第２の偏光変換部２２には、直線偏光を出力する直線偏光板が用いられる。本例では、表示部３，１１と偏光変換装置４を組み合わせたものを立体映像表示装置として用いる。

メガネ６は、垂直方向の直線偏光を通過させる偏光板３０Ｌと、水平方向の直線偏光を通過させる偏光板３０Ｒを備える。そして、偏光変換装置４が備える偏光板の向きが垂直と水平である場合、偏光板３０Ｌ，３０Ｒも同じように偏光方向が垂直と水平となる。なお、偏光変換装置４側の偏光板が水平方向に対して４５度だけ傾けた斜め方向に設定される場合には、メガネ６の偏光板３０Ｌ，３０Ｒも同じように４５度傾けて設定される。

次に、偏光変換装置４の動作例を説明する。
始めに、立体映像表示システム１，１０で用いられる表示部３，１１は、入力した左目データ７Ｌと右目データ７Ｒより映像を表示する。表示部３，１１が映像を表示するタイミングは、制御部８によって制御される。表示部３，１１が映像を表示することによって、表示面から光線が出射され、第１の偏光変換部２１は、入射した光線の位相差をπだけ異ならせる偏光変換を行って直線偏光を出射する。そして、第１の偏光変換部２１が出射する直線偏光は、第２の偏光変換部２２に入射して、第２の偏光変換部２２は、入射した光線の位相差をπだけ異ならせる偏光変換を行って直線偏光を出射する。

ここで、制御部２５は、左画像と右画像が切替えタイミングで一部が重なるように表示部３，１１の切替えタイミングを制御している。また、制御部２５は、第１の偏光変換部２１と第２の偏光変換部２２が偏光変換するタイミングを異ならせている。つまり、制御部２５は、左画像及び右画像が表示部に切替えて表示されるタイミングで左画像及び右画像の偏光の位相差が逆位相となるように、第１及び第２の偏光変換部が偏光変換するタイミングを制御している。このため、表示部３，１１が左目データ７Ｌから表示する左画像と、右目データ７Ｒから表示する右画像の直線偏光が交互にメガネ６に入射する。

メガネ６には、左画像と右画像の直線偏光が交互に入射する。ここで、第１の偏光変換部２１と第２の偏光変換部２２は、左右画像の切替えタイミングに合わせて直線偏光を出力するため、左右画像の直線偏光は、偏光板３０Ｌ，３０Ｒを交互に通過する。このため、ユーザは、立体映像を認識することができる。

図４は、偏光の仕組みを示す説明図である。
図４Ａは、直線偏光の例を示す。
自然光は様々な位相の光線が含まれているが、偏光板２６，３０Ｌ，３０Ｒによって、振幅の方向が一定面内（本例では、垂直方向）にある光線のみが通過する。この通過した光線は直線偏光である。

図４Ｂは、液晶部２７に加える駆動電圧をオン／オフした場合の偏光方向の例を示す。
制御部２５が液晶部２７に加える駆動電圧をオンすると、液晶部２７の偏光方向が９０度回転する。このとき、液晶部２７は、偏光板２６から入射する光線の位相差をπだけ異ならせて直線偏光を出射する。一方、制御部２５が液晶部２７に加える駆動電圧をオフすると、液晶部２７の偏光方向は保持される。以下の説明では、液晶部２７に駆動電圧がオンされた場合には符号に（オン）を付し、駆動電圧がオフされた場合には符号に（オフ）を付して区別する。

図４Ｃと図４Ｄは、偏光板２６，３０Ｌ，３０Ｒと、液晶部２７を組み合わせた例を示す。
ここでは、偏光変換装置４が置かれる側を「ディスプレイ側」と呼び、メガネ６に偏光板が取り付けられる側を「メガネ側」と呼ぶ。図４Ｃでは、ディスプレイ側に、偏光板２６と液晶部２７を設けた構成とする。そして、図中の「×」印は、光線が透過しないことを表す。

本例では、偏光板２６、液晶部２７（オン）、偏光板３０Ｒを通過する光線の光路を「第１の光路」と呼ぶ。また、偏光板２６、液晶部２７（オン）、偏光板３０Ｌを通過する光線の光路を「第２の光路」と呼ぶ。

ディスプレイ側には、偏光板２６と、液晶部２７（オン）が配置される。偏光板２６に入力する光線は直線偏光として液晶部２７に入力し、液晶部２７は、入力した直線偏光の偏光方向を９０度回転させ、水平方向とした直線偏光を出力する。

メガネ側であって、ユーザの右目に光線が入射する第１の光路には、水平方向の直線偏光を透過する偏光板３０Ｒが設置される。一方、メガネ側であって、ユーザの左目に光線が入射する第２の光路には、垂直方向の直線偏光を透過する偏光板３０Ｌが設置される。

第１の光路では、液晶部２７を透過した直線偏光の偏光方向が偏光板３０Ｒの偏光方向に対して平行であるため、直線偏光は偏光板３０Ｒを通過して、ユーザの右目に直線偏光が届く。このとき、ユーザは右目で映像を見ることができる。一方、第２の光路では、液晶部２７を透過した直線偏光の偏光方向が偏光板３０Ｌの偏光方向に対して垂直であるため、直線偏光は偏光板３０Ｌを通過せず、ユーザは左目で映像を見ることができない。

次に、本例では、偏光板２６、液晶部２７（オフ）、偏光板３０Ｒを通過する光線の光路を「第３の光路」と呼ぶ。また、偏光板２６、液晶部２７（オフ）、偏光板３０Ｌを通過する光線の光路を「第４の光路」と呼ぶ。

ディスプレイ側には、偏光板２６と、液晶部２７（オフ）が配置される。偏光板２６に入力する光線は直線偏光として液晶部２７に入力し、液晶部２７は、入力した直線偏光の偏光方向を回転させることなく、垂直方向とした直線偏光を出力する。

第３の光路では、液晶部２７を透過した直線偏光の偏光方向が偏光板３０Ｒの偏光方向に対して垂直であるため、直線偏光は偏光板３０Ｒを通過せず、ユーザは右目で映像を見ることができない。一方、第４の光路では、液晶部２７を透過した直線偏光の偏光方向が偏光板３０Ｌの偏光方向に対して平行であるため、直線偏光は偏光板３０Ｌを通過して、ユーザの左目に直線偏光が届く。このとき、ユーザは左目で映像を見ることができる。

図５は、図４に示した偏光変換装置４の偏光の様子を示す。

図５Ａに示すように、第１の偏光変換部２１が備える偏光板２６が偏光変換する光線は直線偏光であり、液晶部２７（オン）は、この直線偏光の偏光方向を９０度回転させる。この直線偏光は、第２の偏光変換部２２が備える偏光板２６に入射する。この偏光板２６の偏光方向は垂直であるため、偏光方向が異なる直線偏光は通過せず、メガネ６には、光線が入射しない。このときユーザの左目には、黒色が挿入されたことと同じ効果が得られる。

図５Ｂに示すように、第１の偏光変換部２１が備える偏光板２６が偏光変換する光線は直線偏光であり、液晶部２７（オフ）は、この直線偏光の偏光方向を変えないでそのまま通過させる。この直線偏光は、第２の偏光変換部２２が備える偏光板２６に入射する。この偏光板２６は、入射した直線偏光の偏光方向を変えないでそのまま通過させ、第２の偏光変換部２２が備える液晶部２７（オン）に直線偏光を入射させる。液晶部２７（オン）は、入射した直線偏光の偏光方向を９０度回転させて出射する。メガネ６の偏光板３０Ｒの偏光方向は水平であるため、メガネ６は、偏光板３０Ｒの偏光方向に平行な直線偏光を出射する。この直線偏光は、そのままユーザの右目に入射する。

図５Ｃに示すように、第１の偏光変換部２１が備える偏光板２６が偏光変換する光線は直線偏光であり、液晶部２７（オン）は、この直線偏光の偏光方向を９０度回転させる。この直線偏光は、第２の偏光変換部２２が備える偏光板２６に入射する。この偏光板２６の偏光方向は垂直であるため、偏光方向が異なる直線偏光は通過せず、メガネ６には、光線が入射しない。このときユーザの右目には、黒色が挿入されたことと同じ効果が得られる。

図５Ｄに示すように、第１の偏光変換部２１が備える偏光板２６が偏光変換する光線は直線偏光であり、液晶部２７（オフ）は、この直線偏光の偏光方向を変えないでそのまま通過させる。この直線偏光は、第２の偏光変換部２２が備える偏光板２６に入射する。この偏光板２６は、入射した直線偏光の偏光方向を変えないでそのまま通過させ、第２の偏光変換部２２が備える液晶部２７（オフ）に直線偏光を入射させる。液晶部２７（オフ）は、入射した直線偏光をそのまま出射する。メガネ６の偏光板３０Ｌの偏光方向は垂直であるため、メガネ６は、偏光板３０Ｌの偏光方向に平行な直線偏光を出射する。この直線偏光は、そのままユーザの左目に入射する。

図６は、直線偏光の場合のタイミングチャートの例を示す。
表示部３，１１は、左画像と右画像を１フレーム毎に交互に表示する。このタイミングチャートにおいて、第１の偏光変換部２１と第２の偏光変換部２２が出力する直線偏光の位相は、それぞれＬの場合に左画像、Ｈの場合に右画像を出力することを表す。左右画像の切替えタイミング付近では、第１の偏光変換部２１が変調する直線偏光の位相と第２の偏光変換部２２が変調する直線偏光の位相の位相差が１８０度の逆位相となる。このため、逆位相の直線偏光が重なった部分では、黒色が挿入され、左右画像の切替え時にクロストークが発生しない。

以上説明した第１の実施の形態に係る偏光変換装置４によれば、左右画像の切替えタイミングに合わせて逆位相に変調した直線偏光が重なるため、この期間では、ユーザに黒色として認識される。このため、左右画像がクロストークせず、鮮明な立体画像を得られるという効果がある。

また、立体映像を表示する用途としては、第１の偏光変換部２１と第２の偏光変換部２２の左右画像の切り替えタイミングにおける位相をずらすことにより、左右画像の切り替わり付近に相当する逆相の期間に黒挿入することが可能となる。そして、制御部２５は、表示部３，１１の切替えタイミングにおける期間に黒挿入の期間を同期させることによりレスポンスの悪い期間が黒ミュートされるため偏光変換のクロストークを改善することができる。このように、黒挿入を行うことにより、クロストークを改善するため、ユーザが左右画像を立体視する場合に視認性が向上する。

＜２．第２の実施の形態＞
［第２の偏光制御：３枚の偏光板を設置した例］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る偏光変換装置４０について、図７〜図１０を参照して説明する。
以下の説明において、既に第１の実施の形態で説明した図３に対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

図７は、偏光変換装置４０の内部構成例を示す。
偏光変換装置４０は、第１の偏光変換部２１、第２の偏光変換部２２に加えて、第２の偏光変換部４２から入射する偏光を偏光変換して偏光を出射する第３の偏光変換部２３を備える。また、偏光変換装置４は、第１の偏光変換部２１〜第３の偏光変換部２３が入射光を偏光変換するタイミングを制御する制御部２５を備える。本例では、表示部３，１１と偏光変換装置４０を組み合わせたものを立体映像表示装置として用いる。

第１の偏光変換部２１〜第３の偏光変換部２３は、表示部３，１１が出射する光線の入射方向の順に配置される。して、第１の偏光変換部２１と第３の偏光変換部２３には、表示部３，１１が出射する光線の入射方向の順に第１の偏光板４１と第１のλ／４波長板４２が配置される。第１の偏光変換部２１と第３の偏光変換部２３の間に配置される第２の偏光変換部４２は、直線偏光の位相差をπ／２だけ異ならせて円偏光を出射する第２のλ／４波長板４３を備える。

第１の偏光変換部２１は、入射する光線の位相差をπだけ異ならせて偏光変換して直線偏光を出力する第１の偏光板４１を備える。また、第１の偏光変換部２１は、直線偏光の位相差をπ／２だけ異ならせて偏光変換し、＋４５度方向に右旋回し、又は−４５度方向に左旋回して円偏光を出力する第１のλ／４波長板４２を備える。
第２の偏光変換部２２は、第１の偏光変換部２１から入射する円偏光の位相差をπ／２だけ異ならせて偏光変換し、＋４５度方向に右旋回し、又は−４５度方向に左旋回して円偏光を出力する第２のλ／４波長板４３を備える。
第３の偏光変換部２３は、第２の偏光変換部２２から入射する円偏光の位相差をπだけ異ならせて偏光変換し、直線偏光を出力する第１の偏光板４１を備える。また、第３の偏光変換部２３は、直線偏光の位相差をπ／２だけ異ならせて偏光変換し、＋４５度方向に右旋回し、又は−４５度方向に左旋回して円偏光を出力する第１のλ／４波長板４２を備える。

メガネ６は、第３の偏光変換部２３が出力する円偏光が入射し、この円偏光を偏光変換し、＋４５度方向に右旋回し、又は−４５度方向に左旋回して円偏光を出力する偏光板３１Ｌ，３１Ｒを備える。また、メガネ６は、偏光板３１Ｌ，３１Ｒから入射する円偏光を偏光変換して直線偏光を出力する偏光板３２を備える。

次に、偏光変換装置４０の動作例を説明する。
始めに、表示部３，１１が出力する光線は、第１の偏光変換部２１が備える第１の偏光板４１に入射し、直線偏光に偏光変換されて、第１のλ／４波長板４２に入射する。第１のλ／４波長板４２が偏光変換した円偏光は、第２のλ／４波長板４３に入射し、円偏光に偏光変換されて、第３の偏光変換部２３が備える第１の偏光板４１に入射する。

第３の偏光変換部２３が備える第１の偏光板４１が偏光変換した直線偏光は、第１のλ／４波長板４２に入射し、円偏光に偏光変換されて、メガネ６に入射する。メガネ６の偏光板３１Ｌ，３１Ｒは、偏光変換した円偏光を偏光板３２に入射する。偏光板３２は、円偏光を直線偏光に偏光変換してユーザの左右の眼に出射する。これにより、ユーザは、立体映像を立体視できる。

図８は、偏光の仕組みを示す説明図である。
図８Ａは、直線偏光の例を示す。
自然光は様々な位相の光線が含まれているが、偏光板３２，４１によって、振幅の方向が一定面内（本例では、垂直方向）にある光線のみが通過する。この通過した光線は直線偏光である。

図８Ｂは、円偏光の例を示す。
予め偏光板３２，４１を通過した直線偏光は、λ／４波長板によって偏光変換され、振幅の方向が時間の経過で円を描く円偏光のみが通過する。円偏光は、直線偏光フィルタの吸収軸に対して＋４５度である場合に右旋回し、−４５度である場合に左旋回する。以下の説明では、λ／４波長板が右旋回に偏光変換する場合には符号に（Ｒ）を付し、左旋回に偏光変換する場合には符号に（Ｌ）を付して区別する。

図８Ｃは、第１の偏光板４１と第１のλ／４波長板４２（Ｌ）を組み合わせた例を示す。
ここでは、偏光変換装置４０が置かれる側を「ディスプレイ側」と呼び、メガネ６に偏光板が取り付けられる側を「メガネ側」と呼ぶ。図８Ｃでは、ディスプレイ側に、第１の偏光板４１と第１のλ／４波長板４２（Ｒ）を設けた構成とする。そして、図中の「×」印は、光線が透過しないことを表す。

本例では、第１の偏光板４１、第１のλ／４波長板４２（Ｌ）、偏光板３１Ｌ、偏光板３２を通過する光線の光路を「第１の光路」と呼ぶ。また、第１の偏光板４１、第１のλ／４波長板４２（Ｌ）、偏光板３１Ｒ、偏光板３２を通過する光線の光路を「第２の光路」と呼ぶ。

ディスプレイ側には、第１の偏光板４１と、光線を右旋回する第１のλ／４波長板４２（Ｒ）が配置される。第１の偏光板４１に入力する光線は直線偏光として第１のλ／４波長板４２（Ｒ）に入力し、第１のλ／４波長板４２（Ｒ）は、右旋回する円偏光を出力する。

メガネ側であって、ユーザの右目に光線が入射する第１の光路には、光線を右旋回する偏光板３１Ｒと、偏光板３２が設置される。一方、メガネ側であって、ユーザの左目に光線が入射する第２の光路には、光線を左旋回する偏光板３１Ｌと、偏光板３２が設置される。

第１の光路では、偏光板３２の垂直方向に対して円偏光が９０度（４５度＋４５度）傾くため、円偏光は偏光板３２を通過せず、ユーザは右目で映像を見ることができない。一方、第２の光路では、垂直方向に対して円偏光が０度（４５度−４５度）に戻るため、円偏光は第１の偏光板４１を通過して、ユーザの左目に直線偏光が届く。このとき、ユーザは左目で映像を見ることができる。

図８Ｄは、第１の偏光板４１と第１のλ／４波長板４２（Ｌ）を組み合わせた例を示す。
本例では、第１の偏光板４１、第１のλ／４波長板４２（Ｌ）、偏光板３１Ｒ、偏光板３２を通過する光線の光路を「第３の光路」と呼ぶ。また、第１の偏光板４１、第１のλ／４波長板４２（Ｌ）、偏光板３１Ｌ、偏光板３２を通過する光線の光路を「第４の光路」と呼ぶ。

第３の光路では、ディスプレイ側の第１のλ／４波長板４２（Ｌ）が出力する左旋回の円偏光は、メガネ側の偏光板３１Ｒによって垂直方向に対する傾きが０度に戻るため、円偏光は偏光板３２を通過して、ユーザの右目に直接偏光が届く。このとき、ユーザは右目で映像を見ることができる。

第４の光路では、ディスプレイ側の第１のλ／４波長板４２（Ｌ）が出力する左旋回の円偏光は、メガネ側の偏光板３１Ｌによって垂直方向に対して９０度（４５度＋４５度）傾くため、円偏光は偏光板３２を通過できない。このため、ユーザは左目で映像を見ることができない。

このように、２枚の偏光板と、２枚のλ／４波長板とを組み合わせ、ディスプレイ側に配置したλ／４波長板の偏光変換を行うことによって、ユーザの右目と左目に届く映像を異ならせることができる。

図９は、図７に示した偏光変換装置４０の偏光の様子を示す。

図９Ａに示すように、第１の偏光変換部２１が備える第１の偏光板４１が偏光変換する光線は直線偏光であり、第１のλ／４波長板４２（Ｒ）は、この直線偏光を円偏光に偏光変換する。この円偏光は、右旋回して第２のλ／４波長板４３（Ｒ）に入射する。第２のλ／４波長板４３（Ｒ）は、入射した円偏光を右旋回に偏光変換して、第３の偏光変換部２３が備える第１の偏光板４１の偏光方向に垂直な直線偏光を出射する。この直線偏光は、第１の偏光板４１によって遮られるため、メガネ６には、光線が入射しない。

図９Ｂに示すように、第１の偏光変換部２１が備える第１の偏光板４１が偏光変換する光線は直線偏光であり、第１のλ／４波長板４２（Ｒ）は、この直線偏光を円偏光に偏光変換する。この円偏光は、右旋回して第２のλ／４波長板４３（Ｌ）に入射する。第２のλ／４波長板４３（Ｌ）は、入射した円偏光を左旋回に偏光変換して、第３の偏光変換部２３が備える第１の偏光板４１の偏光方向に平行な直線偏光を出射する。第１の偏光板４１は、入射した直線偏光をそのまま通過させ、第１のλ／４波長板４２（Ｒ）は、第１の偏光板４１から入射した直線偏光を右旋回に偏光変換して円偏光を出射する。そして、メガネ６の偏光板３１Ｒは、入射した円偏光を右旋回に偏光変換して偏光板３２の偏光方向に平行な直線偏光を出射する。この直線偏光は、そのまま偏光板３２を通過し、ユーザの右目に入射する。

図９Ｃに示すように、第１の偏光変換部２１が備える第１の偏光板４１が偏光変換する光線は直線偏光であり、第１のλ／４波長板４２（Ｌ）は、この直線偏光を円偏光に偏光変換する。この円偏光は、左旋回して第２のλ／４波長板４３（Ｌ）に入射する。第２のλ／４波長板４３（Ｌ）は、入射した円偏光を左旋回に偏光変換して、第１の偏光板４１の偏光方向に垂直な直線偏光を出射する。この直線偏光は、第１の偏光板４１によって遮られるため、メガネ６には、光線が入射しない。

図９Ｄに示すように、第１の偏光変換部２１が備える第１の偏光板４１が偏光変換する光線は直線偏光であり、第１のλ／４波長板４２（Ｌ）は、この直線偏光を円偏光に偏光変換する。この円偏光は、左旋回して第２のλ／４波長板４３（Ｒ）に入射する。第２のλ／４波長板４３（Ｒ）は、入射した円偏光を右旋回に偏光変換して、第３の偏光変換部２３が備える第１の偏光板４１の偏光方向に平行な直線偏光を出射する。第１の偏光板４１は、入射した直線偏光をそのまま通過させ、第１のλ／４波長板４２（Ｌ）は、第１の偏光板４１から入射した直線偏光を左旋回に偏光変換して円偏光を出射する。そして、メガネ６の偏光板３１Ｌは、入射した円偏光を左旋回に偏光変換して偏光板３２の偏光方向に平行な直線偏光を出射する。この直線偏光は、そのまま偏光板３２を通過し、ユーザの左目に入射する。

図１０は、円偏光の場合のタイミングチャートの例を示す。
上述したように、偏光変換装置４０は、表示部３，１１が出射する光線を透過する第１の偏光変換部２１〜第３の偏光変換部２３によって構成される。このタイミングチャートにおいて、第１の偏光変換部２１と第３の偏光変換部２３が出力する円偏光の出力位相を１段目に示し、第２の偏光変換部２２が出力する円偏光の出力位相を２段目に示す。そして、第１の偏光変換部２１〜第３の偏光変換部２３によって合成した偏光の出力位相を３段目に示す。偏光の位相は、それぞれＬの場合に左画像、Ｈの場合に右画像を出力することを表す。

ここで、表示部３，１１が左右画像を交互に出力する場合を想定する。例えば、表示部３，１１に右画像が表示されると、左画像は表示されない。しかし、左右画像の出力を切替える途中では、表示部３，１１の画面上部から徐々に左右画像が切替わるため、従来はクロストークが発生していた。しかし、左右画像の切替えタイミング付近では、第１の偏光変換部２１が変調する直線偏光の位相と第２の偏光変換部２２が変調する直線偏光の位相の位相差が１８０度の逆位相となる。このため、逆位相の円偏光が重なった部分では、黒色が挿入され、左右画像の切替え時にクロストークが発生しない。

以上説明した第２の実施の形態に係る偏光変換装置４０によれば、第１の偏光変換部２１〜第３の偏光変換部２３を備えたことによって、左右画像の切替えを良好に行うことができる。ここで、偏光変換を行うλ／４波長板を２枚重ねて、左右画像の切り替わり付近で、互いに逆相となる様にタイミングをずらして変調動作を行う様にする。また、第１の偏光変換部２１と第３の偏光変換部２３は、共に第１の偏光板４１と第１のλ／４波長板４２を備えているため、部材を共用することが可能であり、製造コストを減少することができるという効果がある。

また、立体映像を表示する以外の用途に於いては、黒挿入の一方法として偏光変換装置を用いた偏光の変換方法を採用できるため、フレームごとに黒色を挿入して見かけの動きのレスポンスを改善出来る。
＜３．第３の実施の形態＞
［第３の偏光制御：３枚の偏光板を設置した例］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る偏光変換装置について、図１１と図１２を参照して説明する。
以下の説明において、既に第２の実施の形態で説明した図７に対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１１は、偏光変換装置５０の内部構成例を示す。
偏光変換装置５０は、表示部３，１１から入射する入射光を偏光変換して偏光を出力する第１の偏光変換部２１と、第２の偏光変換部２２及び第３の偏光変換部２３を備える。また、偏光変換装置４は、第１の偏光変換部２１〜第３の偏光変換部２３が入射光を変調するタイミングを制御する制御部２５を備える。本例では、表示部３，１１と偏光変換装置５０を組み合わせたものを立体映像表示装置として用いる。

第１の偏光変換部２１〜第３の偏光変換部２３は、表示部３，１１が出射する光線の入射方向の順に配置される。そして、第１の偏光変換部２１〜第３の偏光変換部２３は、それぞれ入射する光線の位相差をπだけ異ならせて直線偏光を出射する第１の偏光板４１と、直線偏光の位相差をπ／２だけ異ならせて円偏光を出射する第１のλ／４波長板４２と、を備える。
第１の偏光変換部２１と第３の偏光変換部２３には、表示部３，１１が出射する光線の入射方向の順に第１の偏光板と第１のλ／４波長板４２が配置される。第２の偏光変換部４２は、表示部３，１１が出射する光線の入射方向の順に第１のλ／４波長板４２と第１の偏光板が配置される。本例では、第２の偏光変換部２２は、第１の偏光変換部２１と第３の偏光変換部２３に対して裏返して挿入される。

図１２は、図１１に示した偏光変換装置５０の偏光の様子を示す。

図１２Ａに示すように、第１の偏光変換部２１が備える第１の偏光板４１が偏光変換する光線は直線偏光であり、第１のλ／４波長板４２（Ｌ）は、この直線偏光を円偏光に偏光変換する。この円偏光は、左旋回して、第２の偏光変換部２２が備える第１のλ／４波長板４２（Ｌ）に入射する。第１のλ／４波長板４２（Ｌ）は、入射した円偏光を左旋回に偏光変換して、第１の偏光板４１の偏光方向に垂直な直線偏光を出射する。この直線偏光は、第３の偏光変換部２３が備える第１の偏光板４１によって遮られるため、メガネ６には、光線が入射しない。

図１２Ｂに示すように、第１の偏光変換部２１が備える第１の偏光板４１が偏光変換する光線は直線偏光であり、第１のλ／４波長板４２（Ｌ）は、この直線偏光を円偏光に偏光変換する。この円偏光は、左旋回して、第２の偏光変換部２２が備える第１のλ／４波長板４２（Ｒ）に入射する。第１のλ／４波長板４２（Ｒ）は、入射した円偏光を右旋回に偏光変換して、第２の偏光変換部２２が備える第１の偏光板４１の偏光方向に平行な直線偏光を出射する。第１の偏光板４１は、入射した直線偏光をそのまま通過させ、第３の偏光変換部２３が備える第１の偏光板４１に入射する。第３の偏光変換部２３が備える第１の偏光板４１は、入射した直線偏光をそのまま通過させ、第１のλ／４波長板４２（Ｌ）に入射する。第１のλ／４波長板４２（Ｌ）は、第１の偏光板４１から入射した直線偏光を左旋回に偏光変換して円偏光を出射する。そして、メガネ６の偏光板３１Ｒは、入射した円偏光を右旋回に偏光変換して偏光板３２の偏光方向に平行な直線偏光を出射する。この直線偏光は、そのまま偏光板３２を通過し、ユーザの右目に入射する。

図１２Ｃに示すように、第１の偏光変換部２１が備える第１の偏光板４１が偏光変換する光線は直線偏光であり、第１のλ／４波長板４２（Ｒ）は、この直線偏光を円偏光に偏光変換する。この円偏光は、右旋回して、第２の偏光変換部２２が備える第１のλ／４波長板４２（Ｒ）に入射する。第１のλ／４波長板４２（Ｒ）は、入射した円偏光を右旋回に偏光変換して、第１の偏光板４１の偏光方向に垂直な直線偏光を出射する。この直線偏光は、第３の偏光変換部２３が備える第１の偏光板４１によって遮られるため、メガネ６には、光線が入射しない。

図１２Ｄに示すように、第１の偏光変換部２１が備える第１の偏光板４１が偏光変換する光線は直線偏光であり、第１のλ／４波長板４２（Ｒ）は、この直線偏光を円偏光に偏光変換する。この円偏光は、右旋回して、第２の偏光変換部２２が備える第１のλ／４波長板４２（Ｌ）に入射する。第１のλ／４波長板４２（Ｌ）は、入射した円偏光を左旋回に偏光変換して、第１の偏光板４１の偏光方向に平行な直線偏光を出射する。第２の偏光変換部２２が備える第１の偏光板４１は、入射した直線偏光をそのまま通過させ、第３の偏光変換部２３が備える第１の偏光板４１に入射する。第３の偏光変換部２３が備える第１の偏光板４１は、入射した直線偏光をそのまま通過させ、第１のλ／４波長板４２（Ｒ）は、第１の偏光板４１から入射した直線偏光を右旋回に偏光変換して円偏光を出射する。そして、メガネ６の偏光板３１Ｌは、入射した円偏光を左旋回に偏光変換して偏光板３２の偏光方向に平行な直線偏光を出射する。この直線偏光は、そのまま偏光板３２を通過し、ユーザの左目に入射する。

以上説明した第３の実施の形態に係る偏光変換装置４０によれば、第１の偏光変換部２１〜第３の偏光変換部２３を備えたことによって、左右画像の切替えを良好に行うことができる。また、第１の偏光変換部２１〜第３の偏光変換部２３は、共に第１の偏光板４１を備えているため、部材を流用することが可能である。このため、製造コストを減少することができるという効果がある。

＜４．変形例＞
また、表示部と第１の偏光変換部２１〜第３の偏光変換部２３を組み合わせて偏光変換をかける際には、黒挿入をすることにより動きの遅い表示部と組み合わせてもよい。また、上述した実施の形態では、円偏光としたが、楕円偏光としてもよい。

また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。

１…立体映像表示システム、２…デジタルシネマサーバ、３…表示部、４…偏光変換装置、５…シルバースクリーン、６…メガネ、７…映像ファイル、７Ｌ…左目データ、７Ｒ…右目データ、８…制御部、１０…立体映像表示システム、１１…表示部、２１…第１の偏光変換部、２２…第２の偏光変換部、２３…第３の偏光変換部、２５…制御部、３０Ｌ，３０Ｒ…偏光板、３１Ｌ，３１Ｒ…偏光板、３２…偏光板、４０…偏光変換装置、４１…第１の偏光板、４２…第１のλ／４波長板、４３…第２のλ／４波長板、５０…偏光変換装置

Claims (7)

1. 左目用の左画像と右目用の右画像から構成される時分割表示型の立体映像データに基づいて、前記左画像及び右画像を表示する表示部から出射される、前記左画像及び右画像の光線を偏光変換して偏光を出射する第１の偏光変換部と、
   前記第１の偏光変換部から入射する前記偏光を偏光変換して偏光を出射する第２の偏光変換部と、
   前記左画像及び前記右画像が表示部に切替えて表示されるタイミングで前記左画像及び前記右画像の偏光の位相差が逆位相となるように、前記第１及び第２の偏光変換部が偏光変換するタイミングを制御する制御部と、を備える
   偏光変換装置。
2. 第１及び第２の偏光変換部は、前記表示部が出射する光線の入射方向の順に配置され、入射する光線のうち、透過軸に平行な方向の光線を出射する偏光板と、
   前記制御部からの駆動電圧がオフされると、前記偏光板から入射する光線の偏光方向を保持し、前記制御部からの駆動電圧がオンされると、前記偏光板から入射する光線の位相差をπだけ異ならせて直線偏光を出射する液晶部と、を備える
   請求項１記載の偏光変換装置。
3. さらに、前記第２の偏光変換部から入射する前記偏光を偏光変換して偏光を出射する第３の偏光変換部を備え、
   前記制御部は、前記第１乃至第３の偏光変換部が偏光変換するタイミングを制御する
   請求項１記載の偏光変換装置。
4. 前記第１及び第３の偏光変換部は、前記表示部が出射する光線の入射方向の順に配置され、入射する光線の位相差をπだけ異ならせて直線偏光を出射する第１の偏光板と、
   前記直線偏光の位相差をπ／２だけ異ならせて円偏光を出射する第１のλ／４波長板と、を備え、
   前記第１及び第３の偏光変換部には、前記表示部が出射する光線の入射方向の順に前記第１の偏光板と前記第１のλ／４波長板が配置され、
   前記第１及び第３の偏光変換部の間に配置される前記第２の偏光変換部は、前記直線偏光の位相差をπ／２だけ異ならせて円偏光を出射する第２のλ／４波長板を備える
   請求項３記載の偏光変換装置。
5. 前記第１乃至第３の偏光変換部は、前記表示部が出射する光線の入射方向の順に配置され、入射する光線の位相差をπだけ異ならせて直線偏光を出射する第１の偏光板と、
   前記直線偏光の位相差をπ／２だけ異ならせて円偏光を出射する第１のλ／４波長板と、を備え、
   前記第１及び第３の偏光変換部には、前記表示部が出射する光線の入射方向の順に前記第１の偏光板と前記第１のλ／４波長板が配置され、
   前記第２の偏光変換部は、前記表示部が出射する光線の入射方向の順に前記第１のλ／４波長板と前記第１の偏光板が配置される
   請求項３記載の偏光変換装置。
6. 左目用の左画像と右目用の右画像から構成される時分割表示型の立体映像データに基づいて、前記左画像及び右画像を表示する表示部から出射される、前記左画像及び右画像の光線を偏光変換して偏光を出射する第１の偏光変換部と、前記第１の偏光変換部から入射する前記偏光を偏光変換して偏光を出射する第２の偏光変換部に対して、前記左画像及び前記右画像が表示部に切替えて表示されるタイミングで前記左画像及び前記右画像の偏光の位相差が逆位相となるように、前記第１及び第２の偏光変換部が偏光変換するタイミングを制御する
   偏光変換方法。
7. 左目用の左画像と右目用の右画像から構成される時分割表示型の立体映像データに基づいて、前記左画像及び右画像を表示する表示部と、
   前記表示部から出射される、前記左画像及び右画像の光線を偏光変換して偏光を出射する第１の偏光変換部と、
   前記第１の偏光変換部から入射する前記偏光を偏光変換して偏光を出射する第２の偏光変換部と、
   前記左画像及び前記右画像が表示部に切替えて表示されるタイミングで前記左画像及び前記右画像の偏光の位相差が逆位相となるように、前記第１及び第２の偏光変換部が偏光変換するタイミングを制御する制御部と、を備える
   表示装置。

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