JP2017513045A - 立体映像装置用の変調器及びこれを用いた立体映像装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、２個の離隔された基板と、基板の間に設けられた２個の電極と、電極の間に設けられた液晶部とを備える立体映像用変調器において、２個の電極のうち少なくとも一つが、異なった複数の電圧が印加されるように、複数の電極に区分されてそれぞれ絶縁されるように形成されていることを特徴とする立体映像装置用の変調器に関する。【選択図】図７

Description

以下の説明は、立体映像のクロストークを最小化するように構成された立体映像装置用の変調器及びこれを用いた高輝度立体映像装置であり、光分割器による光路差の問題及び反射部材の効率の問題を解決した立体映像装置に関する。

図１は、一般のプロジェクタ、変調器及び立体めがねを用いる立体映像具現方法の概略図である。

プロジェクタ１で生成された映像は、直線偏光に変換されて変調器２を透過する。一方、プロジェクタ１と連動した信号に基づいて変調器２を駆動することによって、変調器２を透過した映像光は、時計回り方向又は反時計回り方向の円形偏光に変調されてスクリーンに照射される。一方、スクリーンにより反射された映像光は、立体めがね４を通って視聴者に立体映像として具現されてもよい。

図２は、従来の変調器の基本構成を示す図である。

直線偏光に変換された入射光は、透明基板９及び透明電極８を透過してＬＣ層（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌａｙｅｒ）７を経た後、透明電極６及び透明基板５を通って出射される。

相互に離隔されている透明電極６，８は、電圧駆動装置１０によってそれぞれ別個の電圧で駆動され、出射光を時計回り方向又は反時計回り方向の円偏光の光に変換する。

図３は、入射光の入射角度に関し、ＬＣ層内における光の進行経路を示す図である。

入射角がＬＣ層１３に対して垂直ではなく角度θ_１で入射する場合、ＬＣ層１３の厚さｄと、実際にＬＣ層１３を通過する距離ｌとの差、すなわち（ｌ−ｄ）は、次のとおりである。

ここで、ｎ_１は、空気の屈折率を表し、１であり、ｎ_２は、ＬＣ層の屈折率を表し、約１．５である。

図４は、式１による入射角θ_１の変化に対する光路差（ｌ−ｄ）／ｄを示す図である。

図４で、光路差０％は、光がＬＣ層に対して垂直に入射する場合であり、入射角が増加すると、ｌがｄよりも大きくなり、光路差が増加する。

最大入射角は、立体映像システムのＴＲ（Ｔｈｒｏｗ ｒａｔｉｏ；プロジェクタからスクリーンまでの距離／スクリーン幅）によって定められ、例えば、ＴＲが１．５と１．３であるとき、最大入射角はそれぞれ、約１８°と２１°である。

したがって、光路差はそれぞれ、２．１％（１８°の場合）と３．０％（２１°の場合）に該当し、上記の光路差に偏光変換効率が比例することから、それらには位相遅延が発生する。この光路差によって、変調器の中央部分と最外側部を通過する光の円偏光変換効率はそれぞれ、２．１％と３．０％の差が発生する。

ＴＲが１．３であり、入射角１〜２４°におけるそれぞれの光路差値を平均した数値は１．４％である。

この差によって、立体めがね４の左／右眼で受け入れられる画像についてクロストーク（ｃｒｏｓｓ−ｔａｌｋ）が発生し、立体映像の画質が悪化する。

上述したように、立体映像装置用の変調器における問題に加えて、高輝度立体映像の具現のために光分割器を用いる立体映像装置は、次のような問題点がある。

図５は、高輝度立体映像を具現するために立体映像装置に用いられる光分割器の側面図である。

図５に示すように、立体映像装置に用いられる光分割器において、Ｐ−偏光とＳ−偏光とが混在した光が光分割器１に入射すると、Ｐ−偏光の光は透過され、Ｓ偏光の光は反射され得る。反射されたＳ−偏光の光は、光分割器１の上部側に設けられたミラー２に反射され、反射後に半波長リターダ４を通過し得る。これによって、反射されたＳ−偏光がＰ−偏光に変換された後、スクリーンに進行し得る。一方、光分割器１を透過したＰ−偏光の光は、光分割器１の下側に設けられたプリズム３を透過してスクリーンに進行し得る。

図５には示されていないが、上述したように、光分割器を透過した光は、図２のような変調器によって変調された後、スクリーンに投影され得る。

しかしながら、このような技術を立体映像装置に適用するためには、次のような条件が必要である。

プロジェクタから出た光のイメージは、所定の大きさを有するが、透過経路に沿って移動する光によるスクリーン上のイメージの大きさと、反射経路に沿って移動する光によるスクリーン上のイメージの大きさとが同一又は類似であって、互いに重複する場合にのみ、効率及び品質の高い立体映像がスクリーン上に具現される。すなわち、高輝度立体映像を具現するための光分割器方式の立体映像装置において、２つの経路を経た光がスクリーン上で高い重複度を有するほど、立体映像の品質が高くなり得る。しかし、透過光及び反射光には経路差があり、このような経路差を補償するための手段が必要である。

そのうえ、上述した光分割器のミラー２をプリズム上に設けるためには製作コストがかかる他、このミラーにより反射される場合に発生する光損失の問題もあった。

本発明は、このような問題点を解決するためのものであり、立体映像の中心部と外側部で発生するクロストーク現象を低減できる立体映像装置用の変調器を提供することに目的がある。

また、本発明は、上述した変調器を適用できる立体映像装置であって、高輝度立体映像の具現のために光分割器をさらに用いるが、透過光と反射光による映像光の光路差による影響を効率的に低減できる立体映像装置を提供することに他の目的がある。

なお、本発明は、上述した発明に加えて又は独立して全反射を用いることによって光利用効率を増加させた高輝度立体映像装置を提供することに更に他の目的がある。

本発明から得られる効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及していない他の効果は、以下の記載から、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるであろう。

このような目的を達成するための本発明は、立体映像用の変調器において、第１基板及び前記第１基板と離隔して配置された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた液晶部と、を備え、前記第１電極又は前記第２電極の１つ以上は、異なった複数の電圧が印加されるように、複数の電極に区分されてそれぞれ絶縁されるように形成されていることを特徴とする立体映像装置用の変調器を提案する。

また、これを用いた立体映像装置は、立体映像を照射するプロジェクタと、前記プロジェクタと連動した信号に基づいて、前記プロジェクタから照射された前記立体映像を時計回り方向又は反時計回り方向の円偏光に変調する変調器と、を備える。

また、前記プロジェクタから照射された光のうち、第１偏光方向を有する光を透過させ、第２偏光方向を有する光を反射させる光分割器をさらに備えてもよい。

また、本発明の他の側面では、前記光分割器に入射する光、及び前記光分割器を透過した光又は前記光分割器により反射された光が通過するように、前記光分割器の周囲に相互に接合して配置された複数の単位プリズムと、前記光分割器の周囲に前記複数の単位プリズムを配置するときに発生する公差による光エネルギーの損失を防止するために、入射光を前記複数の単位プリズムに導く基板と、をさらに備えることができる。

また、前記光分割器によって反射された光を屈折及び反射させてスクリーン方向に照射するためのプリズムをさらに備えてもよく、このとき、前記光分割器によって反射された前記光の、前記プリズムの反射面への入射角は、前記光分割器によって反射された前記光が前記プリズムによって前記スクリーン方向に全反射されるための臨界角以上であることが好ましい。

このような本発明によれば、電極を区間別に区分して相互分離した後に、区間別に異なった電圧を印加することによって、変調器における光路差による偏光の位相遅延、及びこれによるクロストークを顕著に減らすことができる。

すなわち、電極の中央部分では低い電圧を印加し、電極の外側部分では高い電圧を印加して区間別に液晶のパターンを異ならせ、これによって区間による位相遅延の程度を異ならせることによって、光路差による位相遅延を減らすことができる。

これによって、立体映像の中心部及び外側部で発生するクロストークを最小化し、高品質の立体映像を得ることができる。

一方、本発明の他の側面によって高輝度立体映像の提供のための光分割器を用いるとき、反射光による映像と透過光による映像の大きさを同一にすることができ、スクリーン上への画質及び明るさが改善されるという効果を提供することができる。

特に、プリズムの前に基板を配置することによって、プリズムの入射面に形成された離隔空間によって発生しうる光エネルギーの損失を抑制することができる。

なお、基板の前に屈折部材をさらに配置することによって、プリズムの入射面に形成された離隔空間に光が入射すること自体を遮断し、その部分における光消滅の現象を防止することもできる。

また、透過経路にレンズを配置したり、反射経路に反射部材−プリズムアセンブリを配置することによって、反射光による映像と透過光による映像とをマッチさせることができ、高品質の立体映像を具現することができる。

なお、上述した方式に加えて又は独立して全反射を用いて光利用効率を増大させた高輝度立体映像装置を具現することも可能である。

一般のプロジェクタ、変調器及び立体めがねを用いる立体映像の具現方法を示す概略図である。 従来の変調器の基本構成を示す図である。 入射光の入射角度に関し、ＬＣＤ内における光の進行経路を示す図である。 入射角の変化に対する光路差を示す図である。 高輝度立体映像を具現するために立体映像装置に用いられる光分割器の側面図である。 本発明の一実施例に係る変調器の断面図である。 中心電極と外側電極が配置された状態を平面図の形態で示すものである。 本発明の一実施例に係る変調器において印加電圧によって変わる液晶パターンを示す図である。 図７に示した電極に印加される電圧を最適化した結果としての光路差及び位相遅延を示すグラフである。 本発明の一実施例に係る変調器の部分断面図である。 本発明の動作による光の移動経路を示す図である。 立体映像装置において光の移動を示す側面図である。 光分割器を透過した光と反射した光との光路差を整合する方法を説明するための図である。 光分割器を透過した光と反射した光との光路差を整合する方法を説明するための図である。 偏光光を分離した後に再び同一方向に合わせる技術の一例を説明するための図である。 本発明の一側面において、立体映像装置での光の移動を示す側面図である。 本発明の一実施例において、プリズムが分離された状態を示す図である。 本発明の一実施例において、プリズムが結合された状態を示す図である。 本発明の一実施例において、プリズムに基板が付着された状態を示す図である。 図１９によるプリズム、基板及び透過経路のレンズが適用された立体映像装置において光の移動を示す側面図である。 図１６のようなシステムにおいて、透過光によるイメージの大きさと反射光によるイメージの大きさとの差をなくすための他の方法を示す図である。 図１６、図１８、図１９、図２０に比べて光効率を増加させることができる方法を説明するための図である。 アルミニウム及び銀の可視光線領域における反射率を示す図である。 本発明の実施例に係る立体映像装置を例示する図である。 入射角による反射率を例示する図である。 本発明の実施例に係る多重分割立体映像表示装置を例示する図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について説明する。

図６は、本発明の一実施例に係る変調器の断面図である。

図６に示すように、本発明の実施例に係る変調器は、第１基板３９及び第２基板３５がその外側を構成しており、第１及び２基板３５，３９は透明な材質で構成されることが好ましい。第１基板３９と第２基板３５との間には、第１電極３８及び第２電極３６が設けられており、第１電極３８と第２電極３６との間には液晶部３７が設けられている。

第１電極３８及び第２電極３６のいずれか一方は、共通電極の機能を有し、他方は、分割された電極の機能を有し、分割された各電極にはそれぞれ異なる電位の電圧が印加されてもよく、そのために、互いに分割された各電極は絶縁状態になることが好ましい。

第１電極３８及び第２電極３６は透明電極であり、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）又はＺｎＯのような透明導電性無機物質で構成されてもよい。

図６で、第１電極３８が共通電極であり、第２電極３６が分割された電極である場合、第２電極３６の中心に配置された電極を中心電極２０と定義し、その外側に配置された電極を外側電極１６，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４と定義することができる。

ただし、第２電極３６が共通電極であり、第１電極３８が分割された電極であっても構わなく、第１及び第２電極３６，３８の両方とも分割された電極であっても構わない。

図７は、中心電極２０と、外側電極１６，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４が配置された状態を平面図の形態で示している。

上記の中心電極及び外側電極は相互分離されて絶縁され、外側電極も複数個に分離されて相互絶縁されることが好ましい。ここで、中心電極２０と外側電極１６，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４には異なった電圧が印加されて駆動されることが好ましい。中心電極２０を中心にして、外側電極１６，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４を中心電極２０の周囲に配置することができる

上記の変調器の各電極の配置の形態は、同心円の上下を切り、その外周は横長の長方形にすることが好ましいが、これは、プロジェクタから出るイメージの形態及びスクリーンの形態に対応付けるためであり、電源を供給するためのコネクタの連結の容易性のためでもある。中心電極２０は、光の入射角度が最も小さい部分であり、外側電極１６，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４は、光の入射角度が相対的に大きい部分である。

一方、中心電極２０の両側には複数の外側電極１６，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４が配置され、これらは、中心電極２０を基準にして対称形態となることが好ましい。特に、中心電極２０から同一距離だけ離れている外側電極には同一電圧が印加されることが好ましいが、これは、中心電極２０から右側に第１距離だけ離れている外側電極（例えば、２１で表示された外側電極）及び左側に第１距離だけ離れている外側電極（例えば、１９で表示された外側電極）に入射する光の傾斜角が同一であり得るためである。

中心電極２０を基準に互いに対称であると共に、中心電極２０から同一距離だけ離れている各外側電極、すなわち、１６と２４、１７と２３、１８と２２、１９と２１で表示された外側電極がそれぞれ対として配置され、各対の外側電極にはそれぞれ同一電圧が印加されることが好ましい。そのために、各対の外側電極は電気的に連結されて構成されてもよい。

一方、中心電極２０に印加される電圧は、外側電極１６，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４に印加される電圧よりも低いことが好ましく、外側電極においても、外側へ行くほど印加電圧が高く形成されることが好ましい。

図８は、本発明の一実施例に係る変調器において印加電圧によって変わる液晶パターンを示している。

印加電圧が高い場合には位相遅延（ｒｅｔａｒｄａｎｃｅ）が少なく、印加電圧が相対的に低い場合には位相遅延が大きくなるが、図８（ａ）では、高い印加電圧によって第１及び第２電極３６，３８間の高い電位差による液晶の配列状態が現れ、図８（ｂ）では、相対的に低い印加電圧によって第１及び第２電極３６，３８間の低い電位差による液晶の配列状態が現れることを示している。

したがって、図７及び図８のような構造において、中心電極２０から外側電極１６，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４に行くほど高い電圧を印加すれば、中心電極２０に対応する液晶部３７には、図８（ｂ）のような液晶配列状態が形成され、外側電極１６，１７，１８，１９，２１，２２，２３，２４に対応する液晶部３７には、図８（ａ）のような液晶配列状態が形成され得る。例えば、中心電極２０に５Ｖを印加し、外側電極において、参照番号１９及び２１には５．２Ｖ、１８及び２２には５．４Ｖ、１７及び２３には５．６Ｖ、１６及び２４には５．８Ｖを印加する方式で制御することによって、変調器３０の外側部分に比べて変調器３０の中心部分における位相遅延を増大させ、これによって、外側部分と中心部分における光路差による位相遅延を、従来に比べて減少させることができる。

図９には、図７に示した電極に印加される電圧を最適化した結果としての光路差及び位相遅延を示すグラフである。

ここで、（Ａ）は、従来技術による光路差変化グラフであり、（Ｂ）は、本発明による位相変化グラフである。

（Ｂ）は、変調器に印加される電圧を区間によって調節して最適の円偏光を発生させる場合の位相遅延を示している。

（Ｂ）のグラフを見ると、電極が分離された区間に対応するように位相遅延曲線は鋸歯の形状になっているが、鋸歯の形状において上昇する勾配は、（Ａ）における各区間に対応する光路差の勾配に対応してもよい。

図９の（Ｂ）曲線を見ると、入射角が増加するにもかかわらず、位相遅延が一定の範囲内で変化しているが、これは、入射角の増加によって光路差が増加し、このような光路差の増加がそのまま位相遅延の増加につながる従来技術とは格別な違いである。

すなわち、（Ａ）の場合、電極に同一電圧が印加される状態で入射角が増加するにつれて光路差も連続して増加する形態を見せている。一方、（Ｂ）で、位相遅延が急に低くなる部分は、相互分離して絶縁された中心電極と外側電極との間又は外側電極とさらに外側にある外側電極との間を意味する。このように位相遅延が一定レベルを超えないことは、上述したように、電極の位置（中心又は外側）によって印加電圧をそれぞれ異ならせたためである。

（Ｂ）に示されている鋸歯状の曲線において、上昇する曲線の勾配は、光路差計算式（数式１）による勾配であり、電極が分離された境界線において位相遅延値がほぼ垂直に減少し、その最低点で上記の勾配による上昇がなされるが、その次の境界で下降するパターンを反復する。

これを最適化するためには、電極の大きさ及び許容クロストークを勘案してそれぞれ電極の区間を定めた後に、各区間におけるクロストーク平均値を減算するように電圧を変更すればよく、区間を６つに分割すると、図９の（Ｂ）のような鋸歯状のグラフを得ることができる。

光路差／位相遅延によるクロストークの影響は、それぞれの曲線において面積の比率で表すことができる。（Ａ）曲線の下の空間の面積と（Ｂ）曲線の下の空間の面積の比率を計算すれば、おおよそ（Ｂ）曲線の下の空間の面積が（Ａ）曲線の下の空間の面積に比べて減少して、既存の方法に比べて顕著に減少したことが分かる。

図１０は、本発明の一実施例に係る変調器の部分断面図である。

図１０に示すように、互いに分離された電極に異なった電圧が印加され得るように、相互分離された電極の間には絶縁のために間隔ｔを設定し、その間隔の大きさは、変調器を透過する光束の影響が最小化するように数μｍ〜数十μｍに設定することができる。

図１１は、本発明の動作による光の移動経路を示す図である。

プロジェクタから出た光は拡散され、変調器３０に入射し得る。このとき、変調器３０における第２電極３６の中心電極２０から外側電極（１６〜１９、２１〜２４）に向かって印加電圧が高まるように設定することが好ましい。このように中心と外側における印加電圧が異なるため、第２電極３６と第１電極３８間の電位差は、中心から外側に行くにつれて大きくなる。

上述したように、電位差が小さいと、液晶部３７の位相遅延量が大きくなり、電位差が大きいと、液晶部３７の位相遅延量が小さくなり得る。これによって、中央部分に入射する光と外側部分に入射する光の経路は電位差によって変わらないが、それらに印加される電位差は、このような光経路差による位相遅延を補償するように用いられるため、実質的に、外側部分の液晶部を通過する光は、液晶部の中央部分を通過する光と位相差を有しなくなる。

以下では、上述したような変調器を適用できる立体映像装置について説明する。以下に詳しく説明する立体映像装置は、従来に比べて向上した明るさを提供する立体映像装置に関する。

図１２は、立体映像装置において光の移動を示す側面図である。

図１２に示すように、プロジェクタ内の映像を発生させる画像面５から出る光は、プロジェクションレンズ６を経て光分割器７で２つの偏光成分を有する光に分割される。すなわち、Ｓ−偏光及びＰ−偏光の成分を有する光は、光分割器７で反射及び透過される。

反射されたＳ−偏光成分を有する光は、反射部材９により反射された後、半波長リタ−ダ８を通りながらＰ−偏光を有する光となり、変調器１３を経てスクリーン１１に収束される。このとき、変調器１３は、図６及び図７と関連して上述した変調器を用いることができる。

変調器１３は、電気的な信号によって偏光状態を変えることができる。また、上述したように、中心電極と外側電極にそれぞれ異なった電位差を発生させ、クロストークを低減させてもよい。

一方、光分割器７を透過したＰ−偏光成分の光は、変調器１２を透過してスクリーン１１に到達する。したがって、画像面５から出た、偏光方向の混在している光は、一つのＰ−偏光状態として変調器１２，１３で駆動された後、スクリーン１１へ進行する。

このとき、反射光の発散原点は反射光画像面１０であり、これは、透過光の画像面５とｄ_１の距離差を有し得る。このため、スクリーン１１上における透過及び反射された光の大きさ、すなわち、高さはそれぞれｄ_４及びｄ_５であって互いにずれるため、そのままでは使用し難い。

図１２において、光分割器７で反射及び透過された光の光軸がスクリーン１１上でなす角度をθ_１とする。θ_１値が非常に小さいか、又は光分割器７からスクリーン１１までの距離ｄ_３が光分割器７から反射部材９までの距離ｄ_２に比べて非常に長い場合には、透過された光の画像面５と反射光画像面１０との間隔は、近似的に、光分割器７から反射部材９までの距離ｄ_２と同一である。このような差によって、スクリーン１１上において、光分割器７によって透過された光の大きさｄ_４は、反射された光の大きさｄ_５より小さくなる。

基本的に、透過された光と反射された光のスクリーン１１上における大きさは同一であることが好ましいことは、上述したとおりである。

図１３は、光分割器７を透過した光のスクリーン１１上における高さｄ_４を、透過光の光路にレンズ１４を設けて像の大きさを増加させ、反射した光によるスクリーン１１上における高さｄ_５に整合する方法である。

この方法は一見簡単そうに見えるが、光分割器７とスクリーン１１との距離ｄ_３にしたがってレンズ１４の倍率を変えなければならず、各劇場の条件によって多種のレンズを準備し、それぞれの距離ｄ３に対応付ける必要がある。また、ズームレンズを用いてレンズの種類を減らしてもよいが、透過率、大きさ及び価格などの要因からズームレンズの個別レンズを２個乃至３個に制限しなければならず、それぞれのプロジェクションシステムに対応してズ−ム位置を調節するとしても多種のズームレンズが必要である。

このため、レンズ１４の設計、製作及びメンテナンスに多い労力がかかる。

他の短所としては、レンズの１４の曲率及びレンズの材質が限定されているため、レンズ１４の口径、すなわち、有効直径も制限される。これは、プロジェクションレンズ６から出る光の発散角が大きい場合は実質的に使用し難いことを意味し、したがって、発散角が比較的小さい映像システムにのみ適用可能である。

図１４は、図１３のレンズ１４の代わりに、所定の曲率を有する鏡のような反射部材１５を用いる方法であるが、この場合、反射部材１５の曲率は約５Ｋｍとなって製作不可な実情であり、製作するとしても、反射部材１５の光軸と反射光の光軸の差が大きく発生するため収差も大きくなり、焦点調節も容易でない。このため、スクリーン１１で映像が歪み、実質的に使用し難い。

一方、偏光光を分離した後、再び同じ方向に合わせる技術の他の例は、図１５のとおりである。

図１５において、Ｐ−偏光及びＳ−偏光が混在している光が、プリズムのような光学部材１７，１９の間に設けられた光分割器１８によって、Ｐ−偏光は透過され、Ｓ−偏光は反射される。また、他の光学部材１６，１７の間に設けられた光分割器２１によって、Ｐ−偏光は透過され、Ｓ−偏光は反射される。反射されたＳ−偏光の光は、半波長リタ−ダ２０，２２によってそれぞれＰ−偏光に変換される。

図１５の構成によれば、Ｐ−偏光の光は理論的に全て透過されるが、Ｓ−偏光の光は、入射光の直径を基準とすれば、二分割して反射される。この技術は、ランプなどの光源から出た光の偏光を特定の偏光（例えば、Ｐ−偏光）に整列して液晶表示装置に活用するために用いる。

以下では、上述したような光路差の問題を効率的に解決できる立体映像装置を提案する。

図１６は、本発明の一側面において、基礎となる立体映像装置において光の移動を示す側面図である。

図１６に示すように、本発明の一実施例に係る立体映像装置は、入射光を偏光成分によって反射又は透過させる光分割器３４，３５と、光分割器３４，３５の外部に設けられ、光分割器３４，３５を取り囲むように配置されたプリズム２３，２４，２５と、光分割器３４，３５により反射された光をスクリーン３３の方向に再反射させる反射部材２６，２７とを備えることができる。

また、反射部材２６，２７の後には、スクリーンへ向かう光を他の偏光成分に（例えば、Ｓ−偏光の光をＰ−偏光に）変換させる半波長リタ−ダ２８，３１、及び変換された光を変調する（例えば、線偏光を円偏光に変調する）変調器２９，３２が設けられてもよい。このとき、変調器２９，３２は、図６及び図７と関連して上述した構造を有することができる。

光分割器３４，３５は、傾斜して配置される２つの光分割器で構成することができる。便宜上、第１光分割器３４及び第２光分割器３５と定義する。第１光分割器３４と第２光分割器３５は、それらの間に一定の角度をおいて配置されてもよい。

第１光分割器３４に入射されたＰ−偏光の光は第１光分割器３４を透過し、Ｓ−偏光の光は下方に反射される。第２光分割器３５に入射されたＰ−偏光の光は第２光分割器３５を透過し、Ｓ−偏光の光は上方に反射される。

一方、プリズム２３，２４，２５は複数の単位プリズムであり、その内部に光分割器３４，３５が配置されてもよい。特に、第１単位プリズム２３と第２単位プリズム２４との間の境界面（接合面）には、第１光分割器３４がコーティング処理されて配置され、第３単位プリズム２５と第２単位プリズム２４との間の境界面（接合面）にも第２光分割器３５がコーティング処理されて配置されてもよい。

光分割器３４，３５に入射する光は、その入射前にプリズム２３，２５の入射面を通過して光分割器３４，３５に入射する。そして、光分割器３４，３５によって反射又は透過される光は、プリズム２３，２４，２５の出射面を通過して出射される。ここで、第１光分割器３４により反射された光は、第１単位プリズム２３の入射面及び第２単位プリズム２４の出射面に干渉を与えないようにし、第２光分割器３５により反射された光は、第３単位プリズム２５の入射面及び第２単位プリズム２４の出射面に干渉を与えないようにしなければならない。そのために、第２単位プリズム２４の２辺がなす角θ_１は、９０°よりも小さく形成されることが好ましい。

また、第１単位プリズム２３の入射面と第１光分割器３４により反射された光とがなす角θ_２、及び第３単位プリズム２５の入射面と第２光分割器３５により反射された光とがなす角θ_２は、少なくとも０．１°以上でなければならない。

一方、第１光分割器３４により反射された光が第１単位プリズム２３を通過する場合、屈折して更なる収差が発生しないように、第１単位プリズム２３の出射面は平板として機能することが好ましい。そして、この条件は、第２光分割器３５により反射された光が第３単位プリズム２５を通過する場合にも適用されてもよい。

そのために、第１単位プリズム２３の入射面と出射面とがなす角θ_３と、第２単位プリズム２４の２辺がなす角θ_１は、同一値にすることが好ましい（θ_１＝θ_３）。そして、第２単位プリズム２５の入射面と出射面とがなす角θ_３と第２単位プリズム２４の２辺がなす角θ_１も、同一値にすることが好ましい（θ_１＝θ_３）。

このような構成下で、光分割器３４，３５を透過する光は、第１変調器３０を通過してスクリーン３３に投射され得る。また、光分割器３４，３５によって反射された光は、第２及び第３変調器２９，３２を通過して、スクリーン３３に投射され、透過経路を経た光とスクリーン３３上で重なり得る。

図１７及び図１８は、本発明の一実施例においてプリズムが分離された状態と結合された状態をそれぞれ示す図である。

すなわち、図１７は、プリズムを構成する各単位プリズムが分離された場合を示し、図１８は、各単位プリズムが接合された場合を示している。

図１７において、単位プリズムを製作するとき、２辺のなす角θ_５，θ_６，θ_７が形成される。これらの角を定義すると、第１及び第３単位プリズム２３，２５の場合、入射面と接合面（第２単位プリズムと接合される面）との間に形成される角度を意味する。第２単位プリズム２４の場合、出射面以外の２つの接合面（第１単位プリズムと接する面及び第３単位プリズムと接する面）の間に形成される角度を意味する。

これらの角度は理論値に比べて、所定の公差δを有してもよい。光学材料を用いて単位プリズムをそれぞれ製作する場合、加工の精密度を上げても微小な誤差が発生しうるためである。

したがって、図１８のように、第１単位プリズム２３の入射面と第３単位プリズム２５の入射面とがなす角θ_８の理論的角度は１８０°でなければならないが、第１単位プリズム２３における角θ_７、第２単位プリズム２４における角θ_６、及び第３単位プリズム２５における角θ_５の和である実際角度が１８０°±δ゜になってもよい。

このような公差が発生すると、第１単位プリズム２３の入射面と第３単位プリズム２５の入射面とが離れたり、又は重なることがあり、これは、この部分を通過する光に影響を与え、スクリーンで具現される画像の画質低下をもたらしうる。

プロジェクタからスクリーンまでの距離がＬであり、上述したように重なったり離れた距離をΔとすれば、Δは、次のように表現することができる。

例えば、Ｌ＝２５ｍ、δ＝３’（秒）である場合にはΔ≒２２ｍｍとなり、実質的に使用し難くなる。

この公差３’は現在可能な精密加工の程度であり、例えば、δ＝１’と超精密加工しても、画面のずれが７ｍｍ程度となり、使用し難くなる。

そこで、これを改善するために、本発明の好適な実施例では、図１９のように、基板３６を第１単位プリズム２５の入射面と第３単位プリズム２３の入射面にわたって配置することを提案する。

図１９は、本発明の一実施例において、プリズムに基板が付着された状態を示す図である。

基板３６は、光が透過する透明な光学部材で構成され、平板状にすることが好ましい。基板３６は、第１単位プリズム２３の入射面及び第３単位プリズム２５の入射面との間に形成された隙間を覆うことによって、当該隙間に光が直接進入することを防止し、その隙間における光エネルギーの損失を防止する。ここで、光エネルギーの損失とは、光の散乱、乱反射、屈折、消滅などのように、予期せぬ光の進行経路の変化を意味する。

そして、基板３６の屈折率は、プリズム２３，２４，２５の屈折率と同一又は類似であることが好ましい。これは、基板３６とプリズム２３，２４，２５間の更なる屈折を防止するためである。したがって、基板３６を通過した光は、第１及び第３単位プリズム２３，２５に入射した後、光分割器３４，３５に入射してその偏光成分によって光分割器３４，３５により反射されたり光分割器３４，３５を透過したりする。

基板３６が第１単位プリズム２３の入射面と第３単位プリズム２５の入射面に配置されるように別の接着層３７を形成し、基板３６を安定して位置させることができる。

接着層３７を構成する物質は、第１及び第３単位プリズム２３，２５の屈折率及び基板３６の屈折率と同一又は類似の屈折率を有する透明な接着物質を使用することによって、収差の発生を抑制することが好ましい。

図２０は、図１９によるプリズム、基板及び透過経路のレンズが適用された立体映像装置において光の移動を示す側面図である。

図２０は、図１６のようなシステムにおいて、透過光によるイメージの大きさｄ_６と反射光によるイメージの大きさｄ_７との差を最小化する方法を示している。

図２０による実施例では、透過光によるイメージを拡大し、反射光のイメージの大きさと同一に具現することを提案する。そのために、光分割器３４，３５及び第２単位プリズム２４を透過した光の経路上にレンズ３７を配置し、透過光によるイメージの大きさを調節する。

図２１は、図１６のようなシステムにおいて透過光によるイメージの大きさｄ_６と反射光によるイメージの大きさｄ_７との差が発生した場合、この差をなくすための他の方法を示している。

図２１による実施例では、反射光によるイメージを縮小し、透過光のイメージの大きさと同一に具現することを提案する。そのために、反射光の経路上に、単純な鏡のような反射部材の代わりに、反射部材とプリズムを同時に具備する反射部材−プリズムアセンブリ３８，３９を配置している。これによって、光分割器３４，３５により反射され、第１及び第３単位プリズム２３，２５を通過した光は、反射部材−プリズムアセンブリ３８，３９を通過してそのイメージの大きさが、図１６の状態に比べて縮小し、透過光によるイメージの大きさと同一になり得る。

図２２は、図１６、図１８、図１９、図２０に比べて光効率を一層増加させることができる方法を提示する。

図２２で、各単位プリズムを接合する場合、点線で表示した円の部分には各単位プリズムの頂点が集まる。特に、第１単位プリズム２３の入射面と第３単位プリズム２５の入射面とが接合される境界上に微小な離隔空間が形成されうるが、この離隔空間の大きさをｔ_１と定義する。ｔ_１は、通常、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍである。この場合、この離隔空間を透過する光は散乱し、光の損失が発生する。

このような光損失を防止するために、本実施例では、基板３６の前に屈折部材４０，４１を配置することを提案する。屈折部材４０，４１を、便宜上、第１屈折部材４０、第２屈折部材４１と区別して定義すると、第１屈折部材４０と第２屈折部材４１との相互配置角度は１８０°（平面状態）ではなく、それ以上又はそれ以下になることが好ましい。すなわち、第１屈折部材４０の入射面と第２屈折部材４１の入射面との相互配置角度は１８０°よりも小さいことが好ましく、第１屈折部材４０の出射面と第２屈折部材４１の出射面との相互配置角度は１８０°よりも大きいことが好ましい。

屈折部材４０，４１を平板の光学部材を曲げて作ったものと仮定した場合、その曲げ角度は、入射面の立場では１８０°より小さく、出射面の立場では１８０°より大きいともいえる。第１屈折部材４０と第２屈折部材４１との連結部は、隙間がなくてもよく、微小な隙間ｔ_２を有してもよい。

このような構成下で光が屈折部材４０，４１に入射すると、連結部で光が上下方向に傾斜して分離され、第１単位プリズム２３の入射面と第３単位プリズム２５の入射面とが接合される境界上の離隔空間ｔ_１に光が入ることが防止される。これについて詳しく説明すると、連結部で分離された光は屈折部材４０，４１の出射面で方向を変えて、分離された状態で平行を維持するが、このとき、間隔はｔ_３を維持でき、ｔ_３の間隔は、離隔空間であるｔ_１より大きいため、離隔空間による光エネルギー損失を防止することができる。

ここで、ｔ_２が発生するとしても数十μｍと具現可能なため、光の損失が現実的にはないといえる。

以下では、本発明の他の側面として、全反射を用いて明るさを改善した立体映像装置を説明する。

図２１と関連して上述した実施例において、反射部材−プリズムアセンブリ３８，３９、例えば、ミラー−プリズム組立体において、ミラーは、一般に、プリズムの表面にアルミニウム又は銀をコートして生成する。

図２３は、アルミニウムと銀の可視光線領域における反射率を示している。すなわち、入射する光の波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍである場合における反射率を示している。

図２３を参照すると、銀の反射率がアルミニウムの反射率に比べて約５％高いが、表面にコ−ティングをする場合には、銀がアルミニウムに比べて酸化による腐食がよく発生しうる。このため、一般に、反射部材−プリズムアセンブリ又はミラー−プリズム組立体３８，３９のミラーにはアルミニウムが使われている。しかし、プリズムの表面にコ−ティングを施す過程自体が高い費用を要し、反射による光損失も発生しうるという短所がある。

かかる短所を改善するために、本発明の一側面では、全反射を用いて反射効率を極大化させる方法を提案する。

図２４は、本発明の実施例に係る立体映像装置を例示する図である。

説明の便宜のために、１個の偏光光分割器（ＰＢＳ）によって光が二分割される場合を図示しているが、図２１などで上述したように、１つの光が３つ以上の経路に分割されてスクリーンに映される場合にも適用可能であることは勿論である。

図２４を参照すると、ＰＢＳ２により反射された光は、２つの屈折面と１つの反射面を有するプリズム形態の全反射ミラー１０を通過してスクリーンに向かって照射される。このような全反射ミラーは、ミラー面に入射する光の入射角と関連している。

図２５は、入射角による反射率を例示する図である。特に、図２５では、プリズムの材質がＢＫ７である場合を例示する。

図２５を参照すると、全反射される角度、すなわち、臨界角（ｃｒｉｔｉｃａｌ ａｎｇｌｅ）は約４１．２゜であることが分かる。したがって、図２４で最小入射角θ_１と最大入射角θ_２がこの臨界角よりも大きいと、全反射が起きる。また、プリズムに反射される光が上記臨界角以上の入射角を有すると、図２５のように、反射率は１００％となり、従来のアルミニウムの反射率９１．８％に比べて顕著に高い反射率が得られ、上記反射光の明るさを改善することができる。

このような方式は、上述した２重光又は３重光立体映像装置において反射部材−プリズムアセンブリに適用されて明るさを改善させ、全体映像自体の明るさを向上させることができる。

図２６には、本発明の実施例に係る多重分割立体映像表示装置を例示する。特に、図２６は、ＰＢＳ１１，１２によって光が３分割された場合を仮定する。

図２６を参照すると、プロジェクタ１から出た光がＰＢＳ１１，１２によって分割されて、Ｓ−偏光の光は反射され、Ｐ−偏光の光は透過される。ここで、プリズム形態の全反射ミラー１３，１４に上記反射されたＳ−偏光の光が入射する最小入射角θ_３及びθ_５、そして最大入射角θ_４及びθ_６が臨界角以上であれば、全ての光は全反射され、反射効率１００％を達成することができる。

本発明を、本発明の特徴から逸脱しない範囲で他の特定の形態で具体化できるということは、当業者にとって明らかである。したがって、上記の詳細な説明は、いずれの面においても制限的に解釈してはならず、例示的なものとして考慮しなければならない。本発明の範囲は、添付する請求項の合理的解釈によって決定しなければならず、本発明の同等範囲内における変更はいずれも本発明の範囲に含まれる。

上述したような本発明に係る変調器は、以上で説明した立体映像装置に限定されず、プロジェクタから左側映像と右側映像が映される様々な立体映像装置に利用可能である。

Claims (14)

1. 第１基板、及び前記第１基板と離隔して配置された第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた第１電極及び第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた液晶部と、
   を備え、
   前記第１電極又は前記第２電極の１つ以上は、異なった複数の電圧が印加されるように、複数の電極に区分されてそれぞれ絶縁されるように形成されていることを特徴とする、立体映像装置用の変調器。
2. 前記第１電極又は前記第２電極の中心部から外側へ行くにつれて、印加される電圧が大きくなるように制御されていることを特徴とする、請求項１に記載の立体映像装置用の変調器。
3. 前記液晶部の中心部から外側へ行くにつれて、前記液晶部を透過する光の位相遅延量が小さくなるように制御されていることを特徴とする、請求項１に記載の立体映像装置用の変調器。
4. 前記第１電極又は前記第２電極は、中心電極と、前記中心電極と離隔していると共に、前記中心電極よりも外側に配置されている外側電極とを有し、
   前記中心電極と前記外側電極とが相互に絶縁されるように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の立体映像装置用の変調器
5. 前記外側電極は、相互に離隔される複数の外側電極で構成されており、
   それぞれの前記外側電極は、相互に絶縁されるように配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の立体映像装置用の変調器。
6. 前記中心電極に印加される電圧よりも前記外側電極に印加される電圧が高くなるように制御されていることを特徴とする、請求項４に記載の立体映像装置用の変調器。
7. 前記外側電極は、前記中心電極を基準にして対称に設けられており、
   前記中心電極から同一距離にある前記外側電極には、同一の電圧が印加されることを特徴とする、請求項４に記載の立体映像装置用の変調器。
8. 前記第１電極又は前記第２電極に異なった電圧が印加される場合、
   前記液晶部に形成される液晶パターンは、異なった前記電圧が印加される部分に応じて異なったパターンで形成され、
   相対的に高い電圧が印加される電極部分に対応する液晶パターンで起きる位相遅延量は、相対的に低い電圧が印加される電極部分に対応する液晶パターンで起きる位相遅延量より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の立体映像装置用の変調器。
9. 立体映像を照射するプロジェクタと、
   前記プロジェクタと連動した信号に基づいて、前記プロジェクタから照射された前記立体映像を時計回り方向又は反時計回り方向の円偏光に変調する変調器と、
   を備え、
   前記変調器は、第１電極、第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた液晶部を有し、
   前記第１電極又は前記第２電極の１つ以上は、異なった複数の電圧が印加されるように、複数の電極に区分されてそれぞれ絶縁されるように形成されている、立体映像装置。
10. 前記第１電極又は前記第２電極の中心部から外側へ行くにつれて、印加される電圧が大きくなるように制御されている、請求項９に記載の立体映像装置。
11. 前記液晶部の中心部から外側へ行くにつれて、前記液晶部を透過する光の位相遅延量が小さくなるように制御されている、請求項９に記載の立体映像装置。
12. 前記プロジェクタから照射された光のうち、第１偏光方向を有する光を透過させ、第２偏光方向を有する光を反射させる光分割器をさらに備える、請求項９に記載の立体映像装置。
13. 前記光分割器に入射する光、及び前記光分割器を透過した光又は前記光分割器により反射された光が通過するように、前記光分割器の周囲に相互に接合して配置された複数の単位プリズムと、
    前記光分割器の周囲に前記複数の単位プリズムを配置するときに発生する公差による光エネルギーの損失を防止するために、入射光を前記複数の単位プリズムに導く基板と、をさらに備える、請求項１２に記載の立体映像装置。
14. 前記光分割器によって反射された光を屈折及び反射させてスクリーン方向に照射するためのプリズムをさらに備え、
    前記光分割器によって反射された前記光の、前記プリズムの反射面への入射角は、前記光分割器によって反射された前記光が前記プリズムによって前記スクリーン方向に全反射されるための臨界角以上である、請求項１２に記載の立体映像装置。