JP2018205431A - 偏光を利用して立体映像表示を実現する投写型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光を用いる立体画像表示システムにおいて偏光性に偏りのある投写光を発する投写型画像表示装置を使用した場合の画質改善を実現する。【解決手段】投写型画像表示装置は、複数の発光素子を含む光源装置と、光源装置からの光を集光する第１の光学系と、映像信号に基づき、第１の光学系からの光を変調する画像表示素子と、画像表示素子により変調された光が示す画像を拡大投写する第２の光学系と、第２の光学系の出射側に配置された偏光板と、第１の光学系と偏光板の間に配置された偏光解消部と、を備える。偏光解消部は、入射光に第１の偏光作用を与える複数の第１の領域と、第１の偏光作用と異なる第２の偏光作用を与える複数の第２の領域とを備えている。【選択図】図２

Description

本開示は、偏光を利用して立体映像表示を実現する投写型画像表示装置に関する。

投写型画像表示装置を用いて立体映像を実現する方式として、例えば、以下の３種類の方式がある。いずれも専用のメガネを用いて、左目用の画像を観察者の左目のみに、右目用の画像を観察者の右目のみに導くようにするものである。
１）二台の投写型画像表示装置を用い、一方の投写型画像表示装置から左目用の画像を表示し、他方の投写型画像表示装置から右目用の画像を表示する。専用のメガネは、一方の投写型画像表示装置からの左目用画像が観察者の左目だけに導き、かつ、他方の投写型画像表示装置からの右目用画像が観察者の右目だけに導く。
２）１台の投写型画像表示装置により、右目用画像と左目用画像とを高速に切り替えて投写する。専用メガネは、左右それぞれの光路に対して光の透過を制御する高速シャッタを備える。専用メガネは、画像に同期して左右のシャッタを高速に交互にオンオフし、左目用画像を左目のみに、右目用画像を右目のみに導く。
３）ＲＧＢの各色を短波長成分と長波長成分に分け、左目用画像を短波長成分と長波長成分のいずれか一方の成分で表現し、右目用画像を他方の成分で表現する。専用メガネは、左目の光路が短波長成分と長波長成分のいずれか一方の成分のみを透過し、右目の光路が他方の成分のみを透過するように構成される。

以上の各方式はそれぞれ長所短所を有するが、特に、１）の方式が、メガネが安価に構成でき、使い捨ても可能で、衛生面で有利である点から最も普及している。具体的には、右目用画像及び左目用画像をそれぞれ表示する二台の投写型画像表示装置のそれぞれの出射側に、偏光方向が直交した偏光板を配置する。スクリーンには偏光性の維持に優れたシルバースクリーンを用いる。専用メガネは、右目用画像の偏光方向の光を透過させる偏光板を右目側のガラスに、左目用画像の偏光方向の光を透過させる偏光板を左目側に備える。特許文献１は、このような偏光メガネ方式の投写型画像表示装置を使用したシステムを開示している。

特開２０１３−１２０３２８号公報

投写型画像表示装置（プロジェクタ）は、従来高圧水銀ランプが光源として主流であったが、近年は、寿命が長く、瞬時点灯が可能であり、水銀不要などの理由から、固体光源を用いた装置が普及しつつある。特に、大勢で鑑賞する用途に用いる高輝度の投写型画像表示装置においては、青色半導体レーザを光源として用い、青色をレーザ光で実現し、緑色、赤色は青色レーザ光により蛍光体を励起して生成する構成が主流となっている。

投写型画像表示装置を用いて、偏光を利用した立体映像表示を実現する場合、画像を示す投写光における偏光の状態にバラツキがあると、観察者は品質のよい立体映像表示を視認することができない。

本開示は、偏光を利用した立体映像表示装置であって、高品位な立体画像を提示できる投写型画像表示装置を提供する。

本開示の一態様において、投写型画像表示装置が提供される。投写型画像表示装置は、複数の発光素子を含む光源装置と、光源装置からの光を集光する第１の光学系と、映像信号に基づき、第１の光学系からの光を変調する画像表示素子と、画像表示素子により変調された光が示す画像を拡大投写する第２の光学系と、第２の光学系の出射側に配置された偏光板と、第１の光学系と偏光板の間に配置された偏光解消部と、を備える。偏光解消部は、入射光に第１の偏光作用を与える複数の第１の領域と、第１の偏光作用と異なる第２の偏光作用を与える複数の第２の領域とを備えている。

本開示によれば、偏光を利用した立体映像表示装置であって、高品位な立体画像を提示できる投写型画像表示装置を提供できる。

本開示実施の形態１の偏光を利用した立体映像表示システムの構成を示した図 立体映像表示システムにおけるプロジェクタの構成を示す図 蛍光体ホイール装置の正面図 偏光板のみを使用した場合の課題を説明するための図 投写画像の色ムラの発生を説明するための図 偏光解消板における第１および第２の領域の配置を説明した図 偏光解消板と偏光板を透過する光の偏光状態を説明した図 偏光解消板における第１および第２の領域の配置のパターンの別の例を説明した図 偏光解消板における第１および第２の領域の配置のパターンのさらに別の例を説明した図 実施の形態２におけるプロジェクタの構成を示した図 実施の形態３におけるプロジェクタの構成を示した図 実施の形態４におけるプロジェクタの構成を示した図 実施の形態５におけるプロジェクタの構成を示した図

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者（ら）は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
偏光を利用した立体映像投写は特殊な偏光フィルタのメガネで立体視を実現する方式である。投写型画像表示装置で、この方式を実現する場合は、外部信号源から、視差を変えた左右の映像をそれぞれ２台のプロジェクタに送出し、一方のプロジェクタからは「右目の映像」を、他方のプロジェクタからは「左目の映像」を同時にスクリーン上に投写する。この時点では、左右の映像がスクリーン上でズレた映像として視認されるだけで、立体には見えない。そこで、２台のプロジェクタのレンズの前に特殊な偏光フィルタ（円偏光、縦横偏光など）を取り付け、さらに右目と左目に同じ偏光フィルタを取り付けた専用メガネを装着する。これによって、専用メガネをかけた観察者は、右目には右目だけの映像を、左目には左目だけの映像を見ることとなり、立体視が可能となる。偏光フィルタは偏光板あるいは偏光板の出射側に円偏光板を備えてなる。

［１．構成］
［１−１．立体画像表示システム］
図１は、実施の形態１における投写型立体画像表示システムの構成を示した図である。投写型立体画像表示システム１００は、右目用画像を投影するプロジェクタ１０ａと、左目用の画像表示するプロジェクタ１０ｂとを備える。プロジェクタ１０ａは、右目用の映像信号に基づき右目用画像を生成する。プロジェクタ１０ｂは、左目用の映像信号に基づき左目用画像を生成する。右目用画像と左目用画像は視差を含む。プロジェクタ１０ａ、１０ｂは、出射口近傍位置に偏光板１３０ａ、１３０ｂを備える。偏光板１３０ａ、１３０ｂには、１／４位相差板１３２ａ、１３２ｂが取り付けられている。１／４位相差板が取り付けられた偏光板１３０ａと偏光板１３０ｂは、同じ方向に吸収軸１２ａ、１２ｂを有する。

各１／４位相差板１３２ａ、１３２ｂは、円偏光の光を出射するために、遅相軸１３ａ、１３ｂが偏光板１３０ａ、１３０ｂの吸収軸１２ａ、１２ｂに対して４５度の角度をなしている。１／４位相差板がその出射側に取り付けられた偏光板１３０ａと１３０ｂの遅相軸１３ａと１３ｂは、互いに逆方向に傾いている。これにより１／４位相差板が取り付けられた偏光板１３０ａ,１３０ｂのそれぞれを通過した光は、回転方向が互いに逆方向の円偏光となる。

各プロジェクタ１０ａ、１０ｂからの投写光は偏光特性を維持するスクリーン１４上に重畳して投写される。各プロジェクタ１０ａ、１０ｂからの投写光は、それぞれスクリーン１４上で反射によって逆回転方向の円偏光特性を有する光となる。

観察者は、専用メガネ１５を用いて、プロジェクタ１０ａ、１０ｂにより投写された画像を観察する。専用メガネ１５の右目及び左目の光路１５ａ、１５ｂには１／４位相差板が配置されている。右目の光路１５ａの１／４位相差板の遅相軸１６ａは、右目用画像を投映するプロジェクタ１０ａの偏光板１３０ａの遅相軸１３ａと同じ方向に配置される。また、左目の光路１５ｂの１／４位相差板の遅相軸１６ｂは、左目用画像を投映するプロジェクタ１０ｂに対して配置された偏光版１１ｂの遅相軸１３ｂと同じ方向に配置される。専用メガネ１５の右目の１／４位相差板の吸収軸１７ａは、投写側の偏光板１３０ａの吸収軸１２ａと直交する方向に設定されている。専用メガネ１５の左目の１／４位相差板の吸収軸１７ｂは、投写側の偏光板１３０ｂの吸収軸１２ｂと直交する方向に設定されている。

プロジェクタ１０ａは右目用の映像信号に基づき生成された画像を示す投写光を出力する。この投写光は、偏光板１３０ａを通過することにより、左回転の円偏光光に変換され、スクリーン１４に投写される。この投写光は、上述の通りスクリーン１４で反射され、左回転の円偏光光となる。そして、スクリーン１４からの反射光は、専用メガネ１５の右目の光路に入射する。このとき、右目の光路に配置された１／４位相差板により、投写光とは直交する偏光特性を持った光となって偏光板に入射する。専用メガネ１５の右目の１／４位相差板の吸収軸１７ａは、投写側の偏光板１３０ａの吸収軸１２ａと直交する方向に設定されているため、プロジェクタ１０ａから出射された投写光（すなわち、右目用画像）は、専用メガネ１５の右目の光路を通過し、観察者の右目で観察することができる。

プロジェクタ１０ｂからの左目用画像を示す投写光についても同様に作用し、専用メガネ１５を介することで観察者は左目で左目用画像を観察できる。右目用画像と左眼画像は視差を有することから、以上のように、観察者が右目で右目用画像を観察し、左目で左目用画像を観察することにより、立体映像を観察することが可能となる。

［１−２．プロジェクタ］
以下、図２〜図９を用いて、本実施の形態の立体画像表示システム１００におけるプロジェクタ１０ａ、１０ｂの構成を説明する。プロジェクタ１０ａとプロジェクタ１０ｂは同じ構成を有するため、以下では、プロジェクタ１０ａとプロジェクタ１０ｂをプロジェクタ１０と総称して説明を行う。

図２は、立体画像表示システム１００におけるプロジェクタ１０の内部構成を示す図である。図２に示すように、プロジェクタ１０は、励起光源用の青色レーザダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと、青色光源用の青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂとを有する。

励起光源用の青色レーザダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、−Ｙ方向に青色光を出射する。青色レーザダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃからの青色光は、コリメートレンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃでコリメートされた後、アフォーカル系を構成するレンズ１０３とレンズ１０４で収束され、拡散板１０５に入射される。拡散板１０５に入射された青色レーザ光は拡散され、その後、ダイクロイックミラー１０６に入射する。

ダイクロイックミラー１０６は、青色光を透過し、青色以外の光を反射する特性を有する。ダイクロイックミラー１０６は、光軸に対して４５度傾斜して配置されており、拡散板１０５からの青色光を透過する。さらに青色光は第１レンズ１０７と第２レンズ１０８を通過して、蛍光体ホイール装置１０９に入射する。

図３は、プロジェクタ１０に使用される蛍光体ホイール装置１０９の平面図である。蛍光体ホイール装置１０９は、基板１１０上に蛍光体１１１と蛍光体１１２が環状に形成されている。基板１１０上には、蛍光体１１１と蛍光体１１２が形成されない領域１２１がある。蛍光体１１１は、青色光を励起光として受けて緑色の蛍光光を発光する特性を有する。蛍光体１１２は、青色光を励起光として受けて赤色の蛍光光を発光する特性を有する。

図２に戻り、蛍光体ホイール装置１０９の基板１１０はモータ１１３により回転駆動される。これにより、照射光のエネルギーが高い場合でも、励起光が照射される蛍光体の面積を拡大できることから、蛍光時の発熱を抑制することができる。蛍光体１１１、１１２で生成された蛍光光は基板１１０上で＋Ｙ方向に反射される。反射された蛍光光はダイクロイックミラー１０６に再度入射する。ダイクロイックミラー１０６は青色以外の光は反射する特性を有しているので、緑色蛍光光または赤色蛍光光はダイクロイックミラー１０６で反射され＋Ｘ方向に進む。レンズ１１４に入射した黄色光（緑と赤色の合成光）は光路前方に配置された矩形開口を持つロッドインテグレータ１１５の入射面に集光せしめられる。ロッドインテグレータ１１５は入射した光を均一な光として出射する光積分装置である。

一方、青色光源用の青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂから＋Ｘ方向に青色光が出射される。この青色光は、コリメートレンズ１１７ａ、１１７ｂでコリメートされた後、レンズ１１８で集光される。レンズ１１８により集光される位置には拡散板１１９が配置される。拡散板１１９で拡散された青色光はレンズ１２０で略平行光となる。レンズ１２０から出射された青色光は、青色光のみを透過させる特性を有するダイクロイックミラー１０６に入射し、ダイクロイックミラー１０６を透過する。青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂは青色光源装置（光源装置の一例）を構成する。また、レンズ１１８、拡散板１１９、レンズ１２０、ダイクロイックミラー１０６は、青色光源装置からの光を集光する光学系（第１の光学系の一部）を構成する。

これによって、青色光源用の青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂから＋Ｘ方向に出射された青色光は、蛍光体ホイール装置１０９により生成された緑色蛍光光と、赤色蛍光光とに合成されて一定時間内に生成される色光を積分すると白色光となってレンズ１１４に入射する。白色光は、前方に配置された矩形開口を持つロッドインテグレータ１１５の入射面に集光せしめられる。

蛍光体ホイール装置１０９及び励起光源用の青色レーザダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、励起光源装置（光源装置の一例）を構成する。また、レンズ１０３、１０４、拡散板１０５、レンズ１０７、レンズ１０８、ダイクロイックミラー１０６は、励起光源装置からの光を集光する光学系（第１の光学系の一部）を構成する。

以上のようにして青色レーザダイオードからの青色光から白色光を得ることができる。なお、緑色光と赤色光は順に発光する。励起光が蛍光体ホイール装置１０９の基板１１０の非蛍光体形成部１２１に入射するときには、励起光源用の青色レーザダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは消灯し、同時に青色光源用の青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂが点灯する。励起光が蛍光体域１１１、１１２に入射する際には、逆に、青色光源用の青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂが消灯し、励起光源用の青色レーザダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃが点灯する。これにより、色光を順にロッドインテグレータ１１５の出射面より出射することができる。

ロッドインテグレータ１１５から出射した光は、レンズ１２２及びレンズ１２３を通過してミラー１２４、１２５で反射されてＤＭＤ１２６に入射し、このＤＭＤ１２６において映像信号によって変調されて映像光が生成される。ＤＭＤ１２６は外部からの信号により制御可能な画像素子である。

ＤＭＤ１２６で生成された映像光は、＋Ｙ方向に出射され拡大投写系を構成する投写レンズ１２７で拡大され、スクリーン（図示せず）に拡大投写される。スクリーンは入射光の偏光性を維持できるシルバースクリーンである。

本実施の形態のプロジェクタ１０において、投写レンズ１２７の出射面側において、偏光解消板１２９が配置されている。偏光解消板１２９は、投写レンズ１２７と偏光板１３０（図１の偏光板１３０ａまたは１３０ｂに対応）との間の光路上に配置される。

［２．偏光解消板の作用］
以上のように構成されるプロジェクタ１０における偏光解消板１２９の作用について説明する。

一般にレーザダイオードの出射光は偏光性を有している。このため、青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂはその偏光方向が揃うように配置されている。一方、蛍光体からの蛍光は偏光性がないことから、投写レンズ１２７から出射された光のうち、青色光は偏光光であるが、緑色光と赤色光は偏光性を有しない自然光である。

ここで、偏光板を利用した従来の投写型立体映像表示システムの課題を図４を参照して説明する。図４に示すように、プロジェクタの出射口近傍において偏光板１１が配置され、プロジェクタからの投写光は偏光板１１を透過してスクリーンに投写される。プロジェクタから出射される投写光は、偏光を有する青色光と、蛍光体ホイール装置で生成される自然光である緑色光・赤色光とが含まれる。図４に示すように、偏光板１１の偏光軸と青色光の偏光方向とが合致している場合、青色光は１００％透過する（偏光板１１での吸収はここでは考慮しない）。一方、自然光である緑色光・赤色光は５０％だけ偏光板１１を透過する。このため、偏光板１１を介した画像は青の強いホワイトバランスの崩れた画像になってしまう。また、青色光の偏光方向と偏光板１１の偏光軸が直交する場合は、青色光が吸収されてしまい、青色光の偏光方向と偏光板１１の偏光軸が合っていた場合と同様に、ホワイトバランスが悪くなる。

実際には青色光が光学系を通過する際、青色光は、場所によって異なる作用を受けるために、偏光特性の均一性が維持できなくなる。このため、図５に示すように、投写画像１８に色ムラが生じる。図５において、ハッチングされた領域は主として青色光が少ない黄色が分布している領域であり、他の領域は青色が強い白の領域である。

このような青色光の偏光特性の非均一性に起因する問題を解決するため、本実施の形態では、図２に示すように、投写レンズ１２７の出射側に偏光解消板１２９ａを配置している。図６は、偏光解消板１２９ａの構成の一例を示した図である。図６に示すように、偏光解消板１２９ａは、市松状に（行方向及び列方向において交互に）配置された第１の領域１３１ａ（図６で白色の小領域）と第２の領域１３１ｂ（図６でハッチングされた小領域）を有する。第１の領域１３１ａと第２の領域１３１ｂは、偏光解消板１２９ａの有効部に入射する光に対して互いに異なる偏光作用を与える。

具体的には、第１の領域１３１ａは、入射した第一方向（図６で上下方向）の直線偏光の光を楕円偏光の光に変換する。このため、第１の領域１３１ａには、第一方向の直線偏光を楕円偏光に変換するように遅相軸が設定された１／４位相差板が配置される。第２の領域１３１ｂは、第二方向（第一方向と直交する方向（図６で左右方向））の直線偏光の光を楕円偏光の光に変換する。このため、第２の領域１３１ｂには、第二方向の直線偏光を楕円偏光に変換するように遅相軸が設定された１／４位相差板が配置される。このような、異なる偏光作用を与える微小な領域を二次元的に交互に配置した偏光解消板１２９中を、光を透過させることで、透過後の光の空間的な偏光の向きの偏った分布を全体として均一にすることができる。これにより、明るさムラを低減することができる。

図７は、偏光解消板１２９と偏光板１３０を透過する光の偏光状態を説明した図である。偏光解消板１２９において、第１の領域１３１ａでは、偏光板１３０の偏光方向（透過軸の方向）と遅相軸方向がおよそ２２．５°の角度をなす。第２の領域１３１ｂでは、偏光板１３０の偏光方向（透過軸の方向）と遅相軸方向が６７．５°の角度をなしている。入射する青色光の偏光方向が偏光板１３０の偏光方向と一致する場合、第１の領域１３１ａに入射する青色光は楕円偏光となり、偏光板１３０で一定の割合の光が透過し、残りの光が吸収されることになる。一方、第２の領域１３１ｂに入射した光も楕円偏光に偏光されるが、第１の領域１３１ａとは傾きの異なる楕円偏光となる。よって、偏光板１３０上と偏光解消板１２９上との間で、第１の領域１３１ａと第２の領域１３１ｂに入射する光の透過／吸収の割合が異なる。また図７に示すように、左右方向に偏光方向を有する場合でも、第１の領域１３１ａと第２の領域１３１ｂについても同じように楕円偏光となって同様の作用を受ける。このとき、個々の領域を透過する光の強度は領域毎に異なるが、投写像全体として考えると（すなわち、各領域の集合をマクロ的に見れば）、偏光特性の分布が平均化され、初期の偏光ムラによる明るさムラを低減することができる。

図６、図７に示す例では、偏光解消板１２９において、第１の領域１３１ａと第２の領域１３１ｂは二次元的に交互に規則正しく配列されている。しかし、必ずしも各領域１３１ａ、１３１ｂが二次元的に規則正しく配列される必要はない。例えば、図８に示すように、第１の領域１３１ａと第２の領域１３１ｂが規則性無く配置されてもよい。この場合でも、偏光ムラによる明るさムラを低減することができる。なお、部分的に明るさが異なってしまうが、視認性を下げることで画質を改善することができる。

さらに、図９に示すように各領域１３１ａ、１３１ｂを配置してもよい。図６、図８の例では、図の左右方向に隣接する小領域間の境界の位置が、上下に隣接する領域間で一致するように各領域１３１ａ、１３１ｂを配置していた。これに対して、図９では、図の左右方向に隣接する領域間の境界が、上下に隣接する領域の間で半ピッチ（各領域の幅の１／２）ずれるように、各領域１３１ａ、１３１ｂを配置している。これによっても、ムラの視認性をさらに改善できる。なお、図９では、各領域を図の左右方向（水平方向）に半ピッチずらして配置したが、図の上下方向（垂直方向）に半ピッチずらして配置してもよい。また、領域間の境界において目的の性能を満たさない場合がある。このため、各領域はできるだけ大きくしたいが、大きくするとムラが認識されやすくなってしまう。そこで、図９に示すように、各領域形状を長方形とすることで、ムラを目立たなくすることができる。各領域１３１ａ、１３１ｂの幅（長手方向の長さ）は例えば１．５ｍｍ以下である。

偏光解消板１２９は、全ての第１の領域１３１ａと第２の領域１３１ｂを透過するストークスベクトルの和が０あるいはそれに近くなるよう、第１の領域１３１ａと第２の領域１３１ｂの出現率が設計されてもよい。これにより投写画像全体としての平均的な白品位が保たれる。

本実施の形態では、青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂが青色光源として利用されているが、励起光源用の青色レーザダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃから出射される励起用の青色光の一部を分離して、青色光源用の光とするように構成しても良い。その場合、青色光源用の青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂは不要となる。

［３．効果、等］
以上のように本実施の形態のプロジェクタ１０（投写型画像表示装置の一例）は、複数のレーザダイオード１０１ａ、１０１ｂ、…（発光素子の一例）を含む光源装置と、光源装置からの光を集光する第１の光学系（１０３〜１０８、１１８〜１２０）と、映像信号に基づきレンズ第１の光学系からの光を変調するＤＭＤ１２６（画像表示素子の一例）と、ＤＭＤ１２６により変調された光が示す画像を拡大投写する投写レンズ１２７（第２の光学系の一例）と、投写レンズ１２７の出射側に配置された偏光板１３０と、第１の光学系と前記偏光板の間に配置された偏光解消板１２９（偏光解消部の一例）と、を備える。偏光解消板１２９は、入射光に第１の偏光作用を与える複数の第１の領域１３１ａと、第１の偏光作用と異なる第２の偏光作用を与える複数の第２の領域１３１ｂとを備えている。

偏光解消板１２９により、偏光板１３０の有効領域の小領域毎に種々の異なる偏光の向きが設定される。これにより、偏光板１３０の有効領域の全体において偏光の向きの偏った分布が低減される。その結果、偏光を有するレーザダイオード１０１ａ、…からの光と、偏光がない蛍光体ホイール装置１０９からの光とを光源として使用する場合に生じ得る偏光ムラの問題を解決することができる。

（実施の形態２）
プロジェクタ１０の別の構成例を説明する。投写レンズ１２７から出射される青色光の偏光方向と、偏光板１３０の偏光方向とが同じ、又は９０度だけ異なる場合は、実施の形態１で示した構成で対応しやすい。しかしながら、実際には、投写レンズ１２７から出射される青色光の偏光方向は、光源から投写レンズ１２７までの間の屈折作用などにより、スクリーン上では出射時の偏光方向と異なる場合が多い。この場合、図１０に示すように、偏光解消板１２９と偏光板１３０の間に、入射領域全面において、偏光解消板１２９ａと同じ特性を有する１／４位相差板１２９ｂをさらに配置すればよい。偏光解消板１２９ａと１／４位相差板１２９ｂは、偏光解消部材を構成する。１／４位相差板１２９ｂは、偏光解消板１２９に対して遅相軸の角度を可変に支持されて配置される。これにより、入射光の偏光方向と偏光解消板１２９の第１の領域１３１ａもしくは第２の領域１３１ｂの偏光方向とが同じまたは近いために入射光が偏光解消板１２９の偏光作用を受けにくい場合に、１／４位相差板１２９ｂの位相軸の回転方向を調整することで望ましい画質を得ることができる。

（実施の形態３）
プロジェクタ１０のさらに別の構成例を説明する。実施の形態１（図１）の構成では、プロジェクタ１０ａ、１０ｂの外側に偏光解消板１２９及び偏光板１３０ａ、１３０ｂを配置していた。このような構成であれば、偏光を利用した立体画像表示用途でプロジェクタ１０ａ、１０ｂを使用しない場合、ユーザは偏光解消板１２９や偏光板１３０を必要とせず、設置する必要がない。このように、偏光を利用した立体映像を鑑賞する場合にのみ、偏光解消板１２９及び偏光板１３０が必要となるため、プロジェクタの製造メーカは、プロジェクタにおいて、偏光解消板及び偏光板を必ずしも組み込む必要はない。よって、製造メーカは、プロジェクタと、偏光解消板及び偏光板とを分離して販売でき、プロジェクタの価格の上昇を抑制することができる。

しかし、偏光解消板を含めてセットサイズの最小化や簡素化を優先する場合、偏光解消板１２９及び１／４位相差板１２９ｂをプロジェクタ１０の本体（筐体）内に配置してもよい。例えば、偏光解消板１２９及び１／４位相差板１２９ｂを、プロジェクタ１０の本体（筐体）内において、投写レンズ１２７の出射側の位置に配置してもよい。または、図１１に示すように、偏光解消板１２９及び１／４位相差板１２９ｂを、レンズ１２３の出射側の位置（リレー光学系内）に配置してもよい。すなわち、偏光解消板１２９及び１／４位相差板１２９ｂは、偏光されている青色光の光路上にあり、かつ、光が小さいスポットに集光することによる発熱の懸念が少ない、ロッドインテグレータ１１５の出射側からＤＭＤ１２６までの間に配置してもよい。

（実施の形態４）
本実施の形態では、青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂが青色光源として利用されているが、励起光源用の青色レーザダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃから出射される励起用の青色光の一部を分離して、青色光源用の光とするように構成しても良い。その場合、青色光源用の青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂは不要となる。

図１２は、プロジェクタ１０の別の構成例を示す図である。図１２の例では、偏光解消板１２９は投写レンズ１２７の入射面近傍に配置されている。これにより、プロジェクタ１０を比較的小型に構成することができる。また、偏光解消板１２９を、投写レンズ１２７に取り付け可能にしてもよい。これにより、投写レンズ１２７にシフト機能がある場合にも自動的に追従することができるようになる。さらに、投写レンズ１２７がプロジェクタ本体から着脱可能である場合、ユーザは、比較的高価である偏光解消板の有無を容易に選択できる。偏光解消板１２９は、投写レンズ１２７に対して、回転方向に微調可能かつ固定可能に支持されてもよい。ここでも、偏光解消板１２９を、偏光解消板１２９ａと１／４位相差板１２９ｂの組み合わせで構成してもよい。

以上の実施の形態では、１つのＤＭＤ１２６を利用して時分割でＲＧＢ光を高速で切り替えてカラー表示を行う１チップ構成について説明したが、ＤＭＤをＲＧＢの色毎に配置して構成される３チップ構成でも同様の効果を得られることは言うまでも無い。

また１チップ構成の場合に、蛍光体ホイール装置における非蛍光体形成部１２１に開口を設け、その開口に励起光である青色光を通過させ、通過させた青色光を他の色の蛍光光と合成して白色光を構成してもよい。これにより、青色光源用の青色レーザダイオード１１６ａ、１１６ｂが不要となる。その際、励起用光源の青色レーザダイオード１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの偏光方向が揃っているか又は直交していれば、上記の構成と同様に、偏光解消板１２９を用いた立体映像の画質向上の効果が得られる。

（実施の形態５）
図１３は、実施の形態５のプロジェクタ１０の構成を説明した図である。実施の形態５のプロジェクタ１０は、蛍光体ホイール装置は使用せずに、青、緑、赤の３色の光を出力するレーザダイオードを光源として使用している。プロジェクタ１０は、青色光を出射する青色レーザダイオード２０１ａ、２０１ｂと、緑色光を出射する緑色レーザダイオード２０３ａ、２０３ｂと、赤色光を出射する赤色レーザダイオード２０５ａ、２０５ｂと、を備える。

青色レーザダイオード２０１ａ、２０１ｂから＋Ｙ方向に出射された青色光は、コリメートレンズ２０２ａ、２０２ｂでコリメートされ、ダイクロイックミラー２０７，２０８に入射する。同様に、緑色レーザダイオード２０３ａ、２０３ｂから＋Ｘ方向に出射された緑色光は、コリメートレンズ２０４ａ、２０４ｂでコリメートされ、ダイクロイックミラー２０７，２０８に入射する。赤色レーザダイオード２０５ａ、２０５ｂから＋Ｘ方向に出射された赤色光は、コリメートレンズ２０６ａ、２０６ｂでコリメートされ、ダイクロイックミラー２０７，２０８に入射する。

ダイクロイックミラー２０７は青の波長帯の光のみを反射する特性を有する。ダイクロイックミラー２０８は赤の波長帯の光のみを反射する特性を有する。ダイクロイックミラー２０７、２０８を介して集光レンズ２０９に入射する光は同じ光軸上に合成される。

集光レンズ２０９と凹レンズ２１０はアフォーカル光学系を構成する。集光レンズ２０９と凹レンズ２１０を通過した光は平行光となって拡散板２１１に入射する。この拡散板２１１はアクチュエーター２１２によって微振動を加えられており、レーザ特有のスペックル現象を改善する。

その後、集光レンズ２１３によりロッドインテグレータ１１５の入射面に入射せしめられる。以上の構成、作用は上記の実施の形態で既に説明しているため、ここでの説明は省略する。

実施の形態５では、青、緑、赤の各色光ともレーザ出力であることから各色光において偏光性を有する。実施の形態１〜４における立体映像表示システムでは、投写画像は青色のみでムラが発生したが、本実施の形態の場合、全色についてムラが発生する。本実施の形態においても、実施の形態１〜４での偏光解消板１２９を用いて同様にムラ改善を行うことができる。この場合、青、緑、赤の平均的な波長に併せて１/４位相差特性を設定してもよい。さらに、全面同じ特性の１/４位相差板１２９ｂを合わせて備えても有効である。ただし、プロジェクタ１０にこれらの素子を内蔵する場合は、入射光の単位面積あたりのエネルギーが強いため、位相差を形成する１/４位相差板１２９ｂの材料として、水晶など無機材料を利用してもよい。

図１３において、レーザ光を合成する構成として、ダイクロイックミラー２０７、２０８を十字に組む構成としたが、順次ミラータイプでも構成可能で有り、プリズム形態でも構成可能である。更に半導体レーザは一例で他の種類のレーザ素子を利用することもできる。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１〜５を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１〜５で説明した各構成要素を組み合わせて、または置換して、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。

上記の実施の形態では、画像表示素子の例としてＤＭＤを用いたが、他のデバイスを使用することもできる。例えば、画像表示素子として、液晶パネルを使用してもよい。液晶パネルを各色光の光路に配置してもよい。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、偏光を利用して立体映像を表示する投写型映像表示装置（または表示システム）に有用である。

１０、１０ａ、１０ｂ、 プロジェクタ（投写型画像表示装置）
１１ａ、１１ｂ 位相差板付き偏光板
１２ａ,１２ｂ、１７ａ、１７ｂ 偏光板の吸収軸
１３ａ,１３ｂ、１６ａ、１６ｂ １／４位相差板の遅相軸
１４ スクリーン
１５ 専用メガネ
１００ 投写型立体画像表示システム
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１１６ａ、１１６ｂ 青色レーザダイオード
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１１７ａ、１１７ｂ コリメートレンズ
１０３、１０４、１１４、１１８、１２０、１２２、１２３ レンズ
１０５、１１９ 拡散板
１０６ ダイクロイックミラー
１０７，１０８ レンズ
１０９ 蛍光体ホイール装置
１１０ 基板
１１１、１１２ 蛍光体
１１３ モータ
１１５ ロッドインテグレータ
１２１ 非蛍光体形成部
１２４、１２５ ミラー
１２６ ＤＭＤ
１２７ 投写レンズ
１２９ 偏光解消板
１２９ｂ １／４位相差板
１３０ 偏光板
１３１ａ 偏光解消板の第１の領域
１３１ｂ 偏光解消板の第２の領域

Claims (17)

1. 複数の発光素子を含む光源装置と、
   前記光源装置からの光を集光する第１の光学系と、
   映像信号に基づき、前記第１の光学系からの光を変調する画像表示素子と、
   前記画像表示素子により変調された光が示す画像を拡大投写する第２の光学系と、
   前記第２の光学系の出射側に配置された偏光板と、
   前記第１の光学系と前記偏光板の間に配置された偏光解消部と、を備え、
   前記偏光解消部は、入射光に第１の偏光作用を与える複数の第１の領域と、第１の偏光作用と異なる第２の偏光作用を与える複数の第２の領域とを備えている
   投写型画像表示装置。
2. 前記複数の発光素子は、互いに異なる波長の光を出射する複数の発光素子を含む、請求項１に記載の投写型画像表示装置。
3. 前記複数の発光素子は、所定の波長の光を出射する発光素子と、
   前記所定の波長の光により励起され、所定の波長の蛍光を発光する蛍光体を含む蛍光体ホイール装置と、をさらに含み、
   前記画像表示素子に対して、前記発光素子からの光と、前記蛍光体ホイール装置からの光とが入射される、請求項１に記載の投写型画像表示装置。
4. 前記偏光解消部における第１の領域と第２の領域には、入射した光に所定の位相差を生じる１／４位相差板が取り付けられ、前記１／４位相差板は、第１の領域と第２の領域との間で、所定方向の直線偏光に対して異なる作用を与えるように遅相軸の角度が互いに異なるように配置されている、請求項１に記載の投写型画像表示装置。
5. 前記偏光解消部における第１の領域と第２の領域にはそれぞれ、所定の位相差を生じる１／４位相差板が取り付けられ、
   前記第１の領域の１／４位相差板は、第１の方向の直線偏光を楕円偏光に変換するように遅相軸が設定され、
   前記第２の領域の１／４位相差板は、前記第１の方向と直交する第２の方向の直線偏光を楕円偏光に変換するように遅相軸が設定されている、請求項４に記載の投写型画像表示装置。
6. 前記第１および第２の領域は行方向及び列方向に２次元的に配置されている、請求項１に記載の投写型画像表示装置。
7. 前記第１および第２の領域は市松状に配置されている請求項６に記載の投写型画像表示装置。
8. 前記第１および第２の領域は、行方向及び列方向のいずれか一方において隣接する領域間の境界の位置が、行方向及び列方向の他方において、領域の幅の半分の長さだけずれている、請求項６に記載の投写型画像表示装置。
9. 前記第１の領域と第２の領域は不規則に配置された、請求項６に記載の投写型画像表示装置。
10. 各領域の幅は１．５ｍｍ以下である、請求項６に記載の投写型画像表示装置。
11. 全ての第１および第２の領域を透過する光のストークスベクトルの和は略０である、請求項６に記載の投写型画像表示装置。
12. 前記第１の領域では、前記１／４位相差板の遅相軸は、前記偏光板の透過軸方向に対して２２．５度の角度をなし、前記第２の領域では、前記１／４位相差板の遅相軸は、前記偏光板の透過軸方向に対して６７．５度の角度をなす、請求項４または５に記載の投写型画像表示装置。
13. 前記偏光解消部は、前記第１および第２の領域のそれぞれに入射する光に対して異なる作用を与える第１の１／４位相差板と、入射光が入射する領域全体において同じ特性を有する第２の１／４位相差板とを備え、前記第２の１／４位相差板は、前記第１の１／４位相差板に対して遅相軸の角度を可変に支持されている、請求項１に記載の投写型画像表示装置。
14. 前記偏光解消部は、前記画像表示素子に対して均一に光を入射させるためのインテグレータ素子の出射面から画像表示素子までの間に配置された、請求項１に記載の投写型画像表示装置。
15. 前記偏光解消部は、前記画像表示素子と前記第２の光学系の間に配置された、請求項１に記載の投写型画像表示装置。
16. 前記偏光解消部は、前記第２の光学系と前記偏光板の間に配置された、請求項１に記載の投写型画像表示装置。
17. 前記画像表示素子を変調する映像信号は、立体画像表示のための右目用画像または左目用画像を示す映像信号映像である、請求項１に記載の投写型画像表示装置。

Images