JP5982899B2 - 波長分離装置、及び画像表示システム - Google Patents

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Description

本発明は、3次元の画像表示を行う波長分離装置、及び画像表示システムに関する。
従来から、表示画像を立体的に表現する画像表示システムが知られている。この画像表示システムによれば、鑑賞者が右眼と左眼の視差点だけずれた2つの画像(右眼用画像と左眼用画像)、所謂視差画像を左右其々の眼で選択的に見る。これにより、鑑賞者は、表示画像を立体的に視認できる。
この画像表示システムに用いる1つの方式として、例えば特許文献1に記載の波長分離方式が知られている。波長分離方式は、波長が互いに異なる2つの視差画像を投射し、投射した右眼用画像、及び左眼用画像を波長の違いにより、それぞれ左眼、及び右眼に振り分ける方式である。
特開2009−122659号公報
しかしながら、特許文献1記載の画像表示システム(以下、画像表示システム90とする)では、以下に図7、及び図8を用いて説明する問題点があった。
図7は、画像表示システム90の構成を示すブロック図である。また、図8は、画像表示システム90の動作を説明するための図である。
画像表示システム90は、図7に示すように、プロジェクターPJ、制御部91、回転ホイール92(フィルタ)、スクリーンSR、及び鑑賞用メガネ30を含んで構成される。
プロジェクターPJから出射される出射光L1は、回転ホイール92を透過し、スクリーンSRに出射光L2が投射され、画像が拡大されて表示される。
プロジェクターPJは、外部装置から画像データ(右眼用画像データまたは左眼用画像データ)が入力され、これらの画像データを、図8(a)に示す右眼用画像、及び左眼用画像の出射光L1に変換して、回転ホイール92に対して時分割に交互に出射する。
回転ホイール92は、図8(b)に示す様に、円板部92aと、円板部を回転可能に支持する回転支持機構(図8(b)において不図示)を含んで構成される。円板部92aは、扇状のカラーフィルターが設けられた領域A1、及び扇状のカラーフィルターが設けられた領域A2により構成される。これらの領域A1、及び領域A2は、それぞれ入射光のうちの所定の波長帯域の色光(青色光LB、緑色光LG、赤色光LR)を選択的に透過させる。図8(c)は、領域A1、及び領域A2の透過率特性を示す図である。図8(c)において、上段の透過率特性は、領域A1の光の波長に対する透過率を示し、下段の透過率特性は、領域A2の光の波長に対する透過率を示す。図8(c)に示すように、領域A1は、青色光LB、緑色光LG、赤色光LR各々の色光が有する波長帯域のうち波長が低い側の光を透過させ、波長帯域のうち波長が高い側の光を遮断する。また、領域A2は、青色光LB、緑色光LG、赤色光LR各々の色光が有する波長帯域のうち波長が高い側の光を透過させ、波長帯域のうち波長が低い側の光を遮断する。
制御部91は、右眼用画像、及び左眼用画像の出射光L1を回転ホイール92に対して順次出射するタイミングに同期させて、回転支持機構を介して円板部92aの回転を制御する。例えば、制御部91は、右眼用画像の出射光L1を出射する期間、出射光L1が円板部92aの領域A1に入射し、左眼用画像の出射光L1を出射する期間、出射光L1が円板部92aの領域A2に入射するように、円板部92aの回転を制御する。なお、制御部91は、プロジェクターPJに入力される画像データに含まれる、右眼用画像データと左眼用画像データとを識別する情報により、円板部92aの回転を制御する。
これにより、回転ホイール92は、波長が互いに異なる、右眼用画像と左眼用画像との出射光L2を時系列にスクリーンSRに投射する。
鑑賞者は、スクリーンSRに表示される視差画像を、立体画像として見るために、鑑賞用メガネ30を装着する。鑑賞用メガネ30は、右側用ガラス30Rと、左側用ガラス30Lを有する。右側用ガラス30Rは、回転ホイール92の領域A1に対応して、青色光LB、緑色光LG、赤色光LR各々の色光が有する波長帯域のうち波長が低い側の光を透過させ、波長帯域のうち波長が高い側の光を遮断する。また、左側用ガラス30Lは、回転ホイール92の領域A2に対応して、青色光LB、緑色光LG、赤色光LR各々の色光が有する波長帯域のうち波長が高い側の光を透過させ、波長帯域のうち波長が低い側の光を遮断する。このように、鑑賞用メガネ30の右側用ガラス30Rと、左側用ガラス30Lの透過率特性を、それぞれ回転ホイール92の領域A1、及び領域A2の透過率特性に合わせる。従って、鑑賞者は、鑑賞用メガネ30を装着して、右眼用画像、及び左眼用画像を、それぞれ左眼、及び右眼に波長の違いにより見ることができるので、人間の視覚特性により擬似的に立体画像を視認することができる。
ここで、回転ホイール92は、円板部92aが回転すると、プロジェクターPJから出射光L1が入射する領域が、領域A1、及び領域A2の間で切り替わる構成となっている。そのため、出射光L1が入射する領域が、領域A1、及び領域A2のいずれか一方から他方へと切り替わるときに、領域A1、及び領域A2の両方の領域に出射光L1が入射する期間が存在する。図8(d)は、領域A1、及び領域A2の両方の領域に出射光L1が入射する期間を、円板部(円板部92a、及び円板部92b)の中心角に置き換えて示した図である。上段の図面では、円板部92aにおいて角度αの期間、領域A1、及び領域A2の両方の領域に出射光L1が入射することを示している。また、下段の図面では、円板部92bにおいて角度βの期間、領域A1、及び領域A2の両方の領域に出射光L1が入射することを示している。領域A1、及び領域A2の両方の領域に出射光L1が入射する期間を短くするための対応としては、次に説明する対応が考えられる。すなわち、回転ホイール92の単位時間の回転数が変わらないとして、図8(d)の上段の図面、及び下段の図面に示すように、回転ホイール92を構成する円板部の半径を長くして、角度αの期間を角度βの期間へ短くする対応が考えられる。しかしながら、この対応のように、回転ホイール92を構成する円板部の半径を長くすることは、回転ホイールの面積増大を招き、画像表示システム90のサイズ増加を生じさせるという問題がある。
また、回転ホイール92(フィルタ)は、上述の様に入射光(出射光L1)のうち所定の波長の光を遮断するが、この光を吸収することなく、プロジェクターPJ側へ反射する。この反射光の光量は、入射光(出射光L1)の半分の量に相当する。そのため、反射光が入射するプロジェクターPJでは、例えばプロジェクターPJを構成する光源(ランプ)の温度上昇を招くなど、プロジェクターPJを発熱させて出射光L1の品質(表示画像の品質)の劣化を生じさせるおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされた発明であり、波長分離方式を用いた画像表示システムにおいて、回転ホイールを用いずに波長分離を実現できる波長分離装置を提供することにより、システムの小型化を図ることを目的とする。また、本発明は、画像表示システムを構成する画像表示装置(例えば、プロジェクター)に対して光を反射しない波長分離装置を提供することにより、画像表示システムにおける表示画像の品質を向上することを目的とする。
本発明の波長分離装置は、右眼用画像の画像光と左眼用画像の画像光とが外部装置から時分割に入射され、入射される前記右眼用画像の画像光、及び前記左眼用画像の画像光を、第1の波長帯域を有し、偏光方向が第1偏光である第1出射光と、第2の波長帯域を有し、偏光方向が前記第1偏光と異なる第2偏光である第2出射光と、に分離可能に所定の波長域の光の偏光方向を変換して出射する波長板と、前記波長板を透過して入射される前記第1出射光、及び前記第2出射光を、前記右眼用画像の画像光、及び前記左眼用画像の画像光のいずれか一方の場合、前記第1出射光、及び前記第2出射光の偏光方向を変えないでそれぞれ出射し、前記右眼用画像の画像光、及び前記左眼用画像の画像光のいずれか他方の場合、前記第1出射光の偏光方向を前記第2偏光へ変更して、前記第2出射光の偏光方向を前記第1偏光へ変更して、それぞれ出射する偏光制御素子と、前記第1偏光と第2偏光とのうち一方の偏光方向に吸収軸を有し、他方の偏光方向の光を透過して出射する偏光板と、を備えることを特徴とする。
本発明の波長分離装置は、波長板、偏光制御素子、及び偏光板から構成されるので、波長分離方式を用いた画像表示システムにおいて、回転ホイールを用いずに波長分離を実現できる。また、本発明の波長分離装置は、画像表示システムを構成する画像表示装置(例えば、プロジェクター)から出射される光であって、右眼用画像、及び左眼用画像の出射光(画像光)を波長板により第1出射光、及び第2出射光に分離する。第1出射光、及び第2出射光が入射される偏光制御素子は、第1出射光、及び第2出射光を、それぞれ第1偏光、及び第2偏光のうちいずれか一方の偏光、残りを他方に変換して出射する。偏光板は、第2偏光と同一の偏光方向に吸収軸を有するので、透過しない第2偏光を、画像表示装置側へ反射することなく吸収する。これにより、画像表示システムを構成する画像表示装置に対して光を反射しない波長分離装置を提供することができ、画像表示システムにおける表示画像の品質を向上することができる。
本発明の画像表示システムは、上記に記載の波長分離装置と、前記右眼用画像の画像光と、前記左眼用画像の画像光と、を前記波長分離装置に出射する前記外部装置としての画像表示装置と、を備えることを特徴とする。
本発明の画像表示システムは、画像表示装置、波長分離装置から構成されるので、波長分離方式を用いた画像表示システムにおいて、回転ホイールを用いずに波長分離を実現できる。また、本発明の画像表示システムは、波長分離装置が画像表示装置に対して光を反射しないので、画像表示システムにおける表示画像の品質を向上することができる。
さらに、波長分離装置が、右眼用画像に対応する波長帯域の第1偏光、左眼用画像に対応する波長帯域の第1偏光を、時分割に出射する。鑑賞者が、鑑賞用メガネ(メガネ)を装着することにより、右眼用画像、及び左眼用画像を互いに波長の異なる視差画像として、右眼、及び左眼で選択的に見ることができる。これにより、画像表示装置が出射する青色光LB、緑色光LG、及び赤色光LRの偏光軸が互いに異なっていても、波長分離方式を用いた画像表示システムを提供することができる。
また、本発明の画像表示システムは、前記画像表示装置は、走査線を一括駆動する面順次駆動方式により所定周期で駆動する液晶パネルを有し、前記波長分離装置は、前記偏光制御素子の画素領域における光の偏光方向の切替を、前記所定周期の始まりの時刻に同期させて行なう制御部を有することを特徴とする。
上記構成により、画像表示装置が有する液晶パネルを面順次で駆動する場合、制御部は、偏光制御素子の画素領域における光の偏光方向の切替を、画像表示装置の液晶パネル駆動に同期させて行う。そのため、画像表示装置が出射する右眼用画像、及び左眼用画像との切替タイミングと、波長分離装置が、右眼用画像に対応する波長帯域の第1偏光、左眼用画像に対応する波長帯域の第1偏光を出射するタイミングが最適に調整される。これにより、鑑賞者は、鑑賞用メガネを装着することにより、右眼用画像、及び左眼用画像を互いに波長の異なる視差画像として、右眼、及び左眼で選択的に見ることができる。
また、本発明の画像表示システムは、前記偏光制御素子は、複数の画素領域を有し、前記画像表示装置は、走査線を順次駆動する線順次駆動方式により所定周期で駆動する液晶パネルを有し、前記波長分離装置は、前記順次駆動に対応して、前記偏光制御素子の前記複数の画素領域ごとに前記偏光方向を変えない状態と前記偏光方向を変える状態との切り換える駆動を行なう制御部を有することを特徴とする。
上記構成により、画像表示装置が有する液晶パネルを線順次で駆動する場合、制御部は、偏光制御素子の各画素領域における光の偏光方向の切替を、画像表示装置の液晶パネル駆動に同期させて行う。そのため、画像表示装置が出射する右眼用画像、及び左眼用画像との切替タイミングと、波長分離装置が右眼用画像に対応する波長帯域の第1偏光、左眼用画像に対応する波長帯域の第1偏光を出射するタイミングと、が最適に調整される。これにより、右眼用画像、及び左眼用画像のいずれか一方から他方への切替において発生する、右眼用画像が左眼に、或いは左眼用画像が右眼に入射する現象、いわゆるクロストーク現象を抑制することができる。
また、本発明の画像表示システムは、右眼側、及び左眼側のいずれか一方が前記第1の波長帯域の光を透過させる透過特性を有し、右眼側、及び左眼側のいずれか他方が前記第2の波長帯域の光を透過させる透過特性を有するメガネをさらに備えることを特徴とする。
上記構成により、鑑賞者は、鑑賞用メガネ(メガネ)を装着することにより、右眼用画像、及び左眼用画像を互いに波長の異なる視差画像として、右眼、及び左眼で選択的に見ることができる。
画像表示システム10の構成を示すブロック図である。 画像表示システム10を構成する部品の特性を説明するための図である。 プロジェクターPJの一例を示す概略構成図である。 面順次駆動方法について説明するための図である。 線順次駆動方法について説明するための図である。 画像表示システム10の動作を説明するための図である。 画像表示システム90の構成を示すブロック図である。 画像表示システム90の動作を説明するための図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態における波長分離装置20を用いて、画像の立体視を行なう画像表示システム10の構成を示すブロック図である。また、図2は、画像表示システム90を構成する部品の特性を説明するための図である。なお、図1において、図7と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
本実施形態においては、プロジェクターPJを用いて、スクリーンSRに対して立体視のための視差画像である、互いに波長の異なる右眼用画像、及び左眼用画像を、時分割に表示する、いわゆる波長分離方式を用いた画像表示システムについて説明する。
画像表示システム10は、図1に示すように、プロジェクターPJ、波長分離装置20、スクリーンSR、及び鑑賞用メガネ30を含んで構成される。
プロジェクターPJは、外部から供給される画像データ(右眼用画像データ、及び左眼用画像データ)を、画像の出射光に変換し、時分割により一定の所定周期で交互に、右眼用画像、及び左眼用画像の出射光L1として出射する。以下、右眼用画像の出射光を出射光L1R(右眼用画像の画像光)とし、左眼用画像の出射光を出射光L1L(左眼用画像の画像光)とする。なお、本実施形態において、プロジェクターPJは、赤色光LR、及び青色光LBが垂直偏光、緑色光LGが水平偏光となった出射光L1を出射する。また、本実施形態においては、z軸方向に対して平行に光が伝播し、x軸方向(図1の上下方向)に偏光軸を有する光を垂直偏光、y軸方向(x軸、及びz軸を含む面に垂直な方向)に偏光軸を有する光を水平偏光として説明する。
波長分離装置20は、制御部21、狭帯域波長板22、偏光用液晶パネル23、及び偏光板24から構成される。
制御部21は、プロジェクターPJと同様の画像データが供給され、画像データに含まれる右眼用画像データと左眼用画像データとを識別する識別情報を抽出する。また、制御部21は、抽出した識別情報により、プロジェクターPJが出射する出射光L1R,及び出射光L1Lの切替タイミングを検出する。そして、制御部21は、検出した切替タイミングに同期して、偏光用液晶パネル23に対して、出射光L1R,及び出射光L1LのいずれがプロジェクターPJから出射されるかを示す制御情報を出力する。
狭帯域波長板22(波長板)は、青色光LB、緑色光LG、及び赤色光LRの各々を、各色光の波長帯域内において、互いに波長帯域が異なり、かつ、互いに偏光軸が90°回転した関係にある出射光に分離して出射する。ここで、図2(a)は、狭帯域波長板22の特性を示した図である。図2(a)の上段の図は、狭帯域波長板22の入射光における1/2波長の位相差の有無を示した図であり、図2(b)は、プロジェクターPJの出射光L1のスペクトル、すなわち波長毎の強度(光量)を示している。
狭帯域波長板22は、青色光LBを、波長帯域の下側において位相差を発生させないで青色光LBDとして出射し、波長帯域の上側において1/2波長の位相差を発生させて青色光LBUとして出射する。また、狭帯域波長板22は、緑色光LGを、波長帯域の下側において位相差を発生させて緑色光LGDとして出射し、波長帯域の上側において1/2波長の位相差を発生させて緑色光LGUとして出射する。また、狭帯域波長板22は、赤色光LRを、波長帯域の下側において位相差を発生させないで赤色光LRDとして出射し、波長帯域の上側において1/2波長の位相差を発生させて赤色光LRUとして出射する。
なお、狭帯域波長板22において、1/2波長の位相差を発生する波長帯域は、実験等により予め設定される。例えば、各色光の波長帯域内において、分離される色光の光量を波長に対して積分した積分値が互いに等しくなるように設定される。或いは、各色の光量とともに、狭帯域波長板22と同じスペクトル特性を有する鑑賞用メガネ30を装着する鑑賞者が、右眼用画像と左眼用画像を選択的に見て、各画像の各色に対して違和感を抱かないように設定してもよい。
本実施形態においては、プロジェクターPJは、赤色光LR、及び青色光LBが垂直偏光、緑色光LGが水平偏光となった出射光L1を出射する。そのため、狭帯域波長板22は、プロジェクターPJの出射光L1の波長帯域に応じて偏光状態を変換し、出射光L1を偏光方向により分離可能な光にして、出射光L3として出射する。ここで、出射光L3は、垂直偏光である出射光L31(青色光LBD、緑色光LGD,及び赤色光LRD)と、水平偏光である出射光L32(青色光LBU、緑色光LGU,及び赤色光LRU)と、を含む。
つまり、狭帯域波長板22は、第1の波長帯域を有し、偏光方向が第1偏光(垂直偏光)である出射光L31(第1出射光)と、第2の波長帯域を有し、偏光方向が第1偏光と90°異なる第2偏光(水平偏光)である出射光L32(第2出射光)と、に偏光方向により分離可能な光にして出射する。ここで、第1の波長帯域とは、出射光L1が含む色光が垂直偏光(本実施形態では赤色光LR、及び青色光LB)の場合、狭帯域波長板22が1/2波長の位相差を発生させない帯域である。また、第1の波長帯域とは、出射光L1が含む色光が水平偏光(本実施形態では緑色光LG)の場合、狭帯域波長板22が1/2波長の位相差を発生させる帯域である。本実施形態において、第1の波長帯域とは、鑑賞者の右眼に入射させる光に対応している。
一方、第2の波長帯域とは、出射光L1が含む色光が垂直偏光(本実施形態では赤色光LR、及び青色光LB)の場合、狭帯域波長板22が1/2波長の位相差を発生させる帯域である。また、第2の波長帯域とは、出射光L1が含む色光が水平偏光(本実施形態では緑色光LG)の場合、狭帯域波長板22が1/2波長の位相差を発生させない帯域である。本実施形態において、第2の波長帯域とは、鑑賞者の左眼に入射させる光に対応している。
偏光用液晶パネル23(偏光制御素子)は、制御部21からの制御情報により、内部の画素に電圧を印加するか否かを判定し、判定結果により1/2波長の位相差を発生させるか否かを制御する。例えば、偏光用液晶パネル23は、内部の画素に電圧を印加する場合(オン状態)、1/2波長の位相差を発生させ、内部の画素に電圧を印加しない場合(オフ状態)、1/2波長の位相差を発生させない。
従って、制御部21が、プロジェクターPJの出射光が左眼用画像の出射光L1Lから右眼用画像の出射光L1Rへ切り替わったと検出した時に(右眼用画像の場合)、偏光用液晶パネル23は、出射光L3を出射する。すなわち、偏光用液晶パネル23は、狭帯域波長板22の出射光L3(入射される入射光)を、垂直偏光である出射光L31(第1出射光)、及び水平偏光である出射光L32(第2出射光)の偏光方向を変えないでそれぞれ出射する。
また、制御部21が、プロジェクターPJの出射光が右眼用画像の出射光L1Rから左眼用画像の出射光L1Lへ切り替わったと検出した時に(左眼用画像の場合)、偏光用液晶パネル23は、出射光L3’を出射する。すなわち、偏光用液晶パネル23は、狭帯域波長板22の出射光L3を、垂直偏光である出射光L31の偏光方向を水平偏光へ変更して(出射光L31’とする)、水平偏光である出射光L32の偏光方向を垂直偏光へ変更して(出射光L32’とする)、それぞれ出射する。
偏光板24(偏光板)は、水平偏光(第2偏光)と同一の偏光方向に吸収軸を有しており、偏光用液晶パネル23から入射される垂直偏光(第1偏光)を、出射光L2として出射する。このため、偏光用液晶パネル23が出射光L3を出射する場合、垂直偏光である出射光L31を透過させ、水平偏光である出射光L32を吸収して反射しない。また、偏光用液晶パネル23が出射光L3’を出射する場合、垂直偏光である出射光L32’を透過させ、水平偏光である出射光L31’を吸収して反射しない。
以上の構成により、波長分離装置20は、プロジェクターPJが出射する右眼用画像の出射光である出射光L1Rのうち、波長帯域が第1の波長帯域である光を、垂直偏光である出射光L2Rとして出射する。また、波長分離装置20は、プロジェクターPJが出射する左眼用画像の出射光である出射光L1Lのうち、波長帯域が第2の波長帯域である光を、垂直偏光である出射光L2Lとして出射する。
なお、波長分離装置20は、上述した狭帯域波長板22、偏光用液晶パネル23、及び偏光板24を積層して構成してもよい。
スクリーンSRには、波長分離装置20から出射される右眼用画像の出射光L2Rと、この右眼用画像の出射光L2Rと波長帯域が異なる、左眼用画像の出射光L2Lとが時分割に所定周期で投射される。
鑑賞用メガネ30(メガネ)は、スクリーンSRから反射された右眼用画像の出射光L2Rの光を透過させる透過特性を有する右側用ガラス30R(右眼側)と、スクリーンSRから反射された左眼用画像の出射光L2Lの光を透過させる透過特性を有する左側用ガラス30L(左眼側)と、を備えている。
図2(b)は、鑑賞用メガネ30の特性を示した図である。図2(b)の上段の図は、右側用ガラス30Rと左側用ガラス30Lとの透過領域を示した図であり、図2(b)は、プロジェクターPJの出射光L1のスペクトル、すなわち波長毎の光量を示している。
鑑賞用メガネ30は、狭帯域波長板22のスペクトル特性に対応した透過特性を有している。すなわち、右側用ガラス30Rは、第1の波長帯域である青色光LBD、緑色光LGD、及び赤色光LRDを透過させ、第2の波長帯域である青色光LBU、緑色光LGU、及び赤色光LRUを遮断する。また、左側用ガラス30Lは、第1の波長帯域である青色光LBD、緑色光LGD、及び赤色光LRDを遮断し、第2の波長帯域である青色光LBU、緑色光LGU、及び赤色光LRUを透過させる。
従って、鑑賞者は、鑑賞用メガネ30を装着してスクリーンSRを見ることにより、右眼に右眼用画像の出射光L2Rが入射し、左眼に左眼用画像の出射光L2Lが入射することとなり、これらの視差画像によって擬似的な立体視を行なうことができる。
次に、プロジェクターPJの構成、及び動作について、図3を参照して説明する。図3は、液晶ライトバルブを3個用いた、いわゆる3板式のプロジェクターPJの一例を示す概略構成図である。プロジェクターPJは、光源1100、反射ミラー1106、ダイクロイックミラー1108、リレーレンズ1122、リレーレンズ1123、リレーレンズ1124、赤色用液晶ライトバルブ100R、緑色用液晶ライトバルブ100G、及び青色用液晶ライトバルブ100Bを備える。また、プロジェクターPJは、クロスダイクロイックプリズム1112、投射レンズ系1114、及び液晶駆動部1130を備える。
光源1100は、メタルハライド等のランプ1102とランプ1102の光を反射するリフレクター1101と、リフレクター1101からの無偏光の光を1種類の直線偏光に変換する偏光変換素子1103を備える。偏光変換素子1103は、図示しない偏光分離膜、反射膜及びλ/2位相差板を備え、リフレクター1101からの光を偏光分離膜により2種類の直線偏光に分離し、反射膜により分離された2種類の直線偏光の進む方向を揃え、λ/2位相差板により2種類の直線偏光のうち一方を他方の偏光方向に変換する。本実施形態において、偏光変換素子1103は、リフレクター1101からの無偏光の光を垂直方向(図3の紙面に垂直な方向)の直線偏光に変換して出射する。青色光、及び緑色光を反射するダイクロイックミラー1108は、光源1100からの白色光のうちの赤色光を透過させるとともに、青色光と緑色光とを反射する。透過した赤色光は、反射ミラー1106で反射され、赤色用液晶ライトバルブ100Rに入射する。赤色用液晶ライトバルブ100Rは、図示しないλ/2位相差板、入射側偏光板、液晶パネル、及び出射側偏光板を備える。反射ミラー1106からの光は、λ/2位相差板で水平方向(図3の紙面に平行な方向)の直線偏光に変換され、水平方向の直線偏光を透過する入射側偏光板を介して液晶パネルへと入射する。液晶パネルに入射した光は、赤色光に対応する画像データに応じて変調され、変調された光のうち、出射側偏光板により垂直方向の偏光成分の光のみがダイクロイックミラー1108へと出射される。
一方、ダイクロイックミラー1108で反射された色光のうち、緑色光は、緑色光を反射するダイクロイックミラー1108によって反射され、緑色用液晶ライトバルブ100Gに入射する。緑色用液晶ライトバルブ100Gは、図示しない入射側偏光板、液晶パネル、及び出射側偏光板を備える。ダイクロイックミラー1108からの光は、垂直方向の直線偏光を透過する入射側偏光板を介して液晶パネルへと入射する。液晶パネルに入射した光は、緑色光に対応する画像データに応じて変調され、変調された光のうち、出射側偏光板により水平方向の偏光成分の光のみがダイクロイックミラー1108へと出射される。
一方、青色光は、ダイクロイックミラー1108も透過する。青色光に対しては、光路長が緑色光、赤色光と異なることを補償するため、入射レンズであるリレーレンズ1122、リレーレンズ1123、出射レンズであるリレーレンズ1124を含むリレーレンズ系からなる導光手段1121が設けられる。導光手段1121を介して、青色光が青色用液晶ライトバルブ100Bに入射する。青色用液晶ライトバルブ100Bは、図示しないλ/2位相差板、入射側偏光板、液晶パネル、及び出射側偏光板を備える。リレーレンズ1124からの光は、λ/2位相差板で水平方向(図3の紙面に平行な方向)の直線偏光に変換され、水平方向の直線偏光を透過する入射側偏光板を介して液晶パネルへと入射する。液晶パネルに入射した光は、青色光に対応する画像データに応じて変調され、変調された光のうち、出射側偏光板により垂直方向の偏光成分の光のみがダイクロイックミラー1108へと出射される。
ここで、各液晶ライトバルブにおいて、画像データのRGB(Red−Green−Blue)の成分の各々が、赤色光、緑色光、青色光として、液晶駆動部1130により制御される。
赤色用液晶ライトバルブ100R、緑色用液晶ライトバルブ100G、青色用液晶ライトバルブ100Bにより変調された3つの色光各々は、クロスダイクロイックプリズム1112に入射する。このクロスダイクロイックプリズム1112は、4つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されたものである。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成されて、カラー画像を表す光が形成される。合成された光は、投射手段である投射レンズ系1114によって、波長分離装置20を介してスクリーンSR上に投射され、各液晶ライトバルブの表示画像がスクリーンSRに拡大されて表示される。
次に、赤色用液晶ライトバルブ100R、緑色用液晶ライトバルブ100G、青色用液晶ライトバルブ100B(画像表示装置が有する液晶パネル)を駆動する駆動方式と、駆動方式における制御部21の動作について説明する。図4は、赤色用液晶ライトバルブ100R、緑色用液晶ライトバルブ100G、青色用液晶ライトバルブ100Bを、走査線を一括駆動する面順次駆動方式を採用して駆動する場合の制御部21の構成、及び動作を示す図である。また、図5は、赤色用液晶ライトバルブ100R、緑色用液晶ライトバルブ100G、青色用液晶ライトバルブ100Bを、走査線を順次駆動する線順次駆動方式を採用して駆動する場合の制御部21の構成、及び動作を示す図である。
上述した赤色用液晶ライトバルブ100R、緑色用液晶ライトバルブ100G、及び青色用液晶ライトバルブ100B各々は、一対の基板と基板間に挟持された液晶とを有する液晶パネル及び入射側及び出射側偏光板を備え、透過率を独立に制御可能な複数の画素がマトリクス状に配列された構成を有している。液晶パネルの光透過領域には複数の走査線と複数のデータ線とが互いに交差して設けられる。なお、各液晶ライトバルブにおける液晶パネルは、その順次方向(縦方向)が図3の紙面の垂直な方向に一致している。すなわち、各液晶パネルにおける複数の走査線は、この縦方向と直交する横方向(図3の紙面に平行な方向)に設けられている。
プロジェクターPJが面順次駆動方式を採用する場合、液晶駆動部1130は、複数のデータ線に画像データを供給する一方、複数の走査線を一括して駆動、すなわち走査線を面順次に走査する。これにより、各走査線に対応する行方向に並ぶ複数の画素(画素群)に画像データが一括して書き込まれる。
例えば、赤色光変調用の赤色用液晶ライトバルブ100Rは、入射した赤色光を画像データに基づいて光変調し、光学像を内包した画像光を射出する。緑色光変調用の緑色用液晶ライトバルブ100G、青色光変調用の青色用液晶ライトバルブ100Bの作用も赤色用液晶ライトバルブ100Rと同様である。
本実施形態の場合、画像データ(1フレーム)は、左眼用画像データと右眼用画像データとで構成されている。右眼用画像データ(1サブフレーム)は面順次で各液晶ライトバルブに書き込まれ、左眼用画像データ(1サブフレーム)は右眼用画像データと時間的に隣接する期間に面順次方式で書き込まれる。この書込み動作が繰り返され、右眼用画像データと左眼用画像データとは交互に各液晶ライトバルブ書き込まれる。各液晶ライトバルブは、書き込まれた右眼用画像データまたは左眼用画像データに基づいて光変調を行う。ここで、各サブフレームのフレームレートは、液晶駆動部1130により、例えば120Hzに設定されている。各液晶ライトバルブは、図4(b)下段に示すように、右眼用画像データと左眼用画像データとを、それぞれ周期T1、周期T2の所定周期で、交互に表示するとともに、いずれか一方から他方へ、液晶画面全体について表示を切り替える。例えば、周期T1=周期T2=60Hz(1/60=16.6ミリ秒)として、右眼用画像データと左眼用画像データとを、それぞれ8.3ミリ秒の期間表示するとともに、いずれか一方から他方へ、液晶画面全体について表示を切り替える。
一方、プロジェクターPJが線順次駆動方式を採用する場合、液晶駆動部1130は、複数のデータ線に画像データを供給する一方、複数の走査線を一方から他方に順次に駆動、すなわち走査線を線順次に走査する。これにより、各走査線に対応する行方向に並ぶ複数の画素(画素群)に画像データが順次書き込まれる。
右眼用画像データ(1サブフレーム)は線順次で各液晶ライトバルブに書き込まれ、左眼用画像データ(1サブフレーム)は右眼用画像データと時間的に隣接する期間に線順次方式で書き込まれる。この書込み動作が繰り返され、右眼用画像データと左眼用画像データとは交互に各液晶ライトバルブ書き込まれる。各液晶ライトバルブは、書き込まれた右眼用画像データまたは左眼用画像データに基づいて光変調を行う。ここで、各サブフレームのフレームレートは、面順次駆動方式と同様に液晶駆動部1130により、例えば60Hzに設定されているものとする。各液晶ライトバルブは、図5(b)上段に示すように、右眼用画像データと左眼用画像データとを、それぞれ周期T1、周期T2の所定周期で、交互に表示するとともに、いずれか一方から他方へ、表示を切り替える。例えば、周期T1=周期T2=60Hz(1/60=16.6ミリ秒)とすると、各液晶ライトバルブは、次のように表示を切り替える。すなわち、各液晶ライトバルブは、いずれか一方から他方へ、液晶パネルの縦方向における上側から下側へと、各走査線に対して8.3ミリ秒の期間表示させつつ、表示を切り替える。
まず、プロジェクターPJが、上述した面順次駆動方式を採用する場合の偏光用液晶パネル23の構成、及び動作について説明する。偏光用液晶パネル23は、一対の基板と基板間に挟持された液晶とを備え、透過する光に与える位相差を制御部21からの制御信号により制御可能な複数の画素がマトリクス状に配列された構成(画素領域)を有している。そして、偏光用液晶パネル23の光透過領域には、1つの駆動線(駆動線Dとする)が設けられる。
図4(a)に示すように、制御部21は、この駆動線Dに対して制御信号として所定の電圧を印加する構成となっている。そして、制御部21が、この駆動線Dに対して制御信号として所定の電圧を印加すると、偏光用液晶パネル23は、自身の厚さ方向に1/2波長の位相差を発生させる。制御部21は、プロジェクターPJが出射する出射光が右眼用画像の出射光L1Rから左眼用画像の出射光L1Lへ切り替わるタイミングで、制御信号として所定の電圧を偏光用液晶パネル23の駆動線Dに印加する。これにより、図4(b)上段に示すように、偏光用液晶パネル23は、自身の厚さ方向に1/2波長の位相差を発生させる。また、制御部21は、プロジェクターPJが出射する出射光が左眼用画像の出射光L1Lから右眼用画像の出射光L1Rへ切り替わるタイミングで、制御信号として所定の電圧を偏光用液晶パネル23の駆動線Dに印加することを停止する。これにより、偏光用液晶パネル23は、図4(b)上段に示すように、自身の厚さ方向に1/2波長の位相差を発生することを停止し、つまり位相差0の状態にさせる。
一方、プロジェクターPJが、上記線順次駆動方式を採用する場合の偏光用液晶パネル23の構成、及び動作について説明する。この場合、偏光用液晶パネル23は、一対の基板と基板間に挟持された液晶とを備え、透過する光に与える位相差を制御部21からの制御信号により制御可能な複数の画素がマトリクス状に配列された液晶(画素領域)をn個(本実施形態においてはn=4)有する構成を有している。そして、偏光用液晶パネル23の光透過領域には4本の駆動線が設けられる。
図5(a)に示すように、制御部21は、この4本の駆動線に対して制御信号として所定の電圧を印加する構成となっている。そして、制御部21は、この駆動線に対して制御信号として所定の電圧を印加すると、偏光用液晶パネル23における各液晶(各画素領域)は、自身の厚さ方向に1/2波長の位相差を発生させる。なお、プロジェクターPJにおける液晶ライトバルブの走査線の駆動が、図5(b)上段の様に、液晶パネルの縦方向における上側から下側へと線順次で走査させる場合、液晶1〜液晶4は、次のように駆動される。すなわち、投射レンズ系1114によって、スクリーンに投射される画像と液晶バルブに表示される画像とが上下左右反転する。そのため、液晶1〜液晶4は、液晶ライトバルブとは反対に、液晶パネルの縦方向における下側から上側へと順次駆動される。
つまり、制御部21は、プロジェクターPJが出射する出射光が右眼用画像の出射光L1Rから左眼用画像の出射光L1Lへ切り替わるタイミングで、次のように制御信号として所定の電圧を偏光用液晶パネル23の各液晶の駆動線(駆動線D1〜駆動線D4とする)へ印加する。
右眼用画像の出射光L1Rの周期T1、及び左眼用画像の出射光L1Lの周期T2(所定周期)は、1つの画像に対応する右眼用画像データ及び左眼用画像データを含む1フレームの周期に等しい。制御部21は、この左眼用画像データの所定周期T2を(n×4)分割した区間の2番目の区間の始まりの時刻から(n×2)番目の区間の始まりの時刻までの2区間ごとの始まりの時刻にそれぞれ同期させて、制御信号として所定の電圧を駆動線D4、駆動線D3、駆動線D2、及び駆動線D1へ順次印加する。これにより、偏光用液晶パネル23における各液晶は、右眼用画像の出射光L1Rから左眼用画像の出射光L1Lへ切り替わるタイミングから、左眼用画像データの所定周期T2の1/16、3/16、5/16、7/16周期分ずれたタイミングで、自身の厚さ方向に1/2波長の位相差を順次発生させる。
また、制御部21は、右眼用画像データの所定周期T1を(n×4)分割した区間の2番目の区間の始まりから(n×2)番目の区間の始まりの時刻までの2区間ごとの始まりの時刻にそれぞれ同期させて、制御信号として所定の電圧を駆動線D4、駆動線D3、駆動線D2、及び駆動線D1へ印加することを停止する。これにより、偏光用液晶パネル23における各液晶は、左眼用画像の出射光L1Lから右眼用画像の出射光L1Rへ切り替わるタイミングから、右眼用画像データの所定周期T1の1/16、3/16、5/16、7/16周期分ずれたタイミングで、自身の厚さ方向に1/2波長の位相差を発生することを停止し、つまり位相差0の状態にする。
このように、例えば、プロジェクターPJにおける各液晶ライトバルブが、線順次駆動により120Hz(8.3ミリ秒)で左右の映像を交互に表示している(1フレームは、16.6ミリ秒)場合、偏光用液晶パネル23の液晶1〜液晶4は、次のように駆動される。
すなわち、偏光用液晶パネル23の液晶1〜液晶4各々における各画素は、2.1ミリ秒(=16.6ミリ秒/8)だけずれたタイミングで駆動される。このように、偏光用液晶パネル23の液晶1〜液晶4各々における各画素の駆動は、プロジェクターPJ内部の液晶ライトバルブの走査線の順次駆動での右眼用画像と左眼用画像の境界部の位置が液晶ライトバルブの縦方向(順次方向)の1/8,3/8,5/8,7/8に位置するタイミングと同期させることで最適化される。これにより、右眼用画像、及び左眼用画像のいずれか一方から他方への切替において発生する、右眼用画像が左眼に、或いは左眼用画像が右眼に入射する現象、いわゆるクロストークを最小化できる。
次に、図6は、画像表示システム10の動作を説明するための図である。図6(a)は、プロジェクターPJが、右眼用画像の出射光L1Rを出射する場合の、狭帯域波長板22、偏光用液晶パネル23、及び偏光板24各々における出射光の波長に対する強度を示す。また、図6(b)は、プロジェクターPJが、左眼用画像の出射光L1Lを出射する場合の、狭帯域波長板22、偏光用液晶パネル23、及び偏光板24各々における出射光の波長に対する強度を示す。なお、図6においては、垂直偏光をV波、水平偏光をH波として示している。
プロジェクターPJには、外部装置(図6において不図示)から、右眼用画像データと左眼用画像データとの各々が、それぞれ所定周期T1と所定周期T2とで交互に、時分割で供給される。ここで、右眼用画像データには右眼用画像データであることを識別する右側識別情報が含まれ、左眼用画像データには左眼用画像データであることを識別する左側識別情報が含まれる。これにより、プロジェクターPJにおいて、液晶駆動部1130は、右眼用画像データに基づいて、各液晶ライトバルブを面順次駆動、若しくは線順次駆動し、プロジェクターPJは右眼用画像データを右眼用画像の出射光L1Rとして所定周期T1において出射する。また、プロジェクターPJにおいて、液晶駆動部1130は、左眼用画像データに基づいて、各液晶ライトバルブを面順次駆動、若しくは線順次駆動し、プロジェクターPJは左眼用画像データを左眼用画像の出射光L1Lとして所定周期T2において出射する。
図6(a)に示すように、プロジェクターPJは右眼用画像データが供給されると、右眼用画像の出射光L1Rを出射する。また、制御部21は、右眼用画像データが供給されることにより、プロジェクターPJの出射光が左眼用画像の出射光L1Lから右眼用画像の出射光L1Rに切り替わるタイミングであることを検出する。これにより、制御部21は、左眼用画像の出射光L1Lから右眼用画像の出射光L1Rに切り替わるタイミングに同期して、偏光用液晶パネル23に対して、プロジェクターPJの駆動方式に応じて、制御信号としての電圧印加を停止することを開始する。
狭帯域波長板22は、入射される右眼用画像の出射光L1Rを、上述した通り特定の波長域の光に対して偏光状態を変換して、出射光L3として出射する。ここで、出射光L3は、上述の通り、垂直偏光である出射光L31(青色光LBD、緑色光LGD,及び赤色光LRD)と、水平偏光である出射光L32(青色光LBU、緑色光LGU,及び赤色光LRU)と、を含む。
偏光用液晶パネル23は、狭帯域波長板22の出射光L3(入射される入射光)を、垂直偏光である出射光L31(第1出射光)、及び水平偏光である出射光L32(第2出射光)の偏光方向を変えないでそれぞれ出射する。つまり、偏光用液晶パネル23は、狭帯域波長板22の出射光L3をそのまま透過させる。
偏光板24は、水平偏光(第2偏光)と同一の偏光方向に吸収軸を有しており、偏光用液晶パネル23から入射される垂直偏光(第1偏光)を、出射光L2として出射する。このため、偏光用液晶パネル23が出射光L3を出射するので、垂直偏光である出射光L31を透過させ、水平偏光である出射光L32を吸収して反射しない。つまり、波長分離装置20は、プロジェクターPJが出射する右眼用画像の出射光である出射光L1Rのうち、波長帯域が第1の波長帯域である光を、垂直偏光である出射光L2Rとして出射する。
一方、図6(b)に示すように、プロジェクターPJは左眼用画像データが供給されると、左眼用画像の出射光L1Lを出射する。また、制御部21は、左眼用画像データが供給されることにより、プロジェクターPJの出射光が右眼用画像の出射光L1Rから左眼用画像の出射光L1Lに切り替わるタイミングであることを検出する。これにより、制御部21は、右眼用画像の出射光L1Rから左眼用画像の出射光L1Lに切り替わるタイミングに同期して、偏光用液晶パネル23に対して、プロジェクターPJの駆動方式に応じて、制御信号としての電圧印加を開始する。
狭帯域波長板22は、入射される右眼用画像の出射光L1Lを、上述した通り特定の波長域の光に対して偏光状態を変換して、出射光L3として出射する。
偏光用液晶パネル23は、狭帯域波長板22の出射光L3を、垂直偏光である出射光L31の偏光方向を水平偏光へ変更して出射光L31’を、水平偏光である出射光L32の偏光方向を垂直偏光へ変更して出射光L32’を、それぞれ出射する。つまり、偏光用液晶パネル23は、狭帯域波長板22の出射光L3の偏光軸を90°回転させて出射光L3’として出射する。
偏光板24は、偏光用液晶パネル23からの出射光L3’のうち、垂直偏光である出射光L32’を透過させ、水平偏光である出射光L31’を吸収して反射しない。つまり、波長分離装置20は、プロジェクターPJが出射する左眼用画像の出射光である出射光L1Lのうち、波長帯域が第2の波長帯域である光を、垂直偏光である出射光L2Lとして出射する。
上述したように、本発明の波長分離装置20は、狭帯域波長板22、偏光用液晶パネル23、及び偏光板24から構成されるので、波長分離方式を用いた画像表示システムにおいて、回転ホイールを用いずに波長分離を実現できる。また、本発明の波長分離装置20は、画像表示システム10を構成するプロジェクターPJ(画像表示装置)から出射される光であって、右眼用画像の出射光L1R(右眼用画像の画像光)、及び左眼用画像の出射光L1L(左眼用画像の画像光)を狭帯域波長板22(波長板)により出射光L31(第1出射光)、及び出射光L32(第2出射光)に偏光方向により分離可能な光にする。第1出射光、及び第2出射光が入射される偏光用液晶パネル23(偏光制御素子)は、第1出射光、及び第2出射光を、プロジェクターPJから出射されて光が右眼用画像の出射光L1Rと左眼用画像の出射光L1Lとで切り替わるタイミングに同期して、偏光方向を変換させて出射させたり、偏光方向を変換させずに出射させたりする。偏光板24(偏光板)は、水平偏光と同一の偏光方向に吸収軸を有するので、透過しない水平偏光を、プロジェクターPJ側へ反射することなく吸収する。これにより、画像表示システム10を構成するプロジェクターPJに対して光を反射しない波長分離装置20を提供することができ、画像表示システム10における表示画面の品質を向上することができる。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
また、プロジェクターPJの出射光L1において、赤色光LR、緑色光LG、及び青色光LB(RGB)は、全て垂直偏光、または水平偏光の一方に揃っていてもよい。
また、波長分離方式において、光の波長を2以上に分割してもよいが、これに応じて鑑賞用メガネ30の透過特性と狭帯域波長板22の位相差特性(位相差の有無)とを対応するスペクトル特性にする必要がある。また、鑑賞用メガネ30の透過特性において、透過する画像を波長λに対して右眼用画像と左眼用画像を交互に並べる必要はなく、1つの色光の波長が分離されていればよい。例えば、鑑賞用メガネ30の透過特性において、波長λの小さい方から、右眼用画像、左眼画像用、左眼用画像、右眼用画像、左眼用画像、右眼用画像と並んでもよい。
また、波長分離装置20の偏光板24は、第1偏光と同一の偏光方向に吸収軸を有する偏光板としてもよいが、これに応じて、左眼用画像の出射光L1Lから右眼用画像の出射光L1Rに切り替わるタイミングに同期して偏光用液晶パネル23は自身の厚さ方向に1/2波長の位相差を発生させ、右眼用画像の出射光L1Rから左眼用画像の出射光L1Lに切り替わるタイミングに同期して偏光用液晶パネル23は自身の厚さ方向において位相差0の状態にさせる必要がある。
10,90…画像表示システム、20…波長分離装置、21…制御部、22…狭帯域波長板、23…偏光用液晶パネル、24…偏光板、PJ…プロジェクター、SR…スクリーン、91…制御部、92…回転ホイール、92a,92b…円板部、30…メガネ、30R…右側用ガラス、30L…左側用ガラス、LR,LRD,LRU…赤色光、LG,LGD,LGU…緑色光、LB,LBD,LBU…青色光、A1,A2…領域、α,β…角度、L1,L1R,L1L,L2,L2R,L2L,L3,L31,L32…出射光、1100…光源、1101…リフレクター、1102…ランプ、1103…偏光変換素子、1106…反射ミラー、1108…ダイクロイックミラー、1122,1123,1124…リレーレンズ、100R,100G,100B…液晶ライトバルブ、1112…クロスダイクロイックプリズム、1114…投射レンズ系、1130…液晶駆動部、D,D1,D2,D3,D4…駆動線

Claims (5)

  1. 右眼用画像の画像光と左眼用画像の画像光とが外部装置から時分割に入射され、入射される前記右眼用画像の画像光、及び前記左眼用画像の画像光を、第1の波長帯域を有し、偏光方向が第1偏光である第1出射光と、第2の波長帯域を有し、偏光方向が前記第1偏光と異なる第2偏光である第2出射光と、に分離可能に所定の波長域の光の偏光方向を変換して出射する波長板と、
    前記波長板を透過して入射される前記第1出射光、及び前記第2出射光を、前記右眼用画像の画像光、及び前記左眼用画像の画像光のいずれか一方の場合、前記第1出射光、及び前記第2出射光の偏光方向を変えないでそれぞれ出射し、前記右眼用画像の画像光、及び前記左眼用画像の画像光のいずれか他方の場合、前記第1出射光の偏光方向を前記第2偏光へ変更して、前記第2出射光の偏光方向を前記第1偏光へ変更して、それぞれ出射する偏光制御素子と、
    前記第1偏光と第2偏光とのうち一方の偏光方向に吸収軸を有し、他方の偏光方向の光を透過して出射する偏光板と、
    を備えることを特徴とする波長分離装置。
  2. 請求項1に記載の波長分離装置と、
    前記右眼用画像の画像光と、前記左眼用画像の画像光と、を前記波長分離装置に出射する前記外部装置としての画像表示装置と、
    を備えることを特徴とする画像表示システム
  3. 前記画像表示装置は、走査線を一括駆動する面順次駆動方式により所定周期で駆動する液晶パネルを有し、
    前記波長分離装置は、前記偏光制御素子の画素領域における光の偏光方向の切替を、前記所定周期の始まりの時刻に同期させて行なう制御部を有する
    ことを特徴とする請求項2記載の画像表示システム
  4. 前記偏光制御素子は、複数の画素領域を有し、
    前記画像表示装置は、走査線を順次駆動する線順次駆動方式により所定周期で駆動する液晶パネルを有し、
    前記波長分離装置は、前記順次駆動に対応して、前記偏光制御素子の前記複数の画素領域ごとに前記偏光方向を変えない状態と前記偏光方向を変える状態との切り換える駆動を行なう制御部を有する
    ことを特徴とする請求項2記載の画像表示システム
  5. 右眼側、及び左眼側のいずれか一方が前記第1の波長帯域の光を透過させる透過特性を有し、右眼側、及び左眼側のいずれか他方が前記第2の波長帯域の光を透過させる透過特性を有するメガ
    をさらに備えることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか一項に記載の画像表示システム。
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