JP5982899B2 - 波長分離装置、及び画像表示システム - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (5)
- 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。 - 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。 - 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に記載の画像表示システム。 - 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に記載の画像表示システム。 - 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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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