JPH10148796A - 映像合成装置及びこれを備えた立体映像投写装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 標準的に使用されている同型式の２台の液晶
プロジェクタを用いて、効率よく立体映像を合成し投写
することのできる映像合成装置及びこれを備えた立体映
像投写装置の提供を、その課題としている。 【解決手段】 ビームスプリッタ１２と、その側面に近
接して配置した１／２波長板１６とで構成した映像合成
装置に、同一偏光面を有する２台の液晶プロジェクタ２
０、２２からの映像光線を入射させ、一方はそのままの
偏光状態でビームスプリッタ１２により一部を反射、残
りを透過させる。他方の液晶プロジェクタからの映像光
線は、１／２波長板により偏光面を９０度回転させたあ
と、ビームスプリッタ１２により一部を反射、残りを透
過させて、一方の反射光と他方の透過光を合成して投写
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２方向からの投写
された映像を立体映像として視認させるように合成する
映像合成装置及びこれと２台の液晶プロジェクタとを組
み合わせてスクリーン板上に立体映像を投写できるよう
にした立体映像投写装置に関するもので、学術研究、ゲ
ーム、シミュレーション装置などに適用するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から立体装置として種々の形式のも
のが提案されている。例えば、１台のディスプレイを時
分割してＬ／Ｒの像を表示させ、その表示を目の前で振
り分けるようにしたものがある。この場合、目の前の振
り分け方法として、Ｌ／Ｒの表示タイミングと同期して
左右の目のところに配置された光シャッタをＯＮ，ＯＦ
Ｆする方法や、Ｌ／Ｒの表示タイミングと同期して表示
像を偏光制御させ、偏光眼鏡によって見る方法等があ
る。

【０００３】また、他の方法として、１台のディスプレ
イ面を左右に２分割してＬ／Ｒの像を表示させ、光学的
手段によりそれぞれの像を対応する左右の目に導くよう
にしたものもある。あるいは、２台のディスプレイを用
いて、Ｌ／Ｒの像をそれぞれ表示させ、１台のディスプ
レイの像はハーフミラーを通して見て、他方のディスプ
レイの像はハーフミラーの反射によるものを見るように
したものもある。

【０００４】これらの装置は、ディスプレイ面に表示さ
れた映像を直接見るものであるので、表示面の大きさに
制限を受けるため、一度に多数の視聴者に対応すること
が困難であるとともに、迫力に欠ける点がある。

【０００５】そこで、液晶プロジェクタを用いて映像を
スクリーン上に投射する形式の立体映像装置が提案され
ている。例えば、特開平７−２３１４６０号公報に開示
された映像投写プロジェクタシステムがその一例であ
る。

【０００６】この装置は、図３に示すように、装置内部
には２つの投写部本体１１，１１′がほぼ９０度の角度
を形成して配置されている。これら投写部本体１１，１
１′は、映像を表示する液晶パネル３，３′及びこれら
に光を照射する光源１，１′、さらにこれら光源１，
１′からの光を液晶パネル３，３′に均一の強さで照射
するようにしたレンズ２，２′などで構成されている。
なお、液晶パネル３，３′は、立体映像を表示するため
に左右の２台のカメラで撮影した映像をそれぞれ表示す
るもので、観察者が偏光眼鏡を使用して左右の映像を左
右の目で別々に見るようにするため、液晶パネル３，
３′の偏光状態が互いに異なるように構成されている。

【０００７】また、この装置は、前記の投写部本体１
１，１１′の前面に、各液晶パネル３，３′の表面に対
しほぼ４５度の角度でハーフミラー７が設けられてお
り、該ハーフミラー７の前面には投写レンズ６が配置さ
れていて、各液晶パネル３，３′からの映像は、ハーフ
ミラー７で反射又は透過して合成され投写レンズ６に入
射してスクリーン５上に拡大投写されることになる。

【０００８】この構成で、例えば液晶パネル３には、右
側の目に対応するカメラの映像を入力し、液晶パネル
３′には左側の目に対応するカメラの映像を入力したと
する。スクリーン５に写った映像は、液晶パネル３によ
る映像と液晶パネル３′による映像とが偏光状態が異な
った状態であるので、観察者は右目に液晶パネル３の映
像のみを見ることのできる偏光方向を持つレンズを、左
目に液晶パネル３′の映像のみを見ることのできる偏光
方向を持つレンズを装着した偏光眼鏡をかけてスクリー
ンを見ると、左右の目は対応する映像のみを見ることに
なり、全体として立体映像として視認することができる
ことになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この装置の
場合、装置の内部に、出力する映像の偏光方向が異なる
２台の投写部本体を設ける必要があり、投写部本体が特
殊な構成になって汎用性がない。このため、装置のコス
トに大きく影響を与える。また、ハーフミラーと入射す
る映像の偏光面について考慮されてはおらず、反射と透
過は略半々が望ましいとしているが、この場合半分は無
駄になり効率が良くないことになる。

【００１０】本発明は、標準的に使用されている２台の
液晶プロジェクタを用いて、効率よく立体映像を合成し
投写することのできる映像合成装置及びこれを備えた立
体映像投写装置の提供を、その課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述課題を解決するため
に、本発明は、次のような手段を採用した。請求項１に
記載の映像合成装置は、入射した光の一部を反射させ残
りを透過させる界面を有し、角度９０度異なる２方向か
らの光をこの界面で透過及び反射させてこれらの光を合
成し出力する光制御部材と、該光制御部材の一方の光入
射方向に配置され、入射した光の直線偏光の偏光面を９
０度回転させる偏光制御部材とを備えたことを特徴とし
ている。

【００１２】このように構成すると、この映像合成装置
に角度９０度異なる方向から入射した同一偏光面（偏光
方向）を有する２つの映像光線は、一方はそのまま光制
御部材の界面で一部が反射され残りが透過する。なお、
この場合、反射光を出力として利用するものとする。入
射したもう一方の映像光線は、光制御部材に入射する前
に偏光制御部材を透過することにより偏光面が９０度回
転する。そして光制御部材に入射して一部が反射され残
りが透過する。この透過した映像光線と、先の反射され
た映像光線とは、偏光面が９０度異なった状態で合成さ
れる。

【００１３】例えば、２台の同型式の液晶プロジェクタ
を映像の投写方向が角度９０度で交差するように配置し
て、その映像の交差位置にこの映像合成装置を置くと、
偏光面が９０度異なる映像に合成されて投写されること
になる。この投射された映像を、左右異なる偏光レンズ
を嵌め込んだ偏光眼鏡で観察すると、左右別々の映像を
見ることができ、それぞれの液晶プロジェクタから左右
のカメラで映し出された立体映像を投射すれば、観察者
には立体映像として視認することができる。このよう
に、この映像合成装置を用いれば、２台とも通常使用さ
れている同型式の液晶プロジェクタを使用して立体映像
を作成することが可能となる。

【００１４】請求項２に記載の立体映像投写装置は、映
像の投写方向が角度９０度で交差するように配置され、
投写する映像の左右反転切り替え可能な２台の液晶プロ
ジェクタと、これら液晶プロジェクタの映像投写方向に
近接して配置された請求項１に記載の映像合成装置とを
備えたことを特徴としている。

【００１５】この構成によれば、映像合成装置によっ
て、一方の液晶プロジェクタの映像の偏光面を９０度回
転させた状態で他方の液晶プロジェクタの映像と合成す
ることができるので、２台とも同型式の標準的な液晶プ
ロジェクタを使用することができコストの軽減が図れる
とともに、予め組み付けがおこなわれているので、現場
での調整が不要となり、作業の効率性を高めることがで
きる。

【００１６】請求項３に記載の立体映像投写装置は、映
像の投写方向が角度９０度で交差するように配置され、
投写する映像の左右反転切り替え可能な２台の液晶プロ
ジェクタと、これら液晶プロジェクタの映像投写方向に
近接して配置された請求項１に記載の映像合成装置と、
この映像合成装置により合成された光の投写方向に配置
され、映像投写面にアルミニウム蒸着が施されたスクリ
ーン板とを備えたことを特徴としている。

【００１７】この構成によると、２台の液晶プロジェク
タから投写された映像は、映像合成装置によって偏光面
が異なるように合成され、スクリーン板に投射される。
スクリーン板の投写面はアルミニウム蒸着が施されてい
るので、高いコントラストが得られるとともに演色性の
良い映像を鮮明に見ることができ、かつ偏光状態の保存
がよいので、偏光眼鏡を使用して観察したときの立体感
を向上させることが可能となる。

【００１８】請求項４に記載の立体映像投写装置は、請
求項２又は３に記載の発明において、液晶プロジェクタ
と映像合成装置の光制御部材の界面との位置関係は、透
過光を利用する液晶プロジェクタの映像の偏光面が界面
の入射面に対しＰ偏光となり、反射光を利用する方が界
面の入射面に対しＳ偏光となるように構成したことを特
徴としている。

【００１９】このように構成したので、透過光と反射光
とをを合成する際に、透過光を利用する方が界面の入射
面に対しＰ偏光となっているので透過率が大きく、一方
反射光を利用する方は界面の入射面に対しＳ偏光となっ
ているので反射率が大きく、このため合成光の輝度はこ
の点を考慮しない場合に比べ高くなる。

【００２０】請求項５に記載の映像合成装置は、請求項
１に記載の発明において、光制御部材は、ビームスプリ
ッタ又はハーフミラーから構成されていることを特徴と
している。

【００２１】この構成によれば、何れも、一般的な部材
であるので入手が容易という点があり、またコストの面
からも好適である。

【００２２】請求項６に記載の映像合成装置は、請求項
１に記載の発明において、偏光制御部材は、１／２波長
板で構成されていることを特徴としている。

【００２３】この構成によれば、直線偏光の偏光面を９
０度回転させることが容易におこなえことになる。

【００２４】請求項７に記載の映像合成装置は、請求項
６に記載の発明において、１／２波長板は、緑色の波長
を基準として構成されていることを特徴としている。

【００２５】この構成によると、緑色については偏光面
を９０度回転させることができ、かつ波長が可視光線の
うちのほぼ中心である緑色なので、両側の色に対しても
相応の回転をさせることが可能である。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明に
係る映像合成装置の一実施形態を示したものである。図
に示すように、この映像合成装置１０は、ビームスプリ
ッタ１２を有しており、該ビームスプリッタ１２は２枚
の正三角柱のハーフプリズム１２ａ、１２ｂを重ね合わ
せて構成されていて、その重ね合わせた面が入射光の反
射及び透過をおこなう界面１４を形成している。

【００２７】また、前記ビームスプリッタ１２の側面に
近接し、面を平行にして、１／２波長板（１／２λ板）
１６が設けられている。１／２波長板１６は、互いに垂
直の方向に振動する直線偏光の間に１／２波長の光路差
を生じるように厚さを定められ複屈折板で、特定の波長
に対し、その光軸と４５度をなす線と平行に入射した直
線偏光の偏光面を９０度回転させる働きをする。ここで
は、１／２波長板の厚さを緑色（略５６０ｎｍ）波長に
合わせたものが用いられている。これは、可視光線のほ
ぼ中間に合わせているので、可視光線全域についても比
較的良好に偏光面を回転させることができ、カラー映像
に対応させたものである。

【００２８】なお、前記ビームスプリッタ１２は、本発
明にいう光制御部材に、前記１／２波長板は本発明にい
う偏光制御部材に相当するものである。また、この例で
は、偏光制御部材として、１／２波長板を用いている
が、偏光面を９０度回転させるものであれば、他のもの
でもかまわない。

【００２９】この映像合成装置１０の利用方法を以下に
説明する。先ず、標準的に使用されている同型式の２台
の液晶プロジェクタ２０、２２を用意して、映像の投写
方向が角度９０度で交差するように配置し、その交点位
置に映像合成装置１０を設置する。一方の液晶プロジェ
クタ２０の投写口２０ａは、図１（ａ）に示すように、
ビームスプリッタ１２の側面に直接対向するようにし
て、他方の液晶プロジェクタ２２の投写繰り２２ａは１
／２波長板１６を介してビームスプリッタ１２の側面に
対向するようにしている。なお、この図は平面図であ
る。

【００３０】液晶プロジェクタは、液晶ライトバルブ
（液晶パネル）を光スイッチング素子として利用し、液
晶ライトバルブ上の画像を投写光学系によりスクリーン
上に拡大投写するものである。従って、その出力映像光
線は、偏光板を介しているので一定の方向に偏光面を有
する直線偏光となっている。

【００３１】例えば、この液晶プロジェクタ２０、２２
の偏光面が地表面に対して垂直になっているとすると、
一方の液晶プロジェクタ２０から投写されビームスプリ
ッタ１２に入射した映像光線は界面１４に入射する場合
に、入射面に対し垂直に振動するＳ偏光となる。他方の
液晶プロジェクタ２２から投写された映像光線は、１／
２波長板１６を透過する際に偏光面が９０度回転するの
で、ビームスプリッタ１２に入射した映像光線は界面１
４に入射する際に、入射面に対し平行に振動するＰ偏光
となる。なお、入射面とは、入射光線と入射法線によっ
て決定される平面をいうと定義されている。すなわち、
入射光線と反射面（この場合は界面１４）に立てた入射
法線とを含む面である。

【００３２】光が異なる物質からなる境界面に入射する
と、入射角と偏光成分によって反射率の異なることは知
られている。この例では、液晶プロジェクタ２０と液晶
プロジェクタ２２の投写光線の界面１４への入射角は全
体として同一であるが、先に述べたように、偏光面（偏
光方向）が異なる。液晶プロジェクタ２０からの投写光
は界面１４に入射する際に入射面に対し偏光方向が垂直
のＳ偏光となるので、反射率が高くなる。一方、液晶プ
ロジェクタ２２からの投写光は界面１４に入射する際に
入射面に対し偏光方向が水平のＰ偏光となるので、透過
率が高くなる。

【００３３】映像合成装置１０から出力する合成光は、
液晶プロジェクタ２０から界面１４で反射した映像光
と、液晶プロジェクタ２２から界面１４を透過した映像
光とを利用すれば、輝度の高い映像をスクリーン上に投
写することができる。実際に測定した結果によると、液
晶プロジェクタ２０からの投写光の界面１４で反射率は
約７０パーセントで、同様に液晶プロジェクタ２２から
の投写光の界面１４での透過率も約７０パーセントであ
った。

【００３４】立体映像を投写する場合には、例えば、液
晶プロジェクタ２０には右側のカメラで撮影した映像を
投写させ、液晶プロジェクタ２２には左側のカメラで撮
影した映像を投写する。そして、映像合成装置１０から
の合成光をスクリーン３０上に投写し、観察者は、右目
には液晶プロジェクタ２０による投写映像のみが見える
偏光レンズ（この場合、地表面に対し垂直）を、左目に
は液晶プロジェクタ２２による投写映像のみが見える偏
光レンズ（地表面に対し水平）を装着した偏光眼鏡を用
いれば、投写映像を立体像として観察することができ
る。なお、この場合、液晶プロジェクタ２０からの投写
映像は界面１４での反射像となるので、液晶プロジェク
タ２０の映像は左右を逆にする必要があるが、この切替
機構は通常の液晶プロジェクタには備わっているもので
ある。

【００３５】なお、上述した液晶プロジェクタは、その
投写映像の偏光方向が地表面に対し垂直のものを用いた
が、投写映像の偏光方向が地表面に対し水平の液晶プロ
ジェクタ２４、２６の場合には、図１（ｂ）に示すよう
に、映像合成装置１０によって合成された高輝度の映像
の投写方向が９０度変わるだけである。勿論、液晶プロ
ジェクタ２４、２６及び映像合成装置１０の位置関係を
変えるだけで、簡単に投写方向を変えることができる。

【００３６】次に、本発明に係る映像合成装置の他の実
施形態について説明する。図１（ｃ）に示すように、先
の実施形態におけるビームスプリッタ１２に変えて、ハ
ーフミラー１８を用いたものである。その機能について
は、ビームスプリッタ１２と同じと考えてよいので、図
のみを示し、部材の符号を同一にしてその説明を省略す
る。

【００３７】次に、本発明に係る立体映像投写装置の実
施形態について説明する。立体映像投写装置４０は、図
２に示すように、ベース板４２を有し、そのベース板４
２上に同型式の２台の液晶プロジェクタ２０、２２が、
映像の投写方向を角度９０度で交差するように取り付け
られていて、その交差位置に前述した映像合成装置１０
が設置されている。２個のプリズムで構成される映像合
成装置１０のビームスプリッタ１２は、載せ台４４の上
に配置され、押さえゴムに挟まれた状態で押さえ板４６
で固定されており、１／２波長板はビームスプリッタ１
２の表面に貼り付けられている。なお、図２（ａ）は平
面図、（ｂ）は側面図である。このように、この立体映
像投写装置４０は、液晶プロジェクタ２０、２２と映像
合成装置１０とを一体化したものであり、その機能は前
述した通りであるのでこの説明も省略する。

【００３８】さらに、本発明に係る立体映像投写装置の
他の実施形態について説明する。この立体映像投写装置
は、先に示した立体映像投写装置４０に構成用件として
スクリーン板５０を加えたものである。このスクリーン
板５０は、映像の投写面にアルミニウム蒸着を施したも
ので、液晶プロジェクタ２０、２２からの投写映像を非
常に高いコントラストで得られるとともに、演色性の良
い映像を鮮明に見ることができ、かつ偏光状態の保存が
よいので、偏光眼鏡を使用して観察したときの立体映像
感を向上させることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による映像
合成装置によれば、２方向から入射した光のうち一方の
偏光面を９０度回転させてたのち合成することができる
ので、立体映像を投写するのに際し、特別の仕様のもの
ではなく、標準仕様の同型式からなる液晶プロジェクタ
に対応することができ、汎用性が高くコストの軽減が図
れる。

【００４０】また、本発明による立体映像投写装置によ
れば、予め、液晶プロジェクタの映像の偏光面を９０度
回転させた状態で他方の液晶プロジェクタの映像と合成
することのできる映像合成装置と、標準仕様の２台の液
晶プロジェクタとを用いているので、コストが低く、か
つ予め組み付けられているので、現場での調整が簡単に
なり、作業の効率性を高めることができる。

【００４１】また、本発明による立体映像投写装置によ
れば、アルミニウム蒸着を施したスクリーン板を用いて
いるので、非常に高いコントラストで得られるととも
に、演色性の良い映像を鮮明に見ることができ、かつ偏
光状態の保存がよいので、偏光眼鏡を使用して観察した
ときの立体映像感を向上させることができる。

【００４２】また、本発明による立体映像投写装置によ
れば、液晶プロジェクタと映像合成装置の光制御部材の
界面との位置関係が、透過光を利用する液晶プロジェク
タの映像の偏光面が界面の入射面に対しＰ偏光となり、
反射光を利用する方が界面の入射面に対しＳ偏光となる
ように構成したので、液晶プロジェクタからの投写光を
効率よく利用することができ、スクリーン板上に投写さ
れる映像の輝度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る映像合成装置の実施形態を示す図
で、（ａ）、（ｂ）は使用方法の相違を、（ｃ）は他の
実施形態を示している。

【図２】本発明に係る立体映像投写装置の実施形態を示
す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図３】従来の立体映像投写装置の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 映像合成装置 １２ ビームスプリッタ（光制御部材） １２ａ ハーフプリズム １４ 界面 １６ １／２波長板（偏光制御部材） １８ ハーフミラー（光制御部材） ２０、２２、２４、２６ 液晶プロジェクタ ４０ 立体映像投写装置 ５０ スクリーン板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射した光の一部を反射させ残りを透過
   させる界面を有し、角度９０度異なる２方向からの光を
   この界面で透過及び反射させてこれらの光を合成し出力
   する光制御部材と、該光制御部材の一方の光入射方向に
   配置され、入射した光の直線偏光の偏光面を９０度回転
   させる偏光制御部材とを備えたことを特徴とする映像合
   成装置。
2. 【請求項２】 映像の投写方向が角度９０度で交差する
   ように配置され、投写する映像の左右反転切り替え可能
   な２台の液晶プロジェクタと、 これら液晶プロジェクタの映像投写方向に近接して配置
   された請求項１に記載の映像合成装置とを備えたことを
   特徴とする立体映像投写装置。
3. 【請求項３】 映像の投写方向が角度９０度で交差する
   ように配置され、投写する映像の左右反転切り替え可能
   な２台の液晶プロジェクタと、 これら液晶プロジェクタの映像投写方向に近接して配置
   された請求項１に記載の映像合成装置と、 この映像合成装置により合成された光の投写方向に配置
   され、映像投写面にアルミニウム蒸着が施されたスクリ
   ーン板とを備えたことを特徴とする立体映像投写装置。
4. 【請求項４】 前記液晶プロジェクタと前記映像合成装
   置の光制御部材の界面との位置関係は、透過光を利用す
   る液晶プロジェクタの映像の偏光面が界面の入射面に対
   しＰ偏光となり、反射光を利用する方が界面の入射面に
   対しＳ偏光となるように構成したことを特徴とする請求
   項２又は３に記載の立体映像投写装置。
5. 【請求項５】 前記光制御部材は、ビームスプリッタ又
   はハーフミラーから構成されていることを特徴とする請
   求項１に記載の映像合成装置。
6. 【請求項６】 前記偏光制御部材は、１／２波長板で構
   成されていることを特徴とする請求項１に記載の映像合
   成装置。
7. 【請求項７】 前記１／２波長板は、緑色の波長を基準
   として構成されていることを特徴とする請求項５に記載
   の映像合成装置。