立体画像表示装置
【課題】画像のクロストークを低減し、高品質の画像を提示することが可能な立体画像表示装置を提供する。
【解決手段】立体画像表示装置は、少なくとも１つの第１の画像および少なくとも１つの第２の画像を提供するために用いる画像生成装置と、第１の画像および第２の画像を画像変換し、第１の可視スペクトルを有する第１のカラーフィルタ画像と、第２の可視スペクトルを有する第２のカラーフィルタ画像とへそれぞれ変換するカラー画像変換装置と、第１のカラーフィルタ画像および第２のカラーフィルタ画像を偏光し、第１の偏光状態を有する第１の偏光画像と、第２の偏光状態を有する第２の偏光画像とを有する偏光画像変換装置と、第１のメガネ型素子と、第２のメガネ型素子とを備える。
【解決手段】立体画像表示装置は、少なくとも１つの第１の画像および少なくとも１つの第２の画像を提供するために用いる画像生成装置と、第１の画像および第２の画像を画像変換し、第１の可視スペクトルを有する第１のカラーフィルタ画像と、第２の可視スペクトルを有する第２のカラーフィルタ画像とへそれぞれ変換するカラー画像変換装置と、第１のカラーフィルタ画像および第２のカラーフィルタ画像を偏光し、第１の偏光状態を有する第１の偏光画像と、第２の偏光状態を有する第２の偏光画像とを有する偏光画像変換装置と、第１のメガネ型素子と、第２のメガネ型素子とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本方法は、画像表示装置に関し、特に、３次元立体画像を表示することが可能な立体画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般の立体画像表示装置は、特定のメガネ型素子（ｅｙｅｗｅａｒ）を掛けた観察者の左右それぞれの目に少なくとも２つの異なる画像を提供する。一方、自動立体表示装置の場合、脳が融像を行い奥行きの感覚を得ることができるため、観察者はメガネ型素子を必要としない。観察者がこれらの表示装置を見るときの快適性は、左画像と右画像との間のクロストークと関係がある。クロストークが大きい場合、視覚上の誤った（偽影鏡）等価点を発生させ、これにより人間の視覚システムが混乱される虞があった。クロストークの許容度は、クロストーク閾値により決定され、提示される画像のコントラストと、表示される奥行き量により決定される。快適に見るには、１〜５％よりも小さいクロストークがしばしば必要とされ、一方０．５％よりも小さいクロストーク閾値が報告されている。クロストークの視覚効果は、画像コントラストの低下により低減されるが、画像性能が劣化し、場面のエッジ部分のコントラストが不明瞭となるため、立体画像効果が低下した。
【０００３】
現在まで、２色立体画像（ｔｗｏ ｃｏｌｏｒ ａｎａｇｌｙｐｈ）方式、シャッタメガネ方式、直交した偏光および多色を用いた立体画像方式等を含む多くの表示装置が開発されてきた。これら立体画像表示装置では、表示装置により提供される左目および右目の画像データを適宜画像変換した後に、メガネ型素子により復元させることができる。立体画像表示装置は、視聴者が多い場所で使用する状況に適している。一方、各視聴者へ分離した（メガネが必要ない）自動立体表示画像をそれぞれ提供することは経済的でなかった。
【０００４】
２色立体画像表示装置の品質は、一般にそれぞれの目に配置された広域スペクトルフィルタにより決定され、それぞれの目で見る限られた色域が提供される。脳は融像および画像の色差補償を若干行うが、提供された色域が両目間の差異に合致した適切な色彩および強度を提供しない場合、誤った深度の印象を与え、観察者に不快感を与えることがあった。
【０００５】
多色立体画像またはスペクトル選択システム（例えば、特許文献１）は、それぞれの目に相補櫛型スペクトル（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｃｏｍｂ ｓｐｅｃｔｒａ）を提示することにより２色立体画像の問題点を解決し、それぞれ異なるスペクトルの赤色、緑色および青色のデータがそれぞれの目で受取られる。この表示装置は、それぞれの目へフルカラー画像を伝達させることができ、ソースデータを処理することにより色域および強度間の差異を補償することができる。この表示装置のクロストークは、左目および右目のカラーバンド間のスペクトル分離能力（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ）により決定される。
【０００６】
スペクトルの適切な分離は、真空蒸着（等方性）干渉フィルタまたは偏光（複屈折）干渉フィルタにより達成することができる（例えば、特許文献２）。この表示装置のクロストーク性能は、画像変換および復元フィルタにより行われる分離の品質により決定される。等方性干渉フィルタは、クロストークを低減させることができるが、コストが高かった。さらにこれらのフィルタは好ましくない軸外からの観察に対し悪影響を与える。つまり、それぞれの目が見る画像のクロストーク、強度および色域は、メガネを透過する視野角に応じて変化する。
【０００７】
上述のメガネ型素子は、能動素子を有さない受動型である。シャッタメガネは、切替え可能素子を有する能動型メガネ型素子である。シャッタメガネは、時間領域（ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ）において左画像および右画像と同期したそれぞれの目の上でシャッターを開けたり閉めたりすることにより、左目と右目の画像を分離させることができる（例えば、特許文献３）。この表示装置は、高速反応ディスプレイシステム（例えば、テキサス・インスツルメンツ・インコーポレイテッドのＤＬＰ（登録商標）イメージャー）と合わせて使用すると、クロストークを低減させることができる。しかし、シャッターメガネは、高価で嵩張りやすく、付加的電源および同期装置を必要とし、環境光がシャッターメガネにちらつきを発生させることがあった。
【０００８】
偏光システムは受動型メガネを使用することができる（例えば、特許文献４）。この表示装置は、表示装置の偏光操作が、例えば、ＣＲＴやＤＬＰディスプレイなどの表示装置により生成された画像と同期するようにスイッチされる。観察者が掛けるメガネは直交偏光子であるため、それぞれの目は各画像を見ることができる。偏光システムが投影に用いられる場合、銀メッキされたスクリーンなどの偏光保持スクリーンを使用する必要があった。無彩色スイッチ（例えば、特許文献５）は、偏光回転が可視スペクトルに亘って実質上維持されるように保持する。そのため、システム性能は、偏光保持スクリーンにおける偏光解消により生成されるクロストークにより制限される。
【０００９】
デュアルプロジェクタ表示システム（例えば、特許文献６）は、シャッタメガネの光リークにより発生するクロストークの問題を克服することができる。２つのプロジェクタシステムは、プロジェクタのコストが高く、作動全体に亘りアライメント、強度および色域の要求に合致させることは困難であった。
【００１０】
図１を参照する。図１は、従来の立体表示システムを示す模式図である。画像プロジェクタ２，４は、それぞれの画像の一部を透過させるように構成した偏光子６，８を介して投影スクリーン１０に照射させる。偏光子６と偏光子８との出力偏光軸は直交している。投影スクリーン１０は、偏光保持特性を有し、受動型メガネ型素子１２，１４を掛けている観察者（図示せず）へ光を返す。メガネ型素子１２，１４は、偏光子６，８にそれぞれに合わせた偏光子を含む。
【００１１】
この表示装置のクロストーク性能は、投影スクリーンの反射率により制御される。例えば、２０：１の偏光解消率は、５％のクロストークを発生させる。このクロストークは、立体表示装置を使用する多くのユーザに視覚的なストレスを与え、特に高コントラスト画像の場合さらに高いストレスを与えることがあった。
【００１２】
図２を参照する。図２は、プロジェクタ１６が左画像および右画像を逐次生成させる時系列プロジェクタを示す模式図である。フィルタ１８は、切替え可能偏光回転子を含む。メガネ型素子は、順次フィルタ１２を介して左目データを透過させ、フィルタ１４を介して右目データを透過させる。
【００１３】
スペクトル選択システムにおいて、メガネ型素子はクロストークが許容可能な閾値よりも低くなるよう適切な処理（フィネス）ができるよう設計されている。左目スペクトルと右目スペクトルとの間のスペクトルのオーバーラップを消滅させることは重要である。等方性干渉フィルタは、高コストと、視野角の違いにより発生する異なったスペクトルとにより悪影響を受ける。つまり、観察者の目がメガネの中央位置から外れるに従い、スペクトルがシフトし、これにより輝度変化、色彩変化およびクロストークの増大がもたらされることがあった。また、このフィルタは、一般に真空コーティング装置で形成され、適切なスペクトル選択性を得るためには、正確に調整された多数層を蒸着させる必要があった。フィルタが高価であるということは、それらを頻繁に再使用しなければならないことを意味し、頻繁に繰り返して使用したり洗浄を行った場合、容易に擦傷が発生して画質が低減されることがあった。
【００１４】
左目画像と右目画像とを分離させる手段として偏光干渉フィルタだけを使用するメガネ型素子は、適当なスペクトル選択性を得るために多数の素子と組み合わされた複雑な位相差板スタック（ｒｅｔａｒｄｅｒ ｓｔａｃｋｓ）が必要となるため、高価となる欠点があった。
【００１５】
図３を参照する。図３は、従来の時系列スペクトル選択立体表示装置を示す模式図である。カラーフィルタ２０は、左目スペクトルおよび右目スペクトルを有する回転等方性干渉フィルタホイール（ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｌｔｅｒ ｗｈｅｅｌ）を含む。スペクトル出力は、プロジェクタ画像１６と同期されている。スクリーン２２は、非偏光保持スクリーンである。メガネ型素子２４，２６は、フィルタ２０のスペクトルと合致したスペクトルを有する等方性干渉フィルタを含む。カラーフィルタ２０の透過スペクトルは、透過度２８が波長３０に対してプロットされている図４に示される。第１のスペクトルには、青色、緑色および赤色の透過ピーク３２，３４，３６のそれぞれが含まれる一方、第２のスペクトルには、青色、緑色および赤色の透過ピーク３８，４０，４２がそれぞれ含まれる。
【００１６】
マルチキャビティ設計は誘電異方干渉フィルタ、ファブリ・ペローフィルタ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ ｆｉｌｔｅｒｓ）および金属誘電体フィルタを利用し、スペクトルクロストークが低い高画像分離効率を達成することができる。しかし、このフィルタは製造が高価であるため、一般に再利用しなければならなかった。ユーザ間に生物学的汚染が発生することを防ぐために、メガネを清潔にして再利用するフィルタには、擦傷が発生して画質を劣化させやすかった。さらに、このメガネは、軸外の視角に対してスペクトルピークがシフトする軸外可視制限（ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｖｉｅｗｉｎｇ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ）を有する。これは観察者の目がフィルタ２４，２６を介して軸外で観察すると、スペクトルのピークの位置がシフトすることを意味する。これにより、プロジェクタのピーク出力スペクトルが合致せずに、輝度が低減したり、第１のスペクトルフィルタを透過する光が第２のスペクトルに合致したりするため、画像のクロストークが増大することがある。
【００１７】
【特許文献１】米国特許第７００１０２１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０１８８７１１号明細書
【特許文献３】米国特許第４８８４８７６号明細書
【特許文献４】米国特許第４７９２８５０号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００６／０２９１０５３号明細書
【特許文献６】米国特許第７００２６１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そのため、従来のフィルタを使用する際に発生する、例えば、不十分な軸外視野、画像クロストーク、メガネを通して見る視野角によりそれぞれの目が見る強度および色域が変化することなどの問題点が発生することを防ぐために、画像表示能力が高く、製造コストが低い立体画像表示装置が求められていた。
【００１９】
本発明の目的は、画像のクロストークを低減し、高画質を提示することが可能な立体画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一実施形態による立体画像表示装置は、画像生成装置、カラー画像変換装置、偏光画像変換装置、第１のメガネ型素子および第２のメガネ型素子を含む。画像生成装置は、少なくとも１つの第１の画像および少なくとも１つの第２の画像を提供する。カラー画像変換装置は、第１の画像および第２の画像の変換を行い、第１の可視スペクトルを有する第１のカラーフィルタ画像と、第２の可視スペクトルを有する第２のカラーフィルタ画像とへそれぞれ変換し、第１の可視スペクトルは、第２の可視スペクトルと異なる。偏光画像変換装置は、第１のカラーフィルタ画像および第２のカラーフィルタ画像を偏光し、第１の偏光状態を有する第１の偏光画像と、第２の偏光状態を有する第２の偏光画像とへそれぞれ変換し、第１の偏光状態は第２の偏光状態と異なる。第１のメガネ型素子は、第１の偏光画像と第２の偏光画像とを区別し、第１の可視スペクトルと第２の可視スペクトルとを区別する第１の偏光干渉フィルタを有する。第２のメガネ型素子は、第２の偏光画像と第１の偏光画像とを区別し、第２の可視スペクトルと第１の可視スペクトルとを区別する第２の偏光干渉フィルタを有する。
【００２１】
本発明の一実施形態による立体画像表示装置は、画像生成装置、カラー画像変換装置および偏光画像変換装置を制御するために用いる制御装置をさらに備える。
【００２２】
第１のメガネ型素子は、第１の偏光干渉フィルタを用い、第１の可視スペクトルの一部と、第２の可視スペクトルのより少ない一部を透過させることが可能である。
【００２３】
同様に、第２のメガネ型素子は、第２の偏光干渉を用い、第２の可視スペクトルの一部と、第１の可視スペクトルのより少ない部分を透過させることが可能である。
【００２４】
本発明の他の実施形態によるマルチビュー（ｍｕｌｔｉ−ｖｉｅｗ）立体画像表示装置は、少ない画像のクロストークを有する高品質のマルチビュー立体画像を生成させることができる。
【００２５】
本発明の他の実施形態によるマルチビュー立体画像表示装置は、直視型表示装置を含む。直視型表示装置は、バックライトモジュール、表示パネルおよび複数の水平帯状領域を有する。バックライトモジュールは、バックライトを提供し、表示パネルは、第１の画像および第２の画像を表示し、表示パネルは、複数の表示領域を有してもよい。水平帯状領域のそれぞれは、表示領域上に配置されている。
【００２６】
本実施形態の偏光フィルタは、それぞれ少なくとも２つの偏光状態を有する第１の画像、第２の画像および第３の画像を濾過するように構成されている。そして、制御装置は、画像、対応した可視スペクトルおよび対応した偏光状態が同期するように構成されている。
【００２７】
さらに、第３のメガネ型素子は、カラーフィルタおよび第３の偏光干渉フィルタを有する偏光フィルタで濾過された第３の画像を変調させることができる。そのため、ユーザは、３Ｄ立体画像を提供するために必要な深さ量を選択することができる。
【００２８】
表示装置は、マルチビュー画像を提供することが可能であるため、観察者は、２Ｄ画像、低深度画像または高深度画像を選択して見ることができる。有利には、ユーザは、直視型表示装置を調整して見るときに快適性を得ることができる。
【００２９】
第２の実施形態において、表示装置は、偏光画像を変調させることが可能な位相差板スタックを有するメガネ型素子へ連続した偏光カラーフィルタ画像を提供することが可能である。この表示装置は、多数の視聴者が見るのに非常に適している。そのため、本発明は、安価な受動型メガネおよび単純な偏光干渉フィルタを使用して低画像クロストークおよび広視野角を得る立体画像表示装置を提供する目的を達成することができる。
【００３０】
実際の偏光保持スクリーン（ｒｅａｌ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ ｓｃｒｅｅｎ）は、斜め光線偏光解消（ｓｋｅｗ ｒａｙ ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）と、表面散乱と、スクリーンの製作で用いられる可塑剤による偏光解消効果の悪影響があった。上述の実施形態の立体画像表示装置は、スクリーンなどの画像のクロストークを閾値以下に維持することが可能である。
【００３１】
本発明の特長は、スクリーンの反射プロファイルが修正され、スクリーンゲインの低減と、スクリーン上のホットスポットの低減できる点とを言ってもよい。スクリーンゲインの低減は、スクリーンによる偏光解消を増大させるかもしれないが、本実施形態の立体画像表示装置は、画像のクロストークを閾値以下に維持させることができる。このスクリーンは、例えば、２Ｄ投影モードで使用するときに、許容度の高い機能を提供することができる。
【００３２】
直線偏光メガネ型素子は、ヘッドチルトが原因のために、増大された画像のクロストークに対して敏感である。この問題を解決するために、ヘッドチルトを伴う色度効果を発生させる円偏光子を一般に形成する。
【００３３】
上述の実施形態のメガネ型素子は、入力偏光子および出力偏光子と、スタック中の少数の位相差板をそれぞれ含むため、２つのメガネのスペクトル透過が異なる。単純な位相差板スタックは、従来のシステムに必要だった複雑な位相差板スタックに比べて製造コストが安い。低画像クロストークは、互いに垂直に配置された２つのメガネの入力偏光子と、第１の画像および第２の画像の偏光濾過動作により部分的に達成することができる。各ピークの透過スペクトルの幅が、従来の複雑な位相差板スタックよりも広いために、フィルタを透過する視野角が変化し、透過スペクトルが偏移しても表示装置のそれぞれの画像データのスペクトル出力が有するオーバーラップを許容範囲内に維持させることができる。
【００３４】
また、スクリーンおよび上述の偏光子により発生する偏光解消は、偏光干渉フィルタのスペクトル選択により補償することができる。本発明の一実施形態では、スペクトル角度性能（ｓｐｅｃｔｒａｌ ａｎｇｕｌａｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）をさらに向上させ、従来のシステムよりも簡単な広域位相差板スタックアーキテクチャ（ｗｉｄｅ−ｆｉｅｌｄ ｒｅｔａｒｄｅｒ ｓｔａｃｋ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ）を使用し、メガネ型素子のコストを低減させることができる。そのため、ヘッドチルトに対するメガネ型素子の感度が低減される。
【００３５】
メガネ型素子に入るそれぞれのビューからの光の偏光分離と、メガネ型素子に入る光のスペクトルオーバーラップは、それぞれ画像を快適に見ることができる閾値の許容範囲を超える。例えば、各カラーチャネル（赤色、緑色または青色）の輝度クロストークは１％を超え、偏光効果の各カラーチャネルの輝度は２％を超え、色選択効果の各色チャネルの輝度は５％を超える。つまり、観察される画像のクロストークは、クロストークの許容閾値よりも低く、例えば、各カラーチャネルの輝度の１％かそれ以下である。
【００３６】
この表示装置は、高性能偏光スイッチ、高性能銀メッキスクリーンまたは高性能等方性干渉または複雑な位相差板スタック偏光干渉カラー選択メガネ型素子を使用する必要がない。このシステムは、直線偏光フィルタを用いてヘッドチルトにより発生するクロストークの変化に対する許容度が高く、視野角を向上させることができる。
【００３７】
スクリーンのクロストークは、スキュー光線偏光解消、表面汚染による表面散乱、スクリーン表面を形成するために用いるバインダおよび可塑材料により発生する。銀メッキスクリーンは、画像にホットスポットを発生させる高スクリーンゲインが発生しやすい。しかし、上述の実施形態で提供される立体画像表示装置は、スクリーンの偏光性能の必要性を低減させ、安価なメガネ型素子で画像のクロストークを低く維持することが可能である。この方法により、ホットスポットの視認性を低減させるなど、スクリーンの画像性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の立体画像表示装置は、画像のクロストークを低減し、高品質の画像を提示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の一実施形態による立体画像表示装置は、コンピュータモニタ、プロジェクションシステム、デジタルシネマを含むシネマ、ゲーム装置、プロ用表示装置、３ＤＴＶなどに利用することができる。以下の実施形態では、特定の光学アーキテクチャおよび技術を用いて適切なメガネ型素子を利用した高性能のプロジェクションシステムおよび直視型表示装置に関する。
【００４０】
スペクトル選択立体画像表示装置のクロストークは、左目および右目のそれぞれ異なるスペクトル帯域のオーバーラップにより決定され、左目で右目画像データを見て、右目で左目画像データを見る。そのため、クロストークを低減させるために、左目画像と右目画像との間のスペクトルオーバーラップを最小に抑える必要があった。
【００４１】
ここで、トータルスペクトルオーバーラップ（ｔｏｔａｌ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｏｖｅｒｌａｐ）とは、スペクトルフィルタを通過した不正確なスペクトルと正確なスペクトルとの輝度比率と定義することができる。チャンネルスペクトルオーバーラップ（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｏｖｅｒｌａｐ）とは、単色の波長帯（赤色、緑色または青色）内の不正確なスペクトルと正確なスペクトルとの輝度比率と定義することができる。平均スペクトルオーバーラップとは、３つの単色の波長帯の各波長帯間のチャンネルスペクトルオーバーラップの平均値である。この値は、照明特性を考慮する。
【００４２】
（第１実施形態）
図５は、本発明の第１実施形態によるプロジェクターを有する立体画像表示装置を示す模式図である。立体画像表示装置は、少なくとも１つの左画像と少なくとも１つの右画像を提供することが可能な画像生成装置（例えば、プロジェクタ４３）と、左画像および右画像を第１の可視スペクトルを有するカラーフィルタ処理された左画像と、第２の可視スペクトルを有するカラーフィルタ処理された右画像とにそれぞれ画像変換（エンコーディング）することが可能なカラー画像変換（エンコーディング）装置（例えば、スペクトル選択フィルタ４６）と、カラーフィルタ処理左画像およびカラーフィルタ処理右画像を第１の偏光状態を有する偏光左画像と、第２の偏光状態を有する偏光右画像とへそれぞれ偏光させることが可能な偏光画像変換（エンコーディング）装置（例えば、切替え可能偏光回転子４８）と、偏光右画像から偏光左画像を識別し、第２の可視画像スペクトルから第１の可視画像スペクトルを識別する左メガネ型素子５２と、偏光左画像から偏光右画像を識別し、第１の可視スペクトルから第２の可視スペクトルを識別する右メガネ型素子５４と、を含む。第１の可視スペクトルは第２の可視スペクトルと異なり、第１の偏光状態は第２の偏光状態と異なる。
【００４３】
カラー画像変換装置およびスペクトル選択メガネ型素子を用い、第１の可視スペクトルおよび第２の可視スペクトルを分離すると、分離において許容可能なクロストークレベルを提供するかもしれない。しかし、立体画像表示装置は、偏光画像変換装置とカラー画像変換装置を、偏光選択およびスペクトル選択素子を含む低コストのメガネ型素子と共に用いることにより、さらにクロストークをクロストーク閾値よりも低くなるように低減させることが可能である。
【００４４】
プロジェクタ４６は、コントローラ４４から受信した制御信号と同期したフィールドシーケンシャル方式を用いて左画像および右画像を生成させる。コントローラ４４は、スペクトル選択フィルタ４６および切替え可能偏光回転子４８を制御する。
【００４５】
左画像は、第１の位相に応じて生成された後、左画像の光がスペクトル選択フィルタ４６および切替え可能偏光回転子４８を透過する。その後、フィルタ処理された光が部分偏光保存特性（ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を有するスクリーン５０上に投影され、反射光が左メガネ型素子５２および右メガネ型素子５４に案内される。以下、スペクトル選択フィルタ４６、切替え可能偏光回転子４８、左メガネ型素子５２および右メガネ型素子５４について具体的に説明する。
【００４６】
スペクトル選択フィルタ４６は、等方性干渉フィルタを利用し、低レベルの波長帯のオーバーラップおよび低レベルのクロストークを得てもよい。等方性干渉フィルタは、１つのディスク上に配置された２つの領域を有し、シーケンシャルスペクトル選択方式に応じて作動するプロジェクタ４６の光路で回転するように構成されている。他方、スペクトル選択フィルタ４６には、スペクトルの適当な分離を達成するために、代替的に複屈折干渉フィルタを用いてもよい。
【００４７】
図６は、図５のプロジェクタの切替え可能偏光回転子を示す模式図である。切替え可能偏光回転子４８は、無彩色プッシュプル偏光回転子（ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｏｔａｔｏｒ）でもよい。無彩色プッシュプル偏光回転子の構成では、順次、直線入力偏光子６２、１／２波長回転子６３、位相差板スタック６８、動的配置層（ｄｙｎａｍｉｃ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ）および位相差板スタック９０を含む。動的配置層は、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４と、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４と実質上逆位相である第２のゼロツイストネマチック液晶層８８と、を含む。位相差板スタック６８，９０は、それぞれ位相差フィルムなどの位相差板を有する。前述の位相差板スタックは、位相差板スタックの特定の光学機能に応じ、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４または第２のゼロツイストネマチック液晶層８８の任意の一側に位置する。直線入力偏光子６２は直線偏光子であり、位相差板スタック６８および位相差板スタック９０の両方は、残留位相差を補償するように配置されている。位相差板スタック６８，９０は、位相差を有する液晶層７４、８８に対し、高電圧状態でネマチック液晶モードの残留リターダンスを補償するように設定された直交位相差フィルム７０，７２および９２，９４をそれぞれ含む。
【００４８】
本実施形態において、１／２波長回転子６３は、リターダ（位相差板）である１／２位相差フィルム６４および１／２位相差フィルム６６を含み、１／２位相差フィルム６４と１／２位相差フィルム６６とは所定角度を形成して分散を低減させ、後続の位相差フィルムの色分散の必要性に合致する。さらに１／２波長回転子６３中には、立体画像表示装置の色度をさらに向上させるために、位相差フィルム（図示せず）が付加されてもよい。第１のゼロツイストネマチック液晶層７４は、左画像に応じて高リターダンスモード（低電圧）を提供し、右画像に応じて低リターダンスモード（高電圧）を提供するように配置されている。第２のゼロツイストネマチック液晶層８８は、左画像に応じて低リターダンスモード（高電圧）を提供し、右画像に応じて高リターダンスモード（低電圧）を提供するように配置されている。
【００４９】
位相差板スタック６８は、互いに直交するように配置された位相差フィルム７０，７２を含んでもよい。位相差板スタック９０は、互いに直交するように配置された位相差フィルム９２と位相差フィルム９４とを含んでもよい。位相差フィルム７０，７２，９２，９４は、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４および第２のゼロツイストネマチック液晶層８８に対応するように位置合わせされ、高電圧状態でそれら２つのゼロツイストネマチック液晶層の抑制効果を補償することができる。
【００５０】
位相差フィルムは、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４および第２のゼロツイストネマチック液晶層８８の両側に配置させることができるため、位相差板スタック６８と、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４に隣接され、１／２位相差フィルム７８，８０を有するおよび位相差板スタック７６と、位相差板スタック９０と、第２のゼロツイストネマチック液晶層８８に隣接した１／２位相差フィルム８４，８６を有する位相差板スタック８２と、が協働して広視野角を得ることができる。
【００５１】
第1実施形態において、切替え可能偏光回転子４８は、低スペクトル拡散を有する左画像および右画像に応じて実質上±４５度の回転を提供することが可能である。直線入力偏光子６２の偏光角は０度であり、１／２波長回転子６３は、入力偏光子６２と位置合わせされ、偏光子６２からの偏光状態を約１１１．５度まで回転させることが可能である。第１のゼロツイストネマチック液晶層７４の軸は１５８．５度であり、第２のゼロツイストネマチック液晶層８８の軸は１１１．５度に位置合わせされる。第１のゼロツイストネマチック液晶層７４および第２のゼロツイストネマチック液晶層８８は、右画像および左画像に応じて逆位相で動作し、例えば、一方の層が緩和（ｒｅｌａｘ）されて他方の層が駆動されるか、或いはその逆である。
【００５２】
ある状況において、位相差フィルム９８，１００を有する広帯域１／４波長板９６が切替え可能偏光回転子４８の出射光側の前方に位置し、色彩性能に類似した無彩色円偏光効果を図６の広帯域スタック層６２，６３，６８，７４，７６，８２，８８，９０へ提供する。
【００５３】
図７は、図６の切替え可能偏光回転子により提供される軸上スペクトルを示すグラフである。左画像および右画像の消去レベルに対応したそれぞれの曲線１０２および曲線１０４は、可視スペクトルに亘り類似するように示され、偏光によるクロストークが左目および右目と名目上同じ色度を有する。
【００５４】
スクリーン５０により生成される右画像と左画像との間の偏光コントラストの低下は、以下で説明するように左メガネ型素子５２および右メガネ型素子５４により補償することができる。図８Ａは、第１実施形態による左メガネ型素子を示す模式図である。左メガネ型素子５２および右メガネ型素子５４は、それぞれ図８Ａに示す偏光干渉フィルタを含む。偏光干渉フィルタは、メガネ型素子の入力偏光子１０６がスクリーンからの光を受取り、入力偏光子１０６の透過軸が左画像の切替え可能偏光回転子４８の偏光軸と位置合わせされるように構成されている。出力偏光子１０８は、観察者が見る左画像を偏光させ、入力偏光子１０６と直交するように配置されている。入力偏光子１０６と出力偏光子１０８との間の位相差板スタックは、入力偏光子１０６に対して４５度に位置合わせされた同一の位相差フィルム１１０，１１４を有し、位相差フィルム１１２が位相差フィルム１１０と位相差フィルム１１４との間に挟設され、入力偏光子と平行に並んでいる。本発明の一実施形態では、位相差フィルム１１２は、リタデーション（位相差）が少ない１／４波長を提供することが可能である。また、位相差フィルム１１０，１１４は同じものでもよい。
【００５５】
図９Ａに示すように、適切な遅延を利用し、位相差板スタックにより軸上透過スペクトル１３５を生成してもよい。
【００５６】
本発明は、有利には偏光干渉低次リップルフィルタ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｌｏｗ ｏｒｄｅｒ ｒｉｐｐｌｅ ｆｉｌｔｅｒ）を直交入力偏光子と組み合わせ、低コストでメガネに対するクロストークを低減させることができる。スペクトル選択フィルタ４６により処理された左画像のスペクトルは、最大透過率で区別される青色領域１２６、緑色領域１２８および赤色領域１３０を含む。領域１２６，１２８，１３０を有するスペクトル１３７のオーバーラップを見ることができる。同様に、領域１３２，１３４，１３６のスペクトル１３５のオーバーラップが発生する。
【００５７】
低次リップルフィルタの実施は、軸上透過スペクトル１３５の中で、青色領域１２６、緑色領域１２８、赤色領域１３０の外にピーク１２９，１３１，１３３が存在する。特に、これらスペクトルピークの値は、軸上透過スペクトル１３５の最大値の５％よりも大きい。他の実施形態では、各メガネ型素子中に少なくとも４つのスペクトルピークを含み、低次リップルフィルタを実施するメガネ型素子を有する軸上伝達スペクトルに亘る６つ以上のスペクトルピークが存在する可能性がある。
【００５８】
第１の青色波長帯スペクトルクロストークは、波長の最大値１２９付近の光線により決定され、緑色波長帯スペクトルクロストークは、波長の最大値１３１付近の光線により決定され、赤色波長帯スペクトルクロストークは、波長の最大値１３３付近の光線により決定される。青色チャネル中の第１の画像の輝度は、例えば、軸上透過スペクトル１３５と、青色領域１２６中のスペクトルを有する表示装置からの光とのオーバーラップにより、計算することができる。
【００５９】
図５の右メガネ型素子５４は、図８Ｂに示されている。右メガネ型素子は、第２の偏光干渉フィルタを有する。第２の偏光干渉フィルタは、入力偏光子１１６と、位相差フィルム１２０，１２２，１２４を有する位相差板スタックと、を含む。一実施形態において、位相差フィルム１２０，１２２，１２４は、位相差フィルム１１０，１１２，１１４と同じ光学特性を有してもよい。出力偏光子１１８は、出力偏光子１０８と平行である。図９Ｂに示すように、軸上透過スペクトル１３７は、右メガネ型素子により提供される。スペクトル選択フィルタ４６により処理された右画像のスペクトルは、最大透過率で区別された青色領域１３２、緑色領域１３４および赤色領域１３６を含む。青色領域１２６と青色領域１３２との間と、緑色領域１２８と緑色領域１３４との間と、赤色領域１３０と赤色領域１３６との間とには、それぞれオーバーラップ部分が存在する。
【００６０】
第１および第２の干渉フィルタの出力偏光子１０８，１１８は、通常それぞれの入力偏光子１０６，１１６に対して直交または平行である。しかし、入力偏光子および出力偏光子は、代替的に他の相対角度にすることもできる。位相差板スタック１１０，１１２，１１４と、位相差板スタック１２０，１２２，１２４とは、必要に応じて調整することができる。この構成により、有利にそれぞれの偏光干渉フィルタのスペクトル区別特性を微調整するために用いることができる。それぞれの位相差板スタックのリターダンスにより、入力偏光子と出力偏光子との間の角度を４５度などに調整してもよい。
【００６１】
図８Ａ〜図８Ｄを参照する。図８Ａおよび図８Ｃに示すように、位相差板（リターダ）１０１は、左メガネ型素子の入力偏光子１０６の受光側に配置され、図８Ｂおよび図８Ｄに示すように、位相差板１０３は、右メガネ型素子の入力偏光子１１６の受光側に配置されてもよい。この位相差板は、円偏光画像変換装置と組み合わせて使用することにより、システムが伝送する影像をヘッドチルトを許容する円偏光にすることができる。立体画像表示装置により、直交した円偏波を有する左画像および右画像を処理することができる。位相差板１０１，１０３は、１／４波長板位相差フィルムまたは位相差板スタックでもよく、広帯域無彩色１／４波長板を提供することができる。位相差板１０１と直線偏光子１０６および位相差板１０３と直線偏光子１１６の組み合わせにより、円偏光子を定義することができる。円偏光子の透過軸は、直線偏光の透過軸を定義することができる。
【００６２】
しかし、図８Ａおよび図８Ｂの左メガネ型素子と右メガネ型素子との間のクロストークは、クロストーク閾値を超えるが、入力偏光子１０６および入力偏光子１１６により提供された交差された偏光状態は、左メガネ型素子とメガネ型素子との間のクロストークをクロストーク閾値よりも低くなるまで低減させることが可能である。
【００６３】
他の実施形態では、出力偏光子１１８を入力偏光子１１６に対して直交に配列し、位相差フィルム１１０，１１２，１１４の厚さを調整すると、図９Ｃに示すように軸上透過スペクトル１３９を得ることができる。軸上透過スペクトル１３９と、青色領域１３２、緑色領域１３４および赤色領域１３６との間にはオーバーラップ部分が存在する。青色領域１３２、緑色領域１３４および赤色領域１３６と間のオーバーラップ部分と比べ、青色領域１２６、緑色領域１２８および赤色領域１３０を有する軸上透過スペクトル１３９とのオーバーラップ部分は小さい。
【００６４】
従って、右メガネ型素子は、青色領域１３２、緑色領域１３４および赤色領域１３６を有する右可視スペクトルの大部分を透過させ、右メガネ型素子は、青色領域１２６、緑色領域１２８および赤色領域１３０を有する左可視スペクトルの少量（０ではない）を透過させる。
【００６５】
同様に、左メガネ型素子は、青色領域１２６、緑色領域１２８および赤色領域１３０を有する第１の可視スペクトルの大部分を透過させ、左メガネ型素子は、青色領域１３２、緑色領域１３４および赤色領域１３６を有する第２の可視スペクトルの少量（０ではない）を透過させる。
【００６６】
反対のコーディングスペクトルの透過の少量部分は、許容できないクロストークレベルを個別に提供することができるが、画像の偏光画像変換とは、低コストメガネ型素子を使用してクロストーク閾値よりも低いクロストークを得ることができることを意味する。
【００６７】
立体画像表示装置の色度は、青色領域１２６，１３２、緑色領域１２８，１３４および赤色領域１３０，１３６を考慮して決定することができる。
【００６８】
他の実施形態において、フィルタ４６は、回転カラーフィルタホイールを含んでもよい。この回転カラーフィルタホイールは、４つの空洞をそれぞれ有する２つの等方性カラーフィルタ領域を含む。フィルタ４６は、第１の可視スペクトルと第２の可視スペクトルとの間に１０００：１の軸上分光分離能力（ｏｎ−ａｘｉｓ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ）を有する。カラーフィルタは、真空蒸着法により製造される。図７に示すように、無彩色プッシュプル直線偏光回転子（ａｃｈｒｏｍａｔｉｓｅｄ ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｏｔａｔｏｒ）は、出力偏光状態を修正する切替え可能偏光回転子４８と代替して用いてもよい。プッシュプル偏光回転子も直線かつ無彩色である。偏光画像がその上に照射されるスクリーンは、２０：１の反射コントラスト比を有する。そのため、それぞれのメガネ型素子の偏光子が互いに垂直に整列され、左画像と右画像との間のクロストークは約５％となる。図９Ａおよび図９Ｃに示すように、図８Ａおよび図８Ｂの各メガネ型素子の平均スペクトルオーバーラップは、それぞれ約６％と１２％である。プロジェクタ、スペクトル選択フィルタおよび切替え可能偏光回転子を動作させた場合、左画像および右画像の平均的なシステムのクロストークをそれぞれ０．３％と０．６％まで低減させることができる。クロストーク閾値が１％である場合、実施形態中の平均スペクトルオーバーラップは、閾値よりも大きい一方、平均システムクロストークが可視要件に合致する。そのため、立体画像表示装置は、低コストのメガネ型素子で高品質の立体画像を提供することができる。
【００６９】
当然、フィルタ性能をいくらか強化した場合、フィルタオーバーラップを低減させることができるが、同時に付加的リターダ層およびメガネのコストが増大してしまう虞があった。他の実施形態では、青色領域１２６，１３２、緑色領域１２８，１３４、赤色領域１３０，１３６の幅を低減させることにより、これらの領域のピークを除去してクロストークを向上させ、軸上透過スペクトル１３５，１３７とオーバーラップすることを防ぐことができる。
【００７０】
他の実施形態では、青色カットオフフィルタ（ｂｌｕｅ ｃｕｔ−ｏｆｆ ｆｉｌｔｅｒ）または適切な位相差板スタックを配列し、青色領域の周囲に隣接したピークを実質上除去し、メガネ型素子により青色のチャネルスペクトルオーバーラップを向上させることができる。例えば、図８Ｃに示すように、出力偏光子１０９が出力偏光子１０８の出射光側に挿入され、位相差フィルム１０７が出力偏光子１０８と出力偏光子１０９との間に挿入されている。同様に、図８Ｄに示すように、出力偏光子１１５が出力偏光子１１８の出射光側に挿入され、位相差フィルム１１１が出力偏光子１１８と出力偏光子１１５との間に挿入されている。
【００７１】
透過のスペクトル特性を定義する位相差板は、スペクトル位相差板と呼ばれる一方、位相差板全体の視野範囲を向上させるために挿入される付加的位相差板は、広角位相差板と呼ばれる。これら位相差の機能を結合させることにより、機能全体を強化させることができる。本実施形態では、メガネ型素子の偏光干渉フィルタが低次リップルフィルタ（ｌｏｗ ｏｒｄｅｒ ｒｉｐｐｌｅ ｆｉｌｔｅｒ）および偏光子を含む位相差板スタックが直交に配置されているため、低コストでクロストークを低減させる立体画像表示装置を製造することが可能である。
【００７２】
図１０を参照する。図１０は、本発明の第１実施形態による２つのプロジェクタを有する立体画像表示装置を示す模式図である。立体画像表示装置では、プロジェクタ４５ａおよびプロジェクタ４５ｂを用いて、後にスクリーン５０上に投影される左画像および右画像を生成する。色彩画像変換装置５５，５８および偏光画像変換装置５６，６０は、所定位置に固定され、左画像および右画像の輝度が増大される。
【００７３】
本実施形態による立体画像表示装置は、プロジェクタ４５ａ，４５ｂのロバスト性アライメント（ｒｏｂｕｓｔ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）およびマッチングが必要である。さらに、左画像および右画像のシーケンスが連続的に表示されると、プロジェクタ４５ａおよびプロジェクタ４５ｂにより提供されるちらつきアーチファクトが観察者に対する感度が低い。色彩画像変換装置５５および偏光画像変換装置５６は、プロジェクタ４５ａの光路内に位置決めされ、色彩画像変換装置５８および偏光画像変換装置６０は、プロジェクタ４５ｂの光路内に位置決めされ、偏光画像変換装置５６，６０は、それぞれのプロジェクタの異なる出力偏光状態を含んでもよい。
【００７４】
図１１Ａを参照する。図１１Ａは、本発明の第２実施形態による直視型の立体画像表示装置を示す模式図である。直視型表示装置は、光源１４２および光源１４４を有するバックライトモジュール１４０を含む。光源１４２および光源１４４は、それぞれ第１および第２の可視スペクトルを有する光を生成させる。光源１４２および光源１４４は、偏光干渉選択効果を強化するＬＥＤ、偏光子および位相差板スタックを含んでもよい。他の実施形態では、調整されたレーザ源を光源１４２および光源１４４として代替的に用いてもよい。
【００７５】
高速反応透過ディスプレイ１４６（例えば、曲げ補償液晶表示装置）は、バックライトモジュール１４０から光を受取り、光源１４２および光源１４４の作動と同期し、画像を提示する。高速反応透過ディスプレイ１４６は、左画像および右画像へそれぞれ光源１４２および光源１４４から放射された光を伝送させることが可能である。
【００７６】
直視型表示装置は、出力偏光子１４７および偏光スイッチ１４８をさらに含む。偏光スイッチ１４８は、出力偏光子１４７の前に位置し、高速反応透過ディスプレイ１４６、光源１４２および光源１４４と同期で動作する。上述したように、直視型表示装置のメガネ型素子１５０およびメガネ型素子１５２の両方は、直交するように配置された偏光子と、左画像と右画像のスペクトル分離の偏光干渉フィルタとを有する。シャッタが配置された偏光スイッチ１４８を水平帯状領域１５４〜１６２中に配置し、従来技術で処理された画像データと同期された高速反応透過ディスプレイ１４６により生成されるシーケンス画像をスイッチする。
【００７７】
第２実施形態の直視型表示装置は、対応する画像の選択性を向上させることができる。メガネ型素子１５０およびメガネ型素子１５２として少量の位相差フィルムを用い、クロストークが低減された直視型表示装置を低コストで製造することができる。
【００７８】
図１１Ｂを参照する。図１１Ｂは、本発明の第２実施形態による直視型の立体画像表示装置を示す模式図である。本実施形態では、直視型表示装置は放射型表示装置１６４を含む。表示装置からの光は、スペクトル選択フィルタ１６６および切替え可能偏光回転子１６８上に照射される。切替え可能偏光回転子１６８は、位相差板スタック、偏光スイッチ、入力偏光および出力偏光を有する。偏光スイッチ１４８は、切替え可能偏光回転子１６８の正面に位置し、放射型表示装置１６４、スペクトル選択フィルタ１６６および切替え可能偏光回転子１６８と同期して動作する。スペクトル選択フィルタ１６６および切替え可能偏光回転子１６８は、異なる可視スペクトルおよび偏光状態を有する連続した左画像および右画像を生成するために構成され、上述したように、観察者は、メガネ型素子１５０およびメガネ型素子１５２により立体画像を見ることができる。
【００７９】
図１２Ａを参照する。図１２Ａは、本発明の第３実施形態によるマルチビュー立体画像表示装置の第１のセットのメガネ型素子を示す模式図である。第３実施形態において、第１のセットのメガネ型素子は、偏光干渉フィルタをそれぞれ含む第１のメガネ型素子および第２のメガネ型素子を有する。第１のメガネ型素子は、第１の偏光状態および第１の可視スペクトルを有する画像を伝送させるために協働で用いる入力偏光子１７０、位相差板スタック１７２および出力偏光子１７４を含む。第２のメガネ型素子は、出力偏光子１７６、位相差板スタック１７８および出力偏光子１８０を含む。出力偏光子１７６の透過軸は、入力偏光子１７０の透過軸に対して直角に配置される。位相差板スタック１７８は、位相差板スタック１７２と同じ特性を有し、直交した方向に配置される。そのため、観察者は、同じ可視スペクトルを有する直角に偏光された画像を見ることができる。
【００８０】
図１２Ｂを参照する。図１２Ｂは、本発明の第３実施形態によるマルチビュー立体画像表示装置の第２のセットのメガネ型素子を示す模式図である。第２のセットのメガネ型素子は、それぞれ偏光干渉フィルタを含む第１のメガネ型素子および第３のメガネ型素子を有する。第３のメガネ型素子は、入力偏光子１７０に対して直交する方向に配置された入力偏光子１８２と、位相差板スタック１８４と、出力偏光子１８６と、を含み、これは図１２Ａのメガネ型素子により伝送される可視スペクトルと異なる第２の可視スペクトルを有し、偏光子１７６により伝送されるのと同じ偏光状態の画像を協働で伝送させる。
【００８１】
本実施形態において、第１のセットおよび第２のセットのメガネ型素子に対応した立体画像表示装置は、３つの画像を生成させることが可能である。第１の可視スペクトルおよび第１の偏光状態を有する第１の画像は、第１のメガネ型素子を透過し、第１の可視スペクトルおよび第２の偏光状態を有する第２の画像は、第２のメガネ型素子を透過し、第２の可視スペクトルおよび第２の偏光状態を有する第３の画像は、第３のメガネ型素子を透過する。第２の偏光状態は、第１の偏光状態に対して直交した状態である。この方式により、３つの画像が観察者に伝えられる。本発明の特長として観察者は、３Ｄ画像の奥行き効果を選択することができる。
【００８２】
例えば、大人に対しては、奥行き感が大きい画像が好ましい一方、（両目の間隔が狭い）子供は奥行き感が小さい画像を見ることが好ましいとされている。また経験を有するユーザは、高深度画像を好み、経験の少ないユーザは、快適性が高い低深度画像を見ることを好む。第１の画像が一般の画像である一方、第２の画像および第３の画像は、異なる視差を視聴者に提供する。本発明の特長としてこれら第２の画像および第３の画像の視差が小さいため、これら２つの画像チャネル間の高いクロストークは許容範囲内にある。この方法を用いると、スペクトルフィルタが高いリップルを得て、装置のコストを低減させることができる。
【００８３】
さらに、観察者が２Ｄ画像を見たいときは、両目に同じフィルタを掛けてもよい。また第１のメガネ型素子および第２のメガネ型素子は、２セットの立体画像を表示するために、異なる透過スペクトルを有してもよい。
【００８４】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】従来の固定偏光フィルタを使用した投影システムを示す模式図である。
【図２】従来の切替え可能偏光回転子を使用した投影システムを示す模式図である。
【図３】従来のカラーフィルタを使用した投影システムを示す模式図である。
【図４】図３のカラーフィルタの透過スペクトルを示す模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるプロジェクタを有する立体画像表示装置を示す模式図である。
【図６】図５のプロジェクタの切替え可能偏光回転子の構造を示す模式図である。
【図７】図６の切替え可能偏光回転子により提供される軸上スペクトルを示すグラフである。
【図８Ａ】本発明の第１実施形態による左メガネ型素子の一例を示す模式図である。
【図８Ｂ】本発明の第１実施形態による右メガネ型素子の一例を示す模式図である。
【図８Ｃ】本発明の第１実施形態による左メガネ型素子の他例を示す模式図である。
【図８Ｄ】本発明の第１実施形態による右メガネ型素子の他例を示す模式図である。
【図９Ａ】図８Ａのメガネ型素子により提供される軸上透過スペクトルを示すグラフである。
【図９Ｂ】図８Ｂのメガネ型素子により提供される軸上透過スペクトルを示すグラフである。
【図９Ｃ】図８Ｂのメガネ型素子により提供される軸上透過スペクトルを示すグラフである。
【図１０】本発明の第１実施形態による２つのプロジェクタを有する立体画像表示装置を示す模式図である。
【図１１Ａ】本発明の第２実施形態による直視型の立体画像表示装置の一例を使用するときの状態を示す模式図である。
【図１１Ｂ】本発明の第２実施形態による直視型の立体画像表示装置の他例を使用するときの状態を示す模式図である。
【図１２Ａ】本発明の第３実施形態によるマルチビュー立体表示装置の第１のセットのメガネ型素子の一例を示す模式図である。
【図１２Ｂ】本発明の第３実施形態によるマルチビュー立体表示装置の第２のセットのメガネ型素子の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８６】
２ 画像プロジェクタ
４ 画像プロジェクタ
６ 偏光子
８ 偏光子
１０ 投影スクリーン
１２ メガネ型素子
１４ メガネ型素子
１６ プロジェクタ
１８ フィルタ
２０ カラーフィルタ
２２ スクリーン
２４ メガネ型素子
２６ メガネ型素子
２８ 伝達光強度
３０ 波長
３２ 赤色透過ピーク
３４ 赤色透過ピーク
３６ 赤色透過ピーク
３８ 赤色透過ピーク
４０ 赤色透過ピーク
４２ 赤色透過ピーク
４３ プロジェクタ
４４ コントローラ
４５ａ プロジェクタ
４５ｂ プロジェクタ
４６ スペクトル選択フィルタ
４８ 切替え可能偏光回転子
５０ スクリーン
５２ 左メガネ型素子
５４ 右メガネ型素子
５５ 色彩画像変換装置
５６ 偏光画像変換装置
５８ 色彩画像変換装置
６０ 偏光画像変換装置
６２ 直線入力偏光子
６３ １／２波長回転子
６４ １／２位相差フィルム
６６ １／２位相差フィルム
６８ 位相差板スタック
７０ 直交位相差フィルム
７２ 直交位相差フィルム
７４ 第１のゼロツイストネマチック液晶層
７６ 位相差板スタック
７８ １／２位相差フィルム
８０ １／２位相差フィルム
８２ 位相差板スタック
８４ １／２位相差フィルム
８６ １／２位相差フィルム
８８ 第２のゼロツイストネマチック液晶層
９０ 位相差板スタック
９２ 位相差フィルム
９４ 位相差フィルム
９６ 広帯域１／４波長板
９８ 位相差フィルム
１００ 位相差フィルム
１０１ 位相差板
１０２ 曲線
１０３ 位相差板
１０４ 曲線
１０６ 入力偏光子
１０７ 位相差フィルム
１０８ 出力偏光子
１０９ 出力偏光子
１１０ 位相差フィルム
１１１ 位相差フィルム
１１２ 位相差フィルム
１１４ 位相差フィルム
１１５ 出力偏光子
１１６ 入力偏光子
１１８ 出力偏光子
１２０ 位相差フィルム
１２２ 位相差フィルム
１２４ 位相差フィルム
１２６ 青色領域
１２８ 緑色領域
１２９ ピーク
１３０ 赤色領域
１３１ ピーク
１３２ 青色領域
１３３ ピーク
１３４ 緑色領域
１３５ 軸上透過スペクトル
１３６ 赤色領域
１３７ 軸上透過スペクトル
１３９ 軸上透過スペクトル
１４０ バックライトモジュール
１４２ 光源
１４４ 光源
１４６ 高速反応透過ディスプレイ
１４７ 出力偏光子
１４８ 偏光スイッチ
１５０ メガネ型素子
１５２ メガネ型素子
１５４ 水平帯状領域
１５６ 水平帯状領域
１５８ 水平帯状領域
１６０ 水平帯状領域
１６２ 水平帯状領域
１６４ 放射型表示装置
１６６ スペクトル選択フィルタ
１６８ 切替え可能偏光回転子
１７０ 入力偏光子
１７２ 位相差板スタック
１７４ 出力偏光子
１７６ 出力偏光子
１７８ 位相差板スタック
１８０ 出力偏光子
１８２ 入力偏光子
１８４ 位相差板スタック
１８６ 出力偏光子
【技術分野】
【０００１】
本方法は、画像表示装置に関し、特に、３次元立体画像を表示することが可能な立体画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般の立体画像表示装置は、特定のメガネ型素子（ｅｙｅｗｅａｒ）を掛けた観察者の左右それぞれの目に少なくとも２つの異なる画像を提供する。一方、自動立体表示装置の場合、脳が融像を行い奥行きの感覚を得ることができるため、観察者はメガネ型素子を必要としない。観察者がこれらの表示装置を見るときの快適性は、左画像と右画像との間のクロストークと関係がある。クロストークが大きい場合、視覚上の誤った（偽影鏡）等価点を発生させ、これにより人間の視覚システムが混乱される虞があった。クロストークの許容度は、クロストーク閾値により決定され、提示される画像のコントラストと、表示される奥行き量により決定される。快適に見るには、１〜５％よりも小さいクロストークがしばしば必要とされ、一方０．５％よりも小さいクロストーク閾値が報告されている。クロストークの視覚効果は、画像コントラストの低下により低減されるが、画像性能が劣化し、場面のエッジ部分のコントラストが不明瞭となるため、立体画像効果が低下した。
【０００３】
現在まで、２色立体画像（ｔｗｏ ｃｏｌｏｒ ａｎａｇｌｙｐｈ）方式、シャッタメガネ方式、直交した偏光および多色を用いた立体画像方式等を含む多くの表示装置が開発されてきた。これら立体画像表示装置では、表示装置により提供される左目および右目の画像データを適宜画像変換した後に、メガネ型素子により復元させることができる。立体画像表示装置は、視聴者が多い場所で使用する状況に適している。一方、各視聴者へ分離した（メガネが必要ない）自動立体表示画像をそれぞれ提供することは経済的でなかった。
【０００４】
２色立体画像表示装置の品質は、一般にそれぞれの目に配置された広域スペクトルフィルタにより決定され、それぞれの目で見る限られた色域が提供される。脳は融像および画像の色差補償を若干行うが、提供された色域が両目間の差異に合致した適切な色彩および強度を提供しない場合、誤った深度の印象を与え、観察者に不快感を与えることがあった。
【０００５】
多色立体画像またはスペクトル選択システム（例えば、特許文献１）は、それぞれの目に相補櫛型スペクトル（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｃｏｍｂ ｓｐｅｃｔｒａ）を提示することにより２色立体画像の問題点を解決し、それぞれ異なるスペクトルの赤色、緑色および青色のデータがそれぞれの目で受取られる。この表示装置は、それぞれの目へフルカラー画像を伝達させることができ、ソースデータを処理することにより色域および強度間の差異を補償することができる。この表示装置のクロストークは、左目および右目のカラーバンド間のスペクトル分離能力（ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ）により決定される。
【０００６】
スペクトルの適切な分離は、真空蒸着（等方性）干渉フィルタまたは偏光（複屈折）干渉フィルタにより達成することができる（例えば、特許文献２）。この表示装置のクロストーク性能は、画像変換および復元フィルタにより行われる分離の品質により決定される。等方性干渉フィルタは、クロストークを低減させることができるが、コストが高かった。さらにこれらのフィルタは好ましくない軸外からの観察に対し悪影響を与える。つまり、それぞれの目が見る画像のクロストーク、強度および色域は、メガネを透過する視野角に応じて変化する。
【０００７】
上述のメガネ型素子は、能動素子を有さない受動型である。シャッタメガネは、切替え可能素子を有する能動型メガネ型素子である。シャッタメガネは、時間領域（ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ）において左画像および右画像と同期したそれぞれの目の上でシャッターを開けたり閉めたりすることにより、左目と右目の画像を分離させることができる（例えば、特許文献３）。この表示装置は、高速反応ディスプレイシステム（例えば、テキサス・インスツルメンツ・インコーポレイテッドのＤＬＰ（登録商標）イメージャー）と合わせて使用すると、クロストークを低減させることができる。しかし、シャッターメガネは、高価で嵩張りやすく、付加的電源および同期装置を必要とし、環境光がシャッターメガネにちらつきを発生させることがあった。
【０００８】
偏光システムは受動型メガネを使用することができる（例えば、特許文献４）。この表示装置は、表示装置の偏光操作が、例えば、ＣＲＴやＤＬＰディスプレイなどの表示装置により生成された画像と同期するようにスイッチされる。観察者が掛けるメガネは直交偏光子であるため、それぞれの目は各画像を見ることができる。偏光システムが投影に用いられる場合、銀メッキされたスクリーンなどの偏光保持スクリーンを使用する必要があった。無彩色スイッチ（例えば、特許文献５）は、偏光回転が可視スペクトルに亘って実質上維持されるように保持する。そのため、システム性能は、偏光保持スクリーンにおける偏光解消により生成されるクロストークにより制限される。
【０００９】
デュアルプロジェクタ表示システム（例えば、特許文献６）は、シャッタメガネの光リークにより発生するクロストークの問題を克服することができる。２つのプロジェクタシステムは、プロジェクタのコストが高く、作動全体に亘りアライメント、強度および色域の要求に合致させることは困難であった。
【００１０】
図１を参照する。図１は、従来の立体表示システムを示す模式図である。画像プロジェクタ２，４は、それぞれの画像の一部を透過させるように構成した偏光子６，８を介して投影スクリーン１０に照射させる。偏光子６と偏光子８との出力偏光軸は直交している。投影スクリーン１０は、偏光保持特性を有し、受動型メガネ型素子１２，１４を掛けている観察者（図示せず）へ光を返す。メガネ型素子１２，１４は、偏光子６，８にそれぞれに合わせた偏光子を含む。
【００１１】
この表示装置のクロストーク性能は、投影スクリーンの反射率により制御される。例えば、２０：１の偏光解消率は、５％のクロストークを発生させる。このクロストークは、立体表示装置を使用する多くのユーザに視覚的なストレスを与え、特に高コントラスト画像の場合さらに高いストレスを与えることがあった。
【００１２】
図２を参照する。図２は、プロジェクタ１６が左画像および右画像を逐次生成させる時系列プロジェクタを示す模式図である。フィルタ１８は、切替え可能偏光回転子を含む。メガネ型素子は、順次フィルタ１２を介して左目データを透過させ、フィルタ１４を介して右目データを透過させる。
【００１３】
スペクトル選択システムにおいて、メガネ型素子はクロストークが許容可能な閾値よりも低くなるよう適切な処理（フィネス）ができるよう設計されている。左目スペクトルと右目スペクトルとの間のスペクトルのオーバーラップを消滅させることは重要である。等方性干渉フィルタは、高コストと、視野角の違いにより発生する異なったスペクトルとにより悪影響を受ける。つまり、観察者の目がメガネの中央位置から外れるに従い、スペクトルがシフトし、これにより輝度変化、色彩変化およびクロストークの増大がもたらされることがあった。また、このフィルタは、一般に真空コーティング装置で形成され、適切なスペクトル選択性を得るためには、正確に調整された多数層を蒸着させる必要があった。フィルタが高価であるということは、それらを頻繁に再使用しなければならないことを意味し、頻繁に繰り返して使用したり洗浄を行った場合、容易に擦傷が発生して画質が低減されることがあった。
【００１４】
左目画像と右目画像とを分離させる手段として偏光干渉フィルタだけを使用するメガネ型素子は、適当なスペクトル選択性を得るために多数の素子と組み合わされた複雑な位相差板スタック（ｒｅｔａｒｄｅｒ ｓｔａｃｋｓ）が必要となるため、高価となる欠点があった。
【００１５】
図３を参照する。図３は、従来の時系列スペクトル選択立体表示装置を示す模式図である。カラーフィルタ２０は、左目スペクトルおよび右目スペクトルを有する回転等方性干渉フィルタホイール（ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｌｔｅｒ ｗｈｅｅｌ）を含む。スペクトル出力は、プロジェクタ画像１６と同期されている。スクリーン２２は、非偏光保持スクリーンである。メガネ型素子２４，２６は、フィルタ２０のスペクトルと合致したスペクトルを有する等方性干渉フィルタを含む。カラーフィルタ２０の透過スペクトルは、透過度２８が波長３０に対してプロットされている図４に示される。第１のスペクトルには、青色、緑色および赤色の透過ピーク３２，３４，３６のそれぞれが含まれる一方、第２のスペクトルには、青色、緑色および赤色の透過ピーク３８，４０，４２がそれぞれ含まれる。
【００１６】
マルチキャビティ設計は誘電異方干渉フィルタ、ファブリ・ペローフィルタ（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ ｆｉｌｔｅｒｓ）および金属誘電体フィルタを利用し、スペクトルクロストークが低い高画像分離効率を達成することができる。しかし、このフィルタは製造が高価であるため、一般に再利用しなければならなかった。ユーザ間に生物学的汚染が発生することを防ぐために、メガネを清潔にして再利用するフィルタには、擦傷が発生して画質を劣化させやすかった。さらに、このメガネは、軸外の視角に対してスペクトルピークがシフトする軸外可視制限（ｏｆｆ−ａｘｉｓ ｖｉｅｗｉｎｇ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ）を有する。これは観察者の目がフィルタ２４，２６を介して軸外で観察すると、スペクトルのピークの位置がシフトすることを意味する。これにより、プロジェクタのピーク出力スペクトルが合致せずに、輝度が低減したり、第１のスペクトルフィルタを透過する光が第２のスペクトルに合致したりするため、画像のクロストークが増大することがある。
【００１７】
【特許文献１】米国特許第７００１０２１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／０１８８７１１号明細書
【特許文献３】米国特許第４８８４８７６号明細書
【特許文献４】米国特許第４７９２８５０号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００６／０２９１０５３号明細書
【特許文献６】米国特許第７００２６１９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
そのため、従来のフィルタを使用する際に発生する、例えば、不十分な軸外視野、画像クロストーク、メガネを通して見る視野角によりそれぞれの目が見る強度および色域が変化することなどの問題点が発生することを防ぐために、画像表示能力が高く、製造コストが低い立体画像表示装置が求められていた。
【００１９】
本発明の目的は、画像のクロストークを低減し、高画質を提示することが可能な立体画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一実施形態による立体画像表示装置は、画像生成装置、カラー画像変換装置、偏光画像変換装置、第１のメガネ型素子および第２のメガネ型素子を含む。画像生成装置は、少なくとも１つの第１の画像および少なくとも１つの第２の画像を提供する。カラー画像変換装置は、第１の画像および第２の画像の変換を行い、第１の可視スペクトルを有する第１のカラーフィルタ画像と、第２の可視スペクトルを有する第２のカラーフィルタ画像とへそれぞれ変換し、第１の可視スペクトルは、第２の可視スペクトルと異なる。偏光画像変換装置は、第１のカラーフィルタ画像および第２のカラーフィルタ画像を偏光し、第１の偏光状態を有する第１の偏光画像と、第２の偏光状態を有する第２の偏光画像とへそれぞれ変換し、第１の偏光状態は第２の偏光状態と異なる。第１のメガネ型素子は、第１の偏光画像と第２の偏光画像とを区別し、第１の可視スペクトルと第２の可視スペクトルとを区別する第１の偏光干渉フィルタを有する。第２のメガネ型素子は、第２の偏光画像と第１の偏光画像とを区別し、第２の可視スペクトルと第１の可視スペクトルとを区別する第２の偏光干渉フィルタを有する。
【００２１】
本発明の一実施形態による立体画像表示装置は、画像生成装置、カラー画像変換装置および偏光画像変換装置を制御するために用いる制御装置をさらに備える。
【００２２】
第１のメガネ型素子は、第１の偏光干渉フィルタを用い、第１の可視スペクトルの一部と、第２の可視スペクトルのより少ない一部を透過させることが可能である。
【００２３】
同様に、第２のメガネ型素子は、第２の偏光干渉を用い、第２の可視スペクトルの一部と、第１の可視スペクトルのより少ない部分を透過させることが可能である。
【００２４】
本発明の他の実施形態によるマルチビュー（ｍｕｌｔｉ−ｖｉｅｗ）立体画像表示装置は、少ない画像のクロストークを有する高品質のマルチビュー立体画像を生成させることができる。
【００２５】
本発明の他の実施形態によるマルチビュー立体画像表示装置は、直視型表示装置を含む。直視型表示装置は、バックライトモジュール、表示パネルおよび複数の水平帯状領域を有する。バックライトモジュールは、バックライトを提供し、表示パネルは、第１の画像および第２の画像を表示し、表示パネルは、複数の表示領域を有してもよい。水平帯状領域のそれぞれは、表示領域上に配置されている。
【００２６】
本実施形態の偏光フィルタは、それぞれ少なくとも２つの偏光状態を有する第１の画像、第２の画像および第３の画像を濾過するように構成されている。そして、制御装置は、画像、対応した可視スペクトルおよび対応した偏光状態が同期するように構成されている。
【００２７】
さらに、第３のメガネ型素子は、カラーフィルタおよび第３の偏光干渉フィルタを有する偏光フィルタで濾過された第３の画像を変調させることができる。そのため、ユーザは、３Ｄ立体画像を提供するために必要な深さ量を選択することができる。
【００２８】
表示装置は、マルチビュー画像を提供することが可能であるため、観察者は、２Ｄ画像、低深度画像または高深度画像を選択して見ることができる。有利には、ユーザは、直視型表示装置を調整して見るときに快適性を得ることができる。
【００２９】
第２の実施形態において、表示装置は、偏光画像を変調させることが可能な位相差板スタックを有するメガネ型素子へ連続した偏光カラーフィルタ画像を提供することが可能である。この表示装置は、多数の視聴者が見るのに非常に適している。そのため、本発明は、安価な受動型メガネおよび単純な偏光干渉フィルタを使用して低画像クロストークおよび広視野角を得る立体画像表示装置を提供する目的を達成することができる。
【００３０】
実際の偏光保持スクリーン（ｒｅａｌ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ ｓｃｒｅｅｎ）は、斜め光線偏光解消（ｓｋｅｗ ｒａｙ ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）と、表面散乱と、スクリーンの製作で用いられる可塑剤による偏光解消効果の悪影響があった。上述の実施形態の立体画像表示装置は、スクリーンなどの画像のクロストークを閾値以下に維持することが可能である。
【００３１】
本発明の特長は、スクリーンの反射プロファイルが修正され、スクリーンゲインの低減と、スクリーン上のホットスポットの低減できる点とを言ってもよい。スクリーンゲインの低減は、スクリーンによる偏光解消を増大させるかもしれないが、本実施形態の立体画像表示装置は、画像のクロストークを閾値以下に維持させることができる。このスクリーンは、例えば、２Ｄ投影モードで使用するときに、許容度の高い機能を提供することができる。
【００３２】
直線偏光メガネ型素子は、ヘッドチルトが原因のために、増大された画像のクロストークに対して敏感である。この問題を解決するために、ヘッドチルトを伴う色度効果を発生させる円偏光子を一般に形成する。
【００３３】
上述の実施形態のメガネ型素子は、入力偏光子および出力偏光子と、スタック中の少数の位相差板をそれぞれ含むため、２つのメガネのスペクトル透過が異なる。単純な位相差板スタックは、従来のシステムに必要だった複雑な位相差板スタックに比べて製造コストが安い。低画像クロストークは、互いに垂直に配置された２つのメガネの入力偏光子と、第１の画像および第２の画像の偏光濾過動作により部分的に達成することができる。各ピークの透過スペクトルの幅が、従来の複雑な位相差板スタックよりも広いために、フィルタを透過する視野角が変化し、透過スペクトルが偏移しても表示装置のそれぞれの画像データのスペクトル出力が有するオーバーラップを許容範囲内に維持させることができる。
【００３４】
また、スクリーンおよび上述の偏光子により発生する偏光解消は、偏光干渉フィルタのスペクトル選択により補償することができる。本発明の一実施形態では、スペクトル角度性能（ｓｐｅｃｔｒａｌ ａｎｇｕｌａｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）をさらに向上させ、従来のシステムよりも簡単な広域位相差板スタックアーキテクチャ（ｗｉｄｅ−ｆｉｅｌｄ ｒｅｔａｒｄｅｒ ｓｔａｃｋ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ）を使用し、メガネ型素子のコストを低減させることができる。そのため、ヘッドチルトに対するメガネ型素子の感度が低減される。
【００３５】
メガネ型素子に入るそれぞれのビューからの光の偏光分離と、メガネ型素子に入る光のスペクトルオーバーラップは、それぞれ画像を快適に見ることができる閾値の許容範囲を超える。例えば、各カラーチャネル（赤色、緑色または青色）の輝度クロストークは１％を超え、偏光効果の各カラーチャネルの輝度は２％を超え、色選択効果の各色チャネルの輝度は５％を超える。つまり、観察される画像のクロストークは、クロストークの許容閾値よりも低く、例えば、各カラーチャネルの輝度の１％かそれ以下である。
【００３６】
この表示装置は、高性能偏光スイッチ、高性能銀メッキスクリーンまたは高性能等方性干渉または複雑な位相差板スタック偏光干渉カラー選択メガネ型素子を使用する必要がない。このシステムは、直線偏光フィルタを用いてヘッドチルトにより発生するクロストークの変化に対する許容度が高く、視野角を向上させることができる。
【００３７】
スクリーンのクロストークは、スキュー光線偏光解消、表面汚染による表面散乱、スクリーン表面を形成するために用いるバインダおよび可塑材料により発生する。銀メッキスクリーンは、画像にホットスポットを発生させる高スクリーンゲインが発生しやすい。しかし、上述の実施形態で提供される立体画像表示装置は、スクリーンの偏光性能の必要性を低減させ、安価なメガネ型素子で画像のクロストークを低く維持することが可能である。この方法により、ホットスポットの視認性を低減させるなど、スクリーンの画像性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の立体画像表示装置は、画像のクロストークを低減し、高品質の画像を提示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明の一実施形態による立体画像表示装置は、コンピュータモニタ、プロジェクションシステム、デジタルシネマを含むシネマ、ゲーム装置、プロ用表示装置、３ＤＴＶなどに利用することができる。以下の実施形態では、特定の光学アーキテクチャおよび技術を用いて適切なメガネ型素子を利用した高性能のプロジェクションシステムおよび直視型表示装置に関する。
【００４０】
スペクトル選択立体画像表示装置のクロストークは、左目および右目のそれぞれ異なるスペクトル帯域のオーバーラップにより決定され、左目で右目画像データを見て、右目で左目画像データを見る。そのため、クロストークを低減させるために、左目画像と右目画像との間のスペクトルオーバーラップを最小に抑える必要があった。
【００４１】
ここで、トータルスペクトルオーバーラップ（ｔｏｔａｌ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｏｖｅｒｌａｐ）とは、スペクトルフィルタを通過した不正確なスペクトルと正確なスペクトルとの輝度比率と定義することができる。チャンネルスペクトルオーバーラップ（ｃｈａｎｎｅｌ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｏｖｅｒｌａｐ）とは、単色の波長帯（赤色、緑色または青色）内の不正確なスペクトルと正確なスペクトルとの輝度比率と定義することができる。平均スペクトルオーバーラップとは、３つの単色の波長帯の各波長帯間のチャンネルスペクトルオーバーラップの平均値である。この値は、照明特性を考慮する。
【００４２】
（第１実施形態）
図５は、本発明の第１実施形態によるプロジェクターを有する立体画像表示装置を示す模式図である。立体画像表示装置は、少なくとも１つの左画像と少なくとも１つの右画像を提供することが可能な画像生成装置（例えば、プロジェクタ４３）と、左画像および右画像を第１の可視スペクトルを有するカラーフィルタ処理された左画像と、第２の可視スペクトルを有するカラーフィルタ処理された右画像とにそれぞれ画像変換（エンコーディング）することが可能なカラー画像変換（エンコーディング）装置（例えば、スペクトル選択フィルタ４６）と、カラーフィルタ処理左画像およびカラーフィルタ処理右画像を第１の偏光状態を有する偏光左画像と、第２の偏光状態を有する偏光右画像とへそれぞれ偏光させることが可能な偏光画像変換（エンコーディング）装置（例えば、切替え可能偏光回転子４８）と、偏光右画像から偏光左画像を識別し、第２の可視画像スペクトルから第１の可視画像スペクトルを識別する左メガネ型素子５２と、偏光左画像から偏光右画像を識別し、第１の可視スペクトルから第２の可視スペクトルを識別する右メガネ型素子５４と、を含む。第１の可視スペクトルは第２の可視スペクトルと異なり、第１の偏光状態は第２の偏光状態と異なる。
【００４３】
カラー画像変換装置およびスペクトル選択メガネ型素子を用い、第１の可視スペクトルおよび第２の可視スペクトルを分離すると、分離において許容可能なクロストークレベルを提供するかもしれない。しかし、立体画像表示装置は、偏光画像変換装置とカラー画像変換装置を、偏光選択およびスペクトル選択素子を含む低コストのメガネ型素子と共に用いることにより、さらにクロストークをクロストーク閾値よりも低くなるように低減させることが可能である。
【００４４】
プロジェクタ４６は、コントローラ４４から受信した制御信号と同期したフィールドシーケンシャル方式を用いて左画像および右画像を生成させる。コントローラ４４は、スペクトル選択フィルタ４６および切替え可能偏光回転子４８を制御する。
【００４５】
左画像は、第１の位相に応じて生成された後、左画像の光がスペクトル選択フィルタ４６および切替え可能偏光回転子４８を透過する。その後、フィルタ処理された光が部分偏光保存特性（ｐａｒｔｉａｌｌｙ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を有するスクリーン５０上に投影され、反射光が左メガネ型素子５２および右メガネ型素子５４に案内される。以下、スペクトル選択フィルタ４６、切替え可能偏光回転子４８、左メガネ型素子５２および右メガネ型素子５４について具体的に説明する。
【００４６】
スペクトル選択フィルタ４６は、等方性干渉フィルタを利用し、低レベルの波長帯のオーバーラップおよび低レベルのクロストークを得てもよい。等方性干渉フィルタは、１つのディスク上に配置された２つの領域を有し、シーケンシャルスペクトル選択方式に応じて作動するプロジェクタ４６の光路で回転するように構成されている。他方、スペクトル選択フィルタ４６には、スペクトルの適当な分離を達成するために、代替的に複屈折干渉フィルタを用いてもよい。
【００４７】
図６は、図５のプロジェクタの切替え可能偏光回転子を示す模式図である。切替え可能偏光回転子４８は、無彩色プッシュプル偏光回転子（ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｏｔａｔｏｒ）でもよい。無彩色プッシュプル偏光回転子の構成では、順次、直線入力偏光子６２、１／２波長回転子６３、位相差板スタック６８、動的配置層（ｄｙｎａｍｉｃ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ）および位相差板スタック９０を含む。動的配置層は、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４と、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４と実質上逆位相である第２のゼロツイストネマチック液晶層８８と、を含む。位相差板スタック６８，９０は、それぞれ位相差フィルムなどの位相差板を有する。前述の位相差板スタックは、位相差板スタックの特定の光学機能に応じ、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４または第２のゼロツイストネマチック液晶層８８の任意の一側に位置する。直線入力偏光子６２は直線偏光子であり、位相差板スタック６８および位相差板スタック９０の両方は、残留位相差を補償するように配置されている。位相差板スタック６８，９０は、位相差を有する液晶層７４、８８に対し、高電圧状態でネマチック液晶モードの残留リターダンスを補償するように設定された直交位相差フィルム７０，７２および９２，９４をそれぞれ含む。
【００４８】
本実施形態において、１／２波長回転子６３は、リターダ（位相差板）である１／２位相差フィルム６４および１／２位相差フィルム６６を含み、１／２位相差フィルム６４と１／２位相差フィルム６６とは所定角度を形成して分散を低減させ、後続の位相差フィルムの色分散の必要性に合致する。さらに１／２波長回転子６３中には、立体画像表示装置の色度をさらに向上させるために、位相差フィルム（図示せず）が付加されてもよい。第１のゼロツイストネマチック液晶層７４は、左画像に応じて高リターダンスモード（低電圧）を提供し、右画像に応じて低リターダンスモード（高電圧）を提供するように配置されている。第２のゼロツイストネマチック液晶層８８は、左画像に応じて低リターダンスモード（高電圧）を提供し、右画像に応じて高リターダンスモード（低電圧）を提供するように配置されている。
【００４９】
位相差板スタック６８は、互いに直交するように配置された位相差フィルム７０，７２を含んでもよい。位相差板スタック９０は、互いに直交するように配置された位相差フィルム９２と位相差フィルム９４とを含んでもよい。位相差フィルム７０，７２，９２，９４は、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４および第２のゼロツイストネマチック液晶層８８に対応するように位置合わせされ、高電圧状態でそれら２つのゼロツイストネマチック液晶層の抑制効果を補償することができる。
【００５０】
位相差フィルムは、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４および第２のゼロツイストネマチック液晶層８８の両側に配置させることができるため、位相差板スタック６８と、第１のゼロツイストネマチック液晶層７４に隣接され、１／２位相差フィルム７８，８０を有するおよび位相差板スタック７６と、位相差板スタック９０と、第２のゼロツイストネマチック液晶層８８に隣接した１／２位相差フィルム８４，８６を有する位相差板スタック８２と、が協働して広視野角を得ることができる。
【００５１】
第1実施形態において、切替え可能偏光回転子４８は、低スペクトル拡散を有する左画像および右画像に応じて実質上±４５度の回転を提供することが可能である。直線入力偏光子６２の偏光角は０度であり、１／２波長回転子６３は、入力偏光子６２と位置合わせされ、偏光子６２からの偏光状態を約１１１．５度まで回転させることが可能である。第１のゼロツイストネマチック液晶層７４の軸は１５８．５度であり、第２のゼロツイストネマチック液晶層８８の軸は１１１．５度に位置合わせされる。第１のゼロツイストネマチック液晶層７４および第２のゼロツイストネマチック液晶層８８は、右画像および左画像に応じて逆位相で動作し、例えば、一方の層が緩和（ｒｅｌａｘ）されて他方の層が駆動されるか、或いはその逆である。
【００５２】
ある状況において、位相差フィルム９８，１００を有する広帯域１／４波長板９６が切替え可能偏光回転子４８の出射光側の前方に位置し、色彩性能に類似した無彩色円偏光効果を図６の広帯域スタック層６２，６３，６８，７４，７６，８２，８８，９０へ提供する。
【００５３】
図７は、図６の切替え可能偏光回転子により提供される軸上スペクトルを示すグラフである。左画像および右画像の消去レベルに対応したそれぞれの曲線１０２および曲線１０４は、可視スペクトルに亘り類似するように示され、偏光によるクロストークが左目および右目と名目上同じ色度を有する。
【００５４】
スクリーン５０により生成される右画像と左画像との間の偏光コントラストの低下は、以下で説明するように左メガネ型素子５２および右メガネ型素子５４により補償することができる。図８Ａは、第１実施形態による左メガネ型素子を示す模式図である。左メガネ型素子５２および右メガネ型素子５４は、それぞれ図８Ａに示す偏光干渉フィルタを含む。偏光干渉フィルタは、メガネ型素子の入力偏光子１０６がスクリーンからの光を受取り、入力偏光子１０６の透過軸が左画像の切替え可能偏光回転子４８の偏光軸と位置合わせされるように構成されている。出力偏光子１０８は、観察者が見る左画像を偏光させ、入力偏光子１０６と直交するように配置されている。入力偏光子１０６と出力偏光子１０８との間の位相差板スタックは、入力偏光子１０６に対して４５度に位置合わせされた同一の位相差フィルム１１０，１１４を有し、位相差フィルム１１２が位相差フィルム１１０と位相差フィルム１１４との間に挟設され、入力偏光子と平行に並んでいる。本発明の一実施形態では、位相差フィルム１１２は、リタデーション（位相差）が少ない１／４波長を提供することが可能である。また、位相差フィルム１１０，１１４は同じものでもよい。
【００５５】
図９Ａに示すように、適切な遅延を利用し、位相差板スタックにより軸上透過スペクトル１３５を生成してもよい。
【００５６】
本発明は、有利には偏光干渉低次リップルフィルタ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｌｏｗ ｏｒｄｅｒ ｒｉｐｐｌｅ ｆｉｌｔｅｒ）を直交入力偏光子と組み合わせ、低コストでメガネに対するクロストークを低減させることができる。スペクトル選択フィルタ４６により処理された左画像のスペクトルは、最大透過率で区別される青色領域１２６、緑色領域１２８および赤色領域１３０を含む。領域１２６，１２８，１３０を有するスペクトル１３７のオーバーラップを見ることができる。同様に、領域１３２，１３４，１３６のスペクトル１３５のオーバーラップが発生する。
【００５７】
低次リップルフィルタの実施は、軸上透過スペクトル１３５の中で、青色領域１２６、緑色領域１２８、赤色領域１３０の外にピーク１２９，１３１，１３３が存在する。特に、これらスペクトルピークの値は、軸上透過スペクトル１３５の最大値の５％よりも大きい。他の実施形態では、各メガネ型素子中に少なくとも４つのスペクトルピークを含み、低次リップルフィルタを実施するメガネ型素子を有する軸上伝達スペクトルに亘る６つ以上のスペクトルピークが存在する可能性がある。
【００５８】
第１の青色波長帯スペクトルクロストークは、波長の最大値１２９付近の光線により決定され、緑色波長帯スペクトルクロストークは、波長の最大値１３１付近の光線により決定され、赤色波長帯スペクトルクロストークは、波長の最大値１３３付近の光線により決定される。青色チャネル中の第１の画像の輝度は、例えば、軸上透過スペクトル１３５と、青色領域１２６中のスペクトルを有する表示装置からの光とのオーバーラップにより、計算することができる。
【００５９】
図５の右メガネ型素子５４は、図８Ｂに示されている。右メガネ型素子は、第２の偏光干渉フィルタを有する。第２の偏光干渉フィルタは、入力偏光子１１６と、位相差フィルム１２０，１２２，１２４を有する位相差板スタックと、を含む。一実施形態において、位相差フィルム１２０，１２２，１２４は、位相差フィルム１１０，１１２，１１４と同じ光学特性を有してもよい。出力偏光子１１８は、出力偏光子１０８と平行である。図９Ｂに示すように、軸上透過スペクトル１３７は、右メガネ型素子により提供される。スペクトル選択フィルタ４６により処理された右画像のスペクトルは、最大透過率で区別された青色領域１３２、緑色領域１３４および赤色領域１３６を含む。青色領域１２６と青色領域１３２との間と、緑色領域１２８と緑色領域１３４との間と、赤色領域１３０と赤色領域１３６との間とには、それぞれオーバーラップ部分が存在する。
【００６０】
第１および第２の干渉フィルタの出力偏光子１０８，１１８は、通常それぞれの入力偏光子１０６，１１６に対して直交または平行である。しかし、入力偏光子および出力偏光子は、代替的に他の相対角度にすることもできる。位相差板スタック１１０，１１２，１１４と、位相差板スタック１２０，１２２，１２４とは、必要に応じて調整することができる。この構成により、有利にそれぞれの偏光干渉フィルタのスペクトル区別特性を微調整するために用いることができる。それぞれの位相差板スタックのリターダンスにより、入力偏光子と出力偏光子との間の角度を４５度などに調整してもよい。
【００６１】
図８Ａ〜図８Ｄを参照する。図８Ａおよび図８Ｃに示すように、位相差板（リターダ）１０１は、左メガネ型素子の入力偏光子１０６の受光側に配置され、図８Ｂおよび図８Ｄに示すように、位相差板１０３は、右メガネ型素子の入力偏光子１１６の受光側に配置されてもよい。この位相差板は、円偏光画像変換装置と組み合わせて使用することにより、システムが伝送する影像をヘッドチルトを許容する円偏光にすることができる。立体画像表示装置により、直交した円偏波を有する左画像および右画像を処理することができる。位相差板１０１，１０３は、１／４波長板位相差フィルムまたは位相差板スタックでもよく、広帯域無彩色１／４波長板を提供することができる。位相差板１０１と直線偏光子１０６および位相差板１０３と直線偏光子１１６の組み合わせにより、円偏光子を定義することができる。円偏光子の透過軸は、直線偏光の透過軸を定義することができる。
【００６２】
しかし、図８Ａおよび図８Ｂの左メガネ型素子と右メガネ型素子との間のクロストークは、クロストーク閾値を超えるが、入力偏光子１０６および入力偏光子１１６により提供された交差された偏光状態は、左メガネ型素子とメガネ型素子との間のクロストークをクロストーク閾値よりも低くなるまで低減させることが可能である。
【００６３】
他の実施形態では、出力偏光子１１８を入力偏光子１１６に対して直交に配列し、位相差フィルム１１０，１１２，１１４の厚さを調整すると、図９Ｃに示すように軸上透過スペクトル１３９を得ることができる。軸上透過スペクトル１３９と、青色領域１３２、緑色領域１３４および赤色領域１３６との間にはオーバーラップ部分が存在する。青色領域１３２、緑色領域１３４および赤色領域１３６と間のオーバーラップ部分と比べ、青色領域１２６、緑色領域１２８および赤色領域１３０を有する軸上透過スペクトル１３９とのオーバーラップ部分は小さい。
【００６４】
従って、右メガネ型素子は、青色領域１３２、緑色領域１３４および赤色領域１３６を有する右可視スペクトルの大部分を透過させ、右メガネ型素子は、青色領域１２６、緑色領域１２８および赤色領域１３０を有する左可視スペクトルの少量（０ではない）を透過させる。
【００６５】
同様に、左メガネ型素子は、青色領域１２６、緑色領域１２８および赤色領域１３０を有する第１の可視スペクトルの大部分を透過させ、左メガネ型素子は、青色領域１３２、緑色領域１３４および赤色領域１３６を有する第２の可視スペクトルの少量（０ではない）を透過させる。
【００６６】
反対のコーディングスペクトルの透過の少量部分は、許容できないクロストークレベルを個別に提供することができるが、画像の偏光画像変換とは、低コストメガネ型素子を使用してクロストーク閾値よりも低いクロストークを得ることができることを意味する。
【００６７】
立体画像表示装置の色度は、青色領域１２６，１３２、緑色領域１２８，１３４および赤色領域１３０，１３６を考慮して決定することができる。
【００６８】
他の実施形態において、フィルタ４６は、回転カラーフィルタホイールを含んでもよい。この回転カラーフィルタホイールは、４つの空洞をそれぞれ有する２つの等方性カラーフィルタ領域を含む。フィルタ４６は、第１の可視スペクトルと第２の可視スペクトルとの間に１０００：１の軸上分光分離能力（ｏｎ−ａｘｉｓ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ）を有する。カラーフィルタは、真空蒸着法により製造される。図７に示すように、無彩色プッシュプル直線偏光回転子（ａｃｈｒｏｍａｔｉｓｅｄ ｐｕｓｈ−ｐｕｌｌ ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｒｏｔａｔｏｒ）は、出力偏光状態を修正する切替え可能偏光回転子４８と代替して用いてもよい。プッシュプル偏光回転子も直線かつ無彩色である。偏光画像がその上に照射されるスクリーンは、２０：１の反射コントラスト比を有する。そのため、それぞれのメガネ型素子の偏光子が互いに垂直に整列され、左画像と右画像との間のクロストークは約５％となる。図９Ａおよび図９Ｃに示すように、図８Ａおよび図８Ｂの各メガネ型素子の平均スペクトルオーバーラップは、それぞれ約６％と１２％である。プロジェクタ、スペクトル選択フィルタおよび切替え可能偏光回転子を動作させた場合、左画像および右画像の平均的なシステムのクロストークをそれぞれ０．３％と０．６％まで低減させることができる。クロストーク閾値が１％である場合、実施形態中の平均スペクトルオーバーラップは、閾値よりも大きい一方、平均システムクロストークが可視要件に合致する。そのため、立体画像表示装置は、低コストのメガネ型素子で高品質の立体画像を提供することができる。
【００６９】
当然、フィルタ性能をいくらか強化した場合、フィルタオーバーラップを低減させることができるが、同時に付加的リターダ層およびメガネのコストが増大してしまう虞があった。他の実施形態では、青色領域１２６，１３２、緑色領域１２８，１３４、赤色領域１３０，１３６の幅を低減させることにより、これらの領域のピークを除去してクロストークを向上させ、軸上透過スペクトル１３５，１３７とオーバーラップすることを防ぐことができる。
【００７０】
他の実施形態では、青色カットオフフィルタ（ｂｌｕｅ ｃｕｔ−ｏｆｆ ｆｉｌｔｅｒ）または適切な位相差板スタックを配列し、青色領域の周囲に隣接したピークを実質上除去し、メガネ型素子により青色のチャネルスペクトルオーバーラップを向上させることができる。例えば、図８Ｃに示すように、出力偏光子１０９が出力偏光子１０８の出射光側に挿入され、位相差フィルム１０７が出力偏光子１０８と出力偏光子１０９との間に挿入されている。同様に、図８Ｄに示すように、出力偏光子１１５が出力偏光子１１８の出射光側に挿入され、位相差フィルム１１１が出力偏光子１１８と出力偏光子１１５との間に挿入されている。
【００７１】
透過のスペクトル特性を定義する位相差板は、スペクトル位相差板と呼ばれる一方、位相差板全体の視野範囲を向上させるために挿入される付加的位相差板は、広角位相差板と呼ばれる。これら位相差の機能を結合させることにより、機能全体を強化させることができる。本実施形態では、メガネ型素子の偏光干渉フィルタが低次リップルフィルタ（ｌｏｗ ｏｒｄｅｒ ｒｉｐｐｌｅ ｆｉｌｔｅｒ）および偏光子を含む位相差板スタックが直交に配置されているため、低コストでクロストークを低減させる立体画像表示装置を製造することが可能である。
【００７２】
図１０を参照する。図１０は、本発明の第１実施形態による２つのプロジェクタを有する立体画像表示装置を示す模式図である。立体画像表示装置では、プロジェクタ４５ａおよびプロジェクタ４５ｂを用いて、後にスクリーン５０上に投影される左画像および右画像を生成する。色彩画像変換装置５５，５８および偏光画像変換装置５６，６０は、所定位置に固定され、左画像および右画像の輝度が増大される。
【００７３】
本実施形態による立体画像表示装置は、プロジェクタ４５ａ，４５ｂのロバスト性アライメント（ｒｏｂｕｓｔ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）およびマッチングが必要である。さらに、左画像および右画像のシーケンスが連続的に表示されると、プロジェクタ４５ａおよびプロジェクタ４５ｂにより提供されるちらつきアーチファクトが観察者に対する感度が低い。色彩画像変換装置５５および偏光画像変換装置５６は、プロジェクタ４５ａの光路内に位置決めされ、色彩画像変換装置５８および偏光画像変換装置６０は、プロジェクタ４５ｂの光路内に位置決めされ、偏光画像変換装置５６，６０は、それぞれのプロジェクタの異なる出力偏光状態を含んでもよい。
【００７４】
図１１Ａを参照する。図１１Ａは、本発明の第２実施形態による直視型の立体画像表示装置を示す模式図である。直視型表示装置は、光源１４２および光源１４４を有するバックライトモジュール１４０を含む。光源１４２および光源１４４は、それぞれ第１および第２の可視スペクトルを有する光を生成させる。光源１４２および光源１４４は、偏光干渉選択効果を強化するＬＥＤ、偏光子および位相差板スタックを含んでもよい。他の実施形態では、調整されたレーザ源を光源１４２および光源１４４として代替的に用いてもよい。
【００７５】
高速反応透過ディスプレイ１４６（例えば、曲げ補償液晶表示装置）は、バックライトモジュール１４０から光を受取り、光源１４２および光源１４４の作動と同期し、画像を提示する。高速反応透過ディスプレイ１４６は、左画像および右画像へそれぞれ光源１４２および光源１４４から放射された光を伝送させることが可能である。
【００７６】
直視型表示装置は、出力偏光子１４７および偏光スイッチ１４８をさらに含む。偏光スイッチ１４８は、出力偏光子１４７の前に位置し、高速反応透過ディスプレイ１４６、光源１４２および光源１４４と同期で動作する。上述したように、直視型表示装置のメガネ型素子１５０およびメガネ型素子１５２の両方は、直交するように配置された偏光子と、左画像と右画像のスペクトル分離の偏光干渉フィルタとを有する。シャッタが配置された偏光スイッチ１４８を水平帯状領域１５４〜１６２中に配置し、従来技術で処理された画像データと同期された高速反応透過ディスプレイ１４６により生成されるシーケンス画像をスイッチする。
【００７７】
第２実施形態の直視型表示装置は、対応する画像の選択性を向上させることができる。メガネ型素子１５０およびメガネ型素子１５２として少量の位相差フィルムを用い、クロストークが低減された直視型表示装置を低コストで製造することができる。
【００７８】
図１１Ｂを参照する。図１１Ｂは、本発明の第２実施形態による直視型の立体画像表示装置を示す模式図である。本実施形態では、直視型表示装置は放射型表示装置１６４を含む。表示装置からの光は、スペクトル選択フィルタ１６６および切替え可能偏光回転子１６８上に照射される。切替え可能偏光回転子１６８は、位相差板スタック、偏光スイッチ、入力偏光および出力偏光を有する。偏光スイッチ１４８は、切替え可能偏光回転子１６８の正面に位置し、放射型表示装置１６４、スペクトル選択フィルタ１６６および切替え可能偏光回転子１６８と同期して動作する。スペクトル選択フィルタ１６６および切替え可能偏光回転子１６８は、異なる可視スペクトルおよび偏光状態を有する連続した左画像および右画像を生成するために構成され、上述したように、観察者は、メガネ型素子１５０およびメガネ型素子１５２により立体画像を見ることができる。
【００７９】
図１２Ａを参照する。図１２Ａは、本発明の第３実施形態によるマルチビュー立体画像表示装置の第１のセットのメガネ型素子を示す模式図である。第３実施形態において、第１のセットのメガネ型素子は、偏光干渉フィルタをそれぞれ含む第１のメガネ型素子および第２のメガネ型素子を有する。第１のメガネ型素子は、第１の偏光状態および第１の可視スペクトルを有する画像を伝送させるために協働で用いる入力偏光子１７０、位相差板スタック１７２および出力偏光子１７４を含む。第２のメガネ型素子は、出力偏光子１７６、位相差板スタック１７８および出力偏光子１８０を含む。出力偏光子１７６の透過軸は、入力偏光子１７０の透過軸に対して直角に配置される。位相差板スタック１７８は、位相差板スタック１７２と同じ特性を有し、直交した方向に配置される。そのため、観察者は、同じ可視スペクトルを有する直角に偏光された画像を見ることができる。
【００８０】
図１２Ｂを参照する。図１２Ｂは、本発明の第３実施形態によるマルチビュー立体画像表示装置の第２のセットのメガネ型素子を示す模式図である。第２のセットのメガネ型素子は、それぞれ偏光干渉フィルタを含む第１のメガネ型素子および第３のメガネ型素子を有する。第３のメガネ型素子は、入力偏光子１７０に対して直交する方向に配置された入力偏光子１８２と、位相差板スタック１８４と、出力偏光子１８６と、を含み、これは図１２Ａのメガネ型素子により伝送される可視スペクトルと異なる第２の可視スペクトルを有し、偏光子１７６により伝送されるのと同じ偏光状態の画像を協働で伝送させる。
【００８１】
本実施形態において、第１のセットおよび第２のセットのメガネ型素子に対応した立体画像表示装置は、３つの画像を生成させることが可能である。第１の可視スペクトルおよび第１の偏光状態を有する第１の画像は、第１のメガネ型素子を透過し、第１の可視スペクトルおよび第２の偏光状態を有する第２の画像は、第２のメガネ型素子を透過し、第２の可視スペクトルおよび第２の偏光状態を有する第３の画像は、第３のメガネ型素子を透過する。第２の偏光状態は、第１の偏光状態に対して直交した状態である。この方式により、３つの画像が観察者に伝えられる。本発明の特長として観察者は、３Ｄ画像の奥行き効果を選択することができる。
【００８２】
例えば、大人に対しては、奥行き感が大きい画像が好ましい一方、（両目の間隔が狭い）子供は奥行き感が小さい画像を見ることが好ましいとされている。また経験を有するユーザは、高深度画像を好み、経験の少ないユーザは、快適性が高い低深度画像を見ることを好む。第１の画像が一般の画像である一方、第２の画像および第３の画像は、異なる視差を視聴者に提供する。本発明の特長としてこれら第２の画像および第３の画像の視差が小さいため、これら２つの画像チャネル間の高いクロストークは許容範囲内にある。この方法を用いると、スペクトルフィルタが高いリップルを得て、装置のコストを低減させることができる。
【００８３】
さらに、観察者が２Ｄ画像を見たいときは、両目に同じフィルタを掛けてもよい。また第１のメガネ型素子および第２のメガネ型素子は、２セットの立体画像を表示するために、異なる透過スペクトルを有してもよい。
【００８４】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】従来の固定偏光フィルタを使用した投影システムを示す模式図である。
【図２】従来の切替え可能偏光回転子を使用した投影システムを示す模式図である。
【図３】従来のカラーフィルタを使用した投影システムを示す模式図である。
【図４】図３のカラーフィルタの透過スペクトルを示す模式図である。
【図５】本発明の第１実施形態によるプロジェクタを有する立体画像表示装置を示す模式図である。
【図６】図５のプロジェクタの切替え可能偏光回転子の構造を示す模式図である。
【図７】図６の切替え可能偏光回転子により提供される軸上スペクトルを示すグラフである。
【図８Ａ】本発明の第１実施形態による左メガネ型素子の一例を示す模式図である。
【図８Ｂ】本発明の第１実施形態による右メガネ型素子の一例を示す模式図である。
【図８Ｃ】本発明の第１実施形態による左メガネ型素子の他例を示す模式図である。
【図８Ｄ】本発明の第１実施形態による右メガネ型素子の他例を示す模式図である。
【図９Ａ】図８Ａのメガネ型素子により提供される軸上透過スペクトルを示すグラフである。
【図９Ｂ】図８Ｂのメガネ型素子により提供される軸上透過スペクトルを示すグラフである。
【図９Ｃ】図８Ｂのメガネ型素子により提供される軸上透過スペクトルを示すグラフである。
【図１０】本発明の第１実施形態による２つのプロジェクタを有する立体画像表示装置を示す模式図である。
【図１１Ａ】本発明の第２実施形態による直視型の立体画像表示装置の一例を使用するときの状態を示す模式図である。
【図１１Ｂ】本発明の第２実施形態による直視型の立体画像表示装置の他例を使用するときの状態を示す模式図である。
【図１２Ａ】本発明の第３実施形態によるマルチビュー立体表示装置の第１のセットのメガネ型素子の一例を示す模式図である。
【図１２Ｂ】本発明の第３実施形態によるマルチビュー立体表示装置の第２のセットのメガネ型素子の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８６】
２ 画像プロジェクタ
４ 画像プロジェクタ
６ 偏光子
８ 偏光子
１０ 投影スクリーン
１２ メガネ型素子
１４ メガネ型素子
１６ プロジェクタ
１８ フィルタ
２０ カラーフィルタ
２２ スクリーン
２４ メガネ型素子
２６ メガネ型素子
２８ 伝達光強度
３０ 波長
３２ 赤色透過ピーク
３４ 赤色透過ピーク
３６ 赤色透過ピーク
３８ 赤色透過ピーク
４０ 赤色透過ピーク
４２ 赤色透過ピーク
４３ プロジェクタ
４４ コントローラ
４５ａ プロジェクタ
４５ｂ プロジェクタ
４６ スペクトル選択フィルタ
４８ 切替え可能偏光回転子
５０ スクリーン
５２ 左メガネ型素子
５４ 右メガネ型素子
５５ 色彩画像変換装置
５６ 偏光画像変換装置
５８ 色彩画像変換装置
６０ 偏光画像変換装置
６２ 直線入力偏光子
６３ １／２波長回転子
６４ １／２位相差フィルム
６６ １／２位相差フィルム
６８ 位相差板スタック
７０ 直交位相差フィルム
７２ 直交位相差フィルム
７４ 第１のゼロツイストネマチック液晶層
７６ 位相差板スタック
７８ １／２位相差フィルム
８０ １／２位相差フィルム
８２ 位相差板スタック
８４ １／２位相差フィルム
８６ １／２位相差フィルム
８８ 第２のゼロツイストネマチック液晶層
９０ 位相差板スタック
９２ 位相差フィルム
９４ 位相差フィルム
９６ 広帯域１／４波長板
９８ 位相差フィルム
１００ 位相差フィルム
１０１ 位相差板
１０２ 曲線
１０３ 位相差板
１０４ 曲線
１０６ 入力偏光子
１０７ 位相差フィルム
１０８ 出力偏光子
１０９ 出力偏光子
１１０ 位相差フィルム
１１１ 位相差フィルム
１１２ 位相差フィルム
１１４ 位相差フィルム
１１５ 出力偏光子
１１６ 入力偏光子
１１８ 出力偏光子
１２０ 位相差フィルム
１２２ 位相差フィルム
１２４ 位相差フィルム
１２６ 青色領域
１２８ 緑色領域
１２９ ピーク
１３０ 赤色領域
１３１ ピーク
１３２ 青色領域
１３３ ピーク
１３４ 緑色領域
１３５ 軸上透過スペクトル
１３６ 赤色領域
１３７ 軸上透過スペクトル
１３９ 軸上透過スペクトル
１４０ バックライトモジュール
１４２ 光源
１４４ 光源
１４６ 高速反応透過ディスプレイ
１４７ 出力偏光子
１４８ 偏光スイッチ
１５０ メガネ型素子
１５２ メガネ型素子
１５４ 水平帯状領域
１５６ 水平帯状領域
１５８ 水平帯状領域
１６０ 水平帯状領域
１６２ 水平帯状領域
１６４ 放射型表示装置
１６６ スペクトル選択フィルタ
１６８ 切替え可能偏光回転子
１７０ 入力偏光子
１７２ 位相差板スタック
１７４ 出力偏光子
１７６ 出力偏光子
１７８ 位相差板スタック
１８０ 出力偏光子
１８２ 入力偏光子
１８４ 位相差板スタック
１８６ 出力偏光子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１の画像および少なくとも１つの第２の画像を提供する画像生成装置と、
前記第１の画像および前記第２の画像を、第１の可視スペクトルを有する第１のカラーフィルタ処理画像と、前記第1の可視スペクトルと異なる第２の可視スペクトルを有する第２のカラーフィルタ処理画像とにそれぞれ変換するカラー画像変換装置と、
前記第１のカラーフィルタ処理画像および前記第２のカラーフィルタ処理画像を、第１の偏光状態を有する第１の偏光画像と、前記第1の偏光状態と異なる第２の偏光状態を有する第２の偏光画像とにそれぞれ偏光する偏光画像変換装置と、
前記第１の偏光画像と前記第２の偏光画像とを区別し、前記第１の可視スペクトルと前記第２の可視スペクトルとを区別する第１の偏光干渉フィルタを含む第１メガネ型素子と、
前記第２の偏光画像と前記第１の偏光画像とを区別し、前記第２の可視スペクトルと前記第１の可視スペクトルとを区別する第２の偏光干渉フィルタを含む第２メガネ型素子と、を備えることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
前記第１の偏光干渉フィルタは、
透過軸を有する第１の入力偏光子と、
前記第１の入力偏光子の前記透過軸に対して直交した透過軸を有する第１の出力偏光子と、
前記第１の入力偏光子と前記第１の出力偏光子との間に配置された複数の位相差板の組み合わせからなる第１の位相差板スタックと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項３】
前記第２の偏光干渉フィルタは、
前記第１の入力偏光子の前記透過軸に対して直交した透過軸を有する第２の入力偏光子と、
前記第２の入力偏光子の前記透過軸に対して平行した透過軸を有する第２の出力偏光子と、
前記第２の入力偏光子と前記第２の出力偏光子との間に配置され、前記第１の位相差板スタックと同等の性能を持つ第２の位相差板スタックと、を備えることを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記第１の入力偏光子および前記第２の入力偏光子は直線偏光子であり、
前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態は直線偏光状態であることを特徴とする請求項３に記載の立体画像表示装置。
【請求項５】
前記第１の入力偏光子および前記第２の入力偏光子は円偏光子であり、
前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態は円偏光状態であることを特徴とする請求項３に記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
前記第２の偏光干渉フィルタは、
前記第１の入力偏光子の前記透過軸に対して直交した透過軸を有する第２の入力偏光子と、
前記第２の入力偏光子の前記透過軸に対して直交した透過軸を有する第２の出力偏光子と、
前記第２の入力偏光子と前記第２の出力偏光子との間に配置された第２の位相差板スタックと、を備え、
前記第２の位相差板スタックと前記第１の位相差板スタックとは異なる位相差を有することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項７】
前記第１の入力偏光子および前記第２の入力偏光子は直線偏光子であり、
前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態は直線偏光状態であることを特徴とする請求項６に記載の立体画像表示装置。
【請求項８】
前記第１の入力偏光子および前記第２の入力偏光子は円偏光子であり、
前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態は円偏光状態であることを特徴とする請求項６に記載の立体画像表示装置。
【請求項９】
第３の偏光状態および第３の可視スペクトルを有する第３の画像を透過させる第３の偏光干渉フィルタを含む第３のメガネ型素子をさらに備え、
前記第３の偏光干渉フィルタは、
前記第１の入力偏光子の前記透過軸に対して直交した透過軸を有する第３の入力偏光子と、
第３の出力偏光子と、
前記第３の入力偏光子と前記第３の出力偏光子との間に配置された第３の位相差板スタックと、を備え、
前記第３の位相差板スタックおよび前記第３の出力偏光子の配置は、前記第２の位相差板スタックおよび前記第２の出力偏光子の配置と異なるため、前記第３の可視スペクトルが前記第２の可視スペクトルと異なることを特徴とする請求項６に記載の立体画像表示装置。
【請求項１０】
前記第３の位相差板スタックおよび前記第３の出力偏光子の配置は、前記第１の位相差板スタックおよび前記第１の出力偏光子の配置と異なるため、前記第３の可視スペクトルが前記第１の可視スペクトルと異なることを特徴とする請求項９に記載の立体画像表示装置。
【請求項１１】
前記画像生成装置、前記カラー画像変換装置および前記偏光画像変換装置を制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１２】
前記画像生成装置は、
スクリーンと、
前記スクリーン上に前記第１の画像および前記第２の画像を順次投影させるプロジェクタと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１３】
前記画像生成装置は、
スクリーンと、
前記スクリーン上に前記第１の画像を投影させる第１のプロジェクタと、
前記スクリーン上に前記第２の画像を投影させる第２のプロジェクタと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１４】
前記カラー画像変換装置は、
第１のフィルタ処理光を提供する第１の光源と、
第２のフィルタ処理光を提供する第２の光源と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１５】
前記画像生成装置は、
前記第１のフィルタ処理光および前記第２のフィルタ処理光を前記第１の画像および前記第２の画像へそれぞれ変換する表示パネルを含むことを特徴とする請求項１４に記載の立体画像表示装置。
【請求項１６】
前記偏光画像変換装置は、
異なる位相差モード間で交代で動作する複数の動的配置層と、
前記複数の動的配置層と位置合わせされた複数の位相差板スタックと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１７】
前記複数の動的配置層は、それぞれ少なくとも１つの液晶層を含むことを特徴とする請求項１６に記載の立体画像表示装置。
【請求項１８】
前記複数の動的配置層の液晶層は、逆位相で動作することを特徴とする請求項１７に記載の立体画像表示装置。
【請求項１９】
前記複数の位相差板スタックは、
前記動的配置層の入光側および出光側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の立体画像表示装置。
【請求項２０】
前記複数の位相差板スタックは、それぞれ互いに直交する方向に配置された２つの位相差板を含むことを特徴とする請求項１６に記載の立体画像表示装置。
【請求項２１】
前記第１の偏光干渉フィルタおよび前記第２の偏光干渉フィルタは、それぞれ入力偏光子と、出力偏光子と、前記入力偏光子と前記出力偏光子との間に設けられた位相差板スタックと、を含み、
前記第１の偏光干渉フィルタの前記入力偏光子は、前記第２の偏光干渉フィルタの前記入力偏光子の透過軸に対して直交した透過軸を有することを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１】
少なくとも１つの第１の画像および少なくとも１つの第２の画像を提供する画像生成装置と、
前記第１の画像および前記第２の画像を、第１の可視スペクトルを有する第１のカラーフィルタ処理画像と、前記第1の可視スペクトルと異なる第２の可視スペクトルを有する第２のカラーフィルタ処理画像とにそれぞれ変換するカラー画像変換装置と、
前記第１のカラーフィルタ処理画像および前記第２のカラーフィルタ処理画像を、第１の偏光状態を有する第１の偏光画像と、前記第1の偏光状態と異なる第２の偏光状態を有する第２の偏光画像とにそれぞれ偏光する偏光画像変換装置と、
前記第１の偏光画像と前記第２の偏光画像とを区別し、前記第１の可視スペクトルと前記第２の可視スペクトルとを区別する第１の偏光干渉フィルタを含む第１メガネ型素子と、
前記第２の偏光画像と前記第１の偏光画像とを区別し、前記第２の可視スペクトルと前記第１の可視スペクトルとを区別する第２の偏光干渉フィルタを含む第２メガネ型素子と、を備えることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
前記第１の偏光干渉フィルタは、
透過軸を有する第１の入力偏光子と、
前記第１の入力偏光子の前記透過軸に対して直交した透過軸を有する第１の出力偏光子と、
前記第１の入力偏光子と前記第１の出力偏光子との間に配置された複数の位相差板の組み合わせからなる第１の位相差板スタックと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項３】
前記第２の偏光干渉フィルタは、
前記第１の入力偏光子の前記透過軸に対して直交した透過軸を有する第２の入力偏光子と、
前記第２の入力偏光子の前記透過軸に対して平行した透過軸を有する第２の出力偏光子と、
前記第２の入力偏光子と前記第２の出力偏光子との間に配置され、前記第１の位相差板スタックと同等の性能を持つ第２の位相差板スタックと、を備えることを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記第１の入力偏光子および前記第２の入力偏光子は直線偏光子であり、
前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態は直線偏光状態であることを特徴とする請求項３に記載の立体画像表示装置。
【請求項５】
前記第１の入力偏光子および前記第２の入力偏光子は円偏光子であり、
前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態は円偏光状態であることを特徴とする請求項３に記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
前記第２の偏光干渉フィルタは、
前記第１の入力偏光子の前記透過軸に対して直交した透過軸を有する第２の入力偏光子と、
前記第２の入力偏光子の前記透過軸に対して直交した透過軸を有する第２の出力偏光子と、
前記第２の入力偏光子と前記第２の出力偏光子との間に配置された第２の位相差板スタックと、を備え、
前記第２の位相差板スタックと前記第１の位相差板スタックとは異なる位相差を有することを特徴とする請求項２に記載の立体画像表示装置。
【請求項７】
前記第１の入力偏光子および前記第２の入力偏光子は直線偏光子であり、
前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態は直線偏光状態であることを特徴とする請求項６に記載の立体画像表示装置。
【請求項８】
前記第１の入力偏光子および前記第２の入力偏光子は円偏光子であり、
前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態は円偏光状態であることを特徴とする請求項６に記載の立体画像表示装置。
【請求項９】
第３の偏光状態および第３の可視スペクトルを有する第３の画像を透過させる第３の偏光干渉フィルタを含む第３のメガネ型素子をさらに備え、
前記第３の偏光干渉フィルタは、
前記第１の入力偏光子の前記透過軸に対して直交した透過軸を有する第３の入力偏光子と、
第３の出力偏光子と、
前記第３の入力偏光子と前記第３の出力偏光子との間に配置された第３の位相差板スタックと、を備え、
前記第３の位相差板スタックおよび前記第３の出力偏光子の配置は、前記第２の位相差板スタックおよび前記第２の出力偏光子の配置と異なるため、前記第３の可視スペクトルが前記第２の可視スペクトルと異なることを特徴とする請求項６に記載の立体画像表示装置。
【請求項１０】
前記第３の位相差板スタックおよび前記第３の出力偏光子の配置は、前記第１の位相差板スタックおよび前記第１の出力偏光子の配置と異なるため、前記第３の可視スペクトルが前記第１の可視スペクトルと異なることを特徴とする請求項９に記載の立体画像表示装置。
【請求項１１】
前記画像生成装置、前記カラー画像変換装置および前記偏光画像変換装置を制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１２】
前記画像生成装置は、
スクリーンと、
前記スクリーン上に前記第１の画像および前記第２の画像を順次投影させるプロジェクタと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１３】
前記画像生成装置は、
スクリーンと、
前記スクリーン上に前記第１の画像を投影させる第１のプロジェクタと、
前記スクリーン上に前記第２の画像を投影させる第２のプロジェクタと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１４】
前記カラー画像変換装置は、
第１のフィルタ処理光を提供する第１の光源と、
第２のフィルタ処理光を提供する第２の光源と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１５】
前記画像生成装置は、
前記第１のフィルタ処理光および前記第２のフィルタ処理光を前記第１の画像および前記第２の画像へそれぞれ変換する表示パネルを含むことを特徴とする請求項１４に記載の立体画像表示装置。
【請求項１６】
前記偏光画像変換装置は、
異なる位相差モード間で交代で動作する複数の動的配置層と、
前記複数の動的配置層と位置合わせされた複数の位相差板スタックと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【請求項１７】
前記複数の動的配置層は、それぞれ少なくとも１つの液晶層を含むことを特徴とする請求項１６に記載の立体画像表示装置。
【請求項１８】
前記複数の動的配置層の液晶層は、逆位相で動作することを特徴とする請求項１７に記載の立体画像表示装置。
【請求項１９】
前記複数の位相差板スタックは、
前記動的配置層の入光側および出光側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の立体画像表示装置。
【請求項２０】
前記複数の位相差板スタックは、それぞれ互いに直交する方向に配置された２つの位相差板を含むことを特徴とする請求項１６に記載の立体画像表示装置。
【請求項２１】
前記第１の偏光干渉フィルタおよび前記第２の偏光干渉フィルタは、それぞれ入力偏光子と、出力偏光子と、前記入力偏光子と前記出力偏光子との間に設けられた位相差板スタックと、を含み、
前記第１の偏光干渉フィルタの前記入力偏光子は、前記第２の偏光干渉フィルタの前記入力偏光子の透過軸に対して直交した透過軸を有することを特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【公開番号】特開２００９−１２２６５９（Ｐ２００９−１２２６５９Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−２６８９８２（Ｐ２００８−２６８９８２）
【出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（５０４０１１２１０）エーユー オプトロニクス コーポレイション (36)
【氏名又は名称原語表記】ＡＵ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６８９８２（Ｐ２００８−２６８９８２）
【出願日】平成２０年１０月１７日（２００８．１０．１７）
【出願人】（５０４０１１２１０）エーユー オプトロニクス コーポレイション (36)
【氏名又は名称原語表記】ＡＵ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐ．
【Ｆターム（参考）】
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