表示システム
【課題】利便性がよい表示システムを提供する。
【解決手段】表示システム１は、第１プロジェクター１０及び第２プロジェクター１１を含む投写部２と、互いに積層された液晶層と偏光板とを有する光学素子１２、１３を、液晶層の配置側が投写部２の光射出面に対向する第１状態と偏光板の配置側が投写部２の光射出面に対向する第２状態とで変更可能に、保持する保持部３と、第１状態で第１プロジェクター１０から射出された光と第２プロジェクター１１から射出された光とが時間的に交互に光学素子１２、１３を通るように液晶層を制御し、第２状態で第１プロジェクター１０から射出されて光学素子１２を通った光と第２プロジェクター１１から射出されて光学素子１３を通った光とが互いに直交する偏光になるように液晶層を制御する制御部５と、を備える。
【解決手段】表示システム１は、第１プロジェクター１０及び第２プロジェクター１１を含む投写部２と、互いに積層された液晶層と偏光板とを有する光学素子１２、１３を、液晶層の配置側が投写部２の光射出面に対向する第１状態と偏光板の配置側が投写部２の光射出面に対向する第２状態とで変更可能に、保持する保持部３と、第１状態で第１プロジェクター１０から射出された光と第２プロジェクター１１から射出された光とが時間的に交互に光学素子１２、１３を通るように液晶層を制御し、第２状態で第１プロジェクター１０から射出されて光学素子１２を通った光と第２プロジェクター１１から射出されて光学素子１３を通った光とが互いに直交する偏光になるように液晶層を制御する制御部５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表示画像を立体的に表現する表示システムが提案されている（例えば、下記の特許文献１から４参照）。この技術において、観察者は、右眼と左眼の視点分だけずれた２つの視差画像をそれぞれの眼で選択的に見ることで、表示画像を立体的に視認できる。また、複数の観察者が互いに異なる方向から投写面を見たときに、複数の観察者で互いに異なる画像を視認できる技術も提案されている。
【０００３】
画像を立体的に表示する方式としては、波長分割方式や時分割方式、偏光方式等が知られている。波長分離方式は、波長が互いに異なる２つの視差画像を投写し、２つの視差画像を波長の違いにより分離して左眼と右眼とに振り分ける方式である。時分割方式や偏光方式は、波長分離方式よりも色再現性の点で有利である。
【０００４】
時分割方式は、２つの視差画像を時分割で投写し、投写されている視差画像を左眼と右眼のいずれで観察可能にするかをシャッター眼鏡で時間的に切替える方式である。シャッター眼鏡は、液晶シャッター等を利用して透過率を切替えることができる。時分割方式では、シャッター眼鏡へ入射する光の偏光方向による透過率の依存性を低くする等の観点で、光が散乱しやすいマットスクリーン等が用いられる。
【０００５】
偏光方式は、液晶プロジェクター等により偏光方向が互いに異なる２つの視差画像を投写し、２つの視差画像を偏光方向の違いにより偏光眼鏡等で分離して左眼と右眼とに振り分ける方式である。偏光方式では、プロジェクターからの光が投写面で反射する前後で偏光方向を保持するように、光が散乱しにくいシルバースクリーン等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１８８９４号公報
【特許文献２】特開平２−１４４５１６号公報
【特許文献３】特開平１０―２８２７５号公報
【特許文献４】特表２００９−５０７４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、マットスクリーンに偏光方式で視差画像を投写すると、マットスクリーンで光が散乱して偏光が解消され、右眼用の視差画像（以下、Ｒ画像という）と左眼用の視差画像（以下、Ｌ画像という）を分離して表示することが難しくなる。また、シルバースクリーンに時分割方式で視差画像を投写すると、シルバースクリーンで反射する前後で偏光が保持されるので、所望の視差画像を表示することが難しくなることがある。例えば、時分割方式において、緑色光が他の色光とは異なる偏光で射出するプロジェクターが用いられる場合には、片眼用の視差画像のうち緑色光と他の色光とでシャッター眼鏡の透過率が異なってしまい、視差画像が所望の色で観察されなくなる。
【０００８】
このように、従来の表示システムは、時分割方式と偏光方式とでスクリーンを使い分ける必要が生じるので、利便性が悪くなるおそれがある。また、マットスクリーンに時分割方式で立体画像を表示しようとすれば、例えば高周波数で動作可能な液晶パネルや駆動回路が必要になり、装置コストが高くなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、利便性がよい表示システムを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の表示システムは、第１プロジェクターと第２プロジェクターとを含む投写部と、互いに積層された液晶層と偏光板とを有する光学素子と、前記光学素子を、前記液晶層の配置側が前記投写部の光射出面に対向する第１状態と前記偏光板の配置側が前記投写部の光射出面に対向する第２状態とで変更可能に、保持する保持部と、前記第１状態で前記第１プロジェクターから射出された光と前記第２プロジェクターから射出された光とが時間的に交互に前記光学素子を通るように前記液晶層を制御し、前記第２状態で前記第１プロジェクターから射出されて前記光学素子を通った光と前記第２プロジェクターから射出されて前記光学素子を通った光とが互いに直交する偏光になるように前記液晶層を制御する制御部と、を備える。
【００１１】
上記の表示システムは、第１状態において、第１プロジェクターから射出された光と第２プロジェクターから射出された光とが時間的に交互に光学素子を通るので、第１プロジェクターによる第１画像と第２プロジェクターによる第２画像とを時分割方式で表示することができる。また、上記の表示システムは、第２状態において、第１プロジェクターから射出されて光学素子を通った光と第２プロジェクターから射出されて光学素子を通った光とが互いに直交する偏光になるので、第１プロジェクターによる第１画像と第２プロジェクターによる第２画像とを偏光方式で表示することができる。
【００１２】
上記の表示システムは、保持部が光学素子を第１状態と第２状態とで変更可能に保持するので、スクリーンの特性に応じて時分割方式と偏光方式とを切替えることができる。したがって、上記の表示システムは、例えばマットスクリーンとシルバースクリーンのいずれを用いる場合でも第１画像と第２画像と分けて表示することができ、利便性が高くなる。また、上記の表示システムは、第１プロジェクターと第２プロジェクターとで視差画像を表示するので、明るい視差画像を表示することができる。
【００１３】
上記の表示システムにおいて、前記光学素子の前記液晶層は、互いに積層された第１液晶層と第２液晶層とを含み、前記光学素子の厚み方向から見て前記第１液晶層の遅相軸が前記偏光板の透過軸に対して２２．５°の角度をなしているとともに前記第２液晶層の遅相軸が前記偏光板の透過軸に対して６７．５°の角度をなしていてもよい。
【００１４】
このようにすれば、光学素子の波長依存性を減らすことができるので、第１状態において光学素子を通った各色光の光量を高精度に制御することができ、高品質な画像を表示することができる。また、第２状態において光学素子を通った各色光の偏光状態を高精度に制御することができ、第１プロジェクターにより表示される第１画像と第２プロジェクターにより表示される第２画像とのクロストークを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】表示システムを示す図である。
【図２】光学素子及び保持部を示す図である。
【図３】表示システムの第１状態での動作の一例を示す図である。
【図４】表示システムの各部の第１状態での動作タイミングの一例を示す図である。
【図５】表示システムの第２状態での動作の一例を示す図である。
【図６】表示システムの各部の第２状態での動作タイミングの一例を示す図である。
【図７】光学素子の変形例を示す図である。
【図８】光学素子及び保持部材の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本実施形態の表示システムの概略構成を模式的に示す図である。図２は、本実施形態の光学素子及び保持部の概略構成を示す図である。
【００１７】
図１に示す表示システム１は、スクリーンＳＣ上のほぼ同じ領域にＲ画像Ｐ１とＬ画像Ｐ２とを投写し、Ｒ画像Ｐ１とＬ画像Ｐ２とを眼鏡Ｇにより観察者の右眼と左眼に分けて示すことができ、立体画像を表示すること等ができる。表示システム１は、スクリーンの種類等によって時分割方式と偏光方式を切替えて、Ｒ画像Ｐ１とＬ画像Ｐ２とを表示することができる。
【００１８】
表示システム１は、投写部２と、投写部２の光射出側に配置された偏光調整部３と、偏光調整部３を保持する保持部４と、偏光調整部３を制御する制御部５とを備える。投写部２から射出された光は、偏光調整部３を介してスクリーンＳＣへ入射し、スクリーンＳＣで反射した後に観察者の左眼又は右眼に到達する。
【００１９】
本実施形態の投写部２は、所謂スタック型のプロジェクターであり、ＤＶＤプレイヤーやＰＣ等の信号源等から入力される画像データに基づいて、画像を投写することができる。投写部２は、Ｒ画像Ｐ１を投写する第１プロジェクター１０と、Ｌ画像Ｐ２を投写する第２プロジェクター１１とを含む。第１プロジェクター１０及び第２プロジェクター１１は、同様の構成であり、例えば３板式の液晶プロジェクターで構成される。
【００２０】
液晶プロジェクターは、例えば、超高圧水銀ランプやレーザーダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源と、液晶ライトバルブと、ダイクロイックプリズム等の色合成素子と、投写レンズとを備える。液晶プロジェクターは、光源から射出された３色（例えば、赤、緑、青）の色光を色光ごとに画像データに基づいて液晶ライトバルブで変調し、変調された３色の光を色合成素子で合成した後に投写レンズで投写することができる。
【００２１】
本実施形態の制御部５は、信号源等から供給される立体画像を示す画像データから、Ｒ画像を示す第１画像データとＬ画像を示す第２画像データとを抽出することができる。制御部５は、抽出した第１画像データを例えば第１プロジェクター１０に供給し、第２画像データを第２プロジェクター１１に供給することができる。
【００２２】
第１プロジェクター１０から射出されて偏光調整部３へ入射する前の３色の色光は、いずれも直線偏光であり、偏光方向が３色の色光で揃っている。また、第２プロジェクター１１から射出されて偏光調整部３へ入射する前の３色の色光は、第１プロジェクター１０から射出された色光と偏光方向がほぼ同じである。ここでは、説明の便宜上、投写部２から射出されて偏光調整部３に入射する前の偏光の軸方向が水平走査方向（図中Ｘ軸方向）に平行であるとし、水平走査方向に平行な軸方向を有する直線偏光をＰ偏光という。また、垂直走査方向（図中Ｚ軸方向）に平行な軸方向を有する直線偏光をＳ偏光という。
【００２３】
偏光調整部３は、第１光学素子１２及び第２光学素子１３を含む。保持部４は、第１保持部材１４及び第２保持部材１５を含む。第１保持部材１４は、第１光学素子１２を保持しており、少なくとも表示システム１で画像を表示するときには、第１プロジェクター１０から射出された光が入射する位置に図示略の固定部材で固定される。この固定部材は、保持部４の一部であってもよい。
【００２４】
図２に示す第１光学素子１２は、透過型の液晶パネル１６と、液晶パネル１６の厚み方向に積層された偏光板１７とを含む。液晶パネル１６は、制御部５と電気的に接続された１対の電極と、制御部５から１対の電極を介して印加される電界により駆動される液晶層とを含む。すなわち、液晶層と偏光板１７は、液晶パネル１６を構成する電極や基板等を介して互いに積層されている。
【００２５】
本実施形態において、液晶パネル１６の１対の電極は、第１プロジェクター１０から光が入射する領域にベタ状に形成されている。すなわち、液晶パネル１６は、第１プロジェクター１０から光が入射する領域を含む単一の画素で構成されている。液晶層は、例えば垂直配向（ＶＡ）モードの液晶層であり、そのリタデーション値は、例えば第１プロジェクター１０から射出されえる光の中心波長の１／２に設定される。電界が印加されていない状態で液晶層を通る直線偏光は、その偏光方向がほぼ変化しないで液晶層から射出される。また、電界が印加された状態で液晶層を通る直線偏光は、液晶層へ入射前の直線偏光とは直交する直交偏光となって液晶層からされる。偏光板１７は、透過軸に平行な直線偏光が透過し、透過軸に直交する吸収軸に平行な直線偏光を吸収する特性を有する。
【００２６】
本実施形態の第１保持部材１４は、第１光学素子１２の厚み方向と直交する向きに第１光学素子１２をスライドさせることが可能なガイド溝１８と、ガイド溝１８が延びる方向（図中Ｚ軸方向）の端に配置された端部と、底部１９に設けられた接点２０とを含む。
【００２７】
第１保持部材１４は、ガイド溝１８に沿って第１光学素子１２を挿入できるように構成されている。第１光学素子１２は、表裏両面を結ぶ側面が底部１９まで挿入されて、その周縁部がガイド溝１８の内壁に保持される。ユーザーは、第１保持部材１４から第１光学素子１２をスライドして取り外し、第１保持部材１４に対して第１光学素子１２の表裏面を反転させた状態で第１光学素子１２を第１保持部材１４に取り付けることができる。第１光学素子１２は、その表裏両面のいずれの面が液晶パネル１６（又は偏光板１７）の配置側であるかを示す印（図示略）を有している。この印は、視覚で感知できるものでもよいし、触覚で感知できるものでもよい。
【００２８】
このように第１保持部材１４は、第１光学素子１２の液晶パネル１６と偏光板１７に関して、液晶パネル１６の配置側が第１プロジェクター１０の光射出面２１に対向する第１状態と、偏光板１７の配置側が第１プロジェクター１０の光射出面２１に対向する第２状態とで変更可能に、第１光学素子１２保持することができる。本実施形態において、光射出面２１は、第１プロジェクター１０の投写レンズのうち終端に配置されるレンズ等の光学要素の表面である。第１状態において、偏光板１７は、液晶パネル１６に対して第１プロジェクター１０の反対側（スクリーンＳＣとは同じ側）に配置される。第２状態において、偏光板１７は、液晶パネル１６に対して第１プロジェクター１０と同じ側（スクリーンＳＣとは反対側）に配置される。ユーザーは、第１光学素子１２の配置状態が第１状態であるか第２状態であるかを、第１光学素子１２に設けられた印によって容易に知ることができる。
【００２９】
第１保持部材１４の接点２０は、図示略の配線等で制御部５と電気的に接続されている。液晶パネル１６は、第１保持部材１４の底部１９まで挿入された状態で、液晶パネル１６の１対の電極と電気的に接続された接点が第１保持部材１４の接点と接触し、接点２０を介して制御部５と電気的に接続される。接点２０は、第１状態と第２状態のいずれにおいて液晶パネル１６の接点と接触するように、配置されている。
【００３０】
図１の説明に戻り、本実施形態において、第２光学素子１３は第１光学素子１２と同様の構成であり、第２保持部材１５は第１保持部材１４と同様の構成である。第２保持部材１５は、第２光学素子１３を保持しており、少なくとも表示システム１で画像を表示するときには、第２プロジェクター１１から射出された光が入射する位置に図示略の固定部材で固定される。
【００３１】
スクリーンＳＣは、マットスクリーンや壁等のように入射した光が散乱されて反射する散乱型でもよいし、シルバースクリーン等のように入射した光が入射前後で偏光状態を保持して反射する非散乱型でもよい。スクリーンＳＣは、表示システム１の一部であってもよい。
【００３２】
次に、表示システム１の動作について説明する。表示システム１は、時分割方式と偏光方式を切替えることができ、いずれかの方式で立体画像を表示することができる。眼鏡Ｇは、立体画像を表示する方式に応じて選択される。眼鏡Ｇは、表示システム１の一部であってもよい。
【００３３】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、表示システムの第１状態での動作の一例を示す図である。図４は、表示システムの各部の第１状態での動作タイミングの一例を示す図である。表示システム１は、スクリーンＳＣが散乱型である場合に、時分割方式で立体画像を表示することができる。表示システム１により時分割方式で立体画像を表示する場合に、第１光学素子１２及び第２光学素子１３は、それぞれの液晶パネルの配置側が投写部２の光射出面を向く第１状態に配置され、また、眼鏡Ｇとしてシャッター眼鏡が用いられる。
【００３４】
このシャッター眼鏡は、その左眼と右眼のそれぞれが液晶シャッター等で構成される。シャッター眼鏡は、その左眼と右眼のそれぞれについて、入射した光が透過するモードと遮光されるモードとを切替えることができる。本実施形態において、表示システム１がシャッター眼鏡を利用して立体画像を表示する場合に、制御部５は、シャッター眼鏡の左眼と右眼の一方が透過モードであって他方が遮光モードになるように、また遮光モードと透過モードとが時間的に交互に切替わるように、シャッター眼鏡を制御することができる。
【００３５】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、第１プロジェクター１０（図中第１ＰＪ）及び第２プロジェクター１１（図中第２ＰＪ）は、それぞれ、垂直走査方向（図中画面縦方向）に並ぶ走査線を線順次に走査する。この動作例において、第１プロジェクター１０及び第２プロジェクター１１は、それぞれ、１フレームの画像分の走査を開始しから１／６０秒後にこのフレームの画像全体分の走査が終了する。第１プロジェクター１０は、Ｒ画像を投写し、第２プロジェクター１１は、第１プロジェクター１０がＲ画像を投写するのとほぼ同じタイミングで、このＲ画像に対応するＬ画像を投写する。
【００３６】
まず、Ｒ画像が観察者に示される仕組みについて説明する。第１光学素子１２は、その液晶パネル１６が制御部５に制御されて、図４（Ｃ）に示すように、１／１２０秒の期間ごとに、透過モードと遮光モードとを交互に繰り返す。第１光学素子１２は、透過モードにおいて液晶パネル１６を通った光が偏光板１７を透過し、遮光モードにおいて液晶パネル１６を通った光が偏光板１７に吸収されるように、偏光板１７の透過軸あるいは吸収軸の方向を加味して配置される。
【００３７】
眼鏡Ｇの右眼ＧＲは、制御部５に制御されて、図４（Ｅ）に示すように第１光学素子１２が透過モードである期間に、透過モードに保持される。また、眼鏡Ｇの左眼ＧＬは、制御部５に制御されて、図４（Ｆ）に示すように第１光学素子１２が透過モードである期間に、遮光モードに保持される。すなわち、第１光学素子１２が透過モードである期間では、図３（Ｂ）に示すように第１プロジェクター１０から射出された光Ｌ１（Ｒ画像）は、スクリーンＳＣで散乱されて反射し、眼鏡Ｇの右眼ＧＲを透過して観察者の右眼に到達する一方、眼鏡Ｇの左眼ＧＬで遮光されて観察者の左眼にほとんど到達しない。このように、観察者は、Ｒ画像を右眼のみで観察することになる。
【００３８】
また、第２光学素子１３は、その液晶パネルが制御部５に制御され、図４（Ｄ）に示すように第１光学素子１２が透過モードである期間に、遮光モードに保持される。第２光学素子１３についても、透過モードにおいて液晶パネルを通った光が偏光板１７を透過し、遮光モードにおいて液晶パネルを通った光が偏光板に吸収されるように、偏光板の透過軸あるいは吸収軸の方向を加味して配置される。第１プロジェクター１０から射出された光Ｌ１（Ｒ画像）が眼鏡Ｇの右目ＧＲを透過している間、図３（Ｂ）に示すように第２プロジェクター１１から射出された光Ｌ２（Ｌ画像）は、第２光学素子１３に遮光されて観察者の右眼と左眼のいずれにもほとんど到達しない。このように、観察者がＲ画像を観察している期間に、Ｌ画像は観察者にほとんど観察されないことになる。
【００３９】
次に、Ｌ画像が観察者に示される仕組みについて説明する。第２光学素子１３は、図４（Ｄ）に示すように、１／１２０秒の期間ごとに、透過モードと遮光モードとを交互に繰り返す。なお、第２光学素子１３は、第１光学素子１２が透過モードである場合は、遮光モードであり、第１光学素子１２が遮光モードである場合は、透過モードであるように、制御部５によって制御される。眼鏡Ｇの左眼ＧＬは、図４（Ｆ）に示すように第２光学素子１３が透過モードである期間に、透過モードに保持される。また、眼鏡Ｇの右眼ＧＲは、図４（Ｅ）に示すように第２光学素子１３が透過モードである期間に、遮光モードに保持される。すなわち、第２光学素子１３が透過モードである期間では、図３（Ａ）に示すように第２プロジェクター１１から射出された光Ｌ２（Ｌ画像）は、スクリーンＳＣで散乱されて反射し、眼鏡Ｇの左眼ＧＬを透過して観察者の左眼に到達する一方、眼鏡Ｇの右眼ＧＲで遮光されて観察者の右眼にほとんど到達しない。このように、観察者は、Ｌ画像を左眼のみで観察することになる。また、第２プロジェクター１１から射出された光Ｌ２（Ｌ画像）が眼鏡Ｇの左目ＧＬを透過している間、第１光学素子１２は、図４（Ｃ）に示すように第２光学素子１３が透過モードである期間に、遮光モードに保持される。すなわち、図３（Ａ）に示すように第１プロジェクター１０から射出された光Ｌ１（Ｒ画像）は、第１光学素子１２に遮光されて観察者の右眼と左眼のいずれにもほとんど到達しない。このように、観察者がＬ画像を観察している期間に、Ｒ画像は、観察者にほとんど観察されないことになる。
【００４０】
以上のように、Ｒ画像が観察者の右眼のみに示される期間と、Ｌ画像が観察者の左眼のみに示される期間とが交互に高速で切替わることによって、観察者にはＲ画像とＬ画像とがほとんど同時に認識されて立体画像が観察される。
【００４１】
次に、表示システム１により偏光方式で立体画像を表示する場合について説明する。図５は、表示システムの第２状態での動作の一例を示す図である。図６は、表示システムの各部の第２状態での動作タイミングの一例を示す図である。表示システム１は、スクリーンＳＣが非散乱型である場合に、偏光方式と上記の時分割方式のいずれの方式でも立体画像を表示することができる。
【００４２】
表示システム１により偏光方式で立体画像を表示する場合に、第１光学素子１２及び第２光学素子１３は、それぞれの偏光板の配置側が投写部２の光射出面を向く第２状態に配置され、また、眼鏡Ｇとして偏光眼鏡が用いられる。
【００４３】
この偏光眼鏡の左眼と右眼は、それぞれ直線偏光が透過する特性を有する。偏光眼鏡は、左眼を透過する直線偏光の偏光軸が右眼を透過する直線偏光の偏光軸と直交するように、構成されている。すなわち、偏光眼鏡は、Ｐ偏光とＳ偏光の一方が偏光眼鏡の右眼を透過し、他方が偏光眼鏡の左眼を透過するように構成されている。
【００４４】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、第１プロジェクター１０（図中第１ＰＪ）及び第２プロジェクター１１（図中第２ＰＪ）は、それぞれ、垂直走査方向（図中画面縦方向）に並ぶ走査線を線順次に走査する。この動作例において、第１プロジェクター１０及び第２プロジェクター１１は、それぞれ、１フレームの画像分の走査を開始してから１／６０秒後にこのフレームの画像全体分の走査を終了する。第１プロジェクター１０は、Ｒ画像を投写し、第２プロジェクター１１は、第１プロジェクター１０がＲ画像を投写するのとほぼ同じタイミングで、このＲ画像に対応するＬ画像を投写する。
【００４５】
第１光学素子１２は、観察者の右眼だけにＲ画像だけを示すように、第１プロジェクター１０から射出されて第１光学素子１２を通った光Ｌ３（Ｒ画像）が眼鏡Ｇの右眼ＧＲを透過する偏光状態になるように、その液晶パネル１６が制御部５に制御される。また、第２光学素子１３は、観察者の左眼だけにＬ画像だけを示すように、第２プロジェクター１１から射出されて第２光学素子１３を通った光Ｌ４（Ｌ画像）が眼鏡Ｇの左眼ＧＬを透過する偏光状態になるように、その液晶パネルが制御部５に制御される。
【００４６】
ここでは、説明の便宜上、第１プロジェクター１０及び第２プロジェクター１１がＰ偏光を射出し、第１光学素子１２の液晶パネル１６及び第２光学素子１３の液晶パネルがＶＡモードであるとする。この場合に、第１光学素子１２の偏光板と第２光学素子１３の偏光板は、Ｐ偏光が透過するように偏光板の透過軸の方向を加味して、配置される。また、偏光眼鏡の右眼ＧＲはＰ偏光が透過する特性を有し、偏光眼鏡の左眼ＧＬはＳ偏光が透過する特性を有するとする。
【００４７】
この場合に、制御部５は、観察者の右眼だけにＲ画像だけを示すように、第１光学素子１２の液晶パネル１６の液晶層に電圧（電界）が印加されないように第１光学素子１２を制御する。また、制御部５は、観察者の左眼だけにＬ画像だけを示すよう、第２光学素子１３の液晶パネルの液晶層に電圧（電界）が印加されるように、第２光学素子１３を制御する。
【００４８】
図５に示すように、第１プロジェクター１０から第１光学素子１２へ入射した光（Ｐ偏光）は、偏光状態がほとんど変化せずに第１光学素子１２を透過し、スクリーンＳＣで偏光状態がほとんど変化せずに反射する。また、第２プロジェクター１１から第２光学素子１３へ入射した光（Ｐ偏光）は、第２光学素子１３を通って偏光状態がＳ偏光に変化した後に、スクリーンＳＣで偏光状態がほとんど変化せずに反射する。第１プロジェクター１０から射出されてスクリーンＳＣで反射したＰ偏光（Ｒ画像）と第２プロジェクター１１から射出されてスクリーンＳＣで反射したＳ偏光（Ｌ画像）のうち、Ｐ偏光は、眼鏡Ｇの右眼ＧＲを通って観察者の右眼に到達し、Ｓ偏光は、眼鏡Ｇの右眼ＧＲで遮光されて観察者の右眼にほとんど到達しない。すなわち、観察者は、右眼でＲ画像のみを観察することになる。同様に、Ｓ偏光は、眼鏡Ｇの左眼ＧＬを通って観察者の左眼に到達し、Ｐ偏光は、眼鏡Ｇの左眼ＧＬで遮光されて観察者の左眼にほとんど到達しない。すなわち、観察者は、左眼でＬ画像のみを観察することになる。以上のように、Ｒ画像が観察者の右眼のみで観察され、Ｌ画像が左眼のみで観察されることによって、観察者に立体画像が観察される。
【００４９】
以上のような構成の本実施形態の表示システム１は、マットスクリーン等の散乱型のスクリーンを用いる場合に、第１状態に配置された第１光学素子１２及び第２光学素子１３を制御部５が制御することによって、立体画像を時分割方式で表示することができる。また、シルバースクリーン等の非散乱型のスクリーンに対して、第２状態に配置された第１光学素子１２及び第２光学素子１３を制御部５が制御することによって、立体画像を偏光方式で表示することができる。このように、表示システム１は、散乱型のスクリーンと非散乱型のスクリーンのいずれを用いる場合でも立体画像を表示することができるので、使い勝手がよい（利便性が高い）。また、表示システム１は、第１プロジェクター１０でＲ画像を投写し、第２プロジェクター１１でＬ画像を表示するので、１台のプロジェクターでＬ画像とＲ画像とを投写する構成と比較して、明るい立体画像を表示すること容易である。
【００５０】
ところで、第１プロジェクター１０や第２プロジェクター１１において液晶ライトバルブで変調された光は、光学素子に到達するまでの間に色合成素子や投写レンズで偏光状態が乱れることがありえる。表示システム１は、第１光学素子１２及び第２光学素子１３を第２状態に配置して表示する場合に、光学素子へ入射する光のうち偏光状態が乱れた成分を偏光板１７で除去することができる。したがって、偏光眼鏡へ入射する偏光の偏光方向を高精度に制御することができ、Ｒ画像とＬ画像とのクロストークを減らすこと等ができる。
【００５１】
次に、変形例について説明する。図７は、光学素子の変形例を示す図である。図８は、保持部の変形例を示す図である。以下の説明において、上記の実施形態と同様の構成要素については、上記の実施形態と同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略することがある。
【００５２】
図７に示す光学素子３０は、第１液晶層を有する第１液晶パネル３１と、第２液晶層を有する第２液晶パネル３２と、上記の実施形態と同様の偏光板１７とを含む。第１液晶パネル３１と第２液晶パネル３２は、光学素子３０の厚み方向から見て第１液晶層と第２液晶層とが重なり合うように、互いに積層されている。すなわち、光学素子３０の液晶層は、第１液晶層と第２液晶層とを含み、第１液晶層と第２液晶層とが基板等を介して光学素子３０の厚み方向に互いに積層された構成である。光学素子３０の厚み方向から見たときに、第１液晶層の遅相軸３３が偏光板１７の吸収軸３４となす角度αが略６７．５°（透過軸３６となす角度が略２２．５°）であり、第２液晶層の遅相軸３５が偏光板１７の吸収軸３４に対してなす角度βは略２２．５°（透過軸３６に対してなす角度が略６７．５°）である。
【００５３】
ところで、液晶層のリタデーション値は、屈折率の関数であるので入射する波長によって変化する。例えば、液晶層のリタデーション値を緑色光の中心波長に対して１／２に設定すると、赤色光と青色光については、液晶層のリタデーション値が１／２波長にならなくなり、液晶層を通った後の偏光状態が実際には直線偏光に近い楕円偏光になる。変形例の光学素子３０は、第１液晶層の遅相軸３３と第２液晶層の遅相軸３５とが上記の条件を満たすように設定されているので、光学素子の波長依存性を減らすことができる。したがって、第１状態において光学素子３０を通った各色光の光量を高精度に制御することができ、カラーバランスを高精度に制御することができるので、高品質な画像を表示することができる。また、第２状態において光学素子３０を通った各色光の偏光状態を高精度に制御することができ、第１プロジェクター１０により表示される画像と第２プロジェクターにより表示される画像とのクロストークを減らすことができる。
【００５４】
なお、光学素子３０は、上記の実施形態の第１光学素子１２や第２光学素子１３として利用可能である。また、第１液晶層と第２液晶層は、そのいずれが偏光板１７側に配置されていてもよい。
【００５５】
図８に示す保持部材４０は、第１プロジェクター１０の投写レンズ４１（鏡筒）に取り付け可能である。本変形例の光学素子４２は、円板状であり、保持部材４０は光学素子４２の外周面を囲んで保持する円環状である。保持部材４０の軸方向の両端部には、投写レンズ４１の先端部とかみあわせることが可能なネジ山又はネジ溝が設けられている。
【００５６】
光学素子４２は、保持部材４０に保持された状態で保持部材４０が投写レンズ４１の先端部にネジ込まれることによって、投写レンズ４１に対して着脱可能に固定される。光学素子４２は、その軸方向の一端部と他端部のいずれを投写レンズ４１の先端部にねじ込むかによって、第１状態あるいは第２状態のいずれの配置状態になるかを選択可能になっている。
【００５７】
ここでは、光学素子４２を投写レンズ４１の先端部に対して最大限にねじ込んだ状態で、偏光板の透過軸の方向が所定の方向になるように、上記のネジ山とネジ溝が形成されている。保持部材４０は、第１プロジェクター１０に対して直接的に取り付けることができるので、第１プロジェクター１０に対する位置決めが容易である。なお、光学素子４２は、上記の実施形態の第１光学素子１２や第２光学素子１３として利用可能であり、保持部材４０は上記の実施形態の第１保持部材１４や第２保持部材１５として利用可能である。
【００５８】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、上記の実施形態で説明した要件の少なくとも１つは、省略されることある。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・表示システム、２・・・投写部、４・・・保持部、５・・・制御部、１０・・・第１プロジェクター、１１・・・第２プロジェクター、１２・・・第１光学素子（光学素子）、１３・・・第２光学素子（光学素子）、１７・・・偏光板、２１・・・光射出面、３０・・・光学素子、３３・・・第１液晶層の遅相軸、３５・・・第２液晶層の遅相軸、３６・・・偏光板の透過軸、４２・・・光学素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表示画像を立体的に表現する表示システムが提案されている（例えば、下記の特許文献１から４参照）。この技術において、観察者は、右眼と左眼の視点分だけずれた２つの視差画像をそれぞれの眼で選択的に見ることで、表示画像を立体的に視認できる。また、複数の観察者が互いに異なる方向から投写面を見たときに、複数の観察者で互いに異なる画像を視認できる技術も提案されている。
【０００３】
画像を立体的に表示する方式としては、波長分割方式や時分割方式、偏光方式等が知られている。波長分離方式は、波長が互いに異なる２つの視差画像を投写し、２つの視差画像を波長の違いにより分離して左眼と右眼とに振り分ける方式である。時分割方式や偏光方式は、波長分離方式よりも色再現性の点で有利である。
【０００４】
時分割方式は、２つの視差画像を時分割で投写し、投写されている視差画像を左眼と右眼のいずれで観察可能にするかをシャッター眼鏡で時間的に切替える方式である。シャッター眼鏡は、液晶シャッター等を利用して透過率を切替えることができる。時分割方式では、シャッター眼鏡へ入射する光の偏光方向による透過率の依存性を低くする等の観点で、光が散乱しやすいマットスクリーン等が用いられる。
【０００５】
偏光方式は、液晶プロジェクター等により偏光方向が互いに異なる２つの視差画像を投写し、２つの視差画像を偏光方向の違いにより偏光眼鏡等で分離して左眼と右眼とに振り分ける方式である。偏光方式では、プロジェクターからの光が投写面で反射する前後で偏光方向を保持するように、光が散乱しにくいシルバースクリーン等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１８８９４号公報
【特許文献２】特開平２−１４４５１６号公報
【特許文献３】特開平１０―２８２７５号公報
【特許文献４】特表２００９−５０７４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、マットスクリーンに偏光方式で視差画像を投写すると、マットスクリーンで光が散乱して偏光が解消され、右眼用の視差画像（以下、Ｒ画像という）と左眼用の視差画像（以下、Ｌ画像という）を分離して表示することが難しくなる。また、シルバースクリーンに時分割方式で視差画像を投写すると、シルバースクリーンで反射する前後で偏光が保持されるので、所望の視差画像を表示することが難しくなることがある。例えば、時分割方式において、緑色光が他の色光とは異なる偏光で射出するプロジェクターが用いられる場合には、片眼用の視差画像のうち緑色光と他の色光とでシャッター眼鏡の透過率が異なってしまい、視差画像が所望の色で観察されなくなる。
【０００８】
このように、従来の表示システムは、時分割方式と偏光方式とでスクリーンを使い分ける必要が生じるので、利便性が悪くなるおそれがある。また、マットスクリーンに時分割方式で立体画像を表示しようとすれば、例えば高周波数で動作可能な液晶パネルや駆動回路が必要になり、装置コストが高くなってしまう。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、利便性がよい表示システムを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の表示システムは、第１プロジェクターと第２プロジェクターとを含む投写部と、互いに積層された液晶層と偏光板とを有する光学素子と、前記光学素子を、前記液晶層の配置側が前記投写部の光射出面に対向する第１状態と前記偏光板の配置側が前記投写部の光射出面に対向する第２状態とで変更可能に、保持する保持部と、前記第１状態で前記第１プロジェクターから射出された光と前記第２プロジェクターから射出された光とが時間的に交互に前記光学素子を通るように前記液晶層を制御し、前記第２状態で前記第１プロジェクターから射出されて前記光学素子を通った光と前記第２プロジェクターから射出されて前記光学素子を通った光とが互いに直交する偏光になるように前記液晶層を制御する制御部と、を備える。
【００１１】
上記の表示システムは、第１状態において、第１プロジェクターから射出された光と第２プロジェクターから射出された光とが時間的に交互に光学素子を通るので、第１プロジェクターによる第１画像と第２プロジェクターによる第２画像とを時分割方式で表示することができる。また、上記の表示システムは、第２状態において、第１プロジェクターから射出されて光学素子を通った光と第２プロジェクターから射出されて光学素子を通った光とが互いに直交する偏光になるので、第１プロジェクターによる第１画像と第２プロジェクターによる第２画像とを偏光方式で表示することができる。
【００１２】
上記の表示システムは、保持部が光学素子を第１状態と第２状態とで変更可能に保持するので、スクリーンの特性に応じて時分割方式と偏光方式とを切替えることができる。したがって、上記の表示システムは、例えばマットスクリーンとシルバースクリーンのいずれを用いる場合でも第１画像と第２画像と分けて表示することができ、利便性が高くなる。また、上記の表示システムは、第１プロジェクターと第２プロジェクターとで視差画像を表示するので、明るい視差画像を表示することができる。
【００１３】
上記の表示システムにおいて、前記光学素子の前記液晶層は、互いに積層された第１液晶層と第２液晶層とを含み、前記光学素子の厚み方向から見て前記第１液晶層の遅相軸が前記偏光板の透過軸に対して２２．５°の角度をなしているとともに前記第２液晶層の遅相軸が前記偏光板の透過軸に対して６７．５°の角度をなしていてもよい。
【００１４】
このようにすれば、光学素子の波長依存性を減らすことができるので、第１状態において光学素子を通った各色光の光量を高精度に制御することができ、高品質な画像を表示することができる。また、第２状態において光学素子を通った各色光の偏光状態を高精度に制御することができ、第１プロジェクターにより表示される第１画像と第２プロジェクターにより表示される第２画像とのクロストークを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】表示システムを示す図である。
【図２】光学素子及び保持部を示す図である。
【図３】表示システムの第１状態での動作の一例を示す図である。
【図４】表示システムの各部の第１状態での動作タイミングの一例を示す図である。
【図５】表示システムの第２状態での動作の一例を示す図である。
【図６】表示システムの各部の第２状態での動作タイミングの一例を示す図である。
【図７】光学素子の変形例を示す図である。
【図８】光学素子及び保持部材の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本実施形態の表示システムの概略構成を模式的に示す図である。図２は、本実施形態の光学素子及び保持部の概略構成を示す図である。
【００１７】
図１に示す表示システム１は、スクリーンＳＣ上のほぼ同じ領域にＲ画像Ｐ１とＬ画像Ｐ２とを投写し、Ｒ画像Ｐ１とＬ画像Ｐ２とを眼鏡Ｇにより観察者の右眼と左眼に分けて示すことができ、立体画像を表示すること等ができる。表示システム１は、スクリーンの種類等によって時分割方式と偏光方式を切替えて、Ｒ画像Ｐ１とＬ画像Ｐ２とを表示することができる。
【００１８】
表示システム１は、投写部２と、投写部２の光射出側に配置された偏光調整部３と、偏光調整部３を保持する保持部４と、偏光調整部３を制御する制御部５とを備える。投写部２から射出された光は、偏光調整部３を介してスクリーンＳＣへ入射し、スクリーンＳＣで反射した後に観察者の左眼又は右眼に到達する。
【００１９】
本実施形態の投写部２は、所謂スタック型のプロジェクターであり、ＤＶＤプレイヤーやＰＣ等の信号源等から入力される画像データに基づいて、画像を投写することができる。投写部２は、Ｒ画像Ｐ１を投写する第１プロジェクター１０と、Ｌ画像Ｐ２を投写する第２プロジェクター１１とを含む。第１プロジェクター１０及び第２プロジェクター１１は、同様の構成であり、例えば３板式の液晶プロジェクターで構成される。
【００２０】
液晶プロジェクターは、例えば、超高圧水銀ランプやレーザーダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源と、液晶ライトバルブと、ダイクロイックプリズム等の色合成素子と、投写レンズとを備える。液晶プロジェクターは、光源から射出された３色（例えば、赤、緑、青）の色光を色光ごとに画像データに基づいて液晶ライトバルブで変調し、変調された３色の光を色合成素子で合成した後に投写レンズで投写することができる。
【００２１】
本実施形態の制御部５は、信号源等から供給される立体画像を示す画像データから、Ｒ画像を示す第１画像データとＬ画像を示す第２画像データとを抽出することができる。制御部５は、抽出した第１画像データを例えば第１プロジェクター１０に供給し、第２画像データを第２プロジェクター１１に供給することができる。
【００２２】
第１プロジェクター１０から射出されて偏光調整部３へ入射する前の３色の色光は、いずれも直線偏光であり、偏光方向が３色の色光で揃っている。また、第２プロジェクター１１から射出されて偏光調整部３へ入射する前の３色の色光は、第１プロジェクター１０から射出された色光と偏光方向がほぼ同じである。ここでは、説明の便宜上、投写部２から射出されて偏光調整部３に入射する前の偏光の軸方向が水平走査方向（図中Ｘ軸方向）に平行であるとし、水平走査方向に平行な軸方向を有する直線偏光をＰ偏光という。また、垂直走査方向（図中Ｚ軸方向）に平行な軸方向を有する直線偏光をＳ偏光という。
【００２３】
偏光調整部３は、第１光学素子１２及び第２光学素子１３を含む。保持部４は、第１保持部材１４及び第２保持部材１５を含む。第１保持部材１４は、第１光学素子１２を保持しており、少なくとも表示システム１で画像を表示するときには、第１プロジェクター１０から射出された光が入射する位置に図示略の固定部材で固定される。この固定部材は、保持部４の一部であってもよい。
【００２４】
図２に示す第１光学素子１２は、透過型の液晶パネル１６と、液晶パネル１６の厚み方向に積層された偏光板１７とを含む。液晶パネル１６は、制御部５と電気的に接続された１対の電極と、制御部５から１対の電極を介して印加される電界により駆動される液晶層とを含む。すなわち、液晶層と偏光板１７は、液晶パネル１６を構成する電極や基板等を介して互いに積層されている。
【００２５】
本実施形態において、液晶パネル１６の１対の電極は、第１プロジェクター１０から光が入射する領域にベタ状に形成されている。すなわち、液晶パネル１６は、第１プロジェクター１０から光が入射する領域を含む単一の画素で構成されている。液晶層は、例えば垂直配向（ＶＡ）モードの液晶層であり、そのリタデーション値は、例えば第１プロジェクター１０から射出されえる光の中心波長の１／２に設定される。電界が印加されていない状態で液晶層を通る直線偏光は、その偏光方向がほぼ変化しないで液晶層から射出される。また、電界が印加された状態で液晶層を通る直線偏光は、液晶層へ入射前の直線偏光とは直交する直交偏光となって液晶層からされる。偏光板１７は、透過軸に平行な直線偏光が透過し、透過軸に直交する吸収軸に平行な直線偏光を吸収する特性を有する。
【００２６】
本実施形態の第１保持部材１４は、第１光学素子１２の厚み方向と直交する向きに第１光学素子１２をスライドさせることが可能なガイド溝１８と、ガイド溝１８が延びる方向（図中Ｚ軸方向）の端に配置された端部と、底部１９に設けられた接点２０とを含む。
【００２７】
第１保持部材１４は、ガイド溝１８に沿って第１光学素子１２を挿入できるように構成されている。第１光学素子１２は、表裏両面を結ぶ側面が底部１９まで挿入されて、その周縁部がガイド溝１８の内壁に保持される。ユーザーは、第１保持部材１４から第１光学素子１２をスライドして取り外し、第１保持部材１４に対して第１光学素子１２の表裏面を反転させた状態で第１光学素子１２を第１保持部材１４に取り付けることができる。第１光学素子１２は、その表裏両面のいずれの面が液晶パネル１６（又は偏光板１７）の配置側であるかを示す印（図示略）を有している。この印は、視覚で感知できるものでもよいし、触覚で感知できるものでもよい。
【００２８】
このように第１保持部材１４は、第１光学素子１２の液晶パネル１６と偏光板１７に関して、液晶パネル１６の配置側が第１プロジェクター１０の光射出面２１に対向する第１状態と、偏光板１７の配置側が第１プロジェクター１０の光射出面２１に対向する第２状態とで変更可能に、第１光学素子１２保持することができる。本実施形態において、光射出面２１は、第１プロジェクター１０の投写レンズのうち終端に配置されるレンズ等の光学要素の表面である。第１状態において、偏光板１７は、液晶パネル１６に対して第１プロジェクター１０の反対側（スクリーンＳＣとは同じ側）に配置される。第２状態において、偏光板１７は、液晶パネル１６に対して第１プロジェクター１０と同じ側（スクリーンＳＣとは反対側）に配置される。ユーザーは、第１光学素子１２の配置状態が第１状態であるか第２状態であるかを、第１光学素子１２に設けられた印によって容易に知ることができる。
【００２９】
第１保持部材１４の接点２０は、図示略の配線等で制御部５と電気的に接続されている。液晶パネル１６は、第１保持部材１４の底部１９まで挿入された状態で、液晶パネル１６の１対の電極と電気的に接続された接点が第１保持部材１４の接点と接触し、接点２０を介して制御部５と電気的に接続される。接点２０は、第１状態と第２状態のいずれにおいて液晶パネル１６の接点と接触するように、配置されている。
【００３０】
図１の説明に戻り、本実施形態において、第２光学素子１３は第１光学素子１２と同様の構成であり、第２保持部材１５は第１保持部材１４と同様の構成である。第２保持部材１５は、第２光学素子１３を保持しており、少なくとも表示システム１で画像を表示するときには、第２プロジェクター１１から射出された光が入射する位置に図示略の固定部材で固定される。
【００３１】
スクリーンＳＣは、マットスクリーンや壁等のように入射した光が散乱されて反射する散乱型でもよいし、シルバースクリーン等のように入射した光が入射前後で偏光状態を保持して反射する非散乱型でもよい。スクリーンＳＣは、表示システム１の一部であってもよい。
【００３２】
次に、表示システム１の動作について説明する。表示システム１は、時分割方式と偏光方式を切替えることができ、いずれかの方式で立体画像を表示することができる。眼鏡Ｇは、立体画像を表示する方式に応じて選択される。眼鏡Ｇは、表示システム１の一部であってもよい。
【００３３】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、表示システムの第１状態での動作の一例を示す図である。図４は、表示システムの各部の第１状態での動作タイミングの一例を示す図である。表示システム１は、スクリーンＳＣが散乱型である場合に、時分割方式で立体画像を表示することができる。表示システム１により時分割方式で立体画像を表示する場合に、第１光学素子１２及び第２光学素子１３は、それぞれの液晶パネルの配置側が投写部２の光射出面を向く第１状態に配置され、また、眼鏡Ｇとしてシャッター眼鏡が用いられる。
【００３４】
このシャッター眼鏡は、その左眼と右眼のそれぞれが液晶シャッター等で構成される。シャッター眼鏡は、その左眼と右眼のそれぞれについて、入射した光が透過するモードと遮光されるモードとを切替えることができる。本実施形態において、表示システム１がシャッター眼鏡を利用して立体画像を表示する場合に、制御部５は、シャッター眼鏡の左眼と右眼の一方が透過モードであって他方が遮光モードになるように、また遮光モードと透過モードとが時間的に交互に切替わるように、シャッター眼鏡を制御することができる。
【００３５】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、第１プロジェクター１０（図中第１ＰＪ）及び第２プロジェクター１１（図中第２ＰＪ）は、それぞれ、垂直走査方向（図中画面縦方向）に並ぶ走査線を線順次に走査する。この動作例において、第１プロジェクター１０及び第２プロジェクター１１は、それぞれ、１フレームの画像分の走査を開始しから１／６０秒後にこのフレームの画像全体分の走査が終了する。第１プロジェクター１０は、Ｒ画像を投写し、第２プロジェクター１１は、第１プロジェクター１０がＲ画像を投写するのとほぼ同じタイミングで、このＲ画像に対応するＬ画像を投写する。
【００３６】
まず、Ｒ画像が観察者に示される仕組みについて説明する。第１光学素子１２は、その液晶パネル１６が制御部５に制御されて、図４（Ｃ）に示すように、１／１２０秒の期間ごとに、透過モードと遮光モードとを交互に繰り返す。第１光学素子１２は、透過モードにおいて液晶パネル１６を通った光が偏光板１７を透過し、遮光モードにおいて液晶パネル１６を通った光が偏光板１７に吸収されるように、偏光板１７の透過軸あるいは吸収軸の方向を加味して配置される。
【００３７】
眼鏡Ｇの右眼ＧＲは、制御部５に制御されて、図４（Ｅ）に示すように第１光学素子１２が透過モードである期間に、透過モードに保持される。また、眼鏡Ｇの左眼ＧＬは、制御部５に制御されて、図４（Ｆ）に示すように第１光学素子１２が透過モードである期間に、遮光モードに保持される。すなわち、第１光学素子１２が透過モードである期間では、図３（Ｂ）に示すように第１プロジェクター１０から射出された光Ｌ１（Ｒ画像）は、スクリーンＳＣで散乱されて反射し、眼鏡Ｇの右眼ＧＲを透過して観察者の右眼に到達する一方、眼鏡Ｇの左眼ＧＬで遮光されて観察者の左眼にほとんど到達しない。このように、観察者は、Ｒ画像を右眼のみで観察することになる。
【００３８】
また、第２光学素子１３は、その液晶パネルが制御部５に制御され、図４（Ｄ）に示すように第１光学素子１２が透過モードである期間に、遮光モードに保持される。第２光学素子１３についても、透過モードにおいて液晶パネルを通った光が偏光板１７を透過し、遮光モードにおいて液晶パネルを通った光が偏光板に吸収されるように、偏光板の透過軸あるいは吸収軸の方向を加味して配置される。第１プロジェクター１０から射出された光Ｌ１（Ｒ画像）が眼鏡Ｇの右目ＧＲを透過している間、図３（Ｂ）に示すように第２プロジェクター１１から射出された光Ｌ２（Ｌ画像）は、第２光学素子１３に遮光されて観察者の右眼と左眼のいずれにもほとんど到達しない。このように、観察者がＲ画像を観察している期間に、Ｌ画像は観察者にほとんど観察されないことになる。
【００３９】
次に、Ｌ画像が観察者に示される仕組みについて説明する。第２光学素子１３は、図４（Ｄ）に示すように、１／１２０秒の期間ごとに、透過モードと遮光モードとを交互に繰り返す。なお、第２光学素子１３は、第１光学素子１２が透過モードである場合は、遮光モードであり、第１光学素子１２が遮光モードである場合は、透過モードであるように、制御部５によって制御される。眼鏡Ｇの左眼ＧＬは、図４（Ｆ）に示すように第２光学素子１３が透過モードである期間に、透過モードに保持される。また、眼鏡Ｇの右眼ＧＲは、図４（Ｅ）に示すように第２光学素子１３が透過モードである期間に、遮光モードに保持される。すなわち、第２光学素子１３が透過モードである期間では、図３（Ａ）に示すように第２プロジェクター１１から射出された光Ｌ２（Ｌ画像）は、スクリーンＳＣで散乱されて反射し、眼鏡Ｇの左眼ＧＬを透過して観察者の左眼に到達する一方、眼鏡Ｇの右眼ＧＲで遮光されて観察者の右眼にほとんど到達しない。このように、観察者は、Ｌ画像を左眼のみで観察することになる。また、第２プロジェクター１１から射出された光Ｌ２（Ｌ画像）が眼鏡Ｇの左目ＧＬを透過している間、第１光学素子１２は、図４（Ｃ）に示すように第２光学素子１３が透過モードである期間に、遮光モードに保持される。すなわち、図３（Ａ）に示すように第１プロジェクター１０から射出された光Ｌ１（Ｒ画像）は、第１光学素子１２に遮光されて観察者の右眼と左眼のいずれにもほとんど到達しない。このように、観察者がＬ画像を観察している期間に、Ｒ画像は、観察者にほとんど観察されないことになる。
【００４０】
以上のように、Ｒ画像が観察者の右眼のみに示される期間と、Ｌ画像が観察者の左眼のみに示される期間とが交互に高速で切替わることによって、観察者にはＲ画像とＬ画像とがほとんど同時に認識されて立体画像が観察される。
【００４１】
次に、表示システム１により偏光方式で立体画像を表示する場合について説明する。図５は、表示システムの第２状態での動作の一例を示す図である。図６は、表示システムの各部の第２状態での動作タイミングの一例を示す図である。表示システム１は、スクリーンＳＣが非散乱型である場合に、偏光方式と上記の時分割方式のいずれの方式でも立体画像を表示することができる。
【００４２】
表示システム１により偏光方式で立体画像を表示する場合に、第１光学素子１２及び第２光学素子１３は、それぞれの偏光板の配置側が投写部２の光射出面を向く第２状態に配置され、また、眼鏡Ｇとして偏光眼鏡が用いられる。
【００４３】
この偏光眼鏡の左眼と右眼は、それぞれ直線偏光が透過する特性を有する。偏光眼鏡は、左眼を透過する直線偏光の偏光軸が右眼を透過する直線偏光の偏光軸と直交するように、構成されている。すなわち、偏光眼鏡は、Ｐ偏光とＳ偏光の一方が偏光眼鏡の右眼を透過し、他方が偏光眼鏡の左眼を透過するように構成されている。
【００４４】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、第１プロジェクター１０（図中第１ＰＪ）及び第２プロジェクター１１（図中第２ＰＪ）は、それぞれ、垂直走査方向（図中画面縦方向）に並ぶ走査線を線順次に走査する。この動作例において、第１プロジェクター１０及び第２プロジェクター１１は、それぞれ、１フレームの画像分の走査を開始してから１／６０秒後にこのフレームの画像全体分の走査を終了する。第１プロジェクター１０は、Ｒ画像を投写し、第２プロジェクター１１は、第１プロジェクター１０がＲ画像を投写するのとほぼ同じタイミングで、このＲ画像に対応するＬ画像を投写する。
【００４５】
第１光学素子１２は、観察者の右眼だけにＲ画像だけを示すように、第１プロジェクター１０から射出されて第１光学素子１２を通った光Ｌ３（Ｒ画像）が眼鏡Ｇの右眼ＧＲを透過する偏光状態になるように、その液晶パネル１６が制御部５に制御される。また、第２光学素子１３は、観察者の左眼だけにＬ画像だけを示すように、第２プロジェクター１１から射出されて第２光学素子１３を通った光Ｌ４（Ｌ画像）が眼鏡Ｇの左眼ＧＬを透過する偏光状態になるように、その液晶パネルが制御部５に制御される。
【００４６】
ここでは、説明の便宜上、第１プロジェクター１０及び第２プロジェクター１１がＰ偏光を射出し、第１光学素子１２の液晶パネル１６及び第２光学素子１３の液晶パネルがＶＡモードであるとする。この場合に、第１光学素子１２の偏光板と第２光学素子１３の偏光板は、Ｐ偏光が透過するように偏光板の透過軸の方向を加味して、配置される。また、偏光眼鏡の右眼ＧＲはＰ偏光が透過する特性を有し、偏光眼鏡の左眼ＧＬはＳ偏光が透過する特性を有するとする。
【００４７】
この場合に、制御部５は、観察者の右眼だけにＲ画像だけを示すように、第１光学素子１２の液晶パネル１６の液晶層に電圧（電界）が印加されないように第１光学素子１２を制御する。また、制御部５は、観察者の左眼だけにＬ画像だけを示すよう、第２光学素子１３の液晶パネルの液晶層に電圧（電界）が印加されるように、第２光学素子１３を制御する。
【００４８】
図５に示すように、第１プロジェクター１０から第１光学素子１２へ入射した光（Ｐ偏光）は、偏光状態がほとんど変化せずに第１光学素子１２を透過し、スクリーンＳＣで偏光状態がほとんど変化せずに反射する。また、第２プロジェクター１１から第２光学素子１３へ入射した光（Ｐ偏光）は、第２光学素子１３を通って偏光状態がＳ偏光に変化した後に、スクリーンＳＣで偏光状態がほとんど変化せずに反射する。第１プロジェクター１０から射出されてスクリーンＳＣで反射したＰ偏光（Ｒ画像）と第２プロジェクター１１から射出されてスクリーンＳＣで反射したＳ偏光（Ｌ画像）のうち、Ｐ偏光は、眼鏡Ｇの右眼ＧＲを通って観察者の右眼に到達し、Ｓ偏光は、眼鏡Ｇの右眼ＧＲで遮光されて観察者の右眼にほとんど到達しない。すなわち、観察者は、右眼でＲ画像のみを観察することになる。同様に、Ｓ偏光は、眼鏡Ｇの左眼ＧＬを通って観察者の左眼に到達し、Ｐ偏光は、眼鏡Ｇの左眼ＧＬで遮光されて観察者の左眼にほとんど到達しない。すなわち、観察者は、左眼でＬ画像のみを観察することになる。以上のように、Ｒ画像が観察者の右眼のみで観察され、Ｌ画像が左眼のみで観察されることによって、観察者に立体画像が観察される。
【００４９】
以上のような構成の本実施形態の表示システム１は、マットスクリーン等の散乱型のスクリーンを用いる場合に、第１状態に配置された第１光学素子１２及び第２光学素子１３を制御部５が制御することによって、立体画像を時分割方式で表示することができる。また、シルバースクリーン等の非散乱型のスクリーンに対して、第２状態に配置された第１光学素子１２及び第２光学素子１３を制御部５が制御することによって、立体画像を偏光方式で表示することができる。このように、表示システム１は、散乱型のスクリーンと非散乱型のスクリーンのいずれを用いる場合でも立体画像を表示することができるので、使い勝手がよい（利便性が高い）。また、表示システム１は、第１プロジェクター１０でＲ画像を投写し、第２プロジェクター１１でＬ画像を表示するので、１台のプロジェクターでＬ画像とＲ画像とを投写する構成と比較して、明るい立体画像を表示すること容易である。
【００５０】
ところで、第１プロジェクター１０や第２プロジェクター１１において液晶ライトバルブで変調された光は、光学素子に到達するまでの間に色合成素子や投写レンズで偏光状態が乱れることがありえる。表示システム１は、第１光学素子１２及び第２光学素子１３を第２状態に配置して表示する場合に、光学素子へ入射する光のうち偏光状態が乱れた成分を偏光板１７で除去することができる。したがって、偏光眼鏡へ入射する偏光の偏光方向を高精度に制御することができ、Ｒ画像とＬ画像とのクロストークを減らすこと等ができる。
【００５１】
次に、変形例について説明する。図７は、光学素子の変形例を示す図である。図８は、保持部の変形例を示す図である。以下の説明において、上記の実施形態と同様の構成要素については、上記の実施形態と同じ符号を付してその説明を簡略化あるいは省略することがある。
【００５２】
図７に示す光学素子３０は、第１液晶層を有する第１液晶パネル３１と、第２液晶層を有する第２液晶パネル３２と、上記の実施形態と同様の偏光板１７とを含む。第１液晶パネル３１と第２液晶パネル３２は、光学素子３０の厚み方向から見て第１液晶層と第２液晶層とが重なり合うように、互いに積層されている。すなわち、光学素子３０の液晶層は、第１液晶層と第２液晶層とを含み、第１液晶層と第２液晶層とが基板等を介して光学素子３０の厚み方向に互いに積層された構成である。光学素子３０の厚み方向から見たときに、第１液晶層の遅相軸３３が偏光板１７の吸収軸３４となす角度αが略６７．５°（透過軸３６となす角度が略２２．５°）であり、第２液晶層の遅相軸３５が偏光板１７の吸収軸３４に対してなす角度βは略２２．５°（透過軸３６に対してなす角度が略６７．５°）である。
【００５３】
ところで、液晶層のリタデーション値は、屈折率の関数であるので入射する波長によって変化する。例えば、液晶層のリタデーション値を緑色光の中心波長に対して１／２に設定すると、赤色光と青色光については、液晶層のリタデーション値が１／２波長にならなくなり、液晶層を通った後の偏光状態が実際には直線偏光に近い楕円偏光になる。変形例の光学素子３０は、第１液晶層の遅相軸３３と第２液晶層の遅相軸３５とが上記の条件を満たすように設定されているので、光学素子の波長依存性を減らすことができる。したがって、第１状態において光学素子３０を通った各色光の光量を高精度に制御することができ、カラーバランスを高精度に制御することができるので、高品質な画像を表示することができる。また、第２状態において光学素子３０を通った各色光の偏光状態を高精度に制御することができ、第１プロジェクター１０により表示される画像と第２プロジェクターにより表示される画像とのクロストークを減らすことができる。
【００５４】
なお、光学素子３０は、上記の実施形態の第１光学素子１２や第２光学素子１３として利用可能である。また、第１液晶層と第２液晶層は、そのいずれが偏光板１７側に配置されていてもよい。
【００５５】
図８に示す保持部材４０は、第１プロジェクター１０の投写レンズ４１（鏡筒）に取り付け可能である。本変形例の光学素子４２は、円板状であり、保持部材４０は光学素子４２の外周面を囲んで保持する円環状である。保持部材４０の軸方向の両端部には、投写レンズ４１の先端部とかみあわせることが可能なネジ山又はネジ溝が設けられている。
【００５６】
光学素子４２は、保持部材４０に保持された状態で保持部材４０が投写レンズ４１の先端部にネジ込まれることによって、投写レンズ４１に対して着脱可能に固定される。光学素子４２は、その軸方向の一端部と他端部のいずれを投写レンズ４１の先端部にねじ込むかによって、第１状態あるいは第２状態のいずれの配置状態になるかを選択可能になっている。
【００５７】
ここでは、光学素子４２を投写レンズ４１の先端部に対して最大限にねじ込んだ状態で、偏光板の透過軸の方向が所定の方向になるように、上記のネジ山とネジ溝が形成されている。保持部材４０は、第１プロジェクター１０に対して直接的に取り付けることができるので、第１プロジェクター１０に対する位置決めが容易である。なお、光学素子４２は、上記の実施形態の第１光学素子１２や第２光学素子１３として利用可能であり、保持部材４０は上記の実施形態の第１保持部材１４や第２保持部材１５として利用可能である。
【００５８】
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、上記の実施形態で説明した要件の少なくとも１つは、省略されることある。
【符号の説明】
【００５９】
１・・・表示システム、２・・・投写部、４・・・保持部、５・・・制御部、１０・・・第１プロジェクター、１１・・・第２プロジェクター、１２・・・第１光学素子（光学素子）、１３・・・第２光学素子（光学素子）、１７・・・偏光板、２１・・・光射出面、３０・・・光学素子、３３・・・第１液晶層の遅相軸、３５・・・第２液晶層の遅相軸、３６・・・偏光板の透過軸、４２・・・光学素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プロジェクター及び第２プロジェクターを含む投写部と、
互いに積層された液晶層と偏光板とを有する光学素子と、
前記光学素子を、前記液晶層の配置側が前記投写部の光射出面に対向する第１状態と前記偏光板の配置側が前記投写部の光射出面に対向する第２状態とで変更可能に、保持する保持部と、
前記第１状態で前記第１プロジェクターから射出された光と前記第２プロジェクターから射出された光とが時間的に交互に前記光学素子を通るように前記液晶層を制御し、前記第２状態で前記第１プロジェクターから射出されて前記光学素子を通った光と前記第２プロジェクターから射出されて前記光学素子を通った光とが互いに直交する偏光になるように前記液晶層を制御する制御部と、
を備える表示システム。
【請求項２】
前記光学素子の前記液晶層は、互いに積層された第１液晶層と第２液晶層とを含み、前記光学素子の厚み方向から見て前記第１液晶層の遅相軸は、前記偏光板の透過軸に対して２２．５°の角度をなしているとともに前記第２液晶層の遅相軸が前記偏光板の透過軸に対して６７．５°の角度をなしている請求項１に記載の表示システム。
【請求項１】
第１プロジェクター及び第２プロジェクターを含む投写部と、
互いに積層された液晶層と偏光板とを有する光学素子と、
前記光学素子を、前記液晶層の配置側が前記投写部の光射出面に対向する第１状態と前記偏光板の配置側が前記投写部の光射出面に対向する第２状態とで変更可能に、保持する保持部と、
前記第１状態で前記第１プロジェクターから射出された光と前記第２プロジェクターから射出された光とが時間的に交互に前記光学素子を通るように前記液晶層を制御し、前記第２状態で前記第１プロジェクターから射出されて前記光学素子を通った光と前記第２プロジェクターから射出されて前記光学素子を通った光とが互いに直交する偏光になるように前記液晶層を制御する制御部と、
を備える表示システム。
【請求項２】
前記光学素子の前記液晶層は、互いに積層された第１液晶層と第２液晶層とを含み、前記光学素子の厚み方向から見て前記第１液晶層の遅相軸は、前記偏光板の透過軸に対して２２．５°の角度をなしているとともに前記第２液晶層の遅相軸が前記偏光板の透過軸に対して６７．５°の角度をなしている請求項１に記載の表示システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−５３０９（Ｐ２０１３−５３０９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６０１４（Ｐ２０１１−１３６０１４）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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