JP4618469B2

JP4618469B2 - 画像分離装置

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Publication number: JP4618469B2
Application number: JP2000397857A
Authority: JP
Inventors: 晶司佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: US6963356B2; AU777639B2; WO2002054134A1; DE10194840T1; GB0215166D0; GB2373872B; US20020191073A1; JP2002196281A; GB2373872A; CA2397544A1; AU2264302A; CA2397544C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶素子を用いた立体画像表示装置によって立体映像を鑑賞するための画像分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶画面を使って立体映像を鑑賞する方法として、例えば図５に示す構成がある。液晶画面１には水平ライン毎に右眼用、左眼用の立体映像が表示されている。液晶画面１の表面には一方向性の直線偏光板２（例えば右肩上がり）が貼られている。直線偏光板２の表面には、偏光角を９０度回転させる作用をする１／２波長板３，３…を水平ラインおきに、例えば偶数ラインに配設しているので、実質、図示のように各ライン毎に偏光角が互いに直交している偏光板が簾状に貼敷されている状態となる。
【０００３】
観察者は各映像に合った偏光角を持つ偏光メガネ４を掛けて、右眼には右眼用映像が、左眼には左眼用映像が各々独立して入射している。即ち右肩上がりの偏光角の右眼用メガネ４_Rを通しては、１／２波長板３，３…によって偏光角が左肩上がりに９０度回転した偶数ラインの左眼用映像は見えず、偏光角の合った奇数ラインの右眼用映像だけが見えている。
【０００４】
一方左肩上がりの偏光角の左眼用メガネ４_Lを通しては、偏光角が直交する奇数ラインの右眼用映像は見えず、１／２波長板３，３…によって偏光角が左肩上がりに９０度回転した偶数ラインの左眼用映像が見えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前記左眼用メガネ４_Lにおいては、不要の右眼用映像は前記一方向性の直線偏光板２によって完全にその偏光角でカットされているので問題はない。しかし右眼用メガネ４_Rにおいては、右肩上がりの偏光角を回転させている１／２波長板３，３…が、波長依存性（波長によって回転角が異なる）を持っているので、可視光全域を正確に９０度回転することができない。そのため不要の左眼用映像を完全にカットすることができず、部分的に光が漏れてクロストークの原因になっていた。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、左眼には左眼用映像が、右眼には右眼用映像が各々完全に独立して入射され、クロストークのない立体映像を観賞することができる画像分離装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明による第１の画像分離装置は、画像表示面において右眼用および左眼用の映像表示領域を有する表示装置の画像表示面に設けられた第一の偏光板と、第一の偏光板の前面に、右眼用および左眼用の映像表示領域のいずれかの領域に対応して設けられた第一の位相差板と、左右いずれかの領域に対応する第一および第二の領域を有する第二の偏光板と、第二の偏光板の表示装置側の所定の領域に設けられた第二の位相差板とを備えたものである。第一および第二の偏光板は、互いに偏光角が直交する関係にあり、第一および第二の位相差板は、互いに偏光角の絶対値が同一で回転方向が反対である。
本発明による第２の画像分離装置は、画像表示面において右眼用および左眼用の映像表示領域を有する表示装置の画像表示面に設けられた第一の偏光板と、第一の偏光板の前面に、右眼用および左眼用の映像表示領域のいずれかの領域に対応して設けられた第一の位相差板と、左右いずれかの領域に対応する第一および第二の領域を有する第二の偏光板と、第二の偏光板の表示装置側の所定の領域に設けられた第二の位相差板とを備えたものである。第一および第二の偏光板は、互いに非透過関係の偏光特性を有し、第一および第二の位相差板は、第一の位相差板を透過する光に与えられる位相差が、第二の位相差板によって相殺される関係にある。
【０００８】
また、前記第一の位相差板は、表示装置の画像表示面を左右に分割した何れか一方に対応して設けられていることが望ましい。
【０００９】
また前記第一の位相差板は前記表示装置の走査線の偶数、奇数本目の何れか一方に対応して設けられていることが望ましい。
【００１０】
また上記課題を解決するための本発明のより具体的な手段は、偏光角が直交遮光状態の、相対している２枚の偏光板の一方の表面に、伸長方向（光軸）が偏光角に対し例えば４５度となる異方性分子構造を持つ位相差板を配置し、偏光角を例えば９０度回転させた部分を透光状態にする。その透光状態の一部に上記位相差板の伸長方向と直交する位相差板を配置して位相差を相殺し、２枚の位相差板の存在を等価的に無くし、元の遮光状態に戻すことを特徴としている。
【００１１】
また、液晶表示画面上に貼られている一方向の偏光角を有する偏光板上の所定の一部に、伸長方向が偏光板の偏光角に対し例えば４５度になる異方性分子構造を持つ位相差板を配置して偏光角を９０度回転させ、上記偏光板に対して直交する偏光角を有する偏光板を通して液晶表示画面を見る観察者の一方の眼に対して、遮光する部分と透光する部分を提示するとともに、他方の眼に対応する部分の液晶表示面に面している部分に前記位相差板と伸長方向が垂直方向に異なる位相差板を配し、液晶表示画面を観察できる部分の関係を前記と逆に、即ち遮光部分を透光し、透光部分を遮光させることにより、左右の眼に夫々異なる映像部分を観察できるように構成したことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。先ず最初に、クロストークのない立体映像を提示することができる本発明の原理を述べる。
【００１３】
一般に偏光角を回転させる光学機能部品としては、１軸延伸して作製した高分子フィルムがある。このフィルムは、その光学異方性のため、光学軸以外の方向から光を入射させると自然光が直交して二つの直線偏光に別れて伝播する。夫々の光はその方向によって屈折率が異なり（このような特性を複屈折と呼ぶ）、すなわち位相速度の違いによって媒質中を出射した両光の間に位相差が生じる。
【００１４】
この位相差は媒質の厚みを変えることによって調節することができる。代表的には直線偏光を円偏光（１／４波長板）に、または直交する直線偏光（１／２波長板）に変換するものがある。
【００１５】
例えば図６（ａ）のように、光学軸をＺ方向にとり、Ｙ軸方向からＸＺ平面内でＸ軸より４５度方向に振動する直線偏光を媒質（１／２波長板５）に垂直に入射させると、媒質内では図６（ｄ）のようにＺ軸方向に振動する成分（異常光）とＸ軸方向に振動する成分（常光）に分かれて進み、その振幅は等しい。
【００１６】
しかし媒質内の屈折率は異なるので、夫々を異常光屈折率Ｎｅ、常光屈折率Ｎｏとし、Ｎｅ＞Ｎｏならば、図６（ｂ）の常光に比べて図６（ｃ）の異常光の方は媒質内で速度が遅くなり、波長板から出射した両光の間に位相差が生じる。この媒質の厚さをｄとした時、媒質内を通過後の両光の位相差δは次式で表される。
【００１７】
δ＝２πｄ（Ｎｅ−Ｎｏ）／λ…（１）
したがって媒質内の透過波長λによって波長板５の厚さｄを調節し、この位相差δが１／２波長（π）となるようにすれば、図６（ａ）に示すように出射後の常光と異常光との合成光の偏光面はＸＺ平面内で直線を描く直線偏光となり、しかも偏光角は更に正に９０度回転していることになる。
【００１８】
前記（１）式における屈折率差ΔＮ＝Ｎｅ−Ｎｏを複屈折と呼び、ΔＮは次式で示されるように波長λに依存している。
【００１９】
ΔＮ（λ）＝Ａ＋Ｂ／（λ²−λ₀ ²）…（２）
但しＡ，Ｂは定数、λ₀は吸収端波長を示す。
【００２０】
この（２）式から、ΔＮ波長分散性は延伸条件には関係せず、材料によって決まることが分かる。各種延伸フィルムの波長分散性は図７のとおりであり、ポリビニルアルコールが比較的波長分散性が小さいので、位相差板の材料に使用されている。
【００２１】
偏光角が直交し相対して遮光状態にある２枚の偏光板の間に１／２波長板を配して、偏光角を略９０度回転させて透光状態にすることは比較的容易に達成できる。しかも閉じている状態（遮光状態）を開放する状態（透光状態）にするには必ずしも１００％開ける必要はない。
【００２２】
逆に偏光角が平行にて相対している２枚の偏光板の間に１／２波長板を配しても、複屈折が波長に依存しているため可視光全域を１／２波長板によって９０度回転することができないので、完全に遮光することは出来ない。漏れる光は数％でも感じられるので、前述した立体用のメガネでのクロストークの原因になっている。
【００２３】
その根本的原因は開放している状態を閉じようとすることにあった。この考え方を変えて、見えなくするための閉じる操作をしないで、通常は両眼とも完全に閉じている状態を、見える状態にするための開けることをすれば良いことに注目し、次の解決方法を発案した。
【００２４】
前述した位相差板（例えば１／２波長板５）を２枚用意し、光軸を直交状態にした部分は座標軸が９０度回転したことにより位相差が相殺され、あたかも位相差板が存在していない状態になることは、前記（１）式の（Ｎｅ−Ｎｏ）の部分が（Ｎｏ−Ｎｅ）となることで偏光が回転した分だけ元に戻ることで理解できる。
【００２５】
すなわち、波長分散性が同質の２枚の高分子フィルム位相差板の光軸を直交させた時の新しい位相差をΔとすると、
Δ＝｛２πｄ（Ｎｅ−Ｎｏ）／λ｝＋｛２πｄ（Ｎｏ−Ｎｅ）／λ｝＝０…（３）
となる。
【００２６】
次に本発明の第１の実施形態例を説明する。一般的に液晶表示画面は、電圧にて分子のねじれ角を制御できる液晶を、偏光角が直交する２枚の偏光板で挟んで構成されている。図１において、液晶表示装置の液晶表示面１０には例えば右肩上がりの偏光角を有する偏光板１１（第一の偏光板）が配設されている。この偏光板１１の観察者側の面の右半分全域には、光軸が偏光板１１の偏光角に対して４５度となるように１／２波長板２１（第一の位相差板）が貼られている。
【００２７】
１２は、左肩上がりの偏光角を有して前記表示装置から所定距離離れて配設された偏光板（第二の偏光板）であり、例えば観察者が掛ける偏光メガネで構成されている。この偏光板１２の右眼の領域部分の、液晶表示面１０側の面には、前記１／２波長板２１と光軸が直交状態の１／２波長板２２（第二の位相差板）が貼られている。前記液晶表示面１０上には、中央を境に、右側には左眼用映像１３_Lが、左側には右眼用映像１３_Rが各々表示されている。
【００２８】
ここで、偏光板１２を通して見る観察者の左眼１４_Lにおいては、右眼用映像１３_Rは偏光板１１と偏光板１２の偏光角が直交しているため完全に遮断されているのに対し、左眼用映像１３_Lは、直交状態にある偏光板１１，１２間に存在する１／２波長板２１によって偏光角が略９０度回転されるので観賞することができる。
【００２９】
一方観察者の右眼１４_Rにおいては、右眼用映像１３_Rは、直交状態にある偏光板１１，１２間に存在する１／２波長板２２によって偏光角が略９０度回転されるので観賞することができる。そして右眼１４_Rに入ってはならない左眼用映像１３_Lは、偏光板１１，１２間に存在する２枚の位相差板２１，２２の光軸が直交状態であるため、前記（３）式で述べた作用（光軸を直交状態にした部分は座標軸が９０度回転したことにより位相差が相殺され、あたかも位相差板が存在していない状態になる）により、元の２枚の偏光板１１，１２の偏光状態（直交）となり、完全に遮断される。因って左右の眼には、左眼１４_Lには左眼用映像１３_Lが、右眼１４_Rには右眼用映像１３_Rが各々完全に独立して（クロストークなしで）入射される。
【００３０】
図１のままでも、両眼を寄せることにより左右の映像が一つに融像されることもあるが、例えば図２のように、１／２波長板２２を貼った偏光板１２の、液晶表示面１０側に配設した山形のプリズム３０を補助的に使用すれば、より融像し易くなって１枚の立体映像が脳内に組み立てられる。
【００３１】
次に本発明の第２の実施形態例を図３とともに説明する。液晶表示装置の液晶表示面４０には、奇数ラインに右眼用映像４３_Rが、偶数ラインに左眼用映像４３_Lが各々表示されている。この液晶表示面４０には、例えば右肩上がりの偏光角を有する偏光板１１（第一の偏光板）が配設されている。
【００３２】
この偏光板１１の観察者側の面の、偶数ラインの左眼用映像４３_Lに相当するライン領域には、光軸を偏光板１１の偏光角に対して４５度となるように１／２波長板４１，４１…（第一の位相差板）が短冊状に貼られており、これによって偏光板１１の偏光角（右肩上がり）を図示のように左肩上がりに回転させている。
【００３３】
１２は、左肩上がりの偏光角を有して前記表示装置から所定距離離れて配設された偏光板（第二の偏光板）であり、例えば観察者が掛ける偏光メガネで構成されている。この偏光板１２の右眼１４_Rの領域部分の、液晶表示面４０側の面には、前記１／２波長板４１と光軸が直交状態の１／２波長板４２（第二の位相差板）が貼られている。
【００３４】
ここで、偏光板１２を通して見る観察者の左眼１４_Lにおいては、右眼用映像４３_Rは偏光板１１と偏光板１２の偏光角が直交しているため完全に遮断されているのに対し、左眼用映像４３_Lは、直交状態にある偏光板１１，１２間に存在する１／２波長板４１，４１…によって、偏光板１１の偏光角が略９０度回転されるので観賞することができる。
【００３５】
一方観察者の右眼１４_Rにおいては、右眼用映像４３_Rは、直交状態にある偏光板１１，１２間に存在する１／２波長板４２によって偏光角が略９０度回転されるので観賞することができる。そして右眼１４_Rに入ってはならない左眼用映像４３_Lは、偏光板１１，１２間に存在する２枚の位相差板４１，４１…と位相差板４２の光軸が直交状態であるため、前記（３）式で述べた作用（光軸を直交状態にした部分は座標軸が９０度回転したことにより位相差が相殺され、あたかも位相差板が存在していない状態になる）により、元の２枚の偏光板１１，１２の偏光状態（直交）となり、完全に遮断される。因って左右の眼には、左眼１４_Lには左眼用映像４３_Lが、右眼１４_Rには右眼用映像４３_Rが各々完全に独立して（クロストークなしで）入射され、１枚の立体映像が脳内に組み立てられる。
【００３６】
尚図４に示すように、図３の左眼用映像４３_Lを観賞するために偏光角が左肩上がりの偏光板４_Lを左眼に掛け、偏光角が右肩上がりの偏光板４_Rを右眼に掛ける方法も考えられる。この場合、左眼においては、偏光角の直交する右眼用映像４３_Rは完全に遮断され、左眼用映像４３_Lだけが１／２波長板４１，４１…によって偏光角が略９０度回転して透光状態になり観賞できるので問題ないが、右眼においては、偏光角の一致する右眼用映像４３_Rは透光して観賞できるものの、左眼用映像４３_Lは、波長依存性のある１／２波長板４１，４１…では波長全域にわたり完全に遮断できないので、クロストークのある立体映像になるという欠点を持っている。
【００３７】
尚本発明においては、前記偏光板の偏光角や位相差板の配置は前記実施形態例に限るものではない。すなわち図１において、偏光板１１を左肩上がり偏光角とし、偏光板１２を右肩上がり偏光角とし、１／２波長板２１を偏光板１１の右眼用映像１３R側に、１／２波長板２２を偏光板１２の左眼１４L側に各々貼るように構成しても良い。また図３において、偏光板１１を左肩上がり偏光角とするとともに、偶数ラインの左眼用映像４３Lに相当するライン領域に、光軸が前記１／２波長板４１，４１…と逆となるように１／２波長板を短冊状に貼り、偏光板１２を右肩上がり偏光角とし、前記１／２波長板４２を偏光板１２の左眼１４L側に貼るように構成しても良い。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、左眼には左眼用映像が、右眼には右眼用映像が各々完全に独立して入射され、クロストークのない立体映像を観賞することができる。
【００３９】
また、位相差板単体としては波長依存性があること（波長によって回転角が異なる）によって可視光全域を正確に所定角度回転することはできないが、該波長依存性の影響を受けることなく完全にクロストークを無くすことができる。このため、位相差板を特性の良い材料で構成するに限らず、多少特性の劣る材料であっても、第一および第二の位相差板を同一の波長依存性を持った位相差板で構成すれば問題はないので、位相差板の材料の選択の幅が増す。さらに位相差板として、前記多少特性の劣る材料を採用することができるため、装置全体を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例を表す構成図。
【図２】本発明の他の実施形態例を表す構成図。
【図３】本発明の他の実施形態例を表す構成図。
【図４】従来装置の問題点を説明するための要部構成図。
【図５】従来装置の一例を表す構成図。
【図６】位相差板により位相差が生じる様子を表し、（ａ）は直線偏光が９０度回転することを示す説明図、（ｂ）は常光の波形図、（ｃ）は異常光の波形図、（ｄ）は常光と異常光のベクトル図。
【図７】各種延伸フィルムの複屈折の波長分散性を示す特性図。
【符号の説明】
１０，４０…液晶表示面、１１，１２…偏光板、２１，２２，４１，４２…１／２波長板、１３_R，４３_R…右眼用映像、１３_L，４３_L…左眼用映像、１４_R…右眼、１４_L…左眼、３０…プリズム。

Claims

画像表示面において右眼用および左眼用の映像表示領域を有する表示装置の前記画像表示面に設けられた第一の偏光板と、
前記第一の偏光板の前面に、前記右眼用および左眼用の映像表示領域のいずれかの領域に対応して設けられた第一の位相差板と、
左右いずれかの領域に対応する第一および第二の領域を有する第二の偏光板と、
前記第二の偏光板の前記表示装置側の所定の領域に設けられた第二の位相差板と
を備え、
前記第一および第二の偏光板は、互いに偏光角が直交する関係にあり、
前記第一および第二の位相差板は、互いに偏光角の絶対値が同一で回転方向が反対である
画像分離装置。
画像表示面において右眼用および左眼用の映像表示領域を有する表示装置の前記画像表示面に設けられた第一の偏光板と、
前記第一の偏光板の前面に、前記右眼用および左眼用の映像表示領域のいずれかの領域に対応して設けられた第一の位相差板と、
左右いずれかの領域に対応する第一および第二の領域を有する第二の偏光板と、
前記第二の偏光板の前記表示装置側の所定の領域に設けられた第二の位相差板と
を備え、
前記第一および第二の偏光板は、互いに非透過関係の偏光特性を有し、
前記第一および第二の位相差板は、前記第一の位相差板を透過する光に与えられる位相差が、前記第二の位相差板によって相殺される関係にある
画像分離装置。
前記第一の位相差板は、第一の方向に振動する光の屈折率が第一の値、第二の方向に振動する光の屈折率が第二の値であり、
前記第二の位相差板は、第一の方向に振動する光の屈折率が第二の値、第二の方向に振動する光の屈折率が第一の値である
請求項１または２に記載の画像分離装置。
前記第一および第二の位相差板は、互いに光軸が直交するように配置された１／２波長板である
請求項１または２に記載の画像分離装置。
前記第一の位相差板は、前記表示装置の走査線の偶数、奇数本目の何れか一方に対応して設けられている
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の画像分離装置。
前記第一の位相差板は、前記表示装置の画像表示面を左右に分割した領域の何れか一方に対応して設けられている
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の画像分離装置。