(57)【要約】【課題】  コンパクトで軽量、低価格の画像表示装置を提供する。【解決手段】  本発明の画像表示装置は、第１偏光で形成された第１画像と、第１偏光と選別可能な第２偏光で形成された第２画像とを並行して投射可能に構成された画像表示装置において、光源１１０と、該光源から出射される光の反射方向を個々に独立して偏向可能な複数の反射要素を有する反射偏向型画像形成手段１３０とを具備し、反射偏向型画像形成手段は、反射要素１３０Ｐとして、第１偏光を選択的に反射する第１反射要素と、第２偏光を選択的に反射する第２反射要素とを含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１偏光で形成された第１画像と、前記第１偏光と選別可能な第２偏光で形成された第２画像とを並行して投射可能に構成された画像表示装置において、
光源と、該光源から出射される光の反射方向を個々に独立して偏向可能な複数の反射要素を有する反射偏向型画像形成手段とを具備し、
前記反射偏向型画像形成手段は、前記反射要素として、前記第１偏光を選択的に反射する第１反射要素と、前記第２偏光を選択的に反射する第２反射要素とを含むことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
第１偏光で形成された第１画像と、前記第１偏光と選別可能な第２偏光で形成された第２画像とを並行して投射可能に構成された画像表示装置において、
異なる色相を有する複数の光を逐次に出射する光出射手段と、該光出射手段から出射された光の反射方向を個々に独立して偏向可能な複数の反射要素を有する反射偏向型画像形成手段とを具備し、
前記反射偏向型画像形成手段は、前記反射要素として、前記第１偏光を選択的に反射する第１反射要素と、前記第２偏光を選択的に反射する第２反射要素とを含むことを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記反射偏向型画像形成手段は、前記反射要素毎にその反射方向を前記第１画像若しくは前記第２画像を構成する方向と前記第１画像若しくは前記第２画像を構成しない方向との間で切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記反射偏向型画像形成手段では、前記反射要素がマトリクス状に配列されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
複数の前記第１反射要素が直線状に配列された第１ラインと、複数の前記第２反射要素が直線状に配列された第２ラインとが交互にストライプ状に配列されていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記第１ライン及び前記第２ラインが水平ラインとなるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記第１反射要素の縦横の隣接位置に前記第２反射要素が配置されることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記第１反射要素及び前記第２反射要素は、反射すべき光の波長より小さい周期で平行に配列された複数の反射部材で形成されてなるグリッド型偏光選択構造を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記第１反射要素及び前記第２反射要素は、前記グリッド型偏光選択構造の背後に配置された光吸収層をさらに有することを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記第１偏光及び前記第２偏光は、互に直交する偏光ベクトルを有する直線偏光であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記第１偏光及び前記第２偏光は、互に回転方向が逆の円偏光であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記第１画像及び前記第２画像の投射先に配置されるスクリーンをさらに具備し、
前記スクリーンが投射された偏光状態を維持して前記第１画像及び前記第２画像を表示可能なスクリーンであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像表示装置に係り、特に、相互に異なる右目用の画像と左目用の画像とを同時に投射して、偏光眼鏡などにより立体的な画像を視認できるように構成する場合に好適な画像表示装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像表示装置の一種として、ＤＭＤ（ディジタルミラーデバイス）素子を使用した３Ｄ（三次元）プロジェクタが知られている。この種の投射型表示装置は、光源から放射される光をＤＭＤ素子に照射し、ＤＭＤ素子の各反射要素で反射方向を偏向させることによって画素毎に光をスイッチングし、所定の画像を投射できるように構成したものである。この場合、例えば、相互に偏光ベクトルが直交する直線偏光で構成した右目用の画像及び左目用の画像を同時に投射し、それぞれの直線偏光を透過する偏光フィルタを左右に備えた偏光眼鏡を用いてスクリーン上の投影画像を視認することにより、立体的な画像を見ることができるように構成したものがある。
【０００３】
上記のように偏光の特性を用いて立体的な画像を視認できるようにした画像表示装置としては、従来から、右目画像投射用と左目画像投射用の２つの投射ユニットを並置した装置などが知られている（例えば、以下の特許文献１参照）。しかしながら、この装置では、左右の画像を投射する２つの投射ユニット間の投射態様の調整が難しい、左右の画像を投射するために２台の投射ユニットを用いる必要があるために価格を低く抑えることができないなどといった問題点があった。
【０００４】
そこで、偏光ビームスプリッタでＳ偏光とＰ偏光とを分離し、それぞれの偏光を透過型液晶表示器により視差画像とした後に再び合成するように構成した立体画像表示装置が知られている（例えば、以下の特許文献２参照）。この装置では、２枚の液晶表示器でそれぞれ視差画像を形成し、さらに時分割駆動方式によりフルカラー化を可能にしている。
【０００５】
また、通常の偏光眼鏡を用いることができるとともに製造コストを低減する装置として、ホログラフィック偏光ビームスプリッタによって光源から放射された光をＳ波とＰ波に分離し、このように分離されたＳ波とＰ波をＤＭＤ素子のそれぞれ異なる画素に導いて、Ｓ波によって構成される画像と、Ｐ波によって構成される画像とを同時に投射するように構成した立体映像表示装置が提案されている（例えば、以下の特許文献３参照）。
【０００６】
また、カラー画像を形成できる画像表示装置としては、回転する偏光カラーホイールを用いることにより、相互に直交する偏光ベクトルを備えた直線偏光をＲＧＢの各色毎に時分割でＤＭＤ素子に導くように構成し、このＤＭＤ素子を偏光カラーホイールの時分割動作と連動させて制御することで、偏光眼鏡によって立体的な表示を視認できるように構成した立体画像表示装置も提案されている（例えば、以下の特許文献４及び５参照）。
【特許文献１】特開平７−８７５２９号公報
【特許文献２】特開平９−２６５０７０号公報
【特許文献３】特開平９−１４６０４８号公報
【特許文献４】特開平１０−１５３７５５号公報
【特許文献５】特表２００４−５１１８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の偏光ビームスプリッタ及び透過型液晶表示器を用いた立体画像表示装置では、液晶表示器の偏光板の吸収による光ロスのために光の利用効率が悪く、しかも、時分割方式により高速に液晶表示器を駆動する際の応答速度に問題があり、色調のずれや混色を避けるために液晶表示器の点灯期間を短くする必要があるので、全体として表示が暗くなるという問題点をかかえている。また、２枚の液晶表示器を必要とし、光学系も複雑になるので、小型化・軽量化、或いは、低コスト化を充分に図ることができないという問題点がある。
【０００８】
また、前述のホログラフィック偏光ビームスプリッタを用いる装置では、一枚のＤＭＤ素子を設けるだけで足り、駆動周波数も比較的低くて済むといった利点があるものの、ホログラフィック偏光ビームスプリッタによる偏光の出射方向をＤＭＤ素子の各画素に正確に対応させる必要があるために厳密な光学調整が必要になるとともに、このようなホログラフィック偏光ビームスプリッタは非常に高価であるため装置のコストを抑制することができないという問題点がある。さらに、カラー化を図る場合には、ホログラムの特性により異なる色相の光を同等に導くことはできないことから、ホログラフィック偏光ビームスプリッタにＲＧＢの各色に対応する画素構造を設ける必要があり、これによりさらに製造コストが増大するという問題点がある。
【０００９】
一方、前述の偏光カラーホイールを用いる装置では、カラーホイールに偏光選択機能を持たせ、ＤＭＤ素子を光の色別及び偏光別に時分割駆動させる必要があるため、駆動周波数が高くなってしまうという問題点がある。また、偏光カラーホイールを回転させながら光を透過させる必要があるために、カラー偏光フィルタの偏光軸が偏光カラーホイールの回転に伴って傾動するので直線偏光の偏光軸が一定にならず振れてしまうため、立体画像を見るときに左右の視差画像が相互に混ざって視認されるといった２重映りを生ずる恐れがある。このような問題を避けるためには、カラーホイールのフィルタ部分に放射状や同心円状の偏光透過軸を形成する必要があるが、このようなことは偏光素子の製造上、安価且つ安定的に製造することは極めて困難であるものと思われる。
【００１０】
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その目的は、コンパクトで軽量、低価格の画像表示装置を提供することにある。より具体的には、簡易に構成でき、また、装置の調整が容易で、しかも、画像形成手段の駆動周波数の増大を抑制できる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】
【００１１】
斯かる実情に鑑み、本発明の第１の画像表示装置は、第１偏光で形成された第１画像と、前記第１偏光と選別可能な第２偏光で形成された第２画像とを並行して投射可能に構成された画像表示装置において、光源と、該光源から出射される光の反射方向を個々に独立して偏向可能な複数の反射要素を有する反射偏向型画像形成手段とを具備し、前記反射偏向型画像形成手段は、前記反射要素として、前記第１偏光を選択的に反射する第１反射要素と、前記第２偏光を選択的に反射する第２反射要素とを含むことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、反射偏向型画像形成手段に設けられた反射要素として、第１偏光を選択的に反射する第１反射要素と、第２偏光を選択的に反射する第２反射要素とを含むことにより、反射偏向型画像形成手段において相互に選別可能な第１偏光と第２偏光で形成された第１画像及び第２画像を同時に生成することができる。このため、反射偏向型画像形成手段の手前で偏光分離を行う必要がなくなり、その結果、偏光の投射位置の調整なども不要になるので、装置の調整作業が容易になる。また、上記の反射偏向型画像形成手段により同時に並行して第１画像及び第２画像を形成できるため、第１画像と第２画像とを時分割で投射する必要もなくなることから、反射偏向型画像形成手段の駆動周波数を低減することができる。さらに、単一の反射偏向型画像形成手段で第１画像と第２画像とを同時に形成できるので、小型・軽量化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の第２の画像表示装置は、第１偏光で形成された第１画像と、前記第１偏光と選別可能な第２偏光で形成された第２画像とを並行して投射可能に構成された画像表示装置において、異なる色相を有する複数の光を逐次に出射する光出射手段と、該光出射手段から出射された光の反射方向を個々に独立して偏向可能な複数の反射要素を有する反射偏向型画像形成手段とを具備し、前記反射偏向型画像形成手段は、前記第１偏光を選択的に反射する第１反射要素と、前記第２偏光を選択的に反射する第２反射要素とを含むことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、上記の第１の画像表示装置と同様の作用効果を得ることができるとともに、光出射手段によって予め複数の異なる色相を有する光を時分割で出射させ、それらの光を反射偏向型画像形成手段に送ることで、光学系を複雑にしなくても、或いは、複数の反射偏向型画像形成手段を設けなくても、投射画像のカラー化を図ることができ、また、カラー化に伴う駆動周波数の増大も抑制できるため、装置のコンパクト化や低コスト化を図ることができる。なお、この場合において、光出射手段と反射偏向型画像形成手段とを同期させて駆動する同期手段を設けることが望ましい。
【００１５】
本発明において、前記反射偏向型画像形成手段は、前記反射要素毎にその反射方向を前記第１画像若しくは前記第２画像を構成する方向と前記第１画像若しくは前記第２画像を構成しない方向との間で切り替え可能に構成されていることが好ましい。これによれば、反射要素毎に光のオンオフを制御（スイッチング）することができるので、反射要素の配列や数に応じた画像を構成できるとともに、各反射要素を高速に制御することが可能になる。ここで、反射偏向型画像形成手段は、簡単な構造で微細化に適し、しかも低電力で高速に動作させることができる点で、ＭＥＭＳ技術により動作可能に構成された反射要素（微小ミラー）を配列させてなるＤＭＤ素子であることが望ましい。ただし、本発明の反射偏向型画像形成手段は、反射要素毎に反射方向を独立して偏向させることのできるものであれば、上記ＤＭＤ素子に限定されるものではない。
【００１６】
本発明において、前記反射偏向型画像形成手段では、前記反射要素がマトリクス状に配列されていることが好ましい。これによれば、反射要素がマトリクス状に配列されていることにより、自由度の高い画像を容易に形成できる。
【００１７】
本発明において、複数の前記第１反射要素が直線状に配列された第１ラインと、複数の前記第２反射要素が直線状に配列された第２ラインとが交互にストライプ状に配列されていることが好ましい。これによれば、簡単な規則配列で画素が構成されることとなるので、画像を表示させる際の変換処理が簡便になる。
【００１８】
この場合において、前記第１ライン及び前記第２ラインが水平ラインとなるように配置されていることが望ましい。このようにすると、例えば、左右の眼で視差画像を見る場合に、左右方向の解像度低下は見られなくなるため、画像の品位を向上させることができる。
【００１９】
本発明において、前記第１反射要素の縦横の隣接位置に前記第２反射要素が配置されることが好ましい。これによれば、任意の図形を解像度良く表現することが可能になり、より滑らかな画像を表示できる。
【００２０】
本発明において、前記反射要素は、反射すべき光の波長より小さい周期で平行に配列された複数の反射部材からなるグリッド型偏光選択構造を有することが好ましい。このグリッド型偏光選択構造は、反射グリッドを光の波長より短い周期でストライプ状に配列したものであり、グリッドの延長方向に平行な偏光ベクトルを有する直線偏光（Ｓ偏光）を反射し、グリッドの延長方向に直交する偏光ベクトルを有する直線偏光（Ｐ偏光）を透過するといった、いわゆるワイヤグリッド偏光子を構成する。このグリッド型偏向選択構造は、フォトリソ工程等で形成できるため、任意に偏光軸方向の制御ができ、例えば、隣接画素の偏光軸方向を異ならせることもできる。
【００２１】
このとき、グリッド型偏光選択構造の背後に配置された光吸収層を有することがさらに望ましい。このようにすると、グリッド型偏光選択構造を透過したＰ偏光を、背後に配置された光吸収層で吸収することができるので、再反射などに起因して上記のＰ偏光が反射光（Ｓ偏光）に混入することを防止でき、偏光成分を確実に分離できる。
【００２２】
なお、上記のグリッド型偏光選択手段としては、金属材料（例えば、反射率の高いＡｌやＡｇなど）で構成することが望ましく、また、金属層の配列周期が光の波長に近くなる領域で発生する共振作用を避けるために、金属層の配列周期を使用帯域の光の最低波長の０．５倍以下とすることがさらに望ましい。
【００２３】
本発明において、前記第１偏光及び前記第２偏光は、互に直交する直線偏光であることが好ましい。第１偏光及び第２偏光が相互に直交する直線偏光であることにより、第１反射要素及び第２反射要素の偏光選択構造を簡易に構成でき、また、光学系を簡便に構成できるといった効果が得られる。
【００２４】
本発明において、前記第１偏光及び前記第２偏光は、互に回転方向が逆の円偏光であることが好ましい。直線偏光で画像を形成した場合、例えば視認者の姿勢が傾斜した場合（頭部を左右に傾けた場合）には、左右の眼に対応する画像が相互に混合して視認されて２重映りを生ずることがあるが、このように相互に回転方向が逆の円偏光を用いることにより、視認者の姿勢の影響を受けずに、左右の眼に対応する画像をそれぞれ独立して視認することが可能になる。
【００２５】
本発明において、前記第１画像及び前記第２画像の投射先に配置されるスクリーンをさらに具備し、前記スクリーンが投射された偏光状態を維持して前記第１画像及び前記第２画像を表示可能なスクリーンであることが好ましい。これにより、投射した偏光状態が維持され、当該偏光状態に応じた画像を視認できる。例えば、ホワイトマット、ビーズ、パールなどの拡散型反射スクリーンの場合、投射される偏光光が偏光解消されてしまうため、偏光眼鏡でスクリーンを介して画像を見るとき、左右の眼で完全に独立した画像を視認するといったことは難しいが、例えば、金属面反射スクリーン（金属面に微細な凹凸を形成したもの）を用いることにより、投射された偏光状態が保存されるので、偏光眼鏡などで左右の画像を独立して視認できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る画像表示装置１００の全体構成を模式的に示す概略構成図である。この画像表示装置１００は、スクリーン１０に所定の画像を投影することのできる投射型表示装置として構成されたものである。画像表示装置１００は、光源１１０と、この光源１１０から放出された光のうちの異なる色相を呈する複数の波長成分を時分割で繰り返し出射するための色時分割手段１２０と、この色時分割手段１２０から出射された各波長成分を画素毎に反射して画像を形成する反射偏向型画像形成手段１３０とを備えている。
【００２７】
また、この画像表示装置１００には、上記光源１１０から放出された光を上記色時分割手段１２０に集光する第１光学系１０１、色時分割手段１２０から出射された光を反射偏向型画像形成手段１３０へと導く第２光学系１０２、及び、反射偏向型画像形成手段１３０で反射された光を所定方向に投射する（拡大投影する）第３光学系１０３とを備えている。これらの光学系１０１，１０２，１０３は、図１においては単一のレンズとして模式的に示してあるが、それぞれに要求される光学特性に応じて単一若しくは複数の光学素子によって適宜に構成される。
【００２８】
光源１１０は、例えば、高圧水銀灯やメタルハライドランプ等で構成され、構造例としては図示のように発光体１１１と反射器１１２により形成される。光源１１０の型式や構造は特に限定されず任意であるが、上記のように高輝度の発光体を備えたものが好ましい。用途によってはＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）などで構成してもよい。
【００２９】
色時分割手段１２０は、本実施形態の場合、図２に示す回転カラーフィルタ（カラーホイール）１２１を電動モータなどの駆動手段１２２によって回転可能に構成したものである。回転カラーフィルタ１２１は円盤状に構成され、その回転軸周りに複数の色フィルタ（ダイクロイックフィルタ）１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂが配列された構造を有する。そして、この回転カラーフィルタ１２１を回転させることで、光源１１０から放出された光の集光スポットＳがいずれかの色フィルタ上に投射され、当該色フィルタの光学特性によって所定の波長成分の光が出射される。
【００３０】
なお、上記の色時分割手段１２０は、結果的に複数の波長成分を時分割で繰り返し出射できるものであればよく、上記の構造に限定されるものではない。例えば、３原色Ｒ，Ｇ，Ｂなどの各色の光を液晶シャッタなどによってオンオフ切り替えて時分割で順次出射するように構成してもよい。このとき、光合成器などを含む光学系を設けることなどにより、本実施形態と同様に各色の光を同軸に出射できるように構成することが好ましいが、後述する反射偏向型画像形成手段１３０を的確に時分割制御するようにすれば、各色の光が相互に異なる光軸で反射偏向型画像形成手段に向けて出射されるように構成されていても構わない。
【００３１】
また、本実施形態の光源１１０と色時分割手段１２０は、異なる色相を有する複数の光を逐次に出射する上記の光出射手段を構成する。ただし、この光出射手段は、本実施形態のような光源と色時分割手段とを有する構成に限定されるものではなく、結果的に異なる色相を有する複数の光を逐次に出射できるものであればよく、例えば、異なる色相を有する複数の光源を備え、これらの光源から放射される光を逐次に出射するものであっても構わない。
【００３２】
本実施形態の色時分割手段１２０は、例えば３原色Ｒ，Ｇ，Ｂの光を時分割で（すなわち時系列的に分離された状態で）出射することによって、後述する反射偏向型画像形成手段１３０において各色毎に光を制御することを可能とする。この場合、フリッカや色分離を防止するために、フレーム周波数が６０Ｈｚ以上となるように、すなわち色時分割手段１２０から出射される各色の波長成分が１８０Ｈｚ以上（より好ましくは２００Ｈｚ以上）の周波数で繰り返し出射されるように駆動されることが好ましい。
【００３３】
反射偏向型画像形成手段１３０は、入射した光の反射方向を変える（偏向する）ことのできる複数の反射要素（画素）を備えたものである。換言すれば、入射光の反射方向を画素単位で制御して画像を形成するものである。本実施形態では、多数の反射要素をマトリクス状に（すなわち、縦横に２次元配列させた状態に）備えたＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）素子が用いられる。図３は、反射偏向型画像形成手段１３０の平面形状を示す概略正面図である。反射偏向型画像形成手段１３０の表面には多数の反射要素１３０Ｐが配列され、これらの反射要素１３０Ｐによって画像形成面１３０Ｇが構成されている。
【００３４】
図４は反射偏向型画像形成手段１３０の表面部分（一つの反射要素１３０Ｐに対応する部分）を拡大して示す拡大部分縦断面図、図５は反射要素１３０Ｐの拡大平面図である。本実施形態の反射偏向型画像形成手段１３０は、ＭＥＭＳ技術を利用したものであり、シリコン基板などで構成される基板１３１の表面に絶縁層１３２を形成し、この絶縁層１３２上に駆動電極１３３Ａ，１３３Ｂが形成されている。なお、基板１３１が絶縁基板である場合には絶縁層１３２は不要である。また、上記の反射要素１３０Ｐとして、基板上に支持部１３４を介して基体１３５を揺動可能に構成してある。この反射要素１３０Ｐは、駆動電極１３３Ａ，１３３Ｂと基体１３５との間に電圧を印加すると、両者間に生ずる静電力によって傾動し、その表面を偏向させることができるように構成されている。通常、反射要素１３０Ｐの傾動角度は左右それぞれ５〜２０度程度であり、これにより入射光に対して光偏向角を１０〜４０度程度とすることができる。
【００３５】
反射偏向型画像形成手段１３０の反射要素１３０Ｐは、支持部１３４を形成した後に、この支持部１３４の周囲において基板１３１上にＰＳＧ（リンドープ珪酸ガラス）などで構成される犠牲層を形成し、この犠牲層の上に基体１３５を形成してから、上記犠牲層をエッチングなどによって除去することによって形成することができる。支持部１３４及び基体１３５は各種の導電体や半導体で構成することができるが、シリコン半導体プロセス技術を用いることにより製造を容易にするためには、例えばポリシリコン層で構成することが好ましい。なお、図示の支持部１３４は反射要素１３０Ｐの底部中央に接続された支柱形状を有するものであるが、反射要素１３０Ｐを側方から支持する梁状の支持部を用いても構わない。
【００３６】
本実施形態では、上記の基体１３５上にグリッド型偏光選択構造１３７が形成されている。このグリッド型偏光選択構造１３７は、帯状の反射部材からなる金属層（ストリップ若しくはワイヤ）を複数平行に配列させたグリッド構造を有する。このグリッド構造は、構造性複屈折と呼ばれる現象を利用したもので、所定の波長の光が入射すると、当該光に対する偏光選択特性を示すようになっている。また、基体１３５と上記グリッド型偏光選択構造１３７との間には、光吸収層１３６を形成することが好ましい。この光吸収層１３６は、使用帯域の波長の光を吸収する誘電体であればよいが、例えば、黒色の樹脂層を用いることができる。また、下層の基体１３５が光吸収特性を有する場合には、この層１３６を透明層として構成しても、この層１３６を介さずに基体１３５上にグリッド型偏光選択構造１３７を形成する構成としても構わない。さらに、光吸収層１３６の代わりに無反射多層膜を形成することも可能である。
【００３７】
上記のグリッド型偏光選択手段１３７（或いは、光吸収層１３６及びグリッド型偏光選択手段１３７）は、反射要素１３０Ｐに入射した光のうちからＳ偏光を選択して分離するための偏光選択分離手段（本実施形態の場合には反射型の偏光選択分離手段）を構成する。そして、反射要素１３０Ｐでは、この偏光選択分離手段により分離された偏光を選択的に反射するように構成されている。
【００３８】
図１１には、上記のグリッド型偏光選択構造の模式図を示す。図１１に示すように、支持体２０上に導電体２１ａを所定周期ｐで所定方向に配列させることによりグリッド構造２１が形成される。このグリッド構造２１において、導電体２１ａの配列周期ｐを入射光Ｌの波長よりも大きくすると通常の回折格子となるが、配列周期ｐを入射光Ｌの波長λよりも小さくすると、入射光Ｌに対する偏光選択分離特性が生ずる。なお、図示例では入射光Ｌの入射角をθとし、グリッド構造２１が形成された表面の法線をＮとしてある。また、入射光Ｌの光軸と法線Ｎを含む平面が入射面である。
【００３９】
このとき、導電体２１ａの延長方向と平行な偏光ベクトルを備えた直線偏光（Ｓ偏光、すなわち入射面と直交する偏光ベクトルを有する光）ＬＳはグリッド構造２１により反射され、導電体の延長方向と直交する偏光ベクトルを備えた直線偏光（Ｐ偏光、すなわち入射面と平行な偏光ベクトルを有する光）ＬＰはグリッド構造２１を透過する。図示例では支持体２０にガラスなどの透明材料を用いた例を示しているので、Ｐ偏光ＬＰはそのまま支持体２０を通過している。
【００４０】
グリッド構造２１の偏光選択分離特性は、入射光Ｌの波長λと導電体２１ａの配列周期ｐとの関係によって変化する。通常、λ>ｐであれば偏光選択特性が得られるが、回折格子特性を示す領域と、偏光選択分離特性を示す領域との境界領域である２>ｐ／λ>０．５の範囲内では、急激な特性変化を生じる。このため、ｐ／λ≦０．５であることが望ましい。本実施形態では可視光領域の光を使用するため、可視光領域の最低波長（λ〜０．３μｍ）を基準とすれば、配列周期ｐは１５０ｎｍ以下であることが好ましい。なお、配列周期ｐが小さい方が偏光選択分離特性は良好となるので、本実施形態では、配列周期ｐを１０〜１００ｎｍの範囲内に設定している。
【００４１】
グリッド構造２１の金属層２１ａは、Ｓ偏光ＬＳの反射率を高めるために金属で構成されることが好ましく、特に、反射率の高いＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉなどで構成することが望ましい。グリッド構造２１におけるＳ偏光ＬＳに対する反射率は、通常得られる光学鏡面と同等の８９〜９５％程度とすることが可能である。また、このようなグリッド構造２１は、蒸着法やスパッタリング法などで金属部材からなる反射層を形成した後に、フォトリソグラフィ法などでパターニングを施すことによって形成できる。
【００４２】
本実施形態のグリッド型偏光選択手段１３７は、上記グリッド構造２１と同様のグリッド構造を備えているが、その背後には、グリッド構造１３７を透過したＰ偏光ＬＰを下層にて反射させないために、Ｐ偏光ＬＰを吸収する光吸収層１３６を設けている。これによって、Ｐ偏光が下層で反射されて混入するといったことが防止されるので、反射要素１３０Ｐで反射される反射光は本質的にＳ偏光のみとなる。
【００４３】
上記の偏光選択分離手段（本実施形態の場合には反射型の偏光選択分離手段）は、上記のグリッド型偏光選択手段１３７に限られず、例えば、図１２に示す偏光フィルム３０でも構成できる。この偏光フィルム３０は、図示ｚ方向に照射される光のうち所定方向の直線偏光成分を透過させ、これと直交する方向の直線偏光成分を反射する。
【００４４】
この偏光フィルム３０は、図１２に示すように積層構造を備えている。この積層構造は、２つの合成樹脂などからなる薄膜３１Ａと薄膜３１Ｂとが交互に積層されたものである。ここで、薄膜３１Ａは図示のｘ軸方向の屈折率Ｎａｘと、ｙ軸方向の屈折率Ｎａｙとが異なる。薄膜３１Ｂはｘ軸方向の屈折率Ｎｂｘとｙ方向の屈折率Ｎｂｙとが等しい。また、薄膜３１Ａのｙ軸方向の屈折率Ｎａｙと薄膜３１Ｂのｙ軸方向の屈折率Ｎｂｙとは等しい。したがって、この積層構造に対して図示ｚ軸方向に入射した光のうち、ｙ軸方向の直線偏光成分は積層構造を光学的に均質な媒質と同様に透過し、そのままｙ軸方向の直線偏光成分として射出される。
【００４５】
一方、薄膜３１Ａのｚ軸方向の厚さをｔａ、薄膜３１Ｂのｚ軸方向の厚さをｔｂとし、入射光の波長をλとすると、
［数１］
ｔａ×Ｎａｘ＋ｔｂ×Ｎｂｘ＝λ／２
となるようにすることによって、波長λの光であってｚ軸方向に入射した光のうちｘ軸方向の直線偏光成分はｘ軸方向の直線偏光成分として反射される。
【００４６】
図１２に示す積層構造において、薄膜３１Ａのｚ軸方向の厚さｔａ及び薄膜３１Ｂのｚ軸方向の厚さｔｂを種々変化させて積層することにより、複数の波長を有する光に対して上記の数１に示す関係を成立させ、そのｘ軸方向の直線偏光成分を反射することができる。特に、上記厚さを積層方向に向けて連続的に変化させていくことによって所定の波長領域内の光全てに対して上記の光学作用を示すように構成できる。本実施形態では、厚さを変化させた薄膜３１Ａ及び３１Ｂを多数積層することによって可視光領域のほぼすべての波長範囲に亘ってｘ軸方向の直線偏光成分をｘ軸方向の直線偏光成分として反射し、ｙ軸方向の直線偏光成分をｙ軸方向の直線偏光成分として透過させる偏光選択分離手段を構成することができる。なお、このような偏光選択分離手段は、国際公開公報（ＷＯ９５／１７６９２）に開示されている。
【００４７】
上記の偏光フィルム３０と同様の機能を有する偏光選択分離手段としては、コレステリック液晶層の両側又は片側に１／４波長板を配設したもの、ブリュースター角を利用して反射偏光と透過偏光とに分離する構造を有するもの（ＳＩＤ  ９２  ＤＩＧＥＳＴ  第４２７頁から第４２９頁に記載されたもの）、ホログラムを利用したものなどがあり、これらの各種の手段はいずれも上記実施形態の偏光選択分離手段（本実施形態の場合には反射型の偏光選択分離手段）の代わりに用いることができる。
【００４８】
図６乃至図８は、上記反射偏向型画像形成手段１３０における反射要素１３０Ｐの配列パターンの例を示すものである。本実施形態の反射要素１３０Ｐは、図６に示すように、反射偏光層１３７ａが図示上下方向に伸びる態様で形成されてなる第１反射要素１３０Ｐａと、反射偏光層１３７ａが図示左右方向に伸びる態様で形成されてなる第２反射要素１３０Ｐｂのいずれかとなっている。すなわち、第１反射要素１３０Ｐａと第２反射要素１３０Ｐｂでは、その反射光（選択分離された直線偏光）の偏光ベクトルが相互に直交する関係となっている。このように第１反射要素１３０Ｐａと第２反射要素１３０Ｐｂを設けることにより、相互に異なる偏光状態にある反射光（相互に直交する偏光ベクトルを有する直線偏光）を同時に並行して生じさせることができる。
【００４９】
図６に示す配列パターンは、複数の第１反射要素１３０Ｐａが縦（垂直方向）に配列された第１ラインと、複数の第２反射要素１３０Ｐｂが横（水平方向）に配列された第２ラインとが左右方向に交互に繰り返し配列された、いわゆるストライプ状のパターン構造を有する。この場合、複数の第１ラインのみで所定の偏光状態の光により形成される第１画像と、複数の第２ラインのみで上記とは異なる偏光状態の光により形成される第２画像とを同時に並行して形成し、投射することが可能になる。
【００５０】
図７に示す配列パターンは、複数の第１反射要素１３０Ｐａが縦（垂直方向）に配列された第１ラインと、複数の第２反射要素１３０Ｐｂが横（水平方向）に配列された第２ラインとが上下方向に交互に繰り返し配列された、ストライプ状のパターン構造を有する。この場合、ストライプ状のパターン構造である点では図６に示す配列パターンと同様であるが、この配列パターンで形成した第１画像及び第２画像ではそれぞれ横ストライプ模様が形成される。このようにすると、図６に示す縦ストライプ模様に較べて、左右の眼で視差画像を見る場合に、左右方向の解像度低下が見られないため、表示品質が向上するという利点がある。
【００５１】
図８に示す配列パターンは、第１反射要素１３０Ｐａの縦横に必ず第２反射要素１３０Ｐｂが隣接するといったパターン構造（市松模様状の構造）を有している。このパターン構造では、図６や図７に示すパターン構造よりも解像度低下が抑制されるため、なめらかな画像を形成できるという利点がある。
【００５２】
次に、以上説明した構成を有する本実施形態の作用効果について説明する。この実施形態では、図１に示すように、光源１１０から放出された光が第１光学系１０１を介して色時分割手段１２０に照射され、色時分割手段１２０から時系列的に異なる波長成分（例えばＲ，Ｇ，Ｂの光などのような異なる色相を呈する光）が順次に繰り返し出射される。この複数の波長成分の光は第２光学系１０２を介して反射偏向型画像形成手段１３０に照射され、この反射偏向型画像形成手段１３０の各反射要素１３０Ｐにより個々に反射される。ここで、反射要素１３０Ｐは、駆動電極１３３Ａ，１３３Ｂと基体１３５との間の電位差によって生ずる静電力で傾動可能に構成されているので、既定の方向に向いた反射要素１３０Ｐの反射光のみが第３光学系１０３を介してスクリーン１０に投射される。一方、上記既定の方向以外に向いた反射要素１３０Ｐにて反射された反射光は第３光学系１０３の光軸から外れるので、スクリーン１０上には投影されない。
【００５３】
スクリーン１０は、本実施形態において、投射された偏光状態を維持して表示可能なスクリーンである必要がある。これにより、投射した偏光状態が維持され、当該偏光状態に応じた画像を視認できる。ここで、投射された偏光状態を維持するとは、本発明においては、投射された偏光がそのままスクリーン上から放射される場合（すなわち偏光そのものが維持される場合）と、投射された偏光に対応する偏光がスクリーン上から放射される場合（すなわち偏光そのものは変化するが偏光した状態が維持される場合）の双方を含むものとする。例えば、Ｘ方向の偏光ベクトルを備えた直線偏光が投射されたとき、Ｘ方向の偏光ベクトルを備えた直線偏光をそのまま表面から放射するように構成されたスクリーンでもよく、或いは、Ｘ方向の偏光ベクトルを備えた直線偏光が投射されたとき、これと直交するＹ方向の偏光ベクトルを備えた直線偏光を放射するスクリーンであってもよい。これに対して、ホワイトマット、ビーズ、パールなどの拡散型反射スクリーンの場合、投射される偏光状態が乱されて偏光解消してしまうため、偏光眼鏡でスクリーンを介して画像を見るとき、左右の眼で完全に独立した画像を視認するといったことは難しい。
【００５４】
上記のように投射された偏光状態を維持して表示可能なスクリーンとしては、例えば、金属面反射スクリーン（金属面に微細な凹凸を形成したもの）を挙げることができる。また、本実施形態のようにスクリーン１０が反射スクリーンの場合、例えば、キクチ科学研究所製の「メタルシルバー２６０」や「シルバー３Ｄ３５０」（商標、製品番号）などを用いることができる。また、背面投射型表示装置などに用いられる透過スクリーンとしては、キクチ科学研究所製の「ＲＳ−３Ｄ２００」（商標、製品番号）などが挙げられる。
【００５５】
反射偏向型画像形成手段１３０では、上記反射要素１３０Ｐとして、第１反射要素１３０Ｐａと第２反射要素１３０Ｐｂとが含まれているので、第１反射要素１３０Ｐａによって所定の偏光ベクトルを有する直線偏光（以下、単に「第１偏光」という。）のみが反射され、第２反射要素１３０Ｐｂによって上記第１偏光とは異なる偏光ベクトルを有する直線偏光（以下、単に「第２偏光」という。本実施形態の場合には、第１偏光と直交する偏光ベクトルを有する。）のみが反射される。そして、第１反射要素１３０Ｐａの反射光によって第１画像が形成され、第２反射要素１３０Ｐｂの反射光によって第２画像が形成されると、この第１画像は第１偏光で構成され、第２画像は第２偏光で構成されたものとなるので、偏光フィルタなどによってそのうちの一方の画像のみを視認したり、左右の眼に対応する部分に異なる偏光フィルタを取り付けた偏光眼鏡によって左右両眼でそれぞれ別の画像を視認したりすることができる。したがって、後者の場合には、視差画像を構成する第１画像と第２画像とによって立体的な画像を視認することが可能になる。
【００５６】
上記実施形態では、第１反射要素１３０Ｐａと第２反射要素１３０Ｐｂによって相互に異なる直線偏光のみを反射するように構成しているが、本発明で用いる偏光としては直線偏光に限られない。例えば、図９に示すように、上記実施形態の反射偏向型画像形成手段１３０と第３光学系１０３との間に、或いは、第３光学系１０３の光投射側に、１／４波長板１０５を配置することで、画像表示装置１００から投射される第１画像及び第２画像を構成する光を円偏光にすることができる。この場合、第１画像を構成する円偏光と、第２画像を構成する円偏光とはその回転方向が相互に逆になる。したがって、それぞれの回転方向を有する円偏光に対応した偏光フィルタ（円偏光板、例えば、直線偏光板と１／４波長板とを組み合わせたもの）を用いることで、第１画像のみを視認すること、第２画像のみを視認すること、或いは、両画像を左右の眼でそれぞれ視認することが可能になる。
【００５７】
上記のように円偏光を用いて画像を形成することで、偏光フィルタを通して画像を視認した場合、視認者の姿勢変化があっても（すなわち、頭部が左右いずれかに傾いても）、画像の視認性が変化しにくいという利点がある。例えば、相互に回転方向の異なる円偏光で第１画像と第２画像とを投射する場合、頭部を左右いずれかに傾けた場合でも、画像の２重映りが発生することはない。したがって、回転方向の異なる円偏光板を通して左右の眼で視差画像を視認すれば、２重映りによる画像品位の劣化が発生しないため、品位の高い立体画像を観察できる。
【００５８】
図１０は、反射偏向型画像形成手段１３０の制御系の構成例を模式的に示す概略構成図である。反射偏向型画像形成手段１３０は、上記の基板１３１などに形成されたアドレス線駆動回路１３０Ｒ及びデータ線駆動回路１３０Ｃを有し、アドレス線駆動回路１３０Ｒによって駆動される複数のアドレス線Ｒｎ（ｎ＝１〜Ｎ）と、データ線駆動回路１３０Ｃによって駆動される複数のデータ線Ｃｎ，Ｃｎ′（ｎ＝１〜Ｎ）とが接続されるＳＲＡＭ構造を備えた駆動セル１３０Ｄが上記の反射要素１３０Ｐ毎に設けられている。これらの回路構造は、半導体集積回路によって構成することが好ましく、特にシリコン基板を用いたＣＭＯＳ構造によって構成することが望ましい。
【００５９】
駆動セル１３０Ｄには、上記のアドレス線Ｒｎによって制御されるスイッチ（ＭＯＳトランジスタ）ＳＷ１及びＳＷ２と、一対の駆動電極１３３Ａ，１３３Ｂ間に接続される一対の反転回路ＩＶ１及びＩＶ２とが設けられている。スイッチＳＷ１はデータ線Ｃｎと一方の駆動電極１３３Ａ（アドレス電極）との間に接続され、スイッチＳＷ２はデータ線Ｃｎ′と他方の駆動電極１３３Ｂ（相補アドレス電極）との間に接続される。アドレス線Ｒｎは所定の態様で走査され、所定電位（例えば高電位）が供給されることによってスイッチＳＷ１及びＳＷ２がオン状態となり、当該アドレス線Ｒｎに接続された駆動セル１３０Ｄが選択される。このとき、データ線Ｃｎ，Ｃｎ′の一方には既定電位（例えば高電位）が供給され、他方には相補電位（例えば低電位）が供給される。例えば、アドレス線Ｒｎが選択されてスイッチＳＷ１及びＳＷ２がオンとなった時点で、データ線Ｃｎに高電位が供給され、データ線Ｃｎ′に低電位が供給されているとすれば、一方の駆動電極１３３Ａは高電位になり、他方の駆動電極１３３Ｂは低電位になり、上記の反射要素１３０Ｐは両駆動電極１３３Ａ，１３３Ｂとの間に生ずる静電力によって偏向し、その状態でアドレス線Ｒｎの選択が解除されると、両駆動電極１３３Ａ，１３３Ｂの各電位はそのまま保持されるので、反射要素１３０Ｐの向きも保持される。また、上記と同様にアドレス線Ｒｎが選択されたときにデータ線Ｃｎ，Ｃｎ′に上記とは別の態様でデータ信号が供給されていれば、駆動電極１３３Ａ，１３３Ｂの電位は異なるものとなり、反射要素１３０Ｐは上記とは異なる姿勢に変化することになる。
【００６０】
反射偏向型画像形成手段１３０は、上記の色時分割手段１２０と同期して動作するタイミング回路１４１と、タイミング回路１４１が出力するタイミング信号に対応する制御信号を出力する制御回路１４２と、アドレス電位供給回路１４３と、上記タイミング信号と同期して動作するデータ信号生成回路１４４とを含む制御系によって制御される。タイミング回路１４１が出力するタイミング信号は、上記の色時分割手段１２０の波長成分の出射周期と同期した信号であり、色時分割手段１２０に設けられた図示しないセンサ（エンコーダなど）の検出信号や色時分割手段１２０の駆動信号などに基づいて形成される。ここで、タイミング回路１４１及び制御回路１４２は、光出射手段（色時分割手段１２０）と、反射偏向型画像形成手段１３０とを同期させる同期手段を構成する。また、アドレス電位供給回路１４３はアドレス線駆動回路１３０Ｒにアドレス電位を供給し、アドレス線駆動回路１３０Ｒは制御回路１４２の制御信号に応じたタイミングでアドレス線を走査する。さらに、データ信号生成回路１４４はデータ線駆動回路１３０Ｒにデータ信号を供給し、データ線駆動回路１３０Ｒは制御回路１４２の出力する制御信号に応じたタイミングでデータ線を駆動する。
【００６１】
上記構成により、反射偏向型画像形成手段１３０では、色時分割手段１２０の波長成分の出射タイミングと同期して、各反射要素１３０Ｐが当該波長成分の光をスイッチングし、所定の画像を形成する。この場合、反射要素１３０Ｐによる反射方向によって光のオンオフを切り替えるスイッチング動作を各波長成分の光が照射されている期間内においてさらに時分割で行うことにより、各画素の階調表示を実現でき、フルカラー表示も可能になる。
【００６２】
なお、上記の駆動態様は、第１反射要素１３０Ｐａによって第１画像が形成され、第２反射要素１３０Ｐｂによって第２画像が形成されるように、第１反射要素１３０Ｐａと第２反射要素１３０Ｐｂにそれぞれ所定の画像データを送り込むことによって行われる。
【００６３】
本実施形態では、単一の反射偏向型画像形成手段１３０により、異なる偏光で構成された画像を同時に並行して投射するようにしたことにより、簡易な構成とすることができるため、コンパクトかつ軽量に構成できるとともに安価に構成できるという効果が得られる。
【００６４】
また、本実施形態では、反射偏向型画像形成手段１３０に偏光選択分離手段を設けているので、従来のように偏光分離後に反射偏向型画像形成手段を用いる構成に較べて、光学系の調整がきわめて容易になり、形成される画像の品位も向上させることができる。
【００６５】
さらに、上記と同様に、反射偏向型画像形成手段１３０には、反射要素１３０Ｐとして、相互に異なる偏光を選択的に反射する偏光選択分離手段（グリッド型偏光選択構造１３７）を備えた第１反射要素１３０Ｐａと第２反射要素１３０Ｐｂとを含むように構成されていることにより、第１画像と第２画像を時分割で投射する必要がなくなるので、反射偏向型画像形成手段１３０の駆動周波数の増大を抑制することができる。
【００６６】
特に、光出射手段（色時分割手段１２０）から出射される光に基づいて、複数の反射要素１３０Ｐを備えた反射偏向型画像形成手段１３０を動作させることによって所定の画像を形成するようにしていることにより、カラー化に伴う光学系の複雑化を回避することができ、また、製造コストも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る実施形態の全体構成を示す概略構成図。
【図２】実施形態の色時分割手段のカラーホイールの平面図。
【図３】実施形態の反射偏向型画像形成手段の平面図。
【図４】反射偏向型画像形成手段の反射要素近傍を示す拡大縦断面図。
【図５】反射偏向型画像形成手段の反射要素を示す拡大平面図。
【図６】反射偏向型画像形成手段の反射要素の配列パターンを示す拡大部分平面図。
【図７】反射偏向型画像形成手段の反射要素の配列パターンを示す拡大部分平面図。
【図８】反射偏向型画像形成手段の反射要素の配列パターンを示す拡大部分平面図。
【図９】異なる構成例の一部を示す概略構成図。
【図１０】反射偏向型画像形成手段の制御系の構成例を一部拡大した図とともに示す構成図。
【図１１】グリッド偏光分離構造の構成例を示す概略斜視図。
【図１２】偏光フィルタの構造を示す概略斜視図。
【符号の説明】
【００６８】
１００…画像表示装置、１０１〜１０３…光学系、１１０…光源、１２０…色時分割手段、１３０…反射偏向型画像形成手段、１３０Ｐ…反射要素、１３０Ｐａ…第１反射要素、１３０Ｐｂ…第２反射要素、１３１…基板、１３２…絶縁層、１３３Ａ，１３３Ｂ…駆動電極、１３４…支持部、１３５…基体、１３６…光吸収層、１３７…グリッド型偏光分離構造、１３７ａ…反射偏光層、１０…スクリーン、２１…グリッド構造、３０…偏光フィルタ
【図１】
2006058339.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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