(57)【要約】  単レンズプロジェクタによって生成されたランダムに偏光された画像ビームを、第１の直線偏光状態を有する１本の１次画像ビームと、第１の直線偏光状態に直交する第２の直線偏光状態を共に有する２本の２次画像ビームとに分割するビーム分割素子を含む、時間多重化された立体的３Ｄ投影システムが提供される。１次画像ビームと２次画像ビームは再合成されて、偏光面保存投影スクリーンに完全画像を形成する。第１及び第２の直線偏光状態を、左円偏光状態と右円偏光状態との間で変調する偏光変調器を含む。偏光変調器と投影スクリーンとの間に位置する１次画像ビーム又は２次画像ビームの光路内にコントラスト強調フィルムを含む。コントラスト強調フィルムは、前述の画像ビームの円偏光状態を摂動させ、１４０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は５４０ｎｍに実質的に等しい面内位相差値を有する、少なくとも３つの一軸延伸位相差フィルムの積層体を含む。
2018522290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単レンズプロジェクタによって生成されランダムに偏光された入射画像ビームを偏光面保存投影スクリーンに投影するための、時間多重化された立体的３Ｄ投影システムであって、
前記単レンズプロジェクタによって生成された前記ランダムに偏光された入射画像ビームを、１本の１次画像ビームと２本の２次画像ビームに分割するように動作可能なビーム分割素子であって、前記１本の１次画像ビームは、１次画像ビーム経路を有し、第１の直線偏光状態を有し、前記２本の２次画像ビームは、それぞれがそれぞれの２次画像ビーム経路を有し、両方とも第２の直線偏光状態を有し、前記第１の直線偏光状態と前記第２の直線偏光状態とは互いに直交しており、前記２次画像ビームに対する前記２次画像ビーム経路は両方とも、前記１次画像ビーム及び前記２次画像ビームが部分的に重なり合い互いに再合成されて前記偏光面保存投影スクリーンの表面上で完全な画像を形成するように、反射面によって進路を変えられている、ビーム分割素子と、
前記１次画像ビーム経路及び前記２つの２次画像ビーム経路のそれぞれに配置され、前記プロジェクタによって生成される画像と同期して、前記第１の直線偏光状態及び前記第２の直線偏光状態を左円偏光状態と右円偏光状態との間で変調するように構成される、偏光変調器と、
前記１次画像ビーム及び前記２次画像ビームのうちの少なくとも１つの光路内に配置され、かつ、前記関連する偏光変調器と前記投影スクリーンとの間に配置される、コントラスト強調フィルムと、を備え、
前記コントラスト強調フィルムは、前記１次画像ビーム及び前記２次画像ビームのうちの前記少なくとも１つの前記円偏光状態を摂動させるように構成される、少なくとも３つの別個の一軸延伸位相差フィルムの積層体を含み、
前記一軸延伸位相差フィルムのそれぞれは、１４０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は５４０ｎｍのうちの１つと実質的に等しい面内位相差値を個々に有する、システム。
【請求項２】
前記一軸延伸位相差フィルムのそれぞれは特定の角度で整列された光学軸を有し、前記一軸延伸位相差フィルムのうちの少なくとも２つは、異なる角度で整列された光学軸を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記偏光変調器は、前記１次画像ビーム及び前記２次画像ビームがそれぞれ通過する出射面を有し、前記コントラスト強調フィルムは、関連する偏光変調器の前記出射面に近接して配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントラスト強調フィルムは、関連する偏光変調器の前記出射面に接着されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントラスト強調フィルムは、前記１次画像ビーム経路内の前記偏光変調器に近接して配置され、前記１次画像ビームの前記直線偏光状態は、受動型円偏光用観察ゴーグルにある直線偏光フィルタの透過軸と平行になるように構成される、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記偏光変調器のそれぞれの前記出射面に配置されるコントラスト強調フィルムをさらに含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記コントラスト強調フィルムは、それらの関連する偏光変調器の前記出射面に接着されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントラスト強調フィルムの前記一軸延伸位相差フィルムは、光学接着剤を用いて互いに接着される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記偏光変調器のそれぞれは、直列に一緒に配置される２つの個々のパイセル液晶素子の積層体を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記２つの個々のパイセル液晶素子は、互いに交差する向きになるように配置され、かつ、第１の光学処理状態と第２の光学処理状態との間で切り換わる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の光学処理状態及び前記第２の光学処理状態により、前記１次画像ビーム及び前記２本の２次画像ビームが、それぞれ左円偏光状態と右円偏光状態との間で変調されるようになる、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
偏光変調器を出射する画像ビームの光路内に配置するためのコントラスト強調フィルムであって、前記コントラスト強調フィルムは前記画像ビームの円偏光状態を摂動させるように構成され、前記コントラスト強調フィルムは、
少なくとも３つの別個の一軸延伸位相差フィルムの積層体を含み、前記一軸延伸位相差フィルムのそれぞれは、１４０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は５４０ｎｍのうちの１つと実質的に等しい面内位相差値を個々に有しており、前記一軸延伸位相差フィルムのそれぞれは、特定の角度で整列された光学軸を有し、前記一軸延伸位相差フィルムのうちの少なくとも２つは、異なる角度で整列された光学軸を有する、コントラスト強調フィルム。
【請求項１３】
前記コントラスト強調フィルムの前記一軸延伸位相差フィルムは、光学接着剤を用いて互いに接着される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
単レンズプロジェクタによって生成されたランダムに偏光された入射画像ビームを偏光面保存投影スクリーンに投影するための、時間多重化された立体的３Ｄ投影方法であって、
ビーム分割素子を用いて、前記単レンズプロジェクタによって生成された前記ランダムに偏光された入射画像ビームを、１本の１次画像ビームと２本の２次画像ビームに分割する工程であって、前記１本の１次画像ビームは、１次画像ビーム経路を有し、第１の直線偏光状態を有し、前記２本の２次画像ビームは、それぞれがそれぞれの２次画像ビーム経路を有し、両方とも第２の直線偏光状態を有し、前記第１の直線偏光状態と前記第２の直線偏光状態とは互いに直交しており、前記２次画像ビームに対する前記２次画像ビーム経路は両方とも、前記１次画像ビーム及び前記２次画像ビームが部分的に重なり合い互いに再合成されて前記偏光面保存投影スクリーンの表面上で完全な画像を形成するように、反射面によって進路を変えられている、分割する工程と、
前記１次画像ビーム経路及び前記２つの２次画像ビーム経路のそれぞれに配置される偏光変調器を用いて、前記プロジェクタによって生成される画像と同期して、前記第１の直線偏光状態及び前記第２の直線偏光状態を左円偏光状態と右円偏光状態との間で変調する工程と、
前記関連する偏光変調器と前記投影スクリーンとの間に配置される、前記１次画像ビーム及び前記２次画像ビームのうちの少なくとも１つの光路内にコントラスト強調フィルムを配置する工程と、を含み、
前記コントラスト強調フィルムは、前記１次画像ビーム及び前記２次画像ビームのうちの前記少なくとも１つの前記円偏光状態を摂動させるように構成される、少なくとも３つの別個の一軸延伸位相差フィルムの積層体を含み、
前記一軸延伸位相差フィルムのそれぞれは、１４０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は５４０ｎｍのうちの１つと実質的に等しい面内位相差値を個々に有する、方法。
【請求項１５】
前記一軸延伸位相差フィルムの光学軸のそれぞれを特定の角度で整列させる工程をさらに含み、前記一軸延伸位相差フィルムのうちの少なくとも２つは、異なる角度で整列された光学軸を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
コントラスト強調フィルムを配置する工程は、前記偏光変調器の出射面に前記フィルムを配置する工程を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記コントラスト強調フィルムを前記偏光変調器の前記出射面に接着する工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記コントラスト強調フィルムを、前記１次画像ビーム経路内の前記偏光変調器に近接して配置する工程と、前記１次画像ビームの前記直線偏光状態を、受動型円偏光用観察ゴーグルにある直線偏光フィルタの透過軸と平行になるように構成する工程とをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
コントラスト強調フィルムを、前記偏光変調器のそれぞれの前記出射面に配置する工程をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記コントラスト強調フィルムを、それらの関連する偏光変調器の前記出射面に接着する工程をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記接着する工程は、光学接着剤を用いることを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記偏光変調器のそれぞれは、直列に一緒に配置される２つの個々のパイセル液晶素子の積層体を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記２つの個々のパイセル液晶素子は、互いに交差する向きになるように配置され、かつ、第１の光学処理状態と第２の光学処理状態との間で切り換わる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１の光学処理状態及び前記第２の光学処理状態により、前記１次画像ビーム及び前記２本の２次画像ビームが、それぞれ左円偏光状態と右円偏光状態との間で変調されるようになる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
偏光変調器を出てゆく光路を有する画像ビームの円偏光状態を摂動させるための方法であって、
少なくとも３つの別個の一軸延伸位相差フィルムを含むコントラスト強調フィルムを、偏光変調器を出射する前記画像ビームの前記光路内に配置する工程を含み、前記一軸延伸位相差フィルムのそれぞれは、１４０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は５４０ｎｍのうちの１つに実質的に等しい面内位相差値を個別に有し、
また前記方法は、前記一軸延伸位相差フィルムのそれぞれの前記光学軸を特定の角度で整列する工程を含み、前記一軸延伸位相差フィルムのうちの少なくとも２つは、異なる角度で整列された光学軸を有する、方法。
【請求項２６】
前記コントラスト強調フィルムの前記少なくとも３つの一軸延伸位相差フィルムを、光学接着剤を用いて互いに接着する工程をさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年６月２５日に出願された米国特許出願第１４／７５０，２２７号の出願日の利益を主張するものであり、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、光学的光効率の水準の改善をもたらし、かつ、単レンズプロジェクタと共に偏光ビーム分割器、偏光変調器、シルバースクリーン、及び受動型円偏光用観察ゴーグルを用いて、時間多重化立体的３Ｄ画像を提供するように設計された、立体３Ｄ投影システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
立体３Ｄ投影システムは、長年にわたって利用されてきている。当該技術分野で知られる技術の一例として、例えば、２００６年１２月２８日付けの米国特許出願公開第２００６／０２９１０５３Ａ１号には、「無彩色偏光スイッチ（Achromatic Polarization Switches）」と題されて、３チップＤＬＰデジタル映写機等の単レンズプロジェクタの前面に偏光変調器を配置する方法について開示されている。
【０００４】
プロジェクタは、左目画像と右目画像とを連続して交互に含む単一ビームを、典型的には１４４Ｈｚという高速で生成するように構成されている。そして偏光変調器は、上述のプロジェクタによって生成された画像に光偏光状態を付与する。偏光変調器は、プロジェクタと同期して、全ての左目画像が第１の円偏光状態となり、全ての右目画像が第２の円偏光状態となり、これらの第１の円偏光状態と第２の円偏光状態とが互いに直交する（すなわち、円形回転が反対方向となる）ことを補償するように動作する。
【０００５】
その後、左目画像および右目画像は、シルバースクリーンあるいはその他の偏光面保存投影スクリーンの表面に収束され、このことにより、受動型円偏光用観察ゴーグルを利用して、時間多重化された立体的な３Ｄ画像の鑑賞が可能となる。
【０００６】
また、要求される電気光学的スイッチング特性を達成するために、偏光変調器を、少なくとも１つまたは複数の液晶素子を一体的に積層して構成し得ることが当業者に知られている。当該分野で知られる技術の一例として、例えば、２０１０年７月２０日付けの米国特許第７，７６０，１５７Ｂ２には、「改善されたＺスクリーン変調技術（Enhanced ZScreen modulator techniques）」と題して、偏光変調器を、互いに交差する向きに一体的に積層された２つの独立した液晶パイセルから構成する方法について開示している。パイセル液晶素子は当技術分野において公知であり、各基板上のパイセル液晶素子の表面配向ディレクタが互いに平行で、同じ方向に整列していることを特徴とする。したがって、少なくとも１つの光学状態において、パイセル内の液晶材料は、１８０度（すなわち、パイまたはπラジアン）の全般的なねじれを伴って前記基板同士の間に螺旋構造を形成する。パイセルの設計および機能の詳細な説明は、この従来技術に係る文献中の他の箇所において見ることができる。
【０００７】
この場合、それぞれのパイセルは、例えば第１の光学状態と第２の光学状態との間で急速にスイッチされ得る。第１の光学状態は、液晶材料をホメオトロピック構造に切り換えるために高電圧（例えば、２５ボルト）で駆動したときに大部分がゼロの光学位相差を有し、第２の光学状態は、液晶材料をねじれが主として０度のスプレイ構造に切り換えるために低電圧（例えば、３ボルト）で駆動したときに、１４０ｎｍ（ナノメートル）に近い光学位相差を有する。さらに、パイセルは、第１の光学状態と第２の光学状態との間で、通常３５０μｓ（マイクロ秒）よりも速い速度で急速に切り換わることができる。したがって、パイセルは、最先端の技術によってこの種の偏光変調器製品を設計する際によく使用されている。
【０００８】
さらに、パイセルが１４０ｎｍに近い位相差値を有する光学状態にあるとき、パイセルは、可視波長領域の中央部分に対して光学的にλ／４板（１／４波長板、ＱＷＰ）を構成し、これにより直線偏光した可視光が直接的に円偏光に変換されることが当業者に知られている。
【０００９】
これにより、プロジェクタによって生成される初期のランダム偏光された（すなわち、偏光されていない）入射光を直線偏光に変換するために、２つの別個のパイセルを互いに交差する向きで一体的に積層し、その積層体の入射面に直線偏光フィルタを配置すると、両パイセルは相互に位相を異にして駆動し、第１のパイセルが高電圧で動作する（すなわち、液晶材料がホメオトロピック構造に切り換わる）と第２のパイセルが同時に低電圧で動作する（すなわち、液晶材料がスプレイ構造に切り換わる）ようになり、また逆も同様となり、その結果、プロジェクタによって生成される画像は、左円偏光状態と右円偏光状態との間で急速に変調され得る。
【００１０】
また、受動型円偏光用観察ゴーグルにある２つのレンズは、通常はそれぞれ、単一の一軸延伸された光学位相差フィルムと一体的に積層された直線偏光フィルタから構成されることが、当業者に知られている。位相差フィルムは、通常、可視波長領域の中央部分に対してλ／４板（ＱＷＰ）を構成するために、実質的に１４０ｎｍの面内光学位相差値を有する。これにより、初めに円偏光された光は、まず位相差フィルム（ＱＷＰ）によって直線偏光に変換され、その後に直線偏光状態の向きに応じて、偏光フィルタによって透過されるか、または遮断されることが確実になる。
【００１１】
さらに、一般的な受動型円偏光用観察ゴーグルの両方のレンズにある直線偏光フィルタは、通常は両方とも、それらの透過軸が水平に整列した向きになっていることが当業者に知られている。さらに、左目レンズについては、前記位相差フィルム（ＱＷＰ）の光学軸は通常、水平面に対して時計回りに−４５度（マイナス）で整列されており、一方、右目レンズについては、前記位相差フィルム（ＱＷＰ）の光学軸は通常、水平面に対して＋４５度（プラス）で整列されている。
【００１２】
これにより、初めに左円偏光された（すなわち、反時計回りの回転方向の）光は、右目レンズによっては透過されるが、同時に左目レンズによっては遮断され、一方、初めに右円偏光された（すなわち、時計回りの回転方向の）光は、反対に右目レンズによっては遮断されるが、同時に左目レンズによっては透過されることが確実になる。
【００１３】
さらに、観察ゴーグルのレンズのうちの一方にある位相差フィルム（１４０ｎｍ）が、低電圧で動作している（すなわち、液晶材料がスプレイ構造に切り換わっている場合の）前記パイセルのうちの１つに存在する位相差（１４０ｎｍ）と互いに交差する場合には、全ての可視波長に対して、高水準の光学補償が生じることになることが、当業者には知られている。
【００１４】
さらに、偏光変調器の入射面に配置された直線偏光フィルタが、観察ゴーグルのレンズにある直線偏光フィルタに対して垂直に（すなわち、透過軸が鉛直になって）整列される場合、全ての可視波長に対して光学的遮断が高水準で達成されることになり、これにより、立体的な３Ｄ画像を見るときにゴーストやクロストークを低レベルに抑えることが可能となる。したがって、これは従来技術による好ましい構成である。
【００１５】
また、観察ゴーグルのレンズのうちの一方にある位相差フィルム（１４０ｎｍ）が、代わりに、低電圧で動作するパイセルのうちの１つに存在する位相差（１４０ｎｍ）と互いに平行になっている場合は、合成される位相差は全体で、１４０ｎｍ（パイセル）＋１４０ｎｍ（観察ゴーグル）＝２８０ｎｍになる。したがって、このような系は、可視波長領域の中央部分（すなわち、緑色の波長）に対して、色彩のλ／２板（１／２波長板、ＨＷＰ）を構成する。
【００１６】
この場合、系を通過する直線偏光可視光は、色彩のλ／２板のおかげで約９０度だけ回転されることになる。加えて、前記偏光変調器の入射面に配置される直線偏光フィルタもまた、前記観察ゴーグルのレンズのうちの一方にある直線偏光フィルタに対して垂直に（すなわち、透過軸が鉛直になって）整列されている場合には、前記レンズは光を高効率で透過することになる。したがって、これも従来技術による好ましい構成である。
【００１７】
しかしながら、代わりに、前記偏光変調器の入射面に配置された直線偏光フィルタが、前記観察ゴーグルのレンズにある前記直線偏光フィルタに対して平行（すなわち、透過軸が水平）になっている場合には、前記パイセルのうちの１つと前記観察ゴーグルのレンズのうちの一方とに存在する位相差が、合計されて色彩のλ／２板を形成すると、この場合には前記色彩のλ／２板は全ての可視波長を正確に９０度だけ完全に回転させることができないので、立体的な３Ｄ画像を見るときに高水準のゴーストやクロストークが生じることになる。
【００１８】
したがって、この特定の不都合な構成を利用することを避けて、代わりに、最先の技術による偏光変調器を設計するために２つのパイセルを互いに交差する向きで一緒に積層した場合に、前記偏光変調器の入射面に配置される直線偏光フィルタが、円偏光観察ゴーグルの両方のレンズに存在する直線偏光フィルタに対して好ましくは垂直に確実に整列されることが望ましい。
【００１９】
さらに、一般的な受動型円偏光用観察ゴーグルの前記両方のレンズにある直線偏光フィルタの透過軸は、通常、両方とも水平に整列されているため、最先端技術による１つの好ましい構成としては、時間多重化された立体的な３Ｄ画像を見るときに低水準のゴーストやクロストークが確実に得られるようにするために、前記偏光変調器の入射面に配置される直線偏光フィルタの透過軸が、鉛直に整列される必要があることが、当業者には知られている。
【００２０】
したがって、現在市販されている偏光変調器製品の大部分では、２つのパイセル液晶素子が互いに交差する向きで一緒に積層されており、また、直線偏光フィルタが前記偏光調整器の入射面に配置されており、かつ、直線偏光フィルタの透過軸が鉛直に整列されている。
【００２１】
しかしながら、最先端技術による前述の単一ビームシステムの一つの問題は、典型的な３チップＤＬＰデジタル映写機によって生成される画像が最初はランダムに偏光されているため、映写機によって生成される入射光の約５０％を、偏光変調器の入射面に配置される直線偏光フィルタが吸収してしまうことである。したがって、これにより、システムの全体的な光学的光効率が大幅に低下し、これによって、オンスクリーン画像の輝度が著しく不足している立体３Ｄ画像が生成されてしまうことになる。
【００２２】
立体３Ｄ投影システムの全体的な光学的光効率を上げる技術の一例として、例えば、２０１２年７月１７日付け米国特許第８，２２０，９３４Ｂ２号には、「立体投影のための偏光変換システム（Polarization conversion systems for stereoscopic projection）」と題される技術が開示されている。この技術においては、偏光ビーム分割素子を使用し、単レンズプロジェクタによって生成されて入射してくるランダム偏光された入射画像ビームを、元の入射画像ビームと同じ方向に伝搬し第１の直線偏光状態を有する１本の１次画像ビームと、元の入射画像ビームに対して垂直な方向に伝搬し第２の直線偏光状態を有する１本の２次画像ビームとに分割している。ここで第１の直線偏光状態と第２の直線偏光状態は互いに直交している。
【００２３】
その後、鏡を使用して前記２次画像ビームを投影スクリーンの表面に向けて反射させ、それによって、１次画像ビームと２次画像ビームは両方とも、前記投影スクリーンの表面上で実質的に互いに重なるように配置する。したがって、このような二重ビームシステムは、オンスクリーン画像の全体を生成するために、当初の入射画像ビームを含む両方の偏光成分を使用するようにし、それによって、結果として得られる画像の輝度を増加させる。
【００２４】
さらに、偏光変調器は、１次画像ビームと２次画像ビームの両方の光路内に配置されて、画像ビームの偏光状態を変調するように設計される。最先端技術による前述の二重ビームシステムの好ましい実施形態の１つでは、偏光変調器はそれぞれ、互いに交差する向きで一緒に積層される２つの別個のパイセル液晶素子を備えており、これらのパイセル液晶素子は、前記プロジェクタによって生成される画像と同期して、前記１次画像ビーム及び２次画像ビームの直線偏光状態を左円偏光状態と右円偏光状態との間で急速に変調するように設計される。
【００２５】
しかしながら、ここに記載されるタイプのパイセルを利用してゴーストやクロストークを低水準にするために、前述の米国特許第８，２２０，９３４Ｂ２号では、各偏光変調器の入射面での前記１次画像ビームおよび２次画像ビームの直線偏光状態は、両方とも、受動型円偏光用観察ゴーグルの両方のレンズにある直線偏光フィルタに対して垂直に整列されていなくてはならない（すなわち、入力偏光は鉛直であることが必要である）ことが、明記されている。
【００２６】
しかしながら、前記１次画像ビーム及び２次画像ビームは互いに直交する直線偏光状態を有している。そのため、前述の米国特許第８，２２０，９３４Ｂ２号には、この基準は、２次画像ビームの光路内に配置され、かつ、２次画像ビームが１次画像ビームと同じ直線偏光状態に変換されるように、２次画像ビームの直線偏光状態を９０度だけ回転するように設計された偏光回転器を用いることによってのみ達成することができることが記載されている。すなわち、偏光回転器は、１次画像ビームと２次画像ビームの両方がその後、前記受動型円偏光用観察ゴーグルの両方のレンズにある直線偏光フィルタの透過軸に垂直である鉛直直線偏光状態を有することを補償する。
【００２７】
この基準が満たされるようにするために、偏光回転器は、２次画像ビームの光路内に配置され、かつ、ビーム分割素子と前記偏光変調器の入射面との間のどこかに配置されなくてはならないが、反射鏡の前又は後のいずれに配置されてもよいことが、当業者には理解されるであろう。さらに、前記偏光回転器が、幾つかの個別の素子が一緒に積層されて構成される場合には、幾つかの素子は例えば前記鏡の前に配置され、他の素子は前記鏡の後に配置されることでもよい。
【００２８】
２次画像ビームの直線偏光状態を９０度回転させるために偏光回転器を使用することによって、最先端技術による立体３Ｄ画像を見る際に、システムがゴーストやクロストークを低水準にできることが確実になる一方で、偏光回転器の光効率は、通常、可視波長範囲にわたって約９０％未満であり、これにより、光学的光効率の損失及び全体的なオンスクリーン画像の輝度の低下がもたらされる。
【００２９】
最先端技術による前述の米国特許第８，２２０，９３４Ｂ２号明細書における前述の二重ビームシステムは、前記１次画像ビームと２次画像ビームとの間に比較的に大きな光路長差が存在し、そのため通常は、この光路長差を補償するために、望遠レンズの対を使用すること、及び／又は反射鏡を変形させることが必要になるという短所を有する。しかしながら、これにより、システム全体に複雑さと費用の両方が追加される。
【００３０】
本明細書に参照として組み込まれる、２０１３年５月２９日付けの仏国特許出願公開第３０００２３２Ａ１号に開示されている「投影画像を立体視するための偏光光学装置（Dispositif de polarisation optique pour un projecteur d'images stereoscopiques）」と題された、高輝度立体３Ｄ画像を表示するための改善された複数ビームシステムは、ビーム分割素子を使用することを開示している。このビーム分割素子は、単レンズプロジェクタによって生成されるランダム偏光された入射画像ビームを、１本の１次画像ビームと２本の２次画像ビームとに分離する。ここで、１次画像ビームは、元の入射画像ビームと同じ方向に伝搬して第１の直線偏光状態を有し、２次画像ビームは、２本とも入射画像ビームに垂直であって第２の直線偏光状態を有し、互いに反対方向に伝搬する。そして第１の直線偏光状態と第２の直線偏光状態とは互いに直交している。
【００３１】
その後、鏡か他のものなどの反射面が、２本の２次画像ビームを偏光面保存投影スクリーンに向けるために使用され、またこの反射面は、１次画像ビームと２次画像ビームが互いに再合成されて前記投影スクリーンの面上で完全な画像を形成するために、前記１次画像ビームと２次画像ビームが部分的に重なるように配置される。したがって、そのような三重ビームシステムは、元の入射画像ビームを含んでいる両方の偏光成分を使用して全体的なオンスクリーン画像を再現することを可能にし、それによって、高水準の画像輝度を保証する。
【００３２】
さらに、偏光変調器が、前記１次画像ビームと２次画像ビームのそれぞれの光路内に配置され、前記プロジェクタによって生成される画像と同期して、前記画像ビームの偏光状態を変調するように動作する。
【００３３】
前述の三重ビームシステムの好ましい実施形態の１つでは、前記偏光変調器のそれぞれは、互いに交差する向きで一緒に積層される２つの別個のパイセル液晶素子を備えることがあり、これらのパイセル液晶素子は前記１次画像ビーム及び２次画像ビームの直線偏光状態を円偏光に変換するように動作することができる。
【００３４】
さらに、前記１次画像ビーム及び２次画像ビームの直線偏光状態は互いに直交しているので、前記１次画像ビームと２次画像ビームのうちの少なくとも１つの直線偏光状態は前記受動型円偏光用観察ゴーグルのレンズにある直線偏光フィルタの透過軸と平行になることになり、最先端技術によるこの不利な構成では、通常、時間多重化された立体的な３Ｄ画像を見る際に不適当に高水準のゴーストやクロストークが存在することになることが、当業者には理解されるであろう。
【００３５】
さらに、この問題を緩和するために、前記２次画像ビームの直線偏光状態が前記１次画像ビームと同じ直線偏光状態に変換されるように、前記２次画像ビームの直線偏光状態を９０度だけ回転するために、偏光回転器を、前記２次画像ビームの光路内に配置し、かつビーム分割器と前記偏光変調器の入射面との間のどこかに配置して使用することができることが、当業者には知られている。しかしながら、前記偏光回転器の光学効率は、通常は可視波長領域にわたって約９０％未満であるので、これにより光学的光効率の望ましくない損失が生じることになり、全体的なオンスクリーン画像の輝度が低減することになる。
【００３６】
前述の三重ビームシステムは、最先端技術による前述の二重ビームシステムに比べて、前記１次画像ビームと２次画像ビームとの光路長差が比較的に小さくなるので、前記光路長差を補償するために望遠レンズの対を利用する必要性がなくなり、したがってシステムの全体的な複雑さ及び費用が低減されることが、当業者によって理解されるであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
本発明の目的は、２本以上の別個の画像ビームを含む複数ビームシステムを用いて時間多重化された立体的な３Ｄ画像を見る際に、もし使用しなければ全体的なオンスクリーン画像の輝度を低下させるとされている、１次画像ビーム及び２次画像ビームのうちの少なくとも１つの光路内に配置する偏光回転器を使用する必要なく、ゴーストやクロストークの発生レベルを低減する方法を提供することである。
【００３８】
本発明の更なる目的は、前記１次画像ビーム及び２次画像ビームのそれぞれに対して偏光変調器を備えた三重ビーム立体３Ｄ投影システムを提供することであり、前記偏光変調器のそれぞれは、互いに交差する向きに向けられた２つの別個のパイセルの積層体をさらに含み、これは、他の従来技術と比較してより高水準の光学効率を維持しながら、ゴーストやクロストークの水準を低く抑える。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
本発明は、２つの別個のパイセルの積層体を備える偏光変調器の入射面における画像ビームの直線偏光状態が、前記受動型円偏光用観察ゴーグルのレンズのうちの少なくとも１つにある直線偏光フィルタと平行である場合、前記レンズによって達成される光学遮断の量を増やすために、前記偏光変調器の出射面に配置され、前記画像ビームの全体的な円偏光状態を変更することなく前記偏光変調器を出射する画像ビームの円偏光を摂動させ円偏光の水準を改善するように設計される、３つ以上の一軸延伸された面内位相差フィルムの積層体を含む適切なコントラスト強調フィルムを組み込むことにより、前記レンズのうちの１つに対して、高水準の光学遮断をさらに達成することができ、それによって、全体的な光学的光効率を高水準に維持しながら、ゴーストやクロストークの水準を低減できる、という知見に基づいている。
【００４０】
本発明の一態様では、単レンズプロジェクタによって生成されるランダムに偏光された入射画像ビームを偏光面保存投影スクリーンに投影するための、時間多重化された立体的３Ｄ投影システムが開示される。このシステムは、単レンズプロジェクタによって生成されたランダムに偏光された入射画像ビームを、１本の１次画像ビームと２本の２次画像ビームに分割するように動作可能であるビーム分割素子を含む。ここで、１次画像ビームは１次画像ビーム経路を有し、かつ第１の直線偏光状態を有しており、２本の２次画像ビームは、それぞれの２次画像ビーム経路を有し、かつ、両方とも第２の直線偏光状態を有する。また、第１の直線偏光状態と第２の直線偏光状態とは、互いに直交している。前記２次画像ビームに対する２次画像ビーム経路は両方とも、反射面によって進路を変えられ、その結果、１次画像ビームと２次画像ビームが部分的に重なり互いに再合成されて、前記偏光面保存投影スクリーンの表面上で完全な画像が形成される。１次画像ビーム経路及び２つの２次画像ビーム経路のそれぞれには偏光変調器が配置され、この偏光変調器は、プロジェクタによって生成される画像と同期して、第１の直線偏光状態及び第２の直線偏光状態を左円偏光状態と右円偏光状態との間で変調するように構成される。前記１次画像ビーム及び２次画像ビームのうちの少なくとも１つの光路内に配置され、かつ、関連する偏光変調器と投影スクリーンとの間に配置されるコントラスト強調フィルムも存在する。コントラスト強調フィルムは、前記１次画像ビーム及び２次画像ビームのうちの少なくとも１つの円偏光状態を摂動させるように構成される、少なくとも３つの別個の一軸延伸位相差フィルムの積層体を含み、この少なくとも３つの別個の一軸延伸位相差フィルムのそれぞれは、１４０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は５４０ｎｍのうちの１つに実質的に等しい面内位相差値を個々に有する。
【００４１】
本発明の他の態様では、各一軸延伸位相差フィルムは特定の角度で整列された光学軸を有し、一軸延伸位相差フィルムのうちの少なくとも２つは、異なる角度で整列された光学軸を有する。偏光変調器は、１次画像ビーム及び２次画像ビームがそれぞれ通過する出射面を有し、コントラスト強調フィルムは、関連する偏光変調器の出射面の近傍に配置される。コントラスト強調フィルムは、関連する偏光変調器の出射面に接着され、また、１次画像ビーム経路内の偏光変調器の近傍に配置される。１次画像ビームの直線偏光状態は、前記受動型円偏光用観察ゴーグルにある直線偏光フィルタの透過軸と平行になるように構成される。コントラスト強調フィルムは偏光変調器のそれぞれの出射面に配置され、関連する偏光変調器の出射面に接着される。コントラスト強調フィルムを構成する一軸延伸位相差フィルムは、光学接着剤を用いて互いに接着される。各偏光変調器は、直列に一緒に配置される２つの別個のパイセル液晶素子の積層体を含み、この２つの別個のパイセル液晶素子は、互いに交差する向きに配置され、第１の光学処理状態と第２の光学処理状態との間で切り換わる。第１の光学処理状態及び第２の光学処理状態により、１次画像ビーム及び２本の２次画像ビームが、それぞれ左円偏光状態と右円偏光状態との間で変調されることになる。
【００４２】
本発明のさらに別の態様では、偏光変調器を出射する画像ビームの光路内に配置するためのコントラスト強調フィルムが開示される。コントラスト強調フィルムは、画像ビームの円偏光状態を摂動させるように構成される。コントラスト強調フィルムは、少なくとも３つの別個の一軸延伸位相差フィルムの積層体を含み、一軸延伸位相差フィルムのそれぞれは、１４０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は５４０ｎｍのうちの１つに実質的に等しい面内位相差値を個々に有する。各一軸延伸位相差フィルムは特定の角度で整列された光学軸を有し、一軸延伸位相差フィルムのうちの少なくとも２つは、異なる角度で整列された光学軸を有する。コントラスト強調フィルムを構成する一軸延伸位相差フィルムは、光学接着剤を用いて互いに接着される。
【００４３】
更なる態様では、単レンズプロジェクタによって生成されたランダムに偏光された入射画像ビームを偏光面保存投影スクリーンに投影するための、時間多重化された立体的３Ｄ投影方法が、開示される。この方法は、ビーム分割素子を用いて、単レンズプロジェクタによって生成されたランダムに偏光された入射画像ビームを１本の１次画像ビームと２本の２次画像ビームに分割することを含み、１次画像ビームは１次画像ビーム経路を有し、かつ第１の直線偏光状態を有し、２本の２次画像ビームは、それぞれの２次画像ビーム経路を有し、両方とも第２の直線偏光状態を有する。第１の直線偏光状態と第２の直線偏光状態とは互いに直交しており、前記２次画像ビームに対する前記２次画像ビーム経路は両方とも、反射面によって進路を変えられ、その結果、前記１次画像ビームと２次画像ビームが部分的に重なり互いに再合成されて、前記偏光面保存投影スクリーンの表面上で完全な画像が形成される。この方法は、１次画像ビーム経路及び２つの２次画像ビーム経路のそれぞれに配置される偏光変調器を用いて、プロジェクタによって生成される画像と同期して、第１の直線偏光状態及び第２の直線偏光状態を左円偏光状態と右円偏光状態との間で変調することを含む。この方法はまた、関連する偏光変調器と投影スクリーンとの間に配置される前記１次画像ビーム及び２次画像ビームのうちの少なくとも１つの光路内にコントラスト強調フィルムを配置することも含む。コントラスト強調フィルムは、１次画像ビーム及び２次画像ビームのうちの少なくとも１つの円偏光状態を摂動させるように構成される、少なくとも３つの別個の一軸延伸位相差フィルムの積層体を含む。一軸延伸位相差フィルムのそれぞれは、１４０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は５４０ｎｍのうちの１つと実質的に等しい面内位相差値を個々に有する。
【００４４】
特定の態様では、一軸延伸位相差フィルムのそれぞれの光学軸を特定の角度で整列させることを含む方法が開示される。一軸延伸位相差フィルムのうちの少なくとも２つは、異なる角度に整列された光学軸を有する。この方法は、コントラスト強調フィルムを偏光変調器の出射面に配置することを含む。この方法は、コントラスト強調フィルムを偏光変調器の出射面に接着することをさらに含む。また、１次画像ビーム経路内の偏光変調器に近接して配置されるコントラスト強調フィルムについても開示され、１次画像ビームの直線偏光状態は、受動型円偏光用観察ゴーグルにある直線偏光フィルタの透過軸と平行になるように構成される。この方法は、コントラスト強調フィルムを前記偏光変調器のそれぞれの出射面に配置すること、及び前記コントラスト強調フィルムを関連する偏光変調器の出射面に接着することをさらに含む。接着する工程は、光学接着剤を用いることを含む。各偏光変調器は、直列に一緒に配置される２つの別個のパイセル液晶素子の積層体を含み、この２つの別個のパイセル液晶素子は、互いに交差する向きに配置され、第１の光学処理状態と第２の光学処理状態との間で切り換わる。第１の光学処理状態及び第２の光学処理状態により、１次画像ビーム及び２本の２次画像ビームが、それぞれ左円偏光状態と右円偏光状態との間で変調されることになる。
【００４５】
本発明の方法は、さらに、偏光変調器を出てゆく光路を有する画像ビームの円偏光状態を摂動させることを含む。この方法は、少なくとも３つの別個の一軸延伸位相差フィルムを有するコントラスト強調フィルムを、偏光変調器を出てゆく画像ビームの光路内に配置することを含む。一軸延伸位相差フィルムのそれぞれは、１４０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は５４０ｎｍのうちの１つと実質的に等しい面内位相差値を個々に有する。一軸延伸位相差フィルムのそれぞれに対する光学軸は特定の角度で整列されており、前記一軸延伸位相差フィルムのうちの少なくとも２つは、異なる角度で整列された光学軸を有する。この方法は、コントラスト強調フィルムを構成する少なくとも３つの一軸延伸位相差フィルムを、光学接着剤を用いて互いに接着することをさらに含む。
【００４６】
添付の図面を参照することにより、本発明をより良く理解することができ、本発明の目的及び利点が当業者にとって明らかになるであろう。添付の図面では、幾つかの図において、同様の参照符号が同様の構成要素を指す。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】最先端技術による単一ビーム構成を含む立体的３Ｄ投影システムを示す。
【図２】最先端技術による二重ビーム構成を含む立体的３Ｄ投影システムを示す。
【図３】本発明の好ましい実施形態による三重ビーム構成を含む立体的３Ｄ投影システムを示す。
【図４】本発明の好ましい実施形態による、互いに接着された少なくとも３つの別個の一軸延伸位相差フィルムの積層体を含むコントラスト強調フィルムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、最先端技術による単一ビーム立体的３Ｄ投影システムを示し、このシステムでは、１つ又は複数の液晶素子の積層体（図示せず）を備える偏光変調器１０が、３チップＤＬＰデジタル映写機あるいは他のプロジェクタ１のレンズの正面に直接的に配置される。
【００４９】
この図１及びこれ以降の全ての基礎的な図では、画像ビームの経路は、容易に明瞭にするために、一本線のベクトルで表わされている。しかしながら、前記画像ビームは通常、ある水準の角度発散、例えば、鉛直面内に±１０度、水平面内に±２２度の角度発散をそれぞれ有することが、当業者には理解されるであろう。しかしながら、前記ビーム発散が生じることは、本明細書に開示する発明の思想から逸脱するものではなく、したがって容易に明瞭にするために基礎的な図面では省略されることを、理解されたい。
【００５０】
プロジェクタ１は、典型的には１４４Ｈｚの高周波数で一連の交互の左目画像及び右目画像１１を生成し、前記偏光変調器１０は、全ての左目画像には第１の円偏光状態を、全ての右目画像には第２の円偏光状態をそれぞれ付与するように構成され、前記第１の円偏光状態と第２の円偏光状態とは互いに直交する。
【００５１】
その後、前記左目画像及び右目画像は、シルバースクリーンか別のものなどの偏光面保存投影スクリーン３の表面に焦点を合わせられ、受動型円偏光用観察ゴーグル（図示せず）の利用を通じて、時間多重化された立体的な３Ｄ画像を見ることができる。
【００５２】
しかしながら、３チップＤＬＰプロジェクタなどの現在市販されている典型的な映写機は、初めはランダムに偏光された画像を生成するので、直線偏光フィルタ（図示せず）を、前記偏光変調器１０の入射面に配置することが必要であることが、当業者には分かるであろう。
【００５３】
さらに、先端技術による好ましい実施形態は、前記偏光変調器１０が、互いに交差する向きで一緒に積層された２つの別個の液晶パイセル（図示せず）を含むものである。パイセルは、各基板上のそれらの表面配向ディレクタが互いに平行に整列され、かつ同じ方向に向けられることを特徴とし、それによって、少なくとも１つの光学状態において、液晶材料が、前記基板間に１８０度の回転ねじれ（すなわち、パイラジアン）を有する螺旋構造を形成する。
【００５４】
さらに、前記パイセルは、例えば第１の光学状態と第２の光学状態との間で切り換わることができ、第１の光学状態は、液晶材料をホメオトロピック構造に切り換えるために高電圧（例えば、２５ボルト）で駆動したときにゼロの位相差を有し、第２の光学状態は、液晶材料をねじれの無いスプレイ構造に切り換えるために低電圧（例えば、３ボルト）で駆動したときに、１４０ｎｍに近い光学位相差を有する。さらに、前記パイセルが、１４０ｎｍに近い位相差値を有する前記第２の光学状態にある場合、前記パイセルは、可視波長領域の中央部分に対してλ／４板（ＱＷＰ）を構成し、したがって、直線偏光した光を直接的に円偏光に変換する。
【００５５】
さらに、前記パイセルは、好ましくは互いに位相を異にして動作することができ、前記第１のパイセルが高電圧（例えば、２５ボルト）で動作する期間の間に、前記第２のパイセルが低電圧（例えば、３ボルト）で同時に動作し、逆も同様であることが、当業者には分かるであろう。これにより、入射光ビーム１１を、左円偏光状態と右円偏光状態との間で急速に変調することが可能になる。
【００５６】
また、受動型円偏光用観察ゴーグルのレンズは、通常はそれぞれ、位相差フィルムと共に積層された直線偏光フィルタを含むことが、当業者には知られている。さらに、前記位相差フィルムは通常、１４０ｎｍに近い面内位相差値を有する単一の一軸延伸位相差フィルムを含む。
【００５７】
さらに、前記偏光変調器１０の入射面に配置される直線偏光フィルタが、前記受動型円偏光用観察ゴーグルのレンズにある直線偏光フィルタに対して平行に整列される場合、低電圧で動作する前記パイセルのうちの１つに存在する位相差（１４０ｎｍ）が前記レンズのうちの１つにある位相差フィルム（１４０ｎｍ）と平行になると、全体的な位相差は合計で１４０ｎｍ（パイセル）＋１４０ｎｍ（観察ゴーグル）＝２８０ｎｍになり、したがってシステムは可視スペクトルの中央部分に対して色彩のλ／２板（ＨＷＰ）を構成することになる。そのような場合には、前記色彩のλ／２板は全ての可視波長を正確に９０度だけ回転させることができないので、前記レンズは全ての可視波長を完全に遮断することができず、したがって、時間多重化された立体的な３Ｄ画像を見る際に、不都合に高水準のゴーストやクロストークが観察されることになる。
【００５８】
この理由のために、現在市販されている偏光変調器製品の大部分は、互いに交差する向きで一緒に積層された２つのパイセルを含み、前記偏光変調器の入射面に配置される前記直線偏光フィルタの透過軸は、前記受動型円偏光用観察ゴーグルの両方のレンズにある直線偏光フィルタに対して垂直に整列されていることが、当業者には知られている。
【００５９】
さらに、前記観察ゴーグルの両方のレンズにある直線偏光フィルタは、通常、それらの透過軸が水平になるように整列されるので、前記偏光変調器の入射面に配置される直線偏光フィルタがその透過軸が鉛直になるように整列される場合に好ましい配置になることが、当業者には分かるであろう。
【００６０】
しかしながら、図１に示した単一ビーム立体的３Ｄシステムは低水準のゴーストやクロストークを可能にするが、前記偏光変調器１０の入射面に配置される直線偏光フィルタが、前記プロジェクタ１によって生成されるランダムに偏光された入射光の約５０％を吸収してしまい、それによって、オンスクリーン画像の輝度が著しく不足した時間多重化された立体的３Ｄ画像の生成につながることが、当業者には分かるであろう。
【００６１】
図２は、最先端技術による二重ビーム構成を含む代替的な立体的３Ｄ投影システムを示しており、このシステムは、前述の単一ビームシステムと比較してより高水準のオンスクリーン画像輝度をもたらす。
【００６２】
ここで、前記プロジェクタ１のレンズの正面に配置されるビーム分割素子１２は、入射する入射画像ビーム１１を１本の１次画像ビーム１３と１本の２次画像ビーム１４に分割し、１次画像ビーム１３は、前記元の入射画像ビーム１１と同じ方向に伝搬し、かつ第１の直線偏光状態を有し、２次画像ビーム１４は前記入射画像ビーム１１と垂直な方向に伝搬し、かつ第２の直線偏光状態を有し、この第１の直線偏光状態と第２の直線偏光状態は互いに直交している。
【００６３】
変形可能な鏡１５が、前記２次画像ビーム１４を偏光面保存投影スクリーン３に向けて反射するために使用され、またこの鏡１５は、前記１次画像ビームと２次画像ビームが、完全な画像を再現するために前記投影スクリーン３の表面上でかなりの程度まで互いに重なるように、構成される。最先端技術によるこの構成では、元の入射画像ビーム１１を含む両方の偏光成分がオンスクリーン画像全体を生成するために利用され、したがってより高水準の画像輝度がもたらされる。
【００６４】
次いで、偏光変調器１６、１０を使用して前記１次画像ビーム１３と２次画像ビーム１４の光学偏光状態をそれぞれ変調し、またこれらの偏光変調器１６、１０は、前記プロジェクタ１によって生成される交互の左目画像と右目画像のそれぞれが左円偏光状態と右円偏光状態のうちの１つをそれぞれ有するように構成され、それによって、受動型円偏光用観察ゴーグル（図示せず）の利用を通じて、時間多重化された立体的な３Ｄ画像を見ることが可能になる。
【００６５】
さらに、ビーム分割素子１２は、ワイヤグリッド偏光子か別のものを好ましくは含むことができ、さらに、前記１次画像ビーム１３と２次画像ビーム１４との光路長の比較的大きな差を補償するために、１次画像ビーム１３の光路内に望遠レンズの対（図示せず）が配置されてもされなくてもよい。
【００６６】
最先端技術による前述の二重ビーム立体３Ｄシステムの好ましい実施形態の１つでは、前記偏光変調器１０、１６のそれぞれは、互いに交差する向きで一緒に積層された２つの別個のパイセル液晶素子（図示せず）を含む。さらに、各パイセルは、例えば、高電圧（例えば、２５ボルト）で駆動されると位相差がゼロになる第１の光学状態と、低電圧（例えば、３ボルト）で駆動されると実質的に１４０ｎｍの位相差値になる第２の光学状態との間で切り換わることができる。
【００６７】
さらに、前記パイセルのうちの１つが、１４０ｎｍに近い位相差値を有するように低電圧（例えば、３ボルト）で駆動される場合、前記パイセルは、可視スペクトルの中央部分に対してλ／４板（ＱＷＰ）を構成し、したがって、直線偏光した可視光を直接的に円偏光に変換する。
【００６８】
したがって、前記第１のパイセルが高電圧で動作しているときに前記第２のパイセルは低電圧で同時に動作し、逆も同様であるように、前記パイセルが互いに位相を異にして動作する場合、前記偏光変調器は、直線偏光された画像ビームを左円偏光状態と右円偏光状態との間で急速に変調することができることが、当業者には分かるであろう。
【００６９】
さらに、典型的な受動型円偏光用観察ゴーグルにある２つのレンズはそれぞれ、位相差フィルムと共に積層された直線偏光フィルタを含むことが、当業者には知られている。さらに、前記位相差フィルムは通常、１４０ｎｍに近い面内位相差値を有する単一の一軸延伸位相差フィルムを含む。
【００７０】
さらに、低電圧（例えば、３ボルト）で動作する前記パイセルのうちの１つに存在する位相差が、前記レンズのうちの１つにある前記位相差フィルムと平行に整列される場合、全体的な位相差は合計で、１４０ｎｍ（パイセル）＋１４０ｎｍ（観察ゴーグル）＝２８０ｎｍになり、したがって、そのような場合には、このシステムは可視波長領域の中央部分に対して、色彩のλ／２板（ＨＷＰ）を構成することになる。
【００７１】
加えて、前記偏光変調器の入射面に配置された直線偏光フィルタが前記観察ゴーグルの両方のレンズにある直線偏光フィルタに対して平行に整列される場合、結果として生じる色彩のλ／２板が全ての可視波長を正確に９０度だけ回転させることができないので、前記レンズは全ての可視波長を効果的に遮断することができない。したがって、これは、時間多重化された立体的な３Ｄ画像を見る際に比較的に高水準のゴーストやクロストークが発生することにつながる。
【００７２】
したがって、前記観察ゴーグルの両方のレンズにある直線偏光フィルタの透過軸は、通常は両方とも水平に整列されるので、最先端技術による好ましい実施形態は、典型的な受動型円偏光用観察ゴーグルを使用する際に低水準のゴーストやクロストークが達成されることを保証するために、前記偏光変調器１０、１６のそれぞれについて入射面に配置された直線偏光フィルタが両方とも、それらの透過軸が鉛直になるように確実に整列されるようにする。
【００７３】
しかしながら、前記１次画像ビーム１３及び２次画像ビーム１４の直線偏光状態は互いに直交しているので、前記２次画像ビーム１４の直線偏光状態が前記１次画像ビーム１３と同じ直線偏光状態に変換されるように、前記２次画像ビーム１４の直線偏光状態を９０度だけ回転するように設計された偏光回転器１７を前記２次画像ビーム１４の光路内に配置することによってのみ、この基準は達成され得る。
【００７４】
したがって、１次画像ビーム１３及び２次画像ビーム１４の両方に対する直線偏光状態が、それぞれ前記偏光変調器１６、１０の入射面で鉛直に整列されることを確実にするために、前記偏光回転器１７は、前記２次画像ビーム１４の光路内に配置されることが必要であり、かつ、前記ビーム分割素子１２と前記偏光変調器１０の入射面との間のどこかに配置されることが必要であるが、前記反射面１５の前か後のいずれかに配置されることでよい。これにより、最先端技術によって低水準のゴーストやクロストークが確実に達成されることになる。
【００７５】
しかしながら、前記偏光回転器１７の光学効率は、通常は可視波長領域にわたって約９０％に過ぎないので、前記偏光回転器１７を組み込むことにより、システムの全体的な光学的光効率が低下することになり、したがって、結果として得られるオンスクリーン画像の輝度が低下する。
【００７６】
さらに、前記１次画像ビーム１３と２次画像ビーム１４との間には比較的に大きな光路長差が存在するので、通常は、前記光路長差を補償するために、１次画像ビーム１３の光路内に望遠レンズの対（図示せず）を配置する必要があることが、当業者には分かるであろう。しかしながら、これは、全体的なオンスクリーン画像の輝度をさらに低下させ、システムの複雑さ及び費用を増加させる。
【００７７】
図３は、本明細書で説明した前述の先行技術の欠点を緩和する、本発明の好ましい実施形態を示す。ここでは、ビーム分割素子１８を備える三重ビーム立体３Ｄ投影システムが開示されており、このビーム分割素子１８は、入射する画像ビーム１１を１本の１次画像ビーム１３と２本の２次画像ビーム１４、２２に分割し、１次画像ビーム１３は、前記元の入射画像ビーム１１と同じ方向に伝搬し、かつ第１の直線偏光状態を有し、２本の２次画像ビーム１４、２２は前記入射画像ビーム１１と両方とも垂直な、互いに反対の方向に伝搬し、かつ両方とも第２の直線偏光状態を有し、前記第１の直線偏光状態と第２の直線偏光状態は互いに直交している。
【００７８】
その後、反射鏡１５、１７を使用して、それぞれ前記２次画像ビーム１４、２２をシルバースクリーンか別のものなどの偏光面保存投影スクリーン３に向けて進路を変更させ、次いで、前記１次画像ビーム１３及び２次画像ビーム１４、２２は、前記投影スクリーン３の表面上で完全な画像を再現するために、互いに合成されるように部分的に重なるように構成される。さらに、前記反射鏡１５、１７は、前記投影スクリーン３の表面上での前記１次画像ビーム１３と２次画像ビーム１４、２２の正確な位置合わせを支援するために、部分的に変形されていてもいなくてもよい。
【００７９】
このようにして、完全なオンスクリーン画像を生成するために元の入射画像ビーム１１を含む両方の偏光成分が利用され、したがって、全体的な画像輝度が増加する。前記１次画像ビーム１３と２次画像ビーム１４、２２との間の結果として得られる光路長差は、他の先行技術と比較して今や大幅に低減され、したがって、前記光路長差を補償するために追加の望遠レンズの対か又は類似の素子を利用する必要性が緩和され、システムの全体的な複雑さ及び費用が低減されることが、当業者に理解されるであろう。
【００８０】
ビーム分割素子１８は、例えば、１つの縁部に沿って一緒に配置され、かつ互いに約９０度の角度で整列される、２つのワイヤグリッド偏光子（ＷＧＰ）板から構成されることがある。さらに、前記板同士の間に結果として生じる間隙を最小限に抑えるために、２つの接続縁部を追加的に約４５度の角度で斜めに切って（図示せず）、前記板同士を互いに密接に配置することができるようにしてもよい。
【００８１】
或いは、ビーム分割素子１８は、例えば代わりに、一緒に結合された２つの偏光分離（ＰＢＳ）キューブ（図示せず）から構成されることでもよく、これらのキューブは、前記キューブ内部の２つのビーム分割面が互いに約９０度の角度で整列されるように構成されてもよい。本明細書に開示する発明の思想から逸脱することなく上述の効果を達成するために、他のビーム分割素子を使用することもできる。
【００８２】
次いで、偏光変調器１６、１０、１９が、それぞれ前記１次画像ビーム１３及び２次画像ビーム１４、２２のそれぞれの光路内に配置され、駆動信号（図示せず）に応答して、前記画像ビームの直線偏光状態を第１の円偏光状態と第２の円偏光状態との間で変調するように構成される。
【００８３】
さらに、前記偏光変調器１６、１０、１９は、前記プロジェクタ１によって生成される全ての左目画像が第１の円偏光状態を付与され、全ての右目画像が第２の円偏光状態を付与され、前記第１の円偏光状態と第２の円偏光状態とは互いに直交であるように構成され、それによって、受動型円偏光用観察ゴーグル（図示せず）の利用を通じて、時間多重化された立体的な３Ｄ画像が前記投影スクリーン３の表面上で見られるようになる。
【００８４】
本発明の好ましい実施形態とは、前記偏光変調器１６、１０、１９のそれぞれが、互いに交差する向きに配置された２つの別個のパイセルの積層体（図示せず）を含むことである。ここで、各パイセルは、例えば、高電圧（例えば、２５ボルト）で動作すると位相差がゼロになる第１の光学状態と、低電圧（例えば、３ボルト）で動作すると約１４０ｎｍに近い位相差値になる第２の光学状態との間で切り換わることができる。
【００８５】
さらに、前記第１のパイセルが高電圧で動作しているときに前記第２のパイセルは低電圧で同時に動作し、逆も同様であるように、前記パイセルを互いに位相を異にして動作させることにより、前記偏光変調器は、前記１次画像ビーム１３及び２次画像ビーム１４、２２の直線偏光状態を左円偏光状態と右円偏光状態との間で急速に変調することができるようになることが、当業者には理解されるであろう。
【００８６】
しかしながら、前記偏光変調器１６、１０、１９のうちの１つの入射面における前記１次画像ビームと２次画像ビームのうちの１つの直線偏光状態が、前記円偏光用観察ゴーグルのレンズにある直線偏光フィルタの透過軸と平行に整列される場合、最先端技術によると、前記レンズのうちの１つは、通常、光の全ての波長を完全に遮断することができず、それによって、時間多重化された立体的な３Ｄ画像を見る際に高水準のゴーストやクロストークが生じることになることが、当業者には理解されるであろう。
【００８７】
しかしながら、前記偏光変調器１０、１９の入射面における２次画像ビーム１４、２２両方の直線偏光状態が、前記受動型円偏光用観察ゴーグルのレンズにある直線偏光フィルタと平行に整列されている場合に、本発明の好ましい実施形態が生じることが、開示される。そのような場合には、コントラスト強調フィルム２０、２１が前記偏光変調器１０、１９の出射面にそれぞれ配置され、またこれらのコントラスト強調フィルム２０、２１は、前記偏光変調器を出射する２本の２次画像ビームの円偏光を、前記２次画像ビームに対する全体的な円偏光状態を変更することなく摂動させ円偏光の程度を向上させるように設計され、それによって、前記観察ゴーグルによって達成可能な光遮断の水準を向上させ、また、結果として得られるオンスクリーン画像の輝度を高水準に維持しながらゴーストやクロストークの全体的な水準を低減させることが、本発明の一実施形態にしたがって開示される。
【００８８】
さらに、本発明の更なる態様によれば、前記コントラスト強調フィルム２０、２１は両方とも、光学接着剤か他のものを用いて互いに接着された、少なくとも３つの別個の一軸延伸位相差フィルム２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び２１ａ、２１ｂ、２１ｃの積層体をそれぞれ含み、各位相差フィルムは、１４０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は５４０ｎｍのいずれか１つと実質的に等しい個々の面内位相差値を有することが、開示される。
【００８９】
各コントラスト強調フィルム２０、２１に対する特定の設計は、各別個の位相差フィルム２０ａ、２０ｂ、２０ｃ及び２１ａ、２１ｂ、２１ｃが特定の位相差値（ナノメートル単位で与えられる）及び光学軸の向き（度単位で与えられる）を有することによって特徴付けられ、また、前記コントラスト強調フィルム２０、２１は、前記偏光変調器１０、１９をそれぞれ出射する前記２次画像ビーム１４、２２の円偏光の程度を最大にするように最適化される。このようにして、前記コントラスト強調フィルム２０、２１は、他の先行技術と比較して全体的なオンスクリーン画像の輝度をより高水準に維持しながら、時間多重化された立体的な３Ｄ画像を見る際のゴーストやクロストークの全体的な水準を低減することができる。
【００９０】
図４は、本発明の好ましい実施形態による前記コントラスト強調フィルム２０の設計例を示す。ここで、前記コントラスト強調フィルム２０は、互いに接着された１２個の別個の一軸延伸位相差フィルム２０ａ〜ｌの積層体を含む。さらに、各別個の位相差フィルム２０ａ〜ｌはそれぞれ、１４０ｎｍ、２７０ｎｍ、又は５４０ｎｍのいずれか１つと実質的に等しい面内位相差値を個別に有し、各別個の位相差フィルム２０ａ〜ｌの光学軸は、前記コントラスト強調フィルム２０の全体的な性能を最適化するために、本発明の一態様にしたがって本明細書に開示する特定の角度で個別に整列される。
【００９１】
さらに、本明細書の例では、前記位相差フィルム２０ｂ、ｃ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｊ、ｋは実質的に２７０ｎｍに等しい面内位相差値を有し、一方、前記位相差フィルム２０ａ、ｄ、ｉ、ｌは実質的に１４０ｎｍに等しい面内位相差値を有する。しかしながら、本発明の思想から逸脱することなく同様の結果を達成するために、個々の位相差フィルムの他の組み合わせを用いることもできることが、当業者には理解されるであろう。個々の位相差フィルムは、光学接着剤を用いて互いに接着されることなく直列にまとめて配置されることもでき、又は代替的に、本発明の思想から逸脱することなく、前記１次画像ビーム及び２次画像ビームの光路内の別個の位置に配置されることもできることが、理解されよう。
【００９２】
さらに、前記コントラスト強調フィルム２０、２１が、前記偏光変調器１０、１９のそれぞれの出射面に接着されるときに、本発明の好ましい実施形態が生じる。しかしながら、前記コントラスト強調フィルム２０、２１は代わりに、開示される本発明から逸脱することなく、前記偏光変調器１０、１９の出射面と前記投影スクリーン３との間の他の場所に配置されることがあることが理解されよう。例えば、前記コントラスト強調フィルム２０、２１のうちの少なくとも１つを、代わりに、存在してもしなくてもよい別個の出射窓（図示せず）内に組み込むことができる。
【００９３】
代わりに、１次画像ビーム１３の直線偏光状態が前記受動型円偏光用観察ゴーグルのレンズにある直線偏光フィルタの透過軸と平行になるように構成されていると、この場合には、代わりに、単一のコントラスト強調フィルムが、前記偏光変調器１６の出射面に配置され、かつ、前記１次画像ビーム１３の光路内に配置されることが必要になり、２本の２次画像ビーム１４、２２の両方に対しては追加のコントラスト強調フィルムは不要であることが、理解されるべきである。しかしながら、そのような構成もまた本明細書に開示され、本発明の更なる実施形態として組み込まれる。
【００９４】
本発明の好ましい実施形態を本明細書に示し説明してきたが、本発明の発明思想から逸脱することなく、様々な修正をそれらに加えることが可能である。したがって、本発明は、限定するためではなく例示するために説明されたと理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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