JP2000206456A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ディスプレイデバイスに表示した複数の視差画
像に基づく立体画像を立体視域を滑らかに追従させて観
察することができる立体画像表示装置を得ること。 【解決手段】発光部が離散的に形成され、水平方向に複
数の発光部と複数の非発光部とが交互に並んだパターン
を含む所定の発光パターンを形成する光源手段と、該光
源手段の発光パターンを変換し、２次発光パターンを形
成する発光パターン変換手段と、複数の視差画像を多数
のストライプ画素列に分割し、該ストライプ画素列を所
定の順序で並べて合成したストライプ合成画像を表示す
るディスプレイデバイスとを有し、前記２次発光パター
ンからの光が、前記ディスプレイに表示されたストライ
プ合成画像により変調され、変調された視点に応じて所
定の領域に導かれるよう構成し、観察者に立体画像とし
て認識させること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立体画像表示装置に
関し、特に特殊なメガネを必要とせずにディスプレイデ
バイスに表示した立体画像を広い領域で観察することが
できるテレビ，ビデオ，コンピュータ等において好適な
立体画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、立体画像の表示方式として、
右眼用と左眼用の視差画像に対して偏光状態を異なら
せ、偏光めがねを用いて左右の視差画像を分離するもの
がある。

【０００３】その偏光の状態を異ならせるために表示デ
ィスプレイ側に液晶シャッターを設け、表示ディスプレ
イの表示画像のフィールド信号に同期させて、偏光状態
を切り替え、偏光めがねをかけた観察者は時分割で片目
ずつ左右画像を分離して立体視を可能にする方式が実用
化されている。

【０００４】しかしこの方式では観察者は常に変更めが
ねをかけねばならず、煩わしいという欠点があった。

【０００５】それに対して、偏光めがねなど特殊なめが
ねを用いない立体画像表示方法の１つとして所謂パララ
ックスバリア方式が知られている。パララックスバリア
方式とは、たとえばディスプレイの前面又は後面にバリ
アを設け、空間的に左右の眼に入る画像を分離するもの
である。

【０００６】例えば、特開平９−３０４７３９号公報で
はバリアを観察者側から見て液晶ディスプレイの背面に
位置するリアバリア方式を原形とした立体画像表示装置
を提案している。

【０００７】同公報では面光源と透過型のディスプレイ
デバイスと複数の開口を形成したバリア（マスク）を有
し、右眼用の視差画像と左眼用の視差画像の夫々をスト
ライプ状に分割して得た右ストライプ画素と左ストライ
プ画素を所定の順序で交互に並べて１つの画像としたス
トライプ画像を該ディスプレイデバイスに表示し、該マ
スクパターンの開口と該ストライプがその空間的関係に
より該面光源から射出し、該開口と該左又は右のストラ
イプ画素を透過する光束を夫々異なる領域に分離して立
体画像を視認せしめている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般にレンチキュラレ
ンズやパララックス・バリアを画像表示デバイスの前面
に配置する方式の立体画像観察装置は観察上、目障りで
あるという問題があった。

【０００９】また、これらの方式は観察者が立体視でき
る範囲は両眼中心距離約65mmの幅しかない。そのため、
観察者は頭の位置を固定するようにして観察する必要が
ある。

【００１０】それに対して、特開平2−44995号公報で
は、この立体視の領域を広くするために観察者の両眼の
位置を検出して、レンチキュラレンズを水平方向に可動
に支持して表示素子との左右方向の相対位置を移動制御
することで、立体視領域を広げる方式を提案している。

【００１１】また、特開平2−50145号公報には観察者の
両眼位置を検出して、画像の表示画素部の左右の位置を
入れ替えて、立体視領域を広くする方式を提案してい
る。

【００１２】しかしながら、これら従来例に示す観察者
の位置を測定して追従する方式では、観察者の水平方向
への位置の変化にしか対応出来ず、観察者と立体画像表
示装置との距離の変化によるクロストークなどの立体視
の劣化に対応出来なかった。またレンチキュラーなどの
部材を実際に移動して追従する方式においてはレンチキ
ュラーレンズなどの比較的大きな部材を画素ピッチやレ
ンチキュラーのピッチなどと同程度の微小な量を精度良
く移動する必要が有り、機械系が複雑で高価になるとい
う問題点が有った。

【００１３】また特開平2−50145号公報のように左右の
表示画素部を入れ替えて立体画像の観察域を追従させる
方式においては追従の動きの単位が観察者の眼間の巾と
同程度であり観察者の細かい動きに対応することができ
なかったという問題があった。

【００１４】これに対し、特開平１０−０７８５６３号
公報では、図２０に示すように、バックライト光源１０
１からの光を透過型の光変調器１２０に市松状に開口部
１０８と、遮光部１０９が並んだパターンを表示し、該
開口部１０８からの光をレンチキュラーレンズ１０３を
通してディスプレイデバイス１０４上に表示された右視
差画像Ｒ、左視差画像Ｌを照明してそれぞれ観察者の左
右の眼に導く立体画像表示装置を提案している。

【００１５】同公報においては、前記市松状の開口部１
０８及び遮光部１０９を水平方向にそれぞれ複数の画素
で構成することにより、観察者の細かい動きに対応させ
ている。

【００１６】該公報の構成では、光変調器１２０の画素
構造が離散的であった場合には、画素と画素の間の光を
透過しない部分がレンチキュラーレンズ１０３を介して
観察領域に投影されるような形となり、観察域内に暗い
部分が生じてしまうことがあった。

【００１７】本発明はディスプレイデバイスに表示した
立体画像を観察領域をきめ細かく追従させることがで
き、且つ、観察域内に暗部を生じないで観察することが
できる立体画像表示装置の提供を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の立体画
像表示装置は、発光部が離散的に形成され、水平方向に
複数の発光部と複数の非発光部とが交互に並んだパター
ンを含む所定の発光パターンを形成する光源手段と、該
光源手段の発光パターンを変換し、２次発光パターンを
形成する発光パターン変換手段と、複数の視差画像を多
数のストライプ画素列に分割し、該ストライプ画素列を
所定の順序で並べて合成したストライプ合成画像を表示
するディスプレイデバイスとを有し、前記２次発光パタ
ーンからの光が、前記ディスプレイデバイスに表示され
たストライプ合成画像により変調され、変調された視点
に応じて所定の領域に導かれるよう構成し、観察者に立
体画像として認識させることを特徴としている。

【００１９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、観察者の位置を検知する検知手段と、該検知手段か
らの信号に応じて前記光源手段に形成する発光パターン
を変化させることを特徴としている。

【００２０】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ディスプレイデバイスに表示する画像が、複数
の視差画像を多数の縦ストライプ状のストライプ画素列
に分割し、該ストライプ画素列を水平方向に所定の順序
で並べて合成した縦ストライプ合成画像であり、前記発
光パターンが、水平方向に複数の発光部と複数の非発光
部とが交互に並んだパターンを表示したラインが垂直方
向に並んだ、縦ストライプ状であることを特徴としてい
る。

【００２１】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ディスプレイデバイスに表示する画像が、複数
の視差画像を多数の横ストライプ状のストライプ画素列
に分割し、該ストライプ画素列を垂直方向に所定の順序
で並べて合成した水平ストライプ合成画像であり、前記
発光パターンが、水平方向に複数の発光部と複数の非発
光部とが交互に並んだパターンを表示したラインが、垂
直方向に交互に発光部と非発光部との位置を反転して並
んだ発光パターンであり、該発光パターンを発光パター
ン変換手段により変換した２次発光パターンからの光
を、光学手段により複数の所定方向への指向性を与え、
前記ディスプレイデバイスに表示された複数の視差画像
により変調された指向性を有した光を所定の位置に導い
て観察者に立体画像として認識させることを特徴として
いる。

【００２２】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、前記マイクロ光学素子が、垂直方向に細長く水平方
向に光学的パワーを持つシリンドリカルレンズを水平方
向に多数並べて構成した縦シリンドリカルレンズアレイ
（縦レンチキュラーレンズ）より構成されることを特徴
とする請求項４の立体画像表示装置。

【００２３】請求項６の発明は、請求項４の発明におい
て、前記マイクロ光学素子が、垂直方向に細長く水平方
向に光学的パワーを持つシリンドリカルレンズを水平方
向に多数並べて構成した縦シリンドリカルレンズアレイ
（縦レンチキュラーレンズ）と、水平方向に細長く垂直
方向に光学的パワーを持つシリンドリカルレンズを水平
方向に多数並べて構成した横シリンドリカルレンズアレ
イ（横レンチキュラーレンズ）であることを特徴として
いる。

【００２４】請求項７の発明は、請求項５又は６の発明
において、前記縦レンチキュラーレンズを構成する各シ
リンドリカルレンズの焦点距離をｆh、縦レンチキュラ
ーレンズから発光パターン変換手段により形成された２
次発光パターンまでの距離をＬh2、該縦レンチキュラー
レンズから観察位置までの距離（観察距離）をＬとし、
該縦レンチキュラーレンズを構成するシリンドリカルレ
ンズのピッチをＨL、該発光パターン変換手段により形
成された２次発光パターンの明部と暗部（発光部と非発
光部）との水平方向のペアのピッチをＨm'、眼間距離を
Ｅとするとき、以下の関係を略満たすことを特徴として
いる。

【００２５】 ｆh＝Ｌh2 ‥‥‥（１） Ｌ：Ｌh2＝Ｅ：Ｈm'／２ ‥‥‥（２） Ｌ：（Ｌ＋Ｌh2）＝ＨL：Ｈm' ‥‥‥（３） 請求項８の発明は、請求項６の発明において、前記横レ
ンチキュラーレンズを構成する各シリンドリカルレンズ
の焦点距離をｆv、ディスプレイデバイスの画像表示面
から横レンチキュラーレンズまでの距離をＬ1、横レン
チキュラーレンズから発光パターン変換手段により形成
された２次発光パターンまでの距離をＬ2とし、ディス
プレイデバイスの垂直方向の画素ピッチをＶd、横レン
チキュラーレンズを構成するシリンドリカルレンズのピ
ッチをＶL、発光パターン変換手段により形成された２
次発光パターンの明部と暗部（発光部と非発光部）との
垂直方向のペアのピッチをＶm'とするとき、以下の関係
を略満たすことを特徴としている。

【００２６】 Ｖd：Ｖm'／２＝Ｌ1：Ｌ2 ‥‥‥（４） Ｖd：ＶL＝（Ｌ1＋Ｌ2）：（２・Ｌ2） ‥‥‥（５） １／ｆv＝１／Ｌ1＋１／Ｌ2 ‥‥‥（６） 請求項９の発明は、請求項１の発明において、前記発光
パターン変換手段が、拡散面を有する拡散板で構成され
たことを特徴としている。

【００２７】請求項１０の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記発光パターン変換手段が少なくとも水平方向
に回折作用を有する回折格子パターンが配列された回折
格子で構成されたことを特徴としている。

【００２８】請求項１１の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記発光パターン変換手段が、少なくとも水平方
向に屈折力を有するマイクロレンズを所定ピッチで多数
並べて成るマイクロレンズ素子により構成されたことを
特徴としている。

【００２９】請求項１２の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記光源手段が、面光源と離散的な画素構造を有
する透過型の光変調器より構成されたことを特徴として
いる。

【００３０】請求項１３の発明は、請求項１の発明にお
いて、前記光源手段が、離散的な画素構造を有する自発
光素子より構成されたことを特徴としている。

【００３１】

【発明の実施の形態】［実施例１］図１は、本発明の立
体画像表示装置の実施形態１の要部概略図である。図
中、１はバックライト光源、２は離散的な画素構造を持
つ、画素と画素の間にブラックマトリックス等の遮光部
が存在する光変調器であり、モノクロの透過型の液晶表
示素子で構成し、その表示面上に多数の矩形形状の透光
部３１、並びに遮光部３２を備えたマスクパターン３を
形成している。該マスクパターン３はバックライト光源
１によって照明される。バックライト光源１及び光変調
器２は光源手段の一要素を構成している。

【００３２】本実施形態では複数（同図では２個）の透
過部３１を１組として１つの発光部３１ａを構成し、遮
光部３２を非発光部３２ａとし、該発光部３１ａと非発
光部３２ａを非平行方向に交互に配列したラインパター
ンを垂直方向に発光部３１ａと非発光部３２ａとの位置
を反転して配置して発光パターン（マスクパターン）３
を形成している。

【００３３】４は発光パターン変換手段であるところの
拡散板であり、拡散面４ａ上にマスクパターン３の発光
パターンに基づく２次発光パターンが形成されている。

【００３４】５は、垂直方向に細長く水平方向に光学的
パワーを持つシリンドリカルレンズを水平方向に多数並
べて構成した縦シリンドリカルレンズアレイ（縦レンチ
キュラーレンズ）である。６は、水平方向に細長く垂直
方向に光学的パワーを持つシリンドリカルレンズを垂直
方向に多数並べて構成した横シリンドリカルレンズアレ
イ（横レンチキュラーレンズ）である。本実施形態にお
いて、縦レンチキュラーレンズ５及び横レンチキュラー
レンズ６は、マイクロ光学手段を構成している。

【００３５】７は、ディスプレイデバイスであり、透過
型の液晶素子等で構成している。図では液晶素子のカバ
ーガラス、偏光板、電極などは省略し、画像表示面での
表示画像の状態を模式的に示している。

【００３６】図に示すように左右の視差画素列（以下、
視差画像ラインとも呼ぶ）Ｌ、Ｒを上下方向に交互に横
ストライプ状に多数配列し、ストライプ画像を表示して
いる。

【００３７】８は、画像処理手段であり、複数の視差画
像からストライプ画像を合成する。９はディスプレイ駆
動回路であり、画像処理手段８からのストライプ画像信
号を受けてディスプレイデバイス７を駆動して、その画
像表示面上にストライプ画像を表示する。

【００３８】１１は観察者の位置を検出する観察位置検
知手段（検知手段）である。観察位置検知手段１１から
の信号に基づいてコントローラ１０，画像処理手段
８'，駆動回路９'を介して光変調器２に形成する発光パ
ターンの状態を変化させている（左右方向の発光部を変
化させている）。これによって、立体視域の追従を行っ
ている。

【００３９】以下、実施形態１の作用を説明する。先
ず、ディスプレイデバイス７に表示するストライプ画像
を説明する。図２は左右の視差画像よりストライプ画像
を合成するときの説明図である。

【００４０】画像処理手段８は、図２に示すように、少
なくとも２つの視差画像（ここでは右視差画像Ｒと左視
差画像Ｌ）を多数の横ストライプ状のストライプ画素列
に分割し、右視差画像Ｒから作成するストライプ画素列
Ri（ｉ＝１，２，‥‥‥）、左視差画像から作成される
ストライプ画素列Li（ｉ＝１，２，‥‥‥）とを、例え
ば１列おきに交互に並べる。即ち、一番上の列に右スト
ライプ画素列R1、次の列に左ストライプ画素列L2、更に
次の列に右ストライプ画素列R3……、と合成し、１つの
横ストライプ画像を作成する。

【００４１】この様にして作成された横ストライプ画像
の画像データは、ディスプレイ駆動回路９に入力され、
ディスプレイデバイス７に該横ストライプ画像を表示す
る。

【００４２】次に、立体画像表示の原理を説明する。図
３は本発明の立体画像表示装置の実施形態１の水平方向
断面図（ＸＺ断面図）であり、図４は本発明の立体画像
表示装置の実施形態１の垂直方向断面図（ＹＺ断面図）
である。

【００４３】図５は、図３、図４の断面図を説明するた
めの図であり、図５（Ａ）は拡散板４上に生じた明暗の
パターン（２次発光パターン）を、図５（Ｂ）はディス
プレイデバイス７に表示されたストライプ画像の状態を
示した図である。

【００４４】図５（Ａ）の線分ａj−ａj'と、それに対
応した図５（Ｂ）の左視差画像ラインＬj（以下、上述
の左ストライプ画素列、右ストライプ画素列をそれぞれ
左視差画像ライン、右視差画像ライン、またはＬ画像ラ
イン、Ｒ画像ラインと呼ぶ）とを含む平面での断面図が
図３であり、図５（Ａ）の線分ｂj−ｂj'と、設計上の
左眼の位置ＥLとを含む平面での断面図が図４である。

【００４５】以下、図３、図４を用いて、本実施形態の
立体画像表示にかかる水平方向の光学作用、並びに垂直
方向の光学作用を説明する。

【００４６】図３では、この方向にレンズパワーを有さ
ない横レンチキュラーレンズ６は平板として表し、ま
た、光変調器２、拡散板４、ディスプレイデバイス７
は、その表示面（拡散面）の様子を模式的に表す。

【００４７】図３に示すように、バックライト光源１か
ら出射した光は、光変調器２によって所定の領域のみ透
過し、それ以外の領域では遮光され、拡散板４上に所定
の発光パターン（２次発光パターン）を形成する。

【００４８】ここでは、光変調器２の水平方向に透過部
（図中白い部分）３１と遮光部（図中黒い部分）３２が
それぞれ２画素ずつで構成され、交互に並んだ構成にな
っている。

【００４９】前記透過部３１を透過した光は、その角度
特性に応じて、光変調器２のパターン形成面（表示面）
（マスクパターン）より所定距離離した位置に配置した
拡散板４上に所定の２次発光パターン（パターン）を形
成する。

【００５０】ここでは、簡単のためにパターンを明部と
暗部として二値化し、それぞれ白と黒で表す。ここで
は、拡散板４上の一明部内に暗部が生じないようにして
いる。即ち、前記光変調器２の水平方向に２画素（３
１）で構成された一つの発光部中の各画素から発した光
が一部重なり合い、前記２画素３１間に存在する遮光部
３２の影が拡散板４上の明部では見えなくなるように、
光変調器２を通った光の角度特性に合わせて、光変調器
２と拡散板４との間の距離を適宜定めている。

【００５１】図中、白で表示した明部では、光源手段か
らの光が拡散板４の表面４ａで拡散され、縦レンチキュ
ラーレンズ５に入射する。

【００５２】尚、ここで縦レンチキュラーレンズ５を構
成する各シリンドリカルレンズ５ａの焦点距離をｆh、
縦レンチキュラーレンズ５から拡散板４の表面（拡散
面）４ａまでの距離（詳述すると、縦レンチキュラーレ
ンズ５を構成する各シリンドリカルレンズ５ａの拡散板
４側の主平面から拡散板４の拡散面４ａまでの空気換算
距離）をＬh2、縦レンチキュラーレンズ５から観察位置
ＥＰまでの距離（観察距離）（詳述すると、縦レンチキ
ュラーレンズ５を構成する各シリンドリカルレンズ５ａ
の観察者側の主平面から観察者の眼（ＥＬ，ＥＲ）の位
置までの空気換算距離）をＬhとし、縦レンチキュラー
レンズ５を構成するシリンドリカルレンズ５ａのピッチ
をＨL、拡散板４上に形成された明暗のパターンの明部
と暗部との水平方向のペアのピッチをＨm'（ここでは、
光変調器２の水平方向の透過部３１と遮光部３２とのペ
アのピッチＨmに等しく、光変調器２の水平方向画素ピ
ッチＨlvの４倍）、眼間距離をＥとするとき、以下の関
係を略満たすことが好ましい。

【００５３】 ｆh＝Ｌh2 ‥‥‥（１） Ｌh：Ｌh2＝Ｅ：Ｈm'／２ ‥‥‥（２） Ｌh：（Ｌh＋Ｌh2）＝ＨL：Ｈm' ‥‥‥（３） （尚、ここで「略」とは等しい値に対して±２０％以内
のことを言う。例えば（１）式は０．８×ｆｈ＜Ｌｈ２
＜１．２×ｆｈを意味する。以下、同様である。） 即
ち、ここでは、縦レンチキュラーレンズ５を構成する各
シリンドリカルレンズ５ａの焦点距離ｆhを、シリンド
リカルレンズ５ａから拡散板４の表面（拡散面）４ａま
での距離Ｌh2と略等しく構成して、拡散板４の表面４ａ
に生じた明部の一点から出射した光束が縦レンチキュラ
ーレンズ５を構成するシリンドリカルレンズ５ａにより
略平行光束に変換され、ディスプレイデバイス７上に表
示された左視差画像ラインＬjを照明するように構成し
ている。

【００５４】また、縦レンチキュラーレンズ５のピッチ
ＨLと前記拡散板４上に生じる明暗のパターンのピッチ
Ｈm'とを略（２）式、（３）式に示す関係を満たすよう
に双方を相対的に微少にずらし、拡散板４の表面４ａ上
に生じた明部４ｂの中心と縦レンチキュラーレンズ５を
構成する各シリンドリカルレンズ５のレンズの中心とを
結ぶ軸が所定位置（設計上の観察距離Ｌhにおける観察
者の左眼ＥLの位置）に結ぶようにして、明部４ｂの中
心から出て対応するシリンドリカルレンズ５ａにより略
平行光束に変換された光が、ほぼ前記所定位置に集まる
よう構成している。このように構成することで、縦レン
チキュラーレンズ５を通過した照明光束は左視差画像ラ
インＬjで変調され、観察者の左眼付近のみに到達す
る。

【００５５】同様に、図５（Ｂ）においてディスプレイ
デバイス７上で左視差画像ラインＬjと垂直方向に隣り
合った右視差画像ラインＲj+1と、図５（Ａ）に示した
線分ａj−ａj'と垂直方向に隣り合う線分ａj+1−ａj+1'
を含む断面について考えた場合、線分ａj−ａj'と線分
ａj+1−ａj+1'とで明暗のパターンが反転して（図中の
白と黒のペアのピッチＨmに対して１／２ピッチずれ
て）おり、拡散板４の表面４ａに生じた明部４ｂの一点
から出射した光束は、縦レンチキュラーレンズ５を介し
て略平行光束となり、ディスプレイデバイス７上に表示
された右視差画像ラインＲj+1を照明し、その照明光束
は右視差画像ラインＲj+1で変調され、観察者の右眼付
近のみに到達する。

【００５６】図４では、この方向（ＹＺ断面内）にレン
ズパワーを有さない縦レンチキュラーレンズ５は平板と
して表し、ディスプレイデバイス７上に左視差画像Ｌが
表示された部位を白で、右視差画像Ｒが表示された部位
を黒で模式的に表している。また、光変調器２、拡散板
４についても同様に模式的に表している。

【００５７】図４に示すように、バックライト光源１か
ら出射した光は、光変調器２によって所定の領域のみ透
過し、それ以外の領域では遮光され、拡散板４上に所定
の発光パターンを形成する。ここでは、光変調器２の垂
直方向の１画素毎に透過部（図中白い部分）３１と遮光
部（図中黒い部分）３２が交互に並んだ構成になってい
る。前記透過部３１を透過した光は、その角度特性に応
じて、光変調器２のパターン形成面より所定距離離した
位置に配置した拡散板４の表面４ａ上に所定のパターン
を形成する。

【００５８】ここでは、前記透過部３１を通った光がそ
の角度特性に応じて拡散板４上に広がりぼけたパターン
を生じる。ここでも図３同様、簡単のためにパターンを
明部４ｂと暗部４ｃとして二値化し、それぞれ白と黒で
表す。前記透過部３１に比して明部４ｂは幅が広くなっ
ている。

【００５９】図中、白で表示した明部４ｂでは、光源手
段１からの光が拡散板４の表面４ａで拡散され、横レン
チキュラーレンズ６に入射する。

【００６０】尚、ここで横レンチキュラーレンズ６を構
成する各シリンドリカルレンズ６ａの焦点距離をｆv、
ディスプレイデバイス７の画像表示面から横レンチキュ
ラーレンズ６までの距離をＬ1、横レンチキュラーレン
ズ６から拡散板４の表面（拡散面）４ａまでの距離をＬ
2'とし、ディスプレイデバイス７の垂直方向の画素ピッ
チをＶd、横レンチキュラーレンズ６を構成するシリン
ドリカルレンズ６ａのピッチをＶL、拡散板４の表面４
ａ上に形成された明暗のパターンの明部４ｂと暗部４ｃ
との垂直方向のペアのピッチをＶm'（ここでは、光変調
器２の垂直方向の透過部と遮光部とのペアのピッチＶm
と等しい）とするとき、以下の関係を略満たすことが好
ましい。

【００６１】 Ｖd：Ｖm'／２＝Ｌ1：Ｌ2' ‥‥‥（４） Ｖd：ＶL＝（Ｌ1＋Ｌ2'）：（２・Ｌ2'） ‥‥‥（５） １／ｆv＝１／Ｌ1＋１／Ｌ2' ‥‥‥（６） 即ち、（４）式によれば、拡散板４の表面４ａ上に形成
された明暗パターンの明部の両端（図中Ｂ及びＣ）から
発する光がそれぞれ対応する横レンチキュラーレンズ６
を構成するシリンドリカルレンズ６ａの中心を通り特定
の視差画像ライン（この場合はＬのライン）の端（図中
Ｂ'及びＣ'）を通ることを規定しており、（５）式によ
れば、拡散板４の表面４ａ上に形成された明暗のパター
ンの明部からの光は、横レンチキュラーレンズ６を構成
するどのシリンドリカルレンズ６ａを通っても特定の視
差画像ライン（この場合はＬのライン）しか照明しない
ことを規定している。

【００６２】また、（６）式によれば、横レンチキュラ
ーレンズ６を構成する各シリンドリカルレンズ６ａによ
り、拡散板４の表面４ａ上に形成された明暗のパターン
がディスプレイデバイス７の画像表示面に結像すること
を規定しており、以上の関係式（４）〜（６）を満たす
ことで、クロストークの発生を防ぐようにしている。

【００６３】また、以上より、拡散板４の表面４ａ上に
形成された明暗のパターンの明部４ｂと暗部４ｃとの垂
直方向の幅をそれぞれＶt、Ｖsとするとき、 Ｖt／Ｖs≦（２−α）／α であることが好ましい。

【００６４】ここにαはディスプレイデバイス７の垂直
方向の画素開口率（垂直方向の一画素の幅に対する垂直
方向の一画素の開口幅の比率）である。この条件を外れ
ると、拡散板４の表面４ａ上に形成された明部からの光
が、本来照らすべきでない画像を照らしてクロストーク
の原因となる。

【００６５】更に望ましくは Ｖt／Ｖs≦１ であることが好ましい。

【００６６】そうすることで、組立調整などでの公差が
楽になり、条件式（４）〜（６）に多少のずれが生じた
場合にも、クロストークの発生を防ぐことができる。

【００６７】以上説明した水平方向及び垂直方向の光学
作用により、ディスプレイデバイス７上に表示された水
平ストライプ視差画像のＲ画像ライン並びにＬ画像ライ
ンは、それぞれ対応する観察者の右眼ＥR、左眼ＥLに導
かれ、立体画像が観察される。

【００６８】尚、上記縦レンチキュラーレンズ５と横レ
ンチキュラーレンズ６との位置関係は、上記（１）〜
（６）式に示した関係を略満たすように構成すれば、拡
散板４とディスプレイデバイス７との間で入れ替わって
も良い。

【００６９】また、本発明の立体画像表示装置は、観察
者の位置（頭部）を検出する観察位置検知手段１１、コ
ントローラ１０、光変調器２に表示するパターンを生成
する画像処理手段８'、光変調器２にパターンを表示さ
せる光変調器駆動回路９'を備え、該観察位置検知手段
１１からの観察者の位置情報に基づき、コントローラ１
０から該位置情報に関するデータを画像処理回路９'に
送り、適当なパターンデータを生成して光変調器駆動回
路９'に送り、光変調器２に観察位置に応じた発光パタ
ーンを形成させるようにしている。

【００７０】この際、光変調器２の水平方向の画素ピッ
チが、拡散板４の表面４ａに形成される２次発光パター
ン（明暗パターン）のピッチに対して小さい（１／４
の）ピッチとなるように構成している。これによって変
調器２の明暗パターンを１／４ピッチで移動させること
が出来、観察者の左右方向への移動に対してなめらかに
立体視域を追従することができるようにしている。

【００７１】且つ、光変調器２の一透過部を形成する隣
り合う２つの画素開口（透過部３１）の像が拡散板４の
表面４ａで１つに繋がるよう構成して、これによって立
体視領域内に暗部が生じない良好なる観察ができる立体
画像表示装置を達成している。

【００７２】［実施例２］次に、本発明の他の実施形態
について説明する。図６は本発明の立体画像表示装置の
実施形態２の要部概略図である。

【００７３】図中、２０は水平方向に離散的な画素構造
を持つ自発光素子（ここでは蛍光体が水平方向に飛び飛
びに形成されたＣＲＴ）であり、その表示面３３上に多
数の矩形形状の発光部３４、並びに非発光部３５を形成
している。ＣＲＴ２０は本実施形態の光源手段を構成し
ている。

【００７４】４１は本実施形態における光源パターン変
換手段であるところの回折格子である。５は、垂直方向
に細長く水平方向に光学的パワーを持つシリンドリカル
レンズ５ａを水平方向に多数並べて構成した縦シリンド
リカルレンズアレイ（縦レンチキュラーレンズ）であ
る。本実施形態においては、縦レンチキュラーレンズ５
のみでマイクロ光学手段を構成している。

【００７５】７は、ディスプレイデバイスであり、透過
型の液晶素子等で構成している。図では液晶素子のカバ
ーガラス、偏光板、電極などは省略し、画像表示面での
表示画像の状態を模式的に示しており、図中のように左
右の視差画像Ｌ、Ｒが上下方向に交互に横ストライプ状
に配列して表示されている。

【００７６】８は、画像処理手段であり、複数の視差画
像からストライプ画像を合成する。９はディスプレイ駆
動回路であり、画像処理手段８からのストライプ画像信
号を受けてディスプレイデバイス７を駆動して、その画
像表示面上にストライプ画像を表示する。

【００７７】図７、図８は本発明の実施形態２の立体画
像表示装置の水平断面図（ＸＹ断面図）、並びに垂直断
面図（ＹＺ断面図）である。

【００７８】以下、本方式における光学作用を説明す
る。図７に示すように、所定の発光パターンを形成した
ＣＲＴ２０の発光部３４から出射した光は、ＣＲＴ２０
の発光面３３より所定距離離した位置に配置した回折格
子４１に入射する。ここでは、ＣＲＴ２０の発光面３３
には、水平方向に発光部３４（図中白い部分）と非発光
部３５（図中黒い部分）がそれぞれ２画素単位で構成さ
れており、該発光部３４、非発光部３５が交互に並んだ
構成になっている。

【００７９】前記発光部３４を出射した光は、回折格子
４１により所定の方向に回折される。回折された±１次
光は回折格子のピッチに応じて、０次光に対して所定角
度±θの方向に進行し、従って、回折格子から所定距離
（≧Ｈm・（１−β）／２／tanθ；但し、ＨmはＣＲＴ
２０の水平方向の発光部と非発光部とのペアのピッチ、
βは水平方向のＣＲＴ２０の水平方向の開口率（発光部
の幅／非発光部の幅））に明暗のパターンを形成する。

【００８０】これを２次発光パターン面（仮想面であ
り、物体の実在する面ではない）４１ａとしてその明部
４１ｂと暗部４１ｃとをそれぞれ白と黒で表す。図中、
白で表示した明部４１ｂからの光は、縦レンチキュラー
レンズ５に入射する。

【００８１】尚、ここで縦レンチキュラーレンズ５を構
成する各シリンドリカルレンズ５ａの焦点距離をｆh、
縦レンチキュラーレンズ５から回折格子４１による２次
発光パターン面４１ａまでの距離をＬh2、縦レンチキュ
ラーレンズ５から観察位置ＥＰまでの距離（観察距離）
をＬhとし、縦レンチキュラーレンズ５を構成するシリ
ンドリカルレンズ５ａのピッチをＨL、２次発光パター
ン面４１ａ上に形成された明暗のパターンの明部と暗部
との水平方向のペアのピッチをＨm'（ここでは、ＣＲＴ
２０の水平方向の発光部と非発光部とのペアのピッチＨ
mに等しく、ＣＲＴ２０の水平方向画素ピッチＨCRTの４
倍）、眼間距離をＥとするとき、以下の関係を略満たす
ことが好ましい。

【００８２】ｆh＝Ｌh2 ‥‥‥（１） Ｌh：Ｌh2＝Ｅ：Ｈm'／２ ‥‥‥（２） Ｌh：（Ｌh＋Ｌh2）＝ＨL：Ｈm' ‥‥‥（３） 即ち、ここでは、縦レンチキュラーレンズ５を構成する
各シリンドリカルレンズ５ａの焦点距離ｆhを、シリン
ドリカルレンズ５ａから回折格子４１による２次発光パ
ターン面４１ａまでの距離Ｌh2と略等しく構成して、回
折格子４１による２次発光パターン面４１ａに生じた明
部の一点から出射した光束が縦レンチキュラーレンズ５
を構成するシリンドリカルレンズ５ａにより略平行光束
に変換され、ディスプレイデバイス７上に表示された左
視差画像ラインＬjを照明するように構成している。

【００８３】また、縦レンチキュラーレンズ５のピッチ
ＨLと前記回折格子４１による２次発光パターン面４１
ａに生じる明暗のパターンのピッチＨm'とは略（２）
式、（３）式に示す関係を満たすように微少にずらし、
回折格子４１による２次発光パターン面４１ａ上に生じ
た明部の中心と縦レンチキュラーレンズ５を構成する各
シリンドリカルレンズ５ａのレンズの中心とを結ぶ軸が
所定位置（設計上の観察距離Ｌhにおける観察者の左眼
ＥLの位置）に結ぶようにして、明部の中心から出て対
応するシリンドリカルレンズにより略平行光束に変換さ
れた光が、ほぼ前記所定位置に集まるよう構成してい
る。

【００８４】このように構成することで、縦レンチキュ
ラーレンズ５を通過した照明光束は左視差画像ラインＬ
jで変調され、観察者の左眼付近のみに到達する。

【００８５】このとき、回折格子４１の回折面から２次
発光パターン面４１ａまでの距離を少なくともＨm・
（１−β）／２／tanθ程度とって、ＣＲＴ２０の発光
面に水平方向に生じた一発光部を構成する隣り合う２画
素からの光が重なるようにして、２次発光パターン面４
１ａ上に生じる一明部を構成する。

【００８６】同様に、ディスプレイデバイス７上で左視
差画像ラインＬjと垂直方向に隣り合った右視差画像ラ
インＲj+1を含む面での断面について考えた場合、ＣＲ
Ｔ２０に表示された発光部３４と非発光部３５のパター
ン３３が反転し（図中の白と黒のペアのピッチＨmに対
して１／２ピッチずれ）ており、発光部から出射し、回
折格子４１により回折されて所定位置（２次発光パター
ン面４１ａ）に生じた明暗パターンの明部の一点を通っ
た光束は、縦レンチキュラーレンズ５を介して略平行光
束となり、ディスプレイデバイス７上に表示された右視
差画像ラインＲj+1を照明し、その照明光束は右視差画
像ラインＲj+1で変調され、観察者の右眼ＥR付近のみに
到達する。

【００８７】図８には、この断面に屈折力を有さない縦
レンチキュラーレンズ５、及び、この断面方向に回折作
用を持たない回折格子４１をそれぞれ平板として示し、
ディスプレイデバイス７の画素ラインＬを白で、Ｒを灰
色で示し、ＣＲＴ２０の発光パターン３３の発光部３４
のうち、それぞれＬに対応する発光部３４Ｌを白で、Ｒ
に対応する発光部（実際にはこの断面上になく、水平方
向にずれた位置に存在する）３４Ｒを灰色で示してい
る。図に示すように、左視差画像ラインＬに対応する発
光部３４Ｌからの光は左視差画像ラインＬのみを照明し
て所定距離（ほぼ観察距離Ｌh）の位置に垂直方向に所
定幅を形成するように導かれる。また、右視差画像ライ
ンＲに対応する発光部３４Ｒからの光は右視差画像ライ
ンＲのみを照明して所定距離（左視差画像ラインＬの場
合と同様、ほぼ観察距離Ｌh）の位置に垂直方向に所定
幅を形成するように導かれる。

【００８８】以上の水平、垂直方向の光学作用により、
ＣＲＴ２０上の発光部のある領域を出た光は左視差画像
のみを照明して観察者の左眼に到達し、他の部分を出た
光は右視差画像のみを照明して観察者の右眼に到達し、
観察者にディスプレイデバイス７上に表示されたストラ
イプ合成画像を立体画像として認識させる。

【００８９】尚、本実施形態で用いる回折格子は特定の
タイプのものに限定されるわけでなく、位相型のもので
あっても振幅型のものであっても良い。

【００９０】また、本実施形態においても、実施形態１
と同様に、観察位置検知手段１１、コントローラ１０、
ＣＲＴ２０に表示するパターンを生成する画像処理手段
８'、ＣＲＴ２０にパターンを表示させるＣＲＴ駆動回
路９''を設け、該観察位置検知手段１１からの観察者の
位置情報に基づき、コントローラ１０から該位置情報に
関するデータを画像処理手段８'に送り、適当なパター
ンデータを生成してＣＲＴ駆動回路９''に送り、ＣＲＴ
２０に観察位置に応じたパターンを形成させるようにし
ている。

【００９１】以上、本実施形態の構成によっても、ＣＲ
Ｔ２０の水平方向の画素ピッチが、回折格子４１による
２次発光パターン面４１ａ上に生じた明暗のパターンの
ピッチに比べ１／４のピッチになっているため、実施形
態１と同様に観察者の左右方向への移動に対してなめら
かに立体視域が追従することが可能で、且つ、立体視領
域内に暗部が生じない立体画像表示装置を提供すること
が出来る。

【００９２】尚、本実施形態の構成によれば、１次元の
回折格子を使用しているため、垂直方向に２次発光パタ
ーンが広がらず、クロストークの発生を防げるので好ま
しい。

【００９３】［実施例３］図９は、本発明の立体画像表
示装置の実施形態３の要部外略図である。図中、１はバ
ックライト光源、２は離散的な画素構造を持つ光変調器
であり、モノクロの透過型の液晶表示素子で構成し、そ
の表示面上に多数の矩形形状の透光部３１、並びに遮光
部３２を備えたマスクパターン３を形成する。該マスク
パターン３はバックライト光源１によって照明される。
バックライト光源１及び光変調器２は光源手段の一要素
を構成している。

【００９４】４２は本実施形態における発光パターン変
換手段であるところの第３のシリンドリカルレンズアレ
イである。ここでは、垂直方向に細長く水平方向に光学
的パワーを持つシリンドリカルレンズ４２ｂを水平方向
に多数並べて構成している。

【００９５】５は、垂直方向に細長く水平方向に光学的
パワーを持つシリンドリカルレンズ５ａを水平方向に多
数並べて構成した縦シリンドリカルレンズアレイ（縦レ
ンチキュラーレンズ）である。６は、水平方向に細長く
垂直方向に光学的パワーを持つシリンドリカルレンズ６
ａを水平方向に多数並べて構成した横シリンドリカルレ
ンズアレイ（横レンチキュラーレンズ）である。本実施
形態において、縦レンチキュラーレンズ５及び横レンチ
キュラーレンズ６は、マイクロ光学手段を構成してい
る。

【００９６】７は、ディスプレイデバイスであり、透過
型の液晶素子等で構成している。図では液晶素子のカバ
ーガラス、偏光板、電極などは省略し、画像表示面での
表示画像の状態を模式的に示しており、図中のように左
右の視差画像Ｌ、Ｒが上下方向に交互に横ストライプ状
に配列して表示されている。

【００９７】８は、画像処理手段であり、複数の視差画
像からストライプ画像を合成する。９はディスプレイ駆
動回路であり、画像処理手段８からのストライプ画像信
号を受けてディスプレイデバイス７を駆動して、その画
像表示面上にストライプ画像を表示する。以下、実施形
態３の作用を説明する。

【００９８】図１０は、本発明の立体画像表示装置の実
施形態３の水平断面図（ＸＺ断面図）である。図中、こ
の断面方向に屈折力を有しない横レンチキュラーレンズ
６は、平板として示してある。

【００９９】バックライト光源１から出射した光は、光
変調器２によって所定の領域のみ透過し、それ以外の領
域では遮光され、所定の発光パターン（マスクパター
ン）を形成する。ここでは、光変調器２の水平方向に透
過部（図中白い部分）３１と遮光部（図中黒い部分）３
２がそれぞれ２画素で構成され、交互に並んだ構成にな
っている。

【０１００】前記透過部３１を透過した光は、垂直方向
に細長く水平方向に光学的パワーを持つシリンドリカル
レンズ４２ｂが光変調器２の水平方向画素ピッチＨlvと
同ピッチで多数並んだシリンドリカルレンズアレイ４２
に入射する。

【０１０１】図１１は図１０に点線で示した部分の拡大
図であり、図１１に示すように、光変調器２の透過部
（図中、白い部分）３１はシリンドリカルレンズアレイ
４２により拡大投影されて結像し、その結像面を２次発
光パターン面４２ａ（仮想面であり、物体の実在する面
ではない）として縦レンチキュラーレンズ５に入射す
る。

【０１０２】ここでは、光変調器２の一透過部３１を構
成する隣合う２画素開口のうち、一方の開口の端Ｂ１を
出た光が、他方の開口の端Ｃ２を出た光と２次発光パタ
ーン面（仮想面）４２ａ上で略重なりあうように構成し
て、２次発光パターン４２ａの一明部中に暗部が生じな
いようにしている。

【０１０３】即ち、光変調器２の水平方向の開口率（水
平方向画素ピッチＨlvに対する水平方向画素開口の幅）
をβ、光変調器２の表示面２ａからシリンドリカルレン
ズアレイ４２ｂを構成する各シリンドリカルレンズの光
変調器２側の主平面までの距離をＬaとし、シリンドリ
カルレンズアレイ４２を構成する各シリンドリカルレン
ズの焦点距離をｆ0とするとき、 ｆ0＝β・Ｌa／（１＋β） となるように構成し、シリンドリカルレンズアレイ４２
を構成する各シリンドリカルレンズ４２ｂのディスプレ
イデバイス７側の主平面からβ・Ｌaの距離に２次発光
パターン面（結像面）４２aが生じるようにすればよ
い。

【０１０４】尚、ここで縦レンチキュラーレンズ５を構
成する各シリンドリカルレンズ５ａの焦点距離をｆh、
縦レンチキュラーレンズ５から２次発光パターン面（結
像面（仮想面））４２ａまでの距離をＬh2、縦レンチキ
ュラーレンズ５から観察位置ＥＰまでの距離（観察距
離）をＬhとし、縦レンチキュラーレンズ５を構成する
シリンドリカルレンズ５ａのピッチをＨL、結像面４２
ａ上に形成された明暗のパターンの明部と暗部との水平
方向のペアのピッチをＨm'（ここでは、光変調器２の水
平方向の透過部と遮光部とのペアのピッチＨmに等し
く、光変調器２の水平方向画素ピッチＨlvの４倍）、眼
間距離をＥとするとき、以下の関係を略満たすことが好
ましい。

【０１０５】ｆh＝Ｌh2 ‥‥‥（１） Ｌh：Ｌh2＝Ｅ：Ｈm'／２ ‥‥‥（２） Ｌh：（Ｌh＋Ｌh2）＝ＨL：Ｈm' ‥‥‥（３） 即ち、ここでは、縦レンチキュラーレンズ５を構成する
各シリンドリカルレンズ５ａの焦点距離ｆhを、シリン
ドリカルレンズ５ａから結像面４２ａまでの距離Ｌh2と
略等しく構成して、結像面４２ａ上に生じた明部の一点
から出射した光束が縦レンチキュラーレンズ５を構成す
るシリンドリカルレンズ５ａにより略平行光束に変換さ
れ、ディスプレイデバイス７上に表示された左視差画像
ラインＬjを照明するように構成している。

【０１０６】また、縦レンチキュラーレンズ５のピッチ
ＨLと前記結像面４２ａ上に生じる明暗のパターンのピ
ッチＨm'とは略（２）式、（３）式に示す関係を満たす
ように微少にずらし、結像面上に生じた明部の中心と縦
レンチキュラーレンズ５を構成する各シリンドリカルレ
ンズのレンズの中心とを結ぶ軸が所定位置（設計上の観
察距離Ｌhにおける観察者の左眼ＥLの位置）に結ぶよう
にして、明部の中心から出て対応するシリンドリカルレ
ンズにより略平行光束に変換された光が、ほぼ前記所定
位置に集まるよう構成している。

【０１０７】このように構成することで、縦レンチキュ
ラーレンズを通過した照明光束は左視差画像ラインＬj
で変調され、観察者の左眼付近のみに到達する。

【０１０８】同様に、ディスプレイデバイス７上で左視
差画像ラインＬと垂直方向に隣り合った右視差画像ライ
ンＲを含む断面について考えた場合、明暗のパターンが
反転し（図中の２次発光パターン面４２ａの白と黒のペ
アのピッチで１／２ピッチずれ）ており、結像面上に生
じた明部の一点から出射した光束は、縦レンチキュラー
レンズ５を介して平行光束となり、ディスプレイデバイ
ス７上に表示された右視差画像ラインＲを照明し、その
照明光束は右視差画像ラインＲで変調され、観察者の右
眼付近のみに到達する。

【０１０９】図１２は本発明の立体画像表示装置の実施
形態３の垂直断面図（ＹＺ断面図）であり、この方向に
レンズパワーを有さない縦レンチキュラーレンズ５、並
びにこの方向にレンズパワーを有しない本実施形態の発
光パターン変換手段である第３のシリンドリカルレンズ
アレイ４２は平板として表し、ディスプレイデバイス７
上に左視差画像が表示された部位を白で、右視差画像が
表示された部位を黒で模式的に表している。

【０１１０】図１２に示すように、バックライト光源１
から出射した光は、光変調器２によって所定の領域のみ
透過し、それ以外の領域では遮光され、所定の発光パタ
ーンを形成する。ここでは、光変調器２の垂直方向に１
画素毎に透過部（図中白い部分）３１と遮光部（図中黒
い部分）３２が並んだ構成になっている。

【０１１１】図中、白で表示した透過部３１を通った光
は、この方向にレンズパワーを有しないシリンドリカル
レンズアレイ４２、縦レンチキュラーレンズ５を通過し
て横レンチキュラーレンズ６に入射する。

【０１１２】尚、シリンドリカルレンズアレイ４２が垂
直方向にパワーを有していないため、この方向にはシリ
ンドリカルレンズアレイ４２による光変調器２上の所定
の発光パターンを結像させる機能はなく、従って、結像
面（仮想面）４２ａもこの方向には生じないため、図１
２では省略してある。

【０１１３】尚、ここで横レンチキュラーレンズ６を構
成する各シリンドリカルレンズ６ａの焦点距離をｆv、
ディスプレイデバイス７の画像表示面から横レンチキュ
ラーレンズ６までの距離をＬ1、横レンチキュラーレン
ズ６から光変調器２の表示面までの距離をＬ2とし、デ
ィスプレイデバイス６の垂直方向の画素ピッチをＶd、
横レンチキュラーレンズ６を構成するシリンドリカルレ
ンズ６ａのピッチをＶL、光変調器２の表示面上に形成
された透過部３１、遮光部３２の垂直方向のペアのピッ
チをＶmとするとき、以下の関係を略満たすことが好ま
しい。

【０１１４】Ｖd：Ｖm／２＝Ｌ1：Ｌ2 ‥‥‥（４'） Ｖd：ＶL＝（Ｌ1＋Ｌ2）：（２・Ｌ2） ‥‥‥（５） １／ｆv＝１／Ｌ1＋１／Ｌ2 ‥‥‥（６） 即ち、（４'）式によれば、光変調器２の表示面上に形
成された透過部、遮光部のパターンの透過部の両端（図
中Ｂ及びＣ）から発する光がそれぞれ対応する横レンチ
キュラーレンズ６を構成するシリンドリカルレンズ６ａ
の中心を通り特定の視差画像ライン（この場合はＬのラ
イン）の端（図中Ｂ'及びＣ'）を通ることを規定してお
り、（５）式によれば、光変調器２の表示面上に形成さ
れた透過部３１からの光は、横レンチキュラーレンズ６
を構成するどのシリンドリカルレンズ６ａを通っても特
定の視差画像ライン（この場合はＬのライン）しか照明
しないことを規定している。

【０１１５】また、（６）式によれば、横レンチキュラ
ーレンズ６を構成する各シリンドリカルレンズ６ａによ
り、光変調器２の表示面上に形成された透過部３１、遮
光部３２のパターンがディスプレイデバイス７の画像表
示面に結像することを規定しており、以上の関係式
（４'）〜（６）を満たすことで、クロストークの発生
を防ぐようにしている。

【０１１６】以上説明した水平方向及び垂直方向の光学
作用により、ディスプレイデバイス７上に表示された水
平ストライプ視差画像のＲ画像ライン並びにＬ画像ライ
ンは、それぞれ対応する観察者の右眼ＥR、左眼ＥLに導
かれ、立体画像が観察される。

【０１１７】尚、実施形態１と同様、縦レンチキュラー
レンズ５と横レンチキュラーレンズ６との位置関係は、
上記（１）〜（６）式に示した関係を略満たすように構
成すれば、シリンドリカルレンズアレイ４２とディスプ
レイデバイス７との間で入れ替わっても良い。

【０１１８】また、本実施形態においても、実施形態１
と同様に、観察位置検知手段１１、コントローラ１０、
光変調器２に表示するパターンを生成する画像処理手段
８'、光変調器２にパターンを表示させる光変調器駆動
回路９'を設け、該観察位置検知手段１１からの観察者
の位置情報に基づき、コントローラ１０から該位置情報
に関するデータを画像処理手段８'に送り、適当なパタ
ーンデータを生成して光変調器駆動回路９'に送り、変
調器に観察位置に応じたパターンを形成させるようにし
ている。

【０１１９】この際、変調器２の水平方向の画素ピッチ
Ｈlvが、シリンドリカルレンズアレイ４２により形成さ
れる２次発光パターン（明暗パターン）のピッチＨm'に
対して小さい（１／４の）ピッチになっているため、明
暗パターンを１／４ピッチで移動させることが出来、観
察者の左右方向への移動に対して立体視域がなめらかに
追従することができるようにしている。

【０１２０】且つ、光変調器２の一透過部を形成する隣
り合う２つ画素開口がシリンドリカルレンズアレイ４２
により拡大結像され、結像面４２ａで１つに繋がるよう
構成しているため、立体視領域内に暗部が生じない立体
画像表示装置を提供することが出来る。

【０１２１】以上、簡単のため、全ての実施形態におい
て光源手段の発光部（ＣＲＴの発光部、光変調器の透過
部）を２画素単位で構成したが、これに限るものではな
く、例えば図１３（本発明の立体画像表示装置の実施形
態３の派生例の要部概略図）に示すように、図９に示し
た立体画像表示装置に用いた光変調器２に対して画素ピ
ッチが１／２の光変調器２'を用い、４画素単位で水平
方向の一発光部（ＣＲＴの一発光部、光変調器の一透過
部）を構成するようにしてもよいし（このとき、シリン
ドリカルレンズアレイ４２'のピッチも図９に示したシ
リンドリカルレンズアレイ４２に対して１／２ピッチに
する）、勿論、３画素単位や５画素以上単位で適宜構成
することも可能である。

【０１２２】また、光変調器２'は図１３のままで、光
変調器２'に形成する開口部３１、遮光部３２のそれぞ
れ１ユニットを構成する画素単位を変更することで、観
察者の前後の移動に対応して立体視領域を前後に追従さ
せることも可能である。

【０１２３】図１４，図１５は、本発明の立体画像表示
装置における前後方向の立体視域追従の様子を説明する
図であり、図１４は光変調器２'に表示したマスクパタ
ーンの水平方向の開口部３１、遮光部３２をそれぞれ４
画素単位で構成したときの水平方向断面図（ＸＺ断面
図）であり、図１５は光変調器２'に表示したマスクパ
ターンの水平方向の開口部３１、遮光部３２をそれぞれ
５画素単位に変更したときの水平方向断面図（ＸＺ断面
図）である。

【０１２４】図１４によれば、バックライト光源１を発
し、光変調器２'の開口部３１を通過した光がシリンド
リカルレンズアレイ４２'により拡大結像された結像面
４２ａの明部（図中、白い部分）の中心と、縦レンチキ
ュラーレンズ５を構成する各シリンドリカルレンズ５ａ
の中心を結ぶ線が、略観察距離Ｌhの位置に集まるよう
構成されており、観察距離Ｌhの距離付近での立体画像
観察が好ましく構成されている。

【０１２５】これに対し、図１５に示すように、光変調
器２'に表示したマスクパターンの水平方向の開口部３
１、遮光部３２をそれぞれ５画素単位に変更すると、バ
ックライト光源１を発し、光変調器２'の開口部３１を
通過した光がシリンドリカルレンズアレイ４２'により
拡大結像された結像面４２ａの明部（図中、白い部分）
の中心と、縦レンチキュラーレンズ５を構成する各シリ
ンドリカルレンズ５ａの中心を結ぶ線が、略観察距離Ｌ
h'の位置に集まるよう構成されており、観察距離Ｌh'の
距離付近での立体画像観察が好ましくなるため、観察者
の前後方向の移動（Ｌh→Ｌh'）に対して追従出来る。

【０１２６】また、観察距離ＬhとＬh'との間の観察距
離に対しては、光変調器２'に表示したマスクパターン
の水平方向の開口部、遮光部を構成する画素単位のサイ
クルに対して、途中、所定のサイクルで該画素単位に対
して１画素間引いた（若しくは増やした）開口部若しく
は遮光部を入れることにより対応出来る。

【０１２７】例えば、開口部４画素，遮光部４画素，開
口部４画素，遮光部５画素，開口部４画素，遮光部４画
素，開口部４画素，遮光部５画素，‥‥‥と構成すれ
ば、それぞれを平均４．２５画素ピッチで構成したとき
と略同様の観察距離に対応可能である。

【０１２８】尚、各実施形態間の実質的な違いは、発光
パターン変換手段の違いのみであり、光源手段とマイク
ロ光学素子との組み合わせや、マイクロ光学素子と発光
パターン変換手段との組み合わせを何ら規定するもので
はない。

【０１２９】即ち、図６に示す実施形態２の発光パター
ン変換手段である回折格子４１を、図１４に示す実施形
態の発光パターン変換手段であるシリンドリカルレンズ
アレイ４２の代わりに用い、図１６のように構成しても
良い。

【０１３０】図１５に示す実施形態の発光パターン変換
手段であるシリンドリカルレンズアレイ４２を実施形態
２の回折格子４１の代わりに用いても本実施形態と同様
の効果が得られる。

【０１３１】また、図１５に示す実施形態における光源
手段であるバックライト光源１と光変調器２の代わり
に、図６，図７に示す実施形態２における光源手段であ
るＣＲＴ２０を用いても図１７のように構成しても良
い。これによれば前述と同様の効果が得られ、これらの
各要素は適宜組み合わせて構成して良い。

【０１３２】又、以上の各実施形態ではディスプレイデ
バイスに左右の視差画素列Ｌ，Ｒを縦方向に交互に横ス
トライプ状に多数配列したストライプ画像（横ストライ
プ画像）を表示したが、図１８，図１９に示すように、
ディスプレイデバイスに左右の視差画像Ｌ，Ｒを横方向
に交互に縦ストライプ状に多数配列したストライプ画像
（縦ストライプ画像）を表示しても良い。 尚、図１９
は図１８の水平断面（ＸＺ断面）の概略図である。図１
８，図１９において、バックライト１，光変調器２，拡
散板４，ディスプレイデバイス７′を用いて光変調器２
に表示した所定の画像を拡散板４の表面４ａで拡散され
たパターンとして形成している。

【０１３３】そして該表面４ａに形成したパターンをパ
ララックスバリアとして用いている。光変調器２，拡散
板４の表面４ａに形成される水平方向断面におけるパタ
ーンのピッチは図３で示すのと同様である。

【０１３４】ディスプレイデバイス７′の水平方向の画
素ピッチＰｐと拡散面４ａの明暗パターンのピッチＨ
ｍ′、拡散面４ａからディスプレイデバイス７′の画素
表示面までの距離Ｌ２と、ディスプレイデバイス７′画
像表示面から観察者までの距離Ｌ１との間には、 （２・Ｐｐ）／Ｈｍ＝Ｌ１／Ｌ１＋Ｌ２ の関係を略成立させている。

【０１３５】拡散板４の表面に形成したパターンの透過
部４ａからの光のうち、ディスプレイデバイス７の左視
差画像Ｌに入射した光は観察者の左眼ＥＬに入射し、右
視差画像Ｒに入射した光は観察者の右眼ＥＲに入射す
る。これによって観察者は立体画像を観察している。

【０１３６】図１８，図１９に示す実施形態では、左右
方向にきめ細かい立体視域追従の可能なリアバリア方式
の立体画像表示装置を構成している。

【０１３７】また、パララックス・バリアのピッチを制
御することによって、（光変調器２に表示する開口・遮
光部のパターンを構成する水平方向の画素数を変えるこ
とによって）前後の立体視域追従も可能としている。

【０１３８】また、光源手段として自発光素子を用いる
場合の例として、蛍光体がとびとびに形成されたＣＲＴ
を用いて説明したが、複数のＬＥＤをマトリクス状に配
置した（発光部間に非発光部のある）ＬＥＤ光源でも良
いし、ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子で構成され
たものでも良く、ＣＲＴに限定するものではない。

【０１３９】また、面光源と光変調手段で構成した場合
も、面光源として通常のＬＣＤのバックライトのように
冷陰極管とアクリルなどで構成された導光板とにより構
成されたものでも良いし、ＬＥＤ素子を導光板の側面に
配したいわゆるＬＥＤバックライトや、面発光ＥＬ素子
で構成したものを用いてもよく、特に一手段に限定する
ものではない。

【０１４０】また、マイクロ光学素子としても、トーリ
ックレンズアレイや、ホログラム素子等を用いてもよ
く、レンチキュラーレンズ（シリンドリカルレンズアレ
イ）を用いて構成したものに限定するものではない。

【０１４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構成によ
れば、立体視領域内に暗部が生じない立体画像表示装置
を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体画像表示装置の実施形態１の要部
概略図

【図２】本発明に係るストライプ画像の合成の説明図

【図３】本発明の立体画像表示装置の実施形態１の水平
方向断面図

【図４】本発明の立体画像表示装置の実施形態１の垂直
方向断面図

【図５】図３、図４の断面図を説明するための図、
（Ａ）は拡散板上に生じた明暗のパターンを示した図、
（Ｂ）はディスプレイデバイス７に表示された画像の状
態を示した図

【図６】本発明の立体画像表示装置の第２実施形態の要
部概略図

【図７】本発明の実施形態２の立体画像表示装置の水平
断面図

【図８】本発明の実施形態２の立体画像表示装置の垂直
断面図

【図９】本発明の立体画像表示装置の第３の実施形態の
要部外略図

【図１０】本発明の立体画像表示装置の実施形態３の水
平断面図

【図１１】本発明の立体画像表示装置の実施形態３の水
平断面図の要部拡大図

【図１２】本発明の立体画像表示装置の実施形態３の垂
直断面図

【図１３】本発明の立体画像表示装置の実施形態３の派
生例の要部概略図

【図１４】本発明の立体画像表示装置における前後方向
の立体視域追従の様子を説明する為の光変調器２'に表
示したマスクパターンの水平方向の開口部、遮光部をそ
れぞれ４画素単位で構成したときの水平方向断面図

【図１５】光変調器２'に表示したマスクパターンの水
平方向の開口部、遮光部をそれぞれ５画素単位に変更し
たときの水平方向断面図

【図１６】本発明の立体画像表示装置の一部を変更した
要部概略図

【図１７】本発明の立体画像表示装置の一部を変更した
要部概略図

【図１８】本発明の立体画像表示装置で縦ストライプ画
像を用いた実施形態の説明図

【図１９】本発明の立体画像表示装置で縦ストライプ画
像を用いた実施形態の説明図

【図２０】従来の立体画像表示装置の要部概略図

【符号の説明】

１・・・バックライト光源 ２・・・光変調器 ３・・・マスクパターン ３１・・透光部 ３２・・遮光部 ４・・・拡散板 ４ａ・・・表示面（拡散面） ４１・・回折格子 ４２・・シリンドリカルレンズアレイ ５・・・縦レンチキュラーレンズ ６・・・横レンチキュラーレンズ ７・・・ディスプレイデバイス ８・・・画像処理手段 ９・・・ディスプレイ駆動回路 １０・・・コントローラ １１・・・観察位置検知手段 ２０・・・ＣＲＴ ３３・・・発光パターン

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年３月１４日（２０００．３．１
４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６９】また、本発明の立体画像表示装置は、観察
者の位置（頭部）を検出する観察位置検知手段１１、コ
ントローラ１０、光変調器２に表示するパターンを生成
する画像処理手段８'、光変調器２にパターンを表示さ
せる光変調器駆動回路９'を備え、該観察位置検知手段
１１からの観察者の位置情報に基づき、コントローラ１
０から該位置情報に関するデータを画像処理回路８'に
送り、適当なパターンデータを生成して光変調器駆動回
路９'に送り、光変調器２に観察位置に応じた発光パタ
ーンを形成させるようにしている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 能瀬 博康 神奈川県横浜市西区花咲町６丁目145番地 株式会社エム・アール・システム研究所 内 (72)発明者 谷口 尚郷 神奈川県横浜市西区花咲町６丁目145番地 株式会社エム・アール・システム研究所 内 (72)発明者 瀧川 智志 神奈川県横浜市西区花咲町６丁目145番地 株式会社エム・アール・システム研究所 内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光部が離散的に形成され、水平方向に
   複数の発光部と複数の非発光部とが交互に並んだパター
   ンを含む所定の発光パターンを形成する光源手段と、 該光源手段の発光パターンを変換し、２次発光パターン
   を形成する発光パターン変換手段と、 複数の視差画像を多数のストライプ画素列に分割し、該
   ストライプ画素列を所定の順序で並べて合成したストラ
   イプ合成画像を表示するディスプレイデバイスとを有
   し、 前記２次発光パターンからの光が、前記ディスプレイデ
   バイスに表示されたストライプ合成画像により変調さ
   れ、変調された視点に応じて所定の領域に導かれるよう
   構成し、観察者に立体画像として認識させることを特徴
   とする立体画像表示装置。
2. 【請求項２】 観察者の位置を検知する検知手段と、 該検知手段からの信号に応じて前記光源手段に形成する
   発光パターンを変化させることを特徴とする請求項１の
   立体画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記ディスプレイデバイスに表示する画
   像が、複数の視差画像を多数の縦ストライプ状のストラ
   イプ画素列に分割し、該ストライプ画素列を水平方向に
   所定の順序で並べて合成した縦ストライプ合成画像であ
   り、 前記発光パターンが、水平方向に複数の発光部と複数の
   非発光部とが交互に並んだパターンを表示したラインが
   垂直方向に並んだ、縦ストライプ状であることを特徴と
   する請求項１の立体画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記ディスプレイデバイスに表示する画
   像が、複数の視差画像を多数の横ストライプ状のストラ
   イプ画素列に分割し、該ストライプ画素列を垂直方向に
   所定の順序で並べて合成した水平ストライプ合成画像で
   あり、 前記発光パターンが、水平方向に複数の発光部と複数の
   非発光部とが交互に並んだパターンを表示したライン
   が、垂直方向に交互に発光部と非発光部との位置を反転
   して並んだ発光パターンであり、 該発光パターンを発光パターン変換手段により変換した
   ２次発光パターンからの光を、光学手段により複数の所
   定方向への指向性を与え、前記ディスプレイデバイスに
   表示された複数の視差画像により変調された指向性を有
   した光を所定の位置に導いて観察者に立体画像として認
   識させることを特徴とする請求項１の立体画像表示装
   置。
5. 【請求項５】 前記マイクロ光学素子が、 垂直方向に細長く水平方向に光学的パワーを持つシリン
   ドリカルレンズを水平方向に多数並べて構成した縦シリ
   ンドリカルレンズアレイ（縦レンチキュラーレンズ）よ
   り構成されることを特徴とする請求項４の立体画像表示
   装置。
6. 【請求項６】 前記マイクロ光学素子が、 垂直方向に細長く水平方向に光学的パワーを持つシリン
   ドリカルレンズを水平方向に多数並べて構成した縦シリ
   ンドリカルレンズアレイ（縦レンチキュラーレンズ）
   と、水平方向に細長く垂直方向に光学的パワーを持つシ
   リンドリカルレンズを水平方向に多数並べて構成した横
   シリンドリカルレンズアレイ（横レンチキュラーレン
   ズ）であることを特徴とする請求項４の立体画像表示装
   置。
7. 【請求項７】 前記縦レンチキュラーレンズを構成する
   各シリンドリカルレンズの焦点距離をｆh、縦レンチキ
   ュラーレンズから発光パターン変換手段により形成され
   た２次発光パターンまでの距離をＬh2、該縦レンチキュ
   ラーレンズから観察位置までの距離（観察距離）をＬと
   し、該縦レンチキュラーレンズを構成するシリンドリカ
   ルレンズのピッチをＨL、該発光パターン変換手段によ
   り形成された２次発光パターンの明部と暗部（発光部と
   非発光部）との水平方向のペアのピッチをＨm'、眼間距
   離をＥとするとき、以下の関係を略満たすことを特徴と
   する請求項５又は６の立体画像表示装置。 ｆh＝Ｌh2 Ｌ：Ｌh2＝Ｅ：Ｈm'／２ Ｌ：（Ｌ＋Ｌh2）＝ＨL：Ｈm'
8. 【請求項８】 前記横レンチキュラーレンズを構成する
   各シリンドリカルレンズの焦点距離をｆv、ディスプレ
   イデバイスの画像表示面から横レンチキュラーレンズま
   での距離をＬ1、横レンチキュラーレンズから発光パタ
   ーン変換手段により形成された２次発光パターンまでの
   距離をＬ2とし、ディスプレイデバイスの垂直方向の画
   素ピッチをＶd、横レンチキュラーレンズを構成するシ
   リンドリカルレンズのピッチをＶL、発光パターン変換
   手段により形成された２次発光パターンの明部と暗部
   （発光部と非発光部）との垂直方向のペアのピッチをＶ
   m'とするとき、以下の関係を略満たすことを特徴とする
   請求項６の立体画像表示装置。 Ｖd：Ｖm'／２＝Ｌ1：Ｌ2 Ｖd：ＶL＝（Ｌ1＋Ｌ2）：（２・Ｌ2） １／ｆv＝１／Ｌ1＋１／Ｌ2
9. 【請求項９】 前記発光パターン変換手段が、拡散面を
   有する拡散板で構成されたことを特徴とする請求項１の
   立体画像表示装置。
10. 【請求項１０】 前記発光パターン変換手段が少なくと
    も水平方向に回折作用を有する回折格子パターンが配列
    された回折格子で構成されたことを特徴とする請求項１
    の立体画像表示装置。
11. 【請求項１１】 前記発光パターン変換手段が、少なく
    とも水平方向に屈折力を有するマイクロレンズを所定ピ
    ッチで多数並べて成るマイクロレンズ素子により構成さ
    れたことを特徴とする請求項１の立体画像表示装置。
12. 【請求項１２】 前記光源手段が、面光源と離散的な画
    素構造を有する透過型の光変調器より構成されたことを
    特徴とする請求項１の立体画像表示装置。
13. 【請求項１３】 前記光源手段が、離散的な画素構造を
    有する自発光素子より構成されたことを特徴とする請求
    項１の立体画像表示装置。