JP2000352694A - 立体映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表示装置全体の構成を大きくすることなく、観
察者が眼鏡無しで光学映像を立体視できる範囲を拡大す
る。 【解決手段】 平行光発生装置３１は、発光領域を移動
制御することができる。集光手段３４は、発光領域から
の平行光を観察者の特定の眼に集光させる。空間変調手
段３５は、光学路の途中に設けられ映像信号により光を
変調する。観察者位置検出手段３７、光源制御手段３３
は、前記平行光発生装置３１を制御し、観察者の位置に
応じて前記発光領域の位置を制御するとともに、前記平
行光が前記観察者の特定の眼に集光するのを維持させ
る。この場合、前記平行光発生装置は、射出する平行光
が常に同じ領域である仮想光源を透過するように、前記
発光領域の移動に伴い前記平行光の光線方向も制御する
光線方向制御手段を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、背面投射型の表
示装置に関するものであり、特に観察者の両眼視差を利
用し、立体視を可能とする立体映像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より両眼視差を利用して立体視を可
能とする立体表示装置が提案されている。そのなかでも
光学系を用いて、視差画像を観察者の左右の眼それぞれ
に集光させて振り分けることで立体視を行わせるもの
は、眼鏡などの特殊な装置が不要である。

【０００３】しかしこの種の立体表示装置は、観察する
光源像と光学系によって決まる集光位置付近でしか立体
画像を観察することができない。そこでこのような問題
を解決するために、観察者の位置を検出し、その位置に
光りが集光するように光源を移動制御する方法、いわゆ
るトラッキング装置を備えた方法が提案されている。

【０００４】トラッキング装置としては、例えば特開平
８−２２２５８４号公報に開示されている技術がある。
図８（Ａ）は観察者が左右に移動したときに、立体視で
きる画像の形成位置を、観察者に追従させる装置であ
る。１１は分割光源であり、左右の発光部１１Ｌ，１１
Ｒの位置を左右任意の位置へ移動させることができる。

【０００５】発光部１１Ｌ，１１Ｒの位置は、発光位置
制御部１５からの制御信号で移動させられる。また、発
光部１１Ｌ，１１Ｒの点灯・消光の制御は、分割制御部
１６からの制御信号で実現される。発光部１１Ｌ，１１
Ｒの点灯・消光の制御が行われると、この制御に応じ
て、空間変調素子（液晶表示パネル）１３には、左眼映
像、右眼映像の信号が交互に供給される。これにより観
察者の左右の眼Ｌ，Ｒにそれぞれ対応する光学映像が入
射する。レンズ１１２、１１４は、それぞれ発光部１１
Ｌ，１１Ｒからの光をそれぞれ対応する観察者の眼Ｌ，
Ｒに集光させるためのものである。観察者が左右に移動
した場合は、観察者左右検出装置１７により検出され
る。そしてその検出結果は、発光位置制御部１５に与え
られる。

【０００６】上記の説明は、観察者が左右に移動した場
合、その移動に立体映像を得る光学像を追従させる例で
ある。しかし、観察者は前後に移動する場合もあるの
で、この場合の制御方法について説明する。観察者が前
後移動した場合には、光源１４の位置を前後移動制御す
ればよい。即ち、そのために図８（Ｂ）に示すように、
光源１４を光源前後移動装置２１により前後移動させる
ようにしている。

【０００７】観察者の前後移動状況は、観察者前後位置
検出装置２２により検出される。そしてその検出結果
は、光源前後移動装置２１に与えられる。他の部分は、
同図（Ａ）の表示装置と同じであるから同一部分には同
一符号を付している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の技術に
よると、光源を前後に移動させる範囲は、光源前後移動
装置により決まってしまう。観察者が前後に移動しても
立体視を可能とする範囲を拡大しようとすれば、光源前
後移動装置を大きくしなければならず、表示装置全体と
して構成が大きくなってしまう。

【０００９】そこでこの発明では、表示装置全体の構成
を大きくすることなく、観察者が眼鏡無しで光学映像を
立体視できる範囲を拡大することができる立体映像表示
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、発光領域から射出されるほぼ平行な
平行光の射出位置を制御するとともに、光線方向を制御
する場合、前記光線方向を、観察者の眼の位置と光学的
に共役な位置を該平行光が通過するように制御し、該平
行光を光路途中で空間光変調素子により空間変調し、且
つ前記観察者の左右の眼に画像を振り分けるために集光
性を有する光学系により前記左右の眼に光学像を集光さ
せるようにしたものである。

【００１１】上記の手段によると、特に光線方向を制御
する要件が加わることにより、光源の物理的な前後位置
を大きく変化させる必要なく、観察者が立体画像を観察
できる範囲を格段と広げることができる。

【００１２】

【実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面を参
照して説明する。

【００１３】図１はこの発明の一実施の形態であり、立
体映像表示装置を上方からみた原理図である。図１にお
いて、３１は、平行光発生装置であり、任意の位置を発
光領域３２Ｌとすることができる。図では複雑をなくす
ために観察者の左眼に集光するための光の経路を示し、
右眼に集光させるための光の経路を省略している。光
は、図平面内においておおむね平行な光である。

【００１４】３３は、光源制御手段であり、上記の平行
光発生装置３１を制御し、発光位置を種々移動制御する
ことができる。また、左右の眼に対応する発光領域の点
灯・消光を制御することができる。発光領域２Ｌａ、２
Ｌｂ、２Ｌｃから出射した平行光は、いずれも必ず仮想
光源９Ｌを通過するように制御される。仮想光源９Ｌを
通過した光は、集光手段（凸レンズなどの光学素子から
なる）３４を通過し、さらに空間変調素子３５（液晶表
示パネル）を通過し、観察者３８の左眼８Ｌ付近に集光
する。

【００１５】画像信号発生手段３６は、上記空間変調素
子３５に対して画像信号を入力するためのものであり、
左右眼に対応する画像信号を交互に供給している。また
これに伴って、画像信号発生手段３６は、光学領域３２
Ｌと、３２Ｒ（図示せず）とを交互に切換えるために、
そのタイミング信号を光源制御手段３３にも与えてい
る。さらに、光学領域３２L、３２Ｒは、観察者３８の
位置に応じて、観察者の左右眼に左右光学像が集光する
ように、移動制御されるもので、移動制御のための制御
情報は観察者位置検出手段３７から取り込まれている。

【００１６】上記の構成において、観察者が立体視する
ための動作を示す。

【００１７】まず観察者の位置は観察者位置検出手段３
７により検出され、検出情報が光源制御手段３３に与え
られる。観察者位置検出手段３７は、観察者の左右の眼
３８Ｌ、３８Ｒの位置と集光手段の光学的性能とにより
一意的に決まる、左右の眼８Ｌ、８Ｒとの光学的共役の
位置にある仮想光源９Ｌ，９Ｒの位置を計算する。また
画像信号発生装置３６からは、画像信号が出力され、空
間光変調素子３５に１フィールドまたは１フレームの左
眼用画像が表示されている期間中は、平行光発生装置３
１上にある発光領域３２Ｌから発した平行光は、集光手
段３４を通過し、空間変調素子３５に入射する。さらに
平行光の射出角度はこの空間光変調素子３５を走査する
ように制御される。

【００１８】この変調された光を観察者が見るためには
この変調光が観察者の左眼付近に集光しなければならな
い。そのためこの走査動作と同時に、仮想光源９Ｌを平
行光が常に通過するように、発光領域自体も例えば２Ｌ
ａ、２Ｌｂ，２Ｌｃまで連続的に移動する。この発光領
域３２の移動動作により、あたかも仮想光源９Ｌから拡
散光が射出しているのと同様の効果を得ることができ
る。仮想光源９Ｌの位置は観察者の左眼８Ｌと光学的に
共役の位置にあるので仮想光源９Ｌを通過した光は観察
者の左眼に集光する。

【００１９】この光による走査は、空間変調素子３５に
１フィールドまたは１フレームの画像が表示されている
短い期間に行われるので、この光を観察者の左眼８Ｌで
見ると、残像効果により空間変調素子３５を照らすバッ
クライトのように見えるので、観察者は左眼で左眼用画
像を知覚することができる。

【００２０】空間変調素子３５に右眼用画像が表示され
ている時も左眼用画像が表示されている時と同様に、常
に仮想光源９Ｒを通過するように発光領域３２Rを移動
し、そこから発した平行光が空間光変調素子３５を走査
することにより、観察者は右眼で右眼用画像を知覚でき
る。

【００２１】上記のような動作を高速で繰り返すことに
より観察者は、左眼で左眼用画像を右眼で右眼用画像を
見ることになり、両眼視差を利用した立体視をすること
ができる。

【００２２】観察者が移動すると、観察者の光学的な共
役位置も変化する。

【００２３】例えば図２（Ａ）のように光学的共役であ
る仮想光源９Ｌ，９Ｒが平行光発生装置３１の後ろに位
置する場合、発光領域３２から発する平行光の光線方向
延長上に、左眼の場合は仮想光源９Ｌを、右眼の場合は
仮想光源９Ｒを通るように、２Ｌａから２Ｌｂまでの発
光領域の移動と同時に射出角度を偏向し、空間変調素子
３５を走査するようにしている。

【００２４】また図２（Ｂ）のように、観察者の光学的
共役である仮想光源９Ｌ，９Ｒがほぼ平行光発生装置３
１の近くにある場合、発光領域３２の移動の幅は小さく
てよく、射出角度を偏向し、空間変調素子３５を走査す
る。

【００２５】本実施の形態の説明では観察者が前後に動
いた場合のみの説明であったが、観察者が左右に動いた
場合でも、観察者の左右眼付近の光学的共役位置を仮想
光源位置とし、それを平行光の光線方向が通るようにす
れば立体視できることは明らかである。

【００２６】また上記の実施の形態のように仮想光源３
９からの平行光が観察者側から見て左右方向のみ平行で
ある場合は、仮想光源３９を観察者側から見て前後方向
と左右方向だけの移動、つまり、観察者の前後左右の動
きに対応させることができる。この場合は、例えば図３
（Ａ）に示すように発光領域の位置制御を一方向のみの
走査にするだけで良い。

【００２７】さらに平行光が上下左右方向とも平行を保
つ場合、仮想光源３９は観察者側から見て前後左右方向
と上下方向へ移動することができ、観察者の前後左右
と、上下の動きに対応することができる。この場合は、
例えば図３（ｂ）に示すようにジグザグに走査するなど
して空間変調素子３５全体に射出光を入射することによ
り実現できる。

【００２８】また図４に示すように平行光を発する発光
領域を複数同時に点灯させることにより走査と同様の効
果を得ることも可能である。例えば、図に示すように１
ａから１ｆまでの発光領域から発したそれぞれの平行光
が仮想光源３９を通過するように制御するものである。

【００２９】次に、上記したように平行光の光線方向を
任意の方向へ制御する手段について説明する。

【００３０】図５には、この発明の実施の形態における
立体映像表示装置の概要を上方斜めから見た図である。
３１は、平行光発生装置であり、光源（例えば白色ＬＥ
Ｄ、ＬＤまたはＥＬ素子等の素子）が2次元配列された
光源配列基板３１０と、この光源配列基板３１０の前面
に配置された光学素子配列３１１とからなる。光学素子
配列３１１は、例えば焦点面を光源配列上に持ち、水平
方向へ屈折力を持つシリンドリカルレンズの列で構成さ
れている。なおこの部分はマイクロレンズ（光学素子）
が2次元配列されてなり、１つの発光素子よりも、上下
方向及びまたは左右方向へ広い面積を有するものであっ
てもよい。

【００３１】図６（Ａ），（Ｂ）は上記の立体映像表示
装置を上から見た図である。図６（Ａ）の状態は、光学
素子３１１ａ，３１１ｂの光軸中心に位置する発光素子
３１０ａ，３１０ｂが点灯している例であり、このとき
発光素子３１０ａ，３１０ｂから射出された光は、それ
ぞれ光学素子３１１ａ，３１１ｂにより平行光に変換さ
れて、光軸に対して平行に直進する。

【００３２】これに対して、図６（Ｂ）の点灯例は、光
学素子３１１ａ，３１１ｂの光軸中心からずれて位置し
た発光素子３１０ａ，３１０ｂが点灯している例であ
り、この場合は、図６（Ａ）の光線方向に対して角度θ
をもって平行光が進むことになる。このように光学素子
に対して、発光素子の位置を選択することにより光線方
向を種々の方向へ選択することができる。この原理を利
用して、先の実施の形態のように光線方向を制御し、常
に仮想光源３９を光りが透過するように制御することが
できる。例えば、圧電素子により、光源配列基板３１０
の位置を制御し光線方向を制御する。配列基板３１０を
ΔＸだけ平行移動することにより、平行光の射出角度を
Δθだけ変化させることができる。

【００３３】図６（Ａ），図６（Ｂ）の例は、１つの光
学素子（レンズ；光学部材）に対して、発光素子（ＬＥ
Ｄ）の位置を変えるのを機械的に行ったがこれに限るも
のではなく種々の実施形態が可能である。

【００３４】例えば、複数の位置の発光素子（ＬＥＤ；
発光部）を用意し、点灯する発光素子を選択することに
より光線方向を任意の方向に切換えるようにしてもよ
い。

【００３５】図７（Ａ）には、１つの光学素子３１１ａ
に対して複数の発光素子１０１、１０２，１０３、…が
対応している例を示している。そして射出方向を決める
場合には、これらの発光素子の中から射出角度を得られ
る適当なものが選択されて点灯される。このようにした
場合、さらに選択して点灯される発光素子の数を制御す
ることにより輝度制御を得ることも可能である。また発
光位置により平行光の出射方向が決まるので可動部分が
必要ない。また光源としては指向性を持つ光発生するこ
とができる光源を用いてもよい。

【００３６】図７（Ｂ）はこの発明のさらに他の実施の
形態である。この実施の形態は、平行光光源４１からの
光が回転多角形ミラー４２に照射される。この回転多角
形ミラー４２の回転角により、平行光の射出方向（光線
方向）を決めることができる。また光源の発光位置の制
御は、平行光光源４１と回転多角形ミラー４２との全体
がフレームなどで指示されて矢印の方向へ移動制御され
ることにより、発光位置制御を行うことができる。なお
先の実施の形態と同一部分には同一符号をふして説明は
省略する。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
表示装置全体の構成を大きくすることなく、観察者が眼
鏡無しで光学映像を立体視できる範囲を拡大することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の装置の一実施の形態を示す図。

【図２】この発明の装置の動作例を示す図。

【図３】この発明の他の実施の形態を示す図。

【図４】さらにこの発明の他の実施の形態を示す図。

【図５】この発明の装置の一実施の形態の基本構成を分
解して示す斜視図。

【図６】この発明の装置の動作原理の例を示す図。

【図７】同じくこの発明の装置の動作原理の例を示す図
及び他の動作原理を示す図。

【図８】従来の立体映像表示装置の説明図。

【符号の説明】

３１…平行光発生装置、３２…発光領域、３３…光源制
御手段、３４…集光手段、３５…空間変調素子、３６…
画像信号発生手段、３７…観察者位置検出手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H059 AA33 5C061 AA06 AA29 AB12 AB14 AB16 AB17 AB24 5C082 BA41 BA47 CA81 CB01 MM04 MM10 5C094 AA12 AA15 BA16 BA41 CA21 ED20 FA10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光領域を移動制御することができる平
   行光発生装置と、前記平行光発生装置の前記発光領域か
   らの平行光を観察者の特定の眼に集光させるための集光
   手段と、前記集光手段の光学路の途中に設けられ映像信
   号により光を変調する空間光変調素子と、前記観察者の
   位置に応じて前記平行光発生装置の前記発光領域の位置
   を制御し、前記平行光が前記観察者の特定の眼に集光す
   るのを維持させる光源制御手段とを有し、 前記平行光発生装置から射出する平行光が常に同じ領域
   である仮想光源を透過するように、前記発光領域の移動
   に伴い前記平行光の光線方向も制御する光線方向制御手
   段を設けたことを特徴とする立体映像表示装置。
2. 【請求項２】 任意の発光領域から任意の方向にほぼ平
   行な光を発する平行光発生装置と、 前記発光領域の位置と該発光領域から発する光線方向を
   制御する光源制御手段と、 前記光線方向を制御された光を観察者の左右の眼それぞ
   れに集光させる集光手段と、 画像信号により前記光を変調する空間光変調素子と、 前記空間光変調素子に与える画像信号を発生する画像信
   号発生手段と、 前記観察者の位置を検出しそれに応じた信号を前記光源
   制御手段に与える観察者検出手段とを具備したことを特
   徴とする立体映像表示装置。
3. 【請求項３】 前記空間光変調素子に１フィールドまた
   は１フレームの画像が表示されている期間に、前記発光
   領域の位置と該発光領域から発した光の射出方向とを制
   御して該空間光変調素子を走査するようにしたことを特
   徴とする請求項１または２のいずれかに記載の立体映像
   表示装置。
4. 【請求項４】 前記光源制御手段は、前記観察者位置検
   出手段の検出結果に応じて、前記発光領域からの光が前
   記観察者の眼と光学的に共役な位置を通過するように、
   前記発光領域の位置及び光線方向を制御することを特徴
   とする請求項２または３のいずれかに記載の立体映像表
   示装置。
5. 【請求項５】 前記平行光発生装置は、発光・消光の制
   御が個々に可能な複数の発光部を有する発光手段と、該
   発光手段からの光をほぼ平行にし、かつ発光部からの相
   対位置により射出方向を変化させる光学部材からなる複
   数または単数の光学装置とで構成されることを特徴とす
   る請求項２または３のいずれかに記載の立体映像表示装
   置。
6. 【請求項６】 前記平行光発生装置はほぼ平行な光を発
   生する平行光光源と、該平行光光源から発した光を反射
   偏向する回転多角形ミラーと、該回転多角形ミラーの位
   置を制御する位置制御装置とからなることを特徴とする
   請求項２または３のいずれかに記載の立体映像表示装
   置。