JP2001091897A - 反射集光型立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】複数観察者対応可能のコンパクトな立体画像表
示装置の提供。 【解決手段】光源発光部２０の光はハーフミラー３０で
透過光７０と反射光７１に分割、各個に液晶パネル４
０、４１を正面から照射する。液晶パネル４０、４１は
それぞれ透過光７０、反射光７１を変調し、観察者の右
眼と左眼用の差像パタン光７２と７３を形成する。平面
反射ミラー５２の方向は光源発光部２０の光が該ミラー
３０の透過・反射を経て、フレネルレンズ５０と平面反
射ミラー５２で右眼１０に反射集光すべく調整される。
平面反射ミラー５３の方向は光源発光部２０の光がミラ
ー３０の反射・透過を経て、フレネルレンズ５１と平面
反射ミラー５３で左眼１１に反射集光すべく調整され
る。ミラー３０を経て観察者の右眼１０には右眼用視差
像パタン光７２、左眼１１には左眼用視差像パタン光７
３が入り、立体像が見られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数観察者に対応
可能のコンパクトな眼鏡なし立体画像表示装置に関す
る。

【０００２】

【背景技術及び発明が解決しょうとする課題】眼鏡を用
いない立体ディスプレイとしてはレンチキュラ方式やパ
ララックス方式がよく知られているが、分解能が低いと
観察者の移動に対応しにくい問題がある。

【０００３】これらの問題を解決可能な方式としては、
「Ｊ．Ｒ．Ｍｏｏｒｅ、Ｎ．Ａ．Ｄｏｄｇｓｏｎ、Ａ．
Ｒ．Ｌ．Ｔｒａｖｉｓ、Ｓ．Ｒ．Ｌａｎｇ、Ｔｉｍｅ
ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ｃｏｌｏｒ ａｕｔｏｓｔｅ
ｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ、Ｐｒｏｃ。ＳＰ
ＩＥ．２６５３−０１」に述べられているような時分割
方式がある。これは図１１に示すように、高速ＣＲＴ９
０１に表示される視差像を、液晶シャッターアレイ９０
２を近接したレンズ９０４で結像し、結像面にフレネル
レンズ９０３を配置したものである。液晶シャッターア
レイ９０２はフレネルレンズ９０３によって結像し、そ
の結像位置に複数の観察ゾーン９０５が形成され、液晶
シャッターアレイ９０２の順次開閉に対応して異なる視
差像を高速ＣＲＴ９０１に表示すれば、観察者は複数の
観察ゾーン９０５を利用して移動しながら立体画像を見
ることができる。しかし、この方式はレンズ９０４で結
像した視差像を見せるため、レンズ収差による影響を受
け、質の高い立体像を得ることは困難である。

【０００４】結像の代わりに液晶パネルを用いたものも
多数提案されている。この種の立体ディスプレイの例て
しては、特開平７−１５９７２３に開示された方法があ
る。これは図１２に示すように、透過型液晶パネル９１
１と、バックライト光源として用いる２Ｄディスプレイ
９１２を二組用い、観察者の半顔を赤外ランプ９１５に
より照明し、赤外カメラ９１６で撮影する。この方法に
よれば、それぞれの透過型液晶パネル９１１に左右の視
差像を表示し、撮影される観察者の白黒画像とその色を
逆した像をそれぞれの２Ｄディスプレイ９１２に表示す
れば、複数の観察者が移動しながら立体像を見ることが
出来る。

【０００５】また、特開平９−２３６８８０に開示され
た方法は、図１３に示すように、透過型液晶パネル９２
１、バックライト光源９２２、フレネルレンズ９２３二
組とハーフミラー９２４を用いるが、検出装置９２５に
よって検出した観察者の位置に対応した視差像を表示す
るため、運動視差に伴う立体視の表示が可能である。

【０００６】これらの方法では、観察者がフレネルレン
ズに近接した液晶パネルを観察するため、画像の歪みは
ほとんどないが、二つの液晶パネルがそれぞれ独立のバ
ックライト光源を必要とし、かつ、バックライト光源を
液晶パネルから離れて設ける必要があるため、二つのバ
ックライト光源を用いることによりシステムの体積が大
きくなり、費用も高くになる。

【０００７】二つのバックライト光源を一つにしたもの
として、例えば特開平９−１４９４３３に開示された立
体ディスプレイがある。これは図１４に示すように、二
つの液晶パネル９３１のバックライト光路をそれぞれ反
射鏡９３６で反射させ、ハーフミラー９３４で合成す
る。しかし、この方法はシステムの体積を小さくするこ
とが出来ない。

【０００８】また、特開平８−１６０３５４では一つの
バックライトと一つの２種類の偏光画素を有する液晶パ
ネルを用るものを開示している。これは図１５に示すよ
うに、一つの液晶パネル９４１に異なる偏光光源９５
２、９６２にそれぞれ対応する２種類の偏光画素９５
１、９６１を配列する。偏光光源９５２、９６２を左右
の眼に入射するようにすれば、偏光画素９５１、９６１
に表示する左右の視差像はそれぞれ左右の眼に入ること
ができる。このシステムはコンパクトであるが、一つの
液晶パネルの画素を分けて二つの視差像を表示するた
め、表示される立体像の画質が半減してしまう。

【０００９】本発明は、上述した従来の課題を解決し、
安価、高画質、コンパクトの複数観察者対応可能の立体
画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】本発明の立体画像表示装
置の１態様によれば、光源と、該光源の光を透過光と反
射光に分けるハーフミラーと、前記透過光を変調し第１
の視差像の鏡像のパタン光を形成する第１の空間変調素
子と、該第１の視差像の鏡像のパタン光を反射集光しハ
ーフミラーの反射を経て観察者の一方の眼に対応する観
察ゾーンに導く第１の反射集光手段と、前記反射光を変
調し第２の視差像のパタン光を形成する第２の空間変調
素子と、該第２の視差像のパタン光を反射集光しハーフ
ミラーの透過を経て観察者の他方の眼に対応する観察ゾ
ーンに導く第２の反射集光手段とを有することを特徴と
する。

【００１１】本発明によれば、二つの空間変調素子によ
って形成された左右両眼の視差像に基づいて立体像を表
示するとき、ハーフミラーと二つの反射集光手段を用い
ることで一つの光源で二つの空間変調素子を照射でき、
それぞれの空間変調素子で形成されたパタン光を異なる
観察ゾーンに反射集光できる。この異なる観察ソーンに
左右眼をそれぞれ置けば、立体視が可能である。一つの
光源が二つの空間変調素子を照射し、左右の眼に反射集
光するため、左右の眼に独立の空間変調素子を有し、高
画質の立体像を表示可能でありながら、装置全体がコン
パクトである。

【００１２】ここで、空間変調素子を透過型液晶パネル
や反射型液晶パネルなどとすることができる。また、こ
こで用いる透過型液晶パネル、反射型液晶パネルは、視
野拡大するための手段例えば、拡散フィルターや拡散反
射電極などを有しないことが好ましい。

【００１３】空間変調素子が透過型液晶パネルである場
合、反射集光手段は集光レンズと平面反射ミラーを有す
ることができる。二重像を防ぐため、集光レンズを液晶
パネルの前に設け、平面反射ミラーを液晶パネルの後に
密接して設けたほうが好ましい。空間変調素子が反射型
液晶パネルの場合、反射集光手段は集光レンズと反射型
液晶パネルの後基板の内側の反射板とすることができ
る。この場合、反射板は反射電極であってもよい。

【００１４】集光レンズは重量軽減のためフレネルレン
ズであることが好ましい。この場合、表面反射を防止す
るため、フレネルレンズの加工面を外向きにし、非加工
面（平面）を液晶パネルに張り付けたほうが好ましい。
集光レンズ表面に防反射処理を施してもよい。

【００１５】さらに、反射集光手段としては液晶パネル
の後に密接する同じ焦点を有する小凹面鏡の配列であっ
てもよい。二重像を防ぐため小凹面鏡の反射面は液晶パ
ネルの後基板の内側にあることが好ましい。小凹面鏡は
凹面に形成される反射型液晶パネルの反射電極であって
もよい。

【００１６】光源としては蛍光灯、電球、ＬＥＤなどの
単一発光部を有する光源、又は配列、２Ｄディスプレイ
例えばＬＥＤアレイ、白黒液晶ディスプレイ、ＣＲＴな
ど複数の発光部を提供可能な光源を用いることができ
る。２Ｄディスプレイを光源として用いた場合は複数の
画素を光らせば１発光部として機能することができる。

【００１７】本発明において、ハーフミラーに反射され
る前記第１の反射集光手段の光軸と、ハーフミラーを通
過する第２の反射集光手段の光軸が一致しないように該
第１の反射集光手段及び第２の反射集光手段を配置する
ことができる。

【００１８】例えば、ハーフミラーに反射される第１の
反射集光手段の光軸の方向とハーフミラーを通過する第
２の反射集光手段の光軸の方向をずらして第１の反射集
光手段及び第２の反射集光手段を配置すると、ハーフミ
ラーを経て一つの発光部の光は第１の反射集光手段、第
２の反射集光手段により異なる場所に反射集光すること
ができる。

【００１９】また、例えば、ハーフミラーに反射される
第１の反射集光手段の光軸の位置とハーフミラーを通過
する第２の反射集光手段の光軸の位置を横方向ずらして
第１の反射集光手段及び第２の反射集光手段を配置する
と、ハーフミラーを経て一つの発光部の光は第１の反射
集光手段、第２の反射集光手段により異なる場所に反射
集光することができる。

【００２０】これらの場合、一つの発光部の光は二つの
空間変調素子により左右の視差像パタン光に変調され、
それぞれ異なる場所に反射集光するため、観察者が左右
の眼を上記異なる場所に置けば、左右の視差像パターン
光がそれぞれ入り、立体視が成立する。一つの発光部で
左右の視差像パターン光を提供できるので、安価、且つ
シンプルなシステムが可能になる。

【００２１】また、本発明において、前記光源は少なく
とも一つの第１の偏光を発する発光部と該偏光と異なる
少なくとも一つの第２の偏光を発する発光部を有し、前
記第１の空間変調素子は前記第１及び第２の偏光の、一
方の偏光のみ通過可能の偏光板を有し、前記第２の空間
変調素子は他方の偏光のみ通過可能の偏光板を有するこ
とができる。

【００２２】光源は少なくとも一つの異なる偏光を発光
する偏光発光部ペアを有し、二つの空間変調素子は異な
る透過軸の偏光板を有するため、二つの空間変調素子は
それぞれ異なる偏光板を通過する異なる偏光発光部から
の偏光のみを変調し、左右の視差像パタン光を形成す
る。異なる偏光発光部はハーフミラーを経て、二つの反
射集光手段により異なる位置にある観察者の左右の眼に
集光するように位置調整すれば、左右の視差像パターン
光が左右の眼に入り、立体視が成立する。この場合、二
つの偏光発光部の異なる偏光を左右二つの眼にそれぞれ
集光させるには、偏光発光部の位置を調整すればよい。
発光部の位置調整は反射集光手段やハーフミラーの位置
調整より容易であるのが利点である。二つの異なる偏光
発光部を有する光源としては例えばそれぞれの発光部に
異なる偏光板を付けて用いることができる。また、例え
ば１枚の偏光板のみを有する白黒液晶ディスプレイを用
いることができる。出力信号がないとき、画面から一つ
の偏光が放出されるが、出力するときは出力部の画面の
みが異なる偏光が放出され、二つの異なる偏光発光部が
形成される。

【００２３】本発明では、１発光部（又は１偏光発光部
ペア）で１ペアの立体視の観察ゾーンを形成するため、
複数の発光部（又は複数の偏光発光部ペア）を発光させ
ると、複数ペアの立体視の観察ゾーンを提供でき、複数
の観察者に対応できる。また、複数の発光部（又は複数
の偏光発光部ペア）を横方向に配列して高速で順次発光
し、第１の空間変調素子及び第２の空間変調素子は発光
する発光部に対応する視差像の鏡像及び視差像をそれぞ
れ変調して高速形成すれば、横方向位置に連続の立体視
の観察ゾーンペアが時分割で形成され、眼の残像現象に
より観察者が移動しながら連続の三次元画像を見ること
ができる。

【００２４】また、観察者の位置を検出する検出装置を
設けて、複数発光部（又は複数の偏光発光部ペア）から
観察者の位置に対応する観察ゾーンを提供可能のものを
選んで発光させることができる。こうすると、観察者が
動いても、それに追従して光源位置が変更されるので、
二つの空間変調素子によって形成される視差像の鏡像パ
タン光と視差像パタン光が常に観察者の両眼に別々に入
射される。観察位置を追従する立体表示が可能になる。
また、この場合、検出する観察者の現在位置に応じた観
察ゾーンの視差像の反射像パタン光及び視差像パタン光
を形成すれば、観察者が回り込んで連続の三次元画像を
見ることが可能になる。

【００２５】ここで、観察者の位置を検出する検出装置
はカメラや磁気位置センサーなどの位置検出装置を用い
ることができるが、観察者を照射する赤外線光源と観察
者を撮影する赤外線カメラを用いることが好ましい。

【００２６】以上述べた装置において、反射側の空間変
調素子は裏表を逆にして設けることが好ましい。こうす
ると、視差像信号を出力すれば本立体画像表示装置に必
要の視差像の鏡像を得ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の１実施形態を示す
説明図である。図１には、観察者の右眼１０に右眼対応
の視差像、左眼１１に左眼対応の視差像をそれぞれ表示
するための立体表示装置が図示されている。図１におい
て、ハーフミラー３０と、光源例えば発光部２０を有す
る蛍光灯２１、第１の空間変調素子例えば液晶パネル４
０、第２の空間変調素子例えば液晶パネル４１、第１の
反射集光手段例えばフレネルレンズ５０と平面ミラー５
２、第２の反射集光手段例えばフレネルレンズ５１と平
面ミラー５３を有する。

【００２８】図２は図１の平面図である。蛍光灯２１の
発光部２０の光はハーフミラー３０によって透過光７０
と反射光７１に分割され、それぞれ液晶パネル４０及び
４１を正面から照射する。液晶パネル４０は透過光７０
を変調し、観察者の右眼用視差像の反射像パタン光７２
を形成する。液晶パネル４１は反射光７１を変調し、観
察者の左眼用視差像パタン光７３を形成する。本実施形
態では、液晶パネル４０、４１の後ろに密接してそれぞ
れ平面反射ミラー５２、５３が設けられ、前にそれぞれ
フレネルレンズ５０、５１が設けられている。

【００２９】ハーフミラー３０に反射されるフレネルレ
ンズ５０と平面ミラー５２からなる第１の反射集光手段
の光軸５００（白線）を右側に傾き、ハーフミラー３０
を通過するフレネルレンズ５１と平面ミラー５３からな
る第２の反射集光手段の光軸５１０（白線）を左側に傾
くようにすることにより、液晶パネル４０で形成した右
眼用視差像パタン光７２を右側の観察ゾーンに、液晶パ
ネル４０で形成した左眼用視差像パタン光７３を左側の
観察ゾーンにそれぞれ集光でき、観察者が左右の眼をそ
れぞれの対応観察ゾーンにおけば、立体像を見ることが
できる。

【００３０】本実施例では、フレネルレンズや液晶パネ
ルと平面反射ミラーは平行しているが、必ず平行しなく
ても良い。平面反射ミラーのみ傾く場合でも、反射集光
手段の光軸が傾く。しかし、二重像防止のため、液晶パ
ネルは平面反射ミラーに平行かつ密接して設けたほうが
好ましい。また、第１、第２の反射集光手段の光軸の傾
き方向が図示されているが、光軸の傾き方向もこれに限
るものではない。例えば、ハーフミラー３０に反射され
るフレネルレンズ５０と平面ミラー５２からなる第１の
反射集光手段の光軸５００（白線）を左側に傾き、ハー
フミラー３０を通過するフレネルレンズ５１と平面ミラ
ー５３からなる第２の反射集光手段の光軸５１０（白
線）を右側に傾くようにする場合、液晶パネル４０は観
察者の左眼用視差像の反射像パタン光７２を形成し、液
晶パネル４１は観察者の右眼用視差像パタン光を形成す
れば。同様に立体視が可能である。

【００３１】図３は図２の実施の形態の変形例である。
図３に示す実施の形態と図２の実施の形態との違いは、
光軸の方向ではなく、位置をずらしたことである。ハー
フミラー３０に反射されるフレネルレンズ５０と平面ミ
ラー５２からなる第１の反射集光手段の光軸５００（白
線）の位置が右側に位置し、ハーフミラー３０を通過す
るフレネルレンズ５１と平面ミラー５３からなる第２の
反射集光手段の光軸５１０（白線）の位置が左側に位置
するようにすることにより、液晶パネル４０で形成した
右眼用視差像パタン光７２を右側の観察ゾーンに、液晶
パネル４０で形成した左眼用視差像パタン光７３を左側
の観察ゾーンにそれぞれ集光でき、観察者が左右の眼を
それぞれの対応観察ゾーンにおけば、立体像を見ること
ができる。

【００３２】本実施例では、第１、第２の反射集光手段
の光軸の相対位置が図示されているが、光軸の相対位置
はこれに限るものではない。例えば、ハーフミラー３０
に反射されるフレネルレンズ５０と平面ミラー５２から
なる第１の反射集光手段の光軸５００（白線）を左に位
置し、ハーフミラー３０を通過するフレネルレンズ５１
と平面ミラー５３からなる第２の反射集光手段の光軸５
１０（白線）を右側に位置するようにしても、液晶パネ
ル４０は観察者の左眼用視差像の反射像パタン光７２を
形成し、液晶パネル４１は観察者の右眼用視差像パタン
光を形成すれば。同様に立体視が可能である。

【００３３】図４（図５）は図２の実施の形態のさらな
る変形例である。図４（図５）に示す実施の形態と図２
に示す実施の形態との異なる点は、入射面側の偏光板の
透過軸の方向を特定する必要の無い液晶パネル４０、４
１の変わりに、入射面側の偏光板の透過軸の方向が互い
に直交するような液晶パネル４２、４３を用いること
と、光源は一つの蛍光燈の変わりに二つの蛍光燈を用
い、それぞれの蛍光燈の前に液晶パネル４２の偏光板の
透過軸と一致する透過軸を持つ偏光板と、液晶パネル４
３の偏光板の透過軸と一致する透過軸を持つ偏光板を設
けて形成した、偏光発光部２６と偏光発光部２８を有す
ることである。

【００３４】図４に図示ように、偏光発光部２６からの
光はハーフミラー３０によって透過光６０と反射光６１
に分割される。透過光６０の偏光成分は液晶パネル４２
の入射側の偏光板の透過軸と一致するため、液晶パネル
４２により視差像パタン光６２に変調され、フレネルレ
ンズ５０と反射ミラー５２によって右眼に反射集光され
る。反射光６１の偏光成分は液晶パネル４３の入射側の
偏光板の透過軸と直交するため、この偏光板によって遮
断される。

【００３５】また、図５に示すように、偏光発光部２８
からの光はハーフミラー３０によって透過光８０と反射
光８１に分割される。透過光８０の偏光成分は液晶パネ
ル４２の偏光板の透過軸と直交するため、この偏光板に
よって遮断される。反射光８１の偏光成分は液晶パネル
４３の偏光板の透過軸と一致するため、液晶パネル４３
により視差像パタン光８３に変調され、フレネルレンズ
５１と反射ミラー５３によって左眼に反射集光される。
このため、右眼には右眼視差像、左眼には左眼視差像を
見ることができる。

【００３６】ここで、偏光発光部２６，２８は通常の光
源発光部に異なる偏光板を付けて形成したが、１枚の偏
光板のみを有する白黒液晶ディスプレイを用いることも
できる。この場合出力信号がない画面部分は液晶パネル
４２，４３の中の一つ例えば液晶パネル４２の偏光板の
透過軸と一致する偏光を放出し、出力信号がある画面部
分は液晶パネル４２，４３の中のもう一つ例えば液晶パ
ネル４３の偏光板の透過軸と一致する偏光を放出するた
め、異なる偏光の偏光発光部を形成できる。

【００３７】図６は図１の実施の形態の配置方式を変形
例である。ハーフミラーの方向を変え、二枚の液晶パネ
ルを奥と下側に設け、蛍光灯２１を上側に設ける。この
場合も図にと同様に、ハーフミラー３０に反射されるフ
レネルレンズ５０と平面ミラー５２からなる第１の反射
集光手段の光軸を右側に傾き、ハーフミラー３０を通過
するフレネルレンズ５１と平面ミラー５３からなる第２
の反射集光手段の光軸を左側に傾くようにすることによ
り、液晶パネル４０で形成した右眼用視差像パタン光７
２を右側の観察ゾーンに、液晶パネル４０で形成した左
眼用視差像パタン光７３を左側の観察ゾーンにそれぞれ
集光でき、観察者が左右の眼をそれぞれの対応観察ゾー
ンにおけば、立体像を見ることができる。

【００３８】図６は、図２のような奥側と左側による反
射集光の配置を奥側と下側による反射集光に変えたが、
同様にして、奥側と上側による反射集光、奥側と右側に
よる反射集光に変えてもよい。

【００３９】図７は図２の光源を複数用いた場合を示
す。図２の構造では、蛍光灯位置を奥方向に移動すれ
ば、観察者の最適観察位置は右に移動し、蛍光灯位置を
手前に移動すれば、観察者の最適観察位置は左に移動す
る。従って、蛍光灯２１を奥と手前の二つの位置にそれ
ぞれ設置すれば、右と左で二人の観察者が同時に立体像
を見ることができる。複数の発光部を用いれば、複数の
観察者に対応することができる。同様に、図３の実施例
も複数の発光部用いれば、複数の観察者に対応すること
ができ、図４の実施例では複数の偏光発光部ペア用いれ
ば、複数の観察者に対応することができる。

【００４０】さらに、図７に示す立体画像表示装置につ
いて、二つの蛍光燈２１を高速発光可能な光源例えば二
つのＬＥＤに変え、視差像表示用の液晶ディスプレイ４
０、４１は高速表示可能のものに変えると、上記二つの
ＬＥＤを高速に順次発光することにより２ペアの観察ゾ
ーンが時分割で形成される。つまり、四つの連続の単眼
観察ゾーンが形成される。それらの四つの観察ゾーンの
位置に対応した視差像パタン光を液晶パネル４０、４１
により時分割で形成すれば、頭が移動しながら連続の立
体像を見ることができる。この方式の利点は、四つの連
続の単眼観察ゾーンを形成するには、２時分割で可能で
あり、液晶パネルは二次元表示するときの倍の表示速度
があれば、四つの観察ゾーンより二次元表示時と同じ速
度の動画を三次元的に観察することができる。また、こ
こでは２ペアの観察ゾーンを時分割で形成しているが、
さらに多数の発光部を高速時分割で発光させ、それに対
応した高速の液晶パネルで視差像パタン光を生成すれ
ば、より多くの視差像観察ゾーンを作り出すことができ
る。

【００４１】図３の実施の形態（又は図４の実施の形
態）の場合でも、複数の発光部（又は偏光発光部ペア）
を時分割で表示し、それに対応した高速液晶パネルで視
差像パタン光を生成すれば、上記の時分割表示が可能で
あることは、同業者が簡単に理解できるため、詳細の説
明を省略する。

【００４２】ここで、光源としては上下方向が長いＬＥ
Ｄが図示されているが、上下方向に短いものを用いる場
合、上下方向の拡散板を液晶パネルの近傍に取り付けれ
ばよい。また、光源としてはＬＥＤのほか、高速の白黒
液晶ディスプレイ、高速白黒ＣＲＴなど他の複数の発光
部を提供可能のものを用いることができる。高速白黒液
晶ディスプレイは例えば強誘電導液晶ディスプレイ、反
強誘電導液晶ディスプレイなどの高速の液晶ディスプレ
イを用いることができる。

【００４３】図８は、観察者の位置が変わる場合、それ
に追従して左右の視差像を左右の眼に表示する実施の形
態を示す。図８に示す立体画像表示装置は、図１に示す
実施の形態との違いは、図１の一つの発光部を有する蛍
光灯２１を複数の発光部を提供可能の面光源例えば白黒
液晶ディスプレイ２３に変え、観察者の位置検出装置例
えばカメラ０１と、カメラ０１で検出した観察者の位置
に基いて白黒液晶ディスプレイ２３の発光部位置を制御
する制御部０２を設けたことである。

【００４４】こうすると、観察者の位置はカメラ０１で
常に監視されている。このカメラ０１での検出結果に基
づき、観察者の位置が変化した場合には、発光位置制御
部０２により白黒液晶ディスプレイ２３の中から該観察
者の左右の眼に反射集光可能の発光部２０をそれぞれ選
択して発光させる。この結果、観察者の位置が変化して
も、左右の眼に左右視差像を常に入射させることができ
る。

【００４５】この場合、複数観察者がいれば、複数観察
者の位置が検出され、それらの位置に対応して白黒液晶
ディスプレイ２３の複数の部分が発光することにより、
複数観察者が移動しながら立体像を見ることができる。

【００４６】また、この場合、検出する移動中の観察者
の現在位置から見えうる視差像の反射像パタン光と視差
像パタン光を液晶パネル４０，４１で形成すれば、高速
液晶パネルを用いることなく、一人の観察者に回り込ん
で見える連続の三次元画像を表示することが可能であ
る。さらに、図９に示すように、液晶パネル４０，４１
を高速液晶パネルを用い、複数の観察者位置に対応した
白黒液晶ディスプレイ２３の複数発光部を時分割で発光
させると、複数発光部を時分割発光に対応して液晶パネ
ル４０，４１に右眼用視差像の反射像パタン光７２と左
眼用視差像パタン光７３を時分割で形成すれば、複数の
観察者に回り込んで見える連続の三次元画像を表示する
ことが可能である。

【００４７】ここで、光源は白黒液晶ディスプレイを用
いたが、ＬＥＤアレイ、ＣＲＴなど他の複数の発光部を
提供可能のものを用いてもよい。また、観察者の位置検
出装置としてはカメラを用いたが、観察者を照射する赤
外線光源と赤外線カメラを用いることは好ましい。ま
た、他の位置検出装置例えば磁気位置センサーなどを用
いることもできる。

【００４８】図３の実施の形態の場合でも、光源を複数
の発光部を提供可能の面光源例えば白黒液晶ディスプレ
イ２３に変え、観察者位置検出装置例えばカメラ０１
と、カメラ０１で検出した観察者の位置に基いて白黒液
晶ディスプレイ２３の発光部位置を制御する制御部０２
を設ければ、カメラ０１での検出結果に基づき、発光位
置制御部０２により白黒液晶ディスプレイ２３の中から
該観察者の左右の眼に反射集光可能の部分をそれぞれ選
択して発光させることにより、追尾観察者の位置が変化
しても、左右の眼に左右視差像を常に入射させることが
できる。上記の追従表示が可能である。

【００４９】図１０には図４の偏光を利用する方式の複
数観察者追尾に変形した場合を示す。右眼用液晶パネル
４２と左眼用液晶パネル４３は図４と同じように入射面
側の偏光板の透過軸が互いに直交する。光源としては、
パックライト側のみに右眼用液晶パネル４２の偏光板の
透過軸と同じ透過軸を持つ偏光板を有する液晶ディスプ
レイ２４を用いる。また、観察者位置検出装置例えばカ
メラ０１と、カメラ０１で検出した観察者の位置に基い
て白黒液晶ディスプレイ２４の偏光発光位置を制御する
制御部０２が設けられている。カメラ０１で検出した二
人の観察者位置に基き、制御装置０２は二人の観察者の
左眼位置を割り出し、液晶ディスプレイ２４の画面から
光が左眼位置に反射集光される部分２８を選び、出力信
号を与える。そうすると、液晶ディスプレイ２４の部分
画面２８は液晶パネル４３の偏光板の透過軸と一致する
第２の偏光成分を放出する。この偏光は液晶パネル４３
の偏光板を通過でき、液晶パネル４２の偏光板を通過で
きないため、液晶パネル４３によって変調され、左眼用
視差像パタン光８３が各観察者の左眼に入る。その他の
液晶ディスプレイ２４の画面はすべて第１の偏光を放出
し、この偏光は液晶パネル４２の偏光板を通過でき、液
晶パネル４３の偏光板を通過できないため、液晶パネル
４２によって変調され、右眼用視差像パタン光６２が各
観察者の右の眼にそれぞれ入る。観察者が移動しても立
体画像を見ることができる。また、この場合も観察者の
位置に対応した視差像を表示すれば、観察者は回り込ん
で三次元画像を見ることができる。

【００５０】以上に述べたすべての実施の形態におい
て、反射集光手段は、フレネルレンズと平面鏡を用いる
が、フレネルレンズを用いれば重量軽減が可能である
が、フレネルレンズの代わりに他の集光レンズを用いて
もよい。また、レンズ面は光を反射するので、レンズ面
に反射防止処置をしてもよい。また、反射集光手段とし
ては、ほかにも例えば面状に配置される複数の小凹面鏡
アレイ、ＨＯＥ（ホログラフィックス光学素子）などの
集光可能のものを用いることができる。面状に配置され
る複数の小凹面鏡を用いる場合、二重像を防止するた
め、面状に配置される複数の小凹面鏡の反射面は液晶パ
ネルに密着して設けても、液晶基板の内側に設けてもで
きる。また、電極を小凹面鏡に加工して用いてもよい。

【００５１】視差像を表示するための液晶パネル（又は
反射型液晶パネル）は、横方向の光拡散手段例えば拡散
フイルム（又は拡散電極）を有しないものを用いること
が好ましい。さらに、視差像のパタン光を形成しハーフ
ミラーの反射を経て観察者の眼に届く、側面の液晶パネ
ルは裏表を逆にして設けた方が好ましい。こうすれば、
鏡像を簡単に得ることが出来る。

【００５２】光源は、蛍光灯、ＬＥＤなど単一発光部を
有するものと白黒ディスプレイ、ＬＥＤアレイ、白黒Ｃ
ＲＴなど複数の発光部を有するものを用いることができ
る。また、偏光を利用する方式の光源としては、バック
ライト側の１枚の偏光板のみを有する白黒液晶ディスプ
レイを用いることが好ましい。こうすると、表示信号で
観察者の一方の眼に対応する画面部分のみある偏光成分
の偏光を放出し、他の画面部分は別の偏光成分の偏光を
放出できるので、二種類の異なる偏光を発光する偏光発
光部を作り出すことが可能であり、それらの位置を移動
されることも簡単である。

【００５３】反射集光の原理を説明しやすいように、上
記の実施形態の配置として、第１反射集光手段及び第１
の光学変調素子を左側に、第２反射集光手段及び第２の
光学変調素子を奥側に配置したが、上記すべての実施形
態において、ハーフミラーの向きを変えれば、第１反射
集光手段及び第１の光学変調素子と、第１反射集光手段
及び第１の光学変調素子をそれぞれ下側と奥側、又は上
側と奥側、又は右側と奥側に配置することができる。さ
らに、横の視野が広く取れる観点から、下側と奥側、又
は上側と奥側の配置が好ましい

【００５４】以上、本発明についての実施の形態につい
て説明したが、本発明はそれらに限定されるものではな
く、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施の形態の概略図

【図２】図１の実施の形態の反射集光方式を説明する平
面図

【図３】図２の実施の形態の反射集光方式を変更した変
形例

【図４】図２の実施の形態の反射集光方式を変更した他
の変形例

【図５】図２の実施の形態の反射集光方式を変更した他
の変形例

【図６】図１の実施の形態の配置を変更した変形例

【図７】図２の実施の形態を複数観察者対応に変更した
変形例

【図８】図２の実施の形態を追従型に変更した変形例

【図９】図２の実施の形態を複数観察者追従型に変更し
た変形例

【図１０】図４の実施の形態を複数観察者追従型に変更
した変形例

【図１１】従来の方式である時分割方式の原理図

【図１２】従来の方式であるバックライト方式の原理図

【図１３】従来の方式である運動視差に伴う表示可能の
バックライト方式

【図１４】従来の方式である単一バックライト光源方式
の原理図

【図１５】従来の方式である偏光を利用する方式の原理
図

【符号の説明】

０１ 観察者の位置検出装置として用いたカメラ ０２ 発光位置制御装置 １０ 観察者の右眼 １１ 観察者の左眼 ２０ 光源の発光部 ２１ 光源といて用いた蛍光灯 ２３ 光源として用いた白黒液晶ディスプレイ ２４ 偏光光源として用いる一枚の偏光板のみを有する
白黒液晶ディスプレイ ２６ 第１の偏光を放出する偏光発光部 ２８ 第２の偏光を放出する偏光発光部 ３０ ハーフミラー ４０ 第１空間変調素子として用いた右眼用液晶パネル ４１ 第２空間変調素子として用いた左眼用液晶パネル ４２ 入射面偏光板の透過軸が左眼用液晶パネルのと垂
直する右眼用液晶パネル ４３ 入射面偏光板の透過軸が右眼用液晶パネルのと垂
直する左眼用液晶パネル ５０ 第１の反射集光手段の集光手段としても用いた右
眼用フレネルレンズ ５１ 第２の反射集光手段の集光手段としても用いた左
眼用フレネルレンズ ５２ 第１の反射集光手段の反射手段としても用いた右
眼用反射ミラー ５３ 第２の反射集光手段の反射手段としても用いた左
眼用反射ミラー ５００ 第１の反射集光手段の光軸 ５１０ 第２の反射集光手段の光軸 ７０ ハーフミラーを透過する透過光 ７１ ハーフミラーに反射される反射光 ７２ 右眼用パターン光 ７３ 左眼用パターン光 ６０ ハーフミラーを透過する第１の偏光発光部の透過
光 ６１ ハーフミラーに反射される第１の偏光発光部の反
射光 ６２ 第１の偏光のパターン光 ８０ ハーフミラーを透過する第２の偏光発光部の透過
光 ８１ ハーフミラーに反射される第２の偏光発光部の反
射光 ８３ 第２の偏光のパターン光 ９０１ 高速ＣＲＴ ９０２ 液晶シャッターアレイ ９０３ ９１３、９２３、９３３ フレネルレンズ ９０４ レンズ ９０５ 観察ゾーン ９１１、９２１、９３１ 透過型液晶パネル ９１２ ２Ｄディスプレイ ９１４、９２４、９３４ ハーフミラー ９１５ 赤外ランプ ９１６ 赤外線カメラ ９２２，９３２ バックライト ９２５ 検出装置 ９３６ 反射鏡 ９４１ ２種類の偏光画素を有する液晶パネル ９５１、９６１ 偏光画素 ９５２、９６２ 偏光光源

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 該光源の光を透過光と反射光に分けるハーフミラーと、 前記透過光を変調し第１の視差像の鏡像のパタン光を形
   成する第１の空間変調素子と、 該第１の視差像の鏡像のパタン光を反射集光しハーフミ
   ラーの反射を経て観察者の一方の眼に対応する観察ゾー
   ンに導く第１の反射集光手段と、 前記反射光を変調し第２の視差像のパタン光を形成する
   第２の空間変調素子と、 該第２の視差像のパタン光を反射集光しハーフミラーの
   透過を経て観察者の他方の眼に対応する観察ゾーンに導
   く第２の反射集光手段とを有することを特徴とする立体
   画像表示装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 ハーフミラーに反射される前記第１の反射集光手段の光
   軸と、ハーフミラーを通過する第２の反射集光手段の光
   軸が一致しないように該第１の反射集光手段及び第２の
   反射集光手段が配置されていることを特徴とする立体画
   像表示装置。
3. 【請求項３】請求項１において、 前記光源は少なくとも一つの第１の偏光を発する発光部
   と該偏光と異なる少なくとも一つの第２の偏光を発する
   発光部を有し、前記第１の空間変調素子は前記第１及び
   第２の偏光の、一方の偏光のみ通過可能の偏光板を有
   し、前記第２の空間変調素子は他方の偏光のみ通過可能
   の偏光板を有することを特徴とする立体画像表示装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至請求項３の何れかにおいて、 前記反射集光手段は集光レンズと平面鏡とを有すること
   を特徴とする立体画像表示装置。
5. 【請求項５】請求項１乃至請求項３の何れかにおいて、 前記反射集光手段は面状に配置される複数の小凹面鏡を
   有することを特徴とする立体画像表示装置。
6. 【請求項６】請求項１乃至請求項５の何れかにおいて前
   記光源は面状に配置される複数小発光部を有することを
   特徴とする立体画像表示装置。
7. 【請求項７】請求項６において、 前記複数小発光部が順次発光し、前記第１及び第２の空
   間変調素子はそれぞれ発光中の小発光部の位置に応じて
   異なる方向の前記視差像の鏡像パタン光及び前記視差像
   パタン光をそれぞれ順次形成することを特徴とする立体
   画像表示装置。
8. 【請求項８】請求項６において、 観察者の位置検出装置を備え、該検出装置の検出情報に
   基づいて前記複数小発光部から少なくとも一つの小発光
   部を選んで発光させることを特徴とする立体画像表示装
   置。
9. 【請求項９】請求項８において、 前記第１の空間変調素子は前記検出装置で検出した観察
   者の一方の眼の位置に応じた視差像の鏡像のパタン光を
   形成し、 前記第２の空間変調素子は前記検出装置で検出した観察
   者の他方の眼の位置に応じた視差像のパタン光を形成す
   ることを特徴とする立体画像表示装置。