JP2009015128A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】、高輝度化、高効率化および小型化を図ることができる「立体画像表示装置」を提供すること。
【解決手段】複数の二次元画像を個別に輝度の調整がなされた状態としてそれぞれ生成する複数個の二次元画像生成装置１１，１４であって、互いに相手方が生成した二次元画像を投影するための光路上から外れた位置に配置されている二次元画像生成装置１１，１４と、複数の二次元画像の焦点距離を互いに異ならせる焦点距離調整用光学素子１５と、焦点距離を互いに異ならせた後の複数の二次元画像を同一光軸上に合成する画像合成用光学素子１６と、合成後の複数の二次元画像が、ユーザの視線方向に沿って結像位置が互いにずらされた複数の虚像として投影される表示用光学素子１９とを備えたこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、立体画像表示装置に係り、特に、立体画像を表示するのに好適な立体画像表示装置に関する。

従来から、画像表示装置の１つとして、表示対象物が立体的に見えるような画像（以下、立体画像と称する）を表示する立体画像表示装置が採用されていた。

この種の立体画像表示装置では、従前は、ユーザが専用のメガネを着用することによって立体画像を視認するいわゆるアナグリフを用いたものが数多く実用化されていたが、近年は、専用のメガネの着用を要することなく立体画像を視認することができる立体画像表示装置の開発が進展している。

このような専用のメガネの非着用状態（例えば、裸眼）における立体画像の視認が可能とされた立体画像表示装置の一例としては、視差バリアを利用してユーザの左右の目に互いに異なる画像を見せることによって、立体画像を視認させるものが知られている。

しかし、このような視差バリアを用いたものでは、立体画像を視認する際の目の疲労が著しくなり、長時間の使用には耐えられないという問題がある。

そこで、最近では、輝度が異なる同一内容の２つの画像を重ねて表示することによって、表示される画像に奥行き感を出して立体画像を視認させる立体画像表示装置が採用されるようになった。

このような立体画像表示装置は、ユーザの左右の目に同じ画像を見せるため、両目の視線の交点と画像の表示面とをほぼ一致させることができ、長時間の使用においても疲労感が少ないといった利点がある。

特開２０００−２１４４１３号公報

ところで、前述した２つの画像を重ねて表示する立体画像表示装置の一例としては、例えば、図４に示すように、バックライト１を光源とした２枚の液晶表示パネル２，３を、バックライト１から出射される光の進行方向に沿って配置したものがある。

この図４に示す立体画像表示装置５では、バックライト１から出射された光は、まず、第１の液晶表示パネル２による画像の生成のために第１の液晶表示パネル２を透過した後に、第２の液晶表示パネル３による画像の生成のために第２の液晶表示パネル３を透過するようになっている。

このとき、バックライト１から出射された光は、第１の液晶表示パネル２を透過することによって光量が１／１０に低減され、さらに、第２の液晶表示パネルを透過することによって光量がさらに１／１０に低減されていた。

したがって、図４に示した立体画像表示装置５では、１枚の液晶表示パネルを用いる場合に比べて輝度が１／１０に低下してしまうため、立体画像の高輝度化を、バックライト１からの出射光量を増加させずに効率的に実現することが困難であるといった問題が生じていた。

また、前述した２つの画像を重ねて表示する立体画像表示装置の他の一例としては、図示はしないが、偏光選択反射機能を備えたスクリーンの前面側から、第１のプロジェクタによって第１の画像を投影してスクリーン上で反射させるとともに、スクリーンの背面側から、第２のプロジェクタによって第１の画像と輝度が異なる同一内容の第２の画像を投影して透過させることによって、第１の画像と第２の画像とを重ね合わせた画像を表示して立体画像を視認させるものがあった。

しかしながら、このようなプロジェクタを用いた立体画像表示装置では、装置が大型化してしまうといった問題が生じていた。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、立体画像の高輝度化、立体画像の表示の高効率化および装置の小型化を図ることができる立体画像表示装置を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明に係る立体画像表示装置は、複数の二次元画像を互いに個別に輝度の調整がなされた状態としてそれぞれ生成する複数個の二次元画像生成装置であって、任意の１個の二次元画像生成装置が、他の二次元画像生成装置によって生成された二次元画像を投影するための光路上から外れた位置に配置された複数個の二次元画像生成装置と、これら複数個の二次元画像生成装置によってそれぞれ生成された前記複数の二次元画像の焦点距離を互いに異ならせる焦点距離調整用光学素子と、この焦点距離調整用光学素子によって前記焦点距離を互いに異ならせた後の前記複数の二次元画像を同一光軸上に合成する画像合成用光学素子と、この画像合成用光学素子によって合成された後の前記複数の二次元画像が、ユーザの視線方向に沿って結像位置が互いにずらされた複数の虚像として投影されることによって、立体画像の表示を行う表示用光学素子とを備えたことを特徴としている。

このような構成によれば、複数個の二次元画像生成装置を、互いに相手方が生成した二次元画像を投影するための光路上から外れた位置に配置したことにより、１つの二次元画像を投影するための光が他の二次元画像の生成・投影にも用いられるような構成を回避することができる。これにより、立体画像の高輝度化を効率的に実現することができる。さらに、本発明によれば、立体画像の表示を、焦点距離調整用光学素子、画像合成用光学素子および表示用光学素子といった小型化に適した各種の光学素子を用いることによって実現することができるので、立体画像表示装置の小型化を図ることができる。

また、前記表示用光学素子は、凹面鏡とされていることが好ましい。

このような構成によれば、表示用光学素子として凹面鏡を用いることにより、画像合成用光学素子によって合成された複数の二次元画像を虚像として適切に投影させることができるので、簡易かつ安価な構成によって立体画像を適切に表示することができる。

さらに、前記焦点距離調整用光学素子は、レンズとされていることが好ましい。

このような構成によれば、焦点距離調整用光学素子としてレンズを用いることにより、複数の二次元画像生成装置によってそれぞれ生成された複数の二次元画像の焦点距離を簡易な構成によって確実に異ならせることができるので、更なる小型化およびコストの削減を図りつつ、立体画像を適切に表示することができる。

さらにまた、前記二次元画像生成装置は、液晶表示パネルとされていることが好ましい。

このような構成によれば、厚みが薄い液晶表示パネルを備えた二次元画像生成装置を用いることにより、さらなる小型化を図ることができる。

また、前記二次元画像生成装置は、透過型または半透過反射型の液晶表示パネルと、この液晶表示パネルに対して光を供給する光源とを備えることが好ましい。

このような構成によれば、液晶表示パネルおよび光源を備えた二次元画像生成装置を用いることにより、立体画像の輝度をさらに向上させることができる。

さらに、本発明の立体画像表示装置は、前記光源から出射された前記光を分光し、分光された前記光を互いに異なる前記液晶表示パネルに供給する分光用光学素子を備えることが好ましい。

このような構成によれば、分光用光学素子を備えることにより、１個の光源から出射された光を、複数の二次元画像の生成および投影に用いることができるので、液晶表示パネルを備えた複数個の二次元画像生成装置の間で光源を共有することができ、光源の個数を削減してさらなる小型化およびコストの削減を図ることができる。

さらにまた、前記分光用光学素子は、ハーフミラーとされていることが好ましい。

このような構成によれば、分光用光学素子としてハーフミラーを用いることにより、さらなる小型化を図ることができる。

また、前記分光用光学素子は、偏光ビームスプリッタとされていることが好ましい。

このような構成によれば、分光用光学素子として偏光ビームスプリッタを用いることにより、さらなる小型化を図ることができる。

さらに、前記画像合成用光学素子は、偏光ビームスプリッタとされていることが好ましい。

このような構成によれば、画像合成用光学素子として偏光ビームスプリッタを用いることにより、複数の二次元画像を適切に合成することができ、立体画像をさらに適切に表示することができる。

さらにまた、前記画像合成用光学素子は、ハーフミラーとされていることが好ましい。

このような構成によれば、画像合成用光学素子としてハーフミラーを用いることにより、さらなる小型化を図ることができる。

また、本発明の立体画像表示装置は、前記二次元画像生成装置を２個備えることが好ましい。

このような構成によれば、二次元画像生成装置を２個備えることにより、２つの二次元画像からなる立体画像を表示することができるので、さらなる小型化およびコストの低廉化を図ることができる。

さらに、本発明の立体画像表示装置は、車両に搭載されることが好ましい。

このような構成によれば、車載用のヘッドアップディスプレイに適用した場合においても、高輝度化、高効率化および小型化を図ることができる。

さらにまた、前記表示用光学素子は、前記車両のフロントガラスに形成された凹面鏡とされていることが好ましい。

このような構成によれば、表示用光学素子として、車両のフロントガラスに形成された凹面鏡を用いることにより、既存の設備を利用することができるので、コストをさらに削減することができる。

また、前記フロントガラスにおける前記凹面鏡が形成された部位は、ハーフミラーとされていることが好ましい。

このような構成によれば、車両のフロントガラスにおける凹面鏡が形成された部位を、ハーフミラーとすることにより、立体画像を適切に表示しつつ運転中の視界を妨げないようにすることができ、運転の安全性を確保することができる。

本発明によれば、立体画像の高輝度化、立体画像の表示の高効率化および装置の小型化を図ることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る立体画像表示装置の第１実施形態について、図１を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態における立体画像表示装置７は、二次元画像生成装置の一部を構成する光源８を備えており、この光源８は、Ｐ偏光およびＳ偏光の各直線偏光を含む光を出射するようになっている。この光源８は、例えば、蛍光ランプやメタルハライドランプ等であってもよい。

光源８に対して光の出射側の位置には、分光用光学素子としての第１の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ：polarization beam splitter）（以下、第１偏光ビームスプリッタ９と称する）が配設されており、この第１偏光ビームスプリッタ９には、光源８から出射された光が入射するようになっている。

そして、第１偏光ビームスプリッタ９は、光源８側から入射した光のうち、Ｐ偏光については、光源８側からの光の入射方向と同方向に透過させるとともに、Ｓ偏光については、光源８側からの光の入射方向に直交する方向へと反射させるようになっている。

第１偏光ビームスプリッタ９に対してＰ偏光の透過側の位置には、第１平面鏡１０が配設されており、この第１平面鏡１０には、第１偏光ビームスプリッタ９を透過したＰ偏光が入射するようになっている。

そして、第１平面鏡１０は、第１偏光ビームスプリッタ９側から入射したＰ偏光を、このＰ偏光の入射方向に直交する方向へと全反射させるようになっている。

第１平面鏡１０に対してＰ偏光の反射側の位置には、光源８とともに１個の二次元画像生成装置を構成する透過型の第１の液晶表示パネル（以下、第１液晶表示パネル１１と称する）が配設されており、この第１液晶表示パネル１１には、第１平面鏡１０によって全反射されたＰ偏光が入射されるようになっている。

第１液晶表示パネル１１は、図示はしないが、透明電極を備えたパネル基板間に封入されている液晶層に対して、透明電極によって所定の表示情報にしたがった液晶駆動電圧を印加して液晶分子の配列を変化させることによって、第１平面鏡１０側から入射した光を部分的に透過させるようになっている。これにより、第１液晶表示パネル１１は、表示情報にしたがった二次元画像（以下、第１二次元画像と称する）を生成して出射するようになっている。なお、表示情報には、第１二次元画像の輝度に関する情報（輝度情報）も含まれており、第１二次元画像の輝度の調整は、輝度情報に基づく液晶駆動電圧の調整によって行われるようになっている。

一方、第１偏光ビームスプリッタ９に対してＳ偏光の反射側の位置には、第２平面鏡１2が配設されており、この第２平面鏡１２には、第１偏光ビームスプリッタ９によって反射されたＳ偏光が入射するようになっている。

そして、第２平面鏡１２は、第１偏光ビームスプリッタ９側から入射したＳ偏光を、このＳ偏光の入射方向に直交する方向へと全反射させるようになっている。

第２平面鏡１２に対してＳ偏光の反射側の位置であって、第１二次元画像を投影するための光路上（換言すれば、Ｐ偏光の光路上）から外れた位置には、光源８とともに１個の二次元画像生成装置を構成する透過型の第２の液晶表示パネル（以下、第２液晶表示パネル１４と称する）が配設されている。

この第２液晶表示パネル１４には、第２平面鏡１２によって全反射されたＳ偏光が入射されるようになっている。

第２液晶表示パネル１４は、第１液晶表示パネル１１と同様の構造を有しており、第１液晶表示パネル１１と同様の原理に基づいてＳ偏光を部分的に透過させることにより、第１二次元画像と同一内容の二次元画像（以下、第２二次元画像と称する）を生成して出射するようになっている。また、第２液晶表示パネル１４は、第１液晶表示パネル１１とは個別に輝度の調整を行いつつ第２二次元画像を生成するようになっている。なお、第２二次元画像の輝度は、第１二次元画像の輝度よりも高くてもよいし、または、低くてもよい。あるいは、第２二次元画像のうちの特定の画素の輝度のみを第１二次元画像の輝度よりも高くまたは低くしてもよい。

なお、図１に示すように、第１液晶表示パネル１１の配設位置は、第２液晶表示パネル１４において生成された第２二次元画像を投影するための光路上（換言すれば、Ｓ偏光の光路上）から外れた位置となっている。

第２液晶表示パネル１４に対して第２二次元画像の出射側の位置、すなわち、Ｓ偏光の透過側の位置には、焦点距離調整用光学素子としての焦点距離調整用レンズ１５（図１においては両凸レンズ）が配設されており、この焦点距離調整用レンズ１５には、第２液晶表示パネル１４から出射された第２二次元画像が入射するようになっている。

そして、焦点距離調整用レンズ１５は、第２液晶表示パネル１４側から入射した第２二次元画像を収束させることによって、投影位置（後述する表示用凹面鏡１９）における第１二次元画像の焦点距離と第２二次元画像の焦点距離とが互いに異なるように、第２二次元画像の焦点距離を調整し、調整後の第２二次元画像を出射するようになっている。

第１液晶表示パネル１１に対して第１二次元画像の出射側の位置であって、焦点距離調整用レンズ１５に対して第２二次元画像の出射側の位置には、画像合成用光学素子としての第２の偏光ビームスプリッタ（以下、第２偏光ビームスプリッタ１６と称する）が配設されている。

この第２偏光ビームスプリッタ１６には、第１液晶表示パネル１１から出射された第１二次元画像および焦点距離調整用レンズ１５から出射された第２二次元画像が、互いに直交する入射方向からそれぞれ入射されるようになっている。

そして、第２偏光ビームスプリッタ１６は、第１液晶表示パネル１１側から入射したＰ偏光をともなう第１二次元画像については、入射方向と同方向に透過させ、焦点距離調整用レンズ１５側から入射したＳ偏光をともなう第２二次元画像については、入射方向に直交する方向、すなわち、第２偏光ビームスプリッタ１６における第１二次元画像の透過方向と同方向に向かって反射させるようになっている。これにより、第２偏光ビームスプリッタ１６は、焦点距離調整用レンズ１５によって互いに焦点距離を異ならせた後の第１二次元画像と第２二次元画像とを、同一光軸上に合成するようになっている。

第２偏光ビームスプリッタ１６に対して第１二次元画像の透過側の位置であって、第２二次元画像の反射側の位置には、反射用凹面鏡１７が配設されており、この反射用凹面鏡１７には、第２偏光ビームスプリッタ１６による合成後の第１二次元画像および第２二次元画像が、同一方向から入射するようになっている。

そして、反射用凹面鏡１７は、偏光ビームスプリッタ１６側から入射した合成後の第１二次元画像および第２二次元画像を、互いに同一光軸上に合成された状態を維持させながら同一方向に反射させるようになっている。

反射用凹面鏡１７に対して第１二次元画像および第２二次元画像の反射側の位置には、表示用光学素子としての表示用凹面鏡１９が配設されており、この表示用凹面鏡１９には、反射用凹面鏡１７によって反射された合成後の第１二次元画像および第２二次元画像が入射するようになっている。

表示用凹面鏡１９には、反射用凹面鏡１７側から入射した合成後の第１二次元画像および第２二次元画像が、ユーザの視線方向に沿って結像位置が互いにずらされた２つの虚像として結像・投影されるようになっており、これにより、立体画像の表示が行われるようになっている。なお、図１には、このことを分かりやすくするために、第１二次元画像に対応する第１の虚像２１と、第２二次元画像に対応する第２の虚像２２とが、ユーザの視線Ｌ方向における互いに異なる位置に結像された状態が示されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態においては、まず、光源８から光を出射させるとともに、第１液晶表示パネル１１および第２液晶表示パネル１４のそれぞれの液晶層に対して、表示情報に基づいた液晶駆動電圧を印加する。また、このとき、各液晶表示パネル１１，１４に対する液晶駆動電圧を個別に調整することによって輝度調整を行う。

次いで、光源８から出射された光は、第１偏光ビームスプリッタ９に入射され、この第１偏光ビームスプリッタ９によってＰ偏光とＳ偏光とに分光されて互いに直交する方向へと出射される。

次いで、第１偏光ビームスプリッタ９から出射されたＰ偏光は、第１平面鏡１０に入射し、この第１平面鏡１０によって入射方向に直交する第１液晶表示パネル１１の方向へと全反射された後に、第１液晶表示パネル１１を透過することによって、第１二次元画像として第１液晶表示パネル１１から出射される。そして、この第１液晶表示パネル１１から出射された第１二次元画像は、第２偏光ビームスプリッタ１６に入射する。

一方、第１偏光ビームスプリッタ９から出射されたＳ偏光は、第２平面鏡１２に入射し、この第２平面鏡１２によって入射方向に直交する第２液晶表示パネル１４の方向へと全反射された後に、第２液晶表示パネル１４を透過することによって、第２二次元画像として第２液晶表示パネル１４から出射される。そして、この第２液晶表示パネル１４から出射された第２二次元画像は、焦点距離調整用レンズ１５において焦点距離の調整がなされた後に、第２偏光ビームスプリッタ１６に入射する。

次いで、第２偏光ビームスプリッタ１６に入射した第１二次元画像および第２二次元画像は、第２偏光ビームスプリッタ１６における透過または反射によって互いに同方向に出射されることによって、同一光軸上に合成される。

次いで、第２偏光ビームスプリッタ１６から出射された合成後の第１二次元画像および第２二次元画像は、反射用凹面鏡１７に入射し、この反射用凹面鏡１７によって、同一光軸上に合成された状態を維持されたまま互いに同一方向に反射される。

次いで、反射用凹面鏡１７によって反射された合成後の第１二次元画像および第２二次元画像は、表示用凹面鏡１９に入射する。

この表示用凹面鏡１９に入射した第１二次元画像および第２二次元画像は、焦点距離調整用レンズ１５を用いた焦点距離の調整によって互いに焦点距離が異なっているため、これら第１二次元画像および第２二次元画像は、ユーザの視線Ｌ方向に沿って結像位置が互いにずらされた２つの虚像２１，２２として表示用凹面鏡１９に結像・投影される。

そして、このような虚像２１，２２が投影された表示用凹面鏡１９を所定の視線Ｌ方向から見たユーザは、第１二次元画像と第２二次元画像との結像位置および輝度の違い等による錯覚によって、立体画像を視認することができる。

ここで、本実施形態においては、第１液晶表示パネル１１と第２液晶表示パネル１４とが互いに相手方が生成した二次元画像を投影するための光路上から外れるような位置に配設されていることによって、１つの二次元画像を投影するための光が他の二次元画像の生成・投影にも用いられることが回避されているため、高輝度の立体画像の表示を、光源８の出射光量の増加を要せずに効率的に行うことができる。

また、本実施形態においては、立体画像の表示を、偏光ビームスプリッタ９，１６、平面鏡１０，１２、焦点距離調整用レンズ１５および凹面鏡１７，１９といった小型化に適した光学素子と、厚みが薄い液晶表示パネル１１，１４とを用いて行うため、装置の小型化を図ることができる。

さらに、本実施形態においては、１個の光源８を用いて第１二次元画像用および第２二次元画像用の２系統の光路を形成することができるため、光源８の個数を抑えることができ、さらなる小型化およびコストの削減を図ることができる。

なお、本発明を車載用のヘッドアップディスプレイとして用いる場合には、表示用光学素子としては、車両のフロントガラス（表示用凹面鏡１９）あるいはルームミラーといった既存の設備を用いて立体画像の表示を安価に行うことが好ましい。また、表示用凹面鏡１９としてフロントガラスを用いる場合には、フロントガラスにおける表示用凹面鏡１９として機能させる部位については、運転中の視界を妨げないために、ハーフミラーとすることが好ましい。さらに、光源８、第１液晶表示パネル１１および第２液晶表示パネル１４は、車両に搭載されたバッテリを電源として駆動すればよい。なお、ヘッドアップディスプレイとして表示する立体画像としては、例えば、スピードメータ等の計器を示す立体画像や、ナビゲーションのルート案内中における交差点の右左折を促す矢印を示す立体画像であって、これを運転席から見た場合に実際の道路上に重なっているように見えるもの等が考えられる。

また、分光用光学素子としては、前述した第１偏光ビームスプリッタ９の代りにハーフミラーを用いるようにしてもよい。さらに、画像合成用光学素子としては、前述した第２偏光ビームスプリッタ１６の代りにハーフミラーを用いるようにしてもよい。このような場合には、光量のロスは多少大きくなるものの、従来に比べれば十分に高輝度の立体画像を効率的に表示することができ、また、さらなる小型化を図ることができる。

さらに、液晶表示パネルは、透過型のものに限る必要はなく、半透過反射型のものであってもよい。

さらにまた、表示用光学素子は、表示用凹面鏡１９に限る必要はなく、例えば、レンズであってもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る立体画像表示装置の第２実施形態について、図２を参照しながら第１実施形態との差異に重点を置いて説明する。

なお、第１実施形態と基本的な構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図２に示すように、本実施形態における立体画像表示装置２４は、光源８から第２偏光ビームスプリッタ１６に至るまでの光路上の構成は、第１実施形態における立体画像表示装置７と全く同様である。

ただし、本実施形態においては、第２偏光ビームスプリッタ１６に対して第１二次元画像の透過側の位置であって、第２二次元画像の反射側の位置には、第１実施形態における反射用凹面鏡１７の代りに、集光レンズ２５（図２においては両凸レンズ）が配設されている。

さらに、本実施形態において、表示用凹面鏡１９は、集光レンズ２５に対して光の出射側の位置に配設されており、第１実施形態とは配設位置および向きが異なっている。

そして、このような構成を有する本実施形態における立体画像表示装置２４においては、第１実施形態と同様に、第２偏光ビームスプリッタ１６から同一光軸上に合成された第１二次元画像および第２二次元画像が出射されると、これら第１二次元画像および第２二次元画像は、集光レンズ２５に入射し、この集光レンズ２５において集光された後に、表示用凹面鏡１９に入射する。

ここで、本実施形態においても、表示用凹面鏡１９に入射した第１二次元画像および第２二次元画像は、焦点距離調整用レンズ１５を用いた焦点距離の調整によって互いに焦点距離が異なっているため、これら第１二次元画像および第２二次元画像は、ユーザの視線方向に沿って結像位置が互いにずらされた２つの虚像２１，２２として表示用凹面鏡１９に結像・投影される。

そして、このような虚像２１，２２が投影された表示用凹面鏡１９を所定の視線Ｌ方向から見たユーザは、第１実施形態と同様に、高輝度な立体画像を視認することができる。

このような本実施形態における立体画像表示装置２４においても、第１実施形態と同様の理由により、高輝度化、高効率化および小型化を図ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明に係る立体画像表示装置の第３実施形態について、図３を参照して説明する。

なお、第１実施形態と基本的な構成が同一もしくはこれに類する箇所については、同一の符号を用いて説明する。

図３に示すように、本実施形態における立体画像表示装置２７は、光を出射する第１の光源（以下、第１光源２８と称する）を有している。

第１光源２８に対して光の出射側の位置には、第１液晶表示パネル１１が配設されており、この第１液晶表示パネル１１には、第１光源２８から出射された光が入射するようになっている。ただし、本実施形態においては、第１液晶表示パネル１１に入射する光は、第１実施形態のような偏光成分に基づく分光がなされていないので、Ｐ偏光以外の光（例えば、Ｓ偏光）をも含んでいる。

第１液晶表示パネル１１は、第１実施形態と同様の原理によって入射光を透過させることによって、第１二次元画像を輝度の調整がなされた状態として生成して出射するようになっている。

さらに、本実施形態における立体画像表示装置２７は、第１光源２８から出射される光に直交する光を出射するように配置された第２の光源（以下、第２光源２９と称する）を有している。

第２光源２９に対して光の出射側の位置には、第２液晶表示パネル１４が配設されており、この第２液晶表示パネル１４には、第２光源２９から出射された光が入射するようになっている。ただし、本実施形態においては、第２液晶表示パネル１４に入射する光は、第１実施形態のような偏光成分に基づく分光がなされていないので、Ｓ偏光以外の光（例えば、Ｐ偏光）をも含んでいる。

第２液晶表示パネル１４は、第１実施形態と同様の原理によって入射光を透過させることによって、第２二次元画像を、第１二次元画像とは個別に輝度の調整がなされた状態として生成して出射するようになっている。

第２液晶表示パネル１４に対して第２二次元画像の出射側の位置には、焦点距離調整用レンズ１５が配設されており、この焦点距離調整用レンズ１５は、第１実施形態と同様に、第２液晶表示パネル１４側から入射した第２二次元画像を、その焦点距離を調整した上で出射するようになっている。

第１液晶表示パネル１１に対して第１二次元画像の出射側の位置であって、焦点距離調整用レンズ１５に対して第２二次元画像の出射側の位置には、画像合成用光学素子としてのハーフミラー３０が配設されている。

このハーフミラー３０には、第１液晶表示パネル１１から出射された第１二次元画像および焦点距離調整用レンズ１５から出射された第２二次元画像が、互いに直交する入射方向からそれぞれ入射されるようになっている。

そして、ハーフミラー３０は、第１液晶表示パネル１１側から入射した第１二次元画像のうち、一部を入射方向と同方向に透過させ、一部を入射方向に直交する方向に反射させるようになっている。また、ハーフミラー３０は、焦点距離調整用レンズ１５側から入射した第２二次元画像のうち、一部を入射方向と同方向に透過させ、一部を入射方向に直交する方向、すなわち、ハーフミラー３０における第１二次元画像の透過方向と同方向に向かって反射させるようになっている。これにより、ハーフミラー３０を透過した一部の第１二次元画像と、ハーフミラー３０によって反射された一部の第２二次元画像とが、同一光軸上に合成されるようになっている。

なお、図３に示すように、本実施形態においても、第１液晶表示パネル１１と第２液晶表示パネル１４とは、互いに相手方が生成した二次元画像を投影するための光路上から外れるような位置に配設されている。

ハーフミラー３０に対して第１二次元画像の透過側の位置であって、第２二次元画像の反射側の位置には、第１実施形態と同様に、反射用凹面鏡１７が配設されており、この反射用凹面鏡１７には、ハーフミラー３０による合成後の第１二次元画像および第２二次元画像が、同一方向から入射するようになっている。

そして、反射用凹面鏡１７は、ハーフミラー３０側から入射した合成後の第１二次元画像および第２二次元画像を、互いに同一光軸上に合成された状態を維持させながら同一方向に反射させるようになっている。

反射用凹面鏡１７に対して第１二次元画像および第２二次元画像の反射側の位置には、第１実施形態と同様に、表示用光学素子としての表示用凹面鏡１９が配設されており、この表示用凹面鏡１９には、反射用凹面鏡１７によって反射された合成後の第１二次元画像および第２二次元画像が入射するようになっている。

ここで、表示用凹面鏡１９に入射した第１二次元画像および第２二次元画像は、第１実施形態と同様に、焦点距離調整用レンズ１５を用いた焦点距離の調整によって互いに焦点距離が異なったものであるため、これら第１二次元画像および第２二次元画像は、図３に示すように、ユーザの視線Ｌ方向に沿って結像位置が互いにずらされた２つの虚像３１，３２として表示用凹面鏡１９に結像・投影される。

そして、このような虚像３１，３２が投影された表示用凹面鏡１９を所定の視線Ｌ方向から見たユーザは、第１実施形態と同様に、高輝度な立体画像を視認することができる。

このような本実施形態における立体画像表示装置２７においても、第１実施形態と同様の理由により、高輝度化、高効率化および小型化を図ることができる。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

本発明に係る立体画像表示装置の第１実施形態を示す構成図 本発明に係る立体画像表示装置の第２実施形態を示す構成図 本発明に係る立体画像表示装置の第３実施形態を示す構成図 従来の立体画像表示装置の一例を示す図

符号の説明

７ 立体画像表示装置
８ 光源
９ 第１偏光ビームスプリッタ
１１ 第１液晶表示パネル
１４ 第２液晶表示パネル
１５ 焦点距離調整用レンズ
１６ 第２偏光ビームスプリッタ
１９ 表示用凹面鏡

Claims (14)

1. 複数の二次元画像を互いに個別に輝度の調整がなされた状態としてそれぞれ生成する複数個の二次元画像生成装置であって、任意の１個の二次元画像生成装置が、他の二次元画像生成装置によって生成された二次元画像を投影するための光路上から外れた位置に配置された複数個の二次元画像生成装置と、
   これら複数個の二次元画像生成装置によってそれぞれ生成された前記複数の二次元画像の焦点距離を互いに異ならせる焦点距離調整用光学素子と、
   この焦点距離調整用光学素子によって前記焦点距離を互いに異ならせた後の前記複数の二次元画像を同一光軸上に合成する画像合成用光学素子と、
   この画像合成用光学素子によって合成された後の前記複数の二次元画像が、ユーザの視線方向に沿って結像位置が互いにずらされた複数の虚像として投影されることによって、立体画像の表示を行う表示用光学素子と
   を備えたことを特徴とする立体画像表示装置。
2. 前記表示用光学素子が、凹面鏡とされていること
   を特徴とする請求項１に記載の立体画像表示装置。
3. 前記焦点距離調整用光学素子が、レンズとされていること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の立体画像表示装置。
4. 前記二次元画像生成装置が、液晶表示パネルを備えたこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
5. 前記二次元画像生成装置が、
   透過型または半透過反射型の液晶表示パネルと、
   この液晶表示パネルに対して光を供給する光源と
   を備えたことを特徴とする請求項４に記載の立体画像表示装置。
6. 前記光源から出射された前記光を分光し、分光された前記光を互いに異なる前記液晶表示パネルに供給する分光用光学素子を備えたこと
   を特徴とする請求項５に記載の立体画像表示装置。
7. 前記分光用光学素子が、ハーフミラーとされていること
   を特徴とする請求項６に記載の立体画像表示装置。
8. 前記分光用光学素子が、偏光ビームスプリッタとされていること
   を特徴とする請求項６に記載の立体画像表示装置。
9. 前記画像合成用光学素子が、偏光ビームスプリッタとされていること
   を特徴とする請求項８に記載の立体画像表示装置。
10. 前記画像合成用光学素子が、ハーフミラーとされていること
    を特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
11. 前記二次元画像生成装置を２個備えたこと
    を特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
12. 車両に搭載されること
    を特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
13. 前記表示用光学素子が、前記車両のフロントガラスに形成された凹面鏡とされていること
    を特徴とする請求項１２に記載の立体画像表示装置。
14. 前記フロントガラスにおける前記凹面鏡が形成された部位が、ハーフミラーとされていること
    を特徴とする請求項１３に記載の立体画像表示装置。

Images