JP3135107B2 - ３次元ディスプレイ装置 - Google Patents

３次元ディスプレイ装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特殊な眼鏡を必要とせ
ずに、立体画像を再生する３次元ディスプレイ装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、眼鏡なしで立体画像を観察できる
３次元ディスプレイ装置として、例えば電子情報通信学
会論文誌（C-II Vol.J76-C-II No.1 pp.24-30 1993年1
月）に記載されているようなパララクスバリヤ方式の３
次元ディスプレイ装置がある。このパララクスバリヤ方
式の３次元ディスプレイ装置の構成を図２５に示してい
る。
【０００３】この３次元ディスプレイ装置は、図２５に
示すように、画像表示パネル１０１の前面にスリットア
レイパネル１０２を配置するだけの簡単な構成であっ
た。このような２眼式表示の場合、画像表示パネル１０
１には、図２６に示すように短冊状の左目用画像（Ｌ）
と右目用画像（Ｒ）が交互に配置されている。このとき
の短冊配置のピッチをＶとする。また、スリットアレイ
パネル１０２は、図２７に示すように短冊状の非透過部
１０５と透過部１０６からなるスリットをピッチＴで配
置したものであり、このスリットピッチＴは図２６にお
ける短冊状画像のピッチＶよりも若干小さくしている。
このようにすることで立体視が可能になる。即ち、図２
８に示すように画像表示パネル１０１に表示された短冊
状の左目用画像（Ｌ）と右目用画像（Ｒ）が、その前面
に置かれたスリットアレイパネル１０２によって分離さ
れて空間内の別の位置に集められる。したがって、観察
者は画像が集められた位置に左目１０３と右目１０４が
くるようにすることにより、立体像を観察することがで
きる。両眼の位置、即ち、観察領域は、スリットピッチ
Ｔと短冊状画像のピッチＶの関係によって決定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のパララクス
バリヤ方式の３次元ディスプレイ装置に限らず、視差画
像方式の３次元ディスプレイ装置においても、両目の位
置に光線を集めているために観察領域が非常に狭いもの
になっていた。また、このパララクスバリヤ方式の３次
元ディスプレイ装置においては、複数視点の画像を１枚
の画像表示パネルに表示するため、再生像の水平方向の
解像度が２眼式ならば１／２で、３眼式ならば１／３と
いうように劣化していた。また、スリットアレイ自体が
観察時の障害となってしまう。
【０００５】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、観察領域が広い上に、水平方向解像度の劣化が少な
く、光学手段自体が観察時の障害とならない３次元ディ
スプレイ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の３次元ディスプ
レイ装置は、水平方向にのみ視差を持つ離散的フーリエ
変換像または視差画像を画像表示手段に表示して立体画
像を再生する３次元ディスプレイ装置において、前記画
像表示手段が表示する離散的フーリエ変換像または視差
画像を透過させるように、前記画像表示手段の表面側に
光学手段が配置されており、該光学手段は、それぞれが
水平方向のみにレンズ作用を有する複数のサンプリング
部が、前記画像表示手段の水平方向の２つ以上の画素に
対応して、千鳥状に配列されているものであり、そのこ
とにより上記目的が達成される。また、好ましくは、本
発明の３次元ディスプレイ装置における光学手段のサン
プリング部が、スリットから構成されている。
【０００７】また、本発明の３次元ディスプレイ装置
は、水平方向にのみ視差を持つ離散的フーリエ変換像ま
たは視差画像を画像表示手段に表示して立体画像を再生
する３次元ディスプレイ装置において、前記画像表示手
段が表示する離散的フーリエ変換像または視差画像を透
過させるように、前記画像表示手段の表面側に光学手段
が配置されており、該光学手段は、それぞれが水平方向
のみにレンズ作用を有する複数のサンプリング部が、前
記画像表示手段の水平方向の２つ以上の画素に対応して
配置されており、各サンプリング部における垂直方向に
隣接する水平方向のサンプリングパターンが、水平方向
に順次ずれて、３以上の水平方向のサンプリングパター
ンが１周期として垂直方向に繰り返されているものであ
り、そのことにより上記目的が達成される。
【０００８】さらに、本発明の３次元ディスプレイ装置
は、水平方向にのみ視差を持つ離散的フーリエ変換像ま
たは視差画像を画像表示手段に表示して立体画像を再生
する３次元ディスプレイ装置において、前記画像表示手
段が表示する離散的フーリエ変換像または視差画像を透
過させるように、前記画像表示手段の表面側に光学手段
が配置されており、該光学手段は、それぞれが水平方向
のみにレンズ作用を有する複数のサンプリング部が、前
記画像表示手段の水平方向の２つ以上の画素に対応して
配置されており、各サンプリング部における水平方向に
隣接する複数の異なるサンプリングパターンが組み合わ
されて、組み合わされた複数のサンプリングパターンが
垂直方向に順次繰り返して配列されているものであり、
そのことにより上記目的が達成される。
【０００９】さらに、好ましくは、本発明の３次元ディ
スプレイ装置における光学手段のサンプリング部をシリ
ンドリカルレンズで構成する。
【００１０】
【００１１】また、好ましくは、本発明の３次元ディス
プレイ装置における光学手段は、クロストーク除去用に
スリット２枚を所定間隔離して配置する。
【００１２】さらに、好ましくは、本発明の３次元ディ
スプレイ装置における画像表示手段と光学手段との間
に、該画像表示手段の各表示行の境界毎に遮光膜を介在
させる
【００１３】さらに、好ましくは、本発明の３次元ディ
スプレイ装置における光学手段は、垂直方向の開口が画
像表示手段の表示画素の垂直方向の長さよりも短いスリ
ット部で構成する。
【００１４】さらに、好ましくは、本発明の３次元ディ
スプレイ装置における光学手段は、垂直方向の開口が画
像表示手段の複数行に渡るスリット部で構成する。
【００１５】さらに、本発明の３次元ディスプレイ装置
は、立体画像を再生する３次元ディスプレイ装置におい
て、水平方向にのみ視差を持つ複数個の離散的フーリエ
変換画像または視差画像をそれぞれ表示する複数個の画
像表示手段と、前記各画像表示手段から表示される離散
的フーリエ変換像または視差画像を透過させるように、
各画像表示手段の表面側にそれぞれ配置された複数の光
学手段と、該複数個の光学手段からの画像を光学的に合
成する光合成手段とを備え、前記各光学手段は、それぞ
れが水平方向のみにレンズ作用を有する複数のサンプリ
ング部が、対応する各画像表示手段の水平方向の２つ以
上の画素に対応して、千鳥状に配列されており、各光学
手段のサンプリング位置が、該光合成手段によって相補
的に合成される構成であるものであり、そのことにより
上記目的が達成される。
【００１６】
【作用】本発明においては、画像表示手段が表示する離
散的フーリエ変換像または視差画像を透過させるよう
に、画像表示手段の表面側に光学手段が配置されてお
り、この光学手段は、それぞれが水平方向のみにレンズ
作用を有する複数のサンプリング部が、画像表示手段の
水平方向の２つ以上の画素に対応して、千鳥状に配列さ
れていることにより空間像が形成されるため、そのサン
プリング部を介して広い観察領域が得られ、また、従来
のスリットアレイのスリットパターンに比べて、水平方
向のサンプリング点が増加するため、水平方向の解像度
の劣化が少なくなる。さらに、サンプリング部が千鳥状
に配列されているため、サンプリング部間の各遮光部の
面積が小さくなり、光学手段が観察時の障害となること
が防止される。このとき、サンプリング部をスリットで
構成すれば、装置が簡単な構成となる。
【００１７】また、各サンプリング部における垂直方向
に隣接する水平方向のサンプリングパターンが、水平方
向に順次ずれて、３以上の水平方向のサンプリングパタ
ーンが１周期として垂直方向に繰り返されていること
で、サンプリング部の水平パターンの種類の数を、１つ
のサンプリング部に割り当てる水平ブロックの数と同じ
にすれば、水平方向の解像度がさらに向上する。
【００１８】さらに、１つのサンプリング部に割り当て
る表示画素の数を多くするほど奥行き解像度が向上する
が、その反面、水平解像度の劣化が激しくなる。したが
って、各サンプリング部における水平方向に隣接する複
数の異なるサンプリングパターンが組み合わされて、組
み合わされた複数のサンプリングパターンが垂直方向に
順次繰り返して配列されていることにより、水平解像度
と奥行き解像度の両方のバランスが取れた立体像の再生
が可能となる。例えば、１つのサンプリング部には水平
表示画素数を少なく割り当てて水平解像度を向上させる
役割を持たせ、また、１つのサンプリング部に水平表示
画素数を多く割り当てて奥行き解像度を向上させる役割
を持たせること、バランスが取れた立体像の再生が可能
となる。
【００１９】さらに、光学手段としてスリットの代わり
にシリンドリカルレンズを用いれば、より明るい画像再
生が可能となる。
【００２０】さらに、クロストーク除去用にサンプリン
グ部２つを所定距離（または一定距離）空けて配置して
いれば、垂直方向に出て行く光成分を上記スリット間の
距離によりカットでき、垂直方向のクロストークが低減
され、かつ光学手段の製作がより容易になる。さらに、
画像表示手段と光学手段との間に、画像表示手段の各表
示行の境界毎に遮光膜を設ければ、垂直方向のクロスト
ークはこの遮光膜で完全になくなる。
【００２１】また、垂直方向の開口が画像表示手段の表
示画素の垂直方向の長さよりも短いスリット部で構成す
れば、光学手段を薄く構成した状態であっても垂直方向
のクロストークが低減可能となる。また、垂直方向のク
ロストークが発生するのは、スリット位置の水平パター
ンが変化するところに限られる。したがって、光学手段
を、垂直方向の開口が画像表示手段の複数行に渡るスリ
ット部で構成すれば、より効果的に垂直方向のクロスト
ークが低減される。さらに、上記した短いスリット部と
複数行に渡るスリット部とを組み合わせてもよく、この
場合には、さらにより効果的に垂直方向のクロストーク
が低減される。
【００２２】さらに、水平方向にのみ視差を持つ離散的
フーリエ変換画像または視差画像を表示する複数個の画
像表示手段と、各画像表示手段から表示される離散的フ
ーリエ変換像または視差画像を透過させるように、各画
像表示手段の表面側にそれぞれ配置された複数の光学手
段と、各光学手段からの画像を光学的に合成する光合成
手段とを備え、複数個の光学手段のサンプリング位置が
光学合成手段によって相補的に合成されるので、その
分、水平方向の解像度が向上可能である。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００２４】図１は本発明の第１実施例の３次元ディス
プレイ装置の基本構成図である。
【００２５】図１において、立体画像表示部１０は、離
散的フーリエ変換画像を表示する画像表示手段としての
液晶パネル１と、この液晶パネル１の前面側に配置さ
れ、水平方向にレンズ作用を有すると共に、サンプリン
グ位置が千鳥状に配列された光学手段としての千鳥スリ
ット２とを有している。この液晶パネル１が接続される
画像処理部１１は、カメラ装置などの立体情報入力部１
２に接続されており、立体情報入力部１２から入力した
立体画像を画像処理して液晶パネル１に出力し、液晶パ
ネル１にてその立体画像を再生する。
【００２６】このように、本発明の３次元ディスプレイ
装置は、立体画像表示部１０、画像処理部１１および立
体情報入力部１２から構成されている。なお、画像表示
パネルとしての液晶パネル以外にプラズマディスプレイ
やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルなどを用い
てもよい。
【００２７】この千鳥スリット２は、図２に示すよう
に、スリット（透過部）部３と非透過部４によって構成
され、スリット部３は千鳥格子状に配置されている。こ
のスリット部３は、図３に示す液晶パネル１上の横長の
部分領域（例えば図３中に斜線で示した領域）に対応し
ている。このように、千鳥スリット２におけるスリット
部３が千鳥格子状に配列されていることから、この部分
領域も千鳥格子状に配列されている。図３中の点線円内
はこの部分領域を拡大したものであるが、１つの部分領
域は水平に並んだ複数の画素５によって構成されてい
る。この例では、８つの画素５で１つの部分領域を形成
している。図３に示す部分領域の操り返しピッチＶと図
２に示すスリットピッチＴは基本的に同じでよい。
【００２８】ここで、図４に、千鳥スリット２のスリッ
ト部３と液晶パネル１の各部分領域との光線再生の対応
関係を示している。図４では、見やすくするために１つ
の部分領域が４つの画素から構成される場合を示してい
る。即ち、スリット部３Ａに画素ａ１〜ａ４が、また、
スリット部３Ｂに画素ｂ１〜ｂ４がそれぞれ対応してい
る。それぞれの画素から出てスリット３Ａ，３Ｂをそれ
ぞれ通過する光の方向は、各画素とスリット３Ａ，３Ｂ
との相対位置関係によって規定されている。
【００２９】このような構成とすることにより、以下
に、立体像を再生する原理について説明する。
【００３０】本実施例における立体像の再生は、ホログ
ラフィと同様に空間像を形成することによるものであ
り、いわゆる両眼視差方式とは異なる。また、空間像の
形成は、被写体から発せられる光線の方向と強度を記録
・再生することにより行う。
【００３１】図５は立体像の記録の原理説明図であり、
記録面およびスリットアレイの水平面における断面を示
している。図５において、記録面３１ではＣＣＤのよう
に画素単位の記録が行われるものとし、記録面３１の前
面に所定間隔開けてスリットアレイ３２を配置する。こ
の例では、１つのスリットに記録面３１上の８つの画素
を割り当てており、スリットのピッチは記録画素８画素
分に等しいことになる。記録面３１のＣＣＤのような撮
像素子では光の位相は棄却されて強度のみが記録される
ため、記録面３１には位相が棄却された離散的フーリエ
変換画像が記録されることになる。このとき、スリット
アレイ３２を用いているので、光線は水平方向にのみ離
散的にサンプリングされる。図１における立体情報入力
部１２はこのような機能を有するものである。
【００３２】このような離散的フーリエ変換像の記録に
ついて、以下に、さらに詳しく説明する。
【００３３】図５に示すように、被写体からはあらゆる
方向に光が散乱しているが、記録面３１にはスリットア
レイ３２を通過した光しか到達しない。ここで、水平方
向の成分のみを考えると、記録面３１上の１つの画素に
は、この画素とそれに対応するスリットの位置関係によ
って決定される角度の入射光線のみが記録される。図５
において被写体として２つの物点Ａ，Ｂがあるとする
と、物点Ａは記録面３１上の画素ａ５，ｂ３，ｃ２に記
録され、また、物点Ｂはａ７，ｂ６，ｃ５に記録される
ことになる。垂直方向の成分についてはレンズを用いて
記録面上に結像させる必要があるが、本原理には直接関
係しないので、ここではその説明を省略する。
【００３４】次に、このようにして記録された離散的フ
ーリエ変換画像を再生する原理について図６を用いて説
明する。この図６も図５と同様に、表示面およびスリッ
トアレイの水平面での断面を示している。
【００３５】図６において、表示面３３では液晶パネル
のように画素単位の表示が行われるものとし、表示面３
３の前面にスリットアレイ３４を配置する。記録時に１
つのスリットに記録面上の８つの画素を割り当てたこと
に対応して、再生時にも１つのスリットに表示面３３上
の８つの画素を割り当てる。したがって、スリットアレ
イ３４のスリットピッチは表示画素８画素分に等しい。
表示面３３の画素ピッチが図５の記録面３１の画素ピッ
チと同じであるならば、スリットアレイ３４は図５のス
リットアレイ３２と同じピッチになり、表示面３３とス
リットアレイ３４の間隔は図５の記録面３１とスリット
アレイ３２の間隔に等しくなるようにする。
【００３６】この表示面３３に表示する画像は、図５の
ような構成によって記録された離散的フーリエ変換画像
をスリット毎に左右反転したものである。このように左
右反転を行うのは、再生した際に奥行き方向に手前と奥
が逆転するのを防ぐためであり、記録時にはスリットア
レイが記録面に関して被写体側にあったのに対して、再
生時には表示面３３に関してスリットアレイ３４が観察
者側にあることに起因している。これは、図１の画像処
理部１１において、この画像処理を行う。
【００３７】１つの画素から出てスリットを通過する光
は、画素とそれに対応するスリットの位置関係によって
決定される方向にのみ出射する。上述したスリット毎の
左右反転処理により、表示画素と記録画素はスリットに
関して対称な位置関係にあるため、この光線の出射方向
は記録時の方向と同じになる。スリットアレイ３４を通
過することにより、全ての表示点について、記録時と同
じ方向に光線が出射する。観察者は、このようにして出
射してくる光を観察することにより、立体視を行うこと
ができる。実際の光は表示面３３から手前（観察者側）
にしか出てこないのであるが、同一点の情報（例えばａ
５，ｂ３，ｃ２）が複数のスリット（ａ，ｂ，ｃ）から
異なる角度で出てくるために、あたかも表示面３３より
も奥に存在する１つの物点から光が出てきているかのよ
うに知覚するのである。全ての表示点に関してこのよう
な現象が起こるために、空間像が形成され、立体視を行
うことができる。
【００３８】なお、通常は、図６の表示面３３の画素ピ
ッチは図５の記録面３１の画素ピッチと異なるが、その
場合には表示面３３とスリットアレイ３４の間隔を調整
することにより、同様に記録光線の再生を行うことがで
きる。
【００３９】このようにして、空間像形成を行うことに
より、自然界におけるものと同等な光線状態を再現する
ことができるため、観察領域が広く、観察者の移動に伴
って観察される立体像も滑らかに変化する。
【００４０】上述したように本方式においては、スリッ
トの位置がサンプリング位置となる。したがって、サン
プリング点の数、即ちスリットの本数が再生像の解像度
を決定する。表示に用いる液晶パネルの画素数がｍ（水
平）×ｎ（垂直）の場合、表示画素８画素に対して１つ
のスリットを対応させると、再生像の解像度はｍ／８
（水平）×ｎ（垂直）となる。このように、スリットを
用いる場合には再生像の水平解像度が劣化する。
【００４１】そこで、本実施例では、再生像の水平解像
度を向上させるために、普通のスリットアレイではな
く、図２に示したような千鳥スリット２を用いる。この
千鳥スリット２の作用について以下に説明する。
【００４２】まず、その説明を容易にするために、表示
時に千鳥スリット２が置かれる平面を図７（ａ）に示す
ように格子状に区画し、この平面上の１つのブロックを
（Ｘ，Ｙ）の形式で表す。例えば左上角のブロックは
（１，１）となる。なお、図７（ａ）は平面の一部分を
示したものである。また、この１つのブロックは、ここ
では図７（ｂ）に示すように表示画素４画素分の大きさ
を持つものとする。
【００４３】図８に、従来のスリットアレイを用いた場
合のスリットパターンの一例を示している。
【００４４】図８に示すように、水平２ブロックに対し
て１つのスリットが割り当てられている。１ブロックが
表示画素の４画素に相当するので、これは表示画素８画
素に対して１つのスリットを対応させることを意味す
る。図８におけるスリットの位置は、Ｘ＝２ｉ−１（ｉ
＝１，２…）であるから、Ｘ＝２ｉ（ｉ＝１，２…）の
位置の情報は再生できない。
【００４５】これに対して、本実施例で用いる千鳥スリ
ット２の場合のスリットパターンを図９に示している。
図９において、水平２ブロックに対して１つのスリット
を割り当てているのであるが、垂直１ブロック毎にスリ
ット位置を左右にずらしているところが図８の従来の場
合と異なっている。図９におけるスリットの位置は、以
下に示すようになる。
【００４６】Ｙ＝２ｊ−１（ｊ＝１，２，…）のときＸ
＝２ｉ−１（ｉ＝１，２，…） Ｙ＝２ｊ（ｊ＝１，２，…）のときＸ＝２ｉ（ｉ＝１，
２，…） 図８の普通のスリットアレイの場合、Ｘ＝２ｉ（ｆ＝
１，２，…）の位置の情報はＹの如何にかかわらず再生
できなかったのに対して、図９の千鳥スリットの場合に
は、Ｘ＝２ｉ（ｉ＝１，２，…）の位置の情報をも再生
することができる。即ち、図９の場合には図８の場合と
比較して水平解像度が２倍に向上することになる。ま
た、垂直解像度に関しては図８の場合と同じである。
【００４７】また、図８のような普通のスリットアレイ
を用いた場合、１つ１つの遮光部（非透過部）の面積が
大きいためにスリットアレイ自体が観察時に目障りとな
るが、図９のような千鳥スリット２を用いると、１つ１
つの遮光部（非透過部）は小さな面積となっていて分散
されているために、千鳥スリット２自体が目障りではな
くなるという利点を持っている。
【００４８】以上のように、本実施例においては、液晶
パネル１により離散的フーリエ変換画像（または視差画
像）が表示され、その前面に、水平方向にレンズ作用を
有すると共に、サンプリング位置が千鳥状に配列された
千鳥スリット２が配置されることにより、空間像が形成
されるため、広い観察領域を得ることができる。また従
来のスリットアレイのスリットパターンに比べて、水平
方向のサンプリング点が増加するため、水平方向の解像
度劣化を少なくすることができる。さらに、スリット間
の各遮光部の面積が小さくなるために、千鳥スリット２
が観察時の障害となることを防止することができる。こ
のように、サンプリング点をスリットで構成すれば、簡
単に装置を構成できる。
【００４９】次に、本発明の第２実施例における３次元
ディスプレイ装置について、以下に説明する。
【００５０】図１０は本発明の第２実施例における３次
元ディスプレイ装置のスリットのパターン図であり、そ
の基本構成は図１の第１実施例と同じであるが、スリッ
ト６のスリットパターンが第１実施例とは異なってい
る。
【００５１】図１０において、スリット６のスリットパ
ターンは、水平４ブロックに対して１つのスリットを割
り当て、１つの水平スリットパターンを垂直方向の位置
に応じて水平方向に順次ずらし、３以上の水平ラインを
周期として繰り返し配列している。一方、１つのスリッ
トに割り当てる水平ブロックが３以上の場合、図９のよ
うにスリット位置の水平パターンをＹ＝２ｊ−１と２ｊ
（ｊ＝１，２，…）の２種類にすると、上述したよう
に、従来のスリットアレイを用いた場合に対する水平解
像度の向上は２倍にとどまる。しかしながら、本実施例
においては、スリット位置の水平パターンの種類の数
を、１つのスリットに割り当てる水平ブロックの数と同
じにすると、水平解像度をさらに向上させることができ
る。
【００５２】図１０におけるスリットの位置は、以下に
示すようになる。
【００５３】Ｙ＝４ｊ−３（ｊ＝１，２，…）のときＸ
＝４ｉ−３（ｉ＝１，２，…） Ｙ＝４ｊ−２（ｊ＝１，２，…）のときＸ＝４ｉ−２
（ｉ＝１，２，…） Ｙ＝４ｊ−１（ｊ＝１，２，…）のときＸ＝４ｉ−１
（ｉ＝１，２，…） Ｙ＝４ｊ（ｊ＝１，２，…）のときＸ＝４ｉ（ｉ＝１，
２，…） これら水平４ブロックに対して１つのスリットを割り当
てる場合に、従来のスリットアレイを用いると、スリッ
トは例えばＸ＝４ｉ−３（ｉ＝１，２，…）の位置にし
か存在しないので、この場合と比較すると図１０のよう
なスリット６を用いることにより水平解像度が４倍に向
上する。
【００５４】さらに、本発明における第３実施例の３次
元ディスプレイ装置について、以下に説明する。
【００５５】図１１は本発明の第３実施例における３次
元ディスプレイ装置の千鳥スリットのスリットパターン
図であり、その基本構成は図１の第１実施例と同じであ
るが、千鳥スリット７のスリットパターンが上記した第
１および第２実施例とは異なっている。
【００５６】図１１において、この千鳥スリット７の特
徴は、１つのスリットに割り当てる水平ブロックの数が
異なる水平スリットパターンを、垂直方向に組み合わせ
たことにある。図１１の場合は、１つのスリットに水平
２ブロックを割り当てるパターンと、１つのスリットに
水平４ブロックを割り当てるパターンとを交互に組み合
わせている。したがって、図１１におけるスリット部の
位置は、以下に示すようになる。
【００５７】Ｙ＝２ｊ−１（ｊ＝１，２，…）のときＸ
＝２ｉ−１（ｉ＝１，２，…） Ｙ＝２ｊ（ｊ＝１，２，…）のときＸ＝４ｉ−２（ｉ＝
１，２，…） 本方式においては、１つのスリットに割り当てる表示画
素の数を多くするほど奥行き解像度が向上するが、その
反面、水平解像度の劣化が激しくなる。図１１の千鳥ス
リット７では、１つのスリットに水平２ブロックを割り
当てるパターンには水平解像度を向上させる役割を持た
せ、また、１つのスリットに水平４ブロックを割り当て
るパターンには奥行き解像度を向上させる役割を持たせ
ることにより、水平解像度と奥行き解像度の両方のバラ
ンスが取れた立体像の再生を行うことができる。
【００５８】さらに、本発明における第４実施例の３次
元ディスプレイ装置について、以下に説明する。
【００５９】図１２は本発明の第４実施例における３次
元ディスプレイ装置の千鳥スリット８のスリットパター
ン図であり、その基本構成は図１の第１実施例と同じで
あるが、千鳥スリット８のスリットパターンが上記した
第１〜第３実施例とは異なっている。
【００６０】図１２の本実施例においては、第３実施例
に第１実施例の考え方を適用したものと言える。即ち、
図１１に示したスリットパターンでは、Ｘ＝４ｉ（ｉ＝
１，２，…）の位置にはスリットがないため、この位置
の情報を再生することができない。そこで、この位置に
もスリットがくるようにＹ＝４ｊ（ｊ＝１，２，…）の
位置のスリットパターンを水平方向にシフトしている。
したがって、図１２におけるスリットの位置は、以下に
示すようになる。
【００６１】Ｙ＝２ｊ−１（ｊ＝１，２，…）のときＸ
＝２ｉ−１（ｉ＝１，２，…） Ｙ＝４ｊ−２（ｊ＝１，２，…）のときＸ＝４ｉ−２
（ｉ＝１，２，…） Ｙ＝４ｊ（ｊ＝１，２…）のときＸ＝４ｉ（ｉ＝１，
２，…） このようにすることにより、図１１のスリットパターン
の場合よりも水平解像度を向上させることができる。
【００６２】なお、上述した各実施例におけるスリット
部はシリンドリカルレンズと機能的に等価であるから、
例えば千鳥スリットであれば、千鳥状のシリンドリカル
レンズアレイに置き換えることができる。その一例とし
て、図９の千鳥スリット２と同じ機能を持つシリンドリ
カルレンズアレイ９を図１３に示している。ただし、こ
の千鳥状シリンドリカルレンズアレイ９を用いる場合に
は、液晶パネルとこのレンズアレイとの間隔をレンズの
焦点距離に等しくする必要がある。この千鳥状シリンド
リカルレンズアレイ９を用いることにより、再生像の明
るさを向上させることができる。
【００６３】さて、これまでは表示画素から出た光が、
図４に示したようにそれに対応するスリットを通過する
ものとして説明してきたが、実際にはそれ以外のスリッ
トを通過する光も存在する。この影響について図１４を
用いて説明する。
【００６４】図１４において、画素ａ１〜ａ４は、本
来、スリット部３Ａに対応するものである。しかしなが
ら、水平方向に隣のスリット部３Ｂや垂直方向に隣のス
リット３Ｃを通過する光が存在する。このうち、水平方
向に隣のスリット部３Ｂを通過した光は、正面の観察領
域とは別の観察領域を形成することになり、立体像観察
の支障にはならず、むしろ観察領域を広げるというメリ
ットを持つ。本来のスリットを通過する光をメインロー
ブと呼び、水平方向に隣のスリットを通過する光をサイ
ドローブと呼ぶことにすると、図１５に示すように観察
領域としては正面にできるメインローブ領域４０とその
隣にできるサイドローブ領域４１ができることになる。
【００６５】一方、垂直方向に隣のスリット３Ｃを通過
した光は、図１５に点線で示すようにメインローブ領域
４０内に本来の角度とは異なる角度で到達する。これは
画像が２重になる（クロストークが発生する）ことを意
味し、立体画像観察の際には支障となる。そこで、垂直
方向に隣のスリット部３Ｃを通過する光を遮断または低
減することを考える。
【００６６】以下に、本発明における第５実施例の３次
元ディスプレイ装置について説明する。
【００６７】図１６は本発明の第５実施例における３次
元ディスプレイ装置の立体画像表示部の一構成例を示す
縦断面図であり、液晶パネル１の前面に厚さのあるスリ
ット１３を配置している。このスリット１３のスリット
パターンは、図９〜図１２の何れでも良い。
【００６８】図１６に示すように、本実施例の特徴は、
スリット１３が奥行き方向に数ｍｍ〜数ｃｍ程度の厚さ
を有することである。これによって垂直方向へ出て行く
光の成分を上記厚さでカットすることができ、垂直方向
のクロストークを除去することができる。
【００６９】次に、本発明における第６実施例の３次元
ディスプレイ装置について、以下に説明する。
【００７０】図１７は本発明の第６実施例における３次
元ディスプレイ装置の立体画像表示部の他の一構成例を
示す縦断面図である。
【００７１】図１７において、液晶パネル１の前面に２
枚のスリット１４を所定間隔開けて配置している。これ
らのスリット１４のスリットパターンは図９〜図１２の
いずれでもよい。これら２枚のスリット１４は全く同一
のものを所定間隔を空けて配置してもよく、これにより
垂直方向へ出て行く光の成分をカットすることができ、
クロストークを消すことができる。これらのスリット１
４をレーザービームを用いてガラス表面への焼き付けに
よって作製する場合には、ガラスの両面に焼き付けるだ
けで、本実施例の構成を容易に実現することができる。
【００７２】さらに、本発明における第７実施例の３次
元ディスプレイ装置について、以下に説明する。
【００７３】図１８は本発明の第７実施例における３次
元ディスプレイ装置の立体画像表示部のさらに他の構成
例を示す縦断面図である。
【００７４】図１８において、液晶パネル１の前面にス
リット１５を配置し、その間に、垂直方向クロストーク
除去用の遮光膜１６を挿入している。このスリット１５
のスリットパターンは図９〜図１２のいずれであっても
よい。この遮光模１６は、その厚さが数μｍ〜数１０μ
ｍの非常に薄いもので、液晶パネル１の表示画素の水平
境界に位置を合わせて（このようにするとスリット１５
の水平スリットパターンとも位置を合わせることにな
る）、各表示行毎に配置する。これにより、垂直方向へ
出て行く光の成分をカットすることができ、垂直方向の
クロストークだけを消すことができる。
【００７５】さらに、本発明における第８実施例の３次
元ディスプレイ装置について、以下に説明する。
【００７６】図１９は本発明の第８実施例における３次
元ディスプレイ装置の立体画像表示部のさらに他の構成
例を示す縦断面図である。
【００７７】図１９において、液晶パネル１の前面にス
リット開口部の小さいスリット１７を配置している。こ
のスリット１７のスリット位置は図９〜図１２のいずれ
でもよい。本実施例の特徴は、スリット１７におけるそ
れぞれのスリット開口部について、垂直方向の開口を１
ブロックよりも小さくすることにある。つまり、垂直方
向の開口が液晶パネル１における表示画素の垂直方向の
長さよりも短いスリット開口部で構成している。このス
リット位置を図９のようにした場合のスリット１７のス
リットパターンを図２０に示している。図２０から解る
ように、１つ１つのスリット開口部の縦方向の長さは垂
直方向に短くなっており、これにより、スリット１７を
薄く構成した状態で垂直方向のクロストークを低減する
ことができる。
【００７８】さらに、本発明における第９実施例の３次
元ディスプレイ装置について、以下に説明する。
【００７９】図２１は本発明の第９実施例における３次
元ディスプレイ装置のスリットパターン図であり、基本
構成は図１の第１実施例と同しであるが、スリット１８
のスリットパターンが上記第８実施例とは異なってい
る。
【００８０】図２１において、このスリット１８の特徴
は、１つのスリットの垂直方向の開口が複数ブロックに
またがっていることにある。つまり、１つのスリットの
垂直方向の長さが２ブロック分となっている。したがっ
て、図２１におけるスリット部の位置は、以下に示すよ
うになる。
【００８１】 Ｙ＝４ｊ−３，４ｊ−２（ｊ＝１，２，…）のとき Ｘ＝２ｉ−１（ｉ＝１，２，…） Ｙ＝４ｊ−１，４ｊ（ｊ＝１，２，…）のとき Ｘ＝２ｉ（ｉ＝１，２，…） 垂直方向のクロストークが発生するのは、スリット位置
の水平パターンが変化するところに限られる。例えば図
８のような従来のスリットアレイの場合には、Ｙが変化
しても水平パターンは変化しないために、垂直方向のク
ロストークは発生しない。一方、図９の千鳥スリット２
の場合には、全てのＹについて垂直方向に隣り合うライ
ンの水平パターンが異なる（即ち垂直１ブロック毎に水
平パターンが変化している）ため、全てのＹにおいてク
ロストークが発生する。これに対して図２１のスリット
１８の場合には、水平パターンの変化は垂直２ブロック
毎であり、図９の場合と比べて１／２となるから、垂直
方向のクロストークの発生も図９の千鳥スリット２の場
合の１／２に減少する。
【００８２】このように、垂直方向の開口が画像表示手
段の複数行に渡るスリット部で構成することにより、よ
り効果的に垂直方向のクロストークを低減することがで
きる。
【００８３】さらに、本発明における第１０実施例の３
次元ディスプレイ装置について、以下に説明する。
【００８４】図２２は本発明の第１０実施例における３
次元ディスプレイ装置のスリットパターン図であり、基
本構成は図１の第１実施例と同しであるが、スリット１
９のスリットパターンが上記した第８および第９実施例
とは異なっている。
【００８５】図２２において、本実施例は上記第９実施
例に第８実施例の考え方を適用したものと言える。つま
り、スリットの位置は図２１と同じであるが、１つのス
リットの垂直方向の長さは２ブロックよりも短くなって
いる。これにより、本実施例においては第８実施例の効
果に第９実施例の効果が加わり、より効果的に垂直方向
のクロストークを低減することができるものである。
【００８６】さらに、以下に、本発明における第１１実
施例の３次元ディスプレイ装置について説明する。
【００８７】図２３は本発明の第１１実施例における３
次元ディスプレイ装置の立体画像表示部の別の構成例を
示す縦断面図である。
【００８８】図２３において、第１実施例の立体画像表
示部１０を２つ組み合わせた構成をとっている。即ち、
液晶パネル２１とその前面に配置される千鳥スリット２
２の１組（＃１）と、液晶パネル２３とその前面に配置
される千鳥スリット２４の１組（＃２）とを、ビームコ
ンバイナー２５によって結合する構成である。観察者２
６は組（＃１）によって生成される立体像と組（＃２）
によって生成される立体像との合成像を観察することに
なる。
【００８９】ここで、組（＃１）の千鳥スリット２２の
スリットパターンの例を図２４（ａ）に示し、また、組
（＃２）の千鳥スリット２４のスリットパターンの例を
図２４（ｂ）に示している。これらの図２４（ａ）およ
び図２４（ｂ）中に記入してある破線は、両方のスリッ
ト位置を比較するために共通の位置に引いている。これ
から解るように、図２４（ｂ）のスリットパターンは、
図２４（ａ）のスリットパターンを水平・垂直両方向に
半ピッチ移動したものとなっている。これらの２つをビ
ームコンバイナー２５によって合成すると、合成後のス
リットパターンとしては、図２４（ｃ）のようになる。
図２４（ｃ）では図２４（ａ）と比べて水平解像度が２
倍に向上する。
【００９０】本実施例においては、合成後に図２４
（ｃ）のような状態になればよいので、組（＃２）の千
鳥スリット２４を組（＃１）の千鳥スリットと同一のも
のとし、合成する際に組（＃２）全体を平行移動するこ
とによって図２４（ｃ）のような合成スリットパターン
とすることが可能である。また、本実施例では水平解像
度を向上させることが目的であることから、組（＃１）
と組（＃２）のスリット位置が水平方向では重ならない
ことが必須条件となり、垂直方向に関しては拘束されな
い。
【００９１】なお、上記組（＃１）の液晶パネル２１と
組（＃２）の液晶パネル２３に表示する離散的フーリエ
変換画像は、それぞれ合成後のスリット位置に対応した
ものでなければならない。即ち、図２４（ｃ）のような
場合、組（＃１）の液晶パネル２１に表示する離散的フ
ーリエ変換画像と、組（＃２）の液晶パネル２３に表示
する離散的フーリエ変換画像とは、サンプリング位置が
水平・垂直両方向に半ピッチずれたものになっている必
要がある。
【００９２】また、以上の各実施例では、離散的フーリ
エ変換像を表示する場合について説明したが、視差画像
を表示する場合であっても同様の構成を取ることができ
て、同様の効果を得ることができる。
【００９３】
【発明の効果】以上のように本発明の３次元ディスプレ
イ装置によれば、水平方向のみにレンズ作用を有する光
学手段のサンプリング部が千鳥状に配列されており、こ
のサンプリング部の各々が画像表示手段の水平方向の２
つ以上の画素に対応するため、水平方向のサンプリング
点が増加し、水平方向の解像度劣化を少なくすることが
できる。また、空間像形成により、広い観察領域を得る
ことができる。さらに、サンプリング位置の間の各遮光
部の面積が従来のものに比べて小さくなるため、その
分、光学手段が観察時の障害となることを防止すること
かできる。
【００９４】また、３次元ディスプレイ装置において、
光学手段を、千鳥状に配列されたスリットから構成すれ
ば、装置をより簡単に構成できる。
【００９５】さらに、３次元ディスプレイ装置におい
て、光学手段のサンプリング部が、１つの水平サンプリ
ングパターンを垂直方向の位置に応じて水平方向に順次
ずらし、３以上の水平ラインを周期として繰り返し配列
するようにすれば、水平方向の解像度をより向上させる
ことができる。
【００９６】さらに、３次元ディスプレイ装置におい
て、光学手段のサンプリング部が、複数の水平サンプリ
ングパターンを垂直方向に組み合わせて順次配列するよ
うにすれば、水平解像度と奥行き解像度のバランスが取
れた立体画像の再生を行うことができる。
【００９７】さらに、３次元ディスプレイ装置におい
て、光学手段のサンプリング部がシリンドリカルレンズ
から構成されていれば、より明るい画像を再生すること
ができる。
【００９８】
【００９９】さらに、３次元ディスプレイ装置におい
て、光学手段がスリット２枚を一定間隔離して配置すれ
ば、光学手段をより容易に製作することができる。
【０１００】さらに、３次元ディスプレイ装置におい
て、画像表示手段と光学手段との間に、画像表示手段の
各表示行の境界毎に遮光膜を設ければ、垂直方向のクロ
ストークを完全になくすことかできる。
【０１０１】さらに、３次元ディスプレイ装置におい
て、光学手段が、垂直方向の開口が画像表示手段の表示
画素の垂直方向の長さよりも短いスリット部から構成さ
れていれば、垂直方向のクロストークを低減する光学手
段をより薄く構成することができる。
【０１０２】さらに、３次元ディスプレイ装置におい
て、光学手段が、垂直方向の開口が画像表示手段の複数
行にまたがるスリット部から構成されていれば、より効
果的に垂直方向のクロストークを低減することができ
る。
【０１０３】さらに、３次元ディスプレイ装置におい
て、画像表示手段と光学手段との組を複数設け、各光学
手段のサンプリング位置が光学合成手段によって相補的
に合成されるため、水平方向の解像度を非常に向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における３次元ディスプレ
イ装置の基本構成図である。
【図２】図１の千鳥スリット２における一部分領域の正
面図である。
【図３】図１の液晶パネル１における一部分領域の正面
図およびその一部拡大図である。
【図４】図１の液晶パネル１と千鳥スリット２の組み合
わせによる光線再生の対応関係を示す説明図である。
【図５】離散的フーリエ変換画像を記録する原理を説明
するための記録面およびスリットアレイの横断面図であ
る。
【図６】離散的フーリエ変換画像を再生する原理を説明
するための表示面およびスリットアレイの横断面図であ
る。
【図７】（ａ）は図１の千鳥スリット２における一部分
領域のスリット平面を区画した区画図、（ｂ）は（ａ）
で区画した左上角ブロックの表示画素図である。
【図８】従来のスリットアレイのパターン図である。
【図９】本発明の第１実施例で用いる千鳥スリット２の
パターン図である。
【図１０】本発明の第２実施例における３次元ディスプ
レイ装置のスリットのスリットパターン図である。
【図１１】本発明の第３実施例における３次元ディスプ
レイ装置のスリットのスリットパターン図である。
【図１２】本発明の第４実施例における３次元ディスプ
レイ装置のスリットのスリットパターン図である。
【図１３】本発明の３次元ディスプレイ装置におけるス
リットの代わりに使用可能な千鳥状シリンドリカルレン
ズアレイの斜視図である。
【図１４】本発明の３次元ディスプレイ装置の千鳥スリ
ット２における垂直方向のクロストークの説明図であ
る。
【図１５】本発明の３次元ディスプレイ装置の立体画像
表示部における観察領域の概略図である。
【図１６】本発明の第５実施例における３次元ディスプ
レイ装置の立体画像表示部の一構成例を示す縦断面図で
ある。
【図１７】本発明の第６実施例における３次元ディスプ
レイ装置の立体画像表示部の他の一構成例を示す縦断面
図である。
【図１８】本発明の第７実施例における３次元ディスプ
レイ装置の立体画像表示部のさらに他の一構成例を示す
縦断面図である。
【図１９】本発明の第８実施例における３次元ディスプ
レイ装置の立体画像表示部のさらに他の一構成例を示す
縦断面図である。
【図２０】図１９の３次元ディスプレイ装置の立体画像
表示部において用いる千鳥スリットのパターン図であ
る。
【図２１】本発明の第９実施例における３次元ディスプ
レイ装置の千鳥スリットのスリットパターン図である。
【図２２】本発明の第１０実施例における３次元ディス
プレイ装置の千鳥スリットのスリットパターン図であ
る。
【図２３】本発明の第１１実施例における３次元ディス
プレイ装置の立体画像表示部の構成例を示す縦断面図で
ある。
【図２４】（ａ）は図２３の千鳥スリット２２のスリッ
トパターン図、（ｂ）は千鳥スリット２４のスリットパ
ターン図、（ｃ）はそれらを合成したスリットパターン
図である。
【図２５】従来の３次元ディスプレイ装置における立体
画像表示部の基本構成図である。
【図２６】図２５の液晶パネル１０１に表示する短冊状
画像部の説明図である。
【図２７】図２５のスリットアレイパネル１０２のスリ
ットパターン図である。
【図２８】従来の視差画像方式の３次元ディスプレイ装
置における立体視の原理説明図である。
【符号の説明】
１ 液晶パネル ２，７，８ 千鳥スリット ３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ スリット部 ４ 非透過部 ５ 画素 ６，１３〜１５，１７〜１９ スリット ９ 千鳥状シリンドリカルレンズアレイ １０ 立体画像表示部 １１ 画像処理部 １２ 立体情報入力部 １６ 遮光膜 ２１、２３ 液晶パネル ２２、２４ 千鳥スリット ２５ ビームコンバイナー ２６ 観察者 ３１ 記録面 ３２、３４ スリットアレイ ３３ 表示面 ４０ メインローブ領域 ４１ サイドローブ領域
フロントページの続き (72)発明者 賀好 宣捷 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−156791（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−43666（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−232403（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−133340（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−331605（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−120517（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−5420（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−38825（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−507301（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/13 505 G02F 1/1335 G02B 27/22

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 水平方向にのみ視差を持つ離散的フーリ
    エ変換像または視差画像を画像表示手段に表示して立体
    画像を再生する３次元ディスプレイ装置において、前記画像表示手段が表示する離散的フーリエ変換像また
    は視差画像を透過させるように、前記画像表示手段の表
    面側に光学手段が配置されており、該光学手段は、それ
    ぞれが水平方向のみにレンズ作用を有する複数のサンプ
    リング部が、前記画像表示手段の水平方向の２つ以上の
    画素に対応して、千鳥状に配列されている、 ３次元ディ
    スプレイ装置。
  2. 【請求項２】 前記光学手段のサンプリング部が、スリ
    ットから構成されている請求項１記載の３次元ディスプ
    レイ装置。
  3. 【請求項３】 水平方向にのみ視差を持つ離散的フーリ
    エ変換像または視差画像を画像表示手段に表示して立体
    画像を再生する３次元ディスプレイ装置において、前記画像表示手段が表示する離散的フーリエ変換像また
    は視差画像を透過させるように、前記画像表示手段の表
    面側に光学手段が配置されており、該光学手段は、それ
    ぞれが水平方向のみにレンズ作用を有する複数のサンプ
    リング部が、前記画像表示手段の水平方向の２つ以上の
    画素に対応して配置されており、各サンプリング部にお
    ける垂直方向に隣接する水平方向のサンプリングパター
    ンが、水平方向に順次ずれて、３以上の水平方向のサン
    プリングパターンが１周期として垂直方向に繰り返され
    ている、 ３次元ディスプレイ装置。
  4. 【請求項４】 水平方向にのみ視差を持つ離散的フーリ
    エ変換像または視差画像を画像表示手段に表示して立体
    画像を再生する３次元ディスプレイ装置において、前記画像表示手段が表示する離散的フーリエ変換像また
    は視差画像を透過させるように、前記画像表示手段の表
    面側に光学手段が配置されており、該光学手段は、それ
    ぞれが水平方向のみにレンズ作用を有する複数のサンプ
    リング部が、前記画像表示手段の水平方向の２つ以上の
    画素に対応して配置されており、各サンプリング部にお
    ける水平方向に隣接する複数の異なるサンプリングパタ
    ーンが組 み合わされて、組み合わされた複数のサンプリ
    ングパターンが垂直方向に順次繰り返して配列されてい
    る、 ３次元ディスプレイ装置。
  5. 【請求項５】 前記光学手段のサンプリング部をシリン
    ドリカルレンズで構成した請求項１、３または４のいず
    れかに記載の３次元ディスプレイ装置。
  6. 【請求項６】 前記光学手段は、クロストーク除去用に
    スリット２枚を所定間隔離して配置した請求項１〜４の
    いずれかに記載の３次元ディスプレイ装置。
  7. 【請求項７】 前記画像表示手段と前記光学手段との間
    に、該画像表示手段の各表示行の境界毎に遮光膜を介在
    させた請求項１〜５のいずれかに記載の３次元ディスプ
    レイ装置。
  8. 【請求項８】 前記光学手段は、垂直方向の開口が前記
    画像表示手段の表示画素の垂直方向の長さよりも短いス
    リット部で構成した請求項１、３または４のいずれかに
    記載の３次元ディスプレイ装置。
  9. 【請求項９】 前記光学手段は、垂直方向の開口が前記
    画像表示手段の複数行に渡るスリット部で構成した請求
    項１、３または４のいずれかに記載の３次元ディスプレ
    イ装置。
  10. 【請求項１０】 立体画像を再生する３次元ディスプレ
    イ装置において、水平方向にのみ視差を持つ 複数個の離散的フーリエ変換
    画像または視差画像をそれぞれ表示する複数個の画像表
    示手段と、前記各画像表示手段から表示される離散的フーリエ変換
    像または視差画像を透過させるように、各画像表示手段
    の表面側にそれぞれ配置された複数の光学手段と、 該複数個の光学手段からの画像を光学的に合成する光合
    成手段とを備え、前記各光学手段は、それぞれが水平方向のみにレンズ作
    用を有する複数のサンプリング部が、対応する各画像表
    示手段の水平方向の２つ以上の画素に対応して、千鳥状
    に配列されており、 各光学手段のサンプリング位置が、該光合成手段によっ
    て相補的に合成される構成である、３次元ディスプレイ
    装置
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