JP3728013B2 - Stereoscopic image display device - Google Patents

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Description

【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、特にテレビ、ビデオ、コンピュータモニタ、ゲームマシンなどにおいて立体表示を行うのに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、立体画像表示装置の方式として、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。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眼づ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。しかし、この方式では観察者は常に偏光めがねをかけねばならず、煩わしいという欠点があった。
【0003】
それに対して、偏光めがねを用いない立体画像表示方式として、ディスプレイの前面にレンチキュラレンズを設け、空間的に観察者の左右の眼に入る画像を分離するレンチキュラレンズ方式がある。
【0004】
図11はレンチキュラレンズ方式の従来例の説明図である。図は水平方向の断面図を表している。図中、1 は液晶ディスプレイの表示画素部であり、ガラス基板、カラーフィルタ、電極、偏光板、バックライトなどは省略している。表示画素部1 は画素を形成するカラーフィルタを配置した開口部2Kと画素間を分離するブラックマトリクス3Bから構成している。液晶ディスプレイの観察者側には、断面が図示のように半円状で各々紙面に直角方向に延びる多数のシリンドリカルレンズからなるレンチキュラレンズ (シリンドリカルレンズアレイ) 4Lを配置しており、その焦点面に表示画素部1 が位置している。
【0005】
表示画素部1 には図示のようにレンチキュラレンズの一つのピッチに対応して右眼用ストライプ画素(Ri)、左眼用ストライプ画素(Li)を対として交互に配置しており、これらの画素はレンチキュラレンズ4Lにより観察者の右眼ER、左眼ELの領域に光学的に分離して結像され、立体視を実現している。
【0006】
図はディスプレイの中央部分のシリンドリカルレンズ40により右眼用、左眼用ストライプ画素の各々を観察できる空間的領域を示しており、他の各シリンドリカルレンズについても同様に左右に分離した空間的領域が観察者の左右眼の位置で重なり、画面全面にわたって一様に左右のストライプ画素が分離して観察される。
【0007】
この方式では左右の視差画像を夫々縦のストライプ画素に分割し、それらを交互に例えばL1R2L3R4L5R6・・・・と配列して1 つのストライプ画像 (縦ストライプ画像) を合成し、表示しなければならないので、画像する視差画像の解像度は1/2 になる。
【0008】
それに対して、特開平5ー107663号公報、特開平7ー234459号公報には解像度の低下のない立体画像表示装置が開示されている。
図12は特開平5ー107663号公報に開示されている立体画像表示装置の基本構成図である。この立体画像表示装置は図12(A) に示すように、マトリクス型面光源102 とレンチキュラーシート103 からなる光指向性切り替え装置101 と透過型表示装置104 とから構成しており、右眼用のストライプ状の光源(図12(B) の102R)が点灯している時はこれに同期して右眼用の視差画像(図12(C) の104R)を奇数フレームで表示し、左眼用のストライプ状の光源(図12(B) の102L)が点灯している時はこれに同期して左眼用の視差画像(図12(C) の104L)を偶数フレームで表示する。これにより左右の視差画像を構成する各画素を偶数フレームと奇数フレームに応じて全て用いるので、視差画像の分割を行う必要がなく解像度の低下のない立体画像表示装置が実現できる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図11のレンチキュラレンズを用いた方式では、レンズ面などからの表面反射で画質が損なわれたり、液晶ディスプレイのブラックマトリクス3 がモアレ縞となって見え、目障りであった。
【0010】
また、図12の右眼視差画像と左眼視差画像を時分割で表示する従来例の方法では、フリッカの発生を解決する為に画像の切替を高速で行わなければならないという問題があった。磯野らはテレビジョン学会誌、Vol.41, No.6 (1987), pp549-555、において" 時分割立体視の成立条件" について報告しており、それによるとフィールド(フレーム)周波数30Hzの時分割方式では立体視が得られないことが報告されている。さらに、両眼を交互に開閉した場合のフリッカが知覚されない限界の周波数(臨界融合周波数 CFFという)は約55Hzであり、フリッカの点からいえばフィールド(フレーム)周波数は少なくとも110Hz 以上必要であることが報告されている。
【0011】
従って、図12の従来例においては透過型表示装置104 として、高速表示のできる表示デバイスが必要であるという問題があった。
【0012】
本発明の目的は、表示速度 (フレームレート) が遅いディスプレイデバイスを用いてもフリッカーの発生がなく、特に上下方向に広い観察領域で画面全体にわたって一様に左右のストライプ画素を分離して見えの良い立体画像として観察することができる立体画像表示装置の提供である。
【0013】
更なる目的は、
(1−1) ディスプレイデバイスに第1の合成ストライプ画像と第2 の合成ストライプ画像を交互に表示し、これに同期して透過型の空間変調素子又は自発光型表示素子に対応するマスクパターン又は発光パターンを表示することにより、立体画像の表示解像度を高くすることができる。
(1−2) ディスプレイデバイスの画像表示面の所定の領域にのみ立体画像を表示し、その他の部分には通常の2 次元画像を表示して3 次元画像と2 次元画像を混在表示することができる。
等の少なくとも1 つの効果を有する立体画像表示装置の提供である。
【0014】
【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、市松状に配列された複数の開口部を含むマスクパターンにより所定の形状の光束を射出させる光源手段と、
水平方向垂直方向とで光学作用の異なる複数のレンズを有する光学系と、
右眼用の視差画像を表示するために、横ストライプ状に配列された複数の右眼用横ストライプ画素と、左眼用の視差画像を表示するために、横ストライプ状に配列された複数の左眼用横ストライプ画素を備え、前記右眼用横ストライプ画素と前記左眼用横ストライプ画素とを上から順に交互に並べたストライプ画像を表示する透過型のディスプレイデバイスとを有し、
該光源手段より射出する光束に該光学系で指向性を与えて該ストライプ画像を照射し、該光束を少なくとも2つの領域に分離させて該ストライプ画像を立体画像として観察者に視認せしめる立体画像表示装置であって、
該光源手段の開口上の1点より射出する光束は該マイクロ光学素子により水平断面では略平行光束に、垂直断面では該ディスプレイデバイス上に略集光する集光光束に変換されており、
上下方向を含む断面において、前記複数のレンズの中心と前記複数の開口部の中心とが、前記観察者の眼と前記複数の画素との中心とを結ぶ直線上に配置されていることを特徴としている。
【0015】
請求項2の発明は請求項1の発明において、前記光学系は、垂直方向に屈折力を有し水平方向に長い横シリンドリカルレンズを垂直方向に複数並べて成る横シリンドリカルレンズアレイと、水平方向に屈折力を有し垂直方向に長い縦シリンドリカルレンズを水平方向に複数並べて成る縦シリンドリカルレンズアレイとを有することを特徴としている。
請求項3の発明は請求項2の発明において、前記横シリンドリカルレンズアレイの垂直方向のピッチをVL、前記ディスプレイデバイスに表示する前記横ストライプ画像内の画素の垂直方向のピッチをVd、前記マスクパターンの市松状の開口部の垂直方向のピッチをVm、該ディスプレイデバイスと該横シリンドリカルレンズアレイとの距離をL1、該横シリンドリカルレンズアレイと該マスクパターンとの距離をL2、該横シリンドリカルレンズアレイを構成する横シリンドリカルレンズの垂直断面内の焦点距離をfvとするとき、これらの諸元が
Vd:Vm=L1:L2
Vd:VL=(L1+L2)/2 :L2
1/fv= 1/L1+1/L2
なる関係を満足していることを特徴としている。
請求項4の発明は請求項3の発明において、前記ディスプレイデバイスから観察者までの予め設定された距離をL として、前記の諸元Vd、Vm、L1、L2と該L とが
Vd:Vm= L:(L+L1+L2)
なる関係を満足していることを特徴としている。
請求項5の発明は請求項1の発明において、前記光学系は、垂直方向と水平方向に異なる焦点距離を持ったトーリックレンズを垂直、水平方向に2 次元的に配置して成るトーリックレンズアレイを有することを特徴としている。
請求項6の発明は請求項5の発明において、前記トーリックレンズアレイの垂直方向のピッチをVL、前記ディスプレイデバイスに表示する前記横ストライプ画像内の画素の垂直方向のピッチをVd、前記マスクパターンの市松状の開口部の垂直方向のピッチをVm、該ディスプレイデバイスと該トーリックレンズアレイとの距離をL1、該トーリックレンズアレイと該マスクパターンとの距離をL2、該トーリックレンズアレイを構成するトーリックレンズの垂直断面内の焦点距離をfvとするとき、これらの諸元が
Vd:Vm=L1:L2
Vd:VL=(L1+L2)/2 :L2
1/fv= 1/L1+1/L2
なる関係を満足していることを特徴としている。
請求項7の発明は請求項6の発明において、前記ディスプレイデバイスから観察者までの予め設定された距離をL として、前記の諸元Vd、Vm、L1、L2と該L とが
Vd:Vm= L:(L+L1+L2)
なる関係を満足していることを特徴としている。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1 は本発明の立体画像表示装置の実施形態 1の要部斜視図である。図中、6 は画像表示用のディスプレイデバイスであり、例えば液晶素子(LCD) で構成する。1 は2 枚のガラス基板5 の間に形成された液晶層などからなる表示画素部であり、後述する3 次元画像を表示する。図は、偏光板、カラーフィルター、電極、ブラックマトリクス、反射防止膜などは省略してある。
【0018】
10は照明光源となるバックライト (面光源) である。ディスプレイデバイス6 とバックライト10の間には、市松状の開口8 を備えたマスクパターン9 を形成したマスク基板 (マスク) 7 を配置している。マスクパターン9 はガラスまたは樹脂からなるマスク基板7 上にクロムなどの金属蒸着膜または光吸収材等をパターニングして製作している。バックライト10、マスク基板7 等は光源手段の一要素を構成している。
【0019】
マスク基板7 とディスプレイデバイス6 の間には、透明樹脂またはガラス製の第1 のレンチキュラレンズ3 及び第2 のレンチキュラレンズ4 を配置している。第1 のレンチキュラレンズ3 は垂直方向に長い縦シリンドリカルレンズを左右方向に並べて構成した縦シリンドリカルレンズアレイであり、第2 のレンチキュラレンズ4 は水平方向に長い横シリンドリカルレンズを上下方向に並べて構成した横シリンドリカルレンズアレイである。なお、第1 のレンチキュラレンズ3 及び第2 のレンチキュラレンズ4 は夫々マイクロ光学素子3Hの一要素を形成している。
【0020】
ディスプレイデバイス6 に表示する画像は図示するように左右の視差画像R 及びL を夫々上下方向に多数の横ストライプ状の横ストライプ画素Ri,Li に分割し、それらを例えば画面上からL1R2L3R4L5R6・・・・と交互に並べて1 つの画像に構成した横ストライプ画像である。
【0021】
バックライト10からの光はマスク基板7 の各開口8 を透過し、マイクロ光学素子3Hを通ってディスプレイデバイス6 を照明し、観察者の両眼に左右のストライプ画素Ri,Li が分離して観察される。
【0022】
図2 は実施形態1 の水平断面図であり、実施形態1 において観察者の両眼に左右のストライプ画素が水平方向に分離して視認される原理の説明図である。マスク基板7 はバックライト10により照明され、開口8 から光が出射する。マスク基板7 の観察者側には第1 のレンチキュラレンズ3 を配置しており、その各シリンドリカルレンズのほぼ焦点位置にマスクパターン9 がくるようにレンズ曲率を設計している。この断面においては第2 のレンチキュラレンズ4 は光学的に何の作用もしないので、開口8 上の1 点から射出する光束はこの断面内ではマイクロ光学素子3Hを透過して略平行光束に変換される。なお、この断面における平行光束は、厳密に平行でなくとも良く、観察者の位置において左右の画像領域が混ざりクロストークが発生して立体視に障害が起こらない範囲ならば本発明の目的を達成する。
【0023】
マスクパターン9 の一対の開口部と遮光部は略第1 のレンチキュラレンズ3 の1 ピッチに対応するように設定している。図に示した開口部と遮光部のパターンでは、ディスプレイデバイス6 に表示した横ストライプ状の左右のストライプ画素のうち左ストライプ画素Liが対応しており、開口部8 から出射した光は第1 のレンチキュラレンズ3 を通してディスプレイデバイス6 上の左ストライプ画素Liを図の実線で示す範囲に指向性をもって照明する。
【0024】
図中のELは観察者の左眼を示しており、画面の全幅にわたって、開口部8 からの光が一様に左眼ELに集まるように第1 のレンチキュラレンズ3 のピッチP3X はマスクパターン9 の一対の開口部と遮光部のピッチP9X よりもわずかに小さくしてある。具体的には該ピッチP3X は、あらかじめ定められた観察者の所定の位置から第1のレンチキュラレンズ3までの光学的距離をL0 、第1のレンチキュラレンズ3からマスクパターン9までの光学的距離をd1 としたとき、
L0 : (L0+d1) = P3X : P9X ・・・・・(5)
を満たすように定められる。これにより、ディスプレイデバイス6 に表示した左ストライプ画素Liは左眼EL付近の範囲のみで観察される。
【0025】
また、右ストライプ画素Riに関しては、マスクパターン9 の開口部と遮光部のパターンは図とは逆になり、ディスプレイデバイス6 に表示した横ストライプ状の左右ストライプ画素のうち右ストライプ画素Riに対応するようになり、第1 のレンチキュラレンズ3 を通して右ストライプ画素Riは右眼ER付近の範囲に指向性をもって照明される。これにより、ディスプレイデバイス6 に表示された横ストライプ状の右ストライプ画素Riは右眼ER付近の範囲のみで観察される。本実施形態はこのようにしてディスプレイデバイス6 上の左右のストライプ画素が水平方向に左眼、右眼の領域に分離して観察される。
【0026】
図3 は実施形態1 の上下方向の断面の説明略図である。これを用いて上下方向の観察領域を説明する。図3 ではこの断面については光学作用を持たない第1 のレンチキュラレンズ3 および光学作用に直接関係しないガラス基板を省略しており、第2 のレンチキュラレンズ4 についても概念的に表現する。マスクパターン9 の開口8 は図1のように市松状になっており、上下方向にはディスプレイデバイス6 に表示する上下交互に配列した横ストライプ状の左右のストライプ画素に対応している。
【0027】
図3 中、市松開口8 の開口パターンは左又は右ストライプ画素を照明するためのもので、ここでは例えば左ストライプ画素Liを照明するものとし、マスクパターン9 の黒く塗りつぶした部分は光を通さない遮光部である。ディスプレイデバイス6 上では左眼に対応する左ストライプ画素Liを白、右眼に対応する右ストライプ画素Riを黒く塗りつぶして表す。
【0028】
ここで、マスクパターン9 の或る上下方向断面内の開口部の幅(ピッチ)をVm、第2 のレンチキュラレンズ4 のピッチをVL、ディスプレイデバイス6 の上下方向の画素ピッチ (これはディスプレイデバイス6 に表示するストライプ画素の垂直方向のピッチと等しい) をVd、第2 のレンチキュラレンズ4 を構成する個々のシリンドリカルレンズの図3 の紙面内の焦点距離をfvとし、ディスプレイデバイス6 の表示面から第2 のレンチキュラレンズ4 の観察者側の主平面までの距離をL1、第2 のレンチキュラレンズ4 のマスク側主平面からマスクパターン9 までの距離をL2とするとき、これらの諸元は
Vd:Vm=L1:L2 ・・・・・・(1)
Vd:VL=(L1+L2)/2 :L2・・・(2)
1/fv= 1/L1+1/L2 ・・・(3)
の関係をみたすように設定している。
【0029】
このときマスクパターン9 の開口8 はそれぞれ対応するストライプ画素上に図3 紙面に垂直な線状に集光している。市松開口の1 つの開口に注目すると図3 中、中央の開口8-1 の中心の点A から発し、第2 のレンチキュラレンズ4 の対応するシリンドリカルレンズ4-1 に入射する光束はディスプレイデバイス6 の対応する画素列6-1 の中央の点A'上に線状に集光する。中央の開口8-1 の中心の点A から発し、シリンドリカルレンズ4-1 以外の第2 のレンチキュラレンズ4 を構成するシリンドリカルレンズに入射する光束は夫々ディスプレイデバイス6 の別の左眼用ストライプ画素Liの中心に線状に集光する。
【0030】
また開口8-1 の端の点 B、C から発し、シリンドリカルレンズ4-1 に入射する光束はストライプ画素6-1 の端の点B'、C'上に夫々線状に集光する。同様に開口8-1 のその他の点から発し、シリンドリカルレンズ4-1 に入射した光束はディスプレイデバイス6 のストライプ画素6-1 上に線状に集光する。また開口8-1 を発してシリンドリカルレンズ4-1 以外のシリンドリカルレンズに入射した光束もすべてディスプレイデバイス6 の別の左眼用ストライプ画素上に集光する。
【0031】
図3 中、開口8-1 以外の開口上の各店から発する光束も、同様にすべてディスプレイデバイス6 の左眼用ストライプ画素上に集光して、これを照明、透過して上下方向にのみ集光時のNAに応じて発散し、観察者の所定の眼の高さから画面の上下方向の全幅にわたって左右のストライプ画素を一様に分離して見える観察領域を与えている。
【0032】
以上のように、マスクパターン9 の開口上の1 点から射出する光束は垂直断面内ではマイクロ光学素子3Hによりディスプレイデバイス6 上に略集光する集光光束に変換される。
【0033】
なお、この集光光束は垂直断面内で開口8-1 から射出してシリンドリカルレンズ4-1 を透過する光がディスプレイデバイス6 上のストライプ画素6-1 よりはみ出さない範囲に集光すれば目的を達することが出来る。
【0034】
ここでは観察者の左眼用ストライプ画素Liについて説明したが右眼用のストライプ画素Riについても同様に作用する。
【0035】
図4 は実施形態1 の上下方向の断面図であり、図3 では省略した部材も図示してある。
【0036】
ここで、Vm、VL、Vd、fv、L1、L2は図3 で説明したものと同じものである。本実施形態は、Vd=Vm=VL、L1=L2 、fv=L1/2 と設定して条件式(1)、(2)、(3) をみたしており、これによって図3 で説明したように観察者の所定の眼の高さから画面の上下方向の全幅にわたって左右画像が一様に分離して見えるような観察領域が得られるようになっている。
【0037】
なお、本発明において、条件式(1)、(2) の左辺と右辺との差が相対的に5%以下、式(3)の左辺と右辺との差が相対的に15%以下ならば本発明の目的を達することができる。
【0038】
本実施形態では観察者側から見て、ディスプレイデバイス6 、第2 のレンチキュラレンズ4 、第1 のレンチキュラレンズ3 、マスクパターン9 の順に配置して立体画像表示装置を構成したが、第1 のレンチキュラレンズ3 と第2 のレンチキュラレンズ4 の順番を入れ替えても第1 のレンチキュラレンズ3 、第2 のレンチキュラレンズ4 のピッチと焦点距離およびマスクパターン9 の市松開口の縦横のピッチを前記の条件をすべて満たすように設定し直せば実施形態1 と同様な効果を与える立体画像表示装置を構成することが出来る。
【0039】
本実施形態においては、カラー立体画像表示に際しても通常の2 次元画像表示用の液晶ディスプレイと同様に1 つの画素内にR,G,B のカラーフィルターが水平方向に並んで配列しているLCD を用いることが出来る。
【0040】
図5 は本発明の立体画像表示装置の実施形態2 の説明図である。図は本実施形態の上下方向の断面の説明略図である。本実施形態は実施形態1 よりも表示画面の中心近くに位置する観察者の眼E に照明光束をより多く集めるものであり、図5 はその作用説明図である。本実施形態の構成は基本的に実施形態1 と同じであるが第2 のレンチキュラレンズ4 、マスクパターン9 等の設定条件が異なっている。ここでは実施形態1 と異なる部分を重点的に説明する。図5 にはこの断面については光学作用を持たない第1 のレンチキュラレンズ3 および光学作用に直接関係しないガラス基板等を省略しており、第2 のレンチキュラレンズ4 についても概念的に表現している。
【0041】
実施形態1 の上下方向の断面では、Vd=Vm=VLと設定し、ディスプレイデバイス6 の画素列を照明する光束の内メインになる光束は、ディスプレイデバイス6 に略垂直に入射するように設定したが、実施形態2 では表示画面の中心近くに位置する観察者の眼に照明光束をより多く集めて照明効率を向上させるように第2 のレンチキュラレンズ4 、マスクパターン9 を設定する点が異なっている。
【0042】
図5 によって上下方向の観察領域の説明を行う。E は観察者の眼が位置する点であり、ディスプレイデバイス6 からL だけ離れた点に設定している。第2 のレンチキュラレンズ4 を構成する各シリンドリカルレンズ、及びマスクパターン9 の開口部8 は、観察者の眼の位置E とディスプレイデバイス6 上のストライプ画素の中心を結ぶ2 点鎖線上に中心が位置するよう設定している。このように設定することにより開口8 の中心から発した光束が第2 のレンチキュラレンズ4 の中心を通ってディスプレイデバイス6 の各ストライプ画素の中心を照明し、観察者の眼の位置E に集まるように立体画像表示装置を構成することが出来る。
【0043】
このときマスクパターン9 の或る上下方向の断面内での開口8 のピッチをVm、第2 のレンチキュラレンズ4 のピッチをVL、ディスプレイデバイス6 の上下方向の画素ピッチ (横ストライプ画素のピッチ) をVd、第2 のレンチキュラレンズ4 を構成する個々のシリンドリカルレンズの図3 の紙面内の焦点距離をfv、ディスプレイデバイス6 の表示面から第2 のレンチキュラレンズ4 の観察者側主平面までの距離をL1、第2 のレンチキュラレンズ4 のマスク側主平面からマスクパターン9 までの距離をL2、観察者の眼の位置E からディスプレイデバイス6 までの距離をL とすると、これらの間は
前述の(1) 、(2) 、(3) の関係に加えて
Vd:Vm=L:(L+L1+L2) ・・・・・(4)
の関係を満たしている。
【0044】
図6 は本実施形態の上下方向の断面図であり、図5 では省略した部材も図示してある。ここで、Vm、VL、Vd、L1、L2、fv、L 等は図5 で説明したものと同じものである。本実施形態ではこれらの諸元が前述の式(1)、 (2)、(3)、 (4)を満たすように設定している。なお、水平方向の断面内の構成は、実施形態1 ( 図1 、2)と同様に設定している。
【0045】
以上により観察者の所定の眼の位置E から画面の上下方向の全幅にわたって左右のストライプ画素が一様に分離して見えるような観察領域が得られるようになっている。
【0046】
なお、本発明において、条件式(4) の左辺と右辺との差は相対的に10% 以下ならば本発明の目的を達することができる。
【0047】
本実施形態においても実施形態1 と同様に第1 のレンチキュラレンズ3 と第2 のレンチキュラレンズ4 の順序を入れ替えて本実施形態と同じ効果を与える立体画像表示装置を構成することが可能である。
【0048】
図7 は本発明の立体画像表示装置の実施形態3 の要部斜視図である。実施形態1では、2 枚の直交するレンチキュラレンズ3 、4 を用いてマイクロ光学素子3Hを構成したが、本実施形態では、マイクロ光学素子3Hを上下方向と水平方向で曲率の異なるトーリックレンズを上下左右に多数並べて構成した1 個のトーリックレンズアレイで構成している点が異なる。その他の構成は実施形態1 と同じである。
【0049】
図中、84はトーリックレンズアレイ (マイクロ光学素子3H) であり、これを構成するトーリックレンズ85の垂直断面内の焦点距離をfv、垂直方向のピッチをVd、垂直断面内でディスプレイデバイス6 からトーリックレンズアレイ84の観察者側の主平面までの間隔をL1、トーリックレンズアレイ84のマスク側主平面からマスクパターン9 までの距離をL2として、これらの諸元を前述の式(1) 、(2) 、(3) の関係が成り立つように設定している。又、トーリックレンズ85の水平方向の曲率は水平断面内の焦点位置がマスクパターン9 に略一致するよう設定している。
【0050】
これにより本実施形態では実施形態1 と同様に観察者の所定の眼の高さから画面の上下方向の全幅にわたって左右のストライプ画素が一様に分離して見える観察領域が得られるようになっている。
【0051】
また、本実施形態においてトーリックレンズアレイ84及び市松状の開口部8 の設定を前述の条件式(4) が成り立つように設定すれば、実施形態2 のように表示画面の中心近くに位置する観察者の眼E に照明光束の大部分を集めて照明効率を向上させることが可能である。
【0052】
図8 は本発明の立体画像表示装置の実施形態4 の要部説明図である。実施形態1 では、マスク基板7 の市松状の開口を有するマスクパターン9 は固定の開口であったが、本実施形態では、マスク基板7 の代わりに透過型液晶素子などの透過型の空間光変調素子71を用いている。その他の部分に付いては、実施形態1 と同じ構成である。なお、バックライト10、空間光変調素子71等は光源手段の一要素を構成している。
【0053】
図中、74は画像処理手段であり、不図示の左右の視差画像R,L から、ストライプ画素を取り出して1 つのストライプ画像データを生成し、ディスプレイ駆動回路73を通してディスプレイデバイス6 の表示画素部1 に表示し、同時に駆動回路72を介してそのストライプ画像データに対応したマスクパターン9 を空間光変調素子71に表示させる。
【0054】
光源手段からの光束に指向性を与えてストライプ画素を照射し、立体視観察領域を形成する作用は実施形態1 と同じである。
【0055】
図9 は本実施形態の立体画像の表示方法の説明図である。図9(A)は空間光変調素子71上の開口部 (正しくは透光部と言うべきであるが、本明細書では説明を簡略にする為に開口部と呼ぶ) 86・遮光部82のパターンを示しており、図9(B)、(C) はディスプレイデバイス6 の表示画素部1 を示しており、表示画素部1 には左右の横ストライプ画素を交互に並べて構成したストライプ画像である。
【0056】
図9(A)に示すように、空間光変調素子71の開口部が実線で示す86の部分であり、遮光部が87の部分であるときには図9(B)のように第1走査線に右ストライプ画素R1、第2 走査線には左ストライプ画素L2、第3 走査線には右ストライプ画素R3、・・・・と合成した第1の横ストライプ画像を表示する。このとき、左又は右のストライプ画素は各々観察者の左眼又は右眼に分離して観察される。
【0057】
次に空間光変調素子71の開口部が図9(A)の点線で示す87の部分であり、遮光部が86の部分であるときには図9(C)のように第1走査線に左ストライプ画素L1、第2 走査線には右ストライプ画素R2、第3 走査線には左ストライプ画素L3、・・・・となるよう合成した第2 の横ストライプ画像を表示する。この時、左又は右の各ストライプ画素は各々観察者の左右眼に分離して観察される。
【0058】
この状態を時分割で交互に表示することにより左右の視差画像R,L のすべてを観察することができ、従来の立体画像表示では解像度がストライプ画像合成により半分に落ちていたものが、解像度を落とすことなく高解像で表示することができる。
【0059】
また、ディスプレイデバイス6 の表示画素部1 と空間光変調素子71の書き換えスピードに違いがある場合、画像の書き換えとマスクパターン9 の書き換えのタイミングを一致させて観察者にその境が見えないようにするために、図9 に示すようにディスプレイ駆動回路73と駆動回路72の同期を取って書き換えることも可能である。その際、ディスプレイデバイス6 のの表示画素部1 と空間光変調素子71の対応する走査線上で1画素ごとに同期させて書き換えても良いし、対応する走査線ごとに同期を取って書き換えてもよい。
【0060】
本実施形態は実施形態1 と同様にマスクパターン9 の上下方向の断面内の開口のピッチをVm、第2 のレンチキュラレンズ4 のピッチをVL、ディスプレイデバイス6 の上下方向の画素ピッチ (ストライプ画素のピッチ) をVd、第2 のレンチキュラレンズ4 を構成する個々のシリンドリカルレンズの図3 の紙面内の焦点距離をfv、ディスプレイデバイス6 の表示面から第2 のレンチキュラレンズ4 の観察者側の主平面までの距離をL1、第2 のレンチキュラレンズ4 のマスクパターン側の主平面からマスクパターン9 までの距離をL2として、これらの諸元をVd=Vm=VL、L1=L2 、fv=L1/2 の関係を満たすように設定している。
【0061】
そして、Vd=Vm であるため空間光変調素子71として画像表示用のディスプレイデバイス6 と同じ画素ピッチからなる液晶素子を用いることが出来る。 本実施形態は実施形態1 の変形として説明したが、本実施形態の構成を実施形態2 、3 の構成に応用すれば同様に解像度を上げることができる。
【0062】
実施形態4 は表示画素部1 全面で立体画像を表示したが、表示画素部1 の所定の領域にだけ立体画像を表示し、その他の部分では通常の2 次元画像を表示することも可能である。
【0063】
実施形態5 は実施形態4 の構成を用いて、マスクパターン9 を変更することにより表示画素部1 の所定の領域に立体画像、その他の領域には2 次元画像を表示する、つまり立体画像と2 次元画像を混在表示することができるようにしたものである。
【0064】
図10は本発明の立体画像表示装置の実施形態5 の画像表示の説明図である。本実施形態はマスクパターンの構成及びディスプレイデバイス6 上の画像表示の構成を除いて実施形態4 と同じである。図10(A) は実施形態5 における空間光変調素子71の開口部・遮光部のパターンを示しており、図10(B) はディスプレイデバイス6 の表示画素部1 の画像パターンを示している。表示画素部1 中の立体画像を表示する領域88の中は左右の視差画像を夫々横ストライプ画素Li,Ri に分割して、これらを例えばR1L2R3・・・ と交互に並べて合成した横ストライプ画像を表示し、その他の領域には通常の2 次元画像S を表示している。 それに対応する空間光変調素子71のマスクパターン9 は、立体画像を表示する領域88に対応する領域89中は市松状のマスクパターンとし、透過光に指向性をもたせて左右のストライプ画素を透過する光束が各々左又は右眼に分離して到達するようにし、その他の領域では全領域をすべて開口状態 (透光状態) にして、左右両眼に2 次元画像S を透過した光束が到達するようにする。
【0065】
これにより、領域88にのみ立体画像を表示することができる。さらに前記実施形態のように第1 の横ストライプ画像と第2 の横ストライプ画像を交互に表示させ、それに同期してマスクパターンを変えれば、立体画像の解像度を高めることができる。
【0066】
また、実施形態1 〜3 では、立体画像表示領域88に対応する領域89に市松状のマスクパターンを形成しておけば、本実施形態と同様に画面の一部だけ立体画像を表示することができる。
【0067】
また立体画像と2 次元画像を同時に混在表示する際に、立体画像では照明光の略半分をマスクパターン9 の市松開口でカットしてしまうため、立体画像と2 次元画像の輝度に差がでる可能性がある。これを防ぐためにマスクパターン9 上の2 次元画像の表示に対応する領域の部分を100 %透過とせずに白と黒の中間の表示をして光量調整をしても良い。
【0068】
以上の各実施形態は、マスクパターンの開口の上下方向の幅Vmをディスプレイデバイスに表示する横ストライプ画素の上下方向のピッチVdよりもわずかに大きくすることにより、観察者は所定の高さの観察位置で画面全体にわたって一様に左右のストライプ画素を分離して視認して、立体画像として観察することができる。
【0069】
又、マイクロ光学素子を構成する横シリンドリカルレンズアレイ又はトーリックレンズアレイの位置及び垂直断面の屈折力を適切に設定することにより上下方向の立体視観察領域を広げている。、
又、観察者から見てマイクロ光学素子3Hをディスプレイデバイス6 の後方に配置しているので、レンチキュラレンズのレンズ面などからの表面反射やディスプレイデバイス6 のブラックマトリクスがモアレ縞となって見えることがなくなり、良質の立体画像を観察することができる。
【0070】
又、従来の右眼用の視差画像と左眼用の視差画像を画面ごとに時分割で表示する通常の立体表示方式では、フリッカを防止するために、フレーム周波数を120Hz にあげる必要があるが、本発明の方式では、左右の視差画像を横ストライプ画像に合成した画像を用いるので、フレーム周波数60Hzであってもフリッカーを感ずることなく高解像で観察できる。
【0071】
以上の各実施形態の内、ディスプレイデバイス6 に横ストライプ画像を表示する場合は、該ストライプ画像を構成する横ストライプ画素の幅を1 走査線の幅と同じとしたが、該ストライプ画素の幅を複数の走査線の幅とすることも出来る。
【0072】
又、一走査線毎に右又は左ストライプ画素を表示する場合には、従来から公知のTVの飛び越し走査(2:1 インターレース走査)を用い、フィールド毎に1 つのストライプ画像を構成する右ストライプ画素Riの全て又は左ストライプ画素Liの全てを表示することも可能である。特に、この様にすることでTVカメラ等を用いた自然画像を立体表示する際に適している。
【0073】
更に、実施形態1 〜3 ではバックライト10とマスク基板7 の代わりに、又、実施形態4 、5 ではバックライト10と空間光変調素子71の代わりに、CRT 又は蛍光表示管等の自発光型表示素子を光源手段として用いて、その発光面上にマスクパターン9 と同じく、発光部と非発光部とを市松状に形成した発光パターンを形成し、その発光部からの射出光束にマイクロ光学素子3Hで指向性を与えることも可能である。
【0074】
【発明の効果】
本発明は以上の構成により、表示速度 (フレームレート) が遅いディスプレイデバイスを用いてもフリッカーの発生がなく、特に上下方向に広い観察領域で画面全体にわたって一様に左右のストライプ画素を分離して見えの良い立体画像として観察することができる立体画像表示装置を達成する。
【0075】
その他
ィスプレイデバイスに第1の合成ストライプ画像と第2 の合成ストライプ画像を交互に表示し、これに同期して透過型の空間変調素子又は自発光型表示素子に対応するマスクパターン又は発光パターンを表示することにより、立体画像の表示解像度を高くすることができる。
【0076】
このとき、通常の時分割で視差画像を表示する方式では眼の残像効果で左右視差画像を融像させるために、ディスプレイデバイスのフレーム周波数を高くする必要があるのに対し、本発明の立体画像表示装置ではストライプ状ではあるが、常に左右のストライプ画素が各々の眼に入射しているので、ディスプレイデバイスに要求される表示速度(フレーム周波数)を高くすることなく立体画像を観察することができる
ィスプレイデバイスの画像表示面の所定の領域にのみ立体画像を表示し、その他の部分には通常の2 次元画像を表示して3 次元画像と2 次元画像を混在表示することができる。
等の少なくとも1 つの効果を有する立体画像表示装置を達成する。
【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 の要部斜視図
【図2】 実施形態1 の水平断面図
【図3】 実施形態1 の垂直断面内の説明略図
【図4】 実施形態1 の垂直断面図
【図5】 本発明の立体画像表示装置の実施形態2 の垂直断面の説明図
【図6】 実施形態2 の垂直断面図
【図7】 本発明の立体画像表示装置の実施形態3 の要部斜視図
【図8】 本発明の立体画像表示装置の実施形態4 の要部説明図
【図9】 実施形態4 の立体画像の表示方法の説明図
【図10】 本発明の立体画像表示装置の実施形態5 の画像表示の説明図
【図11】 従来のレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置の説明図
【図12】 従来の立体画像表示装置の基本構成図
【符号の説明】
1 表示画素部
3H マイクロ光学素子
3 第1 のレンチキュラレンズ (縦シリンドリカルレンズアレイ)
4 第2 のレンチキュラレンズ (横シリンドリカルレンズアレイ)
6 ディスプレイデバイス
7 マスク基板
8 開口部
9 マスクパターン
10 バックライト
71 空間光変調素子
72 駆動回路
73 ディスプレイ駆動回路
74 画像処理手段
84 トーリックレンズアレイ
85 トーリックレンズ
86 開口部 (遮光部)
87 遮光部 (開口部)
88 ディスプレイデバイス上の立体画像表示領域
89 空間光変調素子上で立体画像表示領域に対応する領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present inventionStereoscopic image display deviceIn particular, it is suitable for stereoscopic display on televisions, videos, computer monitors, game machines, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of a stereoscopic image display device, there is one that separates right and left parallax images using polarized glasses by changing the polarization state of parallax images for right eye and left eye. In order to change the polarization state, a liquid crystal shutter is provided on the display side, and the polarization state is switched in synchronization with the field signal of the display image on the display. A method that enables stereoscopic viewing by separating the left and right images has been put into practical use. However, this method has the disadvantage that the observer must always wear polarized glasses and is troublesome.
[0003]
On the other hand, as a stereoscopic image display method that does not use polarized glasses, there is a lenticular lens method in which a lenticular lens is provided in front of the display to spatially separate images that enter the left and right eyes of the observer.
[0004]
FIG. 11 is an explanatory diagram of a conventional example of the lenticular lens system. The figure represents a cross-sectional view in the horizontal direction. In the figure, reference numeral 1 denotes a display pixel portion of a liquid crystal display, and a glass substrate, a color filter, an electrode, a polarizing plate, a backlight, and the like are omitted. The display pixel unit 1 includes an opening 2K in which color filters that form pixels are arranged and a black matrix 3B that separates the pixels. On the viewer side of the liquid crystal display, a lenticular lens (cylindrical lens array) 4L consisting of a large number of cylindrical lenses each having a semicircular cross section as shown in the figure and extending in a direction perpendicular to the paper surface is arranged on the focal plane. The display pixel unit 1 is located.
[0005]
The display pixel unit 1 has a right-eye stripe pixel (R) corresponding to one pitch of the lenticular lens as shown in the figure.i), Left eye stripe pixel (Li) Are alternately arranged in pairs, and these pixels are placed in the right eye E of the observer by the lenticular lens 4L.R, Left eye ELIn this area, the images are optically separated to realize stereoscopic viewing.
[0006]
The figure shows a cylindrical lens 4 in the center of the display0Shows the spatial area where each of the right-eye and left-eye stripe pixels can be observed, and for each of the other cylindrical lenses, the spatial areas separated in the left and right are overlapped at the positions of the left and right eyes of the observer, The left and right stripe pixels are observed separately and uniformly over the entire screen.
[0007]
In this method, the left and right parallax images are each divided into vertical stripe pixels, and these are alternately converted into, for example, L1R2LThreeRFourLFiveR6················· Since one stripe image (vertical stripe image) must be synthesized and displayed, the resolution of the parallax image to be imaged is halved.
[0008]
On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-107663 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-234459 disclose a stereoscopic image display device that does not cause a decrease in resolution.
FIG. 12 is a basic configuration diagram of a stereoscopic image display device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-107663. As shown in FIG. 12 (A), this stereoscopic image display device includes a light directivity switching device 101 including a matrix type surface light source 102 and a lenticular sheet 103, and a transmission type display device 104. When the striped light source (102R in Fig. 12 (B)) is lit, the parallax image for the right eye (104R in Fig. 12 (C)) is displayed in odd frames in synchronization with this, and for the left eye When the striped light source (102L in FIG. 12 (B)) is lit, the left-eye parallax image (104L in FIG. 12 (C)) is displayed in an even frame in synchronization with this. As a result, all the pixels constituting the left and right parallax images are used according to the even frame and the odd frame, so that it is not necessary to divide the parallax image and a stereoscopic image display device without a reduction in resolution can be realized.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method using the lenticular lens of FIG. 11, the image quality is impaired due to surface reflection from the lens surface or the like, or the black matrix 3 of the liquid crystal display appears to be moire fringes, which is annoying.
[0010]
Further, the conventional method of displaying the right-eye parallax image and the left-eye parallax image in FIG. 12 in a time-division manner has a problem that the image must be switched at a high speed in order to solve the occurrence of flicker. Sugano et al. Reported in the Journal of the Institute of Television Engineers of Japan, Vol.41, No.6 (1987), pp549-555 about "Establishment conditions for time-division stereoscopic vision". According to it, the field (frame) frequency is 30Hz. It has been reported that stereoscopic vision cannot be obtained with the division method. Furthermore, the limit frequency at which flicker is not perceived when the eyes are opened and closed alternately (referred to as critical fusion frequency CFF) is about 55 Hz, and in terms of flicker, the field (frame) frequency must be at least 110 Hz or more. Has been reported.
[0011]
Therefore, the conventional example of FIG. 12 has a problem that a display device capable of high-speed display is required as the transmissive display device 104.
[0012]
  The object of the present invention is to prevent flicker even when a display device with a low display speed (frame rate) is used, and to separate the left and right stripe pixels uniformly over the entire screen in a wide observation area in the vertical direction. It can be observed as a good stereoscopic imageStereoscopic image display deviceIs an offer.
[0013]
  Further objectives are
(1-1) The first composite stripe image and the second composite stripe image are alternately displayed on the display device, and in synchronization with this, a mask pattern corresponding to a transmissive spatial modulation element or a self-luminous display element or By displaying the light emission pattern, the display resolution of the stereoscopic image can be increased.
(1-2) A 3D image may be displayed only in a predetermined area on the image display surface of the display device, and a normal 2D image may be displayed in the other part to display a 3D image and a 2D image together. it can.
Have at least one effect such asStereoscopic image display deviceIs an offer.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The stereoscopic image display apparatus according to the first aspect of the present invention includes a light source unit that emits a light beam having a predetermined shape by a mask pattern including a plurality of openings arranged in a checkered pattern,
horizontal directionWhenAn optical system having a plurality of lenses having different optical actions in the vertical direction;
To display parallax images for the right eyeA plurality of horizontal stripe pixels for the right eye arranged in a horizontal stripe,To display parallax images for the left eyeA plurality of horizontal stripe pixels for the left eye arranged in a horizontal stripeFor the right eyeHorizontal stripePixel and for the left eyeHorizontal stripePixel andFrom top to bottomAlternately arrangedsideA transmissive display device for displaying a stripe image,
A directivity is given to the light beam emitted from the light source means by the optical system.sideIrradiate a stripe image and separate the luminous flux into at least two regions.sideA stereoscopic image display device that allows a viewer to visually recognize a stripe image as a stereoscopic image,
The light beam emitted from one point on the opening of the light source means is converted into a substantially parallel light beam in the horizontal section by the micro optical element, and is converted into a condensed light beam that is substantially condensed on the display device in the vertical section,
In the cross section including the vertical direction, the centers of the plurality of lenses and the centers of the plurality of openings are arranged on a straight line connecting the eyes of the observer and the centers of the plurality of pixels. It is said.
[0015]
  According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the optical system includes a horizontal cylindrical lens array in which a plurality of horizontal cylindrical lenses having a refractive power in the vertical direction and long in the horizontal direction are arranged in the vertical direction, and refracting in the horizontal direction. It is characterized by having a vertical cylindrical lens array in which a plurality of vertical cylindrical lenses that have force and are long in the vertical direction are arranged in the horizontal direction.
  According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the vertical pitch of the horizontal cylindrical lens array is displayed on the display device as VL.SidestripeIn the imageThe vertical pitch of pixels is Vd, the vertical pitch of the checkered openings of the mask pattern is Vm, the distance between the display device and the horizontal cylindrical lens array is L1, and the horizontal cylindrical lens array and the mask pattern And L2 and the focal length in the vertical cross section of the horizontal cylindrical lens constituting the horizontal cylindrical lens array is fv.
Vd: Vm = L1: L2
Vd: VL = (L1 + L2) / 2: L2
1 / fv = 1 / L1 + 1 / L2
It is characterized by satisfying the relationship.
  According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, when the preset distance from the display device to the observer is L, the specifications Vd, Vm, L1, L2 and the L
Vd: Vm = L: (L + L1 + L2)
It is characterized by satisfying the relationship.
  According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the optical system includes a toric lens array in which toric lenses having different focal lengths in the vertical direction and the horizontal direction are arranged two-dimensionally in the vertical and horizontal directions. It is characterized by having.
  In a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, the vertical pitch of the toric lens array is displayed on the display device as VL.SidestripeIn the imageThe vertical pitch of the pixels is Vd, the vertical pitch of the checkered openings of the mask pattern is Vm, the distance between the display device and the toric lens array is L1, and the toric lens array and the mask pattern When the distance is L2 and the focal length in the vertical section of the toric lens constituting the toric lens array is fv, these specifications are
Vd: Vm = L1: L2
Vd: VL = (L1 + L2) / 2: L2
1 / fv = 1 / L1 + 1 / L2
It is characterized by satisfying the relationship.
  The invention according to claim 7 is the invention according to claim 6, wherein the above-mentioned specifications Vd, Vm, L1, L2 and L 2 are set as follows, where L is a preset distance from the display device to the observer.
Vd: Vm = L: (L + L1 + L2)
It is characterized by satisfying the relationship.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view of an essential part of Embodiment 1 of the stereoscopic image display apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 6 denotes a display device for image display, which is composed of, for example, a liquid crystal element (LCD). Reference numeral 1 denotes a display pixel portion formed of a liquid crystal layer or the like formed between two glass substrates 5, and displays a three-dimensional image described later. In the figure, a polarizing plate, a color filter, an electrode, a black matrix, an antireflection film, and the like are omitted.
[0018]
  Reference numeral 10 denotes a backlight (surface light source) as an illumination light source. A mask substrate (mask) 7 on which a mask pattern 9 having checkered openings 8 is formed is disposed between the display device 6 and the backlight 10. The mask pattern 9 is manufactured by patterning a metal deposition film such as chromium or a light absorbing material on a mask substrate 7 made of glass or resin. The backlight 10, the mask substrate 7 and the like constitute one element of the light source means.
[0019]
Between the mask substrate 7 and the display device 6, a first lenticular lens 3 and a second lenticular lens 4 made of transparent resin or glass are arranged. The first lenticular lens 3 is a vertical cylindrical lens array in which vertical cylindrical lenses that are long in the vertical direction are arranged in the horizontal direction, and the second lenticular lens 4 is a horizontal lens in which horizontal cylindrical lenses that are long in the horizontal direction are arranged in the vertical direction. It is a cylindrical lens array. Note that the first lenticular lens 3 and the second lenticular lens 4 each form one element of the micro optical element 3H.
[0020]
As shown in the figure, the image displayed on the display device 6 includes left and right parallax images R and L, each of which has a number of horizontal stripe pixels R in the vertical direction.i, Li Divide them into1R2LThreeRFourLFiveR6··································································································.
[0021]
The light from the backlight 10 passes through each opening 8 of the mask substrate 7, illuminates the display device 6 through the micro optical element 3H, and the left and right stripe pixels R are observed on both eyes of the observer.i, Li Are observed separately.
[0022]
FIG. 2 is a horizontal sectional view of the first embodiment, and is an explanatory view of the principle that the left and right stripe pixels are visually separated separately in the viewer's eyes in the first embodiment. The mask substrate 7 is illuminated by the backlight 10, and light is emitted from the opening 8. The first lenticular lens 3 is arranged on the observer side of the mask substrate 7, and the lens curvature is designed so that the mask pattern 9 is almost at the focal position of each cylindrical lens. In this cross section, the second lenticular lens 4 has no optical effect, so that the light beam emitted from one point on the aperture 8 is transmitted through the micro optical element 3H and converted into a substantially parallel light beam in this cross section. The Note that the parallel light flux in this cross section does not have to be strictly parallel, and the object of the present invention is achieved as long as the left and right image areas are mixed at the position of the observer and crosstalk occurs and the stereoscopic view is not hindered. To do.
[0023]
The pair of openings and the light shielding portion of the mask pattern 9 are set so as to correspond to one pitch of the first lenticular lens 3. In the pattern of the opening and the light shielding portion shown in the figure, the left stripe pixel L of the left and right stripe pixels in the horizontal stripe shape displayed on the display device 6 is displayed.iThe light emitted from the opening 8 passes through the first lenticular lens 3 and the left stripe pixel L on the display device 6iIs illuminated with directivity in the range indicated by the solid line in the figure.
[0024]
E in the figureLIndicates the left eye of the observer, and the light from the opening 8 is uniformly distributed over the entire width of the screen.LPitch P of the first lenticular lens 3 to gather at3X Is the pitch P between the pair of openings of the mask pattern 9 and the light shielding portion.9X It is slightly smaller than. Specifically, the pitch P3XWhen the optical distance from the predetermined position of the predetermined observer to the first lenticular lens 3 is L0, and the optical distance from the first lenticular lens 3 to the mask pattern 9 is d1,
L0: (L0 + d1) = P3X : P9X·····(Five)
It is determined to satisfy. As a result, the left stripe pixel L displayed on the display device 6 is displayed.iIs the left eye ELObserved only in the vicinity.
[0025]
Also, right stripe pixel RiThe pattern of the opening and the light shielding part of the mask pattern 9 is opposite to that shown in the figure, and the right stripe pixel R of the horizontal stripe pixels displayed on the display device 6 is the right stripe pixel R.iThe right stripe pixel R through the first lenticular lens 3iIs right eye ERIlluminated with directivity in the vicinity. As a result, the right stripe pixel R in a horizontal stripe shape displayed on the display device 6 is displayed.iIs right eye ERObserved only in the vicinity. In this embodiment, the left and right stripe pixels on the display device 6 are observed separately in the horizontal direction in the left eye region and the right eye region in this way.
[0026]
FIG. 3 is a schematic explanatory view of a cross section in the vertical direction of the first embodiment. The observation area in the vertical direction will be described using this. In FIG. 3, the first lenticular lens 3 having no optical action and the glass substrate not directly related to the optical action are omitted for this cross section, and the second lenticular lens 4 is also conceptually expressed. The openings 8 of the mask pattern 9 have a checkered pattern as shown in FIG. 1, and correspond to the horizontal stripe pixels on the display device 6 arranged in the vertical direction in the vertical direction.
[0027]
In FIG. 3, the opening pattern of the checkered aperture 8 is for illuminating the left or right stripe pixel. Here, for example, the left stripe pixel LiThe mask pattern 9 is a light-shielding portion that does not transmit light. Left stripe pixel L corresponding to the left eye on display device 6iWhite, right stripe pixel R corresponding to right eyeiIs shown in black.
[0028]
Here, the width (pitch) of the opening in a certain vertical cross section of the mask pattern 9 is Vm, the pitch of the second lenticular lens 4 is VL, and the vertical pixel pitch of the display device 6 (this is the display device 6 Is equal to the vertical pitch of the stripe pixels to be displayed in Fig. 3), Vd, and the focal length of the individual cylindrical lenses constituting the second lenticular lens 4 in FIG. When the distance from the main plane on the observer side of the lenticular lens 4 of L2 is L1, and the distance from the main plane of the mask side of the second lenticular lens 4 to the mask pattern 9 is L2, these specifications are
Vd: Vm = L1: L2 (1)
Vd: VL = (L1 + L2) / 2: L2 (2)
  1 / fv = 1 / L1 + 1 / L2 (3)
It is set to satisfy the relationship.
[0029]
At this time, the openings 8 of the mask pattern 9 are condensed on the corresponding stripe pixels in a line perpendicular to the paper surface of FIG. When attention is paid to one aperture of the checkered aperture, in FIG. 3, the luminous flux that is emitted from the center point A of the central aperture 8-1 and incident on the corresponding cylindrical lens 4-1 of the second lenticular lens 4 is that of the display device 6. The light is condensed linearly on a central point A ′ of the corresponding pixel column 6-1. The luminous flux originating from the center point A of the central aperture 8-1 and incident on the cylindrical lens constituting the second lenticular lens 4 other than the cylindrical lens 4-1 is another stripe pixel L for the left eye of the display device 6, respectively.iConcentrate linearly at the center of the.
[0030]
Further, the light beams emitted from the end points B and C of the aperture 8-1 and incident on the cylindrical lens 4-1 are condensed in a linear manner on the end points B ′ and C ′ of the stripe pixel 6-1, respectively. Similarly, a light beam emitted from another point of the aperture 8-1 and incident on the cylindrical lens 4-1 is condensed linearly on the stripe pixel 6-1 of the display device 6. Further, all the light beams emitted from the aperture 8-1 and incident on the cylindrical lenses other than the cylindrical lens 4-1 are condensed on another left-eye stripe pixel of the display device 6.
[0031]
In FIG. 3, the luminous flux emitted from each store on the openings other than the opening 8-1 is also condensed on the left eye stripe pixel of the display device 6 in a similar manner, and is illuminated and transmitted to collect only in the vertical direction. It diverges according to the NA at the time of light, and gives an observation region where the left and right stripe pixels are uniformly separated from the predetermined eye height of the observer over the entire vertical width of the screen.
[0032]
As described above, the light beam emitted from one point on the opening of the mask pattern 9 is converted into a condensed light beam that is substantially condensed on the display device 6 by the micro optical element 3H in the vertical section.
[0033]
Note that this condensed light beam is intended to be collected in a range where the light emitted from the aperture 8-1 and transmitted through the cylindrical lens 4-1 in the vertical cross section does not protrude from the stripe pixel 6-1 on the display device 6. Can be reached.
[0034]
Here, the observer's left eye stripe pixel LiExplained about the right-eye stripe pixel RiThe same applies to.
[0035]
FIG. 4 is a vertical sectional view of Embodiment 1, and members omitted in FIG. 3 are also shown.
[0036]
Here, Vm, VL, Vd, fv, L1, and L2 are the same as those described in FIG. In the present embodiment, conditional expressions (1), (2), and (3) are satisfied by setting Vd = Vm = VL, L1 = L2, and fv = L1 / 2, which is described in FIG. In this way, an observation region is obtained in which the left and right images appear to be uniformly separated from the observer's predetermined eye height over the entire vertical width of the screen.
[0037]
In the present invention, if the difference between the left side and the right side of the conditional expressions (1) and (2) is relatively 5% or less, and the difference between the left side and the right side of the expression (3) is relatively 15% or less, The object of the present invention can be achieved.
[0038]
In the present embodiment, the stereoscopic image display device is configured by arranging the display device 6, the second lenticular lens 4, the first lenticular lens 3, and the mask pattern 9 as viewed from the viewer side. However, the first lenticular lens is configured. Even if the order of the lens 3 and the second lenticular lens 4 is changed, the pitch and focal length of the first lenticular lens 3 and the second lenticular lens 4 and the vertical and horizontal pitches of the checkered aperture of the mask pattern 9 are all the above conditions. If it is set again so as to satisfy the requirements, a stereoscopic image display device that provides the same effect as in the first embodiment can be configured.
[0039]
In this embodiment, when displaying a color stereoscopic image, an LCD in which R, G, B color filters are arranged in one pixel in a horizontal direction in the same manner as in a normal liquid crystal display for two-dimensional image display. Can be used.
[0040]
FIG. 5 is an explanatory diagram of Embodiment 2 of the stereoscopic image display apparatus of the present invention. The figure is an explanatory schematic diagram of a cross section in the vertical direction of the present embodiment. In the present embodiment, more illumination light flux is collected on the eye E of the observer located near the center of the display screen than in the first embodiment, and FIG. The configuration of the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but the setting conditions for the second lenticular lens 4, the mask pattern 9, etc. are different. Here, parts different from the first embodiment will be mainly described. In FIG. 5, the first lenticular lens 3 having no optical action and the glass substrate not directly related to the optical action are omitted in this section, and the second lenticular lens 4 is also conceptually expressed. .
[0041]
In the vertical cross section of the first embodiment, Vd = Vm = VL is set, and the main light beam among the light beams that illuminate the pixel columns of the display device 6 is set so as to enter the display device 6 substantially perpendicularly. However, the second embodiment is different in that the second lenticular lens 4 and the mask pattern 9 are set so as to improve the illumination efficiency by collecting more illumination light fluxes in the eyes of the observer located near the center of the display screen. Yes.
[0042]
The observation area in the vertical direction will be described with reference to FIG. E is the point where the observer's eyes are located, and is set at a point away from the display device 6 by L. Each cylindrical lens constituting the second lenticular lens 4 and the opening 8 of the mask pattern 9 are centered on a two-dot chain line connecting the position E of the observer's eye and the center of the stripe pixel on the display device 6. It is set to do. By setting in this way, the light beam emitted from the center of the aperture 8 passes through the center of the second lenticular lens 4 to illuminate the center of each stripe pixel of the display device 6 and gathers at the position E of the observer's eye. A stereoscopic image display device can be configured.
[0043]
At this time, the pitch of the openings 8 in a certain vertical cross section of the mask pattern 9 is Vm, the pitch of the second lenticular lens 4 is VL, and the vertical pixel pitch (horizontal stripe pixel pitch) of the display device 6 is Vd is the focal length of the individual cylindrical lenses that make up the second lenticular lens 4 in FIG. 3, and the distance from the display surface of the display device 6 to the main plane on the observer side of the second lenticular lens 4. If L1, the distance from the mask side principal plane of the second lenticular lens 4 to the mask pattern 9 is L2, and the distance from the observer's eye position E to the display device 6 is L,
In addition to the relationship of (1), (2) and (3) above
Vd: Vm = L: (L + L1 + L2) (4)
Meet the relationship.
[0044]
FIG. 6 is a vertical sectional view of the present embodiment, and members omitted in FIG. 5 are also shown. Here, Vm, VL, Vd, L1, L2, fv, L, etc. are the same as those described in FIG. In the present embodiment, these specifications are set so as to satisfy the above-described equations (1), (2), (3), and (4). The configuration in the horizontal section is set in the same manner as in the first embodiment (FIGS. 1 and 2).
[0045]
As described above, an observation region is obtained in which the left and right stripe pixels appear to be uniformly separated from the observer's predetermined eye position E to the entire vertical width of the screen.
[0046]
In the present invention, the object of the present invention can be achieved if the difference between the left side and the right side of conditional expression (4) is relatively 10% or less.
[0047]
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, it is possible to configure a stereoscopic image display device that provides the same effect as the present embodiment by switching the order of the first lenticular lens 3 and the second lenticular lens 4.
[0048]
FIG. 7 is a perspective view of an essential part of Embodiment 3 of the stereoscopic image display apparatus of the present invention. In the first embodiment, the micro optical element 3H is configured by using two lenticular lenses 3 and 4 that are orthogonal to each other. However, in this embodiment, the micro optical element 3H is moved up and down with a toric lens having different curvatures in the vertical direction and the horizontal direction. The difference is that it consists of a single toric lens array arranged side by side on the left and right. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0049]
In the figure, 84 is a toric lens array (micro optical element 3H). The focal length of the toric lens 85 constituting the toric lens 85 is fv, the vertical pitch is Vd, and the toric from the display device 6 in the vertical section. The distance from the main plane on the observer side of the lens array 84 to L1 and the distance from the main plane on the mask side of the toric lens array 84 to the mask pattern 9 are set to L2, and these specifications are expressed by the above formulas (1) and (2 ) And (3) are set to hold. Further, the curvature in the horizontal direction of the toric lens 85 is set so that the focal position in the horizontal section substantially coincides with the mask pattern 9.
[0050]
As a result, in the present embodiment, as in the first embodiment, an observation region is obtained in which the left and right stripe pixels appear to be uniformly separated from the predetermined eye height of the observer over the entire vertical width of the screen. Yes.
[0051]
Further, in the present embodiment, if the toric lens array 84 and the checkered aperture 8 are set so that the conditional expression (4) is satisfied, the observation located near the center of the display screen as in the second embodiment. It is possible to improve the illumination efficiency by collecting most of the illumination luminous flux in the eye E of the person.
[0052]
FIG. 8 is an explanatory view of the essential parts of Embodiment 4 of the stereoscopic image display apparatus of the present invention. In the first embodiment, the mask pattern 9 having a checkered opening on the mask substrate 7 is a fixed opening. However, in this embodiment, a transmissive spatial light modulation such as a transmissive liquid crystal element is used instead of the mask substrate 7. Element 71 is used. Other parts are the same as those in the first embodiment. Note that the backlight 10, the spatial light modulator 71 and the like constitute one element of the light source means.
[0053]
In the figure, reference numeral 74 denotes image processing means, which takes out stripe pixels from left and right parallax images R, L (not shown) to generate one stripe image data, and displays the display pixel unit 1 of the display device 6 through the display drive circuit 73. At the same time, the mask pattern 9 corresponding to the stripe image data is displayed on the spatial light modulator 71 via the drive circuit 72.
[0054]
The action of giving directivity to the light flux from the light source means and irradiating the stripe pixels to form the stereoscopic observation region is the same as that of the first embodiment.
[0055]
FIG. 9 is an explanatory diagram of a stereoscopic image display method of the present embodiment. FIG. 9 (A) shows an opening on the spatial light modulator 71 (accurately, it should be referred to as a translucent part, but is referred to as an opening in this specification for the sake of simplicity). 9 (B) and (C) show the display pixel portion 1 of the display device 6, and the display pixel portion 1 is a stripe image formed by alternately arranging left and right horizontal stripe pixels. .
[0056]
As shown in FIG. 9A, when the opening of the spatial light modulator 71 is a portion 86 indicated by a solid line and the light shielding portion is a portion 87, the first scanning line is formed as shown in FIG. 9B. Right stripe pixel R1, Left stripe pixel L on the second scan line2, Right stripe pixel R on the third scan lineThree,... Are displayed as a first horizontal stripe image. At this time, the left or right stripe pixels are separately observed for the left eye or right eye of the observer.
[0057]
Next, when the opening of the spatial light modulator 71 is a portion 87 shown by a dotted line in FIG. 9A and the light shielding portion is a portion 86, a left stripe is formed on the first scanning line as shown in FIG. 9C. Pixel L1, Right stripe pixel R in the second scan line2, Left stripe pixel L on the third scan lineThreeDisplay the second horizontal stripe image synthesized so that. At this time, the left or right stripe pixels are observed separately on the left and right eyes of the observer.
[0058]
By alternately displaying this state in a time-sharing manner, it is possible to observe all the left and right parallax images R and L. In the conventional stereoscopic image display, the resolution has dropped to half due to the stripe image composition. It is possible to display with high resolution without dropping.
[0059]
Also, if there is a difference in the rewriting speed between the display pixel portion 1 of the display device 6 and the spatial light modulator 71, the timing of rewriting the image and the rewriting of the mask pattern 9 should be matched so that the viewer cannot see the boundary. Therefore, it is also possible to rewrite the display driving circuit 73 and the driving circuit 72 in synchronization as shown in FIG. At that time, the display pixel unit 1 of the display device 6 and the spatial light modulation element 71 may be rewritten in synchronization with each other on the corresponding scanning line, or may be rewritten in synchronization with each corresponding scanning line. Good.
[0060]
In the present embodiment, as in the first embodiment, the pitch of the openings in the vertical cross section of the mask pattern 9 is Vm, the pitch of the second lenticular lens 4 is VL, and the vertical pixel pitch of the display device 6 (the stripe pixel (Pitch) is Vd, the focal length of the individual cylindrical lenses constituting the second lenticular lens 4 is fv in FIG. 3, and the main plane on the observer side of the second lenticular lens 4 from the display surface of the display device 6 The distance from the main plane on the mask pattern side of the second lenticular lens 4 to the mask pattern 9 is L2, and these specifications are Vd = Vm = VL, L1 = L2, fv = L1 / 2 It is set to satisfy the relationship.
[0061]
Since Vd = Vm, a liquid crystal element having the same pixel pitch as the display device 6 for image display can be used as the spatial light modulator 71. Although the present embodiment has been described as a modification of the first embodiment, the resolution can be similarly increased by applying the configuration of the present embodiment to the configurations of the second and third embodiments.
[0062]
Although the stereoscopic image is displayed on the entire surface of the display pixel unit 1 in the fourth embodiment, it is also possible to display the stereoscopic image only in a predetermined area of the display pixel unit 1 and to display a normal two-dimensional image in the other part. .
[0063]
The fifth embodiment uses the configuration of the fourth embodiment and changes the mask pattern 9 to display a three-dimensional image in a predetermined area of the display pixel unit 1 and a two-dimensional image in other areas. The three-dimensional image can be mixedly displayed.
[0064]
FIG. 10 is an explanatory diagram of image display in the stereoscopic image display apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The present embodiment is the same as the fourth embodiment except for the mask pattern configuration and the image display configuration on the display device 6. FIG. 10 (A) shows the pattern of the opening and light shielding portion of the spatial light modulator 71 in the fifth embodiment, and FIG. 10 (B) shows the image pattern of the display pixel portion 1 of the display device 6. In the area 88 for displaying a stereoscopic image in the display pixel unit 1, the left and right parallax images are respectively displayed as horizontal stripe pixels L.i, Ri and split these into R1L2RThreeThe horizontal stripe images synthesized by alternately arranging are displayed, and the normal two-dimensional image S is displayed in the other areas. The mask pattern 9 of the spatial light modulator 71 corresponding thereto is a checkered mask pattern in the area 89 corresponding to the area 88 for displaying the stereoscopic image, and transmits the transmitted light through the left and right stripe pixels with directivity. The luminous flux is made to reach the left or right eye separately, and all other areas are opened (translucent state) so that the luminous flux that has passed through the two-dimensional image S reaches the left and right eyes. To.
[0065]
As a result, a stereoscopic image can be displayed only in the area 88. Further, if the first horizontal stripe image and the second horizontal stripe image are alternately displayed and the mask pattern is changed in synchronization with the first horizontal stripe image and the second horizontal stripe image as in the above-described embodiment, the resolution of the stereoscopic image can be increased.
[0066]
In the first to third embodiments, if a checkered mask pattern is formed in the area 89 corresponding to the stereoscopic image display area 88, a stereoscopic image can be displayed only on a part of the screen as in the present embodiment. it can.
[0067]
In addition, when displaying a 3D image and a 2D image at the same time, approximately half of the illumination light in the 3D image is cut at the checkered aperture of the mask pattern 9, which may cause a difference in brightness between the 3D image and the 2D image. There is sex. In order to prevent this, the amount of light may be adjusted by displaying an intermediate between white and black without making the area corresponding to the display of the two-dimensional image on the mask pattern 9 100% transparent.
[0068]
In each of the embodiments described above, the observer can observe a predetermined height by making the vertical width Vm of the opening of the mask pattern slightly larger than the vertical pitch Vd of the horizontal stripe pixels displayed on the display device. The left and right stripe pixels can be separated and visually recognized uniformly over the entire screen at the position, and can be observed as a stereoscopic image.
[0069]
Further, the stereoscopic observation region in the vertical direction is widened by appropriately setting the position of the horizontal cylindrical lens array or toric lens array constituting the micro optical element and the refractive power of the vertical section. ,
In addition, since the micro optical element 3H is arranged behind the display device 6 when viewed from the observer, the surface reflection from the lens surface of the lenticular lens or the black matrix of the display device 6 may appear as moire fringes. The high-quality stereoscopic image can be observed.
[0070]
In addition, in a conventional stereoscopic display system that displays a parallax image for the right eye and a parallax image for the left eye in a time-sharing manner for each screen, it is necessary to increase the frame frequency to 120 Hz in order to prevent flicker. In the method of the present invention, an image obtained by combining left and right parallax images with a horizontal stripe image is used, so that even with a frame frequency of 60 Hz, observation can be performed with high resolution without feeling flicker.
[0071]
In the above embodiments, when a horizontal stripe image is displayed on the display device 6, the width of the horizontal stripe pixel constituting the stripe image is the same as the width of one scanning line. The width of a plurality of scanning lines can also be used.
[0072]
In addition, when displaying right or left stripe pixels for each scanning line, the conventional stripe jumping (2: 1 interlaced scanning) of the TV is used, and the right stripe pixels forming one stripe image for each field. RiAll or left stripe pixel LiIt is also possible to display all of. This is particularly suitable for stereoscopic display of natural images using a TV camera or the like.
[0073]
Further, in Embodiments 1 to 3, instead of the backlight 10 and the mask substrate 7, and in Embodiments 4 and 5, instead of the backlight 10 and the spatial light modulator 71, a self-luminous type such as a CRT or a fluorescent display tube is used. Using the display element as a light source means, a light emitting pattern in which a light emitting part and a non-light emitting part are formed in a checkered pattern is formed on the light emitting surface as in the mask pattern 9, and the micro optical element is applied to the light beam emitted from the light emitting part. Directivity can also be given by 3H.
[0074]
【The invention's effect】
  With the above configuration, the present invention does not generate flicker even when a display device with a low display speed (frame rate) is used. In particular, the left and right stripe pixels are separated uniformly over the entire screen in a wide observation area in the vertical direction. It can be observed as a stereoscopic image with good visibilityStereoscopic image display deviceTo achieve.
[0075]
  Other,
DeThe first composite stripe image and the second composite stripe image are alternately displayed on the display device, and a mask pattern or light emission pattern corresponding to the transmission type spatial modulation element or self-luminous display element is displayed in synchronization therewith. As a result, the display resolution of the stereoscopic image can be increased.
[0076]
  At this time, in the method of displaying the parallax image by the normal time division, it is necessary to increase the frame frequency of the display device in order to fuse the left and right parallax images by the afterimage effect of the eyes, whereas the stereoscopic image of the present invention Although the display device is striped, right and left stripe pixels are always incident on each eye, so that a stereoscopic image can be observed without increasing the display speed (frame frequency) required for the display device..
DeA stereoscopic image can be displayed only in a predetermined area on the image display surface of the display device, and a normal two-dimensional image can be displayed in the other part, so that a three-dimensional image and a two-dimensional image can be displayed together.
Have at least one effect such asStereoscopic image display deviceTo achieve.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a main part of a stereoscopic image display apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a horizontal sectional view of the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory schematic view in the vertical cross section of the first embodiment.
FIG. 4 is a vertical sectional view of the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a vertical cross section of a stereoscopic image display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a vertical sectional view of the second embodiment.
FIG. 7 is a perspective view of main parts of a stereoscopic image display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a main part of a stereoscopic image display device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a stereoscopic image display method according to the fourth embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram of image display in a fifth embodiment of the stereoscopic image display device of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a conventional lenticular lens type stereoscopic image display device.
FIG. 12 is a basic configuration diagram of a conventional stereoscopic image display device.
[Explanation of symbols]
 1 Display pixel section
 3H micro optical element
 3 First lenticular lens (vertical cylindrical lens array)
4 Second lenticular lens (horizontal cylindrical lens array)
6 Display device
 7 Mask substrate
 8 opening
 9 Mask pattern
10 Backlight
71 Spatial light modulator
72 Drive circuit
73 Display drive circuit
74 Image processing means
84 Toric lens array
85 toric lens
86 opening (shading part)
87 Shading part (opening)
88 Stereoscopic image display area on display device
89 Area corresponding to stereoscopic image display area on spatial light modulator

Claims (7)

市松状に配列された複数の開口部を含むマスクパターンにより所定の形状の光束を射出させる光源手段と、
水平方向垂直方向とで光学作用の異なる複数のレンズを有する光学系と、
右眼用の視差画像を表示するために、横ストライプ状に配列された複数の右眼用横ストライプ画素と、左眼用の視差画像を表示するために、横ストライプ状に配列された複数の左眼用横ストライプ画素を備え、前記右眼用横ストライプ画素と前記左眼用横ストライプ画素とを上から順に交互に並べたストライプ画像を表示する透過型のディスプレイデバイスとを有し、
該光源手段より射出する光束に該光学系で指向性を与えて該ストライプ画像を照射し、該光束を少なくとも2つの領域に分離させて該ストライプ画像を立体画像として観察者に視認せしめる立体画像表示装置であって、
該光源手段の開口上の1点より射出する光束は該マイクロ光学素子により水平断面では略平行光束に、垂直断面では該ディスプレイデバイス上に略集光する集光光束に変換されており、
上下方向を含む断面において、前記複数のレンズの中心と前記複数の開口部の中心とが、前記観察者の眼と前記複数の画素との中心とを結ぶ直線上に配置されていることを特徴とする立体画像表示装置。
Light source means for emitting a light beam having a predetermined shape by a mask pattern including a plurality of openings arranged in a checkered pattern;
An optical system having a plurality of lenses having different optical actions in the horizontal direction and the vertical direction;
In order to display a parallax image for the right eye, a plurality of horizontal stripe pixels for a right eye arranged in a horizontal stripe shape and a plurality of pixels arranged in a horizontal stripe shape to display a parallax image for the left eye includes a horizontal stripe pixels for the left eye, and a transmissive display device for displaying the horizontal stripe image obtained by arranging alternately from the top and the right-eye horizontal stripe pixels and the left-eye horizontal stripe pixels,
Irradiating the horizontal stripe image by giving directivity in the optical system to the light beam emerging from the light source means, steric which the light beam is separated into at least two regions allowed to visually recognize the observer the horizontal stripe image as a stereoscopic image An image display device,
The light beam emitted from one point on the opening of the light source means is converted into a substantially parallel light beam in the horizontal section by the micro optical element, and is converted into a condensed light beam that is substantially condensed on the display device in the vertical section,
In the cross section including the vertical direction, the centers of the plurality of lenses and the centers of the plurality of openings are arranged on a straight line connecting the eyes of the observer and the centers of the plurality of pixels. A stereoscopic image display device.
前記光学系は、垂直方向に屈折力を有し水平方向に長い横シリンドリカルレンズを垂直方向に複数並べて成る横シリンドリカルレンズアレイと、水平方向に屈折力を有し垂直方向に長い縦シリンドリカルレンズを水平方向に複数並べて成る縦シリンドリカルレンズアレイとを有することを特徴とする請求項1記載の立体画像表示装置。The optical system includes a horizontal cylindrical lens array in which a plurality of horizontal cylindrical lenses having a refractive power in the vertical direction and long in the horizontal direction are arranged in the vertical direction, and a vertical cylindrical lens having a refractive power in the horizontal direction and a long length in the vertical direction. The stereoscopic image display apparatus according to claim 1, further comprising a vertical cylindrical lens array arranged in a plurality of directions. 前記横シリンドリカルレンズアレイの垂直方向のピッチをVL、前記ディスプレイデバイスに表示する前記横ストライプ画像内の画素の垂直方向のピッチをVd、前記マスクパターンの市松状の開口部の垂直方向のピッチをVm、該ディスプレイデバイスと該横シリンドリカルレンズアレイとの距離をL1、該横シリンドリカルレンズアレイと該マスクパターンとの距離をL2、該横シリンドリカルレンズアレイを構成する横シリンドリカルレンズの垂直断面内の焦点距離をfvとするとき、これらの諸元が
Vd:Vm=L1:L2
Vd:VL=(L1+L2)/2 :L2
1/fv= 1/L1+1/L2
なる関係を満足していることを特徴とする請求項2記載の立体画像表示装置。
The vertical pitch of the horizontal cylindrical lens array is VL, the vertical pitch of the pixels in the horizontal stripe image displayed on the display device is Vd, and the vertical pitch of the checkered openings of the mask pattern is Vm. L1 is the distance between the display device and the horizontal cylindrical lens array, L2 is the distance between the horizontal cylindrical lens array and the mask pattern, and the focal length within the vertical cross section of the horizontal cylindrical lens constituting the horizontal cylindrical lens array is When fv, these specifications are
Vd: Vm = L1: L2
Vd: VL = (L1 + L2) / 2: L2
1 / fv = 1 / L1 + 1 / L2
The stereoscopic image display apparatus according to claim 2, wherein the following relationship is satisfied.
前記ディスプレイデバイスから観察者までの予め設定された距離をL として、前記の諸元Vd、Vm、L1、L2と該L とが
Vd:Vm= L:(L+L1+L2)
なる関係を満足していることを特徴とする請求項3の立体画像表示装置。
When the preset distance from the display device to the observer is L, the specifications Vd, Vm, L1, L2 and L are
Vd: Vm = L: (L + L1 + L2)
The stereoscopic image display apparatus according to claim 3, wherein the following relationship is satisfied.
前記光学系は、垂直方向と水平方向に異なる焦点距離を持ったトーリックレンズを垂直、水平方向に2 次元的に配置して成るトーリックレンズアレイを有することを特徴とする請求項1記載の立体画像表示装置。2. The stereoscopic image according to claim 1, wherein the optical system has a toric lens array in which toric lenses having different focal lengths in the vertical direction and the horizontal direction are two-dimensionally arranged in the vertical and horizontal directions. Display device. 前記トーリックレンズアレイの垂直方向のピッチをVL、前記ディスプレイデバイスに表示する前記横ストライプ画像内の画素の垂直方向のピッチをVd、前記マスクパターンの市松状の開口部の垂直方向のピッチをVm、該ディスプレイデバイスと該トーリックレンズアレイとの距離をL1、該トーリックレンズアレイと該マスクパターンとの距離をL2、該トーリックレンズアレイを構成するトーリックレンズの垂直断面内の焦点距離をfvとするとき、これらの諸元が
Vd:Vm=L1:L2
Vd:VL=(L1+L2)/2 :L2
1/fv= 1/L1+1/L2
なる関係を満足していることを特徴とする請求項5記載の立体画像表示装置。
The vertical pitch of the toric lens array is VL, the vertical pitch of the pixels in the horizontal stripe image displayed on the display device is Vd, the vertical pitch of the checkered openings of the mask pattern is Vm, When the distance between the display device and the toric lens array is L1, the distance between the toric lens array and the mask pattern is L2, and the focal length in the vertical section of the toric lens constituting the toric lens array is fv, These specifications are
Vd: Vm = L1: L2
Vd: VL = (L1 + L2) / 2: L2
1 / fv = 1 / L1 + 1 / L2
The stereoscopic image display apparatus according to claim 5, wherein the following relationship is satisfied.
前記ディスプレイデバイスから観察者までの予め設定された距離をL として、前記の諸元Vd、Vm、L1、L2と該L とが
Vd:Vm= L:(L+L1+L2)
なる関係を満足していることを特徴とする請求項6の立体画像表示装置。
When the preset distance from the display device to the observer is L, the specifications Vd, Vm, L1, L2 and L are
Vd: Vm = L: (L + L1 + L2)
The stereoscopic image display apparatus according to claim 6, wherein the following relationship is satisfied.
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