JP4767937B2 - 立体画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、特殊なメガネを着用することなく両眼視差のある画像を観察者の左右の眼に分離して入力し、立体画像として認識させる立体画像表示装置に係り、特に、透過型の液晶表示パネルに対して離間して設けられた光源から光を照射する構成の立体画像表示装置に関する。

従来、この種の装置として、次のようなものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
この装置は、視差がある右眼用画像と左眼用画像とを液晶表示パネルに時分割で交互に切り換え表示するとともに、画像の切り換え表示に同期して右眼用と左眼用の一対の光源を交互に点滅動作させている。具体的には、液晶表示パネルに右眼用画像が表示されている場合には、右眼用の光源が点灯し、左眼用の光源が消灯する。右眼用の光源から照射された光は、フレネルレンズで集光されて平行光となり、観察者の右眼に向けられる。一方、液晶表示パネルに左眼用画像が表示されている場合には、右眼用の光源が消灯し、左眼用の光源が点灯する。左眼用の光源から照射された光は、フレネルレンズで集光されて平行光となり、観察者の左眼に向けられる。このようにして、右眼用画像と左眼用画像とが分離して観察者の右眼と左眼とに入射することにより、観察者はいわゆる両眼視差に基づく３次元知覚により立体画像を見ることができる。

上記の従来例では、液晶表示パネルと光源との間に長い距離が必要となるので、装置の奥行きが長くなるという問題がある。そこで、液晶表示パネル側に光源を配置し、液晶表示パネルの奥側にフレネルミラーを配置し、このフレネルミラーを用いて液晶表示パネル側へ光源の光を反射させる構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この構成によると、光源からの光を液晶表示パネル側から照射して、フレネルミラーで液晶表示パネル側へ反射させることにより、装置の奥行きを短くすることができる。

この装置では、
特開平８−２６２３７０号公報（段落番号「００２５」〜「００２６」、図３） 特開２０００−１４７６６９号公報（図１〜図３）

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
すなわち、従来の装置は、右眼用の光源と左眼用の光源からの光をそれぞれ右眼及び左目方向に反射させるために、フレネルミラーが、右眼用の光源と左眼用の光源側に縦長状の反射面が形成された帯状のミラーを交互に組み合わせて構成されている。そのため、液晶表示パネルにはフレネルミラーの構造に起因して縦縞状に明暗が発生し、画像の左右方向における明暗均一性が悪いという問題がある。

上記の問題を解決するために、光を左右方向に拡散する拡散部材を配置することが考えられる。しかしながら、この場合には、クロストーク（右眼用画像が左眼に入射し、左眼用画像が右眼に入射するという現象）が悪化して、立体画像の立体感が著しく悪化するという別異の問題が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、一対の光源が配置されている方向とは直交する方向に楕円形状のミラーを積層配置することにより、画像の左右方向における明暗均一性を向上させつつも、クロストークを低下させることがない立体画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、右眼用画像と左眼用画像とを交互に表示することにより、観察者に立体画像として認識させる立体画像表示装置において、右眼用画像と左眼用画像とを表示する透過型の液晶表示パネルと、前記透過型の液晶表示パネルの両端側に配置され、前記透過型の液晶表示パネルを背面側から照射するための右眼用及び左眼用の一対の光源と、一方の焦点近辺に右眼用の光源が配置され、観察者の右眼視点が他方の焦点近辺に位置する楕円の円弧の一部として形成された帯状の右眼用楕円ミラーと、一方の焦点近辺に左眼用の光源が配置され、観察者の左眼視点が他方の焦点近辺に位置する楕円の円弧の一部として形成された帯状の左眼用楕円ミラーと、前記右眼用楕円ミラーと前記左眼用楕円ミラーの反射面は、前記透過型の液晶表示パネル側に向けられており、右眼用楕円ミラーと左眼用楕円ミラーを互い違いの状態で、前記一対の光源を結ぶラインに直交する方向に積層して構成された反射ユニットと、を備えていることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、一方の焦点側にあたる右眼用の光源から放射された光は、右眼用楕円ミラーの入射面から入射し、反射面で反射し、透過型の液晶表示パネルを透過して他方の焦点位置に右眼用画像を結像する。また、一方の焦点側にあたる左眼用の光源から放射された光は、左眼用楕円ミラーの入射面から入射し、反射面で反射し、透過型の液晶表示パネルを透過して他方の焦点位置に左眼用画像を結像する。反射ユニットは、右眼用楕円ミラーと左眼用楕円ミラーとを互い違いの状態で、一対の光源を結ぶラインに直交する方向に帯状の右眼用楕円ミラーと左眼用楕円ミラーとを積層して構成されているので、画像の左右方向における明暗均一性を向上させることができる。したがって、左右方向に光を拡散させる必要がないので、クロストークを低下させることがない。

また、本発明において、前記反射ユニットと前記透過型の液晶表示パネル側との間には、前記反射ユニットからの光を前記楕円ミラーの積層方向へ拡散させる拡散部材を備えていることが好ましい（請求項２）。拡散部材によって光を拡散させるものの、拡散させる方向が楕円ミラーの積層方向であるので、クロストークを低下させることなく、楕円ミラーによる画像の上下方向の明暗均一性を向上させることができる。

本発明に係る立体画像表示装置によれば、反射ユニットは、一対の光源を結ぶラインに直交する方向に帯状の右眼用楕円ミラー及び左眼用楕円ミラーを積層して構成されているので、画像の左右方向における明暗均一性を向上させることができる。したがって、左右方向に光を拡散させる必要がないので、クロストークを低下させることがない。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
図１は、実施例に係る立体表示装置の概略構成を示す横断面図であり、図２は、楕円ミラーを構成する楕円を説明する模式図である。図３は、楕円ミラーの一部断面を示す図であり、（ａ）は楕円ミラーの正面図、（ｂ）は側面図であり、図４は、楕円ミラーの外観斜視図である。図５は、反射ユニットの外観斜視図であり、（ａ）は出射面側から見た図であり、（ｂ）はその反対側から見た図であり、図６は、反射ユニットの正面図である。

本実施例に係る立体画像表示装置は、横断面がコの字状を呈する筐体３を備えている。この筐体３の前面４には、透過型の液晶表示パネル５がフロントベゼルを含む支持部７を介して取り付けられている。液晶表示パネル５の両端側にあたる支持部７の奥側には、支持枠９を介して拡散部材１１が取り付けられている。この拡散部材１１は、光を縦方向（紙面方向）に拡散させる機能を備えている。支持枠９の一方の奥側（前面４から見て左側奥）には、放熱機構１３を介して右眼用の光源１５が取り付けられ、支持枠９の他方の奥側（前面４から見て右側奥）には、放熱機構１４を介して左眼用の光源１６が取り付けられている。光源１５，１６は外観が棒状を呈し、図１において、紙面方向に長手方向が位置するように配置されている。

一対の光源１５，１６の奥側には、同形状の楕円ミラー１７を互い違いに積層して構成された反射ユニット１９が配設されている（図１及び図５参照）。楕円ミラー１７は、薄板状の外観を呈しており、面方向（紙面方向）からみて一端面が楕円の円弧の一部を構成している。楕円ミラー１７は、左眼用も右眼用も向きが異なるだけで同じ構成であるので、ここでは右眼用を例に採って図２を参照しながら説明する。

なお、上述した楕円ミラー１７が本発明における右眼用楕円ミラーと左眼用楕円ミラーに相当する。

楕円ミラー１７は、そのブレード１８が楕円２１の円弧の一部から構成されている。一方の焦点ｆ１の位置には、楕円ミラー１７の長軸ａに沿う面２３と、短軸ｂに沿う入射面２５とが形成する角が位置する。つまり、一方の焦点ｆ１側に面２３と入射面２５とからなる入射部２６を備えている。換言すると、楕円ミラー１７のブレード１８は、一方の焦点ｆ１側の円弧の内周側で構成されている。また、面方向（紙面方向）からみて直線状を呈する他端面には、出射面２７を備えている。楕円ミラー１７の端面側から見て帯状を呈する円弧部２８は、出射面２７から出射した光が他方の焦点ｆ２側に結像するように形成されている。但し、後述する楕円ミラー１７の構成により、出射面２７から出射した光は、他方の焦点ｆ２よりも楕円２１の中心ｃ側に寄った焦点ｆに結像する。この焦点ｆの位置は、観察者の右眼ＥＲの位置にあたる。なお、楕円ミラー１７を左右反転させると、焦点ｆの位置は観察者の左眼ＥＬの位置にあたる。

楕円ミラー１７のブレード１８は、光源１５，１６の光を透過する光透過性の樹脂、例えば、アクリル樹脂で構成され、厚さが数ミリ程度（例えば、２ｍｍ）である。楕円ミラー１７の円弧部２８は、アクリル樹脂２９の外面に光反射材料、例えば、アルミニウム膜３１が蒸着されている。その上には、白色塗装３３に重ねて黒色塗装３５が施されている。換言すると、円弧部２８の端面は、アルミニウム膜３１と、白色塗装３３と、黒色塗装３５とにより覆われ、最内側面が反射面３６を構成している。また、楕円ミラー１７の入射面２５側に近い側の一端面が副反射部３７として形成されている。この副反射部３７は、円弧部２８と同様に、アルミニウム膜３１と、白色塗装３３と、黒色塗装３５とからなる三重塗装を施されている。副反射部３７のアルミニウム膜３１は、副反射面３９を構成している。入射部２６の反対側にあたる先端部４１及び面２３は、アルミニウム膜３１及び白色塗装３３が被着されておらず、反射面３６を構成していない。入射部２６のうち入射面２５と、出射面２７とは一切塗装が施されていないが、アクリル樹脂２９の両面は白色塗装３３に重ねて黒色塗装３５が施されているだけである。

楕円ミラー１７は、上述したように構成されており、光透過性のアクリル樹脂により光源１５，１６の光を効率的に透過させることができ、入射した光を反射面３６の光反射材料で反射させることができるとともに、白色塗装３３及び黒色塗装３５により入射した光を効率的に出射面２７に導くことができる。また、反射面３６のアルミニウム膜３１がアクリル樹脂２９で保護されることになるので、アルミニウム膜３１が曇ったり腐食したりすることで反射率が低下するような経時劣化を抑制できる。

なお、上述したように、楕円２１の一方の焦点ｆ１側から放射された光が、楕円２１の他方の焦点ｆ２ではなく焦点ｆに結像するのは、楕円ミラー１７がアクリル樹脂２９で構成されているので、その出射面２７で屈折が大きくなることによる。

また、立体画像表示装置では、通常、観察者の眼が結像位置からずれると画像が見えなくなるが、副反射面３９及び反射面３６により焦点位置ｆよりも外側に向かって出射するようにしているので、立体画像は見ることができないものの、右眼用画像または左眼用画像だけによる二次元画像として見ることができる。したがって、立体視している観察者の周囲であっても観察者が立体視している画像の概略を知ることができるようになっている。

反射ユニット１９は、図１及び図５に示すように、楕円ミラー１７の出射面２７を透過型の液晶表示パネル５側に向けるとともに、入射部２６を互いに反対側へ向けた互い違いの状態で、一対の光源１５，１６を結ぶラインに直交する方向（図１の紙面方向、図５の上下方向）に、かつ、一対の光源１５，１６の長手方向に面同士を積層して構成されている。

このように構成されている立体画像表示装置は、一方の焦点側ｆ１にあたる右眼用の光源１５から放射された光は、反射ユニット１９の楕円ミラー１７の入射部２６から入射し、反射面３６で反射し、透過型の液晶表示パネル５を透過して他方の焦点位置ｆ２にあたる焦点ｆに右眼用画像を結像する。また、左眼用の光源１６から放射された光は、右眼用のものとは左右対称の関係で入射部２６が反対側に向けられた同形状の楕円ミラー１７により、他方の焦点側ｆ２にあたる位置に左眼用画像を結像する。反射ユニット１９は、立体画像表示装置の正面からみて上下方向に面同士を積層して構成されているので、画像の左右方向における明暗均一性を向上させることができる。したがって、左右方向に光を拡散させる必要がないので、クロストークを低下させることがない。

また、拡散部材１１によって光を上下方向に拡散させるものの、拡散させる方向が楕円ミラー１７の積層方向であるので、クロストークを低下させることなく、楕円ミラー１７による画像の上下方向の明暗均一性を向上させることができる。

なお、上述した入射部２６は、次のように構成することが好ましい。ここで図７を参照する。図７（ａ）〜（ｅ）は、入射部の各種構成を示す概略構成図である。ここでの前提として、光源１５（１６）が複数個の発光ダイオード４３で構成されているものとする。なお、以下の構成によると、発光ダイオード４３の光の利用効率を高めることができる。

（１）図７（ａ） 楕円ミラー１７の入射面２５と光源１５（１６）との間には、楕円ミラー１７の積層方向に光を拡散する拡散部材４５を備えている。これにより発光ダイオード４３の位置ずれ等があっても、確実に光を入射面２５に入射させることができる。

（２）図７（ｂ） 入射面２５の厚みを楕円ミラー１７の厚みの２倍程度にする。例えば、図７（ｂ）のように、入射面２５側に向かって厚みが増すように傾斜面４６を形成しておく。傾斜面４６の角度を、入射した光が全反射するように形成しておくと、傾斜面４６への反射材は不要にできる。

（３）図７（ｃ） 楕円ミラー１７の間であって、入射面２５に一致する位置に、反射板４７を配置する。これにより、楕円ミラー１７間に照射された光が発光ダイオード４３側へ反射されるとともに、拡散部材４５によって反射されて入射面２５に光を向かわせることができる。

（４）図７（ｄ） 楕円ミラー１７と発光ダイオード４３とを一対一に対応させて配置する。この場合には、拡散部材４５を省略することができ、構成を簡易化することができる。

（５）図７（ｅ） 上述した（３）の変形例であり、反射板４７を入射面２５よりも円弧部２８側へ配置したものである。この場合、楕円ミラー１７の入射面２５側における外周面の塗装を行わず、アクリル樹脂２９を露出させたままとする。これにより、反射板４７により楕円ミラー１７の間に出射された光を、反射板４７によって反射させてアクリル樹脂２９に入射させることができる。また、点線で示すように反射板４７を傾斜姿勢としてもよい。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、楕円ミラー１７の出射面２７と入射部２６を除いた面に、白色塗装３３と黒色塗装３５を施しているが、積層面に微小突起を設けて、積層した状態で楕円ミラー１７の面同士が密着しないように構成してもよい。このように構成すると、白色塗装３３と黒色塗装３５を省略することができ、楕円ミラー１７のコストを低減することができる。なお、アクリル樹脂２９と微小空間（空気）とでは、アクリル樹脂２９の方が屈折率が高いので、隣接する楕円ミラー１７へ光が漏れることが抑制できる。

また、微小突起に代えて、楕円ミラー１７の間に光漏れを防止するシートを挟んで積層するようにしてもよい。

（２）上述した実施例では、拡散部材１１を設けて楕円ミラー１７の積層方向へ光を拡散させるように構成しているが、楕円ミラー１７の出射面２７に工夫を施すことにより、拡散部材１１を省略して、構造の簡易化及びコスト低減を図ることができる。

例えば、出射面２７で光が拡散するように、表面を荒らすエッチング処理を行ったり、表面が内側にへこんだ凹レンズを形成したりすればよい。

（４）なお、上述した楕円ミラー１７に代えて、図８に示す楕円ミラー１７Ａを採用してもよい。なお、図８は、楕円ミラーの変形例を示す概略構成図である。

この楕円ミラー１７Ａは、反射面３６が上述した楕円ミラー１７と同様の楕円の円弧の一部で構成されているが、一方の焦点ｆ１より円弧の外周側に楕円ミラー１７Ａのブレード５０が存在する。つまり、光は空気中を進み、反射面３６で反射されるように構成されている。このような構造の楕円ミラー１７Ａを積層して反射ユニット１９Ａを構成しても、上述した反射ユニット１９による構成と同様の効果を奏することができる。但し、隣接する楕円ミラー１７Ａの間における光漏れを防止するための遮断部材５１を各楕円ミラー１７Ａ間に配置する必要がある。

＜点灯制御例＞
次に、図９を参照して、上述した構成の立体画像表示装置において、光源１５Ａ，１６Ａを採用した場合について説明する。なお、図９は、立体表示装置の概略構成を示すブロック図である。

この構成では、光源１５Ａ，１６Ａがそれぞれ複数個の発光ダイオード６１で構成されている。反射ユニット１９Ａを構成する楕円ミラー１７は、厚さが液晶表示パネル５の表示ラインのピッチに一致していることが好ましい。また、各発光ダイオード６１は、楕円ミラー１７ごとに配設され、各々が独立して点灯制御される。

制御部６３は、映像信号ＶＤを受け取るとともに液晶表示パネル５に右眼用画像と左眼用画像とを交互に出力する画像信号出力部６５と、画像信号出力部６５が右眼用画像と左眼用画像とを順次に切り換える際に、垂直同期信号ＶＳに応じて、画像に対応した側の光源１５Ａ，１６Ａの発光ダイオード６１だけを画像の表示位置に応じて点灯させてゆく光源制御部６７とを備えている。

なお、画像信号出力部６５が本発明における画像出力手段に相当し、光源制御部６７が本発明における光源制御手段に相当する。

光源制御部６７は、画像信号出力部６５が右眼用画像と左眼用画像とを液晶表示パネル５に出力する際に、右眼用の光源１５Ａと左眼用の光源１６Ａの各発光ダイオード６１を点灯させてゆく。具体的には、図１０のように制御してゆく。なお、図１０（ａ）〜（ｄ）は光源の制御例を示す模式図である。

図１０（ａ）に示すように、まず左眼用画像だけが液晶表示パネル５に表示されている状態では、左眼用の光源１６Ａの全発光ダイオード６１を点灯させる。次に、右眼用画像に切り替わるが、図１０（ｂ），（ｃ）に示すように、その最初の段階では、液晶表示パネル５のうちの上部が右眼用画像に書き換えられるだけである。その状態では、左眼用画像に対応する側の左眼用の光源１６Ａのうち左眼用画像の表示位置に応じた発光ダイオード６１だけを発光させるとともに、右眼用画像に対応する側の右眼用の光源１５Ａのうち右眼用画像の表示位置に応じた発光ダイオード６１だけを発光させる。このようにして、図１０（ｄ）のように液晶表示パネル５の画像が右眼用画像だけとなるまで右眼用の光源１５Ａと、左眼用の光源１６Ａとを構成している複数個の発光ダイオード６１の点灯を独立して制御する。

液晶表示パネル５に左眼用画像と右眼用画像とを交互に表示させる際に、液晶素子のメモリ効果により、前後するフィールドの両方の画像が表示されている状態が存在する（図１０（ｂ），（ｃ））。その場合には、両方の画像が観察者に同時に入射するので正常に立体視することができない。そこで、光源制御部６７が、一対の光源１５Ａ，１６Ａを構成している複数個の発光ダイオード６１のうち、画像に対応している側の発光ダイオード６１だけを画像の表示位置に応じて点灯させてゆく（スキャンさせる）。これにより、左眼用画像は左眼に、右眼用画像は右眼に入射するので、液晶表示パネル５に両画像が同時に表示されていても正常に立体視することができる。また、両画像が表示されて正常に立体視できない期間に一方の光源を消灯させる必要もないので、画像の輝度が低下することもない。

なお、上記の説明では、各発光ダイオード６１が楕円ミラー１７ごとに配設されているとしているが、数枚の楕円ミラー１７ごとに一つの発光ダイオード６１を備える構成としてもよい。この場合には、発光ダイオード６１の個数を少なくできるので、コストを抑制することができる。

上記の構成とした場合には、図１０中に示すように、例えば、ブロックＢＬ１〜４からなる４つのブロックに分けて点灯制御を行うようにすればよい。これにより正常に立体視を行うことができつつも点灯制御を比較的容易に行うことができる。

上記の構成の場合の他の制御例について図１１を参照して説明する。なお、図１１（ａ）〜（ｄ）は、光源の他の制御例を示す模式図である。

この例では、左眼用画像と右眼用画像との間に、黒帯ＢＳを表示させるようになっている。上述した画像信号出力部６５は、右眼用画像と左眼用画像とを液晶表示パネル５に出力する際に、画像間に黒帯ＢＳを挿入した信号を出力する。この場合には、黒帯ＢＳの部分においては右眼用及び左眼用の光源１５Ａ，１６Ａの両方が点灯していてもよいので、点灯制御を容易にすることができる。したがって、上述した発光ダイオード６１のブロックＢＬ１〜４ごとの制御に好適である。

実施例に係る立体表示装置の概略構成を示す横断面図である。 楕円ミラーを構成する楕円を説明する模式図である。 楕円ミラーの一部断面を示す図であり、（ａ）は楕円ミラーの正面図、（ｂ）は側面図である。 楕円ミラーの外観斜視図である。 反射ユニットの外観斜視図であり、（ａ）は出射面側から見た図であり、（ｂ）はその反対側から見た図である。 反射ユニットの正面図である。 （ａ）〜（ｅ）は入射部の各種構成を示す概略構成図である。 楕円ミラーの変形例を示す概略構成図である。 立体表示装置の概略構成を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は光源の制御例を示す模式図である。 （ａ）〜（ｄ）は光源の他の制御例を示す模式図である。

符号の説明

３ … 筐体
５ … 液晶表示パネル
１１ … 拡散部材
１５ … 右眼用の光源
１６ … 左眼用の光源
１７ … 楕円ミラー
１９ … 反射ユニット
２１ … 楕円
２６ … 入射部
２７ … 出射面
２９ … アクリル樹脂
３１ … アルミニウム膜
３６ … 反射面
６３ … 制御部
６５ … 画像信号出力部
６７ … 光源制御部

Claims (2)

1. 右眼用画像と左眼用画像とを交互に表示することにより、観察者に立体画像として認識させる立体画像表示装置において、
   右眼用画像と左眼用画像とを表示する透過型の液晶表示パネルと、
   前記透過型の液晶表示パネルの両端側に配置され、前記透過型の液晶表示パネルを背面側から照射するための右眼用及び左眼用の一対の光源と、
   一方の焦点近辺に右眼用の光源が配置され、観察者の右眼視点が他方の焦点近辺に位置する楕円の円弧の一部として形成された帯状の右眼用楕円ミラーと、
   一方の焦点近辺に左眼用の光源が配置され、観察者の左眼視点が他方の焦点近辺に位置する楕円の円弧の一部として形成された帯状の左眼用楕円ミラーと、
   前記右眼用楕円ミラーと前記左眼用楕円ミラーの反射面は、前記透過型の液晶表示パネル側に向けられており、右眼用楕円ミラーと左眼用楕円ミラーを互い違いの状態で、前記一対の光源を結ぶラインに直交する方向に積層して構成された反射ユニットと、
   を備えていることを特徴とする立体画像表示装置。
2. 請求項１に記載の立体画像表示装置において、
   前記反射ユニットと前記透過型の液晶表示パネル側との間には、前記反射ユニットからの光を前記楕円ミラーの積層方向へ拡散させる拡散部材を備えていることを特徴とする立体画像表示装置。

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