JP4767994B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像を表示する画像表示装置に係り、特に、特定の位置においてのみ画像を観察できるように視野角を制限する技術に関する。

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）。
この画像表示装置は、液晶表示パネルと、拡散板と、液晶表示パネルから所定距離に結像させる焦点距離を有するフレネルレンズと、光源とを備えている。これらの構成は、画像表示装置の筐体内において直線的には位置されている。このような構成により、所定位置にいる観察者だけが画像を見ることができ、視野角を制限することができる。
特許第２６２０５１６号（図１８）

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、各構成を直線的に配置する必要があるので、装置の奥行きが長くなり、小型化を図ることができないという問題がある。

このような問題を解決するものとして、例えば、図１３に示す構成が提案されている（特願２００７−３３１９１１号）。

この装置は、楕円形状を呈する導光体１００を液晶表示パネル１０１の背面に備え、液晶表示パネル１０１の側方にあたる導光体１００の入射面側に光源１０３を備えている。そのため装置の奥行きを短くでき、装置の小型化が可能になっている。なお、導光体１００の入射面は、楕円の一方の焦点を端点として、楕円の円弧の一部からなる反射面に対向し、楕円の一方の焦点ｆ１から円弧側に向かうにしたがって長軸から離れるような傾斜面で構成されている。光源１０３は、その一方の焦点ｆ１を端点とする平面に付設されている。

しかしながら、この提案装置は、光源１０３から出射された光のうち、一方の焦点ｆ１を通る光量が少ないので、他方の焦点ｆ０にあたる視点から見た液晶表示パネル１０１の画面輝度を高めることが困難であるという問題がある。また、この提案装置では、液表表示パネル１０１の輝度分布が光源の配光分布（角度強度分布）に依存するので、液晶表示パネル１０１に大きな輝度ムラを生じるという問題もある。さらに、光源１０３を平面としたままで二次元画像の視野を広げるには、光源１０３を楕円の円弧側に長くする必要があり（図中に点線で示す）、そのために装置の幅が大きくなるという問題がある。

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、光の取り込み方を工夫することにより、視野角を制限することができ、装置の奥行きを短くすることができて小型化に有利でありながらも、輝度ムラを抑制することができ、かつ二次元画像の視野を広げても装置幅を抑制することができる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、画像を表示するための画像表示装置において、画像を表示するための透過型の液晶表示パネルと、板状の外観形状を呈し、面方向から見て一端面が楕円の円弧の一部で構成され、光を透過する部材で構成された本体と、前記楕円の一方の焦点及び前記楕円の長軸から離間するとともに、前記楕円の長軸に沿って前記本体に形成され、光が入射される入射面と、面方向から見て前記楕円の一方の焦点を囲う位置に配設され、前記入射面から入射された光を反射する中間反射面と、前記本体の楕円の円弧の一部を構成し、前記中間反射面からの光を前記楕円の他方の焦点側に対して反射する楕円反射面と、前記本体の他端面に形成され、前記楕円反射面で反射された光を出射する出射面とを備えた導光体と、前記導光体の中間反射面側に配設された光源と、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、一方の焦点側に配設された光源から出射された光は、導光体の入射面から入射し、中間反射面を介して楕円反射面で反射して出射面から出射され、透過型の液晶表示パネルを透過して楕円の他方の焦点側に集光する。したがって、他方の焦点方向に視野角を限定することができる。また、本体の入射面が楕円の一方の焦点及び楕円の長軸から離間して形成されており、光源からの光が中間反射面を介して入射するので、光源からの光のうち楕円の一方の焦点を通る光量を増やすことができる。したがって、他方の焦点にあたる視点から見た透過型の液晶表示パネルの輝度ムラを抑制することができる。さらに、本体の入射面が楕円の長軸に沿って形成されているので、二次元画像の視野を広げるために光源を長くしても、光源が幅方向に長くならない。したがって、装置の幅が広がることを抑制できる。

なお、ここでいう「長軸に沿って」とは、平行も含むものの、平行である必要はなく、距離を保って離れずにという意である。

また、請求項２に記載の発明は、画像を表示するための画像表示装置において、画像を表示するための透過型の液晶表示パネルと、表示面から見て前記透過型の液晶表示パネルの背後に配設され、かつ、平面視で楕円の円弧の一部で構成され、前記楕円の一方の焦点からの光を前記楕円の他方の焦点側に対して反射する楕円反射面と、前記透過型の液晶表示パネルの側方であって、かつ、前記楕円の一方の焦点及び前記楕円の長軸から離間するとともに、前記楕円の長軸に沿って配設された光源と、前記光源と前記楕円反射面との間に位置し、前記楕円の一方の焦点を囲う位置に配設され、前記光源からの光を前記楕円反射面に反射する中間反射面と、を備えていることを特徴とするものである。

なお、ここでいう「長軸に沿って」とは、平行も含むものの、平行である必要はなく、距離を保って離れずにという意である。したがって、長軸に対して傾斜している状態も含むものである。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、一方の焦点側に配設された光源から出射された光は、中間反射面を介して楕円反射面から反射し、透過型の液晶表示パネルを透過して楕円の他方の焦点側に集光する。したがって、他方の焦点方向に視野角を限定することができる。また、光源が楕円の一方の焦点及び楕円の長軸から離間して配設されており、光源からの光が中間反射面を介して入射するので、光源からの光のうち楕円の一方の焦点を通る光量を増やすことができる。したがって、他方の焦点にあたる視点から見た透過型の液晶表示パネルの輝度ムラを抑制することができる。さらに、光源が楕円の長軸に沿って配設されているので、二次元画像の視野を広げるために光源を長くしても、光源が幅方向に長くならない。したがって、装置の幅が広がることを抑制できる。

また、請求項３に記載の発明は、画像を表示するための画像表示装置において、画像を表示するための透過型の液晶表示パネルと、板状の外観形状を呈し、面方向から見て一端面が楕円の円弧の一部で構成され、光を透過する部材で構成された本体と、前記楕円の一方の焦点から離間するとともに、前記楕円の長軸側から鉛直方向に沿って下方に延出されて形成され、光が入射される入射面と、面方向から見て前記楕円の一方の焦点から外れた位置に配設され、前記楕円の一方の焦点とは反対側の面で前記入射面から入射した光を反射する中間反射面と、前記本体の円弧の一部を構成し、前記中間反射面からの光を前記楕円の他方の焦点側に対して反射する楕円反射面とを備えた導光体と、前記導光体の中間反射面側に配設された光源と、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３に記載の発明によれば、一方の焦点側に配設された光源から出射された光は、導光体の入射面から入射し、中間反射面を介して楕円反射面で反射して出射面から出射され、透過型の液晶表示パネルを透過して楕円の他方の焦点側に集光する。したがって、他方の焦点方向に視野角を限定することができる。また、本体の入射面が楕円の一方の焦点から離間して形成されており、光源からの光が中間反射面を介して入射するので、光源からの光のうち楕円の一方の焦点を通る光量を増やすことができる。したがって、他方の焦点にあたる視点から見た透過型の液晶表示パネルの輝度ムラを抑制することができる。さらに、本体の入射面が楕円の長軸側から鉛直方向に沿って下方に延出されて形成されているので、二次元画像の視野を広げるために光源を長くしても、光源が幅方向に長くならない。したがって、装置の幅が広がることを抑制できる。また、中間反射面が、面方向から見て楕円の一方の焦点から外れた位置に配設され、楕円の一方の焦点とは反対側の面で入射面から入射した光を反射するように構成されているので、見かけ上の一方の焦点に対して光源を近づけて配置することができる。したがって、装置の幅を狭くすることができて、より小型化することができる。

また、請求項４に記載の発明は、画像を表示するための画像表示装置において、画像を表示するための画像表示装置において、画像を表示するための透過型の液晶表示パネルと、表示面から見て前記透過型の液晶表示パネルの背後に配設され、かつ、平面視で楕円の円弧の一部で構成され、前記楕円の一方の焦点からの光を前記楕円の他方の焦点側に対して反射する楕円反射面と、前記透過型の液晶表示パネルの側方であって、かつ、前記楕円の一方の焦点から離間するとともに、前記楕円の長軸側から鉛直方向に沿って下方に延出されて配設された光源と、前記光源と前記楕円反射面との間に位置し、前記楕円の一方の焦点から外れた位置に配設され、前記楕円の一方の焦点とは反対側の面で前記光源からの光を前記楕円反射面に反射する中間反射面と、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４に記載の発明によれば、一方の焦点側に配設された光源から出射された光は、中間反射面を介して楕円反射面から反射し、透過型の液晶表示パネルを透過して楕円の他方の焦点側に集光する。したがって、他方の焦点方向に視野角を限定することができる。また、光源が楕円の一方の焦点から離間して配設されており、光源からの光が中間反射面を介して入射するので、光源からの光のうち楕円の一方の焦点を通る光量を増やすことができる。したがって、他方の焦点にあたる視点から見た透過型の液晶表示パネルの輝度ムラを抑制することができる。さらに、光源が楕円の長軸側から鉛直方向に沿って下方に延出されて配設されているので、二次元画像の視野を広げるために光源を長くしても光源が幅方向に長くならない。したがって、装置の幅が広がることを抑制できる。また、中間反射面が、面方向から見て楕円の一方の焦点から外れた位置に配設され、楕円の一方の焦点とは反対側の面で入射面から入射した光を反射するように構成されているので、見かけ上の一方の焦点に対して光源を近づけて配置することができる。したがって、装置の幅を狭くすることができて、より小型化することができる。

また、本発明において、前記中間反射面は、放物線の一部を用いた放物反射面を備えているが好ましい（請求項５）。放物反射面に平行に入射した光源からの光を、一方の焦点を通るように集光することができる。あるいは、放物反射面に平行に入射した光源からの光を、見かけ上の一方の焦点に見かけ上集光することができる。

また、本発明において、前記楕円反射面は、前記楕円の他方の焦点方向にのみ光を反射させることが好ましい（請求項６）。視野角を極めて制限した画像表示装置とすることができる。

また、本発明において、前記導光体は、入射面を一方側へ向けた導光体と、入射面を他方側へ向けた導光体とを面同士を合わせて複数枚積層してなる反射ユニットとして構成され、前記光源は、入射面が一方側へ向けられた導光体に配設された第１の光源と、入射面が他方側へ向けられた導光体に配設された第２の光源とを備えた一対の光源として構成され、前記透過型の液晶表示パネルに異なる第１の画像と第２の画像とを交互に出力する画像出力手段と、前記画像出力手段が第１の画像から第２の画像に、または第２の画像から第１の画像に順次に切り換える際に、第１の画像が出力されている場合には前記第１の光源を、第２の画像が出力されている場合には前記第２の光源を点灯させる光源制御手段と、を備えていることが好ましい（請求項７）。一方の焦点側に配置された第１の光源及び第２の光源から放射された光は、反射ユニットの各導光体の入射面から入射し、楕円反射面で反射されて出射面から出射され、透過型の液晶表示パネルを透過して、それぞれ異なる他方の焦点に集光する。したがって、視野角を二方向に限定することができる。また、画像出力手段が第１の画像と第２の画像とを交互に出力するのに同期して、光源制御手段が第１の光源及び第２の光源を交互に点灯させることにより、一つの透過型の液晶表示パネルを異なる位置で観察すると、第１の画像と第２の画像を観察することができる。したがって、いわゆる「デュアルビュー」の画像表示装置を実現することができる。

また、本発明において、前記楕円反射面を複数枚積層して構成され、かつ、隣接する前記楕円反射面同士の一方の焦点を一方側と他方側とで反対側に向けて構成された反射ユニットを備え、前記光源は、前記楕円の一方の焦点が一方側へ向けられた楕円反射面の中間反射面に配設された第１の光源と、前記楕円の一方の焦点が他方側へ向けられた楕円反射面の中間反射面に配設された第２の光源とを備えた一対の光源として構成され、前記透過型の液晶表示パネルに異なる第１の画像と第２の画像とを交互に出力する画像出力手段と、前記画像出力手段が第１の画像から第２の画像に、または第２の画像から第１の画像に順次に切り換える際に、第１の画像が出力されている場合には前記第１の光源を、第２の画像が出力されている場合には前記第２の光源を点灯させる光源制御手段と、を備えていることが好ましい（請求項８）。一方の焦点側に配置された第１の光源及び第２の光源から放射された光は、反射ユニットの中間反射面に入射し、中間反射面で反射されるとともに楕円反射面で反射され、透過型の液晶表示パネルを透過して、それぞれ異なる他方の焦点に集光する。したがって、視野角を二方向に限定することができる。また、画像出力手段が第１の画像と第２の画像とを交互に出力するのに同期して、光源制御手段が第１の光源及び第２の光源を交互に点灯させることにより、一つの透過型の液晶表示パネルを異なる位置で観察すると、第１の画像と第２の画像を観察することができる。

また、本発明において、前記第１の画像と前記第２の画像は、互いに視差を有する左眼用画像と右眼用画像であることが好ましい（請求項９）。左眼用画像と右眼用画像を交互に出力することにより、立体画像を表示することができる。

また、本発明において、前記第１の画像と前記第２の画像とは、互いに異なる二次元画像であることが好ましい（請求項１０）。観察方向によって異なる画像を観察することができ、いわゆる「デュアルビュー」の画像表示装置を実現することができる。

また、本発明において、前記中間反射面は、前記放物線の焦点が前記楕円の一方の焦点に一致するように構成されていることが好ましい（請求項１１）。放物反射面に入射した光を楕円の一方の焦点に集光することができる。あるいは、放物反射面に入射した光を、見かけ上、楕円の一方の焦点に集光することができる。

また、本発明において、前記中間反射面は、クロストーク範囲にあたる部分が直線的に構成され、その部分が反射面または吸収面として構成されていることが好ましい（請求項１２）。クロストーク範囲に入射した光は、他方の焦点からはずれた方向に楕円反射面から反射されるので、二次元画像の表示を行う場合には反射面とすればよい。一方、立体画像の表示を行う場合には、クロストーク範囲に入射した光に起因して立体画像が不鮮明になるので、吸収面とすることにより、立体画像を鮮明にすることができる。

本発明に係る画像表示装置によれば、一方の焦点側に配設された光源から出射された光は、導光体の入射面から入射し、中間反射面を介して楕円反射面で反射して出射面から出射され、透過型の液晶表示パネルを透過して楕円の他方の焦点側に集光する。したがって、他方の焦点方向に視野角を限定することができる。また、本体の入射面が楕円の一方の焦点及び楕円の長軸から離間して形成されており、光源からの光が中間反射面を介して入射するので、光源からの光のうち楕円の一方の焦点を通る光量を増やすことができる。したがって、他方の焦点にあたる視点から見た透過型の液晶表示パネルの輝度ムラを抑制することができる。さらに、本体の入射面が楕円の長軸に沿って形成されているので、二次元画像の視野を広げるために光源を長くしても、光源が幅方向に長くならない。したがって、装置の幅が広がることを抑制できる。

以下、図面を参照して本発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例に係る立体画像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。また、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）は楕円ミラーの側面図であり、図４は、楕円ミラーの外観斜視図であり、図５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（本発明における「画像表示装置」）は、横断面がコの字状の筐体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。以下、透過型の液晶表示パネル５については、適宜、液晶表示パネル５と記す。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、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、左眼用の光源１６が取り付けられている。光源１５，１６（本発明における第１の光源及び第２の光源に相当）は、例えば、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取り付けられている。

一対の光源１５，１６の奥側には、同形状の楕円ミラー１７を互い違いに異なる向きにした状態で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）から見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ものであるので、ここでは右眼用の楕円ミラー１７の構成を例に採って図２を参照しつつ説明する。

なお、上述した光源１５，１６が本発明における「第１の光源」及び「第２の光源」に相当し、上述した楕円ミラー１７が本発明における「導光体」に相当する。

楕円ミラー１７は、外観形状が刃状を呈するブレード２０（本発明における「本体」に相当）を備えている。このブレード２０は、面方向から見て一端面が楕円２１の円弧の一部から構成されている。ブレード２０の一方の焦点ｆ１側には、一方の焦点ｆ１及び長軸ａから離間するとともに、楕円２１の下側の長軸ａに沿って形成された入射面２２を備えている。この入射面２２は、ブレード２０の上部右側にあたる放物面形状の突起部２６にわたって形成されている。なお、ここで言う「沿う」とは、平行も含むが、平行である必要はなく、楕円２１の下側の長軸ａに付かず離れず距離を保っているという意である。ブレード２０は、換言すると、一方の焦点ｆ１側の楕円２１の円弧の内周側で構成されている。ブレード２０の面方向（紙面方向）から見て直線状を呈する他端面には、出射面２３が形成されている。楕円ミラー１７の端面側から見て細帯状を呈する円弧部２５は、出射面２３から出射した光が他方の焦点ｆ２側に集光するように形成されている。図示省略しているが、実際には、後述する楕円ミラー１７の構成（アクリル樹脂２９から出射される際の屈折）により、出射面２３から出射した光は、他方の焦点ｆ２よりも楕円２１の中心ｃ側に寄った位置に集光する。しかしながら、ここでは説明の理解を容易にするために、他方の焦点ｆ２が観察者の右眼ＥＲの位置にあたるものとする。なお、楕円ミラー１７の左右を反転させると、他方の焦点ｆ２は、観察者の左眼ＥＬの位置にあたる。右眼ＥＲと左眼ＥＬとの間隔、つまり焦点ｆ２と焦点（ｆ２）との間隔は、平均的に６４ｍｍ程度、最大でも８０ｍｍ程度である。

ブレード２０のうち、面方向から見て一方の焦点ｆ１を囲う位置には、中間反射面２７が形成されている。この中間反射面２７は、入射面２２から入射した右眼用の光源１５からの光を、円弧部２５（正確には後述する反射面３６）に向けて反射する。この中間反射面の詳細については後述する。

上述したように楕円ミラー１７のブレード２０が一方の焦点ｆ１側の円弧の内周側で構成されているので、ブレード２０の面同士を重ね合わせるだけで実用的な強度を備えた反射ユニット１９を構成することができる。なお、ブレード２０間における光の漏れを防止するために、楕円ミラー１７を次のように構成することが好ましい。

楕円ミラー１７のブレード２０は、光源１５，１６からの光を透過する光透過性の樹脂、具体的には、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２５及び中間反射面２７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２５におけるアクリル樹脂２９の端面は、アルミニウム膜３１と、白色塗装３３と、黒色塗装３５とによってその順で覆われ、最内側面が反射面３６（本発明における「楕円反射面」に相当）を構成している。また、入射面２２と出射面２３とは、端面に一切の塗装が施されていないが、アクリル樹脂２９の両面には白色塗装３３に重ねて黒色塗装３５が施されている。

なお、円弧部２５には、上述したアルミニウム膜３１を蒸着する他に、光反射材料を塗布することによって被膜を形成するようにしてもよく、さらに、金属箔を貼り付けることによって被膜を形成するようにしてもよい。また、光反射材料として、上述したアルミニウムの他に、例えば、銀合金からなる被膜を形成するようにしてもよい。さらに、アクリル樹脂２９の両面には、白色塗装３３に重ねて黒色塗装３５だけでなく、最内面に、上述した光反射材料からなる被膜を形成するようにしてもよい。

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２９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２３にまで導くことができる。また、反射面３６のアルミニウム膜３１がアクリル樹脂２９で外部雰囲気から遮断されて保護されることになるので、アルミニウム膜２９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することができる。

なお、立体画像表示装置では、通常、観察者の眼が集光位置からずれると画像が見えなくなるが、図２中に点線で示すように光源１５を入射面２２に沿って長く伸ばすことにより、焦点位置ｆ２よりも外側（図２の左方向）に向かって出射する（図２に矢付き二点鎖線）。したがって、立体画像を観察できないものの、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観察することができる。したがって、立体視している観察者の周囲からで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。

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２３を透過型の液晶表示パネル５の背面に向けるとともに、入射面２２を互いに反対側（左及び右）に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。その際、出射面２３が一つの平面を構成するようにして積層してあるので、拡散板１１を容易に配設することができるようになっている。

ここで、図６を参照して、中間反射面２７について説明する。なお、図６は、中間反射面を示すブレードの一部拡大図である。

中間反射面２７は、横向きの放物線状を呈し、横向きの中心軸ＰＣが出射面２３よりも若干上に位置している。そして、その放物線の焦点は、楕円２１の一方の焦点ｆ１に一致するように中間反射面２７が形成されている。なお、楕円２１の他方の焦点ｆ２から見た液晶表示パネル５における画面輝度分布均一化のために、以下のように構成するのが好ましい。

ここで、図２に示すように、楕円２１の他方の焦点ｆ２から液晶表示パネル５の右端を通る直線と円弧部２５との交点を符号ｐとし、他方の焦点ｆ２から液晶表示パネル５の左端を通る直線と円弧部２５との交点を符号ｑとする。そして、交点ｐから一方の焦点ｆ１に直線を描いたときの光源１５との交点を符号Ｒ１とし、交点ｑから一方の焦点ｆ１に直線を描いたときの光源１５との交点を符号Ｒ２とした場合、交点Ｒ１が光源１５の最上部または放物線上となることが好ましい。一方の焦点ｆ１を通り、液晶表示パネル５の全面を照らすことになる光は、放物線の中心軸ＰＣに平行な光であり、画面輝度分布と光源１５の表面各点を一対一に対応付けることができる。このため、光源１５が液晶表示パネル５の全面にわたって一様な光源であった場合、一方の焦点ｆ１を通る光線の強度は全て等しくなり、均一な輝度分布を得られることになる。また、光源１５が全面一様でなかったとしても、角度強度比分布が一様であれば、画面上各点の輝度調整は光源１５の各点での光束調整により均一な輝度分布とすることが可能となり、光源１５の出射面表面へのパターン形成や、光源１５が発光ダイオードを備えている場合には、各発光ダイオードの駆動電流や、発光ダイオードのピッチ調整などによって画面輝度均一化を比較的容易に図ることができる。

上記のような条件で中間反射面２７を設計する場合には、交点Ｒ１が光源１５における三次元画像表示用の最上部となり、この交点Ｒ１から下に必要分だけ光源１５を伸ばすことになる。この下に伸ばした点をＲ３とすると、この点Ｒ３は、交点Ｒ２よりも上側になくてはならない。点Ｒ３が交点Ｒ２よりも上にある場合には、三次元画像表示用の光源１５の範囲を交点Ｒ１から交点Ｒ２までとすることにより、必要光量を確保することができる。点Ｒ３が交点Ｒ２よりも下にある場合には、光源１５をさらに外側（図６の右側）に移動させ、交点Ｒ１を上に設定する必要がある。そのようにすると、立体画像表示装置の全幅が広くなるので、立体画像表示装置の全幅が許容範囲内であれば、上述した手法で設計することが好ましい。

なお、図６中において一方の焦点ｆ１の左側に点線で示しているのは、クロストーク限界ラインＬＣである。このクロストーク限界ラインＬＣは、観察者の顔の中央（右眼と左眼の中央）にくる光線を示している。例えば、観察者の右眼に光線を集める場合、このクロストーク限界ラインＬＣを超えた液晶表示パネル５側から、一方の焦点ｆ１を通らずに楕円ミラー１７に向かう光があった場合、楕円ミラー１７で反射した光線は、観察者の顔の中心よりも左側に向かう。つまり、放物線中心軸ＰＣに平行でない光のうち、このクロストーク限界ラインＬＣよりも液晶表示パネル５側で反射して楕円ミラー１７に向かう光があるとクロストークとなって立体画像が不鮮明となる原因となる。そこで、このクロストーク限界ラインＬＣと中間反射面２７を構成している放物線の中心軸ＰＣとの交点ＰＥを、中間反射面２７の放物線の終端とすることにより、全ての光線をクロストークさせずに画像化に利用することができる。

さらに、中間反射面２７のうち、一方の焦点ｆ１と交点ｑの光線と中間反射面２７の放物線における交点ＣＰからクロストーク限界ラインＬＣまでの範囲（クロストーク範囲）を直線的な面ＬＳとして形成すると、ここに入射した光線は交点ｑよりも左で反射面３６に入射することになる。したがって、この光線は、立体視距離において立体画像表示装置の観察者の右眼ＥＲよりもさらに右側（観察者の右腕側）に向かう。その結果、二次元画像の表示用として光線を有効利用することができ、光源１５の利用効率向上が期待できる。なお、二次元画像用を必要としない場合には、面ＬＳを、光を吸収する吸収面で構成すればよい。

上述したように構成されている立体画像表示装置では、一方の焦点ｆ１側に配設された右眼用の光源１５から出射された光は、ブレード２０の入射面２２から入射し、中間反射面２７を介して楕円形状の反射面３６で反射して出射面２３から出射され、透過型の液晶表示パネル５を透過して楕円２１の他方の焦点側ｆ２に集光する。したがって、他方の焦点ｆ２方向に視野角を限定することができる。また、ブレード２０の入射面２２が楕円２１の一方の焦点ｆ１及び楕円２１の長軸ａから離間して形成されており、右眼用の光源１５からの光が中間反射面２７を介して入射するので、右眼用の光源１５からの光のうち楕円２１の一方の焦点ｆ１を通る光量を増やすことができる。したがって、他方の焦点ｆ２にあたる視点から見た透過型の液晶表示パネル５の輝度ムラを抑制することができる。さらに、ブレード２０の入射面２２が楕円２１の長軸ａに沿って形成されているので、二次元画像の視野を広げるために右眼用の光源１５を長くしても、右眼用の光源１５が装置の幅方向に長くならない。したがって、装置の幅が広がることを抑制できる。

また、拡散板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、クロストークを悪化させることなく、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、上述した実施例では、ブレード２０に入射面２２と、出射面２２と、中間反射面２７と、反射面３６とを備えた構成を例に採って説明したが、ブレード２０が存在せず、単に楕円形状の反射面３６と、放物線状の中間反射面２７とを備えた構成であっても、上記の構成と同様の効果を奏する。

なお、中間反射面２７を構成する放物線の焦点と、楕円ミラー１７の一方の焦点ｆ１とは正確に一致する必要はなく、多少のずれがあってもほぼ上記同様の効果を奏する。

＜中間反射面の第１の変形例＞
次に、図７を参照して、中間反射面の変形例について説明する。なお、図７は、第１の変形例に係る中間反射面を示すブレードの一部拡大図である。

この突起部２６Ａに形成された中間反射面２７Ａは、上述した中間反射面２７と放物線状である点では共通しているが、その形状が相違する。具体的には、上述した第１の設計手法で全幅が許容範囲外であった場合には、許容範囲内にまで右眼用の光源１５を一方の焦点ｆ１側に近づけ、交点Ｒ１から必要光量分だけ右眼用の光源１５を上に伸ばした点を三次元画像用の光源１５の最上部とし、これを通る放物線を求める。放物線が得られると、交点Ｒ２が求まり、交点Ｒ１と交点Ｒ２のうち、下側にある方の交点（この例では交点Ｒ１）が三次元画像用の光源１５の最下端となる。ここより下に光源１５を伸ばすと、二次元画像用の視野を広げることができる。このとき、三次元画像用の光線は、放物線上で一旦反射して反射面３６に向かうものと、直接反射面３６に向かうものとがある。直接的に反射面３６に向かう光線は、光源１５からの放射角度が異なるので、放物線と光源１５の境界に対応する位置付近において、輝度の低下が発生してしまう。このため、できるだけ第１の設計手法によって構成することが好ましい。

なお、この第１の変形例においても、中間反射面２７Ａのうち、クロストーク範囲にあたる部分を直線的な面ＬＳとすることでクロストークを低減できる。

＜中間反射面の第２の変形例＞
次に、図８を参照して、もう一つの中間反射面の変形例について説明する。なお、図８は、第２の変形例に係る中間反射面を示すブレードの一部拡大図である。

上述した二つの突起部２６，２６Ａに形成された中間反射面２７，２７Ａは、放物線がともに一方の焦点ｆ１を囲う位置に配設されているが、この変形例では、一方の焦点ｆ１から外れた位置に突起部２７Ｂの中間反射面２７Ｂが形成されている点で相違する。具体的には、突起部２７Ｂの上端面を放物線状に構成して中間反射面２７Ｂとする。その焦点と一方の焦点ｆ１とは一致させてある。そして、一方の焦点ｆ１とは反対側にあたる中間反射面２７Ｂで光源１５からの光を反射面３６に反射させる。

一方の焦点ｆ１は、中間反射面２７Ｂ及び反射面３６からは見かけ上の焦点となるので、光源１５を液晶表示パネル５側にさらに近づけて配置することができる。したがって、装置の幅を狭くすることができて、より小型化することができる。

なお、上述した第１及び第２の変形例であっても、ブレード２０が存在せず、単に楕円形状の反射面３６と、放物線状の中間反射面２７Ａ，Ｂとを備えた構成であっても、上記の構成と同様の効果を奏する。

＜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１５，１６の点灯制御の一例について説明する。なお、図９は、立体画像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１５，１６がそれぞれ複数個の発光ダイオード６１で構成され、各楕円ミラー１７に対応して配設されている。各発光ダイオード６１は、各々が独立して点灯制御が可能に構成されている。

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（第１の画像）と左眼用画像（第２の画像）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１５，１６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１５と左眼用の光源１６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に示す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１６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）及び図１０（ｃ）に示すように、その最初の段階では、液晶表示パネル５のうちの上部だけが右眼用画像に書き換えられ。その状態では、左眼用画像に対応する側の左眼用の光源１６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１５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１５と左眼用の光源１６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）及び図１０（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ことになる。そこで、光源制御部６７が、一対の光源１５，１６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。換言すると、光源をスキャンさせる。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たが、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、装置のコストを低減できる。

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。

＜視野角制限＞
上述した実施例は、立体画像にかかる画像表示装置の例であったが、以下に視野角制限の例を説明する。

ここで、図１１を参照する。なお、図１１は、視野角が制限されていることの説明に供する模式図である。

この装置は、一方の楕円ミラー１７だけを用いて構成されている。この場合には、楕円ミラー１７の出射面２３から出射した光が焦点ｆ２に集光する。したがって、可視領域ＶＲ１（図１１中のハッチング領域）と、不可視領域ＩＶＲ１とが生じることになる。そのため、可視領域ＶＲ１中にあたる位置Ｌ１では、画像を観察することができる一方。不可視領域ＩＶＲ１中にあたる位置Ｌ２では、画像を観察することができない。つまり、一方の楕円ミラー１７だけを用いることにより、観察可能領域をその焦点ｆ２方向だけに限定することができる。

なお、上述した構成において単に視野角制限を行うだけでよい場合には、上述した立体画像表示装置のように画像を交互に表示させる必要はなく、さらに光源の点灯制御も必要がない。

（ブレード変形例）
単に視野角を制限する場合には、上述したように薄板状のブレード２０を複数枚積層して反射ユニット１９を構成する必要はなく、一枚の厚みがあるブレードで反射ユニット１９を構成してもよい。

＜デュアルビュー表示＞
ここで図１２を参照する。なお、図１２は、デュアルビューの画像表示装置の概念を説明する模式図である。

焦点ｆと焦点（ｆ）との間隔が、平均的な人の両眼間隔よりも広くなるような楕円ミラー１７及び反射ユニット１９を採用することにより、観察方向により異なる画像を見ることができる装置を実現できる。このような装置は、デュアルビュー表示装置と呼ばれている。例えば、自動車のセンターコンソールに配備することにより、運転席側にはナビゲーション画像を表示させ、助手席側にはテレビ画像を表示させることができる。具体的には、楕円ミラー１７の光源１５，１６を入射面２２に沿って長くし、二次元画像を観察可能な領域を利用すればよい。つまり、図１２における可視領域ＶＲ１，ＶＲ２を利用する。なお、焦点ｆ，（ｆ）を上記の間隔に設定することにより、両画像が重複して観察されてしまう領域を極力少なくすることができる。

制御的には、上述した立体画像表示装置における右眼用画像と左眼用画像に代えて、第１の画像（例えば、ナビゲーション画像）と第２の画像（例えば、テレビ画像）とを画像信号出力部６５（図９）から交互に出力させるとともに、それぞれに応じた光源１５，１６を交互に点灯させればよい。

実施例に係る立体画像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）は楕円ミラーの側面図である。 楕円ミラーの外観斜視図である。 反射ユニットの正面図である。 中間反射面を示すブレードの一部拡大図である。 第１の変形例に係る中間反射面を示すブレードの一部拡大図である。 第２の変形例に係る中間反射面を示すブレードの一部拡大図である。 立体画像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。 視野角が制限されていることの説明に供する模式図である。 デュアルビューの画像表示装置の概念を説明する模式図である。 従来例に係る画像表示装置の一部である導光体を示す図である。

符号の説明

３ … 筐体
５ … 透過型の液晶表示パネル
１１ … 拡散部材
１５ … 右眼用の光源
１６ … 左眼用の光源
１９ … 反射ユニット
２０ … ブレード
２１ … 楕円
ｆ１ … 一方の焦点
２２ … 入射面
２３ … 出射面
ｆ２ … 他方の焦点
２６ … 突起部
２７ … 中間反射面
３６ … 反射面
ＬＣ … クロストーク限界ライン

Claims (12)

1. 画像を表示するための画像表示装置において、
   画像を表示するための透過型の液晶表示パネルと、
   板状の外観形状を呈し、面方向から見て一端面が楕円の円弧の一部で構成され、光を透過する部材で構成された本体と、前記楕円の一方の焦点及び前記楕円の長軸から離間するとともに、前記楕円の長軸に沿って前記本体に形成され、光が入射される入射面と、面方向から見て前記楕円の一方の焦点を囲う位置に配設され、前記入射面から入射された光を反射する中間反射面と、前記本体の楕円の円弧の一部を構成し、前記中間反射面からの光を前記楕円の他方の焦点側に対して反射する楕円反射面と、前記本体の他端面に形成され、前記楕円反射面で反射された光を出射する出射面とを備えた導光体と、
   前記導光体の中間反射面側に配設された光源と、
   を備えていることを特徴とする画像表示装置。
2. 画像を表示するための画像表示装置において、
   画像を表示するための透過型の液晶表示パネルと、
   表示面から見て前記透過型の液晶表示パネルの背後に配設され、かつ、平面視で楕円の円弧の一部で構成され、前記楕円の一方の焦点からの光を前記楕円の他方の焦点側に対して反射する楕円反射面と、
   前記透過型の液晶表示パネルの側方であって、かつ、前記楕円の一方の焦点及び前記楕円の長軸から離間するとともに、前記楕円の長軸に沿って配設された光源と、
   前記光源と前記楕円反射面との間に位置し、前記楕円の一方の焦点を囲う位置に配設され、前記光源からの光を前記楕円反射面に反射する中間反射面と、
   を備えていることを特徴とする画像表示装置。
3. 画像を表示するための画像表示装置において、
   画像を表示するための透過型の液晶表示パネルと、
   板状の外観形状を呈し、面方向から見て一端面が楕円の円弧の一部で構成され、光を透過する部材で構成された本体と、前記楕円の一方の焦点から離間するとともに、前記楕円の長軸側から鉛直方向に沿って下方に延出されて形成され、光が入射される入射面と、面方向から見て前記楕円の一方の焦点から外れた位置に配設され、前記楕円の一方の焦点とは反対側の面で前記入射面から入射した光を反射する中間反射面と、前記本体の円弧の一部を構成し、前記中間反射面からの光を前記楕円の他方の焦点側に対して反射する楕円反射面とを備えた導光体と、
   前記導光体の中間反射面側に配設された光源と、
   を備えていることを特徴とする画像表示装置。
4. 画像を表示するための画像表示装置において、
   画像を表示するための透過型の液晶表示パネルと、
   表示面から見て前記透過型の液晶表示パネルの背後に配設され、かつ、平面視で楕円の円弧の一部で構成され、前記楕円の一方の焦点からの光を前記楕円の他方の焦点側に対して反射する楕円反射面と、
   前記透過型の液晶表示パネルの側方であって、かつ、前記楕円の一方の焦点から離間するとともに、前記楕円の長軸側から鉛直方向に沿って下方に延出されて配設された光源と、
   前記光源と前記楕円反射面との間に位置し、前記楕円の一方の焦点から外れた位置に配設され、前記楕円の一方の焦点とは反対側の面で前記光源からの光を前記楕円反射面に反射する中間反射面と、
   を備えていることを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記中間反射面は、放物線の一部を用いた放物反射面を備えていることを特徴とする画像表示装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の画像表示装置において、
   前記楕円反射面は、前記楕円の他方の焦点方向にのみ光を反射させることを特徴とする画像表示装置。
7. 請求項１または３に記載の画像表示装置において、
   前記導光体は、入射面を一方側へ向けた導光体と、入射面を他方側へ向けた導光体とを面同士を合わせて複数枚積層してなる反射ユニットとして構成され、
   前記光源は、入射面が一方側へ向けられた導光体に配設された第１の光源と、入射面が他方側へ向けられた導光体に配設された第２の光源とを備えた一対の光源として構成され、
   前記透過型の液晶表示パネルに異なる第１の画像と第２の画像とを交互に出力する画像出力手段と、
   前記画像出力手段が第１の画像から第２の画像に、または第２の画像から第１の画像に順次に切り換える際に、第１の画像が出力されている場合には前記第１の光源を、第２の画像が出力されている場合には前記第２の光源を点灯させる光源制御手段と、
   を備えていることを特徴とする画像表示装置。
8. 請求項２または４に記載の画像表示装置において、
   前記楕円反射面を複数枚積層して構成され、かつ、隣接する前記楕円反射面同士の一方の焦点を一方側と他方側とで反対側に向けて構成された反射ユニットを備え、
   前記光源は、前記楕円の一方の焦点が一方側へ向けられた楕円反射面の中間反射面に配設された第１の光源と、前記楕円の一方の焦点が他方側へ向けられた楕円反射面の中間反射面に配設された第２の光源とを備えた一対の光源として構成され、
   前記透過型の液晶表示パネルに異なる第１の画像と第２の画像とを交互に出力する画像出力手段と、
   前記画像出力手段が第１の画像から第２の画像に、または第２の画像から第１の画像に順次に切り換える際に、第１の画像が出力されている場合には前記第１の光源を、第２の画像が出力されている場合には前記第２の光源を点灯させる光源制御手段と、
   を備えていることを特徴とする画像表示装置。
9. 請求項７または８に記載の画像表示装置において、
   前記第１の画像と前記第２の画像は、互いに視差を有する左眼用画像と右眼用画像であることを特徴とする画像表示装置。
10. 請求項７または８に記載の画像表示装置において、
    前記第１の画像と前記第２の画像とは、互いに異なる二次元画像であることを特徴とする画像表示装置。
11. 請求項５に記載の画像表示装置において、
    前記中間反射面は、前記放物線の焦点が前記楕円の一方の焦点に一致するように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
12. 請求項１１に記載の画像表示装置において、
    前記中間反射面は、クロストーク範囲にあたる部分が直線的に構成され、その部分が反射面または吸収面として構成されていることを特徴とする画像表示装置。

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