JP4927208B2 - 立体画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、両眼視差のある画像を時分割で表示させて、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関する。

従来、この種の装置として、いわゆる「メガネ式」の立体画像表示装置がある。具体的には、例えば、表示面が観察者に正対した第１の画像表示部と、この第１の画像表示部の表示面に直交する姿勢で配置された第２の画像表示部とからなる一対の画像表示部をＬの字状に配置してなる画像表示ユニットと、この画像表示ユニットの角部から傾斜姿勢で配置されたハーフミラーとを備えている（例えば、特許文献１参照）。

この「メガネ式」の立体画像表示装置では、例えば、第１の画像表示部には左眼用画像が表示され、第２の画像表示部には右眼用画像が表示される。第１の画像表示部から出射された光は、一部がハーフミラーで反射されるが、残りの光がハーフミラーを透過して観察者へ向かう。第２の画像表示部から出射された光は、一部が透過するものの、残りが反射されて観察者へ向かう。ハーフミラーで反射された光は、透過した光と偏光状態が異なるようにされるので、左右で偏光特性が異なるメガネを観察者がかけることにより、左右の眼で異なる画像を観察することができ、立体画像を観察することができるようになっている。

また、その他の装置として、いわゆる「裸眼式」の立体画像表示装置がある。具体的には、例えば、表示面が観察者に正対した第１の画像表示部及び視野角を限定する第１の視野選択ガラスと、この第１の画像表示部の表示面に直交する姿勢で配置された第２の画像表示部及び視野角を限定する第２の視野選択ガラスとからなる一対の画像表示部をＬの字状に配置してなる画像表示ユニットと、この画像表示ユニットの角部から傾斜姿勢で配置されたハーフミラーとを備えて構成されている（例えば、特許文献２参照）。

この「裸眼式」の装置では、視野角が制限されているので、上述した「メガネ式」の装置のように観察者がメガネをかけることなく立体視が可能となっている。

特開２０００−３３８４４９号公報 特開平０９−９０２７６号公報

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、「メガネ式」と「裸眼式」の両方式ともに、画像表示部がＬの字状に配置されているので、立体画像表示装置が大きくかさばるという問題がある。また、「メガネ式」と「裸眼式」の両利点を享受することができないという別異の問題がある。

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、小型化が可能でありながらも、「メガネ式」と「裸眼式」の両装置の利点を享受することができる立体画像表示装置を提供することを目的とする。

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、立体画像を表示す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時分割で交互に表示する透過型の表示パネルと、
前記透過型の表示パネルの背面側に配置され、第１の焦点を前記透過型の表示パネルの背面側に有し、第１の焦点と第２の焦点とを結ぶ直線が観察者の両眼の間に位置する集光手段と、
前記集光手段に向けられ、平面視で前記第１の焦点を挟んで第１の光源と第２の光源とを備え、前記第１の光源と前記第２の光源とが右眼用画像と左眼用画像に応じて、平面視で中心線上に位置している第１の焦点側に相当する前記第１の光源の内側と前記第２の光源の内側を交互に消灯して、平面視で中心線を対称軸とした非対称の発光を時分割で交互に行う光源ユニットと、
前記透過型の表示パネルに右眼用画像が表示される際には、右眼への入光を許容するとともに左眼への入光を禁止し、前記透過型の表示パネルに左眼用画像が表示される際には、左眼への入光を許容するとともに右眼への入光を禁止する観察用メガネと、
を備え、
観察者側にて、前記透過型の表示パネルの右眼用画像と左眼用画像が両方届く混在領域と、前記透過型の表示パネルの右眼用画像のみが届く第１の領域と、前記透過型の表示パネルの左眼用画像のみが届く第２の領域とを形成し、前記混在領域では、観察者が前記観察用メガネを着用す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、光源ユニットから出射された光は、第１の焦点から集光手段を介して透過型の表示パネルを透過し、観察者側の第２の焦点に集光する。光源ユニットの第１の光源と第２の光源とは、右眼用画像と左眼用画像とに応じて、平面視で中心線上に位置している第１の焦点側に相当する第１の光源の内側と第２の光源の内側を交互に消灯して、平面視で中心線を対称軸とした非対称の発光を時分割で交互に行うので、観察者側には、右眼用画像と左眼用画像が両方届く混在領域と、右眼用画像のみが届く第１の領域と、左眼用画像のみが届く第２の領域とが形成される。第１の領域に右眼が、かつ、第２の領域に左眼が位置するように観察者が立体画像表示装置に対面すると、観察者は右眼で右眼用画像だけを観察し、左眼で左眼用画像だけを観察することができるので、裸眼で立体視が可能である。また、混在領域では、画像の切り替わりに連動する観察用メガネを観察者が着用することで、複数の観察者が同時に立体視を行うことができる。したがって、立体画像表示装置側での切り換え等の操作を行うことなく、裸眼式とメガネ式の両装置の利点を享受することができる。また、一つの透過型の表示パネルに左眼用画像と右眼用画像とを切り換えて表示するので、二つの表示パネルをＬの字状に組み合わせた装置に比較して小型化を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明は、立体画像を表示す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時分割で交互に表示する透過型の表示パネルと、
前記透過型の表示パネルの背面側に配置され、楕円の円弧の一部であって、平面視で中心線を挟んで対称形状の反射面を備え、楕円の第１の焦点を前記透過型の表示パネルの背面側であって前記反射面側に有し、楕円の第２の焦点が観察者側に設定されている楕円ミラーを備えた反射ユニットと、
前記反射ユニットの第１の焦点側であって、前記反射面に光を照射する姿勢で前記透過型の表示パネルの背面側に付設され、平面視で前記反射ユニットの第１の焦点を挟み、前記楕円の円弧の一部と前記表示パネルとの間に備えられた第１の光源及び第２の光源を備え、前記第１の光源及び前記第２の光源は、観察者側から見て、前記第１の焦点側から離れた外側と前記第１の焦点側に相当する内側との発光が個別に制御可能である光源ユニットと、
前記光源ユニットを操作し、前記透過型の表示パネルに右眼用画像が表示される際には、前記第１の光源の全面を発光させるとともに、前記第２の光源の外側のみを発光させ、前記透過型の表示パネルに左眼用画像が表示される際には、前記第２の光源の全面を発光させるとともに、前記第１の光源の外側のみを発光させる光源制御部と、
前記透過型の表示パネルに右眼用画像が表示される際には、右眼への入光を許容するとともに左眼への入光を禁止し、前記透過型の表示パネルに左眼用画像が表示される際には、左眼への入光を許容するとともに右眼への入光を禁止する観察用メガネと、
を備え、
観察者側にて、前記透過型の表示パネルの右眼用画像と左眼用画像が両方届く混在領域と、前記透過型の表示パネルの右眼用画像のみが届く第１の領域と、前記透過型の表示パネルの左眼用画像のみが届く第２の領域とを形成し、前記混在領域では、観察者が前記観察用メガネを着用することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、光源ユニットから出射された光は、反射ユニットの楕円ミラーにより反射され、透過型の表示パネルを透過して観察者側へ向かう。光源ユニットの第１の光源と第２の光源は、光源制御部により、右眼用画像が表示されている場合には、第１の光源の全面発光と第２の光源の外側のみの発光とされ、左眼用画像が表示されている場合には、第２の光源の全面発光と第１の光源の外側のみの発光とされる。つまり、右眼用画像と左眼用画像とで光源ユニットの発光する部分が非対称とされるので、観察者の右眼側に左眼用画像が観察できない第１の領域と、観察者の左眼側に右眼用画像が観察できない第２の領域とが時分割で交互に生じる。その位置に観察者が位置すると、左眼で右眼用画像を観察できず右眼で右眼用画像だけを観察でき、右眼で左眼用画像を観察することができず左眼で左眼用画像だけを観察することができるので、裸眼で立体視が可能である。また、観察者の右眼側に生じる左眼用画像が観察できない第１の領域と、観察者の左眼側に生じる右眼用画像が観察できない第２の領域とを除く混在領域では両画像が混在しているが、画像の切り替わりに連動して片眼への入光だけを許容する観察用メガネを観察者が着用することで、複数の観察者が同時に立体視を行うことができる。したがって、立体画像表示装置側での切り換え等の操作を行うことなく、裸眼式とメガネ式の両装置の利点を享受することができる。また、一つの透過型の表示パネルに左眼用画像と右眼用画像とを切り換え表示するので、二つの表示パネルをＬの字状に組み合わせた装置に比較して小型化を図ることができる。

なお、観察用メガネとしては、例えば、表示画像に連動して左右の視界を遮る液晶シャッターメガネが挙げられる。

また、請求項３に記載の発明は、立体画像を表示す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時分割で交互に表示する透過型の表示パネルと、
前記透過型の表示パネルの背面側に配置され、第１の焦点を前記透過型の表示パネルの背面側に有し、第２の焦点が観察者側に設定されているシリンドリカル凸レンズと、
前記シリンドリカル凸レンズに光を照射する姿勢で前記シリンドリカル凸レンズの背面側に配置され、平面視で前記シリンドリカル凸レンズの第１の焦点を挟んで配置された第１の光源及び第２の光源を備え、前記第１の光源及び前記第２の光源は、観察者側から見て、前記第１の焦点側から離れた外側と前記第１の焦点側に相当する内側との発光が個別に制御可能である光源ユニットと、
前記光源ユニットを操作し、前記透過型の表示パネルに右眼用画像が表示される際には、前記第１の光源の全面を発光させるとともに、前記第２の光源の外側のみを発光させ、前記透過型の表示パネルに左眼用画像が表示される際には、前記第２の光源の全面を発光させるとともに、前記第１の光源の外側のみを発光させる光源制御部と、
前記透過型の表示パネルに右眼用画像が表示される際には、右眼への入光を許容するとともに左眼への入光を禁止し、前記透過型の表示パネルに左眼用画像が表示される際には、左眼への入光を許容するとともに右眼への入光を禁止する観察用メガネと、
を備え、
観察者側にて、前記透過型の表示パネルの右眼用画像と左眼用画像が両方届く混在領域と、前記透過型の表示パネルの右眼用画像のみが届く第１の領域と、前記透過型の表示パネルの左眼用画像のみが届く第２の領域とを形成し、前記混在領域では、観察者が前記観察用メガネを着用す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、光源ユニットから出射された光は、シリンドリカル凸レンズにより屈折され、透過型の表示パネルを透過して観察者側へ向かう。光源ユニットの第１の光源と第２の光源は、光源制御部により、右眼用画像が表示されている場合には、第１の光源の全面発光と第２の光源の外側のみの発光とされ、左眼用画像が表示されている場合には、第２の光源の全面発光と第１の光源の外側のみの発光とされる。つまり、右眼用画像と左眼用画像とで光源ユニットの発光する部分が非対称とされるので、観察者の右眼側に左眼用画像が観察できない第１の領域と、観察者の左眼側に右眼用画像が観察できない第２の領域とが時分割で交互に生じる。その位置に観察者が位置すると、左眼で右眼用画像を観察できず右眼で右眼用画像だけを観察でき、右眼で左眼用画像を観察することができず左眼で左眼用画像だけを観察することができるので、裸眼で立体視が可能である。また、観察者の右眼側に生じる左眼用画像が観察できない第１の領域と、観察者の左眼側に生じる右眼用画像が観察できない第２の領域とを除く混在領域では両画像が混在しているが、画像の切り替わりに連動して片眼への入光だけを許容する観察用メガネを観察者が着用することで、複数の観察者が同時に立体視を行うことができる。したがって、立体画像表示装置側での切り換え等の操作を行うことなく、裸眼式とメガネ式の両装置の利点を享受することができる。また、一つの透過型の表示パネルに左眼用画像と右眼用画像とを切り換え表示するので、二つの表示パネルをＬの字状に組み合わせた装置に比較して小型化を図ることができる。

なお、観察用メガネとしては、例えば、表示画像に連動して左右の視界を遮る液晶シャッターメガネが挙げられる。

また、本発明において、前記透過型の表示パネルに付設され、右眼用画像と左眼用画像とで異なる偏光状態にする偏光状態変換パネルをさらに備え、
前記観察用メガネの右眼側レンズは、右眼用画像を透過し、左眼用画像を遮蔽する偏光状態とされ、左眼側レンズは、左眼用画像を透過し、右眼用画像を遮蔽する偏光状態とされることが好ましい（請求項４）。右眼用画像と左眼用画像とは偏光状態変換パネルにより異なる偏光状態とされているので、右眼用画像のみを透過する偏光状態の右眼側レンズと左眼用画像のみを透過する偏光状態の左眼側レンズを備えた観察用メガネを観察者が着用することで、複数の観察者が同時に立体視を行うことができる。また、この観察用メガネは、シャッター式メガネのように時分割で交互に視界を遮るものではないので、シャッター式メガネに比較して観察者の眼の負担を軽減することができる。

また、本発明において、前記光源ユニットの第１の光源及び第２の光源は、前記第１の焦点側から離れた外側の外側光源と、前記第１の焦点側に相当する内側の内側光源との別体の光源で構成されていることが好ましい（請求項５）。外側光源と内側光源の点灯または消灯だけを制御すればよいので、光源制御部による制御を簡易化することができる。

また、本発明において、前記光源ユニットの第１の光源及び第２の光源は、複数個の小型光源を備え、前記第１の焦点側から離れた外側と、前記第１の焦点側に相当する内側とが個別に制御可能な一体的な光源で構成されていることが好ましい（請求項６）。任意の位置で内側と外側を発光させることができるので、第１の領域と第２の領域の大きさや位置をある程度調整することができる。したがって、裸眼による観察位置の微調整が可能となる。

本発明に係る立体画像表示装置によれば、光源ユニットから出射された光は、集光手段を介して透過型の表示パネルを透過して観察者側の第２の焦点に集光する。光源ユニットの第１の光源と第２の光源とは、右眼用画像と左眼用画像とに応じて、平面視で中心線上に位置している第１の焦点側に相当する第１の光源の内側と第２の光源の内側を交互に消灯して、平面視で中心線を対称軸とした非対称の発光を時分割で交互に行うので、観察者側には、右眼用画像と左眼用画像が両方届く混在領域と、右眼用画像のみが届く第１の領域と、左眼用画像のみが届く第２の領域とが形成される。第１の領域と第２の領域とに眼が位置するように観察者が立体画像表示装置に対面すると、右眼で右眼用画像だけを観察し、左眼で左眼用画像だけを観察することができるので、裸眼で立体視が可能である。混在領域では、画像の切り替わりに連動する観察用メガネを観察者が着用することで、複数の観察者が同時に立体視を行うことができる。したがって、立体画像表示装置側での切り換え等の操作を行うことなく、裸眼式とメガネ式の両装置の利点を享受することができる。また、一つの透過型の表示パネルに左眼用画像と右眼用画像とを切り換え表示するので、二つの表示パネルをＬの字状に組み合わせた装置に比較して小型化を図ることができる。

実施例１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ための模式図である。 実施例１に係る立体画像表示装置の概略構成を示す縦断面図である。 制御系に係るブロック図である。 左眼用光源による光路を示す模式図である。 外側右眼用光源による光路を示す模式図である。 左眼用画像を表示している際の光源ユニットによる光路を示す模式図である。 立体視の観察状態の説明に供する図である。 実施例２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。 実施例３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。 制御系に係るブロック図である。 光源の変形例を示す概略構成図である。

本発明に係る立体画像表示装置の実施例について、以下に説明する。

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ための模式図であり、図３は実施例に係る立体画像表示装置の概略構成を示す縦断面図であり、図４は制御系に係るブロック図である。なお、図４中の立体画像表示装置は、楕円ミラー側から見た図である。また、図２及び図３では、説明の都合上、筐体の図示を省略してある。

本実施例１に係る立体画像表示装置１は、横断面がコの字状を呈する筐体３を備えている。筐体３の前面（図１で言うと上面）には、透過型の表示パネル５が支持枠７を介して取り付けられている。この支持枠７は、フロントベゼルを含む。透過型の液晶表示パネル５の奥側（図１で言うと下面）には、スペーサ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（図１の紙面方向）に拡散させる機能を備えている。スペーサ９の奥側に位置する支持枠７の上下には、それぞれ取り付け枠１３が取り付けられている。

上記の拡散部材１１を備えているので、後述する楕円ミラー１５と上側反射板２３及び下側反射板２５の接合部付近に存在する横方向の境目などが透過型の液晶表示パネル５に映るのを抑制することができる。

取り付け枠１３の後方（図１で言うと下方）には、楕円ミラー１５を備えた反射ユニット１７が取り付けられている。楕円ミラー１５は、凹状面が反射面１９とされている。この楕円ミラー１５について図２を参照する。

楕円ミラー１５は、楕円２１の円弧の一部で構成されている。楕円２１は、中心ｃと、長軸ａと短軸ｂとからなる。また、長軸ａと中心線とは一致しているので、楕円ミラー１５は中心線を挟んで左右対称の形状となる。楕円２１の第１の焦点ｆ１は、反射面１９側、換言すると、楕円ミラー１５を構成する楕円２１の一部の弦付近に設定されている。楕円２１の第２の焦点ｆ２は、観察者の右眼ＥＲと左眼ＥＬとの間（眉間付近）に設定されている。換言すると、第１の焦点ｆ１と第２の焦点ｆ２とを結ぶ直線が観察者の右眼ＥＬと左眼ＥＬとの間に設定されている。なお、第２の焦点ｆ２は、その直線上のどの位置に設定されていてもよい。また、第１の焦点ｆ１及び第２の焦点ｆ２は、唯一の一点のみを示すものではなく、光学的にある程度の広がりを有することは言うまでもない。

反射ユニット１７は、楕円ミラー１５の上縁側に上側反射板２３を備え、楕円ミラー１５の下縁側に下側反射板２５を備えている（図３）。上側反射板２３及び下側反射板２５は、ともに楕円ミラー１５の反射面１９から、楕円ミラー１５の楕円２１の円弧の一部における弦に相当する位置までを覆う板状を呈している。なお、図１及び図２では、図示の関係上、上側反射板２３を省略してある。これらにより囲われている光路空間２７には、光学材料等は充填されておらず空気中となっている。なお、光路空間２７を光学材料で充填してもよい。これにより反射面１９の劣化を抑制することができる。

反射ユニット１７の第１の焦点ｆ１側にある上側の取り付け枠１３には上部光源ユニット２９が取り付けられ、下側の取り付け枠１３には下部光源ユニット３１が取り付けられている（図３）。上部光源ユニット２９は、平面視で第１の焦点ｆ１を挟んで配置された右眼用光源３３と左眼用光源３５を備えている（図１）。右眼用光源３３は、外側右眼用光源３７と、内側右眼用光源３９との二つの光源から構成されている。外側右眼用光源３７は、第１の焦点ｆ１から離れた外側に位置し、内側右眼用光源３９は、第１の焦点ｆ１に近い内側に位置する。本実施例１においては、外側右眼用光源３７と内側右眼用光源３９とは、例えば、右眼用光源３３の長さをほぼ二分する長さの別体の光源で構成されている。また、左眼用光源３５は、同様に、外側左眼用光源４１と内側左眼用光源４３とを備えている。

下部光源ユニット３１は、平面視で第１の焦点ｆ１を挟んで配置された右眼用光源４５と左眼用光源４７とを備えている。右眼用光源４５は、上述した上部光源ユニット２９と同様に、外側右眼用光源４９と内側右眼用光源５１とを備え、左眼用光源４７は、外側左眼用光源５３と内側左眼用光源５５とを備えている。

また、全ての光源、つまり、右眼用光源３３と、左眼用光源３５と、右眼用光源４５と、左眼用光源４７とは、反射面１９に向けて光を照射可能な姿勢で取り付け枠１３に取り付けられている。具体的には、各光源３３，３５，４５，４７の出光面が反射面１９に向けられている。

上部光源ユニット２９は、右眼用光源３３と左眼用光源３５との間に上部遮光部材５７が取り付けられている。同様に、下部光源ユニット３１は、右眼用光源４５と左眼用光源４７との間に下部遮光部材５９が取り付けられている。上部遮光部材５７及び下部遮光部材５９は、光を透過しない部材で構成されている。

なお、上述した透過型の液晶表示パネル５が本発明における「透過型の表示パネル」に相当し、楕円ミラー１５が「集光手段」に相当する。また、上述した上部光源ユニット２９と下部光源ユニット３１とが本発明における「光源ユニット」に相当する。また、右眼用光源３３，４５が本発明における「第１の光源」に相当し、左眼用光源３５，４７が本発明における「第２の光源」に相当する。また、外側右眼用光源３７，４９及び外側左眼用光源４１，５３が本発明における「外側光源」に相当し、内側右眼用光源３９，５１及び内側左眼用光源４３，５５が本発明における「内側光源」に相当する。

＜制御系＞
次に、図４〜図８を参照する。なお、図４は、制御系に係るブロック図である。また、図５は、左眼用光源による光路を示す模式図であり、図６は、外側右眼用光源による光路を示す模式図であり、図７は、左眼用画像を表示している際の光源ユニットによる光路を示す模式図であり、図８は、立体視の観察状態の説明に供する図である。

制御部６３は、画像信号出力部６５と、光源制御部６７と、シャッター切り換え制御部６９とを備えている。画像信号出力部６５は、映像信号ＶＤを受け取るとともに、両眼視差を有する右眼用画像と左眼用画像とを透過型の液晶表示パネル５に対して時分割で交互に出力する。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順次に切り換える際に、垂直同期信号ＶＳに応じて上部光源ユニット２９と下部光源ユニット３１の点灯を制御する。シャッター切り換え制御部６９は、画像信号出力部６５が右眼用画像と左眼用画像とを切り換えるのに合わせて、観察用メガネ７１の右眼と左眼の視界を時分割で交互に遮るようにシャッターを駆動するシャッター切り換え信号ＳＳを出力する。観察用メガネ７１は、例えば、液晶シャッターを備えており、右眼と左眼の視界を確保したり遮断したりできる。シャッター切り換え信号ＳＳは、右眼用画像が表示されている際には観察用メガネ７１の右眼側レンズの視界を確保するとともに左眼側レンズの視界を遮断し、左眼用画像が表示されている際には観察用メガネ７１の左眼側レンズの視界を確保するとともに、右眼側レンズの視界を遮断する情報を含む。換言すると、シャッター切り換え信号ＳＳは、右眼用画像が表示されている際には右眼への入光を許容するとともに左眼への入光を禁止し、左眼用画像が表示されている際には左眼への入光を許容するとともに、右眼への入光を禁止するように、観察用メガネ７１を制御する情報である。

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透過型の液晶表示パネル５に出力する際に、上部光源ユニット２９及び下部光源ユニット３１における右眼用光源３３，４５と左眼用光源３５，４７との点灯を制御する。さらに、外側右眼用光源３７，４９及び内側右眼用光源３９，５１と、外側左眼用光源４１，５３及び内側左眼用光源４３，５５とを個別に制御する。

ここで、左眼用画像が表示されている状態における光源制御部６７による点灯制御の具体例について説明する。なお、上部光源ユニット２９と下部光源ユニット３１は同じ動作であるので、ここでは上部光源ユニット２９を例にとって説明する。

図５は、左眼用光源３５だけを点灯させた場合の光路を示す。左眼用光源３５の外側左眼用光源４１と内側左眼用光源４３から照射された光は、反射面１９で反射されて、透過型の液晶表示パネル５を透過し、観察者（図示省略）側へと向かう。但し、左眼用光源３５は、向かって右側に設けられているので、その光は中心線から左側へと偏る。

図６は、外側右眼用光源３７だけを点灯させた場合の光路を示す。外側右眼用光源３７から照射された光は、反射面１９で反射されて、透過型の液晶表示パネル５を透過し、観察者（図示省略）側へ向かう。但し、右眼用光源３３は、向かって左側に設けられているので、その光は中心線から右側へ偏る。その上、右眼用光源３３のうち外側右眼用光源３７だけが点灯されている。つまり、右眼用光源３３は、向かって右側にあたる、第１の焦点ｆ１から遠い外側だけが発光するので、観察者側において、中心線よりも右側（観察者の右眼ＥＲ側）に光が届かない遮光領域ＢＲ２（第２の領域）が生じる。

したがって、左眼用画像が表示されている際に、光源制御部６７によって左眼用光源３５と外側右眼用光源３７とが点灯されると、これらが中心線を挟んで非対称で発光する関係上、光路が図５と図６とを重ね合わせたようになる。つまり、図７に示すように、左眼用画像が観察者へ向かうことになる。その結果、遮光領域ＢＲ２に観察者の右眼ＥＲが位置するように、観察者が立体画像表示装置１に対面すると、観察者には透過型の液晶表示パネル５に表示された左眼用画像だけが左眼ＥＬで視認され、右眼ＥＲでは視認されないことになる。

右眼用画像が透過型の液晶表示パネル５に表示されている際には、上述した場合と逆の点灯制御を光源制御部６７が行う。つまり、中心線を挟んで非対称になるように右眼用光源３３と外側左眼用光源４１が点灯されると、図７を中心線で左右に折り返したように光路が形成されるので、中心線の左側に遮光領域ＢＲ１（第１の領域）が形成される。したがって、図８に示すように、右眼用画像が表示される際には、中心線の左側に遮光領域ＢＲ１が形成され、左眼用画像が表示される際には、中心線の右側に遮光領域ＢＲ２が形成される。この位置に観察者が位置すると、観察者の右眼ＥＲでは右眼用画像だけが観察され、観察者の左眼ＥＬでは左眼用画像だけが観察されることになる。その結果、遮光領域ＢＲ１，ＢＲ２の位置においては、観察者が裸眼で立体表示装置１に対面しても、立体画像を観察することができる。

その一方、遮光領域ＢＲ１，ＢＲ２を除く領域（混在領域）においては、右眼用画像と左眼用画像とが混在した状態となっている。しかし、観察用メガネ７１を観察者が着用することにより、複数の観察者で同じ立体画像を同時に観察することができる。

その結果、立体画像表示装置１側で裸眼式またはメガネ式の切り換え等の操作を一切行わなくても、裸眼式とメガネ式の両装置の利点を享受することができる。また、一つの透過型の液晶表示パネル５に左眼用画像と右眼用画像とを切り換えて表示するので、二つの表示パネルをＬの字状に組み合わせた装置に比較して小型化を図ることができる。

次に、図面を参照して本発明の実施例２を説明する。
図９は、実施例２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。

本実施例２に係る立体画像表示装置１Ａは、楕円ミラー等の反射系の構成を備えていない点において上述した実施例１とは相違する。なお、上述した実施例１と共通する構成については同符号を付して詳細な説明については省略する。

この立体画像表示装置１Ａは、透過型の液晶表示パネル５と、バックライト取り付け部８１と、シリンドリカル凸レンズ８３とを備えている。バックライト取り付け部８１は、透過型の液晶表示パネル５と離間して配置され、その透過型の液晶表示パネル５側に上部光源ユニット２９Ａと下部光源ユニット３１Ａとを備えている。なお、下部光源ユニット３１Ａについては、図示の関係上、省略している。以下の説明においては、上部光源ユニット２９Ａについてのみ説明するが、下部光源ユニット３１Ａも構成は同じである。シリンドリカル凸レンズ８３は、紙面方向と直交する方向に長さを有するとともに、第１の焦点ｆ１を透過型の液晶表示パネル５の背面側であって、シリンドリカル凸レンズ８３の背面側に有する。また、第１の焦点ｆ１と第２の焦点ｆ２とを結んだ直線が観察者の両眼の間に位置するように設定されている。第２の焦点ｆ２は、その直線上のどの位置にあってもよい。

上部光源ユニット２９Ａは、右眼用光源３３Ａと左眼用光源３５Ａを備えている。右眼用光源３３Ａは、外側右眼用光源３７Ａと内側右眼用光源３９Ａを備え、左眼用光源３５Ａは、外側左眼用光源４１Ａと内側右眼用光源４３Ａとを備えている。本実施例の場合、外側右眼用光源３７Ａは、シリンドリカル凸レンズ８３の光学系の関係上、内側右眼用光源３９Ａよりも長く、外側左眼用光源４１Ａは、内側左眼用光源４３Ａよりも長く構成されている。但し、これらは、光学系によっては右側用光源３３Ａと左眼用光源３５Ａのそれぞれを二分する長さとしてもよく、また内側左眼用光源４３Ａを外側左眼用光源４１Ａより長く構成してもよい。換言すると、所望する遮光領域ＢＲ１，ＢＲ２の位置や大きさに応じてそれらを構成すればよい。

なお、上述したシリンドリカル凸レンズ８３が本発明における「集光手段」に相当する。また、上述した上部光源ユニット２９Ａと下部光源ユニット３１Ａとが本発明における「光源ユニット」に相当する。また、右眼用光源３３Ａが本発明における「第１の光源」に相当し、左眼用光源３５Ａが本発明における「第２の光源」に相当する。また、外側右眼用光源３７Ａ及び外側左眼用光源４１Ａが本発明における「外側光源」に相当し、内側右眼用光源３９Ａ及び内側左眼用光源４３Ａが本発明における「内側光源」に相当する。

上記のように構成されている右眼用光源３３Ａと左眼用光源３５Ａは、上述した実施例１と同様の光源制御部６７により、透過型の液晶表示パネル５に表示される画像に応じて時分割で交互に非対称の点灯が制御される。したがって、図９中に示すように、遮光領域ＢＲ１と遮光領域ＢＲ２とが形成されるので、上述した実施例１と同様の効果を奏する。また、実施例１よりも比較的光学系を簡易な構成にすることができる。

次に、図面を参照して本発明の実施例３を説明する。
図１０は、実施例３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。

本実施例３は、上述した実施例１にアクティブポラライザ９１を付加したものである。具体的には、アクティブポラライザ９１は、透過型の液晶表示パネル５の前面（出光面）に取り付けられている。なお、実施例１と共通する構成については、同符号を付すことで詳細な説明を省略する。

このアクティブポラライザ９１は、外部信号に応じて透過する光の偏光軸を変換する機能を備えている。例えば、外部信号により機能がオンにされると、入射した光の偏光角を９０度偏光として出力し、外部信号により機能がオフされると、入射した光の偏光角を０度として出力する。したがって、アクティブポラライザ９１は、透過型の液晶表示パネル５から観察者に向かう光の偏光状態を所望のタイミングで変えることができる。

ここで、図１１を参照する。なお、図１１は、制御系に係るブロック図である。
アクティブポラライザ９１は、偏光状態切り換え制御部９３により偏光状態が切り換えられる。偏光状態切り換え制御部９３は、偏光切り換え信号ＰＳを出力する。この偏光切り換え信号ＰＳに応じて、アクティブポラライザ９１は、例えば、右眼用画像と左眼用画像とで異なる二種類の偏光状態に時分割で交互に切り換えられる。観察用メガネ９５の右眼側レンズは、右眼用画像を透過し、左眼用画像を遮蔽する偏光状態になっており、また、観察用メガネ９５の左眼側レンズは、左眼用画像を透過し、右眼用画像を遮蔽する偏光状態になっている。

詳細には、例えば、観察用メガネ９５の右眼側レンズが９０度偏光の状態、また、観察用メガネ９５の左眼側レンズが０度偏光の状態にされている場合は、アクティブポラライザ９１により右眼用画像が９０度偏光とされる場合に右眼用画像が右眼だけで観察でき、また、アクティブポラライザ９１により左眼用画像が０度偏光とされる場合に左眼用画像を左眼だけで観察できる。

このような構成によると、遮光領域ＢＲ１，ＢＲ２以外の領域において、上述した実施例１と同様の立体視が可能である。また、観察用メガネ９５は、シャッター式の観察用メガネ７１のように時分割で交互に視界を遮るものではないので、観察用メガネ７１に比較して、観察者の眼の負担を軽減することができる。

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）上述した各実施例では、右眼用光源３３，４５と左眼用光源３５，４７が別体型であるとして説明した。しかしながら、本発明は、そのような構成に限定されるものではなく、例えば、図１２に示すような構成であってもよい。なお、図１２は、光源の変形例を示す概略構成図である。

右眼用光源３３Ｂ，４５Ｂと左眼用光源３５Ｂ，４７Ｂは全て同じ構成でよいので、ここでは右眼用光源３３Ｂを例にとって説明する。右眼用光源３３Ｂは、複数個の小型光源９７（例えば、発光ダイオード）を発光面に埋設して構成されている。どの小型光源９７を発光させるかは、光源制御部６７が決定する。このような構成によると、例えば、内側光源と外側光源を任意の位置で決めることができるので、遮光領域ＢＲ１，ＢＲ２の大きさや位置をある程度調整することができる。したがって、裸眼による立体画像の観察位置を微妙に調整することができる。

（２）上述した各実施例では、光源ユニットとして上部光源ユニット２９と下部光源ユニット３１とを備えているが、上部光源ユニット２９だけを備える構成としてもよい。これにより、消費電力を抑制しつつ画像を表示させることができる。また、下部光源ユニット３１だけを備える構成としても同様の効果を奏する。

（３）上述した各実施例では、透過型の表示パネルとして透過型の液晶表示パネル５を例示したが、本発明は液晶表示型に限定されるものではなく、透過型の表示パネルであれば本発明を適用することができる。例えば、透過型のMEMS（microelectro mechanical systems）が挙げられる。

（４）上述した実施例３は、実施例１にアクティブポラライザ９１を付加した構成であるが、実施例２にアクティブポラライザ９１を付加する構成としてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ … 立体画像表示装置
３ … 筐体
５ … 透過型の液晶表示パネル
１５ … 楕円ミラー
１７ … 反射ユニット
１９ … 反射面
２１ … 楕円
ｆ１ … 第１の焦点
ｆ２ … 第２の焦点
ＥＲ … 右眼
ＥＬ … 左眼
２７ … 光路空間
２９ … 上部光源ユニット
３１ … 下部光源ユニット
３３，４５ … 右眼用光源
３５，４７ … 左眼用光源
３７，４９ … 外側右眼用光源
３９，５１ … 内側右眼用光源
４１，５３ … 外側左眼用光源
４３，５５ … 内側左眼用光源
６３ … 制御部
６５ … 画像信号出力部
６７ … 光源制御部
６９ … シャッター切り換え制御部
ＶＤ … 映像信号
ＶＳ … 垂直同期信号
７１ … 観察用メガネ
ＳＳ … シャッター切り換え信号
ＢＲ１，ＢＲ２ … 遮光領域
８３ … シリンドリカル凸レンズ

Claims (6)

1. 立体画像を表示す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時分割で交互に表示する透過型の表示パネルと、
   前記透過型の表示パネルの背面側に配置され、第１の焦点を前記透過型の表示パネルの背面側に有し、第１の焦点と第２の焦点とを結ぶ直線が観察者の両眼の間に位置する集光手段と、
   前記集光手段に向けられ、平面視で前記第１の焦点を挟んで第１の光源と第２の光源とを備え、前記第１の光源と前記第２の光源とが右眼用画像と左眼用画像に応じて、平面視で中心線上に位置している第１の焦点側に相当する前記第１の光源の内側と前記第２の光源の内側を交互に消灯して、平面視で中心線を対称軸とした非対称の発光を時分割で交互に行う光源ユニットと、
   前記透過型の表示パネルに右眼用画像が表示される際には、右眼への入光を許容するとともに左眼への入光を禁止し、前記透過型の表示パネルに左眼用画像が表示される際には、左眼への入光を許容するとともに右眼への入光を禁止する観察用メガネと、
   を備え、
   観察者側にて、前記透過型の表示パネルの右眼用画像と左眼用画像が両方届く混在領域と、前記透過型の表示パネルの右眼用画像のみが届く第１の領域と、前記透過型の表示パネルの左眼用画像のみが届く第２の領域とを形成し、前記混在領域では、観察者が前記観察用メガネを着用することを特徴とする立体画像表示装置。
2. 立体画像を表示す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時分割で交互に表示する透過型の表示パネルと、
   前記透過型の表示パネルの背面側に配置され、楕円の円弧の一部であって、平面視で中心線を挟んで対称形状の反射面を備え、楕円の第１の焦点を前記透過型の表示パネルの背面側であって前記反射面側に有し、楕円の第２の焦点が観察者側に設定されている楕円ミラーを備えた反射ユニットと、
   前記反射ユニットの第１の焦点側であって、前記反射面に光を照射する姿勢で前記透過型の表示パネルの背面側に付設され、平面視で前記反射ユニットの第１の焦点を挟み、前記楕円の円弧の一部と前記表示パネルとの間に備えられた第１の光源及び第２の光源を備え、前記第１の光源及び前記第２の光源は、観察者側から見て、前記第１の焦点側から離れた外側と前記第１の焦点側に相当する内側との発光が個別に制御可能である光源ユニットと、
   前記光源ユニットを操作し、前記透過型の表示パネルに右眼用画像が表示される際には、前記第１の光源の全面を発光させるとともに、前記第２の光源の外側のみを発光させ、前記透過型の表示パネルに左眼用画像が表示される際には、前記第２の光源の全面を発光させるとともに、前記第１の光源の外側のみを発光させる光源制御部と、
   前記透過型の表示パネルに右眼用画像が表示される際には、右眼への入光を許容するとともに左眼への入光を禁止し、前記透過型の表示パネルに左眼用画像が表示される際には、左眼への入光を許容するとともに右眼への入光を禁止する観察用メガネと、
   を備え、
   観察者側にて、前記透過型の表示パネルの右眼用画像と左眼用画像が両方届く混在領域と、前記透過型の表示パネルの右眼用画像のみが届く第１の領域と、前記透過型の表示パネルの左眼用画像のみが届く第２の領域とを形成し、前記混在領域では、観察者が前記観察用メガネを着用することを特徴とする立体画像表示装置。
3. 立体画像を表示す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時分割で交互に表示する透過型の表示パネルと、
   前記透過型の表示パネルの背面側に配置され、第１の焦点を前記透過型の表示パネルの背面側に有し、第２の焦点が観察者側に設定されているシリンドリカル凸レンズと、
   前記シリンドリカル凸レンズに光を照射する姿勢で前記シリンドリカル凸レンズの背面側に配置され、平面視で前記シリンドリカル凸レンズの第１の焦点を挟んで配置された第１の光源及び第２の光源を備え、前記第１の光源及び前記第２の光源は、観察者側から見て、前記第１の焦点側から離れた外側と前記第１の焦点側に相当する内側との発光が個別に制御可能である光源ユニットと、
   前記光源ユニットを操作し、前記透過型の表示パネルに右眼用画像が表示される際には、前記第１の光源の全面を発光させるとともに、前記第２の光源の外側のみを発光させ、前記透過型の表示パネルに左眼用画像が表示される際には、前記第２の光源の全面を発光させるとともに、前記第１の光源の外側のみを発光させる光源制御部と、
   前記透過型の表示パネルに右眼用画像が表示される際には、右眼への入光を許容するとともに左眼への入光を禁止し、前記透過型の表示パネルに左眼用画像が表示される際には、左眼への入光を許容するとともに右眼への入光を禁止する観察用メガネと、
   を備え、
   観察者側にて、前記透過型の表示パネルの右眼用画像と左眼用画像が両方届く混在領域と、前記透過型の表示パネルの右眼用画像のみが届く第１の領域と、前記透過型の表示パネルの左眼用画像のみが届く第２の領域とを形成し、前記混在領域では、観察者が前記観察用メガネを着用することを特徴とする立体画像表示装置。
4. 請求項２または３に記載の立体画像表示装置において、
   前記透過型の表示パネルに付設され、右眼用画像と左眼用画像とで異なる偏光状態にする偏光状態変換パネルをさらに備え、
   前記観察用メガネの右眼側レンズは、右眼用画像を透過し、左眼用画像を遮蔽する偏光状態とされ、左眼側レンズは、左眼用画像を透過し、右眼用画像を遮蔽する偏光状態とされることを特徴とする立体画像表示装置。
5. 請求項２から４のいずれかに記載の立体画像表示装置において、
   前記光源ユニットの第１の光源及び第２の光源は、前記第１の焦点側から離れた外側の外側光源と、前記第１の焦点側に相当する内側の内側光源との別体の光源で構成されていることを特徴とする立体画像表示装置。
6. 請求項２から４のいずれかに記載の立体画像表示装置において、
   前記光源ユニットの第１の光源及び第２の光源は、複数個の小型光源を備え、前記第１の焦点側から離れた外側と、前記第１の焦点側に相当する内側とが個別に制御可能な一体的な光源で構成されていることを特徴とする立体画像表示装置。

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