JP5849919B2 - 立体表示装置および立体表示システム - Google Patents

Description

本発明は、立体的に観察される画像を表示する立体表示装置、並びに、画像を立体的に観察するための立体表示システムに関する。

例えば特許文献１に開示されているように、画像を立体的に観察するための立体表示システムが研究されてきた。現在普及している多くの立体表示システムは、右目で観察されるべき右目画像および左目で観察されるべき左目画像を含む両眼視差画像を表示する立体表示装置と、専用の眼鏡と、を有している。専用の眼鏡は、右目画像を選択的に透過させる右目画像透過部と、左目画像を選択的に透過させる左目画像透過部と、を有している。専用眼鏡を装着した観察者は、右目で右目画像を観察し、左目で左目画像を観察することにより、画像を立体的に感知することができる。

ところで昨今では、表示装置自体の開発が進み、表示装置の視野角が大幅に拡大されている。このため、実際の使用において、表示面への法線方向に対して大きく傾斜した方向から、表示面に表示される画像を観察することもある。

特開平２−２３３０８８号公報

ところが、立体的に感知される両眼視差画像を斜め方向から観察した場合、観察者は、確かに表示画像を立体的に観察することができる反面、違和感を覚えることがある。またこれにともない、立体表示される画像に対して、十分な迫力や躍動感を付与することができていない。本発明は、このような点を考慮してなされたものである。

本発明による立体表示装置は、
立体的に観察される画像を表示する立体表示装置であって、
表示面を有し、右目で観察されるべき右目画像および左目で観察されるべき左目画像を含む両眼視差画像を表示する立体表示手段と、
観察者の位置を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じた前記両眼視差画像を前記立体表示手段に供給する制御手段と、を備え、
前記立体表示手段の前記表示面に表示される両眼視差画像が、前記観察者の位置に対応して変化する。

本発明による立体表示装置において、前記表示面と前記観察者とを結ぶ方向の変化に対応して、前記立体表示手段の前記表示面に表示される両眼視差画像が、変化してもよい。

本発明による立体表示装置において、前記表示面への法線方向に対する前記表示面と前記観察者とを結ぶ方向の変化に対応して、前記立体表示手段の前記表示面に表示される両眼視差画像が、変化してもよい。

本発明による立体表示装置において、水平方向に直交して前記表示面上を延びる軸線に沿って当該軸線に直交する面上へ投影される前記表示面と前記観察者とを結ぶ方向の変化に対応して、前記立体表示手段の前記表示面に表示される両眼視差画像が、変化してもよい。

本発明による立体表示装置において、前記表示面上を水平方向に延びる軸線に沿って当該軸線に直交する面上へ投影される前記表示面と前記観察者とを結ぶ方向の変化に対応して、前記立体表示手段の前記表示面に表示される両眼視差画像が、変化してもよい。

本発明による立体表示装置において、前記制御手段は、三以上の両眼視差画像を供給し得る画像供給部を有し、前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に応じて前記画像供給部から前記立体表示手段に供給されるべき両眼視差画像を選択してもよい。

本発明による立体表示装置において、
前記立体表示手段は、
前記右目画像を表示する画素と、前記左目画像を表示する画素と、を有する表示パネルと、
前記右目画像を表示する前記画素に対面する位置に配置された第１領域と、前記左目画像を表示する前記画素に対面する位置に配置された第２領域と、を有するパターン位相差フィルムと、を含み、
前記パターン位相差フィルムの前記第１領域および前記第２領域は、互いに異なる位相変調量を有し、前記右目画像および前記左目画像が、互いに異なる偏光成分の光によって表示されてもよい。

本発明による立体表示装置において、前記パターン位相差フィルムをその法線方向から観察した場合、前記第１領域および前記第２領域の境界はうねっていてもよい。

本発明による立体表示装置において、前記表示パネルは、画素を画成する隔壁部を有し、前記パターン位相差フィルムの法線方向から観察した場合、前記第１領域および前記第２領域の境界は、前記隔壁部に対面する位置に配置されていてもよい。

本発明による立体表示装置において、前記立体表示手段は、前記右目画像および前記左目画像を時分割的に表示してもよい。

請求項１〜１０のいずれか一項に記載の立体表示装置と、
前記右目画像を透過させる右目画像透過部と、前記左目画像を透過させる左目画像透過部と、を有する眼鏡と、を備える立体表示システム。

本発明による立体表示システムは、
上述した本発明による立体表示装置のいずれかと、
前記右目画像を透過させる右目画像透過部と、前記左目画像を透過させる左目画像透過部と、を有する眼鏡と、を備える。

本発明による立体表示システムにおいて、
前記立体表示手段は、
前記右目画像を表示する画素と、前記左目画像を表示する画素と、を有する表示パネルと、
前記右目画像を表示する前記画素に対面する位置に配置された第１領域と、前記左目画像を表示する前記画素に対面する位置に配置された第２領域と、を有するパターン位相差フィルムと、を含み、
前記パターン位相差フィルムの前記第１領域および前記第２領域は、互いに異なる位相変調量を有し、前記右目画像および前記左目画像が、互いに異なる偏光成分の光によって表示され、
前記右目画像透過部は、前記左目画像をなす光の偏光成分の透過を規制し、前記左目画像透過部は、前記右目画像をなす光の偏光成分の透過を規制してもよい。

本発明による立体表示システムにおいて、
前記立体表示手段は、前記右目画像および前記左目画像を時分割的に表示し、
前記右目画像透過部は、前記立体表示手段が左目画像を表示している際に可視光の透過を規制し、前記左目画像透過部は、前記立体表示手段が右目画像を表示している際に可視光の透過を規制してもよい。

本発明による立体表示システムにおいて、前記表示装置の前記検出手段は、前記眼鏡の位置を検出することによって、当該眼鏡を装着した前記観察者の位置を検出してもよい。

本発明によれば、立体表示手段の表示面に表示される両眼視差画像が、観察者の位置に対応して変化する。このため、違和感を覚えることなく、迫力があり躍動感に溢れた画像を立体的に観察することができる。

図１は、本発明の一実施の形態を説明するための図であり、立体表示システムの概略構成を模式的に示す図である。 図２は、立体表示システムの両眼視差画像を表示するための概略構成を模式的に示す斜視図である。 図３は、立体表示手段のパターン位相差フィルムを、立体表示手段の画素配列とともに、パターン位相差フィルムのフィルム面への法線方向から示す平面図である。 図４は、立体表示システムの使用状態を説明するための斜視図である。 図５は、立体表示システムの使用状態の一例を示す上面図である。 図６は、図５の使用状態に対応させて表示対象の一例を説明するための上面図である。 図７は、立体表示システムの使用状態の他の例を示す側面図である。 図８は、図７の使用状態に対応させて表示対象の一例を説明するための上面図である。 図９は、立体表示システムの一変形例を説明するための図であって、立体表示装置を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

図１〜図８は、本発明の一実施の形態を説明するための図である。このうち、図１は、立体表示システムの立体表示装置を模式的に示す構成図であり、図２は、立体表示システムで立体画像を表示するための構成を模式的に示す図である。図３は、立体表示装置に組み込まれたパターン位相差フィルムを示す平面図である。図４〜図８は、立体表示システムの使用方法を説明するための図である。

立体表示システム１０は、立体的に観察される画像、いわゆる３Ｄ像を表示するためのシステムである。立体表示システム１０は、右目で観察されるべき右目画像および左目で観察されるべき左目画像を含む両眼視差画像を表示する立体表示装置３０と、立体表示装置３０によって表示される両眼視差画像を右目画像および左目画像に分離する眼鏡２０と、を有している。

ここで、立体的に観察される画像とは、立体表示装置３０の表示面３０ａとは異なる位置にも観察される奥行きを持った画像である。眼鏡２０を装着した観察者は、右目および左目で異なる画像を観察することにより、画像を立体的に感知し得る。またここで説明する立体表示装置３０では、表示面３０ａに表示される両眼視差画像が、観察者の位置に対応して変化する、さらには、表示面３０ａと観察者１とを結ぶ方向ｋｄ（図４参照）に依存して変化する。この結果、観察者１は、表示面３０ａの観察方向に応じた画像を立体的に観察することができる。すなわち、ここで説明する立体表示システム１０では、両眼視差と運動視差とを利用して、迫力および躍動感に溢れた画像が観察され得る。

以下、立体表示システム１０をなす各部についてさらに詳述する。以下の例では、立体表示システム１０が、パッシブ方式を採用した例を説明する。パッシブ方式では、立体表示装置３０に含まれる各画素５５が、右目画像の形成に割り振られた右目画像用画素５６と、左目画像の形成に割り振られた左目画像用画素５７と、に区分けされている。そして、右目画像が、特定の偏光成分の光によって形成され、左目画像が、特定の偏光成分の光によって形成される。このような立体表示装置３０の構成に対応して、眼鏡２０は、右目画像をなす光の偏光成分を選択的に透過させる右目画像透過部２６と、左目画像をなす光の偏光成分を選択的に透過させる左目画像透過部２７と、を有している。

なお、本明細書において、「フィルム」、「シート」、「板」の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。例えば、「フィルム」はシートや板と呼ばれ得るような部材も含む概念であり、呼称の違いのみを理由としてシートや板と呼ばれ得るような部材から区別され得ない。

また、法線方向とは、対象となるシート状（フィルム状、板状、パネル状）の部材（部品、部分）のシート面（フィルム面、板面、パネル面）へ直交する方向のことである。ここで「シート面（フィルム面、板面、パネル面）」とは、対象となるシート状（フィルム状、板状、パネル状）の部材（部品、部分）を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材（フィルム状部材、板状部材、パネル状部材）の平面方向と一致する面のことを指す。図示された例では、立体表示装置３０の表示面３０ａ、立体表示装置３０の後述する立体表示手段４０に組み込まれた各シート状部材のシート面は互いに平行となっている。

さらに、本件明細書において用いる形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」等の用語は、厳密な意味に縛られることなく、同様の光学的機能を期待し得る程度の誤差範囲を含めて解釈することとする。

まず、立体表示システム１０のうちの立体表示装置３０から説明する。立体表示装置３０は、表示面３０ａを有し両眼視差画像を表示する立体表示手段４０と、観察者１の位置を検出する検出手段３５と、検出手段３５の検出結果に応じた両眼視差画像を立体表示手段４０に供給する制御手段３３と、を有している。

図４に示すように、一例として、立体表示装置３０は、フラットパネルディスプレイとして構成されている。立体表示装置３０は、ケーシング３１を含み、立体表示手段４０、検出手段３５の少なくとも一部分および制御手段３３は、ケーシング３１内に格納されている。立体表示装置３０の表示面３０ａは、立体表示手段４０のうちの、ケーシング３１の窓部（図示せず）を介して外部に露出した部分によって画成されている。図４に示すように、このような立体表示装置３０は、例えばテレビ受像機として使用される。観察者１ａは、典型的には表示面３０ａの法線方向ｎｄから表示面３０ａを観察する。ただし、昨今では表示手段の基本性能が向上して視野角が増大したことから、観察者１ｂ，１ｃは、表示面３０ａの法線方向ｎｄに対して大きく傾斜した方向からも表示面３０ａを観察する。そして、この立体表示装置３０では、立体表示手段４０の表示面３０ａに表示される両眼視差画像が、観察者１の位置に応じて変化する。

立体表示装置３０の立体表示手段４０は、画素５５をなす多数の開口領域を画成するように構成された隔壁部５３を有している。隔壁部５３は、表示面３０ａと平行な面内に形成され、多数の画素５５は、表示面３０ａと平行な面内に配列されている。図示された例において、隔壁部５３は、マトリクス状に構成され、画素５５は、正方格子状に配列されている。上述したように、多数の画素５５には、右目画像を表示することを意図された右目画像用画素５６と、左目画像を表示することを意図された左目画像用画素５７とが、含まれている。図２に示すように、右目画像用画素５６および左目画像用画素５７は、それぞれ一方向（図２における横方向）に配列され、他方向（図２における縦方向）に交互に配列されている。

図１に示すように、立体表示手段４０は、一例として、液晶表示ユニットとして構成され得る。この立体表示手段４０は、規則的に配列された多数の画素５５を画成する表示パネル５０と、表示パネル５０を背面側から照明するバックライト４５と、を有している。また、図２に示すように、立体表示手段４０は、表示パネル５０から投射される光の偏光状態を制御する手段として、パターン位相差フィルム６５および位相差板６３を、さらに有している。バックライト４５は、エッジライト型や直下型等の既知の構成を採用して形成され得る。

表示パネル５０は、一対の偏光板と、一対の偏光板間に配置された液晶セルと、を有している。偏光板は、入射した光を直交する二つの偏光成分に分解し、一方の方向の偏光成分を透過させ、前記一方の方向に直交する他方の方向の偏光成分を吸収する機能を有した偏光子を有している。

液晶セルは、一対の支持基板と、一対の支持基板間に配置された液晶分子（液晶材料）と、を有している。液晶セルは、一つの画素を形成する領域毎に、電界印加がなされ得るようになっている。そして、電界印加された液晶セルの液晶の配向は変化するようになる。下偏光板を透過した直線偏光成分の光は、一例として、電界印加されていない液晶セルを通過する際にその振動方向を９０°回転させ、電界印加されている液晶セルを通過する際にその偏光状態を維持する。このため、液晶セルへの電界印加の有無によって、下偏光板を透過した直線偏光成分の光が、下偏光板の出光側に配置された上偏光板６１をさらに透過するか、あるいは、上偏光板６１で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。このようにして、上偏光板６１を選択的に透過した各画素５５からの直線偏光成分の光によって画像が形成される。

なお、図２には、表示パネル５０の構成要素の一部分として、液晶セルのカラーフィルタ５１と、カラーフィルタ５１の観察者側に配置された偏光板６１と、が示されている。カラーフィルタ５１は、液晶セルの一対の基板のうちの観察者側の基板、すなわち前面基板を構成している。カラーフィルタ５１は、ブラックマトリクス（遮光部）として構成された隔壁部５３を有しており、隔壁部５３によって、立体表示手段４０の画素５５が画成されている。偏光板６１は、観察者側に配置された偏光板、いわゆる上偏光板を構成している。

以上のような構成の表示パネル５０では、右目画像用画素５６および左目画像用画素５７のいずれから投射される光も、上偏光板６１の透過軸に対応した同一の方向に振動する直線偏光成分の光となる。すなわち、右目画像用画素５６から投射される光および左目画像用画素５７から投射される光は、同一の偏光状態となっている。表示パネル５０の観察者側に配置されたパターン位相差フィルム６５及び位相差板６３は、表示パネル５０から投射される画像光の偏光状態を制御し、右目画像用画素５６からの右目画像の偏光状態と左目画像用画素５７からの左目画像の偏光状態とが、異なるように変換する。

図２に示された例において、パターン位相差フィルム６５は、右目画像用画素５６に対面する位置に配置された第１領域６６と、左目画像用画素５７に対面する位置に配置された第２領域６７と、を有している。したがって、第１領域６６および第２領域６７は、右目画像用画素５６および左目画像用画素５７の配列に対応して、図２に示す例ではストライプ状に配列されている。第１領域６６および第２領域６７は、互いに異なる位相変調量を有した位相差フィルムから構成され得る。そして、図示された例では、第１領域６６は、表示パネル５０から投射される直線偏光成分の光の振動方向を維持し、第２領域６７は、表示パネル５０から投射される直線偏光成分の光の振動方向を９０°回転させる。この結果、図示された例では、第１領域６６を透過した右目画像光Ｌｒおよび第２領域６７を透過した左目画像光Ｌｌは、振動方向が９０°異なっている直線偏光成分となる。

また、図２に示された例において、位相差板６３は、１／４・λ位相差板として構成され、パターン位相差フィルム６５を透過した直線偏光成分の光を円偏光に変化させる。図２に示された例では、第１領域６６を透過した右目画像光Ｌｒは、左円偏光に変換され、第２領域６７を透過した左目画像光Ｌｌは、右円偏光に変換される。

以上のようにして、右目画像用画素５６からの右目画像および左目画像用画素５７からの左目画像は、互いに異なる偏光成分の光によって表示される。このような立体表示手段４０の構成に対応して、眼鏡２０は構成されている。具体的には、観察者に装着された際に観察者の右目に対面するようになる右目画像透過部２６は、円偏光板として構成され、右目画像をなす光の偏光成分（左円偏光）の光を透過し、左目画像をなす光の偏光成分（右円偏光）の光の透過を規制する。逆に、観察者に装着された際に観察者の左目に対面するようになる左目画像透過部２７は、円偏光板として構成され、左目画像をなす光の偏光成分（右円偏光）の光を透過し、右目画像をなす光の偏光成分（左円偏光）の光の透過を規制する。この結果、眼鏡２０を装着した観察者は、右目画像透過部２６越しに右目画像を選択的に右目で観察し、左目画像透過部２７越しに左目画像を選択的に左目で観察する。観察者が、右目と左目で異なる画像を観察することにより、当該観察者は、両眼視差画像を立体的な画像として感知することができる。

ところで、図３によく示されているように、パターン位相差フィルム６５の法線方向から当該パターン位相差フィルム６５を観察した場合、第１領域６６及び第２領域６７の境界６８は、うねっている、言い換えると蛇行している。

一般的な問題として、規則的に配列された画素を含む表示手段に、規則的に配列された単位要素を有する光学要素（例えばレンズシート）が重ねられると、モアレと呼ばれる縞状模様が視認され得る。このようなモアレ対策として、従来、画素の配列方向に対して単位要素の配列方向を傾斜させることや、画素の配列ピッチに対して単位要素の配列ピッチを調節することが実施されてきた。しかしながら、上述したパターン位相差フィルム６５における第１領域６６および第２領域６７は、立体表示装置３０の規則的な画素配列に対応した規則的な配列にて配列する必要がある。すなわち、パターン位相差フィルム６５では、第１領域６６および第２領域６７の配列方向を画素配列に対して傾斜させる、第１領域６６および第２領域６７の配列ピッチを画素の配列ピッチに対して自由に調整するといった従来の手法は、使用できない。

一方、図示された例のように、第１領域６６及び第２領域６７の境界６８がうねっている場合、第１領域６６及び第２領域６７の配列の規則性を効果的に消失させることができる。これにより、第１領域６６及び第２領域６７の配列と画素配列とに起因したモアレを効果的に目立たなくさせることができた。

さらに、図３に示された例では、パターン位相差フィルム６５の第１領域６６および第２領域６７の間の境界６８は、隔壁部５３に対面する位置に配置されている。この場合、右目画像光Ｌｒまたは左目画像光Ｌｌの一部をなすことを意図された一つの画素５５からの光のすべてが、当該画素５５に対面する位置に配置された第１領域６６または第２領域６７に入射することが可能となる。これにより、クロストーク現象が効果的に防止され、明瞭な立体画像を表示することが可能となる。加えて、第１領域６６及び第２領域６７の境界６８が、画像光が通過し得ない隔壁部５３上に位置することにより、境界６８の輪郭が表示面３０ａ上に浮かび上がって画質を劣化させてしまうことを効果的に防止することができる。

次に、検出手段３５について説明する。検出手段３５は、観察者１の位置を検出する。一例として、検出手段３５は、磁気式センサを用いた構成、光学式センサを用いた構成、撮像方式を採用した構成、或いは、超音波センサを用いた構成とすることができる。また、検出手段３５の一部の構成が、観察者１が装着する眼鏡２０に設けられていてもよい。この場合、検出手段３５は、眼鏡２０の位置を検出することによって、当該眼鏡を装着した観察者１の位置を検出する。

図１および図４に示された例では、光学式センサを用いた検出手段３５が開示されている。図示された光学式検出手段３５は、眼鏡２０に取り付けられた発光要素３６と、立体表示装置３０のケーシング３１に支持された受光要素３７と、を含んで構成されている。図４に示すように、ケーシング３１には、一対の受光要素３７が設けられている。各受光要素３７は、発光要素３６で発光された光を受光し、当該受光要素３７を基準として発光要素３６の方向を特定する。二つの受光要素３７が、それぞれ、発光要素３６の方向を特定することにより、表示面３０ａを基準として眼鏡２０を装着した観察者の顔の位置を特定することができる。なお、立体表示装置３０によって表示される画像の画質が劣化することを回避するため、発光要素３６は、可視光波長域以外の波長域の光、例えば赤外線を投射するようにしてもよい。また、検出手段３５による検出精度を向上させるため、受光要素３７は互いから離間して配置されていることが好ましい。図４に示す例では、一対の受光要素３７は、矩形状からなる表示面３０ａを取り囲むケーシング３１の対角近傍に配置されている。

磁気式センサを用いた検出手段３５は、一例として、眼鏡２０に磁石を取り付け、立体表示装置３０に磁気センサを取り付けるように構成されてもよい。撮像方式を採用した検出手段３５では、フェイストラッキング技術を採用することにより、観察者１の顔の位置を特定することができる。また、眼鏡２０が有線にて立体表示装置３０の制御手段３３に接続されている場合には、眼鏡２０にセンサ類を取り付け、当該センサ類によって検出される機器類を立体表示装置３０に取り付けるようにしてもよい。

次に、制御手段３３について説明する。上述した構成の立体表示手段４０は、制御手段３３から供給された両眼視差画像を表示する。そして、制御手段３３は、検出手段３５の検出結果に応じて、適切な両眼視差画像を選択し立体表示手段４０に供給する。したがって、立体表示手段４０の表示面３０ａに表示される両眼視差画像は、観察者１の位置に対応して変化する。

従来技術の欄でも説明したように、昨今では表示装置自体の視野角が拡大されてきていることから、例えば図４の観察者１ｂ，１ｃのように、表示面への法線方向に対して大きく傾斜した方向からも、表示面上の画像が観察されることが予想される。そして、立体的に感知される両眼視差画像を斜め方向から観察した場合、立体的に感知される画像が違和感を生じさせてしまうことがある。この場合、せっかく立体的に観察されるように画像が表示されているにも関わらず、表示された画像は迫力に欠けてしまう。

そもそも立体的に感知される両眼視差画像は、ある特定の方向から右目で観察される表示対象の像（右目画像）と、当該特定の方向から左目で観察される表示対象の像（左目画像）と、を重ね合わせたものである。したがって、立体的に感知される画像は、当該特定の方向から観察されることを意図されている。そして、この意図された方向とは異なる方向から、両眼視差画像を観察した場合、本来であれば見えない筈の部位が観察されるとともに、本来であれば見える筈の部位が観察され得ないといったことが生じ、この結果、観察者が違和感を覚えてしまうことになるものと、本件発明者は考えた。

一方、ここで説明する立体表示システム１０では、検出手段３５によって検出された観察者１の位置により、観察者１が表示面３０ａを観察している方向が特定される。そして、制御手段３３は、検出手段３５での検出結果に応じて、立体表示手段４０によって表示されるべき両眼視差画像を制御する。理想的には、観察者が表示面３０ａを観察する方向と同様の方向から表示対象を観察した際の当該表示対象の像が、立体表示装置３０によって表示される。このような立体表示システム１０によれば、立体表示装置３０によって表示される両眼視差画像に違和感を覚えることはない。また、両眼視差のみに起因した単なる立体像では表現し得ない奥行き感、この奥行き感にともなった迫力、さらには、運動視差に起因した躍動感を、観察される画像に付与することができる。

具体的には、立体表示装置３０に供給されるべき右目画像および左目画像からなる両眼視差画像の供給を、制御手段３３が次のように制御するようにしてもよい。まず、水平方向に直交して表示面３０ａ上を延びる軸線ｓａ１に沿って当該軸線ｓａ１に直交する仮想面ｖｐ１上へ投影される表示面３０と観察者１とを結ぶ方向ｋｄの変化に対応して、立体表示手段４０の表示面３０ａに表示される両眼視差画像が、変化することが好ましい。すなわち、水平面内での観察方向の変更にともない、例えば、観察者１の観察位置が水平方向にずれることにともない、立体表示手段４０の表示面３０ａに表示される両眼視差画像が変化することが好ましい。

なお、表示面３０と観察者１とを結ぶ方向ｋｄは、表示面３０ａ上の特定の位置と観察者１とを結ぶ方向として特定することができる。また、表示面３０ａ上の特定の位置は、任意の位置とすることができるが、観察者１による画質の評価が最も敏感となる表示面３０ａの中心とすることができる。図示された例では、表示面３０ａが矩形の平面形状を有していることから、表示面３０ａ上における二本の対角線の交点（表示面３０ａの中心）と、観察者１と、を結ぶ方向を、方向ｋｄとすることができる。

観察者１の観察位置が水平方向にずれると、例えば図４における観察者１ａの観察位置から観察者１ｂの観察位置へずれると、図５に示すように、観察者は、横から覗き込むようにして、表示面３０ａを観察することになる。ここで図５は、水平方向に直交して表示面３０ａ上を延びる軸線ｓａ１に直交する仮想面ｖｐ１を示す上面図である。図５に示された例では、表示面３０ａと観察者１とを結ぶ方向ｋｄが、表示面３０ａへの法線方向ｎｄから角度θａだけ左側に傾斜している。すなわち、表示面３０ａへの法線方向ｎｄに対して角度θａだけ左側に傾いた方向から、観察者１ｂは表示面３０ａを観察している。運動視差を利用して迫力および躍動感がある立体画像を表示する観点からは、実物を観察する場合と同様に、観察方向に応じて表示対象の見え方が変化することが好ましい。図５の観察状態では、表示対象（観察対象）が、観察者から見た左側から、表示面３０ａ上に表示されることが好ましい。

ここで図６を参照して、正四面体ｏｂが、表示対象として、立体表示装置３０に表示される場合を例に挙げて説明する。この例において、正四面体ｏｂは、一つの面が水平面と平行に配置され且つ当該一つの面に対面する頂点が鉛直方向上方に突出する配置にて、表示される。図６に示すように、表示面３０ａの法線方向ｎｄが、観察者１ａの方を向き（上述した方向ｋｄと平行となり）、観察者１ａが表示面３０ａへの法線方向ｎｄから表示面３０ａを観察する場合、正四面体ｏｂの一辺が最前方に配置され、当該一辺を中心として左右対称に正四面体ｏｂが観察されるとする。このとき、観察者１の観察位置が変更されて、図５に示すように、観察者が、表示面３０ａへの法線方向ｎｄに対して角度θａだけ左側に傾いた方向から表示面３０ａを観察する場合、表示面３０ａに、図６における方向ａｄ１から観察され得る正四面体像が表示されていることが好ましい。図６における方向ａｄ１は、表示面３０ａの法線方向ｎｄが観察者１の方を向く状態で表示面３０ａに表示されて観察されるようになる正四面体ｏｂの方向ｓｄ１に対し、水平面上において角度θａをなす方向である。

制御手段３３が、以上のように水平面内での観察方向が変化した場合に、当該変化に対応して、表示面３０ａに表示される表示対象の表示方向が変化することが好ましい。このような形態によれば、観察位置を変更して表示面３０ａを横方向から覗き込んだ場合に、覗き込む方向に対応した方向から表示対象を観察することができる。したがって、観察者は、実物を見ている場合と同様の感覚にて、違和感を覚えることなく表示画像を立体的に観察することができる。また、両眼視差と運動視差との組み合わせにより、迫力があり躍動感に溢れた画像を観察することができる。

また制御手段３３による別の制御方法として、表示面３０ａ上を水平方向に延びる軸線ｓａ２に沿って当該軸線ｓａ２に直交する面ｖｐ２上へ投影される表示面３０と観察者１とを結ぶ方向ｋｄの変化に対応して、立体表示手段４０の表示面３０ａに表示される両眼視差画像が、変化することも好ましい。すなわち、鉛直面内での観察方向の変更にともない、例えば、観察者１の観察位置が鉛直方向にずれることにともない、立体表示手段４０の表示面３０ａに表示される両眼視差画像が変化することが好ましい。

観察者１が立ち上がる等して観察者１の観察位置が鉛直方向にずれると、例えば図６における観察者１ａの観察位置から観察者１ｃの観察位置へずれると、図７に示すように、観察者は、上または下から覗き込むようにして、表示面３０ａを観察することになる。ここで図７は、表示面３０ａ上を水平方向に延びる軸線ｓａ２に直交する仮想面ｖｐ２を示す側面図である。図７に示された例では、表示面３０ａと観察者とを結ぶ方向ｋｄが、表示面３０ａへの法線方向ｎｄから、角度θｂだけ上方に傾斜している。すなわち、表示面３０ａへの法線方向ｎｄに対して角度θｂだけ上側に傾いた方向から、観察者１ｃは表示面３０ａを観察している。運動視差を利用して迫力および躍動感がある立体画像を表示する観点からは、実物を観察する場合と同様に、観察方向に応じて観察対象の見え方が変化することが好ましい。図７の観察状態では、表示対象（観察対象）が、上側から、表示面３０ａ上に表示されることが好ましい。

ここで図８を参照して、図６の場合と同様に正四面体ｏｂが、表示対象として、立体表示装置３０に表示される場合を例に挙げて説明する。図８に示す例では、表示面３０ａの法線方向ｎｄが、観察者の方を向き（上述した方向ｋｄと平行となり）、観察者１ａが表示面３０ａへの法線方向ｎｄから表示面３０ａを観察する場合、正四面体ｏｂが図６の例と同様に観察されるようになる。すなわち、表示面３０ａへの法線方向ｎｄから観察した場合、正四面体ｏｂの一つの面が水平面と平行に配置され且つ当該一つの面に対面する頂点が鉛直方向上方に突出し、さらに、正四面体ｏｂの一辺が最前方に配置され、当該一辺を中心として左右対称となるよう、正四面体ｏｂが観察される。このとき、観察者１の観察位置が変更されて、表示面３０ａへの法線方向ｎｄに対して角度θｂだけ上側に傾いた方向から表示面３０ａを観察した場合、表示面３０ａに、図８における方向ａｄ２から観察され得る正四面体像が表示されていることが好ましい。図８における方向ａｄ２は、表示面３０ａの法線方向ｎｄが観察者の方を向く状態で表示面３０ａに表示されて観察されるようになる正四面体ｏｂの方向ｓｄ２に対し、鉛直面上において角度θｂをなす方向である。

制御手段３３が、以上のように鉛直面内での観察方向が変化した場合に、当該変化に対応して、表示面３０ａに表示される表示対象の表示方向が変化することが好ましい。このような形態によれば、観察位置を変更して表示面３０ａを上方向や下方向から覗き込んだ場合に、覗き込む方向に対応した方向から表示対象を観察することができる。したがって、観察者は、実物を見ている場合と同様の感覚にて、違和感を覚えることなく表示画像を立体的に観察することができる。また、両眼視差と運動視差との組み合わせにより、迫力があり躍動感に溢れた画像を観察することができる。

以上のように、制御手段３３は、検出手段３５の検出結果に応じた両眼視差画像を立体表示手段４０に供給する。この制御手段３３は、図１に示すように、両眼視差画像を供給する画像供給部３４を有している。画像供給部３４は、複数の両眼視差画像、言い換えると複数対の右目画像および左目画像の組み合わせを供給することができる。制御手段３３は、検出手段３５の検出結果に応じて、例えば図５〜図８を参照した方法によって立体表示手段４０によって表示されるべき両眼視差画像を選択し、選択された両眼視差画像を立体表示手段４０に供給する。

なお、同一の表示対象に関して画像供給部３４が供給し得る両眼視差画像の数、すなわち、観察者１の位置に対応して変化し得る両眼視差画像の数は、三以上であることが好ましい。この場合、少なくとも、表示面３０ａの法線方向ｎｄが、表示面３０ａと観察者とを結ぶ方向ｋｄの近傍にある基準状態と、表示面３０ａの法線方向ｎｄが基準状態から或る方向（例えば、水平方向）に沿って一方の側に傾斜した第１傾斜状態と、表示面３０ａの法線方向ｎｄが基準状態から前記或る方向に沿って他方の側に傾斜した第２傾斜状態と、の三つの状態の間で、立体表示手段４０によって表示される両眼視差画像を変化させることができる。

例えば立体表示装置３０がテレビ受像機である場合等、立体表示手段４０の通常の多くの使用において、表示面３０ａの法線方向ｎｄに対して水平面内における両側に傾斜した位置から表示面３０ａが観察されることが予想される。したがって、図５および図６を参照して説明したように、制御手段３３が、水平面内での観察方向に対応して、立体表示手段４０の表示面３０ａに表示される両眼視差画像を変化させる場合には、同一の表示対象に関して画像供給部３４が供給し得る両眼視差画像の数が三以上であることが有用である。

以上のように本実施の形態によれば、立体表示装置３０の表示面３０ａに表示される両眼視差画像が、観察者１の位置に対応して変化する。このため、観察者１の観察位置が大きくずれたとしても、観察者は、違和感を覚えることなく、表示面３０ａに表示される画像を立体的に観察することができる。また、観察者１の位置に対応して、観察される画像が変化するため、両眼視差だけでなく運動視差によって、観察方向に適合した画像をより立体的に感知することができる。

なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、適宜図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いており、重複する説明を省略する。

上述した実施の形態において、立体表示装置３０の立体表示手段４０が、パッシブ方式の表示手段として両眼視差画像を表示する例について説明したが、この例に限られない。例えば、立体表示装置３０の立体表示手段４０が、アクティブ方式の表示手段として両眼視差画像を表示するようにしてもよい。アクティブ方式の立体表示手段は、両眼視差画像をなす右目画像および左目画像を時分割的に表示する。また、立体表示手段４０との組み合わせで立体表示システム１０をなす眼鏡２０の右目画像透過部２６は、立体表示手段４０が左目画像を表示している際に可視光の透過を規制し、左目画像透過部２７は、立体表示手段４０が右目画像を表示している際に可視光の透過を規制する。この結果、眼鏡２０を装着した観察者は、右目画像透過部２６越しに右目画像を選択的に右目で観察し、左目画像透過部２７越しに左目画像を選択的に左目で観察する。観察者が、右目と左目で異なる画像を観察することにより、当該観察者は、両眼視差画像を立体的な画像として感知することができる。

アクティブ方式の立体表示手段は、以上に説明した点以外において、パッシブ方式の立体表示手段と同様に構成され得る。そして、アクティブ方式を採用した本変形例においても、パッシブ方式を採用した上述の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、アクティブ方式を採用した本変形例においても、立体表示手段４０の表示面３０ａに表示される両眼視差画像が、観察者１の位置に対応して変化する。このため、違和感を覚えることなく、迫力があり躍動感に溢れた画像を立体的に観察することができる。

また、上述した実施の形態において、画像供給部３４に、予め複数の両眼視差画像が記録される例を示したが、これに限られない。画像供給部３４が、リアルタイムで表示対象を撮影する手段として構成され、撮影された像が、立体表示手段４０に供給されるようにしてもよい。具体的には、画像供給部３４が、表示対象を互いに異なる複数の方向から撮像する複数の撮像手段（カメラ）を有するようにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態において、表示面３０ａの向きが一定であることを前提として説明したが、これに限られない。しかしながら、立体表示装置３０のケーシング３１が、図９に示すように、本体部３１ａと、本体部３１ａを支持する支持部３１ｂと、を有するように構成されてもよい。この例では、本体部３１ａが、支持部３１ｂに対して一以上の軸線を中心として揺動可能に支持されている。そして、本体部３１ａが支持部３１ｂに対して揺動することにより、表示面３０ａの向きが変化する。このような変形例においては、表示面３０ａへの法線方向ｎｄに対する表示面３０ａと観察者１とを結ぶ方向ｋｄの変化に対応して、立体表示手段４０の表示面３０ａに表示される両眼視差画像が、変化するようにしてもよい。このような本変形例においても、立体表示手段４０の表示面３０ａに表示される両眼視差画像が、表示面３０ａを基準とした観察者１の位置に対応して変化するので、上述した実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

１０ 立体表示システム
２０ 眼鏡
２６ 右目画像透過部
２７ 左目画像透過部
３０ 立体表示装置
３０ａ 表示面
３１ ケーシング
３３ 制御手段、制御装置
３４ 画像供給部
３５ 検出手段
３６ 発光要素
３７ 受光要素
４０ 立体表示手段
４５ バックライト
５０ 表示パネル
５１ 前面基板、カラーフィルタ
５３ 隔壁部
５５ 画素
５６ 右目画像用画素
５７ 左目画像用画素
６１ 偏光板、上偏光板
６３ 位相差板
６５ パターン位相差フィルム
６６ 第１領域
６７ 第２領域
６８ 境界

Claims (9)

1. 立体的に観察される画像を表示する立体表示装置であって、
   表示面を有し、右目で観察されるべき右目画像および左目で観察されるべき左目画像を含む両眼視差画像を表示する立体表示手段と、
   観察者の位置を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に応じた前記両眼視差画像を前記立体表示手段に供給する制御手段と、を備え、
   前記立体表示手段の前記表示面に表示される両眼視差画像が、前記観察者の位置に対応して変化し、
   前記立体表示手段は、
   前記右目画像を表示する画素と、前記左目画像を表示する画素と、を有する表示パネルと、
   前記右目画像を表示する前記画素に対面する位置に配置された第１領域と、前記左目画像を表示する前記画素に対面する位置に配置された第２領域と、を有するパターン位相差フィルムと、を含み、
   前記パターン位相差フィルムの前記第１領域および前記第２領域は、互いに異なる位相変調量を有し、前記右目画像および前記左目画像が、互いに異なる偏光成分の光によって表示され、
   前記表示パネルは、画素を画成する隔壁部を有し、
   前記パターン位相差フィルムをその法線方向から観察した場合、前記第１領域および前記第２領域の境界はうねっており、うねった境界が前記隔壁部に対面する領域内に配置されている、立体表示装置。
2. 前記表示面と前記観察者とを結ぶ方向の変化に対応して、前記立体表示手段の前記表示面に表示される両眼視差画像が、変化する、請求項１に記載の立体表示装置。
3. 前記表示面への法線方向に対する前記表示面と前記観察者とを結ぶ方向の変化に対応して、前記立体表示手段の前記表示面に表示される両眼視差画像が、変化する、請求項１または２に記載の立体表示装置。
4. 水平方向に直交して前記表示面上を延びる軸線に直交する面上へ、当該軸線に沿って投影される、前記表示面と前記観察者とを結ぶ方向の変化に対応して、前記立体表示手段の前記表示面に表示される両眼視差画像が、変化する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の立体表示装置。
5. 前記表示面上を水平方向に延びる軸線に直交する面上へ、当該軸線に沿って投影される、前記表示面と前記観察者とを結ぶ方向の変化に対応して、前記立体表示手段の前記表示面に表示される両眼視差画像が、変化する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の立体表示装置。
6. 前記制御手段は、三以上の両眼視差画像を供給し得る画像供給部を有し、
   前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に応じて前記画像供給部から前記立体表示手段に供給されるべき両眼視差画像を選択する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の立体表示装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の立体表示装置と、
   前記右目画像を透過させる右目画像透過部と、前記左目画像を透過させる左目画像透過部と、を有する眼鏡と、を備える立体表示システム。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の立体表示装置と、
   前記右目画像を透過させる右目画像透過部と、前記左目画像を透過させる左目画像透過部と、を有する眼鏡と、を備え、
   前記右目画像透過部は、前記左目画像をなす光の偏光成分の透過を規制し、前記左目画像透過部は、前記右目画像をなす光の偏光成分の透過を規制する、立体表示システム。
9. 前記立体表示装置の前記検出手段は、前記眼鏡の位置を検出することによって、当該眼鏡を装着した前記観察者の位置を検出する、請求項７又は８に記載の立体表示システム。

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