JP6008167B2 - 配光システム及び立体画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体画像表示装置、特に複数の異なる視聴位置において、立体画像視聴を補助する眼鏡を必要とせず視聴者に立体的な画像を表示可能な立体画像表示装置に関する。

立体画像表示装置は、視聴者の左右の眼に視差を有するそれぞれの画像を提示する方法が一般的である。視差画像を提示する方法として、左右それぞれの目へ入射する画像の光を制限するための眼鏡を用いる手法と、このような眼鏡を用いずに視聴者の左右それぞれの眼へ入射する画像の光を制御する裸眼視聴の方法と、がある。

眼鏡を用いる方法では、視聴者は画像視聴時に眼鏡を装着する必要がある。そのため、眼鏡を着用することに、視聴者は煩わしさを感じてしまう場合がある。一方眼鏡を使用しない裸眼視聴の方法では、立体画像表示装置がレンチキュラーやパララックスバリア等の光学的な工夫を用いた方法を使用することが一般的である。

レンチキュラー方式は、水平方向に指向性をもつスクリーン（レンチキュラーレンズアレイ）を用いて左右の眼に視差画像が同時に入射するように画像を表示する方式である。レンチキュラー方式は垂直画素ライン毎に右眼用画像、左眼用画像を表示するために垂直方向の画素数が半分になってしまう課題がある。

パララックスバリア方式は、視差表示画像と視聴者の眼の間に配置されたスリットが異なった視差画像に対してバリアとして働くことにより、左右の視差画像を作り出す方式で、左右の眼に視差画像が同時に入るように画像を表示する。パララックスバリア方式も垂直画素ライン毎に右眼用画像、左眼用画像を表示するために垂直方向の画素数が半分になってしまう課題がある。またスリットを用いるため、光利用率も低下するという課題がある。

上記のような画素数や光利用率の低下を解決する手法が特許文献１に提案されている。特許文献１では、導光板の２つの向かい合った入射端面に光源を配置し、導光板の出射端面側に導光板と向き合う側には、導光板の入射端面と平行な方向へ伸びる三角形状プリズム列、導光板の出力端面と対向する側には、三角形状プリズム列と平行に伸びる円筒状レンズ列を有するプリズムシートと、プリズムシートの出射端面に透過型液晶パネルを配置している。そして駆動手段によって上記透過型パネルに交互に表示される左右視差画像と同期して、上記光源からの光が左右の視差に対応する角度で上記透過型表示パネルから出射するように構成しており、このような構成により、画素数や光利用率の低下なく高品位な立体画像が得られるとしている。

当該特許文献１にも記載されているように、レンチキュラーレンズ方式では２次元画像表示時にも立体画像表示時にもレンチキュラーレンズを通して画像を表示する。また、パララックスバリア方式では、２次元画像表示時にも立体画像表示時にも固定されたパララックスバリアが存在する状態で表示を行ったり、立体画像表示時には液晶素子等の表示素子をパララックスバリアとして機能させて表示を行い、２次元画像表示時にはパララックスバリアを除去した状態で表示素子を透過させて表示を行ったりする。また、特許文献１の発明の構成では、２次元画像の表示時には左右の光源を同時に点灯させる。

国際公開第２００４／０２７４９２号

従来の立体画像表示装置には、特定位置で立体画像を裸眼視聴するための光学系によって、それ以外の全ての態様での画像の視域が制限されてしまうという課題がある。

例えば、特許文献１、レンチキュラー方式やパララックスバリア方式では、２次元画像を視聴するときも立体画像を視聴するときも、立体画像用に設けられた光学系を通して届く画像光を視ることになる。従って、２次元画像の視域が狭くなってしまう。また、例えば、特許文献１、レンチキュラー方式やパララックスバリア方式では、視聴者は１つの所定の視聴位置においてのみ立体画像が得られる。しかし、立体画像の視聴には、複数の視聴位置において実現できることが望まれる。

そこで、本発明は、１つの特定位置で立体画像を裸眼視聴するための光学系を備えながら、当該特定位置に対する視聴システムに妨げられない他の態様での視聴をも拡張して行うことのできる配光システム及び立体画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の配光システムは、光の入射面と出射面とを有し、前記出射面に対して光が放出される側を前方としたとき、前方から見て前記出射面の後方に前記入射面が配置された配光システムであって、第１の方向に延伸し、前記第１の方向を前後方向から見たときの左右方向としたとき、前方から見て、前記入射面に右後方から入射した光を前記出射面から右前方に出射するように配光するとともに、前記入射面に左後方から入射した光を前記出射面から左前方に出射するように配光する、第１の光学素子と、前記第１の方向に延伸し、前記入射面に入射した光を拡散して前記出射面から出射する第２の光学素子と、を備え、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とは、前後方向から見て上下方向に交互に並ぶように複数個ずつ配置されている。

本発明の立体画像表示装置は、立体画像を表示する立体画像表示装置であって、立体画像の右眼用画像を表示する際の表示光を供給する右側光源部と、前記立体画像の左眼用画像を表示する際の表示光を供給する左側光源部と、該立体画像表示装置の正面側を前側としたとき、光の入射面と、光が放出される側を前方とする光の出射面とを有し、前記出射面の後方に前記入射面が配置された配光システムであって、左右方向に延伸し、第１の視聴位置で前記右眼用画像及び前記左眼用画像の画像光が結像するように、前方から見て前記右側光源部から放出され前記入射面に右後方から入射した光を前記出射面から右前方に出射するように配光するとともに、前方から見て前記左側光源部から放出され前記入射面に左後方から入射した光を前記出射面から左前方に出射するように配光する第１の光学素子と、左右方向に延伸し、前記右眼用画像及び前記左眼用画像の画像光を配光するように、前記右側光源部及び前記左側光源部から放出されて前記入射面に入射した光を拡散して前記出射面から出射する第２の光学素子とを備えた、配光システムと、前記立体画像の前記右眼用画像と前記左眼用画像とに基づいて、前記配光システムからの光を透過制御する表示パネルと、を備え、前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とは、前後方向から見て上下方向に交互に並ぶように複数個ずつ配置されている。

このような構成により、１つの特定位置における立体画像が視聴可能である他に、眼鏡を用いて視聴する立体画像や２次元画像が広い視聴範囲で視聴可能となる。

本発明の配光システムは、光の入射面と出射面とを有し、前記出射面に対して光が放出される側を前方としたとき、前方から見て前記出射面の後方に前記入射面が配置された配光システムであって、第１の方向に延伸し、前記第１の方向を前後方向から見たときの左右方向としたとき、前方から見て、前記入射面に右後方から入射した光を前記出射面から右前方に出射するように配光するとともに、前記入射面に左後方から入射した光を前記出射面から左前方に出射するように配光する、互いに結像位置が異なる複数種類の光学素子を、前後方向から見て互いに上下方向に並置されるように備えている。

また、本発明の立体画像表示装置は、立体画像を表示する立体画像表示装置であって、立体画像の右眼用画像を表示する際の表示光を供給する右側光源部と、前記立体画像の左眼用画像を表示する際の表示光を供給する左側光源部と、該立体画像表示装置の正面側を前側としたとき、光の入射面と、光が放出される側を前方とする光の出射面とを有し、前記出射面の後方に前記入射面が配置された配光システムであって、互いに結像位置の異なる複数種類の光学素子を互いに上下方向に並置されるように備え、各前記光学素子は、左右方向に延伸し、複数の視聴位置で前記右眼用画像及び前記左眼用画像の画像光が結像するように、前方から見て前記右側光源部から放出され前記入射面に右後方から入射した光を前記出射面から右前方へ出射するように配光するとともに、前方から見て前記左側光源部から放出され前記入射面に左後方から入射した光を前記出射面から左前方へ出射するように配光する、配光システムと、前記立体画像の前記右眼用画像と前記左眼用画像とに基づいて、前記配光システムからの光を透過制御する表示パネルと、を備える。

このような構成により、１つの特定位置以外でもその位置に適した立体画像の視聴を行うことが可能となる。

本発明により、１つの特定位置に対する立体画像の裸眼視聴システムに妨げられずに、他の態様での視聴を拡張して行うことのできる配光システム及び立体画像表示装置を提供することができる。

実施の形態１に係る立体画像表示装置の構成を示すＸ−Ｚ断面図 実施の形態１に係る導光板とＬＥＤとの位置関係を示すＸ−Ｙ断面図 実施の形態１に係る導光板とＬＥＤとの位置関係を示すＹ−Ｚ断面図 実施の形態１に係る空間機能分割シートの構成を示すＸ−Ｙ断面図 実施の形態１に係るプリズムアレイの断面形状を部分的に示すＸ−Ｚ断面図 （ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１に係るプリズムアレイの機能を説明するＸ−Ｚ断面図 実施の形態１に係る立体画像表示装置と第１視聴位置、視聴位置Ａ、及び視聴位置Ｂとの関係を示す図 実施の形態２に係る立体画像表示装置の構成を示すＸ−Ｚ断面図 実施の形態２に係る導光板とＬＥＤとの位置関係を示すＸ−Ｙ断面図 実施の形態２に係る両面プリズムシートの構成を示すＸ−Ｙ断面図 実施の形態２に係る第１プリズムアレイ及び第２プリズムアレイのＸ−Ｚ断面図 実施の形態２に係る立体画像表示装置と第１の視聴位置及び第２の視聴位置との関係を示す図 実施の形態２に係る縦方向拡散シートのＹ−Ｚ断面図

（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態における立体画像表示装置１０００の構成を模式的に示したＸ−Ｚ断面図である。なお、図中に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。立体画像表示装置１０００の正面側を前側としたとき、Ｚ軸に沿う方向は立体画像表示装置１０００に対する前後方向であってＺ軸の正の向きは立体画像表示装置１０００から前方を向く方向を指す。また、Ｘ軸に沿う方向は立体画像表示装置１０００に対する左右方向、Ｙ軸に沿う方向は立体画像表示装置１０００に対する上下方向である。図１において立体画像表示装置１０００は、光源部１ａ、１ｂ、１０２ａ、１０２ｂを備えている。光源部１ａは第１視聴位置での視聴に用いられる右眼用ＬＥＤ（第１の右眼用光源部）であり、光源部１ｂは第１視聴位置での視聴に用いられる左眼用ＬＥＤ（第１の左眼用光源部）であり、光源部１０２ａは２次元画像の視聴に用いられる右眼用ＬＥＤ（第２の右眼用光源部）であり、光源部１０２ｂは２次元画像の視聴に用いられる左眼用ＬＥＤ（第２の左眼用光源部）である。また、立体画像表示装置１０００は、導光板３と、空間機能分割シート１０４と、縦方向拡散シート５と、表示パネル６と、制御部７とを備えている。上記２次元画像とは、立体画像でない従来の画像（非立体画像）である。

次に立体画像表示装置１０００の動作と各部詳細について説明する。図２は本実施の形態における光源部である光源部１ａ、光源部１ｂ、光源部１０２ａ、及び光源部１０２ｂと、導光板３とのＸ−Ｙ断面図である。光源部１ａ及び光源部１ｂは導光板の対向する入射面に配置される。光源部１０２ａ及び光源部１０２ｂも同様に配置される。光源部１ａと光源部１０２ａとは、導光板３の同じ入射端面側に交互に並べて配置されている。光源部１ｂと光源部１０２ｂとは、光源部１ａ、光源部１０２ａと対向する導光板３の入射端面側に交互に並べて配置されている。

光源部１ａ、１ｂ、１０２ａ、１０２ｂとして、本実施の形態ではそれぞれＬＥＤが各４個ずつ配列されている。光源部１ａ、１ｂ、１０２ａ、１０２ｂは個々に点灯制御が可能で、制御部７により制御される。

なお、説明の都合上、ＬＥＤを光源部と、光源部１ａ及び光源部１０２ａを右側光源部と、光源部１ｂ及び光源部１０２ｂを左側光源部と、それぞれ表現する場合がある。また、空間機能分割シート１０４を配光システムとして説明する場合がある。

制御部７は、立体画像を表示する場合に、光源部１ａを表示される立体画像の右眼用画像に、光源部１ｂを表示される立体画像の左眼用画像に、それぞれ同期させながら、光源部１ａと光源部１ｂとを交互に点灯するように制御する。２次元画像を表示する場合は、制御部７は、光源部１０２ａと、光源部１０２ｂと、を同時に点灯させる制御を行う。あるいは、制御部７は、光源部１０２ａと、光源部１０２ｂと、を表示する立体画像の右眼用画像、左眼用画像にそれぞれ同期して交互に点灯させるように制御する。図２では、光源部１ａ及び光源部１ｂから出射する光を実線で、光源部１０２ａ及び光源部１０２ｂから出射する光線を点線で示している。

図３は、導光板３と、光源部１ａ、光源部１ｂ、光源部１０２ａ、及び光源部１０２ｂとの位置関係をＹ−Ｚ断面で図示したものである。導光板３には、Ｖ字型の溝を切っておく。つまり、導光板３の少なくとも一つの面には、凹凸形状を有し、その凹部は、奥になるほど狭くなる形とする。溝と溝の間に光源部１ａ、光源部１ｂ、光源部１０２ａ、及び光源部１０２ｂが配置されている。このような構成にすることで、光源部１ａ、光源部１ｂ、光源部１０２ａ、及び光源部１０２ｂから出射した光は、Ｖ溝（凹部）の壁で全反射を繰り返しながらＹ方向に広がらずにＸ方向に伝搬する。

図４は、空間機能分割シート１０４のＸ−Ｙ断面図を示す。空間機能分割シート１０４は、第１視聴位置での視聴に用いられるプリズムアレイ４１（実線で図示）と、従来から用いられている光拡散板（光拡散素子）１０４２（点線で図示）とを備えている。プリズムアレイ４１と光拡散板１０４２とはそれぞれＸ方向にライン状に延伸している。但し、両者は必ずしもライン状に延伸している必要はなく、第１の方向を延伸方向の一つとして有していればよい。ここでは、プリズムアレイ４１と光拡散板１０４２とがＹ方向に交互に並ぶように複数個ずつ配置されている。プリズムアレイ４１のライン幅であるＹ方向の寸法と光拡散板１０４２のライン幅であるＹ方向の寸法とは任意に設定可能である。光拡散板１０４２のＹ方向の寸法をプリズムアレイ４１のＹ方向の寸法よりも大きく設定すると、従来、立体画像視聴時よりも視聴者あたりの光量が少なくなっていた２次元画像視聴時の画像の明るさを向上させることができる。すなわち、立体画像視聴時には特定位置に画像光が集まる一方、２次元画像光は視聴空間に分散してしまうが、光拡散板１０４２を通過する光量を増大させることにより２次元画像を明るくすることができる。

図５は、プリズムアレイ４１のＺ−Ｘ断面拡大を示したものである。プリズムアレイ４１は、入射面側に頂角を有する三角形状の凸部を、複数並んだ状態に有し、出射面側に凸形状をなす円筒状レンズを、複数並んだ状態に有している。プリズムアレイ４１の光の出射側の面に配置される円筒レンズ面は、Ｘ軸方向にパワーを有しており、円筒レンズ面の曲率は、そのレンズ面が持つ焦点距離と両面プリズムシートの厚さＬとが等しくなるように設定されている。プリズムアレイ４１のピッチをＰ、光の入射側の面に設置されるプリズムの頂角をφとして、以下にプリズムアレイ４１の機能の詳細について説明する。

図６の（ａ）は、導光板３から出射し、プリズムアレイ４１へ入射する光（光線）の振る舞いを説明する図である。光源部１ａから導光板３を通過した光は、空間機能分割シート１０４のプリズムアレイ４１に入射する。導光板３を出射した直後、光（光線）は図の右方向に向かっている。換言すると、前方から見たとき、導光板３を出射した光は、プリズムアレイ４１に右後方から入射する。
光線は、プリズムアレイ４１に入射後、プリズムアレイ４１の斜面５ａ１で全反射され、図の左方向（逆方向）に向かい、円筒レンズ面から出射される。換言すると、前方から見たとき、斜面５ａ１で全反射された光は、右前方に出射される。
軸線５ａ２は、プリズムアレイ４１の光の入射側の面に設置される複数のプリズム頂角をつなぐ線である。プリズムアレイ４１の斜面５ａ１で全反射された光線を光の進行方向とは逆方向に軸線５ａ２まで延長すると、プリズムの斜面５ａ１で全反射されて、円筒レンズ面へ向かう光線は、軸線５ａ２上の領域５ａ３から出射する光線と等価であると解することができる。そのため、斜面５ａ１で全反射され、円筒レンズ面へ向かう光は、軸線５ａ２上において軸線５ａ２と直交しプリズム頂角を通過する光軸５ａ４より図の左側に向かう。

また図６の（ｂ）に示すように光線の振る舞いは軸線５ａ２上の領域５ａ３内にある一点から出射する光（光線）が円筒レンズ部に入射すると考えることが出来る。軸線５ａ２は、円筒レンズ部の焦点面の位置に一致しているので、領域５ａ３内の任意の一点から出た光が円筒レンズを出射したのちの光の出射角をΘとおくとΘは以下で示す計算式により算出される。

ここでｎはプリズムアレイ４１を構成する材料の屈折率である。Ｌはプリズムアレイ４１の厚さであり、これは上述の説明の通り、円筒レンズの焦点距離に一致している。ｄは領域５ａ３内の一点の光軸からの距離である。したがって斜面５ａ１で全反射され、円筒レンズ面を透過した光は図の左方向に狭い配光を保った状態で出射され、視聴者の右眼へと到達する。図６の（ａ）では、光源部１ａからの光について説明したが、光源部１ｂからの光については光源部１ａと左右対称の経路をたどり視聴者の左眼へと到達する。

このように、空間機能分割シート１０４は、光の入射面と出射面とを有し、出射面に対して光が放出される正のＺ方向側を前方としたとき、前方から見て出射面の後方に入射面が配置されており、入射面から入射した光を配光して出射面から放出する配光システムである。そして、プリズムアレイ４１は、Ｘ方向（第１の方向）に延伸し、Ｘ方向を左右方向（横方向）としたとき、前方から見て、入射面に右後方から入射した光を出射面から右前方に出射するように配光するとともに、入射面に左後方から入射した光を出射面から左前方に出射するように配光する、第１の光学素子である。また、光拡散板１０４２は、Ｘ方向に延伸し、入射面に入射した光を拡散して出射面から出射する第２の光学素子である。プリズムアレイ４１と光拡散板１０４２とは、前後方向から見て互いに上下方向（縦方向）に並置されている。ここで、前後方向はＺ方向であり、上下方向はＹ方向である。

上記のような制御部７の制御内容と、空間機能分割シート１０４と、を組み合わせることにより立体画像表示装置１０００は、以下の３種類の画像表示が可能となる。

（１）制御部７が、光源部１ａと、光源部１ｂと、を表示する立体画像の左眼用画像と右眼用画像とに同期させて交互に点灯制御する。光源部１ａ、光源部１ｂ、が発光した光は、空間機能分割シート１０４のプリズムアレイ４１により、第１視聴位置で視聴する視聴者の右眼、左眼それぞれへ右眼用画像、左眼用画像の光を入射させる。これにより、第１視聴位置で画像を視聴する視聴者は裸眼で立体画像を知覚することができる。

（２）制御部７が、光源部１０２ａと、光源部１０２ｂと、を表示する立体画像の左眼用画像と右眼用画像とに同期させて交互に点灯制御する。光源部１０２ａ及び光源部１０２ｂが発光した光は空間機能分割シート１０４の光拡散板１０４２へ入射する。入射した光は、光拡散板１０４２の拡散特性により、立体画像表示装置１０００の前面へ拡散して出射される。この場合は、表示画像の光が拡散して出射されるため、上記（１）のように視聴者の左右の眼に対して選択的に左眼用画像、右眼用画像の光を入射させることができない。そこで、この場合は、視聴者は立体画像を視聴補助する立体画像視聴用眼鏡をもちいる。立体画像視聴用眼鏡は、左右それぞれの眼へ入射する光を調整するシャッター機能を備えている。立体画像表示装置１０００の左右画像の表示と同期して、シャッターを開閉制御することで視聴者は立体画像を知覚することができる。

（３）制御部７が、立体画像表示装置が２次元の画像を表示する場合に、２次元画像視聴用ＬＥＤ１０２ａと、２次元画像視聴用ＬＥＤ１０２ｂと、を同時に点灯させる制御を行う。光源部１０２ａ及び光源部１０２ｂが発光した光は空間機能分割シート１０４の光拡散板１０４２へ入射する。光拡散板１０４２は、入射した光を立体画像表示装置１０００の前面へ拡散して出射する。これにより、２次元画像は立体画像表示装置１０００の前面に拡散して表示される。

以上により、本実施の形態によれば、（１）裸眼による立体画像の視聴、（２）眼鏡を用いた立体画像の視聴、（３）２次元画像の視聴、の３種類の画像視聴が可能となる。さらに、（２）眼鏡を用いた立体画像の視聴、（３）２次元画像の視聴時には、光拡散板１０４２により、立体画像表示装置１０００の前面に画像の光が拡散されるため、視聴者が広い範囲で所望の画像を視聴することが可能となる。

図７は、本実施の形態における立体画像表示装置１０００と視聴者の視聴位置との関係を示したものである。視聴位置９１は第１視聴位置を表す。この場合には、視聴者は裸眼で立体画像を視聴することが可能となる。ただし、立体画像を視聴できるのは、この視聴位置９１に特定される。視聴位置Ａ及び視聴位置Ｂは、２次元画像を視聴する場合、又は、眼鏡を用いた立体画像を視聴することができる第２視聴位置を示したものである。この場合、視聴位置Ａ又はＢのいずれにおいても、視聴者は２次元画像又は眼鏡を用いた立体画像を視聴することが可能となる。

（実施の形態２）
図８は本発明の一実施の形態における立体画像表示装置１００の構成を模式的に示したＸ−Ｚ断面図である。なお、図中に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示している。各軸の方向は図１の場合と同じである。図８において立体画像表示装置１００は、光源部１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂを備えている。光源部１ａは第１視聴位置での視聴に用いられる右眼用ＬＥＤ（第１の右眼用光源部）であり、光源部１ｂは第１視聴位置での視聴に用いられる左眼用ＬＥＤ（第１の左眼用光源部）であり、光源部２ａは第２視聴位置での視聴に用いられる右眼用ＬＥＤ（第２の右眼用光源部）であり、光源部２ｂは第２視聴位置での視聴に用いられる左眼用ＬＥＤ（第２の左眼用光源部）である。また、立体画像表示装置１００は、導光板３と、両面プリズムアレイシート４と、縦方向拡散シート５と、表示パネル６と、制御部７とを備えている。両面プリズムアレイシート４は、第１視聴位置での視聴に用いられるプリズムアレイ（第１のプリズムアレイ）４１と第２視聴位置での視聴に用いられるプリズムアレイ（第２のプリズムアレイ）４２とを備えている。

次に立体画像表示装置１００の動作と各部詳細について説明する。図９は本実施の形態における光源部である光源部１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂと導光板３のＸ−Ｙ断面図である。光源部１ａと光源部１ｂとは導光板の対向する入射面に配置される。光源部２ａ及び光源部２ｂも同様に配置される。光源部１ａと光源部２ａとは、導光板３の同じ入射端面側に交互に並べて配置される。光源部１ｂと光源部２ｂとは光源部１ａ、２ａと対向する導光板３の入射端面側に交互に並べて配置される。光源部１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂとして、本実施の形態ではＬＥＤが各４個ずつ配列されている。

なお、説明の都合上、ＬＥＤを光源部と、光源部１ａ及び２ａを右側光源部と、光源部１ｂ及び２ｂを左側光源部と、それぞれ表現する場合がある。また、両面プリズムアレイシート４を配光システムとして説明する場合がある。

制御部７は、光源部１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂの点灯制御をそれぞれ個々に行い、光源部１ａを表示される立体画像の右眼用画像に、光源部１ｂを表示される立体画像の左眼用画像に、それぞれ同期させながら、光源部１ａと光源部１ｂとを交互に点灯する。制御部７は、光源部２ａと光源部２ｂと、についても同様に、右眼画像、左眼画像に同期させながら交互に点灯する。さらに制御部７は、立体画像視聴者の視聴位置に応じて、光源部１ａ、１ｂの使用と光源部２ａ、２ｂの使用とを切り替える。図９では、光源部１ａ、光源部１ｂから出射する光を実線で、光源部２ａ、光源部２ｂから出射する光線を点線で示している。

導光板３と、光源部１ａ、１ｂ、２ａ、及び２ｂとの位置関係については、図３において、光源部１０２ａを光源部２ａに、光源部１０２ｂを光源部２ｂに、それぞれ置き換えたものに等しい。

両面プリズムアレイシート４のプリズムアレイ４１及びプリズムアレイ４２のＺ−Ｘ断面については、図５と同じである。

導光板３から出射し、両面プリズムアレイシート４へ入射する光（光線）の振る舞いについては図６の（ａ）及び（ｂ）と同じである。

図１０は、両面プリズムアレイシート４のＸ−Ｙ断面図を示す図である。図１０には、ＬＥＤ１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂも図示している。本実施の形態では、図１０のように両面プリズムアレイシート４は、プリズムアレイ４１（実線で図示）とプリズムアレイ４２（点線で図示）とを、Ｙ軸に沿って交互に配置されるように複数個ずつ備える構成になっている。各プリズムアレイ４１と各プリズムアレイ４２とはそれぞれＸ方向にライン状をなすように延伸している。但し、両者は必ずしもライン状に延伸している必要はなく、第１の方向を延伸方向の一つとして有していればよい。光源部１ａ及び光源部１ｂから出射された光の大半は、導光板３を介してプリズムアレイ４１に入射する。同様に光源部２ａ及び光源部２ｂから出射された光の大半は、導光板３を介してプリズムアレイ４２に入射する。

図１１にプリズムアレイ４１及びプリズムアレイ４２のＸ−Ｚ断面図を示す。プリズムアレイ４１とプリズムアレイ４２との両者で、アレイを構成するプリズム間のピッチＰが等しい。またプリズムアレイ４２は、プリズムアレイ４１と同様に、その焦点距離とそのプリズムシートの厚さＬと、が等しくなるように設定される。そして本実施の形態では、プリズムアレイ４２の焦点距離は、プリズムアレイ４１の焦点距離よりも短く設定される。従ってプリズムアレイ４２の焦点距離Ｌ２はプリズムアレイ４１の焦点距離Ｌ１より小さい。

上述のΘ算出の計算式から明らかなように、焦点距離Ｌが小さいほど、両面プリズムアレイシート４から出射する光の出射角が大きくなる。この出射角が大きいほど、短い視聴距離で右眼用画像の光と左眼用画像の光を右眼、左眼に入射させることが可能となる。本実施の形態では、プリズムアレイ４２の焦点距離Ｌ２をプリズムアレイ４１の焦点距離Ｌ１より小さな値に設定しているので図１２に示すように第２の視聴位置は、第１の視聴位置より、立体画像表示装置１００に近い位置となる。

このように、両面プリズムアレイシート４は、光の入射面と出射面とを有し、出射面に対して光が放出される正のＺ方向側を前方としたとき、前方から見て出射面の後方に入射面が配置されており、入射面から入射した光を配光して出射面から放出する配光システムである。そして、プリズムアレイ４１とプリズムアレイ４２とは、Ｘ方向（第１の方向）に延伸し、Ｘ方向を左右方向（横方向）としたとき、前方から見て、入射面に右後方から入射した光を出射面から右前方に出射するように配光するとともに、入射面に左後方から入射した光を出射面から左前方に出射するように配光する、互いに結像位置が異なる複数の光学素子である。プリズムアレイ４１とプリズムアレイ４２とは、前後方向から見て互いに上下方向（縦方向）に並置されている。ここで、前後方向はＺ方向であり、上下方向はＹ方向である。

次に図１３を用いて縦方向拡散シート５について説明する。図１３は縦方向拡散シート５のＹ−Ｚ断面図である。縦方向拡散シート５の出射側のＹ−Ｚ断面は粗面になっている。一方図８に示したようにＸ−Ｚ断面は平坦である。従って縦方向拡散シートを透過した光は、Ｙ方向（縦方向とする）にのみ拡散される。したがって視聴者が縦方向に視点を移動させても画像を視聴可能である。

以上のように本実施の形態によれば、裸眼方式での立体画像の視聴において、立体画像を視聴することができる視聴領域を複数設けることが可能である。なお本実施の形態では、第１の視聴位置９１及び第２の視聴位置９２の２つの視聴位置をもつ形態にしたが、視聴位置は２つ以上にすることも可能である。その場合は、両面プリズムアレイシート４を構成するプリズムアレイの形状を各々の複数の視聴位置に対し、最適化し配列すればよい。

立体画像表示装置１００には、例えば視聴者の顔を認識するカメラや眼の位置を追尾するカメラを備えた検出装置が備えられている。当該検出装置が視聴者の視聴位置を検出し、制御部７が検出された視聴位置に対応する光源を駆動することにより、当該視聴位置にいる視聴者は立体画像を視ることができる。検出された１つの視聴位置に対応する光源のみを駆動して当該１つの視聴位置にのみ立体画像を提供するという構成でもよいが、複数の視聴位置が検出された場合に、各視聴位置に対応する光源を時分割で駆動することにより、各視聴位置の視聴者に同時に画像を提供する構成でも構わない。従って、視聴位置を区別するために光源を時分割駆動するとともに、視聴位置毎に左右眼それぞれに対して光源を時分割駆動する、といった構成が可能である。また、立体画像表示装置１００に与えられたコンテンツが２次元画像である場合に、この２次元画像のデータを立体画像データに変換して擬似立体画像を提供するように立体画像表示装置１００を構成してもよい。

また、複数の視聴位置どうしが図１２のように画面に対して前後方向の関係に配置される場合に、各視聴位置が互いに鉛直方向にもずれるように設定されると、検出装置により各視聴位置の視聴者を同時に検出することと、各視聴位置で立体画像を同時に視聴することとが可能となる。また、図６における光軸５ａ４の水平位置を複数の視聴位置に対応するプリズムアレイの間でずらすことにより、立体画像を視聴可能な複数の視聴位置を画面に対して水平方向に設定することができる。前後方向、水平方向、あるいは、前後方向及び水平方向に異なる複数の視聴位置が設定される場合に、視聴位置毎に立体画像に与える両眼視差を変えるようにすることもでき、これによって例えば各視聴位置に適した立体感を得ることが可能となる。視聴位置毎に立体画像の両眼視差を変えるのに、コンテンツ側で予め用意されたデータを用いる方法の他に、立体画像表示装置１００でデータを作成する方法が挙げられる。

また、本実施の形態によれば、両面プリズムアレイシート４を構成する視聴位置毎のプリズムアレイの焦点距離を調整することで、立体画像表示装置１００から視聴位置までの視聴距離を変化させることも可能である。

なお、本実施の形態では、光源部１ａ、１ｂと光源部２ａ、２ｂとを独立のものとして説明した。しかし、本実施の形態の説明はこれに限定するものではない。光源部１ａと光源部２ａとを共通の光源とし、光源部１ｂと光源部２ｂとを共通の光源とするものであっても良い。この場合は、光源として用いるＬＥＤの数を低減することが可能となる。反対にこれらを個々独立のＬＥＤとする場合には、第１視聴位置での画像視聴と第２視聴位置での画像視聴とを個々に制御することができる。

（その他の実施形態）
上記実施の形態１、及び２において、光源としてＬＥＤを用いた場合を例に説明したが、本実施の形態はこれに限定するものではない。他の光源を用いたものであっても良い。

また、実施の形態１、及び２において、立体画像表示装置１００、又は１０００の表示面としての表示パネルを説明したが、表示パネルは特定の方式に限定されるものではない。表示パネル６の後方からの光を透過制御できる透過制御型の表示パネルであれば、いずれの方式を用いても良い。

さらに、実施の形態１、及び２において、機能ユニットとしての制御部７を用いた場合を例に説明したが、本実施の形態はこれに限定するものではない。制御部７は、ＣＰＵ、ＤＳＰ等の演算装置上で実行されるソフトウェアプログラムで実現されてもよい。また、制御部７は、集積回路等のＩＣやＦＰＧＡ等のハードウェアデバイスによって実現されるものであってもよい。

本発明は、立体画像を視聴出来る範囲が調整可能な立体画像表示装置を得ることが出来る。また広い範囲で眼鏡有りの立体画像及び２次元画像が視聴可能な立体画像表示装置を得ることが出来る。

１００ 立体画像表示装置
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、１０２ａ、１０２ｂ 光源
３ 導光板
４ 両面プリズムアレイシート
４１、４２ プリズムアレイ
５ 縦方向拡散シート
６ 液晶パネル
７ 制御部
９１ 第１の視聴位置
９２ 第２の視聴位置
１０００ 立体画像表示装置
１０４ 空間機能分割シート
１０４２ 光拡散板

Claims (18)

1. 光の入射面と出射面とを有し、前記出射面に対して光が放出される側を前方としたとき、前方から見て前記出射面の後方に前記入射面が配置された配光システムであって、
   第１の方向に延伸し、前記第１の方向を前後方向から見たときの左右方向としたとき、前方から見て、前記入射面に右後方から入射した光を前記出射面から右前方に出射するように配光するとともに、前記入射面に左後方から入射した光を前記出射面から左前方に出射するように配光する、第１の光学素子と、
   前記第１の方向に延伸し、前記入射面に入射した光を拡散して前記出射面から出射する第２の光学素子と、
   を備え、
   前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とは、前後方向から見て上下方向に交互に並ぶように複数個ずつ配置されている配光システム。
2. 前記第１の光学素子は、前記入射面側に頂角を有する三角形状の凸部を、複数並んだ状態に有し、前記出射面側に凸形状をなす円筒状レンズを、複数並んだ状態に有する、プリズムアレイであり、
   前記第２の光学素子は光拡散素子である、請求項１に記載の配光システム。
3. 前記第２の光学素子の上下方向の寸法は前記第１の光学素子の上下方向の寸法よりも大きい、請求項１に記載の配光システム。
4. 立体画像を表示する立体画像表示装置であって、
   立体画像の右眼用画像を表示する際の表示光を供給する右側光源部と、
   前記立体画像の左眼用画像を表示する際の表示光を供給する左側光源部と、
   該立体画像表示装置の正面側を前側としたとき、光の入射面と、光が放出される側を前方とする光の出射面とを有し、前記出射面の後方に前記入射面が配置された配光システムであって、左右方向に延伸し、第１の視聴位置で前記右眼用画像及び前記左眼用画像の画像光が結像するように、前方から見て前記右側光源部から放出され前記入射面に右後方から入射した光を前記出射面から右前方に出射するように配光するとともに、前方から見て前記左側光源部から放出され前記入射面に左後方から入射した光を前記出射面から左前方に出射するように配光する第１の光学素子と、左右方向に延伸し、前記右眼用画像及び前記左眼用画像の画像光を配光するように、前記右側光源部及び前記左側光源部から放出されて前記入射面に入射した光を拡散して前記出射面から出射する第２の光学素子とを備えた、配光システムと、
   前記立体画像の前記右眼用画像と前記左眼用画像とに基づいて、前記配光システムからの光を透過制御する表示パネルと、
   を備え、
   前記第１の光学素子と前記第２の光学素子とは、前後方向から見て上下方向に交互に並ぶように複数個ずつ配置されている、立体画像表示装置。
5. 前記配光システムは、
   前記第１の光学素子として、光の入射面側に頂角を有する三角形状の凸部を、複数並んだ状態に有し、光の出射面側に凸形状をなす円筒状レンズを、複数並んだ状態に有し、前記円筒状レンズは、前記第１の視聴位置で結像する第１の焦点距離を持つプリズムアレイを備えており、
   前記第２の光学素子として、前記入射面から入射した光を拡散して前記出射面から出射する光拡散素子を備えている、
   請求項４に記載の立体画像表示装置。
6. 前記右側光源部は、前記第１視聴位置での視聴に用いられる第１の右眼用光源部と、前記第１の視聴位置以外の第２視聴位置での視聴に用いられる第２の右眼用光源部と、を備え、
   前記左側光源部は、前記第１視聴位置での視聴に用いられる第１の左眼用光源部と、前記第１の視聴位置以外の第２視聴位置での視聴に用いられる第２の左眼用光源部と、を備え
   前記第１の右眼用光源部と第１の左眼用光源部とが供給する光は、前記プリズムアレイに入射し、
   前記第２の右眼用光源部と第２の左眼用光源部とが供給する光は、前記光拡散素子に入射する、請求項５に記載の立体画像表示装置。
7. 視聴者が前記第１の視聴位置で立体画像を視聴する際は、前記第１の右眼用光源部と前記第１の左眼用光源部とを時間的に交互に点灯させ、
   視聴者が前記第２の視聴位置で立体画像を視聴する際は、視聴者が着用する立体画像視聴用眼鏡のシャッターの開閉に同期して、前記表示パネルに前記右眼用画像と前記左眼用画像とを交互に表示させる、制御部をさらに備える、請求項６に記載の立体画像表示装置。
8. 前記制御部は、２次元画像を表示する際は、前記第２の右眼用光源部と前記第２の左眼用光源部とを同時に点灯させる、請求項７に記載の立体画像表示装置。
9. 前記第２の光学素子の上下方向の寸法は前記第１の光学素子の上下方向の寸法よりも大きい、請求項４に記載の立体画像表示装置。
10. 光の入射面と出射面とを有し、前記出射面に対して光が放出される側を前方としたとき、前方から見て前記出射面の後方に前記入射面が配置された配光システムであって、
    第１の方向に延伸し、前記第１の方向を前後方向から見たときの左右方向としたとき、前方から見て、前記入射面に右後方から入射した光を前記出射面から右前方に出射するように配光するとともに、前記入射面に左後方から入射した光を前記出射面から左前方に出射するように配光する、互いに結像位置が異なる複数種類の光学素子を、
    前後方向から見て互いに上下方向に並置されるように備えている配光システム。
11. 前記光学素子は、前記入射面側に頂角を有する三角形状の凸部を複数並んだ状態に有し、前記出射面側に凸形状をなす円筒状レンズを複数並んだ状態に有する、プリズムアレイである、請求項１０に記載の配光システム。
12. 互いに結像位置が異なる２種類の前記光学素子を、上下方向に交互に並ぶように複数個ずつ備えている、請求項１０に記載の配光システム。
13. 立体画像を表示する立体画像表示装置であって、
    立体画像の右眼用画像を表示する際の表示光を供給する右側光源部と、
    前記立体画像の左眼用画像を表示する際の表示光を供給する左側光源部と、
    該立体画像表示装置の正面側を前側としたとき、光の入射面と、光が放出される側を前方とする光の出射面とを有し、前記出射面の後方に前記入射面が配置された配光システムであって、互いに結像位置の異なる複数種類の光学素子を互いに上下方向に並置されるように備え、各前記光学素子は、左右方向に延伸し、複数の視聴位置で前記右眼用画像及び前記左眼用画像の画像光が結像するように、前方から見て前記右側光源部から放出され前記入射面に右後方から入射した光を前記出射面から右前方へ出射するように配光するとともに、前方から見て前記左側光源部から放出され前記入射面に左後方から入射した光を前記出射面から左前方へ出射するように配光する、配光システムと、
    前記立体画像の前記右眼用画像と前記左眼用画像とに基づいて、前記配光システムからの光を透過制御する表示パネルと、
    を備える立体画像表示装置。
14. 前記配光システムは、
    前記光学素子として、
    光の入射面側に頂角を有する三角形状の凸部を、複数並んだ状態に有し、光の出射面側に凸形状をなす第１の円筒状レンズを、複数並んだ状態に有し、前記第１の円筒状レンズは、前記複数の視聴位置のうち第１の視聴位置で結像する第１の焦点距離を持つ、第１のプリズムアレイと、
    光の入射面側に頂角を有する三角形状の凸部を、複数並んだ状態に有し、光の出射面側に凸形状をなす第２の円筒状レンズを、複数並んだ状態に有し、前記第２の円筒状レンズは、前記複数の視聴位置のうち第２の視聴位置で結像する第２の焦点距離を持ち、該第２の焦点距離は前記第１の焦点距離よりも短い、第２のプリズムアレイと、
    を備える請求項１３に記載の立体画像表示装置。
15. 前記第１の焦点距離は前記第１の円筒状レンズから対面する前記三角形状の凸部の頂点までの距離であり、前記第２の焦点距離は前記第２の円筒状レンズから対面する前記三角形状の凸部の頂点までの距離である、請求項１４に記載の立体画像表示装置。
16. 前記右側光源部は、前記第１の視聴位置での視聴に用いられる第１の右眼用光源部と、前記第２の視聴位置での視聴に用いられる第２の右眼用光源部と、を備え、
    前記左側光源部は、前記第１の視聴位置での視聴に用いられる第１の左眼用光源部と、前記第２の視聴位置での視聴に用いられる第２の左眼用光源部と、を備え
    前記第１の右眼用光源部と前記第１の左眼用光源部とが供給する光は、前記第１のプリズムアレイに入射し、
    前記第２の右眼用光源部と前記第２の左眼用光源部とが供給する光は、前記第２のプリズムアレイに入射する、請求項１４に記載の立体画像表示装置。
17. 視聴者が前記第１視聴位置で立体画像を視聴する際は、前記第１の右眼用光源部と前記第１の左眼用光源部とを点灯させ、視聴者が前記第２視聴位置で立体画像を視聴する際は、前記第２の右眼用光源部と前記第２の左眼用光源部とを点灯させる、制御部を備える、請求項１６に記載の立体画像表示装置。
18. 前記第１のプリズムアレイと前記第２のプリズムアレイとを、上下方向に交互に並ぶように複数個ずつ備えている、請求項１４に記載の立体画像表示装置。

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