JPH0435192A - 三次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は三次元画像表示装置に関するものである。

［開示の概要］ この発明は、液晶、　ＥＬ、蛍光表示管、プラズマデイ
スプレィ等の表示デバイスを用いた三次元画像表示装置
において、表示画素の発光部からの光のみをスクリーン
上に隣接するように投影し、表示画素間にある非発光部
分にもとづく黒い縞模様の視覚妨害を除去した高画質な
三次元画像表示装置である。

［従来の技術］ メガネ不要の三次元テレビジョン画像表示方式の一つに
レンチキュラ一方式がある。このレンチキュラ一方式に
Ｊ：る２眼式立体テレビジョンあるいは、多眼式の三次
元テレビジョン装置は、主として、ブラウン管デイスプ
レィ又はＣＲＴの投写型デイスプレィを用いて実現され
てきたが、デイスプレィからの表示画像とレンチキュラ
ー板との光学的位置合わせが難しく、複雑な電子回路手
段を要する等の問題点があった。

これに対して、液晶やＥＬ、プラズマデイスプレィ等の
フラットパネルデイスプレィを用いた場合には、１／ン
チキユラー板との位置合わせが容易であり、複雑な電子
回路手段も必要としないメリットがある。

このためメガネなし三次元テレビジョン装置を実現する
ための有望な手段の一つとしてフラットパネルデイスプ
レィが期待されている。

［発明が解決しようとする課題ｊ 一般にプラズマデイスプレィや液晶、　ＥＬ、傾向表示
管などの表示デバイスにおいては、表示画素間に非発光
部分が存在する。このため、これらの表示デバイスと１
／ンヂキユラー板とを組み合わせた三次元画像表示装置
においては、表示画素の発光部分ばかりでなく、非発光
部分もレンチキュラー板を通して観察することになる。

このため、観察者が三次元画像を観察する際に、頭部を
移動して多方向の立体像を見るとき、非発光部は視点を
移動する毎に黒い縞模様として見えることになり、大き
な視覚妨害を与えるという問題点があった。この非発光
部分は表示パネルの電極の位置に対応しているため、フ
ラットパネル型表示デバイスにおいては、本質的に非発
光部をなくすことはできない。

本発明の目的は、かかる表示デバイスの非発光部が観察
者の三次元画像に与える視覚妨害を除去し、高画質な三
次元画像を表示する装置を提供しようとするものである
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は三次元画像を形成する
ための表示画素を非発光部分を介して所定ビッヂで垂直
および水平方向に配置したフラット型画像表示手段と、
該画像表示手段からの画像が一方の面側に投写されるス
クリーンと、該スクリーンの他方の面側に配置した三次
元祖手段と、前記画像表示手段からの画像を屈折または
一部減衰させることによって前記スクリーンの一方の面
上において前記画像表示手段からの非発光部分の画像を
除去する三次元視手段とを具えたことを特徴とする。

〔作　用］ 本発明によれば、上記構成によって、表示画素の発光部
からの光のみをスクリーン上に隣接するように投影し、
表示画素間にある非発光部分にもとづく黒い縞模様の視
覚妨害を除去する。

〔実施イタ１月 次に本発明の実施例について以下図面を参照して説明す
る。第１図は、本発明にかかるレンチキュラー立体画像
表示装置の基本原理を示し、第２図はこの基本原理の適
用例の斜視図を示す。ここでは２眼式の場合について説
明する。

第１図は投写型液晶パネルを用いた投写方式のレンチキ
ュラー立体画像表示装置を示したものである。投写スク
リーンＳの前面（表示パネル側）には微小凹レンズを所
定ピッチで配置した非発光除去用の凹レンズ１を配置し
、後面には凹レンズ１の２倍のピッグ−で微小凸レンズ
を配置した立体視用のレンチキュラーレンズＬＢを配置
する。これら２つのレンズは２重レンチキュラーレンズ
を構成する。投写型液晶パネル３は発光部と非発光部と
を交互に配置してあり、非発光部を間にはさんで左右１
対の発光部が構成しである。液晶パネル３の発光部およ
び非発光部からの投影像（平行光）は、凹レンズ１によ
って屈折されてスクリーンＳ上に結合するが、この際、
左右１対の発光部からの光学像のみが隣接してスクリー
ンＳ上に配置されるように凹レンズ１の各微小凹レンズ
の曲率ｑおよび厚さｔ、各微小凹レンズ間のピッチＷな
どの光学パラメータを決める。（ピッチＷは距離りだけ
離れた液晶パネル３におしづる各発光部のピッチと等し
い）。このようにすることによって、第１図に示すよう
に、凹レンズ１の各微小レンズを介して各発光部からの
光学像のみがスクリーンＳ」二に投影される。

一方、スクリーンＳの後面の立体視用のレンチキュラー
レンズＬＢに関しては、所定の距離で立体視できるよう
に微小凹レンズの曲率Ｑおよび厚さＴ、各微小凸レンズ
間のビッヂＰなどの光学パラメータを決める。第１図は
２眼式のレンチキュラー立体画像表示装置の原理を説明
したものであるが、多眼式の三次元画像表示装置の場合
には、投写スクリーンＳに多１］１１用のレンチキュラ
ーレンズを配置すればよい。

第２図は第１図に示した第１の基本原理の適用例を示し
、投写型液晶パネル３′からレンズ等（図示せず）を介
して投写スクリーンＳ近傍に拡大投影された光学像２は
、フレネルレンズＦによって平行光に変換さｉする。フ
レネルレンズＦから出た光学像（平行光）は、第１図に
示した基本原理を満たして非発光除去用凹レンズ１に入
射する。

第３図は投写スクリーンＳの前面側の凹レンズ１１を微
小凹レンズを垂直および水平方向に配置して構成した例
を示したものである。このような構成の凹レンズ１１を
用いることにより、水平方向のみならず垂直方向におい
てもスクリーンＳ上の非発光部を除去することができる
。

第４図は、本発明にかかるレンチキュラー立体画像表示
装置のさらに別の原理を示す。ここでも２眼式立体画像
表示装置の場合について説明する。

第４図は、液晶、ＥＬ、プラズマ、蛍光表示管等のフラ
ット型表示デバイスとしての表示パネルＦＰからの光線
の拡がりを示したものであり、表示パネルＦＰは発光画
素（左、右が交互に配置されている）間に非発光部が配
置されている。この表示パネルＦＰの表面には厚さｄの
ガラス板Ｇを介して発光画素のビッヂＷと等しいピッチ
で微小凸レンズが配置された非発光除去用のレンズ板Ｌ
Ａを配置する。このレンズ板ＬＡの各微小凸レンズは、
曲率ｑおよび厚さｔをもち、各微小凸レンズ間には長さ
ρのブラックストライプＢＳを配置してあり、表示パネ
ルＦＰの発光画素と微小凸レンズが対向し、非発生部と
ブラックストライプが対向している。また、レンズ板Ｌ
Ａの表面から一定距１ｆｆｌＤだけ離れた位置には投写
スクリーンＳを配置する。

この投写スクリーンＳ上には、厚さＴ、曲率Ｑ、左右１
組の発光画素のピッチと等しいピッチＰを有する多数の
微小凸レンズからなる立体視用のレンチキュラーレンズ
ＬＢを配置する。

次に第４図のレンチキュラー立体画像表示装置の作用に
ついて説明する。第４図に示すように、表示パネルＦＰ
には、左画像および右画像を表示する１組の発光画素（
ＬとＲで示す）と非発光部とがあり、今、ＬとＲおよび
非発光部の中心にそれぞれ点光源を置き、そこから光が
出るものと仮定する。発光画素のＬとＲから出た光は、
表示パネルＦＰの前面ガラス板Ｇを通過してレンズ板Ｌ
Ａにより屈折し、投写スクリーンＳに達する。このスク
リーンＳ上では、ＬとＲから出た光のみがそれぞれ隣接
した位置に隙間なく投影されるように、レンズ板ＬＡの
微小凸レンズの厚さｔと曲率ｑを選ぶ。また、長さρ（
０≦ρ≦ｔ）のブラックストライブＢＳによって発光画
素りとＲから出る光が隣接する微小凸レンズを通過しな
いようにしである。これによって、表示パネルＦＰから
の左右画像がスクリーンＳ上で多重することによるクロ
ストークを避けることができる。

一方、非発光部から出たと仮定した光はレンズ板ＬＡを
通過する際に屈折し、拡散されて投写スクリーンＳ上に
到達するが、投写スクリーンＳ上では発光画素りとＲか
らの光が隙間なく隣接して投写されているため、非発光
部は全く見えないことになる。したがって、投写スクリ
ーンＳ上に立体視に適するように設計されたレンチキュ
ラーレンズＬＢを配置すれば、非発光部の見えない高画
質な三次元画像を表示させることができる。

第４図は２眼式立体画像表示装置の原理を説明した図で
あるが、多眼式の三次元画像表示の場合には、投写スク
リーンＳ上に多眼用のレンチキュラーレンズＣＢを配置
すればよい。

なお、上述したような非発光部除去用レンズ板１　】 ＬＡの代りに第５図（Ｂ）に示すように表示パネルＦＰ
（第５図（Ａ）参照）の水平および垂直方向の発生画素
および非発光画素に対応するように水平および垂直方向
に微小凸レンズを配置した構造のレンズ板ＬＡ’　を用
いれば、表示パネルＦＰの水平および垂直の両方向の非
発光部を除去することができる。これによって、インテ
グラル・フォトグラフィー（ＩＰ）方式の三次元画像表
示装置に適用することができる。

以上は、本発明の原理をレンヂキュラ一方式の立体又は
三次元画像表示装置に適用する例について説明したが、
第４図において投写スクリーンＳ上に配置した立体視用
レンチキュラーレンズＬＢの代わりに、一定の間隔だけ
離れた位置に縦縞格子状のバララックスバリアー・スト
ライブを配置することにより、パララックス・バリア一
方式の三次元画像表示装置を実現することができる（以
下の第６図〜第１１図に示す例においても同様である）
。なお、発光部が面光源の場合にも同様に考えることが
できる。

第６図は第１図および第２図に原理を示した装置の具体
的構成例を示し、ここで２０は白色光光源としてのメタ
ルハライドランプ、２１は同ランプ２０からの光を集光
するためのグイクロイックリフレクタであり、同リフレ
クタ２１によって集光された白色光は、反射ミラー２２
で反射し、フィルタ２３で熱線、紫外線がカットされ、
２枚の色分離用グイクロイックミラー２３および２４に
よってＲ（Ｒｅｄ）、Ｇ　（Ｇｒｅｅｎ）およびＢ（Ｂ
ｌｕｅ）の３原色光に分離され、各コンデンサレンズ２
５を介して、（Ｂ光のみ反射ミラー２６．レンズ２５を
介して）Ｒ，ＧおよびＢの各原色信号によって駆動され
る各液晶パネル２７゜２８および２９に入射する。各液
晶パネル２７．２８．２９を透過しくＲ光はさらに反射
ミラー３２で反射し）だ３色原色光は２枚の色合成用の
グイクロイックミラー３０．３１によって同一光軸上に
合成され、投写レンズ３３に入射される。なお、リフレ
クタ２１から出た白色光が、分離、合成され、（同一光
軸で）投写レンズ３３に入射するように、上記各構成要
素２２〜２６および３０〜３２は位置決めされており、
各液晶パネル２７〜２９は各原色の同一位置の画素情報
が画面上同一位置になるように位置決めされている。

一方、凹レンズ１の前面にはフレネルレンズ３４が配置
してあり、このフレネルレンズ３４に投写レンズ３３か
らのフルカラー投影像が投写される。

次に第７図に第４図に原理を示した装置の具体的構成例
を示す。白色光光源を３原色に分離し、各液晶パネル２
７．２８および２９を透過後の光を合成し、投写レンズ
３３に入射する構成は第６図のそれと同一であり、本例
においては、各液晶パネルの投写レンズ側の面にレンズ
板ＬＡＩ〜３（第４図のＬＡと同じ）を配置し、一方、
投写スクリーンＳの前面にフレネルレズ３４を配置した
ものである。

なお、投写光学系の部分は、第７図に示すようなダイク
ロイックミラー合成方式のもののほかに、第８図に示す
ようにグイクロイックプリズム合成方式（図中、３５け
ダイクロイックプリズム、３６は光源、３７は熱線、紫
外線カツト用のフィルタ、３８．３９はグイクロイック
ミラー、４０４１４２は反射鏡、２７．２８．２９は液
晶パネル、ＬＡＩ、ＬＡ２．ＬＡ３は非発光部除去用レ
ンヂキュラーレンズ板、３３は投写レンズである）、お
よび第９図（Ａ）、ＣＢ）に示すようにＲＧＢ　Ｂ管投
写方式（図中、４３は集光光学系、４４．４５．４６は
集光光学系４３からの光から赤。

緑、青の３原色を各々反射するグイクロイックミラー４
７．４８．４９は投写レンズ系、５０．５１．５２は各
原色に対応した液晶補償板および液晶パネル、ＬＡは各
液晶パネルに装着した非発光部除去用−−チ奔確ｌｌレ
ンズ板、５３，５４．５５は投写レンズ系内に配置され
た反射鏡、５６．５７．５８はフィールドレンズ、５９
．６０はミラー、Ｓはスクリーン、ＬＢはレンチキュラ
ーレンズである）が適用できる。

第１０図は第４図に原理を示した装置のさらに別の具体
的構成を示し、この例では直視型のプラズマデイスプレ
ィＰＤＰを用いたものを示す。同図において、プラズマ
デイスプレィＰＤＰは、下側ガラス板６１．絶縁層６２
．トリガー電極６３．カソード電極６４．バリヤーリブ
６５．アノード電極６６、上側ガラス板６７からなり、
ドラ１−ピツヂは第４図に示す発光画素のピッチと同じ
である。そして、上側ガラス板６７（厚さｄ）上に第４
図に示すような条件を満たすようにレンズ板ＬＡ、スク
リーンＳ、レンヂキュラーレンズＬＢを配置したもので
ある。なお、プラズマデイスプレィＰＤＰの代りに液晶
。

ＥＬ、蛍光表示管などの表示デバイスが適用でできる。

次に本発明による他の構成例を第１１図に示す。

この例は、表示パネルＦＰと立体視用のレンチキュラー
レンズＬＢとの間に、表示パネルＦＰの非発光部の画像
除去用の光学的ローパスフィルタＬＰＦを配置したもの
である。表示パネルＦＰにおける輝度は１２Ａに示す通
りであり、このような特性の画像情報は光学的ローパス
フィルタＬＰＦを透過することによって１２Ｂに示す通
りの輝度特性となる。すなわち、ＬＰＦによって表示パ
ネルＦＰの発光部と非発光部を共に少しボカすことにな
り、非発光部の黒い縞模様による視覚妨害を軽減するこ
とができる。このようなＬＰＦ出力画像を立体視用のレ
ンチキュラーレンズＬＢを介して見ることによって、画
像のコントラストは少し低下するが、実用的に立体画像
を見ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば表示パネルの画素間
にある非発光部にもとづく黒い縞模様の見えない高画質
な三次元画像を表示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる装置の第１の基本原理を示す
図、 第２図は、第１の基本原理の適用例を示す図、 第３図は、水平・垂直方向の非発光部を除去するだめの
凹レンズおよびレンチキュラーレンズの構成例を示す図
、 第４図は、本発明にかかる装置の第２の基本原理を示す
図、 第５図は、水平・垂直方向の非発光部を除去するだめの
レンズ板の構成例を示す図、 第６図は、本発明の第１の基本原理を適用した三次元画
像表示装置の構成例を示す図、第７図は、本発明の第２
の基本原理を適用した二次元画像表示装置の構成例を示
す図、第８図および第９図は、本発明を適用した三次元
画像表示装置の他の構成例を示す図、第１０図は、本発
明をフラットパネルデイスプレィに適用した三次元画像
表示装置の他の構成例を示す図、 第１１図は、光学的ローパスフィルターを用いて、表示
パネルの非発光部の影響を除去するための本発明の構成
例を示す図である。 １・・・非発光部除去川口レンズ、 ２・・・投写スクリーン近傍の光学像、３・・・投写型
液晶パネル、 ＬＢ・・・立体視用レンチキュラーレンズ。 ｍ＃△

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）三次元画像を形成するための表示画素を非発光部分
   を介して所定ピッチで垂直および水平方向に配置したフ
   ラット型画像表示手段と、該画像表示手段からの画像が
   一方の面側に投写されるスクリーンと、該スクリーンの
   他方の面側に配置した三次元視手段と、前記画像表示手
   段からの画像を屈折または一部減衰させることによって
   前記スクリーンの一方の面上において前記画像表示手段
   からの非発光部分の画像を除去する非発光部分除去手段
   とを具えたことを特徴とする三次元画像表示装置。 ２）請求項１において、前記三次元視手段はレンチキュ
   ラーレンズであることを特徴とする三次元画像表示装置
   。 ３）請求項１において、前記三次元視手段はパララック
   ス・バリアであることを特徴とする三次元画像表示装置
   。 ４）請求項１において、前記非発光部分除去手段は、前
   記スクリーンの一方の面上に配置した前記表示画素と同
   一ピッチおよび同一光軸上の微小凹レンズからなるレン
   ズであることを特徴とする三次元画像表示装置。 ５）請求項１において、前記非発光部分除去手段は、前
   記画像表示手段の前面に配置した、前記表示画素と同一
   ピッチおよび同一光軸上の微小凸レンズからなるレンチ
   キュラーレンズであることを特徴とする三次元画像表示
   装置。 ６）請求項１において、前記非発光部分除去手段は、光
   学的ローパスフィルタであることを特徴とする三次元画
   像表示装置。 ７）請求項５において、前記レンチキュラーレンズは各
   微小凸レンズ間に遮光用ブラックストライプを有するこ
   とを特徴とする三次元画像表示装置。