JPH06242412A - 立体映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 観察者が移動した場合においても、黒表示す
ることが無く、良好な立体映像を観察することが可能で
ある立体映像表示装置を提供する。 【構成】 映像を表示する液晶パネルと、該液晶パネル
に略平行光１８を入射させる光源系と、該液晶パネルを
透過した画像情報を有する光を投写する投写レンズとか
らなり、前記投写レンズにより投写される前記液晶パネ
ルの画素像を出光側の面にレンチキュラ板８を有する拡
散板７上に結像させる立体映像表示装置であって、前記
液晶パネルは入光側の面に前記光源系からの略平行光１
８を該液晶パネルの開口部１１に集光させるマイクロレ
ンズ１６を設け、前記投写レンズの上記液晶パネルに対
する相対的な焦点位置ａ、ｂ、ｃを該投写レンズの光軸
２５方向に移動可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は眼鏡を使用しない立体映
像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、視差の異なる画像が人間の左右の
眼に独立して知覚されるように電子的、光学的な手段を
用い、人間の両眼視差による立体知覚を利用して立体映
像表示を行う立体映像表示装置が提案されている。この
立体映像表示装置としては、観察者が偏光メガネ、液晶
シャッターメガネ等の特殊眼鏡を装着することにより、
観察者の左右の眼に独立した画像を認識させる眼鏡方式
と、レンチキュラレンズやパララックスバリア等による
光透過時に指向性を有する光学スクリーンを配置し、観
察者の左右の眼に独立した画像を認識させる眼鏡無し方
式とがある。上記方式の中で、眼鏡無しでレンチキュラ
レンズを用いたものとしては、例えば、特開昭６３−２
４８２９３号公報や特開平３−６５９４３号公報等に開
示されている。

【０００３】図５は上述の眼鏡無しでレンチキュラレン
ズを用いた方式の立体映像表示装置の原理を示す図であ
る。これは左眼用の映像情報を表示した画素Ｌ１、Ｌ２
・・・と右眼用の映像情報を表示した画素Ｒ１、Ｒ２・
・・とを水平方向に１個ずつ交互に配列し、その前面に
２画素分のピッチにほぼ一致する間隔でストライプ状の
レンチキュラレンズを多数配列したレンチキュラ板１を
配置したものである。この場合、各画素から発した光束
はレンチキュラ板１のレンズ屈折作用によって、図５に
示すように、レンチキュラ板１の前方に位置する観察者
の左右の眼Ｌ、Ｒに夫々到達する。即ち、左眼用の映像
情報を表示した画素Ｌ１から発せられた光束は左眼Ｌの
みに到達し、右眼用の映像情報を表示した画素Ｒ１から
発せられた光束は右眼Ｒのみに到達する。尚、左眼用、
右眼用の画素Ｌ１、Ｌ２・・・、Ｒ１、Ｒ２・・・に
は、人間が両眼視差によって立体知覚を行う状況と同様
な場合の視差を有する映像情報（以下、視差情報とい
う）が表示されており、これにより、観察者は立体映像
を認識する。

【０００４】また、このようなレンチキュラ板を用いた
眼鏡無し方式の立体映像表示装置では、視差情報の数を
上記図５に示したような左右１対の２個だけではなく、
更に増やすことも可能である。一般に、視差情報の数が
図５のように左右１対の場合を２眼式、それ以上の場合
を多眼式と称する。尚、本願発明者らは、多眼式を採用
することにより人間が立体感を知覚することが可能であ
る観察領域が拡大し、一層臨場感が向上することを確認
している。

【０００５】また、視差情報を表示する素子として、左
右の視差情報を有する画素とレンチキュラ板との位置合
わせが容易である液晶パネルが多く利用されており、更
に、大画面化を目的として、液晶プロジェクタを用いた
眼鏡無し方式の立体映像表示装置が、近年開発されてい
る。液晶プロジェクタは、光源からの光を映像信号に応
じた光学像を表示した液晶パネルに透過させ、この光学
像を投写レンズによってスクリーン上に拡大投写するも
のである。そして、この液晶プロジェクタの代表的な方
式としては、ダイクロイックミラー等の色分離合成光学
系を用いて光源からの光に含まれているＲＧＢ３原色を
分離合成する、３枚の液晶パネルを用いた方式がある。

【０００６】上述した液晶プロジェクタを用いた眼鏡無
し方式の立体映像表示装置には、以下に示す問題があ
る。

【０００７】液晶パネルは液晶を駆動させるためのゲー
トラインやＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等が存在する領
域、即ちブラックマトリクス領域を有し、通常、このブ
ラックマトリクス領域は液晶パネルの液晶層よりも光の
入射側に設けられ、光源からの光を遮光するように施さ
れている。このため、１台の液晶プロジェクタを用いて
２眼式立体映像表示を行う場合、図６に示すように液晶
プロジェクタのスクリーンの役目をする拡散板２上に
は、左眼用の画素像Ｌ１’、ブラックマトリクス像Ｂ
Ｍ’、右眼用の画素像Ｒ１’、ブラックマトリクス像Ｂ
Ｍ’、左眼用の画素像Ｌ２’・・・の順で結像される。
更に、前記拡散板２の出光側の面に設けられたレンチキ
ュラ板３のレンズ結像作用により観察者の仮想的な観察
面４上には、左眼用の画像像Ｌ１”、ブラックマトリク
ス像ＢＭ”、右眼用の画像像Ｒ１”、ブラックマトリク
ス像ＢＭ”、左眼用の画像Ｌ２”・・・の順で結像さ
れ、観察者の左右の眼Ｌ、Ｒには夫々、左眼用の画像像
Ｌ１’、Ｌ２’・・・の情報、右眼用の画素像Ｒ１’、
Ｒ２’・・・の情報が認識される。このため、観察者が
観察面４上において左右に移動する場合、視線がブラッ
クマトリクス像ＢＭ”の領域を横切る時が存在し、この
時、観察者は画面を黒表示として認識することになり、
良好な立体映像を認識することが出来ないという問題が
生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来例の
欠点に鑑み為されたものであり、観察者が左右に移動す
る場合においても、画面を黒表示として認識することを
防止した立体映像表示装置を提供することを目的とする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の立体映像表示装
置は、映像を表示する表示パネルと、該表示パネルに略
平行光を入射させる光源系と、該表示パネルを透過した
画像情報を有する光を投写する投写レンズとからなり、
前記投写レンズにより投写される前記表示パネルの画素
像を出光側の面にレンチキュラレンズを有する拡散板上
に結像させるものであって、前記表示パネルは入光側の
面に前記光源系からの略平行光を該表示パネルの開口部
に集光させるマイクロレンズを設け、前記投写レンズの
上記表示パネルに対する相対的な焦点位置を該投写レン
ズの光軸方向に移動可能としたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、投写レンズの液晶パネルに
対する相対的な焦点位置を移動させることにより、拡散
板上に結像される画素像の大きさを調整し、前記拡散板
上における画素像が結像されていないブラックマトリク
スの領域を小さくすることが出来る。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を
詳細に説明する。

【００１２】図２は本実施例の立体映像表示装置の全体
の構成を示す斜視図である。

【００１３】図中、５は立体映像情報発生器、６は液晶
プロジェクタ、７は出光側の面にレンチキュラ板８が設
けられた拡散板である。前記液晶プロジェクタ６には、
上記立体映像情報発生器５より、２台のビデオカメラに
より人間の左右の眼に対応するように撮影された左右の
視差情報を有する映像信号が入力される。前記液晶プロ
ジェクタ６は前記左右の視差情報を有する映像に応じた
映像情報を有する光を拡散板７に投写する。この時、前
記拡散板７上には左眼用の画素と右眼用の画素とが交互
になるように結像され、レンチキュラ板８のレンズ結像
作用により観察者は左眼には左眼用の映像情報が入り、
右眼には右眼用の映像情報が入り、両眼視差により立体
映像を認識する。

【００１４】図１は上記液晶プロジェクタ６内の液晶パ
ネル（表示パネル）周辺部の要部拡大図である。図中、
９は液晶パネルの入光側のガラス基板、１０はブラック
マトリクス、１１は開口部、１２は液晶層、１３は画素
電極、１４はＴＦＴ、１５は出光側のガラス基板であ
る。前記入光側のガラス基板９の入光側の面には、各画
素電極１３に対応するようにマイクロレンズ１６を有す
るマイクロレンズ基板１７が貼り付けられている。前記
マイクロレンズ基板１７には後述する光源系により形成
された略平行光１８が入射し、該略平行光１８はマイク
ロレンズ１６の作用によりブラックマトリクス１０を避
け、開口部１１を通るように集光され、画素電極１３の
領域を通過する。

【００１５】図３は上述の平行光を作成する光源系の構
成を示す図である。図中、１９はメタルハライドラン
プ、２０は楕円反射鏡、２１は球面反射鏡、２２は凹レ
ンズである。前記メタルハライドランプ１９の発光中心
位置Ｏは楕円反射鏡２０の第１焦点位置及び球面反射鏡
２１の曲率中心に一致し、凹レンズ２２の焦点位置Ｐは
楕円反射鏡２０の第２焦点位置に一致している。このよ
うな光学的配置をしている光源系では、前記メタルハラ
イドランプ１９から放射された光線群は、符号２３に示
すように楕円反射鏡２０で反射され、あるいは符号２４
に示すように球面反射鏡２１で１次反射、楕円反射鏡２
０で２次反射されて凹レンズ２２に入射し、該凹レンズ
２２により略平行光１８に変換されて出射される。この
ような光源系により作成された略平行光はダイクロイッ
クミラーにより赤色、緑色、青色の３原色の光に分光さ
れ、各光路中に夫々位置する液晶パネルには図１に示す
ように略平行光１８が入射する。この略平行光は前述し
たようにマイクロレンズ１６により集光され、光スポッ
トを形成する。前記液晶パネルに入射した光は該液晶パ
ネルにおいて前記立体映像情報発生器５より送られてき
た映像信号に従って透過率が変調され、各原色の映像情
報を有する光となる。そして、この３原色の光はダイク
ロイックミラーにより合成され、投写レンズにより拡散
板７に投写される。前記拡散板７には前述したように左
眼用の画素像と右眼用の画素像とが交互に結像され、レ
ンチキュラ板８のレンズ作用により観察者には立体映像
が認識される。尚、図４において、１３’は液晶パネル
の元々の画素形状に相当する部分である。

【００１６】本実施例では、液晶プロジェクタ６の投写
レンズはその焦点位置を液晶パネル面と直交する方向
（投写レンズの光軸２５方向）に移動調整することが可
能である。即ち、前記投写レンズの焦点位置を図１に示
すａの位置、ｂの位置、ｃの位置という様に連続的に移
動させることが可能である。そして、このように投写レ
ンズの焦点位置をａ、ｂ、ｃと移動させた場合、該投写
レンズにより拡散板７上に投写される画素像の大きさは
図４に示すようにａ’、ｂ’、ｃ’と変化し、ｃの位置
に投写レンズの焦点位置を移動させた場合、拡散板７上
においては隣接する画素像が接し、ブラックマトリクス
像の領域が前記画素像により隠れるため、観察者が移動
した場合においても、ブラックマトリクスの領域を横切
ることは殆ど無く、黒表示の問題は防止される。

【００１７】以上のように、本実施例の立体映像表示装
置では、投写レンズの焦点位置を移動させることによ
り、該投写レンズにより拡散板７に結像される画素像の
大きさを隣接する画素像同士が接し、ブラックマトリク
スの領域の大部分が前記画素の像により隠れるように調
整することが可能であり、このように調整することによ
り、観察者が横方向に移動した際における黒表示の問題
を防止することが出来る。

【００１８】尚、本発明におけるマイクロレンズは、集
光効果を有する光学素子であれば、イオン交換法におけ
る平板マイクロレンズや凸面形状を有する微小マイクロ
レンズ等、その形状、素材、製造方法等は問わない。ま
た、上記マイクロレンズは水平画素ピッチに概略一致し
た縦ストライプ状のシリンドリカルレンズを水平方向に
アレイ状に配列したものに置換しても同様の効果が得ら
れる。

【００１９】また、本発明における光源系の構成は、液
晶パネルに略平行な光束を入射させることが可能であれ
ば上記構成でなくても良い。また、通常の光源と液晶パ
ネルとの間に光源からの光を平行光に変換するレンズ系
を介在させても良い。

【００２０】また、上記実施例では、投写レンズの焦点
位置を移動させることにより、拡散板７に結像される画
素像の大きさを調整しているが、液晶パネルを投写レン
ズの光軸方向に移動させることにより、液晶パネルに対
する投写レンズの焦点位置を相対的に移動させ、前記画
素像の大きさを変化させても良い。また、液晶パネルと
投写レンズとの間に投写レンズの焦点位置を移動させる
手段を設けても良い。この焦点位置を移動させる手段と
しては、例えば液晶パネルと投写レンズとの間に上下方
向に連続的に厚みが変化するガラス板を配設し、該ガラ
ス板を上下方向に移動させて投写レンズの光軸が通過す
る部分のガラス板の厚みを変化させることにより、投写
レンズの焦点位置を移動させるものがある。

【００２１】更に、上記実施例では、表示パネルとして
液晶パネルを用いたが、液晶パネル以外でもブラックマ
トリクスに相当する領域が存在する表示パネルを用いた
場合においても上記実施例と同様の効果を得ることが出
来る。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、投写レンズの焦点位置
を表示パネルに対して相対的に移動させ、拡散スクリー
ン上に結像される画素像の大きさを調整することによ
り、前記拡散スクリーン上におけるブラックマトリクス
の領域を小さくし、観察者が移動した場合においても、
黒表示が殆ど無く、良好な立体映像を観察することが出
来る立体映像表示装置を提供し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体映像表示装置における液晶プロジ
ェクタの要部構成図である。

【図２】本発明の立体映像表示装置の全体構成図であ
る。

【図３】本発明の立体映像表示装置における液晶プロジ
ェクタの光源系の構成を示す図である。

【図４】本発明の立体映像表示装置における拡散板上に
結像される画素像を示す図である。

【図５】立体映像表示装置の原理を示す図である。

【図６】従来の立体映像表示装置の黒表示発生の原理を
示す図である。

【符合の説明】

７ 拡散板 ８ レンチキュラ板 １１ 開口部 １３ 画素電極 １６ マイクロレンズ １８ 略平行光 ２５ 光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金谷 経一 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像を表示する表示パネルと、該表示パ
   ネルに略平行光を入射させる光源系と、前記表示パネル
   を透過した映像情報を有する光を投写する投写レンズと
   からなり、前記投写レンズにより投写される前記表示パ
   ネルの画素像を出光側の面にレンチキュラレンズを有す
   る拡散板上に結像させる立体映像表示装置であって、前
   記表示パネルは入光側の面に前記光源系からの略平行光
   を該表示パネルの開口部に集光させるマイクロレンズを
   設け、前記投写レンズの上記表示パネルに対する相対的
   な焦点位置を該投写レンズの光軸方向に移動可能とした
   ことを特徴とする立体映像表示装置。