JPH0836154A

JPH0836154A - 三次元画像表示装置、画像偏向装置、および画像偏向方向の制御方法

Info

Publication number: JPH0836154A
Application number: JP6169396A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Ogiwara; 昭文荻原; Yukio Tanaka; 幸生田中; Koji Akiyama; 浩二秋山; Kuni Ogawa; 久仁小川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1996-02-06
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP3533711B2

Abstract

(57)【要約】【目的】眼鏡を用いることなく、かつ広い視野角で明
るい大画面な立体画像を自然に観察できる三次元画像表
示装置の提供すること。【構成】三次元画像表示装置は、画像表示装置１０６
で順次時分割表示した複数の画像を空間光変調素子１０
４により画像の強度変調を行い、画像偏向装置１０８に
よって複数の方向に偏向し、三次元画像の表示を行う。
画像表示装置１０６で表示する画像は、予め順次時分割
され、画像偏向装置１０８によって表示と同期して複数
の方向に偏向できるため、装置構成が簡単化でき、リア
ルタイムでの表示が可能となる。また、空間光変調素子
１０４で画像強度の増幅が可能なため、明るい大画面の
自然な立体画像を眼鏡等を用いることなく広い視野角で
表示できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立体画像を映し出す三
次元画像表示装置、画像偏向装置、および画像偏向方向
の制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】立体画像を映し出す三次元画像表示装置
としては、従来より２色または互いに直交する偏光特性
を持つ眼鏡を用いるものが知られている。これらの方式
のものは、眼鏡の左右眼部の光学的特性の違いを利用し
て、観察者の左右の目にそれぞれ別々の画像を認識さ
せ、両眼視差と呼ばれる、人間の脳の生理的機能により
立体感を感じさせるものである。

【０００３】また、最近眼鏡等を必要としない方式も提
案されてきた。その代表的なものとしては、例えばレン
ティキュラレンズシートにより、両眼の水平方向の間隔
による結像位置のずれを利用して、左右の目に別々の画
像を見せ、立体視を行うものである。この方式の表示画
像の撮像方法としては、三次元物体を２台以上の撮像装
置を用いて多方向から同時に撮像を行っている。

【０００４】上述したもの以外の方式としては、例えば
レーザ光を用いて物体の反射光と参照光との干渉縞を記
録し、この干渉縞からの回折で三次元波面を再生するホ
ログラフィ技術を用いた立体表示の方式がある。この方
式によれば、元の物体と全く同様の立体画像を再生する
ことが可能である。

【０００５】図１２、図１３にホログラフィ技術の中の
ホログラフィックステレオグラムと呼ばれる方式の一例
を示す。この方式は観察位置が少しずつ異なる多数枚の
普通の写真を撮り、この写真列を基にして一枚のホログ
ラムを合成するものである。作製方法としては、まず図
１２（ａ）に示すように立体表示したい三次元物体１２
０１の平面写真列をカメラ１２０２によって次々と狭い
間隔で撮っていき原画１２０７を作製する。

【０００６】次にこの原画１２０７の一コマを図１２
（ｂ）に示す光学系で拡散透過スクリーン１２０５上に
一コマ、一コマ投影し、それを順次ホログラムプレート
１２０３に記録する。このとき、記録材料の直前に垂直
方向に細長いスリット１２０４をかけ、それぞれの原画
１２０７を作った時の視点位置に対応するホログラムプ
レート１２０３の部分だけ露光するようにスリット１２
０４の位置を順次移動して各要素ホログラムを記録す
る。

【０００７】このようにして作られたホログラムを人が
両目で観察する場合、まず観察者がホログラムに顔をく
っつけて再生像を観察する場合は図１３（ａ）に示すよ
うに左右それぞれの眼で観察される像は拡散透過スクリ
ーン１２０５の位置に表示される平面画像であるが、左
右で視差のある画像を見ることになる。その結果ステレ
オ写真の原理で両眼視差の効果が働き、観察者にはスク
リーン位置の前後に膨らんだ立体像として見える。

【０００８】次にホログラム面から離れて再生像を観察
する場合は、図１３（ｂ）に示すように、左右それぞれ
の眼で観察される像は、一つの要素ホログラムからの再
生像ではなく、いくつかの要素ホログラムから再生され
る像を部分的に接続して見ることになる。それぞれの要
素ホログラムからの再生像のどの部分が観察されるか
は、観察者の眼の位置によって決まり実物体をその位置
に眼をおいて観察されるであろう像と同じ像がこのホロ
グラムを通して観察されることになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
従来の構成では、眼鏡等を使用して立体視を行う場合、
特別な眼鏡を使用しなければならないため煩わしいとい
う課題がある。また、レンティキュラレンズシートを用
いた方式では、眼鏡を用いなくても良いものの、立体画
像を見ることができる視野角は、レンティキュラレンズ
のピッチで制限される課題がある。但し、この視野角
は、レンティキュラレンズのピッチを小さくすることに
より原理的に広げることが可能であるが、同時に画像表
示部分の分解能も向上する必要が生じる。

【００１０】現在、画像表示に用いられているＣＲＴや
液晶パネルは、分解能を上げると表示する画像の輝度が
低下してしまい画質を劣化させてしまう問題が生じる。
更には、レンティキュラレンズシートと画像表示面との
位置合わせが困難であるという問題もあり、通常得るこ
とができる視野角は、僅か５度程度と小さいという課題
がある。

【００１１】また、レンティキュラレンズシートを通し
て観察する場合、観察位置によって右目と左目にそれぞ
れにはいる画像が逆転する領域が存在し、この領域に観
察者がいる場合には、物体の凹凸が逆になるという不自
然な逆視像を認識してしまう問題もある。

【００１２】レーザホログラフィ技術を用いた方式で
は、記録時にレーザ光のようなコヒーレントな光源を照
明光として用い、被写体からのレーザの反射光によって
記録を行う。このため、低反射率のものの記録が困難で
あり、記録できる被写体が限られる欠点がある。

【００１３】ホログラフィックステレオグラム方式によ
れば、太陽光や蛍光灯のような通常照明の基で撮像を行
うことができるため、被写体に対する制限は受けない。
しかしながら、被写体の撮像記録とホログラムの作製と
いう２つの行程を経なければならず処理が煩雑になる。
このため、三次元像の再生までに多大な時間を要し、実
時間での記録再生が困難であるという問題は他のホログ
ラフィ方式と同様である。

【００１４】本発明の目的は、被写体や被写体を照らす
光源に制約を持たず、眼鏡を用いること無く、かつ広い
視野角で、明るい大画面での自然な立体画像を実時間で
観察することができる三次元画像表示装置、画像偏向装
置、および画像偏向方向の制御方法を提供することであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、本発明に係る三次元画像表示装置は、複数の
画像を時分割表示する手段と、前記画像を強度変調する
手段と前記強度変調された画像を複数の方向に偏向する
手段とを具備するように構成されている。

【００１６】また、上記構成において、複数の画像を時
分割表示する手段の表示は、１／６０秒以下の表示速度
で行われることが好ましい。また、画像を強度変調する
光変調手段の強度変調は、強誘電性液晶と光導電層を有
する光書き込み型の空間光変調素子によって行われるこ
とが好ましい。また、空間光変調素子の光導電層は、量
子効率が概ね１の光電流を流すもので有ることが好まし
い。また、空間光変調素子は、書き込まれた微弱な強度
の画像を高輝度な画像に変換する画像強度増幅作用を有
することが好ましい。

【００１７】本発明に係る画像偏向装置は、光の透過媒
体を封入したプリズム状のセルを２つ組み合わせ、前記
２つのプリズム状のセルに周波数の異なった信号電圧を
印加し、セルに封入された光の透過媒体の屈折率をそれ
ぞれ変化することによって画像の偏向を行うように構成
されている。

【００１８】上記構成において、平面構造を有する小片
のセルに光の透過媒体を封入し、前記セルを複数組み合
わせ、プリズム状のセルを構成し、前記プリズム状のセ
ルに周波数、位相、または、振幅の異なった信号電圧を
印加し、セルに封入された光の透過媒体の屈折率をそれ
ぞれ変化することによって画像の偏向を行うことが好ま
しい。

【００１９】本発明に係る他の画像偏向装置は、平面構
造を有するセルに複数の分割した透明画素電極を形成
し、前記セルに光の透過媒体を封入し、前記セルの透明
電極の各画素に印加する信号電圧波形を変化することに
よって得られた光の透過媒体の屈折率分布によって画像
の偏向を行うように構成されている。また、上記画像偏
向装置の構成において、光の透過媒体に液晶を含むこと
が好ましい。

【００２０】本発明に係る画像偏向方向の制御方法は、
偏向された複数の画像を表示するスクリーンの透過特性
が前記スクリーンの散乱特性よりも大きくなるように構
成されている。

【００２１】本発明に係る他の画像偏向方向の制御方法
は、偏向された複数の画像の数がＮであるとき、この偏
向された画像の重複の割合によって分類された領域が最
大で（２Ｎー１）となるように画像の偏向方向が設定さ
れている。

【００２２】上記制御方法においては、重複された画像
の数が最大でＮである領域を含むことが望ましい。ま
た、偏向されたＮ個の画像の重複度の割合により分類さ
れた領域が、それぞれ概ね等しい面積を有していること
が好ましい。また、複数の画像を偏向する方向が前記複
数の画像を各々撮像した方向であることが好ましい。

【００２３】

【作用】本発明における三次元画像表示装置は、画像偏
向装置および画像偏向方向制御方法により、画像表示装
置に表示された画像を任意の方向に偏向できる機能を有
している。このような構成のため、人間の目による残像
効果の作用により観察者は複数の画像を同時に認識す
る。そのため、両眼視差の作用が働き、立体像を知覚す
ることができる。すなわち、例えば観察者が左右に位置
を移動した場合は、移動に対応した画像が認識されるた
め、運動視差の効果が生じる。

【００２４】また、複数の画像をそれぞれ異なった方向
に偏向して表示することは、空間的な表示領域を拡大す
ることになり、画枠が観察者の中心視に入ることが少な
くなる。その結果、観察者は表示面までの距離や位置を
感じ難くなる。

【００２５】このため、空間スクリーン的な効果が生
じ、表示されている画像が、二次元画像であるとの意識
が弱められ、表示空間に奥行き方向の広がりを感じるこ
とができるようになる。

【００２６】さらに、時分割表示する画像の数を増すと
共に、画像の偏向方向も細分化することにより、これら
の効果をより高めることができる。すなわち、多角形の
辺の数を増していくと、多角形が次第に滑らかな円に近
づいて見えるように、表示される画像の数を増やすにつ
れ、観察者が観察する像は不連続な個々の平面画像では
なく、いくつかの画像が連続的に結合されて作り出され
る滑らかな曲面を持った、より自然な立体像となる。

【００２７】また、本発明の三次元画像表示装置は、時
分割表示された画像を強度変調する手段を有しているた
め、明るい大画面での表示を行うことができる。

【００２８】上述のように、本発明の三次元画像表示装
置は、立体視の要因としての両眼視差、運動視差、空間
スクリーン効果、三次元的波面再生効果の４つの要因を
同時に満足している。従って、これらのうちのただ一つ
の立体視の要因に頼っていた従来の眼鏡方式やレンティ
キュラレンズシート方式に比べて、本当の被写体を観察
しているようなより自然な三次元画像を知覚でき、さら
に、明るい大画面での三次元画像として実時間での観察
が可能である。

【００２９】また、本発明の画像偏向装置は、光の透過
媒体を封入したセルに周波数、振幅または位相の異なっ
た信号電圧波形を印加するため、入力光である画像を所
望する任意の方向に偏向する。

【００３０】また、本発明の画像偏向方向の制御方法
は、透過特性が大きいスクリーンを使用し、偏向される
画像の重複の割合によって分類された領域が最大となる
ように偏向方向を決定するため、ホログラフィ技術と同
様な三次元波面の再生を有効に行う。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。図１に本発明の三次元画像表示装置
の一実施例を示す。図１では、例えば従来のＣＲＴや液
晶テレビのように二次元画像を表示する画像表示装置１
０６によって時分割表示された画像を表示する。画像表
示装置１０６に表示される画像は、例えば、三次元物体
を撮像装置によって多方向から撮像された画像が用いら
れる。書き込みレンズ１０５によって空間光変調素子１
０４の一方の面に結像する。空間光変調素子１０４は、
光書き込み側と読みだし側が分離されて構成されてい
る。また、書き込まれた画像を強度変調して読みだし側
に転送する機能を有している。

【００３２】光源１０１からの光をコンデンサレンズ１
０２によって集光し、ビームスプリッタ１０３を通して
空間光変調素子１０４の片方の面に照射する。これから
の反射光を再びビームスプリッタ１０３によって反射さ
せ投写レンズ１０７を通して画像偏向装置１０８へと投
射する。

【００３３】空間光変調素子１０４は、光書き込み層と
光読みだし層を分離して構成されている。いま、画像表
示装置１０６に高精細な表示素子を用い、光源１０１に
高輝度なものを使用すれば、空間光変調素子１０４を通
して画像偏向装置１０８に投射された画像は、高精細且
つ高輝度な画像が得られていることになる。このように
空間光変調素子１０４を画像の強度変調手段に用いるこ
とによって、従来困難とされてきた高精細化と高輝度化
を両立することが可能になる。このため、例えば投射レ
ンズ１０７によって拡大して投射された画像に対しても
画質の劣化は生じず、鮮明な画像を実現することができ
る。

【００３４】次に、画像偏向装置１０８は、投射された
画像を任意の方向に偏向できる機能を持つものである。
いま仮に、ある三次元の被写体を撮像装置によって、４
つの方向から撮像する。これらの画像を画像表示装置１
０６上に順次時分割表示し、これによる時分割表示され
た画像が画像偏向装置１０８上に投射されているとす
る。散乱透過スクリーン１０９の後方からこの状態を観
察した場合、観察者は、両目で順次時分割表示された画
像を見ることになり、人間の持つ残像効果により被写体
が回転しているような二次元画像を知覚するだけで三次
元画像は知覚できない。

【００３５】次に、図２に示すように、画像表示装置１
０６に時分割表示された画像に対して、画像偏向装置１
０８を用いて、その画像が撮像された方向に合わせて偏
向し表示した場合について説明する。この図はスクリー
ン後方において、偏向された各画像に対する視域の範囲
をモデル化して示したものである。図中の記号１〜４は
被写体が撮像された４つの方向に対応して表示された出
力像の方向を示している。

【００３６】視域としてはスクリーン後方において、各
偏向された画像の全領域が観察される範囲とし、ひし形
と仮定して、４つの領域を設けた。視域としてひし形の
領域を仮定したのは、各画像が偏向された方向に対して
スクリーンからある程度離れた位置において画像全体が
認識され始め、この位置より後方にいくにつれて画像が
認識される範囲が左右に広がって行く。また、ある程度
遠ざかった場合は、画像の強度が次第に低下するため、
逆に左右の範囲が狭まって収束していくものと考えられ
るからである。

【００３７】記号ａ〜ｇは各画像の視域の重複の割合に
よって分類されたそれぞれの領域を示している。ａの領
域では出力像１の画像のみが観察され、ｂの領域では出
力像１と出力像２の視域が重複しているため、出力像１
と出力像２の両方が観察者には認識される。また、ｄの
領域では出力像１〜出力像４までの画像が重複して認識
されることになる。図２のようなモデルにおいて三次元
画像がどのように認識されるかを以下に説明する。

【００３８】図２において、観察者がスクリーンに顔を
近づけて観察した場合、スクリーン近傍においては偏向
された各画像は重複しておらず互いに独立しているため
左右の目はそれぞれ視差を持った別々の画像を観察する
ことになり、両眼視差の効果により立体像を知覚するこ
とができる。また、図２のように画像を複数の方向に偏
向して表示することは、空間的な表示領域を拡大するこ
とになり、画枠が観察者の中心視に入ることが少なくな
り、観察者は、表示面までの距離や位置を感じ難くな
る。その結果、空間スクリーン的な効果が生じ、表示さ
れている画像が二次元画像であるとの意識がより弱めら
れ、表示空間に奥行き方向の広がりを感じることができ
るようになる。

【００３９】次にスクリーン面からある程度離れた位置
において観察する場合は、観察者の目の位置に応じて偏
向された各画像が重複して観察されることになり、さら
に観察者の位置の移動に対応して左右の目には重複され
た割合がそれぞれ異なった画像が認識されることにな
る。このため、運動視差の効果が働くことになる。

【００４０】また、このとき、偏向して表示されている
各画像の持つ視差の量が大きすぎなければ観察者には画
像の不連続性は感じられず、重複しているいくつかの画
像が連続的に結合されて作り出される滑らかな曲面を持
った自然な立体像として知覚されることになる。さらに
この効果は、三次元物体を撮像する画像の数を増やして
順次時分割表示する画像の数を増すと共に、画像の偏向
方向も細分化することによりさらに高められる。

【００４１】つまり、例えば多角形の辺の数を増してい
くと、多角形が次第に滑らかな円に近づいていくよう
に、表示される画像の数が増えるにつれ、観察者によっ
て観察される像は不連続な個々の平面画像ではなく、い
くつかの画像が連続的に結合されて作り出される滑らか
な曲面を持った、より自然な立体像となる。これは従来
例で示したホログラフィックステレオグラムの立体像の
再生と類似の作用として考えることができ、スクリーン
後方の広い範囲において立体像の観察が可能となる。

【００４２】上述のように本発明の三次元表示装置は、
１）両眼視差；「左右眼での物体像の視差（ずれ量）に
より立体像を知覚する」２）運動視差；「観察位置の移
動に対応した情報が表示される」３）空間スクリーン効
果；「空間的な表示領域を拡大することにより、表示面
の存在を目立たなくし奥行き感を得る」４）ホログラフ
ィ的な波面再生効果；「平面画像の連続的な結合による
三次元的像再生」のような立体視の成立のための要因を
同時に満足することができるため、例えば従来の眼鏡方
式やレンティキュラレンズシート方式等のように、これ
らのうちのただ１つの立体視の要因に頼っていた方式に
比べて、あたかも本当の被写体を観察しているようなよ
り自然な三次元画像を知覚認識することができる。ここ
では、図１の説明における画像偏向装置１０８の後に散
乱透過スクリーン１０９が配置された構成において説明
を行ったが、画像偏向装置１０８の前側に散乱透過スク
リーン１０９を配置した構成においても上述したような
三次元表示を行うことができる。

【００４３】次に、上記のような自然な三次元画像を得
るために必要となる画像偏向方向の制御方法についての
詳しい説明を行う。図２で示す４つの画像が偏向されて
出力された方向に対して持つひし形で示したような視域
の範囲を持つためには、散乱透過スクリーン１０９は、
スクリーンの持つ透過特性がスクリーンの散乱特性より
も大きいことが望ましい。仮に、散乱透過スクリーン１
０９の散乱特性が透過特性に比べて大きい場合、画像偏
向装置１０８によって偏向されて出力された画像は、ス
クリーンの後方において等方的に広い範囲に散乱され
る。

【００４４】このときは、図２における４つの画像が偏
向された方向に対してもつひし形で示した視域の範囲が
得られず、各画像の視域はこれら全体の範囲をまとめた
１つの領域のみとなる。従って、スクリーン後方からこ
れらの画像を観察しても、上述したような立体視の要因
が成り立たず、各画像が重なりあっただけの二次元画像
としか知覚されない。観察位置を変化しても、観察され
る画像は変化せず、重複した二次元画像が見られるだけ
である。

【００４５】次に、画像偏向方向の別の制御方法とし
て、偏向された画像の重複の割合によって分類された領
域が最大となるような画像の偏向方向の設定について説
明する。図２は、４つの画像をそれらが撮像された方向
に対応した方向に偏向して出力した場合の一例を示した
ものである。まず、各画像の偏向を行わずに出力した場
合は、スクリーンの後方において各画像の視域は完全に
重なり１つに一致する。

【００４６】次に、各画像をそれらが撮像された方向に
対応して偏向して表示した場合は、図２で示す４つの方
向に出力され、また、各画像の重複の度合いに応じて記
号ａ〜ｇで示したような７つの領域に分けられる。中央
の記号ｄで示した領域では画像の数が最大で４つ重複し
ていることになる。尚、ｃ，ｅは３つ重複していること
になる。

【００４７】各画像を偏向する方向をこれより大きくし
ていくと、最大で４つの画像が重複していたｄの領域か
ら両端の出力像１と４が外れていく。このため、重複さ
れた画像の数が最も多い領域としては、中央部分の領域
の両端の出力画像１〜３までが重なった部分と出力画像
２〜４が重なった部分となる。

【００４８】画像の出力する偏向方向をさらに大きくし
ていくと、最終的に出力画像それぞれの視域の重複した
領域が存在しなくなり、各画像の視域範囲が独立した４
つの領域が存在するのみになる。

【００４９】以上、出力画像が４つの場合の画像偏向方
向に対応したスクリーン後方での視域領域の変化につい
て説明した。一般に、出力される画像の数がＮであり、
これらのＮ個の画像が偏向されて出力される場合、各画
像の重複の割合に応じて分類された領域は最大で（２Ｎ
ー１）となる。上記の出力画像が４つの場合（Ｎ＝４）
は、分類される領域は７つである。また、Ｎ個の画像が
重なりあった部分が最も重複度が高い領域となる（先の
例では重複度は４つが最も高くなる）。

【００５０】本発明の三次元画像表示装置において自然
な立体感を生む重要な要因となっているホログラフィ的
な波面再生効果を有効に働かせるには、表示するための
Ｎ個の画像に対し、各画像の重複度の割合に応じた（２
Ｎー１）の領域に分けられるように画像の偏向方向を設
定することが望ましく、重複された領域の中に、Ｎ個の
画像が重複された部分を含んでいることが好ましい。

【００５１】これは、図２に示すように出力された画像
をスクリーン後方のある程度離れた距離から観察した場
合、観察者の目の位置に応じて偏向された各画像が重複
して観察され、左右の目には、重複された割合がそれぞ
れ異なって認識される。この結果、観察者には、重複し
ているいくつかの画像が連続的に結合されて作り出され
る滑らかな曲面を持った立体像として知覚される。この
とき、重複された領域の中に表示された画像の最大数が
重ね合わさっている領域が存在すれば、波面再生の効果
はより有効であり自然な立体像の観察が可能である。ま
た、各画像の重複度の割合に応じて分類された領域がそ
れぞれ概ね等しい面積を有していれば、観察者が目の位
置を変化させた場合、観察者が、位置に対応した画像情
報を連続的に違和感無く知覚することができ、運動視差
の効果を有効に利用することができる。

【００５２】しかしながら、偏向された各画像の方向が
上述したような重複度の割合によって分類された領域が
（２Ｎー１）となるように設定されていないと、観察者
の目には波面の再生効果が有効に作用しないため、画像
の不連続性が強く二次元画像がダブったような像として
認識され、立体像として観察することが困難になる。図
１の画像表示装置１０６は、複数の２次元画像を時分割
表示できる装置であれば何れでも適用でき、例えば陰極
線管（以下ＣＲＴと略記する）、プラズマディスプレ
イ、液晶表示素子等が挙げられる。

【００５３】画像表示装置１０６に表示される画像は、
例えば、三次元のある被写体を複数の撮像装置または単
体の撮像装置を移動させながら、多方向から撮像したも
のである。なおこの時、被写体を照らす照明は、一般的
に太陽光や電球、蛍光灯等の自然光が適用されるが、そ
の他特殊な場合では例えば単波長の光源であってもよ
い。また、図１の画像偏向装置１０８は、これらの画像
を複数の方向に偏向する機能を有する。

【００５４】次に、撮像された複数の画像を、複数の方
向に偏向する図１の画像偏向装置１０８の詳細な説明を
行う。図３は、光の透過媒体の屈折率変化によって画像
を複数の方向に偏向する一例を示す。透過媒体の屈折率
変化を起こす方法としては、例えば電気信号の入力によ
って屈折率変化を引き起こす電気光学効果、または音波
を入力とする音響光学効果をはじめ、光の照射によって
屈折率変化を引き起こす光学的効果などが利用できる。

【００５５】図３では、光の透過媒体として液晶を用
い、電気信号の入力による屈折率変化を引き起こす方式
の一例について説明する。液晶としては、ネマティック
液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、動的散乱モード
液晶、ポリマー分散液晶等が使用できる。まず、ガラス
基板とスペーサを用いて、図３（ａ）に示すようなプリ
ズム状の透明なセル３０１と３０５を構成した。プリズ
ム状のセルの２つ面には、透明電極（例えば、ＩＴＯ）
３０２〜３０４を全面に形成した。これらのプリズム状
セル３０１と３０５を組み合わせて長方形の構造とし、
画像偏向装置を構成した。

【００５６】上記の画像偏向装置に印加する信号として
は、周波数、位相、または、振幅の異なった１組の電圧
波形が利用できる。図３（ｂ）に、位相が互いに１８０
度異なった三角波形の印加電圧信号の一例を示す。透明
電極３０３を共通電極とし、透明電極３０２に図３
（ｂ）の１で示す信号電圧を印加し、透明電極３０４に
は図３（ｂ）の２の信号電圧を印加する。いま、透明電
極３０２側から入力光が入射しているとする。

【００５７】図３（ｂ）の時間Ｔ₀では、透明電極３０
２には電圧が印加されておらず、透明電極３０４に電圧
が印加された状態となる。このとき、プリズム状セル３
０１は、電圧が印加されていないため、液晶の屈折率に
は変化はない。一方、プリズム状セル３０５は、電圧印
加により異常光の屈折率（ｎｅ）から常光屈折率（ｎ
ｏ）へと屈折率が減少する。その結果、プリズム状セル
３０１と３０５の屈折率差のため、入力光は図２におけ
る出力像１の方向に偏向される。

【００５８】時間Ｔ₁では、プリズム状セル３０１と３
０５に等しい電圧が印加されており、液晶の屈折率は等
しいため、入力光は、入射された方向と同じ方向にプリ
ズム状セル３０１と３０５を透過する。

【００５９】次に、時間Ｔ₂では、プリズム状セル３０
１に電圧が印加され、プリズム状セル３０５には電圧が
印加されていない状態となる。つまり、時間Ｔ₀と逆の
状態となるため、入力光は、図２における出力像４の方
向に偏向される。

【００６０】これらの中間の時間では、図２の出力像１
〜４の間の任意の方向に画像が偏向されることになる。
つまり、図３（ａ）に示したプリズム状セル３０１と３
０５に図３（ｂ）で示した信号電圧を印加することによ
って、入力された画像を図２で示す任意の方向に偏向す
ることができる。

【００６１】図４は、平面構造を有する小片のセル４０
１〜４０６に液晶を封入し、これを組み合わせて画像偏
向装置を構成したものである。透明電極４１３〜４１８
を共通電極とし、透明電極４０７、４０９、および４１
１に図３（ａ）の１で示す信号電圧を印加する。また、
透明電極４０８、４１０、および４１２には、図３
（ａ）の２で示す信号電圧を印加し、先の図３の画像偏
向装置と同様に信号電圧の印加による屈折率差によって
画像の偏向を行うものである。

【００６２】小片のセル４０１、４０３、および４０５
の長さを順番に短くして組み合わせた構造とすることに
よって図３のプリズム状セル３０１と類似の形状を構成
している。このように平面構造の小片セルを用いること
によってセル厚が一定となり、信号電圧を印加した場
合、電界強度が一定となるため、上記のプリズム状のセ
ルを用いた場合に比べ屈折率変化の均一性を向上させる
ことができる。さらに、通常の液晶パネルと同様の組立
工程を用いることが可能であり、製造を簡易化でき液晶
の配向方向の制御性も図３の構成に比べて向上すること
ができる。

【００６３】小片セルの厚さを薄くし、組み合わせる数
を増やすことによって、プリズム状の形状により近づけ
ることができ、画像の偏向を精度良く行うことが可能と
なる。

【００６４】図５は、画像偏向装置の別の構成例を示し
たものである。長方形状の液晶封入セル５０１に全面ベ
タの透明電極５０２と短冊状の透明電極５０３〜５１４
を形成し、このセル内に液晶を封入した構造である。

【００６５】上記のような構成の画像偏向装置の透明電
極５０３〜５１４に図５（ｂ）で示す鋸波状の信号電圧
波形を印加する。このとき液晶封入セル５０１内部で
は、電圧波形に対応した屈折率分布が生じ、位相回折格
子と同様の機能により画像の偏向を行うことができる。
つまり、入射光である画像は、鋸波の形状に応じてある
角度方向へ偏向される。偏向角は、印加する信号電圧の
振幅または周波数を変化することによって所望する任意
の方向に設定することが可能である。図５に示す画像偏
向装置は、１つの液晶封入セルを用いて構成することが
できるため、作製が簡単であり、製造コストも低減する
ことができる。

【００６６】上述のように、本発明の三次元画像表示装
置は、立体視の要因としての両眼視差、運動視差、空間
スクリーン効果、三次元的波面再生効果の４つの要因を
同時に満足している。従って、例えば従来の眼鏡方式や
レンティキュラレンズシ−ト方式等のように、これらの
うちのただ１つの立体視の要因に頼っていた方式に比べ
て、あたかも本当の被写体を観察しているようなより自
然な三次元画像を知覚認識することができる。

【００６７】また、本発明の画像偏向装置は、光の透過
媒体を封入したプリズム状のセルまたは平面構造を有す
る小片のセルを複数組み合わせ、屈折率変化によって偏
向を行うことができる。そのため、入力光である画像を
所望する任意の方向に偏向することができる。

【００６８】また、別の発明である画像偏向装置は、短
冊状の透明電極を複数形成し、これに鋸波状の電圧波形
を印加し、位相回折格子の機能を持たせることによって
画像の偏向を行うことができる。そのため、入力光であ
る画像を所望する任意の方向に偏向することができると
同時に、画像偏向装置の作製が簡単に行え、製造コスト
を低減することができる。

【００６９】また、本発明の画像偏向方向の制御方法
は、スクリーンの透過特性が散乱特性よりも大きいこと
を特徴とする、または、偏向された画像の重複の割合に
よって分類された領域が最大となるように偏向方向を決
定するため、何れかの方法であっても三次元的な波面再
生を効果的に行うことができる。そのため、ホログラフ
ィ技術と同様の自然な立体画像を実現することができ
る。

【００７０】特に、複数の画像を時分割表示する手段
と、この画像を強度変調および複数の方向に偏向する手
段とを備えた本発明の三次元画像表示装置に、上述した
画像偏向装置と制御方法を適用すると、明るい高精細な
大画面の自然な立体映像をリアルタイムに実現すること
ができるため、その効果は大である。以下に具体的な実
施例について説明する。

【００７１】（実施例１）以下図６に示す光学システム
を用いて、本発明の三次元画像表示装置の一実施例にお
ける立体視について説明する。図６において、まず、三
次元物体６０１を多方向から撮像するため、４台のＣＣ
Ｄカメラ６０６〜６０９を三次元物体６０１から８０ｃ
ｍの等距離に８度毎の間隔で円弧状に配置した。多方向
から撮像した画像を順次時分割して表示した場合の立体
感の効果を調べるためＣＣＤカメラ６０６〜６０９の前
面に強誘電性液晶からなる液晶シャッタ６０２〜６０５
を配置した。

【００７２】また、投射系としては対角６インチのＣＲ
Ｔ６１０〜６１３を４台用い、散乱透過スクリーン１０
９から１２０ｃｍの等距離に撮像系に対応するように８
度毎の間隔で配置した。また、焦点距離３００ｍｍ、直
径８２ｍｍのレンズ６１４〜６１７を各ＣＲＴの手前５
０ｃｍの位置に４つ置き、散乱透過スクリーン１０９上
において各ＣＲＴに表示された画像が結像されるように
調整を行った。散乱透過スクリーン１０９としては対角
１２インチの大きさのものを使用した。ＣＣＤカメラ６
０６〜６０９によって対称となる三次元物体を異なる角
度方向から撮像した画像は、それらの画像をＣＲＴ６１
０〜６１３にそれぞれ直接入力することによってディス
プレイ上に表示した。

【００７３】液晶シャッタ６０２〜６０５は、印加する
電圧の極性によって液晶分子の挙動が変化し、この作用
によって光の透過率を変化してシャッタの役割をするも
のである。液晶シャッタの駆動のためには、パルスジェ
ネレータ６１８〜６２１を４台用い外部トリガによって
同期をとり、それぞれをカスケードに接続した。

【００７４】まず、立体視の要因としての両眼視差の効
果を実際の実験によって調べるために図７で示すような
ランダムドットステレオグラムを使用した。これは白と
黒のランダムドットから構成されており右眼（Ｒｉｇｈ
ｔｅｙｅ）用パターンは左眼（Ｌｅｆｔｅｙｅ）用パ
ターンの複製であるが中央の正方形の領域がわずかにず
らして作られている。従って、このランダムドットパタ
ーンに対し、左眼で左眼用パターンを右眼で右眼用パタ
ーンをそれぞれ正しく認識した場合は両眼視差の作用に
よってパターン中央部に正方形の窓が観察されることに
なり、経験的な立体視要因を除去した両眼視差のみの効
果を調べることができる。

【００７５】具体的な実験として、図７で示す左眼用、
右眼用のランダムパターンを図６におけるＣＲＴ６１０
〜６１３のうちの２つに同時に表示し、これらの画像を
散乱透過スクリーン１０９後方から観察し正方形の窓が
正しく知覚される観察位置を調べた。ＣＲＴ６１０〜６
１３に表示したランダムドットパターンと両眼視差の効
果として正方形の窓部分が観察された範囲の結果につい
て、以下にまとめて示す。１）ＣＲＴ１に右眼用パターン、ＣＲＴ４に左眼用パタ
ーンの場合、観察位置はスクリーン中心位置より後方１
０ｃｍ〜４５ｃｍ、左右は±２ｃｍであった。２）ＣＲＴ１に右眼用パターン、ＣＲＴ３に左眼用パタ
ーンの場合、観察位置はスクリーン中心位置より後方１
０ｃｍ〜４０ｃｍ、左右は±２ｃｍであった。３）ＣＲＴ２に右眼用パターン、ＣＲＴ３に左眼用パタ
ーンの場合、正方形の窓は観察されなかった。４）ＣＲＴ１に右眼用パターン、ＣＲＴ４に左眼用パタ
ーン、ＣＲＴ２に左眼用パターンの場合、正方形の窓は
観察されなかった。

【００７６】以上の結果から、１）の場合は、２つの画
像間の偏向方向の差が大きく、これに対応してスクリー
ンの後方において２つの画像が重複せず独立して左右の
眼に認識される領域が広く生じる。

【００７７】これに対し、２）の場合は１）に比べて２
つの画像間の偏向方向の差が小さいため、２つの画像を
独立して見ることができる領域は１）に比べ小さくな
る。つまり、２つのランダムドットパターンより正方形
の窓が観察されるためには左右それぞれの眼に２つのパ
ターンが独立してはいることが必要であり、１）と２）
の結果における観察位置の範囲の違いはこのことに対応
していると考えられる。

【００７８】また３）の場合は１）と２）の場合に比べ
て２つの画像間の偏向方向の差がより小さくなっている
ため、２つの画像が左右それぞれの眼によって独立に認
識される領域がほとんど存在しなかったと考えられる。

【００７９】４）の結果は、１）の場合に正方形の窓が
観察された範囲においてＣＲＴ２に画像を表示したこと
によって窓の像が観察されなくなっており、ＣＲＴ２に
よる画像の重複の影響と考えられる。

【００８０】図２において偏向されて出力された画像に
対して、視域としてひし形で示した領域を仮定し、立体
視の要因として両眼視差の効果が得られることを説明し
た。実際の実験によって、両眼視差が生じる観察位置が
存在することが確認され、また、偏向して出力された画
像に対し視域が重複する領域が存在することもことも判
明した。これらの実験結果によって、偏向角と視域の関
係のモデルの妥当性が証明された。

【００８１】（実施例２）図６の光学システムにおいて
三次元物体６０１として大きさが１５ｃｍ程度の人形を
用い、これを４つの方向からＣＣＤカメラ６０６〜６０
９によって撮像し、投射系を用いて散乱透過スクリーン
１０９上に像を形成した。散乱透過スクリーン１０９に
表示した像に対し、立体感及び観察位置を変化した場合
の画像の連続性などの効果について調べた。

【００８２】図６の散乱透過スクリーン１０９は、スク
リーンの透過特性が散乱特性よりも大きいものの一例と
して、ポリエチレンシートを使用した。図８に、スクリ
ーン中心位置より後方６５ｃｍの位置において、カメラ
によって撮像した再生像を示す。実施例１において両眼
視差の効果が確認された領域では、腕の部分が突き出て
いるような立体感が感じられた。また、それより後方に
おいて観察位置を左右に動かすとそれに対応した側面の
情報が連続的に得られ運動視差の効果を確認することが
できた。

【００８３】（実施例３）次に、散乱透過スクリーン１
０９は、スクリーンの持つ散乱特性が透過特性よりも大
きいものの一例として、トレーシングペーパーを使用し
た。三次元物体６０１として人形を用い、実施例２と同
様な撮像および投射を行うことにより散乱透過スクリー
ン１０９上に像を形成した。この再生像の一例を図９に
示す。このような再生像に対し、スクリーン後方から観
察した場合、立体像は認識されず各平面画像が重なり合
って写ったような像が知覚されただけであった。また、
観察位置を左右に動かしても位置に対応した像の変化は
得られなかった。

【００８４】これはトレーシングペーパーの散乱効果が
ポリエチレンのシートに比べ大きいため、スクリーンの
後方のほぼ全域に等方的に画像が拡散されてしまい、図
２のモデルによって示した各画像が偏向された方向に対
して持つひし形で示したような視域の範囲が得られなか
ったためと考えられる。実施例２および実施例３の実験
結果から、散乱透過スクリーン１０９の透過特性が散乱
特性よりも大きいことが必要であることが実証された。

【００８５】（実施例４）図６の光学システムにおい
て、三次元物体６０１としてプリズム台を用い、三次元
物体６０１を通常の撮像位置よりも１０ｃｍ程度ＣＣＤ
カメラ側に近付け、また、散乱透過スクリーンを通常の
位置よりも２０ｃｍＣＲＴ側に近付けて撮像および投射
を行った。散乱透過スクリーン１０９としては、実施例
２で使用したポリエチレンのシートを用いた。

【００８６】このとき、散乱透過スクリーン１０９上に
形成された像をスクリーンの後方６５ｃｍの位置におい
てカメラで撮像した一例を図１０に示す。図１０に示さ
れているように、４つの画像がダブったような不連続な
像であり、立体としては知覚できなかった。これは、三
次元物体６０１および散乱透過スクリーン１０９を通常
の位置よりずらして設定しているため、撮像された各画
像の方向と投射される各画像の方向が対応していない。
また、各画像による波面再生効果が有効に作用する偏向
方向についても満足していないことなどに起因している
と考えられる。このように、三次元物体に対する画像偏
向方向の制御方法が再生像の立体感に重要な影響を与え
ることが実際の実験によって実証された。

【００８７】（実施例５）次に、図６に示すＣＣＤカメ
ラ６０６〜ＣＣＤカメラ６０９の画像を順次時分割して
表示した場合の立体感の効果を調べるため、強誘電性液
晶からなる液晶シャッタ６０２〜６０５によって時分割
してシャッタのＯＮ、ＯＦＦを行った。液晶シャッタ６
０２〜６０５に印加する駆動パルスとしては±５Ｖ、デ
ューテイ比が４：１の電圧を使い、＋５Ｖの電圧が印加
されている時間、液晶シャッタはＯＮ（開状態）とな
り、ＣＣＤカメラが撮像可能となる。図６に示したよう
に、この駆動パルスのタイミングをパルスジェネレータ
の時間オフセットによって順次ずらしてＣＣＤカメラ６
０６〜６０９の前に置かれた４枚の液晶シャッタ６０２
〜６０５に印加する。

【００８８】液晶シャッタのコントラスト特性としては
１０：１程度のものを使用し、図６に示すパルスのタイ
ミングチャートにおいて＋５Ｖのパルス電圧が印加され
る時間、つまり液晶シャッタがＯＮとなる時間間隔とし
ては３２ｍｓと１６ｍｓの２つの場合について行った。
撮像のために用いるＣＣＤカメラ６０６〜６０９および
投射のために用いるＣＲＴ６１０〜６１３は、実施例１
と同様に撮像方向と投射方向を対応させるように配置設
定した。また、散乱透過スクリーン１０９としては、ポ
リエチレンのシートを使用した。

【００８９】このようにして、三次元物体を異なった方
向から撮像した画像は順次時分割してＣＲＴ６１０〜６
１３に表示され、これらの画像によってスクリーン上に
形成された像の観察を行い時分割表示を行った場合の立
体感の効果について調べた。液晶シャッタがＯＮとなる
時間間隔をＣＣＤカメラの１フレームの撮像時間に対応
させて３２ｍｓとして、順次時分割表示を行った場合
は、図６の散乱透過スクリーン１０９上で観察した画像
はチラツキが強く感じられ立体感は得られなかった。

【００９０】次にシャッタのＯＮ時の時間を１６ｍｓと
して周波数を倍にして、時分割表示を行った場合は、画
像のチラツキはかなり軽減され、被写体として人形を用
いた場合の実施例２において得られた結果と同程度の立
体感を感じることができ、時分割表示を行った場合にお
いても立体視の機能が保たれることが確認できた。

【００９１】（実施例６）図１に示すような構成で三次
元画像表示装置の試作を行った。まず、本発明にかかわ
る空間光変調素子１０４の一実施例を図１１に示す。こ
れは透明な基板１１０１（例えばガラス）上に透明電極
１１０２（例えばＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ ₂ など）を形
成し、整流性を持つ光導電層（あるいは受光層）１１０
６を構成し、その上に微小形状に分離された金属反射膜
１１０７（例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇなどの金属、
あるいは２種以上の金属を積層したもの）を形成し、液
晶を配向させるための配向膜１１０８（例えばポリイミ
ド等の高分子薄膜）をその上から形成したものである。
そして、もう一方の基板１１１２（例えばガラス）上に
も透明電極１１１１（例えばＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂
など）を形成し、その上から配向膜１１１０（例えばポ
リイミド等の高分子薄膜）を塗布し、最後にこれらをあ
る間隙をもたせて張り合わせて、間隙部分に強誘電性液
晶１１０９を注入したものである。

【００９２】光導電層１１０６に使用する材料は、例え
ば、ＣｄＳ，ＣｄＴｅ，ＣｄＳｅ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，
ＧａＡｓ，ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＰ等の
化合物半導体、Ｓｅ，ＳｅＴｅ，ＡｓＳｅ等の非晶質半
導体、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｉ_1-xＣ_x，Ｓｉ_1-xＧｅ_x，Ｇｅ
_1-xＣ_x（０＜ｘ＜１）の多結晶または非晶質半導体、ま
た、（１）フタロシアニン顔料（Ｐｃと略す）、例えば
無金属Ｐｃ，ＸＰｃ（Ｘ＝Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｏ，ＴｉＯ，
Ｍｇ，Ｓｉ（ＯＨ）₂等），ＡｌＣｌＰｃＣｌ，ＴｉＯ
ＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃＣｌ，ＩｎＣｌＰｃ，Ｉｎ
ＢｒＰｃＢｒ等、（２）モノアゾ色素，ジスアゾ色素な
どのアゾ系色素、（３）ペニレン酸無水化物およびペニ
レン酸イミドなどのペニレン系顔料、（４）インジゴイ
ド染料、（５）キナクリドン顔料、（６）アントラキノ
ン類、ピレンキノン類などの多環キノン類、（７）シア
ニン色素、（８）キサンテン染料、（９）ＰＶＫ／ＴＮ
Ｆなどの電荷移動錯体、（１０）ビリリウム塩染料とポ
リカーボネイト樹脂から形成される共晶錯体、（１１）
アズレニウム塩化合物など有機半導体がある。

【００９３】また、非晶質のＳｉ，Ｇｅ，Ｓｉ_1-xＣ_x，
Ｓｉ_1-xＧｅ_x，Ｇｅ_1-xＣ_x（以下、ａ−Ｓｉ，ａ−Ｇ
ｅ，ａ−Ｓｉ_1-xＣ_x，ａ−Ｓｉ_1-xＧｅ_x，ａ−Ｇｅ_1-x
Ｃ_xのように略す）を光導電層１１０６に使用する場
合、水素またはハロゲン元素を含めてもよく、誘電率を
小さくするおよび抵抗率の増加のため酸素または窒素を
含めてもよい。抵抗率の制御にはｐ型不純物であるＢ，
Ａｌ，Ｇａなどの元素を、またはｎ型不純物であるＰ，
Ａｓ，Ｓｂなどの元素を添加してもよい。このように不
純物を添加した非晶質材料を積層してｐ／ｎ，ｐ／ｉ，
ｉ／ｎ、ｐ／ｉ／ｎなどの接合を形成し、光導電層１１
０６内に空乏層を形成するようにして誘電率および暗抵
抗あるいは動作電圧極性を制御してもよい。このような
非晶質材料だけでなく、上記の材料を２種類以上積層し
てヘテロ接合を形成して光導電層１１０６内に空乏層を
形成してもよい。また、光導電層１１０６の膜厚は０．
１〜１０μｍが望ましい。

【００９４】なお、光導電層１１０６の受光感度を上げ
るために、例えばｐ／ｉ／ｎのフォトダイオード構造に
おいて、ｉ層を以上の各材料のうちの２つ以上を交互に
積層した超格子構造にして量子効率が１を越える光電流
を発生させるようにすることが望ましい。

【００９５】この素子の具体的な作成方法の一例につい
て述べる。まず、ガラスの基板１１０１（４０ｍｍ×４
０ｍｍ×０．３ｍｍ）上に蒸着法により透明電極１１０
２としてのＩＴＯ薄膜を堆積する。ＩＴＯ膜の厚さは１
０００Åとした。そして、光導電層１１０６としてｐｉ
ｎ構造のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）をプラ
ズマＣＶＤ法により堆積する。このときのｐ層１１０
３、ｉ層１１０４、ｎ層１１０５の厚みはそれぞれ１０
００Å、１４５００Å、４５００Åであり、合計で２μ
ｍになるようにした。ｐ層１１０３には不純物としてＢ
（ホウ素）を４００ｐｐｍ、ｎ層１１０５にはＰ（燐）
を４０ｐｐｍ添加した。ｉ層１１０４は無添加である。

【００９６】次に金属反射膜１１０７を作成するために
真空蒸着法により全面にＣｒを形成した。その後フォト
リソグラフィーを用いて微小形状に分割した。このとき
の金属反射膜１１０７の大きさは２０μｍ×２０μmで
あり、画素間の幅は５μｍとした。また、画素数は１０
⁶ （１０００×１０００）とした。この上からスピンコ
ート法によりポリアミック酸を塗布し、熱硬化を行って
ポリイミド配向膜１１０８を形成した。このときのポリ
イミドの厚みは１００Åとした。配向処理はナイロン布
で配向膜１１０８上を一方向に擦ることにより行った。
もう一方の基板１１１２（ガラス）上にも同様にしてＩ
ＴＯ透明電極１１１１を形成し、ポリイミド配向膜１１
１０を形成して配向処理を行った。

【００９７】次にこの基板１１１２上に直径１μｍのビ
ーズを分布させてもう一方の基板１１０１を張り合わせ
ることにより両基板間に１μｍのギャップを形成した。
最後にこのギャップに強誘電性液晶１１０９を注入して
熱処理を行うことにより空間光変調素子１０４が完成し
た。

【００９８】次に画像偏向装置１０８としては、図３に
示す構成を用いた。画像偏向装置１０８の具体的な作製
法の一例について述べる。対角１０インチのガラス基板
に、透明電極３０２〜３０４としてＩＴＯを蒸着法によ
り形成した。このガラス基板と厚さ１０μm〜１００μm
範囲のスペーサを用いて、プリズム状セル３０１と３０
５を作製した。。

【００９９】図３には示していないが、透明電極３０２
〜３０４上には、空間光変調素子を作製したときと同様
のポリイミド膜による配向処理がなされている。

【０１００】配向方法としては、透明電極３０２と３０
４の配向方向が平行となるホモジニアス配向とした。こ
れは、プリズム状セル３０１と３０５に封入する液晶の
一例として用いたネマティック液晶に信号電圧を印加し
たとき、電圧印加によって入力された画像の強度には変
調を与えず、入力画像の光路のみが変化するよう調整す
るためである。

【０１０１】印加する信号電圧としては、図３（ｂ）に
示すような三角波の信号波形を用い、振幅は５Ｖ、周波
数は８Ｈｚとし、波形１と２では、１８０度位相をずら
して使用した。

【０１０２】画像表示装置１０６としては、対角６イン
チのＣＲＴを用いた。このＣＲＴ１０６には、図６の４
台のＣＣＤカメラ６０６〜６０９によって三次元物体６
０１を４方向から撮像した画像を一端フレームメモリに
記憶し、これを１６ｍｓ毎に時分割表示し、空間光変調
素子１０４の光導電層に書き込みを行った。

【０１０３】光源１０１からの読みだし光をコンデンサ
レンズ１０２によって集光し、空間光変調素子１０４の
液晶層側に入射し、これからの反射光をビームスプリッ
タ１０３によって反射し、投射レンズ１０７を通して画
像偏向装置１０８上に画像を投射した。散乱透過スクリ
ーン１０９は、対角１２インチのプラスチック板にポリ
エチレンのシートを張り合わせ、これを画像偏向装置１
０８に密着させて使用した。

【０１０４】三次元物体として、実施例２と同じ人形を
用い、ここで試作した三次元画像表示装置を動作させ、
得られた画像を観察したところ実施例２で得られたのと
同様の自然な立体像が、明るい画像として観察された。

【０１０５】（実施例７）実施例６で作製した三次元表
示装置において、ここでは、画像偏向装置１０８を図４
のような構成とした。図４で示す画像偏向装置の具体的
な作製方法の一例について以下に述べる。

【０１０６】対角１０インチのガラス基板にＩＴＯの透
明電極を全面ベタで蒸着法を用いて形成した。そして、
これの右側から、２．５インチの位置にＩＴＯをエッチ
ングすることによって１０μm〜１００μm幅の短冊状の
溝を形成し、ＩＴＯを２つの部分に分離した。このガラ
ス基板を２枚組み合わせて１０μm〜１００μm厚のパネ
ルを構成することによって、図４に示す長方形状セル４
０１と４０２を組み合わせたものと同様の作用を行わせ
た。次に、ＩＴＯをエッチングする位置を右側から５イ
ンチとし、図４の中央のぱねるを作製する。同様に、Ｉ
ＴＯのエッチング位置を右側から７．５インチとしてパ
ネルを作製し、これらの３枚のパネルを組み合わせて図
４に示すような画像偏向装置を構成した。

【０１０７】配向処理は、実施例６と同様ホモジニアス
配向とし、ネマティック液晶を使用した。透明電極４１
３〜４１８を共通電極とし、透明電極４０７、４０９、
および４１１に図３（ａ）の１で示す信号電圧を印加
し、また、透明電極４０８、４１０、および４１２に
は、図３（ａ）の２で示す信号電圧を印加した。信号電
圧波形は、実施例６と同じとした。

【０１０８】実施例６と同様に三次元表示装置を動作さ
せて見たところ、明るい立体像を観察することができ
た。また、画像偏向装置１０８を平面構造のパネルによ
り構成したことによって、画像の輪郭部分まで鮮明な画
像を得ることができた。

【０１０９】（実施例８）画像偏向装置１０８を図５の
ような構成として、三次元画像表示装置を作製した。図
５で示す画像偏向装置の具体的な作製方法の一例につい
て以下に述べる。まず、対角１０インチのガラス基板に
全面ベタのＩＴＯを蒸着により形成した。同様にＩＴＯ
を全面形成したガラス基板をもう１枚作製し、短冊状の
溝部を幅５μm〜５０μmエッチングし、透明画素電極５
０３〜５１４を形成した。これら２枚のガラス基板を組
み合わせて、セル厚１０μm〜１００μmの液晶封入セル
５０１を作製した。また、配向処理は、実施例６と同様
ホモジニアス配向とし、ネマティック液晶を使用した。

【０１１０】印加する電圧としては、図５（ｂ）に示す
ような鋸波状の信号波形またはこれを反転させた信号
を、１つの波形に対して４つの透明画素電極を用い、０
〜１０Ｖの振幅範囲で加えた。これにより、液晶の屈折
率分布を液晶封入セル５０１内に生じさせ位相回折格子
の作用により左右任意の方向に画像の偏向を行った。

【０１１１】上記で作製した画像偏向装置１０８を用い
て、実施例６のように三次元画像表示装置を動作させた
ところ、明るい立体像が観察され、観察位置を変化した
ときに認識される画像の連続性は、実施例６または７よ
りも滑らかであった。

【０１１２】

【発明の効果】本発明は、複数の画像を時分割表示する
手段と、前記画像を強度変調する手段と画像を複数の方
向に偏向する手段とを備えたことにより、被写体や被写
体を照らす光源に制約を持たず、眼鏡を用いること無
く、かつ広い視野角で、明るい大画面での自然な立体画
像を実時間で観察することができる三次元画像表示装置
を実現できる。

【０１１３】また、本発明の画像偏向装置は、光の透過
媒体を封入したセルに周波数、振幅または位相の異なっ
た信号電圧波形を印加するため、入力光である画像を所
望する任意の方向に偏向することができる。

【０１１４】また、本発明の画像偏向方向の制御方法
は、透過特性が大きいスクリーンを使用し、偏向される
画像の重複の割合によって分類された領域が最大となる
ように偏向方向を決定するため、ホログラフィ技術と同
様な三次元波面の再生を有効に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の三次元画像表示装置の一実施例の構成
図

【図２】本実施例で使用した画像偏向角と視域の関係を
示す図

【図３】（ａ）は本発明の画像偏向装置の一実施例の構
成図（ｂ）は位相が互いに１８０度異なった三角波形の印加
電圧信号の波形図

【図４】本発明の画像偏向装置の他の実施例の構成図

【図５】（ａ）は本発明の画像偏向装置の別の実施例の
構成図（ｂ）は透明電極に印加する鋸波状の信号電圧波形を示
す波形図

【図６】本発明の一実施例における三次元画像表示装置
の光学システムの構成を示す図

【図７】本実施例で使用したランダムドットパターンの
一例を示す図

【図８】本発明の三次元画像表示装置の一実施例で得ら
れた再生像の一例を示す図

【図９】本発明の三次元画像表示装置の他の実施例で得
られた再生像の一例を示す図

【図１０】本発明の三次元画像表示装置の別の実施例で
得られた再生像の一例を示す図

【図１１】本発明の三次元画像表示装置の一実施例に用
いた空間光変調素子の構成図

【図１２】（ａ），（ｂ）は三次元画像表示装置の従来
例で使用したホログラフィックステレオグラムを示す図

【図１３】（ａ），（ｂ）は三次元画像表示装置の従来
例で使用したホログラフィックステレオグラムを示す図

【符号の説明】

１０１光源１０２コンデンサレンズ１０３ビームスプリッタ１０４空間光変調素子１０５書き込みレンズ１０６画像表示装置１０７投射レンズ１０８画像偏向装置１０９散乱透過スクリーン３０１、３０５プリズム状セル３０２〜３０４透明電極４０１〜４０６長方形状セル４０７〜４１８透明電極５０１液晶封入セル５０２〜５１４透明電極６０１三次元物体６０２〜６０５液晶シャッタ６０６〜６０９ＣＣＤカメラ６１０〜６１３ＣＲＴ６１４〜６１７レンズ６１８〜６２１パルスジェネレータ７０１〜７０２ランダムドットパターン１１０１、１１１２基板１１０２、１１１１透明電極１１０３ｐ層１１０４ｉ層１１０５ｎ層１１０６光導電層１１０７金属反射膜１１０８、１１１０配向膜１１０９強誘電性液晶

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川久仁大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の画像を時分割表示する手段と、前記
画像を強度変調する手段と前記強度変調された画像を複
数の方向に偏向する手段とを具備したことを特徴とする
三次元画像表示装置。
【請求項２】複数の画像を時分割表示する手段の表示
は、１／６０秒以下の表示速度で行われることを特徴と
する請求項１記載の三次元画像表示装置。
【請求項３】画像を強度変調する手段の強度変調は、強
誘電性液晶と光導電層を有する光書き込み型の空間光変
調素子によって行われることを特徴とする請求項１記載
の三次元画像表示装置。
【請求項４】空間光変調素子の光導電層は、量子効率が
概ね１の光電流を流すものであることを特徴とする請求
項３記載の三次元画像表示装置。
【請求項５】空間光変調素子は、書き込まれた微弱な強
度の画像を高輝度な画像に変換する画像強度増幅作用を
有することを特徴とする請求項３または４記載の三次元
画像表示装置。
【請求項６】光の透過媒体を封入したプリズム状のセル
を２つ組み合わせ、前記２つのプリズム状のセルに周波
数、位相、または、振幅の異なった信号電圧を印加し、
セルに封入された光の透過媒体の屈折率をそれぞれ変化
することによって画像の偏向を行うことを特徴とする画
像偏向装置。
【請求項７】平面構造を有する小片のセルに光の透過媒
体を封入し、前記セルを複数組み合わせ、プリズム状の
セルを構成し、前記プリズム状のセルに周波数、位相、
または、振幅の異なった信号電圧を印加し、セルに封入
された光の透過媒体の屈折率をそれぞれ変化することに
よって画像の偏向を行うことを特徴とする請求項６記載
の画像偏向装置。
【請求項８】平面構造を有するセルに複数の分割した透
明画素電極を形成し、前記セルに光の透過媒体を封入
し、前記セルの透明電極の各画素に印加する信号電圧波
形を変化することによって得られた光の透過媒体の屈折
率分布によって、画像の偏向を行うことを特徴とする画
像偏向装置。
【請求項９】光の透過媒体に液晶を含むことを特徴とす
る請求項６または８記載の画像偏向装置。
【請求項１０】偏向された複数の画像を表示するスクリ
ーンの透過特性が前記スクリーンの散乱特性よりも大き
いことを特徴とする画像偏向方向の制御方法。
【請求項１１】偏向された複数の画像の数がＮであると
き、この偏向された画像の重複の割合によって分類され
た領域が最大で（２Ｎー１）となるように画像の偏向方
向を設定することを特徴とする画像偏向方向の制御方
法。
【請求項１２】重複された画像の数が最大でＮである領
域を含むことを特徴とする請求項１１記載の画像偏向方
向の制御方法。
【請求項１３】偏向されたＮ個の画像の重複度の割合に
より分類された領域が、それぞれ概ね等しい面積を有し
ていることを特徴とする請求項１１記載の画像偏向方向
の制御方法。
【請求項１４】複数の画像を偏向する方向が前記複数の
画像を各々撮像した方向であることを特徴とする請求項
１０または１１記載の画像偏向方向の制御方法。