JPH09211387A

JPH09211387A - 立体画像表示装置

Info

Publication number: JPH09211387A
Application number: JP8037431A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Nose; 博康能瀬; Takasato Taniguchi; 尚郷谷口; Hideki Morishima; 英樹森島; Toshiyuki Sudo; 敏行須藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】表示速度が低いディスプレイを用いても良好
な立体像を観察でき、観察位置で画面全体にわたって一
様に左右の視差画像を分離して立体画像を視認すること
ができ、上下方向の観察領域を広げた立体画像表示装置
を得ること。【解決手段】複数の開口A からの光をシリンドリカル
レンズアレイに入射させて方向性を与え、更に透過型の
ディスプレイに表示する画像を照射した後、少なくとも
２つの領域に分離して該画像を表示する立体画像表示装
置において、該画像は右眼用の視差画像と左眼用の視差
画像の夫々を上下方向に分割した右ストライプ画素と左
ストライプ画素を所定の順序で交互に並べた横ストライ
プ画像であり、複数の開口A は各ストライプ画素毎に各
シリンドリカルレンズに対応して設け、開口A 間の上下
方向のピッチはストライプ画素の上下方向のピッチより
も大きく、該開口A の上下方向の幅はストライプ画素の
上下方向の幅よりも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立体画像表示装置に
関し、特にテレビ、ビデオ、コンピュータモニタ、ゲー
ムマシンなどにおいて立体表示を行うのに好適なもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の立体画像表示装置の方式として、
偏光めがね方式がある。この方式は右眼用の視差画像R
と左眼用の視差画像L の偏光状態を異ならせるために画
像を表示するディスプレイ側に液晶シャッターを設け、
ディスプレイの表示画像のフィールド信号に同期させ
て、偏光状態を切り替え、これを偏光めがねをかけた観
察者が観察することにより、時分割で片眼づつ左右画像
を分離して立体視を可能にする方式である。しかし、こ
の方式では観察者は常に偏光めがねをかけねばならず、
煩わしいという問題があった。

【０００３】それに対して、偏光めがねを用いない立体
画像表示装置として、ディスプレイの前面にレンチキュ
ラーレンズを設け、空間的に左右の眼に入る画像を分離
する方式がある。図13はこのレンチキュラーレンズを用
いた方式の従来例の説明図であり図13(A) は、観察者の
頭上方向からの断面図、図13(B) は液晶ディスプレイの
表示画素部の正面図である。

【０００４】図中、1 は液晶ディスプレイの表示画素部
である。液晶ディスプレイのガラス基板、カラーフィル
タ、電極、偏光板、バックライトなどは省略している。
表示画素部1 は画素を形成するカラーフィルタを配置し
た開口部2 と画素間を分離するブラックマトリクス3 か
らなっている。液晶ディスプレイの観察者側には、断面
が図のように半円状で各々紙面に直角方向に延びるシリ
ンドリカルレンズからなるレンチキュラーレンズ4 を設
けており、その焦点面に液晶ディスプレイの表示画素部
1 が位置している。

【０００５】表示画素部1 には図示のようにレンチキュ
ラーレンズの一つのピッチに対応して右眼用ストライプ
画素(R_i)、左眼用ストライプ画素 (L_i) が対となるよう
交互に表示されており、これらはレンチキュラーレンズ
4₀により観察者の右眼E_R、左眼E_Lに光学的に分離して結
像され、立体視が可能となる。

【０００６】図中にはディスプレイの中央部分のレンチ
キュラレンズ4 により右眼用、左眼用のストライプ画素
の各々を観察できる空間的領域を示している。他の各レ
ンチキュラレンズについても同様に左右に分離した空間
的領域が観察者の左右眼の位置で重なり、画面全面にわ
たって一様に左右のストライプ画素が分離して観察さ
れ、各ストライプ画素の集合として視差画像R 及びL が
夫々右眼と左眼とで視認される。

【０００７】この方式では2 枚の視差画像R 及びL を夫
々縦のストライプ状のストライプ画素に分割し、それを
画面の左端又は右端から交互に並べて1 つのストライプ
画像に合成し、それを表示画素部1 に表示しなければな
らないので、画像表示装置の解像度は2 分の1 になる。

【０００８】それに対して、特開平5-107663号公報、特
開平7-234459号公報には解像度の低下のないレンチキュ
ラーレンズ方式の立体画像表示装置が開示されている。

【０００９】図14は特開平5-107663号公報に開示されて
いる立体画像表示装置の基本構成図及び説明図である。
この立体画像表示装置はマトリクス型面光源102 とレン
チキュラーシート103 からなる光指向性切替装置101 と
透過型表示装置104 とから構成している。マトリクス型
面光源102 はレンチキュラーシート103 を構成する１つ
のレンチキュラーレンズの幅に右眼用の１つのストライ
プ状の光源（図14(B)のR で示す102Rの１列）と左眼用
のストライプ状の光源（図14(B) のL で示す102Lの１
列）とが対となって形成されている。

【００１０】作用を説明する。右眼用のストライプ状の
光源（図14(B) の102R）が点灯してレンチキュラーシー
ト全面から右眼領域に向けて照明光が射出している時
は、これに同期して右眼用の視差画像（図14(C) の104
R）を奇数フレームで表示し、左眼用のストライプ状の
光源（図14(B) の102L）が点灯している時は、これに同
期して左眼用の視差画像（図14(C) の104L）を偶数フレ
ームで表示する。これにより各視差画像R,L を偶数フレ
ームと奇数フレームに応じて全て表示するので、視差画
像R,L をストライプ画素に分割する必要がなく解像度の
低下のない立体画像表示装置が実現できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図13に示す従来のレン
チキュラーレンズ方式の立体画像表示装置では、レンチ
キュラーレンズを液晶ディスプレイより観察者側に設け
ているので、レンズ面などからの表面反射で画質が損な
われたり、液晶ディスプレイのブラックマトリクスがモ
アレ縞となって見え、目障りであった。

【００１２】又、図14に示す従来の立体画像表示装置で
は、右眼用の視差画像R と左眼用の視差画像L を時分割
で表示して立体視を実現しているが、フリッカの発生を
解決する為に画像の切替を高速で行わなければならなか
った。

【００１３】磯野らはテレビジョン学会誌、Vol.41, N
o.6 (1987), pp549-555、において"時分割立体視の成立
条件" について報告しており、それによるとテレビの
２：１のインターレース走査表示方式においてはフィー
ルド周波数30Hzの時分割方式では立体視できないことが
報告されている。さらに、両眼を交互に開閉した場合に
フリッカが知覚されない限界の周波数（臨界融合周波数
CFFという）は約55Hzであり、フリッカの点からいえば
フィールド周波数は少なくとも110Hz 以上必要であるこ
とが報告されている。

【００１４】従って、この従来例においては透過型表示
装置104 として、高速表示のできる表示デバイスが必要
であるという問題があった。

【００１５】本発明は、表示速度（フレーム周波数）が
低いディスプレイデバイスを用いても良好な立体像を観
察でき、所定の高さの観察位置で画面全体にわたって一
様に左右の視差画像L,R を分離して立体画像を視認する
ことができると共に、上下方向の観察領域を広げた立体
画像表示装置の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の立体画像表示装
置は、（１−１）光源手段の発光面に形成した複数の開口A
からの光を垂直方向に長いシリンドリカルレンズを水平
方向に多数並べて構成したシリンドリカルレンズアレイ
に入射させて方向性を与え、更に透過型のディスプレイ
デバイスに表示する画像を照射した後、少なくとも２つ
の領域に分離して該画像を表示する立体画像表示装置に
おいて、該画像は右眼用の視差画像と左眼用の視差画像
の夫々を上下方向に分割して得た右ストライプ画素と左
ストライプ画素を所定の順序で交互に並べて１つの画像
とした横ストライプ画像であり、該複数の開口A は各ス
トライプ画素毎に該シリンドリカルレンズアレイを構成
する各シリンドリカルレンズに対応して市松状に設けて
右又は左ストライプ画素を透過する光を夫々すべて所定
の領域に到達せしめ、上下に隣り合うストライプ画素に
対応する開口A 間の上下方向のピッチは該ストライプ画
素の上下方向のピッチよりも大きく、該開口A の上下方
向の幅は該ストライプ画素の上下方向の幅よりも小さい
こと等を特徴としている。

【００１７】特に、（１−１−１）前記シリンドリカルレンズの水平方向
のピッチが前記市松状の開口A の左右方向に隣合う開口
間のピッチよりも小さい。（１−１−２）前記シリンドリカルレンズを平面と凸
のシリンドリカル面で構成する。（１−１−３）前記光源手段はその発光面に市松状の
開口パターンを形成する自発光型表示素子、又は面光源
と前記複数の開口A を形成したマスクで構成する。（１−１−４）前記光源手段を自発光型表示素子、又
は面光源と透過型の空間光変調素子で構成し、該光源手
段の発光面に形成する複数の開口A を所定の信号により
制御する。（１−１−５）前記光源手段の発光面上の所定領域に
前記複数の開口A を形成し、それ以外の領域をすべて発
光させ、該光源手段の所定領域に対応する前記ディスプ
レイデバイスの領域にのみ横ストライプ画像を表示して
部分的に立体画像を表示する。（１−１−６）前記ディスプレイデバイスに表示する
横ストライプ画像は前記右眼用の視差画像を分割した右
ストライプ画素のうちの奇数番目のストライプ画素と、
前記左眼用の視差画像を分割した左ストライプ画素のう
ちの偶数番目のストライプ画素とを交互に配列して合成
した第１の横ストライプ画像、或は該左ストライプ画素
のうちの奇数番目のストライプ画素と、該右ストライプ
画素のうちの偶数番目のストライプ画素とを交互に配列
して合成した第２の横ストライプ画像であって、該２つ
の横ストライプ画像を該ディスプレイデバイスの全面又
は所定の領域に交互に表示し、その際、前記光源手段の
発光面全面又は所定の領域に形成する複数の開口A を該
ディスプレイデバイスに表示する横ストライプ画像に対
応して切り換える。（１−１−７）前記ディスプレイデバイスに表示する
２つの横ストライプ画像と、前記光源手段の発光面に形
成する複数の開口A とを走査線走査で切り換える際に、
対応する走査線上で１画素毎又は１走査線毎に同期して
切り換え表示する。（１−１−８）前記光源手段と前記ディスプレイデバ
イスとの間に前記横ストライプ画像を構成する各ストラ
イプ画素に対応して複数の横ストライプ状の開口B を形
成した第２のマスクを配置する。（１−１−９）上下に隣り合うストライプ画素に対応
する前記開口B 間の上下方向のピッチは該ストライプ画
素の上下方向のピッチよりも大きく、且つ前記開口A の
上下方向のピッチよりも小さく、該開口B の上下方向の
幅は該ストライプ画素の上下方向の幅よりも小さい。（１−１−１０）前記横ストライプ画像を構成するス
トライプ画素は夫々前記ディスプレイデバイスの1 走査
線で表示する。（１−１−１１）前記ディスプレイデバイスに前記横
ストライプ画像を2:1 インターレース走査により表示
し、右ストライプ画素のみで作成される横ストライプ画
像と左ストライプ画素のみで作成された横ストライプ画
像とを1 フィールド毎に表示する。こと等を特徴として
いる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図1 は本発明の実施形態1 の要部
概略図である。図中、6 は画像を表示する透過型の液晶
ディスプレイ（ディスプレイデバイス）であり、2 枚の
ガラス基板5の間に液晶層などからなる画像表示面（表
示画素部）1 を形成して構成している。図では、偏光
板、カラーフィルター、電極、ブラックマトリクス、反
射防止膜などは省略してある。10は照明光源となるバッ
クライト（面光源）である。7 はマスク基板（マスク）
であり、ガラス又は樹脂から成り、バックライト10の発
光面に対向して配置しており、その表面には光を透過す
る市松状の開口（開口A ）8 を有するマスクパターン9
を形成している。マスクパターン9 はクロムなどの金属
蒸着膜または光吸収材からなり、マスク基板7 上にパタ
ーニングにより製作する。なお、バックライト10、マス
ク基板7 等は光源手段の一要素を構成しており、マスク
基板7 の開口を設けた面はここから光が射出するので発
光面と見なせる。そしてマスク基板7 は市松状の開口8
を形成したマスクとして機能する。

【００１９】4 はレンチキュラーレンズであり、透明樹
脂又はガラスを媒質として平面と凸のシリンドリカル面
より成る垂直方向に長いシリンドリカルレンズを水平方
向に多数並べて構成している。このレンチキュラーレン
ズ4 はマスク基板7 と液晶ディスプレイ6 の間に配置し
ている。レンチキュラーレンズ4 はこれを構成するシリ
ンドリカルレンズのほぼ焦点位置にマスクパターン9 が
位置するようにレンズ曲率を設定している。又、マスク
パターン9 の水平方向の一列の開口8 はレンチキュラー
レンズ4 を構成する各シリンドリカルレンズに対応して
いる。

【００２０】75は画像処理手段であり、不図示の視差画
像ソースからの右眼用の視差画像（右視差画像）R と左
眼用の視差画像（左視差画像）L を取り込む或は生成
し、２つの視差画像を夫々上下方向に分割して横のスト
ライプ状の右ストライプ画素R₁R₂R₃R₄・・・・と左ストライ
プ画素L₁L₂L₃L₄・・・・を生成し、それらを例えば画面の上
端からR₁L₂R₃L₄R₅L₆・・・と交互に並べて１つの横ストラ
イプ画像を合成し、その画像信号をディスプレイ駆動回
路73へ出力する。ディスプレイ駆動回路73は上記の信号
を受けて液晶ディスプレイ6 を駆動し、その画像表示面
1 に図1 に示すように横ストライプ画像を表示する。
E_R,E_L は夫々観察者の右眼、左眼である。

【００２１】図2 は本実施形態により観察者の左右の眼
に夫々の視差画像が水平方向に分離して観察される原理
の説明図であり、本実施形態を上から見た断面を示して
いる。これにより本実施形態の作用を説明する。マスク
基板7 はバックライト10により照明され、開口8 から光
が出射する。図中に示す開口8 は、液晶ディスプレイ6
に表示された横ストライプ画像のうちの左ストライプ画
素L_iに対応しており、開口8 から出射した光はレンチキ
ュラーレンズ4 を通って指向性を与えられ、液晶ディス
プレイ6 の左ストライプ画素L_iで変調され、図中の実線
で示すように射出する。これにより、液晶ディスプレイ
6 に表示された左ストライプ画素L_iは左眼E_Lを含む矢印
の範囲（領域）のみで観察される。

【００２２】また、右眼E_Rに関しては、右ストライプ画
素R_iを表示している部分に対応するマスクパターン9 の
開口8 と遮光部は図2 とは逆になり、その開口8 は液晶
ディスプレイ6 に表示された右ストライプ画素R_iに対応
しており、開口8 から出射した光はレンチキュラーレン
ズ4 を通って指向性を与えられ、液晶ディスプレイ6の
右ストライプ画素R_iで変調され、図中の点線で示すよう
に射出する。これにより、液晶ディスプレイ6 に表示さ
れた右ストライプ画素R_iは右眼E_Rを含む矢印の範囲（領
域）のみで観察される。

【００２３】なお、この時画面の全幅にわたって、開口
8 からの光が一様に左眼E_L又は右眼E_Rに集まるようにレ
ンチキュラーレンズ4 のピッチP_4X はマスクパターン9
の開口8 の左右方向に隣合う開口間のピッチP_8X よりも
わずかに小さくしてある。

【００２４】以上の作用によって、左右のストライプ画
素L_i,R_i を通った光は夫々すべて水平方向の２つの領域
に分離して到達し、観察者はこの２つの領域に左右の眼
を置くことにより、ストライプ画素の集合としての左右
の視差画像L,R を視認し立体画像を観察できる。

【００２５】図3 は本実施形態の垂直方向の断面図であ
る。図3(A)は右眼E_Rが視認する右ストライプ画素R_iの観
察光路を示しており、図3(B)は左眼E_Lが視認する左スト
ライプ画素L_iの観察光路を示している。又、図4 はマス
クパターン9 、レンチキュラーレンズ4 、画像表示面1
の正面図である。これによって上下方向の観察領域を説
明する。マスクパターン9 の開口8 は図1 のように市松
状になっており、上下方向には液晶ディスプレイ6 に表
示する各ストライプ画素に対応し、左右方向ではストラ
イプ画素の種類毎に各シリンドリカルレンズに対応して
形成している。開口8 の上下方向のピッチP_8Y は液晶デ
ィスプレイ6 に表示するストライプ画素のピッチP_1Y よ
りもわずかに大きくしているので、液晶ディスプレイ6
に対して所定の観察距離にいる観察者は液晶ディスプレ
イ6 に表示されたストライプ画素を通して対応する開口
8 を観察することができ、観察者の所定の眼の高さから
画面の上下方向の全幅にわたって左右のストライプ画素
が一様に分離して見える観察領域が得られるようになっ
ている。

【００２６】また、開口8 の上下方向の開口幅d₈をスト
ライプ画素の幅d₁よりも小さくすることにより、観察者
の眼が上下方向に移動した際、観察者から見てストライ
プ画素とそれに対応する開口8 の相対位置が多少ずれて
もその対応する開口8 が上下に隣接するストライプ画素
にかからずに該ストライプ画素を見ることができるの
で、上下方向の観察領域は図3 中の矢印の範囲に広げる
ことができる。

【００２７】図2 、3 を総合すると、立体視できる領域
は図5 に示すような領域となる。41は実施形態1 の立体
画像表示装置である。42は立体視できる中心の立体視領
域で、空間的に右視差画像R のみの見える領域と左視差
画像L のみの見える領域がペアとなって構成されてい
る。中心の立体視領域42に対して、観察者が上下方向に
ずれると左視差画像と右視差画像の見える領域が逆にな
るので、43から46のような立体視領域になる。立体視領
域は上下、左右方向に周期的にでき、他にも立体視領域
は周期的に存在するが、図示していない。

【００２８】以上のように本実施形態は開口8 の水平方
向のピッチ、上下方向の幅を適切に設定したので、立体
視領域を形成する左右のストライプ画素からの光が夫々
一様に集光し、又上下方向で広い立体視領域を確保する
ことができる。

【００２９】又、本実施形態は観察者から見て液晶ディ
スプレイ6 の後ろ側にレンチキュラーレンズ4 とマスク
パターン9 を配置して照明光に指向性を持たせているの
で、レンチキュラーレンズの表面反射や液晶ディスプレ
イ6 のブラックマトリクスによるコントラストの高いモ
アレ縞をなくして、立体画像を鮮明に表示することがで
きる。

【００３０】ここで、液晶ディスプレイに表示する横ス
トライプ画像を構成するストライプ画素は、1 走査線の
幅で交互に合成しても良いし、複数の走査線の幅で合成
しても良い。

【００３１】又、一走査線毎に右又は左ストライプ画素
を表示する場合には、従来から公知のTVの飛び越し走査
（２：１インターレース走査）を用い、フィールド毎に
右ストライプ画素、左ストライプ画素を表示することも
可能である。特に、この様にすることでTVカメラ等を用
いた自然画像を立体表示する際に適している。

【００３２】更に、バックライト10とマスク基板7 の代
わりに、CRT 、蛍光表示管等の自発光型表示素子を光源
手段として用いて、その発光面上にマスクパターン9 と
同様の市松状の開口パターンを形成し、この開口からの
射出光にレンチキュラーレンズ4 で指向性を与えること
も可能である。

【００３３】また、本実施形態では平面と凸シリンドリ
カル面より成るシリンドリカルレンズで構成されるレン
チキュラーレンズを用いたが、両面が曲面であるシリン
ドリカルレンズより成るシリンドリカルレンズアレイを
用いても良い。

【００３４】図6 は本発明の実施形態2 の要部概略図で
ある。本実施形態は実施形態1 のマスク基板7 とレンチ
キュラーレンズ4 の間に更に別の第2 のマスク基板（第
2 のマスク）11を設けたものである。

【００３５】第2 のマスク基板11には液晶ディスプレイ
6 の各ストライプ画素に対応して複数の横ストライプ状
の開口部（開口B ）12をピッチP_12Yで並べたマスクパタ
ーン13を設けている。

【００３６】観察者の左右の眼に夫々の視差画像L,R が
水平方向に分離して観察される原理は実施形態1 と同じ
である。即ち、レンチキュラーレンズ4 を構成する各々
のシリンドリカルレンズのほぼ焦点位置にマスク基板7
のマスクパターン9 を配置し、その開口8 から出射した
光は第2 のマスク基板11の開口部12で規制されて一部分
が透過し、レンチキュラーレンズ4 を通って指向性を与
えられ、液晶ディスプレイ6 に表示される左右のストラ
イプ画素で変調されて観察者の左眼又は右眼に達し、左
右の視差画像L,R が水平方向に分離して観察者に観察さ
れる。

【００３７】第2 のマスク基板11は上下方向の立体視領
域を広げるためのものである。図7は本実施形態の立体
画像表示方法の説明図であり、本実施形態の垂直方向の
断面図である。図7(A)は右眼E_Rが視認する右ストライプ
画素R_iの観察光路を示しており、図7(B)は左眼E_Lが視認
する左ストライプ画素L_iの観察光路を示している。又、
図8 は本実施形態のマスクパターン9 とマスクパターン
13の正面図である。これによって本実施形態の作用を説
明する。

【００３８】マスク基板11のマスクパターン13の開口部
12は液晶ディスプレイ6 に表示される各ストライプ画素
に対応している。そして、開口部12の上下方向のピッチ
P_12Yは液晶ディスプレイ6 に表示するストライプ画素の
ピッチP_1Y よりもわずかに大きく設定しており、観察者
は液晶ディスプレイ6 に表示されたストライプ画素を通
して対応する横ストライプ状の開口部12を介して開口8
を観察することになり、観察者の所定の眼の高さから画
面の上下方向の全幅にわたって左右のストライプ画素が
一様に左右分離して見える。

【００３９】その時、マスクパターン13の開口部12を介
して観察者の眼に入射する光はマスクパターン9 の対応
する市松状の開口8 を透過し、レンチキュラーレンズ4
を通って、観察者の左右眼を目指すように指向性のつい
た光となって対応するストライプ画素のみを透過して観
察者の眼に入っている。

【００４０】この時、マスクパターン9 の市松状の開口
8 の上下方向ピッチP_8Y をマスクパターン13の開口部12
の上下方向のピッチP_12Yよりもさらにわずかに大きく設
定することにより、観察者の所定の眼の高さから見て画
面の上下方向の全幅にわたって、上下方向の開口と左右
のストライプ画素の対応関係がずれることなく一様に立
体画像を観察することができる。

【００４１】また、マスクパターン13の開口部12の上下
方向の幅d₁₂ をストライプ画素の幅d₁よりも小さくする
ことにより、観察者の眼の高さが上下方向に移動して、
所定のストライプ画素とそれに対応する開口部12の相対
位置がずれてもその開口部12が上下に隣接するストライ
プ画素にかからない範囲で、所定のストライプ画素を見
ることができるため、上下方向の観察領域は図7 中の矢
印の範囲に広げることができる。

【００４２】その時、マスクパターン13の開口部12を透
過してくる光がマスク基板7 のマスクパターン9 の対応
する所定の開口8 の上下方向に隣接する開口部からの指
向性の異なる光りが混ざらないようにマスクパターン13
とマスクパターン9 の間隔を最適化する必要がある。

【００４３】観察者の眼の高さが図7の立体視領域から
上下方向に隣接する立体視領域にずれると、マスクパタ
ーン13の開口部12を透過してくる光はマスク基板7のマ
スクパターン9の対応していた開口8の上下に隣接する開
口が新たに対応するようになり、左右方向の指向性が切
り替り、同時に今まで見ていた画像表示面1のストライ
プ画素と隣接するストライプ画素に対応するので左右視
差画像の領域は逆になることはない。

【００４４】図2，7を総合すると立体視できる領域は図
9に示すような領域となる。図中、45は実施形態2の立体
画像表示装置である。46は立体視できる中心の立体視領
域であり、空間的に右視差画像Rのみの見える領域と左
視差画像Lのみの見える領域がペアとなって形成されて
いる。

【００４５】本実施形態は実施形態1と異なり、中心の
立体視領域42に対して観察者が上下方向にずれても左視
差画像Lと右視差画像Rの見える領域は逆にならず、47，
48のような立体視領域となる。立体視領域は上下、左右
方向に周期的にできる、又他にも立体視領域が周期的に
形成されるが図示していない。

【００４６】本実施形態は、実施形態1 に対してマスク
パターン9 の開口8 をレンチキュラーレンズ4 の焦点位
置に配置すると共に、上下の立体視領域を制御する作用
を持つ開口部12を持つマスクパターン13を独立に配置し
て、上下方向の立体視領域を大きく設定している。

【００４７】又、本実施形態は観察者から見て液晶ディ
スプレイ6 の後ろ側にレンチキュラーレンズ4 と2 つの
マスクパターンを配置して照明光に指向性を持たせてい
るので、レンチキュラーレンズの表面反射や液晶ディス
プレイ6 のブラックマトリクスによるコントラストの高
いモアレ縞をなくして、立体画像を鮮明に表示すること
ができる。

【００４８】本実施形態では横ストライプ状の開口を有
する第2 のマスクパターン13をレンチキュラーレンズ4
と市松状開口のマスクパターン9 との間に配置したが、
マスクパターン13を液晶ディスプレイ6 とレンチキュラ
ーレンズ4 との間に配置しても同様の効果が得られる。

【００４９】図10 は本発明の実施形態3 の要部概略図
である。本実施形態は実施形態1 の固定の市松状のマス
クパターンを形成したマスク基板7 に替わって透過型液
晶素子などの透過型の空間光変調素子71を用い、その上
に市松状の透光部（開口）より成るマスクパターンを形
成し、該マスクパターンを液晶ディスプレイ6 に表示す
るストライプ画像と同期して変化させる。

【００５０】図中、74は画像処理手段であり、不図示の
視差画像ソースからの右眼用の視差画像（右視差画像）
R と左眼用の視差画像（左視差画像）L を取り込む或は
生成し、２つの視差画像を夫々上下方向に分割して横の
ストライプ状の右ストライプ画素R₁R₂R₃R₄・・・・と左スト
ライプ画素L₁L₂L₃L₄・・・・を生成し、それらを例えば画面
の上端からR₁L₂R₃L₄R₅L₆・・・と交互に並べて１つの横ス
トライプ画像を合成し、その画像信号をディスプレイ駆
動回路73へ出力する。ディスプレイ駆動回路73は上記の
信号を受けて液晶ディスプレイ6 を駆動し、その画像表
示面1 に図1 に示すように横ストライプ画像を表示す
る。同時に、画像処理手段74は横ストライプ画像に対応
した開口のマスクパターンを生成し、その画像信号を光
変調素子駆動回路72に出力する。光変調素子駆動回路72
は空間光変調素子71を駆動し、その上にマスクパターン
を表示する。E_R,E_L は夫々観察者の右眼、左眼である。

【００５１】なお、バックライト10、空間光変調素子71
などは光源手段の一要素を構成し、空間光変調素子71の
表示面はここに形成する透光部から光を射出するので発
光面と見なせる。

【００５２】図11は本実施形態の立体画像表示方法の説
明図である。図11(A) は空間光変調素子71の透光部（開
口部）・遮光部のパターンを示しており、図11(B),(C)
は夫々液晶ディスプレイ6 の画像表示面1 を示してい
る。画像表示面1 には左右の視差画像L,R を夫々横のス
トライプ画素に分割し、それらを画面上方から交互に並
べて合成したストライプ画像を表示している。

【００５３】空間光変調素子71に図11(A) の実線で示す
透光部81のパターンを形成するときには例えば図11(B)
に示すように画像表示面1 の第1 走査線Y₁に右のストラ
イプ画素R₁、第2 走査線Y₂には左のストライプ画素L₂、
第3 走査線Y₃には右のストライプ画素R₃・・・・と合成した
第1 の横ストライプ画像 PIを表示する。そして左右の
ストライプ画素L_i,R_i が水平方向に分離した光束により
夫々左眼、右眼で観察され、ストライプ画素の集合とし
ての左右の視差画像L,R により立体画像を観察できる。

【００５４】次に、空間光変調素子71の表示を切換えて
図11(A) の点線で示す透光部82のパターンを形成すると
きには図11(C) に示すように画像表示面1 の第1 走査線
Y₁に左のストライプ画素L₁、第2 走査線Y₂には右のスト
ライプ画素R₂、第3 走査線Y₃には左のストライプ画素L₃
・・・・と合成した第2 のストライプ画像 PIIを表示する。
そして左右のストライプ画素L_i,R_i が水平方向に分離し
た光束により夫々左眼、右眼で観察され、ストライプ画
素の集合としての左右の視差画像L,R により立体画像を
観察できる。

【００５５】以上の2 つの状態を時分割で交互に表示す
ることによりこれまでの実施形態では左右の視差画像L、
R の解像度が横ストライプ画像の合成により半分に落ち
ていたものが、本実施形態では解像度を落とすことなく
高解像で表示することができる。

【００５６】又、左右の視差画像を画面ごとに時分割で
表示する従来の立体表示方式では、フリッカを防止する
ために、フレーム周波数を120Hz にあげる必要があった
が、本発明の立体画像表示装置では、左右の視差画像を
横ストライプ画像に合成して表示するので、フレーム周
波数60Hzであってもフリッカーを感ずることなく高解像
で観察できる。

【００５７】なお、液晶ディスプレイ6 の画像表示面1
と空間光変調素子71の書き換えスピードに違いがある場
合、ストライプ画像の書き換えと開口のマスクパターン
の書き換えを一致させて観察者にその境が見えないよう
にする為に、図10 に示すようにディスプレイ駆動回路7
3と光変調素子駆動回路72は同期を取り書き換えると良
い。

【００５８】その際、液晶ディスプレイ6 の画像表示面
1 と空間光変調素子71の対応する走査線上で1 画素ごと
に同期させて書き換えても良いし、対応する走査線ごと
に同期を取って書き換えてもよい。

【００５９】なお、本実施形態は実施形態1 のマスク基
板7 を空間光変調素子71に替えたものであったが、実施
形態2 のマスク基板7 を空間光変調素子71に替えて本実
施形態と同様に動作させれば実施形態2 の解像度を上げ
ることができる。

【００６０】図12は本発明の実施形態4 の説明図であ
る。本実施形態の構成は殆ど実施形態3 と同じである
が、画像の表示方法が異なっている。即ち、本実施形態
はこれまでの実施形態と異なって液晶ディスプレイ6 の
画像表示面1 の所定の領域にだけ立体画像を表示し、そ
の他の部分には通常の2 次元画像を表示するものであ
る。

【００６１】図12(A) は空間光変調素子71の透光部（開
口部）・遮光部のパターンを示しており、図12(B) は液
晶ディスプレイ6 の画像表示面1 に表示する画像のパタ
ーンを示している。

【００６２】画像表示面1 上の立体画像を表示する領域
91には実施形態3 で説明したように左右のストライプ画
素を交互に並べて合成した第1 の横ストライプ画像PI又
は第2 の横ストライプ画像 PIIを表示し、その他の領域
には通常の2 次元画像S を表示してある。

【００６３】空間光変調素子71上で領域91に対応する領
域92の中には市松状の開口のマスクパターンを形成し、
この開口からの透過光に指向性をもたせて左右のストラ
イプ画素L_i,R_i からの光束が夫々左右の眼E_L,E_R に分離
して到達するようにする。また、空間光変調素子71の領
域92の他の領域では開口をすべて透光状態にし、左右両
眼に2 次元画像S が到達するようにする。なお、空間光
変調素子71の領域92の他の領域で開口をすべて透光状態
にするということは、光源手段の発光面上で領域92の他
の領域をすべて発光させることに相当する。

【００６４】以上のように構成することにより、領域91
にのみ立体画像を表示し、その際実施形態3 のように第
1 の横ストライプ画像 PIと第2 の横ストライプ画像 PI
Iを交互に表示し、それに同期して領域92の開口パター
ンを切り替えれば、高い解像度で2 次元画像の中に立体
画像を観察できる。

【００６５】また、空間光変調素子71の代わりに実施形
態1 の固定パターンのマスク基板7を用いて、その立体
画像表示領域に市松状の開口パターンを形成しておけ
ば、実施形態4 と同様に画面の一部だけ立体画像を表示
することができる。

【００６６】以上の各実施形態では、ストライプ画素で
構成される左右の視差画像L,R が夫々の眼に常に入射し
ているので、従来の時分割で視差画像R,L を表示する方
式では眼の残像効果で左右視差画像を融像させるため
に、ディスプレイデバイスのフレーム周波数を高くする
必要があったのに対し、表示速度（フレーム周波数）が
低いディスプレイデバイスを用いても良好な立体像を観
察できる。従って立体画像表示装置を構成することが容
易になる。

【００６７】又、マスクパターン9 の開口8 の上下方向
ピッチをディスプレイデバイスに表示するストライプ画
素の上下方向のピッチよりも大きくすることで、所定の
高さの観察位置で画面全体にわたって一様に左右の視差
画像L,R を分離して立体画像を視認することができる。

【００６８】また、マスクパターン9 の開口8 の上下方
向の開口幅d₈をストライプ画素の幅よりも小さくするこ
とにより、上下方向の観察領域を広げることができる。

【００６９】

【発明の効果】本発明は以上の構成により、表示速度
（フレーム周波数）が低いディスプレイデバイスを用い
ても良好な立体像を観察でき、所定の高さの観察位置で
画面全体にわたって一様に左右の視差画像L,R を分離し
て立体画像を視認することができると共に、上下方向の
観察領域を広げた立体画像表示装置を達成する。

【００７０】又、（２−１）レンチキュラーレンズを光源手段とディス
プレイデバイスの間に設置しているので、レンチキュラ
ーレンズのレンズ面などからの表面反射やディスプレイ
デバイスのブラックマトリクスがモアレ縞となって見
え、鮮明度を低下することを回避することができる。（２−２）市松状のマスクパターンと透過型のディス
プレイデバイスの間に横ストライプ状の開口部を各スト
ライプ画素に応じて形成した第2 のマスクパターンを配
置することにより、画面全体にわたって一様に左右の視
差画像を分離して立体画像を見ることができる上下方向
の観察範囲を広げることができる。（２−３）固定のマスクパターンの代わりに透過型の
空間変調素子、或は、自発光型表示素子を用いて光源手
段を構成し、ディスプレイデバイスに第1 の横ストライ
プ画像と第2 の横ストライプ画像を交互に表示する際、
空間変調素子、或は、自発光型表示素子にストライプ画
像に対応した市松状の開口パターンを表示することによ
り、立体画像の解像度を高くすることができる。（２−４）さらに、画面の所定の領域にのみ立体画像
を表示し、その他の部分には通常の2 次元画像を表示す
ることも可能である。等の少なくとも１つの効果を有する立体画像表示装置を
達成する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態1 の要部概略図

【図２】実施形態1 の立体画像表示の原理の説明図
（上面図）

【図３】実施形態1 の立体画像表示の原理の説明図
（側面図）

【図４】実施形態1 のマスクパターン9 、レンチキュ
ラーレンズ4 、画像表示面1 の正面図

【図５】実施形態1 の立体視領域の説明図

【図６】本発明の実施形態2 の要部概略図

【図７】実施形態2 の立体画像表示方法の説明図（側
面図）

【図８】実施形態2 のマスクパターン9 、マスクパタ
ーン13の正面図

【図９】実施形態2 の立体視できる領域の説明図

【図１０】本発明の実施形態3 の要部概略図

【図１１】実施形態3 の立体画像表示方法の説明図

【図１２】本発明の実施形態4 の説明図

【図１３】従来例の説明図

【図１４】別の従来例の基本構成図と説明図

【符号の説明】

1 ・・・・画像表示面 2 ・・・・画素開口部 3 ・・・・ブラックマトリクス 4 ・・・・レンチキュラーレンズ、 5 ・・・・ガラス基板 6 ・・・・液晶ディスプレイ 7 ・・・・マスク基板 8 ・・・・開口部 9 ・・・・マスクパターン 10 ・・・・バックライト、 11 ・・・・第2 のマスク基板 12 ・・・・横ストライプ状の開口部 13 ・・・・マスクパターン 71 ・・・・空間光変調素子 72 ・・・・空間光変調素子駆動回路 73 ・・・・ディスプレイ駆動装置 74、75・・・画像処理手段 91 ・・・・立体画像表示領域 92 ・・・・立体画像表示用のマスクパターン形成領域 R ・・・・右視差画像 L ・・・・左視差画像 R_i,L_i ・・右及び左のストライプ画素 Y_i・・・・走査線 P_1Y ・・・画像表示面上のストライプ画素の上下方向の
ピッチ P_4X ・・・レンチキュラーレンズの左右方向のピッチ P_8X ・・・開口8 の左右方向のピッチ P_8Y ・・・開口8 の上下方向のピッチ P_12Y ・・開口12の上下方向のピッチ d₁ ・・・画像表示面上のストライプ画素の上下方向の
幅 d₈ ・・・開口8 の上下方向の幅 d₁₂ ・・・開口12の上下方向の幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須藤敏行東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源手段の発光面に形成した複数の開口
Aからの光を垂直方向に長いシリンドリカルレンズを水
平方向に多数並べて構成したシリンドリカルレンズアレ
イに入射させて方向性を与え、更に透過型のディスプレ
イデバイスに表示する画像を照射した後、少なくとも２
つの領域に分離して該画像を表示する立体画像表示装置
において、該画像は右眼用の視差画像と左眼用の視差画像の夫々を
上下方向に分割して得た右ストライプ画素と左ストライ
プ画素を所定の順序で交互に並べて１つの画像とした横
ストライプ画像であり、該複数の開口A は各ストライプ
画素毎に該シリンドリカルレンズアレイを構成する各シ
リンドリカルレンズに対応して市松状に設けて右又は左
ストライプ画素を透過する光を夫々すべて所定の領域に
到達せしめ、上下に隣り合うストライプ画素に対応する開口A 間の上
下方向のピッチは該ストライプ画素の上下方向のピッチ
よりも大きく、該開口A の上下方向の幅は該ストライプ
画素の上下方向の幅よりも小さいことを特徴とする立体
画像表示装置。
【請求項２】前記シリンドリカルレンズの水平方向の
ピッチが前記市松状の開口A の左右方向に隣合う開口間
のピッチよりも小さいことを特徴とする請求項１の立体
画像表示装置。
【請求項３】前記シリンドリカルレンズを平面と凸の
シリンドリカル面で構成することを特徴とする請求項１
又は２の立体画像表示装置。
【請求項４】前記光源手段はその発光面に市松状の開
口パターンを形成する自発光型表示素子、又は面光源と
前記複数の開口A を形成したマスクで構成することを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の立体画像
表示装置。
【請求項５】前記光源手段を自発光型表示素子、又は
面光源と透過型の空間光変調素子で構成し、該光源手段
の発光面に形成する複数の開口A を所定の信号により制
御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
記載の立体画像表示装置。
【請求項６】前記光源手段の発光面上の所定領域に前
記複数の開口A を形成し、それ以外の領域をすべて発光
させ、該光源手段の所定領域に対応する前記ディスプレ
イデバイスの領域にのみ横ストライプ画像を表示して部
分的に立体画像を表示することを特徴とする請求項５の
立体画像表示装置。
【請求項７】前記ディスプレイデバイスに表示する横
ストライプ画像は前記右眼用の視差画像を分割した右ス
トライプ画素のうちの奇数番目のストライプ画素と、前
記左眼用の視差画像を分割した左ストライプ画素のうち
の偶数番目のストライプ画素とを交互に配列して合成し
た第１の横ストライプ画像、或は該左ストライプ画素のうちの奇数番目のストライプ
画素と、該右ストライプ画素のうちの偶数番目のストラ
イプ画素とを交互に配列して合成した第２の横ストライ
プ画像であって、該２つの横ストライプ画像を該ディスプレイデバイスの
全面又は所定の領域に交互に表示し、その際、前記光源
手段の発光面全面又は所定の領域に形成する複数の開口
A を該ディスプレイデバイスに表示する横ストライプ画
像に対応して切り換えることを特徴とする請求項５又は
６の立体画像表示装置。
【請求項８】前記ディスプレイデバイスに表示する２
つの横ストライプ画像と、前記光源手段の発光面に形成
する複数の開口A とを走査線走査で切り換える際に、対応する走査線上で１画素毎又は１走査線毎に同期して
切り換え表示することを特徴とする請求項７の立体画像
表示装置。
【請求項９】前記光源手段と前記ディスプレイデバイ
スとの間に前記横ストライプ画像を構成する各ストライ
プ画素に対応して複数の横ストライプ状の開口B を形成
した第２のマスクを配置することを特徴とする請求項１
〜８のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
【請求項１０】上下に隣り合うストライプ画素に対応
する前記開口B 間の上下方向のピッチは該ストライプ画
素の上下方向のピッチよりも大きく、且つ前記開口A の
上下方向のピッチよりも小さく、該開口B の上下方向の
幅は該ストライプ画素の上下方向の幅よりも小さいこと
を特徴とする請求項９の立体画像表示装置。
【請求項１１】前記横ストライプ画像を構成するスト
ライプ画素は夫々前記ディスプレイデバイスの1 走査線
で表示することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか
１項に記載の立体画像表示装置。
【請求項１２】前記ディスプレイデバイスに前記横ス
トライプ画像を2:1インターレース走査により表示し、
右ストライプ画素のみで作成される横ストライプ画像と
左ストライプ画素のみで作成された横ストライプ画像と
を1 フィールド毎に表示することを特徴とする請求項１
１の立体画像表示装置。