JPH09281438A - ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光学系の光軸に垂直な方向に関する結像位置に
拘らずに投射スクリーンとなる凸レンズでの光の透過位
置を一定とすることができ、これにより投射画像位置を
常に一定とすることを可能とする。 【解決手段】液晶パネル８は、ランプ１０から発せら
れ、白黒液晶パネル１１によって発光領域が制限された
光を用いて表示すべき画像に対応する光像を形成する。
凸レンズ１４は、凸レンズ７と協働して、液晶パネル８
と凸レンズ９とを互いに結像関係とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察者の両眼視差
を利用して上記観察者による立体視を可能とするもので
あり、かつその立体視を大画面で実現するディスプレイ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１４は、特開平6-225344号公報に開示
されている従来のディスプレイ装置の概念を示す図であ
る。このディスプレイ装置は、大型凸レンズ１を用い、
観察者２の結像位置に光源３を配置する。また、例えば
液晶パネルなどの空間変調素子４が観察者２と光源３と
の間に、例えば図示の如くに設置される。

【０００３】さて、観察者２の顔面の像が結像する位置
に光源３が置かれており、顔面結像の大きさで光源３を
光らせて、それぞれ右目用および左目用として方向性を
持った光を観察者２に照射する。そして光源３の右目用
および左目用の発光を時分割に行いつつ、これに同期し
て空間変調素子４にて右目用および左目用の画像を時分
割に表示すれば、観察者２は表示画像を立体視として見
ることができる。

【０００４】ところで上記の構成のディスプレイ装置で
は、画面サイズは大型凸レンズ１および空間変調素子４
の大きさで決定される。空間変調素子４は大型化が困難
であり、非常に高価である。これは、空間変調素子４と
して液晶パネルを用いた場合に特に顕著であり、大画面
を低価格で実現するのは困難である。

【０００５】そこで本出願人は、小型の液晶パネルを用
いて大画面を実現することができるディスプレイ装置を
特願平7-341840号として出願した。図１５は特願平7-34
1840号にて示したディスプレイ装置の要部構成を模式的
に示す図である。なおこの図では、一人の観察者に対応
する右目用および左目用の２つの画像のうちのいずれか
一方が結像するまでの状態のみを示す。

【０００６】このディスプレイ装置は、面光源５、凸レ
ンズ６，７、液晶パネル８および凸レンズ９を有する。
面光源５から発せられた光は、凸レンズ６によって平行
光にされたのちに液晶パネル８に入射される。そして液
晶パネル８を透過した光、すなわち液晶パネル８に表示
された画像に対応した光像は、凸レンズ７によって凸レ
ンズ９に投射され、大画面が実現される。

【０００７】ところで面光源５の発光領域は、観察者の
位置に応じて適宜に制御されるものとなっている。この
ため観察者が凸レンズ９の光軸から垂直方向にずれた位
置に存在する場合には、画像がその観察者に結像するま
での状態は例えば図１５に破線で示すようなものとな
り、凸レンズ９における光の入射位置が異なる。

【０００８】このことから、観察者の位置によってディ
スプレイ面上での画像の表示位置が変化することになっ
てしまう。また、このように観察者の位置によってディ
スプレイ上での画像の表示位置が変化することから、画
像を常に欠落することなく正しく表示するためには、凸
レンズ９を表示すべき画像のサイズよりも十分に大きな
ものとしておかなければならない。

【０００９】一方、特願平7-341840号のディスプレイ装
置は、右目用画像および左目用画像を同一とし、かつ放
射可能な光線を全て放射することで、通常の平面視表示
を行うことも可能である。

【００１０】しかしながら、右目と左目とは、凸レンズ
９の光軸に対して垂直方向に離間しているので、前述し
たのと同様な事情から右目用の画像と左目用の画像とは
表示位置がずれることになる。このため、右目用画像お
よび左目用画像を同一とした場合には、これらの画像が
ずれた状態で重なって表示されることになり、焦点のぼ
けた画像となってしまう。同様に、ある範囲の全ての観
察者位置に対応してずれた画像が凸レンズ９に投射され
るため、結果的にぼけた画像となる。

【００１１】ところで、以上の２つの不具合は凸レンズ
９の光軸に対して垂直方向への結像位置のずれに起因す
るものであったが、凸レンズ９の光軸に沿った方向につ
いては、観察者の最適な位置は光学系の設定値により一
定距離に規定されるため、観察者の前後移動に対応する
ことができない。すなわち、観察者が視認できる画像
は、観察者が凸レンズ９の結像位置から離れるに従って
ぼけてしまう。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のデ
ィスプレイ装置では、立体視を投射（プロジェクショ
ン）形式で実現するに当たっては以下のような不具合が
あった。 (1) 観察者位置によって投射画像位置が投射スクリーン
（ディスプレイ面）上で変化するため、観察者に違和感
を与えるおそれがある。また投射画像位置が変化しても
画像の欠落が発生しないように、投射スクリーンとなる
凸レンズには必要以上に大きなものを用いなければなら
ず、装置外形の必要以上の大型化および製造コストの増
加を来す。

【００１３】(2) 右目用と左目用とで投射画像位置が異
なるため、左右画像を同一とし、かつ放射可能な光線を
全て放射することで通常の平面視表示を行おうとする
と、焦点のぼけた画像となってしまう。

【００１４】(3) レンズの指向性を利用して左右の目に
異なる画像を映し出すようにしているため、光学系の光
軸方向に関する観察位置は光学系のパラメータで固定さ
れてしまい、光学系の光軸方向への観察者の移動に対応
することができない。

【００１５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものでありその目的とするところは第１に、光学系の
光軸に垂直な方向に関する結像位置に拘らずに投射スク
リーンとなる凸レンズでの光の透過位置を一定とするこ
とができ、これにより投射画像位置を常に一定とするこ
とができるディスプレイ装置を提供することにある。

【００１６】また第２に、観察者が光学系の光軸方向に
移動した場合でも、これに追従して観察位置を適切に変
化させることができ、任意の位置から表示画像の観察を
良好に行うことができるディスプレイ装置を提供するこ
とにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】以上の第１の目的を達成
するために第１の発明は、観測者の右目および左目に、
人間の両眼視差を考慮して生成された右目用画像および
左目用画像をそれぞれ結像することにより前記観測者に
画像を立体視させるディスプレイ装置において、発光す
る領域の位置および大きさを任意に変化させることがで
きる、例えばランプと白黒液晶パネルとからなる光源
と、この光源から発せられた光を用いて所定の画像に対
応する光像を形成する例えば液晶パネルなどの空間変調
素子と、この空間変調素子の画像形成領域よりも大きな
開口を有した例えば凸レンズなどの第１光学素子と、こ
の第１光学素子の所定の領域と前記空間変調素子の画像
形成領域とを結像関係とするように前記空間変調素子か
ら前記第１光学素子への光路中に配置された例えば凸レ
ンズなどの第２光学素子とを備えた。

【００１８】また第２の発明は、前記第１の発明におけ
る第１光学素子を、その光軸が第２光学素子の光軸に対
してずれるように配置するとともに、空間変調素子より
出射された光を屈折させることで前記第２光学素子に入
射する光にバイアス角度を与える例えばプリズムなどの
第３光学素子を備えた。

【００１９】また第３の発明は、前記第１の発明におけ
る第２光学素子として２つの凸レンズからなる合成レン
ズを用いた。また第４の発明は、前記第１の発明におけ
る空間変調素子を空気の屈折率よりも大きな屈折率を有
する所定の媒体で覆うようにした。

【００２０】前記第２の目的を達成するために第５の発
明は、観測者の右目および左目に、人間の両眼視差を考
慮して生成された右目用画像および左目用画像をそれぞ
れ結像することにより前記観測者に映像を立体視させる
ディスプレイ装置において、発光する領域の位置および
大きさを任意に変化させることができる、例えばランプ
と白黒液晶パネルとからなる光源と、この光源から発せ
られた光を用いて所定の画像に対応する光像を形成する
例えば液晶パネルなどの空間変調素子と、この空間変調
素子の画像形成領域よりも大きな開口を有した例えば凸
レンズなどの第１光学素子と、前記空間変調素子により
形成された光像を前記第１光学素子に対して拡大投射す
る例えば凸レンズなどの第５光学素子と、この第５光学
素子により拡大投射された光像の前記第１光学素子によ
る結像位置を変化させるための結像位置可変手段と、前
記第１光学系に対して所定の位置に配置され、それぞれ
観察者を撮像する例えばカメラなどの複数の撮像手段
と、この複数の撮像手段のそれぞれでの撮像結果に基づ
いて前記第１光学系に対する観察者の目の位置を検出
し、その位置に前記第１光学素子による光像の結像位置
を合わせるように前記結像位置可変手段を制御する、例
えば演算部および電圧印加部からなる制御手段とを備え
た。

【００２１】また第６の発明は、前記第１乃至第５のい
ずれかの発明における光源から発せられた光を散乱させ
る光散乱板を所定の観察位置に対して結像関係となる位
置に設け、空間変調素子は、前記光散乱板により散乱さ
れた光を用いて所定の画像に対応する光像を形成するよ
うにした。

【００２２】また第７の発明は、前記第１乃至第５のい
ずれかの発明における光源から発せられた光を散乱させ
る散乱レンズを所定の観察位置に対して結像関係となる
位置に焦点が位置するように設け、空間変調素子は、前
記散乱レンズにより散乱された光を用いて所定の画像に
対応する光像を形成するようにした。

【００２３】また第８の発明は、前記第５の発明に加え
て、所定の観察位置に対して結像関係となる位置に焦点
が位置するように設けられ、光源から発せられた光を散
乱させる散乱レンズを備えるとともに、屈折率を変化さ
せることで散乱レンズの焦点位置を変化させるように配
置した屈折率可変材料を結像位置可変手段として備え、
かつ制御手段は、前記散乱レンズの焦点位置と観察者の
目の位置とを結像関係とするように前記屈折率可変材料
の屈折率を制御するようにした。

【００２４】また第９の発明は、前記第８の発明におけ
る屈折率可変材料を、マイクロレンズアレイに設けられ
た多数のマイクロレンズセルのそれぞれに対応して設
け、制御手段は、複数の観察者の目の位置に応じて各屈
折率可変材料の屈折率を個別に変化させ、前記多数のマ
イクロレンズセルのそれぞれの焦点位置を個別に制御す
るようにした。

【００２５】第１乃至第４の発明によれば、空間変調素
子により形成された光像が、この空間変調素子よりも大
きな開口を有する第１光学素子に拡大投射されることで
大画面表示が実現されるが、空間変調素子の画像形成領
域と第１光学素子の所定領域（画像表示領域）とは第２
光学手段によって互いに結像関係とされているために、
空間変調素子の画像形成領域を通った光、すなわち光像
を形成する光は、必ず第１光学素子の所定領域を通るこ
とになる。従って、光学系の光軸からずれた位置にいる
観察者に結像される光が傾いた状態で空間変調素子を通
ったとしても、その光は第１光学素子においては所定領
域を必ず透過することになり、第１光学素子での画像表
示位置は観測者の位置に拘らずに所定領域に固定され
る。

【００２６】また第５、第８および第９の発明によれ
ば、第１光学素子に対する観察者の目の位置が検出さ
れ、第１光学素子による結像位置が観察者の目の位置と
一致するように自動的に制御される。

【００２７】また第６乃至第９の発明によればさらに、
空間変調素子に照射される光は散乱レンズまたは光散乱
板によって散乱されており、ディスプレイ面上での輝度
ムラが低減される。

【００２８】なお本発明は、次のような種々の発明を内
在している。 (1) 空間変調素子から第２光学素子に至る光路中に配
置された第６光学素子を有し、第２光学素子は前記第６
光学素子との協働によって前記空間変調素子と第１光学
素子とを結像関係とすることを特徴とする請求項１乃至
請求項７のいずれかに記載のディスプレイ装置。

【００２９】(2) 光源、散乱レンズまたは光散乱板か
ら放射される光を平行光線に変換したのちに空間変調素
子へと入射する第７光学素子を備えたことを特徴とする
請求項１乃至請求項７および上記(1) のいずれかに記載
のディスプレイ装置。

【００３０】(3) 光源、散乱レンズまたは光散乱板か
ら放射される光を第７光学素子に集光する第８光学素子
を備えたことを特徴とする上記(2) に記載のディスプレ
イ装置。

【００３１】(4) 散乱レンズとしてマイクロレンズ
（複眼レンズ，フライアイレンズ）を用いることを特徴
とする上記(2) または(3) に記載のディスプレイ装置。 (5) 散乱レンズとしてレンチキュラーレンズを用いる
ことを特徴とする上記(2) または(3) に記載のディスプ
レイ装置。

【００３２】(6) 光散乱板として擦りガラスを用いる
ことを特徴とする上記(2) または(3) に記載のディスプ
レイ装置。 (7) 空間変調素子は、右目用画像に対応する光像およ
び左目用画像に対応する光像を時分割に形成することを
特徴とする請求項１乃至請求項７および上記(1) 乃至
(6) のいずれかに記載のディスプレイ装置。

【００３３】(8) 空間変調素子は、右目用画像に対応
する光像を形成するための第１の素子と、左目用画像に
対応する光像を形成するための第２の素子とを有してな
ることを特徴とする請求項１乃至請求項７および上記
(1) 乃至(6) のいずれかに記載のディスプレイ装置。

【００３４】(9) 空間変調素子は、右目用画像に対応
する光像および左目用画像に対応する光像として同一の
ものを時分割で形成することができることを特徴とする
請求項１乃至請求項７および上記(1) 乃至(8) のいずれ
かに記載のディスプレイ装置。

【００３５】(10) 空間変調素子は、右目用画像に対応
する光像および左目用画像に対応する光像として同一の
画像または２眼式立体視用の別々の画像に同一の画像を
重畳してなる画像に対応するものを必要に応じて形成す
ることができることを特徴とする請求項１乃至請求項７
および上記(1) 乃至(9) のいずれかに記載のディスプレ
イ装置。

【００３６】(11) 始動時には、光源の発光領域を強制
的に全面とすることを特徴とする請求項５乃至請求項７
および上記(1) 乃至(10)のいずれかに記載のディスプレ
イ装置。

【００３７】(12) 観察者を照明するための補助照明を
備えたことを特徴とする請求項５乃至請求項７および上
記(1) 乃至(10)のいずれかに記載のディスプレイ装置。 (13) 観察者の目の位置を検出できないとき、空間変調
素子に右目用画像に対応する光像および左目用画像に対
応する光像として同一のものを形成させるとともに、光
源の発光領域を全面とすることを特徴とする請求項５乃
至請求項７および上記(1) 乃至(12)のいずれかに記載の
ディスプレイ装置。

【００３８】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、図面を参照して本発明の一
実施形態につき説明する。図１は本実施例に係るディス
プレイ装置の要部構成を模式的に示す図である。なお、
図１５と同一部分には同一符号を付している。

【００３９】図１に示すよう本実施形態のディスプレイ
装置は、凸レンズ６、凸レンズ７、液晶パネル８、凸レ
ンズ９、ランプ１０、白黒液晶パネル１１、マイクロレ
ンズアレイ１２、凸レンズ１３および凸レンズ１４を有
してなる。

【００４０】凸レンズ６と凸レンズ７とは、光軸を互い
に一致させた状態で互いに対向して配置されている。そ
してこの凸レンズ６と凸レンズ７との間には、これらの
凸レンズ６，７のそれぞれに対向し、かつ凸レンズ７に
近接する状態で、空間変調素子としての液晶パネル８が
設置されている。

【００４１】凸レンズ９は、得ようとする画面サイズに
相当するサイズを有しており、その位置は液晶パネル８
と凸レンズ７および凸レンズ１４による結像関係になる
ように、凸レンズ７に対して液晶パネル８が配置されて
いるのとは反対側に配置される。

【００４２】ランプ１０は、ランプ光源１０ａおよび凹
面鏡１０ｂを有している。ランプ光源１０ａの光を凹面
鏡１０ｂで集光し、平行光線に近い形で凸レンズ６，
７，９およびマイクロレンズアレイ１２の光軸方向に出
射する。

【００４３】白黒液晶パネル１１は、ランプ１０が出射
する光が入射するように配置されおり、このランプ１０
が出射する光の透過領域を絵素単位で任意に制御する。
マイクロレンズアレイ１２は、多数のマイクロレンズセ
ル１２ａを有しており、各マイクロレンズセル１２ａの
それぞれに白黒液晶パネル１１の各絵素を透過した光が
入射するように白黒液晶パネル１１に対向して配置され
ている。なお、このマイクロレンズアレイ１２の各マイ
クロレンズセル１２ａのそれぞれの焦点またはその近傍
に対して凸レンズ１３，６，７，１４，９によって結像
関係となる位置が観察位置となる。

【００４４】凸レンズ１３は、マイクロレンズアレイ１
３と凸レンズ６との間に、各マイクロレンズセル１２ａ
から出射した光を凸レンズ６へと集光するように配置さ
れている。

【００４５】凸レンズ１４は、凸レンズ７との協働によ
り液晶パネル８と凸レンズ９とを結像関係とする位置に
設置される。なお、凸レンズ７を液晶パネル８に近接し
て配置してあるので、凸レンズ７が液晶パネル８に密接
していると見なし、凸レンズ７の効果を無視することも
できる。

【００４６】次に以上のように構成されたディスプレイ
装置の動作を説明する。なお立体視を実現するための原
理は特開平6-225344号公報および特願平7-341840号にて
示されたディスプレイ装置と同様であるのでその詳細な
説明は省略し、右目用あるいは左目用の一方についての
みの動作説明を行う。

【００４７】まず本実施例のディスプレイ装置では、液
晶パネル８および白黒液晶パネル１１の動作を適宜に制
御することで、次の各種表示モードが可能である。 (1) 立体視表示モード：液晶パネル８に左右用の公知の
２眼式立体視用画像を時分割表示するとともに、白黒液
晶パネル１１を液晶パネル８の時分割動作に同期して左
右用の透過モードを時分割に切り換える。 (2) 平面視表示モード：左右用の画像として同一の画像
を液晶パネル８に表示させるとともに、白黒液晶パネル
１１を左右用の透過モードに時分割に切り換える。 (3) 立体視と平面視の混在モード：左右用の画像として
同一の画像と２眼式立体視用画とを重畳して液晶パネル
８に表示するとともに、白黒液晶パネル１１を左右用の
透過モードに時分割に切り換える。 (4) 全面平面視モード：液晶パネル８に左右用の画像と
して同一の画像を表示するとともに、白黒液晶パネル１
１を全面透過モードとする。

【００４８】なお、これらの表示モードの切り替えは、
信号源から供給される映像信号が２眼式立体視映像信号
であるか、あるいは平面視画像であるかの情報を受けて
行うことができる。または、与えられる２つの映像信号
が２眼式立体視映像信号であるか、あるいは平面視画像
であるかの判定機能を付加し、その判定結果で行うこと
もできる。また、観察者が立体視観察範囲外にいたり、
制御系が故障した場合にも表示モード切替を使用でき
る。

【００４９】さて、ランプ１０から出射した光は、白黒
液晶パネル１１により観察位置に対応する領域のみが透
過される。この白黒液晶パネル１１を透過した光は、そ
の透過した絵素に対応するマイクロレンズセル１２ａに
入射する。

【００５０】マイクロレンズセル１２ａは、図２に示す
ように平行光（平面波）を散乱光（球面波）に変換する
ことで、液晶パネル８に均一な光を照射する。凸レンズ
１３は、虚像で収束点（光源）を拡大して、みかけ上の
光源位置を変換する。すなわちマイクロレンズセル１２
ａは、ディスプレイ面（凸レンズ９）上での輝度ムラを
低減するべく、白黒液晶パネル１１を透過した光を散乱
させる。

【００５１】マイクロレンズセル１２ａから出射された
光は、凸レンズ１３によって集光され、凸レンズ６へと
入射する。そして凸レンズ６へと入射した光は、この凸
レンズ６によって平行光とされたのち、液晶パネル８へ
と入射する。これにより液晶パネル８からは、液晶パネ
ル８に表示された画像に対応する光像が出射され、凸レ
ンズ７によって凸レンズ９へと投射される。

【００５２】このとき、液晶パネル８と凸レンズ９とが
凸レンズ７および凸レンズ１４によって相互に結像する
ように配置されているため、液晶パネル８を透過した光
は、透過した絵素が同一であれば透過時における傾きに
拘らずに必ず凸レンズ９の同一位置に入射する。すなわ
ち液晶パネル８に表示された画像に対応する光像は、凸
レンズ９の一定の位置に必ず投射される。

【００５３】そして凸レンズ９に投射された画像は、白
黒液晶パネル１１での光の透過領域に対応する観察位置
にて観察者の右目または左目のいずれかに凸レンズ９に
よって結像される。

【００５４】従って本実施形態によれば、凸レンズ９の
光軸に対して垂直な方向に対して異なる観察位置から観
察する場合においても、凸レンズ９上、すなわち投射ス
クリーン上での画像投射位置は一定の位置となる。これ
により、観察者が凸レンズ９の光軸に対して垂直な方向
に移動しても、画像の表示位置が変化しない。また、液
晶パネル８に表示する右目用画像および左目用画像を同
一とするとともに、また白黒液晶パネル１１の全域で光
を透過するようにし、これにより平面視表示を行う場合
にも、右目用画像および左目用画像の画像投射位置は互
いに一致するので、ぼけのない鮮明な画像となる。

【００５５】（第２の実施の形態）さて前述した第１実
施形態では、液晶パネル８が凸レンズ１４で凸レンズ９
に拡大投射されている。このときの拡大倍率ｋは、図３
に示すように液晶パネル８と凸レンズ１４との距離をＡ
とし、凸レンズ１４と凸レンズ９との距離をＢとすれ
ば、 ｋ＝Ｂ／Ａ で表される。

【００５６】一方、観察位置とディスプレイ面である凸
レンズ９の中心との角度（観察者視野角）をαとし、液
晶パネル８の中心から凸レンズ１４への光の角度（液晶
パネル視野角）をβとすると、 β＝tan ^-1（ｋ・tan α） …（１） となる。

【００５７】従って、例えばα＜＜１であれば、β＝ｋ
・αとなる。これは倍率ｋを大きく設定すると、観察者
視野角を十分に得るためには、液晶パネル視野角は極め
て大きな角度が必要となることを示す。実際には、液晶
パネル８の視野角は限定された能力をもっているが、液
晶パネル８のもつ可能な視野角に対して観察者視野角は
さらに、ほぼ１／ｋで制限されることになる。

【００５８】このように前述の第１実施形態では、凸レ
ンズ１４を設けたことにより、観察位置によっては液晶
パネル８を透過する際の光の傾きが大きくなってしま
い、観察者視野角が狭くなってしまう。

【００５９】そこで以下に、液晶パネル８を透過する際
の光の傾きを緩和することができる本発明の第２実施形
態につき説明する。図４は本実施形態に係るディスプレ
イ装置の要部構成を模式的に示す図である。なお、図１
と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略
する。

【００６０】図４に示すように本実施形態のディスプレ
イ装置は、凸レンズ６、凸レンズ７、液晶パネル８、凸
レンズ９、ランプ１０、白黒液晶パネル１１、マイクロ
レンズアレイ１２、凸レンズ１３、凸レンズ１４および
プリズム４１を有してなる。

【００６１】すなわち本実施形態のディスプレイ装置
は、前述した第１実施形態のディスプレイ装置に加え
て、凸レンズ７から出射した光が入射する位置にプリズ
ム４１を設け、凸レンズ９の光軸を他の光学系の光軸か
らずらしたものとなっている。

【００６２】本実施形態のディスプレイ装置も前述した
第１実施形態のディスプレイ装置と同様に、液晶パネル
８と凸レンズ９とは互いに結像関係にある。液晶パネル
８から出射された光は、プリズム４１で角度が変えられ
たのちに凸レンズ１４に入射する。従って、観察者視野
角が０の時においても凸レンズ１４とプリズム４１の間
にはバイアス角度が設定される。

【００６３】前記式（１）から、観察者視野角が大きい
とき、観察者視野角の変化量に対する液晶パネル視野角
の変化量は小さくなる。これから類推できるように、あ
らかじめ、凸レンズ１４とプリズム４１との間に上述の
ようにバイアス角度を設定することで、液晶パネル８の
必要とされる視野角を低く抑えることができる。

【００６４】（第３の実施の形態）次に、液晶パネル８
を透過する際の光の傾きを緩和することができる本発明
の第３実施形態につき説明する。

【００６５】図５は本実施形態に係るディスプレイ装置
の要部構成を模式的に示す図である。なお、図１と同一
部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図５に示すように本実施形態のディスプレイ装置は、凸
レンズ６、液晶パネル８、凸レンズ９、ランプ１０、白
黒液晶パネル１１、マイクロレンズアレイ１２、凸レン
ズ１３、凹レンズ５１および凸レンズ群５２を有する。

【００６６】すなわち本実施形態のディスプレイ装置
は、前述した第１実施形態のディスプレイ装置における
凸レンズ７に代えて凹レンズ５１を設けるとともに、凸
レンズ１４に代えて凸レンズ群５２を設けたものとなっ
ている。

【００６７】凹レンズ５１は、液晶パネル８を透過する
際の光の傾きを調整するためのものである。凸レンズ群
５２は、２枚の凸レンズ５２ａ，５２ｂよりなる。この
２枚の凸レンズ５２ａ，５２ｂの組み合わせは、公知の
ように合成したレンズとして取り扱うことができる。図
５の例では、観察者側の主点SH2-1 は液晶パネル８の位
置になり、かつ液晶パネル８側の主点SH2-2 は凸レンズ
５２ａと凸レンズ５２ｂとの中間位置になる関係となっ
ている。

【００６８】そして凸レンズ５２ａ，５２ｂは、凹レン
ズ５１と協働して液晶パネル８と凸レンズ９とを互いに
結像関係とするようにそれぞれ配置されている。また、
マイクロレンズアレイ１２の各マイクロレンズセル１２
ａのそれぞれに対して凸レンズ１３，６、凹レンズ５１
および凸レンズ５２ｂ，５２ａ，９によって結像関係と
なる位置が観察位置となる。

【００６９】以上の構成のディスプレイ装置において、
液晶パネル８と主点SH2-2 との距離をＡ′、主点SH2-1
と凸レンズ９との距離をＢ′とすれば、液晶パネル８と
凸レンズ９との倍率は、 ｋ＝Ａ′／Ｂ′ で表される。

【００７０】図３では，観察者視野角αと液晶パネル視
野角βは投射倍率ｋで一義的に決定される。しかしなが
ら、凸レンズ５２ａ，５２ｂの合成レンズを使用して適
当にパラメータを選べば、図５からも判るように、観察
者視野角α′と液晶パネル視野角β′との関係をある程
度の自由度をもって設定できる。すなわち、倍率ｋを大
きくしても、観測者視野角α′に対して液晶パネル視野
角β′をさほど大きくならないようにできる。

【００７１】（第４の実施の形態）次に、液晶パネル８
を透過する際の光の傾きを緩和することができる本発明
の第４実施形態につき説明する。

【００７２】図６は本実施形態に係るディスプレイ装置
の要部構成を模式的に示す図である。なお、図１と同一
部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６に示すように本実施形態のディスプレイ装置は、凸
レンズ６、凸レンズ７、液晶パネル８、凸レンズ９、ラ
ンプ１０、白黒液晶パネル１１、マイクロレンズアレイ
１２、凸レンズ１３、凸レンズ１４、ケース６１および
封入媒体６２を有する。

【００７３】ケース６１は、凸レンズ７とともに液晶パ
ネル８の周囲を囲むように配置されている。封入媒体６
２は、空気の屈折率よりも大きな屈折率を有するもので
あり、凸レンズ７およびケース６１により形成された空
間中を封入している。

【００７４】すなわち本実施形態のディスプレイ装置
は、前述した第１実施形態のディスプレイ装置における
液晶パネル８の周囲を空気の屈折率よりも大きな屈折率
を有した封入媒体６２で覆った構成をなす。

【００７５】このような構成とすることにより、凸レン
ズ７からケース６１に入射する角度ｘの光は、封入媒体
６２内では角度が ｙ＝ｓｉｎ^-1｛（１／ｎ）sin ｘ｝ に緩和される。従って、液晶パネル８の必要とされる視
野角が小さくなる。

【００７６】（第５の実施の形態）ところで、これまで
の各実施形態では発光領域の制御および画像の表示を、
単一の白黒液晶パネル１１および単一の液晶パネル８に
より右目用と左目用とで時分割に行うタイプのディスプ
レイ装置を例示しているが、発光領域の制御および画像
の表示を右目用と左目用とでおのおの異なる系で行うタ
イプのディスプレイ装置においても上記各実施形態と同
様な手段を講じることができる。

【００７７】以下、発光領域の制御および画像の表示を
右目用と左目用とでおのおの異なる系で行うタイプのデ
ィスプレイ装置に、前述した第３実施形態と同様な手段
を講じた本発明の第５実施形態につき説明する。

【００７８】図７は本実施形態に係るディスプレイ装置
の要部構成を模式的に示す図である。なお、図１および
図５と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は
省略する。

【００７９】図７に示すように本実施形態のディスプレ
イ装置は、凸レンズ6-R ，6-L 、液晶パネル8-R ，8-L
、凸レンズ９、ランプ10-R，10-L、白黒液晶パネル11-
R，11-L、マイクロレンズアレイ12-R，12-L、凸レンズ1
3-R，13-L、凹レンズ51-R，51-L、凸レンズ群５２およ
びハーフミラー７１を有する。

【００８０】凸レンズ6-R 、液晶パネル8-R 、凸レンズ
９、ランプ10-R、白黒液晶パネル11-R、マイクロレンズ
アレイ12-R、凸レンズ13-R、凹レンズ51-Rおよび凸レン
ズ群５２は、前述した第３実施形態のディスプレイ装置
における凸レンズ６、液晶パネル８、凸レンズ９、ラン
プ１０、白黒液晶パネル１１、マイクロレンズアレイ１
２、凸レンズ１３、凹レンズ５１および凸レンズ群５２
と同様な位置関係にあるが、凹レンズ５１から凸レンズ
群５２への光路中には、凹レンズ５１から凸レンズ群５
２へと向かう光をそのまま透過する状態でハーフミラー
７１が配置されている。

【００８１】一方、凸レンズ6-L 、液晶パネル8-L 、ラ
ンプ10-L、白黒液晶パネル11-L、マイクロレンズアレイ
12-L、凸レンズ13-Lおよび凹レンズ51-Lは、機能および
互いの位置関係は前述した第３実施形態のディスプレイ
装置における凸レンズ６、液晶パネル８、ランプ１０、
白黒液晶パネル１１、マイクロレンズアレイ１２、凸レ
ンズ１３および凹レンズ５１と同様であるが、それらの
光軸が凸レンズ6-R 、液晶パネル8-R 、凸レンズ９、ラ
ンプ10-R、白黒液晶パネル11-R、マイクロレンズアレイ
12-R、凸レンズ13-R、凹レンズ51-Rおよび凸レンズ群５
２がなす光軸とは９０度異ならせてあり、凹レンズ５１
から出射される光がハーフミラー７１で反射されて凸レ
ンズ群５２に入射されるように配置されている。

【００８２】そして、凸レンズ群５２と凹レンズ51-Rと
の協働により液晶パネル8-R と凸レンズ９とが結像関係
になっているとともに、凸レンズ群５２と凹レンズ51-L
との協働により液晶パネル8-L と凸レンズ９とが結像関
係になっている。またマイクロレンズアレイ12-Rの各マ
イクロレンズセル１２ａのそれぞれに対して凸レンズ13
-R，6-R 、凹レンズ51-R、凸レンズ群５２および凸レン
ズ９によって結像関係となる位置が右目用の観察位置と
なり、マイクロレンズアレイ12-Lの各マイクロレンズセ
ル１２ａのそれぞれに対して凸レンズ13-L，6-L 、凹レ
ンズ51-L、凸レンズ群５２および凸レンズ９によって結
像関係となる位置が左目用の観察位置となる。以上のよ
うな構成によっても、前述した第３実施形態のディスプ
レイ装置と同様な効果を達成することができる。

【００８３】（第６の実施の形態）さて、これまでの各
実施形態では光学系の光軸に対して垂直な方向について
の観察者の移動に対処するためのものであったが、これ
らの各実施形態に加えて以下のような手段を講じること
で、光学系の光軸方向への観察者の移動に対処可能とな
る。

【００８４】そこで以下に、前述した第１実施形態のデ
ィスプレイ装置を基礎として光学系の光軸方向への観察
者の移動にも対処可能な本発明の第６実施例につき説明
する。

【００８５】図８は本実施形態に係るディスプレイ装置
の要部構成を模式的に示す図である。なお、図１と同一
部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図８に示すように本実施形態のディスプレイ装置は、凸
レンズ６、凸レンズ７、液晶パネル８、凸レンズ９、ラ
ンプ１０、白黒液晶パネル１１、凸レンズ１３、凸レン
ズ１４、可変屈折率光学素子８１、カメラ８２（82-1〜
82-4）、演算部８３および電圧印加部８４を有する。

【００８６】すなわち本実施形態のディスプレイ装置
は、前述した第１実施形態のディスプレイ装置における
マイクロレンズアレイ１２に代えて屈折率可変光学素子
８１を設けるとともに、カメラ８２（82-1〜82-4）、演
算部８３および電圧印加部８４を設けたものとなってい
る。

【００８７】屈折率可変光学素子８１は、マイクロレン
ズアレイ８１１とガラス板８１２とで多数の屈折率可変
材料８１３を挟み、かつ、マイクロレンズアレイ８１１
と屈折率可変材料８１３との間に透明電極８１４を、ガ
ラス板８１２と屈折率可変材料８１３との間に透明電極
８１５をそれぞれ形成した構成となっている。

【００８８】マイクロレンズアレイ８１１は、マイクロ
レンズアレイ１２と同様に、多数のマイクロレンズセル
８１１ａを有しており、各マイクロレンズセル８１１ａ
のそれぞれに白黒液晶パネル１１の各絵素を透過した光
が入射するように白黒液晶パネル１１に対向して屈折率
可変光学素子８１が配置される。

【００８９】屈折率可変材料８１３は、透明電極８１４
と透明電極８１５との間に発生する電界の強度に応じて
屈折率ｎ（誘電率）が変化する周知のものであり、マイ
クロレンズセル８１１ａのそれぞれに対応して設けられ
ている。なお屈折率ｎは、マイクロレンズセル８１１ａ
の屈折率とは異ならせる。

【００９０】透明電極８１４と透明電極８１５との間に
は電圧印加部８４が接続されており、この電圧印加部８
４により屈折率可変材料８１３毎に印加電圧が制御され
る。カメラ８２は、図１０に示すように凸レンズ９の４
隅にそれぞれ配置されており、観察者を撮像するように
配置されている。カメラ８２はそれぞれ、所定の撮像範
囲を撮像して生成した映像信号を演算部８３へと与え
る。なお本実施形態では、カメラ８２は通常用いられる
カメラ同様に３０フレーム/ 秒（ｆｐｓ）を想定する。
ただし、これらのカメラ情報は本発明のディスプレイと
して、観察者の移動に追随できる時間解像度があればよ
いので３０ｆｐｓ以下であってもよい。

【００９１】演算部８３は、カメラ８２から与えられる
映像信号に基づいて観察位置を判定し、その観察位置に
画像を結像するべく電圧印加部８４を制御する。電圧印
加部８４は、演算部８３による制御に応じて透明電極８
１４と各透明電極８１５との間に印加する電圧を変化
し、透明電極８１４と各透明電極８１５との間に生じる
電界の強度を変化させる。

【００９２】次に以上のように構成されたディスプレイ
装置の動作を説明する。本実施形態のディスプレイ装置
も、基本的な動作は前述した第１実施形態のディスプレ
イと同様である。しかしながら本実施形態のディスプレ
イ装置では、以下のようにして観察位置の制御を行って
いる。

【００９３】まず、屈折率可変光学素子８１の屈折率可
変材料８１３は、両端に設けられた透明電極８１１と透
明電極８１２との間に生じる電界の強度に応じて屈折率
ｎ（誘電率）が変化する。そして透明電極８１１と透明
電極８１２との間に生じる電界の強度は、透明電極８１
１と透明電極８１２との間に印加される電圧の大きさに
応じて変化する。

【００９４】このため、マイクロレンズセル８１１ａか
ら出射した光の焦点は、透明電極８１１と透明電極８１
２との間に印加する電圧を変化させることで、例えば図
１１にｆ１，ｆ２で示すように変化することになる。マ
イクロレンズアレイ８１１はは前述した第１実施形態の
ディスプレイ装置におけるマイクロレンズアレイ１２に
対応しており、本実施形態においてもマイクロレンズセ
ル８１１ａの焦点が、これ以降の光学系によって観察位
置に結像される。従って、マイクロレンズセル８１１ａ
から出射した光の焦点が上述のように変化することによ
り、観察位置が変化することになる。

【００９５】ここで、屈折率可変材料８１３は一般に、
屈折率を大幅に変化させることは困難であり、マイクロ
レンズセル８１１ａから出射した光の焦点を変化させる
ことができる量は限られる。しかしながら本実施形態で
は、屈折率可変光学素子８１から出射した光は以降の光
学系によって凸レンズ９に拡大投射されるので、図１２
に示すように、マイクロレンズセル８１１ａから出射し
た光の焦点の変化は、拡大されて観察位置の変化として
現れることになり、観察位置を十分に変化させることが
できる。

【００９６】なお図１２は、マイクロレンズセル８１１
ａから出射した光の焦点がＰａであるときの観察位置が
Ｐａ１、マイクロレンズセル８１１ａから出射した光の
焦点がＰｂであるときの観察位置がＰｂ１、またマイク
ロレンズセル８１１ａから出射した光の焦点がＰｃであ
るときの観察位置がＰｃ１となることを示している。

【００９７】さて本実施例において演算部８３は、上述
の性質を利用して以下のように観察位置の制御を行う。
すなわち演算部８３はまず、カメラ82-1〜82-4のそれぞ
れが出力する映像信号の取り込み（図１３中のステップ
ＳＴ１）を行う。

【００９８】次に演算部８３は、雑音低減や各カメラか
らの信号のレベル調整等を行うとともに輪郭抽出を行う
などの前処理（ステップＳＴ２）を行ったのち、この前
処理の結果に基づいて、位相（トポロジー）的特徴や幾
何的特徴の抽出などの特徴抽出（ステップＳＴ３）を行
う。

【００９９】続いて演算部８３は、観察者の顔および人
数や、各観察者の左目および右目の部分の識別（ステッ
プＳＴ４）を行い、識別した観察者のそれぞれについて
左目および右目の位置を凸レンズ１を基準とした３次元
位置ベクトル（以下、位置ベクトルと称する）として検
出するための位置ベクトル検出（ステップＳＴ５）を行
う。

【０１００】そして演算部８３は、検出した位置ベクト
ルが示す位置を観察位置とするように屈折率可変光学素
子８１の屈折率可変材料８１３の状態を設定するための
制御情報を作成してこれを電圧印加部８４へと与える屈
折率制御（ステップＳＴ６）を行う。電圧印加部８４で
は上記制御情報を受けると、屈折率可変光学素子８１の
各屈折率可変材料８１３の屈折率を制御情報が示す状態
とすべく、透明電極８１４と各透明電極８１５との間に
印加する電圧をそれぞれ制御する。

【０１０１】演算部８３は、カメラ82-1〜82-4から１フ
レーム分の映像信号が出力される度に以上の処理を繰り
返す。ただし、ステップＳＴ３の特徴抽出およびステッ
プＳＴ４の識別は時間方向での間引き処理をしてもよ
い。例えば、３ｆｐｓ程度の処理速度としても全体の動
作としてはさほどの不自然さは発生しない。

【０１０２】以上の図１３に太線で示したアルゴリズム
はフィードフォワード制御であり、本質的には、ディス
プレイ装置を構成する光学系や液晶パネル８等の誤差や
設計と製造とのずれによる製品ばらつき等の誤差の影響
を受ける。しかしこれは、予め製造時において誤差を補
正するように組み込んでおくことで影響を少なくでき
る。

【０１０３】しかし、図１３に細線で示すアルゴリズム
によるフィードバック制御を実行することにより、光学
系の誤差や製造誤差等を改善することができる。すなわ
ち、演算部８４は、ステップＳＴ１にて入力した映像信
号とステップＳＴ５にて検出した位置ベクトルとに基づ
いて、ディスプレイからの照射光が各観察者の左目およ
び右目にそれぞれあたって反射した光の情報を分離する
ための左右光分離（ステップＳＴ７）を行う。なお、こ
こではステップＳＴ１にて入力した映像信号を参照して
いるが、ステップＳＴ２での前処理の結果を参照するこ
ともできる。

【０１０４】さて左右光分離は、本実施形態のように右
目用の画像と左目用の画像とを時分割に表示するように
しているのであれば、この表示の時分割動作に同期して
容易に左目および右目で反射した光の情報を分離するこ
とができる。しかし、前述した第５実施形態のように右
目用の画像と左目用の画像とが同時に合成される場合に
は、時分割動作では左目および右目で反射した光の情報
を分離することはできない。そこでこの場合には、凸レ
ンズ１に投射する光の左目用と右目用の偏光を直交関係
に設定するとともに、例えばカメラ82-1，82-2に左目用
のの偏光成分を透過する偏光板を、またカメラ82-3，82
-4に右目用の偏光成分を透過する偏光板それぞれ装着す
ればよい。このとき、本ディスプレイ装置が照射する光
以外の自然光による観察者からの反射光はどの偏光成分
も均等であると考えられる。従って、カメラ82-1，82-2
の出力信号とカメラ82-3，82-4の出力信号との差分をと
れば、自然光の信号はほぼ０になりディスプレイ照射光
の反射成分が残る。そして差分の極性に応じて、例えば
正極信号が左目用照射光の反射成分、負極信号が右目用
照射光の反射成分として分離抽出できる。

【０１０５】続いて演算部８４は、上記左右光分離の結
果に基づいて各観察者への左目および右目への照射状況
の検出（ステップＳＴ８）を行い、その結果をステップ
ＳＴ６における屈折率制御にフィードバックする。この
ときステップＳＴ６における屈折率制御において演算部
８４は、各観察者への左目および右目への照射状況にず
れが生じていれば、そのずれを補正して最適となるよう
に調整を行う。

【０１０６】ところで、観察者が何らかの照明のもとに
あればカメラ８２により撮像データが得られシステムが
始動するが、暗闇の中では始動に問題がある。そこで、
システム始動時においては白黒液晶パネル１１を全面透
過状態とし、観察者に対して本実施形態のディスプレイ
装置から光を照射するようにすれば、始動性を確保でき
る。あるいは、補助用の照明を別途装着することで、始
動性を確保することもできる。

【０１０７】なお、観測者の位置を確定できない場合に
は、左右用の画像として同一の画像を表示するととも
に、白黒液晶パネル１１を全面透過モードにして平面視
を実現する全面平面視表示モードに動作モードを強制的
に切り替えるようにすれば、画像表示を実行できる。

【０１０８】なお、ここで説明した観察位置の制御は、
光学系の光軸方向についての観察者の移動にのみ対処す
るためのものである。光学系の光軸に垂直な方向につい
ての観察者の移動に対処するためには、特願平7-341840
号にて示されるような光源の発光領域の制御、すなわち
本実施形態では白黒液晶パネル１１での光の透過領域の
制御によってなされる。

【０１０９】以上のように本実施形態によれば、前述し
た第１実施形態と同様な効果を得られる上に、光学系の
光軸方向に観察者が移動しても、常に観察者の目の位置
に観察位置を制御することができ、光学系の光軸方向に
ついての観察者の移動に対処可能となる。

【０１１０】なお本発明は前記各実施形態に限定される
ものではない。例えば前記第３実施形態では、凹レンズ
５１での動作説明を行なっているが、凹レンズ５１を凸
レンズに置き換えても同様な効果が得られる。

【０１１１】前記第５実施形態では、２眼式のディスプ
レイ装置を示したが、図７においてＬ，Ｒの添字をした
構成要素をｍ（整数）系統設けて同様な合成を行えば容
易に多眼式（ｍ眼式）が実現できるのはいうまでもな
い。このとき観察者の視野角に応じて多眼式の対応する
映像を表示してやればよい。

【０１１２】前記第６実施形態では、第１実施形態のデ
ィスプレイ装置の構成を基本としてなるものを例示して
おり、凸レンズ１４を有しているが、この凸レンズ１４
は省略してもよい。

【０１１３】前記第６実施形態では、屈折率可変材料８
１３を用いてマイクロレンズセル８１１ａの焦点を変化
させることで、光学系の光軸方向についての観察位置の
変化を可能としているが、各実施形態において設けられ
ている各種のレンズのうちのいずれかの位置を例えば機
械的な移動機構によって移動させてそのレンズの焦点を
移動させることによっても光学系の光軸方向についての
観察位置の変化を可能とすることができる。なおこの場
合には、凸レンズ１４あるいはレンズ群５２の位置も変
化させて液晶パネル８と凸レンズ９とを結像関係に保つ
必要がある。ただしこの場合には、１人の観察者にしか
対応できなくなってしまう。

【０１１４】前記第６の実施形態では、カメラ８２を４
台用いているが、カメラ８２は最低２台あればよい。た
だし、カメラ８２の台数を増やすほど観察者の位置の検
出制度が向上するので、多い方が望ましい。

【０１１５】前記各実施形態では、液晶パネル８および
白黒液晶パネル１１は透過型を用いて説明したが、反射
型を用いても実現できるのは自明である。また、空間変
調が行える素子であれば、液晶パネルに限定されるもの
ではない。

【０１１６】前記各実施形態にて用いられる各種のレン
ズは、複数のレンズを組み合わせたもので実現してもよ
いのは当然である。また上記各実施形態にて用いられる
各種のレンズは、同様の効果をもつ反射鏡で置き換えて
もよい。また上記各実施形態にて用いられる各種のレン
ズは、通常のガラスレンズのほかにプラスチックレンズ
でもよいし、フレネルレンズや非球面レンズでもよい。

【０１１７】前記各実施形態におけるランプ１０および
白黒液晶パネル１１の代えて高輝度ブラウン管を使用し
てもよい。前記各実施形態では、散乱レンズとしてマイ
クロレンズアレイ１２，８１１を用いているが、レンチ
キュラーレンズ等を使用することもできる。また、散乱
レンズの代りに、すりガラスや光拡散材料などの光散乱
板を使用することもできる。

【０１１８】前記各実施形態では、マイクロレンズアレ
イ１２，８１１は凸レンズタイプとしているが、凹レン
ズタイプとしてもほぼ同様に機能する。またマイクロレ
ンズセル１２，８１１が形成された側の向きを逆として
もほぼ同様に機能する。

【０１１９】また、凸レンズ６，７，１３は、必ずしも
用いることなくても本発明の基本的な効果は得られる。
このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形
実施が可能である。

【０１２０】

【発明の効果】第１の発明は、観測者の右目および左目
に、人間の両眼視差を考慮して生成された右目用画像お
よび左目用画像をそれぞれ結像することにより前記観測
者に画像を立体視させるディスプレイ装置において、発
光する領域の位置および大きさを任意に変化させること
ができる、例えばランプと白黒液晶パネルとからなる光
源と、この光源から発せられた光を用いて所定の画像に
対応する光像を形成する例えば液晶パネルなどの空間変
調素子と、この空間変調素子の画像形成領域よりも大き
な開口を有した例えば凸レンズなどの第１光学素子と、
この第１光学素子の所定の領域と前記空間変調素子の画
像形成領域とを結像関係とするように前記空間変調素子
から前記第１光学素子への光路中に配置された例えば凸
レンズなどの第２光学素子とを備えた。

【０１２１】また第２の発明は、前記第１の発明におけ
る第１光学素子を、その光軸が第２光学素子の光軸に対
してずれるように配置するとともに、空間変調素子より
出射された光を屈折させることで前記第２光学素子に入
射する光にバイアス角度を与える例えばプリズムなどの
第３光学素子を備えた。

【０１２２】また第３の発明は、前記第１の発明におけ
る第２光学素子として２つの凸レンズからなる合成レン
ズを用いた。また第４の発明は、前記第１の発明におけ
る空間変調素子を空気の屈折率よりも大きな屈折率を有
する所定の媒体で覆うようにした。

【０１２３】これらにより、空間変調素子の画像形成領
域を通った光、すなわち光像を形成する光は、必ず第１
光学素子の所定領域を通ることになる。従って、光学系
の光軸からずれた位置にいる観察者に結像される光が傾
いた状態で空間変調素子を通ったとしても、その光は第
１光学素子においては所定領域を必ず透過することにな
り、第１光学素子での画像表示位置は観測者の位置に拘
らずに所定領域に固定されることになり、光学系の光軸
に垂直な方向に関する結像位置に拘らずに投射スクリー
ンとなる凸レンズでの光の透過位置を一定とすることが
でき、これにより投射画像位置を常に一定とすることが
できるディスプレイ装置となる。

【０１２４】一方、第５の発明は、観測者の右目および
左目に、人間の両眼視差を考慮して生成された右目用画
像および左目用画像をそれぞれ結像することにより前記
観測者に映像を立体視させるディスプレイ装置におい
て、発光する領域の位置および大きさを任意に変化させ
ることができる、例えばランプと白黒液晶パネルとから
なる光源と、この光源から発せられた光を用いて所定の
画像に対応する光像を形成する例えば液晶パネルなどの
空間変調素子と、この空間変調素子の画像形成領域より
も大きな開口を有した例えば凸レンズなどの第１光学素
子と、前記空間変調素子により形成された光像を前記第
１光学素子に対して拡大投射する例えば凸レンズなどの
第５光学素子と、この第５光学素子により拡大投射され
た光像の前記第１光学素子による結像位置を変化させる
ための結像位置可変手段と、前記第１光学系に対して所
定の位置に配置され、それぞれ観察者を撮像する例えば
カメラなどの複数の撮像手段と、この複数の撮像手段の
それぞれでの撮像結果に基づいて前記第１光学系に対す
る観察者の目の位置を検出し、その位置に前記第１光学
素子による光像の結像位置を合わせるように前記結像位
置可変手段を制御する、例えば演算部および電圧印加部
からなる制御手段とを備えた。

【０１２５】また第６の発明は、前記第１乃至第５のい
ずれかの発明における光源から発せられた光を散乱させ
る光散乱板を所定の観察位置に対して結像関係となる位
置に設け、空間変調素子は、前記光散乱板により散乱さ
れた光を用いて所定の画像に対応する光像を形成するよ
うにした。

【０１２６】また第７の発明は、前記第１乃至第５のい
ずれかの発明における光源から発せられた光を散乱させ
る散乱レンズを所定の観察位置に対して結像関係となる
位置に焦点が位置するように設け、空間変調素子は、前
記散乱レンズにより散乱された光を用いて所定の画像に
対応する光像を形成するようにした。

【０１２７】また第８の発明は、前記第５の発明に加え
て、所定の観察位置に対して結像関係となる位置に焦点
が位置するように設けられ、光源から発せられた光を散
乱させる散乱レンズを備えるとともに、屈折率を変化さ
せることで散乱レンズの焦点位置を変化させるように配
置した屈折率可変材料を結像位置可変手段として備え、
かつ制御手段は、前記散乱レンズの焦点位置と観察者の
目の位置とを結像関係とするように前記屈折率可変材料
の屈折率を制御するようにした。

【０１２８】また第９の発明は、前記第８の発明におけ
る屈折率可変材料を、マイクロレンズアレイに設けられ
た多数のマイクロレンズセルのそれぞれに対応して設
け、制御手段は、複数の観察者の目の位置に応じて各屈
折率可変材料の屈折率を個別に変化させ、前記多数のマ
イクロレンズセルのそれぞれの焦点位置を個別に制御す
るようにした。

【０１２９】これらにより、第１光学素子に対する観察
者の目の位置が検出され、第１光学素子による結像位置
が観察者の目の位置と一致するように自動的に制御され
ることになり、観察者が光学系の光軸方向に移動した場
合でも、これに追従して観察位置を適切に変化させるこ
とができ、任意の位置から表示画像の観察を良好に行う
ことができるディスプレイ装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置
の要部構成を模式的に示す図。

【図２】図１中のマイクロレンズアレイ１２の作用を説
明する図。

【図３】本発明の第１実施形態において生じ得る不具合
を説明する図。

【図４】本発明の第２実施形態に係るディスプレイ装置
の要部構成を模式的に示す図。

【図５】本発明の第３実施形態に係るディスプレイ装置
の要部構成を模式的に示す図。

【図６】本発明の第４実施形態に係るディスプレイ装置
の要部構成を模式的に示す図。

【図７】本発明の第５実施形態に係るディスプレイ装置
の要部構成を模式的に示す図。

【図８】本発明の第６実施形態に係るディスプレイ装置
の要部構成を模式的に示す図。

【図９】図８中の可変屈折率光学素子８１の具体的な構
成例を示す図。

【図１０】カメラ８２の配置状態の一例を示す図。

【図１１】図９に示す可変屈折率光学素子８１での焦点
の変化の様子を示す図。

【図１２】図９に示すマイクロレンズセル８１１ａから
出射した光の焦点の変化に対する観察位置の変化の様子
を示す図。

【図１３】図８中の演算部の処理のアルゴリズムを示す
フローチャート。

【図１４】従来のディスプレイ装置の構成を示す図。

【図１５】従来のディスプレイ装置の構成を示す図。

【符号の説明】

６，6-R ，6-L …凸レンズ ７…凸レンズ ８，8-R ，8-L …液晶パネル ９…凸レンズ １０，10-R，10-L…ランプ １１，11-R，11-L…白黒液晶パネル １２，12-R，12-L…マイクロレンズアレイ １３，13-R，13-L…凸レンズ １４…凸レンズ ４１…プリズム ５１，51-R，51-L…凹レンズ ５２…凸レンズ群 ６１…ケース ６２…封入媒体 ７１…ハーフミラー ８１…可変屈折率光学素子 ８１１…マイクロレンズアレイ ８１２…ガラス板 ８１３…屈折率可変材料 ８１４…透明電極 ８１５…透明電極 ８２（82-1〜82-4）…カメラ ８３…演算部 ８４…電圧印加部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観測者の右目および左目に、人間の両眼
   視差を考慮して生成された右目用画像および左目用画像
   をそれぞれ結像することにより前記観測者に画像を立体
   視させるディスプレイ装置において、 発光する領域の位置および大きさを任意に変化させるこ
   とができる光源と、 この光源から発せられた光を用いて所定の画像に対応す
   る光像を形成する空間変調素子と、 この空間変調素子の画像形成領域よりも大きな開口を有
   した第１光学素子と、 この第１光学素子の所定の領域と前記空間変調素子の画
   像形成領域とを結像関係とするように前記空間変調素子
   から前記第１光学素子への光路中に配置された第２光学
   素子とを具備したことを特徴とするディスプレイ装置。
2. 【請求項２】 第１光学素子を、その光軸が第２光学素
   子の光軸に対してずれるように配置するとともに、 空間変調素子より出射された光を屈折させることで前記
   第２光学素子に入射する光にバイアス角度を与える第３
   光学素子を備えたことを特徴とする請求項１に記載のデ
   ィスプレイ装置。
3. 【請求項３】 第２光学素子として２つの凸レンズから
   なる合成レンズを用いることを特徴とする請求項１に記
   載のディスプレイ装置。
4. 【請求項４】 空間変調素子を空気の屈折率よりも大き
   な屈折率を有する所定の媒体で覆ったことを特徴とする
   請求項１に記載のディスプレイ装置。
5. 【請求項５】 観測者の右目および左目に、人間の両眼
   視差を考慮して生成された右目用画像および左目用画像
   をそれぞれ結像することにより前記観測者に映像を立体
   視させるディスプレイ装置において、 発光する領域の位置および大きさを任意に変化させるこ
   とができる光源と、 この光源から発せられた光を用いて所定の画像に対応す
   る光像を形成する空間変調素子と、 この空間変調素子の画像形成領域よりも大きな開口を有
   した第１光学素子と、 前記空間変調素子により形成された光像を前記第１光学
   素子に対して拡大投射する第５光学素子と、 この第５光学素子により拡大投射された光像の前記第１
   光学素子による結像位置を変化させるための結像位置可
   変手段と、 前記第１光学系に対して所定の位置に配置され、それぞ
   れ観察者を撮像する複数の撮像手段と、 この複数の撮像手段のそれぞれでの撮像結果に基づいて
   前記第１光学系に対する観察者の目の位置を検出し、そ
   の位置に前記第１光学素子による光像の結像位置を合わ
   せるように前記結像位置可変手段を制御する制御手段と
   を具備したことを特徴とするディスプレイ装置。
6. 【請求項６】 所定の観察位置に対して結像関係となる
   位置に焦点が位置するように設けられ、光源から発せら
   れた光を散乱させる散乱レンズを備え、 空間変調素子は、前記散乱レンズにより散乱された光を
   用いて所定の画像に対応する光像を形成することを特徴
   とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のディス
   プレイ装置。
7. 【請求項７】 所定の観察位置に対して結像関係となる
   位置に設けられ、光源から発せられた光を散乱させる光
   散乱板を備え、 空間変調素子は、前記光散乱板により散乱された光を用
   いて所定の画像に対応する光像を形成することを特徴と
   する請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のディスプ
   レイ装置。
8. 【請求項８】 所定の観察位置に対して結像関係となる
   位置に焦点が位置するように設けられ、光源から発せら
   れた光を散乱させる散乱レンズを備えるとともに、 屈折率を変化させることで前記散乱レンズの焦点位置を
   変化させるように配置した屈折率可変材料を結像位置可
   変手段として備え、 かつ制御手段は、前記散乱レンズの焦点位置と観察者の
   目の位置とを結像関係とするように前記屈折率可変材料
   の屈折率を制御することを特徴とする請求項５に記載の
   ディスプレイ装置。
9. 【請求項９】 屈折率可変材料は、散乱レンズに設けら
   れた多数の散乱レンズセルのそれぞれに対応して設けら
   れ、 制御手段は、複数の観察者の目の位置に応じて各屈折率
   可変材料の屈折率を個別に変化させ、前記多数の散乱レ
   ンズセルのそれぞれの焦点位置を個別に制御することを
   特徴とする請求項８に記載のディスプレイ装置。