JPH09304850A

JPH09304850A - ３次元画像表示装置

Info

Publication number: JPH09304850A
Application number: JP8143753A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Toyoshima; 伸朗豊島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高精細な３次元画像を表示できる３次元画像
表示装置を提供する。【解決手段】画像表示部１の各画素から出射された発
散光の一部を開口制御部の開口部ｉにより取り出し、さ
らに時間とともに開口部ｉの位置を変化させて、取り出
す光束を時間によって変えるとともに、開口部ｉの位置
の変化にともなって出力レンズアレイ３により光束の出
射方向を変化させ、各瞬間において画像表示部１に表示
される２次元画像を出力レンズアレイ３から特定の一方
向に出射される平行光束とすることにより、自然で高精
細な３次元画像表示を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元画像表示装
置に関し、特に動画や運動視差に対応できる３次元画像
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】３次元画像を表示する方法は、従来より
さまざまな方法が提案されている。例えば、偏光眼鏡や
シャッタ眼鏡を用いたものや、アナグリフ、パララック
スバリヤ、２眼式レンチキュラなどの方法がある。これ
らの方法は２眼式と呼ばれるもので、左右の目に異なる
画像情報を与えることによって３次元画像として認識さ
せている。例えば、シャッタ眼鏡を用いた方法では左右
の眼前に置かれたシャッタ（液晶シャッタなど）を交互
に開閉させ、これと同期して右眼に与える画像と左眼に
与える画像をディスプレイ上に時分割で表示させること
によって立体感を得ている。また、２眼レンチキュラ方
式では、図２８のようにレンチキュラシ−ト２０を構成
する各円柱レンズ２０ａの焦平面上に右眼用の画像と左
眼用の画像を表示させる表示手段を設け、これにより眼
鏡を用いずに両眼に視差を与えて立体感を得ている。焦
平面上に画像を形成させる手段としては、静止画像では
銀塩のフィルムが、動画像では液晶ディスプレイ２１や
投射型ディスプレイ（プロジェクタ）などが用いられて
いる。これらの方法では、比較的簡単に３次元の画像を
得ることができるが、運動視差（観測位置の移動に対応
して観測者に与えられる画像が変化すること）が十分に
得られないため、立体感の不十分な動画像しか実現でき
ない。この問題を解決する方法として、多眼レンチキュ
ラ方式と呼ばれる方式が提案されている。これは、表示
画面上で複数の画像を互いに異なる方向へ指向性を持た
せて表示させる方式である。この方式の従来の３次元画
像表示装置の例としては、図２９に示したような液晶デ
ィスプレイ２２とレンチキュラシ−ト２３とを貼り合わ
せたものがある（例えば特開昭６２−２０９９９３号公
報）。この装置では、液晶ディスプレイ２２の各画素か
ら発した光がレンチキュラシ−ト２３のレンズ２３ａに
よって指向性を持った光線に変換され、これによって観
測位置の変化にともなう運動視差を得ることができる。
レンチキュラシ−ト２３のレンズピッチに対して液晶デ
ィスプレイ２２の画素数が増えるほど連続的な運動視差
が得られるようになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、多眼レ
ンチキュラ方式の３次元画像表示装置は、ひとつのレン
ズ２３ａに含まれる画像の数を増やすことで、運動視差
を持った、より自然な３次元画像表示を可能とするもの
であるが、ある特定の観測方向から見た場合の画像密度
は、各レンズ２３ａに含まれる画像の数ではなくレンチ
キュラシート２３のレンズピッチに対応する。従って、
ホログラフィ−のような高精細な３次元画像を実現させ
ようとすると、レンズピッチを細かくし、さらに画像情
報を表示する部分の画素サイズをレンズピッチと比較し
て十分小さくする必要がある。例えば、レンズピッチを
１００μｍとして１０眼の運動視差を得ようとすると表
示部の画素ピッチは１０μｍとなり、このような画素ピ
ッチで表示部を構成することは非常に困難である。ま
た、レンズピッチが細かくなると、それ自体による回折
や散乱の効果も無視できなくなり、レンズピッチの縮小
が逆に画質の劣化を招く虞もある。本発明の画題は、上
記のような従来の技術の不具合を解消し、高精細な３次
元画像を表示できる３次元画像表示装置を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の３次元画像表示装置は、請求項１に記載す
るように、３次元画像を表示させるために必要な光情報
を発する画像表示部と、その画像表示部から出射される
光の一部を取り出すための複数の開口部を有し且つその
開口部の位置を変化させることができる開口制御部と、
前記開口部から出射した光を指向性を有した光線に変換
するとともに前記開口部の位置の変化にともなって前記
光線の進む方向を変化させるための出力レンズアレイと
を備えて構成したことを特徴としている。上記請求項１
記載の３次元画像表示装置では、従来の多眼レンチキュ
ラ方式と異なり、出力レンズアレイにおける一つのレン
ズから特定の方向に送られる光情報を２次元の画像情報
とすることにより、自然で高精細な３次元画像表示を可
能にする。請求項２記載の３次元画像表示装置は、前記
出力レンズアレイとして、同じ形状のレンズを同一平面
上に２次元に配列して構成されたものを用いることによ
り、縦横の運動視差が得られるようにしてさらに自然な
３次元画像表示を可能にする。請求項３記載の３次元画
像表示装置は、請求項１又は２において、前記出力レン
ズアレイもしくは前記開口制御部のうち、少なくとも一
方を機械的に振動させることにより、開口制御部の各開
口部に複雑な構造を必要とせず、容易に開口位置の制御
を行えるようにした。請求項４記載の３次元画像表示装
置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記開口制御
部として、機械的に開閉可能な微小なシャッタアレイに
よって構成されたものを用いることにより、光の波長や
偏光などのパラメ−タに影響されない透過光の制御を行
うようにし、これによって鮮明な３次元画像の表示を可
能にする。請求項５記載の３次元画像表示装置は、請求
項１〜４のいずれかにおいて、前記開口制御部として液
晶空間変調素子を用いることで、１つの出力レンズに対
し開口部を２次元的に配列した状態で存在させるととも
に、液晶空間変調素子を制御して光が透過できる部分の
位置を変化させることにより、請求項３のように出力レ
ンズアレイもしくは開口制御部全体を動かすような動作
なしに開口部の開口位置を変化させることを可能とし、
縦横の運動視差を有した３次元表示を可能にする。請求
項６記載の３次元画像表示装置は、請求項１〜５のいず
れかにおいて、前記開口制御部の開口部を前記出力レン
ズアレイの焦平面近傍に配置させることによって出力レ
ンズアレイから出射する光線が平行光となるようにし、
これによって奥行きのある３次元像を表示させたときの
ぼけをおさえ鮮明な表示を行うようにする。請求項７記
載の３次元画像表示装置は、請求項１〜６のいずれかに
おいて、前記開口制御部の前記出力レンズアレイと対向
する側の面の色を黒色とすることにより、出力レンズア
レイを透過して開口制御部に達した外光が開口制御部の
表面で反射、散乱され、３次元像を表示するために出射
した画像表示部からの光と混ざって出力画像が劣化する
のを防ぐ。請求項８記載の３次元画像表示装置は、請求
項１〜７のいずれかにおいて、前記開口制御部の前記画
像表示部と対向する側の面の色を黒色とすることによ
り、画像表示部の各画素を出射した光のうち、最も近く
の開口部を通らなかった光が開口制御部の表面と画像表
示部との間で反射、散乱されて別の開口部から外に出力
され、これによって表示させたい３次元像の光と混ざっ
て出力画像が劣化するのを防ぐ。請求項９記載の３次元
画像表示装置は、請求項１〜８のいずれかにおいて、前
記画像表示部から出射される光の発散角が、前記画像表
示部の一つの画素から発した光が前記開口制御部の２つ
以上の開口部を通らないように設定しておくことによ
り、１つの画像表示部から発した光が複数の開口を透過
して本来得ようとしている３次元像を表示するための光
線と混ざってしまうのを防いて表示画像が劣化するのを
防止する。請求項１０記載の３次元画像表示装置は、請
求項１〜９のいずれかにおいて、前記開口制御部の１つ
の開口部を通過する光が前記出力レンズアレイの２つ以
上のレンズに入射しないように、前記画像表示部から出
射される光の発散角および前記開口制御部の開口部の位
置の変動する領域を制限することにより、ある瞬間に出
力される光線が２つに分離されることなく１つの方向を
向くようにし、画像表示部に送るデータの生成を容易に
する。請求項１１記載の３次元画像表示装置は、請求項
１〜１０のいずれかに記載の装置構成を前提とし、縦方
向（この３次元画像表示装置の表示部に向き合って画像
を観測している観測者の両目を結んだ方向と直交しかつ
前記出力レンズアレイに平行な方向。表示部を立てた状
態における上下方向。）に画像表示部の３原色の画素を
並べることによって、３次元画像の立体感の低下を最小
にとどめながら画像のカラ−表示を行うことを可能にす
る。請求項１２記載の３次元画像表示装置は、請求項１
〜１１のいずれかに記載の装置構成を前提とし、前記画
像表示部として、カラ−画像を得るために必要な３原色
の光を時系列に発する照明部と、当該照明部からの光の
色の変化と同期して当該照明部からの透過光を制御し画
像を形成する光空間変調素子とを備えて構成されたもの
を用い、時分割（時間混色）で３原色の画像表示を行う
ことで、モノクロ画像表示と同じ画素密度の高精細なカ
ラ−３次元画像表示を可能にする。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。最初に、本発明の基本構成と動作原理を説
明する。本発明の３次元画像表示装置は、図１に示すよ
うに画像表示部１、開口制御部２、出力レンズアレイ３
の３つの要素を基本として構成される。ここで、画像表
示部１は、３次元表示に必要な画像情報を表示させるも
ので通常の直視型２次元ディスプレイ（例えば、ＣＲ
Ｔ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ）や投写
型ディスプレイなどの利用が考えられる。開口制御部２
は、平面上に２次元に配列した開口部（光が透過できる
部分）が時間とともにその位置を変えられるように構成
されたもので、画像表示部１の各画素から出射された発
散光から複数の開口部に１次元的または２次元的に集光
する光線束を取り出し、さらに時間とともにその開口の
位置を変化させて、取り出す光線束を時間によって変え
る働きをするものである。ここでいう開口部とは、可視
光を透過させることが可能な部分を意味する。従って、
貫通孔のように孔が開いていなくても光が透過する材料
で構成されていればよい。この開口制御部２の動作を図
２を用いて説明すると、今、図中ａの位置に開口部ｉが
位置していたとすると、画像表示部１における画素群１
Ｇの各画素から発散角θで出射した光のうちＡで示した
光束がこの開口部ｉを透過することができる。そして、
次に開口部ｉの位置が図３のようにｂの位置に変化する
と今度は画素群２Ｇの各画素から出射した光のうちＢで
示した光束がこの開口部ｉを通過する。このように、開
口制御部２は画像表示部１から出射した光から特定の光
束を選び出す働きをする。開口制御部２の具体的な例と
しては、後で示すようなスリットアレイ（図４）やピン
ホ−ルアレイ（図５）または液晶空間変調素子（図６）
などが挙げられる。

【０００６】出力レンズアレイ３は、開口制御部２の各
開口部ｉを通過した発散する光束を特定の方向へ進む光
線に変換する働きをする。この動作を図２で説明する
と、開口部ｉを通過した光は出力レンズアレイ３によっ
てＡ′、Ａ″のように指向性を持った２つの光線に分離
する。出力される光線は、発散又は収束していても３次
元画像を表示させることは可能だが、より高精細な画像
表示を行うためには平行光に近い光線が望まれる。従っ
て、開口部ｉは出力レンズアレイ３の焦平面近傍に配置
させるようにする。次に、開口部ｉの位置がｂに移動す
ると、今度はＢ′、Ｂ″のような光線に変化する。つま
り、開口部ｉの位置を移動させることによって出力レン
ズアレイから出射される光線の方向を変化させることが
できる。これらの各光線は、その方向において３次元像
を生成するために必要な情報を含むように変調されてい
る。光線に含まれる情報と光線の方向の関係について
は、後述する。ところで、この図の例では一つの開口部
ｉから出る光は２つの光線に分離されてしまうが、画像
表示装置１からの光の発散角θと開口部ｉの位置が変化
する範囲を適当に選ぶことにより一つの開口部ｉから出
た光が２つに分離することを防ぐことができる。例え
ば、図９のように発散角をθ′とし開口部ｉの位置の移
動する範囲を図９の位置から図１０の位置までとすれば
１つの開口部ｉを通った光は１つのレンズにのみ入射
し、結果として１つの光線として出力レンズアレイ３よ
り出射される。出力レンズアレイ３の各レンズ３ａと各
開口部ｉとの位置関係がどのレンズ３ａも同じになるよ
うにしておけば、ある瞬間において画像表示部１に表示
される２次元画像は出力レンズアレイ３から特定の１方
向に進む平行光束となる。したがって、例えばレンチキ
ュラシ−トを出力レンズアレイ３に用いた場合、この実
施の形態における動作は２次元画像を左右に振るという
簡単なものとなる。このようにすれば、立体物の座標デ
−タなどから画像表示部１を駆動するためのデ−タ（各
画素に与える情報）の作成を容易にすることが可能にな
る。出力レンズアレイ３の具体例としては、例えば、図
７に示すようなレンチキュラシ−ト３Ｗや、図８に示す
ようなフライアイレンズ３Ｆなどがある。

【０００７】次に、本発明による３次元表示装置の動作
原理について説明する。出力レンズアレイ３と開口制御
部２の形状やこれらの組み合わせによって異なるので、
以下にこれらの組み合わせと動作の違いについて述べて
おく。まず、表１に構成要素の主な組み合わせを示す。
この表１において、開口形状の“縦長、長方形”とはス
リット形状（例えば図４）を表し、また、“四角形、円
形”とはピンホ−ル（図５）や液晶空間変調素子におい
て表示可能な形状を意味している。表中（１）と（２）
の組み合わせでは、開口部ｉの位置を観測者に対して横
方向（図１３における矢印の方向）に移動させてレンチ
キュラシ−ト３Ｗから出力される光線を横方向にスキャ
ニング（偏向動作）させる動作であり、一方表中（３）
の組み合わせにおいては、出力レンズアレイ３に平行な
面内で縦横２次元に開口部ｉの位置を移動（走査）させ
て出力する光線を縦横２次元にスキャニングさせる動作
となる。表示される３次元像については、（１）の組み
合わせは横方向の視差だけを利用した３次元表示であ
り、（２）と（３）の組み合わせでは縦横両方の視差を
用いた３次元表示である。この点についてもう少し説明
を加えると、まず、（１）では縦方向に拡散する光線が
出射されるため縦方向の視差情報を表示することができ
ない。したがって、横方向の視差だけを用いた３次元表
示となる。（３）は、縦横に指向性を持った光線をスキ
ャニングさせることができるので、縦横両方の視差を用
いた３次元像を表示できる。（２）は、横方向に関して
は（１）と同じ動作であるが、縦方向に関してはパララ
ックスバリヤと呼ばれる３次元表示方法と同じ原理で視
差を生成している（パララックスバリヤについては、大
越孝敬著「三次元画像工学」に詳しく説明されてい
る）。したがって、原理的には縦横の両方向に対して視
差を生じさせることができる。ただし、パララックスバ
リヤは、１つの画素から出射する光線が広がってしまう
のでスキャニングに比べると表示できる画像の解像度が
劣る。したがって、得られる立体感の順番としては、
（３）→（２）→（１）のようになる。

【０００８】次に画像表示部１に表示すべき画像情報と
開口部ｉの位置との関係を述べる。いま、図１１のよう
な３次元画像の表示を行う場合を考えると、この像の点
ｓからの光をこの実施の形態の３次元表示装置で再現す
るためには、Ｌ１、Ｌ２のような光線が出力レンズアレ
イ３から出射されている必要がある。そのためには、図
１１から分かるようにｋ１、ｋ２の位置に開口部ｉがあ
り画像表示部１のｔ１、ｔ２の画素に点ｓを表す光の情
報（色、光強度）が表示されていればよい。そして、開
口部ｉの位置の移動と同期させて画像表示部１の表示画
像を変化させてやれば、３次元像を表示させることがで
きる。ただし、この一連の動作は、観測者に対してちら
つき感を与えないような速度で行われる必要がある。こ
の図では、出力レンズアレイ３の各レンズ３ａの位置と
開口部ｉとの位置関係が異なっている状態を示している
が、実際には各レンズ３ａに対する開口部ｉの位置はど
の場所でも同じになるように動作させる。したがって、
ある瞬間において各レンズａから点ｓに光が集光してい
るという状態は起こらない。ただし、図２および図３の
ように出力される光線が２つに分離する場合には、３次
元の点ｓを２つの光線が同時に通るということが起こり
うる。（２）の組み合わせにおける縦方向の視差表示
（パララックスバリヤ）は、図１２のように光線Ｌ３、
Ｌ４の情報を画素ｔ３、ｔ４にそれぞれ表示させること
によって行う。

【０００９】以下、本発明に対する具体的な実施の形態
の例を述べる。まず、表１中（１）の組み合わせに相当
する第１の実施の形態の例を図１３に示す。この実施の
形態の例は請求項１〜３に対応するもので、出力レンズ
アレイ３にレンチキュラシ−ト３Ｗを画像表示部１に液
晶ディスプレイ（例えばＴＦＴやＳＴＮなど）１Ｌ１
を、そして開口制御部２にスリットアレイ２Ｓを用いて
構成されている。ここで用いるレンチキュラシ−ト３Ｗ
は図７のような形状のもので、前面側のみ凸面状に形成
された縦長棒状の同形同寸の複数のレンズ３ａを平面状
に組み合わせた構造を有している。各レンズ３ａの焦点
はレンチキュラシ−ト３Ｗを構成する材料の外部空間に
存在するようになっている。開口制御部２であるスリッ
トアレイ２Ｓは図４に示すように縦長長方形の複数のス
リット２ａを縦横に等間隔に形成してなるもので、これ
をレンチキュラシ−ト３Ｗに対して図１３に示した方向
に振動させることでレンチキュラシ−ト３Ｗからの出力
光線を偏向させる。スリットアレイ２Ｓは、前述したよ
うにレンチキュラシ−ト３Ｗから観測者に向けての光が
なるべく平行光となる（指向性を持つ）ようにレンチキ
ュラレンズ３Ｗの焦平面近傍に配置させる。スリット２
ａの位置と液晶ディスプレイ（画像表示部）１Ｌ１に表
示すべき情報との関係については前述の通りである。ス
リットアレイ２Ｓを振動させる手段としては、例えば電
磁石を交流駆動して得られる電磁力を利用した方法があ
る。

【００１０】ところで、スリットアレイ２Ｓの表面が光
を反射または散乱する状態にあると、レンチキュラシ−
ト３Ｗから入射した外光がこの表面で反射または散乱さ
れ、再びレンチキュラシ−ト３Ｗから出力される場合が
ある（図１４）。このような光は表示すべき３次元画像
にとってはノイズ光であり、表示画像の質を劣化させ
る。そこで請求項７では、例えば、図１５に示すように
スリットアレイの表面（レンチキュラシ−トと対向する
面）を黒色の塗料などでコーティングし、入射光を吸収
するようにした。これにより、外光の強い環境下でも開
口制御部２での外光の反射による表示画像のコントラス
トの低下を防ぐことができる。

【００１１】また、これと似た現象として図１６のよう
に画像表示部１からの光が開口制御部２の裏面（画像表
示部と対向する面）で反射・散乱を繰り返すうちにどこ
かの開口部ｉを通過し、表示すべき３次元画像の光線に
ノイズ光として混ざってしまうことがある。これを防ぐ
ために請求項８では、例えば、図１７に示すようにスリ
ットアレイの裏面（画像表示部と対向する面）にも表面
同様に黒色の塗料などでコーティングを施し、画像表示
部１からの光を吸収するようにした。以上のように、
スリットアレイ２Ｓ（開口制御部２）の両面を黒くする
ことで、スリットアレイ２Ｓによるノイズ光の発生を防
ぐことはできるが、これだけでは３次元像を表示させる
のに必要な光だけを出力レンズアレイ３から出射させる
ようにはならない。つまり、画像表示部１からの光が本
来透過すべき最も近くに位置する開口部ｉだけでなく、
同時に他の開口部ｉにも光が達してしまうとそれはノイ
ズ光となって出力レンズアレイ３より出射されることに
なる。

【００１２】そこで、請求項９では、例えば、図１８に
示すように、液晶ディスプレイ１Ｌ1 の液晶９を照明す
るためのバックライト５の発散角を調節して一つの画素
から発した光が隣の開口部ｉにまで達しないように発散
角を制御している。この実施の形態の例では、液晶ディ
スプレイ１Ｌ1 の偏光板８とバックライト５との間にピ
ンホールアレイ６とマイクロレンズアレイ６とが設けら
れており、ピンホールアレイ６のピンホ−ル７ａの大き
さを変えることで発散角の調節が可能である。このよう
な発散角の調節機能は、請求項１０に示した動作（前述
の図９及び図１０に示した動作）を実現させるのに有効
である。

【００１３】以上までの実施の形態の例では、画像表示
部１としてＴＦＴやＳＴＮのように液晶９とこれを挟む
２枚の偏光板８、１０およびバックライト５を備える透
過型の液晶ディスプレイ１Ｌ1 （図１８、図１９）を用
いているが、図２０に示すように反射型の液晶ディスプ
レイ１Ｌ2 （例えば、高分子分散型液晶など）を用いた
構成も可能である。反射型の液晶ディスプレイ１Ｌ2 を
用いた場合には、外光を必要とする代わりにバックライ
トや偏光板が不要になり小型、軽量、低消費電力化の面
でメリットがある。液晶ディスプレイ１Ｌ2 から出射す
る光（反射光）がバックライトによって供給されたもの
でなく外部からレンチキュラシ−ト３Ｗとスリットアレ
イ２Ｓを通過した光を利用したものであるという点以外
は、透過型の液晶ディスプレイ１Ｌ1 を用いた場合と同
様の動作原理である。

【００１４】また、画像表示部１である液晶ディスプレ
イとして、カラ−表示可能なものを使用すればカラ−の
３次元表示が可能になる。通常のカラ−液晶ディスプレ
イは、空間的にＲＧＢ３原色の画素を配置させて、空間
混色によりそのたの色を表示しているため、単色の場合
と比べて３次元像の解像度は低くなる。一般に、３次元
像を観測者に認識させる場合、両眼視差による効果が一
番大きく、両眼を結ぶ横方向（開口制御部たとえばスリ
ットアレイの振動方向）に観測点を移動したときに観測
される画像がなるべく連続的に変化する方が立体感のあ
る３次元像を得ることができる。そこで請求項１１で
は、例えば、図２１に示すように画像表示部としての液
晶ディスプレイ１ＬにおけるＲＧＢ３原色の画素を縦に
並べた配置構成とした。これにより、立体感の低下を最
小限にして３次元画像のカラ−化が可能になる。

【００１５】次に、前述の表１の（２）の組み合わせに
相当する実施の形態の例について述べる。この実施の形
態は、図２２に示すように出力レンズアレイ３としてレ
ンチキュラシ−ト３Ｗを、画像表示部１として液晶ディ
スプレイ１Ｌを、そして、開口制御部２に機械的可動部
を有したシャッタアレイ（メカニカルシャッタアレイ）
２ＭＳを用いた構成となっている。メカニカルシャッタ
アレイ２ＭＳは、出力レンチキュラシ−ト３Ｗの焦平面
近傍となるように配置させている。メカニカルシャッタ
アレイ２ＭＳは、図２３に示すように微小なメカニカル
シャッタ１１を２次元的に配列したものであり、各メカ
ニカルシャッタ１１の具体的な構造としては、例えば
「The 7th International Conference on Solid-State
Sensors and Actuators,p132 」に報告されているような
マイクロマシンニング技術を用いてシリコンウエハ上に
形成されたものが挙げられる。この実施の形態の動作
は、前述の表１中の（２）の組み合わせの説明で述べた
ように、横方向については図２３においてａ、ｂ、ｃ、
・・・、ａ、ｂ、ｃ・・・という順番にメカニカルシャ
ッタ１１のシャッタ要素が開くことによって画像表示部
１からの透過光を制御し出力光線のスキャニングを行
う。縦方向については、図１２で説明したパララックス
バリヤの動作と同じである。レンズピッチ内に含まれる
開口部の数が増えるほど表示される３次元画像の解像度
を上げることができる。

【００１６】次に、縦方向にも視差を持った組み合わせ
に相当する実施の形態の例について説明する。この実施
の形態は、、表１の（３）の組み合わせに相当するもの
で図２４のような構成となっている。出力レンズアレイ
３にはフライアイレンズ３Ｆを、開口制御部２には液晶
空間変調素子２Ｌを、そして画像表示部１としては液晶
ディスプレイ１Ｌを用いている。液晶空間変調素子２Ｌ
は、図６に示すように２枚の偏光板１２、１３の間に液
晶層１４を配置した構造となっており、各画素（開口
部）ｅを光シャッタとして動作させることが可能になっ
ている。画像表示部１に透過型の液晶ディスプレイ１Ｌ
1 を用いる場合には、液晶空間変調素子１４の液晶層１
４と液晶ディスプレイ１Ｌ1 の液晶層９との間には、偏
光板が１枚あればよい。縦方向に視差情報を与えるため
には開口部の位置が出力レンズアレイ３に対して２次元
的に変化する必要がある。液晶空間変調素子２Ｌを用い
たときの開口部の位置を変える動作は、例えば図２５の
ように１つのレンズ３Ｆａに対応する液晶空間変調素子
２Ｌの画素群（液晶シャッタアレイ）の各画素（開口
部）ｅに番号（ここでは、１〜１２）を付けたとする
と、この番号順に液晶空間変調素子２Ｌの画素（開口
部）ｅを光が透過する状態にしていけばよい。カラ−表
示に関しては、液晶ディスプレイとしてカラ−表示でき
るものを使用すればよい。

【００１７】ところで、前述のように通常のカラ−液晶
ディスプレイは空間的にＲＧＢ３原色の画素を配置させ
ているため、単色の場合と比べて３次元空間像の解像度
は低くなる。図９〜図１７などのレンチキュラシ−ト３
Ｗを用いた例では、縦方向の視差情報を用いないためこ
の方向にＲＧＢの画素を並べたが、フライアイレンズ３
Ｆを用いた場合には縦横の視差情報を表示させるため縦
方向にＲＧＢの画素を並べてしまうとこの方向の立体感
が低下してしまう。もちろん、両眼を結ぶ横方向の視差
情報の方が重要なので縦方向にＲＧＢの画素を並べてカ
ラ−画像を得るようにすることは、立体感の低下を最小
限にしてカラ−化する手段として有効な手段であるが、
縦横同等の立体感を要求される場合には不都合を生じ
る。

【００１８】そこで、このような問題点を改善すべく、
図２６に示す例では、液晶ディスプレイ１Ｌを背後から
照らすバックライト（照明光）の色（ＲＧＢ）を時分割
で変化させ、これと同期して各色の透過光画像が得られ
るように液晶空間変調素子２Ｌを駆動し、これによって
３次元表示に用いられる解像度を低下させることなくカ
ラ−表示ができる構成とした。具体的には、光源（例え
ばメタルハライドランプ）１６からの光を図２７に示す
ような３原色の色フィルタ１７を通すことにより照明光
の色（ＲＧＢ）を変化させている。色フィルタ１７はモ
ータ１８によって一定の速度で回転しており、この色フ
ィルタ１７に光源１６からの光がレンズ１９を通して照
射される。色フィルタ１７を透過した光は、ミラー２０
で反射されたのち、レンズ２１、フレネルレンズ２２を
通して液晶ディスプレイ１Ｌに入射する。液晶空間変調
素子２Ｌは、色フィルタ１７の回転によるバックライト
の変化と同期して駆動され、液晶ディスプレイ１Ｌを透
過してくるＲＧＢ各色の画像を時系列に表示するように
なっている。この場合、開口制御部２には、液晶空間変
調素子２Ｌ以外にもスリットアレイ、ピンホ−ルアレ
イ、メカニカルシャッタアレイが、出力レンズアレイ３
については、レンチキュラシ−ト、フライアイレンズの
使用が可能である。ここに示した装置構成は、カラ−表
示だけでなく画像表示部１から出射される光の発散角
（視野角）の調整という面においても有利なものであ
る。つまり、発散角を小さくしてなるべく平行な光にす
るには、光源１６を液晶空間変調素子２Ｌから遠ざける
か又は、なるべく点光源に近いものを使用すればよい。

【００１９】

【発明の効果】以上要するに、本発明は以下のような優
れた効果を奏するものである。請求項１記載の発明に係
る３次元画像表示装置は、画像表示部の各画素から出射
された発散光の一部を開口制御部により取り出し、さら
に時間とともに開口制御部の開口部の位置を変化させ
て、取り出す光束を時間によって変えるとともに、開口
部の位置の変化にともなって出力レンズアレイにより当
該光束の出射方向を変化させ、各瞬間において画像表示
部に表示される２次元画像を出力レンズアレイから特定
の一方向に出射される平行光束とすることにより、自然
で高精細な３次元画像表示を実現する。請求項２記載の
発明に係る３次元画像表示装置は、前記出力レンズアレ
イとして、同じ形状のレンズを同一平面上に２次元に配
列して構成されたものを用いることにより、縦横の運動
視差が得られるようにしてさらに自然な３次元画像表示
を可能にする。

【００２０】請求項３記載の発明に係る３次元画像表示
装置は、前記出力レンズアレイもしくは前記開口制御部
のうち、少なくとも一方を機械的に振動させることによ
り、開口制御部の各開口部に複雑な構造を必要とせず、
容易に開口部の位置制御を行うことができる。請求項４
記載の発明に係る３次元画像表示装置は、前記開口制御
部として、機械的に開閉可能な微小なシャッタアレイに
よって構成されたものを用いることにより、光の波長や
偏光などのパラメ−タに影響されない透過光の制御を行
うようにし、これによって鮮明な３次元画像の表示を可
能にする。

【００２１】請求項５記載の発明に係る３次元画像表示
装置は、前記開口制御部として液晶空間変調素子を用い
ることで、１つの出力レンズに対し開口部を２次元的に
配列した状態で存在させるとともに、液晶空間変調素子
を制御して光が透過できる部分の位置を変化させること
により、請求項３のように出力レンズアレイもしくは開
口制御部全体を動かすような動作なしに開口部の開口位
置を変化させることを可能とし、縦横の運動視差を有し
た３次元表示を可能にする。請求項６記載の３次元画像
表示装置は、前記開口制御部の開口部を前記出力レンズ
アレイの焦平面近傍に配置させることによって出力レン
ズアレイから出射する光線が平行光となるようにし、こ
れによって奥行きのある３次元像を表示させたときのぼ
けをおさえ鮮明な表示を行うようにする。

【００２２】請求項７記載の３次元画像表示装置は、前
記開口制御部の前記出力レンズアレイと対向する側の面
の色を黒色とすることにより、出力レンズアレイを透過
して開口制御部に達した外光が開口制御部の表面で反
射、散乱され、３次元像を表示するために出射した画像
表示部からの光と混ざって出力画像が劣化するのを防
ぐ。請求項８記載の３次元画像表示装置は、前記開口制
御部の前記画像表示部と対向する側の面の色を黒色とす
ることにより、画像表示部の各画素を出射した光のう
ち、最も近くの開口部を通らなかった光が開口制御部の
表面と画像表示部との間で反射、散乱されて別の開口部
から外に出力され、これによって表示させたい３次元像
の光と混ざって出力画像が劣化するのを防ぐ。

【００２３】請求項９記載の３次元画像表示装置は、前
記画像表示部から出射される光の発散角が、前記画像表
示部の一つの画素から発した光が前記開口制御部の２つ
以上の開口部を通らないように設定しておくことによ
り、１つの画像表示部から発した光が複数の開口を透過
して本来得ようとしている３次元像を表示するための光
線と混ざってしまうのを防いて表示画像が劣化するのを
防止する。請求項１０記載の３次元画像表示装置は、前
記開口制御部の１つの開口部を通過する光が前記出力レ
ンズアレイの２つ以上のレンズに入射しないように、前
記画像表示部から出射される光の発散角および前記開口
制御部の開口部の位置の変動する領域を制限することに
より、ある瞬間に出力される光線が２つに分離されるこ
となく１つの方向を向くようにし、画像表示部に送るデ
ータの生成を容易にする。

【００２４】請求項１１記載の３次元画像表示装置は、
画像表示部の３原色の画素を縦方向に並べることによっ
て、３次元画像の立体感の低下を最小にとどめながら画
像のカラ−表示を行うことを可能にする。請求項１２記
載の３次元画像表示装置は、前記画像表示部として、カ
ラ−画像を得るために必要な３原色の光を時系列に発す
る照明部と、当該照明部からの光の色の変化と同期して
当該照明部からの光を制御し画像を形成する光空間変調
素子とを備えて構成されたものを用い、時分割で３原色
の画像表示を行うことで、モノクロ画像表示と同じ画素
密度の高精細なカラ−３次元画像表示を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る３次元画像表示装置の基本構成図
である。

【図２】開口制御部の動作を説明するための概念図であ
る。

【図３】開口制御部の動作を説明するための概念図であ
る。

【図４】スリット状の開口部を有する開口制御部（スリ
ットアレイ）の構造を示す正面図である。

【図５】ピンホ−ル状の開口部を有する開口制御部（ピ
ンホールアレイ）の構造を示す正面図である。

【図６】液晶空間変調素子の構造を概念的に示す斜視図
である。

【図７】出力レンズアレイとしてのレンチキュラーシー
トの構造を示す斜視図である。

【図８】出力レンズアレイとしてのフライアイレンズの
構造を示す斜視図である。

【図９】出力レンズアレイに対する開口部の適切な移動
範囲を説明するための概念図である（左右方向の場
合）。

【図１０】出力レンズアレイに対する開口部の適切な移
動範囲を説明するための概念図である（縦方向の場
合）。

【図１１】画像表示部に表示すべき画像情報と開口部の
位置との関係を説明するための概念図である（左右方向
の場合）。

【図１２】画像表示部に表示すべき画像情報と開口部の
位置との関係を説明するための概念図である（縦方向の
場合）。

【図１３】本発明の３次元画像表示装置の実施の形態の
一例を示す概略斜視図である。

【図１４】出力レンズアレイより入射した外光が開口制
御部で反射して出射する様子を概念的に示した図であ
る。

【図１５】出力レンズアレイより入射した外光が開口制
御部の表面の黒色コーティング層で吸収され反射が抑え
られている様子を概念的に示した図である。

【図１６】画像表示部からの光が開口制御部と画像表示
部との間で繰り返し反射してノイズ光として出力される
様子を概念的に示す図である。

【図１７】画像表示部からの光が開口制御部の背面の黒
色コーティング層で吸収され反射が抑えられている様子
を概念的に示した図である。

【図１８】バックライトの発散角を調節する機能を備え
た液晶ディスプレイの構造を示す概略構成図である。

【図１９】透過型の液晶ディスプレイを用いた３次元画
像表示装置の構造を示す概略構成図である。

【図２０】反射型の液晶ディスプレイを用いた３次元画
像表示装置の構造を示す概略構成図である。

【図２１】カラー液晶ディスプレイの画素構造を示す概
略正面図である。

【図２２】本発明の３次元画像表示装置の実施の形態の
一例を示す概略斜視図である。

【図２３】開口制御部としてのメカニカルシャッタアレ
イの構造を示す概略正面図である。

【図２４】本発明の３次元画像表示装置の実施の形態の
一例を示す概略斜視図である。

【図２５】開口制御部としてのフライアイレンズの各レ
ンズ要素と液晶空間変調素子の開口部（画素）との位置
関係を示す概念図である。

【図２６】時分割で３原色の画像表示を行うようになし
た３次元画像表示装置の実施の形態を示す概略構成図で
ある。

【図２７】図２６の装置で使用する３原色の色フィルタ
の正面図である。

【図２８】従来の装置における３次元画像表示方法（２
眼レンチキュラ方式の場合）の説明図である。

【図２９】従来の装置における３次元画像表示方法（多
眼レンチキュラ方式の場合）の説明図である。

【符号の説明】

１画像表示部、１Ｇ、２Ｇ画素郡、２開口制御
部、２ＭＳメカニカルシャッタアレイ、２Ｌ液晶空
間変調素子、３出力レンズアレイ、３ａレンズ、３
Ｆａレンズ、１１メカニカルシャッタ、１６メタ
ルハライドランプ（照明部の光源）、３０ｆ、３０ｂ
黒色コーティング層、ｉ開口部、θ 発散角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元画像を表示させるために必要な光
情報を発する画像表示部と、前記画像表示部から出射さ
れる光の一部を取り出すための複数の開口部を有し且つ
当該開口部の位置を可変制御する開口制御部と、前記開
口部から出射した光を指向性を有した光線に変換すると
ともに前記開口部の位置の変化にともなって前記光線の
進む方向を変化させるための出力レンズアレイとによっ
て構成されていることを特徴とする３次元画像表示装
置。
【請求項２】前記出力レンズアレイは、同じ形状のレ
ンズを同一平面上に２次元に配列してなることを特徴と
する請求項１記載の３次元画像表示装置。
【請求項３】前記出力レンズアレイもしくは前記開口
制御部のうち、少なくとも一方が機械的に振動している
ことを特徴とする請求項１又は２記載の３次元画像表示
装置。
【請求項４】前記開口制御部は、機械的に開閉可能な
微小なシャッタアレイによって構成されていることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の３次元画像表
示装置。
【請求項５】前記開口制御部として液晶空間変調素子
を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
載の３次元画像表示装置。
【請求項６】前記開口制御部の開口部を前記出力レン
ズアレイの焦平面近傍に配置したことを特徴とする請求
項１〜５のいずれかに記載の３次元画像表示装置。
【請求項７】前記開口制御部の前記出力レンズアレイ
と対向する側の面の色が黒色であることを特徴とする請
求項〜６のいずれかに記載の３次元画像表示装置。
【請求項８】前記開口制御部の前記画像表示部と対向
する側の面の色が黒色であることを特徴とする請求項１
〜７のいずれかに記載の３次元画像表示装置。
【請求項９】前記画像表示部から出射される光の発散
角は、前記画像表示部の一つの画素から発した光が前記
開口制御部の２つ以上の開口部を通らないように設定さ
れていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記
載の３次元画像表示装置。
【請求項１０】前記開口制御部の１つの開口部を通過
する光が前記出力レンズアレイの２つ以上のレンズに入
射しないように、前記画像表示部から出射される光の発
散角および前記開口制御部の開口部の位置の変動する領
域が制限されていることを特徴とする請求項１〜９のい
ずれかに記載の３次元画像表示装置。
【請求項１１】前記画像表示部において、カラ−表示
に必要な３原色の各色を表示する３つの画素が縦方向に
並べて配置されていることを特徴とする請求項１〜１０
のいずれかに記載の３次元画像表示装置。
【請求項１２】前記画像表示部は、カラ−画像を得る
ために必要な３原色の光を時系列に発する照明部と、当
該照明部からの光の色の変化と同期して当該照明部から
の透過光を制御し画像を形成する光空間変調素子とを備
えて構成されていることを特徴とする請求項１〜１１の
いずれかに記載の３次元画像表示装置。