JPH099297A - ３次元ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ３次元ディスプレイ装置において、装置の構
成が複雑化するのを抑えつつ、再生像を明るくするとと
もに観察領域内での黒い縞の発生を防止する。 【構成】 画素に対応する開口部を有し、画像を表示す
る透過型画像表示パネル１１と、該画像表示パネルの光
入射面に配置された第１のレンチキュラレンズ７と、該
画像表示パネルの光出射面に配置された第２のレンチキ
ュラレンズ８とを備え、第１のレンチキュラレンズ７
を、そのシリンドリカルレンズの配列ピッチが画像表示
パネルの画素ピッチと同一であり、入射する概略平行光
を該開口部ごとに集束させるものとし、第２のレンチキ
ュラレンズ８をそのシリンドリカルレンズの配列ピッチ
が画像表示パネルの画素ピッチよりも大きいものとし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特殊な眼鏡を必要とせ
ずに、立体画像が再生できる３次元ディスプレイ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】眼鏡なしで立体画像を観察できる装置と
して、パララクスバリヤ方式の３次元ディスプレイ装置
が従来からある。図１２は、液晶パネルを用いたパララ
クスバリヤ方式の従来の３次元ディスプレイ装置の構成
例を説明するための図であり、該装置の水平断面の構造
を模式的に示している。

【０００３】この３次元ディスプレイ装置２００は、液
晶パネル１０１の前面にスリットアレイ１０２を配置し
ただけの簡単な構成となっている。

【０００４】２眼式表示の場合、図１２における液晶パ
ネル１０１には短冊状の右目用画像（Ｒ）と左目用画像
（Ｌ）が交互に表示される。ここで、上記スリットアレ
イ１０２は、短冊状の透過部１３１と非透過部１３２と
により構成され、特定の方向にのみ光を通すようになっ
ているので、上記液晶パネル上の右目用画像と左目用画
像とは、スリットアレイ１０２を通ることにより、空間
内の異なる位置に集められる。

【０００５】観察者はこの表示画像が集められた位置に
右目と左目を持ってくることにより、立体視を行うこと
ができる。

【０００６】しかしながら、液晶パネル１０１を用いた
パララクスバリヤ方式の３次元ディスプレイ装置には、
２つの大きな欠点がある。１つは再生画像が非常に暗く
なること、もう１つはスリットアレイ自体が観察時に目
障りになることである。

【０００７】再生画像が非常に暗くなる第１の原因は、
液晶パネル自体にバックライト光を遮る部分があるとい
うことである。

【０００８】図１３は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）駆
動による透過型液晶パネルの構造を拡大して示してい
る。図１３に示すように、開口部１０５の周囲には電極
１０３やＴＦＴ１０４があり、この部分ではバックライ
ト光が透過しない。したがって、この液晶パネルに２眼
式の画像を表示した場合、図１４に示すように右目用画
素１０６と左目用画素１０７の間に非透過部１０８がで
きることになる。なお、図１４は上記３次元ディスプレ
イ装置２００の水平断面での構造を拡大して示してい
る。

【０００９】また、再生画像が非常に暗くなる第２の原
因は、スリットアレイによって液晶パネル１０１から出
た光の大部分が遮断されるということである。図１４に
示すように、スリットアレイ１０２は、液晶パネル１０
１上の右目用画素１０６と左目用画素１０７から出る光
のうちスリット透過部に対する位置に応じた方向成分
（図中に実線で示す）のみを透過し、それ以外の方向成
分（図中に破線で示す）を遮断する。この結果、観察者
が受け取ることができる光は非常に少なくなってしま
う。

【００１０】このような第２の原因に対する改善策とし
て、レンチキュラ方式の３次元ディスプレイ装置があ
る。図１５は、この方式の３次元ディスプレイ装置の説
明図であり、該装置の水平断面の構造を模式的に示して
いる。

【００１１】図１５に示す３次元ディスプレイ装置３０
０は、図１４に示す装置２００におけるスリットアレイ
１０２をレンチキュラレンズ１２１に置き換えたもので
あり、ここでは、液晶パネル１０１がレンチキュラレン
ズ１２１からその焦点距離だけ離れた位置に配置されて
いる。

【００１２】このようにすると、スリットアレイの非透
過部１３２（図１２参照）によって遮断されていた成分
も観察者に届くようになるので、像が明るくなる。しか
しながら、液晶パネル１０１上に非透過部１０８がある
ことに変わりはなく、この部分から光は出ないため、観
察領域中に光が到達しない部分ができてしまう。

【００１３】すなわち、図１６に示すように、３次元デ
ィスプレイ装置３００からある観察距離だけ離れた平面
を考えると、右目画像領域１２２と左目画像領域１２３
の間、及びこれらの領域の外側に光が到達しない領域１
２４ができる。この光が到達しない領域に観察者の目が
来ると、黒い縞が観察されることになる。なお、このよ
うに黒い縞が観察されるのは、パララクスバリヤ方式に
おいても同様である。上記説明では、２眼式の例につい
て述べたが、多眼式の場合でも同様である。例えば、３
眼式のレンチキュラ方式の３次元ディスプレイ装置にお
いて、上記のようにある観察距離の平面を考えた場合、
水平方向の位置に対する光強度は図１７のようになる。
すなわち、観察領域内に３つの画像領域Ａ、Ｂ、Ｃが形
成されるのであるが、それぞれの画像領域の間には光が
到達しない領域ができる。観察者が左右に移動する場
合、領域ＡとＢあるいは領域ＢとＣを別々の眼で観察で
きる位置では立体視が可能であるだが、この観察位置以
外の位置では黒い縞が観察されることになる。

【００１４】これに対して、このような黒い縞が観察さ
れない３次元ディスプレイ装置の構成例が、特開平６−
２４２４１２号公報に開示されている。図１８はこの３
次元ディスプレイ装置の構成を説明するための図であ
る。

【００１５】この装置を構成する液晶層１１１は、ガラ
ス基板１１２とガラス基板１１３によって挟まれてお
り、光入射側のガラス基板１１２の外側にマイクロレン
ズ１２５が配置されている。このマイクロレンズ１２５
に概略平行光が入射すると、その光はブラックマトリク
ス１１９を避けて集束した後、画素電極１２７の配置領
域を通過する。この画素電極１２７の両側にはＴＦＴ１
２６があり、この部分は光を透過しないが、画素電極１
２７は透明なため光を透過する。

【００１６】この透過した光を、光出射側ガラス基板１
１３の前方に配置された投射レンズ（図示せず）によっ
て拡散板（図示せず）に集光投影するわけであるが、こ
の投射レンズの焦点位置を、例えば図１８中の位置ａ，
ｂ，ｃ上に変化させることにより、拡散板上に投影され
る画素像の大きさを変化させ、隣接する画素像が接する
ようにする。

【００１７】この拡散板の前面（光出射側）にレンチキ
ュラレンズを配置した３次元ディスプレイ装置において
は、図１６に示した右目画像領域１２２と左目画像領域
１２３が接することになり、その間に存在した光が到達
しない領域１２４がなくなる。

【００１８】図１８により説明した３次元ディスプレイ
装置においても、多眼式への適用が可能である。３眼式
の場合、該装置からある観察距離だけ離れた平面を考え
ると、水平方向の位置に対する光強度は図１９に示すよ
うな分布となる。

【００１９】すなわち、観察領域内に３つの画像領域
Ａ、Ｂ、Ｃが形成され、それぞれの画像領域は接してい
る。観察者が左右に移動する場合、領域ＡとＢあるいは
領域ＢとＣを別々の眼で観察できる位置では立体視が可
能であり、また、該観測位置からずれた位置でも黒い縞
を観察することがなくなる。

【００２０】しかし、領域ＡとＢの画像が観測される観
測位置から、領域ＢとＣの画像が観測される観測位置に
視点を移行する際に、像の飛び（ｆｌｉｐｐｉｎｇ）が
起こる。この像の飛びとは、視点を左右に移動させたと
きに像が不連続に変わる現象である。

【００２１】また、特開平３−２４４２８６号公報に
は、上記第１の原因に対する改善策を講じた投射型受像
機の構成例が開示されている。この投射型受像機では、
図２０に示すように、液晶パネル１０１の画素ピッチと
同一のピッチ（シリンドリカルレンズの配列ピッチ）を
もつレンチキュラレンズ１１７，１１８を該液晶パネル
１０１の光入射面側と光出射面側に配置している。

【００２２】ここで、液晶層１１１はガラス基板１１２
とガラス基板１１３によって挟まれているが、その外側
に入射側レンチキュラレンズ１１７と出射側レンチキュ
ラレンズ１１８が配置されている。

【００２３】このような構成では、上記液晶パネル１０
１に平行光を入射すると、光は液晶層１１１内で一旦集
束した後、再び拡がって平行光として液晶パネルから出
射される。これにより、行電極１１４や列電極１１５、
ブラックマトリクス１１６によって光が遮られることが
なくなり、像が明るくなる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】上述しように図１２に
示すパララクスバリヤ方式の３次元ディスプレイ装置２
００においては、装置構成は簡単であるが、液晶パネル
１０１自体にバックライト光を遮る部分があり、またス
リットアレイ１０２によって液晶パネルから出た光の大
部分が遮断されるために、再生画像が非常に暗くなって
しまうという問題がある。また、スリットアレイ自体が
観察時に目障りになるという問題もある。図１５に示す
レンチキュラ方式の３次元ディスプレイ装置３００にお
いては、スリットアレイによる光線の遮断はなくなる
が、液晶パネル１０１の非透過部１０８が観察領域内に
光が到達しない領域を形成するため、観察位置によって
は黒い縞が見えてしまう。

【００２５】これに対して、特開平３−２４４２８６号
公報に開示されているように、液晶パネル１０１の両側
に画素ピッチと同一のピッチをもつレンチキュラレンズ
１１７，１１８を配置することにより、液晶パネルの非
透過部を実効的に無くすことができるが、この技術を用
いてレンチキュラ方式の３次元ディスプレイ装置を構成
すると、液晶パネルの後面に１枚、前面にピッチの異な
る２枚のレンチキュラレンズを配置することになり、装
置が複雑になるとともに、組立や調整が困難になる。加
えて、像の飛びが起こるために、視点移動時に観測され
る立体画像に不自然さを伴う。

【００２６】また、特開平６−２４２４１２号公報に開
示されている３次元ディスプレイ装置においては、投射
レンズの焦点位置によって、拡散板に投影される画素像
の大きさを変化させるため、投射レンズと拡散板が不可
欠であり、また液晶パネルが投影型に限定されるととも
に装置が大型になる。

【００２７】本発明は、上記のような課題を解消するた
めになされたもので、装置の構成が複雑化するのを抑え
つつ、再生像を明るくするとともに観察領域内での黒い
縞の発生を防止することができる３次元ディスプレイ装
置を得ることを目的とする。また、本発明は、装置の構
成の複雑化を招くことなく、再生像の明るさ増大、黒い
縞の発生防止を達成でき、しかも像の飛びを緩和するこ
とができる３次元ディスプレイ装置を得ることを目的と
する。

【００２８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る３次元デ
ィスプレイ装置は、マトリクス状に配列された複数の画
素の各々に対応する光透過部を有し、画像を表示する透
過型画像表示パネルと、該画像表示パネルの光入射面に
配置された第１のレンチキュラレンズと、該画像表示パ
ネルの光出射面に配置された第２のレンチキュラレンズ
とを備えている。該第１のレンチキュラレンズは、その
シリンドリカルレンズが該画像表示パネルの水平方向の
画素の配列ピッチと同一ピッチで配列された、入射する
概略平行光を該画像表示パネルの垂直方向の画素列毎に
該光透過部に対応させて集束させるものであり、該第２
のレンチキュラレンズは、そのシリンドリカルレンズが
該画像表示パネルの水平方向の画素の配列ピッチより大
きなピッチで配列されたものである。そのことにより上
記目的が達成される。

【００２９】この発明は上記３次元ディスプレイ装置に
おいて、前記第１のレンチキュラレンズのレンズパラメ
ータを、前記第２のレンチキュラレンズの焦平面上に
て、隣合う画素像が接するよう設定したものである。

【００３０】この発明は上記３次元ディスプレイ装置に
おいて、前記第１のレンチキュラレンズのレンズパラメ
ータを、前記第２のレンチキュラレンズの焦平面上に
て、隣合う画素像の一部分が重なるよう設定したもので
ある。

【００３１】この発明に係る３次元ディスプレイ装置
は、マトリクス状に配列された複数の画素の各々に対応
する光透過部を有する、画像を表示する透過型画像表示
パネルと、該画像表示パネルの光入射面に配置され、該
画像表示パネルの水平方向の画素ピッチと同一ピッチで
配列された複数のシリンドリカルレンズを有し、入射す
る概略平行光を該画像表示パネルの垂直方向の画素列毎
に該光透過部に対応させて集束させるレンチキュラレン
ズと、該画像表示パネルの光出射面上に配置され、該レ
ンチキュラレンズにより集束された光が投影される拡散
板と、該拡散板の光出射面側に配置されたスリットアレ
イとを備えている。該レンチキュラレンズは、該拡散板
上に投影される隣合う画素像が接するようレンズパラメ
ータを設定したものである。そのことにより上記目的が
達成される。

【００３２】

【作用】この発明においては、各画素に対応する光透過
部を有する、映像を表示する透過型画像表示パネルの光
入射面に、シリンドリカルレンズの配列ピッチが画像表
示パネルの水平方向の画素ピッチと同一である第１のレ
ンチキュラレンズを配置し、入射する概略平行光を該光
透過部ごとに集束させるようにしたから、入射光が表示
パネルの非透光部にて遮光されることがなくなり、入射
時の光のロスをなくし、再生像を明るい画像とできる。

【００３３】また、画像表示パネルの光出射面に、シリ
ンドリカルレンズの配列ピッチが画像表示パネルの画素
ピッチよりも大きい第２のレンチキュラレンズを配置し
ているので、画像表示パネルから出射する光が遮断され
ることがなく、レンチキュラ方式等においても明るい立
体像再生を行うことが可能である。加えて、上記再生像
の明るさ増大のための構成は、画像表示パネルの両面に
２枚のレンチキュラレンズを配置するだけの簡単なもの
となっている。

【００３４】また、この発明においては、第１のレンチ
キュラレンズのレンズパラメータが、第２のレンチキュ
ラレンズの焦平面上における各画素像が接するように設
定されているので、観察者が左右に移動しても黒い縞を
観察することがない。

【００３５】また、この発明においては、第１のレンチ
キュラレンズのレンズパラメータが、第２のレンチキュ
ラレンズの焦平面上における各画素像の一部分が重なる
ように設定されているので、観察者が左右に移動した際
の像の飛びが緩和される。

【００３６】この発明においては、各画素に対応する光
透過部を有する、映像を表示する透過型画像表示パネル
の光入射面に、シリンドリカルレンズの配列ピッチが画
像表示パネルの画素ピッチと同一であるレンチキュラレ
ンズを配置し、入射する概略平行光を該光透過部ごとに
集束させているため、再生像を明るくすることができ
る。

【００３７】また、画像表示パネルの光出射面に拡散板
を配置し、さらにその前面にスリットアレイを配置して
いるため、光学パラメータ設定の自由度が高い画像表示
パネルの光出射側の構成を実現でき、またレンズアレイ
に比べて装置を安価に作製することが可能である。加え
て、レンチキュラレンズのレンズパラメータが、拡散板
上における各画素像が接するように設定されているの
で、観察者が左右に移動しても黒い縞を立体画像中に観
察することがない。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３９】（実施例１）図１は本発明の第１の実施例
による３次元ディスプレイ装置の構成を説明するための
図であり、該装置の水平断面における表示パネル周辺部
の構造を拡大して示している。

【００４０】図において、１０は本実施例の、液晶パネ
ル１１の両面にレンチキュラレンズ７，８を配置した直
視型の３次元ディスプレイ装置である。

【００４１】本実施例において用いる液晶パネル１１
は、通常用いられるＴＦＴ駆動型の液晶パネルであり、
液晶層１を入射側ガラス基板２と出射側ガラス基板３で
挟んだなるものである。また液晶パネル１１には行電極
４及び列電極５、さらにプラックマトリクス６、ＴＦＴ
（図示せず）が設けられており、これらの配置部分は光
を透過しない領域となっている。

【００４２】本実施例では、入射側ガラス基板２の外側
に入射側レンチキュラレンズ７を、出射側ガラス基板３
の外側に出射側レンチキュラレンズ８を配置している。
図中に破線で示された平面は出射側レンチキュラレンズ
８の焦平面９であり、本実施例においては、この焦平面
９は液晶パネル表面とは一致していない。

【００４３】まず、出射側レンチキュラレンズ８の働き
について説明する。

【００４４】図２は、液晶パネル１１の前面にレンチキ
ュラレンズ１２（これが図１における出射側レンチキュ
ラレンズ８に相当する）を配置した場合の、光線の進み
方を示した図である。

【００４５】図２においては、図１の状態とは異なり、
液晶パネル１１はその画素面がレンチキュラレンズ１２
の焦点位置に来るように配置してあるものとする。図２
からわかるようにレンチキュラレンズ１２は、液晶パネ
ル１１上の発光点から出た光をレンズ光軸に対する位置
に応じた角度で出射する働きをもつ。したがって、液晶
パネル１１に右目用画素１３と左目用画素１４があり、
その２画素に対して１つのシリンドリカルレンズを割り
当てる２眼式の場合には、観察領域には右目用画像領域
１６と左目用画像領域１７が形成される。

【００４６】通常の液晶パネルのように右目用画素１３
と左目用画素１４の間に非透過部１５が存在する場合に
は、それに対応して、観察領域内にも光が到達しない領
域１８が形成される。この光が到達しない領域１８は、
液晶パネル１１から遠ざかるほど幅が広くなる。

【００４７】次に、レンチキュラレンズ１２のレンズピ
ッチについて図３を用いて説明する。視差画像を提示す
るレンチキュラ方式においては、Ｎ眼式の場合には１つ
のシリンドリカルレンズにＮ画素を割り当てる。このと
き、Ｎ画素を１ブロックと定義すると、このブロックの
ピッチＴは画素ピッチのＮ倍に等しい。レンチキュラ方
式においては、レンチキュラレンズ１２のレンズピッチ
ＰをこのブロックピッチＴよりもわずかに小さくする。
そうすると、図３に示すように各画素から出る光は観察
領域内の特定の位置に集められることになり、その位置
に観察者の目がある場合にのみ立体視ができる。図３で
はＮ＝３の場合を模式的に表してある。一方、空間像形
成により立体視を行う光線再生方式においては、所望の
角度分解能に応じて、１つのシリンドリカルレンズに割
り当てる液晶パネルの画素数Ｎを決定する。この割り当
てられた画素数Ｎによって１ブロックを構成するとき、
ブロックのピッチＴは画素ピッチのＮ倍に等しい。光線
再生方式においては、レンチキュラレンズ１２のレンズ
ピッチＰとフロックピッチＴとの関係は、記録時の条件
と同じであればよく、その大小はいずれでもよい。図４
にはその一例として、Ｐ＝Ｔの場合を示してある。

【００４８】ここで、光線再生方式による立体視の原理
を簡単に説明する。ここでは、図５に示すように、撮像
面（記録面）３１の前面にスリットアレイ３２を配置し
て記録を行う。該記録面３１では、ＣＣＤのように画素
単位の記録が行われるものとし、図５では１つのスリッ
トに記録面３１上の８つの画素を割り当ててある。つま
りスリットａに対して画素ａ１〜ａ８、スリットｂに対
して画素ｂ１〜ｂ８、スリットｃに対して画素ｃ１〜ｃ
８が割当られている。

【００４９】被写体からはあらゆる方向に光が発散して
いるが、記録面３１にはスリットアレイ３２を通過した
光しか到達しない。ここで、水平方向の成分のみを考え
ると、記録面３１上の１つの画素には、この画素とそれ
に対応するスリットの位置関係によって決定される角度
の入射光線のみが記録される。図５において被写体とし
て２つの物点Ａ、Ｂがあるとすると、物点Ａは記録面３
１上の画素ａ５、ｂ３、ｃ２に、物点Ｂはａ７、ｂ６、
ｃ５に記録されることになる。垂直方向の成分について
はレンズを用いて記録面上に結像させる必要があるが、
本原理には直接関係しないので、説明を省略する。

【００５０】このようにして記録された像を、図６に示
すように表示面３３の前面にスリットアレイ３４を配置
して再生する。表示面３３では液晶パネルのように画素
単位の表示が行われるものとする。記録時の条件に対応
して、再生時にも１つのスリットに表示面上の８つの画
素を割り当てる。表示面３３には記録時に得られた像を
スリットごとに左右反転したものが表示される。このよ
うにすることにより、再生像の手前側と奥側が原画像に
対して逆転するのを防ぐ。１つの画素から出てスリット
を通過する光は、画素とそれに対応するスリットの位置
関係によって決定される方向にのみ出射する。上述した
スリットごとの左右反転処理により、表示画素と記録画
素はスリットに関して対称な位置関係にあるため、この
光線の出射方向は記録時の方向と同じになる。

【００５１】観察者はこのようにして出射してくる光を
観察することにより立体視を行うことができる。実際の
光は表示面３３から手前（観察者側）にしか出て来ない
のだが、同一点の情報（例えばａ５、ｂ３、ｃ２）が複
数のスリットａ、ｂ、ｃから異なる角度で出て来るため
に、あたかも表示面３３よりも奥に存在する１つの物点
から光が出て来ているかのように知覚するのである。全
ての表示点に関してこのような現象が起こるために、空
間像が形成され、立体視を行うことができる。上記の説
明にはスリットアレイを用いたが、シリンドリカルレン
ズアレイ（レンチキュラレンズ）はスリットアレイと等
価な働きをするので、光線再生方式においてシリンドリ
カルレンズアレイを用いても差し支えない。

【００５２】上記説明からわかるように、視差画像を提
示するレンチキュラ方式と、空間像形成により立体視を
行う光線再生方式との表示装置の構成上の違いは、レン
チキュラレンズのレンズピッチのみである。したがっ
て、本発明はこのどちらの方式にも適用することができ
る。

【００５３】さて、図１において、バックライトとして
概略平行光を入射側レンチキュラレンズ７に入射する。
概略平行光を簡単に得るには、大口径のレンズからその
焦点距離だけ離れた位置に光源を置けばよい。入射側レ
ンチキュラレンズ７に入射した光は、レンズの作用によ
り一旦集束した後、再び拡がっていく。液晶パネル１１
には電極やブラックマトリクスなど光を透過しない部分
が存在するが、入射側レンチキュラレンズ７の働きによ
り入射光はその部分を避けて開口部（光透過部）のみを
通過するため、入射時の光のロスが無くなり、明るい像
を得ることができる。

【００５４】ここで、入射側レンチキュラレンズ７のレ
ンズピッチは、液晶パネルの水平方向の画素ピッチと等
しくなっており、上記の光線の集束は液晶パネルの垂直
方向の画素列ごとに行われる。

【００５５】本実施例においては、画素列ごとに集束し
た後に拡がった光線が、出射側レンチキュラレンズ８の
焦平面９上において隣同士接するように、入射側レンチ
キュラレンズ７のレンズパラメータを設計している。こ
の点について、図７を用いて説明する。

【００５６】図７は、液晶パネル１１には、右目用画素
１３と左目用画素１４があり、その２画素に対して１つ
のシリンドリカルレンズが割り当てられるように出射側
レシチキュラレンズ１２を配置した２眼式の場合の構成
を示している。

【００５７】上述したように、入射側レンチキュラレン
ズ７は、入射光を画素ごとに集束した後に拡がった光線
が、出射側レンチキュラレンズ１２の焦平面２１上にお
いて隣同士接するように設計されているので、この焦平
面２１上に仮想的な画素を考えると、その画素は隙間な
く接することになる。

【００５８】したがって、出射側レンチキュラレンズ１
２に対して、この焦平面２１を新たな画素表示面と考え
ると、その画像表示面上の右目用画素２３と左目用画素
２４は接しており、図２の場合に見られたような非透過
部が存在しない。この結果、観察領域には右目用画像領
域１６と左目用画像領域１７が形成され、その間にはレ
ンズピッチと等しい幅をもつ混合画像領域１９ができ
る。

【００５９】液晶パネルから遠ざかるにしたがって、右
目用画像領域１６と左目用画像領域１７の幅は広くなる
が、混合画像領域１９の幅は変化しないので、通常の観
察位置ではこの混合画像領域の幅は相対的に無視でき
る。したがって、通常の観察位置では図８に示すように
右目画像領域２５と左目画像領域２６が接するため、観
察者が黒い縞を観察することがない。

【００６０】加えて、上記再生像の明るさ増大のための
構成は、画像表示パネルの両面に２枚のレンチキュラレ
ンズを配置するだけの簡単なものとなっている。

【００６１】なお、上記実施例では、２眼式の場合につ
いて説明したが、多眼式の場合でも同様である。３眼式
の場合、つまり図１における出射側レンチキュラレンズ
８の１つのシリンドリカルレンズに液晶パネルの３画素
（具体的には垂直方向の画素列３つ）が対応する場合、
液晶パネルからある観察距離だけ離れた平面を考える
と、水平方向の位置に対する光強度は図１９のようにな
る。すなわち、観察領域内に３つの画像領域Ａ、Ｂ、Ｃ
か形成され、それぞれの画像領域は接している。観察者
が左右に移動する場合、領域ＡとＢあるいは領域ＢとＣ
を別々の眼で観察できる位置では立体視が可能であり、
この観察位置からずれた位置でも、黒い縞を観察するこ
とがなくなる。

【００６２】また、画像表示パネルは液晶パネルに限定
されることはなく、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も、同様の効果を
得ることができる。

【００６３】（実施例２）図９は、本発明の第２の実施
例による３次元ディスプレイ装置を説明するための図で
あり、該装置の水平断面における表示パネル周辺部を拡
大して示している。

【００６４】図において、２０は本実施例の、液晶パネ
ルの両面にレンチキュラレンズを配置した直視型の３次
元ディスプレイ装置である。

【００６５】この３次元ディスプレイ装置２０の基本構
成は、図１に示した第１の実施例のものと同一である
が、入射側レンチキュラレンズ７ａのレンズパラメータ
が図１のものと異なっている。

【００６６】すなわち、本実施例においては、入射光を
画素ごとに集束した後に拡がった光線が、出射側レンチ
キュラレンズ８の焦平面９上において一部分が重なるよ
うに、入射側レンチキュラレンズ７ａのレンズパラメー
タが設計されている。なお、入射側レンチキュラレンズ
７ａのレンズピッチは、液晶パネルの画素ピッチと等し
くしている。

【００６７】３眼式表示を行う場合、つまり出射側レン
チキュラレンズ８の１つのシリンドリカルレンズに液晶
パネルの３画素（具体的には垂直方向の画素列３つ）が
対応する場合、液晶パネルからある観察距離だけ離れた
平面を考えると、水平方向の位置に対する光強度は図１
０に示すような分布となる。

【００６８】すなわち、観察領域内に３つの画像領域
Ａ、Ｂ、Ｃが形成され、それぞれの画像領域は図中に斜
線で示した部分が重なっている。この領域では２つの画
像が混合された画像を観察することになる。このため、
観察者が左右に移動する場合、領域ＡとＢあるいは領域
ＢとＣを、別々の眼で観察できる位置では立体視が可能
であり、また、領域ＡとＢの組み合わせによる画像が見
られる観察位置から領域ＢとＣの組み合わせによる画像
が見られる観測位置に移行する際には、斜線部の混合画
像領域が観測されることとなって、像の切り替わりが滑
らかになり、上記移行時に観測される画像の不自然さが
緩和される。

【００６９】（実施例３）図１１は、本発明の第３の実
施例による３次元ディスプレイ装置を説明するための図
であり、該装置の水平断面における表示パネル周辺部を
拡大して示している。

【００７０】図において、３０は本実施例の、液晶パネ
ル１１の前面にスリットアレイ４２を配置した直視型の
３次元ディスプレイ装置である。

【００７１】本実施例において用いる液晶パネル１１
は、通常用いられるＴＦＴ駆動液晶パネルであり、液晶
層１を入射側ガラス基板２と出射側ガラス基板３で挟ん
でなるものである。液晶パネル１１には行電極４と列電
極５、ブラックマトリクス６、ＴＦＴ（図示せず）があ
り、これらの配置部分は光を透過しない領域となってい
る。

【００７２】本実施例では、入射側ガラス基板２の外側
に入射側レンチキュラレンズ７を、出射側ガラス基板３
の外側に拡散板４１を配置し、拡散板４１の前方にスリ
ットアレイ４２を配置している。

【００７３】スリットアレイ４２には焦点が存在しない
ため、構成時の自由度が高い。すなわち、スリットアレ
イ４２を前後方向に移動させることにより、像をぼけさ
せることなく光学パラメータを変化させることができ
る。また、レンズアレイと比較して安価に作製すること
ができる。

【００７４】さて、図１１において、バックライトとし
て概略平行光を入射側レンチキュラレンズ７に入射す
る。概略平行光を簡単に得るには、大口径のレンズから
その焦点距離だけ離れた位置に光源を置けばよい。入射
側レンチキュラレンズ７に入射した光は、レンズの作用
により一旦集束した後、再び拡がっていく。液晶パネル
１１には電極やブラックマトリクスなど光を透過しない
部分が存在するが、入射側レンチキュラレンズ７の働き
により、入射光はその部分を避けて開口部（光透過部）
のみを通過する。このため、入射時の光のロスが無くな
り、明るい像を得ることができる。

【００７５】ここで、入射側レンチキュラレンズ７のレ
ンズピッチは、液晶パネルの画素ピッチと等しくなって
おり、上記の光線の集束は液晶パネルの画素（具体的に
は垂直方向の各画素列）ごとに行われる。

【００７６】本実施例においては、画素ごとに集束した
後に拡がった光線が、拡散板４１上において接するよう
に、入射側レンチキュラレンズ７のレンズパラメータを
設計している。

【００７７】このとき、拡散板４１上に仮想的な画素を
考えると、その画素は隙間なく接することになる。した
がって、スリットアレイ４２に対して、この拡散板４１
を新たな画像表示面と考えると、その画像表示面上の各
画素の間には非透過部が存在しないので、観察者が黒い
縞を観察することがない。

【００７８】

【発明の効果】以上のように本発明に係る３次元ディス
プレイ装置によれば、画像表示パネルの光入射面に、シ
リンドリカルレンズの配列ピッチが画像表示パネルの画
素ピッチと同一である第１のレンチキュラレンズを配置
したので、入射時の光のロスをなくし、レンチキュラ方
式などにおいても明るい再生像を得ることができる。ま
た、画像表示パネルの光出射面に、シリンドリカルレン
ズの配列ピッチが画像表示パネルの画素ピッチよりも大
きい第２のレンチキュラレンズを配置したので、画像表
示パネルから出射する光を遮断することがなく、明るい
立体像再生を行うことが可能である。加えて、再生像を
明るくするための構成は、画像表示パネルの両面に２枚
のレンチキュラレンズを配置するだけの簡単なものとな
っている。また、この発明によれば、上記３次元ディス
プレイ装置において、第１のレンチキュラレンズのレン
ズパラメータが、第２のレンチキュラレンズの焦平面上
における各画素像が接するよう設定されているので、観
察者が左右に移動しても黒い縞を観察することがないと
いう効果がある。

【００７９】また、この発明によれば、上記３次元ディ
スプレイ装置において、第１のレンチキュラレンズのレ
ンズパラメータが、第２のレンチキュラレンズの焦平面
上における各画素像の一部分が重なるよう設定されてい
るので、観察者が左右に移動した際の像の飛びが緩和さ
れる効果がある。

【００８０】この発明に係る３次元ディスプレイ装置に
よれば、画像表示パネルの光入射面に、シリンドリカル
レンズの配列ピッチが画像表示パネルの画素ピッチと同
一であるレンチキュラレンズを配置したので、上記と同
様明るい画像を得ることができる。また、画像表示パネ
ルの光出射面に拡散板を配置し、さらにその前面にスリ
ットアレイを配置しているため、光学パラメータ設定の
自由度が高い画像表示パネルの光出射側の構成を実現で
き、またレンズアレイに比べて装置を安価に作製するこ
とが可能である。加えて、レンチキュラレンズのレンズ
パラメータが、拡散板上における各画素像が接するよう
に設定されているので、観察者が左右に移動しても黒い
縞を観察することがないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による３次元ディスプレ
イ装置の表示パネル周辺部を拡大して示す図である。

【図２】上記３次元ディスプレイ装置における出射側レ
ンチキュラレンズの働きを説明する図である。

【図３】レンチキュラ方式におけるレンズピッチと光線
の進み方の関係を説明するための図である。

【図４】光線再生方式におけるレンズピッチと光線の進
み方の関係を説明するための図である。

【図５】光線再生方式における記録原理を説明する図で
ある。

【図６】光線再生方式における再生原理を説明する図で
ある。

【図７】入射側レンチキュラレンズの働きを説明する図
である。

【図８】第１の実施例における画像領域を示す図であ
る。

【図９】本発明の第２の実施例による３次元ディスプレ
イ装置の表示パネル周辺部を拡大して示す図である。

【図１０】第２の実施例における観察領域での光強度を
示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施例による３次元ディスプ
レイ装置の基本構成を示す図である。

【図１２】従来のパララクスバリヤ方式の基本構成図で
ある。

【図１３】ＴＦＴ液晶パネルの拡大図である。

【図１４】従来のパララクスバリヤ方式における光線の
進み方を示した図である。

【図１５】従来のレンチキュラ方式の基本構成図であ
る。

【図１６】従来のレンチキュラ方式における画像領域を
示す図である。

【図１７】従来のレンチキュラ方式における観察領域で
の光強度を示す図である。

【図１８】特開平６−２４２４１２号公報に開示されて
いる立体映像表示装置の構成を説明するための図であ
る。

【図１９】特開平６−２４２４１２号公報に開示されて
いる装置における観察領域での光強度を示す図である。

【図２０】特開平３−２４４２８６号公報に開示されて
いる投影型受像機の構成を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 液晶層 ２，３ ガラス基板 ４ 行電極 ５ 列電極 ６ ブラックマトリクス ７ 入射側レンチキュラレンズ ８、１２ 出射側レンチキュラレンズ ９、２１ 焦平面 １１ 液晶パネル １５ 非透過部 １３、２３ 右目用画素 １４、２４ 左目用画素 １６、２５ 右目画像領域 １７、２６ 左目画像領域 １９ 混合画像領域 ３１ 記録面 ３２、３４ スリットアレイ ３３ 表示面 ４１ 拡散板 ４２ スリットアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 賀好 宣捷 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリクス状に配列された複数の画素の
   各々に対応する光透過部を有し、画像を表示する透過型
   画像表示パネルと、 該画像表示パネルの光入射面に配置された第１のレンチ
   キュラレンズと、 該画像表示パネルの光出射面に配置された第２のレンチ
   キュラレンズとを備え、 該第１のレンチキュラレンズは、そのシリンドリカルレ
   ンズが該画像表示パネルの水平方向の画素の配列ピッチ
   と同一ピッチで配列された、入射する概略平行光を該画
   像表示パネルの垂直方向の画素列毎に該光透過部に対応
   させて集束させるものであり、 該第２のレンチキュラレンズは、そのシリンドリカルレ
   ンズが該画像表示パネルの水平方向の画素の配列ピッチ
   より大きなピッチで配列されたものである３次元ディス
   プレイ装置。
2. 【請求項２】 前記第１のレンチキュラレンズは、前記
   第２のレンチキュラレンズの焦平面上にて、隣合う画素
   像が接するようレンズパラメータを設定したものである
   請求項１記載の３次元ディスプレイ装置。
3. 【請求項３】 前記第１のレンチキュラレンズは、前記
   第２のレンチキュラレンズの焦平面上にて、隣合う画素
   像の一部分が重なるようレンズパラメータを設定したも
   のである請求項１記載の３次元ディスプレイ装置。
4. 【請求項４】 マトリクス状に配列された複数の画素の
   各々に対応する光透過部を有する、画像を表示する透過
   型画像表示パネルと、 該画像表示パネルの光入射面に配置され、該画像表示パ
   ネルの水平方向の画素ピッチと同一ピッチで配列された
   複数のシリンドリカルレンズを有し、入射する概略平行
   光を該画像表示パネルの垂直方向の画素列毎に該光透過
   部に対応させて集束させるレンチキュラレンズと、 該画像表示パネルの光出射面上に配置され、該レンチキ
   ュラレンズにより集束された光が投影される拡散板と、 該拡散板の光出射面側に配置されたスリットアレイとを
   備え、 該レンチキュラレンズは、該拡散板上に投影される隣合
   う画素像が接するようレンズパラメータを設定したもの
   である３次元ディスプレイ装置。