JPH10221644A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶ディスプレイに表示した画像情報を良好
なる画質で立体観察することができる立体画像表示装置
を得ること。 【解決手段】 照明手段からの光束を互いに偏光軸が直
交する２種類の偏光板を交互に一方向にストライプ状に
配列した偏光マスクを介して該一方向に屈折力を有する
光学素子を該一方向に所定のピッチで配列したマイクロ
レンズアレイに導光し、該マイクロレンズアレイからの
光束を互いに偏光軸が直交する２種類の偏光板を交互に
該一方と直交する他方向にストライプ状に配列した画像
照明光選択手段を通過させてストライプ視差画像を表示
する空間光変調器を照明し、該空間光変調器に表示した
画像情報を立体的に観察していること。

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
ームマシン等のディスプレイデバイス（ディスプレイ）
において画像情報の立体表示を行い、所定の観察領域か
ら画像情報をモアレや色ずれが少なく、又はフレームレ
ート（表示速度）を高くし、又は高い解像度で立体観察
を行う際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より立体画像の観察方法としては、
例えば偏光めがねを用いて互いに異なった偏光状態に基
づく視差画像を観察する方法や、レンチキュラーレンズ
を用いて複数の視差画像（視点画像）のうちから所定の
視差画像を観察者の眼球に導光する方法等が提案されて
いる。

【０００３】メガネなしの立体画像表示装置としてのレ
ンチキュラー方式を用いた装置においては、レンチキュ
ラーレンズといった特殊光学素子を表示素子（ディスプ
レイ）の前面に配置するものが一般的である。これらの
特殊光学素子は比較的安価で量産性に優れているので、
従来の２Ｄ（平面）ディスプレイと組み合わせることで
簡単に立体画像表示装置を構成できる。特に表示面のフ
ラットな液晶表示素子（ＬＣＤ）等にて有効な手段であ
る。

【０００４】また上記の方式とは異なり、レンチキュラ
ーレンズ等の特殊光学素子が表示素子の背面に配置され
た立体画像表示装置が、例えば特開平５ー１０７６６３
号公報、特開平７ー２３４４５９号公報等に開示されて
いる。

【０００５】図２２は特開平５ー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を示す概略
図である。立体画像表示装置はマトリクス型面光源１０
２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とから構成されてい
る。面光源の指向性はレンチキュラーシート１０３との
相対的位置関係で決定しており、面光源を選択的に点灯
することによって、透過型表示装置１０４の照明光の指
向性を能動的に制御している。

【０００６】右眼用のストライプ状の光源（図２２
（Ｂ）の１０２Ｒ）が点灯している時はこれに同期して
右眼用の画像（図２２（Ｃ）の１０４Ｒ）を奇数フレー
ムで表示し、画像照明光は観察者の右眼方向にのみ向か
う指向性を持っている。左眼用のストライプ状の光源
（図２２（Ｂ）の１０２Ｌ）が点灯している時はこれに
同期して左眼用の画像（図２２（Ｃ）の１０４Ｌ）を偶
数フレームで表示する。画像照明光は観察者の左眼方向
にのみ向かう指向性を持っている。これを高速に（観察
者が上記の切替を認識できない程度に速く）繰り返し
て、立体画像表示装置を構成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の立体画像表示装
置のうち特殊光学素子を表示面の前面に配置した構成で
は、その立体的周期構造により表面の不要反射光や、モ
アレ、色ずれ等が発生する場合がある。また２枚の視差
画像から交互に配列されたストライプ画像を合成し表示
する方式であるため、立体画像表示時の解像度は少なく
とも２分の１に低下してしまうという問題点があった。

【０００８】又、特殊光学素子を表示面の背面に配置
し、右眼画像と左眼画像の２枚の視差画像を時分割で表
示することにより立体視する構成では、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
いという問題点が存在する。磯野らはテレビジョン学会
誌、Vol.41, No.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
いことが示されている。更に、両眼を交互に開閉した場
合の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
ることが示されている。

【０００９】従って、これら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。また上記従来例におい
てレンチキュラーレンズ１０３のピッチは、液晶の画素
ピッチ程度のきわめて精細なものである。このようなレ
ンチキュラーレンズを使用することは、液晶のブッラク
マトリクスとの干渉によるモアレやカラーフィルターと
の相対的位置関係のずれによって生じる色ずれ等の原因
となる。また上記レンチキュラレンズ１０３のピッチに
対し、マトリクス型面光源１０２に要求されるピッチ
は、さらにその２分の１程度の精細なものとなってお
り、良好な精度を得るのが困難で、かつ作製コストを高
くする原因となる等の問題点があった。

【００１０】本発明はレンチキュラーレンズを利用して
立体画像を観察する際に、互いに直交する方向に偏光軸
を有する偏光板を所定方向に交互に所定のピッチで適切
に配列した偏光手段を利用することによって、表示面の
不要反射光を防ぎ、又はモアレや色ずれ等を低下させ、
又は表示速度（フレームレート）を高くすることなく高
い解像度で立体画像を良好に観察することができる立体
画像表示装置の提供を目的とする。

【００１１】

【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）照明手段からの光束を互いに偏光軸が直交す
る２種類の偏光板を交互に一方向にストライプ状に配列
した偏光マスクを介して該一方向に屈折力を有する光学
素子を該一方向に所定のピッチで配列したマイクロレン
ズアレイに導光し、該マイクロレンズアレイからの光束
を互いに偏光軸が直交する２種類の偏光板を交互に該一
方と直交する他方向にストライプ状に配列した画像照明
光選択手段を通過させてＮ（Ｎは２以上の整数）個の視
差画像を各々多数のストライプ視差画像に分割し、該分
割したストライプ視差画像を該Ｎ個の視差画像に対応し
て所定の順序で該他方向に所定のピッチで繰り返して配
列して合成したストライプ合成画像を表示する空間光変
調器を照明し、該空間光変調器からの光束を観察者側に
指向性を持って集光させて、該空間光変調器に表示した
画像情報を立体的に観察していることを特徴としてい
る。

【００１２】特に、(1-1-1) 前記画像照明光選択手段は
前記マイクロレンズアレイの主平面近傍に配置されてお
り、前記空間光変調器は該画像照明光選択手段に近接配
置され、入射光束の指向性を変化させずに強度変調を行
って画像情報を表示していること、(1-1-2) 前記空間光
変調器からの光束を互いに偏光軸が直交する２種類の偏
光板を交互に前記他方向にストライプ状に配列した検光
子を介して観察者に導光していること、(1-1-3) 前記偏
光マスク及び画像照明光選択手段の偏光板のＡ部分を透
過する照明光は前記マイクロレンズアレイによって観察
者の左眼の方向に、前記偏光マスク及び画像照明光選択
手段の偏光板のＢ部分を透過する照明光は前記マイクロ
レンズアレイによって観察者の右眼の方向に指向性を持
って集光し、前記空間光変調器は前記画像照明光選択手
段の偏光板のＡ部分を透過した照明光が照明する領域に
ついては左眼用の視差画像を、前記画像照明光選択手段
の偏光板のＢ部分を透過した照明光が照明する領域につ
いては右眼用の視差画像を表示すること、(1-1-4) 前記
偏光マスクからの偏光光束を変調する偏光特性制御手段
を介して前記マイクロレンズアレイに導光しているこ
と、(1-1-5) 前記偏光特性制御手段は２つの偏光制御状
態を交互に繰り返し、それに同期して前記空間光変調器
は左眼用視差画像表示領域と右眼用視差画像表示領域を
交互に入れ替えていること、(1-1-6) 前記偏光特性制御
手段は偏光制御領域が複数に分割されており、任意の領
域において独立に偏光特性制御が可能であること、(1-1
-7) 前記マイクロレンズアレイの複数のシリンドリカル
レンズの配列ピッチは前記空間光変調器で表示する画像
情報の単位画素の３つ分の幅以上であること、(1-1-8)
前記空間光変調器は液晶ディスプレイより成り、前記検
光子の２つの偏光板は前記画像照明光選択手段の２種類
の偏光板と略同一の大きさ及びピッチより成っているこ
と、(1-1-9) 前記空間光変調器は液晶ディスプレイより
成り、前記検光子の２つの偏光板は前記画像照明光選択
手段の２種類の偏光板と略同一の大きさ及びピッチより
成り、画像照明光選択手段の偏光板Ａの位置には該検光
子の該偏光板Ａの偏光軸と直交又は平行な偏光板Ｂが位
置するようにしていること、(1-1-10)前記マイクロレン
ズアレイは前記一方向に屈折力を有するシリンドリカル
レンズを該一方向に所定のピッチで配列したものである
こと、等を特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態１の要部
斜視図である。図２〜図４は図１の一部分の説明図であ
る。

【００１４】同図において、１は空間光変調器であり、
本実施形態においては透過型の液晶ディスプレイ（以
下、単に「ディスプレイ」ともいう。）を用いている。
液晶ディスプレイ１は液晶層などからなるマトリクス状
の表示画素部がガラス基板の間に形成されている（液晶
ディスプレイ１は、カラーフィルター、電極、ブラック
マトリクス、反射防止膜などを有しているが、同図では
省略してある。）。液晶ディスプレイ１は液晶表示画素
部の偏光制御作用を利用して画像情報を表示するもので
あり、バックライト４からの照明光の入射側に図３に示
す画像照明光選択手段２としての複数の偏光板が、出射
側には検光子３としての複数の偏光板が配置されてい
る。

【００１５】４は液晶ディスプレイ１の照明光源となる
バックライトであり、その発光面の前面には図２に示す
偏光マスク５が配置されている。偏光マスク５は液晶デ
ィスプレイ１の画像照明光選択手段２及び検光子３と同
様、複数の偏光板によって構成されるが、これらの各部
材２，３，５の偏光制御特性の組み合わせについては後
に詳述する。

【００１６】６はマイクロレンズアレイであり、偏光マ
スク５と画像表示用の液晶ディスプレイ１との間に配置
されている。本実施形態ではマイクロレンズアレイとし
て透明樹脂またはガラス製のレンチキュラーレンズを使
用している。マイクロレンズアレイ６は水平方向Ｈに屈
折力を有するシリンドリカルレンズを水平方向に複数
個、所定のピッチで配列している。マイクロレンズアレ
イ６はバックライト４より放射され、偏光マスク５によ
る偏光特性の調整を受けた照明光に指向性を与える役割
を有している。

【００１７】次に、図１に示す構成の立体画像表示装置
を用いて立体画像を表示し、観察する方法について説明
する。偏光マスク５は図２に示すように、２種類の異な
る偏光特性を有する偏光板５−１，５−２を垂直方向
（Ｖ方向）のストライプ状にして、水平方向Ｈに交互に
所定のピッチで組み合せた構造を有している。２種類の
偏光板５−１，５−２は互いに他の透過光を通さない性
質を有するものである（例えば、右回り円偏光と左回り
円偏光、垂直直線偏光と水平直線偏光等）。

【００１８】図２に示された例では垂直直線偏光を透過
する縦長の偏光板５−１と、水平直線偏光を透過する縦
長の偏光板５−２が水平方向に交互に並んだ配置となっ
ている。マイクロレンズアレイ６は偏光マスク５と平行
に置かれている。マイクロレンズアレイ６を構成する複
数のシリンドリカルレンズ６ａの配列ピッチは、偏光マ
スク５のピッチ（垂直直線偏光板５−１と水平直線偏光
板５−２を水平方向Ｈにあわせた幅）よりもやや小さく
設定している。

【００１９】これにより、液晶ディスプレイ１の中心部
を照明する光と、周辺部を照明する光の両方を、正しい
位置に集光している。同様の目的で、マイクロレンズア
レイ６または偏光マスク５のピッチを不等間隔とする方
法をとっても良い。

【００２０】図３は画像照明光選択手段２の説明図であ
る。画像照明光選択手段２は２種類の異なる偏光特性を
有する偏光板２−１，２−２を水平方向のストライプ状
にし、垂直方向Ｖに交互に所定のピッチで組み合わせた
構造を有している。２種類の偏光板２−１，２−２の組
み合せは偏光マスク５の特性に依存するが、偏光マスク
５と同様、互いに他の透過光を通さない性質を有するも
のとなっている。

【００２１】本実施形態においては、偏光マスク５に用
いられたのと同じ２種類の直線偏光板が用いられてお
り、垂直直線偏光を透過する横長の偏光板２−１と、水
平直線偏光を透過する横長の偏光板２−２が交互に垂直
方向Ｖに並べられた配置となっている。横長偏光板２−
２の縦方向Ｖの幅ＤＶ２−２は液晶ディスプレイ１の１
表示画素の縦方向の幅ＤＶ−１に一致している。一方、
検光子３にも図３に示す画像照明光選択手段２と同じ構
成のものを使用している。

【００２２】そして液晶ディスプレイ１のモードに応じ
て画像照明光選択手段２と検光子３の垂直方向の相対的
位置を調整している。例えば、液晶ディスプレイ１とし
てＴＮ液晶のディスプレイをノーマリーブラックモード
で使用する場合は、検光子３と画像照明光選択手段２の
各々の直線偏光板は表示画素部をはさんで同じ種類のも
の同士が対向する位置に来るよう配置する。逆に、ＴＮ
液晶のディスプレイをノーマリーホワイトモードで使用
する場合は、検光子３と画像照明光選択手段２の各々の
直線偏光板は表示画素部をはさんで異なる種類のもの同
士が対向する位置に来るよう配置する。いずれにして
も、液晶ディスプレイ１は表示ライン１本毎に偏光子・
検光子の偏光特性が異なっている液晶ディスプレイのも
のを用いている。

【００２３】図４の画像表示用の液晶ディスプレイ１に
は２視点に対応する２つの視差画像が水平方向に順番に
横ストライプ状に配列して表示されている。２１はディ
スプレイ駆動回路であり、ディスプレイ１に横ストライ
プ合成画像を表示している。２２は画像処理回路であ
り、複数視点（本実施形態では２視点）からの立体物の
２視差画像から多数の横ストライプ視差画像（視差画
像）Ｌ，Ｒを切り出して、所定の順序で垂直方向に所定
のピッチで繰り返して配列して合成し、これによって横
ストライプ合成画像を生成しディスプレイ駆動回路２１
に入力している。

【００２４】本実施形態では、このような構成におい
て、液晶ディスプレイ１にはディスプレイ駆動回路２１
より、図４のように左右の視差画像Ｌ，Ｒを上下方向に
交互に横ストライプ状に配列した画像信号を入力する。
本実施形態においては、画像の水平ラインのうち奇数ラ
インが左眼用の視差画像Ｌ、偶数ラインが右眼用の視差
画像Ｒとなっている。

【００２５】図５、図６はそれぞれ液晶ディスプレイ１
に表示した左眼用画像表示ラインＬと右眼用画像表示ラ
インＲが照明され、観察者の眼球７，８に導光される様
子を鉛直上方（Ｖ方向）より見た説明図である。

【００２６】まず、図５を用いて、左眼用画像表示ライ
ンＬが選択的に照明され、左眼用画像光が観察者の左眼
７に入射する様子について説明する。液晶ディスプレイ
１の左眼用視差画像Ｌが照明される光束は画像照明光選
択手段２の垂直直線偏光板２−１と検光子３の垂直直線
偏光板３−１を通過する垂直直線偏光である。バックラ
イト４からの光は様々な偏光特性を有しているが、まず
偏光マスク５によって空間的に垂直直線偏光放射部５−
１と水平直線偏光放射部５−２とに分けられる。水平直
線偏光はマイクロレンズアレイ６を通過した後に画像照
明光選択手段２の垂直直線偏光板２−１によって遮られ
る。垂直直線偏光はマイクロレンズアレイ６で屈折され
て、画像照明光選択手段２の垂直直線偏光部２−１を通
過して液晶ディスプレイ１の左眼用画像表示ラインＬを
照明する。

【００２７】即ち、偏光マスク５の垂直直線偏光板５−
１を通過した垂直直線偏光のみが、それぞれマイクロレ
ンズアレイ６の対応する部分によって水平方向に屈折さ
れて、観察者の左眼７近傍に射出瞳として結像している
（あるいは、各垂直直線偏光板５−１より放射した照明
光は、それぞれマイクロレンズアレイ６の対応する部分
によって、観察者の左眼７の方向に集光する。）。これ
によって、観察者は左眼７でのみ左眼用画像表示ライン
Ｌを観察する。

【００２８】図７は、左眼７より液晶ディスプレイ１を
見た場合の画像の様子を示している。同様に、偏光マス
ク５の水平直線偏光板５−２を通過した水平直線偏光は
マイクロレンズアレイ６で水平方向に屈折された後、画
像照明光選択手段２の水平直線偏光板２−２を通過して
液晶ディスプレイ１の右眼用視差画像（右眼用画像表示
ライン）Ｒを照明する。そして右眼用視差画像Ｒからの
光束が観察者の右眼８に集光するようにしている。これ
によって観察者は右眼８でのみ右眼用画像表示ラインＲ
を観察する。

【００２９】図８は、右眼８より液晶ディスプレイ１を
見た場合の画像の様子を示している。このように、本実
施形態において液晶ディスプレイ１に表示する画像に
は、１フレーム中に左右の視差画像情報が両方とも含ま
れている。これよって画像表示速度（フレームレート）
の高い立体画像表示装置を使用しなくとも、立体画像の
表示を可能としている。

【００３０】次に本実施形態の前述以外の特徴について
説明する。

【００３１】（Ａ１）本実施形態によれば従来のレンチ
キュラー方式の立体画像表示装置に比べて、モアレや色
ずれの少ない立体像を観察することができる立体画像表
示装置を構成することができる。

【００３２】次にその理由について説明する。

【００３３】図９は従来のレンチキュラー方式を用いた
立体画像表示装置の一部を上方より拡大観察した概略図
である。図中６はレンチキュラーレンズ（シリンドリカ
ルレンズ）、９は画像表示面、ＢＭはブラックマトリク
ス、Ｒ，Ｇ，Ｂはそれぞれ赤、緑、青の三原色カラーフ
ィルターである。

【００３４】従来のレンチキュラー方式の場合、画像表
示面９の前面にレンチキュラーレンズ６があるため、観
察者は一般的な２Ｄディスプレイ（２次元画像）を見る
かのごとく画像表示面９を見ることは出来ない。特に画
素の周辺部に存在する微小なブラックマトリクスＢＭ
も、ある方向では非常に目立って観察されてしまう。図
中の実線はブラックマトリクスＢＭを照明する光線の軌
跡である。図中Ａの方向よりこの画像表示面９を観察す
ると、これらの光線しか観察されないので、画面全体が
黒く色づいて見えることがわかる。よって観察者が画像
表示面９を見続けたまま位置Ａを横切ると、黒いモアレ
が画面を横切るように見える。

【００３５】また、図中の点線は赤色カラーフィルター
Ｒを照明する光線の軌跡である。図中方向Ｂよりこの画
像表示面９を観察すると、これらの光線しか観察されな
いので、画面全体が赤く色づいて見えることがわかる。
同様の現象は、他のカラーフィルターについても発生す
るため、観察者の観察位置の移動に伴う、いわゆる「色
ずれ」が観察されることになる。

【００３６】これに対し、本実施形態においては図１０
に示したように画像表示面１０の背面にマイクロレンズ
アレイ（レンチキュラーレンズ）６を配置し、なおかつ
マイクロレンズアレイ６の光学的主平面６ｂとほぼ一致
した位置に画像表示面１０を配置している。これによっ
て画像表示面１０自体は光学的な変換作用を受けず、そ
のまま自然な画像観察が可能である。

【００３７】例えば、方向Ａからのみ、この画像表示面
１０が観察できるようにするにはマイクロレンズアレイ
６の後方の光源開口１１を図中Ａ’の位置に配置すれば
よいが、光源開口１１より射出した光線（実線）はマイ
クロレンズアレイ６の各レンズいっぱいに拡がった後、
光学的主平面位置６ｂで指向性を発生するので、方向Ａ
から画像表示面１０を観察する限り、画像全体が一様に
観察でき、モアレや色ずれが発生しにくい。

【００３８】また、光源開口１１の位置が変化し、図中
位置Ｂ’になった場合も、光源開口１１より射出した光
線は図中点線のようにマイクロレンズアレイ６いっぱい
に拡がった後、光学的主平面位置６ｂで指向性を発生す
るので、同様に方向Ｂから画像表示面１０を観察する限
り、画像全体が一様に観察でき、モアレや色ずれが発生
しにくい。

【００３９】（Ａ２）本実施形態によれば各種部品の作
製及び組立が容易となる。

【００４０】本実施形態によれば、マイクロレンズアレ
イ６のピッチを任意の値に取ることができるという、従
来のレンチキュラー方式を用いた立体画像表示装置にな
いメリットが存在する。従来のレンチキュラー方式で
は、２視点の視差画像を表示する場合、レンチキュラー
レンズのピッチは、ほぼ１表示画素の水平幅×２程度に
限定され、設計の自由度がなかった。

【００４１】これに対して本実施形態においては、視差
画像の分離を垂直方向に周期的に配置した画像照明光選
択手段２の偏光板によって行うため、マイクロレンズア
レイ６のピッチは表示画素の水平幅に全く依存しない。
例えば、図１１に示すようにマイクロレンズアレイ６の
ピッチを表示画素１０の水平幅３〜４個分に設定したと
しても、マイクロレンズアレイ６の背面の光源開口１１
との相対的位置関係により、照明光に正しい指向性が生
じていれば、左眼用視差画像は左眼の方向で、右眼用視
差画像は右眼の方向でのみ観察される。このことは、マ
イクロレンズアレイ６及び偏光マスクの作製に要求され
る精度を低くし、ひいては作製容易につながる。

【００４２】また、マイクロレンズアレイ６のピッチと
表示画素の水平幅を大きく異ならせることによって、画
像表示部１０の微細な周期構造とマイクロレンズアレイ
６の照明むらとの間の干渉や位置ずれで発生していたモ
アレや色ずれも抑制でき、より一層画質を高めることが
できる。

【００４３】尚、本実施形態を実施するにあたっては、
上記のような構成以外にも様々な構成が考えられる。主
要な部品各々についてのバリエーションを以下に述べ
る。

【００４４】(B-1) 空間光変調器１ 本実施形態においては画像表示用の空間光変調器として
偏光特性を制御するタイプの液晶ディスプレイを用い
た。しかし、液晶ディスプレイ以外の空間光変調器で
も、背面に上記の構成を有する画像照明光選択手段２を
配置して用いれば、左右それぞれの視差画像を表示する
ラインが選択的に照明され、それぞれの画像形成光が観
察者のしかるべき側の眼に入射することに変わりないの
で、上記実施形態と同様に立体画像表示装置を構成する
ことができる。また静止画を表示する目的に限定すれ
ば、空間光変調器としてスライド写真やトランスペアレ
ンシーに描画された画像等を配置してもよい。

【００４５】(B-2) マイクロレンズアレイ６ 本実施形態では、マイクロレンズアレイとしてレンチキ
ュラレンズを用いた例を示した。しかし、「照明光に指
向性を発生させる」というマイクロレンズアレイの根本
の役割を担うものであれば、他の光学素子等も利用する
ことができる。例えばホログラフィック光学素子、回折
格子、屈折率分布型レンズ等がこれに相当する。

【００４６】(B-3) 画像照明光選択手段２、検光子３ 本実施形態においては、画像照明光選択手段２と検光子
３は同様の構成を有しているが、それ以外の組み合わせ
でも、画像信号入力時の工夫でライン選択を可能にする
ことができる。

【００４７】例えば図１２は、この例を示した概略図で
ある。偏光マスク５、画像照明光選択手段２が縦偏光
板、横偏光板で構成されているのに対し、検光子３は縦
偏光板のみで構成されている（横偏光板のみでも可）。
このような構成で、前述の実施形態同様の画像信号を入
力すると、画像表示面１で１ライン毎に画像の反転表示
が起こる（つまり、左右の視差画像のうちどちらか一方
が反転表示となる）。

【００４８】そこで、この現象を補償するために、表示
する画像信号の水平ライン１ライン毎に（左右の視差画
像のうちどちらか一方の）画像輝度を反転させた画像信
号を入力・表示すれば、検光子３の構造を単純にするこ
とができる。尚、水平ライン１ライン毎の画像信号反転
は、液晶ディスプレイを駆動するハード・ドライバ部で
処理しても良いし、画像信号を生成するコンピューター
やインターフェースのソフト・ドライバ部で処理しても
良い。

【００４９】図１３は本発明の実施形態２の要部斜視図
である。

【００５０】実施形態１においては、固定パターンの偏
光マスク５を用いていたので、ライン選択と照明光の指
向性制御の状態はただ１通りに限定されている。これに
対して本実施形態では、偏光マスク５を状態変化可能に
してライン選択と照明光の指向性制御に様々な変化を発
生させて立体画像表示装置としての性能を向上させてい
る。

【００５１】本実施形態では、図１３のように偏光マス
ク５の前面に偏光特性制御用の液晶素子１３を配置した
構成によって、偏光状態を変化させている。この液晶素
子１３は直線偏光の偏光方向を、印加電圧に応じて連続
的に回転させている。例えば液晶素子１３によって直線
偏光の偏光方向を45°回転させれば、偏光マスク５の代
わりに図１４のような偏光軸を有する偏光マスク５を配
置したのと等価になる。

【００５２】図１４において、水平軸に対して45°傾い
た偏光軸を持つ直線偏光は、画像照明光選択手段２の垂
直直線偏光板２−１も水平直線偏光板２−２も等しく透
過するので、偏光によるライン選択効果が生じない。さ
らに、偏光マスク５のどの部分を通った照明光も、等し
い割合で画像形成光となるから照明光の指向性も生じな
い。よってこの状態の時、本装置は２次元画像を表示す
る表示装置となる。液晶素子１３の印加電圧を０にして
偏光特性制御をOFF にすれば、再び実施形態１と同様の
構成となるので、本装置は２次元画像と立体画像を切り
替えて表示できる装置となる。

【００５３】また、本実施形態によれば立体画像の解像
度の向上を図ることもできる。以下に、その方法を説明
する。

【００５４】液晶素子１３と空間光変調器１は高速応答
可能なものを使用している。液晶素子１３は印加電圧の
高速スイッチングにより、45Hz〜60Hzで偏光特性制御の
ON/OFFを繰り返す。このとき液晶素子１３は偏光特性制
御ON時には直線偏光の偏光方向を90°回転させ、OFF 時
は偏光方向を変化させない。

【００５５】よって、偏光特性制御ON時には図１５のよ
うな偏光マスクが配置されているのと等価で、偏光特性
制御 OFF時には図２のような偏光マスクが配置されてい
るのと等価になり、この２つの状態が高速に発生する。
このとき注意したいのは、偏光特性制御ON時は照明光の
指向性およびライン選択が、偏光特性制御 OFF時と正反
対になっていることである。そこで、液晶素子１３のON
/OFFに同期して、空間光変調器１に入力する画像信号
（視差画像）も高速に切り替えてやる。液晶素子１３の
偏光特性制御ON時には図１６のように視差画像Ｒ，Ｌを
表示し、液晶素子１３の偏光特性制御 OFF時には図４の
ように視差画像Ｌ，Ｒを表示する。

【００５６】すると、液晶素子１３の偏光特性制御ON時
には左眼７からは図１７のような視差画像Ｌが、液晶素
子１３の偏光特性制御 OFF時には左眼からは図７のよう
な視差画像が観察される。図１７の視差画像と図７の視
差画像は互いに他を補間しあうような画像となってお
り、液晶素子のON/OFFが高速にスイッチングされること
で、観察者は残像により図１７と図７の視差画像が合成
された画像を観察したのと等価となる。よって、上記の
ような構成によれば左眼用画像の解像度を２倍にして表
示することができる。

【００５７】同様に、液晶素子１３の偏光特性制御ON時
には右眼８からは図１８のような視差画像が、液晶素子
１３の偏光特性制御 OFF時には右眼からは図８のような
視差画像が観察されるため、右眼用画像の解像度も２倍
にすることができ、本実施形態の装置によれば、立体画
像の解像度を２倍に向上させることができる。

【００５８】従来のように右眼画像と左眼画像の２枚の
視差画像を画面ごとに時分割で表示する立体表示方式で
は、フリッカを防止するために、フレーム周波数を120H
z 程度にあげる必要があるが、本実施形態の方式では、
左右の視差画像がインターレース状態で表示された画面
なので、フレーム周波数60Hz程度であっても、フリッカ
ーを感ずることなくしかも高解像で立体像を観察するこ
とができる。

【００５９】ただし、一般的な空間光変調器１は、ライ
ンスキャン方式で上のラインから順に画像の書き替えを
行うので、１フレームの画像書き替えの途中で液晶素子
１３の偏光特性制御ON/OFF動作が行われると、観察者の
右眼に左眼画像が見えてしまったり、左眼に右眼画像が
見えてしまったりする可能性がある。

【００６０】そこで、それを防ぐために (C-1) 空間光変調器１の垂直同期を検出し、１フレーム
の画像書き替え終了と同時に液晶素子１３の偏光特性制
御ON/OFF動作行う。

【００６１】(C-2) 液晶素子１３の偏光特性制御ON/OFF
動作を検知して、空間光変調器１における当該画像フレ
ームの書き残しラインを対応する視差画像のものに変更
する。

【００６２】(C-3) 液晶素子１３自体に、図１９のよう
にラインスキャン可能なもの( ライン毎に偏光特性制御
部分が分割されたもの) を使用し、偏光特性制御ON/OFF
動作をラインスキャンで行って、空間光変調器１のライ
ンスキャンと完全に同期させる。といった方法をとるこ
とができる。

【００６３】尚、分割されていない液晶素子の代わり
に、任意の領域で偏光特性制御が可能なマトリクス型の
液晶表示素子１３ａを用いた場合、偏光特性制御を行う
領域は任意の位置、大きさに設定できる。

【００６４】例えば、図２０に示すように偏光特性制御
領域をα，βの２通りに分割し、α領域では上記液晶素
子と同様の偏光特性制御の高速ON/OFFを、β領域では直
線偏光の偏光方向を45°回転させれば、空間光変調器１
のα領域前面の領域では立体画像の高解像度表示が、空
間光変調器１のβ領域前面の領域では２次元画像の表示
が可能となる。

【００６５】偏光マスクと、マトリクス型液晶表示素子
１３ａの組み合わせ方は、図２１のようなものでも良
い。２種類の偏光板の組み合わせで構成される偏光マス
クの代わりに、１種類の偏光板１４（図中では垂直直線
偏光板）を配置し、各領域での偏光特性はマトリクス型
液晶表示素子１３ａの制御によって変化させる。このよ
うな構成によれば、偏光マスクの異なる偏光特性領域の
幅や高さを自由に設定でき、観察者の視域の制御が自由
に行える。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、レンチキ
ュラーレンズを利用して立体画像を観察する際に、互い
に直交する方向に偏光軸を有する偏光板を所定方向に交
互に所定のピッチで適切に配列した偏光手段を利用する
ことによって、表示面の不要反射光を防ぎ、又はモアレ
や色ずれ等を低下させ、又は表示速度（フレームレー
ト）を高くすることなく高い解像度で立体画像を良好に
観察することができる立体画像表示装置を達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の要部斜視図

【図２】 図１の偏光マスクの説明図

【図３】 図１の画像照明光選択手段の説明図

【図４】 図１の空間光変調器の説明図

【図５】 図１のＨＺ断面の説明図

【図６】 図１のＨＺ断面の説明図

【図７】 図１の空間光変調器の説明図

【図８】 図１の空間光変調器の説明図

【図９】 従来のレンチキュラー方式の立体画像観察の
説明図

【図１０】 本発明の立体画像観察の説明図

【図１１】 本発明の立体画像観察の説明図

【図１２】 本発明の実施形態１の一部を変更したとき
の概略図

【図１３】 本発明の実施形態２の要部斜視図

【図１４】 図１３の一部分の説明図

【図１５】 図１３の一部分の説明図

【図１６】 図１３の空間光変調器の説明図

【図１７】 図１３の空間光変調器の説明図

【図１８】 図１３の空間光変調器の説明図

【図１９】 図１３の一部分を変更したときの説明図

【図２０】 図１３の一部分を変更したときの説明図

【図２１】 図１３の一部分を変更したときの説明図

【図２２】 従来の立体画像表示装置の要部概略図

【符号の説明】

１ 空間光変調器 ２ 画像照明光選択手段 ３ 検光子 ４ 光源手段（バックライト） ５ 偏光マスク ６ マイクロレンズアレイ １３ 液晶素子 １３ａ 液晶表示素子 １４ 偏光板 ２１ ディスプレイ駆動回路 ２２ 画像処理回路

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明手段からの光束を互いに偏光軸が直
   交する２種類の偏光板を交互に一方向にストライプ状に
   配列した偏光マスクを介して該一方向に屈折力を有する
   光学素子を該一方向に所定のピッチで配列したマイクロ
   レンズアレイに導光し、該マイクロレンズアレイからの
   光束を互いに偏光軸が直交する２種類の偏光板を交互に
   該一方と直交する他方向にストライプ状に配列した画像
   照明光選択手段を通過させてＮ（Ｎは２以上の整数）個
   の視差画像を各々多数のストライプ視差画像に分割し、
   該分割したストライプ視差画像を該Ｎ個の視差画像に対
   応して所定の順序で該他方向に所定のピッチで繰り返し
   て配列して合成したストライプ合成画像を表示する空間
   光変調器を照明し、該空間光変調器からの光束を観察者
   側に指向性を持って集光させて、該空間光変調器に表示
   した画像情報を立体的に観察していることを特徴とする
   立体画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記画像照明光選択手段は前記マイクロ
   レンズアレイの主平面近傍に配置されており、前記空間
   光変調器は該画像照明光選択手段に近接配置され、入射
   光束の指向性を変化させずに強度変調を行って画像情報
   を表示していることを特徴とする請求項１の立体画像表
   示装置。
3. 【請求項３】 前記空間光変調器からの光束を互いに偏
   光軸が直交する２種類の偏光板を交互に前記他方向にス
   トライプ状に配列した検光子を介して観察者に導光して
   い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。
4. 【請求項４】 前記偏光マスク及び画像照明光選択手段
   の偏光板のＡ部分を透過する照明光は前記マイクロレン
   ズアレイによって観察者の左眼の方向に、前記偏光マス
   ク及び画像照明光選択手段の偏光板のＢ部分を透過する
   照明光は前記マイクロレンズアレイによって観察者の右
   眼の方向に指向性を持って集光し、前記空間光変調器は
   前記画像照明光選択手段の偏光板のＡ部分を透過した照
   明光が照明する領域については左眼用の視差画像を、前
   記画像照明光選択手段の偏光板のＢ部分を透過した照明
   光が照明する領域については右眼用の視差画像を表示す
   ることを特徴とする請求項１，２又は３の立体画像表示
   装置。
5. 【請求項５】 前記偏光マスクからの偏光光束を変調す
   る偏光特性制御手段を介して前記マイクロレンズアレイ
   に導光していることを特徴とする請求項４の立体画像表
   示装置。
6. 【請求項６】 前記偏光特性制御手段は２つの偏光制御
   状態を交互に繰り返し、それに同期して前記空間光変調
   器は左眼用視差画像表示領域と右眼用視差画像表示領域
   を交互に入れ替えていることを特徴とする請求項５の立
   体画像表示装置。
7. 【請求項７】 前記偏光特性制御手段は偏光制御領域が
   複数に分割されており、任意の領域において独立に偏光
   特性制御が可能であ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。
8. 【請求項８】 前記マイクロレンズアレイの複数のシリ
   ンドリカルレンズの配列ピッチは前記空間光変調器で表
   示する画像情報の単位画素の３つ分の幅以上であること
   を特徴とする請求項４，５，６又は７の立体画像表示装
   置。
9. 【請求項９】 前記空間光変調器は液晶ディスプレイよ
   り成り、前記検光子の２つの偏光板は前記画像照明光選
   択手段の２種類の偏光板と略同一の大きさ及びピッチよ
   り成っていることを特徴とする請求項４から８のいずれ
   か１項記載の立体画像表示装置。
10. 【請求項１０】 前記空間光変調器は液晶ディスプレイ
    より成り、前記検光子の２つの偏光板は前記画像照明光
    選択手段の２種類の偏光板と略同一の大きさ及びピッチ
    より成り、画像照明光選択手段の偏光板Ａの位置には該
    検光子の該偏光板Ａの偏光軸と直交又は平行な偏光板Ｂ
    が位置するようにしていることを特徴とする請求項９の
    立体画像表示装置。
11. 【請求項１１】 前記マイクロレンズアレイは前記一方
    向に屈折力を有するシリンドリカルレンズを該一方向に
    所定のピッチで配列したものであることを特徴とする請
    求項１の立体画像表示装置。