JPH118864A

JPH118864A - 立体画像表示装置

Info

Publication number: JPH118864A
Application number: JP9158702A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Toyoshima; 伸朗豊島
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】多眼方式の立体画像表示装置において、クロス
トークの発生を有効に抑え、自然で連続的な運動視差を
実現して、立体感を向上させる。【構成】透過光の強度を制御する変調画素を２次元的に
配置した空間変調素子１０に表示される立体画像用イメ
ージを、空間変調素子の背後に設けられる面光源１４に
より照明し、空間変調素子１０の手前側に配備されるパ
ララックスバリア１２を介して観察する多眼方式の立体
画像表示装置において、平面状の発光部を有し、拡散性
の照明光を放射する面光源１４と、空間変調素子１０と
の間に、結像レンズ系１６Ａ，１６Ｂを配備し、この結
像レンズ系１６Ａ，１６Ｂによる面光源１０の像の結像
位置が、パララックスバリア１２よりも観察者３側に位
置するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は多眼方式の立体画
像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に示すように、液晶表示素子等の空
間変調素子１の手前に、微細なスリットを互いに平行に
微小ピッチで１次元格子状に配列した「パララックスバ
リア」と呼ばれるスリット格子２を空間変調素子１から
少し離して配備する。観察者３が、パララックスバリア
２から所定距離離れた位置から右目でパララックスバリ
ア２の方を見ると、パララックスバリア２の各スリット
を介して空間変調素子１の表面が「スリットに切り取ら
れた短冊状面の集合」として見える。そこで、これら各
短冊状面に右目用画像ＩＲを多数の短冊状に分割して表
示すると、右目には上記右目用画像ＩＲが観察される。
このときパララックスバリア２に遮られて、左目には右
目用画像ＩＲは見えない。同様に、パララックスバリア
２から所定距離離れた位置から左目でパララックスバリ
ア２の方を見るとき、パララックスバリア２を介して見
える空間変調素子表面に左目用画像ＩＬを多数の短冊状
に分割して表示すると、この左目用画像ＩＬは左目のみ
に見え、右目には見えない。そこで、右目用画像ＩＲと
左目用画像ＩＬとが同時に表示された状態を、パララッ
クスバリア２を介して所定の位置から両眼で見ると、右
目には右目用画像ＩＲのみ、左目には左目用画像ＩＬの
みが見え、これらが合成されて「立体画像」として視認
されることになる。このような立体画像表示方式は「２
眼方式」と呼ばれている。

【０００３】２眼方式は、観察位置（観察者の目の位
置）の移動に応じた観察立体画像の変化である「運動視
差」が得られないため、立体画像の立体感としては「や
や不自然」である。

【０００４】上記運動視差を実現できる立体画像表示方
式として「多眼方式」が知られている。多眼方式は「パ
ララックス・パノラマグラム方式」とも呼ばれ、図５に
示すように右目用画像および左目用画像を、観察者の目
の異なる位置に応じてそれぞれ複数種類用意し、これら
を短冊状に分割して空間変調素子１Ａに表示する。図５
において、画素ｃ、ｄは右目用画像の一部、画素ａ，ｂ
は左目用画像の一部を示している。右目用画像ｃとｄ
は、観察する右目の位置に応じて異なる右目用画像の一
部を表示し、左目用画像ａとｂは、観察する左目の位置
に応じて異なる左目用画像の一部を表示する。パララッ
クスバリア２Ａを介して、表示された画像を見ると、右
目が「ｃで代表される右目用画像」を見る時には、左目
は「ａで代表される左目用画像」を見、このとき「ｄで
代表される右目用画像」も「ｂで代表される左目用画
像」も見えない。観察者３の目の位置が変化して、右目
が「ｄで代表される右目用画像」を見る時、左目は「ｂ
で代表される左目用画像」を見る。

【０００５】このようにすると、観察者３の目の位置の
移動に応じて右目用画像がｃ，ｄ，．．．のように、ま
た左目用画像がａ，ｂ，．．のように切り替わるので、
表示される立体画像が観察者の目の位置に応じて変化す
ることになり、２眼方式に比して「より自然な立体感を
伴う立体画像」を観察できる。

【０００６】多眼方式で連続的な運動視差を得ようとす
ると、同時に表示する右目用画像と左目用画像の種類を
多く用意し、パララックスバリアにおけるスリットの配
列間隔（「スリットピッチ」）を広げ、配列間隔間に上
記多数種の左・右目用画像を短冊状に分割して表示する
必要があり、このようにすると「パララックスバリアの
遮光部が目立つ」ようになる。これを避けるには、空間
変調素子に於ける画素密度を高くし、パララックスバリ
アのスリットピッチを小さくすればよい。しかし、スリ
ットピッチを小さくすると「回折現象」により画像の指
向性が低下し、立体画像の像質が低下する。また、画素
密度を高くした結果、相対的にパララックスバリアにお
けるスリット幅が大きくなると、パララックスバリアを
介して左右各々の目に見える画像として、空間変調素子
の隣接画素の画像が同時に見えて立体画像の像質を低下
させる「クロストーク」が発生する。それで、これを避
けるためにスリット幅を小さくすると、上記の回折現象
を助長することになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上述した事
情に鑑み、多眼方式の立体画像表示装置において、回折
現象による画質の劣化やクロストークの発生を有効に軽
減し、自然で連続的な運動視差を実現して立体感を向上
させることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の立体画像表示
装置は「透過光の強度を制御する変調画素を２次元的に
配置した空間変調素子に表示される立体画像用イメージ
を、空間変調素子の背後に設けられる面光源により照明
し、空間変調素子の手前側に配備されるパララックスバ
リアを介して立体画像を観察する多眼方式の立体画像表
示装置」であって、結像レンズ系を有する（請求項
１）。「結像レンズ系」は、面光源と空間変調素子との
間に配備される。結像レンズ系は、これによる面光源の
像の結像位置が、パララックスバリアよりも観察者側に
位置するように配備される。上記「面光源」は、発光部
が平面状で「拡散性の照明光」を放射する。

【０００９】上記請求項１記載の発明の立体画像表示装
置は「空間変調素子と結像レンズ系との間に出入可能に
な拡散板」を有することができる（請求項２）。上記請
求項１または２記載の立体画像表示装置において、結像
レンズによる光源の像の結像位置が「パララックスバリ
アの近傍の位置」に位置するようにできる（請求項
３）。勿論、光源の像を「観察者の後方に結像させる」
ようにしてもよい。上記請求項３記載の立体画像表示装
置においては、面光源と結像レンズ系との間に「各マイ
クロレンズの焦点距離が一定でないマイクロレンズアレ
イ」を設けることができる（請求項４）。

【００１０】上記請求項１〜４の任意の１に４記載の立
体画像表示装置において「結像レンズ系を１枚以上のフ
レネルレンズで構成する」ことができ（請求項５）、特
に、結像レンズ系を「２枚のフレネルレンズによるアフ
ォーカル系」として構成することができる（請求項
６）。

【００１１】

【発明の実施の形態】請求項１，３，５，６記載の発明
の実施の１形態を示す図１において、空間変調素子１０
は「液晶表示素子」等であり、透過光の強度を変調でき
る微小な変調画素を２次元的に配列し、個々の画素にお
ける透過光強度を、図示されない画像処理装置（コンピ
ュータ等）の画像信号により制御することにより、多眼
方式の立体画像イメージを表示するようになっている。
観察者３の側から見て、空間変調素子１０の手前側に
は、パララックスバリア１２が、空間変調素子１０に平
行に、かつ、空間変調素子１０と所定の間隔を隔して配
備されている。パララックスバリア１２には、一連のス
リット（図面に直交する方向がスリットの長さ方向であ
る）が、図の左右方向に所定の「スリットピッチ」で形
成されている。

【００１２】面光源１０は、平面状の発光部を有するも
ので、例えば、ハロゲンランプや蛍光管等の光源を複数
個配列し、その前側に乳白色等の不透明な拡散板を配備
し、上記光源からの光を拡散板で拡散させることによ
り、拡散板表面が「均一な、あるいは所望の光強度分
布」を持った発光面となるように構成したものを用いる
ことができる。従って、面光源１４から放射される照明
光は「拡散性」で、指向性は弱い。面光源１４と空間変
調素子１０との間には、「結像レンズ」として２枚のフ
レネルレンズ１６Ａ，１６Ｂが配備されている。フレネ
ルレンズ１６Ａ，１６Ｂは結像レンズ系として「アフォ
ーカル系」を構成し、空間変調素子１０とパララックス
バリア１２とが無いとすれば、面光源１４の実像１４Ｉ
ｍを、図１におけるパララックスバリア１２よりも観察
者３の側に結像させるようになっている。

【００１３】即ち、図１の実施の形態は、透過光の強度
を制御する変調画素を２次元的に配置した空間変調素子
１０に表示される立体画像用イメージを、空間変調素子
１０の背後に設けられる面光源１４により照明し、空間
変調素子１０の手前側に配備されるパララックスバリア
１２を介して立体画像を観察する立体画像表示装置であ
って、平面状の発光部から拡散性の照明光を放射する面
光源１４と、空間変調素子１０との間に、結像レンズ系
１６Ａ，１６Ｂを配備し、結像レンズ系１６Ａ，１６Ｂ
による面光源１４の像１４Ｉｍの結像位置が、パララッ
クスバリア１２よりも観察者３側に位置するようにした
多眼方式の立体画像表示装置である（請求項１）。そし
て、結像レンズによる光源の像１４Ｉｍの結像位置は、
観察者３側から見てパララックスバリア１２の近傍の位
置であり（請求項３）、「結像レンズ系」は１枚以上の
フレネルレンズ１６Ａ，１６Ｂで構成され（請求項
５）、さらに、２枚のフレネルレンズ１６Ａ、１６Ｂは
「アフォーカル系」を構成している（請求項６）。

【００１４】面光源１４を発光させ、空間変調素子１２
に、「多眼方式の立体画像用イメージ」を左目用画像・
右目用画像として表示する。パララックスバリア１２に
おけるスリットピッチ（スリットの配列間隔）は、空間
変調素子１０における画素列（スリットに平行な変調画
素の１配列）の幅（「画素ピッチ」）のｎ倍（ｎは自然
数）であり、「スリット幅」は画素ピッチ程度である。
すると、スリット１本当たりに、ｎ画素列が対応するか
ら、目の位置に応じた「ｎ種の立体画像用イメージ」を
表示することができ、観察者３の目の位置が変化する
と、これら「ｎ種の立体画像用イメージ」が、目の位置
に応じて切り替わるように観察され、自然な立体感を実
現できる。

【００１５】従来の多眼方式で連続的な運動視差を得よ
うとすると、同時に表示する立体画像用イメージの種類
（上記ｎ種）を目の位置に応じて多くするが、このよう
な多量の立体画像用イメージを表示するにはスリット１
本当たりの画素ピッチ数を増やさねばならず、そのため
に「パララックスバリアにおけるスリットピッチ」を広
げると「パララックスバリアの遮光部が目立つ」ように
なる。これを避けるには、空間変調素子に於ける「画素
密度を高く」、「画素ピッチを小さく」し、パララック
スバリアの「スリットピッチを小さく」すればよい。し
かし、画素ピッチの縮小に伴い、パララックスバリアの
スリットの幅に比して画素の幅が小さくなると「クロス
トーク」が発生するので、画素間のクロストークの増大
を防ぐにはスリット幅も小さくする必要があるが、これ
は逆にスリットの回折効果に起因する画素間のクロスト
ークを増大させる結果となる。即ち、従来の「画素ピッ
チとスリットピッチとスリット幅を小さくする方法」に
よる「連続的な運動視差」の実現には、原理的な困難が
あった。

【００１６】このような問題の原因の一つは、各画素か
ら放射される光が「指向性が低い拡散光」であることに
ある。即ち、従来の多眼方式の立体画像表示装置では、
拡散光源である面光源が空間変調素子のすぐ背後に配備
され、直接に空間変調素子を照明するため、空間変調素
子により変調された透過光の指向性が低く、このため、
パララックスバリアを回折格子として考えたときの「０
次光」によって形成される立体画像の「像のぼやけ（回
折効果に起因する画素間のクロストーク）」が大きくな
り、良好な運動視差を持った立体画像を得ることができ
なかった。

【００１７】図１の実施の形態のように、結像レンズ系
１６Ａ，１６Ｂにより、面光源１４の像１４Ｉｍを、パ
ララックスバリア１２よりも観察者３の側に結像させる
ようにすると、空間変調素子１０により変調された光
は、面光源１４の像１４Ｉｍに結像しようとするため、
パララックスバリア１２による０次光の指向性も増大す
る。このため、パララックスバリア１２のスリット幅の
縮小に伴う「観察立体画像のぼけ」は有効に軽減され
る。

【００１８】従って、パララックスバリア１２における
スリットピッチを有効に小さくすると共に、空間変調素
子１０における画素密度を高め、良好な画質の立体画像
を、良好な運動視差で観察することが可能になる。この
ように、スリットピッチを小さくできる（例えば、画素
ピッチ：１００μｍ，１０眼表示で１ミリ程度）ので
「パララックスバリアの遮光部が目立つ」こともなく、
スリット幅を小さくできる（例えば、１００μｍ）ので
「クロストーク」も有効に防止される。

【００１９】図１の実施の形態の場合、観察される立体
画像が空間変調素子１０の後方の遠方に見えるような画
像（例えば、観察される画像が「遠景に広い空や山など
のある風景」であるような場合）には、観察される立体
画像の手前に、面光源の像が観察され、これが立体画像
観察の妨げになることが考えられる。

【００２０】これを避けるには、面光源１４の像１４Ｉ
ｍが観察者の後方に結像するようにすればよいが、この
ようにすると、結像レンズ系の結像倍率が大きくなり、
前記照明光束の指向性が弱まる傾向になるので、結像倍
率をあまり大きくすることは好ましくない。

【００２１】そこで、前述の実施の形態のように光源の
像を形成することが「不自然さを生じる場合」には、図
２に示す実施の形態のように、空間変調素子１０と結像
光学系１６Ａ，１６Ｂとの間に拡散板１８を出入可能に
し、観察画像が上記のような「空間変調素子１０の後方
の遠方に見えるような画像」であるときには、拡散板１
８を図２の位置に挿入して、結像レンズ系１６Ａ，１６
Ｂのレンズ作用を観察者３に対して遮ればよい（請求項
２）。

【００２２】このようにすることにより、照明光束は指
向性が失われるので、精細な運動視差に対する回折現象
の影響があるが、上記のような状態で観察される立体画
像は「空間変調素子後方の遠方に見えるような画像」で
あるので、この場合には運動視差は殆ど問題にならな
い。

【００２３】拡散板１８の出入は手動により行ってもよ
いし、空間変調素子１０における光を透過させる変調画
素の数をカウントし、その数が所定の数、例えば全画素
数の２／３を越えたら、自動的に拡散板１８を結像レン
ズ系と空間変調素子との間に挿入するようにしてもよ
い。この場合、光を透過させる変調画素の数が上記所定
の数より小さくなったら、自動的に拡散板１８を挿入位
置から退避させるようにする。

【００２４】上記「面光源の像により立体画像の観察が
妨げられる問題」を回避する今一つの方策は、図３に示
す実施の形態のように、面光源１４と結像レンズ系１６
Ａ，１６Ｂとの間に、各マイクロレンズの焦点距離が一
定でないマイクロレンズアレイ１９を設けることである
（請求項４）。

【００２５】例えば、マイクロレンズアレイ１９とし
て、焦点距離：ｆ₁，ｆ₂，ｆ₃を持つ３種類のマイクロ
レンズがそれぞれＮ個（例えば１００個）ずつ、互いに
入り混じって配備されたものを用いると、これら３種の
マイクロレンズの各種と結像レンズ系１６Ａ，１６Ｂと
の合成の結像作用により、面光源１４の像が、像１４Ｉ
ｍ１，像１４Ｉｍ２，像１４Ｉｍ３のように分離する
（マイクロレンズを構成する焦点距離の異なるマイクロ
レンズの種類を増やせば、分離する像の数も増大する）
ので、個々の像１４Ｉｍ１等の明るさが減少し、しかも
これらは観察者３から異なる距離に結像するので、観察
者３はこれらの像１４Ｉｍ１，１４Ｉｍ２，．．を気に
することなく「空間変調素子後方の遠方に見えるような
立体画像」を観察することができる。

【００２６】また、この実施の形態では、面光源の像は
分離するが、面光源からの照明光の観察者３の側へ向か
う指向性は高く、パララックスバリア１２のスリットピ
ッチが小さくなって回折現象が生じても「観察者側へ向
かう０次光成分」が大きいので立体画像の像質の劣化を
招くことはない。従って、マイクロレンズアレイ１９は
常時、面光源１４と結像レンズ系１６Ａ，１６Ｂの間に
設置しておいてよく、種々の表示画像に対してスリット
部の回折の影響を低減させた表示が可能になる。

【００２７】上に説明した実施の形態においては、結像
レンズ系として２枚のフレネルレンズ１６Ａ，１６Ｂを
アフォーカル系に構成したものを例示したが、結像レン
ズ系は、これに限らず「単一のレンズ」を用いて構成し
てもよいし、レンズアレイやマイクロレンズアレイを用
いてもよい。フレネルレンズは大面積のものを容易に形
成できるので、表示画面の大型化に容易に対応すること
が可能である。また、結像レンズ系をアフォーカル系に
構成すると、面光源の光を利用効率よく空間変調素子に
照射できる。

【００２８】

【実施例】空間変調素子１０として、対角線長：１２イ
ンチ、画素サイズ：１００μｍ×１００μｍの液晶画像
表示素子（画素ピッチ：１００μｍ）を用い、その手前
に配備されるパララックスバリア１２として、スリット
幅：１００μｍ、スリットピッチ：１ミリのものを空間
変調素子１０から３ミリ離して配備した。空間変調素子
１０の後方には、面光源１４として、複数のハロゲンラ
ンプの光を拡散フィルムで拡散させる方式の物を用い、
結像レンズ系としては空間変調素子１０とほぼ同サイズ
に作製した２枚のフレネルレンズ（焦点距離１００ミ
リ）をアフォーカル系に組み合わせ、面光源の像がパラ
ラックスバリア１２の手前側５０ミリの位置に結像する
ようにして、図１の実施の形態を実施した。

【００２９】空間変調素子には、観察者の目の位置に応
じ、異なる立体画像を１０種類、短冊型に分割して表示
した。その結果、目の移動に連れて立体画像が自然な滑
らかさを持って変化する「自然な感じの立体画像」を観
察することができた。

【００３０】また立体画像として遠景等を表示する場合
には、空間変調素子の直後に拡散板を挿入することによ
り、面光源の像に妨げられることなく立体画像を観察す
ることができた。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば新規な立体画像表示装置を実現できる。この発明の立
体画像表示装置は、結像光学系の作用により、空間変調
素子を照明する光の指向性が観察者の側に向かって高ま
るため、パララックスバリアにおけるスリットピッチを
小さくしても、観察者側へ向かう０次光成分が多くなる
ため、画質の良好な立体画像を観察でき、また、スリッ
ト幅を小さくし、画素ピッチを小さくして表示画像の種
類を増大させることができ、滑らかで自然な運動視差を
実現でき、パララックスバリアのスリット幅を小さくで
きるのでクロストークによる画質劣化も有効に防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１，３，５，６記載の発明の実施の１形
態を説明するための図である。

【図２】請求項１，２，３，５，６記載の発明の実施の
１形態を説明するための図である。

【図３】請求項１，３，４，５，６記載の発明の実施の
１形態を説明するための図である。

【図４】２眼方式の立体画像表示装置を説明するための
図である。

【図５】多眼方式における運動視差を説明するための図
である。

【符号の説明】

１０空間変調素子１２パララックスバリア１４面光源１６Ａ、１６Ｂ結像レンズ系を構成するフレネル
レンズ１４Ｉｍ面光源の像３観察者

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過光の強度を制御する変調画素を２次元
的に配置した空間変調素子に表示される立体画像用イメ
ージを、空間変調素子の背後に設けられる面光源により
照明し、上記空間変調素子の手前側に配備されるパララ
ックスバリアを介して立体画像を観察する立体画像表示
装置において、平面状の発光部を有し、拡散性の照明光を放射する面光
源と、空間変調素子との間に、結像レンズ系を配備し、
この結像レンズ系による上記面光源の像の結像位置が、
パララックスバリアよりも観察者側に位置するようにし
たことを特徴とする多眼方式の立体画像表示装置。
【請求項２】請求項１記載の立体画像表示装置におい
て、空間変調素子と結像レンズ系との間に出入可能な拡散板
を有することを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項３】請求項１または２記載の立体画像表示装置
において、結像レンズによる光源の像の結像位置が、パララックス
バリアの近傍の位置に位置するようにしたことを特徴と
する立体画像表示装置。
【請求項４】請求項３記載の立体画像表示装置におい
て、面光源と結像レンズ系との間に、各マイクロレンズの焦
点距離が一定でないマイクロレンズアレイを設けたこと
を特徴とする立体画像表示装置。
【請求項５】請求項１または２または３または４記載の
立体画像表示装置において、結像レンズ系が１枚以上のフレネルレンズで構成される
ことを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項６】請求項５記載の立体画像表示装置におい
て、結像レンズ系が２枚のフレネルレンズによりアフォーカ
ル系として構成されていることを特徴とする立体画像表
示装置。