立体画像認識装置
【課題】視角に依存せず、優れた遮光性を有し、クロストークが抑制された良好な状態で利用者に立体像を視認させる技術を提供する。
【解決手段】立体画像認識装置は、一対の第１及び第２シャッター素子（各々Ｓ１、Ｓ２）と、右目用画像と左目用画像の切り替えに対応してＳ１及びＳ２を選択的に動作させる駆動部を備える。Ｓ１及びＳ２は、各々の吸収軸を略直交させて配置された第１偏光板13及び第２偏光板17と、電圧無印加時において液晶分子が略垂直配向する液晶層を有し、13と17の間に配置された液晶素子15と、負の二軸光学異方性を有し、13と液晶素子の間に配置された第１光学補償板14を有する。液晶素子は液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向が13及び17の各々の吸収軸に対して略４５°の角度をなすように配置され、14は面内遅相軸を13の吸収軸と略直交に配置される。
【解決手段】立体画像認識装置は、一対の第１及び第２シャッター素子（各々Ｓ１、Ｓ２）と、右目用画像と左目用画像の切り替えに対応してＳ１及びＳ２を選択的に動作させる駆動部を備える。Ｓ１及びＳ２は、各々の吸収軸を略直交させて配置された第１偏光板13及び第２偏光板17と、電圧無印加時において液晶分子が略垂直配向する液晶層を有し、13と17の間に配置された液晶素子15と、負の二軸光学異方性を有し、13と液晶素子の間に配置された第１光学補償板14を有する。液晶素子は液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向が13及び17の各々の吸収軸に対して略４５°の角度をなすように配置され、14は面内遅相軸を13の吸収軸と略直交に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者が立体的な表示を感得し得るための画像表示技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平５−２５７０８３号公報（特許文献１）には、偏光方向が９０°異なる偏光板をそれぞれ左右の目に合うように貼り合わせた偏光めがねを用いた立体表示技術について開示されている。また、特開平６−１７８３２５号公報（特許文献２）や特開２００２−８２３０７号公報（特許文献３）には、立体表示用の左右の画像に同期させて左右のシャッターを開閉させる液晶シャッターメガネを用いた立体表示技術について開示されている。
【０００３】
しかし、特許文献１に代表される先行例においては、液晶パネルにおいて画素列を１列おきに用いて右画像と左画像をそれぞれ形成しているため表示画像の解像度が低下するという不都合がある。また、このような偏光めがねを用いる立体表示技術の１つとして、微細偏光素子を規則正しく配列して構成された高価な光学フィルムを用いるものもある。しかし、その場合には液晶パネル等の表示装置の出射光側に上記の光学フィルムを高い精度で取り付ける必要があり、光学フィルムの設置が容易ではない。さらに、当該光学フィルムを用いる場合には、モアレを防ぐためにブラックマトリクスをより幅広に設ける必要があるため、表示装置からの出射光量が減少するという不都合もある。
【０００４】
一方、特許文献２、３に代表される先行例は、液晶表示装置以外の方式の表示装置にも広く適用できる優れた技術である。しかし、特許文献２には液晶シャッターメガネの具体的な構成については開示されていない。同様に、特許文献３においても液晶シャッターメガネの具体的な構成については開示されていないが、当該文献の段落００３７等における記載に鑑みると、当該シャッターメガネを構成する液晶封入ガラスの実体はＴＮ型の液晶素子であると推測される。
【０００５】
しかしながら、ＴＮ型の液晶素子を用いてシャッターメガネを構成した場合には、正面透過率を低くすることが比較的に難しい。すなわち、シャッターメガネの左右間における遮光性に劣る。このため、例えば左目用画像のみを視認させたいタイミングにおいて右目用画像も僅かに視認される状態（いわゆるクロストーク）を生じやすく、表示品位が低下する。また、当該シャッターメガネにおいては、視角に依存して大きな光抜けが見られる。このため、例えば画面中心では正常に視認できるが画面周縁部ではクロストークが発生したり、当該シャッターメガネを用いて立体的表示を視認する利用者が顔を振る、傾ける等によって視線を動かし液晶素子に対して傾いた方位で画面の視認を行った際に、視認される画像が入れ違い、あるいは混在するという不都合も生じやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２５７０８３号公報
【特許文献２】特開平６−１７８３２５号公報
【特許文献３】特開２００２−８２３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明に係る具体的態様は、視角にあまり依存せず、優れた遮光性を有し、クロストークが抑制された良好な状態で利用者に立体像を視認させることを可能とする技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る一態様の立体画像認識装置は、右目用画像と左目用画像を所定周期で交互に表示する画像表示装置と組み合わせて用いられる立体画像認識装置であって、（ａ）利用者に装着される一対の第１及び第２シャッター素子と、（ｂ）前記画像表示装置による前記右目用画像と前記左目用画像の切り替えに対応して前記第１及び第２シャッター素子を選択的に動作させる駆動部を備える。前記第１及び第２シャッター素子は、各々、（ｃ）各々の吸収軸を略直交させて配置された第１偏光板及び第２偏光板と、（ｄ）電圧無印加時において液晶分子が垂直又は略垂直配向する液晶層を有し、前記第１偏光板と前記第２偏光板の間に配置された液晶素子と、（ｅ）負の二軸光学異方性を有し、前記第１偏光板と前記液晶素子の間に配置された第１光学補償板を有する。前記液晶素子は、前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向が前記第１偏光板及び前記第２偏光板の各々の前記吸収軸に対して略４５°の角度をなすように配置され、前記第１光学補償板は、面内遅相軸を前記第１偏光板の前記吸収軸と略直交に配置される。
【０００９】
上記の立体画像認識装置によれば、視角にあまり依存せず、優れた遮光性を有し、クロストークが抑制された良好な状態で利用者に立体像を視認させることが可能となる。また、上記の立体画像認識装置は、液晶ディスプレイに限らず、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、電界放出ディスプレイなど種々の方式の画像表示装置と組み合わせて用いることが可能であり、かつ画像表示装置に対する改造等が不要であり、かつ解像度を落とすことなく立体的な表示を実現できる。
【００１０】
上記の立体画像認識装置は、負の二軸光学異方性を有し、前記第２偏光板と前記液晶素子の間に配置された第２光学補償板を更に含むことも好ましい。この場合に、前記第２光学補償板は、面内遅相軸を前記第２偏光板の前記吸収軸と略直交に配置される。
【００１１】
上記の立体画像認識装置においては、前記第１及び第２シャッター素子が所定位置を挟んで配置され、前記第１シャッター素子の前記液晶素子における前記液晶分子の配向方向と前記第２シャッター素子の前記液晶素子における前記液晶分子の配向方向は、それぞれ前記所定位置を挟んで外向きに設定されることも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態の立体画像認識装置の概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】各シャッター素子の詳細構成を示す模式的な断面図である。
【図３】シャッター素子の各構成における光学軸の配置例を示す図である。
【図４】各シャッター素子の電気光学特性の過渡応答の測定例を示す図である。
【図５】視角特性における方位角の定義について示す図である。
【図６】シャッター素子の視角特性の測定例を示す図である。
【図７】シャッター素子の視角特性の測定例を示す図である。
【図８】シャッター素子の視角特性の測定例を示す図である。
【図９】シャッター素子の視角特性の測定例を示す図である。
【図１０】立体画像認識装置を画像表示装置に同期して動作させたときのタイムチャートの一例を示す図である。
【図１１】立体画像認識装置を画像表示装置に同期して動作させたときのタイムチャートの一例を示す図である。
【図１２】各シャッター素子における液晶セルの液晶分子の配向方向と上側偏光板、下側偏光板の貼り合わせ角度の好ましい関係について説明するための図である。
【図１３】顔の形に合わせてメガネの角度を傾斜する場合の実施形態を説明するための図である。
【図１４】画像表示装置の出射側の偏光板の透過軸が４５°に傾いている場合における各シャッター素子の好ましい実施形態を説明するための図である。
【図１５】画像表示装置の出射側の偏光板の吸収軸が垂直方向（縦方向）または水平方向（横方向）に傾いている場合における各シャッター素子の好ましい実施形態を説明するための図である。
【図１６】画像表示装置の出射側の偏光板の吸収軸が垂直方向（縦方向）または水平方向（横方向）に傾いている場合における各シャッター素子の好ましい実施形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、一実施形態の立体画像認識装置（立体表示装置）の概略構成を示す模式的な斜視図である。図１に示す本実施形態の立体画像認識装置１は、一対のシャッター素子１１ａ、１１ｂと当該シャッター素子１１ａ、１１ｂを駆動する駆動部１２を含んで構成されている。
【００１５】
一対のシャッター素子１１ａ、１１ｂは、人間の両目の平均的な間隔に対応して、所定位置を挟んで一方向に並べて配置されており、例えば図１に示すようにメガネ状に構成されている。
【００１６】
駆動部１２は、画像表示装置２の画像表示タイミングに同期して所定の駆動電圧をシャッター素子１１ａ、１１ｂに供給する。駆動部１２は、例えば駆動周波数１０００Ｈｚの矩形波電圧をシャッター素子１１ａ、１１ｂに供給する。駆動電圧は、例えばオフ電圧を０Ｖ、オン電圧を１０Ｖとすることができる（スタティック駆動）。駆動部１２による駆動電圧の供給方法についてはさらに後述する。なお、駆動部１２はシャッター素子１１ａ等と一体化されていてもよいし、画像表示装置２に内蔵されていてもよい。画像表示装置２と駆動部１２は図１のような有線接続の他、電波や赤外線などによる無線通信によって接続されていてもよい。
【００１７】
図２は、各シャッター素子の詳細構成を示す模式的な断面図である。各シャッター素子１１ａ、１１ｂは、それぞれ図２に示すように上側偏光板１３、光学補償板１４、液晶セル（液晶素子）１５、光学補償板１６、偏光板１７を有して構成されている。
【００１８】
上側偏光板１３は、液晶セル１５等を挟んで下側偏光板１７と対向配置されている。この上側偏光板１３は、各シャッター素子１１ａ等が利用者に装着された際に、その視認位置を基準として当該視認位置から遠い側、換言すれば画像表示装置２に近い側に配置される。また、下側偏光板１７は、各シャッター素子１１ａ等が利用者に装着された際に、その視認位置を基準として当該視認位置に近い側、換言すれば画像表示装置２から遠い側に配置される。上側偏光板１３と下側偏光板１７は、各々の吸収軸が略直交するように配置される。
【００１９】
光学補償板１４は、上側偏光板１３と液晶セル１５に挟まれて配置されている。同様に、光学補償板１６は、下側偏光板１７と液晶セル１５に挟まれて配置されている。本実施形態における各光学補償板１４、１６は、負の二軸光学異方性を有する光学板（二軸プレート）である。光学補償板１４の面内遅相軸は、上側偏光板１３の透過軸と略平行に配置される。同様に、光学補償板１６の面内遅相軸は、下側偏光板１７の透過軸と略平行に配置される。各光学補償板１４、１６は、例えば面内位相差が略４５ｎｍ、厚さ方向位相差が略１２０ｎｍである。
【００２０】
液晶セル１５は、電圧無印加時における液晶層の配向状態が略垂直な一軸配向状態を有するものである。図示のように液晶セル１５は、上側基板２１、上側電極２２、配向膜２３、下側基板２４、下側電極２５、配向膜２６、液晶層２７を含んで構成されている。
【００２１】
上側基板２１および下側基板２４は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。プラスチック基板は、軽い、割れにくい、曲げやすい等の長所を有するので、シャッター素子１１ａ、１１ｂをメガネ状に形成するにあたってより好ましい。この場合には、ガスバリア層などを有するプラスチック基板がより好ましい。上側基板２１と下側基板２４との相互間には、スペーサー（粒状体）が分散して配置されている。これらのスペーサーにより、上側基板２１と下側基板２４との間隙が所定距離（例えば２．０μｍ程度）に保たれる。
【００２２】
上側電極２２は、上側基板２１の一面上に設けられている。同様に、下側電極２５は、下側基板２４の一面上に設けられている。上側電極２２および下側電極２５は、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。
【００２３】
配向膜２３は、上側基板２１の一面側に、上側電極２２を覆うようにして設けられている。同様に、配向膜２６は、下側基板２４の一面側に、下側電極２５を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、配向膜２３および配向膜２６としては、液晶層２７の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を略垂直配向に規制するもの（垂直配向膜）が用いられている。各配向膜２３、２６には配向処理（例えばラビング処理）が施されている。各配向膜２３、２６は、液晶層２７の界面付近において当該液晶層２７の液晶分子にプレティルト角を与える。本実施形態では８９°程度のプレティルト角が与えられる。上側基板２１と下側基板２４は、各配向膜２３、２６に対する配向処理方向（例えばラビング方向）がアンチパラレル状態となるように位置合わせされる。これにより、液晶層２７は９０°より小さいプレティルト角を有する略垂直配向に制御される。なお、各配向膜２３、２６のうちの何れか一方にのみ配向処理が施されていてもよい。また、配向処理はラビング処理に限定されず、光配向法等であってもよい。
【００２４】
液晶層２７は、上側基板２１の上側電極２２と下側基板２４の下側電極２５の相互間に設けられている。本実施形態においては誘電率異方性Δεが負（Δε＜０）の液晶材料（ネマティック液晶材料）を用いて液晶層２７が構成されている。液晶層２７に図示された太線は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向（ダイレクタ）を模式的に示したものである。本実施形態の液晶表示装置においては、液晶層２７の液晶分子の配向状態は初期状態（電圧無印加状態）において８９°程度のプレティルト角を有する略垂直配向に設定されている。液晶層２７に電圧が印加されると、液晶分子の長軸方向が電界方向と交差するように液晶層２７の配向状態が変化する。液晶層７のリターデーションは略３００ｎｍである。
【００２５】
図３は、シャッター素子の各構成における光学軸の配置例を示す図である。各光学軸の方位の基準(０°)は図中に示された通りである。シャッター素子１１ａ、１１ｂがほぼ水平方向（画像表示装置２の左右方向）に並んでいる状態を想定する。この状態は、例えば上記のようにシャッター素子１１ａ、１１ｂがメガネ状に構成されている場合においてはこれらを利用者がメガネと同様に装着し、かつ首を傾けずに画像表示装置２を正視した状態に相当する。
【００２６】
液晶セル１５は、液晶層２７の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向が１２時方向となるように配置される。なお、この液晶分子の配向方向については、左右の視角特性を重視すれば上記の１２時方向または６時方向とすることが好ましいが、この限りではない。シャッター素子１１ａとシャッター素子１１ｂの各液晶セル１５における液晶分子の配向方向を相互に異ならせてもよい。
【００２７】
上側偏光板１３は、その吸収軸が１２時方位から反時計回りに略４５°回転させた位置に配置されている。これに対して、下側偏光板１７は、その吸収軸が１２時方位から時計回りに略４５°回転させた位置に配置されている。これにより、上側偏光板１３と下側偏光板１７は、各々の吸収軸が略直交して配置される。
【００２８】
光学補償板１４は、その面内遅相軸が上側偏光板１３の吸収軸に対して略直交となるように配置されている。これに対して、光学補償板１６は、その面内遅相軸が下側偏光板１７の吸収軸に対して略直交となるように配置されている。図示のように、光学補償板１４と光学補償板１６の各々の面内遅相軸は互いに略直交するように配置される。
【００２９】
なお、光学補償板１４、１６のいずれか一方は省略されてもよい。また、各光学補償板１４、１６の厚さ方向の位相差（２つ用いる場合はその合計）については、液晶セル１５のリターデーションΔｎｄに対して略０．５〜略１倍に設定することが好ましい。また、光学補償板１４、１６の各々の面内位相差は略３０ｎｍ〜略６５ｎｍに設定することが好ましい。
【００３０】
図４は、各シャッター素子の電気光学特性の過渡応答の測定例を示す図である。図４（ａ）は透過光を暗状態から明状態に変化させる場合の測定例である。電気的には、駆動部１２により液晶層２７に供給される駆動電圧をオフ電圧からオン電圧へ変化させている（図中、「電圧ＯＮ」と表記）。また、図４（ｂ）は透過光を明状態から暗状態に変化させる場合の測定例である。電気的には、駆動部１２により液晶層２７に供給される駆動電圧をオン電圧からオフ電圧へ変化させている（図中、「電圧ＯＦＦ」と表記）。
【００３１】
図４（ｂ）においては、オン電圧からオフ電圧への変化による透過率の変化は比較的に速いことが分かる。具体的には、透過率の最大値Ｔ１００（本例では２８％程度）からその１０％の値であるＴ１０へ変化するまでの時間ｔｏｆｆは２ミリ秒間を下回っており、約１．９ミリ秒間である。一方、図４（ａ）においては、オフ電圧からオン電圧への変化による透過率の変化が相対的に遅いことが分かる。具体的には、透過率の最小値Ｔ０からその９０％の値であるＴ９０へ変化するまでの時間ｔｏｎは３ミリ秒間を上回っており、約３．１５ミリ秒間である。
【００３２】
次に、明状態と暗状態の切り替わりに要する時間（切り替わり時間）について注目する。具体的には、透過率の最大値Ｔ１００の１０％の値であるＴ１０から透過率の最大値Ｔ１００の９０％の値であるＴ９０へ変化するまでの時間ｔｒと、透過率の最大値Ｔ１００の９０％の値であるＴ９０から透過率の最大値Ｔ１００の１０％の値であるＴ１０へ変化するまでの時間ｔｆのそれぞれを切り替わり時間とする。このとき、切り替わり時間ｔｒは約１．６５ミリ秒間であり、切り替わり時間ｔｆは１．７９ミリ秒間である。すなわち、いずれの切り替わり時間もほとんど差がないといえる。
【００３３】
次に、明状態から暗状態または暗状態から明状態へ実際に透過率が変化し始めるまでに要する時間について注目する。具体的には、透過率の最小値Ｔ０からＴ１０へ変化するまでの時間ｔｄｒと、透過率の最大値Ｔ１００からＴ９０へ変化するまでの時間ｔｄｆのそれぞれに注目する。図４（ａ）に示すように、立ち上がりの時間ｔｄｒは約１．５１ミリ秒間を要している。これに対して、図４（ｂ）に示すように、立ち下がりの時間ｔｄｆについては約０．１ミリ秒間である。すなわち、立ち上がりの時間ｔｄｒと立ち下がりの時間ｔｄｆには大きなタイムラグが存在することが分かる。このタイムラグにおける透過率を図４（ａ）で確認すると、透過率が変化し始めるまでの間はほぼ０％であることが分かる。この現象は後述するように有効に利用できる。
【００３４】
次に、本実施形態の立体画像認識装置１に用いられるシャッター素子１１ａ（又は１１ｂ）の視角特性の測定例について説明する。駆動条件としては、駆動周波数を１０００Ｈｚ、オフ電圧を０Ｖ、オン電圧を１０Ｖのスタティック駆動とした。なお、視角特性における方位角の定義については図５に示す通りである。
【００３５】
図６および図７は、上記した図４（ａ）および図４（ｂ）の特性の測定に用いられたシャッター素子における視角特性を示す図である。オン透過率（透過状態）に注目すると、視角方向（１２時方位）を除いては視角依存性が比較的に小さいことが分かる。特に左右方向（９０°方向＝９時−３時方向）は視角が広く、画像表示装置２をかなり斜めから見ても（例えば５０°方向に見ても）透過率は２５％以上であり、明るい表示を視認できることが分かる。一方、視角方向（１２時方位）ではオン透過率の視角依存性がやや大きく、上方向（１２時方位）に２０°以上の視角では透過率が２０％以下になることが分かる。このことは不都合とも考えられる。しかし、実際のメガネは一般に横長であり、また利用者が実際に画像表示装置２を視認する場合に、上記条件のように上方向に斜めに画像を視認すること（例えばうつ伏せの姿勢で視認）はほとんどないと考えられることから、実用上大きな問題とはならない。また、画像表示装置２の画面に対して各シャッター素子１１ａ等を少し傾斜させると上記の問題は大きく改善される。図８に、各シャッター素子１１ａ等の前面を画像表示装置２の画面に対して２０°傾斜させたと仮定したときの視角特性を示す。図示のように視角特性が改善されており、上下にそれぞれ３０°角度をずらしたとしても２５％以上の明るい透過率を示すことが分かる。
【００３６】
次に、オフ透過率（遮光状態）に注目する。図７は、図６に示した視角特性におけるオフ透過率を拡大して示した図である。正面方向での透過率はどの方位に対してもほぼ０％であり、±１０°の角度に着目しても透過率の数値はいずれも０．０２％以下である。従って実用上はほぼ完全な遮光状態を得られていることが分かる。さらに広い視角に対しても遮光性は非常に高く、±３０°の角度においても透過率の数値はいずれも０．０５％以下である。すなわち、各シャッター素子１１ａは優れたシャッターとして機能しているといえる。なお、上記図８と同様に各シャッター素子１１ａ等の前面を画像表示装置２の画面に対して２０°傾斜させたと仮定したときの視角特性を図９に示す。この場合も特に問題のない視角特性であることが分かる。
【００３７】
以上のような本実施形態によれば、視角特性に優れ、かつ暗状態の透過率が著しく低いシャッター素子を実現することができる。このシャッター素子を備えた立体画像認識装置を画像表示装置と組み合わせて用いることにより、良好な立体表示を実現することが可能となる。
【００３８】
以下に、本実施形態の立体画像認識装置１の駆動方法について例示する。
【００３９】
上記した画像表示装置２は、立体的表示を行うために、右目用画像と左目用画像を所定周期で切り替えながら交互に表示する。表示切り替え周波数は、例えば１２０Ｈｚである。この場合、約８．３ミリ秒間ごとに右目用画像と左目用画像が切り替わる。画像表示装置２がいわゆる倍速表示を行うものである場合には、表示切り替え周波数は２４０Ｈｚとなる。この場合には、約４．２ミリ秒間ごとに右目用画像と左目用画像が切り替わる。
【００４０】
このとき、立体画像認識装置１は、駆動部１２が画像表示装置２の表示切り替えタイミングに対応してシャッター素子１１ａ、１１ｂを駆動する。例えば、右目用画像が表示されているフレームでは、利用者の右目に対応付けられたシャッター素子１１ｂには駆動部１２からオン電圧が印加され、利用者の左目に対応付けられたシャッター素子１１ａには駆動部１２からオフ電圧が印加される。それにより、シャッター素子１１ｂは光透過状態となり、シャッター素子１１ａは遮光状態となるので、利用者は右目でのみ右目用画像を視認できる状態となる。逆に、左目用画像が表示されているフレームでは、利用者の左目に対応付けられたシャッター素子１１ａには駆動部１２からオン電圧が印加され、利用者の右目に対応付けられたシャッター素子１１ｂには駆動部１２からオフ電圧が印加される。それにより、シャッター素子１１ａは光透過状態となり、シャッター素子１１ｂは遮光状態となるので、利用者は左目でのみ左目用画像を視認できる状態となる。これらの動作を画像表示装置２による右目用画像と左目用画像の切り替えタイミングに同期して実行することにより、利用者は立体的な表示を視認することができる。
【００４１】
図１０は、立体画像認識装置を画像表示装置に同期して動作させたときのタイムチャートの一例を示す図である。本例では画像表示装置２における１フレームの時間が１６．７ミリ秒間であり、当該１フレームが２つのサブフレームＳＢ１、ＳＢ２に分割されている。各サブフレーム時間はそれぞれ約８．３３ミリ秒間である。サブフレームＳＢ１が右目用画像の表示期間であり、サブフレームＳＢ２が左目用画像の表示期間である。各サブフレーム時間は、画像形成時間とバックライト点灯時間に分けられる。
【００４２】
上記の画像表示装置２として、例えば液晶表示装置を想定した場合には、右目用、左目用の各画像を形成するのに数ミリ秒間の時間を要する。これを考慮し、本実施形態では、画像が形成されたタイミングで画像表示装置２のバックライトが点灯することにより、右目用または左目用の画像が選択的に表示される。これに対して、本実施形態の立体画像認識装置１における各シャッター素子１１ａ、１１ｂは、画像表示装置２における各画像形成時間に対して十分に速い応答特性を有している。従って、どのような条件で表示が行われる場合であってもバックライトの点灯に合わせてシャッター素子１１ａ、１１ｂの各液晶セル１５を選択的に光透過状態または遮光状態に制御できる。
【００４３】
なお、画像表示装置２が液晶表示装置である場合には、この液晶表示装置の出射側偏光板の透過軸（若しくは吸収軸）と、各シャッター素子１１ａ等の入射側となる上側偏光板１３の透過軸（若しくは吸収軸）とは同じ方向に揃えられていることが望ましい。
【００４４】
図１１は、立体画像認識装置を画像表示装置に同期して動作させたときのタイムチャートの他の例を示す図である。本例では、画像表示装置２プラズマ表示装置や有機ＥＬ表示装置等であり、右目用、左目用の各画像形成時間が短い場合を想定している。この場合には、各シャッター素子１１ａ、１１ｂの液晶セル１５の応答速度が律速となる。
【００４５】
上記したシャッター素子１１ａ等を前提とした場合には、各シャッター素子１１ａ等の立ち上がり特性は駆動電圧をオン電圧としても約１．５ミリ秒間のタイムラグの間は透過率がほとんど変化しない状態である。これを前提とすると、例えば左目に対応する画像が表示されている期間に対して１〜１．５ミリ秒間だけ重畳して右目に対応するシャッター素子１１ｂの駆動電圧をオン電圧としても、右目には左目用画像が視認されない状態とすることができる。一方、各シャッター素子１１ａ等の立ち下がり特性については、駆動電圧をオフ電圧としてから１．９ミリ秒間〜３ミリ秒間経過後に光遮断状態となる。この場合に、光透過状態すべきシャッター素子の透過率上昇が１．８ミリ秒間〜２．２ミリ秒間経過後に飽和し、かつ遮光状態とすべきシャッター素子の透過率低下が飽和した状態となれば、画像表示装置２による画像表示を開始することが可能となる。つまり、サブフレーム時間の８．３３ミリ秒間のうち、５．３〜６．６ミリ秒間を画像表示期間に充てることが可能となる。このように、各シャッター素子１１ａ、１１ｂの応答特性を利用して最適化することにより、画像をより明るく表示することが可能となる。
【００４６】
次に、実際に装着する各シャッター素子１１ａ、１１ｂにおける液晶セル１５の液晶分子の配向方向と上側偏光板１３、下側偏光板１７の貼り合わせ角度の好ましい関係について図１２に基づいて説明する。ここでは、液晶セル１５の液晶層２７の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向（電圧印加時に液晶分子が倒れる方向）を視角方向と定義している。また、上側偏光板１３及び下側偏光板１７の透過軸に注目すると、各透過軸が略直交するように各偏光板が配置されており、視角方向とはそれぞれ４５°ずれている。実際に利用者がメガネ状の各シャッター素子１１ａ、１１ｂを装着する場合を考えると、図１３に示すように顔の形に合わせてメガネの角度を傾斜する場合（傾斜角θ）が設けられる。
【００４７】
まず、画像表示装置２として液晶表示装置が用いられており、その出射側の偏光板の透過軸が４５°に傾いている場合における各シャッター素子１１ａ、１１ｂの好ましい実施形態を図１４に示す。この場合、液晶表示装置側の偏光板の透過軸の方向と、各シャッター素子１１ａ等の入射側である上側偏光板１３の透過軸の方向を揃える（略平行にする）ほうが光を有効利用できるため好ましいといえる。液晶セル１５の視角方向（液晶分子の配向方向）は透過軸方向から略４５°ずらすので縦方向または横方向となるが、上記のように横方向にするとメガネの左右方向の視角特性が悪くなるため、図１４に示すように縦方向とすることが好ましい。図１４では上方向に視角方向が設定されているが、下方向でも構わない。
【００４８】
次に、画像表示装置２として液晶表示装置が用いられており、その出射側の偏光板の吸収軸が垂直方向（縦方向）または水平方向（横方向）に傾いている場合における各シャッター素子１１ａ、１１ｂの好ましい実施形態を図１５および図１６に示す。この場合も、液晶表示装置側の偏光板の透過軸の方向と、各シャッター素子１１ａ等の入射側である上側偏光板１３の方向を揃えるほうが光を有効利用できるため好ましい。液晶セル１５の視角方向は透過軸方向から略４５°ずらすので、図示のように４５°傾斜した方向になるが、上記のように視角方向の透過率がやや低くなる傾向があるため、図１２に示すように各シャッター素子１１ａ等を顔の形に沿って傾斜させる場合には、視角方向（液晶分子の配向方向）を顔の外側になるように傾けたほうがよい。従って、右目用のシャッター素子１１ｂと左目用のシャッター素子１１ａとで視角方向をそれぞれ異ならせたほうが好ましく、具体的には、視角方向（液晶分子の配向方向）は互いに所定位置を挟んで外向きに設定されることが好ましい。図示の例ではそれぞれ斜め上方向に視角方向が設定されるようにしているが、斜め下方向でも構わない。なお、傾斜角θ（図１３参照）の値が小さい場合には、右目用のシャッター素子１１ｂと左目用のシャッター素子１１ａとで視角方向を同一に設定しても構わない。
【００４９】
一方、画像表示装置２として液晶表示装置以外のもの（例えば自発光型表示装置）が用いられている場合には、出射光が直線偏光となっていないため、上側偏光板１３の貼り合わせ角度は任意になる。従って、シャッター素子１１ａ等の傾斜角θに合わせて視角方向を任意に選ぶことができる。概ね、傾斜角θが０°の場合には視角方向を垂直方向に設定することが好ましく、傾斜角θが２０〜３０°の場合にはそれぞれが外側を向くように最大４５°の方向に視角方向を設定することが好ましい。このとき、上方向でも下方向でも構わない。
【００５０】
以上のような本実施形態によれば、視角にあまり依存せず、優れた遮光性を有し、クロストークが抑制された良好な状態で利用者に立体像を視認させることが可能となる。また、上記の立体画像認識装置は、液晶ディスプレイに限らず、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、電界放出ディスプレイなど種々の方式の画像表示装置と組み合わせて用いることが可能であり、かつ画像表示装置に対する改造等が不要であり、かつ解像度を落とすことなく立体的な表示を実現できる。
【００５１】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。
【００５２】
例えば、上記した実施形態では、液晶セルとして、９０°より小さいプレティルト角を有する略垂直配向の液晶層を有するものを例示していたが、液晶素子はこれに限定されない。例えば、略９０°のプレティルト角を有する垂直配向の液晶層を有し、スリットや突起部などを用いて発生させた斜め電界により配向制御を行う液晶素子が用いられてもよい。
【００５３】
また、上記した実施形態では、シャッター素子の外形については特段に言及していなかったが、矩形状、五角形などの多角形や任意の曲線形状など所望の形状を選択することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１…立体画像認識装置 ２…画像表示装置 ２ａ、２ｂ…偏光板 ２ｃ…液晶パネル １１ａ、１１ｂ…シャッター素子 １２…駆動部 １３…上側偏光板 １４…光学補償板 １５…液晶セル（液晶素子） １６…光学補償板 １７…偏光板 ２１…上側基板 ２２…上側電極 ２３…配向膜 ２４…下側基板 ２５…下側電極 ２６…配向膜 ２７…液晶層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者が立体的な表示を感得し得るための画像表示技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平５−２５７０８３号公報（特許文献１）には、偏光方向が９０°異なる偏光板をそれぞれ左右の目に合うように貼り合わせた偏光めがねを用いた立体表示技術について開示されている。また、特開平６−１７８３２５号公報（特許文献２）や特開２００２−８２３０７号公報（特許文献３）には、立体表示用の左右の画像に同期させて左右のシャッターを開閉させる液晶シャッターメガネを用いた立体表示技術について開示されている。
【０００３】
しかし、特許文献１に代表される先行例においては、液晶パネルにおいて画素列を１列おきに用いて右画像と左画像をそれぞれ形成しているため表示画像の解像度が低下するという不都合がある。また、このような偏光めがねを用いる立体表示技術の１つとして、微細偏光素子を規則正しく配列して構成された高価な光学フィルムを用いるものもある。しかし、その場合には液晶パネル等の表示装置の出射光側に上記の光学フィルムを高い精度で取り付ける必要があり、光学フィルムの設置が容易ではない。さらに、当該光学フィルムを用いる場合には、モアレを防ぐためにブラックマトリクスをより幅広に設ける必要があるため、表示装置からの出射光量が減少するという不都合もある。
【０００４】
一方、特許文献２、３に代表される先行例は、液晶表示装置以外の方式の表示装置にも広く適用できる優れた技術である。しかし、特許文献２には液晶シャッターメガネの具体的な構成については開示されていない。同様に、特許文献３においても液晶シャッターメガネの具体的な構成については開示されていないが、当該文献の段落００３７等における記載に鑑みると、当該シャッターメガネを構成する液晶封入ガラスの実体はＴＮ型の液晶素子であると推測される。
【０００５】
しかしながら、ＴＮ型の液晶素子を用いてシャッターメガネを構成した場合には、正面透過率を低くすることが比較的に難しい。すなわち、シャッターメガネの左右間における遮光性に劣る。このため、例えば左目用画像のみを視認させたいタイミングにおいて右目用画像も僅かに視認される状態（いわゆるクロストーク）を生じやすく、表示品位が低下する。また、当該シャッターメガネにおいては、視角に依存して大きな光抜けが見られる。このため、例えば画面中心では正常に視認できるが画面周縁部ではクロストークが発生したり、当該シャッターメガネを用いて立体的表示を視認する利用者が顔を振る、傾ける等によって視線を動かし液晶素子に対して傾いた方位で画面の視認を行った際に、視認される画像が入れ違い、あるいは混在するという不都合も生じやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２５７０８３号公報
【特許文献２】特開平６−１７８３２５号公報
【特許文献３】特開２００２−８２３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明に係る具体的態様は、視角にあまり依存せず、優れた遮光性を有し、クロストークが抑制された良好な状態で利用者に立体像を視認させることを可能とする技術を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る一態様の立体画像認識装置は、右目用画像と左目用画像を所定周期で交互に表示する画像表示装置と組み合わせて用いられる立体画像認識装置であって、（ａ）利用者に装着される一対の第１及び第２シャッター素子と、（ｂ）前記画像表示装置による前記右目用画像と前記左目用画像の切り替えに対応して前記第１及び第２シャッター素子を選択的に動作させる駆動部を備える。前記第１及び第２シャッター素子は、各々、（ｃ）各々の吸収軸を略直交させて配置された第１偏光板及び第２偏光板と、（ｄ）電圧無印加時において液晶分子が垂直又は略垂直配向する液晶層を有し、前記第１偏光板と前記第２偏光板の間に配置された液晶素子と、（ｅ）負の二軸光学異方性を有し、前記第１偏光板と前記液晶素子の間に配置された第１光学補償板を有する。前記液晶素子は、前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向が前記第１偏光板及び前記第２偏光板の各々の前記吸収軸に対して略４５°の角度をなすように配置され、前記第１光学補償板は、面内遅相軸を前記第１偏光板の前記吸収軸と略直交に配置される。
【０００９】
上記の立体画像認識装置によれば、視角にあまり依存せず、優れた遮光性を有し、クロストークが抑制された良好な状態で利用者に立体像を視認させることが可能となる。また、上記の立体画像認識装置は、液晶ディスプレイに限らず、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、電界放出ディスプレイなど種々の方式の画像表示装置と組み合わせて用いることが可能であり、かつ画像表示装置に対する改造等が不要であり、かつ解像度を落とすことなく立体的な表示を実現できる。
【００１０】
上記の立体画像認識装置は、負の二軸光学異方性を有し、前記第２偏光板と前記液晶素子の間に配置された第２光学補償板を更に含むことも好ましい。この場合に、前記第２光学補償板は、面内遅相軸を前記第２偏光板の前記吸収軸と略直交に配置される。
【００１１】
上記の立体画像認識装置においては、前記第１及び第２シャッター素子が所定位置を挟んで配置され、前記第１シャッター素子の前記液晶素子における前記液晶分子の配向方向と前記第２シャッター素子の前記液晶素子における前記液晶分子の配向方向は、それぞれ前記所定位置を挟んで外向きに設定されることも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態の立体画像認識装置の概略構成を示す模式的な斜視図である。
【図２】各シャッター素子の詳細構成を示す模式的な断面図である。
【図３】シャッター素子の各構成における光学軸の配置例を示す図である。
【図４】各シャッター素子の電気光学特性の過渡応答の測定例を示す図である。
【図５】視角特性における方位角の定義について示す図である。
【図６】シャッター素子の視角特性の測定例を示す図である。
【図７】シャッター素子の視角特性の測定例を示す図である。
【図８】シャッター素子の視角特性の測定例を示す図である。
【図９】シャッター素子の視角特性の測定例を示す図である。
【図１０】立体画像認識装置を画像表示装置に同期して動作させたときのタイムチャートの一例を示す図である。
【図１１】立体画像認識装置を画像表示装置に同期して動作させたときのタイムチャートの一例を示す図である。
【図１２】各シャッター素子における液晶セルの液晶分子の配向方向と上側偏光板、下側偏光板の貼り合わせ角度の好ましい関係について説明するための図である。
【図１３】顔の形に合わせてメガネの角度を傾斜する場合の実施形態を説明するための図である。
【図１４】画像表示装置の出射側の偏光板の透過軸が４５°に傾いている場合における各シャッター素子の好ましい実施形態を説明するための図である。
【図１５】画像表示装置の出射側の偏光板の吸収軸が垂直方向（縦方向）または水平方向（横方向）に傾いている場合における各シャッター素子の好ましい実施形態を説明するための図である。
【図１６】画像表示装置の出射側の偏光板の吸収軸が垂直方向（縦方向）または水平方向（横方向）に傾いている場合における各シャッター素子の好ましい実施形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、一実施形態の立体画像認識装置（立体表示装置）の概略構成を示す模式的な斜視図である。図１に示す本実施形態の立体画像認識装置１は、一対のシャッター素子１１ａ、１１ｂと当該シャッター素子１１ａ、１１ｂを駆動する駆動部１２を含んで構成されている。
【００１５】
一対のシャッター素子１１ａ、１１ｂは、人間の両目の平均的な間隔に対応して、所定位置を挟んで一方向に並べて配置されており、例えば図１に示すようにメガネ状に構成されている。
【００１６】
駆動部１２は、画像表示装置２の画像表示タイミングに同期して所定の駆動電圧をシャッター素子１１ａ、１１ｂに供給する。駆動部１２は、例えば駆動周波数１０００Ｈｚの矩形波電圧をシャッター素子１１ａ、１１ｂに供給する。駆動電圧は、例えばオフ電圧を０Ｖ、オン電圧を１０Ｖとすることができる（スタティック駆動）。駆動部１２による駆動電圧の供給方法についてはさらに後述する。なお、駆動部１２はシャッター素子１１ａ等と一体化されていてもよいし、画像表示装置２に内蔵されていてもよい。画像表示装置２と駆動部１２は図１のような有線接続の他、電波や赤外線などによる無線通信によって接続されていてもよい。
【００１７】
図２は、各シャッター素子の詳細構成を示す模式的な断面図である。各シャッター素子１１ａ、１１ｂは、それぞれ図２に示すように上側偏光板１３、光学補償板１４、液晶セル（液晶素子）１５、光学補償板１６、偏光板１７を有して構成されている。
【００１８】
上側偏光板１３は、液晶セル１５等を挟んで下側偏光板１７と対向配置されている。この上側偏光板１３は、各シャッター素子１１ａ等が利用者に装着された際に、その視認位置を基準として当該視認位置から遠い側、換言すれば画像表示装置２に近い側に配置される。また、下側偏光板１７は、各シャッター素子１１ａ等が利用者に装着された際に、その視認位置を基準として当該視認位置に近い側、換言すれば画像表示装置２から遠い側に配置される。上側偏光板１３と下側偏光板１７は、各々の吸収軸が略直交するように配置される。
【００１９】
光学補償板１４は、上側偏光板１３と液晶セル１５に挟まれて配置されている。同様に、光学補償板１６は、下側偏光板１７と液晶セル１５に挟まれて配置されている。本実施形態における各光学補償板１４、１６は、負の二軸光学異方性を有する光学板（二軸プレート）である。光学補償板１４の面内遅相軸は、上側偏光板１３の透過軸と略平行に配置される。同様に、光学補償板１６の面内遅相軸は、下側偏光板１７の透過軸と略平行に配置される。各光学補償板１４、１６は、例えば面内位相差が略４５ｎｍ、厚さ方向位相差が略１２０ｎｍである。
【００２０】
液晶セル１５は、電圧無印加時における液晶層の配向状態が略垂直な一軸配向状態を有するものである。図示のように液晶セル１５は、上側基板２１、上側電極２２、配向膜２３、下側基板２４、下側電極２５、配向膜２６、液晶層２７を含んで構成されている。
【００２１】
上側基板２１および下側基板２４は、それぞれ、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。プラスチック基板は、軽い、割れにくい、曲げやすい等の長所を有するので、シャッター素子１１ａ、１１ｂをメガネ状に形成するにあたってより好ましい。この場合には、ガスバリア層などを有するプラスチック基板がより好ましい。上側基板２１と下側基板２４との相互間には、スペーサー（粒状体）が分散して配置されている。これらのスペーサーにより、上側基板２１と下側基板２４との間隙が所定距離（例えば２．０μｍ程度）に保たれる。
【００２２】
上側電極２２は、上側基板２１の一面上に設けられている。同様に、下側電極２５は、下側基板２４の一面上に設けられている。上側電極２２および下側電極２５は、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。
【００２３】
配向膜２３は、上側基板２１の一面側に、上側電極２２を覆うようにして設けられている。同様に、配向膜２６は、下側基板２４の一面側に、下側電極２５を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、配向膜２３および配向膜２６としては、液晶層２７の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を略垂直配向に規制するもの（垂直配向膜）が用いられている。各配向膜２３、２６には配向処理（例えばラビング処理）が施されている。各配向膜２３、２６は、液晶層２７の界面付近において当該液晶層２７の液晶分子にプレティルト角を与える。本実施形態では８９°程度のプレティルト角が与えられる。上側基板２１と下側基板２４は、各配向膜２３、２６に対する配向処理方向（例えばラビング方向）がアンチパラレル状態となるように位置合わせされる。これにより、液晶層２７は９０°より小さいプレティルト角を有する略垂直配向に制御される。なお、各配向膜２３、２６のうちの何れか一方にのみ配向処理が施されていてもよい。また、配向処理はラビング処理に限定されず、光配向法等であってもよい。
【００２４】
液晶層２７は、上側基板２１の上側電極２２と下側基板２４の下側電極２５の相互間に設けられている。本実施形態においては誘電率異方性Δεが負（Δε＜０）の液晶材料（ネマティック液晶材料）を用いて液晶層２７が構成されている。液晶層２７に図示された太線は、電圧無印加時における液晶分子の配向方向（ダイレクタ）を模式的に示したものである。本実施形態の液晶表示装置においては、液晶層２７の液晶分子の配向状態は初期状態（電圧無印加状態）において８９°程度のプレティルト角を有する略垂直配向に設定されている。液晶層２７に電圧が印加されると、液晶分子の長軸方向が電界方向と交差するように液晶層２７の配向状態が変化する。液晶層７のリターデーションは略３００ｎｍである。
【００２５】
図３は、シャッター素子の各構成における光学軸の配置例を示す図である。各光学軸の方位の基準(０°)は図中に示された通りである。シャッター素子１１ａ、１１ｂがほぼ水平方向（画像表示装置２の左右方向）に並んでいる状態を想定する。この状態は、例えば上記のようにシャッター素子１１ａ、１１ｂがメガネ状に構成されている場合においてはこれらを利用者がメガネと同様に装着し、かつ首を傾けずに画像表示装置２を正視した状態に相当する。
【００２６】
液晶セル１５は、液晶層２７の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向が１２時方向となるように配置される。なお、この液晶分子の配向方向については、左右の視角特性を重視すれば上記の１２時方向または６時方向とすることが好ましいが、この限りではない。シャッター素子１１ａとシャッター素子１１ｂの各液晶セル１５における液晶分子の配向方向を相互に異ならせてもよい。
【００２７】
上側偏光板１３は、その吸収軸が１２時方位から反時計回りに略４５°回転させた位置に配置されている。これに対して、下側偏光板１７は、その吸収軸が１２時方位から時計回りに略４５°回転させた位置に配置されている。これにより、上側偏光板１３と下側偏光板１７は、各々の吸収軸が略直交して配置される。
【００２８】
光学補償板１４は、その面内遅相軸が上側偏光板１３の吸収軸に対して略直交となるように配置されている。これに対して、光学補償板１６は、その面内遅相軸が下側偏光板１７の吸収軸に対して略直交となるように配置されている。図示のように、光学補償板１４と光学補償板１６の各々の面内遅相軸は互いに略直交するように配置される。
【００２９】
なお、光学補償板１４、１６のいずれか一方は省略されてもよい。また、各光学補償板１４、１６の厚さ方向の位相差（２つ用いる場合はその合計）については、液晶セル１５のリターデーションΔｎｄに対して略０．５〜略１倍に設定することが好ましい。また、光学補償板１４、１６の各々の面内位相差は略３０ｎｍ〜略６５ｎｍに設定することが好ましい。
【００３０】
図４は、各シャッター素子の電気光学特性の過渡応答の測定例を示す図である。図４（ａ）は透過光を暗状態から明状態に変化させる場合の測定例である。電気的には、駆動部１２により液晶層２７に供給される駆動電圧をオフ電圧からオン電圧へ変化させている（図中、「電圧ＯＮ」と表記）。また、図４（ｂ）は透過光を明状態から暗状態に変化させる場合の測定例である。電気的には、駆動部１２により液晶層２７に供給される駆動電圧をオン電圧からオフ電圧へ変化させている（図中、「電圧ＯＦＦ」と表記）。
【００３１】
図４（ｂ）においては、オン電圧からオフ電圧への変化による透過率の変化は比較的に速いことが分かる。具体的には、透過率の最大値Ｔ１００（本例では２８％程度）からその１０％の値であるＴ１０へ変化するまでの時間ｔｏｆｆは２ミリ秒間を下回っており、約１．９ミリ秒間である。一方、図４（ａ）においては、オフ電圧からオン電圧への変化による透過率の変化が相対的に遅いことが分かる。具体的には、透過率の最小値Ｔ０からその９０％の値であるＴ９０へ変化するまでの時間ｔｏｎは３ミリ秒間を上回っており、約３．１５ミリ秒間である。
【００３２】
次に、明状態と暗状態の切り替わりに要する時間（切り替わり時間）について注目する。具体的には、透過率の最大値Ｔ１００の１０％の値であるＴ１０から透過率の最大値Ｔ１００の９０％の値であるＴ９０へ変化するまでの時間ｔｒと、透過率の最大値Ｔ１００の９０％の値であるＴ９０から透過率の最大値Ｔ１００の１０％の値であるＴ１０へ変化するまでの時間ｔｆのそれぞれを切り替わり時間とする。このとき、切り替わり時間ｔｒは約１．６５ミリ秒間であり、切り替わり時間ｔｆは１．７９ミリ秒間である。すなわち、いずれの切り替わり時間もほとんど差がないといえる。
【００３３】
次に、明状態から暗状態または暗状態から明状態へ実際に透過率が変化し始めるまでに要する時間について注目する。具体的には、透過率の最小値Ｔ０からＴ１０へ変化するまでの時間ｔｄｒと、透過率の最大値Ｔ１００からＴ９０へ変化するまでの時間ｔｄｆのそれぞれに注目する。図４（ａ）に示すように、立ち上がりの時間ｔｄｒは約１．５１ミリ秒間を要している。これに対して、図４（ｂ）に示すように、立ち下がりの時間ｔｄｆについては約０．１ミリ秒間である。すなわち、立ち上がりの時間ｔｄｒと立ち下がりの時間ｔｄｆには大きなタイムラグが存在することが分かる。このタイムラグにおける透過率を図４（ａ）で確認すると、透過率が変化し始めるまでの間はほぼ０％であることが分かる。この現象は後述するように有効に利用できる。
【００３４】
次に、本実施形態の立体画像認識装置１に用いられるシャッター素子１１ａ（又は１１ｂ）の視角特性の測定例について説明する。駆動条件としては、駆動周波数を１０００Ｈｚ、オフ電圧を０Ｖ、オン電圧を１０Ｖのスタティック駆動とした。なお、視角特性における方位角の定義については図５に示す通りである。
【００３５】
図６および図７は、上記した図４（ａ）および図４（ｂ）の特性の測定に用いられたシャッター素子における視角特性を示す図である。オン透過率（透過状態）に注目すると、視角方向（１２時方位）を除いては視角依存性が比較的に小さいことが分かる。特に左右方向（９０°方向＝９時−３時方向）は視角が広く、画像表示装置２をかなり斜めから見ても（例えば５０°方向に見ても）透過率は２５％以上であり、明るい表示を視認できることが分かる。一方、視角方向（１２時方位）ではオン透過率の視角依存性がやや大きく、上方向（１２時方位）に２０°以上の視角では透過率が２０％以下になることが分かる。このことは不都合とも考えられる。しかし、実際のメガネは一般に横長であり、また利用者が実際に画像表示装置２を視認する場合に、上記条件のように上方向に斜めに画像を視認すること（例えばうつ伏せの姿勢で視認）はほとんどないと考えられることから、実用上大きな問題とはならない。また、画像表示装置２の画面に対して各シャッター素子１１ａ等を少し傾斜させると上記の問題は大きく改善される。図８に、各シャッター素子１１ａ等の前面を画像表示装置２の画面に対して２０°傾斜させたと仮定したときの視角特性を示す。図示のように視角特性が改善されており、上下にそれぞれ３０°角度をずらしたとしても２５％以上の明るい透過率を示すことが分かる。
【００３６】
次に、オフ透過率（遮光状態）に注目する。図７は、図６に示した視角特性におけるオフ透過率を拡大して示した図である。正面方向での透過率はどの方位に対してもほぼ０％であり、±１０°の角度に着目しても透過率の数値はいずれも０．０２％以下である。従って実用上はほぼ完全な遮光状態を得られていることが分かる。さらに広い視角に対しても遮光性は非常に高く、±３０°の角度においても透過率の数値はいずれも０．０５％以下である。すなわち、各シャッター素子１１ａは優れたシャッターとして機能しているといえる。なお、上記図８と同様に各シャッター素子１１ａ等の前面を画像表示装置２の画面に対して２０°傾斜させたと仮定したときの視角特性を図９に示す。この場合も特に問題のない視角特性であることが分かる。
【００３７】
以上のような本実施形態によれば、視角特性に優れ、かつ暗状態の透過率が著しく低いシャッター素子を実現することができる。このシャッター素子を備えた立体画像認識装置を画像表示装置と組み合わせて用いることにより、良好な立体表示を実現することが可能となる。
【００３８】
以下に、本実施形態の立体画像認識装置１の駆動方法について例示する。
【００３９】
上記した画像表示装置２は、立体的表示を行うために、右目用画像と左目用画像を所定周期で切り替えながら交互に表示する。表示切り替え周波数は、例えば１２０Ｈｚである。この場合、約８．３ミリ秒間ごとに右目用画像と左目用画像が切り替わる。画像表示装置２がいわゆる倍速表示を行うものである場合には、表示切り替え周波数は２４０Ｈｚとなる。この場合には、約４．２ミリ秒間ごとに右目用画像と左目用画像が切り替わる。
【００４０】
このとき、立体画像認識装置１は、駆動部１２が画像表示装置２の表示切り替えタイミングに対応してシャッター素子１１ａ、１１ｂを駆動する。例えば、右目用画像が表示されているフレームでは、利用者の右目に対応付けられたシャッター素子１１ｂには駆動部１２からオン電圧が印加され、利用者の左目に対応付けられたシャッター素子１１ａには駆動部１２からオフ電圧が印加される。それにより、シャッター素子１１ｂは光透過状態となり、シャッター素子１１ａは遮光状態となるので、利用者は右目でのみ右目用画像を視認できる状態となる。逆に、左目用画像が表示されているフレームでは、利用者の左目に対応付けられたシャッター素子１１ａには駆動部１２からオン電圧が印加され、利用者の右目に対応付けられたシャッター素子１１ｂには駆動部１２からオフ電圧が印加される。それにより、シャッター素子１１ａは光透過状態となり、シャッター素子１１ｂは遮光状態となるので、利用者は左目でのみ左目用画像を視認できる状態となる。これらの動作を画像表示装置２による右目用画像と左目用画像の切り替えタイミングに同期して実行することにより、利用者は立体的な表示を視認することができる。
【００４１】
図１０は、立体画像認識装置を画像表示装置に同期して動作させたときのタイムチャートの一例を示す図である。本例では画像表示装置２における１フレームの時間が１６．７ミリ秒間であり、当該１フレームが２つのサブフレームＳＢ１、ＳＢ２に分割されている。各サブフレーム時間はそれぞれ約８．３３ミリ秒間である。サブフレームＳＢ１が右目用画像の表示期間であり、サブフレームＳＢ２が左目用画像の表示期間である。各サブフレーム時間は、画像形成時間とバックライト点灯時間に分けられる。
【００４２】
上記の画像表示装置２として、例えば液晶表示装置を想定した場合には、右目用、左目用の各画像を形成するのに数ミリ秒間の時間を要する。これを考慮し、本実施形態では、画像が形成されたタイミングで画像表示装置２のバックライトが点灯することにより、右目用または左目用の画像が選択的に表示される。これに対して、本実施形態の立体画像認識装置１における各シャッター素子１１ａ、１１ｂは、画像表示装置２における各画像形成時間に対して十分に速い応答特性を有している。従って、どのような条件で表示が行われる場合であってもバックライトの点灯に合わせてシャッター素子１１ａ、１１ｂの各液晶セル１５を選択的に光透過状態または遮光状態に制御できる。
【００４３】
なお、画像表示装置２が液晶表示装置である場合には、この液晶表示装置の出射側偏光板の透過軸（若しくは吸収軸）と、各シャッター素子１１ａ等の入射側となる上側偏光板１３の透過軸（若しくは吸収軸）とは同じ方向に揃えられていることが望ましい。
【００４４】
図１１は、立体画像認識装置を画像表示装置に同期して動作させたときのタイムチャートの他の例を示す図である。本例では、画像表示装置２プラズマ表示装置や有機ＥＬ表示装置等であり、右目用、左目用の各画像形成時間が短い場合を想定している。この場合には、各シャッター素子１１ａ、１１ｂの液晶セル１５の応答速度が律速となる。
【００４５】
上記したシャッター素子１１ａ等を前提とした場合には、各シャッター素子１１ａ等の立ち上がり特性は駆動電圧をオン電圧としても約１．５ミリ秒間のタイムラグの間は透過率がほとんど変化しない状態である。これを前提とすると、例えば左目に対応する画像が表示されている期間に対して１〜１．５ミリ秒間だけ重畳して右目に対応するシャッター素子１１ｂの駆動電圧をオン電圧としても、右目には左目用画像が視認されない状態とすることができる。一方、各シャッター素子１１ａ等の立ち下がり特性については、駆動電圧をオフ電圧としてから１．９ミリ秒間〜３ミリ秒間経過後に光遮断状態となる。この場合に、光透過状態すべきシャッター素子の透過率上昇が１．８ミリ秒間〜２．２ミリ秒間経過後に飽和し、かつ遮光状態とすべきシャッター素子の透過率低下が飽和した状態となれば、画像表示装置２による画像表示を開始することが可能となる。つまり、サブフレーム時間の８．３３ミリ秒間のうち、５．３〜６．６ミリ秒間を画像表示期間に充てることが可能となる。このように、各シャッター素子１１ａ、１１ｂの応答特性を利用して最適化することにより、画像をより明るく表示することが可能となる。
【００４６】
次に、実際に装着する各シャッター素子１１ａ、１１ｂにおける液晶セル１５の液晶分子の配向方向と上側偏光板１３、下側偏光板１７の貼り合わせ角度の好ましい関係について図１２に基づいて説明する。ここでは、液晶セル１５の液晶層２７の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向（電圧印加時に液晶分子が倒れる方向）を視角方向と定義している。また、上側偏光板１３及び下側偏光板１７の透過軸に注目すると、各透過軸が略直交するように各偏光板が配置されており、視角方向とはそれぞれ４５°ずれている。実際に利用者がメガネ状の各シャッター素子１１ａ、１１ｂを装着する場合を考えると、図１３に示すように顔の形に合わせてメガネの角度を傾斜する場合（傾斜角θ）が設けられる。
【００４７】
まず、画像表示装置２として液晶表示装置が用いられており、その出射側の偏光板の透過軸が４５°に傾いている場合における各シャッター素子１１ａ、１１ｂの好ましい実施形態を図１４に示す。この場合、液晶表示装置側の偏光板の透過軸の方向と、各シャッター素子１１ａ等の入射側である上側偏光板１３の透過軸の方向を揃える（略平行にする）ほうが光を有効利用できるため好ましいといえる。液晶セル１５の視角方向（液晶分子の配向方向）は透過軸方向から略４５°ずらすので縦方向または横方向となるが、上記のように横方向にするとメガネの左右方向の視角特性が悪くなるため、図１４に示すように縦方向とすることが好ましい。図１４では上方向に視角方向が設定されているが、下方向でも構わない。
【００４８】
次に、画像表示装置２として液晶表示装置が用いられており、その出射側の偏光板の吸収軸が垂直方向（縦方向）または水平方向（横方向）に傾いている場合における各シャッター素子１１ａ、１１ｂの好ましい実施形態を図１５および図１６に示す。この場合も、液晶表示装置側の偏光板の透過軸の方向と、各シャッター素子１１ａ等の入射側である上側偏光板１３の方向を揃えるほうが光を有効利用できるため好ましい。液晶セル１５の視角方向は透過軸方向から略４５°ずらすので、図示のように４５°傾斜した方向になるが、上記のように視角方向の透過率がやや低くなる傾向があるため、図１２に示すように各シャッター素子１１ａ等を顔の形に沿って傾斜させる場合には、視角方向（液晶分子の配向方向）を顔の外側になるように傾けたほうがよい。従って、右目用のシャッター素子１１ｂと左目用のシャッター素子１１ａとで視角方向をそれぞれ異ならせたほうが好ましく、具体的には、視角方向（液晶分子の配向方向）は互いに所定位置を挟んで外向きに設定されることが好ましい。図示の例ではそれぞれ斜め上方向に視角方向が設定されるようにしているが、斜め下方向でも構わない。なお、傾斜角θ（図１３参照）の値が小さい場合には、右目用のシャッター素子１１ｂと左目用のシャッター素子１１ａとで視角方向を同一に設定しても構わない。
【００４９】
一方、画像表示装置２として液晶表示装置以外のもの（例えば自発光型表示装置）が用いられている場合には、出射光が直線偏光となっていないため、上側偏光板１３の貼り合わせ角度は任意になる。従って、シャッター素子１１ａ等の傾斜角θに合わせて視角方向を任意に選ぶことができる。概ね、傾斜角θが０°の場合には視角方向を垂直方向に設定することが好ましく、傾斜角θが２０〜３０°の場合にはそれぞれが外側を向くように最大４５°の方向に視角方向を設定することが好ましい。このとき、上方向でも下方向でも構わない。
【００５０】
以上のような本実施形態によれば、視角にあまり依存せず、優れた遮光性を有し、クロストークが抑制された良好な状態で利用者に立体像を視認させることが可能となる。また、上記の立体画像認識装置は、液晶ディスプレイに限らず、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ブラウン管ディスプレイ、電界放出ディスプレイなど種々の方式の画像表示装置と組み合わせて用いることが可能であり、かつ画像表示装置に対する改造等が不要であり、かつ解像度を落とすことなく立体的な表示を実現できる。
【００５１】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。
【００５２】
例えば、上記した実施形態では、液晶セルとして、９０°より小さいプレティルト角を有する略垂直配向の液晶層を有するものを例示していたが、液晶素子はこれに限定されない。例えば、略９０°のプレティルト角を有する垂直配向の液晶層を有し、スリットや突起部などを用いて発生させた斜め電界により配向制御を行う液晶素子が用いられてもよい。
【００５３】
また、上記した実施形態では、シャッター素子の外形については特段に言及していなかったが、矩形状、五角形などの多角形や任意の曲線形状など所望の形状を選択することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１…立体画像認識装置 ２…画像表示装置 ２ａ、２ｂ…偏光板 ２ｃ…液晶パネル １１ａ、１１ｂ…シャッター素子 １２…駆動部 １３…上側偏光板 １４…光学補償板 １５…液晶セル（液晶素子） １６…光学補償板 １７…偏光板 ２１…上側基板 ２２…上側電極 ２３…配向膜 ２４…下側基板 ２５…下側電極 ２６…配向膜 ２７…液晶層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
右目用画像と左目用画像を所定周期で交互に表示する画像表示装置と組み合わせて用いられる立体画像認識装置であって、
利用者に装着される一対の第１及び第２シャッター素子と、
前記画像表示装置による前記右目用画像と前記左目用画像の切り替えに対応して前記第１及び第２シャッター素子を選択的に動作させる駆動部、
を含み、
前記第１及び第２シャッター素子は、各々、
各々の吸収軸を略直交させて配置された第１偏光板及び第２偏光板と、
電圧無印加時において液晶分子が垂直又は略垂直配向する液晶層を有し、前記第１偏光板と前記第２偏光板の間に配置された液晶素子と、
負の二軸光学異方性を有し、前記第１偏光板と前記液晶素子の間に配置された第１光学補償板と、
を有し、
前記液晶素子は、前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向が前記第１偏光板及び前記第２偏光板の各々の前記吸収軸に対して略４５°の角度をなすように配置され、
前記第１光学補償板は、面内遅相軸を前記第１偏光板の前記吸収軸と略直交に配置された、
立体画像認識装置。
【請求項２】
負の二軸光学異方性を有し、前記第２偏光板と前記液晶素子の間に配置された第２光学補償板を更に含み、
前記第２光学補償板は、面内遅相軸を前記第２偏光板の前記吸収軸と略直交に配置された、請求項１に記載に立体画像認識装置。
【請求項３】
前記第１及び第２シャッター素子は、所定位置を挟んで配置されており、
前記第１シャッター素子の前記液晶素子における前記液晶分子の配向方向と前記第２シャッター素子の前記液晶素子における前記液晶分子の配向方向は、それぞれ前記所定位置を挟んで外向きに設定される、請求項１又は２に記載の立体画像認識装置。
【請求項１】
右目用画像と左目用画像を所定周期で交互に表示する画像表示装置と組み合わせて用いられる立体画像認識装置であって、
利用者に装着される一対の第１及び第２シャッター素子と、
前記画像表示装置による前記右目用画像と前記左目用画像の切り替えに対応して前記第１及び第２シャッター素子を選択的に動作させる駆動部、
を含み、
前記第１及び第２シャッター素子は、各々、
各々の吸収軸を略直交させて配置された第１偏光板及び第２偏光板と、
電圧無印加時において液晶分子が垂直又は略垂直配向する液晶層を有し、前記第１偏光板と前記第２偏光板の間に配置された液晶素子と、
負の二軸光学異方性を有し、前記第１偏光板と前記液晶素子の間に配置された第１光学補償板と、
を有し、
前記液晶素子は、前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向が前記第１偏光板及び前記第２偏光板の各々の前記吸収軸に対して略４５°の角度をなすように配置され、
前記第１光学補償板は、面内遅相軸を前記第１偏光板の前記吸収軸と略直交に配置された、
立体画像認識装置。
【請求項２】
負の二軸光学異方性を有し、前記第２偏光板と前記液晶素子の間に配置された第２光学補償板を更に含み、
前記第２光学補償板は、面内遅相軸を前記第２偏光板の前記吸収軸と略直交に配置された、請求項１に記載に立体画像認識装置。
【請求項３】
前記第１及び第２シャッター素子は、所定位置を挟んで配置されており、
前記第１シャッター素子の前記液晶素子における前記液晶分子の配向方向と前記第２シャッター素子の前記液晶素子における前記液晶分子の配向方向は、それぞれ前記所定位置を挟んで外向きに設定される、請求項１又は２に記載の立体画像認識装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２８４４（Ｐ２０１２−２８４４Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４８７５（Ｐ２０１０−１３４８７５）
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１４日（２０１０．６．１４）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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