立体表示装置、及び、立体表示システム
【課題】本発明は、視域角が広い立体表示装置を提供する。
【解決手段】ステレオ立体表示装置２は、制御手段２０と、表示手段２１と、透明部材２３，２７と、表示面２１ａに表示された右眼用画像及び左眼用画像が入射光として入射し、入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さを有する屈折率分布ファイバ２５ａを２次元に配置することによって、屈折率分布ファイバ２５ａの出射面から所定の長さ離れた結像位置に右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を結像させるレンズアレイ２５と、偏光特性を交互に直交させて正立等倍像を交互に出力するライン型偏光板２８と、を備え、透明部材２３，２７は、その厚さが、屈折率分布ファイバ２５ａの出射面から結像位置までの光学距離と等しいことを特徴とする。
【解決手段】ステレオ立体表示装置２は、制御手段２０と、表示手段２１と、透明部材２３，２７と、表示面２１ａに表示された右眼用画像及び左眼用画像が入射光として入射し、入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さを有する屈折率分布ファイバ２５ａを２次元に配置することによって、屈折率分布ファイバ２５ａの出射面から所定の長さ離れた結像位置に右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を結像させるレンズアレイ２５と、偏光特性を交互に直交させて正立等倍像を交互に出力するライン型偏光板２８と、を備え、透明部材２３，２７は、その厚さが、屈折率分布ファイバ２５ａの出射面から結像位置までの光学距離と等しいことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両眼視差による立体画像を表示する立体表示装置、及び、立体表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、走査線に対応するライン毎に偏光特性を交互に直交させた偏光板を表示面に配置して、立体画像を表示する発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。以下、ライン毎に偏光特性を交互に直交させた偏光板をライン型偏光板と呼ぶ。
【０００３】
従来の立体表示装置９は、図１１（ａ）に示すように、制御手段９１と、表示手段９３と、ライン型偏光板９５とを備える。ここで、制御手段９１は、図示を省略した撮影カメラから、互いに異なる視点で被写体を撮影した右眼用画像と左眼用画像とが入力される。そして、制御手段９１は、この右眼用画像を走査線９３Ｒに出力し、この左眼用画像を走査線９３Ｌに出力する。
【０００４】
ここで、図１１（ｂ）に示すように、表示手段９３は、走査線９３Ｒと、走査線９３Ｌとが交互に形成されている。また、ライン型偏光板９５は、走査線９３Ｒに対応するように、垂直方向の偏光特性を有するライン９５Ｒと、走査線９３Ｌに対応するように水平方向のライン９５Ｌとが交互に形成されている。なお、図１１，図１２では、ライン９５Ｒ，９５Ｌの偏光特性を、ハッチングの方向で図示している。
【０００５】
従って、立体表示装置９では、走査線９３Ｒから出力された右眼用画像がライン型偏光板９５のライン９５Ｒを通過するので、表示される右眼用画像は、垂直方向の偏光特性を有することになる。また、同様に、立体表示装置９では、走査線９３Ｌから出力された発光した左眼用画像がライン型偏光板９５のライン９５Ｌを通過するので、表示される左眼用画像は、水平方向の偏光特性を有することになる。そして、図示を省略したユーザが、偏光メガネを装着して立体表示装置９を見ると、ユーザの右眼には右眼用画像だけが入射し、左眼には左眼用画像だけが入射する。このようにして、立体表示装置９は、ユーザに対して立体画像を表示できる（ステレオ立体表示）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許７３８５６６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、図１１に示すように、前記した立体表示装置９では、表示手段９３の表示面にライン型偏光板９５を配置することが理想的である。しかし、現実的には、立体表示装置９は、図１２（ａ）に示すように、表示手段９３の表示面を保護するカバーガラス等の透明部材９７が必要になる。このため、立体表示装置９では、表示手段９３の表示面にライン型偏光板９５を配置することが困難である。
【０００８】
この場合、図１２（ｂ）に示すように、立体表示装置９では、θを超える範囲において、走査線９３Ｌとライン９５Ｌとが見かけ上ずれることになる。このため、立体表示装置９では、θを超える範囲において、走査線９３Ｌから出力された左眼用画像を、ライン９５Ｌではなくライン９５Ｒを介して表示することになる。従って、立体表示装置９では、ユーザの左眼に入射すべき左眼用画像がユーザの右眼に入射するというクロストークが発生し、視域角が狭くなるという問題がある。なお、この問題は、立体表示装置９において、ユーザの左眼側でも同様に発生することは言うまでもない。
【０００９】
そこで、本発明は、視域角が広い立体表示装置、及び、立体表示システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記した課題を解決するため、本願第１発明に係る立体表示装置は、走査線毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する表示面を有する表示手段と、前記表示面に隣接する位置に設けた平板状の透明部材と、前記透明部材に対向する位置に設けたレンズアレイと、前記レンズアレイに対向する位置に設けた偏光板とを備える立体表示装置であって、前記レンズアレイは、前記表示面に表示された前記右眼用画像及び前記左眼用画像が入射光として入射し、当該入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さを有する屈折率分布レンズを２次元に配置し、前記偏光板は、前記屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に配置して、前記走査線に対応するライン毎に偏光特性を交互に直交させ、前記透明部材は、その厚さが、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離と等しいことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、立体表示装置は、レンズアレイによって、屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に、右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を結像させる。そして、立体表示装置は、偏光板によって、ライン毎に右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を交互に出力する。つまり、立体表示装置は、ある走査線に表示された右眼用画像及び左眼用画像を、この走査線に対応するラインに結像させることができる。これによって、立体表示装置は、両眼視差による立体画像を表示すると共に、透明部材におけるクロストークを防止できる。
【００１２】
また、前記した課題を解決するため、本願第２発明に係る立体表示装置は、画素毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する表示面を有する表示手段と、前記表示面に隣接する位置に設けた平板状の透明部材と、前記透明部材に対向する位置に設けたレンズアレイと、前記レンズアレイに対向する位置に設けた偏光板とを備える立体表示装置であって、前記レンズアレイは、前記表示面に表示された前記右眼用画像及び前記左眼用画像が入射光として入射し、当該入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さを有する屈折率分布レンズを２次元に配置し、前記偏光板は、前記屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に配置して、前記右眼用画像を表示する画素及び前記左眼用画像を表示する画素に対応するように偏光特性を交互に直交させ、前記透明部材は、その厚さが、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離と等しいことを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によれば、立体表示装置は、レンズアレイによって、屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に、右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を結像させる。そして、立体表示装置は、偏光板によって、画素毎に右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を交互に出力する。これによって、立体表示装置は、両眼視差による立体画像を表示すると共に、透明部材におけるクロストークを防止できる。
【００１４】
また、本願第３発明に係る立体表示装置は、前記偏光板における前記結像位置側の平面に配置され、前記結像位置に結像した前記右眼用画像及び前記左眼用画像の正立等倍像を拡散させる拡散板をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、立体表示装置は、拡散板が正立等倍像を拡散させるので、視域角をより広くできる。
【００１６】
また、本願第４発明に係る立体表示装置は、前記レンズアレイと前記偏光板との間に、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離を同じくする厚さで、平板状に形成された第２の透明部材を備えることを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によれば、立体表示装置は、第２の透明部材における何れかの平面が結像位置となっているため、偏光板の位置決めを容易にできる。
【００１８】
また、前記した課題を解決するため、本願第５発明に係る立体表示システムは、本願第１発明又は本願第２発明に係る立体表示装置と、偏光特性が互いに直交する右眼用レンズと左眼用レンズとを有する偏光メガネと、を備えることを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によれば、立体表示システムは、レンズアレイによって、屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に、右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を結像させる。そして、立体表示システムは、偏光板によって、ライン毎に右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を交互に出力する。つまり、立体表示システムは、ある走査線に表示された右眼用画像及び左眼用画像を、この走査線に対応するラインに結像させることができる。
これによって、立体表示システムは、両眼視差による立体画像を表示すると共に、透明部材におけるクロストークを防止できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本願第１，２，５発明によれば、透明部材におけるクロストークを防止でき、視域角を広くできる。
本願第３発明によれば、拡散板が正立等倍像を拡散させるので、視域角をより広くできる。
本願第４発明によれば、第２の透明部材における何れかの平面が結像位置となっているため、偏光板の位置決めを容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明における屈折率分布ファイバを説明する図である。
【図２】本発明におけるレンズアレイを説明する図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るステレオ立体表示システムの概略を示す図である。
【図４】図３の偏光メガネの外観を示す図である。
【図５】図３のステレオ立体表示装置の概略を示す図である。
【図６】図５の表示手段の正面図である。
【図７】図５のライン型偏光板の正面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るステレオ立体表示装置の概略を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るステレオ立体表示装置における偏光板の正面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るステレオ立体表示装置における偏光板の正面図である。
【図１１】従来の立体表示装置の理想的な構成を説明する図であり、（ａ）は側面視したときの概念図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線部分の拡大図である。
【図１２】従来の立体表示装置の現実的な構成を説明する図であり、（ａ）は側面視したときの概念図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する手段及び同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略した。なお、屈折率分布ファイバ２５ａは、屈折率分布レンズと呼ばれることもある。
【００２３】
［本発明の原理］
以下、図１，図２を参照し、本発明の原理について、説明する。
本発明では、屈折率分布ファイバ２５ａは、径方向に屈折率が変化するものであり、このような屈折率を有する屈折率分布ファイバ２５ａを所定の長さに切断して使用している。具体的には、被写体の正立等倍像を結像する屈折率分布ファイバ２５ａを２次元に配列したレンズアレイ２５を用いる。そして、屈折率分布ファイバ２５ａは、入射光がこの屈折率分布ファイバ２５ａ内を伝わる周期の１／２を超え１倍未満の長さとする。つまり、屈折率分布ファイバ２５ａ内を伝わる入射光の位相θがπ＜θ＜２πを満たすように、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸方向の長さを調整する。なお、図１では、θを（３／２）π、つまり、入射光がこの屈折率分布ファイバ２５ａ内を伝わる周期の３／４とした。
【００２４】
ここで、屈折率分布ファイバ２５ａは、その屈折率が、下記の式（１）で表されるように、光軸中心で最も高く、周辺部になる程、低くなる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
但し、式（１）では、ｒが屈折率分布ファイバ２５ａの半径であり、ｎが半径ｒにおける屈折率であり、ｎ０が光軸中心における屈折率であり、Ａが屈折の度合いを示す定数である。
【００２７】
この屈折率分布ファイバ２５ａは、光軸中心に近づく程、屈折率が高くなるため、入射した光が蛇行し、特定の点（結像位置）で結像するようなレンズ効果を持つ。この原理は、１９６４年、Ｄ．ＭＡＲＣＵＳＥらによって見出され、その詳細は、「The Bell System Technical Journal.(July,1964)」等に記載されている。
【００２８】
ここで、屈折率分布ファイバ２５ａは、その光線マトリクス、つまり、入射光の位置及び角度と、出射光の位置及び角度とが、下記の式（２）で表される。
【００２９】
【数２】
【００３０】
但し、式（２）では、ｒｐが屈折率分布ファイバ２５ａの入射面における入射光の位置であり、ｒｐ´が屈折率分布ファイバ２５ａの入射面における入射光の角度であり、ｒｓが屈折率分布ファイバ２５ａの出射面における出射光の位置であり、ｒｓ´が屈折率分布ファイバ２５ａの出射面における出射光の角度である。
【００３１】
なお、入射光の位置及び出射光の位置は、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸中心を基準とする。また、入射光の角度及び出射光の角度は、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸中心に対するなす角とする。
【００３２】
また、θは、下記の式（３）で表される。但し、式（３）では、Ｚ０が屈折率分布ファイバ２５ａの光軸方向の長さである。
【００３３】
【数３】
【００３４】
ここで、被写体から屈折率分布ファイバ２５ａの入射面までの光学距離ｌ０とすると、屈折率分布ファイバ２５ａの出射面からの同光学距離となる結像位置に、被写体の正立等倍像が結像される。このとき、屈折率分布ファイバ２５ａの入射面までの光学距離ｌ０は、下記の式（４），式（５）で表される。
【００３５】
【数４】
【００３６】
【数５】
【００３７】
正立等倍像とは、図１に示すように、被写体と同じ倍率、かつ、同じ向きの像を言う。なお、図１，図２では、被写体と正立等倍像との向きを矢印の向きで図示し、被写体と正立等倍像との大きさを矢印の長さで図示した。
【００３８】
次に、図２を参照し、レンズアレイ２５について、説明する。
ここで、前記したように、レンズアレイ２５は、各屈折率分布ファイバ２５ａの入射光の最大角度が制限される。このため、被写体が屈折率分布ファイバ２５ａより大きい場合、各屈折率分布ファイバ２５ａは、被写体の一部が入射光として入射し、結像位置にその被写体の一部を結像させる。そして、レンズアレイ２５は、結像位置において、各屈折率分布ファイバ２５ａが結像させる被写体の一部が互いに重なり合うことで、被写体全体の正立等倍像を出力する。なお、この原理は、例えば、刊行物「O plus E 1989年2月号(No.111)71-78頁」に記載されている。
【００３９】
以上のように、本発明では、屈折率分布ファイバ２５ａを入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さ（π＜θ＜２πを満たす長さ）とし、この屈折率分布ファイバ２５ａを２次元に配置することによって、レンズアレイ２５は、結像位置に被写体全体の正立等倍像を結像させることができる。
【００４０】
（第１実施形態）
［ステレオ立体表示システムの概略］
以下、図３を参照し、本発明の第１実施形態に係るステレオ立体表示システムの概略について、説明する。図３に示すように、ステレオ立体表示システム（立体表示システム）１は、ユーザＵｓｒに対して、両眼視差による立体画像を表示するものであり、右眼用カメラＣｒと、左眼用カメラＣｌと、ステレオ立体表示装置（立体表示装置）２と、偏光メガネ３（図４参照）とを備える。なお、ステレオ立体表示システムが、請求項に記載の立体表示システムに相当する。
【００４１】
右眼用カメラＣｒは、例えば、被写体Ｏｂｊを撮影して右眼用画像を生成し、この右眼用画像をステレオ立体表示装置２に出力するビデオカメラである。
左眼用カメラＣｌは、例えば、被写体Ｏｂｊから右眼用カメラＣｒまでと同距離で、かつ、右眼用カメラＣｒから所定の間隔で配置されたビデオカメラである。そして、左眼用カメラＣｌは、被写体Ｏｂｊを撮影して左眼用画像を生成し、この左眼用画像をステレオ立体表示装置２に出力する。つまり、右眼用画像と左眼用画像とは、被写体Ｏｂｊを互いに異なる位置（視点）で撮影した両眼視差画像である。
【００４２】
ステレオ立体表示装置２は、右眼用カメラＣｒ及び左眼用カメラＣｌから入力された右眼用画像及び左眼用画像を、ユーザＵｓｒに対して立体表示するものである。このステレオ立体表示装置２の詳細は、後記する。なお、ステレオ立体表示装置２が、請求項に記載の立体表示装置に相当する。
【００４３】
ここで、ユーザＵｓｒは、立体視を得るために、図４の偏光メガネ３を装着してステレオ立体表示装置２を見る。図４に示すように、偏光メガネ３は、右眼用レンズ３１と左眼用レンズ３３とがフレーム３５にはめ込まれている。この右眼用レンズ３１は、後記する右眼用画像のライン２８Ｒと同じ偏光特性、例えば、垂直方向の偏光特性を有する。また、左眼用レンズ３３は、左眼用画像のライン２８Ｌと同じ偏光特性、例えば、水平方向の偏光特性を有する。この偏光メガネ３を装着することで、ユーザＵｓｒは、右眼に右眼用画像だけが入射し、左眼に左眼用画像だけが入射し、その結果、被写体Ｏｂｊの立体視を得ることができる。
【００４４】
［ステレオ立体表示装置の構成］
以下、図５を参照し、ステレオ立体表示装置２の構成について、説明する。
図５に示すように、ステレオ立体表示装置２は、制御手段２０と、表示手段２１と、透明部材２３と、レンズアレイ２５と、透明部材（第２の透明部材）２７と、ライン型偏光板（偏光板）２８とを備える。なお、図５、図７〜図１０では、偏光特性をハッチングの方向で図示している。
【００４５】
制御手段２０は、例えば、右眼用カメラＣｒ及び左眼用カメラＣｌから右眼用画像と左眼用画像とが入力されると共に、右眼用画像を走査線２１Ｒに出力し、左眼用画像を走査線２１Ｌに出力する。また、制御手段２０は、ノイズ除去等の画像処理を右眼用画像と左眼用画像とに施しても良い。なお、制御手段２０は、立体表示に必要となる一般的な機能を備えれば良いので、説明を略記する。
【００４６】
表示手段２１は、図６に示すように、右眼用画像を出力する走査線２１Ｒと、左眼用画像を出力する走査線２１Ｌとが交互に形成された表示面２１ａを備える。ここで、表示手段２１は、例えば、走査線２１Ｒ，２１Ｌが水平方向に形成される。また、表示手段２１として、例えば、自発光型の液晶素子、プラズマ表示素子、又は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子を用いることができる。
【００４７】
透明部材２３は、表示面２１ａに隣接する位置に設けられるものであり、例えば、表示面２１ａを覆うように、表示面２１ａに固定した平板状のカバーガラスである。また、透明部材２３は、前記発明の原理で説明した理由により、その厚さを、式（５）の光学距離ｌ０と同じ値とする。
【００４８】
レンズアレイ２５は、透明部材２３に対向する位置に設けられると共に、屈折率分布ファイバ２５ａを２次元に配置したものである。ここで、レンズアレイ２５は、光軸方向に同じ長さの屈折率分布ファイバ２５ａを、縦横に所定の本数ずつ、その両端面（入射面及び出射面）の位置を揃えるように固定（接着）して形成される。このとき、屈折率分布ファイバ２５ａは、前記発明の原理で説明した理由と共に、ステレオ立体表示装置２の厚み（光軸方向の長さ）を最小限するため、屈折率分布ファイバ２５ａ内を伝わる入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さとする。
【００４９】
また、レンズアレイ２５は、例えば、屈折率分布ファイバ２５ａの入射面が透明部材２３の平面に対面して密着し、かつ、屈折率分布ファイバ２５ａの出射面が透明部材２７の平面に対面して密着するように固定される。
【００５０】
ここで、レンズアレイ２５は、表示面２１ａと同じ大きさか、又は、表示面２１ａより高く、かつ、表示面２１ａより幅広くなるように、屈折率分布ファイバ２５ａを配置することが好ましい。このように屈折率分布ファイバ２５ａを配置しないと、ステレオ立体表示装置２は、立体画像において、被写体Ｏｂｊの一部が欠けてしまう可能性がある。なお、レンズアレイ２５は、屈折率分布ファイバ２５ａの個数が制限されるものではない。
【００５１】
透明部材２７は、レンズアレイ２５とライン型偏光板２８との間に設けられる。また、透明部材２７は、例えば、式（５）の光学距離ｌ０と同じ厚さとした、平板状のカバーガラスである。つまり、透明部材２７は、ライン型偏光板２８の側の平面が、レンズアレイ２５の結像位置となる。これによって、ステレオ立体表示装置２を製造する際、ライン型偏光板２８を透明部材２７に固定するだけで、ライン型偏光板２８が結像位置に配置されることになり、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸方向（図５における水平方向）の位置決めを容易に行うことができる。なお、透明部材２７が、請求項に記載の第２の透明部材に相当する。
【００５２】
ライン型偏光板２８は、レンズアレイ２５に対向するように、屈折率分布ファイバ２５ａの結像位置に設けられる。ここで、図７に示すように、ライン型偏光板２８は、走査線２１Ｒに対応するように、垂直方向の偏光特性を有するライン２８Ｒと、走査線２１Ｌに対応するように水平方向の偏光特性を有するライン２８Ｌとが交互に形成されている。また、ライン型偏光板２８は、その大きさが表示手段２１と同じ、つまり、走査線２１Ｒとライン２８Ｒとの長さが同じであり、走査線２１Ｌとライン２８Ｌとの長さが同じである。また、ライン型偏光板２８は、例えば、ライン２８Ｒ，２８Ｌが水平方向に形成される。
【００５３】
また、ライン型偏光板２８は、走査線２１Ｒとライン２８Ｒとの幅、及び、走査線２１Ｌとライン２８Ｌとの幅も同じである。そして、ライン型偏光板２８は、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸方向において、走査線２１Ｒとライン２８Ｒとの位置が一致し、走査線２１Ｌとライン２８Ｌとの位置が一致するように、透明部材２７に固定する。つまり、ステレオ立体表示装置２では、走査線２１Ｌとライン２８Ｌとが一対一の対応関係を有し、かつ、走査線２１Ｒとライン２８Ｒとが一対一の対応関係を有する。
【００５４】
このライン型偏光板２８は、例えば、前記した米国特許７３８５６６９号と同様のものであるため、詳細な説明を省略する。また、ライン型偏光板２８が、請求項に記載の偏光板に相当する。
【００５５】
以上のように、本発明の第１実施形態に係るステレオ立体表示装置２は、垂直方向の偏光特性を有する右眼用画像と、水平方向の偏光特性を有する左眼用画像とを表示することになる。そして、ユーザＵｓｒが偏光メガネ３を装着することにより、ユーザＵｓｒの右眼には右眼用画像だけが入射し、左眼には左眼用画像だけが入射する。これによって、ユーザＵｓｒは、被写体の立体画像を見ることができる。このとき、ステレオ立体表示装置２は、レンズアレイ２５によって、表示手段２１の表示面に表示された右眼用画像及び左眼用画像を、正立等倍像として結像位置に結像させる。つまり、ステレオ立体表示装置２は、見かけ上、透明部材２３，２７の存在を無視できることになる。これによって、ステレオ立体表示装置２は、透明部材２３，２７におけるクロストークを防止でき、視域角を広くできる。
【００５６】
なお、ステレオ立体表示装置２は、レンズアレイ２５、透明部材２３，２７、及び、ライン型偏光板２８を同じ大きさとし、これら部材を同じ大きさの固定枠（不図示）に配置しても良い。この場合、ステレオ立体表示装置２は、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸に直交する方向（図５における垂直方向）の位置決めを容易に行うことができる。
【００５７】
なお、ステレオ立体表示装置２は、透明部材２７を備えることとして説明したが、これに限定されない。透明部材２７を備えない場合、例えば、ステレオ立体表示装置２は、ライン型偏光板２８が結像位置に配置されるように、前記した固定枠にライン型偏光板２８を固定しても良い。
【００５８】
なお、ステレオ立体表示装置２は、ライン２８Ｒ，２８Ｌ毎に偏光特性が直交していれば良く、その方向は特に制限されない。例えば、ステレオ立体表示装置２は、水平方向の偏光特性を有するライン２８Ｒと、垂直方向の偏光特性を有するライン２８Ｌとが交互に形成されたライン型偏光板２８を備えても良い。また、例えば、右斜め４５°方向の偏光特性を有するライン２８Ｒと、左斜め４５°方向の偏光特性を有するライン２８Ｌとが交互に形成されたライン型偏光板２８を備えても良い。なお、ステレオ立体表示装置２では、直線偏光でなく、時計回りの円偏光と反時計回りの円偏光とを用いることもできる。
【００５９】
なお、ステレオ立体表示装置２は、ライン２８Ｒ，２８Ｌを形成する方向、及び、走査線２１Ｒ，２１Ｌを形成する方向が、特に制限されない。例えば、ステレオ立体表示装置２は、ライン２８Ｒ，２８Ｌ及び走査線２１Ｒ，２１Ｌを垂直方向に形成しても良い。
【００６０】
（第２実施形態）
以下、図８を参照し、本発明の第２実施形態に係るステレオ立体表示装置について、第１実施形態と異なる点を説明する。図８に示すように、ステレオ立体表示装置２は、制御手段２０と、表示手段２１と、透明部材２３と、レンズアレイ２５と、透明部材（第２の透明部材）２７と、ライン型偏光板（偏光板）２８と、拡散板２９とを備える。
【００６１】
拡散板２９は、透明部材２７とライン型偏光板２８とに挟まれるように、結像位置に固定する。ここで、拡散板２９としては、例えば、レンズアレイ２５からの出射光を拡散させる樹脂をコーティングしたフィルムがある。
【００６２】
以上のように、本発明の第２実施形態に係るステレオ立体表示装置２は、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、ステレオ立体表示装置２は、拡散板２９が正立等倍像を拡散させるので、レンズアレイ２５における出射光の角度を超える範囲まで（図１，図２参照）、視域角を広くすることができる。
【００６３】
なお、走査線毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示するステレオ立体表示装置について説明したが、本発明はこれに限定されない。以下、画素毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示するステレオ立体表示装置について、第３実施形態及び第４実施形態として、それぞれ説明する。
【００６４】
（第３実施形態）
以下、図９を参照し、本発明の第３実施形態に係るステレオ立体表示装置について、第１実施形態と異なる点を説明する。このステレオ立体表示装置２は、図７のライン型偏光板２８の代わりに、図９の偏光板３０を備える。
【００６５】
表示手段（不図示）は、垂直方向で一列に配置された画素毎に、右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する。言い換えると、表示手段において、ある画素が右眼用画像を表示する場合、その画素に水平方向で隣接する別の画素は、左眼用画像を表示する。
【００６６】
偏光板３０は、図９に示すように、右眼用画像を表示する画素と左眼用画像を表示する画素とに対応するように、偏光特性が交互に直交するように形成される。つまり、偏光板３０は、水平方向の偏光特性を有する部分と垂直方向の偏光特性を有する部分とが、水平方向で交互に形成される。
【００６７】
以上のように、本発明の第３実施形態に係るステレオ立体表示装置２は、第１実施形態と同様に、透明部材におけるクロストークを防止でき、視域角を広くできる。なお、第３実施形態では、透明部材やレンズアレイの構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略した。
【００６８】
（第４実施形態）
以下、図１０を参照し、本発明の第４実施形態に係るステレオ立体表示装置について、第１実施形態と異なる点を説明する。このステレオ立体表示装置２は、図７のライン型偏光板２８の代わりに、図１０の偏光板３０を備える。
【００６９】
表示手段（不図示）は、画素単位で、市松模様状に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する。言い換えると、表示手段において、ある画素が右眼用画像を表示する場合、その画素に隣接する別の画素は、左眼用画像を表示する。
【００７０】
偏光板３０は、図１０に示すように、右眼用画像を表示する画素と左眼用画像を表示する画素とに対応するように、偏光特性が交互に直交するように形成される。つまり、偏光板３０は、水平方向の偏光特性を有する部分と垂直方向の偏光特性を有する部分とが、市松模様状に交互に形成される。
【００７１】
以上のように、本発明の第４実施形態に係るステレオ立体表示装置２は、第１実施形態と同様に、透明部材におけるクロストークを防止でき、視域角を広くできる。なお、第４実施形態では、透明部材やレンズアレイの構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略した。
【実施例】
【００７２】
＜比較例１＞
以下、本発明の実施例及び比較例について、説明する。
以下、図１２（ｂ）を参照し、従来の立体表示装置９の視域角について、比較例１として説明する。この比較例１では、表示手段９３は、ハイビジョン表示が可能な３０インチの液晶素子である。また、比較例１では、透明部材９７は、厚さＤＰが１ｍｍのカバーガラスである。このとき、比較例１において、その視域角θは、下記式（６）で表される。但し、式（６）では、Ｌは、表示手段９３の画素の大きさ（画素ピッチ）であり、３７．３／１０８０＝０．３４５ｍｍとなる。なお、比較例１及び実施例１において、ユーザＵｓｒの瞳孔径は、無視している。
【００７３】
【数６】
【００７４】
ここで、比較例１では、式（６）より、立体表示装置９の視域角θが約９．８°となっており、非常に狭いことがわかる。
【００７５】
＜実施例１＞
一方、実施例１では、図８のステレオ立体表示装置２において、比較例１と同様の表示手段２１、ライン型偏光板２８を用いた。また、実施例１では、透明部材２３，２７として、厚さＤＰが１ｍｍのカバーガラスを用いた。さらに、実施例１では、光軸方向の長さが１ｃｍのレンズアレイ２５を、透明部材２３，２７の間に配置した。また、透明部材２７の観察者側表面に拡散板２９を用いた。この場合、実施例１では、ステレオ立体表示装置２の視域角は拡散板２９の指向性と同じになり、無指向性の場合にはθが９０度であり、比較例１と比べて、十分な視域角を有する。
【符号の説明】
【００７６】
１ ステレオ立体表示システム（立体表示システム）
２ ステレオ立体表示装置（立体表示装置）
２０ 制御手段
２１ 表示手段
２１Ｒ，２１Ｌ 走査線
２３ 透明部材
２５ レンズアレイ
２５ａ 屈折率分布レンズ（屈折率分布ファイバ）
２７ 透明部材（第２の透明部材）
２８ ライン型偏光板（偏光板）
２８Ｒ，２８Ｌ ライン
２９ 拡散板
３０ 偏光板
３ 偏光メガネ
９ 立体表示装置
９１ 制御手段
９３ 表示手段
９３Ｒ，９３Ｌ 走査線
９５ ライン型偏光板
９５Ｒ，９５Ｌ ライン
Ｃｒ 右眼用カメラ
Ｃｌ 左眼用カメラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、両眼視差による立体画像を表示する立体表示装置、及び、立体表示システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、走査線に対応するライン毎に偏光特性を交互に直交させた偏光板を表示面に配置して、立体画像を表示する発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。以下、ライン毎に偏光特性を交互に直交させた偏光板をライン型偏光板と呼ぶ。
【０００３】
従来の立体表示装置９は、図１１（ａ）に示すように、制御手段９１と、表示手段９３と、ライン型偏光板９５とを備える。ここで、制御手段９１は、図示を省略した撮影カメラから、互いに異なる視点で被写体を撮影した右眼用画像と左眼用画像とが入力される。そして、制御手段９１は、この右眼用画像を走査線９３Ｒに出力し、この左眼用画像を走査線９３Ｌに出力する。
【０００４】
ここで、図１１（ｂ）に示すように、表示手段９３は、走査線９３Ｒと、走査線９３Ｌとが交互に形成されている。また、ライン型偏光板９５は、走査線９３Ｒに対応するように、垂直方向の偏光特性を有するライン９５Ｒと、走査線９３Ｌに対応するように水平方向のライン９５Ｌとが交互に形成されている。なお、図１１，図１２では、ライン９５Ｒ，９５Ｌの偏光特性を、ハッチングの方向で図示している。
【０００５】
従って、立体表示装置９では、走査線９３Ｒから出力された右眼用画像がライン型偏光板９５のライン９５Ｒを通過するので、表示される右眼用画像は、垂直方向の偏光特性を有することになる。また、同様に、立体表示装置９では、走査線９３Ｌから出力された発光した左眼用画像がライン型偏光板９５のライン９５Ｌを通過するので、表示される左眼用画像は、水平方向の偏光特性を有することになる。そして、図示を省略したユーザが、偏光メガネを装着して立体表示装置９を見ると、ユーザの右眼には右眼用画像だけが入射し、左眼には左眼用画像だけが入射する。このようにして、立体表示装置９は、ユーザに対して立体画像を表示できる（ステレオ立体表示）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許７３８５６６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、図１１に示すように、前記した立体表示装置９では、表示手段９３の表示面にライン型偏光板９５を配置することが理想的である。しかし、現実的には、立体表示装置９は、図１２（ａ）に示すように、表示手段９３の表示面を保護するカバーガラス等の透明部材９７が必要になる。このため、立体表示装置９では、表示手段９３の表示面にライン型偏光板９５を配置することが困難である。
【０００８】
この場合、図１２（ｂ）に示すように、立体表示装置９では、θを超える範囲において、走査線９３Ｌとライン９５Ｌとが見かけ上ずれることになる。このため、立体表示装置９では、θを超える範囲において、走査線９３Ｌから出力された左眼用画像を、ライン９５Ｌではなくライン９５Ｒを介して表示することになる。従って、立体表示装置９では、ユーザの左眼に入射すべき左眼用画像がユーザの右眼に入射するというクロストークが発生し、視域角が狭くなるという問題がある。なお、この問題は、立体表示装置９において、ユーザの左眼側でも同様に発生することは言うまでもない。
【０００９】
そこで、本発明は、視域角が広い立体表示装置、及び、立体表示システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記した課題を解決するため、本願第１発明に係る立体表示装置は、走査線毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する表示面を有する表示手段と、前記表示面に隣接する位置に設けた平板状の透明部材と、前記透明部材に対向する位置に設けたレンズアレイと、前記レンズアレイに対向する位置に設けた偏光板とを備える立体表示装置であって、前記レンズアレイは、前記表示面に表示された前記右眼用画像及び前記左眼用画像が入射光として入射し、当該入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さを有する屈折率分布レンズを２次元に配置し、前記偏光板は、前記屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に配置して、前記走査線に対応するライン毎に偏光特性を交互に直交させ、前記透明部材は、その厚さが、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離と等しいことを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、立体表示装置は、レンズアレイによって、屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に、右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を結像させる。そして、立体表示装置は、偏光板によって、ライン毎に右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を交互に出力する。つまり、立体表示装置は、ある走査線に表示された右眼用画像及び左眼用画像を、この走査線に対応するラインに結像させることができる。これによって、立体表示装置は、両眼視差による立体画像を表示すると共に、透明部材におけるクロストークを防止できる。
【００１２】
また、前記した課題を解決するため、本願第２発明に係る立体表示装置は、画素毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する表示面を有する表示手段と、前記表示面に隣接する位置に設けた平板状の透明部材と、前記透明部材に対向する位置に設けたレンズアレイと、前記レンズアレイに対向する位置に設けた偏光板とを備える立体表示装置であって、前記レンズアレイは、前記表示面に表示された前記右眼用画像及び前記左眼用画像が入射光として入射し、当該入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さを有する屈折率分布レンズを２次元に配置し、前記偏光板は、前記屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に配置して、前記右眼用画像を表示する画素及び前記左眼用画像を表示する画素に対応するように偏光特性を交互に直交させ、前記透明部材は、その厚さが、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離と等しいことを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によれば、立体表示装置は、レンズアレイによって、屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に、右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を結像させる。そして、立体表示装置は、偏光板によって、画素毎に右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を交互に出力する。これによって、立体表示装置は、両眼視差による立体画像を表示すると共に、透明部材におけるクロストークを防止できる。
【００１４】
また、本願第３発明に係る立体表示装置は、前記偏光板における前記結像位置側の平面に配置され、前記結像位置に結像した前記右眼用画像及び前記左眼用画像の正立等倍像を拡散させる拡散板をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、立体表示装置は、拡散板が正立等倍像を拡散させるので、視域角をより広くできる。
【００１６】
また、本願第４発明に係る立体表示装置は、前記レンズアレイと前記偏光板との間に、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離を同じくする厚さで、平板状に形成された第２の透明部材を備えることを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によれば、立体表示装置は、第２の透明部材における何れかの平面が結像位置となっているため、偏光板の位置決めを容易にできる。
【００１８】
また、前記した課題を解決するため、本願第５発明に係る立体表示システムは、本願第１発明又は本願第２発明に係る立体表示装置と、偏光特性が互いに直交する右眼用レンズと左眼用レンズとを有する偏光メガネと、を備えることを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によれば、立体表示システムは、レンズアレイによって、屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に、右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を結像させる。そして、立体表示システムは、偏光板によって、ライン毎に右眼用画像及び左眼用画像の正立等倍像を交互に出力する。つまり、立体表示システムは、ある走査線に表示された右眼用画像及び左眼用画像を、この走査線に対応するラインに結像させることができる。
これによって、立体表示システムは、両眼視差による立体画像を表示すると共に、透明部材におけるクロストークを防止できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本願第１，２，５発明によれば、透明部材におけるクロストークを防止でき、視域角を広くできる。
本願第３発明によれば、拡散板が正立等倍像を拡散させるので、視域角をより広くできる。
本願第４発明によれば、第２の透明部材における何れかの平面が結像位置となっているため、偏光板の位置決めを容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明における屈折率分布ファイバを説明する図である。
【図２】本発明におけるレンズアレイを説明する図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るステレオ立体表示システムの概略を示す図である。
【図４】図３の偏光メガネの外観を示す図である。
【図５】図３のステレオ立体表示装置の概略を示す図である。
【図６】図５の表示手段の正面図である。
【図７】図５のライン型偏光板の正面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るステレオ立体表示装置の概略を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るステレオ立体表示装置における偏光板の正面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るステレオ立体表示装置における偏光板の正面図である。
【図１１】従来の立体表示装置の理想的な構成を説明する図であり、（ａ）は側面視したときの概念図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線部分の拡大図である。
【図１２】従来の立体表示装置の現実的な構成を説明する図であり、（ａ）は側面視したときの概念図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する手段及び同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略した。なお、屈折率分布ファイバ２５ａは、屈折率分布レンズと呼ばれることもある。
【００２３】
［本発明の原理］
以下、図１，図２を参照し、本発明の原理について、説明する。
本発明では、屈折率分布ファイバ２５ａは、径方向に屈折率が変化するものであり、このような屈折率を有する屈折率分布ファイバ２５ａを所定の長さに切断して使用している。具体的には、被写体の正立等倍像を結像する屈折率分布ファイバ２５ａを２次元に配列したレンズアレイ２５を用いる。そして、屈折率分布ファイバ２５ａは、入射光がこの屈折率分布ファイバ２５ａ内を伝わる周期の１／２を超え１倍未満の長さとする。つまり、屈折率分布ファイバ２５ａ内を伝わる入射光の位相θがπ＜θ＜２πを満たすように、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸方向の長さを調整する。なお、図１では、θを（３／２）π、つまり、入射光がこの屈折率分布ファイバ２５ａ内を伝わる周期の３／４とした。
【００２４】
ここで、屈折率分布ファイバ２５ａは、その屈折率が、下記の式（１）で表されるように、光軸中心で最も高く、周辺部になる程、低くなる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
但し、式（１）では、ｒが屈折率分布ファイバ２５ａの半径であり、ｎが半径ｒにおける屈折率であり、ｎ０が光軸中心における屈折率であり、Ａが屈折の度合いを示す定数である。
【００２７】
この屈折率分布ファイバ２５ａは、光軸中心に近づく程、屈折率が高くなるため、入射した光が蛇行し、特定の点（結像位置）で結像するようなレンズ効果を持つ。この原理は、１９６４年、Ｄ．ＭＡＲＣＵＳＥらによって見出され、その詳細は、「The Bell System Technical Journal.(July,1964)」等に記載されている。
【００２８】
ここで、屈折率分布ファイバ２５ａは、その光線マトリクス、つまり、入射光の位置及び角度と、出射光の位置及び角度とが、下記の式（２）で表される。
【００２９】
【数２】
【００３０】
但し、式（２）では、ｒｐが屈折率分布ファイバ２５ａの入射面における入射光の位置であり、ｒｐ´が屈折率分布ファイバ２５ａの入射面における入射光の角度であり、ｒｓが屈折率分布ファイバ２５ａの出射面における出射光の位置であり、ｒｓ´が屈折率分布ファイバ２５ａの出射面における出射光の角度である。
【００３１】
なお、入射光の位置及び出射光の位置は、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸中心を基準とする。また、入射光の角度及び出射光の角度は、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸中心に対するなす角とする。
【００３２】
また、θは、下記の式（３）で表される。但し、式（３）では、Ｚ０が屈折率分布ファイバ２５ａの光軸方向の長さである。
【００３３】
【数３】
【００３４】
ここで、被写体から屈折率分布ファイバ２５ａの入射面までの光学距離ｌ０とすると、屈折率分布ファイバ２５ａの出射面からの同光学距離となる結像位置に、被写体の正立等倍像が結像される。このとき、屈折率分布ファイバ２５ａの入射面までの光学距離ｌ０は、下記の式（４），式（５）で表される。
【００３５】
【数４】
【００３６】
【数５】
【００３７】
正立等倍像とは、図１に示すように、被写体と同じ倍率、かつ、同じ向きの像を言う。なお、図１，図２では、被写体と正立等倍像との向きを矢印の向きで図示し、被写体と正立等倍像との大きさを矢印の長さで図示した。
【００３８】
次に、図２を参照し、レンズアレイ２５について、説明する。
ここで、前記したように、レンズアレイ２５は、各屈折率分布ファイバ２５ａの入射光の最大角度が制限される。このため、被写体が屈折率分布ファイバ２５ａより大きい場合、各屈折率分布ファイバ２５ａは、被写体の一部が入射光として入射し、結像位置にその被写体の一部を結像させる。そして、レンズアレイ２５は、結像位置において、各屈折率分布ファイバ２５ａが結像させる被写体の一部が互いに重なり合うことで、被写体全体の正立等倍像を出力する。なお、この原理は、例えば、刊行物「O plus E 1989年2月号(No.111)71-78頁」に記載されている。
【００３９】
以上のように、本発明では、屈折率分布ファイバ２５ａを入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さ（π＜θ＜２πを満たす長さ）とし、この屈折率分布ファイバ２５ａを２次元に配置することによって、レンズアレイ２５は、結像位置に被写体全体の正立等倍像を結像させることができる。
【００４０】
（第１実施形態）
［ステレオ立体表示システムの概略］
以下、図３を参照し、本発明の第１実施形態に係るステレオ立体表示システムの概略について、説明する。図３に示すように、ステレオ立体表示システム（立体表示システム）１は、ユーザＵｓｒに対して、両眼視差による立体画像を表示するものであり、右眼用カメラＣｒと、左眼用カメラＣｌと、ステレオ立体表示装置（立体表示装置）２と、偏光メガネ３（図４参照）とを備える。なお、ステレオ立体表示システムが、請求項に記載の立体表示システムに相当する。
【００４１】
右眼用カメラＣｒは、例えば、被写体Ｏｂｊを撮影して右眼用画像を生成し、この右眼用画像をステレオ立体表示装置２に出力するビデオカメラである。
左眼用カメラＣｌは、例えば、被写体Ｏｂｊから右眼用カメラＣｒまでと同距離で、かつ、右眼用カメラＣｒから所定の間隔で配置されたビデオカメラである。そして、左眼用カメラＣｌは、被写体Ｏｂｊを撮影して左眼用画像を生成し、この左眼用画像をステレオ立体表示装置２に出力する。つまり、右眼用画像と左眼用画像とは、被写体Ｏｂｊを互いに異なる位置（視点）で撮影した両眼視差画像である。
【００４２】
ステレオ立体表示装置２は、右眼用カメラＣｒ及び左眼用カメラＣｌから入力された右眼用画像及び左眼用画像を、ユーザＵｓｒに対して立体表示するものである。このステレオ立体表示装置２の詳細は、後記する。なお、ステレオ立体表示装置２が、請求項に記載の立体表示装置に相当する。
【００４３】
ここで、ユーザＵｓｒは、立体視を得るために、図４の偏光メガネ３を装着してステレオ立体表示装置２を見る。図４に示すように、偏光メガネ３は、右眼用レンズ３１と左眼用レンズ３３とがフレーム３５にはめ込まれている。この右眼用レンズ３１は、後記する右眼用画像のライン２８Ｒと同じ偏光特性、例えば、垂直方向の偏光特性を有する。また、左眼用レンズ３３は、左眼用画像のライン２８Ｌと同じ偏光特性、例えば、水平方向の偏光特性を有する。この偏光メガネ３を装着することで、ユーザＵｓｒは、右眼に右眼用画像だけが入射し、左眼に左眼用画像だけが入射し、その結果、被写体Ｏｂｊの立体視を得ることができる。
【００４４】
［ステレオ立体表示装置の構成］
以下、図５を参照し、ステレオ立体表示装置２の構成について、説明する。
図５に示すように、ステレオ立体表示装置２は、制御手段２０と、表示手段２１と、透明部材２３と、レンズアレイ２５と、透明部材（第２の透明部材）２７と、ライン型偏光板（偏光板）２８とを備える。なお、図５、図７〜図１０では、偏光特性をハッチングの方向で図示している。
【００４５】
制御手段２０は、例えば、右眼用カメラＣｒ及び左眼用カメラＣｌから右眼用画像と左眼用画像とが入力されると共に、右眼用画像を走査線２１Ｒに出力し、左眼用画像を走査線２１Ｌに出力する。また、制御手段２０は、ノイズ除去等の画像処理を右眼用画像と左眼用画像とに施しても良い。なお、制御手段２０は、立体表示に必要となる一般的な機能を備えれば良いので、説明を略記する。
【００４６】
表示手段２１は、図６に示すように、右眼用画像を出力する走査線２１Ｒと、左眼用画像を出力する走査線２１Ｌとが交互に形成された表示面２１ａを備える。ここで、表示手段２１は、例えば、走査線２１Ｒ，２１Ｌが水平方向に形成される。また、表示手段２１として、例えば、自発光型の液晶素子、プラズマ表示素子、又は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子を用いることができる。
【００４７】
透明部材２３は、表示面２１ａに隣接する位置に設けられるものであり、例えば、表示面２１ａを覆うように、表示面２１ａに固定した平板状のカバーガラスである。また、透明部材２３は、前記発明の原理で説明した理由により、その厚さを、式（５）の光学距離ｌ０と同じ値とする。
【００４８】
レンズアレイ２５は、透明部材２３に対向する位置に設けられると共に、屈折率分布ファイバ２５ａを２次元に配置したものである。ここで、レンズアレイ２５は、光軸方向に同じ長さの屈折率分布ファイバ２５ａを、縦横に所定の本数ずつ、その両端面（入射面及び出射面）の位置を揃えるように固定（接着）して形成される。このとき、屈折率分布ファイバ２５ａは、前記発明の原理で説明した理由と共に、ステレオ立体表示装置２の厚み（光軸方向の長さ）を最小限するため、屈折率分布ファイバ２５ａ内を伝わる入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さとする。
【００４９】
また、レンズアレイ２５は、例えば、屈折率分布ファイバ２５ａの入射面が透明部材２３の平面に対面して密着し、かつ、屈折率分布ファイバ２５ａの出射面が透明部材２７の平面に対面して密着するように固定される。
【００５０】
ここで、レンズアレイ２５は、表示面２１ａと同じ大きさか、又は、表示面２１ａより高く、かつ、表示面２１ａより幅広くなるように、屈折率分布ファイバ２５ａを配置することが好ましい。このように屈折率分布ファイバ２５ａを配置しないと、ステレオ立体表示装置２は、立体画像において、被写体Ｏｂｊの一部が欠けてしまう可能性がある。なお、レンズアレイ２５は、屈折率分布ファイバ２５ａの個数が制限されるものではない。
【００５１】
透明部材２７は、レンズアレイ２５とライン型偏光板２８との間に設けられる。また、透明部材２７は、例えば、式（５）の光学距離ｌ０と同じ厚さとした、平板状のカバーガラスである。つまり、透明部材２７は、ライン型偏光板２８の側の平面が、レンズアレイ２５の結像位置となる。これによって、ステレオ立体表示装置２を製造する際、ライン型偏光板２８を透明部材２７に固定するだけで、ライン型偏光板２８が結像位置に配置されることになり、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸方向（図５における水平方向）の位置決めを容易に行うことができる。なお、透明部材２７が、請求項に記載の第２の透明部材に相当する。
【００５２】
ライン型偏光板２８は、レンズアレイ２５に対向するように、屈折率分布ファイバ２５ａの結像位置に設けられる。ここで、図７に示すように、ライン型偏光板２８は、走査線２１Ｒに対応するように、垂直方向の偏光特性を有するライン２８Ｒと、走査線２１Ｌに対応するように水平方向の偏光特性を有するライン２８Ｌとが交互に形成されている。また、ライン型偏光板２８は、その大きさが表示手段２１と同じ、つまり、走査線２１Ｒとライン２８Ｒとの長さが同じであり、走査線２１Ｌとライン２８Ｌとの長さが同じである。また、ライン型偏光板２８は、例えば、ライン２８Ｒ，２８Ｌが水平方向に形成される。
【００５３】
また、ライン型偏光板２８は、走査線２１Ｒとライン２８Ｒとの幅、及び、走査線２１Ｌとライン２８Ｌとの幅も同じである。そして、ライン型偏光板２８は、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸方向において、走査線２１Ｒとライン２８Ｒとの位置が一致し、走査線２１Ｌとライン２８Ｌとの位置が一致するように、透明部材２７に固定する。つまり、ステレオ立体表示装置２では、走査線２１Ｌとライン２８Ｌとが一対一の対応関係を有し、かつ、走査線２１Ｒとライン２８Ｒとが一対一の対応関係を有する。
【００５４】
このライン型偏光板２８は、例えば、前記した米国特許７３８５６６９号と同様のものであるため、詳細な説明を省略する。また、ライン型偏光板２８が、請求項に記載の偏光板に相当する。
【００５５】
以上のように、本発明の第１実施形態に係るステレオ立体表示装置２は、垂直方向の偏光特性を有する右眼用画像と、水平方向の偏光特性を有する左眼用画像とを表示することになる。そして、ユーザＵｓｒが偏光メガネ３を装着することにより、ユーザＵｓｒの右眼には右眼用画像だけが入射し、左眼には左眼用画像だけが入射する。これによって、ユーザＵｓｒは、被写体の立体画像を見ることができる。このとき、ステレオ立体表示装置２は、レンズアレイ２５によって、表示手段２１の表示面に表示された右眼用画像及び左眼用画像を、正立等倍像として結像位置に結像させる。つまり、ステレオ立体表示装置２は、見かけ上、透明部材２３，２７の存在を無視できることになる。これによって、ステレオ立体表示装置２は、透明部材２３，２７におけるクロストークを防止でき、視域角を広くできる。
【００５６】
なお、ステレオ立体表示装置２は、レンズアレイ２５、透明部材２３，２７、及び、ライン型偏光板２８を同じ大きさとし、これら部材を同じ大きさの固定枠（不図示）に配置しても良い。この場合、ステレオ立体表示装置２は、屈折率分布ファイバ２５ａの光軸に直交する方向（図５における垂直方向）の位置決めを容易に行うことができる。
【００５７】
なお、ステレオ立体表示装置２は、透明部材２７を備えることとして説明したが、これに限定されない。透明部材２７を備えない場合、例えば、ステレオ立体表示装置２は、ライン型偏光板２８が結像位置に配置されるように、前記した固定枠にライン型偏光板２８を固定しても良い。
【００５８】
なお、ステレオ立体表示装置２は、ライン２８Ｒ，２８Ｌ毎に偏光特性が直交していれば良く、その方向は特に制限されない。例えば、ステレオ立体表示装置２は、水平方向の偏光特性を有するライン２８Ｒと、垂直方向の偏光特性を有するライン２８Ｌとが交互に形成されたライン型偏光板２８を備えても良い。また、例えば、右斜め４５°方向の偏光特性を有するライン２８Ｒと、左斜め４５°方向の偏光特性を有するライン２８Ｌとが交互に形成されたライン型偏光板２８を備えても良い。なお、ステレオ立体表示装置２では、直線偏光でなく、時計回りの円偏光と反時計回りの円偏光とを用いることもできる。
【００５９】
なお、ステレオ立体表示装置２は、ライン２８Ｒ，２８Ｌを形成する方向、及び、走査線２１Ｒ，２１Ｌを形成する方向が、特に制限されない。例えば、ステレオ立体表示装置２は、ライン２８Ｒ，２８Ｌ及び走査線２１Ｒ，２１Ｌを垂直方向に形成しても良い。
【００６０】
（第２実施形態）
以下、図８を参照し、本発明の第２実施形態に係るステレオ立体表示装置について、第１実施形態と異なる点を説明する。図８に示すように、ステレオ立体表示装置２は、制御手段２０と、表示手段２１と、透明部材２３と、レンズアレイ２５と、透明部材（第２の透明部材）２７と、ライン型偏光板（偏光板）２８と、拡散板２９とを備える。
【００６１】
拡散板２９は、透明部材２７とライン型偏光板２８とに挟まれるように、結像位置に固定する。ここで、拡散板２９としては、例えば、レンズアレイ２５からの出射光を拡散させる樹脂をコーティングしたフィルムがある。
【００６２】
以上のように、本発明の第２実施形態に係るステレオ立体表示装置２は、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、ステレオ立体表示装置２は、拡散板２９が正立等倍像を拡散させるので、レンズアレイ２５における出射光の角度を超える範囲まで（図１，図２参照）、視域角を広くすることができる。
【００６３】
なお、走査線毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示するステレオ立体表示装置について説明したが、本発明はこれに限定されない。以下、画素毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示するステレオ立体表示装置について、第３実施形態及び第４実施形態として、それぞれ説明する。
【００６４】
（第３実施形態）
以下、図９を参照し、本発明の第３実施形態に係るステレオ立体表示装置について、第１実施形態と異なる点を説明する。このステレオ立体表示装置２は、図７のライン型偏光板２８の代わりに、図９の偏光板３０を備える。
【００６５】
表示手段（不図示）は、垂直方向で一列に配置された画素毎に、右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する。言い換えると、表示手段において、ある画素が右眼用画像を表示する場合、その画素に水平方向で隣接する別の画素は、左眼用画像を表示する。
【００６６】
偏光板３０は、図９に示すように、右眼用画像を表示する画素と左眼用画像を表示する画素とに対応するように、偏光特性が交互に直交するように形成される。つまり、偏光板３０は、水平方向の偏光特性を有する部分と垂直方向の偏光特性を有する部分とが、水平方向で交互に形成される。
【００６７】
以上のように、本発明の第３実施形態に係るステレオ立体表示装置２は、第１実施形態と同様に、透明部材におけるクロストークを防止でき、視域角を広くできる。なお、第３実施形態では、透明部材やレンズアレイの構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略した。
【００６８】
（第４実施形態）
以下、図１０を参照し、本発明の第４実施形態に係るステレオ立体表示装置について、第１実施形態と異なる点を説明する。このステレオ立体表示装置２は、図７のライン型偏光板２８の代わりに、図１０の偏光板３０を備える。
【００６９】
表示手段（不図示）は、画素単位で、市松模様状に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する。言い換えると、表示手段において、ある画素が右眼用画像を表示する場合、その画素に隣接する別の画素は、左眼用画像を表示する。
【００７０】
偏光板３０は、図１０に示すように、右眼用画像を表示する画素と左眼用画像を表示する画素とに対応するように、偏光特性が交互に直交するように形成される。つまり、偏光板３０は、水平方向の偏光特性を有する部分と垂直方向の偏光特性を有する部分とが、市松模様状に交互に形成される。
【００７１】
以上のように、本発明の第４実施形態に係るステレオ立体表示装置２は、第１実施形態と同様に、透明部材におけるクロストークを防止でき、視域角を広くできる。なお、第４実施形態では、透明部材やレンズアレイの構成は、第１実施形態と同様のため、説明を省略した。
【実施例】
【００７２】
＜比較例１＞
以下、本発明の実施例及び比較例について、説明する。
以下、図１２（ｂ）を参照し、従来の立体表示装置９の視域角について、比較例１として説明する。この比較例１では、表示手段９３は、ハイビジョン表示が可能な３０インチの液晶素子である。また、比較例１では、透明部材９７は、厚さＤＰが１ｍｍのカバーガラスである。このとき、比較例１において、その視域角θは、下記式（６）で表される。但し、式（６）では、Ｌは、表示手段９３の画素の大きさ（画素ピッチ）であり、３７．３／１０８０＝０．３４５ｍｍとなる。なお、比較例１及び実施例１において、ユーザＵｓｒの瞳孔径は、無視している。
【００７３】
【数６】
【００７４】
ここで、比較例１では、式（６）より、立体表示装置９の視域角θが約９．８°となっており、非常に狭いことがわかる。
【００７５】
＜実施例１＞
一方、実施例１では、図８のステレオ立体表示装置２において、比較例１と同様の表示手段２１、ライン型偏光板２８を用いた。また、実施例１では、透明部材２３，２７として、厚さＤＰが１ｍｍのカバーガラスを用いた。さらに、実施例１では、光軸方向の長さが１ｃｍのレンズアレイ２５を、透明部材２３，２７の間に配置した。また、透明部材２７の観察者側表面に拡散板２９を用いた。この場合、実施例１では、ステレオ立体表示装置２の視域角は拡散板２９の指向性と同じになり、無指向性の場合にはθが９０度であり、比較例１と比べて、十分な視域角を有する。
【符号の説明】
【００７６】
１ ステレオ立体表示システム（立体表示システム）
２ ステレオ立体表示装置（立体表示装置）
２０ 制御手段
２１ 表示手段
２１Ｒ，２１Ｌ 走査線
２３ 透明部材
２５ レンズアレイ
２５ａ 屈折率分布レンズ（屈折率分布ファイバ）
２７ 透明部材（第２の透明部材）
２８ ライン型偏光板（偏光板）
２８Ｒ，２８Ｌ ライン
２９ 拡散板
３０ 偏光板
３ 偏光メガネ
９ 立体表示装置
９１ 制御手段
９３ 表示手段
９３Ｒ，９３Ｌ 走査線
９５ ライン型偏光板
９５Ｒ，９５Ｌ ライン
Ｃｒ 右眼用カメラ
Ｃｌ 左眼用カメラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査線毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する表示面を有する表示手段と、前記表示面に隣接する位置に設けた平板状の透明部材と、前記透明部材に対向する位置に設けたレンズアレイと、前記レンズアレイに対向する位置に設けた偏光板とを備える立体表示装置であって、
前記レンズアレイは、前記表示面に表示された前記右眼用画像及び前記左眼用画像が入射光として入射し、当該入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さを有する屈折率分布レンズを２次元に配置し、
前記偏光板は、前記屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に配置して、前記走査線に対応するライン毎に偏光特性を交互に直交させ、
前記透明部材は、その厚さが、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離と等しいことを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】
画素毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する表示面を有する表示手段と、前記表示面に隣接する位置に設けた平板状の透明部材と、前記透明部材に対向する位置に設けたレンズアレイと、前記レンズアレイに対向する位置に設けた偏光板とを備える立体表示装置であって、
前記レンズアレイは、前記表示面に表示された前記右眼用画像及び前記左眼用画像が入射光として入射し、当該入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さを有する屈折率分布レンズを２次元に配置し、
前記偏光板は、前記屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に配置して、前記右眼用画像を表示する画素及び前記左眼用画像を表示する画素に対応するように偏光特性を交互に直交させ、
前記透明部材は、その厚さが、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離と等しいことを特徴とする立体表示装置。
【請求項３】
前記偏光板における前記結像位置側の平面に配置され、前記結像位置に結像した前記右眼用画像及び前記左眼用画像の正立等倍像を拡散させる拡散板をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記レンズアレイと前記偏光板との間に、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離を同じくする厚さで、平板状に形成された第２の透明部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の立体表示装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の立体表示装置と、
偏光特性が互いに直交する右眼用レンズと左眼用レンズとを有する偏光メガネと、
を備えることを特徴とする立体表示システム。
【請求項１】
走査線毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する表示面を有する表示手段と、前記表示面に隣接する位置に設けた平板状の透明部材と、前記透明部材に対向する位置に設けたレンズアレイと、前記レンズアレイに対向する位置に設けた偏光板とを備える立体表示装置であって、
前記レンズアレイは、前記表示面に表示された前記右眼用画像及び前記左眼用画像が入射光として入射し、当該入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さを有する屈折率分布レンズを２次元に配置し、
前記偏光板は、前記屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に配置して、前記走査線に対応するライン毎に偏光特性を交互に直交させ、
前記透明部材は、その厚さが、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離と等しいことを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】
画素毎に右眼用画像及び左眼用画像を交互に表示する表示面を有する表示手段と、前記表示面に隣接する位置に設けた平板状の透明部材と、前記透明部材に対向する位置に設けたレンズアレイと、前記レンズアレイに対向する位置に設けた偏光板とを備える立体表示装置であって、
前記レンズアレイは、前記表示面に表示された前記右眼用画像及び前記左眼用画像が入射光として入射し、当該入射光の周期の１／２を超え１倍未満の長さを有する屈折率分布レンズを２次元に配置し、
前記偏光板は、前記屈折率分布レンズの出射面から所定の長さ離れた結像位置に配置して、前記右眼用画像を表示する画素及び前記左眼用画像を表示する画素に対応するように偏光特性を交互に直交させ、
前記透明部材は、その厚さが、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離と等しいことを特徴とする立体表示装置。
【請求項３】
前記偏光板における前記結像位置側の平面に配置され、前記結像位置に結像した前記右眼用画像及び前記左眼用画像の正立等倍像を拡散させる拡散板をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記レンズアレイと前記偏光板との間に、前記屈折率分布レンズの出射面から前記結像位置までの光学距離を同じくする厚さで、平板状に形成された第２の透明部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の立体表示装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の立体表示装置と、
偏光特性が互いに直交する右眼用レンズと左眼用レンズとを有する偏光メガネと、
を備えることを特徴とする立体表示システム。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１１８０６５（Ｐ２０１１−１１８０６５Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７４０２１（Ｐ２００９−２７４０２１）
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
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