立体表示装置
【課題】2次元表示と3次元表示とを切り替え可能であると共に、3次元表示の方式を裸眼方式と眼鏡方式とに切り替えることができるようにする。
【解決手段】2次元表示部(表示パネル2)に2次元表示用の画像表示を行った状態で可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果をオフ状態にすることで2次元表示を行う。2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果をオン状態にすることで、裸眼方式による3次元表示を行う。2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果をオフ状態にし、偏光状態変換部5によって左眼用画像による光を第1の偏光状態にすると共に右眼用画像による光を第2の偏光状態に変換して出射し、変換後の左眼用画像と右眼用画像とを偏光眼鏡を介して観察することで眼鏡方式による3次元表示を行う。
【解決手段】2次元表示部(表示パネル2)に2次元表示用の画像表示を行った状態で可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果をオフ状態にすることで2次元表示を行う。2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果をオン状態にすることで、裸眼方式による3次元表示を行う。2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果をオフ状態にし、偏光状態変換部5によって左眼用画像による光を第1の偏光状態にすると共に右眼用画像による光を第2の偏光状態に変換して出射し、変換後の左眼用画像と右眼用画像とを偏光眼鏡を介して観察することで眼鏡方式による3次元表示を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、両眼視差を利用した3次元表示を行う立体表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、観察者の左眼と右眼とに視差のある別々の画像(視差画像)を呈示することで立体視を実現する立体表示装置が知られている。このような立体表示装置の方式としては、眼鏡方式と裸眼方式とがある。眼鏡方式は、立体視用の特殊な眼鏡を装着することで立体視を実現する。特許文献3には、立体視用の眼鏡として、偏光フィルタを用いる方式が開示されている。
【0003】
一方、裸眼方式は、特殊な眼鏡を装着することなく、裸眼で立体視が可能なものであり、例えばパララックスバリア方式やレンチキュラ方式が知られている。パララックスバリア方式では、視差分離手段としてパララックスバリアと呼ばれる構造物を2次元表示パネルに対向配置し、2次元表示パネルに表示された左右の視差画像をパララックスバリアによって水平方向に視差分離することで立体視が行われる。レンチキュラ方式では、視差分離手段としてレンチキュラレンズを2次元表示パネルに対向配置し、2次元表示パネルに表示された左右の視差画像をレンチキュラレンズによって水平方向に視差分離することで立体視が行われる。また、液晶レンズや液体レンズによる可変式のレンチキュラレンズを用いることで、2次元表示とレンチキュラ方式による3次元表示とを切り替え可能にした表示装置が知られている(特許文献1,2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2000−102038号公報
【特許文献2】特表2005−517991号公報
【特許文献3】特許第3767962号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、パララックスバリア方式やレンチキュラ方式の場合、立体視できる範囲(視域)が狭いため、観賞する位置や距離が限定され、多人数で同時に観賞できないという問題がある。一方、眼鏡方式の場合、観賞する位置や距離の制約は小さく、多人数で同時に観賞できるものの、専用の眼鏡が必要になるという問題がある。従って、1つの立体表示装置で、観賞人数や視聴環境に応じて3次元表示の方式を切り替えることができれば便利である。
【0006】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、2次元表示と3次元表示とを切り替え可能であると共に、3次元表示の方式を裸眼方式と眼鏡方式とに切り替えることができるようにした立体表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明による立体表示装置は、2次元表示用の画像表示と3次元表示用の画像表示とを行い、3次元表示用の画像表示を行う場合には、互いに視差のある左眼用画像と右眼用画像とを空間的に分割して1画面内に表示する2次元表示部と、2次元表示部に対向配置され、2次元表示部に表示された画像による光を、所定の画像領域ごとに互いに偏光状態が異なる第1の偏光状態と第2の偏光状態とに変換する偏光状態変換部と、偏光状態変換部の光出射側、または2次元表示部と偏光状態変換部との間に配置されると共に、2次元表示部に表示された画像による光線に対するレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能に構成された可変レンズアレイ素子と、第1の偏光状態とされた光のみを透過する第1の偏光フィルタと第2の偏光状態とされた光のみを透過する第2の偏光フィルタとを有する偏光眼鏡とを備えたものである。
そして、2次元表示部に2次元表示用の画像表示を行った状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にし、2次元表示部からの表示画像光を可変レンズアレイ素子で屈折させることなく透過させることで2次元表示を行い、2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオン状態にし、2次元表示部に表示された左眼用画像による光線と右眼用画像による光線とを裸眼による立体視が可能となるように屈折させて光学的に分離することで、裸眼方式による3次元表示を行うようにしたものである。さらに、2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にし、可変レンズアレイ素子では左眼用画像による光線と右眼用画像による光線とを屈折させることなく透過させる一方、偏光状態変換部では左眼用画像による光を第1の偏光状態にすると共に右眼用画像による光を第2の偏光状態となるように変換して出射し、その変換後の左眼用画像と右眼用画像とを偏光眼鏡を介して観察することで眼鏡方式による3次元表示を行うようにしたものである。
【0008】
本発明による立体表示装置では、2次元表示部に2次元表示用の画像表示を行った状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にすることで、2次元表示が行われる。また、2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオン状態にすることで、裸眼方式による3次元表示が行われる。また、2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にし、かつ、偏光状態変換部によって左眼用画像による光を第1の偏光状態にすると共に右眼用画像による光を第2の偏光状態となるように変換して出射し、その変換後の左眼用画像と右眼用画像とを偏光眼鏡を介して観察することで眼鏡方式による3次元表示が行われる。
【発明の効果】
【0009】
本発明の立体表示装置によれば、偏光状態変換部と可変レンズアレイ素子と偏光眼鏡とを適切に組み合わせると共に、2次元表示部に表示された画像内容に応じて可変レンズアレイ素子のレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御するようにしたので、2次元表示と3次元表示とを切り替え可能であると共に、3次元表示の方式を裸眼方式と眼鏡方式とに切り替えることができる。これにより、視聴環境に適した3次元表示が可能となる。例えば観賞する人数が1人または2人以上の少数の場合には、裸眼方式による3次元表示で対応可能であり、この場合、3次元表示用の専用眼鏡が不要となる。また、眼鏡方式による3次元表示を行うことで、多人数での観賞や見る位置を自由に選んでの観賞が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る立体表示装置の全体構成を示す構成図である。
【図2】可変レンズアレイ素子の構造を示す断面図であり、(A)は可変レンズアレイ素子を全体としてレンズ効果をオフした状態、(B)は可変レンズアレイ素子を全体としてレンズ効果をオンにした状態での構成を示す。
【図3】エレクトロウェッティング方式の液体レンズの動作原理を示す断面図であり、(A)はレンズ効果を発生させた状態、(B)はレンズ効果の無い状態を示す。
【図4】図1に示した立体表示装置において、眼鏡方式で3次元表示を行う場合の構成図である。
【図5】図1に示した立体表示装置において、裸眼方式で3次元表示を行う場合の構成図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る立体表示装置における可変レンズアレイ素子の構造を示す断面図である。
【図7】(A)は図6に示した可変レンズアレイ素子の電極部分の構成例を示す斜視図であり、(B)は図6に示した可変レンズアレイ素子によって形成されるレンズ形状を光学的に等価に示した斜視図である。
【図8】図6に示した可変レンズアレイ素子におけるレンズ効果のオン・オフ状態を説明するための図であり、(A)はレンズ効果の無い(レンズ効果がオフ)状態、(B)はレンズ効果を発生させた(レンズ効果がオン)状態を示す。
【図9】図1に示した立体表示装置の第1の変形例を示す構成図である。
【図10】図1に示した立体表示装置の第2の変形例を示す構成図である。
【図11】図1に示した立体表示装置の第3の変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0012】
<第1の実施の形態>
[立体表示装置の基本構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る立体表示装置の全体構成を示している。この立体表示装置は、2次元表示モードと3次元表示モードとの2つの表示モードへの切り替えが可能であると共に、さらに、3次元表示モードを裸眼方式と眼鏡方式とに切り替えることが可能となっている。図4は、この立体表示装置において眼鏡方式で3次元表示を行っている状態を模式的に示している。図5は裸眼方式で3次元表示を行っている状態を模式的に示している。この立体表示装置は、2次元表示部としての表示パネル2と、この表示パネル2の表示面側に対向するように配置された偏光状態変換部5と可変レンズアレイ素子1とを備えている。また、図4に示したように、眼鏡方式で3次元表示を行う際に使用される偏光眼鏡40を備えている。
【0013】
表示パネル2は、複数の画素がマトリクス状に配置され2次元的な画像表示を行うものである。表示パネル2は、表示した画像による光を特定の方向に偏光した直線偏光の状態で出射するように構成されている。図1等では、表示パネル2から、水平方向(図1のX軸方向)に直線偏光した状態で表示画像光が出射されている例を示している。表示パネル2は、例えば透過型の液晶表示ディスプレイで構成されている。液晶ディスプレイの場合、液晶パネル本体を、例えば互いの偏光方向がクロスニコルとなるように2枚の偏光板で挟んだ構造となっており、表示画像光は出射側の偏光板の偏光方向で規定される方向に偏光している。なお、ディスプレイの構造自体が直線偏光の光を出射するものでなくとも、表示面に対向するように偏光板を配置すれば他の構造のディスプレイを用いても良い。例えば、表示パネル2として、有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ、またはプラズマディスプレイパネルなどを偏光板と組み合わせて用いるようにしても良い。
【0014】
表示パネル2は、2次元表示用の画像表示と3次元表示用の画像表示とを行うようになっている。2次元表示用の画像表示は、通常の2次元画像データに基づいて2次元マトリクス表示を行う。3次元表示を行う場合には3次元画像データに基づく表示を行う。3次元画像データとは、例えば、3次元表示における複数の視野角方向に対応した複数の視差画像を含むデータである。本実施の形態では、3次元画像データとして、互いに視差のある左眼用画像Lと右眼用画像Rとを含む視差画像データを用いる。表示パネル2は、3次元表示用の画像表示を行う場合には、互いに視差のある左眼用画像Lと右眼用画像Rとを空間的に分割して1画面内に合成して表示するようになっている。表示パネル2は、裸眼方式による3次元表示を行う場合には、図5に示したように、左眼用画像と右眼用画像とが水平方向に交互に現れるような画像表示を行うようになっている。眼鏡方式による3次元表示を行う場合には、図4に示したように、左眼用画像Lと右眼用画像Rとが垂直方向に交互に現れるような画像表示を行うようになっている。
【0015】
偏光状態変換部5は、表示パネル2に表示された画像による光を、所定の画像領域ごとに互いに偏光状態が異なる第1の偏光状態と第2の偏光状態とに変換するものである。偏光状態変換部5は、表示パネル2に表示された画像による光を、眼鏡方式による3次元表示を行う場合における左眼用画像Lと右眼用画像Rとに対応する領域ごとに、垂直方向に交互に偏光状態の変換を行うようになっている。
【0016】
偏光状態変換部5は、第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bとを有している。第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bは、水平方向に延在する短冊状の位相差板であり、垂直方向に交互に複数配置されている。第1の位相差板5Aは、表示パネル2において眼鏡方式による3次元表示を行う場合に表示する左眼用画像Lの表示領域に対応する位置に設けられている。第2の位相差板5Bは、表示パネル2において眼鏡方式による3次元表示を行う場合に表示する右眼用画像Rの表示領域に対応する位置に設けられている。
【0017】
第1の位相差板5Aは、表示パネル2から出射された直線偏光の光を第1の円偏光に変換して第1の偏光状態として出射するようになっている。第2の位相差板5Bは、直線偏光の光を第1の円偏光とは回転方向が異なる第2の円偏光に変換して第2の偏光状態として出射するようになっている。より具体的には、第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bは、1/4波長板で構成されている。そして、第1の位相差板5Aの遅相軸A1と第2の位相差板5Bの遅相軸B1とが、表示パネル2から出射された直線偏光の方向(X軸方向)に対して、互いに異なる方向に45°傾いた状態とされている。例えば、第1の位相差板5Aの遅相軸A1が左肩上がりに45°傾いた状態、第2の位相差板5Bの遅相軸B1が右肩上がりに45°傾いた状態とされている。これにより、第1の位相差板5Aでは表示パネル2から出射された直線偏光の光を左回りの円偏光に変換し、第2の位相差板5Bでは表示パネル2から出射された直線偏光の光を右回りの円偏光に変換するようになっている。第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bは、眼鏡方式による3次元表示を行う場合に表示する左眼用画像Lと右眼用画像Rとに対応する領域に設けられているので、結果的に、左眼用画像Lは左回りの円偏光、右眼用画像Rは左回りの円偏光に変換される。
【0018】
偏光眼鏡40は、左眼9L用の第1の偏光フィルタ41Lと、右眼9R用の第2の偏光フィルタ41Rとを有している。第1の偏光フィルタ41Lは、偏光状態変換部5の第1の位相差板5Aによって第1の偏光状態とされた光のみを透過するものである。第2の偏光フィルタ41Rは、第2の位相差板5Bによって第2の偏光状態とされた光のみを透過するものである。
【0019】
[可変レンズアレイ素子1の全体構成]
図2(A),(B)は可変レンズアレイ素子1の構造を示している。可変レンズアレイ素子1は、表示モードに応じてレンズ効果を電気的にオン・オフ制御することで、表示パネル2からの光線の通過状態を選択的に変化させるものである。図2(A)は可変レンズアレイ素子1を全体としてレンズ効果をオフした状態、図2(B)は可変レンズアレイ素子1を全体としてレンズ効果をオンにした状態での構成を示している。可変レンズアレイ素子1は、表示パネル2に対向する側から順に、液体レンチキュラレンズ3と、固定レンチキュラレンズ4とを備えている。液体レンチキュラレンズ3は、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御が可能な複数の可変レンズを有している。
【0020】
固定レンチキュラレンズ4は、複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを有し、複数の固定レンズがそれぞれ、対応する可変レンズのレンズ効果がオン状態となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有している。より具体的には、固定レンチキュラレンズ4は、固定レンズとしてシリンドリカルレンズ(円筒レンズ)4Aを複数、並列配置したシリンドリカルレンズアレイの構成となっている。固定レンチキュラレンズ4において、各シリンドリカルレンズ4Aは、表示パネル2の表示面に対して縦方向に延在し、左右方向に正の屈折力を有するように配置されている。各シリンドリカルレンズ4Aの横方向のレンズピッチは、表示パネル2に表示する左眼用画像Lと右眼用画像Rとの1組分の画素幅(例えば2画素)の大きさに対応している。
【0021】
[液体レンチキュラレンズ3の構成]
液体レンチキュラレンズ3は、間隔を空けて互いに対向配置された第1の基板10および第2の基板20と、それら第1の基板10および第2の基板20の間に配置された液体層とを備えている。液体層は、シリコーンオイル(絶縁オイル)15と電解液16とからなる。第1の基板10および第2の基板20は、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第1の基板10と第2の基板20との間の外周部には、隔壁12および隔壁13が形成されている。第1の基板10と第2の基板20との間において、シリンドリカルレンズ4Aのレンズピッチに応じた位置にも隔壁12が形成されている。このレンズピッチに応じた位置の隔壁12は、その上下方向の長さが、第1の基板10と第2の基板20との間の間隔よりも短く形成され、第1の基板10との間に所定間隔を空けて形成されている。そして隣接した2つの隔壁12の間の液体層によって1つの可変レンズが形成されている。この1つの可変レンズが、固定レンチキュラレンズ4の1つのシリンドリカルレンズ4Aに対応している。第1の基板10の液体層に接する側の表面には、親水性導電膜11がほぼ全面に一様に成膜されている。隔壁12の表面には、後述するように隔壁12側から順に、導電膜14−1および絶縁・撥水膜14−2が成膜されている。
【0022】
この液体レンチキュラレンズ3は、印加電圧に応じてレンズ効果がオン・オフ制御されるエレクトロウェッティング方式の液体レンズアレイとなっている。図3(A),(B)を参照して、この液体レンチキュラレンズ3の基本構造および動作原理について説明する。ここでは基本原理を説明するため、図3(A),(B)では1つの可変レンズ(液体レンズ)についての構成を示す。なお、図2(A),(B)に示した構造に対応する部分には同一の符号を付す。また、図3(A)は液体レンズ単体でのレンズ効果がオンの状態(所定の負の屈折力が発生する状態)、図3(B)は液体レンズ単体でのレンズ効果がオフの状態(屈折力の無い状態)を示す。
【0023】
エレクトロウェッティング方式の可変レンズでは、印加電圧に応じて液体と固体表面の間の濡れ性が変化することを利用し、屈折率の異なる2種類の液体の界面形状を変化させることによってレンズ効果の制御を行っている。図3(A),(B)に示した可変レンズの構造では、第1の基板10の表面に親水性導電膜11が成膜されると共に隔壁12の表面に導電膜14−1および絶縁・撥水膜14−2が成膜されている。絶縁・撥水膜14−2は例えばパリレン膜からなる。そして、第1の基板10と第2の基板20との間において、第2の基板20および絶縁・撥水膜14−2側にシリコーンオイル15が注入されると共に、親水性膜11側に電解液16が注入され、封止されている。親水性導電膜11と導電膜14−1は、電源6に電気的に接続されて電圧が印加されるようになっている。ここで、図3(B)は電源6によって電圧が印加されている状態(電気的にオンの状態)であり、図3(A)は電圧が印加されていない状態(電気的にオフの状態)である。
【0024】
電解液16は印加電圧の2乗に比例して隔壁12の表面(絶縁・撥水膜14−2)に対する濡れ性が向上するという性質がある。このため、印加電圧が0のときの隔壁12の表面との接触角をθ0、0でないときの隔壁12の表面との接触角をθVとすると、θ0>θVの関係が成り立つ。さらに、レンズ効果がゼロとなる(θV=90°、シリコーンオイル15と電解液16との界面形状が平面となる)ような所定の印加電圧V90を見い出すことができる。このことから、印加電圧を0と所定電圧V90とで切り替えることにより、レンズ効果のオン/オフの切り替え制御を行うことができる。ここで、電解液16の屈折率n2に対してシリコーンオイル15の屈折率n1が高いものとすると、図3(A)に示した印加電圧が0のときに負の屈折力のレンズ効果が発生する。
【0025】
すなわち、液体レンチキュラレンズ3による可変レンズは、印加電圧がゼロとされることによって電気的にオフ状態となったときにレンズ効果がオン状態(図3(A))となる。また、印加電圧が所定電圧V90とされることによって電気的にオン状態となったときにレンズ効果がオフ状態(図3(B))となる。このような電気的なオン/オフ状態とレンズ効果のオン/オフ状態との関係は、エレクトロウェッティング方式の液体レンズに固有のものである。なお、シリコーンオイル15と電解液16の比重を等しくする等の方法により、2種類の液体に及ぼす重力の効果を等しくすることができるため、ここでは、印加電圧による濡れ性のみにより界面形状が決まるものとし、重力の影響は受けないものとする。
【0026】
[可変レンズアレイ素子1全体としてのレンズ作用]
この可変レンズアレイ素子1では、図2(A)に示したように電源6によって液体レンチキュラレンズ3に電圧が印加されていない状態(電気的にオフの状態)では、液体レンチキュラレンズ3における複数の可変レンズのレンズ効果がオン状態となる。この液体レンチキュラレンズ3における各可変レンズのレンズ効果は、固定レンチキュラレンズ4における対応する固定レンズ(シリンドリカルレンズ4A)によって相殺される。すなわち、液体レンチキュラレンズ3と固定レンチキュラレンズ4とを組み合わせた全体でのレンズ効果がオフ状態となる。
【0027】
一方、図2(B)に示したように電源6によって液体レンチキュラレンズ3に所定電圧が印加された状態(電気的にオンの状態)では、液体レンチキュラレンズ3における複数の可変レンズのレンズ効果がオフ状態となる。この状態では、液体レンチキュラレンズ3において液体層を構成するシリコーンオイル15と電解液16との界面形状が、個々の可変レンズの部分において平面となるように電圧値が調整されている。この状態では、液体レンチキュラレンズ3のレンズ効果が単独で無効とされ、固定レンチキュラレンズ4によるレンズ効果のみが有効となる。すなわち、液体レンチキュラレンズ3と固定レンチキュラレンズ4とを組み合わせた全体でのレンズ効果がオン状態となる。
【0028】
このように、可変レンズアレイ素子1では、液体レンチキュラレンズ3のレンズ効果を相殺するような屈折力を有する固定レンチキュラレンズ4を備えるようにしたので、液体レンチキュラレンズ3のレンズ効果の電気的なオン/オフ特性を反転させることができる。この可変レンズアレイ素子1では、液体レンチキュラレンズ3と固定レンチキュラレンズ4とを組み合わせた全体でのレンズ効果が、液体レンチキュラレンズ3のレンズ効果がオン状態(所定の負の屈折力が発生する状態)となったときにオフ状態(屈折力の無い状態)となる。かつ、液体レンチキュラレンズ3のレンズ効果がオフ状態となったときに全体でのレンズ効果がオン状態となる。すなわち、可変レンズアレイ素子1全体でのレンズ効果の電気的なオン/オフ特性が、液体レンチキュラレンズ3単体での特性とは反転した状態となる。
【0029】
[立体表示装置の動作および効果]
この立体表示装置では、以下のようにして、2次元表示モードでの表示と、眼鏡方式による3次元表示モードでの表示と、裸眼方式による3次元表示モードでの表示との切り替え表示を行う。
【0030】
(1)2次元表示モード
表示パネル2に2次元表示用の画像表示(2次元マトリクス表示)を行った状態で可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果をオフ状態にする。表示パネル2からの表示画像光を可変レンズアレイ素子1で屈折させることなく透過させることでそのまま2次元表示を行う。なお、表示パネル2の表示画像からの光は、偏光状態変換部5において第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bとが設けられた領域に対応する画素領域ごとに偏光状態が第1の偏光状態(左回り円偏光)と第2の偏光状態(右回り円偏光)とに変換される。しかしながら、裸眼ではこの偏光の差は認識されないので、2次元表示の観察には影響を与えない。
【0031】
(2)眼鏡方式による3次元表示モード(図4)
表示パネル2に左眼用画像Lと右眼用画像Rとが垂直方向に交互に現れるように表示する。可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果はオフ状態にする。偏光状態変換部5では左眼用画像Lによる光を第1の偏光状態(左回り円偏光)にすると共に右眼用画像Rによる光を第2の偏光状態(右回り円偏光)となるように変換して出射する。可変レンズアレイ素子1では、その変換後の左眼用画像Lによる光線と右眼用画像Rによる光線とを屈折させることなく透過させる。その透過した左眼用画像Lと右眼用画像Rとを偏光眼鏡40を介して観察することで、眼鏡方式による3次元表示が行われる。より具体的には、偏光状態変換部5の第1の位相差板5Aにおいて第1の偏光状態とされた光のみが偏光眼鏡40の第1の偏光フィルタ41Lを透過することで、観察者の左眼9Lには左眼用画像Lのみが知覚される。また、偏光状態変換部5の第2の位相差板5Bにおいて第2の偏光状態とされた光のみが偏光眼鏡40の第2の偏光フィルタ41Rを透過することで、観察者の右眼9Rには右眼用画像Rのみが知覚される。これにより、両眼視差での立体視が可能となる。
【0032】
(3)裸眼方式による3次元表示モード(図5)
表示パネル2に左眼用画像Lと右眼用画像Rとが水平方向に交互に現れるように表示する。可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果はオン状態にする。可変レンズアレイ素子1では、表示パネル2に表示された左眼用画像Lによる光線と右眼用画像Rによる光線とを裸眼による立体視が可能となるように屈折させて光学的に分離する。すなわち、可変レンズアレイ素子1では、左眼用画像Lと右眼用画像Rとがそれぞれ、適切に観察者9の左眼9Lと右眼9Rとに選択的に入射するように、屈折により光学的に光線分離を行う。これにより、両眼視差での立体視が可能となる。なお、この裸眼方式による3次元表示モードにおいても、表示パネル2の表示画像からの光は、偏光状態変換部5において第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bとが設けられた領域に対応する画素領域ごとに偏光状態が第1の偏光状態と第2の偏光状態とに変換される。しかしながら、裸眼ではこの偏光の差は認識されないので、裸眼方式による3次元表示の観察には影響を与えない。また、仮に偏光眼鏡40を使用していたとしても3次元表示の観察には影響を与えない。この場合、既に可変レンズアレイ素子1によって左右の視差分離がなされているので、偏光眼鏡40を介して観察者9の左眼9Lには左眼用画像Lのみが、右眼9Rには右眼用画像Rのみが選択的に入射することで立体像が知覚される。
【0033】
このように本実施の形態によれば、偏光状態変換部5と可変レンズアレイ素子1と偏光眼鏡40とを適切に組み合わせると共に、表示パネル2に表示された画像内容に応じて可変レンズアレイ素子1のレンズ効果をオン・オフ制御するようにしたので、2次元表示と3次元表示とを切り替え可能であると共に、3次元表示の方式を裸眼方式と眼鏡方式とに切り替えることができる。これにより、視聴環境に適した3次元表示が可能となる。例えば観賞する人数が1人または2人以上の少数の場合には、裸眼方式による3次元表示で対応可能であり、この場合、3次元表示用の専用眼鏡が不要となる。また、眼鏡方式による3次元表示を行うことで、多人数での観賞や見る位置を自由に選んでの観賞が可能となる。
【0034】
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。なお、上記第1の実施の形態に係る立体表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0035】
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る立体表示装置における可変レンズアレイ素子1Aの構造を示している。本実施の形態に係る立体表示装置は、図1における液体レンズを用いた可変レンズアレイ素子1に変えて、液晶レンズ方式による可変レンズアレイ素子1Aを備えたものである。可変レンズアレイ素子1Aの構造が異なるのみで、その他の構成は上記第1の実施の形態と同様である。
【0036】
[可変レンズアレイ素子1Aの全体構成]
可変レンズアレイ素子1Aは、液晶レンズ方式による可変レンズアレイであり、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御を行うことが可能なものである。可変レンズアレイ素子1Aは、表示モードに応じてレンズ効果を制御することで、表示パネル2からの光線の通過状態を選択的に変化させるようになっている。
【0037】
可変レンズアレイ素子1Aは、図6に示したように間隔dを空けて互いに対向配置された第1の基板10Aおよび第2の基板20Aと、それら第1の基板10Aおよび第2の基板20Aの間に配置された液晶層30とを備えている。第1の基板10Aおよび第2の基板20Aは、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第1の基板10A上における第2の基板20Aに対向する側には、ITO膜などの透明な導電膜からなる第1の電極21がほぼ全面に一様に形成されている。第1の基板10A上にはまた、第1の電極21を介して液晶層30に接するように第1の配向膜23が形成されている。第2の基板20A上における第1の基板10Aに対向する側には、ITO膜などの透明な導電膜からなる第2の電極22Yが部分的に形成されている。第2の基板20A上にはまた、第2の電極22Yを介して液晶層30に接するように第2の配向膜24が形成されている。
【0038】
この可変レンズアレイ素子1Aにおいて、そのレンズ効果発生の基本原理を、図8(A),(B)に示す。なお、図8(A),(B)では基本原理を説明するため、可変レンズアレイ素子1Aの構成を簡略化して示している。液晶層30は、液晶分子31を含み、第1の電極21と第2の電極22Yとに印加される電圧に応じて液晶分子31の配列方向が変化することでレンズ効果が制御されるようになっている。液晶分子31は、屈折率異方性を有し、例えば長手方向と短手方向とで通過光線に対して屈折率の異なる屈折率楕円体の構造を有している。液晶層30は、第1の電極21と第2の電極22Yとに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態と、レンズ効果が発生する状態とに電気的に切り替わるようになっている。
【0039】
この可変レンズアレイ素子1Aでは、図8(A)に示したように、印加電圧が0Vの通常の状態では、液晶分子31が第1の配向膜23および第2の配向膜24によって規定される所定の方向に一様に配列される。このため、通過光線の波面201は平面波となり、レンズ効果の無い状態となる。一方、この可変レンズアレイ素子1Aでは、複数の第2の電極22Yが、所定の間隔で離間配置されているため、第1の電極21と第2の電極22Yとの間に所定の駆動電圧を印加すると、液晶層30内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第2の電極22Yが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、複数の第2の電極22Y間の開口の中心部に行くほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。このため、図8(B)に示したように、液晶分子31の配列が電界強度分布に応じて変化する。これにより、通過光線の波面202が変化し、レンズ効果が発生する状態となる。
【0040】
[可変レンズアレイ素子1Aの電極構造]
図7(A)は可変レンズアレイ素子1Aの電極部分の平面構成例を示している。図7(B)は図7(A)に示した電極構造である場合に形成されるレンズ形状を光学的に等価に示している。第2の電極22Yは、幅Lxの電極幅を有して縦方向に延在している。そして、図7(A)に示したように第2の電極22Yは、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチpに相当する周期間隔で複数、並列的に配置されている。レンズ効果を発生させる場合には、液晶層30を挟む上下の電極間で、液晶分子31の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差を与えるようにする。第1の電極21は全面に形成され、第2の電極22Yは横方向に間隔を空けて部分的に形成されているので、第2の電極22Yに所定の駆動電圧を印加すると、図8(B)に示した原理で、液晶層30内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第2の電極22Yが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、第2の電極22Yから横方向に離れるほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。すなわち、横方向(X軸方向)にレンズ効果が発生するように電界分布が変化する。すなわち、等価的には、図7(B)に示したように、Y軸方向に延在しX軸方向に屈折力のあるシリンドリカルレンズ31Yが、X軸方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。
【0041】
なお、2次元表示と3次元表示との切り替え動作、および3次元表示の裸眼方式と眼鏡方式との切り替え動作は、基本的に上記第1の実施の形態と同様である。
【0042】
<変形例>
本発明は、上記各実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば上記各実施の形態では、偏光状態変換部5の光出射側に可変レンズアレイ素子1,1Aを配置するものとして説明したが、図9に示したように、表示パネル2と偏光状態変換部5との間に可変レンズアレイ素子1,1Aを配置するようにしても良い。
【0043】
また、上記各実施の形態では、眼鏡方式による3次元表示を行う場合に、表示パネル2において左眼用画像Lと右眼用画像Rとが垂直方向に交互に現れるような表示にしたが、裸眼方式による3次元表示と同様の表示を行うようにしても良い。すなわち、表示パネル2において左眼用画像Lと右眼用画像Rとが水平方向に交互に現れるような表示にしても良い。この場合、図10に示したように、左眼用画像Lと右眼用画像Rとの表示領域に対応するように、偏光状態変換部5における第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bとを水平方向に交互に配置する。この場合、偏光状態変換部5によって、表示パネル2に表示された画像による光の偏光状態が、左眼用画像Lと右眼用画像Rとに対応する領域ごとに、水平方向に交互に第1の偏光状態と第2の偏光状態とに変換される。その後、図4の表示例と同様に、偏光眼鏡40を介して観察することで、観察者の左眼9Lには左眼用画像Lのみが知覚され、右眼9Rには右眼用画像Rのみが知覚されることで、両眼視差での立体視が可能となる。
【0044】
また、上記各実施の形態では、眼鏡方式による3次元表示を行う場合に、表示パネル2から出射された直線偏光の光を、偏光状態変換部5によって互いに回転方向の異なる円偏光に変換するようにしたが、これとは異なる変換を行うようにしても良い。例えば、互いに偏光方向が異なる直線偏光に変換するようにしても良い。図11に、その変形例の一例を示す。図11の変形例では、図4の構成に対して偏光状態変換部5に代えて偏光状態変換部51を備えている。また、偏光眼鏡40に代えて偏光眼鏡40Aを備えている。
【0045】
偏光状態変換部51は、透過部5Dと位相差板5Cとを有している。透過部5Dと位相差板5Cは、水平方向に延在する短冊状となっており、垂直方向に交互に複数設けられている。透過部5Dは、表示パネル2において眼鏡方式による3次元表示を行う場合に表示する左眼用画像Lの表示領域に対応する位置に設けられている。位相差板5Cは、表示パネル2において眼鏡方式による3次元表示を行う場合に表示する右眼用画像Rの表示領域に対応する位置に設けられている。なお、右眼用画像Rの表示領域に対応する位置に透過部5Dを設け、左眼用画像Lの表示領域に対応する位置に位相差板5Cを設けるようにしても良い。ここで、表示パネル2に表示した画像による光を、第1の偏光方向(X軸方向)に偏光した直線偏光とすると、透過部5Dは表示パネル2から出射された第1の偏光方向の直線偏光の光を、偏光方向を変えることなくそのままの偏光状態で第1の偏光状態として出射するようになっている。位相差板5Cは、1/2波長板で構成されている。位相差板5Cは、表示パネル2から出射された第1の偏光方向の直線偏光の光を、第1の偏光方向とは偏光方向が90°異なる第2の偏光方向(Y軸方向)の直線偏光に変換して第2の偏光状態として出射するようになっている。これにより、左眼用画像Lは透過部5Dによって第1の偏光方向の直線偏光、右眼用画像Rは位相差板5Cによって第2の偏光方向の直線偏光に変換される。これに合わせて、偏光眼鏡40Aにおける左眼9L用の第1の偏光フィルタ41Lを第1の偏光方向の直線偏光のみを透過するフィルタとし、右眼9R用の第2の偏光フィルタ41Rを第2の偏光方向の直線偏光のみを透過するフィルタとする。これにより、偏光眼鏡40Aを介して観察者9の左眼9Lには左眼用画像Lのみが、右眼9Rには右眼用画像Rのみが選択的に入射することで立体像が知覚される。
【符号の説明】
【0046】
1,1A…可変レンズアレイ素子、2…表示パネル、3…液体レンチキュラレンズ(可変レンチキュラレンズ)、4…固定レンチキュラレンズ、4A…シリンドリカルレンズ(固定レンズ)、5,51…偏光状態変換部、5A…第1の位相差板(1/4波長板)、5B…第2の位相差板(1/4波長板)、5C…位相差板(1/2波長板)、5D…透過部、A1,B1…遅相軸、6…電源、L…左眼用画像、R…右眼用画像、9L…左眼、9R…右眼、10,10A…第1の基板、11…親水性導電膜、12,13…隔壁、14−1…導電膜、14−2…絶縁・撥水膜、15…シリコーンオイル、16…電解液、20,20A…第2の基板、21…第1の電極、22Y…第2の電極、23…第1の配向膜、24…第2の配向膜、30…液晶層、31…液晶分子、40,40A…偏光眼鏡、41L…第1の偏光フィルタ、41R…第2の偏光フィルタ。
【技術分野】
【0001】
本発明は、両眼視差を利用した3次元表示を行う立体表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、観察者の左眼と右眼とに視差のある別々の画像(視差画像)を呈示することで立体視を実現する立体表示装置が知られている。このような立体表示装置の方式としては、眼鏡方式と裸眼方式とがある。眼鏡方式は、立体視用の特殊な眼鏡を装着することで立体視を実現する。特許文献3には、立体視用の眼鏡として、偏光フィルタを用いる方式が開示されている。
【0003】
一方、裸眼方式は、特殊な眼鏡を装着することなく、裸眼で立体視が可能なものであり、例えばパララックスバリア方式やレンチキュラ方式が知られている。パララックスバリア方式では、視差分離手段としてパララックスバリアと呼ばれる構造物を2次元表示パネルに対向配置し、2次元表示パネルに表示された左右の視差画像をパララックスバリアによって水平方向に視差分離することで立体視が行われる。レンチキュラ方式では、視差分離手段としてレンチキュラレンズを2次元表示パネルに対向配置し、2次元表示パネルに表示された左右の視差画像をレンチキュラレンズによって水平方向に視差分離することで立体視が行われる。また、液晶レンズや液体レンズによる可変式のレンチキュラレンズを用いることで、2次元表示とレンチキュラ方式による3次元表示とを切り替え可能にした表示装置が知られている(特許文献1,2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2000−102038号公報
【特許文献2】特表2005−517991号公報
【特許文献3】特許第3767962号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、パララックスバリア方式やレンチキュラ方式の場合、立体視できる範囲(視域)が狭いため、観賞する位置や距離が限定され、多人数で同時に観賞できないという問題がある。一方、眼鏡方式の場合、観賞する位置や距離の制約は小さく、多人数で同時に観賞できるものの、専用の眼鏡が必要になるという問題がある。従って、1つの立体表示装置で、観賞人数や視聴環境に応じて3次元表示の方式を切り替えることができれば便利である。
【0006】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、2次元表示と3次元表示とを切り替え可能であると共に、3次元表示の方式を裸眼方式と眼鏡方式とに切り替えることができるようにした立体表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明による立体表示装置は、2次元表示用の画像表示と3次元表示用の画像表示とを行い、3次元表示用の画像表示を行う場合には、互いに視差のある左眼用画像と右眼用画像とを空間的に分割して1画面内に表示する2次元表示部と、2次元表示部に対向配置され、2次元表示部に表示された画像による光を、所定の画像領域ごとに互いに偏光状態が異なる第1の偏光状態と第2の偏光状態とに変換する偏光状態変換部と、偏光状態変換部の光出射側、または2次元表示部と偏光状態変換部との間に配置されると共に、2次元表示部に表示された画像による光線に対するレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能に構成された可変レンズアレイ素子と、第1の偏光状態とされた光のみを透過する第1の偏光フィルタと第2の偏光状態とされた光のみを透過する第2の偏光フィルタとを有する偏光眼鏡とを備えたものである。
そして、2次元表示部に2次元表示用の画像表示を行った状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にし、2次元表示部からの表示画像光を可変レンズアレイ素子で屈折させることなく透過させることで2次元表示を行い、2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオン状態にし、2次元表示部に表示された左眼用画像による光線と右眼用画像による光線とを裸眼による立体視が可能となるように屈折させて光学的に分離することで、裸眼方式による3次元表示を行うようにしたものである。さらに、2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にし、可変レンズアレイ素子では左眼用画像による光線と右眼用画像による光線とを屈折させることなく透過させる一方、偏光状態変換部では左眼用画像による光を第1の偏光状態にすると共に右眼用画像による光を第2の偏光状態となるように変換して出射し、その変換後の左眼用画像と右眼用画像とを偏光眼鏡を介して観察することで眼鏡方式による3次元表示を行うようにしたものである。
【0008】
本発明による立体表示装置では、2次元表示部に2次元表示用の画像表示を行った状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にすることで、2次元表示が行われる。また、2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオン状態にすることで、裸眼方式による3次元表示が行われる。また、2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にし、かつ、偏光状態変換部によって左眼用画像による光を第1の偏光状態にすると共に右眼用画像による光を第2の偏光状態となるように変換して出射し、その変換後の左眼用画像と右眼用画像とを偏光眼鏡を介して観察することで眼鏡方式による3次元表示が行われる。
【発明の効果】
【0009】
本発明の立体表示装置によれば、偏光状態変換部と可変レンズアレイ素子と偏光眼鏡とを適切に組み合わせると共に、2次元表示部に表示された画像内容に応じて可変レンズアレイ素子のレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御するようにしたので、2次元表示と3次元表示とを切り替え可能であると共に、3次元表示の方式を裸眼方式と眼鏡方式とに切り替えることができる。これにより、視聴環境に適した3次元表示が可能となる。例えば観賞する人数が1人または2人以上の少数の場合には、裸眼方式による3次元表示で対応可能であり、この場合、3次元表示用の専用眼鏡が不要となる。また、眼鏡方式による3次元表示を行うことで、多人数での観賞や見る位置を自由に選んでの観賞が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る立体表示装置の全体構成を示す構成図である。
【図2】可変レンズアレイ素子の構造を示す断面図であり、(A)は可変レンズアレイ素子を全体としてレンズ効果をオフした状態、(B)は可変レンズアレイ素子を全体としてレンズ効果をオンにした状態での構成を示す。
【図3】エレクトロウェッティング方式の液体レンズの動作原理を示す断面図であり、(A)はレンズ効果を発生させた状態、(B)はレンズ効果の無い状態を示す。
【図4】図1に示した立体表示装置において、眼鏡方式で3次元表示を行う場合の構成図である。
【図5】図1に示した立体表示装置において、裸眼方式で3次元表示を行う場合の構成図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る立体表示装置における可変レンズアレイ素子の構造を示す断面図である。
【図7】(A)は図6に示した可変レンズアレイ素子の電極部分の構成例を示す斜視図であり、(B)は図6に示した可変レンズアレイ素子によって形成されるレンズ形状を光学的に等価に示した斜視図である。
【図8】図6に示した可変レンズアレイ素子におけるレンズ効果のオン・オフ状態を説明するための図であり、(A)はレンズ効果の無い(レンズ効果がオフ)状態、(B)はレンズ効果を発生させた(レンズ効果がオン)状態を示す。
【図9】図1に示した立体表示装置の第1の変形例を示す構成図である。
【図10】図1に示した立体表示装置の第2の変形例を示す構成図である。
【図11】図1に示した立体表示装置の第3の変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0012】
<第1の実施の形態>
[立体表示装置の基本構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る立体表示装置の全体構成を示している。この立体表示装置は、2次元表示モードと3次元表示モードとの2つの表示モードへの切り替えが可能であると共に、さらに、3次元表示モードを裸眼方式と眼鏡方式とに切り替えることが可能となっている。図4は、この立体表示装置において眼鏡方式で3次元表示を行っている状態を模式的に示している。図5は裸眼方式で3次元表示を行っている状態を模式的に示している。この立体表示装置は、2次元表示部としての表示パネル2と、この表示パネル2の表示面側に対向するように配置された偏光状態変換部5と可変レンズアレイ素子1とを備えている。また、図4に示したように、眼鏡方式で3次元表示を行う際に使用される偏光眼鏡40を備えている。
【0013】
表示パネル2は、複数の画素がマトリクス状に配置され2次元的な画像表示を行うものである。表示パネル2は、表示した画像による光を特定の方向に偏光した直線偏光の状態で出射するように構成されている。図1等では、表示パネル2から、水平方向(図1のX軸方向)に直線偏光した状態で表示画像光が出射されている例を示している。表示パネル2は、例えば透過型の液晶表示ディスプレイで構成されている。液晶ディスプレイの場合、液晶パネル本体を、例えば互いの偏光方向がクロスニコルとなるように2枚の偏光板で挟んだ構造となっており、表示画像光は出射側の偏光板の偏光方向で規定される方向に偏光している。なお、ディスプレイの構造自体が直線偏光の光を出射するものでなくとも、表示面に対向するように偏光板を配置すれば他の構造のディスプレイを用いても良い。例えば、表示パネル2として、有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイ、またはプラズマディスプレイパネルなどを偏光板と組み合わせて用いるようにしても良い。
【0014】
表示パネル2は、2次元表示用の画像表示と3次元表示用の画像表示とを行うようになっている。2次元表示用の画像表示は、通常の2次元画像データに基づいて2次元マトリクス表示を行う。3次元表示を行う場合には3次元画像データに基づく表示を行う。3次元画像データとは、例えば、3次元表示における複数の視野角方向に対応した複数の視差画像を含むデータである。本実施の形態では、3次元画像データとして、互いに視差のある左眼用画像Lと右眼用画像Rとを含む視差画像データを用いる。表示パネル2は、3次元表示用の画像表示を行う場合には、互いに視差のある左眼用画像Lと右眼用画像Rとを空間的に分割して1画面内に合成して表示するようになっている。表示パネル2は、裸眼方式による3次元表示を行う場合には、図5に示したように、左眼用画像と右眼用画像とが水平方向に交互に現れるような画像表示を行うようになっている。眼鏡方式による3次元表示を行う場合には、図4に示したように、左眼用画像Lと右眼用画像Rとが垂直方向に交互に現れるような画像表示を行うようになっている。
【0015】
偏光状態変換部5は、表示パネル2に表示された画像による光を、所定の画像領域ごとに互いに偏光状態が異なる第1の偏光状態と第2の偏光状態とに変換するものである。偏光状態変換部5は、表示パネル2に表示された画像による光を、眼鏡方式による3次元表示を行う場合における左眼用画像Lと右眼用画像Rとに対応する領域ごとに、垂直方向に交互に偏光状態の変換を行うようになっている。
【0016】
偏光状態変換部5は、第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bとを有している。第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bは、水平方向に延在する短冊状の位相差板であり、垂直方向に交互に複数配置されている。第1の位相差板5Aは、表示パネル2において眼鏡方式による3次元表示を行う場合に表示する左眼用画像Lの表示領域に対応する位置に設けられている。第2の位相差板5Bは、表示パネル2において眼鏡方式による3次元表示を行う場合に表示する右眼用画像Rの表示領域に対応する位置に設けられている。
【0017】
第1の位相差板5Aは、表示パネル2から出射された直線偏光の光を第1の円偏光に変換して第1の偏光状態として出射するようになっている。第2の位相差板5Bは、直線偏光の光を第1の円偏光とは回転方向が異なる第2の円偏光に変換して第2の偏光状態として出射するようになっている。より具体的には、第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bは、1/4波長板で構成されている。そして、第1の位相差板5Aの遅相軸A1と第2の位相差板5Bの遅相軸B1とが、表示パネル2から出射された直線偏光の方向(X軸方向)に対して、互いに異なる方向に45°傾いた状態とされている。例えば、第1の位相差板5Aの遅相軸A1が左肩上がりに45°傾いた状態、第2の位相差板5Bの遅相軸B1が右肩上がりに45°傾いた状態とされている。これにより、第1の位相差板5Aでは表示パネル2から出射された直線偏光の光を左回りの円偏光に変換し、第2の位相差板5Bでは表示パネル2から出射された直線偏光の光を右回りの円偏光に変換するようになっている。第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bは、眼鏡方式による3次元表示を行う場合に表示する左眼用画像Lと右眼用画像Rとに対応する領域に設けられているので、結果的に、左眼用画像Lは左回りの円偏光、右眼用画像Rは左回りの円偏光に変換される。
【0018】
偏光眼鏡40は、左眼9L用の第1の偏光フィルタ41Lと、右眼9R用の第2の偏光フィルタ41Rとを有している。第1の偏光フィルタ41Lは、偏光状態変換部5の第1の位相差板5Aによって第1の偏光状態とされた光のみを透過するものである。第2の偏光フィルタ41Rは、第2の位相差板5Bによって第2の偏光状態とされた光のみを透過するものである。
【0019】
[可変レンズアレイ素子1の全体構成]
図2(A),(B)は可変レンズアレイ素子1の構造を示している。可変レンズアレイ素子1は、表示モードに応じてレンズ効果を電気的にオン・オフ制御することで、表示パネル2からの光線の通過状態を選択的に変化させるものである。図2(A)は可変レンズアレイ素子1を全体としてレンズ効果をオフした状態、図2(B)は可変レンズアレイ素子1を全体としてレンズ効果をオンにした状態での構成を示している。可変レンズアレイ素子1は、表示パネル2に対向する側から順に、液体レンチキュラレンズ3と、固定レンチキュラレンズ4とを備えている。液体レンチキュラレンズ3は、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御が可能な複数の可変レンズを有している。
【0020】
固定レンチキュラレンズ4は、複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを有し、複数の固定レンズがそれぞれ、対応する可変レンズのレンズ効果がオン状態となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有している。より具体的には、固定レンチキュラレンズ4は、固定レンズとしてシリンドリカルレンズ(円筒レンズ)4Aを複数、並列配置したシリンドリカルレンズアレイの構成となっている。固定レンチキュラレンズ4において、各シリンドリカルレンズ4Aは、表示パネル2の表示面に対して縦方向に延在し、左右方向に正の屈折力を有するように配置されている。各シリンドリカルレンズ4Aの横方向のレンズピッチは、表示パネル2に表示する左眼用画像Lと右眼用画像Rとの1組分の画素幅(例えば2画素)の大きさに対応している。
【0021】
[液体レンチキュラレンズ3の構成]
液体レンチキュラレンズ3は、間隔を空けて互いに対向配置された第1の基板10および第2の基板20と、それら第1の基板10および第2の基板20の間に配置された液体層とを備えている。液体層は、シリコーンオイル(絶縁オイル)15と電解液16とからなる。第1の基板10および第2の基板20は、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第1の基板10と第2の基板20との間の外周部には、隔壁12および隔壁13が形成されている。第1の基板10と第2の基板20との間において、シリンドリカルレンズ4Aのレンズピッチに応じた位置にも隔壁12が形成されている。このレンズピッチに応じた位置の隔壁12は、その上下方向の長さが、第1の基板10と第2の基板20との間の間隔よりも短く形成され、第1の基板10との間に所定間隔を空けて形成されている。そして隣接した2つの隔壁12の間の液体層によって1つの可変レンズが形成されている。この1つの可変レンズが、固定レンチキュラレンズ4の1つのシリンドリカルレンズ4Aに対応している。第1の基板10の液体層に接する側の表面には、親水性導電膜11がほぼ全面に一様に成膜されている。隔壁12の表面には、後述するように隔壁12側から順に、導電膜14−1および絶縁・撥水膜14−2が成膜されている。
【0022】
この液体レンチキュラレンズ3は、印加電圧に応じてレンズ効果がオン・オフ制御されるエレクトロウェッティング方式の液体レンズアレイとなっている。図3(A),(B)を参照して、この液体レンチキュラレンズ3の基本構造および動作原理について説明する。ここでは基本原理を説明するため、図3(A),(B)では1つの可変レンズ(液体レンズ)についての構成を示す。なお、図2(A),(B)に示した構造に対応する部分には同一の符号を付す。また、図3(A)は液体レンズ単体でのレンズ効果がオンの状態(所定の負の屈折力が発生する状態)、図3(B)は液体レンズ単体でのレンズ効果がオフの状態(屈折力の無い状態)を示す。
【0023】
エレクトロウェッティング方式の可変レンズでは、印加電圧に応じて液体と固体表面の間の濡れ性が変化することを利用し、屈折率の異なる2種類の液体の界面形状を変化させることによってレンズ効果の制御を行っている。図3(A),(B)に示した可変レンズの構造では、第1の基板10の表面に親水性導電膜11が成膜されると共に隔壁12の表面に導電膜14−1および絶縁・撥水膜14−2が成膜されている。絶縁・撥水膜14−2は例えばパリレン膜からなる。そして、第1の基板10と第2の基板20との間において、第2の基板20および絶縁・撥水膜14−2側にシリコーンオイル15が注入されると共に、親水性膜11側に電解液16が注入され、封止されている。親水性導電膜11と導電膜14−1は、電源6に電気的に接続されて電圧が印加されるようになっている。ここで、図3(B)は電源6によって電圧が印加されている状態(電気的にオンの状態)であり、図3(A)は電圧が印加されていない状態(電気的にオフの状態)である。
【0024】
電解液16は印加電圧の2乗に比例して隔壁12の表面(絶縁・撥水膜14−2)に対する濡れ性が向上するという性質がある。このため、印加電圧が0のときの隔壁12の表面との接触角をθ0、0でないときの隔壁12の表面との接触角をθVとすると、θ0>θVの関係が成り立つ。さらに、レンズ効果がゼロとなる(θV=90°、シリコーンオイル15と電解液16との界面形状が平面となる)ような所定の印加電圧V90を見い出すことができる。このことから、印加電圧を0と所定電圧V90とで切り替えることにより、レンズ効果のオン/オフの切り替え制御を行うことができる。ここで、電解液16の屈折率n2に対してシリコーンオイル15の屈折率n1が高いものとすると、図3(A)に示した印加電圧が0のときに負の屈折力のレンズ効果が発生する。
【0025】
すなわち、液体レンチキュラレンズ3による可変レンズは、印加電圧がゼロとされることによって電気的にオフ状態となったときにレンズ効果がオン状態(図3(A))となる。また、印加電圧が所定電圧V90とされることによって電気的にオン状態となったときにレンズ効果がオフ状態(図3(B))となる。このような電気的なオン/オフ状態とレンズ効果のオン/オフ状態との関係は、エレクトロウェッティング方式の液体レンズに固有のものである。なお、シリコーンオイル15と電解液16の比重を等しくする等の方法により、2種類の液体に及ぼす重力の効果を等しくすることができるため、ここでは、印加電圧による濡れ性のみにより界面形状が決まるものとし、重力の影響は受けないものとする。
【0026】
[可変レンズアレイ素子1全体としてのレンズ作用]
この可変レンズアレイ素子1では、図2(A)に示したように電源6によって液体レンチキュラレンズ3に電圧が印加されていない状態(電気的にオフの状態)では、液体レンチキュラレンズ3における複数の可変レンズのレンズ効果がオン状態となる。この液体レンチキュラレンズ3における各可変レンズのレンズ効果は、固定レンチキュラレンズ4における対応する固定レンズ(シリンドリカルレンズ4A)によって相殺される。すなわち、液体レンチキュラレンズ3と固定レンチキュラレンズ4とを組み合わせた全体でのレンズ効果がオフ状態となる。
【0027】
一方、図2(B)に示したように電源6によって液体レンチキュラレンズ3に所定電圧が印加された状態(電気的にオンの状態)では、液体レンチキュラレンズ3における複数の可変レンズのレンズ効果がオフ状態となる。この状態では、液体レンチキュラレンズ3において液体層を構成するシリコーンオイル15と電解液16との界面形状が、個々の可変レンズの部分において平面となるように電圧値が調整されている。この状態では、液体レンチキュラレンズ3のレンズ効果が単独で無効とされ、固定レンチキュラレンズ4によるレンズ効果のみが有効となる。すなわち、液体レンチキュラレンズ3と固定レンチキュラレンズ4とを組み合わせた全体でのレンズ効果がオン状態となる。
【0028】
このように、可変レンズアレイ素子1では、液体レンチキュラレンズ3のレンズ効果を相殺するような屈折力を有する固定レンチキュラレンズ4を備えるようにしたので、液体レンチキュラレンズ3のレンズ効果の電気的なオン/オフ特性を反転させることができる。この可変レンズアレイ素子1では、液体レンチキュラレンズ3と固定レンチキュラレンズ4とを組み合わせた全体でのレンズ効果が、液体レンチキュラレンズ3のレンズ効果がオン状態(所定の負の屈折力が発生する状態)となったときにオフ状態(屈折力の無い状態)となる。かつ、液体レンチキュラレンズ3のレンズ効果がオフ状態となったときに全体でのレンズ効果がオン状態となる。すなわち、可変レンズアレイ素子1全体でのレンズ効果の電気的なオン/オフ特性が、液体レンチキュラレンズ3単体での特性とは反転した状態となる。
【0029】
[立体表示装置の動作および効果]
この立体表示装置では、以下のようにして、2次元表示モードでの表示と、眼鏡方式による3次元表示モードでの表示と、裸眼方式による3次元表示モードでの表示との切り替え表示を行う。
【0030】
(1)2次元表示モード
表示パネル2に2次元表示用の画像表示(2次元マトリクス表示)を行った状態で可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果をオフ状態にする。表示パネル2からの表示画像光を可変レンズアレイ素子1で屈折させることなく透過させることでそのまま2次元表示を行う。なお、表示パネル2の表示画像からの光は、偏光状態変換部5において第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bとが設けられた領域に対応する画素領域ごとに偏光状態が第1の偏光状態(左回り円偏光)と第2の偏光状態(右回り円偏光)とに変換される。しかしながら、裸眼ではこの偏光の差は認識されないので、2次元表示の観察には影響を与えない。
【0031】
(2)眼鏡方式による3次元表示モード(図4)
表示パネル2に左眼用画像Lと右眼用画像Rとが垂直方向に交互に現れるように表示する。可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果はオフ状態にする。偏光状態変換部5では左眼用画像Lによる光を第1の偏光状態(左回り円偏光)にすると共に右眼用画像Rによる光を第2の偏光状態(右回り円偏光)となるように変換して出射する。可変レンズアレイ素子1では、その変換後の左眼用画像Lによる光線と右眼用画像Rによる光線とを屈折させることなく透過させる。その透過した左眼用画像Lと右眼用画像Rとを偏光眼鏡40を介して観察することで、眼鏡方式による3次元表示が行われる。より具体的には、偏光状態変換部5の第1の位相差板5Aにおいて第1の偏光状態とされた光のみが偏光眼鏡40の第1の偏光フィルタ41Lを透過することで、観察者の左眼9Lには左眼用画像Lのみが知覚される。また、偏光状態変換部5の第2の位相差板5Bにおいて第2の偏光状態とされた光のみが偏光眼鏡40の第2の偏光フィルタ41Rを透過することで、観察者の右眼9Rには右眼用画像Rのみが知覚される。これにより、両眼視差での立体視が可能となる。
【0032】
(3)裸眼方式による3次元表示モード(図5)
表示パネル2に左眼用画像Lと右眼用画像Rとが水平方向に交互に現れるように表示する。可変レンズアレイ素子1によるレンズ効果はオン状態にする。可変レンズアレイ素子1では、表示パネル2に表示された左眼用画像Lによる光線と右眼用画像Rによる光線とを裸眼による立体視が可能となるように屈折させて光学的に分離する。すなわち、可変レンズアレイ素子1では、左眼用画像Lと右眼用画像Rとがそれぞれ、適切に観察者9の左眼9Lと右眼9Rとに選択的に入射するように、屈折により光学的に光線分離を行う。これにより、両眼視差での立体視が可能となる。なお、この裸眼方式による3次元表示モードにおいても、表示パネル2の表示画像からの光は、偏光状態変換部5において第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bとが設けられた領域に対応する画素領域ごとに偏光状態が第1の偏光状態と第2の偏光状態とに変換される。しかしながら、裸眼ではこの偏光の差は認識されないので、裸眼方式による3次元表示の観察には影響を与えない。また、仮に偏光眼鏡40を使用していたとしても3次元表示の観察には影響を与えない。この場合、既に可変レンズアレイ素子1によって左右の視差分離がなされているので、偏光眼鏡40を介して観察者9の左眼9Lには左眼用画像Lのみが、右眼9Rには右眼用画像Rのみが選択的に入射することで立体像が知覚される。
【0033】
このように本実施の形態によれば、偏光状態変換部5と可変レンズアレイ素子1と偏光眼鏡40とを適切に組み合わせると共に、表示パネル2に表示された画像内容に応じて可変レンズアレイ素子1のレンズ効果をオン・オフ制御するようにしたので、2次元表示と3次元表示とを切り替え可能であると共に、3次元表示の方式を裸眼方式と眼鏡方式とに切り替えることができる。これにより、視聴環境に適した3次元表示が可能となる。例えば観賞する人数が1人または2人以上の少数の場合には、裸眼方式による3次元表示で対応可能であり、この場合、3次元表示用の専用眼鏡が不要となる。また、眼鏡方式による3次元表示を行うことで、多人数での観賞や見る位置を自由に選んでの観賞が可能となる。
【0034】
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態に係る立体表示装置について説明する。なお、上記第1の実施の形態に係る立体表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【0035】
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る立体表示装置における可変レンズアレイ素子1Aの構造を示している。本実施の形態に係る立体表示装置は、図1における液体レンズを用いた可変レンズアレイ素子1に変えて、液晶レンズ方式による可変レンズアレイ素子1Aを備えたものである。可変レンズアレイ素子1Aの構造が異なるのみで、その他の構成は上記第1の実施の形態と同様である。
【0036】
[可変レンズアレイ素子1Aの全体構成]
可変レンズアレイ素子1Aは、液晶レンズ方式による可変レンズアレイであり、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御を行うことが可能なものである。可変レンズアレイ素子1Aは、表示モードに応じてレンズ効果を制御することで、表示パネル2からの光線の通過状態を選択的に変化させるようになっている。
【0037】
可変レンズアレイ素子1Aは、図6に示したように間隔dを空けて互いに対向配置された第1の基板10Aおよび第2の基板20Aと、それら第1の基板10Aおよび第2の基板20Aの間に配置された液晶層30とを備えている。第1の基板10Aおよび第2の基板20Aは、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第1の基板10A上における第2の基板20Aに対向する側には、ITO膜などの透明な導電膜からなる第1の電極21がほぼ全面に一様に形成されている。第1の基板10A上にはまた、第1の電極21を介して液晶層30に接するように第1の配向膜23が形成されている。第2の基板20A上における第1の基板10Aに対向する側には、ITO膜などの透明な導電膜からなる第2の電極22Yが部分的に形成されている。第2の基板20A上にはまた、第2の電極22Yを介して液晶層30に接するように第2の配向膜24が形成されている。
【0038】
この可変レンズアレイ素子1Aにおいて、そのレンズ効果発生の基本原理を、図8(A),(B)に示す。なお、図8(A),(B)では基本原理を説明するため、可変レンズアレイ素子1Aの構成を簡略化して示している。液晶層30は、液晶分子31を含み、第1の電極21と第2の電極22Yとに印加される電圧に応じて液晶分子31の配列方向が変化することでレンズ効果が制御されるようになっている。液晶分子31は、屈折率異方性を有し、例えば長手方向と短手方向とで通過光線に対して屈折率の異なる屈折率楕円体の構造を有している。液晶層30は、第1の電極21と第2の電極22Yとに印加される電圧の状態に応じて、レンズ効果の無い状態と、レンズ効果が発生する状態とに電気的に切り替わるようになっている。
【0039】
この可変レンズアレイ素子1Aでは、図8(A)に示したように、印加電圧が0Vの通常の状態では、液晶分子31が第1の配向膜23および第2の配向膜24によって規定される所定の方向に一様に配列される。このため、通過光線の波面201は平面波となり、レンズ効果の無い状態となる。一方、この可変レンズアレイ素子1Aでは、複数の第2の電極22Yが、所定の間隔で離間配置されているため、第1の電極21と第2の電極22Yとの間に所定の駆動電圧を印加すると、液晶層30内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第2の電極22Yが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、複数の第2の電極22Y間の開口の中心部に行くほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。このため、図8(B)に示したように、液晶分子31の配列が電界強度分布に応じて変化する。これにより、通過光線の波面202が変化し、レンズ効果が発生する状態となる。
【0040】
[可変レンズアレイ素子1Aの電極構造]
図7(A)は可変レンズアレイ素子1Aの電極部分の平面構成例を示している。図7(B)は図7(A)に示した電極構造である場合に形成されるレンズ形状を光学的に等価に示している。第2の電極22Yは、幅Lxの電極幅を有して縦方向に延在している。そして、図7(A)に示したように第2の電極22Yは、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチpに相当する周期間隔で複数、並列的に配置されている。レンズ効果を発生させる場合には、液晶層30を挟む上下の電極間で、液晶分子31の配列に変化を生じさせることが可能となるような所定の電位差を与えるようにする。第1の電極21は全面に形成され、第2の電極22Yは横方向に間隔を空けて部分的に形成されているので、第2の電極22Yに所定の駆動電圧を印加すると、図8(B)に示した原理で、液晶層30内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、第2の電極22Yが形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、第2の電極22Yから横方向に離れるほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。すなわち、横方向(X軸方向)にレンズ効果が発生するように電界分布が変化する。すなわち、等価的には、図7(B)に示したように、Y軸方向に延在しX軸方向に屈折力のあるシリンドリカルレンズ31Yが、X軸方向に複数、並列配置されたようなレンズ状態となる。
【0041】
なお、2次元表示と3次元表示との切り替え動作、および3次元表示の裸眼方式と眼鏡方式との切り替え動作は、基本的に上記第1の実施の形態と同様である。
【0042】
<変形例>
本発明は、上記各実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば上記各実施の形態では、偏光状態変換部5の光出射側に可変レンズアレイ素子1,1Aを配置するものとして説明したが、図9に示したように、表示パネル2と偏光状態変換部5との間に可変レンズアレイ素子1,1Aを配置するようにしても良い。
【0043】
また、上記各実施の形態では、眼鏡方式による3次元表示を行う場合に、表示パネル2において左眼用画像Lと右眼用画像Rとが垂直方向に交互に現れるような表示にしたが、裸眼方式による3次元表示と同様の表示を行うようにしても良い。すなわち、表示パネル2において左眼用画像Lと右眼用画像Rとが水平方向に交互に現れるような表示にしても良い。この場合、図10に示したように、左眼用画像Lと右眼用画像Rとの表示領域に対応するように、偏光状態変換部5における第1の位相差板5Aと第2の位相差板5Bとを水平方向に交互に配置する。この場合、偏光状態変換部5によって、表示パネル2に表示された画像による光の偏光状態が、左眼用画像Lと右眼用画像Rとに対応する領域ごとに、水平方向に交互に第1の偏光状態と第2の偏光状態とに変換される。その後、図4の表示例と同様に、偏光眼鏡40を介して観察することで、観察者の左眼9Lには左眼用画像Lのみが知覚され、右眼9Rには右眼用画像Rのみが知覚されることで、両眼視差での立体視が可能となる。
【0044】
また、上記各実施の形態では、眼鏡方式による3次元表示を行う場合に、表示パネル2から出射された直線偏光の光を、偏光状態変換部5によって互いに回転方向の異なる円偏光に変換するようにしたが、これとは異なる変換を行うようにしても良い。例えば、互いに偏光方向が異なる直線偏光に変換するようにしても良い。図11に、その変形例の一例を示す。図11の変形例では、図4の構成に対して偏光状態変換部5に代えて偏光状態変換部51を備えている。また、偏光眼鏡40に代えて偏光眼鏡40Aを備えている。
【0045】
偏光状態変換部51は、透過部5Dと位相差板5Cとを有している。透過部5Dと位相差板5Cは、水平方向に延在する短冊状となっており、垂直方向に交互に複数設けられている。透過部5Dは、表示パネル2において眼鏡方式による3次元表示を行う場合に表示する左眼用画像Lの表示領域に対応する位置に設けられている。位相差板5Cは、表示パネル2において眼鏡方式による3次元表示を行う場合に表示する右眼用画像Rの表示領域に対応する位置に設けられている。なお、右眼用画像Rの表示領域に対応する位置に透過部5Dを設け、左眼用画像Lの表示領域に対応する位置に位相差板5Cを設けるようにしても良い。ここで、表示パネル2に表示した画像による光を、第1の偏光方向(X軸方向)に偏光した直線偏光とすると、透過部5Dは表示パネル2から出射された第1の偏光方向の直線偏光の光を、偏光方向を変えることなくそのままの偏光状態で第1の偏光状態として出射するようになっている。位相差板5Cは、1/2波長板で構成されている。位相差板5Cは、表示パネル2から出射された第1の偏光方向の直線偏光の光を、第1の偏光方向とは偏光方向が90°異なる第2の偏光方向(Y軸方向)の直線偏光に変換して第2の偏光状態として出射するようになっている。これにより、左眼用画像Lは透過部5Dによって第1の偏光方向の直線偏光、右眼用画像Rは位相差板5Cによって第2の偏光方向の直線偏光に変換される。これに合わせて、偏光眼鏡40Aにおける左眼9L用の第1の偏光フィルタ41Lを第1の偏光方向の直線偏光のみを透過するフィルタとし、右眼9R用の第2の偏光フィルタ41Rを第2の偏光方向の直線偏光のみを透過するフィルタとする。これにより、偏光眼鏡40Aを介して観察者9の左眼9Lには左眼用画像Lのみが、右眼9Rには右眼用画像Rのみが選択的に入射することで立体像が知覚される。
【符号の説明】
【0046】
1,1A…可変レンズアレイ素子、2…表示パネル、3…液体レンチキュラレンズ(可変レンチキュラレンズ)、4…固定レンチキュラレンズ、4A…シリンドリカルレンズ(固定レンズ)、5,51…偏光状態変換部、5A…第1の位相差板(1/4波長板)、5B…第2の位相差板(1/4波長板)、5C…位相差板(1/2波長板)、5D…透過部、A1,B1…遅相軸、6…電源、L…左眼用画像、R…右眼用画像、9L…左眼、9R…右眼、10,10A…第1の基板、11…親水性導電膜、12,13…隔壁、14−1…導電膜、14−2…絶縁・撥水膜、15…シリコーンオイル、16…電解液、20,20A…第2の基板、21…第1の電極、22Y…第2の電極、23…第1の配向膜、24…第2の配向膜、30…液晶層、31…液晶分子、40,40A…偏光眼鏡、41L…第1の偏光フィルタ、41R…第2の偏光フィルタ。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
2次元表示用の画像表示と3次元表示用の画像表示とを行い、3次元表示用の画像表示を行う場合には、互いに視差のある左眼用画像と右眼用画像とを空間的に分割して1画面内に表示する2次元表示部と、
前記2次元表示部に対向配置され、前記2次元表示部に表示された画像による光を、所定の画像領域ごとに互いに偏光状態が異なる第1の偏光状態と第2の偏光状態とに変換する偏光状態変換部と、
前記偏光状態変換部の光出射側、または前記2次元表示部と前記偏光状態変換部との間に配置されると共に、前記2次元表示部に表示された画像による光線に対するレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能に構成された可変レンズアレイ素子と、
前記第1の偏光状態とされた光のみを透過する第1の偏光フィルタと前記第2の偏光状態とされた光のみを透過する第2の偏光フィルタとを有する偏光眼鏡と
を備え、
前記2次元表示部に2次元表示用の画像表示を行った状態で前記可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にし、前記2次元表示部からの表示画像光を前記可変レンズアレイ素子で屈折させることなく透過させることで2次元表示を行い、
前記2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で前記可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオン状態にし、前記2次元表示部に表示された前記左眼用画像による光線と前記右眼用画像による光線とを裸眼による立体視が可能となるように屈折させて光学的に分離することで、裸眼方式による3次元表示を行い、
前記2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で前記可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にし、前記可変レンズアレイ素子では前記左眼用画像による光線と前記右眼用画像による光線とを屈折させることなく透過させる一方、前記偏光状態変換部では前記左眼用画像による光を前記第1の偏光状態にすると共に前記右眼用画像による光を前記第2の偏光状態となるように変換して出射し、その変換後の左眼用画像と右眼用画像とを前記偏光眼鏡を介して観察することで眼鏡方式による3次元表示を行う
ようになされている立体表示装置。
【請求項2】
前記2次元表示部は、前記裸眼方式による3次元表示を行う場合には、前記左眼用画像と前記右眼用画像とが水平方向に交互に現れるような画像表示を行い、前記眼鏡方式による3次元表示を行う場合には、前記左眼用画像と前記右眼用画像とが垂直方向に交互に現れるような画像表示を行うようになされ、
前記偏光状態変換部は、前記2次元表示部に表示された画像による光を、前記眼鏡方式による3次元表示を行う場合における前記左眼用画像と前記右眼用画像とに対応する領域ごとに、垂直方向に交互に偏光状態の変換を行うようになされている
請求項1に記載の立体表示装置。
【請求項3】
前記2次元表示部は、前記裸眼方式による3次元表示を行う場合と前記眼鏡方式による3次元表示を行う場合とのいずれにおいても、前記左眼用画像と前記右眼用画像とが水平方向に交互に現れるような画像表示を行うようになされ、
前記偏光状態変換部は、前記2次元表示部に表示された画像による光を、前記眼鏡方式による3次元表示を行う場合における前記左眼用画像と前記右眼用画像とに対応する領域ごとに、水平方向に交互に偏光状態の変換を行うようになされている
請求項1に記載の立体表示装置。
【請求項4】
前記2次元表示部は、表示した画像による光を特定の方向に偏光した直線偏光の状態で出射するように構成され、
前記偏光状態変換部は、前記2次元表示部から出射された直線偏光の光を第1の円偏光に変換して前記第1の偏光状態として出射する第1の位相差板と、前記直線偏光の光を前記第1の円偏光とは回転方向が異なる第2の円偏光に変換して前記第2の偏光状態として出射する第2の位相差板とを有する
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の立体表示装置。
【請求項5】
前記2次元表示部は、表示した画像による光を第1の偏光方向に偏光した直線偏光の状態で出射するように構成され、
前記偏光状態変換部は、前記2次元表示部から出射された第1の偏光方向の直線偏光の光を偏光方向を変えることなくそのままの偏光状態で前記第1の偏光状態として出射する透過部と、前記第1の偏光方向の直線偏光の光を前記第1の偏光方向とは偏光方向が異なる第2の偏光方向の直線偏光に変換して前記第2の偏光状態として出射する位相差板とを有する
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の立体表示装置。
【請求項6】
前記可変レンズアレイ素子は、
電気的にレンズの屈折力を調整することが可能な複数の可変レンズを含む可変レンチキュラレンズと、
前記複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを含み、前記複数の固定レンズがそれぞれ、対応する可変レンズが所定の屈折力となったときのその所定の屈折力を相殺するような屈折力を有する固定レンチキュラレンズとを有するものである
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の立体表示装置。
【請求項7】
前記可変レンチキュラレンズは、印加電圧に応じてレンズ効果がオン・オフ制御されるエレクトロウェッティング方式の液体レンチキュラレンズであり、前記複数の可変レンズはそれぞれ、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御がなされることにより、屈折力を、屈折力の無い状態と所定の屈折力を有する状態との2つの状態に調整することが可能に構成され、
前記固定レンチキュラレンズにおいて前記複数の固定レンズはそれぞれ、対応する可変レンズのレンズ効果がオン状態となり、前記所定の屈折力となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有し、
前記可変レンチキュラレンズと前記固定レンチキュラレンズとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、前記可変レンチキュラレンズのレンズ効果がオン状態となったときにオフ状態となり、前記可変レンチキュラレンズのレンズ効果がオフ状態となったときにオン状態となるように構成されている
請求項6に記載の立体表示装置。
【請求項8】
前記可変レンズアレイ素子は、複数の液晶分子を含む液晶層と、前記液晶層を介して互いに対向配置された第1の電極および第2の電極とを有し、前記第1の電極および前記第2の電極によって印加される電圧の変化に応じて電気的に前記液晶分子の配列を変化させることで、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御がなされるものである
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の立体表示装置。
【請求項1】
2次元表示用の画像表示と3次元表示用の画像表示とを行い、3次元表示用の画像表示を行う場合には、互いに視差のある左眼用画像と右眼用画像とを空間的に分割して1画面内に表示する2次元表示部と、
前記2次元表示部に対向配置され、前記2次元表示部に表示された画像による光を、所定の画像領域ごとに互いに偏光状態が異なる第1の偏光状態と第2の偏光状態とに変換する偏光状態変換部と、
前記偏光状態変換部の光出射側、または前記2次元表示部と前記偏光状態変換部との間に配置されると共に、前記2次元表示部に表示された画像による光線に対するレンズ効果をオン状態とオフ状態とに可変制御することが可能に構成された可変レンズアレイ素子と、
前記第1の偏光状態とされた光のみを透過する第1の偏光フィルタと前記第2の偏光状態とされた光のみを透過する第2の偏光フィルタとを有する偏光眼鏡と
を備え、
前記2次元表示部に2次元表示用の画像表示を行った状態で前記可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にし、前記2次元表示部からの表示画像光を前記可変レンズアレイ素子で屈折させることなく透過させることで2次元表示を行い、
前記2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で前記可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオン状態にし、前記2次元表示部に表示された前記左眼用画像による光線と前記右眼用画像による光線とを裸眼による立体視が可能となるように屈折させて光学的に分離することで、裸眼方式による3次元表示を行い、
前記2次元表示部に3次元表示用の左眼用画像と右眼用画像とを表示した状態で前記可変レンズアレイ素子によるレンズ効果をオフ状態にし、前記可変レンズアレイ素子では前記左眼用画像による光線と前記右眼用画像による光線とを屈折させることなく透過させる一方、前記偏光状態変換部では前記左眼用画像による光を前記第1の偏光状態にすると共に前記右眼用画像による光を前記第2の偏光状態となるように変換して出射し、その変換後の左眼用画像と右眼用画像とを前記偏光眼鏡を介して観察することで眼鏡方式による3次元表示を行う
ようになされている立体表示装置。
【請求項2】
前記2次元表示部は、前記裸眼方式による3次元表示を行う場合には、前記左眼用画像と前記右眼用画像とが水平方向に交互に現れるような画像表示を行い、前記眼鏡方式による3次元表示を行う場合には、前記左眼用画像と前記右眼用画像とが垂直方向に交互に現れるような画像表示を行うようになされ、
前記偏光状態変換部は、前記2次元表示部に表示された画像による光を、前記眼鏡方式による3次元表示を行う場合における前記左眼用画像と前記右眼用画像とに対応する領域ごとに、垂直方向に交互に偏光状態の変換を行うようになされている
請求項1に記載の立体表示装置。
【請求項3】
前記2次元表示部は、前記裸眼方式による3次元表示を行う場合と前記眼鏡方式による3次元表示を行う場合とのいずれにおいても、前記左眼用画像と前記右眼用画像とが水平方向に交互に現れるような画像表示を行うようになされ、
前記偏光状態変換部は、前記2次元表示部に表示された画像による光を、前記眼鏡方式による3次元表示を行う場合における前記左眼用画像と前記右眼用画像とに対応する領域ごとに、水平方向に交互に偏光状態の変換を行うようになされている
請求項1に記載の立体表示装置。
【請求項4】
前記2次元表示部は、表示した画像による光を特定の方向に偏光した直線偏光の状態で出射するように構成され、
前記偏光状態変換部は、前記2次元表示部から出射された直線偏光の光を第1の円偏光に変換して前記第1の偏光状態として出射する第1の位相差板と、前記直線偏光の光を前記第1の円偏光とは回転方向が異なる第2の円偏光に変換して前記第2の偏光状態として出射する第2の位相差板とを有する
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の立体表示装置。
【請求項5】
前記2次元表示部は、表示した画像による光を第1の偏光方向に偏光した直線偏光の状態で出射するように構成され、
前記偏光状態変換部は、前記2次元表示部から出射された第1の偏光方向の直線偏光の光を偏光方向を変えることなくそのままの偏光状態で前記第1の偏光状態として出射する透過部と、前記第1の偏光方向の直線偏光の光を前記第1の偏光方向とは偏光方向が異なる第2の偏光方向の直線偏光に変換して前記第2の偏光状態として出射する位相差板とを有する
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の立体表示装置。
【請求項6】
前記可変レンズアレイ素子は、
電気的にレンズの屈折力を調整することが可能な複数の可変レンズを含む可変レンチキュラレンズと、
前記複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを含み、前記複数の固定レンズがそれぞれ、対応する可変レンズが所定の屈折力となったときのその所定の屈折力を相殺するような屈折力を有する固定レンチキュラレンズとを有するものである
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の立体表示装置。
【請求項7】
前記可変レンチキュラレンズは、印加電圧に応じてレンズ効果がオン・オフ制御されるエレクトロウェッティング方式の液体レンチキュラレンズであり、前記複数の可変レンズはそれぞれ、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御がなされることにより、屈折力を、屈折力の無い状態と所定の屈折力を有する状態との2つの状態に調整することが可能に構成され、
前記固定レンチキュラレンズにおいて前記複数の固定レンズはそれぞれ、対応する可変レンズのレンズ効果がオン状態となり、前記所定の屈折力となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有し、
前記可変レンチキュラレンズと前記固定レンチキュラレンズとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、前記可変レンチキュラレンズのレンズ効果がオン状態となったときにオフ状態となり、前記可変レンチキュラレンズのレンズ効果がオフ状態となったときにオン状態となるように構成されている
請求項6に記載の立体表示装置。
【請求項8】
前記可変レンズアレイ素子は、複数の液晶分子を含む液晶層と、前記液晶層を介して互いに対向配置された第1の電極および第2の電極とを有し、前記第1の電極および前記第2の電極によって印加される電圧の変化に応じて電気的に前記液晶分子の配列を変化させることで、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御がなされるものである
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の立体表示装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2011−107589(P2011−107589A)
【公開日】平成23年6月2日(2011.6.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−264985(P2009−264985)
【出願日】平成21年11月20日(2009.11.20)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年6月2日(2011.6.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年11月20日(2009.11.20)
【出願人】(000002185)ソニー株式会社 (34,172)
【Fターム(参考)】
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