立体表示装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は立体表示装置に係り、特に観察者が特別な眼鏡を装着することなく、立体画像を観察することのできる立体表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、立体画像や三次元画像を表示する立体表示装置として、両眼視差のある画像情報を右眼と左眼にそれぞれ独立に呈示する装置や、物体の断面像を移動スクリーンの移動に同期して順次表示する装置や、ホログラムを用いる装置等が提案されている。しかし、スクリーンを移動する装置やホログラムを用いる装置は、その情報量の多さから動画を表示するのが困難であるため、現時点では両眼視差画像を用いて立体画像を表示するタイプの立体表示装置を主体に開発が進められている。
【０００３】この両眼視差画像を用いて立体画像を表示する立体表示装置は、従来の陰極線管（ＣＲＴ）や液晶ディスプレイ等の表示装置を用いて構成するため、比較的容易に立体画像を得ることができる。そして、このような両眼視差の原理を利用する立体表示装置には、観察者が偏光眼鏡や液晶シャッタ眼鏡等の特別な眼鏡を装着して立体画像を観察する装置と、レンチキュラレンズやパララックスバリアのような特別な光学素子を視差画像分離手段として用い、それを表示面に配置して立体画像を観察する装置とがある。
【０００４】このうち後者の立体表示装置は視差画像を空間的に分離して、それぞれの眼に独立に呈示するため、前者の立体表示装置に比し、観察者が特別な眼鏡を装着することなく立体画像を観察できるという利点がある。そこで、この眼鏡不要の立体表示装置について、視差画像分離手段としてレンチキュラレンズを用いた方式を例にとって説明する。
【０００５】 図８はレンチキュラレンズを用いた従来のレンチキュラ方式の立体表示装置の一例の構成説明用平面図を示す。同図において、従来のレンチキュラ方式の立体表示装置５１は、表示装置５２とレンチキュラレンズ５３とから構成される。ここでは、右眼用画像５４と左眼用画像５５の２種類の視差画像を用いた２眼式の例であるが、３種類以上の視差画像を用いる多眼式の場合も同種である。レンチキュラレンズ５３は、細長いシリンドリカルレンズを多数並べた構造になっている。
【０００６】各シリンドリカルレンズの焦点面は表示装置５２の表示面とされ、そこに立体画像を表示する。この立体画像は、両眼視差情報を有する右眼用画像５４と左眼用画像５５を、シリンドリカルレンズの数に応じて、画面の縦方向に長いストライプ状の画像に分割、抽出し、それらを交互に再配列させることにより作成してある。立体画像を表示する際、右眼用画像５４と左眼用画像５５が各シリンドリカルレンズと観察者の右眼５７および左眼５８の位置によって決まる場所に表示されるよう、表示装置５２およびレンチキュラレンズ５３の位置が調整される。
【０００７】観察者がこのようなレンチキュラ方式の立体表示装置５１を観察すると、観察者は、右眼５７では右眼用画像５４のみを、左眼５８では左眼用画像５５のみを見ることになり、観察者はこれらの画像５４及び５５を観察者の頭の中で融合することによって立体感のある画像を観察することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このようなレンチキュラ方式の立体表示装置５１は、前述したように観察者が特別な眼鏡を装着することなく立体視が可能である。しかしながら、視差画像を空間的に分離し、それぞれの眼に独立に呈示するため、観察者が立体画像を観察できる位置が限定されてしまうという問題点がある。
【０００９】 図９は、従来のレンチキュラ方式立体表示装置の観察視域を説明するための平面図である。レンチキュラレンズ５３と表示装置５２とからなるレンチキュラ方式の立体表示装置５１において、表示装置５２に表示された右眼用画像と左眼用画像は、立体表示装置５１から離れたある位置でそれぞれ集光され、右眼用画像領域６０、左眼用画像領域６１が周期的に形成される。すなわち、右眼用画像領域６０から立体表示装置５１を片眼で観察すると、全画面にわたって右眼用画像のみが見え、一方、左眼用画像領域６１から立体表示装置５１を片眼で観察すると、全画面にわたって左眼用画像のみが見える。したがって、観察者５９の右眼５７を右眼用画像領域６０に、左眼５８を左眼用画像領域６１に配置すると、観察者５９はこれらの画像を頭の中で融合することにより立体画像を観察できる。
【００１０】このような、観察者５９の頭の位置調整は、最初に右眼用画像と左眼用画像とが極端に違う画像を呈示して判別がつくような状態で行われる。しかし、右眼用画像領域６０及び左眼用画像領域６１の幅は、観察者５９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ以下であり非常に狭い。したがって、観察者５９は、右眼５７を右眼用画像領城６０に、左眼５８を左眼用画像領域６１に位置した状態で頭を固定して観察しなければならない。そして、観察者５９が頭の位置を動かした場合には、次のような問題点が生じる。
【００１１】 図１０は、図８に示した従来のレンチキュラ方式立体表示装置の問題点を説明するための部分平面図である。図１０（ａ）〜（ｃ）において、観察者５９の観察位置に右眼用画像領域６０と左眼用画像領域６１が周期的に形成されている。図１０（ａ）は、観察者５９が正しい位置で観察している場合であり、観察者５９の右眼５７が右眼用画像領域６０に、左眼５８が左眼用画像領域６１に位置している。一方、図１０（ｂ）は、観察者５９が右側に、観察者５９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度動いた場合を示す。このときは、観察者５９の右眼５７は左眼用画像領域６１に、左眼５８は右眼用画像領域６０に位置する。また、図１０（ｃ）は、観察者５９が左側に、観察者５９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度動いた場合を示す。このときも図１０（ｂ）と同様に、観察者５９の右眼５７は左眼用画像領域６１に、左眼５８は右眼用画像領域６０に位置する。
【００１２】 図１０（ｂ）や図１０（ｃ）の場合のように、観察者５９の右眼５７が左眼用画像領域６１に、左眼５８が右眼用画像領域６０に位置すると、立体視ができないばかりでなく、両眼視差から得られる立体情報と、それぞれの眼で観察する平面画像から得られる立体情報とに矛盾が生じる。このような逆立体視の状態は、観察者５９に違和感を与え、さらにそれに伴う疲労感を生じさせる。ただし、一般には、右眼用画像と左眼用画像とは、わずかな視差があるという程度の違いしかないため判別がつきずらく、その結果、逆立体視の状態で長時間観察し、疲労を蓄積してしまう場合がある。
【００１３】つまり、従来のレンチキュラ方式立体表示装置では、観察者５９の観察位置に右限用画像領域６０と左眼用画像領域６１が周期的に配列しており、しかもそれぞれの幅が非常に狭いため、観察者５９が頭の位置をわずかに動かすと逆立体視の状態になり疲労感をもたらし、さらに、一度頭の位置がずれてしまうとどの位置が正しい位置かがわからなくなり、結局逆立体視の状態で長時間観察してしまう場合があるという問題点がある。
【００１４】このような問題点は、直視型の表示装置とレンチキュラレンズを用いるものに限らず、投射型表示装置とレンチキュラレンズを用いるもの、複数の投射型表示装置と２枚のレンチキュラレンズを用いるもの、さらには視差画像分離手段としてバララックスパリアを用いるものなど、視差画像を空間的に分離し、それぞれの眼に独立に呈示することで、観察者が特別な眼鏡を装着することなく立体画像を観察できる立体表示装置について共通に存在する。
【００１５】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、視差画像を空間的に分離し、それぞれの眼に独立に呈示することで、観察者が特別な眼鏡を装着することなく立体画像を観察できる立体表示装置において、逆立体視の状態を生じさせることが無く、しかも、容易に立体視ができる領域を見付けることが可能な立体表示装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達成するため、複数の視差画像を画素ごとに順次巡回的に繰り返し表示すると共に、複数の視差画像の繰り返し表示周期の間にそれぞれの視差画像の表示幅以上の複数の視差画像とは異なる画像である非表示部を設けて表示する表示装置と、表示装置の前面に設けられ、表示装置に表示された複数の視差画像と複数の視差画像とは異なる画像の光を表示装置から離れた観察位置に集光して複数の視差画像領域と複数の視差画像とは異なる画像の表示領域である非表示領域を周期的に形成する視差画像分離手段とを有する構成としたものである。
【００１７】 また、本発明は、上記の目的達成のため、透過型のスクリーンと、スクリーン上に複数の視差画像を画素ごとに順次巡回的に繰り返し表示する単一の投射型表示装置と、スクリーン上に投射型表示装置から投射された複数の視差画像の繰り返し表示周期の間に、それぞれの視差画像の表示幅以上の非表示部を形成する、スクリーンの投射型表示装置側に設けられた視差画像偏向集光手段と、スクリーンに表示された複数の視差画像の光をスクリーンから離れた観察位置に集光して複数の視差画像領域と非表示領域を周期的に形成する視差画像分離手段とを有することを特徴とする。
【００１８】
【００１９】本発明では、観察者の観察位置には、複数の視差画像領域が周期的に形成されると共に、それら複数の視差画像領域の繰り返し周期の間に非表示領域が形成されるため、観察者の右眼と左眼の両方が複数の視差画像領域のうち隣接する二つの視差画像領域のそれぞれに位置する場合は立体画像を正常に観察できるが、観察者の右眼と左眼の一方が複数の視差画像領域のうち非表示領域に隣接する一つの視差画像領域に位置し、かつ、他方の眼が非表示領域に位置するように観察者の頭が動いた場合は、非表示領域に位置する眼では画像を見られないようにできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】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。
【００２１】図１は本発明になる立体表示装置の第１の実施の形態の平面図を示す。この立体表示装置１は、表示装置２と、表示装置２の前面に対向配置し、視差画像分離手段として作用するレンチキュラレンズ３とから構成され、表示装置２には視差画像である右眼用画像４と左眼用画像５及び非表示部６が、それぞれ同じ幅で周期的に順次巡回的に形成されている。そして、ある観察位置において、観察者の右眼７では右眼用画像４のみが、左眼８では左眼用画像５のみが見えるように立体表示装置１が構成されている。
【００２２】図２は、本発明の第１の実施の形態における立体表示装置の観察視域を説明するための平面図である。図１と共に説明した、表示装置２とレンチキュラレンズ３とからなるレンチキュラ方式の立体表示装置１においては、図２に示すように、表示装置２に表示された右眼用画像、左眼用画像及び非表示部からの光は、立体表示装置１から離れたある位置でそれぞれ集光され、右眼用画像領域１０、左眼用画像領域１１及び非表示領域１２が周期的に形成される。各領域の幅は、観察者９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度である。
【００２３】ここで、右眼用画像領域１０から立体表示装置１を片眼で観察すると、全画面にわたって右眼用画像のみが見え、一方、左眼用画像領域１１から立体表示装置１を片眼で観察すると、全画面にわたって左眼用画像のみが見える。したがって、図２に示すように観察者９の右眼７を右眼用画像領域１０に、左眼８を左眼用画像領域１１に配置すると、観察者９はこれらの画像を頭の中で融合することによって立体画像を観察できる。そして、右眼用画像領域１０と左眼用画像領域１１の両側にある非表示領域１２は以下のように作用する。
【００２４】図３は、図１に示した実施の形態の立体表示装置の動作を説明するための部分平面図である。図３（ａ）〜（ｃ）において、観察者９の観察位置に右眼用画像領域１０、左眼用画像領城１１及び非表示領域１２が周期的に配列している。図３（ａ）は、観察者が正しい位置で観察している場合であり、観察者９の右眼７が右眼用画像領域１０に、左眼８が左眼用画像領城１１に位置しており、観察者９は立体視が可能な状態である。
【００２５】一方、図３（ｂ）は、観察者９が右側に、観察者９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度動いた場合を示す。このとき、観察者９の右眼７は非表示領域１２に、左眼８は右眼用画像領域１０に位置する。また、図３（ｃ）は、観察者９が上記とは逆に左側に観察者９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度動いた場合を示す。このときは、観察者９の右眼７は左眼用画像領城１１に、左眼８は非表示領域１２に位置する。
【００２６】したがって、図３（ｂ）や図３（ｃ）の場合は、両眼視差のある画像をそれぞれの眼で独立に見ているのではなく、片眼でしか画像を見ていないこととなり、立体視ができない。ただし、従来装置のような逆立体視の状態にはなっていないので、観察者９に疲労感を生じさせることはないばかりでなく、片眼でしか画像を見ていないため、容易に立体視ができていないことがわかる。したがって、図３（ａ）に示す正しい位置に頭の位置を戻すことが可能である。
【００２７】すなわち、この第１の実施の形態によれば、両眼７及び８で画像を観察している状態が正しい位置であることが一義的に決まり、その他の位置においては、逆立体視の状態にはならず、観察者９に疲労感をもたらすことはない。しかも、正しくない位置であることが容易に気付くことができ、正しい位置へ頭を戻すことが容易にできる。
【００２８】図１及び図２に示した構成の第１の実施の形態は、視差画像分離手段としてレンチキュラレンズ３を用い、２種類の視差画像、すなわち右眼用画像４と左眼用画像５に、非表示部６を加え、それらを周期的に表示する表示装置２の前面にレンチキュラレンズ３を対向配置した態様の一例を示したものであり、以下、これについてさらに具体的に説明する。
【００２９】図１の構成において使用した表示装置２、レンチキュラレンズ３は、それぞれ具体的には次のようなものである。表示装置２は、モノクロ液晶表示素子を用いている。液晶表示素子には、右眼用画像４、左眼用画像５、非表示部６が画面の縦方向に長いストライプ状で１画素ごとに表示されている。右眼用画像４、左眼用画像５は視差画像であり、非表示部６は画像情報に関係なく常に黒を表示している。
【００３０】レンチキュラレンズ３は、シリンドリカルレンズが多数並んだ構造になるように、金型によってアクリル板の表面を加工成形したものを用いており、表示装置２のおよそ３画素に１個の割合でシリンドリカルレンズが配色され、観察者は６００ｍｍ離れた位置において立体画像が観察できるように設計している。
【００３１】また、レンチキュラレンズ３は、表示装置２の表示面に密着させ接着剤にて固定されている。この際、レンチキュラレンズ３の溝方向と表示装置２の画面の縦方向が平行になるように位置合わせを行っている。
【００３２】以上の構成部品からなる、本発明になる立体表示装置の第１の実施の形態は、前記したように、観察者の右眼が左眼用画像を観察する位置に動いた場合、左眼では画像を見ることができず、また、左眼が右眼用画像を観察する位置に動いた場合、右眼では画像を見ることができないため、逆立体視の状態になることはなく、両眼で画像を観察できる位置が立体視可能な位置であるため、容易に立体視ができる領域を見つけることが可能である。
【００３３】次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本発明になる立体表示装置の第２の実施の形態の構成説明用平面図を示す。図４において、立体表示装置２１は、表示装置２と、表示装置２の前面に対向配置した視差画像分離手段として作用するパララックスバリア２２とから構成されている。また、表示装置２には第１の実施の形態と同様に、視差画像である右眼用画像４と左眼用画像５及び非表示部６が、それぞれ同じ幅で順次巡回的に、かつ、周期的に形成されている。そして、ある観察位置において、観察者の右眼７では右眼用画像４のみが、左眼８では左眼用画像のみが見えるように立体表示装置２１が構成されている。
【００３４】図５は、図４に示した本発明の立体表示装置の第２の実施の形態における観察視域を説明するための平面図である。表示装置２とパララックスバリア２２とからなるパララックスバリア方式の立体表示装置２１において、表示装置２に周期的に表示された右眼用画像、左眼用画像及び非表示部からの光は、立体表示装置２１から離れたある位置でそれぞれ集光され、右眼用画像領域１０、左眼用画像領域１１及び非表示領域１２が周期的に形成される。各領域の幅は、観察者９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度である。
【００３５】ここで、右眼用画像領域１０から立体表示装置２１を片眼で観察すると、全画面にわたって右眼用画像のみが見え、一方、左目用画像領域１１から立体表示装置２１を片眼で観察すると、全画面にわたって左眼用画像のみが見える。従って、図５に示すように、観察者９の右眼７を右眼用画像領域１０に、左目８を左目用画像領域１１に配置すると、観察者９はこれらの画像を頭の中で融合することによって立体画像を正常に観察することができる。
【００３６】また、この実施の形態では、右眼用画像領域１０と左眼用画像領域１１の両側にある非表示領域１２が第１の実施の形態と同様に作用する。すなわち、非表示領域１２は観察者９の頭の位置が図５に示すような正常な位置にないときには、両眼視差のある画像をそれぞれの眼で独立に見ているのではなく、片眼でしか画像を見ていないようにさせることができ、右眼７及び左眼８で画像を観察している状態が正しい位置であることが一義的に決まり、その他の位置においては、逆立体視の状態にはならず、観察者９に疲労感をもたらすことはない。しかも、正しくない位置であることが容易に気付くことができ、正しい位置へ頭を戻すことが容易にできる。
【００３７】図４及び図５に示した第２の実施の形態は、視差画像分離手段としてパララックスバリア２２を用い、２種類の視差画像、すなわち右眼用画像４と左眼用画像５に、非表示部６を加え、それらを周期的に表示する表示装置２の前面にパララックスバリア２２を対向配置した態様の一例を示したものであり、以下、これについてさらに具体的に説明する。
【００３８】図５の構成において使用した表示装置２は、第１の実施の形態と同じように、モノクロ液晶表示素子を用いている。液晶表示素子には、右眼用画像４、左眼用画像５、非表示部６が画面の縦方向に長いストライプ状で１画素ごとに表示されている。右眼用画像４、左眼用画像５は視差画像であり、非表示部６は画像情報に関係なく常に黒を表示している。
【００３９】一方、パララックスバリア２２はガラスに不透明金属膜を蒸着し、エッチングにより光を透過させるストライプ状の領域を形成した構成とされている。表示装置２のおよそ３画素に１個の割合でパララックスバリア２２の開口部が設けられ、観察者は６００ｍｍ離れた位置において立体画像が観察できるように設計している。パララックスバリア２２は、ガラス面を表示装置２の表示面に密着させ接着剤にて固定されている。この際、パララックスバリア２２のストライプの方向と表示装置２の画面の縦方向が平行になるように位置合わせされている。
【００４０】以上の構成部品からなる、本発明の第２の実施の形態の立体表示装置は、観察者の右眼が左眼用画像を観察する位置に動いた場合、左眼では画像を見ることができず、また、左眼が右眼用画像を観察する位置に動いた場合、右眼では画像を見ることができない。したがって、逆立体視の状態になることはない。そして、両眼で画像を観察できる位置が立体視可能な位置であるため、容易に立体視ができる領域を見つけることが可能である。
【００４１】なお、以上の第１及び第２の実施の形態において、視差画像分離手段はレンチキュラレンズ３やパララックスバリア２２を用いたが、これに限らず、液晶表示素子を複数の線光源で照明する手段や、表示装置の前面に光の進行方向を制御する回折格子またはホログラムを配置する手段を用いても同様の立体表示装置が得られる。
【００４２】また、表示装置２に右眼用画像４と左眼用画像５の２種類の視差画像を表示する２眼式の例で説明したが、３種類以上の視差画像を用いた多眼式の場合も、視差画像の繰り返し周期の間に非表示部を設ければ同様の立体表示装置が得られる。
【００４３】表示装置２は、モノクロ液晶表示素子に限らず、任意の電子ディスプレイが利用できる。ただし、液晶表示素子、プラズマディプレイ等のフラットパネルディスプレイを用いた方が、視差画像分離手段と画素との位置合わせが容易になるので望ましい。さらに、カラーフィルタを内蔵したカラー表示、さらには、赤、緑、青色の画像を時分割表示してカラー表示を行う場合のいずれにも適用できる。また、表示装置２は、直視型の表示装置以外に、投射型の表示装置も適用でき、さらにモノクロ表示とカラー表示のいすれでもよい。
【００４４】 非表示部６は、画像情報に関係なく常に黒を表示するように説明したが、右眼用画像４や左眼用画像５等の視差画像と全く異なる画像であればよい。非表示部６の幅は、それぞれの視差画像の幅以上であれば、観察者は逆立体視の状態になることはなく、しかも両眼で画像を観察できる位置が立体視可能な位置であることが容易にわかる。
【００４５】次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は本発明になる立体表示装置の第３の実施の形態の構成説明用平面図を示す。図６において、立体表示装置３１は、投射型表示装置３２と、スクリーン３３と、スクリーン３３の前面に対向配置し、視差画像分離手段として作用するレンチキュラレンズ３４と、スクリーン３３の投射型表示装置３２側に対向配置し、視差画像偏向集光手段として作用する軸ずらしレンチキュラレンズ３５とから構成されている。また、スクリーン３３には視差画像である右眼用画像４と左眼用画像５及び非表示部６が、それぞれ同じ幅で周期的に形成されている。そして、ある観察位置において、観察者の右眼７では右眼用画像４のみが、左眼８では左眼用画像５のみが見えるように立体表示装置３１が構成されている。
【００４６】図７は、本発明になる立体表示装置の第３の実施の形態における観察視域を説明するための平面図である。投射型表示装置３２とスクリーン３３とレンチキュラレンズ３４と軸ずらしレンチキュラレンズ３５とからなる投射型レンチキュラ方式の立体表示装置３１において、スクリーン３３上に投射された右眼用画像、左眼用画像及び非表示部は、立体表示装置３１から離れたある位置でそれぞれ集光され、右眼用画像領域１０、左眼用画像領域１１及び非表示領域１２が順次巡回的に、かつ、周期的に形成される。各領域の幅は、観察者９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度である。
【００４７】ここで、右眼用画像領域１０から立体表示装置３１を片眼で観察すると、全画面にわたって右眼用画像のみが見え、一方、左眼用画像領域１１から立体表示装置３１を片眼で観察すると、全画面にわたって左眼用画像のみが見える。したがって、図７に示すように観察者９の右眼７を右眼用画像領域１０に、左眼８を左眼用画像領域１１に配置すると、観察者９はこれらの画像頭の中で融合することによって立体画像を正常に観察できる。
【００４８】そして、右眼用画像領域１０と左眼用画像領域１１の両側にある非表示領域１２は、第１や第２の実施の形態と同様に作用する。すなわち、両眼で画像を観察している状態が正しい位置であることが一義的に決まり、その他の位置においては、逆立体視の状態にはならず、観察者９に疲労感をもたらすことはない。しかも、正しくない位置であることが容易に気付くことができる。
【００４９】図６及び図７に示した第３の実施の形態は、視差画像分離手段としてレンチキュラレンズ３４を、視差画像偏向集光手段として軸ずらしレンチキュラレンズ３５をそれぞれ用い、投射型表示装置３２により２種類の視差画像、すなわち右眼用画像４と左眼用画像５をスクリーン３３上に投射表示すると共に、軸ずらしレンチキュラレンズ３５により、右眼用画像４と左眼用画像５の繰り返し周期の間に非表示部６を形成し、それらを周期的に表示するスクリーン３３の前面にレンチキュラレンズ３４を対向配置した構成である。以下、これについてさらに具体的に説明する。
【００５０】図６及び図７の構成において投射型表示装置３２は、投射型カラー液晶表示装置を用いている。これは、図６には図示していないが、光源からの光を複数のダイクロイックミラーを用い三原色の光束にそれぞれ分離した後、これらの光束で３枚の液晶表示素子をそれぞれ照明し、カラー画像信号により変調を受けた３枚の液晶表示素子を透過した３つの光束を再び複数のダイクロイックミラーで合成し、１本の投射レンズによりカラー画像を投射表示するものである。
【００５１】液晶表示素子には、視差画像である右眼用画像４と左眼用画像５が画面の縦方向に長いストライプ状で１画素ごとに表示されている。これらの画像は、軸ずらしレンチキュラレンズ３５の面に結像するように、投射型表示装置３２内の投射レンズのフォーカスが調整されており、投射画像の１画素が軸ずらしレンチキュラレンズ３５の１つのシリンドリカルレンズの幅と等しく、かつ位置が一致するように位置合わせを行っている。
【００５２】スクリーン３３は、透過型のスクリーンであって、拡散剤を添加したアクリル樹脂を板状に成形したものである。
【００５３】レンチキュラレンズ３４は、シリンドリカルレンズが多数並んだ構造になるように、金型によってアクリル板の表面を加工成形したものを用いており、スクリーン３３上のおよそ３画素に１個の割合でシリンドリカルレンズが配置され、観察者が２０００ｍｍ離れた位置において立体画像を観察できるように設計している。レンチキュラレンズ３４は、スクリーン３３と間隙を設けて固定されている。この際、レンチキュラレンズ３４の溝方向とスクリーン３３上に投射表示された画像の縦方向が平行になるように位置合わせを行っている。
【００５４】軸ずらしレンチキュラレンズ３５は、レンチキュラレンズ３４と同様に、シリンドリカルレンズが多数並んだ構造になるように、金型によってアクリル板の表面を加工成形した構成とされている。ただし、各シリンドリカルレンズの光軸は、以下の作用を持つように、ひとつおきに逆方向にずらしている。また、軸ずらしレンチキュラレンズ３５も、スクリーン３３と間隙を設けて固定されている。
【００５５】投射型表示装置３２から投射された光は、軸ずらしレンチキュラレンズ３５の各シリンドリカルレンズの位置にそれぞれ結像された後、スクリーン３３上に、その幅が各シリンドリカルレンズの幅のおよそ２／３になるように集光されて右眼用画像４と左眼用画像５を表示させる。これらの右眼用画像４と左眼用画像５は、軸ずらしレンチキュラレンズ３５の各シリンドリカルレンズの位置に対応して画素ごとに繰り返し表示される。
【００５６】ただし、軸ずらしレンチキュラレンズ３５の各シリンドリカルレンズの光軸をずらせることにより、一組の右眼用画像４と左眼用画像５が隣接し、かつ右眼用画像４と左眼用画像５の繰り返し周期の間に、光が到達しない領域を形成する。その幅は右眼用画像４や左眼用画像５の幅と等しく、この光が到達しない領域が非表示部６になる。
【００５７】以上の構成部品からなる、本発明の立体表示装置の第３の実施の形態では、第１の実施の形態や第２の実施の形態と同様に、観察者の右眼が左眼用画像を観察する位置に動いた場合、左眼では画像を見ることができず、また、左眼が右眼用画像を観察する位置に動いた場合、右眼では画像を見ることができないため、片眼でしか画像を見ていないこととなり、逆立体視の状態になることはない。また、両眼で画像を観察できる位置が立体視可能な位置であるため、容易に立体視ができる領域を見付けることが可能である。
【００５８】第１の実施の形態や第２の実施の形態では、表示装置２の表示面に非表示部６を形成するため、その分視差画像の解像度（画素数）が低下してしまう。すなわち、２眼式の場合、各視差画像の画素数は、表示装置２の１／３の画素数になる。これに対し、本実施の形態においては、視差画像偏向集光手段である軸ずらしレンチキュラレンズ３５により非表示部６を形成するので、２眼式の場合、各視差画像の画素数は投射型表示装置３２の１／２の画素数となり、第１の実施の形態や第２の実施の形態に比べて１．５倍に増やすことができる。
【００５９】なお、以上の第３の実施の形態において、視差画像分離手段はレンチキュラレンズ３４を用いたが、これに限らず、パララックスバリアや、光の進行方向を制御する回折格子またはホログラムを用いても同様の立体表示装置が得られる。
【００６０】また、投射型表示装置３２に右眼用画像４と左眼用画像５の２種類の視差画像を表示する２眼式以外に、３種類以上の視差画像を用いた多眼式の場合も、視差画像の繰り返し周期の間に非表示部を設ける構成であれば同様の立体表示装置が得られる。
【００６１】また、投射型表示装置３２は、投射型カラー液晶表示装置に限らず、任意の表示素子、例えば油膜に電子ビームで画像を書き込むもの、ＣＲＴを用いるもの、ＰＬＺＴを用いるもの、さらには微小ミラーで光を偏向するもの等を用いた投射型表示装置が利用できる。さらに、モノクロ表示、カラーフィルタを内蔵したカラー表示、さらには、赤、緑、青の三原色の画像を時分割表示してカラー表示を行う場合のいずれにも適用できる。
【００６２】また、視差画像偏向集光手段は、軸ずらしレンチキュラレンズ３５以外にもホログラムのような回折型光素子を用いたり、偏向と集光を独立作用させる手段、例えば、偏向手段としてプリズムや回折格子等を、集光手段としてレンチキュラレンズやリニアフレネルレンズやホログラム等を組み合わせて用いてもよい。この場合、非表示部６の幅は、それぞれの視差画像の幅以上であれば、観察者は逆立体視の状態になることはなく、しかも両眼で画像を観察できる位置が立体視可能な位置であることが容易にわかる。
【００６３】
【００６４】
【００６５】
【００６６】
【００６７】
【００６８】
【００６９】
【００７０】
【００７１】
【００７２】
【００７３】
【００７４】
【００７５】
【００７６】
【００７７】
【００７８】
【００７９】
【００８０】
【００８１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、視差画像を空間的に分離し、それぞれの眼に独立に呈示することで、観察者が特別な眼鏡を装着することなく立体画像を観察できる立体表示装置において、観察者の右眼と左眼の両方が複数の視差画像領域のうち隣接する二つの視差画像領域のそれぞれに位置する場合は立体画像を正常に観察できるが、観察者の右眼と左眼の一方が複数の視差画像領域のうち非表示領域に隣接する一つの視差画像領域に位置し、かつ、他方の眼が非表示領域に位置するように観察者の頭が動いた場合は、非表示領域に位置する眼では画像を見られないようにしたため、逆立体視の状態になることを防止でき、よって、逆立体視により観察者に疲労感を生じさせないようにできる。また、本発明によれば、正常な観察位置以外の観察位置では片眼でしか画像を見ていないため、容易に立体視ができていないことがわかり、よって、観察者が正しい観察位置を見付けることが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる立体表示装置の第１の実施の形態の構成説明用平面図である。
【図２】図１の立体表示装置の観察視域を説明するための平面図である。
【図３】図１の立体表示装置の動作を説明するための部分平面図である。
【図４】本発明になる立体表示装置の第２の実施の形態の構成説明用平面図である。
【図５】図４の立体表示装置の観察視域を説明するための平面図である。
【図６】本発明になる立体表示装置の第３の実施の形態の構成説明用平面図である。
【図７】図６の立体表示装置の観察領域を説明するための平面図である。
【図８】従来の立体表示装置の一例の構成説明用平面図である。
【図９】図８の従来の立体表示装置の観察視域を説明するための平面図である。
【図１０】図８の従来の立体表示装置の問題点を説明するための部分平面図である。
【符号の説明】
１、２１、３１ 立体表示装置
２ 表示装置
３、３４ レンチキュラレンズ
４ 右眼用画像
５ 左眼用画像
６ 非表示部
７ 右眼
８ 左眼
９ 観察者
１０ 右眼用画像領域
１１ 左眼用画像領域
１２ 非表示領域
２２ パララックスバリア
３２ 投射型表示装置
３３ スクリーン
３５ 軸ずらしレンチキュラレンズ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は立体表示装置に係り、特に観察者が特別な眼鏡を装着することなく、立体画像を観察することのできる立体表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、立体画像や三次元画像を表示する立体表示装置として、両眼視差のある画像情報を右眼と左眼にそれぞれ独立に呈示する装置や、物体の断面像を移動スクリーンの移動に同期して順次表示する装置や、ホログラムを用いる装置等が提案されている。しかし、スクリーンを移動する装置やホログラムを用いる装置は、その情報量の多さから動画を表示するのが困難であるため、現時点では両眼視差画像を用いて立体画像を表示するタイプの立体表示装置を主体に開発が進められている。
【０００３】この両眼視差画像を用いて立体画像を表示する立体表示装置は、従来の陰極線管（ＣＲＴ）や液晶ディスプレイ等の表示装置を用いて構成するため、比較的容易に立体画像を得ることができる。そして、このような両眼視差の原理を利用する立体表示装置には、観察者が偏光眼鏡や液晶シャッタ眼鏡等の特別な眼鏡を装着して立体画像を観察する装置と、レンチキュラレンズやパララックスバリアのような特別な光学素子を視差画像分離手段として用い、それを表示面に配置して立体画像を観察する装置とがある。
【０００４】このうち後者の立体表示装置は視差画像を空間的に分離して、それぞれの眼に独立に呈示するため、前者の立体表示装置に比し、観察者が特別な眼鏡を装着することなく立体画像を観察できるという利点がある。そこで、この眼鏡不要の立体表示装置について、視差画像分離手段としてレンチキュラレンズを用いた方式を例にとって説明する。
【０００５】 図８はレンチキュラレンズを用いた従来のレンチキュラ方式の立体表示装置の一例の構成説明用平面図を示す。同図において、従来のレンチキュラ方式の立体表示装置５１は、表示装置５２とレンチキュラレンズ５３とから構成される。ここでは、右眼用画像５４と左眼用画像５５の２種類の視差画像を用いた２眼式の例であるが、３種類以上の視差画像を用いる多眼式の場合も同種である。レンチキュラレンズ５３は、細長いシリンドリカルレンズを多数並べた構造になっている。
【０００６】各シリンドリカルレンズの焦点面は表示装置５２の表示面とされ、そこに立体画像を表示する。この立体画像は、両眼視差情報を有する右眼用画像５４と左眼用画像５５を、シリンドリカルレンズの数に応じて、画面の縦方向に長いストライプ状の画像に分割、抽出し、それらを交互に再配列させることにより作成してある。立体画像を表示する際、右眼用画像５４と左眼用画像５５が各シリンドリカルレンズと観察者の右眼５７および左眼５８の位置によって決まる場所に表示されるよう、表示装置５２およびレンチキュラレンズ５３の位置が調整される。
【０００７】観察者がこのようなレンチキュラ方式の立体表示装置５１を観察すると、観察者は、右眼５７では右眼用画像５４のみを、左眼５８では左眼用画像５５のみを見ることになり、観察者はこれらの画像５４及び５５を観察者の頭の中で融合することによって立体感のある画像を観察することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】このようなレンチキュラ方式の立体表示装置５１は、前述したように観察者が特別な眼鏡を装着することなく立体視が可能である。しかしながら、視差画像を空間的に分離し、それぞれの眼に独立に呈示するため、観察者が立体画像を観察できる位置が限定されてしまうという問題点がある。
【０００９】 図９は、従来のレンチキュラ方式立体表示装置の観察視域を説明するための平面図である。レンチキュラレンズ５３と表示装置５２とからなるレンチキュラ方式の立体表示装置５１において、表示装置５２に表示された右眼用画像と左眼用画像は、立体表示装置５１から離れたある位置でそれぞれ集光され、右眼用画像領域６０、左眼用画像領域６１が周期的に形成される。すなわち、右眼用画像領域６０から立体表示装置５１を片眼で観察すると、全画面にわたって右眼用画像のみが見え、一方、左眼用画像領域６１から立体表示装置５１を片眼で観察すると、全画面にわたって左眼用画像のみが見える。したがって、観察者５９の右眼５７を右眼用画像領域６０に、左眼５８を左眼用画像領域６１に配置すると、観察者５９はこれらの画像を頭の中で融合することにより立体画像を観察できる。
【００１０】このような、観察者５９の頭の位置調整は、最初に右眼用画像と左眼用画像とが極端に違う画像を呈示して判別がつくような状態で行われる。しかし、右眼用画像領域６０及び左眼用画像領域６１の幅は、観察者５９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ以下であり非常に狭い。したがって、観察者５９は、右眼５７を右眼用画像領城６０に、左眼５８を左眼用画像領域６１に位置した状態で頭を固定して観察しなければならない。そして、観察者５９が頭の位置を動かした場合には、次のような問題点が生じる。
【００１１】 図１０は、図８に示した従来のレンチキュラ方式立体表示装置の問題点を説明するための部分平面図である。図１０（ａ）〜（ｃ）において、観察者５９の観察位置に右眼用画像領域６０と左眼用画像領域６１が周期的に形成されている。図１０（ａ）は、観察者５９が正しい位置で観察している場合であり、観察者５９の右眼５７が右眼用画像領域６０に、左眼５８が左眼用画像領域６１に位置している。一方、図１０（ｂ）は、観察者５９が右側に、観察者５９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度動いた場合を示す。このときは、観察者５９の右眼５７は左眼用画像領域６１に、左眼５８は右眼用画像領域６０に位置する。また、図１０（ｃ）は、観察者５９が左側に、観察者５９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度動いた場合を示す。このときも図１０（ｂ）と同様に、観察者５９の右眼５７は左眼用画像領域６１に、左眼５８は右眼用画像領域６０に位置する。
【００１２】 図１０（ｂ）や図１０（ｃ）の場合のように、観察者５９の右眼５７が左眼用画像領域６１に、左眼５８が右眼用画像領域６０に位置すると、立体視ができないばかりでなく、両眼視差から得られる立体情報と、それぞれの眼で観察する平面画像から得られる立体情報とに矛盾が生じる。このような逆立体視の状態は、観察者５９に違和感を与え、さらにそれに伴う疲労感を生じさせる。ただし、一般には、右眼用画像と左眼用画像とは、わずかな視差があるという程度の違いしかないため判別がつきずらく、その結果、逆立体視の状態で長時間観察し、疲労を蓄積してしまう場合がある。
【００１３】つまり、従来のレンチキュラ方式立体表示装置では、観察者５９の観察位置に右限用画像領域６０と左眼用画像領域６１が周期的に配列しており、しかもそれぞれの幅が非常に狭いため、観察者５９が頭の位置をわずかに動かすと逆立体視の状態になり疲労感をもたらし、さらに、一度頭の位置がずれてしまうとどの位置が正しい位置かがわからなくなり、結局逆立体視の状態で長時間観察してしまう場合があるという問題点がある。
【００１４】このような問題点は、直視型の表示装置とレンチキュラレンズを用いるものに限らず、投射型表示装置とレンチキュラレンズを用いるもの、複数の投射型表示装置と２枚のレンチキュラレンズを用いるもの、さらには視差画像分離手段としてバララックスパリアを用いるものなど、視差画像を空間的に分離し、それぞれの眼に独立に呈示することで、観察者が特別な眼鏡を装着することなく立体画像を観察できる立体表示装置について共通に存在する。
【００１５】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、視差画像を空間的に分離し、それぞれの眼に独立に呈示することで、観察者が特別な眼鏡を装着することなく立体画像を観察できる立体表示装置において、逆立体視の状態を生じさせることが無く、しかも、容易に立体視ができる領域を見付けることが可能な立体表示装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達成するため、複数の視差画像を画素ごとに順次巡回的に繰り返し表示すると共に、複数の視差画像の繰り返し表示周期の間にそれぞれの視差画像の表示幅以上の複数の視差画像とは異なる画像である非表示部を設けて表示する表示装置と、表示装置の前面に設けられ、表示装置に表示された複数の視差画像と複数の視差画像とは異なる画像の光を表示装置から離れた観察位置に集光して複数の視差画像領域と複数の視差画像とは異なる画像の表示領域である非表示領域を周期的に形成する視差画像分離手段とを有する構成としたものである。
【００１７】 また、本発明は、上記の目的達成のため、透過型のスクリーンと、スクリーン上に複数の視差画像を画素ごとに順次巡回的に繰り返し表示する単一の投射型表示装置と、スクリーン上に投射型表示装置から投射された複数の視差画像の繰り返し表示周期の間に、それぞれの視差画像の表示幅以上の非表示部を形成する、スクリーンの投射型表示装置側に設けられた視差画像偏向集光手段と、スクリーンに表示された複数の視差画像の光をスクリーンから離れた観察位置に集光して複数の視差画像領域と非表示領域を周期的に形成する視差画像分離手段とを有することを特徴とする。
【００１８】
【００１９】本発明では、観察者の観察位置には、複数の視差画像領域が周期的に形成されると共に、それら複数の視差画像領域の繰り返し周期の間に非表示領域が形成されるため、観察者の右眼と左眼の両方が複数の視差画像領域のうち隣接する二つの視差画像領域のそれぞれに位置する場合は立体画像を正常に観察できるが、観察者の右眼と左眼の一方が複数の視差画像領域のうち非表示領域に隣接する一つの視差画像領域に位置し、かつ、他方の眼が非表示領域に位置するように観察者の頭が動いた場合は、非表示領域に位置する眼では画像を見られないようにできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】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。
【００２１】図１は本発明になる立体表示装置の第１の実施の形態の平面図を示す。この立体表示装置１は、表示装置２と、表示装置２の前面に対向配置し、視差画像分離手段として作用するレンチキュラレンズ３とから構成され、表示装置２には視差画像である右眼用画像４と左眼用画像５及び非表示部６が、それぞれ同じ幅で周期的に順次巡回的に形成されている。そして、ある観察位置において、観察者の右眼７では右眼用画像４のみが、左眼８では左眼用画像５のみが見えるように立体表示装置１が構成されている。
【００２２】図２は、本発明の第１の実施の形態における立体表示装置の観察視域を説明するための平面図である。図１と共に説明した、表示装置２とレンチキュラレンズ３とからなるレンチキュラ方式の立体表示装置１においては、図２に示すように、表示装置２に表示された右眼用画像、左眼用画像及び非表示部からの光は、立体表示装置１から離れたある位置でそれぞれ集光され、右眼用画像領域１０、左眼用画像領域１１及び非表示領域１２が周期的に形成される。各領域の幅は、観察者９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度である。
【００２３】ここで、右眼用画像領域１０から立体表示装置１を片眼で観察すると、全画面にわたって右眼用画像のみが見え、一方、左眼用画像領域１１から立体表示装置１を片眼で観察すると、全画面にわたって左眼用画像のみが見える。したがって、図２に示すように観察者９の右眼７を右眼用画像領域１０に、左眼８を左眼用画像領域１１に配置すると、観察者９はこれらの画像を頭の中で融合することによって立体画像を観察できる。そして、右眼用画像領域１０と左眼用画像領域１１の両側にある非表示領域１２は以下のように作用する。
【００２４】図３は、図１に示した実施の形態の立体表示装置の動作を説明するための部分平面図である。図３（ａ）〜（ｃ）において、観察者９の観察位置に右眼用画像領域１０、左眼用画像領城１１及び非表示領域１２が周期的に配列している。図３（ａ）は、観察者が正しい位置で観察している場合であり、観察者９の右眼７が右眼用画像領域１０に、左眼８が左眼用画像領城１１に位置しており、観察者９は立体視が可能な状態である。
【００２５】一方、図３（ｂ）は、観察者９が右側に、観察者９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度動いた場合を示す。このとき、観察者９の右眼７は非表示領域１２に、左眼８は右眼用画像領域１０に位置する。また、図３（ｃ）は、観察者９が上記とは逆に左側に観察者９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度動いた場合を示す。このときは、観察者９の右眼７は左眼用画像領城１１に、左眼８は非表示領域１２に位置する。
【００２６】したがって、図３（ｂ）や図３（ｃ）の場合は、両眼視差のある画像をそれぞれの眼で独立に見ているのではなく、片眼でしか画像を見ていないこととなり、立体視ができない。ただし、従来装置のような逆立体視の状態にはなっていないので、観察者９に疲労感を生じさせることはないばかりでなく、片眼でしか画像を見ていないため、容易に立体視ができていないことがわかる。したがって、図３（ａ）に示す正しい位置に頭の位置を戻すことが可能である。
【００２７】すなわち、この第１の実施の形態によれば、両眼７及び８で画像を観察している状態が正しい位置であることが一義的に決まり、その他の位置においては、逆立体視の状態にはならず、観察者９に疲労感をもたらすことはない。しかも、正しくない位置であることが容易に気付くことができ、正しい位置へ頭を戻すことが容易にできる。
【００２８】図１及び図２に示した構成の第１の実施の形態は、視差画像分離手段としてレンチキュラレンズ３を用い、２種類の視差画像、すなわち右眼用画像４と左眼用画像５に、非表示部６を加え、それらを周期的に表示する表示装置２の前面にレンチキュラレンズ３を対向配置した態様の一例を示したものであり、以下、これについてさらに具体的に説明する。
【００２９】図１の構成において使用した表示装置２、レンチキュラレンズ３は、それぞれ具体的には次のようなものである。表示装置２は、モノクロ液晶表示素子を用いている。液晶表示素子には、右眼用画像４、左眼用画像５、非表示部６が画面の縦方向に長いストライプ状で１画素ごとに表示されている。右眼用画像４、左眼用画像５は視差画像であり、非表示部６は画像情報に関係なく常に黒を表示している。
【００３０】レンチキュラレンズ３は、シリンドリカルレンズが多数並んだ構造になるように、金型によってアクリル板の表面を加工成形したものを用いており、表示装置２のおよそ３画素に１個の割合でシリンドリカルレンズが配色され、観察者は６００ｍｍ離れた位置において立体画像が観察できるように設計している。
【００３１】また、レンチキュラレンズ３は、表示装置２の表示面に密着させ接着剤にて固定されている。この際、レンチキュラレンズ３の溝方向と表示装置２の画面の縦方向が平行になるように位置合わせを行っている。
【００３２】以上の構成部品からなる、本発明になる立体表示装置の第１の実施の形態は、前記したように、観察者の右眼が左眼用画像を観察する位置に動いた場合、左眼では画像を見ることができず、また、左眼が右眼用画像を観察する位置に動いた場合、右眼では画像を見ることができないため、逆立体視の状態になることはなく、両眼で画像を観察できる位置が立体視可能な位置であるため、容易に立体視ができる領域を見つけることが可能である。
【００３３】次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本発明になる立体表示装置の第２の実施の形態の構成説明用平面図を示す。図４において、立体表示装置２１は、表示装置２と、表示装置２の前面に対向配置した視差画像分離手段として作用するパララックスバリア２２とから構成されている。また、表示装置２には第１の実施の形態と同様に、視差画像である右眼用画像４と左眼用画像５及び非表示部６が、それぞれ同じ幅で順次巡回的に、かつ、周期的に形成されている。そして、ある観察位置において、観察者の右眼７では右眼用画像４のみが、左眼８では左眼用画像のみが見えるように立体表示装置２１が構成されている。
【００３４】図５は、図４に示した本発明の立体表示装置の第２の実施の形態における観察視域を説明するための平面図である。表示装置２とパララックスバリア２２とからなるパララックスバリア方式の立体表示装置２１において、表示装置２に周期的に表示された右眼用画像、左眼用画像及び非表示部からの光は、立体表示装置２１から離れたある位置でそれぞれ集光され、右眼用画像領域１０、左眼用画像領域１１及び非表示領域１２が周期的に形成される。各領域の幅は、観察者９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度である。
【００３５】ここで、右眼用画像領域１０から立体表示装置２１を片眼で観察すると、全画面にわたって右眼用画像のみが見え、一方、左目用画像領域１１から立体表示装置２１を片眼で観察すると、全画面にわたって左眼用画像のみが見える。従って、図５に示すように、観察者９の右眼７を右眼用画像領域１０に、左目８を左目用画像領域１１に配置すると、観察者９はこれらの画像を頭の中で融合することによって立体画像を正常に観察することができる。
【００３６】また、この実施の形態では、右眼用画像領域１０と左眼用画像領域１１の両側にある非表示領域１２が第１の実施の形態と同様に作用する。すなわち、非表示領域１２は観察者９の頭の位置が図５に示すような正常な位置にないときには、両眼視差のある画像をそれぞれの眼で独立に見ているのではなく、片眼でしか画像を見ていないようにさせることができ、右眼７及び左眼８で画像を観察している状態が正しい位置であることが一義的に決まり、その他の位置においては、逆立体視の状態にはならず、観察者９に疲労感をもたらすことはない。しかも、正しくない位置であることが容易に気付くことができ、正しい位置へ頭を戻すことが容易にできる。
【００３７】図４及び図５に示した第２の実施の形態は、視差画像分離手段としてパララックスバリア２２を用い、２種類の視差画像、すなわち右眼用画像４と左眼用画像５に、非表示部６を加え、それらを周期的に表示する表示装置２の前面にパララックスバリア２２を対向配置した態様の一例を示したものであり、以下、これについてさらに具体的に説明する。
【００３８】図５の構成において使用した表示装置２は、第１の実施の形態と同じように、モノクロ液晶表示素子を用いている。液晶表示素子には、右眼用画像４、左眼用画像５、非表示部６が画面の縦方向に長いストライプ状で１画素ごとに表示されている。右眼用画像４、左眼用画像５は視差画像であり、非表示部６は画像情報に関係なく常に黒を表示している。
【００３９】一方、パララックスバリア２２はガラスに不透明金属膜を蒸着し、エッチングにより光を透過させるストライプ状の領域を形成した構成とされている。表示装置２のおよそ３画素に１個の割合でパララックスバリア２２の開口部が設けられ、観察者は６００ｍｍ離れた位置において立体画像が観察できるように設計している。パララックスバリア２２は、ガラス面を表示装置２の表示面に密着させ接着剤にて固定されている。この際、パララックスバリア２２のストライプの方向と表示装置２の画面の縦方向が平行になるように位置合わせされている。
【００４０】以上の構成部品からなる、本発明の第２の実施の形態の立体表示装置は、観察者の右眼が左眼用画像を観察する位置に動いた場合、左眼では画像を見ることができず、また、左眼が右眼用画像を観察する位置に動いた場合、右眼では画像を見ることができない。したがって、逆立体視の状態になることはない。そして、両眼で画像を観察できる位置が立体視可能な位置であるため、容易に立体視ができる領域を見つけることが可能である。
【００４１】なお、以上の第１及び第２の実施の形態において、視差画像分離手段はレンチキュラレンズ３やパララックスバリア２２を用いたが、これに限らず、液晶表示素子を複数の線光源で照明する手段や、表示装置の前面に光の進行方向を制御する回折格子またはホログラムを配置する手段を用いても同様の立体表示装置が得られる。
【００４２】また、表示装置２に右眼用画像４と左眼用画像５の２種類の視差画像を表示する２眼式の例で説明したが、３種類以上の視差画像を用いた多眼式の場合も、視差画像の繰り返し周期の間に非表示部を設ければ同様の立体表示装置が得られる。
【００４３】表示装置２は、モノクロ液晶表示素子に限らず、任意の電子ディスプレイが利用できる。ただし、液晶表示素子、プラズマディプレイ等のフラットパネルディスプレイを用いた方が、視差画像分離手段と画素との位置合わせが容易になるので望ましい。さらに、カラーフィルタを内蔵したカラー表示、さらには、赤、緑、青色の画像を時分割表示してカラー表示を行う場合のいずれにも適用できる。また、表示装置２は、直視型の表示装置以外に、投射型の表示装置も適用でき、さらにモノクロ表示とカラー表示のいすれでもよい。
【００４４】 非表示部６は、画像情報に関係なく常に黒を表示するように説明したが、右眼用画像４や左眼用画像５等の視差画像と全く異なる画像であればよい。非表示部６の幅は、それぞれの視差画像の幅以上であれば、観察者は逆立体視の状態になることはなく、しかも両眼で画像を観察できる位置が立体視可能な位置であることが容易にわかる。
【００４５】次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図６は本発明になる立体表示装置の第３の実施の形態の構成説明用平面図を示す。図６において、立体表示装置３１は、投射型表示装置３２と、スクリーン３３と、スクリーン３３の前面に対向配置し、視差画像分離手段として作用するレンチキュラレンズ３４と、スクリーン３３の投射型表示装置３２側に対向配置し、視差画像偏向集光手段として作用する軸ずらしレンチキュラレンズ３５とから構成されている。また、スクリーン３３には視差画像である右眼用画像４と左眼用画像５及び非表示部６が、それぞれ同じ幅で周期的に形成されている。そして、ある観察位置において、観察者の右眼７では右眼用画像４のみが、左眼８では左眼用画像５のみが見えるように立体表示装置３１が構成されている。
【００４６】図７は、本発明になる立体表示装置の第３の実施の形態における観察視域を説明するための平面図である。投射型表示装置３２とスクリーン３３とレンチキュラレンズ３４と軸ずらしレンチキュラレンズ３５とからなる投射型レンチキュラ方式の立体表示装置３１において、スクリーン３３上に投射された右眼用画像、左眼用画像及び非表示部は、立体表示装置３１から離れたある位置でそれぞれ集光され、右眼用画像領域１０、左眼用画像領域１１及び非表示領域１２が順次巡回的に、かつ、周期的に形成される。各領域の幅は、観察者９の両眼間隔である６０〜６５ｍｍ程度である。
【００４７】ここで、右眼用画像領域１０から立体表示装置３１を片眼で観察すると、全画面にわたって右眼用画像のみが見え、一方、左眼用画像領域１１から立体表示装置３１を片眼で観察すると、全画面にわたって左眼用画像のみが見える。したがって、図７に示すように観察者９の右眼７を右眼用画像領域１０に、左眼８を左眼用画像領域１１に配置すると、観察者９はこれらの画像頭の中で融合することによって立体画像を正常に観察できる。
【００４８】そして、右眼用画像領域１０と左眼用画像領域１１の両側にある非表示領域１２は、第１や第２の実施の形態と同様に作用する。すなわち、両眼で画像を観察している状態が正しい位置であることが一義的に決まり、その他の位置においては、逆立体視の状態にはならず、観察者９に疲労感をもたらすことはない。しかも、正しくない位置であることが容易に気付くことができる。
【００４９】図６及び図７に示した第３の実施の形態は、視差画像分離手段としてレンチキュラレンズ３４を、視差画像偏向集光手段として軸ずらしレンチキュラレンズ３５をそれぞれ用い、投射型表示装置３２により２種類の視差画像、すなわち右眼用画像４と左眼用画像５をスクリーン３３上に投射表示すると共に、軸ずらしレンチキュラレンズ３５により、右眼用画像４と左眼用画像５の繰り返し周期の間に非表示部６を形成し、それらを周期的に表示するスクリーン３３の前面にレンチキュラレンズ３４を対向配置した構成である。以下、これについてさらに具体的に説明する。
【００５０】図６及び図７の構成において投射型表示装置３２は、投射型カラー液晶表示装置を用いている。これは、図６には図示していないが、光源からの光を複数のダイクロイックミラーを用い三原色の光束にそれぞれ分離した後、これらの光束で３枚の液晶表示素子をそれぞれ照明し、カラー画像信号により変調を受けた３枚の液晶表示素子を透過した３つの光束を再び複数のダイクロイックミラーで合成し、１本の投射レンズによりカラー画像を投射表示するものである。
【００５１】液晶表示素子には、視差画像である右眼用画像４と左眼用画像５が画面の縦方向に長いストライプ状で１画素ごとに表示されている。これらの画像は、軸ずらしレンチキュラレンズ３５の面に結像するように、投射型表示装置３２内の投射レンズのフォーカスが調整されており、投射画像の１画素が軸ずらしレンチキュラレンズ３５の１つのシリンドリカルレンズの幅と等しく、かつ位置が一致するように位置合わせを行っている。
【００５２】スクリーン３３は、透過型のスクリーンであって、拡散剤を添加したアクリル樹脂を板状に成形したものである。
【００５３】レンチキュラレンズ３４は、シリンドリカルレンズが多数並んだ構造になるように、金型によってアクリル板の表面を加工成形したものを用いており、スクリーン３３上のおよそ３画素に１個の割合でシリンドリカルレンズが配置され、観察者が２０００ｍｍ離れた位置において立体画像を観察できるように設計している。レンチキュラレンズ３４は、スクリーン３３と間隙を設けて固定されている。この際、レンチキュラレンズ３４の溝方向とスクリーン３３上に投射表示された画像の縦方向が平行になるように位置合わせを行っている。
【００５４】軸ずらしレンチキュラレンズ３５は、レンチキュラレンズ３４と同様に、シリンドリカルレンズが多数並んだ構造になるように、金型によってアクリル板の表面を加工成形した構成とされている。ただし、各シリンドリカルレンズの光軸は、以下の作用を持つように、ひとつおきに逆方向にずらしている。また、軸ずらしレンチキュラレンズ３５も、スクリーン３３と間隙を設けて固定されている。
【００５５】投射型表示装置３２から投射された光は、軸ずらしレンチキュラレンズ３５の各シリンドリカルレンズの位置にそれぞれ結像された後、スクリーン３３上に、その幅が各シリンドリカルレンズの幅のおよそ２／３になるように集光されて右眼用画像４と左眼用画像５を表示させる。これらの右眼用画像４と左眼用画像５は、軸ずらしレンチキュラレンズ３５の各シリンドリカルレンズの位置に対応して画素ごとに繰り返し表示される。
【００５６】ただし、軸ずらしレンチキュラレンズ３５の各シリンドリカルレンズの光軸をずらせることにより、一組の右眼用画像４と左眼用画像５が隣接し、かつ右眼用画像４と左眼用画像５の繰り返し周期の間に、光が到達しない領域を形成する。その幅は右眼用画像４や左眼用画像５の幅と等しく、この光が到達しない領域が非表示部６になる。
【００５７】以上の構成部品からなる、本発明の立体表示装置の第３の実施の形態では、第１の実施の形態や第２の実施の形態と同様に、観察者の右眼が左眼用画像を観察する位置に動いた場合、左眼では画像を見ることができず、また、左眼が右眼用画像を観察する位置に動いた場合、右眼では画像を見ることができないため、片眼でしか画像を見ていないこととなり、逆立体視の状態になることはない。また、両眼で画像を観察できる位置が立体視可能な位置であるため、容易に立体視ができる領域を見付けることが可能である。
【００５８】第１の実施の形態や第２の実施の形態では、表示装置２の表示面に非表示部６を形成するため、その分視差画像の解像度（画素数）が低下してしまう。すなわち、２眼式の場合、各視差画像の画素数は、表示装置２の１／３の画素数になる。これに対し、本実施の形態においては、視差画像偏向集光手段である軸ずらしレンチキュラレンズ３５により非表示部６を形成するので、２眼式の場合、各視差画像の画素数は投射型表示装置３２の１／２の画素数となり、第１の実施の形態や第２の実施の形態に比べて１．５倍に増やすことができる。
【００５９】なお、以上の第３の実施の形態において、視差画像分離手段はレンチキュラレンズ３４を用いたが、これに限らず、パララックスバリアや、光の進行方向を制御する回折格子またはホログラムを用いても同様の立体表示装置が得られる。
【００６０】また、投射型表示装置３２に右眼用画像４と左眼用画像５の２種類の視差画像を表示する２眼式以外に、３種類以上の視差画像を用いた多眼式の場合も、視差画像の繰り返し周期の間に非表示部を設ける構成であれば同様の立体表示装置が得られる。
【００６１】また、投射型表示装置３２は、投射型カラー液晶表示装置に限らず、任意の表示素子、例えば油膜に電子ビームで画像を書き込むもの、ＣＲＴを用いるもの、ＰＬＺＴを用いるもの、さらには微小ミラーで光を偏向するもの等を用いた投射型表示装置が利用できる。さらに、モノクロ表示、カラーフィルタを内蔵したカラー表示、さらには、赤、緑、青の三原色の画像を時分割表示してカラー表示を行う場合のいずれにも適用できる。
【００６２】また、視差画像偏向集光手段は、軸ずらしレンチキュラレンズ３５以外にもホログラムのような回折型光素子を用いたり、偏向と集光を独立作用させる手段、例えば、偏向手段としてプリズムや回折格子等を、集光手段としてレンチキュラレンズやリニアフレネルレンズやホログラム等を組み合わせて用いてもよい。この場合、非表示部６の幅は、それぞれの視差画像の幅以上であれば、観察者は逆立体視の状態になることはなく、しかも両眼で画像を観察できる位置が立体視可能な位置であることが容易にわかる。
【００６３】
【００６４】
【００６５】
【００６６】
【００６７】
【００６８】
【００６９】
【００７０】
【００７１】
【００７２】
【００７３】
【００７４】
【００７５】
【００７６】
【００７７】
【００７８】
【００７９】
【００８０】
【００８１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、視差画像を空間的に分離し、それぞれの眼に独立に呈示することで、観察者が特別な眼鏡を装着することなく立体画像を観察できる立体表示装置において、観察者の右眼と左眼の両方が複数の視差画像領域のうち隣接する二つの視差画像領域のそれぞれに位置する場合は立体画像を正常に観察できるが、観察者の右眼と左眼の一方が複数の視差画像領域のうち非表示領域に隣接する一つの視差画像領域に位置し、かつ、他方の眼が非表示領域に位置するように観察者の頭が動いた場合は、非表示領域に位置する眼では画像を見られないようにしたため、逆立体視の状態になることを防止でき、よって、逆立体視により観察者に疲労感を生じさせないようにできる。また、本発明によれば、正常な観察位置以外の観察位置では片眼でしか画像を見ていないため、容易に立体視ができていないことがわかり、よって、観察者が正しい観察位置を見付けることが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる立体表示装置の第１の実施の形態の構成説明用平面図である。
【図２】図１の立体表示装置の観察視域を説明するための平面図である。
【図３】図１の立体表示装置の動作を説明するための部分平面図である。
【図４】本発明になる立体表示装置の第２の実施の形態の構成説明用平面図である。
【図５】図４の立体表示装置の観察視域を説明するための平面図である。
【図６】本発明になる立体表示装置の第３の実施の形態の構成説明用平面図である。
【図７】図６の立体表示装置の観察領域を説明するための平面図である。
【図８】従来の立体表示装置の一例の構成説明用平面図である。
【図９】図８の従来の立体表示装置の観察視域を説明するための平面図である。
【図１０】図８の従来の立体表示装置の問題点を説明するための部分平面図である。
【符号の説明】
１、２１、３１ 立体表示装置
２ 表示装置
３、３４ レンチキュラレンズ
４ 右眼用画像
５ 左眼用画像
６ 非表示部
７ 右眼
８ 左眼
９ 観察者
１０ 右眼用画像領域
１１ 左眼用画像領域
１２ 非表示領域
２２ パララックスバリア
３２ 投射型表示装置
３３ スクリーン
３５ 軸ずらしレンチキュラレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の視差画像を画素ごとに順次巡回的に繰り返し表示すると共に、該複数の視差画像の繰り返し表示周期の間にそれぞれの視差画像の表示幅以上の前記複数の視差画像とは異なる画像である非表示部を設けて表示する表示装置と、前記表示装置の前面に設けられ、該表示装置に表示された前記複数の視差画像と前記複数の視差画像とは異なる画像の光を該表示装置から離れた観察位置に集光して複数の視差画像領域と前記複数の視差画像とは異なる画像の表示領域である非表示領域を周期的に形成する視差画像分離手段とを有することを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】 透過型のスクリーンと、前記スクリーン上に複数の視差画像を画素ごとに順次巡回的に繰り返し表示する単一の投射型表示装置と、前記スクリーン上に前記投射型表示装置から投射された前記複数の視差画像の繰り返し表示周期の間に、それぞれの視差画像の表示幅以上の非表示部を形成する、前記スクリーンの前記投射型表示装置側に設けられた視差画像偏向集光手段と、前記スクリーンに表示された前記複数の視差画像の光を該スクリーンから離れた観察位置に集光して複数の視差画像領域と非表示領域を周期的に形成する視差画像分離手段とを有することを特徴とする立体表示装置。
【請求項１】 複数の視差画像を画素ごとに順次巡回的に繰り返し表示すると共に、該複数の視差画像の繰り返し表示周期の間にそれぞれの視差画像の表示幅以上の前記複数の視差画像とは異なる画像である非表示部を設けて表示する表示装置と、前記表示装置の前面に設けられ、該表示装置に表示された前記複数の視差画像と前記複数の視差画像とは異なる画像の光を該表示装置から離れた観察位置に集光して複数の視差画像領域と前記複数の視差画像とは異なる画像の表示領域である非表示領域を周期的に形成する視差画像分離手段とを有することを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】 透過型のスクリーンと、前記スクリーン上に複数の視差画像を画素ごとに順次巡回的に繰り返し表示する単一の投射型表示装置と、前記スクリーン上に前記投射型表示装置から投射された前記複数の視差画像の繰り返し表示周期の間に、それぞれの視差画像の表示幅以上の非表示部を形成する、前記スクリーンの前記投射型表示装置側に設けられた視差画像偏向集光手段と、前記スクリーンに表示された前記複数の視差画像の光を該スクリーンから離れた観察位置に集光して複数の視差画像領域と非表示領域を周期的に形成する視差画像分離手段とを有することを特徴とする立体表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【特許番号】第２８９１１７７号
【登録日】平成１１年（１９９９）２月２６日
【発行日】平成１１年（１９９９）５月１７日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平８−１０９０５８
【出願日】平成８年（１９９６）４月３０日
【公開番号】特開平９−２９７２８４
【公開日】平成９年（１９９７）１１月１８日
【審査請求日】平成８年（１９９６）４月３０日
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【参考文献】
【文献】特開 平７−２８０１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５９−２０３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２８７１９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平６−１１８３４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−５４２０（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１１年（１９９９）２月２６日
【発行日】平成１１年（１９９９）５月１７日
【国際特許分類】
【出願日】平成８年（１９９６）４月３０日
【公開番号】特開平９−２９７２８４
【公開日】平成９年（１９９７）１１月１８日
【審査請求日】平成８年（１９９６）４月３０日
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【参考文献】
【文献】特開 平７−２８０１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭５９−２０３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−２８７１９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平６−１１８３４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平７−５４２０（ＪＰ，Ａ）
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