JPH085956A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 廉価な立体画像表示装置を提案する。 【構成】 表示対象である右目用立体画像と左目用立体
画像とを表示するための一対の第１と第２の表示装置１
２ａ，１２ｂと前記第１および第２の表示装置の前方に
それぞれ配され、観察者の右目および左目に対応する位
置に配置された透光領域を設けられたそれぞれの第１お
よび第２の光制御装置１９ａ，１９ｂと、前記第１と第
２の表示装置に表示される画像を１つに合成するため
に、前記第１と第２の表示装置の前方に配置された１つ
のハーフミラー１５と、前記ハーフミラーの前方に設け
られ、前記第１と第２の光制御装置の夫々の透光領域か
らの光に対して指向性を有するレンズ１８とを具備し、
前記第１の表示装置に表示された右目用像を前記第１の
制御装置の透光領域を介して透視させ、前記第２の表示
装置に表示された左目用像を前記第２の制御装置の透光
領域を介して透視させることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用、家庭用もしく
は医療用に用いる立体画像表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の立体画像表示装置としては、左右
の振り分け機能を有する眼鏡を観察者が装着することに
より、画像表示面に時分割表示された右眼用および左眼
用のステレオ画像を前記観察者の夫々右眼および左眼の
みで観察できるようにしたもの、もしくは、レンチキュ
ラ板を画像表示面に貼り付け、前記レンチキュラ板の画
像振り分け機能により、右眼用および左眼用のステレオ
画像を前記観察者の夫々右眼および左眼のみで観察でき
るようにしたものが一般的である。

【０００３】図１９は、前記従来の立体画像表示装置の
一例の構成を示したもので、６０は左右の振り分け機能
を有する眼鏡、６１ａ，６１ｂは液晶シャッター、６２
は同期回路、６３は画像表示装置としてカラーＣＲＴで
ある。以上のように構成された従来の第１の例における
立体画像表示装置の動作を説明する。カラーＣＲＴ６３
には、右眼用、左眼用のステレオ画像が時分割にて交互
に表示される。眼鏡６０の液晶シャッター６１ａは、前
記右眼用のステレオ画像が出画されたときのみ開いて透
過状態となり、液晶シャッター６１ｂは、前記左眼用の
ステレオ画像が出画されたときのみ開いて透過状態とな
るよう同期回路６２により開閉状態を制御することによ
り、眼鏡６０を装着した観察者は、右眼で右眼用のステ
レオ画像のみを観察し、左眼で左眼用のステレオ画像の
みを観察することで立体視を行う。

【０００４】図２０は、従来の第２の例における立体画
像表示装置の構成を示したもので、７１はシリンドリカ
ルレンズがストライプ状に多数形成されたレンチキュラ
板、７２は画像表示装置としてカラーＣＲＴである。以
上のように構成された従来の第２の例立体画像表示装置
の動作を説明する。カラーＣＲＴ７２には、右眼用、左
眼用のステレオ画像が、レンチキュラ板７１のストライ
プ幅のほぼ半分の幅を有するスリット状に、互い違いに
同時に表示される。観察者の右眼は、レンチキュラ板７
１の夫々のシリンドリカルレンズを通して、前記スリッ
ト状に表示されている右眼用のステレオ画像のみを観察
し、同様に左眼は前記スリット状に表示されている左眼
用のステレオ画像のみを観察することで立体視を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら本発明者
等の検討によれば、上記のような第１の従来例における
立体画像表示装置では、ステレオ画像を観察者の右眼お
よび左眼に独立して観察させるために左右の振り分け機
能を有する眼鏡が不可欠となるため、観察者は煩わしさ
を感じ、また表示させるステレオ画像は右眼用と左眼用
の画像を時分割にて切り替える必要があるため、画像に
ちらつきが生じ、立体画像を観察する上での障害になる
という課題を有していた。

【０００６】また、第２の従来例における立体画像表示
装置では、ストライプ状のレンズ越しにステレオ像を観
察するため、立体視が可能となる観察者の位置的許容度
が狭く、観察者が移動した場合には画像が劣化し、また
多人数が同時に観察することが困難であるという著しい
制約が生じ、また画像をストライプ状に表示させるため
の画像処理が必要になるため、装置が高価になるという
課題を有していた。

【０００７】また、医療の分野では内視鏡下手術が行わ
れる際、通常手術は術者が内視鏡によって写し出された
患者の腹腔内の平面画像をモニターにて観察することに
よって行われているが、前記腹腔内のモニター画像は腹
腔内全体が単一色であるため特徴が少なく、患部の遠近
感の確認が困難となるため、手術時間が延びる傾向があ
り、患者や術者にかかる負担も大きかった。これに対
し、上記従来の第１、第２の立体画像表示装置を用いた
場合、左右の振り分け眼鏡、画像のちらつきや観察者の
移動の制限に伴う煩わしさ等が、実用化の妨げとなって
いるのが現状である。

【０００８】上述の問題点に鑑み、本出願人は、左右の
振り分け機能を有する眼鏡を必要とせず、観察者の位置
に依存することなく同時に多人数が立体視でき、しかも
ちらつきの無い画面を有する立体画像表示装置を特願平
５−２９０９５０号等において提案した。この先行出願
における立体画像表示装置は、ちらつきの無い画面を、
左右の振り分け機能を有する眼鏡を必要とせず、観察者
の位置に依存することなく同時に多人数が立体視できる
ことを目指したものである。

【０００９】このために上記特願平５−２９０９５０号
に開示された立体画像表示装置は、ステレオ画像を表示
するための光透過性を有する一対の空間変調素子と、前
記空間変調素子を裏面より照明するための一対の観察者
像表示装置と、前記空間変調素子と前記観察者像表示装
置の間に位置する指向性を有する一対のレンズと、観察
者を撮影するための撮影装置とを備え、前記一対の空間
変調素子の夫々は、右目用、左目用のステレオ画像を同
時に表示し、前記一対の観察者像表示装置の夫々は、前
記撮影装置によって撮影された観察者の右顔面に相当す
る位置及び左顔面に相当する位置に前記空間変調素子を
照明させるための図形を表示させるものであった。

【００１０】しかしながら、この出願に提案された表示
装置は、観察者が移動してもその位置に於て立体視が保
証される長所があるものの、撮影装置や照明装置などを
必要とし、高価になる欠点があった。そこで、本発明は
廉価な立体画像表示装置を提案するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の本発明の立体画像表示装置の構成は、観察者の右目に
対応する位置に配置された発光領域と左目に対応する位
置に配置された非発光領域を設けられた第１の発光装置
と、観察者の右目に対応する位置に配置された非発光領
域と左目に対応する位置に配置された発光領域を設けら
れた第２の発光装置と、立体視させるための右目用画像
と左目用画像とを表示するための光透過性を有する第１
と第２の空間変調素子と、前記第１の発光装置と第１の
空間変調素子の間に設けられ、前記第１の発光装置の発
光領域を拡大するための指向性を有する第１の光学素子
と、前記第２の発光装置と第２の空間変調素子の間に設
けられ、前記第２の発光装置の発光領域を拡大するため
の指向性を有する第２の光学素子と、前記第１と第２の
空間変調素子に表示される画像を１つに合成するため
に、前記第１と第２の空間変調素子の前方に配置された
１つのハーフミラーとを具備し、前記第１の空間変調素
子に表示された像を前記第１の発光装置の発光領域から
の光によりバックライトし、前記第２の空間変調素子に
表示された像を前記第２の発光装置の発光領域からの光
によりバックライトすることを特徴とする。

【００１２】上記課題を達成するための本発明の他の構
成は、観察者の右目に対応する位置に配置された第１の
発光領域と左目に対応する位置に配置された第２の発光
領域とを有する発光装置と、立体視させるための右目用
画像と左目用画像とを時分割で表示するための透過型の
空間変調素子と、前記発光装置と空間変調素子の間に設
けられ、前記発光装置の像を拡大するための指向性を有
する光学素子と、前記空間変調素子に右目用画像を表示
するときに前記第１の発光領域を付勢すると共に前記第
２の発光領域を消勢し、前記空間変調素子に左目用画像
を表示するときに前記第２の発光領域を付勢すると共に
前記第１の発光領域を消勢する制御手段とを具備し、前
記空間変調素子に時分割されて表示される右目用画像と
左目用画像とを、夫々時分割制御された第１の発光領域
と第２の発光領域とにより選択的にバックライトするこ
とを特徴とする。

【００１３】好ましくは、前記発光装置はその前面に発
光面を有し、前記非発光領域は前記発光面の一部に設け
られたマスクにより遮光されていることを特徴とする。
好ましくは、前記マスクは常時光を通さない遮蔽物から
なる。好ましくは、前記マスクは電圧印加時に光を通さ
ない液晶である。好ましくは、前記発光領域と非発光領
域とは、前記発光装置の発光面の一部を光路上に置いて
左右対象な矩形形状をしている。

【００１４】好ましくは、前記発光領域と非発光領域と
は、前記発光装置の発光面の一部を光路上に置いて左右
対象な半円形状をしている。好ましくは、前記発光領域
と非発光領域の境界が観察者の両眼の中央に一致してい
るか否か検出する手段を具備する。本発明の他の構成に
なる立体画像表示装置は、立体視させるための右目用画
像と左目用画像とを表示するための第１と第２の表示装
置と、前記第１の表示装置の前方に配され、観察者の右
目に対応する位置に配置された透光領域と左目に対応す
る位置に配置された遮光領域とを設けられた第１の光制
御装置と、前記第２の表示装置の前方に配され、観察者
の左目に対応する位置に配置された透光領域と右目に対
応する位置に配置された遮光領域とを設けられた第２の
光制御装置と、前記第１と第２の表示装置に表示される
画像を１つに合成するために、前記第１と第２の表示装
置の前方に配置された１つのハーフミラーと、前記ハー
フミラーの前方に設けられ、前記第１と第２の光制御装
置の夫々の透光領域からの光に対して指向性を有する光
学素子とを具備し、前記第１の表示装置に表示された右
目用像を前記第１の光制御装置の透光領域を介して透視
させ、前記第２の表示装置に表示された左目用像を前記
第２の光制御装置の透光領域を介して透視させることを
特徴とする。

【００１５】本発明のさらに他の構成になる立体画像表
示装置は、立体視させるための右目用画像と左目用画像
とを時分割して表示する表示装置と、前記表示装置の前
方に配され光を透光しあるいは遮光する光制御装置であ
って、観察者の右目に対応する位置に配置された第１の
領域と左目に対応する位置に配置された第２の領域とを
有する光制御装置と、前記光制御装置を通過した光に対
して指向性を有する光学素子と、前記表示装置に右目用
画像を表示するときに前記第１の領域を透光性とすると
共に前記第２の領域を遮光性とし、前記表示装置に左目
用画像を表示するときに前記第１の領域を遮光性とする
と共に前記第２の領域を透光性とする制御手段とを具備
し、前記表示装置に時分割されて表示される右目用画像
と左目用画像とを、夫々時分割制御された第１と第２の
発光領域とにより選択的に透過させることを特徴とす
る。

【００１６】好ましくは、前記光制御装置の前記遮光領
域はマスクにより遮光されていることを特徴とする。好
ましくは、前記透光領域と遮光領域とは光路上に置いて
左右対象な矩形形状をしている。好ましくは、透光領域
と遮光領域とは光路上に置いて左右対象な半円形状をし
ている。

【００１７】好ましくは、前記透光領域と遮光領域の境
界が観察者の両眼の中央に一致しているか否か検出する
手段を具備する。本発明の更に他の構成になる立体画像
表示装置は、立体視させるための右目用画像と左目用画
像とを表示するための第１と第２の表示装置と、前記第
１の表示装置の表示面の前方に設けられ、その表示画像
を第１の方向に直線偏光する第１の偏光装置と、前記第
２の表示装置の表示面の前方に設けられ、その表示画像
を第２の方向に直線偏光する第２の偏光装置と、前記第
１と第２の表示装置に夫々表示され、前記第１と第２の
偏光装置によって夫々偏光された画像を１つに合成する
ために、前記第１と第２の偏光装置の前方に配置された
１つのハーフミラーと、前記ハーフミラーの前方に配さ
れ第１の透光領域と第２の透光領域とを有した光制御装
置であって、前記第１の透光領域は観察者の右目に対応
する位置において前記第１の方向に偏光した光を通し、
前記第２の透光領域は観察者の左目に対応する位置にお
いて前記第２の方向に偏光した光を通すように設けられ
た光制御装置と、前記光制御装置の前方に設けられ、前
記光制御装置の透光領域からの光に対して指向性を有す
る光学素子とを具備し、前記第１の表示装置に表示され
た右目用像を前記第１の透光領域を介して透視させ、前
記第２の表示装置に表示された左目用像を前記第２の透
光領域を介して透視させることを特徴とする。

【００１８】本発明のさらなる構成は、立体視させるた
めの右目用画像と左目用画像とを時分割して表示するた
めの表示装置と、前記表示装置の表示面の前方に設けら
れ、その表示画像を第１の方向と第２の方向に時分割的
に直線偏光する偏光装置と、前記偏光装置の前方に配さ
れ第１の透光領域と第２の透光領域とを有した光制御装
置であって、前記第１の透光領域は観察者の右目に対応
する位置において前記偏光装置によって偏光された画像
を通し、前記第２の透光領域は観察者の左目に対応する
位置において前記第２の方向に偏光した光を通すように
設けられた光制御装置と、前記光制御装置の前方に設け
られ、前記光制御装置の透光領域からの光に対して指向
性を有する光学素子とを具備し、前記第１の表示装置に
表示された右目用像を前記第１の透光領域を介して透視
させ、前記第２の表示装置に表示された左目用像を前記
第２の透光領域を介して透視させることを特徴とする。

【００１９】好ましくは、前記光制御装置は、前記第１
と第２の透光領域を覆う液晶板と偏光フィルタ板とを有
し、前記液晶板は、光路上に置いて左右対象な２つの領
域において夫々前記第１と第２の方向に駆動されてい
る。好ましくは、前記透光領域と遮光領域の境界が観察
者の両眼の中央に一致しているか否か検出する手段を具
備する。

【００２０】本発明の更に他の構成は、第１の方向に偏
光された右目用画像と第２の方向に偏光された左目用画
像とを重ねて表示する１つの表示面と、前記表示面の前
方に配され第１の透光領域と第２の透光領域とを有した
光制御装置であって、前記第１の透光領域は観察者の右
目に対応する位置において前記第１の方向に偏光した光
を通し、前記第２の透光領域は観察者の左目に対応する
位置において前記第２の方向に偏光した光を通すように
設けられた光制御装置と、前記光制御装置の前方に設け
られ、前記光制御装置の透光領域からの光に対して指向
性を有する光学素子とを具備し、前記表示面に表示され
た右目用像を前記第１の透光領域のみを介して透視さ
せ、前記表示面に表示された左目用像を前記第２の透光
領域のみを介して透視させることを特徴とする。

【００２１】好ましくは、前記光学素子はレンズであ
る。好ましくは、前記第１と第２の透光領域の境界が観
察者の両眼の中央に一致しているか否か検出する手段を
具備する。好ましくは、前記表示面は後方から照射され
た画像を前方に透過させる半透明の表示面であり、前記
右目用画像を前記表示面に向けて照射する第１のプロジ
ェクタと、この第１のプロジェクタからの光を前記第１
の方向に偏光する第１の偏光フィルタと、前記左目用画
像を前記表示面に向けて照射する第２のプロジェクタ
と、この第２のプロジェクタからの光を前記第２の方向
に偏光する第２の偏光フィルタとを具備する。

【００２２】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら、本発明の好
適な実施例を説明する。第１実施例は、表示対象の立体
画像を表示する手段として液晶表示素子を用い、この液
晶表示素子のバックライト光源としてマスク部分を有し
た蛍光表示板を用いたものである。

【００２３】第２実施例乃至第４実施例は、表示対象の
立体画像を表示する手段としてＣＲＴ若しくはプロジェ
クタを用い、観察者の視線を遮るマスク及びレンズを通
して画像を観察するものである。。 〈第１実施例〉図１において、１０ａ，１０ｂは空間変
調素子としての透過型の液晶ディスプレイである。１１
ａ，１１ｂは空間変調素子１０ａ，１０ｂの夫々裏面に
位置する光学素子としての焦点距離１５０ｍｍのフレネ
ルレンズである。４０ａ，４０ｂは発光装置としての蛍
光板であり、レンズ１１ａ，１１ｂを挟んで夫々空間変
調素子１０ａ，１０ｂと反対側に位置し、レンズ１１
ａ，１１ｂの焦点距離よりも遠い、レンズ１１ａ，１１
ｂより１６０ｍｍ離れた位置に設置する。１５は空間変
調素子１０ａ，１０ｂに表示される画像を一つに合成す
るためのハーフミラー、１６は立体画像を観察する観察
者を示している。蛍光板４０ａ（４０ｂ）の前面には、
光制御装置としてのマスク板１９ａ（１ｂ）が設けられ
ている。

【００２４】１８は、液晶１０ａ（１０ｂ）に表示され
た画像を拡大若しくは縮小するためのレンズである。右
目用の画像は液晶板１０ａに表示される。左目用の画像
は液晶板１０ｂに表示される。周知のように液晶素子は
発光素子ではなく、印加された電圧が液晶分子の配列を
変更して液晶分子内で光の通過状態が変化されるに過ぎ
ない。即ち、液晶板はバックライトされたときに始めて
表示素子として機能する。バックライト手段としての蛍
光板４０ａ，４０ｂはこのためにあり、右目用の蛍光板
４０ａ（左目用の蛍光板４０ｂ）からの光は、光制御装
置としての右目用マスク板４０ａ（左目用マスク板４０
ｂ）を通過する。

【００２５】後述するように、マスク板は一部の部分が
光を透過し、他の部分は光を透過しない。図１において
は、斜線を付した部分が光を通さない。マスク板中の遮
光しない部分を通過した光は右目用液晶板１０ａ（左目
用液晶板１０ｂ）に到達する。液晶板１０ａ上の右目用
画像と、液晶板１０ｂ上の左目用画像はハーフミラー１
５上で合成され、観察者１６に到達する。

【００２６】図１において、発光装置４０ａ（４０ｂ）
は全面から光を発光するようになっている。マスク１９
ａは図１おいてＸ方向から見て右側の発光領域をマスク
（遮光）する。マスク１９ｂはハーフミラー１５による
反射を考慮して図１においてＹ方向から見て右側の発光
領域をマスク（遮光）する。図２は、発光面４０ａの左
側が右目のための光源になることを説明する。即ち、マ
スク１９ａは発光面４０ａの左側を遮光しないので、発
光面４０ａの左側から発した光はレンズ１１ａ，ミラー
１５及びレンズ群１８を透過してレンズ１１ａの有する
指向性により、観察者の右目のみに入る。即ち、４０ａ
の左側の領域は右目のためのバックライトとして機能す
る。ここで、レンズ８０ａは、レンズ１１ａとレンズ群
１８によって構成される組レンズを仮想的に１つのレン
ズで表したものである。

【００２７】また、図２はマスク１９ａの構成と両目の
位置関係をも示しており、マスクの分割点５０ａは右目
と左目の略中央に一致する。換言すれば、観察者がその
ような位置に顔をおけば、液晶デイスプレイ１０ａ上の
２つの画像を立体画像として観測することとなる。発光
面４０ｂの左側が右目のための光源になろうとする場合
には、マスク１９ｂは発光面４０ｂの左側を遮光しない
ので、発光面４０ｂの左側から発した光はミラー１５に
よって反射されて観察者の右目に入る。即ち、４０ｂの
左側の領域は右目のためのバックライトとして機能す
る。

【００２８】第１実施例のシステムに用いられるマスク
板１９ａ（１９ｂ）は例えばガラスからなる。このガラ
ス板には、図で斜線で示した部分には遮光性を持たせる
ように、不透明の塗料が塗布されている。レンズ１８
は、観察者１６が液晶１０ａ（１０ｂ）に表示された画
像が倒立実像として表示される様な位置、即ち液晶１０
ａ（１０ｂ）がレンズ１８の焦点距離内に位置するよう
に置く。

【００２９】次に、フレネルレンズ１１ａ，１１ｂの作
用について用いて説明する。フレネルレンズ１１ａは、
前述のように、レンズ群１８と共に仮想組レンズ８０ａ
を構成する（図３を参照）。この組レンズ８０ａは、蛍
光板４０ａが組レンズ８０ａの焦点距離外に位置するよ
うにフレネルレンズ１１ａを設置することにより、観察
者１６の右目に対してマスク板１９ａの左側の一部分の
みが視野に入るように作用する。同様に、フレネルレン
ズ１１ｂはレンズ群１８と共に仮想組レンズ８０ｂ（不
図示）を構成し、観察者１６の左目に対してマスク板１
９ｂの左側の一部分のみが視野に入るように作用する。
この時、蛍光板４０ａ（４０ｂ）はフレネルレンズ１１
ａ（１１ｂ）とレンズ群１８とがなす組レンズ８０ａ
（８０ｂ）の焦点距離外に設定されているために、観察
者の右目（左目）はマスク板１９ａの右側遮光部分（マ
スク板１９ｂの右側遮光部分）の像を見ることになら
ず、従ってこれらのマスク板を介した蛍光板４０ａ（４
０ｂ）は、フレネルレンズ１１ａ（１１ｂ）の有効径相
当の大きさの右目（左目）への選択性を有するバックラ
イト光源として作用する。

【００３０】以上説明した第１実施例の装置の動作によ
り、図１における液晶ディスプレイ１０ａに表示された
右眼用のステレオ画像は、観察者１６の右眼だけにとり
裏面より照明されて観察可能となり、液晶ディスプレイ
１０ｂに表示された左眼用のステレオ画像は、観察者１
６の左眼だけにとり裏面より照明されて観察可能となる
ため、観察者１６は一対のステレオ画像を観察でき立体
視が可能となる。

【００３１】フレネルレンズ１１ａ（１１ｂ）と蛍光板
４０ａ（４ｂ）とレンズ群１８の位置関係が、図３に示
すように、液晶デイスプレイ１０ａ（１０ｂ）がレンズ
１１ａ（１１ｂ）の焦点外にあるようなものであれば、
蛍光板４０ａ（４０ｂ）はバックライトとして作用す
る。一方、レンズ１８は、その焦点位置に液晶デイスプ
レイ１０ａ（１０ｂ）が来るように位置決めする。実際
には、倍率を変えるために、レンズ群１８をズームレン
ズとし、その焦点距離を外部から変更できるようにす
る。フレネルレンズを用いることにより厚さを薄くし、
装置全体をコンパクト化することができる。

【００３２】〈第２実施例〉第１実施例は、液晶デイス
プレイ１０ａ（１０ｂ）に画像を表示し、そのデイスプ
レイを後方から光を照射してバックライトする様な立体
画像表示装置に於て、その場と光源を以下にコンパクト
にするかというものであった。即ち、液晶デイスプレイ
は画像表示手段としてのものであった。一方、この第２
実施例は、立体視させるためのステレオ画像を２つのＣ
ＲＴに表示し、この表示された画像を第１実施例と同種
のマスク板を介して視るというものである。

【００３３】図４は、この第２実施例の立体画像表示シ
ステムを示す。同図において、１２ａ（１２ｂ）は右目
用画像（左目用画像）を表示するＣＲＴ装置である。夫
々のＣＲＴ装置１２ａ（１２ｂ）の前方には、右目用マ
スク板１９ａ（左目用マスク板１９ｂ）が設けられてい
る。第２実施例のマスク板１９ａ（１９ｂ）は第１実施
例のそれと実質的に同じ構造でよい。即ち、例えば、ガ
ラス板の上に不透明の塗料を塗布したものでよい。

【００３４】図４において、１５は、ＣＲＴ１２ａ（１
２ｂ）の夫々に表示された画像を合成するためのハーフ
ミラー、１８は合成された画像を拡大するためのレンズ
群である。図５は、ＣＲＴ装置１２ａ（１２ｂ）に表示
された画像がマスク板１９ａ（１９ｂ）を介して両目に
至る過程を示している。ここで、レンズ１８とマスク板
１９ａ（１９ｂ）との位置関係は、第１実施例の図２に
おける仮想組レンズ８０ａ（８０ｂ）とマスク板１９ａ
（１９ｂ）との関係に実質的に同じである。このため
に、観察者１６の右目（左目）はマスク板１９ａ（１９
ｂ）の遮光されていない部分を通して、ＣＲＴ装置１２
ａ（１２ｂ）に表示された右目用画像（左目用画像）を
倒立像として見ることができる。更に、マスク板１９ａ
（１９ｂ）は第１実施例と同じように簡単な構造なの
で、前述の特願平５−２９０９５０号のような、観察者
の撮影装置や照明用の光源は不要となる。

【００３５】〈第３実施例〉第１実施例は蛍光板やＣＲ
Ｔ等をバックライトとして用いるものであるのに対し、
前述の第２実施例およびこの第３実施例はＣＲＴをバッ
クライトとしてではなく画像の表示手段として用いるも
のである。そして、第２実施例はマスク板を２つ必要と
したのに対し、この第３実施例は１つで済むという特徴
を有している。光制御装置としてのマスク板を１つにす
るために、後述するように、画像の光線を偏光させるも
のとする。

【００３６】図６はこの第３実施例の構成を示す。同図
において、１２ａ（１２ｂ）は右目用画像（左目用画
像）を表示するＣＲＴ装置である。夫々のＣＲＴ装置１
２ａ（１２ｂ）の前面には、ＣＲＴ画面からの光を夫
々、Ｘ方向に（Ｘ方向に直交するＹ方向に）直線偏光す
る偏光板１７ａ（１７ｂ）が設けられている。夫々直線
偏光されたＣＲＴ１２ａ（１２ｂ）からの画像光はハー
フミラー１５により合成された画像としてマスク板２０
を通過する。マスク板２０は、図７に示すように、２つ
の領域（２０ａ，２０ｂ）に分割されている。領域２０
ａ（２０ｂ）はＸ方向（Ｙ方向）の偏光透過特性を有し
ている。右側の領域２０ｂは右目用画像のマスク（遮
光）として機能し、左側の領域２０ａは左目用画像のマ
スクとして機能する。

【００３７】図８は第３実施例の原理を説明する。即
ち、図８は、右目用画像だけが右目だけに到達する原理
を説明する。右側用ＣＲＴ１２ａからの画像光は偏光板
１７ａによりＸ方向に直線偏光される。このＸ方向に偏
光された画像は、マスク板２０における同方向の偏光透
過特性を有する領域２０ａを通過し、レンズ１８を通し
て倒立像として観察者の右目に映ずる。この時、観察者
の左目は、レンズ１８の指向性によりマスク板２０にお
ける領域２０ｂを見ることになるが、領域２０ｂはＹ方
向の偏光透過特性を有しているために前記したところの
Ｘ方向に直線偏光されたＣＲＴ１２ａに表示された画像
光は通過できず、これを見ることはできない。左目につ
いても、ＣＲＴ１２ｂ，偏光板１７ｂ，ハーフミラー１
５，マスク２０及びレンズ１８で成り立つ光学系におい
て、同様の機能が得られ、従って右目を領域２０ａに対
応する位置に置き、左目を領域２０ｂに対応する位置に
置けば、右目はＣＲＴ１２ａに表示された右目用画像の
みを視、左目はＣＲＴ１２ｂに表示された左目用画像の
みを視ることとなる。

【００３８】〈第４実施例〉この第４実施例は、１つの
映写スクリーンに投射された画像を第３実施例のマスク
板と同じマスク板によって見るものである。この第４実
施例では、ハーフミラーが不要となる。図９はその第４
実施例のシステム構成を示す。同図において、６０ａは
右目用画像をスクリーン６５に照射するためのプロジェ
クタである。６０ｂは左目用画像をスクリーン６５に照
射するためのプロジェクタである。プロジェクタ６０ａ
の前面にはＸ方向に偏光させる偏光フィルタ６１ａが設
けられ、プロジェクタ６０ｂの前面にはＹ方向（Ｘ方向
に直交する方向）に偏光させる偏光フィルタ６１ｂが設
けられている。すると、スクリーン６５には、Ｘ方向に
偏光された右目用画像とＹ方向に偏光された左目画像と
が合成されて照射されている。スクリーン６５は透過型
なので、観察者１６は、このスクリーン６５に照射され
たＸ偏光画像とＹ偏光画像とを、マスク板２０，レンズ
１８を介して視ることとなる。マスク板２０は、第３実
施例のマスク板２０と同じように、Ｘ方向に偏光された
光のみを通す領域２０ａとＹ方向に偏光された光のみを
通す領域２０ｂに分割されている。このために、観察者
の右目はＸ方向に偏光された右目用画像のみを視ること
となり、観察者の左目はＹ方向に偏光された右目用画像
のみを視ることとなって、その結果立体視効果が得られ
る。

【００３９】〈応用〉上述の第１実施例〜第４実施例
は、全て、本出願人による先行出願が必要とした、観察
者の顔面を撮影する装置などが不要となる半面、立体視
が得られる範囲が狭くなるという短所が現われる。これ
は、光制御装置としてのマスク板（１９や２０）が、右
目画像と左目画像とを分離する領域が固定的であるため
による。そのために、観察者にどの位置ならば立体視が
可能であるかを示す工夫が必要となる。図１０，図１１
はそのような工夫を示す。

【００４０】図１０において、筺体１００は、第１実施
例〜第４実施例のシステムの全ての構成要素を含む。１
０１は観測窓であり、この観測窓から観察者はレンズ群
１８を介してデイスプレイ１０ａ（１０ｂ）若しくはＣ
ＲＴ１２ａ（１２ｂ）の画像を観測することになる。１
０２は照準器であり、観察者が円１０３の中心が交差線
の中心１０４と一致する位置に自分の顔を置けば、マス
ク板の中央分離線が左右の目の中心と略一致するように
なるので、立体視が得られることになる。

【００４１】図１０は図１１を更に簡略化したものであ
る。同図中、１０５は覗き窓、１０６はランプである。
覗き窓１０５からランプ１０６が見えればマスク板の中
央分離線が左右の目の中心と略一致するように、覗き窓
１０５とランプ１０６の位置関係は前もって決定されて
いる。 〈変形〉第１変形例 なお、前記第１実施例においては、空間変調素子として
透過型の液晶ディスプレイを用いたが、空間変調素子は
光透過性を有し、ステレオ画像を表示できるものであれ
ばよく、例えば画像を記録したフィルムであってもよ
い。

【００４２】第２変形例 第１実施例〜第３実施例は、光学素子としてレンズを用
いたが、レンズを通して表示画像を観察するとき、レン
ズに外光が映り込む場合がある。この場合には、図１２
のように、レンズの代わりに凹面鏡４６を用いることに
より、この映り込みを無くすことができる。図１３は第
２実施例の変形例であるが、本変形例においては、凹面
鏡４７はハーフミラーの作用を示すものであるが、観察
者カラーＣＲＴ１２ａまでの距離をＣＲＴ１２ｂまでの
距離と同一にするために、ＣＲＴ１２ｂ及びマスク板１
９ｂを凹面鏡４７より離した位置に設置する必要があ
る。この場合、凹面鏡から各ＣＲＴまでの距離が変わっ
てしまうため、凹面鏡４６と４７の曲率を調整し、凹面
鏡４７の焦点距離を凹面鏡４６より後方にする必要があ
る。図１３の装置においては２つの凹面鏡を用いること
によってハーフミラーを不要とした。

【００４３】図１４は、第４実施例において、光路変更
の応用を示した。第３変形例 第１実施例〜第４実施例におけるマスク板は全て矩形の
形状をしていたが、本発明はこれに限定されず、例え
ば、図１５に示すように、円形形状をしているマスク板
を用いても同じ効果が得られる。

【００４４】第４変形例 前述の第３実施例，第４実施例のマスク板２０は、異な
る２つの偏光フィルタを繋ぎ合わせたものである。第４
変形例は、マスク板に液晶を用いるものである。図１６
は、第４変形例に係るマスク板２０の構成を示す。１０
０はガラス基板、１０１は透明電極、１０２は液晶、１
０３は偏光板を示す。透明電極１０１は、印加電圧を制
御することにより、領域２０ａ，２０ｂに対応する偏光
透過特性が得られるように液晶分子の配列方向を制御す
ることができる。偏光板１０３はマスク板２０の全面に
亘って方向は一定である。

【００４５】図１７は領域２０ａに対応する液晶分子の
動作を示す図で、図１８は領域２０ｂに対応する液晶分
子の動作を示す図である。図１７，図１８において、１
１０，１１１は、夫々Ｘ方向、Ｙ方向に偏光された光で
ある。図１７において、領域２０ａの液晶は分子が整列
するように電圧が印加される。図１８において、領域２
０ｂの液晶は分子が捩れたままであるように電圧が印加
される。従って、領域２０ａにある液晶はＸ方向に偏光
した光のみを通し、領域２０ｂにある液晶はＹ方向に偏
光した光のみを通す。

【００４６】〈時分割への応用〉上述の第１実施例〜第
４実施例は、全てにおいて、左右の画像を夫々表示する
２つの手段等のように、左右夫々に１組ずつ必要であっ
た。このために、第１実施例〜第４実施例はコスト的に
高価になるおそれがある。そこで、以下に、第１実施例
〜第３実施例の装置に夫々時分割制御を適用してシステ
ムの簡略化を図った夫々の応用例を提案する。

【００４７】第１実施例への応用 図２１は第１実施例への応用である。同図において、ス
テレオ画像を表示する液晶表示装置１０には、時分割制
御によって、所定時間毎に、右目用画像と左目用画像と
が交互に表示される。一方、蛍光板４０はバックライト
光源である。蛍光板４０の前面には、液晶シャッタ１９
ａ，１９ｂが設けられている。この液晶シャッタ１９
ａ，１９ｂは、コントローラ９０により、液晶表示装置
１０における画面切り替えタイミングに同期して制御さ
れる。即ち、液晶表示装置１０に右目用画像が表示され
るときには、左側のシャッタ１９ａが透光性を示し反対
にシャッタ１９ｂは遮光性を示す。従って、この時は、
観察者は、シャッタ１９ａを通過した光によってバック
ライトされた（液晶デイスプレイ１０に表示された）右
目用画像を右目によって観察することになる。反対に、
液晶表示装置１０に左目用画像が表示されるときには、
右側のシャッタ１９ｂが透光性を示し反対にシャッタ１
９ａは遮光性を示す。従って、この時は、観察者は、シ
ャッタ１９ｂを通過した光によってバックライトされた
（液晶デイスプレイ１０に表示された）左目用画像を左
目によって観察することになる。

【００４８】第２実施例への応用 図２２は第２実施例へ時分割制御の応用例を示す。同図
において、ステレオ画像を表示するＣＲＴ１２には、時
分割制御によって、所定時間毎に、右目用画像と左目用
画像とが交互に表示される。ＣＲＴ１２の前面には、液
晶シャッタ６０ａ，６０ｂが設けられている。この液晶
シャッタ６０ａ，６０ｂは、コントローラ９１により、
ＣＲＴ１２における画面切り替えタイミングに同期して
制御される。即ち、ＣＲＴ１２に右目用画像が表示され
るときには、左側のシャッタ６０ａが透光性を示し反対
にシャッタ６０ｂは遮光性を示す。従って、この時は、
観察者は、ＣＲＴ１２に表示された右目用画像をシャッ
タ６０ａを介して右目によって観察することになる。反
対に、ＣＲＴ１２に左目用画像が表示されるときには、
左側のシャッタ６０ｂが透光性を示し反対にシャッタ６
０ａは遮光性を示す。従って、この時は、観察者は、Ｃ
ＲＴ１２に表示された左目用画像をシャッタ６０ｂを介
して左目によって観察することになる。

【００４９】第３実施例への応用 図２３は第３実施例へ時分割制御の応用例を示す。同図
において、ステレオ画像を表示するＣＲＴ１２には、時
分割制御によって、所定時間毎に、右目用画像と左目用
画像とが交互に表示される。ＣＲＴ１２の前面には偏光
板６０が設けられている。この偏光板は、例えば、液晶
板を２層重ね合わせることにより、ＣＲＴ１２からの画
像光を、交互に、例えばＸ方向に偏光し、次にＹ方向
（Ｘ方向に対して更に９０度偏光している）に偏光する
ものである。偏光板６０に対する偏光角度の時分割制御
は、ＣＲＴ１２に対する左右目用画像の時分割制御と同
じタイミングによってなされる。

【００５０】マスク板２０も、第３実施例のマスク板２
０と同じように左右に分割され、領域２０ａはＸ方向に
偏光された光だけを通し、領域２０ｂはＹ方向に偏光さ
れた光だけを通す用に予め設定されている。コントロー
ラ９３は次のような制御を行なう。ＣＲＴ１２に右目用
画像が表示されるときには、偏光板６を制御してＣＲＴ
１２からの画像光をＸ方向に偏光するように制御する。
この結果、Ｘ方向に偏光された画像光はマスク板２０の
領域２０ａのみを通過してレンズ１８を介して観察者の
右目に到達する。ＣＲＴ１２に左目用画像が表示される
ときには、偏光板６を制御してＣＲＴ１２からの画像光
をＹ方向に偏光するように制御する。この結果、Ｙ方向
に偏光された画像光はマスク板２０の領域２０ｂのみを
通過してレンズ１８を介して観察者の左目に到達する。

【００５１】以上のようにして時分割制御による立体視
が可能になる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の立体画像表
示装置によれば、簡単な構成により明るい立体画像が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例における立体画像表示
装置の構成図である。

【図２】第１実施例の動作原理を説明する図である。

【図３】第１実施例におけるレンズやＣＲＴ、液晶デイ
スプレイの位置関係を説明する図である。

【図４】第２実施例に係る立体画像表示装置の構成図で
ある。

【図５】第２実施例の動作原理を説明する図である。

【図６】第３実施例の構成を示す図。

【図７】第３実施例に用いられるマスク板の構成を示す
図。

【図８】第３実施例の動作原理を説明する図である。

【図９】第４実施例の構成を示す図。

【図１０】第１実施例〜第４実施例に共通に、視野領域
を示す工夫を説明する図。

【図１１】第１実施例〜第４実施例に共通に、視野領域
を示す工夫の他の例を説明する図。

【図１２】光路変更のための変形例を説明する図であ
る。

【図１３】光路変更のための他の変形例を説明する図で
ある。

【図１４】光路変更のための更に他の変形例を説明する
図である。

【図１５】マスク板の他の形状を示す図。

【図１６】マスク板の他の構成を示す図。

【図１７】図１６のマスク板の動作原理を説明する図で
ある。

【図１８】図１６のマスク板の動作原理を説明する図で
ある。

【図１９】従来技術を説明する図である。

【図２０】従来技術を説明する図である。

【図２１】第１実施例の装置に時分割制御を適用したと
きの装置の構成を示す図。

【図２２】第２実施例の装置に時分割制御を適用したと
きの装置の構成を示す図。

【図２３】第３実施例の装置に時分割制御を適用したと
きの装置の構成を示す図。

【符号の説明】

１６ 観察者 １０ａ，１０ｂ 透過型液晶ディスプレイ １１ａ，１１ｂ レンズ １２ａ，１２ｂ 白黒ＣＲＴ １５ ハーフミラー １９ａ，１９ｂ，２０ マスク板 ２０ａ，２０ｂ マスク領域 ６０ａ，６０ｂ マスク板（液晶シャッタ） ６０ 偏光板 ９０，９１，９３ 時分割コントローラ

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 淳 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観察者の右目に対応する位置に配置され
   た発光領域と左目に対応する位置に配置された非発光領
   域を設けられた第１の発光装置と、 観察者の右目に対応する位置に配置された非発光領域と
   左目に対応する位置に配置された発光領域を設けられた
   第２の発光装置と、 立体視させるための右目用画像と左目用画像とを表示す
   るための光透過性を有する第１と第２の空間変調素子
   と、 前記第１の発光装置と第１の空間変調素子の間に設けら
   れ、前記第１の発光装置の発光領域を拡大するための指
   向性を有する第１の光学素子と、 前記第２の発光装置と第２の空間変調素子の間に設けら
   れ、前記第２の発光装置の発光領域を拡大するための指
   向性を有する第２の光学素子と、 前記第１と第２の空間変調素子に表示される画像を１つ
   に合成するために、前記第１と第２の空間変調素子の前
   方に配置された１つのハーフミラーとを具備し、 前記第１の空間変調素子に表示された像を前記第１の発
   光装置の発光領域からの光によりバックライトし、前記
   第２の空間変調素子に表示された像を前記第２の発光装
   置の発光領域からの光によりバックライトすることを特
   徴とする立体画像表示装置。
2. 【請求項２】 観察者の右目に対応する位置に配置され
   た第１の発光領域と左目に対応する位置に配置された第
   ２の発光領域とを有する発光装置と、 立体視させるための右目用画像と左目用画像とを時分割
   で表示するための透過型の空間変調素子と、 前記発光装置と空間変調素子の間に設けられ、前記発光
   装置の像を拡大するための指向性を有する光学素子と、 前記空間変調素子に右目用画像を表示するときに前記第
   １の発光領域を付勢すると共に前記第２の発光領域を消
   勢し、前記空間変調素子に左目用画像を表示するときに
   前記第２の発光領域を付勢すると共に前記第１の発光領
   域を消勢する制御手段とを具備し、 前記空間変調素子に時分割されて表示される右目用画像
   と左目用画像とを、夫々時分割制御された第１の発光領
   域と第２の発光領域とにより選択的にバックライトする
   ことを特徴とする立体画像表示装置。
3. 【請求項３】 立体視させるための右目用画像と左目用
   画像とを表示するための第１と第２の表示装置と、 前記第１の表示装置の前方に配され、観察者の右目に対
   応する位置に配置された透光領域と左目に対応する位置
   に配置された遮光領域とを設けられた第１の光制御装置
   と、 前記第２の表示装置の前方に配され、観察者の左目に対
   応する位置に配置された透光領域と右目に対応する位置
   に配置された遮光領域とを設けられた第２の光制御装置
   と、 前記第１と第２の表示装置に表示される画像を１つに合
   成するために、前記第１と第２の表示装置の前方に配置
   された１つのハーフミラーと、 前記ハーフミラーの前方に設けられ、前記第１と第２の
   光制御装置の夫々の透光領域からの光に対して指向性を
   有する光学素子とを具備し、 前記第１の表示装置に表示された右目用像を前記第１の
   光制御装置の透光領域を介して透視させ、前記第２の表
   示装置に表示された左目用像を前記第２の光制御装置の
   透光領域を介して透視させることを特徴とする立体画像
   表示装置。
4. 【請求項４】 立体視させるための右目用画像と左目用
   画像とを時分割して表示する表示装置と、 前記表示装置の前方に配され光を透光しあるいは遮光す
   る光制御装置であって、観察者の右目に対応する位置に
   配置された第１の領域と左目に対応する位置に配置され
   た第２の領域とを有する光制御装置と、 前記光制御装置を通過した光に対して指向性を有する光
   学素子と、 前記表示装置に右目用画像を表示するときに前記第１の
   領域を透光性とすると共に前記第２の領域を遮光性と
   し、前記表示装置に左目用画像を表示するときに前記第
   １の領域を遮光性とすると共に前記第２の領域を透光性
   とする制御手段とを具備し、 前記表示装置に時分割されて表示される右目用画像と左
   目用画像とを、夫々時分割制御された第１と第２の発光
   領域とにより選択的に透過させることを特徴とする立体
   画像表示装置。
5. 【請求項５】 立体視させるための右目用画像と左目用
   画像とを表示するための第１と第２の表示装置と、 前記第１の表示装置の表示面の前方に設けられ、その表
   示画像を第１の方向に直線偏光する第１の偏光装置と、 前記第２の表示装置の表示面の前方に設けられ、その表
   示画像を第２の方向に直線偏光する第２の偏光装置と、 前記第１と第２の表示装置に夫々表示され、前記第１と
   第２の偏光装置によって夫々偏光された画像を１つに合
   成するために、前記第１と第２の偏光装置の前方に配置
   された１つのハーフミラーと、 前記ハーフミラーの前方に配され第１の透光領域と第２
   の透光領域とを有した光制御装置であって、前記第１の
   透光領域は観察者の右目に対応する位置において前記第
   １の方向に偏光した光を通し、前記第２の透光領域は観
   察者の左目に対応する位置において前記第２の方向に偏
   光した光を通すように設けられた光制御装置と、 前記光制御装置の前方に設けられ、前記光制御装置の透
   光領域からの光に対して指向性を有する光学素子とを具
   備し、 前記第１の表示装置に表示された右目用像を前記第１の
   透光領域を介して透視させ、前記第２の表示装置に表示
   された左目用像を前記第２の透光領域を介して透視させ
   ることを特徴とする立体画像表示装置。
6. 【請求項６】 立体視させるための右目用画像と左目用
   画像とを時分割して表示するための表示装置と、 前記表示装置の表示面の前方に設けられ、その表示画像
   を第１の方向と第２の方向に時分割的に直線偏光する偏
   光装置と、 前記偏光装置の前方に配され第１の透光領域と第２の透
   光領域とを有した光制御装置であって、前記第１の透光
   領域は観察者の右目に対応する位置において前記偏光装
   置によって偏光された画像を通し、前記第２の透光領域
   は観察者の左目に対応する位置において前記第２の方向
   に偏光した光を通すように設けられた光制御装置と、 前記光制御装置の前方に設けられ、前記光制御装置の透
   光領域からの光に対して指向性を有する光学素子とを具
   備し、 前記第１の表示装置に表示された右目用像を前記第１の
   透光領域を介して透視させ、前記第２の表示装置に表示
   された左目用像を前記第２の透光領域を介して透視させ
   ることを特徴とする立体画像表示装置。
7. 【請求項７】 第１の方向に偏光された右目用画像と第
   ２の方向に偏光された左目用画像とを重ねて表示する１
   つの表示面と、 前記表示面の前方に配され第１の透光領域と第２の透光
   領域とを有した光制御装置であって、前記第１の透光領
   域は観察者の右目に対応する位置において前記第１の方
   向に偏光した光を通し、前記第２の透光領域は観察者の
   左目に対応する位置において前記第２の方向に偏光した
   光を通すように設けられた光制御装置と、 前記光制御装置の前方に設けられ、前記光制御装置の透
   光領域からの光に対して指向性を有する光学素子とを具
   備し、 前記表示面に表示された右目用像を前記第１の透光領域
   のみを介して透視させ、前記表示面に表示された左目用
   像を前記第２の透光領域のみを介して透視させることを
   特徴とする立体画像表示装置。