JPH09197343A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 隣り合う画素のペアの表示内容を同一なもの
としなければならないため、２次元画像の表示の際の解
像度がＬＣＤ自身の持つ解像度に対して低下してしま
う。 【解決手段】 画像情報を表示するＬＣＤ１０と、片面
が平面で他の面が凸状のシリンドリカルレンズが左右方
向に周期的に並んだ構造を有し、凸状面がＬＣＤ１０側
に向けられてＬＣＤ１０において表示された画像情報を
立体的に再現するレンチキュラーシート２と、レンチキ
ュラーシート２を移動させるアクチュエータ５と、外部
から入力される切換信号によりアクチュエータ５の動作
を制御する制御回路６とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンチキュラーレ
ンズ等を用いたメガネなしの立体画像表示方法及び装置
に関し、特に、２次元画像表示と３次元画像表示との切
り換えが可能な立体画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、立体画像表示を行う方式とし
て、レンチキュラーレンズシートを用いた立体画像表示
方式（以下「レンチキュラー方式」と称す）が広く知ら
れている。

【０００３】レンチキュラー方式については、１９７０
年頃から盛んに研究され、その結果は、例えばＯｐｌｕ
ｓＥ誌１９９３年１１月号１００〜１０４ページに開示
されている。

【０００４】図５は、従来のレンチキュラー方式の立体
画像表示装置による立体画像表示例を示す図である。

【０００５】本従来例は図５に示すように、画像情報を
表示するＬＣＤ５１０と、片面が平面で他の面が凸状の
シリンドリカルレンズが左右方向に周期的に並んだ構造
を有し、平面側がＬＣＤ５１０に密着することによりＬ
ＣＤ５１０において表示された画像情報を立体的に再現
するレンチキュラーシート５０２とから主に構成されて
おり、ＬＣＤ５１０は、画像情報を液晶により表示する
液晶層５１１と、液晶層５１１を挟んで設けられる２枚
の基板ガラス５１２と、液晶層５１１に対して光を発し
て液晶層５１１内の画像情報を出力するバックライト光
源５１４と、２枚の基板ガラス５１２のそれぞれの液晶
層５１１と接していない側に設けられ、バックライト光
源５１４及び液晶層５１１を通過した光を偏光する偏光
板５１３とから構成されている。

【０００６】以下に、上記のように構成された立体画像
表示装置における立体画像表示動作について説明する。

【０００７】まず、左右の異なった視点から撮影された
２枚の視差画像Ａ，Ｂがストライプ状に分割、抽出さ
れ、これが交互に配列されて合成ストライプ画像が形成
される。

【０００８】次に、合成ストライプ画像がＬＣＤ５１０
に表示される。

【０００９】次に、ＬＣＤ５１０において表示されたス
トライプ画像を構成する画素Ａ群及び画素Ｂ群からの光
束がバックライト光源５１４から発せられる光によって
レンチキュラーシート５０２に入射される。

【００１０】その後、レンチキュラーシート５０２にお
いて、凸面の屈折作用により、画素Ａ群及び画素Ｂ群か
らの光束がそれぞれ対応する観察者の左右の目ＬＥ，Ｒ
Ｅに入射する。

【００１１】上述した一連の動作によって、観察者は元
の視差画像をそれぞれの眼で観察することになり、立体
視が実現される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の立体画像表示装置は、隣り合う画素のペ
アの一方を右目に、他方を左目に導いて３次元画像の表
示を行うために、２次元画像を表示する場合、隣り合う
画素のペアの表示内容を同一なものとしなければならな
いため、２次元画像の表示の際の解像度がＬＣＤ自身の
持つ解像度に対して低下してしまうという問題点があ
る。

【００１３】例えば、図５に示した立体画像表示装置に
おいては、合成ストライプ画像のうち画素Ｂ１とＡ２、
Ｂ３とＡ４等の表示内容を同一なものとしなければなら
ないため、左右方向の解像度がＬＣＤ自身の持つ解像度
に対して１／２に低下してしまう。

【００１４】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、２次元画像
を表示する場合においても、ＬＣＤ自身のもつ解像度に
対して解像度の低下の少ない立体画像表示装置を提供す
ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、画像情報を表示する画像表示手段と、該画
像表示手段において表示された画像を屈折させることに
より３次元に表示する第１の光学手段とを有し、２次元
画像表示と３次元画像表示との切り換えが可能な立体画
像表示装置において、前記画像表示手段と前記第１の光
学手段との間に設けられ、前記画像表示手段において表
示された画像情報を転送する第２の光学手段と、前記第
２の光学手段によって転送された画像表示面と前記第１
の光学手段との距離を変化させる制御手段とを具備する
ことを特徴とする。

【００１６】また、前記制御手段は、前記第１の光学手
段を移動させることによって前記第２の光学手段によっ
て転送された画像表示面と前記第１の光学手段との距離
を変化させることを特徴とする。

【００１７】また、前記制御手段は、３次元画像表示を
行う場合に、前記第２の光学手段によって転送された画
像表示面と前記第１の光学手段の主平面との距離を前記
第１の光学手段の焦点距離に略等しくすることを特徴と
する。

【００１８】また、前記制御手段は、２次元画像表示を
行う場合に、前記第２の光学手段によって転送された画
像表示面と前記第１の光学手段の主平面とを略一致させ
ることを特徴とする。

【００１９】また、前記第２の光学手段は、周期構造を
有する光学素子であることを特徴とする。

【００２０】（作用）上記のように構成された本発明に
おいては、制御手段により、３次元画像表示を行う場合
は、第２の光学手段によって転送された画像表示面と第
１の光学手段の主平面との距離が第１の光学手段の焦点
距離に略等しくなるように第１の光学手段が移動し、２
次元画像表示を行う場合は、第２の光学手段によって転
送された画像表示面と第１の光学手段の主平面とが略一
致するように第１の光学手段が移動する。

【００２１】第２の光学手段によって転送された画像表
示面と第１の光学手段の主平面との距離が第１の光学手
段の焦点距離に略等しくなれば、画像表示手段において
表示され、第２の光学手段によって転送された画像が第
１の光学手段において屈折し、３次元画像が表示され、
第２の光学手段によって転送された画像表示面と第１の
光学手段の主平面とが略一致すれば、第１の光学手段に
おける屈折力がほぼ０となり、２次元画像が表示され
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００２３】（第１の実施の形態）図１は、本発明の立
体画像表示装置の第１の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は３次元画像表示時を示す図、（ｂ）は２次元画
像表示時を示す図である。

【００２４】本形態は図１に示すように、画像情報を表
示するＬＣＤ１０と、片面が平面で他の面が凸状のシリ
ンドリカルレンズが左右方向に周期的に並んだ構造を有
し、凸状面がＬＣＤ１０側に向けられてＬＣＤ１０にお
いて表示された画像情報を立体的に再現する第１の光学
手段であるレンチキュラーシート２と、レンチキュラー
シート２を移動させるアクチュエータ５と、外部から入
力される切換信号によりアクチュエータ５の動作を制御
する制御回路６とから主に構成されており、ＬＣＤ１０
は、画像情報を液晶により表示する画像表示手段である
液晶層１１と、液晶層１１の片面上に設けられる基板ガ
ラス１２と、液晶層１１の基板ガラス１２が設けられて
いない側に設けられ、周期構造を有する光学素子からな
る第２の光学手段であるファイバーフェースプレート３
と、液晶層１１に対して光を発して液晶層１１内の画像
情報を出力するバックライト光源１４と、基板ガラス１
２及びファイバーフェースプレート３のそれぞれの液晶
層１１と接していない側に設けられ、バックライト光源
１４及び液晶層１１を通過した光を偏光する偏光板１３
とから構成されている。なお、現在、画面サイズ１０イ
ンチクラスのＬＣＤ１０の基板ガラス１２の厚さは１．
１ｍｍのものが主流であるので、本形態のＬＣＤ１０の
ように、基板ガラス１２をファイバーフェースプレート
３で代用しても偏光を保つことができ、通常のＬＣＤと
同様の表示画像が得られる。

【００２５】図２は、図１に示したレンチキュラーシー
ト２の形状と配置の関係を説明するための図である。

【００２６】レンチキュラーシート２を構成する個々の
レンズ面Ｒ１，Ｒ２の曲率半径をそれぞれｒ１，ｒ２、
レンチキュラーシート２の材質の屈折率をｎとすると、
レンズ面Ｒ１による屈折力φ１及びレンズ面Ｒ２による
屈折力φ２は、 φ１＝（ｎ−１）／ｒ１・・・（式１） φ２＝（１−ｎ）／ｒ２・・・（式２） と表される。

【００２７】また、レンズ面Ｒ１とレンズ面Ｒ２との面
間隔をｄとすると、レンチキュラーレンズ２の屈折力Φ
は、 Φ＝φ１＋φ２−ｅ・φ１・φ２・・・（式３） と表される。

【００２８】ここで、ｅはｄの空気換算距離であり、ｅ
＝ｄ／ｎと表される。

【００２９】また、レンズ面Ｒ１，Ｒ２の頂点からそれ
ぞれの主平面Ｈ，Ｈ’までの距離Δ，Δ’はそれぞれ次
の式で表される。

【００３０】 Δ＝Ｒ１Ｈ＝ｅ・φ２／Φ ・・・（式４） Δ’＝Ｒ２Ｈ’＝−ｅ・φ２／Φ・・・（式５） このとき、画素ピッチをＰ、観察距離をＬ、観察者の眼
間距離をｅとするとき、レンチキュラーレンズ２のピッ
チｐを ｐ＝２・Ｐ・Ｌ／（ｅ＋Ｌ）・・・（式６） として、特定の視点からの画像を表示した画素群の光が
全て対応する観察者の視点位置に導かれるように構成す
る。

【００３１】この際、画像表示位置からレンチキュラー
シート２の主平面Ｈまでの距離ｔを略レンチキュラーシ
ートの焦点距離Ｆ（＝１／Φ）とすれば、画素からの発
散光束が略平行光として観察者の左右眼に導かれる。

【００３２】また、画像表示位置とレンチキュラーシー
ト２の主平面Ｈとを略一致させれば、レンチキュラーシ
ート２の屈折力を略無効にすることになる。

【００３３】図３は、図１に示したファイバーフェース
プレート３の要部拡大図である。

【００３４】ファイバーフェースプレート３は図３に示
すように、コア部３１、クラッド部３２から成るファイ
バー３０が密に束ねられて構成されており、ファイバー
フェースプレート３の一方の端面に画像が表示される
と、画像の表示光はファイバー３０内を伝送され、ファ
イバー３０の径の分解能で他方の端面に同じ画像が形成
される。

【００３５】以下に、図１に示した立体画像表示装置に
よる画像表示動作について説明する。

【００３６】ＬＣＤ１０の液晶層１１上に表示された画
像が、バックライト光源１４において発せられた光によ
って、イメージ伝送体であるファイバーフェースプレー
ト３に照射され、ファイバーフェースプレート３内を通
ってファイバーフェースプレート３の液晶層１１とは反
対側の端面上に表示される。

【００３７】即ち、画像表示面は、本来画像表示面であ
った液晶層１１の表面ではなく、ファイバーフェースプ
レート３の液晶層１１とは反対側の端面と考えてよいこ
とになる。

【００３８】ここで、本形態におけるレンチキュラーシ
ート２は、ＬＣＤ１０側を凸状面、反対側を平面として
配置されているため、上述した（式２）において、ｒ２
＝∞とすることができ、それにより、φ２＝０となり、
また、（式１）により、Φ＝φ１となる。

【００３９】これを（式４）に代入すると、 Δ＝０ となる。

【００４０】即ち、レンチキュラーシート２の主平面Ｈ
の位置は凸面の頂点に一致する。

【００４１】これにより、図１（ａ）に示すように、画
像表示面であるファイバーフェースプレート３の端面か
らレンチキュラーシート２の主平面Ｈまでの距離ｔを、
レンチキュラーシート２の焦点距離と等しい距離とすれ
ば、従来のレンチキュラー方式の立体画像表示装置と同
様の立体視を行うことができる。

【００４２】また、図１（ｂ）に示したように、レンチ
キュラーシート２の凸面を、画像が表示されているファ
イバーフェースプレート３の前面の偏光板１３に密着さ
せると、偏光板１３の厚みがかなり薄いためにレンチキ
ュラーシート２の屈折力をほぼ０とすることができる。
そのため、このような配置とすれば、ＬＣＤ１０に表示
された画素Ｌ部位からの光と画素Ｒ部位からの光とがと
もに観察者の両方の眼Ｒ，Ｌに導かれ、両眼とも画像表
示面上の全ての画素を見ることが可能である。従って、
従来の立体画像表示装置のように隣り合うＲ画素とＬ画
素のペアに同一の画像を表示する必要がなくなり、ＬＣ
Ｄ１０のもつ解像力に対して劣化の少ない画像表示を行
うことが可能になる。

【００４３】（第２の実施の形態）図４は、本発明の立
体画像表示装置の第２の実施の形態を示す図であり、
（ａ）は３次元画像表示時を示す図、（ｂ）は２次元画
像表示時を示す図である。

【００４４】本形態は図４に示すように、画像情報を表
示する画像表示手段であるＬＣＤ１１０と、片面が平面
で他の面が凸状のシリンドリカルレンズが左右方向に周
期的に並んだ構造を有し、平面がＬＣＤ１１０側に向け
られてＬＣＤ１１０において表示された画像情報を立体
的に再現する光学手段であるレンチキュラーシート１０
２と、レンチキュラーシート１０２とＬＣＤ１１０との
間に設けられ、ＬＣＤ１１０に表示されたストライプ画
像を構成するＲ画素群並びにＬ画素群をそれぞれ画素毎
に正立等倍結像し、Ｒ’画素群並びにＬ’画素群から成
る結像面１０４を形成する屈折率分布型レンズアレイ１
３３と、レンチキュラーシート１０２を移動させるアク
チュエータ１０５と、外部から入力される切換信号によ
りアクチュエータ１０５の動作を制御する制御回路１０
６とから主に構成されており、ＬＣＤ１１０は、表示画
像情報を液晶により表示する液晶層１１１と、液晶層１
１１を挟んで設けられる２枚の基板ガラス１１２と、液
晶層１１１に対して光を発して液晶層１１１内の画像情
報を出力するバックライト光源１１４と、２枚の基板ガ
ラス１１２のそれぞれの液晶層１１１と接していない側
に設けられ、バックライト光源１１４及び液晶層１１１
を通過した光を偏光する偏光板１１３とから構成されて
いる。

【００４５】以下に、図４に示した立体画像表示装置に
よる画像表示動作について説明する。

【００４６】ＬＣＤ１１０の液晶層１１１において表示
されたストライプ画像を構成するＲ画素群並びにＬ画素
群がそれぞれ画素毎に屈折率分布型レンズアレイ１３３
により正立等倍結像され、Ｒ’画素群並びにＬ’画素群
から成る結像面１０４が形成される。

【００４７】ここで、３次元画像の表示を行う場合は、
図４（ａ）に示すように、結像面１０４からレンチキュ
ラーシート１０２の主平面Ｈまでの距離ｔを、レンチキ
ュラーシート１０２の焦点距離と等しい距離とすれば、
レンチキュラーシート１０２における屈折力により、結
像面１０４上のＲ’画素群からの光線が観察者の右眼Ｒ
Ｅに、Ｌ’画素群からの光線が観察者の左眼ＬＥにそれ
ぞれ導かれる。

【００４８】また、図４（ｂ）に示すように、レンチキ
ュラーシート１０２の主平面Ｈから画像が表示されてい
る結像面１０４までの距離をほぼ０とすれば、レンチキ
ュラーシート１０２の屈折力をほぼ０とすることができ
る。そのため、このような配置とすれば、ＬＣＤ１１０
に表示された画素Ｌ部位からの光と画素Ｒ部位からの光
とがともに観察者の両方の眼ＲＥ，ＬＥにそれぞれ導か
れ、両眼とも画像表示面上の全ての画素を見ることが可
能である。従って、通常の２次元画像表示装置と同様な
解像力による画像表示を行うことが可能になる。

【００４９】また、本形態によれば、第１の実施の形態
において示したような特殊なＬＣＤパネルを用いる必要
がなくなるため、ＬＣＤパネル作製プロセスにかかるコ
ストを削減することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、画像表示
手段において表示された画像情報を転送する第２の光学
手段と、第２の光学手段によって転送された画像表示面
と第１の光学手段との距離を変化させる制御手段を設
け、３次元画像表示を行う場合は、画像表示手段におい
て表示され、第２の光学手段によって転送された画像が
第１の光学手段において屈折するように第２の光学手段
によって転送された画像表示面と第１の光学手段の主平
面との距離が第１の光学手段の焦点距離に略等しくなる
位置に第１の光学手段が移動し、２次元画像表示を行う
場合は、第１の光学手段における屈折力がほぼ０となる
ように第２の光学手段によって転送された画像表示面と
第１の光学手段の主平面とが略一致する位置に第１の光
学手段が移動する構成としたため、２次元画像表示と３
次元画像表示との切り換えが可能で、２次元画像表示を
行う場合においても、ＬＣＤ自身の持つ解像度に対して
解像度の低下の少ない画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体画像表示装置の第１の実施の形態
を示す図であり、（ａ）は３次元画像表示時を示す図、
（ｂ）は２次元画像表示時を示す図である。

【図２】図１に示したレンチキュラーシートの形状と配
置の関係を説明するための図である。

【図３】図１に示したファイバーフェースプレートの要
部拡大図である。

【図４】本発明の立体画像表示装置の第２の実施の形態
を示す図であり、（ａ）は３次元画像表示時を示す図、
（ｂ）は２次元画像表示時を示す図である。

【図５】従来のレンチキュラー方式の立体画像表示装置
による立体画像表示例を示す図である。

【符号の説明】

１，１０１ 立体画像表示装置 ２，１０２ レンチキュラーシート ３ ファイバーフェースプレート ５，１０５ アクチュエータ ６，１０６ 制御回路 １０，１１０ ＬＣＤ １１，１１１ 液晶層 １２，１１２ 基板ガラス １３，１１３ 偏光板 １４，１１４ バックライト光源 ３０ ファイバー ３１ コア部 ３２ クラッド部 １０４ 結像面 １３３ 屈折率分布型レンズアレイ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像情報を表示する画像表示手段と、 該画像表示手段において表示された画像を屈折させるこ
   とにより３次元に表示する第１の光学手段とを有し、 ２次元画像表示と３次元画像表示との切り換えが可能な
   立体画像表示装置において、 前記画像表示手段と前記第１の光学手段との間に設けら
   れ、前記画像表示手段において表示された画像情報を転
   送する第２の光学手段と、 前記第２の光学手段によって転送された画像表示面と前
   記第１の光学手段との距離を変化させる制御手段とを具
   備することを特徴とする立体画像表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の立体画像表示装置にお
   いて、 前記制御手段は、前記第１の光学手段を移動させること
   によって前記第２の光学手段によって転送された画像表
   示面と前記第１の光学手段との距離を変化させることを
   特徴とする立体画像表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の立体画
   像表示装置において、 前記制御手段は、３次元画像表示を行う場合に、前記第
   ２の光学手段によって転送された画像表示面と前記第１
   の光学手段の主平面との距離を前記第１の光学手段の焦
   点距離に略等しくすることを特徴とする立体画像表示装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の立体画像表示装置にお
   いて、 前記制御手段は、２次元画像表示を行う場合に、前記第
   ２の光学手段によって転送された画像表示面と前記第１
   の光学手段の主平面とを略一致させることを特徴とする
   立体画像表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   立体画像表示装置において、 前記第２の光学手段は、周期構造を有する光学素子であ
   ることを特徴とする立体画像表示装置。