JPH10150676A

JPH10150676A - 画像表示装置

Info

Publication number: JPH10150676A
Application number: JP9221659A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kurio; 勝栗尾; Eiji Arita; 栄次有田; Tomohiko Hattori; 知彦服部
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1997-08-18
Publication date: 1998-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】小規模な構成でも、観察者の顔面位置、特
に、目の位置を正確に検出することによりクロストーク
の少ない画像表示装置を提案する【解決手段】観察者の顔を１つのカメラにより撮像し
て得た観察者の顔面の画像データに基づいて、前記顔面
画像の水平方向における略中央位置を検出し、その位置
を中心にして帯状の右目用制御画像と左目用制御画像と
を生成する。この制御画像を表示装置に表示して、バッ
クライト制御画像とする。これらの画像を夫々出た光
は、凸レンズにより指向性を与えられ、夫々右目及び左
目にのみ入光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示手段照明
用のバックライトに指向性を持たせて左右画像の選別を
行うタイプの立体画像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、種々の分野で立体画像を表示する
技術の確率が求められている。例えば、ＭＲＩやＣＴ等
を用いて検査部位の断面を観察する技術が進歩してきて
いる医療の分野においては、診断精度の向上を図る目的
でこれら検査部位を立体視する技術の確立が望まれてい
る。また、美術工芸の分野においては、美術工芸品等を
描いた２次元画像から３次元的な立体画像を表示する技
術の確立が望まれている。

【０００３】現在まで、平面上に描かれた画像情報を３
次元的に立体視する手段としては、ホログラフィによる
画像再生技術、レンティキュラ方式、時分割眼鏡方式な
どが知られている。しかしながら、ホログラムを作成す
るには多大な手間を要すると共にホログラム立体画像を
再生するための装置が複雑となり、コストも高いという
問題があった。また、レンティキュラ方式では立体視が
可能となる観察者の位置の範囲が狭く、観察者が移動し
た場合に画像が劣化するといった問題が発生していた。
また、時分割眼鏡方式では観察時に眼鏡が不可欠となる
といった問題があった。

【０００４】このような問題を解決した立体画像表示装
置、即ち、簡単な装置でありながら、広い立体視可能な
範囲を有し、あるいは眼鏡を必要としない立体画像表示
装置として、立体画像を液晶デイスプレイに表示するこ
ととし、この液晶デイスプレイのためのバックライトに
指向性を持たせることにより、左右画像の選別を行わせ
るシステムが知られている。例えば、本願の出願人によ
る、特開平７−１４０４１８号を参照。

【０００５】この装置は、図１の例に示すような構成を
有する。図１の例では、バックライトを発する光源とし
て、モノクロの液晶表示装置１０３を設け、便宜上、立
体画像を表示する表示装置（液晶表示装置やフィルム等
のような光透過型の表示装置）はその図示を省略する。
図１において、観察者１００の例えば右脇に既知の波長
を有する光（例えば赤外光）を発するＬＥＤを有した照
明装置１０１を配置し、観察者１００の顔を側面よりそ
の右半面だけを照らすようにする。すると、観察者１０
０の顔はその右半面だけが明るく照らされている。この
顔面像をＣＣＤカメラ１０２で撮影する。得られた顔面
の画像データは２値化され、更にその上下を反転されて
液晶表示装置１０３の表示画面に表示される。カメラ１
０２は観察者１００の顔面の正面を撮影するように配置
されている。従って、表示装置１０３に表示されている
観察者の顔面像においては、観察者の顔面の右側部分は
表示画面の左側領域１０４に、観察者の顔面の左側部分
は表示画面の右側領域１０７に、観察者の顔面の下側部
分は表示画面の上側領域に、観察者の顔面の上側部分は
表示画面の下側領域に、それぞれ表示されることにな
る。

【０００６】このモノクロ表示装置１０３の前面には凸
レンズ１０６が配置されている。この凸レンズ１０６
は、表示装置１０３上に表示される顔画像と、凸レンズ
１０６を介して観察者の目に映ずる表示装置画面１０３
上の顔面像とが幾何学的に略重なるように調節される。
即ち、凸レンズ１０６の光軸の位置、焦点の位置が調整
される。凸レンズ１０６をこのように調整すると、表示
装置画面１０３上に表示された顔面像は、観察者の右目
にとって、レンズ径大の照明として機能する。そして、
この凸レンズ１０６の前面に、例えば液晶ディスプレイ
等の光透過型の画像表示デバイス（図１には不図示）を
配し、この表示デバイスに右目用の画像を表示すると、
表示装置１０３の画面に表示されている観察者の右半面
の画像が表示されている領域からの光は、上記表示デバ
イスのバックライトとして機能する。また、上記領域か
らの光は、凸レンズ１０６により指向性を与えられるの
で、観察者の左目に届くことはない、即ち、観察者の左
目のためのバックライトとして機能することはない。

【０００７】一方、観察者の顔面の左半分は照明装置１
０１によって照明されていないので、その左半分の画像
が表示されている表示装置１０３の画面の領域は光を発
光することは無く、従って、この領域が観察者の左目の
ためのバックライトとして機能することはない。尚、図
１は右目用画像を観察者の右目にのみ映じさせるための
システム構成を示すが、左目用画像を観察者の左目にの
み映じさせるためには、別途、観察者顔面の左半分を照
明する照明装置と、その左半分を選択的に撮影するカメ
ラと、その左半分の画像を表示するためのモノクロ液晶
表示装置を設ければよい。そのための構成例を図２に示
す。

【０００８】図２において、左目用照明装置１０１Ｌは
右目用照明装置１０１Ｒが発光する光と異なる波長の光
を発する。また、右目用カメラ１０２Ｒは右目用照明装
置１０１Ｒの光の波長にのみ感応し、左目用カメラ１０
２Ｌは左目用照明装置１０１Ｌの光の波長にのみ感応す
るようにする。また、ハーフミラー１１０が、左目用の
バックライト光源としてモノクロ液晶表示装置１０３Ｌ
の位置が右目用バックライト光源としての液晶表示装置
１０３Ｒと干渉しないように配置される。右目用液晶表
示装置１０３Ｒ，左目用液晶表示装置１０３Ｌ，凸レン
ズ１０６Ｒ，凸レンズ１０６Ｌ，ハーフミラー１１０
は、右目用液晶表示装置１０３Ｒからのバックライト
が、凸レンズ１０６Ｒによって集光され、ハーフミラー
１１０を透過して観察者の右目に至るように、また、左
目用液晶表示装置１０３Ｌからのバックライトが、凸レ
ンズ１０６Ｌによって集光され、ハーフミラー１１０に
よって反射して観察者の左目に至るように配置される。

【０００９】尚、この場合、左目用のバックライトは上
記ハーフミラーによって反射される際に左右が反転する
ので、左目用のバックライト画像を左目用表示装置１０
３Ｌに表示するに際しては、画像処理等により、左右を
反転させた画像として表示する必要がある。かくして、
図２のシステムでは、左目用のバックライトは左目にの
み入射し、右目用のバックライトは右目にのみ入射する
ので、観察者の右目は凸レンズ１０３Ｒの近傍に設置さ
れた図示しない透過型表示装置に表示される右目用の目
的画像を見ることとなり、左目は凸レンズ１０３Ｌの近
傍に設置された図示しない透過型表示装置に表示される
左目用の目的画像のみを見ることとなる。ここで、表示
装置１０３Ｒ，１０３Ｌにそれぞれ表示された２つのバ
ックライトは観察者の顔面の画像であるために、観察者
の位置が移動すれば、それらバックライトの画像も表示
装置の画面上において移動するので、図２のシステム
は、広い範囲での立体視を可能とする。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うに、上記従来例では、観察者の照明を側方から行うた
め、観察者の左右に波長を異にする照明（１０１Ｒ，１
０１Ｌ）が立体画像表示装置本体とは独立に必要にな
る。また、観察者を撮影するＣＣＤカメラについても、
左右に配した照明のそれぞれ異なる一方の波長のみを選
択的に通過させるフィルタ機能を持ったものが一対（１
０２Ｒ，１０２Ｌ）必要となる。

【００１１】このために、図１の従来例のシステムは、
広い範囲での立体視を可能とするものの、その装置の構
成は大きなものとならざるを得ない。図２の装置構成を
簡略化する目的で、単一の照明装置のみを観察者の前方
に配置し、バックライトの画像を得るための撮影も単一
のカメラで行うという立体画像表示システムも、本願の
出願人たちにより、特開平７−１５９７２３号として提
案されている。

【００１２】この提案システムでは、その単一のカメラ
が半面のみが照明を当てられた状態の観察者を撮影し、
得られた観察者の像を上下方向に反転させて、図３に示
すように表示装置に表示する。図３において、領域１２
０は照明に照らされて明るく映じた部分であり、右目用
バックライトとして利用される。左目用バックライト
は、図３の観察者像をネガポジ反転させることにより生
成した像（例えば図４）を使用する。

【００１３】しかしながら、上記の提案技術では、照明
光は観察者の正面に向けて照射されたものではないの
で、観察者の顔面位置もしくは姿勢によって、観察者像
の形状は崩れるという問題が発生する。即ち、図３の観
察者像は照明光が観察者の半面に適正に照射された条件
下において得られたものである。従って、観察者がこの
適正な位置より前や後ろに位置した場合には、ライトの
照射方向と観察者の位置関係が崩れ、適正に照明光が当
たらないために、観察者像の形状が崩れてしまうのであ
る。また、図３または図４において、右目用のバックラ
イト光源として用いられる右半分顔面像１２０と左目用
のバックライト光源として用いられる左半分顔面像１２
１との境界は、観察者の顔に照明光が当たった部分と影
の部分という曖昧な境界部分を使用することとなる。

【００１４】これらに加え、観察者の、顔の大きさ、耳
の形状、頭髪形状といった観察者間の固体差や、観察者
の前後方向の観察位置変化に伴う像の大きさの変化が、
境界の位置及び大きさに大きく影響することになり問題
となる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような事態
に鑑みてなされたもので、小規模な構成でも、観察者の
顔面位置、特に、目の位置を正確に検出することができ
る画像表示装置を提案するものであるこの目的のための
本発明の画像表示装置の、観察者の顔面上の領域を擬似
的に両目の位置として検出し、前記観察者の両方の目に
異なる第１の画像と第２の画像とを夫々観察させる画像
表示装置は、前記観察者の顔を撮像する手段と、前記撮
像手段によって得られた観察者の顔面の画像データに基
づいて、前記顔面画像の水平方向における略中央位置を
検出する検出手段と、検出された前記顔面画像の略中央
位置に基づいて、右目用制御画像と左目用制御画像とを
生成する生成手段と、前記右目用制御画像と左目用制御
画像とを表示する表示手段と、表示された前記右目用制
御画像と左目用制御画像を用いて、前記第１の画像と第
２の画像に、夫々、観察者の右目と左目に向かう指向性
を与える指向性付与手段とを具備することを特徴とす
る。

【００１６】前記検出手段は、撮像手段が１つであって
も、その１つの顔面画像から顔面の中央位置を推定する
ことができる。本発明の好適な一態様に拠れば、前記第
１の画像と第２の画像は、夫々所定の視差を有して撮影
された立体画像である。本発明の好適な一態様に拠れ
ば、顔面画像の二値化画像データから顔面中央位置を推
定する。

【００１７】本発明の好適な一態様に拠れば、中央位置
は顔面画像の画像データを水平方向に走査することによ
り検出する。本発明の好適な一態様に拠れば、前記顔面
画像の画像データの値が大きく変化する位置を検出する
ことにより、画像データ中の顔面の輪郭の位置を同定す
る。本発明の好適な一態様に拠れば、検出された顔面の
輪郭上の水平方向における２点間の中央位置を顔面の略
中央位置と同定する。

【００１８】本発明の好適な一態様に拠れば、検出手段
は、垂直方向に前記顔面画像を走査する手段を有し、水
平方向における中央位置を、垂直方向において複数点検
出することを特徴とする。本発明の好適な一態様に拠れ
ば、指向性付与手段は、凸レンズもしくはフレネルレン
ズを有することを特徴とする。

【００１９】本発明の好適な一態様に拠れば、凸レンズ
もしくはフレネルレンズはアレイ状に構成されているこ
とを特徴とする。本発明の好適な一態様に拠れば、前記
表示手段は制御画像のドットが出力されている位置では
発光することにより、前記制御画像の光はバックライト
として機能する。

【００２０】本発明の好適な一態様に拠れば、前記第１
の画像及び第２の画像を表示する表示デバイスを有し、
前記表示手段は前記表示デバイスの前方に配置され、光
を透過型のモノクロ液晶表示装置であることにより、前
記表示手段に表示されている制御画像はパララックスバ
リアとして機能する。本発明の好適な一態様に拠れば、
前記表示手段は、直角に向かい合って配置された１組の
液晶表示装置を有し、前記指向性付与手段は、前記１組
の液晶表示装置の前方に配置されたハーフミラーを有す
ることを特徴とする。ハーフミラーを有することによ
り、第１の画像と第２の画像とは合成されて観察者の目
に映じる。

【００２１】本発明の好適な一態様に拠る表示装置は、
前記第１の画像と前記第２の画像とを時分割に表示可能
な表示デバイスを有し、この表示装置の前記表示手段
は、前記表示デバイスにおける前記第１の画像と前記第
２の画像との切換タイミングに同期して、前記右目用制
御画像と前記左目用制御画像とを時分割に表示可能であ
ることを特徴とする。これにより、表示手段を１つに減
らすことができる。

【００２２】本発明の好適な一態様に拠る表示装置は、
前記第１の画像を表示する第１の領域と前記第２の画像
を表示する第２の領域とが一表示面内に略均一に配置さ
れた表示デバイスをさらに有し、そして、前記表示手段
は、前記右目用制御画像と前記左目用制御画像とを互い
に異なる第１の偏光と第２の偏光で表示する場合に、前
記表示デバイスは、前記第１の領域が前記第１の偏光を
バックライト光として実質的に透過し前記第２の偏光を
実質的に遮断し、前記第２の領域が前記第２の偏光をバ
ックライト光として実質的に透過し前記第１の偏光を実
質的に遮断するように構成されたことを特徴とする。

【００２３】本発明の好適な一態様に拠れば、前記撮像
手段は１つだけのカメラを有することを特徴とする。本
発明の好適な一態様に拠れば、前記撮像手段は１つまた
は複数の照明装置を有する。本発明の好適な一態様に拠
れば、前記撮像手段は観察者の前方略中央に配置されて
いることを特徴とする。観察者の画像をより左右対称に
得ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した好適な実
施形態に係わる立体画像表示装置について説明する。〈制御画像生成の原理〉図５，図６は、本発明の好適な
実施形態に適用されるところの、右目用のバックライト
を生成するための画像（以下、「右目用バックライト制
御画像」）と、左目用バックライトを生成するための画
像（以下、「左目用バックライト制御画像」）が、１つ
の顔面像から生成される原理を説明する。

【００２５】尚、図５，図６において、説明の便宜上、
顔面像は上下反転させないで表示した状態を描いてい
る。図５において、１３０は１つのカメラから得られた
観察者の顔面の画像である。顔面の像１３０は、例えば
“１”の値を有するドットの集合で表されているとす
る。これらのドット集合は複数の走査線（１３２-1〜１
３２-n）に沿ったドットラインとして表されている。各
走査線において、“１”の値を有するドット集合の中央
の位置にある点を検出し、これらの中央点の位置の集合
（１３１-1，１３１-2〜１３１-n）は直線もしくは曲線
１３１を構成する。換言すれば、この直線もしくは曲線
１３１を抽出することは顔面像の中央位置を通る直線も
しくは曲線を認識することとなる。

【００２６】そこで、図６に示すように、直線もしくは
曲線１３１を境にして、画像１３０を分割し、右目用バ
ックライト制御像１４０Ｒと左目用バックライト制御像
１４０Ｌを得ることができる。そして、右目用バックラ
イト制御像１４０Ｒを図７に示すように右目用表示装置
に表示し、左目用バックライト制御像１４Ｌを図８に示
すように左目用表示装置に表示し、これらの表示装置が
ドットデータが“１”の値を有する画素が発光を行うよ
うに設定されていれば、図７の画像は右目用バックライ
トとして機能し、図８の画像は左目用バックライトとし
て機能する。

【００２７】図５を用いて説明された手法は、１つのカ
メラ（或いは少なくとも１つのカメラ）と少なくとも１
つの照明装置（或いは１つの照明装置）から、極めて簡
単に１組のバックライト制御画像を得る点で有効であ
る。図９は、得られた観察者の顔画像の輪郭が左右非対
称の場合における、バックライト制御像の生成について
説明する。

【００２８】図９は、髪型などによって観察者の顔面の
形状が左右間で異なる場合の顔面の画像１５０を示す。
この画像に図５に関連して説明した手法を適用すると、
図９の中央線１５１が得られる。図９の例では、画像１
５０は左右間で変形があるために、中央線１５１は中央
線１３１（図５）と異なり、大きく曲がっている。この
ように、顔面像が左右間で不均衡な場合には、左右の瞳
の位置が画像の中央位置よりも左または右にずれてしま
う。図６の手法を適用して得られた顔面像を中央線１５
１（実際は曲線）を用いて分割して、２つのバックライ
ト制御像を生成することにより変形の影響が１／２とな
り、右目用または左目用の一方のバックライトが他方の
目の瞳に入光するというクロストークが発生する可能性
が減少する。

【００２９】図１０は、画像の中央点を検出する原理を
説明する。即ち、図１０において、カメラから得た画像
１７０中に三名の観察者の顔面像（１７２〜１７４）が
得られたとする。その画像１７０をある走査線１７１に
沿って走査すると、１８のようなグラフの信号が得られ
る。グラフ１８０に示されたHSYNCは走査線の水平同期
信号である。任意のドットの位置は、HSYNCの発生時点
からそのドットが検出されるまでの経過時間ｔによって
表現される。図１０の例では、観察者Ａの右端のドット
が時刻ｔ₁において発見された。従って、観察者Ａの顔
面像の中央位置は、走査線１７１上のドットの発生持続
時間がｔ₂とすると、ｔ₁＋ｔ₂／２となる。また、観察者Ｃの顔面像の中央位置は、観察者
Ｃについての走査線１７１上におけるドットの発生時刻
をｔ₃とし、ドットの発生持続時間がｔ₄とすると、ｔ₃＋ｔ₄／２となる。

【００３０】尚、実際の顔面を撮影すると、顔面位置に
応じて照度が異なるために、顔面画像において不連続領
域が発生するおそれがある。かかる場合に備えて、不連
続な複数のドット領域が１つの顔面であることを認識を
容易にするために、既知のラベリングの手法を用いるこ
とが望ましい。また、本発明のバックライト図形の生成
手法は、立体画像表示における所謂パララックスバリア
方式にも適用可能である。従って、本明細書では、バッ
クライト方式に用いられる制御画像を「バックライト制
御画像」と呼び、パララックスバリア方式に用いられる
制御画像を「透過光制御画像」と呼ぶ。

【００３１】〈立体画像表示システム〉…第１実施形態以下、図５〜図１０で説明した原理により生成されたバ
ックライト制御画像が立体画像表示に適用されたシステ
ムを説明する。図１１は、図５〜図１０を用いて説明さ
れた本発明の原理を適用したところの、ハーフミラーを
有する立体画像表示システムの構成を示す。

【００３２】このシステムは、右目観察用視差画像を得
るためのカラーカメラ２００Ｒと、左目観察用視差画像
を得るためのカラーカメラ２００Ｌと、これらのカメラ
が撮像して得た右目用画像と左目用画像とを夫々表示す
るためのカラー液晶表示パネル２０４Ｒ，２０４Ｌと、
観察者の顔面に照明を与えるための照明装置２０１Ｒ，
２０１Ｌと、これらの照明装置によって照明された観察
者の顔面の像を得るためのモノクロのＣＣＤカメラ２０
２と、カメラ２０２が撮像した観察者の顔面像に基づい
て右目用バックライト制御像と左目用バックライト制御
像とを生成する画像処理装置２１１と、画像処理装置２
１１によって生成された右目用バックライト制御像と左
目用バックライト制御像を夫々表示するモノクロの表示
装置２０３Ｒ，２０３Ｌと、このモノクロ液晶表示装置
２０３Ｒ，２０３Ｌよりも観察者側に配され、これら表
示装置２０３Ｒ，２０３Ｌからのバックライトを観察者
の左右の目の夫々に選択的に配光するための２枚の凸レ
ンズ２０５Ｒ，２０５Ｌと、カラー液晶パネル２０４Ｒ
と２０４Ｌに表示された２つの（右目用と左目用の）観
察用視差画像を表示するためのハーフミラー２１０とを
有する。

【００３３】照明装置２０１Ｒ，２０１Ｌは正面から観
察者の顔面を照らしても、まぶしく感じないように、観
察者を赤外線で照明する。カメラ２０２は、照明装置２
０１Ｒ，２０１Ｌが照射する赤外線に感度を有する。
尚、照明装置は中央に一機のみを設けてもよい。凸レン
ズ２０５Ｒ，２０５Ｌの夫々と白黒液晶ディスプレイ２
０３Ｒ，２０３Ｌの夫々との表面間の距離は、観察者像
が該凸レンズ（２０５Ｒ，２０５Ｌ）により該白黒液晶
ディスプレイ（２０３Ｒ，２０３Ｌ）の表面に焦立させ
ることができるような値又はその近傍値に設定されてい
る。

【００３４】白黒液晶ディスプレイ２０３Ｒ上の右目用
バックライト制御像は、凸レンズ２０５Ｒにより、観察
者の右目のみにとってレンズ径大のバックライトとして
機能し、また、左目用バックライト制御像は観察者の左
目のみにとってレンズ径大のバックライトとして機能す
る。これにより観察者はカラー表示パネル（２０４Ｒ，
２０４Ｌ）に表示された立体画用画像を立体視すること
が可能となる。なお、該バックライト制御画像はバック
ライトとして機能せしめるため、白黒液晶ディスプレイ
（２０５Ｒ，２０５Ｌ）の液晶面上の顔画像の大きさお
よび位置を予め調整しておくことが必要である。

【００３５】図１２は、右目用と左目用のバックライト
制御画像を生成する画像処理装置２１１の構成を示す。
この画像処理２１１は、カメラ２０２からの映像信号中
の輝度成分を２値化する二値化回路２５０と、カメラ２
０２からの同期信号ＳＹＮＣに基づいて水平同期信号Ｈ
ＳＹＮＣを生成する同期信号生成回路２５４と、画像信
号中のリーデイングエッジ（即ち、“０”の後に最初に
現れる“１”の値を有する画素）を検出するリーディン
グエッジ検出回路２５１と、画像信号中のトレーリング
エッジ（即ち、“１”のドットを検出した後に最初に現
れる“０”の値を有する画素）を検出するトレーリング
エッジ検出回路２５３と、検出回路２５１，２５３の出
力に基づいて画像中の“１”の値を有するドット集合の
中点（即ち、観察者の顔面の中央位置）を求める中点検
出回路２５２と、回路２５１〜２５４の出力から、右目
用バックライト制御像と左目用バックライト制御像とを
生成する映像信号合成回路２５５とを有する。

【００３６】二値化回路の、観察者像の２値化処理に用
いられる閾値にヒステリシスを持たせることにより、観
察者と背景との境界部分にモスキートノイズ等のノイズ
がのらないようにすることができる。更に、前記ノイズ
は、観察者を撮像するカメラの調整をデフォーカスぎみ
に設定することで撮像画像の空間周波数を落とすことで
減じても良い。

【００３７】リーディングエッジ検出回路２５１，トレ
ーリングエッジ検出回路２５３は種々の素子を使って構
成することができる。例えば、図１３に示すように、カ
ウンタやラッチなどを用いて構成することができる。即
ち、図１３のリーディングエッジ検出回路２５１，トレ
ーリングエッジ検出回路２５３は、共通のカウンタ２６
４と、１ラインの映像信号を十分な分解能を確保できる
ように分割できるようなクロックを生成する回路２６１
と、水平同期信号ＨＳＹＮＣのトレーリングエッジを検
出する回路２６０とを有する。回路２６０によりＨＳＹ
ＮＣが検出されると、カウンタ２６４はリセットされ、
その後、検出回路２６０の出力はハイになるので、カウ
ンタ２６４はクロックジェネレータ２６１からのクロッ
クの数を計数することができる。即ちカウンタ２６４の
出力はＨＳＹＮＣを検出してからのクロックの数を計数
する。回路２６２は、画像信号中の所定の数以上の連続
した“１”を検出する。同じく、回路２６３は、画像信
号中の所定の数以上の連続した最初の“０”を検出す
る。ラッチ２６５は、検出回路２６２が最初の“１”を
検出すると、カウンタ２６４の出力を記憶する。また、
ラッチ２６６は、検出回路２６３が“１”の後の最初の
“０”を検出したことを受けて、カウンタ２６４の内容
を記憶する。

【００３８】即ち、ラッチ２６５は図１０のｔ₁または
ｔ₃を、ラッチ２６６は図１０のｔ₁＋ｔ₂またはｔ₃＋ｔ
₄を記憶する。これらは、それぞれＨＳＹＮＣ（水平同
期信号）からリーディングエッジを検出するまでの時間
（リーディングエッジ検出時間）、およびＨＳＹＮＣか
らトレーリングエッジを検出するまでの時間（トレーリ
ングエッジ検出時間）を意味する。

【００３９】図１２の中点検出回路２５２は、前記２つ
の検出回路（２５１，２５３）に用いられているクロッ
クと同等のクロック生成回路と、二値化輝度信号の各リ
ーディングエッジをリセットタイミングとし、上記クロ
ック生成回路からのクロック数を計数するカウンタと、
前記各リーディングエッジと対になるトレーリングエッ
ジに同期して、その度に上記カウンタの計数結果を記憶
する複数の記憶素子（例えばラッチ）といったデジタル
的な手段により構成される。ここで、前記各リーディン
グエッジとそれと対となるトレーリングエッジとの間の
中点は、カウンタの計数結果として記憶された２進デー
タの最下位１ビットを落とす（或いは、全ビットを下位
にシフトする）ことで容易に求めることが出来る。

【００４０】映像信号合成回路２５５は、前記３つの検
出回路（２５１〜２５３）が記憶した各記憶値に基づ
き、図６または図１０で説明したバックライト制御図形
を生成する。リーディングエッジ検出時間とトレーリン
グエッジ検出時間とは、両検出時間の記憶値と、その記
憶時点から１Ｈ後のＨＳＹＮＣを起点としてクロックを
計数するカウンタの計数結果とを、夫々比較のための入
力とするデジタルコンパレータの出力として得られる。
また両検出時間の中点の時刻、即ち、中点検出時間は、
中点の記憶値と、上記コンパレータの出力として再生さ
れたリーディングエッジ検出時間をリセットタイミング
とするカウンタの計数結果とを比較のための入力とする
デジタルコンパレータの出力として得られる。

【００４１】このようにして得られたリーディングエッ
ジ検出時間と中点検出時間とから、それぞれを、新たな
リーディングエッジとトレーリングエッジとする二値化
信号が生成され、これを同期信号と合成することで布目
用バックライト制御像が得られる。同様に、得られた中
点検出時間とトレーリングエッジ検出時間とに基づい
て、これらをそれぞれリーディングエッジとトレーリン
グエッジとする二値化信号が生成され、この二値化信号
を同期信号と合成することで左目用バックライト制御画
像が得られる。

【００４２】図１４は、第１実施形態のシステムにおい
て観察者の目に到る２つの光路を示す。また、図１５
は、カラー液晶表示パネル２０４Ｒに映じた右目観察用
視差画像がモノクロ液晶表示装置２０３Ｒに表示された
バックライト制御図形によって照らされながらハーフミ
ラー２１０を透過して右目に到る過程を示す。また、図
１６は、カラー液晶表示パネル２０４Ｌに映じた左目観
察用視差画像がモノクロ液晶表示装置２０３Ｌに表示さ
れたバックライト制御図形によって照らされながらミラ
ー２１０によって反転されて、観察者の左目に到る光路
を示す。

【００４３】バックライト制御図形は、観察者の上下方
向の移動に対する追随性を確保するために、モノクロ液
晶表示装置２０３Ｒ，２０３Ｌの両者において上下方向
で反転させておく必要がある。また、図１４，図１６に
示すように、カラー液晶表示パネル２０４Ｌに表示され
る左目観察用視差画像はミラー２１０によって反転され
るので、左目観察用視差画像は予め奥行き方向に反転さ
せておく必要がある。なお、右目観察用視差画像はミラ
ー２１０を通過するだけなので、上下に反転する必要は
ない。これらの処理は、画像処理によるものでも良い
が、単純に液晶パネルを表裏、上下等を反転するように
設置しても良い。

【００４４】尚、モノクロ液晶表示装置２０３Ｒ（２０
３Ｌ）の出射側偏光板と、カラー液晶パネル２０４Ｒ
（２０４Ｌ）の入射側偏光板とは、常に同一の偏光軸を
持たなければならない。〈第１実施形態の変形例〉以下、第１実施形態に対する
変形例を説明する。

【００４５】画像処理装置２１１は、アナログ回路によ
っても構成できる。例えば、前述の図１３のラッチ（２
６５，２６６）は、時間を端子間電位として記憶するコ
ンデンサに、カウンタ（２６４）はそのコンデンサを一
定の電流で充放電させる定電流回路に、デジタルコンパ
レータは、上記コンデンサのチャージ前電位を閾値とし
て動作するアナログコンパレータ回路に置き換えること
ができる。

【００４６】リーディングエッジ検出時間およびトレー
リングエッジ検出時間を計測・記憶するには、コンデン
サヘの充電をＨＳＹＮＣより開始し、二値化信号のリー
ディングエッジおよびトレーリングエッジで終了する。
この時のコンデンサの端子間電位は充電時間、即ち両検
出時間に比例する。更に、記憶量の読み出しは、記憶時
に充電した電荷を１Ｈ後のＨＳＹＮＣより放電させるこ
とで行われ、コンデンサ端子間電位とチャージ前電位と
を比較入力とするコンパレータの出力として所望の時間
を得ることができる。また、中点検出回路では、コンデ
ンサヘの充電は二値化輝度信号のリーディングエッジで
開始し、それと対となるトレーリングエッジで終了す
る。ここで、所望の両エッジ間の中点は、記憶時に充電
した電荷を上述のアナログコンパレータ出力として得ら
れたリーディングエッジ検出時間より放電させ、コンデ
ンサ端子間電位とチャージ前電位とを比較入力とするコ
ンパレータの出力として所望の時間を得ることができ
る。但し、その際の放電電流値は充電時の倍とする。あ
るいは、充電後のコンデンサに電荷を蓄積していない同
容量のコンデンサを並列接続することで端子間廃位を半
分にし、接続したコンデンサを再び分離した後に放電を
開始することで、放電電流値を充電時と同一にすること
もできる。また、はじめから同容量のコンデンサを２個
直列にしたものを使用して、充電後にその中点の電位を
バッファを介して別のコンデンサに記憶し、これをチャ
ージ前電位の代わりにアナ回グコンパレーダの比較入力
の一方として用いることで放電電流値を充電時と同一に
することもできる。

【００４７】また、画像処理装置２１１は、デジタル回
路による構成を用いる場合でも別の構成を取ることが可
能である。例えば、中点検出回路２５２は、不図示の加
算器とシフト回路により構成し、ラッチ２６５に記憶し
たリーディングエッジ検出時間とラッチ２６６に記憶し
たトレーリングエッジ検出時間とを加算後に、加算結果
の半値を求めることで、ＨＳＹＮＣをリセットタイミン
グとする両エッジ間の中点の検出時間を求めてもよい。
半値は前述の手順と同様に、２進データで表された加算
結果の１ビットシフトで求めることができる。この構成
は、アナログ回路による構成においても応用可能であ
る。

【００４８】また、図１２に示した３つの検出回路（２
５１〜２５３）は、２ライン分の記憶素子を持ってお
り、一方が書き込み状態の時は、もう一方が読み出し状
態となり、交互にその樹能を切り替えることでライン毎
に処理をおこなっている。本処理法では、各ラインの表
示が１ライン分ずつ下にずれて表示されることになる
が、１Ｈディレイ同期信号作製回路２５４を用いて、同
期信号部分ＶＳＹＮＣ，ＨＳＹＮＣも１Ｈ送らせること
により、図面に表示する際の表示位置を同じにすること
もできる。もちろん、１フレーム分の処理をまとめて行
うことで、表示位置を補正しても良い。

【００４９】更なる変形として、画像処理装置２１１に
おける全ての処理をソフトウェアによって行うことも可
能である。観察者の位置が一定の範囲内であれば上記装
置を用いた立体視が可能となるため、複数の観察者が同
時に同一の立体画像を認識することが可能である。第１
実施形態の変形例を更に提案する。

【００５０】例えば、上述した凸レンズ２０５は、図１
７に示すような凸レンズアレイ２５１を用いることで焦
点距離を短くし、小形化をはかることも可能である。図
１７においては、複数の凸レンズユニット２５２が左右
上下方向に等間隔で並んでいる。また、凸レンズ２０５
及びレンズユニット２５２はフレネルレンズを用いても
よい。

【００５１】但し、凸レンズもしくはフレネルレンズを
アレイ化した場合は、モノクロ液晶表示装置２０３Ｒ，
２０３Ｌに表示される光像は、図１８に示すように、ア
レイを構成するレンズユニット２５２ｆに対応してユニ
ット毎に形成されなくてはならない。図１８の例では、
レンズアレイのユニットとしてフレネルレンズを用いて
いる。モノクロ表示装置２０３の表示画面は、図１８に
示す如く、複数の領域（２０３-1，２０３-2，２０３-
3，…）に分割され、夫々の領域に、縮小されたバック
ライト制御図形が表示される。尚、この際のレンズユニ
ット２５２ｆの数、形状は任意である。

【００５２】また、実施形態では、観察者の顔面を正面
から撮影するのが好ましいが、そのためには、観察者の
前方にハーフミラー（不図示）を設け、顔面からの光は
このミラーに反射して下方に進ませ、この反射光を光軸
を上に向けたカメラにより捕らえるようにする。こうす
ることで、観察者の顔面を正面から捕らえることができ
る。表示装置からの光は上記ミラーを透過する。

【００５３】また、さらには、照明光源は赤外線発光の
ものに限らず、可視光や紫外線発光のものでもカメラが
感度を有している波長範囲のものであれば良い。さらに
は、所定の画像処理を施す場合には、カメラの代わりに
それらの映像が得られるシステムを用いることにより、
マイクロウエーブや超音波を媒体とすることも可能であ
る。

【００５４】また、本実施形態ではバックライト光源と
して白黒液晶ディスプレイを用いたが、これに代えて、
例えばプラズマディスプレイ、液晶プロジェクタ、ネオ
ン管ディスプレイ、固体発光素子、薄型ＣＲＴあるいは
アレイ状ＣＲＴ等を用いることが可能である。また、デ
ィスプレイ以外の種々の光源をバックライト用の光源と
して使用することももちろん可能である。

【００５５】〈立体画像表示システム〉…第２実施形態上記第１実施形態においては、２つのカラー液晶表示パ
ネル（２０４Ｒ，２０４Ｌ）の夫々に映った右目用視差
画像と左目用視差画像をハーフミラー２１０で合成して
同一視野内に共存させている。即ち、第１実施形態の表
示システムは、左右目のための１組のバックライト制御
画像を表示するための１組のモノクロ液晶表示装置と、
左右目のための１組の観察用視差画像を表示するための
１組のカラー液晶パネルを必要とする。

【００５６】第２実施形態の立体画像表示システムは、
１組のバックライト制御画像を１つのモノクロ液晶表示
装置に表示し、右目用視差画像と左目用視差画像の両方
を１つのカラー液晶パネルに表示することにより、シス
テム全体の構成を小型化したことを特徴とする。図１９
は、第２実施形態にかかる立体画像表示システムの構成
を示す。同図において、同システムは、表面の偏光フィ
ルタを除去したモノクロ液晶表示装置３００と、ｎ個に
分割された凸レンズアレイ（３２０-1，３２０-2，…３
２０-n）を有する光学系３２０と、観察用視差画像を表
示するための特殊なカラー液晶パネル３７０（液晶／電
極層３４０と、この層３４０を挟むフィルタ３６０ａ，
３６０ｂとを含む）と、観察者の顔面を撮影するための
カメラ２０２と、ｎ組のバックライト制御画像を生成す
る画像処理装置４００と、左右目用のｌ組の観察用視差
画像を出力するカラー画像出力装置５５０と、画像出力
装置５５０からの１組観察用視差画像を、カラー液晶パ
ネル３７０の各表示領域に分割表示するための制御装置
５０６とを具備する。ここで、カラー液晶パネル３７０
は、表示画面が表示ライン毎に２ｍ個に分割された複数
の帯状の表示領域（３４０Ｒ-1，３４０Ｌ-1，３４０Ｒ
-2，３４０Ｌ-2，…３４０Ｒ-m，３４０Ｌ-m）を有する
液晶／電極層３４０（この層３４０の構成は図２２を参
照）と、この液晶／電極層３４０の各画素に合わせてそ
の表裏両面に貼り付けられた２ｍ個の帯状領域（３６０
Ｒ-1，３６０Ｌ-1，３６０Ｒ-2，３６０Ｌ-2，…３６０
Ｒ-m，３６０Ｌ-m）を有する偏光フィルタ３６０ａ，３
６０ｂとからなる。液晶／電極層３４０は、一般のカラ
ー液晶パネルから、その表裏両面に貼り付けられている
２枚の偏光板を予め除去したものである。

【００５７】図２０にバックライト制御画像を表示する
ためのモノクロ液晶表示装置３００の構成を示す。この
モノクロ液晶表示装置３００は、レンズアレイ３２０の
数と等しい数のｎ個のセル画像領域（３００-1，３００
-2，…３００ -n）に分割されている。画像処理装置４
００は、夫々のセル画像領域に、図２０に示すように、
２つの部分画像からなるバックライト制御画像を表示す
る。図２０において、一方の部分画像は顔面の右半面に
対応する領域３０１Ｒであり、他方の部分画像は顔の右
半面以外の部分に対応する領域３０１Ｌである。前述し
たように、液晶表示装置３００の表面では偏光フィルタ
を外しているために、領域３０１Ｒからの光と領域３０
１Ｌからの光とは異なる偏光を有することになる。即
ち、画像処理装置４００が液晶表示装置３００に、セル
の数分だけ分割された制御画像を出力すると、個々のセ
ル画像領域には、右目用バックライト制御画像３０１Ｒ
と左目用バックライト制御画像３０１Ｌとが表示され、
夫々の制御画像からは互いに異なる偏光が照射されるこ
とになる。

【００５８】図２１にバックライト制御画像の光に指向
性を与えるためのレンズ系３２０の構成を示す。１個の
レンズは、モノクロ液晶表示装置３００の１個のセル表
示領域をカバーする。図２１は模式的にレンズを円で示
しているが、図１７，図１８のように、レンズの４隅が
開かないようにするのが望ましい。図２４は一般のカラ
ー液晶パネル３７０’の一部を示すもので、第２実施形
態のカラー液晶パネル３７０と比較説明するために提示
されたものである。図２４においては、任意の２画素領
域が代表として示される。即ち、一般の液晶パネル３７
０’は、図２４に示すように、両側を２つの偏光板によ
って挟まれている。ここで、バックライト光入射側のＸ
偏光板は、Ｘ偏光を透過させるが、このＸ偏光と偏光軸
が直交するＹ偏光を実質的に遮断する。また、バックラ
イト出射側のＹ偏光板はＹ偏光を透過しＸ偏光を遮断す
る。尚、図２４においては、説明の便宜上、カラーフィ
ルタ等は省略されている。

【００５９】図２４に示されているところの、液晶／電
極層３４０’の一部が、印加電圧の分布によって、図２
４に示すように、たまたま上下２つの領域に分割されて
いるとする。周知のように、上側の領域は偏光をそのま
ま透過させる領域であり、便宜上ブラック領域と称し、
下側の領域は偏光を９０度回転させる領域であり、便宜
上ホワイト領域と称する。尚、これらの領域の作用は印
加する電圧の定義如何によって逆転させることが出来る
ことも周知である。

【００６０】従って、偏光していない通常光がバックラ
イト光としてＸ偏光板に入光すると、Ｘ偏光だけが液晶
／電極層３４０’に入射する。Ｘ偏光は、ブラック領域
を通過しても、偏光軸は変化せずにＸ偏光として出射す
るが、ホワイト領域を通過すると、偏光面は回転してＹ
偏光として出射する。従って、これらのＸ偏光及びＹ偏
光がＹ偏光板を通過すると、Ｙ偏光のみが通過するの
で、観察者の眼にはホワイト領域（図２４の下側の領
域）のみが映ずる。実際には、この作用が画素毎に印加
電圧に応じて夫々発揮されることによって、画像の濃淡
が表現される。

【００６１】尚、図２４の液晶パネルがカラー液晶パネ
ルの場合には、カラーフィルタが付加されて、透過した
光に色が付加されるに過ぎなく、カラー液晶パネルの透
過光制御の原理も図２４によって説明されている。これ
に対して第２実施形態のカラー液晶パネル３７０の動作
原理を、図２２，図２３，図２５を用いて説明する。

【００６２】図２２に示すように、観察用視差画像を表
示するためのカラー液晶パネル３７０には２ｍ本の表示
ラインが設定されている。また、前述したように、液晶
／電極層３４０は、図２２に示すように、２ｍ個の帯状
の表示領域（３４０Ｒ-1，３４０Ｌ-1，３４０Ｒ-2，３
４０Ｌ-2，…３４０Ｒ-m，３４０Ｌ-m）に分割されてお
り、表示領域（３４０Ｒ-1，３４０Ｒ-2，…３４０Ｒ-
m）には右目観察用視差画像が、表示領域（３４０Ｌ-
1，３４０Ｌ-2，…３４０Ｌ-m）には左目観察用視差画
像が、夫々互いに分離されて表示される。

【００６３】第２実施形態の液晶／電極層３４０の両面
には、通常の液晶パネルに備えられている偏光板の代わ
りに、偏光フィルタ３６０ａ，３６０ｂが設けられてい
る。偏光フィルタ３６０ａ，３６０ｂの夫々の構成を図
２３に示す。図２３に示すように、フィルタ３６０ａ，
３６０ｂは’の表示面と同じ大きさを有し、交互に並ぶ
複数の帯状偏光フィルタ片３６０Ｒ，３６０Ｌを有す
る。偏光フィルタ片３６０Ｒ，３６０Ｌは互いに異なる
偏光軸を有する。すると、１つおきの複数のフィルタ片
（３６０Ｒ-1，３６０Ｒ-2，…３６０Ｒ-m）は全てある
１つの方向（便宜上Ｘ方向とする）の偏光軸を有する。
他方の１つおきの複数のフィルタ片（３６０Ｌ-1，３６
０Ｌ-2，…３６０Ｌ-m）は全て前記Ｘ方向に直交する方
向（便宜上Ｙ方向とする）の偏光軸を有する。１つのフ
ィルタ片の縦方向の長さは、液晶／電極層３４０の表示
面における表示領域の空間分割の幅に等しい。即ち、液
晶パネル３７０の１つの表示領域の幅は偏光フィルタの
１つのフィルタ片の幅に等しい。フィルタ３６０ａと３
６０ｂはそれぞれ同一画素で偏光軸が直交するように設
定する。

【００６４】画像処理装置４００は、第１実施形態の画
像処理装置２１１と同じ原理により右目用バックライト
制御画像を生成する。第２実施形態の画像処理装置４０
０が第１実施形態の画像処理装置２１１と異なる点は、
右目用バックライト制御画像のみを生成する点にある。
図２５は、カラー液晶パネル３７０の作用を説明するた
めに、任意の右目用画素をパネル片３４０ＲＢ，３４０
ＲＷとし、任意の左目用画素をパネル片３４０ＬＢ，３
４０ＬＷとして模式的に示したものである。

【００６５】図２５の領域３６０_bR（或いは図２３の領
域３６０Ｒ-k）は、バックライト入射面においてＸ偏光
のみを通し、図２５の領域３６０_bL（或いは図２３の領
域３６０Ｌ-k）はＹ偏光のみを通す。図２５において、
パネル片３４０Ｒと３４０Ｌの夫々に、上下で黒と白が
映ずるような視差画像が表示されている場合を仮定す
る。すると、右目用の視差画像を表示する領域３４０Ｒ
Ｂは偏光軸の回転作用のないブラック領域であり、同じ
く領域３４０ＲＷは偏光軸を回転させるホワイト領域で
あり、他方、左目用の視差画像を表示する領域３４０Ｌ
Ｂはブラック領域であり、同じく領域３４０ＬＷはホワ
イト領域である。従って、右目用の視差画像領域３４０
ＲＢからはＸ偏光が、領域３４０ＲＷからはＹ偏光が、
他方、左目用の領域３４０ＬＢはブラック領域からはＹ
偏光が、同じく領域３４０ＬＷからはＸ偏光が出射さ
れ、夫々がフィルタ３６０ａに入射する。従って、フィ
ルタ３６０ａから出射する光は、領域３６０_aRからはＹ
偏光が、領域３６０_aLからはＸ偏光が夫々ホワイト領域
のみから出射されるものである。即ち、観察者には、Ｘ
偏光のバックライト光によってのみ照明された右目用視
差画像と、Ｙ偏光のバックライト光によってのみ照明さ
れた左目用視差画像とが届く。この時、レンズ系３２０
の作用によって、Ｘ偏光には右目のみに向かう指向性
を、Ｙ偏光には左目のみに向かう指向性を夫々持たせて
おけば、観察者の左右の目には、左右の視差画像が分離
されて所謂立体画像として映ずることになる。尚、量変
更を発する罰光に指向性を持たせるには、モノクロ液晶
表示装置３００に表示するバックライト制御画像の大き
さ及び表示位置を、従来技術の項に記述したように、予
め調整しておくことが必要である。

【００６６】制御装置５０６は、１組の観察用視差画像
を画素１ライン毎に交互にカラー液晶パネル３７０に表
示するように制御する。〈第２実施形態の変形例〉本発明の画像表示装置は、上
述の実施形態に限られるものではなく、その他種々の態
様の変更が可能である。

【００６７】例えば、液晶／電極層３４０の表裏に貼り
付けられるフィルタ３６０ａと３６０ｂは、同一画素に
おいては夫々直交する偏光軸を持つように設定したが、
これは、液晶の駆動モードを無電界時に透過光の減衰が
小さくなるノーマリーホワイトモードとして考えたため
であり、無電界時に透過光の減衰が大きくなるノーマリ
ーブラックモードの場合には、同位置画素においては夫
々同一の偏光軸を持たせねばならない。

【００６８】また、例えば、右目用視差画像の表示領域
においてはノーマリーホワイトモードで、左目用視差画
像の表示領域においてはノーマリーブラックモードで駆
動するような構成を採用すれば、出射側の偏光板は一方
向の偏光軸を持つ偏光板とすることも可能である。尚、
液晶パネル３７０は、ノーマリーホワイトモードで駆動
する部分は表裏の偏光板の偏光軸が直交するように、ノ
ーマリーブラックモードで駆動する部分は同一偏光軸を
持つように構成する。

【００６９】また、上記実施形態においては、互いに直
交する二偏光を出力可能なバックライト光源として、出
射側の偏光板を除去した液晶パネルを用いたが、出射側
の偏光板が直交する二種の偏光板をライン毎に交互に貼
り付けたような構成を採用しても良い。この場合、液晶
パネルの駆動モードは、表裏の偏光板の偏光軸が直交す
る場合はノーマリーホワイトモードに、偏光子と検光子
が同一偏光軸を持つ場合はノーマリーブラックモードに
しなければならない。更に、出射面に直交する二種の偏
光板をライン毎に貼り付けたような偏光板を貼り付ける
場合には、プラズマデイスプレイやＣＲＴ、固体撮像素
子アレイ等の自発光デバイスを用いることが可能であ
る。尚、このような構成を取る場合には、出射側の直交
する二種の偏光板に合わせて、右目用と左目用のバック
ライト制御画像を表示しなければならない。

【００７０】第２実施形態の空間分割方式では、上述し
たカラー液晶パネル３７０に代えて、偏光軸が互いに直
交する短冊状の１組の偏光フィルタ片を交互に配列して
なる偏光フィルタと、第１の偏光フィルタ片と対応する
位置に右目用の画像を、第２の偏光フィルタ片と対応す
る位置に左目用の画像を各々記録されてなる印画フィル
ムを貼り合わせてなる偏光フィルムを用いることも可能
である。

【００７１】また、カラー液晶パネルに貼付される直交
する偏光軸を持つ２種の偏光フィルタは、必ずしも水平
ライン毎に貼付する必要は無く、画面内に均等に分布す
る限り、垂直ライン毎、あるいは市松模様といった種々
の形態をとることが可能である。以上、空間分割方式に
ついて述べたが、この他に右目観察用視差画像信号と左
目観察用視差画像信号とを、時分割、例えばフレーム毎
に交互に行うようにしてもよい。右目観察用視差画像と
左目観察用視差画像を表示するカラー液晶パネル３７０
への出力を時分割で行うようにした場合には、モノクロ
液晶表示装置３００からのバックライト光は２つの偏光
を用いる必要はなく、また、液晶以外の非偏光マトリク
ス光源を用いることも可能である。従ってこの場合に
は、カラー液晶パネルは一般的なものを用いれば良く、
カラー液晶パネル上への右目観察用視差画像の出力と同
期してモノクロ液晶表示装置３００に右半顔面の光像
が、また、カラー液晶パネル３７０上への左目観察用示
唆画像の出力と同期してモノクロ液晶表示装置３００に
左半顔面の光像が各々映出される。

【００７２】尚、この場合でもモノクロ液晶表示装置３
００の出射側偏光板と、カラー液晶パネル３７０の入射
側偏光板とは、同一の偏光軸を持たねばならない。〈立体画像表示システム〉…第３実施形態これから説明する第３実施形態のシステムは、入射光の
位相を切り換える光学フィルタにより左右分離を行うも
のである。

【００７３】図２６，図２７は第３実施形態の表示シス
テムの構成を模式的に示す。特に、図２６は、同システ
ムを上から見た場合を、図２７は側方から見た場合を示
す。これらの図において、５００は陰極管を用いた平面
光源であり、その前方にモノクロの液晶表示装置５０１
が置かれている。尚、この液晶表示装置５０１は、２つ
の表面のうち、入射側の面、即ち陰極管５００側の面に
は偏光板（不図示）が設けられているが、出射側の面、
即ち、陰極管５００と反対側の面には偏光板を設けてお
らず、従って、液晶表示装置５０１を透過する光は、電
圧の印加状態によって偏光方向が９０度異なる２つの偏
光状態を有した光となる。液晶表示装置５０１の表示面
には、モノクロカメラ５０５によって撮影された観察者
の顔面像から得られた半面像、即ち、バックライト制御
画像が表示される。尚、バックライト制御画像は制御画
像生成回路５３０によって生成されるものであり、その
生成原理は第１実施形態，第２実施形態と全く同じであ
る。

【００７４】液晶表示装置５０１の前方にフレネルレン
ズ５０２が置かれている。このフレネルレンズ５０２は
第１実施形態のフレネルレンズと同じでよい。フレネル
レンズ５０２の前方には、透過光に９０度の位相差を生
成する位相差フィルム５０３が、その更に前方には、カ
ラー液晶パネル５０４が置かれている。位相差フィルム
５０３は透過光の位相を９０度切り換える役目を有す
る。カラー液晶パネル５０４には、画像信号合成回路５
１１により領域分割多重された右目観察用視差画像と左
目観察用視差画像とが表示される。即ち、図２８にて後
述するように、液晶／電極層５０４ａの各走査線におい
て、左目用走査線５０４ａ _Lでは左目観察用視差画像が
表示され、右目用走査線５０４ａ_Rでは右目観察用視差
画像が表示される。

【００７５】カラー液晶パネル５０４および位相差フィ
ルム５０３の詳細な構成を図２９に示す。図２９に示す
ように、位相差フィルム５０３は、カラー液晶パネル５
０４のバックライト側の面に貼り付けられた平面状の偏
光板５０４ｄの上に、１本の表示ラインの幅に略等しい
幅Ｗの帯状の９０度位相差板（５０３₁，５０３₂，…５
０３_n）を、表示ラインと平行に、且つ表示ラインの幅
に略等しい間隔Ｄで等間隔に貼り付けられたものであ
る。

【００７６】図３０乃至図３２は９０度位相差板５０３
の原理を説明する。本実施形態で用いられている位相差
板５０３はλ／２波長板であり、波長板とは異方性結晶
内を進む光の偏光状態による速度の違い、即ち屈折率の
違いを利用した光学素子である。λ／２波長板の光学軸
をＺ方向に取り、Ｙ軸方向（図３０乃至図３２では紙面
に垂直な方向）から、ＸＺ面でＸ軸より４５度方向に振
動する直線偏光Ｒ_I（図３０）を垂直に入力すると、こ
の直線偏光Ｒ_Iは結晶内ではＺ方向に振動する成分（異
常光）とＸ軸方向に振動する成分（常光）に分かれて進
み、それらの振幅は等しくなる。しかし、結晶の屈折率
は異常光と常光とでは異なるので、前者に対する屈折率
をｎ_e、後者に対する屈折率をｎ_Oとすると、ｎ_e＞ｎ_Oな
らば、常光に比して異常光の方が結晶内での速度が遅く
なり、波長板からの出射端で位相の遅れ（位相差）が生
じる。この結晶透過後における両光の位相差δは、 δ＝（２πｄ／λ）（ｎ_e−ｎ_o）で表される。ここで、ｄは波長板の厚さ、λは透過光の
波長を表す。

【００７７】そこで、結晶内の透過光の波長λに応じて
波長板の厚さｄを調整して位相差δがλ／２（＝π）と
なるようにすれば、出射端において異常光は常光よりλ
／２だけ遅れることとなる。従って、出射光の常光と異
常光の偏光面は、入射光のそれに比べてλ／４（＝π／
２）位相が遅れることとなるので、λ／２波長板を用い
れば、入射光と出射光の偏光面に９０度の位相差を与え
ることが可能となるのである。

【００７８】第２実施形態と異なり、第３実施形態のカ
ラー液晶パネル５０４は通常のカラー液晶表示装置であ
る。尚、電極／液晶層５０４ａは周知のように、液晶材
料を、配向膜を介して、画素電極層と共通電極層とが挟
んでおり、その両電極層の外側にそれぞれ保護用のガラ
ス板が設けられている。また、画素電極の間隔は１走査
線の幅Ｄに等しい。

【００７９】位相差フィルム５０３とカラー液晶パネル
５０４とは、図２８に示すように、位相差フィルム５０
３と電極／液晶層５０４ａの画素配置とが一致するよう
に重ねる。図３３は、第３実施形態において、液晶表示
装置５０１から出射した左目用偏光と右目用偏光とが、
それぞれ、カラー液晶パネル５０４の右目用走査線と左
目用走査線の夫々に入光する過程を説明する。

【００８０】液晶表示装置５０１は陰極管による平面光
源５００側にのみ偏光板が設けられているので、図２６
に示すように、液晶表示装置５０１の画素電極（不図
示）において、電圧が印加されている液晶分子の領域を
通過した光と、電圧が印加されていない液晶分子の領域
を通過した光とは、互いに異なる偏光状態（偏光方位角
が直交した状態）を有するので、この液晶表示装置５０
１に制御画像生成回路５３０で処理したバックライト制
御画像を表示すると、観察者の左目位置に対応する領域
５０１Ｌ（図２６）は左目用バックライト用の偏光を、
また、領域５０１Ｌ以外の領域５０１Ｒは右目用バック
ライト用の偏光を出射することとなる。

【００８１】この様子を、図３３において、液晶表示装
置５０１から「左目用偏光」と「右目用偏光」とが互い
に異なる位相状態ではあるが重畳した状態で出射してい
るものとして表されている。特に、図３３において、
「バックライト出射光」はそれを表す矢印内において、
左目用に対しては水平ハッチングで、右目用に対しては
垂直ハッチングで表現している。

【００８２】以下、液晶表示装置５０１からの出射時点
での左目用偏光を、説明の便宜上「Ｘ」偏光と呼び、そ
して、液晶表示装置５０１からの出射時点での右目用偏
光の偏光方向を「Ｙ」偏光と呼ぶ。液晶表示装置５０１
から出射したＸ偏光とＹ偏光の重畳光の一部は、図３３
に示すように、９０度位相差板５０３からなる各帯要素
（５０３₁，…，５０３_n）を通過して偏光板５０４ｄに
入射し（図３３においてで示す）、他の一部は９０度
位相差板を通過しないで偏光板５０４ｄに入射する（図
３３においてで示す）。ここで、９０度位相差板の要
素（５０３₁，…，５０３_n）を通過した重畳偏光のう
ちの、左目用偏光であるＸ偏光は９０度位相を回転され
るのでＹ偏光となり、右目用偏光であるＹ偏光はＸ偏光
となる。

【００８３】即ち、偏光板５０４ｄにおいて、カラー液
晶パネル５０４の右目用表示ラインに対応する、偏光板
５０４ｄの領域５０４ｄ_Rは、Ｘ偏光状態の偏光のみを
透過させるので、Ｙ偏光された左目用偏光とＸ偏光され
た右目用偏光のうちの右目用偏光のみを透過させる。一
方、カラー液晶パネル５０４の左目用表示ラインに対応
する、偏光板５０４ｄの領域５０４ｄ_Lは、Ｘ偏光され
た左目用偏光とＹ偏光された右目用偏光のうちのＸ偏光
状態の左目用偏光のみを透過させる。

【００８４】かくして、偏光板５０４ｄの、右目用表示
ラインに対応する領域５０４ｄ_Rからは右目用偏光だけ
となり、この右目用偏光が右目用表示ラインに対応する
カラー液晶パネルの液晶分子に到達する。また、偏光板
５０３ｂの、左目用表示ラインに対応する領域５０３ｂ
_Lからは左目用偏光だけとなり、この左目用偏光が左目
用表示ラインに対応するカラー液晶パネルの液晶分子に
到達する。

【００８５】かくして、図２６，図２９，図２８，図３
３を参照すると、観察者の右目にのみ到達するように指
向性を与えられた右目用偏光（Ｘ偏光）は、右目用の立
体画像用の表示ライン領域５０４ａ_Rのみに入力して、
結果的に観察者の右目に入る。また、観察者の左目にの
み到達するように指向性を与えられた左目用偏光（Ｘ偏
光）は、左目用の立体画像用の表示ライン領域５０４ａ
_Lのみに入力して、結果的に観察者の左目に入る。

【００８６】かくして、第３実施形態でも良好な立体視
が実現できる。特に、９０度位相差板５０３の帯領域の
各位置と、カラー液晶パネル５０４ａの各表示ラインの
位置とを正確に合わせれば、クロストークの少ない立体
が実現できる。〈立体画像表示システム〉…第４実施形態第１実施形態乃至第３実施形態のシステムは、バックラ
イトを用いるものであったが、本発明の透過光制御画像
は、所謂「パララックスバリア方式」の立体画像表示に
も適用可能である。

【００８７】図３４は第４実施形態の立体画像表示シス
テムの構成を示す。同図において、６００Ｒは右目観察
用視差画像を表示するカラーＣＲＴ、６００Ｌは左目観
察用視差画像を表示するカラーＣＲＴ、６０１Ｒは右目
用透過光制御画像を表示する光透過型のモノクロ液晶パ
ネル、６０１Ｌは左目用透過光制御画像を表示する光透
過型のモノクロ液晶パネルである。モノクロ液晶パネル
６０１Ｒ，６０１Ｌは透過光制御画像が表示されると、
透過光制御画像の“１”に対応する液晶パネル６０１の
画素部分は光を透過する性質を有するようになる。

【００８８】第１実施形態と同じように、レンズ２０４
及びモノクロ液晶パネル６０１は観察用視差画像に指向
性を与えるので、ＣＲＴ６００Ｒからの右目観察用視差
画像は、右目用透過光制御画像６１０Ｒを透過して、観
察者の右目にのみ入射する。一方、ＣＲＴ６００Ｌから
の左目観察用視差画像は、左目用透過光制御画像６１０
Ｌを透過して、観察者の左目にのみ入射する。

【００８９】かくして、第４実施形態も良好な立体視を
実現できる。尚、時分割方式や、第３実施形態のような
偏光を用いた画素毎の分割方式も可能である。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像表示
装置によれば、小規模な構成でも、観察者の顔面位置、
特に、目の位置を正確に検出することができる。特に、
観察者の顔の形状の変化、髪型等に左右されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の立体画像表示システムの構成を示す
図。

【図２】図１に示した立体画像表示システムの構成を
示す図。

【図３】従来例にかかるバックライト制御画像の生成
の手法を説明する図。

【図４】従来例にかかるバックライト制御画像の生成
の手法を説明する図。

【図５】本発明の各実施形態に用いられている制御画
像の生成原理を説明する図。

【図６】本発明の各実施形態に用いられている制御画
像の生成原理を説明する図。

【図７】本発明の各実施形態に用いられている制御画
像の生成原理を説明する図。

【図８】本発明の各実施形態に用いられている制御画
像の生成原理を説明する図。

【図９】本発明の各実施形態に用いられている制御画
像の生成原理を説明する図。

【図１０】顔面画像のエッジを検出する原理を説明す
るタイミングチャート。

【図１１】本発明の制御画像生成原理をバックライト
方式に適用した第１実施形態の立体画像表示システムの
構成を示す図。

【図１２】第１実施形態の画像処理装置の構成を示す
図。

【図１３】第１実施形態におけるエッジ検出回路の構
成を示す図。

【図１４】第１実施形態における光路を示す図。

【図１５】第１実施形態における光路を示す図。

【図１６】第１実施形態における光路を示す図。

【図１７】凸レンズの変形例の構成を示す図。

【図１８】凸レンズの変形例の構成を示す図。

【図１９】本発明の第２実施形態にかかる表示装置の
構成を示す図。

【図２０】第２実施形態のバックライト表示のための
表示装置３００の構成を説明する図。

【図２１】第２実施形態の指向性付与のためのレンズ
系３２０の構成を説明する図。

【図２２】第２実施形態の観察用視差画像を表示する
液晶／電極層３４０の構成を説明する図。

【図２３】第２実施形態の液晶シャッタ（フィルタ）
３６０の構成を説明する図。

【図２４】第２実施形態の液晶パネル３７００の構成
と対比するために、従来の液晶パネル３７０’の構成を
示す図。

【図２５】第２実施形態の液晶パネル３７０の動作を
説明する図。

【図２６】第３実施形態の観察用視差画像表示装置の
構成を上方から説明する図。

【図２７】第３実施形態の観察用視差画像表示装置の
構成を側方から説明する図。

【図２８】第３実施形態における、９０度位相差板の
各要素位置とカラー液晶パネル５０４の走査線との位置
関係を説明する図。

【図２９】第３実施形態の位相差フィルム５０３とカ
ラー液晶パネル５０４との位置関係を説明する図。

【図３０】第３実施形態に用いられるλ／２波長板の
動作原理を説明するための入射光の偏光状態を説明する
図。

【図３１】第３実施形態に用いられるλ／２波長板の
動作原理を説明するための出射光の偏光状態を説明する
図。

【図３２】第３実施形態に用いられるλ／２波長板の
動作原理を説明するための、入射光と出射光の偏光面の
位相差を説明する図。

【図３３】第３実施形態において、バックライトから
の左目用偏光（又は右目用偏光）が、カラー液晶パネル
５０４の左目用走査線（又は右目用走査線）に入射する
過程を説明する図。

【図３４】第４実施形態の構成を説明する図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者有田栄次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 (72)発明者服部知彦愛知県名古屋市東区大幸３丁目１番28号ユーハウス大幸10Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観察者の顔面上の領域を擬似的に両目近
傍の位置として検出し、前記観察者の両方の目に異なる
第１の画像と第２の画像とを夫々観察させる画像表示装
置において、前記観察者の顔を撮像する手段と、前記撮像手段によって得られた観察者の顔面の画像デー
タに基づいて、前記顔面画像の水平方向における略中央
位置を検出する検出手段と、検出された前記顔面画像の略中央位置に基づいて、右目
用制御画像と左目用制御画像とを生成する生成手段と、前記右目用制御画像と左目用制御画像とを表示する表示
手段と、表示された前記右目用制御画像と左目用制御画像を用い
て、前記第１の画像を表す光と第２の画像を表す光と
に、夫々、観察者の右目と左目に向かう指向性を与える
指向性付与手段とを具備することを特徴とする画像表示
装置。
【請求項２】前記第１の画像と第２の画像は、夫々所
定の視差を有して撮影された立体画像であることを特徴
とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】前記検出手段は、前記顔面画像の画像デ
ータを二値化する手段を有することを特徴とする請求項
１乃至２のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項４】前記検出手段は、前記顔面画像の画像デ
ータを水平方向に走査する手段を有することを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】前記検出手段は、前記顔面画像の画像デ
ータの値が大きく変化する位置を検出することにより、
画像データ中の顔面の輪郭の位置を同定することを特徴
とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像表示装
置。
【請求項６】前記検出手段は、検出された顔面の輪郭
上の水平方向における２点間の中央位置を顔面の略中央
位置と同定することを特徴とする請求項５に記載の画像
表示装置。
【請求項７】前記検出手段は、垂直方向に前記顔面画
像を走査する手段を有し、水平方向における中央位置
を、垂直方向において複数点検出することを特徴とする
請求項１乃至３、５および６のいずれかにに記載の画像
表示装置。
【請求項８】前記指向性付与手段は、凸レンズもしく
はフレネルレンズを有することを特徴とする請求項１乃
至８のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】前記凸レンズもしくはフレネルレンズは
アレイ状に構成されていることを特徴とする請求項８に
記載の画像表示装置。
【請求項１０】前記表示手段は制御画像のドットが出
力されている位置では発光することにより、前記制御画
像の光はバックライトとして機能することを特徴とする
請求項１乃至９のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１１】前記第１の画像及び第２の画像を表示
する表示デバイスを有し、前記表示手段は、前記表示デバイスの前方に配置され、
光透過型のモノクロ液晶表示装置であることにより、前記表示手段に表示されている制御画像はパララックス
バリアとして機能することを特徴とする請求項１乃至１
０のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１２】前記表示手段は、直角に向かい合って
配置された１組の液晶表示装置を有し、前記指向性付与手段は、前記１組の液晶表示装置の前方
に配置されたハーフミラーを有することを特徴とする請
求項１乃至１１のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１３】前記第１の画像と前記第２の画像とを
時分割に表示可能な表示デバイスを有し、前記表示手段は、前記表示デバイスにおける前記第１の
画像と前記第２の画像との切換タイミングに同期して、
前記右目用制御画像と前記左目用制御画像とを時分割に
表示可能であることを特徴とする請求項１乃至１１のい
ずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１４】前記第１の画像を表示する第１の領域
と前記第２の画像を表示する第２の領域とが一表示面内
に略均一に配置された表示デバイスをさらに有し、前記表示手段は、前記右目用制御画像と前記左目用制御
画像とを互いに異なる第１の偏光と第２の偏光で表示
し、前記表示デバイスは、前記第１の領域が前記第１の偏光
をバックライト光として実質的に透過し前記第２の偏光
を実質的に遮断し、前記第２の領域が前記第２の偏光を
バックライト光として実質的に透過し前記第１の偏光を
実質的に遮断するように構成されたことを特徴とする請
求項１乃至１０のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１５】前記撮像手段は１つだけのカメラを有
することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項１６】前記撮像手段は１つまたは複数の照明
装置を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいず
れかに記載の画像表示装置。
【請求項１７】前記撮像手段は観察者の前方略中央に
配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１のい
ずれかに記載の画像表示装置。