JPH11285031A

JPH11285031A - 立体画像表示装置

Info

Publication number: JPH11285031A
Application number: JP10098592A
Authority: JP
Inventors: Susumu Matsumura; 進松村; Hiroyasu Nose; 博康能瀬; Naosato Taniguchi; 尚郷谷口; Hideki Morishima; 英樹森島
Original assignee: MR System Kenkyusho KK
Current assignee: MR System Kenkyusho KK
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】クローストーク光の発生を少なくし、ストラ
イプ画像で表示した立体画像を良好に観察することがで
きる立体画像表示装置を得ること。【解決手段】光源手段と、水平方向と垂直方向とで光
学作用の異なるマイクロ光学素子と、透過型のディスプ
レイデバイスとを有し、該ディスプレイデバイスに右眼
用の視差画像と左眼用の視差画像を所定の順序で交互に
並べて１つの画像としたストライプ画像を表示し、該光
源手段より射出する光束に該マイクロ光学素子で指向性
を与えて該ストライプ画像を照射し、該光束を少なくと
も２つの領域に分離させて該ストライプ画像を立体画像
として観察者に視認せしめる際、該光源手段はバックラ
イト、開口部と遮光部より成るマスクパターンを形成し
たマスク基板、該バックライトと該マスク基板との間に
配置した偏光板ＰＡ、そして該マスク基板と該ディスプ
レイデバイスとの間に配置した１／６波長板とを有して
いること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立体画像表示装置に
関し、特にテレビ、ビデオ、コンピュータモニタ、ゲー
ムマシンなどにおいて立体表示を行うのに好適なもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、立体画像表示装置の方式として、
右眼用と左眼用の視差画像に対して偏光状態を異なら
せ、偏光めがねを用いて左右の視差画像を分離するもの
がある。その偏光の状態を異ならせるために表示ディス
プレイ側に液晶シャッターを設け、表示ディスプレイの
表示画像のフィールド信号に同期させて、偏光状態を切
り替え、偏光めがねをかけた観察者は時分割で片眼づつ
左右画像を分離して立体視を可能にする方式が実用化さ
れている。しかし、この方式では観察者は常に偏光めが
ねをかけねばならず、煩わしいという欠点があった。

【０００３】それに対して、偏光めがねを用いない立体
画像表示方式を本出願人は、例えば特開平９−３１１２
９４号公報で提案している。

【０００４】図１４は同公報で提案している立体画像表
示装置の要部斜視図である。図中、６は画像表示用のデ
ィスプレイデバイスであり、例えば液晶素子（ＬＣＤ）
で構成する。１は２枚のガラス基板５の間に形成された
液晶層などからなる表示画素部であり、後述する３次元
画像を表示する。図は、偏光板、カラーフィルター、電
極、ブラックマトリクス、反射防止膜などは省略してあ
る。

【０００５】１０は照明光源となるバックライト（面光
源）である。ディスプレイデバイス６とバックライト１
０の間には、市松状の開口８を備えたマスクパターン９
を形成したマスク基板（マスク）７を配置している。マ
スクパターン９はガラスまたは樹脂からなるマスク基板
７上にクロムなどの金属蒸着膜または光吸収材等をパタ
ーニングして製作している。バックライト１０、マスク
基板７等は光源手段の一要素を構成している。

【０００６】マスク基板７とディスプレイデバイス６の
間には、透明樹脂またはガラス製の第１のレンチキュラ
レンズ３及び第２のレンチキュラレンズ４を配置してい
る。第１のレンチキュラレンズ３は垂直方向に長い縦シ
リンドリカルレンズを左右方向に並べて構成した縦シリ
ンドリカルレンズアレイであり、第２のレンチキュラレ
ンズ４は水平方向に長い横シリンドリカルレンズを上下
方向に並べて構成した横シリンドリカルレンズアレイで
ある。なお、第１のレンチキュラレンズ３及び第２のレ
ンチキュラレンズ４は夫々マイクロ光学素子３Ｈの一要
素を形成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１４に示す立体画像
表示装置ではディスプレイデバイス６に表示した立体画
像を基本的に良好に観察することができる構成となって
いる。

【０００８】しかしながら、光源手段からの照明光の一
部がディスプレイデバイス６に至る光路中に配置したマ
イクロ光学素子３Ｈの面やディスプレイデバイス６を構
成する各種の面等で反射し、ノイズ光として元の光路を
戻ってくる場合がある。

【０００９】このときノイズ光の一部はマスクパターン
９の比較的反射率の高い遮光部で反射して、マイクロ光
学素子３Ｈとディスプレイデバイス６を介して観察者の
眼球に入射する。即ち、マスクパターン９の開口部と遮
光部とを逆にした状態での光束（クロストーク光）が観
察者の眼球に入射してくる。

【００１０】図１５（Ａ），（Ｂ）はこのときのマスク
パターン９を透過光と反射光で見たときの概略図であ
る。

【００１１】図１５（Ａ）に示す透過光で見た市松模様
のマスクパターン９がノイズ光に相当する。反射光で見
たときには、図１５（Ｂ）に示すように透過部と遮光部
とが逆転したパターンとなってくる（即ち白黒パターン
が１行ズレている）。

【００１２】尚、図１５（Ｂ）において、白い領域が強
い反射光が戻ってくる領域を示している。

【００１３】このようにクローストーク光が観察者の眼
球に入ってくると観察者の両眼には各々、左右のストラ
イプ画像が入射しなくなり、良好なる立体画像の観察が
難しくなってくる。

【００１４】本発明は、立体画像の観察に有害なクロー
ストークの発生を防止し、広い観察領域で画面全体にわ
たって良好に立体画像を観察することができる立体画像
表示装置の提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の立体画像表示装
置は、 (1-1) 所定の形状の光束を射出させる光源手段と、水平
方向と垂直方向とで光学作用の異なるマイクロ光学素子
と、透過型のディスプレイデバイスとを有し、該ディス
プレイデバイスに右眼用の視差画像と左眼用の視差画像
の夫々を多数のストライプ状の画素に分割して得た右ス
トライプ画素と左ストライプ画素を所定の順序で交互に
並べて１つの画像としたストライプ画像を表示し、該光
源手段より射出する光束に該マイクロ光学素子で指向性
を与えて該ストライプ画像を照射し、該光束を少なくと
も２つの領域に分離させて該ストライプ画像を立体画像
として観察者に視認せしめる際、立体画像表示装置にお
いて、該光源手段はバックライト、開口部と遮光部より
成るマスクパターンを形成したマスク基板、該バックラ
イトと該マスク基板との間に配置した偏光板ＰＡ、そし
て該マスク基板と該ディスプレイデバイスとの間に配置
した１／６波長板とを有していることを特徴としてい
る。

【００１６】特に、 (1-1-1) 前記偏光板ＰＡの偏光軸方向は前記ディスプレ
イデバイスが有する偏光板の偏光軸と一致しており、前
記１／６板の結晶軸は該偏光板ＰＡの偏光軸と４５度の
角度をなしていること。

【００１７】(1-1-2) 前記ストライプ画像は前記右眼用
の視差画像と前記左眼用の視差画像の夫々を多数の横ス
トライプ状の画素に分割して得た右ストライプ画素と左
ストライプ画素を所定の順序で交互に上下方向に並べて
１つの画像とした横ストライプ画像であること。

【００１８】(1-1-3) 前記マスクパターンは市松状の開
口部と遮光部より成っていること。

【００１９】(1-1-4) 前記マイクロ光学素子は複数のシ
リンドリカルレンズを一方向に多数配列して成るシリン
ドリカルレンズアレイより又は該シリンドリカルレンズ
アレイを２つ互いに配列方向が直交するように配置した
構成より成っていること。等を特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の立体画像表示装置
の実施形態１の要部斜視図である。図中、６は画像表示
用のディスプレイデバイスであり、例えば液晶素子（Ｌ
ＣＤ）で構成する。１は２枚のガラス基板５の間に形成
された液晶層などからなる表示画素部であり、後述する
３次元画像を表示する。図は、偏光板、カラーフィルタ
ー、電極、ブラックマトリクス、反射防止膜などは省略
してある。

【００２１】１０は照明光源となるバックライト (面光
源) である。７はマスク基板（マスク）であり、ディス
プレイデバイス６とバックライト１０の間に設けてあ
り、市松状の開口８を備えたマスクパターン９を形成し
ている。マスクパターン９はガラスまたは樹脂からなる
マスク基板7 上にクロムなどの金属蒸着膜または光吸収
材等をパターニングして製作している。

【００２２】ＰＡは偏光板であり、マスク７とバックラ
イト１０との間に設けており、その偏光軸はディスプレ
イデバイス（ＴＦＴパネル）の照明光入射側に設けてい
る偏光板（不図示）の偏光軸方向と一致させている。

【００２３】ＰＢは１／６波長板であり、マスク７の光
射出側に設けており、その結晶軸方向は偏光板ＰＡの偏
光軸に対して４５度回転した方向となっている。

【００２４】バックライト１０、マスク基板７、偏光板
ＰＡ、そして１／６波長板ＰＢ等は光源手段の一要素を
構成している。

【００２５】マスク基板７とディスプレイデバイス６の
間には、透明樹脂またはガラス製の第１のレンチキュラ
レンズ３及び第２のレンチキュラレンズ４を配置してい
る。第１のレンチキュラレンズ３は垂直方向に長い縦シ
リンドリカルレンズを左右方向に並べて構成した縦シリ
ンドリカルレンズアレイであり、第２のレンチキュラレ
ンズ４は水平方向に長い横シリンドリカルレンズを上下
方向に並べて構成した横シリンドリカルレンズアレイで
ある。なお、第１のレンチキュラレンズ３及び第２のレ
ンチキュラレンズ４は夫々マイクロ光学素子３Ｈの一要
素を形成している。

【００２６】ディスプレイデバイス６に表示する画像は
図示するように左右の視差画像Ｒ及びＬを夫々上下方向
に多数の横ストライプ状の横ストライプ画素Ｒ_ｉ，Ｌ_ｉ
に分割し、それらを例えば画面上からＬ_１Ｒ_２Ｌ_３Ｒ_４
Ｌ_５Ｒ_６・・・・と交互に並べて１つの画像に構成した
横ストライプ画像である。

【００２７】バックライト１０からの光は偏光板ＰＡを
通過後、直線偏光となり、マスク基板７の各開口８を透
過し、１／６波長板ＰＢを通過し、マイクロ光学素子３
Ｈを通って照明光としてディスプレイデバイス６を照明
する。ディスプレイデバイス６を通過した光は観察者の
両眼に導光され、これによって両眼に左右のストライプ
画素Ｒ_ｉ，Ｌ_ｉが分離して観察されるようにしている。

【００２８】本実施形態において光源手段からの照明光
の一部はディスプレイデバイス６に至る光路中に配置し
たマイクロ光学素子３Ｈの面やディスプレイデバイス６
を構成する各種の面で反射し、ノイズ光として元の光路
を戻ってくる。

【００２９】このとき偏光板ＰＡと１／６波長板ＰＢを
用いないと、ノイズ光の一部はマスクパターン９の遮光
部で反射して、マイクロ光学素子３Ｈとディスプレイデ
バイス６を介して観察者の眼球に入射する。即ちマスク
パターン９の開口部と遮光部とを逆にした状態での光束
（クローストーク光）が観察者の眼球に入射してくる。

【００３０】この結果、観察者の両眼には各々、左右の
ストライプ画像が入射しなくなり、良好なる立体画像が
観察されなくなる。

【００３１】そこで本実施形態では前述のように偏光板
ＰＡと１／６波長板ＰＢを光路中に設けている。これに
よって照明光の一部のうちマイクロ光学素子３Ｈやディ
スプレイデバイス６を形成する面で反射したノイズ光の
一部が１／６波長板ＰＢを再度通過し、マスクパターン
９の市松開口を形成する遮光部でディスプレイデバイス
６方向に反射して１／６波長板ＰＢを３度通過し、マイ
クロ光学素子３Ｈを介してディスプレイデバイス６に入
射するようにしている。

【００３２】このときの光束は１／６波長板ＰＢを３回
通過しているので偏光軸が初期に比べて９０度回転した
状態となっている。この光束の偏光軸はディスプレイデ
バイス６に設けた偏光板の偏光軸と直交する為ディスプ
レイデバイス６で遮光され、観察者の眼球には到達しな
い。

【００３３】本実施形態ではこのようにしてノイズ光が
マスクパターンの遮光部で反射したときに生じるクロー
ストーク光を防止して良好なる立体画像の観察を行って
いる。尚、本実施形態において１／６波長板ＰＢはマス
ク７とディスプレイデバイス６との間であればどこに配
置しても良い。

【００３４】次に本実施形態における立体視の観察原理
について説明する。

【００３５】図２は実施形態１の水平断面図であり、実
施形態１において観察者の両眼に左右のストライプ画素
が水平方向に分離して視認される原理の説明図である。
マスク基板７はバックライト１０により偏光板ＰＡを介
して照明され、開口８から光が出射する。マスク基板７
の観察者側には１／６波長板ＰＢと第１のレンチキュラ
レンズ３を配置しており、その各シリンドリカルレンズ
のほぼ焦点位置にマスクパターン９がくるようにレンズ
曲率を設計している。この断面においては第２のレンチ
キュラレンズ４は光学的に何の作用もしないので、開口
８上の１点から射出する光束はこの断面内ではマイクロ
光学素子３Ｈを透過して略平行光束に変換される。な
お、この断面における平行光束は、厳密に平行でなくと
も良く、観察者の位置において左右の画像領域が混ざり
クロストークが発生して立体視に障害が起こらない範囲
ならば本発明の目的を達成する。

【００３６】マスクパターン９の一対の開口部と遮光部
は略第１のレンチキュラレンズ３の１ピッチに対応する
ように設定している。図に示した開口部と遮光部のパタ
ーンでは、ディスプレイデバイス６に表示した横ストラ
イプ状の左右のストライプ画素のうち左ストライプ画素
Ｌ_ｉが対応しており、開口部８から出射した光は第１の
レンチキュラレンズ３を通してディスプレイデバイス６
上の左ストライプ画素Ｌ_ｉを図の実線で示す範囲に指向
性をもって照明する。

【００３７】図中のＥ_Ｌは観察者の左眼を示しており、
画面の全幅にわたって、開口部８からの光が一様に左眼
Ｅ_Ｌに集まるように第１のレンチキュラレンズ３のピッ
チＰ_３Ｘはマスクパターン９の一対の開口部と遮光部の
ピッチＰ_９Ｘよりもわずかに小さくしてある。具体的に
は該ピッチＰ_３Ｘは、あらかじめ定められた観察者の所
定の位置から第１のレンチキュラレンズ３までの光学的
距離をＬ０、第１のレンチキュラレンズ３からマスクパ
ターン９までの光学的距離をｄ１としたとき、Ｌ０：（Ｌ０＋ｄ１）＝Ｐ_３Ｘ：Ｐ_９Ｘを満たすように定められる。これにより、ディスプレイ
デバイス６に表示した左ストライプ画素Ｌ_ｉは左眼Ｅ_Ｌ
付近の範囲のみで観察される。

【００３８】また、右ストライプ画素Ｒ_ｉに関しては、
マスクパターン９の開口部と遮光部のパターンは図とは
逆になり、ディスプレイデバイス６に表示した横ストラ
イプ状の左右ストライプ画素のうち右ストライプ画素Ｒ
_ｉに対応するようになり、第１のレンチキュラレンズ３
を通して右ストライプ画素Ｒ_ｉは右眼Ｅ_Ｒ付近の範囲に
指向性をもって照明される。これにより、ディスプレイ
デバイス６に表示された横ストライプ状の右ストライプ
画素Ｒ_ｉは右眼Ｅ_Ｒ付近の範囲のみで観察される。本実
施形態はこのようにしてディスプレイデバイス６上の左
右のストライプ画素が水平方向に左眼、右眼の領域に分
離して観察される。

【００３９】図３は実施形態１の上下方向の断面の説明
略図である。これを用いて上下方向の観察領域を説明す
る。図３ではこの断面については光学作用を持たない１
／６波長板ＰＢや第１のレンチキュラレンズ３および光
学作用に直接関係しないガラス基板を省略しており、第
２のレンチキュラレンズ４についても概念的に表現す
る。マスクパターン９の開口８は図１のように市松状に
なっており、上下方向にはディスプレイデバイス６に表
示する上下交互に配列した横ストライプ状の左右のスト
ライプ画素に対応している。

【００４０】図３中、市松開口８の開口パターンは左又
は右ストライプ画素を照明するためのもので、ここでは
例えば左ストライプ画素Ｌ_ｉを照明するものとし、マス
クパターン９の黒く塗りつぶした部分は光を通さない遮
光部である。ディスプレイデバイス６上では左眼に対応
する左ストライプ画素Ｌ_ｉを白、右眼に対応する右スト
ライプ画素Ｒ_ｉを黒く塗りつぶして表す。

【００４１】ここで、マスクパターン９の或る上下方向
断面内の開口部の幅（ピッチ）をＶｍ、第２のレンチキ
ュラレンズ４のピッチをＶＬ、ディスプレイデバイス６
の上下方向の画素ピッチ（これはディスプレイデバイス
６に表示するストライプ画素の垂直方向のピッチと等し
い）をＶｄ、第２のレンチキュラレンズ４を構成する個
々のシリンドリカルレンズの図３の紙面内の焦点距離を
ｆｖとし、ディスプレイデバイス６の表示面から第２の
レンチキュラレンズ４の観察者側の主平面までの距離を
Ｌ１、第２のレンチキュラレンズ４のマスク側主平面か
らマスクパターン９までの距離をＬ２とするとき、これ
らの諸元はＶｄ：Ｖｍ＝Ｌ１：Ｌ２・・・・・・（１）Ｖｄ：ＶＬ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２：Ｌ２・・・（２）１／ｆｖ＝１／Ｌ１＋１／Ｌ２・・・（３）の関係をみたすように設定している。

【００４２】このときマスクパターン９の開口８はそれ
ぞれ対応するストライプ画素上に図３紙面に垂直な線状
に集光している。市松開口の１つの開口に注目すると図
３中、中央の開口８−１の中心の点Ａから発し、第２の
レンチキュラレンズ４の対応するシリンドリカルレンズ
４−１に入射する光束はディスプレイデバイス６の対応
する画素列６−１の中央の点Ａ’上に線状に集光する。
中央の開口８−１の中心の点Ａから発し、シリンドリカ
ルレンズ４−１以外の第２のレンチキュラレンズ４を構
成するシリンドリカルレンズに入射する光束は夫々ディ
スプレイデバイス６の別の左眼用ストライプ画素Ｌ_ｉの
中心に線状に集光する。

【００４３】また開口８−１の端の点Ｂ、Ｃから発し、
シリンドリカルレンズ４−１に入射する光束はストライ
プ画素６−１の端の点Ｂ’、Ｃ’上に夫々線状に集光す
る。同様に開口８−１のその他の点から発し、シリンド
リカルレンズ４−１に入射した光束はディスプレイデバ
イス６のストライプ画素６−１上に線状に集光する。ま
た開口８−１を発してシリンドリカルレンズ４−１以外
のシリンドリカルレンズに入射した光束もすべてディス
プレイデバイス６の別の左眼用ストライプ画素上に集光
する。

【００４４】図３中、開口８−１以外の開口上の各店か
ら発する光束も、同様にすべてディスプレイデバイス６
の左眼用ストライプ画素上に集光して、これを照明、透
過して上下方向にのみ集光時のＮＡに応じて発散し、観
察者の所定の眼の高さから画面の上下方向の全幅にわた
って左右のストライプ画素を一様に分離して見える観察
領域を与えている。

【００４５】以上のように、マスクパターン９の開口上
の１点から射出する光束は垂直断面内ではマイクロ光学
素子３Ｈによりディスプレイデバイス６上に略集光する
集光光束に変換される。

【００４６】なお、この集光光束は垂直断面内で開口８
−１から射出してシリンドリカルレンズ４−１を透過す
る光がディスプレイデバイス６上のストライプ画素６−
１よりはみ出さない範囲に集光すれば目的を達すること
が出来る。

【００４７】ここでは観察者の左眼用ストライプ画素Ｌ
_ｉについて説明したが右眼用のストライプ画素Ｒ_ｉにつ
いても同様に作用する。

【００４８】図４は実施形態１の上下方向の断面図であ
り、図３では省略した部材も図示してある。

【００４９】ここで、Ｖｍ、ＶＬ、Ｖｄ、ｆｖ、Ｌ１、
Ｌ２は図３で説明したものと同じものである。本実施形
態は、Ｖｄ＝Ｖｍ＝ＶＬ、Ｌ１＝Ｌ２、ｆｖ＝Ｌ１／２
と設定して条件式（１）、（２）、（３）をみたしてお
り、これによって図３で説明したように観察者の所定の
眼の高さから画面の上下方向の全幅にわたって左右画像
が一様に分離して見えるような観察領域が得られるよう
になっている。

【００５０】なお、本発明において、条件式（１）、
（２）の左辺と右辺との差が相対的に５％以下、式
（３）の左辺と右辺との差が相対的に１５％以下ならば
本発明の目的を達することができる。

【００５１】本実施形態では観察者側から見て、ディス
プレイデバイス６、第２のレンチキュラレンズ４、第１
のレンチキュラレンズ３、１／６波長板ＰＢ、マスクパ
ターン９の順に配置して立体画像表示装置を構成した
が、第１のレンチキュラレンズ３と第２のレンチキュラ
レンズ４の順番を入れ替えても第１のレンチキュラレン
ズ３、第２のレンチキュラレンズ４のピッチと焦点距離
およびマスクパターン９の市松開口の縦横のピッチを前
記の条件をすべて満たすように設定し直せば実施形態１
と同様な効果を与える立体画像表示装置を構成すること
が出来る。

【００５２】本実施形態においては、カラー立体画像表
示に際しても通常の２次元画像表示用の液晶ディスプレ
イと同様に１つの画素内にＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ
ーが水平方向に並んで配列しているＬＣＤを用いるこ
とが出来る。

【００５３】尚、本実施形態において光源手段を自発光
型表示素子の発光面上に市松状の発光部と非発光部より
成る発光パターンを形成して構成しても良い。

【００５４】図５は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。本実施形態は図１の実施形態１に比べてマイクロ
光学素子を１つのレンチキュラーレンズ４より構成した
点が異なっているだけであり、その他の基本構成は同じ
である。

【００５５】図中、６は画像を表示する透過型の液晶デ
ィスプレイ（ディスプレイデバイス）であり、２枚のガ
ラス基板５の間に液晶層などからなる画像表示面（表示
画素部）１を形成して構成している。図では、偏光板、
カラーフィルター、電極、ブラックマトリクス、反射防
止膜などは省略してある。１０は照明光源となるバック
ライト（面光源）である。７はマスク基板（マスク）で
あり、ガラス又は樹脂から成り、バックライト１０の発
光面に対向して配置しており、その表面には光を透過す
る市松状の開口（開口Ａ）８を有するマスクパターン９
を形成している。マスクパターン９はクロムなどの金属
蒸着膜または光吸収材からなり、マスク基板７上にパタ
ーニングにより製作する。

【００５６】ＰＡは偏光板であり、マスク７とバックラ
イト１０との間に設けており、その偏光軸はディスプレ
イデバイス（ＴＦＴパネル）の照明光入射側に設けてい
る偏光板（不図示）の偏光軸方向と一致させている。

【００５７】ＰＢは１／６波長板であり、マスク７の光
射出側に設けており、その結晶軸方向は偏光板ＰＡの偏
光軸に対して４５度回転した方向となっている。

【００５８】なお、バックライト１０、マスク基板７、
偏光板ＰＡ、１／６波長板ＰＢ等は光源手段の一要素を
構成しており、マスク基板７の開口を設けた面はここか
ら光が射出するので発光面と見なせる。そしてマスク基
板７は市松状の開口８を形成したマスクとして機能す
る。

【００５９】３はレンチキュラーレンズであり、透明樹
脂又はガラスを媒質として平面と凸のシリンドリカル面
より成る垂直方向に長いシリンドリカルレンズを水平方
向に多数並べて構成している。このレンチキュラーレン
ズ３はマスク基板７と液晶ディスプレイ６の間に配置し
ている。レンチキュラーレンズ３はこれを構成するシリ
ンドリカルレンズのほぼ焦点位置にマスクパターン９が
位置するようにレンズ曲率を設定している。又、マスク
パターン９の水平方向の一列の開口８はレンチキュラー
レンズ３を構成する各シリンドリカルレンズに対応して
いる。

【００６０】７５は画像処理手段であり、不図示の視差
画像ソースからの右眼用の視差画像（右視差画像）Ｒと
左眼用の視差画像（左視差画像）Ｌを取り込む或は生成
し、２つの視差画像を夫々上下方向に分割して横のスト
ライプ状の右ストライプ画素Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３Ｒ_４・・・・
と左ストライプ画素Ｌ_１Ｌ_２Ｌ_３Ｌ_４・・・・を生成
し、それらを例えば画面の上端からＲ_１Ｌ_２Ｒ_３Ｌ_４Ｒ
_５Ｌ_６・・・と交互に並べて１つの横ストライプ画像を
合成し、その画像信号をディスプレイ駆動回路７３へ出
力する。ディスプレイ駆動回路７３は上記の信号を受け
て液晶ディスプレイ６を駆動し、その画像表示面１に図
５に示すように横ストライプ画像を表示する。Ｅ_Ｒ，Ｅ
_Ｌは夫々観察者の右眼、左眼である。

【００６１】偏光板ＰＡと１／６波長板ＰＢの光学的作
用は図１の実施形態１と同様であり、これらを用いるこ
とによって実施形態１と同様にクローストーク光を効果
的に防止している。

【００６２】図６は本実施形態により観察者の左右の眼
に夫々の視差画像が水平方向に分離して観察される原理
の説明図であり、本実施形態を上から見た断面を示して
いる。同図では、簡単の為に偏光板ＰＡ、１／６波長板
ＰＢは省略している。

【００６３】これにより本実施形態の作用を説明する。
マスク基板７はバックライト１０により照明され、開口
８から光が出射する。

【００６４】図中に示す開口８は、液晶ディスプレイ６
に表示された横ストライプ画像のうちの左ストライプ画
素Ｌ_ｉに対応しており、開口８から出射した光はレンチ
キュラーレンズ３を通って指向性を与えられ、液晶ディ
スプレイ６の左ストライプ画素Ｌ_ｉで変調され、図中の
実線で示すように射出する。これにより、液晶ディスプ
レイ６に表示された左ストライプ画素Ｌ_ｉは左眼Ｅ_Ｌを
含む矢印の範囲（領域）のみで観察される。

【００６５】また、右眼Ｅ_Ｒに関しては、右ストライプ
画素Ｒ_ｉを表示している部分に対応するマスクパターン
９の開口８と遮光部は図６とは逆になり、その開口８は
液晶ディスプレイ６に表示された右ストライプ画素Ｒ_ｉ
に対応しており、開口８から出射した光はレンチキュラ
ーレンズ３を通って指向性を与えられ、液晶ディスプレ
イ６の右ストライプ画素Ｒ_ｉで変調され、図中の点線で
示すように射出する。これにより、液晶ディスプレイ６
に表示された右ストライプ画素Ｒ_ｉは右眼Ｅ_Ｒを含む矢
印の範囲（領域）のみで観察される。

【００６６】なお、この時画面の全幅にわたって、開口
８からの光が一様に左眼Ｅ_Ｌ又は右眼Ｅ_Ｒに集まるよう
にレンチキュラーレンズ３のピッチＰ_４Ｘはマスクパタ
ーン９の開口８の左右方向に隣合う開口間のピッチＰ
_８Ｘよりもわずかに小さくしてある。

【００６７】以上の作用によって、左右のストライプ画
素Ｌ_ｉ，Ｒ_ｉを通った光は夫々すべて水平方向の２つの
領域に分離して到達し、観察者はこの２つの領域に左右
の眼を置くことにより、ストライプ画素の集合としての
左右の視差画像Ｌ，Ｒを視認し立体画像を観察できる。

【００６８】図７は本実施形態の垂直方向の断面図であ
る。図７（Ａ）は右眼Ｅ_Ｒが視認する右ストライプ画素
Ｒ_ｉの観察光路を示しており、図７（Ｂ）は左眼Ｅ_Ｌが
視認する左ストライプ画素Ｌ_ｉの観察光路を示してい
る。又、図７はマスクパターン９、レンチキュラーレン
ズ３、画像表示面１の正面図である。これによって上下
方向の観察領域を説明する。

【００６９】マスクパターン９の開口８は図５のように
市松状になっており、上下方向には液晶ディスプレイ６
に表示する各ストライプ画素に対応し、左右方向ではス
トライプ画素の種類毎に各シリンドリカルレンズに対応
して形成している。開口８の上下方向のピッチＰ_８Ｙは
液晶ディスプレイ６に表示するストライプ画素のピッチ
Ｐ_１Ｙよりもわずかに大きくしているので、液晶ディス
プレイ６に対して所定の観察距離にいる観察者は液晶デ
ィスプレイ６に表示されたストライプ画素を通して対応
する開口８を観察することができ、観察者の所定の眼の
高さから画面の上下方向の全幅にわたって左右のストラ
イプ画素が一様に分離して見える観察領域が得られるよ
うになっている。

【００７０】また、開口８の上下方向の開口幅ｄ_８をス
トライプ画素の幅ｄ_１よりも小さくすることにより、観
察者の眼が上下方向に移動した際、観察者から見てスト
ライプ画素とそれに対応する開口８の相対位置が多少ず
れてもその対応する開口８が上下に隣接するストライプ
画素にかからずに該ストライプ画素を見ることができる
ので、上下方向の観察領域は図７中の矢印の範囲に広げ
ることができる。

【００７１】図６，７を総合すると、立体視できる領域
は図９に示すような領域となる。４１は実施形態２の立
体画像表示装置である。４２は立体視できる中心の立体
視領域で、空間的に右視差画像Ｒのみの見える領域と左
視差画像Ｌのみの見える領域がペアとなって構成されて
いる。中心の立体視領域４２に対して、観察者が上下方
向にずれると左視差画像と右視差画像の見える領域が逆
になるので、４３から４６のような立体視領域になる。
立体視領域は上下、左右方向に周期的にでき、他にも立
体視領域は周期的に存在するが、図示していない。

【００７２】以上のように本実施形態は開口８の水平方
向のピッチ、上下方向の幅を適切に設定したので、立体
視領域を形成する左右のストライプ画素からの光が夫々
一様に集光し、又上下方向で広い立体視領域を確保する
ことができる。

【００７３】又、本実施形態は観察者から見て液晶ディ
スプレイ６の後ろ側にレンチキュラーレンズ３とマスク
パターン９を配置して照明光に指向性を持たせているの
で、レンチキュラーレンズの表面反射や液晶ディスプレ
イ６のブラックマトリクスによるコントラストの高いモ
アレ縞をなくして、立体画像を鮮明に表示することがで
きる。

【００７４】ここで、液晶ディスプレイに表示する横ス
トライプ画像を構成するストライプ画素は、１走査線の
幅で交互に合成しても良いし、複数の走査線の幅で合成
しても良い。

【００７５】又、一走査線毎に右又は左ストライプ画素
を表示する場合には、従来から公知のＴＶの飛び越し走
査（２：１インターレース走査）を用い、フィールド毎
に右ストライプ画素、左ストライプ画素を表示すること
も可能である。特に、この様にすることでＴＶカメラ等
を用いた自然画像を立体表示する際に適している。

【００７６】更に、バックライト１０とマスク基板７の
代わりに、ＣＲＴ、蛍光表示管等の自発光型表示素子を
光源手段として用いて、その発光面上にマスクパターン
９と同様の市松状の開口パターンを形成し、この開口か
らの射出光にレンチキュラーレンズ３で指向性を与える
ことも可能である。

【００７７】また、本実施形態では平面と凸シリンドリ
カル面より成るシリンドリカルレンズで構成されるレン
チキュラーレンズを用いたが、両面が曲面であるシリン
ドリカルレンズより成るシリンドリカルレンズアレイを
用いても良い。

【００７８】図１０は本発明の実施形態３の要部概略図
である。本実施形態は実施形態２のマスク基板７とレン
チキュラーレンズ３の間に更に別の第２のマスク基板
（第２のマスク）１１を設けた点が異なっているだけで
あり、その他の構成は同じである。偏光板ＰＡ，１／６
波長板ＰＢの光学的作用は図１の実施形態１と同じであ
る。

【００７９】第２のマスク基板１１には液晶ディスプレ
イ６の各ストライプ画素に対応して複数の横ストライプ
状の開口部（開口Ｂ）１２をピッチＰ_１２Ｙで並べたマ
スクパターン１３を設けている。

【００８０】観察者の左右の眼に夫々の視差画像Ｌ，Ｒ
が水平方向に分離して観察される原理は実施形態２と同
じである。即ち、レンチキュラーレンズ３を構成する各
々のシリンドリカルレンズのほぼ焦点位置にマスク基板
７のマスクパターン９を配置し、その開口８から出射し
た光は第２のマスク基板１１の開口部１２で規制されて
一部分が透過し、レンチキュラーレンズ３を通って指向
性を与えられ、液晶ディスプレイ６に表示される左右の
ストライプ画素で変調されて観察者の左眼又は右眼に達
し、左右の視差画像Ｌ，Ｒが水平方向に分離して観察者
に観察される。

【００８１】第２のマスク基板１１は上下方向の立体視
領域を広げるためのものである。図１１は本実施形態の
立体画像表示方法の説明図であり、本実施形態の垂直方
向の断面図である。図１１（Ａ）は右眼Ｅ_Ｒが視認する
右ストライプ画素Ｒ_ｉの観察光路を示しており、図１１
（Ｂ）は左眼Ｅ_Ｌが視認する左ストライプ画素Ｌ_ｉの観
察光路を示している。又、図１２は本実施形態のマスク
パターン９とマスクパターン１３の正面図である。これ
によって本実施形態の作用を説明する。

【００８２】マスク基板１１のマスクパターン１３の開
口部１２は液晶ディスプレイ６に表示される各ストライ
プ画素に対応している。そして、開口部１２の上下方向
のピッチＰ_１２Ｙは液晶ディスプレイ６に表示するスト
ライプ画素のピッチＰ_１Ｙよりもわずかに大きく設定し
ており、観察者は液晶ディスプレイ６に表示されたスト
ライプ画素を通して対応する横ストライプ状の開口部１
２を介して開口８を観察することになり、観察者の所定
の眼の高さから画面の上下方向の全幅にわたって左右の
ストライプ画素が一様に左右分離して見える。

【００８３】その時、マスクパターン１３の開口部１２
を介して観察者の眼に入射する光はマスクパターン９の
対応する市松状の開口８を透過し、レンチキュラーレン
ズ３を通って、観察者の左右眼を目指すように指向性の
ついた光となって対応するストライプ画素のみを透過し
て観察者の眼に入っている。

【００８４】この時、マスクパターン９の市松状の開口
８の上下方向ピッチＰ_８Ｙをマスクパターン１３の開口
部１２の上下方向のピッチＰ_１２Ｙよりもさらにわずか
に大きく設定することにより、観察者の所定の眼の高さ
から見て画面の上下方向の全幅にわたって、上下方向の
開口と左右のストライプ画素の対応関係がずれることな
く一様に立体画像を観察することができる。

【００８５】また、マスクパターン１３の開口部１２の
上下方向の幅ｄ_１２をストライプ画素の幅ｄ_１よりも小
さくすることにより、観察者の眼の高さが上下方向に移
動して、所定のストライプ画素とそれに対応する開口部
１２の相対位置がずれてもその開口部１２が上下に隣接
するストライプ画素にかからない範囲で、所定のストラ
イプ画素を見ることができるため、上下方向の観察領域
は図１１中の矢印の範囲に広げることができる。

【００８６】その時、マスクパターン１３の開口部１２
を透過してくる光がマスク基板７のマスクパターン９の
対応する所定の開口８の上下方向に隣接する開口部から
の指向性の異なる光りが混ざらないようにマスクパター
ン１３とマスクパターン９の間隔を最適化する必要があ
る。

【００８７】観察者の眼の高さが図１１の立体視領域か
ら上下方向に隣接する立体視領域にずれると、マスクパ
ターン１３の開口部１２を透過してくる光はマスク基板
７のマスクパターン９の対応していた開口８の上下に隣
接する開口が新たに対応するようになり、左右方向の指
向性が切り替り、同時に今まで見ていた画像表示面１の
ストライプ画素と隣接するストライプ画素に対応するの
で左右視差画像の領域は逆になることはない。

【００８８】図６，１１を総合すると立体視できる領域
は図１３に示すような領域となる。図中、４５は実施形
態３の立体画像表示装置である。４６は立体視できる中
心の立体視領域であり、空間的に右視差画像Ｒのみの見
える領域と左視差画像Ｌのみの見える領域がペアとなっ
て形成されている。

【００８９】本実施形態は実施形態２と異なり、中心の
立体視領域４２に対して観察者が上下方向にずれても左
視差画像Ｌと右視差画像Ｒの見える領域は逆にならず、
４７，４８のような立体視領域となる。立体視領域は上
下、左右方向に周期的にできる、又他にも立体視領域が
周期的に形成されるが図示していない。

【００９０】本実施形態は、実施形態２に対してマスク
パターン９の開口８をレンチキュラーレンズ３の焦点位
置に配置すると共に、上下の立体視領域を制御する作用
を持つ開口部１２を持つマスクパターン１３を独立に配
置して、上下方向の立体視領域を大きく設定している。

【００９１】又、本実施形態は観察者から見て液晶ディ
スプレイ６の後ろ側にレンチキュラーレンズ３と２つの
マスクパターンを配置して照明光に指向性を持たせてい
るので、レンチキュラーレンズの表面反射や液晶ディス
プレイ６のブラックマトリクスによるコントラストの高
いモアレ縞をなくして、立体画像を鮮明に表示すること
ができる。

【００９２】本実施形態では横ストライプ状の開口を有
する第２のマスクパターン１３をレンチキュラーレンズ
３と市松状開口のマスクパターン９との間に配置した
が、マスクパターン１３を液晶ディスプレイ６とレンチ
キュラーレンズ３との間に配置しても同様の効果が得ら
れる。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することによって、立体画像の観察に有害なクロース
トークの発生を防止し、広い観察領域で画面全体にわた
って良好に立体画像を観察することができる立体画像表
示装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体画像表示装置の実施形態１の要部
斜視図

【図２】本発明の実施形態１の水平要部断面図

【図３】本発明の実施形態１の垂直要部断面図

【図４】本発明の実施形態１の垂直要部断面図

【図５】本発明の立体画像表示装置の実施形態２の要部
斜視図

【図６】本発明の立体画像表示装置の実施形態２の水平
要部断面図

【図７】本発明の立体画像表示装置の実施形態２の水平
要部断面図

【図８】本発明の立体画像表示装置の実施形態２の一部
分の説明図

【図９】本発明の立体画像表示装置の実施形態２の立体
視領域の説明図

【図１０】本発明の立体画像表示装置の実施形態３の要
部斜視図

【図１１】本発明の立体画像表示装置の実施形態３の水
平要部断面図

【図１２】本発明の立体画像表示装置の実施形態３の一
部分の説明図

【図１３】本発明の立体画像表示装置の実施形態３の立
体視領域の説明図

【図１４】従来の立体画像表示装置の基本構成図

【図１５】従来の立体画像表示装置におけるクロースト
ークの説明図

【符号の説明】

１表示画素部３Ｈマイクロ光学素子３第１のレンチキュラレンズ（縦シリンドリカル
レンズアレイ）４第２のレンチキュラレンズ（横シリンドリカル
レンズアレイ）６ディスプレイデバイス７マスク基板８開口部９マスクパターン１０バックライト１１マスク基板１２開口部１３マスクパターンＰＡ偏光板ＰＢ１／６波長板７３ディスプレイ駆動回路７５画像処理手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷口尚郷神奈川県横浜市西区花咲町６丁目145番地株式会社エム・アール・システム研究所内 (72)発明者森島英樹神奈川県横浜市西区花咲町６丁目145番地株式会社エム・アール・システム研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の形状の光束を射出させる光源手段
と、水平方向と垂直方向とで光学作用の異なるマイクロ
光学素子と、透過型のディスプレイデバイスとを有し、
該ディスプレイデバイスに右眼用の視差画像と左眼用の
視差画像の夫々を多数のストライプ状の画素に分割して
得た右ストライプ画素と左ストライプ画素を所定の順序
で交互に並べて１つの画像としたストライプ画像を表示
し、該光源手段より射出する光束に該マイクロ光学素子
で指向性を与えて該ストライプ画像を照射し、該光束を
少なくとも２つの領域に分離させて該ストライプ画像を
立体画像として観察者に視認せしめる際、立体画像表示
装置において、該光源手段はバックライト、開口部と遮
光部より成るマスクパターンを形成したマスク基板、該
バックライトと該マスク基板との間に配置した偏光板Ｐ
Ａ、そして該マスク基板と該ディスプレイデバイスとの
間に配置した１／６波長板とを有していることを特徴と
する立体画像表示装置。
【請求項２】前記偏光板ＰＡの偏光軸方向は前記ディ
スプレイデバイスが有する偏光板の偏光軸と一致してお
り、前記１／６板の結晶軸は該偏光板ＰＡの偏光軸と４
５度の角度をなしていることを特徴とする請求項１の立
体画像表示装置。
【請求項３】前記ストライプ画像は前記右眼用の視差
画像と前記左眼用の視差画像の夫々を多数の横ストライ
プ状の画素に分割して得た右ストライプ画素と左ストラ
イプ画素を所定の順序で交互に上下方向に並べて１つの
画像とした横ストライプ画像であることを特徴とする請
求項１又は２の立体画像表示装置。
【請求項４】前記マスクパターンは市松状の開口部と
遮光部より成っていることを特徴とする請求項１，２又
は３の立体画像表示装置。
【請求項５】前記マイクロ光学素子は複数のシリンド
リカルレンズを一方向に多数配列して成るシリンドリカ
ルレンズアレイより又は該シリンドリカルレンズアレイ
を２つ互いに配列方向が直交するように配置した構成よ
り成っていることを特徴とする請求項１，２，３又は４
の立体画像表示装置。