(57)【要約】【課題】  偏光素子の２種類の偏光片のピッチに誤差が生じる問題や二分の一波長板の複屈折効果により画像に着色が生じ画質の劣化となる問題を解決する偏光素子とその製造する方法を提供する。【解決手段】  ストライプ状に偏光能を有する偏光片と偏光能のない透明部分が交互に繰り返す構成からなる第一の偏光制御板と、該偏光制御板と異なる偏光軸方向の偏光片と該透明部分を有する第二の偏光制御板を一体化させることによって、互いに異なる偏光軸方向を持つ２種類の偏光片が該所定方向に繰り返し配列されている偏光素子とする【選択図】  図１
2010048894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左眼用と右眼用の視差画像を各々多数の水平ストライプ視差画像に分割し、該分割したストライプ視差画像をディスプレイに交互に垂直方向に所定のピッチで繰り返し配列し合成した水平ストライプ合成視差画像を表示し、該ディスプレイの前面に該水平ストライプ合成視差画像の観察者方向側に順に垂直方向に所定のピッチで配列された第一のレンチキュラレンズと、偏光方向を互いに直交させる変換を行う２種類の水平ストライプ状領域を垂直方向に所定のピッチで交互に配列した偏光制御板と、垂直方向に所定のピッチで配列された第二のレンチキュラレンズを備えた光学素子を用いることで立体的に観察するようにしたことを特徴とする立体ディスプレイ。
【請求項２】
前記偏光制御板が透明部分と二分の一波長板の２種類のストライプ状領域からなる偏光制御板を用いることで立体的に観察するようにしたことを特徴とする請求項１の立体ディスプレイ。
【請求項３】
前記光学素子において、第二のレンチキュラレンズを垂直方向に所定のピッチで開口部と遮光部を交互に配列したバリアにすることで立体的に観察するようにしたことを特徴とする請求項１の立体ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はテレビ、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立体ディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より立体画像の観察方法としては、例えば偏光めがねを用いて互いに異なった偏光状態に基づく視差画像を観察する方法や、めがねを使わずレンチキュラレンズを用いて複数の視差画像（視点画像）のうちから所定の視差画像を観察者の眼球に導光する方法等が提案されている。
【０００３】
このうち偏光めがねを利用した立体画像表示装置（立体ディスプレイ）では、左眼画像と右眼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画像を分離している。
【０００４】
その方法のひとつとして、液晶ディスプレイの表面に二分の一波長板と透明部分を交互に水平ストライプ状に配列した偏光制御板を配置して、液晶ディスプレイの表示画素部にはその水平ストライプのピッチに対応して左眼画像と右眼画像を交互に水平ストライプ視差画像として表示する。このためそれぞれ偏光軸方向が異なる右眼画像と左眼画像が観察者側に導光され、観察者は左右眼画像の偏光軸方向とそれぞれ一致した偏光フィルムを左右眼に貼り付けた偏光めがねをかけて立体視を行なう方式がある。
【０００５】
さらに立体視域の拡大を図るため、特開平１０−２２１６４３では偏光制御板に水平レンチキュラレンズを組み合わせた光学素子を用いて立体視を可能にしている。図５はこの方式のディスプレイの側面断面図である。１０１は画像表示用の液晶ディスプレイ、１０２はガラス基板、１０３は表示画素部である。表示画素部１０３の背面（バックライト側）にはガラス基板１０２同様のガラス基板（不表示）が配置しており、さらにその背面にバックライト（不表示）が配置している。またガラス基板１０２の前面には偏光板が配置されているが、本図では省略している。表示画素部１０３からの光束は液晶ディスプレイ１０１の前に配置される偏光板によって４５度の偏光方向を持つ直線偏光として射出する。
【０００６】
１０５は垂直方向（Ｖ方向）に屈折力を有する水平ストライプ状のジリンドリカルレンズ１０５ａを垂直方向に所定のピッチで配列しているレンチキュラレンズで、１０６は偏光制御板である。偏光制御板１０６には二分の一波長板１０６ａと透明部分１０６ｂとが垂直方向に所定のピッチで交互に配列されている。ここではシリンドリカルレンズ１０５ａは観察者方向側にあり、表示画素部１０３からの光束が偏光制御板１０６に結像するようにシリンドリカルレンズ１０５ａのレンズ半径と、表示画素部１０３、偏光制御板１０６、レンチキュラレンズ１０５の間隔が設定されている。
【０００７】
次に図６によって表示画素部１０３からの光束が観察者方向に進行する光路を説明する。
【０００８】
表示画素部１０３からの光束はレンチキュラレンズ１０５によって偏光制御板１０６の二分の一波長板１０６ａもしくは透明部分１０６ｂに一対一に結像される。例えば図６では右眼画像Ｒは透明部分１０６ｂに、左眼画像Ｌは二分の一波長板１０６ａに一対一に結像するように設計されている。そのため、図のように表示画素部１０３の左右眼画像の１画素が偏光制御板１０６に結像されている。レンチキュラレンズ１０５と偏光制御板１０６のピッチは表示画素部１０３のピッチと対応しているため、その他の全ての画素についても右眼画像Ｒは透明部分１０６ｂに、左眼画像Ｌは二分の一波長板１０６ａに一対一に結像する。右眼画像Ｒは透明部分１０６ｂを透過するので、偏光方向は４５度に保たれている。左眼画像Ｌは二分の一波長板１０６ａを透過するので、偏光方向は９０度回転し、−４５度となる。すなわち、左右眼画像が偏光制御板１０６を透過すると、左右眼画像は互いに直交する偏光方向を持つ。偏光制御板を透過した光は観察距離で図のように広がるため、観察者は広い垂直立体視域を得ることになる。観察者は左右眼画像の偏光軸方向とそれぞれ一致した偏光フィルムを左右眼に貼り付けた偏光めがねをかけて立体視を行なうことができる。
【特許文献１】特開平１０−２２１６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の立体画像の観察方法において、レンチキュラレンズ等を用いるめがねなしの観察方法では、立体画像を見ることができる範囲が原理的に定まってしまうため、複数で観察することができず、観察者にも長時間定位置を強制させるので疲労感がたまる問題があった。
【００１０】
一方、偏光制御板を用いる立体ディスプレイでは３次元表示の場合、画面の上下方向に立体視可能な領域（垂直立体視域）が生じるため、レンチキュラレンズを偏光制御板の入射面に配置することで垂直立体視域を拡大することを試みる特開平１０−２２１６４３の提案があった。
【００１１】
しかしレンチキュラレンズを偏光制御板の入射面に配置することによって、画像を見るとき、画像がぼやけ、鮮明な画像を観察することができない問題があった。
【００１２】
この原因を図７で説明する。
【００１３】
図７では、右眼画像Ｒの一走査線の任意の一点の光路について説明している。実線２０１は右眼画像Ｒの１走査線から最短距離にあるシリンドリカルレンズ１０５ａによって観察者方向に進行する光路である。点線２０２は実線２０１で入射したシリンドリカルレンズ１０５ａと隣接したシリンドリカルレンズ５ａによる光路である。図７に示すように、実線２０１と点線２０２は偏光制御板１０６を透週後に、光学的に重なり合う領域２０３が生じる。観察者が実線２０１と点線２０２の重なりの領域２０３にいると、右眼画像Ｒのある一点から出た実線２０１の光束と右眼画像Ｒの実線２０１とは別の一点からでた点線２０２の光束が観察者には見え、すなわち右眼画像Ｒの一走査線が２重に見える現象が生じる。
【００１４】
この現象は左眼画像Ｌでも、表示画素部１０３とレンチキュラレンズ１０５、偏光制御板１０６のピッチがそれぞれ対応しているため生じる。
【００１５】
本発明は、立体視域の拡大を図るレンチキュラレンズを偏光制御板の入射面に配置しても画像が鮮明に見える立体ディスプレイを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
左眼用と右眼用の視差画像を各々多数の水平ストライプ視差画像に分割し、該分割したストライプ視差画像をディスプレイに交互に垂直方向に所定のピッチで繰り返し配列し合成した水平ストライプ合成視差画像を表示し、該水平ストライプ合成視差画像の観察者方向側に順に垂直方向に所定のピッチで配列された第一のレンチキュラレンズと、偏光方向を互いに直交させる変換を行う２種類の水平ストライプ状領域を垂直方向に所定のピッチで交互に配列した偏光制御板と、垂直方向に所定のピッチで配列された第二のレンチキュラレンズを備えた光学素子を用いることで立体的に観察するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
前記偏光制御板が透明部分と二分の一波長板の２種類のストライプ状領域からなる偏光制御板を用いることで立体的に観察するようにしたことを特徴とする。
【００１８】
前記光学素子において、第二のレンチキュラレンズを垂直方向に所定のピッチで開口部と遮光部を交互に配列したバリアにすることで立体的に観察するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように本発明によれば、レンチキュラレンズとストライプ状偏光制御板を組み合わせた光学素子を用いることで、多人数での観察に適した立体ディスプレイを達成することができる。
【００２０】
従来の光学素子では、レンチキュラレンズによって、一走査線が二重に見え、画質のぼけ、劣化を引き起こした。本実施例では従来の光学素子にレンチキュラレンズまたはバリアを加えることで、観察者側に平行光を導光するため、一走査線が二重に見えることがなく、クリアな立体画像を観察することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は本実施例１の側面断面図、図２は図１の立体視の観察原理の説明図である。
【００２３】
図１において、１は画像表示用の液晶ディスプレイ、２はガラス基板、３は表示画素部である。表示画素部３の背面（バックライト側）にはガラス基板２同様のガラス基板（不表示）が配置しており、さらにその背面にバックライト（不表示）が配置している。またガラス基板２の前面には偏光板が配置されているが、本図では省略している。
【００２４】
表示画素部３からの光束は液晶ディスプレイ１の前後に配置される偏光板によって４５度の偏光方向を持つ直線偏光とする。
【００２５】
表示画素部３には右眼用と左眼用の２視点に対応する２つの視差画像（右眼画像がＲ、左眼画像がＬ）が画面垂直方向（Ｖ方向）に交互に水平ストライプ状に配列して表示されている。
【００２６】
４は液晶ディスプレイ１からの水平ストライプ合成視差画像を観察者に導光させる光学素子である。光学素子４はバックライト側から第一のレンチキュラレンズ５、偏光制御板６、第二のレンチキュラレンズ７で構成されている。
【００２７】
第一のレンチキュラレンズ５は垂直方向（Ｖ方向）に屈折力を有する水平ストライプ状のシリンドリカルレンズ５ａを、垂直方向（Ｖ方向）に所定のピッチで繰り返し配列し、液晶ディスプレイ１にシリンドリカルレンズ５ａの凸面が向かうように配置されている。第一のレンチキュラレンズ５のピッチは、表示画素部３の水平ストライプ視差画像（視差画像Ｒ、Ｌ）と各々対応している。
【００２８】
第一のレンチキュラレンズ５の観察者側には偏光制御板６が配置されている。偏光制御板６は水平ストライプ状の二分の一波長板６ａと透明部分６ｂを交互に垂直方向（Ｖ方向）に繰り返し配列させている。そして二分の一波長板６ａと透明部分６ｂのピッチは第一のレンチキュラレンズ５のピッチに対応している。
【００２９】
１走査線の像が偏光制御板６の二分の一波長板６ａもしくは透明部分６ｂに一対一で結像するように、シリンドリカルレンズ５ａのレンズ半径と、表示画素部３と第一のレンチキュラレンズ５と偏光制御板６の間隔は設定されている。
【００３０】
次に偏光制御板６の観察者側には第二のレンチキュラレンズ７が配置されている。水平レンチキュラレンズ７は第一のレンチキュラレンズ５と同じように水平ストライプ状のシリンドリカルレンズ７ａを、垂直方向に配列して構成されている。第二のレンチキュラレンズ７のピッチは偏光制御板６のピッチに対応している。また、シリンドリカルレンズ７ａの焦点面が偏光制御板６となるように、シリンドリカルレンズ７ａのレンズ半径と、第二のレンチキュラレンズ７と偏光制御板６の間隔を設定する。
【００３１】
光学素子４を構成する第一のレンチキュラレンズ５と偏光制御板６と第二のレンチキュラレンズ７は接着剤等で一体化することも可能である。この場合、１走査線の像が偏光制御板６の二分の一波長板６ａもしくは透明部分６ｂに一対一で結像することとシリンドリカルレンズ７ａの焦点面が偏光制御板６となることに注意して、シリンドリカルレンズ５ａのレンズ半径と、表示画素部３と第一のレンチキュラレンズ５と偏光制御板６の間隔、シリンドリカルレンズ７ａのレンズ半径と、第二のレンチキュラレンズ７と偏光制御板６の間隔を設定する。
【００３２】
図２は右眼画像Ｒの一走査線の任意の一点の光路を説明する図である。図の実線２１は右眼画像Ｒの任意の一点から出た光束が、右眼画像Ｒから最短距離にあるシリンドリカルレンズ５ａに入射し、観察者方向に進行する光路である。
【００３３】
実線２１の光束は図で示す右眼画像Ｒに対応するシリンドリカルレンズ５ａに入射し、そのシリンドリカルレンズ５ａの対応する偏光制御板６の透明部分６ｂに一対一になるように結像する。
【００３４】
次に透明部分６ｂの一点に結像した光束は、第二のレンチキュラレンズ７に入射する。このとき、偏光制御板６は第二のレンチキュラレンズ７の焦点面に配置されているので、集光された光束は平行光に近い光路で第二のレンチキュラレンズ７から射出される。射出された光束は、平行光に近い光路で観察者方向に進行する。
【００３５】
図の点線２２は右眼画像Ｒの実線２１とは別の一点から出た光束が、実線２１で入射したシリンドリカルレンズ５ａに隣接するレンズに入射し、観察者方向に進行する光路である。
【００３６】
偏光制御板７、第一のレンチキュラレンズ５、表示画素部３のピッチがそれぞれ対応しているため、実線２１で使用したシリンドリカルレンズ５ａに隣接するレンズに入射した光束は、実線２１で結像した透明部分６ｂと隣り合う別の透明部分６ｂに一対一で結像する。
【００３７】
点線２２の透明部分６ｂの一点に結像した光束は第二のレンチキュラレンズ７を透過し、第二のレンチキュラレンズ７によって平行光に近い光路で射出され観察者の眼に至る。
【００３８】
実線２１と点線２２は平行光に近い光路のため、立体画像を観察する最適な距離（最適観察距離）で両者が重なり合う領域はほとんどなくなり、左眼画像Ｌについても、偏光制御板７、第一のレンチキュラレンズ５、表示画素部３のピッチがそれぞれ対応しているため、同様のことが言える。
【００３９】
このため、一走査線が二重に見えることがなくなり、観察者は偏光めがね４０をかけることでクリアな立体画像を見ることができる。
【実施例２】
【００４０】
図３は本実施例２の側面断面図、図４は図３の立体視の観察原理の説明図である。
【００４１】
実施例１との違いは光学素子４の第二のレンチキュラレンズ７がバリア８に変更されていることである。
【００４２】
図３でバリア８は開口部８ａと遮光部８ｂがＶ方向に交互に繰り返し配列し構成されている。開口部８ａと遮光部８ｂのペアのピッチは偏光制御板６のピッチに対応している。
【００４３】
図４は右眼画像Ｒの一走査線の任意の一点からの光束の光路を説明する図である。図の実線３１は右眼画像Ｒの任意の一点が、右眼画像Ｒから最短距離にあるシリンドリカルレンズ５ａに入射し、観察者方向に進行する光路である。
【００４４】
実施例１と同様に、右眼画像Ｒの任意の一点は偏光制御板６の透明部分６ｂに一対一で結像される。偏光制御板６を透過した光束は実線３１に示すようにバリア８へ進行し、開口部８ａのみから射出し、観察者方向に進行していく。
【００４５】
開口部８ａと遮光部８ｂの大きさと、偏光制御板６とバリア８の間隔を最適に、とると、観察者方向に進行する画像の光束は平行光に近い光路となる。開口部８ａの絞りとバリア８の配置位置は最適観察距離や第一のレンチキュラレンズ５と偏光制御板６のピッチ等を考慮し、適宜最適な値をとる。
【００４６】
図の点線３２は実線３１と同様の右眼画像Ｒの一点が、実線３１で入射したシリンドリカルレンズ５ａに隣接するレンズに入射し、観察者方向に進行する光路である。実施例１と同様に、実線３１が通過した偏光制御板７の透明部分６ｂと隣り合う別の透明部分６に一対一で結像する。
【００４７】
偏光制御板７を透過した光束は，バリア８に入射し、平行光に近い光路で射出する。このことから、実線３１と点線３２は平行光に近い光路のため、立体画像を観察する最適な距離（最適観察距離）に進行するまで両者が重なり合う領域は非常に少なく，一走査線が二重に見えることがなくなり、観察者は偏光めがね４０をかけることでクリアな立体画像を見ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１の側面断面図
【図２】実施例１の立体視の観察原理の説明図
【図３】実施例２の側面断面図
【図４】実施例２の立体視の観察原理の説明図
【図５】従来の偏光めがね方式の３Ｄディスプレイの側面断面図
【図６】従来の偏光めがね方式の３Ｄディスプレイの観察者方向に進行する光路の説明図
【図７】従来の偏光めがね方式の３Ｄディスプレイの右眼画像Ｒの任意の一点の光路の説明図
【符号の説明】
【００４９】
１  液晶ディスプレイ
２  ガラス基板
３  表示画素部
４  光学素子
５  第一のレンチキュラレンズ
５ａ  シリンドリカルレンズ
６  偏光制御板
６ａ  二分の一波長板
６ｂ  透明部分
７  第二のレンチキュラレンズ
７ａ  シリンドリカルレンズ
８  バリア
８ａ  開口部
８ｂ  遮光部
【図１】
2010048894.tif 000003
【図２】
2010048894.tif 000004
【図３】
2010048894.tif 000005
【図４】
2010048894.tif 000006
【図５】
2010048894.tif 000007
【図６】
2010048894.tif 000008
【図７】
2010048894.tif 000009