(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
右眼用の視差画像と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並べて１つの画像とした横ストライプ画像を表示する離散的な画素構造を持つ透過型のディスプレイデバイスと、
離散的な画素構造を持つ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た光源手段、又は離散的な画素構造をもつ光変調器の表示面に市松状の開口部と遮光部より成るマスクパターンを形成して面光源で照明する光源手段と、
垂直方向に母線を持つ縦シリンドリカルレンズより成る縦シリンドリカルレンズアレイであって、該光源手段より射出する光束に指向性を与えて該横ストライプ画像を照射することで該右眼用視差画像と左眼用視差画像を２つの領域に分離して観察者に視認せしめる縦シリンドリカルレンズアレイと、を有する立体画像表示装置において、
前記発光パターンは水平方向に所定のサイズの発光部と非発光部を予め設定された回数繰り返して配列した一単位を更に繰り返して配列しており、該一単位の中の複数の発光部・非発光部は水平方向に少なくとも２つの異なる画素数で構成していることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項２】
前記自発光型表示素子又は前記光変調器と前記ディスプレイデバイスの間に水平方向に母線を持つ横シリンドリカルレンズから構成される横シリンドリカルレンズアレイを有し、
前記発光部又は前記開口部の一点より射出する光束を該ディスプレイデバイス上に略結像す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】
前記ディスプレイデバイス上の右又は左ストライプ画素の垂直方向の幅をＰＶ１、前記発光部又は前記開口部の垂直方向の幅をＶｍ、前記横シリンドリカルレンズの垂直方向のピッチをＶＬ、該ディスプレイデバイスと該横シリンドリカルレンズアレイとの換算距離をＬＶ１、前記横シリンドリカルレンズアレイと前記自発光型表示素子又は前記光変調器との換算距離をＬＶ２、該横シリンドリカルレンズの垂直断面内の焦点距離をｆＶとするとき、以下の条件：
【数１】
0003703225.tif 000019
を満足していることを特徴とする請求項２の立体画像表示装置。
【請求項４】
前記縦シリンドリカルレンズアレイと前記自発光型表示素子又は前記光変調器との換算距離をＬｈ２、予め定められた観察位置と前記ディスプレイデバイスとの換算距離をＬｈ１、予め定められた観察者の眼間距離をＥ、該自発光型表示素子又は該光変調器の水平方向の画素サイズをＰｈ２とするとき、以下の条件：
【数２】
0003703225.tif 000020
を満足していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
【請求項５】
前記縦シリンドリカルレンズアレイと前記自発光型表示素子又は前記光変調器との換算距離をＬｈ２、予め定められた観察位置と前記ディスプレイデバイスとの換算距離をＬｈ１、予め定められた観察者の眼間距離をＥ、該自発光型表示素子又は該光変調器の水平方向の画素サイズをＰｈ２、ｋを予め定められた２以上の正の整数とするとき、以下の条件：
【数３】
0003703225.tif 000021
を満足していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
【請求項６】
前記縦シリンドリカルレンズアレイと前記自発光型表示素子又は前記光変調器との換算距離をＬｈ２、予め定められた観察位置と前記ディスプレイデバイスとの換算距離をＬｈ１、該自発光型表示素子又は該光変調器の水平方向の画素サイズをＰｈ２とするとき、前記発光部又は前記開口部をＰｈ２を単位として水平方向に移動して形成することにより前記右ストライプ画素の情報を持つ光束と前記左ストライプ画素の情報を持つ光束を分離して夫々集光する領域を
【数４】
0003703225.tif 000022
を単位として水平方向に移動することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
【請求項７】
観察者の位置を検知する位置検出手段を有し、該位置検出手段によって該観察者の予め設定した基準の位置からの水平方向の位置ずれを検出して、該位置ずれに応じて前記発光部又は前記開口部を水平方向に移動して形成することを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
【請求項８】
前記発光パターンは水平方向にｎ個の発光部・非発光部を一つの単位として繰り返し、第ｊ（ｊ＝１・・ｎ）番目の発光部若しくは非発光部の水平方向のサイズは予め設定された正の整数ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎを用いて前記自発光型表示素子の水平方向の画素サイズＰｈ２のｋｊ倍とし、
前記縦シリンドリカルレンズの水平方向のピッチをＨＬ、前記縦シリンドリカルレンズアレイと該自発光型表示素子との換算距離をＬｈ２としたとき、これに応じて前記ディスプレイデバイスから前記右ストライプ画素の情報を持つ光束と前記左ストライプ画素の情報を持つ光束を分離して夫々集光する領域までの距離Ｌ０が関係式：
【数５】
0003703225.tif 000023
に従って変化することを特徴とする請求項請求項１乃至７いずれかに記載の立体画像表示装置。
【請求項９】
前記縦シリンドリカルレンズの水平方向のピッチをＨＬ、前記縦シリンドリカルレンズアレイと前記自発光型表示素子との換算距離をＬｈ２、該自発光型表示素子の水平方向の画素サイズをＰｈ２として、前記発光パターンは水平方向にｎ個の発光部・非発光部を一つの単位として繰り返しており、
観察者の位置を検出する位置検出手段と、複数の距離Ｌ０ｉに対して関係式：
【数６】
0003703225.tif 000024
に従って予め設定した正の整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｉを記録したメモリーを有し、該位置検出手段が検出する前記ディスプレイデバイスの表示面に対して垂直方向に計測した観察者までの距離Ｌ０に応じて整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｋを選択し、該整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｋを用いて該一単位内のｊ番目の発光部及び非発光部の水平方向のサイズを該画素サイズＰｈ２のｋｊ倍とすることを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の立体画像表示装置。
【請求項１０】
右眼用の視差画像と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並べて１つの画像とした横ストライプ画像を表示する離散的な画素構造を持つ透過型のディスプレイデバイスと、
離散的な画素構造を持つ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た光源手段、又は離散的な画素構造をもつ光変調器の表示面に市松状の開口部と遮光部より成るマスクパターンを形成して面光源で照明する光源手段と、
垂直方向に母線を持つ縦シリンドリカルレンズより成る縦シリンドリカルレンズアレイであって、該光源手段より射出する光束に指向性を与えて該横ストライプ画像を照射することで該右眼用視差画像と左眼用視差画像を２つの領域に分離して観察者に視認せしめる縦シリンドリカルレンズアレイと、を有する立体画像表示装置において、
前記マスクパターンは水平方向に所定のサイズの開口部と遮光部を予め設定された回数繰り返して配列した一単位を更に繰り返して配列しており、該一単位の中の複数の開口部・遮光部は水平方向に少なくとも２つの異なる画素数で構成していることを特徴とする立体画像表示装置。
【請求項１１】
前記マスクパターンは水平方向にｎ個の開口部・遮光部を一つの単位として繰り返し、第ｊ（ｊ＝１・・ｎ）番目の開口部若しくは遮光部の水平方向のサイズは予め設定された正の整数ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎを用いて前記光変調器の水平方向の画素サイズＰｈ２のｋｊ倍とし、前記縦シリンドリカルレンズの水平方向のピッチをＨＬ、前記縦シリンドリカルレンズアレイと該光変調器との換算距離をＬｈ２としたとき、
これに応じて前記ディスプレイデバイスから前記右ストライプ画素の情報を持つ光束と前記左ストライプ画素の情報を持つ光束を分離して夫々集光する領域までの距離Ｌ０を関係式：
【数７】
0003703225.tif 000025
に従って変化させることを特徴とする請求項１０の立体画像表示装置。
【請求項１２】
前記縦シリンドリカルレンズの水平方向のピッチをＨＬ、前記縦シリンドリカルレンズアレイと前記光変調器との換算距離をＬｈ２、該光変調器の水平方向の画素サイズをＰｈ２として、
前記マスクパターンは水平方向にｎ個の開口部・遮光部を一つの単位として繰り返しており、観察者の位置を検出する位置検出手段と、複数の距離Ｌ０ｉに対して関係式：
【数８】
0003703225.tif 000026
に従って予め設定した正の整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｉを記録したメモリーを有し、該位置検出手段が検出する前記ディスプレイデバイスの表示面に対して垂直方向に計測した観察者までの距離Ｌ０に応じて整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｋを選択し、該整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｋを用いて該一単位内のｊ番目の開口部及び遮光部の水平方向のサイズを該画素サイズＰｈ２のｋｊ倍とすることを特徴とする請求項１０の立体画像表示装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の立体画像表示装置を用い
て立体画像を表示することを特徴とする立体画像表示方法。
【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方法及びそれを用いた立体画像表示装置に関し、特に特殊なメガネを必要とせずに立体視できる観察領域の広い立体画像表示方法及びそれを用いた立体画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、メガネを用いない立体画像表示装置としてはレンチキュラ方式のものや、パララックス・バリア方式のものが提案されている。
【０００３】
しかし、これらの方式の装置ではレンチキュラーレンズやパララックスバリアを液晶ディスプレイの表面に配置するために、レンズ面などからの表面反射で画質が損なわれたり、液晶ディスプレイのブラックマトリクスがモアレ縞となって見えて、目障りであった。
【０００４】
又、これら方式は、2 枚の視差画像から交互に配列されたストライプ画像を合成し、表示しなければならなかった。そのため画像表示装置の解像度は少なくとも2 分の1 に低下してしまうという問題があった。
【０００５】
こうした欠点を解決した立体画像表示装置が、特開平5ー107663号公報、特開平7ー234459号公報に開示されている。
【０００６】
図22は特開平5ー107663号公報に開示されている立体画像表示装置の基本構成図である。この装置はマトリクス型面光源102 とレンチキュラーシート103 からなる光指向性切替装置101 と透過型表示装置104 とから構成される装置を用い、右眼用のストライプ状の光源（図22(B) の102R）が点灯している時はこれに同期して右眼用の画像（図22(C) の104R）を奇数フレームで表示し、左眼用のストライプ状の光源（図22(B) の102L）が点灯している時はこれに同期して左眼用の画像（図22(C) の104L）を偶数フレームで表示する。
【０００７】
これにより各画素を偶数フレームと奇数フレームに応じて全て用いるので、画素の分割を行う必要がなく解像度の低下のない装置が実現できる。
【０００８】
しかしながら、これらの方式では観察者が立体視できる範囲は両眼中心距離約65mmの幅しかない。そのため、観察者は頭の位置を固定するようにして観察する必要があり、非常に見にくいという問題があった。
それに対して、特開平2-44995 号公報では、レンチキュラレンズを水平方向に可動に支持し、観察者の両眼の位置を検出して、それに応じてレンチキュラレンズを表示素子に対して左右方向に相対的に移動制御することで、立体視領域を広げる方式が提案されている。又、特開平2-50145 号公報には観察者の両眼位置を検出して画像の表示画素部の左右の位置を入れ替えて、立体視領域を広くする方式が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来例のうち、右眼視差画像と左眼視差画像とを時分割で表示することにより立体視を得る方法では、フリッカの発生を解決する為に画像の切替を高速で行わなければならないという問題があった。
【００１０】
磯野らはテレビジョン学会誌、Vol.41, No.6 (1987), pp549-555、において "時分割立体視の成立条件" について報告しており、それによるとフィールド周波数30Hzの時分割方式では立体視できないことが示されている。
【００１１】
さらに、両眼を交互に開閉した場合のフリッカが知覚されない限界の周波数（臨界融合周波数 CFFという）は約55Hzであり、フリッカの点からいえばフィールド周波数は少なくとも110Hz 以上必要であることが示されている。
【００１２】
従って、これら従来例においては透過型表示装置104 として、高速表示のできる表示デバイスが必要であるという問題があった。
【００１３】
又、これら従来例のうちの観察者の位置を測定して追従する方式では、観察者の水平方向への位置の変化にしか対応出来ず、観察者と立体画像表示装置との距離が変化した場合にはクロストークが発生し、立体視効果の劣化が発生した。
【００１４】
又レンチキュラーなどの部材を実際に移動して追従する方式においては、このような比較的大きな部材を画素ピッチやレンチキュラーのピッチなどと同程度の微小な量で精度良く移動させる必要が有り、駆動系が複雑で精度を要し、装置が高価になるという問題点が有った。
【００１５】
又特開平2 −50145 号公報のように左右の表示画素部を入れ替えて立体画像の観察域を追従させる方式においては追従の動きの単位が観察者の眼間の巾と同程度であり観察者の細かい動きに対応することができなった。
【００１６】
本発明の目的は、時分割で視差画像を表示する従来の方法ではディスプレイデバイスに高いフレームレートが要求されたのに対し、マスクパターンとレンチキュラーレンズを用いてマスクパターンの開口部から射出される光の指向性を制御し、ディスプレイデバイス上に表示される横ストライプ画像の各ストライプ画素をクロストークなく照明して、ストライプ状ではあるが常に左右の視差画像を観察者のそれぞれの眼に視認させて、ディスプレイデバイスに要求される表示速度（フレームレート）を高くすることなく立体画像を観察でき、しかも立体視できる観察領域の広い立体画像表示方法及びそれを用いた立体画像表示装置の提供である。
【００１７】
その他、本発明は、
（１−１）  1 走査線の幅または複数の走査線の幅の左右のストライプ画素によって構成する横ストライプ画像を用いるので、ディスプレイデバイス4 の水平方向の画素構造に制約が無く、カラーフイルタ配列は任意のものを使用することができる。
【００１８】
従って、ディスプレイデバイスとして、縦ストライプのカラーフィルタを使用した液晶表示デバイスを用いれば容易に立体表示をフルカラーで行うことができる。
（１−２）  観察者から見てディスプレイデバイスの後ろ側にレンチキュラーレンズとマスクパターンを配置して照明光に指向性を持たせることにより、レンチキュラーレンズの表面反射や液晶ディスプレイデバイス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の発生をなくすことができる。
（１−３）  マスクパターンの開口やレンチキュラーレンズのピッチを大きくすることができ、それらの光学素子の作製が容易になり、その結果として装置のコストを低減できる。
（１−４）  位置検出手段によって観察者の位置を検出し、その位置に応じてマスクパターン又は発光パターンのパラメーターを変化させることにより右ストライプ画素の情報を有する光束と左ストライプ画素の情報を有する光束が分離して夫々集光する領域を該観察者の位置に追従させることが出来、しかもディスプレイデバイスが離散的な画素構造であるにもかかわらず該追従を滑らかに行うことができる。
（１−５）  立体画像表示の解像度を高めるためにディスプレイデバイスとして現時点で画素サイズの最小な液晶素子を用いる際、マスクパターンを形成する液晶素子等の光変調器の画素サイズは該ディスプレイデバイスの画素サイズと同等かそれよりも大きくなる。
【００１９】
このような光変調器でマスクパターンを形成しても右ストライプ画素の情報を有する光束と左ストライプ画素の情報を有する光束が分離して夫々集光する領域を該観察者の位置に滑らかに追従させることを可能にする。
等のうちの少なくとも１つの効果を有する立体画像表示方法及びそれを用いた立体画像表示装置の提供である。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の立体画像表示装置は、右眼用の視差画像と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並べて１つの画像とした横ストライプ画像を表示する離散的な画素構造を持つ透過型のディスプレイデバイスと、
離散的な画素構造を持つ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た光源手段、又は離散的な画素構造をもつ光変調器の表示面に市松状の開口部と遮光部より成るマスクパターンを形成して面光源で照明する光源手段と、
垂直方向に母線を持つ縦シリンドリカルレンズより成る縦シリンドリカルレンズアレイであって、該光源手段より射出する光束に指向性を与えて該横ストライプ画像を照射することで該右眼用視差画像と左眼用視差画像を２つの領域に分離して観察者に視認せしめる縦シリンドリカルレンズアレイと、を有する立体画像表示装置において、
前記発光パターンは水平方向に所定のサイズの発光部と非発光部を予め設定された回数繰り返して配列した一単位を更に繰り返して配列しており、該一単位の中の複数の発光部・非発光部は水平方向に少なくとも２つの異なる画素数で構成していることを特徴としている。
【００２１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記自発光型表示素子又は前記光変調器と前記ディスプレイデバイスの間に水平方向に母線を持つ横シリンドリカルレンズから構成される横シリンドリカルレンズアレイを有し、
前記発光部又は前記開口部の一点より射出する光束を該ディスプレイデバイス上に略結像することを特徴としている。
【００２２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記ディスプレイデバイス上の右又は左ストライプ画素の垂直方向の幅をＰＶ１、前記発光部又は前記開口部の垂直方向の幅をＶｍ、前記横シリンドリカルレンズの垂直方向のピッチをＶＬ、該ディスプレイデバイスと該横シリンドリカルレンズアレイとの換算距離をＬＶ１、前記横シリンドリカルレンズアレイと前記自発光型表示素子又は前記光変調器との換算距離をＬＶ２、該横シリンドリカルレンズの垂直断面内の焦点距離をｆＶとするとき、以下の条件：
【数９】
0003703225.tif 000002
を満足していることを特徴としている。
【００２３】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項の発明において、前記縦シリンドリカルレンズアレイと前記自発光型表示素子又は前記光変調器との換算距離をＬｈ２、予め定められた観察位置と前記ディスプレイデバイスとの換算距離をＬｈ１、予め定められた観察者の眼間距離をＥ、該自発光型表示素子又は該光変調器の水平方向の画素サイズをＰｈ２とするとき、以下の条件：
【数９】
0003703225.tif 000003
を満足していることを特徴としている。
【００２４】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項の発明において、前記縦シリンドリカルレンズアレイと前記自発光型表示素子又は前記光変調器との換算距離をＬｈ２、予め定められた観察位置と前記ディスプレイデバイスとの換算距離をＬｈ１、予め定められた観察者の眼間距離をＥ、該自発光型表示素子又は該光変調器の水平方向の画素サイズをＰｈ２、ｋを予め定められた２以上の正の整数とするとき、以下の条件：
【数１１】
0003703225.tif 000004
を満足していることを特徴としている。
【００２５】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項の発明において、前記縦シリンドリカルレンズアレイと前記自発光型表示素子又は前記光変調器との換算距離をＬｈ２、予め定められた観察位置と前記ディスプレイデバイスとの換算距離をＬｈ１、該自発光型表示素子又は該光変調器の水平方向の画素サイズをＰｈ２とするとき、前記発光部又は前記開口部をＰｈ２を単位として水平方向に移動して形成することにより前記右ストライプ画素の情報を持つ光束と前記左ストライプ画素の情報を持つ光束を分離して夫々集光する領域を
【数１２】
0003703225.tif 000005
を単位として水平方向に移動することを特徴としている。
【００２６】
請求項７の発明は、請求項４〜６のいずれか１項の発明において、観察者の位置を検知する位置検出手段を有し、該位置検出手段によって該観察者の予め設定した基準の位置からの水平方向の位置ずれを検出して、該位置ずれに応じて前記発光部又は前記開口部を水平方向に移動して形成することを特徴としている。
【００２７】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれか１項の発明において、前記発光パターンは水平方向にｎ個の発光部・非発光部を一つの単位として繰り返し、第ｊ（ｊ＝１・・ｎ）番目の発光部若しくは非発光部の水平方向のサイズは予め設定された正の整数ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎを用いて前記自発光型表示素子の水平方向の画素サイズＰｈ２のｋｊ倍とし、
前記縦シリンドリカルレンズの水平方向のピッチをＨＬ、前記縦シリンドリカルレンズアレイと該自発光型表示素子との換算距離をＬｈ２としたとき、これに応じて前記ディスプレイデバイスから前記右ストライプ画素の情報を持つ光束と前記左ストライプ画素の情報を持つ光束を分離して夫々集光する領域までの距離Ｌ０が関係式：
【数１０】
0003703225.tif 000006
に従って変化することを特徴としている。
【００２８】
請求項９の発明は請求項１乃至７のいずれか１項の発明において、前記縦シリンドリカルレンズの水平方向のピッチをＨＬ、前記縦シリンドリカルレンズアレイと前記自発光型表示素子との換算距離をＬｈ２、該自発光型表示素子の水平方向の画素サイズをＰｈ２として、前記発光パターンは水平方向にｎ個の発光部・非発光部を一つの単位として繰り返しており、
観察者の位置を検出する位置検出手段と、複数の距離Ｌ０ｉに対して関係式：
【数１１】
0003703225.tif 000007
に従って予め設定した正の整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｉを記録したメモリーを有し、該位置検出手段が検出する前記ディスプレイデバイスの表示面に対して垂直方向に計測した観察者までの距離Ｌ０に応じて整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｋを選択し、該整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｋを用いて該一単位内のｊ番目の発光部及び非発光部の水平方向のサイズを該画素サイズＰｈ２のｋｊ倍とすることを特徴としている。
【００２９】
請求項１０の発明の立体画像表示装置は、右眼用の視差画像と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並べて１つの画像とした横ストライプ画像を表示する離散的な画素構造を持つ透過型のディスプレイデバイスと、
離散的な画素構造を持つ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た光源手段、又は離散的な画素構造をもつ光変調器の表示面に市松状の開口部と遮光部より成るマスクパターンを形成して面光源で照明する光源手段と、
垂直方向に母線を持つ縦シリンドリカルレンズより成る縦シリンドリカルレンズアレイであって、該光源手段より射出する光束に指向性を与えて該横ストライプ画像を照射することで該右眼用視差画像と左眼用視差画像を２つの領域に分離して観察者に視認せしめる縦シリンドリカルレンズアレイと、を有する立体画像表示装置において、
前記マスクパターンは水平方向に所定のサイズの開口部と遮光部を予め設定された回数繰り返して配列した一単位を更に繰り返して配列しており、該一単位の中の複数の開口部・遮光部は水平方向に少なくとも２つの異なる画素数で構成していることを特徴としている。
【００３０】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明において、前記マスクパターンは水平方向にｎ個の開口部・遮光部を一つの単位として繰り返し、第ｊ（ｊ＝１・・ｎ）番目の開口部若しくは遮光部の水平方向のサイズは予め設定された正の整数ｋ１、ｋ２、・・・ｋｎを用いて前記光変調器の水平方向の画素サイズＰｈ２のｋｊ倍とし、前記縦シリンドリカルレンズの水平方向のピッチをＨＬ、前記縦シリンドリカルレンズアレイと該光変調器との換算距離をＬｈ２としたとき、
これに応じて前記ディスプレイデバイスから前記右ストライプ画素の情報を持つ光束と前記左ストライプ画素の情報を持つ光束を分離して夫々集光する領域までの距離Ｌ０を関係式：
【数１２】
0003703225.tif 000008
に従って変化させることを特徴としている。
【００３１】
請求項１２の発明は、請求項１０の発明において、前記縦シリンドリカルレンズの水平方向のピッチをＨＬ、前記縦シリンドリカルレンズアレイと前記光変調器との換算距離をＬｈ２、該光変調器の水平方向の画素サイズをＰｈ２として、
前記マスクパターンは水平方向にｎ個の開口部・遮光部を一つの単位として繰り返しており、観察者の位置を検出する位置検出手段と、複数の距離Ｌ０ｉに対して関係式：
【数１３】
0003703225.tif 000009
に従って予め設定した正の整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｉを記録したメモリーを有し、該位置検出手段が検出する前記ディスプレイデバイスの表示面に対して垂直方向に計測した観察者までの距離Ｌ０に応じて整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｋを選択し、該整数列（ｋ１、ｋ２・・・・ｋｎ）ｋを用いて該一単位内のｊ番目の開口部及び遮光部の水平方向のサイズを該画素サイズＰｈ２のｋｊ倍とすることを特徴としている。
【００３２】
請求項１３の発明の立体画像表示装置は、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の立体画像表示装置を用いて立体画像を表示することを特徴としている。
【００３３】
【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 の要部概略図であり、斜視図で示している。又、図2 は実施形態1 の作用説明図である。図1 中、線A を含む水平面に沿った断面図が図2(A)、線B （ここでは線A に沿った走査線から1 走査線下の走査線に沿った線を示す）を含む水平面に沿った断面図が図2(B)である。
【００３４】
図中、1 はバックライト光源、2 はマスクであり、その上に所定の開口部・遮光部を形成したマスクパターン9 を備えている。マスクパターン9 はガラスやプラスチックなどのマスク基板の上にクロムや酸化クロムや樹脂ブラックマトリクスなどの光吸収材などをパターンニングして作製している。なお、マスク2 及びバックライト光源1 等は光源手段の一要素を構成している。
【００３５】
3 は縦レンチキュラーレンズ (縦シリンドリカルレンズアレイ) であり、多数の平凸の縦シリンドリカルレンズを水平方向に並べて構成している。縦レンチキュラーレンズ3 はこれを構成する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定している。又、マスクパターン9 の水平方向の一対の開口部8 と遮光部が縦レンチキュラーレンズ3 の縦シリンドリカルレンズの1 ピッチ (幅) HLに対応するようになっている。
【００３６】
4 はディスプレイデバイスであり、透過型液晶素子などで構成しており、図2 ではその画像表示面の表示画像の状態を模式的に表している。尚、図では液晶素子のカバーガラス、偏光板、電極などは省略して示している。5 は画像処理手段であり、複数の視差画像からストライプ画像を合成する。6 はディスプレイ駆動回路であり、画像処理手段5 からのストライプ画像信号を受けてディスプレイデバイス4 を駆動して、その上にストライプ画像を表示する。
【００３７】
実施形態1 の作用を説明する。先ず、ディスプレイデバイス4 に表示するストライプ画像を説明する。図3 はストライプ画像合成の説明図である。画像処理手段5 は図3(A)に示す様に、少なくとも2 枚の右視差画像R と左視差画像L を多数の横ストライプ状のストライプ画素に分割し、右視差画像R から作成するストライプ画素Ri、左視差画像から作成されるストライプ画素Liとを、例えば1 走査線おきに交互に並べる。即ち、第1 走査線に右ストライプ画素R1、第2 走査線に左ストライプ画素L2、第3 走査線に右ストライプ画素R3・・・・、と合成し、1 枚の横ストライプ画像を作成する。 (これを第1 の横ストライプ画像とする) 。
【００３８】
この様にして作成された横ストライプ画像の画像データは、ディスプレイ駆動回路6 に入力され、ディスプレイデバイス4 に該横ストライプ画像を表示するのである。
【００３９】
次ぎに、立体画像表示の作用を説明する。図2(A)に示す様に、バックライト光源1 から射出された光は、縦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の光軸に対して所定の量だけずれた位置に開口部8 の中心を有するマスクパターン9 と縦レンチキュラーレンズ3 により、マスク2 の透過光束が観察者の右眼ERの位置すべき領域に分離されて全体として集光して入射する。この右眼ERに入射する光束は、縦レンチキュラーレンズ3 と観察者との間に設けたディスプレイデバイス4 に表示された画像（ここでは右視差画像R から形成した右ストライプ画素R1）で変調され、ライン状の右ストライプ画素R1を通った光が右眼ERに入射する。同様に、図2(A)の1 走査線下の走査線に相当する断面に沿った光束に対しても、図2(B)に示す様にライン状の左ストライプ画素L2を通った光が分離して全体として集光して左眼ELに入射する。この時、図1 から分かる様に、図2(A)の断面でのマスク開口部と図2(B)の断面でのマスク開口部とはそれぞれ相補的に形成している。つまり、マスクパターン9 は市松状に開口部・遮光部を形成している。
【００４０】
また、ディスプレイデバイス4 にはそれぞれの開口に対応したストライプ画素Ri,Li を上下交互に並べて合成した横ストライプ画像を表示している。従って、観察者は1 走査線毎に右又は左の眼でそれぞれの眼に対応したストライプ画素を見ることになり、全体として左右の眼で夫々の眼に対応する視差画像を視認して立体画像を観察することができる。
【００４１】
尚、マスクパターン9 は垂直方向に関しては適宜の開口率を有し、ストライプ画像を構成する左右のストライプ画素をクロストークなく照明するように設定している。
【００４２】
本実施形態で用いる視差画像としてはCG画像などのコンピュータ上で作成された視差画像や、複眼カメラ若しくはステレオカメラで撮影される複数の自然画像を視差画像として用いることができる。
【００４３】
又、上記の説明では第1 の横ストライプ画像を表示したが、図3(B)に示す様に、第1 走査線に左ストライプ画素L1、第2 走査線に右ストライプ画素R2、第3 走査線に左ストライプ画素L3・・・・、と合成した横ストライプ画像（これを第2 の横ストライプ画像とする）を用いることも可能であり、その場合は図3(A)に示す第1 の横ストライプ画像を用いる場合のマスクパターン9 の開口部をHm/2だけ右又は左へずらせば良い。又はディスプレイデバイス4 の走査線を一走査線分だけ上又は下にずらして表示すれば良い。
【００４４】
ここで、各光学素子の構成条件について説明する。なお、本明細書においては各光学素子間の距離を換算距離で取り扱う。換算距離とはディスプレイデバイスにおいては表示面、マスクにおいてはマスクパターン9 形成面、レンチキュラーレンズにおいては、距離を測ろうとする側の主点を夫々基準点として2 つの光学素子間の距離を空気中の値に換算した所謂光学的距離である。又、後の実施形態の光変調器及び自発光型表示素子の基準点は夫々表示面及び発光面である。
【００４５】
図2(A)に示す様に、縦レンチキュラーレンズ3 とマスクパターン9 との換算距離 (縦レンチキュラーレンズ3 のマスク側の主点とマスクパターン9 との距離を空気中の値に換算した光学的間隔) をLh2 、予め定められた観察位置から縦レンチキュラーレンズ3 までの距離 (観察位置と縦レンチキュラーレンズ3 の観察者側の主点との距離を空気中の値に換算した光学的間隔) をLh1 、予め定められた観察者の眼間距離をE 、マスクパターン9 上の水平方向の一対の開口部と遮光部の水平方向の幅 (ピッチ) をHm、更に縦レンチキュラーレンズ3 を構成している縦シリンドリカルレンズのピッチ (幅) をHLとするとき、本実施形態は下記の条件:
【００４６】
【数１１】
0003703225.tif 000010
を満たしている。
【００４７】
さらに、図1 に示す様に、マスクパターン9 の開口部8 の垂直方向の幅をVm、ディスプレイデバイス4 のストライプ画素の垂直方向の幅（本実施形態の場合、走査線幅に相当する）をPV1 、マスク2 とディスプレイデバイス4 との換算距離 (マスクパターン9 とディスプレイデバイス4 の表示面との距離を空気中の値に換算した光学的間隔) をD とすると、これらの諸元は
【００４８】
【数１２】
0003703225.tif 000011
を満足する様に設定している。
【００４９】
又、本実施形態は垂直方向の観察領域を広げる為に特別の構成をしている。図13は本実施形態の垂直断面の側面図である。これによって、上下方向の観察領域の説明を行う。マスクパターン2 上に形成された開口部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4 に表示された横ストライプ画像の右ストライプ画素又は左ストライプ画素に対応している。なお、図13における複数の開口部8 はすべて右ストライプ画素に対応している。
【００５０】
図中、PV2 はマスクパターン9 の開口部の垂直方向のピッチの1/2 である。そして、開口部の垂直方向のピッチの1/2 PV2 は横ストライプ画像のストライプ画素の垂直方向の幅PV1 よりもわずかに大きくしているので、ディスプレイデバイス4 に対して所定の観察距離にいる観察者はディスプレイデバイス4 に表示されたストライプ画素を通して対応する開口部を観察することができ、観察者の眼を所定の高さにおけば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観察領域が得られるようになっている。
【００５１】
また、マスクパターン9 の開口部8 の垂直方向の幅Vmをストライプ画素の幅PV1 よりも小さくし、且つ開口部8 の垂直方向の幅Vmを遮光部の垂直方向の幅Vm' よりも小さくすることにより、観察者が垂直方向に移動した際、観察者から見て各ストライプ画素とそれに対応する開口部の相対位置が多少ずれてもその対応する開口部8 からの光が隣接するストライプ画素にかからないでその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を図中の矢印の範囲に広げることができる。
【００５２】
以上の作用はマスクパターン9 の開口部の垂直方向のピッチの1/2 PV2 をディスプレイデバイス4 に表示するストライプ画素の垂直方向の幅PV1 よりもわずかに大きく設定し、開口部8 の垂直方向の開口率を調整すれば実現できる。
【００５３】
本実施形態では、画素ピッチが 0.110mm（水平）X0.33mm(垂直) でRGB 縦ストライプの画素配列になっている液晶素子をディスプレイデバイス4 として用い、 Lh1=500mm、Lh2=5mm 、E=65mmとしたので、Hm/2=0.65mm、HL =1.287mmとなり、開口部8 の水平方向の幅Hm/2はディスプレイデバイス4 の約 6画素（2 絵素）の幅に等しく、しかも縦レンチキュラーレンズ3 のレンズピッチHLも1.287mm と大きくすることができ、光学素子の作製が容易になり、コストを低減することができる。
【００５４】
さらに、本実施形態では、垂直方向の画素サイズが0.33mmのディスプレイデバイスを用い、D を約6mm としたので、PV1=0.33mmであり、このときのマスクパターン9 の開口部の垂直方向の幅VmはVm=0.334mmである。
【００５５】
以上の様に、本実施形態ではマスクパターン9 と縦レンチキュラーレンズ3 を用いてバックライト光源1 から射出される光の指向性を制御し、ディスプレイデバイス4 上に表示する横ストライプ画像を左右の視差画像から1 走査線毎に合成し、横ストライプ画像を構成する左右のストライプ画素をクロストークなく照明して、観察者の眼へ入射させるので、ディスプレイデバイス4 の表示速度（フレームレート）を高くする必要がない。
【００５６】
さらに、本実施形態では横ストライプ画像を左右の視差画像から1 走査線毎に合成すれば良いので、ディスプレイデバイス4 の水平方向の画素構成については制約がない。従って、ディスプレイデバイス4 として、縦ストライプのカラーフィルタを使用した液晶素子をディスプレイデバイス4 として用いれば容易にカラーの立体表示を行うことができる。
【００５７】
さらに観察者側から見て画像表示用ディスプレイデバイス4 の後ろ側に縦レンチキュラーレンズ3 とマスク2 を配置して照明光に指向性を持たせているので、縦レンチキュラーレンズ3 の表面反射や液晶素子のディスプレイデバイス4 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発生させない。
【００５８】
また、本実施形態では、縦シリンドリカルレンズアレイとして平凸の縦シリンドリカルレンズより構成する縦レンチキュラーレンズ3 を用いたが、一般的には両面に適宜の曲率を与えたシリンドリカルレンズアレイを用いて、バックライト光源1 からの光をそれぞれの眼へ概略集光する様にすることもできる。
【００５９】
更に、マスクパターン9 として、ガラスやプラスチックなどの基板の上にクロムまたは酸化クロムや樹脂ブラックマトリクスなどの光吸収材をパターンニングして作製する際に、バックライト光源1 側の面にクロムやアルミなどの高反射材を形成し、その上に前記酸化クロムや樹脂ブラックマトリクスなどの光吸収材からなる低反射の部材を設けて形成することもできる。こうすることで、バックライト光源1 からの光を効率良く利用することができ表示輝度を高めることができる。
【００６０】
さらにその表面に形成した低反射の部材により、縦レンチキュラーレンズ3 などによる不要な再反射などを防ぐことができ、コントラストの良い立体表示が可能となる。
【００６１】
図4 は本発明の立体画像表示装置の実施形態2 の要部概略図である。実施形態1 では、マスクパターン9 の垂直方向に関する開口率を適切に調節して横ストライプ画像を構成する左又は右ストライプ画素をクロストークなく照明することを実現していた。
【００６２】
これに対し、本実施形態では実施形態1 に垂直方向に結像作用を有する横レンチキュラーレンズ7 を付加して、マスクパターン9 の開口部を射出した光でもってディスプレイデバイス4 の所定の画素（本実施形態の場合、1 本の走査線）をクロストークなく照明する点が異なっている。
【００６３】
図中、7 は横レンチキュラーレンズ (横シリンドリカルレンズアレイ) であり、多数の平凸の横シリンドリカルレンズを垂直方向に並べて構成している。横レンチキュラーレンズ7 の作用は後で説明するが、本実施形態はマスクパターン9 の開口部8 を射出した垂直方向に広がる光束をディスプレイデバイス4 上の所定のストライプ画素の上に集光して照明し、これを透過して上下方向にのみ集光時のNAに応じて発散し、観察者がその眼を所定の高さにおけば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観察領域が得られるようになっている。 本実施形態の作用を説明する。横レンチキュラーレンズ7 は水平方向に対しては光学的パワーを持たないので、本実施形態の水平方向に関する作用は実施形態1 と同じである。即ち、ディスプレイデバイス4 には実施形態1 と同じ横ストライプ画像を表示しており、バックライト光源1 からの光はマスクパターン9 の開口部8 を透過し、縦レンチキュラーレンズ3 を通ってディスプレイデバイス4 を照明し、観察者の左又は右眼領域に左右のストライプ画素を分離して集光し、観察者に左右の視差画像を視認せしめる。
【００６４】
図5 は実施形態2 の垂直断面の作用説明図である。これによって上下方向の観察領域の説明を行う。マスクパターン9 の開口部は図4 に示す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4 に表示される横ストライプ画像の各ストライプ画素に対応している。
【００６５】
図5 に示すマスクパターン9 のの開口部は観察者の右眼又は左眼用のストライプ画素を照明するためのものであるが、ここでは例えば観察者の左眼用のストライプ画素(Li)を照明するものとして説明する。従って、ディスプレイデバイス4 の左眼に対応する左ストライプ画素を白抜き、右眼に対応する右ストライプ画素を斜線をかけて表す。
【００６６】
ここで、マスクパターン9 の開口部の垂直方向の幅をVm、横レンチキュラーレンズ7 を構成する横シリンドリカルレンズのピッチ (幅) をVL、横レンチキュラーレンズ7 を構成する個々の横シリンドリカルレンズの図5 の紙面内の焦点距離をfV、ディスプレイデバイス4 に表示するストライプ画素の垂直方向の幅 (ピッチ) をPV1 、ディスプレイデバイス4 と横レンチキュラーレンズ7 との換算距離 (ディスプレイデバイス4 の表示面と横レンチキュラーレンズ7 のディスプレイデバイス4 側の主点との距離を空気中の値に換算した光学的間隔) をLV1 、横レンチキュラーレンズ7 とマスクパターン9 との換算距離 (横レンチキュラーレンズ7 のマスクパターン9 側の主点とマスクパターン9 との間隔を空気中の値に換算した光学的間隔) をLV2 とするとき、本実施形態は、
【００６７】
【数１３】
0003703225.tif 000012
の関係をみたすように設定している。
【００６８】
式(3)は、開口部がディスプレイデバイス4 上の対応する画像ライン（例えば右眼用の画像ライン）上に結像することを規定する式であり、この関係に誤差があると照明光が対応しない画像ライン（例えば左眼用の画像ライン）を照明することになり、クロストークの原因となる。式(3)の誤差とクロストーク量はほぼ比例するので式(3)はクロストークの許容量、例えば5% 以下であることが望ましい。
【００６９】
式(4)は片方の眼（例えば右眼）に対応する複数の開口からの光束が横レンチキュラーレンズを構成するどのシリンドリカルレンズを通ってもディスプレイデバイス4 上の複数ある対応する画像ライン（例えば右眼用の画像ライン）上に結像することを規定する式であり、この関係に誤差があると水平方向に長い照明ラインの位置がディスプレイデバイス4 上で垂直方向に累積的にずれ、画面の上下の端で対応しない画像ライン（例えば左眼用の画像ライン）を照明することになり、クロストークの原因となる。式(4) の誤差は、画像ライン数が多い程累積されるため、その許容量は、画面の垂直方向の画素数によるが、VGAのディスプレイデバイスを考えると、垂直方向の画素は480であり、中心から上下各々240画素の端において1 ライン分照明ラインの位置がずれるのを限界とすれば1/240、約4% の誤差までしか許されない。
【００７０】
式(5)は、マスクパターンを表示面に結像するシリンドリカルレンズの焦点距離を規定する式である。焦点距離fv のずれは、照明ラインをぼけさせることになり、クロストークの原因になる。しかし、レンチキュラーレンズを構成する個々のシリンドリカルレンズに入射する光束は各々細く、デフォーカスによる照明ライン巾の増加はそれほど大きくならない。式(3)、(4)が成立していれば、各シリンドリカルレンズの中心を通る光線は、式(5)の条件に誤差があっても規定の位置に進むため、光束はほぼ規定の位置に照射される。式(5) の誤差許容量は、後に示す表１の数値例の場合でおよそ15% である。
【００７１】
このとき、マスクパターン9 の開口部からの光はそれぞれ対応するストライプ画素上に図5 の紙面に垂直な焦線として集光している。市松開口の1 つの開口部8-1 に注目すると図5 中、中央の開口部8-1 の中心の点A から発し、横レンチキュラーレンズ7 の対応する横シリンドリカルレンズ7ー1 に入射する光束はディスプレイデバイス4 の対応するストライプ画素4ー1 の中央の点A'上の焦線に集光する。開口部8-1 の中心の点A から発し、横シリンドリカルレンズ7ー1 以外のレンチキュラーレンズ7 を構成する横シリンドリカルレンズに入射する光束はストライプ画素4ー1 以外の左眼用ストライプ画素の中心に焦線として集光する。
【００７２】
また、開口部8-1 の端の点B、C から発し、横シリンドリカルレンズ7ー1 に入射する光束はストライプ画素4ー1 の端の点B'、C' 上の焦線に夫々集光する。
【００７３】
同様に開口部8-1 のその他の点から発し、横シリンドリカルレンズ7ー1 に入射した光束はストライプ画素4ー1 上の対応する位置に焦線として集光する。
【００７４】
また、開口部8-1 を発して横シリンドリカルレンズ7ー1 以外の横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4 上の左眼用ストライプ画素を表示する画像ライン上に集光する。
【００７５】
図5 中、マスクパターン9 の開口部8-1 以外の開口部から発する光束も、同様にすべてディスプレイデバイス4 の左眼用ストライプ画素を表示する画像ライン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に応じて発散する。これによって観察者の眼を所定の高さにおけば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。
【００７６】
図5 は観察者の左眼に関係する開口部及びストライプ画素について説明したが本実施形態は観察者右眼に関しても同じような作用を備えている。
【００７７】
ここで、本実施形態の垂直方向の光学作用を実現するには式(3)、(4)、(5) を満たすように構成すれば良く、横レンチキュラーレンズ7 とマスクパターン9 との換算距離LV2 は任意に設定できる。また、縦レンチキュラーレンズ3 は、その他の部材との物理的干渉がなければ横レンチキュラーレンズ7 の特性に関係なく、配置・設定できるので縦レンチキュラーレンズ3 を横レンチキュラーレンズ7 の近くに配置すれば、マスクパターン9 と縦レンチキュラーレンズ3 との距離Lh2 は任意に大きくでき、式(1) の関係から明らかな様にマスクパターン9 の一対の開口部と遮光部の幅を大きくすることができる。
【００７８】
図6 は本発明の立体画像表示装置の実施形態3 の要部概略図である。本実施形態は実施形態2 に対し、縦レンチキュラーレンズ3 と横レンチキュラーレンズ7 との配置位置が異なっており、実施形態2 の2 つのレンチキュラーレンズを入れ換えた状態になっている。
【００７９】
本実施形態においても、既に述べた式(1) から式(5) の関係が成立する様に各部材の諸元を設定している。更に、本実施形態においても実施形態2 と同様に、垂直方向の光学作用と水平方向の光学作用は独立している。
【００８０】
実施形態2 においてはマスクパターン9 と縦レンチキュラーレンズ3 との換算距離 Lh2を大きくするためには、横レンチキュラーレンズ7 とディスプレイデバイス4 との換算距離LV1 および横レンチキュラーレンズ7 とマスクパターン9 との換算距離LV2 を夫々換算距離Lh2 よりも大きく設定する必要があった。そのため、マスクパターン9 とディスプレイデバイス4 との換算距離(LV1+LV2) は、Lh2 の2 倍よりも大きくなり、装置の厚さが大きくなる傾向が有った。
【００８１】
本実施形態においては縦レンチキュラーレンズ3 を横レンチキュラーレンズ7 よりもマスクパターン9 に対して遠い位置に配置しているために、マスクパターン9 とディスプレイデバイス4 との換算距離は、マスクパターン9 と縦レンチキュラーレンズ3 との換算距離Lh2 とほぼ同じにでき、装置全体の厚みを薄くすることができる。
【００８２】
以上の様に、本発明では縦・横のレンチキュラーレンズの配置の順番に関係なく、条件式(1) から(5) を満たす様に装置を構成すれば同様の効果を得ることができるが、これは既に述べた様に垂直方向の光学作用と水平方向の光学作用が独立しているためである。
【００８３】
図7 は本発明の立体画像表示装置の実施形態4 の要部概略図である。実施形態3 は左右の視差画像を夫々走査線単位で分割して横ストライプ画像を合成し、それをディスプレイデバイス4 上に表示して、それぞれのストライプ画素を通った光を観察者の眼へ入射させていた。
【００８４】
これに対し、本実施形態では左右の視差画像を複数の走査線の幅（ここでは3 走査線の幅の場合を示す）でストライプ画素に分割し、これらのストライプ画素を交互に並べて横ストライプ画像を合成し、これをディスプレイデバイス4 上に表示する点が異なっている。立体視の原理及び装置の構成条件は前記実施形態3 と同じなのでここでは省略し、異なる部分のみ説明する。
【００８５】
本実施形態では、左右の視差画像を夫々ディスプレイデバイス4 上の3 走査線の幅でストライプ画素に分割し、この左右のストライプ画素を画面の上端から交互に並べて合成して横ストライプ画像を作成し、これをディスプレイデバイス4 上に表示するので、前記条件式(1) から(5) を満たす様に装置を構成するときに、ストライプ画素の垂直方向の幅PV1 はこれまでの実施形態の値の3 倍になる。その為、式(3),(4) から決められるマスクパターン9 の開口部の垂直方向の幅Vmや横レンチキュラーレンズ7 を構成する横シリンドリカルレンズのピッチVLを相対的に大きくすることができる。
【００８６】
従って、マスクパターン9 や横レンチキュラーレンズ7 のピッチを大きくして作製することができるため、これらの光学素子の作製が容易になり、装置のコストを低減することができる。
【００８７】
ここで、本実施形態においてディスプレイデバイス4 に表示する横ストライプ画像について更に説明する。本実施形態では図8 に示す様に、少なくとも2 枚の視差画像R・L は画像処理手段5(不図示）によって走査線3 本の幅の横ストライプ画素に分割され、右視差画像R から作成される走査線3 本幅の右ストライプ画素Ri、左視差画像L から作成される走査線3 本幅の左ストライプ画素Liとを交互に配列する。即ち、第1 走査線S1から第3 走査線S3の位置に右ストライプ画素R1、第4 走査線S4から第6 走査線S6の位置に左ストライプ画素L2、第7 走査線S7から第9 走査線S9の位置に右ストライプ画素R3・・・・、と配列して合成し、1 枚の横ストライプ画像 (これを第1 の横ストライプ画像とする) を作成する。
【００８８】
この様にして作成した横ストライプ画像の画像データは、ディスプレイ駆動回路6(不図示）に入力され、ディスプレイデバイス4 に該横ストライプ画像を表示し、これまでと同様の原理で立体画像を見ることができる。
【００８９】
本実施形態においても、図3 で説明した様に、左右のストライプ画素を入れ換えて、L1R2L3R4L5R6L7・・・・と合成した第2 の横ストライプ画像を用いることも可能であり、その場合は図7 に示す第1 の横ストライプ画像（R1L2R3L4R5L6・・・)を用いる場合のマスクパターン9 に対して開口部・遮光部が互いに相補的なマスクパターンを用いれば良い。
【００９０】
図9 は本発明の立体画像表示装置の実施形態5 の要部概略図である。本実施形態は実施形態1 のマスク2 を光変調器に変えて、その表示面にマスクパターンを形成するようにした点のみが異なっている。その他の構成は実施形態1 と同じである。以下、異なる点を重点的に説明する。
【００９１】
図中、20は離散的な画素構造を持つ光変調器であり、モノクロの透過型液晶表示素子で構成し、その表示面に多数の矩形形状の開口部を備えたマスクパターン9 を形成する。該マスクパターン9 はバックライト光源1 によって照明される。光変調器20及びバックライト光源1 等は光源手段の一要素を構成している。
【００９２】
本実施形態においても実施形態1 と同じにディスプレイデバイス4 上には1 走査線の幅をストライプ画素の幅とする横ストライプ画像を表示する。そして、バックライト光源1 からの光は光変調器20に形成されたマスクパターン9 の開口部8(図9 中白く抜けた部分) を透過し、縦レンチキュラーレンズ (縦シリンドリカルレンズアレイ) 3 を通ってディスプレイデバイス4 を照明し、右ストライプ画素の情報を持つ光束と左ストライプ画素の情報を持つ光束とに分離して夫々所定領域に集光し、該領域に位置する観察者の両眼に左右の視差画像が分離して観察される。
【００９３】
図10は実施形態5 の水平断面の作用説明図である。これによって観察者の両眼に左右の視差画像が水平方向に分離して観察される原理を説明する。光変調器20はバックライト光源1 により照明され、開口部8 から光が出射する。縦レンチキュラーレンズ3 はこれを構成する各縦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定している。なお、マスクパターン9 は厳密に縦シリンドリカルレンズの焦点位置になくても良く、開口部からの左右画像領域を形成する光束が観察位置において混ざってクロストークを発生することが無い範囲ならば良い。マスクパターン9 の水平方向の一対の開口部と遮光部の水平方向の幅 (ピッチ) Hmは縦レンチキュラーレンズ3 の縦シリンドリカルレンズのピッチHLに対応している。
【００９４】
図中に示す開口部と遮光部のパターンでは、ディスプレイデバイス4 に表示された横ストライプ画像のうちの右ストライプ画素が対応しており、開口部8 から出射した光は縦レンチキュラーレンズ3 を通ってディスプレイデバイス4 の右ストライプ画素を図中の実線で示すような範囲に指向性もって照明する。
【００９５】
図中のERは観察者の右眼を示している。本実施形態でも実施形態1 と同じく、画面の全幅にわたって、複数の開口部8 からの光が一様に右眼に集まるようにする為に、縦レンチキュラーレンズ3 の一つの縦シリンドリカルレンズの水平方向の幅をHL、マスクパターン9 上の水平方向の一対の開口部と遮光部の幅 (ピッチ) をHm、マスクパターン9 と縦レンチキュラーレンズ3 との換算距離をLh2 、あらかじめ設定された観察者の位置から縦レンチキュラーレンズ3 までの換算距離をLh1 、予め定められた観察者の眼間距離をE とするとこれらの諸元の間には前記の式(1) 及び式(2) の関係が成り立つように設定している。
【００９６】
この結果、ディスプレイデバイス4 に表示された横ストライプ画像中の右ストライプ画素は右眼ERのある矢印の範囲のみで観察される。
【００９７】
また、左眼EL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4 に表示された横ストライプ画像中の左ストライプ画素に対応するようになり、縦レンチキュラーレンズ3 を通って左ストライプ画素を通った光は右ストライプ画素を照明した光が集光される領域から水平方向に設定された眼間距離E だけずれた領域に指向性をもって集光する。
【００９８】
以上の結果、左又は右ストライプ画素は水平方向に左眼、右眼に分離して観察され、これらのストライプ画素の集合として左視差画像が左眼に、右視差画像が右眼に視認され、立体画像が観察される。
【００９９】
図10は本実施形態の立体視の方式を説明するために装置から観察者までの前後方向の距離を縮めて、強調して描いている(Lh1に対してLh2 を実際よりもはるかに大きな割合で描いている) ため、ピッチHmがピッチHLよりもかなり大きく描かれている。実際には換算距離Lh2 は換算距離Lh1 に比べて遥かに小さいので、式(2) によりピッチHmはピッチHLより僅かに大きくなるだけである。
【０１００】
図10中、Ph2 は光変調器20の1 画素の水平方向のサイズである。本実施形態は、光変調器20の4 画素で一対の開口部・遮光部を構成する例を示しており、縦レンチキュラーレンズ3 を構成する縦シリンドリカルレンズ3aには光変調器20の内4 画素9aが対応し、縦シリンドリカルレンズ3b、3c には、光変調器20の4 画素9b、9c が各々対応する。
【０１０１】
図11は実際の設計値に近い割合で描いたディスプレイ部と光線束の図であり、又図12は観察面付近の光線の集まりを説明する図である。図11において図10と同一の部材には同一の部番を付している。図11においても縦レンチキュラーレンズ3 を構成する縦シリンドリカルレンズ3aには光変調器20の内4 画素9aが対応し、縦シリンドリカルレンズ3b、3c には、光変調器20の4 画素9b、9c が各々対応している。
【０１０２】
また、縦レンチキュラーレンズ3 はこれら以外にも水平方向に並べられた多数の縦シリンドリカルレンズを有しており、各々の縦シリンドリカルレンズには2 画素により構成される開口部と2 画素で構成される遮光部からなる合計4 画素で構成される一対の開口部・遮光部が対応しており、開口部からの光束は夫々観察面の右眼用領域に集まるように各縦シリンドリカルレンズにより指向性を与えられる。
【０１０３】
図12は図11で縦レンチキュラーレンズ3 によって指向性を与えられた光束が観察面において観察者の右眼ERの在る領域に集まる様子を示す図であり、ディスプレイデバイス4 に表示された横ストライプ画像を構成する右ストライプ画素は右眼ERの在る矢印の範囲のみで観察される。
【０１０４】
図13は本実施形態の垂直断面の作用説明図である。これによって、上下方向の観察領域の説明を行う。光変調器20上に形成された開口部は図9 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4 に表示された横ストライプ画像の右ストライプ画素又は左ストライプ画素に対応している。なお、図13における複数の開口部8 はすべて右ストライプ画素に対応している。
【０１０５】
図中、PV2 は光変調器の垂直方向の画素サイズである。開口部8 は一つの画素の中でブラックマトリクス等の非透過部を用いて適切な開口率に設定している。そして、光変調器20の垂直方向の画素サイズPV2 は横ストライプ画像のストライプ画素の垂直方向の幅PV1 よりもわずかに大きくしているので、ディスプレイデバイス4 に対して所定の観察距離にいる観察者はディスプレイデバイス4 に表示されたストライプ画素を通して対応する開口部を観察することができ、観察者の眼を所定の高さにおけば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観察領域が得られるようになっている。
【０１０６】
また、マスクパターン9 の開口部8 の垂直方向の幅Vmをストライプ画素の幅PV1 よりも小さくし、且つ開口部8 の垂直方向の幅Vmを遮光部の垂直方向の幅Vm' よりも小さくすることにより、観察者が垂直方向に移動した際、観察者から見て各ストライプ画素とそれに対応する開口部の相対位置が多少ずれてもその対応する開口部8 からの光が隣接するストライプ画素にかからないでその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を図中の矢印の範囲に広げることができる。
【０１０７】
以上の作用はマスクパターン9 の開口部・遮光部を垂直方向には光変調器20の垂直方向の1 画素で構成するとともに、光変調器20の画素の垂直方向の幅PV2 をディスプレイデバイス4 に表示するストライプ画素の垂直方向の幅PV1 よりもわずかに大きく設定し、光変調器20の画素の垂直方向の開口率を調整すれば実現できる。
【０１０８】
なお通常LCD には光の入射側と出射側に光の偏光方向を制限する偏光板を配置するが本実施形態においてはディスプレイデバイス4 、光変調器20と2 枚のLCD を重ねて用いているので光変調器20の出射側の偏光板かディスプレイデバイス4 の入射側の偏光板のどちらかは省くことも可能である。
【０１０９】
次に光変調器20に表示するマスクパターン9 を変えて観察位置を変える作用について説明する。ディスプレイデバイス4 の水平方向の画素サイズをPh1 、ストライプ画素の垂直方向の幅をPV1 、光変調器20の水平方向の画素サイズをPh2 、垂直方向の画素サイズをPV2 とする。
【０１１０】
マスクパターン9 の開口部8 又は遮光部の水平方向の幅はHm/2であるが、これは光変調器20の水平方向の画素サイズPh2 の整数倍に設定する。観察面で左右各々のストライプ画素を通って来る光束により照明される領域は、光変調器20上に形成される開口部8 を投影したものであるのでマスクパターン9 の開口部8 の位置を左右に移動すれば、観察面上で左右のストライプ画素を通って来る光束により照明される領域 (右ストライプ画素の情報を持つ光束と左ストライプ画素の情報を持つ光束を分離して夫々集光する領域) は左右に移動する。
【０１１１】
図14、図15はこの作用を説明するための図であり、図14は図11と同様に本実施形態を実際の設計値とほぼ同じ割合で描いた水平断面図であり、光変調器20の4 画素で一対の開口部と遮光部を形成するように設定しており、図15は縦レンチキュラーレンズ3 により指向性を与えられた光束が観察面に集まる様子を示す図である。
【０１１２】
図14に示すようにHm=4・Ph2であり、式(1) を満たすために縦レンチキュラーレンズ3 と光変調器20との換算距離 (縦レンチキュラーレンズ3 の光変調器20側の主点から光変調器20の表示面までの距離を空気中に換算した光学的距離) Lh2 は
Lh2=2・Ph2・Lh1/E     ・・・・(7)
と設定している。そして、縦レンチキュラーレンズ3 を構成する縦シリンドリカルレンズ3aには光変調器20の内4 画素9aが対応し、シリンドリカルレンズ3b、3c には、光変調器20の4 画素9b、9c が各々対応する。
【０１１３】
図14(A) は、観察初期の状態であり、図14(B) は図14(A) に対して光変調器20上のマスクパターン9 の開口部すべてを水平方向に1 画素Ph2 だけ図上左方向に移動した状態を表す。この移動により観察面上での左右のストライプ画素を通って来る光束により照明される領域は全体に眼間距離E の2 分の一、即ちE/2 だけ水平方向に移動する。図15においては光変調器20上のマスクパターンが図14(A) の初期状態の時の開口部からの光束を実線で示しており、マスクパターンが図14(B) の状態の開口部からの光束を破線で示している。
【０１１４】
光変調器20の1 つの開口部を更に多数の画素により形成するためには縦レンチキュラーレンズ3 と光変調器20との換算距離Lh2 を更に大きく設定すれば良く、分割数に応じて観察領域のきめ細かな移動を行うことが出来る。
【０１１５】
具体的には開口部および遮光部を各々k 個の画素で構成すれば、E/k を移動単位にして観察領域を水平方向に移動させることができる。なお、このとき換算距離Lh2 は
Lh2=k・Ph2・Lh1/E    ・・・(8)
と設定しなければならない。
【０１１６】
この構成においてディスプレイデバイス4 の水平方向の画素サイズPh1 と光変調器20の水平方向の画素サイズPh2 の間に直接関係は無く、光変調器20と縦レンチキュラーレンズ3 との換算距離Lh2 を大きく設定すれば光変調器20の水平方向の画素サイズPh2 はディスプレイデバイス4 の水平方向の画素サイズPh1 と同等かそれよりも大きく設定出来、光変調器20として特別に高精彩の液晶素子を用いなくても観察領域の左右の移動を眼間距離に比べて小さな単位で滑らかに行うことが出来る。
【０１１７】
表1 に実際の数値例を示す。
【０１１８】
表１
Hm ・・・マスクパターン上の水平方向一対の開口部・遮光部の水平方向の幅
HL ・・・縦レンチキュラーレンズの縦シリンドリカルレンズのピッチ
Lh1 ・・・観察者と縦レンチキュラーレンズとの換算距離
Lh2 ・・・縦レンチキュラーレンズとマスクパターンとの換算距離
Ph1 ・・・ディスプレイデバイスの水平方向の画素サイズ
Ph2 ・・・光変調器の水平方向の画素サイズ
fh ・・・縦レンチキュラーレンズの縦シリンドリカルレンズの水平断面内の焦点距離
E  ・・・左右のストライプ画素を通った光束が観察位置で水平方向に分離する間隔
m  ・・・1 開口部又は1 遮光部を構成する光変調器の水平画素数
【０１１９】
【表１】
0003703225.tif 000013
前述の図11はこの数値例における光変調器20と縦レンチキュラーレンズ3 周辺を実際の割合にほぼ等しく描いた平面図であり、図10および図14に対応するものである。この場合縦シリンドリカルレンズのピッチHLと光変調器20上に構成される水平方向の一対の開口部・遮光部の水平方向の幅Hmは殆ど変わらない。
【０１２０】
なお、ディスプレイデバイス4 に表示する横ストライプ画像は、1 走査線単位の右ストライプ画素と左ストライプ画素とを交互に並べて合成しても良いし、複数の走査線の幅のストライプ画素で合成したものでも良い。
【０１２１】
更に、バックライト光源1 と光変調器20の代わりに、CRT 或は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、発光部と非発光部によって上記のマスクパターンと同様の発光パターンを形成し、このパターン化した射出光に縦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り、この場合も自発光型表示素子の水平方向の画素サイズPh2 はディスプレイデバイス4 の水平方向の画素サイズPh1 と直接関係なく選べ、また自発光型表示素子に形成する発光パターンの発光部を左右に移動して形成すれば観察領域の水平方向の移動が実施形態5 と同様に行え、その際自発光型表示素子の発光面と縦レンチキュラーレンズの間の換算距離Lh2 を大きく設定することで自発光型表示素子の水平方向の画素サイズPh2 を大きく設定しても観察領域の左右の移動を眼間距離に比べて小さな単位で滑らかに行うことが出来る。
【０１２２】
図16は本発明の立体画像表示装置の実施形態6 の要部概略図である。本実施形態は実施形態2 のマスク2 を光変調器に変えて、その表示面にマスクパターンを形成するようにした点のみが異なっている。その他の構成は実施形態2 と同じである。又、本実施形態は実施形態5 の縦レンチキュラーレンズ3 とディスプレイデバイス4 の間に横レンチキュラーレンズ (横シリンドリカルレンズアレイ) 7 を配置したものでもある。
【０１２３】
横レンチキュラーレンズ7 は水平方向に母線を持つ多数のシリンドリカルレンズを垂直方向に並べて構成しており、水平方向には光学的パワーを持たないので水平方向に関する作用は実施形態5 と同じである。ディスプレイデバイス4 には実施形態5 と同様のストライプ画像を表示し、バックライト光源1 からの光は光変調器20上に形成されたマスクパターンの開口部8 を透過し、縦レンチキュラーレンズ3 を通ってディスプレイデバイス4 を照明し、観察者の両眼に左右の視差画像が分離して観察される。
【０１２４】
次に、図17に実施形態6 の垂直断面の作用説明図を示し、上下方向の観察領域の説明を行う。図17にはこの断面については光学作用を持たない縦レンチキュラーレンズ3 および光学作用に直接関係しないディスプレイデバイス4 の基板等を省略しており、横レンチキュラーレンズ7 についても概念的に表現する。
【０１２５】
光変調器20上のマスクパターン9 の開口部は図16に示す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4 に表示された横ストライプ画像の左右のストライプ画素に対応している。
【０１２６】
図17中の開口部8 の開口パターンは観察者のどちらか片方の眼用のストライプ画素を照明するためのもので、図においては例えば観察者の左眼用のストライプ画素(Li)を照明するものとする。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4 では左眼に対応する左ストライプ画素(Li)を白抜きで、右眼に対応する右ストライプ画素(Ri)を斜線をかけて表す。
【０１２７】
ここで、マスクパターン9 の開口部8 の垂直方向の幅をVm、横レンチキュラーレンズ7 の横シリンドリカルレンズのピッチをVL、横レンチキュラーレンズ7 の横シリンドリカルレンズの図17の紙面内の焦点距離をfVとし、ディスプレイデバイス4 上のストライプ画素の垂直方向の幅をPV1 、ディスプレイデバイス4 と横レンチキュラーレンズ7 との換算距離をLV1 、横レンチキュラーレンズ7 と光変調器20との換算距離 (横レンチキュラーレンズ7 の光変調器20側の主点と光変調器20の表示面との距離を空気中の値に換算した光学的距離) をLV2 とするとき、これらの諸元は条件式(3),(4),(5) を満足している。
【０１２８】
このとき実施形態2 の図5 で説明したように、開口部8-1 の各部分から射出する光線はそれに対応する複数の左ストライプ画素の上のみに紙面に垂直な焦線として集光する。
【０１２９】
そしてこれらの光束は上下方向にのみ集光時のNAに応じて発散し、観察者の眼を所定の高さにおけば、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観察領域が得られる。
【０１３０】
ここでは観察者が左眼でもって左ストライプ画素を観察する場合について説明したが、右ストライプ画素を観察する場合についても同様の作用がある。
【０１３１】
図18は本実施形態の垂直方向の断面図であり、図17では省略した部材も図示してある。ここで、マスクパターン9 の開口部8 の垂直方向の幅をVm、横レンチキュラーレンズ7 の横シリンドリカルレンズのピッチをVL、ディスプレイデバイス4 上のストライプ画素の垂直方向の幅をPV1 、ディスプレイデバイス4 と横レンチキュラーレンズ7 との換算距離をLV1 、横レンチキュラーレンズ7 と光変調器20との換算距離をLV2 、横レンチキュラーレンズ7 の横シリンドリカルレンズの図18の紙面内の焦点距離をfVとするとき、これらの諸元は式(3)、(4)、(5) の関係をみたすように
PV1=Vm=VL、  LV1=LV2、  fV=LV1/2
と設定しており、既に図17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。
【０１３２】
この構成において垂直方向の光学作用は式(3)、(4)、(5) を満たせば良く、光変調器20と横レンチキュラーレンズ7 との換算距離LV2 は、任意に大きくでき、また縦レンチキュラーレンズ3 は、その他の部材との物理的干渉がなければ横レンチキュラーレンズ7 の特性に関係なく、配置、設定できるので縦レンチキュラーレンズ3 を横レンチキュラーレンズ7 の近くに配置すれば、光変調器20と縦レンチキュラーレンズ3 の換算距離Lh2 は任意に大きく出来る。
【０１３３】
このため本実施形態においても実施形態5 と同様に光変調器20の水平方向の画素サイズPh2 をディスプレイデバイス4 のそれと同等またはそれより大きく設定しても光変調器20と縦レンチキュラーレンズ3 との換算距離Lh2 をこれに応じて大きく設定すれば眼間距離E に比べて小さな単位で観察領域を左右に移動できる。
【０１３４】
また本実施形態ではPV1=Vm=PV2と設定しているので画像表示用のディスプレイデバイス4 とマスクパターン形成用の光変調器20をまったく同一のLCD で構成することができる。
【０１３５】
次にこれまでの実施形態では説明しなかった観察領域の前後の移動について説明する。縦レンチキュラーレンズ3 の縦シリンドリカルレンズのピッチHLおよび光変調器20と縦レンチキュラーレンズ3 との換算距離Lh2 を固定とし、光変調器20上に形成されるマスクパターンの水平方向の一対の開口部と遮光部の水平方向の幅Hmを変数とすると、条件式(2) 、(1)により
【０１３６】
【数１４】
0003703225.tif 000014
となり、幅 (ピッチ) Hmを変えることにより観察距離 Lh1を変えることができる。この場合、E は右眼用の画像情報を持った光束による照明領域と左眼用の画像情報を持った光束による照明領域の間隔であり、平均的な観察者の眼間距離である65mmより大きければ立体画像を観察するのに問題は無い。
【０１３７】
マスクパターン9 の水平方向の一対の開口部と遮光部は光変調器20の水平方向の画素サイズPh2 を単位として変えることができる。
【０１３８】
例えばPh2=0.1mm 、Lh2=20mm、HL=3.8806mm とし、基準状態でLh1=650mm 、E=65mm、Hm=4mmとするとマスクパターン9 の水平方向の一対の開口部と遮光部は各々20画素で構成される。開口部を19画素、遮光部を20画素で構成するとHm=3.9mmとなり、式(9) に応じて観察距離Lh1=1959mmと変えることができる。
【０１３９】
さらに細かく観察距離を変えたい場合は、n 個の開口部、遮光部を1 単位としてこの中で幾つかの開口部・遮光部のサイズを変え、実効的にピッチサイズをきめ細かく変えることができる。
【０１４０】
図19は合成開口の説明図であるが、ここに示すように例えば開口部25個、遮光部25個を1 単位としてその中の1 開口部と1 遮光部を19画素で構成し、それ以外の開口部、遮光部を各々20画素で構成し、この単位を繰り返すと実効的なピッチHmは
(2mm・24+1.9mm+2mm・24+1.9mm)/25=3.992mm
となり式(9) により、観察距離Lh1=697mm とすることができる。以後この手法を合成ピッチ法と呼ぶことにする。
【０１４１】
表2 に本実施形態の構成による実際の設計数値例を示す。
【０１４２】
表２
Hm1/2 ・・・マスクパターン上の基準の1 開口部又は1 遮光部の水平方向の幅 (水平サイズ)
Hm2/2 ・・・マスクパターン上の別のサイズの1 開口部又は1 遮光部の水平方向の幅 (水平サイズ)
Hm実効 ・・・マスクパターン上の一対の開口部・遮光部の実効的な水平方向の幅 (水平サイズ)
HL ・・・縦レンチキュラーレンズの縦シリンドリカルレンズのピッチ
PV1 ・・・ディスプレイデバイス上のストライプ画素の垂直方向の幅
PV2 ・・・光変調器の垂直方向の画素サイズ
Lh1 ・・・観察者と縦レンチキュラーレンズとの換算距離
Lh2 ・・・縦レンチキュラーレンズとマスクパターンとの換算距離
VL ・・・横レンチキュラーレンズの横シリンドリカルレンズのピッチ
LV1 ・・・ディスプレイデバイスと横レンチキュラーレンズとの換算距離
LV2 ・・・横レンチキュラーレンズとマスクパターンとの換算距離
Ph1 ・・・ディスプレイデバイスの水平方向の画素サイズ
Ph2 ・・・光変調器の水平方向の画素サイズ
fh ・・・縦レンチキュラーレンズの縦シリンドリカルレンズの水平断面内の焦点距離
fV ・・・横レンチキュラーレンズの横シリンドリカルレンズの垂直断面内の焦点距離
E  ・・・左右のストライプ画素を通った光束が観察位置で水平方向に分離する間隔
N 開口 ・・・合成ピッチ法における1 単位内の開口部数
N 遮光 ・・・合成ピッチ法における1 単位内の遮光部数
n 開口 ・・・合成ピッチ法における1 単位内で基準サイズと異なる開口部サイズの開口部数
n 遮光 ・・・合成ピッチ法における1 単位内で基準サイズと異なる遮光部サイズの遮光部数
【０１４３】
【表２】
0003703225.tif 000015
本数値例では、光変調器20の水平方向の画素サイズ 0.1mm、基準の1 開口部および遮光部を20画素、サイズ2mm としてE/20単位の移動を行う。また合せて50個の開口部・遮光部を1 単位として、合成ピッチ法を用いて、前後の観察位置の変化を行う。
【０１４４】
又、本発明の立体画像表示装置に観察者の位置を検知する位置検出手段を設置して観察者の位置を検知し、その位置情報により光変調器20上のマスクパターンを変えることにより観察者の移動に伴って立体視領域を左右、前後に移動させ追従させることができる。
【０１４５】
図20は本発明の立体画像表示装置の実施形態7 の要部概略図である。本実施形態は実施形態6 に観察者の位置を検知する位置検出手段を設置し、観察者の動きに観察領域を追従させるものである。立体画像表示部は実施形態6 と同じである。
【０１４６】
図中、51は位置センサー (位置検出手段) であり、観察者54の位置を検出する。観察者の位置検知の方法については、従来より多数の提案があり、本実施形態では観察者の水平方向の位置が検知できるいろいろな方法を用いることが出来る。例えばTVカメラで観察者の像を撮影し、画像処理によって観察者の顔の中心位置を求める方法を用いる。又、観察者の前後方向の距離の検知にはすでに知られている所謂カメラ等のオートフォーカスの方法を用いれば良い。53は制御ユニットであり、観察者の位置情報をもとに光変調器20上にマスクパターン9 を形成する。
【０１４７】
本実施形態の立体視領域の追従作用を説明する。位置センサー51は観察者の左右及び前後方向の位置を検知し、以後本実施形態は以下の様に制御を行う。
▲１▼ 位置センサー51があらかじめ設定された観察者の基準位置からの観察者54の水平方向のずれ x及びディスプレイデバイス4 からディスプレイデバイス4 の表示面に対して垂直方向に計測した観察者54までの距離L0を検知する。 (正しくは縦レンチキュラレンズ3 から観察者までの距離Lh1 であるが、Lh1 ≒L0であるので、ここではディスプレイデバイス4 からの観察距離L0として説明する) 。
▲２▼ 制御ユニット53は検知された距離L0に対して
【０１４８】
【数１５】
0003703225.tif 000016
の演算により光変調器20に表示すべきマスクパターン9 の水平方向の一対の開口部・遮光部の水平方向の幅Hmを計算するが、幅Hmが光変調器20の水平画素サイズPh2 の整数倍になっていない場合に備えて、制御ユニット53は観察距離L0に対して最適なマスクパターンを構成するためのデータ {該合成ピッチの1 つの単位の開口部、遮光部の数、ピッチを変える開口部、遮光部の数、基準のピッチサイズ等又は複数の観察距離L0i に対応する複数の正の整数列(K1,K2,・・・・Kn)i}を制御ユニット内のROM  (メモリー) に持っており、水平方向のずれx と距離L0に応じて適切なサイズの開口部・遮光部を表示する。
【０１４９】
又は、メモリーに複数の距離L0i に対して関係式：
0003703225.tif 000017
に従って予め設定した正の整数列(k1、k2・・・・kn)iを記録しておき、位置検出手段が検出するディスプレイデバイスから該ディスプレイデバイスの表示面に対して垂直方向に計測した観察者までの距離L0に応じて整数列(k1、k2・・・・kn)kを選択し、該整数列(k1、k2・・・・kn)kを用いて一単位内のj 番目の開口部及び遮光部の水平方向のサイズを画素サイズPh2 のkj倍として開口部・遮光部を形成し、距離L0に適する市松状のマスクパターンを表示する。
【０１５０】
以上により、観察者の位置があらかじめ設定された基準の位置から水平方向や前後方向にずれていてもクロストークや逆立体視がない良好な立体画像を表示することが出来る。
【０１５１】
なお本実施形態においてはバックライト光源1 と光変調器20を用いてパターン化された光源を形成したが、CRT などの自発光型表示素子によりパターン化された光源を用いても同様に本実施形態の立体画像表示装置を構成出来る。
【０１５２】
図21は本発明の立体画像表示装置の実施形態8 の要部概略図である。本実施形態は実施形態7 の2 つのレンチキュラーレンズの配置順序を変えたものである。
【０１５３】
本実施形態においても既に述べた式(1) から式(5) の関係が成立する様に各部材の諸元を設定してある。本実施形態においても実施形態6 や7 と同様に、垂直方向の光学作用と水平方向の光学作用は独立している。
【０１５４】
実施形態7 においては光変調器20と縦レンチキュラーレンズ3 との換算距離Lh2 を大きくすることにより横レンチキュラーレンズ7 と光変調器20との換算距離LV2 、および横レンチキュラーレンズ7 とディスプレイデバイス4 との換算距離LV1 を夫々換算距離Lh2 よりも大きく設定する必要があり、光変調器20とディスプレイデバイス4 との換算距離は、換算距離Lh2 の2 倍よりも大きくなり、装置の厚さが大きくなる傾向が有った。
【０１５５】
本実施形態においては縦レンチキュラーレンズ3 が横レンチキュラーレンズ7 よりも光変調器20から離れた位置に配置しているために、ディスプレイデバイス4 と光変調器20との換算距離は、光変調器20と縦レンチキュラーレンズ3 との換算距離Lh2 とほぼ同じ大きさにでき、装置全体の厚みを薄くすることができる。
【０１５６】
このように本発明においては、2 つのレンチキュラーレンズの配置の順番に関係なく、条件式(1) から(5) を満たす様に装置を構成すれば同じ効果を得ることができるが、これは既に述べた様に垂直方向の光学作用と水平方向の光学作用が独立しているためである。
【０１５７】
本実施形態においても実施形態7 とまったく同様の方法によって観察領域を左右、前後に移動することができ、また観察者の位置センサーを取りつけて、その出力により光変調器20に表示するマスクパターンを変化させることにより観察領域を観察者の動きに対して追従させることができる。
【０１５８】
表3 に本実施形態の構成による実際の設計数値例を示す。
【０１５９】
表３
Hm1/2 ・・・マスクパターン上の基準の1 開口部又は1 遮光部の水平方向の幅 (水平サイズ)
Hm2/2 ・・・マスクパターン上の別のサイズの1 開口部又は1 遮光部の水平方向の幅 (水平サイズ)
Hm実効 ・・・マスクパターン上の一対の開口部・遮光部の実効的な水平方向の幅 (水平サイズ)
HL ・・・縦レンチキュラーレンズの縦シリンドリカルレンズのピッチ
PV1 ・・・ディスプレイデバイス上のストライプ画素の垂直方向の幅
PV2 ・・・光変調器の垂直方向の画素サイズ
Lh1 ・・・観察者と縦レンチキュラーレンズとの換算距離
Lh2 ・・・縦レンチキュラーレンズとマスクパターンとの換算距離
VL ・・・横レンチキュラーレンズの横シリンドリカルレンズのピッチ
LV1 ・・・ディスプレイデバイスと横レンチキュラーレンズとの換算距離
LV2 ・・・横レンチキュラーレンズとマスクパターンとの換算距離
Ph1 ・・・ディスプレイデバイスの水平方向の画素サイズ
Ph2 ・・・光変調器の水平方向の画素サイズ
fh ・・・縦レンチキュラーレンズの縦シリンドリカルレンズの水平断面内の焦点距離
fV ・・・横レンチキュラーレンズの横シリンドリカルレンズの垂直断面内の焦点距離
E  ・・・左右のストライプ画素を通った光束が観察位置で水平方向に分離する間隔
N 開口 ・・・合成ピッチ法における1 単位内の開口部数
N 遮光 ・・・合成ピッチ法における1 単位内の遮光部数
n 開口 ・・・合成ピッチ法における1 単位内で基準サイズと異なる開口部サイズの開口部数
n 遮光 ・・・合成ピッチ法における1 単位内で基準サイズと異なる遮光部サイズの遮光部数
【０１６０】
【表３】
0003703225.tif 000018
【０１６１】
【発明の効果】
本発明は以上の構成により、時分割で視差画像を表示する従来の方法ではディスプレイデバイスに高いフレームレートが要求されたのに対し、マスクパターンとレンチキュラーレンズを用いてマスクパターンの開口部から射出される光の指向性を制御し、ディスプレイデバイス上に表示される横ストライプ画像の各ストライプ画素をクロストークなく照明して、ストライプ状ではあるが常に左右の視差画像を観察者のそれぞれの眼に視認させて、ディスプレイデバイスに要求される表示速度（フレームレート）を高くすることなく立体画像を観察でき、しかも立体視できる観察領域の広い立体画像表示方法及びそれを用いた立体画像表示装置を達成する。
【０１６２】
その他、本発明は、
（３−１）  1 走査線の幅または複数の走査線の幅の左右のストライプ画素によって構成する横ストライプ画像を用いるので、ディスプレイデバイス4 の水平方向の画素構造に制約が無く、カラーフイルタ配列は任意のものを使用することができる。
【０１６３】
従って、ディスプレイデバイスとして、縦ストライプのカラーフィルタを使用した液晶表示デバイスを用いれば容易に立体表示をフルカラーで行うことができる。
（３−２）  観察者から見てディスプレイデバイスの後ろ側にレンチキュラーレンズとマスクパターンを配置して照明光に指向性を持たせることにより、レンチキュラーレンズの表面反射や液晶ディスプレイデバイス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の発生をなくすことができる。
（３−３）  マスクパターンの開口やレンチキュラーレンズのピッチを大きくすることができ、それらの光学素子の作製が容易になり、その結果として装置のコストを低減できる。
（３−４）  位置検出手段によって観察者の位置を検出し、その位置に応じてマスクパターン又は発光パターンのパラメーターを変化させることにより右ストライプ画素の情報を有する光束と左ストライプ画素の情報を有する光束が分離して夫々集光する領域を該観察者の位置に追従させることが出来、しかもディスプレイデバイスが離散的な画素構造であるにもかかわらず該追従を滑らかに行うことができる。
（３−５）  立体画像表示の解像度を高めるためにディスプレイデバイスとして現時点で画素サイズの最小な液晶素子を用いる際、マスクパターンを形成する液晶素子等の光変調器の画素サイズは該ディスプレイデバイスの画素サイズと同等かそれよりも大きくなる。
【０１６４】
このような光変調器でマスクパターンを形成しても右ストライプ画素の情報を有する光束と左ストライプ画素の情報を有する光束が分離して夫々集光する領域を該観察者の位置に滑らかに追従させることを可能にする。
等のうちの少なくとも１つの効果を有する立体画像表示方法及びそれを用いた立体画像表示装置を達成する。
【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 の要部概略図
【図２】  実施形態1 の作用説明図
【図３】  実施形態1 の横ストライプ画像の合成方法の説明図
【図４】  本発明の立体画像表示装置の実施形態2 の要部概略図
【図５】  実施形態2 の垂直断面の作用説明図
【図６】  本発明の立体画像表示装置の実施形態3 の要部概略図
【図７】  本発明の立体画像表示装置の実施形態4 の要部概略図
【図８】  実施形態4 のストライプ画像の合成方法の説明図
【図９】  本発明の立体画像表示装置の実施形態5 の要部概略図
【図１０】  実施形態5 の水平断面の作用説明図
【図１１】  実施形態5 の水平断面説明図
【図１２】  実施形態5 の観察面付近の光線の集まりを説明する図
【図１３】  実施形態1 及び実施形態5 の垂直断面の作用説明図
【図１４】  実施形態5 の立体視領域を水平方向に移動させる作用の説明図
【図１５】  実施形態5 の観察面付近での光線束の移動を示す図
【図１６】  本発明の立体画像表示装置の実施形態6 の要部概略図
【図１７】  実施形態6 の垂直断面の作用説明図
【図１８】  実施形態6 の垂直方向の断面図
【図１９】  合成開口の説明図
【図２０】  本発明の立体画像表示装置の実施形態7 の要部概略図
【図２１】  本発明の立体画像表示装置の実施形態8 の要部概略図
【図２２】  従来の立体画像表示装置の基本構成図
【符号の説明】
1    バックライト光源
2    マスク
3    縦レンチキュラーレンズ（縦シリンドリカルレンズアレイ)
4    ディスプレイデバイス
5    画像処理手段
6    ディスプレイ駆動回路
7    横レンチキュラーレンズ（横シリンドリカルレンズアレイ)
8    開口部
9    マスクパターン
Hm    マスクパターン上の水平方向一対の開口部・遮光部の水平方向の幅
Vm    マスクパターンの開口部の垂直方向の幅
Vm'   マスクパターンの遮光部の垂直方向の幅
HL    縦レンチキュラーレンズを構成する縦シリンドリカルレンズのピッチ
PV1   ディスプレイデバイス上のストライプ画素の垂直方向の幅
PV2   マスクパターンの開口部の垂直方向のピッチの1/2
又は、光変調器又は自発光型表示素子の垂直方向の画素サイズ
Lh1   観察者と縦レンチキュラーレンズとの換算距離
Lh2   縦レンチキュラーレンズとマスクパターンとの換算距離
D     ディスプレイデバイスとマスクパターンとの換算距離
VL    横レンチキュラーレンズを構成する横シリンドリカルレンズのピッチ
LV1   ディスプレイデバイスと横レンチキュラーレンズとの換算距離
LV2   横レンチキュラーレンズとマスクパターンとの換算距離
Ph1   ディスプレイデバイスの水平方向の画素サイズ
Ph2   光変調器又は自発光型表示素子の水平方向の画素サイズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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