(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも４つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる左眼映像用光源と、少なくとも４つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる右眼映像用光源と、横方向に並ぶ画素に左眼映像と右眼映像を交互に表示させる画像表示手段と、前記左眼映像用光源の光を前記画像表示手段の左眼映像が表示される画素部分に、前記右眼映像用光源の光を前記画像表示手段の右眼映像が表示される画素部分に各々集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第１の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各左眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の左眼に、右眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の右眼にそれぞれ導く第２の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備えた眼鏡無し立体映像表示装置。
【請求項２】
左眼用システムと、右眼用システムと、一方のシステムからの映像光を透過し、他方のシステムからの映像光を反射することで、左眼用システムからの左眼用映像及び右眼用システムからの右眼用映像を観察者の眼に導くハーフミラーとから成り、
前記左眼用システムは、少なくとも４つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる左眼映像用光源と、画素に左眼映像を表示させる画像表示手段と、前記左眼映像用光源の光を前記画像表示手段の左眼映像が表示される画素部分に集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第１の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各左眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の左眼に導く第２の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備え、
前記右眼用システムは、少なくとも４つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる右眼映像用光源と、画素に右眼映像を表示させる画像表示手段と、前記右眼映像用光源の光を前記画像表示手段の右眼映像が表示される画素部分に集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第１の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各右眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の右眼に導く第２の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備えたことを特徴とする眼鏡無し立体映像表示装置。
【請求項３】
前記第２の光学手段と画像表示手段における画素形成面との間に拡散板を設け、この拡散板に光源光到達狭幅領域が形成されるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の眼鏡無し立体映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特殊な眼鏡を使用することなく立体映像を観察することができる眼鏡無し立体映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特殊な眼鏡を必要とせずに立体映像表示を実現する方法として、液晶プロジェクタを２台用いるとともにスクリーンとしてダブルレンチキュラースクリーンを用いたダブルレンチキュラー方式のものが提案されている。この方式は、図６に示すように、一方の液晶プロジェクター１００ａは左眼用映像を、他方の液晶プロジェクター１００ｂは右眼用映像をそれぞれ表示し、当該映像をその前方に配置したダブルレンチキュラースクリーン２００に投写する方式である。ダブルレンチキュラースクリーン２００は、像を結像する拡散板２００ｂを挟むようにその前後両側にレンチキュラースクリーン２００ａ，２００ｃを配置した構造になっており、入射側、即ち液晶プロジェクター１００ａ，１００ｂ側のレンチキュラースクリーン２００ａの作用により、左眼用映像と右眼用映像はそれぞれ縦ストライプ状の像２００ｂＬ，２００ｂＲとなって、交互に拡散板２００ｂ上に結像される。そして、拡散板２００ｂの光出射側、即ち観察者側に配置された前記レンチキュラースクリーン２００ｃの作用により、拡散板２００ｂ上に結像した縦ストライプ状の像のうち、右眼用ストライプ像は観察者３００の右眼（３Ｒ）に、左眼用のストライプ像は観察者３００の左眼（３Ｌ）にそれぞれ分離されて導かれる。これら左右の眼用の縦ストライプ像を左右のそれぞれの眼で観察する観察者は、両眼視差の働きにより、特殊な眼鏡を装着することなしに立体像を観察することができる。
【０００３】
ところで、この種の立体映像表示装置では、図７に示すように、スクリーン２００からの最適観察距離（図中Ｄ）においては右眼用映像或いは左眼用映像を観察できる領域が交互に存在する。図７では、Ｒと表記された矢示範囲が右眼映像観察領域であり、Ｌと表記された矢示範囲が左眼映像観察領域である。従って、観察者の右眼３ＲがＲ領域、左眼３ＬがＬ領域にある場合（図中Ａの位置）においては、立体視は可能であるが、逆の場合（図中のＢ）の位置においては、逆視となり、立体像を観察できなくなる。
【０００４】
従来、観察者の頭部位置ずれによる逆視状態を防止する手法として、例えば、図８及び図９に示すように、観察者３００の頭部の位置を検出するセンサ１０にて観察者３００の頭部位置を検出し、逆視位置にあると判断されたときには、二つの液晶プロジェクター１００ａ，１００ｂ（図８及び図９では図示せず）の映像を入れ換えて、表示される左右映像を入れ換えるようにしたものが知られている。かかる構造であれば、図８のごとく観察者３００が正規の映像観察位置に位置している状態から逆視位置に移動すると、図９のごとく、表示される左右映像を入れ換えることにより、観察者の右眼の位置に菱形で示されたＲの映像観察領域を位置させることができ、観察者の左眼の位置に菱形で示されたＬの映像観察領域を位置させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、左右映像を入れ換えるための手段が必要になる。また、大画面ディスプレイの場合、複数人で観察することが多く、この場合、一人の観察者のみが移動したときに、そのヘッドトラッキングにより左右映像が切り換えられてしまうと、正規の映像観察位置にいる他の観察者は適正な映像を観察することができなくなるという欠点があった。
【０００６】
この発明は、上記の事情に鑑み、左右映像を入れ換えるための手段を必要とせず、また、多人数で観察している場合でも各人が適正に立体映像を観察することが可能な眼鏡無し立体映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の眼鏡無し立体映像表示装置は、上記の課題を解決するために、少なくとも４つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる左眼映像用光源と、少なくとも４つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる右眼映像用光源と、横方向に並ぶ画素に左眼映像と右眼映像を交互に表示させる画像表示手段と、前記左眼映像用光源の光を前記画像表示手段の左眼映像が表示される画素部分に、前記右眼映像用光源の光を前記画像表示手段の右眼映像が表示される画素部分に各々集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第１の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各左眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の左眼に、右眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の右眼にそれぞれ導く第２の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記の構成であれば、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域（発光ポイント）が形成される。そして、前記の光源制御手段によって各発光領域での発光と消灯が制御されることにより、各画素内での前記光源光到達狭幅領域（発光ポイント）が個別に移動し、観察者に対するヘッドトラッキングが実現される。なお、各画素内で形成される光源光到達狭幅領域の数を多くするほど、より多くの観察者に対応することができる。
【０００９】
また、この発明の眼鏡無し立体映像表示装置は、左眼用システムと、右眼用システムと、一方のシステムからの映像光を透過し、他方のシステムからの映像光を反射することで、左眼用システムからの左眼用映像及び右眼用システムからの右眼用映像を観察者の眼に導くハーフミラーとから成り、前記左眼用システムは、少なくとも４つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる左眼映像用光源と、画素に左眼映像を表示させる画像表示手段と、前記左眼映像用光源の光を前記画像表示手段の左眼映像が表示される画素部分に集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第１の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各左眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の左眼に導く第２の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備え、前記右眼用システムは、少なくとも４つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる右眼映像用光源と、画素に右眼映像を表示させる画像表示手段と、前記右眼映像用光源の光を前記画像表示手段の右眼映像が表示される画素部分に集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第１の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各右眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の右眼に導く第２の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
かかる構成であれば、上述のヘッドトラッキングを実現できるとともに、横方向に並ぶ画素に左眼映像と右眼映像を交互に表示させる場合に比べて解像度を２倍にすることができる。
【００１１】
第２の光学手段と画像表示手段における画素形成面との間に拡散板を設け、この拡散板に光源光到達狭幅領域が形成されるようにしてもよい。かかる構成であれば、光源光到達狭幅領域を第２の光学手段に近接させることができるので、適視距離を短くすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、この実施の形態の眼鏡無し立体映像表示装置を示した説明図であり、図２は、図１における観察者３Ｂの頭部が眼間距離だけ図に向かって左方向に移動した場合を示した説明図である。
【００１３】
この実施の形態の眼鏡無し立体映像表示装置は、左眼映像用光源１Ｌと、右眼映像用光源１Ｒと、横方向に並ぶ画素に左眼映像と右眼映像を交互に表示させる画像表示手段（液晶表示パネル１１及び映像信号供給部１２）と、第１の光学手段である入射側レンチキュラーレンズ２１と、第２の光学手段である出射側レンチキュラーレンズ２２と、光源制御部９と、センサ１０とを備えて成る。
【００１４】
左眼映像用光源１Ｌは、８個の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる。また、右眼映像用光源１Ｒは、８個の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる。このような光源１Ｌ，１Ｒは、例えば８本の蛍光管を各々縦長に配置することで構成してもよいし、或いは、複数個のＬＥＤやＥＬ素子を縦方向に配列してこれを一つの発光領域とし、これを８つ分設けることで構成してもよいものである。勿論、８個には限らないものである。
【００１５】
液晶表示パネル１１は、液晶層と、この液晶層を挟むように設けられた一対の透明ガラス板と、一方の透明電極をなすＩＴＯ画素電極部と、他方の透明電極を成すＩＴＯベタパターンと、出射側／入射側偏光板とを備えてなる。映像信号供給部１２は、映像信号を処理して前記液晶パネル１１に供給するものであり、この処理により、液晶表示パネル１１の横方向に並ぶ画素に左眼映像と右眼映像が交互に表示されることになる。
【００１６】
入射側レンチキュラーレンズ２１は、レンズ部２１ａ…を有し、前記左眼映像用光源１Ｌの光を液晶表示パネル１１の左眼映像が表示される画素部分に、前記右眼映像用光源１Ｒの光を液晶表示パネル１１の右眼映像が表示される画素部分に各々集光させ、各画素縦列内で画素幅より狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域（発光ポイント）を形成する。なお、図において液晶表示パネル１１の光出射面側に描いている■と□は、物体として存在しているのではなく、光源１Ｌ，１Ｒにおける発光している発光領域に対応する液晶画素上での集光点（発光ポイント）を□で示し、光源１Ｌ，１Ｒにおける発光していない発光領域に対応して光が到達していない部分を■で示しているにすぎない。
【００１７】
出射側レンチキュラーレンズ２２は、液晶表示パネル１１の画素ピッチに対応したピッチで配列されたレンズ部２２ａ…を有している。このレンズ部２２ａ…は、図６の出射側レンチキュラーレンズのレンズ部の１／２のピッチを有する。そして、図１に示している状態では、前記光源１Ｌにおいて２つの発光領域が発光しており、この２つの発光領域に対応して形成された液晶表示パネル１１における左眼画素の２つの光源光到達狭幅領域（発光ポイント）からの光（左眼映像）は、２人の観察者３Ａ，３Ｂの各々の左眼にそれぞれ導かれる。また、前記光源１Ｒにおいて２つの発光領域が発光しており、この２つの発光領域に対応して形成された液晶表示パネル１１の右眼画素の２つの光源光到達狭幅領域（発光ポイント）からの光（右眼映像）は、２人の観察者３Ａ，３Ｂの各々の右眼にそれぞれ導びかれる。
【００１８】
光源制御部９は、前記センサ１０の出力に基づき、観察者３…の位置に応じて前記光源１Ｒ、１Ｌの発光領域の発光と消灯を制御する。例えば、観察者が２人（３Ａ，３Ｂ）の場合を示した図１においては、光源１Ｌは、図に向かって左から３番目と７番目の発光領域を発光するように制御され、光源１Ｒは、図に向かって左から２番目と６番目の発光領域を発光するように制御される。また、図１の状態から観察者３Ｂの頭部が左方向に眼間距離だけ移動した状態を示した図２においては、光源１Ｌは、図に向かって左から３番目と６番目の発光領域を発光するように制御され、光源１Ｒは、図に向かって左から２番目と５番目の発光領域を発光するように制御される。
【００１９】
ここで、光源１Ｌ，１Ｒの発光領域の全てを発光させた場合においては、各画素の全体に光源からの光が到達し、各画素の観察位置での像は、眼間距離よりも遙かに大きなものとなり、観察者は立体像を認識することはできない。一方、各光源１Ｌ，１Ｒの一つ発光領域が発光した場合には、各画素の一部分（光源光到達狭幅領域）が発光ポイントとなり、この一部分についての観察位置での像は、眼間距離に相当する大きさとなる。上記の一部分（光源光到達狭幅領域）の位置が一つ分ずれると、上記一部分についての観察位置での像は眼間距離に相当する距離だけ移動することになる。
【００２０】
図１の状態から、図２に示すように、観察者３Ｂだけが図面に向かって左方向に眼間距離移動したとする。この観察者３Ｂの移動はセンサ１０によって検出され、この検出情報は光源制御部９に与えられる。この光源制御部９は、光源１Ｌ，１Ｒに対して光源領域ＯＮ／ＯＦＦ信号を与える。この場合の光源信号ＯＮ／ＯＦＦ信号は、光源１Ｌに対しては、図に向かって左から７番目の発光領域を消灯して６番目の発光領域を発光する、という内容の信号となり、光源１Ｒに対しては、図に向かって左から６番目の発光領域を消灯して５番目の発光領域を発光する、という内容の信号となる。このようにして発光する領域が移動することで、前述した液晶表示パネル１１の各画素の一部分（光源光到達狭幅領域）の位置が一つ分右側に移動し、この移動した一部分についての各レンズ部２２ａによる観察位置での像は眼間距離に相当する距離だけ左側に位置し、観察者３Ｂは移動した位置においても適正に立体視を行うことができることになる。
【００２１】
（実施の形態２）
以下、この発明の第２の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２２】
図３は、この第２の実施の形態の眼鏡無し立体映像表示装置を示した説明図である。説明の便宜上、実施の形態１の構成における部材と同一の機能を有する部材には同一の符号を付記してその説明を省略している。実施の形態１との相違点は、液晶表示パネル１１と出射側レンチキュラーレンズ２２との間に、拡散板１３を配置するとともに、この拡散板１３に結像するように入射側レンチキュラーレンズ２１や光源１Ｌ，１Ｒの配置等を設定したことである。前記拡散板１３を配置し、液晶表示パネル１１の各画素の一部分（光源光到達狭幅領域）を通過した光を拡散板１１上に結像させると、実施の形態１よりも出射側レンチキュラーレンズ２２に近い位置に像（発光ポイント）が形成されることになる。
【００２３】
即ち、拡散板１３を備えない場合には、液晶表示パネルの液晶層に光が集光されてこの部分が発光ポイントとなり、液晶表示パネルにおける出射側ガラス板（図示せず）の厚みの分だけ、発光ポイントが出射側レンチキュラーレンズ２２から遠くなってしまうが、上記拡散板１３を備えてこれに光を集光（結像）させることで、発光ポイントを出射側レンチキュラーレンズ２２に密着させることができ、適視距離（適正に立体視できる出射側レンチキュラーレンズと観察者との間の距離）を短くすることができる。
【００２４】
（実施の形態３）
図４は、この実施の形態の二つの片眼用システムから成る眼鏡無し立体映像表示装置の概略構成を示した説明図である。右眼用システムは、図１に示した構成のうち、右眼映像用光源１Ｒと、入射側レンチキュラーレンズ２１に相当する入射側レンチキュラーレンズ２１′と、液晶表示パネル１１と、映像信号供給部１２と、出射側レンチキュラーレンズ２２と、を備える。左眼用システムは、図１に示した構成のうち、左眼映像用光源１Ｌと、入射側レンチキュラーレンズ２１に相当する入射側レンチキュラーレンズ２１′と、液晶表示パネル１１と、映像信号供給部１２と、出射側レンチキュラーレンズ２２とを備える。また、図示はしていないが、観察者３の頭部位置を検出するセンサ１０及び光源制御部９が設けられる。
【００２５】
図５は、左眼用システムの説明図である。右眼用システムについては、表示する映像が異なるだけで、構成及び機能は左眼用システムと基本的に同じであるので図示を省略し、以下は、左眼用システムについてのみ説明する。入射側レンチキュラー２１′のレンズピッチは、図１の入射側レンチキュラーレンズ２１のレンズピッチの１／２に設定されており、液晶表示パネル１１の各画素には左眼映像のみが表示され、解像度は２倍になる。一つ一つの画素の大きさは図１と同様であり、また、光源光到達狭幅領域（発光ポイント）の大きさも図１と同様である。
【００２６】
ハーフミラー１１は、右眼用システムからの右眼映像を透過させ、左眼用システムからの左眼映像を反射させることにより、各々の映像光を観察者３の眼に導くようになっている。
【００２７】
かかる構成においても、実施の形態１と同様、液晶表示パネル１１の各画素内でそれより狭い幅となる発光領域に対応した光源光到達狭幅領域（発光ポイント）が形成される。そして、前記の光源制御部９によって各発光領域での発光と消灯が制御されることにより、各画素内での前記光源光到達狭幅領域（発光ポイント）が個別に移動し、観察者に対するヘッドトラッキングが実現される。また、高い解像度を実現することができる。なお、実施の形態２に示したごとく、出射側レンチキュラーレンズ２２と液晶表示パネル１１との間に拡散板を配置するようにしてもよいものである。
【００２８】
以上説明した実施の形態では、第１光学手段及び第２光学手段としてレンチキュラーレンズを用いたが、これに代えてパララックスバリアを用いることも可能である。また、観察者の位置に応じて表示映像を異ならせる（多方向から撮影した映像を適宜切り換えて表示する）ことで、いわゆる多眼式の眼鏡無し立体映像表示装置を構成することもできる。また、狭幅の発光ポイントの各レンズ部２２ａによる観察位置での像の幅は、眼間距離より小さければよく、幅が狭い程、観察者の移動に対し映像がなめらかに変化する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、左右映像を入れ換えるための手段を必要とせず、また、多人数で観察している場合でも各人が適正に立体映像を観察することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の眼鏡無し立体映像表示装置を示す説明図である。
【図２】図１の状態から一人の観察者が眼間距離移動したときの状態を示した説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２の眼鏡無し立体映像表示装置を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態３の眼鏡無し立体映像表示装置を示す説明図である。
【図５】図４の左眼用システムを拡大して示した説明図である。
【図６】従来の眼鏡無し立体映像表示装置を示した説明図である。
【図７】図６の構成において、右眼用映像と左眼用映像を観察できる領域が交互に存在することを説明するための説明図である。
【図８】図６の構成において、観察者の位置に応じて左右表示映像を切り換える様子を示した説明図である。
【図９】図６の構成において、観察者の位置に応じて左右表示映像を切り換える様子を示した説明図である。
【符号の説明】
１Ｌ    左眼用光源
１Ｒ    右眼用光源
９      光源制御部
１０    センサ
１１    液晶表示パネル
１２    映像信号供給部
１３    拡散板
１４    ハーフミラー
２１    入射側レンチキュラーレンズ
２２    出射側レンチキュラーレンズ
【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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