(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光角が互いに９０°相違する左眼用画像光及び右眼用画像光を合成して観察される画像を表示する画像表示手段（１０）と、
前記画像表示手段（１０）からそれぞれ出射した左眼用画像光及び右眼用画像光を観視者の左眼及び右眼にそれぞれ入射させる集光手段（３０）と、
前記観視者の左眼及び右眼の位置を検出する半顔検出手段（４０）と、
前記画像表示手段（１０）と集光手段（３０）との間に配置され、マトリックス状に区画された複数の光透過領域を有する液晶素子（４）及び一方向の偏光特性を有する偏光板（５）を有し、前記画像表示手段から出射し集光手段を経て観視者の左眼及び右眼にそれぞれ入射する左眼用画像光及び右眼用画像光の光路を規定する光路選択手段（２０）と、
前記半顔検出手段（４０）により検出された観視者の左眼及び右眼の位置情報に基づき前記光路選択手段を制御する制御信号を発生する透過領域制御手段（４０）とを具え、
前記光路選択手段（２０）は、前記液晶素子の各光透過領域が、前記透過領域制御手段からの制御信号により、通過する光の偏光角を変化させることにより左眼用画像光及び右眼用画像光の光路を規定することを特徴とする投写型立体画像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投写型立体画像表示装置において、前記集光手段は、スクリーン面を中心として左眼用および右眼用画像光の出射点と前記左眼用および右眼用画像光の集光点とがそれぞれ面対称となる二重ハエの眼レンズスクリーン装置によって構成されていることを特徴とする投写型立体画像表示装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の投写型立体画像表示装置において、前記集光手段は、該手段を構成するレンズの中心点に対して、左眼用画像光および右眼用画像光の出射点と集光点とがそれぞれ点対称となる凸レンズ、ホログラフィックレンズ、回折格子レンズ、セルフォックレンズまたはフレネルレンズによって構成されていることを特徴とする投写型立体画像表示装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の投写型立体画像表示装置において、前記集光手段は、入射光の光路と出射光の光路とが同一となる猫の眼レンズスクリーン装置またはトリプルミラースクリーン装置によって構成され、当該投写型立体画像表示装置の表示特性を反射表示型にしていることを特徴とする投写型立体画像表示装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の投写型立体画像表示装置において、前記集光手段は、凹面鏡によって構成されていることを特徴とする投写型立体画像表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投写型立体画像表示装置において、前記画像表示手段が拡散板を有し、当該拡散板を、透過型または反射型に構成されていることを特徴とする投写型立体画像表示装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の投写型立体画像表示装置において、前記拡散板に、さらに凸レンズ、フレネルレンズまたはアレイ状レンズを追加配置しているか、または、前記凸レンズ、フレネルレンズまたはアレイ状レンズを拡散板に加工したものを前記拡散板として使用していることを特徴とする投写型立体画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、立体テレビ放送などで使用される立体画像表示装置に係わり、特に偏光眼鏡など特殊な眼鏡を必要とすることなく、観視者が自然な状態で立体画像を観視し得るようにした投写型立体画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立体テレビ放送などで使用される立体画像表示装置として、従来、偏光眼鏡やシャッタ眼鏡など特殊な眼鏡を使用して立体画像を観視する装置と、レンティキュラースクリーンなどを用い、眼鏡無しで立体画像を観視する装置とが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の立体画像表示装置においては、次に述べるような問題点があった。
【０００４】
まず、偏光眼鏡やシャッタ眼鏡など特殊な眼鏡を使用して立体画像を観視する立体画像表示装置では、観視者が立体画像を観視するに際して、偏光眼鏡やシャッタ眼鏡など特殊な眼鏡を着用することが前提条件となっているので、自然な状態で立体画像を観視することができないという問題点があった。
【０００５】
また、レンティキュラースクリーンなどを用い、眼鏡無しで立体画像を観視する立体画像表示装置では、細長いかまぼこ状のレンズを多数並列配置して形成したレンティキュラースクリーンや１枚の板にスリットを多数形成して作製したパララックスバリアなどによって、観視者は左右画像を左右眼用にそれぞれ分離して観視するようにしているので、立体視の可能な範囲（視域）が非常に狭く、観視者が動くと、左右両眼の位置が移動し、左眼用画像が右眼に、右眼用画像が左眼に反転入射して立体画像が成立しないことがあるなどの問題点があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、偏光眼鏡やシャッタ眼鏡など特殊な眼鏡を使用するわずらわしさもなく、また、観視者が動いても、必ず左眼用画像を左眼に、右眼用画像を右眼に導くことによって正しい立体画像を表示するとともに、複数の観視者に対しても、広い視域で大画面の立体画像を観視することのできる投写型立体画像表示装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による投写型立体画像表示装置は、偏光角が互いに９０°相違する左眼用画像光及び右眼用画像光を合成して観察される画像を表示する画像表示手段と、前記画像表示手段からそれぞれ出射した左眼用画像光及び右眼用画像光を観視者の左眼及び右眼にそれぞれ入射させる集光手段と、前記観視者の左眼及び右眼の位置を検出する半顔検出手段と、前記画像表示手段と集光手段との間に配置され、マトリックス状に区画された複数の光透過領域を有する液晶素子及び一方向の偏光特性を有する偏光板を有し、前記画像表示手段から出射し集光手段を経て観視者の左眼及び右眼にそれぞれ入射する左眼用画像光及び右眼用画像光の光路を規定する光路選択手段と、前記半顔検出手段により検出された観視者の左眼及び右眼の位置情報に基づき前記光路選択手段を制御する制御信号を発生する透過領域制御手段とを具え、前記光路選択手段は、前記液晶素子の各光透過領域が、前記透過領域制御手段からの制御信号により、通過する光の偏光角を変化させることにより左眼用画像光及び右眼用画像光の光路を規定することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記光路選択手段が、マトリックス状に区画された複数の領域の中から、前記透過領域制御手段によって透過領域の選択を可能とする液晶素子によって構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記集光手段が、スクリーン面を中心として左眼用および右眼用画像光の出射点と前記左眼用および右眼用画像光の集光点とがそれぞれ面対象となる二重ハエの眼レンズスクリーン装置によって構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記集光手段が、該手段を構成するレンズの中心点に対して、左眼用および右眼用画像光の出射点と前記左眼用および右眼用画像光の集光点とがそれぞれ点対称となる凸レンズ、ホログラフィックレンズ、回折格子レンズ、セルフォックレンズまたはフレネルレンズによって構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記集光手段が、該手段について入射光の光路と出射光の光路とが同一となる猫の眼レンズスクリーン装置またはトリプルミラースクリーン装置によって構成され、かつ該装置の表示特性を反射表示型にしていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記集光手段が、凹面鏡によって構成され、かつ該凹面鏡の表示特性を反射表示型にしていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記拡散板が、透過型または反射型に構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明投写型立体画像表示装置は、前記拡散板に、さらに凸レンズ、フレネルレンズまたはアレイ状レンズを追加配置しているか、または、前記凸レンズ、フレネルレンズまたはアレイ状レンズを拡散板に加工したものを前記拡散板として使用していることを特徴とするものである。
【００１５】
【実施例】
以下に添付図面を参照し、実施例により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明投写型立体画像表示装置の原理的構成図である。
図１において、１０は画像表示手段、２０は光路選択手段および偏光角変位手段、３０は集光手段、および、４０は半顔検出手段および透過領域制御手段をそれぞれ示している。なお、図１において同期信号発生回路５０は、図示のように、画像表示手段１０中の左右両画像プロジェクタ１，２と、半顔検出手段および透過領域制御手段４０中のテレビジョンカメラ７および半顔測定回路８に同期信号を供給するためのものである。
【００１６】
上記において、画像表示手段１０は、左眼用および右眼用画像信号を受信し、立体画像を構成する左眼用画像光および右眼用画像光をそれぞれ発生する画像プロジェクタ１および２を具えている。ここで例えば、画像プロジェクタ１の画像表示窓の直近または光路中に９０度偏光板（図示せず）を配置するなどして、左右両画像光間で相互に偏光角を異ならせてある。これら偏光角が相互に異なった左右両画像光は、同じく画像表示手段１０中の拡散板３上に両画像光の位置合わせがなされた状態で投写される。
【００１７】
拡散板３からの各出射光（それぞれ破線および実線で示す左画像光および右画像光）は光路選択手段および偏光角変位手段２０に入射されるが、この光路選択手段および偏光角変位手段２０は、画像表示装置１０の拡散板３から所定距離だけ離れた位置に配置され、光透過部分をマトリックス状に区画された複数の領域の中から外部制御信号によって任意所望に制御可能な液晶素子（以下、ＬＣＤと書く）などの光透過制御素子４と、一方向性の偏光特性を有する偏光板５と、ＬＣＤ４および偏光板５の透過画像光を、後述する集光手段３０としてのフレネルレンズ上に画像を焦立させるための凸レンズ６とから構成されている。これらのうち、光透過制御素子４は、後述の半顔検出手段および透過領域制御手段４０からの制御信号を受信し、その制御信号により指定された領域を通過する光の偏光角を変える機能を有している。
【００１８】
透過光は、左眼用および右眼用画像光に対応するそれぞれＡ領域およびＢ領域に対応するものであるが、図示の例では、画像表示手段１０において左眼用画像光を右眼用画像光に比して＋９０度だけ偏光角を進めているので、Ａ領域の透過光に対して偏光角変位手段（光透過制御素子４の機能）により−９０度の偏光角変位を与える。これにより、左眼用および右眼用画像光ともに偏光角は０度となる。
【００１９】
半顔検出手段および透過領域制御手段４０は、上述の光透過制御素子４のそれぞれ左眼用および右眼用画像光の光透過領域であるＡ領域およびＢ領域を人の眼の移動に追随して自動的に設定するための手段である。特に観視者の眼の近傍を含む左右の半顔を検出する半顔検出手段は、例えば、大森繁、鈴木淳、片岡國正、佐久間貞行、服部知彦「バックライト分割方式ステレオディスプレイシステム」、３次元画像コンファレンス  ’９４講演論文集５−５、３次元画像コンファレンス  ’９４実行委員会、１９９４年７月７日・８日の論文、その中において、特に「３．２  バックライト光学系」（同論文集第２２１  頁乃至第２２２  頁）に、左右それぞれの顔半面像を独立して得る方法が述べられている。また、本願人の一人の出願に係る特願平６−２１３４６０号「立体表示装置」にも詳細に説明されているので、ここではその動作原理等の説明は省略するが、図示のように、テレビジョンカメラ７（２台）および半顔位置測定回路８によって構成され、半顔位置測定回路はさらにレベル調整回路、減算回路および２値化回路等からなる電子回路（図示せず）により構成されている。
【００２０】
以上により、光路選択手段および偏光角変位手段２０において、ＬＣＤなどの光透過制御素子４のＡ領域およびＢ領域を透過した左眼用および右眼用画像光は、同一の偏光角となっている（図示の場合、ともに０度）ので、偏光板５の偏光角を０度に設定しておけば左右両画像光のそれぞれの光路が上述の理由で分離され、集光手段３０としてのフレネルレンズ上に焦立され、さらに観視者の左右両眼にそれぞれ分離されて入射されるので立体視が可能となる。
【００２１】
また、本発明投写型立体画像表示装置においては、左右両画像光のそれぞれを観視者の左右両眼に分離入射させるための集光手段３０（図１参照）は、上述のフレネルレンズに限られるものでなく、例えば、図２にその特性を概念図で示すようなスクリーン面を中心として左眼用および右眼用画像光の出射点と左眼用および右眼用画像光の集光点とがそれぞれ面対象となる二重ハエの眼レンズスクリーン装置によって構成してもよい。ただし、この場合には、レンズスクリーンを中心として入射光と透過光は面対称特性を示すので、図１の場合とは異なり左眼用画像光と右眼用画像光とが逆転することになる。
【００２２】
さらに集光手段の他の例としては、集光手段を構成するレンズの中心点に対して、左眼用および右眼用画像光の出射点と左眼用および右眼用画像光の集光点とがそれぞれ点対称となる凸レンズ、ホログラフィックレンズ、回折格子レンズ、セルフォックレンズによって構成し、または、集光手段を入射光の光路と出射光の光路とが同一となる猫の眼レンズスクリーン装置またはトリプルミラースクリーン装置によって構成するか、あるいは凹面鏡によって構成し、かつ装置の表示特性を反射表示型にするなどしてもよい。
【００２３】
また、本発明表示装置に使用する光路選択手段も上述のＬＣＤに限らず、平面上で複数の区画に分割された各領域に対し個別に偏光角が制御できるものであればそれを使用することができる。
【００２４】
また、本発明表示装置においては、画像表示装置１０での拡散板３を上述した透過型から反射型に変更し、拡散板３と画像プロジェクタ１および２との位置関係を入れ替えてもよい。さらにまた、光路選択手段への集光効率を高めるため、拡散板３に凸レンズ、フレネルレンズ、アレイ状レンズ等を追加配置してもよく、それらレンズ等を拡散板に加工したものを用いてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明投写型立体画像表示装置によれば、人の眼（左右両眼）の移動に追随して左眼用および右眼用画像光それぞれの光路を制御することにより、それぞれの画像光が分離して観視者の左右両眼に入射するようにしているので、従来のように観視者は偏光眼鏡やシャッタ眼鏡など特殊な眼鏡を着用するわずらわしさがなく、自然な状態で立体画像を観視することができる。
【００２６】
また、本発明表示装置によれば、従来のレンティキュラースクリーンやパララックスバリアを用いた方式のように左右眼用画像光の表示位置が逆転してしまうこともないので、複数の観視者が同時に広い視域で大画面の立体画像を観視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明投写型立体画像表示装置の原理的構成図である。
【図２】本発明表示装置に使用する集光手段を、二重ハエの眼レンズスクリーン装置で構成した場合の特性の概念図である。
【符号の説明】
１，２  画像プロジェクタ
３  拡散板
４  光透過制御素子（ＬＣＤ）
５  偏光板
６  凸レンズ
７  テレビジョンカメラ
８  半顔位置測定回路
１０    画像表示手段
２０    光路選択手段および偏光角変位手段
３０    集光手段
４０    半顔検出手段および透過領域制御手段
５０    同期信号発生回路
【図１】
0003576630.tif 000002
【図２】
0003576630.tif 000003