(57)【要約】【課題】  解像度の低下を抑制し、クロストークを防止することができる三次元映像表示装置。【解決手段】  左視差画像および右視差画像を表示する表示部３と、偏角が可変な可変偏角プリズム１ａ，１ｂが複数形成され、表示部３の表示面前方に間隔を開けて配設されたプリズムアレイ１と、可変偏角プリズム１ａ，１ｂの形成領域の周囲を囲むように、表示部３とプリズムアレイ１と間に立設される筒状の隔壁２とを設ける。そして、プリズムアレイ１に形成された各可変偏角プリズム１ａ，１ｂの偏角を制御して、左視差画像の光を観察点の左眼位置方向に偏向し、右視差画像の光を右眼位置方向に偏向する。【選択図】        図３
2006184447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左視差画像および右視差画像を表示する複数の表示領域を有する表示部と、
偏角が可変な可変偏角プリズムが前記複数の表示領域の各々と対向するように複数形成され、前記表示部の表示面前方に配設されたプリズムアレイと、
前記表示領域から出射された光が、その表示領域に隣接する他の表示領域に対向する前記可変偏角プリズムに入射するのを阻止する阻止手段と、
前記左視差画像の光を予め設定された観察点の左眼位置方向に偏向し、前記右視差画像の光を前記観察点の右眼位置方向に偏向するように、前記プリズムアレイに形成された前記各可変偏角プリズムの偏角を制御するプリズム制御部とを備えたことを特徴とする三次元映像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元映像表示装置において、
前記阻止手段は、前記隣接する他の表示領域との境界上に立設するように設けられた隔壁であって、
前記隔壁の高さｈを「ｈ＞ｄ×ｐ／ｗ」のように設定したことを特徴とする三次元映像表示装置。ただし、ｄは予め設定された観察点と前記プリズムアレイとの距離を、ｗは眼幅設定値を、ｐは前記表示部の画素サイズをそれぞれ表す。
【請求項３】
請求項１または２に記載の三次元映像表示装置において、
前記表示部と前記可変偏角プリズムとの間に、前記表示部からの光を前記可変偏角プリズムへと導く凸レンズを画素毎に配設したことを特徴とする三次元映像表示装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の三次元映像表示装置において、
前記表示部の画素毎に配設され、焦点距離が可変な可変焦点レンズと、
前記可変焦点レンズの焦点距離を、その可変焦点レンズに対応する画素に表示された画像の光学的距離情報に基づいて制御するレンズ制御部とを備えたことを特徴とする三次元映像表示装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の三次元映像表示装置において、
観察者の頭部位置を検出する頭部位置検出部を備え、
前記プリズム制御部は、前記頭部位置検出部で検出された頭部位置に基づいて前記各可変偏角プリズムの偏角を制御することを特徴とする三次元映像表示装置。
【請求項６】
請求項４に記載の三次元映像表示装置において、
前記表示部に二次元映像を表示する場合には、
前記レンズ制御部は、前記表示部から出射されて前記可変焦点レンズで屈折された光が前記可変偏角プリズムの近傍から発散されるように、前記可変焦点レンズの屈折力を制御することを特徴とする三次元映像表示装置。
【請求項７】
請求項４に記載の三次元映像表示装置において、
前記表示部に二次元映像を表示する場合には、
前記レンズ制御部は、前記可変偏角プリズムから出射される光束が左右両眼位置方向に沿って走査されるように、前記可変偏角プリズムの偏角を周期的に変化させることを特徴とする三次元映像表示装置。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれかに記載の三次元映像表示装置において、
前記表示部は、複数の異なる観察点に対応した左視差画像および右視差画像を表示し、
前記プリズム制御部は、前記各観察点に対応した左視差画像の光を前記各観察点の左眼位置方向にそれぞれ偏向し、前記各観察点に対応した右視差画像の光を前記各観察点の右眼位置方向にそれぞれ偏向するように、前記各可変偏角プリズムの偏角を制御することを特徴とする三次元映像表示装置。
【請求項９】
請求項８に記載の三次元映像表示装置において、
前記表示部は第１の観察点に対応した左視差画像および右視差画像を表示する第１の表示領域と、左右両眼位置方向が前記第１の観察点の左右両眼位置方向と直交する第２の観察点に対応した左視差画像および右視差画像を表示する第２の表示領域とを有し、
前記プリズムアレイは、前記第１の表示領域と対向した第１の可変偏角プリズムと、前記第２の表示領域と対向した第２の可変偏角プリズムとを有し、
前記プリズム制御部は、前記第１の表示領域の表示と同期して前記第１の可変偏角プリズムの偏角を制御するとともに、前記第２の表示領域の表示と同期して前記第２の可変偏角プリズムの偏角を制御することを特徴とする三次元映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直視型の三次元映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、偏光眼鏡等を用いることなく三次元映像を観察することができる、パララックスバリア方式の直視型三次元映像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、左右の視差画像を時分割で交互に表示する画像表示部と、入射光の偏光方向に応じて入射光を透過および遮蔽する一対の偏光素子と、画像表示部の表示面全体からの画像光の偏光状態を変換する偏光変換装置とを備えている。そして、画像表示部の視差画像の表示切り換えと同期して偏光変換素子による偏光変換状態を切り換えることによって、三次元映像の観察を可能としている。
【特許文献１】特開２００３−２０２５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のパララックスバリア方式の三次元映像表示装置では、画像を観察しやすいか否かに関する表示品質のバリア使用による低下や、視差画像を空間分割的に１枚の表示部で表示することによる左右方向解像度の低下等の問題があった。また、表示部の前面に複数の偏光素子を配設しているため、色づきや表示輝度の低下などの表示品質の低下が避けられない。さらに、従来の三次元映像表示装置では左右視差だけで立体感が得られるようにしているので、輻輳とピント状態との間にズレが生じて不自然さや疲労感があるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１の発明による三次元映像表示装置は、左視差画像および右視差画像を表示する複数の表示領域を有する表示部と、偏角が可変な可変偏角プリズムが複数の表示領域の各々と対向するように複数形成され、表示部の表示面前方に配設されたプリズムアレイと、表示領域から出射された光が、その表示領域に隣接する他の表示領域に対向する可変偏角プリズムに入射するのを阻止する阻止手段と、左視差画像の光を予め設定された観察点の左眼位置方向に偏向し、右視差画像の光を観察点の右眼位置方向に偏向するように、プリズムアレイに形成された各可変偏角プリズムの偏角を制御するプリズム制御部とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の三次元映像表示装置において、阻止手段は、隣接する他の表示領域との境界上に立設するように設けられた隔壁であって、隔壁の高さｈを「ｈ＞ｄ×ｐ／ｗ」のように設定したものである。ただし、ｄは予め設定された観察点とプリズムアレイとの距離を、ｗは眼幅設定値を、ｐは表示部の画素サイズをそれぞれ表す。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の三次元映像表示装置において、表示部と可変偏角プリズムとの間に、表示部からの光を可変偏角プリズムへと導く凸レンズを画素毎に配設したものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の三次元映像表示装置において、表示部の画素毎に配設され、焦点距離が可変な可変焦点レンズと、可変焦点レンズの焦点距離を、その可変焦点レンズに対応する画素に表示された画像の光学的距離情報に基づいて制御するレンズ制御部とを備えたものである。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の三次元映像表示装置において、観察者の頭部位置を検出する頭部位置検出部を備え、プリズム制御部は、頭部位置検出部で検出された頭部位置に基づいて各可変偏角プリズムの偏角を制御する。
請求項６の発明は、請求項４に記載の三次元映像表示装置において、表示部に二次元映像を表示する場合には、レンズ制御部は、表示部から出射されて可変焦点レンズで屈折された光が可変偏角プリズムの近傍から発散されるように、可変焦点レンズの屈折力を制御する。
請求項７の発明は、請求項４に記載の三次元映像表示装置において、表示部に二次元映像を表示する場合には、レンズ制御部は、可変偏角プリズムから出射される光束が左右両眼位置方向に沿って走査されるように、可変偏角プリズムの偏角を周期的に変化させる。
請求項８の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の三次元映像表示装置において、表示部は、複数の異なる観察点に対応した左視差画像および右視差画像を表示し、プリズム制御部は、各観察点に対応した左視差画像の光を前記各観察点の左眼位置方向にそれぞれ偏向し、各観察点に対応した右視差画像の光を各観察点の右眼位置方向にそれぞれ偏向するように、各可変偏角プリズムの偏角を制御するようにしたものである。
請求項９の発明は、請求項８に記載の三次元映像表示装置において、表示部は第１の観察点に対応した左視差画像および右視差画像を表示する第１の表示領域と、左右両眼位置方向が第１の観察点の左右両眼位置方向と直交する第２の観察点に対応した左視差画像および右視差画像を表示する第２の表示領域とを有し、プリズムアレイは、第１の表示領域と対向した第１の可変偏角プリズムと、第２の表示領域と対向した第２の可変偏角プリズムとを有し、プリズム制御部は、第１の表示領域の表示と同期して第１の可変偏角プリズムの偏角を制御するとともに、第２の表示領域の表示と同期して第２の可変偏角プリズムの偏角を制御するものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、可変偏角プリズムによって左右視差画像の光をそれぞれ対応する左右両眼位置方向に偏向するようにしているので、表示部の全画面に表示された画像は必ず左眼または右眼のいずれかにより観察される。そのため、解像度の低下を抑制することができる。また、阻止手段を設けたことによりクロストークを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は本発明による三次元映像表示装置の第１の実施の形態を示すブロック図であり、図２は斜視図である。本実施の形態の三次元映像表示装置は、左右視差画像を表示する表示部３と、表示部３を駆動制御する表示部駆動回路４と、プリズムアレイ１と、プリズムアレイ１を駆動制御するプリズム駆動回路５と、表示部３とプリズムアレイ１との間に設けられた隔壁２と、表示部駆動回路４に左右の視差画像データを送るとともにプリズム駆動回路５に視差画像データと同期した視差同期信号を送る映像再生装置６と、映像記憶装置７と外部入力端子８とを備えている。
【０００７】
本実施の形態では表示部３として液晶表示パネルを用いているが、例えば、ＣＲＴ、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイなども用いることができる。映像記憶装置７は例えば磁気記憶装置から成り、映像再生装置６は映像記憶装置７に記憶された映像データや外部入力端子８から入力された映像信号に基づいて、再生処理を行う。なお、映像再生装置６、映像記憶装置７および外部入力端子８は、三次元映像表示装置と別の構成としても良い。
【０００８】
図２に示すように、三次元映像表示装置は、装置の長手方向を左右方向（ｙ方向）として観察されるように構成されており、観察者の左眼９および右眼１０は図１に示すような位置関係となる。プリズムアレイ１はｘ方向に延在する複数の可変偏角プリズム１ａ，１ｂを有しており、可変偏角プリズム１ａと可変偏角プリズム１ｂとはｙ方向に交互に配設されている。
【０００９】
プリズムアレイ１には、例えば、液晶プリズムのような電気光学素子が用いられ、各可変偏角プリズム１ａ，１ｂのｙ方向に傾斜電位を発生させて液晶分子の配列方向を制御することにより、各可変偏角プリズム１ａ，１ｂに入射した光をｙ方向に偏向することができる。各可変偏角プリズム１ａ，１ｂの傾斜電位はプリズム駆動回路５によってそれぞれ独立に制御することができ、各可変偏角プリズム１ａ，１ｂの偏角を独立して制御することができる。
【００１０】
表示部３の表示領域は、プリズムアレイ１の各可変偏角プリズム１ａ，１ｂに対向する複数の表示領域３ａ、３ｂに分割されている。隔壁２は表示部３上の各表示領域３ａ，３ｂの境界（画素間領域）に立設されており、各表示領域３ａ，３ｂを空間的に分離している。隔壁２により挟まれた空間は空気が満たされていても良いし、光学用プラスチック等の可視光に対して透明な部材を空間に充填して、隔壁２の精度や強度を高めるようにしても良い。また、隔壁２は黒色物質で構成するか、黒色に表面処理されていることが好ましい。
【００１１】
映像再生の際には、映像再生装置６によって左視差画像と右視差画像とに展開され、所定のタイミングで左視差画像および右視差画像が順に、画像データが表示部駆動回路４に送出される。上述したように、プリズム駆動回路５には左右視差画像の表示切り換えと同期した視差同期信号が映像再生装置６から入力され、プリズム駆動回路５は、表示部３に表示された左視差画像の光線が観察者の左眼９により観察され、かつ、表示された右視差画像の光線は右眼１０により観察されるように、プリズムアレイ１の各可変偏角プリズム１ａ，１ｂの偏角を制御する。
【００１２】
図３は、表示動作の一例を示したものである。図３（ａ）は表示部３の各表示領域３ａ，３ｂに左視差画像を表示した場合であり、各表示領域３ａ，３ｂから出射された光は、各表示領域３ａ，３ｂに対向して設けられた各可変偏角プリズム１ａ，１ｂによって、観察者の左眼９の位置とされる方向に偏向される。その結果、左視差画像の光線は隔壁２によって遮蔽され、右眼１０では見ることができず、左眼９によってのみ観察されることになる。なお、図３の左眼９および右眼１０は、一人で表示装置を見る場合の、典型的な観察者の左眼位置および右眼位置を示したものであり、表示装置のプリズム駆動回路５には左右両眼位置に対応したパラメータが予めインプットされており、その設定値に基づいて各可変偏角プリズムの偏角がそれぞれ制御される。
【００１３】
次の表示タイミングでは、図３（ａ）に示す状態から、図３（ｂ）に示すように表示部３の表示画像を右視差画像に切り換えるとともに、各表示領域３ａ，３ｂからの光が右眼設定位置方向すなわち観察者の右眼１０の方向に偏向されるように、各プリズム領域１ａ，１ｂの偏角を変更する。その結果、右視差画像の光線は隔壁２によって遮蔽され、左眼９では見ることができず、右眼１０によってのみ観察されることになる。なお、図３では各可変偏角プリズム１ａ，１ｂを楔形状に表示しているが、これは左右両眼のいずれの方向に偏向するかを定性的に示したものであって、実際にこのように形状が変化するわけではない。
【００１４】
図４は隔壁高さｈの設定方法を説明する図であり、各可変偏角プリズム１ａ，１ｂの偏角をゼロとした場合を示す。図４（ａ）は隔壁２の高さｈが低い場合を示したものであり、左眼９と右眼１０との中間に位置する表示領域３ａの表示画像は、左眼９および右眼１０のいずれからも見えてしまう。そのため、クロストークが生じてしまい、このような高さの隔壁２は視差画像を分離する必要のある三次元映像表示装置には適さない。
【００１５】
一方、図４（ｂ）のように隔壁２の高さｈが高い場合、いずれの表示領域３ａ，３ｂについても隔壁２のために表示画像を左右両眼で同時に見ることができない。その結果、クロストークを防止することができる。このとき、隔壁２の高さｈが、表示領域３ａ，３ｂが左右両眼の中間に位置したときに両眼９，１０から見えない高さであれば、両眼９，１０の左右位置が変化しても、左右両眼９，１０で同一表示領域を見ることはできない。このときの隔壁高さｈは、次式（１）で近似できるので、隔壁２の式（２）のように設定すれば良い。なお、観察距離ｄは両眼９，１０から表示装置までの距離、ｗは眼幅、ｐは表示領域３ａ，３ｂのｙ方向幅である。
ｈ＝ｄ×ｐ／ｗ      …（１）
ｈ＞ｄ×ｐ／ｗ      …（２）
【００１６】
一般に、眼幅ｗは６０〜７０ｍｍ程度であって個人差があるが、隔壁２の高さｈは眼幅ｗに反比例するため、眼幅ｗが狭い人に合わせて隔壁高さｈを設定すれば良い。また、観察距離ｄは用途によって異なるうえ、頭部位置を厳密に固定するのは難しいので、距離ｄに関してはある程度の幅をもって対応できるように高さｈを設定する必要がある。表示領域の幅ｐを１画素ピッチとした場合、表示部３にどのような方式の表示部を用いるかによって異なり、液晶表示パネルを用いた場合には０．３〜０．２ｍｍ程度となる。ｗ＝６０ｍｍ、ｐ＝０．３ｍｍ、ｄ＝５００ｍｍと仮定すると、隔壁の最小高さは２．５ｍｍとなる。
【００１７】
上述した図３の説明において、左眼９および右眼１０は典型的な観察者の左眼位置および右眼位置を示したものであって、左右両眼位置に関するパラメータが予めプリズム駆動回路５にインプットされていると記載したが、上述した距離ｄ、眼幅ｗがそのパラメータとしてインプットされる。例えば、表示装置を一人で観察することを想定して設定した場合、距離ｄで画面中央から図示左側ｗ／２の位置に左眼位置が設定され、距離ｄで画面中央から図示右側ｗ／２の位置に右眼位置が設定される。
【００１８】
上述したように、図３（ａ）の状態と図３（ｂ）の状態とを高速に切り換えることにより、左右視差画像が同時に表示されているかのように観察される。例えば、左右視差画像を各々１／６０秒間ずつ表示すれば、一般の動画映像と同様の動きのある視差映像をクロストークを生じることなく表示することができ、観察者は立体感のある動画を観察することができる。また、左眼９および右眼１０に提示される画像は表示部３の全画素によって表示されるため、観察される画像の解像度の低下を防止できる。
【００１９】
また、プリズムアレイ１に液晶プリズムを、表示部３に液晶パネルをそれぞれ用いた場合には、表示部３から射出される光の偏光方向を液晶プリズムの作用する方向（液晶分子の配向方向）と合致させておく。それにより、偏光膜等を用いることなく液晶プリズムをプリズムアレイ１として作用させることができ、偏光膜による色づきや輝度低下等の表示品質低下を避けることができる。
【００２０】
なお、射出される光が偏光していないＣＲＴ等を表示部３に用いた場合には、表示部３とプリズムアレイ１との間に偏光膜を１枚挿入して、プリズムアレイ１に入射する光の偏光方向を偏向作用方向に揃えるようにすれば良い。そのため、このような構成の場合でも、前述した従来の装置のように複数の偏光膜や偏光変換素子を用いて光シャッタを形成する方式に比べて、表示品質の低下を抑えることができる。
【００２１】
［変形例１］
図３に示した表示動作例では、左視差画像または右視差画像を表示部３の全画面に表示する形態で、時間的に交互に表示するようにした。この場合、左右視差画像が画像切換の時間間隔（例えば、１／６０秒）で全画面同時に切り替わるため、一方の眼が画像を観察している間、他方の眼には画像が入らないため、黒い隔壁２を観察することになる。そのため、表示画面のちらつきが目立つ可能性がある。そこで、そのようなちらつきを抑えるために、図５に示すような形態の表示動作を行うようにしても良い。
【００２２】
図５（ａ）に示すタイミングでは、表示部３の各表示領域３ａには左視差画像を表示し、各表示領域３ｂには右視差画像を表示する。この場合、各表示領域３ａに表示される左視差画像は、図３（ａ）に示す各表示領域３ａに表示される左視差画像と同一画像である。また、各表示領域３ｂに表示される右視差画像は、図３（ｂ）に示す各表示領域３ｂに表示される右視差画像と同一画像である。すなわち、図５（ａ）に示す状態では、図３（ａ），（ｂ）に示す左右視差画像の一部が表示されることになる。このとき、プリズムアレイ１の可変偏角プリズム１ａは各表示領域３ａからの光を実線で示すように左眼位置方向にそれぞれ偏向し、可変偏角プリズム１ｂは各表示領域３ｂからの光を破線で示すように右眼位置方向にそれぞれ偏向する。
【００２３】
一方、図５（ｂ）に示すタイミングでは、表示部３の各表示領域３ａには右視差画像を表示し、各表示領域３ｂには左視差画像を表示する。この場合、各表示領域３ａに表示される右視差画像は、図３（ｂ）の各表示領域３ａに表示される右視差画像と同一画像であり、各表示領域３ｂに表示される左視差画像は、図３（ａ）の各表示領域３ｂに表示される左視差画像と同一画像である。すなわち、図５（ｂ）に示す状態では、図３（ａ），（ｂ）に示す左右視差画像の残りの一部が表示されることになる。このとき、プリズムアレイ１の可変偏角プリズム１ａは各表示領域３ａからの光を破線で示すように右眼位置方向にそれぞれ偏向し、可変偏角プリズム１ｂは各表示領域３ｂからの光を実線で示すように左眼位置方向にそれぞれ偏向する。
【００２４】
そして、図５（ａ）に示す表示形態と図５（ｂ）に示す表示形態とを、所定の時間間隔（例えば、１／６０秒間隔）で切り換える。この場合、いずれのタイミングでも左眼９には左視差画像が右眼１０には右視差画像がそれぞれ観察されるため、図３の場合のように隔壁２を観察することがなく、画面のちらつきを抑制することができる。また、図５（ａ）における表示画像と図５（ｂ）における表示画像を合わせたものは、図３（ａ）および図３（ｂ）における各表示画像を合わせたものと同一となっているため、観察画像の解像度は同一であって解像度の低下を招くことはない。
【００２５】
［変形例２］
図６は観察点の数を２つに増やした場合、すなわち、二人の観察者で観察する場合を想定した設定における表示動作について説明する図である。図６において、９１および１０１は第１観察点の左眼および右眼を示しており、９２および１０２は第２観察点の左眼および右眼を示している。プリズムアレイ１を駆動制御するプリズム駆動回路５には、第１観察点および第２観察点の設定位置情報（観察距離ｄ、眼幅ｗなどの設定情報）が予めインプットされている。
【００２６】
図６（ａ）に示すタイミングでは、表示部３の各表示領域３ａには第１観察点の左視差画像を表示し、各表示領域３ｂには第２観察点の左視差画像を表示する。プリズムアレイ１の可変偏角プリズム１ａは各表示領域３ａからの光を実線で示すように第１観察点の左眼位置方向にそれぞれ偏向し、可変偏角プリズム１ｂは各表示領域３ｂからの光を破線で示すように第２観察点の左眼位置方向にそれぞれ偏向する。
【００２７】
一方、図６（ｂ）に示すタイミングでは、表示部３の各表示領域３ａには第２観察点の右視差画像を表示し、各表示領域３ｂには第１観察点の右視差画像を表示する。プリズムアレイ１の可変偏角プリズム１ａは各表示領域３ａからの光を破線で示すように第２観察点の右眼位置方向にそれぞれ偏向し、可変偏角プリズム１ｂは各表示領域３ｂからの光を実線で示すように第１観察点の右眼位置方向にそれぞれ偏向する。
【００２８】
そして、図６（ａ）に示す表示形態と図６（ｂ）に示す表示形態とを、所定の時間間隔（例えば、１／６０秒間隔）で交互に切り換えることにより、第１観察点の観察者も第２観察点の観察者も立体的な映像を観察することができる。なお、図６（ａ）のタイミングにおいて表示領域３ａに第１観察点左視差画像を、表示領域３ｂに第１観察点右視差画像をそれぞれ表示し、図６（ｂ）のタイミングにおいて表示領域３ａに第２観察点左視差画像を、表示領域３ｂに第２観察点右視差画像をそれぞれ表示するようにしても良い。
【００２９】
さらに、解像度の低下を問題にしなければ３以上の観察点に対しても同様に応用することができる。すなわち、図６（ａ）のタイミングでは表示部３に各観察点に対応して左視差画像を表示し、図６（ｂ）のタイミングでは表示部３に各観察点に対応した右視差画像を表示する。
【００３０】
図６に示す例では、第１観察点と第２観察点とで表示画面を分割することになるため、各観察者によって観察される画像は画面左右方向解像度が１／２に減少することになる。そこで、図６（ａ）の表示を行った後に、図７（ａ）の表示を行ってから図６（ｂ）の表示を行い、さらに図７（ｂ）の表示を行うようにする。そして、表示部３およびプリズムアレイ１の駆動をさらに高速にして、１画面あたりの表示間隔を表示時間を上述した１／６０秒の半分の１／１２０秒とする。
【００３１】
図７（ａ）の表示形態では、表示領域３ａに第２観察点の左視差画像を表示し、表示領域３ｂに第１観察点の左視差画像を表示する。図６（ａ）の表示領域３ａの画像と図７（ａ）の表示領域３ｂの画像とを合わせたもので、図３（ａ）に示す左視差画像と同等の第１観察点用画像が形成される。一方、図６（ａ）の表示領域３ｂの画像と図７（ａ）の表示領域３ａの画像とを合わせたもので、図３（ａ）に示す左視差画像と同等の第２観察点用画像が形成される。同様に、図７（ｂ）の表示形態では、表示領域３ａに第１観察点の右視差画像を表示し、表示領域３ｂに第２観察点の右視差画像を表示する。
【００３２】
［変形例３］
図７に示した例では、第１および第２観察点ともに、左眼位置と右眼位置が図示左右方向に並んでいる場合を示した。しかし、携帯機器等に設けられている表示装置の場合、横向きだけでなく縦向きでも画面観察が行われる。そこで、図８に示す表示装置では、横向き（第１観察点）でも縦向き（第２観察点）でも立体感ある映像が観察できるようにした。図８では、第１観察点は左右両眼位置方向がｙ方向であって、第２観察点の場合には左右両眼位置方向がｘ方向になっている。
【００３３】
表示部３の表示画面を格子状の表示領域３１，３２に分割する。表示領域３１，３２は１画素で構成しても良いし、複数画素で構成しても良い。各表示領域３１，３２はｘ方向およびｙ方向に交互に配置されており、表示領域３２の全体により表示される第２観察点用の画像は、表示領域３１の全体によって表示される第１観察点用の画像を９０度回転したものである。
【００３４】
一方、プリズムアレイ１も、表示部３の各表示領域３１，３２に対応して表示領域３１用の可変偏角プリズム１１と表示領域３２用の可変偏角プリズム１２とを有している。そして、プリズムアレイ１と表示部３との間には格子状の隔壁２が設けられており、各表示領域３１，３２の境界には隔壁２が立設されている。各可変偏角プリズム１１の偏角方向はｙ方向であり、各可変偏角プリズム１２の偏角方向はｘ方向である
【００３５】
各表示領域３１には第１観察点用の左右視差画像を表示し、各可変偏角プリズム１１は表示領域３１の視差画像に応じて左眼９１方向または右眼１０１方向にそれぞれ偏向する。一方、各表示領域３２には第２観察点用の左右視差画像を表示し、各可変偏角プリズム１２は表示領域３２の視差画像に応じて左眼９２方向または右眼１０２方向にそれぞれ偏向する。その結果、いずれの観察点から観察しても立体的な映像が観察される。
【００３６】
なお、各表示領域３１，３２を多数の画素で構成して、図３に示した表示部３の場合と同様に複数の帯状領域に分割するようにようにしても良い。この場合、各表示領域３１，３２は図２に示した表示部３と同様の構成とする。また、上記可変偏角プリズム１１，１２に代えてこれらを図２のプリズムアレイ１と同様の構成とする。
【００３７】
［変形例４］
図９は上述した実施の形態の第４の変形例を示す図である。この変形例では、図１に示す構成に加えて、観察者の頭部位置を検出する頭部位置検出装置１３を設けて、観察者の観察位置の変化に対応したものである。図９（ａ）は頭部が画面に近づいた場合を示し、図９（ｂ）は頭部が画面から遠ざかった場合を示している。頭部位置検出装置１３は、赤外線を出射して観察者頭部で反射された赤外線を検出し、頭部までの距離を検出するものであり、カメラ等に用いられている測距機構と同様の機構を備えている。
【００３８】
図９に示す表示装置では、頭部位置検出装置１３を用いることによって、頭部と画面との距離（観察距離）の変化および画面に対する左右位置の変化を検出する。観察距離および画面に対する左右位置の変化を表す位置データは図１のプリズム駆動回路５へと出力される。プリズム駆動回路５は、頭部位置検出装置１３から入力された位置データに基づいて、偏角を制御して左視差画像に関する光を左眼９方向へ偏光し、右視差画像に関する光を右眼１０方向へと偏光する。
【００３９】
なお、図６に示すような２観察点に対応した表示装置においては、各観察点毎に頭部位置検出装置１３を設けて、一方の頭部位置検出装置１３により第１観察点の観察者頭部位置を検出し、他方の頭部位置検出装置１３により第２観察点の観察者頭部位置を検出すればよい。
【００４０】
−第２の実施の形態−
図１０は本発明による表示装置の第２の実施の形態を説明する図であり、図１と同様のブロック図である。図１０に示す表示装置では、表示部３の各画素毎に可変焦点レンズ１４および焦点固定のレンズ１５を設け、可変焦点レンズ駆動回路１７により可変焦点レンズ１４の焦点距離を制御する。隔壁２は各画素毎に設けられている。
【００４１】
レンズ１５はオンチップレンズであって、図１０に示す例ではレンズ１５の焦点は表示部３の表示面に一致しており、レンズ１５からは平行光が出射される。これにより、隔壁２の表面で反射されて散乱していた表示光が効率良く外部へ出射され、散乱による表示輝度の低下を抑えることができる。また、レンズ１５は、可変焦点レンズ１４の焦点距離調整機能を補助するレンズとしても機能させることができる。なお、上述した第１の実施の形態の表示装置にもこのレンズ１５を適用することにより、同様の表示輝度低下抑制効果を奏することができる。
【００４２】
上述した第１の実施の形態では、左視差画像を左眼で観察するとともに、右視差画像を右眼で各々観察することにより、左右視差による立体視を可能としていた。ところで、立体感を感じる要素としては、主に左右視差と両眼のピント状態とがある。遠方にある物体からの光は平行光に近く、近くにある物体からの光はその物体から発散するような光線となっており、各光線の状態に応じてピントの合った像が網膜上に結像されるように両眼のピント調整が行われている。
【００４３】
そこで、本実施の形態では、左右視差に加えて、表示画像の遠近位置関係に応じて可変焦点レンズ１４の焦点距離を調整して、表示部３から出射される光束の発散の具合を制御するようにした。これにより、表示された画像に光学的距離がが付与され、より自然な三次元映像を表示することができる。
【００４４】
図１１は、プリズムアレイ１と可変焦点レンズ１４とを用いた場合の三次元映像表示を説明する図である。符号１１１，１１２，１１３は画素３０１，３０２，３０３に対応して設けられた可変偏角プリズムを表しており、符号１４１，１４２，１４３は画素３０１，３０２，３０３に対応して設けられた可変焦点レンズを表している。図１１において、表示部３の画素３０１には遠景画像２１の一部が表示され、画素３０２には中景画像２２の一部が表示され、画素３０３には近景画像２３の一部が表示されている。
【００４５】
画素３０１から出射された光は、レンズ１５によって平行光とされる。画素３０１には遠景画像２１が表示されているので、像の光学的距離がほぼ無限遠となるように、すなわち、可変焦点レンズ１４１から出射される光がほぼ平行光となるように、可変焦点レンズ駆動回路１７により可変焦点レンズ１４１の屈折力が調節される。
【００４６】
図１０の映像再生装置６に入力される画像情報には、左右の視差画像データとそれらの視差画像取得時のレンズ焦点距離に関するデータが含まれている。映像再生装置６は、視差画像データとレンズ焦点距離とから画像領域毎の光学的距離を算出し、その距離情報を表示部駆動回路４に出力される視差画像データと同期して可変焦点レンズ駆動回路１７に出力する。可変焦点レンズ駆動回路１７は、入力された距離情報に基づいて可変焦点レンズ１４１の屈折力を制御する。
【００４７】
同様に、可変焦点レンズ１４２は、中景画像２２の距離情報に基づいて中景画像２２に適した発散光となるように屈折力が制御され、可変焦点レンズ１４３は、近景画像２３の距離情報に基づいて近景画像２３に適した発散光となるように屈折力が制御される。各可変焦点レンズ１４１〜１４３を出射した光は、それぞれ可変偏角プリズム１１１〜１１３によって左眼位置方向へと偏向される。右視差画像についても、全く同様にして発散角を与えられた光が右眼位置方向へと偏向される。
【００４８】
上述した第２の実施の形態の表示装置では、左右視差画像の各画素毎に光学的距離が制御されるため、左右視差画像による輻輳と、各画素に表示された画像の光学的距離が一致する。従来の三次元映像表示装置では、左右視差画像だけで立体感を出していたため、輻輳とピント調節状態とのズレにより不自然さを感じたり、疲労感を感じたりするという問題があった。しかし、本実施の形態では、上述したように輻輳とピント調節状態とが一致するため、自然な立体感を有する三次元映像表示を行うことができ、疲労感の発生を抑制することができる。
【００４９】
上述したように、本実施の形態の三次元映像表示装置では、左右眼のクロストークを避けるため、隔壁２を設けて視野角を厳しく制限するようにしている。そのため、一般の二次元映像を表示したい場合には、従来の二次元映像表示装置のような大きな視野角が得られるように、図１２，１３に示すような駆動動作で二次元映像を表示する。
【００５０】
図１２は可変焦点レンズ１４の屈折力を制御して二次元映像を表示する駆動動作を示したものである。図１２（ａ）に示す例では、全ての可変焦点レンズ１４の屈折力を極端に強い正の状態となるように設定して、プリズムアレイ１の近傍に像を結像させる。表示光はプリズムアレイ１の面から発散光として出射される。逆に、図１２（ｂ）に示す例では、可変焦点レンズ１４の屈折力を極端に強い負の状態となるように設定して、表示光が発散光となるようにする。いずれの場合にも、プリズムアレイ１に設けられた可変偏角プリズムの偏角はゼロとしておく。
【００５１】
このように可変焦点レンズ１４を制御すると、表示される映像の光学的位置は表示装置の表面近傍に固定されてそこから発散光が出射されることになる。そのため、両眼で同時に同一画像（二次元映像）を視認することができ、隔壁２の影響を受けることなく画面全体を観察することができる。
【００５２】
一方、図１３は、プリズムアレイ１に設けられた可変偏角プリズムの偏角を制御して、二次元映像を表示する駆動動作を示したものである。この駆動動作は、図１１に示したように可変焦点レンズ１４の屈折力を極端に強い状態（正負）に設定しても充分な広がりを有する発散光が得られない場合に適用される。ここでは、可変偏角プリズムの偏角を周期的に変化させて、発散光を左右両眼位置方向（図示左右方向）に走査する動作を行わせる。その結果、発散光をより広い視野角に対して送ることができるようになり、一般的な二次元映像表示装置とほぼ同様の観察が可能となる。
【００５３】
上述した実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（ａ）可変偏角プリズムによって左右視差画像の光をそれぞれ対応する左右両眼位置方向に偏向するようにしているので、表示部３の全画面に表示された画像は必ず左眼又は右眼のいずれかにより観察されている。そのため、従来のような解像度の低下を抑制することができる。
（ｂ）隔壁２を設けているため、図４（ｂ）に示すようにクロストークを防止することができる。
（ｃ）表示画像の遠近位置関係に応じて可変焦点レンズ１４の焦点距離を調整することにより、表示部３から出射される光束の発散の具合を画像の光学的距離に応じて制御するようにしたので、輻輳とピント状態とが一致し、より自然な三次元映像を表示することができる。
（ｄ）頭部位置検出装置１３を設けて、頭部位置変化に応じて可変偏角プリズムの偏角を調整するようにしたので、観察者の頭部位置が左右方向および奥行き方向に変化しても立体感のある映像を常に提供することができる。
（ｅ）レンズ１５を設けたことにより輝度低下を抑制することができる。
（ｆ）複数の観察点に対応した視差画像の光を、それぞれに対応した観察点方向へ可変偏角プリズムにより各々偏向するようにしたので、観察者が複数であっても、それぞれに立体感のある映像を提供することができる。
（ｇ）隔壁２によって視野角が厳しく制限されるため、観察点として設定された位置以外は画面を見ることができず、他者の覗き込みによるプライバシーの侵害や情報の漏洩なども防止できる。さらには、隔壁２が表示部３に入射する周囲光を遮蔽・吸収するため、外光の影響を受け難く、光コントラストで黒濃度の濃い表示装置とすることができる。
【００５４】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、表示素子３は表示部を、プリズム駆動回路５はプリズム制御部を、レンズ１５は凸レンズを、可変焦点レンズ駆動回路１７はレンズ制御部を、表示領域３１は第１の表示領域を、表示領域３２は第２の表示領域を、可変偏角プリズム１１は第１の可変偏角プリズムを、可変偏角プリズム１２は第２の可変偏角プリズムをそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明による三次元映像表示装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】三次元映像表示装置の分解斜視図である。
【図３】表示動作の一例を示す図であり、（ａ）は左視差画像を表示した場合を、（ｂ）は右視差画像を表示した場合を示す。
【図４】隔壁高さｈの設定方法を説明する図であり、（ａ）は隔壁２の高さｈが低い場合を、（ｂ）は隔壁２の高さが高い場合を示す。
【図５】変形例１の表示動作を説明する図であり、（ａ）は第１のタイミングの状態を示し、（ｂ）は第２のタイミングの状態を示す。
【図６】変形例２の表示動作を説明する図であり、（ａ）は第１のタイミングの状態を示し、（ｂ）は第２のタイミングの状態を示す。
【図７】変形例２の別の表示動作を説明する図であり、（ａ）は第１のタイミングの状態を示し、（ｂ）は第２のタイミングの状態を示す。
【図８】変形例３を示す図である。
【図９】変形例４を説明する図であり、（ａ）は観察者の頭部が画面に近づいた場合を示し、（ｂ）は頭部が画面から遠ざかった場合を示す。
【図１０】本発明による三次元映像表示装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図１１】プリズムアレイ１と可変焦点レンズ１４とを用いた場合の三次元映像表示を説明する図である。
【図１２】可変焦点レンズ１４の屈折力を制御して二次元映像を表示する場合の、駆動動作を示す図である。
【図１３】可変偏角プリズムの偏角を制御して二次元映像を表示する場合の、駆動動作を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  プリズムアレイ
１ａ，１ｂ，１１，１２，１１１，１１２，１１３  可変偏角プリズム
２  隔壁
３  表示部
３ａ，３ｂ，３１，３２  表示領域
４  表示部駆動回路
５  プリズム駆動回路
６  映像再生装置
７  映像記憶装置
８  外部入力端子
１３  頭部位置検出装置
１４，１４１，１４２，１４３  可変焦点レンズ
１５  レンズ
１７  可変焦点レンズ駆動回路
３０１，３０２，３０３  画素
ｄ  観察距離
ｈ  隔壁高さ
ｗ  眼幅
【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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