(57)【要約】【課題】直線偏光の映像光を反射率と透過率がそれぞれ等しいハーフミラーを介して見るようにしており、このような特性のハーフミラーは高価となる一方、安価なものを使用した場合、透過率が小さく、直線偏光の特性が崩れる問題があった。また、左目用及び右目用の２つの画像表示装置のなす角度や距離を正確に配置するのが難しい問題があった。【解決手段】ハーフミラーの替わりに樹脂やガラスなどで作製された透明板を使用して透過光を大きくする。反射光に対しては、２つの画像表示装置を９０度より大きく１８０度に近い角度をなすように設置して画像表示装置から前記透明板への入射角が大きくなるようにするとともに、前記透明板で反射する画像の光の偏光方向を前記透明板への入射面に垂直な方向となるようにすることにより、反射率を大きくし光量が十分得られるようにする。また組立を容易にするため２つの画像表示装置を一体化する構造とする。【選択図】図１
2012173736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の平板と第２の平板と第３の平板を含む要素から構成される、前記第１の平板と前記第３の平板のなす角が前記第１の平板と前記第３の平板のなす角と等しくなるように配置され、前記第１の平板が発光すること又は前記第１の平板に光が透過することで生成された画像の光が前記第３の平板を透過し、前記第２の平板が発光すること又は前記第２の平板に光が透過することで生成された画像の光が前記第３の平板で反射し、前記第１の平板により生成される画像と前記第２の平板により生成される画像が前記第３の平板において合成される機構を有する立体表示装置において、前記第２の平板として材質が樹脂またはガラスであり表面に金属や誘電体の皮膜がなされていない透明板を使用するとともに、前記第１の平板と前記第２の平板の互いのなす角度が９０度より大きくなるように設置していることを特徴とする立体表示装置
【請求項２】
請求項１の立体表示装置において、前記第１の平板と前記第２の平板の少なくとも一方に偏光板又は波長板又はそれら両方を設置することにより、前記第２の平板から前記第３の平板へ入射する光の偏光方向が前記第２の平板の平面及び前記第３の平板の平面のなす交線に平行となっているように調整されていること且つ前記第１の平板から前記第３の平板へ入射する光の偏光方向が前記第１の平板と前記第３の平板の両方に垂直な面内にあるように調整されていることを特徴とする立体表示装置
【請求項３】
前記第１の平板と前記第２の平板を一体化した部品として製作したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の立体表示装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、人間の両目の視差を利用した立体表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】従来、人間の両目の視差を利用した立体表示装置として特許文献１に記載のものが開示されている。
この特許文献１に記載された立体表示装置を図２に参照して説明する。【０００３】図２は従来例の立体表示装置を全体として示す構成図であり、４は透過率と反射率とが等しい四角形のハーフミラーを示し、前記ハーフミラー４の上端部を観察窓６の上部手前に固定するとともに、前記ハーフミラー４の下端部を前記観察窓４の下部奥に固定し、前記ハーフミラー４が水平面に対し、前面方向に向かって４５度面を形成するようにする。【０００４】左目用画面を表示する左目用画像表示装置１Ｌを、前記ハーフミラー４の前記観察窓６側とは反対側の後方に画面が鉛直となるように配置し、その偏光方向が水平方向となるようにする。この場合、前記左目用画像表示装置１Ｌの上側を前記観察窓６の上側、前記左目用画像表示装置１Ｌの下側を前記観察窓６の下側に対応するようにする。【０００５】前記ハーフミラー４の下側に、右目画面を表示する右目用画像表示装置１Ｒを水平に固定し、その偏光方向を左目用画像表示装置１Ｌの偏光方向と同じとなる右目用画像表示装置１Ｒの平面と前記ハーフミラー４の平面のなす交線に平行な方向となるようにする。このとき、前記画像表示装置１Ｒの画面の上側が手前側、前記右目用画像表示装置１Ｒの画面の下側が奥側に位置するようにする。【０００６】前記右目用画像表示装置１Ｒの映像表示面に１／２波長板２を被着する。前記１／２波長板２は、入射光の偏光面を回転することができ、前記右目用画像表示装置１Ｒの偏光方向をその面内で９０度回転させる。【０００７】前記右目用画像表示装置１Ｒの画面に前記１／２波長板２を配し、さらに偏光子３を配置して、前記右目用画像表示装置１Ｒから得られる画像のハーフミラー４を反射して得られる画像の偏光方向を鉛直方向とし、前記左目用画像表示装置１Ｌから得られる画像のハーフミラー４を透過して得られる画像の偏光方向が水平方向となるようにしたので、ハーフミラー４を介して得られる偏光は鉛直及び水平方向であり、直線偏光の特性が崩れることがなく良好な立体画像を得ることができる。【０００８】５は観察者が掛ける偏光メガネであり、５Ｌ及び５Ｒは左目用及び右目用検光子であり、左目用検光子５Ｌは水平方向の偏光角度を有し、右目用検光子５Ｒは鉛直方向の偏光角度を有するようにする。ここで左目用検光子５Ｌ及び右目用検光子５Ｒをつけて観察者が観察窓６から観察したときは、左目用画像表示装置１Ｌから到来する水平方向の偏光の映像光は、左目につけた左目用検光子５Ｌを通過して左目に達する。一方右目用画像表示装置１Ｒから到来する鉛直方向の偏光の映像光は、右目につけた検光子５Ｒを通過し右目に達することにより、両目の視差で観察者が立体感を体験することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許公開２００８−１９１３９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】しかしながら、上述特許文献１に記載されている従来の立体表示装置は、直線偏光の映像光を反射率と透過率がそれぞれ等しいハーフミラーを介して見るようにしており、一般に、このような特性のハーフミラーは高価となる。一方、安価なハーフミラーを使用した場合透過率が小さいのに加え直線偏光の特性が崩れてくる性質があるので良好な立体画像が得られない問題があった。【００１１】また、左目用及び右目用の２つの画像表示装置がお互いになす角度や距離を正確に配置する必要があり、前記２つの画像表示装置を個々に筐体に設置する場合、前記２つの画像表示装置の相対的な角度及び距離を正確に調整するのが難しい問題があった。【００１２】そこで、本発明は、斯かる点に鑑み、安価に製作でき、正確な組立てにより良好な立体画像を得ることができる装置を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】上記課題を解決するために、請求項１及び請求項２記載の立体表示装置は、表面に金属や誘電体を蒸着して反射率及び透過率を調整したハーフミラーの替わりに透明な樹脂板やガラス板を平板に加工したままの透明板を使用して透過光を大きくする。このとき２つの画像表示装置を９０度より大きな角度をもって設置して前記２つの画像表示装置から透明板への入射角が大きくなるように配置するとともに、前記２つの画像表示装置で生成される画像のうち前記透明板で反射する画像の光の偏光方向を前記透明板への入射面に垂直な方向となるように調整することにより、前記透明板における反射率を大きくし、前記２つの画像表示装置からの光量が十分得られるようにする。【００１４】請求項３記載の立体表示装置は、２つの画像表示装置がお互いになす角度を９０度よりも大きく１８０度に近い角度で固定及び一体化された構造にされていることで、２つの画像表示装置が相対的に正確な角度と距離をもって組立てられることが容易となっている。
【発明の効果】
【００１５】本発明は次のような効果を奏する。
請求項１及び請求項２記載の発明は、ハーフミラーの替わりに安価な材料の透明板を使用しても画像の光量が十分確保できるため、低コストで良好な立体画像を得ることができる装置を実現できる。【００１６】請求項３記載の発明は、画像表示装置の部品製造や正確な組立てが容易となるため、低コストの立体表示装置を実現できる。【００１７】さらに、本発明を安価な教材として利用することで、子供がその原理に興味をもち、光学の基礎を学習するよい機会を与える。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の立体表示装置における代表的な実施例の構成図である。
【図２】従来の立体表示装置の一例の構成図である。
【図３】本発明の立体表示装置におけるもう一つの実施例の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】以下、図３及び図１を参照して、本発明の立体表示装置を実施するための形態の例を説明する。
【００２０】図３は本例の立体表示装置を全体として示す構成図を示している。画像表示装置１１は、それぞれが長方形の形状をもつ左目画面を表示する左目用画像表示装置１１Ｌと右目画面を表示する右目用画像表示装置１１Ｒで構成されており、左目用画像表示装置１１Ｌの一辺と右目用画像表示装置１１Ｒの一辺を共有するように一体化して製造され、前記左目用画像表示装置１１Ｌと右目用画像表示装置１１Ｒのなす角度が１５０度となるように角度が固定されている。このとき、左目用画像表示装置１１Ｌは観察窓１６の正面に位置し画面が鉛直となるよう配置し、右目用画像表示装置１１Ｒは左目用画像表示装置１１Ｌの下に来るように設置する。
【００２１】前記左目用画像表示装置１１Ｌの画像の光の偏光方向及び前記右目用画像表示装置１１Ｒの画像の光の偏光方向を、前記左目用画像表示装置１１Ｌと前記右目用画像表示装置１１Ｒの両方に垂直な面内の方向となるようにしている。このとき前記左目用画像表示装置１１Ｌの画像の光の偏光方向は鉛直方向である。前記右目用画像表示装置１１Ｒの画像の光の偏光方向は、１／２波長板１２及び偏光子１３を透過させることで水平方向に変換されている。
【００２２】光をよく透過する樹脂材料でできた長方形の透明板１４を、前記右目用画像表示装置１１Ｒと前記左目用画像表示装置１１Ｌのそれぞれに対して同じ角度をなすよう、水平面に対し下方に１５度面を形成するように設置する。
【００２３】このとき、前記左目用画像表示装置１１Ｌと前記右目用画像表示装置１１Ｒが前記透明板１４の反射面（右目用画像表示装置に対向する面）に対し面対称としているので、前記左目用画像表示装置１１Ｌからの画像の光と前記右目用画像表示装置１１Ｒの画像の光の光路長は等しくなる（前記透明板１４での屈折の影響が無視できる場合）。
【００２４】１５は観察者が掛ける偏光メガネであり、１５Ｌ及び１５Ｒは左目用及び右目用検光子であり、左目用検光子１５Ｌは鉛直方向の偏光方向を有し、右目用検光子１５Ｒは水平方向の偏光方向を有するようにする。
【００２５】次に本例の動作につき説明する。前記右目用画像表示装置１１Ｒからの画像の光は１／２波長板１２及び水平方向の偏光子１３を透過することで画像の光は水平方向の直線偏光となり、その偏光方向は前記透明板１４の入射面に対して垂直となる。一方、前記左目用画像表示装置１１Ｌからの画像の光の偏光方向は鉛直方向であり前記透明板１４の入射面内の方向となる。
【００２６】光学において、直線偏光の光が空気より屈折率の大きい媒質に入射するとき、大きな入射角において反射率が大きくなることがよく知られているが、その光の偏光方向を入射面に垂直となるように選ぶとさらに反射率が大きくなることが知られている。
【００２７】前記右目用画像表示装置１１Ｒからの画像の光は、前記透明板１４に対して７５度という大きな入射角で入射するとともに、偏光方向が水平方向であり入射面に垂直であるため、前記透明板での反射率が大きくなり大きな光量が得られる。
【００２８】一方、前記左目用画像表示装置１１Ｌからの画像の光も、前記透明板に対して７５度という大きな入射角で入射するものの、偏光方向が鉛直方向となり入射面内の方向となるため、前記透明板での透過率の低下は小さい。
【００２９】ここで前記左目用検光子１５Ｌ及び前記右目用検光子１５Ｒをつけて観察者が前記観察窓１６から観察したときは、前記左目用画像表示装置１１Ｌから到来する鉛直方向の直線偏光の画像の光は、左目につけた鉛直方向の前記左目用検光子１５Ｌを通過して左目に連する。一方前記右目用画像表示装置１１Ｒから１／２波長板１２及び偏光子１３を介して到来する水平方向の直線偏光の映像光は、右目につけた水平方向の前記右目用検光子１５Ｒを通過し右目に達することにより、両目の視差で観察者が立体感を体験することができる。
【００３０】本例によれば、前記左目用画像表示装置１１Ｌ及び前記右目用画像表示装置１１Ｒを大きな角度で設置して、前記右目用画像表示装置１１Ｒの前記透明板１４を反射して得られる画像の偏光方向が水平方向となるようにしたので、前記右目用画像表示装置１１Ｒの画像の偏光方向が前記透明板１４へ入射する入射面に垂直であるとともに大きな入射角をもつことから反射率が大きくなり、十分な光量の反射光が得られる。これにより、高価なハーフミラーを使用する必要が無く、安価かつ良好な立体画像を得ることができる装置を実現できる。
【００３１】図１は、本発明を実施するための別の用途の形態の例を示す。
本発明の別の用途は、直線偏光の反射など基本的な光の性質を利用し、簡単に３Ｄ画像を体験できる教材に関するものである。映画やテレビなどの３Ｄ技術を応用した商品の登場は、偏光を含む光学の基礎を学習するよい機会となるものの、教材としてその原理を容易に学習できるような安価なものが少ない。
【００３２】内面が黒色に塗られた壁を持つ筐体２７に、画像シート２１、左目用偏光子２３Ｌ、右目用偏光子２３Ｒ、透明板２４、左目用検光子２５Ｌ、右目用検光子２５Ｒが配置された構成について示したものであり、筐体２７の一部の壁２７ａを開いた状態で図示してある。
【００３３】それぞれが長方形の形状である前記左目用偏光子２３Ｌの一辺と前記右目用偏光子２３Ｒの一辺と前記透明板２４の一辺が接している状態としている。前記左目用偏光子２３Ｌ及び前記右目用偏光子２３Ｒは、互いに１５０度の角度をなすとともに、前記透明板２４からそれぞれ同じ７５度の角度をなすように設置する。
【００３４】前記右目用偏光子２３Ｒの偏光方向は、前記右目用偏光子２３Ｒの平面と前記透明板２４の平面のなす交線に平行な方向に調整する。一方、前記左目用偏光子２３Ｌの偏光方向は、前記左目用偏光子２３Ｌと前記透明板２４の両方に垂直な面内の方向に調整する。
【００３５】前記左目用検光子２５Ｌと前記右目用検光子２５Ｒは、前記左目用偏光子２３Ｌの半分の大きさであるとともに長方形形状としており、前記透明板２４を挟んで前記左目用偏光子２３Ｌと平行かつ正面となるように設置されている。前記左目用検光子２５Ｌの一辺と前記右目用検光子２５Ｒの一辺が接しており、その接する方向が、前記左目用偏光子２３Ｌの一辺と前記右目用偏光子２３Ｒの一辺がお互いに接する方向に対して垂直となるように設置されている。また、前記左目用検光子２５Ｌの偏光方向は前記左目用偏光子２３Ｌと同じ偏光方向をもち、前記右目用検光子２５Ｒの偏光方向は前記右目用偏光子２３Ｒと同じ偏光方向をもつように調整している。
【００３６】前記画像シート２１は、左目用画像２１Ｌ及び右目用画像２１Ｒが、お互いに線対称の配置となるように印刷されたもので、前記筐体２７の外の光源からの光が透過することで左目用画像の光と右目用画像の光が生成される。前記画像シート２１は、前記左目用画像２１Ｌ及び前記右目用画像２１Ｒの対称線で１５０度に折り曲げられ、前記左目用偏光子２３Ｌ及び前記右目用偏光子２３Ｒに外から密着するように設置されている。
【００３７】前記筐体２７の外からの光は、前記左目用偏光子２３Ｌ及び前記右目用偏光子２３Ｒ、前記左目用検光子２５Ｌ及び前記右目用検光子２５Ｒを配置した位置を除き、前記筐体２７で遮られている。
【００３８】本例によれば、前記左目用画像２１Ｌの画像の一点とこれに対応する前記左目用画像２１Ｒの一点が、前記透明板２４から同じ距離になるよう配置すれば、前記左目用画像２１Ｌからの光が前記透明板２４を透過して進んだ光路長が、前記右目用画像２１Ｒからの光が透明板２４で反射して進んだ光路長と等しくなるとともに、前記左目用画像２１Ｌと前記右目用画像２１Ｒは、前記透明板２４で合成された後も同じ光路に進行し、前記左目用検光子２５Ｌまたは前記右目用検光子２５Ｒに到達する（前記透明板２４における屈折の影響が小さい場合）。
【００３９】前記右目用画像２１Ｒからの光の偏光方向は、前記右目用偏光子２３Ｒにより、前記透明板２４に入射する入射面に垂直になっているとともに、入射する角度が７５度と大きい値となっているので、前記透明板２４における反射率が大きくなり、前記右目用画像２１Ｒからの光量が十分得られる。
【００４０】前記右目用画像２１Ｒからの光は、前記右目用偏光子２３Ｒと同じ偏光方向をもつ前記右目用検光子２５Ｒのみを通過するため、観察者の右目のみで視覚される。一方、前記左目用画像２１Ｌからの光の偏光方向は、前記左目用偏光子２３Ｌと同じ偏光方向をもつ前記左目用検光子２５Ｌのみを通過するため、観察者の左目のみで視覚される。以上の構成の作用により、観察者は立体映像を体験できる。
【００４１】但し、前記左目用画像２１Ｌからの光は、前記透明板２４を透過するときに屈折するため、その光路にずれを生じる。これに対応するために、前記透明板２４の反射面の位置を、左目用画像２１Ｌと右目用画像２１Ｒの対称軸となる位置から調整する必要がある。このときも、前記画像シート２１の前記左目用画像２１Ｌの部分と前記透明板２４がなす角と前記画像シート２１の前記右目用画像２１Ｒの部分と前記透明板２４がなす角が等しくなるように保たれている。
【００４２】上に記述した実施例において前記２つの画像表示装置のなす角度や前記画像シートの角度を１５０度としたが、この角度に制限されない。前記透明板の屈折率が１．５２の場合に１４０度（入射角７０度）とすればハーフミラーと同程度の３０％以上の反射率が得られる。したがって、前記２つの画像表示装置のなす角度を１４０度以上とすれば本発明を実施するのに適切な条件となる。
【００４３】上に記述した発明における画像表示装置や画像シートとして、フィルムをはじめ、液晶、ＥＬなど光を透過又はそれ自身が発光することにより画像を生成できるあらゆるものが適用できる。
【００４４】また、上に記述した発明における透明板の材料として、ガラスをはじめ、アクリル、ポリカボーネートなど光を透過し、空気よりも大きな屈折率を持つ材料ならばなんでも適用可能である。ただし、反射率を大きくするために、より屈折率が大きい材料が好ましい。
【符号の説明】
【００４４】１Ｌ・・・左目用画像表示装置、１Ｒ・・・右目用画像表示装置、
２・・・１／２波長板、３Ｒ・・・右目用偏光子、
４・・・透明板、
５・・・３Ｄ用めがね、５Ｌ・・・左目用検光子、５Ｒ・・・右目用検光子、
６・・・観察窓、７・・・筐体、
１１・・・画像表示装置、１１Ｌ・・・左目用画像表示装置、１１Ｒ・・・右目用画像表示装置、
１２・・・１／２波長板、１３Ｒ・・・右目用偏光子、
１４・・・ハーフミラー、
１５・・・３Ｄ用めがね、１５Ｌ・・・左目用検光子、１５Ｒ・・・右目用検光子、
１６・・・観察窓、１７・・・筐体、
２１・・・画像シート、２１Ｌ・・・左目用画像、２１Ｒ・・・右目用画像
２３Ｌ・・・左目用偏光子、２３Ｒ・・・右目用偏光子、
２４・・・透明板、
２５Ｌ・・・左目用検光子、２５Ｒ・・・右目用検光子、
２６・・・観察窓、２７・・・筐体、
２７ａ・・・筐体の内部が見えるように展開された壁
【図１】
2012173736.tif 000003
【図２】
2012173736.tif 000004
【図３】
2012173736.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月20日(2012.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
第１の平板と第２の平板と第３の平板を含む要素から構成される、前記第１の平板と前記第３の平板のなす角が前記第２の平板と前記第３の平板のなす角と等しくなるように配置され、前記第１の平板が発光すること又は前記第１の平板に光が透過することで生成された画像の光が前記第３の平板を透過し、前記第２の平板が発光すること又は前記第２の平板に光が透過することで生成された画像の光が前記第３の平板で反射し、前記第１の平板により生成される画像と前記第２の平板により生成される画像が前記第３の平板において合成される機構を有する立体表示装置において、前記第３の平板として材質が樹脂またはガラスの透明板を使用するとともに、前記第１の平板と前記第２の平板の互いのなす角度が９０度より大きくなるように設置していることを特徴とする立体表示装置