(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多視点光線群を発生させる多視点光線群の発生手段と、
前記多視点光線群によって生成された立体像を共役像として再生するための結像手段と、を有し、
前記結像手段は、所定の方向に電界振動する第１の偏光を透過させる偏光素子、第１の結像光学素子と、前記第１の偏光を透過させ、前記第１の偏光とは電界振動する方向が異なる第２の偏光を反射する反射偏光選択素子、位相差板、第２の結像光学素子、及びミラーがこの順に配置されており、
前記第１の結像光学素子を透過した前記多視点光線群のうち、前記第２の偏光は、前記反射偏光選択素子により反射され、
前記反射偏光選択素子により反射された多視点光線群は、前記位相差板及び前記第２の結像光学素子を介して前記ミラーにより反射され、前記反射偏光選択素子及び前記偏光素子を透過し、前記共役像を再生することを特徴とする立体表示装置。
【請求項２】
前記多視点光線群の発生手段は、円柱型パララクスバリアと周回走査された円柱型発光アレイからなることを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項３】
前記多視点光線群の発生手段は、視野方向に限定された部分的な円柱型パララクスバリアと部分的に周回走査された円柱型発光アレイからなることを特徴とする請求項１に記載の立体表示装置。
【請求項４】
前記円柱型発光アレイは薄膜発光素子からなるアレイ素子であることを特徴とする請求項２又は３に記載の立体表示装置。
【請求項５】
前記円柱型発光アレイは有機発光薄膜ダイオードからなるアレイ素子であることを特徴とする請求項２又は３に記載の立体表示装置。
【請求項６】
前記円柱型発光アレイは光伝送された表示信号によって駆動されることを特徴とする請求項２又は３に記載の立体表示装置。
【請求項７】
前記円柱型発光アレイは出射方向を制限する光学的ルーバーを有すること特徴とする請求項２又は３に記載の立体表示装置。
【請求項８】
前記円柱型発光アレイの出射面には、前記偏光素子とは異なる第２の偏光素子が配置されており、前記多視点光線群は、前記第２の偏光素子を介して前記結像手段に出射されることを特徴とする請求項２又は３に記載の立体表示装置。
【請求項９】
前記円柱型発光アレイは発光アレイ以外の外周部が黒色の樹脂で被覆あるいは充填されている構造を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の立体表示装置。
【請求項１０】
前記円柱型発光アレイは電子的に周回走査される発光アレイであること特徴とする請求項２又は３に記載の立体表示装置。
【請求項１１】
前記円柱型発光アレイは非発光型の空間変調器と投影用光源からなることを特徴とする請求項２又は３に記載の立体表示装置。
【請求項１２】
前記円柱型発光アレイに与える映像信号は周回走査の軸に対し１８０°軸対称な多視点光線信号であることを特徴とする請求項２又は３に記載の立体表示装置。
【請求項１３】
前記円柱型パララクスバリアは実効的なスリットピッチを可変とする周回走査をされることを特徴とする請求項２に記載の立体表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、視差型の立体表示装置に関し、特に偏光めがねや液晶シャッターを用いることなく、カラー３次元動画が視認可能な立体表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
簡便に立体表示を実現する方法として、米国特許明細書第２６２８５３３号公報や米国特許明細書第３６４７２８４号公報、米国特許明細書第５５０８７６３号公報に記載の凹面鏡や凸レンズを使った共役像再生による立体表示装置が提案されていた。
また、従来から二眼式立体表示と呼ばれるものがあった。また３次元画像コンファレンス（１９９９年 講演番号４−４）記載のように多視点光線を回転走査によって生成し、３６０度方向で観察できるようにした装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の共役像再生方式による立体表示装置は実物の共役像の再生であり、投影するための実物が必要であり、そのままでは動画などの電子的な立体映像を表現できなかった。
【０００４】
一方多視点光線を全周にわたって再現する手法では、立体表示空間に円柱状のバリアがあることが原因して、表示空間へ観察者が入り込むことができなかった。そのため力覚との複合化が困難であり、観察者とのインタラクティブ性が限定されてしまう問題があった。さらに観察者が直接回転体やスリットに触ることのないように保護カバーなどが必要であり、パララクスバリアの存在もあって真の意味で空間への立体動画像の表現はできなかった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、偏光めがね等を用いることなく、表示品位に優れた３次元映像、あるいは３次元画像を実現することのできる立体表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の立体表示装置は、多視点光線群を発生させる多視点光線群の発生手段と、前記多視点光線群によって生成された立体像を共役像として再生するための結像手段と、を有し、前記結像手段は、所定の方向に電界振動する第１の偏光を透過させる偏光素子、第１の結像光学素子と、前記第１の偏光を透過させ、前記第１の偏光とは電界振動する方向が異なる第２の偏光を反射する反射偏光選択素子、位相差板、第２の結像光学素子、及びミラーがこの順に配置されており、前記第１の結像光学素子を透過した前記多視点光線群のうち、前記第２の偏光は、前記反射偏光選択素子により反射され、前記反射偏光選択素子により反射された多視点光線群は、前記位相差板及び前記第２の結像光学素子を介して前記ミラーにより反射され、前記反射偏光選択素子及び前記偏光素子を透過し、前記共役像を再生することを特徴とする。
上記の目的を達成するために、本発明の立体表示装置は、電子的に形成された多視点光線群と、前記多視点光線の共役像を再生するための結像手段を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の立体表示装置は、電子的に多視点光線を生成し、さらに結像手段によって空間に多視点光線の立体像を作り、次にこの立体像の共役像を再生し、これを観察する共役像再生型の立体表示装置である。
【０００８】
したがって、この構成によれば、表示部分と周回走査部分を光学的に分離でき、実物のない空間に電子的に再生した立体動画像や映像を再現できる。また偏光眼鏡等を用いることなく多人数が同時に立体像を観察できる。
【０００９】
さらに本発明の結像手段は、共役像を結像する最終光学要素が反射型光学素子であることを特徴とする。
【００１０】
視認範囲を大きくとるためには最終光学素子の開口数が大きいほうが望ましく、本発明のように最終光学要素に反射型を採用した構成とすることで妥当なコストで広い視認範囲を実現できる。また反射系では光路の折り曲げが必要であることから装置全体の大きさを削減できるメリットもある。
【００１１】
また本発明の立体表示装置の結像手段は、前記共役像形成に機能する光を偏光する偏光素子、表示光を選択する偏光素子とを有する光学系であることを特徴とする。
【００１２】
結像系に入る光は、多視点光線群を結像する光だけでなく、外光や多重反射光なども含まれている。ここで多視点光線から出る光を偏光し、これを結像系の光学系のどこかで選択、あるいは検光するとこれらのノイズ光を低減できる。また、観察者側からの外光も少なくとも半分は吸収できるためにコントラストの高い共役像を観察できる。
【００１３】
さらに本発明は凹面鏡からなる結像手段の最終光学要素、偏光分離ミラーからなる表示光を選択する偏光素子、凹面鏡における反射時の偏光回転素子を有することを特徴とする。
【００１４】
さらに進んだ反射光学結像系として凹面鏡によって視認範囲を広げ、偏光分離ミラーを用いて多視点光線からの入射光と共役像形成に向かう出射光を、偏光を利用して分離している。この時、反射鏡での偏光回転方法には位相板等を用いている。このような構成をとることで暗箱の吸収による黒の背景を得て、高いコントラストの共役像を観察できる。なお、凹面鏡は大口径であるのが望ましい。
【００１５】
また、本発明の多視点光線群の発生手段は円柱型パララクスバリアと周回走査された円柱型発光アレイによって構成されることを特徴とする。
【００１６】
すなわち、これは観察者が見る多視点光線群は、バリアスリット位置に対応して周回走査している円柱型発光アレイから時分割されて順次形成するものである。これにより少ない発光アレイ数で解像度の高い高品質な多視点光線群を形成できる。
【００１７】
また、本発明の多視点光線群の発生手段は、視野方向に限定された部分的な円柱型パララクスバリアと部分的に周回走査された円柱型発光アレイからなることを特徴とする。
【００１８】
すなわち、これは観察者が見る多視点光線群は、視野方向に限定されたバリアスリット位置に対応して部分的に周回走査している円柱型発光アレイから時分割された多視点光線である。
【００１９】
これにより機械的走査から電子的な走査への代替を可能とするばかりか必要な視野方向に限定することが可能となり、表示密度の高い立体動画像を得ることができる。
【００２０】
さらに、本発明の円柱型発光アレイは薄膜発光素子からなるアレイ素子であることを特徴とする。
【００２１】
これにより多画素化しても回転による周回走査にも十分耐えられる軽量な発光アレイを構成できる。
【００２２】
同じく、本発明の円柱型発光アレイは有機発光薄膜ダイオードからなるアレイ素子であることを特徴とする。
【００２３】
これにより軽量、画素密度の高い走査を可能とし、さらにカラー化を容易にしている。この点で発光型の有機発光薄膜ダイオードからなるマトリクス型ディスプレイは好適である。
【００２４】
さらに本発明の円柱型発光アレイは光伝送された表示信号によって駆動されることを特徴とする。
【００２５】
これにより回転している駆動回路に安定した表示データを供給することができる。
【００２６】
また本発明の円柱型発光アレイは出射方向を制限する光学的ルーバーを有すること特徴とする。
【００２７】
これはクロストークの少ない多視点光線を形成するには隣接するバリアスリットから漏れ光として出射させない必要がある。このために狭範囲の光束を実現するためである。
【００２８】
また本発明の立体表示装置は、前記円柱型発光アレイの出射面には、前記偏光素子とは異なる第２の偏光素子が配置されており、前記多視点光線群は、前記第２の偏光素子を介して前記結像手段に出射されることを特徴とする。
【００２９】
これは多視点光線を偏光することで表示光と偏光を異にするノイズ光との分離を容易にし、共役像のコントラストを向上する。
【００３０】
また本発明の円柱型発光アレイは発光アレイ以外の外周部が黒色の樹脂で被覆あるいは充填されている構造を有することを特徴とする。
【００３１】
これによって迷光やノイズ光を吸収すると共に回転走査時の風切り音を抑制できる。
【００３２】
同じく本発明の円柱型発光アレイは電子的な周回走査される発光アレイであること特徴とする。
【００３３】
これによると周回走査のすべて、若しくは一部を発光アレイのライン走査による電子化走査に代替し、機械的な走査の代替を可能とする。これにより振動のない安定で信頼性の高い周回走査が可能となった。
【００３４】
また、本発明の円柱型発光アレイは非発光型の空間変調器と投影用光源からなることを特徴とする。
【００３５】
これにより、より高密度な多視点光線を得ることができる。
【００３６】
さらに本発明の円柱型発光アレイに与える映像信号は周回走査の軸に対し１８０°軸対称な多視点光線信号であることを特徴とする。
【００３７】
すなわち、多視点光線群に対し、得られた共役像は１８０°対称になっているので、正対してこれを観察する場合、裏側からの立体像を見ることになる。そこで１８０°軸対称な多視点光線信号を与えることによってこれを補正するものである。
【００３８】
また、本発明の円柱型パララクスバリアは光学的ルーバーを有することを特徴とする。
【００３９】
これは本発明でクロストークの少ない多視点光線を形成するには隣接するバリアスリットから漏れ光として出射させないために狭範囲の光束に制限する必要があるためである。
【００４０】
また本発明の円柱型パララクスバリアは実効的なスリットピッチを可変する周回走査されることを特徴とする。
【００４１】
これにより実効的にピッチを小さくし、結果的に水平画素数であるスリット数を増加できる。これによってより高精細な立体動画像を得ることができる。
【００４２】
本発明の立体表示装置によれば、このような作用により高品位な動く立体像を空間に再現することができる。すなわち、表面の塗りつぶしや質感も再現できる自然な立体動画像を表示可能な立体表示装置を実現することができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は結像手段として反射型結像光学系を採用し、多視点光線の形成手段として円柱型パララクスバリア１５と回転する円柱型発光アレイを用いた形態の構成図である。
【００４５】
反射型結像系は結像手段として、反射型光学素子である２枚の凸レンズ作用を有するフレネル反射鏡１１ａ、１１ｂを対向させ、その中心部に開口１２を設け、発光アレイと円柱型パララクスバリア１５によって得られる多視点光線群によって再生される立体像１３を下側の開口付近に置き、上側の開口位置近傍に共役像１８を結像させている。したがって観察される共役像１８は反射型光学素子である下側のフレネル反射鏡１１ｂによって最終的に結像させられている。破線１９は最周辺部の光線、一点鎖線は光軸を表している。より具体的には、本実施の形態では等焦点距離の反射式ＯＨＰ（オーバーヘッドプロジェクター）装置用の大型フレネル反射鏡、発光アレイとして後述する薄膜発光素子、周回走査装置１４にはＰＬＬ制御されたＤＣモーターを用いた。なお多視点光線群は正確にはスリット状光線の集合体であるが結像関係を分かりやすくするため立方体で表わしてある。
【００４６】
図１の反射型結像光学系を用いると再生された立体像１３と共役像１８は前後左右が逆転する。図２によりこの逆転効果を説明する。下側２１と上側２２のフレネル反射鏡位置にｘｙｚの座標系をとり、下側の原点に視差像をおく。共役像は上側の座標系原点に形成されている。図２の下側ｘｙｚ軸に矢印が各々図示するように置かれると上側の共役矢印像はｘ、ｙ軸が反転する。たとえばｙ軸上の矢印２４は共役な矢印像２５を形成する。２３はｙ軸上の矢印２４の先端から出射した近軸近似した光線である。ｘ軸に関しても同様である。この結果、立方体の面２６は図２に示したように反転する。しかし図２に示すように、水平方向に１８０°反対側から観察すると共役像は原像を直接観察した場合とまったく同等に観察できる。
【００４７】
図３はスリットと多視点光線源である発光アレイの反転関係を示した概要図である。本願の立体表示装置３０内部の立体像をある視点３４から観察する時、観察者はある位置のスリット３３を通して右発光アレイ３２と左発光アレイ３３を見ることになる。この時、立体画像２６が観察できる。これらのスリット、右発光アレイと左発光アレイの共役像が図１、図２に示した反射結像光学系によってそれぞれ３５、３６、３７として形成される。これを視点３８から観察するとｘ、ｙ方向にそれぞれ反転がされた結果、ｚ軸に１８０°回転対称な共役立体像２５を観察できる。したがって、発光アレイに与える映像信号を原映像信号に対し１８０°軸対称な信号とすると、観察者に正対した所望の視差像が得られる。
【００４８】
さらに当然ながら、共役な立体像２５は実在していない光学像であるので、バリアスリットや発光アレイに邪魔されずに像の内部までポインティングデバイスを差し込めるので、自在なポインティングが可能となる。また多視点光線群による立体像の形成であるので、体積走査型の立体像のように奥が透けるファントム現象は生じない。
【００４９】
図４は本実施の形態で用いた発光アレイの概略の斜視図である。円柱状の回転体４１に複数の駆動回路４２と発光アレイ４３が回転体４１の軸を中心として放射状に実装されている。各発光アレイは薄膜発光素子からなるアレイ素子である。より具体的にはアクティブマトリクス駆動の有機発光薄膜ダイオード（ＯＬＥＤ）表示装置であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）要素画素から構成されている。図４では駆動回路は一つの発光アレイ分だけが描いてある。ここではｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）ＴＦＴ駆動のポリマー型ＯＬＥＤ表示装置を用いた。一つの発光アレイは７６８×１２８画素からなり、これを１２枚、円柱の周に配置した。円柱型発光アレイの直径は７０ｍｍ、画素ピッチは１００μｍ、したがって最大約７０ｍｍ高さ、幅７０ｍｍの多視点光線群を得ることができる。ＯＬＥＤ画素はΔ配列ＲＧＢのアレイ構成とした。実効的には約１５０μｍの白色画素に対応する。視差数はほぼ５０である。他にも、ＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ ２００１、ｐ１３４に例示されるＳｉトランジスタ駆動の装置や、ＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ ２００１、ｐ．９７４の例示されるＴＦＴ駆動の装置が使用可能である。ＯＬＥＤアレイは１００μｍ以下の高精細化も可能であり、また総画素数の多い大規模なアレイ化も可能である。その上、基本的に薄膜素子であるので基板を入れても軽量化が図れ、本発明のように運動が必要な装置には最適である。
【００５０】
さらに円柱型発光アレイ４１は円柱の中心軸に結合されたモーター４４によって駆動される。なお各発光アレイに与えられる表示信号は、回転駆動軸付近に設置された光トランシーバによって各発光アレイ駆動回路に各々光伝送されている。
【００５１】
発光アレイからの発光は多視点光線間のクロストークを避けるために回転軸に沿った鉛直方向に出射されなくてはならない。このため発光アレイやパララクスバリアのスリットに光学的ルーバーを設置し、出射方向を制限している。本実施の形態ではマイクロルーバーフィルム（３Ｍ社製）を発光アレイの上に設置し、円柱の外周に垂直な方向以外の出射を制限した。これ以外にもＯＬＥＤ素子の場合、Ｍ＆ＢＥ誌、ｖｏｌ．１０、ｐ．６３（１９９９）に記載の共振器構造を採用し発光方向を制限することも可能である。また円柱状発光アレイは風切り音を防止し、迷光を防止するため発光アレイ以外の外周部は黒色の樹脂で被覆もしくは充填されている。
【００５２】
図５は回転発光アレイ５１とその外側に設置されたパララクスバリア５２である。パララクスバリアのスリット幅は０．２ｍｍ、スリットピッチは２ｍｍ、直径は８０ｍｍ、スリット数は１２８である。フリッカーを防止するために発光アレイの回転数は２００ｒｐｍとした。内部の回転発光アレイが回転しながら各発光アレイは所定のスリット位置に来たときに順に多視点光線を発光する。こうして右、左の多視点光線を、スリットを通して観察できる。発光アレイの駆動映像信号は、回転を妨げないためもっとも移動量の少ない駆動軸付近に設置された各駆動基板の受光器に支持基板上のＬＥＤから光伝送されている。
【００５３】
またＯＬＥＤアレイは周回走査に同期して多視点光線を回転方向に高速に走査できるため、内側の発光アレイの回転数を補うように電子的に周回走査することも可能である。
【００５４】
図６は、外周のパララクスバリア６２を機械的な回転によって周回走査する場合の構成図である。６１は回転発光アレイ、６３は回転駆動用のＤＣモーターである。外周のパララクスバリアを周回走査することによって等価的にスリットピッチを可変できる。これは２つの回転体スリット間で発生する干渉縞ピッチの変化と考えることができる。したがって外周のパララクスバリアのピッチを小さくし、結果的に水平画素数であるスリット数を増加できる。これによってより高精細な立体画像を得ることができる。
【００５５】
図７は結像手段として反射型結像光学系を採用し、多視点光線群の形成手段として周回走査する円柱型スリット７５と発光アレイを用い、再生された立体像７３の共役像７８を結像光学系の外部に形成する形態の構成図である。反射型結像系は反射光学素子として２枚の凹面鏡７１ａ、７１ｂを対向させ、その中心部に開口７２ａ、７２ｂを設け、発光アレイと円柱型スリットによって得られる立体像７３を下側の開口の外側に置き、上側の開口位置の外側に共役像７８を結像させる構成である。なお図７中で立体像７３は、正確には多視点光線群によって再生された点像の集合体であるが、分かりやすくするため立方体で表わしてある。破線７９は周辺の光線、一点鎖線は光軸を表している。より具体的には、本実施の形態では等焦点距離の凹面鏡を結像系に用い、発光アレイ、回転円柱型スリット７５として図１、図４、図５に示したものと同じＯＬＥＤアレイとパララクスバリアアレイを採用した。回転装置７４には同じくＤＣモーターを用いている。
【００５６】
この構成によると結像系の外側に共役像７８をつくることができるので、あたかも立体像が空中に浮かびあがったような視認効果を得ることができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図８は結像手段として反射型結像光学系を採用し、多視点光線群の形成手段として円柱型スリットと周回走査された発光アレイを用い、さらに多視点光線群の生成手段と共役像の間に偏光選択素子と位相板を設置した形態の概略構成を示す図である。
【００５８】
本実施の形態の立体表示装置は、多視点光線群によって再生された立体像８１、反射型結像手段を構成する凸レンズ作用を持つ結像光学素子８２ａ，８２ｂ、共役像８８形成に機能する偏光を分離する反射偏光選択素子８３、位相差板８４、ミラー８５から概略構成される。必要に応じ、上側偏光素子８６を設置すると反射偏光選択素子８３からの外光の反射を効果的に抑制できる。図８中で両矢印８７、二重円８９は、それぞれ直線偏光の電界振動方向あるいは透過軸が紙面に平行、垂直であることを示している。
【００５９】
反射型としての結像作用は、反射型光学素子である凸レンズ作用を持つ２つの光学素子８２ａ，８２ｂと反射偏光選択素子８３、そしてミラー８５によって生じる。結像系の拡大縮小は再生立体像の大きさ、所望の共役像の大きさ、さらに視認範囲と共役視差像の飛び（ピッチ）によって設定することができる。
【００６０】
再生された立体像８１の点像から等価的に発せられる偏光は、上部の結像光学素子８２ａを経て反射偏光選択素子で両矢印８７方向に電界振動する偏光だけが反射される。次に下部の位相差板８４を透過し下部の結像光学素子８２ｂを経てミラー８５で折り返される。位相差板８４によって偏光方向を９０度曲げられ出射した偏光は再び上部の結像光学素子８２ａを経て反射偏光選択素子８３に入射する。結像光学素子８２ａ，８２ｂは複屈折が実質的に小さく、位相変化に影響しない素材を用いている。反射偏光選択素子８３の透過軸は、図８中では二重円８９で示す紙面に垂直な方向に設定してあるので、この光路を通ってきた多視点光線群８１から発せられた偏光だけが外部に出射できる。なお上側偏光素子８６はこの光を透過する方向にその透過軸を合わせているのでこれも透過できる。こうしてこの光路を通ってきた光は共役像８８を結び、観察者はこれを視認できる。
【００６１】
また、再生された立体像８１からの光は反射偏光選択素子によって透過できないので直接上方から立体像８１は観察できない。またこの偏光による直接光の分離作用は視認方向を格段に拡大させる。つまり開口部を空けて視認方向を限定し直接光と結像する表示光を分離していた従来の米国特許明細書第２６２８５３３号公報や米国特許明細書第３６４７２８４号公報、米国特許明細書第５５０８７６３号公報などに記載の立体表示装置に比べ開口部の制約がないため表示光が出射する方向すべてを視認することができる。このように偏光による分離と大開口を実現できる反射結像系により視認範囲が拡大される。
【００６２】
一方、偏光していない外光は上側偏光素子８６と反射偏光選択素子８３を通過して反射型結像手段に入射するが、下側の位相差板８４を介してミラー８５によって反射された後、偏光方向が変えられてしまい結像手段の外部に出射できない。再度反射した後には出射可能であるが、反射による減衰、光学要素の反射によって実質的にはほとんど外部に出射できない。また必要に応じ、下側偏光素子８０を反射偏光選択素子８３の光学的な結像系側（図８中 ８３の下側）に部分的に設置することによって、上記の多重反射成分をさらに有効に吸収することができる。このようにして外光によるノイズ光を減少させることができる。以上から、外光と直接光を実像形成から排除する事ができるためコントラストに優れた実像の形成が可能となった。なお図８において、簡単のため外光についてはレンズ作用を無視して偏光の状態を記して説明してある。
【００６３】
再生された立体像８１は、実施の形態１で前述した装置によって形成される。例えばパララクスバリアと周回走査する円柱状の発光アレイ装置などを適用できるが、立体像８１の点像からの光のうち結像に寄与する偏光を円柱型発光アレイから直接出射するか、偏光素子によって偏光する必要がある。たとえば図４に示した円柱型発光アレイの出射面に偏光素子（偏光板）を設置し偏光を出射させる。あるいは図７に示すように反射型結像系に外部から表示光が入射する開口部７２ｂに偏光板を挿入する方法がある。また再生された立体像が結像系内部に形成される場合であっても反射偏光選択素子に向かう光束を覆う偏光板をパララクスバリアの近傍に設置すれば実質的に機能する。このような理由から図８中の立体像８１の位置は共役像を結像できればよいだけであり厳密な位置を示していない。
【００６４】
より具体的には、本実施例の実施の形態において、反射偏光選択素子にはInternational Display Research Conference 1997 p.M-98 記載のD-BEF型偏光子（３M社製）、液晶 vol.2, 1998, p.32記載のBrightmax（Merck社製）と１／４波長板の組み合わせ、 SID Digest 2001 p.1282, p.1287に記載のWire-Grid型偏光子等の製品を用いることができる。 また、反射型結像手段の結像素子としては凸レンズ作用を有する低複屈折、低歪みフレネルレンズ等を用いることができる。位相板は広帯域の１／４波長板が好適である。
【００６５】
図９は反射型結像光学系として反射型光学素子である一枚の凹面鏡９２と、反射偏光選択素子９３としてD-BEF素子を用いた場合の立体表示装置９０１の構成図である。図９に示すように、一枚の凹面鏡の場合でも光軸９０３に対し１８０°軸対称な多視点光線群を得ることができる。多視点光線群の発生手段９１からの偏光した表示光（紙面に平行）はD-BEF素子９３で反射され（紙面に垂直成分を透過）、次に１／４波長板９４と凹面鏡９２によって偏光が９０°曲げられて反射し、再びD-BEF素子９３に入射する。表示光はD-BEF素子９３を透過できる偏光状態となっているのでD-BEF素子９３、偏光板９６（透過軸は紙面に垂直）を透過し、共役像９８を結像する。図９中で光線９０２は、近軸領域の結像関係を示すもので、光軸９０３に対し平行な光線と主点を通る光線を示している。また９０４は反射型結像光学系から決まる最大視認範囲を示している。多視点光線群の発生手段は、実施の形態１で前述した回転するパララクスバリアと同じく回転する円柱状のＯＬＥＤアレイ装置で形成され、パララクスバリアに設置した偏光板を通して偏光表示光を出射している。
【００６６】
結像した共役な立体像を観察すると、多視点光線以外のほとんどの外光は吸収されるため黒い背景に共役立体像が浮かんで観察される。これは偏光板９６を上部から見ると、近似的には偏光板の下に１／４波長板、ミラーを設置した構成と等価に成って外光が吸収されるためである。また立体表示装置９０１全体は外光が侵入しない光学的な暗箱に入れられている。図９の実施の形態では反射型結像素子として凹面鏡をだけを用いることで、高価な低複屈折、低歪みフレネルレンズ等を使用しないで済む利点がある。
【００６７】
（実施の形態３）
図１０は本実施の形態で用いた多視点光線の形成手段の概略構成図である。図１１は図１０に示す円柱型発光アレイの斜視図である。
【００６８】
多視点光線の形成手段１００は、外周の円柱型パララクスバリア１０２と内周の円柱型発光アレイ１０１からなる。図１１に示すように、円柱型発光アレイ１０１はその外周部を２次元発光アレイ１１１がほぼ覆うように配置されている。各２次元発光アレイ１１１は薄膜発光素子からなるアレイ素子が好適である。一つの発光アレイは７６８×１２８画素からなり、これを１２枚、円柱の周に配置した。より具体的にはアクティブマトリクス駆動の有機発光薄膜ダイオード（ＯＬＥＤ）表示装置であり、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）要素画素から構成されている。２次元発光アレイの駆動回路は円柱の内部に設置されている。他にも、ＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ ２００１、ｐ１３４に例示されるＳｉトランジスタ駆動の装置や、ＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ ２００１、ｐ．９７４の例示されるＴＦＴ駆動の装置が使用可能である。
【００６９】
図１０及び図１１に示すほぼ全周に多視点光線を同時に表示できる場合は、円柱アレイが回転する必要がなくなる。つまり実施の形態１の図４に示すような限定されたエリア型の発光アレイ若しくはライン状の発光アレイでは、発光アレイが回転しながら所定のスリット位置に来たときに順に多視点光線を発光し、人間の残像時間の間に全周を周回走査している。しかし図１０及び図１１に示す全周をほぼ覆われた発光アレイの場合、あるスリット位置にはある発光パターンというように固定された出射角の光線を表示するだけでよいので周回走査のための機械的な回転は不要となる。
【００７０】
その一方、全周にわたって全スリットに対応した多視点光線を表示するためには非常に高精細なアレイが要求される。そこで発光アレイの電子的な走査に加え、同期した補助的な周回走査を与えることで、一つのスリットにより多く視点の多視点光線を対応させることができる。こうしてより高精細な多くの右、左の多視点光線がスリットから発せられ、観察者はより連続した立体像をみることができる。
【００７１】
また逆に、ＯＬＥＤアレイは多視点光線を回転方向に高速に走査できるため、内側の発光アレイの機械的な周回走査に同期して補助的に電子的走査を加えることも可能である。
【００７２】
一方、ＬＣＤ（液晶表示装置）のような非発光ＳＬＭ（空間光変調器）を別な円柱型発光アレイの構成として採用することが可能である。たとえばＳＬＭを図４、図１０、図１１のＯＬＥＤアレイの代りに配置し、円柱状のＳＬＭアレイの中心にＲＧＢ発散光を発する投影用光源を配置する。このような投影型とすることで非発光のＳＬＭを自己発光型と同じように作用させることができる。またＲＧＢ光源を高速時系列に点滅させ、これに同期してＬＣＤの画像を変える、いわゆるフィールドシーケンシャル方式駆動の採用が可能となる。この駆動方法によって同じ密度のＬＣＤに対して、実効的に３倍の高密度表示が可能となる。さらにＬＣＤの方が高密度なＳＬＭとして製造しやすいこともメリットである。
【００７３】
図１２及び図１３は非機械回転型の多視点光線形成手段の一例を示す。図１２は非機械回転型の多視点光線形成手段の斜視図であり、図１３は発光アレイの斜視図である。
【００７４】
この多視点光線の形成手段１２０は、電子的な周回走査が行われる。電子的な周回走査が可能であるということは、機械的な周回走査に伴う形状の制限がなくなることを意味している。多視点光線形成手段１２０は、半円柱形状のパララクスバリア１２２と半円柱形状の発光アレイ１２１から構成されている。図１２において多視点光線の視野は半円柱形状のパララクスバリア１２２が形成されているほぼ１８０度の範囲である。従って結像系を経て得られる立体共役像はその反対側になる。
【００７５】
図１３に示すように、半円柱状発光アレイ１２１はフレキシブルな基板を用いたＯＬＥＤディスプレイを半円柱状に形成したものである。ＯＬＥＤディスプレイは水分などの有害な気体を防ぐ高バリアフィルムでＯＬＥＤ層を挟み込んだもので、アクティブマトリクスによって駆動される。赤・緑・青３色の発光材料は１００μｍ間隔で塗り分けられ、円柱状の高精細なフルカラー動画像を表示することができる。さらに前述したように周方向に沿って電子的に多視点光線が周回走査されている。これにより完全に電子的な走査が可能となり機械式回転走査は原理的には不要である。
【００７６】
半円柱状発光アレイ１２１は複数のアレイを図１１に示す実施の形態３の２次元発光アレイに準じて併置させることも可能である。また前述したように非発光のＳＬＭと光源によって光束の放射を行う投影系にも採用可能である。
【００７７】
図１２及び図１３は半円柱状のバリアと発光アレイの場合であるが、原理的には周回走査を視野方向の有効部分で行えばよいので半円柱形状には限定する必要がない。
【００７８】
一方、立体表示装置全体は実施の形態１の図１、図７、図８、図９と同様に、反射型結像光学系、パララクスバリアと機械的あるいは電子的な周回走査をする円柱型発光アレイ、若しくは部分的な円柱発光アレイからなる多視点光線の形成手段から構成されている。これによって機械的な周回走査がない、若しくは高速な周回走査がなくても多視点光線群によって再生される立体像の共役像を観察でき、安定性の高い高精細な立体動画像を得ることができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、動く立体像が空中に浮かびあがるという視認効果を有する立体表示装置を得ることができる。かつ高精細な多視点光線を利用することが容易で、リアリティーの高い共役立体像を空間に再現することができる。
【００８０】
また、発光型のカラーマトリクスアレイを多視点光線源に採用することができるのでフルカラーの動く共役像再生も容易である。
【００８１】
さらに偏光による表示光の分離や大開口の反射結像系により視認範囲が拡大し、同時に多人数での観察も可能となり、医療や産業用途、さらにはゲームなどへの応用が可能である。
【００８２】
機械的な周回走査系と表示部分を分離し、原理的に回転部分を観察者が直接見たり触れたりできないため安全性も向上する。
【００８３】
さらに電子的な多視点光線群によって再生した立体像の共役像を観察しているために、表示空間には何も存在しないので、力覚デバイスのポインター等を共役像再生空間に侵入させることができる。たとえばＣＴ像の内部にポインターを当ててそこでの感触を得るようなことができる。このように力覚デバイスとの相性が良い立体表示装置を実現できる。
【００８４】
また発光アレイ自身の電子的な周回走査を行うことで機械的な振動を取り除くことができ、より静かで安定性の高い表示を可能とする。この電子的な周回走査は、機械的な回転を不要とするばかりか、回転によるバリアや発光アレイの形状の制限をなくすことができる。
【００８５】
さらに薄膜型の発光アレイを採用すると回転部分の軽量化が可能となる。
【００８６】
また視差型の立体表示ではいわゆるファントム像が発生しないので塗りつぶし物体の３次元立体動画像を実現することができる。
【００８７】
さらに偏光選択素子の採用でノイズ光を抑制し、高いコントラストを有する立体表示装置を実現できる。
【００８８】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１の立体表示装置を示す概略構成図である。
【図２】  同装置における立体像の逆転効果を説明する斜視図である。
【図３】  同装置におけるパララクスバリアと多視点光線源の逆転効果を説明する斜視図である。
【図４】  同装置における発光アレイの概略の斜視図である。
【図５】  同装置における回転発光アレイとパララクスバリアの構成図である。
【図６】  同装置における回転発光アレイとパララクスバリアの別の構成図である。
【図７】  本発明の実施の形態１の別の立体表示装置を示す概略構成図である。
【図８】  本発明の実施の形態２の立体表示装置を示す概略構成図である。
【図９】  同装置における一枚の結像素子を用いた場合の構成図である。
【図１０】  本発明の実施の形態３の多視点光線の発生手段を示す概略構成図である。
【図１１】  同装置における円柱型発光アレイの斜視図である。
【図１２】  本発明の実施の形態３における別の多視点光線の発生手段を示す斜視図である。
【図１３】  同装置における発光アレイの斜視図である。
【符号の説明】
１１ａ、１１ｂ、２１、２２ フレネル反射鏡
１２ 開口
１３ 多視点光線群によって再生された立体像
１４ 周回走査装置
１５ 円柱型パララクスバリア
１８ 共役像
２５ 共役立体像
２６ 再生された立体像
３０ 立体表示装置
３３ スリット
４１ 円柱型発光アレイ
４２ 駆動回路
４３ 発光アレイ
４４ モーター
５１、６１ 回転発光アレイ
５２、６２ パララクスバリア
６３ 回転駆動用のＤＣモーター
７１ａ、７１ｂ 凹面鏡
７３ 再生された立体像
７４ 回転装置
７５ 円柱型スリット
８１ 再生された立体像
８２ａ、８２ｂ 結像光学素子
８３ 反射偏光選択素子
８４ 位相差板
８５ ミラー
８６ 上側偏光素子
８８ 共役像
９１ 多視点光線群の発生手段
９２ 凹面鏡
９３ 反射偏光選択素子
９４ １／４波長板
９６ 偏光板
９８ 共役な多視点光線群形成手段
９０１ 立体表示装置
１００、１２０ 多視点光線形成手段
１０１、１１１ 円柱型発光アレイ
１０２ 円柱型パララクスバリア
１２１ 発光アレイ
１２２ パララクスバリア
【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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