JP2862462B2

JP2862462B2 - ３次元ディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2862462B2
Application number: JP5224349A
Authority: JP
Inventors: 敏男野村; 眞行片桐; 宣捷賀好
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 1999-03-03
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JPH0777748A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特殊なメガネを必要と
せずに立体画像が再生できる３次元ディスプレイ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術としては、メガネなしで立体
画像が見られる装置としてレンチキュラレンズを用いた
３次元ディスプレイが知られている。特に、レンチキュ
ラレンズと表示画素の位置合わせが容易、表示面とレン
チキュラレンズまでの距離が短いなどの理由で、液晶デ
ィスプレイなどのフラットパネルディスプレイとの組み
合わせで実現されている。

【０００３】液晶パネル表示面に直接レンチキュラレン
ズを貼る直視型の３次元ディスプレイ装置の従来例の一
つを図１０に示す。図１０には２眼式の例が示されてい
る。

【０００４】液晶パネル５０の画素ＤＤi1に左目用視差
像の一部が、画素ＤＤi2に右目用視差像の一部が表示さ
れている（以下ｉはｉ＝１〜ｎを示す）。

【０００５】立体信号源５２，５３がそれぞれの視差像
のソースであり、立体信号合成装置５４によって合成さ
れて表示される。液晶パネル５０の前面にはレンチキュ
ラレンズ５１が密着して配置され、画素ＤＤi1，ＤＤi2
のペアに対して、シリンドリカルレンズＬＬi が対応す
る。画素ＤＤi1，ＤＤi2を透過した光はシリンドリカル
レンズＬＬi の働きによって、観察領域の空間Ｃ、空間
Ｄにそれぞれ分離される。空間Ｃ、空間Ｄにそれぞれ左
目、右目をもってくると立体像が観察できる。

【０００６】図１０では各シリンドリカルレンズＬＬi
の形状は同じであるが、画素ＤＤi1，ＤＤi2のペアのピ
ッチとシリンドリカルレンズＬＬi のピッチは異なる。
シリンドリカルレンズのピッチが若干小さく設定されて
いる。従って、液晶パネルの周辺において画素のペアの
中心とそれに対応するシリンドリカルレンズの中心がず
れ、そのずれ量は周辺にいく程大きくなる。このずれに
よって、液晶パネル５０の中央と周辺でシリンドリカル
レンズへのそれぞれの画素からの透過光の入射角が異な
るため、液晶パネル５０の周辺の画素からの透過光を観
察領域の特定の空間Ｃと空間Ｄに集めることができる。

【０００７】また、メガネなしで立体画像が観察できる
別の型の装置として、パララクスバリヤを用いた３次元
ディスプレイが知られている。このパララクスバリヤを
液晶パネルによって構成する３次元ディスプレイ装置の
従来例の一つを図１１に示す。

【０００８】図１１の３次元ディスプレイ装置は、同じ
性能仕様の２枚の液晶パネル、即ち、表示用液晶パネル
６１とスリットバリヤ用液晶パネル６２、両者の中間に
挿入したフレネルレンズ６３、３次元画像及びスリット
バリヤを発生するパーソナルコンピュータ６４等からな
る。この場合、２枚の液晶パネルは偏光板の偏光方向が
一致する向きに積層し、スリットバリヤ用液晶パネル６
２の後ろに配置したバックライトからの光が透過するよ
うにする。スリットバリヤ用液晶パネル６２にはコント
ラスト比の高いスリット像を表示する。一方、表示用液
晶パネル６１にはコンピュータグラフィックスによって
生成した多視点画像をストライプ状に合成して表示す
る。このようにすると、図１２に示すようなパララクス
バリヤの原理によって、立体像を観察することができ
る。即ち、表示パネル７０上に左目用視差像７２と右目
用視差像７３をストライプ状に表示しておき、表示パネ
ル７０の前面に置かれたスリットバリヤ７１を通して観
察すると、左目では左目用視差像だけ、右目では右目用
視差像だけを見ることになり、立体像が観察される。

【０００９】このとき、レンチキュラ方式において表示
画素ピッチよりもシリンドリカルレンズのピッチを若干
小さくしたのと同様に、画像ピッチよりも開口ピッチを
若干小さくするためにフレネルレンズ６３（図１１参
照）を用いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示したレンチ
キュラ方式の３次元ディスプレイ装置では、レンチキュ
ラレンズが固定のため、例えば、２眼式表示だったもの
を３眼式表示に変更する場合は、レンチキュラレンズを
作り直す必要がある。観察距離を変更する場合も同様で
ある。また、同じ２眼式表示であっても、画素ピッチが
異なる表示パネルを使用する場合には、やはりレンチキ
ュラレンズを作り直す必要がある。

【００１１】また、この従来例において通常の２次元画
像を表示した場合には、左目と右目で解像度が劣化した
別々の像が観察されることになり、観察される画像は表
示した元の２次元画像とは異なってしまう。

【００１２】更に、使用する表示パネルと観察位置が決
定されると、まずシュミレーションを行ない、その条件
に対する最適なレンチキュラレンズを設計するが、製作
時の技法上の問題、あるいは装着する際の機構上の問題
から、シュミレーション通りにレンチキュラレンズを製
作し装着することが困難である。

【００１３】これに対して、図１１に示した液晶パララ
クスバリヤ方式の３次元ディスプレイ装置では、スリッ
トバリヤが固定ではなく容易に可変できるため、２眼式
から多眼式までの任意の３次元画像表示に対応できる。
また、解像度劣化のない通常の２次元画像表示装置とし
て両立性があるほか、同じ画面内に２次元画像と３次元
画像の混在表示も可能である。

【００１４】しかしながら、図１１の３次元ディスプレ
イ装置にはいくつかの欠点がある。第１の欠点は、スリ
ットバリヤによって光量が減殺され、画面が暗くなるこ
とである。第２の欠点は、スリットバリヤ自体が観察時
に目障りな障害となることである。これを回避するには
そのピッチを非常に細かくする必要があるのだが、液晶
パネルによってスリットバリヤを構成する場合には、ピ
ッチを細かくしようとしても液晶パネルの画素ピッチに
よって制限を受ける。また、仮に十分に細かいピッチが
得られたとしても、回析現象によって指向性に広がりを
生じてしまう。これら２つの欠点はスリットバリヤを液
晶で構成するか否かにかかわらず、パララクスバリヤ方
式の限界を与える。そのため、パララクスバリヤ方式は
今日では実用的な技術とは考えられず、最近では非主流
となっている。

【００１５】更に、第３の欠点は、画面サイズと比較し
て装置が大がかりなものになってしまうことである。観
察距離を遠ざけるとそれに応じて２枚の液晶パネルの間
隔を広くしなければならない。また、観察距離の変更に
追随させようとすると、液晶パネル自体を前後に移動さ
せる機械的な装置が必要となる。第４の欠点は、用いる
２枚の液晶パネルそれぞれの両面に偏光板が必要なた
め、バックライト光は合計４枚の偏光板を透過すること
になり、偏光板の透過率が１００％ではないことから光
量が減殺される。これを補償するには、強力なバックラ
イトが必要になるというように、従来の技術では種々の
問題点があった。

【００１６】本発明の目的は、上述した従来の液晶パラ
ラクスバリヤ方式のもつ数々の問題点に鑑み、２眼式か
ら多眼式までの任意の３次元画像表示に対応でき、観察
領域を前後左右に自由に移動させることができ、更に、
解像度劣化のない通常の２次元画像表示装置として両立
性があり、同じ画面内に２次元画像と３次元画像の混在
表示が可能で、左右方向だけでなく上下方向の視差像を
も表示可能な、メガネ不要の３次元ディスプレイ装置を
提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、複数の
異なる視差像を同時に表示する表示手段と、表示手段に
装着されており高い柔軟性を有する透明物質を両側から
透明電極で挾みこみ電圧を印加することにより少なくと
も一方の表面形状を変化させて光学特性を可変できるシ
リンドリカルレンズのアレイを形成する光学手段とを備
える３次元ディスプレイ装置によって達成される。

【００１８】また、本発明の目的は、複数の異なる視差
像を同時に表示する表示手段と、表示手段に装着されて
おり印加電圧によって屈折率が変化する透明物質を両側
から透明電極で挾みこみ電圧を印加することにより透明
物質に屈折率分布をもたせて光学特性を可変できるシリ
ンドリカルレンズのアレイを形成する光学手段とを備え
る３次元ディスプレイ装置によっても達成される。

【００１９】本発明の３次元ディスプレイ装置では、光
学手段が液晶によって構成されてもよい。

【００２０】本発明の３次元ディスプレイ装置では、光
学手段が２次元のレンズアレイとして作用するように構
成してもよい。

【００２１】

【作用】請求項１の３次元ディスプレイ装置では、表示
手段に複数の異なる視差像を同時に表示し、表示手段の
前面に光学手段を装着する。光学手段は、高い柔軟性を
有する透明物質を両側から透明電極で挾むことにより構
成され、電圧印加によって少なくとも一方の表面形状を
変化させることによりシリンドリカルレンズのアレイを
実現する。このシリンドリカルレンズアレイの作用によ
って、表示手段に表示された複数の視差像は空間的に分
離されて、ある観察空間に投影される。観察者は異なる
視差像を同時に異なる目で見ることにより立体像を観察
する。光学手段は、印加電圧パターンを変化させること
によりその光学特性を変化させることができ、表示手段
に装着したままの状態でレンズパラメータ（曲率半径、
厚さ、レンズピッチ）を任意に設定する。また、部分的
に電圧を印加しない領域を設けることにより、レンズ作
用をもたない領域を実現する。

【００２２】請求項２の３次元ディスプレイ装置では、
表示手段に複数の異なる視差像を同時に表示し、表示手
段の前面に光学手段を装着する。光学手段は、印加電圧
によって屈折率が変化する透明物質を両側から透明電極
で挾むことにより構成され、電圧印加によって透明物質
に屈折率分布をもたせることによりシリンドリカルレン
ズのアレイを実現する。このシリンドリカルレンズアレ
イの作用によって、表示手段に表示された複数の視差像
は空間的に分離されて、ある観察空間に投影される。観
察者は異なる視差像を同時に異なる目で見ることによ
り、立体像を観察する。光学手段は、印加電圧パターン
を変化させることによりその光学特性を変化させること
ができ、表示手段に装着したままの状態でレンズパラメ
ータ（曲率半径、厚さ、レンズピッチ）を任意に設定す
る。また、部分的に電圧を印加しない領域を設けること
により、レンズ作用をもたない領域を実現する。

【００２３】請求項３の３次元ディスプレイ装置では、
光学手段が液晶によって構成されているので、電気光学
効果により小さな電圧でその光学特性を大きく変化させ
ることができる。

【００２４】請求項４の３次元ディスプレイ装置では、
光学手段を２次元のレンズアレイとして作用させること
により、左右方向のみならず、上下方向の視差をも有す
る立体像を観察することができる。

【００２５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の３次元ディス
プレイ装置の実施例を説明する。

【００２６】図１は、本発明の３次元ディスプレイ装置
の一実施例の基本構造を示す断面図である。

【００２７】図１の２眼式の３次元ディスプレイ装置
は、フラットディスプレイパネルの前面に光学特性可変
レンズを置く直視型であり、立体像の再生空間を電気的
に制御できるように構成されたものである。

【００２８】図１の３次元ディスプレイ装置は、表示手
段である液晶パネル１、液晶パネル１に密着して配置さ
れた光学手段である光学特性可変レンズ２、光学特性可
変レンズ２に接続された光学特性可変レンズ制御部３、
光学特性可変レンズ制御部３に接続されたリモートコン
トローラ４によって構成されている。なお、実際の装置
では液晶パネル１の背面に表示用照明光源が置かれる
が、図１では省略してある。

【００２９】液晶パネル１には通常、カラー液晶パネル
が用いられる。そのとき、レンズの作用によって色画像
が分離しないように、液晶パネルのカラーフィルタの配
列は、画面の上下方向（垂直方向）に赤緑青（ＲＧＢ）
が並ぶようにする。

【００３０】液晶パネル１には２つの異なる視差像が１
画素おきにストライプ状に表示されている。液晶パネル
１の画素Ｄi1に左目に対応する視差像（左目用視差像）
の一部が、画素Ｄi2に右目に対応する視差像（右目用視
差像）の一部が表示されている（以下、ｉはｉ＝１〜ｎ
を示す）。

【００３１】図１の実施例では画像表示パネルとして液
晶パネルを用いたが、その他にエレクトロルミネッセン
ス（ＥＬ）パネル、プラズマディスプレイ、発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）アレイなどのフラットパネルディスプレ
イを用いることができる。そのときは表示用照明光源を
必要としない。

【００３２】光学特性可変レンズ２は、レンチキュラレ
ンズと同じ作用を有するレンズで、かつ、電気的にその
レンズ特性を制御することができる。光学特性可変レン
ズ２はシリンドリカルレンズＬi のアレイから構成され
る。図１ではシリンドリカルレンズＬi の断面が示され
ていて、レンズの長手方向と紙面に垂直な方向は一致す
る。また、液晶パネル１において同じ視差像が表示され
ている画素列の方向と、レンズの長手方向を一致させ
る。光学特性レンズ２の詳細は後述する。

【００３３】液晶パネル１内の画素Ｄi1，Ｄi2のペアに
対して、光学特性可変レンズ２内のシリンドリカルレン
ズＬi が対応し、密着して置かれる。画素Ｄi1，Ｄi2を
透過した光はシリンドリカルレンズＬi の働きによっ
て、観察領域の表示空間Ｐ、表示空間Ｑにそれぞれ分離
され、投影される。同様なことが、１からｎまでの全て
の画素において起こり、左目用視差像が投影される表示
空間Ｐ、右目用視差像が投影される表示空間Ｑが形成さ
れる。観察者は表示空間Ｐ、表示空間Ｑにそれぞれ左
目、右目をもってくると立体像が観察できる。画素Ｄi
1，Ｄi2とシリンドリカルレンズＬi の相対的位置関係
を変えることで、表示空間Ｐと表示空間Ｑの位置を制御
することができる。

【００３４】次に、上記光学特性可変レンズの一構成例
を図２に示す。

【００３５】ガラス基板２４の上に透明の全面電極２３
を形成する。全面電極２３はインジウム・スズ・オキサ
イド（ＩＴＯ）などの透明膜で構成される。

【００３６】全面電極２３の上に高い柔軟性を有する透
明物体２０を積層する。透明物体２０が流動性を示す場
合は、透明物体２０が流れ出さないように、透明物体２
０の上に透明皮膜２１を形成する。透明皮膜２１は薄く
柔軟性を有する。透明物体２０は例えばシリコン系のゴ
ムやオイルが用いられる。

【００３７】透明物体２０と透明皮膜２１の間に短冊状
電極２２を多数並べる。短冊状電極２２は図２では断面
が示され、紙面に垂直な方向に細長く伸びている。短冊
状電極２２もＩＴＯなどの透明膜で形成される。短冊状
電極２２は１本づつ駆動回路（図示せず）に接続されて
いる。また、全面電極２３も駆動回路に接続されてい
る。

【００３８】透明物体２０の表面の初期状態は平面であ
る。そこから、短冊状電極２２に部分的に電圧を加え、
全面電極２３との間に働く静電力で透明物体２０あるい
は透明皮膜２１の表面に凹凸をつける。即ち、一定間隔
をおいた短冊状電極２２ｂに、全面電極２３に加えられ
る電圧と逆の極性の電圧を印加する。そして、上記一定
間隔の中間の位置の短冊状電極２２ａに、全面電極２３
に加えられる電圧と同じ極性の電圧を印加する。短冊状
電極２２ｂと全面電極２３との間には静電引力が働き、
短冊状電極２２ｂと全面電極２３の間隔が縮まる。逆
に、短冊状電極２２ａと全面電極２３との間には静電斥
力が働き、短冊状電極２２ａと全面電極２３の間隔が広
がる。柔軟性のある透明物体２０はその影響を受けて変
形する。このようにして、周期的に円筒面が形成され、
レンチキュラレンズが構成される。

【００３９】レンズとして必要とされる円筒面の凹凸は
１ｍｍ程度である。低電圧で変形させるには、短冊状電
極２２と全面電極２３の間に生じる電界を大きくするの
が効果的で、初期状態（平面）で短冊状電極２２と全面
電極２３の間隔を１．５ｍｍ程度にするのが好ましい。
必要とされるレンズ全体の厚さがあるが、それはガラス
基板２４の厚さで調整する。

【００４０】電圧を印加する短冊状電極２２は短冊状電
極２２ａと短冊状電極２２ｂに限定されることはなく、
一連の短冊状電極２２に、ある電圧パターンをもって電
圧が印加されることがある。

【００４１】円筒面の形状（曲率、厚さ）は短冊状電極
２２に印加する電圧パターンの形で制御する。円筒面の
周期は短冊状電極２２に印加される電圧パターンの周期
で制御する。また、円筒面が形成される位置は短冊状電
極２２に印加する電圧パターンをシフトして制御する。
このようにして、透明物体２０あるいは透明皮膜２１の
表面に形成される円筒面の形状及び位置を、短冊状電極
２２に印加する電圧パターンによって制御することがで
きる。

【００４２】表示する視差像数を変更する場合の光学特
性可変レンズの制御について、図８及び図９を用いて説
明する。図８には２眼式の場合を図示してある。２眼式
の場合には、表示パネル上に異なる２つの視差像がスト
ライプ状に交互に表示されるので、表示パネルの２画素
が光学特性可変レンズの１つの円筒面に対応するよう
に、光学特性可変レンズの表面形状を構成する。図８に
はそのときに短冊状電極に印加される電圧パターンも併
せて図示してある（全面電極が負電位であるとしてい
る）。

【００４３】これを図９に示すように３眼式に変更する
場合を考える。３眼式の場合には、表示パネル上に異な
る３つの視差像がストライプ状に繰り返し表示されるの
で、表示パネルの３画素が光学特性可変レンズの１つの
円筒面に対応するように、光学特性可変レンズの表面形
状を構成する。図９にはそのときに短冊状電極に印加さ
れる電圧パターンも併せて図示してある（全面電極が負
電位であるとしている）。このように、光学特性可変
レンズの表面形状の凹凸のピッチを変化させることによ
り、任意の視差像数の３次元画像表示に対応することが
できる。なお図８及び図９は概念図であり、実際には表
示パネルの画素ピッチよりも光学特性可変レンズの表面
形状の凹凸のピッチの方を若干小さく設定することに注
意する。

【００４４】また、従来のレンチキュラ方式の３次元デ
ィスプレイ装置では、観察位置は装着されているレンチ
キュラレンズの光学特性によって決定され、観察者が能
動的に観察位置を移動させることはできないが、本実施
例の３次元ディスプレイ装置においては、光学特性可変
レンズの光学特性をリモートコントローラを用いた遠隔
操作によって変化させることができるため、観察者は自
分の意思で観察位置を自由に設定できる。

【００４５】図１において観察領域を前後左右に移動す
る場合には、リモートコントローラ４によって移動方向
と距離を光学特性可変レンズ制御部３に伝え、それを受
けて光学特性可変レンズ制御部３は図２の短冊状電極２
２に印加する電圧パターンを計算し、駆動回路を介して
光学特性可変レンズの形状を変化させる。本実施例で
は、レンズの光学特性の制御は全て電気的に行なうこと
ができ、機構部を全く必要としない。リモートコントロ
ーラ４はワイヤードでもよいし、赤外光等を用いてワイ
ヤレスとすることもできる。

【００４６】上述した光学特性可変レンズにおいては、
電圧を印加しない領域では表面に凹凸を生ずることがな
く、レンズ作用は生じない。それゆえに、電圧を印加し
ない領域では、通常の２次元画像の表示ができる。従っ
て、図３（ａ）に示すように、２次元画像と３次元画像
の混在表示が可能である。

【００４７】また、図２における全面電極２３の代わり
に、短冊状電極２２と直交する短冊状電極を用いること
ができる。このようにすると、垂直方向（画面の上下方
向）の制御も可能となるので、図３（ｂ）に示すよう
に、２次元画像の中に３次元画像をウインドウ表示する
ことが可能となる。図３（ｃ）のように３次元画像の中
に２次元画像をウインドウ表示することもできる。ただ
し、この場合は短冊状電極を高速に走査することが必要
となる。

【００４８】更に、これまでには光学特性可変レンズ
を、上下方向の視差をもたないレンチキュラレンズとし
て利用することについて述べてきたが、上述した直交電
極配置を用いると、上下方向の視差をも有するフライア
イレンズ（２次元のレンズアレイ）として利用すること
が可能である。

【００４９】次に、図４に他の実施例の光学特性可変レ
ンズの構造断面図を示す。図４は液晶を用いた光学特性
可変レンズの一部の断面図である。

【００５０】ガラス基板１３の上に短冊状電極１１ａ、
１１ｂ、１１ｃ…を並べた電極アレイ１１が形成されて
いる。電極アレイ１１はＩＴＯ（インジウム・スズ・オ
キサイド）膜などは透明電極である。図４では、短冊状
電極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…は断面を表し、紙面に垂
直な方向に細長く伸びている。もう一方のガラス基板１
４の上には透明な全面電極１２が形成されている。全面
電極１２もＩＴＯなどの透明膜で形成される。

【００５１】液晶パネルを表示素子として用いる場合に
は、電極幅を細くして画素ピッチを狭くすると、画面サ
イズが同じ場合には走査電極数が増加し、また電極抵抗
が増大することにより応答速度が遅くなるため、画素ピ
ッチを極端に狭くすることができない。しかし、図４に
示すような光学特性可変レンズの場合には、片側が全面
電極であることから走査をする必要がなく、定常状態で
用いるため、表示用に用いる場合に比べて、高速な応答
速度は要求されない。そのため、表示用液晶パネルに比
べて、極細の電極幅及び画素ピッチを実現することが可
能である。

【００５２】短冊状電極１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…、及
び全面電極１２はそれぞれ液晶駆動回路に接続されてい
る（図６参照）。図６において、短冊状電極３１は短冊
状電極駆動回路３３に、全面電極３２は全面電極駆動回
路３４に接続される。短冊状電極駆動回路３３と全面電
極駆動回路３４は、制御回路３５によって各電極に所望
の電圧を印加するよう制御される。

【００５３】電極アレイ１１と全面電極１２の間には封
入された液晶１０が備えられている。液晶分子１０は初
期状態でガラス基板に平行もしくは垂直の均一な状態で
配向される。

【００５４】上記液晶分子１０の屈折率は分子軸の方向
と分子軸に直交する方向とでは異なる。そのため、液晶
分子１０は光学的異方性を示す。ガラス基板１３、１４
に対する液晶分子１０の傾斜角は、電極アレイ１１と全
面電極１２の間に印加される電圧によって変化し、それ
に伴って液晶分子１０の集合体が呈する屈折率が変化す
る。すなわち、液晶への印加電圧を制御することによっ
て、光学特性可変レンズの屈折率分布を制御することが
できる。

【００５５】上記液晶分子１０への印加電圧のパターン
の一例を示す。いま仮に、初期状態をホモジニアス配向
（ガラス基板に平行）とし、電極１１ｅを中心として、
電極１１ｄと１１ｆ、電極１１ｅと１１ｇ、電極１１ｂ
と１１ｈの順に印加する電圧を減少させる。すると、電
界が弱い領域では液晶分子１０はガラス基板に平行に配
向しているが、電界が強い領域では基板に対してある角
度傾いた配向となる。その結果、液晶分子１０の集合体
の屈折率の分布は図５に示されるように変化し、シリン
ドリカルレンズのような集光特性が得られる。このと
き、液晶分子１０の集合体の屈折率の変化の幅は、液晶
分子１０が固有する最大屈折率と最小屈折率の間で規定
される。このような印加電圧パターンを水平方向に周期
的に繰り返して印加することにより、シリンドリカルレ
ンズアレイが構成される。

【００５６】電極アレイ１１に印加する電圧のパターン
を変化させると、液晶分子１０の集合体の屈折率の分布
形状、屈折率の全体のレベル、周期的に繰り返される屈
折率分布のピッチを制御することができる。

【００５７】１つのシリンドリカルレンズの光学特性は
レンズ円筒面の曲率、レンズの厚さ、レンズピッチの３
つの項目で規定される。図４に示される光学特性可変レ
ンズでは、レンズ円筒面の曲率は屈折率の分布形状に、
レンズの厚さは屈折率の全体レベルに、レンズピッチは
屈折率分布のピッチに対応する。

【００５８】本実施例でも、先に説明した実施例と同様
に、任意の視差像数の３次元画像表示に対応することが
でき、リモートコントローラによって観察領域を前後左
右に移動することができる。ただし、先の実施例では光
学特性可変レンズの表面形状を変化させることによりこ
れらを実現したが、本実施例では光学特性可変レンズの
屈折率分布を変化させることによりこれらを実現する点
が異なる。ここでも、レンズの光学特性の制御はすべて
電気的に行なうことができ、機構部を全く必要としな
い。

【００５９】また、液晶パネルを表示素子として用いる
場合には２枚の偏光板が必要であり、少なからず光の透
過率が低下するが、本光学特性可変レンズにおいては偏
光板が不要なため、光量を低減させることはない。

【００６０】上述した光学特性可変レンズにおいては、
電圧を印加しない領域では屈折率分布が発生せず、レン
ズ作用は生じない。ゆえに、電圧を印加しない領域で
は、通常の２次元画像の表示ができる。従って、図３
（ａ）に示すように、２次元画像と３次元画像の混在表
示が可能である。

【００６１】また、図４における全面電極１２の代わり
に、電極アレイ１１と直交する短冊状電極を用いること
ができる。このとき、電極の配置形状は図７に示すよう
に通常の液晶パネルに用いられるものと同一となる。図
７では、直交する２組の短冊状電極群４１と４２に対し
てそれぞれ駆動回路４３と４４が接続される。駆動回路
４３と４４は制御回路４５によって各電極に所望の電圧
を印加するように制御される。このようにすると、垂直
方向（画面の上下方向）の制御も可能となるので、図３
（ｂ）に示すように、２次元画像の中に３次元画像をウ
インドウ表示することが可能となる。図３（ｃ）のよう
に３次元画像の中に２次元画像をウインドウ表示するこ
ともできる。但し、この場合は短冊状電極を高速に走査
することが必要となる。更に、この直交電極配置を用い
ると、上下方向の視差をも有するフライアイレンズとし
て利用することが可能である。

【００６２】

【発明の効果】本発明の３次元ディスプレイ装置は、複
数の異なる視差像を同時に表示する表示手段と、表示手
段に装着されており高い柔軟性を有する透明物質を両側
から透明電極で挾みこみ電圧を印加することにより少な
くとも一方の表面形状を変化させて光学特性を可変でき
るシリンドリカルレンズのアレイを形成する光学手段と
を備えるので、立体像の再生空間を移動する際に、精密
な機構系を必要とせず、応答性に優れ、装置の小型化を
図ることができる。また、印加電圧パターンを変化させ
ることにより、２眼式から多眼式までの任意の３次元画
像表示に対応することができ、観察者はリモートコント
ローラを用いて立体像の再生空間を水平方向のみならず
観察距離方向にも能動的に移動することができる。更
に、電圧を印加しない領域ではレンズ作用を示さないの
で、通常の２次元画像表示装置として両立性があり、同
じ画面内に２次元画像と３次元画像を混在表示すること
が可能である。また、液晶パララクスバリヤ方式のよう
に光量を低減させるようなものがないので、明るく見や
すい立体像を観察することができる。

【００６３】本発明の３次元ディスプレイ装置は、複数
の異なる視差像を同時に表示する表示手段と、表示手段
に装着されており印加電圧によって屈折率が変化する透
明物質を両側から透明電極で挾みこみ電圧を印加するこ
とにより透明物質に屈折率分布をもたせて光学特性を可
変できるシリンドリカルレンズのアレイを形成する光学
手段とを備えるので、視差像を分離し、立体像を呈示す
る。このとき、光学手段は形状変化ではなく屈折率分布
によってレンズ作用を生じるため、上記３次元ディスプ
レイ装置の効果に加えて、構造的な機能劣化が起こりに
くい。また、光学手段の表面が平坦であるため、観察時
に支障となる周囲光の乱反射等の影響を低減できる。

【００６４】本発明の３次元ディスプレイ装置では、光
学手段が液晶によって構成されてもよい。これにより小
さな電圧でその光学特性を大きく変化させることができ
る。

【００６５】本発明の３次元ディスプレイ装置では、光
学手段が２次元のレンズアレイとして作用するように構
成してもよい。これにより、電極として直交する短冊状
電極群を用いることで左右方向だけでなく上下方向にも
視差をもった立体像が表示できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３次元ディスプレイ装置の一実施例の
基本構造の断面図である。

【図２】図１の３次元ディスプレイ装置に用いられる光
学特性可変レンズの一構成例の構造拡大断面図である。

【図３】２次元画像と３次元画像の混在表示の説明図で
ある。

【図４】図１の３次元ディスプレイ装置に用いられる光
学特性可変レンズの他の構成例の構造拡大断面図であ
る。

【図５】図４の光学特性可変レンズの屈折率分布を表す
説明図である。

【図６】図４の光学特性可変レンズに用いられる電極配
置を示す説明図である。

【図７】図４の光学特性可変レンズに用いられる電極配
置を示す他の説明図である。

【図８】視差像数の変化と光学特性可変レンズの制御と
の対応を示す説明図である。

【図９】視差像数の変化と光学特性可変レンズの制御と
の対応を示す他の説明図である。

【図１０】従来のレンチキュラ方式の３次元ディスプレ
イ装置の一構成例の構造断面図である。

【図１１】従来の液晶パララクスバリヤ方式の３次元デ
ィスプレイ装置の一構成例の概略構成図である。

【図１２】パララクスバリヤ方式の原理の説明図であ
る。

【符号の説明】

１液晶パネル２光学特性可変レンズ３光学特性可変レンズ制御部４リモートコントローラ１０液晶分子１１電極アレイ１１ａ〜１１ｈ短冊状電極１２全面電極１３、１４ガラス基板２０透明物体２１透明皮膜２２、２２ａ、２２ｂ短冊状電極２３全面電極２４ガラス基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03B 35/18 G09F 9/00 361 H04N 13/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の異なる視差像を同時に表示する表
示手段と、該表示手段に装着されており高い柔軟性を有
する透明物質を両側から透明電極で挾みこみ電圧を印加
することにより少なくとも一方の表面形状を変化させて
光学特性を可変できるシリンドリカルレンズのアレイを
形成する光学手段とを備えることを特徴とする３次元デ
ィスプレイ装置。
【請求項２】複数の異なる視差像を同時に表示する表
示手段と、該表示手段に装着されており印加電圧によっ
て屈折率が変化する透明物質を両側から透明電極で挾み
こみ電圧を印加することにより該透明物質に屈折率分布
をもたせて光学特性を可変できるシリンドリカルレンズ
のアレイを形成する光学手段とを備えることを特徴とす
る３次元ディスプレイ装置。
【請求項３】前記光学手段が液晶によって構成される
ことを特徴とする請求項２に記載の３次元ディスプレイ
装置。
【請求項４】前記光学手段が２次元のレンズアレイと
して作用することを特徴とする請求項１から請求項３に
記載の３次元ディスプレイ装置。