JPH07159727A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な構造で、奥行きを短くできる立体画像
表示装置を提案することにある。また、左右の眼へそれ
ぞれの画像を振り分ける作用を有する眼鏡を不要とし、
かつ時分割表示も行わないため、ちらつきが起こらず、
観察者の移動が可能であり、観察者の負担が少ない立体
画像表示装置を提供することにある。 【構成】 空間変調素子１０ａ，１０ｂにそれぞれに右
目用画像及び左目用画像を表示し、撮影装置１４ａ，１
４ｂによって撮影された観察者の右顔半面像及び左顔半
面像を観察者像表示装置１２ａ，１２ｂにそれぞれ表示
し、その右顔面像及び左顔面像を照明として、指向性を
有するレンズ１１ａ，１１ｂにより、ハーフミラー１５
によって１つに合成された右目用画像及び左目用画像を
その観察者の右目及び左目のみに観察されるよう働かせ
る。指向性を有するレンズは空間変調素子に一体に設け
られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用、家庭用もしく
は医療用に用いる立体画像表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の立体画像表示装置としては、左右
の振り分け機能を有する眼鏡を観察者が装着することに
より、画像表示面に時分割表示された右眼用および左眼
用のステレオ画像を前記観察者のそれぞれ右眼および左
眼のみで観察できるようにしたもの、もしくは、レンチ
キュラ板を画像表示面に貼り付け、前記レンチキュラ板
の画像振り分け機能により、右眼用および左眼用のステ
レオ画像を前記観察者のそれぞれ右眼および左眼のみで
観察できるようにしたものが一般的である。

【０００３】図１２は、前記従来の立体画像表示装置の
一例の構成を示したもので、６０は左右の振り分け機能
を有する眼鏡、６１ａ，６１ｂは液晶シャッター、６２
は同期回路、６３は画像表示装置としてカラーＣＲＴで
ある。以上のように構成された従来の第１の例における
立体画像表示装置の動作を説明する。カラーＣＲＴ６３
には、右眼用、左眼用のステレオ画像が時分割にて交互
に表示される。眼鏡６０の液晶シャッター６１ａは、右
眼用のステレオ画像が出画されたときのみ開いて透過状
態となり、液晶シャッター６１ｂは、左眼用のステレオ
画像が出画されたときのみ開いて透過状態となるよう同
期回路６２により開閉状態を制御することにより、眼鏡
６０を装着した観察者は、右眼で右眼用のステレオ画像
のみを観察し、左眼で左眼用のステレオ画像のみを観察
することで立体視を行う。

【０００４】図１３は、従来の第２の例における立体画
像表示装置の構成を示したもので、７１はシリンドリカ
ルレンズがストライプ状に多数形成されたレンチキュラ
板、７２は画像表示装置としてカラーＣＲＴである。以
上のように構成された従来の第２の例立体画像表示装置
の動作を説明する。カラーＣＲＴ７２には、右眼用、左
眼用のステレオ画像が、レンチキュラ板７１のストライ
プ幅のほぼ半分の幅を有するスリット状に、互い違いに
同時に表示される。観察者の右眼は、レンチキュラ板７
１のそれぞれのシリンドリカルレンズを通して、前記ス
リット状に表示されている右眼用のステレオ画像のみを
観察し、同様に左眼は前記スリット状に表示されている
左眼用のステレオ画像のみを観察することで立体視を行
う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら本発明者
等の検討によれば、上記のような第１の従来例における
立体画像表示装置では、ステレオ画像を観察者の右眼お
よび左眼に独立して観察させるために左右の振り分け機
能を有する眼鏡が不可欠となるため、観察者は煩わしさ
を感じ、また表示させるステレオ画像は右眼用と左眼用
の画像を時分割にて切り替える必要があるため、画像に
ちらつきが生じ、立体画像を観察する上での障害になる
という課題を有していた。

【０００６】また、第２の従来例における立体画像表示
装置では、ストライプ状のレンズ越しにステレオ像を観
察するため、立体視が可能となる観察者の位置的許容度
が狭く、観察者が移動した場合には画像が劣化し、また
多人数が同時に観察することが困難であるという著しい
制約が生じ、また画像をストライプ状に表示させるため
の画像処理が必要になるため、装置が高価になるという
課題を有していた。

【０００７】また、医療の分野では内視鏡下手術が行わ
れる際、通常手術は術者が内視鏡によって写し出された
患者の腹腔内の平面画像をモニターにて観察することに
よって行われているが、前記腹腔内のモニター画像は腹
腔内全体が単一色であるため特徴が少なく、患部の遠近
感の確認が困難となるため、手術時間が延びる傾向があ
り、患者や術者にかかる負担も大きかった。これに対
し、従来の第１、第２の立体画像表示装置を用いた場
合、左右の振り分け眼鏡、画像のちらつきや観察者の移
動の制限に伴う煩わしさ等が実用化の妨げとなっている
のが現状である。

【０００８】本発明は、左右の振り分け機能を有する眼
鏡を必要とせず、観察者の位置に依存することなく同時
に多人数が立体視でき、しかもちらつきの無い画面を有
する立体画像表示装置を提供することを目的とする。更
に本発明は、レンズなどの光学系を使用する場合でも、
レンズの設置スペースと専用の保持具が不要で、しかも
装置全体の奥行きの深さに影響が出でない立体画像表示
装置を提案することにある。

【０００９】また更に、レンズの光軸の調整が不要で、
歩留の良い立体画像表示装置を提案することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の解決すべき課題
は、ステレオ画像を表示するための光透過性を有する空
間変調素子と、前記空間変調素子を裏面より照明するた
めの観察者像表示装置と、前記空間変調素子と前記観察
者像表示装置の間に位置し前記観察者像表示装置の表示
部分を拡大するために、前記空間変調素子の裏面に一体
に設けた指向性のあるレンズと、観察者を撮影するため
の撮影装置とを備え、前記観察者像表示装置は、前記撮
影装置によって撮影された観察者の左顔面に相当する位
置および右顔面に相当する位置に前記空間変調素子を照
明させるための図形を表示することを特徴とする立体画
像表示装置によって達成される。

【００１１】ステレオ画像を表示するための光透過性を
有する空間変調素子と、前記空間変調素子を裏面より照
明するための観察者像表示装置と、前記空間変調素子と
前記観察者像表示装置の間に位置し前記観察者像表示装
置の表示部分を拡大するために、前記空間変調素子の裏
面に一体に設けた指向性のあるレンズと、観察者の位置
を検出するための検出装置とを備え、前記観察者像表示
装置は、前記検出装置によって検出された観察者の左顔
面に相当する位置および右顔面に相当する位置に前記空
間変調素子を照明させるための図形を表示することを特
徴とする立体画像表示装置によって達成される。

【００１２】本発明の解決すべき課題は、ステレオ画像
を表示するための光透過性を有する一対の空間変調素子
と、前記空間変調素子をそれぞれ裏面より照明するため
の一対の観察者像表示装置と、前記空間変調素子と前記
観察者像表示装置の間に位置し前記観察者像表示装置の
表示部分を拡大するために、前記空間変調素子の裏面に
一体に設けた指向性のある一対のレンズと、前記一対の
空間変調素子に表示される画像を１つに合成するための
ハーフミラーと、観察者を撮影するための撮影装置と、
前記一対の観察者像表示装置のそれぞれは、前記撮影装
置によって撮影された観察者の右顔面に相当する位置及
び左顔面に相当する位置に前記空間変調素子を照明する
ための図形を表示させることを特徴とする立体画像表示
装置によって達成される。

【００１３】ここで、前記レンズはフレネルレンズで、
この機能が前記空間変調素子の裏側の基材に形成された
輪帯で実現されることを特徴とする。またさらに、本発
明の課題はステレオ画像を時分割表示するための光透過
性を有する空間変調素子と、前記空間変調素子をそれぞ
れ裏面より照明するための観察者像表示装置と、前記空
間変調素子と前記観察者像表示装置の間に位置し前記観
察者像表示装置の表示部分を拡大するために、前記空間
変調素子の裏面に一体に設けた指向性のあるレンズと、
観察者を撮影するための撮影装置と、前記観察者像表示
装置に前記撮影装置によって撮影された観察者の右顔面
に相当する位置及び左顔面に相当する位置に、前記空間
変調素子に時分割で表示される左目用、右目用のステレ
オ画像と同期して前記空間変調素子を照明するための図
形を表示させることを特徴とする立体画像表示装置によ
って達成される。

【００１４】前記液晶ディスプレイの裏面へフレネルレ
ンズを重ね合わせて液晶ディスプレイとフレネルレンズ
を一体としたことを特徴とする。また、前記するフレネ
ルレンズ付き液晶ディスプレイは、液晶ディスプレイの
裏面を液晶ディスプレイのガラス基板とし、前記液晶デ
ィスプレイの前記ガラス基板へ輪帯パターンを形成する
ことにより、前記ガラス基板にフレネルレンズの機能を
持たせることを特徴とする。

【００１５】また、前記立体画像表示装置は、観察者の
右顔面又は左顔面を照明するための赤外線照明装置を備
え、前記撮影装置は前記照明装置の赤外線波長に対し選
択的に撮像できるものとすることが好ましい。更に、前
記立体画像表示装置は、観察者の右顔面及び左顔面を異
なる２つの波長で照明するための一対の照明装置を備
え、前記撮影装置は前記一対の照明装置の赤外線波長の
それぞれに対し選択的に透過できる波長フィルタを設け
た一対の撮影装置とすることが好ましい。

【００１６】また、前記立体画像表示装置において、一
対の撮影装置で撮影した２つの観察者像を差分すること
で、観察者の顔面以外の映像を除去することが好まし
い。前記立体画像表示装置は、前記撮影装置によって観
察者の右顔面又は左顔面のいずれかを撮影し、前記一対
の観察者像表示装置の一方には前記撮影装置によって撮
影した顔半面像を表示し、残る一方には該顔半面のネガ
・ポジ反転像を表示するものとすることができる。

【００１７】また、前記立体画像表示装置においては、
前記観察者像表示装置の画像出力面を、前記レンズの焦
点距離外に設置することが好ましい。更に、前記立体画
像表示装置においては、空間変調素子として透過型液晶
ディスプレイもしくは光透過性フィルムを用いることが
好ましい。また更に、前記立体画像表示装置において
は、照明装置として赤外線を放射するランプユニットも
しくは赤外域の発光波長を有するＬＥＤを用いることが
好ましい。

【００１８】

【作用】本発明は、前記の構成により、液晶ディスプレ
イの裏面へフレネルレンズを重ね合わせることにより、
装置の構造を単純化し、奥行を短くできる。また、フレ
ネルレンズを使用することにより、光軸合わせも簡単と
なる。しかも、フレネルレンズの機能はたとえば、液晶
ディスプレイの裏面をガラス基板とし、このガラス基板
へ輪帯パターンを形成することにより達成できる。

【００１９】この立体画像表示装置において、照明と前
記空間変調素子の一方に表示された右目用画像が、裏側
から観察者像表示装置（右）に表示されたその観察者の
右顔面像に一致する図形を照明として空間変調素子上の
像が照らし出され、この素子と一体に形成された、指向
性を有するレンズを通して観察者の右目周辺のみに入射
するため、観察者の右目は該観察者の右顔面像に一致す
る図形を虚像として見ることになる。このとき、観察者
の左目には、前記指向性を有するレンズによって前記観
察者像表示装置（右）に表示された観察者像の左顔面部
か入射することになるが、前記観察者像表示装置（右）
の左顔面に相当する部分は発光していないため、前記右
目用画像は観察者の左目では見えない。

【００２０】左目用画像も同様に、空間変調素子の他方
に表示された左目用画像が、裏側から前記観察者像表示
装置に表示されたその観察者の左顔面像に一致する図形
を照明として照らし出され、空間変調素子と一体の指向
性を有するレンズによりその観察者の左目周辺にのみ入
射するため、観察者の左目は該観察者の左顔面像に一致
する図形を虚像として見ることになり、観察者の右目は
左目用画像を観察できない。

【００２１】ここで、指向性を有するレンズとは、左右
への選別作用を起こすものであれば良く、好ましくは凸
レンズ又はフレネルレンズである。また、観察者像表示
装置に表示される図形は、観察者の顔半面像そのままで
も良いが、得られた顔半面像を加工し、周辺の余分な情
報を削除した図形を用いるのがより好ましい。

【００２２】これらの右目用画像および左目用画像は、
ハーフミラーによって１つに合成されるが、前記指向性
を有するレンズの選別作用により、右目には右目用画像
のみが、左目には左目用画像のみが裏面より照明され、
画像として認識されるため、観察者はちらつきの無い立
体画像を観察することができる。また、観察者が移動す
ると前記観察者像表示装置に表示された観察者自身の半
面像も追従するため、前述した立体視条件は維持される
こととなる。同様の理由により観察者が多人数である場
合においてもそれぞれの観察者において立体視が可能と
なる。

【００２３】また本発明は、観察者の右顔面又は左顔面
を照明するための照明装置を備え、前記照明装置の照明
を観察者に認識されない赤外線照明とし、前記撮影装置
は前記照明装置の赤外線波長に対し選択的に撮像できる
ものとすることにより、外乱光の影響を排除し、観察者
に不快感を与える事なく容易に観察者の顔半面像を得る
ことができる。

【００２４】更に、本発明の立体画像表示装置は、観察
者の右顔面及び左顔面を異なる２つの波長の赤外線で照
明するための一対の照明装置を備え、前記撮影装置は前
記一対の照明装置の赤外線波長のそれぞれに対し選択的
に透過できる波長フィルタを設けた一対の撮影装置とす
ることにより、他方側の光や外乱光の影響を排除し、観
察者に不快感を与える事なく容易に観察者の右顔面像お
よび左顔面像を得ることができる。

【００２５】また、本発明の立体画像表示装置は、一対
の撮影装置で撮影した２つの観察者像を差分すること
で、観察者の顔面以外の映像を除去することにより、前
記観察者像表示装置が空間変調素子を照明する際の外乱
光の影響を排除することができる。また、本発明の立体
画像表示装置は、前記撮影装置および照明装置によって
観察者の右顔面又は左顔面のいずれかを撮影し、前記一
対の観察者像表示装置の一方には前記撮影装置によって
撮影した顔半面像を表示し、残る一方には該顔半面像の
ネガ・ポジ反転像を表示することによって、１台の撮影
装置で２台分の機能を代用することが可能となる。

【００２６】また、本発明の立体画像表示装置は、１台
の撮影装置および照明装置によって観察者の顔面を撮影
し、撮影された観察者の顔面の像を左顔面、右顔面に時
分割表示することにより、この表示を空間変調素子のバ
ックライト照明として使用できる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を説明するが、この
説明に先立ち、同一出願人の先願に含まれるいくつかの
例を参考例として引用して説明する。 （参考例１）図１の参考例において、１０ａ、１０ｂは
空間変調素子として透過型の液晶ディスプレイ、１１
ａ、１１ｂは空間変調素子１０ａ、１０ｂのそれぞれ裏
面に位置するレンズとして焦点距離１５０ｍｍのフレネ
ルレンズである。１２ａ，１２ｂは発光機能を有する観
察者像表示装置として白黒ＣＲＴであり、レンズ１１
ａ，１１ｂを挟んでそれぞれ空間変調素子１０ａ，１０
ｂと反対側に位置し、レンズ１１ａ，１１ｂの焦点距離
よりも遠い、レンズ１１ａ，１１ｂより１６０ｍｍ離れ
た位置に設置する。１３ａ，１３ｂは照明装置として、
それぞれ波長８５０ｎｍ、９５０ｎｍのＬＥＤライト、
１４ａ，１４ｂは撮影装置として白黒ＣＣＤカメラ、１
５は空間変調素子１０ａ，１０ｂに表示される画像を一
つに合成するためのハーフミラー、１６，１７はそれぞ
れ立体画像を観察する観察者を示している。 図２は、
ＬＥＤ１３ａ，１３ｂにより、観察者１６，１７を正面
より照明する様子を示したもので、２０ａ，２０ｂはそ
れぞれＬＥＤ１３ａ，１３ｂの光が当たっている領域を
示す。

【００２８】図３は、ＬＥＤ１３ａ，１３ｂの発光波長
特性を示したもので、特性２５ａはＬＥＤ１３ａの、２
５ｂはＬＥＤ１３ｂの波長分布を示し、また２６ａ，２
６ｂは、それぞれ白黒ＣＣＤカメラ１４ａ，１４ｂの装
着した波長フィルタにより選択的に透過する領域を示
す。図４は、白黒ＣＣＤカメラ１４ａ，１４ｂの断面図
であり、３０は撮像レンズ、３１ａ，３１ｂは波長フィ
ルタとして干渉フィルタであり、３２はＣＣＤチップを
納めた撮像素子、３３は撮像素子の駆動回路、３４は被
写体を示す。

【００２９】図５は、図１に示した参考例において観察
者が自己の顔画像を虚像として観察する様子を示したも
ので、分かりやすいように、観察者像表示装置（白黒Ｃ
ＲＴ）とレンズを１つづつのみ示しており、ハーフミラ
ー、液晶ディスプレイ、及びもう１台のレンズ及び観察
者像表示装置は省略してある。１１ａはレンズ、１２ａ
は白黒ＣＲＴ、１６，１７は立体画像を観察する二人の
観察者であり、４０，４１，４２，４３は白黒ＣＲＴ１
２ａの画面上に表示された観察者像の内、観察者が実際
に目視する領域を示す。

【００３０】以上のように構成された立体画像表示装置
の動作を図１から図５を用いて説明する。図１における
観察者１６および１７が観察するステレオ画像は、その
右眼用画像を液晶ディスプレイ１０ａに、左眼用画像を
左右を反転させた鏡像の状態で液晶ディスプレイ１０ｂ
にそれぞれ連続して表示させ、前記２つのステレオ画像
はハーフミラー１５により一つの画面に合成される。
更に具体的に説明すれば、図１において、例えば、ＣＲ
Ｔ１２ａの右側の像（実際は右顔面）と、観察者１７の
右側顔面が対応し、液晶ディスプレイ１０ａは右目で見
た時の映像で駆動されている。同様にＣＲＴ１２ｂにも
観察者１７の左側の目で見た左顔面の映像がバックライ
トとして表示され、液晶ディスプレイ１０ｂは左めで見
た時の像で駆動されている。この２つの像がハーフミラ
ーで合成されるので、立体像として観察者には映る。
また、ＣＲＴ１２ａの左側の像（実際は右顔面）と、観
察者１６の右側顔面が対応し、液晶ディスプレイ１０ａ
は右目で見た時の映像で駆動されている。同様にＣＲＴ
１２ｂにも観察者１６の左側の目で見た左顔面の映像が
バックライトとして表示され、液晶ディスプレイ１０ｂ
は左目で見た時の像で駆動され、２つの像がハーフミラ
ーで合成されるので、観察者１６、１７は立体像を観察
できる。

【００３１】また、観察者１６および１７の前方両わき
に配置されたＬＥＤ１３ａ，１３ｂは、図２に示したよ
うに、ＬＥＤ１３ａは観察者１６および１７の顔面にお
ける右半面の領域２０ａを、ＬＥＤ１３ｂは観察者１６
および１７の顔面における左半面の領域２０ｂを照らす
ように位置決めする。ＬＥＤ１３ａ，１３ｂの発光波長
は図３に示したように、それぞれ８５０ｎｍ、９５１ｎ
ｍに中心をもつ分布２５ａ，２５ｂを有しており、互い
に重なる領域における光強度は共に半値以下であるた
め、２つの異なる波長光源として用いることができる。
一方、ＣＣＤカメラ１４ａ，１４ｂには、図４に示した
ように撮像素子３２と撮像レンズ３０の間に、それぞれ
波長８５０±２０ｎｍ、９５０±２０ｎｍの透過特性を
有する干渉フィルタ３１ａ，３１ｂを挿入するため、被
写体３４が撮像素子３２に結像する際には、図３におけ
る波長領域２６ａ，２６ｂで照明された部分だけが画像
として残る。したがって、前記した構成によれば、ＣＣ
Ｄカメラ１４ａは、図２における領域２０ａだけを撮影
して白黒ＣＲＴ１２ａに表示させ、ＣＣＤカメラ１４ｂ
は、図２における領域２０ｂだけを撮影して白黒ＣＲＴ
１２ｂに表示させることができる。白黒ＣＲＴ１２ａ，
１２ｂには、それぞれＣＣＤカメラ１４ａ，１４ｂで撮
影した観察者１６および１７の画像を上下反転させて表
示させるがこの際、顔面領域２０ａ，２０ｂが白く高輝
度で表示されるよう白黒ＣＲＴ１２ａ，１２ｂの輝度お
よびコントラスト並びにＣＣＤカメラ１４ａ，１４ｂの
レンズ絞り等を調整しておく。

【００３２】次に、フレネルレンズ１１ａ，１１ｂの作
用について図５を用いて説明する。フレネルレンズ１１
ａは、白黒ＣＲＴ１２ａに表示された観察者像を、観察
者１６，１７が虚像として観察できるよう設置するが、
白黒ＣＲＴ１２ａとの距離をフレネルレンズ１１ａの焦
点距離外に設定することにより、観察者１６の右眼、左
眼に白黒ＣＲＴ１２ａの画面上におけるそれぞれ領域４
０，４１のみを、また観察者１７の右眼、左眼に白黒Ｃ
ＲＴ１２ａの画面上におけるそれぞれ領域４２，４３の
みを独立してしかもフレネルレンズ１１ａの有効径を限
度として拡大して観察させることができる。従って、領
域４０及び４２が発光面である場合には、観察者１６，
１７にとりフレネルレンズ１１ａの有効径相当の大きさ
の右眼への選択性を有する照明として作用させることが
できる。この時、領域４１及び４３は発光しないため、
左眼には白黒ＣＲＴ１２ａからの光は入光しない。前記
説明したフレネルレンズ１１ａの作用は、フレネルレン
ズ１１ｂについても同様であり、白黒ＣＲＴ１２ｂから
の光が左眼にのみ入光する。

【００３３】したがって、前記したところの白黒ＣＲＴ
１２ａに表示される図２における観察者１６および１７
の顔面の右半面領域２０ａを、図５における４０，４２
の領域に相当させることで、観察者１６および１７は右
眼だけに明るい虚像を観察し、白黒ＣＲＴ１２ｂに表示
される図２における左半面領域２０ｂを、図５における
４１，４３の領域に相当させることで、観察者１６およ
び１７は左眼だけに明るい虚像を観察することになる。
ただし、白黒ＣＲＴ１２ｂに表示する画像は、図１に示
したようにハーフミラー１５を介して観察するため、左
右を反転させておく。

【００３４】以上説明した本装置の動作により、図１に
おける液晶ディスプレイ１０ａに表示された右眼用のス
テレオ画像は、観察者１６および１７の右眼だけにとり
裏面より照明されて観察可能となり、液晶ディスプレイ
１０ｂに表示された左眼用のステレオ画像は、観察者１
６および１７の左眼だけにとり裏面より照明されて観察
可能となるため、観察者１６および１７は一対のステレ
オ画像を同時に観察でき、共に立体視が可能となる。ま
た観察者１６および１７が移動しても図２に示したＬＥ
Ｄによる照明条件が維持される限り立体視ができること
になる。

【００３５】なお、前記参考例においては、空間変調素
子として透過型の液晶ディスプレイを用いたが、空間変
調素子は光透過性を有し、ステレオ画像を表示できるも
のであればよく、例えば画像を記録したフィルムであっ
てもよい。また、ライトとして用いたＬＥＤは、赤外波
長領域において２つの異なる波長を放射できるものであ
ればよく、例えばハロゲンランプに波長フィルタを装着
し、放射波長帯域を制限したものであってもよい。

【００３６】（参考例２）図６は、本発明の参考例２に
おける立体画像表示装置の構成を示したもので、１０
ａ，１０ｂは空間変調素子として透過型の液晶ディスプ
レイ１１ａ，１１ｂは空間変調素子１０ａ，１０ｂのそ
れぞれ裏面に位置するレンズとして焦点距離１５０ｍｍ
のフレネルレンズである。１２ａ，１２ｂは発光機能を
有する観察者像表示装置として白黒ＣＲＴであり、レン
ズ１１ａ，１１ｂを挟んでそれぞれ空間変調素子１０
ａ，１０ｂと反対側に位置し、レンズ１１ａ，１１ｂよ
り距離１６０ｍｍに設置する。１３ａ，１３ｂは照明装
置として、それぞれ波長８５０ｎｍ、９５０ｎｍのＬＥ
Ｄライト、１４ａ，１４ｂは撮影装置として白黒ＣＣＤ
カメラ、１５は空間変調素子１０ａ，１０ｂに表示され
る画像を一つに合成するためのハーフミラー、１６，１
７はそれぞれ立体画像を観察する観察者、１８は差分処
理装置を示す。

【００３７】以上のように構成された立体画像表示装置
の動作は、基本的には図１に示した実施例１と同様であ
るため、同一箇所には同一番号を付与して説明を省略
し、異なる点のみ説明する。カメラ１４ａ，１４ｂで別
々に撮像された観察者１６および１７の顔面像の映像信
号は、差分処理装置１８に入力されて互いに差分された
後、それぞれが白黒ＣＲＴ１２ａ，１２ｂへ出力され
る。前記した差分処理により、前記２つの映像における
共通部分が打ち消されるため、観察者１６，１７の背景
等の本立体画像表示装置の構成上必要な映像を除去する
ことができる。

【００３８】（参考例３）図７は、本発明の参考例３に
おける立体画像表示装置の構成を示したもので、１０
ａ，１０ｂは空間変調素子として透過型の影響ディスプ
レイ、１１ａ，１１ｂは空間変調素子１０ａ，１０ｂの
それぞれ裏面に位置するレンズとして焦点距離１５０ｍ
ｍのフレネルレンズである。１２ａ，１２ｂは発光機能
を有する観察者像表示装置として白黒ＣＲＴであり、レ
ンズ１１ａ，１１ｂを挟んでそれぞれ空間変調素子１０
ａ，１０ｂと反対側に位置し、レンズ１１ａ，１１ｂよ
り距離１６０ｍｍに設置する。１３は照明装置として波
長８５０ｎｍのＬＥＤライト、１４は撮影装置として白
黒ＣＣＤカメラ、１５は空間変調素子１０ａ，１０ｂに
表示される画像を一つに合成するためのハーフミラー、
１６，１７はそれぞれ立体画像を観察する観察者、１９
は画像処理装置で、ＣＣＤカメラ１４より得られた右顔
面像より、ネガ・ポジを反転し、更に鏡像を得るネガ・
ポジ反転像作成部１１９と原右顔面像を白黒ＣＲＴ１２
ａへ送り出し、ネガ・ポジ反転鏡像を白黒ＣＲＴ１２ｂ
へ送出する部分からなる。４４ａ，４４ｂは白黒ＣＲＴ
１２ａに表示された観察者１６，１７の右顔面像であ
り、白黒ＣＲＴ１２ａの発光部分である。

【００３９】以上のように構成された立体画像表示装置
の動作は、基本的には図１に示した本発明の参考例１と
同様であるため、同一箇所には同一番号を付与して説明
を省略し、異なる点のみ説明する。カメラ１４で撮像さ
れた観察者１６および１７の右顔面像の映像信号は、画
像処理装置１９に入力され、白黒ＣＲＴ１２ａにはその
ままの映像４４ａ，４４ｂが表示され、白黒ＣＲＴ１２
ｂには逆に４４ａ，４４ｂ以外の部分が発光部分に相当
する図形の鏡像、すなわち画像処理装置１９でネガ・ポ
ジ反転された前記の右顔面像の鏡像が表示される。この
場合、ライトおよびカメラは１台づつあれば良い。

【００４０】（実施例１）図８を用いて本発明の実施例
１を説明する。実施例において、１１０ａ，１１０ｂは
空間変調素子としての透過型の液晶ディスプレイ１０
ａ，１０ｂのそれぞれ裏面にフレネルレンズ１１ｃ，１
１ｄを重ね合わせ一体としたものである。レンズの焦点
距離は１５０ｍｍである。１２ａ，１２ｂは発光機能を
有する観察者像表示装置として白黒ＣＲＴであり、レン
ズ１１ｃ，１１ｄを挟んでそれぞれ空間変調素子１０
ａ，１０ｂと反対側に位置することになり、レンズ１１
ｃ，１１ｄより距離１６０ｍｍに設置する。１３ａ，１
３ｂは照明装置として、それぞれ波長８５０ｎｍ、９５
０ｎｍのＬＥＤライト、１４ａ，１４ｂは撮影装置とし
て白黒ＣＣＤカメラ、１５はフレネルレンズ付き液晶デ
ィスプレイ１１０ａ，１１０ｂに表示される画像を一つ
に合成するためのハーフミラー、１６，１７はそれぞれ
立体画像を観察する観察者を示す。

【００４１】以上のように構成された立体画像表示装置
の動作は、基本的には図１の参考例１と同様であるた
め、同一箇所には同一番号を付与して説明を省略した。
なお、空間変調素子１１０ａ，１１０ｂは、液晶ディス
プレイの裏面に一体に重ねあわせた フレネルレンズに
かえ、透過型の液晶ディスプレイ１０ａ，１０ｂのそれ
ぞれの裏面のガラス基板にフレネルレンズの輪帯パタ−
ンを形成したフレネル加工液晶ディスプレイをすること
ができる。 （実施例２）図９を用いて実施例２を説明する。本発明
の実施例６における立体画像表示装置の構成として、１
１０は空間変調素子としての透過型の液晶ディスプレイ
のそれぞれ裏面にフレネルレンズを重ね合わせ一体とし
たもので、レンズとして焦点距離１５０ｍｍのフレネル
レンズである。１２は発光機能を有する観察者像表示装
置として白黒ＣＲＴであり、レンズ１１を挟んでそれぞ
れ空間変調素子１０と反対側に位置することになり、レ
ンズより距離１６０ｍｍに設置する。１３は照明装置と
して波長８５０ｎｍのＬＥＤライト、１４は撮影装置と
して白黒ＣＣＤカメラ、１６，１７はそれぞれ立体画像
を観察する観察者、１９は画像処理装置で、ＣＣＤカメ
ラ１４より得られた右顔面像よりネガ・ポジを反転像を
得るネガ・ポジ反転部と原右顔面像とネガ・ポジ反転像
を得る時分割でＣＲＴ１２へ送出する部分からなる。白
黒ＣＲＴ１２の中の４４ａ，４４ｂは白黒ＣＲＴ１２に
表示された所の観察者１６，１７にとって右顔面像に対
応するバックライトであり、または左顔面像に対応する
バックライトであり、左右交互に時分割で前記空間変調
素子１１０の左右の画面と同期回路８４により同期化さ
れて発光する、白黒ＣＲＴ１２の発光部分である。

【００４２】以上のように構成された立体画像表示装置
の動作は、基本的には図１に示した本発明の実施例１と
同様であるため、同一箇所には同一番号を付与して説明
を省略し、異なる点のみ説明すれば、カメラ１４で撮像
された観察者１６および１７の顔面像の映像信号は、画
像処理装置１９’に入力され、ネガ・ポジ反転像作成部
１１９にてネガ・ポジ反転像が作成される。画像処理装
置１９’の出力は、時分割で、まずＣＣＤカメラ１４よ
り入力された右顔面像を、白黒ＣＲＴ１２に、観察者１
６並びに１７の右目のバックライトに対応する映像４４
ａ，４４ｂとして出力される。時分割の右顔面像の出力
の時と時を異にして、観察者１６並びに１７の左目のバ
ックライトに対応する部分の画像位置に、ネガ・ポジ反
転像が画像処理装置１９’により白黒ＣＲＴ１２へ出力
される。すなわち画像処理装置１９’で左顔面（左
目）、右顔面（右目）の位置を定め、白黒ＣＲＴ１２に
そのバックライトとして表示される。但し、白黒ＣＲＴ
１２の左目並びに右目の表示（バックライト）と空間変
調素子１１０との同期は同期回路８４によりとってい
る。従って、本実施例の場合、ライトおよびカメラは１
台づつあれば良い。また、実施例１に比べて、白黒ＣＲ
Ｔとフレネルレンズを重ね合わせた空間変調素子が各１
台づつで良く、画像を合成するためのハ−フミラ−を必
要としない。

【００４３】なお、この実施例においても、空間変調素
子１０ａ，１０ｂは、透過型の液晶ディスプレイ１０
ａ，１０ｂのそれぞれの裏面ガラス基板にフラネルレン
ズの輪帯パタ−ンを形成したフレネル加工液晶ディスプ
レイをすることができる。 （液晶ディスプレイとレンズの詳細）液晶ディスプレ２
００に輪帯状に見えるフレネルレンズ２０１を張り合せ
た全体を示すための斜視図で、図１０の（ｂ）は、液晶
ディスプレイ２００の裏面へフレネルレンズ２０１を張
り合せた構造を説明するための図である。

【００４４】図１０の（ｂ）において、液晶ディスプレ
イは図示するように、液晶の光学的特性を用いるため
に、光を偏光する偏光フィルタ−２０２、２０９が最外
側になりその内側に液晶を封入するガラス基板２０３、
２０８があり、その内側に必要に応じたガラスフィルタ
−２０４がある。更にその内側に液晶２０６を挟むよう
に、必要に応じ液晶へ電界を与えるための透明変極２０
５、２０６が設けてある。以上のような構造の液晶ディ
スプレイ２００に対してフレネルレンズ２０１を張り合
せたものが図１０の（ｂ）で示された断面である。

【００４５】すなわち、液晶の裏面にフレネルレンズ２
０１を張り付けることにより、設置スペ−スとレンズの
専用の保持具が必要となる。更に、装置全体の奥行きを
短くできる効果を提供する。図１１は、図１０に示す輪
帯パタ−ンを図１０に示すように最外郭のガラス基板上
に一体に形成した例を示す。

【００４６】図１１の（ｂ）において、液晶ディスプレ
イは、図示するように液晶の光学的特徴を用いるため
に、光を偏光する偏光フィルタ−２０２、２０９を設け
るが、片側の輪帯パタ−ンを形成する側は、ガラス基板
２０８を最外側にし、偏光フィルタ−２０９は外より２
層目とする。従って、その内側の液晶を封入するガラス
基板も片側だけ２層目となる。その内側に液晶２０６を
挟むように必要に応じ液晶へ電界を与えるための透明電
極２０５、２０６が設けてある。以上のような構造の液
晶ディスプレイ２００のガラス基板上にフレネルレンズ
の輪帯パタ−ン２１０を形成した構成が、図１１（ｂ）
の断面で示される。

【００４７】輪帯パタ−ンの形成方法は、ガラスに直接
エッチングするか、液晶の外面の樹脂に樹脂コ−トを行
った上でその樹脂層にパタ−ンをコンプレッション転写
して行う。 （実施例３）図１２は、本発明の第３実施例における立
体画像表示装置の構成を示す。この実施例の特徴は、超
音波を用いて観察者の位置を検出することにある。以
下、図１３に従って、実施例３を説明する。

【００４８】２７ａ、２７ｂは超音波照射装置であり、
それぞれ周波数１００ＫＨｚ、１２０ＫＨｚの超音波を
観察者１６、１７に向けて照射する。２８ａ、２８ｂは
前記超音波照射装置によって照射された超音波を検知す
る超音波検知装置であり、それぞれ超音波照射装置２７
ａ、２７ｂで照射した周波数のみを選択的に検出する。
２９は超音波画像出力装置を示す。

【００４９】本実施例では、超音波照射装置２７ａ、２
７ｂより照射された２つの波長の超音波が２人の観察者
で反射され、これを超音波検知装置２８ａ、２８ｂによ
って検知する。検知された信号から超音波画像出力装置
２９が白黒ＣＲＴ１２ａ、１２ｂにおける観察者の左右
画面に相当する位置を算出することにより、予め定めら
れた右顔面用図形、左顔面用図形を、白黒ＣＲＴ１２
ａ、１２ｂに出力、表示する。この場合、観察者の顔に
相当する部分以外は一切発光させないよう処理すること
が用意にできるため、外乱光の影響により右（左）用画
像が左（右）目にわずかに認識できてしまう様な左右の
画像のクロストークを解消できる。 （実施例４）図３は、図８に示す本発明の第１実施例に
おける、立体画像表示装置の内視鏡への応用構成を示し
たもので、５０ａ、５０ｂは被写体を撮影するための対
物レンズ、５１ａ、５１ｂは前記撮影された画像を導く
ための光学系が内蔵された鏡筒であり、観察者の目の輻
輳角に相当する角度をもたせて設置されている。５２
ａ、５２ｂはＣＣＤカメラ、５３は本発明の第１実施例
として記載し、図６により説明した立体画像表示装置で
ある。

【００５０】以上の様に構成された内視鏡装置の動作を
説明する。対物レンズ５０ａ、５０ｂにより撮影された
２つの被写体の画像は、立体視用に輻輳角を備えた鏡筒
５１ａ、５１ｂによりそれぞれ右目用、左目用の画像と
してＣＣＤカメラ５２ａ、５２ｂに結像され、立体内視
鏡として機能する。前記結像された２つの画像は、立体
画像表示装置５３のそれぞれ液晶ディスプレイ１０ａ、
１０ｂに入力されて一対のステレオ画像として表示さ
れ、本発明の第１実施例において説明した立体画像表示
装置５３の機能により、多数の観察者により前記立体内
視鏡で撮像された画像の立体視が可能となる。

【００５１】本実施例に対し、参考例２で示したように
観察者像表示装置に表示される左右の顔半面像の差分処
理を行うものや、参考例３で示したようなＣＣＤカメラ
を１台にして観察者の顔半面を撮影し、一方に該顔半面
像、他方に該半面のネガポジ反転像を表示することが可
能であることは言うまでもない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、指
向性を有するレンズと空間変調素子が一体化されるの
で、装置の構造を単純化し、奥行きを短くすることがで
きる。またフレネルレンズを使用しているので、光軸の
調整が不要となり、組み立ての容易さと留止まりを向上
させる効果がある。

【００５３】従って、左右の振り分け機能を有する眼鏡
を必要とせず、多数の観察者が同時にしかも前記観察者
が移動しても同一の条件で立体視が可能であり、提供さ
れる画像は連続的であるためちらつきが無い装置が実現
できるため、立体画像表示装置および立体内視鏡装置の
実用化並びに用途拡大に大きく寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の参考例１における立体画像表示装置の
構成図である。

【図２】本発明の参考例１における立体画像表示装置の
動作説明図である。

【図３】本発明の参考例１における立体画像表示装置に
使用するライトの発光波長分布を示す特性図である。

【図４】本発明の参考例１における立体画像表示装置に
使用する撮影装置の断面図である。

【図５】本発明の参考例１における立体画像表示装置の
動作説明図である。

【図６】本発明の参考例２における立体画像表示装置の
構成図である。

【図７】本発明の参考例３における立体画像表示装置の
構成図である。

【図８】本発明の実施例１における立体画像表示装置の
構成図である。

【図９】本発明の実施例２における立体画像表示装置の
構成図である。

【図１０】本発明の実施例で使用する素子の一例を説明
するための図である。

【図１１】本発明の実施例で使用する素子の一例を説明
するための図である。

【図１２】本発明の実施例３における立体画像表示装置
の構成図である。

【図１３】本発明の実施例４における立体画像表示装置
の構成図である。

【図１４】従来の第１の例の立体画像表示装置の構成図
である。

【図１５】従来の第２の例の立体画像表示装置の構成図
である。

【符号の説明】

１０ａ，１０ｂ 透過型液
晶ディスプレイ １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ
レンズ １２，１２ａ，１２ｂ 白黒ＣＲ
Ｔ １３，１３ａ，１３ｂ， ＬＥＤ １４，１４ａ，１４ｂ， 白黒ＣＣ
Ｄミラー １５ ハーフミ
ラー １６，１７ 観察者 １８ 差分処理
装置 １９，１９’ 画像処理
装置 ３０ 撮像レン
ズ ３１ａ，３１ｂ 干渉フィ
ルタ ３２ 撮像素子 ３３ 駆動回路 ３６ 遮光カバ
− １１０、１１０ａ、１１０ｂ フレネル
レンズ付き液晶ディスプレイ １１９ ネガ・ポ
ジ作成境像作成部 ８４ 同期回路 ２００ 液晶ディ
スプレイ ２０１ フレネル
レンズ ２０２，２０９ 偏光フィ
ルタ ２０３，２０８，２０８’ ガラス基
板 ２０４ カラ−フ
ィルタ− ２０５，２０７ 透明電極 ２０６ 液晶 ２１０ 輪帯パタ
−ン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステレオ画像を表示するための光透過性
   を有する空間変調素子と、前記空間変調素子を裏面より
   照明するための観察者像表示装置と、前記空間変調素子
   と前記観察者像表示装置の間に位置し前記観察者像表示
   装置の表示部分を拡大するために、前記空間変調素子の
   裏面に一体に設けた指向性のあるレンズと、観察者を撮
   影するための撮影装置とを備え、前記観察者像表示装置
   は、前記撮影装置によって撮影された観察者の左顔面に
   相当する位置および右顔面に相当する位置に前記空間変
   調素子を照明させるための図形を表示させることを特徴
   とする立体画像表示装置。
2. 【請求項２】 ステレオ画像を表示するための光透過性
   を有する空間変調素子と、前記空間変調素子を裏面より
   照明するための観察者像表示装置と、前記空間変調素子
   と前記観察者像表示装置の間に位置し前記観察者像表示
   装置の表示部分を拡大するために、前記空間変調素子の
   裏面に一体に設けた指向性のあるレンズと、観察者の位
   置を検出するための検出装置とを備え、前記観察者像表
   示装置は、前記検出装置によって検出された観察者の左
   顔面に相当する位置および右顔面に相当する位置に前記
   空間変調素子を照明させるための図形を表示することを
   特徴とする立体画像表示装置。