JPH08211335A - 立体画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 表示位置が安定しないＣＲＴでは、安定した
確実な立体表示を実現することは困難であった。 【解決手段】 時系列に画像を表示する表示手段１と、
表示手段１に表示された画像を部分的に観察者方向に透
過させる画像透過手段３と、透過した画像の光路を決定
する画像光路決定手段４を備え、画像光路決定手段４は
表示手段１に表示される画像の切り替え周期に対応して
画像の光路７を切り替える構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体画像を表示観
察する分野で有効に利用でき、ＴＶゲームや３Ｄテレ
ビ、ＣＡＤ、芸術鑑賞など多くの分野で利用可能な立体
画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術としては、例えばＣＲＴにレン
チキュラーレンズを付ける構成や液晶にレンチキュラー
レンズをつけた構成のものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし液晶パネルを用
いたものは、本質的に大きなサイズのものはつくりずら
く、作ったとしても非常に高価なものになる課題があ
る。またＣＲＴを用いるものは電子ビームの走査を安定
させるのが困難であり、過去に研究用として試作された
にすぎず、この方式も本質的に３次元ディスプレイとし
て適していない課題がある。

【０００４】本発明は、上記課題を解決するもので、現
在ディスプレイとして量産されている１０インチから３
０インチ前後の大きさのＣＲＴで、安定し且つ容易に、
従って安価に３次元ディスプレイを構成することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、時系列に画像を表示する画像表示手段と、前
記画像表示手段に表示された画像を部分的に観察者方向
に透過させる画像透過手段と、透過した画像の光路を決
定する画像光路決定手段より構成される。

【０００６】本発明によれば、表示位置が安定しないＣ
ＲＴにおいて、画像が光として放射される方向を規定す
るために、画像表示手段に表示された画像を、画像透過
手段を通して出力し、さらに画像透過手段の位置と画像
光路決定手段の位置により、画像表示手段に表示された
画像の光が進む光路を決定し、人間の左右２つの目に視
差を持つ２つの画像が入射するように構成することによ
り、表示位置が安定しないＣＲＴなどを用いても、安定
した確実な立体表示が可能になる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、時系列に画像を表示す
る画像表示手段と、前記画像表示手段に表示された画像
を透過させ部分的に観察者方向に出力する画像透過手段
と、透過した画像の光路を決定する画像光路決定手段を
備え、前記画像光路決定手段は前記画像表示手段に表示
される画像の切り替え周期に対応して画像の光路を切り
替える構成となる。

【０００８】本発明の第１の構成によれば、表示位置が
安定しないＣＲＴにおいて、画像が光として放射される
方向を規定するために、画像表示手段に表示された画像
を、画像透過手段を通して出力し、さらに画像透過手段
の位置と画像光路決定手段の位置により、画像表示手段
に表示された画像の光が進む光路を決定し、人間の左右
２つの目に視差を持つ２つの画像が入射することによ
り、表示位置が安定しないＣＲＴなどを用いても、安定
した確実な立体表示が可能になる。

【０００９】また、第２の構成によれば、時系列に画像
を表示する画像表示手段と、前記画像表示手段に表示さ
れた画像を透過させ部分的に観察者方向に出力する画像
透過手段と、透過した画像の光路を決定する画像光路決
定手段を備え、前記画像光路決定手段は、前記画像表示
手段に表示される画像の切り替え周期に対応して画像の
光路を切り替え、更に観察者の３次元位置により前記画
像透過手段または前記画像光路決定手段の位置を平行移
動、前記画像光路決定手段と前記画像透過手段の距離を
変化させることにより、移動する観察者の左右眼に正確
に表示画像を表示する構成である。

【００１０】この第２の構成によれば、ＣＲＴなどの画
像の位置が安定しない表示手段を用いても、眼鏡なしで
立体画像を明るく且つ安定に表示することができる。

【００１１】また、第１、第２の構成において、画像透
過手段は、部分的に光を遮光する構造を持つ第３の構成
としてもよい。

【００１２】また、第１、第２の構成において、画像透
過手段は、部分的に光を集光し、集光した光を部分的に
放射できる構造を持ち、前記光を部分的に放射する部分
の面積は全体の面積の約１／２以下である第４の構成と
してもよい。

【００１３】また、第３、第４の構成において、画像透
過手段の光を透過遮断または光を集光する特性は、水平
方向にゆるやかに変化する第５の構成としてもよい。

【００１４】また、上記各構成において、画像光路決定
手段は、画像透過手段の画像が透過するパターンに対応
した光の遮光部をもち、前記画像透過手段のパターンと
前記画像光路決定手段の遮光部の相対位置により画像の
光路を切り替える第６の構成としてもよい。

【００１５】また第１〜第５の構成において、画像光路
決定手段は、画像透過手段の画像が透過するパターンに
対応した光の屈折部をもち、前記画像透過手段のパター
ンと前記画像光路決定手段の屈折部の相対位置により画
像の光路を切り替える第７の構成としてもよい。

【００１６】また、上記各構成において、画像光路の切
り替えは、画像透過手段または光路決定手段のどちらか
一方、または両方を物理的に動かすことにより実現する
第８の構成としてもよい。

【００１７】また、第６の構成において、画像光路の切
り替えは、画像透過手段または光路決定手段のどちらか
一方、または両方の光透過部分、光遮光部分の光の透過
率を制御することにより実現する第９の構成としてもよ
い。

【００１８】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。図１は本発明の実施の形態の
立体表示装置の概要と光路を示すもので、１は画像を表
示する表示手段、２は匡体、３は画像透過手段、４は画
像光路決定手段、５は駆動手段、６a,bは目の位置を示
し、７a,bは光路を示し、１０は光路制御手段を示す。
図２は本発明の実施の形態の立体表示装置の光路制御手
段の詳細を示したもので図１と共通なものは同じ番号を
付す。８は駆動コイル、９は磁石、１１は発光手段、１
２は受光手段である。

【００１９】図３は本発明の実施の形態の立体表示装置
の画像信号と、光路制御手段１０の制御を示すための構
成図である。２１、２２は画像を一時蓄えるメモリ手
段、２３は画像信号をモニターに出力するためのバッフ
ァー手段、２４はメモリ２１、２２を制御する制御手
段、２５は光路制御手段１０を制御する駆動制御手段、
２６は画像を表示するモニター手段である。

【００２０】以上のように構成された本実施の形態の動
作を説明する。立体画像を表示する基本原理は、古くか
ら知られている両眼視差のある画像をそれぞれの目に入
射させるものである。本発明もこの原理にしたがったも
のである。人間の各目に視差のある異なった画像を入射
させるために、画像表示手段（ＣＲＴ）１の前面に光路
制御手段１０を設ける。この光路制御手段１０は画像透
過手段３と画像光路決定手段４により光路を定める。画
像透過手段３と画像光路決定手段４で黒く示した部分は
光を吸収し、白く示した部分は光を透過する。この光り
の透過吸収手段の位置関係により、ＣＲＴ１に表示され
た画像の光が進む方向が決定される。図２で示した状態
では７ｂで示した方向に光が進み、画像光路決定手段４
が駆動手段５a,５bによりシフトして白黒で示した光の
透過部分が光の遮断部分と入れ替わったとき、光は７ａ
の方向に進むことになる。

【００２１】光の方向は、画像透過手段３と画像光路決
定手段４の相対位置関係だけで決まり、ＣＲＴ１上で画
像の表示位置が多少変化した場合でも、画像が光として
進む方向は変化しない。

【００２２】次に光路制御手段の制御について述べる。
画像透過手段３は、ＣＲＴ１の前面に配置され、このさ
らに前面に配置した画像光路制御手段４越しに画像を観
察した際、例えば図２の状態では右目には提示される画
像が光路７ｂを通過して観察されるが、光路７ａは画像
透過手段３と画像光路決定手段４に遮蔽され、左目には
画像は観察されない。図示した状態とは逆に、画像光路
制御手段４が半ピッチ移動した状態（図２において、画
像光路決定手段４の白黒が反転した状態）では、左目の
みに画像が観察される。

【００２３】画像光路制御手段４は駆動手段５ａ、５ｂ
によって保持され、駆動コイル８に駆動電流を流すこと
により、磁石９による磁場から駆動力を受け、矢印で示
す方向に半ピッチ移動する。図４に示すように駆動電流
は垂直同期信号と同期して変化させ、左右の目にフィー
ルド毎に画像を提示する。フィールド周波数は１２０Ｈ
ｚとし、片眼のフィールド周波数を６０Ｈｚとし、フリ
ッカの影響をなくす。

【００２４】画像光路決定手段４を正確に半ピッチ移動
させる方法について以下に説明する。画像光路決定手段
４の駆動制御は、発光手段１１と受光手段１２によって
位置検出し、フィードバック制御を行う。図５は受光手
段１２が受光する光のレベルが、発光手段１１との相対
的位置によって変化する様子を示している。図５におい
て、１１は３つの異なる周波数で変調された信号を光に
変換する発光手段であり、４は画像光路制御手段であ
る。図５に示すように、発光手段の３つの光源は、受光
した際に隣あう光源からの光のレベル差がなくなる点の
間隔が、画像光路制御手段４のピッチの半分の長さと一
致するように配置する。

【００２５】図６は駆動制御手段２５の一構成例を示す
ブロック図である。図６において、３１は受光手段１２
の出力を復調し発光手段１１の３つの光源のレベルＣ
1、Ｃ2、Ｃ3を出力する復調手段、３２ａおよび３２ｂ
は隣あう光源の受光レベルを比較する減算器、３４は観
察者の位置での観察状態を最適なものにするための微調
整手段、３３は駆動信号発生手段である。復調手段３１
は受光手段１２の出力を変調周波数ごとに復調し、異な
る変調周波数に対応する光のレベルＣ1、Ｃ2、Ｃ3を出
力する。

【００２６】なお、復調は図４に示すように、駆動電流
がローレベルからハイレベルに変化する期間と、ハイレ
ベルからローレベルに変化する期間以外の期間に行う。
減算器３２ａ，３２ｂはそれぞれ隣あう光源の受光レベ
ルの差を出力する。また、微調整手段３４は観察者の位
置での観察状態を最適なものにするための微調整信号Δ
を出力する。駆動信号発生手段３３は、駆動電流を図４
（ｂ）に示すように垂直同期に同期させて出力し、駆動
コイル手段８を駆動する。駆動電流のハイレベル及びロ
ウレベルは（数１）に示すフィードバック制御により目
標値に集束するように制御される。

【００２７】（数１） Ｈ ＝ Ｈ0 − ｋ1（Ｃ2 − Ｃ1） ＋ Δ Ｌ ＝ Ｌ0 − ｋ2（Ｃ3 − Ｃ2） ＋ Δ ただし、ｋ1、ｋ2 ＞ ０ このように制御することにより、画像透過手段３と画像
光路制御手段４の相対位置が安定に制御され、右目用の
画像は光路７ｂを通過して右目に、左目用の画像は光路
７ａを通過して左目に入射し、立体像として認識され
る。

【００２８】次に画像信号をモニター手段２６に表示す
るまでの処理を図３を用いて示す。右目と左目用の各信
号はそれぞれメモリ手段２１、２２に入力され、制御手
段２４からの制御信号に従い、メモリ手段２１、２２か
ら時系列信号になるタイミングで入力時の２倍の周波数
の信号で読み出す。読み出した信号はバッファー手段２
３で時系列信号とし、制御手段２４からの同期信号と併
せて、モニター手段２６に出力する。モニター手段２６
は通常のＣＲＴで構成されたもので良く、信号レベルの
変化による画像の位置の変化は、左右の目に対応する２
つの信号の提示期間（２フィールド）でほぼ一定であれ
ば良い。画像信号レベルが大きく変化したときの、ゆっ
くりとした画像の位置ズレや、画像単位で変化する早い
位置ズレでもその大きさが少ないものは、基本的に問題
とはならない。これは本発明の方式では、画像の位置の
変化は、左右の画像のクロストークにならず、単なる視
差の増減となるためである。また絶対的な位置精度は不
要で、相対的な位置の差のみが視差に対する誤差となる
ため、ゆっくりとした絶対位置の変化は全く立体画像と
して問題にならない。

【００２９】以上のように本実施の形態によれば、画像
の表示位置が安定しないＣＲＴを表示手段に用いても、
光路制御手段１０により、光の方向を定められた一定の
方向に安定して制御でき、眼鏡なしで安定した立体画像
を表示できる。

【００３０】図７は、本発明の第２の実施の形態におけ
る構成図で、１は表示手段、３は画像透過手段、４は画
像光路決定手段であり、これらは第１の実施の形態と同
じものである。第２の実施の形態が第１の実施の形態と
異なるのは、表示手段１と画像透過手段３の間にレンズ
４１を挿入した点である。

【００３１】以上の様に構成された第２の実施の形態に
ついて、説明する。表示手段１の蛍光体から出力される
光は図７の上方に向かって半球状に拡散する。第１の実
施の形態においては、これらの光のうち、画像透過手段
３と画像光路決定手段４の各開口部により決定される方
向のもののみが画像光路決定手段４の外に出力され、こ
れが観察者に到達するが、この場合、画像透過手段３と
画像光路決定手段４で決定される開口率は小さくなり、
観察者にとっては暗い画面となる。そこで、図７の様に
ＣＲＴ１と画像透過手段３の間に、これらの開口ピッチ
と合わせてレンズを配置する。このレンズによりＣＲＴ
１上で蛍光体からの拡散光が、平行光に変換され、光が
有効に利用できる。レンズは画像透過手段３の前後に１
枚づつ入れる方がよい場合もある。この様にすることに
より、等価的に開口率を増加させることが出来、蛍光体
から出力される光を多く観察者に伝達することが出来、
明るい立体画像を観察することが出来るようになる。

【００３２】また、レンズ４１の代わりに、図８に示さ
れる様にＣＲＴ１と画像透過手段３の間に屈折率の高い
光を透過する物質４２と屈折率の低い光を透過する物質
４３を挿入しても同様の効果が得られる。即ち、図８
中、αの部分で発光する蛍光体からの光は全て、屈折率
の高いβ４２の内部を、屈折率の低い物質４３との境界
において全反射を繰り返しながら画像透過手段３の開口
部γに導かれる。この様にすることによって、蛍光体か
らの光を効率良く観察者に導くことが出来る。

【００３３】また、レンズ４１の代わりに、図９に示さ
れる様に反射鏡４４を画像透過手段３とＣＲＴ１の間に
挿入することによっても、同様な効果を得ることが出来
る。ここで、反射鏡４４は、その内側（ＣＲＴ１に面し
ている方向）が鏡面になっており、その中央に間隙があ
いている。図９において、δの部分で発光した光は全て
反射鏡４４内部で反射し、その間隙Δから出力される。
これにより、δの部分から発光した光は殆んど全てΔか
ら出力されるので、蛍光体からの光を効率良く画像透過
手段３、画像光路決定手段４に導くことが出来る。

【００３４】以上のように、本実施の形態においては、
蛍光体から発せられる光を効率良く画像透過手段３、及
び画像光路決定手段４に導き、開口率を実質的に増加し
観察者に明るい立体画像を提供することができる。

【００３５】尚、図８、図９に示した画像透過手段３は
屈折率の高い物質４２や反射鏡４４の設計を最適にし
て、狭い開口部から光が出力されるようにした場合、特
に設けなくともよい。これは画像透過手段３の目的が、
その一部分から画像の光を放射させる目的を持つためで
ある。

【００３６】以上のように第２の実施の形態によれば、
ＣＲＴなどの画像の位置が安定しない表示手段を用いて
も、眼鏡なしで立体画像を明るく且つ安定に表示するこ
とができ、その実用的価値は高い。

【００３７】図１１は、本発明の第３の実施の形態にお
ける立体表示装置の画像信号と、光路制御手段１０の制
御を説明するための構成図であり、１は画像を表示する
表示手段、３は画像透過手段、４は画像光路決定手段、
５a,５bは駆動手段、７a,７bは光路を示し、８は駆動コ
イル、９は磁石、１１は発光手段、１２は受光手段であ
る。以上の構成は第１の実施の形態の構成と同じであ
り、第１の実施の形態の構成と異なる点は、受光手段１
２の位置を移動させるリニア移動手段４０、画像光路決
定手段４と画像透過手段３の距離を変化させる厚み制御
手段４１a,bが新たに付加され、駆動制御手段２５が発
光手段１１と受光手段１２以外にリニア移動手段４０と
厚み制御手段４１a,bを制御している点、磁界発生手段
４３、磁界検出コイル４２、３次元位置測定手段４４に
より観察者の視点の３次元位置を検出している点である
（図１３参照）。

【００３８】以上の様に構成された第３の実施の形態に
ついて、以下説明する。立体画像を表示する基本原理
は、第１の実施の形態と同じであり、光路制御手段１０
は画像透過手段３と画像光路決定手段４により光路を定
める。即ち、例えば図２の状態では右目には提示される
画像が光路７ｂを通過して観察されるが、光路７ａは画
像透過手段３と画像光路決定手段４に遮蔽され、左目に
は画像は観察されない。図示した状態とは逆に、画像光
路制御手段４が半ピッチ移動した状態（図１１におい
て、画像光路決定手段４の白黒が反転した状態）では、
左目のみに画像が観察される。本実施の形態の特徴は、
観察者の視点移動に対して光路７ａ,７ｂが観察者の目
の方向に常に向かうように制御する点にある。

【００３９】まず、図１２ａ、ｂを用いて、観察者の視
点移動に対して常に立体画像が観察できるようにする方
法の原理について説明する。図１２ａは、観察者がＣＲ
Ｔに平行に左右に移動する場合、図１２ｂは観察者がＣ
ＲＴに垂直に前後に移動する場合である。図１２（ａ）
において、ＣＲＴ表面の光は画像透過手段３の透過領域
Ｃと画像光路決定手段４の透過領域Ａを通って観察者の
目Ｄに入射しているとする。ここで、観察者の目Ｄの位
置がＥまで変化した時、同じ画像による光を目Ｅに入射
させるためには光は画像光路決定手段４の透過領域の中
心をＢになるように画像光路決定手段を左右に水平移動
すればよい。この時、目の水平移動量をΔｘ、画像透過
手段３と画像光路決定手段４の距離をｄ、視距離をＬと
置けば、画像透過手段の水平移動量Δｗは、 （数２） Δｗ＝ｄ／Ｌ×Δｘ で表される。また、図１２（ｂ）に示すように、観察者
の目が前後方向にＧからＨにΔＤだけ移動した場合
は、、画像透過手段３と画像光路決定手段４の距離ｄを
Δｚだけ変化させたらよい。この時の変化量Δｚは、 （数３） Δｚ＝ｄ／Ｌ×ΔＤ となる。この様に、観察者の目の移動を測定し、これを
元に画像光路決定手段４の位置と画像透過手段３と画像
光路決定手段４の距離を変化させることにより、常に観
察者の目に同じ画像を表示することが出来る。

【００４０】次に、画像光路決定手段４を正確に半ピッ
チ移動させて観察者の右目、左目に独立に画像を正確に
表示する動作を、観察者の目の位置の移動に合わせて実
現する方法を図１１、１３を用いて説明する。

【００４１】本発明の第１の実施の形態で述べた方法に
おいて、観察者の目の左右の動きに合わせて受光手段１
２の位置をリニア移動手段４０により移動させる。ま
た、観察者の目の前後の動きに合わせて厚み制御手段４
１a,bにより画像透過手段３と画像光路決定手段４の距
離を変化させることにより、常に観察者の目に同じ画像
を入射させる。

【００４２】観察者の目が左右に移動した場合、まず、
左右方向移動量を図１３に示される磁界発生手段４３と
磁界検出コイル４２と３次元位置測定手段４４により、
測定する。このような磁界を用いた観察者の３次元位置
の測定手段は、最近のバーチャルリアリティ技術でよく
用いられるものと同じものである（参考文献：３次元映
像の基礎 泉武博 監修、オーム社１９９５ ＰＰ．２１
０〜２１３）。この場合は、磁界発生手段４３から互い
に直交する３種類の磁界を発生し、これを互いに直交す
る方向に巻かれた３種類のコイルで検出し、これを３次
元位置測定手段４４で計算することにより、このコイル
の３次元位置、回転角度（yaw,pitch,roll）を計測する
ものである。これにより得られた観察者の水平移動量Δ
ｘと観察者の視距離Ｌを用いて、駆動制御手段２５は、
（数２）から画像光路決定手段４の移動量Δｗを求め、
これから駆動電流Ｈ、Ｌ（図４参照）を（数４）により
決定する。ここで（数４）は、（数１）と同じである
が、微調整信号Δの大きさを、画像光路決定手段４の移
動量Δｗと受光手段１２のリニア移動手段４０による移
動量が等しくなるように駆動制御手段２５が決定すると
ころが、式１での動作と異なる。後の半ピッチを正確に
移動させるフィードバック動作については第１の実施の
形態と全く同じである。

【００４３】（数４） Ｈ ＝ Ｈ0 − ｋ1（Ｃ2 − Ｃ1） ＋ Δ Ｌ ＝ Ｌ0 − ｋ2（Ｃ3 − Ｃ2） ＋ Δ ただし、ｋ1、ｋ2 ＞ ０ ここでＣ１、Ｃ２、Ｃ３は発光手段１１の３つの光源の
受光レベルである。このように制御することにより、観
察者の目の位置が左右に動いても発光手段１１と受光手
段１２の位置関係を一定に保つことが出来、画像透過手
段３と画像光路制御手段４の相対位置が安定に制御さ
れ、右目用の画像は光路７ｂを通過して右目に、左目用
の画像は光路７ａを通過して左目に入射し、立体像とし
て認識される。また、観察者の目が前後方向に移動した
場合、駆動制御手段２５は（数３）により、画像透過手
段３と画像光路決定手段４の距離ｄをΔｚだけ変化させ
る命令を厚み制御手段４１ａ、ｂに伝える。厚み制御手
段４１ａ、ｂは駆動手段５ａ、ｂの位置を前後に移動さ
せることにより画像透過手段３と画像光路決定手段４の
距離ｄをΔｚだけ変化させる。これにより、観察者の目
の位置が前後に移動しても、常に所定の画像を左右の目
それぞれに表示することができる。

【００４４】以上のように本実施の形態によれば、観察
者の目の位置が移動しても、常に観察者の目に光の方向
を制御することができ、画像観察範囲の広い眼鏡なし立
体画像表示装置を実現することが出来る。

【００４５】また、第３の実施の形態において、観察者
の目の移動は、頭部の前後左右の動きだけでなく、観察
者の頭部の傾き具合によっても変化する。特に、頭部が
左右方向に移動する場合において、頭部が左右に大きく
傾くことが多い。これによる目の位置のずれを解決する
ために、観察者の頭部に装着した磁界検出コイル４２の
位置と左右の目のそれぞれの位置関係を予め測定してお
き、これにより目の位置を正確に算出すれば、観察者の
頭部が傾いても正確な画像を左右の目に見えるようにす
ることができる。

【００４６】上記実施の形態では画像透過手段と画像光
路決定手段の光が透過する部分と、光を吸収または光が
透過しない部分の比は、ほぼ１：１であったが、図１０
に示すように１：２やそれ以上にする構成も可能であ
る。図１０において、５０、５１は画像透過手段で、５
２は画像光路決定手段である。この時透過する光のメイ
ンローブとサイドローブ１、２の角度を広くとることが
可能となり、立体画像のステレオペアの左右逆転が発生
しないようにできる。従って画像が２つの目で見える位
置は、必ず左右が正しい組合せとなり、立体画像が安定
して観察できる。また同時に画像透過手段と画像光路決
定手段の光が透過する部分と、光を吸収または光が透過
しない部分の比を１：２程度以上に大きくすると提示で
きる画像の数が３枚以上にすることもでき、より自然な
立体画像を表示することが可能となる。この時画像透過
手段５１は光を単純に遮断するだけでは画像が暗くなる
が、図１０や図８、図９に示すように集光手段を持つ構
成とすることにより、光を透過しない部分の割合か増え
ても画像が暗くならず、自然な立体画像を表示するため
に、重要である。

【００４７】また画像表示手段は、画素ＲＧＢの色や明
暗を表示するが、画像透過手段が画像を遮断するとき、
このＲＧＢの画素の比が崩れ、偽色が発生する。この時
発光部の多くの面積の光を集光する手段があると、ＲＧ
Ｂの画素バランスが崩れにくくなり、偽色の発生が非常
に低く抑えられる特徴も重要である。

【００４８】尚、本発明の立体画像表示装置の表示手段
は直視型のＣＲＴを用いたが、直視型のＣＲＴに限る必
要はなくＣＲＴを用いた投射型でもよい。またＣＲＴに
限らず、プラズマディスプレイや液晶ディスプレイでも
適応可能であり、本発明に含まれる。プラズマディスプ
レイや液晶ディスプレイの場合、画素が一定の位置に固
定されているため、画像透過手段は画素の周期に対応さ
せるのが良い。整数倍がモアレがなく適している。また
ディスプレイの発光部が非発光部と同程度か狭い場合、
画像透過手段を用いなくともよい。

【００４９】また本発明の実施の形態では、画像の光が
放射される光路を２つ（２眼ステレオ立体画像）とした
例を示したが、光路は２つに限定する必要はなく３、
４、５と増加させること（多眼立体画像）も可能であ
り、本発明に含まれる。このとき画像透過手段及び画像
光路決定手段の光を透過させる部分は、図１０に示した
ように光を透過させない部分より狭く設定し、各画像の
混合を少なくする必要がある。

【００５０】加えて本発明の実施の形態では、画像光路
決定手段は細い格子状の物体を機械的に移動させて光路
を決めていたが、これは液晶で格子状のパターンをつく
り、印加電圧のパターンを替えることにより、格子パタ
ーンを移動し、光路を決定することも可能である。どち
らを採用するかは、価格や信頼性の問題である。

【００５１】また、以上の実施の形態１〜３において、
画像光路決定手段４、駆動手段５ａ、ｂの動作は縦スト
ライプの水平位置を高速に振動させ、光を透過させる部
分と遮断する部分の位置関係を高速に反転させることで
あるが、この動作を透過型の液晶素子を用いて実現して
も良い。

【００５２】図１４は、画像光路決定手段４、駆動手段
５ａ、５ｂを液晶素子を用いて実現した例である。図１
４は、具体的な液晶の各画素の駆動回路については示し
ていないが、これは通常用いられるＳＴＮ、ＴＦＴ液晶
表示パネルの技術をそのまま用いて実現される。図１４
において、斜線部は光を遮断する領域、そのほかは光を
透過する領域である。この、光の遮断・透過の動作を液
晶を駆動する電圧を制御することにより実現する。これ
により、画像光路決定手段４と同様の縦ストライプ状の
光学素子を形成する。

【００５３】また図１４において、４は画像光路決定手
段であり、これは５１、５２、５３の３つの液晶素子に
よりＣＲＴ画面全体を覆うようにしてある。図３の駆動
制御手段２５からの信号により入力画像の垂直同期のタ
イミングで、液晶素子５１、５２、５３の光遮断部分
（斜線部）と光透過部分（斜線のない部分）を入れ換え
る動作を行なうが、この時液晶素子はその動作が時間的
に遅いので、画面全体の縦ストライプの位置が反転する
のに時間がかかり、左右画像のクロストークが生じる。
そこで、ＣＲＴにおける画像走査のタイミングを利用
し、液晶駆動手段５４により、ある垂直同期時刻から次
の垂直同期時刻までを３分割し、液晶素子５１、５２、
５３に順番に命令を送ることにより１垂直期間中で液晶
素子５１、５２、５３を順番に縦ストライプ位置を反転
させ、動作の遅い液晶素子でも、左右画像のクロストー
クを防ぐ。

【００５４】以上のように画像光路決定手段４を液晶素
子で実現することにより、機械的な振動を用いることな
く、純電子的に動作させることが出来、装置の信頼性を
高めることが出来る。また、この場合、液晶素子は空間
的位置が狂うことがないため、発行手段１１、受光手段
１２によるフィードバック制御は必要ない。

【００５５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、画像の表
示位置が安定しないＣＲＴを表示手段に用いても、光の
方向を定められた一定の方向に安定して制御でき、眼鏡
なしで安定した立体画像を表示できる。

【００５６】更に画像表示手段の発光部の多くの面積の
光を集光する手段を設けることにより、ＣＲＴを表示手
段に持つ立体表示装置でＲＧＢの画素バランスが崩れに
くくなり、偽色の発生が非常に低く抑えられる。

【００５７】加えて眼鏡なしの立体表示装置で立体画像
のステレオペアの左右逆転が発生しないようにでき、２
つの目で見える位置は必ず左右が正しい組合せとなり、
立体画像が安定して観察できる。

【００５８】また、観察者の位置が変化しても、画像光
路決定手段と画像透過手段の位置関係を制御することに
より、正確に観察者の両眼に画像をそれぞれ表示するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の立体画像表示装置
の構成の概要を示す図

【図２】本発明の第１の実施の形態の立体画像表示装置
の光路制御手段の構成を示す図

【図３】本発明の第１の実施の形態の立体画像表示装置
の信号処理を示すブロック図

【図４】本発明の画像光路決定手段の時間的制御を示す
図

【図５】本発明に用いる受光手段の特性を示す図

【図６】本発明に用いる駆動制御手段の構成を示す図

【図７】本発明の第２の実施の形態の立体画像表示装置
の光路制御手段の構成図

【図８】第２の実施の形態の立体画像表示装置の光路制
御手段の第２の構成を示す図

【図９】第２の実施の形態の立体画像表示装置の光路制
御手段の第３の構成を示す図

【図１０】第２の実施の形態の立体画像表示装置の光路
制御手段の第４の構成を示す図

【図１１】本発明の第４の実施の形態の立体画像表示装
置の光路制御手段の構成図

【図１２】(a),(b)は本発明の第４の実施の形態の立体
画像表示装置の観察者の移動に対する画像光路変更動作
を示す図

【図１３】本発明の第４の実施の形態の立体画像表示装
置の信号処理を示すブロック図

【図１４】本発明の第４の実施の形態の立体画像表示装
置の画像光路決定手段を液晶素子で構成した場合の構成
図

【符号の説明】

１ 表示手段 ２ 匡体 ３ 画像透過手段 ４ 画像光路決定手段 ５ 駆動手段 ６ 目の位置 ７ 光路 ８ 駆動コイル ９ 磁石 １０ 光路制御手段 １１ 発光手段 １２ 受光手段 ２１、２２ メモリ手段 ２３ バッファー手段 ２４ 制御手段 ２５ 駆動制御手段 ２６ 画像表示手段 ３１ 復調手段 ３２ 減算器 ３３ 駆動信号発生手段 ３４ 微調整手段 ４０ リニア移動手段 ４１ 厚み制御手段 ４２ 磁界検出コイル ４３ 磁界発生手段 ４４ ３次元位置測定手段

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】時系列に画像を表示する画像表示手段と、
   前記画像表示手段に表示された画像を透過させ部分的に
   観察者方向に出力する画像透過手段と、透過した画像の
   光路を決定する画像光路決定手段を備え、前記画像光路
   決定手段は前記画像表示手段に表示される画像の切り替
   え周期に対応して画像の光路を切り替える構成となるこ
   とを特徴とした立体画像表示装置。
2. 【請求項２】時系列に画像を表示する画像表示手段と、
   前記画像表示手段に表示された画像を透過させ部分的に
   観察者方向に出力する画像透過手段と、透過した画像の
   光路を決定する画像光路決定手段を備え、前記画像光路
   決定手段は、前記画像表示手段に表示される画像の切り
   替え周期に対応して画像の光路を切り替え、更に観察者
   の３次元位置により前記画像透過手段または前記画像光
   路決定手段の位置を平行移動、前記画像光路決定手段と
   前記画像透過手段の距離を変化させることにより、移動
   する観察者の左右眼に正確に表示画像を表示する構成と
   なることを特徴とした立体画像表示装置。
3. 【請求項３】画像透過手段は、部分的に光を遮光する構
   造を持つことを特徴とした請求項１または２記載の立体
   画像表示装置。
4. 【請求項４】画像透過手段は、部分的に光を集光し、集
   光した光を部分的に放射できる構造を持ち、前記光を部
   分的に放射する部分の面積は全体の面積の約１／２以下
   であることを特徴とした請求項１または２記載の立体画
   像表示装置。
5. 【請求項５】画像透過手段の光を透過遮断または光を集
   光する特性は、水平方向にゆるやかに変化することを特
   徴とした請求項３または４記載の立体画像表示装置。
6. 【請求項６】画像光路決定手段は、画像透過手段の画像
   が透過するパターンに対応した光の遮光部をもち、前記
   画像透過手段のパターンと前記画像光路決定手段の遮光
   部の相対位置により画像の光路を切り替えることを特徴
   とした請求項１〜５のいずれかに記載の立体画像表示装
   置。
7. 【請求項７】画像光路決定手段は、画像透過手段の画像
   が透過するパターンに対応した光の屈折部をもち、前記
   画像透過手段のパターンと前記画像光路決定手段の屈折
   部の相対位置により画像の光路を切り替えることを特徴
   とした請求項１〜５のいずれかに記載の立体画像表示装
   置。
8. 【請求項８】画像光路の切り替えは、画像透過手段また
   は光路決定手段のどちらか一方、または両方を物理的に
   動かすことにより実現することを特徴とした請求項１〜
   ７のいずれかに記載の立体画像表示装置。
9. 【請求項９】画像光路の切り替えは、画像透過手段また
   は光路決定手段のどちらか一方、または両方の光透過部
   分、光遮光部分の光の透過率を制御することにより実現
   することを特徴とした請求項６記載の立体画像表示装
   置。