JPH08322067A

JPH08322067A - ３次元情報再生装置

Info

Publication number: JPH08322067A
Application number: JP7125346A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Katagiri; 眞行片桐; Toshio Nomura; 敏男野村; Keisuke Iwasaki; 圭介岩崎; Nobutoshi Gako; 宣捷賀好
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1995-05-24
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】３次元情報再生装置において、表示画面に表
示される立体画像情報を含む画像から、色ずれのない鮮
明なカラー立体像を再現する。【構成】フラットディスプレイパネル１の表示画面上
に表示された立体画像情報を含む画像を、集光シリンド
リカルレンズアレイ３により、表示画面上の画素毎に集
光して拡散板５上に投影し、さらに、シリンドリカルレ
ンズアレイ２により、該拡散板５に投影された投影画像
から立体像を再生するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は３次元情報再生装置に
関し、特殊な眼鏡を必要とせずに立体画像を再生可能な
３次元情報再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、３次元空間を行き交う光線の状
態、即ち光線の進行方向及び強度を再生する方式の３次
元情報再生装置が知られている。

【０００３】この３次元情報再生装置は、微小レンズを
２次元に配列したフライアイレンズあるいは２次元のピ
ンホールアレイと写真技術とを組み合わせて、立体写真
の作成技術として応用されてきた。

【０００４】本件出願人は、特願平６−３７３３６号と
して、フラットディスプレイパネルとシリンドリカルレ
ンズアレイとを組み合わせた３次元情報再生装置を出願
している。

【０００５】図８は、この３次元情報再生装置の基本構
成を示す図であり、図において、１００ａは、フラット
ディスプレイパネル１００と、その表示面上に配置され
たシリンドリカルレンズアレイ１０２とから構成されて
いる。

【０００６】該フラットディスプレイパネル１００は、
被写体のフーリエ変換像を合成した像が表示されるよう
になっている。ここで、上記被写体のフーリエ変換像
は、専用の特殊な３次元情報入力装置、あるいはビデオ
カメラを水平方向に移動しながらフーリエ変換像を撮る
撮像装置などで得ることができる。また、もちろんコン
ピュータによる演算処理により、上記のようなフーリエ
変換像に対する画像信号を作成することもできる。

【０００７】また、シリンドリカルレンズアレイ１０２
は、各シリンドリカルレンズ１０２ａ、１０２ｂ、１０
２ｃ、…を、ピッチｐの間隔で、上記パネル１００の表
示画面の水平方向に並べてなる構成となっている。

【０００８】ここでは、例えば、各シリンドリカルレン
ズ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、…に対して、フラッ
トディスプレイパネル１００上の画素１０１を５列割リ
当てるとする。この場合、各画素から放射された光は、
その対応するシリンドリカルレンズに入射され、そのレ
ンズ中心と画素とを結ぶ方向に該光は進行する。

【０００９】即ち、１つのシリンドリカルレンズに対し
て、表示画面上の垂直方向の画素列を５列割り当てる
と、５つの方向の光を再現可能となる。

【００１０】このようにして、点灯する画素を選択する
ことにより、再現される光の進行方向を選び、点灯する
画素から放射される光の量を調整することにより再現さ
れる光の光量を制御する。

【００１１】このような画素の点灯制御が、上記フーリ
エ変換像に対応する画像信号に基づいて全画素に対して
行われると、再現したい立体像、つまり例えば被写体の
立体像が上記３次元情報再生装置１００ａにより再現さ
れることとなる。

【００１２】ところで、現在実用化されているフラット
ディスプレイパネルにおけるカラーフィルタの配列は、
デルタ配列とストライプ配列の２種類がある。

【００１３】図９はストライプ配列のフラットディスプ
レイパネルを示しており、図中、１００は、このカラー
フィルタの配列がストライプ配列であるパネルで、この
パネル１００では、３色の力ラーフィルタ１０３ａ、１
０３ｂ、１０３ｃが水平方向に一定順序で繰り返し並べ
られており、３色分のカラーフィルタが１組となって画
素１つ分のカラーフィルタ部分１０３となっている。

【００１４】また、このフラットディスプレイパネル１
００では、上記個々のカラーフィルタに対応して絵素が
設けられており、３色のカラーフィルタに対応する３つ
の絵素の組み合わせを１画素として、例えば水平方向に
６４０の画素が、垂直方向に４８０の画素が配列されて
いる。なお、通常、画素の数は水平方向の列の方が垂直
方向の列より多くしてある。

【００１５】また、デルタ配列は、３色のカラーフィル
タが三角形の各頂点に配置されるものであり、この配列
のパネルでは、上記ストライプ配列のものと同様に、３
色のカラーフィルタに対応する３つの絵素により１画素
が構成されるが、水平方向には、上記１画素に対応する
３色のカラーフィルタのうちの２つのカラーフィルタが
並ぶこととなる。

【００１６】このように、従来のフラットディスプレイ
パネルでは、カラーフィルタがストライプ配列であるか
デルタ配列であるかに関わらず、カラーフィルタが水平
方向に並ぶこととなる。

【００１７】図１０は、図８に示す３次元情報再生装置
１００ａにおいて、カラーフィルタが水平方向に並んだ
フラットディスプレイパネルを用いた場合の立体像への
影響について説明するための図である。

【００１８】図において、１００は、色の異なるカラー
フィルタが水平方向に並んだフラットディスプレイパネ
ルである。なお、この図では、フラットディスプレイパ
ネルとしては、各色のカラーフィルタに対応する絵素の
み模式的に示しており、その他の構成、例えば液晶表示
デバイスの基板や液晶層等は、説明の都合上省略してい
る。

【００１９】このフラットディスプレイパネル１００で
は、シリンドリカルレンズアレイ１０２を構成する個々
のシリンドリカルレンズ１０２ａには、４つの垂直方向
の画素列が対応しており、１つのシリンドリカルレンズ
１０２ａに対応する画素として、画素１０１があり、こ
の画素１０１は、赤，緑，青のそれぞれのカラーフィル
タに対応する絵素１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃからな
る。

【００２０】また、この画素１０１に表示されるフーリ
エ変換像は、立体像を形成するためのある方向の光の色
を含めた強度情報をもっている。

【００２１】しかし、該シリンドリカルレンズアレイ１
０２のレンズ作用方向と絵素１０１ａ、１０１ｂ、１０
１ｃの並びの方向とが一致する場合には、図１０に示さ
れるように、シリンドリカルレンズ１０２ａに対する各
絵素の水平方向の位置の違いにより、赤色対応の絵素１
０１ａからの赤色光線１０４ａ、緑色対応の絵素１０１
ｂからの緑色光線１０４ｂ、青色対応の絵素１０１ｃか
らの青色光線１０４ｃでは、その進行方向が異なったも
のとなる。

【００２２】本来、３次元情報再生装置に対して所定の
位置にいる観測者に対して、上記各光線１０４ａ〜１０
４ｃとも同じ方向の光として再現したいが、このように
色によって少しずつ、再現された光線の方向が異なり、
各色の立体像が離れて再生されると、観測者は、立体像
として色分離された像を見ることになる。

【００２３】このような課題に対する対応策として、特
願平６−３７３３６号に添付の明細書には、図１１に示
すように、フラットディスプレイパネルを、その水平方
向には同一色のカラーフィルタを配列し、その垂直方向
には、異なる色のカラーフィルタ１０３ａ、１０３ｂ、
１０３ｃを所定の順序で繰り返し配列した構成とするこ
とが記載されている。

【００２４】そして、このような構造のパネルを実現す
るには、新たに上記のようなカラーフィルタの配列をも
つパネルを作製するか、図９で示されるパネルを９０°
回転して用いるかの方法を取らなければならない。

【００２５】ところが、新しいパネルを作製するという
対応案は、新しいカラーフィルタを作製することは勿論
のこと、パネルを新たに設計し直して、駆動回路等も見
直す必要があり、容易ではない。

【００２６】また、現行パネルを回転する方法は容易に
実現できるが、水平画素数が減少して表示画面の縦横比
が変わり、縦長の画面となる。３次元情報再生装置とし
てはなるべく水平画素数を多くとり、横長の画面となる
のが望ましいのにも拘らず、この方法では、表示画面の
縦横比が逆になり好ましくない。

【００２７】上述のような課題は、上述したフラットデ
ィスプレイパネルにフーリエ変換像を表示して、その表
示画面からの光線により立体像を再生する３次元再生方
式に限らず、レンチキュラ方式の画像表示装置にも含ま
れている。

【００２８】このレンチキュラ方式とは、異なる地点か
ら撮像した２枚の２次元の視差画像を垂直方向に細長く
短冊状に刻み、該２枚の視差画像の短冊状部分を交互に
合成した２次元の実像を各短冊状部分毎に、水平方向に
配列されている各シリンドリカルレンズに対して割り当
て、シリンドリカルレンズの作用によって、ある空間上
に２枚の２次元の視差画像を再構成するものであり、こ
の方式により再構成されたそれぞれの視差画像を左右の
目で見れば、被写体の立体視ができるというものであ
る。

【００２９】この方式も、上記フーリエ変換像を用いる
３次元再生方式と同様に、レンズ作用方向とカラーフィ
ルタの配列方向とが一致すれば、色ずれを含んだ立体像
が再生される。これに対して、特開昭６３−２４８２９
３号公報においても、上記レンチキュラ方式の画像表示
装置について上記図８に示す３次元情報再生装置と同
様、図１２に示すようにカラーフィルタを、その色の異
なるもの、つまりカラーフィルタＲ₁，Ｒ₂、Ｇ₁，Ｇ
₂、Ｂ₁，Ｂ₂の配列方向が、レンズＬのレンズ作用が
働く方向に対して垂直になるように配列する方法が開示
されている。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、現在
実用化されているフラットディスプレイパネルを３次元
情報再生装置に通常の状態で用いると、レンズ作用とカ
ラーフィルタの並び方向が一致するので、再生された像
に色分離が起こる。

【００３１】これに対して、図１１に示されるようなカ
ラーフィルタの配列をもったフラットディスプレイパネ
ルを用いた従来例がある。これは、新たにパネルを作製
すること、電極、トランジスタなどの能動素子、カラー
フィルタを作り直すことは勿論のこと、駆動回路も見直
す必要があり、多額の費用を必要とする。

【００３２】また、カラーフィルタが水平方向に並んだ
通常のフラットディスプレイパネルを９０°回転させ
て、使用する従来例がある。これは、この姿勢での水平
画素の数を減少させることになる。また、表示画面の縦
横比が変わり、縦長の画面となる。３次元情報再生装置
としては、垂直方向よりも水平方向の立体感が重要であ
り、水平画素数をなるべく多くとり、横長の画面にする
のが望ましいが、この従来例は満足できるものではな
い。

【００３３】また、レンチキュラ方式においても、上記
の従来例と同様に通常のフラットディスプレイパネルを
９０°回転させて用いる従来例がある。これも同様に上
記の課題を有する。

【００３４】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、カラーフィルタが水平方向に並ん
だフラットディスプレイパネルを用いても、再生像に色
分離が起こらない３次元情報再生装置を得ることを目的
とする。

【００３５】

【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係る３次元情報再生装置は、画像表示を行うための光を
発生する光源と、複数の画素からなる表示画面を有し、
該光源からの光を変調して、立体画像情報を有する画像
を該表示画面上に表示する画像表示手段とを備えてい
る。

【００３６】そして、上記３次元情報再生装置は、該表
示画面上に表示された表示画像を、該表示画面上の画素
毎に分けて集光して投影する第１の光学手段と、該第１
の光学手段による投影光が照射されて、その投影面上に
各画素に対応した投影画像が形成される画像形成部と、
該画像形成部に形成された投影画像から、該立体画像情
報に対応した立体画像を再生する第２の光学手段とを備
えている。そのことにより上記目的が達成される。

【００３７】この発明（請求項２）は、請求項１の３次
元情報再生装置において、前記第１の光学手段と前記画
像形成部との間に配置され、透光部と非透光部とを有す
るマスクを備え、前記表示画面上の各画素からの投影光
に絞りをかけるようにしたものである。

【００３８】この発明（請求項３）は、請求項１記載の
３次元情報再生装置において、前記第１の光学手段とし
て、シリンドリカルレンズを前記表示画面における垂直
方向の各画素列に対応するよう配列してなるシリンドリ
カルレンズアレイを用いたものである。

【００３９】この発明（請求項４）は、請求項１の３次
元情報再生装置において、前記第１及び第２の光学手段
の両方あるいは一方を、該光学手段を構成する所定の画
素に対応する個々のレンズ間に配置された、光を遮る遮
光部材を有する構造としたものである。

【００４０】この発明（請求項５）は、請求項１の３次
元情報再生装置において、前記第１の光学手段として、
回折格子を前記表示画面における垂直方向の各画素列に
対応するよう配列してなる回折格子部材を用いたもので
ある。

【００４１】この発明（請求項６）は、請求項１の３次
元情報再生装置において、前記光源と前記画像表示手段
の間に配置され、該光源から出射された画像表示用光を
平行光に変換する集光レンズを備えたものである。

【００４２】

【作用】この発明（請求項１）においては、画像表示手
段の表示画面上に表示された立体画像情報を含む画像
を、第１の光学手段により、表示画面上の画素毎に集光
して投影するようにしたから、１つの画素における各色
のカラーフィルタに対応する絵素での表示画像が上記投
影領域上ではほぼ同じ位置に合成されることとなる。

【００４３】このため、上記投影領域上の投影画像から
は、第２の光学手段により、各色のカラーフィルタに対
応する立体像が、これらがずれることなくほぼ重なるよ
う再生されることとなり、再生像における色ずれを回避
することができる。

【００４４】この発明（請求項２）においては、第１の
光学手段と画像形成部の間に、透光部と非透光部を有す
るマスクを配置し、前記表示画面上の各画素からの投影
光に絞りをかけるようにしたので、画像形成部に投影さ
れる、各色の絵素に対応する投影画像が重なっている投
影領域を抽出して、色ずれのない鮮明な再生像を得るこ
とが可能となる。

【００４５】この発明（請求項３）においては、第１の
光学手段をシリンドリカルレンズアレイで構成したの
で、各画素に対応する表示画像の投影光を効率よく集め
ることができ、明るい再生像を得ることができる。

【００４６】この発明（請求項４）においては、前記第
１及び第２の光学手段の両方あるいは一方を、該光学手
段を構成する所定の画素に対応する個々のレンズ間に配
置された、光を遮る遮光部材を有する構造としたので、
該各レンズ間での光の交差を防ぎ、色ずれのない鮮明な
再生像を得ることができる。

【００４７】この発明（請求項５）においては、第１の
光学手段を、回折格子を複数配列してなる回折格子部材
から構成したので、第１の光学手段としてレンズアレイ
を用いたものと比べて、光学系の軽量化、薄型化を図る
ことができる。

【００４８】この発明（請求項６）においては、光源と
画像表示手段の間に、該光源から出射された光を平行光
に変換するレンズを配置したので、各画素に対応する表
示画像の投影光の交差を防ぎ、色ずれのない鮮明な再生
像を得ることができる。

【００４９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明す
る。（実施例１）図１は本発明の第１の実施例による３次元
情報再生装置の基本構成を示す断面図である。

【００５０】図において、１１０は本実施例の３次元情
報再生装置で、画像表示を行うための光を発生する光源
６と、複数の画素からなる表示画面を有し、該光源から
の光を変調して、立体画像情報を有する画像を該表示画
面上に表示するフラットディスプレイパネル（画像表示
手段）１とを備えており、上記光源６と該パネル１の間
には、該光源６から出射された画像表示用光を平行光に
変換する集光レンズ４が配置されている。

【００５１】そして、さらに上記３次元情報再生装置１
１０は、該表示画面上に表示された表示画像を、該表示
画面上の画素毎に分けて集光して投影する集光シリンド
リカルレンズアレイ（第１の光学手段）３と、該レンズ
アレイ３による投影光が照射されて、その投影面上に各
画素に対応した投影画像が形成される拡散板（画像形成
部）５と、該拡散板５に形成された投影画像から、該立
体画像情報に対応した立体像を再生するシリンドリカル
レンズアレイ（第２の光学手段）２とを備えている。

【００５２】ここで、上記フラットディスプレイパネル
１には液晶パネル、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）
パネル、プラズマディスプレイ、微小真空管を用いた真
空マイクロデバイス、あるいは平板ＣＲＴなど、表示面
が平面であるディスプレイが用いられる。

【００５３】また、このフラットディスプレイパネル１
は、カラーフィルタが水平方向に並んだ現行用いられる
カラー表示パネルである。カラーフィルタは通常３色で
構成されていて、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）あるい
はシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の組
み合わせが用いられる。例えば、絵素１ａ、絵素１ｂ、
絵素１ｃをそれぞれ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の
カラーフィルタに対応する絵素とすると、これらの１組
の３つの絵素１ａ〜１ｃにより１画素が構成される。な
お図１では、このパネル１については、絵素の構成のみ
示しており、その他の具体的な構成は、説明の都合上省
略している。

【００５４】上記シリンドリカルレンズアレイ２と集光
用シリンドリカルレンズアレイ３は、アクリル、塩化ビ
ニル等の透明なプラスチック材料の表面に凹凸をつけ、
かまぼこ状の細長いレンズ２ａ，３ａを並べて構成した
ものであり、それぞれのレンズアレイ２，３において、
各レンズ２ａ，３ａの焦点距離は同一となっている。ま
たこれらは、ガラス、プラスチックの透明平板に屈折率
分布を持たせることにより、形成することもできる。な
お、上記第１及び第２の光学手段は、表示画面の水平方
向にレンズ作用を有するものであればよく、シリンドリ
カルレンズアレイに限定されるものではなく、通常のレ
ンズアレイでもよい。

【００５５】ここで、上記集光用シリンドリカルレンズ
アレイ３では、その各シリンドリカルレンズ３ａは、上
記表示画面における垂直方向の各画素列に対応するよう
配列されており、またシリンドリカルレンズアレイ２で
は、その各シリンドリカルレンズ２ａは、４つの画素に
対応するよう配列されている。

【００５６】また、上記拡散板５は、集光用シリンドリ
カルレンズアレイ３の各レンズ３ａの焦点距離の近傍に
置かれている。

【００５７】上記集光レンズ４はフラットディスプレイ
パネル１全体に光を照射させなければならないため、大
口径のものとなる。そこで、該集光レンズ４はプラスチ
ック材料からなる薄型のフレネルレンズが適している。
また、レンズ作用は紙面と平行な平面内だけにあればよ
いので、この集光レンズ４はシリンドリカルレンズでよ
い。

【００５８】また上記光源６は点光源、あるいは紙面に
垂直な方向に細長い線光源を用いている。

【００５９】次に作用効果について説明する。集光レン
ズ４の焦点距離にある光源６から出射された光は、レン
ズ４の作用により平行光に変換される。その平行光は垂
直にフラットディスプレイパネル１に入射される。フラ
ットディスプレイパネル１では、入射されてきた光に対
して、立体像形成用の画像データに基づいて色変調と強
度変調を行う。これによって、パネル１の表示画面上に
は、再生されるべき画像のフーリエ変換像が各画素領域
に表示される。

【００６０】そうすると、集光用シリンドリカルレンズ
アレイ３の各レンズ３ａの焦点距離近傍に拡散板５が配
置されているため、フラットディスプレイパネル１を透
過した平行光は、集光用シリンドリカルレンズアレイ３
の作用によって、拡散板５上に画素毎に集光させて投影
される。この時、拡散板５上の集光点５ａでは、Ｒ、
Ｇ、Ｂの各色の投影光が混色して、１点あるいは小さな
領域に集中した状態となっている。

【００６１】そして、該拡散板５上に投影された各画素
に対応する投影画像は、シリンドリカルレンズ２の作用
により、立体像として再生される。

【００６２】次に、本実施例における３次元画像情報再
生の原理を図２を用いて説明する。図２は前記フラット
ディスプレイパネル１の情報が投影された拡散板５と、
シリンドリカルレンズアレイ２の断面図を示し、図１に
示されているその他のものは省略されている。

【００６３】図１に示したように、フラットディスプレ
イパネル１上の１組の絵素１ａ、１ｂ、１ｃから出た光
は例えば、図２の拡散板５上の輝点５ａ₁に集光され
る。すなわち、フラットディスプレイパネル１の各画素
の位置と透過度を反映して、拡散板５上に１点１点明る
さの異なる輝点が並んで生成される。

【００６４】図１と同様に、拡散板５上に形成される輝
点４個に対して、シリンドリカルレンズアレイ２の１つ
のレンズが対応するとする。輝点５ａ₁から５ａ₄には
レンズ２ａが、輝点５ａ₅から５ａ₈にはレンズ２ｂ
が、輝点５ａ₉から５ａ₁₂にはレンズ２ｃが対応する。
ここで、輝点から発せられた光は散乱光と考えてよい。
シリンドリカルレンズアレイ２の各レンズ２ａ、２ｂ、
２ｃの焦点距離は同じ、ほぼ焦点位置に拡散板５が置か
れているので、このような配置から、例えば輝点５ａ₃
から発せられた光は、輝点５ａ₃とレンズ２ａの主点１
２ａを結ぶ方向にレンズ２ａの幅のもつ平行光７（図１
参照）になって出射される。なお、図２ではその平行光
を実線１１ａで代表させて表している。図２では光線を
描きやすくするために、縦横の縮尺率を変えて表してお
り、このため、再生される光は幅の広い光という印象を
与えるが、実際はそれ程ではない。

【００６５】このように輝点とレンズの主点の相対的な
位置関係から、出射される光の出射方向が規定される。
同様に、輝点５ａ₆とレンズ２ｂの主点１２ｂの相対位
置関係から光線１１ｂが再生される。このような光線の
再生が複数のレンズについて行われる。

【００６６】図２に示すＣ側から観察者がこれらの光線
群１１を観察すると、実際には拡散板５から手前にしか
光は出ていないが、観察者はその認識はなく、光線が交
わる再生点Ａから出てきた光と感じ、奥行き感を感じ
る。そして多数のレンズにより再生点が無数に再現され
ることにより、立体像が観察されることとなる。

【００６７】このような構成の本実施例では、フラット
ディスプレイパネル１の表示画面上に表示された立体画
像情報を含む画像を、集光シリンドリカルレンズアレイ
３により、表示画面上の画素毎に集光して拡散板５上に
投影するようにしたので、１つの画素における各色のカ
ラーフィルタに対応する絵素１ａ，１ｂ，１ｃでの表示
画像が上記拡散板５上ではほぼ同じ位置に合成されるこ
ととなる。

【００６８】このため、上記拡散板５上の投影画像から
は、シリンドリカルレンズアレイ２により、各色の絵素
に対応する立体像がずれることなくほぼ重なるよう再生
されることとなり、再生像における色ずれを回避するこ
とができる。

【００６９】また、フラットディスプレイパネル１によ
る表示画像を投影する第１の光学手段として、シリンド
リカルレンズアレイを用いているので、各画素に対応す
る表示画像の投影光を効率よく集めることができ、明る
い再生像を得ることができる。

【００７０】さらに、光源６とフラットディスプレイパ
ネル１の間に、該光源６から出射された光を平行光に変
換する集光レンズ４を配置しているので、各画素に対応
する表示画像の投影光の交差を防ぐことができる。

【００７１】なお、このようなフラットディスプレイパ
ネル１に表示される立体情報をもった画像データは、コ
ンピュータで作成することができる。また、専用の特殊
カメラを用意すれば、実物の被写体から立体情報をもっ
た画像データを得ることができる。

【００７２】また、上記シリンドリカルレンズアレイ２
の１つのレンズに割り当てる画素の数は４つに限定され
るものでない。

【００７３】さらに、集光用シリンドリカルレンズアレ
イ３やシリンドリカルレンズアレイ２は、個々のシリン
ドリカルレンズに対応するスリットを有する部材に置き
換えることができる。但し、いずれもレンズアレイの方
が光の利用効率がよく、クロストークが少ないので、明
るく鮮明な画像が得られる。

【００７４】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
による３次元情報再生装置の基本構成を示す断面図であ
り、図において、図１と同一符号は第１の実施例の３次
元情報再生装置１１０と同じ構成要素を示す。

【００７５】１２０は本実施例の３次元情報再生装置
で、上記第１の実施例と同様、光源６と、該光源からの
光を用いて立体画像情報を有する画像を表示するフラッ
トディスプレイパネル１と、該表示画面上に表示された
表示画像を投影する集光シリンドリカルレンズアレイ３
と、該投影光により投影画像が形成される拡散板５と、
該投影画像から、該立体画像情報に対応した立体像を再
生するシリンドリカルレンズアレイ２とを備えている。

【００７６】ここで、上記フラットディスプレイパネル
１には、第１の実施例のものと同様、３色の絵素１ａ、
１ｂ、１ｃが水平方向に並んだ現行のカラー表示パネル
を用いている。

【００７７】本実施例では、光源６とフラットディスプ
レイパネル１との間には、第１実施例の集光レンズ４は
配置しておらず、フラットディスプレイパネル１には、
平行光ではなく、通常のランダムな方向をもつ光源６か
らの光を投射するようにしている。

【００７８】そして、本実施例では、上記拡散板５のフ
ラットディスプレイパネル１側に、該拡散板５に近接さ
せて、各画素に対応する透光部２１ａとそれ以外の非透
光部２１ｂからなるブラックマスク１２１を配置し、該
集光シリンドリカルレンズアレイ１からの各画素に対応
した投影光に絞りがかかるようにしている。

【００７９】次に作用効果について説明する。

【００８０】上記フラットディスプレイパネル１により
その表示画面上に表示されたフーリエ変換像の合成像
が、上記集光シリンドリカルレンズアレイ３、拡散板５
及びシリンドリカルレンズアレイ２により立体像として
再生される基本的な動作は、上記第１の実施例と同様に
行われるので、ここではその詳細な説明は省略する。

【００８１】次に、上記マスクの作用について説明す
る。

【００８２】図４は本実施例において、１つの画素の各
絵素から出射された光線が混ざる様子を模式的に示して
いる。

【００８３】図において、２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、
フラットディスプレイパネル１の表示画面上での、各絵
素１ａ，１ｂ，１ｃを代表する発光点である。そして、
集光用シリンドリカルレンズアレイ３の１つのレンズ３
ａが上記３つの発光点２３ａ〜２３ｃに対応しており、
各発光点２３ａ，２３ｂ，２３ｃはレンズ３ａにより結
像面２３に結像されるとする。また、該レンズ３ａとこ
の結像面２３との間には、上記拡散板５の投影面２０が
位置している。

【００８４】上記絵素１ａに対応する発光点２３ａから
出た光は放射状に広がり、レンズ３ａにより投影面２０
上を広い領域にわたって照射する。これと同様に、絵素
１ｂ，１ｃに対応する発光点２３ｂ及び２３ｃから出た
光も同様に、投影面２０上を広い領域にわたって照射す
る。

【００８５】これにより、投影面２０の中央部で、上記
３つの発光点から出た光が混じることとなる。

【００８６】このため、上記マスクの開口部（透光部）
２１ａを、上記３つの発光点から出た光が重なる領域に
合わせて配置しておくと、拡散板５上の投影面に投影さ
れる各画素の投影光は、各画素を構成する３つの絵素１
ａ〜１ｃに対応する投影光，つまり各色の投影光が完全
に重なったものとなる。

【００８７】つまり、図に示すように開口部２１ａでは
３色の光が完全に混合しており、開口部２１ａ以外の部
分の光は、非透光部２１ｂにより遮光される。

【００８８】なお、図４では発光点を各絵素の代表点と
したが、各絵素全体にわたって考えても基本的に同じ
で、３色の光が混合する投影面２０上の領域の大きさが
変わるだけである。また、上記投影面２０上で３色の光
が重なる領域の大きさはレンズ３ａと投影面２０の間の
距離で調整することができる。

【００８９】このように本実施例では、拡散板５のフラ
ットディスプレイパネル１側に透光部２１ａと非透光部
２１ｂを有するマスク１２１を配置したので、フラット
ディスプレイパネル１に平行光を投射しなくても、各絵
素１ａ〜１ｃから出た３色の光を拡散板５の投影面２０
上で完全に混合させることができ、上記第１の実施例に
おける集光レンズ４を不要とでき、これにより装置の軽
量化，薄型化を図ることも可能となる。

【００９０】なお、上記ブラックマスク１２１は、拡散
板５上に形成することができ、該拡散板５と一体とする
ことができる。

【００９１】また、本実施例の３次元情報再生装置にお
いても、上記第１の実施例と同様、上記集光用シリンド
リカルレンズアレイ３及びシリンドリカルレンズアレイ
２は、スリットアレイに置き換えることができることは
言うまでもない。

【００９２】（実施例３）図５は本発明の第３の実施例
による３次元情報再生装置の基本構成を示す断面であ
る。図において、図１及び図３と同一符号は、上記第１
及び第２の実施例の３次元情報再生装置と同じ構成要素
を示している。

【００９３】１３０は本実施例の３次元情報再生装置
で、上記第２の実施例と同様、フラットディスプレイパ
ネル１と、シリンドリカルレンズアレイ１３２と、集光
用シリンドリカルレンズアレイ１３３と、拡散板５と、
ブラックマスク１２１と、光源６とから構成される。

【００９４】そして、本実施例では、上記集光用シリン
ドリカルレンズアレイ１３３は、これを構成する各レン
ズ１３３ａの間に遮光部材１３３ｂを配置した構造とな
っており、またシリンドリカルレンズアレイ１３２も、
該レンズアレイ１３３と同様、これを構成する各レンズ
１３２ａの間に遮光部材１３２ｂを配置した構造となっ
ている。

【００９５】該遮光部材１３３ｂ，１３２ｂは、光を透
過させない材料からなり、上記各レンズアレイ１３３，
１３２は、細長い柱状のレンズ１３３ａ，１３２ａの側
面に遮光材料を膜状に形成して、各レンズを貼り合わせ
ることにより得ることができる。

【００９６】次に作用効果について説明する。

【００９７】各絵素１ａ、１ｂ、１ｃから出た異なる色
成分をもった光が混合される原理は図３に示す第２の実
施例の３次元情報再生装置１２０と同じであるので、そ
の説明は省略する。

【００９８】次に本実施例の特有の作用効果について説
明する。

【００９９】特に、図３に示す３次元情報再生装置１２
０では、フラットディスプレイパネル１に対して、光源
６からのランダムな光を照射しているために、集光用シ
リンドリカルレンズアレイ３やシリンドリカルレンズア
レイ２では、隣接するシリンドリカルレンズ間で、投影
光が入り乱れる。

【０１００】すなわち、ある画素を透過した光がこれに
対応するレンズを通らずに、隣のレンズを通ることがあ
り、クロストークが発生する。この結果、再生された像
の鮮明さが損なわれるという課題がある。

【０１０１】これに対し本実施例では、集光用シリンド
リカルレンズアレイ３及びシリンドリカルレンズアレイ
２の各レンズ間に遮光部材１３３ｂ，１３２ｂを介在さ
せているので、これらのレンズアレイの各レンズには、
対応した画素の投影光だけが入射されるようになる。こ
のため、上記第２実施例の３次元情報再生装置における
クロストークを回避することができ、再生像が不鮮明に
なるのを防ぐことができる。

【０１０２】（実施例４）図６は本発明の第４の実施例
による３次元情報再生装置の基本構成を示す断面図であ
り、図において、図１と同一符号は、第１の実施例の３
次元情報再生装置１１０と同じ構成要素を示す。

【０１０３】１４０は本実施例の３次元情報再生装置
で、これは、上記第１の実施例における集光用シリンド
リカルレンズアレイ３に代えて、フラットディスプレイ
パネル１の表示画面上に表示された表示画像を投影する
集光用回折格子板１４１を用い、拡散板５のフラットデ
ィスプレイパネル１側にブラックマスク１４２を配置し
たものである。

【０１０４】上記回折格子板１４１では、フラットディ
スプレイパネル１の個々の画素毎に、これを構成する絵
素１ａ、１ｂ、１ｃに対応して、回折格子４１ａ、減光
フィルタ４１ｂ、及び回折格子４１ｃが並べられてい
る。

【０１０５】また、上記ブラックマスク１４２は、上記
各画素に対応する、画素領域に比べて十分小さい面積の
透光部４２ａを有しており、該透光部以外の領域は非透
光部４２ｂとなっている。

【０１０６】次に作用効果について説明する。集光レン
ズ４の焦点距離にある光源６から出射された光は、レン
ズ４の作用により平行光に変換される。その平行光は垂
直にフラットディスプレイパネル１に入射される。フラ
ットディスプレイパネル１では、入射されてきた光に対
して、立体像形成用の画像データに基づいて色変調と強
度変調を行う。これによって、パネル１の表示画面上に
は、再生されるべき画像のフーリエ変換像が各画素領域
に表示される。

【０１０７】そうすると、フラットディスプレイパネル
１を透過した平行光は、フラットディスプレイパネル１
の表示画面側に配置した回折格子板１４１と、上記拡散
板５の手前に配置したブラックマスク１４２の作用によ
り、拡散板５上に画素毎に集光して投影される。この
時、拡散板５上の、上記各透光部４２ａに対応する領域
では、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の投影光が混色して小さな領域
に集中した状態となっている。

【０１０８】そして、該拡散板５上に投影された各画素
に対応する投影画像は、シリンドリカルレンズ２の作用
により、立体像として再生される。

【０１０９】次に、本実施例における３次元情報再生の
原理を図７を用いて説明する。図７は、フラットディス
プレイパネル１の各絵素を透過した光が混合される様子
を説明するための図であり、フラットディスプレイパネ
ル１と、回折格子板１４１と、ブラックマスク１４２の
１部を示している。

【０１１０】図中、１０は、フラットディスプレイパネ
ル１における１つの画素に対応する部分であり、該画素
を構成する１組の絵素、つまり赤色，緑色，青色に対応
する絵素１ａ、１ｂ、１ｃが配置されている。

【０１１１】４１は、上記回折格子板１４１の１画素に
対応する部分であり、上記１画素を構成する３つの絵素
のうち中央に位置するもの，つまり緑色の絵素１ｂに対
応する部分には減光フィルタ４１ｂが、その両側にはそ
れぞれ、赤色の絵素１ａ，青色の絵素１ｃに対向して回
折格子４１ａ，４１ｃが配置されている。

【０１１２】４２は、上記ブラックマスク１４２の１画
素に対応する部分であり、上記緑色の絵素１ｂに対応す
る部分が透光部４２ａとなっており、その両側の、赤色
の絵素１ａ，青色の絵素１ｃに対向する部分は非透光部
４２ｂとなっている。

【０１１３】このような構成では、フラットディスプレ
イパネル１の各絵素で変調を受けた平行な光が、回折格
子板１４１に垂直に入射すると、上記回折格子４１ａ，
４１ｃでの光の偏向作用により、各絵素を通過した光が
混合されることとなる。

【０１１４】すなわち、赤色の絵素１ａ，及び青色の絵
素１ｃからの光は、回折格子４１ａ、及び回折格子４１
ｃの偏向作用によって偏向されて、ブラックマスク１４
２の開口部（透光部）４２ａに導かれる。また、減光フ
ィルタ４１を通過した緑色の絵素１ｂからの光はそのま
ま直進して上記ブラックマスク１４２の開口部４２ａに
至る。これにより拡散板５上には、上記各絵素１ａ〜１
ｃからの光が混合されて照射されることとなる。

【０１１５】また、上記回折格子４１ａ，４１ｃでは、
偏向される１次光と、直進する０次光が存在するので、
直進する０次光は、上記ブラックマスク１４２の非透光
部（遮光部）にて遮断されることとなる。

【０１１６】なお、上記回折格子４１ａ，４１ｃでは、
入射された光の全てが１次光となるわけではなく、０次
光及びその他の光になるので、入射光に対して１次光の
光量は減少している。そのため、回折格子４１ａ及び４
１ｃによる回折光と、減光フィルタ４１ｂの透過光の強
度が等しくなるように、減光フィルタ４１ｂの減光率を
設定する必要がある。

【０１１７】また、回折格子の回折角には波長特性があ
るので、回折格子４１ａは、入射される赤色の絵素１ａ
からの光に応じたものとし、回折格子４１ｃは、入射さ
れる青色の絵素１ｃからの光に応じたものとしており、
回折格子４１ａと４１ｃでは特性が異なっている。厳密
に言えば、赤色の光にしても波長分布をもっているの
で、回折格子４１ａによって、開口部４１ａ上で波長分
離が見られる。しかし、それは実用上問題とならない程
度である。

【０１１８】さらに、上記回折格子４１ａ、４１ｃとし
ては、表面に凹凸をつけた位相型の回折格子が回折効率
が高く適している。また、回折格子は透明プラスチック
材料に凹凸を形成して構成できるので、大量生産が可能
で、安価に作製することができる。しかも回折格子は厚
さを必要としないので、薄くすることができ、装置の軽
量化にも有効である。

【０１１９】このように本実施例では、フラットディス
プレイパネル１の各絵素を透過した色成分の異なる光を
集光用の回折格子板１４１及びブラックマスク１４２を
通して拡散板５上で混合させるようにしたので、上記表
示画面上の表示画像を投影する光学手段としてレンズア
レイを用いた上記第１〜第３の実施例のものと比べて、
光学系の軽量化、薄型化を図ることができる効果があ
る。

【０１２０】なお、上記各実施例では、フラットディス
プレイパネル１にて表示されたフーリエ変換像から、図
２に示す原理により立体像を再生する３次元情報再生装
置について説明したが、本発明は、その他の原理に基づ
く３次元情報再生装置、例えば視差画像方式の３次元情
報再生装置にも適応することができる。

【０１２１】（実施例５）図１３は本発明の第５の実施
例による視差画像（レンチキュラ）方式の３次元情報再
生装置の基本構成を示す断面図、図１４は、該３次元情
報再生装置におけるフラットディスプレイパネル１を駆
動する方式を説明するための図である。

【０１２２】図において、図１と同一符号は、第１の実
施例の３次元情報再生装置１１０と同じ構成要素を示
し、１５０は本実施例のレンチキュラ方式の３次元情報
再生装置である。この３次元情報再生装置１５０は、上
記第１の実施例におけるシリンドリカルレンズアレイ２
に代えて、これとは各シリンドリカルレンズと画素との
対応関係が異なるシリンドリカルレンズアレイ１５２を
用い、フラットディスプレイパネル１に、右目用の画像
と左目用の画像を１画素ずつ交互に表示するようにした
ものである。

【０１２３】すなわち、１５１ａは左目用の画像信号を
供給するＬ駆動回路、１５１ｂは右目用の画像信号を供
給するＲ駆動回路であり、フラットディスプレイパネル
１の表示画面上に水平方向に並ぶ画素１０ａ，１０ｂに
は、上記Ｌ駆動回路の出力と上記Ｒ駆動回路の出力を交
互に接続している。

【０１２４】また上記シリンドリカルレンズアレイ１５
２では、フラットディスプレイパネル１の表示画面の隣
接する２つの画素に対して、１つのシリンドリカルレン
ズ１５２ａが対応するよう構成されている。

【０１２５】このような構成のレンチキュラ方式の３次
元情報再生装置では、図１と同じ構成をもつフラットデ
ィスプレイパネル１に右目用の画像と左目用の画像が１
画素ずつ交互に表示画面上に表示されると、それぞれの
画像は、集光用シリンドリカルレンズアレイ３の作用に
よって、拡散板５上に画素毎に集光させて投影される。
この時、拡散板５上の集光点５ａでは、Ｒ、Ｇ、Ｂの各
色の投影光が混色して、１点あるいは小さな領域に集中
した状態となっている。

【０１２６】そして、該拡散板５上に投影された各画素
に対応する投影画像は、シリンドリカルレンズアレイ２
の作用によって、ある空間に右目用の画像と左目用の画
像が隣り合って投影される。そこに観察者が右目、左目
をもってくると、観察者は立体像を観察することができ
る。

【０１２７】この方式においても、フラットディスプレ
イパネル１の表示画面上に表示された左目用画像及び右
目用画像を集光用シリンドリカルレンズアレイ３により
拡散板に１度投影させるようにしているため、１つの画
素における各色のカラーフィルタに対応する絵素１ａ，
１ｂ，１ｃでの表示画像が上記拡散板５上ではほぼ同じ
位置に合成されることとなり、これにより色分離の起こ
らない立体像を再生することができる。

【０１２８】なお、この実施例では、フラットディスプ
レイパネル１の表示画面上に表示された画像を、集光用
シリンドリカルレンズアレイ３により拡散板５上に投影
するようにしたが、この投影には、上記第４の実施例に
おける回折格子板を用いてもよい。

【０１２９】

【発明の効果】以上のように、本発明（請求項１）の３
次元情報再生装置によれば、画像表示手段の表示画面上
に表示された立体画像情報を含む画像を、第１の光学手
段により、表示画面上の画素毎に集光して投影するよう
にしたので、１つの画素における各色のカラーフィルタ
に対応する絵素での表示画像が上記投影領域上ではほぼ
同じ位置に合成されることとなり、これにより上記表示
画面に表示される立体画像情報を含む画像から、色ずれ
のない立体像を再現することができる。

【０１３０】本発明（請求項２）の３次元情報再生装置
によれば、第１の光学手段と画像形成部の間に、透光部
と非透光部を有するマスクを配置し、前記表示画面上の
各画素からの投影光に絞りをかけるようにしたので、画
像形成部に投影される、各色の絵素に対応する投影画像
が重なっている投影領域を抽出して、色ずれのない鮮明
な再生像を得ることが可能となる。このため、フラット
ディスプレイパネルに平行光を照射させる必要がなくな
り、該平行光を形成するための集光レンズを省くことが
できる効果がある。

【０１３１】本発明（請求項３）の３次元情報再生装置
によれば、画像表示手段の表示画面上に表示された立体
画像情報を含む画像を、シリンドリカルレンズアレイに
より表示画面上の画素毎に集光して投影するようにした
ので、各画素に対応する表示画像の投影光を効率よく集
めることができ、明るい再生像を再現することができる
効果がある。

【０１３２】本発明（請求項４）の３次元情報再生装置
によれば、表示画像の投影光を集光する前記第１及び第
２の光学手段の両方あるいは一方を、該光学手段を構成
する所定の画素に対応する個々のレンズ間に配置され
た、光を遮る遮光部材を有する構造としたので、各レン
ズ間での光の交差を防ぎ、鮮明で色ずれの発生しない再
生像を再現することができる効果がある。

【０１３３】本発明（請求項５）の３次元情報再生装置
によれば、画像表示手段の表示画面上に表示された立体
画像情報を含む画像を、回折格子板により表示画面上の
画素毎に集光して投影するようにしたので、光学系を軽
量化でき、また本装置を安価に作製することができると
いう効果がある。

【０１３４】本発明（請求項６）の３次元情報再生装置
によれば、光源から出射された光を平行光に変換するレ
ンズを備えたので、光源からの光を変調する画像形成手
段，該画像形成手段を通過した光を投影する光学系等
で、各画素に対応する表示画像の投影光が交差するのを
防ぐことができ、これにより鮮明な再生像を再現するこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による３次元情報再生装
置の基本構成を模式的に示す断面図である。

【図２】上記第１の実施例の３次元情報再生装置におけ
る立体像再生の原理を説明するための図である。

【図３】本発明の第２の実施例による３次元情報再生装
置の基本構成を模式的に示す断面図である。

【図４】上記第２の実施例による３次元情報再生装置に
おいて、光線が混合する様子を表す図である。

【図５】本発明の第３の実施例による３次元情報再生装
置の基本構成を模式的に示す断面図である。

【図６】本発明の第４の実施例による３次元情報再生装
置の基本構成を模式的に示す断面図である。

【図７】上記第４の実施例の３次元情報再生装置におい
て、光線が混合する様子を表す図である。

【図８】従来の３次元情報再生装置の基本構成を模式的
に示す断面図である。

【図９】図８に示す３次元情報再生装置に用いられるフ
ラットディスプレイパネルのカラーフィルタの配列パタ
ーンを示す図である。

【図１０】図８に示す３次元情報入力装置において、再
生される光線の様子を表す図である。

【図１１】従来の別の３次元情報再生装置に用いられる
フラットディスプレィパネルのカラーフィルタの配列パ
ターンを示す図である。

【図１２】従来のさらに別の３次元情報再生装置に用い
られるフラットディスプレイパネルのカラーフィルタの
配列パターンを示す図である。

【図１３】本発明の第５の実施例による３次元情報再生
装置の基本構成を模式的に示す断面図である。

【図１４】上記第５の実施例の３次元情報再生装置に用
いられるフラットディスプレイパネルの駆動方式を説明
するための図である。

【符号の説明】

１フラットディスプレイパネル１ａ，１ｂ，１ｃ絵素２，１３２シリンドリカルレンズアレイ２ａ，３ａ，１３２ａ，１３３ａシリンドリカルレン
ズ３，１３３集光用シリンドリカルレンズアレイ４集光レンズ５拡散板５ａ集光点６光源１２ａ主点２０投影面２１ａ，４２ａ透光部２１ｂ，４２ｂ非透光部２３結像面２３ａ，２３ｂ，２３ｃ発光点４１ａ，４１ｃ回折格子４１ｂ減光フィルタ１１０，１２０，１３０，１４０，１５０３次元情報
再生装置１２１，１４２ブラックマスク１３２ｂ，１３３ｂ遮光部材１４１回折格子板１５１ａ左目用の駆動回路１５１ｂ右目用の駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者賀好宣捷大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像表示を行うための光を発生する光源
と、複数の画素からなる表示画面を有し、該光源からの光を
変調して、立体画像情報を有する画像を該表示画面上に
表示する画像表示手段と、該表示画面上に表示された表示画像を、該表示画面上の
画素毎に分けて集光して投影する第１の光学手段と、該第１の光学手段による投影光が照射されて、その投影
面上に各画素に対応した投影画像が形成される画像形成
部と、該画像形成部に形成された投影画像から、該立体画像情
報に対応した立体像を再生する第２の光学手段とを備え
た３次元情報再生装置。
【請求項２】請求項１記載の３次元情報再生装置にお
いて、前記第１の光学手段と前記画像形成部との間に配置さ
れ、透光部と非透光部とを有するマスクを備え、前記表示画面上の各画素からの投影光に絞りをかけるよ
うにした３次元情報再生装置。
【請求項３】請求項１記載の３次元情報再生装置にお
いて、前記第１の光学手段は、シリンドリカルレンズを、前記
表示画面における垂直方向の各画素列に対応するよう配
列してなるシリンドリカルレンズアレイである３次元情
報再生装置。
【請求項４】請求項３記載の３次元情報再生装置にお
いて、前記第１及び第２の光学手段の両方あるいは一方は、該
光学手段を構成する所定の画素に対応する個々のレンズ
の間に配置された、光を遮る遮光部材を有している３次
元情報再生装置。
【請求項５】請求項１記載の３次元情報再生装置にお
いて、前記第１の光学手段は、回折格子を、前記表示画面にお
ける垂直方向の各画素列に対応するよう配列してなる回
折格子部材である３次元情報再生装置。
【請求項６】請求項１記載の３次元情報再生装置にお
いて、前記光源と前記画像表示手段の間に配置され、該光源か
ら出射された画像表示用光を平行光に変換する集光レン
ズを備えた３次元情報再生装置。