JP2012027273A - Lens device and display system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表示装置に表示された画像を観視するためのレンズ装置および表示システムに関する。 The present invention relates to a lens device and a display system for viewing an image displayed on a display device.
近年、臨場感の高い画像を提供するディスプレイが求められている。例えば、ディプレイサイズを大きくすると、臨場感の高い画像を提供することができるといわれている。 In recent years, there has been a demand for a display that provides a highly realistic image. For example, it is said that when the display size is increased, an image with a high presence can be provided.
ところで、ディスプレイサイズを大きくすると価格が高くなる。そこで、より安価に臨場感を高めることができる表示システムが求められる。 By the way, the price increases as the display size is increased. Therefore, a display system that can enhance the sense of reality at a lower cost is required.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、表示装置の表示面を観視するためのレンズ装置であって、フレネルレンズと、前記フレネルレンズのレンズ面に接着された透明板と、を備えるレンズ装置、および、表示システムを提供する。 In order to solve the above-mentioned problem, in the first aspect of the present invention, there is provided a lens device for viewing the display surface of a display device, comprising a Fresnel lens and a transparent adhesive bonded to the lens surface of the Fresnel lens. A lens device including the plate and a display system are provided.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
表示システム10は、1または複数の観視者に2次元画像または3次元画像を提供する。表示システム10は、表示パネル20と、レンズ装置30と、椅子32と、テーブル34とを備える。
The
表示パネル20は、2次元画像または3次元画像を表示する。表示パネル20は、一例として、平板状の表示装置である。
The
レンズ装置30は、表示パネル20の表示面を観視者が観視するレンズであって、視点(即ち、観視者の眼の位置)および表示パネル20の間において視点側により近い位置に配置される。そして、レンズ装置30は、表示パネル20よりも視点から離れた位置に表示パネル20を拡大した虚像40を生成する。即ち、レンズ装置30は、視点から表示パネル20までの距離よりも遠い位置に、表示パネル20を拡大した虚像40を生成する。
The
レンズ装置30は、平面レンズ50と、外枠部52と、支持部54とを有する。平面レンズ50は、一例として、虚像40を生成する凸型の平面のレンズである。
The
平面レンズ50は、一例として、フレネルレンズと透明板とを張り合わせた構造である。平面レンズ50は、一例として、矩形の平板状である。平面レンズ50は、一例として、縦横の比率が表示パネル20の表示面と略同一である。
As an example, the
平面レンズ50は、表示パネル20の表示面に対して平面が略平行となるように配置される。平面レンズ50は、一例として、平面の中心が、視点と表示パネル20の表示面の中心とを結ぶ線上に位置するように配置される。
The
そして、このような平面レンズ50は、予め定められた拡大率を有する。平面レンズ50は、一例として、1.5倍以上の拡大率を有する。
Such a
外枠部52は、平面レンズ50の外周に設けられ、表示パネル20の表示面の外周部分の少なくとも一部を視点に対して隠蔽する。外枠部52は、一例として、平面レンズ50の上辺、下辺、右辺および左辺の少なくとも一部に設けられる。
The
このような外枠部52を有することにより、レンズ装置30は、表示パネル20の虚像40の周縁部分を視点に対して遮蔽することができる。これにより、レンズ装置30は、表示パネル20の虚像40を周囲から切り離して、現実の表示面のように自然に虚像40を観視者に見せることができる。
By having such an
支持部54は、平面レンズ50を表示パネル20から離れた位置に、平面レンズ50が表示パネル20に対して略平行となるように支持する。支持部54は、一例として、平面レンズ50をテーブル34上に垂直に立てた状態に支持する。
The
椅子32は、観視者に着座され、観視者の視点を固定する。椅子32は、一例として、観視者の視点から表示パネル20までの距離が、予め定められた距離となるような位置に設けられる。
The
テーブル34は、表示パネル20と椅子32との間に配置され、レンズ装置30が載置される。テーブル34は、レンズ装置30を、視点と表示パネル20の表示面との間における視点側に近い位置に配置させることができる。
The table 34 is disposed between the
このような表示システム10において、観視者は、レンズ装置30を介して表示パネル20を観視することができる。この場合、レンズ装置30を介して表示パネル20を見る場合における視点から表示パネル20までの観視距離は、レンズ装置30を介さず表示パネル20を見る場合における標準観視距離の例えば0.7倍以上2倍以下である。
In such a
なお、表示パネル20の標準観視距離は、表示パネル20の縦方向の長さの約3倍である。また、視聴距離の最小値は、画面サイズが60インチ以上の場合、表示パネル20の縦方向の長さの約2倍といわれている。また、ディスプレイの好ましい視聴距離は、表示パネル20の縦方向の長さの約6倍程度であるという調査結果もある。従って、レンズ装置30を介して表示パネル20を見る場合における視点から表示パネル20までの観視距離は、表示パネル20の縦方向の長さの2倍から6倍となるように、標準観視距離の例えば0.7倍以上2倍以下であることが好ましい。
The standard viewing distance of the
そして、レンズ装置30は、表示パネル20を拡大した虚像40が表示パネル20よりも視点から遠い位置に生成されるように、テーブル34上の載置位置が調整される。さらに、レンズ装置30は、視点に対する虚像40の視野角(即ち、画角)が、視点に対する表示パネル20の視野角より大きい虚像40を生成する。これにより、レンズ装置30は、表示パネル20のサイズを大きくした場合と同様な高い臨場感を観視者に与えることができる。
Then, the mounting position on the table 34 is adjusted so that the
また、レンズ装置30は、視点から3m以上離れた位置に虚像40を生成する。また、レンズ装置30は、視点から1mから3mまでの範囲に虚像40を生成してもよい。
In addition, the
人間が3m以上の離れている物体の奥行きを視覚により認識する場合、両眼視差による影響はほとんど無く、単眼情報を用いて心理的および経験的な情報に基づき認識するといわれている。レンズ装置30は、虚像40を視点から3m以上離れた位置に生成することにより、観視者に対して単眼情報により距離を認識させることができるので、例えば視差画像を表示していない場合であっても、奥行き感のある画像を提供することができる。
It is said that when a human visually recognizes the depth of an object that is 3 m or more away, there is almost no influence of binocular parallax, and monocular information is used to recognize based on psychological and empirical information. The
また、人間が1m以上離れた物体より遠い位置の物体を見た場合に、このような単眼情報による距離認識の要因が、両眼視差の要因よりも優位となってくるといわれている。従って、レンズ装置30は、虚像40を視点から1m以上離れた位置に生成することによっても、観視者に対して単眼情報により距離を認識させることができ、奥行き感を増加させた画像を提供することができる。
In addition, when a human sees an object at a position farther than an object 1 m or more away, it is said that such a factor of distance recognition based on monocular information is superior to a factor of binocular parallax. Therefore, the
また、平面レンズ50の横方向(表示パネル20に対して水平方向)の幅は、一例として、120mm以上である。視点と平面レンズ50との間の距離は、心理上、100mm以上であることが好ましい。視点と平面レンズ50との間の距離が100mmであり、観視者の瞳孔間の距離が65mmである場合において、視野角(画角)を30°を確保するには、平面レンズ50の横方向の幅は、120mm以上が必要となる。従って、平面レンズ50の横方向の幅は、120mm以上であることが好ましい。
Moreover, the width | variety of the horizontal direction (horizontal direction with respect to the display panel 20) of the
また、表示パネル20は、15インチ以上の大きさである。例えば屋内等に設置されたディスプレイにより動画像を観賞する場合、ディスプレイサイズは15インチ程度が最小である。従って、表示パネル20は、15インチ以上が好ましい。
The
以上のように表示システム10によれば、臨場感の高い画像を提供することができる。さらに、表示システム10によれば、既存のシステムにレンズ装置30を加えれば実現できるので、簡易で且つ安価な方法で、高い臨場感を得ることができる。
As described above, according to the
図2は、複数の観視者に対して画像を提供する本実施形態に係る表示システム10の一例を示す。本実施形態は、1つの表示パネル20を複数の観視者が見る構成であってもよい。この場合、レンズ装置30は、少なくとも1人の観視者のそれぞれに対して個別に設けられる。例えば、劇場等において多人数の観視者が、1つの大型の表示パネル20を観賞する場合には、レンズ装置30が座席毎に設けられていてもよい。観視者は、レンズ装置30を取り外して画像を見ることもできる。これにより、表示システム10は、拡大して見ることを希望しない観視者に対しては通常の画像を提供することができる。
FIG. 2 shows an example of the
図3は、本実施形態に係る表示パネル20、虚像40および平面レンズ50の配置例を示す。
FIG. 3 shows an arrangement example of the
表示パネル20を標準的な観視距離から見て、虚像40の視野角(画角)を30°とするように、表示パネル20および平面レンズ50を配置することを考える。この場合、平面レンズ50の横幅が400mm以下とするならば、視点から平面レンズ50までの距離cは、下記の式(1)に示されるように、750mm以下としなければならない。
Consider that the
c=(400mm/2)/{tan(30°/2)}≒750mm …(1) c = (400 mm / 2) / {tan (30 ° / 2)} ≈750 mm (1)
このように虚像40の視野角(画角)を30°とした場合、比較的に大きな表示パネル20を用いて、例えば多人数で同時に画像を観視させることができる。この場合、ある程度以上の臨場感を与えることを目的として、レンズ装置30は、拡大率を1.5倍以上として、表示パネル20の1.5倍以上のサイズの虚像40を生成することが好ましい。そして、この場合、レンズ装置30は、表示パネル20の1.5倍以上のサイズの虚像40を生成することができる。また、この場合、平面レンズ50は、視点から750mm以下の距離に配置される。
As described above, when the viewing angle (view angle) of the
また、レンズ装置30の拡大率Mは、下記の式(2)により表される。式(2)において、fは焦点距離を表し、aはレンズ装置30から表示パネル20までの距離を表し、bはレンズ装置30から虚像40までの距離を表す。下記の式(2)に示されるように、拡大率Mを予め定められた値(例えば、1.5倍)以上とする場合、レンズ装置30は、焦点距離fの上限が、距離aに基づく値で制限される。
Further, the magnification ratio M of the
M=b/a=f/(f−a) …(2) M = b / a = f / (fa) (2)
例えば、表示パネル20が50インチサイズであり、視点から平面レンズ50までの距離cが300mmであり、平面レンズ50から表示パネル20までの距離aが1500mmであるとする。また、平面レンズ50の焦点距離fが2000mmであるとする。この場合、観視者は、視点から6.3m先に200インチサイズのディスプレイの虚像40を見ることができる。さらに、このときの虚像40の視野角は、約37°となる。このように、表示システム10は、視野角を広げて臨場感の高い画像を提供することができる。
For example, it is assumed that the
また、表示パネル20を標準的な観視距離から見て、虚像40の視野角(画角)を80°とするように、表示パネル20および平面レンズ50を配置することを考える。この場合、平面レンズ50の横幅が400mm以下とするならば、視点から平面レンズ50までの距離cは、下記の式(3)に示されるように、240mm以下としなければならない。
Further, it is considered that the
c=(400mm/2)/{tan(80°/2)}≒240mm …(3) c = (400 mm / 2) / {tan (80 ° / 2)} ≈240 mm (3)
このように虚像40の視野角(画角)を80°とした場合、多人数による同時の観視は難しいが、視野角を非常に大きくできるので、臨場感を大きくすることができる。この場合、平面レンズ50は、視点から240mm以下の距離に配置される。
Thus, when the viewing angle (viewing angle) of the
例えば、表示パネル20が50インチサイズであり、視点から平面レンズ50までの距離cが200mmであり、平面レンズ50から表示パネル20までの距離aが1600mmであるとする。また、平面レンズ50の焦点距離fが650mmであるとする。この場合、観視者は、視点から2.4m先に215インチサイズのディスプレイの虚像40を見ることができる。さらに、このときの虚像40の視野角は、約88°となる。このように、表示システム10は、視野角を広げて臨場感の高い画像を提供することができる。
For example, it is assumed that the
図4は、本実施形態に係る平面レンズ50の断面構造の一例を示す。平面レンズ50は、フレネルレンズ60と、透明板62と、透明接着剤層64と、レンズ側反射防止膜66と、基板側反射防止膜68とを備える。
FIG. 4 shows an example of a cross-sectional structure of the
フレネルレンズ60は、一方の面(レンズ面)にレンズ溝が形成されており、他方の面が平坦となっている。フレネルレンズ60は、凸型のレンズである。フレネルレンズ60は、一例として、レンズ溝の間隔が0.4mm以上である。これにより、フレネルレンズ60は、回折影響により解像を落とすことなく観視させることができる。
The
透明板62は、フレネルレンズ60と略同一の大きさを有する薄板であって、フレネルレンズ60のレンズ面に接着される。透明板62は、一例として、アクリル板である。透明板62は、フレネルレンズ60側の表面が平坦である。
The
フレネルレンズ60と透明板62との間は透明接着剤により接着される。フレネルレンズ60のレンズ面と透明板62のフレネルレンズ60側の表面の間は、透明接着剤により満たされ、透明接着剤層64が形成される。
The
透明接着剤層64は、屈折率がフレネルレンズ60の屈折率よりも低い。例えば、フレネルレンズ60および透明板62の屈折率は、n=1.49であって、透明接着剤層64の屈折率は、n=1.41である。これにより、平面レンズ50は、焦点距離の長い凸レンズを形成することができる。
The transparent
レンズ側反射防止膜66は、フレネルレンズ60における透明板62が接着される面(レンズ面)とは反対側の平坦な表面に反射防止コーティングをすることにより形成される。基板側反射防止膜68は、透明板62におけるフレネルレンズ60が接着される面とは反対側の表面に反射防止コーティングをすることにより形成される。
The lens-
このような平面レンズ50を備えるレンズ装置30は、フレネルレンズ60に形成されたレンズ溝を目立たなくして、表示パネル20により表示された画像を鮮明に観視者に提供することができる。さらに、レンズ装置30は、このような平面レンズ50を、フレネルレンズ60におけるレンズ溝が設けられた面が表示パネル20側となるように保持する。これにより、レンズ装置30は、レンズ溝をより目立たなくさせることができる。
The
なお、フレネルレンズ60は、凹型のレンズであってもよい。この場合、透明接着剤層64の屈折率は、フレネルレンズ60の屈折率および透明板62の屈折率より大きくする。これにより、これにより、平面レンズ50は、焦点距離の長い凸レンズを形成することができる。
The
図5は、フレネルレンズ60の断面形状の一例を示す。フレネルレンズ60は、一例として、図5に示されるような、レンズ溝の垂直面72と、レンズ面を形成する曲面74との角度が、鋭角となるように形成されていてもよい。これにより、このようなフレネルレンズ60のレンズ溝を形成するため金型における、垂直面72と曲面74との角度を鈍角として、当該金型を形成し易くすることができる。
FIG. 5 shows an example of a cross-sectional shape of the
図6は、変形例に係るレンズ装置30の外観および機能構成を示す。本変形例に係るレンズ装置30は、図1から図5を参照して説明したレンズ装置30と略同一の構成および機能を採るので、略同一の構成および機能の部材に同一の符号を付け、以下相違点を除き説明を省略する。
FIG. 6 shows an appearance and a functional configuration of a
本変形例に係るレンズ装置30は、検出部82と、外枠調整部84と、レンズ位置調整部86とを更に備える。本変形例において、レンズ装置30は、外枠部52による平面レンズ50を覆う範囲が変更自在となっている。レンズ装置30は、一例として、外枠部52が平面レンズ50における上辺部分を覆う高さ、下辺部分を覆う高さ、右辺部分を覆う幅および左辺部分を覆う幅の少なくとも1つが変更自在となっている。
The
また、本変形例において、レンズ装置30は、平面レンズ50における、表示パネル20までの距離が変更自在となっている。レンズ装置30の支持部54は、一例として、平面レンズ50を平面に対して垂直な方向に移動させることができる。
In the present modification, the
検出部82は、当該レンズ装置30の表示パネル20までの距離および視点までの距離を検出する。検出部82は、一例として、センサ等により距離を測定する。検出部82は、観視者により入力された情報を取得して距離を検出してもよい。
The
外枠調整部84は、表示パネル20までの距離および視点までの距離に基づいて、平面レンズ50において外枠部52の枠内となる部分の高さおよび幅の少なくとも一方を調整する。外枠調整部84は、アクチュエータ等により板状の部材を上下または左右に移動させて、外枠部52の枠内となる部分の高さおよび幅の少なくも一方を調整する。
The outer
これにより、外枠調整部84は、観視者が外枠部52の枠内から見える範囲を、表示パネル20の表示面の範囲にほぼ一致させることができる。従って、レンズ装置30は、平面レンズ50により拡大された表示パネル20を見る場合に、周縁部分の不自然さを確実に無くすことができる。
Accordingly, the outer
また、レンズ位置調整部86は、検出部82が検出した表示パネル20までの距離および視点までの距離の少なくとも一方に基づいて、平面レンズ50の位置を調整する。これにより、レンズ位置調整部86は、観視者に表示パネル20を拡大した虚像40を観賞させる位置に平面レンズ50を移動させることができる。
The lens
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
10 表示システム、20 表示パネル、30 レンズ装置、32 椅子、34 テーブル、40 虚像、50 平面レンズ、52 外枠部、54 支持部、60 フレネルレンズ、62 透明板、64 透明接着剤層、66 レンズ側反射防止膜、68 基板側反射防止膜、72 垂直面、74 曲面、82 検出部、84 外枠調整部、86 レンズ位置調整部
DESCRIPTION OF
Claims (14)
フレネルレンズと、
前記フレネルレンズのレンズ面に接着された透明板と、
を備えるレンズ装置。 A lens device for viewing a display surface of a display device,
With Fresnel lenses,
A transparent plate bonded to the lens surface of the Fresnel lens;
A lens apparatus comprising:
請求項1から13のいずれかに記載のレンズ装置と、
を備える表示システム。 A display device for displaying an image;
A lens device according to any one of claims 1 to 13;
A display system comprising:
Priority Applications (1)
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JP2010166350A JP2012027273A (en) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | Lens device and display system |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2010166350A JP2012027273A (en) | 2010-07-23 | 2010-07-23 | Lens device and display system |
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