JP2013161035A - Picture display device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、複数の要素レンズからなるレンズアレイを用いた多眼式イメージングにおいて、要素レンズ間の継ぎ目が目立つことを抑制した映像表示装置に関している。 The present invention relates to an image display device that suppresses the conspicuous seam between element lenses in multi-view imaging using a lens array including a plurality of element lenses.
主な立体映像表示装置としては、両眼視差を用いる2眼式のものや、多数の視点から鑑賞できる多眼式(あるいは超多眼式)やインテグラルフォトグラフィ(Integral Photography、以下IPとする)方式のものがあることはよく知られているが、本発明は、多眼式の立体映像表示装置に関するものである。 Main stereoscopic video display devices include binocular parallax using binocular parallax, multi-view (or super multi-view) that can be viewed from many viewpoints, and integral photography (hereinafter referred to as IP). However, the present invention relates to a multi-view 3D image display apparatus.
2眼式は、右眼と左眼に一対の立体映像を与えるものである。表示された画像を右眼用と左眼用とに分離する眼鏡を用いる2眼式は、映画やテレビなどに普及しつつある。この方式における欠点は、特に目の輻輳や調節の矛盾がある点であり、観察者に対して疲労感を与えるという問題があることもよく知られている。 The binocular system gives a pair of stereoscopic images to the right eye and the left eye. 2. Description of the Related Art A twin-lens system that uses glasses for separating a displayed image into a right eye and a left eye is becoming popular in movies and televisions. It is well known that the disadvantage of this method is that there is a contradiction between eye convergence and accommodation, and it gives the observer a feeling of fatigue.
また、多眼式(あるいは超多眼式)は、上記2眼式では立体視できるところ(以降、視点)が限定されているという欠点を緩和するために、多数の視点からの画像を用意して、それらをそれぞれの視点にある観察者に提示するものである。 In addition, in order to alleviate the disadvantage of the multi-view type (or super multi-view type) that the stereoscopic view (hereinafter referred to as viewpoint) is limited in the above-described two-lens type, images from many viewpoints are prepared. They are presented to the observers at each viewpoint.
特許文献1(特開平7−38926)には、観察者が、移動に伴って異なる視差像を観察できるレンチキュラーレンズを用いた3次元ディスプレイ装置が開示されている。この3次元ディスプレイ装置は、複数の異なる視差像が同時に表示される表示パネル、シリンドリカルレンズのアレイで構成されるレンチキュラーレンズを有する3次元ディスプレイ装置であって、観察者の頭部の空間的位置を検出する頭部検出装置と、多眼表示を行なうための立体信号を出力する複数の立体信号源と、該頭部検出装置で検出された観察者の頭部位置に基づいて該複数の立体信号源から出力される立体信号を選択する立体信号選択装置とを備えるものである。また、この立体信号選択装置によって選択された2つの信号を、それぞれ偶数フィールドと奇数フィールドに振り分け、液晶パネル上で左目用視差像と右目用視差像を1ライン毎に交互に表示させる立体信号合成装置を備えるものである。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-38926 discloses a three-dimensional display device using a lenticular lens that allows an observer to observe different parallax images as they move. This three-dimensional display device is a three-dimensional display device having a display panel on which a plurality of different parallax images are simultaneously displayed, and a lenticular lens composed of an array of cylindrical lenses. A plurality of three-dimensional signals based on a head position detected by the head detecting device; a plurality of three-dimensional signal sources that output a three-dimensional signal for performing multi-view display; And a three-dimensional signal selection device that selects a three-dimensional signal output from the source. In addition, the two signals selected by the three-dimensional signal selection device are divided into even and odd fields, respectively, and a three-dimensional signal synthesis is performed in which a left-eye parallax image and a right-eye parallax image are alternately displayed on a liquid crystal panel for each line. A device is provided.
また、特許文献2(特開平8−160356号公報)には、バックライト光源の発光部分を制御する立体映像表示装置が開示されている。この立体映像表示装置は、立体映像出力すべく結像手段またはアレイ状に構成された結像手段が配設され、その後方に観察者の顔面像が実質的に結像する位置またはその近傍に、観察者の左右の目にそれぞれ左目用、右目用ステレオ像を時分割に分配すべく画像出力可能なバックライト光源を配設せしめ、該観察者と該結像手段またはアレイ状に構成された該結像手段との間に該観察者の観察すべきステレオ像を時分割で表示可能な透明で電気光学的な空間変調素子群を配設し、さらに該観察者の映像または赤外映像を該結像手段またはアレイ状に構成された該結像手段を通して撮像し、得られた該観察者像の変調像を該バックライト光源に表示するものである。この開示におけるバックライト光源としては、観察者の左右の眼に各々正しいステレオ像を空間分割に分配すべく画像出力可能ものとして白黒液晶テレビを用いている。また、その空間変調素子群としては、観察者の左右の眼にそれぞれ正しいステレオ像を時分割に分配すべく画像出力可能な、カラー液晶テレビを用いている。 Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-160356) discloses a stereoscopic video display device that controls a light emitting portion of a backlight light source. In this stereoscopic image display apparatus, imaging means or imaging means configured in an array shape is arranged to output a stereoscopic image, and at the rear of the observer's face image is substantially formed or in the vicinity thereof. In order to distribute the left-eye and right-eye stereo images in a time-division manner to the left and right eyes of the observer, a backlight source capable of outputting an image is provided, and the observer and the imaging means or the array are configured. A transparent electro-optic spatial modulation element group capable of displaying a stereo image to be observed by the observer in a time-sharing manner is disposed between the imaging means and the observer's image or infrared image. An image is taken through the imaging means or the imaging means configured in an array, and the obtained modulated image of the observer image is displayed on the backlight light source. As a backlight light source in this disclosure, a monochrome liquid crystal television is used as an image output capable of distributing a correct stereo image to the left and right eyes of an observer in a spatial division. In addition, as the spatial modulation element group, a color liquid crystal television capable of outputting an image to distribute right stereo images to the left and right eyes of the observer in a time division manner is used.
従来の映像表示装置で、特に2次元アレイ状に要素レンズ配列したレンズアレイを用いる映像表示装置では、要素レンズの継ぎ目が目立っていた。このため、この継ぎ目の目立たない映像表示装置が望まれていた。 In a conventional video display device, particularly in a video display device using a lens array in which element lenses are arranged in a two-dimensional array, the joint of the element lenses is conspicuous. For this reason, an image display device in which this joint is not conspicuous is desired.
本発明の映像表示装置は、複数の要素レンズからなるレンズアレイを用いた映像表示装置であって、(1)それぞれに発光強度を調整可能な複数の輝点からなる発光器と、(2)上記発光器と上記観察者との間に設置され、2次元平面あるいは2次元曲面状に縦横に規則的に配列され、その横の配列方向は上記観察者の右目と左目を結ぶ方向に略平行である集光素子群と、(3)上記集光素子群と上記観察者との間に設置され、上記発光器からの光を変調する光変調素子群と、(4)上記集光素子群と観察者との間に光を拡散させる拡散器と、を備える。
特に、上記集光素子群の配列は、それぞれの横並びは所定の周期をもつが、任意の横並びは、その上または下の横並びとは、異なる位相を持つ配列である。また、上記拡散器は、上記横方向に比べて上記縦方向により拡散させる拡散器であり、上記光変調素子群を制御して上記映像の制御を行う。
これによって観察者から見て、縦方向に要素レンズ間の継ぎ目が目立つことが緩和される。上記における周期あるいは位相とは、空間的な配置に関するものであり、周期は空間周波数の逆数であり、位相は上記周期をもつ配置のずれを示す。
The video display device of the present invention is a video display device using a lens array composed of a plurality of element lenses, (1) a light emitter composed of a plurality of bright spots each capable of adjusting the light emission intensity, and (2) It is installed between the light emitter and the observer and is regularly arranged vertically and horizontally in a two-dimensional plane or two-dimensional curved surface, and the horizontal arrangement direction is substantially parallel to the direction connecting the right eye and the left eye of the observer. (3) a light modulation element group that is installed between the light collection element group and the observer and modulates light from the light emitter; and (4) the light collection element group. And a diffuser for diffusing light between the viewer and the viewer.
In particular, in the arrangement of the light collecting element groups, each horizontal arrangement has a predetermined period, but an arbitrary horizontal arrangement is an arrangement having a different phase from the upper or lower horizontal arrangement. The diffuser is a diffuser that diffuses in the vertical direction as compared to the horizontal direction, and controls the image by controlling the light modulation element group.
This alleviates the conspicuous seams between the element lenses in the vertical direction as viewed from the observer. The period or phase in the above description relates to a spatial arrangement, the period is the reciprocal of the spatial frequency, and the phase indicates a deviation of the arrangement having the period.
上記発光素子群は異なる位置で交互に発光し、それと同期して上記光変調素子群は、立体映像を融像するための右目用映像と左目用映像を交互に観察者に表示する。この際、上記発光器は輝点の発光領域を左目右目毎に変え、また、光変調素子群は上記発光器からの光を左目右目毎に変調する。 The light emitting element group alternately emits light at different positions, and in synchronization therewith, the light modulation element group alternately displays a right-eye image and a left-eye image for fusing a stereoscopic image to an observer. At this time, the light emitter changes the light emission region of the bright spot for each left eye and right eye, and the light modulation element group modulates the light from the light emitter for each left eye and right eye.
上記拡散器は、微少レンズの複数を平面あるいは曲面状に配列させた拡散板である。この微少レンズは、焦点距離が球面レンズの様に光軸の周りに等方的なものではなく、円筒形レンズのように異方性をもつものである。 The diffuser is a diffusion plate in which a plurality of micro lenses are arranged in a plane or curved surface. This microlens is not isotropic with respect to the optical axis like a spherical lens, but has anisotropy like a cylindrical lens.
上記発光器からの光は、複数の色相の光を含む光であって、上記光変調素子群のそれぞれの変調素子に照射される光から透過する色相の光を選択するカラーフィルター素子群を備えるものである。上記の複数の色相とは、カラー表示における混合のための原色として用いる色相を示す。 The light from the light emitter includes light of a plurality of hues, and includes a color filter element group that selects light of a hue that is transmitted from light irradiated on each modulation element of the light modulation element group. Is. The plurality of hues indicate hues used as primary colors for mixing in color display.
上記集光素子群の任意の横方向配列は、その上または下の配列と所定の位相差を有するものである。ここでこの位相差は、一定であることに限定する必要はない。 The arbitrary lateral arrangement of the light collecting element group has a predetermined phase difference from the upper or lower arrangement. Here, it is not necessary to limit the phase difference to be constant.
また、上記発光器における発光領域からの光が観察者の左目と右目とに届くようにその発光領域の位置を観察者の位置に応じて制御する制御器を具備する。この制御は、上記発光器の発光領域のサイズ、形状または位置の他に発光強度の
を調整することによっても行うことができる。
The light emitting device includes a controller that controls the position of the light emitting region according to the position of the viewer so that light from the light emitting region reaches the left eye and the right eye of the viewer. This control can also be performed by adjusting the light emission intensity in addition to the size, shape or position of the light emitting region of the light emitter.
レンズの継ぎ目部分から来た光と中心部分からきた光がブレンドされ、輝度が均質な画像を観察することが可能になる。また、立体視については、拡散を縦方向のみに限定することはバックライトの左右方向への振り分けには影響が及ばないため、これによっても立体視を維持することができる。 The light coming from the joint portion of the lens and the light coming from the center portion are blended, and an image with uniform brightness can be observed. Further, regarding stereoscopic viewing, limiting the diffusion only to the vertical direction does not affect the distribution of the backlight in the left-right direction, so that stereoscopic viewing can also be maintained.
本発明は、概略では、2次元アレイ状に要素レンズ配列したレンズアレイを用いる映像表示装置であって、そのレンズアレイと空間変調を行う液晶パネルとの間に、主に縦方向のみに光を拡散させる指向性拡散板を設けたものである。そのレンズアレイは、例えば6角レンズがデルタ配列された凸レンズアレイであり、その配列における横並びの空間周波数は所定の値であるが、その上または下の横並びとは位相を異にするものである。本発明は、このレンズアレイの配列と上記指向性拡散板の採用によって、従来技術における問題を改善するものである。 In general, the present invention is a video display device using a lens array in which element lenses are arranged in a two-dimensional array, and light is mainly emitted only in the vertical direction between the lens array and a liquid crystal panel that performs spatial modulation. A directional diffuser plate for diffusion is provided. The lens array is, for example, a convex lens array in which hexagonal lenses are arranged in a delta arrangement, and the spatial frequency of the horizontal arrangement in the arrangement has a predetermined value, but the phase is different from that of the upper or lower arrangement. . The present invention improves the problems in the prior art by adopting the arrangement of the lens array and the directional diffuser.
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason.
本発明の映像表示装置は、裸眼立体映像表示装置としても通常の2次元表示装置としても用いることができるものであるが、複数の要素レンズからなる集光素子群を用いた映像表示装置である。本発明の映像表示装置による表示について、図1(a)に右目に対する表示を、図1(b)に左目に対する表示を示す。発光器であるバックライト1は、それぞれに発光強度を調整可能な複数の輝点からなる。ここで言う輝点とは、光を出力することのできる点状の領域を意味する。また、集光素子群でありレンズアレイ2は、上記バックライト1と観察者5との間に設置される。これは、例えば図2に示すように、集光素子である要素レンズ6の複数を、2次元平面あるいは2次元曲面状に縦横に規則的に配列したものである。さらに、大口径凸レンズをレンズアレイ面の前に入れ、各視点から見た画面の明るさの均一性などを最適化することで、見易さを改善することもできる。上記レンズアレイ2では、その横の配列方向は、上記観察者の右目と左目を結ぶ方向に略平行である。また、光変調素子群である液晶パネル4が上記集光素子群と上記観察者との間に設置され、上記発光器からの光を変調する。また、上記液晶パネル4と観察者6との間、あるいは、上記レンズアレイ2と上記液晶パネル4との間の上記液晶パネル4の近くに、光を拡散させる拡散器である拡散板3を備える。
特に、上記集光素子群であるレンズアレイ2の配列は、それぞれの横並びは所定の空間的な周期をもつが、任意の横並びは、その上または下の横並びとは、空間的に異なる位相を持つ配列である。また、上記拡散器である拡散板3は、上記横方向に比べて上記縦方向により広く拡散させる。また、制御器10は、上記バックライト1における発光位置や上記液晶パネル4を制御して映像表示の制御を行う。
The video display device of the present invention can be used as an autostereoscopic video display device or a normal two-dimensional display device, but is a video display device using a condensing element group composed of a plurality of element lenses. . Regarding the display by the video display device of the present invention, FIG. 1A shows the display for the right eye, and FIG. 1B shows the display for the left eye. The
In particular, in the arrangement of the
図1に示す例においてはレンズアレイ2に凸レンズアレイを用い、左右それぞれの目とレンズアレイ2の各要素レンズの中心を結ぶ直線がバックライト1と交わる位置でバックライトを発光させる。これにより、それぞれの目の方向にのみ光が届く指向性バックライトが実現される。この方法では、観察者の奥行き方向の立ち位置変化には、発光する部分の間隔を変化させることで対応できることになり、物理的な光学距離の制御は不要になる。また、レンズアレイ2とバックライト1間の距離は、レンズアレイ2の要素レンズ6の焦点距離とほぼ等しくすることになるので、要素レンズ6として焦点距離の短いものを用いれば装置の薄型化が可能である。
In the example shown in FIG. 1, a convex lens array is used as the
また、図4に示す構成例では、バックライト1からレンズアレイ2までの光路を、両面ミラーで列を仕切るようにしている。これによって、上下に漏れる光を遮断しつつ、観測者から見て縦方向に光源を引伸ばすことを行う。
In the configuration example shown in FIG. 4, the optical path from the
レンズアレイ2としては、例えば図2に示すように、6角レンズがデルタ配列された凸レンズアレイ(フライアイレンズ)を用いる。ここで、レンズアレイとしてその要素レンズにレンチキュラーレンズを用いることも原理的に可能であり、その例を図3に示す。
As the
この場合、要素レンズの継ぎ目が目立つため、デルタ配列されたレンズアレイを用いるが、液晶パネルの裏側に、主に縦(鉛直)方向にのみ光を拡散する指向性拡散板を挿入する。横方向の拡散は、縦方向に比べて僅かであれば許容される。これにより、レンズの継ぎ目部分からきた光と中心部分からきた光がブレンドされ、観察者6は輝度が均質な画像を観察することが可能になる。この拡散板は、例えば微少レンズの複数を平面あるいは曲面状に配列させたものである。ただし、この微少レンズは、焦点距離が球面レンズの様に光軸の周りに等方的なものではなく、円筒形レンズのように異方性をもつものである。横方向の焦点距離が無限大である微小なレンチキュラーレンズの集合であってもよい。また、主な拡散を縦方向のみに限定することはバックライトの左右方向への振り分けには影響が及ばないため、これによっても立体視を維持することができる。
In this case, since the joints of the element lenses are conspicuous, a delta-arranged lens array is used, but a directional diffuser plate that diffuses light mainly in the vertical (vertical) direction is inserted on the back side of the liquid crystal panel. Lateral diffusion is permissible as long as it is slight compared to the vertical direction. As a result, the light coming from the joint portion of the lens and the light coming from the center portion are blended, and the
なお、上記指向性拡散板が充分薄い場合には、液晶パネルの表側に張り付ける配置も可能で、その場合はアンチグレアの効果を持たせることができる。ただし、通常のアンチグレアフィルムは水平方向の光拡散があるので、本発明に適用することはできない。 When the directional diffuser is sufficiently thin, it can be disposed on the front side of the liquid crystal panel, and in that case, an antiglare effect can be provided. However, since a normal anti-glare film has light diffusion in the horizontal direction, it cannot be applied to the present invention.
観察者の観察位置がディスプレイに近いことが想定される環境下では、レンズアレイと拡散板との間にディスプレイと観察者間の距離に近い焦点距離を持つ大口径凸レンズを挿入すると、観察者の右目、左目への画像の振り分けを行い易い。 In an environment where the observer's observation position is assumed to be close to the display, if a large-diameter convex lens having a focal length close to the distance between the display and the observer is inserted between the lens array and the diffuser, the observer's It is easy to sort images to the right eye and left eye.
複数の観察者がいる場合は、各観察者の目と要素レンズの中心を結ぶ直線がバックライトと交わる場所すべてにおいて、右目および左目に対応したバックライト位置を広義に発光させることで、複数の観察者が同時に裸眼立体視をすることが可能となる。 When there are multiple observers, the backlight position corresponding to the right eye and the left eye is caused to emit light in a broad sense at all places where the straight line connecting the eyes of each observer and the center of the element lens intersects the backlight. It becomes possible for the observer to simultaneously perform autostereoscopic viewing.
なお、この方式においては、バックライトとして発光させる部分が大幅に狭くなるため、自発光型のドットマトリクスバックライトを用いれば、大幅な省電力化が期待できる。省電力効果は、観察者数が少なく発光領域が狭くて済む時ほど大きくなる。 In this method, since the portion of the backlight that emits light is significantly narrowed, if a self-luminous dot matrix backlight is used, significant power saving can be expected. The power saving effect increases as the number of observers is small and the light emitting area is narrow.
図1(a)と(b)にそれぞれ示す右目用の表示と左目用に表示とは、時分割で交互に行うことができる。この際、上記発光器は輝点の発光領域を左目右目毎にそれぞれ変え、また、光変調素子群は上記発光器からの光を左目右目毎にそれぞれ変調する。 The display for the right eye and the display for the left eye shown in FIGS. 1A and 1B can be alternately performed in a time division manner. At this time, the light emitter changes the light emission region of the bright spot for each left eye and right eye, and the light modulation element group modulates the light from the light emitter for each left eye and right eye.
また、バックライトと画像表示の時分割を切れば、このモニターで通常の2次元映像を観察することもできる。そのときには、右目と左目方向にのみ指向性バックライトを発光させる制御を行えば、省電力2次元テレビとして機能する。この方式においては、観察者の両目の3次元位置を常に把握し続けることが望ましい。このための位置センサとしては、既によく知られた磁気式3次元センサなど、観察者にセンサの装着を強いる方法が最も信頼性が高い。しかし、テレビ放送受信などのコンシューマエレクロトニクス用途を考える場合は、センサの装着が不要になる方法が望ましい。この例としては、図5(a)、(b)に示すように、ビデオカメラ7と観察者の位置を解析する制御器10とを用いたコンピュータビジョンによる方法、あるいはマイクロソフト社のkinect(登録商標)センサを用いることができる。
If the time division between the backlight and the image display is cut off, a normal two-dimensional image can be observed on this monitor. At that time, if control is performed so that the directional backlight emits light only in the right-eye and left-eye directions, it functions as a power-saving two-dimensional television. In this method, it is desirable to always keep track of the three-dimensional positions of both eyes of the observer. As a position sensor for this purpose, a method of forcing an observer to attach the sensor, such as a well-known magnetic three-dimensional sensor, has the highest reliability. However, when considering consumer electronics applications such as television broadcast reception, a method that eliminates the need for sensor mounting is desirable. As an example of this, as shown in FIGS. 5A and 5B, a computer vision method using a
上記のフライアイレンズの変わりにピンホール群を用いた場合でも、上記の実施例1と同様に画素数の拡大や縮小を容易に行うことができることは明らかである。また、レンチキュラーレンズ方式と同様に、パララックスバリア方式でも本発明を適用することができる。 Even when a pinhole group is used instead of the fly-eye lens, it is obvious that the number of pixels can be easily increased or reduced as in the first embodiment. In addition, the present invention can be applied to a parallax barrier system as in the lenticular lens system.
1 バックライト
2 レンズアレイ
3 拡散板
4 液晶パネル
5 観察者
6 要素レンズ
7 ビデオカメラ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
それぞれに発光強度を調整可能な複数の輝点からなる発光器と、
上記発光器と上記観察者との間に設置され、2次元平面あるいは2次元曲面状に縦横に規則的に配列され、その横の配列方向は上記観察者の右目と左目を結ぶ方向に略平行である集光素子群と、
上記集光素子群と上記観察者との間に設置され、上記発光器からの光を変調する光変調素子群と、
上記集光素子群と観察者との間に光を拡散させる拡散器と、を備え、
上記集光素子群の配列は、それぞれの横並びは所定の周期をもつが、任意の横並びは、その上または下の横並びとは、異なる位相を持つ配列であり、
上記拡散器は、上記横方向に比べて上記縦方向により拡散させる拡散器であり、上記光変調素子群を制御して上記映像の制御を行うことを特徴とする映像表示装置。 An image display device using a lens array composed of a plurality of element lenses,
A light emitter composed of a plurality of bright spots each capable of adjusting the light emission intensity;
It is installed between the light emitter and the observer and is regularly arranged vertically and horizontally in a two-dimensional plane or two-dimensional curved surface, and the horizontal arrangement direction is substantially parallel to the direction connecting the right eye and the left eye of the observer. A condensing element group,
A light modulation element group that is installed between the light collecting element group and the observer, and modulates light from the light emitter;
A diffuser for diffusing light between the light collecting element group and an observer,
The arrangement of the light collecting element groups has a predetermined period in each horizontal arrangement, but an arbitrary horizontal arrangement is an arrangement having a phase different from the horizontal arrangement above or below it,
The video display device, wherein the diffuser is a diffuser that diffuses in the vertical direction compared to the horizontal direction, and controls the video by controlling the light modulation element group.
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