【０００１】
【発明の属する技術分野】
専用眼鏡なしに３次元映像を観察できる表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、３次元映像を観察するには専用眼鏡を必要とし煩わしかった。また眼鏡なし方式の場合は、画質が劣化するレンチキュラーレンズ等を使用するか、あるいは視域の非常に狭いものしかなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
専用眼鏡を使用せず高画質の３次元映像を観察できるようにし、かつその視域を余裕のあるものとすること。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
１．左右眼に時分割で映像を提示する場合
（イ）液晶表示素子などの透過形非発光表示素子の背面に隣接して回帰反射スクリーンを設ける。
（ロ）表示素子の手前に斜めにハーフミラーを設ける。
（ハ）ハーフミラーを通して表示素子を見られる位置に通常のヒトの両眼の間隔だけ離した仮想の、左眼観察視点位置、右眼観察視点位置を設定する。
（ニ）左眼画像用、右眼画像用の照明光源を、ハーフミラーに関して左眼および右眼観察視点位置と対称になる位置に設置する。
（ホ）照明光源をハーフミラーに反射させて液晶面を照明する。光源の点灯は、時分割で左眼用画像が表示されている時間は左眼画像用照明を点灯し、右眼用画像が表示されている時間は右眼画像用照明を点灯する。
（ヘ）観察点と照明光源の位置は相互に交換しても同じ機能が得られる。
２．左右眼に同時に映像を提示する場合
（イ）液晶表示素子などの透過形非発光表示素子の背面に隣接して回帰反射スクリーンを設けた表示デバイス２式を、間にハーフミラーを斜めに設け、ハーフミラーに関して２式の表示デバイスが対称の位置となるように配置する。このとき２式の表示デバイスは、ハーフミラーから見たときその偏光特性の方向が相互に異なった向きとなるようにする。無偏光の場合あるいは偏光特性が弱い場合には表示素子の前面または後面に偏光フィルターを追加する。
（ロ）ハーフミラーの透過および反射で２式の表示デバイスが見える位置に通常のヒトの両眼の間隔だけ離した仮想の、左眼観察視点位置、右眼観察視点位置を設定する。
（ハ）左眼画像用、右眼画像用の照明光源をハーフミラーに関して左眼および右眼観察視点位置と対称になる位置に設置する。
（ニ）左眼画像用照明と右眼画像用照明の各々に偏光フィルターを設ける。偏光フィルターの取り付け方向は左眼画像用照明の偏光フィルターは、照明を点灯したとき左眼画像用表示デバイスが可視となる偏光方向に、右眼画像用照明の偏光フィルターは右眼画像用表示デバイスが可視となる偏光方向にそれぞれ設定する。
（ホ）左眼画像用および右眼画像用の表示デバイスに表示する映像は、観察視点位置から見たときに上下左右が正像となるように向きを合わせる。
（ヘ）以下のように構成された装置の左眼画像用表示デバイスに左眼用映像を、右眼画像用表示デバイスに右眼用映像をそれぞれ同時に入力し、左眼画像用照明、右眼画像用照明を連続点灯し、左眼視点位置、右目視点位置にそれぞれ左右眼を合わせて３次元映像を観察する。
（ト）なお、観察視点位置と照明光源の位置は相互に交換しても同じ機能が得られる。
３．複数人観察に対応する場合
左眼画像用照明光源、右眼画像用照明光源の対をヒトの頭部の寸法以上離して複数組設ける。
４．観察者の移動に対応する場合
（イ）左眼画像用照明光源、右眼画像用照明光源の対を自動ステージ等により移動する。
（ロ）任意のパターンに発光可能な面状発光ユニットを照明光源として用い、その発光位置を変えることによって上記（イ）と同じ効果を持たせる。
【０００５】
【発明の実施形態】
本発明の実施形態を例をあげて説明する。なお本発明の実施形態は以下の例に限定されない。
＜実施形態１＞
図１のように液晶表示素子１の背面に、バックライトの代わりに回帰反射スクリーン２を密着設置して表示デバイス３とする。図２のように表示素子の手前に観察視点側に斜めに傾けたハーフミラー４を設ける。ハーフミラー４を通して表示デバイス３を見られる位置に、ヒトの左眼右眼の間隔６５ｍｍ程度離した仮想の左眼観察視点位置７Ｌおよび右眼観察視点位置７Ｒを設定する。左眼画像用照明光源５、右眼画像用照明光源６をハーフミラー４に関して観察視点位置７Ｌおよび７Ｒと対称になる位置に設置する。照明の点灯タイミングは、時分割による左眼用画像、右眼用画像の表示と同期させ、左眼用画像表示時間には左眼画像用照明光源５を、右眼用画像表示時間には右眼画像用照明光源６を点灯する。以上のように構成された装置に時分割方式の３次元映像を入力し、表示デバイス３に映像表示すると共に照明ドライバー８にて左右照明を画像に同期して点灯する。作動としては、図３のように左眼画像用照明光源５から出た照明光９はハーフミラー４にて反射し、表示デバイス３を照明し、表示素子１を透過した後、回帰反射スクリーン２に反射し回帰して、一部がハーフミラー４を透過して左眼観察視点位置７Ｌに至る。右眼画像用照明光源６から出た照明光１０も同様にして右眼観察視点位置７Ｒに至る。いま、左眼観察視点位置７Ｌに左眼を、右眼観察視点位置７Ｒに右眼をそれぞれ合わせて表示デバイス３を見ると、映像の時分割タイミングに合わせて左眼には左眼用画像が、右眼には右眼用画像が交互に見えるため、専用眼鏡なしで３次元映像を観察できる。
＜実施形態２＞
実施形態１と同様に図１のように回帰反射スクリーン２を組み合わせた表示デバイスを２式用い、図４のように１式を左眼画像用表示デバイス１１、もう１式を右眼画像用表示デバイス１２とし、両者の間にハーフミラー４を斜めに設け、ハーフミラー４に関して２式の表示デバイス１１、１２が対称の位置となるように配置する。このとき２式の表示デバイス１１、１２はハーフミラー４から見たとき、その偏光特性の方向が相互に異なった向きとなるように配置する。無偏光の場合や、偏光特性が弱い場合、あるいは配置上偏光特性が同じ向きになる場合には、必要に応じて、表示デバイス１１、１２の一方または両方の表示素子の前面または後面に偏光フィルター１４を追加する。ハーフミラー４の透過および反射で表示デバイス１１、１２が見られる位置に、ヒトの左眼右眼の間隔６５ｍｍ程度離した、仮想の、左眼観察視点位置７Ｌおよび右眼観察視点位置７Ｒを設定する。左眼画像用照明光源５と右眼画像用照明光源６を、ハーフミラー４に関して左眼観察視点位置７Ｌおよび右眼観察視点位置７Ｒとそれぞれ対称になる位置に設置する。左眼画像用照明光源５と右眼画像用照明光源６の各々には偏光フィルター１３を設ける。偏光フィルター１３の取り付け方向は、左眼画像用照明光源５では照明を点灯したとき左眼画像用表示デバイス１１が可視となる偏光方向に、右眼画像用照明光源６では点灯したとき右眼画像用表示デバイス１２が可視となる方向にそれぞれ設定する。以上のように構成された装置の左眼画像用表示デバイス１１に左眼用映像を、右眼画像用表示デバイス１２に右眼用映像を、左右映像同期させて入力する。また、照明光源５、６は連続点灯する。作動としては、図５のように左眼画像用照明光源５からでた照明光９は偏光フィルター１３にて偏光を与えられ、ハーフミラー４にて反射し、偏光方向が合わせてある左眼画像用表示デバイス１１を照明し、その表示素子１を透過した後、回帰反射スクリーン２にて反射し回帰して、一部がハーフミラー４を透過し、左眼観察視点位置７Ｌに至る。なお、ハーフミラー４を透過し右目画像を表示デバイス１２に向かった光は偏光特性によりブロックされ回帰反射スクリーンに届かない。右眼画像用照明光源６から出た照明光１０も同様にしてハーフミラー４を透過、表示デバイス１２で回帰反射し、ハーフミラー４で反射し、右眼観察視点位置７Ｒに至る。ハーフミラー反射で表示デバイス１１に届いた光はこの場合も偏光特性でブロックされ回帰反射しない。いま、左眼観察視点位置７Ｌに左眼を、右眼観察視点位置７Ｒに右眼をそれぞれ合わせて観察すると、左眼には左眼用画像が、右眼には右眼用画像がそれぞれ見えるので、専用眼鏡なしに３次元映像を観察できる。なお、観察視点から見たとき、左眼用画像、右眼用画像とも上下左右正像となるよう、あらかじめ表示デバイスあるいは入力信号の設定を行なっておくことが必要である。
＜実施形態３＞
実施形態１および２の装置において、表示デバイスの両面を大型にし、左眼画像用照明光源５と右眼画像用照明光源６のペアを実施形態１ではそのまま、実施形態２の場合には偏光フィルター１３を加えて、少なくともヒトの頭部寸法以上の間隔を持って複数組設置した装置。こうすることによって、１台の装置で同時に照明光源ペア数に相当する人数が３次元映像を見ることができる。
＜実施形態４＞
実施形態１から３の装置において、照明光源５、６の発光パターンを相互に重なり合わない範囲で長方形、楕円形その他任意の形状で余裕を持った大きさとすることにより視域を拡大したもの。
＜実施形態５＞
実施形態１から４の装置において、一組あるいは複数組の照明光源５、６のペアの位置を自動あるいは手動にて移動可能とした装置。応用例として、図７のように観察者１５の頭部位置を計測装置１６にて計測し、その結果により、自動ステージ１８を制御し、取り付けられた照明光源５、６を自動的に最適位置に移動すると、観察者１５が頭部を移動しても常に最適の画像を見ることができる。
＜実施形態６＞
実施形態１から４の装置において、照明光源５、６のペアの代わりに、白色発光ダイオードのマトリクス配置などにより製作した、任意のパターンに発光可能な面状発光ユニット２０を用い、実施の形態２に用いるときは偏光フィルターを組み合わせて構成された装置。図８の例のようなパターンにて面状発光ユニット２０を発光させると、発光パターンに応じた観察視点範囲パターン７Ｌ、７Ｒが得られる。また、発光位置を変えることにより、ステージなどの機械的移動なしに視点位置のアジャストができ、複数パターンの発光を行なうことにより、複数人で観察することもできる。この方法により実施形態４の実現も容易になる。
＜実施形態７＞
実施形態１から６の装置において、照明光源と観察視点の位置を相互に交換したもの。交換前のものと同等の機能が得られる。
【０００６】
【発明の効果】
本発明により、専用眼鏡を使用せず、高画質の３次元映像を容易に観察することが可能になる。また、従来の方式では困難だった視域の拡大や複数人の観察も容易にできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表示デバイスの構成要素を表す見取図
【図２】実施形態１の構成を説明する見取図
【図３】実施形態１の光路を説明する見取図
【図４】実施形態２の構成を説明する見取図
【図５】実施形態２の光路を説明する見取図
【図６】実施形態３の構成を説明する見取図
【図７】実施形態５の構成を説明する見取図
【図８】実施形態６の構成を説明する見取図
【符号の説明】
１．液晶表示素子
２．回帰反射スクリーン
３．表示デバイス
４．ハーフミラー
５．左眼画像用照明光源
６．右眼画像用照明光源
７Ｌ．左眼観察視点位置
７Ｒ．右眼観察視点位置
８．照明ドライバー
９．左眼画像用照明光源から出た照明光
１０．右眼画像用照明光源から出た照明光
１１．左眼画像用表示デバイス
１２．右眼画像用表示デバイス
１３．照明光源に設ける偏光フィルター
１４．表示素子に必要に応じて追加する偏光フィルター
１５．観察者
１６．計測装置
１７．制御装置
１８．自動ステージ
１９．発光パターンドライバー
２０．面状発光ユニット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device capable of observing a three-dimensional image without special glasses.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, observation of a three-dimensional image required special glasses and was cumbersome. In the case of the system without glasses, a lenticular lens or the like whose image quality is deteriorated is used, or only a lens having a very narrow viewing area is used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
To be able to observe high-quality three-dimensional images without using special glasses, and to have a sufficient viewing area.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
1. When presenting an image to the left and right eyes in a time-sharing manner (a) A retroreflective screen is provided adjacent to the back of a transmissive non-light emitting display element such as a liquid crystal display element.
(B) A half mirror is provided diagonally before the display element.
(C) A virtual left-eye observation viewpoint position and a right-eye observation viewpoint position are set at positions where the display element can be seen through the half mirror and separated by the distance between the normal human eyes.
(D) The illumination light sources for the left-eye image and the right-eye image are installed at positions that are symmetric with respect to the left-eye and right-eye observation viewpoint positions with respect to the half mirror.
(E) The liquid crystal surface is illuminated by reflecting the illumination light source to the half mirror. As for lighting of the light source, the left-eye image illumination is turned on while the left-eye image is displayed in a time-sharing manner, and the right-eye image illumination is turned on while the right-eye image is displayed.
(F) The same function can be obtained even if the observation point and the position of the illumination light source are interchanged.
2. When presenting an image simultaneously to the left and right eyes (a) Two display devices each having a retroreflective screen adjacent to the back of a transmissive non-light-emitting display device such as a liquid crystal display device, and a half mirror provided diagonally between them The two display devices are arranged so as to be symmetrical with respect to the half mirror. At this time, the two types of display devices are configured so that the directions of the polarization characteristics thereof are different from each other when viewed from the half mirror. In the case of non-polarization or weak polarization characteristics, a polarizing filter is added to the front or back surface of the display element.
(B) A virtual left-eye observation viewpoint position and a right-eye observation viewpoint position are set at positions where the two types of display devices can be seen by transmission and reflection of the half mirror, and separated by the distance between normal human eyes.
(C) The illumination light sources for the left-eye image and the right-eye image are installed at positions symmetrical to the left-eye and right-eye observation viewpoint positions with respect to the half mirror.
(D) A polarizing filter is provided for each of the left-eye image illumination and the right-eye image illumination. The polarizing filter for the left-eye image illumination is installed in the polarization direction in which the left-eye image display device becomes visible when the illumination is turned on, and the right-eye image illumination polarization filter is used for the right-eye image display device. Are respectively set in the polarization directions in which is visible.
(E) The images displayed on the left-eye image display device and the right-eye image display device are oriented so that the upper, lower, left, and right images are normal when viewed from the observation viewpoint position.
(F) The left-eye image and the right-eye image are simultaneously input to the left-eye image display device and the right-eye image display device of the apparatus configured as described below, and the left-eye image illumination and the right-eye image are input. The image lighting is continuously turned on, and the left and right eyes are respectively adjusted to the left eye viewpoint position and the right eye viewpoint position to observe a three-dimensional image.
(G) The same function can be obtained even if the observation viewpoint position and the illumination light source position are interchanged.
3. When a plurality of persons are to be observed, a plurality of pairs of a left-eye image illumination light source and a right-eye image illumination light source are provided at a distance of at least the size of a human head.
4. In the case of responding to the movement of the observer (a) The pair of the left-eye image illumination light source and the right-eye image illumination light source is moved by an automatic stage or the like.
(B) A planar light emitting unit capable of emitting light in an arbitrary pattern is used as an illumination light source, and the light emitting position is changed to provide the same effect as (a).
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with an example. Note that embodiments of the present invention are not limited to the following examples.
<First embodiment>
As shown in FIG. 1, a retroreflective screen 2 is closely mounted on the back surface of the liquid crystal display element 1 instead of a backlight to form a display device 3. As shown in FIG. 2, a half mirror 4 is provided in front of the display element so as to be obliquely inclined toward the observation viewpoint. At a position where the display device 3 can be viewed through the half mirror 4, a virtual left-eye observation viewpoint position 7L and a right-eye observation viewpoint position 7R separated by a distance of about 65 mm between the human left and right eyes are set. The left-eye image illumination light source 5 and the right-eye image illumination light source 6 are installed at positions symmetrical to the observation viewpoint positions 7L and 7R with respect to the half mirror 4. The lighting timing of the illumination is synchronized with the display of the image for the left eye and the image for the right eye by time division. The illumination light source 5 for the left eye image is displayed for the image display time for the left eye, and the right light source is displayed for the image display time for the right eye. The illumination light source 6 for the eye image is turned on. A time-division three-dimensional image is input to the apparatus configured as described above, and the image is displayed on the display device 3 and the illumination driver 8 turns on the left and right illumination in synchronization with the image. In operation, the illumination light 9 emitted from the left-eye image illumination light source 5 is reflected by the half mirror 4, illuminates the display device 3 and transmits through the display element 1 as shown in FIG. And a part of the light passes through the half mirror 4 to reach the left eye observation viewpoint position 7L. The illumination light 10 emitted from the right-eye image illumination light source 6 also reaches the right-eye observation viewpoint position 7R. Now, when viewing the display device 3 with the left eye at the left-eye observation viewpoint position 7L and the right eye at the right-eye observation viewpoint position 7R, an image for the left eye is displayed on the left eye in time-division timing of the video. Since the right-eye images alternately appear to the right eye, a three-dimensional image can be observed without special glasses.
<Embodiment 2>
As in the first embodiment, two display devices each having a retroreflective screen 2 combined as shown in FIG. 1 are used. One display is a display device 11 for a left eye image and another is a display device for a right eye image as shown in FIG. The device 12 is provided, and the half mirror 4 is provided obliquely between them, and the two types of display devices 11 and 12 are arranged so as to be symmetrical with respect to the half mirror 4. At this time, the two display devices 11 and 12 are arranged so that the directions of the polarization characteristics thereof are different from each other when viewed from the half mirror 4. In the case of non-polarization, weak polarization characteristics, or the same polarization characteristics due to the arrangement, if necessary, a polarizing filter may be provided on the front surface or the rear surface of one or both of the display devices 11 and 12. 14 is added. A virtual left-eye observation viewpoint position 7L and a right-eye observation viewpoint position 7R are set at positions where the display devices 11 and 12 can be seen by transmission and reflection of the half mirror 4 and separated by about 65 mm between human left and right eyes. I do. The left-eye image illumination light source 5 and the right-eye image illumination light source 6 are installed at positions respectively symmetrical with respect to the half mirror 4 with the left-eye observation viewpoint position 7L and the right-eye observation viewpoint position 7R. Each of the left-eye image illumination light source 5 and the right-eye image illumination light source 6 is provided with a polarizing filter 13. The attachment direction of the polarizing filter 13 is a polarization direction in which the left-eye image display device 11 is visible when the illumination is turned on in the left-eye image illumination light source 5 and the right-eye image is turned on when the right-eye image illumination light source 6 is turned on. Is set in a direction in which the display device 12 becomes visible. The left-eye image and the right-eye image are input to the left-eye image display device 11 and the right-eye image display device 12 of the apparatus configured as described above in synchronization with the left and right images. The illumination light sources 5 and 6 are continuously turned on. In operation, the illumination light 9 emitted from the left-eye image illumination light source 5 is polarized by a polarization filter 13 as shown in FIG. 5, is reflected by a half mirror 4, and has the same polarization direction. After illuminating the display device for use 11 and transmitting through the display element 1, the light is reflected by the regression reflection screen 2 and regressed, and a part of the light passes through the half mirror 4 to reach the left eye observation viewpoint position 7L. The light that has passed through the half mirror 4 and directed the right-eye image to the display device 12 is blocked by the polarization characteristics and does not reach the retroreflective screen. Similarly, the illumination light 10 emitted from the illumination light source 6 for the right eye image passes through the half mirror 4, is reflected by the display device 12 recursively, is reflected by the half mirror 4, and reaches the right eye observation viewpoint position 7R. Light that has reached the display device 11 by half-mirror reflection is also blocked by polarization characteristics and does not return-reflect. Now, when the left eye is observed at the left eye observation viewpoint position 7L and the right eye is observed at the right eye observation viewpoint position 7R, an image for the left eye is seen by the left eye, and an image for the right eye is seen by the right eye. Therefore, three-dimensional images can be observed without special glasses. In addition, when viewed from the observation viewpoint, it is necessary to set the display device or the input signal in advance so that both the left-eye image and the right-eye image become upper, lower, left, and right images.
<Embodiment 3>
In the apparatuses of the first and second embodiments, both sides of the display device are enlarged, and a pair of the left-eye image illumination light source 5 and the right-eye image illumination light source 6 is used in the first embodiment as it is, and in the second embodiment, a polarizing filter is used. 13. A device in which a plurality of sets are added with at least the interval of at least the size of the human head. By doing so, one person can simultaneously view three-dimensional images by the number of pairs of illumination light sources.
<Embodiment 4>
In the device according to the first to third embodiments, the viewing area is enlarged by making the light emitting patterns of the illumination light sources 5 and 6 rectangular or elliptical or any other shape having a sufficient size as long as they do not overlap each other.
<Embodiment 5>
An apparatus according to any one of Embodiments 1 to 4, wherein the position of one or a plurality of pairs of the illumination light sources 5, 6 can be automatically or manually moved. As an application example, the head position of the observer 15 is measured by the measuring device 16 as shown in FIG. 7, and based on the result, the automatic stage 18 is controlled, and the attached illumination light sources 5 and 6 are automatically adjusted to the optimal positions. , The optimal image can always be seen even if the observer 15 moves his / her head.
<Embodiment 6>
Embodiment 2 In the devices of Embodiments 1 to 4, instead of the pair of illumination light sources 5 and 6, a planar light emitting unit 20 that can emit light in an arbitrary pattern manufactured by a matrix arrangement of white light emitting diodes or the like is used. When used for a device, a device configured by combining a polarizing filter. When the planar light-emitting unit 20 emits light in a pattern as in the example of FIG. 8, the observation viewpoint range patterns 7L and 7R corresponding to the light-emitting pattern are obtained. In addition, by changing the light emitting position, the viewpoint position can be adjusted without mechanical movement of the stage or the like. By emitting light in a plurality of patterns, it is possible to observe by a plurality of persons. This method also facilitates implementation of the fourth embodiment.
<Embodiment 7>
In the apparatus according to the first to sixth embodiments, the positions of the illumination light source and the observation viewpoint are interchanged. A function equivalent to that before replacement is obtained.
[0006]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to easily observe a high-quality three-dimensional video without using special glasses. In addition, it becomes possible to easily enlarge a viewing area and observe a plurality of persons, which are difficult in the conventional method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sketch showing constituent elements of a display device of the present invention. FIG. 2 is a sketch explaining a configuration of Embodiment 1. FIG. 3 is a sketch explaining an optical path of Embodiment 1. FIG. FIG. 5 is a sketch explaining the optical path of the second embodiment. FIG. 6 is a sketch explaining the configuration of the third embodiment. FIG. 7 is a sketch explaining the configuration of the fifth embodiment. FIG. 8 is a sixth embodiment. Schematic diagram explaining the configuration of [Description of symbols]
1. 1. Liquid crystal display element 2. retroreflective screen Display device4. Half mirror5. 5. Light source for left eye image Right eye image illumination light source 7L. Left eye observation viewpoint position 7R. 7. Right eye observation viewpoint position Lighting driver 9. 9. Illumination light emitted from the left eye image illumination light source 10. Illumination light emitted from the illumination light source for the right eye image Display device for left eye image 12. Display device for right eye image 13. 13. Polarization filter provided for illumination light source 14. A polarizing filter added to the display element as needed. Observer 16. Measuring device 17. Control device 18. Automatic stage 19. Light emitting pattern driver 20. Surface light emitting unit
