JP2004020684A

JP2004020684A - ３次元表示装置

Info

Publication number: JP2004020684A
Application number: JP2002172459A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Miyashita; 宮下　哲哉; Tatsuo Uchida; 内田　龍男
Original assignee: Tohoku Techno Brains Corp
Current assignee: Tohoku Techno Brains Corp
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課　題】時分割光方向制御バックライトを用いた３次元ディスプレイにおいて視認性や調整容易性をさらに向上させた３次元表示装置を提供する。
【解決手段】第１、第２の発光部３１，３２　（第１，　第２は左右眼のいずれか一方と他方に対応）を交互に縞状に配列した縞光源３と、第１、第２の発光部から出た光を第１、第２の方向に指向させるレンティキュラレンズ４と、該レンズから出た光で背面を照らされる透過型ＬＣＤ５と、第１、第２の発光部を交互に不可視速で点滅させ該交互点滅に同期して透過型ＬＣＤに第１、第２の方向に対応する第１、第２の視差画像を交互に表示させる３次元表示制御器６とを有する基幹部に、画像表示面の反射を防止する反射防止膜７、および３次元表示制御器に作用して第１、第２の発光部を同時かつ継続的に点灯させる点滅モード切替器８、および／または第１、第２の発光部の境界線を移動させる縞ピッチ調整器９を付加してなる３次元表示装置。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、専用の眼鏡なしで立体的視認可能な画像を表示しうる３次元表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
次世代のディスプレイシステムとして注目されているものの一つに３次元ディスプレイがあり、なかでも特殊な眼鏡を必要としない３次元ディスプレイ方式として、代表的なものにレンティキュラ方式やパララックス・バリヤ方式が挙げられる（表１：文献１）。これらの方式は、最近では液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイと組み合わせた様々な３次元ディスプレイが提案されており（表１：文献２，３）、最も実用レベルに近いものと考えられる。しかし、従来のレンティキュラ方式やパララックス・バリヤ方式では、画像解像度がレンズやバリヤのピッチで決まるので、高解像度ディスプレイを実現するにはそれだけ高精細のバリヤおよびレンズを必要とし、また、フラットパネルディスプレイとレンズおよびバリヤとの正確な位置合わせが必要であり、その要求される精度が非常に高いため、製造・高解像度化が困難であった。
【０００３】
一方、最近、新たな３次元表示方式として、時分割光方向制御バックライトを用いた３次元ディスプレイが提案された（例えば表１：文献４）。この方式の原理は、例えば図８に示されるように、ディスプレイのバックライトを該バックライトから出る光の方向ＬＤを時分割で高速に変化させうる時分割光方向制御バックライト１とし、その光の方向に応じた画像を透過型ディスプレイ２に表示させるというものである。これを利用して、左右それぞれの眼ＬＥ，ＲＥ　の方向に両眼視差を与えた画像を呈示し、この方向の切替を目に見えない速度で行うことにより、観察者に３次元画像を提供することができる。この方式では、画像解像度がＬＣＤと同一であるので、ＬＣＤの高解像度をそのまま利用でき、製造・高解像度化が容易となる。
【０００４】
【表１】

【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記時分割光方向制御バックライトを用いた３次元ディスプレイにおいて視認性や調整容易性をさらに向上させた３次元表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的は以下の要旨になる本発明により達成された。
（１）左眼、右眼のいずれか一方を第１、他方を第２と対応づけ、第１、第２の発光部を交互に縞状に配列した縞光源と、前記第１、第２の発光部から出た光を第１、第２の方向に指向させるレンティキュラレンズと、該レンズから出た光で背面を照らされる透過型ＬＣＤと、前記第１、第２の発光部を交互に不可視速で点滅させ該交互点滅に同期して前記透過型ＬＣＤに前記第１、第２の方向に対応する第１、第２の視差画像を交互に表示させる３次元表示制御器とを有する基幹部に加え、画像表示面の反射を防止する反射防止膜と、前記３次元表示制御器に作用して前記第１、第２の発光部を同時かつ継続的に点灯させる点滅モード切替器とを設けたことを特徴とする３次元表示装置。
【０００７】
（２）左眼、右眼のいずれか一方を第１、他方を第２と対応づけ、第１、第２の発光部を交互に縞状に配列した縞光源と、前記第１、第２の発光部から出た光を第１、第２の方向に指向させるレンティキュラレンズと、該レンズから出た光で背面を照らされる透過型ＬＣＤと、前記第１、第２の発光部を交互に不可視速で点滅させ該交互点滅に同期して前記透過型ＬＣＤに前記第１、第２の方向に対応する第１、第２の視差画像を交互に表示させる３次元表示制御器とを有する基幹部に加え、前記第１、第２の発光部の境界線を移動させる縞ピッチ調整器を設けたことを特徴とする３次元表示装置。
【０００８】
（３）左眼、右眼のいずれか一方を第１、他方を第２と対応づけ、第１、第２の発光部を交互に縞状に配列した縞光源と、前記第１、第２の発光部から出た光を第１、第２の方向に指向させるレンティキュラレンズと、該レンズから出た光で背面を照らされる透過型ＬＣＤと、前記第１、第２の発光部を交互に不可視速で点滅させ該交互点滅に同期して前記透過型ＬＣＤに前記第１、第２の方向に対応する第１、第２の視差画像を交互に表示させる３次元表示制御器とを有する基幹部に加え、画像表示面の反射を防止する反射防止膜と、前記３次元表示制御器に作用して前記第１、第２の発光部を同時かつ継続的に点灯させる点滅モード切替器とを設け、さらに、前記第１、第２の発光部の境界線を移動させる縞ピッチ調整器を設けたことを特徴とする３次元表示装置。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の基幹部の例を示す模式図である。この例では第１を左眼、第２を右眼と対応付けた。図２に示されるように、本発明の基幹部分は、左眼対応の第１、右眼対応の第２の発光部３１，３２　を交互に縞状に配列した縞光源３と、前記第１、第２の発光部３１，３２　から出た光をそれぞれ左眼、右眼に向かう第１、第２の方向４１，４２　に指向させるレンズ４と、該レンズ４から出た光で背面を照らされる透過型ＬＣＤ（ＬＣＤ：液晶ディスプレイ）５と、前記第１、第２の発光部３１，３２　を交互に不可視速（６０Ｈｚ程度以上）で点滅させ該交互点滅に同期して前記透過型ＬＣＤ５に前記第１、第２の方向４１，４２　に対応する第１、第２の視差画像５１，５２　（例えば図３に示すような、同一立体を定位置から（この例ではピラミッドを真上から）見たときの左眼単独視像（ａ）、右眼単独視像（ｂ）に相当する画像）を交互に表示させる３次元表示制御器６とを有する。縞光源３、レンズ４、３次元表示制御器６で時分割光方向制御バックライトが構成される。縞光源３は、フリッカの生じない高速応答性、十分に高い発光部輝度、設計上十分な面均一性をもたせ、可及的薄型に構成するのが好ましい。レンズ４は、複数の同一形状の半割円柱型凸レンズを並列連結してなるレンティキュラレンズが好ましい。レンズ４と縞光源３の位置関係および縞ピッチは、観察位置で第１、第２の視差画像が混ざり合うクロストークを生じないよう、図４に示すごとく、発光部の一端点Ｂから出た光がレンズ３を通り観察位置Ｐで集光するように設計するのが好ましい。このとき、発光部の他端点Ａから出た光が集光する位置ＷおよびＷ’は本発明におけるメインローブ（視域）を構成する。△ＰＡＢと△ＰＮＯの２つの三角形の相似関係より縞ピッチＰ_ｓおよびレンズ主点−　縞光源間距離Ｌは次式（１），（２）　で表わされる。
【００１０】
Ｌ＝ｎ／（１／ｆ−１／Ｄ）　　　　　　　　　　‥‥（１）
Ｐ_ｓ＝（Ｐ_Ｌ／２）×（Ｄ＋Ｌ）／（Ｄ＋ＨＮ）　　‥‥（２）
ここで、Ｄ：観察距離、ｆ：レンズの焦点距離、Ｐ_Ｌ：レンティキュラレンズピッチ、ＨＮ：レンズの主点Ｈ−　節点Ｏ間隔、ｎ：レンズの屈折率である。
例えば図５は、蛍光管とＯＣＢセル（表１：文献５）製液晶シャッタとを組合わせて縞光源となし、これとレンティキュラレンズとを式（１），（２）　を満たすように組合わせて試作した時分割光方向制御バックライトの左右眼用の発光部を交互に５０Ｈｚで点滅させて光強度の角度分布を測定した結果を示すグラフである。図示のように、左右眼方向に正しく光が分離された。
【００１１】
透過型ＬＣＤ５としては、応答性に優れるもの、例えば、ＯＣＢモード液晶ディスプレイ、中間調表示可能な強誘電体液晶ディスプレイ、セルギャップを薄くした液晶ディスプレイなどが好適である。
３次元表示制御器６は、第１の発光部を「明」にすると同時に第２の発光部を「暗」にし、それと同時に透過型ＬＣＤ５に第１の視差画像を表示するよう指令し、また、第１の発光部を「暗」にすると同時に第２の発光部を「明」にし、それと同時に透過型ＬＣＤ５に第２の視差画像を表示するよう指令する動作を高速になしうるものであればよく、構造はとくに限定されない。
【００１２】
上記のような本発明の基幹部によれば、時分割光方向制御バックライトのレンズピッチと透過型ＬＣＤの画素ピッチを独立に設計できる。したがって、３次元画像を微細にしてもレンティキュラレンズは粗くてよく、透過型ＬＣＤとレンティキュラレンズの位置合わせが必要ないので、製造・高解像度化が容易である。
本発明では、前記基幹部に加え、画像表示面の反射を防止する反射防止膜７と、前記３次元表示制御器６に作用して前記第１、第２の発光部３１，３２　を同時かつ継続的に点灯させる点滅モード切替器８とを設けた。その例を図６に示す。
【００１３】
屋外、屋内を問わず多様な照明環境下での使途に供するには、周囲環境光の反射による見えにくさを解消する必要がある。このため反射防止膜７が透過型ＬＣＤ５の被観察面上に配設される。反射防止膜は、例えばＭｇＦ_２や氷晶石などを真空蒸着法にて黄色光の波長の１／４　程度の厚さに形成するのがよい。
また、例えばカーナビゲーションシステムのディスプレイなどへの適用を考えると、得たい情報によっては立体表示よりも平面表示とした方がわかりやすい場合がある。そのような場合に立体表示と平面表示との切替を適宜行いうる手段として点滅モード切替器８が設けられる。点滅モード切替器８をオンにすると、３次元表示制御器６から第１，第２の発光部３１，３２　に交互発信されている点滅信号が単なる点灯信号に切り替わり、通常のバックライトと同様に左右両眼に同時に光が入るようになって立体視感が消失し、３次元表示状態が２次元表示状態に転化する。点滅モード切替器８をオフにすると３次元表示状態に戻る。点滅モード切替器８は反転回路などを用いて構成しうる。図６では点滅モード切替器８を３次元表示制御器６の外部に設けた例を示したが、点滅モード切替器８は３次元表示制御器６の内部に設けてもよい。
【００１４】
また、本発明では、前記基幹部に加え、前記第１、第２の発光部３１，３２　の境界線を移動させる縞ピッチ調整器９を設けた。その例を図７に示す。縞光源３はレンズ４と所定の相対寸法・位置関係（前記式（１），（２）　）になるように配置されるが、その場合、縞ピッチが固定されていると、左右眼への光の方向も固定されるため、配置の誤差がそのまま光の方向の誤差となる。配置に誤差があっても光の方向の誤差を小さくするためには配置後（組立製作後）に縞ピッチを調整できるようにしておけばよい。そのための手段として縞ピッチ調整器９が設けられる。縞ピッチ調整器９によれば、組立製作後に第１、第２の発光部３１，３２　の境界を移動させて縞ピッチを調整できるので、任意の観察位置において実際に表示される画像を見ながら、レンズ４から出る光の方向を、その場で最良の立体視感が得られる方向に調整することができる。
【００１５】
縞ピッチ調整器９を設ける場合、縞光源３の第１，　第２の発光部３１，３２　をそれぞれ、これらを配列方向にさらに細分化してなる複数の発光要素の並列体で形成し、また、３次元表示制御器６には、それが前記発光要素の各々に対して第１，　第２の発光部のいずれに属するかを判別してその結果に適合した二者択一の交互点滅信号を発信する機能をもたせ、前記判別に用いるべく３次元表示制御器８に格納せしめた、第１，　第２の発光部の境界位置（前記複数の発光要素のうち境界部に位置するものの位置座標）を指定するデータを、縞ピッチ調整器９にて適宜変更できるようにするのが好ましい。縞ピッチ調整器９は適宜の信号入力手段（例えばデジタル・シグナル・プロセッサ等）を用いて構成できる。図７では縞ピッチ調整器９を３次元表示制御器６の外部に設けた例を示したが、縞ピッチ調整器９は３次元表示制御器６の内部に設けてもよい。
【００１６】
前記縞ピッチ調整器は、無論、前記反射防止膜および前記点滅モード切替器と併設することができる。基幹部にこれらを併設した形態（図１に例示）の本発明は、それぞれの効果を同時に奏し得て最も好ましい。
【００１７】
【実施例】
図１に示した形態の３次元表示装置を製作した。縞光源３は蛍光管と液晶シャッタとで構成された。液晶シャッタは幅８ｍｍの縞状の透明電極を有するＯＣＢモード液晶セルによって構成した。レンティキュラレンズ４と縞光源３の寸法及び相対位置関係については、レンズピッチ＝７．５４ｍｍ、Ｆ数＝１．６６、縞ピッチ＝３．８８ｍｍ、レンズ主点−　液晶シャッタ間距離＝１９．５５ｍｍ　、観察距離＝４２．５ｍｍとした。ＯＣＢモード液晶セル内の透明電極群が交互に第１，　第２の発光部３１，３２　をなす。透過型ＬＣＤ５はＯＣＢモード液晶セルで構成された。３次元表示制御器６は、ロジック回路と演算増幅器で構成された。このものは、第１の発光部をなすＯＣＢモード液晶セルの電極群を１２０Ｈｚ　で明→暗→明‥‥と状態変化するように制御し、同時に第２の発光部をなすＯＣＢモード液晶セルの電極群を第１の発光部とは逆の状態となるよう制御するとともに、第１の発光部の明／暗に同期して画面に第１／第２の視差画像が表示されるように透過型ＬＣＤ５を制御する。
【００１８】
反射防止膜７は、ＭｇＦ_２を真空蒸着で厚さ０．２　μｍ　に成膜して形成された。点滅モード切替器８は、アナログ・スイッチＩＣで構成された。これをオンにすると３次元表示制御器６から発信される交互点滅信号が単なる点灯信号に変換される。縞ピッチ調整器９は、デジタル・シグナル・プロセッサと演算増幅器で構成された。これを手動操作すると第１，　第２の発光部の境界が移動してこれら発光部をなすＯＣＢモード液晶セルの電極群の大きさ（群内セル数）が変化し、レンズ４から出る光の方向が変化する。
【００１９】
この３次元表示装置を用いて直方体と円錐体の混在した視差画像を表示して裸眼観察し、フリッカのない十分な立体視感を与える３次元表示像が得られた。反射によるコントラストの劣化はなかった。点滅モード切替器をオン⇔オフすると２次元表示⇔３次元表示の切り替えが問題なく進行した。また、観察距離を小さくする（眼を画面に近づける）と、ある位置からは２次元表示状態に変わったが、その位置で縞ピッチ調整器を操作することにより３次元表示状態に戻すことができた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、裸眼で立体視認できしかも製造・高解像度化の容易な、時分割光方向制御バックライトを用いた３次元ディスプレイにおいて、反射防止膜と点滅モード切替器を設けて反射防止と随意の平面視化を可能とし、また、縞ピッチ調整器を設けて組立製作後のレンズから出る光の方向を最良の立体視感が得られるように調整可能としたから、より優れた視認性および調整容易性を有する３次元表示装置が実現するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】反射防止膜、点滅モード切替器、および縞ピッチ調整器を設けた本発明例を示す模式図である。
【図２】本発明の基幹部の例を示す模式図である。
【図３】視差画像の例を示す図である。
【図４】レンティキュラレンズと縞光源の位置関係および縞ピッチの好適設計条件を示す説明図である。
【図５】試作したバックライト装置の左右眼用の発光部を交互に点滅させて光強度の角度分布を測定した結果を示すグラフである。
【図６】反射防止膜と点滅モード切替器を設けた本発明例を示す模式図である。
【図７】縞ピッチ調整器を設けた本発明例を示す模式図である。
【図８】時分割光方向制御バックライトを用いた３次元表示方式の原理を示す模式図である。
【符号の説明】
１　時分割光方向制御バックライト
２　透過型ディスプレイ
３　縞光源
４　レンズ（レンティキュラレンズ）
５　透過型ＬＣＤ
６　３次元表示制御器
７　反射防止膜
８　点滅モード切替器
９　縞ピッチ調整器
３１，３２　　第１、第２の発光部
４１，４２　　第１、第２の方向
５１，５２　　第１、第２の視差画像

Claims

左眼、右眼のいずれか一方を第１、他方を第２と対応づけ、第１、第２の発光部を交互に縞状に配列した縞光源と、前記第１、第２の発光部から出た光を第１、第２の方向に指向させるレンティキュラレンズと、該レンズから出た光で背面を照らされる透過型ＬＣＤと、前記第１、第２の発光部を交互に不可視速で点滅させ該交互点滅に同期して前記透過型ＬＣＤに前記第１、第２の方向に対応する第１、第２の視差画像を交互に表示させる３次元表示制御器とを有する基幹部に加え、画像表示面の反射を防止する反射防止膜と、前記３次元表示制御器に作用して前記第１、第２の発光部を同時かつ継続的に点灯させる点滅モード切替器とを設けたことを特徴とする３次元表示装置。
左眼、右眼のいずれか一方を第１、他方を第２と対応づけ、第１、第２の発光部を交互に縞状に配列した縞光源と、前記第１、第２の発光部から出た光を第１、第２の方向に指向させるレンティキュラレンズと、該レンズから出た光で背面を照らされる透過型ＬＣＤと、前記第１、第２の発光部を交互に不可視速で点滅させ該交互点滅に同期して前記透過型ＬＣＤに前記第１、第２の方向に対応する第１、第２の視差画像を交互に表示させる３次元表示制御器とを有する基幹部に加え、前記第１、第２の発光部の境界線を移動させる縞ピッチ調整器を設けたことを特徴とする３次元表示装置。
左眼、右眼のいずれか一方を第１、他方を第２と対応づけ、第１、第２の発光部を交互に縞状に配列した縞光源と、前記第１、第２の発光部から出た光を第１、第２の方向に指向させるレンティキュラレンズと、該レンズから出た光で背面を照らされる透過型ＬＣＤと、前記第１、第２の発光部を交互に不可視速で点滅させ該交互点滅に同期して前記透過型ＬＣＤに前記第１、第２の方向に対応する第１、第２の視差画像を交互に表示させる３次元表示制御器とを有する基幹部に加え、画像表示面の反射を防止する反射防止膜と、前記３次元表示制御器に作用して前記第１、第２の発光部を同時かつ継続的に点灯させる点滅モード切替器とを設け、さらに、前記第１、第２の発光部の境界線を移動させる縞ピッチ調整器を設けたことを特徴とする３次元表示装置。