JP2006010935A - 映像表示装置及び車載用映像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】低コストで、クロストークが少なくかつ照明ムラの少ない高画質の映像が得られる映像表示装置を提供する。
【解決手段】複数の観察者のそれぞれに対応する映像を表示可能な一つの表示画面を有する映像表示装置であって、時分割で少なくとも２つの異なる方向にそれぞれ第１の光束及び第２の光束を射出する照明手段と、照明手段から射出された第１の光束を照明光とする第１の映像と、第２の光束を照明光とする第２の映像とを時分割で表示可能な透過型表示素子と、を具備し、照明手段は、第１の光束を射出する第１光源２０と、第２の光束を射出する第２光源２５と、第１光源２０から射出された第１の光束を第１の観察者の方向のみに射出する第１導光板２１と、第２光源２５から射出された第２の光束を第２の観察者の方向のみに射出する第２導光板２２とを具備する。
【選択図】 図３

Description

本発明は映像表示装置及び車載用映像表示装置に関するものである。
１つの表示面を有し、それぞれ見る方向に応じた映像が観察可能な映像表示装置が従来より知られている。例えば、日本国特許第３０７２８６６号公報には、見る方向に応じて映像を表示するにあたって、照明の指向性を時分割で切り換える技術としてマトリクス状照明とレンチキュラ等を利用した立体表示装置が開示されている。
図１９（Ａ）、（Ｂ）は、従来の映像表示装置の一構成例を示す図であり、ストライプ状光源やマトリクス状光源などの分割光源Ｌ１、Ｒ１〜Ｌ３，Ｒ３からなる光源群１００と、レンズ１〜３からなる光拡散素子としてのレンチキュラ１０１との組み合わせにより時分割照明を行うようになっている。図１９（Ａ）では、Ｌ１、Ｒ１〜Ｌ３，Ｒ３のうち、Ｒ１〜Ｒ３の光源は点灯し、Ｌ１〜Ｌ３の光源は消灯している。また、図１９（Ｂ）では、Ｌ１、Ｒ１〜Ｌ３，Ｒ３のうち、Ｌ１〜Ｌ３の光源は点灯し、Ｒ１〜Ｒ３の光源は消灯している。
レンチキュラ１０１のレンズ作用により、図１９でいうＲ側にいる観察者から見ると、光源Ｒしか観察することができず、Ｌ側にいる観察者から見ると、光源Ｌしか観察することができないため、光源ＲとＬを交互に点灯させ、それに対応して透過型表示素子の表示をＲ側用表示、Ｌ側用表示と切り換えて表示させることにより、Ｒ側観察者はＲ側映像のみ観察することができ、Ｌ側観察者はＬ側映像のみ観察することができるというものである。
図２０は、従来の映像表示装置の他の構成例を示す図であり、例えば、三菱電機株式会社によるニュースリリース（２００３年９月３０日付け）、開発Ｎｏ．０３２４、に開示されている。この構成は、スキャンバックライト方式と呼ばれる立体表示を行うための構成であり、液晶表示素子１５０の背後に両面プリズムシート１５１を配置し、その背後に導光板１５３を配置したものである。導光板１５３の両端には第１光源１５２−１，１５２−２が配置されている。両面プリズムシート１５１は、前面１５１−１がレンチキュラ構造、後面１５１−２がプリズム構造となっている。導光板１５３は、第１光源１５２−１，第２光源１５２−２のＯＮ／ＯＦＦにより指向性を切り換えることができる。このような構成により観察者の左右の目に照明光を時分割に入射させ、左右の目に対応した映像（右目用画像１５４−１，左目用映像１５４−２）を表示させることで立体表示を実現したものである。図２０において、１５５−１は第１光源像、１５５−２は第２光源像である。
日本国特許第３０７２８６６号公報 三菱電機株式会社によるニュースリリース（２００３年９月３０日付け） 開発Ｎｏ．０３２４
しかしながら、日本国特許第３０７２８６６号公報に開示された時分割照明方式の立体表示装置では、適切に観察できる範囲が狭く、特に例えばＲ側の観察者がＲ側の映像を観察中に、よりＲ側に観察位置をずらしてしまった場合には、逆方向の映像であるＬ側映像が見えてしまうという問題があった。
以下に、この問題について詳細に説明する。図２１は、図１９（Ａ）の観察位置よりさらに外側から観察したときの様子を示している。図２２は、従来の構成において観察位置の違いによってどのような映像が見えるかを示す図である。図２２において、観察領域は、中央を境に第１（Ｌ側）映像観察領域６０２と第２（Ｒ側）映像観察領域６０１とに分離されるのが理想であるが、図２１に示すように第２映像観察領域６０１のさらに外側にいくと第１観察者用映像が見える領域６００が存在しこの領域ではクロストークとなる。逆に第１映像観察領域６０２のさらに外側にいくと第２観察者用映像が見える領域６０３が存在しこの領域ではクロストークとなる。
また、レンチキュラを使った光学系では、大きな角度で左右映像を分離しようとすると、焦点距離を小さくしなければならず、曲率が非常に大きくなり、それとともに収差の影響が増大してしまうため、結果的にクロストークの影響が大きくなるという問題もあった。
一方、スキャンバックライト方式では、１枚の導光板１５３に２つの光源１５２−１，１５２−２が対応し、それぞれの光源１５２−１，１５２−２のＯＮ／ＯＦＦによって左右の指向性を切り換えているために、導光板１５３の構造を一様な表面加工を施した構造または左右対称構造としなければならず、光源１５２−１，１５２−２から近い部分と、光源１５２−１，１５２−２から遠い部分とで照明強度に差ができ、それが照明ムラとして見えてしまい、特に大きな表示画面ほどその影響は大きくなってしまうという問題があった。また、通常の表示パネルに使用されるバックライトの導光板は照明ムラを抑えるために導光板構造が左右非対称になっている。
また、通常の液晶パネルに用いられている駆動方式である「ラスタ走査」と、液晶パネルの表示特性として各画素の映像は一定期間（１/６０秒など）表示し続ける、「ホールド特性」により、画面サイズと同等サイズである面光源の指向性を一括で切り換えたのでは、発光時間が制限される、クロストークが発生しやすいなどの問題があった。
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、低コストで、クロストークが少なくかつ照明ムラの少ない高画質の映像が得られる映像表示装置及び車載用映像表示装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために、第１の発明は、複数の観察者のそれぞれに対応する映像を表示可能な一つの表示画面を有する映像表示装置であって、時分割で少なくとも２つの異なる方向にそれぞれ第１の光束及び第２の光束を射出する照明手段と、前記照明手段から射出された前記第１の光束を照明光とする第１の映像と、前記第２の光束を照明光とする第２の映像とを時分割で表示可能な透過型表示素子と、を具備し、前記照明手段は、前記第１の光束を射出する第１の光源と、前記第２の光束を射出する第２の光源と、前記第１の光源から射出された第１の光束を第１の観察者の方向のみに射出する第１の導光板と、前記第２の光源から射出された第２の光束を第２の観察者の方向のみに射出する第２の導光板と、を具備する。
また、第２の発明は、第１の発明に係る映像表示装置において、前記第１の導光板は、前記透過型表示素子と前記第２の導光板との間に配置され、前記第２の導光板から射出された第２の光束は、前記第１の導光板を透過する。
また、第３の発明は、第２の発明に係る映像表示装置において、前記第１の導光板の、前記透過型表示素子に対向する面と、前記第２の導光板に対向する面には、前記第２の導光板から射出され、前記第１の導光板を透過する前記第２の光束に対して光学的に平坦な部位が設けられている。
また、第４の発明は、第１の発明に係る映像表示装置において、前記第１の導光板の後面には、前記第１の光源からの入射光を全反射させて前記第１の導光板の前記第１の光源とは反対側の端面に伝えるための平面部と、前記第１の光源からの入射光を全反射させて前記第１の導光板の前面での全反射条件を満たさなくし、前記第１の観察者方向に射出させるための斜面部とが、複数設けられている。
また、第５の発明は、第１の発明に係る映像表示装置において、前記第１の導光板の前面には、前記第１の光源からの入射光を全反射させて前記第１の導光板の前記第１の光源とは反対側の端面に伝えるための平面部と、前記第１の光源からの入射光を透過させて、前記第１の観察者方向に射出させるための射出面とが、複数設けられている。
また、第６の発明は、第４の発明に係る映像表示装置において、前記斜面部と前記平面部とのなす角θは、前記第１の導光板の屈折率をｎとするとき、ｎ・ｃｏｓ２θ＜１（θ＜４５度）の条件を満たす。
また、第７の発明は、第５の発明に係る映像表示装置において、前記第１の導光板の前面には、矩形の溝が複数設けられている。
また、第８の発明は、第７の発明に係る映像表示装置において、前記矩形の溝の深さは、前記第１の光源から遠ざかるほど大きくなる。
また、第９の発明は、第１の発明に係る映像表示装置において、前記第２の導光板は、前記第１の導光板と異なる形状または異なる周期構造をもつ表面形状である。
また、第１０の発明は、第１の発明に係る映像表示装置において、前記第２の導光板は、前記第１の導光板と同一形状であり、前記第１の導光板と、前記第２の導光板とは、互いに左右を入れ替えて配置されている。
また、第１１の発明は、第１０の発明に係る映像表示装置において、前記第１の光源と、前記第２の光源とは、観察者側から見て左右の異なる端面位置に配置されている。
また、第１２の発明は、第１の発明に係る映像表示装置において、前記第１の光源と前記第２の光源とは、それぞれ異なる時間に周期的に発光し、各光源の発光の周波数は２４Ｈｚ以上である。
また、第１３の発明は、第１の発明に係る映像表示装置において、前記第２の導光板の後方には光を吸収する部材が配置されている。
また、第１４の発明は、第１の発明に係る映像表示装置において、前記透過型表示素子のラスタ走査方向に沿って、前記第１の導光板及び前記第２の導光板に隣接して複数の発光素子が配置され、各発光素子は個々に発光制御される。
また、第１５の発明は、第１４の発明に係る映像表示装置において、前記各発光素子は、前記透過型表示素子のラスタ走査に同期して、周期的に発光する。
また、第１６の発明は、第１４の発明に係る映像表示装置において、前記第１導光板および前記第２導光板は、前記複数の発光素子の各々に対応して複数の導光部に分割されている。
また、第１７の発明は、複数の観察者のそれぞれに対応する映像を表示可能な一つの表示画面を有する、車内に設置される車載用映像表示装置であって、時分割で少なくとも２つの異なる方向にそれぞれ第１の光束及び第２の光束を射出する照明手段と、前記照明手段から射出された前記第１の光束を照明光とする第１の映像と、前記第２の光束を照明光とする第２の映像とを時分割で表示可能な透過型表示素子と、を具備し、前記照明手段は、前記第１の光束を射出する第１の光源と、前記第２の光束を射出する第２の光源と、前記第１の光源から射出された第１の光束を運転席側の観察者の方向のみに射出する第１の導光板と、前記第２の光源から射出された第２の光束を助手席側の観察者の方向のみに射出する第２の導光板と、を具備する。
本発明によれば、低コストで、クロストークが少なくかつ照明ムラの少ない高画質の映像が得られる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の映像表示装置の一使用例を説明するための図である。１つの表示画面１０の右前方には表示画面１０を左側から観察する第１観察者１２−１が位置し、表示画面１０の左前方には表示画面１０を右側から観察する第２観察者１２−２が位置している。それぞれ第１観察者１２−１は第１映像観察範囲１１−１内に位置しているので第１映像を、第２観察者１２−２は第２映像観察範囲１１−２内に位置しているので第２映像を、両者が同時に観察することができる。
図２は、本発明に係る映像表示装置の基本構成を示す図であり、観察者の位置から順に、透過型表示素子２４、光拡散素子２３、第１導光板２１、第２導光板２２が配置されている。このように本実施形態では、第１導光板２１と第２導光板２２とを二重に重ねた構成となっている。また、第１導光板２１の一端に隣接して第１光源２０が配置され、第２導光板２２の、前記一端と反対側の端部に隣接して第２光源２５が配置されている。すなわち、第１光源２０と第２光源２５とは、第１導光板２１と第２導光板２２とで左右異なる位置に配置されている。
光拡散素子２３は、照明ムラなどを軽減するために第１導光板２１と透過型表示素子２４の間に配置される。ここでは水平方向に２つの指向性となるように映像を分離しているため、水平方向への拡散が強すぎると、２つの映像が混ざってしまい２重の映像として見えてしまう恐れがある。よって、ここでは垂直方向の拡散よりも水平方向の拡散を抑えた光拡散素子を用いるのが好ましい。
また、第１導光板２１、第２導光板２２は、透明な部材に特別な溝や傾斜、突起を設けた構成となっており、側面から入射した光を指向性をもったある方向のみに射出するようにしている。第１光源２０，第２光源２５は、第１導光板２１、第２導光板２２の片方向から照明されればなんでもよく、冷陰極管のような柱状光源でもよいし、ＬＥＤなどの光源を並べて使用してもよい。
図３は、本発明に係る映像表示装置の照明手段の水平断面図である。第１導光板２１と第２導光板２２とは重ねて配置されている。第１導光板２１の一端（図では左端）に隣接して第１光源２０が配置され、第２導光板２２の、第１導光板２１の一端（左端）と反対側の端部（図では右端）に隣接して第２光源２５が配置されている。このように本実施形態では、第１光源２０と第２光源２５を配置する位置を、第１導光板２１と第２導光板２２とで異ならせている。
以下では、観察者の位置に近づく方向（図では上方向）を前方と考えることにする。第１光源２０から第１導光板２１に入射した光は、第１導光板２１内を全反射しながら伝わっていくが、第１導光板２１の表面またはその一部に特殊な表面処理を施すか、あるいは当該表面を特殊な形状とすることで、第１導光板２１から射出される光が第１映像照明２６として第１観察者方向のみに照明されるようにすることができる。一方、第２光源２５から第２導光板２２に入射した光は、第２導光板２２内を全反射しながら伝わっていくが、第２導光板２２の表面またはその一部に特殊な表面処理を施すか、あるいは当該表面を特殊な形状とすることで、第２導光板２２から射出される光が第２映像照明２７として第２観察者方向のみに照明されるようにすることができる。第１導光板２１と第２導光板２２の配置上の前後関係は任意である。
図４は、本発明の第１実施形態に係る照明手段の具体的な断面構造を示す模式図である。ここでも図３の構成と同様に、第１導光板１２１と第２導光板１２２とは重ねて配置されるとともに、第１光源２０と第２光源２５を配置する位置を、第１導光板１２１と第２導光板１２２とで異ならせている。
さらに各導光板１２１，１２２の後面には、複数の斜面部１２１−１〜１２１−３が所定の間隔でスジ状に延在しており、階段状部分を形成している。第１導光板１２１と第２導光板１２２とは同一形状であるが、左右の向きが異なっている。第２導光板１２２の後方には外光や不要光を吸収するための光吸収部材２８が配置されている。
第１光源２０から射出された光は第１導光板１２１に入射し、その前面および後面で全反射を繰り返しながら進んでいくが、斜面部１２１−１〜１２１−３で全反射した光は、第１導光板１２１の水平面で全反射した光よりも急角度で前方に反射されるため、第１導光板１２１の前面では全反射条件が成立しない。したがって、光は第１映像照明２６として第１観察方向に照明される。
一方、第２光源２５から射出された光は第２導光板１２２に入射し、その前面および後面で全反射を繰り返しながら進んでいくが、斜面部１２２−１〜１２２−３で全反射した光は、第２導光板１２２の水平面で全反射した光よりも急角度で前方に反射されるため、第１導光板１２１の前面では全反射条件が成立しない。したがって、光は第２映像照明２７として第２観察方向へ照明される。
第２光源２５に由来する第２映像照明２７は、途中第１導光板１２１を通過するが、斜面部１２１−１〜１２１−３以外のほとんどの部分において、平行平面板を通過するときと同じ効果をもつため、最終的な射出角度は変化しない、また、第２映像照明２７が第１導光板１２１の斜面部１２１−１〜１２１−３に入射した場合の角度の変化は、第２観察位置のより外側へ向かう方向、つまり、第１観察方向とは逆方向へ変化するため、クロストークなどに影響することはない。
図中では模式的に描かれているため、斜面の数が片側３本しか描かれていないが、実際には所定のピッチで４本以上配置される。
図５は、図４で説明した導光板の斜面部を拡大して示す図である。以下に、斜面部の適切な角度θを導くための条件を導く。水平に入射してくる光を基準とすると、図５は第１観察方向へ照明する導光板となっているから、第１観察領域と第２観察領域の境界である、図中の垂直に射出する光線３０がクロストークのない境界となる。そのときの斜面部３１の角度θは４５度である。
また、斜面部３１で反射した光線が導光板の前面で全反射条件を満たしてしまうと、光線は導光板から射出できないので、屈折率をｎとして、全反射してしまう限界の斜面部３１の角度条件を求めると、
ｎ・ｓｉｎ（９０−２θ）＜１、つまり、ｎ・ｃｏｓ２θ＜１
ちなみに、ｎ＝１．５とするとθ＝２４．１となり、約２４度となる。
以上より、クロストークがなく、かつ効率良く第１観察方向と第２観察方向とを照明するためには、斜面部３１の角度θの条件は、
θ＜４５度 、 ｎ・ｃｏｓ２θ＜１
を満たさなければならないことがわかる。
図６は、本発明の構成を用いた場合の視野角について説明するための図である。図６は、観察位置の違いによってどのような映像が観察されるかを示している。観察領域は、中央領域３５を境にして第１（Ｌ側）観察者領域３６と第２（Ｒ側）観察者領域３７に分離されている。図２２との比較により明らかなように、中央領域３５よりも第１観察者領域３６の全領域において第２観察者用映像のクロストークは存在せず、さらに中央領域３５よりも第２観察者領域３７側の全領域においても第１観察者用映像のクロストークは存在しない。
図７は、図４で説明した構成の変形例を示す図である。この構成では、第１導光板１２１の斜面部１２１−１〜１２１−３の角度を第１光源２０から遠ざかるに従って大きくしたことを特徴とする。同様にして、第２導光板１２２の斜面部１２２−１〜１２２−３の角度は、第２光源２５から遠ざかるに従って大きくなっている。
図８は、本発明の第２実施形態に係る照明手段の具体的な断面構造を示す模式図である。ここでも図３の構成と同様に、第１導光板２２１と第２導光板２２２とは重ねて配置されるとともに、第１光源２０と第２光源２５を配置する位置を、第１導光板２２１と第２導光板２２２とで異ならせている。さらに各導光板２２１，２２２の前面には複数の溝２２１−１〜２２１−３及び２２２−１〜２２２−３がそれぞれ設けられている。
第１光源２０から射出された光は第１導光板２２１の端面から第１導光板２２１内部へ入射する。第１導光板２１の前面、後面では全反射条件が満たされているため、入射した光は全反射を繰り返しながら、第１光源２０と反対側の端面側へ進行する。第１導光板２２１の前面には複数の溝２２１−１〜２２１−３及び２２２−１〜２２２−３が設けられているため、第１導光板２１の前面、後面に対して、略垂直の面に入射した光は全反射条件を満たさず、第１導光板２２１の外部に射出される。第１導光板２２１では、光は溝部１２１−１〜１２１−３の第１光源２０側の垂直面にしか入射しないため、射出される光は第２観察方向に行くことはなく、第１観察方向のみを照明する指向性をもった照明光となる。
第２光源２５から出射された光が第２導光板２２２に入射したときの作用も上記したとおりであるが、第２導光板２２２は第１導光板２２１と左右対称に配置されているため、第２観察方向のみを照明することになる。このとき、第２導光板２２２から射出された光は第１導光板２２１を通過することとなるが、第１導光板２２１の後面から入射した光は平行平面板を透過した場合と同様の作用があり、第１導光板２２１を透過した光であっても第２観察方向を照明することとなる。
図９は、本発明の第３実施形態に係る照明手段の具体的な断面構造を示す模式図である。ここでも図３の構成と同様に、第１導光板１２１と第２導光板１２２とは重ねて配置されている。図示しないが、各導光板３２１，３２２の前面には図８で説明したような複数の溝がそれぞれ設けられているものとする。
まず、第１導光板３２１に関する構成について説明する。第１導光板３２１は、第１光源２０からの光が入射する端面３２１−１と、光が射出する溝部の端面とに注目すると、どちらも平行であり、平行平面板を通過した場合と同様の作用をもつ。つまり入射角度と射出角度が一致するため、照明光学系４０の光軸についても、射出角度に合わせて第１導光板３２１の端面３２１−１に対して所定の角度をもたせることで、光をより効率よく所望の位置に射出することができる。
また、第１光源２０とは反対側の端面３２１−２が水平面に対して垂直になっていると、当該端面３２１−２までたどり着いた光が反射して戻り光として作用し、クロストークの原因となることがある。したがってここでは図のように端面３２１−２を楔形状にして、その表面を光吸収部材４１で覆うことで、クロストークを軽減することができる。
第２導光板３２２に関する構成についても、同様にして、照明光学系４３の光軸を射出角度に合わせて第２導光板３２２の端面３２２−２に対して所定の角度をもたせるとともに、端面３２２−１を楔形状にして、その表面を光吸収部材４２で覆う。
図１０は、本発明の第４実施形態に係る照明手段の具体的な断面構造を示す模式図である。第３実施形態では照明光学系全体を第１導光板の端面に対して傾けたが、第４実施形態では、導光板４２１の入射側の端面４２１−１を細かいプリズム形状とすることで、光源２０から導光板４２１に入射した光線４４は前面側へ角度を変え、それにより溝４２１−２端面から射出される際に適正な角度で射出することができる。導光板４２１に対して垂直方向から３０°方向に射出したいとすると、プリズムの頂角は１０°〜２０°位が望ましい。ここでの照明光学系４０とはコリメータレンズあるいは光線４４を集光するようなプリズムシート、回折素子ならなんでもよい。
図１１は、図１０で説明した構成の変形例を示す図である。この構成では、第１導光板２２１の複数の溝２２１−１〜２２１−３と、第２導光板２２２の複数の溝２２２−１〜２２２−３の一方の壁を垂直ではなく傾斜させたことを特徴とする。
以上、各実施形態ごとに第１導光板と第２導光板について説明したが、第１導光板と第２導光板とを配置するにあたって異なる実施形態の導光板を用いても良い。図１２は、本発明の第５実施形態として、図４を参照して説明した第１導光板１２１と、図７を参照して説明した第２導光板２２２とで異なる構造のものを組み合わせた例である。第１導光板１２１は第２導光板２２２からの射出光を透過する構造でなければならないが、第２導光板２２２は第１導光板１２１と同一である必要はなく、指向性をもった照明が得られる導光板ならばなんでも利用できる。
図１３は、図１２で説明した構成の変形例を示す図である。この構成では、第１導光板１２１の斜面部１２１−１〜１２１−３の角度を第１光源２０から遠ざかるに従って大きくしたことを特徴とする。同様にして、第２導光板２２２の斜面部２２２−１〜２２２−３の角度が第２光源２５から遠ざかるに従って大きくなるようにしている。
図１４は、本発明の映像表示装置を車載モニター２００として車内に搭載した場合の例を示している。第１観察者２０１の位置に助手席、第２観察者２０２の位置に運転席が位置するように設定することで第１映像の観察範囲２０３と第２映像の観察範囲２０５とが定まり、助手席への搭乗者と運転手とでそれぞれに対応した映像を観察することができる。例えば、運転手にはカーナビゲーションの映像やドライビング補助映像を提供しながら、同時に助手席の搭乗者にはＴＶ映像やＤＶＤ映像、ゲーム、各種情報検索など様々な映像を提供することができる。これにより、運転中の視聴が規制されているようなＴＶや映画などの映像でも、助手席にのみ提供することで、助手席の搭乗者は車が移動中であってもＴＶや映画などの映像を視聴することができる。
図１５（Ａ）、（Ｂ）は、透過型表示素子として液晶表示素子を用いた場合において、「ラスタ走査」と「ホールド特性」を考慮した表示画面の表示制御について説明するための図である。図１５（Ｂ）は、ラスタ走査により透過型表示素子２４に表示される第１の映像と第２の映像が時間の経過（Ｔ１〜Ｔ４）に従ってどのように変化するかを示している。３００−１は第１の映像表示領域、３００−２は第２の映像表示領域、３００−３は第１の映像と第２の映像とが混在する境界部である。
液晶表示素子を用いた場合にはＣＲＴディスプレイとは異なり、そのホールド特性を考慮しなければならない。すなわち、ある画素に注目すると、第１の映像表示領域３００−１に第１の映像が表示されてから次に第２の映像表示領域３００−２に第２の映像が表示されるまでの間ずっと第１の映像が表示し続けることとなる。通常の映像表示であれば、１つの画面で１つの映像しか表示しないために、第２の映像は第１の映像の１コマ後の映像、つまり毎秒６０コマであれば、１/６０秒後の映像が表示されることとなる。その場合、バックライトが常時点灯していても映像を観察する上で問題は少ない。
しかし、本発明のように、観察者の見る方向に応じて１つの画面に表示される映像を時分割で切り換えて見る場合においては、第１の映像を表示しているときには第１の映像照明を、第２の映像を表示しているときには第２の映像照明を必要とするが、第２の映像を表示しているときに第１映像照明で照明してしまったり、さらには、第１の映像と第２の映像の違いが大きいことから、液晶の応答の速度からくる次の映像への移行期間（図１５（Ｂ）の境界部３００−３）が発生し、その部分を照明してしまうことでクロストークの原因となってしまう。
そこで本発明では、図１５（Ａ）に示すように、透過型表示素子のラスタ走査に同期して、第１の映像を照明する第１の映像照明領域３０１−１と、第２の映像を照明する第２の映像照明領域３０１−２とを切り換えることが必要である。さらに、第１の映像照明領域３０１−１と第２の映像照明領域３０１−２の境界部にあたる部分では両方の照明を消灯するほうが望ましい（消灯領域３０１−３）。
図１６（Ａ），（Ｂ）は、第１の映像照明領域３０１−１と、第２の映像照明領域３０１−２とを消灯領域３０１−３で切り換える様子を模式的に示す図である。第１の映像照明領域３０１−１と、第２の映像照明領域３０１−２とで指向性が異なることが示されている。また、消灯領域３０１−３を含む画面全体がラスタ走査に同期して時間の経過にしたがってシフトしていく様子を示している。
なお、前記した各実施形態では、第１及び第２の光源が導光板の寸法に対応する長さを有する単体であることを前提にしたが、このような構成に限定されることはない。例えば、図１７に示すように複数の点光源５００−１〜５００−５と複数の照明レンズ５１０−１〜５１０−５とを第１導光板５２１の長さ全体に渡って所定の間隔で配置してそれぞれ第１光源群５００、第１照明レンズ群５１０とした構成であってもよい。同様にして、複数の点光源５０１−１〜５０１−５と複数の照明レンズ５１１−１〜５１１−５とを第２導光板５２２の長さ全体に渡って所定の間隔で配置してそれぞれ第２光源群５０１、第２照明レンズ群５１１を構成する。この場合、例えば第１光源群５００から出射した光線は第１照明レンズ群５１０により照明光５２３となって第１導光板５２１内を伝播する。
図１８は、図１７に示す構成の変形例を示す図である。この変形例では、第１導光板５２１を複数の導光板５２１−１〜５２１−５に切断して貼り合せた構成とし、各導光板５２１−１〜５２１−５の長さに対応する長さの光源５０２−１〜５０２−５を複数隣接させて配置したことを特徴とする。貼り合わせた部分は各光源５０２−１〜５０２−５からの光線を全反射するためにミラーコーティングするか、あるいはミラーを配置することで光線が反射するように構成する。また、各導光板５２１−１〜５２１−５に入射した光が他の導光板５２１−１〜５２１−５に入射しないようにする。このような構成において、各導光板５２１−１〜５２１−５に対応した各光源５０２−１〜５０２−５を順次切り換えて発光することにより、図１６に示すような駆動が実現できる。なお、図では第１導光板、第２導光板とも５つに分割した例を示しているが、分割する数は何分割でもよく、細かく分割した方がよりラスタ走査に対応できるためクロストークを少なくすることができる。
（付記１）
上記した具体的な実施形態から以下のような構成の発明を抽出することができる。
１． 複数の観察者のそれぞれに対応する映像を表示可能な一つの表示画面を有する映像表示装置であって、
時分割で少なくとも２つの異なる方向にそれぞれ第１の光束及び第２の光束を射出する照明手段と、
前記照明手段から射出された前記第１の光束を照明光とする第１の映像と、前記第２の光束を照明光とする第２の映像とを時分割で表示可能な透過型表示素子と、
を具備し、
前記照明手段は、
前記第１の光束を射出する第１の光源と、
前記第２の光束を射出する第２の光源と、
前記第１の光源から射出された第１の光束を第１の観察者の方向のみに射出する第１の導光板と、
前記第２の光源から射出された第２の光束を第２の観察者の方向のみに射出する第２の導光板と、
を具備することを特徴とする映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
１の構成は、例えば図２、図３に対応する。
（効果） １つの導光板で１方向の指向性をもつ照明光を作り、それを２枚重ねることで、２方向に時分割駆動が可能な照明装置が実現でき、それぞれの方向でのクロストークも少なくすることができる。
２． 前記第１の導光板は、前記透過型表示素子と前記第２の導光板との間に配置され、前記第２の導光板から射出された第２の光束は、前記第１の導光板を透過することを特徴とする１に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
２の構成は、例えば図２、図３に対応する。
（効果） 第２の導光板から射出される第２の光束が第１の導光板を透過できることにより、２枚の導光板を重ねて使用することができる。これにより、それぞれの導光板において照明ムラを取ることが可能であり、画質向上の効果がある。
３． 前記第１の導光板の、前記透過型表示素子に対向する面と、前記第２の導光板に対向する面には、前記第１の導光板を透過する前記第２の光束に対して光学的に平坦な部位が設けられていることを特徴とする２に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
３の構成は、例えば図４、図８に対応する。
（効果）
第２の導光板から射出される第２の光束が第１の導光板を透過できるとともに、光学的に平坦な部位を有することから、それぞれの導光板の指向性を保ちながら２枚の導光板を重ねて使用することができる。これにより、それぞれの導光板において照明ムラを取ることが可能であるとともに、クロストークへの影響も軽減でき、画質向上の効果がある。
４． 前記第１の導光板の後面には、
前記第１の光源からの入射光を全反射させて前記第１の導光板の前記第１の光源とは反対側の端面に伝えるための平面部と、
前記第１の光源からの入射光を全反射させて前記第１の導光板の前面での全反射条件を満たさなくし、前記第１の観察者方向に射出させるための斜面部とが、
複数設けられていることを特徴とする１に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
４の構成は、例えば図４、図５に対応する。
（効果）
第１の導光板の後面に設けられた平面部での全反射作用により、光源からの光を導光板の端面まで伝えることが出来、また、複数配置されている斜面部での全反射作用により、光は導光板の前面から適切な角度で射出される。
５． 前記第１の導光板の前面には、
前記第１の光源からの入射光を全反射させて前記第１の導光板の前記第１の光源とは反対側の端面に伝えるための平面部と、
前記第１の光源からの入射光を透過させて、前記第１の観察者方向に射出させるための射出面とが、
複数設けられていることを特徴とする１に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
５の構成は、例えば図８に対応する。
（効果）
導光板内において射出面に入射できる光は、第１の光源がある方向からの光のみなので、射出面からの射出光は特定方向のみへ射出する指向性を持った光であり、クロストークの軽減となる。
６． 前記斜面部と前記平面部とのなす角θは、前記第１の導光板の屈折率をｎとするとき、
ｎ・ｃｏｓ２θ＜１（θ＜４５度）
の条件を満たすことを特徴とする４に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
６の構成は、例えば図５に対応する。
（効果）
適切な角度で導光板から射出するためには斜面部が適切な角度でなければならず、例えば、θが４５度以上であると第１観察方向に射出したい照明光が第２観察方向にまで照明されクロストークの原因となり、また、ｎ・ｃｏｓ２θ＞１であると、斜面部で全反射された光であっても、導光板の前面で全反射されてしまい、導光板から抜け出すことができない。よって、θ＜４５度 、ｎ・ｃｏｓ２θ＜１とすることで、クロストークが少なく、光利用効率の高い導光板が得られる。
７． 前記第１の導光板の前面には、
矩形の溝が複数設けられていることを特徴とする５に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
７の構成は、例えば図８、図９に対応する。
（効果）
導光板に設けた溝の作用によって、導光板の端面の一方から光を入射させることにより、ある方向に偏った指向性をもった照明として射出される。
８． 前記矩形の溝の深さは、前記第１の光源から遠ざかるほど大きくなることを特徴とする７に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
８の構成は、例えば図８、図９に対応する。
（効果）
光源からの光が、導光板内の光源に近い方の溝から順に光が取り出されていくため、光源に近い側の溝と遠い側の溝が同じ大きさであれば、近い側の方が明るく、遠い側の方が暗く見えてしまう。そのため、光源から遠ざかるほど溝を大きくすることで、全体的に均一な照明を得ることができる。
９． 前記第２の導光板は、前記第１の導光板と異なる形状または異なる周期構造をもつ表面形状であることを特徴とする１に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
９の構成は、例えば図１２に対応する。
（効果）
重ね合わせている導光板のうち下側となる第２の導光板は必ずしも裏面からの入射光を透過させる構造でなくてもよいことから、第２の観察者方向のみを照明するもっとも確実で低コストなバックライト方式を利用すればよい。また、同一形状のものであると、場合によりモアレ縞等の影響が発生するが、第１導光板と第２導光板とで形状または周期構造を変えることで軽減することもできる。
１０． 前記第２の導光板は、前記第１の導光板と同一形状であり、前記第１の導光板と、前記第２の導光板とは、互いに左右を入れ替えて配置されていることを特徴とする１に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
１０の構成は、例えば図４、図８に対応する。
（効果）
指向性の異なる２つの導光板を組み合わせた構成であるが、第２導光板は第１導光板を左右ひっくり返すことにより、同一形状で利用することが可能である。このため新たにもう１種類の導光板を用意しなくてもよくコスト削減の効果がある。
１１． 前記第１の光源と、前記第２の光源とは、観察者側から見て左右の異なる端面位置に配置されていることを特徴とする１０に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
１１の構成は、例えば図３、図４、図８に対応する。
（効果）
それぞれの導光板で左右異なる位置に光源を配置することで、より容易に指向性のことなる２方向の照明を実現することができる。さらに、導光板ごと左右の向きを変えるだけであるため、上下の導光板で共通構造の部材を利用することができる。
１２． 前記第１の光源と前記第２の光源とは、それぞれ異なる時間に周期的に発光し、各光源の発光の周波数は２４Ｈｚ以上であることを特徴とする１に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
１２の構成は、例えば図３に対応する。
（効果）
各光源において同時に両方点灯する期間をなくすことで、クロストークが軽減される。また、光源を２４Ｈｚ以上で駆動させることによりフリッカによる見づらさへの影響を軽減することができる。
１３． 前記第２の導光板の後面には光を吸収する部材が配置されていることを特徴とする１に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
１３の構成は、例えば図４に対応する。
（効果）
通常の拡散型の照明光と違い、照明に指向性を持たせることを特徴としているため、導光板から正面方向とは反対側の裏面に抜ける光が生じた場合に導光板の背後の面が反射部材であると、それがさらに観察側に射出されてしまうためクロストークの原因となる。そこで、裏側方向に生じた光を吸収する部材を用いることで、よりクロストークを軽減することができる。
さらに、表示画面に日光などの外光が入射し、導光板の裏側で反射した光は不要光となりクロストークの原因となることからも、第２導光板の下に光吸収部材を配置することで、外光によるクロストークも軽減することができる。
１４．前記透過型表示素子のラスタ走査方向に沿って、前記第１の導光板及び前記第２の導光板に隣接して複数の発光素子が配置され、各発光素子は個々に発光制御される１に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
１４の構成は、例えば図１７、図１８に対応する。
（効果）
発光素子が透過型表示素子のラスタ走査方向に沿って複数配置されているのでラスタ走査に同期した照明が可能であり、クロストークが少なく、かつ発光時間を長く保てるため、輝度向上の効果が得られる。
１５． 前記各発光素子は、前記透過型表示素子のラスタ走査に同期して、周期的に発光することを特徴とする１４に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
１５の構成は、例えば図１７、図１８に対応する。
（効果）
ラスタ走査に同期した照明が可能であり、クロストークが少なく、かつ発光時間を長く保てるため、輝度向上の効果が得られる。
１６．前記第１導光板および前記第２導光板は、前記複数の発光素子の各々に対応して複数の導光部に分割されていることを特徴とする１４に記載の映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
１６の構成は、例えば図１８に対応する。
（効果）
複数の発光素子のうち１つの発光素子の発光が他の発光素子に漏れることによりクロストークの原因となることを防ぐために、導光板を各発光素子ごとに分割する。これにより、クロストークを軽減することができる。
１７． 複数の観察者のそれぞれに対応する映像を表示可能な一つの表示画面を有する、車内に設置される車載用映像表示装置であって、
時分割で少なくとも２つの異なる方向にそれぞれ第１の光束及び第２の光束を射出する照明手段と、
前記照明手段から射出された前記第１の光束を照明光とする第１の映像と、前記第２の光束を照明光とする第２の映像とを時分割で表示可能な透過型表示素子と、
を具備し、
前記照明手段は、
前記第１の光束を射出する第１の光源と、
前記第２の光束を射出する第２の光源と、
前記第１の光源から射出された第１の光束を運転席側の観察者の方向のみに射出する第１の導光板と、
前記第２の光源から射出された第２の光束を助手席側の観察者の方向のみに射出する第２の導光板と、
を具備することを特徴とする車載用映像表示装置。
（対応する実施形態の図）
１７の構成は、例えば１４に対応する。
（効果）
上記の構成１と同等の効果が得られる。
本発明の映像表示装置の一使用例を説明するための図である。 本発明に係る映像表示装置の基本構成を示す図である。 本発明に係る映像表示装置の照明手段の水平断面図である。 本発明の第１実施形態に係る照明手段の具体的な断面構造を示す模式図である。 導光板の斜面部分を拡大して示す図である。 本発明の構成を用いた場合の視野角について説明するための図である。 図４で説明した構成の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る照明手段の具体的な断面構造を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る照明手段の具体的な断面構造を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る照明手段の具体的な断面構造を示す模式図である。 図１０で説明した構成の変形例を示す図である。 本発明の第５実施形態として、図４を参照して説明した第１導光板１２１と、図７を参照して説明した第２導光板２２２とで異なる構造のものを組み合わせた例を示す図である。 図１２で説明した構成の変形例を示す図である。 本発明の映像表示装置を車載モニター２００として搭載した場合の例を示す図である。 透過型表示素子２４として液晶表示素子を用いた場合において、「ラスタ走査」と「ホールド特性」を考慮した表示画面の表示制御について説明するための図である。 １の映像照明領域３０１−１と、第２の映像照明領域３０１−２とを消灯領域３０１−３で切り換える様子を模式的に示す図である。 照明手段の変形例（その１）を示す図である。 照明手段の変形例（その２）を示す図である。 従来の映像表示装置の一構成例を示す図である。 従来の映像表示装置の他の構成例を示す図である。 図１９（Ａ）の観察位置よりさらに外側から観察したときの様子を示す図である。 従来の構成において観察位置の違いによってどのような映像が見えるかを示す図である。
符号の説明
２０…第１光源、２１…第１導光板、２２…第２導光板、２３…光拡散素子、２４…透過型表示素子、２５…第２光源、２６…第１映像照明、２７…第２映像照明、２８…光吸収部材。

Claims (17)

  1. 複数の観察者のそれぞれに対応する映像を表示可能な一つの表示画面を有する映像表示装置であって、
    時分割で少なくとも２つの異なる方向にそれぞれ第１の光束及び第２の光束を射出する照明手段と、
    前記照明手段から射出された前記第１の光束を照明光とする第１の映像と、前記第２の光束を照明光とする第２の映像とを時分割で表示可能な透過型表示素子と、
    を具備し、
    前記照明手段は、
    前記第１の光束を射出する第１の光源と、
    前記第２の光束を射出する第２の光源と、
    前記第１の光源から射出された第１の光束を第１の観察者の方向のみに射出する第１の導光板と、
    前記第２の光源から射出された第２の光束を第２の観察者の方向のみに射出する第２の導光板と、
    を具備することを特徴とする映像表示装置。
  2. 前記第１の導光板は、前記透過型表示素子と前記第２の導光板との間に配置され、前記第２の導光板から射出された第２の光束は、前記第１の導光板を透過することを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
  3. 前記第１の導光板の、前記透過型表示素子に対向する面と、前記第２の導光板に対向する面には、前記第２の導光板から射出され、前記第１の導光板を透過する前記第２の光束に対して光学的に平坦な部位が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
  4. 前記第１の導光板の後面には、
    前記第１の光源からの入射光を全反射させて前記第１の導光板の前記第１の光源とは反対側の端面に伝えるための平面部と、
    前記第１の光源からの入射光を全反射させて前記第１の導光板の前面での全反射条件を満たさなくし、前記第１の観察者方向に射出させるための斜面部とが、
    複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
  5. 前記第１の導光板の前面には、
    前記第１の光源からの入射光を全反射させて前記第１の導光板の前記第１の光源とは反対側の端面に伝えるための平面部と、
    前記第１の光源からの入射光を透過させて、前記第１の観察者方向に射出させるための射出面とが、
    複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
  6. 前記斜面部と前記平面部とのなす角θは、前記第１の導光板の屈折率をｎとするとき、
    ｎ・ｃｏｓ２θ＜１（θ＜４５度）
    の条件を満たすことを特徴とする請求項４に記載の映像表示装置。
  7. 前記第１の導光板の前面には、
    矩形の溝が複数設けられていることを特徴とする請求項５に記載の映像表示装置。
  8. 前記矩形の溝の深さは、前記第１の光源から遠ざかるほど大きくなることを特徴とする請求項７に記載の映像表示装置。
  9. 前記第２の導光板は、前記第１の導光板と異なる形状または異なる周期構造をもつ表面形状であることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
  10. 前記第２の導光板は、前記第１の導光板と同一形状であり、前記第１の導光板と、前記第２の導光板とは、互いに左右を入れ替えて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
  11. 前記第１の光源と、前記第２の光源とは、観察者側から見て左右の異なる端面位置に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の映像表示装置。
  12. 前記第１の光源と前記第２の光源とは、それぞれ異なる時間に周期的に発光し、各光源の発光の周波数は２４Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
  13. 前記第２の導光板の後方には光を吸収する部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
  14. 前記透過型表示素子のラスタ走査方向に沿って、前記第１の導光板及び前記第２の導光板に隣接して複数の発光素子が配置され、各発光素子は個々に発光制御されることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
  15. 前記各発光素子は、前記透過型表示素子のラスタ走査に同期して、周期的に発光することを特徴とする請求項１４に記載の映像表示装置。
  16. 前記第１導光板および前記第２導光板は、前記複数の発光素子の各々にに対応して複数の導光部に分割されていることを特徴とする請求項１４に記載の映像表示装置。
  17. 複数の観察者のそれぞれに対応する映像を表示可能な一つの表示画面を有する、車内に設置される車載用映像表示装置であって、
    時分割で少なくとも２つの異なる方向にそれぞれ第１の光束及び第２の光束を射出する照明手段と、
    前記照明手段から射出された前記第１の光束を照明光とする第１の映像と、前記第２の光束を照明光とする第２の映像とを時分割で表示可能な透過型表示素子と、
    を具備し、
    前記照明手段は、
    前記第１の光束を射出する第１の光源と、
    前記第２の光束を射出する第２の光源と、
    前記第１の光源から射出された第１の光束を運転席側の観察者の方向のみに射出する第１の導光板と、
    前記第２の光源から射出された第２の光束を助手席側の観察者の方向のみに射出する第２の導光板と、
    を具備することを特徴とする車載用映像表示装置。
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