JP2006138948A - 画面合成表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置全体を小型化したときにも合成された画面のみが見えるようにすることを目的とする。
【解決手段】 観察窓１１の上部手前に上端部を固定し、この観察窓１１の下部奥に下端部を固定したハーフミラー１０と、このハーフミラー１０の後方に配した一方の画面を表示する第１の液晶表示装置１２Ｌと、このハーフミラー１０の下方に配した他方の画面を表示する第２の液晶表示装置１２Ｒとを有し、この第１の液晶表示装置１２Ｌの画面とこの第２の液晶表示装置１２Ｒの画面とがこのハーフミラー１０で重なるようにした画面合成表示装置において、このハーフミラー１０とこの第２の液晶表示装置１２Ｒとの間に視野角調整フィルム１６を設けたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、人間の両目の視差を利用した立体表示装置等に適用して好適な画面合成表示装置に関する。

先に、本出願人は、人間の両目の視差を利用した立体表示装置の例として図３〜図６に示す如きものを提案した（特願２００４−１１８０７８号）。
この立体表示装置の例につき説明するに、図３において、１０は透過率と反射率とが等しい縦横比が例えば９：１６の四角形のハーフミラーを示し、このハーフミラー１０の上端部を観察窓１１の上部手前に固定すると共に、このハーフミラー１０の下端部をこの観察窓１１の下部奥に固定し、このハーフミラー１０が水平面に対し、前面方向に向かって４５度面を形成する如くする。

このハーフミラー１０の観察窓１１側とは反対側の後方に水平面に対して画面が垂直となる左目用画面を表示する偏光方向が垂直方向の透過型ツイストネマチック液晶パネル構造の液晶表示装置１２Ｌを固定する。この場合、この液晶表示装置１２Ｌの画面の縦横比を９：１６とすると共にこの画面の上側を観察窓１１の上側、この画面の下側をこの観察窓の下側に対応する如くする。

この透過型ツイストネマチック液晶パネル構造の液晶表示装置１２Ｌの構造例を図４Ａに示す。この図４Ａにつき説明するに、図４Ａにおいて３０ａ及び３０ｂは透明なガラス基板を示し、このガラス基板３０ａのガラス基板３０ｂに対向する面にカラーフィルタ３１を設ける。

このカラーフィルタ３１上及びガラス基板３０ｂのカラーフィルタ３１に対向する面にＩＴＯ等の透明電極３２ａ及び３２ｂを設けると共にこの透明電極３２ａ及び３２ｂ上に配向膜３３ａ及び３３ｂを設ける。本例においては、この配向膜３３ａの配向方向を垂直方向とすると共にこの配向膜３３ｂの配向方向を配向膜３３ａの配向方向と９０°異なる水平方向とする。

この配向膜３３ａ及び３３ｂ間にツイストネマチック液晶材料３４を封止する。この場合配向膜３３ａ及び３３ｂ間で図５に示す如く、液晶材料３４の液晶の直線偏光の偏光軸が９０°回転する。３５は封止材である。

またこのガラス基板３０ａ及び３０ｂの夫々の対向しない側の面に偏光板３６ａ及び３６ｂを設ける。この場合本例においては偏光板３６ａの偏光方向を垂直方向とすると共に偏光板３６ｂの偏光方向を水平方向とする。

この偏光板３６ｂのガラス基板３０ｂに接しない側にバックライト３７を設け、このバックライト３７よりの光を液晶材料３４によりスイッチングするようにする。本例においては透明電極３２ａ及び３２ｂ間に電界を掛けないときはバックライト３７よりの光を通過し、電界を掛けたときはこの光を遮断する。この場合、この液晶表示装置１２Ｌは偏光板３６ａ側より観察する。
この液晶表示装置１２Ｌは、一般に市販されている液晶表示装置であり、この市販されている液晶表示装置を本例の液晶表示装置１２Ｌにそのまま使用することができる。

また本例においては、図３に示す如く、このハーフミラー１０の下側に、水平面に対し画面が水平となる右目用画面を表示する偏光方向が水平方向の透過型ツイストネマチック液晶パネル構造の液晶表示装置１２Ｒを固定する。この場合、この液晶表示装置１２Ｒの画面の縦横比を９：１６とすると共に、この画面の上側が観察窓１１の手前側、この画面の下側が観察窓１１の奥側に位置する如くする。

この透過型ツイストネマチック液晶パネル構造の液晶表示装置１２Ｒの構造例を図４Ｂに示す。この図４Ｂにつき説明するに、図４Ａと対応する部分には同一符号を付して示し、その詳細説明は省略する。

この図４Ｂに示す液晶表示装置１２Ｒは、図４Ａに示す液晶表示装置１２Ｌと同一の液晶表示装置を使用すると共に、この図４Ａに示す液晶表示装置１２Ｌのバックライト３７を除去し、バックライト３７ａを表裏反対側の偏光板３６ａのガラス基板３０ａに接しない側に設け、このバックライト３７ａよりの光を液晶材料３４によりスイッチングするようにする。その他は図４Ａと同様に構成する。この場合偏光板３６ａ及び３６ｂの偏光方向は９０°異なっている。この場合、この液晶表示装置１２Ｒは偏光板３６ｂ側より観察するようにする。

この場合、液晶表示装置１２Ｒの映像信号の走査方向は液晶表示装置１２Ｌの映像信号の走査方向と反転したものとなる。

また本例においては観察窓１１における視軸１３が左目用画面を表示する液晶表示装置１２Ｌの画面の中心に垂直になるようにすると共に、右目用画面を表示する液晶表示装置１２Ｒの画面の中心がこの視軸１３とこのハーフミラー１０上で重なるようにする。

また本例においてはこの立体表示装置の筐体の内面を暗色でつや消し塗装する如くする。

次に、図６を参照して、本例の液晶表示装置１２Ｌ及び１２Ｒに供給する映像信号につき説明する。図６Ａにおいて、２０は被写体、２１Ｌ及び２１Ｒは夫々左目及び右目の位置例えば水平に７ｃｍ離して設置されたデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の左目用及び右目用カメラである。

この左目用カメラ２１Ｌで撮像した映像信号を映像増幅回路２２Ｌを介して左目用液晶表示装置１２Ｌに供給し、右目カメラ２１Ｒで撮像した映像信号を映像増幅回路２２Ｒを介して右目用の液晶表示装置１２Ｒに供給する。

また図６Ｂに示す如く、左目用カメラ２１Ｌ及び右目用カメラ２１Ｒで夫々撮像した映像信号をメモリーカード、光学ディスク等の記録媒体２４Ｌ及び２４Ｒに記録し、この記録媒体２４Ｌ及び２４Ｒに記録した映像信号を再生し、この記録媒体２４Ｌより再生した映像信号を映像増幅回路２２Ｌを介して左目用の液晶表示装置１２Ｌに供給し、この記録媒体２４Ｒより再生した映像信号を映像増幅回路２２Ｒを介して右目用の液晶表示装置１２Ｒに供給するようにしても良い。

図３において、１５は観察者が掛ける偏光メガネであり、１５Ｌ及び１５Ｒは左目用及び右目用偏光板であり、左目用偏光板１５Ｌは垂直方向の偏光角度を有し、右目用偏光板１５Ｒは水平方向の偏光角度を有する如くする。

次に本例の動作につき説明する。左目の位置で被写体２０を撮像する左目用カメラ２１Ｌよりの左目用の映像信号を左目用の液晶表示装置１２Ｌに供給し、この左目用の映像信号を左目用液晶表示装置１２Ｌで表示する。

一方右目の位置で被写体２０を撮像した右目用カメラ２１Ｒよりの右目用の映像信号を右目用の液晶表示装置１２Ｒに供給し、この右目用液晶表示装置１２Ｒはその左右が反転した映像を表示する。

この場合、左目用液晶表示装置１２Ｌより映像光は垂直方向の直線偏光であり、ハーフミラー１０を垂直方向偏光の状態で通過し、また右目用液晶表示装置１２Ｒよりの映像光は水平方向直線偏光であるがハーフミラー１０で反射され映像光の左右が反転された水平方向直線偏光となる。

ここで左目用及び右目用偏光板１５Ｌ及び１５Ｒをつけて観察者が観察窓１１を観察したときは、左目用液晶表示装置１２Ｌから到来する垂直直線偏光の映像光は、左目につけた垂直方向偏光板１５Ｌを通過して左目に達し、一方右目用液晶表示装置１２Ｒから到来する水平方向直線偏光の映像光は、右目につけた水平方向偏光板１５Ｒを通過し右目に達することにより、両目の視差で観察者が立体感を体験することができる。

斯る本例によれば、ディスプレイである液晶表示装置１２Ｌ，１２Ｒの前面に特別に偏光板を設けなくとも、左目用及び右目用の液晶表示装置１２Ｌ及び１２Ｒよりの映像光は直線偏光されており、立体画像を得ることができる。

従って本例によれば左目ディスプレイ用及び右目ディスプレイ用偏光板を必要としないので、その分、部品点数を少なくできると共に小型化でき、またこの偏光板を設けないだけ映像光を明るくできる。

本例において左目用及び右目用液晶表示装置１２Ｌ及び１２Ｒの一方の右目用液晶表示装置１２Ｒのバックライト３７ａを表裏反対側の、偏光板３６ｂ側を表示面とし、バックライト３７ａを偏光板３６ａのガラス基板３０ａ側と反対側に設けるようにしたので、走査方向が反転し、走査方向反転回路が不要となる利益がある。

また、本例によれば視軸１３を左目用及び右目用液晶表示装置１２Ｌ及び１２Ｒの画面の中心に合致する如くしたので、目の疲労が少なくなる利益がある。

尚上述例では、液晶表示装置１２Ｌの偏光方向を垂直方向とし、液晶表示装置１２Ｒの偏光方向を水平方向としたが、この逆であっても良いし、この一方の偏光方向が決まれば他方の偏光方向が決まるので、この一方の偏光方向は左４５°、右４５°等何度あってもよい。この場合偏光板３６ａ及び３６ｂは偏光方向が９０°異なっているので上述例同様に構成できる。

然しながら、この立体表示装置を更に小型化するため液晶表示装置１２Ｌの画面の中心からハーフミラー１０の視軸１３の通過点までの距離Ｌ１及び液晶表示装置１２Ｒの画面の中心からハーフミラー１０の視軸１３の通過点までの距離Ｌ２（一般にＬ１＝Ｌ２である。）を小さくしたときには、図７に示す如く観察窓１１の下側の壁が低くなり、この下側の液晶表示装置１２Ｒの光が直接眼に入り、ハーフミラー１０による合成画像と直接画像との２つの画面が見える不都合があった。

本発明は、斯かる点に鑑み、装置全体を小型化したときにも合成された画面のみが見えるようにすることを目的とする。

本発明画面合成表示装置は、観察窓の上部手前に上端部を固定し、この観察窓の下部奥に下端部を固定したハーフミラーと、このハーフミラーの後方に配した一方の画面を表示する第１の液晶表示装置と、このハーフミラーの下方に配した他方の画面を表示する第２の液晶表示装置とを有し、この第１の液晶表示装置の画面とこの第２の液晶表示装置の画面とがこのハーフミラーで重なるようにした画面合成表示装置において、このハーフミラーとこの第２の液晶表示装置との間に視野角調整フィルムを設けたものである。

本発明によれば、ハーフミラーと第２の液晶表示装置との間に視野角調整フィルムを設けたので、第２の液晶表示装置の視野角をハーフミラー方向のみにすることができ、装置全体を小型化したときにも、合成された画面のみを見るようにすることができる。

以下、図１及び図２を参照して本発明画面合成表示装置を実施するための最良の形態の例につき説明する。図１例においては、本発明を人間の両目の視差を利用した立体表示装置に適用した例を示し、この図１において、図３に対応する部分には同一符号を付して示す。

図１例において、１０は透過率と反射率とが等しい縦横比が例えば９：１６の四角形のハーフミラーを示し、このハーフミラー１０の上端部を観察窓１１の上部手前に固定すると共に、このハーフミラー１０の下端部をこの観察窓１１の下部奥に固定し、このハーフミラー１０が水平面に対し、前面方向に向かって４５度面を形成する如くする。

このハーフミラー１０の観察窓１１側とは反対側の後方に水平面に対して画面が垂直となる左目用画面を表示する偏光方向が垂直方向の透過型ツイストネマチック液晶パネル構造の液晶表示装置１２Ｌを固定する。この場合、この液晶表示装置１２Ｌの画面の縦横比を９：１６とすると共にこの画面の上側を観察窓１１の上側、この画面の下側をこの観察窓の下側に対応する如くする。

この透過型ツイストネマチック液晶パネル構造の液晶表示装置１２Ｌの構造例を図４Ａに示す。この図４Ａにつき説明するに、図４Ａにおいて３０ａ及び３０ｂは透明なガラス基板を示し、このガラス基板３０ａのガラス基板３０ｂに対向する面にカラーフィルタ３１を設ける。

このカラーフィルタ３１上及びガラス基板３０ｂのカラーフィルタ３１に対向する面にＩＴＯ等の透明電極３２ａ及び３２ｂを設けると共にこの透明電極３２ａ及び３２ｂ上に配向膜３３ａ及び３３ｂを設ける。本例においては、この配向膜３３ａの配向方向を垂直方向とすると共にこの配向膜３３ｂの配向方向を配向膜３３ａの配向方向と９０°異なる水平方向とする。

この配向膜３３ａ及び３３ｂ間にツイストネマチック液晶材料３４を封止する。この場合配向膜３３ａ及び３３ｂ間で図５に示す如く、液晶材料３４の液晶の直線偏光の偏光軸が９０°回転する。３５は封止材である。

またこのガラス基板３０ａ及び３０ｂの夫々の対向しない側の面に偏光板３６ａ及び３６ｂを設ける。この場合本例においては偏光板３６ａの偏光方向を垂直方向とすると共に偏光板３６ｂの偏光方向を水平方向とする。

この偏光板３６ｂのガラス基板３０ｂに接しない側にバックライト３７を設け、このバックライト３７よりの光を液晶材料３４によりスイッチングするようにする。本例においては透明電極３２ａ及び３２ｂ間に電界を掛けないときはバックライト３７よりの光を通過し、電界を掛けたときはこの光を遮断する。この場合、この液晶表示装置１２Ｌは偏光板３６ａ側より観察する。
この液晶表示装置１２Ｌは、一般に市販されている液晶表示装置であり、この市販されている液晶表示装置を本例の液晶表示装置１２Ｌにそのまま使用することができる。

また本例においては、図１に示す如く、このハーフミラー１０の下側に、水平面に対し画面が水平となる右目用画面を表示する偏光方向が水平方向の透過型ツイストネマチック液晶パネル構造の液晶表示装置１２Ｒを固定する。この場合、この液晶表示装置１２Ｒの画面の縦横比を９：１６とすると共に、この画面の上側が観察窓１１の手前側、この画面の下側が観察窓１１の奥側に位置する如くする。

この透過型ツイストネマチック液晶パネル構造の液晶表示装置１２Ｒの構造例を図４Ｂに示す。この図４Ｂにつき説明するに、図４Ａと対応する部分には同一符号を付して示し、その詳細説明は省略する。

この図４Ｂに示す液晶表示装置１２Ｒは、図４Ａに示す液晶表示装置１２Ｌと同一の液晶表示装置を使用すると共に、この図４Ａに示す液晶表示装置１２Ｌのバックライト３７を除去し、バックライト３７ａを表裏反対側の偏光板３６ａのガラス基板３０ａに接しない側に設け、このバックライト３７ａよりの光を液晶材料３４によりスイッチングするようにする。その他は図４Ａと同様に構成する。この場合偏光板３６ａ及び３６ｂの偏光方向は９０°異なっている。この場合、この液晶表示装置１２Ｒは偏光板３６ｂ側より観察するようにする。

この場合、液晶表示装置１２Ｒの映像信号の走査方向は液晶表示装置１２Ｌの映像信号の走査方向と反転したものとなる。

また本例においては観察窓１１における視軸１３が左目用画面を表示する液晶表示装置１２Ｌの画面の中心に垂直になるようにすると共に、右目用画面を表示する液晶表示装置１２Ｒの画面の中心がこの視軸１３とこのハーフミラー１０上で重なるようにする。

この場合本例においては、図３に比較し、液晶表示装置１２Ｌの画面の中心からハーフミラー１０の視軸１３の通過点までの距離Ｌ１及び液晶表示装置１２Ｒの画面の中心からハーフミラー１０の視軸１３の通過点までの距離Ｌ２を所定値小さくし、装置全体の小型化を図る。

本例においては、図１に示す如く液晶表示装置１２Ｒの表示面に視野角調整フィルム１６を被着する。この視野角調整フィルム１６としては、例えば図２に示す如くポリカーボネートより成る表面基材１６ａ及び１６ｂ間に微細な複数のルーバー１６ｃを配したものである。この視野角調整フィルム１６としては、住友スリーエム株式会社製のライトコントロールフィルム（商品名）等が使用できる。

この視野角調整フィルム１６としては、視野角が例えば法線に対し前後３０°の６０°とし、その厚さが例えば０．８ｍｍのものを使用し、視野角調整フィルム１６のルーバー１６ｃが観察窓１１に平行となるように被着する。

また本例においてはこの立体表示装置の筐体の内面を暗色でつや消し塗装する如くする。

次に、図６を参照して、本例の液晶表示装置１２Ｌ及び１２Ｒに供給する映像信号につき説明する。図６Ａにおいて、２０は被写体、２１Ｌ及び２１Ｒは夫々左目及び右目の位置例えば水平に７ｃｍ離して設置されたデジタルスチルカメラ、ビデオカメラ等の左目用及び右目用カメラである。

この左目用カメラ２１Ｌで撮像した映像信号を映像増幅回路２２Ｌを介して左目用液晶表示装置１２Ｌに供給し、右目カメラ２１Ｒで撮像した映像信号を映像増幅回路２２Ｒを介して右目用の液晶表示装置１２Ｒに供給する。

また図６Ｂに示す如く、左目用カメラ２１Ｌ及び右目用カメラ２１Ｒで夫々撮像した映像信号をメモリーカード、光学ディスク等の記録媒体２４Ｌ及び２４Ｒに記録し、この記録媒体２４Ｌ及び２４Ｒに記録した映像信号を再生し、この記録媒体２４Ｌより再生した映像信号を映像増幅回路２２Ｌを介して左目用の液晶表示装置１２Ｌに供給し、この記録媒体２４Ｒより再生した映像信号を映像増幅回路２２Ｒを介して右目用の液晶表示装置１２Ｒに供給するようにしても良い。

図１において、１５は観察者が掛ける偏光メガネであり、１５Ｌ及び１５Ｒは左目用及び右目用偏光板であり、左目用偏光板１５Ｌは垂直方向の偏光角度を有し、右目用偏光板１５Ｒは水平方向の偏光角度を有する如くする。

次に本例の動作につき説明する。左目の位置で被写体２０を撮像する左目用カメラ２１Ｌよりの左目用の映像信号を左目用の液晶表示装置１２Ｌに供給し、この左目用の映像信号を左目用液晶表示装置１２Ｌで表示する。

一方右目の位置で被写体２０を撮像した右目用カメラ２１Ｒよりの右目用の映像信号を右目用の液晶表示装置１２Ｒに供給し、この右目用液晶表示装置１２Ｒはその左右が反転した映像を表示する。

この場合、左目用液晶表示装置１２Ｌより映像光は垂直方向の直線偏光であり、ハーフミラー１０を垂直方向偏光の状態で通過し、また右目用液晶表示装置１２Ｒよりの映像光は水平方向直線偏光であるがハーフミラー１０で反射され映像光の左右が反転された水平方向直線偏光となる。

ここで左目用及び右目用偏光板１５Ｌ及び１５Ｒをつけて観察者が観察窓１１を観察したときは、左目用液晶表示装置１２Ｌから到来する垂直直線偏光の映像光は、左目につけた垂直方向偏光板１５Ｌを通過して左目に達し、一方右目用液晶表示装置１２Ｒから到来する水平方向直線偏光の映像光は、右目につけた水平方向偏光板１５Ｒを通過し右目に達することにより、両目の視差で観察者が立体感を体験することができる。

斯る本例によれば、ディスプレイである液晶表示装置１２Ｌ，１２Ｒの前面に特別に偏光板を設けなくとも、左目用及び右目用の液晶表示装置１２Ｌ及び１２Ｒよりの映像光は直線偏光されており、立体画像を得ることができる。

従って本例によれば左目ディスプレイ用及び右目ディスプレイ用偏光板を必要としないので、その分、部品点数を少なくできると共に小型化でき、またこの偏光板を設けないだけ映像光を明るくできる。

本例において左目用及び右目用液晶表示装置１２Ｌ及び１２Ｒの一方の右目用液晶表示装置１２Ｒのバックライト３７ａを表裏反対側の、偏光板３６ｂ側を表示面とし、バックライト３７ａを偏光板３６ａのガラス基板３０ａ側と反対側に設けるようにしたので、走査方向が反転し、走査方向反転回路が不要となる利益がある。

また、本例によれば視軸１３を左目用及び右目用液晶表示装置１２Ｌ及び１２Ｒの画面の中心に合致する如くしたので、目の疲労が少なくなる利益がある。

本例によれば、ハーフミラー１０と液晶表示装置１２Ｒとの間の液晶表示装置１２Ｒの表示面に視野角調整フィルム１６を被着したので、この液晶表示装置１２Ｒの視野角をハーフミラー１０方向のみにすることができ、上述距離Ｌ１及びＬ２を小さくし、装置全体を小型化したときにも、合成された画面のみを見るようにすることができる。

尚、上述例は本発明を視差を利用した立体表示装置に適用した例につき述べたが、本発明を第１の液晶表示装置の画面と第２の液晶表示装置の画面とをハーフミラーで重ね合わせて合成画面を表示するようにした、その他の画面合成表示装置に適用できることは勿論である。

また上述例では、視野角調整フィルム１６を液晶表示装置１２Ｒの表示面に被着した例につき述べたが、この視野角調整フィルム１６は、液晶表示装置１２Ｒの表示面上の所定位置でも良いことは勿論である。

また、本発明は上述例に限ることなく、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。

本発明画面合成表示装置を実施するための最良の形態の例を示す構成図である。 視野角調整フィルムの例を示す斜視図である。 立体表示装置の例を示す構成図である。 液晶表示装置の例を示す断面図である。 液晶表示装置の説明に供する線図である。 液晶表示装置に供給する映像信号を得る例を示す構成図である。 立体表示装置の例の説明に供する構成図である。

符号の説明

１０…ハーフミラー、１１…観察窓、１２Ｌ，１２Ｒ…液晶表示装置、１３…視軸、１５…偏光メガネ、１６…視野角調整フィルム

Claims (3)

1. 観察窓の上部手前に上端部を固定し、前記観察窓の下部奥に下端部を固定したハーフミラーと、
   前記ハーフミラーの後方に配した一方の画面を表示する第１の液晶表示装置と、
   前記ハーフミラーの下方に配した他方の画面を表示する第２の液晶表示装置とを有し、
   前記第１の液晶表示装置の画面と前記第２の液晶表示装置の画面とが前記ハーフミラーで重なるようにした画面合成表示装置において、
   前記ハーフミラーと前記第２の液晶表示装置との間に視野角調整フィルムを設けたことを特徴とする画面合成表示装置。
2. 請求項１記載の画面合成表示装置において、
   前記視野角調整フィルムを前記第２の液晶表示装置の表面に密着したことを特徴とする画面合成表示装置。
3. 請求項１又は２記載の画面合成表示装置において、
   前記視野角調整フィルムは表面基材間に複数のルーバーを配したもので、前記表面基材がポリカーボネートであることを特徴とする画面合成表示装置。
   

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