JP2006243732A - ２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】 画像を生成するディスプレイ素子と、凸レンズセルからなる第１光学要素と、凸レンズセルと合致される凹レンズセルからなる第２光学要素と、第１光学要素及び第２光学要素のうち少なくとも何れか一つを光軸方向に移動させるための駆動部とを備え、第１光学要素と第２光学要素とが密着されて合致される時に２次元画像が形成され、第１光学要素と第２光学要素とが光軸方向に沿って所定間隔離隔されて配置される時に３次元画像が形成される。
【選択図】 図２Ｂ

Description

本発明は、２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置に係り、さらに詳細には、２次元画像と３次元画像とを容易に転換できる画像ディスプレイ装置に関する。

一般的に、３次元画像は、両眼を通じたステレオ視覚の原理によってなるが、両眼が約６５ｍｍほど離れて存在するために現れる両眼視差が立体感の最も重要な要因といえる。３次元画像ディスプレイには、眼鏡を利用したディスプレイと無眼鏡方式のディスプレイがあり、無眼鏡方式のディスプレイは、眼鏡を使用せずに左右画像を分離して３次元画像を得る。無眼鏡方式には、例えば、パララックスバリア方式とレンチキュラ方式とがある。

パララックスバリア方式は、左右両眼がそれぞれ見なければならない画像を交互に縦紋に印刷または写真として印画して、これを極細の縦格子列、すなわち、バリアを利用して見る。これにより、左眼に入る縦紋画像と右眼に入る縦紋画像とがバリアによって配分されて、左眼及び右眼でそれぞれ異なる時点の画像が見えることによって立体画像として見られる。

レンチキュラ方式は、レンチキュラレンズの焦点面に左右眼に対応する画像を配置し、前記レンチキュラレンズを通じて観察すれば、レンズの指向特性によって左眼及び右眼に画像が分離されて立体形状に形成される。

しかし、３次元画像ディスプレイ装置で、２次元画像を鑑賞しようとする視聴者の要求を満足させるために、２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置が開発されている。レンチキュラ方式を採用して３次元画像を作るディスプレイ装置において、２次元画像を共に見られるための従来のディスプレイ装置が、特許文献１に開示されている。

前記ディスプレイ装置は、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、複数の周期的な左眼ピクセル４１及び右眼ピクセル４２の構造からなるディスプレイ素子２と、前記ピクセルからの光を屈折させる周期的な第１光学ユニット３１及び第２光学ユニット３２を備える。

第１光学ユニット３１と第２光学ユニット３２とは、そのレンズ配列の周期が同じである。第１光学ユニット３１を第２光学ユニット３２に対して前記レンズ配列周期の半分ほど移動させる時に３次元画像が具現され、第１光学ユニット３１を第２光学ユニット３２とその周期が相互一致するように移動させれば、２次元画像が具現される。従来の技術では、２次元画像及び３次元画像を転換するために、第１光学ユニット３１を光軸に対して垂直方向１１に移動させる。しかし、第１光学ユニット３１を移動させるとき、水平移動ではなく第２光学ユニット３２のレンズ形状に沿って曲面運動をしなければならないので、移動メカニズムが複雑である。

また、３次元画像を具現するとき、第１光学ユニット３１を第２光学ユニット３２のレンズセルピッチ間隔の半分ほど移動させることが容易でないだけでなく、３次元モードで最適の地点でのクロストークはほとんどないが、中間視域でのクロストークが大きく増加して画質及び輝度が低下する。したがって、クロストークなしに３次元画像を観察できる範囲が非常に狭いという短所がある。
米国特開２００４／００４１７４７ Ａ１号明細書

本発明が解決しようとする課題は、２次元画像及び３次元画像の転換を容易にでき、視域分離の効果に優れた画像ディスプレイ装置を提供することである。

前記課題を達成するために本発明による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置は、画像を生成するディスプレイ素子と、凸レンズセルからなる第１光学要素と、前記凸レンズセルと合致される凹レンズセルからなる第２光学要素と、前記第１光学要素及び第２光学要素のうち少なくとも一つを光軸方向に移動させるための駆動部と、を備え、第１光学要素と第２光学要素とが密着されて合致される時に２次元画像が形成され、第１光学要素と第２光学要素とが光軸方向に所定間隔離隔されて配置される時に３次元画像が形成されることを特徴とする。

前記３次元画像の形成時、前記第１光学要素と第２光学要素とが第１及び第２光学要素の焦点距離ほど離隔されるということが望ましい。

前記第１光学要素は、凸型レンチキュラレンズであり、第２光学要素は、凹型レンチキュラレンズであることを特徴とする。

前記第１光学要素と第２光学要素とは、焦点距離が同じであり、符号が逆であることが望ましい。

前記凸レンズセルと凹レンズセルとのピッチ及び曲率が同じであることが望ましい。

前記課題を達成するために本発明による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置は、画像を生成するディスプレイ素子と、第１プリズムユニットからなる第１プリズム要素と、前記第１プリズムユニットと合致される形状を有する第２プリズムユニットからなる第２プリズム要素と、前記第１プリズム要素及び第２プリズム要素のうち少なくとも一つを光軸方向に移動させるための駆動部と、を備え、第１プリズム要素と第２プリズム要素とが密着されて合致される時に２次元画像が形成され、第１光学ユニットと第２光学ユニットとが光軸方向に所定間隔離隔されて配置される時に３次元画像が形成されることを特徴とする。

前記第１プリズムユニットと第２プリズムユニットとは、ピッチ及びプリズム角が同じであることが望ましい。

本発明による画像ディスプレイ装置は、逆の形状を有する一対を光学要素のうち少なくとも一つを光軸方向に移動させて２次元画像及び３次元画像を簡単かつ容易に転換させうる。また、既存の２次元画像ディスプレイ装置に反対形状を有する光学要素をもう一つ追加するだけで、簡単に２次元画像及び３次元画像を共に鑑賞できるので、非常に有効である。

本発明の望ましい実施形態による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置は、図２Ａを参照するに、画像を生成するディスプレイ素子１００と、前記画像を２次元画像及び３次元画像に転換するための第１光学要素１１０及び第２光学要素１２０を備える。

ディスプレイ素子１００は、例えば、液晶ディスプレイ素子でありうる。第１及び第２光学要素１１０,１２０は、相互逆となる形状を有し、第１光学要素１１０及び第２光学要素１２０のうち少なくとも一つが駆動部１３０によって光軸Ｃ方向に移動可能になっている。図２Ａでは、駆動部１３０が第２光学要素１２０のみを光軸方向に移動させる例を示した。第１光学要素１１０は、例えば、円柱凸レンズセル１１０ａからなる第１レンチキュラレンズでありうる。また、第２レンチキュラレンズ１２０は、例えば、円柱凹レンズセル１２０ａからなる第２レンチキュラレンズでありうる。第１光学要素１１０と第２光学要素１２０とは、円柱凸レンズセル１１０ａと円柱凹レンズセル１２０ａとが相互対向するように配置される。

円柱凸レンズセル１１０ａと円柱凹レンズセル１２０ａとは、焦点距離が同一であり、レンズセルのピッチＰ及び曲率が同じであり、その形状が逆になっており、図２Ａに示したように、第１光学要素１１０と第２光学要素１２０とを密着させた時に相互合致される。第１光学要素１１０の焦点距離が‘ｆ’であるとき、第２光学要素１２０の焦点距離は‘−ｆ’である。第２光学要素１２０を光軸Ｃに沿って移動させて、第１光学要素１１０と第２光学要素１２０との間隔ｄを調節することによって、２次元モードと３次元モードとをスイッチングできる。第１及び第２光学要素１１０,１２０による２次元画像及び３次元画像の具現原理について説明すると、次の通りである。

焦点長さがｆ_１及びｆ_２である二つの光学要素が距離ｄほど離隔されているとき、合成焦点長さｆ_１２は、次のように求められる。

図２Ａに示したように、第１光学要素１１０と第２光学要素１２０とが密着されて合致されるとき、すなわち、ｄ＝０であるとき、式（１）による合成焦点距離が無限となって、入射光はそのまま透過される。すなわち、第１光学要素１１０と第２光学要素１２０とは、実質的に一つの透明なプレートのように作用するので、ディスプレイ素子１００で形成された画像がそのまま通過されて、左眼及び右眼に同じ画像が結像することによって２次元画像が具現される。

一方、図２Ｂに示したように、第１光学要素１１０と第２光学要素１２０とを所定距離ｄほど離隔させることによって、式（１）による合成焦点距離ｆ_１２を有する等価の光学要素として作用させうる。例えば、第１光学要素１１０と第２光学要素１２０との間の距離ｄを焦点距離ｆほど離隔させれば、ディスプレイ素子１００から形成された画像が視域分離されて３次元画像が具現される。式（１）を利用して第１及び第２光学要素１１０,１２０の離隔距離ｄによる合成焦点距離ｆ_１２を求めると、次の通りである。

式（２）によれば、第１光学要素１１０と第２光学要素１２０との間隔ｄが焦点距離ｆほど離隔されているとき、第１及び第２光学要素１１０,１２０による合成焦点距離ｆ_１２がｆと同一になる。したがって、第１及び第２光学要素１１０,１２０が焦点距離ｆほど離隔されるとき、第１光学要素１１０のような作用を行う。すなわち、レンチキュラレンズが一つである時のように作用するので、ディスプレイ素子１００で形成された画像が視域分離されて集束されることによって３次元画像が具現される。

３次元画像の具現時にディスプレイ素子１００の画素ごとに左眼画像信号Ｌ_ｎ（ｎは、自然数）と右眼画像信号Ｒ_ｎ（ｎは、自然数）とが入力され、この左眼画像信号及び右眼画像信号による左眼画像及び右眼画像が第１及び第２光学要素１１０,１２０によって視域分離されて、それぞれ左眼及び右眼に結像されることによって３次元画像を視聴できる。

図３Ａは、第１及び第２光学要素１１０,１２０が密着されて合致されているとき、２次元画像が具現されることをシミュレーションした結果を示す図であり、図３Ｂは、第１及び第２光学要素１１０,１２０が焦点距離ｆほど離れているとき、左眼画像と右眼画像とが視域分離されてそれぞれ左眼及び右眼に結像されることによって３次元画像が具現されることを示す図である。

一方、第１及び第２光学要素１１０,１２０は、円柱レンズセル１１０ａ,１２０ａが、図５Ａに示したように縦方向に配列されるか、図５Ｂに示したように横方向に配列されるか、図５Ｃに示したように所定角度θに傾いて配列されて構成されうる。

次いで、本発明の第２実施形態による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置について説明する。

図５Ａを参照するに、第２実施形態による画像ディスプレイ装置は、画像を形成するディスプレイ素子２００と、２次元画像と３次元画像とをスイッチングするための第１プリズム要素２１０及び第２プリズム要素２２０を備える。

ディスプレイ素子２００は、例えば、液晶ディスプレイ素子でありうる。第１プリズム要素２１０は、第１プリズムユニット２１０ａで構成され、第２プリズム要素２２０は、第２プリズムユニット２２０ａで構成される。第１プリズムユニット２１０ａ及び第２プリズムユニット２２０ａは、同じピッチｐと同じプリズム角αとを有し、相互反対形状を有する。そして、第１プリズムユニット２１０ａと第２プリズムユニット２２０ａとが対向して配置され、第１プリズム要素２１０及び第２プリズム要素２２０は、屈折率が同じ材質からなることが望ましい。

第１プリズム要素２１０及び第２プリズム要素２２０のうち少なくとも何れか一つが駆動部２３０によって、光軸ｃに沿って移動可能になっている。図５Ａ及び図５Ｂでは、第２プリズム要素２２０が光軸に沿って移動可能になった例を示した。第１プリズム要素２１０と第２プリズム要素２２０とは相互反対となる形状を有しているので、相互密着されるまで接近させうる。

図５Ａのように、第１プリズム要素２１０と第２プリズム要素２２０とが密着されている時には、二つの要素が屈折率が同じであるので、一つのプレートのように作用してディスプレイ素子２００で形成された画像がそのまま通過されて、左眼及び右眼にそれぞれ同一画像が結像されることによって２次元画像が具現される。

図５Ｂは、第１プリズム要素２２０が光軸に沿って所定距離ｄ１ほど移動した状態を示した図であって、左眼画像と右眼画像とが視域分離されることによって３次元画像が具現されることを示す。

本発明では、相互反対形状を有する一対の光学要素のうち少なくとも何れか一つを光軸方向に移動させて２次元モード及び３次元モードを容易に転換できる。また、３次元画像を具現するために、光学要素を除去せずに２次元画像及び３次元画像の両側に一対の光学要素が何れも使われる。

前記実施形態は、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想によって決定されねばならない。

本発明は、画像ディスプレイ装置関連の技術分野に適用可能である。

従来の米国特開２００４／００４１７４７ Ａ１号明細書に開示された２次元／３次元画像兼用ディスプレイ装置を示す図である。 従来の米国特開２００４／００４１７４７ Ａ１号明細書に開示された２次元／３次元画像兼用ディスプレイ装置を示す図である。 本発明の第１実施形態による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置を示すものであって、２次元画像が具現される場合を示す図である。 図２Ａに示したディスプレイ装置で、３次元画像が具現される場合を示す図である。 本発明の第１実施形態による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置の２次元モードで形成される画像をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の第１実施形態による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置の３次元モードで形成される画像をシミュレーションした結果を示す図である。 本発明の第１実施形態による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置に備えられた第１及び第２光学要素の色々な構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置に備えられた第１及び第２光学要素の色々な構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置に備えられた第１及び第２光学要素の色々な構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置の２次元モードを示す図である。 本発明の第２実施形態による２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置の３次元モードを示す図である。

符号の説明

１００、２００ ディスプレイ素子
１１０、１２０ 第１及び第２光学要素
１１０ａ 円柱凸レンズセル
１２０ａ 円柱凹レンズセル
１３０、２３０ 駆動部
２１０、２２０ 第１及びプリズム要素
２１０ａ、２２０ａ 第１及び第２プリズムユニット

Claims (8)

1. 画像を生成するディスプレイ素子と、
   凸レンズセルからなる第１光学要素と、
   前記凸レンズセルと合致される凹レンズセルからなる第２光学要素と、
   前記第１光学要素及び第２光学要素のうち少なくとも一つを光軸方向に移動させるための駆動部と、を備え、第１光学要素と第２光学要素とが密着されて合致される時に２次元画像が形成され、第１光学要素と第２光学要素とが光軸方向に所定間隔離隔されて配置される時に３次元画像が形成されることを特徴とする２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置。
2. 前記３次元画像形成時、前記第１光学要素と第２光学要素とが第１及び第２光学要素の焦点距離ほど離隔されることを特徴とする請求項１に記載の２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置。
3. 前記第１光学要素と第２光学要素とは、円柱レンズセルが縦方向または横方向に配列されるか、所定角度で傾いて配列されていることを特徴とする請求項１または２に記載の２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置。
4. 前記第１光学要素は、凸型レンチキュラレンズであり、第２光学要素は、凹型レンチキュラレンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置。
5. 前記第１光学要素と第２光学要素とは、焦点距離が同じであり、符号が逆であることを特徴とする請求項１または２に記載の２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置。
6. 前記凸レンズセルと凹レンズセルとのピッチ及び曲率が同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置。
7. 画像を生成するディスプレイ素子と、
   第１プリズムユニットからなる第１プリズム要素と、
   前記第１プリズムユニットと合致される形状を有する第２プリズムユニットからなる第２プリズム要素と、
   前記第１プリズム要素及び第２プリズム要素のうち少なくとも一つを光軸方向に移動させるための駆動部と、を備え、第１プリズム要素と第２プリズム要素とが密着されて合致される時に２次元画像が形成され、第１光学ユニットと第２光学ユニットとが光軸方向に所定間隔離隔されて配置される時に３次元画像が形成されることを特徴とする２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置。
8. 前記第１プリズムユニットと第２プリズムユニットとは、ピッチ及びプリズム角が同じであることを特徴とする請求項７に記載の２次元／３次元兼用の画像ディスプレイ装置。