JP2006293106A - Stereoscopic display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、観察者が特別な眼鏡等を装着することなく、立体像の認識を可能とするために用いられる投射型の立体表示装置に関する。 The present invention relates to a projection-type stereoscopic display device used for enabling a viewer to recognize a stereoscopic image without wearing special glasses or the like.
平面表示装置(FPD)上にレンチキュラレンズやスリットを配置することで立体像を提供できる立体表示装置が提案されている(特許文献1、2参照)。
There has been proposed a stereoscopic display device capable of providing a stereoscopic image by disposing a lenticular lens and a slit on a flat display device (FPD) (see
例えば、特許文献1の立体表示装置では、平面上に平面表示装置を配置し、インテグラルフォトグラフィー法を用いて観察者が平面上に立体像を俯瞰できる。
For example, in the stereoscopic display device disclosed in
また、特許文献2の立体表示装置では、平面状に配置した画像表示素子とその表示画素毎に配置されたレンズと、その各レンズから出射した光を曲げるプリズムとで構成され、画素ごとに決まった特定の位置に光を分配することによって、画面の周囲から立体像を俯瞰できる。
しかし、特許文献1の立体表示装置では、液晶など画像表示素子の光効率を高くするために、画面正面へ効率的に光を分配するように設計している。そのため、平面に置いた平面表示装置を俯瞰すると画像が暗く、コントラストが低下してしまうという問題点がある。
However, the stereoscopic display device of
また、特許文献2の立体表示装置では、画素毎にプリズムを設置し、それぞれの角度や頂角を変化させるため、プリズムシートの作成及び設計に困難が伴うという問題点がある。 Further, the stereoscopic display device of Patent Document 2 has a problem in that it is difficult to create and design a prism sheet because a prism is installed for each pixel and the angle and apex angle are changed.
そこで、本発明は、飛び出るような立体表示像を画質よく、観察者が見ることができる立体表示装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a stereoscopic display device that allows an observer to see a stereoscopic display image that pops out with high image quality.
本発明は、画像表示装置と光線制御素子によって画素毎に指向性を持たせ、前記画像表示装置によって表示された画像に基づいて立体表示像を表示する立体表示装置において、前記画像表示装置の正面に射出される立体表示像の光の向きを、俯瞰する観察者方向に変える偏向素子を配置したことを特徴とする立体表示装置である。 The present invention provides a stereoscopic display device that provides directivity for each pixel by an image display device and a light beam control element, and displays a stereoscopic display image based on an image displayed by the image display device. The stereoscopic display device is characterized in that a deflecting element is arranged to change the direction of light of the stereoscopic display image emitted to the viewer direction to be viewed from above.
本発明であると、机上に飛び出るような立体表示像を画質よく提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a stereoscopic display image that pops out on a desk with high image quality.
以下、本発明の一実施形態の立体表示装置10について図1〜図14に基づいて説明する。
Hereinafter, a
本実施形態の立体表示装置10は、図2に示すように立体表示像が表示可能な画像表示装置12、レンチキュラレンズ14と、この立体表示像の光を、俯瞰する観察者方向に向きを変える偏向素子14とから構成される。
As shown in FIG. 2, the
以下、画像表示装置12と、光線制御素子であるレンチキュラレンズ14と、偏向素子16とに分けて説明する。
Hereinafter, the
(1)画像表示装置12とレンチキュラレンズ14の構成
図2に示すように、光線再生法またはインテグラルフォトグラフィー法(以下、IP法という)による画像表示装置12が、例えば机の上に上向きに配置されている。この画像表示装置12は、液晶表示装置から構成されている。この画像表示装置12の表示面の前面にレンチキュラレンズ14が配置されている。
(1) Configuration of
画像表示装置12には、表示されるべき立体表示像に対応した複数のパターン(多視点画像)を表示している。この複数のパターンは表示されるべき立体表示像をそれぞれ違う角度から見た画像パターンであり多視点画像ともいう。
The
光線再生法またはIP法の原理により、立体表示像が画像表示装置12の表示面に対して垂線方向である上方に再生される。すなわち、画像表示装置12に表示された多視点画像がレンチキュラレンズ14を介して観察者側に向かう光線群によって、レンチキュラレンズ14の前方にいる観察者側に立体表示像が形成される。
The stereoscopic display image is reproduced upward in the direction perpendicular to the display surface of the
(2)偏向素子16の目的
画像表示装置12を平面に置き、図1に示すように俯瞰するように観察する。このようにすると、主に次の3点の理由から垂直に設置された立体表示より存在感が増し、臨場感が高い表示となると考えられる。
(2) Purpose of the
一点目は、比較的近い観察距離の立体表示であるからである。平置きにすることで少なくとも身長より短い距離で観察する。両眼視差による立体知覚効果は近い距離ほど効果が大きくなるため、観察距離が近距離で管理できる平置きでは立体感が増す。 This is because the first point is a stereoscopic display at a relatively close observation distance. By laying flat, observe at least a distance shorter than your height. Since the effect of stereoscopic perception by binocular parallax increases as the distance is closer, the stereoscopic effect increases when the object is placed flat where the observation distance can be managed at a short distance.
二点目は、高さの視差表示であるからである。縦置きではピント調節距離がディスプレイ面に固定され奥行き方向を視差を用いて立体表現するため、奥行き量が大きいコンテンツでは奥行き量とピント調節の矛盾が起きていた。これに対し、平置きでは奥行き方向に調節位置が変化でき高さ方向を視差を用いて表現を行うため、高さより奥行き量の大きいコンテンツでは、矛盾の少ない表現ができる。 This is because the second point is the height parallax display. In vertical placement, the focus adjustment distance is fixed on the display surface, and the depth direction is three-dimensionally expressed using parallax, so there is a contradiction between depth and focus adjustment for content with a large depth. On the other hand, in the flat placement, the adjustment position can be changed in the depth direction and the height direction is expressed using parallax, so that content with a depth amount larger than the height can be expressed with less contradiction.
三点目は、視野が広いからである。人間の視野は見上げる角度に対し見下ろす角度のほうの視野が広いことが知られている。そのため、見下ろす位置に表示を行うことによって視野が広く臨場感があがる。 The third point is because the field of view is wide. It is known that the human visual field has a wider visual field when looking down from the angle looking up. For this reason, the display is provided at a position where the user looks down, and the field of view is wide and the presence is enhanced.
以上により、画像表示装置12を平面に置き俯瞰することが優位である。そのときに、画像表示装置12の場合、斜めから観察するとコントラストや輝度が低下してしまうことが知られている。すなわち、視野角の制限が生じている。そのため、平面に置き立体表示像を観察するとコントラストや輝度が低下し、立体表示像の画質が劣化してしまう。
As described above, it is advantageous to place the
そこで、図2に示すように画像表示装置12とレンチキュラレンズ14の間に観察者方向に光の向きを変える偏向素子16を具備させるか、または、図7に示すようにレンチキュラレンズ14の上方に偏向素子16を具備させる。これにより、視野角の一番よい画質で立体表示像を位置で観察することができる。
Therefore, as shown in FIG. 2, a
(3)偏向素子16の第1の実施形態
偏向素子16の第1の実施形態を図2に基づいて説明する。第1の実施形態は、偏向素子16をプリズムシート161で実現する。
(3) First Embodiment of Deflection Element 16 A first embodiment of the
図6に基づいてプリズムシート161の効果について説明する。プリズムシート161は透明な物質で界面が傾いている。空気とプリズムシート161の屈折率の違いと界面の傾きによって、光を曲げることができる。
The effect of the
液晶表示装置から出力される視野角特性は図5に示すように視野角の角度が大きくなるとコントラストが低下する視野角の制限がある。そのため、角度特性を持った光をプリズムシート161を通し、光を曲げることによってコントラストの良い画像を俯角がついた位置で観察できる。
As shown in FIG. 5, the viewing angle characteristic output from the liquid crystal display device has a viewing angle limitation in which the contrast decreases as the viewing angle increases. For this reason, an image with good contrast can be observed at a depression-angled position by bending light with light having angle characteristics through the
図2にプリズムシート161の上置き、図7に下置きの構成を示す。立体表示を行うために必要なレンチキュラレンズ14の上部にプリズムシート161を設置するか、下部にプリズムシート161を設置するかの違いがある。
FIG. 2 shows an arrangement of the
レンチキュラレンズ14の上部に設置した場合、レンチキュラレンズ14の稜線とプリズムシート161の稜線を図9で示すように直交することが考えられる。立体表示を行うとレンチキュラレンズ14の稜線に直行した方向で画素がそれぞれ指向性を持つ。つまり画像表示装置12の光はレンチキュラレンズ14の稜線と直行した方向に曲がり、その光の方向性が立体表示の画質に関わる。逆にプリズムシート161がレンチキュラレンズ14の稜線と直行していない場合、プリズムシート161の稜線に対する入射角が異なり、それぞれ立体表示の光の方向がプリズムシート161によって曲がってしまう。そのため立体表示の画質が低下することが考えられる。
When installed on the upper part of the
しかし、レンチキュラレンズ14の下部に設置する場合は、画像表示装置12そのものの光をはじめに曲げてしまうため前記のようにレンチキュラレンズ14とプリズムシート161の稜線を直行させる必要はない。
However, when it is installed below the
なお、モアレ模様をなくすために、プリズムシート161のプリズム幅を不均一にしてもよい。
In order to eliminate the moire pattern, the prism width of the
(4)偏向素子16の第2の実施形態
偏向素子16の第2の実施形態を図8に基づいて説明する。第2の実施形態は、偏向素子16をホログラムシート(ホログラム光学素子)162で実現する。
(4) Second Embodiment of Deflection Element 16 A second embodiment of the
ホログラムシート162は光の回折現象を用いた光学素子である。プリズムシート161と同様に偏向効果がある。ホログラムシート162の利点は界面が平面なので映りこみの影響を受けづらい。
The
(5)偏向素子16の第3の実施形態
偏向素子16の第3の実施形態について図3、図13に基づいて説明する。第3の実施形態は、偏向素子16を、BEF(輝度向上フィルム:Brightness Enhancement Film)163で実現する。
(5) Third Embodiment of Deflection Element 16 A third embodiment of the
図13に示すように本来、BEF163は、液晶表示装置のバックライトの輝度向上のために用いている。液晶の特性として正面の光はよく透過し角度がきつくなるにしたがって特性が悪くなる。このためプリズム構造のシートを用いて屈折させることで正面の光を多く集め、バックライトからの角度がきつい光は二重反射によってリサイクルされる。
As shown in FIG. 13, the
これを図3のようにBEF163をひっくり返して使用すると、正面から来た光を上下に有効に振り分けることができ、俯瞰している観察者方向に光を曲げることも可能となる。
If the
ここで問題として画像表示装置12上部からの映り込みによる外光がある。
Here, as a problem, there is external light due to reflection from the upper part of the
BEF163を裏側にすると反射光によって立体表示像が邪魔されてしまうことが考えられる。そこで、2つの解決方法がある。
If the
第1の解決方法は、反射防止膜、例えば、多層膜による干渉によって反射光を抑える膜であるARコートを施すことによって、反射光を少なくすることができる。 The first solution can reduce reflected light by applying an AR coating that is an anti-reflection film, for example, a film that suppresses reflected light by interference with a multilayer film.
第2の解決方法は、反射光の偏向状態を用いる方法である。プリズム面で反射する光で観察者方向に来る光はプリズムの稜線と同じ方向の偏光成分となっている。これを偏光板によってカットすることによって反射光をカットする。液晶表示装置の偏光状態がこの偏光板と異なる場合は、プリズムと液晶表示装置の間に位相差板を入れ、偏光状態を合わせる。 The second solution is a method using the deflection state of the reflected light. The light reflected by the prism surface and coming in the direction of the viewer has a polarization component in the same direction as the prism ridgeline. The reflected light is cut by cutting this with a polarizing plate. When the polarization state of the liquid crystal display device is different from that of the polarizing plate, a retardation plate is inserted between the prism and the liquid crystal display device to match the polarization state.
(6)偏向素子16の第4の実施形態
偏向素子16の第4の実施形態について図4に基づいて説明する。第4の実施形態は、偏向素子16をプリズムの頂角が鋭いBEF164として用い、前記で説明したBEF163と逆方向に設置することによって光を正面に変えている。例えば、ダイヤアート(三菱レーヨン株式会社の商標)を用いる。
(6) Fourth Embodiment of Deflection Element 16 A fourth embodiment of the
図14に示すように、BEF164はプリズムの頂角を鋭くすることによって、界面の反射を用いて偏向を行っている。そのため、凸面を光源側に向けて使用する。俯角方向に偏向させるためには、BEF164を図4のように凸面を観察者側に配置し、反射用いて前実施例と同様の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 14, the
(7)偏向素子16の第5の実施形態
偏向素子16の第5の実施形態を説明する。第5の実施形態は、BEFのように、異なる二つの傾きを持った界面をもったプリズムシートを用いると、2つの方向に光を分けることができる。立体表示装置10を境に二人の観察者が向き合って観察する場合には有効になる。
(7) Fifth Embodiment of Deflection Element 16 A fifth embodiment of the
(8)偏向素子16の第6の実施形態
偏向素子16の第6の実施形態について図10に基づいて説明する。
(8) Sixth Embodiment of the Deflection Element 16 A sixth embodiment of the
偏向素子16は、電子的に偏向をスイッチングすることもできる。そのときは液晶とプリズムを用いる。
The
図10に示すように、プリズムを液晶で埋めて、配向状態によってプリズムの作用をオンオフするスイッチングプリズム165を形成する。俯角に合わせた画像表示装置12の向きによってスイッチングプリズム165の偏向作用を変えることができる。
As shown in FIG. 10, the prism is filled with liquid crystal, and a
(9)偏向素子16の第7の実施形態
偏向素子16の第7の実施形態について図11、12を用いて説明する。
(9) Seventh Embodiment of the Deflection Element 16 A seventh embodiment of the
偏向角は平面に置かれた画像表示装置12の観察者から遠い位置と近い位置で異なる。その偏向角を変化させることも考えられる。例えば、大きな画像表示装置12の場合には、偏向方向も観察者位置に対して変化させることがよい。これを実現するために、観察距離を焦点距離とするフレネルレンズ166を用いる。
The deflection angle differs between a position far from an observer of the
フレネルレンズ166とは、円形の曲率を持った稜線を持ち、プリズムの角度が場所によって変化するものであり、この変化は前記円形の中心(レンズの中心)として段階的に変化するもので、またその変化は、中心側ほど傾きが広い。そして、レンズの中心が図11に示すように観察者の真下にある。
The
図12に示すように、観察者の観察位置を中心とするようにフレネルレンズ166を配置し、画像表示装置12のサイズに合わせて切り取ってフレネルレンズ166の一部を用い、画像表示装置12からの光は観察者位置に集光することができる。画像表示装置12の位置の違いによる俯角の変化にも対応できる。
As shown in FIG. 12, the
なお、フレネルレンズ166の裏面にプリズムを形成して、より光を曲げるようにしてもよい。
Note that a prism may be formed on the back surface of the
(10)偏向素子16の第8の実施形態
偏向素子16の第8の実施形態について説明する。
(10) Eighth Embodiment of
上記では、レンチキュラレンズ14と偏向素子16とは別体にして説明したが、これに代えて、レンチキュラレンズ14の下面、または、上面に偏向素子16を一体に設けても良い。例えば、レンチキュラレンズ14の下面、または、上面にプリズムシート161を形成する。
In the above description, the
(11)変更例
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。
(11) Modification Examples The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、画像表示装置12としては、液晶表示装置の代わりにプラズマディスプレイ、EL表示装置、CRTでもよい。
For example, the
また、レンチキュラレンズ14に代えて、光線制御素子としてはピンホールまたはマイクロレンズが二次元的に配置されたアレイ板でもよい。
Further, instead of the
また、光線制御素子は画像表示装置12の表示面の上面に限らず、下面にも配置することができる。この場合には、画像表示装置12を構成する液晶表示装置の液晶セルとバックライトとの間に配置する。
Further, the light beam control element can be disposed not only on the upper surface of the display surface of the
本発明の立体表示装置は、アーケードゲーム器の表示装置などに好適である。 The stereoscopic display device of the present invention is suitable for a display device of an arcade game machine.
10 立体表示装置
12 画像表示装置
14 レンチキュラレンズ14
16 偏向素子
161 プリズムシート
162 ホログラムシート
163 BEF
164 BEF
165 スイッチングプリズム
166 フレネルレンズ
10
16
164 BEF
165
Claims (17)
前記画像表示装置の正面に射出される立体表示像の光の向きを、俯瞰する観察者方向に変える偏向素子を配置した
ことを特徴とする立体表示装置。 In a stereoscopic display device that provides directivity for each pixel by an image display device and a light beam control element, and displays a stereoscopic display image based on an image displayed by the image display device.
A stereoscopic display device comprising: a deflecting element that changes a direction of light of a stereoscopic display image emitted in front of the image display device to a viewer direction to be viewed from above.
ことを特徴とする請求項1記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 1, wherein the deflection element is disposed on the light beam control element.
ことを特徴とする請求項1記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 1, wherein the deflection element is disposed between the image display element and the light beam control element.
ことを特徴とする請求項1記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 1, wherein the deflection element deflects light in two directions.
ことを特徴とする請求項1記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 1, wherein a deflection angle of the deflection element is bent more toward the back side of the screen of the image display device.
ことを特徴とする請求項1記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 1, wherein the deflection element is a prism sheet.
ことを特徴とする請求項6記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 6, wherein the prism sheet has a non-uniform prism width.
ことを特徴とする請求項1記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 1, wherein the deflection element is a BEF.
ことを特徴とする請求項1記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 1, wherein the deflection element is a Fresnel lens.
ことを特徴とする請求項1記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 1, wherein the deflection element is a switching prism including a prism and a liquid crystal.
前記レンチキュラレンズの稜線と前記プリズムシートの稜線が直交する
ことを特徴とする請求項6記載の立体表示装置。 The light control element is a lenticular lens;
The stereoscopic display device according to claim 6, wherein a ridge line of the lenticular lens and a ridge line of the prism sheet are orthogonal to each other.
前記レンチキュラレンズと前記プリズムシートとを一体成形した
ことを特徴とする請求項6記載の立体表示装置。 The light control element is a lenticular lens;
The stereoscopic display device according to claim 6, wherein the lenticular lens and the prism sheet are integrally formed.
ことを特徴とする請求項9記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 9, wherein a prism is integrally formed on a back surface of the Fresnel lens.
ことを特徴とする請求項1記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 1, wherein the deflection element is a hologram optical element.
ことを特徴とする請求項6記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 6, wherein an antireflection film is provided on a surface of the prism sheet.
ことを特徴とする請求項6記載の立体表示装置。 The stereoscopic display device according to claim 6, further comprising: a polarizing plate orthogonal to a ridge line of the prism sheet on the surface of the prism sheet.
ことを特徴とする請求項6記載の立体表示装置。
The phase difference plate which changes the polarization state of the light from the said image display apparatus into the linearly polarized light orthogonal to the ridgeline of a prism sheet was equipped between the said image display apparatus and the said prism sheet. 3D display device.
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061020 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090915 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100126 |