JP2007025062A - スクリーン及びこれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の拡散角を精度良く調整することが可能なスクリーンを提供し、これにより良好に体的な画像の表示が可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】投射装置からの光を投影するスクリーン２０であって、このスクリーンは、少なくとも２枚の拡散部２１及び２２が設けられ、これら拡散部２１及び２２の有する拡散方向が、スクリーン２０の表示面内でずらして配置される構成とする。水平方向の微小な拡散角度を容易に調整でき、コスト高を生じることなく立体画像表示が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に立体画像を投影する画像表示装置に適用して好適なスクリーン及びこれを用いた画像表示装置に関する。

従来、立体画像を表示する技術として種々の方法が提案されている。最も一般的なものとしては、立体視用の眼鏡を用いるものがある。これは、両眼の輻輳角（両眼視差）を利用して、右眼用の画像と左眼用の画像とを眼鏡によって分けて表示して立体視感を得るものである。
しかしながらこの場合、立体視により遠近感をもって見られる像と、眼の焦点位置であるスクリーン面とがずれているので、違和感が生じるとか、または長時間見ていると眼が疲労するなどの欠点がある。

これに対し、光源からの光を変調して投影する投影装置を複数用いて、表示面の視野角内において、立体画像に対応する光を変調して出射する構成とし、この表示面において立体的な画像を表示する３次元（立体）画像生成方法が提案されている（例えば特許文献１参照。）。

上記特許文献１に開示の方法による３次元画像生成方法の原理について、図１２Ａ及びＢを参照して説明する。
図１２Ａ及びＢに、通常の２次元画像を表示する場合と、３次元画像を表示する場合の光線の向きと強度をそれぞれ矢印で模式的に示す。
図１２Ａに示すように、通常の２次元の画像を表示するいわゆるリアプロジェクター等の表示装置では、スクリーン２０の表面が拡散方向に異方性を持たない拡散面になっており、スクリーン２０の後方から1台の投影装置の画像を投影して画像を表示する。
これに対し、３次元画像を表示するには、図１２Ｂに示すように、例えばスクリーン２０の後方の各位置Ａ、Ｂ及びＣから出射される像光が、スクリーン２０の各画素を通過する角度、特に水平方向の角度を保持して出射される構成とする。このようにすることにより、観察者の左右の瞳８０に３次元画像に対応する視差情報が入ることとなり、立体的な画像が認識される。

特表２０００−５０９５９１号公報

ところで、上述の特許文献１に記載の３次元画像生成方法を実現するには、上述したように、人間の左右の眼に対して、３次元画像に対応する視差情報を入れることが必要である。このため、図１３にその一例の概略構成図を示すように、スクリーン２０の後方に多数の投射装置１０が配置される。そして、特にスクリーン２０は、その拡散特性として、図中矢印ｙで示す垂直方向には比較的広く拡散させ、矢印ｘで示す水平方向にはほとんど拡散しないような拡散角特性が必要である。
このような構成とすることで、上述したような各画素を通過する光の水平方向の出射角度を保持し、左右の眼に対して別々の画像情報を入力することができるようになる。

このとき、左右の眼には、1台の投射装置から表示される光がスクリーンの拡散異方性により垂直方向にしか拡散されないため、縦ラインの表示光として見える。隣の表示ラインはその隣の投射装置からの表示光が眼にはいるため、複数台の投射装置からそれぞれ必要な情報が眼に入るようになっている。

ところがこの場合、左右の眼に見えるスクリーン上の画像は各投射装置による縦ライン表示の合成画像として見えるが、スクリーン拡散板の水平方向の拡散角がほとんど０度の場合は、各投射装置が表示する縦ラインの間に隙間が生じるため、縦ストライプが目立ってしまう。
このため、水平方向の拡散角をある程度もたせることで縦ライン間の隙間を埋めることができる。しかしながら、水平方向の拡散角をどの程度広げればよいかは、投射装置を配置するピッチや、周辺光量比の関係で異なってくるため一概に決められず、その最適値は装置全体の構成によって異なることとなる。したがって、画像表示装置の構成毎に最適な拡散角特性を有する拡散板を用意する必要がある。
また、水平方向の拡散角として1度〜数度程度が最適となる装置構成の場合、１度未満の微小な角度、例えば０．５度以下程度の違いでも画像の見え方が著しく異なってしまうので、拡散板の水平方向の微小な拡散角を精度良く形成する必要がある。

このような拡散板としては、従来は特定の拡散特性を持つ1枚の拡散板を用いている。例えば垂直方向の拡散角が比較的広く、水平方向の拡散角が極めて狭いというような拡散角異方性を有する拡散板は、狭い拡散角の制御が難しく、1度単位の細かい精度は生産時の条件で変わってしまい、コストの増加を招くという問題がある。
また、条件変更により、別の拡散角の拡散板が必要になった場合は、マスター基板やこれを製造するためのマスクを作り直す必要があり、初期コストがかかるため、やはりコスト高を招来する原因となる。

以上の問題に鑑みて、本発明は、所望の拡散角特性を有するスクリーンを容易に得ることができ、これを用いることにより、良好な立体画像の表示が可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、投射装置からの光を投影するスクリーンであって、このスクリーンは、少なくとも２枚の拡散部が設けられ、これら拡散部の有する拡散方向が、スクリーンの表示面内でずらして配置される構成とする。
また、本発明は、上述のスクリーンにおいて、拡散部が、スクリーンの表示面内において拡散角が異方性を有して成る構成とする。
前記拡散板は、一の方向において比較的大きい拡散角を有し、これとは直交する他の方向において微小な拡散角を有する構成とする。

また、本発明は、光源からの光が空間光変調部により変調されて出射される投射装置を有し、この投射装置からの光をスクリーンに投射して画像を表示する画像表示装置であって、スクリーンは少なくとも２枚の拡散部を有して成り、これら拡散部の有する拡散方向が、スクリーンの表示面内でずらして配置されて成る構成とする。

上述したように、本発明のスクリーン及びこれを用いた画像表示装置においては、スクリーンの拡散部を２枚用いて、これらをその拡散方向が、スクリーンの表示面内でずらして配置され、すなわち拡散方向が表面内で相対的に回転されて組み合わされた構成とするものである。例えば微小な拡散角を有する２枚の拡散部を、その表示面内において微小角度回転させて配置することにより、元の拡散角よりも僅かに拡散角が広がる。したがって、同一の拡散角特性を有する拡散板を用いても、その回転角の制御によって、容易に、精度良く拡散角を所望の角度に調整することができる。
すなわち本発明によれば、所望の微小な拡散角を有する拡散板を複数用意する必要がなく、特定の微小な拡散板を２枚以上用意することによって、目的とする微小な拡散角に容易に調整することができることから、コスト高を招来することなく、所望の拡散角特性を有するスクリーンを容易に提供することができることとなる。

以上説明したように、本発明によれば、所望の拡散角特性を有するスクリーンを容易に提供することができる。
また、本発明によれば、所望の拡散角異方性を有するスクリーンを用いることにより、良好に立体画像を表示することが可能な画像表示装置を提供することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
本発明によるスクリーンは、２つ以上の拡散部、例えば２枚の拡散シートを組み合わせることで、１枚の拡散シートよりも広い任意の拡散角を持つスクリーンを得るものである。

図１に、本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略構成図を示す。このスクリーン２０は、少なくとも２枚の拡散シート等より成る拡散部２１及び２２より構成される。なお、その他このスクリーン２０には、反射防止用シートなど、表示装置のスクリーンに求められる各種の光学機能を有する光学シートが組み合わせられていてもよい。

ここで、このスクリーン２０の表示面内において観察者側から見た水平方向をｘ方向、垂直方向をｙ方向とする。そして、拡散部２１及び２２が、例えば図２Ａに示すように、その表示面内の水平方向（ｘ方向）の拡散角をθｈとし、図２Ｂに示すように、垂直方向（ｙ方向）の拡散角をθｖとしたとき、θｈ≠θｖであり、拡散角異方性を有する構成とする。
このとき、本発明のスクリーン２０においては、図１に示すように、拡散部２１及び２２の垂直方向をそれぞれ一点鎖線ｖ１及び二点鎖線ｖ２とすると、これらｖ１及びｖ２が角度θをもって回転されて組み合わされた構成であり、すなわち、拡散部２１及び２２の有する拡散方向がずらして配置された構成とする。

図３に、一般的なフロスト型拡散板の出射角度に対する相対輝度の分布を表した拡散特性を示す。このフロスト型拡散板は、基板片面を擦りガラス（砂面）にすることで、つや消し効果を利用したものであり、拡散面に方向性を持たずにどの方向にも同じ拡散角が得られることが特徴である。

これに対し、拡散角異方性を有する拡散板の拡散特性を図４〜図６に示す。
図４は、水平方向の拡散特性を示し、拡散角は５０％輝度低下で定義して約０．３°の例を示す。
図５は、同じ水平方向の拡散角であるが、入射方向を垂直入射０°から５°ごと角度を増加させ、各入射角度に対する出射相対輝度を示したものである。実線ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７はそれぞれ入射角度０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°のときの出射相対輝度を示し、それぞれの入射角度に対して一様な拡散角を有することがわかる。

図６は、この拡散板の垂直方向の拡散特性を示し、垂直方向の拡散角は約４０°であることが分かる。この場合においても、入射方向の角度を増加させて各出射相対輝度を示し、実線ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４、ｂ５、ｂ６はそれぞれ入射角度０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°のときの出射相対輝度を示す。各入射角度に対してほぼ等しい拡散角であることが分かる。

このような拡散角異方性をもつ拡散板は、従来は、光透過性材料の基板を用意し、その表面に特定の散乱パターンを転写することによって、所望の方向にそれぞれ異なる拡散角度をもたせている。しかしながら、例えば垂直方向には４０°と比較的大きく、水平方向には数度以下の例えば1°未満程度と微小な拡散角とするような場合は、従来の方法により拡散板を製造すると、両方の角度を精度良く低コストで製造することは難しく、また画像表示装置等に組み立てた後の調整は不可能である。

これに対し、本発明のスクリーンでは、２枚の拡散板等より成る拡散部を、その拡散方向をずらして配置する構成とすることで、このような微小な角度の調整が容易となる。
図７は、図４〜図６において説明した拡散角異方性を有する拡散板を２枚用いて、その相対角度θを２°として回転方向にずらした場合の拡散特性を示す。
この場合、入射方向を垂直入射０°から５°ごと角度を増加させ、各入射角度に対する水平方向の出射相対輝度を示す。図７において実線ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５、ｃ６はそれぞれ入射角度０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°のときの出射相対輝度を示し、拡散角は約１°であることが分かる。図示しないが、垂直方向の拡散角は約４０°である。

また図８は、同様に前述の図４〜図６に示す拡散特性の拡散板を２枚組み合わせ、その相対角度θを約４°として回転方向にずらして構成した場合の水平方向の拡散特性を示す。図８において実線ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４はそれぞれ入射角度０°、１０°、２０°、３０°のときの出射相対輝度を示す。この例では、水平方向の拡散角は約２°を示し、拡散角の狭い２枚の拡散異方性拡散板を回転方向にずらして組み合わせることによって、元の拡散角より広い拡散角を有する拡散角異方性スクリーンを得ることができることが分かる。
このようにして、２枚の拡散部を回転方向にずらしたときの相対角度を大きくしていくと、最大で垂直拡散角と同じ約４０°の任意の拡散角を得ることができる。

以上の結果から、同一の拡散角異方性を有する拡散シート等の拡散部を用いて所望の拡散角異方性を有するスクリーンを提供することができることが分かる。このため、本発明の拡散部としては、例えば同一の散乱パターンを有するマスクを用いて転写等により製造した比較的低コストの拡散シート等を利用することができ、スクリーンとして組み込む画像表示装置に合わせて所望の拡散特性を有するスクリーンを、コスト高を招来することなく、容易に得ることができる。また、例えば画像表示装置に実際に組み込んだ後に拡散角を調整することも可能である。

次に、本発明のスクリーンを立体的な画像表示が可能な画像表示装置に適用した一実施形態例について説明する。
この例では、前述の特許文献１に記載の３次元画像生成方法を利用した画像表示装置に適用した場合を示す。
図９は、本発明の画像表示装置１００の一実施形態例の概略平面構成図である。この例においては、投射装置１０が多数用いられ、投射光Ｌｐの出射面をほぼ一平面に揃えて並置配列させて構成される。投射装置１０には、図示しないが光源と液晶パネル等の空間光変調部とが設けられ、画像情報に対応する光を投射する。そしてその投射光出射面に対向して、本発明構成のスクリーン２０が配置される。

このような構成において、立体的な画像を表示する方法について説明する。
まず、例えば撮影装置によって、予め表示する立体像を複数方向から撮影して、立体画像表示に必要な画像情報ｎ枚（ｎは複数、例えば１００以上）分を用意し、図示しないが記憶装置などに記憶しておく。
図１０にこの複数の画像情報を利用した画像表示態様を模式的に示す。図１０において、図９と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。例えば投射装置１０のうち１つの投射装置１０ｍから、矢印ｍ１〜ｍ５で示すように、スクリーン２０に向かって投射光が投射される。なお、投射装置１０とスクリーン２０とが対向する空間の側面にミラー３０を配置することによって、ミラー３０により反射された光も矢印ｍ１´で示すようにスクリーン２０に入射され、スクリーン２０における観察者からの視野角が広がる効果が得られる。

これらのｍ１´、ｍ２〜ｍ５で示す光がスクリーン２０を通過する角度は、上述したようにこのスクリーン２０を水平方向には微小な拡散角のみを有する構成とすることにより、ほぼ保持される。ここで、これらの矢印ｍ１´、ｍ２〜ｍ５で示す光は、予め用意しておいた立体画像を構成する複数枚の画像情報Ｐ１〜Ｐｎのうち、縦方向に分割された一部の画像情報ｐ２ｍ〜ｐｎｍを表示する。
この場合、上述したように、スクリーン２０を、その垂直方向には大きい拡散角を有し、水平方向には微小な拡散角度を有する構成とすることによって、１つの投射装置の情報は垂直方向にしか拡散されないため、縦ラインの表示として見える。
すなわち、矢印ｍ１´、ｍ２〜ｍ５で示す光が通過するスクリーン２０の位置を単位画素とすると、垂直方向に延びる各単位画素から観察者の瞳にむけて、立体画像を構成する縦ラインの画像情報ｐ２ｍ〜ｐｎｍが出射されることとなる。

ここで、スクリーン２０の隣の単位画素の表示ラインはその隣の投射装置からの表示情報が眼に入る。したがって、複数台の投射装置からそれぞれ必要な情報が眼に入るようにすることによって、左右の眼で観察されるスクリーン２０上の画像は、各投射装置による縦ライン表示の合成画像として見える。
そしてこの場合、スクリーン２０が水平方向において例えば１°未満程度の微小な拡散角を有しているため、各投射装置が表示するこれらの縦ラインの間に隙間が生じることなく、良好な立体画像表示を行うことができる。

なお、このスクリーン２０の有する垂直方向、水平方向の拡散角度は、前述の図９において示す画像表示装置１００の構成、すなわち例えば投射装置１０のピッチや、周辺光量比などによって最適値が異なってくる。したがって、画像表示装置１００を構成し、最適な拡散角度を求めてこれに合わせてスクリーン２０の各拡散部の回転角度を調整してもよく、または、スクリーン２０を組み込んだ状態で立体画像が良好に表示されるように拡散部２1及び２２の回転角を調整してもよい。

上述の実施形態例においては、スクリーン２０として、拡散シート等より成る拡散部２1及び２２を用いて構成した例を示したが、図１１に概略構成図を示すように、そのうち１枚の拡散部をレンチキュラーレンズシート等より成るレンチキュラーレンズ部２３としてもよい。この場合は、レンチキュラーレンズ部２３において、垂直方向に所望の拡散角度を有する構成とし、これに対して垂直方向に例えば同様の拡散角度をもち、水平方向に微小な拡散角を有する拡散シート等の拡散部２２を、これらの回転方向の相対角度θを適切に選定してずらして組み合わせることによって、垂直方向及び水平方向に所望の拡散角を有する拡散角異方性を有するスクリーン２０を構成することができる。図１１において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合においても、図９及び図１０において説明した画像表示装置に適用することで同様に、垂直方向の縦ラインの間に隙間が生じることなく、良好に立体画像を表示することができる。

以上説明したように、本発明のスクリーンによれば、拡散角を容易に且つ精度良く調整できる。特に、1度以内程度の微小な拡散角を所望の値に精度良く設定することが可能となる。
また、このような拡散シート等の拡散部を製造するにあたり、同一の散乱パターンを有するマスター基板やマスクが1種類で済むため、初期コストの低減化を図ることが可能となる。

なお、本発明によるスクリーン及び画像表示装置は、上述の各実施形態例に限定されるものではなく、その他上述したように、スクリーンに拡散部以外の光学機能シートを設けるとか、或いは、画像表示装置において、例えば投射装置として走査光学系を用いるものなど、その種類や配置構成、更にその他の投射光学系などの光学部品や制御部の追加など、本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
また、本発明のスクリーンは、拡散角異方性を有するものに限ることなく、微小な拡散角を精度良く調整することが望まれる拡散板を有するスクリーンに適用し得る。
また、本発明のスクリーンを用いる画像表示装置としては、上述の３次元画像生成方法を採る場合に限定されることなく、微小な拡散角特性が要求されるスクリーンを用いる各種の画像表示装置に適用可能である。

本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略構成図である。 Ａは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略上面構成図である。Ｂは本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略側面構成図である。 従来の拡散板の拡散特性を示す図である。 従来の拡散板の拡散特性を示す図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の拡散部の水平方向の拡散特性を示す図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の拡散部の垂直方向の拡散特性を示す図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の拡散特性を示す図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の拡散特性を示す図である。 本発明による画像表示装置の一実施形態例の概略構成図である。 本発明による画像表示装置の一実施形態例の画像表示態様の説明図である。 本発明によるスクリーンの一実施形態例の概略構成図である。 Ａは２次元画像表示の説明図である。Ｂは３次元画像表示の説明図である。 ３次元画像生成方法の一例の説明図である。

符号の説明

１０．投射装置、２０．スクリーン、２１．拡散部、２２．拡散部、２３．レンチキュラーレンズ部、３０．ミラー

Claims (7)

1. 投射装置からの光を投影するスクリーンであって、
   前記スクリーンは、少なくとも２枚の拡散部が設けられ、
   前記拡散部の有する拡散方向が、前記スクリーンの表示面内でずらして配置されて成る
   ことを特徴とするスクリーン
2. 前記拡散部は、前記スクリーンの表示面内において拡散角が異方性を有して成る
   ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
3. 前記拡散部のうち少なくとも１つの拡散部は、一の方向において比較的大きい拡散角を有し、これとは異なる他の方向において比較的小さい拡散角を有する
   ことを特徴とする請求項２記載のスクリーン。
4. 前記拡散板のうち少なくとも１つがレンチキュラーレンズより成る
   ことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
5. 光源からの光が空間光変調部により変調されて出射される投射装置を有し、前記投射装置からの光をスクリーンに投射して画像を表示する画像表示装置であって、
   前記スクリーンは少なくとも２枚の拡散部を有して成り、
   前記拡散部の有する拡散方向が、前記スクリーンの表示面内でずらして配置されて成る
   ことを特徴とする画像表示装置。
6. 前記投射装置から、前記スクリーンの垂直方向に延びる各画素に向かって変調した光が投射され、
   前記スクリーンの各画素から異なる視野方向に向けて立体画像に対応する光が出射されて立体画像の表示がなされる
   ことを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。
7. 前記スクリーンの前記拡散部のうち少なくとも１つの拡散部は、垂直方向において比較的大きい拡散角を有し、水平方向において微小な拡散角を有する
   ことを特徴とする請求項５記載の画像表示装置。