JP2007072049A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 鑑賞者の表示面に対する位置に応じて鑑賞者に異なる画像を視認させる画像表示装置をカラー化した場合における表示特性の向上を図る。
【解決手段】 表示面に表示される視差画像の配列方向に応じて複数のプロジェクタ１が配列され、上記複数のプロジェクタ１が表示面上に形成する上記視差画像のうち所定の画像を視差画像選択手段によって選択的に鑑賞者に到達させる画像表示装置であって、上記プロジェクタ１が、異なる色光を各々変調する複数の変調素子５０１〜５０３と、該変調素子５０１〜５０３によって変調された各々の色光を合成して所定方向に射出する合成手段７００と、該合成手段７００によって合成された上記色光を上記表示面に向けて投射する投射手段６００と、を備えて構成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、画像表示装置に関するものである。

画像表示装置の中には、鑑賞者の表示面に対する位置に応じて鑑賞者に異なる画像を視認させるものがある。
このような画像表示装置としては、例えば、鑑賞者の右目の位置と鑑賞者の左目の位置とに異なる画像（視差画像）を選択的に視認させることによって、立体画像を鑑賞者に視認させるものや、異なる角度から表示面を見る複数の鑑賞者に異なるコンテンツの画像を視認させるものがある。

例えば、非特許文献１には、鑑賞者に動的立体視可能な立体画像を視認させる画像表示装置の具体的な構成が記載されている。なお、ここで言う動的立体視とは、鑑賞者の鑑賞位置の変化に応じて、鑑賞者が視認する立体像の視認角度が変化する立体視のことである。
具体的には、非特許文献１においては、視差画像の配列方向に応じた方向に複数のプロジェクタを配置し、凹面鏡（視差画像選択手段）を用いて鑑賞者の右目と左目とに選択的に複数のプロジェクタによって形成される画像のうち所定の画像を選択的に視認させることによって、鑑賞者に立体画像を視認させている。そして、このような画像表示装置においては、鑑賞者が鑑賞位置を変えれば、異なる画像が鑑賞者の右目と左目とに視認されるため、この画像をその鑑賞位置に応じた立体像の画像にすることによって、動的立体視が可能な構成とされている。
特開平５−１０７５０４号公報 特開２００３−１４００８３号公報 「投影光学系扇形配列による立体映像表示装置の開発」３次元画像コンファレンス２００１ 講演番号７−３ 「６４眼式三次元カラーディスプレイとコンピューター合成した三次元物体の表示」３次元画像コンファレンス２００２ 講演番号５−３

このような動的立体視可能な画像表示装置は、鑑賞者に対して、より現実空間と同様な自然な立体像を提供することが可能であるため、今後、表示特性を向上させる技術がさらに開発されていくものと思われる。
例えば、上述のような動的立体視が可能な画像表示装置においては、鑑賞者の位置変化量が小さい場合でも、鑑賞者の右目と左目とに視認される画像を変化可能な構成とすることが、より現実空間と同様の自然な立体像を鑑賞者に視認させるために重要なこととなる。このため、非特許文献２には、プロジェクタを上下方向にずらして配置することによって、直線状にプロジェクタを配置した場合には、プロジェクタの形状から物理的に配置不可能である間隔でプロジェクタを配置する技術が開示されている。この技術によれば、より多くの視差画像を表示面上に表示することができるため、鑑賞者の位置変化量が小さい場合でも、鑑賞者の右目と左目とに視認される画像を変化させることが可能となり、表示特性を向上させることが可能となる。

また、より現実空間と同様な自然な立体像を提供するためには、立体画像のカラー化も重要な要件となってくる。
ところが、立体画像をカラー化する場合には、一般的には、光がカラーフィルタを介するため、プロジェクタの光量が低下し、画像が暗くなってしまう。
現状においては、立体画像をカラー化した場合における表示特性を向上させる技術は提案されていない。このため、カラー化した場合における表示特性の向上技術の提案が望まれている。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、鑑賞者の表示面に対する位置に応じて鑑賞者に異なる画像を視認させる画像表示装置をカラー化した場合における表示特性の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像表示装置は、表示面に表示される視差画像の配列方向に応じて複数のプロジェクタが配列され、上記複数のプロジェクタが表示面上に形成する上記視差画像のうち所定の画像を視差画像選択手段によって選択的に鑑賞者に到達させる画像表示装置であって、上記プロジェクタが、異なる色光を各々変調する複数の変調素子と、該変調素子によって変調された各々の色光を合成して所定方向に射出する合成手段と、該合成手段によって合成された上記色光を上記表示面に向けて投射する投射手段と、を備えて構成されていることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明の画像表示装置によれば、異なる色光が各々変調され、合成された後に表示面に向けて投射されることによって、視差画像を構成する１つの画像が形成される。
したがって、本発明の画像表示装置においては、光源からの射出光がカラーフィルタを介することなく変調されるため、カラーフィルタにおける光の吸収を無くすことができ、画像をカラー化した場合における、画像の解像度が低下することを防止することができる。よって、本発明の画像表示装置によれば、鑑賞者の表示面に対する位置に応じて鑑賞者に異なる画像を視認させる画像表示装置をカラー化した場合における表示特性の向上を図ることが可能となる。

また、本発明の画像表示装置においては、上記プロジェクタが、上記異なる色光を各々射出する光源を各々備えるという構成を採用することが好ましい。
白色光を分離系において、各色光に分離して、各々の色光を変調する構成も採用可能であるが、上述のように、プロジェクタが異なる色光を各々射出する光源を各々備えることによって、各光源から光が射出されるため、プロジェクタの光量を増加させることが可能となり、明るい画像を表示することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置においては、上記プロジェクタが、上記プロジェクタは、赤色の色光を射出する赤色光源と、緑色の色光を射出する緑色光源と、青色の色光を射出する青色光源とを備えるという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、フルカラー表示可能な画像表示装置となる。

また、本発明の画像表示装置においては、上記合成手段がダイクロイックプリズムであり、上記変調素子は、上記表示面上の上記視差画像の配列方向と直交する方向に応じた方向に配列されているという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、プロジェクタを配列方向に対してスリム化することができるため、より多くのプロジェクタを視差画像の配列方向に密に配列することが可能となり、より滑らかな動的立体視が可能となる。また、このような構成を採用する場合において、表示面が視差画像の配列方向に長い場合には、ダイクロイックプリズムを小型化することができる。よって、安価にプロジェクタを製造することができるとともに、プロジェクタの小型化も図れる。したがって、より滑らかな動的立体視が可能でかつ安価な画像表示装置を提供することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置においては、上記プロジェクタが備える光源が固体発光光源であるという構成を採用することが好ましい。
このような構成を採用することによって、個々のプロジェクタを小型化することが可能となるため、より密にプロジェクタを配列することが可能となる。

また、本発明の画像表示装置においては、具体的には、上記視差画像選択手段が、上記表示面に対して接触配置されるレンチキュラーレンズであるという構成を採用することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る画像表示装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１及び図２は、本第１実施形態の画像表示装置Ｓ１の概略構成を示した模式図であり、図１が画像表示装置Ｓ１を上側から見た平面図、図２が側面図である。
これらの図に示すように、本実施形態の画像表示装置Ｓ１は、複数のプロジェクタ１と、制御装置２と、スクリーン３と、レンチキュラーレンズ４とを備えて構成されている。

プロジェクタ１は、スクリーン３上に形成される視差画像の配列方向（本実施形態においては、図１の紙面上下方向）に応じて配列されている。そして、各プロジェクタ１によってスクリーン３上に画像が投射され、これらの画像がスクリーン３に配列して表示されることによってスクリーン３上に視差画像が形成される。
なお、視差画像とは、広い意味では、視認した際に差のある画像、すなわち異なる画像のことを示すが、本実施形態においては、同一の物体を異なる角度から捉えた画像が視差画像として用いられている。

図３は、プロジェクタ１の概略構成を側方から示した模式図である。
プロジェクタ１は、図３に示すように、光源１０１〜１０３と、インテグレータ２０１〜２０３と、ＰＢＳアレイ３０１〜３０３と、集光レンズ４０１〜４０３と、液晶ライトバルブ５０１〜５０３と、ダイクロイックプリズム７００と、投射レンズ６００とを備えて構成されている。

光源１０１〜１０３は、本実施形態の画像表示装置Ｓ１においては、固体発光光源の１つであるＬＥＤ（発光ダイオード）光源から構成されている。そして、光源１０１として赤色光を射出する赤色ＬＥＤ光源（赤色光源）が用いられ、光源１０２として緑色光を射出する緑色ＬＥＤ光源（緑色光源）が用いられ、光源１０３として青色光を射出する青色ＬＥＤ光源（青色光源）が用いられている。

インテグレータ２０１〜２０３は、光源１０１〜１０３から射出された光が後段の液晶ライトバルブ５０１〜５０３上において照度分布が均一となるようにするためのものであり、本実施形態においては、２つのフライアイレンズ２１０，２２０によって構成されている。なお、インテグレータ２０１〜２０３としては、ロッドレンズ等を用いることもできる。

ＰＢＳアレイ３０１〜３０３は、偏光ビームスプリッタがアレイ状に配列された光学素子であり、光源１０１〜１０３から射出された光の偏光方向を一方向に合わせて射出するものである。なお、本実施形態においては、ＰＢＳアレイ３０１〜３０３は、光源１０１〜１０３からの光の偏光方向を後段の液晶ライトバルブ５０１〜５０３に入射可能な偏光方向に合わせて射出する。
また、集光レンズ４０１〜４０３は、光源１０１〜１０３からの光を液晶ライトバルブ５０１〜５０３に集光するためのものである。

液晶ライトバルブ５０１〜５０３は、入射される光、すなわち光源１０１〜１０３からの光を輝度変調して射出するものである。なお、液晶ライトバルブ５０１〜５０２は、外部から入力される画像信号に基づいて駆動され、本実施形態においては、制御装置２から入力される画像信号に基づいて駆動される。そして、液晶ライトバルブ５０１が赤色光の光路上に配置され、液晶ライトバルブ５０２が緑色光の光路上に配置され、液晶ライトバルブ５０３が青色光の光路上に配置されている。

ダイクロイックプリズム７００（合成手段）は、各液晶ライトバルブ５０１〜５０３によって変調された赤色光、緑色光及び青色光を合成してスクリーン３方向に射出するものである。
また、投射レンズ６００は、ダイクロイックプリズム７００によって合成された光を画像光としてスクリーン３に向けて投射するものである。

ここで、本実施形態の画像表示装置Ｓ１が備えるプロジェクタ１においては、液晶ライトバルブ５０１と液晶ライトバルブ５０３とがダイクロイックプリズム７００を上下方向に挟むように配置されている。すなわち、液晶ライトバルブ５０１〜５０３がスクリーン上における視差画像の配列方向と直交する方向に応じた方向に配列されている。
このため、図１及び図２に示すように、プロジェクタ１を配列方向に対してスリム化することができる。よって、従来の画像表示装置もより多くのプロジェクタを視差画像の配列方向に密に配列することが可能となり、より滑らかな動的立体視が可能となる。
また、一般的なプロジェクタは、液晶ライトバルブが水平方向（本実施形態においては視差画像の配列方向）に配置されている。このため、通常の横長形状の液晶ライトバルブを用いる場合には、すなわちスクリーンが水平方向に長い場合には、ダイクロイックプリズムが液晶ライトバルブの長辺を基準として形成されている。これに対して、本実施形態においては、液晶ライトバルブが鉛直方向（本実施形態においては、視差画像の配列方向と直交する方向）に配置されているため、ダイクロイックプリズムが液晶ライトバルブの短辺を基準として形成される。このため、本実施形態で用いられるダイクロイックプリズムが小型化され、本実施形態で用いられるプロジェクタも同様に小型化される。したがって、プロジェクタをより密に配列してより滑らかな動的立体視を可能にできるとともに、ダイクロイックプリズムが安価となり、より安価な画像表示装置を提供することが可能となる。

図１及び図２に戻り、制御装置２は、各プロジェクタ１ａ〜１ｊを制御するものであり、具体的には、各プロジェクタ１ａ〜１ｊの各々に画像信号を供給している。制御装置２には、例えば、予め表示する立体画像の３次元データが記憶されており、この３次元データの中から適したデータを各プロジェクタ１ａ〜１ｊに供給する。

レンチキュラーレンズ４は、シリンドリカルレンズが短手方向に複数連接されたものであり、本実施形態においては、拡散部材であるスクリーン３を挟み込んで両側に接触配置されている。また、レンチキュラーレンズ４は、シリンドリカルレンズの長手方向が視差画像の配列方向と直交する方向（本実施形態においてはスクリーン３の上下方向）となるように配置されている。

プロジェクタ１側に配置されるレンチキュラーレンズ４１は、各プロジェクタ１から投射される画像がスクリーン３の横方向に分割して表示されるように、各プロジェクタ１からの画像光をスクリーン３の所定箇所に結像させる。
より詳細には、プロジェクタ１が視差画像形成方向に対応して配列されているため、各プロジェクタ１ａ〜１ｊから投射された画像光は、レンチキュラーレンズ４の各シリンドリカルレンズ４０によってスクリーン３の異なる部位に順に結像する。すなわち、各シリンドリカルレンズ４０の裏面（平らな面）と接触するスクリーン３には、そのシリンドリカルレンズ４０に入射した各プロジェクタ１ａ〜１ｊからの画像が表示される。

鑑賞者側に配置されるレンチキュラーレンズ４２（視差画像選択手段）は、スクリーン３上に分割表示された各プロジェクタ１ａ〜１ｊの画像を選択的に鑑賞者の右目と左目との各々に到達させるものである。
より詳細には、レンチキュラーレンズ４２は、スクリーン３上に表示された画像の光、すなわち分散光を視差画像の配列方向に指向性を持たせて射出するものである。なお、レンチキュラーレンズ４２を構成するシリンドリカルレンズ４０は、スクリーン３上に分割して表示された画像のうち、同一のプロジェクタ１から投射された画像が全て同一角度で射出されるような曲面を有している。このようなレンチキュラーレンズ４２によって、鑑賞者の右目と左目とには、各々異なるプロジェクタ１から投射された画像光が到達する。

ここで、本実施形態の画像表示装置Ｓ１においては、同一の物体を異なる角度から捉えた画像が視差画像として用いられているため、各プロジェクタ１から投射される画像は、同一物体を所定の角度から捉えた画像となる。このため、鑑賞者の右目と左目との各々に物体を異なる角度から捉えた画像が到達することとなり、鑑賞者が物体の立体画像を視認することができる。
また、鑑賞者が鑑賞位置を変えた場合には、また先とは異なる画像が鑑賞者の右目と左目との各々に到達するため、鑑賞者は物体の立体画像を異なる角度から視認することができる。すなわち、本実施形態の画像表示装置Ｓ１は、動的立体視が可能な構成とされている。

このような本実施形態の画像表示装置Ｓ１によれば、異なる色光が各々変調され、合成された後にスクリーン３に向けて投射されることによって、視差画像を構成する１つの画像が形成される。
したがって、本実施形態の画像表示装置Ｓ１においては、光源１０１〜１０３からの射出光がカラーフィルタを介することなく変調されるため、カラーフィルタにおける光の吸収を無くすことができ、画像をカラー化した場合の画像の解像度低下を防止することができる。よって、本実施形態の画像表示装置Ｓ１によれば、鑑賞者のスクリーン３に対する位置に応じて鑑賞者に異なる画像を視認させる画像表示装置をカラー化した場合における表示特性の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態の画像表示装置Ｓ１においては、光源として小型のＬＥＤ光源やダイクロイックプリズムを用いている。このため、バックフォーカスの短い短焦点レンズの採用が可能となり、広角投影が可能となる。

また、本実施形態の画像表示装置Ｓ１においては、プロジェクタ１から射出される画像光の光量を確保するために、各色光を射出する光源１０１〜１０３をプロジェクタ１が各々備えるという構成を採用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、プロジェクタが白色光を射出する光源を１つのみ有し、この白色光を分離系において、各色光に分離して、各々の色光を変調する構成も採用可能である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図４は、本第２実施形態の画像表示装置Ｓ２の概略構成を示した模式図である。この図に示すように、本実施形態の画像表示装置Ｓ２は、上記第１実施形態と同様にプロジェクタ１が視差画像の配列方向に応じた方向に配列されている。そして、図４に示すように、プロジェクタ１の後段に結像レンズ５が配置され、さらにその後段に一方向拡散性透明光学部材６及びスクリーン７が配置されている。

結像レンズ５は、各プロジェクタ１の投射レンズ６００とによってテレセントリックな結像系を構成しており、各プロジェクタ１からの画像光を方向性を持った画像光としスクリーン７上において結像可能とするものである。具体的には、結像レンズ５として、フレネルレンズを用いることができる。

一方向拡散性透明光学部材６は、入射される画像光を所定の一方向に拡散させて射出するものである。逆に言えば、一方向拡散性透明光学部材６は、入射される画像光の所定の一方向と直交する方向の指向性を保存した状態で、画像光を射出する。
そして、本実施形態の画像表示装置Ｓ２においては、一方向拡散性透明光学部材６によって画像光が拡散される方向は、視差画像の配列方向と直交する方向とされている。すなわち、画像光は、一方向拡散性透明光学部材６を透光した場合には、視差画像の配列方向に指向性が保存され、視差画像の配列方向と直交する方向に拡散される。このような構成を採用することによって、赤色、緑色、青色が均一に混合されて色むらが生じないようにできる。
なお、このような一方向拡散性透明光学部材６としては、シリンドリカルレンズの延在方向が横方向でかつ拡散面を有するレンチキュラーレンズや横方向にヘアーライン処理された透明光学部材等を用いることができる。

スクリーン７は、本実施形態の画像表示装置Ｓ２においては、反射性のスクリーンとして構成されている。
具体的には、表面が銀やアルミニウムによって反射層処理されたスクリーンを用いることができる。

なお、図４においては反射型のスクリーン構成で説明したが、一方向拡散性透明光学部材からなる透過型スクリーンを有する背面投影型の構成をとることもできる。この場合は視差の順番が反射の場合と逆転する。

このような本実施形態の画像表示装置Ｓ２においては、プロジェクタ１から射出された画像光が、結像レンズ５によって方向性を持った画像光となり、スクリーンに結像し、一方向拡散性透明光学部材６によって一方向に拡散され、その後、反射されて鑑賞者に到達する。
ここで、上述のように、鑑賞者に到達する画像光は、視差画像の形成方向に指向性を有しているため、鑑賞者の右目と左目とに各々異なる画像が到達する。また、鑑賞者の位置が変化した場合には、さらに異なる画像が鑑賞者の右目と左目との各々に到達する。したがって、本実施形態の画像表示装置Ｓ２においても、鑑賞者が動的立体視可能な構成とされている。

そして、本実施形態の画像表示装置Ｓ２においても、上記第１実施形態の画像表示装置Ｓ１と同様に、異なる色光が各々変調され、合成された後にスクリーン３に向けて投射されることによって、視差画像を構成する１つの画像が形成される。したがって、鑑賞者のスクリーンに対する位置に応じて鑑賞者に異なる画像を視認させる画像表示装置をカラー化した場合における表示特性の向上を図ることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る画像表示装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、固体発光光源としてＬＥＤ光源を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、信頼性及び点灯性がＬＥＤ光源と同様に高い固体発光光源（例えば、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）や半導体レーザ等）を用いることもできる。

また、上記実施形態においては、鑑賞者に対して立体画像を提供することを目的とした画像表示装置について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、異なる位置から鑑賞する複数の鑑賞者に対して異なるコンテンツの平面画像あるいは立体画像を提供する画像表示装置に応用することも可能である。

また、上記実施形態においては、光変調素子として液晶ライトバルブを採用したが、光変調素子として微小ミラーアレイデバイス等を採用することも可能である。
また、上記実施形態においては、投射レンズを用いて画像光を投射スクリーン上に投射することによって画像を表示したが、投射レンズの代わりに投射ミラーを用いることも可能である。

本発明の第１実施形態である画像表示装置の概略構成を模式的に示した平面図である。 本発明の第１実施形態である画像表示装置の概略構成を模式的に示した側面図である。 プロジェクタの概略構成を示した模式図である。 本発明の第２実施形態である画像表示装置の概略構成を示した模式図である。

符号の説明

Ｓ１，Ｓ２……画像表示装置、１（１ａ〜１ｊ）……プロジェクタ、２……制御装置、３，７……スクリーン（表示面）、４（４１，４２）……レンチキュラーレンズ、５……結像レンズ、６……一方向拡散性透明光学部材、５０１〜５０３……液晶ライトバルブ（変調手段）、６００……投射レンズ（投射手段）、７００……ダイクロイックプリズム（合成手段）

Claims (6)

1. 表示面に表示される視差画像の配列方向に応じて複数のプロジェクタが配列され、前記複数のプロジェクタが表示面上に形成する前記視差画像のうち所定の画像を視差画像選択手段によって選択的に鑑賞者に到達させる画像表示装置であって、
   前記プロジェクタは、
   異なる色光を各々変調する複数の変調素子と、
   該変調素子によって変調された各々の色光を合成して所定方向に射出する合成手段と、
   該合成手段によって合成された前記色光を前記表示面に向けて投射する投射手段と、
   を備えて構成されていることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記プロジェクタは、前記異なる色光を各々射出する光源を各々備えることを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記プロジェクタは、赤色の色光を射出する赤色光源と、緑色の色光を射出する緑色光源と、青色の色光を射出する青色光源とを備えることを特徴とする請求項２記載の画像表示装置。
4. 前記合成手段がダイクロイックプリズムであり、前記変調素子は、前記表示面上の前記視差画像の配列方向と直交する方向に応じた方向に配列されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記プロジェクタが備える光源が固体発光光源であることを特徴とする請求項２〜４いずれかに記載の画像表示装置。
6. 前記視差画像選択手段は、前記表示面に対して接触配置されるレンチキュラーレンズであることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の画像表示装置。
   
   
   
   

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