JP2008116878A

JP2008116878A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2008116878A
Application number: JP2006302566A
Authority: JP
Inventors: Isao Shimoyama; 下山　　勲; Kiyoshi Matsumoto; 松本　　潔; Eiji Iwase; 英治岩瀬; Sumihito Nagasawa; 純人長澤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2006-11-08
Filing date: 2006-11-08
Publication date: 2008-05-22

Abstract

【課題】物体の色だけでなく、色の見え方、光沢感、材質感等を提示できる画像表示装置を提供すること。
【解決手段】光の波長領域と、光強度と、偏光状態との少なくとも何れか一つを照射方向に依存して制御して射出する光供給部である発光部１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂと、発光部１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂからの光の前記照射方向を変化させる角度制御部であるマイクロレンズ素子１０１とを有することを特徴とする画像表示装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示装置、特に、物体色に加えて、物体の光沢感、材質感といった質感も提示できる画像表示装置に関する。

従来の画像表示装置において、発色の原理は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ−ＲａｙＴｕｂｅ）、ＰＤＰ（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ）、ＦＥＤ（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＤｉｓｐｌａｙ）、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）、有機ＥＬディスプレイなどと様々提案されている。

そして、画像提示方法においては、いずれの画像表示装置においても指向性の少ない光源を並べることにより、どの方向にも同じ平面画像を提示することが広く一般に用いられてきた。

なお、本明細書において、光源から照射される光により色提示をする場合を「発光」という。これに対して、光源は有さず、外部からの環境光によって反射型の色提示をする場合を「発色」という。

さらに、従来の画像表示装置をふまえて、さらに、立体視を行う構成も種々提案されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。

「高度三次元動画像遠隔表示プロジェクト最終報告書」、通信・放送機構報告書、ｐｐ．５４−５８、２００２年「三次元統合画像通信の後送」、電子情報通信学会技術研究報告、ｖｏｌ．９２、Ｎｏ．４４３、ｐｐ．１−９、１９９３年

従来の画像表示装置における画像提示方法では、物体の物体色を再現することは可能である。しかしながら、物体の光沢感や材質感、即ち、例えば、つるつる・ざらざらといった質感を提示することは原理的に不可能である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、物体の色だけでなく、色の見え方、光沢感、材質感等を提示できる画像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、光の波長領域と、光強度と、偏光状態との少なくとも何れか一つを照射方向に依存して制御して射出する光供給部と、前記発光部からの光の前記照射方向を変化させる角度制御部とを有することを特徴とする画像表示装置を提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記光供給部は、自ら光を発光する発光部であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記光供給部は、入射した光を反射する反射部であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記角度制御部は、所定画素ごとに設けられているマイクロレンズ素子であることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記マイクロレンズ素子は、各画素ごとに形成されていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記光供給部は、照射方向に依存して、波長領域と、光強度と、偏光状態との少なくとも何れか一つを制御することで物体の質感情報を表示することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記光供給部は、照射方向に依存して、波長領域と、光強度と、偏光状態との少なくとも何れか一つを制御することで物体の立体情報を表示することが望ましい。

本発明によれば、物体の色だけでなく、色の見え方、光沢感、材質感等を提示できる画像表示装置を提供できる効果を奏する。

以下に、本発明に係る画像表示装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

まず、初めに、本発明により物体の質感を提示できる原理について説明する。物体色は、所定の一つの幾何学的条件の計測により定まる。このことは、日本工業規格ＪＩＳＺ８７２２及び国際照明委員会（ＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅｄｅｌ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）の国際規格ＣＩＥＮｏ．１５．２で定められている。幾何学的条件の例としては、試料面の法線に対して光軸が４５度の角度をなす一つ以上の光線束で試料を照明し、試料の法線となす角度が１０度以下の反射光を受光する、といったものである。

図７の（ａ）に示すように、上述の規格に定められている幾何学的条件により、表面のざらざら（凹凸のある状態、ｔｅｘｔｕｒｅｄな状態）した赤い色紙を計測した場合について説明する。図７の（ｂ）は、このときの測定結果を示している。この結果からは、７００ｎｍ程度に反射波長のピークを持ち、赤い物体色を持つことはわかる。しかしながら、ざらざらした表面であるかはわからない。

次に、図８の（ａ）に示すように、図７で計測したときと同じ色紙を、受光角を様々に変えて計測する。図８の（ｂ）は、このときの測定結果を示している。また、図９は、表面が円滑で、いわゆるつるつる（非常にスムーズな状態、平滑度が高い状態）な赤い色紙を図８と同じ計測条件で計測したものである。これらを比較すればその差異は明確であり、つるつるな表面では鏡面反射の状態、即ち図８の（ａ）及び図９の（ａ）における、受光角がＥの条件のときに非常に強い反射光となる。このとき、観察者には、白色に見える。

一方、ざらざらな表面では特に反射強度が際立って変化する状態は存在しない。このように、質感の違いは見る角度による発光波長、強度の違いとして評価することができる。

上述の計測に基づいた質感を提示する画像提示方式を具体的な例を用いて説明する。つるつるな表面を提示するには、ある方向から見ると鏡面反射し、即ち明るい白色として見え、他の角度から見ると物体色を提示することによって実現できる。

また、ざらざらな表面を提示するには、どの方向から見ても同じような色合いを提示することによって実現できる。このように、発色および発光のよる光波長・光強度および偏光を方向に依存して制御できる発色・発光部を並べた画像表示装置を用いることで、質感を提示することができる。

本発明の実施例１に係る画像表示装置について説明する。図１は、実施例１に係る画像表示装置１００の概略構成を示している。画像表示装置１００は、発光体１０３と、調光部１０２と、マイクロレンズ素子１０１とから構成されている。

図２は、画像表示装置１００の一画素ＰＸの部分を拡大して示している。画素ＰＸごとにマイクロレンズ素子１０１が設けられている。また、発光体１０３は、赤色光を照射する赤色光用発光体１０３Ｒと、緑色光を照射する緑色光用発光体１０３Ｇと、青色光を照射する青色光用発光体１０３Ｂとで一組の発光体を構成している。そして、複数の組の発光体が２次元状に配列されている。ここで、各発光体ひとつの大きさは、１μｍ角から１０ｃｍ角の間である。

発光体１０３の各色用発光体１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂに対応して、その射出側近傍に調光部１０２が配置されている。調光部１０２も、赤色光（Ｒ光）を調光する赤色光用調光部１０２Ｒと、緑色光（Ｇ光）を調光する緑色光用調光部１０２Ｇと、青色光（Ｂ光）を調光する青色光用調光部１０２Ｂとで一組の調光部を構成している。

図１に戻って、説明を続ける。制御部１０４は、表示する物体に関する質感情報、例えば凹凸情報に基づいて、調光部１０２の透過率を制御する。これにより、各発光体１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂからの光の強度を任意に制御することができる。

発光部１０３と調光部１０２とで、光供給部に対応する。光供給部は、光の波長領域と、光強度と、偏光状態との少なくとも何れか一つを照射方向に依存して制御して射出する。

また、マイクロレンズ素子１０１は、発光部１０３からの光の照射方向を変化させる角度制御部の機能を有している。

また発光部１０３は、自ら光を発光する発光体（自発光体）である。

本実施例により、マイクロレンズ素子１０１ごとに配置された発光体１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂの数だけ、角度によって異なる発光状態（発光波長・強度及び偏光の状態）を提示できる。このため、観察者は、本装置を見る角度により発光波長（色）、強度の違いを認識できる。例えば、ある角度方向からみると白色、その他の角度からみると赤い物体色が見えるように提示すると、観察者はつやつやな赤い表面として見える。この結果、上述したように、提示する物体の質感の相違を認識できる。

なお、マイクロレンズ素子１０１は、一画素ＰＸごとに配置されているが、これに限られるものではない。例えば、複数の所定画素ごとに一つのマイクロレンズ素子１０１を配置する構成としても良い。

また、調光部１０２は、液晶を用いた電気的光学シャッターで構成することができる。

さらに、発光波長・強度だけでなく偏光も制御できることが望ましい。例えば、金属光沢と紙などのつやの違いには偏光が存在するか（紙などのつや）、偏光が存在しないか（金属光沢）ということがあげられている（例えば、日本色彩学会編、『色彩用語事典』、東京大学出版会、２００３）。そのため、より実際に近い光沢感を実現する場合には、偏光も制御できることが望ましい。偏光の制御部としては、液晶を用いた電気的偏光素子を用いることができる。

次に、本発明の実施例２に係る画像表示装置について説明する。図３は、本実施例に画像表示装置の概略構成を示している。実施例１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例では、複数のフォトダイオード素子５０１ａからなるフォトダイオードアレイ５０１を有している。また、フォトダイオードアレイ５０１の近傍には、カラーフィルタ５０２Ｒ、５０２Ｇ、５０２Ｂが配置されている。

本実施例では、光源ＬＳからの光をフォトダイオードアレイ５０１で受光する。これにより、環境光の角度・強度情報を取得できる。そして、環境光の角度・強度情報を考慮して、発光部１０３、調光部１０２を制御する。これにより、環境光に対応した物体表面の質感を提示することができる。

また、光供給部は、入射した光を反射する反射部である反射型の表示素子（発色素子）を用いることもできる。この場合、外部からの光源により、本画像表示装置を照明する。そして、その反射光により質感を表示する。

次に、本発明の実施例３に係る画像表示装置について説明する。図４は、実施例３に係る画像表示装置３００の概略構成を示している。理解の容易のため、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光を供給する一組の構成のみを示し、その他の重複する構成については省略する。

赤色光用発光体１０３Ｒと緑色光用発光体１０３Ｇと青色光用発光体１０３Ｂとで一組の発光体１０３を構成している。発光体の近傍には、調光部１０２が設けられている。さらに角度制御部として可動ミラー３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂが配置されている。角度制御部３０２は、各可動ミラー３０１Ｒ、３０１Ｇ、３０１Ｂの傾斜角度を制御する。これにより、発光部１０３からの光の照射方向を変化させることができる。

上記実施例が角度方向の発光情報を空間分割によって提示していたのに対し、図４で示す構成例では、角度方向の発光情報を時間分割により提示している点が異なる。

図５は、実施例４に係る画像表示装置４００の概略構成を示している。理解の容易のため、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光を供給する一組の構成のみを示し、その他の重複する構成については省略する。

図５においては、発光部１０３として、自発光素子であるＲ光用有機ＥＬ素子１０３Ｒ、Ｇ光用有機ＥＬ素子１０３Ｇ、Ｂ光用有機ＥＬ素子１０３Ｂを用いている。また、各有機ＥＬは、光の照射に関して指向性を有している。

発光部１０３は、可動ミラー５０３Ｒ、５０３Ｇ、５０３Ｂの上に配置されている。この場合、Ｒ光用有機ＥＬ素子１０３Ｒ、Ｇ光用有機ＥＬ素子１０３Ｇ、Ｂ光用有機ＥＬ素子１０３Ｂは、発光部の機能と調光部の機能とを兼ね備えている。また、可動ミラー５０３Ｒ、５０３Ｇ、５０３Ｂは、角度制御部に相当する。

角度制御部４０１は、各可動ミラー５０３Ｒ、５０３Ｇ、５０３Ｂの傾斜角度を制御する。これにより、発光部１０３からの光の照射方向を変化させることができる。

図６は、実施例５に係る画像表示装置６００を示している。図６の（ａ）は、画像表示装置６００の外観構成を示している。画像表示装置６００は、表示部６０３を備えている。また、図６の（ｂ）は、画像表示装置６００の表示部分の断面構成を示している。

本実施例では、実施例１の一画素ＰＸ分に相当する発光体６０１と、フォトダイオードで構成される受光部６０２とが交互に配置されて構成されている。これらの、発光体６０１と受光部６０２とはＭＥＭＳ技術により製造されている。各発光部６０１、各受光部６０２は、それぞれ回転（傾斜）可能に構成されている。

そして、受光部６０２により、環境光の角度・強度情報を取得できる。環境光の角度・強度情報を考慮して、発光部６０１を制御する。これにより、環境光に対応した物体表面の質感を提示することができる。

また、上述したＲ光、Ｇ光、Ｂ光との３色により提示される場合には限定されない。例えば、色再現の原理が２つまたは複数の単色光の混合によるものであれば良い。このとき、用いる光の波長領域は、３００ｎｍから８００ｎｍまで変化させることができる。

さらに、連続的な単一波長発色の混合によっても良い。連続単一波長を用いる場合、それを時間的・空間的に重ね合わせることにより、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の三原色を用いる場合よりも多くの色を提示できる。

本発明によれば、従来のディスプレイでは表示不可能であった物体の光沢感、材質感を表示することができる。また、角度による発光波長・強度を制御できるため、眼鏡なしの立体画像表示装置として利用することも可能である。

以上のように、本発明に係る画像表示装置は、質感情報を提示できる装置に有用である。

本発明の実施例１に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。実施例１の画像表示装置の一部を拡大して示す図である。本発明の実施例２に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。本発明の実施例３に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。本発明の実施例４に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。本発明の実施例５に係る画像表示装置の概略構成を示す図である。表面反射の計測条件と測定結果とを示す図である。表面反射の計測条件と測定結果とを示す他の図である。表面反射の計測条件と測定結果とを示すさらに他の図である。

符号の説明

１００画像表示装置
１０１マイクロレンズアレイ
１０２、１０２Ｒ、１０２Ｇ、１０２Ｂ調光部
１０３、１０３Ｒ、１０３Ｇ、１０３Ｂ発光部
１０４制御部
３０２角度制御部
４０１角度制御部
５０１フォトダイオードアレイ
５０１ａフォトダイオード素子
５０２Ｒ、５０２Ｇ、５０２Ｂカラーフィルタ
５０３Ｒ、５０３Ｇ、５０３Ｂ可動ミラー
６００画像表示装置
６０１発光部
６０２受光部
６０３表示部
ＯＢ物体
ＰＸ画素
ＬＳ光源

Claims

光の波長領域と、光強度と、偏光状態との少なくとも何れか一つを照射方向に依存して制御して射出する光供給部と、
前記光供給部からの光の前記照射方向を変化させる角度制御部とを有することを特徴とする画像表示装置。
前記光供給部は、自ら光を発光する発光部であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記光供給部は、入射した光を反射する反射部であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記角度制御部は、所定画素ごとに設けられているマイクロレンズ素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
前記マイクロレンズ素子は、各画素ごとに形成されていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
前記光供給部は、照射方向に依存して、波長領域と、光強度と、偏光状態との少なくとも何れか一つを制御することで物体の質感情報を表示することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
前記光供給部は、照射方向に依存して、波長領域と、光強度と、偏光状態との少なくとも何れか一つを制御することで物体の立体情報を表示することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の画像表示装置。