JP2012173736A - Stereoscopic display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、人間の両目の視差を利用した立体表示装置に関する。The present invention relates to a stereoscopic display device using the parallax between human eyes.
従来、人間の両目の視差を利用した立体表示装置として特許文献1に記載のものが開示されている。
この特許文献1に記載された立体表示装置を図2に参照して説明する。Conventionally, the thing of patent document 1 is disclosed as a three-dimensional display apparatus using parallax of human eyes.
The stereoscopic display device described in Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
図2は従来例の立体表示装置を全体として示す構成図であり、4は透過率と反射率とが等しい四角形のハーフミラーを示し、前記ハーフミラー4の上端部を観察窓6の上部手前に固定するとともに、前記ハーフミラー4の下端部を前記観察窓4の下部奥に固定し、前記ハーフミラー4が水平面に対し、前面方向に向かって45度面を形成するようにする。FIG. 2 is a block diagram showing a conventional stereoscopic display device as a whole. Reference numeral 4 denotes a square half mirror having the same transmittance and reflectance, and the upper end of the half mirror 4 is in front of the upper part of the
左目用画面を表示する左目用画像表示装置1Lを、前記ハーフミラー4の前記観察窓6側とは反対側の後方に画面が鉛直となるように配置し、その偏光方向が水平方向となるようにする。この場合、前記左目用画像表示装置1Lの上側を前記観察窓6の上側、前記左目用画像表示装置1Lの下側を前記観察窓6の下側に対応するようにする。The left-eye image display device 1L for displaying the left-eye screen is arranged behind the half mirror 4 on the side opposite to the
前記ハーフミラー4の下側に、右目画面を表示する右目用画像表示装置1Rを水平に固定し、その偏光方向を左目用画像表示装置1Lの偏光方向と同じとなる右目用画像表示装置1Rの平面と前記ハーフミラー4の平面のなす交線に平行な方向となるようにする。このとき、前記画像表示装置1Rの画面の上側が手前側、前記右目用画像表示装置1Rの画面の下側が奥側に位置するようにする。The right-eye image display device 1R for displaying the right-eye screen is fixed horizontally below the half mirror 4, and the polarization direction of the right-eye image display device 1R is the same as the polarization direction of the left-eye image display device 1L. The direction is parallel to the line of intersection between the plane and the plane of the half mirror 4. At this time, the upper side of the screen of the image display device 1R is positioned on the near side, and the lower side of the screen of the image display device 1R for the right eye is positioned on the back side.
前記右目用画像表示装置1Rの映像表示面に1/2波長板2を被着する。前記1/2波長板2は、入射光の偏光面を回転することができ、前記右目用画像表示装置1Rの偏光方向をその面内で90度回転させる。A half-
前記右目用画像表示装置1Rの画面に前記1/2波長板2を配し、さらに偏光子3を配置して、前記右目用画像表示装置1Rから得られる画像のハーフミラー4を反射して得られる画像の偏光方向を鉛直方向とし、前記左目用画像表示装置1Lから得られる画像のハーフミラー4を透過して得られる画像の偏光方向が水平方向となるようにしたので、ハーフミラー4を介して得られる偏光は鉛直及び水平方向であり、直線偏光の特性が崩れることがなく良好な立体画像を得ることができる。Obtained by reflecting the half-mirror 4 of the image obtained from the right-eye image display device 1R by arranging the half-
5は観察者が掛ける偏光メガネであり、5L及び5Rは左目用及び右目用検光子であり、左目用検光子5Lは水平方向の偏光角度を有し、右目用検光子5Rは鉛直方向の偏光角度を有するようにする。ここで左目用検光子5L及び右目用検光子5Rをつけて観察者が観察窓6から観察したときは、左目用画像表示装置1Lから到来する水平方向の偏光の映像光は、左目につけた左目用検光子5Lを通過して左目に達する。一方右目用画像表示装置1Rから到来する鉛直方向の偏光の映像光は、右目につけた検光子5Rを通過し右目に達することにより、両目の視差で観察者が立体感を体験することができる。
しかしながら、上述特許文献1に記載されている従来の立体表示装置は、直線偏光の映像光を反射率と透過率がそれぞれ等しいハーフミラーを介して見るようにしており、一般に、このような特性のハーフミラーは高価となる。一方、安価なハーフミラーを使用した場合透過率が小さいのに加え直線偏光の特性が崩れてくる性質があるので良好な立体画像が得られない問題があった。However, the conventional stereoscopic display device described in Patent Document 1 is configured to view linearly polarized image light through half mirrors having the same reflectance and transmittance, and generally has such characteristics. Half mirrors are expensive. On the other hand, when an inexpensive half mirror is used, there is a problem that a good three-dimensional image cannot be obtained because the characteristics of linearly polarized light are destroyed in addition to the low transmittance.
また、左目用及び右目用の2つの画像表示装置がお互いになす角度や距離を正確に配置する必要があり、前記2つの画像表示装置を個々に筐体に設置する場合、前記2つの画像表示装置の相対的な角度及び距離を正確に調整するのが難しい問題があった。In addition, it is necessary to accurately arrange the angle and the distance between the two image display devices for the left eye and the right eye, and when the two image display devices are individually installed in a housing, the two image display devices are displayed. There is a problem that it is difficult to accurately adjust the relative angle and distance of the apparatus.
そこで、本発明は、斯かる点に鑑み、安価に製作でき、正確な組立てにより良好な立体画像を得ることができる装置を実現することを課題とする。In view of the above, the present invention has an object to realize an apparatus that can be manufactured at low cost and can obtain a good stereoscopic image by accurate assembly.
上記課題を解決するために、請求項1及び請求項2記載の立体表示装置は、表面に金属や誘電体を蒸着して反射率及び透過率を調整したハーフミラーの替わりに透明な樹脂板やガラス板を平板に加工したままの透明板を使用して透過光を大きくする。このとき2つの画像表示装置を90度より大きな角度をもって設置して前記2つの画像表示装置から透明板への入射角が大きくなるように配置するとともに、前記2つの画像表示装置で生成される画像のうち前記透明板で反射する画像の光の偏光方向を前記透明板への入射面に垂直な方向となるように調整することにより、前記透明板における反射率を大きくし、前記2つの画像表示装置からの光量が十分得られるようにする。In order to solve the above-mentioned problems, the stereoscopic display device according to claim 1 and
請求項3記載の立体表示装置は、2つの画像表示装置がお互いになす角度を90度よりも大きく180度に近い角度で固定及び一体化された構造にされていることで、2つの画像表示装置が相対的に正確な角度と距離をもって組立てられることが容易となっている。The stereoscopic display device according to
本発明は次のような効果を奏する。
請求項1及び請求項2記載の発明は、ハーフミラーの替わりに安価な材料の透明板を使用しても画像の光量が十分確保できるため、低コストで良好な立体画像を得ることができる装置を実現できる。The present invention has the following effects.
According to the first and second aspects of the present invention, since a sufficient amount of image light can be secured even if a transparent plate made of an inexpensive material is used instead of a half mirror, an apparatus capable of obtaining a good stereoscopic image at low cost. Can be realized.
請求項3記載の発明は、画像表示装置の部品製造や正確な組立てが容易となるため、低コストの立体表示装置を実現できる。According to the third aspect of the present invention, it is easy to manufacture parts of the image display device and to accurately assemble the image display device, so that a low-cost stereoscopic display device can be realized.
さらに、本発明を安価な教材として利用することで、子供がその原理に興味をもち、光学の基礎を学習するよい機会を与える。Furthermore, by using the present invention as an inexpensive teaching material, the child is interested in the principle and has a good opportunity to learn the basics of optics.
以下、図3及び図1を参照して、本発明の立体表示装置を実施するための形態の例を説明する。Hereinafter, with reference to FIG.3 and FIG.1, the example of the form for implementing the three-dimensional display apparatus of this invention is demonstrated.
図3は本例の立体表示装置を全体として示す構成図を示している。画像表示装置11は、それぞれが長方形の形状をもつ左目画面を表示する左目用画像表示装置11Lと右目画面を表示する右目用画像表示装置11Rで構成されており、左目用画像表示装置11Lの一辺と右目用画像表示装置11Rの一辺を共有するように一体化して製造され、前記左目用画像表示装置11Lと右目用画像表示装置11Rのなす角度が150度となるように角度が固定されている。このとき、左目用画像表示装置11Lは観察窓16の正面に位置し画面が鉛直となるよう配置し、右目用画像表示装置11Rは左目用画像表示装置11Lの下に来るように設置する。FIG. 3 is a configuration diagram showing the stereoscopic display device of this example as a whole. The image display device 11 includes a left-eye
前記左目用画像表示装置11Lの画像の光の偏光方向及び前記右目用画像表示装置11Rの画像の光の偏光方向を、前記左目用画像表示装置11Lと前記右目用画像表示装置11Rの両方に垂直な面内の方向となるようにしている。このとき前記左目用画像表示装置11Lの画像の光の偏光方向は鉛直方向である。前記右目用画像表示装置11Rの画像の光の偏光方向は、1/2波長板12及び偏光子13を透過させることで水平方向に変換されている。The polarization direction of the light of the image of the left-eye
光をよく透過する樹脂材料でできた長方形の透明板14を、前記右目用画像表示装置11Rと前記左目用画像表示装置11Lのそれぞれに対して同じ角度をなすよう、水平面に対し下方に15度面を形成するように設置する。A rectangular
このとき、前記左目用画像表示装置11Lと前記右目用画像表示装置11Rが前記透明板14の反射面(右目用画像表示装置に対向する面)に対し面対称としているので、前記左目用画像表示装置11Lからの画像の光と前記右目用画像表示装置11Rの画像の光の光路長は等しくなる(前記透明板14での屈折の影響が無視できる場合)。At this time, the left-eye
15は観察者が掛ける偏光メガネであり、15L及び15Rは左目用及び右目用検光子であり、左目用検光子15Lは鉛直方向の偏光方向を有し、右目用検光子15Rは水平方向の偏光方向を有するようにする。
次に本例の動作につき説明する。前記右目用画像表示装置11Rからの画像の光は1/2波長板12及び水平方向の偏光子13を透過することで画像の光は水平方向の直線偏光となり、その偏光方向は前記透明板14の入射面に対して垂直となる。一方、前記左目用画像表示装置11Lからの画像の光の偏光方向は鉛直方向であり前記透明板14の入射面内の方向となる。Next, the operation of this example will be described. The image light from the right-eye image display device 11R passes through the half-
光学において、直線偏光の光が空気より屈折率の大きい媒質に入射するとき、大きな入射角において反射率が大きくなることがよく知られているが、その光の偏光方向を入射面に垂直となるように選ぶとさらに反射率が大きくなることが知られている。In optics, it is well known that when linearly polarized light enters a medium having a higher refractive index than air, the reflectivity increases at a large incident angle, but the polarization direction of the light is perpendicular to the incident surface. It is known that the reflectance will be further increased if such a selection is made.
前記右目用画像表示装置11Rからの画像の光は、前記透明板14に対して75度という大きな入射角で入射するとともに、偏光方向が水平方向であり入射面に垂直であるため、前記透明板での反射率が大きくなり大きな光量が得られる。The light of the image from the right-eye image display device 11R is incident on the
一方、前記左目用画像表示装置11Lからの画像の光も、前記透明板に対して75度という大きな入射角で入射するものの、偏光方向が鉛直方向となり入射面内の方向となるため、前記透明板での透過率の低下は小さい。On the other hand, although the image light from the left-eye
ここで前記左目用検光子15L及び前記右目用検光子15Rをつけて観察者が前記観察窓16から観察したときは、前記左目用画像表示装置11Lから到来する鉛直方向の直線偏光の画像の光は、左目につけた鉛直方向の前記左目用検光子15Lを通過して左目に連する。一方前記右目用画像表示装置11Rから1/2波長板12及び偏光子13を介して到来する水平方向の直線偏光の映像光は、右目につけた水平方向の前記右目用検光子15Rを通過し右目に達することにより、両目の視差で観察者が立体感を体験することができる。Here, when an observer observes from the
本例によれば、前記左目用画像表示装置11L及び前記右目用画像表示装置11Rを大きな角度で設置して、前記右目用画像表示装置11Rの前記透明板14を反射して得られる画像の偏光方向が水平方向となるようにしたので、前記右目用画像表示装置11Rの画像の偏光方向が前記透明板14へ入射する入射面に垂直であるとともに大きな入射角をもつことから反射率が大きくなり、十分な光量の反射光が得られる。これにより、高価なハーフミラーを使用する必要が無く、安価かつ良好な立体画像を得ることができる装置を実現できる。According to this example, the left-eye
図1は、本発明を実施するための別の用途の形態の例を示す。
本発明の別の用途は、直線偏光の反射など基本的な光の性質を利用し、簡単に3D画像を体験できる教材に関するものである。映画やテレビなどの3D技術を応用した商品の登場は、偏光を含む光学の基礎を学習するよい機会となるものの、教材としてその原理を容易に学習できるような安価なものが少ない。FIG. 1 shows an example of another application configuration for carrying out the present invention.
Another application of the present invention relates to a teaching material that makes it possible to easily experience a 3D image by utilizing basic light properties such as reflection of linearly polarized light. Although the appearance of products using 3D technology such as movies and television is a good opportunity to learn the basics of optics including polarized light, there are few inexpensive things that can easily learn the principles as teaching materials.
内面が黒色に塗られた壁を持つ筐体27に、画像シート21、左目用偏光子23L、右目用偏光子23R、透明板24、左目用検光子25L、右目用検光子25Rが配置された構成について示したものであり、筐体27の一部の壁27aを開いた状態で図示してある。An
それぞれが長方形の形状である前記左目用偏光子23Lの一辺と前記右目用偏光子23Rの一辺と前記透明板24の一辺が接している状態としている。前記左目用偏光子23L及び前記右目用偏光子23Rは、互いに150度の角度をなすとともに、前記透明板24からそれぞれ同じ75度の角度をなすように設置する。One side of the left-eye polarizer 23L, one side of the right-
前記右目用偏光子23Rの偏光方向は、前記右目用偏光子23Rの平面と前記透明板24の平面のなす交線に平行な方向に調整する。一方、前記左目用偏光子23Lの偏光方向は、前記左目用偏光子23Lと前記透明板24の両方に垂直な面内の方向に調整する。The polarization direction of the right-eye polarizer 23 </ b> R is adjusted to a direction parallel to the intersection line between the plane of the right-eye polarizer 23 </ b> R and the plane of the
前記左目用検光子25Lと前記右目用検光子25Rは、前記左目用偏光子23Lの半分の大きさであるとともに長方形形状としており、前記透明板24を挟んで前記左目用偏光子23Lと平行かつ正面となるように設置されている。前記左目用検光子25Lの一辺と前記右目用検光子25Rの一辺が接しており、その接する方向が、前記左目用偏光子23Lの一辺と前記右目用偏光子23Rの一辺がお互いに接する方向に対して垂直となるように設置されている。また、前記左目用検光子25Lの偏光方向は前記左目用偏光子23Lと同じ偏光方向をもち、前記右目用検光子25Rの偏光方向は前記右目用偏光子23Rと同じ偏光方向をもつように調整している。The left-
前記画像シート21は、左目用画像21L及び右目用画像21Rが、お互いに線対称の配置となるように印刷されたもので、前記筐体27の外の光源からの光が透過することで左目用画像の光と右目用画像の光が生成される。前記画像シート21は、前記左目用画像21L及び前記右目用画像21Rの対称線で150度に折り曲げられ、前記左目用偏光子23L及び前記右目用偏光子23Rに外から密着するように設置されている。The
前記筐体27の外からの光は、前記左目用偏光子23L及び前記右目用偏光子23R、前記左目用検光子25L及び前記右目用検光子25Rを配置した位置を除き、前記筐体27で遮られている。The light from the outside of the
本例によれば、前記左目用画像21Lの画像の一点とこれに対応する前記左目用画像21Rの一点が、前記透明板24から同じ距離になるよう配置すれば、前記左目用画像21Lからの光が前記透明板24を透過して進んだ光路長が、前記右目用画像21Rからの光が透明板24で反射して進んだ光路長と等しくなるとともに、前記左目用画像21Lと前記右目用画像21Rは、前記透明板24で合成された後も同じ光路に進行し、前記左目用検光子25Lまたは前記右目用検光子25Rに到達する(前記透明板24における屈折の影響が小さい場合)。According to this example, if one point of the left-
前記右目用画像21Rからの光の偏光方向は、前記右目用偏光子23Rにより、前記透明板24に入射する入射面に垂直になっているとともに、入射する角度が75度と大きい値となっているので、前記透明板24における反射率が大きくなり、前記右目用画像21Rからの光量が十分得られる。The polarization direction of the light from the right-
前記右目用画像21Rからの光は、前記右目用偏光子23Rと同じ偏光方向をもつ前記右目用検光子25Rのみを通過するため、観察者の右目のみで視覚される。一方、前記左目用画像21Lからの光の偏光方向は、前記左目用偏光子23Lと同じ偏光方向をもつ前記左目用検光子25Lのみを通過するため、観察者の左目のみで視覚される。以上の構成の作用により、観察者は立体映像を体験できる。Since the light from the right-
但し、前記左目用画像21Lからの光は、前記透明板24を透過するときに屈折するため、その光路にずれを生じる。これに対応するために、前記透明板24の反射面の位置を、左目用画像21Lと右目用画像21Rの対称軸となる位置から調整する必要がある。このときも、前記画像シート21の前記左目用画像21Lの部分と前記透明板24がなす角と前記画像シート21の前記右目用画像21Rの部分と前記透明板24がなす角が等しくなるように保たれている。However, since the light from the left-
上に記述した実施例において前記2つの画像表示装置のなす角度や前記画像シートの角度を150度としたが、この角度に制限されない。前記透明板の屈折率が1.52の場合に140度(入射角70度)とすればハーフミラーと同程度の30%以上の反射率が得られる。したがって、前記2つの画像表示装置のなす角度を140度以上とすれば本発明を実施するのに適切な条件となる。In the embodiment described above, the angle formed by the two image display devices and the angle of the image sheet are 150 degrees, but the angle is not limited to this. When the transparent plate has a refractive index of 1.52, if it is 140 degrees (incident angle 70 degrees), a reflectance of 30% or more, which is the same as that of the half mirror, can be obtained. Therefore, if the angle formed by the two image display devices is 140 degrees or more, it is an appropriate condition for carrying out the present invention.
上に記述した発明における画像表示装置や画像シートとして、フィルムをはじめ、液晶、ELなど光を透過又はそれ自身が発光することにより画像を生成できるあらゆるものが適用できる。As the image display device and the image sheet in the above-described invention, any device capable of generating an image by transmitting light or emitting light itself such as a film, a liquid crystal, and EL can be applied.
また、上に記述した発明における透明板の材料として、ガラスをはじめ、アクリル、ポリカボーネートなど光を透過し、空気よりも大きな屈折率を持つ材料ならばなんでも適用可能である。ただし、反射率を大きくするために、より屈折率が大きい材料が好ましい。Further, as the material of the transparent plate in the invention described above, any material can be applied as long as it transmits light and has a refractive index larger than that of air, such as glass, acrylic and polycarbonate. However, in order to increase the reflectance, a material having a higher refractive index is preferable.
1L・・・左目用画像表示装置、1R・・・右目用画像表示装置、
2・・・1/2波長板、3R・・・右目用偏光子、
4・・・透明板、
5・・・3D用めがね、5L・・・左目用検光子、5R・・・右目用検光子、
6・・・観察窓、7・・・筐体、
11・・・画像表示装置、11L・・・左目用画像表示装置、11R・・・右目用画像表示装置、
12・・・1/2波長板、13R・・・右目用偏光子、
14・・・ハーフミラー、
15・・・3D用めがね、15L・・・左目用検光子、15R・・・右目用検光子、
16・・・観察窓、17・・・筐体、
21・・・画像シート、21L・・・左目用画像、21R・・・右目用画像
23L・・・左目用偏光子、23R・・・右目用偏光子、
24・・・透明板、
25L・・・左目用検光子、25R・・・右目用検光子、
26・・・観察窓、27・・・筐体、
27a・・・筐体の内部が見えるように展開された壁1L ... left eye image display device, 1R ... right eye image display device,
2 ... 1/2 wavelength plate, 3R ... right eye polarizer,
4 ... Transparent plate,
5 ... 3D glasses, 5L ... left eye analyzer, 5R ... right eye analyzer,
6 ... Observation window, 7 ... Housing,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Image display apparatus, 11L ... Image display apparatus for left eyes, 11R ... Image display apparatus for right eyes,
12 ... 1/2 wavelength plate, 13R ... right eye polarizer,
14 ... half mirror,
15 ... 3D glasses, 15L ... left eye analyzer, 15R ... right eye analyzer,
16 ... Observation window, 17 ... Housing,
21 ... Image sheet, 21L ... Left eye image, 21R ... Right eye image 23L ... Left eye polarizer, 23R ... Right eye polarizer,
24 ... Transparent plate,
25L ... left eye analyzer, 25R ... right eye analyzer,
26 ... Observation window, 27 ... Housing,
27a: Wall developed so that the inside of the housing can be seen
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140513 |