JP2013235224A - Image display module and image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示モジュール及び画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display module and an image display device.
従来、下記の非特許文献1に記載されているように、フラットパネルディスプレイとレンチキュラレンズを用いて多眼式立体表示を行う方法が知られている。また、下記の非特許文献2に記載されているように、複数のプロジェクタから構成されるプロジェクタアレイを用いて、各プロジェクタがスクリーン上の異なる領域を投影する技術が知られている。
Conventionally, as described in Non-Patent
しかしながら、非特許文献1に記載された技術では、多視点で大画面化を図るためには、超高精細なフラットパネルディスプレイが必要となり、製造コストが増大する問題がある。また、複数のディスプレイを組み合わせて大画面化を達成することを想定した場合、各ディスプレイには画面の外側に枠が存在するため、複数のディスプレイを組み合わせて大画面を構成することは困難である。
However, the technique described in Non-Patent
また、非特許文献2に記載された技術では、各プロジェクタがスクリーン上の異なる領域に画像を表示するが、各プロジェクタが投影する画像には画像歪みが生じるため、スクリーン上の異なる領域に各プロジェクタが画像を投影し、映像を滑らかに接続することは困難である。このため、立体画像などの多眼画像を表示した場合、画質が大きく低下してしまう問題がある。更に、レンチキュラレンズにマスクアレイを取り付ける必要があるため、光の利用効率が低く、エネルギー効率が悪いという問題がある。
In the technique described in Non-Patent
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、簡素な構成で高解像度な立体画像を表示することが可能な、新規かつ改良された画像表示モジュール及び画像表示装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new and improved image display capable of displaying a high-resolution stereoscopic image with a simple configuration. A module and an image display device are provided.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数のプロジェクタから構成されるプロジェクタアレイと、前記プロジェクタの前面に設けられ、前記プロジェクタから照射された光線を垂直方向に拡散する垂直方向拡散板と、垂直方向に延在するシリンドリカルレンズが水平方向に複数配列されたレンチキュラレンズと、を備え、前記複数のプロジェクタが前記垂直方向拡散板及び前記レンチキュラレンズに向けて重畳して光線を照射する画像表示モジュールが提供される。 In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, a projector array including a plurality of projectors and a vertical array that is provided on the front surface of the projector and diffuses light beams emitted from the projectors in a vertical direction. A directional diffuser and a lenticular lens in which a plurality of cylindrical lenses extending in the vertical direction are arranged in the horizontal direction, and the plurality of projectors superimpose the light toward the vertical diffusing plate and the lenticular lens. An image display module for illumination is provided.
上記構成によれば、複数のプロジェクタにより、垂直方向拡散板及びレンチキュラレンズに向けて重畳して光線が照射される。このため、垂直方向には垂直方向拡散板によって光線が拡散され垂直視域が広がり、水平方向にはレンチキュラレンズを構成する各シリンドリカルレンズによって光線がプロジェクタの数の集光点に集光され、その集光点から複数の方向に向けて出射されることになる。従って、異なる水平方向に複数の画像を表示することができ、且つ、プロジェクタの数及びシリンドリカルレンズの本数に応じて解像度を高めることが可能となる。 According to the above configuration, a plurality of projectors irradiate the light beam in a superimposed manner toward the vertical diffusion plate and the lenticular lens. For this reason, in the vertical direction, the light is diffused by the vertical diffusion plate to widen the vertical viewing area, and in the horizontal direction, the light is condensed at the number of condensing points of the projector by each cylindrical lens constituting the lenticular lens. The light is emitted in a plurality of directions from the condensing point. Therefore, a plurality of images can be displayed in different horizontal directions, and the resolution can be increased according to the number of projectors and the number of cylindrical lenses.
また、1つの前記シリンドリカルレンズに対して前記プロジェクタの数に相当する3次元ピクセルが形成される。この構成によれば、水平方向には、レンチキュラレンズを構成するシリンドリカルレンズによって、光線はプロジェクタの数の集光点に集光されて、その集光点から複数の水平方向に向けて光線が出射されるため、各集光点は3次元画像を表示する3次元ピクセルとして機能する。従って、シリンドリカルレンズの本数とプロジェクタの数を乗じて得られた値の3次元ピクセルが水平方向に形成されるため、立体映像の解像度を高めることができる。 Further, a three-dimensional pixel corresponding to the number of the projectors is formed for one cylindrical lens. According to this configuration, in the horizontal direction, the light beams are condensed at the number of condensing points of the projector by the cylindrical lens constituting the lenticular lens, and the light beams are emitted from the condensing points toward a plurality of horizontal directions. Therefore, each condensing point functions as a three-dimensional pixel that displays a three-dimensional image. Accordingly, since the three-dimensional pixel having a value obtained by multiplying the number of cylindrical lenses and the number of projectors is formed in the horizontal direction, the resolution of the stereoscopic image can be increased.
また、前記3次元ピクセルは、前記プロジェクタアレイ内の各プロジェクタの水平位置に応じて異なる水平位置に形成される。この構成によれば、3次元ピクセルは、プロジェクタアレイ内の各プロジェクタの水平位置に応じて異なる水平位置に形成されるため、立体映像の水平方向の解像度を高めることができる。 The three-dimensional pixels are formed at different horizontal positions according to the horizontal position of each projector in the projector array. According to this configuration, since the three-dimensional pixels are formed at different horizontal positions according to the horizontal positions of the projectors in the projector array, the horizontal resolution of the stereoscopic video can be increased.
また、前記プロジェクタが所定方向に光線を走査しながら光を点滅する走査型プロジェクタである。この構成によれば、レンチキュラレンズに走査型プロジェクタの点滅に応じたドットが形成されるため、これによって3次元ピクセルを形成することができる。 The projector may be a scanning projector that blinks light while scanning light in a predetermined direction. According to this configuration, since dots corresponding to blinking of the scanning projector are formed on the lenticular lens, a three-dimensional pixel can be formed thereby.
また、前記走査型プロジェクタは、垂直方向に前記3次元ピクセルの垂直ピッチ分だけ離れた複数の水平方向のスキャンラインに沿って走査を行う。この構成によれば、3次元ピクセルの垂直ピッチ分だけ離れた複数のスキャンラインに沿って3次元ピクセルを形成することができる。 The scanning projector performs scanning along a plurality of horizontal scan lines that are separated by a vertical pitch of the three-dimensional pixel in the vertical direction. According to this configuration, a three-dimensional pixel can be formed along a plurality of scan lines separated by the vertical pitch of the three-dimensional pixel.
また、前記走査型プロジェクタは、垂直方向に前記3次元ピクセルの垂直ピッチ分よりも小さい距離だけ離れた複数の水平方向のスキャンラインに沿って走査を行い、隣接するスキャンラインにおける水平方向の発光位置が相互に異なる。この構成によれば、垂直方向に3次元ピクセルの垂直ピッチ分よりも小さい距離だけ離れた複数の水平方向のスキャンラインに沿って走査が行われ、隣接するスキャンラインにおける水平方向の発光位置が相互に異なるため、水平方向に3次元ピクセルを形成するドット数を増加することができ、3次元ピクセルから出射される光線数を増やすことができる。 Further, the scanning projector performs scanning along a plurality of horizontal scan lines that are separated by a distance smaller than the vertical pitch of the three-dimensional pixel in the vertical direction, and the horizontal light emission position in the adjacent scan line Are different from each other. According to this configuration, scanning is performed along a plurality of horizontal scan lines that are separated by a distance smaller than the vertical pitch of the three-dimensional pixel in the vertical direction, and the horizontal light emission positions of adjacent scan lines are mutually aligned. Therefore, the number of dots forming a three-dimensional pixel in the horizontal direction can be increased, and the number of light rays emitted from the three-dimensional pixel can be increased.
また、前記走査型プロジェクタは、水平方向に対して所定の角度を成す方向の複数のスキャンラインに沿って走査を行い、前記3次元ピクセルの垂直ピッチの中で複数回の発光を行う。この構成によれば、水平方向に対して所定の角度を成す方向の複数のスキャンラインに沿って走査が行われるため、垂直方向に3次元ピクセルの垂直ピッチ分よりも小さい距離だけ離れた複数の水平方向のスキャンラインに沿って走査を行う場合に比べて、スキャンラインの数を低減することができる。 The scanning projector scans along a plurality of scan lines in a direction that forms a predetermined angle with respect to the horizontal direction, and emits light a plurality of times within the vertical pitch of the three-dimensional pixel. According to this configuration, since scanning is performed along a plurality of scan lines in a direction that forms a predetermined angle with respect to the horizontal direction, a plurality of lines separated by a distance smaller than the vertical pitch of the three-dimensional pixel in the vertical direction. The number of scan lines can be reduced compared to the case where scanning is performed along the horizontal scan lines.
また、前記垂直方向拡散板に近接して、前記走査型プロジェクタの発光により形成されるドットの位置に対応した開口を有するマスクを備える。この構成によれば、走査型プロジェクタの発光により形成されるドットの位置に対応した開口を有するマスクを備えるため、走査型プロジェクタの発光によって形成されるドットの拡がりを抑えることができる。 In addition, a mask having an opening corresponding to a position of a dot formed by light emission of the scanning projector is provided in the vicinity of the vertical diffusion plate. According to this configuration, since the mask having the opening corresponding to the position of the dot formed by the light emission of the scanning projector is provided, the spread of the dots formed by the light emission of the scanning projector can be suppressed.
また、前記プロジェクタが、画像をプロジェクションレンズで拡大投影する投影型プロジェクタであり、前記垂直方向拡散板に近接して、前記投影型プロジェクタが投影する画素の位置に対応した開口を有するマスクを備える。この構成によれば、投影型プロジェクタが投影するそれぞれの画素の位置に対応した開口を有するマスクを備えるため、それぞれの画素に対応してドットを形成することができる。 Further, the projector is a projection type projector that magnifies and projects an image with a projection lens, and includes a mask having an opening corresponding to a position of a pixel projected by the projection type projector in the vicinity of the vertical diffusion plate. According to this configuration, since the mask having the opening corresponding to the position of each pixel projected by the projection projector is provided, dots can be formed corresponding to each pixel.
また、前記レンチキュラレンズは、前記プロジェクタアレイ側とその反対画像の両面にシリンドリカルレンズが設けられたダブルレンチキュラレンズである。この構成によれば、レンチキュラレンズのプロジェクタアレイ側とその反対画像の両面にシリンドリカルレンズが設けられるため、プロジェクタアレイ側のシリンドリカルレンズにより光を集光して3次元ピクセルを形成することができるとともに、その反対側のシリンドリカルレンズにより3次元ピクセルから出射される光線が周囲に拡がることを抑えることができる。 The lenticular lens is a double lenticular lens in which cylindrical lenses are provided on both sides of the projector array side and the opposite image. According to this configuration, since the cylindrical lenses are provided on both sides of the lenticular lens on the projector array side and the opposite image, light can be condensed by the cylindrical lens on the projector array side to form a three-dimensional pixel. The light beam emitted from the three-dimensional pixel can be prevented from spreading to the surroundings by the cylindrical lens on the opposite side.
また、前記レンチキュラレンズの前面に前記レンチキュラレンズから出射された光線を屈折させるスクリーンレンズを備える。この構成によれば、レンチキュラレンズの前面にレンチキュラレンズから出射された光線を屈折させるスクリーンレンズを備えるため、有限の距離に視点を形成することができる。 In addition, a screen lens that refracts a light beam emitted from the lenticular lens is provided on the front surface of the lenticular lens. According to this configuration, since the screen lens that refracts the light beam emitted from the lenticular lens is provided on the front surface of the lenticular lens, the viewpoint can be formed at a finite distance.
また、前記レンチキュラレンズは、前記垂直方向拡散板の前面又は後面に設けられる。水平方向には光線はレンチキュラレンズにより偏向され、垂直方向には光線は垂直方向拡散板により拡散され、水平方向と垂直方向に対する光線の制御は独立に行われる。従って、レンチキュラレンズは、垂直方向拡散板の前面又は後面に設けることができる。 The lenticular lens is provided on the front or rear surface of the vertical diffusion plate. In the horizontal direction, the light beam is deflected by a lenticular lens, and in the vertical direction, the light beam is diffused by a vertical diffusion plate, and the control of the light beam in the horizontal direction and the vertical direction is performed independently. Accordingly, the lenticular lens can be provided on the front surface or the rear surface of the vertical diffusion plate.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の画像表示モジュールから構成される画像表示装置であって、複数のプロジェクタから構成されるプロジェクタアレイと、前記プロジェクタの前面に設けられ、前記プロジェクタから照射された光線を垂直方向に拡散する垂直方向拡散板と、垂直方向に延在するシリンドリカルレンズを水平方向に複数配列されたレンチキュラレンズと、を備え、前記複数のプロジェクタが前記垂直方向拡散板及び前記レンチキュラレンズに向けて重畳して光線を照射する画像表示装置が提供される。 In order to solve the above problem, according to another aspect of the present invention, there is provided an image display device including a plurality of image display modules, a projector array including a plurality of projectors, A plurality of vertical diffusion plates provided on the front surface for diffusing light emitted from the projector in the vertical direction; and a plurality of cylindrical lenses extending in the vertical direction arranged in a horizontal direction. There is provided an image display device in which a projector irradiates light beams superimposed on the vertical diffusion plate and the lenticular lens.
上記構成によれば、複数のプロジェクタにより、垂直方向拡散板及びレンチキュラレンズに向けて重畳して光線が照射される。垂直方向には垂直方向拡散板によって光線が拡散され垂直視域が広がり、水平方向にはレンチキュラレンズを構成するシリンドリカルレンズによって光線がプロジェクタの数の集光点に集光され、その集光点から複数の方向に向けて出射されることになる。従って、異なる水平方向に複数の画像を表示することができ、且つ、プロジェクタの数及びシリンドリカルレンズの本数に応じて解像度を高めることが可能となる。そして、画像表示装置が複数の画像表示モジュールから構成されるため、高解像度且つ大画面化を達成することが可能となる。 According to the above configuration, a plurality of projectors irradiate the light beam in a superimposed manner toward the vertical diffusion plate and the lenticular lens. In the vertical direction, the light beam is diffused by the vertical diffusion plate to widen the vertical viewing area, and in the horizontal direction, the light beam is condensed on the number of condensing points of the projector by the cylindrical lens constituting the lenticular lens. The light is emitted in a plurality of directions. Therefore, a plurality of images can be displayed in different horizontal directions, and the resolution can be increased according to the number of projectors and the number of cylindrical lenses. Since the image display device is composed of a plurality of image display modules, it is possible to achieve high resolution and a large screen.
また、複数の前記画像表示モジュールのそれぞれは、表示面の周囲に枠を有していない。この構成によれば、複数の画像表示モジュールのそれぞれは、表示面の周囲に枠を有していないため、縦横に並べて連続した大画面の表示面を構成することが可能となる。 Each of the plurality of image display modules does not have a frame around the display surface. According to this configuration, since each of the plurality of image display modules does not have a frame around the display surface, it is possible to configure a display screen of a large screen that is continuously arranged in the vertical and horizontal directions.
また、前記画像表示モジュールは、前記レンチキュラレンズの前面に前記レンチキュラレンズから出射された光線を屈折させるスクリーンレンズを備え、前記スクリーンレンズは、画像表示装置内の前記画像表示モジュールの位置に応じて異なる方向に光線を屈折させる。この構成によれば、各画像表示モジュールから出射される光線を画像表示装置の正面に向けることができるため、画像表示装置の正面に立体表示することが可能となる。 In addition, the image display module includes a screen lens that refracts light emitted from the lenticular lens on the front surface of the lenticular lens, and the screen lens varies depending on the position of the image display module in the image display device. Refracts light in the direction. According to this configuration, since the light emitted from each image display module can be directed to the front surface of the image display device, three-dimensional display can be performed on the front surface of the image display device.
また、前記レンチキュラレンズは、前記垂直方向拡散板の前面又は後面に設けられる。水平方向には光線はレンチキュラレンズにより偏向され、垂直方向には光線は垂直方向拡散板により拡散され、水平方向と垂直方向に対する光線の制御は独立に行われる。従って、レンチキュラレンズは、垂直方向拡散板の前面又は後面に設けることができる。 The lenticular lens is provided on the front or rear surface of the vertical diffusion plate. In the horizontal direction, the light beam is deflected by a lenticular lens, and in the vertical direction, the light beam is diffused by a vertical diffusion plate, and the control of the light beam in the horizontal direction and the vertical direction is performed independently. Accordingly, the lenticular lens can be provided on the front surface or the rear surface of the vertical diffusion plate.
本発明によれば、簡素な構成で高解像度な立体画像を形成することが可能な画像表示モジュール及び画像表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an image display module and an image display device capable of forming a high-resolution stereoscopic image with a simple configuration.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係る画像表示モジュール100の概略構成について説明する。本実施形態の画像表示モジュール100は、走査型のプロジェクタを複数用いて、垂直方向拡散板とレンチキュラレンズと組み合わせることで裸眼立体ディスプレイを実現するものである。
First, a schematic configuration of an
図1に示すように、画像表示モジュール100は、走査型プロジェクタアレイ110、垂直方向拡散板120、レンチキュラレンズ130を有して構成される。
As shown in FIG. 1, the
走査型プロジェクタアレイ110は、複数の走査型プロジェクタ112から構成されている。図1に示す例では、6個の走査型プロジェクタ112から走査型プロジェクタアレイ110が構成されている。なお、図1では、プロジェクタを上下2段で配置する構成を示しているが、3段以上とすることも可能である。
The
一例として、各走査型プロジェクタ112は、MEMS(Micro Electro−Mechanical Systems)プロジェクタから構成されている。MEMSプロジェクタは、MEMS技術で半導体チップ上に作製された小型ミラーを用いた2次元光走査機構とRGBの半導体レーザで構成され、レーザ光をミラーで反射させて向きを変化させることで2次元的に走査し、それに合わせて半導体レーザを点滅させることで2次元画像を発生する。MEMSプロジェクタは、プロジェクションレンズを必要としないためレンズ収差に起因する複雑な画像歪みがなく、走査による比較的単純な画像歪みのみが生じる。また、小型で省電力の動作が可能である。
As an example, each
全ての走査型プロジェクタ112が形成する画像は、垂直方向拡散板120上に重畳投影される。すなわち、全ての走査型プロジェクタ112が形成する画像は、垂直方向拡散板120上の同一位置に投影される。レンチキュラレンズ130は、3次元ピクセルの形成および3次元ピクセルから発せられる光線方向の制御を行う。
Images formed by all scanning
図2及び図3は、画像表示モジュール100の水平方向の断面を示す模式図である。図2及び図3は、図1の一点鎖線I−I’に沿った断面を上方(矢印A1方向)から見た状態を模式的に示したものであり、複数の走査型プロジェクタ112のうちの1台が光線を水平走査している様子を示している。図2及び図3では、レンチキュラレンズ130が、走査型プロジェクタ112側のみに複数のシリンドリカルレンズ130aが設けられたシングルレンチキュラレンズとして構成された場合を示している。図2に示すように、レンチキュラレンズ130を構成する各シリンドリカルレンズ130aに入射する複数の光線は、入射側レンズにより1点に集光されて出射される。この集光点が立体表示に用いる3次元ピクセルPとなる。
2 and 3 are schematic views showing a cross section of the
図3は、図1に示す複数の走査型プロジェクタ112のうち、図2に示す走査型プロジェクタ112とは異なる水平位置に置かれた走査型プロジェクタ112が光線を水平走査している様子を示している。この場合、各シリンドリカルレンズ130a内で光が集光する位置が図2とは異なり、各シリンドリカルレンズ130a内で図2とは異なる水平位置に集光点(3次元ピクセル)が形成される。
FIG. 3 shows a state in which the
同様にして、図2及び図3とは異なる水平位置に置かれた走査型プロジェクタ112が光線を水平走査すると、各シリンドリカルレンズ130a内で図2及び図3とは異なる水平位置に3次元ピクセルが形成される。以上のことから、各シリンドリカルレンズ130a内に、走査型プロジェクタ112の数と同数の3次元ピクセルが水平方向に形成されることがわかる。
Similarly, when the
このように、水平位置が異なる複数の走査型プロジェクタ112から重畳してレンチキュラレンズ130に光線を照射することで、レンチキュラレンズ130の各シリンドリカルレンズ130a内に走査型プロジェクタ112と同数の3次元ピクセルを形成することができる。これにより、走査型プロジェクタ112の数に応じて水平解像度を高めることができる。走査型プロジェクタ112を6個設けた場合は、走査型プロジェクタ112を1個設けた場合と比較して、水平解像度を6倍に高めることが可能である。
In this way, by irradiating the
図2及び図3において、1つの3次元ピクセルから出射される光線の数は、走査型プロジェクタ112が1つのシリンドリカルレンズ上を走査する際の発光回数(点滅回数)に等しい。一例として、図2及び図3に示す3次元ピクセルP1において、走査型プロジェクタ112が角度α1を走査する間に80回発光すると、3次元ピクセルP1から80方向に光線が出射されることになる。すなわち、1つの3次元ピクセルP1から異なる80方向へ光線を表示できる。そのため、見る位置によって、3次元ピクセルから発せられる異なる方向へ進む光線が見えることになり、右目と左目で異なる映像が観察されるため、立体視が可能になる。
2 and 3, the number of light beams emitted from one three-dimensional pixel is equal to the number of times of light emission (the number of blinks) when the
なお、上記の例のように1つの3次元ピクセルから80方向へ光を出射する場合、図2及び図3では、シリンドリカルレンズが8個あるため、1つの走査型プロジェクタ112が水平方向の全体(角度αA)を走査する際の発光回数は80×8=640となる。そして、この値が1つの走査型プロジェクタ112の水平解像度となる。
When light is emitted from one three-dimensional pixel in 80 directions as in the above example, in FIG. 2 and FIG. 3, since there are eight cylindrical lenses, one
図2及び図3では、レンチキュラレンズ130として、片面にシリンドリカルレンズ130aが設けられたレンチキュラレンズ130を用いたが、両面にシリンドリカルレンズが設けられたレンチキュラレンズ(ダブルレンチキュラレンズ)を用いることもできる。
2 and 3, the
図4及び図5は、レンチキュラレンズ130が、走査型プロジェクタ112側にシリンドリカルレンズ130aが設けられ、その反対側にシリンドリカルレンズ130bが設けられたダブルレンチキュラレンズとして構成された場合を示している。
4 and 5 show a case where the
図4及び図5は、図2及び図3と同様に、水平位置が異なる2つの走査型プロジェクタ112のそれぞれが光線を水平走査した場合を示しており、図4は図2に対応し、図5は図3に対応している。図4及び図5において、出射側のシリンドリカルレンズ130bに光線が入射するまでの光線の軌跡は、図2及び図3と同様である。
4 and 5 show a case where the two
図4及び図5の構成においても、レンチキュラレンズ130の各シリンドリカルレンズ130a,130b内に走査型プロジェクタ112と同数の3次元ピクセルを形成することができる。そして、図4及び図5の構成では、出射側のシリンドリカルレンズ130bにより光線の進行方向が偏向され、出射側のシリンドリカルレンズ130bを通過後の光線の進行状態(進行方向)は、全てのシリンドリカルレンズ130bで等しくなる。また、図5において、出射側のシリンドリカルレンズ130bを通過後の光線の進行状態(進行方向)は、図4と同一である。ただし、出射側のシリンドリカルレンズ130bのピッチは、入射側のシリンドリカルレンズ130aのピッチよりも大きいことが好ましい。
4 and 5, the same number of three-dimensional pixels as the
図4及び図5に示す構成によれば、図2及び図3と比較すると、画像表示モジュール100の表示面から周辺へ広がる光線を表示面の中心側に向けることができる。これにより、画像表示モジュール100のより正面側で多視点の画像を視認することができる。
According to the configuration shown in FIGS. 4 and 5, compared with FIGS. 2 and 3, the light beam spreading from the display surface of the
図2〜図5に示す構成において、各3次元ピクセルから異なる水平方向に進む複数の光線が発せられるが、観察者の目に入射するのは各3次元ピクセルから発せられる光線のうち一本である。このため、3次元ピクセルの数が、立体映像の解像度となる。そして、水平方向については、3次元ピクセルの数は、(シリンドリカルレンズ130a,130bの本数)×(走査型プロジェクタ112の台数)となる。従って、複数の走査型プロジェクタ112から重畳してシリンドリカルレンズ130a,130bへ光を照射することで、個々の走査型プロジェクタ112の解像度を高めることなく、立体映像の解像度を高めることができる。
2 to 5, a plurality of light beams traveling in different horizontal directions are emitted from each three-dimensional pixel, but only one of the light beams emitted from each three-dimensional pixel is incident on the observer's eyes. is there. For this reason, the number of three-dimensional pixels is the resolution of the stereoscopic video. In the horizontal direction, the number of three-dimensional pixels is (the number of
これにより、本実施形態によれば、各プロジェクタの解像度を高めることなく立体映像の解像度を大幅に高めることができる。 Thereby, according to this embodiment, the resolution of a three-dimensional image can be raised significantly, without raising the resolution of each projector.
図6は、画像表示モジュール100の垂直方向の断面を示す模式図であって、図1の一点鎖線II−II’に沿った断面を矢印A2方向から見た状態を模式的に示したものである。各走査型プロジェクタ112から発せられた光線は、全ての走査型プロジェクタ112の共通像面に置かれた垂直方向拡散板120により、垂直方向に拡散される。垂直方向拡散板120は、走査型プロジェクタ112から入射した光線を垂直方向のみに拡げる機能を有している。全ての走査型プロジェクタ112から発せられた光線の垂直拡散範囲Vの重なりが垂直方向の視域となる。図6に示すように、上下2段にプロジェクタが配置された場合には、上段に配置された走査型プロジェクタ112の垂直拡散範囲Vと下段に配置された走査型プロジェクタ112の垂直拡散範囲Vが重なる範囲では、走査型プロジェクタ112の垂直位置の違い(図6に示すΔ)は実効的に存在しなくなる。従って、図1では走査型プロジェクタ112は異なる2つの垂直位置に3台ずつ配置されているが、実質的には6つの走査型プロジェクタ112が同一の垂直位置に配置されている構成と等価である。以上のように、本発明は、垂直方向には光線を拡散させるため垂直方向には視差はなく、水平方向にのみ視差を有する水平視差型立体表示を提供する。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a cross section in the vertical direction of the
図7及び図8は、各シリンドリカルレンズ130a,130b内に発生する3次元ピクセルと走査型プロジェクタ112の配置との関係を説明するための模式図である。図7は、画像表示モジュール100の表示面に沿った方向(レンチキュラレンズ130の面方向)に対して垂直方向から3次元ピクセルを見た状態を模式的に示している。各シリンドリカルレンズ130a,130b内には、水平方向に走査型プロジェクタ112の数の3次元ピクセルが並ぶことになる。すべての走査型プロジェクタ112が垂直方向拡散板120上に重畳表示し、垂直方向拡散板120により走査型プロジェクタ112の垂直位置の違いが実効的になくなる。そのため、各シリンドリカルレンズ130a,130b内に、走査型プロジェクタ112の数の3次元ピクセルが同一の水平線上に並ぶことになる。すなわち、立体表示の水平ピクセル数(水平解像度)は、シリンドリカルレンズ130a,130bの水平方向の数と走査型プロジェクタ112の数との積になる。
7 and 8 are schematic diagrams for explaining the relationship between the three-dimensional pixels generated in the
図8は、画像表示モジュール100の正面から走査型プロジェクタアレイ110を見た状態を示す図であって、走査型プロジェクタ112の配置を示している。図7において各3次元ピクセルに付された1〜6の番号は、図8に示す走査型プロジェクタ112に付された番号1〜6に対応している。このように、図8中で最も左側に配置された1番の走査型プロジェクタ112はシリンドリカルレンズ130a,130b内の最も右側の3次元ピクセルに対応し、図8中で最も右側に配置された6番の走査型プロジェクタ112はシリンドリカルレンズ130a,130b内の最も左側の3次元ピクセルに対応している。
FIG. 8 is a diagram showing a state in which the
図7に示すように、3次元ピクセルは、垂直方向についても並んで配置されている。各走査型プロジェクタ112は、図2〜図5で示した水平方向の走査を行うとともに、垂直方向にも走査を行う。図7に示す3次元ピクセルの垂直方向の並びは、走査型プロジェクタ112の垂直方向の走査によって実現される。3次元ピクセルの垂直方向の間隔(垂直ピッチd)は、走査型プロジェクタ112の垂直方向の走査間隔によって定めることができる。
As shown in FIG. 7, the three-dimensional pixels are arranged side by side also in the vertical direction. Each
以下では、走査型プロジェクタ112による光線の走査方法について説明する。走査型プロジェクタ112は、水平方向に光線を走査しながら、光を点滅することでドット群を発生させる。このドット群が並ぶ線を、ここではスキャンラインと称する。図7中に一点鎖線III−III’で示すスキャンラインに沿って、図8に示す“1番”の走査型プロジェクタ112で光線を走査しながら点滅させることによって、一点鎖線III−III’上の“1番”の3次元ピクセルが点滅する。同様にして、図8に示す“n番”の走査型プロジェクタ112で光線を走査しながら点滅させることによって、一点鎖線III−III’上の“n番”の3次元ピクセルが点滅する。なお、図7、図8の例では、nは1から6の整数である。3次元ピクセルの点滅は、異なる水平方向から視認される。
Hereinafter, a light beam scanning method by the
そして、走査型プロジェクタ112を水平方向のスキャンラインに沿って走査し、さらに垂直方向に走査することで、図7に示すような3次元ピクセルの2次元パターンを発生させる。これにより、異なる水平方向から異なる2次元映像が観察されるため、立体表示が実現できる。
Then, the
走査型プロジェクタ112から発せられる光線は、水平方向にはレンチキュラレンズ130により偏向され、垂直方向には垂直方向拡散板120により拡散され、水平方向と垂直方向に対する光線の制御は独立に行われるため、図1に示すレンチキュラレンズ130と垂直方向拡散板120の配置を逆にすることもできる。
The light beam emitted from the
図9は、走査型プロジェクタ112による光線走査の例を示す模式図である。ここで、図9(a)は、スキャンラインと3次元ピクセルの垂直ピッチdを等しくした例を示している。この場合、1つのシリンドリカルレンズ130a,130b内でのスキャンライン上のドット数が、各3次元ピクセルが発する光線数に等しくなる。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an example of light beam scanning by the
図9(b)は、3次元ピクセルの垂直ピッチd内に複数のスキャンラインを発生させ、隣接するスキャンライン同士でドットの発生位置を水平方向にずらした例を示している。これにより、水平方向のドットの重なりを抑えることができる。この場合、垂直ピッチd内のスキャンライン数と、1つのシリンドリカルレンズ130a,130b内でのスキャンライン上の3次元ピクセルのドット数との積が、各3次元ピクセルが発する光線数と等しくなる。図9(b)においては、垂直ピッチd内に複数のスキャンラインを発生させるため、垂直ピッチd内で3次元ピクセルの垂直方向の位置が移動するが、この垂直方向の移動は肉眼では判別できない程度のものである。図9(b)の場合は、スキャンラインの間隔を小さくすることで、1つのスキャンライン上のドット間隔を大きくできるため、ドット間隔の水平垂直のバランスを改善することができる。
FIG. 9B shows an example in which a plurality of scan lines are generated within the vertical pitch d of the three-dimensional pixel, and the dot generation positions are shifted in the horizontal direction between adjacent scan lines. Thereby, overlapping of dots in the horizontal direction can be suppressed. In this case, the product of the number of scan lines in the vertical pitch d and the number of dots of three-dimensional pixels on the scan lines in one
図9(c)は、図9(b)のドット群を、スキャンラインを傾けることで発生させた例を示している。図9(c)の例によれば、スキャンラインの数を図9(b)の場合よりも削減することができ、走査をより容易に行うことができる。なお、図9(b)と図9(c)の場合は、上述のように見る方向に応じて3次元ピクセルの位置が垂直方向に変化するが、その変化量は3次元ピクセルの垂直ピッチdよりも小さくなり、視聴者に認識されることはない。 FIG. 9C shows an example in which the dot group in FIG. 9B is generated by tilting the scan line. According to the example of FIG. 9C, the number of scan lines can be reduced as compared with the case of FIG. 9B, and scanning can be performed more easily. In the case of FIG. 9B and FIG. 9C, the position of the three-dimensional pixel changes in the vertical direction according to the viewing direction as described above, but the amount of change is the vertical pitch d of the three-dimensional pixel. Is smaller than the viewer.
以上のように、本実施形態の画像表示モジュール100では、走査型プロジェクタ112のスキャンラインを調整することによって、光線数を調整することが可能である。
As described above, in the
上述した走査型プロジェクタ112による光線の走査では、光の回折限界で3次元ピクセルのドットの大きさが決まり、ドットの大きさで3次元ピクセルが発する光線数が制限される。これは、3次元ピクセルのドットが大きくなると、隣接するドットとの重なりが増えることで、実効的なドット数が減少するためである。従って、3次元ピクセルのドットの大きさは最小限に抑えることが望ましい。
In the scanning of light rays by the
このため、3次元ピクセルのドットサイズより小さい開口をスキャンライン上に並べたマスク140を、共通像面である垂直方向拡散板120に近接して配置することで、ドットの重なりを少なくし、立体表示に利用できるドット数を実質的に増やすことができる。
For this reason, by arranging the
図10は、マスク140の平面構成を示す模式図である。図10(a)に示すマスク140の例では、ドットの発生位置に対応して複数の矩形の開口140aからなる開口アレイを設けている。図10(a)では、図9(b)と同様に垂直ピッチd内で4つのスキャンラインを形成した場合を示しており、図9(b)に示す3次元ピクセルのドットの位置に対応して矩形の開口140aが形成されている。これにより、走査型プロジェクタ112から入射する光を開口140aによって制限し、ドットの大きさを最小限に抑えることができる。従って、隣接するドットとの間に重なりが生じてしまうことを抑止でき、表示に有効な光線数を確保することができる。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a planar configuration of the
図10(b)は、図10(a)に示す開口140aの代わりに、開口140aの斜め方向の並びに沿って設けられた複数のスリット140bからスリットアレイを構成した例を示している。このように、図10(a)に示す開口アレイは、図10(b)に示す傾いたスリットアレイで置き換えることができる。スリット140bは、開口140aよりも製造工程が容易であるため、マスク140の製造工程をより簡素にすることができる。
FIG. 10B shows an example in which a slit array is formed from a plurality of
水平方向には光線はレンチキュラレンズ130により偏向され、垂直方向には光線は垂直方向拡散板120により拡散され、水平方向と垂直方向に対する光線の制御は独立に行われるため、図11及び図12において、垂直方向拡散板120とこれに近接して設置するマスク140の組み合わせと、レンチキュラレンズ130とを、逆に設置して用いることもできる。
In the horizontal direction, the light beam is deflected by the
図11及び図12は、マスク140を用いた場合の画像表示モジュール100の構成を示す模式図である。図11に示す例では、図1に示す構成に対して、垂直方向拡散板120に近接してマスク140が設置されている。図11では、垂直方向拡散板120よりも走査プロジェクタ112側にマスク140が設けられているが、反対側に設けることも可能である。
FIGS. 11 and 12 are schematic views showing the configuration of the
また、図12は、図11における走査型プロジェクタアレイ110の代わりに投影型プロジェクタアレイ150を設けた例を示す模式図である。図12において、投影型プロジェクタアレイ150以外の構成は図11と同様である。図12に示すように、投影型プロジェクタアレイ150は、複数の投影型プロジェクタ152から構成されており、すべての投影型プロジェクタ152は、垂直方向拡散板120の全領域に向けて重畳して投影する。投影型プロジェクタ152は、液晶表示パネルなどの空間光変調器の表示画像を、プロジェクションレンズで拡大投影する一般的なプロジェクタである。
FIG. 12 is a schematic diagram showing an example in which a
一般的な投影型プロジェクタの画素は水平軸と垂直軸をもつ直交座標上で等間隔に並ぶが、図12に示すように、マスク140を用いることによって、投影型プロジェクタ152の画素の配列を図9と同様のドットの配列とすることができる。すなわち、投影型プロジェクタ152を用いた場合であっても、マスク140によってドットの大きさを規定できる。これにより、投影型プロジェクタ152を用いた場合であっても、走査型プロジェクタ112を用いた場合と同様に、立体表示することが可能となる。
The pixels of a general projection projector are arranged at equal intervals on orthogonal coordinates having a horizontal axis and a vertical axis. As shown in FIG. 12, the arrangement of the pixels of the
以上の説明では、全ての3次元ピクセルは、同一の光線の進行状態を作り出すものとした。この状態は、無限遠に視点を形成している場合に対応する。一方、有限の距離に視点を形成する場合には、水平方向にレンズ効果を有するスクリーンレンズ160を表示面(レンチキュラレンズの前面)に取り付ける。
In the above description, it is assumed that all three-dimensional pixels produce the same light traveling state. This state corresponds to the case where the viewpoint is formed at infinity. On the other hand, when the viewpoint is formed at a finite distance, a
図13は、レンチキュラレンズ130の前面に水平方向にレンズ効果を有するスクリーンレンズ160を取り付けた状態を示す模式図であって、画像表示モジュール100の水平方向に沿った断面を示している。図13において、スクリーンレンズ160の前面から距離Dだけ離れた一点鎖線IV−IV’の位置では、視聴者は一点鎖線IV−IV’に沿って移動することで全ての3次元ピクセルを視認することができる。従って、スクリーンレンズ160を設けたことによって、画像表示モジュール100の表示面から有限の距離Dに視点を形成することができる。全ての3次元ピクセルからの光線の進行状態が同一のとき、スクリーンレンズ160の焦点距離を距離Dとする。全ての3次元ピクセルから発せられる互いに平行な光線群は、スクリーンレンズ160の焦点距離で1点に集光し、これが視点となる。すなわち、3次元ピクセルから発せられる異なる水平方向に進む光線数と同数の視点が形成される。
FIG. 13 is a schematic diagram showing a state in which a
本実施形態によれば、レンチキュラレンズ130のシリンドリカルレンズ130a,130b内の3次元ピクセルの水平位置は、走査型プロジェクタ112の水平位置で決まる。走査型プロジェクタ112に画像歪みが生じたとしても、その画像歪みは、3次元ピクセルの形成位置には影響せず、3次元ピクセルが発する光線の進行方向に影響を与えるのみである。すなわち、3次元ピクセルの2次元配列は、走査型プロジェクタの画像歪みによらず、走査型プロジェクタの水平位置によって決まるので、3次元ピクセルを精度よく配置できる。従って、仮に走査型プロジェクタ112に画像歪みが発生した場合であっても、走査型プロジェクタ112の画像歪みを予め測定しておき、光線の進行方向に対応して光線の強度を決めることで、光線の進行方向の誤差を補正できる。また、走査型プロジェクタ112としてMEMSプロジェクタを用いた場合、プロジェクションレンズを使用しないため、画像歪みは走査ミラーの傾きで決まる。従って、MEMSプロジェクタを用いた場合、投影型プロジェクタのプロジェクションレンズの収差による画像歪みに比べて、歪みの予測、及び補正が容易であり、また、半導体製造プロセスで一括して製造するため画像歪みの個体差も小さい。従って、複数の投影型プロジェクタの表示画像をタイリングする構成方法(非特許文献2)に比べて、高画質な映像を得ることが可能である。
According to the present embodiment, the horizontal position of the three-dimensional pixel in the
また、MEMSプロジェクタは、光源に半導体レーザを用いる。他の液晶パネル等を用いるプロジェクタでは、光源に白色ランプを用いるが、これらに比べて半導体レーザは発光効率が高い。また、液晶パネル等を用いるプロジェクタでは光源は常に発光しており、液晶部分で光の透過率を調節するため、表示が暗い部分では、光源の発光が無駄になる。一方、MEMSプロジェクタなどの走査型プロジェクタ112では、画像情報を表示しない部分では、レーザは発光しない。従って、本実施形態によれば、液晶パネル等を用いるプロジェクタと比較して、格段に省エネルギーな映像表示を行うことが可能であり、消費電力を削減することができる。
Further, the MEMS projector uses a semiconductor laser as a light source. In projectors using other liquid crystal panels or the like, a white lamp is used as the light source, but the semiconductor laser has higher luminous efficiency than these. Further, in a projector using a liquid crystal panel or the like, the light source always emits light, and the light transmittance is adjusted in the liquid crystal part. Therefore, light emission of the light source is wasted in a dark display part. On the other hand, in the
次に、画像表示モジュール100をモジュール化した画像表示装置について説明する。画像表示モジュール100は、走査型プロジェクタ112から垂直方向拡散板120とレンチキュラレンズ130に光を照射して構成されるため、表示面の周囲に枠を設けることなく構成することができる。すなわち、枠なし表示面をもつ画像表示装置として構成できる。このため、複数の画像表示モジュール100をモジュール化して、これらを複数組み合わせてタイリングすることで大画面化することが可能である。
Next, an image display apparatus in which the
図14は、画像表示装置200の構成を示す模式図である。画像表示装置200は、複数の画像表示モジュール100を縦横に並べて構成されている。図14に示す例では、画像表示モジュール100が縦方向に8個、横方向に8個並べて配置されており、合計64個の画像表示モジュール100から画像表示装置200が構成されている。
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a configuration of the
以下では、画像表示装置200のスペックを説明する。1つの画像表示モジュール100は、8台の走査型プロジェクタ112を使用して構成されている。1つの走査型プロジェクタ112の解像度(水平方向×垂直方向)は、600×650ピクセルとする。また、図15に示すように、レンチキュラレンズ130は、シリンドリカルレンズ130a,130bを水平方向に30本並べて構成されているものとする。また、図15に示すように、3次元ピクセルの垂直ピッチ内で5本のスキャンラインを発生させるものとする。
Below, the specification of the
この場合、1つの走査型プロジェクタ112が各シリンドリカルレンズ130a,130bを照射した際の水平方向のドット数は、600(走査型プロジェクタ112の水平方向解像度)÷30(シリンドリカルレンズ130a,130bの本数)=20である。また、各走査型プロジェクタ112は、3次元ピクセルの垂直ピッチ内で5本のスキャンラインを発生させている。従って、光線数は、20(水平方向のドット数)×5(垂直ピッチ内のスキャンライン数)=100となる。よって、異なる水平方向に100個の2次元映像を表示できため、高い立体表示性能が実現できる。
In this case, when one
また、一台の画像表示モジュール100の立体解像度(水平方向×垂直方向)は、{30(シリンドリカルレンズ130a,130bの本数)×8(走査型プロジェクタの数)}×{650(走査型プロジェクタ112の垂直方向解像度)÷5(3次元ピクセルの垂直ピッチ内のスキャンライン数)}=240×130となる。
The three-dimensional resolution (horizontal direction × vertical direction) of one
図16は、1つの画像表示モジュール100の外観を示す模式図である。図16において、前面のスクリーンレンズ160は図示を省略している。1つの画像表示モジュール100の表示画面の大きさが25インチであるとすると、縦8個、横8個の画像表示モジュール100からなる画像表示装置200の表示画面は200インチとなる。立体解像度は、240×130ピクセルの画像表示モジュール100が8×8(=64)個配置されるため、1920×1040ピクセルとなる。従って、200インチの大画面で100視点(光線方向100)の画像表示装置200を、通常の解像度(600×650ピクセル)の走査型プロジェクタ112から構成することが可能である。
FIG. 16 is a schematic diagram showing the appearance of one
図17は、画像表示装置200を上方から見た状態を示す模式図である。図17では、水平方向に3つの画像表示モジュール100が配置された画像表示装置200を示している。図17に示すように、中央の画像表示モジュール100のスクリーンレンズ160は、画像表示装置200の正面に向けて画像を表示する。一方、両端の画像表示モジュール100は、画像表示装置200の中央に向けて画像を表示する。このように、画像表示モジュール100を縦横に並べて大画面化した場合には、画像表示モジュール100の水平位置に応じてスクリーンレンズ160をシフトさせて、全ての画像表示モジュール100に共通の視域を作り出すようにする。図14に示した画像表示装置200についても同様に、画面の端に位置する画像表示モジュール100は、画像表示装置200の中央に向けて映像を表示する。これにより、画面の端に位置する画像表示モジュール100の画像が外側へ向かうことがなく、各画像表示モジュール100で共通の視域を作り出すことができる。同様に、垂直方向に対しても、スクリーンレンズ160をシフトさせる。
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a state in which the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
100 画像表示モジュール
112 走査型プロジェクタ
120 垂直方向拡散板
130 レンチキュラレンズ
130a,130b シリンドリカルレンズ
140 マスク
152 投影型プロジェクタ
160 スクリーンレンズ
200 画像表示装置
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記プロジェクタの前面に設けられ、前記プロジェクタから照射された光線を垂直方向に拡散する垂直方向拡散板と、
垂直方向に延在するシリンドリカルレンズが水平方向に複数配列されたレンチキュラレンズと、を備え、
前記複数のプロジェクタが前記垂直方向拡散板及び前記レンチキュラレンズに向けて重畳して光線を照射することを特徴とする、画像表示モジュール。 A projector array composed of a plurality of projectors;
A vertical diffusion plate that is provided on the front surface of the projector and diffuses light emitted from the projector in the vertical direction;
A lenticular lens in which a plurality of cylindrical lenses extending in the vertical direction are arranged in the horizontal direction,
The image display module, wherein the plurality of projectors irradiate light beams superimposed on the vertical diffusion plate and the lenticular lens.
前記垂直方向拡散板に近接して、前記投影型プロジェクタが投影する画素の位置に対応した開口を有するマスクを備えたことを特徴とする、請求項1に記載の画像表示モジュール。 The projector is a projection type projector that magnifies and projects an image with a projection lens;
2. The image display module according to claim 1, further comprising a mask having an opening corresponding to a position of a pixel projected by the projection projector in the vicinity of the vertical diffusion plate.
複数のプロジェクタから構成されるプロジェクタアレイと、
前記プロジェクタの前面に設けられ、前記プロジェクタから照射された光線を垂直方向に拡散する垂直方向拡散板と、
垂直方向に延在するシリンドリカルレンズが水平方向に複数配列されたレンチキュラレンズと、を備え、
前記複数のプロジェクタが前記垂直方向拡散板及び前記レンチキュラレンズに向けて重畳して光線を照射することを特徴とする、画像表示装置。 An image display device composed of a plurality of image display modules,
A projector array composed of a plurality of projectors;
A vertical diffusion plate that is provided on the front surface of the projector and diffuses light emitted from the projector in the vertical direction;
A lenticular lens in which a plurality of cylindrical lenses extending in the vertical direction are arranged in the horizontal direction,
The image display device, wherein the plurality of projectors irradiate light beams in a superimposed manner toward the vertical diffusion plate and the lenticular lens.
前記スクリーンレンズは、前記画像表示モジュールの位置に応じて異なる方向に光線を屈折させる、請求項13に記載の画像表示装置。 The image display module includes a screen lens that refracts light emitted from the lenticular lens on the front surface of the lenticular lens,
The image display device according to claim 13, wherein the screen lens refracts light rays in different directions depending on a position of the image display module.
The image display device according to claim 13, wherein the lenticular lens is provided on a front surface or a rear surface of the vertical diffusion plate.
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