JP2014092720A - 映像表示装置、及び映像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】破綻のない映像を視認できる。
【解決手段】実施形態の映像表示装置は、表示部と、枠部と、光学素子と、を備える。枠部は、当該表示部の外周に設けられている。光学素子は、枠部上及び当該枠部との境界を含んだ表示部上の一部領域に設けられた光学素子であって、枠部上を含んだ外周領域について、表示部から出力される映像を、表示部から枠部の方向に拡大させると共に、当該外周領域より内側の内周領域について、表示部から出力される映像を、枠部から表示部の方向に拡大させる。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、映像表示装置、及び映像表示システムに関する。

従来から、映像表示装置の大型化は高価になるため、複数の映像表示装置を隣接して配置することで、全体で大画面を構成する技術がある。

映像表示装置の表示部の外周には外枠が存在するため、複数の映像表示装置を隣接して配置した場合に、外枠による継ぎ目が生じていた。このため、表示部の前にレンズを配置し、当該レンズで映像を外枠方向に拡大することで、視聴者が視認できる継ぎ目の幅を低減する技術が提案されている。

特開２００９−１６２９９９号公報

しかしながら、従来技術のレンズで拡大して、継ぎ目の幅を低減する技術は、視聴者が正面以外の方向から視聴することを考慮していない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、視聴者が正面以外の方向からの視聴を考慮した映像表示装置、及び映像表示システムを提供することを目的とする。

実施形態の映像表示装置は、表示部と、枠部と、光学素子と、を備える。枠部は、当該表示部の外周に設けられている。光学素子は、枠部上及び当該枠部との境界を含んだ表示部上の一部領域に設けられた光学素子であって、枠部上を含んだ外周領域について、表示部から出力される映像を、表示部から枠部の方向に拡大させると共に、当該外周領域より内側の内周領域について、表示部から出力される映像を、枠部から表示部の方向に拡大させる。

図１は、実施形態にかかる４個の映像表示装置で構成される４面タイリングディスプレイの例を示した図である。 図２は、実施形態にかかる複数の映像表示装置の各々に設けられた光学素子の領域を示した図である。 図３は、図２の第１の表示領域において、継ぎ目に覆うように水平方向に設けられた、光学素子の配置を示した図である。 図４は、図２の第２の表示領域において、交差する継ぎ目を覆うように設けられた、光学素子の配置を示した図である。 図５は、図２の第１の表示領域において、継ぎ目を覆うために出力される縮小画像の表示領域を示した図である。 図６は、図２の第２の表示領域において、継ぎ目を覆うために出力される縮小画像の表示領域を示した図である。 図７は、実施形態にかかる映像表示装置による表示の概念を示した図である。 図８は、実施形態にかかる映像表示装置の表面に設けられた光学系を示した図である。 図９は、実施形態にかかる映像表示装置における表面に設けられた光学系に関する数式を説明するための図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る映像表示装置、及び映像表示システムの実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態では、映像表示装置、及び映像表示システムの一例を示したものであり、他の形態であっても良い。

図１は、本実施形態にかかる４個の映像表示装置で構成される、映像表示システムの一形態である４面タイリングディスプレイの例を示した図である。

図１に示す例では、４個の映像表示装置１０１、１０２、１０３、１０４の各々は、表示部１３１、１３２、１３３、１３４と、当該表示部１３１〜１３４の外周に設けられた外枠部１２１、１２２、１２３、１２４と、で構成されている。

図１に示す例では、４個の映像表示装置１０１〜１０４をタイリングして一つの大画面ディスプレイとして利用している。本実施形態にかかる４面タイリングディスプレイでは、映像表示装置を水平方向及び垂直方向に２列づつ配置している。

なお、本実施形態は、このような配置手法に制限するものではなく、２列以上であっても良いし、水平方向又は垂直方向のみに複数の映像表示装置を配置しても良い。

そして、図１に示す様に、４個の映像表示装置１０１、１０２、１０３、１０４を配置した場合に、外枠部１２１〜１２４による継ぎ目１１１、１１２が十字状に形成される。

換言すれば、４個の映像表示装置１０１、１０２、１０３、１０４で大画面表示を行う場合に、当該継ぎ目１１１、１１２で画面が途切れることになる。そこで、本実施形態では、映像表示装置１０１、１０２、１０３、１０４の各々について、外枠部及び外枠部との境界を含む表示部の一部の領域に光学素子を設けて、映像表示装置１０１、１０２、１０３、１０４から出力される映像を拡大表示することで、視聴者に対して当該外枠部が細くなる又は見えなくさせることとした。これにより、４個の映像表示装置１０１、１０２、１０３、１０４がつながりを有する一つのディスプレイとして映像を表示できる。

図２は、本実施形態にかかる複数の映像表示装置１０１〜１０４の各々に設けられた光学素子の領域を示した図である。図２に示す例では、４個の映像表示装置１０１、１０２、１０３、１０４の外枠部１２１〜１２４及び表示部１３１〜１３４の一部である、領域２０１〜２０８のそれぞれに光学素子が配置されている。領域２０１〜２０８のうち、他の光学素子の領域と交わらない部分については、複数の映像表示装置１０１〜１０４の間の境界線に垂直する方向に映像を拡大するリニアレンズ（１次元方向のみに曲率を持つ）が設けられている。リニアレンズとしては例えば、シリンドリカルレンズなどが考えられるが、他の光学系を用いても良い。

一方、複数の光学素子の領域が交わる領域２１１〜２１４については、垂直方向及び水平方向（２次元領域）で映像を拡大するサーキュラレンズが設けられている。

図２に示す光学系（光学素子）は、４個の映像表示装置１０１、１０２、１０３、１０４の外枠部及び表示部の一部領域で設けられ、表示部から出力される映像を拡大させる。

図２に示す様に、４個の映像表示装置１０１、１０２、１０３、１０４のそれぞれに設けられた光学素子は、他の映像表示装置に隣接する外枠部周辺で、表示部から外枠部の方向に（水平方向及び垂直方向のうちいずれか一つ以上）に映像を拡大している。

図３は、図２の第１の表示領域２５１において、継ぎ目１１２を覆うように水平方向に設けられた、光学素子の配置を示した図である。図３に示す例では、外枠部１２１、１２３上及び表示部１３１、１３３上の一部を含む、領域２０３、２０４に光学素子（レンズ）が設けられている。そして、領域２０３では、光学素子の光軸３０１を有し、光学素子（レンズ）２０４では、光学素子の光軸３０２を有している。そして、光学素子は、光学素子（レンズ）２０３のうち、光軸３０１より外枠部１２１（継ぎ目１１２）側の外周領域について、表示部１３１から出力される映像を、表示部１３１から外枠部１２１の方向に拡大させると共に、光軸３０１より内側の内周領域について、表示部１３１から出力される映像を、外枠部１２１から表示部の方向に拡大させる。なお、領域２０４も、領域２０３と線対称の拡大が行われる。

図３に示す例では、上下の映像表示装置１０１、１０３の間の境界を基準として、線対称に光学素子（レンズ）２０３、２０４が配置されている。継ぎ目１１２の領域において、光学素子（レンズ）２０３、２０４が、縮小画像データを拡大表示する。これにより、映像が切れ目無く表示される。

図４は、図２の第２の表示領域２５２において、交差する継ぎ目１１１、１１２を覆うように設けられた、光学素子の配置を示した図である。図４に示す例では、領域２０３、２０４、２０５、２０６に光学素子（レンズ）が設けられている。そして、光学素子（レンズ）２０５では、光学素子の光軸４０１を有し、光学素子（レンズ）２０６では、光学素子の光軸４０２を有している。そして、光学素子は、領域２０５のうち、光軸４０１より外枠部（継ぎ目１１１）側の外周領域について、表示部１３３から出力される映像を、表示部１３３から外枠部１２３（継ぎ目１１１）の方向に拡大させると共に、光軸４０１より内側の内周領域について、表示部１２３から出力される映像を、外枠部１２３（継ぎ目１１１）から表示部１２３の中心方向に拡大させる。

リニアレンズの光軸３０１、３０２、４０１、４０２の延長線の交点がレンズの中心となる。そして、領域２１１のサーキュラレンズでは、レンズの中心４１４を基準に映像を拡大し、領域２１２のサーキュラレンズでは、レンズ中心の４１１を基準に映像を拡大し、領域２１３のサーキュラレンズでは、レンズの中心４１３を基準に映像を拡大し、領域２１４のサーキュラレンズでは、レンズの中心４１２を基準に映像を拡大している。このように、各領域２１１〜２１４は、２次元の拡大光学系となる。

そして、複数の映像表示装置では、光学素子で拡大されることを前提とした縮小画像データが、表示部から出力される。次に、縮小画像データが出力される領域について説明する。

図５は、図２の第１の表示領域２５１において、継ぎ目１１２を覆うために出力される縮小画像の表示領域を示した図である。

図５に示す例では、縮小画像データは表示領域５０１、５０２から出力される。そして、縮小画像データは、光学素子の光軸３０１を中心に、矢印５１１、５１２の方向に縮小されている。換言すれば、縮小画像データは、領域２０３に配置された光学素子により、光軸３０１を中心に、矢印５１１、５１２の反対方向に拡大される。これにより、継ぎ目１１２が視聴者に見えなくなる上、映像表示装置１０１の表示部１３１の内側方向にも縮小画像データが拡大される。なお、縮小画像データの縮小率は、光学素子で拡大される拡大率に対応している。このように、縮小画像データが当該拡大率で拡大された結果、視聴者には通常の映像として認識される。

図６は、図２の第２の表示領域２５２において、継ぎ目１１１、１１２を覆うために出力される縮小画像の表示領域を示した図である。

図６に示す例では、図５と同様に、縮小画像データは表示領域５０１、５０２から出力される他、表示領域６０１、６０２からも出力される。そして、表示領域５０１、５０２と、表示領域６０１、６０２と、が重畳する表示領域６１１においては、垂直方向及び水平方向のそれぞれ（２次元方向）について縮小されている。例えば、映像表示装置１０１で出力される縮小画像データは、レンズ（光学素子）の中心４１４を基準に、矢印方向に縮小されている。そして、縮小画像データは、図５と同様に、光学素子により、レンズの中心４１４を基準に矢印と反対方向に拡大される。

図６に示す例では、４枚の映像表示装置１０１〜１０４は、接点を点対称にレンズ（光学素子）が配置されている。これにより、他の映像表示装置１０２〜１０４も、それぞれレンズの中心４１１〜４１３を基準として縮小される。

そして、映像表示装置１０１〜１０４では、外枠部の領域まで、縮小画像データが光学素子によって拡大される。これにより、各映像表示装置１０１〜１０４は、接点まで切れ目無く映像をつなぐことができる。これにより、継ぎ目１１１，１１２を視聴者に視認できなくすることができる。

このように、映像表示装置１０１〜１０４では、表示部１３１〜１３４が映像を表示する表示領域のうち、縮小映像データを出力する領域は、レンズに縮小映像データが投影される領域よりも小さくなる。

次に、映像表示装置１０１〜１０４の表示部の内側方向にも縮小画像データが拡大させる理由について説明する。図７は、映像表示装置１０１〜１０４による表示の概念を示した図である。図７に示す例では、表示部７０２から予め定められた距離離れたところに光学素子７０１が設けられている例とする。そして、光学素子７０１で拡大表示された虚像７０３が示されている。なお、予め定められた距離は、実施の態様により定められるものとする。

表示部７０２では、通常の画像データを出力する領域７１３と、縮小画像データを出力する領域７１２と、外枠部７１１と、が存在する。そして、縮小画像データが、光学素子７０１により、外枠部７１１が視聴者に視認できなくなるように拡大表示されている。

図７に示す様に、外枠部７１１が配置された外側方向だけではなく、表示部７０２の内側方向にも、縮小画像データが拡大されている。仮に内側方向に縮小画像データを拡大しない場合、視聴者が映像表示装置１０１の中心部から外枠方向をのぞき込むように視聴すると、図示されていないが縮小画像データが視認できるという問題が生じることになる。一方、視聴者が、その逆方向（映像表示装置１０１の外枠側から中心部の方向）でのぞき込むように視聴すると、通常画像が光学素子に拡大されて視認できるという問題も生じる。つまり、正面以外で視聴した場合に、拡大率の異なる画像が視認される。そこで、本実施形態では、内側方向についても縮小画像データを拡大することとした。これにより、光学素子７０１で拡大表示された虚像７０３が示され“○”の領域まで画像拡大される。画像が拡大されるため“●”の領域まで通常の画像データを出力する領域７１３が存在できる。

例えば、視点７５１から（換言すると、映像表示装置１０１の中心部から外枠部７１１方向に）視聴者がのぞき込んだ場合であっても、光学素子の裏側に通常の画像データを出力する領域７１３があり、縮小画像データを視認できることを抑止し、画像データの制作者側が意図した破綻のない映像データの表示が可能となる。（光学素子裏側でも通常画像領域７１３内の“●”が観察できる）逆方向の視点７５２から（換言すると、映像表示装置１０１の外枠側から中心部の方向に）視聴者がのぞき込んだ場合であっても、光学素子７０１で拡大表示された虚像７０３があり、通常画像が拡大されて視認できることを抑止し、画像データの制作者側が意図した破綻のない映像データの表示が可能となる。また、視聴者が正面以外の角度からでも適切に映像を視認できるように、表示部７０２が表示する通常画像データと縮小画像データとの間に、重複した映像（重複領域とも称す）が含まれている。これにより、視点７５１や視点７５２から視聴した場合でも適切に映像を視聴できる。つまり、設計された視点７５１から視点７５２の間では、視聴者は、光学素子７０１を介した画像データとして、（通常の画像データの拡大を抑止して）縮小画像データが拡大された映像を視認し、光学素子７０１を介しない画像データとして、（縮小画像データの視認を抑止し）通常の画像データを視認できる。

図８は、映像表示装置１０１〜１０４の表面に設けられた光学系を示した図である。図８に示す例では、光学素子７０１と、外枠部８６２を含む表示部７０２と、光学素子７０１で拡大表示された虚像７０３と、が示されている。

薄い光学素子（レンズ）７０１が、表示部７０２の領域８６１から出力される縮小画像データを拡大する。このように、本実施形態では、薄いレンズ７０１を、外枠部８６２上から領域８６１上に配置している。そして、当該レンズ７０１が、表示部７０２の領域８６１から出力される縮小画像データを拡大する。拡大された縮小画像データの虚像８５１により、外枠部８６２を視認できなくさせる。なお、虚像７０３の領域８１３は、外枠部８６２が拡大表示される領域である。

また、θとなる角度８０３から視聴者が表示部７０２を観察した時に、外枠部８６２を視認できないように、重複領域８１２を設けておく。この重複領域に対応する画像データはあらかじめ計算された領域８６３に、縮小画像データとして出力する。

さらに、逆のθ’となる角度８０１から視聴者が観察した時に、映像に不連続が生じない様に、領域８６４が出力する縮小画像データを、通常画像領域で出力される通常画像データと、重複させておく。このように、重複領域８１１を設けることで、不連続が生じることを抑止されたため、θ''となる角度８０２からθ'となる角度８０１までの間、破綻のない映像の表示が可能となる。

図９は、映像表示装置１０１〜１０４における表面に設けられた光学系に関する数式を説明するための図である。なお、以下に示す例は、一例であって他の態様であっても良い。

レンズ倍率ｍとした場合に、縮小画像データを出力する領域７１２に含まれる長さｘ、β、αは、虚像７０３において、領域９０１で長さｍｘ、領域９０２で長さｍβ、重複領域８１２で長さｍα、重複領域８１１で長さｍα’として表示される。

まずレンズ倍率ｍは、レンズ７０１の光軸から外枠部７１１方向の距離ｄと縮小画像領域の重複部分を含まない、レンズ７０１の中心からの長さβに基づいて、以下の式（１）で求めることができる。

ｍ＝ｄ／β…（１）

外枠部７１１の幅Ｗと、縮小画像データの重複部分の領域８６３の長さαから、外枠部７１１をすべて覆うための、レンズ７０１の中心点から端部までの長さｄは、以下の式（２）で表すことができる。なお、表示部７０２の領域７１２が縮小画像データを出力する領域とする。
ｄ＝β＋α＋Ｗ…（２）

そして、ｄ＝ｍβの条件を満たした場合に、視聴者が正面から視聴した場合に外枠部７１１が見えなくなる。一方、長さαの重複部分の領域８６３を設けたことで、θの角度８０３まで、視聴者は破綻無く映像を視認できる。

また、レンズ７０１の焦点距離ｆ、表示部７０２からレンズ７０１までの距離Ａ（負の値で表せられる）は、以下の式（３）で示される。

Ａ＝−ｆ（１＋β/ｄ)＝−ｆ（１＋１／ｍ）…（３）

この時、レンズ７０１から虚像７０３の現れる距離Ｂ（負の値で表せられる）は、以下の式（４）で示される。

Ｂ＝Ａ（ｄ／β）＝ｍ＊Ａ…（４）

この場合の重複領域が、観察できる角度θは、以下の式（５）で示される。
ｔａｎθ＝−α／Ｂ＊ｄ／β＝−α／Ｂ＊ｍ…（５）

レンズの間から覗けるθ”となる角度８０２と、通常画像領域の重複領域が観察できる角度θ’とした時、仮に、｜θ｜＝|θ”｜＝｜θ’｜の条件を満足するようにした場合、レンズ７０１背面の通常画像の領域幅ａと、通常画像領域の重複領域に対応する通常領域の幅ａ’の関係は｜a’｜=｜a｜となる。この場合、レンズ７０１の中心から通常領域側の縮小画像領域幅ｘとの関係は、以下の式（６）で示すことができる。
ｍｘ＝ｘ＋ａ―ｍ＊ａ…（６）

また、レンズ７０１と、表示部７０２との距離Ａとの関係から、以下の式（７）も導き出させる。
|ａ|＝|Ａ|＊ｔａｎ｜θ｜…（７）

そして、式（６）、（７）から以下に示す式（８）を導き出せる。
ｘ＝|Ａ|＊ｔａｎ｜θ｜＊(１−ｍ)/(ｍ＋１)…（８）

式（８）により、角度θまで視聴した場合に破綻無く映像を表示するための、縮小画像データを出力する領域のレンズ７０１の中心からの長さｘを導き出せる。

図９で示したように、表示部７０２から縮小画像データと通常の画像データとを出力することで、正面から角度θまで傾いた位置からでも、破綻無く映像を視聴できる。

（変形例）
上述した実施形態では、２次元表示の場合について説明した。しかしながら、この映像表示装置１０１〜１０４を立体視表示に適用しても良い。

ところで、拡大された画像の虚像は、奥行き位置がディスプレイ面と異なる。このため、観察位置が異なる場合に、通常の画像データを出力する領域と、縮小画像データが拡大された領域との間に視差（見えの違い）が生じる。特に水平方向は人間の目が左右に分かれているためずれが目立つ可能性がある。

しかしながら、水平方向（場合によっては垂直方向にも）視差を持たせて立体像を再現する立体視可能な映像表示装置にも、上述した光学系による拡大制御を用いることで、視聴者が視認できる継ぎ目の幅を低減する。

本変形例では、光学素子７０１が、表示される奥行き位置を、縮小画像データを拡大する領域に対応する箇所だけ奥行きのズレを補正する。これによって虚像による奥行きのずれ（視差）を補正できる。

上述した実施形態及び変形例によれば、４面タイリングディスプレイに対して、正面以外の角度から視認した場合でも、視聴者は破綻のない映像を認識できる。さらには、表示部とレンズとの間に（レンズの）樹脂が設けられていないため、レンズを薄く軽量にできる。これにより、コストを削減できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０１〜１０４…映像表示装置、１１１、１１２…継ぎ目、１２１〜１２４…外枠部、１３１〜１３４…表示部、２０３、２０４、２０５、２０６…レンズ。

Claims (7)

1. 表示部と、
   当該表示部の外周に設けられた枠部と、
   前記枠部上及び当該枠部との境界を含んだ前記表示部上の一部領域に設けられた光学素子であって、前記枠部上を含んだ外周領域について、前記表示部から出力される映像を、前記表示部から前記枠部の方向に拡大させると共に、当該外周領域より内側の内周領域について、前記表示部から出力される映像を、前記枠部から前記表示部の方向に拡大させる光学素子と、
   を備える映像表示装置。
2. 前記表示部は、前記映像を表示する表示領域のうち、前記光学素子により拡大される領域について、前記光学素子で拡大される拡大率に対応する縮小率で縮小させた映像を出力する、
   請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記表示部が前記映像を表示する表示領域のうち、前記縮小率で縮小させた縮小映像を出力する領域は、前記光学素子に当該縮小映像が投影される領域よりも小さい、
   請求項２に記載の映像表示装置。
4. 前記光学素子は、前記表示部から出力される映像を、前記表示部から前記枠部の方向として、水平方向及び垂直方向に拡大させる、
   請求項１又は３に記載の映像表示装置。
5. 前記表示部と前記光学素子との間が予め定められた距離だけ離れている、
   請求項２に記載の映像表示装置。
6. 前記光学素子は、表示部から出力される映像の立体視表示が可能であり、縮小画像データを拡大する領域に対応する箇所だけ、奥行きのズレが補正されている、
   請求項１乃至５のいずれか一つに記載の映像表示装置。
7. 複数の映像表示装置を組み合わせて連動した映像を表示する映像表示システムにおいて、
   前記映像表示システムは、
   表示部と、
   当該表示部の外周に設けられた枠部と、
   前記枠部上及び当該枠部との境界を含んだ前記表示部上の一部領域に設けられた光学素子であって、前記枠部上を含んだ外周領域について、前記表示部から出力される映像を、前記表示部から前記枠部の方向に拡大させると共に、当該外周領域より内側の内周領域について、前記表示部から出力される映像を、前記枠部から前記表示部の方向に拡大させる光学素子と、を備える、
   映像表示システム。

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