JP2018077495A - 画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】視域角を広げるとともに、クロストークを低減することが可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像表示装置は、第1光線を投射する投射部を備える。また、前記第1光線を偏向して第2光線を出射するための第1の偏向部103Aと、前記第2光線を偏向する第2の偏向部103Bとを備える。前記第1の偏向部103Aは、前記第1光線が入射する凸状の第1のシリンドリカルレンズ1031Aが第1方向に複数配列する。前記第2の偏向部103Bは、前記第2光線が入射する凸状の第2のシリンドリカルレンズ1031Bが前記第1方向に複数配列し、その光軸が前記第1のシリンドリカルレンズ1031Aの光軸と前記第2方向に一致するように設けられる。前記第1のシリンドリカルレンズ1031Aの前記第1方向の幅は、前記第2のシリンドリカルレンズ1031Bの前記第1方向の幅よりも大きい。
【選択図】図3
【解決手段】画像表示装置は、第1光線を投射する投射部を備える。また、前記第1光線を偏向して第2光線を出射するための第1の偏向部103Aと、前記第2光線を偏向する第2の偏向部103Bとを備える。前記第1の偏向部103Aは、前記第1光線が入射する凸状の第1のシリンドリカルレンズ1031Aが第1方向に複数配列する。前記第2の偏向部103Bは、前記第2光線が入射する凸状の第2のシリンドリカルレンズ1031Bが前記第1方向に複数配列し、その光軸が前記第1のシリンドリカルレンズ1031Aの光軸と前記第2方向に一致するように設けられる。前記第1のシリンドリカルレンズ1031Aの前記第1方向の幅は、前記第2のシリンドリカルレンズ1031Bの前記第1方向の幅よりも大きい。
【選択図】図3
Description
本発明の実施形態は、画像表示装置に関する。
レンチキュラーレンズを用いて多視差の画像(例えば立体画像)を生成する技術は広く知られているが、画像を正常に観察可能な範囲を示す視域角を拡大することは難しい。例えばレンチキュラーレンズにより画像を形成する光線の屈折角を大きくすることにより視域角を拡大しようとする場合には、収差が大きくなってしまい、意図せぬ方向に光線が偏向されてしまうことで、視差間のクロストークが生じてしまう。
視域角を広げるとともに、クロストークを低減することが可能な画像表示装置を提供する。
実施形態の画像表示装置は、第1光線を投射する投射部を備える。また、前記第1光線を偏向して第2光線を出射するための第1の偏向部と、前記第2光線を偏向する第2の偏向部とを備える。前記第1の偏向部は、前記第1光線が入射する凸状の第1のシリンドリカルレンズが第1方向に複数配列する。前記第2の偏向部は、前記第2光線が入射する凸状の第2のシリンドリカルレンズが前記第1方向に複数配列し、前記第2のシリンドリカルレンズの光軸が前記第1のシリンドリカルレンズの光軸と前記第2方向に一致するように設けられる。前記第1のシリンドリカルレンズの前記第1方向の幅は、前記第2のシリンドリカルレンズの前記第1方向の幅よりも大きい。
以下、実施形態に係る画像表示装置について、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1(a)及び(b)は、第1の実施形態に係る画像表示装置100の概略図である。図1(a)は、観察者の両眼が描かれて水平視野内(水平面内)の画像表示装置100を示し、また、図1(b)は、観察者の片眼が描かれて垂直視野内(垂直面内)の画像表示装置100を示している。なお、ここでの水平及び垂直とは、観察者の両眼を基準とするものであって、必ずしも厳格に定められる水平並びに垂直を意味するものではない。即ち、両眼が配置されている視野及びこの視野に略平行な面を水平面(x−y平面)(第1平面)と定義し、この水平面に略直交する面を垂直面(x−z平面)と定義する。
図1(a)及び(b)は、第1の実施形態に係る画像表示装置100の概略図である。図1(a)は、観察者の両眼が描かれて水平視野内(水平面内)の画像表示装置100を示し、また、図1(b)は、観察者の片眼が描かれて垂直視野内(垂直面内)の画像表示装置100を示している。なお、ここでの水平及び垂直とは、観察者の両眼を基準とするものであって、必ずしも厳格に定められる水平並びに垂直を意味するものではない。即ち、両眼が配置されている視野及びこの視野に略平行な面を水平面(x−y平面)(第1平面)と定義し、この水平面に略直交する面を垂直面(x−z平面)と定義する。
画像表示装置100は、画像投射部101と、画像表示部102を備えている。画像投射部101は、y−z平面上に設けられた面状の部材である。この画像投射部101は、y軸方向(第1方向)に視差を有する画像(投影画像)を形成する視差画像成分を含む複数の光線(第1光線)をx軸方向(第2方向)に投射する。画像表示部102は、画像投射部101の面に対向させて、y−z平面上に設けられた面状の部材である。この画像表示部102は、第1の偏向部103Aと、第2の偏向部103Bを備えている。第1の偏向部103Aは、第1光線をx−y平面内において偏向することで第2光線を得る。第2の偏向部103Bは、第2光線を更にx−y平面内において偏向することで第3光線を得て、この第3光線を画像表示装置100の前方に設定される観察領域の視差画像成分に応じた方向に投射する。観察者は画像表示部102が投射する複数の第3光線を観察領域から観察することで、投影画像を例えば立体視することが可能となる。
ここで、図2は、投影画像を説明する図である。なお、この例に示す投影画像は、4視差を有する画像である。以下の説明では、特に断りのない限りこの投影画像を基に説明する。
投影画像は、ある基準面に配置された多数のカメラで被写体が撮影され、多数のカメラからの複数の視差画像から生成される。また、レンダリングで作成された画像から演算によって複数視点の視差画像が作成され、この視差画像から観察者に立体視させる為の画像が生成されても良い。各々の視差画像は、それぞれ複数(番号i)の視差画像成分に分割される。この視差画像成分は短冊状の画像セグメントであり、同一の番号iが付された視差画像成分を配列した要素画像iをさらに配列することで投影画像が生成される。このように生成された投影画像は複数の画素を有している。
図2の例では、視差数と同数の4つの視差画像、すなわち左用(L)、中左用(CL)、中右用(CR)、右用(R)の画像を用いる。なお、左、中左、中右、右の位置関係は、例えばカメラで撮影する場合には、撮影する際の位置関係に対応するものである。各視差画像はそれぞれ4つの視差画像成分、すなわちL1〜L4、CL1〜CL4、CR1〜CR4、R1〜R4に分割される。L1、CL1、CR1、R1が視差画像の位置関係を保持して配列することで要素画像1が得られる。同様にして、L2、CL2、CR2、R2から要素画像2が、L3、CL3、CR3、R3から要素画像3が、L4、CL4、CR4、R4から要素画像4が得られる。ここで、位置関係を保持するとは、視差画像成分が得られる元の視差画像が左用ならばこの視差画像成分は要素画像の中で左に位置し、同様に視差画像が中左用、中右用、右用ならば、視差画像成分は要素画像の中でそれぞれ中左、中右、右に位置することを言う。これら要素画像1〜要素画像4が番号の順に配列されて投影画像が形成される。
図1に示す画像投射部101は、光源101Aと光変調部101Bを備えている。
光源101Aは、例えばLD(レーザダイオード:Laser Diode)等の発光素子が面状に複数配列され、光変調部101Bに対して複数の光線(ビーム)を出射する面発光装置である。光変調部101Bに対して出射する光線は、ビームの広がり角度が小さい指向性の高いものが好ましい。低消費電力の観点から、LEDや有機EL及びLDを用いることが好ましい。さらに色再現性、ビームの小径化、ビームの出射角度および幅などの調整による視差生成の容易さの観点からはLDが好ましい。
光変調部101Bは、光源101から受け取る光線の色を変調することにより、画像(投影画像)が有する画素に対応した光線を生成する。投影画像として、この光変調部101Bから出射される複数の光線には、前述のように複数の視差画像成分が含まれている。光変調部101Bは、例えば、SLM(空間光変調器)であり、フラットパネルタイプの液晶表示パネル(LCOS等)を用いることができる。
なお、画像投射部101としては、例えばハロゲンランプ等の光源101Aと、例えばLCOS等の光変調部101Bを有するプロジェクタを用いることもできる。
図3は、図1における画像表示部102を示す図である。図3(a)は、観察者の両眼が描かれて水平視野内(水平面内)の画像表示部102を示し、また、図3(b)は、観察者の片眼が描かれて垂直視野内(垂直面内)の画像表示部102を示している。
画像表示部102は、第1の偏向部(第1のレンチキュラーレンズ)103A、第2の偏向部(第2のレンチキュラーレンズ)103Bを備えている。また、光源101AとしてLDを用いる場合には、拡散部104を備えている。これらは例えば枠(図示せず)に設けることにより、相対的な位置関係を維持して固定することができる。また、安定に固定するために、必要に応じて第1のレンチキュラーレンズ103Aと第2のレンチキュラーレンズ103Bの間に透明板105を備えてもよい。
第1のレンチキュラーレンズ103Aは、正の屈折力を有する凸面を有し、画像投射部101により投射された光線(第1光線)を屈折することにより、水平面(x−y平面)内においてy軸方向に偏向する。すなわち、第1光線をZ軸周り正または負の回転方向に回転することで偏向する。なお、ここでの回転とは、第1光線の単位ベクトルのx軸成分及びy軸成分のy軸方向の正または負が変わらない範囲での回転とする。これにより、画像(投射画像)に含まれる視差画像成分を分離する。この偏向された光は第2のレンチキュラーレンズ103Bに対して出射される。ここで、図4(a)に示す第1のレンチキュラーレンズ103Aは、z軸方向(第3方向)に母線(図中二点鎖線)を有する、すなわち垂直方向に細長い複数の凸状の第1のシリンドリカルレンズ1031Aがy軸方向に配列されたシート状の部材である。この第1のシリンドリカルレンズ1031Aのピッチ(y軸方向の幅)は、投影画像に含まれる要素画像のピッチ(視差画像成分の配列方向の幅)と同程度である。
第2のレンチキュラーレンズ103Bは、正の屈折力を有する凸面を有し、第1のレンチキュラーレンズ103Aにより投射された光線(第2光線)をさらに屈折することにより、水平面(x−y平面)内において光線を第1のレンチキュラーレンズ103Aが第1光線を偏向したy軸方向と同一の方向にさらに偏向する。これにより、拡散部104に対して視差画像成分に応じた角度で光線(第3光線)を出射する。ここで、視差画像成分に応じた角度は、観察者に観察させたい(意図する)画像を予め決定することで、これに基づいて事前に設定することができる。
図4(b)に示す第2のレンチキュラーレンズ103Bは、z軸方向に母線(図中二点鎖線)を有する複数の凸状の第2のシリンドリカルレンズ1031Bがy軸方向に配列されたシート状の部材である。第2のレンチキュラーレンズ103は、第2のシリンドリカルレンズ1031Bの光軸(図中一点鎖線)を対向する第1のシリンドリカルレンズ1031Aの光軸に一致させて設けられている。また、凸状の入射面が第1のシリンドリカルレンズ1031Aの焦点位置(図3中×印)よりも第1のレンチキュラーレンズ103Aの側(後方)に設けられている。この第2のシリンドリカルレンズ1031Bのピッチ(y軸方向の幅)は、第1のシリンドリカルレンズ1031Aのピッチ(y軸方向の幅)と同程度である。
図5は、第1の視域角θ1及び第2の視域角θ2を説明する図である。
ここで、視域角とは、観察領域において観察者が投影画像を立体視することができる範囲(範囲を示す角度)である。ここでの視域角は、水平面において、レンチキュラーレンズの光軸を中心として互いに平行な2本の光線がレンチキュラーレンズに入射することで偏向され、この偏向された2つの光線が成す角度(<180°)と定義される。
図5(a)に示すように、第2のレンチキュラーレンズ103Bがないと仮定した場合に、第1のレンチキュラーレンズ103Aの第1のシリンドリカルレンズ1031Aの光軸から距離dだけ離れた平行な2本の光線A及び光線Bが第1のレンチキュラーレンズ103Aに入射し、第1のシリンドリカルレンズ1031Aにより光軸との成す角φ1(<90°)に屈折された光線A’及び光線B’が焦点位置において成す角度θ1(<180°)を第1の視域角と定義する。
また、図5(b)に示すように、上記の光線A’及び光線B’が、さらに第2のレンチキュラーレンズ103Bに入射し、第2のシリンドリカルレンズ1031Bにより光軸との成す角φ2(φ1<φ2<90°)に屈折された光線A’’及び光線B’’が成す角度θ2(θ1<θ2<180°)と定義する。
拡散部104は、第2のレンチキュラーレンズ103Bより投射された光線を垂直方向に拡散する。拡散部104は、光線を垂直方向へ拡散させ、かつ水平方向への拡散を抑えるために、例えばプラスチックを材質とする異方性拡散板を用いることが好ましい。視差画像を拡散部104に表示させることで、観察者は、観察領域において拡散部104の前方或いは背面側に立体画像を認識することができる。なお、光源103AとしてLD以外の例えばLED等を用いる場合において、散部104を備えない場合には、観察者は観察領域において第2のレンチキュラーレンズ103Bが出射する光線を直接観察することにより、第2のレンチキュラーレンズ103Bの前方或いは背面側に立体画像を認識することができる。
以下、図6を参照して、第1の実施形態に係る画像表示装置100の作用について説明する。図6において、投射される投射画像は、視差画像成分L1,CL1,CR1,R1,L2,CL2,・・・,CR4,R4の順序で配列されたセグメントのパターンで示されている。
各々のセグメントからは、視差画像成分を有する光線が第1のレンチキュラーレンズ103Aに対して投射されている。なお、図6には、投射される光線のうち第1のレンチキュラーレンズの光軸に対して平行な光線のみを図示している。図6に示すように、1つの要素画像に相当する4つの視差画像成分に対して1つの第1のシリンドリカルレンズ1031Aが対応している。すなわち、視差画像成分を有する光線は、要素画像毎に異なる第1のシリンドリカルレンズ1031Aに対して入射される。
第1のシリンドリカルレンズ1031Aに入射された光線は、第1のシリンドリカルレンズ1031Aが有する正の屈折力により、光軸に向かう方向(内側)に屈折される。すなわち、視差画像成分L1〜L4、CL1〜CL4を有する光線は、観察者から見て左、中左の方向に屈折され、視差画像成分CR1〜CR4、R1〜R4を有する光線は、観察者から見て中右、右の方向に屈折される。このとき、光線は視差画像成分毎に異なる角度で第1のシリンドリカルレンズ1031Aから出射されるために、複数の視差画像成分を異なる方向に分離することができる。第1のシリンドリカルレンズ1031Aから出射された光線は、透明板105を通過して、要素画像毎に異なる第2のシリンドリカルレンズ1031Bに入射される。
第2のシリンドリカルレンズ1031Bに入射された光線は、第2のシリンドリカルレンズ1031Bが有する正の屈折力により、光軸に向かう方向(内側)に更に屈折される。すなわち、視差画像成分L1〜L4、CL1〜CL4を有する光線は、観察者から見て左、中左の方向に更に屈折され、視差画像成分CR1〜CR4、R1〜R4を有する光線は、観察者から見て中右、右の方向に更に屈折される。これにより、視差画像成分を有する光線は、視差画像成分に応じた方向に出射される。このように、第1のシリンドリカルレンズ1031Aにより分離された視差画像成分を有する光線は、前述の視域角を広げる方向に偏向される。
第2のシリンドリカルレンズ1031Bから出射された光線は、拡散部104により垂直方向に拡散されて、観察領域に投射される。観察領域において、観察者は視差画像成分を有するこの光線が成す画像を観察することで立体視が可能となる。
ここで、例えば、単一のレンチキュラーレンズを用いて、視域角を広げるためにシリンドリカルレンズによる屈折角を大きくすることを想定する。このとき、収差が大きくなってしまうので、事前に定められる角度とは異なる角度で視差画像成分を含む光線が出射されることになり、視差画像成分が充分に分離されずにクロストークが発生することが考えられる。
したがって、本実施形態に係る画像表示装置100によれば、2つのレンチキュラーレンズ(第1のレンチキュラーレンズ103A及び第2のレンチキュラーレンズ103B)を用いて、段階的(2段階)に光線を屈折させることにより、視域角を広げるとともに、クロストークを低減することが可能となる。
なお、以上の説明では、水平視野内のみで視差(水平視差)を与える画像表示装置の実施形態について説明している。しかしながら、水平視野内のみならず垂直視野内においても、垂直視差を与えることができる。この場合には、投射画像には、水平並びに垂直視野内で視差を与える視差画像が画像投射部101から投射され、レンズが2次元に配列されたレンズアレイを有する第1の偏向部1031A、第2の偏向部1031Bにより、投射画像に含まれる水平視差及び垂直視差を与える視差画像が分離される。
また、画像投射部101としては、光偏調部101Bの代わりに、視差画像成分が直接印刷された印刷部(印刷画像)101Cを備えるものであってもよい。なお、この場合には、周囲からの光の反射光を用いることができるために、光源101Aは必要に応じて設ければ良い。この場合には、印刷部101Cからの光が十分に拡散されているので、拡散部104は備えなくともよい。
また、投射画像としては、必ずしも両眼視差による立体視を導入する必要はなく、両目に同じ映像が届く程度の低密度の視差配置であっても、運動視差により、良好な立体感が得られる。更に、立体感を得ることを目的とせずに、見る位置に応じて全く異なる映像を表示させることで、例えば、画面を右から見る人と左から見る人に別々の情報を与える、といった応用も可能である。
(第1変形例)
図3に示す画像表示部102においては、第2の偏向部(第2のレンチキュラーレンズ)103Bが凸状の第2のシリンドリカルレンズ1031Bを有するものを例に説明したが、これに限定されない。
(第1変形例)
図3に示す画像表示部102においては、第2の偏向部(第2のレンチキュラーレンズ)103Bが凸状の第2のシリンドリカルレンズ1031Bを有するものを例に説明したが、これに限定されない。
図7は、第1変形例に係る画像表示部102を示す図である。図7に示す画像表示部102では、第2のレンチキュラーレンズ103が凸状の第2のシリンドリカルレンズ1031Aの代わりに、凹状の第2のシリンドリカルレンズ1031Aを有している。
第2のレンチキュラーレンズ103Bは、負の屈折力を有する凹面を有し、第1のレンチキュラーレンズ103Aにより投射された光線を屈折することにより、水平面(x−y平面)内において光線を偏向する。これにより、拡散部104に対して視差画像成分に応じた角度で光を出射する。ここで、第2のレンチキュラーレンズ103Bは、垂直方向に母線を有する複数の凹状の第2のシリンドリカルレンズ1031Bが水平方向に配列されたシート状の部材である。第2のレンチキュラーレンズ103は、第2のシリンドリカルレンズ1031Bの光軸(図中一点鎖線)を対向する第1のシリンドリカルレンズ1031Aの光軸に一致させて設けられている。また、第1のレンチキュラーレンズ103Aに対して、凹状の入射面が第1のシリンドリカルレンズ1031Aの焦点位置(図中×印)よりも遠くに設けられている。この第2のシリンドリカルレンズ1031Bのピッチ(y軸方向の幅)は、第1のシリンドリカルレンズ1031Aのピッチ(y軸方向の幅)と同程度である。
図8は、第1変形例に係る画像表示装置100の作用を説明する図である。このように、第1のシリンドリカルレンズ1031Aにより分離された視差画像成分を有する光線は、第2のシリンドリカルレンズ1031Bが有する負の屈折力により視域角を広げる方向に偏向される。
なお、第2のシリンドリカルレンズ1031Bのピッチ(y軸方向の幅)は、第1のシリンドリカルレンズ1031Aのピッチ(y軸方向の幅)よりも大きくすることもできる。これにより、画面周辺における光線を画面の中央に向けて偏向させることができる。
(第2変形例)
図3に示す画像表示部102においては、第1のシリンドリカルレンズ1031Aのピッチ(y軸方向の幅)と、第2のシリンドリカルレンズ1031Bのピッチ(y軸方向の幅)が同程度であることを例に説明したが、これに限定されない。
図3に示す画像表示部102においては、第1のシリンドリカルレンズ1031Aのピッチ(y軸方向の幅)と、第2のシリンドリカルレンズ1031Bのピッチ(y軸方向の幅)が同程度であることを例に説明したが、これに限定されない。
図9は、第2変形例に係る画像表示部102を示す図である。図9(a)に示す画像表示部102では、第1のシリンドリカルレンズ1031Aのピッチ(y軸方向の幅)が、第2のシリンドリカルレンズ1031Bのピッチ(y軸方向の幅)よりも大きい。また、第1のレンチキュラーレンズ103Aの中心軸(図中破線)と第2のレンチキュラーレンズ103Bの中心軸(図中破線)を一致させて設けられている。このとき、中心軸から離れるに従い、対向する第1のシリンドリカルレンズ1031Aと第2のシリンドリカルレンズ1031Bの光軸のy軸方向のずれ量は大きくなっていくが、最端に位置する第1のシリンドリカルレンズ1031A及び第2のシリンドリカルレンズ1031Bの光軸のずれ量δが第1のシリンドリカルレンズ1031Aのピッチの1/2以下であることが好ましい。
図10は、第2変形例に係る画像表示装置100の作用を説明する図である。また、図11は、図3に示す画像表示部102と本変形例に係る画像表示部102の比較を示した図である。なお、図11(a)は、第1の実施形態に係る画像表示部102を示し、また図11(b)は本変形例に係る画像表示部102を示している。
図10に示すように、この画像表示装置100の作用は、基本的には図6と同様である。しかしながら、第1のシリンドリカルレンズ1031Aのピッチと第2のシリンドリカルレンズ1031Bのピッチを前述のように異ならせているため、図11に示すように、中心軸から離れるに従い、2本の光線で囲まれる視域が中心軸を向く方向(内側)にシフトされる。
また、図7に示す画像表示部102についても、図9(b)に示すように第2のシリンドリカルレンズ1031Bのピッチ(y軸方向の幅)は、第1のシリンドリカルレンズ1031Aのピッチ(y軸方向の幅)よりも大きくすることもできる。これにより、画面周辺における光線を画面の中央に向けて偏向させることができる。
本変形例に係る画像表示装置100によれば、例えば最端のシリンドリカルレンズにより屈折された後の光線であって、観察者に届かない光線の量を低減させることができる。したがって、観察領域において観察者が立体視可能な範囲を拡大することが可能となる。
なお、ここでは第1のレンチキュラーレンズ103Aと第2のレンチキュラーレンズ103Bの中心軸を一致させているが、これに限定されるものではない。すなわち、画像表示装置に対して意図的に観察領域を左右にシフトさせる際などには、合わせて中心軸もy軸方向にシフトさせることができる。
(第2の実施形態)
図12は、第2の実施形態に係る画像表示部102を示す図である。画像表示部102は、第1のレンチキュラーレンズ103Aと第2のレンチキュラーレンズ103Bの間に第3の偏向部(第3のレンチキュラーレンズ)103Cを有している。なお、第1の実施形態に係る画像表示装置100と同様の構成については説明を省略する。
図12は、第2の実施形態に係る画像表示部102を示す図である。画像表示部102は、第1のレンチキュラーレンズ103Aと第2のレンチキュラーレンズ103Bの間に第3の偏向部(第3のレンチキュラーレンズ)103Cを有している。なお、第1の実施形態に係る画像表示装置100と同様の構成については説明を省略する。
第3のレンチキュラーレンズ103Cは、第1のシリンドリカルレンズ1031Aの焦点位置に設けられている。図13に示す第3のレンチキュラーレンズ103Cは、第1のシリンドリカルレンズ103Aの母線(垂直方向)と所定の角度φ(ここではφ=45°)で交わる方向(第4方向)に母線を有する複数の凸状の第3のシリンドリカルレンズ1031Cが母線に対して直交する方向(第5方向)に配列されたシート状の部材である。このとき、第2のレンチキュラーレンズ103Bは、第3のレンチキュラーレンズ103Cに対して、第3のレンチキュラーレンズ103Cの焦点距離の2倍離れた位置に設けられる。
図14は、投影画像を説明する図である。なお、この例に示す投影画像は、16視差を有する画像である。
図14の例では、視差数と同数の16つの視差画像、すなわち左用(L)、中左1〜7用(CL11〜CL17)、中右1〜7用(CR11〜CR17)、右用(R)の画像を用いる。各視差画像はそれぞれ4つの視差画像成分、すなわちL1〜L4、CL11〜CL14、CL21〜CL24、CL31〜CL34、CL41〜CL44、CL51〜CL54、CL61〜CL64、CL71〜CL74、CR11〜CR14、CR21〜CR24、CR31〜CR34、CR41〜CR44、CR51〜CR54、CR61〜CR64、CR71〜CR74、R1〜R4に分割される。視差画像成分L1、CL11、CL21、CL31、CL41、CL51、CL61、CL71、CR11、CR21、CR31、CR41、CR51、CR61、CR71、R1が4×4のマトリクス状に配列することで要素画像1が得られる。同様に、要素画像2〜4が得られる。これら要素画像1〜要素画像4が番号の順に配列されて正方形の投影画像が形成される。
図15は、第2の実施形態に係る画像表示装置200の作用を説明する図である。
第1のシリンドリカルレンズ1031Aに入射された光線は、視差画像成分毎に異なる角度で第1のシリンドリカルレンズ1031Aから出射され、複数の視差画像成分を異なる方向に分離することができる(a)。第1のシリンドリカルレンズ1031Aから出射された光線は、要素画像毎に異なる第3のシリンドリカルレンズ1031Cに入射される。
第3のシリンドリカルレンズ1031Cに入射された光線は、要素画像の視差画像成分の各行(y軸方向)がそれぞれ異なる方向に偏向されることで、x軸方向に1行(段差を有する)の列となって第3のシリンドリカルレンズ1031Cから出射される(b)。第3のシリンドリカルレンズ1031Cから出射された光線は、要素画像毎に異なる第2のシリンドリカルレンズ1031Bに入射される。
第2のシリンドリカルレンズ1031Bに入射された光線は、第2のシリンドリカルレンズ1031Bが有する正の屈折力により、光軸に向かう方向(内側)に更に屈折される(c)。このように、第1のシリンドリカルレンズ1031A及び第3のシリンドリカルレンズ1031Cにより分離された視差画像成分を有する光線は、前述の視域角を広げる方向に偏向される。
第2のシリンドリカルレンズ1031Bから出射された光線は、拡散部104により垂直方向に拡散されて、観察領域に投射される。観察領域において、観察者は視差画像成分を有するこの光線が成す画像を観察することで立体視が可能となる。
本実施形態に係る画像表示装置200によれば、例えば第1のレンチキュラーレンズ、第2のレンチキュラーレンズの各シリンドリカルレンズのピッチが一定の場合であっても、水平及び垂直方向に視差画像成分を配列することができるので、同一の画素ピッチのままで視差数を増加させることができる。これにより、観察領域において観察者はより広い視域において滑らかな立体視が可能となる。
なお、第3のシリンドリカルレンズ1031Cの母線の角度φは、φ=45°に限定されるものではなく、投影画像の水平方向のピッチW、垂直方向のピッチHとした場合に、φ=atan(W/H)とすることができる。このときには、第2のレンチキュラーレンズ1031Cは、第3のレンチキュラーレンズ103Cの焦点距離fとした場合、第3のレンチキュラーレンズ103Cから距離d=f×(1+1/tan2φ)の位置に設けられる。
また、第3の偏向部103Cは、第3のシリンドリカルレンズ1031Cの代わりに、各レンズ部分が平面を有する斜めプリズムを有するシート状の部材であってもよい。
また、以上の説明は、第1の実施形態の画像表示装置100に基づいて説明を行ったが、第1の実施形態の画像表示装置100の各変形例に基づいてもよいことは言うまでもない。
(第3の実施形態)
図16は、第3の実施形態に係る画像表示部102を示す図である。画像表示部102は、第1のレンチキュラーレンズ103Aと第2のレンチキュラーレンズ103Bの間に遮光部106を有している。なお、第1の実施形態に係る画像表示装置100と同様の構成については説明を省略する。
図16は、第3の実施形態に係る画像表示部102を示す図である。画像表示部102は、第1のレンチキュラーレンズ103Aと第2のレンチキュラーレンズ103Bの間に遮光部106を有している。なお、第1の実施形態に係る画像表示装置100と同様の構成については説明を省略する。
図17は、迷光を説明する図である。本来、第1のシリンドリカルレンズ1031Aが偏向した光線は、対向する第2のシリンドリカルレンズ1031B(対向レンズと呼ぶ)に入射されることが好ましい。しかしながら、光線の一部は、図17に示すように、対向レンズに入射することなく、対向レンズに隣接する第2のシリンドリカルレンズ1031B(隣接レンズ)に入射される。このような光線は迷光となって、意図せぬ方向に偏向されることにより、結果的にクロストークを生じることになる。
遮光部106は、第1のシリンドリカルレンズ1031Aが偏向した光線(第2光線)であって、この第1のシリンドリカルレンズ1031Aと隣接する第1のシリンドリカルレンズ1031Aに対向する第2のシリンドリカルレンズ1031Bに入射される光線(迷光)を遮る部材である。
図16の例では、遮光部106は、第1のレンチキュラーレンズ103Aの凹部と第2のレンチキュラーレンズ103Bの凹部の間に挟まれて設けられた例えばステンレスを材質とするワイヤなど円柱形状の部材である。これにより、迷光を遮光することはもちろん、第1のレンチキュラーレンズ103A及び第2のレンチキュラーレンズ103Bを安定的に固定することができる。また、例えば透明板や接着剤等を用いずに固定することで、遮光部106以外の部分は空隙にすることができるので、第1のレンチキュラーレンズ103Aと空隙との間に屈折率の差を大きく保つことができ、第1のレンチキュラーレンズ103Aから出射した光線をより大きな角度で偏向することができる。
また、図18(a)に示すように、遮光部106は、第1のレンチキュラーレンズ103Aの凹部と第2のレンチキュラーレンズ103Bの凹部の間に挟まれて設けられた、例えば銅を材質とする薄膜など、角柱形状の部材であってもよい。また、図18(b)に示すように、遮光部106は、第1のレンチキュラーレンズ103Aと第2のレンチキュラーレンズ103Bの間に設けられ、第1のレンチキュラーレンズ103Aの凹部と第2のレンチキュラーレンズ103Bの凹部を結ぶ線上に遮光パターンを有するシート状の部材であってもよい。遮光パターンとは、透明な平板上に黒色の縞状パターンを印刷することなどによって作成できる。
なお、以上の説明は、第1の実施形態の画像表示装置100に基づいて説明を行ったが、第1の実施形態の画像表示装置100の各変形例に基づいてもよいことは言うまでもない。
(第4の実施形態)
図19は、第四の実施形態に係る画像表示部102を示す図である。画像表示部102は、第1のレンチキュラーレンズ103Aと第2のレンチキュラーレンズ103Bの間に屈折部107を有している。なお、第1の実施形態に係る画像表示装置100と同様の構成については説明を省略する。
図19は、第四の実施形態に係る画像表示部102を示す図である。画像表示部102は、第1のレンチキュラーレンズ103Aと第2のレンチキュラーレンズ103Bの間に屈折部107を有している。なお、第1の実施形態に係る画像表示装置100と同様の構成については説明を省略する。
前述の通り、本来、第1のシリンドリカルレンズ1031Aが偏向した光線は、対向する第2のシリンドリカルレンズ1031B(対向レンズと呼ぶ)に入射されることが好ましい。しかしながら、光線の一部は、図17に示すように、対向レンズに入射することなく、対向レンズに隣接する第2のシリンドリカルレンズ1031B(隣接レンズ)に入射される。このような光線は迷光となって、意図せぬ方向に偏向されることにより、結果的にクロストークを生じることになる。
屈折部107は、第1のシリンドリカルレンズ1031Aが偏向した光線(第2光線)であって、この第1のシリンドリカルレンズ1031Aと隣接する第1のシリンドリカルレンズ1031Aに対向する第2のシリンドリカルレンズ1031Bに入射される光線(迷光)を水平面(x−y平面)内において屈折する部材である。屈折部107は、隣り合う第1のシリンドリカルレンズ1031Aの境界(第1のレンチキュラーレンズ103Aの凹部の頂点)と、隣り合う第2のシリンドリカルレンズ1031Bの境界(第2のレンチキュラーレンズ103Bの凹部の頂点)とを結んだ線上に設けられる。また、屈折部107は表面に曲面を有しており、この曲率半径は第1のシリンドリカルレンズ1031A及び第2のシリンドリカルレンズ1031Bの曲率半径と比較して十分に小さい方が好ましい。
この例では、第1のレンチキュラーレンズ103Aの凹部と第2のレンチキュラーレンズ103Bの凹部の間に挟まれて設けられた可視光を透過する透明な円柱形状の部材である。すなわち、屈折部107としては、例えばガラスやPMMA等のプラスチックを用いることができる。
この屈折部107により屈折された光線(迷光)は、さらに第2のシリンドリカルレンズ1031Bにより水平面(x−y平面)内において屈折されることで、観察者に届く迷光の強度を、本来観察者に届くべき光線の強度に対して十分小さいレベルまで落とすことができる。これにより、視差間のクロストークを低減することができる。
図20は、本実施形態に係る作用を説明する図であり、光線(迷光)の経路の模式図を示している。なお、図20において、破線の矢印は屈折部107がない場合の光線の行路を示し、実線の矢印は屈折部107がある場合の光線の行路を示している。図20に示すように、屈折部107がない場合には、第1レンチキュラーレンズ103Aから空気中に射出する光線(迷光)は、空気中を直進して第2のレンチキュラーレンズ103Bに入射する。一方、屈折部107がある場合には、第1レンチキュラーレンズ103Aから空気中に射出する光線(迷光)は、屈折部107により屈折された後に第2のレンチキュラーレンズ103Bに入射する。この場合、屈折部107がない場合に比べて、屈折部107がある場合の光線(迷光)のほうが、水平面(x−y平面)内においてより大きな角度で屈折する。また、屈折部107の表面において、一部の光線は反射、または拡散する。このように、屈折部107がある場合には、屈折部107がない場合に比べて観察者に届く光線(迷光)の強度を低減することができる。
図21は、本実施形態に係る作用を説明する図であり、光量分布の計算結果の一例を示している。横軸はy軸方向の位置を示し、縦軸はy軸方向の各位置における光線の光量を示している。なお、図21(a)は、屈折部107なし、図21(b)は屈折部107ありの場合における計算結果を示している。それぞれの図において、点線で囲まれた部分に現れている光量のピークが、このy軸方向の位置において迷光成分が存在していることを表している。すなわち、この領域では、2種類の分布が重なってしまい、正しい画像に加えて、誤った角度の画像が重なって見えることになる。図21により、屈折部107ありの場合(図21(b))では、屈折部107なしの場合(図21(a))と比べて、迷光の強度を低減することができていることがわかる。
本実施形態によれば、迷光の強度を低減することで視差間のクロストークを低減することができる。このとき、第2の実施形態の遮光部106により迷光を遮光するのに比べて、本実施形態では透明な屈折部107を用いているので、より印刷画像を照らす光量及び観察者に届く光量を多くすることができるので、観察者はより明るい投影画像を観察することができる。また、第1のレンチキュラーレンズ103Aの凹部と第2のレンチキュラーレンズ103Bの凹部の間に屈折部107を設けることで、両レンチキュラーレンズ103A及び103Bの位置合わせを容易にすることができ、また両レンチキュラーレンズ103A及び103Bを安定的に固定することができる。また、例えば透明板や接着剤等を用いずに固定することで、遮光部106以外の部分は空隙にすることができるので、第1のレンチキュラーレンズ103Aと空隙との間に屈折率の差を大きく保つことができ、第1のレンチキュラーレンズ103Aから出射した光線をより大きな角度で偏向することができる。
なお、屈折部107に、例えば紫外線で励起するような蛍光体を添加することにより、照明光に含まれる紫外光(例えば、波長200nm-400nm)を吸収して可視光(例えば、波長400nm-800nm)を放射して、更に印刷画像を照らす光量を増やすことができる。また、屈折部107は照明光を伝える導波路として使用することも考えられる。例えば屈折部107の端からLED等の光を投入し、屈折部107の印刷画像側に欠陥等を設けておくことにより、導波してきた光を印刷画像側に散乱させ照らすことも可能である。
図22は、第四の実施形態に係る画像表示部102の変形例を示す図である。図22の屈折部107は、第2の偏向部103Bと一体に成形されている。一体成型された屈折部107は、突起部の先端が曲面を有しているのが望ましく、この曲面および壁面で迷光成分を屈折、もしくは内部反射させる。突起部の壁面は、垂直ではなくテーパがついていても良く、成型する際には製造性が良くなるため、テーパがついている方が望ましい。これにより、画像表示装置100の製造が容易になる。
以上説明した少なくとも1つの実施形態の画像表示装置によれば、視域角を広げるとともに、クロストークを低減することが可能となる。
これら実施形態は、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、様々の省略、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同時に、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ものである。
100、200、300・・・画像表示装置
101・・・画像投射部
101A・・・光源
101B・・・光変調部
102・・・画像表示部
103A・・・第1の偏向部
1031A・・・第1のシリンドリカルレンズ
103B・・・第2の偏向部
1031B・・・第2のシリンドリカルレンズ
103C・・・第3の偏向部
1031C・・・第3のシリンドリカルレンズ
104・・・拡散部
105・・・透明板
106・・・遮光部
107・・・屈折部
101・・・画像投射部
101A・・・光源
101B・・・光変調部
102・・・画像表示部
103A・・・第1の偏向部
1031A・・・第1のシリンドリカルレンズ
103B・・・第2の偏向部
1031B・・・第2のシリンドリカルレンズ
103C・・・第3の偏向部
1031C・・・第3のシリンドリカルレンズ
104・・・拡散部
105・・・透明板
106・・・遮光部
107・・・屈折部
Claims (9)
- 第1方向に視差を有する画像を形成するための第1光線を前記第1方向に交差する第2方向に投射する投射部と、
前記第1光線を偏向して第2光線を出射するための第1の偏向部と、
前記第2光線を偏向する第2の偏向部と、
を備え、
前記第1の偏向部は、前記第1光線が入射する凸状の第1のシリンドリカルレンズが前記第1方向に複数配列し、
前記第2の偏向部は、前記第2光線が入射する凸状の第2のシリンドリカルレンズが前記第1方向に複数配列し、前記第2のシリンドリカルレンズの光軸が前記第1のシリンドリカルレンズの光軸と前記第2方向に一致するように設けられ、
前記第1のシリンドリカルレンズの前記第1方向の幅が、前記第2のシリンドリカルレンズの前記第1方向の幅よりも大きい、
画像表示装置。 - 第1方向に視差を有する画像を形成するための第1光線を前記第1方向に交差する第2方向に投射する投射部と、
前記第1光線を偏向して第2光線を出射するための第1の偏向部と、
前記第2光線を偏向する第2の偏向部と、
を備え、
前記第1の偏向部は、前記第1光線が入射する凸状の第1のシリンドリカルレンズが前記第1方向に複数配列し、
前記第2の偏向部は、前記第2光線が入射する凸状の第2のシリンドリカルレンズが前記第1方向に複数配列し、前記第2のシリンドリカルレンズの光軸が前記第1のシリンドリカルレンズの光軸と前記第2方向に一致するように設けられ、
前記第1のシリンドリカルレンズと、前記第2のシリンドリカルレンズとは対向し、
前記第1の偏向部と前記第2の偏向部の間に設けられ、前記第1のシリンドリカルレンズが偏向した光線であって、当該第1のシリンドリカルレンズと隣り合う第1のシリンドリカルレンズに対向する第2のシリンドリカルレンズに入射される光線を遮る遮光部を備える、
画像表示装置。 - 前記第2のシリンドリカルレンズの入射面が前記第1のシリンドリカルレンズの焦点位置よりも前記第1の偏向部の側に設けられる、請求項1または2に記載の画像表示装置。
- 第1方向に視差を有する画像を形成するための第1光線を前記第1方向に交差する第2方向に投射する投射部と、
前記第1光線を偏向して第2光線を出射するための第1の偏向部と、
前記第2光線を偏向する第2の偏向部と、
を備え、
前記第1の偏向部は、前記第1光線が入射する凸状の第1のシリンドリカルレンズが前記第1方向に複数配列し、
前記第2の偏向部は、前記第2光線が入射する凸状の第2のシリンドリカルレンズが前記第1方向に複数配列し、前記第2のシリンドリカルレンズの光軸が前記第1のシリンドリカルレンズの光軸と前記第2方向に一致するように設けられ、
前記第1のシリンドリカルレンズ及び前記第2のシリンドリカルレンズは、前記第1方向及び前記第2方向を含む平面に垂直な第3方向に母線を有するものであって、
前記第1の偏向部と前記第2の偏向部の間であって、前記第1のシリンドリカルレンズの焦点位置に第3の偏向部を備え、
前記第3の偏向部は、第3方向と所定の角度で交差する第4方向に母線を有する第3のシリンドリカルレンズまたはプリズムが前記第4方向に直交する第5方向に複数配列する、
画像表示装置。 - 第1方向に視差を有する画像を形成するための第1光線を前記第1方向に交差する第2方向に投射する投射部と、
前記第1光線を偏向して第2光線を出射するための第1の偏向部と、
前記第2光線を偏向する第2の偏向部と、
を備え、
前記第1の偏向部は、前記第1光線が入射する凸状の第1のシリンドリカルレンズが前記第1方向に複数配列し、
前記第2の偏向部は、前記第2光線が入射する凸状の第2のシリンドリカルレンズが前記第1方向に複数配列し、前記第2のシリンドリカルレンズの光軸が前記第1のシリンドリカルレンズの光軸と前記第2方向に一致するように設けられ、
前記第1のシリンドリカルレンズの入射面と前記第2のシリンドリカルレンズの入射面とは前記第2方向に対向し、
隣り合う前記第1のシリンドリカルレンズの境界と、隣り合う前記第2のシリンドリカルレンズの境界とを結ぶ線上に設けられ、前記第2光線を屈折する屈折部を備え、
前記屈折部は、紫外光を吸収して可視光を放射する蛍光体を含む、
画像表示装置。 - 前記第2のシリンドリカルレンズの入射面が前記第1のシリンドリカルレンズの焦点位置よりも前記第1の偏向部の側に設けられる、請求項5に記載の画像表示装置。
- 前記屈折部は、可視光を透過する円柱状の部材であって、前記第1のシリンドリカルレンズの一部と、前記第2のシリンドリカルレンズの一部とに接する、請求項5または6に記載の画像表示装置。
- 前記屈折部は、前記第1の偏向部または前記第2の偏向部のいずれか一方と一体に成形されている、請求項5乃至7のいずれか1項に記載の画像表示装置。
- 前記投射部は、印刷画像である請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像表示装置。
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