JP3454794B2 - 三次元映像表示装置 - Google Patents

三次元映像表示装置

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JP3454794B2 JP2001088882A JP2001088882A JP3454794B2 JP 3454794 B2 JP3454794 B2 JP 3454794B2 JP 2001088882 A JP2001088882 A JP 2001088882A JP 2001088882 A JP2001088882 A JP 2001088882A JP 3454794 B2 JP3454794 B2 JP 3454794B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、いわゆる光線再生方
式を用いた三次元映像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、特殊な眼鏡を必要とせずに立
体映像表示を実現する方法として、パララックスバリア
方式やレンチキュラーレンズ方式等が知られているが、
これらの方式は両眼視差を有する右眼用映像と左眼用映
像とを短冊状に表示画面に交互に表示することとしてお
り、左右方向の立体感は得られるものの、上下方向の立
体感は得ることができない不満がある。また、適視位置
から外れると、右眼に左眼映像が入射し、左眼に右眼映
像が入射する逆視といった現象などが生じ、見る位置を
自由に選ぶことができないという不便もある。
【0003】一方、近年においては、見る位置を自由に
選ぶことが可能な光線再生方式と呼ばれる三次元映像表
示方法が提案されるようになってきている。この光線再
生方式は、平面を通過する光線の情報(すなわち、物体
からの散乱光に相当する光線の方向や光線の広がり)を
平面に記録・再生する方式といえるものであり、その再
生装置は、例えば、図5(a)に示すように、バックラ
イト51と、ピンホールアレイ板52と、液晶表示パネ
ル53とによって構成することができる。ここで、ピン
ホールアレイ板52の各ピンホール52aからは光線が
所定の範囲で幾つかの方向に出射されているとみること
ができる。液晶表示パネル53には各ピンホール52a
に対応して画素領域(例えば、横9〜20、縦3〜20
個の画素により構成される)53aが形成されることに
なる。各ピンホール52aの中心と画素領域53aの中
心とを結ぶ線は互いに平行である。画素領域53aの各
画素は、対応するピンホール52aからの各方向の光線
に対して光透過量を制御することとなり、これによって
各方向の光線について強度が再現される。より具体に
は、図5(b)に示すように、例えば、ピンホール52
1 からの光線を受けることになる画素領域53a1
画素a1 に、対象物Aの箇所A1 を表現した光透過量が
設定され、ピンホール52a2 からの光線を受けること
になる画素領域53a2 の画素a2 に、対象物Aの箇所
2 を表現した光透過量が設定され、ピンホール52a
3 からの光線を受けることになる画素領域53a3 の画
素a3 に、対象物Aの箇所A3 を表現した光透過量が設
定されるというように、対象物Aの所定の点に対応して
各画素において光透過量が再現されることにより、観察
者Zは対象物Aを三次元的に認識することになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
光線再生方式の三次元映像表示装置では、上述した原理
にて観察者Zに三次元的に映像を認識させることができ
るものの、バックライト51からの殆どの光はピンホー
ル52以外の領域にてカットされる構造であるため、高
輝度化を図ることが困難であった。
【0005】この発明は、上記の事情に鑑み、光源から
出射される光の利用効率を高めて画面の高輝度化を図る
三次元映像表示装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の三次元映像表
示装置は、上記の課題を解決するために、物体からの散
乱光に相当する光線群を与える点状の光出射部を所定間
隔で平面状に配置して成る光源装置と、この光源装置の
光出射側に配置された映像表示パネルと、各光出射部に
対応する前記映像表示パネルの各画素領域に表示する表
示映像を設定する表示パネル駆動手段と、を備えて成る
三次元映像表示装置において、前記光源装置は、複数本
の光ファイバー及び発光手段を備えて成り、前記複数本
の光ファイバーの一端側を互いに所定間隔離間させて配
置し、他端側を前記所定間隔よりも狭く配置し、当該他
端側に光が導かれるように前記発光手段を配置し、光フ
ァイバーの一端側の光出射側に当該一端側の保持には寄
与しないピンホールアレイ板が配置されており、このピ
ンホールアレイ板の各ピンホールは各光ファイバーの一
端側の配置位置に対応して形成され、且つ、各ピンホー
ルは各光ファイバーの一端側の大きさよりも小さく形成
されていることを特徴とする。
【0007】上記の構成であれば、光入射側である光フ
ァイバーの他端側は光出射側である一端側の配置間隔よ
りも狭く配置されるため、この狭く配置されたことによ
る小さなエリアに発光手段の光を集約することになるた
め、発光手段が出射する光の利用効率が高まり、画面の
高輝度化が図れる。
【0008】複数本の光ファイバーの他端側周囲部を互
いに接触させて固定するのがよい。これによれば、光フ
ァイバーの他端側同士の間には隙間が無くなり、発光手
段からの光の略全てを光ファイバーに与えることができ
るので、更に光の利用効率を高めることができ、高輝度
化が図れる。
【0009】複数本の光ファイバーの一端側をピンホー
ルアレイ板に形成されている各ピンホールに嵌合して固
定してもよい。また、発光手段はランプと当該ランプか
ら出射された光を前方へと反射させる曲面反射鏡とから
成る構成としてもよい。上記ランプを用いる構成におい
ては、光ファイバーの他端側とランプとの間に各光ファ
イバーに対して一様に光を導くためのレンズ系を備える
のがよい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態の三次
元映像表示装置を図1乃至図4に基づいて説明する。
【0011】図1はこの実施形態の三次元映像表示装置
1を示した断面図である。この三次元映像表示装置1
は、光源装置2と、この光源装置2を構成する複数本の
光ファイバー21の一端側(光出射側)に近接して設け
られた透過型の液晶表示パネル3と、この液晶表示パネ
ル3を駆動する液晶表示パネル駆動部4とから成る。
【0012】光源装置2は、複数本の光ファイバー21
と、発光部22と、紫外線/赤外線カットフィルタ(図
示せず)と、インテグレータレンズ23と、レンズ25
と、全反射ミラー26,27と、光ファイバー支持板
(ピンホールアレイ板)28とを備えて成る。
【0013】複数の光ファイバー21の一端側(光出射
側)は互いに所定間隔離間させて配置してあり、他端側
(光入射側)は前記所定間隔よりも狭く配置してある。
この実施形態では、図2にも示しているように、光ファ
イバー21の他端側周囲部を互いに接触させて結束して
あり、また、光ファイバー21の一端側については光フ
ァイバー支持板28に形成されている各ピンホール28
aに嵌合して固定してある。ピンホール28aは、この
実施形態では、単位面積12mm2 あたりに1つの割合
で設けられている。単位面積12mm2 を横4mmで縦
3mmの方形領域とすれば、光ファイバー21における
一端側の横配置ピッチは4mmとなり、縦配置ピッチは
3mmとなる。また、ピンホール28aの直径は光ファ
イバー21の直径の0.1mmに公差を考慮した大きさ
としてある。なお、光ファイバー21の他端側での結束
においては、例えば右上隅のピンホール28aに嵌合さ
れた光ファイバー21は結束部においても右上隅に位置
させるごとく、対応を持たせて示しているが、このよう
な対応付けは必要ではない。
【0014】発光部22は、超高圧水銀ランプ、メタル
ハライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等か
ら成り、その照射光はパラボラリフレクタ22aによっ
て略平行光となって出射され、インテグレータレンズ2
3へと導かれる。
【0015】インテグレータレンズ23は一対のレンズ
群23a,23bにて構成されており、個々のレンズ対
が発光部22から出射された光を光ファイバー21の他
端側の束全体へ導くようになっている。インテグレータ
レンズ23による光ファイバー21の他端側への導光状
態の概略を示すと、図3のごとくなる。インテグレータ
レンズ23を経た光は、レンズ25、及び全反射ミラー
26,27を経て光ファイバー21の他端側へと導かれ
る。
【0016】光ファイバー21の他端側へ入射した光
は、光ファイバー21内を通ってその一端側へと導かれ
る。光ファイバー21の一端側へ導かれた光は各方向に
出射され、その前方に配置されている液晶表示パネル3
の画素領域3aの各画素へと導かれることになる。
【0017】液晶表示パネル駆動部4は、液晶表示パネ
ル3に画素駆動信号を与え、各光ファイバー21の一端
側の位置に対応した複数の画素から成る画素領域(例え
ば、横9〜20、縦3〜20個の画素により構成され
る)3aを形成させる。画素領域3aの各画素は、対応
する光ファイバー22から出射される各方向の光線に対
して光透過量(カラー映像であればR,G,B各画素の
光透過量)を制御することとなり、これによって各方向
の光線について強度が再現される。液晶表示パネル駆動
部4が液晶表示パネル3に与える駆動信号は、例えば、
コンピュータグラフィック技術を用いて作成された画像
に基づいて生成される。すなわち、コンピュータ上でポ
リゴンオブジェクト及び複数のピンホールを仮想的に配
置し、ポリゴンオブジェクトを構成する各点と前記ピン
ホールとを結ぶ線上に位置する仮想的に設けた記録面上
の各記録画素領域における各記録画素についてのデータ
(映像表示系における映像表示パネルの光透過量を設定
することになるデータ)を算出し、このデータに基づい
て上記視線方向に対応する光線方向上に位置する各画素
への印加電圧を設定する。
【0018】上記の構成であれば、光入射側である光フ
ァイバー21の他端側は光出射側である一端側の配置間
隔よりも狭く配置されるため、この狭く配置されたこと
による小さなエリアに発光部22の光を集約することに
なるため、発光部22が出射する光の利用効率が高ま
り、画面の高輝度化が図れる。特に、この実施形態で
は、複数本の光ファイバー21の他端側周囲部を互いに
接触させて固定するから、光ファイバー21の他端側同
士の間には隙間が無くなり、発光部22からの光の略全
てを光ファイバー21に与えることができるので、更に
光の利用効率を高めることができ、画面の高輝度化が図
れる。ここで、発光部22からの光を光ファイバー21
を用いずにピンホールアレイに直接に照射する場合を想
定すると、光の利用効率は、ピンホールの直径を0.1
mmとし、単位面積12mm2 当たりで1つの割合で設
けたとすると、(0.052 ×π)/12≒0.065
%となる。これに対し、本願においては、光ファイバー
21の光入射側である他端側を結束させて発光部22か
らの光をほぼ全て当該他端側に与えることができるか
ら、光ファイバー21自体の光利用効率を60%とした
場合、利用効率が約900倍に増大することになる。
【0019】また、パラボラリフレクタ22aとランプ
とから成る発光部22が出射する光は、その中心部で光
量が多く、このため、中心部の光を受ける光ファイバー
21が出射する光量と非中心部の光を受ける光ファイバ
ー21が出射する光量とに差異が生じ、画面上に輝度ム
ラが生じる可能性がある。インテグレータレンズ23を
備えるこの実施形態の構成であれば、その個々のレンズ
対が発光部22から出射された光を光ファイバー21の
他端側の束全体へ導くため、輝度ムラは低減される。な
お、この実施形態では、インテグレータレンズ23とし
て四角形状のものを用いたので、これに対応して光ファ
イバー21の他端側の結束形状を四角形状としたが、こ
のような四角形状に限られるものではない。
【0020】ところで、光ファイバー21の一端側を光
ファイバー支持板28に形成されている各ピンホール2
8aに嵌合して固定することとしたが、図4(a)に示
すように、細めの光ファイバー21′を用いた場合、ピ
ンホール28aと光ファイバー21′との間の隙間(公
差)により、光ファイバー21′の一端側はピンホール
28aにおいて大きく傾いて支持されてしまうことにな
る。この場合、光ファイバー21′の一端側から出射さ
れる光の光軸は液晶表示パネル3の面に垂直にならない
ため、これを原因とする輝度ムラが生じる。一方、同図
(b)に示すように、太めの光ファイバー21″を用い
る場合、傾きは軽減できるが、点光源として所望の大き
さが得られないことが生じる。そこで、同図(c)に示
すように、太めの光ファイバー21″を用いると共に、
光ファイバー21″の一端側の光出射側にピンホールア
レイ板5を配置する。このピンホールアレイ板5の各ピ
ンホール5aは各光ファイバー21″の一端側の配置位
置に対応して形成されており、且つ、各ピンホール5a
は各光ファイバー21″の一端側の大きさよりも小さく
形成されている。これにより、光ファイバーの一端側で
の傾きを軽減しつつ、点光源として所望の大きさを得る
ことが可能となる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光利用効率を高めて画面明るさを向上することがで
きるなどの諸効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態の三次元映像表示装置を示
した断面図である。
【図2】図1に示された光源装置の主要部を拡大して示
した斜視図である。
【図3】図1に示された光源装置に設けられているイン
テグレータレンズの作用を示した説明図である。
【図4】同図(a)は細めの光ファイバーを用いた場合
の嵌合状態を示す図であり、同図(b)は太めの光ファ
イバーを用いた場合の嵌合状態を示す図であり、図
(c)は太めの光ファイバーを用いつつ点光源として所
望の大きさを実現する構成を示した図である。
【図5】従来の三次元映像表示装置を示した図であっ
て、同図(a)は構成図であり、同図(b)はその作用
説明図である。
【符号の説明】
1 三次元映像表示装置 2 光源装置 21 光ファイバー 22 発光部 23 インテグレータレンズ 24 偏光変換装置 28 光ファイバー支持板(ピンホールアレイ板) 3 液晶表示パネル(ライトバルブ) 4 液晶表示パネル駆動部 5 ピンホールアレイ板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 27/22 H04N 13/04 G02B 6/04

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 物体からの散乱光に相当する光線群を与
    える点状の光出射部を所定間隔で平面状に配置して成る
    光源装置と、この光源装置の光出射側に配置された映像
    表示パネルと、各光出射部に対応する前記映像表示パネ
    ルの各画素領域に表示する表示映像を設定する表示パネ
    ル駆動手段と、を備えて成る三次元映像表示装置におい
    て、 前記光源装置は、複数本の光ファイバー及び発光手段を
    備えて成り、前記複数本の光ファイバーの一端側を互い
    に所定間隔離間させて配置し、他端側を前記所定間隔よ
    りも狭く配置し、当該他端側に光が導かれるように前記
    発光手段を配置し、光ファイバーの一端側の光出射側に当該一端側の保持に
    は寄与しないピンホールアレイ板が配置されており、こ
    のピンホールアレイ板の各ピンホールは各光ファイバー
    の一端側の配置位置に対応して形成され、且つ、各ピン
    ホールは各光ファイバーの一端側の大きさよりも小さく
    形成されている ことを特徴とする三次元映像表示装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の三次元映像表示装置に
    おいて、複数本の光ファイバーの他端側周囲部を互いに
    接触させて固定したことを特徴とする三次元映像表示装
    置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の三次元映
    像表示装置において、複数本の光ファイバーの一端側を
    ピンホールアレイ板に形成されている各ピンホールに嵌
    合して固定したことを特徴とする三次元映像表示装置。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載
    の三次元映像表示装置において、前記発光手段はランプ
    と当該ランプから出射された光を前方へと反射させる曲
    面反射鏡とから成ることを特徴とする三次元映像表示装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の三次元映像表示装置に
    おいて、光ファイバーの他端側と発光手段であるランプ
    との間に各光ファイバーに対して一様に光を導くための
    レンズ系を備えたことを特徴とする三次元映像表示装
    置。
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