JP3579242B2 - 眼鏡無し立体映像表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、特殊な眼鏡を使用することなく立体映像を観察することができる眼鏡無し立体映像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
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、液晶プロジェクタを2台用いるとともにスクリーンとしてダブルレンチキュラースクリーンを用いたダブルレンチキュラー方式のものが提案されている。この方式は、図6に示すように、一方の液晶プロジェクター100aは左眼用映像を、他方の液晶プロジェクター100bは右眼用映像をそれぞれ表示し、当該映像をその前方に配置したダブルレンチキュラースクリーン200に投写する方式である。ダブルレンチキュラースクリーン200は、像を結像する拡散板200bを挟むようにその前後両側にレンチキュラースクリーン200a,200cを配置した構造になっており、入射側、即ち液晶プロジェクター100a,100b側のレンチキュラースクリーン200aの作用により、左眼用映像と右眼用映像はそれぞれ縦ストライプ状の像200bL,200bRとなって、交互に拡散板200b上に結像される。そして、拡散板200bの光出射側、即ち観察者側に配置された前記レンチキュラースクリーン200cの作用により、拡散板200b上に結像した縦ストライプ状の像のうち、右眼用ストライプ像は観察者300の右眼(3R)に、左眼用のストライプ像は観察者300の左眼(3L)にそれぞれ分離されて導かれる。これら左右の眼用の縦ストライプ像を左右のそれぞれの眼で観察する観察者は、両眼視差の働きにより、特殊な眼鏡を装着することなしに立体像を観察することができる。
【0003】
ところで、この種の立体映像表示装置では、図7に示すように、スクリーン200からの最適観察距離(図中D)においては右眼用映像或いは左眼用映像を観察できる領域が交互に存在する。図7では、Rと表記された矢示範囲が右眼映像観察領域であり、Lと表記された矢示範囲が左眼映像観察領域である。従って、観察者の右眼3RがR領域、左眼3LがL領域にある場合(図中Aの位置)においては、立体視は可能であるが、逆の場合(図中のB)の位置においては、逆視となり、立体像を観察できなくなる。
【0004】
従来、観察者の頭部位置ずれによる逆視状態を防止する手法として、例えば、図8及び図9に示すように、観察者300の頭部の位置を検出するセンサ10にて観察者300の頭部位置を検出し、逆視位置にあると判断されたときには、二つの液晶プロジェクター100a,100b(図8及び図9では図示せず)の映像を入れ換えて、表示される左右映像を入れ換えるようにしたものが知られている。かかる構造であれば、図8のごとく観察者300が正規の映像観察位置に位置している状態から逆視位置に移動すると、図9のごとく、表示される左右映像を入れ換えることにより、観察者の右眼の位置に菱形で示されたRの映像観察領域を位置させることができ、観察者の左眼の位置に菱形で示されたLの映像観察領域を位置させることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、左右映像を入れ換えるための手段が必要になる。また、大画面ディスプレイの場合、複数人で観察することが多く、この場合、一人の観察者のみが移動したときに、そのヘッドトラッキングにより左右映像が切り換えられてしまうと、正規の映像観察位置にいる他の観察者は適正な映像を観察することができなくなるという欠点があった。
【0006】
この発明は、上記の事情に鑑み、左右映像を入れ換えるための手段を必要とせず、また、多人数で観察している場合でも各人が適正に立体映像を観察することが可能な眼鏡無し立体映像表示装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明の眼鏡無し立体映像表示装置は、上記の課題を解決するために、少なくとも4つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる左眼映像用光源と、少なくとも4つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる右眼映像用光源と、横方向に並ぶ画素に左眼映像と右眼映像を交互に表示させる画像表示手段と、前記左眼映像用光源の光を前記画像表示手段の左眼映像が表示される画素部分に、前記右眼映像用光源の光を前記画像表示手段の右眼映像が表示される画素部分に各々集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第1の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各左眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の左眼に、右眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の右眼にそれぞれ導く第2の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【0008】
上記の構成であれば、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域(発光ポイント)が形成される。そして、前記の光源制御手段によって各発光領域での発光と消灯が制御されることにより、各画素内での前記光源光到達狭幅領域(発光ポイント)が個別に移動し、観察者に対するヘッドトラッキングが実現される。なお、各画素内で形成される光源光到達狭幅領域の数を多くするほど、より多くの観察者に対応することができる。
【0009】
また、この発明の眼鏡無し立体映像表示装置は、左眼用システムと、右眼用システムと、一方のシステムからの映像光を透過し、他方のシステムからの映像光を反射することで、左眼用システムからの左眼用映像及び右眼用システムからの右眼用映像を観察者の眼に導くハーフミラーとから成り、前記左眼用システムは、少なくとも4つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる左眼映像用光源と、画素に左眼映像を表示させる画像表示手段と、前記左眼映像用光源の光を前記画像表示手段の左眼映像が表示される画素部分に集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第1の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各左眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の左眼に導く第2の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備え、前記右眼用システムは、少なくとも4つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる右眼映像用光源と、画素に右眼映像を表示させる画像表示手段と、前記右眼映像用光源の光を前記画像表示手段の右眼映像が表示される画素部分に集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第1の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各右眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の右眼に導く第2の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【0010】
かかる構成であれば、上述のヘッドトラッキングを実現できるとともに、横方向に並ぶ画素に左眼映像と右眼映像を交互に表示させる場合に比べて解像度を2倍にすることができる。
【0011】
第2の光学手段と画像表示手段における画素形成面との間に拡散板を設け、この拡散板に光源光到達狭幅領域が形成されるようにしてもよい。かかる構成であれば、光源光到達狭幅領域を第2の光学手段に近接させることができるので、適視距離を短くすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は、この実施の形態の眼鏡無し立体映像表示装置を示した説明図であり、図2は、図1における観察者3Bの頭部が眼間距離だけ図に向かって左方向に移動した場合を示した説明図である。
【0013】
この実施の形態の眼鏡無し立体映像表示装置は、左眼映像用光源1Lと、右眼映像用光源1Rと、横方向に並ぶ画素に左眼映像と右眼映像を交互に表示させる画像表示手段(液晶表示パネル11及び映像信号供給部12)と、第1の光学手段である入射側レンチキュラーレンズ21と、第2の光学手段である出射側レンチキュラーレンズ22と、光源制御部9と、センサ10とを備えて成る。
【0014】
左眼映像用光源1Lは、8個の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる。また、右眼映像用光源1Rは、8個の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる。このような光源1L,1Rは、例えば8本の蛍光管を各々縦長に配置することで構成してもよいし、或いは、複数個のLEDやEL素子を縦方向に配列してこれを一つの発光領域とし、これを8つ分設けることで構成してもよいものである。勿論、8個には限らないものである。
【0015】
液晶表示パネル11は、液晶層と、この液晶層を挟むように設けられた一対の透明ガラス板と、一方の透明電極をなすITO画素電極部と、他方の透明電極を成すITOベタパターンと、出射側/入射側偏光板とを備えてなる。映像信号供給部12は、映像信号を処理して前記液晶パネル11に供給するものであり、この処理により、液晶表示パネル11の横方向に並ぶ画素に左眼映像と右眼映像が交互に表示されることになる。
【0016】
入射側レンチキュラーレンズ21は、レンズ部21a…を有し、前記左眼映像用光源1Lの光を液晶表示パネル11の左眼映像が表示される画素部分に、前記右眼映像用光源1Rの光を液晶表示パネル11の右眼映像が表示される画素部分に各々集光させ、各画素縦列内で画素幅より狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域(発光ポイント)を形成する。なお、図において液晶表示パネル11の光出射面側に描いている■と□は、物体として存在しているのではなく、光源1L,1Rにおける発光している発光領域に対応する液晶画素上での集光点(発光ポイント)を□で示し、光源1L,1Rにおける発光していない発光領域に対応して光が到達していない部分を■で示しているにすぎない。
【0017】
出射側レンチキュラーレンズ22は、液晶表示パネル11の画素ピッチに対応したピッチで配列されたレンズ部22a…を有している。このレンズ部22a…は、図6の出射側レンチキュラーレンズのレンズ部の1/2のピッチを有する。そして、図1に示している状態では、前記光源1Lにおいて2つの発光領域が発光しており、この2つの発光領域に対応して形成された液晶表示パネル11における左眼画素の2つの光源光到達狭幅領域(発光ポイント)からの光(左眼映像)は、2人の観察者3A,3Bの各々の左眼にそれぞれ導かれる。また、前記光源1Rにおいて2つの発光領域が発光しており、この2つの発光領域に対応して形成された液晶表示パネル11の右眼画素の2つの光源光到達狭幅領域(発光ポイント)からの光(右眼映像)は、2人の観察者3A,3Bの各々の右眼にそれぞれ導びかれる。
【0018】
光源制御部9は、前記センサ10の出力に基づき、観察者3…の位置に応じて前記光源1R、1Lの発光領域の発光と消灯を制御する。例えば、観察者が2人(3A,3B)の場合を示した図1においては、光源1Lは、図に向かって左から3番目と7番目の発光領域を発光するように制御され、光源1Rは、図に向かって左から2番目と6番目の発光領域を発光するように制御される。また、図1の状態から観察者3Bの頭部が左方向に眼間距離だけ移動した状態を示した図2においては、光源1Lは、図に向かって左から3番目と6番目の発光領域を発光するように制御され、光源1Rは、図に向かって左から2番目と5番目の発光領域を発光するように制御される。
【0019】
ここで、光源1L,1Rの発光領域の全てを発光させた場合においては、各画素の全体に光源からの光が到達し、各画素の観察位置での像は、眼間距離よりも遙かに大きなものとなり、観察者は立体像を認識することはできない。一方、各光源1L,1Rの一つ発光領域が発光した場合には、各画素の一部分(光源光到達狭幅領域)が発光ポイントとなり、この一部分についての観察位置での像は、眼間距離に相当する大きさとなる。上記の一部分(光源光到達狭幅領域)の位置が一つ分ずれると、上記一部分についての観察位置での像は眼間距離に相当する距離だけ移動することになる。
【0020】
図1の状態から、図2に示すように、観察者3Bだけが図面に向かって左方向に眼間距離移動したとする。この観察者3Bの移動はセンサ10によって検出され、この検出情報は光源制御部9に与えられる。この光源制御部9は、光源1L,1Rに対して光源領域ON/OFF信号を与える。この場合の光源信号ON/OFF信号は、光源1Lに対しては、図に向かって左から7番目の発光領域を消灯して6番目の発光領域を発光する、という内容の信号となり、光源1Rに対しては、図に向かって左から6番目の発光領域を消灯して5番目の発光領域を発光する、という内容の信号となる。このようにして発光する領域が移動することで、前述した液晶表示パネル11の各画素の一部分(光源光到達狭幅領域)の位置が一つ分右側に移動し、この移動した一部分についての各レンズ部22aによる観察位置での像は眼間距離に相当する距離だけ左側に位置し、観察者3Bは移動した位置においても適正に立体視を行うことができることになる。
【0021】
(実施の形態2)
以下、この発明の第2の実施の形態を図に基づいて説明する。
【0022】
図3は、この第2の実施の形態の眼鏡無し立体映像表示装置を示した説明図である。説明の便宜上、実施の形態1の構成における部材と同一の機能を有する部材には同一の符号を付記してその説明を省略している。実施の形態1との相違点は、液晶表示パネル11と出射側レンチキュラーレンズ22との間に、拡散板13を配置するとともに、この拡散板13に結像するように入射側レンチキュラーレンズ21や光源1L,1Rの配置等を設定したことである。前記拡散板13を配置し、液晶表示パネル11の各画素の一部分(光源光到達狭幅領域)を通過した光を拡散板11上に結像させると、実施の形態1よりも出射側レンチキュラーレンズ22に近い位置に像(発光ポイント)が形成されることになる。
【0023】
即ち、拡散板13を備えない場合には、液晶表示パネルの液晶層に光が集光されてこの部分が発光ポイントとなり、液晶表示パネルにおける出射側ガラス板(図示せず)の厚みの分だけ、発光ポイントが出射側レンチキュラーレンズ22から遠くなってしまうが、上記拡散板13を備えてこれに光を集光(結像)させることで、発光ポイントを出射側レンチキュラーレンズ22に密着させることができ、適視距離(適正に立体視できる出射側レンチキュラーレンズと観察者との間の距離)を短くすることができる。
【0024】
(実施の形態3)
図4は、この実施の形態の二つの片眼用システムから成る眼鏡無し立体映像表示装置の概略構成を示した説明図である。右眼用システムは、図1に示した構成のうち、右眼映像用光源1Rと、入射側レンチキュラーレンズ21に相当する入射側レンチキュラーレンズ21′と、液晶表示パネル11と、映像信号供給部12と、出射側レンチキュラーレンズ22と、を備える。左眼用システムは、図1に示した構成のうち、左眼映像用光源1Lと、入射側レンチキュラーレンズ21に相当する入射側レンチキュラーレンズ21′と、液晶表示パネル11と、映像信号供給部12と、出射側レンチキュラーレンズ22とを備える。また、図示はしていないが、観察者3の頭部位置を検出するセンサ10及び光源制御部9が設けられる。
【0025】
図5は、左眼用システムの説明図である。右眼用システムについては、表示する映像が異なるだけで、構成及び機能は左眼用システムと基本的に同じであるので図示を省略し、以下は、左眼用システムについてのみ説明する。入射側レンチキュラー21′のレンズピッチは、図1の入射側レンチキュラーレンズ21のレンズピッチの1/2に設定されており、液晶表示パネル11の各画素には左眼映像のみが表示され、解像度は2倍になる。一つ一つの画素の大きさは図1と同様であり、また、光源光到達狭幅領域(発光ポイント)の大きさも図1と同様である。
【0026】
ハーフミラー11は、右眼用システムからの右眼映像を透過させ、左眼用システムからの左眼映像を反射させることにより、各々の映像光を観察者3の眼に導くようになっている。
【0027】
かかる構成においても、実施の形態1と同様、液晶表示パネル11の各画素内でそれより狭い幅となる発光領域に対応した光源光到達狭幅領域(発光ポイント)が形成される。そして、前記の光源制御部9によって各発光領域での発光と消灯が制御されることにより、各画素内での前記光源光到達狭幅領域(発光ポイント)が個別に移動し、観察者に対するヘッドトラッキングが実現される。また、高い解像度を実現することができる。なお、実施の形態2に示したごとく、出射側レンチキュラーレンズ22と液晶表示パネル11との間に拡散板を配置するようにしてもよいものである。
【0028】
以上説明した実施の形態では、第1光学手段及び第2光学手段としてレンチキュラーレンズを用いたが、これに代えてパララックスバリアを用いることも可能である。また、観察者の位置に応じて表示映像を異ならせる(多方向から撮影した映像を適宜切り換えて表示する)ことで、いわゆる多眼式の眼鏡無し立体映像表示装置を構成することもできる。また、狭幅の発光ポイントの各レンズ部22aによる観察位置での像の幅は、眼間距離より小さければよく、幅が狭い程、観察者の移動に対し映像がなめらかに変化する。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、左右映像を入れ換えるための手段を必要とせず、また、多人数で観察している場合でも各人が適正に立体映像を観察することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1の眼鏡無し立体映像表示装置を示す説明図である。
【図2】図1の状態から一人の観察者が眼間距離移動したときの状態を示した説明図である。
【図3】この発明の実施の形態2の眼鏡無し立体映像表示装置を示す説明図である。
【図4】この発明の実施の形態3の眼鏡無し立体映像表示装置を示す説明図である。
【図5】図4の左眼用システムを拡大して示した説明図である。
【図6】従来の眼鏡無し立体映像表示装置を示した説明図である。
【図7】図6の構成において、右眼用映像と左眼用映像を観察できる領域が交互に存在することを説明するための説明図である。
【図8】図6の構成において、観察者の位置に応じて左右表示映像を切り換える様子を示した説明図である。
【図9】図6の構成において、観察者の位置に応じて左右表示映像を切り換える様子を示した説明図である。
【符号の説明】
1L 左眼用光源
1R 右眼用光源
9 光源制御部
10 センサ
11 液晶表示パネル
12 映像信号供給部
13 拡散板
14 ハーフミラー
21 入射側レンチキュラーレンズ
22 出射側レンチキュラーレンズ
Claims (3)
- 少なくとも4つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる左眼映像用光源と、少なくとも4つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる右眼映像用光源と、横方向に並ぶ画素に左眼映像と右眼映像を交互に表示させる画像表示手段と、前記左眼映像用光源の光を前記画像表示手段の左眼映像が表示される画素部分に、前記右眼映像用光源の光を前記画像表示手段の右眼映像が表示される画素部分に各々集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第1の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各左眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の左眼に、右眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の右眼にそれぞれ導く第2の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備えた眼鏡無し立体映像表示装置。
- 左眼用システムと、右眼用システムと、一方のシステムからの映像光を透過し、他方のシステムからの映像光を反射することで、左眼用システムからの左眼用映像及び右眼用システムからの右眼用映像を観察者の眼に導くハーフミラーとから成り、
前記左眼用システムは、少なくとも4つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる左眼映像用光源と、画素に左眼映像を表示させる画像表示手段と、前記左眼映像用光源の光を前記画像表示手段の左眼映像が表示される画素部分に集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第1の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各左眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の左眼に導く第2の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備え、
前記右眼用システムは、少なくとも4つ以上の発光領域を有し各発光領域での発光と消灯を切り換えることができる右眼映像用光源と、画素に右眼映像を表示させる画像表示手段と、前記右眼映像用光源の光を前記画像表示手段の右眼映像が表示される画素部分に集光させると共に、各画素内でそれより狭い幅となる前記各発光領域に対応した光源光到達狭幅領域を形成する第1の光学手段と、前記画像表示手段の画素ピッチに対応したピッチで配列したレンズ部を有し各右眼画素内の光源光到達狭幅領域からの光を観察者の右眼に導く第2の光学手段と、観察者の位置を検出するセンサの出力に基づいて前記各光源の各発光領域の発光と消灯を制御する光源制御手段と、を備えたことを特徴とする眼鏡無し立体映像表示装置。 - 前記第2の光学手段と画像表示手段における画素形成面との間に拡散板を設け、この拡散板に光源光到達狭幅領域が形成されるようにしたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の眼鏡無し立体映像表示装置。
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