JP3777434B2 - 3D display using light emitting diodes - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として屋外で使用されて、眼鏡をかけることなく、立体的像を見ることができる立体ディスプレイに関する。
【0002】
【従来の技術】
発光ダイオードは、発光輝度が高いので屋外で使用できる特長がある。RGBの発光ダイオードを平面状に並べたLED平面ディスプレイが屋外用として使用されている。このLED平面ディスプレイは、前面にレンチキュラレンズを配設すると共に、LED平面ディスプレイに右目と左目の像を表示して立体ディスプレイとすることができる。この構造の立体ディスプレイは眼鏡を使用することなく、立体表示できる特長がある。図1は、この立体ディスプレイの原理図を示す。この立体ディスプレイは、図に示すように、発光ダイオードの右目画像と左目画像とをレンチキュラレンズ3で観測者の右目と左目に結像する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この構造の立体ディスプレイは、観測者が遠く離れて見るほど、言いかえると観察距離が長くなるほど、レンチキュラレンズ3をLED平面ディスプレイ1から離す必要がある。たとえば、LED平面ディスプレイ1の画素ピッチを8mm、観察距離を20m、両眼間隔を65mmとすると、LED平面ディスプレイ1とレンチキュラレンズ3との間隔は約2メートルにもなる。図2に示すように、LED平面ディスプレイ1の画素ピッチを小さくして、レンチキュラレンズ3とLED平面ディスプレイ1との間隔を狭くできる。しかしながら、LED平面ディスプレイ1は、RGBからなる3つの発光ダイオードでひとつの画素2を構成する構造から、発光ダイオードの大きさで画素ピッチに制限を受け、これを小さくできない。
【0004】
LED平面ディスプレイ1とレンチキュラレンズ3の間隔は、立体ディスプレイの奥行きとなる。したがって、奥行きが2メートルもある立体ディスプレイは、たとえばビルの壁にはとうていに設置できない。屋外で使用される立体ディスプレイは、多くの場合はビルの壁面に固定されるので、ビルの壁面に設置できない立体ディスプレイは、用途が極めて制限される。
【0005】
偏光板の眼鏡をかけて立体像を観測する立体ディスプレイは、レンチキュラレンズを使用しないので奥行きを浅くできる。ただ、眼鏡を使用する立体ディスプレイでは、屋外に使用して誰もが立体像を見ることができない欠点がある。レンチキュラレンズに代わって、LED平面ディスプレイの前面にスリットを設けて立体ディスプレイを実現することもできる。ただ、この構造の立体ディスプレイも、スリットとLED平面ディスプレイとの間隔が長くなり、奥行きを小さくできない。
【0006】
本発明は、従来のLEDの立体ディスプレイが有するこのような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、眼鏡を使用することなく、奥行きを浅くして立体表示できる発光ダイオードを使用した立体ディスプレイを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の立体ディスプレイは、多数のRGBの発光ダイオードを平面状に並べているLED平面ディスプレイ1の前面に、LED平面ディスプレイ1と平行にレンチキュラレンズ3を配設している。さらに、レンチキュラレンズ3とLED平面ディスプレイ1との間に、LED平面ディスプレイ1の画素ピッチを小さくして結像する補助レンチキュラレンズ4を配設しており、補助レンチキュラレンズ4で結像された映像をレンチキュラレンズ3で観測者の目の位置に結像するようにしている。
【0008】
補助レンチキュラレンズ4のピッチは、0.3〜3mmとすることができる。さらに、補助レンチキュラレンズ4の焦点距離は、2〜10mmとすることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための立体ディスプレイを例示するものであって、本発明は立体ディスプレイを下記のものに特定しない。
【0010】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【0011】
図3の立体ディスプレイは、多数のRGBの発光ダイオードを平面状に並べているLED平面ディスプレイ1の前面に、このLED平面ディスプレイ1と平行にレンチキュラレンズ3を配設している。さらに、レンチキュラレンズ3とLED平面ディスプレイ1との間には、LED平面ディスプレイ1の画素ピッチを小さくして結像する補助レンチキュラレンズ4を配設している。
【0012】
LED平面ディスプレイ1は、上下縦方向に右眼用と左眼用の画素列を並べている。右眼用と左眼用の各々の画素2には、RGBの発光ダイオードを配置して、フルカラーの画素2としている。右眼用と左眼用の画素列は、水平方向に交互に配設している。LED平面ディスプレイ1は、右眼用の画素列でもって右目で見る映像を表示し、左眼用の画素列では左眼で見る映像を表示する。立体ディスプレイは、右眼用と左眼用の映像をわずかに相違する映像として、映像を立体的に表示する。LED平面ディスプレイ1は、観測者が右眼用の映像を右眼で見て、左眼用の映像を左眼で見ると立体映像となるように、各々の画素2を構成しているRGBの発光ダイオードを点滅する。
【0013】
レンチキュラレンズ3と補助レンチキュラレンズ4は、観測者があらかじめ設定された所定の位置からLED平面ディスプレイ1を見て、立体映像として見ることができるように、右眼用の画素列を観測者の右眼に、左眼用の画素列を観測者の左眼に結像させるようにする。とくに、本発明の立体ディスプレイは、LED平面ディスプレイ1とレンチキュラレンズ3との間に補助レンチキュラレンズ4を配設して、LED平面ディスプレイ1とレンチキュラレンズ3との間隔を接近させて、全体の奥行きを浅くしている。
【0014】
補助レンチキュラレンズ4とレンチキュラレンズ3は、水平断面を凸レンズ形状とし、垂直断面をレンズ形状とはしないもので、透明のガラスやプラスチック、あるいはこれ等の複合材で製作される。補助レンチキュラレンズ4とレンチキュラレンズ3のピッチと焦点距離は、立体ディスプレイ全体の奥行きを特定する。補助レンチキュラレンズ4とレンチキュラレンズ3のピッチと焦点距離を以下に詳述する方法で最適に設計して、立体ディスプレイの奥行きを最小にできる。ただ、本発明の立体ディスプレイは、必ずしも、立体ディスプレイの奥行きを最小値とする必要はない。
【0015】
補助レンチキュラレンズを設けないで、LED平面ディスプレイ1の前面にレンチキュラレンズ3を配設している従来の立体ディスプレイは、観測者が離れて見るほど、レンチキュラレンズ3とLED平面ディスプレイ1との間隔を広くする必要がある。ただ、この構造の立体ディスプレイは、図1と図2に示すように、LED平面ディスプレイ1の画素列のピッチを狭くすると、LED平面ディスプレイ1とレンチキュラレンズ3の間隔を狭くできる。しかしながら、LED平面ディスプレイ1は、RGBの発光ダイオードでひとつの画素2を構成するために、画素ピッチを発光ダイオードの大きさよりも小さくはできない。すなわち、LED平面ディスプレイ1の画素ピッチは、発光ダイオードの大きさで制約を受けて、小さくすることが難しい。とくに屋外用の立体ディスプレイは、発光ダイオードを高輝度に発光させるために集光レンズを有するタイプのものが使用される。このタイプの発光ダイオードは、外形が大きく、しかもこの発光ダイオードを少なくとも3個使用してRGBの発光ダイオードでひとつの画素2を構成するので、画素ピッチを小さくすることが極めて難しい。
【0016】
補助レンチキュラレンズ4は、LED平面ディスプレイ1の前面に、LED平面ディスプレイ1と平行に配設して、LED平面ディスプレイ1の画素ピッチを小さくする。すなわち、補助レンチキュラレンズ4は、その前面に、画素ピッチをLED平面ディスプレイ1の画素列の1/Mと狭くした画素列の映像を結像させる。
【0017】
補助レンチキュラレンズ4が画素列を小さくする縮小率をMとするとき、以下の式で縮小率Mが計算される。
M=(2P0/P1)−1……▲1▼
ただし、この式において、P0はLED平面ディスプレイ1の画素ピッチ、P1は補助レンチキュラレンズ4のピッチである。補助レンチキュラレンズ4のピッチP1とは、縦に並んでいる隣接レンズの中心間隔である。隣接レンズの中心間隔は、各々のレンズの幅となる。この式から縮小率Mが特定されると、補助レンチキュラレンズ4とLED平面ディスプレイ1との間隔a1と、補助レンチキュラレンズ4と結像位置との間隔b1が以下の式で計算される。
a1=f1(M+1)…………▲2▼
b1=f1(M+1)/M……▲3▼
【0018】
この式において、f1は補助レンチキュラレンズ4の焦点距離である。
▲2▼と▲3▼の式から、縮小率Mと、補助レンチキュラレンズ4の焦点距離f1が特定されると、補助レンチキュラレンズ4とLED平面ディスプレイ1との間隔a1が特定される。さらに、補助レンチキュラレンズ4で縮小された映像位置もb1で特定される。
【0019】
補助レンチキュラレンズ4の前述のパラメーターが特定されると、レンチキュラレンズ3のピッチP2と、位置a2と、焦点距離f2は以下の式で特定される。
P2=2KP0/(KM+P0)……▲4▼
a2=b2P0/KM…………………▲5▼
f2=b2P0/(KM+P0)…… ▲6▼
ただし、▲4▼〜▲6▼の式のおいて、Kは観測者の両眼の間隔で一般的には約65mm、b2はレンチキュラレンズ3から観測者までの距離である。
【0020】
ところで、立体ディスプレイの奥行き(T)は、以下の式で表される。
T=a1+b1+a2…………▲7▼
この式からdT/dM=0を計算して、立体ディスプレイの奥行き(T)を最小とする縮小率Mの値が計算される。この縮小率Mの値は、以下の式で示される。
M=(1+b2P0/Kf1)1/2……▲8▼
【0021】
図4は、補助レンチキュラレンズ4のピッチ(P1)に対する立体ディスプレイの奥行き(T)を示すグラフである。ただし、この図の曲線Aは補助レンチキュラレンズ4の焦点距離を2mmとする特性を示し、曲線Bは補助レンチキュラレンズ4の焦点距離を3mmとする特性を示し、曲線Cは補助レンチキュラレンズ4の焦点距離を10mmとする特性を示している。また、レンチキュラレンズ3から観測者間での距離を20m、観測者の両眼間隔を65mm、LED平面ディスプレイ1の画素ピッチを8mmとしている。
【0022】
この図から、本発明の立体ディスプレイは、補助レンチキュラレンズ4とレンチキュラレンズ3の焦点距離とピッチを以下の値にして、最小の奥行きをわずかに14.4cmと極めて薄くできる。
f1=2mm
f2=69.9mm
P1=0.443mm
P2=0.454mm
【0023】
以上の構成にすると、立体ディスプレイの奥行きを極めて浅くできるが、補助レンチキュラレンズ4とレンチキュラレンズ3のピッチが1mm以下と極めて狭くなるので、補助レンチキュラレンズ4とレンチキュラレンズ3のピッチと焦点距離を以下の値にして、奥行きを44.3cmとすることができる。
f1=10mm
f2=346mm
P1=2mm
P2=2.25mm
【0024】
ちなみに、補助レンチキュラレンズ4を設けない立体ディスプレイは、レンチキュラレンズ3の焦点距離とピッチとを以下の値にして、その奥行きは2.46mと極めて厚くなる。
f2=2.16mm
P2=14.2mm
【0025】
以上のように、本発明の立体ディスプレイは、補助レンチキュラレンズ4をレンチキュラレンズ3とLED平面ディスプレイ1との間に配設することによって、その奥行きを極めて薄くできる。本発明の立体ディスプレイは、レンチキュラレンズ3とLED平面ディスプレイ1との間に補助レンチキュラレンズ4を配設して、奥行きを浅くするものであるが、補助レンチキュラレンズ4の焦点距離とピッチが、レンチキュラレンズ3のピッチと焦点距離に影響を与え、さらに立体ディスプレイの奥行きにも影響を与える。したがって、補助レンチキュラレンズ4の焦点距離とピッチは、レンチキュラレンズ3と補助レンチキュラレンズ4の両方の製作が簡単で、しかも立体ディスプレイをできるかぎり薄くできる値に特定する。図4から、立体ディスプレイを最小の奥行きとする縮小率Mの値は特定されるが、本発明の立体ディスプレイは、必ずしも縮小率Mをこの値に特定しない。それは、縮小率Mの値を変更することによって、補助レンチキュラレンズ4とレンチキュラレンズ3の製作を簡単にしながら、奥行きの増加を比較的小さくできるからである。
【0026】
以上のことから、補助レンチキュラレンズ4は、立体ディスプレイをできるかぎり薄くしながら、容易に製作できるように、最小ピッチを0.3mm以上とする。補助レンチキュラレンズ4は、ピッチを大きくして簡単に製作できるが、このピッチを大きくすると補助レンチキュラレンズ4とレンチキュラレンズ3の焦点距離を長くする必要がある。レンチキュラレンズ3は、ピッチに比較して焦点距離が長いので、焦点距離が長くなると製作が難しくなる。したがって、補助レンチキュラレンズ4のピッチは、好ましくは3mm以下とする。さらに、補助レンチキュラレンズ4の焦点距離は、補助レンチキュラレンズ4とレンチキュラレンズ3の製作を容易にすることから、好ましくは2〜10mmとされる。さらに、レンチキュラレンズ3のピッチも、好ましくは0.3〜3mmに設計される。
【0027】
【発明の効果】
本発明の立体ディスプレイは、眼鏡を使用することなく、奥行きを浅くして立体表示できる特長がある。それは、本発明の立体ディスプレイが、LED平面ディスプレイとレンチキュラレンズとの間に、LED平面ディスプレイの画素ピッチを小さくして結像する補助レンチキュラレンズを配設しており、補助レンチキュラレンズで結像された映像をレンチキュラレンズで観測者の目の位置に結像しているからである。この構造の立体ディスプレイは、補助レンチキュラレンズのピッチと焦点距離とを変更して縮小率の値を変更することによって、立体ディスプレイの奥行きを小さく変更できる。したがって、本発明の立体ディスプレイは、RGBからなる発光ダイオードで構成されて画素ピッチに制限を受けるLED平面ディスプレイであっても、奥行きを小さくして理想的に立体表示できる。このように、奥行きを小さくできる立体ディスプレイは、種々に用途に極めて便利に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の立体ディスプレイの原理を示す概略平面図
【図2】従来の他の立体ディスプレイの原理を示す概略平面図
【図3】本発明の一実施例にかかる立体ディスプレイの概略分解斜視図
【図4】補助レンチキュラレンズのピッチに対する立体ディスプレイの奥行きを示すグラフ
【符号の説明】
1…LED平面ディスプレイ
2…画素
3…レンチキュラレンズ
4…補助レンチキュラレンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stereoscopic display that is mainly used outdoors and can view a stereoscopic image without wearing glasses.
[0002]
[Prior art]
The light emitting diode has a feature that it can be used outdoors because of its high emission luminance. An LED flat display in which RGB light emitting diodes are arranged in a plane is used for outdoor use. In this LED flat display, a lenticular lens is disposed on the front surface, and images of the right eye and the left eye can be displayed on the LED flat display to form a three-dimensional display. The three-dimensional display having this structure has a feature that three-dimensional display can be performed without using glasses. FIG. 1 shows a principle diagram of this stereoscopic display. In this stereoscopic display, as shown in the figure, a right eye image and a left eye image of a light emitting diode are imaged by the
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The three-dimensional display having this structure requires the
[0004]
The distance between the LED
[0005]
A three-dimensional display that observes a three-dimensional image by wearing glasses of a polarizing plate can be shallow because it does not use a lenticular lens. However, a stereoscopic display using glasses has a drawback that no one can see a stereoscopic image when used outdoors. Instead of the lenticular lens, a three-dimensional display can be realized by providing a slit on the front surface of the LED flat display. However, the three-dimensional display with this structure also has a long interval between the slit and the LED flat display, and the depth cannot be reduced.
[0006]
The present invention has been developed for the purpose of solving such drawbacks of conventional LED stereoscopic displays. An important object of the present invention is to provide a stereoscopic display using light-emitting diodes that can be stereoscopically displayed with a shallow depth without using glasses.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the three-dimensional display of the present invention, a
[0008]
The pitch of the auxiliary
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the example shown below illustrates the three-dimensional display for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the three-dimensional display as described below.
[0010]
Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the scope of claims, the numbers corresponding to the members shown in the embodiments are referred to as “claims” and “means for solving the problems”. It is added to the member shown by. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
[0011]
The three-dimensional display of FIG. 3 has a
[0012]
The LED
[0013]
The
[0014]
The auxiliary
[0015]
In the conventional stereoscopic display in which the
[0016]
The auxiliary
[0017]
When the reduction ratio at which the auxiliary
M = (2P0 / P1) -1 …… (1)
In this equation, P0 is the pixel pitch of the LED
a1 = f1 (M + 1) ………… ▲ 2 ▼
b1 = f1 (M + 1) / M …… (3)
[0018]
In this equation, f1 is the focal length of the auxiliary
When the reduction ratio M and the focal length f1 of the auxiliary
[0019]
When the above-described parameters of the auxiliary
P2 = 2KP0 / (KM + P0) ...... (4)
a2 = b2P0 / KM ……………… ▲ 5 ▼
f2 = b2P0 / (KM + P0) ...... (6)
In the formulas (4) to (6), K is the distance between the observer's eyes and is generally about 65 mm, and b2 is the distance from the
[0020]
By the way, the depth (T) of a three-dimensional display is represented by the following formula.
T = a1 + b1 + a2 ………… ▲ 7 ▼
From this equation, dT / dM = 0 is calculated, and the value of the reduction ratio M that minimizes the depth (T) of the stereoscopic display is calculated. The value of the reduction ratio M is expressed by the following formula.
M = (1 + b2P0 / Kf1) 1/2 ... (8)
[0021]
FIG. 4 is a graph showing the depth (T) of the stereoscopic display with respect to the pitch (P1) of the auxiliary
[0022]
From this figure, the stereoscopic display of the present invention can be made extremely thin with a minimum depth of only 14.4 cm by setting the focal length and pitch of the auxiliary
f1 = 2mm
f2 = 69.9mm
P1 = 0.443mm
P2 = 0.454mm
[0023]
With the above configuration, the depth of the stereoscopic display can be made extremely shallow, but since the pitch between the auxiliary
f1 = 10mm
f2 = 346mm
P1 = 2mm
P2 = 2.25mm
[0024]
By the way, the stereoscopic display without the auxiliary
f2 = 2.16mm
P2 = 14.2mm
[0025]
As described above, the three-dimensional display of the present invention can be made extremely thin by disposing the auxiliary
[0026]
From the above, the auxiliary
[0027]
【The invention's effect】
The three-dimensional display of the present invention has an advantage that three-dimensional display can be performed with a shallow depth without using glasses. In the stereoscopic display of the present invention, an auxiliary lenticular lens that forms an image by reducing the pixel pitch of the LED flat display is disposed between the LED flat display and the lenticular lens. This is because the image is formed on the observer's eye position with a lenticular lens. The stereoscopic display having this structure can change the depth of the stereoscopic display to be small by changing the value of the reduction ratio by changing the pitch and focal length of the auxiliary lenticular lens. Therefore, the stereoscopic display of the present invention can be ideally stereoscopically displayed with a reduced depth even if it is an LED flat display that is composed of RGB light emitting diodes and is limited by the pixel pitch. Thus, the three-dimensional display which can make depth small can be used very conveniently for various uses.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing the principle of a conventional stereoscopic display. FIG. 2 is a schematic plan view showing the principle of another conventional stereoscopic display. FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of a stereoscopic display according to an embodiment of the present invention. [Fig.4] Graph showing depth of stereoscopic display with respect to pitch of auxiliary lenticular lens [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
さらに、このレンチキュラレンズ(3)とLED平面ディスプレイ(1)との間に、LED平面ディスプレイ(1)の画素ピッチを小さくして結像する補助レンチキュラレンズ(4)を配設しており、補助レンチキュラレンズ(4)で結像された映像をレンチキュラレンズ(3)で観測者の目の位置に結像するようにしてなる発光ダイオードを使用した立体ディスプレイ。A lenticular lens (3) is arranged in parallel with the LED flat display (1) on the front surface of the LED flat display (1) in which a large number of RGB light emitting diodes are arranged in a plane.
Furthermore, an auxiliary lenticular lens (4) is formed between the lenticular lens (3) and the LED flat display (1) to reduce the pixel pitch of the LED flat display (1) and form an image. A three-dimensional display using a light-emitting diode that forms an image formed by the lenticular lens (4) at the position of the observer's eye using the lenticular lens (3).
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