JP4652870B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置に関する。特に、本発明は、視野角の広い画像表示装置に関する。

従来、観察者の左目及び右目に視差画像を投影することによって立体画像を表示する画像表示装置において、視野角を広げるべく、垂直方向に光を拡散する拡散板を観察者側に設けるものが知られている（例えば特許文献１）。
特開平１０−６３１９９号公報

しかしながら、上記特許文献１において水平方向にも拡散する拡散板を設けると、立体画像を投影したい観察者の左右の目に他方の視差画像が入射するいわゆるクロストークが発生する。よって、立体画像を表示する場合には水平方向に拡散する拡散板を用いることができず、視野角を広げることができないという問題がある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、観察者に画像を投影する画像表示装置であって、観察者に向けて光を投影する光源と、画像を生成する画像生成部と、光源からの光を画像生成部に入射させる光学手段と、観察者の左目に向かう光を観察者の左目よりも左側に拡散し、かつ、右目に向かう光を右目よりも右側に拡散する視野角制御板とを備える。

上記画像表示装置において、光源は、観察者の左目に向けて光を投影する左目用光源、及び、観察者の右目に向けて光を投影する右目用光源を有し、画像生成部は、左目用の視差画像を表示する左目画像生成領域及び右目用の視差画像を表示する右目画像生成領域を有し、光学手段は、左目用光源からの光を画像生成部の左目画像生成領域に入射させ、かつ、右目用光源からの光を画像生成部の右目用画像生成領域に入射させてもよい。

上記画像表示装置において、視野角制御板は、角度θ_１よりも大きい入射角で入射した光を、入射角よりも大きい角度方向へ拡散してもよい。但し、θ_１＝ｔａｎ^−１（（ｙ_１−ｙ_２）／ｘ）、ｙ_１は、画像表示装置の左右方向の有効長さの半分を示し、ｙ_２は、観察者の右目と左目との距離の半分を示し、かつ、ｘは、画像表示装置から観察者までの距離を示す。

上記画像表示装置は、画像生成部から出射した光を鉛直方向に拡散する鉛直方向拡散板を更に備えてもよい。

上記画像表示装置において、視野角制御板は、鉛直方向拡散板よりも観察者側に配されてもよい。また、視野角制御板は、画像生成部と鉛直方向拡散板との間に配されてもよい。

上記画像表示装置において、光学手段は、左目用光源からの光と右目用光源からの光とを互いに直交する方向に偏光させる光源偏光板と、光源偏光板により偏光された左目用光源からの光を観察者の左目に集光し、かつ、光源偏光板により偏光された右目用光源からの光を観察者の右目に集光する集光レンズと、集光レンズから出射した光を、画像生成部の左目画像生成領域に入射する光と右目画像生成領域に入射する光とで、互いに直交する方向に偏光する偏光制御板とを有し、視野角制御板は、集光レンズと偏光制御板との間に配されてもよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、画像表示装置の中央付近に位置する観察者に対してクロストークの少ない画像を表示しつつ、当該観察者の左右にいる他の観察者に対して、広い視野角で画像を表示することができる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本発明の実施形態に係る画像表示装置１００の分解斜視図である。図２は、画像表示装置１００の概略を示す概略平面図である。この画像表示装置１００は、観察者１０の左目１２及び右目１４に視差画像を投影することによって立体画像を表示する。

図１に示すように、画像表示装置１００は、光源１１０、光学手段１９０、画像生成部１６０、液晶偏光板１７０、鉛直方向拡散板１８０及び視野角制御板２００を装置の奥から観察者１０の手前に向けてこの順で備える。さらに、画像表示装置１００は、光源１１０を制御する光源制御部１１６と、画像生成部１６０を制御する画像制御部２３０とを備える。ここで、画像生成部１６０は、後述する左目画像生成領域１６２及び右目画像生成領域１６４を有する。

図１及び図２に示すように、光源１１０は、一対の左目用光源１１２及び右目用光源１１４を有する。左目用光源１１２は、観察者１０から向かって、画像表示装置１００の光学的な中心よりも右側に配され、観察者１０の左目１２に向けて光を投影する。また、右目用光源１１４は、観察者１０から向かって、画像表示装置１００の光学的な中心よりも左側に配され、観察者１０の右目１４に向けて光を投影する。ここで、左目用光源１１２及び右目用光源１１４は、無偏光を投影する。

光学手段１９０は、左目用光源１１２からの光を画像生成部１６０の左目画像生成領域１６２に入射させ、かつ、右目用光源１１４からの光を右目画像生成領域１６４に入射させる。図１に示す形態において、光学手段１９０は、光源偏光板１２０、集光レンズ１３０、偏光制御板１４０及び液晶偏光板１５０を、光源１１０から画像生成部１６０に向けてこの順で有する。

光源偏光板１２０は、左目用光源１１２からの光と右目用光源１１４からの光とを互いに直交する方向に偏光させる。図１に示す形態において、光源偏光板１２０は、左目用光源１１２からの光が入射する左目用偏光板１２２、及び、右目用光源１１４からの光が入射する右目用偏光板１２４を有する。これにより、左目用偏光板１２２は、左目用光源１１２から入射された無偏光のうち特定の方向、例えば、電界の振動方向が左上４５度の直線偏光を透過する。一方、右目用偏光板１２４は、右目用光源１１４から入射された無偏光のうち左目用偏光板１２２と直交する方向、上記例示の場合には電界の振動方向が右上４５度の直線偏光を透過する。

集光レンズ１３０は、光源１１０からの光を観察者１０の位置に集光する。図１に示す形態において、集光レンズ１３０はフレネルレンズである。図２に示すように、集光レンズ１３０は、左目用光源１１２から発せられて左目用偏光板１２２で偏光された光を観察者１０の左目１２の位置に集光し、かつ、右目用光源１１４から発せられて右目用偏光板１２４で偏光された光を観察者１０の右目１４の位置に集光する。

偏光制御板１４０は、光源１１０から発せられ集光レンズ１３０から出射した特定の偏光軸を持つ偏光を、互いに直交する方向に変換する。図１に示す形態において、偏光制御板１４０は、水平方向に区切られ、鉛直方向に互い違いに複数個並べた透過部１４２及び回転部１４４を有する。透過部１４２は、入射された光の偏光方向を保存して透過する。一方、回転部１４４は、入射された光の偏光方向を９０度回転して透過する。回転部１４４の一例は、半波長板である。なお半波長板に変えて液晶パネルを用いてもよい。

液晶偏光板１５０は、全体で一方向の偏光方向を有し、この偏光方向に平行な偏光を透過し、直交する偏光を遮断する。この液晶偏光板１５０は、画像生成部１６０における光源１１０側に配される。また、液晶偏光板１７０は、全体で一方向であって液晶偏光板１５０と直交する偏光方向を有し、この偏光方向に平行な偏光を透過し、直交する偏光を遮断する。この液晶偏光板１７０は、画像生成部１６０における観察者１０側に配される。図１に示す形態において、液晶偏光板１５０は右上４５度の偏光方向を有し、液晶偏光板１７０は左上４５度の偏光方向を有する。

画像生成部１６０は、左目用の視差画像を生成する左目画像生成領域１６２、及び、右目用の視差画像を生成する右目画像生成領域１６４を有する。画像生成部１６０は、水平方向及び鉛直方向に二次元的に複数配されたピクセルを有する。図１に示す形態において、画像生成部１６０は、水平方向に区切られ、鉛直方向に互い違いに複数個並べた左目画像生成領域１６２及び右目画像生成領域１６４を有する。これら左目画像生成領域１６２及び右目画像生成領域１６４の位置及び大きさは、偏光制御板１４０の回転部１４４及び透過部１４２の位置及び大きさに対応している。

鉛直方向拡散板１８０は、画像生成部１６０から出射した光を鉛直方向に拡散する。鉛直方向拡散板１８０の一例は、水平方向に延伸するかまぼこ状の凸レンズを鉛直方向に複数配列したレンチキュラーシートである。

視野角制御板２００は、観察者１０の左目１２に向かう光を観察者１０の左目１２よりも左側に拡散し、かつ、右目１４に向かう光を右目１４よりも右側に拡散する。視野角制御板２００の一例は、特定の角度より小さい入射角度で入射する光を直進透過し、大きい入射角度で入射する光を散乱透過させる高分子膜である。この高分子膜の一例は、住友化学社製の商品名ルミスティー（登録商標）（光制御機能を有する高分子膜−ルミスティー−／沖田泰介他著（住友化学１９９１-I））である。

図３（ａ）及び（ｂ）は、視野角制御板２００の光制御を説明する概略図である。ここで図３（ａ）は、視野角制御板２００に対して特定の角度θ_１よりも小さい入射角θ_ａの光が入射した場合の視野角制御板２００の光制御を示し、図３（ｂ）は、視野角制御板２００に対して特定の角度θ_１よりも大きい入射角θ_ｂの光が入射した場合の視野角制御板２００の光制御を示す。

図３（ａ）に示すように、視野角制御板２００は、特定の角度θ_１より小さい入射角度θ_ａで入射する光を直進透過する。一方、図３（ｂ）に示すように、視野角制御板２００は、特定の角度θ_１よりも大きい入射角θ_ｂで入射する光を散乱透過する。この場合に、視野角制御板２００は、入射角θ_ｂで入射した光を当該入射角θ_ｂよりも大きい角度方向へ拡散する。

図４は、画像表示装置１００が画像を表示する状態を説明する概略平面図である。図４に示す形態において、視野角制御板２００の直線透過と散乱透過との境界である角度θ_１は、以下のように決めることが好ましい。すなわち、θ_１＝ｔａｎ^−１（（ｙ_１−ｙ_２）／ｘ）、ここで、ｙ_１は画像表示装置１００の左右方向の有効長さの半分を示し、ｙ_２は観察者１０の左目１２と右目１４との距離の半分を示し、かつ、ｘは画像表示装置１００から観察者１０までの距離を示す。このように決められた角度θ_１は、視野角制御板２００を製造する場合の製造条件を設定することにより当該視野角制御板２００上に設定される。例えば上記文献に記載されているように、上記ルミスティー（登録商標）において、高分子膜の層構造の方向を制御することにより、上記角度θ_１を制御することができる。

また、この場合に、視野角制御板２００における主たる拡散方向を非対称にできるので、当該主たる拡散方向を入射角よりも大きい角度方向に主に拡散させることが好ましい。以上により、画像表示装置１００の中央付近に位置する観察者１０に対してクロストークをより少なくすることができる。なお、図４においては説明の簡略化のため、視野角制御板２００に入射する光のうちの右端が散乱透過する状態を示しているが、この形態においては、入射角θ_１より大きい入射角の領域Ｓの光が散乱透過する。

上記構成において、画像表示装置１００が観察者１０の位置で立体映像を表示する作用を、図１及び図４の形態を用いて説明する。まず、画像制御部２３０に対して立体画像を表示すべき旨の指示が入力されると、画像制御部２３０は、光源制御部１１６に対して、左目用光源１１２及び右目用光源１１４を点灯すべき旨を指示する。また、画像制御部２３０は、左目画像生成領域１６２に左目用の視差画像を生成し、右目画像生成領域１６４に右目用の視差画像を生成する。

画像制御部２３０からの指示に基づき、光源制御部１１６は、左目用光源１１２及び右目用光源１１４の両方を点灯する。ここで左目用光源１１２から発した無偏光のうち、左目用偏光板１２２は、電界の振動方向が左上４５度の直線偏光を透過する。この直線偏光を、集光レンズ１３０が観察者１０の左目１２に集光すべく方向付ける。さらに、集光レンズ１３０から出射された左上４５度の直線偏光が、偏光制御板１４０に入射する。

ここで、偏光制御板１４０の透過部１４２は、入射した左上４５度の直線偏光の方向を保って、この光を透過する。透過部１４２を透過した左上４５度の直線偏光は、液晶偏光板１５０に入射する。ここで、液晶偏光板１５０の偏光方向は右上４５度であって、透過部１４２を透過した直線偏光の偏光方向と直交する。よって、液晶偏光板１５０は、左目用光源１１２から発して透過部１４２を透過した光を遮断する。これにより、透過部１４２に対応する位置に配されている右目画像生成領域１６４に、左目用光源１１２から発せられる光は到達しない。従って、右目画像生成領域１６４に生成されている右目の視差画像は、観察者１０の左目１２に投影されない。

一方、偏光制御板１４０の回転部１４４は、入射した左上４５度の直線偏光の偏光方向を９０度回転し、右上４５度の直線偏光にして出射する。これにより、左目用光源１１２から発して回転部１４４を通った直線偏光の偏光方向と、液晶偏光板１５０の偏光方向とが平行になる。よって、この直線偏光は液晶偏光板１５０を透過する。液晶偏光板１５０を透過した光は、回転部１４４に対応する位置に配されている左目画像生成領域１６２を透過し、このときに偏光方向が９０度回転して左上４５度の直線偏光になる。よって、左目画像生成領域１６２に生成された左目用の視差画像を投影する光を液晶偏光板１７０はそのまま通過し、鉛直方向拡散板１８０が鉛直方向に拡散する。

ここで、視野角制御板２００は、鉛直方向拡散板１８０を透過した光のうち、角度θ_１以下で入射した光を直進透過する。よって、画像表示装置１００の水平方向の中心に位置する観察者１０の左目１２からみて、視野角制御板２００の中央から角度θ_１までの範囲の左目用の視差画像が、左目１２に投影される。以上により、左目用光源１１２から発した光は水平方向について観察者１０の左目１２の位置に集光し、左目画像生成領域１６２に生成されている左目用の視差画像が左目１２の位置に投影される。

また、視野角制御板２００は、鉛直方向拡散板１８０を透過した光のうち、角度θ_１以上で入射した光を、主に入射角度より大きい角度に散乱透過する。よって、図４に示すように、画像表示装置１００に対して左側に位置する観察者１０に対して、左目画像生成領域１６２に生成されている左目用の視差画像を投影することができる。この場合に、視野角制御板２００は角度θ_１以上で入射した光を、主に入射角度より大きい角度に散乱透過するので、観察者１０の右目１４に対して左目の視差画像の拡散光が入射するいわゆるクロストークを抑えることができる。

同様に、右目用光源１１４から発した光は、右目用偏光板１２４により右上４５度に偏光される。右目用偏光板１２４を透過した光のうちで透過部１４２を透過した光は、右目画像生成領域１６４に生成された右目用の視差画像を観察者１０の右目１４に投影する。この場合に、視野角制御板２００は、鉛直方向拡散板１８０を透過した光のうち、角度θ_１以下で入射した光を直進透過し、角度θ_１以上で入射した光を、主に入射角度より大きい角度に散乱透過する。よって、視野角制御板２００を直進透過した光が観察者１０の右目１４に投影される一方、散乱透過した光は、画像表示装置１００に対して右側に位置する観察者１０へ投影することができる。なお、右目用偏光板１２４を透過した光のうちで回転部１４４を透過した光は遮断され、左目画像生成領域１６２に生成された左目用の視差画像は観察者１０の左目１２に投影されない。

以上により、画像表示装置１００は、画像表示装置１００の中央付近に位置する観察者１０に視差画像を投影して立体画像を表示することができる。この場合に、画像表示装置１００の中央付近に位置する観察者１０に対してクロストークの少ない視差画像を表示しつつ、当該観察者１０の左右にいる他の観察者１０に対して、広い視野角で視差画像の一方を表示することができる。

また、立体画像を表示する場合に、左目用光源１１２及び右目用光源１１４の両方が点灯する。よって、左目用光源１１２と右目用光源１１４とが交互に点灯する場合に観察者１０に感じられるちらつき（いわゆるフリッカー）を防ぐことができる。

また、鉛直方向拡散板１８０を設けたので、鉛直方向について視野角の広い立体画像を表示することができる。さらに、視野角制御板２００は鉛直方向拡散板１８０よりも観察者１０側に配されるので、既存の画像表示装置に対する設計の変更が少ないままで、視野角制御板２００を用いることができる。

画像表示装置１００の視野角制御板２００として、２５度から５５度までの入射光を拡散するルミスティー（登録商標）ＭＦＺ−２５５５を用い、鉛直方向拡散板１８０として４０μｍピッチのレンチキュラーレンズシートを用いた。測定エリアが１度の輝度計を用いて、７インチの画像表示装置１００からの画像の輝度を、５６０ｍｍの距離で、正面からの角度５度毎に測定した。その結果を図５に示す。

比較例として、上記視野角制御板２００を用いずに、４０μｍピッチのレンチキュラーレンズシートを用いた画像表示装置で実施例１と同じ実験をした。その結果を図５に示す。

図５に示すように、視野角制御板２００を用いることにより、視野角制御板２００を用いない場合に比較して、約４０度から約５５度までの範囲における輝度が向上した。よって、この範囲において観察者１０に対してより明確に画像を表示することができる。なお、この実施例１において約３０度付近の輝度が少し落ち込んでいるが、この落ち込みは視野角制御板２００における拡散の方向を制御することにより解消することができると考えられる。

図６は、画像表示装置１００における視野角制御板２００の配置の他の例を示す概略平面図である。図６において、図１から図５までと同じ構成について同じ参照番号を付して説明を省略する。

図６は、視野角制御板２００が液晶偏光板１７０と鉛直方向拡散板１８０との間に配される点が図１から図５に示す画像表示装置１００と異なる。視野角制御板２００をこの位置に配したことにより、鉛直方向拡散板１８０へ入射した外光が拡散されるので、外光の映り込みが少なくなる。

図７は、画像表示装置１００における視野角制御板２００の配置のさらに他の例を示す概略平面図である。図７において、図１から図５までと同じ構成について同じ参照番号を付して説明を省略する。図７は、視野角制御板２００が集光レンズ１３０と偏光制御板１４０との間に配される点が図１から図５に示す画像表示装置１００と異なる。

図８は、光源１１０の他の形態を示す概略平面図である。図８に示す光源１１０は、複数の左目用光源１１２、１１１、１１３が画像表示装置１００の光学的中心よりも右側において配され、同数の右目用光源１１４、１１５、１１７が上記中心よりも左側に配される。

この場合に、視野角制御板２００は、左目用光源１１２の光から、集光レンズ１３０により集光する方向よりも左側に拡散する拡散光２１２を発生する。同様に、視野角制御板２００は、左目用光源１１１、１１３の光から、集光レンズ１３０によりそれぞれ集光する方向よりも左側に拡散する拡散光２１１、２１３を発生する。これにより、画像表示装置１００の光学的中心よりも左側に、左目用光源１１２、１１１、１１３からの光の拡散光により、左目用画像を表示する領域をより広くすることができる。同様に、視野角制御板２００は、右目用光源１１４、１１５、１１７の光から、集光レンズ１３０によりそれぞれ集光する方向よりも右側に拡散する拡散光を発生する。これにより画像表示装置１００の光学的中心よりも右側に、右目用光源１１４、１１５、１１７からの光の拡散光により、左目用画像を表示する領域をより広くすることができる。なお、図８に示す形態において、図４に示す角度θ_１に代えて、角度θ_２より大きい入射角の光を拡散させてもよい。ここで、θ_２＝ｔａｎ^−１（（ｙ_１＋ｙ_２）／ｘ）である。

以上、図８に示す形態によれば、画像表示装置１００の正面に位置する観察者１０にクロストークを生じさせることなく、平面画像を表示する領域をより広くすることができる。

また、上記実施形態において、画像表示装置１００は立体画像を表示する。しかしながら、画像表示装置１００が平面画像を表示する平面画像表示装置であってもよい。また、画像表示装置１００は立体画像と平面画像とを切り替えて表示する画像表示装置であってもよい。この場合に視野角制御板２００を設けることにより、画像表示装置１００の正面に位置する観察者１０にクロストークを生じさせることなく、周囲の観察者１０にフリッカーを生じさせない平面画像を見せることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明の実施形態に係る画像表示装置１００の分解斜視図である。 画像表示装置１００の概略を示す概略平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、視野角制御板２００の光制御を説明する概略図である。 画像表示装置１００が画像を表示する状態を説明する概略平面図である。 実施例１による実験の結果を示す。 画像表示装置１００における視野角制御板２００の配置の他の例を示す概略平面図である。 画像表示装置１００における視野角制御板２００の配置のさらに他の例を示す概略平面図である。 画像表示装置１００における光源１１０の他の例を示す概略平面図である。

符号の説明

１０ 観察者、１２ 左目、１４ 右目、１００ 画像表示装置、１１０ 光源、１１１ 左目用光源、１１２ 左目用光源、１１３ 左目用光源、１１４ 右目用光源、１１５ 右目用光源、１１６ 光源制御部、１１７ 右目用光源、１２０ 光源偏光板、１２２ 左目用偏光板、１２４ 右目用偏光板、１３０ 集光レンズ、１４０ 偏光制御板、１４２ 透過部、１４４ 回転部、１５０ 液晶偏光板、１６０ 画像生成部、１６２ 左目画像生成領域、１６４ 右目画像生成領域、１７０ 液晶偏光板、１８０ 鉛直方向拡散板、１９０ 光学手段、２００ 視野角制御板、２１１ 拡散光、２１２ 拡散光、２１３ 拡散光、２３０ 画像制御部

Claims (7)

1. 観察者に画像を投影する画像表示装置であって、
   観察者に向けて光を投影する光源と、
   画像を生成する画像生成部と、
   前記光源からの光を前記画像生成部に入射させる光学手段と、
   前記観察者の左目に向かう光を前記観察者の前記左目よりも左側に拡散し、かつ、右目に向かう光を前記右目よりも右側に拡散する視野角制御板と
   を備える画像表示装置。
2. 前記光源は、観察者の左目に向けて光を投影する左目用光源、及び、前記観察者の右目に向けて光を投影する右目用光源を有し、
   前記画像生成部は、左目用の視差画像を表示する左目画像生成領域及び右目用の視差画像を表示する右目画像生成領域を有し、
   前記光学手段は、前記左目用光源からの光を前記画像生成部の前記左目画像生成領域に入射させ、かつ、前記右目用光源からの光を前記画像生成部の前記右目用画像生成領域に入射させる請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記視野角制御板は、角度θ_１よりも大きい入射角で入射した光を、入射角よりも大きい角度方向へ拡散する請求項１または２に記載の画像表示装置、但し、
   θ_１＝ｔａｎ^−１（（ｙ_１−ｙ_２）／ｘ）、
   ｙ_１は、前記画像表示装置の左右方向の有効長さの半分を示し、
   ｙ_２は、前記観察者の前記右目と前記左目との距離の半分を示し、かつ、
   ｘは、前記画像表示装置から前記観察者までの距離を示す。
4. 前記画像生成部から出射した光を鉛直方向に拡散する鉛直方向拡散板を更に備える請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記視野角制御板は、前記鉛直方向拡散板よりも前記観察者側に配される請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記視野角制御板は、前記画像生成部と前記鉛直方向拡散板との間に配される請求項４に記載の画像表示装置。
7. 前記光学手段は、
   前記左目用光源からの光と前記右目用光源からの光とを互いに直交する方向に偏光させる光源偏光板と、
   前記光源偏光板により偏光された前記左目用光源からの光を前記観察者の前記左目に集光し、かつ、前記光源偏光板により偏光された前記右目用光源からの光を前記観察者の前記右目に集光する集光レンズと、
   集光レンズから出射した光を、前記画像生成部の前記左目画像生成領域に入射する光と前記右目画像生成領域に入射する光とで、互いに直交する方向に偏光する偏光制御板と
   を有し、
   前記視野角制御板は、前記集光レンズと前記偏光制御板との間に配される請求項２から４のいずれかに記載の画像表示装置。

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