JP4708042B2 - 立体映像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、立体映像表示装置に関し、特に裸眼で立体映像を観察することができる立体映像表示装置に関する。
裸眼で観察できる立体映像を表示する方法として、レンチキュラ方式や、パララックスバリア方式や、インテグラルフォトグラフィ方式や、ホログラフィ方式などが知られている。図14(a)は、従来の立体映像表示装置全体を表す概略図であり、特に、図14(b)、図14(c)はインテグラルフォトグラフィ方式を説明する概略図である。
図14に示すように、ディスプレイ106の前面に凸レンズをアレイ状に配置したレンズシート101を設置する。これらの図を用いて、裸眼で観察できる立体映像を表示する方法の1つであるインテグラルフォトグラフィ方式について説明する。図14(b)は立体的な位置関係を示しており、そのうちの一断面が図14(c)である。
ディスプレイ106の画素が、レンズに対して非常に小さいとしたとき、ディスプレイ106上で、図14(b)(c)に示す白丸1502の位置の画素のみをある色と輝度をもって表示したとき、レンズシート101の効果により、白丸1502の位置に光が集まり、そこから広がるような光線となる。
これを観察者1501が、図14(c)に示す視野角範囲1503内において観察すると、あたかも、白丸1502の位置に点光源、すなわち、物体が存在するように知覚させることができるようになる。なお、このレンズの代わりにピンホールを用いることも可能である。
また、凸レンズの代わりに、かまぼこ状のレンチキュラレンズを用いたレンチキュラレンズシートをディスプレイ106の前に設置し、ディスプレイ106に、レンチキュラレンズシートの長手方向に沿った細長い右目用の画像と左目用の画像を交互に並べた画像を表示することで、両眼視差を用いて横方向だけ立体感を実現するレンチキュラ方式も存在する。
これらの方式において、ディスプレイ106に表示される画像は、図14(a)に示す立体視用画像生成装置1504によって生成される。立体視用画像生成装置1504としては、コンピュータグラフィックスを生成するPCや、多眼式カメラや、レンズシートと組み合わせた一眼式カメラなどが挙げられる。
下記特許文献1ないし4には、レンチキュラ方式に関する技術が開示されている。
下記特許文献1には、ディスプレイの画素の配置を工夫することで画素間の非発光領域(ブラックマトリクス)を目立たなくする技術が開示されている。
下記特許文献2には、各画素をレンズで拡大することで画素間のブラックマトリクスを目立たなくする技術が開示されている。
下記特許文献3には、図15に示すように、ディスプレイ106とレンチキュラレンズシート101との間に拡散板102を設けることで画素間のブラックマトリクスを目立たなくする技術が開示されている。
下記特許文献4には、レンチキュラレンズシートの各レンチキュラレンズ間に遮光膜を挿入して、画素を透過した光がその画素と正しく対応付けされたレンチキュラレンズではないレンチキュラレンズを通ることで生じる不自然な立体視を避ける技術が開示されている。
特許第3101521号公報 特許第2540999号公報 特許第2777241号公報 特開平6−289320号公報
上記特許文献1に記載の技術は、ディスプレイの画素の配置を変更するものであり、汎用のディスプレイを使用することができないために実施のコストが高くなるという課題があった。
上記特許文献2に記載の技術は、画素を拡大するレンズの数が多く必要なために実施のコストが高くなるという課題があった。
上記特許文献3に記載の技術は、各画素の色が隣の画素の色と混ざることで再生立体映像がにじんでしまうという課題があった。
上記特許文献4に記載の技術は、レンズによって画素間のブラックマトリクスが拡大されて目立ったり、各画素の赤、緑、青の各表示部が拡大されて想定した色を観察者に見せることができないという色分離を生じたりする課題があった。
図16は、従来の立体映像表示装置の映像表示部を表す概略図である。同図において、映像表示部は、レンズシート101とディスプレイ106の間に拡散板102を設置したものである。
拡散板102を用いる目的は、例えば、画素107aの赤色表示部107Raと、緑色表示部107Gaと、青色表示部107Baとが表示する3原色を、レンズシート101に光線が到達する前に混ぜ合わせることによって色分離を避けることである。
しかし、従来の技術においては、例えば、画素107aの青色表示部107Baと、画素107bの赤色表示部107Rbなど、隣接する画素の3原色同士も混ざり合ってしまい、再生立体映像の色がにじんでしまうという課題がある。よって、隣接する画素の3原色同士の混ざり合いを解消する構成が必要となる。
そこで、本発明の目的は、簡単な構成によって、従来のように、レンズによってブラックマトリクスや色分離が目立つという現象を生じず、また、画素同士の色の混ざり合いによって再生立体映像が、にじむという現象を生じない立体映像表示装置を提供することある。
本発明では、従来の図15,16に示す立体映像表示装置において、ディスプレイ106とレンズシート101との間に挟み込む拡散板102に、画素間のブラックマトリクスに沿った切込みを入れる構成とした。
また、各画素の拡散板102の内部から切込みの斜辺に入射する光を全反射するような角度で切込みを入れる構成とした。さらに、切込みに遮光層を形成する構成とした。また、切込みに反射層を形成する構成とした。
以上、本発明によれば、各画素の3原色を拡散させながらも画素同士を分離するので、レンズによってブラックマトリクスや色分離が目立つという現象を生じず、また、画素同士の色の混ざり合いによって再生立体映像がにじむという現象を生じず、高画質な立体映像を表示することができる。
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
以下、図1ないし図7を用いて、本発明の実施例1について説明する。本実施例は、ディスプレイ側から拡散板へ入れる切込みの幅が、ブラックマトリクスの幅と同じときに、切込みの角度を、拡散板内部から切込みの斜辺に入射する光線を全反射する角度とした例である。
なお、ここで説明する実施例1を含む本発明の全ての実施例において、切込みの先端部は、尖ったものではなく、幅をもっていたり、丸みを帯びていたりしてもよい。また、全ての実施例の切込みは、切込みからディスプレイに下ろした垂線が、画素間のブラックマトリクスの中央を通る二等辺三角形状のものであるが、その条件が厳密に満たされる必要はない。
図1は、本発明の実施例1における立体映像表示装置の映像表示部を表す概略図である。図1において、前記映像表示部は、レンズシート101とディスプレイ106との間に拡散板102を設置したものである。
ディスプレイ106は、画素107a、107b、107cなど複数の画素を敷き詰めたものである。画素107aは、赤色表示部104Raと、緑色表示部104Gaと、青色表示部104Baと、各表示部の間の非表示部であるブラックマトリクス105からなる。
拡散板102は、各画素間のブラックマトリクス105ごとにブラックマトリクス105の幅と同じ幅で、ディスプレイ106側から入れられた切込み103をもち、各切込み103の切込み角度は、各画素の拡散板内部から切込み103の斜辺に入射する光を全反射するような角度となっている。
図2は、本発明の各実施例で用いるディスプレイの画素やブラックマトリクスの配置を説明する平面図である。各3原色表示部R,G,Bは、等間隔に並び、それぞれの間に非表示部であるブラックマトリクス105が存在する。
各3原色表示部R,G,Bの短辺の長さをp1、長辺の長さをp2とする。各3原色表示部R,G,Bの短辺方向のブラックマトリクス105の幅をd1、長辺方向のブラックマトリクス105の幅をd2とする。
本発明の各実施例では、p1=35.5μm、p2=143μm、d1=28μm、d2=47.5μmとしている。図1は、図2に示す一点鎖線X−X’での断面図である。
図3は、本発明の実施例1を含む各実施例における拡散板内部を通る光線を説明する概略図である。拡散板102の内部で光線501、502は、拡散方向503へ拡散されるが、本発明において扱う光線の方向は、拡散性のない媒質内部を通る各光線501、502の方向とする。くもりガラスなどの一般的な拡散板においては、各光線501、502の方向が、最も光の強さが強い方向であり、後述する本発明の各実施例においてもそのような拡散板を用いることとする。
図1、図4、図5を用いて、本発明の実施例における切込み103の形状について、詳しく説明する。図4は、本発明の各実施例で用いる角度や長さを説明する概略図である。
図4において、ディスプレイ106との角度θで出てくる光線308は、角度φ、高さh、幅dである切込み103の斜面に入射角θiで入射し、入射角と同じ大きさの反射角θiで反射される。
また、本発明の各実施例では、拡散板102の厚さはH=100μmとし、屈折率はn=1.7とする。屈折率nの物体から屈折率1の空気中へと光線が出て行こうとするとき、その光線が物体と空気との境界で全反射されるような入射角θiは、次式(1)で与えられる臨界角θM以上である必要がある。本発明の各実施例ではθM≒36.03°となる。
図5は、本発明の各実施例で用いるディスプレイの視野角を説明する概略図である。同図において、観測者1501に対するディスプレイ106のディスプレイ視野角がθDPであるとき、ディスプレイ106からの光線401は、ディスプレイ106と角度θ0以上で出てくる。θ0は次式(2)で与えられる。
本発明の各実施例では、ディスプレイ視野角θDP=140°とした。したがってθ0=20°となる。
図1において、ディスプレイ106との角度θ0で出てくる光線108が全反射されるような角度φで切込み103を拡散板102に入れれば、ディスプレイ106から切込み103に入射する光線は全て全反射されることになる。そのような角度φは、次式(3)を満たす必要がある。
また、このような角度φをもつ切込み103の高さhは、次式(4)で与えられる。
φ>32.06°であり、例えば、φ=32.1°とするとき、本実施例ではd=d1=28μmゆえ、h=48.66μmとなる。
図6は、本発明の実施例における赤色表示部104Raの側から見た立体映像表示装置の映像表示部を表す概略図であって、図2に示す一点鎖線Y−Y’での断面図である。
図6において、切込み703の斜辺に入射する光線を全て全反射するための切込み703の角度φ’は、切込み103に対する場合と同様にφ’>32.06°を満たせばよい。
前述した式は同様に成り立つため、切込み703の幅d’=d2=47.5μmゆえ、φ’=32.1°とするとき、切込み703の高さh’=82.55μmとなる。
図7は、本発明の実施例における拡散板の切込み同士の関係を表す平面図である。各切込みは各画素からその周りの切込みの斜辺に入射する光線を全て全反射するので、画素同士の色の混ざり合いを軽減し、再生立体映像の画質を改善することができる。
以下、実施例1の変形例を実施例2〜5として図8ないし図11を用いて説明する。
図8に、切込みの高さを大きくし、切込みの斜辺に入射する光線を増やす本発明の実施を示す。本実施例は、切込みの高さhを優先的に設定する場合の効果を説明する例である。本実施例以降、図2に示す一点鎖線X−X’での断面図に対する例のみを示すが、図6に示すように、図2に示す一点鎖線Y−Y’での断面図に対する場合も同様に考えられることは明らかである。
図8は、本発明の実施において、拡散板の切込みの幅が、ブラックマトリクスの幅である場合の立体映像表示装置の映像表示部を表す概略図である。ここでは切込みの高さh=80μm、切込みの幅d=d1=28μmとしている。hとdが与えられたとき、切込みの角度φは、次式(5)で与えられる。
図8において、切込み903の角度φ=19.85°となる。このとき、ディスプレイ106から角度θ0=20°で出てくる光線908は、切込み903の斜辺では反射だけではなく、屈折透過もする。
また、切込み903の斜辺で全反射する光線909とディスプレイ106のなす角度θ1は、次式(6)を満たす必要がある。
これより、θ1>26.11°を満たす光線は、全て切込み903の斜辺に入射すると全反射される。
図9は、拡散板の切込みの幅がブラックマトリクスの幅よりも小さい場合の立体映像表示装置の映像表示部を表す本発明の実施例3の概略図である。
ここでは、切込みの高さh=80μm、切込みの幅d=18μm<d1としている。図9において、切込み1003の角度φ=12.84°となり、切込み1003の斜辺で全反射する光線1009とディスプレイ106のなす角度θ1はθ1>29.61°を満たす必要がある。
実施例においては、切込みの高さを大きくして切込みの斜辺に入射する光線を増やすことで画素同士の色の混ざり合いを軽減し、再生立体映像の画質を改善することができる。また、切込みの幅をブラックマトリクスの幅より小さくしても改善効果は得られるため、切込みを入れる精度は厳密である必要はない。
図10を用いて本発明の実施例4について説明する。本実施例は、実施と同様に、切込みの高さを大きくし、切込みの斜辺に入射する光線を増やし、それに加えて切込みの角度を、拡散板内部から切込みの斜辺に入射する光線を全反射する角度としたものである
実施例は、切込みの高さhと切込みの角度φを優先的に設定する場合の効果を説明する例である。
図10は、本発明の実施における立体映像表示装置の映像表示部を表す概略図である。切込み1103aは高さh=80μm、切込み1103aの角度φ=32.1°であり、ディスプレイ106から出て拡散板102内部から切込み1103aの斜面に入射する光線は全て全反射される。ここで、hとφが与えられたとき、切込みの幅dは、次式(7)で与えられる。
図10において、切込み1103aの幅d=46.03μm>d1となる。このとき、赤色表示部104Rbと青色表示部104Baの一部が、切込み1103aの内部に出てくる配置となるため、赤色表示部104Rbから出て切込み1103aの内部から切込み1103aの斜辺に入射する光線1109と、青色表示部104Baから出て切込み1103aの内部から切込み1103aの斜辺に入射する光線1107が存在し、それらは隣の切込み1103bの斜辺に入射すると反射及び屈折透過する。
実施例においては、切込みの高さを大きくして切込みの斜辺に入射する光線を増やし、さらに、切込みの角度を、拡散板内部から切込みの斜辺に入射する光線を(切込み内部の表示部から出てくる光線を除いて)全て全反射する角度にすることで、画素同士の色の混ざり合いを軽減し、再生立体映像の画質を改善することができる。
また、実施で述べたことに加えて、切込みの幅をブラックマトリクスの幅より大きくしても改善効果は得られるため、切込みを入れる精度は厳密である必要はない。
図11を用いて本発明の実施について説明する。本実施例は、実施と同様に切込みの高さを大きくし、切込みの斜辺に入射する光線を増やし、それに加えて切込みの角度を、拡散板内部から切込みの斜辺に入射する光線を全反射するだけでなく、切込み内部の表示部から切込みの斜辺に入射して屈折透過し、隣の切込みの斜辺に入射する光線も全反射する角度とした例である。
図11は、本実施例における立体映像表示装置の映像表示部を表す概略図である。切込み1203aは高さh=80μmである。
赤色表示部104Rbからディスプレイ106となす角度θ0で出てきて切込み1203aの斜辺で屈折透過する光線1209を、隣の切込み1203bの斜辺で全反射するためには、切込みの角度φは、次式(8)を満たす必要がある。
式(8)から、φ>34.37°であり、例えば、φ=34.38°とするとき、本実施例では、d=49.5μm>d1となる。
実施例においては、切込みの高さを大きくして切込みの斜辺に入射する光線を増やし、さらに、切込みの角度を、拡散板内部から切込みの斜辺に入射する光線を、切込み内部の表示部から出てきて一回屈折透過した光線も含めて(切込み内部の表示部から出てきて切込みの斜辺で反射した光線は光の強さが弱いので無視して)全て全反射する角度にすることで、画素同士の色の混ざり合いを軽減し、再生立体映像の画質を改善することができる。
以下、図12を用いて、本発明の実施例について説明する。本実施例は、切込みに光を吸収する遮光層を形成する例である。
図12は、本実施例における立体映像表示装置の映像表示部を表す概略図である。図12(a)は、実施と同じ形の切込み1303aに遮光層1308aを充填した例である。
また、図12(b)は、実施と同じ形の切込み1303bの内壁に遮光層1308bを薄く形成した例である。
また、図12(c)は、実施と同じ形の切込み1303cの内壁の下部以外に遮光層1308cを薄く形成した例であり、切込み1303c内部の青色表示部104Bから出る光線1302cは遮光膜1308cで吸収され、切込み1303c内部の赤色表示部104Rから出る光線1301cは屈折透過する。
また、図12(d)は、幅がブラックマトリクス105の幅よりも小さく、形も長方形状である切込み1303dに、遮光層1308dを充填した例であり、このように、遮光層を形成する場合は、切込みの形状も自由に決めることができる。
以上、本実施例においては、切込みに遮光層を形成して画素同士の色の混ざり合いを軽減し、再生立体映像の画質を改善することができる。
以下、図13を用いて、本発明の実施例について説明する。本実施例は、切込みに光を反射する反射層を形成する例である。
図13は、本実施例における立体映像表示装置の映像表示部を表す概略図である。図13(a)は、実施例4同じ形の切込み1403aに反射層1409aを充填した例である。
また、図13(b)は、実施と同じ形の切込み1403bの内壁に反射層1409bを薄く形成し、さらに、遮光層1408bを薄く形成した例であり、拡散板102内部から切込み1403bの斜辺に入射する光線は反射し、切込み1403bの内部の光線は吸収する。
また、図13(c)は、実施例4と同じ形の切込み1403cの内壁の下部以外に反射層1409cを薄く形成し、さらに、遮光層1408cを薄く形成した例であり、切込み1403c内部の青色表示部104Bから出る光線1402cは、遮光膜1408cで吸収され、切込み1403c内部の赤色表示部104Rから出る光線1401cは、屈折透過する。
また、図13(d)は、幅がブラックマトリクス105の幅よりも小さく、形も長方形状である切込み1403dに反射層1308dを充填した例であり、このように、反射層を形成する場合は、切込みの形状も自由に決めることができる。
以上、本実施例においては、切込みに反射層を形成して画素同士の色の混ざり合いを軽減し、再生立体映像の画質を改善することができる。
以上説明した本発明の各実施例によれば、ディスプレイとレンズシートの間に、画素間のブラックマトリクスに沿った切込みを入れた拡散板を設置することで、ブラックマトリクスや色分離が目立たないようにしながら、隣接する画素同士の色が混じり合うことによる再生立体映像の色のにじみも改善することができる。
本発明の実施例1での立体映像表示装置における映像表示部の概略図。 ディスプレイの画素やブラックマトリクスの配置を説明する平面図。 本発明に係る拡散板内部を通る光線を説明する概略図。 本発明に係る切込みの角度や長さを説明する図2のX−X’断面図。 ディスプレイの視野角を説明する概略図。 本発明に係る切込みの角度や長さを説明する図2のY−Y’断面図。 本発明に係る拡散板の切込み同士の関係を表す平面図。 本発明の実施例2での立体映像表示装置における映像表示部の概略図。 本発明の実施例3での立体映像表示装置における映像表示部の概略図。 本発明の実施例4での立体映像表示装置における映像表示部の概略図。 本発明の実施例5での立体映像表示装置における映像表示部の概略図。 本発明の実施例での立体映像表示装置における映像表示部の概略図。 本発明の実施例での立体映像表示装置における映像表示部の概略図。 従来の立体映像表示装置とその映像表示部の概略図。 従来の立体映像表示装置の概略図。 従来の立体映像表示装置における映像表示部の概略図。
101・・・レンズシート、
102・・・拡散板、
103、703、903、1003、1103a、1103b、1203a、1203b、1303a、1303b、1303c、1303d、1403a、1403b、1403c、1403d・・・切込み、
104R、104Ra、104Rb、104Rc、104Rd、104Re・・・赤色表示部、
104G、104Ga、104Gb、104Gc、104Gd、104Ge・・・緑色表示部、
104B、104Ba、104Bb、104Bc、104Bd、104Be・・・青色表示部、
105…ブラックマトリクス、106・・・ディスプレイ、
107、107a、107b、107c、107d、107e・・・画素、
108、308、401、501、502、908、909、1008、1009、1107、1108、1109、1207、1208、1209、1301c、1302c、1401c、1402c・・・光線、
503・・・拡散方向、
1308a、1308b、1308c、1308d、1408b、1408c・・・遮光層、
1409a、1409b、1409c、1409d・・・反射層、
1501…観察者、1502…再生光源、1503・・・立体視野角、
1504・・・立体視用画像生成装置。


Claims (11)

  1. 各画素間及び各画素を形成する赤色、緑色、青色の各表示部間に非発光領域を持つディスプレイと、多数のレンズを並べたレンズシートと、前記ディスプレイと前記レンズシートとの間に挟んだ拡散板とを備える立体映像表示装置において、
    前記拡散板に、各画素間の非発光領域に沿って、かつ各画素間の非発光領域のみに沿って前記ディスプレイ側から入れた切込みを有し、
    前記切込みは、前記拡散板内部から前記切込みの斜辺に入射する各画素からの光線を全反射するような角度を持つ二等辺三角形状の切込みであることを特徴とする立体映像表示装置。
  2. 請求項1に記載の立体映像表示装置において、
    前記非発光領域に沿った前記切込みの幅が、前記非発光領域の幅であることを特徴とする立体映像表示装置。
  3. 請求項1に記載の立体映像表示装置において、
    前記非発光領域に沿った前記切込みの幅が、前記非発光領域の幅よりも小さいことを特徴とする立体映像表示装置。
  4. 請求項1に記載の立体映像表示装置において、
    前記拡散板に入れた前記切込みに遮光層を有することを特徴とする立体映像表示装置。
  5. 請求項に記載の立体映像表示装置において、
    前記遮光層は、前記切込みに充填したものであることを特徴とする立体映像表示装置。
  6. 請求項4に記載の立体映像表示装置において、
    前記遮光層は、前記拡散板に入れた切込みの内壁に有することを特徴とする立体映像表示装置。
  7. 請求項4に記載の立体映像表示装置において、
    前記遮光層は、前記切込みの内壁の前記ディスプレイ側下部以外に有することを特徴とする立体映像表示装置。
  8. 請求項1に記載の立体映像表示装置において、
    前記拡散板に入れた切込みに反射層を有することを特徴とする立体映像表示装置。
  9. 請求項8に記載の立体映像表示装置において、
    前記反射層は、前記拡散板に入れた切込みに充填したものであることを特徴とする立体映像表示装置。
  10. 請求項8に記載の立体映像表示装置において、
    前記反射層は、前記拡散板に入れた切込みの内壁に有し、さらにその上に遮光層を有することを特徴とする立体映像表示装置。
  11. 請求項8に記載の立体映像表示装置において、
    前記反射層は、前記拡散板に入れた切込みの内壁の前記ディスプレイ側下部以外に有し、さらにその上に遮光層を有することを特徴とする立体映像表示装置。
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