JP4747408B2

JP4747408B2 - スクリーンとそれを用いた立体表示システム

Info

Publication number: JP4747408B2
Application number: JP2000303233A
Authority: JP
Inventors: 敦佐藤
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2000-10-03
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2020-10-03
Also published as: JP2002107833A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型の１方向指向性散乱スクリーンとそれを用いた視差画像による立体画像表示システムに関する。
特に、奥行き感のある静止画、動画の両方を含む立体像画像表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
透過型の１方向指向性散乱スクリーンとそれを用いた立体画像表示システムは、例えばレンチキュラーレンズシート２枚とその間に光反乱層を挟持された組み合わせが知られており、一部実験的に実用化されたものもある。
しかし、レンチキュラーレンズシートの作製精度やシート自身の温度／湿度による伸縮などで位置合わせが困難であったり、モアレ縞と呼ばれる不要な明暗の縞が現れるため、表示画像の画質を劣化させたり、不正確な立体像を認知させるといった問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、奥行き感のある画像を表示可能としたスクリーンおよびそのスクリーンを用いた立体像表示システムであって、レンズシートに固有な位置合わせの問題、モアレ縞とよばれる不要な明暗縞が表れないようにしたスクリーンおよびこのスクリーンを用いた立体表示システムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では、厳格な位置合わせの要求される両面レンチキュラーレンズシートに代えて、水平方向での入射角度選択性（特定範囲の角度からの入射光に対してのみ光拡散を生じる）を持ち、位置合わせの不要な光散乱層を、レンズシートと組み合わせてスクリーンを構成する。
【０００５】
すなわち、請求項１の発明は、
透明基板上に、１層以上の光散乱樹脂層からなる光散乱層が形成された構成のスクリーンであって、
前記光散乱層が、樹脂層内部に屈折率の異なる部分が不規則に分布し、それぞれの大きさは不規則ではあるが、その形状は、光散乱層表面では横長（水平方向に長い）に一様であり、
且つ、その屈折率の異なる部分が、光散乱層の厚さ方向（光散乱層表面と垂直な水平面内）では、光散乱層表面に対して、傾斜して層状に分布した状態の断面を有しており、
複数の光散乱層それぞれにおける前記傾斜角度が水平方向で異なっていることにより、水平方向については入射角度選択性を、鉛直方向については散乱指向性を併せ持つ光散乱性を有することを特徴とするスクリーンである。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、
水平方向に並設された複数の画像投影装置（プロジェクター）と請求項１記載のスクリーンとからなることを特徴とする立体表示システムである。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、
複数の画像投影装置（プロジェクター）を、スクリーン中央に投影方向を向けて配置し、それぞれのプロジェクターは、スクリーン上に表示しようとする物体の視差画像を配置位置に応じて投影可能としたことを特徴とする立体表示システムである。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、
請求項１に記載のスクリーンを構成するレンズシートの焦点距離が、プロジェクターの投影レンズの射出瞳を観察者の目の位置に結像するように選んだことを特徴とする、請求項３記載の立体表示システムである。
【０００９】
＜作用＞
このように、スクリーンを構成する積層された光散乱層が、前記屈折率の異なる部分の傾斜角度が、それぞれのプロジェクターから出射する光の、前記光散乱層内部を透過する方向と、概ね同じになるようにそれぞれ異なっているので、それぞれのプロジェクターから投影される視差画像光は、スクリーン上に焦点を合致するので、前記スクリーン上に全ての視差画像が同時に表示される。
【００１０】
そして、前記の構成にもかかわらず、複数枚の光散乱樹脂層からなる光散乱層で、異なるプロジェクターから入射した光だけを鉛直方向のみに散乱させ、水平方向ではレンズシートによって観察者の目の位置に集光することで、観察方向に応じた視差画像のみが観察されるので、立体画像を表示可能となる。
【００１１】
複数枚のそれぞれの光散乱樹脂層が、それぞれ異なるプロジェクターから入射した光だけを鉛直方向のみに散乱させ、水平方向ではレンズシートによって観察者の目の位置に集光することで、観察方向に応じた視差画像のみが観察されることとなるため、立体画像を表示可能となる。
【００１２】
従って、本発明によれば、レンチキュラーレンズシートのようなレンズ機能（結像）によって、光を拡散するのではなく、屈折率の異なる微小な部位の存在により、光の散乱機能を用いて拡散させるため、スクリーン自体の製造時あるいはプロジェクターと組み合わせた立体像表示システムの製造時における正確な位置合わせが必要ない。
また、レンチキュラーレンズシートのような周期性もないため、モアレ縞が発生することもない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のスクリーンは、複数台のプロジェクターから出射される投影画像光を、そのスクリーンへの入射角度で分離して、それぞれ異なる光散乱層だけで鉛直方向のみに散乱させ、水平方向に関しては集光するという機能を持つものである。
【００１４】
このスクリーンを構成する複数枚の光散乱層樹脂は、樹脂層内部に、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布することにより、屈折率の高低からなる濃淡模様が形成されており、屈折率の異なる部分の大きさ，形，分布を、樹脂層表面での縦横方向および樹脂層の厚さ方向に沿って最適化することにより、入射光の水平方向での入射角度に依存した散乱特性に変化を持たせると共に、鉛直方向のみに光を散乱させる散乱指向性の機能を持っている。
【００１５】
また、スクリーンを構成するレンズシートは、例えばフレネルレンズシート或いは屈折率分布型レンズシートといった、比較的薄い集光機能を擁するシートが利用でき、これによって水平方向における観察可能なプロジェクターからの投影画像光を分離している。
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。
図１は、本発明のスクリーン１の要部を概念的に示す断面説明図である。
複数枚の光散乱樹脂層５からなる光散乱層２と、透明支持基板３とレンズシート４とで構成されており、レンズシート４は、図示のように光散乱層２及び透明支持基板３と別体ではなく、透明支持基板３の光散乱層２と反対面に一体に設けた構成としてもよい。
【００１７】
また、スクリーン１の用途によっては、偏光板等の他の光学フィルムが使われる場合や、透明支持基板のないフィルム状である場合もある。
図２は、本発明のスクリーン１を構成する複数の光散乱樹脂層からなる光散乱層２のうち、１枚の光散乱樹脂層５を概念的に示す平面図で，図３が断面図である。
【００１８】
図示のように、１枚の光散乱樹脂層５は、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布して、屈折率の高低（同図では、黒と白で表現する）からなる濃淡模様が形成されている。
図２に示すように、屈折率の異なる部分の形状は横長となっている。
また、図３に示すように、屈折率の異なる部分は、光散乱樹脂層５の厚さ方向に対して傾斜して分布した構造となっている。
【００１９】
図２の光散乱樹脂層５の光学特性について、まず、図３を参照して説明する。
屈折率の異なる部分が分布した上記傾斜方向に概ね沿った角度（光散乱樹脂層５の垂線から角度θをなす、図の矢印６の方向）で入射する光に対しては、光散乱が生じることになる。
上記θの角度に対して概ね垂直な角度（図の矢印７の方向）で入射する光に対しては、単なる透明フィルムとして機能し、入射光は散乱されずに出射する。
【００２０】
この光散乱樹脂層は、レンチキュラレンズシートのような表面の凸凹が無いため、粘着材等を用いて積層することで、２枚以上重ねる事も可能であり、重ね合わせた部分に空気層の間隙が存在しないため、表示光量を損失することもない。
【００２１】
次に、図２を参照して説明する。図示のように光散乱樹脂層５は、レンチキュラーレンズシートのような規則性がなく、そのため複数枚重ねることによるモアレ縞が生じることがないので、表示画像の画質を劣化させることもない。
【００２２】
また、すりガラスにおける表面の凸凹が細かい（小さい）と広い範囲に散乱光が出射し、粗い（大きい）と狭い範囲にしか散乱しないということと同様に、屈折率の異なる部分の形状が横長であるので、その部分に入射する光が散乱出射する場合には、それぞれの部分からの出射光の光散乱特性が、縦長となるような指向性を持つ。
【００２３】
図４は、本発明の立体表示システムを概念的に示す説明図である。
本発明のスクリーン１と水平方向に並んだ複数台のプロジェクター８とからなる。説明の簡略化のため、プロジェクター８は８ａと８ｂの２台のみ示しているが、必要に応じて多数並べることも可能である。プロジェクター数を増やすことで、立体視できる観察範囲が広がるという効果がある。
【００２４】
図示のようにプロジェクター８が２台の場合、表示しようとする物体の視差画像数も２枚であり、通常、人間の左右の目で見る視差と同じ視差を有する２枚の画像を用いる。プロジェクター数が増えた場合には、人間の目の左右視差と同じ観察角度から見た複数の視差画像を用いればよい。
【００２５】
また、奥行き感を強調したり、或いは逆に奥行き感を少なくする目的で、左右の目で見える視差とは異なる視差を有する複数枚の画像を用いても良い。
前記したようにプロジェクター８の台数と、本発明のスクリーン１を構成する光散乱層２を形成する光散乱樹脂層５の積層数は同じであるように選ばれる。つまり、図示の例だと、光散乱層５は、５ａと５ｂの２枚積層されている。
【００２６】
ここで、プロジェクター８ａからは、右目で見る視差画像を、プロジェクター８ｂからは左目で見る視差画像をスクリーン１に拡大投影する。その際、当然のことながら、プロジェクター８の投影レンズ９の焦点位置は、スクリーン１に合わせるよう調整され、スクリーン１上に複数の視差画像が同時に映し出されることとなる。
【００２７】
この映し出された画像光１０ａ及び１０ｂは、それぞれ、スクリーン１を構成するレンズシート４により水平方向に関しては集光するようにスクリーン１から拡散出射され、表示光１１ａ及び１１ｂとなる。
【００２８】
このときレンズシート４の焦点距離は、プロジェクター８の投影レンズ９の射出瞳を観察者の目の位置１２ａ及び１２ｂに結像するように選ばれている。
【００２９】
そのため、観察者は、プロジェクター８ａからスクリーン１に投影されている画像のみを右目で見ることが出来、プロジェクター８ｂからスクリーン１に投影されている画像のみを左目で見ることが出来る。逆にプロジェクター８ｂからスクリーン１に投影されている画像は右目で見ることが出来ず、プロジェクター８ａからスクリーン１に投影されている画像は左目で見ることができない。
従って、観察者の左右の目には、それぞれ対応した視差画像のみが観察されるため、奥行き感のある立体画像を認識できることになる。
【００３０】
図５は、図４に示した本発明の立体表示システムを側面から見た側面図である。
本発明のスクリーン１と水平方向に並んだ複数台のプロジェクター８とからなる。説明の簡略化のため、プロジェクター８は８ａの１台のみ示している。
ここで、プロジェクター８ａからスクリーン１上に映し出された画像光１０ａは、スクリーン１を構成する光散乱層５ａにより鉛直方向に散乱してスクリーン１から拡散出射され、表示光１１ａとなる。
【００３１】
このとき、プロジェクター８ａからの表示光１０ａは、光散乱層５ａでのみ散乱され、光散乱層５ｂでは、その入射角度が、光散乱層５ｂの屈折率の異なる部分の前記傾斜角度とは異なるため、散乱せずに透過する。
一方、同様にプロジェクター８ｂからの表示光１０ｂは、光散乱層５ｂでのみ散乱され、光散乱層５ａでは、その入射角度が、光散乱層５ａの屈折率の異なる部分の前記傾斜角度とは異なるため、散乱せずに透過する。
【００３２】
このため、スクリーン１は、１方向にのみ散乱機能を有し、且つスクリーン１への入射角度に対応した光散乱層でのみ散乱を生じるため、画像のクロストークといったことも無く、確実に観察者の左右の目で別々のプロジェクターから出射された視差画像を認識できることになる。
【００３３】
なお、本発明の立体像表示システムでは、プロジェクター８の数と光散乱層５の積層数を同じとして、１台のプロジェクターから投影される視差画像は、１枚の光散乱樹脂層５と対応させている。しかし、光散乱樹脂層５の水平方向の入射角度選択性の度合いによっては、１枚の光散乱樹脂層５で複数台のプロジェクター８からの投影表示光を散乱させることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のスクリーンは、水平方向には集光機能を、鉛直方向では散乱機能を有し、且つスクリーンへの入射角度（水平方向）に応じて散乱させる光を選択できるという効果がある。
【００３５】
また、本発明の立体像表示システムでは、モアレ縞による画質の劣化や、スクリーン内部での光量損失による画像の明るさ、或いはコントラストの低下がなく、製造時の精密な位置合わせを必要としないという効果がある。
【００３６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスクリーンの構成の一例を示す断面図。
【図２】本発明のスクリーン１を構成する光散乱樹脂層２を示す平面図。
【図３】本発明のスクリーン１を構成する光散乱樹脂層２を示す断面図。
【図４】本発明の立体像表示システムを示す説明図。
【図５】本発明の立体像表示システムを示す側面図。
【符号の説明】
１…スクリーン
２…光散乱層
３…透明基板
４…レンズシート
５…光散乱樹脂層
６…散乱が生じる角度で入射する光線
７…散乱が生じない角度で入射する光線
８…プロジェクター
９…投影レンズ
１０…画像光
１１…表示光
１２…観察者の目

Claims

水平方向に並設された複数の画像投影装置（プロジェクター）とスクリーンとからなる立体表示システムであって、
前記スクリーンは、
透明基板上に、２層以上の光散乱樹脂層からなる光散乱層と、レンズシートが積層されてなりレンズシートは、水平方向に集光機能を持ち、
前記光散乱層が、樹脂層内部に屈折率の異なる部分が不規則に分布し、それぞれの大きさは不規則ではあるが、その形状は、光散乱層表面では横長（水平方向に長い）に一様であり、
且つ、その屈折率の異なる部分が、光散乱層の厚さ方向（光散乱層表面と垂直な水平面内）では、光散乱層表面に対して、傾斜して層状に分布した状態の断面を有しており、
複数の光散乱層それぞれにおける前記傾斜角度が水平方向で異なっていることにより、水平方向については入射角度選択性と集光機能を、鉛直方向については散乱指向性を併せ持つスクリーンであり、
前記複数の画像投影装置（プロジェクター）を、前記スクリーン中央に投影方向を向けて配置し、それぞれのプロジェクターは、前記スクリーン上に表示しようとする物体の視差画像を配置位置に応じて投影可能としたことを特徴とする立体表示システム。