JP4747408B2 - スクリーンとそれを用いた立体表示システム - Google Patents
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Description
【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 (1)
- 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。
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