JP4893821B2 - 画像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数の画像表示素子を有するとともに、これらの画像表示素子の各表示面を観察者側に向けて当該各表示面に画像を表示する画像表示装置に関する。
近年、液晶パネルなどのフラットパネル型ディスプレイを用いた立体表示装置として、レンチキュラレンズ、パララックスバリア等により、両眼視差を有する複数の画像をそれぞれ左右の目に空間的に分離して呈示することで立体視を実現する立体表示装置が注目されている。この種の立体表示装置は、特別なメガネ等を装着する必要がないという利点を有している(例えば非特許文献1)。
立体視の効果を高める立体画像を生成する方法としては、視軸に対して斜め方向に透視投影変換して表示する方法がある(特許文献1)。図5は、立体画像を生成する方法について説明するための図である。図5に示す立体画像を生成する方法では、右眼視点121及び左眼視点122それぞれの視点に対応する画像を、右眼透視投影変換画像123及び左眼透視投影変換画像124として透視投影変換して、画像表示面125に投影する。このとき、画像表示面125に投影された右眼透視投影変換画像123及び左眼透視投影変換画像124は、視軸に対して斜め方向とする。この方法を用いて立体表示を行うと、観察者には立体像126が知覚される。このとき、観察者の観察位置と立体像126の投影像の各部分との距離が画像表示面125内で異なるため、観察者が画像表示面を意識しなくなることにより、両眼立体視における疲労感を低減できるという効果がある。また、この方法を用いると、画角が広く取れることにより、更に立体視の効果を高めることができるので、より臨場感のある立体映像を提供できる。
図6は、二つ以上の画像表示素子同士をつなぎ合わせた立体表示装置を説明する図である。画像表示素子130,131を用いて更に画角が広い立体表示装置を提供するには、二つ以上の画像表示素子130,131同士を、互いのなす角θが90度以上かつ180度以下になるようにつなぎ合わせることで実現できる。二つの画像表示素子130,131に、観察者の右眼134及び左眼135それぞれの視点位置から観察した右眼用透視投影変換画像132及び左眼用透視投影変換画像133を表示する。これにより、観察者は、立体像139を広い画角で観察できるので、臨場感のある立体映像を観察できることになる。
大越孝敬著「三次元画像工学」朝倉書店 P.11-21 米国特許6389236号公報 特開2004−54193号公報 特開2001−305312号公報
しかしながら、二つ以上の画像表示素子同士をつなぎ合わせた画像表示装置においては、一方の画像表示素子の表示面から発する光線が、他方の画像表示素子の表示面で反射することで映り込む、という問題が発生する。このとき他方の表示面に映り込む一方の表示面の画像を、以下「映り込み像」という。
図7は表示面における光の反射を説明するための図である。図7[1]において、立体画像素子130上の画素Aから発した光が観察方向141へ進行する光線には、画素Aから直接進む光線以外に、立体画像素子131の表面で反射する光線が存在する。この光線により、画素Aの映り込み像143が観察者140に観察される。同様に図7[2]において、立体画像素子131上の画素Bから発した光が観察方向141へ進行する光線には、立体画像素子130の表面で反射する光線が存在する。この光線により、画素Bの映り込み像145が観察者140に観察される。
このように、一方の表示面から発する光線が他方の表示面で反射することによる映り込み像が存在すると、視認性が低下する問題だけではなく、次のような問題も生ずる。観察者が立体像を認識する際に、双方の表示面の映り込み像によって生じる偽の立体像が同時に観察されるので、観察者に非常に大きな違和感を与える。
また、特許文献2,3には、ルーバフィルムを用いた画像表示装置が開示されている。ところで、特許文献2に示された画像表示装置は、ルーバフィルムにより観察者の右目と左目とに画像を空間的に分離して視差により立体視を実現しているものである。また特許文献3に示された画像表示装置は、ルーバフィルムによる輝度低下を偏光フィルムにより改善するものである。
これら特許文献2及び3に示されたルーバフィルムの構造では、表示面同士での映像の映り込みを回避することは不可能である。
本発明の目的は、一つの表示面の画像が他の表示面に映り込むことを抑制する画像表示装置を提供することにある。
前記目的を達成するため、本発明に係る画像表示装置は、2以上の画像表示素子を組み合わせて画像を表示する画像表示装置であって、前記2以上の画像表示素子は、画像をそれぞれの表示面に表示するものであり、
前記1以上の画像表示素子は、その表示面にルーバフィルムを有し、前記ルーバフィルムは、前記ルーバフィルムを有する表示面と異なる方向の表示面へ向う光線を遮光する指向特性を有することを特徴とするものである。
本発明によれば、画像を2以上の画像表示素子の表示面に表示し、ルーバフィルムを用いることにより、異なる方向の表示面へ向う光線を遮光するため、表示面への画像の映り込みを防止できる。
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態は、2以上の画像表示素子(1,2)を組み合わせて画像を表示する画像表示装置を対象とするものである。2つの画像表示素子1,2を組み合わせた場合を例にとって具体的に説明する。図1に示す2つの画像表示素子1,2は、画像をそれぞれの表示面1a,2aに表示する。画像を表示面1a,2aに画像を表示する場合、視点に対する視差画像を空間的に分離して表示する、すなわち立体的に表示する場合と、2次元の画像を表示面1a,2aに表示する場合とがある。前記視点に対する視差画像を空間的に分離するとは、図1に示す点13が観察者による視点であるとすると、観察者の右目用と左目用との画像に分離し、その分離した右目用画像と左目用画像とを2つの画像表示素子1,2の表示面1a,2aにそれぞれ表示することを意味する。具体的には、図1おける水平方向の画像表示素子1の表示面をX軸表示面1a、垂直方向の画像表示素子2の表示面をY軸表示面2aとすると、視点13に対する視差画像は図2に示すように、空間的に分離される、すなわち右目用画像4Rと左目用画像4Lとに分離してX軸表示面1aとY軸表示面2aとに渡って表示される。また、2次元の画像はX軸表示面1aとY軸表示面2aとに渡って表示される。
以下の説明では、視点に対する画像を空間的に分離して表示面に表示する場合を例にとって説明する。観察者は図1及び図2に示すように、両目を視点13に据えてX軸表示面1aとY軸表示面2aとに映し出された画像を観察すると、その右目でX・Y軸表示面1a,2aに表示されている右目用画像4Rを観察し、その左目でX・Y軸表示面1a,2aに表示されている左目用画像4Lを観察する。したがって、観察者にとっては、X・Y軸表示面1a,2aに表示された右目用画像4Rと左目用画像4Lとが面A´−B´の位置で合成して1つの画像5として観察することとなる。この場合、X・Y軸表示面1a,2aに、レンチキュラレンズ,パララックスバリア,インテクグラルフォトグラフィ用レンズアレイ或いはピンホールアレイなどの立体表示を行う光学系を備えることにより、面A´−B´内の画像5を立体的に表示することができる。また、前記立体的表示を行う光学系を用いない場合には、面A´−B´内の画像5を2次元画像として表示することができる。
本発明の実施形態に係る画像表示装置は基本的な構成として、前記1以上の画像表示素子(1,2)が、その表面にルーバフィルム6,7を有しており、前記ルーバフィルム6,7が、ルーバフィルム6,7を有する表示面と異なる方向の表示面へ向う光線を遮光する指向特性を有することを特徴とするものである。
図1の例に基づいて説明すると、画像表示素子1の表示面1aにルーバフィルム6を貼付けた場合、ルーバフィルム6が表示面1aから漏れて他の表示面2aに映り込もうとする光線を遮光する。画像表示素子2の表示面2aにルーバフィルム7を貼付けた場合、ルーバフィルム7が表示面2aから漏れて他の表示面1aに映り込もうとする光線を遮光する。画像表示素子1の表示面1a及び2aにルーバフィルム6,7をそれぞれ貼付けた場合、ルーバフィルム6が表示面1aから漏れて他の表示面2aに映り込もうとする光線を遮光し、ルーバフィルム7が表示面2aから漏れて他の表示面1aに映り込もうとする光線を遮光する。
したがって、本発明の実施形態によれば、視点に対する視差画像を空間的に分離して2以上の画像表示素子の表示面に表示し、ルーバフィルムを用いることにより、異なる方向の表示面へ向う光線を遮光するため、表示面への画像の映り込みを防止することができる。
また、図1に示す例を用いて、ルーバフィルム6,7を画像表示素子1,2の表示面1a,2aに貼付ける場合について説明する。2つの画像表示素子1,2の表示面1a,2aにルーバフィルム6,7をそれぞれ貼付ける場合、ルーバフィルム6,7が、いずれの画像表示素子1,2の表示面1a,2aにおいても同一方向の指向特性を有することが望ましいものである。同一方向の指向特性を有するとは、図1の例を用いて具体的に説明すると、視点13での画角14を10度とした場合、表示面1aに貼付けたルーバフィルム6の指向特性が全角で30度であって左斜め上方を向いた特性である場合、他の表示面2aに貼付けたルーバフィルム6の指向特性が同様に全角で30度であって、右斜め上方を向いた特性である場合を意味している。要は、同一方向の指向特性を有するとは、表示面1a,2aに貼付けたルーバフィルム6,7が、その全角が同一或いは近似し、かつ、その指向方向が同一或いは近似してその指向方向が視点13の位置で交差しないことを意味する。
以上のように本発明の実施形態によれば、ルーバフィルムが、いずれの画像表示素子の表示面においても同一方向の指向特性を有することにすれば、表示面からの光線が相互干渉することを回避して、確実に表示面への画像の映り込みを防止することができ、特に画像を立体的に表示する際に違和感のない臨場感のある立体画像を表示することができる。
次に、画像表示素子1,2として、画像を立体的に表示することが可能な画像表示素子を用い、立体的な画像5を表示する例を本発明の実施形態1として説明する。
まず、概要を説明する。本実施形態の画像表示装置は、二つの画像表示素子1,2を有するとともに、画像表示素子1,2の各表示面1a,2aを視点13側に向けて各表示面1a,2aに画像を表示するものにおいて、画像を表示する光を視点13側へ向ける指向性を有するルーバフィルム6,7を、各表示面1a,2aの前面に設けたことを特徴とする。表示面1a,2aの前面とは、視点13側の面を意味するものであって、後述するバックライト11,12を配置する側と反対側の面を意味する。
ここで、ルーバフィルム6,7がない場合を考えると、各表示面1a,2aが視点13側に向いているとき、視点13側からは表示面1a,2aの画像が一方から他方へ映り込むことによる映り込み像が見られる。
本実施形態では、表示面1a,2aの一方から出た光は、ルーバフィルム6,7の指向特性により、視点13側へ向かうことにより、表示面1a,2aの他方へ向かうことが抑制される。したがって、表示面1a,2aの一方の画像は、表示面1a,2aの他方に映り込むことが抑制される。
表示面1a,2aは、ともに矩形状であり、一辺で互いに接しており、それぞれ俯仰方向に配置されている。ここで、俯仰方向とは、視点13を中心として観察者が目を上下方向に移動させる方向に沿う方向を意味している。両方の表示面1a,2aがそれらの一辺で互いに接すると、両方の表示面1a,2aが連続することにより、画像に奥行感を持たせる、すなわち立体感を持たせる表示面が構成される。また、表示面1a,2aがそれらの一辺で互いに接するということは、表示面1a,2a同士が最も接近することを意味する。表示面1a,2a同士が近ければ近いほど、一方から他方を見た立体角が大きくなることにより、一方から他方への画像の映り込みも顕著になるので、本発明の効果も顕著になる。また、ルーバフィルム6,7の有する指向性が全て同一方向であることにより、表示面1a,2aの一方から表示面1a,2aの他方へ向かう光が大幅に抑制されるので、映り込み像も大幅に抑制される。表示面1a,2a同士のなす角θは90°としているが、これに限られるものではない。
更に、詳しく説明する。本実施形態の画像表示装置は、画像表示素子1,2を備えている。画像表示素子1,2の表示面1a,2aには、ルーバフィルム6,7が貼り合わされている。ルーバフィルム6,7は、視点13から観察する画角14の範囲内にのみ光を放射する指向性を持つ。ここで、表示面1a上の画素Aからの光線は、表示面2aの方向へ出射しない。そのため、画素Aの像が表示面2aへ映り込みことはない。同様に表示面2a上の画素Bからの光線は、表示面1aの方向へ出射しない。そのため、画素Bの像が表示面1aへの映り込みことはない。したがって、立体像5を形成する点A’及び点B’を通過する光線のみが、視点13に到達する。これにより、視点13からは、映り込み像による偽の立体像は観察されない。
ルーバフィルム6,7の指向性は、ルーバフィルムの一般的な製造技術によって得られる。一例を述べれば、光を反射又は吸収する物質からなる直線パターンを含む透明膜を、その直線パターンが互いに少しずつずれるように積層すればよい。例えば、ルーバフィルム面に対して45°の指向性を与えるには、各直線パターンをルーバフィルム面に対して45°に並ぶように重ねる。また、直線パターンの間隔や透明膜の積層枚数によって、指向性の鋭さを設計することもできる。もちろん、直線パターンの代わりに格子パターンなどを用いてもよい。
図2は、本発明の実施形態1を用いて立体表示を行う全体構成を示す図である。図2において、画像表示素子1,2が矩形形状の表示面1a,2aを有しており、それらの表示面1a,2aを一例として90度の角度θで繋ぎ合せている。
画像表示素子1,2は、液晶パネルの表示面21a,22aに立体画像表示手段の一部となる光学系としてレンチキュラレンズ(図示せず)が貼り合わせてある。また、ルーバフィルム6,7がレンチキュラレンズ上に配置されている。
画像表示素子1,2には、水平640画素×垂直480画素、画面サイズ水平32mm×垂直50mmのカラー液晶パネルを用いた。レンチキュラレンズのレンズピッチは100μm、そのレンズ数は320個とした。視点13と画像表示素子1,2との間の観察距離は400mmとし、画角(図1参照)は10度として設定した。ルーバフィルム6,7のルーバの角度は45度として、ルーバフィルム6,7の指向性は全角で30度とした。この条件で45度の観察角度で視点13における観察者の右眼13R及び左眼13Lそれぞれに対応した画像を、表示面1a,2aに光学的に独立に提示すると、特殊なメガネ等を装着せずに裸眼立体視が可能となる。またルーバフィルム6,7の作用により、二つの表示面1a,2a間相互の映り込みによる偽の立体像を、観察者が知覚することなく立体視することができた。
更に、本発明の実施形態1における画像表示素子1,2は、立体画像表示手段の一部となる画像処理回路27を備えている。画像処理回路27は、右眼視点画像信号25R及び左眼視点画像信号25Lを、右眼用透視投影画像に変換した画像4R及び左眼用透視投影画像に変換した画像4Lを生成、これらの画像4R,4Lのデータを画像表示素子1,2にそれぞれ出力する。画像処理回路27の動作によって、幾何学的に正しい立体像5を視点13で観察者に実時間で動画表示できる。なお、画像処理回路27は、近い距離のものほど両眼の視差が大きくなるように表示する。画像処理回路27は、当業者にとって周知の一般的な立体画像表示用の回路であるので、説明を省略する。なお、画像処理回路27として立体的に画像を表示するためのものを用いたが、これに代えて2次元の画像を表示面1a,2aに表示する画像処理回路を用いてもよいものである。
以上の画像表示装置によって表示面1a,2aに画像を表示したところ、映り込み像による偽の立体像が観察されない立体映像を観察者に提示することができ、視認性が高く臨場感のある立体表示装置を提供することができた。
立体画像は当然のことながら虚像である。一方、映り込み像も虚像である。そのため、映り込み像は立体画像として誤認されやすい。つまり、立体画像を表示する場合は、平面画像を表示する場合に比べて映り込み像による悪影響が大きいので、本発明の効果が最も顕著になる。
次に、図1及び図2に示す画像表示素子1,2を多視点画像表示に対応させ、n視点の立体画像表示をできるようにした例を本発明の実施形態2として説明する。
画像表示素子1,2には、実施形態1と同じカラー液晶パネルを用いた。レンチキュラレンズ(図示せず)のレンズピッチは50×nμm、レンズ数は640/n個とした。例えば視点数n=4の場合は、レンズピッチ200μm、レンズ数160個とした。視点13から表示面を観察する距離は400mmとして、画角は10度と設定した。ルーバフィルム6,7の角度は45度として、ルーバフィルム6,7の指向性を全角で30度とした。この条件で45度の観察角度で視点位置1から視点位置nまでの各視点に対応した画像を、表示面1a,2aに光学的に独立に提示すると、特殊なメガネ等を装着せずに裸眼立体視が可能となる。また、ルーバフィルム6,7の作用により、表示面1a,2a間相互の映り込みによる偽の立体像を、観察者が知覚することなく立体視することができた。
更に、画像表示素子1,2は、その一部となる画像処理回路37を備えている。画像処理回路37は、視点位置1から視点位置nまでの多視点画像信号35を、画像表示素子1,2それぞれに対応した視点位置1〜nにそれぞれ対応する透視投影画像に変換した画像36〜36を生成し、これらの画像36〜36のデータを画像表示素子1,2に出力し、観察者に幾何学的に正しい立体像34を実時間で動画表示する。なお、視点位置1〜nの画像36〜36には、各視点1〜nにおける観察者の右目及び左目の画像が含まれている。
以上の画像表示装置によって表示面1a,2aに画像を表示したところ、映り込み像による偽の立体像が観察されない立体映像を観察者に提示することができ、視認性が高く臨場感のある立体表示装置を提供することができた。
次に、ルーバフィルムを画像表示素子の表示面に貼付ける構成を変更した例を本発明の実施形態3として説明する。
本実施形態は図4に示すように、各画像表示素子1,2の表示面1a,2aの背面にルーバフィルム6,7を貼り付けて、ルーバフィルム6,7を画像表示素子1,2とバックライト11,12との間に配置している。ルーバフィルム6,7は、視点13で観察する画角14の範囲内にのみ指向性を持つ。
本実施形態では、バックライト11,12からの光が、正面側からルーバフィルム6,7の指向特性により例えば全角で30度の方向に偏向されて画像表示素子1,2に照射される。画像表示素子1,2は、バックライト11,12からルーバフィルム6,7を透過した光が入射することにより、表示面1a,2aに画像を表示する。この場合、ルーバフィルム6,7の指向特性で規制された光が入射するため、画像表示素子1,2の表示面1a,2aから放射される光線の向きがルーバフィルム6,7の指向特性により規制されているため、一方の表示面1a,2aからの光線が他方の表示面2a,1aへ入り込むことが制限され、画像の映り込みが回避される。
以上のように本実施形態によれば、ルーバフィルムが画像表示素子1,2の表示面相互間での画像の映り込みを回避するため、第一乃至第2実施形態と同様に、映り込み像による偽の立体像が観察されない立体映像を、観察者に提示することができる。
図4に示す画像表示素子1,2には透過型カラー液晶パネルを用い、バックライト11,12には白色LEDを用いたが、これに限られるものではない。バックライト11,12には、白色LED以外に、冷陰極管、レーザ等、各種光源を用いてもよい。また、画像表示素子1,2にカラーフィルタの無いモノクロ液晶パネルを用い、バックライト11,12に赤色,緑色,青色の画像を変調可能な各色のLEDやレーザを用い、これらのモノクロ液晶パネルとバックライトとの組合せにより、画像表示素子の表示面に画像をカラー表示するようにしてもよいものである。
なお、2枚の画像表示素子を90度の開き角度θで組み合わせたが、これに限られるものではなく、前記開き角度θを90度以上180未満の範囲に設定してもよいものである。また、画像表示素子として、画像を立体表示する画像表示素子を用いたが、これに代えて、2次元での画像表示を行う平面画像表示素子を用いてもよいものである。2次元での画像表示を行う画像表示素子を用いる場合、2枚の画像表示素子の開き角度θを90度以下に設定してもよいものである。
また、以上の実施形態では、2枚の画像表示素子を組み合わせたが、これに限られるものではなく、2以上の画像表示素子を組み合わせてもよいものである。また、全ての画像表示素子の表示面にルーバフィルムを貼付ける必要はなく、一部の表示面にルーバフィルムを貼付けてもよいものである。要は、一方の表示面に映し出される画像が他の表示面に映り込まない場合には、一部の表示面のみにルーバフィルムを貼付けてもよいものである。また、ルーバフィルムの指向特性は、互いの表示面同士で画像の映り込みが生じない範囲であれば、表示面に貼付けられるルーバフィルムの指向角度を必ずしも同一の角度に設定する必要がない。
また画像表示素子は、液晶パネル、有機ELパネル、プラズマディスプレイパネル、表面電界ディスプレイパネル、又はその他の各種フラットディスプレイパネルを用いることができるが、パネル以外のCRTなどでもよく、また画素数及び画面サイズの大きなパネルを用いてもよい。
以上、実施形態(及び実施例)を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態(及び実施例)に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は2007年3月2日に出願された日本出願特願2007−053305を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
本発明によれば、表示面同士での画像の映り込みを回避でき、特に画像を立体表示する場合に視認性が高く臨場感のある画像表示を行うことができるものである。
本発明に係る画像表示装置の第一実施形態を示す構成図である。 本発明に係る画像表示装置の第二実施形態を示す構成図である。 本発明に係る画像表示装置の第三実施形態を示す構成図である。 本発明に係る画像表示装置の第四実施形態を示す構成図である。 関連する技術における立体画像を生成する方法について説明するための図である。 二つ以上の画像表示素子同士をつなぎ合わせた立体表示装置を説明する図である。 表示面における光の反射を説明するための図である。
符号の説明
1,2 画像表示素子
1a,2a 画像表示素子の表示面
6,7 ルーバフィルム
11,12 バックライト
27,37 画像処理回路

Claims (9)

  1. 2以上の画像表示素子を組み合わせて画像を表示する画像表示装置であって、
    前記2以上の画像表示素子は、画像をそれぞれの表示面に表示するものであって、その表示面にルーバフィルムをそれぞれ有し、
    前記それぞれの表示面の前記ルーバフィルムは、いずれの前記画像表示素子の表示面においても同一方向の指向特性を有し、且つ前記ルーバフィルムを有する表示面とは異なる表示面へ向う光線を遮光する指向特性を有しており、
    前記ルーバフィルムを有する2以上の画像表示素子は、それぞれの表示面同士を交差させて配置されていることを特徴とする画像表示装置。
  2. 前記ルーバフィルムは、前記画像表示素子の表示面の前面に配置した請求項1に記載の画像表示装置。
  3. 前記ルーバフィルムは前記画像表示素子の表示面の背面に配置し、前記ルーバフィルムを前記表示面とバックライトとの間に配置した請求項1に記載の画像表示装置。
  4. 前記2以上の画像表示素子は、視点に対する視差画像を空間的に分離してそれぞれの表示面に立体的な画像を表示する処理手段を有する請求項1に記載の画像表示装置。
  5. 前記処理手段は、少なくとも2つの視点に対応する視差方向の映像を各画像表示素子の位置関係に応じた画像に変換して投射する請求項に記載の画像表示装置。
  6. 前記2以上の画像表示素子は、2次元の画像を表示する処理手段を有する請求項1に記載の画像表示装置。
  7. 前記2以上の画像表示素子は、前記表示面を俯仰方向に配置して組合わされている請求項1に記載の画像表示装置。
  8. 前記ルーバフィルムは、観察者の視点における画角の範囲に光線を導く指向特性を有する請求項1に記載の画像表示装置。
  9. 前記2以上の画像表示素子は、右眼用と左眼用との画像をそれぞれの表示面に表示して1つの画像に合成するものであることを特徴する請求項1に記載の画像表示装置。
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