JP5073156B2 - ２次元及び３次元映像の互換が可能な多視点３次元映像システムの映像表示部 - Google Patents

Description

本発明は３次元映像表示システムに係り、特に２次元及び３次元映像の互換が可能な多視点３次元映像システムの映像表示部に関する。

３次元ディスプレイは立体表示方式、視点、観察条件、観察者の別途のめがねの着用有無によって分類しうる。ディスプレイから提供される映像を観察者に立体的に認識させるために主に両眼視差を用いるが、両眼に相異なる角度で観察された映像が入力されれば、頭脳の作用によって空間感を認識できる。立体映像ディスプレイによる立体視覚の認識程度を基準に大きく２眼方式（ｓｔｅｒｏｓｃｏｐｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）と３次元方式（Ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）とに分けられる。

前記２眼方式では、両眼視差を有する２枚の２次元映像を左側目と右側目に各々提示して全体映像を立体的に認識させる。前記２眼方式の場合、２眼で撮影した左右映像を表示する。したがって、前記２眼方式は立体映像の観測方向が一方向にのみ固定される短所がある。

前記３次元方式は物体を複数の方向で撮影した映像を表示する。したがって、複数の方向で３次元映像を認識できる長所がある。３次元映像表示技術の１つである多眼像表示方式は複数の方向で撮影した両眼視差画像を表示する方式であって、ここにはパララックスパノラマグラム方式、レンチキュラー方式、ＩＰ（ｉｎｔｅｇｒａｌ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ）方式、スリットスキャン方式などがある。

前記ＩＰ方式は、別途の観察用めがねが要らず、所望の位置で立体映像を自動的に得られて３次元映像を作るのに有用である。前記ＩＰ方式のディスプレイはマイクロレンズアレイまたはピンホールアレイなどを含み、医学、工学、シミュレーション等に広く応用されている。

図１は、ＩＰ方式の従来の技術による３次元映像具現システム（以下、従来のシステムと略称する）の構成を概略的に示す。図１を参照するに、従来のシステムはカメラで撮影された映像を３次元映像信号に変えるための第１ないし第３マイクロレンズアレイ１１１、１１３、１１４とＴＶピックアップチューブ１１６とを備える。第１及び第２マイクロレンズアレイ１１１、１１３は光拡散層１１２を挟んで付着されており、第３マイクロレンズアレイ１１４及びＴＶピックアップチューブ１１６は光感知層１１６を挟んで付着されている。第２及び第３マイクロレンズアレイ１１３、１１４は離隔されている。第１ないし第３マイクロレンズアレイ１１１、１１３、１１４は全て同一なフライアイレンズである。

第１ないし第３マイクロレンズアレイ１１１、１１３、１１４とＴＶピックアップチューブ１１６とを経た前記３次元映像信号は送信部１１７を通じて送出される。送信部１１７から送出された前記３次元映像信号は受信部１１８に受信された後、ディスプレイ部１２０に伝送される。ディスプレイ部１２０は伝送された３次元映像信号を表示するために、前面に蛍光スクリーン１２０ｂを備えるディスプレイ１２０ａと蛍光スクリーン１２０ｂとを挟んでディスプレイ１２０ａに付着された第４マイクロレンズアレイ１２０ｃを備える。蛍光スクリーン１２０ｂは前記伝送された３次元映像信号が有する映像を表示し、視聴者は第４マイクロレンズアレイ１２０ｃを通じて蛍光スクリーン１２０ｂに表示された前記映像を立体的に見るようになる。蛍光スクリーン１２０ｂに表示された映像は第１ないし第３マイクロレンズアレイ１１１、１１３、１１４を通じてＴＶピックアップチューブ１１６の感光層１１５に形成された像と同一である。第４マイクロレンズアレイ１２０ｃは第３マイクロレンズアレイ１１４と同じ構成を有している。ディスプレイ１２０ａと第４マイクロレンズアレイ１２０ｃとの関係はＴＶピックアップチューブ１１６と第３マイクロレンズアレイとの関係と同じである。したがって、視聴者が第４マイクロレンズアレイ１２０ｃの前方で蛍光スクリーン１２０ｂに表示された映像を見ることによって実際に撮影された物体の仮想的な立体映像を認知するようになる。

一方、シミュレーションまたは医学的な分析システムなど大部分の分野で３次元映像と共に選択的に２次元映像が具現される必要がある。

ところで、前記従来システムは３次元専用であるために、２次元と３次元映像との選択的な具現が不可能である。これにより、従来システムが適用されうる分野はきわめて制限的である。

また、マイクロレンズアレイは垂直及び水平視差を同時に示し、体積型の映像を表示するが、１つのマイクロレンズに被写体の全体像を記録せねばならないので、マイクロレンズの直径に該当する面積に被写体の全体像を規定解像度で表示できる表示素子の開発が必要であり、相対的に高解像度を有するマイクロレンズアレイを作るのに難点がある。

また、マイクロレンズ間の空間により与えられる映像の不連続性も問題となりうる。また、マイクロレンズとレンズ間に形成される境界線により歪曲や変形が起きて３次元映像の再現時に像が重なって見えるゴースト現象が現れうる。
韓国特許公開第２００１−００９８３０８号 韓国特許公開第２００３−００２２５８１号 ＷＯ特許公開第ＷＯ０１／２０３８６ 米国特許公開第６，３０７，５８５号 特開２０００−１０２０３８号公報 特開２００２−３１８３６号公報

本発明が解決しようとする技術的課題は、前記問題点を改善するためのものであって、特に既存の２次元映像表示システムを使用しつつ必要時に２次元及び３次元映像を表示できる３次元映像表示部を提供するところにある。

前記技術的課題を達成するために本発明は、２次元あるいは３次元映像が表示される映像表示パネル及び前記映像表示パネルの後方に備えられて入射光を前記映像表示パネルに屈折させる光学板を備えることを特徴とする２次元及び３次元映像の互換が可能な３次元映像表示部を提供する。

本発明の実施例によれば、前記映像表示パネルと前記光学板間に前記光学板の映像が前記映像表示パネルに表示されることを防止するための視差障壁板がさらに備えられる。この際、前記視差障壁板は前記光学板に接触する。

前記光学板は所定の角度に回転されたもので有り得る。

前記映像表示パネルは、前記光学板の焦点を通過して発散する光の最初の交点を含む仮想面に位置することが望ましい。

前記視差障壁板は、前記光学板への入射光の集光位置に備えられたことが望ましい。

前記光学板は、レンチキュラー板であることが望ましいが、交差レンチキュラー板またはマイクロレンズアレイとなりうる。前記交差レンチキュラー板は２枚のレンチキュラー板が接触したものであって、各レンチキュラー板に含まれたレンズの配列方向が相互垂直に交差すべく整列されて接触したことが望ましい。

前記視差障壁板は、前記光の集光位置に対応する領域だけ透明なＬＣＤパネル、グリッド配列板またはピンホール配列板よりなっている。

また、本発明は前記技術的課題を達成するために、３次元映像が表示される場合、多視点映像が表示され、２次元映像が表示される場合には完全に透明になる第１平板表示素子と、前記第１平板表示素子からの入射光を屈折させつつ与えられた方向に視差を与える光学板と、３次元映像を表示する時は前記光学板を通過した光に対して前記光学板によって与えられた視差と垂直な方向の視差を与え、２次元映像を表示する時は単純に該当２次元映像を表示する表示手段とを順次に備えることを特徴とする２次元及び３次元映像の互換が可能な３次元映像表示部を提供する。

本発明の実施例によれば、前記第１平板表示素子は偏光状態が反対である第２偏光板と、前記第１及び第２偏光板間に備えられた液晶層とを含むＬＣＤパネルであることが望ましい。

前記光学板はレンチキュラー板である。前記表示手段は第２平板表示素子であり、例えば、偏光状態が反対である第３及び第４偏光板と、前記第３及び第４偏光板間に備えられた液晶層とを含むＬＣＤパネルであるが、前記第２及び第３偏光板の偏光状態は同じであることが望ましい。

本発明の他の実施例によれば、前記表示手段は前記光学板に付着されたＬＣＤパネルであって、液晶層と光放出面に前記第１偏光板と同じ偏光状態を有する偏光板を備えるＬＣＤパネルでありうる。

本発明のさらに他の実施例によれば、前記表示手段は偏光状態が同一である２偏光板と、前記２偏光板間に備えられた液晶層とを含むＬＣＤパネルでありうる。

本発明による３次元映像表示部を利用すれば、３次元映像はもとより、２次元映像も得られる。

以下、本発明の実施例による２次元及び３次元映像の互換が可能な３次元映像表示部を添付した図面を参照して詳細に説明する。この過程で図面に示された層や領域の厚さは明細書の明確性のために誇張して示した。

本発明は方向性照明光と１枚または２枚の映像表示パネルとＩＰ、レンチキュラー板または視差障壁板を使用して２次元映像と３次元映像とを互換できる、即ち２映像を選択的に表示できる多視点３次元映像システムの具現のための映像表示部を提供する。

３次元映像システムは現在の２次元映像システムに代えられる次世代映像システムである。現在はユーザの大部分が２次元映像システムを使用しているために、２次元映像システムと互換性のない３次元専用映像システムの実用化可能性は高くない。

２次元映像と３次元映像との互換性の側面で見る時、３次元映像システムは現在広く使われている２次元映像システムで使用する部材、例えば撮影カメラと映像表示パネルとをそのまま使用できなければならない。そして２次元映像伝送方式をそのまま利用できなければならない。また、映像表示パネル自体も２次元映像を３次元映像に、あるいはその逆に表示できなければならない。

こういう互換性側面で見る時、特殊光学板を使用した視域形成により３次元映像を表示する視点映像方式が最も望ましい３次元映像方式であると言える。

後述する２次元映像と３次元映像との互換はＬＣＤパネルを視差障壁板として使用する水平視差方式の多視点３次元映像システムの場合、前記視差障壁板を２次元映像表示パネルとして使用し、多視点映像を表示した元の表示画面は照明光源板として使用する。または前記多視点映像の代りに同じ視点映像を反復的に表示する場合、解像度は多少減るが、２次元映像は表示できる。

一方、上下及び左右に視差を与える完全視差方式は前記水平視差方式と特別な差はない。但し、前記完全視差方式の場合、上下及び左右に視差を提供せねばならないために、視差障壁板の代りに２次元ピンホール配列板を使用する。前記２次元ピンホール配列板はＬＣＤよりなるので、これを映像表示パネルとして使用することもできる。しかし、この場合、ピンホールを通じた照明光の通過が少なくて表示される３次元映像が暗くなる。これにより、前記２次元ピンホール配列板の代わりにＬＣＤを使用する場合、非常に明るい照明光が適合である。

前記完全視差方式でマイクロレンズアレイまたは相互直交する２枚のレンチキュラー板を使用できるが、この時は同一視点の映像を反復的に表示する方法で３次元映像を２次元映像に転換しうる。しかし、この場合は映像表示パネルの解像度が低下され、これら板の存在により与えられる視覚的な効果が多少落ちることはあるが、映像表示パネルとマイクロレンズアレイまたは相互直交する２枚のレンチキュラー板間に視差障壁板を位置させる方法で解消されうる。

一方、２次元映像及び３次元映像の互換のための映像表示部を具現するために、本発明はレンチキュラー板、視差障壁板またはＩＰ板と平行光または平行に近い方向性照明光を組合わせた映像表示部を提供する。

一般的に平板表示パネルを使用する多視点３次元映像システムの場合、視域形成のための特定光学板が平板表示パネルの前方に平板表示パネルと接触すべく備えられる。また、平板表示パネルの１ピッチに表示される多視点映像の同一位置画素線を多視点映像の各々に対応するカメラの相対的な位置と同一に配列するが、完全視差映像の場合、１つのマイクロレンズ内の同一位置画素を集めて１つの画素セル内にカメラの相対的な位置と同一に配列する。このようにすれば、各ピッチ内の画素線や各マイクロレンズ内の画素セルに配列された画素が視点別に分離されて視域での視聴が可能となる。

ところで、２次元映像と３次元映像との互換のためには映像表示パネルが視聴者と対面せねば特定光学板による解像度の低下を避けられない。したがって、特定光学板を前記映像表示パネルの後方に備えることが望ましい。これにより、２次元映像は前記映像表示パネルにそのまま表示すれば良く、３次元映像を表示するためには前述したように画素セル単位で多視点映像を配列すればよい。

特定光学板が映像表示パネルの後方に備えられた場合にも一般の３次元映像システムのように前記特定光学板の各ピッチに対応する前記映像表示パネル内の映像を所定方向に送って画素セル単位で分散されている視点映像を視点別に分離する必要がある。したがって、照明光としては拡散光の代わりに方向性照明光である平行光を使用するか、平行光に近い光を使用することが望ましい。

一方、映像表示パネルの後方に備えられる前記特定光学板の種類及び備えられた位置によって前記映像表示パネルが備えられる位置も変わりうる。

例えば、前記特定光学板がマイクロレンズアレイである場合、図２に示されたように映像表示パネル１３０はマイクロレンズアレイ１３２の焦点Ｆに集光された光が発散して最初に出合う地点Ｐ０を含む位置に備えられることが望ましい。

映像表示パネルの後方に備えられる前記特定光学板がレンチキュラー板である場合、前記映像表示パネルが備えられる位置は図３及び図４に示されたように入射光が前記特定光学板の何処に入射されるかによって変わる。

まず、図３は第１レンチキュラー板１４０のレンズ方向が平行光１４２と対向する場合である。図３を参照するに、平行光１４２が第１レンチキュラー板１４０のレンズ面に入射される場合、前記レンズ面を構成するレンズ１４４それぞれの第１焦点距離ｆ１、即ちレンズ１４４の頂点１４６から第１レンチキュラー板１４０の背面１４８、即ち平行光１４２の放出面までの距離が同一であれば、平行光１４２はレンズ１４４各々により屈折されて第１レンチキュラー板１４０の背面１４８に存在する第１焦点Ｆ１に集光される。このように第１焦点Ｆ１に平行光１４２が集光されるので、第１レンチキュラー板１４０に平行光１４２が入射されつつ第１レンチキュラー板１４０の背面１４８に第１レンチキュラー板１４０を構成するレンズ１４４と同数の光点が存在する。第１レンチキュラー板１４０の第１焦点Ｆ１に集光された光は第１焦点Ｆ１を通過し、再び発散されつつ前記発散された光は相互交差する。前記発散光が最初に交差する第１地点Ｐ１を含む第１面Ｓ１と二番目に交差する第２地点Ｐ２を含む第２面Ｓ２は第１レンチキュラー板１４０の背面１４８と平行している。映像表示パネル１５２が第１面Ｓ１に備えられる場合、前記発散された光の境界線のうち最も内側の境界線により形成される地域で映像表示パネル１５２全体が見られるので、この地域が視域となる。

図４は、平行光１４２が第１レンチキュラー板１４０の背面１４８を通じて入射される場合である。図４を参照するに、第１レンチキュラー板１４０の配置形態から、平行光１４２が第１レンチキュラー板１４０に入射される場合は、平行光１４２が平面−凸レンズに入射される場合と類似していることが分かる。したがって、第１レンチキュラー板１４０に入射された平行光１４２は第１レンチキュラー板１４０を構成するそれぞれのレンズ１４４の頂点１４６から第２焦点距離ｆ２に該当する距離だけ離隔した第２焦点Ｆ２に集光される。第１焦点Ｆ１に集光された光は第１焦点Ｆ１を通りつつ再び発散する。映像表示パネル１５２は各第１焦点Ｆ１からの発散光が最初に交差する地点Ｐ３を含む第３面Ｓ３に備えられたことが望ましい。

一方、図３及び図４に示したような映像表示部の場合、映像表示パネル１５２を通じて第１レンチキュラー板１４０の映像が表示してする元の映像と共に同時に見られる。この場合、元の表示映像の質が低下する恐れがあるので、図３及び図４に示した映像表示部に第１レンチキュラー板１４０の映像が見られないようにする所定の手段を具備しうる。前記手段は映像表示パネル１５２と第１レンチキュラー板１４０間に備えられたことが望ましい。

前記手段は第１レンチキュラー板１４０の焦点を含む面に位置して第１レンチキュラー板１４０の焦点を通過する光は透過させ、焦点以外の他の所を透過する光は遮断させうる板であることが望ましい。

これにより、図３及び図４に示した映像表示部に前記手段が備えられる位置は変わる。

図５は、図３に示した映像表示部に前記手段が備えられた場合を示し、図６は図４に示した映像表示部に前記手段が備えられた場合を示す。図５を参照するに、第１レンチキュラー板１４０の背面１４８に入射光の一部は透過させ、一部は遮断させる第１光学板１５４が備えられている。第１光学板１５４は第１レンチキュラー板１４０を通過した光のうち第１焦点Ｆ１を通過する光は透過させ、第１焦点Ｆ１以外の領域に入射された光は遮断させる。このために第１光学板１５４に第１焦点Ｆ１に対応する複数の投光領域１５４ａが備えられている。第１光学板１５４で投光領域１５４ａ以外の残りの領域１５４ｂは遮光領域である。

一方、第１レンチキュラー板１４０の背面１４８が平行光１４２と対向する場合に第１レンチキュラー板１４０を構成する各レンズ１４４の第２焦点Ｆ２は第１レンチキュラー板１４０のレンズ面から第２焦点距離だけ離隔した所に存在するので、図５に示した映像表示部の場合、第１光学板１５４は図６に示されたように第１レンチキュラー板１４０と映像表示パネル１５２間の第２焦点Ｆ２を含む第４面Ｓ４に備えられたことが望ましい。この場合、第１光学板１５４は投光領域１５４ａが第２焦点Ｆ２の位置に位置するように備えられたことが望ましい。

第１光学板１５４が一方向にだけ視差を与える場合、即ち第１光学板１５４に備えられた投光領域１５４ａがスリット形態である場合、前記視差障壁板と同一である。しかし、第１光学板１５４が水平及び垂直方向に視差を与える場合、即ち完全視差を与える場合、第１光学板１５４は２次元ピンホール板またはグリッド板と同一でありえる。

図７は、平行光の代りに点光源を照明光として使用する場合において、レンチキュラー板と映像表示パネルとの相対的な位置を示す。図７を参照すれば、第１レンチキュラー板１４０から所定距離ｄだけ離隔した位置の点光源１６０から発散される光１６２に対する第１レンチキュラー板１４０を構成するレンズ１４４の第３焦点Ｆ３は第１レンチキュラー板１４０の背面１４８から一定距離ｄ１離れた位置に形成される。したがって、照明光が点光源１６０である場合、第１光学板１５４は投光領域１５４ａが第３焦点Ｆ３の位置に位置するように備えられたことが望ましい。映像表示パネル１５２は第３焦点Ｆ３を過ぎて発散された光の最初の交差位置に備えられる。

図３及び図４に示した映像表示部で同じ光学特性を有する２枚のレンチキュラー板を各々レンズ面が相互交差するように、望ましくは垂直に交差するように付着すれば完全視差方式で映像を表示できる。これについては後述される。

図３及び図４に示した映像表示部の場合、視域が１つとして与えられるために、深さ感が逆転されて見られる地域（Ｐｓｅｕｄｏｓｃｏｐｉｃ）がなく、一方、視域が映像表示パネル１５２から遠く離れた位置に形成される。したがって、多数の人が見る場合、多少の不便さが有り得る。

このような不便は平行光１４２を第１レンチキュラー板１４０に斜入射させることによって解消されうる。即ち、所定の入射角で平行光１４２を第１レンチキュラー板１４０に入射させる場合、平行光１４２の入射角に比例して第１レンチキュラー板１４０を構成する各レンズ１４４の焦点が隣接するレンズ側に移動する。したがって、第１レンチキュラー板１４０を構成するレンズ１４４のうち何れか１つのレンズの焦点がすぐ隣のレンズの中心に位置すべく平行光１４２の斜入射角（あるいは入射角）を調節しうる。これにより、平行光１４２による視域と隣接する視域を得られる。

照明光が点光源である場合にも相異なる方向で点光源を照明することによって複数の視域を形成しうる。

次いで、方向性照明光を使用して２次元映像と完全視差３次元映像の互換が可能な映像表示部について説明する。

図８を参照すれば、前記映像表示部は背面１４８に方向性照明光１７０が入射される第１レンチキュラー板１４０、第１レンチキュラー板１４０とレンズ面が接触した第２レンチキュラー板１７２及び映像表示パネル１５２を含む。第１及び第２レンチキュラー板１４０、１７２を構成するレンズ１４４、１７４の物理的特性、例えば材質、曲率、焦点距離、幅等は同一であることが望ましい。したがって、第１及び第２レンチキュラー板１４０、１７４は構成レンズの配列方向が異なることを除いては同じ光学特性を示す。第１レンチキュラー板１４０を構成するレンズ１４４は第２レンチキュラー板１７２を構成するレンズ１７４と直交すべく配列されたことが望ましい。

図８に示した映像表示部の場合、第１レンチキュラー板１４０のレンズ１４４は水平方向に、第２レンチキュラー板１７４のレンズ１７４は垂直方向に配列されているが、各レンズ１４４、１７４の配列方向は反対になりうる。

このような第１及び第２レンチキュラー板１４０、１７２が交差されている場合は、第１レンチキュラー板１４０を構成するレンズ１４４あるいは第２レンチキュラー板１７２を構成するレンズ１７４の幅と同じ長さの辺を有する正方形レンズが互いに辺を当接させて配列された場合と同一になる。したがって、方向性照明光１７０は第２レンチキュラー板１７２の背面または背面から若干離れた位置に第４焦点Ｆ４を結ぶ。方向性照明光１７０は第４焦点Ｆ４を透過しつつ発散されるが、発散された光の最初の交点を含む平面（図示せず）に映像表示パネル１５２が備えられている。

第１及び第２レンチキュラー板１４０、１７２の代りにマイクロレンズアレイが備えられ、図９はこれを示す。図９を参照するに、方向性照明光１７０の第５焦点Ｆ５がマイクロレンズアレイ１８０から各マイクロレンズ１８０ａの第３焦点距離ｆ３だけ離隔した所に結ばれることを除いては、第１及び第２レンチキュラー板１４０、１７２が備えられた場合と同一である。

図８及び図９において、第１及び第２レンチキュラー板１４０、１７２及びマイクロレンズアレイ１８０が映像表示パネル１５２に表示されることを防止するために、第４焦点Ｆ４を含む面及び第５焦点Ｆ５を含む面に第１光学板１５４と同等な役割をする光学板が備えられる。

一方、多数の視域を形成するために多数の照明光を使用して第１及び第２レンチキュラー板１４０、１７２またはマイクロレンズアレイ１８０よりなる光学板に入射される入射角を異ならせうる。

例えば、第１及び第２レンチキュラー板１４０、１７２を交差状態のままに所定の角度に回転させる。この際、第１及び第２レンチキュラー板１４０、１７２に入射される光、即ち映像も同じ角度及び同じ方向に回転させて前記交差されたレンチキュラー板に入射させる。第１及び第２レンチキュラー板１４０、１７２の代わりに、マイクロレンズアレイ１８０が使われた場合にも同一である。

図１０は、本発明の他の実施例による映像表示部の平面図であって、ＬＣＤバックライトから発生した光を照明光として使用し、レンチキュラー板と視差障壁板とを使用して２次元映像と完全視差３次元映像とを選択的に具現できる映像表示部を示す。図１０を参照するに、第３レンチキュラー板１９０の背面に映像表示パネル１９２が接している。映像表示パネル１９２は所定の平板表示素子、例えばＬＣＤパネル（以下、第１ＬＣＤパネルと称する）であって、拡散光１９４によって照明される。拡散光１９４はＬＣＤバックライトから発生する。第３レンチキュラー板１９０の各レンズ１９８の表面よりなるレンズ面に隣接して視差障壁板１９６が置かれている。視差障壁板１９６が示す視差は第３レンチキュラー板１９０が如何なる視差を有するかによって変わる。

例えば、第３レンチキュラー板１９０が水平視差を示せば、視差障壁板１９６は垂直視差を示すことが望ましく、第３レンチキュラー板１９０が垂直視差を示せば、視差障壁板１９６は水平視差を示すことが望ましい。

したがって、第３レンチキュラー板１９０が水平視差を示す場合、図１１に示されたように視差障壁板１９６は一定の間隔を有して水平方向に平行に形成された第１スリット２００で構成される。

また、第３レンチキュラー板１９０が垂直視差を示す場合、図１２に示されたように視差障壁板１９６は水平視差を示すために水平方向に一定間隔をおいて垂直方向に相互平行に形成された第２スリット２０２で構成されうる。

図１０において視差障壁板１９６は完全視差を有する３次元映像表示のために均一な厚さの薄いガラス板で形成されうるが、２次元映像と３次元映像との互換のためにはガラス板の代わりに、別の平板表示素子、例えば第２ＬＣＤパネルを使用することが望ましい。

視差障壁板１９６として第２ＬＣＤパネルを使用する場合、３次元映像表示のために第３レンチキュラー板１９０の背面と接触した第１ＬＣＤパネル１９２には多視点映像を表示し、視差障壁板１９６は本来の視差障壁として使用する。

２次元映像を表示するためには第１ＬＣＤパネル１９２は完全透明にし、視差障壁板１９６に２次元映像を表示する。

このように、２次元映像と３次元映像との互換が可能な完全視差３次元映像を表示するためには２枚のＬＣＤパネルを必要とする。

一般的なＬＣＤパネルは９０°ないし２７０°の位相差を有する２枚の偏光板とその間に存在する液晶層とを含む。このようなＬＣＤパネルに一定方向に偏光された偏光ビームが前記液晶層を通過する時、前記液晶層に所定強度の電圧を印加すれば、前記電圧の強度によって前記液晶層に含まれた液晶の回転程度が変わって前記液晶層を通過するビームの量は前記ビームの偏光状態によって変わる。つまり、前記液晶層に印加する電圧を調節することによって、前記ＬＣＤパネルを通じて表示される映像の輝度を調節しうる。

このようにＬＣＤパネルは偏光ビームを利用するので、少なくとも２枚のＬＣＤパネルを配列する場合、各ＬＣＤパネルに内蔵された偏光板の偏光方向を考慮して前記２枚のＬＣＤパネルが相互偏光されたビームを相殺させないようにＬＣＤパネルを配列することが望ましい。

図１３は、前記多視点映像表示用の第１ＬＣＤパネル１９２に含まれた第１及び第２偏光板２１０、２１２と第１及び第２偏光板２１０、２１２の偏光方向と第１及び第２偏光板２１０、２１２間に備えられた第１液晶層Ｃ１とを示し、図１４は、視差障壁板１９６が第２ＬＣＤパネルである場合、前記第２ＬＣＤパネルに含まれた第３及び第４偏光板２１４、２１６と、第３及び第４偏光板２１４、２１６の偏光方向と、第３及び第４偏光板２１４、２１６間に備えられた第２液晶層Ｃ２とを示す。

図１３を参照するに、第１ＬＣＤパネル１９２の前方、即ち照明光の入射方向に備えられた第１偏光板２１０は垂直偏光方向２２０を有する。そして、第１ＬＣＤパネル１９２の後方、即ち第３レンチキュラー板１９０との接触方向に備えられた第２偏光板２１２は水平偏光方向２２２を有する。したがって、図１３に示した第１ＬＣＤパネルを通過した光は全て水平偏光方向２２２を有する。したがって、視差障壁板として使われた前記第２ＬＣＤパネルの第３偏光板２１４が垂直偏光方向を有するならば、第１ＬＣＤパネル１９２を通過した光は理想的な場合に前記第２ＬＣＤパネル内に存在しない。これにより、第３偏光板２１４が垂直偏光方向を有する前記第２ＬＣＤパネルは使用できなくなる。

したがって、前記第２ＬＣＤパネルの第３偏光板２１４は水平偏光方向２３０を有することが望ましく、第４偏光板２１６は垂直偏光方向２３２を有することが望ましい。

前述したように、前記第２ＬＣＤパネルは視差障壁板１９６として使われるために、第３レンチキュラー板１９０の表す視差方式によって前記第２ＬＣＤパネルに第１スリット２００または第２スリット２０２に対応する領域が形成されねばならない。

前記第２ＬＣＤパネルで第１及び第２スリット２００、２０２に対応する領域は第１ＬＣＤパネル１９２を通過した水平方向に偏光された光の減衰なしに通過できる領域であり、残りの領域は前記偏光された光が通過できない領域である。したがって、前記第２ＬＣＤパネルで第１スリット２００または第２スリット２０２に対応する領域の液晶層にだけ電圧を印加して第１スリット２００または第２スリット２０２に入射される前記水平方向に偏光された光の偏光状態を、第４偏光板２１６と同じ垂直方向に偏光された光になるように変える。そして、第１スリット２００または第２スリット２０２を除いた残りの領域の液晶層には電圧を印加しない。これにより、第１スリット２００または第２スリット２０２を除いた前記残りの領域に入射される偏光された光の偏光状態は入射時と同一な水平方向の偏光状態であって、液晶層を経て垂直方向の偏光状態を有する第４偏光板２１６に入射される。このような結果によって、前記第２ＬＣＤパネルで第１スリット２００または第２スリット２０２に対応する領域に入射された光のみが前記第２ＬＣＤパネル、即ち視差障壁板１９６を通過し、結果的に第３レンチキュラー板１９０と前記第２ＬＣＤパネルは完全視差を示す。

一方、図１３及び図１４から分かるように、第１ＬＣＤパネル１９２の第２偏光板２１２と前記第２ＬＣＤパネルの第３偏光板２１４の偏光状態は同一である。したがって、第１ＬＣＤパネル１９２の第２偏光板２１２を通過しつつ水平方向に偏光された光は再び水平偏光状態である前記第２ＬＣＤパネルの第３偏光板２１４を通過する。したがって、前記第２ＬＣＤパネルで第３偏光板２１４は除去しても良い。

また一方、前記第２ＬＣＤパネルで第３及び４偏光板２１４、２１６として偏光状態が全て水平方向である偏光板を使用しうる。この際、前記とは逆に電圧を印加する。

具体的に、第１ＬＣＤパネル１９２を通過した光は水平方向に偏光されており、前記第２ＬＣＤパネルの第３及び第４偏光板２１４、２１６は何れも水平偏光状態を有するために、前記第２ＬＣＤパネルの液晶層に電圧を印加しない場合、第１ＬＣＤパネル１９２を通過した光はそのまま前記第２ＬＣＤパネルも通過する。したがって、第１ＬＣＤパネル１９２を通過した光を前記第２ＬＣＤパネルの第１スリット２００または第２スリット２０２に対応する領域だけ通過させるためには前記第２ＬＣＤパネルで第１スリット２００または第２スリット２０２に対応する領域を除いた残りの領域の液晶層に電圧を印加し、第１スリット２００または第２スリット２０２に対応する領域の液晶層に電圧を印加しないことが望ましい。

さらにまた一方、前記第２ＬＣＤパネルに備えられた第３偏光板２１４の偏光状態が垂直方向である場合、第１ＬＣＤパネル１９２の第１及び第２偏光板２１０、２１２は各々偏光状態が前記と反対の偏光板であることが望ましく、前記第２ＬＣＤパネルの第４偏光板２１６は水平方向の偏光状態の偏光板であることが望ましい。

前述したように、本発明による３次元映像表示部は視聴者に２次元あるいは３次元映像を示す映像表示パネルを備え、前記映像表示パネルの後方に前記映像表示パネルを通じて表示される映像に該当する光が入射される所定の光学板を備える。また、本発明による３次元映像表示部は３次元映像が表示される場合、多視点映像が表示され、２次元映像が表示される場合に完全に透明になる第１平板表示素子と前記第１平板表示素子からの入射光を屈折させつつ与えられた方向に視差を与える光学板と３次元映像を表示する時は前記光学板を通過した光に対して前記光学板によって与えられた視差と垂直な方向の視差を与え、２次元映像を表示する時は単純に該当２次元映像を表示する第２平板表示素子を備える。

前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施例の例示として解釈されねばならない。例えば、当業者ならば、視差障壁板として使われた第１及び／または第２ＬＣＤパネルの代りに他の平板表示素子、例えばＦＥＤや有機ＥＬ、ＰＤＰなどを使用できるであろう。従って、本発明の範囲は説明された実施例によって決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決まるべきである。

本発明による３次元映像表示部は２次元及び３次元映像が必要な映像表示装置の映像表示部に適用されうる。例えば、広告分野の３次元ディスプレイ、家庭用３次元マルチメディア映像端末機、シミュレーター及び教育訓練用の映像表示端末機、各種精密測定及び診断用表面化映像端末機、医療用３次元映像端末機、監視及び官制用の映像端末機、ＴＶ会議及び広告用３次元映像モニター、放送用３次元ＴＶ、教育／娯楽用の映像端末機及び各種特殊環境製作用の端末機、３次元ゲーム用映像装置または各種航空機と自動車用ヘッドアップディスプレイなどの映像表示部に適用されうる。

従来の技術による３次元映像システムの構成を示す断面図である。 本発明の第１実施例による２次元及び３次元映像の互換が可能な多視点３次元映像表示部の平面図である。 本発明の第１実施例による２次元及び３次元映像の互換が可能な多視点３次元映像表示部の平面図である。 本発明の第１実施例による２次元及び３次元映像の互換が可能な多視点３次元映像表示部の平面図である。 図３及び図４に示した３次元映像表示部に一部領域でだけ入射光を透過させる第１光学板が備えられた場合を示す平面図である。 図３及び図４に示した３次元映像表示部に一部領域でだけ入射光を透過させる第１光学板が備えられた場合を示す平面図である。 図５に示した３次元映像表示部に点光源による拡散光が入射される場合を示す平面図である。 図３に示した３次元映像表示部のレンチキュラー板を交差レンチキュラー板に代えた場合を示す平面図である。 図３に示した３次元映像表示部のレンチキュラー板をマイクロレンズアレイに代え、マイクロレンズアレイの焦点に第１光学板が備えられた場合を示す平面図である。 本発明の第２実施例による２次元及び３次元映像の互換が可能な３次元映像表示部を示す平面図である。 図１０に示した３次元映像表示部の視差障壁板（ＬＣＤパネル）に第１スリットが形成された場合を示す正面図である。 図１０に示した３次元映像表示部の視差障壁板（ＬＣＤパネル）に第２スリットが形成された場合を示す平面図である。 図１０に示した３次元映像表示部の映像表示パネル（ＬＣＤパネル）に備えられた第１及び第２偏光板の偏光方向を示す断面図である。 図１０に示した３次元映像表示部の視差障壁板（ＬＣＤパネル）に備えられた第３及び第４偏光板の偏光方向を示す断面図である。

符号の説明

１４０ 第１レンチキュラー板
１４２ 平行光
１４４ レンズ
１４６ 頂点
１４８ 背面
１５２ 映像表示パネル
ｆ１ 第１焦点距離
Ｐ１ 第１地点
Ｐ２ 第２地点
Ｓ１ 第１面
Ｓ２ 第２面

Claims (13)

1. ２次元映像及び３次元映像の互換が可能な３次元映像表示部であって、
   入射光について、２次元映像を表示する場合には完全に透明にされ、３次元映像を表示する場合には多視点映像が表示される、平板表示素子と、
   前記平板表示素子を透過した入射光を屈折させつつ所定方向に視差を与える光を生成する光学板と、
   前記光学板により屈折され且つ視差が与えられた前記光の焦点を通過する光を透過し、前記複数の焦点以外のところを透過する光を遮断する表示手段であって、前記平板表示素子を透過した光により２次元映像あるいは３次元映像を視聴者に対して表示する表示手段であり、３次元映像を表示する場合には、前記光学板と連携して所望の視差を与える視差障壁板の役割を果たす、表示手段と、
   を順次に有し、
   前記光学板は第１レンチキュラー板及び第２レンチキュラー板を備え、前記第１レンチキュラー板のレンズ配向方向及び前記第２レンチキュラー板のレンズ配向方向が互いに垂直に交差することを特徴とする３次元映像表示部。
2. 前記表示手段は前記光学板に接触したことを特徴とする請求項１に記載の２次元及び３次元映像の互換が可能な３次元映像表示部。
3. 前記光学板は所定角に回転されたことを特徴とする請求項１に記載の２次元及び３次元映像の互換が可能な３次元映像表示部。
4. 前記平板表示素子は前記光学板の焦点を通過して発散する光の最初の交点を含む仮想面に位置することを特徴とする請求項１に記載の３次元映像表示部。
5. 前記表示手段は前記光学板への入射光の集光位置に備えられたことを特徴とする請求項１に記載の３次元映像表示部。
6. 前記表示手段は平板表示素子であることを特徴とする請求項１に記載の３次元映像表示部。
7. 前記表示手段は前記光の集光位置に対応する領域だけ透明なＬＣＤパネル、グリッド配列板またはピンホール配列板であることを特徴とする請求項１に記載の３次元映像表示部。
8. ２次元及び３次元映像の互換が可能な３次元映像表示部であって、
   ３次元映像が表示される場合には多視点映像が表示され、２次元映像が表示される場合には完全に透明になる平板表示素子と、
   前記平板表示素子からの入射光を屈折させつつ与えられた方向に視差を与える光学板と、
   ３次元映像を表示するときは前記光学板を通過した光に対して前記光学板によって与えられた視差と垂直な方向の視差を与え、２次元映像を表示するときは単純に該当２次元映像を表示する表示手段とを順次に備え、
   前記光学板は第１レンチキュラー板及び第２レンチキュラー板を備え、前記第１レンチキュラー板のレンズ配向方向及び前記第２レンチキュラー板のレンズ配向方向が互いに垂直に交差することを特徴とする３次元映像表示部。
9. 前記平板表示素子は偏光状態が反対である第１及び第２偏光板と前記第１及び第２偏光板間に備えられた液晶層を含むＬＣＤパネルであることを特徴とする請求項８に記載の３次元映像表示部。
10. 前記表示手段は第２平板表示素子であることを特徴とする請求項８に記載の３次元映像表示部。
11. 前記表示手段は偏光状態が反対である第３及び第４偏光板と前記第３及び第４偏光板間に備えられた液晶層を含むＬＣＤパネルであるが、前記第２及び第３偏光板の偏光状態は同じであることを特徴とする請求項９に記載の３次元映像表示部。
12. 前記表示手段は前記光学板に付着されたものであって、液晶層を含み、前記光学板から入射された光が放出される光放出面に前記第１偏光板と同じ偏光状態を有する偏光板を備えるＬＣＤパネルであることを特徴とする請求項９に記載の３次元映像表示部。
13. 前記表示手段は、偏光状態が同一である２偏光板と前記２偏光板間に備えられた液晶層とを含むＬＣＤパネルであることを特徴とする請求項９に記載の３次元映像表示部。

Images