JP5107564B2 - 画像ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディスプレイ装置一般と３次元画像ディスプレイ装置に関し、より詳しくは、偏光子の偏光状態を利用して３次元画像を実現し、ディスプレイの解像度を向上させた画像ディスプレイ装置に関する。

一般に３次元画像は、人の２眼ステレオ視の原理によって生成され、両眼が約６５ｍｍ程度離れて存在するため、両眼視差(ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｐａｒａｌｌａｘ)が立体感の最も重要な要因であるといえる。３次元画像ディスプレイ装置としては、眼鏡を利用したディスプレイ装置と無眼鏡方式のディスプレイ装置があり、無眼鏡方式のディスプレイ装置は、眼鏡を使わないで左右画像を分離して３次元画像を得るものである。無眼鏡方式としては、例えば、視差バリア(ｐａｒａｌｌａｘ ｂａｒｒｉｅｒ)方式とレンチキュラー(ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ)方式がある。

視差バリア方式とは、左右の両眼がそれぞれ見るべき画像を交互に縦縞状に印刷または写真にて印画し、それを極めて細い縦格子列、すなわちバリアを利用して見る方式のことである。その結果、左眼に入ってくる縦縞画像と右眼に入ってくる縦縞画像がバリアによって配分され、左眼と右眼でそれぞれ異なる視点の画像が見えることで３次元画像のように見えるのである。

例えば、投射型画像ディスプレイ装置では、ディスプレイ素子で形成された画像を投射レンズユニットを介して拡大してスクリーンに投射し、スクリーンに備えられた左眼−右眼画像分離部によって３次元画像を実現する。
ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のような既存の偏光原理利用フラットパネルディスプレイ装置や一般的なフラットパネルディスプレイ装置、及び投射型ディスプレイ装置におけるディスプレイの解像度の向上には、莫大な開発コストがかかる。既存の開発されたディスプレイ装置を利用して同一サイズのディスプレイ装置で２倍の解像度を得ることは様々な領域において応用することができる。既存の特許［Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ、ＷＯ２００５／０６９２６９Ａｌ、Ｊｕｌ．２８、２００５］方法によれば、同一解像度とサイズを有する２枚のＬＣＤディスプレイ装置と偏光子を利用して一画素に直交する二偏光状態によって各々の画素情報を含ませ得る。このような方法は、眼鏡式３次元ディスプレイ装置や視差バリア方式の３次元ディスプレイ方法［Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ２００６、１３６、Ｐａｕｌ Ｋｌｅｉｎｂｅｒｇｅｌ ａｌ.、(２００３)］では、既存のＬＣＤ解像度を低下させることなく３次元画像を提供することができる。

しかしながら、このような方式による２次元画像の提供の際、既存並みの解像度しか提供することができなかった。このような短所を克服することにより３次元画像ディスプレイ装置としての活用とともに高解像度の２次元画像提供装置として適用可能な方法が必要になってきた。また、既存の方法を視差バリア方式の３次元画像ディスプレイ方法として用いる時、または偏光眼鏡方式の３次元画像ディスプレイ方法として用いる最中に２次元画像を見たい時、既存の装置を変えずには不可能であった。このような不具合を除去すれば、より活用度の高い２次元及び３次元兼用ディスプレイ装置にすることができる。また、既存の方法［Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ２００６、１３６、Ｐａｕｌ Ｋｌｅｉｎｂｅｒｇｅｒ ｅｔ ａｌ.、(２００３)］の視差バリア方式の３次元画像ディスプレイ装置への応用の場合は、原理的に２視点だけが提供可能でその活用度に制限がある。このような制限を克服することでより多視点を提供可能な装置が作製できたら、その活用度を向上し得る。

そこで、本発明は上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その主な目的は既存のディスプレイ手段に偏光子及び同一解像度のＬＣＤのようなディスプレイパネルをさらに適用し、さらに適用されたディスプレイパネルの各々の画素に２つの互いに直交する偏光状態を示し得る偏光子を適用することにより、高価の高解像度ディスプレイ装置の開発なしでも既存のディスプレイの解像度の２倍に相当する解像度を達成することができる画像ディスプレイ装置を提供することにある。一方、前述したように２つの互いに直交する偏光状態を示し得る偏光子は、位相遅延素子として使うこともできる。

本発明の他の目的は、２次元ディスプレイ装置から眼鏡式または無眼鏡式の３次元画像ディスプレイ装置への、またはその逆への相互切り替えができる画像ディスプレイ装置を提供することにある。
このとき、２次元ディスプレイ装置として利用する場合は、既存のディスプレイ装置の２倍に相当する解像度が提供できるようにし、３次元ディスプレイ装置へ切り替えられた場合における、眼鏡式または無眼鏡式の２視点の場合は、既存のディスプレイ装置の解像度の低下なしに既存の解像度に相当する３次元画像の単位視点解像度を提供できるようにし、多視点３次元画像ディスプレイ装置として適用する場合は、既存の多視点数の２倍に相当する多視点数を３次元画像の単位視点解像度の低下なしに提供できる画像ディスプレイ装置を提供することをまた他の目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一実施形態によるディスプレイ装置は、既存の一般の偏光利用ディスプレイ装置にさらに適用されるフラットパネルディスプレイ装置としてのＬＣＤのような偏光原理利用フラットパネルディスプレイ装置の単位画素を分割するサイズを有し、各画素の偏光状態が互いに直交する追加の偏光子を適用することにより、同一サイズを有する既存のディスプレイ装置から２倍の解像度を実現することができる。また、本発明の一実施形態によるディスプレイ装置を利用することにより、眼鏡式と無眼鏡式の３次元画像ディスプレイ装置に適用することができ、２倍の解像度を有する２次元画像ディスプレイから眼鏡式または無眼鏡式の３次元画像ディスプレイへの切り替え、またはその逆への切り替えができるようになる。

本発明の構成を説明すれば、本発明は２次元及び３次元画像をディスプレイするディスプレイ装置として、ディスプレイ手段と、このディスプレイ手段の前面に所定の間隔にて離間して配設される第１の偏光子と、上記第１の偏光子の前方に配設され、上記第１の偏光子を通ってきた光の偏光方向を調節するディスプレイパネル、及び上記ディスプレイパネルの前面に所定の間隔にて離間して配設される第２の偏光子とを備え、上記第２の偏光子の各画素が、上記ディスプレイパネルの単位画素を二部分に分割するサイズを有し、上記各画素の二偏光状態が互いに直交することを特徴とする構成を有する。

本発明によるディスプレイ手段、第１の偏光子、ディスプレイパネル、及び各画素がディスプレイパネルの単位画素を二部分に分割するサイズを有し、各画素の二偏光状態が互いに直交する第２の偏光子を適用することにより、既存のディスプレイ装置の解像度に比べて２倍向上した解像度のディスプレイ装置を作製することができる。
よって、莫大な開発コストがかかる高解像度２次元画像ディスプレイ装置の開発にあたって、２種類のディスプレイ装置を活用して製作が可能であるため、高解像度且つ高画質のディスプレイ装置を安価に作製することができる。さらに、既存の眼鏡式と無眼鏡式の２視点３次元ディスプレイ装置としての適用時、使用したディスプレイ装置の解像度の低下なしに３次元画像を提供可能であり、２視点を超える多視点の３次元画像ディスプレイ装置では、既存の多視点数の２倍に相当する多視点数を３次元画像の単位視点解像度の低下なしに提供することができる。

また、この種のディスプレイ装置は、視差バリア方式を用いる無眼鏡式の３次元画像ディスプレイ装置モード、または既存のディスプレイ装置の２倍に相当する解像度を有する２次元画像ディスプレイ装置モードに容易に切り替えて適宜使用することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明による画像ディスプレイ装置の好適な実施形態について説明する。

図２は、本発明の一実施形態による、ディスプレイの解像度を２倍向上させることができるディスプレイ装置の構成を示す図である。同図に示すディスプレイ装置は、光源２１が通る偏光子２２及びディスプレイパネル２３から構成されたディスプレイ手段２０を含んでいる。本発明のまた他の実施形態によれば、上記ディスプレイ手段２０は、ＬＣＤのような偏光利用ディスプレイ装置だけでなく、他の一般的な２次元ディスプレイ装置２４を利用して構成してもよい。このような構成に適用される一般的な２次元ディスプレイ装置２４としては、投射型ディスプレイ装置、散乱スクリーン、ＣＲＴ、ＰＤＰ、有機ＥＬディスプレイ装置、ＬＥＤディスプレイ装置などのように既存に使われている２次元ディスプレイ装置の全てが適用可能である。

ディスプレイ手段２０の前面には、所定の間隔をおいて第１の偏光子２５が配設される。第１の偏光子２５は、ディスプレイ手段２０を通ってきた光のサイズを調節する役割を果たし、所望のサイズに調節された光をその偏光状態に応じて通過させるようになる。
第１の偏光子２５を通ってきた光は、さらに第１の偏光子２５と所定の間隔をおいてその前面に配設されているディスプレイパネル２６を通るようになる。この種のディスプレイパネル２６としては、ＬＣＤのような偏光利用ディスプレイパネルを利用すればよい。

本発明の一実施形態によれば、第１の偏光子２５を通ってきた光がディスプレイパネル２６を通ることにより、その光の大きさを一定に保持した状態で直交座標のｘ軸方向及びｙ軸方向にそれぞれ所望のサイズにて分解できるように偏光方向が調節され、このように偏光方向を用いて出力光量が調節された画像をディスプレイするようになる。したがって、ディスプレイ手段２０のディスプレイパネル２３と同じ画素サイズ及び解像度を有するＬＣＤのようなディスプレイパネル２６をさらに適用して、１つの画素中に２つの画素情報を有する直交する二本の線偏光または円偏光或いは楕円偏光出力を生成することができるのである。

ディスプレイパネル２６の前面に所定の間隔をおいて第２の偏光子２７がさらに配設され、この第２の偏光子２７としては、１つの画素中に２つの互いに直交する線偏光または円偏光或いは楕円偏光状態を作る線偏光子または位相遅延素子を利用する。このとき、線偏光特性を用いる場合、第２の偏光子２７は線偏光子方式で使われ、円偏光及び楕円偏光を用いる場合、第２の偏光子２７は、線偏光方式及び位相遅延素子方式とが結合された形態で使われる。

図２に示すように、第２の偏光子２７は、ディスプレイ手段２０のディスプレイパネル２３またはＬＣＤとしてのディスプレイパネル２６の１つの画素サイズ中に２つの直交偏光素子を含ませて作製する。すなわち、第２の偏光子２７の各画素は、ディスプレイ手段２０のディスプレイパネル２３またはＬＣＤとしてのディスプレイパネル２６の単位画素を二部分に分割するサイズを有し、各画素の二偏光状態が互いに直交するようになる。
このように、本発明による画像ディスプレイ装置が、ディスプレイ手段２０、第１の偏光子２５、ディスプレイパネル２６、及び第２の偏光子２７から構成されることにより、２次元ディスプレイ装置の２倍に相当する解像度を実現することができる。

図３は、本発明の一実施形態による、視差バリア方式を用いた３次元画像ディスプレイ装置を示し、またこの種の３次元画像ディスプレイ装置から２次元画像ディスプレイ装置へ切り替えられたことを示す図である。図３の３次元画像ディスプレイ装置は、図２のディスプレイ装置２８に単一偏光状態の第３の偏光子３４をさらに配設し、第３の偏光子３４の前面に所定の間隔をおいて視差バリアを形成する第４の偏光子３５を配設する構成を有する。

このような構成において、第３の偏光子３４としては、線偏光子または円偏光子或いは楕円偏光子を利用すればよい。また、第４の偏光子３５は、第３の偏光子３４の偏光状態と同じ方向及びそれと直交する方向の二方向の偏光状態を有し、線偏光または円偏光或いは楕円偏光素子を必要なサイズと順番に沿って配設する。すなわち、本発明の一実施形態によれば、第４の偏光子３５は、その各画素が第２の偏光子３３の画素と同じサイズを有し、第３の偏光子３４の偏光状態と同じ方向及びそれを直交する方向の二方向の偏光状態が各画素において交互に繰り返し示される構成を有し、その結果、視差バリアの役割を遂行するようになる。

また、本発明の一実施形態によれば、前述したように第３の偏光子３４の偏光状態と同じ方向及びそれと直交する方向の二方向の偏光状態が各画素において交互に繰り返し示される第４の偏光子３５をさらに配設することにより、視差バリア方式を用いる無眼鏡式の３次元画像ディスプレイ装置モードにて使うことができ、このような第４の偏光子３５の偏光状態を第３の偏光子３４の偏光状態と同じ方向になるように変更させることにより、既存のディスプレイ装置の２倍に相当する解像度を有する２次元画像ディスプレイ装置モードに切り替えて使うこともできるようになる。このように、視差バリア方式を用いる無眼鏡式の３次元画像ディスプレイ装置モードまたは既存のディスプレイ装置の２倍に相当する解像度を有する２次元画像ディスプレイ装置モードにそれぞれ容易に切り替えて使うことができる。

このような方法は、互いに直交する二偏光状態を２視点またはそれ以上の視点を有する多視点視差バリア方法の無眼鏡式の３次元画像ディスプレイ装置の作製に用いることができ、２倍増大した解像度のディスプレイ装置は、既存の他の３次元画像ディスプレイ方法にも適用することができる。

図４は、図３に示す原理で視差バリア方式を用いた無眼鏡式の２視点３次元ディスプレイ装置を実現したことを示す図であって、視域４６、４７が空間上に形成されて人の右眼及び左眼４８、４９のそれぞれに別の画像を提供することができる。
すなわち、このような構成を通じて視差バリア方式を用いることにより、左眼４９に入ってくる縦縞偏光４３を通った画像と右眼４８に入ってくる横縞偏光４３を通った画像が視差バリアの役割をする第４の偏光子４５によって配分され、空間上に形成された視域４６、４７を介して左眼４９と右眼４８でそれぞれ異なる視点の画像が見えるようになって３次元画像がディスプレイされるのである。このような視差バリア方式は、３視点以上の多視点にも適用可能である。

図５ａ及び５ｂは、本発明の一実施形態による、視差バリア方式を用いて多視点の視域を形成するディスプレイ装置を示す図である。図５ａ及び５ｂに示すように、視差バリアを形成する第４の偏光子５１、５２において直交する二偏光状態の一方が、必要とする視点数に応じて連続して示され、他方の偏光状態が上記連続して示される偏光状態と交互に示されることにより多視点の視域を形成するようになる。
図５ａの第４の偏光子５１の各画素をみてみれば、第３の偏光子３４の偏光状態と同じ方向の偏光が１つの画素で示され、第３の偏光子３４の偏光状態と直交する方向の偏光が２つの連続した画素で示され、このように直交する二方向の偏光を有する画素が交互に繰り返されることにより、３視点の３次元画像ディスプレイ装置として使うことができるようになる。

また、図５ｂの第４の偏光子５２の各画素をみてみれば、第３の偏光子３４の偏光状態と同じ方向の偏光が１つの画素で示され、第３の偏光子３４の偏光状態と直交する方向の偏光が３つの連続された画素で示され、このように直交する二方向の偏光を有する画素が交互に繰り返されることにより、４視点の３次元画像ディスプレイ装置として使うことができるようになる。
このように視点数を向上させることによりディスプレイ装置をより多様に活用することができるようになるのである。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、当業者であれは本発明の趣旨及び技術的範囲から逸脱しない限度内で種々の変形及び改良ができ、本発明の範囲は、前述した詳細な説明によってでなく、特許請求の範囲によってのみ制限されることは言うまでもない。

従来技術による画像ディスプレイ装置の作動原理を示す図である。 本発明の一実施形態によるディスプレイの解像度を２倍向上させるディスプレイ装置を示す図である。 本発明の一実施形態による視差バリア方式を用いた３次元画像ディスプレイ装置を示し、３次元画像ディスプレイ装置から２次元画像ディスプレイ装置に切り替えられたことを示す図である。 本発明の一実施形態による図３の視差バリア方式の３次元画像ディスプレイにおける２視点の場合の視域形成原理を示す図である。 本発明の一実施形態による図３の視差バリア方式の３次元画像ディスプレイにおける３点の場合の視域形成原理を示す図である。 本発明の一実施形態による図３の視差バリア方式の３次元画像ディスプレイにおける４点の場合の視域形成原理を示す図である。

符号の説明

１１、２１ 光源
１２、１４、１６、１７、２２ 偏光子
１３、１５、２３ ディスプレイパネル
２０、３０、４０ ディスプレイ手段
２４ ２次元ディスプレイ装置
２８ ディスプレイ装置
２５、３１、４１ 第１の偏光子
２６、３２、４２ ディスプレイパネル
２７、３３、４３ 第２の偏光子
３４、４４ 第３の偏光子
３５、３６、４５、５１、５２ 第４の偏光子

Claims (7)

1. 画像ディスプレイ装置において、
   光源からの光の偏光方向を決める偏光子及び映像情報を表示するディスプレイパネルから構成されたディスプレイ手段と、
   前記ディスプレイ手段の前面に所定の間隔にて離間して配設される第１の偏光子と、
   前記第１の偏光子の前方に配設され、前記第１の偏光子を通ってきた光の大きさを一定に保持した状態で直交座標のｘ軸方向及びｙ軸方向にそれぞれ所望のサイズにて分解できるように偏光方向を調節し、前記ディスプレイ手段のディスプレイパネルと同じ画素サイズ及び解像度を有するディスプレイパネル、及び
   前記ディスプレイパネルの前面に所定の間隔にて離間して配設される第２の偏光子とを備え、
   前記第２の偏光子は、前記ディスプレイパネルの１つの画素サイズ中に２つの直交偏光素子を含ませて作製することを特徴とする画像ディスプレイ装置。
2. 前記ディスプレイ手段が、偏光利用ディスプレイ手段であることを特徴とする請求項１に記載の画像ディスプレイ装置。
3. 前記第１の偏光子及び第２の偏光子が、線偏光、円偏光、及び楕円偏光のいずれかを利用することを特徴とする請求項１または２に記載の画像ディスプレイ装置。
4. 前記ディスプレイ手段が、投射型ディスプレイ装置、散乱スクリーン、ＣＲＴ、ＰＤＰ、有機ＥＬディスプレイ装置、ＬＥＤディスプレイ装置のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の画像ディスプレイ装置。
5. 前記第２の偏光子の前面に所定の間隔にて離間して配設される第３の偏光子、及び前記第３の偏光子の前面に所定の間隔にて離間して配設される第４の偏光子をさらに備え、
   前記第４の偏光子が、前記第２の偏光子と同等に画素のサイズが分割され、前記第３の偏光子の偏光状態と同じ方向及びそれを直交する方向の二方向の偏光状態が各画素において交互に繰り返される構成を有することを特徴とする請求項１に記載の画像ディスプレイ装置。
6. 前記第４の偏光子の各画素の偏光状態が全て前記第３の偏光子の偏光状態と同じ方向に切り替えられることにより２次元画像ディスプレイ装置として使われることを特徴とする請求項５に記載の画像ディスプレイ装置。
7. 前記第４の偏光子で直交する二偏光状態を有する偏光子のうち前記第３の偏光子の方向に対して直交する偏光子を連続して配列し、前記連続して配列された偏光子の後ろに前記第３の偏光子の方向に対して平行な偏光子を１つ配列し、形成したい多視点の数ごとに同じ形状の偏光子の配列が繰り返されるようにすることで多視点の視域を形成し、
   前記連続して配列された偏光子の個数が、前記形成したい多視点の数より１つ小さい数であることを特徴とする請求項５に記載の画像ディスプレイ装置。

Images