JP7005297B2 - 画像表示装置 - Google Patents
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今後、多様な映像コンテンツを表示するためには、インテグラル方式の立体像の表示(以下、3D表示)だけでなく、高精細な二次元画像の表示(以下、2D表示)も可能であることが望ましい。
非特許文献1に記載の方法は、図16に示すように、光源101と、コリメータレンズ102と、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal;高分子分散型液晶)103と、レンズアレイ104と、表示パネル105と、を備える画像表示装置100Aで、3D表示と2D表示とを切り替える。
図16(a)に示すように、画像表示装置100Aは、3D表示を行う場合、電圧制御により光の透過/拡散を制御可能なPDLC103を光が透過するように制御し、表示パネル105に要素画像eを表示する。
これによって、画像表示装置100Aは、光源101の光をコリメータレンズ102により平行光に変換し、PDLC103を透過させる。そして、画像表示装置100Aは、レンズアレイ104ごとに、平行光を集光させて集光位置Loに点光源となる光を生成し、表示パネル105に投射することで、観察者Mに立体像を視認させることができる。
図17(a)に示すように、画像表示装置100Bは、3D表示を行う場合、LEDアレイ111の拡散板112の開口部にほぼ接する層のLEDを発光させ、表示パネル114に要素画像eを表示する。
これによって、画像表示装置100Bは、拡散板112の開口部を通過した光を、レンズアレイ113ごとに集光させて集光位置Loに点光源となる光を生成し、表示パネル114に投射することで、観察者Mに立体像を視認させることができる。
また、非特許文献2に記載の方法は、3D表示と2D表示とを切り替えるために、表示パネルからの距離が異なる2層構造のLEDアレイを備える必要があり、装置構成が複雑になるという問題がある。
しかし、非特許文献1に記載の方法は、PDLCによって入力光全体を透過/拡散することしか制御できない。また、非特許文献2に記載の方法は、1つのLEDの光をレンズアレイの複数のレンズに投射している。
そのため、非特許文献1,2に記載の方法は、3D表示または2D表示を画面全体で切り替えることしかできない。
なお、前記透過・拡散手段を複数離間して備え、前記表示手段に最も近い前記透過・拡散手段の前記光透過領域を透過した光が個々の要素画像を照射する位置に前記表示手段を備えることとしてもよい。
また、前記透過・拡散手段のパターンとして、水平方向および垂直方向に、前記点光源に対応して予め定めた数だけ離間して前記光透過領域を配置してもよい。
また、前記透過・拡散手段のパターンは、水平方向または垂直方向に、前記点光源に対して予め定めた数だけ離間して前記光透過領域を配置してもよい。
本発明によれば、表示手段に照射する点光源の光を個別に制御するだけの簡易な構成で、立体像と二次元画像とを切り替えて表示することができる。
また、本発明によれば、個別に点光源を制御することができるため、部分的に立体像と二次元画像とを混在させて表示することもできる。
これによって、本発明は、1つの装置で、多様な映像コンテンツを提示することができる。
〔画像表示装置の概要〕
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る画像表示装置1の概要について説明する。
画像表示装置1は、立体像I3Dと二次元画像I2Dとを切り替えて表示するものである。図1に示すように、画像表示装置1は、表示部10と、制御部20と、を備える。
なお、画像表示装置1は、立体像I3Dと二次元画像I2Dとの切り替えを画面全体で行うことも可能であるし、画面の領域別に立体像I3Dと二次元画像I2Dとを混在させることも可能である。
以下、画像表示装置1の構成について詳細に説明する。
次に、図2,図3を参照して、本発明の第1実施形態に係る画像表示装置1の構成について説明する。図2は、図1に示した画像表示装置1の符号Aで示す領域を透視した表示部10の構成を示す側面図である。図3は、画像表示装置1の制御部20の構成を示すブロック構成図である。
図2に示すように、表示部10は、点光源アレイ11と、透過・拡散板12と、表示パネル13と、を備える。
個々の点光源Lは、点灯時に、予め定めた配光角で透過・拡散板12を照射する。なお、点光源Lの点消灯は、制御部20(図1)により制御される。
例えば、透過・拡散板12は、図4に示すように、二次元平面上に配列した点光源アレイ11のそれぞれの点光源Lに対して、水平方向および垂直方向のそれぞれに、1つ置きに光透過領域Pと光拡散領域Dとなるようなパターンを有している。
点光源LPを点灯した場合、その光は、光透過領域Pを透過して表示パネル13に照射される。また、点光源LDを点灯した場合、その光は、光拡散領域Dで拡散して表示パネル13に照射される。
なお、透過・拡散板12には、拡散板や拡散フィルムに対して、部分的に領域を切り取り、切り取った部分を光透過領域Pとしてもよい。
この表示パネル13は、立体像を表示する場合、制御部20を介して、インテグラル方式の要素画像群を表示する。また、表示パネル13は、二次元画像を表示する場合、制御部20を介して、二次元画像そのものを表示する。この表示パネル13が表示する画像は、静止画像であってもいし、複数の画像が連続する動画像であってもよい。
なお、点光源アレイ11、透過・拡散板12および表示パネル13の具体的な配置例については、後で詳細に説明する。
図3に示すように、制御部20は、3D/2D画像表示手段21と、3D/2D表示切替手段22と、点光源点消灯手段23と、を備える。
また、点光源点消灯手段23は、3D/2D表示切替手段22から入力される表示方式が2D表示である場合、透過・拡散板12の光拡散領域Dに対応する点光源LD(図4参照)を点灯させ、光透過領域Pに対応する点光源LP(図4参照)を消灯させる。
次に、図5を参照して、画像表示装置1の表示部10におけるそれぞれの部材の最適な配置位置について説明する。まず、点光源アレイ11と表示パネル13との距離について説明する。
インテグラル方式の要素画像群(要素画像e,e,…)を表示パネル13に表示する場合、点光源LPから射出された光は、表示パネル13に到達したときの広がり(幅we)が表示パネル13を隙間なく照射することで、表示パネル13の画素を有効に活用することができる。そのうえで、幅weの重なりが可能な限り小さくなるように表示パネル13を配置することで、点光源LPの光量を有効に活用することができる。
点光源アレイ11と透過・拡散板12との距離は、点光源アレイ11の各点光源(LD,LP,…)から射出された光の広がりが交わらない範囲で最長とすることが、光拡散領域Dでより広い拡散範囲の光を表示パネル13に照射することができるため望ましい。
以上、表示部10の構成の最適な配置位置について説明したが、必ずしもこの配置に限定されるものではない。例えば、要素画像eの大きさによって、幅weのすべての領域に光を照射する必要がなければ、距離gを短くしてもよい。また、透過・拡散板12のパターンや点光源LPの配光形状によって、幅weを重ねる必要があれば、距離gを長くしてもよい。
次に、図6を参照(適宜図1~図3参照)して、本発明の実施形態に係る画像表示装置1における3D表示と2D表示との切り替え動作について説明する。
図6(a)に示すように、3D表示を行う場合、画像表示装置1は、制御部20の3D/2D表示切替手段22に3D表示の表示方式が指示された段階で、点光源点消灯手段23によって、透過・拡散板12の光透過領域Pに対応する点光源LPのみを点灯させる。
そして、画像表示装置1は、制御部20の3D/2D画像表示手段21によって、要素画像群E(要素画像e,e,…)を、表示パネル13に表示する。
これによって、点光源LPから射出された光は、表示パネル13に表示した要素画像eを背面から照射することになり、正面から表示パネル13を観察する観察者Mは、インテグラル方式の立体像を視認することができる。
そして、画像表示装置1は、制御部20の3D/2D画像表示手段21によって、二次元画像Gを、表示パネル13に表示する。
これによって、点光源LDから射出された光は拡散して、表示パネル13に表示した二次元画像Gを背面から照射することになり、正面から表示パネル13を観察する観察者Mは、二次元画像を視認することができる。
図7に示すように、3D表示と2D表示とを混在させる場合、画像表示装置1は、表示パネル13に要素画像群Eを表示する領域と、二次元画像Gを表示する領域とを区分し、それぞれの画像を混在させた画像を、表示パネル13に表示する。
また、画像表示装置1は、二次元画像Gを表示する表示パネル13の領域に対応する点光源アレイ11の領域において、透過・拡散板12の光拡散領域Dに対応する点光源LDのみを点灯し、他の点光源は消灯する。
また、制御部20の3D/2D表示切替手段22は、切替指示として、表示方式が3D表示である領域と、表示方式が2D表示である領域とを入力する。そして、3D/2D表示切替手段22は、領域別の表示方式を点光源点消灯手段23に出力する。
また、点光源点消灯手段23は、表示方式が2D表示として指定された領域に対応する点光源アレイ11の領域において、透過・拡散板12の光拡散領域Dに対応する点光源LDのみを点灯し、他の点光源は消灯する。
以上、本発明の実施形態に係る画像表示装置1の構成および動作について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
画像表示装置1では、点光源アレイ11と表示パネル13との間に、透過・拡散板12を1つだけ配置した構成とした。
しかし、透過・拡散板12は、点光源アレイ11と表示パネル13との間に、複数離間して配置してもよい。
図8では、点光源アレイ11と表示パネル13との間に、2つの透過・拡散板12A,12Bを備える。
図8の構成において、点光源アレイ11と表示パネル13との距離gは、図5で説明した距離(前記式(1))と同じである。
点光源アレイ11と透過・拡散板12Bとの距離d2は、点光源アレイ11の各点光源(LD,LP,…)から射出された光の広がりが透過・拡散板12Bの光拡散領域Dと交わらない範囲で最長とすることが、光拡散領域Dでより広い拡散範囲の光を表示パネル13に照射することができるため望ましい。
これによって、画像表示装置1Bは、図6(b)で説明したように透過・拡散板12が単体の場合に比べて、より均一で拡散度の広い拡散光を表示パネル13に照射することができ、二次元画像を表示パネル13に表示したときに、視野角特性を向上させることができる。
画像表示装置1では、図4に示したように、透過・拡散板12を、光透過領域Pと光拡散領域Dとを点光源Lに対して交互に配置したパターンとした。
しかし、透過・拡散板12は、3D表示の立体表示特性に応じて、異なる配置パターンとしてもよい。
このとき、光透過領域Pに対応する点光源LPの配光角をθP、光拡散領域Dに対応する点光源LDの配光角をθD、点光源LPの間隔をpLとしたとき、点光源アレイ11と表示パネル13との最適な距離gは、前記式(1)で表すことができる。
さらに、光拡散領域Dに対応する点光源LDの配光角をθDとしたとき、点光源アレイ11と透過・拡散板12Dとの最適な距離dは、以下の式(6)で表すことができる。
画像表示装置1では、点光源が1色を発光するものとして説明した。
しかし、点光源を、例えば、RGBの3色の点光源としてもよい。すなわち、図2の点光源Lの位置に、3色(RGB)それぞれの発光素子(例えば、LED)を隣接して配置する。
このとき、表示パネル13は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)シャッタ等を用い、フィールドシーケンシャル方式により、RGBの点光源を順次点灯するタイミングで、シャッタを開閉制御すればよい。なお、この開閉制御は、図3の制御部20の点光源点消灯手段23が、表示する画像のRGBの表示タイミングに同期させて行えばよい。
画像表示装置1では、点光源アレイ11が発光する点光源を用いて、立体像または二次元画像を表示した。
しかし、この点光源は、平行光からレンズアレイを用いて疑似的に生成するものであってもよい。
画像表示装置1Eは、透過・拡散板12と、表示パネル13と、プロジェクタ14と、コリメータレンズ15と、レンズアレイ16と、を有する表示部10Eを備える。なお、制御部20は図示を省略している。
透過・拡散板12および表示パネル13は、図2で説明した表示部10の構成と同じものであるため、説明を省略する。
3D表示を行う場合、プロジェクタ14が投影するパターン画像は、光拡散領域Dに照射する光をマスク(遮蔽)し、光透過領域Pへの光を発光するパターンとする。例えば、透過・拡散板12が図14(a)に示したパターンであった場合、プロジェクタ14が投影するパターン画像は、図14(b)に示すパターンとする。
なお、図14(b),(c)中、黒領域が光を遮蔽したマスク領域Rで、白領域が光を照射した領域である。また、図14(b),(c)中、レンズアレイ16の各レンズの位置を参考として破線で示している。
このコリメータレンズ15は、プロジェクタ14の光源位置からコリメータレンズ15の焦点距離f1だけ離間した位置に配置される。これによって、コリメータレンズ15は、プロジェクタ14が投射したパターン画像を、平行光として透過・拡散板12に照射することができる。
このレンズアレイ16は、光透過領域Pに対応するレンズLAに、光透過領域Pを透過した光が照射されることで、焦点距離f2の集光位置Loに疑似的な点光源を生成し、表示パネル13に照射する。また、レンズアレイ16は、光拡散領域Dに対応するレンズに、光拡散領域Dで拡散された光が照射されることで、表示パネル13に拡散光を照射する。なお、ここでは、レンズアレイ16を、透過・拡散板12と表示パネル13との間に備えることとした。しかし、レンズアレイ16を、コリメータレンズ15と透過・拡散板12との間に備えることとしてもよい。
このように、画像表示装置1Eは、図13に示した表示部10Eを備え、制御部20によって、プロジェクタ14で投影するパターン画像を切り替えることで、3D表示と2D表示とを切り替えることができる。
図15(a)に示すように、3D表示を行う場合、画像表示装置1Eは、制御部20の3D/2D表示切替手段22に3D表示の表示方式が指示された段階で、点光源点消灯手段23によって、透過・拡散板12の光透過領域Pに対して光を照射するパターン画像(図14(b)参照)をプロジェクタ14に投影させる。
そして、画像表示装置1Eは、制御部20の3D/2D画像表示手段21によって、要素画像群E(要素画像e,e,…)を、表示パネル13に表示する。
これによって、レンズアレイ16の焦点距離の集光位置Loに疑似的に点光源が生成される。そして、疑似的な点光源は、表示パネル13に表示した要素画像eを背面から照射することになり、正面から表示パネル13を観察する観察者は、インテグラル方式の立体像を視認することができる。
そして、画像表示装置1Eは、制御部20の3D/2D画像表示手段21によって、二次元画像Gを、表示パネル13に表示する。
これによって、透過・拡散板12で拡散し、レンズアレイ16を通過した拡散光は、表示パネル13に表示した二次元画像Gを背面から照射することになり、正面から表示パネル13を観察する観察者は、二次元画像を視認することができる。
3D表示と2D表示とを混在させる場合、画像表示装置1Eは、図14(b),(c)に示したパターン画像を3D表示または2D表示を行う領域に区分して混在したパターン画像を用い、それぞれの領域に表示させる要素画像群と二次元画像とを混在させた画像を表示パネル13に表示すればよい。
10 表示部
11 点光源アレイ(発光手段)
12 透過・拡散板(透過・拡散手段)
13 表示パネル(表示手段)
14 プロジェクタ(投影手段)
15 コリメータレンズ
16 レンズアレイ
20 制御部(制御手段)
21 3D/2D画像表示手段
22 3D/2D表示切替手段
23 点光源点消灯手段
Claims (4)
- 立体像と二次元画像とを、切り替えて、または、領域別に区分して表示する画像表示装置であって、
点光源を二次元平面上に配列した発光手段と、
前記点光源に対応して、光を透過させる光透過領域を、光を拡散させる光拡散領域に対して予め定めたパターンで配置した透過・拡散手段と、
前記点光源をバックライトとして、前記立体像を表示するためのインテグラル方式の要素画像群または前記二次元画像を表示するとともに、前記光透過領域を透過した光が個々の要素画像を照射する位置に配置した表示手段と、
前記点光源の点灯および消灯を制御する制御手段と、を備え、
前記透過・拡散手段を複数離間して備え、前記表示手段に最も近い前記透過・拡散手段の前記光透過領域を透過した光が個々の要素画像を照射する位置に前記表示手段を備え、
前記制御手段は、
前記表示手段に前記要素画像群を全面表示、または、部分表示する場合、前記要素画像群の表示領域において、前記光透過領域に対応する点光源を点灯させるとともに前記光拡散領域に対応する点光源を消灯させ、
前記表示手段に前記二次元画像を全面表示、または、部分表示する場合、前記二次元画像の表示領域において、前記光拡散領域に対応する点光源を点灯させるとともに、前記光透過領域に対応する点光源を消灯させることを特徴とする画像表示装置。 - 前記透過・拡散手段のパターンとして、水平方向および垂直方向に、前記点光源に対応して予め定めた数だけ離間して前記光透過領域を配置したことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 前記透過・拡散手段のパターンは、水平方向または垂直方向に、前記点光源に対して予め定めた数だけ離間して前記光透過領域を配置したことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。
- 立体像と二次元画像とを、切り替えて、または、領域別に区分して表示する画像表示装置であって、
予め定めたパターンの光を投影する投影手段と、前記投影手段で投影されたパターンの光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記平行光から疑似的な点光源を生成するレンズを二次元平面上に配列したレンズアレイと、を備えた発光手段と、
前記レンズに対応して、光を透過させる光透過領域を、光を拡散させる光拡散領域に対して予め定めたパターンで配置した透過・拡散手段と、
前記点光源をバックライトとして、前記立体像を表示するためのインテグラル方式の要素画像群または前記二次元画像を表示するとともに、前記光透過領域を透過した光が個々の要素画像を照射する位置に配置した表示手段と、
前記投影手段が投影するパターンの光の切り替えを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記表示手段に前記要素画像群を全面表示、または、部分表示する場合、前記要素画像群の表示領域において、前記光透過領域のみに光が投影されるようなパターンの光を前記投影手段に投影させ、
前記表示手段に前記二次元画像を全面表示、または、部分表示する場合、前記二次元画像の表示領域において、前記光拡散領域のみに光が投影されるようなパターンの光を前記投影手段に投影させることを特徴とする画像表示装置。
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