JP7308122B2 - image display device - Google Patents
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本発明は、立体像と二次元画像とを表示可能な画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device capable of displaying stereoscopic images and two-dimensional images.
従来、3Dメガネを用いた二眼立体方式を始めとして、多種多様な立体像表示技術が提案されている。なかでも、インテグラル方式は、特殊なメガネが不要で、水平および垂直に視差を有する自然な立体像を再生可能であることから、将来の多様な立体アプリケーションへの応用が期待されている。一般的に、インテグラル方式は、要素レンズで構成されたレンズアレイを表示パネルの前面、または、点光源で構成された点光源アレイを表示パネルの背面に設置して、要素レンズまたは点光源に対応する表示パネルの位置に要素画像を表示することで、観察者に立体像を視認させることができる。
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。
Conventionally, various stereoscopic image display techniques have been proposed, including a twin-lens stereoscopic system using 3D glasses. In particular, the integral method does not require special glasses and can reproduce natural 3D images with horizontal and vertical parallax, so it is expected to be applied to various 3D applications in the future. Generally, in the integral method, a lens array composed of element lenses is installed in front of the display panel, or a point light source array composed of point light sources is installed in the back of the display panel. By displaying the elemental images at the corresponding positions of the display panel, the observer can visually recognize the stereoscopic image.
In the future, in order to display a variety of video content, it will be possible to display high-definition two-dimensional images (hereinafter referred to as 2D display) in addition to integral stereoscopic image display (hereinafter referred to as 3D display). is desirable.
このような背景から、点光源アレイを用いたインテグラル方式において、3D表示と2D表示とを切り替える方法が提案されている(非特許文献1,2、特許文献1参照)。
非特許文献1に記載の方法は、電圧制御で平行光源の光を透過または拡散させる液晶フィルム(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)を用いることで、3D表示と2D表示とを切り替える。
非特許文献2に記載の方法は、2層構造のLEDアレイと開口部を設けた拡散板とを用い、開口部を通過するLED光と拡散板によって拡散されるLED光とで、レンズアレイに照射する光を切り替えることで、3D表示と2D表示とを切り替える。
特許文献1に記載の方法は、LEDごとに光を透過または拡散させる領域を設けた透過・拡散板を用い、LEDアレイの個々のLEDが発光する領域を切り替えることで、領域別に3D表示と2D表示とを切り替える。
Against this background, a method for switching between 3D display and 2D display has been proposed in an integral method using a point light source array (see Non-Patent
The method described in
The method described in Non-Patent
The method described in
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表示と2D表示とを画面全体で切り替えることしかできない。
The method described in
Therefore, the methods described in
一方、特許文献1に記載の方法は、3D表示と2D表示との領域を分けて、立体像と二次元画像とを混在して画面に表示することができる。
しかし、これら従来の手法は、バックライトとして、平行光源、LEDアレイ等の特殊な光源が必要であるとともに、表示パネルが透過型の空間光変調素子(液晶パネル等)に限定される。
そのため、より一般的な直視型の表示パネルを用いて、3D表示と2D表示とを切り替える手法が求められていた。
On the other hand, the method described in
However, these conventional methods require special light sources such as parallel light sources and LED arrays as backlights, and are limited to transmissive spatial light modulators (liquid crystal panels, etc.) as display panels.
Therefore, there has been a demand for a method of switching between 3D display and 2D display using a more general direct-view display panel.
本発明は、このような問題や要望に鑑みてなされたものであり、直視型の表示パネルを用いて、3D表示と2D表示とを切り替えて、または、混在させて表示することが可能な画像表示装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such problems and demands, and uses a direct-view display panel to switch between 3D display and 2D display, or to display images in a mixed manner. An object is to provide a display device.
前記課題を解決するため、本発明に係る画像表示装置は、立体像と二次元画像とを切り替えて、または、混在させて表示する画像表示装置であって、表示パネルと、偏光素子と、偏光切替素子と、3D/2D切替部と、制御部と、を備える構成とした。 In order to solve the above-mentioned problems, an image display device according to the present invention is an image display device that switches between or displays a stereoscopic image and a two-dimensional image, comprising: a display panel; a polarizing element; The configuration includes a switching element, a 3D/2D switching section, and a control section.
かかる構成において、画像表示装置は、表示パネルによって、インテグラル方式の要素画像で構成された要素画像群、または、二次元画像を画面全体または領域を区分して表示する。
そして、画像表示装置は、表示パネルに対向して配置された偏光素子によって、表示パネルが表示する光のうち、特定の偏光、例えば、水平偏光の光のみを通過させる。
そして、画像表示装置は、偏光切替素子によって、偏光素子を通過した光を、領域別に一方の偏光状態と他方の偏光状態とに切り替える。この偏光切替素子は、制御部によって、要素画像の表示領域に対応する光を一方の偏光状態の光とし、二次元画像の表示領域に対応する光を他方の偏光状態の光に切り替えるように領域別に制御される。例えば、偏光切替素子は、要素画像に対応する光を、そのまま水平偏光の光として透過し、二次元画像に対応する光を垂直画像の光に切り替える。
これによって、偏光切替素子は、表示パネルで要素画像を表示する領域と二次元画像を表示する領域とで、異なる偏光状態の光に変換する。
In such a configuration, the image display device uses the display panel to display an elemental image group composed of integral type elemental images or a two-dimensional image on the entire screen or by dividing the area.
Then, the image display device uses a polarizing element arranged to face the display panel to pass only a specific polarized light, for example, horizontally polarized light, out of the light displayed by the display panel.
Then, in the image display device, the polarization switching element switches the light that has passed through the polarization element between one polarization state and the other polarization state for each region. The polarization switching element is controlled by the controller so that the light corresponding to the display area of the elemental image is switched to the light of one polarization state, and the light corresponding to the display area of the two-dimensional image is switched to the light of the other polarization state. controlled separately. For example, the polarization switching element transmits the light corresponding to the elemental image as it is as horizontally polarized light, and switches the light corresponding to the two-dimensional image to the light of the vertical image.
As a result, the polarization switching element converts the light into different polarization states in the area where the elemental image is displayed and the area where the two-dimensional image is displayed on the display panel.
そして、画像表示装置は、3D/2D切替部によって、要素画像の表示領域に対応する一方の偏光状態の光については要素画像ごとに回折によりインテグラル方式の要素レンズとして光を集光する機能とし、二次元画像の表示領域に対応する他方の偏光状態の光については集光を行わずに通過させる。この偏光状態に応じて光を集光させるか否かは、例えば、偏光回折レンズと集光レンズとを組み合わせることで実現することができる。
これによって、3D/2D切替部は、要素画像を表示する領域においては、インテグラル方式の要素レンズとして機能し、観察者に立体像を視認させることができる。また、3D/2D切替部は、二次元画像を表示する領域においては、光を通過させる透過部材として機能し、観察者に二次元画像を視認させることができる。
Then, the image display device has a function of condensing the light of one polarization state corresponding to the display area of the elemental image by the 3D/2D switching section as an integral type element lens by diffraction for each elemental image. , the light of the other polarization state corresponding to the display area of the two-dimensional image is passed through without being condensed. Whether or not to condense light according to the polarization state can be realized by, for example, combining a polarized diffraction lens and a condensing lens.
Thereby, the 3D/2D switching section functions as an integral lens element in the area where the element image is displayed, and the observer can visually recognize the stereoscopic image. In addition, the 3D/2D switching section functions as a transparent member that allows light to pass through in a region where a two-dimensional image is displayed, so that the observer can visually recognize the two-dimensional image.
本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
本発明によれば、バックライトとして特殊な光源を必要とせず、一般的な直視型の表示パネルを用いて、立体像と二次元画像とを切り替えて、または、領域的に区分して表示することができる。
これによって、本発明は、一つの装置で多様なコンテンツを表示することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION This invention has the outstanding effect shown below.
According to the present invention, a stereoscopic image and a two-dimensional image can be switched or displayed by dividing into regions using a general direct-view display panel without requiring a special light source as a backlight. be able to.
Accordingly, the present invention can display various contents on one device.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
〔画像表示装置の概要〕
図1を参照して、本発明の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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Overview of image display device]
An overview of an
The
表示部10は、画像(立体像I3D、二次元画像I2D)を表示するものである。なお、表示部10は、立体像I3Dについては、インテグラル方式の要素画像群を表示することで、観察者Mに立体像I3Dを視認させる。一方、表示部10は、二次元画像I2Dについては、画面上に二次元画像そのものを表示する。
制御部20は、表示部10における立体像I3Dの表示と、二次元画像I2Dの表示とを切り替える制御を行うものである。
The
The
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。
Note that the
The configuration of the
〔画像表示装置の構成〕
まず、図2を参照(適宜図1参照)して、画像表示装置1の表示部10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の構成を示す上面図である。
図2に示すように、表示部10は、表示パネル11と、偏光素子12と、偏光切替素子13と、3D/2D切替レンズアレイ14と、を備える。
[Configuration of image display device]
First, the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
表示パネル11は、インテグラル方式の要素画像で構成された要素画像群、または、二次元画像を画面全体または領域を区分して表示するものである。
表示パネル11は、液晶ディスプレイ、有機EL(Electronic Luminescent)ディスプレイ等の一般的な直視型のディスプレイである。
この表示パネル11は、観察者Mに立体像I3Dを視認させる場合、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11は、観察者Mに二次元画像I2Dを視認させる場合、二次元画像I2Dそのものを表示する。この表示パネル11が表示する画像は、静止画像であってもよいし、複数の画像が連続する動画像であってもよい。
表示パネル11は、画像を表示したディスプレイ光を偏光素子12に照射する。
The
The
This
The
偏光素子12は、表示パネル11から照射されるランダム偏光のディスプレイ光のうち、特定の偏光の光のみを通過させるものである。ここでは、偏光素子12は、水平偏光の光のみを通過させるものとする。
偏光素子12は、表示パネル11の光の出射側に表示パネル11に対向して配置される。なお、偏光素子12は、表示パネル11に対して、所定間隔(例えば、数mm程度)開けて配置してもよいし、密接して配置してもよい。
偏光素子12を通過した光は、偏光切替素子13に照射される。
The
The
The light that has passed through the
偏光切替素子13は、偏光素子12を通過した光を、領域別に一方の偏光状態と他方の偏光状態とに切り替えるものである。偏光切替素子13は、例えば、応答速度が速い強誘電性液晶、OCB(Optically Compensated Bend)液晶等の液晶素子を用いることができる。
偏光切替素子13は、偏光素子12の光の出射側に配置される。なお、偏光切替素子13は、偏光素子12に対して、所定間隔(例えば、数mm程度)開けて配置してもよいし、密接して配置してもよい。
ここでは、偏光切替素子13は、制御部20の制御によって、水平偏光(一方の偏光状態)の光を水平偏光のまま通過させる状態と、水平偏光の光を垂直偏光(他方の偏光状態)の光に変換する状態とに切り替える。なお、偏光切替素子13の偏光切替の領域の単位は、後記する偏光回折レンズアレイ141の偏光回折レンズL1に対応する照射範囲ごととする。
偏光切替素子13を通過した光(水平偏光または垂直偏光)は、3D/2D切替レンズアレイ14の偏光回折レンズアレイ141に照射される。
The
The
Here, under the control of the
The light (horizontally polarized or vertically polarized) that has passed through the
以上説明した偏光素子12および偏光切替素子13による光の偏光切り替えを、図3を参照して説明する。
図3に示すように、偏光素子12は、表示パネル11から発光されるランダム偏光の光のうちで、水平偏光のみを通過させる。
そして、偏光切替素子13は、偏光素子12を通過した水平偏光の光をそのまま通過させたり、偏光状態を垂直偏光に変換したりする処理を、偏光回折レンズL1単位で、表示パネル11の画面全体あるいは部分的に切り替える。
これによって、偏光切替素子13は、偏光回折レンズアレイ141に対して、偏光回折レンズL1単位で特定の偏光の光を照射することができる。
図2に戻って、表示部10の構成について説明を続ける。
Polarization switching of light by the
As shown in FIG. 3 , the
The
As a result, the
Returning to FIG. 2, the description of the configuration of the
3D/2D切替レンズアレイ(3D/2D切替部)14は、要素画像の表示領域に対応する一方の偏光状態(ここでは、水平偏光)の光については要素画像ごとに回折によりインテグラル方式の要素レンズとして光を集光する機能とし、二次元画像の表示領域に対応する他方の偏光状態(ここでは、垂直偏光)の光については集光を行わずに通過させるものである。
3D/2D切替レンズアレイ14は、図2に示すように、偏光回折レンズアレイ141と、集光レンズアレイ142と、を備える。
また、3D/2D切替レンズアレイ14は、図4に示すように、偏光回折レンズアレイ141と集光レンズアレイ142とを、それぞれのレンズアレイを構成する偏光回折レンズL1と集光レンズL2とが個々に対向するように配置する。
The 3D/2D switching lens array (3D/2D switching unit) 14 converts the light of one polarization state (here, horizontal polarization) corresponding to the display area of the element image into an integral type element by diffraction for each element image. It has a function of condensing light as a lens, and passes the light of the other polarization state (here, vertically polarized light) corresponding to the display area of the two-dimensional image without condensing.
The 3D/2D switching
As shown in FIG. 4, the 3D/2D switching
偏光回折レンズアレイ141は、偏光切替素子13から照射される光の偏光状態に応じて、入射光を回折するものである。
偏光回折レンズアレイ141は、偏光切替素子13の光の出射側に配置される。なお、偏光回折レンズアレイ141は、偏光切替素子13に対して、所定間隔(例えば、数mm程度)開けて配置してもよいし、密接して配置してもよい。
ただし、偏光回折レンズアレイ141は、後記する偏光回折レンズL1と集光レンズアレイ142の集光レンズL2との合成レンズの焦点距離の1/2だけ、表示パネル11の表示面から離間して配置する。この離間距離の理由については、図7を参照して後記する。
また、偏光回折レンズアレイ141は、正面視では、図4に示すように、偏光回折レンズL1を二次元平面上に配列して構成している。偏光回折レンズL1のレンズピッチは、表示パネル11に表示する要素画像群の要素画像のピッチと同じである。
The polarization
The polarization
However, the polarizing
The polarized
偏光回折レンズL1は、異なる2つの偏光状態に応じて、入射光を±1次光に回折し、光の進行方向に対して正または負の焦点距離を持つレンズ(凸レンズまたは凹レンズ)として機能するものである。
ここでは、偏光回折レンズL1は、入射面に対して水平偏光の光が入射した場合、図5(a)に示すように、光の進行方向を正として、正の焦点距離(f)を持つレンズ(凸レンズ)として機能する。
また、偏光回折レンズL1は、入射面に対して垂直偏光の光が入射した場合、図5(b)に示すように、光の進行方向を正として、負の焦点距離(-f)を持つレンズ(凹レンズ)として機能する。
The polarized diffraction lens L1 functions as a lens (convex lens or concave lens) that diffracts incident light into ±1st-order light according to two different polarization states and has a positive or negative focal length with respect to the traveling direction of light. It is.
Here, the polarization diffraction lens L1 has a positive focal length (f) when horizontally polarized light is incident on the plane of incidence, as shown in FIG. It functions as a lens (convex lens).
In addition, when vertically polarized light is incident on the plane of incidence, the polarizing diffraction lens L1 has a negative focal length (-f) with the traveling direction of the light being positive, as shown in FIG. 5(b). It functions as a lens (concave lens).
偏光回折レンズL1は、図6に示すように、対向する集光レンズL2の形状に応じて光を回折する回折部Ldと、光を回折しない非回折部Ltとが形成されている。
回折部Ldは、図5で説明した光の回折を行うレンズである。偏光回折レンズL1の焦点距離は、回折部Ldの同心円状に形成される回折格子のピッチで定めることができる。
非回折部Ltは、光を回折させずに透過させる透過部材で形成された領域である。非回折部Ltは、一般的なガラス等で構成することができる。
As shown in FIG. 6, the polarizing diffraction lens L1 has a diffraction portion Ld that diffracts light and a non-diffraction portion Lt that does not diffract light according to the shape of the facing condenser lens L2.
The diffraction part Ld is a lens that diffracts light as described with reference to FIG. The focal length of the polarizing diffraction lens L1 can be determined by the pitch of the diffraction grating formed concentrically in the diffraction section Ld.
The non-diffracting portion Lt is a region formed of a transmissive member that transmits light without diffracting it. The non-diffracting portion Lt can be made of general glass or the like.
なお、集光レンズL2として、偏光回折レンズL1の形状と同じものを用いる場合、偏光回折レンズL1に、非回折部Ltを設ける必要はない。
また、偏光回折レンズL1として、集光レンズL2の形状に応じた非回折部Ltを設ける場合、表示パネル11に表示する要素画像群の各要素画像は、非回折部Ltに対応する領域を黒色で表示することとする。これによって、立体像を表示する際に不要な発光を抑えることができる。
偏光回折レンズアレイ141は、偏光状態に応じて回折した光を、集光レンズアレイ142に照射する。
In addition, when using the same shape as the polarizing diffraction lens L1 as the condensing lens L2, it is not necessary to provide the non-diffraction part Lt in the polarizing diffraction lens L1.
Further, when a non-diffraction portion Lt corresponding to the shape of the condensing lens L2 is provided as the polarizing diffraction lens L1, each element image of the element image group displayed on the
The polarization
このように、偏光状態に応じて光の回折を行うレンズは、特開2006-106726号公報、特開2008-233539号公報、特開2016-136165号公報等の特許文献や、以下の参考文献に記載されている公知の位相ホログラムの技術により実現することができる。
(参考文献)Jihwan Kim, Yanming Li, Matthew N. Miskiewicz, Chulwoo Oh, Michael W. Kudenov, and Michael J. Escuti, “Fabrication of ideal geometric-phase holograms with arbitrary wavefronts”, Optical Society of America, optica, vol.2, No.11, pp.958-964, November 2015.
In this way, lenses that diffract light according to the polarization state are disclosed in patent documents such as JP-A-2006-106726, JP-A-2008-233539, JP-A-2016-136165, and the following references. can be realized by a known phase hologram technique described in .
(References) Jihwan Kim, Yanming Li, Matthew N. Miskiewicz, Chulwoo Oh, Michael W. Kudenov, and Michael J. Escuti, “Fabrication of ideal geometric-phase holograms with arbitrary wavefronts”, Optical Society of America, optica, vol. .2, No.11, pp.958-964, November 2015.
集光レンズアレイ142は、偏光回折レンズアレイ141から照射される光の進行方向を変更するものである。
集光レンズアレイ142は、偏光回折レンズアレイ141の光の出射側に配置される。なお、集光レンズアレイ142は、偏光回折レンズアレイ141に対して、密接して配置することが好ましい。
図4に示すように、集光レンズアレイ142は、集光レンズL2を二次元平面上に配列して構成している。この集光レンズL2のレンズピッチは、偏光回折レンズL1と同じレンズピッチである。
集光レンズL2は、光の進行方向に対して正の焦点距離を持つレンズ(凸レンズ)として機能するものである。この集光レンズL2の焦点距離は、偏光回折レンズL1と同じ焦点距離(f)とする。
The
The
As shown in FIG. 4, the
The condenser lens L2 functions as a lens (convex lens) having a positive focal length with respect to the traveling direction of light. The focal length of this condensing lens L2 is set to the same focal length (f) as that of the polarizing diffraction lens L1.
これによって、3D/2D切替レンズアレイ14は、水平偏光の光が偏光回折レンズL1に入射された場合、図7(a)に示すように、正の焦点距離(f)として機能する偏光回折レンズL1と、同じく、正の焦点距離(f)として機能する集光レンズL2とは、2枚の凸レンズが合成された焦点距離(f/2)の合成レンズとして機能する。
そのため、偏光回折レンズL1および集光レンズL2を、表示パネル11の表示面から、合成レンズの焦点距離の1/2だけ離間して配置することで、偏光回折レンズL1および集光レンズL2は、インテグラル方式における要素レンズ(焦点距離はf/2)として機能することになる。すなわち、3D/2D切替レンズアレイ14は、インテグラル方式における要素レンズアレイとして機能することになる。
これによって、偏光回折レンズL1および集光レンズL2は、表示パネル11に表示される要素画像群を、立体像I3Dとして観察者Mに視認させることができる。
As a result, the 3D/2D switching
Therefore, by arranging the polarizing diffraction lens L1 and the condensing lens L2 from the display surface of the
Thereby, the polarizing diffraction lens L1 and the condenser lens L2 allow the observer M to visually recognize the group of elemental images displayed on the
一方、垂直偏光の光が偏光回折レンズL1に入射された場合、図7(b)に示すように、負の焦点距離(-f)として機能する偏光回折レンズL1と、正の焦点距離(f)として機能する集光レンズL2とは、集光作用が相殺されて非回折部材(透過部材)として機能する。
そのため、偏光回折レンズL1および集光レンズL2は、表示パネル11に表示される二次元画像I2Dを集光せずに透過して、そのまま観察者Mに視認させることができる。
On the other hand, when vertically polarized light is incident on the polarizing diffraction lens L1, as shown in FIG. ) functions as a non-diffractive member (transmissive member) by canceling out the light-collecting action.
Therefore, the polarizing diffraction lens L1 and the condensing lens L2 can transmit the two-dimensional image I2D displayed on the
次に、図8を参照して、制御部20の構成について説明する。
図8に示すように、制御部20は、3D/2D画像入力手段21と、3D/2D画像表示手段22と、表示切替指示入力手段23と、偏光切替制御手段24と、を備える。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 8 , the
3D/2D画像入力手段21は、インテグラル方式の要素画像群または二次元画像を入力するものである。この3D/2D画像入力手段21は、入力した要素画像群または二次元画像を、3D/2D画像表示手段22に出力する。
3D/2D画像入力手段21は、図示を省略した外部のディスク装置、通信回線等を介して画像を入力する。
なお、3D/2D画像入力手段21は、要素画像群または二次元画像のいずれか一方を入力する場合と、表示する領域を分けて要素画像群と二次元画像とが混在した画像を入力する場合とがある。
The 3D/2D image input means 21 inputs a group of integral image elements or a two-dimensional image. The 3D/2D image input means 21 outputs the inputted elemental image group or two-dimensional image to the 3D/2D image display means 22 .
The 3D/2D image input means 21 inputs images via an external disk device, communication line, etc. (not shown).
The 3D/2D image input means 21 inputs either an elemental image group or a two-dimensional image, or inputs an image in which an elemental image group and a two-dimensional image are mixed by dividing the display area. There is.
3D/2D画像表示手段22は、3D/2D画像入力手段21で入力された画像(要素画像群,二次元画像)を入力し、表示パネル11に表示するものである。この3D/2D画像表示手段22は、図示を省略した信号線を介して、表示パネル11と接続されている。
The 3D/2D image display means 22 inputs the image (element image group, two-dimensional image) input by the 3D/2D image input means 21 and displays it on the
表示切替指示入力手段23は、図示を省略したスイッチや、通信回線を介して、3D表示と2D表示との表示方式の切替指示を入力するものである。
具体的には、切替指示は、偏光回折レンズL1の領域ごとに偏光切替素子13の偏光状態を切り替えるか否かを指示する信号である。この切替指示は、予め3D/2D画像入力手段21に入力される画像に対応し、要素画像群の画像領域と二次元画像の画像領域とで、異なる偏光状態を示す指示とする。
ここでは、切替指示は、3D表示(要素画像群の表示)を行う場合、偏光切替素子13の偏光状態を切り替えない旨を示す指示で、2D表示(二次元画像の表示)を行う場合、偏光切替素子13の偏光状態を切り替える旨を示す指示とする。
表示切替指示入力手段23は、入力した切替指示を、偏光切替制御手段24に出力する。
The display switching
Specifically, the switching instruction is a signal that instructs whether or not to switch the polarization state of the
Here, the switching instruction is an instruction indicating that the polarization state of the
The display switching instruction input means 23 outputs the input switching instruction to the polarization switching control means 24 .
偏光切替制御手段24は、表示切替指示入力手段23で入力された切替指示に応じて、偏光切替素子13の偏光状態を、偏光回折レンズL1に対応する照射範囲ごとに切り替える。
この偏光切替制御手段24は、図示を省略した信号線を介して、偏光切替素子13に接続され、電圧制御により、偏光状態を切り替える。
ここでは、偏光切替制御手段24は、切替指示により、偏光回折レンズL1に対応する光の偏光状態を切り替えない場合、その偏光回折レンズL1の照射範囲に対応する偏光切替素子13への電圧の印可を行わないこととする。
また、偏光切替制御手段24は、切替指示により、偏光回折レンズL1に対応する光の偏光状態を切り替える場合、その偏光回折レンズL1の照射範囲に対応する偏光切替素子13に電圧の印可を行う。
The polarization switching control means 24 switches the polarization state of the
The polarization switching control means 24 is connected to the
Here, when the polarization state of the light corresponding to the polarization diffraction lens L1 is not switched by the switching instruction, the polarization switching control means 24 applies a voltage to the
When the polarization state of the light corresponding to the polarization diffraction lens L1 is switched by the switching instruction, the polarization switching control means 24 applies a voltage to the
以上説明したように画像表示装置1を構成することで、画像表示装置1は、直視型の表示パネル11が表示するディスプレイ光を水平偏光または垂直偏光の光に切り替え、3D/2D切替レンズアレイ14に照射することで、3D表示と2D表示とを画面全面で切り替えたり、部分的に切り替えたりすることができる。
By configuring the
〔画像表示装置の動作〕
次に、図9~図11を参照(適宜図1,図2,図8参照)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、2D表示、3D/2D混在表示を行う動作について説明する。
[Operation of image display device]
Next, referring to FIGS. 9 to 11 (see FIGS. 1, 2, and 8 as appropriate), 3D display, 2D display, and 3D/2D mixed display are performed in the
(3D表示)
まず、図9を参照して、画像表示装置1の3D表示を行う動作について説明する。
画像表示装置1は、制御部20の表示切替指示入力手段23によって、3D表示を行う切替指示として、偏光切替素子13の偏光状態を切り替えない旨を示す指示を入力する。
そして、画像表示装置1は、偏光切替制御手段24によって、偏光素子12を通過した水平偏光の光をそのまま通過させるように、偏光切替素子13を電圧制御する。具体的には、偏光切替制御手段24は、偏光切替素子13への電圧の印可を行わない、あるいは、印可状態である場合には電圧の印可を停止する。
これによって、偏光切替素子13に入射した水平偏光の光は、水平偏光のままで偏光切替素子13を通過する状態となる。
(3D display)
First, with reference to FIG. 9, the operation of the
The
Then, the
As a result, the horizontally polarized light incident on the
その後、画像表示装置1は、制御部20の3D/2D画像入力手段21によって、要素画像eで構成された要素画像群を入力し、3D/2D画像表示手段22によって、要素画像群を表示パネル11に表示する。
すると、表示パネル11のランダム偏光のディスプレイ光は、偏光素子12によって、水平偏光の光となり、偏光切替素子13を通過する。
偏光切替素子13を通過した水平偏光の光が3D/2D切替レンズアレイ14に照射されることで、3D/2D切替レンズアレイ14は、インテグラル方式の要素レンズアレイとし機能する。
そして、観察者Mは、表示パネル11を、3D/2D切替レンズアレイ14を介して観察することで、立体像I3Dを視認することができる。
After that, the
Then, the randomly polarized display light of the
By irradiating the 3D/2D switching
The observer M can visually recognize the stereoscopic image I 3D by observing the
(2D表示)
次に、図10を参照して、画像表示装置1の2D表示を行う動作について説明する。
画像表示装置1は、制御部20の表示切替指示入力手段23によって、2D表示を行う切替指示として、偏光切替素子13の偏光状態を切り替える旨を示す指示を入力する。
そして、画像表示装置1は、偏光切替制御手段24によって、偏光素子12を通過した水平偏光の光を垂直偏光の光に変換するように、偏光切替素子13を電圧制御する。具体的には、偏光切替制御手段24は、偏光切替素子13に電圧を印可する。
これによって、偏光切替素子13に入射した水平偏光の光は、垂直偏光に変換されて偏光切替素子13から出射される状態となる。
(2D display)
Next, with reference to FIG. 10, the operation of performing 2D display of the
The
Then, the
As a result, the horizontally polarized light incident on the
その後、画像表示装置1は、制御部20の3D/2D画像入力手段21によって、二次元画像I2Dを入力し、3D/2D画像表示手段22によって、二次元画像I2Dを表示パネル11に表示する。
すると、表示パネル11のランダム偏光のディスプレイ光は、偏光素子12によって、水平偏光の光となり、偏光切替素子13によって、垂直偏光の光に変換される。
偏光切替素子13で変換された垂直偏光の光が3D/2D切替レンズアレイ14に照射されることで、3D/2D切替レンズアレイ14は、非回折部材(透過部材)として機能する。
そして、観察者Mは、表示パネル11を、3D/2D切替レンズアレイ14を介して観察することで、二次元画像I2Dを視認することができる。
After that, the
Then, the randomly polarized display light of the
By irradiating the 3D/2D switching
The observer M can visually recognize the two-dimensional image I2D by observing the
(3D/2D混在表示)
次に、図11を参照して、画像表示装置1の3D/2D混在表示を行う動作について説明する。
画像表示装置1は、制御部20の表示切替指示入力手段23によって、3D/2D混在表示を行う切替指示として、偏光切替素子113の偏光状態を切り替えない旨を示す指示、または、偏光切替素子113の偏光状態を切り替える旨を示す指示を、偏光回折レンズL1に対応する領域ごとに入力する。
ここでは、3D表示を行う領域の偏光回折レンズL1に対応する偏光切替素子13には、偏光状態を切り替えない旨を指示し、2D表示を行う領域の偏光回折レンズL1に対応する偏光切替素子13には、偏光状態を切り替える旨を指示する。
(3D/2D mixed display)
Next, the operation of performing 3D/2D mixed display of the
The
Here, the
そして、画像表示装置1は、偏光切替制御手段24によって、切替指示で指示された領域ごとに、偏光切替素子13の電圧を制御する。
具体的には、偏光切替制御手段24は、偏光状態を切り替えない旨を指示された偏光切替素子13の領域については電圧を印可せず、偏光状態を切り替える旨を指示された偏光切替素子13の領域については電圧を印可する。
これによって、偏光切替素子13に入射した3D表示を行う領域の水平偏光の光は、水平偏光のままで偏光切替素子13を通過し、偏光切替素子13に入射した2D表示を行う領域の水平偏光の光は、垂直偏光に変換されて偏光切替素子13から出射される状態となる。
Then, the
Specifically, the polarization switching control means 24 does not apply a voltage to a region of the
As a result, the horizontally polarized light in the region for 3D display that has entered the
その後、画像表示装置1は、制御部20の3D/2D画像入力手段21によって、要素画像群と二次元画像とが混在した画像を入力し、3D/2D画像表示手段22によって、画像を表示パネル11に表示する。
すると、表示パネル11の3D表示を行う領域(要素画像eで構成された要素画像群の表示領域)に対応するランダム偏光のディスプレイ光は、偏光素子12によって、水平偏光の光となり、偏光切替素子13を通過する。
偏光切替素子13を通過した水平偏光の光が3D/2D切替レンズアレイ14に照射されることで、3D/2D切替レンズアレイ14は、インテグラル方式の要素レンズアレイとし機能する。
After that, the
Then, the randomly polarized display light corresponding to the 3D display area of the display panel 11 (the display area of the elemental image group composed of the elemental images e) is converted to horizontally polarized light by the
By irradiating the 3D/2D switching
一方、表示パネル11の2D表示を行う領域(二次元画像I2Dの表示領域)に対応するランダム偏光のディスプレイ光は、偏光素子12によって、水平偏光の光となり、偏光切替素子13によって、垂直偏光の光に変換される。
偏光切替素子13で変換された垂直偏光の光が3D/2D切替レンズアレイ14に照射されることで、3D/2D切替レンズアレイ14は、非回折部材(透過部材)として機能する。
そして、観察者Mは、表示パネル11を、3D/2D切替レンズアレイ14を介して観察することで、要素画像eを表示した領域においては立体像I3Dを視認することができ、二次元画像I2Dを表示した領域においては、二次元画像I2Dをそのまま視認することができる。
On the other hand, the randomly polarized display light corresponding to the 2D display area of the display panel 11 (the display area of the two-dimensional image I2D ) becomes horizontally polarized light by the
By irradiating the 3D/2D switching
By observing the
〔変形例〕
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。
[Modification]
Although the configuration and operation of the
(3D/2D切替レンズアレイの変形例)
3D/2D切替レンズアレイ14は、図12に示す3D/2D切替レンズアレイ14Bの構成としてもよい。
この3D/2D切替レンズアレイ14Bは、3D/2D切替レンズアレイ14と同様、偏光切替素子13から照射される光の偏光状態に応じて、立体像を表示するためのレンズ、または、二次元画像を表示するためのレンズとして機能するものである。
図12に示すように、3D/2D切替レンズアレイ14Bは、第1の偏光回折レンズアレイ141と、λ/4波長板143と、偏光素子144と、第2の偏光回折レンズアレイ141Bと、を備える。
第1の偏光回折レンズアレイ141は、図2で説明した3D/2D切替レンズアレイ14と同じ構成であるため、説明を省略する。
(Modification of 3D/2D switching lens array)
The 3D/2D switching
The 3D/2D switching
As shown in FIG. 12, the 3D/2D switching
The first polarization
λ/4波長板143は、偏光回折レンズアレイ141の光の出射側に配置され、偏光回折レンズアレイ141から照射される光(直線偏光)に対して1/4波長の位相差を生じさせて、円偏光の光に変換するものである。ここでは、λ/4波長板143は、光学軸に対して45°傾けて直線偏光を入射するように配置する。
ここでは、λ/4波長板143は、入射した直線偏光である水平偏光を、右回り円偏光に変換する。なお、λ/4波長板143は、入射した直線偏光が垂直偏光であれば、左回り円偏光に変換することになる。
λ/4波長板143は、偏光回折レンズアレイ141に対して、所定間隔(例えば、数mm程度)開けて配置してもよいし、密接して配置してもよい。
λ/4波長板143で変換された円偏光の光は、偏光素子144に照射される。
The λ/4
Here, the λ/4
The λ/4
The circularly polarized light converted by the λ/4
偏光素子(第2の偏光素子)144は、λ/4波長板143の光の出射側に配置され、λ/4波長板143から照射される円偏光の光のうち、特定の偏光の光のみを通過させるものである。ここでは、偏光素子144は、水平偏光のみを通過させる直線偏光素子を用いる。
偏光素子144は、λ/4波長板143に対して、所定間隔(例えば、数mm程度)開けて配置してもよいし、密接して配置してもよい。
偏光素子144を通過した光は、偏光回折レンズアレイ141Bに照射される。
The polarizing element (second polarizing element) 144 is arranged on the light output side of the λ/4
The
The light that has passed through the
第2の偏光回折レンズアレイ141Bは、偏光素子144の光の出射側に配置され、偏光素子144から照射される光の偏光状態に応じて、入射光を回折するものである。
偏光回折レンズアレイ141Bは、偏光素子144に対して、所定間隔(例えば、数mm程度)開けて配置してもよいし、密接して配置してもよい。
偏光回折レンズアレイ141Bは、偏光回折レンズアレイ141と同様、偏光回折レンズL1Bを二次元平面上に配列して構成している。
The second polarized
The polarizing
Like the polarized
偏光回折レンズL1Bは、異なる2つの偏光状態に応じて、入射光を±1次光に回折し、光の進行方向に対して正または負の焦点距離を持つレンズ(凸レンズまたは凹レンズ)として機能するものである。
ただし、ここでは、偏光素子144は、特定の偏光(水平偏光)の光のみを通過させるため、正の焦点距離を持つレンズ(凸レンズ)として機能する。
偏光回折レンズアレイ141Bの偏光回折レンズL1Bの焦点距離は、偏光回折レンズアレイ141の偏光回折レンズL1と同じ焦点距離とする。すなわち、偏光回折レンズアレイ141Bは、偏光回折レンズアレイ141と同じ構成のものを用いることができる。
The polarized diffraction lens L1B functions as a lens (convex lens or concave lens) that diffracts incident light into ±1st-order light according to two different polarization states and has a positive or negative focal length with respect to the traveling direction of light. It is.
However, in this case, the
The focal length of the polarized diffraction lens L1B of the polarized
ここで、図13を参照して、図12の3D/2D切替レンズアレイ14Bにおける入射光の偏光状態の変化について説明する。
図13(a)に示すように、入射光として水平偏光の光が偏光回折レンズアレイ141に照射された場合、偏光回折レンズアレイ141の偏光回折レンズL1は、正の焦点距離(f)として機能し、水平偏光のままλ/4波長板143に入射光を照射する。
そして、λ/4波長板143は、照射された水平偏光の光を右回り円偏光の光に変更し、偏光素子144に照射する。
さらに、偏光素子144は、照射された右回り円偏光の光のうち、水平偏光の光のみを通過させて偏光回折レンズアレイ141Bに照射する。
そして、偏光回折レンズアレイ141Bは、水平偏光の光を照射されることで、偏光回折レンズアレイ141Bの偏光回折レンズL1Bは、正の焦点距離(f)として機能する。
これによって、3D/2D切替レンズアレイ14Bは、水平偏光の光を照射された場合、正の焦点距離(f)として機能する偏光回折レンズL1と、同じく、正の焦点距離(f)として機能する偏光回折レンズL1Bとによって、焦点距離(f/2)の合成レンズとして機能する。
Here, with reference to FIG. 13, changes in the polarization state of incident light in the 3D/2D switching
As shown in FIG. 13A, when horizontally polarized light is applied to the polarization
Then, the λ/4
Further, the
The polarization
Thereby, the 3D/2D switching
また、図13(b)に示すように、入射光として垂直偏光の光が偏光回折レンズアレイ141に照射された場合、偏光回折レンズアレイ141の偏光回折レンズL1は、負の焦点距離(-f)として機能し、垂直偏光のままλ/4波長板143に入射光を照射する。
そして、λ/4波長板143は、照射された垂直偏光の光を左回り円偏光の光に変更し、偏光素子144に照射する。
さらに、偏光素子144は、照射された左回り円偏光の光のうち、水平偏光の光のみを通過させて偏光回折レンズアレイ141Bに照射する。
そして、偏光回折レンズアレイ141Bは、水平偏光の光を照射されることで、偏光回折レンズアレイ141Bの偏光回折レンズL1Bは、正の焦点距離(f)として機能する。
これによって、3D/2D切替レンズアレイ14Bは、垂直偏光の光を照射された場合、負の焦点距離(-f)として機能する偏光回折レンズL1と、正の焦点距離(f)として機能する偏光回折レンズL1Bとによって、集光作用が相殺されて非回折部材として機能する。また、3D/2D切替レンズアレイ14Bは、焦点距離を相殺するように偏光回折レンズL1,L1Bを重ねるため、回折角の波長依存性も相殺され、色分散のない良好な二次元画像を表示することができる。
このように、3D/2D切替レンズアレイ14Bは、3D/2D切替レンズアレイ14と等価な構成となる。
Further, as shown in FIG. 13(b), when vertically polarized light is applied to the polarization
Then, the λ/4
Further, the
The polarization
Thereby, when the 3D/2D switching
Thus, the 3D/2D
以上説明したように3D/2D切替レンズアレイ14Bを構成することで、同一構成の偏光回折レンズアレイ141,141Bを用いることができ、レンズピッチ、焦点距離等の誤差を最小限に抑えることができる。また、λ/4波長板143、偏光素子144および偏光回折レンズアレイ141Bは、集光レンズアレイ142である凸レンズよりも薄く成型することができるため、装置全体を薄型化することができる。
By configuring the 3D/2D switching
(偏光状態の変形例)
ここでは、3D/2D切替レンズアレイ14,14Bに照射する光の偏光状態を、3D表示を行う領域においては水平偏光、2D表示を行う領域においては垂直偏光とした。しかし、この偏光状態は逆にしても構わない。
その場合、偏光切替制御手段24は、偏光切替素子13における水平偏光と水平偏光との切替を逆にする。また、偏光回折レンズアレイ141の偏光回折レンズL1として、水平偏光の光に対して負の焦点距離を持つレンズとして機能し、垂直偏光の光に対して正の焦点距離のレンズとして機能するレンズを用いればよい。
(Modified example of polarization state)
Here, the polarization state of the light applied to the 3D/2D switching
In that case, the polarization switching control means 24 reverses switching between horizontal polarization and horizontal polarization in the
(集光レンズアレイの変形例)
ここでは、偏光回折レンズアレイ141の光の入出射面を矩形形状とし、偏光回折レンズL1と集光レンズL2とを正方配列で構成しているが、この配列には限定されない。例えば、偏光回折レンズアレイ141と集光レンズアレイ142とを、デルタ配列(俵積み)で構成してもよい。また、例えば、偏光回折レンズアレイ141の光の出射面を六角形状とし、偏光回折レンズアレイ141と集光レンズアレイ142とをハニカム構造で構成してもよい。
(Modified example of condenser lens array)
Here, the light entrance/exit surface of the polarizing
また、ここでは、集光レンズアレイ142を構成する集光レンズアレイ142を円形状としているが、偏光回折レンズアレイ141の光の出射面と同じ形状(矩形形状等)であっても構わない。
また、ここでは、集光レンズアレイ142を両凸レンズで構成した例で説明したが、平凸レンズであっても構わない。
Also, although the
Further, although the example in which the
また、ここでは、集光レンズアレイ142を偏光回折レンズアレイ141の光の出射側に配置したが、偏光回折レンズアレイ141の光の入射側に密接して配置しても構わない。なお、集光レンズアレイ142を偏光回折レンズアレイ141の光の出射側に配置する場合、偏光回折レンズL1の回折溝は光の出射側とする。また、集光レンズアレイ142を偏光回折レンズアレイ141の光の入射側に配置する場合、偏光回折レンズL1の回折溝は光の入射側とする。
Further, although the condensing
1 画像表示装置
10 表示部
11 表示パネル
12 偏光素子
13 偏光切替素子
14 3D/2D切替レンズアレイ(3D/2D切替部)
14B 3D/2D切替レンズアレイ(3D/2D切替部)
141 偏光回折レンズアレイ(第1の偏光回折レンズアレイ)
141B 偏光回折レンズアレイ(第2の偏光回折レンズアレイ)
142 集光レンズアレイ
143 λ/4波長板
144 偏光素子(第2の偏光素子)
L1 偏光回折レンズ
L1B 偏光回折レンズ
Ld 回折部
Lt 非回折部
L2 集光レンズ
20 制御部
21 3D/2D画像入力手段
22 3D/2D画像表示手段
23 表示切替指示入力手段
24 偏光切替制御手段
REFERENCE SIGNS
141 polarized diffraction lens array (first polarized diffraction lens array)
141B polarized diffraction lens array (second polarized diffraction lens array)
142
L1 polarization diffraction lens L1B polarization diffraction lens Ld diffraction part Lt non-diffraction part
Claims (5)
インテグラル方式の要素画像で構成された要素画像群、または、前記二次元画像を画面全体または領域を区分して表示する表示パネルと、
前記表示パネルに対向して配置され、前記表示パネルが表示する光のうち、特定の偏光の光のみを通過させる偏光素子と、
前記偏光素子を通過した光を、領域別に一方の偏光状態と他方の偏光状態とに切り替える偏光切替素子と、
前記要素画像の表示領域に対応する前記一方の偏光状態の光については前記要素画像ごとに回折により前記インテグラル方式の要素レンズとして光を集光する機能とし、前記二次元画像の表示領域に対応する前記他方の偏光状態の光については集光を行わずに通過させる3D/2D切替部と、
前記要素画像の表示領域に対応する光を前記一方の偏光状態の光とし、前記二次元画像の表示領域に対応する光を前記他方の偏光状態の光に切り替えるように、前記偏光切替素子を領域別に制御する制御部と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。 An image display device that displays a stereoscopic image and a two-dimensional image by switching or mixing them,
an elemental image group composed of integral type elemental images, or a display panel for displaying the two-dimensional image on the entire screen or by dividing the area;
a polarizing element that is arranged to face the display panel and that transmits only light of specific polarization out of the light displayed by the display panel;
a polarization switching element that switches light that has passed through the polarization element between one polarization state and the other polarization state for each region;
With respect to the light in one polarization state corresponding to the display area of the element image, the integral lens has a function of condensing the light by diffraction for each element image, and corresponds to the display area of the two-dimensional image. a 3D/2D switching unit that passes the light in the other polarization state without condensing;
The polarization switching element is configured to switch the light corresponding to the display area of the element image to the light of the one polarization state, and the light corresponding to the display area of the two-dimensional image to the light of the other polarization state. a separately controlled control unit;
An image display device comprising:
前記偏光状態に応じた回折により光の進行方向に対して正または負の焦点距離を持つ偏光回折レンズを二次元平面上に配列した偏光回折レンズアレイと、
前記偏光回折レンズアレイと密接し、光の進行方向に対して前記偏光回折レンズアレイと同じ正の焦点距離を持つ集光レンズを二次元平面上に配列した集光レンズアレイと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The 3D/2D switching unit is
a polarized diffraction lens array in which polarized diffraction lenses having a positive or negative focal length with respect to the traveling direction of light are arranged on a two-dimensional plane by diffraction according to the polarization state;
a condensing lens array in which condensing lenses are arranged on a two-dimensional plane in close contact with the polarizing diffraction lens array and have the same positive focal length as the polarizing diffraction lens array with respect to the traveling direction of light;
2. The image display device according to claim 1, comprising:
前記3D/2D切替部は、
前記偏光状態に応じた回折により光の進行方向に対して正または負の焦点距離を持つ偏光回折レンズを二次元平面上に配列した第1の偏光回折レンズアレイと、
前記第1の偏光回折レンズアレイから照射される直線偏光の光を円偏光の光に変換するλ/4波長板と、
前記λ/4波長板で変換された円偏光の光のうち、前記一方の偏光状態の光のみを通過させる第2の偏光素子と、
前記第2の偏光素子を通過する前記一方の偏光状態の光に対して回折により前記第1の偏光回折レンズアレイを構成する偏光回折レンズと同じ正の焦点距離を持つ偏光回折レンズを二次元平面上に配列した第2の偏光回折レンズアレイと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 The polarization state of the light switched by the polarization switching element is linearly polarized horizontally or vertically polarized light,
The 3D/2D switching unit is
a first polarized diffraction lens array in which polarized diffraction lenses having a positive or negative focal length with respect to the traveling direction of light are arranged on a two-dimensional plane by diffraction according to the polarization state;
a λ/4 wavelength plate for converting linearly polarized light emitted from the first polarized diffraction lens array into circularly polarized light;
a second polarizing element that passes only the one polarization state of the circularly polarized light converted by the λ/4 wavelength plate;
a two-dimensional planar polarizing diffraction lens having the same positive focal length as that of the polarizing diffractive lens constituting the first polarizing diffractive lens array by diffracting the light in one polarization state passing through the second polarizing element; a second polarized diffractive lens array arranged above;
2. The image display device according to claim 1, comprising:
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