JP2007240965A - 立体表示ディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直視型では、3次元線型空間結像光学系を有するバックライトシステム15に空間光変調器型の画像表示デバイス22を組合わせてなり、n視点インテグラルフォトグラフィーの指向性画像を、時間分割で光の方向を変化させて、高速にn枚表示する。また、投写型では、プロジェクションディスプレイにおいて、スクリーンからの出射光の方向を時間分割で切り替える手段を有する。この手段は、1個またはm個の画像表示デバイス22と拡大投写光学系(例:焦点距離f2のレンズ5)とからなる。
【選択図】図6
Description
なお、下記諸文献のうち、非特許文献1〜5以外は、後述の発明の開示の項中で参考文献として挙げられるものであり、非特許文献6はOCB、非特許文献7〜10はFLC、非特許文献11、12はDMD、非特許文献13はルミスティ、特許文献1は3次元線型空間結像光学系に関する文献である。
上述の技術は、空間分割を時間分割に変えることによって、多視点のインテグラルフォトグラフィーを実現する方式に関するものであるが、よりリアルな立体表示ディスプレイを目的とした場合、視点数をできるだけ多く、かつ、解像度も上げる必要もある。この場合、上述の時間分割のみによる方式では、画像表示デバイスの高速応答特性の限界が、視点数を決めてしまう。そこで、画素数は多くなるが、空間分割方式と、時間分割方式を併用することが考えられる。
第4の目的は、第3の目的のプロジェクションシステムバージョンであり、第2の目的の高速光方向制御が可能な投射光学系に複数の光学エンジンまたはプロジェクタを用い、時間分割と空間分割を併用したインテグラルフォトグラフィー方式の立体表示ディスプレイ(投写型)を提供することである。
本発明(1)は、3次元線型空間結像光学系を有するバックライトである(:請求項1)。
本発明(1−2)は、3次元線型空間結像光学系を有するバックライトと、該バックライトからの出射光の方向を制御する手段とを有することを特徴とするバックライトシステムである(:請求項2)。
本発明(3−2)は、本発明(3)において、前記時間分割の方向と、前記空間分割の方向が互いにほぼ直交することを特徴とする立体表示ディスプレイ(詳しくは、時間分割方向・空間分割方向直交併用型インテグラルフォトグラフィー立体表示ディスプレイ)である(:請求項5)。
本発明(5)は、本発明(4)において、前記切り替える手段が、n視点インテグラルフォトグラフィーの指向性画像を、時間分割で光の方向を変化させて、高速にn枚表示する、1個の画像表示デバイスと拡大投写光学系とからなることを特徴とするプロジェクション立体表示ディスプレイ(詳しくは、時間分割シーケンシャルインテグラルフォトグラフィー方式プロジェクション立体表示ディスプレイ)である(:請求項7)。
本発明(1)ないし(1−2)の3次元線型空間結像光学系(特許文献1)の例を図1に示す。同図の(a)は等倍の場合で、焦点距離fのレンズ3を2枚、互いの光軸10を一致させ、距離2f離して配置した光学系であり、(b)は拡大の場合で、焦点距離f1,f2のレンズ(第1レンズ,第2レンズ)4,5を、互いの光軸10を一致させ、距離f1+f2離して配置した光学系である。図1(a)の左側のレンズ3から左方に距離fの位置にある立体グリッドは、物体に対する3次元座標を表す物体グリッド1であり、右側のレンズ3から右方に距離fの位置にある立体グリッドは、結像に対する3次元座標を表す結像グリッド2である(図1(b)でも同様)。この光学系は、物体グリッド1の一点から出た光の位置と方向を、結像グリッド2に、光軸対称変換した状態で、再生するものである。よって、物体グリッド1の任意の点の光線の位置と方向は、結像グリッド2の光線の位置と方向において、光軸10に関し対称変換すると完全に一致するものである。
点Bへの入射角を±θ2とすると出射角は−(±θ3)であり、θ2とθ3の関係は次式で表される。
上述の議論より、図1(a),(b)に示す画像表示デバイス面6で平行光の入射角を変化させると、結像面7でも平行光になり、(1)式で記述される関係で光の方向は変化する。
この特性を、バックライトシステムに応用すると、3次元線型空間結像光学系を有する薄型バックライトシステムが実現することになる。この薄型バックライトシステムは通常のバックライトのように導光板や拡散板によって光出力を制御しているものではなく、結像を用いて、光出力を制御しているため、光方向制御性において、非常にすぐれた特性が得られる。
図1(b)における、拡大倍率f2/f1と、θ5、θ6の関係は、次式となる。この関係は、図2でも同様に成立する。
図3に、3次元線型空間結像光学系を有する光方向制御薄型バックライトシステムの内部構造を示す。これは、図2において結像面7にプリズムシート9を設置し、バックライト出射面の法線方向を中心に出射光の方向を可変としたものである。画像表示デバイス面6にはレンズ11(:焦点距離fD)が設置されている。レンズ11の主平面は、画像表示デバイス面6と一致し、かつ、レンズ11の中心(節)は、3次元線型空間結像系の光軸10上に位置する。光の方向を切り替える手段として例えば複数のLED(超高輝度LED)12が、画像表示デバイス面6に設置したレンズ11の前方焦点面13に設置されている。なお、14はレンズ11の光軸である。
筐体内部のLED12(図4では隠れて見えない)を順次1つずつ発光させると、ほぼ平行な光がプリズムシート9の全面から出射し、プリズムシート9の法線方向を中心に左右に変化する。
立体表示ディスプレイは、視点数が多い方がよりリアルな立体表示を実現できるものである。本発明(1)ないし(1−2)のバックライトないしバックライトシステムを用いた本発明(2)の立体表示ディスプレイは、n視点インテグラルフォトグラフィーの方向性(指向性)画像を、時間分割で光の方向を変化させて、高速にn枚表示するものであるが、視点数nの上限値は、用いる高速表示ディスプレイのデバイスの応答速度の限界により、決まってしまう。そこで、この時間分割のみによるnの上限値を超えるために、本発明(3)、(3−2)の立体表示ディスプレイは、時間分割方式と空間分割方式を併用するものである。
〔投写(プロジェクション)型について〕
次に、本発明(4)、(5)のプロジェクション立体表示ディスプレイの説明を行う。これらは、プロジェクション型に時間分割シーケンシャルインテグラルフォトグラフィー方式を適用したものであり、その一例を図8に示す。図ではプロジェクション立体表示ディスプレイをなす光学系の展開状態を示した。時間分割視点数分だけの超高輝度LED12が、同一平面内の一方向(この例では横方向)に並んだ5視点の領域A〜Eにそれぞれ1個ずつ(計5個)設置してある。
焦点距離f2のレンズ5はプロジェクションシステムの拡大結像系(本発明(5)、(6)にいう拡大投写光学系に該当)であり、実際は複数のレンズで構成される。レンズ5の光軸はレンズ4の光軸と一致しており、レンズ4,5の主平面は互いに平行で、主平面間距離は、b1(=a2)である。このとき、a1、b1、f1の関係は次式となる。
さて、ここで、焦点距離f3のフレネルレンズ23の主平面から右方に距離b3だけ離れた位置に、フレネルレンズ23の主平面と平行に延在する仮想平面25を考え、a3、b3、f3の関係を次式とする。
前記第2の結像も、焦点距離f2のレンズ5の主平面上の領域A’〜E’に結像したLED12の第1の結像同様、画像表示デバイス22で表示し、スクリーン面に対応するフレネルレンズ23の主平面上に拡大結像した画像情報の全てを含んでいる。この仮想平面25上でLED12の第2の結像が結像する領域A’’〜E’’が、指向性(方向性)画像可視領域A’’〜E’’となる。なぜなら、領域A’’〜E’’のいずれにおいてもフレネルレンズ23の主平面上に拡大結像した画像情報の全てを含んでいるため、この領域の中に、人間の目を置くと、水晶体の働きによって、網膜上に、フレネルレンズ23の主平面上に拡大結像した画像情報が結像するからである。
なお、図8では、横方向のみの時間分割IPに特化させているため、上下視野角を広げるべく上下方向(図8では紙面に垂直な方向)のみの拡散を行う一方向拡散フィルム(D-film)24を、スクリーン面であるフレネルレンズ23の出射面に付加してある。この一方向拡散フィルム24は、レンティキュラレンズからなるものでも機能するが、フレネルレンズとのモアレを回避するには、マイクロレンズ構造等のような構造(表面凹凸形状)をもたないものが望ましく、その望ましい例としては、前述のルミスティが挙げられる。
なお、フレネルレンズ23に付加する一方向拡散フィルム24の光拡散方向は、視点の並ぶ方向と垂直方向に設計しないと、指向性(方向性)画像のクロストークの原因となる。視点が上下左右に2次元に配列される場合、クロストークを避けるために、一方向拡散フィルム24は付加しない方が望ましい。
2 結像グリッド
3 レンズ(:焦点距離f)
4 レンズ(第1レンズ:焦点距離f1)
5 レンズ(第2レンズ:焦点距離f2)
6 画像表示デバイス面
7 結像面
8 第2レンズ機能用反射鏡
9 プリズムシート
10 光軸(3次元線型空間結像光学系の光軸)
11 レンズ(画像表示デバイス面に設置したレンズ:焦点距離fD)
12 LED(超高輝度LED)
13 レンズ(11)の前方焦点面
14 レンズ(11)の光軸
15 バックライト(またはバックライトシステム;薄型)
16 バックライト(15)の出射面
17 フレネルシリンドリカルレンズ
18 フレネルシリンドリカルレンズの焦点面
19 可視領域シーケンス
20 3層構造膜(上下方向拡散用D-film+フレネルシリンドリカルレンズ(17)+プリズムシート(9))
21 空間分割縦方向多眼LCD(例:縦5視点)
22 画像表示デバイス
23 フレネルレンズ
24 一方向拡散フィルム(D-film)
25 仮想平面
31、32、33、34 レンティキュラレンズ
41、42、43、44、45、46、47、48、49 領域
51、52、53 画素
Claims (8)
- 3次元線型空間結像光学系を有するバックライト。
- 3次元線型空間結像光学系を有するバックライトと、該バックライトからの出射光の方向を制御する手段とを有することを特徴とするバックライトシステム。
- 請求項2に記載のバックライトシステムに空間光変調器型の画像表示デバイスを組合わせてなり、n視点インテグラルフォトグラフィーの指向性画像を、時間分割で光の方向を変化させて、高速にn枚表示することを特徴とする立体表示ディスプレイ。
- 前記画像表示デバイスに、インテグラルフォトグラフィーによる空間分割方式が組合わされてなり、時間分割でn視点、空間分割でm視点の表示を行うことを特徴とする、請求項3に記載の立体表示ディスプレイ。
- 前記時間分割の方向と、前記空間分割の方向が互いにほぼ直交することを特徴とする請求項4に記載の立体表示ディスプレイ。
- プロジェクションディスプレイにおいて、スクリーンからの出射光の方向を時間分割で切り替える手段を有することを特徴とするプロジェクション立体表示ディスプレイ。
- 前記切り替える手段が、n視点インテグラルフォトグラフィーの指向性画像を、時間分割で光の方向を変化させて、高速にn枚表示する、1個の画像表示デバイスと拡大投写光学系とからなることを特徴とする請求項6に記載のプロジェクション立体表示ディスプレイ。
- 前記1個に代えてm個としてなり、該m個の画像表示デバイスの各々がn視点インテグラルフォトグラフィーの指向性画像を、時間分割で光の方向を変化させて、高速にn枚表示することにより、時間分割でn視点、空間分割でm視点の表示を行うことを特徴とする請求項7に記載の立体表示ディスプレイ。
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