JP2010113160A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の方向に映像を表示でき、光の利用効率の良い映像表示装置を提供する。
【解決手段】立体画像表示装置は、表示パネル２と、表示パネル２の動作を制御する画像制御部４と、バックライト部７と、光源制御部８とを備える。バックライト部７は、表示パネル２を照明する。バックライト部７は、光源部５と、配光用レンズアレイ６とを含む。光源部５は、配光用レンズアレイ６の入射面側に配置され、複数の光源素子を含む。配光用レンズアレイ６は、光源群に対応した開口部を複数有する。各開口部を通過した光源素子からの光線は、表示パネル２を照明する。光源制御部８は、各光源素子の点灯を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、映像表示装置に関し、特に、空間分布が制御された光を出力する配光制御型の照明制御を行う映像表示装置に関する。

近年、映像表示分野において、様々な映像の提供の方法が考えられている。例えば、特定の方向からのみ映像が観察できる配光制限型表示装置や、立体的な映像をユーザに知覚させる立体映像表示装置が実用化されつつある。

配光制限型表示装置の具体例としては、視野角を狭くした携帯電話やモバイル情報機器のモニタがある。このモニタは、正面付近から見る本人以外の角度からの観察位置からではモニタの表示内容が見えない事を特徴としたものである。また、配光制限型表示装置の他の具体例として、カーナビゲーションの２方向モニタがある。この２方向モニタは、センターコンソール付近に配置され、運転側方向には地図画面を、助手席側方向にはＴＶ画像等を表示できる。このような配光制限型表示装置には、例えば、特許文献１（特許第４０７４２３３号公報）に記載のデュアルビュー液晶あるいはベールビュー液晶を用いることができる。

立体映像表示装置は、人がその映像を見たときに立体的に知覚することができる映像を表示する。人間が物を見たときに立体的に知覚する要素としては、輻輳、両眼視差、運動視差、調節があると言われており、立体映像表示装置は、これらの要素を利用している。

輻輳とは、物を見るときに左右の眼球が内向きに向く運動のことである。眼に輻輳角を与える筋肉の緊張を脳が認識することで、人間は立体感を得る。両眼視差とは、注視点を観察している時の両眼に投影される網膜上像のズレ（いわゆる視差）のことである。人間は、この両眼視差を立体感として知覚する。運動視差とは、物を見る視点を変えた時に視点が移動するにつれて物の見え方が変化することである。人間は、この運動視差を立体感として知覚する。調節とは、見ている物の距離に応じて水晶体の厚みが変化することである。水晶体の厚みを変化させる筋肉の緊張を脳が認識することで、人間は立体感を得る。

これらの立体視を促す知覚作用を利用した従来の立体映像装置は、（ｉ）２眼式、（ｉｉ）多眼式、（ｉｉｉ）体積表示式、（ｉｖ）空間像再生式の４種類に大別できる。これらの方式の特徴を以下に簡単に述べる。

（ｉ）２眼式とは、左眼で見たときの映像と右眼で見たときの映像を用意して、使用者の左眼には左眼用映像を提示し、右眼には右眼用映像を提示する方法である。２眼式は、主に輻輳と両眼視差とを用いて立体感を与える。２種の映像を両目に独立提示する方法にはいくつかある。

よく知られるのが、左右像を分離するためのメガネを用意するものである。具体的には、左眼用映像を赤、右眼用映像を青で表示し、青／赤のメガネを通して見るアナグリフ式のものがある。あるいは、左眼用映像と右眼用映像とを時間的に交互に表示し、左右映像を時分割シャッタを備えるメガネを通して使用者に独立提示する方法がある。最近では、偏光方向を変えて左眼用映像と右眼用映像とを表示し、左右映像を分離する偏光フィルタを備えるメガネを用いて左右映像を使用者に独立提示する方法がある。この方法では、時分割シャッタを用いる方法に比べ、メガネを軽量に出来るので、使用者への負担が少なくてすむ。

独立提示する方法には、メガネを使用しないものもある。メガネを使用しない方法としては、表示画像をパララックスバリアやレンチキュラレンズを利用して左右像に分離する方式がある。また、特許文献２（特開２００５−７７４７２号公報）には、液晶表示パネルと、使用者の一方の眼の方向に出射光強度のピークが存在する第１の照明光と、使用者の他方の眼の方向に出射光強度のピークが存在する第２の照明光とを交互に出射する面光源とを備える液晶表示装置が開示されている。この液晶表示時装置は、液晶表示パネルに左目用画像データと右目用画像データとを交互に書き込み、画像データの書き込みに同期させて、第１の照明光または第２の照明光のいずれかを面光源から出射させる。

（ｉｉ）多眼式とは、視点を２眼式の２点以外にも準備するものである。すなわち、多眼式では、複数の視点からの左眼用映像および右眼用映像を、パララックスバリアやレンチキュラレンズを利用して、観察方向に対して独立提示してやる方法である。多眼式では、輻輳および両眼視差に加えて、観察位置の移動に伴い、視点の数だけ左右画像が切替わって使用者に投影されるので、使用者に運動視差による立体感を与える事ができる。

多眼式の映像表示に関し、特許文献３（特許第３０５４３１２号公報）には、使用者の視点位置を検出し、検出位置を視点とする画像を、予め準備されている多視点画像データから再構成する画像処理装置が開示されている。

また、特許文献４（特開２００７−４７５６３号公報）には、使用者の位置に応じてレンズ部に対応するシャッタユニットの開口位置を決定することで光の出射方向を制御する表示装置が開示されている。

（ｉｉｉ）体積表示式とは、例えば、奥行き方向に複数の表示面を用意する、あるいは表示面を回転させる等で、奥行きに応じた位置に像を表示するものである。体積表示式では、輻輳および両眼視差に加えて、調節による立体感を作りだすことが可能となる。

（ｉｖ）空間像再生式は、被写体の光線そのものを再生する方式である。空間像再生式は、実際に物体を見るのと同じように、使用者が輻輳、両眼視差、運動視差、調節のいずれの効果も得られるという点で優れた方式である。この方式には、光線再生法やホログラフィがある。

ここで、光線再生法による立体映像表示についての原理を、図１および図２を用いて簡単に説明する。図１は、光源再生法を用いる立体映像表示装置の光学系を横から見た図である。図２は、光源再生法を用いる立体映像表示装置の光学系の斜視図である。

立体映像表示装置は、図１および図２に示すように、表示パネル１２とレンズアレイ１３とを備える。表示パネル１２は、複数の画素を有する。表示パネル１２としては、例えば、液晶ディスプレイが利用される。レンズアレイ１３は、複数のレンズを一平面内に配置したものである。ここでは、図２に示すように、レンズアレイ１３として、マイクロレンズが２次元的に配置されたマイクロレンズアレイを用いる例を説明する。

立体映像表示装置は、表示パネル１２上に、複数の画素にて生成された要素画像１４を表示する。レンズアレイ１３を通して得られる表示パネル１２の画像の光線は、図１のようになり、使用者は、表示パネル１２に表示された要素画像１４をレンズアレイ１３を通して観察すると、あたかも再生像１１が存在するかのように感じる（逆に言えば、レンズアレイ１３を通して要素画像１４を観察した使用者があたかも再生像１１が存在するかのように感じるように、立体映像表示装置は、要素画像１４を表示パネル１２に表示する）。このため、使用者に対して、輻輳、両眼視差、調節の何れもが、自然に物を見ている状態と同等に与えられる。

また、図２に示すように、光線再生法によって再生された像の各点はレンズを通して各方向に光線を放っている。なお、図２には、再生像１１の点Ａに対応する光線を示している。このため、観察方向を変えた場合には、使用者は、その方向から見た画像を観察する。すなわち、使用者は、運動視差を感じる。ここで説明している例では、立体映像表示装置は、レンズアレイ１３としてマイクロレンズアレイを用いているので、使用者に、上下左右についての運動視差を与えることができる。
特許第４０７４２３３号公報 特開２００５−７７４７２号公報 特許第３０５４３１２号公報 特開２００７−４７５６３号公報

非特許文献１に記載のデュアルビュー液晶あるいはベールビュー液晶などの従来の配光制限型表示装置では、配光できる方向を制限できるものの、配光できる方向は固定であり、使用者の観察位置の変化に追従させて表示像を作成することができない。そのため、使用者の画像の観察位置が制限されるという不便が生じていた。

また、立体表示装置においても、立体像の表示位置を自由に変化させられることが好ましく、そのためには、平面画像表示装置（図１および図２における表示パネル１２）に照射する光の方向を自由に制御できる必要がある。しかしながら、従来の立体表示装置では、平面画像表示装置に照射する光の方向を自由に制御できない。例えば、特許文献２に記載の装置は、所定の方向にしか照射光を出射できない。特許文献３に記載の装置についても同様である。また、特許文献４に記載の装置では、開口していない部分を照明する光が利用されず、表示装置としての光の利用効率が非常に低いという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、所定の方向に映像を表示でき、光の利用効率の良い映像表示装置を提供することを課題とする。

１つの局面に係る本願発明は、複数の画素を有する画像表示部と、複数の光源素子からなる光源群を複数備える光源部と、各光源素子を独立に制御可能な光源制御部と、画像表示部と光源部の間に配設され、複数の光源群にそれぞれ対応した複数の開口部を有し、通過した光線が画像表示部を照明すべく導光する導光部とを備え、光源制御部は、各光源群から出射される光線が開口部を通過し所定の方向へ導光されるべく各光源素子を制御する。

好ましくは、導光部の各開口部にて導光された光線は略平行光である。
好ましくは、光源制御部は、複数の所定の方向に導光すべく、各光源素子を独立に制御する。

好ましくは、観察者の位置を検出する位置検出部をさらに備え、光源制御部は、位置検出部が検出した観察者の位置に基づいて、観察者の方向に進行する光線を発光可能な光源素子を点灯する。

好ましくは、観察者の瞳の位置を検出する瞳位置検出部をさらに備え、光源制御部は、瞳位置検出部が検出した瞳の位置に基づいて、瞳の方向に進行する光線を発光可能な光源素子を点灯する。

さらに好ましくは、導光部は、複数のレンズを有するレンズアレイである。
さらに好ましくは、各光源素子は、レンズアレイの略焦点距離に配置される。

さらに好ましくは、レンズアレイは、レンチキュラレンズである。
さらに好ましくは、レンズアレイは、複数のレンズを平面格子の格子点上に配置した２次元レンズアレイである。

さらに好ましくは、各光源素子は、半導体発光素子である。
さらに好ましくは、各光源素子は、半導体発光素子であって、光源部は、レンチキュラレンズのレンズ軸方向に沿って配置された線状の導光板をさらに含む。

さらに好ましくは、各画素を透過した光の進行方向を制限する光方向制限部をさらに備える。

さらに好ましくは、画像表示部は、光線再生式の立体表示方式に沿った画像を表示する。

さらに好ましくは、光方向制限部は、レンチキュラレンズである。
さらに好ましくは、光方向制限部は、複数のレンズを平面格子の格子点上に配置した２次元レンズアレイである。

好ましくは、画像表示部が複数の画像を時間的に分割表示するよう画像表示部を制御する画像制御部をさらに備え、光源制御部は、複数の画像の表示と同期して各光源素子の点灯を制御する。

本発明によれば、光源群に対応した開口部を複数有すると共に、開口部を通過した光線が画像表示部を照明すべく導光する導光部と、各光源群から出射される光線が開口部を通過し所定の方向へ導光されるべく光源素子を制御する光源制御部とからなる。したがって所定の方向に映像を表示でき、光の利用効率の良い映像表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部分には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

［第１の実施の形態］
第１の実施の形態では、本発明の配光制御型表示装置への適用例を説明する。以下、第１の実施の形態に係る配光制御型表示装置について、図３を参照して説明する。図３は、第１の実施の形態に係る配光制御型表示装置を示す図である。

図３を参照して、配光制御型表示装置は、表示パネル２と、画像制御部４と、バックライト部７と、光源制御部８と、カメラ９と、位置検出部１０とを備える。

表示パネル２は、画像を表示するためのパネルであり、複数の画素を含む。表示パネル２は、バックライト部７からのバックライト光を、画素単位で透過制御することで画像を表示可能な透過型パネルである。表示パネル２としては、例えば液晶パネルを用いることができる。

画像制御部４は、表示パネル２に画像を表示すべく表示パネル２の表示画像を制御する部分である。より具体的には、画像制御部４は、表示パネル２の各画素の動作、詳しくは、各画素による光の透過状態を決定する。

バックライト部７は、表示パネル２に照射する照射光を出力する。バックライト部７は、光源部５と、配光用レンズアレイ６とを含む。バックライト部７は、使用者から見て、表示パネル２の背後に配置される。光源部５は複数の光源素子を有する。

光源制御部８は、バックライト部７の各光源を独立に点灯制御する。光源制御部８が、どのように点灯する光源を決めるかについては後述する。

バックライト部７の具体例を、図４および図５を参照して説明する。図４は、バックライト部７を側面方向から見た図である。図５は、バックライト部７を斜めから見た図である。図４および図５を参照して、本実施の形態に係るバックライト部７における光源部５は、半導体光源であるＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）２１と、ＬＥＤ２１の光を受ける導光路２２とを組み合わせた線状光源を複数含む。また、配光用レンズアレイ６は、レンチキュラレンズ２３である。図５に示すように、各線状光源は、レンチキュラレンズ２３の主軸の方向と平行に配設される。

ここで、配光を実現する仕組みについて説明する。以下では、レンチキュラレンズ２３の一つのレンズ部分に相当する複数の線状光源を１ブロックとよぶ。

レンズの光源部５側の面（入射面）に入射した光は、光の入射面への入射角および入射位置ならびにレンズ形状に応じた出射角で、レンズの使用者側の面（出射面）から出射する。したがって、１ブロック中の各光源を発し各レンズに入射した光は、各光源とレンズとの位置関係ならびにレンズの形状で決まる角度でレンズから出射する。別の観点から言うと、１ブロックに含まれる各光源は、各光源が出射する光が、レンズの通過後、異なる角度に進行するように配置される。

したがって、バックライト部７は、点灯する光源の位置により、決められた方向に光を配光できる。例えば、図４中の１ブロック中の一番右端の線状光源を点灯すると、レンズの光軸に対してθ１の角度で光が出射される。θ１の値は、レンズと線状光源の位置関係で決まる。、また、１ブロック中の右端から７番目の線状光源を点灯すると、レンズの光軸に対してθ２の角度で光が出射される。

光源制御部８は、所望の出射角度に応じたバックライト部７の光源を点灯制御する。出射角度と、点灯する光源との関係は、バックライト部７の設計により予め定まっており、光源制御部８は、この関係に基づき、点灯する光源を決定する。光源制御部８は、各光源から出射される光線が開口部を通過し所定の方向へ導光されるべく光源の点灯を制御する。

なお、本装置による配光制御は以上のように行なわれるため、光源部５は、レンチキュラレンズ２３の焦点距離に配設されることが好ましい。この時、各線状光源を発して、レンチキュラレンズ２３を透過する各光線は、略平行となるため、レンチキュラレンズ２３からは、非常に指向性の強い光が出射される。よって、本実施の形態に係る配光制御型表示装置は、狭い範囲、例えば、観測者の位置に配光できる。

さらに、本実施の形態に係る配光制御型表示装置は、カメラ９を利用して、使用者の観察位置に応じた配光を行なうことができる。カメラ９は、使用者を含む領域の画像を撮影する。位置検出部１０は、カメラ９による撮像画像を画像処理することにより、使用者の位置を検出する。例えば、位置検出部１０は、使用者の輪郭など画像中の特徴的な領域を抽出し、抽出した領域に基づいて使用者の位置を判定する。光源制御部８は、使用者と配光制御型表示装置との位置関係に基づいて、配光方向および配光方向に対応して点灯する光源を決定する。このように、本実施の形態に係る配光制御型表示装置によれば、使用者の観察位置に応じた配光が可能となる。使用者の観察位置が変わった場合に、配光方向を観察位置に追従させることができる。

特に、本配光制御型表示装置を、従来技術で説明したカーナビゲーション用モニタに適用することもできる。この場合、カメラ９により運転者および助手席乗員の位置を検出し、検出結果に基づいて２方向に配光する。この場合、表示装置に複数のカメラ９を設けてもよい。２方向に配光するには、例えば、光源制御部８は、運転者側に照射される光を発する光源と、助手席側に照射される光を発する光源とを、時間的に交互に点灯する。この時、画像制御部４は、配光に同期して、運転者用画像と助手席側画像とを切り換えて表示パネル２に表示させればよい。なお、同様に、本配光制御型表示装置を用いて、２以上の複数の方向に配光することも可能である。

本実施の形態に係る配光制御型表示装置には、光源の光の利用効率を向上できるという利点もある。通常のディスプレイは広い範囲に光線を放射しており、使用者以外の方向への無駄な光線を放射している。したがって、通常のディスプレイは、使用者に画像を表示する以外にも無駄な電力を消費している。本発明によれば、使用者以外の方向への光線の放射を抑制できる。すなわち、必要な光線のみ発生できる。そのため、非常に低消費電力なディスプレイが実現できる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態では、本発明の光線再生式立体表示装置への適用例について説明する。第２の実施の形態に係る立体表示装置について図６を参照して説明する。

図６を参照して、立体表示装置は、立体表示パネル３と、画像制御部４と、バックライト部７と、光源制御部８と、カメラ９と、瞳位置検出部２６とを備える。

立体表示パネル３は、光線再生式の立体像を表示する。立体表示パネル３は、立体視用レンズアレイ１と、表示パネル２とを含む。表示パネル２の構造は、第１の実施の形態のものと同様である。表示パネル２は、光源再生式の立体表示方式に基づいて、立体像のもととなる要素画像を表示する。立体視用レンズアレイ１は、図１および図２に示したレンズアレイ１３に相当する。図１および図２では、レンズアレイ１３としてマイクロレンズアレイを用いていたが、ここではレンチキュラレンズを用いる事とする。この場合、運動視差は上下方向には発生しないものの、上下の運動視差はあまり求められないので立体視に関して大きな影響は無いと考えられる。もちろん、レンズアレイ１３としてマイクロレンズアレイを用いてもよい。この構成については、後述の第３の実施の形態にて説明する。

画像制御部４の構成については、第１の実施の形態で説明したものと同様である。また、バックライト部７および光源制御部８の構成も、第１の実施の形態で説明したものと同様である。

カメラ９は、第１の実施の形態と同様、使用者を含む領域の画像を撮影する。瞳位置検出部２６は、カメラ９による撮像画像を画像処理することにより、使用者の瞳位置を検出する。例えば、瞳位置検出部２６は、画像中の明暗パターンなどに基づいて、使用者の瞳位置を検出する。

光源制御部８は、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、使用者の瞳付近の位置に向かって配光するように、バックライト部７の光源部５の各ブロックからの光線出力を制御する。また、画像制御部４は、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、要素画像の表示位置を適宜制御する。

本実施の形態に係る立体表示装置は、立体像を観察できる領域（視域）が広く、かつ、高い解像度を持つ立体像を生成できる。このことを以下説明する。

まず、光線再生法における視域について図７および図８を参照して説明する。図７は、１つのレンズを通る光の視域角を示す図である。図７に示すように、レンズアレイ１３に対応して、要素画像を表示する要素画像領域１５が設定される。要素画像領域１５の画像は、視域角１６内の領域で観察できる。図８は、視域を示す図である。レンズアレイ１３の全てのレンズを通して要素画像が観察できる領域が、視域１７となる。使用者の観察位置を制限しないために、視域１７はなるべく広いことが好ましい。

視域１７を広げる１つの方法として、視域角１６を広げることが考えられる。しかし、視域角１６を広げると、立体像の解像度が低下する。この理由は次の通りである。視域角１６を広げるには、各レンズの面積を広げる必要があり、レンズアレイ１３のレンズ数を減らす必要がある。一方、光線再生法を用いた立体表示装置においては、レンズアレイ１３を通して立体像を表示しており、使用者は一つのレンズを通して１〜２画素の画像を観察しているため、立体像の解像度はレンズアレイの解像度（レンズ数）と同等になるからである。

立体像の解像度について数値を用いて説明しておく。例えば、表示パネルの解像度が２００×２００画素であり、要素画像が１０×１０画素とすると、レンズアレイのレンズ数は２０×２０個となり、これが立体像の解像度と同等となる。なお、要素画像領域の画素数の数は、表示できる視差の数（運動視差の数）を表している。この場合、運動視差の数は左右に１０視差および上下に１０視差となる。

視域角１６を広げた際の解像度の低下は、表示パネルの画素数を上げることである程度までは解決できる。例えば、上の例で、表示パネルの解像度を４００×４００画素にすれば、要素画像の画素数を１０×１０画素に保ったまま、レンズ数が４０×４０個のレンズアレイ１３を用いることができる。しかし、表示パネルの画素数には限度があり、この方法による解像度の向上にも限度がある。例えば、２次元ディスプレイでは普通になっているＳＶＧＡ（Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ）レベル（８００×６００画素）の立体像を得ようとすると、レンズアレイ１３のレンズ数が８００×６００個必要となり、要素画像を１０×１０画素としても、表示パネルとして８０００×６０００画素が必要となる。しかしながら、現在ではこのような表示が出来る直視型ディスプレイは入手できる状況にない。また、このようなディスプレイを開発することも、技術的あるいは価格的な課題が多く、現実的でない。

視域１７を広げる他の方法として、表示パネルで表示する画像を制御する方法がある。この方法によれば、立体像の解像度の確保のためにレンズ数の多いレンズアレイを用いつつ、低下した視野角を補うことができる。この方法について図９および図１０を用いて説明する。

図９は、図７のレンズアレイ１３に比べて、小さく、かつ、多数のレンズを有するレンズアレイ１３ａを用いた場合の視域角を示す図である。この場合、視域角は図９に示す視域角１６ａとなり、当然ながら図７の視域角１６よりも狭くなる。この場合、使用者は、使用者位置ａでは表示画像を観察可能であるが、観察位置ｂや観察位置ｃでは観察できなくなる。

観察位置ｂおよびｃにおいても表示画像を使用者が観察できるようにするためには、図１０に示すように、要素画像領域１５を図１０に示すように要素画像領域１５ａまで拡大してやればよい。すなわち、使用者が観察位置ｂにいる時には要素画像を領域ｂに表示し、使用者が観察位置ｃにいる時には要素画像を領域ｃに表示してやるとよい。このように、要素画像を表示する領域を固定せずに使用者の位置に応じて変更することにより、視域角を拡大することができる。

本実施の形態に即して説明すると、画像制御部４は、瞳位置検出部２６の検出結果に基づいて、表示パネル２に表示する要素画像を制御する。また、光源制御部８は、要素画像が使用者の瞳を含む領域に投影されるように、バックライト部７の配光を制御する。

図１０に示したのは、観察位置において、視域が使用者の両眼をカバーしている場合であるが、立体像の解像度をさらに向上させるために、使用者の片眼分にまで視域角を絞ることができる。

この場合は、使用者の位置に応じて要素画像の表示領域を変更するだけでは立体視できず、左右眼用の画像分離を実現する仕組み、すなわち、一方の眼用の画像を表示中には他方の眼にその画像が投影されないような仕組みが必要である。なぜならば、光線再生法では、視域が使用者の両眼をカバーしているならば、右眼／左眼で見ている光線が異なる事で両眼視差を得ることができるが、視域角が使用者の片眼しかカバーしていない場合、表示画像はどちらか一方の眼に投影させる為の画像であり、これを他方の眼に投影しても両眼視差を得ることができないためである。

光線再生法の場合、左右眼用の画像分離は、２眼式のようなパララックスバリアやレンチキュラレンズで行なう事は難しく、時分割で左右眼用の画像分離を行なう方法が好適である。本実施の形態においても、この方法を採用する。

本実施の形態に係る立体表示装置による立体視可能な仕組みについて、より詳しく説明する。光線再生式のパネルである立体表示パネル３は、立体像の解像度を向上させるために、視域が使用者の片眼分にまで絞られるように設計されている。

立体表示装置は、片眼用の画像を表示中には他方の眼にその画像が投影されないように、時分割で左右眼用の画像分離を行なう。すなわち、画像制御部４は、ある期間は右眼用画像を表示し、次の期間は左眼用画像を表示するというように、交互に右目用画像と左目用画像とを表示パネル２に表示する。また、画像制御部４は、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、使用者の瞳の位置に応じて要素画像の表示領域を変更する。

また、光源制御部８は、バックライト部７を制御し、右眼用画像表示期間には、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、使用者の右眼にバックライトを配光する。左眼用画像表示期間には、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、使用者の左眼にバックライトを配光する。

このように、本実施の形態に係る立体表示装置によれば、左右画像の時分割表示およびバックライトの配光制御を連携的に実行することで、片眼用の画像を表示中に、他方の眼にその画像が投影されないようにできる。これら一連の連携的な制御によって、広い視域にわたって、使用者に光線再生式の高解像度の立体表示像を知覚させることができる。さらに、立体映像表示装置における立体像の解像度と視域角拡大の両立を果たすことができる。

［第３の実施の形態］
本発明の光線再生式立体表示装置への他の適用例を説明する。第３の実施の形態に係る立体表示装置の構成は、基本的には第１の実施の形態と同じである。ただし、第３の実施の形態に係る立体表示装置は、立体視用レンズアレイ１として、レンチキュラアレイではなく、２次元的にレンズを配置したマイクロレンズアレイを用いる。この場合、立体像に関して、第２の実施の形態では得られない上下方向の運動視差も得られる。

立体視用レンズアレイ１をマイクロレンズアレイとしたことにともない、瞳位置検出部２６は、使用者の瞳位置を左右方向だけでなく上下方向にも検出する必要がある。また、画像制御部４は、表示画像位置を上下方向にも変更することが必要となる。また、光源制御部８は、バックライト部７の配光制御を上下左右の２次元的に実行する必要がある。

第３の実施の形態に係るバックライト部７について、図１１を用いて説明する。第３の実施の形態では、配光用レンズアレイ６として、第１の実施の形態で説明した配光用のレンチキュラレンズに代えて、マイクロレンズアレイ２５を配置する。また、光源素子として、半導体光源であるＬＥＤ２１を２次元状に配置する。第１の実施の形態で記したのと同様の理由により、ＬＥＤ２１はマイクロレンズアレイ２５の焦点距離に配設されることが好ましい。

ここで、第３の実施の形態における配光の仕組みについて説明する。以下では、マイクロレンズ１つのレンズ部分に相当する複数の光源を１ブロックとよぶ。図１１では、６×６個のＬＥＤ２１が１ブロックである。

例えば、図１１中の１ブロック中のＬＥＤ−Ａを点灯すると、ＬＥＤ−Ａとレンズとの位置関係で定まる方向の光、すなわち、レンズの光軸ｚに対してθ３の角度で、かつ、ｘｙ平面に投影したときのｙ軸に対する角度がθ４で表されるように傾斜した光が出射される。また、ＬＥＤ−Ｂを点灯すると、同様に、レンズの光軸ｚに対してθ５の角度で、且つ、ｘｙ平面に投影したときのｙ軸に対する角度がθ６で表されるように傾斜した光が出射される。

光源制御部８は、バックライト部７の各光源を独立に点灯制御することにより、点灯する光源の位置により決められた方向に２次元的に光を配光できる。光源制御部８は、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、バックライト部７の各ブロックからの光線を、使用者の瞳の位置に向かって配光する事ができる。また、点灯制御と同期して、画像制御部４は、瞳位置検出部２６からの情報に基づいて、要素画像の表示位置を適宜制御する。

第１および第２の実施の形態と同様、光源は、マイクロレンズの焦点距離付近に配設されることが好ましい。このとき、各光源素子が出力し、マイクロレンズから出射される光線は、略平行となり、表示装置が発する光は、非常に指向性が強くなる。よって、表示装置は、使用者の瞳付近の位置という狭い範囲に配光できる。

本実施の形態に係る立体表示装置によれば、第２の実施の形態に係る立体表示装置の奏する効果に加え、上下方向にも運動視差を得られる立体表示像を得ることができる。

［第４の実施の形態］
第２の実施の形態および第３の実施の形態では、立体像再生の方式を光線再生法として説明したが、それ以外の方式にも対応可能である。ここでは、２眼式の立体表示装置について説明する。既に述べたように、２眼式の立体視の原理は、使用者の左右の眼に対して、それぞれ、左眼用および右眼用の画像を表示する、というものである。本実施の形態に係る立体表示装置によれば、右眼用画像と左眼用画像とを時分割で表示し、それに同期して右眼と左眼にバックライトを配光制御する。

図１２に、本実施の形態に係る立体表示装置の構成を示す。これは、第２の実施の形態および第３の実施の形態に係る立体表示装置に対して、立体視用レンズアレイ１を省いたものである。

この構成による２眼式の立体表示装置によれば、左右画像を時分割で表示パネル２に表示し、瞳位置検出部２６で検出した使用者の瞳の位置に基づいて、バックライト部７により左右の眼に画像と同期して配光することで、左右画像を分離できる。したがって、この立体表示装置によれば、２眼式の立体表示が実現できる。

従来は、パララックスバリアやレンチキュラレンズによって左右画像を空間的に分離していた。この方法であると、右目用および左目用画像を同時に表示するために、各画像の画素数は表示パネルの画素数の半分になり、したがって立体画像の表示解像度も表示パネルの表示解像度の半分に低下する。

解像度を維持するための従来の方法として、左右画像を時分割で表示し、左右像の表示と同期した左右眼用シャッタ付きのメガネを使用者が使用することで左右像分離するものはあった。しかし、この方法は、使用者にメガネをかけさせる必要があり、また、メガネの構造が複雑となりがちで、使用者に負担を強いていた。

本実施の形態に係る立体表示装置によれば、右眼用及び左眼用画像は時分割で表示しているため表示パネルの画素数を維持でき、かつ、使用者はメガネ等を装着する必要が無い。従って、使用者は、メガネ無しで高解像度の立体画像を観察することができる。

［その他］
以上の各実施の形態において、立体像の観察位置が予め指定される場合には、指定位置に於ける使用者の右眼、左眼に配光するようにバックライトを設計しておき、画像表示も指定位置における表示をしておけば、カメラ９および位置検出部１０（あるいは瞳位置検出部２６）を省略する事ができる。

また、光源として半導体発光素子であるＬＥＤを用いた例を示した。ＬＥＤは、液晶パネルのバックライトとしてよく用いられる冷陰極管（ＣＣＦＬ）に比べて、小型であるので実装しやすい。また、応答速度が速いので時分割の点灯制御に対応できる。さらに、駆動回路が簡易に実現できる。これらのことからＬＥＤを用いるのが好適である。しかしながら、本発明における光源素子をＬＥＤに限定するものではない。

各実施の形態を適宜組み合わせたものも、本発明に含まれる。例えば、第１の実施の形態において、位置検出部１０のかわりに瞳位置検出部２６を用いてもよい。あるいは、第１の実施の形態において、バックライト部７を、第３の実施の形態のものに置き換えてもよい。このように置き換えた表示装置は、上下方向の配光も行なうことができる。

また、上記の実施の形態では、本発明を表示装置として用いる例を示したが、本発明は、光線方向を制御可能な照明装置、例えば、自動車のライトや、人の位置に照明を当てる照明器具、あるいは、スポットライトなどとして用いることもできる。すなわち、実施の形態中の、バックライト部７および光源制御部８の組み合わせを照明装置として用いればよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

光源再生法を用いる立体映像表示装置の光学系を横から見た図である。 光源再生法を用いる立体映像表示装置の光学系の斜視図である。 第１の実施の形態に係る配光制御型表示装置を示す図である。 バックライト部７を側面方向から見た図である。 バックライト部７を斜めから見た図である。 第２の実施の形態に係る立体表示装置を示す図である。 １つのレンズを通る光の視域角を示す図である。 視域を示す図である。 図７のレンズアレイ１３に比べて、小さく、かつ、多数のレンズを有するレンズアレイ１３ａを用いた場合の視域角を示す図である。 要素画像領域を拡大した場合の視域角を示す図である。 第３の実施の形態に係るバックライト部７を示す図である。 第４の実施の形態に係る立体表示装置を示す図である。

符号の説明

１ 立体視用レンズアレイ、２ 表示パネル、３ 立体表示パネル、４ 画像制御部、５ 光源部、６ 配光用レンズアレイ、７ バックライト部、８ 光源制御部、９ カメラ、１０ 位置検出部、１１ 再生像、１２ 表示パネル、１３ レンズアレイ、１３ａ レンズアレイ、１４ 要素画像、１５ 要素画像領域、１５ａ 要素画像領域、１６ 視域角、１６ａ 視域角、１７ 視域、２２ 導光路、２３ レンチキュラレンズ、２５ マイクロレンズアレイ、２６ 瞳位置検出部。

Claims (16)

1. 複数の画素を有する画像表示部と、
   複数の光源素子からなる光源群を複数備える光源部と、
   各前記光源素子を独立に制御可能な光源制御部と、
   前記画像表示部と前記光源部の間に配設され、前記複数の光源群にそれぞれ対応した複数の開口部を有し、通過した光線が前記画像表示部を照明すべく導光する導光部とを備え、
   前記光源制御部は、各前記光源群から出射される光線が前記開口部を通過し所定の方向へ導光されるべく各前記光源素子を制御することを特徴とする映像表示装置。
2. 前記導光部の各前記開口部にて導光された光線は略平行光である請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記光源制御部は、複数の所定の方向に導光すべく、各前記光源素子を独立に制御する請求項１または２に記載の映像表示装置。
4. 観察者の位置を検出する位置検出部をさらに備え、
   前記光源制御部は、前記位置検出部が検出した前記観察者の位置に基づいて、前記観察者の方向に進行する光線を発光可能な前記光源素子を点灯する請求項１から３のいずれか１項に記載の映像表示装置。
5. 観察者の瞳の位置を検出する瞳位置検出部をさらに備え、
   前記光源制御部は、前記瞳位置検出部が検出した前記瞳の位置に基づいて、前記瞳の方向に進行する光線を発光可能な前記光源素子を点灯する、請求項１から３のいずれか１項に記載の映像表示装置。
6. 前記導光部は、複数のレンズを有するレンズアレイである、請求項３から５のいずれか１項に記載の映像表示装置。
7. 各前記光源素子は、前記レンズアレイの略焦点距離に配置される、請求項６に記載の映像表示装置。
8. 前記レンズアレイは、レンチキュラレンズである、請求項６または７に記載の映像表示装置。
9. 前記レンズアレイは、前記複数のレンズを平面格子の格子点上に配置した２次元レンズアレイである、請求項６または７に記載の映像表示装置。
10. 各前記光源素子は、半導体発光素子である、請求項３から９のいずれか１項に記載の映像表示装置。
11. 各前記光源素子は、半導体発光素子であって、
    前記光源部は、前記レンチキュラレンズのレンズ軸方向に沿って配置された線状の導光板をさらに含む、請求項８に記載の映像表示装置。
12. 各前記画素を透過した前記光の進行方向を制限する光方向制限部をさらに備える、請求項３から１１のいずれか１項に記載の映像表示装置。
13. 前記画像表示部は、光線再生式の立体表示方式に沿った画像を表示する請求項１２に記載の映像表示装置。
14. 前記光方向制限部は、レンチキュラレンズである、請求項１２または１３に記載の映像表示装置。
15. 前記光方向制限部は、複数のレンズを平面格子の格子点上に配置した２次元レンズアレイである、請求項１２または１３に記載の映像表示装置。
16. 前記画像表示部が複数の画像を時間的に分割表示するよう前記画像表示部を制御する画像制御部をさらに備え、
    前記光源制御部は、前記複数の画像の表示と同期して各前記光源素子の点灯を制御する、請求項１から１５のいずれか１項に記載の映像表示装置。

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