JP2011253162A - レンズシステム及び表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】既存の家庭用テレビを使って、臨場感のある映像を楽しむための表示システムを提供する。
【解決手段】表示システムは、画像を観視者に表示する表示装置と、表示装置の表示画面を観視するのに用いるレンズシステムであって、レンズと、表示装置から独立して、レンズを直立状態に保持する保持部とを有するレンズシステムとを備える。レンズシステムは、矩形の開口部が設けられ、開口部にレンズが設けられる枠部を更に有する。枠部は、開口部の大きさが可変である。
【選択図】図２

Description

本発明は、レンズシステム及び表示システムに関する。

臨場感のある映像を鑑賞するのに、ディスプレイの面積が大きいテレビが開発されている。また、家庭用プロジェクターなども開発されている。なお、現時点で先行技術文献の存在を認識していないので、先行技術文献に関する記載を省略する。

しかし、大型テレビは高価であるばかりか、消費電力も大きい。一方、家庭用プロジェクターは、大きなスクリーンを設置しなければならず、狭い部屋での鑑賞には不向きである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、表示装置の表示画面を観視するのに用いるレンズシステムであって、レンズと、表示装置から独立して、レンズを直立状態に保持する保持部とを備えるレンズシステムが提供される。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る表示システム２００を示す。 本実施形態に係る表示システム２００の構成を示す。 本実施形態に係る表示システム２００における最適視域を示す。 観視者が表示装置２０に近い場合の本実施形態に係る表示システム２００の構成を示す。 観視者が表示装置２０から遠い場合の本実施形態に係る表示システム２００の構成を示す。 ３次元画像を表示する実施形態における表示装置２０の構成を示す。 ２次元画像から３次元画像を生成する画像生成方法の一例を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る表示システム２００を示す。表示装置２０の表示画面を観視するのに用いる表示システム２００は、レンズ４０と、表示装置２０から独立して、レンズ４０を直立状態に保持する保持部５０とを備える。表示装置２０は、５０インチ以下の大きさのディスプレイを有する家庭用のテレビであってよい。

レンズ４０は、表示装置２０の表示面に表示された画像を観視者の視点の位置に合焦させることができる光学系レンズであってよい。レンズ４０は、表示装置２０の表示面と平行になるように、保持部５０により保持されてよい。

保持部５０は、観視者と表示装置２０との間のテーブル等の上において、レンズ４０を直立状態に保持する折りたたみ式の支持部材であってよい。保持部５０は、水平方向及び垂直方向に移動可能であってよい。レンズ４０は、保持部５０の移動に伴って、観視者と表示装置２０との間で、水平方向の位置を調整することができる。

また、保持部５０は、レンズ４０を垂直方向および水平方向に移動可能に保持してもよい。つまり、保持部５０の位置を変更せずに、レンズ４０の垂直方向および水平方向の位置が変更可能であってよい。例えば、保持部５０は、テーブル等に載置される台座と、レンズ４０を台座に接続するアーム部とを有してよい。アーム部は、台座に対するレンズ４０の垂直方向及び水平方向の位置を調整する。

表示システム２００は、枠部７０を備える。枠部７０には、矩形の開口部が設けられる。当該開口部には、レンズ４０が設けられる。観視者は枠部７０の開口部を通過する表示装置２０からの光を見ることができる。

レンズ４０は、表示装置２０及びレンズ４０の間の距離が、レンズ４０の表示装置２０側の焦点距離よりも近くなるように配置される。また、レンズ４０は、表示装置２０の表示面からの光が、レンズ４０により屈折されて観視者の視点の位置に合焦するように配置される。これにより、表示システム２００は、観視者から見た表示装置２０の表示面の虚像９０を表示装置２０の後方に形成させることができる。

ここで、虚像９０とは、表示装置２０の表示面に実際に表示される実像が、あたかも遠方の大モニターに表示されているように観視者によって認識される画像をいう。保持部５０は、観視者に対して虚像９０を表示できる位置に、レンズ４０を移動させてよい。保持部５０は、表示装置２０及びレンズ４０の距離、並びに、観視者及びレンズ４０の距離を検出する検出部を設けられてよい。保持部５０は、当該検出部が検出した距離に基づいて、レンズ４０を水平方向に移動させる。

以上の構成により、観視者は、枠部７０の開口部を通じて、実像よりも大きな虚像を見ることができる。したがって、観視者は、臨場感のある大画面映像を鑑賞することができる。虚像９０の対角線方向の長さは、１００インチ程度であってよい。虚像９０の大きさは、レンズ４０の特性、枠部７０の開口部の大きさ、観視者と枠部７０との間の距離、レンズ４０と表示装置２０との間の距離によって決定される。

図２は、本実施形態に係る表示システム２００の構成を示す。表示システム２００は、レンズシステム１００と、画像を観視者に表示する表示装置２０とを備える。レンズシステム１００は、図１において説明したレンズ４０、保持部５０及び枠部７０を含む。なお図２では、保持部５０は省略されている。

レンズシステム１００は、レンズ４０と、枠部７０と、検出部８０と、制御部８２と、送信部８４と、指示部８６とを有する。枠部７０には、矩形の開口部６０が設けられる。開口部６０には、レンズ４０が設けられる。検出部８０は、レンズ４０から表示装置２０までの距離ａ、および、レンズ４０から観視者までの距離ｃを検出する。制御部８２は、検出部８０が検出した距離に基づいて、枠部７０における開口部６０の大きさを制御する。レンズ４０は、レンズ特性が可変の可変レンズであってよい。レンズ４０は、液体レンズであってよい。レンズ特性は、レンズの口径、焦点距離であってよい。レンズの口径は、枠部７０の開口径により制御することができ、焦点距離は液体レンズへの印加電圧により制御することができる。

枠部７０は、略長方形の開口部６０を有して良い。枠部７０は、開口部６０の大きさが可変であってよい。つまり、開口部６０を画成する枠部７０の垂直方向の内側端部７２、７４は、上下に移動可能であってよい。同様に、枠部７０の水平方向の内側端部（図示せず）は左右方向に移動可能であってよい。そうすることにより、表示装置２０の表示面３０の内枠が見えないように観視者の視界を制御することができる。

具体的には、枠部７０の内側端部は、制御部８２からの制御信号に応じて可動するシャッター状の可動部を有してよい。また、枠部７０は、液晶パネル等のように、光を透過するか否かを素子毎に制御可能な遮光パネルを有してよい。制御部８２は、当該遮光パネルにおいて光を遮光させる領域の大きさを制御することで、枠部７０において光を透過する開口部６０の大きさを制御してもよい。

本実施形態の表示システム２００は、観視者から見た表示装置２０の表示面の虚像９０を表示面より遠い位置に形成させることができる。したがって、観視者は、レンズ４０から距離ｃだけ後方に設けられた大モニターに映し出された映像を鑑賞している臨場感を味わうことができる。

送信部８４は、表示装置２０を制御する制御情報を表示装置２０に送信する。送信部８４は、レンズ４０の特性を示す情報を、表示装置２０に送信してよい。レンズ４０の特性は、レンズシステム１００の出荷時に測定されて、送信部８４に予め格納されてよい。表示装置２０は、送信部８４から受け取ったレンズ４０の特性を示す情報に基づいて、表示する画像を補正してよい。

送信部８４は、レンズ４０の歪みを示す情報を送信してよい。表示装置２０は、当該歪み情報に応じて、表示する画像に歪みを与えてよい。また、送信部８４は、レンズ４０の開口数を示す情報を送信してよい。表示装置２０は、当該開口数情報に応じて、表示する画像の明るさを制御してよい。こうすることにより、表示装置２０はレンズ４０の特性に応じた最適な画像を表示することができる。

指示部８６は、検出部８０からの位置情報を制御部８２を通じて観視者に指示する。ここで、位置情報とは、表示装置２０に対するレンズ４０の相対位置であってよい。つまり、指示部８６は、検出部８０が検出した相対位置と、予め設定された理想位置との差分に基づいて、レンズ４０の移動を観視者に指示してよい。理想位置とは、枠部７０から観視者までの距離ｃとレンズ特性とによって決定される、所定の大きさの虚像９０を形成するための、表示装置２０に対するレンズ４０の相対位置を指す。理想位置は実験的に得ることができる。

次に、制御部８２の制御例について説明する。まず、ステップ１において、検出部８０は、観視者と枠部７０との間の距離ｃを検出する。検出した距離情報は制御部８２に送られる。ステップ２において、制御部８２は、検出部８０から受信した距離情報に基づいて、枠部７０に設けられた開口部６０の大きさを制御する。ステップ３において、制御部８２は、検出部８０から受信した距離情報に基づいて、レンズ特性を制御する。

ステップ４において、制御部８２は、変更したレンズ特性を示す情報を、送信部８４を介して表示装置２０に送信する。表示装置２０は、送信部８４から送信されたレンズ特性を示す情報に基づいて表示する画像を補正する。

ステップ５において、制御部８２は、表示装置２０に対するレンズ４０の相対位置と予め設定された理想位置との差分を計算する。ステップ６において、制御部８２は、指示部８６を介して、差分の計算結果に基づいてレンズ４０の移動を観視者に指示する。

図３は、本実施形態に係る表示システム２００における観視者の最適視域を示す。ここで、最適視域とは、観視者が、虚像９０を違和感なく鑑賞することができる範囲を指す。図３に示す光路３２０より上側及び光路３２２より下側では、枠部７０の開口部６０を通じて表示装置２０のディスプレイの内枠が見えてしまう。一方、光路３１０より上側及び光路３１２より下側ではディスプレイの外枠が見えてしまう。

したがって、観視者がディスプレイの存在を気にすることなく、表示装置２０の後方の大モニターに、あたかも映像が映し出されているような臨場感で映像を鑑賞することができる最適視域３３０は、４本の光路３１０、３１２、３２０、３２２により包囲された領域である。以下では、観視者がこの最適視域３３０に存在することを前提に説明する。

図４は、枠部７０から観視者までの距離ｃが比較的短い場合（例えば、ｃ＝５０ｃｍから１ｍ）の表示システム２００の構成例を示す。図２で説明した部材と略同一の構成及び機能の部材に同一符号を付し、以下相違点を除き説明を省略する。

検出部８０は距離ｃを検出し、制御部８２に距離情報を示す信号を送信する。制御部８２は、検出部８０からの信号に基づいて、枠部７０に対して開口部６０の大きさを小さくするように制御する。

制御部８２は、次に、レンズ特性を変化させるようにレンズ４０を制御する。ここで、レンズ特性はレンズ４０の口径及び焦点距離であってよい。つまり、制御部８２は、距離ｃが短い場合には、レンズ口径を小さくし、焦点距離を短くするようにレンズ特性を制御する。

制御部８２は、レンズ口径及び焦点距離の変化に関する情報を、送信部８４を介して表示装置２０に送る。また、制御部８２は、表示装置２０とレンズ４０との距離ａが所定の値になるように、指示部８６を通じて観視者にレンズ４０の移動を指示する。本実施形態において、距離ａは例えば、１．５ｍから３ｍである。

図４に示す表示システム２００によれば、例えば１００インチの虚像９０が形成される。観視者は、枠部７０からの距離ｂが例えば３ｍから６ｍの場所に存在する大モニターにあたかも映像が映し出されているような臨場感で映像を鑑賞することができる。

図５は、枠部７０から観視者までの距離ｃが比較的長い場合（ｃ＝約３ｍ）の表示システム２００の構成例を示す。図２で説明した部材と略同一の構成及び機能の部材に同一符号を付し、以下相違点を除き説明を省略する。

検出部８０は距離ｃを検出し、制御部８２に距離情報を示す信号を送信する。制御部８２は、検出部８０からの信号に基づいて、枠部７０に対して開口部６０の大きさを大きくするように制御する。

制御部８２は、次に、レンズ特性を変化させるようにレンズ４０を制御する。ここで、レンズ特性はレンズ４０の口径及び焦点距離であってよい。つまり、制御部８２は、距離ｃが比較的長い場合には、レンズ口径を大きくし、焦点距離を長くするようにレンズ特性を制御する。

制御部８２は、レンズ口径及び焦点距離の変化に関する情報を、送信部８４を介して表示装置２０に送る。また、制御部８２は、表示装置２０とレンズ４０との距離ａが所定の値になるように、指示部８６を通じて観視者にレンズ４０の移動を指示する。本実施形態において、距離ａは例えば、約１．５ｍである。

図５に示す表示システム２００によれば、例えば１００インチの虚像９０が形成される。観視者は、枠部７０からの距離ｂが例えば約３ｍの場所に存在する大モニターに、あたかも映像が映し出されているような臨場感で映像を鑑賞することができる。本実施形態に係る表示システム２００は、立体視表示装置に対しても適用してよい。

図６は、表示装置２０が立体視表示装置である場合の表示装置２０の構成例を示す。表示装置２０は、光源部１４、光学系１６、観視者の右眼に対して右眼用画像を表示し、観視者の左眼に対して左眼用画像を表示する表示部１２を備える。

表示装置２０は、立体表示用の右眼用画像および左眼用画像を含む画像データを受信装置または再生装置等から受け取る。表示装置２０は、右眼用画像を表示して観視者の右眼に与え、左眼用画像を表示して観視者の左眼に与えることができる。このような表示装置２０は、画像分離用の専用メガネを装着しない観視者、即ち、裸眼の観視者に対して、立体像を観察させることができる。

光源部１４は、表示部１２の裏面に光を照射する。表示部１２の裏面に照射された光は、表示部１２を透過して観視者に与えられる。これにより、観視者は、表示部１２に表示された画像を観賞することができる。

光源部１４は、それぞれ右眼用光源および左眼用光源として機能可能な複数の光源が配列されている。光源部１４は、それぞれの光源を、右眼用画像を表示する光を照射する右眼用光源３２と、左眼用画像を表示する光を照射する左眼用光源３４として機能させる。右眼用光源３２と左眼用光源３４は予め定められた配列方向に交互に配列されてよい。

それぞれの光源は、水平方向と垂直な方向に延伸して設けられてよい。つまり、複数の右眼用光源３２および複数の左眼用光源３４のそれぞれは、一例として、表示部１２の上端から下端まで表示部１２の垂直方向に延伸する。このような複数の右眼用光源３２および複数の左眼用光源３４のそれぞれは、表示部１２の上下方向に均一な光を照射することができる。

それぞれの光源は、右眼用光源３２として機能する場合に第１の偏光成分の光を発光し、左眼用光源３４として機能する場合に第２の偏光成分の光を発光してよい。つまり、複数の右眼用光源３２は、表示部１２の裏面から第１の偏光成分の光を照射する。そして、複数の左眼用光源３４は、表示部１２の裏面から第２の偏光成分の光を照射する。

表示部１２は、右眼用光源３２からの光により表示される右眼用画像、および、左眼用光源３４からの光により表示される左眼用画像を表示する。表示部１２は、裏面側から照射された光を透過することにより、表示した画像を観視者に与える透過型パネルであってよい。

表示部１２は、入射光の第１の偏光成分を透過する複数の第１表示領域２２と、入射光の第２の偏光成分を透過する複数の第２表示領域２４とが交互に配列される。表示部１２は、第１の表示領域に右眼用画像を表示し、第２の表示領域に左眼用画像を表示してよい。第１の偏光成分の光および第２の偏光成分の光は、偏光方向が互いに直交する直線偏光（Ｓ偏光およびＰ偏光）であってよい。また、第１の偏光成分の光および第２の偏光成分の光は、回転方向が互いに逆の円偏光であってもよい。

第１表示領域２２および第２表示領域２４は、水平方向に延伸して設けられ、且つ、水平方向と垂直な方向において交互に設けられてよい。例えば、複数の第１表示領域２２および複数の第２表示領域２４のそれぞれは、表示部１２の水平方向（左右方向）に延伸し、表示部１２の垂直方向（上下方向）に交互に配列される。表示部１２は、一例として、第１の偏光成分の光を透過する水平ラインと、第２の偏光成分の光を透過する水平ラインとを１ラインずつ交互に含む構成であってよい。水平ラインは、表示部１２における１画素分の幅を有するラインを指す。

光学系１６は、表示部１２および光源部１４の間に設けられる。光学系１６は、複数の右眼用光源３２からの光を、複数の第１表示領域２２を透過させて観視者の右眼に対応する第１視点に集光させる。さらに、光学系１６は、複数の左眼用光源３４からの光を、複数の第２表示領域２４を透過させて観視者の左眼に対応する第２視点に集光させる。光学系１６は、レンチキュラレンズであってよい。

図７は、立体表示用の右眼用画像Ｒおよび左眼用画像Ｌを含む画像データを生成する方法の一例を示す。１つの２次元画像から、２つの視点毎画像（右眼用画像Ｒ及び左眼用画像Ｌ）を生成する場合、与えられる２次元画像の全体を相対的に逆方向にシフトすることで、右眼用画像Ｒ及び左眼用画像Ｌを生成してよい。例えば、右眼用画像Ｒ及び左眼用画像Ｌの横方向における相対的なシフト量が、人間の眼間距離と略同一となるように、与えられる２次元画像の全体をシフトして右眼用画像Ｒ及び左眼用画像Ｌを生成する。

つまり、２次元画像をもとにして、所定の眼幅シフト量ｄだけ、画像全体が水平方向に相対的にシフトした左眼用画像Ｌ及び右眼用画像Ｒを生成してよい。こうして生成された右眼用画像Ｒの画像データは光源部１４の右眼用光源３２から右眼用画像を表示する光を照射する。一方、左眼用画像Ｌの画像データは光源部１４の左眼用光源３４から左眼用画像を表示する光を照射する。

表示システム２００は、観視者から見た表示部１２の表示面の虚像９０を、表示面より遠い位置に形成させる。表示装置２０が立体視表示装置である場合であっても、例えば１００インチの虚像９０が形成される。観視者は、表示装置２０の後方に存在する大モニターに、あたかも映像が映し出されているような臨場感で映像を鑑賞することができる。立体画像の場合には、観視者は、平面画像の場合より一層の臨場感を味わうことができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１２・・・表示部、１４・・・光源部、１６・・・光学系、２０・・・表示装置、２２・・・第１表示領域、２４・・・第２表示領域、３０・・・表示面、３２・・・右眼用光源、３４・・・左眼用光源、４０・・・レンズ、５０・・・保持部、６０・・・開口部、７０・・・枠部、７２・・・内側端部、７４・・・内側端部、８０・・・検出部、８２・・・制御部、８４・・・送信部、８６・・・指示部、９０・・・虚像、１００・・・レンズシステム、２００・・・表示システム、３１０・・・光路、３１２・・・光路、３２０・・・光路、３２２・・・光路、３３０・・・最適視域

Claims (12)

1. 表示装置の表示画面を観視するのに用いるレンズシステムであって、
   レンズと、
   前記表示装置から独立して、前記レンズを直立状態に保持する保持部と
   を備えるレンズシステム。
2. 矩形の開口部が設けられ、前記開口部に前記レンズが設けられる枠部を更に備える
   請求項１に記載のレンズシステム。
3. 前記枠部は、前記開口部の大きさが可変である
   請求項２に記載のレンズシステム。
4. 前記表示画面を観視する観視者までの距離を検出する観視者検出部と、
   前記検出部が検出した距離に基づいて、前記枠部における前記開口部の大きさを制御するレンズ制御部と
   を更に備える請求項３に記載のレンズシステム。
5. 前記レンズは、レンズ特性が可変の可変レンズであり、
   前記レンズ制御部は、前記検出部が検出した距離に基づいて、前記レンズ特性を更に制御する
   を更に備える請求項４に記載のレンズシステム。
6. 前記レンズの特性を示す情報を、前記表示装置に送信する送信部を更に備える
   請求項４または５に記載のレンズシステム。
7. 前記表示装置を制御する制御情報を前記表示装置に送信する送信部を更に備える
   請求項４または５に記載のレンズシステム。
8. 前記表示装置に対する前記レンズの相対位置を検出する表示検出部と、
   前記表示検出部が検出した前記相対位置と、予め設定された理想位置との差分に基づいて、前記レンズの移動を前記観視者に指示する指示部と
   を更に備える請求項４または５に記載のレンズシステム。
9. 画像を観視者に表示する表示装置と、
   請求項１に記載のレンズシステムと
   を備える表示システム。
10. 前記レンズシステムは、
    矩形の開口部が設けられ、前記開口部に前記レンズが設けられる枠部と、
    前記レンズから前記表示装置までの距離、および、前記レンズから前記観視者までの距離を検出する検出部と、
    前記検出部が検出した距離に基づいて、前記枠部における前記開口部の大きさを制御するレンズ制御部と
    を更に備える請求項９に記載の表示システム。
11. 前記レンズシステムは、前記レンズの特性を示す情報を、前記表示装置に送信する送信部を更に備え、
    前記表示装置は、前記送信部から受け取った前記レンズの特性を示す情報に基づいて、表示する画像を補正する
    請求項９に記載の表示システム。
12. 前記表示装置は、前記観視者の右眼に対して右眼用画像を表示し、前記観視者の左眼に対して左眼用画像を表示する表示部を備え、
    前記レンズシステムは、前記観視者から見た前記表示部の表示面の虚像を、前記表示面より遠い位置に形成させる
    請求項９に記載の表示システム。

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