JP2011253162A - レンズシステム及び表示システム - Google Patents
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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
【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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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JP2013195536A (ja) * | 2012-03-16 | 2013-09-30 | Japan Display West Co Ltd | 表示装置、電子機器および制御回路 |
CN104216036A (zh) * | 2014-09-29 | 2014-12-17 | 余孟达 | 度数可调的屏幕镜 |
JP2015127799A (ja) * | 2013-11-27 | 2015-07-09 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 表示装置、及び表示装置用枠 |
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