JP2013235224A - 画像表示モジュール及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で高解像度の多視点画像を形成することが可能な画像表示モジュール及び画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像表示モジュール１００は、複数の走査型プロジェクタ１１２から構成される走査型プロジェクタアレイ１１０と、走査型プロジェクタアレイ１１０の前面に設けられ、走査型プロジェクタ１１２から照射された光線を垂直方向に拡散する垂直方向拡散板１２０と、垂直方向拡散板１２０の前面に設けられ、垂直方向に延在するシリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂを水平方向に複数配列されたレンチキュラレンズ１３０と、を備え、複数の走査型プロジェクタ１１２が垂直方向拡散板１２０及びレンチキュラレンズ１３０に向けて重畳して光線を照射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像表示モジュール及び画像表示装置に関する。

従来、下記の非特許文献１に記載されているように、フラットパネルディスプレイとレンチキュラレンズを用いて多眼式立体表示を行う方法が知られている。また、下記の非特許文献２に記載されているように、複数のプロジェクタから構成されるプロジェクタアレイを用いて、各プロジェクタがスクリーン上の異なる領域を投影する技術が知られている。

高木康博、「多眼式・超多眼式３Ｄ技術」、映像情報メディア学会誌、２０１１年、Ｖｏｌ．６５、Ｎｏ．７、ｐｐ．９３３−９３９ Ｗｕ−Ｌｉ Ｃｈｅｎ他、「Ａ ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ａ ｗｉｄｅ ｖｉｅｗｉｎｇ ａｎｇｌｅ ｕｓｉｎｇ ａｎ ＬＣＯＳ ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ ａｒｒｅｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ、２０１０年、１８／９、ｐ．１−７

しかしながら、非特許文献１に記載された技術では、多視点で大画面化を図るためには、超高精細なフラットパネルディスプレイが必要となり、製造コストが増大する問題がある。また、複数のディスプレイを組み合わせて大画面化を達成することを想定した場合、各ディスプレイには画面の外側に枠が存在するため、複数のディスプレイを組み合わせて大画面を構成することは困難である。

また、非特許文献２に記載された技術では、各プロジェクタがスクリーン上の異なる領域に画像を表示するが、各プロジェクタが投影する画像には画像歪みが生じるため、スクリーン上の異なる領域に各プロジェクタが画像を投影し、映像を滑らかに接続することは困難である。このため、立体画像などの多眼画像を表示した場合、画質が大きく低下してしまう問題がある。更に、レンチキュラレンズにマスクアレイを取り付ける必要があるため、光の利用効率が低く、エネルギー効率が悪いという問題がある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、簡素な構成で高解像度な立体画像を表示することが可能な、新規かつ改良された画像表示モジュール及び画像表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、複数のプロジェクタから構成されるプロジェクタアレイと、前記プロジェクタの前面に設けられ、前記プロジェクタから照射された光線を垂直方向に拡散する垂直方向拡散板と、垂直方向に延在するシリンドリカルレンズが水平方向に複数配列されたレンチキュラレンズと、を備え、前記複数のプロジェクタが前記垂直方向拡散板及び前記レンチキュラレンズに向けて重畳して光線を照射する画像表示モジュールが提供される。

上記構成によれば、複数のプロジェクタにより、垂直方向拡散板及びレンチキュラレンズに向けて重畳して光線が照射される。このため、垂直方向には垂直方向拡散板によって光線が拡散され垂直視域が広がり、水平方向にはレンチキュラレンズを構成する各シリンドリカルレンズによって光線がプロジェクタの数の集光点に集光され、その集光点から複数の方向に向けて出射されることになる。従って、異なる水平方向に複数の画像を表示することができ、且つ、プロジェクタの数及びシリンドリカルレンズの本数に応じて解像度を高めることが可能となる。

また、１つの前記シリンドリカルレンズに対して前記プロジェクタの数に相当する３次元ピクセルが形成される。この構成によれば、水平方向には、レンチキュラレンズを構成するシリンドリカルレンズによって、光線はプロジェクタの数の集光点に集光されて、その集光点から複数の水平方向に向けて光線が出射されるため、各集光点は３次元画像を表示する３次元ピクセルとして機能する。従って、シリンドリカルレンズの本数とプロジェクタの数を乗じて得られた値の３次元ピクセルが水平方向に形成されるため、立体映像の解像度を高めることができる。

また、前記３次元ピクセルは、前記プロジェクタアレイ内の各プロジェクタの水平位置に応じて異なる水平位置に形成される。この構成によれば、３次元ピクセルは、プロジェクタアレイ内の各プロジェクタの水平位置に応じて異なる水平位置に形成されるため、立体映像の水平方向の解像度を高めることができる。

また、前記プロジェクタが所定方向に光線を走査しながら光を点滅する走査型プロジェクタである。この構成によれば、レンチキュラレンズに走査型プロジェクタの点滅に応じたドットが形成されるため、これによって３次元ピクセルを形成することができる。

また、前記走査型プロジェクタは、垂直方向に前記３次元ピクセルの垂直ピッチ分だけ離れた複数の水平方向のスキャンラインに沿って走査を行う。この構成によれば、３次元ピクセルの垂直ピッチ分だけ離れた複数のスキャンラインに沿って３次元ピクセルを形成することができる。

また、前記走査型プロジェクタは、垂直方向に前記３次元ピクセルの垂直ピッチ分よりも小さい距離だけ離れた複数の水平方向のスキャンラインに沿って走査を行い、隣接するスキャンラインにおける水平方向の発光位置が相互に異なる。この構成によれば、垂直方向に３次元ピクセルの垂直ピッチ分よりも小さい距離だけ離れた複数の水平方向のスキャンラインに沿って走査が行われ、隣接するスキャンラインにおける水平方向の発光位置が相互に異なるため、水平方向に３次元ピクセルを形成するドット数を増加することができ、３次元ピクセルから出射される光線数を増やすことができる。

また、前記走査型プロジェクタは、水平方向に対して所定の角度を成す方向の複数のスキャンラインに沿って走査を行い、前記３次元ピクセルの垂直ピッチの中で複数回の発光を行う。この構成によれば、水平方向に対して所定の角度を成す方向の複数のスキャンラインに沿って走査が行われるため、垂直方向に３次元ピクセルの垂直ピッチ分よりも小さい距離だけ離れた複数の水平方向のスキャンラインに沿って走査を行う場合に比べて、スキャンラインの数を低減することができる。

また、前記垂直方向拡散板に近接して、前記走査型プロジェクタの発光により形成されるドットの位置に対応した開口を有するマスクを備える。この構成によれば、走査型プロジェクタの発光により形成されるドットの位置に対応した開口を有するマスクを備えるため、走査型プロジェクタの発光によって形成されるドットの拡がりを抑えることができる。

また、前記プロジェクタが、画像をプロジェクションレンズで拡大投影する投影型プロジェクタであり、前記垂直方向拡散板に近接して、前記投影型プロジェクタが投影する画素の位置に対応した開口を有するマスクを備える。この構成によれば、投影型プロジェクタが投影するそれぞれの画素の位置に対応した開口を有するマスクを備えるため、それぞれの画素に対応してドットを形成することができる。

また、前記レンチキュラレンズは、前記プロジェクタアレイ側とその反対画像の両面にシリンドリカルレンズが設けられたダブルレンチキュラレンズである。この構成によれば、レンチキュラレンズのプロジェクタアレイ側とその反対画像の両面にシリンドリカルレンズが設けられるため、プロジェクタアレイ側のシリンドリカルレンズにより光を集光して３次元ピクセルを形成することができるとともに、その反対側のシリンドリカルレンズにより３次元ピクセルから出射される光線が周囲に拡がることを抑えることができる。

また、前記レンチキュラレンズの前面に前記レンチキュラレンズから出射された光線を屈折させるスクリーンレンズを備える。この構成によれば、レンチキュラレンズの前面にレンチキュラレンズから出射された光線を屈折させるスクリーンレンズを備えるため、有限の距離に視点を形成することができる。

また、前記レンチキュラレンズは、前記垂直方向拡散板の前面又は後面に設けられる。水平方向には光線はレンチキュラレンズにより偏向され、垂直方向には光線は垂直方向拡散板により拡散され、水平方向と垂直方向に対する光線の制御は独立に行われる。従って、レンチキュラレンズは、垂直方向拡散板の前面又は後面に設けることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、複数の画像表示モジュールから構成される画像表示装置であって、複数のプロジェクタから構成されるプロジェクタアレイと、前記プロジェクタの前面に設けられ、前記プロジェクタから照射された光線を垂直方向に拡散する垂直方向拡散板と、垂直方向に延在するシリンドリカルレンズを水平方向に複数配列されたレンチキュラレンズと、を備え、前記複数のプロジェクタが前記垂直方向拡散板及び前記レンチキュラレンズに向けて重畳して光線を照射する画像表示装置が提供される。

上記構成によれば、複数のプロジェクタにより、垂直方向拡散板及びレンチキュラレンズに向けて重畳して光線が照射される。垂直方向には垂直方向拡散板によって光線が拡散され垂直視域が広がり、水平方向にはレンチキュラレンズを構成するシリンドリカルレンズによって光線がプロジェクタの数の集光点に集光され、その集光点から複数の方向に向けて出射されることになる。従って、異なる水平方向に複数の画像を表示することができ、且つ、プロジェクタの数及びシリンドリカルレンズの本数に応じて解像度を高めることが可能となる。そして、画像表示装置が複数の画像表示モジュールから構成されるため、高解像度且つ大画面化を達成することが可能となる。

また、複数の前記画像表示モジュールのそれぞれは、表示面の周囲に枠を有していない。この構成によれば、複数の画像表示モジュールのそれぞれは、表示面の周囲に枠を有していないため、縦横に並べて連続した大画面の表示面を構成することが可能となる。

また、前記画像表示モジュールは、前記レンチキュラレンズの前面に前記レンチキュラレンズから出射された光線を屈折させるスクリーンレンズを備え、前記スクリーンレンズは、画像表示装置内の前記画像表示モジュールの位置に応じて異なる方向に光線を屈折させる。この構成によれば、各画像表示モジュールから出射される光線を画像表示装置の正面に向けることができるため、画像表示装置の正面に立体表示することが可能となる。

また、前記レンチキュラレンズは、前記垂直方向拡散板の前面又は後面に設けられる。水平方向には光線はレンチキュラレンズにより偏向され、垂直方向には光線は垂直方向拡散板により拡散され、水平方向と垂直方向に対する光線の制御は独立に行われる。従って、レンチキュラレンズは、垂直方向拡散板の前面又は後面に設けることができる。

本発明によれば、簡素な構成で高解像度な立体画像を形成することが可能な画像表示モジュール及び画像表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る画像表示モジュールの概略構成を示す模式図である。 画像表示モジュールの水平方向の断面を示す模式図である。 画像表示モジュールの水平方向の断面を示す模式図である。 レンチキュラレンズの両面にシリンドリカルレンズを設けた構成を示す模式図である。 レンチキュラレンズの両面にシリンドリカルレンズを設けた構成を示す模式図である。 画像表示モジュールの垂直方向の断面を示す模式図である。 各シリンドリカルレンズ内に発生する３次元ピクセルを示す模式図である。 画像表示モジュールの正面から走査型プロジェクタアレイを見た状態を示す図であって、６つの走査型プロジェクタの配置を示す模式図である。 走査型プロジェクタ１１２による光線走査の例を示す模式図である。 マスクの平面構成を示す模式図である。 マスクを用いた場合の画像表示モジュールの構成を示す模式図である。 マスクを用いた場合の画像表示モジュールの構成を示す模式図である。 レンチキュラレンズの前面に水平方向にレンズ効果を有するスクリーンレンズ１６０を取り付けた状態を示す模式図である。 画像表示装置の構成を示す模式図である。 レンチキュラレンズの構成を示す模式図である。 １つの画像表示モジュールの外観を示す模式図である。 画像表示装置を上方から見た状態を示す模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る画像表示モジュール１００の概略構成について説明する。本実施形態の画像表示モジュール１００は、走査型のプロジェクタを複数用いて、垂直方向拡散板とレンチキュラレンズと組み合わせることで裸眼立体ディスプレイを実現するものである。

図１に示すように、画像表示モジュール１００は、走査型プロジェクタアレイ１１０、垂直方向拡散板１２０、レンチキュラレンズ１３０を有して構成される。

走査型プロジェクタアレイ１１０は、複数の走査型プロジェクタ１１２から構成されている。図１に示す例では、６個の走査型プロジェクタ１１２から走査型プロジェクタアレイ１１０が構成されている。なお、図１では、プロジェクタを上下２段で配置する構成を示しているが、３段以上とすることも可能である。

一例として、各走査型プロジェクタ１１２は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）プロジェクタから構成されている。ＭＥＭＳプロジェクタは、ＭＥＭＳ技術で半導体チップ上に作製された小型ミラーを用いた２次元光走査機構とＲＧＢの半導体レーザで構成され、レーザ光をミラーで反射させて向きを変化させることで２次元的に走査し、それに合わせて半導体レーザを点滅させることで２次元画像を発生する。ＭＥＭＳプロジェクタは、プロジェクションレンズを必要としないためレンズ収差に起因する複雑な画像歪みがなく、走査による比較的単純な画像歪みのみが生じる。また、小型で省電力の動作が可能である。

全ての走査型プロジェクタ１１２が形成する画像は、垂直方向拡散板１２０上に重畳投影される。すなわち、全ての走査型プロジェクタ１１２が形成する画像は、垂直方向拡散板１２０上の同一位置に投影される。レンチキュラレンズ１３０は、３次元ピクセルの形成および３次元ピクセルから発せられる光線方向の制御を行う。

図２及び図３は、画像表示モジュール１００の水平方向の断面を示す模式図である。図２及び図３は、図１の一点鎖線Ｉ−Ｉ’に沿った断面を上方（矢印Ａ１方向）から見た状態を模式的に示したものであり、複数の走査型プロジェクタ１１２のうちの１台が光線を水平走査している様子を示している。図２及び図３では、レンチキュラレンズ１３０が、走査型プロジェクタ１１２側のみに複数のシリンドリカルレンズ１３０ａが設けられたシングルレンチキュラレンズとして構成された場合を示している。図２に示すように、レンチキュラレンズ１３０を構成する各シリンドリカルレンズ１３０ａに入射する複数の光線は、入射側レンズにより１点に集光されて出射される。この集光点が立体表示に用いる３次元ピクセルＰとなる。

図３は、図１に示す複数の走査型プロジェクタ１１２のうち、図２に示す走査型プロジェクタ１１２とは異なる水平位置に置かれた走査型プロジェクタ１１２が光線を水平走査している様子を示している。この場合、各シリンドリカルレンズ１３０ａ内で光が集光する位置が図２とは異なり、各シリンドリカルレンズ１３０ａ内で図２とは異なる水平位置に集光点（３次元ピクセル）が形成される。

同様にして、図２及び図３とは異なる水平位置に置かれた走査型プロジェクタ１１２が光線を水平走査すると、各シリンドリカルレンズ１３０ａ内で図２及び図３とは異なる水平位置に３次元ピクセルが形成される。以上のことから、各シリンドリカルレンズ１３０ａ内に、走査型プロジェクタ１１２の数と同数の３次元ピクセルが水平方向に形成されることがわかる。

このように、水平位置が異なる複数の走査型プロジェクタ１１２から重畳してレンチキュラレンズ１３０に光線を照射することで、レンチキュラレンズ１３０の各シリンドリカルレンズ１３０ａ内に走査型プロジェクタ１１２と同数の３次元ピクセルを形成することができる。これにより、走査型プロジェクタ１１２の数に応じて水平解像度を高めることができる。走査型プロジェクタ１１２を６個設けた場合は、走査型プロジェクタ１１２を１個設けた場合と比較して、水平解像度を６倍に高めることが可能である。

図２及び図３において、１つの３次元ピクセルから出射される光線の数は、走査型プロジェクタ１１２が１つのシリンドリカルレンズ上を走査する際の発光回数（点滅回数）に等しい。一例として、図２及び図３に示す３次元ピクセルＰ１において、走査型プロジェクタ１１２が角度α１を走査する間に８０回発光すると、３次元ピクセルＰ１から８０方向に光線が出射されることになる。すなわち、１つの３次元ピクセルＰ１から異なる８０方向へ光線を表示できる。そのため、見る位置によって、３次元ピクセルから発せられる異なる方向へ進む光線が見えることになり、右目と左目で異なる映像が観察されるため、立体視が可能になる。

なお、上記の例のように１つの３次元ピクセルから８０方向へ光を出射する場合、図２及び図３では、シリンドリカルレンズが８個あるため、１つの走査型プロジェクタ１１２が水平方向の全体（角度αＡ）を走査する際の発光回数は８０×８＝６４０となる。そして、この値が１つの走査型プロジェクタ１１２の水平解像度となる。

図２及び図３では、レンチキュラレンズ１３０として、片面にシリンドリカルレンズ１３０ａが設けられたレンチキュラレンズ１３０を用いたが、両面にシリンドリカルレンズが設けられたレンチキュラレンズ（ダブルレンチキュラレンズ）を用いることもできる。

図４及び図５は、レンチキュラレンズ１３０が、走査型プロジェクタ１１２側にシリンドリカルレンズ１３０ａが設けられ、その反対側にシリンドリカルレンズ１３０ｂが設けられたダブルレンチキュラレンズとして構成された場合を示している。

図４及び図５は、図２及び図３と同様に、水平位置が異なる２つの走査型プロジェクタ１１２のそれぞれが光線を水平走査した場合を示しており、図４は図２に対応し、図５は図３に対応している。図４及び図５において、出射側のシリンドリカルレンズ１３０ｂに光線が入射するまでの光線の軌跡は、図２及び図３と同様である。

図４及び図５の構成においても、レンチキュラレンズ１３０の各シリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂ内に走査型プロジェクタ１１２と同数の３次元ピクセルを形成することができる。そして、図４及び図５の構成では、出射側のシリンドリカルレンズ１３０ｂにより光線の進行方向が偏向され、出射側のシリンドリカルレンズ１３０ｂを通過後の光線の進行状態（進行方向）は、全てのシリンドリカルレンズ１３０ｂで等しくなる。また、図５において、出射側のシリンドリカルレンズ１３０ｂを通過後の光線の進行状態（進行方向）は、図４と同一である。ただし、出射側のシリンドリカルレンズ１３０ｂのピッチは、入射側のシリンドリカルレンズ１３０ａのピッチよりも大きいことが好ましい。

図４及び図５に示す構成によれば、図２及び図３と比較すると、画像表示モジュール１００の表示面から周辺へ広がる光線を表示面の中心側に向けることができる。これにより、画像表示モジュール１００のより正面側で多視点の画像を視認することができる。

図２〜図５に示す構成において、各３次元ピクセルから異なる水平方向に進む複数の光線が発せられるが、観察者の目に入射するのは各３次元ピクセルから発せられる光線のうち一本である。このため、３次元ピクセルの数が、立体映像の解像度となる。そして、水平方向については、３次元ピクセルの数は、（シリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂの本数）×（走査型プロジェクタ１１２の台数）となる。従って、複数の走査型プロジェクタ１１２から重畳してシリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂへ光を照射することで、個々の走査型プロジェクタ１１２の解像度を高めることなく、立体映像の解像度を高めることができる。

これにより、本実施形態によれば、各プロジェクタの解像度を高めることなく立体映像の解像度を大幅に高めることができる。

図６は、画像表示モジュール１００の垂直方向の断面を示す模式図であって、図１の一点鎖線ＩＩ−ＩＩ’に沿った断面を矢印Ａ２方向から見た状態を模式的に示したものである。各走査型プロジェクタ１１２から発せられた光線は、全ての走査型プロジェクタ１１２の共通像面に置かれた垂直方向拡散板１２０により、垂直方向に拡散される。垂直方向拡散板１２０は、走査型プロジェクタ１１２から入射した光線を垂直方向のみに拡げる機能を有している。全ての走査型プロジェクタ１１２から発せられた光線の垂直拡散範囲Ｖの重なりが垂直方向の視域となる。図６に示すように、上下２段にプロジェクタが配置された場合には、上段に配置された走査型プロジェクタ１１２の垂直拡散範囲Ｖと下段に配置された走査型プロジェクタ１１２の垂直拡散範囲Ｖが重なる範囲では、走査型プロジェクタ１１２の垂直位置の違い（図６に示すΔ）は実効的に存在しなくなる。従って、図１では走査型プロジェクタ１１２は異なる２つの垂直位置に３台ずつ配置されているが、実質的には６つの走査型プロジェクタ１１２が同一の垂直位置に配置されている構成と等価である。以上のように、本発明は、垂直方向には光線を拡散させるため垂直方向には視差はなく、水平方向にのみ視差を有する水平視差型立体表示を提供する。

図７及び図８は、各シリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂ内に発生する３次元ピクセルと走査型プロジェクタ１１２の配置との関係を説明するための模式図である。図７は、画像表示モジュール１００の表示面に沿った方向（レンチキュラレンズ１３０の面方向）に対して垂直方向から３次元ピクセルを見た状態を模式的に示している。各シリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂ内には、水平方向に走査型プロジェクタ１１２の数の３次元ピクセルが並ぶことになる。すべての走査型プロジェクタ１１２が垂直方向拡散板１２０上に重畳表示し、垂直方向拡散板１２０により走査型プロジェクタ１１２の垂直位置の違いが実効的になくなる。そのため、各シリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂ内に、走査型プロジェクタ１１２の数の３次元ピクセルが同一の水平線上に並ぶことになる。すなわち、立体表示の水平ピクセル数（水平解像度）は、シリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂの水平方向の数と走査型プロジェクタ１１２の数との積になる。

図８は、画像表示モジュール１００の正面から走査型プロジェクタアレイ１１０を見た状態を示す図であって、走査型プロジェクタ１１２の配置を示している。図７において各３次元ピクセルに付された１〜６の番号は、図８に示す走査型プロジェクタ１１２に付された番号１〜６に対応している。このように、図８中で最も左側に配置された１番の走査型プロジェクタ１１２はシリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂ内の最も右側の３次元ピクセルに対応し、図８中で最も右側に配置された６番の走査型プロジェクタ１１２はシリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂ内の最も左側の３次元ピクセルに対応している。

図７に示すように、３次元ピクセルは、垂直方向についても並んで配置されている。各走査型プロジェクタ１１２は、図２〜図５で示した水平方向の走査を行うとともに、垂直方向にも走査を行う。図７に示す３次元ピクセルの垂直方向の並びは、走査型プロジェクタ１１２の垂直方向の走査によって実現される。３次元ピクセルの垂直方向の間隔（垂直ピッチｄ）は、走査型プロジェクタ１１２の垂直方向の走査間隔によって定めることができる。

以下では、走査型プロジェクタ１１２による光線の走査方法について説明する。走査型プロジェクタ１１２は、水平方向に光線を走査しながら、光を点滅することでドット群を発生させる。このドット群が並ぶ線を、ここではスキャンラインと称する。図７中に一点鎖線ＩＩＩ−ＩＩＩ’で示すスキャンラインに沿って、図８に示す“１番”の走査型プロジェクタ１１２で光線を走査しながら点滅させることによって、一点鎖線ＩＩＩ−ＩＩＩ’上の“１番”の３次元ピクセルが点滅する。同様にして、図８に示す“ｎ番”の走査型プロジェクタ１１２で光線を走査しながら点滅させることによって、一点鎖線ＩＩＩ−ＩＩＩ’上の“ｎ番”の３次元ピクセルが点滅する。なお、図７、図８の例では、ｎは１から６の整数である。３次元ピクセルの点滅は、異なる水平方向から視認される。

そして、走査型プロジェクタ１１２を水平方向のスキャンラインに沿って走査し、さらに垂直方向に走査することで、図７に示すような３次元ピクセルの２次元パターンを発生させる。これにより、異なる水平方向から異なる２次元映像が観察されるため、立体表示が実現できる。

走査型プロジェクタ１１２から発せられる光線は、水平方向にはレンチキュラレンズ１３０により偏向され、垂直方向には垂直方向拡散板１２０により拡散され、水平方向と垂直方向に対する光線の制御は独立に行われるため、図１に示すレンチキュラレンズ１３０と垂直方向拡散板１２０の配置を逆にすることもできる。

図９は、走査型プロジェクタ１１２による光線走査の例を示す模式図である。ここで、図９（ａ）は、スキャンラインと３次元ピクセルの垂直ピッチｄを等しくした例を示している。この場合、１つのシリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂ内でのスキャンライン上のドット数が、各３次元ピクセルが発する光線数に等しくなる。

図９（ｂ）は、３次元ピクセルの垂直ピッチｄ内に複数のスキャンラインを発生させ、隣接するスキャンライン同士でドットの発生位置を水平方向にずらした例を示している。これにより、水平方向のドットの重なりを抑えることができる。この場合、垂直ピッチｄ内のスキャンライン数と、１つのシリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂ内でのスキャンライン上の３次元ピクセルのドット数との積が、各３次元ピクセルが発する光線数と等しくなる。図９（ｂ）においては、垂直ピッチｄ内に複数のスキャンラインを発生させるため、垂直ピッチｄ内で３次元ピクセルの垂直方向の位置が移動するが、この垂直方向の移動は肉眼では判別できない程度のものである。図９（ｂ）の場合は、スキャンラインの間隔を小さくすることで、１つのスキャンライン上のドット間隔を大きくできるため、ドット間隔の水平垂直のバランスを改善することができる。

図９（ｃ）は、図９（ｂ）のドット群を、スキャンラインを傾けることで発生させた例を示している。図９（ｃ）の例によれば、スキャンラインの数を図９（ｂ）の場合よりも削減することができ、走査をより容易に行うことができる。なお、図９（ｂ）と図９（ｃ）の場合は、上述のように見る方向に応じて３次元ピクセルの位置が垂直方向に変化するが、その変化量は３次元ピクセルの垂直ピッチｄよりも小さくなり、視聴者に認識されることはない。

以上のように、本実施形態の画像表示モジュール１００では、走査型プロジェクタ１１２のスキャンラインを調整することによって、光線数を調整することが可能である。

上述した走査型プロジェクタ１１２による光線の走査では、光の回折限界で３次元ピクセルのドットの大きさが決まり、ドットの大きさで３次元ピクセルが発する光線数が制限される。これは、３次元ピクセルのドットが大きくなると、隣接するドットとの重なりが増えることで、実効的なドット数が減少するためである。従って、３次元ピクセルのドットの大きさは最小限に抑えることが望ましい。

このため、３次元ピクセルのドットサイズより小さい開口をスキャンライン上に並べたマスク１４０を、共通像面である垂直方向拡散板１２０に近接して配置することで、ドットの重なりを少なくし、立体表示に利用できるドット数を実質的に増やすことができる。

図１０は、マスク１４０の平面構成を示す模式図である。図１０（ａ）に示すマスク１４０の例では、ドットの発生位置に対応して複数の矩形の開口１４０ａからなる開口アレイを設けている。図１０（ａ）では、図９（ｂ）と同様に垂直ピッチｄ内で４つのスキャンラインを形成した場合を示しており、図９（ｂ）に示す３次元ピクセルのドットの位置に対応して矩形の開口１４０ａが形成されている。これにより、走査型プロジェクタ１１２から入射する光を開口１４０ａによって制限し、ドットの大きさを最小限に抑えることができる。従って、隣接するドットとの間に重なりが生じてしまうことを抑止でき、表示に有効な光線数を確保することができる。

図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示す開口１４０ａの代わりに、開口１４０ａの斜め方向の並びに沿って設けられた複数のスリット１４０ｂからスリットアレイを構成した例を示している。このように、図１０（ａ）に示す開口アレイは、図１０（ｂ）に示す傾いたスリットアレイで置き換えることができる。スリット１４０ｂは、開口１４０ａよりも製造工程が容易であるため、マスク１４０の製造工程をより簡素にすることができる。

水平方向には光線はレンチキュラレンズ１３０により偏向され、垂直方向には光線は垂直方向拡散板１２０により拡散され、水平方向と垂直方向に対する光線の制御は独立に行われるため、図１１及び図１２において、垂直方向拡散板１２０とこれに近接して設置するマスク１４０の組み合わせと、レンチキュラレンズ１３０とを、逆に設置して用いることもできる。

図１１及び図１２は、マスク１４０を用いた場合の画像表示モジュール１００の構成を示す模式図である。図１１に示す例では、図１に示す構成に対して、垂直方向拡散板１２０に近接してマスク１４０が設置されている。図１１では、垂直方向拡散板１２０よりも走査プロジェクタ１１２側にマスク１４０が設けられているが、反対側に設けることも可能である。

また、図１２は、図１１における走査型プロジェクタアレイ１１０の代わりに投影型プロジェクタアレイ１５０を設けた例を示す模式図である。図１２において、投影型プロジェクタアレイ１５０以外の構成は図１１と同様である。図１２に示すように、投影型プロジェクタアレイ１５０は、複数の投影型プロジェクタ１５２から構成されており、すべての投影型プロジェクタ１５２は、垂直方向拡散板１２０の全領域に向けて重畳して投影する。投影型プロジェクタ１５２は、液晶表示パネルなどの空間光変調器の表示画像を、プロジェクションレンズで拡大投影する一般的なプロジェクタである。

一般的な投影型プロジェクタの画素は水平軸と垂直軸をもつ直交座標上で等間隔に並ぶが、図１２に示すように、マスク１４０を用いることによって、投影型プロジェクタ１５２の画素の配列を図９と同様のドットの配列とすることができる。すなわち、投影型プロジェクタ１５２を用いた場合であっても、マスク１４０によってドットの大きさを規定できる。これにより、投影型プロジェクタ１５２を用いた場合であっても、走査型プロジェクタ１１２を用いた場合と同様に、立体表示することが可能となる。

以上の説明では、全ての３次元ピクセルは、同一の光線の進行状態を作り出すものとした。この状態は、無限遠に視点を形成している場合に対応する。一方、有限の距離に視点を形成する場合には、水平方向にレンズ効果を有するスクリーンレンズ１６０を表示面（レンチキュラレンズの前面）に取り付ける。

図１３は、レンチキュラレンズ１３０の前面に水平方向にレンズ効果を有するスクリーンレンズ１６０を取り付けた状態を示す模式図であって、画像表示モジュール１００の水平方向に沿った断面を示している。図１３において、スクリーンレンズ１６０の前面から距離Ｄだけ離れた一点鎖線ＩＶ−ＩＶ’の位置では、視聴者は一点鎖線ＩＶ−ＩＶ’に沿って移動することで全ての３次元ピクセルを視認することができる。従って、スクリーンレンズ１６０を設けたことによって、画像表示モジュール１００の表示面から有限の距離Ｄに視点を形成することができる。全ての３次元ピクセルからの光線の進行状態が同一のとき、スクリーンレンズ１６０の焦点距離を距離Ｄとする。全ての３次元ピクセルから発せられる互いに平行な光線群は、スクリーンレンズ１６０の焦点距離で１点に集光し、これが視点となる。すなわち、３次元ピクセルから発せられる異なる水平方向に進む光線数と同数の視点が形成される。

本実施形態によれば、レンチキュラレンズ１３０のシリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂ内の３次元ピクセルの水平位置は、走査型プロジェクタ１１２の水平位置で決まる。走査型プロジェクタ１１２に画像歪みが生じたとしても、その画像歪みは、３次元ピクセルの形成位置には影響せず、３次元ピクセルが発する光線の進行方向に影響を与えるのみである。すなわち、３次元ピクセルの２次元配列は、走査型プロジェクタの画像歪みによらず、走査型プロジェクタの水平位置によって決まるので、３次元ピクセルを精度よく配置できる。従って、仮に走査型プロジェクタ１１２に画像歪みが発生した場合であっても、走査型プロジェクタ１１２の画像歪みを予め測定しておき、光線の進行方向に対応して光線の強度を決めることで、光線の進行方向の誤差を補正できる。また、走査型プロジェクタ１１２としてＭＥＭＳプロジェクタを用いた場合、プロジェクションレンズを使用しないため、画像歪みは走査ミラーの傾きで決まる。従って、ＭＥＭＳプロジェクタを用いた場合、投影型プロジェクタのプロジェクションレンズの収差による画像歪みに比べて、歪みの予測、及び補正が容易であり、また、半導体製造プロセスで一括して製造するため画像歪みの個体差も小さい。従って、複数の投影型プロジェクタの表示画像をタイリングする構成方法（非特許文献２）に比べて、高画質な映像を得ることが可能である。

また、ＭＥＭＳプロジェクタは、光源に半導体レーザを用いる。他の液晶パネル等を用いるプロジェクタでは、光源に白色ランプを用いるが、これらに比べて半導体レーザは発光効率が高い。また、液晶パネル等を用いるプロジェクタでは光源は常に発光しており、液晶部分で光の透過率を調節するため、表示が暗い部分では、光源の発光が無駄になる。一方、ＭＥＭＳプロジェクタなどの走査型プロジェクタ１１２では、画像情報を表示しない部分では、レーザは発光しない。従って、本実施形態によれば、液晶パネル等を用いるプロジェクタと比較して、格段に省エネルギーな映像表示を行うことが可能であり、消費電力を削減することができる。

次に、画像表示モジュール１００をモジュール化した画像表示装置について説明する。画像表示モジュール１００は、走査型プロジェクタ１１２から垂直方向拡散板１２０とレンチキュラレンズ１３０に光を照射して構成されるため、表示面の周囲に枠を設けることなく構成することができる。すなわち、枠なし表示面をもつ画像表示装置として構成できる。このため、複数の画像表示モジュール１００をモジュール化して、これらを複数組み合わせてタイリングすることで大画面化することが可能である。

図１４は、画像表示装置２００の構成を示す模式図である。画像表示装置２００は、複数の画像表示モジュール１００を縦横に並べて構成されている。図１４に示す例では、画像表示モジュール１００が縦方向に８個、横方向に８個並べて配置されており、合計６４個の画像表示モジュール１００から画像表示装置２００が構成されている。

以下では、画像表示装置２００のスペックを説明する。１つの画像表示モジュール１００は、８台の走査型プロジェクタ１１２を使用して構成されている。１つの走査型プロジェクタ１１２の解像度（水平方向×垂直方向）は、６００×６５０ピクセルとする。また、図１５に示すように、レンチキュラレンズ１３０は、シリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂを水平方向に３０本並べて構成されているものとする。また、図１５に示すように、３次元ピクセルの垂直ピッチ内で５本のスキャンラインを発生させるものとする。

この場合、１つの走査型プロジェクタ１１２が各シリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂを照射した際の水平方向のドット数は、６００（走査型プロジェクタ１１２の水平方向解像度）÷３０（シリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂの本数）＝２０である。また、各走査型プロジェクタ１１２は、３次元ピクセルの垂直ピッチ内で５本のスキャンラインを発生させている。従って、光線数は、２０（水平方向のドット数）×５（垂直ピッチ内のスキャンライン数）＝１００となる。よって、異なる水平方向に１００個の２次元映像を表示できため、高い立体表示性能が実現できる。

また、一台の画像表示モジュール１００の立体解像度（水平方向×垂直方向）は、｛３０（シリンドリカルレンズ１３０ａ，１３０ｂの本数）×８（走査型プロジェクタの数）｝×｛６５０（走査型プロジェクタ１１２の垂直方向解像度）÷５（３次元ピクセルの垂直ピッチ内のスキャンライン数）｝＝２４０×１３０となる。

図１６は、１つの画像表示モジュール１００の外観を示す模式図である。図１６において、前面のスクリーンレンズ１６０は図示を省略している。１つの画像表示モジュール１００の表示画面の大きさが２５インチであるとすると、縦８個、横８個の画像表示モジュール１００からなる画像表示装置２００の表示画面は２００インチとなる。立体解像度は、２４０×１３０ピクセルの画像表示モジュール１００が８×８（＝６４）個配置されるため、１９２０×１０４０ピクセルとなる。従って、２００インチの大画面で１００視点（光線方向１００）の画像表示装置２００を、通常の解像度（６００×６５０ピクセル）の走査型プロジェクタ１１２から構成することが可能である。

図１７は、画像表示装置２００を上方から見た状態を示す模式図である。図１７では、水平方向に３つの画像表示モジュール１００が配置された画像表示装置２００を示している。図１７に示すように、中央の画像表示モジュール１００のスクリーンレンズ１６０は、画像表示装置２００の正面に向けて画像を表示する。一方、両端の画像表示モジュール１００は、画像表示装置２００の中央に向けて画像を表示する。このように、画像表示モジュール１００を縦横に並べて大画面化した場合には、画像表示モジュール１００の水平位置に応じてスクリーンレンズ１６０をシフトさせて、全ての画像表示モジュール１００に共通の視域を作り出すようにする。図１４に示した画像表示装置２００についても同様に、画面の端に位置する画像表示モジュール１００は、画像表示装置２００の中央に向けて映像を表示する。これにより、画面の端に位置する画像表示モジュール１００の画像が外側へ向かうことがなく、各画像表示モジュール１００で共通の視域を作り出すことができる。同様に、垂直方向に対しても、スクリーンレンズ１６０をシフトさせる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ 画像表示モジュール
１１２ 走査型プロジェクタ
１２０ 垂直方向拡散板
１３０ レンチキュラレンズ
１３０ａ，１３０ｂ シリンドリカルレンズ
１４０ マスク
１５２ 投影型プロジェクタ
１６０ スクリーンレンズ
２００ 画像表示装置

Claims (16)

1. 複数のプロジェクタから構成されるプロジェクタアレイと、
   前記プロジェクタの前面に設けられ、前記プロジェクタから照射された光線を垂直方向に拡散する垂直方向拡散板と、
   垂直方向に延在するシリンドリカルレンズが水平方向に複数配列されたレンチキュラレンズと、を備え、
   前記複数のプロジェクタが前記垂直方向拡散板及び前記レンチキュラレンズに向けて重畳して光線を照射することを特徴とする、画像表示モジュール。
2. １つの前記シリンドリカルレンズに前記プロジェクタの数に相当する３次元ピクセルが形成されることを特徴とする、請求項１に記載の画像表示モジュール。
3. 前記３次元ピクセルは、前記プロジェクタアレイ内の各プロジェクタの水平位置に応じて異なる水平位置に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の画像表示モジュール。
4. 前記プロジェクタが所定方向に光線を走査しながら光を点滅する走査型プロジェクタであることを特徴とする、請求項１に記載の画像表示モジュール。
5. 前記走査型プロジェクタは、垂直方向に前記３次元ピクセルの垂直ピッチ分だけ離れた複数の水平方向のスキャンラインに沿って走査を行うことを特徴とする、請求項４に記載の画像表示モジュール。
6. 前記走査型プロジェクタは、垂直方向に前記３次元ピクセルの垂直ピッチ分よりも小さい距離だけ離れた複数の水平方向のスキャンラインに沿って走査を行い、隣接するスキャンラインにおける水平方向の発光位置が相互に異なることを特徴とする、請求項４に記載の画像表示モジュール。
7. 前記走査型プロジェクタは、水平方向に対して所定の角度を成す方向の複数のスキャンラインに沿って走査を行い、前記３次元ピクセルの垂直ピッチの中で複数回の発光を行うことを特徴とする、請求項４に記載の画像表示モジュール。
8. 前記垂直方向拡散板に近接して、前記走査型プロジェクタの発光により形成されるドットの位置に対応した開口を有するマスクを備えたことを特徴とする、請求項４に記載の画像表示モジュール。
9. 前記プロジェクタが、画像をプロジェクションレンズで拡大投影する投影型プロジェクタであり、
   前記垂直方向拡散板に近接して、前記投影型プロジェクタが投影する画素の位置に対応した開口を有するマスクを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の画像表示モジュール。
10. 前記レンチキュラレンズは、前記プロジェクタアレイ側とその反対画像の両面にシリンドリカルレンズが設けられたダブルレンチキュラレンズであることを特徴とする、請求項１に記載の画像表示モジュール。
11. 前記レンチキュラレンズが前記垂直方向拡散板の前面又は後面に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の画像表示モジュール。
12. 前記レンチキュラレンズの前面に前記レンチキュラレンズから出射された光線を屈折させるスクリーンレンズを備えることを特徴とする、請求項１に記載の画像表示モジュール。
13. 複数の画像表示モジュールから構成される画像表示装置であって、
    複数のプロジェクタから構成されるプロジェクタアレイと、
    前記プロジェクタの前面に設けられ、前記プロジェクタから照射された光線を垂直方向に拡散する垂直方向拡散板と、
    垂直方向に延在するシリンドリカルレンズが水平方向に複数配列されたレンチキュラレンズと、を備え、
    前記複数のプロジェクタが前記垂直方向拡散板及び前記レンチキュラレンズに向けて重畳して光線を照射することを特徴とする、画像表示装置。
14. 複数の前記画像表示モジュールのそれぞれは、表示面の周囲に枠を有していないことを特徴とする、請求項１３に記載の画像表示装置。
15. 前記画像表示モジュールは、前記レンチキュラレンズの前面に前記レンチキュラレンズから出射された光線を屈折させるスクリーンレンズを備え、
    前記スクリーンレンズは、前記画像表示モジュールの位置に応じて異なる方向に光線を屈折させる、請求項１３に記載の画像表示装置。
16. 前記レンチキュラレンズが前記垂直方向拡散板の前面又は後面に設けられたことを特徴とする、請求項１３に記載の画像表示装置。
    

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