JP2017010014A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３Ｄ浮遊画像を生成する画像表示装置を提供すること。【解決手段】画像表示装置を提供する。当該画像表示装置は、３Ｄディスプレイモジュールと、該３Ｄディスプレイモジュールの上に配置される光学素子とを含む。３Ｄディスプレイモジュールはバックライト光源と、該バックライト光源の上に配置される複数の画素とを含み、該画素は複数の視点群を提供し、各視点群は複数の視点を含む。バックライト光源からの光が仮想焦点で集光され、バックライト光源は仮想焦点と光学素子との間に位置する。【選択図】図１

Description

本開示は、一般に画像表示装置に関し、より具体的には奥行き範囲が改善された３Ｄ画像を生成する画像表示装置に関する。

近年、裸眼３Ｄ表示装置において奥行き範囲の広い３Ｄ画像を生成するために高密度ライトフィールドディスプレイ（light field displays）及び／又はスーパー多視点ディスプレイ（super multi-view displays）（ＳＭＶ）が開発されてきた。他方、浮遊画像（floating image）ディスプレイは、空中に浮遊画像を表示するための発展途中の新しい技術であり、将来のヒューマンインタラクティブディスプレイ装置にとって幸先のよいスタートである。近年、浮遊画像形成システムが研究されており、例えば、特許文献１は、光学結像手段と立体ディスプレイ装置とを含む立体像形成システムを提供する。

特許第５６４６１１０号明細書

現在開発中の浮遊画像は依然として２次元画像であるが、どのように３Ｄ浮遊画像を提供するかが業界にとって大きな課題となっている。

本開示は画像表示装置に関する。本開示の実施形態では、光学素子が観察者と３Ｄディスプレイモジュールのバックライト光源との間に位置しているため、形成される３Ｄ画像は比較的広い奥行き範囲を有するとともに画像表示装置の上面から十分離れている。そのため、３Ｄ浮遊画像が形成されるため、フル奥行き範囲のヒューマンインタラクションを持つ画像表示装置が得られる。

本開示の一実施形態によれば、画像表示装置が提供される。当該画像表装置は、３Ｄディスプレイモジュールと、該３Ｄディスプレイモジュールの上に配置される光学素子とを含む。３Ｄディスプレイモジュールはバックライト光源と、該バックライト光源の上に配置される複数の画素とを含み、該画素は複数の視点群（view units）を提供し、該視点群のうちの少なくとも１つは複数の視点（view）を含む。バックライト光源からの光は仮想焦点で集光され、バックライト光源は仮想焦点と光学素子との間に位置する。

本発明の上記の及び他の態様は、下記の非限定の好ましい実施形態の詳細な説明からより良く理解できる。添付の図面を参照しながら以下説明する。

図１は、本開示の一実施形態に係る画像表示装置の概略図である。 図２Ａは、本開示の一実施形態に係る光学素子の概略図である。 図２Ｂは、本開示の別の実施形態に係る光学素子の概略図である。 図３は、本開示の別の実施形態に係る画像表示装置の概略図である。 図４は、本開示のさらなる実施形態に係る画像表示装置の概略図である。 図５は、本開示のさらなる実施形態に係る画像表示装置の概略図である。

本開示の実施形態によれば、画像表示装置において、光学素子が観察者と３Ｄディスプレイモジュールのバックライト光源との間に位置しているため、形成される３Ｄ画像は比較的広い奥行き範囲を有するとともに画像表示装置の上面から十分離れている。そのため、３Ｄ浮遊画像が形成されるため、フル奥行き範囲のヒューマンインタラクションを持つ画像表示装置が得られる。

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の実施形態の詳細な説明を開示する。添付の図面では同じ参照符号は同じ又は同様の構成要素を表す。なお、本開示の実施形態を明確に説明するために添付の図面は簡略化されており、下記の詳細な説明は例示及び解説に過ぎず、本願開示の実施形態を制限しない。本開示の分野の当業者であれば、実際の実施の際のニーズに応じて必要な変更又は修正を構造に加えることができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る画像表示装置１０の概略図である。図１に示すように、画像表示装置１０は３Ｄディスプレイモジュール１００と、３Ｄディスプレイモジュール１００の上に配置される光学素子２００とを含む。３Ｄディスプレイモジュール１００は、バックライト光源１１０と、バックライト光源１１０の上に配置される複数の画素Ｐとを含む。画素Ｐは複数の視点群Ｕ１〜Ｕｎを提供し、それらの視点群のうちの少なくとも１つ（例えばＵ１）は複数の視点ｖ１〜ｖｎを含む。画像表示装置１０は観察者３００に対向する上面１０ａを有する。図１に示すように、バックライト光源１１０からの光は仮想焦点Ｆｖで集光され、バックライト光源１１０は仮想焦点Ｆｖと光学素子２００との間に位置している。

図１に示すように、本実施形態では、３Ｄディスプレイモジュール１００は光学素子２００とバックライト光源１１０との間に配置されるパララックスバリア１２０を含み得る。本実施形態において、パララックスバリア１２０は例えばスイッチャブル液晶（switchable liquid crystal）（ＬＣ）パララックスバリアである。

図１に示すように、パララックスバリア１２０は複数の開口１２０ｈを有し、開口１２０ｈは互いに前方バリアピッチ（front barrier pitch）Ｐｂ１だけ離れている。それに加えて、視点群は視点群ピッチＰｖを有する。例えば、視点群のうちの少なくとも１つは視点群ピッチＰｖを有する。即ち、各視点群は視点ｖ１〜ｖｎを有し、視点群ピッチＰｖは、２つの隣接する視点群の２つの視点ｖ１の間の距離と定義される。例えば、視点群ピッチＰｖは視点群Ｕ１の視点ｖ1と、視点群Ｕ１に隣接する視点群（例えばＵ２）の視点ｖ１との間の距離である。本実施形態では、視点群ピッチＰｖは前方バリアピッチＰｂ１よりも小さい。図１に示すように、Ｐｂ１＞Ｐｖの条件が満たされ、仮想焦点Ｆｖは３Ｄディスプレイモジュール１００の後側に位置する。

図１に示すように、本実施形態では、仮想焦点Ｆｖからパララックスバリア１２０までの距離を距離ＶＤと定義し、パララックスバリア１２０から画素Ｐまでの距離を距離ｄ１と定義する。視点群ピッチＰｖに対する前方バリアピッチＰｂ１の比はＶＤ／（ＶＤ−ｄ１）である。観察者３００から、３Ｄ浮遊画像５００が形成される仮想浮遊ベース面４００までの距離は、仮想焦点からパララックスバリアまでの距離と等しい。

図１を参照して、本開示の実施形態では、バックライト光源１１０は例えば通常のバックライトであり、３２視点又はさらに多い視点等の多視点を生成するために３Ｄディスプレイモジュール１００の画素Ｐが割り付けられている。３Ｄディスプレイモジュール１００のパララックスバリア１２０は、例えば、画素Ｐからの光線を、多視点３Ｄ設計に基づいて多くの視点方向に分離及び誘導するスイッチャブルＬＣパララックスバリアである。本開示の実施形態によれば、隣接する視点中の光の角度差は例えば０．１〜０．４°である。例えば、同じ視点群におけるＶ１とＶ２との間の角度差は、例えば０．１〜０．４°である。

図１に示すように、対応する画素を通じて対応する開口１２０ｈ及び対応する視点を通る光線Ｌ_Ｂ、Ｌ_Ｇ及びＬ_Ｒのそれぞれの光軸は、３Ｄディスプレイモジュール１００の後側で仮想焦点Ｆｖへと集められる。光軸に沿った光線Ｌ_Ｂ、Ｌ_Ｇ及びＬ_Ｒがパララックスバリア１２０及び光学素子２００を通過し、その後観察者の眼に向けられるのに伴い、視点ｖ１〜ｖｎの配列は２度反転する。例えば、ｎ個の視点を有する視点群では、ｖ１、ｖ２…ｖｋ−１、ｖｋ、ｖｋ＋１、…Ｖｎ−１、ｖｎの順番の配列は、光線がパララックスバリア１２０を通過するときにｖｎ、ｖｎ−１…ｖｋ＋１、ｖｋ、ｖｋ−１…ｖ２、ｖ１の順番に反転され、そして光線が仮想浮遊ベース面４００を通るときにｖ１、ｖ２…ｖｋ−１、ｖｋ＋１、…Ｖｎ−１、ｖｎの順番に戻される。そのため、右眼の視点用の光線が左眼に向けられ、左眼の視点用の光線が右眼に向けられる。これは、右眼の視点用の光線を右眼に向け、左眼の視点用の光線を左眼に向ける従来の裸眼３Ｄ設計とは異なる。即ち、画素Ｐが提供する視点の順番は、観察者３００が視る視点の順番と同じであり、観察者が視る視点が画素Ｐによって提供される視点の順番とは逆である従来の裸眼３Ｄ設計とは異なる。要約すると、視点の順番は光学素子２００の前の少なくとも第１の距離にわたっては画素Ｐによって提供される視点の順番と同じであり、第１の距離は光学素子２００とバックライト光源１１０との間のである。

さらに、図１に示すように、本開示の実施形態によれば、光学素子２００は３Ｄディスプレイモジュール１００の上面１０ａとバックライト光源１１０との間に位置しているため、形成される３Ｄ画像５００は比較的広い奥行き範囲を有するともに上面１０ａから十分に離れている。そのため、３Ｄ浮遊画像が形成されるため、フル奥行き範囲のヒューマンインタラクションを持つ画像表示装置が得られる。

本開示の実施形態によれば、光学素子２００は交差コーナーミラーアレイ（crossed corner mirror array）、マイクロプリズム、マイクロレンズアレイ又はダブルレンチキュラーレンズフィルム（double lenticular lens film）を含み得る。

図２Ａは本開示の一実施形態に係る光学素子２００の概略図である。図２Ａを参照して、図２Ａに示す本実施形態の光学素子２００は交差コーナーミラーアレイであり、交差コーナーミラーアレイは透明基板２１０と、透明基板２１０に配置された交差角度が約９０°の垂直ミラー壁部２２０とを含む。透明基板２１０はガラス基板又はプラスチック基板であり、ミラー壁部２２０はアルミニウム又は銀で構成され得る。

図２Ｂは、本開示の別の実施形態に係る光学素子２００の概略図である。図２Ｂを参照して、図２Ｂに示す本実施形態の光学素子２００は、アフォーカル光学系を有するダブルレンチキュラーレンズフィルムであり、ダブルレンチキュラーレンズフィルムは、互いに反対に配置された２つのレンチキュラーレンズ層２３０及び２４０を含む。即ち、２つのレンチキュラーレンズ層２３０及び２４０の間の距離を距離２００ｄと定義されるため、２つのレンチキュラーレンズ層２３０及び２４０は焦点距離ｆを有し、アフォーカル光学系はｄ＝２ｆの条件を満たす。

しかしながら、本開示の実施形態において適用される光学素子２００の種類の選択は、実際のニーズに応じて変更することができ、上記の例に限定されない。

図３は、本開示の別の実施形態に係る画像表示装置２０の概略図である。先の実施形態の要素と同じ又は同様の符号が付された本実施形態の要素は、同じ又は同様の要素であるため、それらの説明は省略する。

図３に示すように、本実施形態では、画像表示装置２０は観察者３００に対向した上面２０ａを有し、３Ｄディスプレイモジュール１００は光学素子２００とバックライト光源１１０との間に配置されたレンズアレイ１３０とを含み得る。本実施形態では、レンズアレイ１３０はレンチキュラーレンズアレイ（図示せず）又は液晶（ＬＣ）屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズアレイであり得る。

本実施形態では、レンズアレイ１３０は複数の光学レンズを含み、光学レンズは互いにレンズピッチＰ_Ｌだけ離れており、視点群の視点群ピッチＰｖはレンズピッチＰ_Ｌよりも小さい。

例えば、図３に示すように、レンズアレイ１３０は、複数の光学レンズを形成するＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイであり、視点群の視点群ピッチＰｖはＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイのレンズピッチＰ_Ｌよりも小さい。別の実施形態では、レンズアレイ１３０は複数のレンチキュラーレンズを含むレンチキュラーレンズアレイであり、視点群の視点群ピッチＰｖはレンチキュラーレンズアレイのレンチキュラーレンズのレンズピッチＰ_Ｌよりも小さい。図３に示すように、Ｐ_Ｌ＞Ｐｖの条件が満たされ、仮想焦点Ｆｖは３Ｄディスプレイモジュールの後側に位置する。

図３に示すように、本実施形態では、レンズアレイ１３０から画素までの距離を距離ｄ２と定義し、視点群ピッチＰｖに対するレンズピッチＰ_Ｌの比はＶＤ/（ＶＤ−ｄ２）である。

図４は、本開示のさらなる実施形態に係る画像表示装置３０の概略図である。先の実施形態の要素と同じ又は同様の符号が付された本実施形態の要素は、同じ又は同様の要素であるため、それらの説明は省略する。

図４に示す実施形態では、画像表示装置３０は観察者３００に対向する上面３０ａを有し、画像表示装置３０は、上面３０ａとバックライト光源３１０との間に位置するパララックスバリア又はレンズアレイを含まない。

図４に示すように、本実施形態では、３Ｄディスプレイモジュール１００のバックライト光源３１０は、例えば複数の線光を生成するバックライト光源である。例えば、バックライト光源は、互いにバックライトピッチＰｂだけ離れた複数の線光源を含み、視点群の視点群ピッチＰｖはバックライトピッチＰｂよりも大きい。図４に示すように、Ｐｂ＜Ｐｖの条件が満たされ、仮想焦点Ｆｖは３Ｄディスプレイモジュール１００の後側に位置する。別の実施形態では、バックライト光源は傾斜したストリップ又は少なくともバックライトピッチＰｂで線形バックライトを形成可能な真直なストリップの形の白色又は黒色のインクを用いた導光素子を含み得る。

図５は、本開示のさらなる実施形態に係る画像表示装置４０の概略図である。先の実施形態の要素と同じ又は同様の符号が付された本実施形態の要素は、同じ又は同様の要素であるため、それらの説明は省略する。

図５に示す実施形態では、画像表示装置４０は観察者３００に対向する上面４０ａを有し、画像表示装置４０は、上面４０ａとバックライト光源３１０との間に位置するパララックスバリア又はレンズアレイを含まない。

図５に示すように、本実施形態では、３Ｄディスプレイモジュール１００は、バックライト光源１１０と画素Ｐとの間に配置されたバリア層４２０を含む。バリア層４２０は複数の開口４２０ｈを有するため、バックライト光源１１０は開口４２０ｈを通じて複数の光線を生成することができる。

本実施形態では、隣接する２つの開口４２０ｈは後方バリアピッチＰｂ２だけ離れており、視点群の視点群ピッチＰｖは後方バリアピッチＰｂ２よりも大きい。図５に示すように、Ｐｖ＞Ｐｂ２の条件が満たされ、仮想焦点Ｆｖは３Ｄディスプレイモジュール１００の後側に位置する。

本開示の一部の実施形態では、パララックスバリア又はレンチキュラーレンズアレイが、バックライト光源１１０と、３Ｄ浮遊画像５００が位置する仮想浮遊ベース面との間に配置され得る（図示せず）。

当業者であれば、本開示の実施形態に様々な変更及び修正を加えることができるのが分かる。本明細書及び実施例は例示を意図したものに過ぎず、本開示の真の範囲は下記の特許請求の範囲及びその同等物により示される。

１０、２０、３０、４０ 画像表示装置
１０ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ 上面
１００ ３Ｄディスプレイモジュール
１１０、３１０ バックライト光源
１２０ パララックスバリア
１２０ｈ、４２０ｈ 開口
１３０ レンズアレイ
２００ 光学素子
２１０ 透明基板
２２０ 垂直ミラー壁部
２３０、２４０ レンチキュラーレンズ層
３００ 観察者
４００ 仮想浮遊ベース面
５００ ３Ｄ浮遊画像
Ｐ 画素
Ｆｖ 仮想焦点

Claims (10)

1. 画像表示装置であって、
   バックライト光源と、該バックライト光源の上に配置される複数の画素とを含む３Ｄディスプレイモジュールであって、該画素は複数の視点群を提供し、該視点群のうちの少なくとも１つは複数の視点を含む、３Ｄディスプレイモジュールと、
   前記３Ｄディスプレイモジュールの上に配置される光学素子と、
   を含み、
   前記バックライト光源からの光が仮想焦点で集光され、前記バックライト光源は前記仮想焦点と前記光学素子との間に位置する、画像表示装置。
2. 前記光学素子は交差コーナーミラーアレイ、マイクロプリズム、マイクロレンズアレイ又はダブルレンチキュラーレンズフィルムを含む、請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記３Ｄディスプレイモジュールは、前記光学素子と前記バックライト光源との間に配置されるパララックスバリアを含み、該パララックスバリアは複数の開口を有し、該開口はそれぞれ前方バリアピッチだけ離れており、前記視点群のうちの少なくとも１つは該前方バリアピッチよりも小さい視点群ピッチを有する、請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記仮想焦点から前記パララックスバリアまでの距離をＶＤとし、前記パララックスバリアから前記画素までの距離をｄ１とすると、前記視点群ピッチに対する前記前方バリアピッチの比はＶＤ／（ＶＤ−ｄ１）である、請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記３Ｄディスプレイモジュールは、前記光学素子と前記バックライト光源との間に配置されるレンズアレイを含み、該レンズアレイはレンチキュラーレンズアレイ又は液晶（ＬＣ）屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズアレイである、請求項１に記載の画像表示装置。
6. 前記レンズアレイは複数の光学レンズを含み、該光学レンズは互いにレンズピッチだけ離れており、前記視点群は該レンズピッチよりも小さい視点群ピッチを有し、前記仮想焦点から前記レンズアレイまでの距離をＶＤとし、前記レンズアレイから前記画素Ｐまでの距離をｄ２とすると、前記視点群ピッチに対する前記レンズピッチの比はＶＤ／（ＶＤ−ｄ２）である、請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記３Ｄディスプレイモジュールは、前記バックライト光源と前記画素との間に配置されるバリア層を含み、該バリア層は複数の開口を有し、該開口の隣接する２つは後方バリアピッチだけ離れており、前記視点群は該後方バリアピッチよりも大きい視点群ピッチを有する、請求項１に記載の画像表示装置。
8. 隣接する視点中の光の間の角度差は０．１°〜０．４°である、請求項１に記載の画像表示装置。
9. 前記視点の順番は前記光学素子の前の第１の距離にわたっては前記画素によって提供される視点の順番と同じであり、該第１の距離は前記光学素子と前記バックライト光源との間の距離である、請求項１に記載の画像表示装置。
10. 前記３Ｄディスプレイモジュールはパララックスバリア又はレンチキュラーレンズアレイを含み、該パララックスバリア又はレンチキュラーレンズアレイは、３Ｄ浮遊画像が形成される浮遊ベース面と前記光学素子との間に配置される、請求項１に記載の画像表示装置。

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