宮崎グループ

バックライト制御型裸眼立体ディスプレイに関する研究

はじめに

 近年立体画像が医療や産業,エンターテインメントなど様々な分野で注目されている. 我々は液晶ディスプレイのバックライトを制御することにより視聴者の目の位置に細長い視聴領域(射出瞳)を形成し,ステレオ映像を時分割方式で多重化することで立体視が実現できる立体ディスプレイの開発を行ってきた. この方法では,人が立体感を感じるための要因すべてを満たすわけではないが,表示された立体画像は眼鏡などの装着物を必要とせずに観察でき,解像度の損失がなく液晶パネルと同じ解像度の立体画像を観察することができる. バックライトを制御する方法として液晶パネルとバックライトの間に傾斜させたシリンドリカルフレネルレンズアレイを挿入するという方法を使用している.

傾斜シリンドリカルフレネルレンズアレイを用いたバックライト制御

 シリンドリカルフレネルレンズアレイはカマボコ状のフレネルレンズを並べたものである.入射した平行光線の水平方向成分の偏光角がレンズの中心軸からの距離によって決定される. そのため,図1(a)のように1本のレンズ内を垂直に光源を移動させると,出射光の偏向角も変化させることができる. また,図1(b)のように入射光線の位置をレンズに沿った方向に移動させることで,偏向角を保ったまま射出光の位置を制御することができる. よって入射光をストライプ状の連続したパターンとすることである位置に光を集めることができ,それが射出瞳となる.

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図1 シリンドリカルフレネルレンズアレイによる出射光線の制御

バックライト制御型裸眼立体ディスプレイ

 図2にバックライト制御型裸眼立体ディスプレイの構成を示す. プロジェクタから出た光がフレネルレンズにより平行光となり,その光がシリンドリカルフレネルレンズアレイに入射する位置により射出瞳の位置が決定される. 1枚目と3枚目のレンチキュラシートは垂直方向の視域を拡大するために用い,2枚目のレンチキュラシートはモアレを軽減するために用いる.

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図2 バックライト制御型ディスプレイの構成

 立体視を行うためには,左目の位置に射出瞳を形成している間,左目用の画像を液晶ディスプレイに表示し,右目の位置に射出瞳を形成している間には,右目用の画像を液晶ディスプレイに表示する必要がある. そのため,ストライプパターンと表示画像のセットを時分割方式で表示しなければならない. 実際に時分割方式で立体表示を行ったときの観察結果を図3に示す. 図3では2枚の画像が混じり合って見えている.これをクロストークという. クロストークが大きいと,立体感が小さくなったり立体に見えなくなる. これを取り除くためにプロジェクタとフレネルレンズの間に液晶シャッタを挿入し,映像の遷移時間中は画像を見えなくした場合の結果を図4に表示する.

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図3 時分割立体表示による観察結果

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図4 液晶シャッタを挿入した時の観察結果