(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージ形成ディスプレー平板パネルと、前記イメージ形成ディスプレー平板パネルの前面に配され、そこから放出される映像を３次元像に変換させるレンズ部を備える３次元像表示装置において、
前記レンズ部は、多数の回折格子が前記イメージ形成ディスプレー平板パネル上方で相互平行に配列されて構成する単位回折光学素子の集合体を備え、
前記単位回折光学素子は、一連の同一中心の同一高さのステップを有し、各ステップの幅は前記単位回折光学素子の中心から周辺まで一定割合で減少し、
前記単位回折光学素子は、ｎ個のサブピクセルより構成される一つの単位ピクセルに対応すべく前記イメージ形成ディスプレー平板パネルのピクセル上に配され、
前記各ステップの幅が減少する方向は、前記サブピクセルが配列される方向と実質的に平行であることを特徴とする３次元像表示装置。
【請求項２】
前記イメージ形成ディスプレー平板パネルは、
陰極線管、液晶表示装置、プラズマ表示装置及び電子発光ディスプレーより構成されるグループから選択されたいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項３】
前記回折格子の最大幅は次の式により計算される値ｗ以下であることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
【数１】
0003644931.tif 000004
（Ｌ：ディスプレーパネルと観察者間の距離（ｍｍ）、ｗ：幅（ｍｍ））
【請求項４】
前記レンズ部はレンチキュラレンズ機能を有することを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項５】
前記単位回折光学素子及びその下部の単位ピクセルは、横方向に一つ以上の前記サブピクセルのピッチだけ一定に移動して階段状に配されることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項６】
前記回折格子が形成された面が前記イメージ形成ディスプレー平板パネルと対向されるべく配され、前記回折格子の形成面と前記基板間を充填するコーティングシートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項７】
前記回折格子が形成された面が前記イメージ形成ディスプレー平板パネルから外側を向くべく配され、前記回折格子上で前記回折格子の形成面間の凹部を充填して形成されたコーティングシートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
【請求項８】
前記回折格子とコーティングシートの屈折率は相異なることを特徴とする請求項６または７に記載の３次元像表示装置。
【請求項９】
前記回折格子とコーティングシートのうち少なくとも一つの材質がカーボネート系ポリマであることを特徴とする請求項８に記載の３次元像表示装置。
【請求項１０】
前記回折格子とコーティングシートのうち少なくとも一つの材質がメタアクリレート系ポリマであることを特徴とする請求項８に記載の３次元像表示装置。
【請求項１１】
前記回折光学素子は、金型を用いて製造されることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３次元像表示装置に係り、より詳細にはレンチキュラ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ）レンズ機能を有する回折格子光学素子を備えた多視点式３次元像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
３次元像ディスプレーは、大きく両眼視（ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）方式、多視点（ｍｕｌｔｉ−ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ）方式及び体積表示方式に分類される。
【０００３】
両眼視方式は両眼視差を利用する方式であり、左右両眼に２枚の画像を見せてその視差から頭脳の作用として立体像を認識させる方法である。映画館、各種イベントで利用されているめがね着用方式もその一種である。２枚の画像において、輻輳と焦点位置とに矛盾が生じなければ眼精疲労は生じないが、実際には人間が見る位置により輻輳の位置と焦点位置とが異なるために、人間がそのような２枚の画像を長時間続けて見れば眼精疲労が生じる。
【０００４】
多視点方式は、異なる角度から複数枚の画像を見せて立体像を表示する方法である。観察者が移動する時に観察する像が移動するために多数の人が観察することが可能である。また、異なる角度から異なる画像が見られることにより、両眼視より輻輳と焦点位置間の矛盾を少なくしたり、またはほとんど生じないようにもできる。従って、長時間観察しても両眼視方式より眼精疲労を少なくできる。
【０００５】
体積表示方式は、立体的に残っている残像から立体像を認識する方法である。ディスプレーまたはスクリーンを回転させる体積表示方式と、ホログラム、インテグラルフォトグラフィなどによる光線再生方法がある。このような方法は輻輳と焦点位置との矛盾は生じないために眼精疲労は生じない。しかし、体積表示方法はディスプレーまたはスクリーンを回転させるために複雑な光学機械機構が必要であり、光線再生方法は現在の数百または千倍以上の解像度を有するパネルが必要である。
【０００６】
多視点方式にはレンチキュラ方式、フィルタ方式などがある。
【０００７】
図１は国際特許ＷＯ９９／５５５９号に開示されたレンチキュラ方式の一例であり、７視点の多視点方式である。図１を参照するに、参照番号１０はパネル上のサブピクセルのアレイであり、参照番号１２はサブピクセルを示す。サブピクセル１２内の数字は各視点の順序を示す数字である。カラーピクセルの場合には連続する同じ視点の数字を有する３つのサブピクセルがＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルになって一つのカラーピクセルを構成する。サブピクセルアレイ１０上には傾斜したレンチキュラレンズ１４が付着されている。第１列ではサブピクセルが２、４、６、１、３、５、７の順で反復され、第２列ではサブピクセルが１、３、５、７、２、４、６の順で反復される。連続する７つのサブピクセル上にはレンチキュラ２つが置かれている。レンチキュラの傾斜に平行に線を引いて右側に進めば、サブピクセル１から順次にサブピクセル７まで７視点を見られる。すなわち、図１においてＡ点線に沿ってサブピクセル２が連結され、右側の点線Ｂではサブピクセル２及び３が連結し、点線Ｃではサブピクセル３が連結される。
【０００８】
しかし、このようなレンチキュラ１４を図１のように配すれば、サブピクセル１２上を横切るレンチキュラ接合部１５が存在する。この接合部１５上に存在するサブピクセルは二つのレンチキュラレンズ１４の影響を受ける。従って、光線は二つの方向に分割されるので、３次元像を表示する場合に二重像が見られるために解像度が低下する問題点が生じる。また、２次元像を表示する時にこのサブピクセルは画像の一部として作用しないために解像度が低下する問題点もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は上記の問題点を改善するために案出されたものであり、本発明の目的は３次元像の解像度が改善され、２次元像も鮮明に見せる多視点方式の３次元像表示装置を提供するところにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の３次元像表示装置は、イメージ形成ディスプレー平板パネルと、前記イメージ形成ディスプレー平板パネルの前面に配され、そこから放出される映像を３次元像に変換させるレンズ部とを備える３次元像表示装置において、前記レンズ部は、多数の回折格子が前記イメージ形成ディスプレー平板パネル上方で相互平行に配列されて構成する単位回折光学素子の集合体を備える。
【００１１】
前記イメージ形成ディスプレー平板パネルは、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）及び電子発光（ＥＬ）ディスプレーより構成されるグループから選択されたいずれか一つであることが望ましい。
【００１２】
前記回折格子の最大幅は次の式により計算される値ｗ以下であることが望ましい。
【００１３】
【数２】
0003644931.tif 000002
（Ｌ：ディスプレーパネルと観察者間の距離（ｍｍ）、ｗ：幅（ｍｍ））
前記レンズ部はレンチキュラレンズ機能を有する。
【００１４】
前記単位回折光学素子は、ｎ個のサブピクセルより構成される一つのピクセルに対応すべく前記イメージ形成ディスプレー平板パネルのピクセル上に配されることが望ましい。
【００１５】
前記単位回折光学素子及びその下部の単位ピクセルは、横方向に一つ以上の前記サブピクセルのピッチだけ一定に移動して階段状に配されうる。
【００１６】
前記単位回折光学素子は、一連の同一中心の同一高さのステップを有し、各ステップの幅は前記単位回折光学素子の中心から周辺まで一定割合で減少する。
【００１７】
前記回折格子が形成された面が前記イメージ形成ディスプレー平板パネルと対向さるべく配され、前記回折格子の形成面と前記基板間を充填するコーティングシートが設けられるか、前記イメージ形成ディスプレー平板パネルから外側を向くべく配され、前記回折格子上で前記回折格子の形成面間の凹部を充填して形成されたコーティングシートが設けられることが望ましい。
【００１８】
前記回折格子とコーティングシートとの屈折率は相異なり、前記回折格子とコーティングシートのうち少なくとも一つの材質がメタアクリレート系ポリマかカーボネート系ポリマであることが望ましい。
【００１９】
また、前記回折光学素子は金型を用いて製造されることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明の３次元像表示装置による望ましい実施形態を詳細に説明する。この過程において図示された層や領域などの厚さは本発明の理解を助けるために誇張されて示された。
【００２１】
図２は本発明による３次元像表示装置の斜視図である。イメージ形成ディスプレー平板パネル１００と、その前面に配されてパネル１００から放出される映像を３次元像に変換させるレンズ部２００が示されている。
【００２２】
イメージ形成ディスプレー平板パネル１００はＣＲＴ、ＬＣＤ、ＰＤＰ及びＥＬディスプレーのうちいずれか一つを使用する。
【００２３】
図３は回折光学素子を使用した８視点の３次元像表示装置の説明図であり、図４は回折光学素子の配置が図３と異なる例を示す説明図である。
【００２４】
図３を参照するに、イメージ形成ディスプレー平板パネル１００上にレンズ部２００が配されている。レンズ部２００は点線で表された一つのレンチキュラ２１４に該当する領域に多数の回折格子２１２より構成された単位回折光学素子２１０を備え、単位回折光学素子２１０に対応するイメージ形成ディスプレー平板パネル１００上には８つのサブピクセル１０２が形成されていて８視点を提供する。
【００２５】
回折光学素子２１０はその回折格子面がイメージ形成ディスプレー平板パネル１００に対向されるべく配されており、一連の同一中心の同一高さｈのステップを有し、各ステップの幅ｗは単位回折光学素子２１０の中心から端へ行きつつ所定の割合で減少する特徴を有する。
【００２６】
回折光学素子２１０とイメージ形成ディスプレー平板パネル１００間には回折光学素子の基板の役割と回折格子面を保護する役割とを果たすコーティングシート２２０が配されている。
【００２７】
前記サブピクセルの映像のうち、第１サブピクセルは回折して最も右側方向（図面基準）に向かい、第８サブピクセルは最も左側方向に回折されて回折光線が出合う地点に３次元像２６０を現す。従って、回折光学素子２１０はレンチキュラレンズの機能を果たし、観察者の両眼が回折領域に位置すれば二つの目が近隣する二つの視点を見るようになるので立体映像を知覚する。また、回折領域内において動いても隣接する二つの視点を見るので立体映像を見る。
【００２８】
図４を参照するに、イメージ形成ディスプレー平板パネル１００上にレンズ部２００が配されている。レンズ部２００はイメージ形成ディスプレー平板パネル１００上の基板２２２と、基板２２２上に形成された回折光学素子２１０と、回折光学素子２１０上のコーティングシート２３０とを備える。前記回折光学素子の格子面はイメージ形成ディスプレー平板パネル１００から外側に向けて配されている。
【００２９】
コーティングシート２３０は回折光学素子の格子面をホコリ及び油などから保護し、回折格子２１２の高さｈ以上にコーティングされている。
【００３０】
図３及び図４を参照するに、回折光学素子２１０とコーティングシート２２０、２３０の屈折率は相異なり、これにより回折光学素子２１０は回折させる役割を果たす。また、回折光学素子２１０の屈折率がコーティングシート２２０、２３０の屈折率より大でなければならない。このようなレンズ部２００は回折光学素子の屈折率の微細調整が可能である長所がある。
【００３１】
コーティングシート２２０、２３０は回折格子面を保護するものであり、機械的加工またはプラスチック射出形成で製作されうる。
【００３２】
回折光学素子２１０はコンピュータシミュレーションにより各回折格子２１２の幅などの変数を計算した後で、金型を製作する。そして、厚いプラスチックシートに圧縮してスクリーンを製作する。
【００３３】
基板２２２、コーティングシート２２０、２３０及び回折光学素子２１０はポリカーボネート系またはポーリメタアクリレート系のプラスチックなどで製作されることが望ましい。
【００３４】
図５は、単位回折光学素子においてそれぞれの回折格子２１２の大きさを説明する図である。単位回折光学素子は多数の回折格子２１２よりなっている。人間の目の解像可能な空間周波数は約４０ｃｙｃｌｅ／ｄｅｇｒｅｅである。従って、眼精疲労を感じさせないようにするためには単位回折光学素子のうち最大の大きさを有する中央部の回折格子２１２の幅ｗを［標準１］式以下の大きさにすることが望ましい。
【００３５】
【数３】
0003644931.tif 000003
（Ｌ：ディスプレーパネルと観察者間の距離（ｍｍ）、ｗ：幅（ｍｍ））
前記［標準１］の式を満足するならば、人間は回折格子を目で認識できないので、パネル上から映像を観察する時に眼精疲労を感じない。
【００３６】
図６は本発明の第１実施形態による回折格子の平面図であり、図７は本発明の第１実施形態によるイメージ形成サブピクセルのアレイ上に図６の回折光学素子を配した状態を示す平面図である。
【００３７】
図６を参照するに、多数の回折格子２１２が相互縦方向に平行に配列されて単位回折光学素子２１０を構成している。単位回折光学素子２１０内の回折格子２１２の幅は中央から端部へ行くほど狭くなるように配されている。サブピクセルアレイは８つのサブピクセル１０２よりなる単位ピクセルが縦方向及び横方向に反復して配されている。前記アレイのうち縦方向の単位ピクセルの上には一つの単位回折光学素子２１０が配列される。
【００３８】
このような構造を有する映像装置は８つのサブピクセルを横方向に配列して８視点を示す。
【００３９】
このように製作した３次元像表示装置は図３に示されたように各視点の焦点位置に３次元像を観察することが可能である。
【００４０】
図８は本発明の第２実施形態による回折光学素子の平面図であり、図９は本発明の第２実施形態によるイメージ形成サブピクセルのアレイ上に図８の回折光学素子を配した状態を示す平面図である。サブピクセルアレイは一サブピクセル１０２が左側方向（図面基準）にアレイの一つのピッチだけ移動して配されている。前記サブピクセルにより構成された一つの単位ピクセルにはこれに対応する一つの単位回折光学素子３１０が配される。従って、単位回折光学素子３１０は多数の回折格子３１２により構成され、前記サブピクセルアレイの配置と同一に左側に一つのサブピクセルのピッチだけ移動して配されている。
【００４１】
このような構造を有する映像装置は横方向に８視点を示し、また一つのサブピクセルを横切る隣接する二つの回折格子により発生することもあるモアレ（ｍｏｉｒｅ）現象を防止できて３次元像及び２次元像も像が鮮明になる。
【００４２】
一方、第２実施形態の回折光学素子は第１実施形態の光学素子に比べて複雑である。従って、金型製作時に第１実施形態より多くの時間を要するが、プラスチックシートに圧搾させる製造工程において要求される時間では差がない。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明のごとく、本発明による３次元像表示装置は、幅が非常に狭い回折格子よりなった回折光学素子の採用で良好な３次元像を観察することが可能なだけではなく、２次元像も良質の映像を観察することが可能になる。
【００４４】
本発明は図面を参照して実施形態を参考にして説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばここから多様な変形及び均等な実施形態が可能であるという点が理解される。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲に限って決められねばならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のレンチキュラレンズを採用した３次元像装置の説明図である。
【図２】本発明による３次元像表示装置の斜視図である。
【図３】回折光学素子を使用した８視点３次元像表示装置の説明図である。
【図４】回折光学素子の配置が図３と異なる例を示す説明図である。
【図５】本発明による最大回折格子の幅を説明する図である。
【図６】本発明の第１実施形態による回折格子の平面図である。
【図７】本発明の第１実施形態によるイメージ形成サブピクセルのアレイ上に図６の回折光学素子を配した状態を示す平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による回折光学素子の平面図である。
【図９】本発明の第２実施形態によるイメージ形成サブピクセルのアレイ上に図８の回折光学素子を配した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１００  イメージ形成ディスプレー平板パネル
１０２  サブピクセル
２００  レンズ部
２１０、３１０  回折光学素子
２１２、３１２  回折格子
２２０、２３０  コーティングシート
２２２  基板
２６０  ３次元像
【図１】
0003644931.tif 000005
【図２】
0003644931.tif 000006
【図３】
0003644931.tif 000007
【図４】
0003644931.tif 000008
【図５】
0003644931.tif 000009
【図６】
0003644931.tif 000010
【図７】
0003644931.tif 000011
【図８】
0003644931.tif 000012
【図９】
0003644931.tif 000013