(57)【要約】【課題】鮮明な画像が得られる光学装置を提供する。【解決手段】第１軸方向に配置される複数の副画素を有する画素がマトリクス状に配列される表示装置の表示面側に配設される光学装置であって、第１軸方向にＭ（１画素の副画素数の倍数）個形成され、第２軸方向にＮ（整数）個形成されるＭ×Ｎ個の開口部を画素毎に有する遮光部と、第２軸方向に屈折力を有するストライプ状の第１レンズ部を有する第１レンズと、第１軸方向に屈折力を有するストライプ状の第２レンズ部を第１レンズ部のピッチの副画素数分の１のピッチで有する第２レンズとを含み、第１レンズと第２レンズの適視距離のうちの短い方の距離以内の領域では、開口部、第１レンズ、及び第２レンズを通じて得られる投影領域が瞳孔領域よりも小さくなり、かつ、相隣接する投影領域同士の第１軸方向及び第２軸方向の間隔が瞳孔径よりも小さくなるように開口部のサイズが設定される。【選択図】図１
2015210507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１軸方向に配置される複数の副画素を有する画素がマトリクス状に配列される表示装置の表示面側に配設される光学装置であって、
前記表示面の上に配設され、第１軸方向にＭ個（Ｍは１画素における副画素数の倍数）形成され、前記第１軸方向に直交する第２軸方向にＮ個（Ｎは整数）形成される、Ｍ×Ｎ個の開口部を前記画素毎に有する遮光部と、
前記遮光部の前記表示面とは反対側に配設され、前記第１軸方向において複数の前記画素の領域にわたって伸延し、前記第２軸方向に屈折力を有するストライプ状の第１レンズ部を、前記第２軸方向において各画素の幅内に１本又は複数本有する第１レンズと、
前記第１レンズの前記遮光部とは反対側に、又は、前記遮光部と前記第１レンズとの間に設けられ、前記第２軸方向において複数の前記画素の領域にわたって伸延し、前記第１軸方向に屈折力を有するストライプ状の第２レンズ部を、前記第１レンズ部の前記第２軸方向におけるピッチの前記副画素数分の１のピッチで前記第１軸方向において各画素の幅内に複数本有する第２レンズと
を含み、
前記第１レンズの第１適視距離と、前記第２レンズの第２適視距離とのうちの短い方の適視距離以内の領域では、前記開口部、前記第１レンズ、及び前記第２レンズを通じて空間に投影される投影領域が瞳孔の大きさで決まる領域よりも小さくなり、かつ、前記第１軸方向において相隣接する投影領域同士の第１間隔と、前記第２軸方向において相隣接する投影領域同士の第２間隔とが前記瞳孔の径よりも小さくなるように、前記開口部の開口サイズが設定される、光学装置。
【請求項２】
前記遮光部は、
前記表示面の上に配設され、前記第１軸方向において１画素の幅毎にＭ本形成される第１スリットを有する第１遮光部と、
前記第１遮光部の前記表示面とは反対側に、又は、前記第１遮光部と前記表示面との間に配設され、前記第２軸方向において１画素の幅毎にＮ本形成される第２スリットを有する第２遮光部と
を有し、
前記Ｍ本の第１スリットと、前記Ｎ本の第２スリットとは、平面視で前記Ｍ×Ｎ個の開口部を前記画素毎に構築する、請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記各開口部は、第２軸方向において、第１レンズ部の第２軸方向の幅の中に配設され、かつ、第１軸方向において、第２レンズ部の第２軸方向の幅の中に配設される、請求項１又は２記載の光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発光部が離散的に形成され、水平方向に複数の発光部と複数の非発光部とが交互に並んだパターンを含む所定の発光パターンを形成する光源手段と、該光源手段の発光パターンを変換し、２次発光パターンを形成する発光パターン変換手段とを有する立体画像表示装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この立体画像表示装置は、さらに、複数の視差画像を多数のストライプ画素列に分割し、該ストライプ画素列を所定の順序で並べて合成したストライプ合成画像を表示するディスプレイデバイスを有する。
【０００４】
前記２次発光パターンからの光が、前記ディスプレイデバイスに表示されたストライプ合成画像により変調され、変調された視点に応じて所定の領域に導かれるよう構成し、観察者に立体画像として認識させる。
【０００５】
また、垂直方向に細長く水平方向に光学的パワーを持つシリンドリカルレンズを水平方向に多数並べて構成した縦シリンドリカルレンズアレイ（縦レンチキュラーレンズ）と、水平方向に細長く垂直方向に光学的パワーを持つシリンドリカルレンズを水平方向に多数並べて構成した横シリンドリカルレンズアレイ（横レンチキュラーレンズ）とを有するマイクロ光学素子をさらに含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２０６４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の立体画像表示装置のように、縦レンチキュラーレンズと横レンチキュラーレンズとを重ねたマイクロ光学素子では、２つのレンチキュラーレンズの適視距離が異なるため、画像がボケて鮮明な画像が得られないおそれがある。
【０００８】
そこで、鮮明な画像が得られる光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施の形態の光学装置は、第１軸方向に配置される複数の副画素を有する画素がマトリクス状に配列される表示装置の表示面側に配設される光学装置であって、前記表示面の上に配設され、第１軸方向にＭ個（Ｍは１画素における副画素数の倍数）形成され、前記第１軸方向に直交する第２軸方向にＮ個（Ｎは整数）形成される、Ｍ×Ｎ個の開口部を前記画素毎に有する遮光部と、前記遮光部の前記表示面とは反対側に配設され、前記第１軸方向において複数の前記画素の領域にわたって伸延し、前記第２軸方向に屈折力を有するストライプ状の第１レンズ部を、前記第２軸方向において各画素の幅内に１本又は複数本有する第１レンズと、前記第１レンズの前記遮光部とは反対側に、又は、前記遮光部と前記第１レンズとの間に設けられ、前記第２軸方向において複数の前記画素の領域にわたって伸延し、前記第１軸方向に屈折力を有するストライプ状の第２レンズ部を、前記第１レンズ部の前記第２軸方向におけるピッチの前記副画素数分の１のピッチで前記第１軸方向において各画素の幅内に複数本有する第２レンズとを含み、前記第１レンズの第１適視距離と、前記第２レンズの第２適視距離とのうちの短い方の適視距離以内の領域では、前記開口部、前記第１レンズ、及び前記第２レンズを通じて空間に投影される投影領域が瞳孔の大きさで決まる領域よりも小さくなり、かつ、前記第１軸方向において相隣接する投影領域同士の第１間隔と、前記第２軸方向において相隣接する投影領域同士の第２間隔とが前記瞳孔の径よりも小さくなるように、前記開口部の開口サイズが設定される。
【発明の効果】
【００１０】
鮮明な画像が得られる光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態の光学装置１００を表示装置２００に重ねて配置した状態を示す斜視図である。
【図２】レンチキュラーレンズ１２０を含む光学系における視点の位置を示す図である。
【図３】レンチキュラーレンズ１２０を２つ重ねた光学系における適視距離を示す図である。
【図４】遮光部１０及びレンチキュラーレンズ１２０を含む光学系における視点の位置を示す図である。
【図５】遮光部１１０及びレンチキュラーレンズ１２０を含む光学系における視点の位置を示す図である。
【図６】実施の形態の光学装置１００の１画素分の部分を示す図である。
【図７】レンチキュラーレンズ１２０、１３０の幾何学構造を示す図である。
【図８】視点を形成する幾何学的構造を示す図である。
【図９】視点の高密度化の効果を示す図である。
【図１０】適視距離と縞模様の関係を説明する図である。
【図１１】実施の形態の遮光部１１０を用いた場合の視点Ａ、Ｂでの投影と、合成された投影を示す図である。
【図１２】瞳孔径、明領域、暗領域の関係を示す図である。
【図１３】関係式β=α+γ-1を２次元座標上に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の光学装置を適用した実施の形態について説明する。
【００１３】
＜実施の形態＞
図１は、実施の形態の光学装置１００を表示装置２００に重ねて配置した状態を示す斜視図である。なお、以下では、図１に示すように直交座標であるＸＹＺ座標系を定義する。Ｘ軸は第１軸の一例であり、Ｙ軸は第２軸の一例である。
【００１４】
光学装置１００は、表示装置２００の表示面２００Ａの上に配設される。表示面２００Ａは、ＸＹ平面に平行である。
【００１５】
なお、以下では、Ｚ軸正方向側からＸＹ平面を見ることを平面視と称す。また、以下では説明の便宜上、表示面２００ＡのＺ軸正方向側を表示面２００Ａの上側（又は上）と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。
【００１６】
表示装置２００は、例えば、液晶ディスプレイパネル、有機ＥＬ(Electro-Luminescence)ディスプレイパネル、又は、プラズマディスプレイパネルのような薄板状の表示装置である。表示装置２００の表示面２００Ａには、画素２０１がＸ軸方向及びＹ軸方向にマトリクス状に配置される。なお、図１には、表示装置２００と光学装置１００のＸ軸方向及びＹ軸方向における一部を抜き出して示す。
【００１７】
ここでは、一例として、各画素２０１がＲ(Red)、Ｇ(Green)、Ｂ(Blue)に対応した副画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂを有するものとして説明する。ただし、各画素２０１における副画素の数は３つに限られず、各画素２０１は、２つ以上の副画素を含めばよい。
【００１８】
各画素２０１は、一例として、平面視で正方形であり、副画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂは、Ｘ軸方向に配列されている。このため、副画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂは、平面視で、Ｘ軸に沿った短辺とＹ軸に沿った長辺とを有する長方形状である。
【００１９】
光学装置１００は、遮光部１１０、レンチキュラーレンズ１２０、及びレンチキュラーレンズ１３０を含む。遮光部１１０、レンチキュラーレンズ１２０、及びレンチキュラーレンズ１３０は、表示装置２００の表示面２００Ａの上にこの順で配設されている。
【００２０】
遮光部１１０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にマトリクス状に配置される開口部１１１を有する。遮光部１１０は、表示装置２００から出力される光を開口部１１１を通過させることによってピンホール効果による光線の集約を行うために設けられている。
【００２１】
遮光部１１０は、例えば、レンチキュラーレンズ１２０のＺ軸負方向側の面（光の入射面）、又は、表示装置２００の表示面２００Ａに、酸化クロムを焼き付けることによって形成される。
【００２２】
また、遮光部１１０は、樹脂製の薄板状の部材に開口部１１１をマトリクス状に形成することによって作製してもよい。このようにして作製した遮光部１１０を表示面２００Ａとレンチキュラーレンズ１２０の入射面との間に配設してもよい。
【００２３】
なお、遮光部１１０の構成は、上述のようなものに限られず、ピンホール効果による光線の集約を行えるものであれば、他の構成であってもよい。例えば、Ｘ軸方向に長手方向を有する長方形状の第１スリットをＹ軸方向に複数配列した第１遮光部と、Ｙ軸方向に長手方向を有する長方形状の第２スリットをＸ軸方向に複数配列した第２遮光部とを重ね合わせたものであってもよい。このような遮光部では、第１スリットと第２スリットとが交差する部分にマトリクス状に開口部が配列されることになる。このような構成の遮光部については後述する。
【００２４】
開口部１１１は、ＸＹ平面内でＸ軸に平行な一対の辺とＹ軸に平行な一対の辺とを有するように矩形状に開口されるため、表示装置２００から出力される光（光線）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に集約される。換言すれば、表示装置２００から出力される光（光線）は、開口部１１１によってＸ軸方向及びＹ軸方向に二次元的に絞られる。開口部１１１を通過した光は、レンチキュラーレンズ１２０及び１３０に入射する。
【００２５】
開口部１１１は、一例として、各画素２０１の内部ではＸ軸方向において副画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂに応じて１つずつ設けられる。すなわち、図１では、開口部１１１は、各画素２０１においてＸ軸方向に３つ配列される。すべての開口部１１１は、Ｘ軸方向に等ピッチで形成される。
【００２６】
また、開口部１１１は、一例として、各画素２０１の内部ではＹ軸方向に４つ配列される。すべての開口部１１１は、Ｙ軸方向に等ピッチで形成される。
【００２７】
このため、図１に示す例示的な形態では、開口部１１１は、画素２０１毎に１２個形成される。
【００２８】
ここで、開口部１１１の開口サイズは、レンチキュラーレンズ１２０及び１３０の曲率と、人間の瞳孔の大きさとの関係で適切なサイズに設定される。開口部１１１のサイズについては後述する。
【００２９】
なお、１つの画素２０１の内部において開口部１１１がＹ軸方向に配列される数は、開口部１１１のＹ軸方向の長さと、副画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１ＢのＹ軸方向の長さとに応じて適切な数に設定すればよい。例えば、副画素２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１ＢのＹ軸方向の長さが図１に示す長さよりも短く、開口部１１１のＹ軸方向の長さと近い長さであるような場合には、１つの画素２０１の内部における開口部１１１のＹ軸方向における数は１つであってもよい。
【００３０】
レンチキュラーレンズ１２０は、Ｘ軸方向において複数の画素２０１の領域にわたって伸延し、Ｙ軸方向に屈折力を有するストライプ状のレンズ部１２１をＹ軸方向に配列した構成を有する透明なレンズである。
【００３１】
レンズ部１２１は、Ｙ軸方向において各画素２０１と位置が略合わされている。レンズ部１２１のＹ軸方向における幅（ピッチ）については後述する。
【００３２】
レンズ部１２１は、板状のガラス板の一方の面から、長手方向（Ｘ軸方向）に垂直な断面視で半円状の形状を有するように突出した部分であり、すべてのレンズ部１２１のＹ軸方向における屈折力は等しく、また、各レンズ部１２１のＹ軸方向における屈折力は、Ｘ軸方向において均一である。
【００３３】
レンチキュラーレンズ１２０は、表示面２００ＡのＸ軸負方向側の端部からＸ軸正方向側の端部まで一体的に形成され、かつ、表示面２００ＡのＹ軸負方向側の端部からＹ軸正方向側の端部まで一体的に形成される。なお、光学特性に影響が生じない場合は、Ｘ軸方向又はＹ軸方向において分割されていてもよい。
【００３４】
レンチキュラーレンズ１３０は、Ｙ軸方向において複数の画素２０１の領域にわたって伸延し、Ｘ軸方向に屈折力を有するストライプ状のレンズ部１３１をＸ軸方向に配列した構成を有する透明なレンズである。ここでは、一例として、レンズ部１３１のＸ軸方向における幅（ピッチ）は、１つの副画素（２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂのうちの任意の１つ）のＸ軸方向における幅（ピッチ）に対応する。
【００３５】
レンズ部１３１のＸ軸方向における幅（ピッチ）については後述する。
【００３６】
レンズ部１３１は、板状のガラス板の一方の面から、長手方向（Ｙ軸方向）に垂直な断面視で半円状の形状を有するように突出した部分であり、すべてのレンズ部１３１のＸ軸方向における屈折力は等しく、また、各レンズ部１３１のＸ軸方向における屈折力は、Ｙ軸方向において均一である。
【００３７】
レンチキュラーレンズ１３０は、表示面２００ＡのＹ軸負方向側の端部からＹ軸正方向側の端部まで一体的に形成され、かつ、表示面２００ＡのＸ軸負方向側の端部からＸ軸正方向側の端部まで一体的に形成される。なお、光学特性に影響が生じない場合は、Ｘ軸方向又はＹ軸方向において分割されていてもよい。
【００３８】
レンチキュラーレンズ１２０及び１３０は、以上のようなレンズ部１２１及び１３１をそれぞれ有するので、各画素２０１において、遮光部１１０の開口部１１１は、Ｘ軸方向においてレンズ部１２１及び１３１の幅の中に収まるように配置されるとともに、Ｙ軸方向においてレンズ部１２１及び１３１の幅の中に収まるように配置される。
【００３９】
なお、レンチキュラーレンズ１２０及び１３０は、同一の材料で同一の屈折率を有するように形成されていることが望ましく、例えば、ガラスで作製すればよい。また、レンチキュラーレンズ１２０及び１３０の曲率半径は等しく、すなわち互いに等しい屈折力を有する。
【００４０】
次に、実施の形態の光学装置１００の原理について説明する。
【００４１】
図２は、レンチキュラーレンズ１２０を含む光学系における視点の位置を示す図である。ここでは、説明の便宜上、表示装置２００の表示面２００Ａにレンチキュラーレンズ１２０のみが配置されている光学系における視点について説明する。レンチキュラーレンズ１２０は、入射面１２０Ａと出射面１２０Ｂを有する。
【００４２】
表示装置２００の表示面２００Ａからレンチキュラーレンズ１２０に入射する光の光路は、実線で示すように、各レンズ部１２１の曲率中心１２２を通り、光路同士が交わるところに視点３０１が形成される。視点３０１は、曲率中心１２２から適視距離Ｄだけ離れた位置に形成され、適視位置とも称す。また、視点３０１同士の間隔は、視点間隔Ｇである。
【００４３】
ここで、レンチキュラーレンズ１２０の厚さをｔ、屈折率をｎとすると、曲率中心１２２の入射面１２０Ａからの距離はｔ／ｎで近似される。これは、例えば、文献N.A. Valyus, STEREOSCOPY, THE FOCAL PRESS, p198(1966)に記載されている。
【００４４】
また、レンズ部１２１のピッチをｐとすると、適視距離Ｄと視点間隔Ｇは、厚さｔとピッチｐとの２変数によって表される。
【００４５】
図３は、レンチキュラーレンズ１２０を２つ重ねた光学系における適視距離を示す図である。
【００４６】
図３（Ａ）に示すように、レンチキュラーレンズ１２０Ｘと１２０Ｙを重ね合わせる。レンチキュラーレンズ１２０Ｘは、図１に示すレンチキュラーレンズ１２０を（図１に示すＸＹ平面内で）９０度回転させたものであり、レンチキュラーレンズ１２０Ｙは、図１に示すレンチキュラーレンズ１２０と同様である。レンチキュラーレンズ１２０Ｙは、光の通過方向において、レンチキュラーレンズ１２０Ｘの出射側に位置する。
【００４７】
ここでは、図１に示す表示装置２００の表示面２００Ａの上に、レンチキュラーレンズ１２０Ｘと１２０Ｙを配置したものとして説明を行う。
【００４８】
また、図３（Ｂ）では、レンチキュラーレンズ１２０Ｘと１２０Ｙの出射面を符号１２０ＸＢ、１２０ＹＢで示す。
【００４９】
このように重ね合わせたレンチキュラーレンズ１２０Ｘ及び１２０Ｙに光が入射すると、光はレンチキュラーレンズ１２０ＸでＸ軸方向に集光され、レンチキュラーレンズ１２０ＹではＹ軸方向に集光されて出力される。
【００５０】
このとき、レンチキュラーレンズ１２０Ｘ及び１２０Ｙの適視距離Ｄｘ、Ｄｙは、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、光の通過方向における奥側にあるレンチキュラーレンズ１２０Ｘの適視距離Ｄｘよりも、手前側にあるレンチキュラーレンズ１２０Ｙの適視距離Ｄｙの方が長くなる。これは、レンチキュラーレンズ１２０Ｘ及び１２０Ｙの曲率中心１２２Ｘ、１２２Ｙの位置と、表示装置２００の表示面２００Ａ（図１参照）との間の距離は、レンチキュラーレンズ１２０Ｙの方が長くなるからである。
【００５１】
このように、同一の曲率を有する２つのレンチキュラーレンズ１２０Ｘ、１２０Ｙを重ねて用いた場合には、光の通過方向において表示装置２００の表示面２００Ａから遠い方のレンチキュラーレンズ１２０Ｙの方が適視距離Ｄｙが長くなる。
【００５２】
従って、図１に示すようにレンチキュラーレンズ１３０をレンチキュラーレンズ１２０の出射面１２０Ｂ側に配置すると、レンチキュラーレンズ１３０による視点（適視位置）の方が表示装置２００の表示面２００Ａから遠い位置に存在することになる。
【００５３】
また、レンズ部１２１、１３１のピッチに応じてＸ軸方向、Ｙ軸方向の視点間隔を調整できるので、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向におけるピッチの設計自由度が得られる。
【００５４】
図４は、遮光部１０及びレンチキュラーレンズ１２０を含む光学系における視点の位置を示す図である。図４は、図２に遮光部１０を追加した場合の視点の位置を示す図である。遮光部１０は、実施の形態の遮光部１１０とは開口部の数及びピッチが異なる比較用の遮光部であり、開口部１１を有する。開口部１１のピッチは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向ともに、開口部１１１（図１参照）の２倍である。
【００５５】
表示装置２００の表示面２００Ａからレンチキュラーレンズ１２０に入射する光の光路は、実線で示すように、各レンズ部１２１の曲率中心１２２を通り、光路同士が交わるところに視点３０１が形成される。
【００５６】
また、視点３０１を中心として、開口部１１が見える明領域３０２が生じる。明領域３０２は、開口部１１を通過した光が届く領域であり、開口部１１によるピンホール効果で絞られた光が届く領域である。換言すれば、明領域３０２は、開口部１１を通じて空間に投影される投影領域の一例であり、視点３０１が得られる領域である。図４には７つの開口部１１を示す。
【００５７】
また、明領域３０２同士の間には、遮光部１０によって光が遮られることにより、光が届かない暗領域３０３が生じる。暗領域３０３は、光が届かずに遮光部１１０の開口部１１１以外の部分の影が生じる領域である。
【００５８】
開口部１１の開口サイズを小さくするほどピンホール効果による絞りが強くなるが、その一方で明領域３０２が小さくなるとともに、暗領域３０３が大きくなる。
【００５９】
図５は、遮光部１１０及びレンチキュラーレンズ１２０を含む光学系における視点の位置を示す図である。図５は、図４における比較用の遮光部１０の代わりに、実施の形態の遮光部１１０を含む光学系における視点の位置を示す。
【００６０】
開口部１１１のピッチは図４における開口部１１の半分であるため、図４よりも明領域３０２の数が増えるとともに、暗領域３０３が小さくなっている。また、これにより、視点３０１同士の間の視点間隔は、図４における視点間隔の半分になっている。すなわち、視点間隔は、ピッチの比の逆数に比例する。
【００６１】
このため、図５に示す光学系は、図４に示す光学系よりも多くの光を透過して明るい表示を行うことができるようになる。また、明領域３０２の数が増えるので、開口部１１１の開口サイズを開口部１１（図４参照）の開口サイズよりも小さくすれば、ピンホール効果による絞りを強くすることができる。
【００６２】
図６は、実施の形態の光学装置１００の１画素分の部分を示す図である。
【００６３】
図６（Ａ）に示すように、光学装置１００は、遮光部１１０、レンチキュラーレンズ１２０、及びレンチキュラーレンズ１３０を含む。これは、図１に示したものと同様である。レンチキュラーレンズ１２０は、入射面１２０Ａと出射面１２０Ｂを有し、レンチキュラーレンズ１３０は、入射面１３０Ａと出射面１３０Ｂを有する。なお、入射面１２０Ａ及び１３０Ａは、Ｚ軸負方向側に位置する。
【００６４】
図６（Ａ）に示すように、遮光部１１０は、画素２０１（図１参照）毎に、１２個の開口部１１１を有する。開口部１１１は、Ｘ軸方向に等ピッチで３つ配列され、Ｙ軸方向に等ピッチで４つ配列される。
【００６５】
開口部１１１のＸ軸方向及びＹ軸方向の個数は任意に設定することができるため、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における視点間隔を自由に設定することができる。
【００６６】
また、図６（Ａ）に示す遮光部１１０の代わりに、図６（Ｂ）に示す遮光部１１０Ａを用いてもよい。遮光部１１０Ａは、遮光部１１０Ａ１と１１０Ａ２とを重ね合わせたものである。
【００６７】
遮光部１１０Ａ１は、Ｘ軸方向に長手方向を有する長方形状のスリット１１１Ａ１をＹ軸方向に複数配列したものであり、遮光部１１０Ａ２は、Ｙ軸方向に長手方向を有する長方形状のスリット１１１Ａ２をＸ軸方向に複数配列したものである。
【００６８】
このような遮光部１１０Ａ１と１１０Ａ２を重ね合わせることにより、スリット１１１Ａ１とスリット１１１Ａ２とが交差する部分にマトリクス状に開口部１１１Ａが形成されることになる。
【００６９】
図７は、レンチキュラーレンズ１２０、１３０の幾何学構造を示す図である。図８は、視点を形成する幾何学的構造を示す図である。レンチキュラーレンズ１２０、１３０（図６参照）はレンズ部１２１、１３１のピッチが異なるが、その他の構成は基本的に同様であるため、ここでは、レンチキュラーレンズ１３０について説明する。なお、図７、図８には、レンズ部１３１、曲率中心１３２、入射面１３０Ａ、出射面１３０Ｂを示す。
【００７０】
レンチキュラーレンズ１３０の屈折率n,厚さt,曲率半径rとする。レンズ部１３１のピッチをpとして、それをN分割した△pの領域が、観察距離D1の位置に投影される領域の大きさKを考える。分割数Nは、平面視で１つのレンズ部１３１の領域に含まれる開口部１１１（図６参照）の数であり、図６に示す構成ではN=4である。
【００７１】
図７の幾何学的関係から△p : t/n = K : D1 より△p =tK/nD1  ・・・(A1)
なお、△p =p/N   ・・・(A2)
である。入射面１３０Ａで焦点を結ぶようにしたときの曲率半径r, 屈折率n, 厚さtとの間には、次式(A3)が近似的に成り立つ。
t =n/(n-1) r  (t-t/n=r) ・・・(A3) 
これは、文献N.A. Valyus, STEREOSCOPY, THE FOCAL PRESS, p198(1966)に記載されている。
【００７２】
視点を形成のためのレンズ部１３１のピッチを求めるために、レンズ部１３１のピッチp、表示装置２００（図１参照）の画素２０１のピッチp_dとすると、図８の幾何学的関係から、p :p_d = D1 : (D1+t/n) より次式(A4)が求まる。
p =D1/(D1+t/n) p_d  ・・・(A4)
式(A1),(A2)で△pを消去すると、次式(A5)が求まる。
t/n=pD1/NK・・・(A5)
ここでNKは、レンチキュラーレンズ１３０の視点間隔に相当する。
【００７３】
式(A4)に式(A5)を代入し、p_d=0.025573mm, N=12, K=4mm (NK=48)とするとレンズ部１３１のピッチpは次のように求まる。
p=0.25366mm
また、レンズの屈折率を1.5, 観察距離D1をD1=350mmとすると、式(A5)から、t=2.79mm と求まる。なお、これらの数値は一例である。また、レンチキュラーレンズ１２０の視点間隔も同様に求めることができる。
【００７４】
図９は、視点の高密度化の効果を示す図である。図９（Ａ）は高密度化を行う前の幾何学的構造と瞳孔の位置関係を示す図であり、図９（Ｂ）は高密度化を行った後の幾何学的構造と瞳孔の位置関係を示す図である。
【００７５】
図９（Ａ）に示す遮光部１０は、図４に示す比較用の遮光部１０であり、開口部１１を有する。図９（Ｂ）に示す遮光部１１０は、実施の形態の光学装置１００（図１参照）の遮光部であり、開口部１１１を有する。開口部１１のピッチは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向ともに、開口部１１１の２倍である。
【００７６】
また、図９（Ａ）、（Ｂ）には、人間の眼球５００の瞳孔５０１を示す。
【００７７】
図９（Ａ）に示すように、暗領域３０３の寸法が瞳孔５０１の直径以上である場合に、瞳孔５０１の位置が明領域３０２同士の間の暗領域３０３と一致すると、瞳孔５０１には明領域３０２の光が入らないため、人間は表示装置２００（図１）参照の表示を見ることができない。
【００７８】
一方、図９（Ｂ）に示すように、暗領域３０３の寸法が瞳孔５０１の直径未満である場合には、瞳孔５０１と暗領域３０３の相対位置にかかわらず、瞳孔５０１には明領域３０２の光が入るため、人間は表示装置２００（図１）参照の表示を見ることができる。
図９図９  図１０は、適視距離と縞模様の関係を説明する図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）には、比較用の遮光部１０（図４参照）と、実施の形態のレンチキュラーレンズ１３０とを組み合わせた光学系を示す。遮光部１とレンチキュラーレンズ１３０は、表示装置２００（図１参照）の表示面２００Ａの上にこの順に配置されているものとして説明する。
【００７９】
また、図１０（Ａ）は、眼球５００の瞳孔５０１が適視距離Ｄにある場合を示し、図１０（Ｂ）は、眼球５００の瞳孔５０１が適視距離Ｄよりも近い位置にある場合を示す。
【００８０】
レンチキュラーレンズ１３０を通じて瞳孔５０１に入る光は、瞳孔５０１と曲率中心１３２とを結んだ直線上に位置する表示面２００Ａから出射される光である。
【００８１】
従って、図９（Ａ）に示すように、適視距離Ｄに瞳孔５０１が位置するときは、正しく投影を得ることができ、表示面２００Ａの全体を見ることができる。
【００８２】
一方、図９（Ｂ）に示すように眼球５００がレンチキュラーレンズ１３０に近づき、適視距離Ｄよりも近い点に位置すると、遮光部１０によって光が遮られる領域が瞳孔５０１に入り込むため、縞模様（モアレ）が見えてくる。
【００８３】
従って、眼球５００が表示装置２００に近づいても、縞模様が見えないようにすることが必要であり、このためには、比較用の遮光部１０に比べて半分のピッチで開口部１１１が形成される実施の形態の遮光部１１０（図６参照）を用いて、ピンホール効果を強くすることが一つの解決策である。
【００８４】
図１１は、実施の形態の遮光部１１０（図６参照）を用いた場合の視点Ａ、Ｂでの投影と、合成された投影を示す図である。
【００８５】
２つの視点Ａ、Ｂで得られる投影にそれぞれ縞模様（モアレ）が含まれていても、これらを合成した投影は、位相の異なるモアレ同士が合成されることにより、モアレが打ち消し合い、全体的に輝度が上がってモアレの生じていない投影になる。
【００８６】
図１２は、瞳孔径、明領域、暗領域の関係を示す図である。瞳孔径、明領域、暗領域は、図９に示す瞳孔５０１の径、明領域３０２、暗領域３０３と同様である。
【００８７】
明領域３０２の径K、瞳孔径Eとすると、図１２（Ａ）を参照すれば、ここでは明領域３０２の径Kが瞳孔径Eより小さい（Ｋ＜Ｅ）場合について検討を行っているので、
最大輝度をもった明点の範囲y=|K-E|, 
部分的にも入射する範囲y'=K+E
で表される。
【００８８】
また、暗領域３０３のＸ軸方向又はＹ軸方向の寸法をBとすると、暗領域３０３による完全に暗い点が網膜に認知される範囲は、次のように表される。
y=B-E（B>Eのとき）（E>Bのときはyの値は存在しない)
図１２（Ｂ）、（Ｃ）は、網膜での輝度を縦軸に取り、網膜での径方向の位置を横軸に取って示す図である。
【００８９】
図１２（Ｂ）に示すのようにB-Eの領域が存在してしまうことは、何も見えない領域が存在することになる。
【００９０】
このため、図１２（Ｃ）に示すように、網膜上のどの位置においても輝度が得られるようにすることが必要になる。その条件は、B<Eである。すなわち、暗領域３０３のＸ軸方向又はＹ軸方向の寸法Bが、瞳孔径Eよりも小さいことである。
【００９１】
暗領域３０３は、メッシュ状の遮光部１１０によって形成される。遮光部１１０は、マトリクス状に開口部１１１が形成されている。このため、Ｘ軸方向において相隣接する開口部１１１同士の間隔に基づく寸法B、又は、Ｙ軸方向において相隣接する開口部１１１同士の間隔に基づく寸法Bが、瞳孔径Eよりも小さくなるように、開口部１１１同士のＸ軸方向、Ｙ軸方向のピッチを設定すれば、瞳孔５０１に明領域３０２が入らない場合を排除することができる。
【００９２】
以上より、開口部１１１の開口サイズとピッチを設計するにあたり、以下の２つの条件が必要になる。
（１）暗領域３０３のＸ軸方向又はＹ軸方向の寸法Bが瞳孔径Ｅより小さいこと。すなわちB<Eであること。
（２）明領域３０２の径Kが瞳孔径Eより小さいこと。すなわち K<Eであること。
【００９３】
ここで、B,KをＥで正規化した比を用いて関係式を導出する。
【００９４】
条件を満たすための関係式の導出
暗領域３０３のＸ軸方向又はＹ軸方向の寸法BをEとの比βで次式(B1)のように表す。
B=βE  (β>0）  ・・・(B1)
暗領域３０３をなくすためには、B=βE<E から、β<1であることが必要である。
【００９５】
従って、βに対する条件は、0<β<1である。
【００９６】
また、網膜での輝度E-Kについても、Eとの比αで定め、次式(B2)のように表す。
E-K = αE  ・・・(B2)
ここで、E>Kより、α>0となる。
【００９７】
また、Kについて解くと、K=E(1-α)>0より、α<1となる。
【００９８】
従って、αに対する条件は、0<α<1である。
【００９９】
視点間隔GとするとG=B+Kで表すことができる。
【０１００】
これにB,Kを代入すると
βE+(1-α)E=Gとなる。
【０１０１】
ここで、GとEの比をγとおくと（G=γE)
β+(1-α)=γとなる。
【０１０２】
これより、β＝α＋γ−１を得る。
【０１０３】
図１３は、関係式β=α+γ−1を２次元座標上に示す図である。
【０１０４】
0<α<1, 0<β<1 を満たすようにKを定めることが遮光部１１０の設計条件になる。
【０１０５】
ここで、α, β, γは個人の瞳孔径Eによって変わる個人差のあるパラメータであることから、想定される瞳孔径Ｅの値の範囲に対してα、βが存在するように視点間隔Gを決めることになる。
【０１０６】
例えば、瞳孔径E=4.0mm, 3.5mm, 3.0mmで、視点間隔Ｇを適当に設定し、0<α<1、0<β<1を満たすα、βを与える条件を求めると、例えば、視点間隔Gが5mm以下の範囲では、(G,K)=(4.5,1.5), (4.0,1.0), (3.5,0.875)という３組のG, Kの組み合わせを選択できる。
【０１０７】
以上より、実施の形態の光学装置１００では、表示装置２００の上に取り付けられた状態で、モアレのない鮮明な画像を利用者に提供するために以下の条件が必要である。
【０１０８】
まず、２つのレンチキュラーレンズ１２０及び１３０を重ねて配置していることから、表示装置２００から遠い方のレンチキュラーレンズ１３０による適視距離以内の範囲で、モアレが生じないように、遮光部１１０の開口部１１１の開口サイズと、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のピッチとを設定する必要がある。
【０１０９】
また、上述の条件（１）より、暗領域３０３のＸ軸方向又はＹ軸方向の寸法Bが瞳孔径Ｅより小さくなるように、遮光部１１０の開口部１１１の開口サイズと、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のピッチとを設定する必要がある。
【０１１０】
換言すれば、条件（１）は、Ｘ軸方向において相隣接する開口部１１１同士の間隔に基づく寸法B、又は、Ｙ軸方向において相隣接する開口部１１１同士の間隔に基づく寸法Bが、瞳孔径Eよりも小さくなるように、遮光部１１０の開口部１１１の開口サイズと、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のピッチとを設定することである。
【０１１１】
さらに、上述の条件（２）より、明領域３０２の径Kが瞳孔径Eより小さくなるように、遮光部１１０の開口部１１１の開口サイズと、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のピッチとを設定する必要がある。
【０１１２】
実施の形態では、以上の３つの条件を満たすように、遮光部１１０の開口部１１１の開口サイズと、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のピッチとを設定することにより、モアレが生じない鮮明な画像を利用者に提供することができる。
【０１１３】
以上、実施の形態によれば、モアレが生じない鮮明な画像が得られる光学装置１００を提供することができる。
【０１１４】
なお、以上では、レンチキュラーレンズ１２０及び１３０が表示装置２００の上に、遮光部１１０を介して、この順に配置される形態について説明したが、レンチキュラーレンズ１２０と１３０の位置を入れ替えてもよい。この場合には、レンチキュラーレンズ１２０の適視距離以内で、モアレが生じないように遮光部１１０の開口部１１１のサイズ及びピッチを設定すればよい。
【０１１５】
また、以上では、遮光部１１０の開口部がＸＹ平面内でＸ軸に平行な一対の辺とＹ軸に平行な一対の辺とを有するように矩形状に開口されている形態について説明したが、開口部１１１の形状は、このような矩形状に限られるものではない。例えば、四隅が縁取りされた形状、又は、円形等であってもよい。
【０１１６】
また、以上では、レンズ部１２１のＹ軸方向における幅（ピッチ）が、１つの画素２０１のＹ軸方向における幅（ピッチ）に対応する形態について説明したが、レンズ部１２１は、Ｙ軸方向において１つの画素２０１の内部に複数本配列されていてもよい。
【０１１７】
この場合に、各画素２０１において、遮光部１１０の開口部１１１がＹ軸方向においてレンズ部１２１の幅の中に収まるように配置すればよい。
【０１１８】
また、以上では、レンズ部１３１のＸ軸方向における幅（ピッチ）は、１つの副画素（２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂのうちの任意の１つ）のＸ軸方向における幅（ピッチ）に対応する形態について説明したが、レンズ部１３１は、Ｘ軸方向において１つの副画素の内部に複数本配列されていてもよい。すなわち、レンズ部１３１は、Ｘ軸方向において１つの画素２０１の内部に副画素数の整数倍の本数だけ配列されていてもよい。
【０１１９】
この場合に、各画素２０１において、遮光部１１０の開口部１１１がＸ軸方向においてレンズ部１３１の幅の中に収まるように配置すればよい。
【０１２０】
また、以上では、酸化クロムを焼き付けて作製する遮光部１１０、又は、樹脂製の薄板状部材で作製する遮光部１１０Ａを用いる形態について説明したが、遮光部１１０及び１１０Ａの代わりに、液晶を用いて、遮光部を構築してもよい。
【０１２１】
また、以上では、開口部１１１がＸ軸方向に長手方向を有する長方形であるため、Ｘ軸方向とＹ軸方向における視点間隔Ｇが異なる形態について説明したが、このような開口部１１１を用いる場合においても、レンチキュラーレンズ１２０及び１３０の曲率を調整することにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向における視点間隔Ｇを揃えることができる。
【０１２２】
以上、本発明の例示的な実施の形態の光学装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
第１軸方向に配置される複数の副画素を有する画素がマトリクス状に配列される表示装置の表示面側に配設される光学装置であって、
前記表示面の上に配設され、第１軸方向にＭ個（Ｍは１画素における副画素数の倍数）形成され、前記第１軸方向に直交する第２軸方向にＮ個（Ｎは整数）形成される、Ｍ×Ｎ個の開口部を前記画素毎に有する遮光部と、
前記遮光部の前記表示面とは反対側に配設され、前記第１軸方向において複数の前記画素の領域にわたって伸延し、前記第２軸方向に屈折力を有するストライプ状の第１レンズ部を、前記第２軸方向において各画素の幅内に１本又は複数本有する第１レンズと、
前記第１レンズの前記遮光部とは反対側に、又は、前記遮光部と前記第１レンズとの間に設けられ、前記第２軸方向において複数の前記画素の領域にわたって伸延し、前記第１軸方向に屈折力を有するストライプ状の第２レンズ部を、前記第１レンズ部の前記第２軸方向におけるピッチの前記副画素数分の１のピッチで前記第１軸方向において各画素の幅内に複数本有する第２レンズと
を含み、
前記第１レンズの第１適視距離と、前記第２レンズの第２適視距離とのうちの短い方の適視距離以内の領域では、前記開口部、前記第１レンズ、及び前記第２レンズを通じて空間に投影される投影領域が瞳孔の大きさで決まる領域よりも小さくなり、かつ、前記第１軸方向において相隣接する投影領域同士の第１間隔と、前記第２軸方向において相隣接する投影領域同士の第２間隔とが前記瞳孔の径よりも小さくなるように、前記開口部の開口サイズが設定される、光学装置。
（付記２）
前記遮光部は、
前記表示面の上に配設され、前記第１軸方向において１画素の幅毎にＭ本形成される第１スリットを有する第１遮光部と、
前記第１遮光部の前記表示面とは反対側に、又は、前記第１遮光部と前記表示面との間に配設され、前記第２軸方向において１画素の幅毎にＮ本形成される第２スリットを有する第２遮光部と
を有し、
前記Ｍ本の第１スリットと、前記Ｎ本の第２スリットとは、平面視で前記Ｍ×Ｎ個の開口部を前記画素毎に構築する、付記１記載の光学装置。
（付記３）
前記各開口部は、第２軸方向において、第１レンズ部の第２軸方向の幅の中に配設され、かつ、第１軸方向において、第２レンズ部の第２軸方向の幅の中に配設される、付記１又は２記載の光学装置。
【符号の説明】
【０１２３】
１００  光学装置
１１０  遮光部
１１１  開口部
１２０  レンチキュラーレンズ
１２０Ａ  入射面
１２０Ｂ  出射面
１２１  レンズ部
１２２  曲率中心
１３０  レンチキュラーレンズ
１３０Ａ  入射面
１３０Ｂ  出射面
１３１  レンズ部
１３２  曲率中心
２００  表示装置
２００Ａ  表示面
２０１  画素
２０１Ｒ、２０１Ｇ、２０１Ｂ  副画素
３０１  視点
３０２  明領域
３０３  暗領域
５００  眼球
５０１  瞳孔
【図１】
2015210507.tif 000003
【図２】
2015210507.tif 000004
【図３】
2015210507.tif 000005
【図４】
2015210507.tif 000006
【図５】
2015210507.tif 000007
【図６】
2015210507.tif 000008
【図７】
2015210507.tif 000009
【図８】
2015210507.tif 000010
【図９】
2015210507.tif 000011
【図１０】
2015210507.tif 000012
【図１１】
2015210507.tif 000013
【図１２】
2015210507.tif 000014
【図１３】
2015210507.tif 000015