(57)【要約】【課題】立体的な画像を観察者へ供給する画像表示装置を提供する。【解決手段】物体像を含む２次元画像を表示する画像表示面を有する表示部と、画像表示面から離間して配置され表示部とは反対側に位置する空間に２次元画像の実像を表示する結像面を生成する画像伝達パネルと、からなる画像表示装置において、画像伝達パネルと結像面とが非平行である。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体像を含む２次元画像を表示する画像表示面を有する表示部と、前記画像表示面から離間して配置されかつ前記表示部とは反対側に位置する空間に前記２次元画像の実像を表示する結像面を生成する画像伝達パネルと、からなる画像表示装置であって、
前記画像伝達パネルと前記結像面とが非平行であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記画像伝達パネルは平面に整列された複数のレンズからなるマイクロレンズアレイを含み、前記マイクロレンズアレイの前記複数のレンズの各々は同軸に配置された少なくとも一対の凸レンズからなるレンズ系であり、前記マイクロレンズアレイは前記複数のレンズの光軸が互いに平行となるように２次元状に配列されたマイクロ凸レンズ板であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記表示部の前記画像表示面は、前記複数のレンズの焦点深度内に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記表示部の前記画像表示面は、前記複数のレンズの光軸に対して垂直以外の角度に配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記複数のレンズは、前記結像面が前記マイクロレンズアレイへ平面として傾斜するような、像側の焦点距離を有することを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記複数のレンズは、前記結像面が前記マイクロレンズアレイへ曲面として傾斜するような、像側の焦点距離を有することを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記表示部の前記画像表示面は、前記結像面の傾斜方向の沿う方向の遠近感を持つ画像を表示することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記表示部の前記画像表示面は、前記結像面の傾斜方向の動きを持つ動画像を表示することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記画像伝達パネルにおいて前記マイクロレンズアレイの複数が互いに所定角度を維持して接続されかつ前記結像面の複数を生成することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１０】
物体像を含む２次元画像を表示する画像表示面を有する表示部と、前記画像表示面から離間して配置され前記表示部とは反対側に位置する空間に前記２次元画像の実像を表示する結像面を生成する画像伝達パネルと、からなる画像表示装置であって、
前記画像伝達パネルと前記結像面とが非平行である非平行領域と、前記画像伝達パネルと前記結像面とが平行である平行領域と、を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項１１】
前記画像伝達パネルは平面に整列された複数のレンズからなるマイクロレンズアレイを含み、前記非平行領域及び平行領域毎に、前記マイクロレンズアレイの前記複数のレンズの各々は同軸に配置された少なくとも一対の凸レンズからなるレンズ系であり、前記マイクロレンズアレイは前記複数のレンズの光軸が互いに平行となるように２次元状に配列されたマイクロ凸レンズ板であることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記表示部の前記画像表示面は、前記複数のレンズの焦点深度内に配置されたことを特徴とする請求項１１記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記非平行領域において、前記表示部の前記画像表示面は、前記複数のレンズの光軸に対して垂直以外の角度に配置されたことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記非平行領域において、前記複数のレンズは、前記結像面が前記マイクロレンズアレイへ平面として傾斜するような、像側の焦点距離を有することを特徴とする請求項１３又記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記非平行領域において、前記複数のレンズは、前記結像面が前記マイクロレンズアレイへ曲面として傾斜するような、像側の焦点距離を有することを特徴とする請求項１３記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記非平行領域において、前記表示部の前記画像表示面は、前記結像面の傾斜方向の沿う方向の遠近感を持つ画像を表示することを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１７】
前記非平行領域において、前記表示部の前記画像表示面は、前記結像面の傾斜方向の動きを持つ動画像を表示することを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は立体物などの物体像を含む２次元画像を表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立体画像の再現としては、目視者が偏光メガネをかけて、互いに異なった偏光状態に基づく左右の視差画像を目視する偏光方式があるが、目視者にとって偏光メガネの装着がわずらわしい欠点がある。
偏光メガネを用いない立体画像表示装置としては、左右２枚の視差画像から交互に配列されたストライプ画像すなわち目視者の両目に対応する視差画像を、レンチキュラーレンズを用いて目視者の両目に供給して立体像を認識させる表示する方式などが知られている。この方式では立体画像表示時の解像度が半分に低下してしまう欠点があった。
【０００３】
そこで、レンチキュラーレンズを利用して立体画像を目視する際に、互いに直交する方向に偏光軸を有する偏光板を所定方向に交互に所定のピッチで適切に配列した偏光手段を利用することによって、表示面の不要反射光を防ぎ、又はモアレや色ずれ等を低下させる立体画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２１６４４号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの従来の立体画像表示装置においても、撮像する段階から、目視者の両目に対応する視差画像を必要とし、該画像を供給するための多くの手段が必要である。
従来のレンチキュラレンズによる立体視では２点以上の点から見た映像を短冊状に合成した特殊な画像を用いる必要があるが、普通の１点から見た画像でよく、普通の写真や絵を用いて立体表示ができる画像表示装置が求められている。
【０００６】
本発明の解決しようとする課題には、、簡単な構成で立体像などの物体像の表示をなし得る画像表示装置を提供することが一例として挙げられる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の画像表示装置は、物体像を含む２次元画像を表示する画像表示面を有する表示部と、前記画像表示面から離間して配置されかつ前記表示部とは反対側に位置する空間に前記２次元画像の実像を表示する結像面を生成する画像伝達パネルと、からなる画像表示装置であって、前記画像伝達パネルと前記結像面とが非平行であることを特徴とする。
【０００８】
請求項１０に記載の画像表示装置は、物体像を含む２次元画像を表示する画像表示面を有する表示部と、前記画像表示面から離間して配置され前記表示部とは反対側に位置する空間に前記２次元画像の実像を表示する結像面を生成する画像伝達パネルと、からなる画像表示装置であって、前記画像伝達パネルと前記結像面とが非平行である非平行領域と、前記画像伝達パネルと前記結像面とが平行である平行領域と、を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による立体像などの物体像を含む２次元画像を表示する画像表示装置について実施の形態の一例を図面を用いて説明する。
図１は、かかる画像表示装置の要部の模式的断面図を示す。画像表示装置は、表示部１０と、表示部１０に固定された支持部材１５に支持された画像伝達パネル２０と、を含む。表示パネル１０ａには例えば２次元画像が表示できるカラー液晶表示パネルが用いられる。また、表示パネル１０ａに接続された駆動回路１０ｃ並びに、これに接続されている立体像を含む２次元画像のための映像信号を供給する映像信号供給部１１を装置は備えている。画像伝達パネル２０は、かかる２次元画像を結像するので、表示部１０とは反対側に位置する空間に結像面３０を生成する。
【００１０】
画像伝達パネル２０はマイクロレンズアレイ２２とこれの有効領域を囲むレンズ枠領域２３例えばレンズ枠体からなる。マイクロレンズアレイ２２は、レンズアレイ半体２４を２枚一組でレンズ枠領域２３を介して一体化したマイクロ凸レンズ板である。レンズ枠領域２３は支持部材１５に支持され、画像伝達パネル２０は表示パネル１０ａの画像表示面に離間して位置している。マイクロレンズアレイ２２は正立像などを含む２次元画像を観察者に目視せしめるための正立等倍光学系であり、２次元画像の中の物体像よりも広い有効面積を有している。
【００１１】
レンズアレイ半体２４を構成する凸レンズ２５及び透明平板２７の材質は一例としてアクリルがあげられるが、また透明平板にガラス等の透過性の材料を用いてもよい。凸レンズ２５は夫々同じ材質で同じ形状を有し、例えば透明平板上にマトリクス状に互いに隣接して整列形成されている。マイクロレンズアレイ２２は、２次元的に配置した複数の微小レンズから構成されている。凸レンズ２５の光軸２６は、対となって隣接するレンズアレイ半体２４のもの同士間で一致している。すなわち、マイクロ凸レンズ板では、対応する各１対の凸レンズ２５の光軸が同軸に配置されたレンズ系の複数が、それら光軸が互いに平行となるように、２次元状に配列されている。同一の焦点距離を有する複数のレンズ系の焦点面又は像点面の集合が結像面３０をなす。この実施形態では、表示パネル１０ａの前記画像表示面が複数の凸レンズ２５の焦点深度内に配置されて、マイクロレンズアレイ２２と結像面３０とが非平行となるように構成されている。図１では、表示パネル１０ａを上部において画像伝達パネル２０に向け傾斜させることにより、結像面３０がその上部において画像伝達パネル２０に向け傾斜している。傾斜して現れる結像面３０上の立体画像は、遠近感を持った実像となり、目視者がより立体感を感じる画像となる。表示パネル１０ａの２次元画像の表示面がレンズ及びレンズ系の焦点深度Ｒ内でないときは、ボケた実像になる。
【００１２】
例えば、図２に示すように、道路の画像などの傾斜方向に沿う方向に遠近感を持つ画像Ｏｂを表示パネル１０ａに表示することにより、図３に示すように、マイクロレンズアレイ２２により生成された結像面３０に現れる立体像の実像Ｐはより遠近感を持った立体画像となり、目視者がより立体感を感じる。すなわち、表示パネル１０ａ画像表示面が複数のレンズ２５の光軸に対して垂直以外の角度に配置されることより、遠近感が増大されるのである。図３では筐体１００中のマイクロレンズアレイ２２の奥に表示部が装備されている。
【００１３】
また、例えば滝などの上下に流れる水に動きがある場合のような上下の傾斜方向の動きを持つ静止画像又は動画像を表示パネル１０ａに表示すると、結像面３０に現れる立体画像はより遠近感を持った画像となり、目視者がより立体感を感じる。なお、表示パネル１０ａに表示される画像の背景部を暗くすると、かかる画像はより立体感を増したものとなる。
【００１４】
ここで、表示パネル１０ａをマイクロレンズアレイ２２に対し、より斜めに配置することにより、マイクロレンズアレイの焦点深度から外れる可能性が生じる。マイクロレンズアレイからの距離がより離れた部分に表示される画像、例えば、図１における表示パネル１０ａ下部の画像がレンズの焦点深度から外れる可能性がある。焦点深度から外れた場合、結像面３０に現れる立体画像はぼやけた画像となるので、表示パネル１０ａは各マイクロレンズの焦点深度Ｒ内に納めることが好ましい。
【００１５】
そこで、他の実施形態としては、図４に示すように、各凸レンズ２５が下にいくほど、その曲率を徐々に小さくして、焦点距離が徐々に長くなるレンズ系となるように構成する（ＦｔＯ＜ＦｂＯ，Ｆｔｉ＜Ｆｂｉ）。凸レンズ２５の複数のレンズ系は、結像面３０がマイクロレンズアレイ２２に対して平面状に傾斜するような焦点距離をそれぞれ有している。これにより、表示パネル１０ａを傾斜させて配置した場合においても、表示パネル１０ａは各凸レンズ２５の焦点深度内に納めることができる。この実施形態では焦点距離を変えるために、凸レンズ２５の曲率を上に行くほど徐々に大きくしているが、このような方法に限らず、各凸レンズ２５の材質、構造などで個々の焦点深度を調整することも可能である。このように各凸レンズ２５が表示パネル１０ａ面との離間距離に応じた焦点距離を持たせるようにする。レンズアレイ半体２４における各レンズ対において、左側（入射側）の凸レンズ２５を右側（射出側）の凸レンズ２５に対してその曲率を大きくすると、左側のレンズアレイ半体２４の表示パネル１０ａとレンズ面との距離は、右側のレンズアレイ半体２４の結像面３０とレンズ面との距離より短くなる。
【００１６】
また、他の実施形態としては、図５に示すように、凸レンズ２５が、結像面３０がマイクロレンズアレイ２２に対して平面状に傾斜するような像側の焦点距離だけををそれぞれ有するように構成すれば、表示パネル１０ａ自体を傾斜させずにマイクロレンズアレイ２２に平行に配置しても結像面３０を傾斜させ得る。すなわち、表示パネル１０ａの画像表示面を複数の凸レンズ２５の光軸に対して垂直に配置できる。すると、結像面３０は画像伝達パネル２０より十分離間し、かつ画像表示装置の奥行きもコンパクトとすることができる。
【００１７】
さらに、上記実施形態では、複数の凸レンズ２５は、結像面３０がマイクロレンズアレイ２２へ平面として傾斜するように構成しているが、他の実施形態としては、図６に示すように、結像面３０ａがマイクロレンズアレイ２２に対して傾斜する曲面のような像側の焦点距離をそれぞれ有するように構成すれば、例えば図７に示すように、凸の曲面３０ａとして結像面がマイクロレンズアレイ２２へ傾斜するように構成できる。また、図８に示すように、凹曲面の結像面３０ａが実像として表示されるようにすることもできる。これら曲面の結像面によって、結像面に現れる立体画像はより遠近感を持ったものとなり、より立体感を目視者に供給できる。
【００１８】
また、他の実施形態としては、図９に示すように、画像伝達パネル２０においてマイクロレンズアレイ２２の複数をレンズ枠領域に対し所定角度θ例えば４５度を維持して接続し、結像面３０の複数を生成するように構成できる。これにより、表示パネル１０ａは複数の各マイクロレンズアレイ２２に対して傾斜を持ち、なおかつ各マイクロレンズアレイ２２が表示パネル１０ａとすべて等距離に配置されているため、表示パネル１０ａがマイクロレンズアレイ２２の焦点深度内に納まる。
【００１９】
なお、図９に示す実施形態において、表示パネル１０ａに映し出す画像を例えば、チェスの駒のような画像を、個々のマイクロレンズアレイ２に１つの駒が対応させるような画像を表示すると、図１０に示すように、各駒の実像が立体的に映し出された俯瞰立体画像が再生される。
また、本実施形態を用いることにより、大型のマイクロレンズアレイを用いるのではなく、小型あるいは通常サイズのマイクロレンズアレイを用いて、大型の立体画像を映し出すことができるという効果もある。また。各結像面３０を傾斜させることにより、簡単な構成で立体表示をなし得、より立体感あふれる画像が提供できる。
【００２０】
なお、表示部１０の表示パネル１０ａは、カラー液晶表示パネルに限らず、これに代えて、陰極線管、プラズマディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイなどを用いた表示装置が用いられ得る。さらに、平面状の画像表示面例えば陽画、スライド用ポジフィルムなどを拡大したものや、透明フィルムに透過カラー印刷したリバーサルフィルムと、これを背後から照らすバックライトとからも構成できる。画像表示装置は、さらに、リバーサルフィルムなどの第２表示部を結像面３０及び画像伝達パネル２０の間に配置して備えてもよい。
【００２１】
このように表示部１０の画像表示面すなわち表示パネル１０ａは、画像伝達パネル２０のマイクロレンズアレイ２２の物体側焦点面前後の被写界深度範囲内に位置する。表示部１０の画像表示面に物体像が形成されている時、それが像側焦点面又はその近傍に結像（結像面３０）され、略光軸方向から物体像の実像の目視が可能になる。この場合、表示部１０の画像表示面に形成された物体像から再生実像を得るので、画像表示面側が物体側である。
【００２２】
また、他の実施形態の画像表示装置としては、図１１に示すように、マイクロレンズアレイ２２と結像面３０Ａ，３０Ｃとが非平行である非平行領域ＮＡ，ＮＣと、マイクロレンズアレイ２２と結像面３０Ｂとが平行である平行領域ＰＢと、を有するように構成できる。平行領域ＰＢが目視者のほぼ正面に配置され、非平行領域ＮＡ，ＮＣがその上下に配置される。
【００２３】
非平行領域ＮＡにおいて、図１２に示すように、表示パネル１０Ａの画像表示面は、結像面の傾斜方向の沿う方向の遠近感を持つ画像Ｏｂ例えば、表示パネルの上部ほど手前側、下部ほど奥側とする遠近感を持つ画像、いわゆる仰望画像を表示する。非平行領域ＮＣにおいて、図１２に示すように、表示パネル１０Ｃの画像表示面は、結像面の傾斜方向の沿う方向の遠近感を持つ画像Ｏｂ例えば、表示パネルの上部ほど奥側、下部ほど手前側とする遠近感を持つ画像、いわゆる俯瞰画像を表示する。通常生活においては、目視者の視線より高い位置に存在する物体は仰角の大きいものが画面手前に仰角の小さいものが画面奥に位置すると認識され、目視者の視線より低い位置に存在する物体は俯角の大きいものが画面手前に俯角の小さいものが画面奥に位置すると認識されるからである。
【００２４】
表示パネル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの画像表示面は、図１１に示すように、複数のレンズの焦点深度Ｒ内に配置される。非平行領域ＮＡ，ＮＣ及び平行領域ＰＢ毎に、マイクロレンズアレイの複数のレンズの各々は、同軸に配置された少なくとも一対の凸レンズからなるレンズ系である。上記実施形態と同様にマイクロレンズアレイ２２は複数のレンズの光軸が互いに平行となるように２次元状に配列されたマイクロ凸レンズ板である。
【００２５】
非平行領域ＮＡ，ＮＣにおいては、表示パネル１０Ａ，１０Ｃは、複数のレンズの光軸に対して垂直以外の角度に配置されている。また、平行領域ＰＢにおいては、表示パネル１０Ｂの画像表示面は、複数のレンズの光軸に対して垂直に配置される。
また、非平行領域ＮＡ，ＮＣにおいて、複数のレンズは、図４及び図５と同様に結像面がマイクロレンズアレイ２２へ平面として傾斜するような像側の焦点距離を有することもできる。これにより、表示パネル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃがマイクロレンズアレイ２２と平行に配置できる。さらに、非平行領域ＮＡ，ＮＣにおいて、マイクロレンズアレイ２２の複数のレンズは、図６と同様に結像面３０がマイクロレンズアレイへ曲面として傾斜するような、像側の焦点距離を有するようにも構成できる。
【００２６】
また、非平行領域ＮＡ，ＮＣ及び平行領域ＰＢにおいて、表示パネル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの画像表示面は、結像面の傾斜方向の動きを持つ動画像を表示することもできる。さらに、表示パネル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃには、前後方向あるいはその傾斜方向に可動とする機構（図示せず）を装備することもできる。これにより、よりダイナミックに立体感をコントロールできる。表示パネル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの表示内容に同期した動きを表示パネル１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに与えることによって、より立体感が増幅した表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態の画像表示装置の要部の模式的概略断面図。
【図２】本発明による実施形態の画像表示装置の表示画像の正面図。
【図３】本発明による実施形態の画像表示装置の概略斜視図。
【図４】本発明による実施形態の画像表示装置のマイクロレンズアレイの部分断面図。
【図５】本発明による他の実施形態の画像表示装置のマイクロレンズアレイの部分断面図。
【図６】本発明による他の実施形態の画像表示装置のマイクロレンズアレイの部分断面図。
【図７】本発明による他の実施形態の画像表示装置の結像面の概略斜視図。
【図８】本発明による他の実施形態の画像表示装置の結像面の概略斜視図。
【図９】本発明による他の実施形態の画像表示装置の要部の模式的概略断面図。
【図１０】本発明による他の実施形態の画像表示装置の結像面の概略斜視図。
【図１１】本発明による他の実施形態の画像表示装置の要部の模式的概略断面図。
【図１２】本発明による他の実施形態の画像表示装置の表示画像の正面図。
【符号の説明】
１０  表示部
１０ａ，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  表示パネル
１５  支持部材
２０  画像伝達パネル
２２  マイクロレンズアレイ
２３  レンズ枠領域
２４  レンズアレイ半体
２５  凸レンズ
２６  凸レンズの光軸
３０，３０ａ，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ  結像面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004151645.tif 000009
【図８】
2004151645.tif 000010
【図９】
2004151645.tif 000011
【図１０】
2004151645.tif 000012
【図１１】
2004151645.tif 000013
【図１２】
2004151645.tif 000014