(57)【要約】【課題】薄型且つ小型であり、立体画像表示と平面画像表示の切換が高速であり、表示品質が高く、低コストである立体画像平面画像切換表示装置及びこれを使用する携帯端末装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置２、レンチキュラレンズ３２及び３１を設ける。立体画像を表示するときは、レンチキュラレンズ３１の光軸がレンチキュラレンズ３２の光軸に一致するように、レンチキュラレンズ３１を配置し、左眼用の画素４１に左眼用の画像を表示させ、右眼用の画素４２に右眼用の画像を表示させる。平面画像を表示するときは、レンチキュラレンズ３１の光軸がレンチキュラレンズ３２の光軸から半レンズピッチずれるように、レンチキュラレンズ３１を配置し、画素４１及び４２に同一画像を独立して表示させる。【選択図】　図３
2004085924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１乃至第ｎ（ｎは２以上の整数）の画素からなる画素群が複数群周期的に配列された表示手段と、前記各画素群に対応する第１の光学素子が周期的に配列され前記画素から出射した光を屈折させる第１の光学手段と、前記各画素群に対応する第２の光学素子が周期的に配列され前記第１の光学手段から出射した光を屈折させる第２の光学手段と、を有し、前記第１乃至第ｎの画素が表示する画像が相互に異なるときは、前記第１及び第２の光学手段が前記第１乃至第ｎの画素から出射した光を相互に異なる第１乃至第ｎの方向に出射する第１の位置に前記第２の光学手段が前記第１の光学手段に対して相対的に配置され、前記第１乃至第ｎの画素が同一画像を独立して表示するときは、前記第１の位置から前記第２の光学素子の配列方向にこの第２の光学素子の配列周期の半分の距離又はこの距離に前記第２の光学素子の配列周期の整数倍の距離を加えた距離だけ離れ前記第１及び第２の光学手段が前記第１乃至第ｎの画素から出射した光を同一方向に出射する第２の位置に前記第２の光学手段が前記第１の光学手段に対して相対的に配置されることを特徴とする立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項２】
前記第１の光学素子の配列周期が、前記第２の光学素子の配列周期と実質的に等しいことを特徴とする請求項１に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項３】
前記表示手段が右眼用画素及び左眼用画素の２種類の画素を有し、立体画像を表示するときには、前記右眼用画素が右眼用の画像を表示すると共に前記左眼用画素が左眼用の画像を表示し、前記第１及び第２の光学手段が前記右眼用画素から出射した光を第１の方向に出射すると共に前記左眼用画素から出射した光を第２の方向に出射し、平面画像を表示するときには、前記右眼用画素及び左眼用画素が共同で同一の平面画像を表示し、前記第１及び第２の光学手段が前記右眼用画素及び左眼用画素から出射された光を同一方向に出射することを特徴とする請求項１又は２に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項４】
前記第１の光学手段が１又は複数枚の凸レンズ型のレンチキュラレンズからなり前記第１の光学素子がレンズ素子である第１のレンチキュラレンズ部であり、前記第２の光学手段が１又は複数枚の凸レンズ型のレンチキュラレンズからなり前記第２の光学素子がレンズ素子である第２のレンチキュラレンズ部であり、立体画像を表示するときには、前記第２のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸が前記第１のレンチキュラレンズ部の１のレンズ素子の光軸に実質的に一致しており、平面画像を表示するときには、前記第２のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸が前記第１のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸に対して前記第２のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の半分の長さ又はこの長さに前記第２のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の整数倍の長さを加えた長さだけずれていることを特徴とする請求項３に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項５】
前記第１及び第２のレンチキュラレンズ部のうち少なくとも一方が、相互に重ね合わされた２枚以上のレンチキュラレンズにより構成されていることを特徴とする請求項４に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項６】
前記第１のレンチキュラレンズ部のレンズ面と前記第２のレンチキュラレンズ部のレンズ面とが相互に対向するように配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項７】
前記第１のレンチキュラレンズ部のレンズ面と前記第２のレンチキュラレンズ部のレンズ面とが同じ方向を向くように配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項８】
前記第１のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の曲率と前記第２のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の曲率とが相互に等しく、前記第１及び第２のレンチキュラレンズ部を１枚の仮想レンチキュラレンズと見なした場合にこの仮想レンチキュラレンズのレンズ素子の曲率が、前記第１及び第２のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の曲率の２倍であることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項９】
前記第１のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の曲率と前記第２のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の曲率とが相互に等しく、前記第１のレンチキュラレンズ部と前記第２のレンチキュラレンズ部との間の隙間が、前記第１及び第２のレンチキュラレンズ部を１枚の仮想レンチキュラレンズと見なした場合にこの仮想レンチキュラレンズのレンズ素子の焦点距離の２０％以下であることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項１０】
立体画像を表示するときに、前記第１のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸と前記第２のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸との間のずれ量が、前記第１のレンチキュラレンズ部におけるレンズ素子の配列周期の１２％以下であることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項１１】
前記第１及び第２のレンチキュラレンズが夫々前記表示手段に対して相対的に移動可能に設けられており、立体画像を表示するときは、前記第１及び第２のレンチキュラレンズの中央に位置するレンズ素子の光軸が、前記表示手段の中央における前記右眼用画素と左眼用画素からなる画素群の中央を通過し、平面画像を表示するときは、前記第１のレンチキュラレンズの中央に位置するレンズ素子の光軸が、前記画素群の中央に対してこの第１のレンチキュラレンズのレンズ素子の配列周期の（１／４）倍の長さ又はこの長さに前記第１のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の整数倍の長さを加えた長さだけずれた位置を通過すると共に、前記第２のレンチキュラレンズの中央に位置するレンズ素子の光軸が、前記画素群の中央に対して前記第１のレンチキュラレンズを前記表示手段に対してずらした方向とは反対の方向に前記配列周期の（１／４）倍の長さ又はこの長さに前記第２のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の整数倍の長さを加えた長さだけずれた位置を通過することを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項１２】
平面画像を表示するときに、画素の発光部が拡大投影された平面可視域の幅が、観察者の両眼間隔よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項１３】
立体画像を表示するときに、画素から出射した光がこの画素に最も近い前記レンズ素子を介して拡大投影された立体可視域の幅が、観察者の両眼間隔の２倍に設定されていることを特徴とする請求項４乃至１２のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２の光学手段のうち一方が１又は複数枚の凸レンズ型のレンチキュラレンズからなる凸型レンチキュラレンズ部であり、他方が１又は複数枚の凹レンズ型のレンチキュラレンズからなる凹型レンチキュラレンズ部であり、前記第１乃至第ｎの画素が夫々第１乃至第ｎの画像を表示するときは、前記凸型レンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸が前記凹型レンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸に対して前記凸型レンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の半分の長さ又はこの長さに前記凸型レンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の整数倍の長さを加えた長さだけずれており、前記第１乃至第ｎの画素が共同で同一の画像を表示するときは、前記凸型レンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸が前記凹型レンチキュラレンズ部の１のレンズ素子の光軸に実質的に一致していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項１５】
前記凸型レンチキュラレンズ部及び凹型レンチキュラレンズ部のうち少なくとも一方が、相互に重ね合わされた２枚以上のレンチキュラレンズにより構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項１６】
前記第１の光学手段が１又は複数枚フライアイレンズからなる第１のフライアイレンズ部であり、前記第２の光学手段が１又は複数枚フライアイレンズからなる第２のフライアイレンズ部であり、前記第２のフライアイレンズ部が前記第１のフライアイレンズ部に対して相対的に前記表示手段の画素が配列されている全ての方向に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２のフライアイレンズ部のうち少なくとも一方が、相互に重ね合わされた２枚以上のフライアイレンズにより構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項１８】
前記表示手段が２行２列のマトリクス状に配列された第１乃至第４の画素を有し、前記第１及び第２のフライアイレンズ部が凸型のフライアイレンズからなることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項１９】
前記画素のうち少なくとも１の画素が右眼用画素であり、他の少なくとも１の画素が左眼用画素であり、立体画像を表示するときは、前記右眼用画素が右眼用の画像を表示すると共に前記左眼用画素が左眼用の画像を表示し、前記第２のフライアイレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸が前記第１のフライアイレンズ部の１のレンズ素子の光軸に実質的に一致しており、平面画像を表示するときは、前記第２のフライアイレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸が、前記第１のフライアイレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸に対して、前記右眼用画像から左眼用画像に向かう方向又はその反対の方向に前記第２のフライアイレンズ部のレンズ素子の配列周期の半分の長さ又はこの長さに前記第２のフライアイレンズ部のレンズ素子の配列周期の整数倍の長さを加えた長さだけずれていることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項２０】
前記第１の光学手段がプリズム素子が配列された第１のプリズム板であり、前記第２の光学手段がプリズム素子が配列された第２のプリズム板であり、立体画像を表示するときは、前記表示手段の表示面に垂直な方向から見て、前記第２のプリズム板の中央に位置するプリズム素子の頂点が前記第１のプリズム板の１のプリズム素子とこのプリズム素子に隣接するプリズム素子との間の谷部に実質的に一致しており、平面画像を表示するときは、前記表示手段の表示面に垂直な方向から見て、前記第２のプリズム板の中央に位置するプリズム素子の頂点が前記第１のプリズム板の１のプリズム素子の頂点に実質的に一致していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項２１】
前記表示手段は前記画素から出射する光を着色するカラーフィルタを有し、このカラーフィルタは複数種類の色の各色に着色され相互に平行に繰返し配列された複数のストライプ状の部分を有し、前記ストライプ状の部分の長手方向が、前記第１及び第２の光学素子が配列されている方向と平行であることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項２２】
前記表示手段が時分割表示方式により画像を表示するものであることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項２３】
前記表示手段並びに第１及び第２の光学手段を収納する筐体を有し、前記第２の光学手段が前記筐体に対して固定されていることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項２４】
前記第２の光学手段が前記表示手段の保護板、タッチパネル又はフロントライトの機能を有することを特徴とする請求項２３に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項２５】
前記第１の光学手段の少なくとも一部が前記表示手段の表示面を構成する部材と一体化して形成されていることを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項２６】
前記第１及び第２の光学手段のうち少なくとも一方が、前記表示手段の表示面に垂直な方向から見て、複数の部分に分割されており、この各部分が相互に独立に移動可能となっていることを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項２７】
前記第１及び第２の光学手段のうち少なくとも一方に枠が設けられていることを特徴とする請求項１乃至２６のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項２８】
前記第１及び第２の光学手段のうち少なくとも一方の表面に、反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項２９】
前記第１及び第２の光学手段のうち少なくとも一方に取り付けられ、この一方の光学手段を他方の光学手段に対して相対的に移動させるアクチュエータを有することを特徴とする請求項１乃至２８のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項３０】
前記表示手段並びに第１及び第２の光学手段を収納する筐体と、この筐体と前記第１及び第２の光学手段のうち少なくとも一方の光学手段との間に前記第１の光学素子の配列方向に伸縮するように配置され変位量がしきい値を超えると反力が不連続的に低減する１又は複数対の非線形ばねと、を有し、この１又は複数対の非線形ばねは、各対における一方の非線形ばねの変位量が前記しきい値よりも大きく、他方の非線形ばねの変位量が前記しきい値よりも小さくなるように設けられていることを特徴とする請求項１乃至２９のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項３１】
少なくとも１対の前記非線形ばねは、前記一方の光学手段における前記配列方向に直交する方向に延びる端縁に連結されていることを特徴とする請求項３０に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項３２】
前記アクチュエータが、形状記憶合金からなり電源に接続された線状部材であることを特徴とする請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項３３】
前記表示手段が液晶表示装置であることを特徴とする請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置。
【請求項３４】
請求項１乃至３３のいずれか１項に記載の立体画像平面画像切換表示装置を有することを特徴とする携帯端末装置。
【請求項３５】
携帯電話、携帯端末、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオであることを特徴とする請求項３４に記載の携帯端末装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像と平面画像を切り換えて表示することができる立体画像平面画像切換表示装置及びこれを内蔵した携帯端末装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、立体画像を表示することができる表示装置が開発されている。これまでに検討が行われてきた立体画像表示方式は、眼鏡を使用する方式と眼鏡を使用しない方式に大別することができる。このうち、眼鏡を使用する方式には、色の違いを利用したアナグリフ方式、及び偏光を利用した偏光眼鏡方式等があるが、本質的に眼鏡をかける煩わしさを避けることができないため、近年では眼鏡を使用しない眼鏡なし方式の検討が盛んに行われている。
【０００３】
眼鏡なし方式には、パララックスバリア方式、レンチキュラレンズ方式等がある。パララックスバリア方式は、１８９６年にＢｅｒｔｈｉｅｒが着想し、１９０３年にＩｖｅｓによって実証された。パララックスバリアは、細い縦縞状の多数の開口、即ち、スリットが形成されたバリアである。そして、このパララックスバリアの近傍には、スリットの長手方向と直交する方向に左眼用及び右眼用の画素が配列されている。画素からの光はパララックスバリアを通過する際に一部が遮蔽される。具体的には、左眼用の画素からの光は左眼には到達するが、右眼に向かう光は遮光され、右眼用の画素からの光は右眼には到達するが左眼には到達しないように、画素が配置される。これにより、左右の眼に夫々の画素からの光が到達することになるため、立体画像としての認識が可能になる。当初考案された際には、パララックスバリアが画素と眼との間に配置されていたこともあり、目障りで視認性が低い点が問題であった。しかし、近時の液晶表示装置の実現に伴って、パララックスバリアを表示装置の裏側に配置することが可能となって視認性が改善されたこともあり、現在盛んに検討が行われている。
【０００４】
一方、レンチキュラレンズ方式は、例えば文献（増田千尋著「３次元ディスプレイ」産業図書株式会社）に記載されているように、前述のＩｖｅｓ等により１９１０年頃に発明された。図３６はレンチキュラレンズの形状を示す斜視図である。図３６に示すように、レンチキュラレンズ１００は一方の面が平面となっており、他方の面には、一方向に延びるかまぼこ状の凸部（シリンドリカルレンズ）が複数個形成されている。そして、このレンズの焦点面に右眼用の画像を表示する画素と左眼用の画素とが交互に配列される。このため、各画素からの光はレンチキュラレンズにより左右の眼に向かう方向に振り分けられる。これにより、左右の眼に相互に異なる画像を認識させることが可能となり、観察者に立体画像を認識させることが可能になる。このレンチキュラレンズ方式は、現在では立体テレビ等にも広く適用されている。
【０００５】
更に近時、立体画像表示装置において平面画像の表示を可能にする検討も盛んに行われている。最も容易な手法としては、前述の左眼用画像と右眼用画像を一致させて表示する方法が考えられるが、この場合には２画素に渡って同一の情報を表示しなければならないため、解像度が半分になる。特に、平面表示時に最も多用される文字表示の視認性が、大幅に低下することが大きな問題となる。
【０００６】
そこで、これまでに、解像度の低下なく立体画像と平面画像を切り換えて表示する方法の検討が行われている。例えば、特開平０８−０６８９６１号公報及び特開平０４−１１２２７３号公報には、レンチキュラレンズを使用した立体画像表示装置において、レンチキュラレンズと、このレンチキュラレンズの凹凸面に対向するように配置された透明板との間に、レンチキュラレンズを形成する材料と同じ屈折率を有する物質を注入し、レンズの効果を無効にする方式が記載されている。図３７はこの従来の立体画像表示装置を示す斜視図である。図３７に示すように、この従来の立体画像表示装置１０１においては、レンチキュラレンズ１０２の凸面側に透明体１０３を配置して、レンチキュラレンズ１０２と透明体１０３との間に隙間１０４を形成しておく。平面画像表示時には、この隙間１０４にレンズと同じ屈折率を有する液状の物質（図示せず）を、ポンプ１０５等により注入する。これによりレンズ効果は無効になるため、良好な平面表示を実現することができる。立体画像を表示する場合には、注入した物質を隙間１０４から排出することにより、レンズ効果を有効にして立体表示を実現することができる。
【０００７】
また、特開平０９−１９７３４３号公報には、画素の画像表示面とレンチキュラレンズとの間の距離を変化させることにより、立体画像と平面画像の表示を切換える立体画像表示装置が記載されている。図３８はこの従来の立体画像表示装置を示す断面図である。図３８に示すように、この従来の立体表示装置１１１においては、レンチキュラレンズ１１２と画像表示装置１１３との間の距離を可変とする。なお、画像表示装置１１３には、右眼用の画素１１４及び左眼用の画素１１５が交互に配列されている。そして、レンチキュラレンズ１１２と画像表示装置１１３との間の距離を、レンチキュラレンズ１１２の焦点距離とすれば、画素１１４及び１１５からの光に対してレンチキュラレンズ１１２のレンズ効果が有効となり、立体画像を表示することができる。一方、レンチキュラレンズ１１２と画像表示装置１１３との間の距離を略ゼロとすれば、画素１１４及び１１５からの光に対してレンチキュラレンズ１１２のレンズ効果が無効となり、平面画像を表示することができる。但し、画像表示装置１１３として液晶デバイス等の電子ディスプレイを使用する場合には、ガラス基板の厚みがあるために、可変とする距離が制約され、レンチキュラレンズ１１２と画像表示装置１１３との間の距離を略ゼロとすることが難しい。そこで、画像表示装置１１３におけるレンチキュラレンズ１１２側の表面にファイバフェースプレート１１６等の画像転送手段を設け、等価的に画像表示装置１１３の近傍までレンチキュラレンズ１１２を近づけている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。即ち、従来の立体画像平面画像切換表示装置は、レンチキュラレンズを設け、このレンチキュラレンズのレンズ効果を有効とすることにより立体画像を表示し、レンズ効果を無効とすることにより平面画像を表示しているが、このレンチキュラレンズのレンズ効果の有効／無効を切換えるための切換手段が大掛かりであるため、立体画像平面画像切換表示装置の厚さ及び大きさが大きくなるという問題点がある。また、この切換手段の存在により、表示品質が低下するという問題点がある。更に、この切換手段の動作に時間がかかり、立体画像表示と平面画像表示との切換に時間がかかるという問題点もある。更にまた、切換手段を設けることにより、立体画像平面画像切換表示装置のコストが増加するという問題点もある。
【０００９】
即ち、図３７に示す特開平０８−０６８９６１号公報及び特開平０４−１１２２７３号公報に記載された従来の技術においては、前述のレンチキュラレンズのレンズ効果を有効／無効とするための切換手段として、ポンプ１０５により隙間１０４に対してレンチキュラレンズ１０２を形成する物質と同じ屈折率を持つ液状物質を注入及び排出する機構を設けている。しかしながら、この方法では、液状物質を注入及び排出するためのポンプ１０５が必要であり、また、排出した液状物質を蓄積しておくタンクも必要となるため、装置が大型化すると共にコストが増大する。また、液状物質の注入及び排出が不完全であると気泡等が発生して表示品質が低下する。更に、液状物質の注入及び排出に時間がかかり、画像表示の切換に時間がかかる。
【００１０】
また、図３８に示す特開平０９−１９７３４３号公報に記載された従来の技術においては、前述のレンチキュラレンズのレンズ効果を有効／無効とするための切換手段として、レンチキュラレンズ１１２と画像表示装置１１３との間の距離を可変とする機構を設けている。このため、この距離を変化させるための空間が必要となり、立体画像平面画像切換表示装置の厚みが増大する。また、高価なファイバフェースプレート１１６等を使用する必要があるためコストが増大する。更に、画像表示装置１１３からの光がファイバフェースプレート１１６を通過するため、ファイバフェースプレート１１６を設けない場合と比較して表示品質が低下する。更にまた、レンチキュラレンズ１１２の移動に時間がかかるという問題がある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、薄型且つ小型であり、立体画像表示と平面画像表示の切換が高速であり、表示品質が高く、低コストであり、特に携帯電話及びＰＤＡ（個人情報端末）等のモバイルユースに適した立体画像平面画像切換表示装置及びこれを使用する携帯端末装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る立体画像平面画像切換表示装置は、第１乃至第ｎ（ｎは２以上の整数）の画素からなる画素群が複数群周期的に配列された表示手段と、前記各画素群に対応する第１の光学素子が周期的に配列され前記画素から出射した光を屈折させる第１の光学手段と、前記各画素群に対応する第２の光学素子が周期的に配列され前記第１の光学手段から出射した光を屈折させる第２の光学手段と、を有し、前記第１乃至第ｎの画素が表示する画像が相互に異なるときは、前記第１及び第２の光学手段が前記第１乃至第ｎの画素から出射した光を相互に異なる第１乃至第ｎの方向に出射する第１の位置に前記第２の光学手段が前記第１の光学手段に対して相対的に配置され、前記第１乃至第ｎの画素が同一画像を独立して表示するときは、前記第１の位置から前記第２の光学素子の配列方向にこの第２の光学素子の配列周期の半分の距離又はこの距離に前記第２の光学素子の配列周期の整数倍の距離を加えた距離だけ離れ前記第１及び第２の光学手段が前記第１乃至第ｎの画素から出射した光を同一方向に出射する第２の位置に前記第２の光学手段が前記第１の光学手段に対して相対的に配置されることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、第１の光学手段と第２の光学手段との相対的な位置を変化させることにより、第１乃至第ｎの画素から出射した光を、相互に異なる第１乃至第ｎの方向に出射するか、同一方向に出射するかを選択することができる。第１乃至第ｎの画素が表示する画像が相互に異なり、第１及び第２の光学手段が第１乃至第ｎの画素から出射した光を相互に異なる第１乃至第ｎの方向に出射すれば、観察者が視点を変えることにより、異なる画像を観察することができる。これにより、観察者に立体画像を認識させることができる。また、第１乃至第ｎの画素が同一画像を独立して表示し、第１及び第２の光学手段が第１乃至第ｎの画素から出射した光を同一方向に出射すれば、平面画像を高解像度で表示することができる。なお、第１乃至第ｎの画素が同一画像を独立して表示するとは、第１乃至第ｎの画素が同一の画像の異なるドットを形成することにより、共同で同一の画像を表示するということである。これにより、第１乃至第ｎの画素が表示する画像が相互に異なる場合の各画像と比較して、前記同一画像の解像度がｎ倍になる。
【００１４】
また、本発明においては、第１乃至第ｎの画素から出射した光を相互に異なる第１乃至第ｎの方向に出射するか同一方向に出射するかの選択を、第２の光学手段を第１の光学手段に対して第２の光学素子の配列周期の半分の距離又はこの距離に前記第２の光学素子の配列周期の整数倍の距離を加えた距離だけ相対的に移動させることにより実現できるため、大きな空間及び大掛かりな機構を必要とせず、薄型且つ小型であり、画像表示の切換が高速であり、低コストである立体画像平面画像切換表示装置を実現することができる。更に、第１及び第２の光学手段の他に、画素から出射した光が通過する構成要素がないため、表示品質が良好である。更にまた、第１及び第２の光学手段を有しているため、収差を低減することができ、高品質な表示が可能になる。
【００１５】
また、前記表示手段が右眼用画素及び左眼用画素の２種類の画素を有し、立体画像を表示するときには、前記右眼用画素が右眼用の画像を表示すると共に前記左眼用画素が左眼用の画像を表示し、前記第１及び第２の光学手段が前記右眼用画素から出射した光を第１の方向に出射すると共に前記左眼用画素から出射した光を第２の方向に出射し、平面画像を表示するときには、前記右眼用画素及び左眼用画素が共同で同一の平面画像を表示し、前記第１及び第２の光学手段が前記右眼用画素及び左眼用画素から出射された光を同一方向に出射してもよい。これは前記ｎが２である場合である。これにより、観察者が第１の方向の先に右眼を位置させ、第２の方向の先に左眼を位置させれば、立体画像の表示時には、右眼により右眼用画像を観察し、左眼により左眼用画像を観察することができる。この結果、観察者は立体画像を認識することができる。また、平面画像の表示時には、左右の眼で同じ画像を観察することができる。
【００１６】
更に、前記第１の光学手段が１又は複数枚の凸レンズ型のレンチキュラレンズからなり前記第１の光学素子がレンズ素子である第１のレンチキュラレンズ部であり、前記第２の光学手段が１又は複数枚の凸レンズ型のレンチキュラレンズからなり前記第２の光学素子がレンズ素子である第２のレンチキュラレンズ部であり、立体画像を表示するときには、前記第２のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸が前記第１のレンチキュラレンズ部の１のレンズ素子の光軸に実質的に一致しており、平面画像を表示するときには、前記第２のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸が前記第１のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸に対して前記第２のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の半分の長さ又はこの長さに前記第２のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の整数倍の長さを加えた長さだけずれていてもよい。
【００１７】
第１のレンチキュラレンズのレンズ素子の光軸を第２のレンチキュラレンズのレンズ素子の光軸に一致させることにより、第１及び第２のレンチキュラレンズが、曲率がこの第１及び第２のレンチキュラレンズの２倍であり配列周期が第１及び第２のレンチキュラレンズと等しい１枚の仮想的なレンチキュラレンズと等価になる。これにより、右眼用画像を第１の方向に出射し、左眼用画像を第２の方向に出射することができる。また、第１のレンチキュラレンズのレンズ素子の光軸を第２のレンチキュラレンズのレンズ素子の光軸から半配列周期だけずらすことにより、第１及び第２のレンチキュラレンズは、曲率がこの第１及び第２のレンチキュラレンズの２倍であり配列周期が第１及び第２のレンチキュラレンズの略半分である１枚の仮想的なレンチキュラレンズと等価になる。これにより、各画素に夫々レンズ素子が対応するようになり、各画素からの光が同じ方向に拡大投影される。
【００１８】
更にまた、前記第１及び第２のレンチキュラレンズ部のうち少なくとも一方が、相互に重ね合わされた２枚以上のレンチキュラレンズにより構成されていてもよい。この場合、立体画像平面画像切換表示装置は３枚以上のレンチキュラレンズを有することになる。これにより、収差をより一層低減することができる。
【００１９】
更にまた、前記第１のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の曲率と前記第２のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の曲率とが相互に等しく、前記第１のレンチキュラレンズ部と前記第２のレンチキュラレンズ部との間の隙間が、前記第１及び第２のレンチキュラレンズ部を１枚の仮想レンチキュラレンズと見なした場合にこの仮想レンチキュラレンズのレンズ素子の焦点距離の２０％以下であることが好ましい。これにより、より良好な立体画像表示を実現することができる。
【００２０】
更にまた、立体画像を表示するときに、前記第１のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸と前記第２のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸との間のずれ量が、前記第１のレンチキュラレンズ部におけるレンズ素子の配列周期の１２％以下であることが好ましい。これにより、より良好な立体画像表示を実現することができる。
【００２１】
更にまた、前記第１及び第２のレンチキュラレンズが夫々前記表示手段に対して相対的に移動可能に設けられており、立体画像を表示するときは、前記第１及び第２のレンチキュラレンズの中央に位置するレンズ素子の光軸が、前記表示手段の中央における前記右眼用画素と左眼用画素からなる画素群の中央を通過し、平面画像を表示するときは、前記第１のレンチキュラレンズの中央に位置するレンズ素子の光軸が、前記画素群の中央に対してこの第１のレンチキュラレンズのレンズ素子の配列周期の（１／４）倍の長さ又はこの長さに前記第１のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の整数倍の長さを加えた長さだけずれた位置を通過すると共に、前記第２のレンチキュラレンズの中央に位置するレンズ素子の光軸が、前記画素群の中央に対して前記第１のレンチキュラレンズを前記表示手段に対してずらした方向とは反対の方向に前記配列周期の（１／４）倍の長さ又はこの長さに前記第２のレンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の整数倍の長さを加えた長さだけずれた位置を通過していてもよい。これにより、立体可視域と平面可視域とを相互に一致させることができ、立体画像表示と平面画像表示とを切換えるときに、視点を移動させる必要がなくなる。
【００２２】
更にまた、平面画像を表示するときに、画素の発光部が拡大投影された平面可視域の幅が、観察者の両眼間隔よりも大きく設定されていることが好ましく、立体画像を表示するときに、画素から出射した光がこの画素に最も近い前記レンズ素子を介して拡大投影された立体可視域の幅が、観察者の両眼間隔の２倍に設定されていることが好ましい。これにより、立体可視域と平面可視域と重なる領域を最大にすることができる。なお、両眼間隔は観察者によって異なるが、本発明の立体画像平面画像切換表示装置の使用者層として想定される使用者層の平均的な両眼間隔を採用すればよい。一般的には、両眼間隔として例えば６５ｍｍの値が多用される。
【００２３】
更にまた、前記第１及び第２の光学手段のうち一方が１又は複数枚の凸レンズ型のレンチキュラレンズからなる凸型レンチキュラレンズ部であり、他方が１又は複数枚の凹レンズ型のレンチキュラレンズからなる凹型レンチキュラレンズ部であり、前記第１乃至第ｎの画素が夫々第１乃至第ｎの画像を表示するときは、前記凸型レンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸が前記凹型レンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸に対して前記凸型レンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の半分の長さ又はこの長さに前記凸型レンチキュラレンズ部のレンズ素子の配列周期の整数倍の長さを加えた長さだけずれており、前記第１乃至第ｎの画素が共同で同一の画像を表示するときは、前記凸型レンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸が前記凹型レンチキュラレンズ部の１のレンズ素子の光軸に実質的に一致していてもよい。
【００２４】
凸型のレンチキュラレンズの光軸が凹型のレンチキュラレンズの光軸に対して配列周期の半分の長さだけずれている場合、この凸型及び凹型のレンチキュラレンズは、各画素に対応するプリズム素子が配列された１枚の仮想的なプリズム板と等価になる。この仮想的なプリズム板により、第１乃至第ｎの画素から出射した光が第１乃至第ｎの方向に出射される。また、凸レンズ型のレンチキュラレンズの光軸が凹レンズ型のレンチキュラレンズの光軸に一致すると、レンズの機能が相殺され、第１乃至第ｎの画素から出射した光が同一の方向に出射する。
【００２５】
更にまた、前記第１の光学手段が１又は複数枚フライアイレンズからなる第１のフライアイレンズ部であり、前記第２の光学手段が１又は複数枚フライアイレンズからなる第２のフライアイレンズ部であり、前記第２のフライアイレンズ部が前記第１のフライアイレンズ部に対して相対的に前記表示手段の画素が配列されている全ての方向に移動可能に設けられていてもよい。これにより、画素が配列する全ての方向に光を照射することができる。この結果、例えば画面の左右方向の他に上下方向についても異なる画像を出力することができる。このため、例えば、画面の向きを左右方向と上下方向とに切り替えても、夫々の方向において立体表示を行うことができる。また、上下方向の立体感を実現することができる。
【００２６】
更にまた、前記第１の光学手段がプリズム素子が配列された第１のプリズム板であり、前記第２の光学手段がプリズム素子が配列された第２のプリズム板であり、立体画像を表示するときは、前記表示手段の表示面に垂直な方向から見て、前記第２のプリズム板の中央に位置するプリズム素子の頂点が前記第１のプリズム板の１のプリズム素子とこのプリズム素子に隣接するプリズム素子との間の谷部に実質的に一致しており、平面画像を表示するときは、前記表示手段の表示面に垂直な方向から見て、前記第２のプリズム板の中央に位置するプリズム素子の頂点が前記第１のプリズム板の１のプリズム素子の頂点に実質的に一致していてもよい。光学手段としてプリズム板を使用することにより、レンチキュラレンズを使用する場合と比較して、コストを低減することができる。
【００２７】
更にまた、前記表示手段は前記画素から出射する光を着色するカラーフィルタを有し、このカラーフィルタは複数種類の色の各色に着色され相互に平行に繰返し配列された複数のストライプ状の部分を有し、前記ストライプ状の部分の長手方向が、前記第１及び第２の光学素子が配列されている方向と平行であることが好ましい。これにより、色モアレの発生を防止し、高品質な表示を行うことができる。
【００２８】
又は、前記表示手段が時分割表示方式により画像を表示するものであることが好ましい。これにより、カラーフィルタが不要になり、色空間分割の影響を低減することができるため、表示品質が向上する。また、画素数を通常の（１／３）に低減することができる。更に、カラーフィルタによる光の吸収がなく、発光効率が向上し、省電力化を図ることができる。
【００２９】
また、前記表示手段並びに第１及び第２の光学手段を収納する筐体を有し、前記第２の光学手段が前記筐体に対して固定されていてもよく、前記第２の光学手段が前記表示手段の保護板、タッチパネル又はフロントライトの機能を有していてもよい。これにより、保護板、タッチパネル又はフロントライトを特別に設ける必要がなく、装置の高機能化及び／又は薄型化を図ることができる。
【００３０】
更に、前記第１の光学手段の少なくとも一部が前記表示手段の表示面を構成する部材と一体化して形成されていてもよい。これにより、立体画像平面画像切換表示装置のより一層の薄型化を図ることができる。又は、立体画像平面画像切換表示装置の厚さを同じとする場合は、他の光学手段の厚さを増加させることができるため、光学手段の反り及び歪みを低減することができる。この結果、良好な表示品質が得られる立体画像平面画像切換表示装置を高歩留まりで製造することができる。
【００３１】
更にまた、前記第１及び第２の光学手段のうち少なくとも一方が、前記表示手段の表示面に垂直な方向から見て、複数の部分に分割されており、この各部分が相互に独立に移動可能となっていてもよい。これにより、立体画像と高解像度な平面画像とを混在させて同時に表示することができる。
【００３２】
更にまた、前記第１及び第２の光学手段のうち少なくとも一方に枠が設けられていることが好ましい。これにより、光学手段の反り及び歪み等の変形を抑制することができる。
【００３３】
更にまた、前記第１及び第２の光学手段のうち少なくとも一方の表面に、反射防止膜が形成されていることが好ましい。これにより、光学手段による光の反射を抑制し、表示品質をより一層向上させることができる。
【００３４】
更にまた、前記第１及び第２の光学手段のうち少なくとも一方に取り付けられ、この一方の光学手段を他方の光学手段に対して相対的に移動させるアクチュエータを有することができる。
【００３５】
更にまた、前記表示手段並びに第１及び第２の光学手段を収納する筐体と、この筐体と前記第１及び第２の光学手段のうち少なくとも一方の光学手段との間に前記第１の光学素子の配列方向に伸縮するように配置され変位量がしきい値を超えると反力が不連続的に低減する１又は複数対の非線形ばねと、を有し、この１又は複数対の非線形ばねは、各対における一方の非線形ばねの変位量が前記しきい値よりも大きく、他方の非線形ばねの変位量が前記しきい値よりも小さくなるように設けられていてもよい。これにより、非線形ばねの反力差により、光学手段を前記第１の位置又は前記第２の位置に安定的に保持することができる。
【００３６】
更にまた、前記アクチュエータが、形状記憶合金からなり電源に接続された線状部材であってもよい。これにより、電気信号により作動するアクチュエータを簡単な構成により実現することができる。
【００３７】
本発明に係る携帯端末装置は、前述の立体画像平面画像切換表示装置を有することを特徴とする。また、この携帯端末装置は、携帯電話、携帯端末、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオであってもよい。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、図２は本実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図である。なお、図１には観察者の右眼５１及び左眼５２も示している。
【００３９】
図１に示すように、本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置１（以下、単に切換表示装置１ともいう）においては、液晶表示装置２が設けられており、この液晶表示装置２における光が出射する側には、光分配装置３が設けられている。
【００４０】
液晶表示装置２においては、バックライト１０が設けられており、バックライト１０の光が入射する位置には、バックライト１０側から順にガラス基板２３、液晶層２４、カラーフィルタ２６、ガラス基板２５が相互に平行に設けられている。液晶層２４においては、左眼用の画素４１及び右眼用の画素４２が交互に配列されている。また、ガラス基板２５には、必要に応じて偏光板又は補償板等の光学フィルム８が貼付されている。カラーフィルタ２６はストライプ方式のカラーフィルタであり、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のストライプが相互に平行に繰返し配列されている。
【００４１】
光分配装置３においては、第１の光学手段としての凸型のレンチキュラレンズ３１及び第２の光学手段としても凸型のレンチキュラレンズ３２が設けられている。図３６に示すレンチキュラレンズ１００と同様に、レンチキュラレンズ３１は一方の面が平面となっており、他方の面には、光学素子、即ちレンズ素子としての一方向に延びるかまぼこ状の凸部３１ａ（シリンドリカルレンズ）が複数個形成されている。レンチキュラレンズ３２の形状もレンチキュラレンズ３１と同じであり、一方の面が平面であり、他方の面にかまぼこ状の凸部３２ａが形成されている。レンチキュラレンズ３１及び３２は凸型のレンズであるため、正の焦点距離を有する。そして、レンチキュラレンズ３１及び３２は、凸部３１ａと凸部３２ａとが相互に対向するように、相互に平行に配置されており、レンチキュラレンズ３２はレンチキュラレンズ３１よりも液晶表示装置２に近い側に配置されている。また、凸部３１ａが連なる方向と、凸部３２ａが連なる方向とは、同じ方向１１となっている。更に、レンチキュラレンズのレンズピッチは、方向１１に沿って配列し相互に隣接する各１個の左眼用画素４１及び右眼用画素４２からなる対の方向１１における長さに対応している。即ち、夫々１個の凸部３１ａ及び３２ａが、１対の画素４１及び４２からなる画素群に対応している。
【００４２】
レンチキュラレンズ３２は液晶表示装置２の光学フィルム８に、光硬化型接着剤層９を介して接着されている。このとき、液晶表示装置２の表面に垂直な方向からみて、レンチキュラレンズ３２の中心が、液晶表示装置２の中心と一致するように、レンチキュラレンズ３２が液晶表示装置２に固定されている。また、カラーフィルタ２６のストライプの長手方向が、凸部３１ａ及び３２ａが連なる方向１１と一致するようになっている。カラーフィルタ２６のストライプの長手方向が方向１１と直交すると、レンチキュラレンズによって色分離が起こり、色モアレとなって観察され、表示品質が低下する。従って、ストライプの長手方向と方向１１とは一致することが好ましい。従って、切換表示装置１においては、バックライト１０、ガラス基板２３、液晶層２４、カラーフィルタ２６、ガラス基板２５、光学フィルム８、光硬化型接着剤層９、レンチキュラレンズ３２及びレンチキュラレンズ３１がこの順に相互に平行に配列されている。
【００４３】
一方、レンチキュラレンズ３１の周囲には、レンズの反り及び歪み等の変形を抑制するための枠７が取り付けられており、枠７にはレンチキュラレンズ３１をレンチキュラレンズ３２に対して方向１１に移動可能とするアクチュエータ６が取り付けられている。また、レンチキュラレンズ３１及び３２は、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）により形成されている。更に、レンチキュラレンズ３１及び３２の表面には、表面反射を抑制するための反射防止膜である低反射コート（図示せず）が形成されている。更にまた、液晶表示装置２及び光分配装置３を収納し、切換表示装置１の外板を構成する筐体（図示せず）が設けられており、この筐体にはレンチキュラレンズ３１の移動を案内するガイド手段が設けられている。このガイド手段は例えば溝である。
【００４４】
次に、本実施形態に係る携帯端末装置について説明する。図２に示す携帯電話１６は、本実施形態に係る携帯端末装置の一例である。携帯電話１６においては、その表示部分に前述の切換表示装置１が使用されている。そして、レンチキュラレンズ３２（図１参照）が、携帯電話１６の表示面側に配置されている。なお、この場合、携帯電話１６の筐体が切換表示装置１の筐体を兼ねていてもよい。
【００４５】
次に、本実施形態に係る切換表示装置１の動作について説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は切換表示装置１の動作を示す断面図であり、（ａ）は立体画像を表示する場合を示し、（ｂ）は平面画像を表示する場合を示す。また、図４は、立体画像表示時において２枚のレンチキュラレンズを１枚のレンチキュラレンズとみなした場合の光学モデルを示す図であり、図５は、平面画像表示時において２枚のレンチキュラレンズと等価な１枚のレンチキュラレンズを示す断面図である。なお、図３（ａ）及び（ｂ）においては、バックライト１０、カラーフィルタ２６、光学フィルム８、光硬化型接着剤層９、枠７及びアクチュエータ６は図示を省略されている。後述する図１３、１５、１６、１８、２４、２５、２７、２８、２９、３２においても同様である。
【００４６】
先ず、立体画像を表示する場合について説明する。図３（ａ）に示すように、この切換表示装置１により立体画像を表示するときは、アクチュエータ６（図１参照）により、レンチキュラレンズ３１の凸部３１ａの光軸（以下、レンチキュラレンズ３１の光軸ともいう）がレンチキュラレンズ３２の凸部３２ａの光軸（以下、レンチキュラレンズ３２の光軸ともいう）に一致するように、レンチキュラレンズ３１の位置を調節する。即ち、レンチキュラレンズ３１の凸部３１ａが、レンチキュラレンズ３２の凸部３２ａに対向するようにする。そして、左眼用の画素４１に左眼用の画像を表示させ、右眼用の画素４２に右眼用の画像を表示させる。
【００４７】
図１及び図３（ａ）に示すように、バックライト１０から出射した光は、液晶表示装置２のガラス基板２３、液晶層２４、ガラス基板２５をこの順に透過する。このとき、液晶層２４の画素４１及び４２により画像が形成される。そして、ガラス基板２５を透過した光は、カラーフィルタ２６、光学フィルム８及び光硬化型接着剤層９を透過し、光分配装置３に入射する。光分配装置３に入射した光は、光分配装置３のレンチキュラレンズ３２及び３１により、観察者の左眼５２に向かう方向及び右眼５１に向かう方向の２つの方向に振り分けられる。以下、この動作について詳細に説明する。
【００４８】
図３（ａ）に示すように、レンチキュラレンズ３１及び３２を、凸部同士が対向するように配置した場合、レンチキュラレンズ３１及び３２の凸部３１ａ及び３２ａの高さが、これらのレンズの焦点距離に対して十分に小さいため、２枚のレンチキュラレンズ３１及び３２は、これらのレンズの倍の能力をもつ１枚のレンチキュラレンズと等価であるとみなすことができる。即ち、図３（ａ）に示す２枚のレンチキュラレンズ３１及び３２は、図４に示すレンズピッチがレンチキュラレンズ３１及び３２と等しく、曲率が２倍である１枚のレンチキュラレンズ３６と等価である。
【００４９】
そして、図４に示すように、左眼用の画素４１から出射した光は、レンチキュラレンズ３６により屈折し、領域ＥＬに向けて出射する。また、右眼用の画素４２から出射した光は、レンチキュラレンズ３６により屈折し、領域ＥＲに向けて出射する。このため、観察者が左眼５２を領域ＥＬに位置させ、右眼５１を領域ＥＲに位置させることにより、左眼５２に左眼用の画像が入力されると共に、右眼５１に右眼用の画像が入力され、立体画像を認識することができる。
【００５０】
次に、平面画像を表示する場合について説明する。図３（ｂ）に示すように、切換表示装置１により平面画像を表示するときは、アクチュエータ６により、レンチキュラレンズ３１の光軸がレンチキュラレンズ３２の光軸に対して、方向１１に半レンズピッチずれるように、レンチキュラレンズ３１の位置を調節する。即ち、レンチキュラレンズ３１の凸部３１ａが、レンチキュラレンズ３２の凸部３２ａ間の部分に対向するようにする。なお、立体画像表示と平面画像表示とを切換えるときは、レンチキュラレンズ３１をレンチキュラレンズ３２に対して方向１１にレンズピッチの０．５倍の距離だけ移動させればよいが、この距離にレンズピッチの整数倍の距離を加えた距離、例えば、レンズピッチの１．５倍の距離だけ移動させてもよい。そして、画素４１及び４２に平面画像を表示させる。このとき、画素４１及び４２は同一画像を独立して表示する。即ち、画素４１及び４２を夫々独立した画素として駆動させ、共同で同一の画像を表示させる。このため、平面画像の解像度は、前述の立体画像の解像度の２倍になる。
【００５１】
図１及び図３（ｂ）に示すように、バックライト１０から出射した光は、ガラス基板２３、液晶層２４、ガラス基板２５、カラーフィルタ２６、光学フィルム８及び光硬化型接着剤層９をこの順に透過し、光分配装置３に入射する。光分配装置３に入射した光は、光分配装置３のレンチキュラレンズ３２及び３１により、１つの方向に出射する。これにより、画素４１及び４２を通過した光はいずれも、観察者の左眼５２及び右眼５１の双方に入力される。以下、この動作について詳細に説明する。
【００５２】
図３（ｂ）に示すように、レンチキュラレンズ３１の光軸がレンチキュラレンズ３２の光軸に対して方向１１に半レンズピッチずれている場合、図５に示すように、２枚のレンチキュラレンズ３１及び３２は、レンズピッチがレンチキュラレンズ３１及び３２の半分であり曲率が２倍である１枚のレンチキュラレンズ３７とほぼ等価になる。
【００５３】
画素４１及び４２から出射した光は、レンチキュラレンズ３１及び３２により屈折し、相互に同じ方向に向けて出射する。このとき、各画素が夫々観察面における一定の幅ｅを有する領域に拡大され、その繰返しピッチもｅとなる。このため、観察者の左眼５２及び右眼５１には、画素４１から出射した光及び画素４２から出射した光の双方が入射する。この結果、左眼５１及び右眼５２には同じ画像が入力され、観察者は平面画像を認識することができる。
【００５４】
以下、切換表示装置１の各部のサイズについて説明する。２枚のレンチキュラレンズを使用する場合について説明するために、先ず、１枚のレンチキュラレンズを使用する場合について、図４に示す光学モデルを使用して説明する。レンチキュラレンズ３６の厚さをＨとし、屈折率をｎとする。レンチキュラレンズ３６の片面は平面となっており、他の片面には凸型のシリンドリカルレンズ、即ち１方向に延びるかまぼこ状の凸部３６ａが、方向１１に沿って多数配列されているものとする。このレンチキュラレンズの焦点距離はｆとし、レンズピッチはＬとする。液晶表示装置２の画素は、各１個の左眼用画素４１及び右眼用画素４２が１組になって配置されている。各画素の幅はＰとする。１つの凸部３６ａに対して各１個の左眼用画素４１及び右眼用画素４２の２画素からなる組が対応している。また、レンチキュラレンズ３６と観察者との間の距離をＤとし、立体可視域、即ち、レンズから距離Ｄだけ離れレンズと平行な仮想平面上における左眼５２及び右眼５１を位置させる領域であって、観察者が立体画像を認識できるような領域ＥＬ及びＥＲの方向１１における長さをｅとする。更に、レンチキュラレンズ３６の中央に位置する凸部３６ａの中心から、レンチキュラレンズ３６の端に位置する凸部３６ａの中心までの距離をＷＬとし、液晶表示装置２の中心に位置する左眼用画素４１と右眼用画素４１の対の中心と、液晶表示装置２の端に位置する画素対の中心との距離をＷＰとする。更にまた、レンチキュラレンズ３６の中央に位置する凸部３６ａにおける光の入射角及び出射角を夫々α及びβとし、レンチキュラレンズ３６の端に位置する凸部３６ａにおける光の入射角及び出射角を夫々γ及びδとする。距離ＷＬと距離ＷＰとの差をＣとし、距離ＷＰの領域に含まれる画素数を２ｍ個とする。
【００５５】
通常、表示装置に合わせてレンチキュラレンズを設計する場合が多いので、Ｐは定数として扱う。また、レンチキュラレンズの材料を選択することにより、ｎが決定される。これに対して、レンズと観察者との間の距離Ｄ及び立体可視域ｅは所望の値を設定する。これらの値を使用して、レンズ面と画素と間の距離Ｈ及びレンズピッチＬを決定する。スネルの法則と幾何学的関係より、下記数式１乃至６が成立する。また、下記数式７乃至９が成立する。
【００５６】
【数１】
2004085924.tif 000003
【００５７】
【数２】
2004085924.tif 000004
【００５８】
【数３】
2004085924.tif 000005
【００５９】
【数４】
2004085924.tif 000006
【００６０】
【数５】
2004085924.tif 000007
【００６１】
【数６】
2004085924.tif 000008
【００６２】
【数７】
2004085924.tif 000009
【００６３】
【数８】
2004085924.tif 000010
【００６４】
【数９】
2004085924.tif 000011
【００６５】
上記数式２、１及び３より、夫々下記数式１０、１１及び１２が成立する。
【００６６】
【数１０】
2004085924.tif 000012
【００６７】
【数１１】
2004085924.tif 000013
【００６８】
【数１２】
2004085924.tif 000014
【００６９】
また、上記数式６及び９より下記数式１３が成立する。また、上記数式７乃至９より、下記数式１４が成立する。更に、上記数式５より、下記数式１５が成立する。
【００７０】
【数１３】
2004085924.tif 000015
【００７１】
【数１４】
2004085924.tif 000016
【００７２】
【数１５】
2004085924.tif 000017
【００７３】
なお、下記数式１６に示すように、レンチキュラレンズ３６の厚さＨを焦点距離ｆと等しくすると、レンズの曲率半径ｒは下記数式１７により求まる。
【００７４】
【数１６】
2004085924.tif 000018
【００７５】
【数１７】
2004085924.tif 000019
【００７６】
以下、切換表示装置１の具体的なサイズの１例を示す。なお、以下に示すサイズは本実施形態の理解を容易にするために例示するものであり、本発明はこれに限定されない。例えば、画素ピッチＰが０．２４ｍｍである表示装置を使用し、レンチキュラレンズの材料として屈折率ｎが１．４９であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を使用し、レンズと観察者との距離Ｄを２８０ｍｍとし、立体可視域の長さｅを６５ｍｍとし、ｍの値を６０と設定すると、上記各数式により、レンズ面と画素との距離Ｈは１．５７ｍｍ、レンズピッチＬは０．４７８２ｍｍ、レンズの曲率半径ｒは０．５１６１ｍｍとすれば良いことがわかる。
【００７７】
次に、上述の結果に基づいて、２枚のレンチキュラレンズを備えた光学系の設計を行う。前述の如く、２枚のレンチキュラレンズ３１及び３２は、１枚のレンチキュラレンズ３６と等価であるため、２枚のレンチキュラレンズ３１及び３２の曲率半径Ｒは、１枚のレンチキュラレンズ３６の曲率半径ｒの２倍の値に設計する。即ち、下記数式１８が成立する。２枚のレンチキュラレンズ３１及び３２の曲率半径Ｒは、例えば１．０３２ｍｍである。レンチキュラレンズは公知の手法で上述の形状に加工されている。また、レンチキュラレンズ３１及び３２の厚さは、夫々例えば０．５ｍｍであり、レンチキュラレンズ３１とレンチキュラレンズ３２との間の間隔は例えば３０μｍである。更に、ガラス基板２３及び２５の厚さは例えば夫々０．７ｍｍであり、光学フィルム８の厚さは例えば０．１５ｍｍである。
【００７８】
【数１８】
2004085924.tif 000020
【００７９】
この設計の妥当性を検討するために、市販の光線追跡シミュレータを使用して計算機シミュレーションを行う。図６は、このシミュレーションに使用する光学モデルを示す図であり、立体画像表示時の配置を示す。また、図７は、横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、このシミュレーションの結果を示すグラフ図であり、図８は、横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、１枚のレンチキュラレンズを使用した場合の立体画像表示、及びレンチキュラレンズを使用しない場合の平面画像表示のシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【００８０】
図６に示すように、表示装置側のレンチキュラレンズ３２には、曲率半径Ｒが１．０３２ｍｍであるかまぼこ形の凸部３２ａが９個配列され、その配列ピッチ（レンズピッチ）Ｌは０．４７８２ｍｍとし、厚さＨは１．５７ｍｍとする。なお、９個の凸部の中心に位置する凸部３２ｃの中心をシミュレーションの原点として設定し、厚さ方向にＺ軸、レンズの連なる方向にＸ軸を設定する。観察者側のレンチキュラレンズ３１として、レンチキュラレンズ３２と同じピッチ、曲率半径を有するレンズを使用し、その厚さは０．５ｍｍとする。レンチキュラレンズ３１は、そのレンズ面を表示装置側に向け、表示装置側のレンチキュラレンズ３２に当接させて配置されている。
【００８１】
画素は、前述の座標系において、（ｘ，ｚ）＝（０．１２ｍｍ、−１．５７ｍｍ）の位置を中心として、幅が０．１８６ｍｍの発光領域である発光体４３を、表示装置側のレンチキュラレンズ３２の平面側に当接させて単体で配置している。即ち、これは、右眼には発光体４３からの光が入射し、左眼には入射しないような設定である。発光領域の両側には、幅が夫々０．０２７ｍｍの非表示領域が設けられている。これにより、０≦ｘ≦０．０２７ｍｍの領域、及び０．２１３≦ｘ≦０．２４０ｍｍの領域が非表示領域となり、０．０２７≦ｘ≦０．２１３ｍｍの領域が発光領域となる。非表示領域は、表示装置の混色を防止したり、画素に表示信号を伝送したりする目的で配置される遮光部に相当する。また、観察位置に相当する受光面５３は、ｚ＝２８０ｍｍの位置に、−１５０≦ｘ≦＋１５０ｍｍの領域に渡って設定する。なお、平面画像表示をシミュレートする場合には、観察者側のレンチキュラレンズ３１を＋Ｘ方向に半レンズピッチ（０．２３９１ｍｍ）ずらして配置する。
【００８２】
また、表示画面の均一性についての評価を行うために、表示画面の端に位置する画素についても、同様に計算を行う。これは、均一な表示を行うためには、表示画面の中央と端とのシミュレーション結果が一致することが必要条件であり、更に十分条件にもなる。この理由は、表示画面の中央と端との間に位置する画素の表示品質は、表示画面の中央における画素の表示品質と、表示画面の端における画素の表示品質との中間の値になるため、中央の画素及び端の画素について評価すれば、表示画面全体の表示品質を評価できるからである。表示画面の端に位置する画素についてのシミュレーションにおいては、画面端に位置するレンズの中心を原点に設定し、表示画面中央の場合と同様に２枚のレンチキュラレンズを設定する。画素は、レンズピッチと画素ピッチの違いを考慮し、Ｃ＝０．１０７ｍｍのオフセットを設定して、ｘ＝０．２２７ｍｍの位置を中心として、幅が０．１８６ｍｍの発光体を設置する。受光面は、ＷＬのオフセットを考慮し、（ｘ，ｚ）＝（−２８．６９２ｍｍ，２８０ｍｍ）の位置を中心として、Ｘ方向に±１５０ｍｍの範囲に渡って設定する。これらのシミュレーション結果を図７に示す。
【００８３】
また、比較のために、曲率がレンチキュラレンズ３１及び３２の曲率の２倍である１枚のレンチキュラレンズを使用して立体画像を表示する場合、及びレンチキュラレンズを使用せずに平面画像を表示する場合のシミュレーションを行う。このシミュレーション結果を図８に示す。
【００８４】
図７に示すように、図６に示す光学モデルを使用したシミュレーションにおいては、立体画像表示時には、−６０≦ｘ≦０及び６０≦ｘ≦１２０（ｍｍ）の領域で照度が高くなり、それ以外の領域では照度が低くなる。なお、−１５０≦ｘ≦−１２０ｍｍの領域において低いピークが認められるが、これは図６に示す凸部３２ｂを通過した光である。また、−６０≦ｘ≦０ｍｍの領域に認められるピークは、図６に示す９個の凸部のうち中央に位置する凸部３２ｃを通過した光である。更に、６０≦ｘ≦１２０ｍｍの領域に認められるピークは、図６に示す凸部３２ｄを通過した光である。
【００８５】
例えば、観察者の両眼間隔が６５ｍｍであり、両眼中心位置がｘ＝０ｍｍである場合、右眼の位置はｘ＝−３２．５ｍｍとなり、左眼の位置はｘ＝＋３２．５ｍｍとなる。このため、図７に示すような表示を行った場合、右眼には十分な量の光が入射し、左眼には光がほとんど入射しない。これは、図１に示すような実際の切換表示装置１において、左眼用画素に左眼用画像を表示させ、右眼用画素に右眼用画像を表示させた場合、左眼には左眼用画像が入力され、右眼には右眼用画像が入力され、両画像の分離が十分に確保され、観察者は立体画像を良好に認識できることを意味する。
【００８６】
また、図８に示すように、１枚のレンチキュラレンズを使用して立体画像を表示する場合においては、図７に示す２枚のレンズを使用する場合とほぼ同じ結果が得られるが、画素を拡大投影した像の幅は、図７に示す２枚のレンズを使用する場合よりも大きくなる。これは、２枚のレンズを使用することにより、この２枚のレンズと等価な１枚のレンズを使用する場合と比較して、収差を低減でき、投影像のぼけを抑制できるためである。即ち、２枚のレンズを使用すれば、１枚のレンズを使用する場合よりも、収差が少なくクロストークが生じにくい品質が優れた立体画像表示を実現することができる。
【００８７】
また、平面画像表示時には、約６０ｍｍ周期で照度が低くなる領域が出現する。これは、前述の非表示領域が拡大投影された領域である。この領域を除けば、−９０≦ｘ≦＋１５０ｍｍの広い領域に渡って、照度が略均一になる。
【００８８】
また、図８に示すように、レンチキュラレンズを使用せずに平面画像を表示する場合においては、全観察領域に渡ってほぼ均一な照度分布が得られる。図７に示す２枚のレンチキュラレンズを使用して平面画像を表示する場合は、図８に示すレンチキュラレンズを使用せずに平面画像を表示する場合と比較して、非表示領域が拡大投影された領域、即ち非平面可視域が認められるが、この暗部を除けば、レンズを使用しない場合と同様な結果が得られる。
【００８９】
即ち、２枚のレンズを使用する場合においても、前述の非平面可視域を避ければ、右眼及び左眼に相互に等しい照度の光が入射される。これは、図１に示すような実際の切換表示装置１において、左眼用画素及び右眼用画素の双方を独立した画素として使用し、高解像度の平面画像を表示した場合においても、観察位置を適当に選択し、例えば、図７に示すＡ−Ａの位置から観察すれば、左眼及び右眼に同じ画像が入力され、観察者が平面画像を良好に認識できることを意味する。
【００９０】
更に、図７に示すように、立体画像及び平面画像の双方において、表示装置の中央の画素についてのシミュレーション結果と、端の画素についてのシミュレーション結果が、略一致している。このため、表示画面全体で均一な表示が実現できている。なお、図７に示す結果から、このシミュレーションにおいて想定した切換表示装置を組み立てるときに、液晶表示装置に表示装置側のレンチキュラレンズを固定する際には、２枚のレンチキュラレンズを平面画像表示時の状態にし、両眼間隔が６５ｍｍの観察者が正面から観察して、液晶表示装置の明るさが最も低下するような位置に合わせると、表示装置側のレンズを精度よく配置できることがわかる。
【００９１】
以下、本発明の各構成要件における数値限定理由について説明する。
【００９２】
第１のレンチキュラレンズ部と第２のレンチキュラレンズ部との間の隙間：仮想レンチキュラレンズのレンズ素子の焦点距離の２０％以下
２枚のレンズを使用する場合には、第１のレンズの焦点距離より近い位置に画素が位置するため、第１のレンズのある凸部から出射した光は広がりをもって第２のレンズに入射する。このため、レンズ間間隔が増大すると、第２のレンズにおいて、光が出射した第１のレンズの凸部に対向する位置に配置された凸部以外の凸部に入射する光が増大し、特性が悪化する。例えば、図６に示す凸部３２ｃから出射した光の多くが、凸部３１ｂ及び３１ｄ等に入射するようになる。従って、レンズ間間隔を一定の範囲内に収めることが必要である。
【００９３】
そこで、２枚のレンチキュラレンズを配置する場合のＺ軸方向における誤差許容量、即ち、２枚のレンチキュラレンズ間の距離について検討を行うために、レンズの位置をＺ軸方向に変化させてシミュレーションを行う。観察者側のレンチキュラレンズの位置をＺ軸正方向に５μｍ、５０μｍ、１００μｍ、５００μｍの各距離に設定した場合について、前述のシミュレーションと同様なシミュレーションを行う。この結果を図９に示す。
【００９４】
図９は、横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、このシミュレーションの結果を示すグラフ図であり、図１０は、横軸に観察者側のレンチキュラレンズのＺ軸における位置をとり、縦軸に、コントラスト比ＣＲをとって、レンチキュラレンズ間の距離が立体画像の表示品質に及ぼす影響を示すグラフ図である。図９に示すシミュレーション結果において、両眼間隔を６５ｍｍに設定し、両眼中心位置をｘ＝０ｍｍ（即ち、右眼位置がｘ＝−３２．５ｍｍ、左眼位置がｘ＝３２．５ｍｍ）におけるコントラスト比を算出した結果が図７に記載の「０ｍｍ」である。また、両眼中心位置がｘ＝２５．５ｍｍ（即ち、右眼位置がｘ＝−７ｍｍ、左眼位置がｘ＝５８ｍｍ）におけるコントラスト比を算出した結果が図７に記載の「２５．５ｍｍ」である。
【００９５】
表示特性を定量的に評価するための指標としてクロストークを導入する。クロストークはコントラスト比ＣＲによって評価され、値ＣＲの絶対値が大きいほどクロストークは少なく、良好な立体表示を実現することができる。右眼に入射する光の照度をｉＲ、左眼に入射する光の照度をｉＬとすると、コントラスト比ＣＲは下記数式１９により定義される。なお、文献（磯野春雄“多眼式メガネなし３次元ディスプレイ”、ＮＨＫ技研Ｒ＆Ｄ、Ｖｏｌ．２、ｐ．１３−１７、１９９３年）によれば、良好な立体表示を行うために、コントラスト比ＣＲは約−７．８ｄＢ未満、即ち、｛（右眼画像の照度）／（左眼画像の照度）｝＜（１／６）であることが必要とされている。
【００９６】
【数１９】
2004085924.tif 000021
【００９７】
図９に示すように、観察者側のレンチキュラレンズの位置がｚ≦１００μｍの範囲では、レンズ間の距離が増大しても表示特性に大きな変化は認められない。しかしながら、観察者側のレンチキュラレンズの位置がｚ＝５００μｍになると、観察位置が−３５≦ｘ≦３５ｍｍの領域では、ｚ≦１００μｍの場合とほぼ同等な結果が得られるものの、それ以外の領域では表示特性が低下する。
【００９８】
また、図１０に示すように、左右の眼の位置をｘ＝±３２．５ｍｍの位置に配置した場合、即ち、両眼中心位置がｘ＝０ｍｍである場合には、レンズ位置が５００μｍでも大きな特性の悪化はない。しかし、左右の眼を±６０ｍｍの範囲で動かした場合を考慮すると、両眼中心位置がｘ＝２５．５ｍｍの場合において評価する必要がある。図１０に示すように、両眼中心位置がｘ＝２５．５ｍｍの場合は、レンズ間隔が増大するに伴い、特性が悪化する様子が認められ、特に、観察者側のレンチキュラレンズの位置がｚ＝５００μｍになると特性が著しく悪化する。図１０より、±６０ｍｍの観察領域の端においてもＣＲ＜−７．８ｄＢを実現するためには、レンチキュラレンズ間の間隔を３２０μｍ以内に設定することが好ましいことがわかる。
【００９９】
但し、この値は本シミュレーションにおいて設定している表示装置及びレンズの場合の許容値であるため、この許容値を一般的な指標により表現する。一般的に、レンズの光軸方向における長さの基準となる量として、焦点距離がある。本シミュレーションにおいては、レンズ間間隔の許容値は３２０μｍであり、レンズの焦点距離ｆは、前記数式１６よりこのレンズの厚さＨと等しいため、１．５７ｍｍである。従って、レンズ間間隔の許容値は、焦点距離の２０％に相当する。即ち、レンズ間間隔は焦点距離の２０％以内であることが好ましいといえる。
【０１００】
第１のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸と第２のレンチキュラレンズ部の中央に位置するレンズ素子の光軸との間のずれ量：第１のレンチキュラレンズ部におけるレンズ素子の配列周期の１２％以下
２枚のレンチキュラレンズを配置する場合のＸ軸方向における誤差許容量、即ち、立体表示を行う場合における２枚のレンチキュラレンズの光軸間の距離の許容量について検討を行うために、レンズの位置をＸ軸方向に変化させてシミュレーションを行う。具体的には、観察者側のレンチキュラレンズの位置を、表示装置側のレンチキュラレンズに対して、Ｘ軸方向にｘ＝０μｍ、±３０μｍ、±５０μｍ、±１００μｍと変化させてシミュレーションを行う。なお、ｘ＝０μｍとは、レンチキュラレンズの光軸に平行な方向から見て、観察者側のレンチキュラレンズの中心が表示装置側のレンチキュラレンズの中心と一致し、両者の光軸が一致する場合を示している。
【０１０１】
図１１は、横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、このシミュレーションの結果を示すグラフ図であり、図１２は、横軸に観察者側のレンチキュラレンズのＸ軸における位置、即ちずれ量をとり、縦軸にコントラスト比ＣＲをとって、レンチキュラレンズ間の距離が立体画像の表示品質に及ぼす影響を示すグラフ図である。なお、図１１及び図１２においては、ｘ≧０の範囲のシミュレーション結果のみを示しているが、ｘ＜０の範囲のシミュレーション結果も、ｘ≧０の場合と同様である。
【０１０２】
図１１に示すように、レンズ間の位置のずれが大きくなるに従い、観察領域の中央付近から特性が悪化していることが分かる。これは、レンズのずれ量の増大と共に、表示装置側のレンズの凸部から、この凸部に対向する観察者側のレンズの凸部に隣接する凸部への迷光が増加するためと考えられる。図１２に示すように、コントラスト比ＣＲ＜−７．８ｄＢを実現するためには、レンチキュラレンズのずれ量を±６０μｍ以下にする必要がある。
【０１０３】
但し、Ｚ軸方向の場合と同様に、この値は本シミュレーションにおいて設定した表示装置及びレンズの場合の許容値であるため、この許容値を一般的な指標により表現する。一般的に、レンチキュラレンズの光軸に直交する方向における長さの基準となる量として、レンズピッチがある。本シミュレーションにおいては、レンズ間のずれ量の許容値は±６０μｍであり、レンズピッチＬは０．４７８２ｍｍである。従って、レンズのＸ軸方向のずれ量の許容値は、レンズピッチの±１２％に相当する。即ち、２枚のレンズの光軸の間のずれ量は、レンズピッチの±１２％以内に設定することが好ましいといえる。
【０１０４】
上述の如く、本実施形態の立体画像平面画像切換表示装置においては、２枚のレンチキュラレンズを組み合わせ、一方のレンチキュラレンズを他方のレンチキュラレンズに対して、光軸に直交する方向にレンズピッチの半分の距離だけ移動させることにより、立体画像表示と平面画像表示との切換を行っている。このため、画像表示を切り替えるための大掛かりな切換手段を必要とせず、また、レンズの移動距離が小さいため、切換表示装置の薄型化、小型化及び軽量化並びに低コスト化を図ることができる。また、レンズの移動距離が小さいため、立体画像表示と平面画像表示との切換を速やかに行うことができる。更に、光の通過域に介在するような切換手段を設けていないため、表示品質が低下することがない。
【０１０５】
例えば、前述の特開平０８−０６８９６１号公報及び特開平０４−１１２２７３号公報に記載されたレンチキュラレンズを形成する物質と同じ屈折率を持つ液状物質を注入及び排出する技術と比較して、ポンプ及びタンク等を設ける必要がないため、装置を小型化及び低コスト化することができ、液状物質を注入及び排出する必要がないため、画像表示の高速切換が可能となり、不完全注入及び不完全排出の問題が発生しないため、高品質表示が可能となる。また、特開平０９−１９７３４３号公報に記載されたレンチキュラレンズと画像表示装置との間の距離を可変とする技術と比較して、前記距離を可変とするための空間が不要であることから、装置の薄型化が可能となる。また、高価なファイバフェースプレートを設ける必要がないため、低コスト化が可能となる。このように、本実施形態によれば、薄型、小型、軽量、高速切換、高品質表示、低コストといった特長を有する立体画像平面画像切換表示装置を得ることができる。
【０１０６】
このため、本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置は、携帯電話等の携帯機器に好適に適用することができ、良好な立体画像及び平面画像の双方を表示することができる。本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を携帯機器に適用すれば、大型の表示装置に適用する場合と異なり、観察者が自分の両眼と表示画面との位置関係を任意に調節できるため、最適な可視域を速やかに見出すことができる。
【０１０７】
なお、本実施形態に係る切換表示装置においては、光源としてバックライトを設ける方法を示したが、バックライトの替わりにフロントライトを設けてもよい。この場合、液晶表示装置に入射する光線の関係より、表示装置側のレンチキュラレンズの端部に光源を設け、この光源から表示装置側のレンチキュラレンズに光を入射させることが好ましい。このとき、表示装置側のレンチキュラレンズの凹凸が、入射された光を液晶表示装置に向けて散乱させる溝の役割を果たすため、特別にフロントライト用の溝を形成する必要がない。
【０１０８】
また、本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置は携帯電話のみならず、携帯端末、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の携帯端末装置に適用することができる。さらに、前記表示装置には、液晶表示装置の他に、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマ表示装置、ＣＲＴ表示装置、ＬＥＤ表示装置、フィールドエミッション表示装置、ＰＡＬＣ等を使用してもよい。液晶表示装置を使用する場合においても、一般的な透過型液晶表示装置のみならず、反射型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置、微透過型液晶表示装置等を使用することができる。更に、印刷物のような静止画像に対して適用することも可能である。
【０１０９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１３は本実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、平面画像表示状態を示す。また、図１４は、横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、図１３に示す装置についてのシミュレーション結果を示すグラフ図である。本実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、平面画像表示時のレンチキュラレンズの凸部の位置を、立体画像表示時と比較して、表示装置の画素に対して１／４レンズピッチずらして配置することを特徴とする。
【０１１０】
図７に示すように、前述の第１の実施の形態においては、平面画像表示時に画素の非表示領域も拡大されるため、平面可視域内に平面画像を認識できない非平面可視域が発生する。この非平面可視域が立体可視域と重なるため、平面可視域と立体可視域とが相互にずれてしまう。このため、立体画像表示と平面画像表示とを切り替える際には、視点を移動させて観察しなければならず不便である。
【０１１１】
この問題を解決するためには、非平面可視域を立体可視域と一致させなければよく、そのためには２通りの解決法が考えられる。第１の解決法は平面画像表示時のレンズ位置を表示装置に対して１／４レンズピッチずらして配置する方法であり、第２の解決法は立体可視域を大きく設定する方法である。本第２実施形態においては、第１の解決法を説明する。
【０１１２】
前述の第１の実施形態において、２枚のレンチキュラレンズを半レンズピッチずらして配置して得られた等価的な仮想レンズ曲面は、元のレンチキュラレンズピッチの半分のピッチを有し、その光軸は画素の中心と一致している。このために、画素が観察位置の中心を中心として拡大投影される結果となっている。そこで、本実施形態においては、図１３に示すように、２枚のレンチキュラレンズの位置と画素の位置とを、方向１１に沿って１／４レンズピッチずらす。これにより、前述の等価な仮想レンズ曲面の光軸が各画素の中心に対して、１／４レンズピッチだけずれる。このため、拡大された像の中心も、拡大像の１／４ピッチだけずれることになる。この結果、平面可視域と立体可視域を一致させることが可能となる。
【０１１３】
図１３に示すように、本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置においては、液晶表示装置２並びにレンチキュラレンズ３１及び３２は前述の第１の実施形態と同じものを使用するが、表示装置側のレンチキュラレンズ３２は液晶表示装置に貼合せずに、液晶表示装置から例えば約２０μｍの間隔をあけて設置されている。また、表示装置側のレンチキュラレンズ３１にも、このレンチキュラレンズ３１をレンズが連なる方向１１に移動させるためのアクチュエータ６が取り付けられている。本実施形態の切換表示装置における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【０１１４】
次に、本実施形態に係る切換表示装置の動作について説明する。立体画像を表示する際には、表示画面中央において、画素対の中心に２枚のレンチキュラレンズの光軸が一致するようにアクチュエータを作動させる。また、平面画像を表示する際には、表示装置側のレンチキュラレンズ３２の光軸を、アクチュエータを作動させて方向１１に沿って１／４レンズピッチ移動させると共に、観察者側のレンチキュラレンズ３１の光軸を、アクチュエータを作動させてレンチキュラレンズ３２の移動方向とは反対の方向に１／４レンズピッチ移動させる。これにより、レンチキュラレンズ３１の光軸とレンチキュラレンズ３２の光軸とが１／２レンズピッチずれると共に、この２枚のレンズと等価な１枚のレンズの光軸が、画素の中心に対して１／４レンズピッチずれる。なお、この２枚のレンズの移動方向は、相互に反対であればどちらに移動しても同様の結果を得ることができる。本実施形態の切換表示装置における上記以外の動作は、前述の第１の実施形態と同様である。これにより、立体表示時の立体可視域と平面表示時の平面可視域を一致させることができ、良好な立体画像表示及び平面画像表示を実現することができる。
【０１１５】
図１３に示す光学系について計算機シミュレーションを行った結果を図１４に示す。このシミュレーションにおける前記以外の条件は、前述の第１の実施形態におけるシミュレーション条件と同じである。図１４に示すように、本実施形態においては、立体可視域と平面可視域が一致した結果となっている。
【０１１６】
このように、本実施形態においては、立体可視域と平面可視域とを一致させることができる。この結果、立体画像表示と平面画像表示とを切り替える際に、視点を移動させる必要がない。本実施形態の切換表示装置における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【０１１７】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１５は本実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、立体画像表示状態を示す。図１５に示すように、本実施形態に係る切換表示装置は、前述の第２の実施形態に係る切換表示装置と比較して、アクチュエータ６が液晶表示装置２及び表示装置側のレンチキュラレンズ３２に取り付けられている点が異なっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第２の実施形態と同様である。
【０１１８】
これにより、本実施形態の切換表示装置は、前述の第２の実施形態の切換表示装置のように２枚のレンチキュラレンズ３１及び３２を移動させるのではなく、液晶表示装置２及び表示装置側のレンチキュラレンズ３２を移動させて、立体画像表示と平面画像表示との切換を行う。即ち、立体画像を表示する際には、表示画面中央の画素間に２枚のレンチキュラレンズの光軸が一致するように、レンチキュラレンズ３２に取り付けたアクチュエータ６及び液晶表示装置２に取り付けたアクチュエータ６を作動させる。また、平面画像を表示する際には、レンチキュラレンズ３２に取り付けたアクチュエータ６を作動させることにより、レンチキュラレンズ３２の光軸をレンズ素子が連なる方向１１に１／２レンズピッチ移動させると共に、液晶表示装置２に取り付けたアクチュエータを作動させて、液晶表示装置２の位置を、レンチキュラレンズ３２の移動方向とは反対方向に１／４レンズピッチ移動させる。これにより、レンチキュラレンズ３１及び３２並びに液晶表示装置２の相対的な位置関係が、前述の第２の実施形態における平面画像表示時と同じになる。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第２の実施形態と同様である。
【０１１９】
装置の最表面を可動とする場合には、塵等の影響により動作不良が発生する可能性が高い。そこで、観察者側レンチキュラレンズの更に観察者側に保護板を設ける必要が発生するが、この保護板の厚さにより装置全体の厚さが増大してしまうという問題がある。そこで、本実施形態においては、観察者側のレンチキュラレンズを固定し、表示装置側のレンチキュラレンズ及び表示装置にアクチュエータを取り付けて可動とする。これにより、観察者側のレンチキュラレンズに保護板の機能を持たせることが可能となるため、装置全体の薄型化が可能になる。また、保護板の機能だけでなく、タッチパネル又はフロントライトの機能を持たせることも可能である。特に、フロントライトの機能を持たせる場合には、観察者側のレンチキュラレンズの観察者側の平面に、光を液晶表示装置側に散乱させるための溝を設けてもよく、又は、レンチキュラレンズの凹凸によって光を液晶表示装置側に散乱させるようにして、溝の形成を省略してもよい。
【０１２０】
このように、本実施形態においては、立体表示時の立体可視域と平面表示時の平面可視域とを一致させることができ、且つ、薄型で信頼性が高い立体画像平面画像切換表示装置を実現することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第２の実施形態と同様である。
【０１２１】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１６は本実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、立体画像表示状態を示す。本実施形態においては、前述の第２の実施形態において示した立体可視域と平面可視域とを一致させる第２の解決法、即ち、立体可視域を大きく設定する方法について説明する。図１６に示すように、本実施形態に係る切換表示装置は、前述の第１の実施形態に係る切換表示装置と比較して、レンチキュラレンズ３１及び３２の焦点距離をより短くしている、本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【０１２２】
本実施形態においては、前述の第１の実施形態と比較して、立体可視域をより拡大している。なお、立体可視域を拡大すると、不可避的に平面可視域も拡大される。このとき、観察者の両眼の位置において、立体可視域及び平面可視域が重なるように設計する。以下、この設計方法について説明する。前述の図７において、左眼が例えばｘ＝３２．５ｍｍの位置にあり、右眼が例えばｘ＝−３２．５ｍｍの位置にある場合を想定する。この場合、両眼は平面表示における非表示領域が拡大投影された非平面可視領域に位置しており、観察者は平面画像を認識することができない。しかしながら、立体画像及び平面画像をｘ＝０の位置を中心として±Ｘ方向に拡大していくと、図７において−２０≦ｘ≦２０ｍｍの位置にある平面可視域が±ｘ方向に拡大され、この平面可視域の端が両眼の位置（ｘ＝±３２．５ｍｍ）に到達し、観察者が平面画像を認識できるようになる。但し、更に画像を拡大すると、初期状態において−５０≦ｘ≦−１０の位置にある立体可視域が−ｘ方向に移動して右眼の位置（ｘ＝−３２．５ｍｍ）から外れてしまい、観察者が立体画像を認識することができなくなる。
【０１２３】
図１７（ａ）及び（ｂ）は、横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、立体可視域及び平面可視域の許容幅を示す模式的グラフ図である。相互に隣接する２つの画素における非表示部の幅を合計でＷＢＭとし、両眼間隔をＷｅｙｅとすると、図１７（ａ）に示す立体可視域の許容幅Ｗ３Ｄは、眼の位置から非平面可視域までの距離となり、下記数式２０により表される。また、平面可視域の許容幅Ｗ２Ｄは、眼から非平面可視域までの距離となり、下記数式２１で表される。
【０１２４】
【数２０】
2004085924.tif 000022
【０１２５】
【数２１】
2004085924.tif 000023
【０１２６】
上述のＷ３ＤとＷ２Ｄとが相互に一致する場合が、立体表示及び平面表示が共に最も広い範囲で認識可能となる場合である。このとき、下記数式２２が成立する。これは、立体可視域を両眼間隔の２倍に設定することに他ならない。
【０１２７】
【数２２】
2004085924.tif 000024
【０１２８】
上述の設計に基づき、本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置のサイズの一例を示す。例えば、レンチキュラレンズの曲率半径は０．７４７ｍｍとし、レンズピッチは０．４７９１ｍｍとする。また、表示装置側のレンズ板の厚さを０．３ｍｍとする。この切換表示装置における他の部分のサイズは、前述の第１の実施形態において例示したサイズと同じである。この立体画像平面画像切換表示装置を前述の第１の実施形態と同様に作動させ、レンチキュラレンズから４００ｍｍ離れた位置から観察すると、立体表示時と平面表示時とにおいて視点を変えることなく観察することができる。また両者の可視域をその中心から±１８ｍｍ確保することができ、幅広い範囲で観察可能な立体画像平面画像切換表示装置を実現することができる。
【０１２９】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１８（ａ）及び（ｂ）は本実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、（ａ）は平面画像表示状態を示し、（ｂ）は立体画像表示状態を示す。また、図１９は、横軸にレンズにおける光軸に直交する方向の位置をとり、縦軸にこの位置におけるレンズの高さをとって、レンズ形状を示すグラフ図である。更に、図２０は、ある画素の一端部から出射した光の経路を示す図であり、図２１はこの画素の他端部から出射した光の経路を示す図であり、図２２はこの画素の中央部から出射した光の経路を示す図である。更にまた、図２３は、横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、図１８（ａ）及び（ｂ）に示す装置についてのシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【０１３０】
図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る切換表示装置は、２枚のレンチキュラレンズのうち、１枚を凹型のレンチキュラレンズとすることを特徴とする。本実施形態に係る切換表示装置においては、液晶表示装置２側に凸型のレンチキュラレンズ３２が設けられており、このレンチキュラレンズ３２よりも観察者側に凹型のレンチキュラレンズ３３が設けられている。またこの凹型のレンチキュラレンズ３３にはアクチュエータが取り付けられており、レンチキュラレンズ３３はそのレンズ素子としての凹部が連なる方向に移動可能に設けられている。凸型のレンチキュラレンズ３２の焦点距離の絶対値は、凹型のレンチキュラレンズ３３の焦点距離の絶対値と略等しい。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【０１３１】
次に、本実施形態に係る切換表示装置の動作について説明する。図１８（ａ）に示すように、平面画像表示を行う場合には、凸型レンチキュラレンズ３２の光軸が凹型レンチキュラレンズ３３の光軸に一致するように、レンチキュラレンズ３２及び３３を配置する。これにより、２枚のレンチキュラレンズはレンズの機能がほぼ打ち消しあうため、平面表示を実現することができる。また、図１８（ｂ）に示すように、立体表示を行う場合には、凸型レンチキュラレンズ３２の光軸が凹型レンチキュラレンズ３３の光軸に対して半レンズピッチずれるように、レンチキュラレンズ３２及び３３を配置する。これにより、平面表示の場合のようにレンズの効果が打ち消しあうことなく、良好な立体表示を実現することが可能となる。
【０１３２】
次に、本実施形態におけるレンチキュラレンズの設計方法について詳細に説明する。良好な平面表示を実現するためのレンズに対する制約は単純であり、凹レンズの焦点距離と凸レンズの焦点距離との絶対値が概一致することである。そこで、良好な立体表示を実現するための条件について検討する。
【０１３３】
図１９に示すように、凹型レンチキュラレンズと凸型レンチキュラレンズを半レンズピッチずらして配置する場合、この２枚のレンズと等価な１枚の仮想的なレンズを想定すると、この１枚の仮想的なレンズ（以下、合成レンズという）の形状はほぼ直線状となる。このため、立体表示時には、この合成レンズは多数のプリズムをレンズピッチで配置したプリズム板と同等の機能を有することになる。従って、このプリズムの傾斜角の設計を行えば良いことになる。プリズムの場合、画素のある点からの光はレンズのような集光作用を施されずに観察面に投影されるため、ある幅を持った光束の集合体となり、投影像の照度分布は山型の形状になることが想定される。立体表示の効果を最も大きくするためには、この山型の頂上の位置を眼の位置に配置すれば良い。これは、画素の中央から発した光がプリズム効果によって分散され、この分散された光がｘ＝±（ｅ／２）の位置を中心にして、幅ｅに渡って分配される場合に他ならない。
【０１３４】
このとき、図２０に示すように、右眼用画素４２におけるこの画素４２と対をなす左眼用画素（図示せず）から遠い側の端（図示の右端）から発した光は、前記右眼用画素と左眼用画素の境界をｘ＝０とする場合に、合成レンズであるプリズム板３４により、観察面における−３×ｅ／２≦ｘ≦−ｅ／２の領域に投影される。また、図２１に示すように、右眼用画素４２におけるこの画素４２と対をなす左眼用画素に近い側の端（図示の左端）から発した光は、プリズム板３４により、観察面における−ｅ／２≦ｘ≦ｅ／２の領域に投影される。そして、図２２に示すように、右眼用画素４２の中央から発した光は、プリズム板３４により、観察面における−ｅ≦ｘ≦０の領域に投影される。プリズムの傾斜角をθとすると、スネルの法則により、下記数式２３が成立する。
【０１３５】
【数２３】
2004085924.tif 000025
【０１３６】
この傾斜角θは、前述の第１の実施形態における値を用いると、θ＝１３．１°となる。次に、この傾斜角θを、凹レンズと凸レンズの光軸を半レンズピッチずらした状態で実現する手段について説明する。図１９に示すように、曲率半径Ｒのレンズを半レンズピッチずらして重ねた場合に、光軸を含む断面において、凸レンズ面ｆ（ｘ）は下記数式２４により与えられ、凹レンズ面ｇ（ｘ）は下記数式２５により与えられる。このため、合成レンズのレンズ面ｈ（ｘ）は下記数式２６により与えられる。
【０１３７】
【数２４】
2004085924.tif 000026
【０１３８】
【数２５】
2004085924.tif 000027
【０１３９】
【数２６】
2004085924.tif 000028
【０１４０】
上記数式２６より、下記数式２７及び２８が成立する。その結果、傾斜角θは下記数式２９により表現される。この数式２９を曲率半径Ｒについて解くと、下記数式３０が得られる。
【０１４１】
【数２７】
2004085924.tif 000029
【０１４２】
【数２８】
2004085924.tif 000030
【０１４３】
【数２９】
2004085924.tif 000031
【０１４４】
【数３０】
2004085924.tif 000032
【０１４５】
この数式３０に、例えば上述の傾斜角θ＝１３．１°、レンズピッチＬ＝０．４７８２ｍｍの値を代入すると、曲率半径Ｒ＝１．０３ｍｍとなる。これは、１枚のレンチキュラレンズを使用する場合の曲率半径ｒ＝０．５１６１ｍｍの約２倍に相当する。
【０１４６】
この設計の妥当性について検討するために、計算機シミュレーションを行う。このシミュレーションに使用する光学モデルは、前述の第１の実施形態におけるシミュレーションに使用した光学モデルと比較して、観察者側のレンチキュラレンズとして凹型のレンチキュラレンズを使用する点と、２枚のレンチキュラレンズを、夫々の光軸が一致するように配置する場合を平面表示、半レンズピッチずらして配置する場合を立体表示とする点が異なる。本シミュレーションにおける上記以外の条件は前述の第１の実施形態におけるシミュレーションの条件と同じである。このシミュレーションの結果を図２３に示す。
【０１４７】
図２３に示すように、本シミュレーションの結果、平面表示及び立体表示の双方において、表示画面の中央の表示特性と端の表示特性は略一致した結果となっている。従って、この切換表示装置において、表示画面全体で均一な表示が実現可能である。平面表示の場合には、前述の第１の実施形態において認められた非表示領域の拡大領域（図７参照）は認められず、レンズを使用しない場合と同様な均一な照度分布が得られる。また、立体表示の場合には、設計通りの良好な表示が得られる。
【０１４８】
このように、本実施形態においては、２枚の凸型のレンチキュラレンズを使用する場合と比較して、画素の非表示領域が拡大投影されない良好な平面画像表示を実現できる。また立体画像表示も可能である。この結果、立体画像平面画像切換表示装置を実現することができる。
【０１４９】
なお、本実施形態においては、前述の第１の実施形態と同様に、観察者側のレンズ、即ち凹型レンチキュラレンズ３３を可動としているが、前述の第２及び第３の実施形態と同様に、液晶表示装置及び表示装置側のレンズ、即ち、凸型レンチキュラレンズ３２を可動としてもよい。このとき、立体表示時における右眼用画素、左眼用画素及び凸型レンチキュラレンズの凸部の相対的な配置が重要であり、光軸方向から見て、右眼用画素と左眼用画素との境界部分と、凸部の中心が一致する必要がある。この原則を守る限り、凸型レンチキュラレンズ及び凹型レンチキュラレンズのいずれを表示装置側に配置してもよく、また、どちらのレンズを可動としてもよい。なお、凸型レンチキュラレンズを表示装置側に配置する場合は、表示装置に立体画像を表示し、この立体画像が品質よく観察されるように凸型レンチキュラレンズを配置すると、精度よく配置することができる。
【０１５０】
次に、本第５の実施形態の変形例について説明する。図２４（ａ）及び（ｂ）は本変形例に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、（ａ）は平面画像表示状態を示し、（ｂ）は立体画像表示状態を示す。本変形例は、前述の第５の実施形態に示す技術を、多眼式の切換表示装置に適用した例である。多眼式とは、右眼用画素及び左眼用画素の他に、１種類以上の画素を準備しておく方式であり、レンチキュラレンズの１つのレンズ素子に対して、３つ以上の画素が対応することになる。
【０１５１】
図２４（ａ）及び（ｂ）に示すように、液晶表示装置２の液晶層２４には、例えば４種類の画素４０１乃至４０４が方向１１に沿ってこの順に繰返し配列されている。そして、各１個の画素４０１乃至４０４からなる画素群に対して、レンチキュラレンズ３２の１つの凸部３２ａ及びレンチキュラレンズ３３の１つの凹部３３ａが対応するようになっている。本変形例におけるこれ以外の構成は、前述の第５の実施形態と同様である。
【０１５２】
次に、本変形例に係る切換表示装置の動作について説明する。図２４（ａ）に示すように、平面画像を表示する際には、凸型レンチキュラレンズ３２の光軸を凹型レンチキュラレンズ３３の光軸に一致させる。そして、画素４０１乃至４０４を夫々独立した画素として同一の平面画像を表示する。このとき、凸型レンチキュラレンズ３２及び凹型レンチキュラレンズ３３のレンズ効果は相殺されるため、画素４０１乃至４０４から出射した光は同一方向に出射する。
【０１５３】
これに対して、立体画像を表示する際には、図２４（ｂ）に示すように、凸型レンチキュラレンズ３２の光軸を凹型レンチキュラレンズ３３の光軸から半レンズピッチずらす。これにより、前述の第５の実施形態と同様に、レンチキュラレンズ３２及び３３がプリズムとて機能する。そして、画素４０１乃至４０４が夫々相互に異なる４種類の画素を表示する。このとき、凸型レンチキュラレンズ３２及び凹型レンチキュラレンズ３３はプリズム効果を生じ、画素４０１から出射した光を第１の方向に出射し、画素４０２から出射した光を第２の方向に出射し、画素４０３から出射した光を第３の方向に出射し、画素４０４から出射した光を第４の方向に出射する。これにより、観察者が視点を変えることにより、４種類の画像を認識することができる。この結果、例えば、ある被写体の画像を表示する際に、切換表示装置を正面から観察すると、この被写体を正面から見た画像が認識され、切換表示装置を斜め方向から観察すると、この被写体を斜め方向から見た画像が認識されるような表示を行うことができる。これにより、より高度な立体感を実現することが可能となる。本変形例における上記以外の動作及び効果は、前述の第５の実施形態と同様である。なお、画素の種類は４種類に限定されず、３種類又は５種類以上であってもよい。
【０１５４】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図２５（ａ）及び（ｂ）は本実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、（ａ）は平面画像表示状態を示し、（ｂ）は立体画像表示状態を示す。また、図２６は、横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、図２５（ａ）及び（ｂ）に示す装置についてのシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【０１５５】
図２５（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、２枚のレンチキュラレンズの替わりに、一方向に延びるプリズム状の光学素子が複数列相互に平行に配列された板状部材（以下、プリズム板３５という）を２枚使用することを特徴としている。この２枚のプリズム板３５の形状は相互に等しくなっている。そして、この２枚のプリズム板３５のうち、表示装置側に配置されたプリズム板３５は液晶表示装置２に固定されており、観察者側に配置されたプリズム板３５にはアクチュエータ（図示せず）が取り付けられており、プリズム状光学素子の配列方向１１に移動可能となっている。なお、各プリズム板３５の傾斜角は、前述の第５の実施形態における仮想的なプリズムの傾斜角（θ＝１３．１°）の半分の値（θ＝６．５°）とする。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【０１５６】
次に、本実施形態に係る切換表示装置の動作について説明する。図２５（ａ）に示すように、この切換表示装置において平面画像表示を行う場合は、表示装置側のプリズム板３５の頂点を観察者側のプリズム板３５の谷に合わせるように、２枚のプリズム板３５を配置する。これにより、２枚のプリズム板３５はプリズムの機能が相互に打ち消しあうため、平面表示を実現することができる。
【０１５７】
また、図２５（ｂ）に示すように、立体画像表示を行う場合は、プリズム板３５の頂点同士を一致させるように、２枚のプリズム板３５を配置する。これにより、平面表示の場合のようにプリズムの効果が打ち消しあうことなく、２枚のプリズム板が、傾斜角θが１３．１°である１枚の仮想的なプリズム板として機能するため、前述の第５の実施形態と同様に、良好な立体表示を実現することができる。
【０１５８】
上述の光学モデルを使用して、計算機シミュレーションを行い、その結果を図２６に示す。このシミュレーションにおける上記以外の条件は、前述の第１の実施形態におけるシミュレーションの条件と同じである。図２６に示すように、本シミュレーションの結果、前述の第５の実施形態におけるシミュレーション結果（図２３参照）と同様に、平面表示及び立体表示の双方において良好な結果が得られる。
【０１５９】
プリズム板は、レンチキュラレンズと比較して形状が単純であるため、より低コストに作製することができる。このため、本実施形態においては、立体画像平面画像切換表示装置の低コスト化が可能となる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第５の実施形態と同様である。
【０１６０】
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。図２７（ａ）及び（ｂ）は本実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、（ａ）は立体画像表示状態を示し、（ｂ）は平面画像表示状態を示す。また、図２８（ａ）及び（ｂ）はこの立体画像平面画像切換表示装置を示す上面図であり、（ａ）は立体画像表示状態を示し、（ｂ）は平面画像表示状態を示す。
【０１６１】
図２７（ａ）及び（ｂ）並びに図２８（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る切換表示装置は、前述の第１の実施形態と比較して、２枚のレンチキュラレンズの替わりに、２枚の凸型のフライアイレンズ３８及び３９が設けられている。なお、フライアイレンズとは、通常のレンズがマトリクス状に配列されたレンズである。そして、この２枚のフライアイレンズの焦点を含む平面上に、液晶表示装置２が設けられており、この液晶表示装置２においては、相互に異なる画像を表示する４種類の画素４４乃至４７が設けられている。各１個の画素４４乃至４７が（２行×２列）に配列されて１組の画素群を構成し、各画素群がフライアイレンズの各レンズ素子に対応するようになっている。これにより、インテグラルフォトグラフィの手法が実現されている。また、観察者側のフライアイレンズ３８には２組のアクチュエータ（図示せず）が取り付けられており、フライアイレンズ３８は表示装置側のフライアイレンズ３９に対して、レンズの光軸に直交する任意の方向に移動可能となっている。
【０１６２】
次に、本実施形態に係る切換表示装置の動作について説明する。図２７（ａ）及び図２８（ａ）に示すように、立体画像を表示する場合においては、フライアイレンズ３８の各レンズ素子の光軸が、フライアイレンズ３９の各レンズ素子の光軸と一致するように、フライアイレンズ３８を配置する。これにより、２枚のフライアイレンズ３８及び３９が仮想的な１枚のフライアイレンズとして機能する。この結果、フライアイレンズ３８及び３９が、画素４４乃至４７から出射した光を、夫々第１及び第４の方向に出射する。
【０１６３】
また、図２７（ｂ）及びず２８（ｂ）に示すように、平面画像を表示する際には、フライアイレンズ３８をフライアイレンズ３９に対して、画面の左右方向、上下方向、又は左右方向及び上下方向の双方に１／２レンズピッチ移動させて、フライアイレンズ３８の光軸が、フライアイレンズ３９の光軸に対して１／２ピッチずれるようにする。これにより、前述の第１の実施形態と同様な原理により、平面画像を表示することができる。
【０１６４】
前述の第１の実施形態のように、２枚のレンチキュラレンズを設け、そのうち１枚のレンチキュラレンズをこのレンチキュラレンズの凸部が連なる方向に移動させる場合は、複数種類の画素が表示する複数の画像を、１方向のみに分配することが可能である。このため、２種類の画像を左右方向に振り分けて左右の眼に異なる画像が入力されるようにすれば、立体表示を実現することが可能であり、また、複数種類の画像を左右方向に振り分けて、視点を左右方向にずらすことにより異なる画像が認識されるようにすれば、より高度な立体感を得ることが可能である。しかしながら、第１の実施形態に示す構成では、レンチキュラレンズの凸部の配列方向以外の方向については、画像を振り分けることができない。
【０１６５】
これに対して、本実施形態においては、２枚のフライアイレンズを設け、このフライアイレンズにおけるレンズ素子の配列方向に沿って複数種類の画素を配列しているため、複数の画像を２以上の方向に分配することが可能である。レンズを横方向に移動させるアクチュエータだけでなく、縦方向に移動させるアクチュエータを設けることにより、左右方向、上下方向の立体感を選択可能になる。即ち、例えば、左右方向の他に上下方向にも画像を振り分けるようにすれば、切換表示装置の画面に対して通常と直交する方向に画像を表示する場合においても、立体表示が可能となる。即ち、画面配置の縦横を変更して観察した場合でも、夫々の画面配置に最適な立体表示と平面表示を選択することが可能となる。例えば、本実施形態の切換表示装置をカメラ付きの携帯電話に搭載する場合、通常の電話として使用する場合には画面を縦配置として立体画像及び平面画像を表示し、カメラとして使う場合には、立体用ＣＣＤの配置の関係から画面を横配置として立体画像及び平面画像を表示することが考えられる。また、例えば、画面を斜め上方から観察したときに、被写体を斜め上方から見た画像が認識されるようにすれば、観察者は上下方向の立体感を得ることができる。更に、画素を任意の斜め方向に配列し、フライアイレンズ３８をこの任意の斜め方向に移動可能とすれば、全ての方向において、立体画像と平面画像の表示切換が可能になる。この結果、左右方向のみならず上下方向及び斜め方向から見た場合でも立体感を得ることができる。
【０１６６】
なお、本実施形態のように、インテグラルフォトグラフィを利用する切換表示装置においては、時分割表示方式（フィールドシーケンシャル表示方式）を適用することが好ましい。時分割表示方式とは、カラーフィルタを使用せずに、バックライトをＲＧＢの３色に点滅させて、時間的な足し合わせで色を表現する方法である。時分割表示方式が好ましい理由として、インテグラルフォトグラフィでは、フライアイレンズにより画素が左右方向だけでなく上下方向にも拡大投影されるため、通常のカラーフィルタを使用した平面分割型のカラー表示装置では、カラーフィルタにおけるストライプが延びる方向と平行なレンズ成分により、拡大画像の色要素が乱れて色モアレが発生し、視認性が悪化することが挙げられる。これに対して、時分割表示方式では、１画素でフルカラーを表示することが可能になるため、このような問題は発生しない。また、時分割表示方式では、少なくとも通常の３倍の駆動周波数が必要となるが、画素数を１／３倍に低減でき、カラーフィルタが不要になるためカラーフィルタにおける光の吸収がなく、省電力化を図ることができるという利点がある。このため、時分割表示方式は、前述の１乃至６の実施形態及び後述する８乃至１２の実施形態に適用してもよい。
【０１６７】
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。図２９は本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、立体画像表示状態を示す。また、図３０はこの切換表示装置の光学モデルを示す図である。図２９に示すように、本実施形態の切換表示装置は、２枚のレンチキュラレンズのうち１枚のレンチキュラレンズ１２を液晶表示装置２のガラス基板２５と一体的に成形する。なお、液晶表示装置２のガラス基板２５上にレンチキュラレンズを設ける手段には、２Ｐ成型法等を用いることができる。即ち、成形しようとするレンズ形状の反転パターンを形成した型を用意し、この型に剥離剤及び光硬化型樹脂を塗布した上で、表示装置に密着する。その後、樹脂を硬化させて剥離して、表示装置上にレンチキュラレンズの形状を転写する。
【０１６８】
但し、レンチキュラレンズをこのように作製する場合には、レンズの位置が表示装置の基板厚により制限される。そこで、図２９に示すように、観察者側のレンチキュラレンズを、そのレンズ面を観察者側に向けて配置してもよい。図３０に示す光学モデルにおける表示画面中央部において、スネルの法則と幾何学的関係より、下記数式３１乃至３６が成立する。
【０１６９】
但し、画素４１及び４２から表示装置側のレンチキュラレンズ３２のレンズ面までの距離をＨ１とし、画素４１及び４２から観察者側のレンチキュラレンズ３１のレンズ面までの距離をＨ２とし、２枚のレンチキュラレンズを１枚の仮想的なレンチキュラレンズとみなしたときに、画素４１及び４２からこの仮想レンズのレンズ面までの距離をＨとし、この仮想レンズのレンズ面と観察者との間の距離をＤとし、レンズの屈折率をｎとし、表示装置側のレンチキュラレンズ３２のレンズピッチをＬ１とし、観察者側のレンチキュラレンズ３１のレンズピッチをＬ２とし、画素４１及び４２の幅を夫々Ｐとし、画素４２における画素４１から遠い側の端から発した光線がレンチキュラレンズ３２を通過する位置とこのレンズ３２の中心との間の距離をΔＰとし、左眼及び右眼の各立体可視域の幅をｅとし、画素４２における画素４１から遠い側の端から発した光線がレンチキュラレンズ３１を通過する位置とこのレンズ３１の中心との間の距離をΔｅとする。
【０１７０】
また、レンチキュラレンズ３１の中央に位置する凸部の中心から、レンズ３１の端に位置する凸部の中心までの距離をＷＬ１とし、レンチキュラレンズ３２の中央に位置する凸部の中心から、レンズ３２の端に位置する凸部の中心までの距離をＷＬ２とし、液晶表示装置２の中心に位置する左眼用画素４１と右眼用画素４１の対の中心位置と、液晶表示装置２の端に位置する画素ペアの中心位置との距離をＷＰとし、レンチキュラレンズ３２の中央に位置する凸部における光の入射角及び出射角を夫々α及びβとし、レンチキュラレンズ３１の中央に位置する凸部における光の入射角及び出射角を夫々β及びγとし、レンチキュラレンズ３２の端に位置する凸部における光の入射角及び出射角を夫々δ及びεとし、レンチキュラレンズ３１の端に位置する凸部における光の入射角及び出射角を夫々ε及びΦとし、距離ＷＰと距離ＷＬ１との差をＣ１とし、距離ＷＰと距離ＷＬ２との差をＣ２とし、距離ＷＰの領域に含まれる画素数を２ｍ個とする。
【０１７１】
【数３１】
2004085924.tif 000033
【０１７２】
【数３２】
2004085924.tif 000034
【０１７３】
【数３３】
2004085924.tif 000035
【０１７４】
【数３４】
2004085924.tif 000036
【０１７５】
【数３５】
2004085924.tif 000037
【０１７６】
【数３６】
2004085924.tif 000038
【０１７７】
また、表示画面端部において、同様に、下記数式３７乃至４１が成立する。
【０１７８】
【数３７】
2004085924.tif 000039
【０１７９】
【数３８】
2004085924.tif 000040
【０１８０】
【数３９】
2004085924.tif 000041
【０１８１】
【数４０】
2004085924.tif 000042
【０１８２】
【数４１】
2004085924.tif 000043
【０１８３】
更に、下記数式４２を仮定する。
【０１８４】
【数４２】
2004085924.tif 000044
【０１８５】
そして、画素４１及び４２からこの仮想レンズのレンズ面までの距離Ｈの値として、前述の第１の実施形態における値Ｈ＝１．５７ｍｍを使用し、画素ピッチＰ＝０．２４ｍｍ、＝屈折率ｎ＝１．４９、距離Ｄ＝２８０ｍｍ、立体可視域の幅ｅ＝６５ｍｍ、ｍ＝６０として、前記数式３１乃至４２を解く。この結果、表示装置側のレンズ３１と画素との間の距離Ｈ１＝０．７０７ｍｍ、表示装置側のレンズ３１のレンズピッチＬ１＝０．４７９５ｍｍ、観察者側のレンズと画素との距離Ｈ２＝２．５１ｍｍ、観察者側のレンズ３２のレンズピッチＬ２＝０．４７７４ｍｍが得られる。切換表示装置をこのように設計することにより、２枚のレンチキュラレンズの間に距離がある場合でも、表示性能を悪化することなく配置することが可能になる。
【０１８６】
上述の如く、本実施形態によれば、表示装置側のレンズを液晶表示装置２のガラス基板２５と一体化して設けることにより、観察者側のレンチキュラレンズ３１の厚さを増大させることが可能となるため、レンズの反り及び歪みの影響を低減することができ、表示品質が良好な切換表示装置を高い歩留まりで製造することが可能になる。
【０１８７】
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。図３１は本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す上面図である。図３１に示すように、本実施例においては、観察者側のレンチキュラレンズ３１が、凸部が連なる方向（方向１１）に沿って切断されており、液晶表示装置２の表面に垂直な方向から見て、長手方向が方向１１に平行な複数の帯状の切断片３１ｂ乃至３１ｅに分割されている。そして、各切断片に対してアクチュエータ６が取り付けられており、各切断片が独立して移動できるようになっている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【０１８８】
次に、本実施形態に係る切換表示装置の動作について説明する。図３１に示すように、液晶表示装置２（図４参照）が、一部分が平面画像であり、他の部分が立体画像である画像を表示する。そして、各アクチュエータを駆動して、立体画像が表示される領域の切断片、例えば切断片３１ｃ及び３１ｅを、各レンズの光軸が相互に一致するように配置すると共に、文字表示等の平面画像を表示する領域の切断片、例えば切断片３１ｂ及び３１ｄを、各レンズの光軸が相互に半レンズピッチずれるように配置する。これにより、表示面内に異なるレンズ配置を実現することができ、表示面内に立体画像と平面画像を混在して表示することが可能になる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施例と同様である。
【０１８９】
次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。図３２は本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、立体画像表示状態を示す。図３２に示すように、本実施形態においては、前述の第１の実施形態における観察者側のレンチキュラレンズ３１（図４参照）を、２枚のレンチキュラレンズ３１１及び３１２を組み合わせることにより構成している。即ち、本実施形態に係る切換表示装置においては、表示装置側から順に３枚のレンチキュラレンズ３２、３１１及び３１２が設けられている。そして、レンチキュラレンズ３２は、そのレンズ面を観察者側に向けて液晶表示装置２の基板上に配置されており、レンチキュラレンズ３１１は、そのレンズ面を観察者側に向けて配置されており、レンチキュラレンズ３１２は、そのレンズ面を表示装置側に向けて配置されている。また、２枚のレンチキュラレンズ３１１及び３１２は、１枚のレンチキュラレンズ３２と等価である。そして、レンチキュラレンズ３１１及び３１２は相互に固定され、アクチュエータ（図示せず）が取り付けられており、方向１１に移動可能に設けられている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【０１９０】
本実施形態に係る切換表示装置の設計手法は、前述の第８の実施形態における設計手法を基本として考えることができる。即ち、観察者側のレンチキュラレンズを２枚に分割して、分割後の夫々のレンチキュラレンズの焦点距離を２．０６４ｍｍ、レンズピッチを０．４７７４ｍｍとすることにより、３枚のレンズ基板を用いた構成を実現することが可能となる。
【０１９１】
次に、本実施形態に係る切換表示装置の動作について説明する。図３２に示すように、立体画像を表示する際には、レンチキュラレンズ３２、３１１及び３１２の光軸を相互に一致させる。これにより、左眼用画素４１から出射した光が観察者の左眼５２に向けて出射され、右眼用画素４２から出射した光が右眼５１に向けて出射され、観察者は立体画像を認識することができる。また、平面画像を表示する際には、アクチュエータを駆動させて、レンチキュラレンズ３１１及び３１２の光軸を、レンチキュラレンズ３２の光軸に対して半レンズピッチずらす。このとき、レンチキュラレンズ３１１の光軸とレンチキュラレンズ３１２の光軸は相互に一致したままである。これにより、３枚のレンチキュラレンズの効果が相殺され、観察者は平面画像を認識することができる。本実施形態における上記以外の動作は前述の第１の実施形態と同様である。
【０１９２】
本実施形態においては、３枚のレンズを使用することにより、２枚のレンズを使用する場合と比較して、収差をより低減することが可能となる。この結果、より良好な表示を行うことができる。
【０１９３】
なお、本実施形態においては、観察者側のレンチキュラレンズを２枚のレンズにより構成する例を示したが、本発明はこれに限定されず、観察者側のレンチキュラレンズを３枚以上のレンズにより構成してもよく、表示装置側のレンズを２枚以上のレンズにより構成してもよく、観察者側及び表示装置側の双方のレンズを夫々２枚以上のレンズにより構成してもよい。
【０１９４】
次に、本発明の第１１の実施形態について説明する。図３３は本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す上面図であり、図３４は横軸に変位量をとり、縦軸に反力をとって、非線形ばねの特性を示すグラフ図である。図３３に示すように、本実施形態に係る切換表示装置は、前述の第１の実施形態に係る切換表示装置と比較して、アクチュエータの構成が異なっている。
【０１９５】
例えば前述の第１の実施形態においては、観察者側のレンチキュラレンズ３１を移動させて立体表示と平面表示とを切り替えているが、レンチキュラレンズ３１の位置は、立体表示を行う位置、即ち、レンチキュラレンズ３１の光軸がレンチキュラレンズ３２の光軸と一致するような位置か、又は、平面表示を行う位置、即ち、レンチキュラレンズ３１の光軸がレンチキュラレンズ３２の光軸から半レンズピッチずれるような位置、に安定して配置される必要がある。即ち、レンチキュラレンズ３１が前記両位置の中間の位置に留まるようなことがあると、立体画像及び平面画像のいずれも安定して表示することができなくなる。
【０１９６】
本実施形態の切換表示装置においては、筐体（図示せず）に固定された固定枠７２が設けられており、この固定枠７２の開口部に観察者側のレンチキュラレンズ３１が収納されている。固定枠７２の開口部の方向１１における長さは、レンチキュラレンズ３１の方向１１における長さよりも長くなっており、レンチキュラレンズ３１は方向１１に移動可能となっている。そして、レンチキュラレンズ３１における移動方向１１に直交する方向に延びる端縁と固定枠７２との間に、２対、即ち４本の非線形ばね６５乃至６８が設けられている。非線形ばね６５及び６７は対をなしており、相互に対向するように配置されている。また、非線形ばね６６及び６８は他の対をなしており、相互に対向するように配置されている。そして、非線形ばね６５及び６６はレンチキュラレンズ３１の一の端縁に取り付けられており、非線形ばね６７及び６８はレンチキュラレンズ３１の他の端縁に取り付けられている。非線形ばね６５乃至６８は、レンチキュラレンズ３１を方向１１に沿って押圧するものである。また、非線形ばね６５及び６６が取り付けられている側の端縁には、レンチキュラレンズ３１を方向１１に沿って押圧するレバー６２が設けられ、非線形ばね６７及び６８が取り付けられている側の端縁には、レンチキュラレンズ３１を方向１１に沿って押圧するレバー６４が設けられている。なお、レンチキュラレンズ３１はガイド（図示せず）により希望しない方向、即ち方向１１以外の方向には移動しないように規制されており、ストッパ（図示せず）にて方向１１における移動範囲も規制されていてもよい。
【０１９７】
図３４に示すように、非線形ばねに印加する押込力を増加させていくと、押込力に応じて変位量が増加していくが、ばねに一定の反力Ｆ１に対向する押込力を印加して、ばねの変位量が一定の値ｃを超えると、ばねの反力が前述の値Ｆ１からこの値Ｆ１よりも小さい値Ｆ２となる。そして、ばねの変位量が値ｃよりも大きい状態から、ばねに印加する押込力を徐々に除去していくと、ばねの変位量は値ｃまでは弱い反力Ｆ２を示しながら減少し、変位量がｃ以下になると、強い反力Ｆ１を示しながら基本状態へ戻ろうとする。そして、本実施形態においては、対をなす非線形ばねのうち、一方のばねの変位量を図３４に示す値ｃよりも小さい値ａとし、他方のばねの変位量を値ｃよりも大きい値ｂとなるようにする。
【０１９８】
次に、本実施形態に係る切換表示装置の動作について説明する。図３４に示すように、非線形ばね６５及び６６の変位量がａであり、非線形ばね６７及び６８の変位量がｂであるとき、非線形ばね６５及び６６の反力は、非線形ばね６７及び６８の反力よりも大きいため、レンチキュラレンズ３１は非線形ばね６７及び６８側に押付けられる。即ち、レンチキュラレンズ３１は図３４において２点鎖線で示す第１の位置に配置されている。この状態で、レバー６４を押し込むと、レンチキュラレンズ３１は非線形ばね６５及び６６側に移動する。これにより、非線形ばね６５及び６６の変位量がｂとなり、非線形ばね６７及び６８の変位量がａとなり、レンチキュラレンズ３１は非線形ばね６５及び６６側に押付けられる。即ち、レンチキュラレンズ３１は図３４において実線で示す第２の位置に配置される。そして、レバー６４に加えた力を除去した後も、非線形ばね６７及び６８の反力は、非線形ばね６５及び６６の反力よりも大きいため、レンチキュラレンズ３１は第２の位置に安定して保持される。また、この状態において、レバー６２を押し込むと、レンチキュラレンズ３１は再び第１の位置に移動し、非線形ばね６５乃至６８の反力の差により、この第１の位置で安定して保持される。
【０１９９】
本実施形態においては、第１の位置を例えば立体表示を行う位置とし、第２の位置を例えば平面表示を行う位置とする。このように、本実施形態においては、簡単な構成により、レンチキュラレンズ３１を、立体表示位置及び平面表示位置のいずれかの位置に安定的に保持することができる。本実施形態における上記以外の動作及び効果は、前述の第１の実施例と同様である。
【０２００】
次に、本発明の第１２の実施形態について説明する。図３５は本実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す上面図である。図３５に示すように、本実施形態に係る切換表示装置には、前述の第１１の実施形態に係る切換表示装置と比較して、レバー６２及び６４の替わりに、「く」字状形のカンチレバー６２ａ及び６４ａが設けられており、カンチレバー６２ａ及び６４ａの一端はレンチキュラレンズ３１に当接している。カンチレバー６２ａ及び６４ａは中央部が固定枠７２に回動可能に軸支されており、カンチレバー６２ａ及び６４ａの他端には、夫々アクチュエータ６１及び６３の一端が連結されている。アクチュエータ６１及び６３は形状記憶合金からなる針金であり、通電状態では長さが短縮し、非通電状態では外力により変形可能となる。アクチュエータ６１及び６３の他端は固定枠７２に連結されている。アクチュエータ６１及び６３は夫々独立にスイッチ（図示せず）を介して電源（図示せず）に接続されており、スイッチを閉じることによって電流が流れるようになっている。また、アクチュエータ６１の基本長は、非通電状態においては、レンチキュラレンズ３１がアクチュエータ６１側の位置、即ち図３５に実線で示す第２の位置に移動してアクチュエータ６１が引き伸ばされたときに、カンチレバー６２ａに引張力を加えることがなく、通電状態においては、短縮することによりカンチレバー６２ａを介してレンチキュラレンズ３１を他端側の位置、即ち、図３５に２点鎖線で示す第１の位置に十分に押し込めるような長さに設定する。アクチュエータ６３の長さも、アクチュエータ６１と同様に設計する。
【０２０１】
次に、本実施形態に係る切換表示装置の動作について説明する。先ず、図３５に示すように、レンチキュラレンズ３１が図３５に２点鎖線で示す第１の位置にある場合を想定する。このとき、前述の第１１の実施形態において説明したように、非線形ばね６５乃至６８の反力の差により、レンチキュラレンズ３１は第１の位置に安定的に保持されている。そして、アクチュエータ６３に通電すると、アクチュエータ６３が短縮してカンチレバー６４ａを回動させ、カンチレバー６４ａがレンチキュラレンズ３１を図３５に実線で示す第２の位置に向かって押圧する。これにより、レンチキュラレンズ３１が第１の位置から第２の位置に移動する。なお、このとき、レンチキュラレンズ３１の移動により、カンチレバー６２ａが回動してアクチュエータ６１が引き伸ばされるが、アクチュエータ６１は非通電状態にあるため、容易に変形し、レンチキュラレンズ３１の移動を妨げることがない。その後、アクチュエータ６３への通電を解除しても、非線形ばね６５乃至６８の反力の差により、レンチキュラレンズ３１は第２の位置で安定的に保持される。同様に、レンチキュラレンズ３１を第２の位置から第１の位置に移動させる場合は、アクチュエータ６１に通電する。これにより、アクチュエータ６１が短縮し、カンチレバー６２ａが回動して、レンチキュラレンズ３１を第１の位置に向けて押圧する。本実施形態における上記以外の動作は、前述の第１１の実施形態と同様である。
【０２０２】
このように、本実施形態によれば、レンチキュラレンズ３１の移動を電気的に制御することができる。これにより、立体画像表示と平面画像表示との切換を自動的に行うことが可能となる。また、アクチュエータとして形状記憶合金からなる針金を使用しているため、その構成が簡略であり、小型且つ軽量に切換表示装置を構成することができる。
【０２０３】
なお、アクチュエータ６１及び６３を長手方向に沿って常に引き伸ばすようにばねを接続してもよい。これにより、アクチュエータが、通電時には短縮してレンチキュラレンズ３１を移動させるが、非通電時には十分に引き伸ばされてカンチレバーがレンチキュラレンズ３１を押付けないようにすることができる。この結果、非駆動側のアクチュエータが駆動側のアクチュエータの負荷にならないようにでき、レンチキュラレンズ３１の駆動をより高速化できる。
【０２０４】
また、切換表示装置の外形を小型化する必要がない場合には、アクチュエータとして、電磁ソレノイド又は電磁モータ等の電気アクチュエータを使用してもよい。更に、前述の第１１の実施形態及び本第１２の実施形態は、前述の第２乃至第１０の実施形態と組み合わせることもできる。
【０２０５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、第１の光学素子が配列された第１の光学手段及び第２の光学素子が配列された第２の光学手段を設け、第２の光学手段を第１及び第２の光学素子の配列方向に相対的に移動させて、第１の光学手段と第２の光学手段との相対的な位置を変化させることにより、立体画像表示と平面画像表示を切り替えることができる。これにより、薄型且つ小型であり、立体画像表示と平面画像表示の切換が高速であり、表示品質が高く、低コストである立体画像平面画像切換表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る携帯端末装置を示す斜視図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は切換表示装置１の動作を示す断面図であり、（ａ）は立体画像を表示する場合を示し、（ｂ）は平面画像を表示する場合を示す。
【図４】立体画像表示時において２枚のレンチキュラレンズを１枚のレンチキュラレンズとみなした場合の光学モデルを示す図である。
【図５】２枚のレンチキュラレンズと等価な１枚のレンチキュラレンズを示す断面図である。
【図６】本実施形態におけるシミュレーションに使用する光学モデルを示す図であり、立体画像表示時の配置を示す。
【図７】横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、このシミュレーションの結果を示すグラフ図である。
【図８】横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、１枚のレンチキュラレンズを使用した場合の立体画像表示、及びレンチキュラレンズを使用しない場合の平面画像表示のシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【図９】横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、シミュレーションの結果を示すグラフ図である。
【図１０】横軸に観察者側のレンチキュラレンズのＺ軸における位置をとり、縦軸に、コントラスト比ＣＲをとって、レンチキュラレンズ間の距離が立体画像の表示品質に及ぼす影響を示すグラフ図である。
【図１１】横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、シミュレーションの結果を示すグラフ図である。
【図１２】横軸に観察者側のレンチキュラレンズのＸ軸における位置をとり、縦軸に、コントラスト比ＣＲをとって、レンチキュラレンズ間の距離が立体画像の表示品質に及ぼす影響を示すグラフ図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、平面画像表示状態を示す。
【図１４】横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、図１３に示す装置についてのシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、立体画像表示状態を示す。
【図１６】本発明の第４の実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、立体画像表示状態を示す。
【図１７】（ａ）及び（ｂ）は、横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、立体可視域及び平面可視域の許容幅を示すグラフ図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第５の実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、（ａ）は平面画像表示状態を示し、（ｂ）は立体画像表示状態を示す。
【図１９】横軸にレンズにおける光軸に直交する位置をとり、縦軸にこの位置におけるレンズの高さをとって、レンズ形状を示すグラフ図である。
【図２０】ある画素の一端部から出射した光の経路を示す図である。
【図２１】この画素の他端部から出射した光の経路を示す図である。
【図２２】この画素の中央部から出射した光の経路を示す図である。
【図２３】横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、図１８（ａ）及び（ｂ）に示す装置についてのシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【図２４】（ａ）及び（ｂ）は第５の実施形態の変形例に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、（ａ）は平面画像表示状態を示し、（ｂ）は立体画像表示状態を示す。
【図２５】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第６の実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、（ａ）は平面画像表示状態を示し、（ｂ）は立体画像表示状態を示す。
【図２６】横軸に観察位置をとり、縦軸にこの観察位置における照度をとって、図２５（ａ）及び（ｂ）に示す装置についてのシミュレーション結果を示すグラフ図である。
【図２７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第７の実施形態における立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、（ａ）は立体画像表示状態を示し、（ｂ）は平面画像表示状態を示す。
【図２８】（ａ）及び（ｂ）はこの立体画像平面画像切換表示装置を示す上面図であり、（ａ）は立体画像表示状態を示し、（ｂ）は平面画像表示状態を示す。
【図２９】図２９は本発明の第８の実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、立体画像表示状態を示す。
【図３０】この切換表示装置の光学モデルを示す図である。
【図３１】本発明の第９の実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す上面図である。
【図３２】本発明の第１０の実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す断面図であり、立体画像表示状態を示す。
【図３３】本発明の第１１の実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す上面図である。
【図３４】横軸に変位量をとり、縦軸に反力をとって、非線形ばねの特性を示すグラフ図である。
【図３５】本発明の第１２の実施形態に係る立体画像平面画像切換表示装置を示す上面図である。
【図３６】レンチキュラレンズの形状を示す斜視図である。
【図３７】従来の立体画像表示装置を示す斜視図である。
【図３８】他の従来の立体画像表示装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１；立体画像平面画像切換表示装置
２；液晶表示装置
３；光分配装置
６；アクチュエータ
７；枠
８；光学フィルム
９；光硬化型接着剤層
１０；バックライト
１１；方向
１６；携帯電話
２３、２５；ガラス基板
２４；液晶層
２６；カラーフィルタ
３１、３２、３６、３７；凸型レンチキュラレンズ
３１ａ、３２ａ；凸部
３１ｃ〜３１ｅ；切断片
３３；凹型レンチキュラレンズ
３３ａ；凹部
３４、３５；プリズム板
３８、３９；フライアイレンズ
４１；左眼用の画素
４２；右眼用の画素
４３；発光体
４４〜４７；画素
５１；観察者の左眼
５２；観察者の右眼
５３；受光面
６１、６３；アクチュエータ
６２、６４；レバー
６２ａ、６４ａ；カンチレバー
６５〜６８；非線形ばね
７２；固定枠
１００；レンチキュラレンズ
１０１；立体画像表示装置
１０２；レンチキュラレンズ
１０３；透明体
１０４；隙間
１０５；ポンプ
１１１；立体表示装置
１１２；レンチキュラレンズ
１１３；画像表示装置
１１４、１１５；画素
１１６；ファイバフェースプレート
３１１、３１２；凸型レンチキュラレンズ
４０１〜４０４；画素
【図１】
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【図２】
2004085924.tif 000046
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004085924.tif 000050
【図７】
2004085924.tif 000051
【図８】
2004085924.tif 000052
【図９】
2004085924.tif 000053
【図１０】
2004085924.tif 000054
【図１１】
2004085924.tif 000055
【図１２】
2004085924.tif 000056
【図１３】
2004085924.tif 000057
【図１４】
2004085924.tif 000058
【図１５】
2004085924.tif 000059
【図１６】
2004085924.tif 000060
【図１７】
2004085924.tif 000061
【図１８】
2004085924.tif 000062
【図１９】
2004085924.tif 000063
【図２０】
2004085924.tif 000064
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2004085924.tif 000071
【図２８】
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【図２９】
2004085924.tif 000073
【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2004085924.tif 000079
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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