(57)【要約】【課題】軽量で、高画質の立体画像を表示可能な画像表示装置を提供する。【解決手段】立体画像を表示するための画像表示装置１０は、立体画像の基礎となる平面画像が表示される表示素子２と、表示素子２の表示面３側で表示素子２に対向するように配置され、平面画像を立体画像として観察者に視認させる複数の液晶レンズを含む光学素子４と、光学素子４の表示素子２側で光学素子２に設置された光遮蔽部材６と、を有している。光遮蔽部材６は、光学素子４から表示素子２に向かって延び、両端が開口する複数の筒状部材５であって、各筒状部材５の中心軸が各液晶レンズの光軸と実質的に同軸上に配置され、各筒状部材５の軸方向の長さが光学素子４と表示素子２との間の距離に実質的に等しいか、焦点距離よりも短い、複数の筒状部材５から構成されている。【選択図】図１
2012108239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体画像を表示するための画像表示装置であって、
前記立体画像の基礎となる平面画像が表示される表示素子と、
前記表示素子の表示面側で該表示素子に対向するように配置され、前記平面画像を立体画像として観察者に視認させる複数の液晶レンズを含む光学素子と、
前記光学素子の前記表示素子側で該光学素子に設置された光遮蔽部材と、を有し、
前記光遮蔽部材は、前記光学素子から前記表示素子に向かって延び、両端が開口する複数の筒状部材であって、前記各筒状部材の中心軸が前記各液晶レンズの光軸と実質的に同軸上に配置され、前記各筒状部材の軸方向の長さが前記各液晶レンズの焦点距離と実質的に等しいか、該焦点距離よりも短い、複数の筒状部材から構成されている、画像表示装置。
【請求項２】
前記光学素子が、
互いに対向する第１および第２の透明基板であって、前記第２の透明基板が前記第１の透明基板の前記表示素子側に位置する、第１および第２の透明基板と、
前記第１および第２の透明基板の間に位置し、所定の方向に配向した液晶分子を有する液晶層と、
前記液晶層と前記第２の透明基板との間に位置し、前記液晶層に接して設けられた透明絶縁層と、
前記液晶層の前記液晶分子の配向状態を制御するための電圧が印加される第１および第２の透明電極であって、前記第１の透明電極が、前記第１の透明基板と前記液晶層との間でそれぞれに接して設けられ、前記第２の透明電極が、前記透明絶縁層と前記第２の透明基板との間でそれぞれに接して設けられた、第１および第２の透明電極と、
を有し、
前記光遮蔽部材は、前記各筒状部材の一方の開口端が前記光学素子に接するように、該光学素子に設置されている、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１の透明電極が、前記第１の透明基板の前記表示素子側の表面全面を覆うように形成され、
前記第２の透明電極が、前記複数の液晶レンズに対応する複数の円形電極と、該複数の円形電極が設けられていない領域を埋めるように形成され、該各円形電極と電気的に絶縁された周囲電極と、を有する、請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記複数の円形電極が三角格子状に配置されている、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記各筒状部材が円筒状に形成され、前記複数の筒状部材が最密に配置されている、請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記複数の筒状部材がハニカム構造を形成する、請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記複数の円形電極が正方格子状に配置されている、請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記光学素子と同一の構成を有する別の光学素子をさらに有し、
前記別の光学素子は、前記光遮蔽部材を挟んで前記光学素子に対向する位置で、前記各筒状部材の他方の開口端と接するように、前記光遮蔽部材に設置されている、請求項２から７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体画像を表示するための画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、立体画像を表示するための画像表示技術が多く開発されており、様々な画像表示装置が提案されている。
【０００３】
特許文献１には、立体像再生用のレンズアレイとして、屈折率分布レンズ（光ファイバ）が２次元的に配置された屈折率分布レンズ群を備えた画像表示装置が記載されている。この画像表示装置では、立体像表示用の要素画像が表示されている表示素子面が屈折率分布レンズの物体側焦点面と一致していることで、観察者に対して立体画像を視認させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３８９８２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のレンズ群は光ファイバによって構成されており、レンズ自体にも厚みがあるため、重量が重くなってしまい、軽量化の観点からは好ましくない。したがって、軽量化のためには、薄型で平面状のレンズアレイを用いることが考えられるが、そのようなレンズアレイの場合、表示素子面と所定の間隔を置いて配置させると、対応する画素に隣接する画素からの不要な光がレンズに入射してしまい、画質を劣化させることがある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、軽量で、高画質の立体画像を表示可能な画像表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するために、立体画像を表示するための本発明の画像表示装置は、立体画像の基礎となる平面画像が表示される表示素子と、表示素子の表示面側で表示素子に対向するように配置され、平面画像を立体画像として観察者に視認させる複数の液晶レンズを含む光学素子と、光学素子の表示素子側で光学素子に設置された光遮蔽部材と、を有している。光遮蔽部材は、光学素子から表示素子に向かって延び、両端が開口する複数の筒状部材であって、各筒状部材の中心軸が各液晶レンズの光軸と実質的に同軸上に配置され、各筒状部材の軸方向の長さが各液晶レンズの焦点距離と実質的に等しいか、焦点距離よりも短い、複数の筒状部材から構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
以上、本発明によれば、軽量で、高画質の立体画像を表示可能な画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態における画像表示装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における画像表示装置を概略的に示す側面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における画像表示装置の液晶レンズアレイを概略的に示す図である。
【図４】本発明の光遮蔽部材の効果を説明するために画像表示装置を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における画像表示装置を概略的に示す斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における画像表示装置を概略的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
図１および図２は、本発明の第１の実施形態における画像表示装置を概略的に示す斜視図および側面図である。
【００１２】
本実施形態の画像表示装置１０は、立体画像の基礎となる平面画像が表示されるディスプレイ（表示素子）２と、ディスプレイ２の表示面３側でディスプレイ２に対向するように配置され、表示面３上の平面画像を立体画像として観察者に視認させる複数の液晶レンズを含む液晶レンズアレイ（光学素子）４と、を有している。なお、観察者は、液晶レンズアレイ４を挟んでディスプレイ２の反対側で、液晶レンズアレイ４を通して立体画像を視認することになる。本実施形態では、立体画像を表示する光学素子として、薄型化および軽量化が可能な液晶レンズを採用していることで、装置の軽量化を実現することが可能となる。
【００１３】
液晶レンズアレイ４のディスプレイ２側には、液晶レンズアレイ４からディスプレイ２に向かって延び、両端が開口する複数の筒状部材５から構成された光遮蔽部材６が設置されている。光遮蔽部材６は、各液晶レンズに対して、周囲や対応する画素に隣接する画素からの不要な光を遮蔽するために設けられている。このために、各筒状部材５は、その中心軸が各液晶レンズの光軸と実質的に同軸上に配置され、したがって、液晶レンズアレイ４の各液晶レンズに対応するように設けられている。後述するように、液晶レンズアレイ４の液晶レンズが三角格子状に配置されているため、筒状部材５も同様に三角格子状に配置されている。したがって、筒状部材５は、それぞれが円筒状に形成され、隣接する筒状部材５同士が互いに接するように設けられていることで、液晶レンズアレイ４上で最密に配置されていることになる。これにより、各液晶レンズに取り込む光の量を多くすることができ、後述の円形電極のサイズの最適化と合わせて、より鮮明な立体画像を得ることが可能となる。また、このことで、光遮蔽部材６の強度を向上させることも可能となる。
【００１４】
図３（ａ）は、本実施形態の液晶レンズアレイ４の構成を概略的に示す断面図であり、積層方向に沿った断面を示している。
【００１５】
本実施形態の液晶レンズアレイ４は、それぞれガラス板からなり、互いに対向する第１の透明基板１１および第２の透明基板１２を有している。第２の透明基板１２は、第１の透明基板１１に対してディスプレイ２側、すなわち光の入射側（図３（ａ）で見て上側）に設けられている。
【００１６】
第１および第２の透明基板１１，１２の間には、例えばラビング処理により所定の方向に配向した液晶分子を有する液晶層１３と、液晶層１３と第２の透明基板１２との間に位置し、液晶層１３に対して光の入射側で液晶層１３に接して設けられた透明絶縁層１４と、これらの層を挟むように設けられた第１および第２の透明電極１５，１６と、が設けられている。第１の透明電極１５が、第１の透明基板１１と液晶層１３との間でそれぞれに接して設けられ、第２の透明電極１６が、透明絶縁層１４と第２の透明基板１２との間でそれぞれに接して設けられている。なお、第１および第２の透明電極１５，１６はそれぞれ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの透明導電膜から構成され、透明絶縁層１４は、液晶層１３と第２の電極１６との距離を調節するために、ガラスなどの薄膜から構成されている。
【００１７】
図３（ｂ）は、第２の透明電極１６を概略的に示す平面図である。
【００１８】
第１の透明電極１６が、第１の透明基板１１の光の入射側（ディスプレイ２側）の表面全面を覆うように、いわゆるベタパターンとして構成されているのに対して、第２の透明電極１６には、所定の電極パターンが形成されている。すなわち、第２の透明電極１６は、図３（ｂ）に示すように、複数の円形電極１６ａと、これらの円形電極１７ａが設けられていない領域を埋めるように形成された周囲電極１６ｂとを有している。複数の円形電極１７ａと周囲電極１７ｂとは、互いに電気的に絶縁され、内部が同電位となっている。したがって、第２の透明電極１６は、各電極１６ａ，１６ｂに対して個別に電圧を印加して、それらを制御できるように構成されている。
【００１９】
このような構成により、液晶レンズアレイ４は、２種類の電圧値のみの制御で、所定の焦点距離を備えたレンズ機能を有することができる。すなわち、第１の透明電極１５と周囲電極１６ｂとの間に印加される第１の電圧と、第１の透明電極１５と円形電極１６ａとの間に印加される第２の電圧とをそれぞれ調節することで、所望のレンズ機能が実現されるように、液晶層１３の液晶分子の配向状態を制御することができる。具体的には、第１の電圧により、液晶層１３にレンズとしての機能を付与することができ、その状態で、第１の電圧とは独立した第２の電圧を印加することで、所定の焦点距離に設定することができる。
【００２０】
このように、本実施形態の液晶レンズアレイ４は、複数の円形電極１６ａに対応する位置に液晶レンズとしての機能を有している。そのため、複数の円形電極１６ａは、図３（ｂ）に示すように、三角格子状に配置されていることが好ましい。これにより、液晶レンズアレイにおいて、複数の液晶レンズは、最密配置可能な構成となる。本実施形態では、これと合わせて、各円形電極のサイズ（直径）を最適化することで、表示される立体画像の解像度を向上させることが可能となる。なお、円形電極は、正方格子状に配置されていてもよい。
【００２１】
次に、図４を参照して、光遮蔽部材６の効果について説明する。
【００２２】
図４（ａ）から図４（ｃ）は、ディスプレイ２と液晶レンズアレイ４とを備えた画像表示装置を模式的に示す断面図であり、それぞれ図で見て左側の観察者の位置における、液晶レンズアレイ４による立体画像の結像状態を示している。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、光遮蔽部材が設けられていない場合には、所定のレンズにおいて、ディスプレイ２上の対応する画素に隣接する画素からの不要な光が入射することがある（図の陰影部分Ａ参照）。その場合、互いに隣接するレンズからの結像光が重なってしまい、光の干渉によって、表示される立体画像の画質の劣化が生じることになる。このような隣接する画素からの不要な光に対しては、図４（ｂ）に示すように、光遮蔽部材１０６をディスプレイ２に設けたとしても、それを遮蔽しきれないため（図の陰影部分Ｂ参照）、所望の光遮蔽効果を得ることはできない。
【００２４】
それに対して、本実施形態のように光遮蔽部材６が液晶レンズアレイ４に設けられている場合には、図４（ｃ）に示すように、光遮蔽部材６によって、隣接する画素からの不要な光のレンズへの混入を除去することができる（図の陰影部分Ｃ参照）。それにより、光の干渉を防止して、画質の劣化を抑制することが可能となる。
【００２５】
このとき、光遮蔽部材６の筒状部材５の軸方向の長さは、液晶レンズの焦点距離よりも長くなると、それに応じて、ディスプレイ２に対する液晶レンズアレイ４の距離が高画質の立体画像を得るための最適な距離よりも長くなってしまうため、好ましくない。一方で、極端に短い（例えば、１／２以下）場合も、隣接する画素からの不要な光を十分に遮蔽できなくなり、画質を劣化させることになる。このような理由から、筒状部材５の軸方向の長さは、液晶レンズの焦点距離と実質的に等しいか、これよりもやや短くすることが好ましい。
【００２６】
これに加えて、光遮蔽部材６は、図１および図２に示すように、各筒状部材５の一方の開口端が平面状の液晶レンズアレイ４に接するように、液晶レンズアレイ４に設置されていることが好ましい。これにより、上述した光の干渉はほぼ完全に抑えられ、より高画質の立体画像表示を実現することが可能となる。
【００２７】
なお、本実施形態では、光遮蔽部材６は液晶レンズアレイ４に設置されているが、筒状部材５の軸方向の長さによっては、液晶レンズアレイ４とディスプレイ２の両方に接触するように設けられていてもよい。また、光遮蔽部材６は、軽量化のために、プラスチックから構成されていることが好ましく、さらに、光の遮蔽効果を高めるために、不透明な暗色であることが好ましい。
【００２８】
以上のように、本実施形態の画像表示装置では、立体画像を表示する光学素子として、薄型化および軽量化が可能な液晶レンズアレイが用いられているため、装置の軽量化を実現することが可能となる。また、所定のレンズに対して、対応する画素に隣接する画素から入射する不要な光を遮蔽するために光学素子に設けられた光遮蔽部材が、中空の筒状部材から構成されていることも、装置の軽量化に寄与することができる。さらには、各筒状部材の軸方向の長さが液晶レンズの焦点距離と実質的に等しいため、より確実に光の干渉を防止して、画質の劣化を抑制することが可能となる。
【００２９】
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態における画像表示装置を概略的に示す斜視図である。
【００３０】
本実施形態は、第１の実施形態に対して、光遮蔽部材の構成を変更した変形例である。第１の実施形態の光遮蔽部材６では、それぞれ円筒状に形成された複数の筒状部材５が最密に配置されていたが、本実施形態の光遮蔽部材２６は、各筒状部材２５が六角筒状に形成され、それらが最密に配置されるように一体的に形成されている。すなわち、本実施形態では、複数の筒状部材２５がハニカム構造を形成している。これにより、側壁部分を隣接する筒状部材２５同士で共有することができ、光遮蔽部材２６をさらに軽量にすることが可能となる。さらには、第１の実施形態における筒状部材５の間の隙間をなくすことで、各液晶レンズに取り込む光の量をより多くすることが可能となる。
【００３１】
なお、図面では、ディスプレイ４の図示を省略しているが、本実施形態の光遮蔽部材２６以外の構成については、液晶レンズアレイ４の構成を含めて、第１の実施形態と同様である。
【００３２】
［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態における画像表示装置を概略的に示す側面図である。
【００３３】
本実施形態は、第１の実施形態に対して、液晶レンズアレイ４と同一の構成を有する別の液晶レンズアレイ７を追加して設けた変形例である。追加した液晶レンズアレイ７は、、光遮蔽部材６を挟んで液晶レンズアレイ４に対向する位置で、各筒状部材５の他方の開口端と接するように、光遮蔽部材６に設置されている。これにより、本実施形態では、レンズパワーを向上させることが可能となり、結果的に、ディスプレイ２から離れた側にある液晶レンズアレイ４と、ディスプレイ２との間の距離を、第１の実施形態と比べて短くすることで、装置の薄型化を実現することができる。さらに、本実施形態では、筒状部材５から構成された光遮蔽部材６を平面状の２つの液晶レンズアレイ４，７で両側から挟む構造となるため、光遮蔽部材６の強度をより向上させることが可能となる。
【００３４】
なお、このような別の液晶レンズアレイの追加は、第２の実施形態に対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０，２０，３０  画像表示装置
２  ディスプレイ
３  表示面
４，７  液晶レンズアレイ
５  筒状部材
６  光遮蔽部材
１１  第１の透明基板
１２  第２の透明基板
１３  液晶層
１４  透明絶縁層
１５  第１の透明電極
１６  第２の透明電極
１６ａ  円形電極
１６ｂ  周囲電極
【図１】
2012108239.tif 000003
【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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