(57)【要約】  【課題】  平面画像と立体画像を切り換える事ができる従来の画像表示装置は、２つの凹レンズアレイパネルと、それらの凹レンズ間に液晶を挿入する。液晶の屈折率が凹レンズアレイパネルの屈折率と若干異なれば、液晶部分の残留レンズ効果が平面画像の品質を低下させる。  【解決手段】  凹レンズアレイパネルと凸レンズパネルを有し、凹レンズと凸レンズを対向させ、それらの間に液晶を挿入した平面画像と立体画像を切り換える事ができる画像表示装置を庭球する。液晶の屈折率が凹レンズアレイパネルおよび凸レンズアレイパネルの屈折率と若干異なっても、２つのレンズ間の間隙が近似的に平行板の様に振る舞い、品質の高い平面画像が得られる。  【選択図】  図１
2009037079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面が平面で他方に凹レンズアレイを形成した第一パネルと、片面が平面で他方に凸レンズアレイを形成した第二パネルを有し、前記凹レンズアレイと前記凸レンズアレイを対向させて前記第一パネルと前記第二パネルを配置して、前記凹レンズアレイと前記凸レンズアレイの間に入射光の状態によって屈折率が異なる物質を有する事を特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記凹レンズアレイと前記凸レンズアレイの間の物質が屈折率の大きい（ｎ３）状態と屈折率の小さい（ｎ２）状態を有し、前記大きい屈折率（ｎ３）が前記第一パネルおよび前記第二パネルの屈折率（ｎ１）にほぼ等しい事を特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記凹レンズアレイと前記凸レンズアレイの間の物質が液晶である事を特徴とする請求項１あるいは２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記第一パネルおよび第二パネルが、透明板の上に凹レンズ部あるいは凸レンズ部をアレイ状に形成し、前記凹レンズ部あるいは凸レンズ部の屈折率が前記透明板の屈折率より大きい事を特徴とする請求項１ないし３に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は平面画像と立体画像を切り替える事ができる画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
立体画像表示装置には、眼鏡を必要とする方式と必要としない方式がある。眼鏡を必要としない方式としてレンチキュラーレンズを用いる立体画像表示装置が知られている。図１０はレンチキュラーレンズの斜視図、図１１および図１２はレンチキュラーレンズによる立体視の原理図、図１３は立体画像の撮像方法の例を示す構成図である。
【０００３】
図１０において、１００１はシリンドリカルレンズであり、多くのシリンドリカルレンズを平行に並べてレンチキュラーレンズを構成している。そのレンチキュラーレンズの平面部１００２は画像面である。画像面１００２に表示された画像を、複数のシリンドリカルレンズ１００１を通して左右の目で見る事で画像を立体的に認識する。
【０００４】
図１１および図１２において、１００１はシリンドリカルレンズ、１００２は画像面である。画像面１００２に、多くの視点方向から見た互いに視差を持つ画像を短冊状に分割して合成した画像１００３を表示する。図１１および図１２の例では、一つのシリンドリカルレンズに対応する画像面のみに５視点の画像１００３を示している。実際は全てのシリンドリカルレンズに対応する画像面に多視点画像を表示する。画像面の各点から出る光はシリンドリカルレンズにより略平行光になり、右目あるいは左目に入射する。図１１の様な右目１００４と左目１００５の位置では、右目１００４には略非行光１００６が入射し、左目１００５には略平行光１００７が入射して、右目と左目は互いに視差のある画像を見て立体的に認識する。
【０００５】
また、頭の位置を移動させて、図１２の様に右目１００４と左目１００５の位置が変化した場合は、右目１００４には略平行光１００８が入射し、左目１００５には略平行光１００９が入射して画像を立体的に認識する。頭を移動する事で立体的に見える方向が変わり、図１１では見えなかった物が図１２では見える様になり、臨場感が高くなる。
【０００６】
図１１および図１２の様な多視点画像１００３を得る一つの方法は、多くの視点方向から被写体の画像を撮像する事である。図１３は５台のカメラを用いた多視点画像を撮像する構成図である。図１３において、被写体１３０１を５台のカメラ１３０２ないし１３０６を用いて撮像する。これらの複数の撮像画像は互いに視差を持ち、それらの撮像画像を短冊状に分割し一つに合成した画像１００３が、図１１および図１２の画像面１００２に表示される。この様な多視点画像を用いたレンチキュラーレンズによる立体画像は、最近の学会においても報告されている（例えば非特許文献１を参照）。
【０００７】
最近のディスプレイ技術の発展により、非常に高解像度の平面画像を表示できる様になった。一方、立体画像は図１１や図１２の様に、或る方向から画像表示装置を見た時に画像表示面のすべての画素を見るわけではなく、立体画像の解像度は平面画像より劣る事は避けられない。高解像度の平面画像と臨場感の高い立体画像を切り換えて表示できれば広く普及すると思われる。
【０００８】
従来例の説明の前に、図１４および図１５を用いて液晶の特性について説明する。矢印Ｘは光の偏光方向を表す。一般に、図１４の様に偏光方法に液晶分子の長軸が平行に並んだ場合は屈折率（ｎ３）が高く、図１５の様に偏光方法に液晶分子の長軸が垂直に並んだ場合は屈折率（ｎ２）が低い。図１５では液晶分子の長軸は紙面に垂直である。
【０００９】
平面画像と立体画像を切り換える事ができる従来の表示装置として、図１６に示す画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１）。図１６において、１６０１は凹シリンドリカルレンズアレイのパネルで、１６０２はそのレンズ面である。また、１６０３も凹シリンドリカルレンズアレイのパネルで、１６０４はそのレンズ面である。１６０５は平面画像表示面であり、レンズ面１６０２とレンズ面１６０４の間には液晶が挿入されている。一般にレンズ面１６０２および１６０４にはラビングが施され、液晶分子はシリンドリカルレンズの長手方向に平行に並んでいる。図１６の液晶分子は紙面に垂直である。
【００１０】
平面画像表示の場合は、偏光方向が紙面に平行な光を平面画像表示面１６０５から出射する。その場合、図１５の様な状態が生じ、液晶の屈折率は小さい値（ｎ２）を持つ。凹シリンドリカルレンズアレイのパネル１６０１および１６０３の屈折率（ｎ１）と低い方の液晶屈折率（ｎ２）がほぼ同じとすれば、平面画像面１６０５から出る光は、液晶部分で屈折せずに透過し平面画像を観察できる。
【００１１】
立体画像表示の場合は、偏光方向が紙面に垂直な光を平面画像表示面１６０５から出射する。平面画像表示面から出る光の偏光方向を変える方法は特許文献１の図１８および図１９に説明されている。立体画像表示の場合、図１４の様な状態が生じ、液晶の屈折率は大きい値（ｎ３）を持つ。液晶部分の屈折率（ｎ３）は凹シリンドリカルレンズアレイのパネル１６０１および１６０３の屈折率（ｎ１）より大きく、液晶部分がレンズの様に働きレンチキュラーレンズ効果を生じ、立体画像を観察できる。
【００１２】
図１７は平面画像を表示する際の理想的な光の進行を示す図である。図１７において図１６と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。レンズ面１６０２とレンズ面１６０４の間の液晶屈折率（ｎ２）が凹シリンドリカルレンズアレイのパネル１６０１と１６０３の屈折率（ｎ１）に等しく、表示装置を上から見た場合は、画像面１６０５からの光は屈折せずに真っ直ぐ上方に進行し、高い品質の平面画像を観察できる。
【特許文献１】特開２００６−２７６４６６号公報
【非特許文献１】３次元画像コンファレンス  ２００５  講演論文集  （July 7−8, 2005, 東京）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、液晶分子が完全にシリンドリカルレンズの長手方向に平行（紙面に垂直）に並ぶとは限らない。また、平面画像面から出る光が完全に一方向の直線偏光とは限らない。現実的には、液晶部分の屈折率が凹シリンドリカルレンズアレイのパネル１６０１と１６０３の屈折率（ｎ１）と若干異なり、レンズ効果が残留する。例として、液晶部分の屈折率がｎ１より若干大きい場合に、画像面から出る光の様子を図１８に示す。図１８において図１６および図１７と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。図１８の様な現実的な場合は、画像面から真っ直ぐ上方に進行する光は若干集光されながら液晶部分を通過し、平面画像の品質が劣化する。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、品質の高い平面画像と立体画像を切り替える事ができる画像表示装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、片面が平面で他方に凹レンズアレイを形成した第一パネルと、片面が平面で他方に凸レンズアレイを形成した第二パネルを有し、前記凹レンズアレイと前記凸レンズアレイを対向させて前記第一パネルと前記第二パネルを配置して、前記凹レンズアレイと前記凸レンズアレイの間に入射光の状態によって屈折率が異なる物質を有する事を特徴とする。この事により、平面画像を表示する場合の残留レンズ効果を抑制する事ができる。
【００１６】
また、前記凹レンズアレイと前記凸レンズアレイの間の物質が屈折率の大きい（ｎ３）状態と屈折率の小さい（ｎ２）状態を有し、前記大きい屈折率（ｎ３）が前記第一パネルおよび前記第二パネルの屈折率（ｎ１）にほぼ等しい事を特徴とする。この事により、平面画像と立体画像を切り換える事ができる。
【００１７】
好ましくは、前記凹レンズアレイと前記凸レンズアレイの間の物質が液晶である事を特徴とする。
【００１８】
また、本発明の画像表示装置は、前記第一パネルおよび第二パネルが、透明板の上に凹レンズ部あるいは凸レンズ部をアレイ状に形成し、前記凹レンズ部あるいは凸レンズ部の屈折率が前記透明板の屈折率より大きい事を特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の画像表示装置によれば、平面画像を表示する場合の残留レンズ効果を抑制する事ができ、品質の高い平面画像と立体画像を安定に切り換える事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
【００２１】
図１は、本発明の実施形態１における画像表示装置の斜視図である。図１において、１０１は片面に凹シリンドリカルレンズアレイを持つパネルであり、１０２はレンズ面である。また、１０３は片面に凸シリンドリカルレンズアレイを持つパネルであり、１０４はレンズ面である。凹シリンドリカルレンズアレイのパネル１０１の平面側１０５が平面画像表示装置に接し、レンズ面１０２とレンズ面１０４の間に、入射光の状態によって屈折率が異なる物質１０６を挿入する。
【００２２】
本発明の実施形態１では、入射光の状態によって屈折率が異なる物質１０６として、図１６と同様に液晶を用い、その様子を図２に示す。図２において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。レンズ面１０２およびレンズ面１０４にはラビングが施され、液晶分子の長軸は紙面に垂直に並んでいる。
【００２３】
平面画像表示の場合は、偏光方向が紙面に垂直な光を平面画像表示面１０５から出射する。その場合、図１４の様な状態が生じ、液晶の屈折率は大きい値（ｎ３）を持つ。本発明の実施形態１では、凹シリンドリカルレンズアレイのパネル１０１および凸シリンドリカルレンズアレイのパネル１０３の屈折率（ｎ１）と大きい液晶屈折率（ｎ３）がほぼ同じとする。その場合、平面画像面１０５から出る光は、液晶部分で屈折せずに透過し平面画像を観察できる。
【００２４】
立体画像表示の場合は、偏光方向が紙面に平行な光を平面画像表示面１０５から出射する。平面画像表示面から出る光の偏光方向を変える方法は特許文献１の図１８および図１９に説明されている。立体画像表示の場合、図１５の様な状態が生じ、液晶の屈折率は小さい値（ｎ２）を持つ。液晶部分の屈折率（ｎ２）は凹シリンドリカルレンズアレイのパネル１０１および凸シリンドリカルレンズアレイ１０３の屈折率（ｎ１）より小さく、液晶部分が空隙の様に働きレンチキュラーレンズ効果を生じ、立体画像を観察できる。
【００２５】
図３は立体画像を表示する際の光線を示す図である。図３において、図１および図２と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。２つのレンズ面１０２と１０４の間の液晶部分（屈折率ｎ２）の屈折率は低い状態である。平面画像面１０５の点から出る光は、レンズ面１０２で発散され、液晶中を通過し、レンズ面１０４で略平行光に集光される。画像面１０５から出る光が略平行光になる事でレンチキュラーレンズ効果を満足し、立体画像を表示する事ができる。
【００２６】
図４は平面画像を表示する際の理想的な光の進行を示す図である。図４において図１ないし図３と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。図５の様な理想的な場合を実現できれば、液晶１０６の屈折率がパネル１０１および１０３の屈折率と同じであり、表示装置を上から見た場合は、画像面１０５から出る光は屈折せずに真っ直ぐ上方に進行し、高い品質の平面画像を観察できる。
【００２７】
しかしながら、現実的には、液晶部分の屈折率が凹シリンドリカルレンズアレイのパネル１０１および凸シリンドリカルレンズアレイのパネル１０３の屈折率（ｎ１）と異なる。例として、液晶部分の屈折率がｎ１より若干小さい場合に、画像面から出る光の様子を図５に示す。図５において図１ないし図４と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。図５の様な現実的な場合では、画像面から真っ直ぐ上方に進行する光は、若干平行移動するが、殆ど略平行状態を保つ事ができる。これは、パネル１０１には凹シリンドリカルレンズが形成され、パネル１０３には凸シリンドリカルレンズが形成され、進行する光にとっては近似的に平行板を透過する様に振る舞うからである。この事により、残留レンズ効果が抑制され、高い品質の平面画像が得られる。
（実施形態２）
【００２８】
本発明の実施形態１では、凹シリンドリカルレンズアレイのパネルおよび凸シリンドリカルレンズアレイのパネルの屈折率（ｎ１）を液晶部分の高い方の屈折率とほぼ同じにする。その為には、凹シリンドリカルレンズアレイのパネルおよび凸シリンドリカルレンズアレイのパネルには屈折率の高い物質を用いる必要がある。ガラスには高屈折率の物があるが高価である。そこで、高い屈折率で低価格の樹脂が望まれる。その様な樹脂として、高屈折率の誘電体微粒子を分散させた紫外線硬化樹脂が考えられる（ナノコンポジット樹脂）。微粒子としては直径が１０ナノメートル以下の酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、あるいは酸化アルミニウム等の微粒子が用いられる。
【００２９】
しかし、樹脂に微粒子を混合すれば、微粒子による散乱で透過率が低下する。従って、この様なナノコンポジット樹脂を用いる場合は出来る限り薄い樹脂厚みが望まれる。本発明の実施形態２では、図６の様に、シリンドリカルレンズ部分のみに高屈折率の樹脂を用いる。図６において、６０１および６０２はポリカーボネート樹脂などの透明板、６０３はナノコンポジット樹脂などの高屈折率樹脂でできた凹シリンドリカルレンズ部分であり、６０４はレンズ面である。また、６０５はナノコンポジット樹脂などの高屈折率樹脂でできた凸シリンドリカルレンズ部分であり、６０６はレンズ面である。６０７は平面画像面、６０８は液晶である。この構成により、ナノコンポジット樹脂の厚さを薄くして透過率の低下を防ぐ事ができる、
（実施形態３）
【００３０】
本発明の実施形態３では、シリンドリカルレンズとして非球面レンズを用いる。図７はその例である。非球面形状として楕円レンズや双曲線レンズが考えられる。レンズ面を非球面にする事で収差を低減できる。
（実施形態４）
【００３１】
実施形態１ないし３では、平面画像面に近い方に凹シリンドリカルレンズを用い、平面画像面から遠い方に凸シリンドリカルレンズを用いた。本発明の実施形態４では、図８の様な、平面画像面に近い方に凸シリンドリカルレンズを用い、平面画像面から遠い方に凹シリンドリカルレンズを用いる。図８において、８０１は片面に凹シリンドリカルレンズアレイを持つパネルであり、８０２はレンズ面である。また、８０３は片面に凹シリンドリカルレンズアレイを持つパネルであり、８０４はレンズ面である。凸シリンドリカルレンズアレイのパネル８０１の平面側８０５が平面画像表示装置に接し、レンズ面８０２とレンズ面８０４の間に液晶８０６を挿入する。
【００３２】
実施形態４も、実施形態１ないし３と同様に、平面画像と立体画像を切り換える事ができる。凸シリンドリカルレンズアレイのパネル８０１および凹シリンドリカルレンズアレイのパネル８０３の屈折率と、液晶部分の高い方の屈折率がほぼ同じの場合に平面画像を表示できる。また、液晶部分の屈折率が、凸シリンドリカルレンズアレイのパネル８０１および凹シリンドリカルレンズアレイのパネル８０３の屈折率より小さい場合に立体画像を表示できる。
【００３３】
図９は立体画像を表示する際の光線を示す図である。図９において、図８と同じ構成要素には同じ符号を付け説明を省略する。２つのレンズ面８０２と８０４の間の液晶部分（屈折率ｎ２）はパネル８０１およびパネル８０３の屈折率より低い。平面画像面８０５の点から出る光は、レンズ面８０２で集光され、液晶中を通過し、レンズ面８０４で略平行光になる。画像面８０５から出る光が略平行光になる事でレンチキュラーレンズ効果を満足し、立体画像を表示する事ができる。
【００３４】
以上に開示した実施形態１ないし実施形態４は、いずれも本発明の一例を示したに過ぎず、本発明はこれらの実施形態により制限的に解釈されない。本発明の範囲は上記の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と同等の意味および範囲内のすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の画像表示装置は、品質の高い平面画像と立体画像を切り換える事ができ、立体テレビなどとして有用である。また、携帯機器、パソコンのモニター、ゲーム機などの用途に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態１における画像表示装置の斜視図。
【図２】本発明の実施形態１における画像表示装置の断面図。
【図３】本発明の実施形態１における立体画像を表示する場合の光線を示す図、
【図４】本発明の実施形態１における平面画像を表示する場合の理想的な光線を示す図
【図５】本発明の実施形態１における平面画像を表示する場合の現実的な光線を示す図
【図６】本発明の実施形態２における画像表示装置の断面図。
【図７】本発明の実施形態３における画像表示装置の断面図。
【図８】本発明の実施形態４における画像表示装置の斜視図。
【図９】本発明の実施形態４における画像表示装置の断面図。
【図１０】従来のレンチキュラーレンズの斜視図。
【図１１】従来のレンチキュラーレンズを用いた、左右の目の位置に対する立体視の原理図。
【図１２】従来のレンチキュラーレンズを用いた、変化した左右の目の位置に対する立体視の原理図。
【図１３】従来の多視点からの画像撮像の構成図。
【図１４】偏光方向が液晶分子の長軸に平行な場合の液晶特性の説明図。
【図１５】偏光方向が液晶分子の長軸に垂直な場合の液晶特性の説明図。
【図１６】従来の画像表示装置の断面図。
【図１７】従来の画像表示装置における平面画像を表示する場合の理想的な光線を示す図
【図１８】従来の画像表示装置における平面画像を表示する場合の現実的な光線を示す図
【符号の説明】
【００３７】
１０１    凹シリンドリカルレンズアレイのパネル
１０２    レンズ面
１０３    凸シリンドリカルレンズアレイのパネル
１０４    レンズ面
１０５    平面画像表示面に接する面
１０６    入射光の状態によって屈折率が異なる物質
６０１    凹シリンドリカルレンズアレイのパネル
６０２    レンズ面
６０３    凸シリンドリカルレンズアレイのパネル
６０４    レンズ面
６０５    平面画像表示面に接する面
６０６    入射光の状態によって屈折率が異なる物質
８０１    凹シリンドリカルレンズアレイのパネル
８０２    レンズ面
８０３    凸シリンドリカルレンズアレイのパネル
８０４    レンズ面
８０５    平面画像表示面に接する面
８０６    入射光の状態によって屈折率が異なる物質
１００１  シリンドリカルレンズ
１００２  画像面
１００３  多視点画像
１００４  右目
１００５  左目
１００６  略平行光
１００７  略平行光
１００８  略平行光
１００９  略平行光
１００１  被写体
１００２  カメラ
１００３  カメラ
１００４  カメラ
１００５  カメラ
１００６  カメラ
【図１】
2009037079.tif 000003
【図２】
2009037079.tif 000004
【図３】
2009037079.tif 000005
【図４】
2009037079.tif 000006
【図５】
2009037079.tif 000007
【図６】
2009037079.tif 000008
【図７】
2009037079.tif 000009
【図８】
2009037079.tif 000010
【図９】
2009037079.tif 000011
【図１０】
2009037079.tif 000012
【図１１】
2009037079.tif 000013
【図１２】
2009037079.tif 000014
【図１３】
2009037079.tif 000015
【図１４】
2009037079.tif 000016
【図１５】
2009037079.tif 000017
【図１６】
2009037079.tif 000018
【図１７】
2009037079.tif 000019
【図１８】
2009037079.tif 000020