(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のＲＧＢの発光ダイオードを平面状に並べているＬＥＤ平面ディスプレイ(1)の前面に、ＬＥＤ平面ディスプレイ(1)と平行にレンチキュラレンズ(3)を配設しており、
さらに、このレンチキュラレンズ(3)とＬＥＤ平面ディスプレイ(1)との間に、ＬＥＤ平面ディスプレイ(1)の画素ピッチを小さくして結像する補助レンチキュラレンズ(4)を配設しており、補助レンチキュラレンズ(4)で結像された映像をレンチキュラレンズ(3)で観測者の目の位置に結像するようにしてなる発光ダイオードを使用した立体ディスプレイ。
【請求項２】
補助レンチキュラレンズ(4)のピッチが０．３〜３ｍｍである請求項１に記載される発光ダイオードを使用した立体ディスプレイ。
【請求項３】
補助レンチキュラレンズ(4)の焦点距離が２〜１０ｍｍである請求項１に記載される発光ダイオードを使用した立体ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として屋外で使用されて、眼鏡をかけることなく、立体的像を見ることができる立体ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオードは、発光輝度が高いので屋外で使用できる特長がある。ＲＧＢの発光ダイオードを平面状に並べたＬＥＤ平面ディスプレイが屋外用として使用されている。このＬＥＤ平面ディスプレイは、前面にレンチキュラレンズを配設すると共に、ＬＥＤ平面ディスプレイに右目と左目の像を表示して立体ディスプレイとすることができる。この構造の立体ディスプレイは眼鏡を使用することなく、立体表示できる特長がある。図１は、この立体ディスプレイの原理図を示す。この立体ディスプレイは、図に示すように、発光ダイオードの右目画像と左目画像とをレンチキュラレンズ３で観測者の右目と左目に結像する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この構造の立体ディスプレイは、観測者が遠く離れて見るほど、言いかえると観察距離が長くなるほど、レンチキュラレンズ３をＬＥＤ平面ディスプレイ１から離す必要がある。たとえば、ＬＥＤ平面ディスプレイ１の画素ピッチを８ｍｍ、観察距離を２０ｍ、両眼間隔を６５ｍｍとすると、ＬＥＤ平面ディスプレイ１とレンチキュラレンズ３との間隔は約２メートルにもなる。図２に示すように、ＬＥＤ平面ディスプレイ１の画素ピッチを小さくして、レンチキュラレンズ３とＬＥＤ平面ディスプレイ１との間隔を狭くできる。しかしながら、ＬＥＤ平面ディスプレイ１は、ＲＧＢからなる３つの発光ダイオードでひとつの画素２を構成する構造から、発光ダイオードの大きさで画素ピッチに制限を受け、これを小さくできない。
【０００４】
ＬＥＤ平面ディスプレイ１とレンチキュラレンズ３の間隔は、立体ディスプレイの奥行きとなる。したがって、奥行きが２メートルもある立体ディスプレイは、たとえばビルの壁にはとうていに設置できない。屋外で使用される立体ディスプレイは、多くの場合はビルの壁面に固定されるので、ビルの壁面に設置できない立体ディスプレイは、用途が極めて制限される。
【０００５】
偏光板の眼鏡をかけて立体像を観測する立体ディスプレイは、レンチキュラレンズを使用しないので奥行きを浅くできる。ただ、眼鏡を使用する立体ディスプレイでは、屋外に使用して誰もが立体像を見ることができない欠点がある。レンチキュラレンズに代わって、ＬＥＤ平面ディスプレイの前面にスリットを設けて立体ディスプレイを実現することもできる。ただ、この構造の立体ディスプレイも、スリットとＬＥＤ平面ディスプレイとの間隔が長くなり、奥行きを小さくできない。
【０００６】
本発明は、従来のＬＥＤの立体ディスプレイが有するこのような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、眼鏡を使用することなく、奥行きを浅くして立体表示できる発光ダイオードを使用した立体ディスプレイを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の立体ディスプレイは、多数のＲＧＢの発光ダイオードを平面状に並べているＬＥＤ平面ディスプレイ１の前面に、ＬＥＤ平面ディスプレイ１と平行にレンチキュラレンズ３を配設している。さらに、レンチキュラレンズ３とＬＥＤ平面ディスプレイ１との間に、ＬＥＤ平面ディスプレイ１の画素ピッチを小さくして結像する補助レンチキュラレンズ４を配設しており、補助レンチキュラレンズ４で結像された映像をレンチキュラレンズ３で観測者の目の位置に結像するようにしている。
【０００８】
補助レンチキュラレンズ４のピッチは、０．３〜３ｍｍとすることができる。さらに、補助レンチキュラレンズ４の焦点距離は、２〜１０ｍｍとすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための立体ディスプレイを例示するものであって、本発明は立体ディスプレイを下記のものに特定しない。
【００１０】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１１】
図３の立体ディスプレイは、多数のＲＧＢの発光ダイオードを平面状に並べているＬＥＤ平面ディスプレイ１の前面に、このＬＥＤ平面ディスプレイ１と平行にレンチキュラレンズ３を配設している。さらに、レンチキュラレンズ３とＬＥＤ平面ディスプレイ１との間には、ＬＥＤ平面ディスプレイ１の画素ピッチを小さくして結像する補助レンチキュラレンズ４を配設している。
【００１２】
ＬＥＤ平面ディスプレイ１は、上下縦方向に右眼用と左眼用の画素列を並べている。右眼用と左眼用の各々の画素２には、ＲＧＢの発光ダイオードを配置して、フルカラーの画素２としている。右眼用と左眼用の画素列は、水平方向に交互に配設している。ＬＥＤ平面ディスプレイ１は、右眼用の画素列でもって右目で見る映像を表示し、左眼用の画素列では左眼で見る映像を表示する。立体ディスプレイは、右眼用と左眼用の映像をわずかに相違する映像として、映像を立体的に表示する。ＬＥＤ平面ディスプレイ１は、観測者が右眼用の映像を右眼で見て、左眼用の映像を左眼で見ると立体映像となるように、各々の画素２を構成しているＲＧＢの発光ダイオードを点滅する。
【００１３】
レンチキュラレンズ３と補助レンチキュラレンズ４は、観測者があらかじめ設定された所定の位置からＬＥＤ平面ディスプレイ１を見て、立体映像として見ることができるように、右眼用の画素列を観測者の右眼に、左眼用の画素列を観測者の左眼に結像させるようにする。とくに、本発明の立体ディスプレイは、ＬＥＤ平面ディスプレイ１とレンチキュラレンズ３との間に補助レンチキュラレンズ４を配設して、ＬＥＤ平面ディスプレイ１とレンチキュラレンズ３との間隔を接近させて、全体の奥行きを浅くしている。
【００１４】
補助レンチキュラレンズ４とレンチキュラレンズ３は、水平断面を凸レンズ形状とし、垂直断面をレンズ形状とはしないもので、透明のガラスやプラスチック、あるいはこれ等の複合材で製作される。補助レンチキュラレンズ４とレンチキュラレンズ３のピッチと焦点距離は、立体ディスプレイ全体の奥行きを特定する。補助レンチキュラレンズ４とレンチキュラレンズ３のピッチと焦点距離を以下に詳述する方法で最適に設計して、立体ディスプレイの奥行きを最小にできる。ただ、本発明の立体ディスプレイは、必ずしも、立体ディスプレイの奥行きを最小値とする必要はない。
【００１５】
補助レンチキュラレンズを設けないで、ＬＥＤ平面ディスプレイ１の前面にレンチキュラレンズ３を配設している従来の立体ディスプレイは、観測者が離れて見るほど、レンチキュラレンズ３とＬＥＤ平面ディスプレイ１との間隔を広くする必要がある。ただ、この構造の立体ディスプレイは、図１と図２に示すように、ＬＥＤ平面ディスプレイ１の画素列のピッチを狭くすると、ＬＥＤ平面ディスプレイ１とレンチキュラレンズ３の間隔を狭くできる。しかしながら、ＬＥＤ平面ディスプレイ１は、ＲＧＢの発光ダイオードでひとつの画素２を構成するために、画素ピッチを発光ダイオードの大きさよりも小さくはできない。すなわち、ＬＥＤ平面ディスプレイ１の画素ピッチは、発光ダイオードの大きさで制約を受けて、小さくすることが難しい。とくに屋外用の立体ディスプレイは、発光ダイオードを高輝度に発光させるために集光レンズを有するタイプのものが使用される。このタイプの発光ダイオードは、外形が大きく、しかもこの発光ダイオードを少なくとも３個使用してＲＧＢの発光ダイオードでひとつの画素２を構成するので、画素ピッチを小さくすることが極めて難しい。
【００１６】
補助レンチキュラレンズ４は、ＬＥＤ平面ディスプレイ１の前面に、ＬＥＤ平面ディスプレイ１と平行に配設して、ＬＥＤ平面ディスプレイ１の画素ピッチを小さくする。すなわち、補助レンチキュラレンズ４は、その前面に、画素ピッチをＬＥＤ平面ディスプレイ１の画素列の１／Ｍと狭くした画素列の映像を結像させる。
【００１７】
補助レンチキュラレンズ４が画素列を小さくする縮小率をＭとするとき、以下の式で縮小率Ｍが計算される。
Ｍ＝（２Ｐ0／Ｐ1）−１……▲１▼
ただし、この式において、Ｐ0はＬＥＤ平面ディスプレイ１の画素ピッチ、Ｐ1は補助レンチキュラレンズ４のピッチである。補助レンチキュラレンズ４のピッチＰ1とは、縦に並んでいる隣接レンズの中心間隔である。隣接レンズの中心間隔は、各々のレンズの幅となる。この式から縮小率Ｍが特定されると、補助レンチキュラレンズ４とＬＥＤ平面ディスプレイ１との間隔ａ1と、補助レンチキュラレンズ４と結像位置との間隔ｂ1が以下の式で計算される。
ａ1＝ｆ1（Ｍ＋１）…………▲２▼
ｂ1＝ｆ1（Ｍ＋１）／Ｍ……▲３▼
【００１８】
この式において、ｆ1は補助レンチキュラレンズ４の焦点距離である。
▲２▼と▲３▼の式から、縮小率Ｍと、補助レンチキュラレンズ４の焦点距離ｆ1が特定されると、補助レンチキュラレンズ４とＬＥＤ平面ディスプレイ１との間隔ａ1が特定される。さらに、補助レンチキュラレンズ４で縮小された映像位置もｂ1で特定される。
【００１９】
補助レンチキュラレンズ４の前述のパラメーターが特定されると、レンチキュラレンズ３のピッチＰ2と、位置ａ2と、焦点距離ｆ2は以下の式で特定される。
Ｐ2＝２ＫＰ0／（ＫＭ＋Ｐ0）……▲４▼
ａ2＝ｂ2Ｐ0／ＫＭ…………………▲５▼
ｆ2＝ｂ2Ｐ0／（ＫＭ＋Ｐ0）…… ▲６▼
ただし、▲４▼〜▲６▼の式のおいて、Ｋは観測者の両眼の間隔で一般的には約６５ｍｍ、ｂ2はレンチキュラレンズ３から観測者までの距離である。
【００２０】
ところで、立体ディスプレイの奥行き（Ｔ）は、以下の式で表される。
Ｔ＝ａ1＋ｂ1＋ａ2…………▲７▼
この式からｄＴ／ｄＭ＝０を計算して、立体ディスプレイの奥行き（Ｔ）を最小とする縮小率Ｍの値が計算される。この縮小率Ｍの値は、以下の式で示される。
Ｍ＝（１＋ｂ2Ｐ0／Ｋｆ1）１／２……▲８▼
【００２１】
図４は、補助レンチキュラレンズ４のピッチ（Ｐ1）に対する立体ディスプレイの奥行き（Ｔ）を示すグラフである。ただし、この図の曲線Ａは補助レンチキュラレンズ４の焦点距離を２ｍｍとする特性を示し、曲線Ｂは補助レンチキュラレンズ４の焦点距離を３ｍｍとする特性を示し、曲線Ｃは補助レンチキュラレンズ４の焦点距離を１０ｍｍとする特性を示している。また、レンチキュラレンズ３から観測者間での距離を２０ｍ、観測者の両眼間隔を６５ｍｍ、ＬＥＤ平面ディスプレイ１の画素ピッチを８ｍｍとしている。
【００２２】
この図から、本発明の立体ディスプレイは、補助レンチキュラレンズ４とレンチキュラレンズ３の焦点距離とピッチを以下の値にして、最小の奥行きをわずかに１４．４ｃｍと極めて薄くできる。
ｆ1＝２ｍｍ
ｆ2＝６９．９ｍｍ
Ｐ1＝０．４４３ｍｍ
Ｐ2＝０．４５４ｍｍ
【００２３】
以上の構成にすると、立体ディスプレイの奥行きを極めて浅くできるが、補助レンチキュラレンズ４とレンチキュラレンズ３のピッチが１ｍｍ以下と極めて狭くなるので、補助レンチキュラレンズ４とレンチキュラレンズ３のピッチと焦点距離を以下の値にして、奥行きを４４．３ｃｍとすることができる。
ｆ1＝１０ｍｍ
ｆ2＝３４６ｍｍ
Ｐ1＝２ｍｍ
Ｐ2＝２．２５ｍｍ
【００２４】
ちなみに、補助レンチキュラレンズ４を設けない立体ディスプレイは、レンチキュラレンズ３の焦点距離とピッチとを以下の値にして、その奥行きは２．４６ｍと極めて厚くなる。
ｆ2＝２．１６ｍｍ
Ｐ2＝１４．２ｍｍ
【００２５】
以上のように、本発明の立体ディスプレイは、補助レンチキュラレンズ４をレンチキュラレンズ３とＬＥＤ平面ディスプレイ１との間に配設することによって、その奥行きを極めて薄くできる。本発明の立体ディスプレイは、レンチキュラレンズ３とＬＥＤ平面ディスプレイ１との間に補助レンチキュラレンズ４を配設して、奥行きを浅くするものであるが、補助レンチキュラレンズ４の焦点距離とピッチが、レンチキュラレンズ３のピッチと焦点距離に影響を与え、さらに立体ディスプレイの奥行きにも影響を与える。したがって、補助レンチキュラレンズ４の焦点距離とピッチは、レンチキュラレンズ３と補助レンチキュラレンズ４の両方の製作が簡単で、しかも立体ディスプレイをできるかぎり薄くできる値に特定する。図４から、立体ディスプレイを最小の奥行きとする縮小率Ｍの値は特定されるが、本発明の立体ディスプレイは、必ずしも縮小率Ｍをこの値に特定しない。それは、縮小率Ｍの値を変更することによって、補助レンチキュラレンズ４とレンチキュラレンズ３の製作を簡単にしながら、奥行きの増加を比較的小さくできるからである。
【００２６】
以上のことから、補助レンチキュラレンズ４は、立体ディスプレイをできるかぎり薄くしながら、容易に製作できるように、最小ピッチを０．３ｍｍ以上とする。補助レンチキュラレンズ４は、ピッチを大きくして簡単に製作できるが、このピッチを大きくすると補助レンチキュラレンズ４とレンチキュラレンズ３の焦点距離を長くする必要がある。レンチキュラレンズ３は、ピッチに比較して焦点距離が長いので、焦点距離が長くなると製作が難しくなる。したがって、補助レンチキュラレンズ４のピッチは、好ましくは３ｍｍ以下とする。さらに、補助レンチキュラレンズ４の焦点距離は、補助レンチキュラレンズ４とレンチキュラレンズ３の製作を容易にすることから、好ましくは２〜１０ｍｍとされる。さらに、レンチキュラレンズ３のピッチも、好ましくは０．３〜３ｍｍに設計される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の立体ディスプレイは、眼鏡を使用することなく、奥行きを浅くして立体表示できる特長がある。それは、本発明の立体ディスプレイが、ＬＥＤ平面ディスプレイとレンチキュラレンズとの間に、ＬＥＤ平面ディスプレイの画素ピッチを小さくして結像する補助レンチキュラレンズを配設しており、補助レンチキュラレンズで結像された映像をレンチキュラレンズで観測者の目の位置に結像しているからである。この構造の立体ディスプレイは、補助レンチキュラレンズのピッチと焦点距離とを変更して縮小率の値を変更することによって、立体ディスプレイの奥行きを小さく変更できる。したがって、本発明の立体ディスプレイは、ＲＧＢからなる発光ダイオードで構成されて画素ピッチに制限を受けるＬＥＤ平面ディスプレイであっても、奥行きを小さくして理想的に立体表示できる。このように、奥行きを小さくできる立体ディスプレイは、種々に用途に極めて便利に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の立体ディスプレイの原理を示す概略平面図
【図２】従来の他の立体ディスプレイの原理を示す概略平面図
【図３】本発明の一実施例にかかる立体ディスプレイの概略分解斜視図
【図４】補助レンチキュラレンズのピッチに対する立体ディスプレイの奥行きを示すグラフ
【符号の説明】
１…ＬＥＤ平面ディスプレイ
２…画素
３…レンチキュラレンズ
４…補助レンチキュラレンズ
【図１】
0003777434.tif 000002
【図２】
0003777434.tif 000003
【図３】
0003777434.tif 000004
【図４】
0003777434.tif 000005