JP2004264587A - 立体画像表示装置、携帯端末装置及びレンチキュラレンズ - Google Patents
立体画像表示装置、携帯端末装置及びレンチキュラレンズ Download PDFInfo
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Abstract
【課題】観察者が認識する立体画像中に縞模様が発生することを防止し、表示品質に優れた立体画像表示装置、携帯端末装置及びレンチキュラレンズを提供する。
【解決手段】右眼用の画像を表示する複数個の右眼用画素及び左眼用の画像を表示する複数個の左眼用画素が配列されている液晶表示装置と、この液晶表示装置の観察者５側の面に配置され、液晶表示装置側の面が平坦で、観察者５側の表面にはかまぼこ状のシリンドリカルレンズが相互に平行になるように複数個形成されているレンチキュラレンズ２とが設けられた立体画像表示装置１において、シリンドリカルレンズのレンズピッチＬを０．２ｍｍ以下にする。
【選択図】 図２
【解決手段】右眼用の画像を表示する複数個の右眼用画素及び左眼用の画像を表示する複数個の左眼用画素が配列されている液晶表示装置と、この液晶表示装置の観察者５側の面に配置され、液晶表示装置側の面が平坦で、観察者５側の表面にはかまぼこ状のシリンドリカルレンズが相互に平行になるように複数個形成されているレンチキュラレンズ２とが設けられた立体画像表示装置１において、シリンドリカルレンズのレンズピッチＬを０．２ｍｍ以下にする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンチキュラレンズ又はフライアイレンズ等の複数個のレンズからなる光学手段を使用した立体画像表示装置、携帯端末装置及びレンチキュラレンズに関し、特に、観察者が認識する立体画像中にレンズ形状に起因する縞模様が発生せず、表示品質が優れた立体画像表示装置、携帯端末装置及びレンチキュラレンズに関する。
【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の検討が行われている。立体視については、紀元前２８０年にギリシャの数学者ユークリッドが、「立体視とは、同一物体の異なる方向から眺めた別々の映像を左右両眼が同時に見ることによって得られる感覚である」と考察している（例えば、非特許文献１参照。）。即ち、立体画像表示装置の機能としては、観察者の左右両眼に相互に視差がある画像を夫々独立して提示することが必要となる。
【０００３】
この機能を具体的に実現するため、これまでに多くの立体画像表示方式の検討がなされている。これらの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と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、これらの方式は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方式の検討が盛んに行われている。
【０００４】
眼鏡を使用しない方式には、レンチキュラレンズ方式及びパララックスバリア方式等がある。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立体画像表示方式である。図７は、パララックスバリア方式により立体画像を表示する方法を示す光学モデル図である。パララックスバリア１０１は、図７に示すように、細い縦縞状の多数の開口部、即ち、スリット１０１ａが形成されたバリア（遮光板）である。そして、このパララックスバリア１０１の一方の表面の近傍には、表示手段１０２が配置されている。この表示手段１０２には、スリット１０１ａの長手方向と直交する方向に左眼用画素１０２ａ及び右眼用画素１０２ｂが配列されている。また、パララックスバリア１０１の他方の表面の近傍、即ち、表示手段１０２の反対側には、光源（図示せず）が配置されている。
【０００５】
光源から出射された光は、パララックスバリア１０１によりその一部が遮断される。一方、パララックスバリアに遮断されずにスリット１０１ａを通過した光は、左眼用画素１０２ａを通過して光束１０３ａになり、又は右眼用画素１０２ｂを通過して光束１０３ｂになる。その際、左眼用画素１０２ａを通過した光束１０３ａは観察者の左眼１０４ａに到達し、右眼用画素１０２ｂを通過した光束１０３ｂは観察者の右眼１０４ｂに到達するように、左眼用画素１０２ａ及び右眼用画素１０２ｂは配置される。このように、観察者の左右の眼には夫々異なる画素からの光が到達することになるため、観察者は表示手段１０２に表示された画像を、立体画像として認識することが可能になる。
【０００６】
前記パララックスバリア方式は、考案された当初は、パララックスバリアが画素と眼との間に配置されており、目障りで視認性が低いという問題があった。しかしながら、近時の液晶表示装置の実現に伴いパララックスバリアを表示手段の裏側に配置することが可能になり、視認性の問題が改善されたため、パララックスバリア方式の立体画像表示装置は盛んに検討されている。
【０００７】
一方、レンチキュラレンズ方式は、例えば前述の非特許文献１に記載されているように、Ｉｖｅｓ等により１９１０年頃に発明された。図８はレンチキュラレンズを示す斜視図であり、図９はレンチキュラレンズを使用した立体画像表示方法を示す光学モデル図である。図８に示すように、レンチキュラレンズ１１０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）１１１が、その長手方向が相互に平行になるように複数個形成されている。そして、図９に示すように、このレンチキュラレンズ１１０の焦点面には、左眼１１３ａ用の画像を表示する左眼用画素１１２ａと、右眼１１３ｂ用の画像を表示する右眼用画素１１２ｂとが交互に配列された表示手段１１４が配置される。これにより、左眼用画素１１２ａ及び右眼用画素１１２ｂから出射した光は、レンチキュラレンズ１１０により左眼１１３ａ又は右眼１１２ｂに向かう方向に夫々振り分けられる。このようにして、観察者の左右の眼には夫々異なる画素からの光が到達することになり、観察者に立体画像を認識させることが可能になる。前記パララックスバリア方式が不要な光をバリアにより取り除く方式であるのに対し、このレンチキュラレンズ方式は光の進む向きを変える方式であり、光源から出射した光を全て利用しているため、原理的には表示画面の明るさは低下しない。そのため、レンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置は、特に高輝度表示及び低消費電力性能が重視される携帯機器等への適用が期待されている。
【０００８】
前記レンチキュラレンズ方式の立体画像装置としては、例えば、シリンドリカルレンズのレンズピッチが０．２１９６ｍｍ及び０．２１９７ｍｍであり、平均レンズピッチが０．２１９６３ｍｍであるレンチキュラレンズを使用したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、現在、前記パララックスバリア方式及びレンチキュラレンズ方式を使用した立体画像表示装置は製品化されつつある（例えば、非特許文献２参照。）。例えば、非特許文献２には、対角サイズが７インチの液晶表示装置を表示手段として使用し、横方向に８００ドット、縦方向に４８０ドットの表示ドット数を有するレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置が紹介されている。図１０は非特許文献２で紹介されている従来のレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置の表示方法を示す光学モデル図である。この立体画像表示装置は、図１０に示すように、液晶表示装置１２１の画像表示面側にレンチキュラレンズ１２０が配置されており、液晶表示装置１２１における赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各ドットに対し、５ドット分毎に１つのシリンドリカルレンズを対応させた５視点方式である。前記５視点方式の立体画像表示装置においては、観察者が画像を観察する方向を変えることにより、５つの異なる画像を見ることができる。また、非特許文献２で紹介されている従来のレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置は、レンチキュラレンズ１２０と液晶表示装置１２１との距離が０．６ｍｍのときは立体画像を表示し、これらの距離を１．２ｍｍにすると平面画像を表示するものである。一般に、液晶表示装置１２１の画素１２２はＲＧＢの３ドットからなり、その長さは約０．１９２ｍｍである。従って、この従来の立体画像表示装置で使用されているレンチキュラレンズのピッチは約０．３２ｍｍであると算出される。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−１３３８９２号公報 （第２−４頁、第３図）
【非特許文献１】
増田千尋著，「３次元ディスプレイ」，産業図書株式会社，ｐ．１
【非特許文献２】
日経エレクトロニクス，２００３年１月６日，第８３８号，ｐ．２６−２７
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置では、表示画像中に明暗の縞模様が発生して、表示品質が低下するという問題がある。この問題は、レンチキュラレンズだけでなく、フライアイレンズ等の表面に凹凸を有するレンズを使用している立体画像表示装置全般に発生する。前記フライアイレンズはレンズが２次元に配列されているため、明暗の縞模様が２次元的に交差した状態になり、この結果表示画像中に明暗の粒状の模様が発生して表示品質が低下する。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、観察者が認識する立体画像中に縞模様が発生することを防止し、表示品質に優れた立体画像表示装置、携帯端末装置及びレンチキュラレンズを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係る立体画像表示装置は、左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記光学手段におけるレンズピッチが０．２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、光学手段におけるレンズピッチを０．２ｍｍ以下にしている。立体画像表示装置を手に保持し、移動しながら立体画像を観察する場合、観察者が立体画像を認識することができる立体可視域における左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを結ぶ線分に平行な線分のうち最長の線分と光学手段の表面との距離は３５０ｍｍ程度になる。前記レンズピッチを０．２ｍｍ以下にすることにより、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を前記観察者の分解能以下にすることができ、その結果、前記立体画像表示装置を手に保持し、移動しながら立体画像を観察する場合においても観察者が立体画像中に縞模様を認識しないようにすることができる。
【００１５】
本願第２発明に係る立体画像表示装置は、左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記観察者が立体画像を認識することができる立体可視域における前記左眼用の画像を表示する画素と前記右眼用の画像を表示する画素とを結ぶ線分に平行な線分のうち最長の線分と前記光学手段の表面との距離をＯＤ（ｍｍ）とし、前記光学手段におけるレンズピッチをＬ（ｍｍ）とするとき、前記距離ＯＤが３５０ｍｍ以下であり、前記距離ＯＤ及びレンズピッチＬが下記数式を満たすことを特徴とする。
【００１６】
【数１】
【００１７】
本発明においては、レンズピッチＬを立体可視域における前記左眼用の画像を表示する画素と前記右眼用の画像を表示する画素とを結ぶ線分に平行な線分のうち最長の線分と前記光学手段の表面との距離ＯＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下にすることにより、観察者と光学手段の表面との距離が３５０ｍｍ以下であり、観察者の視力が１．０である場合に、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を、前記観察者の分解能以下にすることができる。それにより、前記観察者は縞模様を認識できなくなり、表面に凹凸を有するレンズを使用することによる表示画像品質の低下を防ぐことができる。
【００１８】
本願第３発明に係る立体画像表示装置は、左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記光学手段におけるレンズピッチが０．１２４ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
前述のように、前記立体画像表示装置を手に保持し、移動しながら立体画像を観察する場合、前記立体可視域における前記光学手段の表面との距離が最小となる点と前記光学手段の表面との距離ＮＤは、２１３ｍｍ程度になる。そこで、本発明においては、前記レンズピッチを０．１２４ｍｍ以下にすることにより、前記立体画像表示装置を手に保持し、移動しながら立体画像を観察する場合においても、立体可視域全域において、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を、視力が１．０である観察者の分解能以下にすることができる。
【００２０】
本願第４発明に係る立体画像表示装置は、左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記観察者が立体画像を認識することができる立体可視域における前記光学手段の表面との距離が最小となる点と前記光学手段の表面との距離をＮＤ（ｍｍ）とし、前記光学手段におけるレンズピッチをＬ（ｍｍ）とするとき、前記ＮＤが２１３ｍｍ以下であり、前記距離ＮＤ及びレンズピッチＬが下記数式を満たすことを特徴とする。
【００２１】
【数２】
【００２２】
本発明においては、レンズピッチＬを立体可視域における前記光学手段の表面との距離が最小となる点と前記光学手段の表面との距離ＮＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下にすることにより、距離ＮＤが２１３ｍｍ以下であり、観察者の視力が１．０である場合に、立体可視域全域において、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を、前記観察者の分解能以下にすることができる。
【００２３】
前記表示単位が右眼用画素及び左眼用画素の２種類の画素からなることが好ましい。本発明においては、前記右眼用画素及び左眼用画素に夫々異なる画像を表示することにより、観察者は左右の眼で異なる画像を観察することになり、その結果、前記観察者に立体画像を認識させることができる。また、本発明においては、前記右眼用画素及び左眼用画素に同じ画像を表示することにより、前記観察者に平面画像を認識させることもできる。
【００２４】
また、前記光学手段はレンチキュラレンズ又はフライアイレンズであることが好ましい。本発明においては、前記光学手段としてレンチキュラレンズを使用することにより、前記レンチキュラレンズの長手方向における立体可視域を広くすることができる。また、本発明においては、前記光学手段としてフライアイレンズを使用することにより、左右上下の４方向に異なる画像を表示することができる。これにより、例えば、上下方向に観察位置を変えることにより、異なる立体画像を観察することになり、立体感をより高めることができる。
【００２５】
更に、前記表示手段は液晶表示装置であることが好ましい。本発明においては、前記表示手段として液晶表示装置を使用することにより、携帯機器等のように小型の表示装置から複数の観察者が同時に観察する大型の表示装置まで、種々の大きさの立体画像表示装置を作製することができる。
【００２６】
本願第５発明に係る携帯端末装置は、前記立体画像表示装置が搭載されていることを特徴とする。本発明においては、前記立体画像表示装置を搭載することにより、携帯端末装置においても高品質な立体画像を観察することができる。
【００２７】
また、前記携帯端末装置は、携帯電話、個人用情報端末（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ；以下、ＰＤＡという）、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラであることが好ましい。本発明においては、前記立体画像表示装置をこれらの携帯機器に搭載することで、高品質な立体画像を手軽に楽しむことができる。
【００２８】
本願第６発明に係るレンチキュラレンズは、複数個のシリンドリカルレンズがその長手方向が相互に平行になるように配列されたレンチキュラレンズにおいて、前記シリンドリカルレンズのレンズピッチが０．１２４ｍｍ以下であることを特徴とする。本発明においては、レンチキュラレンズにおけるシリンドリカルレンズのレンズピッチを０．１２４ｍｍ以下にすることにより、立体画像表示装置の光学手段として使用する場合において、観察者に立体可視域全域において縞模様を認識させることなく立体画像を観察させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
従来のレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置において問題となっている縞模様は、表示画像に重畳して観察されるため、観察者が認識する表示画質の品質を低下させ、結果として画像観察の障害となる。そこで、本発明の発明者等は、レンチキュラレンズにおけるシリンドリカルレンズのレンズピッチＬと立体画像中に現れる縞模様との視認性について鋭意検討を行った結果、この縞模様は外光がレンズ表面で反射した場合に観察されることを見出した。
【００３０】
この縞模様の明部と暗部とを合わせた幅はシリンドリカルレンズのレンズピッチＬと等しいが、明部及び暗部の夫々の幅は外光の特性により変化する。図１（ａ）は外光が拡散光である場合のレンズ表面における光の反射を示す模式図であり、図１（ｂ）は外光が平行光である場合のレンズ表面における光の反射を示す模式図である。外光が散乱光である場合、図１（ａ）に示すように、様々な方向からの外光６ａがレンチキュラレンズ２の表面で反射するため、観察者５に入射する反射光はレンチキュラレンズ２の表面の位置には依存しない。これに対して、外光６ａが平行光である場合には、図１（ｂ）に示すように、レンチキュラレンズ２の表面の位置によって反射する方向が異なるため、ある特定の位置で反射した光は観察者５に入射し、それ以外の位置で反射した光は観察者５に入射しなくなる。このため、観察者は、立体画像中にレンズ表面の形状に応じた明暗の縞模様を認識することになる。実際には、外光の配光特性は使用環境に依存し、例えば、直射日光下では平行光となり、間接照明の室内では拡散光となる。また、蛍光灯直接照明付近等では平行光と拡散光とが混在したような特性となることが知られている。このように使用環境により外光の配光特性が異なるため、立体画像中に現れる縞模様における明部及び暗部夫々の幅は使用環境に依存することになる。
【００３１】
また、前述のように明部と暗部とを合わせた幅はレンチキュラレンズ２におけるシリンドリカルレンズ３のレンズピッチＬと等しく、常に一定である。そのため、外光６ａの配光特性により明部の幅が拡大すると暗部の幅が縮小し、反対に暗部の幅が拡大すると明部の幅が縮小する。このような場合、幅が縮小した方は認識が難しくなるため、縞模様とは判別できなくなる。よって、明部と暗部とが同じ幅の場合、即ち、明部及び暗部の夫々がレンズピッチの（１／２）の幅である場合に縞模様が最も明瞭に観察されることになる。そこで、この縞模様を観察者が認識できないようにするためには、明部又は暗部のいずれかの幅を観察者の視力による分解能以上にする必要がある。観察者の視力とこの観察者が識別できる最小視角との関係は、下記数式３により与えられる。
【００３２】
【数３】
【００３３】
例えば、観察者の視力を一般的な眼の視力である１．０とすると、上記数式３からこの観察者の最小視角は１分になる。また、左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段を使用する場合、前記観察者が立体画像を認識することができる立体可視域における前記左眼用の画像を表示する画素と前記右眼用の画像を表示する画素とを結ぶ線分に平行な線分のうち最長の線分と前記光学手段の表面との距離を、観察者が立体画像を認識するために最適な距離、即ち、最適観察距離ＯＤ（ｍｍ）とし、この最適観察距離ＯＤが３５０ｍｍ以下である場合、前記観察者の分解能は、この最適観察距離ＯＤと角度１分の正接（タンジェント）との積に相当する。従って、最適観察距離ＯＤが３５０ｍｍ以下である場合には、明部又は暗部の幅をこの値以下にすることにより、観察者は縞模様を認識することができなくなる。前述のように、縞模様が最も明瞭に観察されるのは、縞の明部及び暗部の幅が等しく、夫々の幅がレンズピッチの（１／２）の場合である。そこで、本発明においては、シリンドリカルレンズ３のレンズピッチＬ（ｍｍ）を、最適観察距離ＯＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下とすることにより、レンチキュラレンズ２の表面において外光が反射することにより発生する立体画像中の縞模様を観察者が認識できなくなり、表示画像品質が低下するのを防止することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図２は本発明の実施形態に係る立体画像表示装置を示す斜視図である。また、図３は、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置における表示手段、光学手段及び観察者の光学的配置を示す模式図である。本実施形態の立体画像表示装置１においては、図２及び図３に示すように、表示手段として透過型の液晶表示装置４が使用されており、この液晶表示装置４の観察者５側の面には光学手段であるレンチキュラレンズ２が配置されている。
【００３５】
本実施形態の立体画像表示装置１の表示手段である液晶表示装置４には、右眼５２用の画像を表示する複数個の右眼用画素４２及び左眼５１用の画像を表示する複数個の左眼用画素４１が横方向１０に沿って交互に配列されており、この右眼用画素４２及び左眼用画素４１は、縦方向１１に沿って配列されている。また、右眼用画素４２及び左眼用画素４１の背面には光源２０が配置されている。更に、液晶表示装置４における表示面は、横方向１０と縦方向１１とを含む平面であり、横方向１０と縦方向１１は相互に直交する。
【００３６】
本実施形態の立体画像表示装置１の光学手段であるレンチキュラレンズ２は、表示手段側の面が平坦で、観察者５側の表面にはかまぼこ状のレンズ（シリンドリカルレンズ）３が相互に平行になるように複数個形成されている。このレンチキュラレンズ２は、シリンドリカルレンズ３の長手方向が液晶表示装置４の縦方向１１と平行になるように配置されており、１個のシリンドリカルレンズ３に対して、隣り合う左眼用画素４１と右眼用画素４２とからなる１対の画素が縦方向１１に沿って配列された列に対応している。また、本実施形態の立体画像表示装置１におけるシリンドリカルレンズ３のレンズピッチＬ（ｍｍ）は、最適観察距離ＯＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下である。
【００３７】
本実施形態の立体画像表示装置１においては、レンズピッチＬを最適観察距離ＯＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下にすることにより、最適観察距離ＯＤが３５０ｍｍ以下である場合において、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を視力が１．０である観察者５の分解能以下にすることができる。それにより、観察者５は縞模様を認識できなくなり、レンチュキラレンズ２のように表面が平坦ではないレンズを使用した場合においても、表示品質を低下させずに、立体画像表示が可能になる。
【００３８】
次に、本実施形態における最適観察距離ＯＤの定義について説明する。図３に示すように、本実施形態の立体画像表示装置１においては、観察者５の右眼５２が右眼領域７２に存在し、左眼５１が左眼領域７１に存在する場合に観察者５は立体画像を認識することができる。但し、右眼５２と左眼５１との間隔は一定であるため、この全ての領域に左右夫々の眼を配置することは不可能であり、右眼５２と左眼５１との間隔の範囲に限定される。即ち、右眼５２と左眼５１との間隔の中心が立体可視域７に存在する場合に立体画像を認識することが可能になる。観察者５の右眼５２と左眼５１との間隔の中心が立体可視域７における横方向１０の対角線上に位置するときに横方向１０における観察領域が最大になるため、この位置が最も理想的な観察位置である。よって、本実施形態においては、立体可視域７における横方向１０の対角線とレンチキュラレンズ２の表面との距離を最適観察距離ＯＤとする。
【００３９】
また、図３に示すように、本実施形態の立体画像表示装置１においては、レンチキュラレンズ２の厚さをＨ、屈折率をｎ、シリンドリカルレンズ３のレンズピッチをＬとする。このレンチキュラレンズ２の屈折率ｎは、使用する材料により決定される。また、表示手段である液晶表示装置４に配置されている左眼用画素４１及び右眼用画素４２の各画素のピッチをＰとする。通常は、表示手段に合わせてレンチキュラレンズ２を設計する場合が多いので、本実施形態においては、画素ピッチＰは定数として扱う。更に、レンチキュラレンズ２を通して最適観察距離距離ＯＤに投影される１つの画素の像を拡大投影幅ｅとする。なお、本実施形態においては、この拡大投影幅ｅは、右眼５２と左眼５１との間隔とする。これらの定数は、レンチキュラレンズ２の中央に位置するシリンドリカルレンズ３ａの横方向１０における中央部とレンチキュラレンズ２の端に位置するシリンドリカルレンズ３ｃの中央部との距離をＷＬ、液晶表示装置４の中心に位置する左眼用画素４１ａ及び右眼用画素４２ａからなる画素対の中心位置と、液晶表示装置４の端に位置する画素対の中心位置との距離をＷＰとするとき、スネルの法則と幾何学的関係より、下記数式４乃至９で表される。
【００４０】
【数４】
【００４１】
【数５】
【００４２】
【数６】
【００４３】
【数７】
【００４４】
【数８】
【００４５】
【数９】
【００４６】
上記数式４乃至９において、α及びβはレンチキュラレンズ２の中央に位置するシリンドリカルレンズ３ａにおける光の入射角及び出射角を示し、γ及びδは、レンチキュラレンズ２の端に位置するシリンドリカルレンズ３ｂにおける光の入射角及び出射角を示す（図３参照）。また、上記数式８におけるＣは、距離ＷＬと距離ＷＰとの差であり、下記数式１０により表される。
【００４７】
【数１０】
【００４８】
上記数式１０において、距離ＷＰの領域に含まれる画素数を２ｍ個とすると、下記数式１１及び１２が成立する。
【００４９】
【数１１】
【００５０】
【数１２】
【００５１】
よって、本実施形態の立体画像表示装置１における最適観察距離ＯＤは下記数式１３により求めることができる。
【００５２】
【数１３】
【００５３】
次に、本実施形態の立体画像表示装置１を手に保持し、移動しながら画像を観察する場合について説明する。図４はその様子を示す斜視図である。本実施形態の立体画像表示装置１を、例えば、携帯機器のように観察者５が手に保持し、移動しながら立体画像を観察する際は、最適観察距離ＯＤは３５０ｍｍ程度になる。そこで、本実施形態の立体画像装置１においては、レンズピッチＬを０．２ｍｍ以下にすることにより、立体画像装置１を手に保持し、移動しながら立体画像を観察する際にも、観察者５は立体画像中に縞模様を認識せず、高品質の立体画像を観察することができる。
【００５４】
また、本実施形態の立体画像表示装置１においては、立体可視域７に観察者５の両眼の中心が位置すれば立体視が可能であり、図３に示す表示手段３から距離ＮＤ（ｍｍ）離れた領域においても、立体視が可能な位置が存在する。よって、本実施形態においては、立体視が可能な領域（立体可視域７）において、シリンドリカルレンズ３との距離が最小となる点とシリンドリカルレンズ３との距離を最短観察距離ＮＤと定義する。この最短観察距離ＮＤは、例えば、表示手段３の最も右側に位置する右眼用画素４２の右端から出射した光に対して、光学系中心から（ｅ／２）だけ右眼領域７２方向に離れた点における表示画素からの距離を求めることにより算出することができる。よって、幾何学的関係から下記数式１４が成り立つ。
【００５５】
【数１４】
【００５６】
これにより、最短観察距離ＮＤは下記数式１５により求められる。
【００５７】
【数１５】
【００５８】
本実施形態の立体画像表示装置１においては、シリンドリカルレンズ３のレンズピッチＬを、最短観察距離ＮＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下にすることにより、最短観察距離ＮＤが２１３ｍｍ以下である場合に、立体可視域全域において、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を、視力が１．０である観察者の分解能以下にすることができる。
【００５９】
次に、この最短観察距離ＮＤの具体例について検討する。図５は本実施形態の立体画像表示装置を搭載した携帯電話を示す斜視図である。例えば、図５に示すように、本実施形態の立体画像表示装置１を携帯電話８に搭載する場合、一般的な携帯電話に使用されている対角サイズが２．２インチの表示装置における表示領域の横幅は３６ｍｍであり、ＷＬのおよその値は１８ｍｍと設定することができる。また、最適観察距離ＯＤを、観察者が携帯電話８を手に保持して移動しながら立体画像を観察することができる３５０ｍｍとし、拡大投影幅ｅを６５ｍｍとすると、前記数式１５より、最短観察距離ＮＤは２１３ｍｍと算出される。更に、この最短観察距離ＮＤにおいて縞模様を観察不可能にするレンズピッチは、上記数式１より０．１２４ｍｍと算出される。即ち、レンズピッチを０．１２４ｍｍ以下にすることにより、観察者は、立体可視域全域において縞模様を認識することなく立体画像を観察することができるようになる。
【００６０】
次に、本実施形態の立体画像表示装置１の動作について説明する。本実施形態の立体画像表示装置１は、上述のシリンドリカルレンズ３を有するレンチキュラレンズ２により、前記画素から出射した光の進行方向が変えられて、右眼用画素４２から出射した光は観察者５の右眼５２に入射すると共に左眼用画素４１から出射した光は左眼５１に入射する。その結果、観察者５の左右の眼には異なる画素からの光が到達することになり、観察者５は液晶表示装置４に表示されている画像を立体画像として認識する。
【００６１】
また、本実施形態の立体画像表示装置１は、前述の携帯電話以外にも、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等、種々の携帯端末装置に使用することができる。本実施形態の立体画像表示装置１を搭載した携帯端末装置は、従来の平面画像を表示する表示装置を搭載した携帯端末装置に比べて、明るさを低下させることなく高品質な立体画像表示を行うことができる。
【００６２】
なお、本実施形態においては、レンチキュラレンズ２を使用した場合について述べたが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、通常のレンズがマトリクス状に配列されたフライアイレンズ等も使用することができる。図６はフライアイレンズを示す斜視図である。光学手段として図６に示すフライアイレンズ９を使用することにより、左右上下の４方向に異なる画像を表示することができる。これにより、例えば、上下方向に観察位置を変えることにより、異なる立体画像を観察することができ、立体感をより高めることができる。
【００６３】
また、本実施形態の立体画像表示装置においては、表示手段として透過型液晶表示装置を使用したが、本発明はこれに限定するものではなく、反射型液晶表示装置、各画素に透過領域及び反射領域が設けられた半透過型液晶表示装置、又は微透過型液晶表示装置等を使用してもよい。また、液晶表示装置の駆動方法は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）方式及びＴＦＤ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｉｏｄｅ：薄膜ダイオード）方式等のアクティブマトリクス方式でもよく、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）方式等のパッシブマトリクス方式でもよい。更に、表示手段には液晶表示装置以外の表示装置、例えば、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（Ｃａｔｈｏｄｅ−Ｒａｙ Ｔｕｂｅ：陰極線管）表示装置、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）表示装置、フィールドエミッション表示装置、又はＰＡＬＣ（Ｐｌａｓｍａ Ａｄｄｒｅｓｓ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ：プラズマ・アドレス液晶）表示装置等を使用してもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、レンチキュラレンズ又はフライアイレンズ等の複数個のレンズからなる光学手段を有する立体画像表示装置において、前記複数個のレンズのレンズピッチＬを０．２ｍｍ以下にすることにより、レンズ表面における外光の反射により発生する縞模様を観察者が認識できないようにして、前記観察者が見る立体画像の表示品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は外光が拡散光である場合のレンズ表面における光の反射を示す模式図であり、（ｂ）は外光が平行光である場合のレンズ表面における光の反射を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る立体画像表示装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る立体画像表示装置における表示手段、光学手段及び観察者の光学的配置を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る立体画像表示装置に表示された画像を移動しながら観察している様子を示す斜視図である。
【図５】本実施形態の立体画像表示装置を搭載した携帯電話を示す斜視図である。
【図６】フライアイレンズを示す斜視図である。
【図７】パララックスバリア方式により立体画像を表示する方法を示す光学モデル図である。
【図８】レンチキュラレンズを示す斜視図である。
【図９】レンチキュラレンズを使用する立体画像表示方法を示す光学モデル図である。
【図１０】非特許文献２で紹介されている従来のレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１；立体画像表示装置
２、１１０、１２０；レンチキュラレンズ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、１１１；シリンドリカルレンズ
４、１２１；液晶表示装置
５；観察者
６ａ；外光
６ｂ；反射光
７；立体可視域
８；携帯電話
９；フライアイレンズ
１０；横方向
１１；縦方向
２０；光源
２６；光学系の中心線
４１、４１ａ、１０２ａ、１１２ａ；左眼用画素
４２、４２ａ、１０２ｂ、１１２ｂ；右眼用画素
５１、１０４ａ、１１３ａ；左眼
５２、１０４ｂ、１１３ｂ；右眼
７１；左眼領域
７２；右眼領域
１０１；パララックスバリア
１０１ａ；スリット
１０２、１１４；表示手段
１０３ａ、１０３ｂ；光束
１２２；画素
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンチキュラレンズ又はフライアイレンズ等の複数個のレンズからなる光学手段を使用した立体画像表示装置、携帯端末装置及びレンチキュラレンズに関し、特に、観察者が認識する立体画像中にレンズ形状に起因する縞模様が発生せず、表示品質が優れた立体画像表示装置、携帯端末装置及びレンチキュラレンズに関する。
【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の検討が行われている。立体視については、紀元前２８０年にギリシャの数学者ユークリッドが、「立体視とは、同一物体の異なる方向から眺めた別々の映像を左右両眼が同時に見ることによって得られる感覚である」と考察している（例えば、非特許文献１参照。）。即ち、立体画像表示装置の機能としては、観察者の左右両眼に相互に視差がある画像を夫々独立して提示することが必要となる。
【０００３】
この機能を具体的に実現するため、これまでに多くの立体画像表示方式の検討がなされている。これらの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と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、これらの方式は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方式の検討が盛んに行われている。
【０００４】
眼鏡を使用しない方式には、レンチキュラレンズ方式及びパララックスバリア方式等がある。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立体画像表示方式である。図７は、パララックスバリア方式により立体画像を表示する方法を示す光学モデル図である。パララックスバリア１０１は、図７に示すように、細い縦縞状の多数の開口部、即ち、スリット１０１ａが形成されたバリア（遮光板）である。そして、このパララックスバリア１０１の一方の表面の近傍には、表示手段１０２が配置されている。この表示手段１０２には、スリット１０１ａの長手方向と直交する方向に左眼用画素１０２ａ及び右眼用画素１０２ｂが配列されている。また、パララックスバリア１０１の他方の表面の近傍、即ち、表示手段１０２の反対側には、光源（図示せず）が配置されている。
【０００５】
光源から出射された光は、パララックスバリア１０１によりその一部が遮断される。一方、パララックスバリアに遮断されずにスリット１０１ａを通過した光は、左眼用画素１０２ａを通過して光束１０３ａになり、又は右眼用画素１０２ｂを通過して光束１０３ｂになる。その際、左眼用画素１０２ａを通過した光束１０３ａは観察者の左眼１０４ａに到達し、右眼用画素１０２ｂを通過した光束１０３ｂは観察者の右眼１０４ｂに到達するように、左眼用画素１０２ａ及び右眼用画素１０２ｂは配置される。このように、観察者の左右の眼には夫々異なる画素からの光が到達することになるため、観察者は表示手段１０２に表示された画像を、立体画像として認識することが可能になる。
【０００６】
前記パララックスバリア方式は、考案された当初は、パララックスバリアが画素と眼との間に配置されており、目障りで視認性が低いという問題があった。しかしながら、近時の液晶表示装置の実現に伴いパララックスバリアを表示手段の裏側に配置することが可能になり、視認性の問題が改善されたため、パララックスバリア方式の立体画像表示装置は盛んに検討されている。
【０００７】
一方、レンチキュラレンズ方式は、例えば前述の非特許文献１に記載されているように、Ｉｖｅｓ等により１９１０年頃に発明された。図８はレンチキュラレンズを示す斜視図であり、図９はレンチキュラレンズを使用した立体画像表示方法を示す光学モデル図である。図８に示すように、レンチキュラレンズ１１０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）１１１が、その長手方向が相互に平行になるように複数個形成されている。そして、図９に示すように、このレンチキュラレンズ１１０の焦点面には、左眼１１３ａ用の画像を表示する左眼用画素１１２ａと、右眼１１３ｂ用の画像を表示する右眼用画素１１２ｂとが交互に配列された表示手段１１４が配置される。これにより、左眼用画素１１２ａ及び右眼用画素１１２ｂから出射した光は、レンチキュラレンズ１１０により左眼１１３ａ又は右眼１１２ｂに向かう方向に夫々振り分けられる。このようにして、観察者の左右の眼には夫々異なる画素からの光が到達することになり、観察者に立体画像を認識させることが可能になる。前記パララックスバリア方式が不要な光をバリアにより取り除く方式であるのに対し、このレンチキュラレンズ方式は光の進む向きを変える方式であり、光源から出射した光を全て利用しているため、原理的には表示画面の明るさは低下しない。そのため、レンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置は、特に高輝度表示及び低消費電力性能が重視される携帯機器等への適用が期待されている。
【０００８】
前記レンチキュラレンズ方式の立体画像装置としては、例えば、シリンドリカルレンズのレンズピッチが０．２１９６ｍｍ及び０．２１９７ｍｍであり、平均レンズピッチが０．２１９６３ｍｍであるレンチキュラレンズを使用したものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、現在、前記パララックスバリア方式及びレンチキュラレンズ方式を使用した立体画像表示装置は製品化されつつある（例えば、非特許文献２参照。）。例えば、非特許文献２には、対角サイズが７インチの液晶表示装置を表示手段として使用し、横方向に８００ドット、縦方向に４８０ドットの表示ドット数を有するレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置が紹介されている。図１０は非特許文献２で紹介されている従来のレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置の表示方法を示す光学モデル図である。この立体画像表示装置は、図１０に示すように、液晶表示装置１２１の画像表示面側にレンチキュラレンズ１２０が配置されており、液晶表示装置１２１における赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各ドットに対し、５ドット分毎に１つのシリンドリカルレンズを対応させた５視点方式である。前記５視点方式の立体画像表示装置においては、観察者が画像を観察する方向を変えることにより、５つの異なる画像を見ることができる。また、非特許文献２で紹介されている従来のレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置は、レンチキュラレンズ１２０と液晶表示装置１２１との距離が０．６ｍｍのときは立体画像を表示し、これらの距離を１．２ｍｍにすると平面画像を表示するものである。一般に、液晶表示装置１２１の画素１２２はＲＧＢの３ドットからなり、その長さは約０．１９２ｍｍである。従って、この従来の立体画像表示装置で使用されているレンチキュラレンズのピッチは約０．３２ｍｍであると算出される。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−１３３８９２号公報 （第２−４頁、第３図）
【非特許文献１】
増田千尋著，「３次元ディスプレイ」，産業図書株式会社，ｐ．１
【非特許文献２】
日経エレクトロニクス，２００３年１月６日，第８３８号，ｐ．２６−２７
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置では、表示画像中に明暗の縞模様が発生して、表示品質が低下するという問題がある。この問題は、レンチキュラレンズだけでなく、フライアイレンズ等の表面に凹凸を有するレンズを使用している立体画像表示装置全般に発生する。前記フライアイレンズはレンズが２次元に配列されているため、明暗の縞模様が２次元的に交差した状態になり、この結果表示画像中に明暗の粒状の模様が発生して表示品質が低下する。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、観察者が認識する立体画像中に縞模様が発生することを防止し、表示品質に優れた立体画像表示装置、携帯端末装置及びレンチキュラレンズを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明に係る立体画像表示装置は、左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記光学手段におけるレンズピッチが０．２ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、光学手段におけるレンズピッチを０．２ｍｍ以下にしている。立体画像表示装置を手に保持し、移動しながら立体画像を観察する場合、観察者が立体画像を認識することができる立体可視域における左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを結ぶ線分に平行な線分のうち最長の線分と光学手段の表面との距離は３５０ｍｍ程度になる。前記レンズピッチを０．２ｍｍ以下にすることにより、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を前記観察者の分解能以下にすることができ、その結果、前記立体画像表示装置を手に保持し、移動しながら立体画像を観察する場合においても観察者が立体画像中に縞模様を認識しないようにすることができる。
【００１５】
本願第２発明に係る立体画像表示装置は、左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記観察者が立体画像を認識することができる立体可視域における前記左眼用の画像を表示する画素と前記右眼用の画像を表示する画素とを結ぶ線分に平行な線分のうち最長の線分と前記光学手段の表面との距離をＯＤ（ｍｍ）とし、前記光学手段におけるレンズピッチをＬ（ｍｍ）とするとき、前記距離ＯＤが３５０ｍｍ以下であり、前記距離ＯＤ及びレンズピッチＬが下記数式を満たすことを特徴とする。
【００１６】
【数１】
本発明においては、レンズピッチＬを立体可視域における前記左眼用の画像を表示する画素と前記右眼用の画像を表示する画素とを結ぶ線分に平行な線分のうち最長の線分と前記光学手段の表面との距離ＯＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下にすることにより、観察者と光学手段の表面との距離が３５０ｍｍ以下であり、観察者の視力が１．０である場合に、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を、前記観察者の分解能以下にすることができる。それにより、前記観察者は縞模様を認識できなくなり、表面に凹凸を有するレンズを使用することによる表示画像品質の低下を防ぐことができる。
【００１８】
本願第３発明に係る立体画像表示装置は、左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記光学手段におけるレンズピッチが０．１２４ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
前述のように、前記立体画像表示装置を手に保持し、移動しながら立体画像を観察する場合、前記立体可視域における前記光学手段の表面との距離が最小となる点と前記光学手段の表面との距離ＮＤは、２１３ｍｍ程度になる。そこで、本発明においては、前記レンズピッチを０．１２４ｍｍ以下にすることにより、前記立体画像表示装置を手に保持し、移動しながら立体画像を観察する場合においても、立体可視域全域において、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を、視力が１．０である観察者の分解能以下にすることができる。
【００２０】
本願第４発明に係る立体画像表示装置は、左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記観察者が立体画像を認識することができる立体可視域における前記光学手段の表面との距離が最小となる点と前記光学手段の表面との距離をＮＤ（ｍｍ）とし、前記光学手段におけるレンズピッチをＬ（ｍｍ）とするとき、前記ＮＤが２１３ｍｍ以下であり、前記距離ＮＤ及びレンズピッチＬが下記数式を満たすことを特徴とする。
【００２１】
【数２】
本発明においては、レンズピッチＬを立体可視域における前記光学手段の表面との距離が最小となる点と前記光学手段の表面との距離ＮＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下にすることにより、距離ＮＤが２１３ｍｍ以下であり、観察者の視力が１．０である場合に、立体可視域全域において、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を、前記観察者の分解能以下にすることができる。
【００２３】
前記表示単位が右眼用画素及び左眼用画素の２種類の画素からなることが好ましい。本発明においては、前記右眼用画素及び左眼用画素に夫々異なる画像を表示することにより、観察者は左右の眼で異なる画像を観察することになり、その結果、前記観察者に立体画像を認識させることができる。また、本発明においては、前記右眼用画素及び左眼用画素に同じ画像を表示することにより、前記観察者に平面画像を認識させることもできる。
【００２４】
また、前記光学手段はレンチキュラレンズ又はフライアイレンズであることが好ましい。本発明においては、前記光学手段としてレンチキュラレンズを使用することにより、前記レンチキュラレンズの長手方向における立体可視域を広くすることができる。また、本発明においては、前記光学手段としてフライアイレンズを使用することにより、左右上下の４方向に異なる画像を表示することができる。これにより、例えば、上下方向に観察位置を変えることにより、異なる立体画像を観察することになり、立体感をより高めることができる。
【００２５】
更に、前記表示手段は液晶表示装置であることが好ましい。本発明においては、前記表示手段として液晶表示装置を使用することにより、携帯機器等のように小型の表示装置から複数の観察者が同時に観察する大型の表示装置まで、種々の大きさの立体画像表示装置を作製することができる。
【００２６】
本願第５発明に係る携帯端末装置は、前記立体画像表示装置が搭載されていることを特徴とする。本発明においては、前記立体画像表示装置を搭載することにより、携帯端末装置においても高品質な立体画像を観察することができる。
【００２７】
また、前記携帯端末装置は、携帯電話、個人用情報端末（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ；以下、ＰＤＡという）、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラであることが好ましい。本発明においては、前記立体画像表示装置をこれらの携帯機器に搭載することで、高品質な立体画像を手軽に楽しむことができる。
【００２８】
本願第６発明に係るレンチキュラレンズは、複数個のシリンドリカルレンズがその長手方向が相互に平行になるように配列されたレンチキュラレンズにおいて、前記シリンドリカルレンズのレンズピッチが０．１２４ｍｍ以下であることを特徴とする。本発明においては、レンチキュラレンズにおけるシリンドリカルレンズのレンズピッチを０．１２４ｍｍ以下にすることにより、立体画像表示装置の光学手段として使用する場合において、観察者に立体可視域全域において縞模様を認識させることなく立体画像を観察させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
従来のレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置において問題となっている縞模様は、表示画像に重畳して観察されるため、観察者が認識する表示画質の品質を低下させ、結果として画像観察の障害となる。そこで、本発明の発明者等は、レンチキュラレンズにおけるシリンドリカルレンズのレンズピッチＬと立体画像中に現れる縞模様との視認性について鋭意検討を行った結果、この縞模様は外光がレンズ表面で反射した場合に観察されることを見出した。
【００３０】
この縞模様の明部と暗部とを合わせた幅はシリンドリカルレンズのレンズピッチＬと等しいが、明部及び暗部の夫々の幅は外光の特性により変化する。図１（ａ）は外光が拡散光である場合のレンズ表面における光の反射を示す模式図であり、図１（ｂ）は外光が平行光である場合のレンズ表面における光の反射を示す模式図である。外光が散乱光である場合、図１（ａ）に示すように、様々な方向からの外光６ａがレンチキュラレンズ２の表面で反射するため、観察者５に入射する反射光はレンチキュラレンズ２の表面の位置には依存しない。これに対して、外光６ａが平行光である場合には、図１（ｂ）に示すように、レンチキュラレンズ２の表面の位置によって反射する方向が異なるため、ある特定の位置で反射した光は観察者５に入射し、それ以外の位置で反射した光は観察者５に入射しなくなる。このため、観察者は、立体画像中にレンズ表面の形状に応じた明暗の縞模様を認識することになる。実際には、外光の配光特性は使用環境に依存し、例えば、直射日光下では平行光となり、間接照明の室内では拡散光となる。また、蛍光灯直接照明付近等では平行光と拡散光とが混在したような特性となることが知られている。このように使用環境により外光の配光特性が異なるため、立体画像中に現れる縞模様における明部及び暗部夫々の幅は使用環境に依存することになる。
【００３１】
また、前述のように明部と暗部とを合わせた幅はレンチキュラレンズ２におけるシリンドリカルレンズ３のレンズピッチＬと等しく、常に一定である。そのため、外光６ａの配光特性により明部の幅が拡大すると暗部の幅が縮小し、反対に暗部の幅が拡大すると明部の幅が縮小する。このような場合、幅が縮小した方は認識が難しくなるため、縞模様とは判別できなくなる。よって、明部と暗部とが同じ幅の場合、即ち、明部及び暗部の夫々がレンズピッチの（１／２）の幅である場合に縞模様が最も明瞭に観察されることになる。そこで、この縞模様を観察者が認識できないようにするためには、明部又は暗部のいずれかの幅を観察者の視力による分解能以上にする必要がある。観察者の視力とこの観察者が識別できる最小視角との関係は、下記数式３により与えられる。
【００３２】
【数３】
例えば、観察者の視力を一般的な眼の視力である１．０とすると、上記数式３からこの観察者の最小視角は１分になる。また、左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段を使用する場合、前記観察者が立体画像を認識することができる立体可視域における前記左眼用の画像を表示する画素と前記右眼用の画像を表示する画素とを結ぶ線分に平行な線分のうち最長の線分と前記光学手段の表面との距離を、観察者が立体画像を認識するために最適な距離、即ち、最適観察距離ＯＤ（ｍｍ）とし、この最適観察距離ＯＤが３５０ｍｍ以下である場合、前記観察者の分解能は、この最適観察距離ＯＤと角度１分の正接（タンジェント）との積に相当する。従って、最適観察距離ＯＤが３５０ｍｍ以下である場合には、明部又は暗部の幅をこの値以下にすることにより、観察者は縞模様を認識することができなくなる。前述のように、縞模様が最も明瞭に観察されるのは、縞の明部及び暗部の幅が等しく、夫々の幅がレンズピッチの（１／２）の場合である。そこで、本発明においては、シリンドリカルレンズ３のレンズピッチＬ（ｍｍ）を、最適観察距離ＯＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下とすることにより、レンチキュラレンズ２の表面において外光が反射することにより発生する立体画像中の縞模様を観察者が認識できなくなり、表示画像品質が低下するのを防止することができる。
【００３４】
以下、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図２は本発明の実施形態に係る立体画像表示装置を示す斜視図である。また、図３は、本発明の実施形態に係る立体画像表示装置における表示手段、光学手段及び観察者の光学的配置を示す模式図である。本実施形態の立体画像表示装置１においては、図２及び図３に示すように、表示手段として透過型の液晶表示装置４が使用されており、この液晶表示装置４の観察者５側の面には光学手段であるレンチキュラレンズ２が配置されている。
【００３５】
本実施形態の立体画像表示装置１の表示手段である液晶表示装置４には、右眼５２用の画像を表示する複数個の右眼用画素４２及び左眼５１用の画像を表示する複数個の左眼用画素４１が横方向１０に沿って交互に配列されており、この右眼用画素４２及び左眼用画素４１は、縦方向１１に沿って配列されている。また、右眼用画素４２及び左眼用画素４１の背面には光源２０が配置されている。更に、液晶表示装置４における表示面は、横方向１０と縦方向１１とを含む平面であり、横方向１０と縦方向１１は相互に直交する。
【００３６】
本実施形態の立体画像表示装置１の光学手段であるレンチキュラレンズ２は、表示手段側の面が平坦で、観察者５側の表面にはかまぼこ状のレンズ（シリンドリカルレンズ）３が相互に平行になるように複数個形成されている。このレンチキュラレンズ２は、シリンドリカルレンズ３の長手方向が液晶表示装置４の縦方向１１と平行になるように配置されており、１個のシリンドリカルレンズ３に対して、隣り合う左眼用画素４１と右眼用画素４２とからなる１対の画素が縦方向１１に沿って配列された列に対応している。また、本実施形態の立体画像表示装置１におけるシリンドリカルレンズ３のレンズピッチＬ（ｍｍ）は、最適観察距離ＯＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下である。
【００３７】
本実施形態の立体画像表示装置１においては、レンズピッチＬを最適観察距離ＯＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下にすることにより、最適観察距離ＯＤが３５０ｍｍ以下である場合において、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を視力が１．０である観察者５の分解能以下にすることができる。それにより、観察者５は縞模様を認識できなくなり、レンチュキラレンズ２のように表面が平坦ではないレンズを使用した場合においても、表示品質を低下させずに、立体画像表示が可能になる。
【００３８】
次に、本実施形態における最適観察距離ＯＤの定義について説明する。図３に示すように、本実施形態の立体画像表示装置１においては、観察者５の右眼５２が右眼領域７２に存在し、左眼５１が左眼領域７１に存在する場合に観察者５は立体画像を認識することができる。但し、右眼５２と左眼５１との間隔は一定であるため、この全ての領域に左右夫々の眼を配置することは不可能であり、右眼５２と左眼５１との間隔の範囲に限定される。即ち、右眼５２と左眼５１との間隔の中心が立体可視域７に存在する場合に立体画像を認識することが可能になる。観察者５の右眼５２と左眼５１との間隔の中心が立体可視域７における横方向１０の対角線上に位置するときに横方向１０における観察領域が最大になるため、この位置が最も理想的な観察位置である。よって、本実施形態においては、立体可視域７における横方向１０の対角線とレンチキュラレンズ２の表面との距離を最適観察距離ＯＤとする。
【００３９】
また、図３に示すように、本実施形態の立体画像表示装置１においては、レンチキュラレンズ２の厚さをＨ、屈折率をｎ、シリンドリカルレンズ３のレンズピッチをＬとする。このレンチキュラレンズ２の屈折率ｎは、使用する材料により決定される。また、表示手段である液晶表示装置４に配置されている左眼用画素４１及び右眼用画素４２の各画素のピッチをＰとする。通常は、表示手段に合わせてレンチキュラレンズ２を設計する場合が多いので、本実施形態においては、画素ピッチＰは定数として扱う。更に、レンチキュラレンズ２を通して最適観察距離距離ＯＤに投影される１つの画素の像を拡大投影幅ｅとする。なお、本実施形態においては、この拡大投影幅ｅは、右眼５２と左眼５１との間隔とする。これらの定数は、レンチキュラレンズ２の中央に位置するシリンドリカルレンズ３ａの横方向１０における中央部とレンチキュラレンズ２の端に位置するシリンドリカルレンズ３ｃの中央部との距離をＷＬ、液晶表示装置４の中心に位置する左眼用画素４１ａ及び右眼用画素４２ａからなる画素対の中心位置と、液晶表示装置４の端に位置する画素対の中心位置との距離をＷＰとするとき、スネルの法則と幾何学的関係より、下記数式４乃至９で表される。
【００４０】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
【数８】
【数９】
上記数式４乃至９において、α及びβはレンチキュラレンズ２の中央に位置するシリンドリカルレンズ３ａにおける光の入射角及び出射角を示し、γ及びδは、レンチキュラレンズ２の端に位置するシリンドリカルレンズ３ｂにおける光の入射角及び出射角を示す（図３参照）。また、上記数式８におけるＣは、距離ＷＬと距離ＷＰとの差であり、下記数式１０により表される。
【００４７】
【数１０】
上記数式１０において、距離ＷＰの領域に含まれる画素数を２ｍ個とすると、下記数式１１及び１２が成立する。
【００４９】
【数１１】
【数１２】
よって、本実施形態の立体画像表示装置１における最適観察距離ＯＤは下記数式１３により求めることができる。
【００５２】
【数１３】
次に、本実施形態の立体画像表示装置１を手に保持し、移動しながら画像を観察する場合について説明する。図４はその様子を示す斜視図である。本実施形態の立体画像表示装置１を、例えば、携帯機器のように観察者５が手に保持し、移動しながら立体画像を観察する際は、最適観察距離ＯＤは３５０ｍｍ程度になる。そこで、本実施形態の立体画像装置１においては、レンズピッチＬを０．２ｍｍ以下にすることにより、立体画像装置１を手に保持し、移動しながら立体画像を観察する際にも、観察者５は立体画像中に縞模様を認識せず、高品質の立体画像を観察することができる。
【００５４】
また、本実施形態の立体画像表示装置１においては、立体可視域７に観察者５の両眼の中心が位置すれば立体視が可能であり、図３に示す表示手段３から距離ＮＤ（ｍｍ）離れた領域においても、立体視が可能な位置が存在する。よって、本実施形態においては、立体視が可能な領域（立体可視域７）において、シリンドリカルレンズ３との距離が最小となる点とシリンドリカルレンズ３との距離を最短観察距離ＮＤと定義する。この最短観察距離ＮＤは、例えば、表示手段３の最も右側に位置する右眼用画素４２の右端から出射した光に対して、光学系中心から（ｅ／２）だけ右眼領域７２方向に離れた点における表示画素からの距離を求めることにより算出することができる。よって、幾何学的関係から下記数式１４が成り立つ。
【００５５】
【数１４】
これにより、最短観察距離ＮＤは下記数式１５により求められる。
【００５７】
【数１５】
本実施形態の立体画像表示装置１においては、シリンドリカルレンズ３のレンズピッチＬを、最短観察距離ＮＤと角度１分の正接（タンジェント）との積の２倍以下にすることにより、最短観察距離ＮＤが２１３ｍｍ以下である場合に、立体可視域全域において、立体画像中に発生する縞模様の明部及び暗部の幅を、視力が１．０である観察者の分解能以下にすることができる。
【００５９】
次に、この最短観察距離ＮＤの具体例について検討する。図５は本実施形態の立体画像表示装置を搭載した携帯電話を示す斜視図である。例えば、図５に示すように、本実施形態の立体画像表示装置１を携帯電話８に搭載する場合、一般的な携帯電話に使用されている対角サイズが２．２インチの表示装置における表示領域の横幅は３６ｍｍであり、ＷＬのおよその値は１８ｍｍと設定することができる。また、最適観察距離ＯＤを、観察者が携帯電話８を手に保持して移動しながら立体画像を観察することができる３５０ｍｍとし、拡大投影幅ｅを６５ｍｍとすると、前記数式１５より、最短観察距離ＮＤは２１３ｍｍと算出される。更に、この最短観察距離ＮＤにおいて縞模様を観察不可能にするレンズピッチは、上記数式１より０．１２４ｍｍと算出される。即ち、レンズピッチを０．１２４ｍｍ以下にすることにより、観察者は、立体可視域全域において縞模様を認識することなく立体画像を観察することができるようになる。
【００６０】
次に、本実施形態の立体画像表示装置１の動作について説明する。本実施形態の立体画像表示装置１は、上述のシリンドリカルレンズ３を有するレンチキュラレンズ２により、前記画素から出射した光の進行方向が変えられて、右眼用画素４２から出射した光は観察者５の右眼５２に入射すると共に左眼用画素４１から出射した光は左眼５１に入射する。その結果、観察者５の左右の眼には異なる画素からの光が到達することになり、観察者５は液晶表示装置４に表示されている画像を立体画像として認識する。
【００６１】
また、本実施形態の立体画像表示装置１は、前述の携帯電話以外にも、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等、種々の携帯端末装置に使用することができる。本実施形態の立体画像表示装置１を搭載した携帯端末装置は、従来の平面画像を表示する表示装置を搭載した携帯端末装置に比べて、明るさを低下させることなく高品質な立体画像表示を行うことができる。
【００６２】
なお、本実施形態においては、レンチキュラレンズ２を使用した場合について述べたが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、通常のレンズがマトリクス状に配列されたフライアイレンズ等も使用することができる。図６はフライアイレンズを示す斜視図である。光学手段として図６に示すフライアイレンズ９を使用することにより、左右上下の４方向に異なる画像を表示することができる。これにより、例えば、上下方向に観察位置を変えることにより、異なる立体画像を観察することができ、立体感をより高めることができる。
【００６３】
また、本実施形態の立体画像表示装置においては、表示手段として透過型液晶表示装置を使用したが、本発明はこれに限定するものではなく、反射型液晶表示装置、各画素に透過領域及び反射領域が設けられた半透過型液晶表示装置、又は微透過型液晶表示装置等を使用してもよい。また、液晶表示装置の駆動方法は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）方式及びＴＦＤ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｄｉｏｄｅ：薄膜ダイオード）方式等のアクティブマトリクス方式でもよく、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）方式等のパッシブマトリクス方式でもよい。更に、表示手段には液晶表示装置以外の表示装置、例えば、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（Ｃａｔｈｏｄｅ−Ｒａｙ Ｔｕｂｅ：陰極線管）表示装置、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光ダイオード）表示装置、フィールドエミッション表示装置、又はＰＡＬＣ（Ｐｌａｓｍａ Ａｄｄｒｅｓｓ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ：プラズマ・アドレス液晶）表示装置等を使用してもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、レンチキュラレンズ又はフライアイレンズ等の複数個のレンズからなる光学手段を有する立体画像表示装置において、前記複数個のレンズのレンズピッチＬを０．２ｍｍ以下にすることにより、レンズ表面における外光の反射により発生する縞模様を観察者が認識できないようにして、前記観察者が見る立体画像の表示品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は外光が拡散光である場合のレンズ表面における光の反射を示す模式図であり、（ｂ）は外光が平行光である場合のレンズ表面における光の反射を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る立体画像表示装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る立体画像表示装置における表示手段、光学手段及び観察者の光学的配置を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る立体画像表示装置に表示された画像を移動しながら観察している様子を示す斜視図である。
【図５】本実施形態の立体画像表示装置を搭載した携帯電話を示す斜視図である。
【図６】フライアイレンズを示す斜視図である。
【図７】パララックスバリア方式により立体画像を表示する方法を示す光学モデル図である。
【図８】レンチキュラレンズを示す斜視図である。
【図９】レンチキュラレンズを使用する立体画像表示方法を示す光学モデル図である。
【図１０】非特許文献２で紹介されている従来のレンチキュラレンズ方式の立体画像表示装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１；立体画像表示装置
２、１１０、１２０；レンチキュラレンズ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、１１１；シリンドリカルレンズ
４、１２１；液晶表示装置
５；観察者
６ａ；外光
６ｂ；反射光
７；立体可視域
８；携帯電話
９；フライアイレンズ
１０；横方向
１１；縦方向
２０；光源
２６；光学系の中心線
４１、４１ａ、１０２ａ、１１２ａ；左眼用画素
４２、４２ａ、１０２ｂ、１１２ｂ；右眼用画素
５１、１０４ａ、１１３ａ；左眼
５２、１０４ｂ、１１３ｂ；右眼
７１；左眼領域
７２；右眼領域
１０１；パララックスバリア
１０１ａ；スリット
１０２、１１４；表示手段
１０３ａ、１０３ｂ；光束
１２２；画素
Claims (11)
- 左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記光学手段におけるレンズピッチが０．２ｍｍ以下であることを特徴とする立体画像表示装置。
- 左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記観察者が立体画像を認識することができる立体可視域における前記左眼用の画像を表示する画素と前記右眼用の画像を表示する画素とを結ぶ線分に平行な線分のうち最長の線分と前記光学手段の表面との距離をＯＤ（ｍｍ）とし、前記光学手段におけるレンズピッチをＬ（ｍｍ）とするとき、前記距離ＯＤが３５０ｍｍ以下であり、前記距離ＯＤ及びレンズピッチＬが下記数式を満たすことを特徴とする立体画像表示装置。
- 左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記光学手段におけるレンズピッチが０．１２４ｍｍ以下であることを特徴とする立体画像表示装置。
- 左眼用の画像を表示する画素と右眼用の画像を表示する画素とを含む表示単位が複数周期的に配列された表示手段と、前記画素から出射した光を屈折させる複数個のレンズからなる光学手段とを有し、前記光学手段において前記画素から出射した光を屈折させて相互に異なる方向に出射することにより観察者の左右の眼に異なる画素からの光を入射するようにして前記観察者に立体画像を認識させる立体画像表示装置において、前記観察者が立体画像を認識することができる立体可視域における前記光学手段の表面との距離が最小となる点と前記光学手段の表面との距離をＮＤ（ｍｍ）とし、前記光学手段におけるレンズピッチをＬ（ｍｍ）とするとき、前記ＮＤが２１３ｍｍ以下であり、前記距離ＮＤ及びレンズピッチＬが下記数式を満たすことを特徴とする立体画像表示装置。
- 前記表示単位が右眼用画素及び左眼用画素の２種類の画素からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
- 前記光学手段がレンチキュラレンズであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
- 前記光学手段がフライアイレンズであることを特徴とする請求項項１乃至５のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
- 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７のいずれか１項に記載の立体画像表示装置。
- 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の立体画像表示装置が搭載されていることを特徴とする携帯端末装置。
- 携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ又はデジタルビデオカメラであることを特徴とする請求項９に記載の携帯端末装置。
- 複数個のシリンドリカルレンズがその長手方向が相互に平行になるように配列されたレンチキュラレンズにおいて、前記シリンドリカルレンズのレンズピッチが０．１２４ｍｍ以下であることを特徴とするレンチキュラレンズ。
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