JP2003262826A - 発光ダイオードを使用した立体ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 眼鏡を使用することなく、奥行きを浅くして
立体表示する。 【解決手段】 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、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、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。

Description

【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ＬＥ
Ｄ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、Ｒ
ＧＢ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、Ｌ
ＥＤ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Ｒ
ＧＢ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…… 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）………… ｂ1＝ｆ1（Ｍ＋１）／Ｍ……

【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。との式から、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）…… ａ2＝ｂ2Ｐ0／ＫＭ………………… ｆ2＝ｂ2Ｐ0／（ＫＭ＋Ｐ0）…… ただし、〜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………… 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……

【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３
ｍｍ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２０
ｍ、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、ＬＥ
Ｄ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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 信夫 徳島県徳島市南常三島町２丁目１番地 徳 島大学内 Ｆターム(参考） 2H059 AB13 5C061 AA07 AA20 AB14 AB18 5F041 AA47 DB08 EE12 FF16

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、Ｌ
   ＥＤ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。
2. 【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。
3. 【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。