JP2006030229A - Curved surface lens and display device - Google Patents

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JP2006030229A JP2004204180A JP2004204180A JP2006030229A JP 2006030229 A JP2006030229 A JP 2006030229A JP 2004204180 A JP2004204180 A JP 2004204180A JP 2004204180 A JP2004204180 A JP 2004204180A JP 2006030229 A JP2006030229 A JP 2006030229A
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Hiroshi Egawa
寛 江川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a curved surface lens for use in a stereoscopic display device showing a two-dimensional image as a stereoscopic image giving a feeling of depth, which realizes a larger-screen stereoscopic display device with a relatively thin shape. <P>SOLUTION: The curved surface lens has a structure wherein microlens array surface C ( included in a portion 22) having small convex lenses and small concave lenses having small spread areas is interposed between two Fresnel lens surfaces A and B having large spread areas, and a boundary surface where solid members different by refractive indexes are brought into contact with each other is taken as the microlens array surface C. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は曲面レンズ及び表示装置に関する。詳しくは、2次元画像を立体的な画像に見せるために複数のレンズ面を組み合わせた曲面レンズ及びその曲面レンズを用いた表示装置に関する。   The present invention relates to a curved lens and a display device. More specifically, the present invention relates to a curved lens in which a plurality of lens surfaces are combined to make a two-dimensional image look like a three-dimensional image, and a display device using the curved lens.

写真、印刷物などの2次元画像を立体的な画像として見る方法としてすでに幾つかの方法が提示されている。(例えば非特許文献1参照)   Several methods have already been presented as methods for viewing a two-dimensional image such as a photograph or printed matter as a three-dimensional image. (For example, see Non-Patent Document 1)

代表的な例としては、対象とする物体を異なる2方向から撮影した写真(あるいは描画像)をそれぞれ個別に左眼と右眼でみるもので、両眼視差により立体感を感じ取るものである。この方法では左右の眼でそれぞれ別の画像が見て取れるように作られた装置を覗き込む必要があり、通常の看板、案内板としては適性に欠けている。   As a typical example, a photograph (or a drawn image) obtained by photographing a target object from two different directions is individually viewed with the left eye and the right eye, and a stereoscopic effect is sensed by binocular parallax. In this method, it is necessary to look into a device made so that different images can be seen by the left and right eyes, and it is not suitable as a normal signboard or guide board.

また、別の例としてレンティキュラ板を用いて2次元画像を3次元画像として見る方法がよく知られている。これは、かまぼこ状(半円柱状)の縦長のレンズを横方向に多数配列したレンティキュラ板の焦点面である裏面に、複数の異なる方向から見た連続的な図柄の2次元画像を短冊状(細長い長方形)に切って、異なる方向の図柄の短冊を横方向に順に並べることを繰り返した不連続な図柄の表示画像を配置して、レンティキュラ板を構成する小円柱面レンズを介して右眼あるいは左眼で見る図柄が特定の方向から見た図柄の短冊状図柄の集まりとなり、しかも右眼と左眼で見える図柄が異なる方向から見た図柄となるようにすることで三次元画像として認識する方法である。   As another example, a method of viewing a two-dimensional image as a three-dimensional image using a lenticular plate is well known. This is a strip of 2D images of continuous symbols viewed from a number of different directions on the back, which is the focal plane of a lenticular plate in which a number of vertically long (semi-cylindrical) lenses are arranged in the horizontal direction. Cut the strips into (long and narrow rectangles), dispose the discontinuous pattern display image in which the strips of symbols in different directions are arranged in order in the horizontal direction, and place the right through the small cylindrical lens that forms the lenticular plate. As a 3D image, the design seen by the eyes or the left eye is a collection of strips of the design seen from a specific direction, and the design seen by the right and left eyes is a design seen from different directions. It is a method of recognition.

この方法における表示画像は、画像全体は連続した一つの図柄ではなく、それぞれが独立した短冊状の図柄が連続して連なった縦縞状の不連続な特殊な画像である。この短冊状の図柄の置く位置は、奥行き方向に対してはレンティキュラ板の焦点面に極めて近い位置に精度良く配置する必要があり、左右方向に対してもレンティキュラ板を構成する小円柱面レンズとの位置関係で厳しい位置精度が要求される。このように特殊な画像を作る必要があること、また、画像とレンズとの位置合わせに厳しい条件が課せられるなどで、高価であり、取り替えも容易ではない等の欠点がある。さらに、左眼に見える短冊状図柄と右眼に見える短冊状図柄とが異なる位置から見た図柄に峻別される必要があり、観察者の表示装置からの距離、表示装置を見る視角などが限定される欠点がある。   The display image in this method is not a single continuous image, but a special image that is a discontinuous vertical stripe in which strip-shaped symbols that are independent from each other are continuously connected. This strip-shaped pattern should be placed in a position that is very close to the focal plane of the lenticular plate in the depth direction, and the small cylindrical surface that constitutes the lenticular plate in the left-right direction. Strict positional accuracy is required due to the positional relationship with the lens. In this way, there is a disadvantage that it is necessary to create a special image, and that a severe condition is imposed on the alignment between the image and the lens, so that it is expensive and is not easy to replace. Furthermore, it is necessary to distinguish the strip-shaped symbols that are visible to the left eye from the strip-shaped symbols that are visible to the right eye, and the distance from the display device of the observer, the viewing angle for viewing the display device, etc. are limited. There are drawbacks.

さらに、立体画像について示唆に富んだ次のような記述がある。「天眼鏡(虫眼鏡)を通して、片眼で写真を見ると、適切な位置関係で、片眼の画像に、意外なほど強い立体感が現れる。」この理由として、同書に概要が次のように説明されている。「片眼であるから眼の「両眼視差」、「輻輳」は機能を果たさないが、眼の調節機能だけは有効であり、虚像の位置が実際の画像のある位置から移った結果、平面か立体かの手がかりを失い、経験に基づき立体と脳が判断する。」すなわち、像が実際の画像の位置から移った位置に出来ると、錯覚により脳が立体的に感じ取ってしまう現象であると説明されている。(非特許文献1参照)   In addition, there is the following description that is rich in suggestions about stereoscopic images. “If you look at a picture with a single eye through a magnifying glass, you will see an unexpectedly strong three-dimensional effect in the image of one eye in an appropriate positional relationship.” The reason for this is outlined in the book as follows: Has been. “Because it is a single eye,“ binocular parallax ”and“ convergence ”of the eye do not function, but only the eye adjustment function is effective, and as a result of moving the virtual image from the position where the actual image is located, Loses the clue of whether or not it is solid, and the solid and the brain judge based on experience. That is, it is described that this is a phenomenon in which the brain senses three-dimensionally due to the illusion when the image can be moved from the actual image position. (See Non-Patent Document 1)

この天眼鏡を通して見る表示画像は画像全体が一つの図柄として連続する普通に見られる写真などの二次元画像である。いわゆる通常見られる写真、絵の類のものである。この天眼鏡(虫眼鏡)を通して、片眼で見る際に現れる眼の調節機能による立体感の発現の現象を利用した立体表示装置が、本発明の発明者により提示されている。これらの詳細な説明は省略するが、概要は以下のとおりである。(例えば特許文献1参照)   The display image viewed through the celestial glasses is a two-dimensional image such as a photograph that can be normally viewed in which the entire image is continuous as one pattern. They are so-called photographs and pictures. The inventor of the present invention has proposed a stereoscopic display device that utilizes the phenomenon of stereoscopic effect due to the eye adjustment function that appears when viewing with one eye through the magnifying glass. Although a detailed description thereof is omitted, the outline is as follows. (For example, see Patent Document 1)

表示画像の前に置かれた、小さなレンズを一面に配列したマイクロレンズアレイを介して見ると、個々の小さなレンズの作る像が新たな画素となって合成され、表示画像の位置から離れた所に全体像を形成する結果、左右上下方向に歪みの無い立体的な表示を行うものである。なお、ここで用いる表示画像は一般によく見られる写真のような連続した図柄からなる2次元表示画像である。すなわち二つの地点から見たそれぞれの2次元表示画像を合成して作成したものではなく、一つの地点から見た2次元表示画像である。以後、特に断らない限り、表示画像あるいは2次元表示画像と呼称する場合は、ごく一般に見られる写真のような一つの地点から見た連続した図柄からなる2次元表示画像を指す。   When viewed through a microlens array with small lenses arranged in one plane, placed in front of the display image, the images created by the individual small lenses are combined into new pixels that are separated from the position of the display image. As a result of forming the whole image, a three-dimensional display without distortion in the horizontal and vertical directions is performed. The display image used here is a two-dimensional display image made up of continuous symbols such as photographs that are commonly seen. That is, the two-dimensional display image viewed from one point is not created by combining the two-dimensional display images viewed from two points. Hereinafter, unless otherwise specified, the term “display image” or “two-dimensional display image” refers to a two-dimensional display image having a continuous pattern viewed from one point such as a photograph that is generally seen.

上述のマイクロレンズアレイによる立体表示は虫眼鏡を通して片眼で見る際に現れる眼の調節機能によることを原理としていた。   The above-described three-dimensional display by the microlens array is based on the principle of an eye adjustment function that appears when viewing with one eye through a magnifying glass.

ところが、虫眼鏡すなわちレンズを介して左右の両眼で見る像には、片眼で見る像に比較してより強い立体感が現れ、その現れ方は用いる曲面レンズの構成に大きく関与する。このような曲面レンズを利用した新たな立体表示装置が、本発明の発明者により提示されている。これらの詳細は省略するが、本発明に係わる部分の概要は以下のとおりである。(特許文献2参照)   However, an image viewed with both the left and right eyes via a magnifying glass, that is, a lens, has a stronger stereoscopic effect than an image viewed with one eye, and the appearance is greatly related to the configuration of the curved lens used. A new stereoscopic display device using such a curved lens has been presented by the inventors of the present invention. Although these details are omitted, the outline of the part related to the present invention is as follows. (See Patent Document 2)

2次元表示画像の前に置かれた曲面レンズを介して見ると、表示画像の1点を出た光は曲面レンズの異なった場所を通って左右のそれぞれの眼に到達する結果、左右の眼の網膜に形成される像に違いが生じ、「両眼視差」の働きが作用して立体感が現れる。ここで現れる立体感は、曲面レンズのレンズ面を構成する凸面あるいは凹面は充分広いひろがりを持った曲面でも、また凹面と凸面が比較的狭い間隔で繰り返す曲面の場合でも発現する。しかも、充分広いひろがりを持った曲面のレンズ曲面と比較的狭い間隔で小凹面と小凸面が繰り返す曲面のレンズ曲面とを多層に重ねた場合には、両方のレンズ曲面が相乗的に作用してより強い立体感が発現することが提示されている。さらに充分広いひろがりを持った曲面のレンズ曲面をフレンネルレンズ形式のレンズ曲面とすることで曲面レンズの厚さを薄くすることが提示されている。   When viewed through a curved lens placed in front of the two-dimensional display image, the light emitted from one point of the display image reaches the left and right eyes through different locations on the curved lens. Differences occur in the images formed on the retina, and the effect of “binocular parallax” acts to create a stereoscopic effect. The three-dimensional effect that appears here appears even when the convex surface or concave surface constituting the lens surface of the curved lens is a curved surface having a sufficiently wide extension, or when the concave surface and the convex surface repeat at a relatively narrow interval. In addition, when a curved lens surface with a sufficiently wide spread and a curved lens surface with a small concave surface and a small convex surface repeated at relatively narrow intervals are stacked in multiple layers, both lens curved surfaces act synergistically. It has been proposed that a stronger three-dimensional effect is developed. Furthermore, it has been proposed to reduce the thickness of a curved lens by making a curved lens surface having a sufficiently wide spread into a lens surface of a Frennel lens type.

特開2001−42805号公報(段落0053〜0122、図1〜図7等)JP 2001-42805 A (paragraphs 0053 to 0122, FIGS. 1 to 7 and the like) 国際公開 WO2004/011966A1号公報(18頁〜55頁、図1〜図16等)International Publication No. WO 2004/011966 A1 (pages 18 to 55, FIGS. 1 to 16, etc.) 「三次元画像工学」 大越孝敬著、朝倉書店発行、1991年7月10日初版発行(9頁等)“Three Dimensional Image Engineering” written by Takayoshi Ohkoshi, published by Asakura Shoten, first published on July 10, 1991 (9 pages, etc.)

本発明は上記特許文献2に記載の発明である、充分広い広がりを持った曲面のレンズ曲面と比較的狭い間隔で小さな面積の小凹面と小凸面が繰り返すレンズ曲面とを多層に重ねた構造の曲面レンズを基にして、曲面レンズ及び表示装置としての性能をさらに改善することを主な目的とする。すなわち、フレンネルレンズ面と凸レンズと凹レンズが交互に配列されるマイクロレンズアレイ面とにより構成される曲面レンズを用いる立体表示装置において、立体感の発現力の強化、画面の大型化、装置の薄型化のできる曲面レンズを提供するものである。   The present invention is an invention described in Patent Document 2, which has a structure in which a curved lens surface having a sufficiently wide spread, a small concave surface having a small area at a relatively narrow interval, and a lens curved surface in which the small convex surface repeats in multiple layers. The main purpose is to further improve the performance as a curved lens and a display device based on the curved lens. That is, in a stereoscopic display device using a curved lens composed of a microlens array surface in which a Flennel lens surface, a convex lens, and a concave lens are alternately arranged, the enhancement of the stereoscopic effect, the enlargement of the screen, and the thinness of the device The present invention provides a curved lens that can be made into a lens.

本発明の第1の目的は、より広い表示画面に対しても適用できる曲面レンズを提供し、大画面の立体表示装置を比較的薄い形状で実現することである。
第2の目的は、より立体感が強く発現され、かつ生じる像の歪みによる違和感を低減できる曲面レンズを提供し、立体感が強く、画質の良い表示装置を実現することにある。
第3の目的は、フレンネルレンズ曲面、あるいは狭い間隔で小凹面と小凸面が繰り返すレンズ曲面に起因して生じるモアレ縞を低減することである。
A first object of the present invention is to provide a curved lens that can be applied to a wider display screen, and to realize a large-screen stereoscopic display device with a relatively thin shape.
The second object is to provide a curved lens capable of reducing the sense of incongruity caused by the distortion of the generated image, and realizing a display device with a strong stereoscopic effect and good image quality.
A third object is to reduce moiré fringes caused by a Frennel lens curved surface or a lens curved surface in which a small concave surface and a small convex surface are repeated at narrow intervals.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の曲面レンズは、例えば図2及び図3に示すように、単一の滑らかな凸面又は単一の滑らかな凹面を母曲面とする少なくとも2以上のフレンネルレンズ面と、2以上のフレンネルレンズ面のうち第1及び第2のフレンネルレンズ面A,Bの面積に対して充分小さい面積の小凸レンズi1〜i4と小凹レンズi1’〜i4’とを交互に配列してなるマイクロレンズアレイ面Cとを具備する。   In order to solve the above-described problem, the curved lens according to claim 1 is at least two or more having a single smooth convex surface or a single smooth concave surface as a mother curved surface as shown in FIGS. Small convex lenses i1 to i4 and small concave lenses i1 'to i4 having a sufficiently small area with respect to the areas of the first and second Frennel lens surfaces A and B of the two or more Frennel lens surfaces. And a microlens array surface C formed by alternately arranging “and”.

ここにおいて、単一の滑らかな凸面とは凸面だけからなるレンズの曲面の接線が一致しない不連続接合の無い面であり、場所により曲率が変化する面も単一の凸面と見なす。また、単一の滑らかな凹面とは凹面だけからなるレンズの曲面の接線が一致しない不連続接合の無い面であり、場所により曲率が変化する面も単一の凹面と見なす。充分小さい面積とは、相対的に面積の広いフレンネルレンズ面による像の歪みの範囲に対して個々の小レンズによる像の歪の範囲が充分小さく、互いの歪みが影響し合うことを無視できる程度に小さい小レンズの面積を言い、例えば面積比で1/100以下が好ましく、さらに表示画像上で一つの点と見なせる画素程度の微小面積であることがより好ましい。交互に配列とは、一方向だけに交互に配列され、これと直交する方向には凸面又は凹面が滑らかに連なる場合もある。また、直交する二方向に凸部と凹部が交互に配列される場合や、不規則な形状の凸面と凹面が、凸面の隣は凹面、凹面の隣は凸面と交互に不規則に配列される場合もある。また、ハニカム構造の隣接格子点に凸部又は凹部が交互に配列される場合もある。なお、凸面と凹面の間のごく狭い領域に平面が介在し、両曲面を滑らかに接続する場合も凸面と凹面の交互配列と見なす。   Here, a single smooth convex surface is a surface without a discontinuous joint where the tangents of the curved surface of the lens consisting only of the convex surface do not coincide, and a surface whose curvature varies depending on the location is also regarded as a single convex surface. A single smooth concave surface is a surface without a discontinuous joint where the tangents of the curved surface of the lens consisting only of the concave surface do not coincide with each other, and a surface whose curvature changes depending on the location is also regarded as a single concave surface. A sufficiently small area means that the range of image distortion caused by individual lenslets is sufficiently small relative to the range of image distortion caused by a relatively wide Frennel lens surface, and it can be ignored that each other's distortion affects each other. The area of the small lens is as small as possible. For example, the area ratio is preferably 1/100 or less, and more preferably a minute area of a pixel that can be regarded as one point on the display image. The alternating arrangement may be arranged alternately in only one direction, and the convex surface or the concave surface may be smoothly connected in a direction orthogonal thereto. Also, when convex portions and concave portions are alternately arranged in two orthogonal directions, or irregularly shaped convex surfaces and concave surfaces, the convex surface is adjacent to the concave surface, and the concave surface is adjacent to the convex surface alternately and irregularly. In some cases. In some cases, convex portions or concave portions are alternately arranged at adjacent lattice points of the honeycomb structure. In addition, when a plane is interposed in a very narrow region between the convex surface and the concave surface, and both curved surfaces are smoothly connected, it is regarded as an alternating arrangement of the convex surface and the concave surface.

このように構成すると、少なくとも二つのフレンネルレンズ面があるために、フレンネルレンズ面が単独の場合に比較して個々のフレンネルレンズ面の母曲面の曲率を小さくすることができ、より広い有効面積の曲面レンズを得ることができる。すなわち、二つのフレンネルレンズ面を用いることで総合的に母曲面の湾曲を少なくできる最も効率の良い構成をとれる。しかも二つのフレンネルレンズ面の母曲面がいずれの方向に変化していても、両フレンネルレンズ面の立体感の発現力は互いに強調し合うことができる。さらに、小さな面積の小凸レンズと小凹レンズとが配列されるマイクロレンズアレイ面を併用することにより、立体感の発現力をさらに強め合うと共に、小凸レンズ及び小凹レンズの面積が小さいために、フレンネルレンズ面とマイクロレンズアレイ面による歪の影響が相互に強め合うことが無い。   With this configuration, since there are at least two Frennel lens surfaces, the curvature of the generating surface of each Frennel lens surface can be reduced compared with the case where the Frennel lens surface is single, and the wider A curved lens having an effective area can be obtained. That is, by using two Frennel lens surfaces, it is possible to obtain the most efficient configuration capable of reducing the curvature of the mother curved surface comprehensively. In addition, even if the generating surface of the two Frennel lens surfaces changes in any direction, the three-dimensional effect of both Frennel lens surfaces can be emphasized with each other. Furthermore, by using a microlens array surface on which small convex lenses and small concave lenses with a small area are used in combination, the three-dimensional effect is further enhanced and the area of the small convex lens and the small concave lens is small. The effects of distortion caused by the lens surface and the microlens array surface do not intensify each other.

また、マイクロレンズアレイ面を凸レンズと凹レンズが交互に配列される異種交互配列の場合には、小凸レンズあるいは小凹レンズが連続して配列される同種連続配列の場合に比して、立体感の発現力が一段と強くなる。異種交互配列の場合に強い立体感となる理由としては、凹と凸とが並ぶので両目の像の差が大きくでき、また同種連続配列の場合と異なり曲面が急激に変化する程度が小さいために局所的な歪みが小さく、画質が良好なことによると解釈することもできる。   In addition, when the microlens array surface is a heterogeneous alternating arrangement in which convex lenses and concave lenses are alternately arranged, a three-dimensional appearance is exhibited compared to a case of small convex lenses or a homogeneous continuous arrangement in which small concave lenses are continuously arranged. The power becomes stronger. The reason for the strong three-dimensional effect in the case of heterogeneous alternating arrangement is that the difference between the images of both eyes can be increased because the concave and convex lines are arranged, and the curved surface changes less rapidly than in the case of the homogeneous continuous arrangement. It can also be interpreted that the local distortion is small and the image quality is good.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の曲面レンズにおいて、例えば図3に示すように、マイクロレンズアレイ面Cが滑らかである。
このように構成すると、フレンネルレンズ面とマイクロレンズアレイ面はともに滑らかであるため、この曲面レンズを通して見える像が急激に歪むことがなく、滑らかで違和感が少ない。
In the invention according to claim 2, in the curved lens according to claim 1, the microlens array surface C is smooth, for example, as shown in FIG.
With this configuration, since both the Flennel lens surface and the microlens array surface are smooth, an image seen through the curved lens is not suddenly distorted, and is smooth and less uncomfortable.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の曲面レンズにおいて、例えば図3に示すように、マイクロレンズアレイ面Cが第1及び第2のフレンネルレンズ面A,Bで挟まれ、屈折率の異なる固体部材20,30の境界面である。   Further, according to a third aspect of the present invention, in the curved lens according to the first or second aspect, for example, as shown in FIG. 3, the microlens array surface C is the first and second Frennel lens surfaces A. , B, and is a boundary surface between the solid members 20 and 30 having different refractive indexes.

このように構成すると、二つのフレンネルレンズ面を曲面レンズの表と裏の空気に接した外表面に形成できるので、これらのフレンネルレンズ面は共に屈折率比の大きい面となる。他方、マイクロレンズアレイ面は屈折率比の小さい固体部材の接する境界面である。また、マイクロレンズアレイ面では、個々の小凸レンズと小凹レンズは面積が小さいためその曲率は必然的に大きくなる。したがって、マイクロレンズアレイ面の曲率の大きい小レンズを、曲率が小さく空気に接する二つのフレンネルレンズ面で挟む構成で、マイクロレンズアレイ面の小レンズとフレンネルレンズ面の焦点距離を同程度にすることができる。これにより、フレンネルレンズ面とマイクロレンズアレイ面が共に効果的に作用でき、立体感の発現力が相乗的に作用し、より強力な立体感が得られると共に、フレンネルレンズとマイクロレンズアレイとを別部品とすること無く一体構造形の曲面レンズを得ることができる。   With this configuration, two Frennel lens surfaces can be formed on the outer surface of the curved lens in contact with the air on the front and back surfaces, so that both Frennel lens surfaces have a large refractive index ratio. On the other hand, the microlens array surface is a boundary surface that contacts a solid member having a small refractive index ratio. On the microlens array surface, each small convex lens and small concave lens have a small area, so the curvature is inevitably large. Therefore, a small lens with a large curvature on the microlens array surface is sandwiched between two Frennel lens surfaces that are in contact with air with a small curvature, so that the focal length of the small lens on the microlens array surface and the Frennel lens surface are the same. can do. As a result, the Frennel lens surface and the microlens array surface can both work effectively, the synergistic effect of the three-dimensional effect, and a stronger three-dimensional effect can be obtained. It is possible to obtain an integrally structured curved lens without using a separate part.

また、請求項4に記載の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の曲面レンズにおいて、マイクロレンズアレイ面Cの焦点距離が第1又は/及び第2のフレンネルレンズ面A,Bの焦点距離にほぼ等しい。   According to a fourth aspect of the present invention, in the curved lens according to any one of the first to third aspects, the focal length of the microlens array surface C is the first or / and the second Frennel lens. It is almost equal to the focal length of the surfaces A and B.

ここにおいて、焦点距離がほぼ等しいとは、フレンネルレンズ面の焦点距離とマイクロレンズアレイ面の小レンズの焦点距離が桁が違うまで異なる事は無く、高々数倍程度の違いまでのことを指している。また、フレンネルレンズ面は面積が広く、その位置により焦点距離が変わる。すなわち、局所に対応した局所焦点距離があって、局所毎にこの値が変化する。このような値に幅のある局所焦点距離を含めて一括して焦点距離と称するものとする。また、焦点距離は凸レンズに正値を凹レンズに負値をあてる場合があるが、レンズの強さを表すものとして焦点距離は全て正値として扱う。
このように構成すると、フレンネルレンズ面とマイクロレンズアレイ面が共に効果的に作用するので、双方の立体感の発現力が相乗的に作用し、より強力な立体感が得られる。
Here, the focal lengths are almost equal means that the focal length of the Frennel lens surface and the focal length of the small lens on the microlens array surface do not differ until the digits are different, but up to several times the difference. ing. The surface of the Frennel lens has a large area, and the focal length varies depending on the position. That is, there is a local focal length corresponding to the local area, and this value changes for each local area. Such a value including a wide local focal length is collectively referred to as a focal length. Further, the focal distance may be assigned a positive value to the convex lens and a negative value to the concave lens, but all the focal distances are treated as positive values to express the strength of the lens.
If comprised in this way, since both a Frennel lens surface and a micro lens array surface act effectively, both expression power of a three-dimensional effect acts synergistically and a more powerful three-dimensional effect is acquired.

また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至請求4のいずれか1項に記載の曲面レンズにおいて、第1のフレンネルレンズ面Aにおいて母曲面の変化が最大である第1の方向と、前記の第2のフレンネルレンズ面Bにおいて母曲面の変化が最大である第2の方向とが、ほぼ並行である。   According to a fifth aspect of the present invention, in the curved lens according to any one of the first to fourth aspects, the first direction in which the change of the generating curved surface is maximum in the first Flennel lens surface A is provided. And the second direction in which the change of the mother curved surface is maximum in the second Frennel lens surface B is substantially parallel.

ここにおいて、ほぼ並行とは、製造上のばらつきを含め実質的に並行であることをいう。
このように構成すると、二つのフレンネルレンズ面のレンズ特性は一つの方向に強め合うので、個々のフレンネルレンズ面の曲率を小さくすることができる。同等のレンズ特性を呈する単一のフレンネルレンズ面の場合に比べてレンズの有効面積を拡大でき、フレンネルレンズの段差の間隔を等しくすると段差の側壁が低くでき、段差の側壁の高さを等しくする場合はエレメントの幅を大きくできるなどレンズの製造が容易になる。また、二つのフレンネルレンズ面で母曲面の変化が最大である方向が一致しており、段差が並ぶ方向も一致するので、表側と裏側の有効なレンズ面と段差の側壁による無効ゾーンが渾然一体となって有効なレンズ面と無効ゾーンとが繰り返す基本周期が小さくなる。段差の間隔が不規則な場合には、この不規則性がさらに助長される。これらの効果でモアレ縞を小さくできる。
Here, “substantially parallel” means substantially parallel including manufacturing variations.
If comprised in this way, since the lens characteristic of two Frennel lens surfaces mutually strengthens in one direction, the curvature of each Frennel lens surface can be made small. The effective area of the lens can be enlarged compared to the case of a single Frennel lens surface exhibiting equivalent lens characteristics, and the step side walls can be lowered and the step side wall height can be reduced by equalizing the step distance of the Frennel lens. In the case of equality, the lens can be easily manufactured by increasing the width of the element. In addition, the direction in which the change of the generating surface is the same between the two Frennel lens surfaces is the same, and the direction in which the steps are aligned is also the same, so there is an ineffective zone due to the effective lens surfaces on the front and back sides and the side walls of the steps. The basic period in which the effective lens surface and the invalid zone are repeated together becomes smaller. This irregularity is further promoted when the gap between the steps is irregular. These effects can reduce the moire fringes.

また、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求4のいずれか1項に記載の曲面レンズにおいて、第1のフレンネルレンズ面Aにおいて母曲面の変化が最大である第1の方向と、第2のフレンネルレンズ面Bにおいて母曲面の変化が最大である第2の方向とが、ほぼ直交する。   According to a sixth aspect of the present invention, in the curved lens according to any one of the first to fourth aspects, the first direction in which the change of the generating curved surface is maximum in the first Flennel lens surface A is provided. And the second direction in which the change of the mother curved surface is maximum in the second Frennel lens surface B is substantially orthogonal.

ここにおいて、ほぼ直交とは、製造上のばらつきを含め実質的に直交することをいう。
このように構成すると、二つのフレンネルレンズ面が大きく変化する方向が互いに直交しているので両レンズ面の特性を同程度にすれば、この曲面レンズを通して見る像はあらゆる方向にほぼ同じように拡大あるいは縮小して歪みの少ない像として見える。両面のレンズの特性を自由に選べるので、縦横比の異なる表示画面に適切な曲面レンズが得易くなる等の自由度が得られる。また、また両フレンネルレンズとも立体感を発現でき、これらが共に作用してより強い立体感が現れる。この場合、個々のフレンネルレンズ面の曲率を小さくできるので、有効面積の大きい曲面レンズができる。また、段差の側壁の高さも小さくすることもでき、モアレ縞を低減できる。また、エレメントの境界にできる側壁の高さを所定の高さ以下にすることでエレメントの幅を大きくできフレンネルレンズ面の製作が容易になる。
Here, “substantially orthogonal” means substantially orthogonal including manufacturing variations.
With this configuration, the directions in which the two Flennel lens surfaces change greatly are orthogonal to each other, so if the characteristics of both lens surfaces are made comparable, the image viewed through this curved lens will be almost the same in all directions. It appears as an image with little distortion when enlarged or reduced. Since the characteristics of the lenses on both sides can be freely selected, it is possible to obtain a degree of freedom that it is easy to obtain a curved lens suitable for display screens having different aspect ratios. In addition, both Frennel lenses can express a three-dimensional effect, and they act together to produce a stronger three-dimensional effect. In this case, since the curvature of each Frennel lens surface can be reduced, a curved lens having a large effective area can be obtained. Further, the height of the side wall of the step can be reduced, and moire fringes can be reduced. In addition, the width of the element can be increased by making the height of the side wall formed at the boundary of the element equal to or less than a predetermined height, and the manufacture of the Frennel lens surface is facilitated.

また、請求項7に記載の発明は、請求項1乃至請求6のいずれか1項に記載の曲面レンズにおいて、例えば図2及び図3に示すように、第1又は第2のフレンネルレンズ面A,Bの段差の間隔が不規則に又は/及びマイクロレンズアレイ面Cの小凸レンズi1〜i5若しくは小凹レンズi1’〜i5’のいずれか一方あるいは両方の寸法若しくは位置が不規則に配置されている。
このように構成すると、フレンネルレンズ面の段差の間隔が不規則になり、有効なレンズ面と側壁による無効ゾーンが不規則に並ぶためにモアレ縞を低減することができる。または、マイクロレンズアレイ面における小レンズの不規則性のためにモアレ縞を低減することができる。
Further, the invention according to claim 7 is the curved lens according to any one of claims 1 to 6, wherein, for example, as shown in FIGS. 2 and 3, the first or second Frennel lens surface. The distance between the steps A and B is irregularly arranged and / or the size or position of one or both of the small convex lenses i1 to i5 and the small concave lenses i1 ′ to i5 ′ on the microlens array surface C are irregularly arranged. Yes.
When configured in this manner, the interval between the steps of the Frennel lens surface becomes irregular, and the invalid zones due to the effective lens surface and the side wall are irregularly arranged, so that moire fringes can be reduced. Alternatively, moire fringes can be reduced due to irregularities of small lenses on the microlens array surface.

また、上記課題を解決するために、請求項8に記載の曲面レンズは、例えば図10に示すように、単一の滑らかな凸面又は単一の滑らかな凹面を母曲面とするフレンネルレンズ面B”’と、フレンネルレンズ面B”’の面積に対して充分小さい面積の小凸レンズtと小凹レンズt’とを交互に配列してなるマイクロレンズアレイ面D”’とを具備し、マイクロレンズアレイ面D”’が屈折率の異なる二つの固体部材50,52の境界面で、フレンネルレンズ面B”’の段差に対応する位置に段差を有しフレンネルレンズ面B”’に沿って配置されている。   In order to solve the above problem, the curved lens according to claim 8 is a Frennel lens surface having a single smooth convex surface or a single smooth concave surface as a mother curved surface as shown in FIG. 10, for example. B ″ ′ and a microlens array surface D ″ ′ formed by alternately arranging small convex lenses t and small concave lenses t ′ having a sufficiently small area with respect to the area of the Frennel lens surface B ″ ′. The lens array surface D ″ ′ is a boundary surface between two solid members 50 and 52 having different refractive indexes, and has a step at a position corresponding to the step of the Fresnel lens surface B ″ ′ along the Fresnel lens surface B ″ ′. Are arranged.

ここにおいて、フレンネルレンズ面に沿って配置されるとは、フレンネルレンズ面からの距離が比較的短く、マイクロレンズアレイ面もフレンネルレンズ面の段差に対応した位置で段差が存在し、例えばマイクロレンズアレイ面の段差の大きさが少なくともフレンネルレンズ面の段差の大きさの1/3を確保できるような位置に配置されることを指す。なお、マイクロレンズアレイ面のフレンネルレンズ面からの距離については、ある程度ばらつきがあってもよい。   Here, being arranged along the Fresnel lens surface means that the distance from the Fresnel lens surface is relatively short, and the microlens array surface also has a step at a position corresponding to the step of the Fresnel lens surface. This means that the step of the micro lens array surface is arranged at a position where at least one third of the step of the Frennel lens surface can be secured. The distance from the microlens array surface to the Frennel lens surface may vary to some extent.

このように構成すると、マイクロレンズアレイ面は湾曲した面となり、この面に並ぶ小レンズは湾曲と共に傾くことになる。この傾きによって小凸レンズと小凹レンズの特性が場所と共に変化することになる。この結果、この湾曲自体が右眼と左眼の網膜像に第3の強い差異を生じさせ、これにフレンネルレンズ面による第1の差異と、マイクロレンズアレイ面の個々の小レンズによる(湾曲と共に傾かない状態でも生じる)第2の差異とが加わっていっそう強い立体感を発現する。   With this configuration, the microlens array surface is a curved surface, and the small lenses arranged on this surface are tilted with the curvature. This inclination changes the characteristics of the small convex lens and the small concave lens with the place. As a result, the curvature itself causes a third strong difference between the retinal images of the right eye and the left eye, which is caused by the first difference due to the Frennel lens surface and the individual small lenses on the microlens array surface (curving. In addition, the second difference (which occurs even when the camera is not tilted) adds a strong three-dimensional effect.

また、請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の曲面レンズにおいてマイクロレンズアレイ面D”’を形成する小凸レンズtと小凹レンズt’とがフレンネルレンズ面B”’の段差に対応する位置を除き滑らかに連なる。
このように構成すると、フレンネルレンズ面とマイクロレンズアレイ面はともに滑らかであるため、この曲面レンズを通して見える像が急激に歪むことがなく、滑らかで違和感の少ない見易い像となる。
According to the ninth aspect of the present invention, in the curved lens according to the eighth aspect, the small convex lens t and the small concave lens t ′ forming the microlens array surface D ″ ′ form a step on the Frennel lens surface B ″ ′. It is connected smoothly except for the corresponding position.
With this configuration, since the Frennel lens surface and the microlens array surface are both smooth, the image seen through the curved lens is not abruptly distorted, and the image is smooth and easy to see with little discomfort.

また、請求項10に記載の発明は、請求項8又は請求項9に記載の曲面レンズにおいて、マイクロレンズアレイ面D”’の焦点距離がフレンネルレンズ面B”’の焦点距離にほぼ等しい。
このように構成すると、フレンネルレンズ面とマイクロレンズアレイ面が共に効果的に作用でき、立体感の発現力が相乗的に作用し、より強力な立体感が得られる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the curved lens according to the eighth or ninth aspect, the focal length of the microlens array surface D ″ ′ is substantially equal to the focal length of the Frennel lens surface B ″ ′.
If comprised in this way, a Frennel lens surface and a micro lens array surface can work together effectively, the expression power of a three-dimensional effect acts synergistically, and a more powerful three-dimensional effect is obtained.

また、請求項11に記載の発明は、請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載の曲面レンズにおいて、フレンネルレンズ面の段差の間隔が不規則に又は/及びマイクロレンズアレイ面Cの小凸レンズ若しくは小凹レンズのいずれか一方あるいは両方の寸法若しくは位置が不規則に配置されている。
このように構成すると、フレンネルレンズ面の段差の間隔が不規則になり有効なレンズ面と側壁の無効ゾーンが不規則に並ぶためにモアレ縞を低減することができる。または、マイクロレンズアレイ面における小レンズの不規則性のためにモアレ縞を低減することができる。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the curved lens according to any one of the eighth to tenth aspects, the step interval of the Frennel lens surface is irregularly and / or the microlens array surface C. The size or position of either one or both of the small convex lens and the small concave lens is irregularly arranged.
With this configuration, moire fringes can be reduced because the gap between the steps of the Frennel lens surface is irregular and the effective lens surface and the invalid zone of the side wall are irregularly arranged. Alternatively, moire fringes can be reduced due to irregularities of small lenses on the microlens array surface.

また、請求項12に記載の発明は、請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の曲面レンズにおいて、例えば図5に示すように、フレンネルレンズ面B’における法線が特定方向の直線とのなす角度がフレンネルレンズ面B’のいずれの点においても鋭角か鈍角かの一方となる。図5では、フレンネルレンズ面B’のエレメントB9’における任意の点gの法線hが特定方向を上下方向としたときの特定方向の直線qとのなす角度θがフレンネルレンズ面のいずれの点においても鋭角となる。   Further, according to a twelfth aspect of the present invention, in the curved lens according to any one of the first to eleventh aspects, for example, as shown in FIG. 5, the normal line on the Frennel lens surface B ′ is in a specific direction. The angle formed by this straight line is either an acute angle or an obtuse angle at any point on the Frennel lens surface B ′. In FIG. 5, the angle θ between the normal h of an arbitrary point g in the element B9 ′ of the Frennel lens surface B ′ and the straight line q in the specific direction when the specific direction is the vertical direction is any of the Frennel lens surfaces. An acute angle is also obtained at this point.

ここにおいて、特定方向の直線とのなす角度とは、特定方向のあらかじめ定めた一方の向きを表す半直線から同じ周りに法線までを測った角度を言う。
このように構成するとフレンネルレンズ面はいずれの場所でも特定方向に対して向きが同じとなる。すなわちフレンネルレンズ面は特定方向に対して同じ向きに傾いている。これによりフレンネルレンズ面での反射光を特定の向きに向けることができる。例えば、フレンネルレンズ面を上下方向の下向きにすると、頭上後方からの照明光を眼より下の方向に反射して照明光の影響を排除できるごときである。またフレンネルレンズ面は傾いているためレンズの特性が強まり、より強く立体感を発現できる。
Here, the angle formed with a straight line in a specific direction refers to an angle measured from a half line representing one predetermined direction in the specific direction to a normal line around the same.
If comprised in this way, the direction of a Frennel lens surface will become the same with respect to a specific direction in any place. That is, the Frennel lens surface is inclined in the same direction with respect to a specific direction. Thereby, the reflected light on the surface of the Frennel lens can be directed in a specific direction. For example, when the Frennel lens surface is directed downward in the vertical direction, the illumination light from above and behind the head can be reflected in the direction below the eye to eliminate the influence of the illumination light. In addition, since the Frennel lens surface is inclined, the characteristics of the lens are enhanced, and the stereoscopic effect can be expressed more strongly.

また上記を解決するために、請求項13に記載の曲面レンズは、例えば図6に示すように、単一の滑らかな凸面あるいは単一の滑らかな凹面のいずれかを母曲面とするフレンネルレンズ面A’と、小凸レンズj1〜j6と小凹レンズj1’〜j6’とを交互に配列してなり、互いに隣り合う小凸レンズと小凹レンズとの接合点の一部あるいは全部が両レンズの曲面の接線が一致しない不連続接合の状態にあって、小凸レンズj1〜j6と小凹レンズj1’〜j6’の短辺がフレンネルレンズ面A’の短辺の長さの1/500以下であるマイクロレンズアレイ面C’とを具備する。   In order to solve the above problem, the curved lens according to claim 13 is a Frennel lens having, as shown in FIG. 6, for example, a single smooth convex surface or a single smooth concave surface as a mother curved surface. Surface A ′, small convex lenses j1 to j6, and small concave lenses j1 ′ to j6 ′ are alternately arranged, and a part or all of the junctions between the small convex lenses and the small concave lenses adjacent to each other are curved surfaces of both lenses. In a discontinuous junction state where the tangent lines do not coincide with each other, the short sides of the small convex lenses j1 to j6 and the small concave lenses j1 ′ to j6 ′ are 1/500 or less the length of the short side of the Frennel lens surface A ′. And a lens array surface C ′.

ここにおいて、短辺とは、対象物において最も離れた2点を結ぶ直線を長辺とし、この長辺に直交する面に投影される対象物の長さである。
このように構成すると、レンズ曲面が急激に変化して像が大きく歪む部分は、歪みの少ない小凸レンズと小凹レンズの像の境界部に当る細い領域に限られ、個々の小凸レンズと個々の小凹レンズの像の短辺はフレンネルレンズ面の短辺の長さの1/500程度と小さく、この曲面レンズを通して見る表示画面に対しては一点と見なしうる程度に小さく、この像の大きく歪む部分はこれらに比較してさらに小さくなるので、歪みとして目立たなくできる。このように小凸レンズと小凹レンズの不連続接合による大きな歪みは表示画像の全体像に対する歪みとしての影響を排除できる。このため不連続接合が許容できるので、縦も横も比較的小さい小レンズの寸法や位置を不規則に並べる構成又は曲率半径が同じで大きさの異なる小レンズを配列する構成などが可能になり、小凸レンズと小凹レンズを滑らかに連ねて並べる必要が無く、マイクロレンズアレイ面を製造することが容易になり、モアレ縞を低減できる曲面レンズの供給が容易になる。
Here, the short side is the length of the object projected on a plane orthogonal to the long side, with a straight line connecting the two most distant points in the object as the long side.
With this configuration, the part where the curved surface of the lens changes suddenly and the image is greatly distorted is limited to a thin area that hits the boundary between the image of the small convex lens and the small concave lens with little distortion. The short side of the image of the concave lens is as small as 1/500 of the short side of the Frennel lens surface, and is small enough to be regarded as one point for a display screen viewed through this curved lens, and the image is greatly distorted. Can be made inconspicuous as distortion because it is smaller than these. Thus, the large distortion due to the discontinuous joining of the small convex lens and the small concave lens can eliminate the influence of the distortion on the entire display image. For this reason, discontinuous joining is allowed, so that it is possible to configure a configuration in which small lens sizes and positions that are relatively small in both length and width are arranged irregularly, or a configuration in which small lenses having the same curvature radius and different sizes are arranged. In addition, it is not necessary to arrange the small convex lens and the small concave lens smoothly and side by side, it becomes easy to manufacture the microlens array surface, and it becomes easy to supply a curved lens capable of reducing moire fringes.

また、請求項14に記載の発明は、請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載の曲面レンズにおいて、フレンネルレンズ面の周縁部の局所焦点距離が中央部の局所焦点距離より大きい。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in the curved lens according to any one of the first to thirteenth aspects, the local focal length of the peripheral portion of the Frennel lens surface is larger than the local focal length of the central portion. .

ここにおいて、局所焦点距離とは、フレンネルレンズ面の焦点距離が面の位置によって局所的に変化する場合に、局所的な位置における焦点距離をいう。
このように構成すると、曲面レンズの中央部では左右の眼の網膜像に大きな違いが生じる結果、全体像に大きな立体感が発現する。一方周縁部では像の拡大率あるいは縮小率が小さくなるため、斜め方向から見る際に表示画像の最外枠である直線状の線が歪んで見える度合いを低減でき、また周縁部では不必要に湾曲することを排除できているので、有効面積の広い曲面レンズが得られる。
Here, the local focal length refers to a focal length at a local position when the focal length of the Frennel lens surface changes locally depending on the position of the surface.
If comprised in this way, a big difference will arise in the center part of a curved lens in the retina image of right and left eyes, and a big three-dimensional effect will express in a whole image. On the other hand, since the enlargement or reduction ratio of the image is small at the peripheral portion, the degree of appearance of the straight line that is the outermost frame of the display image can be reduced when viewed from an oblique direction, and is unnecessary at the peripheral portion. Since curving can be eliminated, a curved lens having a wide effective area can be obtained.

また、上記課題を解決するために、請求項15に記載の表示装置は、例えば図1に示すように、請求項1乃至請求項15のいずれか1項に記載の曲面レンズ10と、曲面レンズ10に対向して配置された2次元表示画像11と、2次元表示画像11と曲面レンズ10との位置関係を保つ保持機構12bのうち、少なくとも一方あるいは両方とを具備する。   In order to solve the above problem, a display device according to a fifteenth aspect includes, for example, as illustrated in FIG. 1, the curved lens 10 according to any one of the first to fifteenth aspects and the curved lens. 10, the two-dimensional display image 11 disposed opposite to the image display 10, and the holding mechanism 12 b that maintains the positional relationship between the two-dimensional display image 11 and the curved lens 10 are provided.

ここにおいて、2次元表示画像とは、典型的にはごく一般によく見られる写真のような一つの地点から見た連続した図柄からなる2次元表示画像であり、平面だけに限らず、湾曲した状態の2次元表示画像も含まれる。また、部分的にはモザイク的でも遠方から見て連続的に見える2次元表示画像も含まれる。
このように構成すると、表示装置は本発明による曲面レンズを用いて構成されるので、立体感の発現力が強く、広い有効面積の曲面レンズを使用することにより、立体感の発現力が強く、広い面積の表示画面を奥行き寸法の小さい装置で実現できる。
Here, the two-dimensional display image is a two-dimensional display image composed of a continuous pattern viewed from one point such as a photograph that is typically commonly seen, and is not limited to a plane, but is in a curved state. These two-dimensional display images are also included. In addition, a two-dimensional display image that is partly mosaic but continuously viewed from a distance is also included.
When configured in this way, the display device is configured using the curved lens according to the present invention, so that the stereoscopic effect is strong, and by using a curved lens with a wide effective area, the stereoscopic effect is strong, A large area display screen can be realized with a device having a small depth dimension.

本発明の1態様によれば、2以上のフレンネルレンズ面を用いることにより、より広く薄い表示画面に対しても適用できる曲面レンズを提供し、かつ、曲面レンズを表示画面に近づけて置けるので大画面の立体表示装置を比較的薄い形状で実現することができる。   According to one aspect of the present invention, a curved lens that can be applied to a wider and thinner display screen is provided by using two or more Frennel lens surfaces, and the curved lens can be placed close to the display screen. A large-screen stereoscopic display device can be realized with a relatively thin shape.

また、本発明によれば、凸レンズと凹レンズが交互に配列されるマイクロレンズアレイ面をフレンネルレンズ面と組み合わせて用いることにより、立体感の発現力を強化でき、かつ生じる像の歪みによる違和感を低減できる曲面レンズを提供でき、画質の良い立体画像表示装置の実現が可能になる。また、フレンネルレンズ面に沿ってかかるマイクロレンズアレイ面を配置する態様では、一層強く立体感を発現できる。   In addition, according to the present invention, by using a microlens array surface in which convex lenses and concave lenses are alternately arranged in combination with a Frennel lens surface, it is possible to enhance the expression of stereoscopic effect and to feel uncomfortable due to image distortion that occurs. A curved lens that can be reduced can be provided, and a stereoscopic image display device with good image quality can be realized. Moreover, in the aspect which arrange | positions this micro lens array surface along a Frennel lens surface, a three-dimensional effect can be expressed still more strongly.

また、本発明の他の態様によれば、フレンネルレンズ曲面を構成するエレメントの配列に、あるいはマイクロレンズアレイ面の構成要素の小凹面と小凸面の配列に不規則性を導入することにより、モアレ縞を低減できる。   Further, according to another aspect of the present invention, by introducing irregularity into the arrangement of the elements constituting the Flennel lens curved surface, or into the arrangement of the small concave surface and the small convex surface of the constituent elements of the microlens array surface, Moire fringes can be reduced.

以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施の形態における表示装置を示す斜視図である。
図1において、表示装置は、曲面レンズ10と、表示する図柄を描いた表示画像11と表示画像11を保持する背面板12aと背面板12aの四隅に取り付けられたアーム12bとを備える。曲面レンズ10はアーム12bに取り付けられている。背面板12aとアーム12bとで表示画像11と曲面レンズ10の相対的な位置関係を保持する保持機構12を構成する。
FIG. 1 is a perspective view showing a display device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the display device includes a curved lens 10, a display image 11 depicting a pattern to be displayed, a back plate 12a holding the display image 11, and arms 12b attached to the four corners of the back plate 12a. The curved lens 10 is attached to the arm 12b. The back plate 12 a and the arm 12 b constitute a holding mechanism 12 that holds the relative positional relationship between the display image 11 and the curved lens 10.

図1に示す実施の形態は曲面レンズ10の表示画像11までの距離が観察者までの距離より充分小さく、曲面レンズ10と表示画像11とで一つの表示装置と見なし得るような形態である。表示画像11は通常の紙に描かれた連続した図柄からなる平面状の2次元表示画像で、背面板12aの四隅に取り付けられているアーム12bの長さはいずれも同じで、平板状の曲面レンズ10は表示画像11に平行に置かれた状態となっている。   The embodiment shown in FIG. 1 is such that the distance from the curved lens 10 to the display image 11 is sufficiently smaller than the distance to the observer, and the curved lens 10 and the display image 11 can be regarded as one display device. The display image 11 is a planar two-dimensional display image composed of continuous symbols drawn on normal paper, and the lengths of the arms 12b attached to the four corners of the back plate 12a are the same, and a flat curved surface. The lens 10 is placed in parallel with the display image 11.

なお、図中に示す矢印は空間的な方向を示し、観察者が真直ぐ垂直に立てられた平面状の表示画像の正面に正対する方向を方向zとし、この方向zに直交する平面にあって観察者の両眼を結ぶ方向を方向x、方向zと方向xに対して直交する方向を方向yとして示している。特殊な場合を除き一般には真直ぐ立った観察者が観察者に正対した垂直に立てられた表示画像を見ることから、以後これらの方向x、方向y、方向zをそれぞれ眼の左右方向、眼の上下方向、奥行き方向とも呼称する。また、眼の左右方向を水平方向、眼の上下方向を垂直方向とも呼称する。なお、以後に示す図において示す太い矢印はここに説明する空間的な方向を示している。   In addition, the arrow shown in the figure indicates a spatial direction, and a direction that faces the front of a planar display image that is set up vertically by an observer is a direction z, and is on a plane orthogonal to the direction z. A direction connecting both eyes of the observer is indicated as a direction x, and a direction orthogonal to the direction z and the direction x is indicated as a direction y. Except for special cases, since a straight observer generally sees a vertically-displayed image directly facing the observer, these directions x, y, and z are referred to as the left and right directions of the eyes and the eyes, respectively. Also referred to as the vertical direction and the depth direction. The left-right direction of the eye is also referred to as the horizontal direction, and the up-down direction of the eye is also referred to as the vertical direction. In addition, the thick arrow shown in the figure shown below has shown the spatial direction demonstrated here.

背面板12aの四隅に取り付けられている各アーム12bには長さを調節する機構があり、長さを変える事によって曲面レンズ10と表示画像11との間隔を可変にでき、また曲面レンズ10を表示画像11に対して斜めに傾けることも出来る。さらに、背面板12aよりも縦横とも長い可撓性のある曲面レンズを用いて、曲面レンズ10のアーム12bへの取り付け位置を四隅とすることにより曲面レンズ10を湾曲した状態で表示画像11に対面して置くことも出来る。   Each arm 12b attached to the four corners of the back plate 12a has a mechanism for adjusting the length. By changing the length, the distance between the curved lens 10 and the display image 11 can be made variable. The display image 11 can also be tilted obliquely. Furthermore, using a flexible curved lens that is longer in length and breadth than the back plate 12a, the curved lens 10 faces the display image 11 in a curved state by setting the mounting positions of the curved lens 10 to the arm 12b as four corners. You can also put it.

図1に示す第1の実施の形態では、表示画像を紙に描かれた平面状の2次元表示画像とする表示装置として説明したが、TV受像機、パーソナルコンピュータのモニター、あるいは携帯電話なども本発明に係わる表示装置とすることが可能であり、これらは通信画像又は放送画像の受信手段をも備えている。表示画像11は一地点から見た連続した図柄からなる2次元表示画像である。これらの表示装置では電子的に制御されて画像を表示するブラウン管、液晶などの表示画面が表示画像11に該当し、表示画面11に対向して曲面レンズ10が置かれ、表示画面11と曲面レンズ10の相対的な位置関係を保持する保持機構12は両者を固定する筐体あるいはフレームと呼称される機構部に対応することになる。これらの電子的な表示装置では表示画像11は画素と呼称する小さな画像領域が配列されて厳密には不連続な図柄であるが、観察者は個々の画素を識別できず一つの連続した図柄として見ている。このような表示画像も本発明では連続した図柄の2次元表示画像に含まれる。   In the first embodiment shown in FIG. 1, the display image has been described as a display device that uses a planar two-dimensional display image drawn on paper. However, a TV receiver, a personal computer monitor, a mobile phone, etc. The display device according to the present invention can be provided, and these are also provided with means for receiving a communication image or a broadcast image. The display image 11 is a two-dimensional display image composed of continuous symbols viewed from one point. In these display devices, a display screen such as a cathode ray tube or liquid crystal that is electronically controlled to display an image corresponds to the display image 11, and a curved lens 10 is placed facing the display screen 11, and the display screen 11 and the curved lens are arranged. The holding mechanism 12 that holds the 10 relative positional relationships corresponds to a mechanism portion called a casing or a frame that fixes both. In these electronic display devices, the display image 11 is strictly a discontinuous pattern in which small image areas called pixels are arranged, but the observer cannot distinguish individual pixels as one continuous pattern. Looking. In the present invention, such a display image is also included in a continuous two-dimensional display image.

また、スクリーンに投影される映写機などの表示装置もこのスクリーンの前に曲面レンズを置けば、スクリーンと曲面レンズの位置関係を保持する機構を必然的に伴うので本発明に係わる表示装置に含まれる。また、2次元表示画像は2次元の面に描かれた画像であり、平面に描かれた画像を湾曲させたようなものも2次元表示画像に含まれる。   Further, a display device such as a projector projected on the screen is also included in the display device according to the present invention because a mechanism for maintaining the positional relationship between the screen and the curved lens is necessarily provided if a curved lens is placed in front of the screen. . Also, the two-dimensional display image is an image drawn on a two-dimensional surface, and an image obtained by curving an image drawn on a plane is also included in the two-dimensional display image.

図2は図1に示す第1の実施の形態に用いる曲面レンズ10の構成を概念的に示す斜視図であり、図3は図1及び図2で曲面レンズの中央部に示す直線α―α’を含むx軸とz軸に平行でy軸に垂直な平面を切断面とした断面図及び小レンズ面の形状を説明するための図面で、図3(a)に断面の一部分を示している。   2 is a perspective view conceptually showing the configuration of the curved lens 10 used in the first embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a straight line α-α shown at the center of the curved lens in FIGS. FIG. 3A is a cross-sectional view in which a plane parallel to the x-axis and the z-axis including 'and a plane perpendicular to the y-axis is taken as a cut surface and a shape of a small lens surface. FIG. Yes.

なお、以後において各種の実施の形態を説明するが、その全ては図1に示す第1の実施の形態の表示装置と装置構成は同じで、曲面レンズだけが異なる。したがって、以後において「装置構成は第1の実施の形態の表示装置と同じ」とした場合は、曲面レンズを除き、その他の表示画像11及び背面版12aとアーム12bから構成される保持機構12などは全て第1の実施の形態の表示装置と同一の構成で同様の機能を果たしているものとする。また曲面レンズと表示画面との位置関係も同じで、曲面レンズの保持機構12への取り付けも同様である。違いは曲面レンズそのものにある。   Various embodiments will be described below, all of which have the same device configuration as the display device of the first embodiment shown in FIG. Therefore, when “the device configuration is the same as that of the display device of the first embodiment” in the following description, except for the curved lens, the other display image 11 and the holding mechanism 12 including the back plate 12a and the arm 12b, etc. Are assumed to perform the same function with the same configuration as the display device of the first embodiment. Further, the positional relationship between the curved lens and the display screen is the same, and the mounting of the curved lens to the holding mechanism 12 is the same. The difference is in the curved lens itself.

また、当該する実施の形態での曲面レンズの断面図の説明で「第1の実施の形態で説明の水平切断面」とした場合は図1で曲面レンズの中央部に示す直線α―α’を含むx軸とz軸に平行でy軸に垂直な平面を切断面としている。また、当該する実施の形態での曲面レンズの断面図の説明で「第1の実施の形態で説明の垂直切断面」とした場合は図1で曲面レンズの中央部に示す直線β―β’を含むy軸とz軸に平行でx軸に垂直な平面を切断面としている。   Further, in the explanation of the cross-sectional view of the curved lens in the embodiment concerned, when the “horizontal cut plane explained in the first embodiment” is used, the straight line α-α ′ shown in the central portion of the curved lens in FIG. A plane parallel to the x-axis and z-axis and including the vertical axis is perpendicular to the y-axis. Further, in the explanation of the cross-sectional view of the curved lens in the embodiment concerned, when the “vertical cut surface explained in the first embodiment” is used, the straight line β-β ′ shown in the central portion of the curved lens in FIG. A plane that is parallel to the y-axis and the z-axis and that is perpendicular to the x-axis is taken as the cut surface.

図2と図3により第1の実施の形態における曲面レンズを詳しく説明する。
図2は曲面レンズ10の構成を概念的に示している。曲面レンズ10の表示画像11に対面した外表面Aと、その反対の観察者に対面した外表面Bはフレンネルレンズ面である。なお、以後において曲面レンズの表示画像11に向いた側の外表面を裏面あるいは裏外表面とも呼称する。また、この反対側の観察者に向いた側の外表面を表側あるいは表外表面とも呼称する。これらのフレンネルレンズ面A,Bを各エレメントA1〜A4,B1〜B4(図3参照)が段差をもって配列されることで表現している。ここではエレメントの数を限定して、しかも幅の異なるエレメントが不規則に並ぶことを表現した概念図であるが、実際はより微細な幅のエレメントが多数配列される。各エレメントの境界には段差が生じ側壁が見えている。この見える側壁をグレー色で塗り潰して示している(図2参照)。エレメントの幅が段差の間隔でもある。
The curved lens according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 2 conceptually shows the configuration of the curved lens 10. The outer surface A facing the display image 11 of the curved lens 10 and the outer surface B facing the opposite observer are Frennel lens surfaces. Hereinafter, the outer surface of the curved lens facing the display image 11 is also referred to as a back surface or a back outer surface. The outer surface on the opposite side of the viewer is also referred to as the front side or the outer surface. These Frennel lens surfaces A and B are expressed by arranging the elements A1 to A4 and B1 to B4 (see FIG. 3) with steps. Here, it is a conceptual diagram that expresses that the number of elements is limited and the elements having different widths are irregularly arranged, but in actuality, a large number of elements having a finer width are arranged. A step is generated at the boundary of each element, and the side wall is visible. This visible side wall is shown in gray (see FIG. 2). The width of the element is also the step interval.

外表面Aのフレンネルレンズ面は部材20と空気との境界面であり、外表面Bのフレンネルレンズ面は部材21と空気との境界面である。部材20と部材21で挟まれた部分22(図2に太線で模式的に示す)にもレンズ面が存在する。この部分22は接着剤30であり、接着剤30と部材20の境界面にレンズ面が存在し、このレンズ面は多数の小さなレンズ面を凹凸交互に配列しているマイクロレンズアレイ面Cである。図2では詳細に示されていないが、詳細は図3で説明する。   The Frennel lens surface of the outer surface A is a boundary surface between the member 20 and air, and the Frennel lens surface of the outer surface B is a boundary surface between the member 21 and air. A lens surface also exists in a portion 22 (schematically shown by a bold line in FIG. 2) sandwiched between the member 20 and the member 21. This portion 22 is an adhesive 30, and a lens surface exists at the boundary surface between the adhesive 30 and the member 20, and this lens surface is a microlens array surface C in which a large number of small lens surfaces are alternately arranged. . Although not shown in detail in FIG. 2, details will be described in FIG.

図3は曲面レンズ10の断面の一部を拡大して示してある。この図3を用いてフレンネルレンズ面とマイクロレンズアレイ面をさらに詳細に説明する。
フレンネルレンズ面Aが形成された部材20はフレンネルレンズ面Aと反対側の面Cに小さな小凹面i1’〜i4’と小凸面i1〜i4とが交互に配列された曲面が構成されている。一方、フレンネルレンズ面Bが形成された部材21のフレンネルレンズ面Bと反対側の面は平面である。この部材21の平面と部材20の小凹面と小凸面とが交互に配列された面Cとは接着剤30により相互に張り合わされている。部材20の小凹面と小凸面とが交互に配列された面とこの接着剤30との境界面がマイクロレンズアレイ面Cとなり、各小凹面i1’〜i4’と小凸面i1〜i4が小レンズである。
FIG. 3 shows an enlarged part of the cross section of the curved lens 10. The Frennel lens surface and the microlens array surface will be described in more detail with reference to FIG.
The member 20 on which the Fresnel lens surface A is formed has a curved surface in which small small concave surfaces i1 ′ to i4 ′ and small convex surfaces i1 to i4 are alternately arranged on a surface C opposite to the Fresnel lens surface A. Yes. On the other hand, the surface opposite to the Fresnel lens surface B of the member 21 on which the Fresnel lens surface B is formed is a flat surface. The flat surface of the member 21 and the surface C in which the small concave surfaces and the small convex surfaces of the member 20 are alternately arranged are bonded to each other by the adhesive 30. A boundary surface between the adhesive 30 and a surface in which small concave surfaces and small convex surfaces of the member 20 are alternately arranged becomes a microlens array surface C, and the small concave surfaces i1 ′ to i4 ′ and the small convex surfaces i1 to i4 are small lenses. It is.

構造的な凹面あるいは凸面は見方により凹面にもなり凸面にもなる。ここでは部材20の外側に向かって出張っている部分を凸面、内部に向かって引込んでいる部分を凹面とみなして説明するが、以後の説明で特に断る必要のない場合は部材を適宜選んで外側に向かって出張っている部分を凸面、内部に向かって引込んでいる部分を凹面とみなして説明する。また、部材20の屈折率をn1と接着剤30の屈折率をn2とすると、n1とn2の大小関係によって構造的な凸面あるいは凹面は凸レンズにも凹レンズにもなる。以後の説明では、構造的な凸面とした部分を光学的にも凸レンズとし構造的な凹面とした部分を光学的にも凹レンズとして説明をする。なお、接着剤30と部材20は、マイクロレンズアレイ面の小レンズの焦点距離がフレンネルレンズ面の焦点距離にほぼ等しくなるように、屈折率を適切に選定してある。   A structural concave surface or convex surface can be a concave surface or a convex surface depending on the viewpoint. Here, the part traveling toward the outside of the member 20 is described as a convex surface, and the part retracted toward the inside is regarded as a concave surface. However, in the following description, if there is no particular need to refuse, the member is appropriately selected to be outside. In the following description, it is assumed that the portion that is traveling toward the convex side is a convex surface, and the portion that is drawn inward is a concave surface. If the refractive index of the member 20 is n1 and the refractive index of the adhesive 30 is n2, the structural convex surface or concave surface becomes a convex lens or a concave lens depending on the magnitude relationship between n1 and n2. In the following description, the description will be made on the assumption that the structural convex surface is an optically convex lens and the structural concave surface is an optically concave lens. Note that the refractive index of the adhesive 30 and the member 20 is appropriately selected so that the focal length of the small lens on the microlens array surface is substantially equal to the focal length of the Frennel lens surface.

フレンネルレンズ面AとBの母曲面をそれぞれa,bとして点線である太線で示している。フレンネルレンズ面Aを構成するエレメントのレンズ面A1〜A5はそれぞれ母曲面の要素a1〜a5に対応する。また、フレンネルレンズ面Bを構成するエレメントのレンズ面B1〜B5はそれぞれ母曲面の要素b1〜b5に対応する。フレンネルレンズ面は母曲面の各要素が切断面(細い点線で示す)に沿って平行移動した面である。
母曲面は紙面に垂直なy方向に対しては変化せず、x方向に対してのみz方向にあたるレンズの厚さが変化する。このような母曲面の典型的な例が円筒面で、この場合も円筒面である。フレンネルレンズ面A,Bを構成するエレメントA1〜A5,B1〜B5のレンズ面も当然をy方向に対しては変化せず、x方向に対してのみz方向にあたるレンズの厚さが変化する。
The generative surfaces of the Frennel lens surfaces A and B are indicated by dotted thick lines as a and b, respectively. The lens surfaces A1 to A5 of the elements constituting the Frennel lens surface A correspond to the elements a1 to a5 of the mother curved surface, respectively. The lens surfaces B1 to B5 of the elements constituting the Frennel lens surface B correspond to the elements b1 to b5 of the mother curved surface, respectively. The Frennel lens surface is a surface in which each element of the generating surface is translated along a cut surface (indicated by a thin dotted line).
The mother curved surface does not change in the y direction perpendicular to the paper surface, and the thickness of the lens corresponding to the z direction changes only in the x direction. A typical example of such a generating surface is a cylindrical surface, which is also a cylindrical surface. The lens surfaces of the elements A1 to A5 and B1 to B5 constituting the Frennel lens surfaces A and B naturally do not change in the y direction, and the thickness of the lens corresponding to the z direction changes only in the x direction. .

フレンネルレンズ面A,Bは隣り合うエレメントの境界面で不連続となり段差が生じ、このレンズを斜めから見ると、この段差の側壁部分が無効ゾーンとなる。斜めから見る度合いが強いほど無効ゾーンのレンズ面に対する割合が増大する。このことが図2に良く表れている。また、フレンネルレンズ面Aとフレンネルレンズ面Bのエレメントの幅すなわち段差の間隔は不規則である。例えば、エレメントの幅を数種類定めて、これらの中から不規則に選びつつエレメントの幅を不規則に変えている。   The Fresnel lens surfaces A and B become discontinuous at the boundary surface between adjacent elements, resulting in a step. When this lens is viewed from an oblique direction, the side wall portion of the step becomes an invalid zone. As the degree of viewing from an oblique direction increases, the ratio of the invalid zone to the lens surface increases. This is clearly shown in FIG. Further, the widths of the elements of the Fresnel lens surface A and the Fresnel lens surface B, that is, the gaps between the steps are irregular. For example, several types of element widths are determined, and the widths of the elements are changed irregularly while randomly selecting from these.

次にマイクロレンズアレイ面について説明する。
マイクロレンズアレイ面C31は太線で示す小凸面i1〜i4と小凹面i1’〜i4’が交互に配列されている。これらの小曲面は小レンズi1〜i4,i1’〜i4’でもあり、これらのレンズは円筒面レンズで、各レンズを中心軸Oを合わせて配置した図が図3(b)に示されている。この図から明らかなように、これらはいずれも中心角が等しく、レンズ面の端部における勾配は等しい。従ってこれらの小レンズi1〜i4,i1’〜i4’が連なったマイクロレンズアレイ面Cは滑らかな曲面である。また、これらの小レンズは曲率半径が異なり、焦点距離は違ってくる。ここで滑らかな曲面とはレンズの曲面の接線が一致しない不連続接合の無い面である。また、小凸レンズと小凹レンズとの間に充分小さい平面が介在し、これらが滑らかに連なる場合も。小凸レンズと小凹レンズが交互に配列されている状態に含まれる。
Next, the microlens array surface will be described.
In the microlens array surface C31, small convex surfaces i1 to i4 and small concave surfaces i1 ′ to i4 ′ indicated by bold lines are alternately arranged. These small curved surfaces are also small lenses i1 to i4 and i1 ′ to i4 ′. These lenses are cylindrical lenses, and a diagram in which the lenses are arranged with the central axis O aligned is shown in FIG. Yes. As is clear from this figure, they all have the same central angle and the same gradient at the end of the lens surface. Therefore, the microlens array surface C in which these small lenses i1 to i4 and i1 ′ to i4 ′ are connected is a smooth curved surface. In addition, these small lenses have different radii of curvature and different focal lengths. Here, the smooth curved surface is a surface having no discontinuous joint where the tangents of the curved surface of the lens do not coincide. Also, there is a case where a sufficiently small plane is interposed between the small convex lens and the small concave lens, and these are smoothly connected. This is included in a state where small convex lenses and small concave lenses are alternately arranged.

マイクロレンズアレイ面Cには、中心角は同じであるが、半径が異なる円筒面を配列するので、幅の異なる小レンズが不規則に配列されている。具体的には幾種類かの幅の異なるすなわち中心角の異なる円筒面を用意し、その中から不規則に選びながら凸面の次は凹面、凹面の次は凸面となるように、凸面と凹面を交互に配列したものである。   On the microlens array surface C, cylindrical surfaces having the same central angle but different radii are arranged, so that small lenses having different widths are irregularly arranged. Specifically, several types of cylindrical surfaces having different widths, that is, different central angles, are prepared, and the convex surface and the concave surface are selected so that the convex surface is a concave surface and the concave surface is a convex surface while being irregularly selected. They are arranged alternately.

以上説明した第1の実施の形態では滑らかなマイクロレンズアレイ面Cが二つのフレンネルレンズ面A,Bに挟まれて存在する。二つのフレンネルレンズ面A,Bの母曲面はいずれも曲面レンズ10の面積一杯に広がる単一の凸面をなし、フレンネルレンズ面A,Bは共に単一の凸レンズとして機能する。一方、マイクロレンズアレイ面Cはフレンネルレンズ面A,Bの面積に比して充分小さい面積の小凸レンズi1〜i4と小凹レンズi1’〜i4’を交互に配列した滑らかな面である。
ここで単一の凸面とは凸面だけからなる面で、場所により曲率が変化する面も単一の凸面に含まれる。また、単一の凹面とは凹面だけからなる面で、場所により曲率が変化する面も単一の凹面に含まれる。
In the first embodiment described above, a smooth microlens array surface C is sandwiched between two Frennel lens surfaces A and B. Both of the mother curved surfaces of the two Frennel lens surfaces A and B form a single convex surface that fills the entire area of the curved lens 10, and both Frennel lens surfaces A and B function as a single convex lens. On the other hand, the microlens array surface C is a smooth surface in which small convex lenses i1 to i4 and small concave lenses i1 ′ to i4 ′ having an area sufficiently smaller than the areas of the Frennel lens surfaces A and B are alternately arranged.
Here, a single convex surface is a surface composed only of a convex surface, and a surface whose curvature changes depending on the place is also included in the single convex surface. A single concave surface is a surface consisting of only a concave surface, and a surface whose curvature changes depending on the location is also included in the single concave surface.

以上第1の実施の形態について、その構成を説明した。以下に作用を説明する。
本発明は、曲面レンズを介して見る2次元表示画像の左右の眼にできる網膜像に違いが生じ、これを受けて脳が過去の経験に照らして勝手に立体的な像と理解するもので、両眼で見ることで立体感が強く感じられることからも、両眼視差に基づいている。立体感を強く感じるためには、左右の眼にできる網膜像に大きな違いを生じさせる必要があり、これに伴って見える像に歪みも大きくなる。この歪みをいかに小さく感じさせるかが課題の一つである。
The configuration of the first embodiment has been described above. The operation will be described below.
In the present invention, a difference occurs in the retinal images formed on the left and right eyes of a two-dimensional display image viewed through a curved lens, and in response to this, the brain understands it as a three-dimensional image in light of past experience. This is also based on binocular parallax because the stereoscopic effect is strongly felt when viewed with both eyes. In order to feel the three-dimensional effect strongly, it is necessary to make a large difference in the retinal images formed on the left and right eyes, and the distortion of the visible image is increased accordingly. One of the challenges is how to make this distortion feel small.

この第1の実施の形態では、歪みが画面全体に及ぶような大きな広がりもつレンズ曲面と等価なフレンネルレンズ面A,Bと、このフレンネルレンズ面A,Bに比較して充分小さい小レンズ面を多数配列したマイクロレンズアレイ面Cとを多層に重ねることで双方の立体感を発現する機能が相乗的に強まる。歪みについては、一方は画面全体に及ぶ大きい範囲に広がる歪みとなり、他方は小さな領域に限定される歪みとなる。両者が領域的に異なることで、歪みが互いに強調し合うことを避けている。   In the first embodiment, the Frennel lens surfaces A and B equivalent to a lens curved surface having a large spread so that the distortion extends over the entire screen, and a small lens sufficiently smaller than the Frennel lens surfaces A and B. By superimposing the microlens array surface C on which a large number of surfaces are arranged in multiple layers, the function of expressing both stereoscopic effects is synergistically enhanced. As for the distortion, one is a distortion that extends over a large range over the entire screen, and the other is a distortion that is limited to a small area. The difference between the two areas prevents the distortions from emphasizing each other.

特に、大きな広がりをもつレンズ曲面による歪は表示画像の全体の歪みに関わり、この歪みを低減する事は重要である。このための手段の一つが画面全体をほぼ一様に拡大させるか縮小させることである。一様に拡大、縮小しないまでも場所によって拡大したり縮小したりしないことである。拡大部分と縮小部分が共存すると像の歪が強く感じられるのでこれを避けることである。画面全領域に対して拡大、縮小の一方だけに限定し、拡大率あるいは縮小率が場所と共に変化しても、その変化が緩やかであることが効果的である。   In particular, distortion due to a large curved lens surface is related to the overall distortion of the display image, and it is important to reduce this distortion. One means for this is to enlarge or reduce the entire screen almost uniformly. Even if it does not enlarge or reduce uniformly, it does not enlarge or reduce depending on the location. If the enlarged portion and the reduced portion coexist, the image distortion will be felt strongly, so this should be avoided. It is effective that the entire screen area is limited to only one of enlargement and reduction, and even if the enlargement ratio or reduction ratio changes with location, the change is gradual.

第1の実施の形態ではフレンネルレンズ面A,Bを単一の凸面のレンズ面と等価とすることで画面全領域に対して拡大の一方だけとなるようにして、歪みを低減している。
さらに拡大あるいは縮小が水平方向あるいは垂直方向に限定される方が斜め方向の歪みを伴う場合より歪による違和感が少ない。なお、最近のTV受像機では水平方向が広いワイド画面が多くなってきている。このような画面では水平方向だけを歪ませるのであれば、拡大するよりは縮小する方が、また垂直方向だけを歪ませるのであれば、縮小するより拡大する方が違和感は少ない。
In the first embodiment, the Frennel lens surfaces A and B are equivalent to a single convex lens surface, so that only one of the enlargement with respect to the entire screen area is reduced, thereby reducing distortion. .
Furthermore, when the enlargement or reduction is limited to the horizontal direction or the vertical direction, there is less discomfort due to the distortion than when the distortion in the oblique direction is involved. In recent TV receivers, a wide screen having a wide horizontal direction is increasing. In such a screen, if it is distorted only in the horizontal direction, it is less uncomfortable to reduce it than it is enlarged, and if it is distorted only in the vertical direction, it is less strange to enlarge it than it is reduced.

第1の実施の形態では、二つのフレンネルレンズ面は眼の左右方向すなわち水平方向に変化し、垂直方向に変化しない構成である。このため、斜め方向の歪みを伴わず表示画像の歪みを感じる度合いが少なくなっている。しかも眼の左右方向にレンズ面が変化しているので左右の眼の網膜像に大きな違いが生じ立体感が強く現れる。   In the first embodiment, the two Flennel lens surfaces change in the left-right direction of the eye, that is, in the horizontal direction and do not change in the vertical direction. For this reason, the degree of feeling the distortion of the display image without the distortion in the oblique direction is reduced. In addition, since the lens surface changes in the left-right direction of the eye, a large difference appears in the retinal images of the left and right eyes, and a three-dimensional effect appears strongly.

一方、マイクロレンズアレイ面Cは滑らかな曲面で、これらの小さな曲面i1〜i4,i1’〜i4’は中心角が同じであるが、曲率半径すなわち幅が異なる。幅は異なるが中心角は同じなのでこれらの小さい曲面の端における接線はすべて等しい。すなわち、小さな小凹面i1’〜i4’と小凸面i1〜i4の境界でも曲面は滑らかに接続している。マイクロレンズアレイ面Cは滑らかで、曲面の勾配が急激に変化する事が無いので、大きな歪みを除去でき、画質を良くできる。また小凹レンズi1’〜i4と小凸レンズi1〜i4が交互に並ぶために強い立体感が現れる。さらにレンズの変化の方向は眼の左右方向であり、左右の網膜像に大きな差が生じ、これによっても発現する立体感が強められる。   On the other hand, the microlens array surface C is a smooth curved surface, and these small curved surfaces i1 to i4 and i1 'to i4' have the same central angle but different radii of curvature, that is, widths. The tangents at the ends of these small curved surfaces are all equal because they have different widths but the same central angle. That is, the curved surfaces are smoothly connected even at the boundaries between the small small concave surfaces i1 'to i4' and the small convex surfaces i1 to i4. Since the microlens array surface C is smooth and the gradient of the curved surface does not change abruptly, large distortion can be removed and image quality can be improved. Further, since the small concave lenses i1 'to i4 and the small convex lenses i1 to i4 are alternately arranged, a strong stereoscopic effect appears. Furthermore, the direction of the lens change is the left-right direction of the eye, and a large difference occurs between the left and right retinal images, which also enhances the three-dimensional effect.

この第1の実施の形態では、歪を感じないようにする手段として、個々の歪を狭い領域に限定して歪を目立たなくする手段にマイクロレンズアレイ面Cを用い、画像全体がほぼ一様に近い形で歪むようにして歪を目立たなくする手段にフレンネルレンズ面A,Bを用い、しかもこれら両レンズ面が相乗的に作用してより強く立体感が現れるようにしている。   In the first embodiment, as a means for preventing the feeling of distortion, the microlens array surface C is used as a means for constraining the distortion by limiting each distortion to a narrow region, and the entire image is substantially uniform. Frennel lens surfaces A and B are used as means for making the distortion inconspicuous so that the distortion becomes inconspicuous, and these two lens surfaces act synergistically to make the three-dimensional effect appear stronger.

次に表示装置としての画面の大きさに対する課題について説明する。
表示画像11の一辺の長さLはレンズ曲面の直径(2r)を超えて大きくできない。
実際には円筒面の直径一杯まで使用することはできず、中心角で90°(左右それぞれ45°)まで、さらに望ましくは中心角で60°(左右それぞれ30°)までなど、中心角が大きい位置ではレンズ曲面の変化が大きくなり過ぎることなどから制限をおいて使用する必要がある。
Next, a problem with respect to the size of the screen as a display device will be described.
The length L of one side of the display image 11 cannot be increased beyond the diameter (2r) of the lens curved surface.
Actually, the cylindrical surface cannot be used up to the full diameter, and the central angle is large, such as 90 ° in the central angle (45 ° each on the left and right), more preferably 60 ° in the central angle (30 ° each on the left and right). In terms of position, it is necessary to use the lens with restrictions because the lens curved surface changes too much.

これらの制限下では、中心角90°までの場合でL≦1.414×rとなり、許容できる表示画像の一辺の長さは半径の1.414倍までにかぎられる。また、中心角60°の場合でL≦rと半径の長さまでと制限される。さらに斜め方向から見る場合を考慮すると両脇に余裕を持たせることが必要で、表示できる画像の幅はこれ以上に制限を受ける。   Under these restrictions, L ≦ 1.414 × r when the central angle is up to 90 °, and the allowable length of one side of the display image is limited to 1.414 times the radius. Further, when the central angle is 60 °, the radius is limited to L ≦ r and the length of the radius. Furthermore, considering the case of viewing from an oblique direction, it is necessary to provide a margin on both sides, and the width of an image that can be displayed is further limited.

この表示画面の寸法に対する制約は、必要とされる像の倍率、すなわち曲面レンズと表示画面との距離にも関連する。ここで、フレンネルレンズ面と平面とで構成される平凸レンズによりフレンネルレンズ面の有効領域がどの程度になるかを概観する。レンズ面であるフレンネルレンズ面の母曲面は半径rの円筒面で、すべてのレンズ面が頂点近傍の近軸光線とみなしうる領域と近似して説明を進める。   This restriction on the size of the display screen is also related to the required image magnification, that is, the distance between the curved lens and the display screen. Here, an overview of the extent of the effective area of the Frennel lens surface by a plano-convex lens composed of a Frennel lens surface and a flat surface will be described. The generative surface of the Frennel lens surface, which is a lens surface, is a cylindrical surface with a radius r, and the description will proceed by approximating an area where all lens surfaces can be regarded as paraxial rays near the apex.

像の倍率mはレンズの屈折率をnとすると次式((式1)及び(式2))が成立する。
m=f/(d+f)・・・・(式1)
1/f=(n−1)/r・・・・(式2)
The magnification m of the image is obtained by the following equations (Equation 1) and (Equation 2), where n is the refractive index of the lens.
m = f / (d + f) (Equation 1)
1 / f = (n−1) / r (Expression 2)

ここでfは焦点距離で、凸レンズ面は正、凹レンズ面は負の値となる。mは像の倍率で正の場合は正立像、負の場合は倒立像となる。dは表示画像のレンズ曲面からの距離で常に負値とする。また、rはレンズ面の曲率半径で、凸レンズ面では正、凹レンズ面では負の値となる。像の倍率mとレンズと表示画像との距離dを決めると、焦点距離fは定まる。この結果、曲率半径rが定まる。   Here, f is the focal length, the convex lens surface is positive, and the concave lens surface is negative. m is the magnification of the image, and is an erect image when positive and an inverted image when negative. d is a distance from the lens curved surface of the display image and is always a negative value. R is the radius of curvature of the lens surface, which is positive for convex lens surfaces and negative for concave lens surfaces. When the image magnification m and the distance d between the lens and the display image are determined, the focal length f is determined. As a result, the curvature radius r is determined.

ここで、具体的な数値を適用して例示してみる。
レンズ面を形成する部材の屈折率n、立体感の発現程度に直接関連する倍率m、および表示画像とレンズ曲面との距離dをそれぞれn=1.5,m=1.1,d=−3cmとすると、焦点距離は33cmとなり、半径rは16.5cmとなる。したがって中心角90°の場合で表示画像の寸法が33cmまで、中心角60°の場合で表示画像の寸法が16.5cmまでに限定され、これは意外と小さな値である。
Here, an example is given by applying specific numerical values.
The refractive index n of the member forming the lens surface, the magnification m directly related to the degree of stereoscopic effect, and the distance d between the display image and the lens curved surface are n = 1.5, m = 1.1, d = −, respectively. Assuming 3 cm, the focal length is 33 cm and the radius r is 16.5 cm. Therefore, when the central angle is 90 °, the size of the display image is limited to 33 cm, and when the central angle is 60 °, the size of the display image is limited to 16.5 cm, which is a surprisingly small value.

また、レンズがフレンネルレンズ形式ではなくバルクレンズとしてレンズの厚さを試算すると、中心角90°の場合で4.83cm、中心角60°の場合で2.21cmと大変厚いものになる。この厚さから本発明に関わる表示装置においてレンズの形式がフレンネルレンズで無ければならないことが良く理解できる。なお、例えば図5よりエレメントの幅を小さくしていけば、フレンネルレンズにすることによりレンズの厚さを充分に減少できることがわかる。
上記のd=―3cmは対角14インチから25インチ程度の一般に広く行き渡っているTV受像機を想定した値で、またm=1.1も立体感を発現するに必要な値の限度近くの小さな値を想定している。このmの値についてはさらに大きくすることで立体感を強めることもあり、その場合には表示画像の一辺の幅はさらに制約を受ける。
Further, when the thickness of the lens is estimated as a bulk lens instead of a Fresnel lens type, it is very thick at 4.83 cm when the central angle is 90 ° and 2.21 cm when the central angle is 60 °. From this thickness, it can be well understood that the type of lens in the display device according to the present invention must be a Frennel lens. For example, FIG. 5 shows that if the width of the element is reduced, the thickness of the lens can be sufficiently reduced by using a Frennel lens.
The above d = −3 cm is a value assuming a TV receiver that is generally widespread about 14 inches to 25 inches diagonal, and m = 1.1 is close to the limit of the value necessary to express stereoscopic effect. A small value is assumed. By increasing the value of m, the stereoscopic effect may be strengthened, and in that case, the width of one side of the display image is further restricted.

以上から、表示画面の面積を大きくする場合にフレンネルレンズ面の有効面積が極めて重要な問題になることが解る。
上述のように表示画像11の一辺の大きさが比較的小さい値に限定される。これを避けるには曲面レンズ10を表示画像11から離せば必要とされる焦点距離も大きくでき、より大面積の曲面レンズを使用できるが、装置の奥行き寸法が厚くなるなども問題が顕在化してくる。
From the above, it can be seen that the effective area of the Frennel lens surface becomes a very important problem when the area of the display screen is increased.
As described above, the size of one side of the display image 11 is limited to a relatively small value. To avoid this, if the curved lens 10 is separated from the display image 11, the required focal length can be increased and a curved lens having a larger area can be used. However, problems such as an increase in the depth of the apparatus have become apparent. come.

表示画像11から曲面レンズ10までの距離を変えずに有効範囲を拡大するための対策として、母曲面の曲率半径が2倍のフレンネルレンズ面を2層に重ねることである。さらに大形の画面になるとさらに多くのフレンネルレンズ面を重ねる事も必要になる。ここで重要なことは多層に重ねることと、重ねるのはフレンネルレンズ面で無ければならないことである。フレンネルレンズ面でなければレンズを薄くできず、レンズの全面を表示画像に近づけることができない。   As a measure for enlarging the effective range without changing the distance from the display image 11 to the curved lens 10, a Frennel lens surface having a double radius of curvature of the mother curved surface is overlapped in two layers. For larger screens, it is necessary to stack more Frennel lens surfaces. What is important here is that they should be stacked in multiple layers and that they must be on the Frennel lens surface. The lens cannot be thin unless it is a Frennel lens surface, and the entire surface of the lens cannot be brought close to the display image.

この曲率半径が2倍のフレンネルレンズ面を2層に重ねることで、焦点距離は元の1層のフレンネルレンズ面と同程度に保って有効領域をほぼ2倍に拡大でき、比較的広い表示画面の表示装置を実現する上で極めて有効である。
フレンネルレンズ面は屈折率の小さい空気との接触面を活用するのが常用手段である。なぜなら、レンズ厚を低減するための手段であり、所定の特性を得るためにわざわざ屈折率の比較的似た材質の境界面をレンズ面とすることはあり得ないからである。
曲面レンズの外表面である表と裏とをフレンネルレンズ化することは比較的容易で、単一のレンズとして表示装置への適用が容易になり、曲面レンズの厚さも薄くできる。
By superposing two Flennel lens surfaces with a radius of curvature of two layers, the effective area can be enlarged almost twice as long as the focal length is kept at the same level as the original one Flennel lens surface. This is extremely effective in realizing a display device for a display screen.
It is common practice to use a contact surface with air having a small refractive index for the Frennel lens surface. This is because it is a means for reducing the lens thickness, and in order to obtain a predetermined characteristic, a lens interface cannot be used as a boundary surface made of a material having a relatively similar refractive index.
It is relatively easy to make the front and back, which are the outer surfaces of the curved lens, into a Frennel lens, and it can be easily applied to a display device as a single lens, and the thickness of the curved lens can be reduced.

第1の実施の形態では、互いに曲面の変化する方向が水平方向である二つのフレンネルレンズ面A,Bを用いており、両方のレンズの特性が重畳し総合的にレンズの特性が強くなる。また、曲面レンズの空気と接する表と裏の屈折率比の大きい外表面をフレンネルレンズ面としているので、個々のフレンネルレンズ面のレンズ特性を強くできる。また、単一のフレンネルレンズ面で同じレンズ特性を得る場合に比べて個々のフレンネルレンズ面の曲率を大きく低減でき、曲面レンズの有効面積を広くできる、しかもフレンネルレンズ化で薄い局面レンズを構成できる。これらにより薄型で大面積の表示装置が実現できる。   In the first embodiment, two Frennel lens surfaces A and B whose curved surfaces change in the horizontal direction are used, and the characteristics of both lenses are superimposed to increase the overall lens characteristics. . Further, since the outer surface having a large refractive index ratio between the front and back surfaces of the curved lens in contact with air is used as the Frennel lens surface, the lens characteristics of each Flennel lens surface can be enhanced. Compared to the case where the same lens characteristics are obtained with a single Frennel lens surface, the curvature of each Flennel lens surface can be greatly reduced, the effective area of the curved lens can be widened, and a thin lens with a Frennel lens can be used. Can be configured. Accordingly, a thin and large display device can be realized.

フレンネルレンズ面A,Bにおいては各エレメントA1〜A5,B1〜B5の境界に段差があり、この段差の側壁は斜めから見る場合に無効ゾーンとなる。無効ゾーンが有効なレンズ面と交互に並ぶことになる。この無効ゾーンの範囲が広くなると表示画像11が認識できなくなり有効な視野角を規制することになる。また、この無効ゾーンが規則的に繰り返されることによってモアレ縞が生じる。このモアレ縞は表示品質を左右する。   In the Frennel lens surfaces A and B, there are steps at the boundaries between the elements A1 to A5 and B1 to B5, and the side walls of these steps become invalid zones when viewed from an oblique direction. The invalid zone is arranged alternately with the valid lens surface. If the range of the invalid zone becomes wide, the display image 11 cannot be recognized and the effective viewing angle is restricted. Further, moire fringes are generated by repeating this invalid zone regularly. This moire fringe affects display quality.

モアレ縞は、規則的に配列された表示画素による表示画像を、規則的に配列された配列要素を介してみる場合に生じる濃淡縞であり、表示画質に大きく影響する。
モアレ縞は周知であるから詳細な説明は省略するが、表示画像11側の配列要素と、ここで対象としている曲面レンズ10を構成する配列要素との相互関係で発生する。表示画像側の配列要素は液晶表示素子などの画素であり、曲面レンズではフレンネルレンズ面のエレメント、あるいはマイクロレンズアレイ面の小レンズなどである。
Moire fringes are shading stripes that occur when a display image with regularly arranged display pixels is viewed through regularly arranged array elements, and greatly affects display image quality.
Although moiré fringes are well known, detailed description thereof will be omitted. However, the moiré fringes are generated due to the mutual relationship between the array elements on the display image 11 side and the array elements constituting the curved lens 10 as a target here. The array element on the display image side is a pixel such as a liquid crystal display element, and in the case of a curved lens, it is an element on a Frennel lens surface or a small lens on a microlens array surface.

モアレ縞は表示素子の配列要素の配列ピッチと曲面レンズ10の配列要素の配列ピッチとが同程度の場合に強く現れる。また、表示素子の配列要素の無効ゾーンと曲面レンズでの配列要素の無効ゾーンが大きいほどモアレ縞は強く現れる。無効ゾーンが無い場合はモアレ縞は生じない。
配列ピッチが大きく異なる場合はモアレ縞は発生してもほとんど無視することができる。
Moire fringes appear strongly when the arrangement pitch of the array elements of the display elements and the arrangement pitch of the array elements of the curved lens 10 are approximately the same. Further, the larger the invalid zone of the array element of the display element and the invalid zone of the array element of the curved lens, the more moire fringes appear. When there is no invalid zone, moire fringes do not occur.
When the arrangement pitch is greatly different, moire fringes can be almost ignored.

モアレ縞を低減する手段の一つは、表示素子の配列要素あるいは曲面レンズの配列要素のいずれか一方、あるいは両方を不規則に配列して規則性を排除することである。他の一つは互いの配列ピッチを大きく離すことである。   One means for reducing moire fringes is to eliminate regularity by irregularly arranging either or both of the array elements of the display elements and the array elements of the curved lens. The other is to greatly separate the arrangement pitch from each other.

母曲面の曲率半径を2倍程度に大きくしたフレンネルレンズ面を2層重ねると1層当たりの無効ゾーンは約1/2にでき、レンズ面に対する割合も約1/2になる。しかし、両フレンネルレンズ面A,Bの曲面変化の方向が一致する場合、エレメントA1〜A5,B1〜B5の配列方向も一致するので、一方の無効ゾーンが他方の有効なレンズ面の部分を無効にしてしまう。したがって総合的に見ると無効ゾーンの有効なレンズ面に対する割合も大差ないことになる。   When two Flennel lens surfaces having a radius of curvature of the mother curved surface increased to about twice are overlapped, the invalid zone per layer can be reduced to about 1/2, and the ratio to the lens surface is also reduced to about 1/2. However, if the directions of the curved surface changes of both Frennel lens surfaces A and B coincide, the arrangement directions of the elements A1 to A5 and B1 to B5 also coincide, so that one invalid zone is a part of the other effective lens surface. Disable it. Therefore, when viewed comprehensively, the ratio of the invalid zone to the effective lens surface is not much different.

しかし、2層にすることにより有効なレンズ面と無効ゾーンの繰り返す頻度が2倍になり、より狭いピッチでエレメントを並べたと同じような効果が得られ、モアレ縞を低減することも可能になる。   However, by using two layers, the frequency of repeating the effective lens surface and the ineffective zone is doubled, and the same effect as when the elements are arranged at a narrower pitch can be obtained, and moire fringes can be reduced. .

第1の実施の形態では、フレンネルレンズの側壁による無効ゾーンと有効なレンズ曲面との並びが不規則となるように、フレンネルレンズ面A,Bを構成するエレメントA1〜A5,B1〜B5の幅を不規則に変えて並べている。しかも二つのフレンネルレンズ面A,Bではこの不規則な並びが同じではなくそれぞれ異なる。二つのフレンネルレンズ面A,BのエレメントA1〜A5,B1〜B5は並ぶ方向は一致しているので、これら二つの面での無効ゾーンと有効ゾーンが渾然一体となり、不規則性がさらに強められ、また繰り返す基本周期も1/2になり、表示画像の画素の周期に対して大きく周期を異にすることもでき、モアレ縞の発生を大きく低減できる。
また、マイクロレンズアレイ面は幅の異なる小レンズが不規則に並んでおり、これによってもモアレ縞が低減できる。
In the first embodiment, the elements A1 to A5 and B1 to B5 that constitute the Frennel lens surfaces A and B are arranged so that the arrangement of the invalid zone by the side wall of the Frennel lens and the effective lens curved surface becomes irregular. They are arranged with irregular widths. Moreover, the irregular arrangement of the two Flennel lens surfaces A and B is not the same but different. Since the elements A1 to A5 and B1 to B5 of the two Frennel lens surfaces A and B are aligned in the same direction, the invalid zone and the effective zone on these two surfaces are united and the irregularity is further strengthened. In addition, the basic period to be repeated is also halved, and the period can be greatly different from the period of the pixels of the display image, and the generation of moire fringes can be greatly reduced.
Further, small lenses with different widths are irregularly arranged on the microlens array surface, and this also reduces moire fringes.

第1の実施の形態では、広がりの大きいレンズとして機能するフレンネルレンズ面A,Bが広がりの小さいレンズを配列したマイクロレンズアレイ面Cを挟んだ構成を採っている。   In the first embodiment, a configuration is adopted in which the microlens array surface C in which the lenses having a small spread are arranged on the Fresnel lens surfaces A and B functioning as a wide spread lens is sandwiched.

広がりの大きいレンズと広がりの小さいレンズにより両眼の網膜に形成される像に違いを生じさせるのであるから、両レンズのレンズとしての特性を、すなわち焦点距離を同程度として両方のレンズが共に作用して機能する必要がある。
広がりの小さいレンズが表示画像11の画素と同程度にまで小さくなると広がりの小さいレンズによる歪みを歪みとして知覚し難くなるので、レンズとしての特性を強めて立体感の発現力を高めるために、広がりの大きなレンズに対比して焦点距離を小さくする事など、両レンズの焦点距離を変えることがあるが、その場合も桁が違う程度まで大きな違いを持たせることは無い。高々数倍程度として両レンズの各々がそれぞれに機能して作用しあうようにする。したがって、焦点距離が数倍程度の違いまでは同程度と言える。また、焦点距離に極性を持たせ凸レンズは正値、凹レンズは負値とすることがあるが、これらはレンズの公式等に当てはめる場合などであり、一般にはレンズの強さを表すものとして凸レンズでも凹レンズでも正値を用いている。特に断らない場合は焦点距離は全て正値として扱う。すなわち、焦点距離とは焦点距離の絶対値を指す。
Since a lens with a large spread and a lens with a small spread make a difference in the image formed on the retina of both eyes, the characteristics of both lenses, that is, the focal length is the same, and both lenses work together. Need to function.
If a lens with a small spread becomes as small as the pixels of the display image 11, it becomes difficult to perceive the distortion caused by the lens with a small spread as a distortion. Therefore, in order to strengthen the characteristics as a lens and increase the expression of stereoscopic effect, Although the focal length of both lenses may be changed, for example, by reducing the focal length in comparison with a large lens, it does not make a large difference to the extent that the digits are different. At most several times, each of the two lenses functions and works with each other. Therefore, it can be said that the focal length is almost the same up to the difference of several times. In addition, the focal length has a polarity and the convex lens may have a positive value and the concave lens may have a negative value.However, these are applied to the lens formula, etc. Positive values are also used for concave lenses. Unless otherwise noted, all focal lengths are treated as positive values. That is, the focal length refers to the absolute value of the focal length.

大きいレンズは表示画面一杯の広がり、例えば長さ数十センチメートルに対して、小さいレンズでは表示画素と同程度、例えば長さ数百ミクロンメートルとおおよそ1000倍程度も異なることもある。これは一つの例であり、広がりの小さなレンズの歪みが目立たないようにする場合には広がりの大きいレンズと広がりの小さいレンズとでは長さで100倍の桁から1000倍の桁までの違いがある。このような広がり面積に違いのある曲面を同程度の曲率半径の曲面で構成することは難しく、曲率半径の比も広がり面積の比と同程度にならざるを得ない。このような構造上の条件の下で、同程度の焦点距離のレンズ面を実現するには大きなレンズは空気と接する境界面をレンズ面とし、小さなレンズ面は比較的屈折率が類似した部材相互の接合面をレンズ面とすることである。   A large lens has a full display screen, for example, several tens of centimeters in length, and a small lens may be almost the same as a display pixel, for example, several hundreds of micrometers in length, which is about 1000 times different. This is an example, and when the distortion of a lens with a small spread is made inconspicuous, the difference between a lens with a large spread and a lens with a small spread is 100 to 1000 times long. is there. It is difficult to form curved surfaces having different spread areas with curved surfaces having the same degree of curvature radius, and the ratio of the curvature radii must be the same as the ratio of the spread areas. Under these structural conditions, in order to realize a lens surface with the same focal length, a large lens uses a boundary surface that contacts air as a lens surface, and a small lens surface has a relatively similar refractive index between members. This is to make the joint surface of the lens a lens surface.

上記条件を満たすのに、第1の実施の形態で示すように、二つのフレンネルレンズ面A,Bでマイクロレンズアレイ面Cを挟む構造が表示装置に用いる曲面レンズ10に最も適した構造である。すなわち、空気に接する必要のあるフレンネルレンズ面A,Bは外表面を用い、互いに比較的似かよった屈折率の材質の境界面をレンズ面とすべきマイクロレンズアレイ面Cは内部に構成でき、これらのレンズ面を一体化した曲面レンズ10を構成できるからである。   In order to satisfy the above conditions, as shown in the first embodiment, the structure in which the microlens array surface C is sandwiched between the two Flennel lens surfaces A and B is the most suitable structure for the curved lens 10 used in the display device. is there. In other words, the Frennel lens surfaces A and B that need to be in contact with air use the outer surface, and the microlens array surface C that should have the lens surface as the boundary surface of the relatively similar refractive index material can be configured inside. This is because the curved lens 10 in which these lens surfaces are integrated can be configured.

次に、第2の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。
第2の実施の形態の表示装置の装置構成は第1の実施の形態の表示装置と同じである。違いは曲面レンズにある。
Next, a second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
The device configuration of the display device of the second embodiment is the same as that of the display device of the first embodiment. The difference is in the curved lens.

第2の実施の形態では、曲面レンズの表外表面と裏外表面が共にフレンネルレンズ面であることは第1の実施の形態と同様である。しかし、第1の実施の形態での表と裏のフレンネルレンズ曲面は共に眼の左右方向に対して変化し、これと直交する眼の上下方向に対しては変化していないのに対して、第2の実施の形態では、表と裏のフレンネルレンズ曲面は共に眼の上下方向に対しては変化し、これと直交する眼の左右方向に対して変化していない。
また、両フレンネルレンズ曲面に挟まれてマイクロレンズアレイ面が存在することも第1の実施の形態と同じであるが、フレンネルレンズ曲面を構成するエレメントの配置やマイクロレンズアレイ面を構成する小レンズの曲率半径が異なるなどの違いがある。
In the second embodiment, the outer front surface and the rear outer surface of the curved lens are both Frennel lens surfaces, as in the first embodiment. However, the curved surfaces of the front and back Frennel lenses in the first embodiment both change with respect to the left-right direction of the eye, whereas they do not change with respect to the vertical direction of the eye perpendicular to this. In the second embodiment, the front and back Frennel lens curved surfaces both change with respect to the vertical direction of the eye, and do not change with respect to the horizontal direction of the eye perpendicular thereto.
The microlens array surface is also sandwiched between both Frennel lens curved surfaces as in the first embodiment. However, the arrangement of elements constituting the Frennel lens curved surface and the microlens array surface are configured. There are differences such as the curvature radius of the small lens being different.

図4、図5、図6により第2の実施の形態における曲面レンズを詳しく説明する。
図4は曲面レンズ10の構成を概念的に示す斜視図である。
図5と図6はそれぞれ第2の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズ10を示す垂直断面図と水平切断面である。垂直断面図と水平断面図の切断面の位置や方向はそれぞれ第1の実施の形態で説明の垂直切断面及び水平切断面と同じである。
The curved lens according to the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 4, 5, and 6.
FIG. 4 is a perspective view conceptually showing the configuration of the curved lens 10.
FIGS. 5 and 6 are a vertical sectional view and a horizontal cut surface, respectively, showing the curved lens 10 according to the display device of the second embodiment. The positions and directions of the cutting planes in the vertical sectional view and the horizontal sectional view are the same as the vertical cutting plane and the horizontal cutting plane described in the first embodiment.

まず、図4で曲面レンズ10の構成の概要を説明する。
表示画像11に対面した裏外表面A’と、その反対の観察者に対面した表外表面B’はフレンネルレンズ面であることを各エレメントA1’〜A14’,B1’〜B14’(図5参照)が段差をもって配列されることで表現している。ここではエレメントの数を限定して、各エレメントがy方向に並んでいることを示す概念図であるが、実際はより幅の細いエレメントが数多く配列され、エレメントの幅は小さい。
First, the outline of the configuration of the curved lens 10 will be described with reference to FIG.
Each of the elements A1 ′ to A14 ′ and B1 ′ to B14 ′ (see FIG. 5) indicates that the back outer surface A ′ facing the display image 11 and the front outer surface B ′ facing the opposite observer are Frennel lens surfaces. 5) is expressed by being arranged with steps. Here, the number of elements is limited, and it is a conceptual diagram showing that the elements are arranged in the y direction. However, in fact, many narrower elements are arranged and the width of the elements is small.

外表面Aのフレンネルレンズ面は部材40と空気との境界面であり、外表面Bのフレンネルレンズ面は部材41と空気との境界面である。部材40と部材41で挟まれた部分42(図4に太線で模式的に示す)にもレンズ面が存在する。この部分42は接着剤43であり、接着剤43と部材40の境界面にレンズ面が存在し、このレンズ面は多数の小さなレンズ面を凹凸交互に配列しているマイクロレンズアレイ面C’である。図4では詳細は示されていないが、詳細は図6で説明する。
また、図4にフレンネルレンズ面B’のエレメントB1’〜B14’の境界部にある側壁が見えている。この見える側壁をグレー色で塗り潰して示している。
The Frennel lens surface of the outer surface A is a boundary surface between the member 40 and air, and the Frennel lens surface of the outer surface B is a boundary surface between the member 41 and air. A lens surface also exists in a portion 42 (schematically shown by a bold line in FIG. 4) sandwiched between the member 40 and the member 41. This portion 42 is an adhesive 43, and a lens surface exists at the boundary surface between the adhesive 43 and the member 40. This lens surface is a microlens array surface C ′ in which a large number of small lens surfaces are alternately arranged. is there. Although details are not shown in FIG. 4, details are described in FIG.
Further, in FIG. 4, the side wall at the boundary between the elements B1 ′ to B14 ′ of the Fresnel lens surface B ′ can be seen. This visible side wall is shown in gray.

図5と図6により曲面レンズ10をさらに詳しく説明する。
図5において、フレンネルレンズ面A’とフレンネルレンズ面B’の母曲面をそれぞれa’,b’として点線の太線で示している。フレンネルレンズ面Aを構成するエレメントのレンズ面A1’〜A14’はそれぞれ母曲面の要素a1’〜a14’に対応する。また、フレンネルレンズ面B’を構成するエレメントのレンズ面B1’〜B14’はそれぞれ母曲面の要素b1’〜b14’に対応する。フレンネルレンズ面は母曲面の各要素が切断面(細い点線で示す)に沿って平行移動した面である。
The curved lens 10 will be described in more detail with reference to FIGS.
In FIG. 5, the mother curved surfaces of the Fresnel lens surface A ′ and the Fresnel lens surface B ′ are indicated by a thick dotted line as a ′ and b ′, respectively. The lens surfaces A1 ′ to A14 ′ of the elements constituting the Frennel lens surface A correspond to the elements a1 ′ to a14 ′ of the mother curved surface, respectively. Further, the lens surfaces B1 ′ to B14 ′ of the elements constituting the Frennel lens surface B ′ correspond to the elements b1 ′ to b14 ′ of the mother curved surface, respectively. The Frennel lens surface is a surface in which each element of the generating surface is translated along a cut surface (indicated by a thin dotted line).

部材40の外表面であるフレンネルレンズ面A’と部材41の外表面であるフレンネルレンズ面B’に挟まれた部分42には接着剤43であり、接着剤43と部材40の境界面にマイクロレンズアレイ面C’が存在する。なお、接着剤43と部材40は、マイクロレンズアレイ面の小レンズの焦点距離がフレンネルレンズ面の焦点距離にほぼ等しくなるように、屈折率を適切に選定してある。   The portion 42 sandwiched between the Fresnel lens surface A ′, which is the outer surface of the member 40, and the Fresnel lens surface B ′, which is the outer surface of the member 41, is an adhesive 43, and the boundary surface between the adhesive 43 and the member 40 There is a microlens array surface C ′. Note that the refractive index of the adhesive 43 and the member 40 is appropriately selected so that the focal length of the small lens on the microlens array surface is substantially equal to the focal length of the Frennel lens surface.

母曲面a’,b’は紙面に垂直なx方向に対しては変化せず、y方向に対してのみz方向にあたるレンズの厚さが変化する。このような母曲面の典型的な例が円筒面である。ここではフレンネルレンズ面A’とフレンネルレンズ面B’は共に中心軸が紙面に垂直な円筒面で、凸レンズである。   The mother curved surfaces a 'and b' do not change in the x direction perpendicular to the paper surface, and the thickness of the lens corresponding to the z direction changes only in the y direction. A typical example of such a generating surface is a cylindrical surface. Here, both the Fresnel lens surface A ′ and the Fresnel lens surface B ′ are cylindrical surfaces whose central axes are perpendicular to the paper surface and are convex lenses.

フレンネルレンズ面A’,B’は隣り合うエレメントの境界面で不連続となり段差が生じ、このレンズを斜めから見ると、この段差部分の側壁部分が無効ゾーン(図4にグレー部分で示す)となる。斜めから見る度合いが強いほど無効ゾーンのレンズ面に対する割合が増大する。このことが図4に良く表れている。
フレンネルレンズ面A’とフレンネルレンズ面B’を構成するエレメントA1’〜A14’,B1’〜B14’の幅、すなわちエレメントの配列ピッチは一様である。段差の間隔も一様である。
The Frennel lens surfaces A ′ and B ′ become discontinuous at the boundary surface between adjacent elements, resulting in a step. When the lens is viewed from an oblique direction, the side wall portion of the step portion is an ineffective zone (shown in gray in FIG. 4). It becomes. As the degree of viewing from an oblique direction increases, the ratio of the invalid zone to the lens surface increases. This is clearly shown in FIG.
The widths of the elements A1 ′ to A14 ′ and B1 ′ to B14 ′ constituting the Fresnel lens surface A ′ and the Fresnel lens surface B ′, that is, the arrangement pitch of the elements are uniform. The gap between the steps is also uniform.

フレンネルレンズ面B’を構成する各エレメントB1’〜B14’のレンズ面の向きは特殊な条件を満たしている。すなわち、各エレメントのレンズ面は上下方向に対して下向きに傾いている。
フレンネルレンズ面B’上の任意の点g(図5ではエレメントB9’上に任意の点を設定)における法線hが特定方向(図5では特定方向を上下方向としている)を表す直線qの下向きの半直線とのなす角度θがフレンネルレンズ面のいずれの場所においても鋭角となり、上下方向の下向きに傾いている。ここにおいて、特定方向の直線とのなす角度とは、特定方向(図5で上下方向)のあらかじめ定めた向き(図5で下向き)を表す半直線から同じ周り(図5で時計方向)で法線までを測った角度を言う。
The orientation of the lens surfaces of the elements B1 ′ to B14 ′ constituting the Fresnel lens surface B ′ satisfies special conditions. That is, the lens surface of each element is inclined downward with respect to the vertical direction.
A straight line q indicating a normal direction h at an arbitrary point g on the Frennel lens surface B ′ (an arbitrary point is set on the element B9 ′ in FIG. 5) (the specific direction is the vertical direction in FIG. 5). The angle θ formed by the downward half line is an acute angle at any location on the surface of the Frennel lens, and is inclined downward in the vertical direction. Here, the angle formed with the straight line in the specific direction is a method in the same direction (clockwise in FIG. 5) from the half line representing the predetermined direction (downward in FIG. 5) of the specific direction (vertical direction in FIG. 5). Says the angle measured up to the line.

以上を一般的に表現すると、フレンネルレンズ面における法線が特定方向の直線とのなす角度がフレンネルレンズ面のいずれの点においても鋭角か鈍角かの一方となると、フレンネルレンズ面はいずれの場所でも特定方向の特定の向きに傾く。   To express the above in general, if the angle between the normal on the Frennel lens surface and the straight line in a specific direction is either an acute angle or an obtuse angle at any point on the Frennel lens surface, Even in the place of, it tilts in a specific direction in a specific direction.

このように構成すると、フレンネルレンズ面はいずれの場所でも特定方向に対して向きが同じとなる。すなわちフレンネルレンズ面は特定方向に対して同じ向きに傾いている。これによりフレンネルレンズ面での反射光を特定の向きに向けることができる。例えば、フレンネルレンズ面を上下方向の下向きに傾けると、頭上後方からの照明光を眼より下の方向に反射して照明光の影響を排除できるごときである。またフレンネルレンズ面は傾いているためレンズの特性が強まり、より強く立体感を発現できる。   If comprised in this way, the direction of a Frennel lens surface will become the same with respect to a specific direction in any place. That is, the Frennel lens surface is inclined in the same direction with respect to a specific direction. Thereby, the reflected light on the surface of the Frennel lens can be directed in a specific direction. For example, when the Frennel lens surface is tilted downward in the vertical direction, the illumination light from above and behind the head can be reflected in the direction below the eye to eliminate the influence of the illumination light. In addition, since the Frennel lens surface is inclined, the characteristics of the lens are enhanced, and the stereoscopic effect can be expressed more strongly.

以上のことはフレンネルレンズ面B’に対応する母曲面b’は頂点を含まないことを指している。一方、フレンネルレンズ面A’は対応する母曲面が頂点eを含んでおり、ごく一般的なフレンネルレンズ面である。この頂点eは母曲面a’の要素a7’に示されている。   The above indicates that the generating surface b 'corresponding to the Frennel lens surface B' does not include a vertex. On the other hand, the Frennel lens surface A 'is a very general Frennel lens surface with the corresponding generating curved surface including the apex e. This vertex e is shown in element a7 'of the generating surface a'.

次に、マイクロレンズアレイ面の構成を図6を用いて詳細に説明する。
図6において、フレンネルレンズ面A’が形成された部材40のフレンネルレンズ面A’と反対側の面C’には小さな小凹面j1’〜j6’と小凸面j1〜j6とが交互に配列されている。面C’を構成する小凹面j1’〜j6’と小凸面j1〜j6は共に紙面に垂直なy方向に対しては変化が無く、x方向に対して曲面が変化する。すなわち、y方向に平行な平面を切断面とする垂直断面図では面C’は直線となって見え、マイクロレンズアレイ面C’の凹凸が明示されない。
Next, the configuration of the microlens array surface will be described in detail with reference to FIG.
In FIG. 6, small small concave surfaces j1 ′ to j6 ′ and small convex surfaces j1 to j6 are alternately arranged on a surface C ′ of the member 40 on which the Fresnel lens surface A ′ is formed, on the side opposite to the Fresnel lens surface A ′. It is arranged. The small concave surfaces j1 ′ to j6 ′ and the small convex surfaces j1 to j6 constituting the surface C ′ do not change in the y direction perpendicular to the paper surface, and the curved surface changes in the x direction. That is, in the vertical cross-sectional view in which the plane parallel to the y direction is a cut surface, the surface C ′ appears to be a straight line, and the unevenness of the microlens array surface C ′ is not clearly shown.

一方、フレンネルレンズ面B’が形成された部材41のフレンネルレンズ面B’に対する反対側の面は平面D’である。この部材41の平面と部材40の小凹面と小凸面とが交互に配列された面とは接着剤43により相互に張り合わされている。
この接着剤43と部材40の小凹面j1’〜j6’と小凸面j1〜j6が交互に配列された面との境界面C’がマイクロレンズアレイ面となる。
フレンネルレンズ面A’とフレンネルレンズ面B’は共に紙面に垂直なy方向に対して変化し、x方向にたいしては変化しないので、図6では直線となって見えている。
On the other hand, the surface of the member 41 on which the Fresnel lens surface B ′ is formed is the plane D ′ opposite to the Fresnel lens surface B ′. The plane of the member 41 and the surface of the member 40 in which the small concave surfaces and the small convex surfaces are alternately arranged are bonded to each other by the adhesive 43.
A boundary surface C ′ between the adhesive 43 and the surface where the small concave surfaces j1 ′ to j6 ′ and the small convex surfaces j1 to j6 of the member 40 are alternately arranged becomes a microlens array surface.
Both the Fresnel lens surface A ′ and the Fresnel lens surface B ′ change with respect to the y direction perpendicular to the paper surface and do not change with respect to the x direction.

次にマイクロレンズアレイ面について説明する。
マイクロレンズアレイ面Cは太線で示す小凸レンズj1〜j6と小凹レンズj1’〜j6’が交互に配列されている。これらの小レンズj1〜j6およびj1’〜j6’のレンズ面は紙面に垂直なy方向に平行な中心軸を有する円筒面で、曲率半径はすべて等しい。中心角の等しい小凹レンズと小凸レンズが対(j1とj1’,j2とj2’等)をなしている。中心角の異なる対の種類は複数あり、これらが不規則に選ばれて境界を接しながら配列されている。対と対の接合部(図中に黒点で示す)ではレンズ曲面の接線は不連続的に変化する。このレンズ曲面を構成する小レンズj1〜j6,j1’〜j6’は曲率半径がすべて等しいため焦点距離はすべて等しい。
Next, the microlens array surface will be described.
On the micro lens array surface C, small convex lenses j1 to j6 and small concave lenses j1 'to j6' indicated by thick lines are alternately arranged. The lens surfaces of these small lenses j1 to j6 and j1 ′ to j6 ′ are cylindrical surfaces having a central axis parallel to the y direction perpendicular to the paper surface, and their curvature radii are all equal. A small concave lens and a small convex lens having the same central angle form a pair (j1 and j1 ′, j2 and j2 ′, etc.). There are a plurality of types of pairs with different central angles, and these are randomly selected and arranged in contact with the boundary. The tangent line of the lens curved surface changes discontinuously at the junction between the pair (indicated by black dots in the figure). Since the small lenses j1 to j6 and j1 ′ to j6 ′ constituting the lens curved surface have the same curvature radius, the focal lengths are all equal.

以上説明した第2の実施の形態ではマイクロレンズアレイ面C’が二つのフレンネルレンズ面A’,B’に挟まれて存在する。二つのフレンネルレンズ面A’,B’の母曲面a’,b’はいずれも曲面レンズ10の面積一杯に広がる単一の凸面をなし、y方向、すなわち眼の上下方向に対して変化し、x方向、すなわち眼の左右方向に対しては変化の無い面で、フレンネルレンズ面A’,B’も母曲面a’,b’と同様の特徴を持った凸面を有する単一の凸レンズとして機能する。   In the second embodiment described above, the microlens array surface C ′ is sandwiched between the two Frennel lens surfaces A ′ and B ′. The two curved surfaces a ′ and b ′ of the two Flennel lens surfaces A ′ and B ′ each form a single convex surface that fills the area of the curved lens 10 and changes in the y direction, that is, in the vertical direction of the eye. , A single convex lens having a convex surface having the same characteristics as the main curved surfaces a ′ and b ′ on the surface that does not change in the x direction, that is, the left-right direction of the eye. Function as.

一方、マイクロレンズアレイ面C’はフレンネルレンズ面A’,B’の面積に比して充分小さい面積の小凸レンズj1〜j6と小凹レンズj1’〜j6’とを交互に配列した面で、小凸レンズj1〜j6と小凹レンズj1’〜j6’の焦点距離が等しい特徴を有している。   On the other hand, the microlens array surface C ′ is a surface in which small convex lenses j1 to j6 and small concave lenses j1 ′ to j6 ′ having an area sufficiently smaller than the area of the Frennel lens surfaces A ′ and B ′ are alternately arranged. The focal lengths of the small convex lenses j1 to j6 and the small concave lenses j1 ′ to j6 ′ are equal.

以上第2の実施の形態について、その構成を説明した。以下に作用を説明する。
第2の実施の形態では、第1の実施の形態と同じく、二つのフレンネルレンズ面A’,B’でマイクロレンズアレイ面C’を挟む構造をしている。しかも二つのフレンネルレンズ面A’,B’は単一の凸あるいは凹のレンズ面と等価な大きな広がりを持つレンズ面で空気に接する外表面を用い、マイクロレンズアレイ面C’は曲面レンズ10の面積に比較して充分小さい面積の小凹面j1’〜j6’と小凸面j1〜j6とが交互に配列されたレンズ面で、互いに比較的似かよった屈折率の部材の境界面を用いている。このため第1の実施の形態と同じく、フレンネルレンズ面A’,B’とマイクロレンズアレイ面C’とを多層に重ねることで双方の立体感を発現する機能が互いに相乗的に強めあう。一方、歪みについてはフレンネルレンズ面A’,B’による画面全体に及ぶような大きい歪みとマイクロレンズアレイ面C’の小レンズによる小さな範囲に限定される小さな歪みとが領域的に異なることで、互いの歪みが強調し合うことを避けている。
The configuration of the second embodiment has been described above. The operation will be described below.
In the second embodiment, as in the first embodiment, the microlens array surface C ′ is sandwiched between two Frennel lens surfaces A ′ and B ′. In addition, the two Frennel lens surfaces A ′ and B ′ are lens surfaces having a large expanse equivalent to a single convex or concave lens surface and using an outer surface in contact with air, and the microlens array surface C ′ is a curved lens 10. Is a lens surface in which small concave surfaces j1 'to j6' and small convex surfaces j1 to j6 having a sufficiently small area as compared with the surface area of the above are used, and the boundary surfaces of members having relatively similar refractive indexes are used. . For this reason, as in the first embodiment, the functions of expressing both three-dimensional effects are synergistically enhanced by stacking the Fresnel lens surfaces A ′ and B ′ and the microlens array surface C ′ in multiple layers. On the other hand, as for the distortion, a large distortion that covers the entire screen by the Frennel lens surfaces A ′ and B ′ and a small distortion that is limited to a small range by the small lens on the microlens array surface C ′ are regionally different. , Avoiding emphasizing each other's distortion.

第2の実施の形態では、マイクロレンズアレイ面の小凸レンズと小凹レンズとの接合点の一部が両レンズの曲面の接線が一致しない不連続接合の状態にあってレンズ曲面の接線は不連続的に変化する。このためこの部分の像が歪む。この歪みによる画質への影響を低減するためには、個々の小凸レンズと個々の小凹レンズの像がこの曲面レンズを通して見る表示画面に対しては一点あるいは細い線(長辺が長い場合)と見なしうる程度に小さくすれば、例えば、一辺を対比して1/500程度以下に小さくすれば、この像の大きく歪む部分はこれら小レンズの像に比較してさらに小さくなるので、歪みとして目立たなくできる。   In the second embodiment, a part of the junction between the small convex lens and the small concave lens on the microlens array surface is in a discontinuous joint state where the tangents of the curved surfaces of both lenses do not coincide with each other, and the tangent of the lens curved surface is discontinuous. Changes. For this reason, the image of this part is distorted. In order to reduce the effect on image quality due to this distortion, the image of each small convex lens and each small concave lens is regarded as one point or a thin line (when the long side is long) for the display screen viewed through this curved lens. If it is made as small as possible, for example, if one side is compared to be reduced to about 1/500 or less, the greatly distorted portion of this image becomes smaller compared to the image of these small lenses, so that it can be made inconspicuous as distortion. .

この第2の実施の形態では、二つのフレンネルレンズ面A’,B’においてレンズ曲面の変化する方向は垂直方向であり、水平方向である第1の実施の形態の場合と異なる。レンズ曲面の変化する方向は垂直方向であっても、表示画像11及び曲面レンズ10に広がりがあるために左右の眼の視線に左右方向の差が生じ、左右の目にできる網膜像に違いが現れ、立体感が発現する。
この垂直方向にレンズ曲面を変化させることの利点は、最近多く見られるワイドTV等の横に長い画像に対して縦方向に拡大する方がレンズによる歪みに対する違和感が少なくなることである。また、このような画像では縦方向が短いので縦方向にレンズ曲面が変化する曲面レンズを用いる事がレンズの有効面積に対する制限が緩和でき、装置の大型化ができる効果も大きい。
In the second embodiment, the direction in which the lens curved surface changes in the two Frennel lens surfaces A ′ and B ′ is the vertical direction, which is different from the case of the first embodiment, which is the horizontal direction. Even if the lens curved surface changes in the vertical direction, the display image 11 and the curved lens 10 are widened, so that a difference in the horizontal direction occurs between the lines of sight of the left and right eyes. Appears and gives a three-dimensional effect.
The advantage of changing the lens curved surface in the vertical direction is that the feeling of discomfort with respect to distortion caused by the lens is reduced by enlarging in the vertical direction with respect to a horizontally long image such as a wide TV, which is often seen recently. In addition, since such an image has a short vertical direction, use of a curved lens whose lens curved surface changes in the vertical direction can relieve the restriction on the effective area of the lens and can greatly increase the size of the apparatus.

第2の実施の形態では、二つのフレンネルレンズ面A’,B’を用いており、単一のフレンネルレンズ面で同じ程度のレンズ特性を得る場合に比べて、個々のフレンネルレンズ面の曲率を大きく低減でき、曲面レンズ10の有効面積を広くできる、しかもフレンネルレンズ化で薄い曲面レンズを構成できる。また、二つのフレンネルレンズ面A’,B’で曲面レンズ10のレンズ特性も強められ、曲面レンズ10を表示画面11近くに置くことができる。
これらにより薄型で大面積の表示装置が実現できる。
In the second embodiment, two Frennel lens surfaces A ′ and B ′ are used, and compared with the case where the same lens characteristics are obtained with a single Flennel lens surface, individual Frennel lens surfaces are used. The curvature of the lens can be greatly reduced, the effective area of the curved lens 10 can be widened, and a thin curved lens can be formed by forming a Frennel lens. Further, the lens characteristics of the curved lens 10 are enhanced by the two Frennel lens surfaces A ′ and B ′, and the curved lens 10 can be placed near the display screen 11.
Accordingly, a thin and large display device can be realized.

二つのフレンネルレンズ面A’,B’のエレメントA1’〜A14’,B1’〜B14’の並ぶ方向は一致するので、これら二つの面での無効ゾーンと有効ゾーンが渾然一体となり、繰り返す基本周期も1/2になって、表示画像11の画素の周期に対して大きく周期を異にすることもでき、モアレ縞の発生を低減できる。   Since the direction in which the elements A1 ′ to A14 ′ and B1 ′ to B14 ′ of the two Frennel lens surfaces A ′ and B ′ are aligned is the same, the invalid zone and the effective zone on these two surfaces are united and repetitive. The period is also halved, and the period can be greatly different from the period of the pixels of the display image 11, and the generation of moire fringes can be reduced.

マイクロレンズアレイ面C’は、第1の実施の形態では曲率半径が変わり、中心角を等しくした小曲面を配列した滑らかな曲面であったが、第2の実施の形態では中心角が異なり、局率半径が同じ小曲面j1〜j6,j1’〜j6’を配列して、個々の小曲面の幅を不規則に変えてある。このため小曲面の接合部で接線が不連続的に変化して滑らかではない。このため個々の小曲面j1〜j6,j1’〜j6’によるレンズの焦点距離はいずれの小レンズでも同じで、マイクロレンズアレイ面C’が画面全体のどこでも一様なレンズ特性を呈する。   The microlens array surface C ′ is a smooth curved surface in which small curvatures with the same radius of curvature and the same central angle are arranged in the first embodiment, but the central angle is different in the second embodiment. Small curved surfaces j1 to j6 and j1 ′ to j6 ′ having the same locality radius are arranged, and the widths of the individual small curved surfaces are irregularly changed. For this reason, the tangent line changes discontinuously at the joint portion of the small curved surface and is not smooth. For this reason, the focal lengths of the lenses formed by the individual small curved surfaces j1 to j6 and j1 'to j6' are the same for all the small lenses, and the microlens array surface C 'exhibits uniform lens characteristics everywhere on the entire screen.

ただし、接線が急激に変化する部分で比較的大きな歪みが生じる。この歪みを歪みと感じさせないように、個々の小レンズの大きさを表示画像の画素と同程度、場合によっては画素の数倍程度の大きさに限定している。この程度の大きさになると個々の小レンズの像は画像全体の像の新たな画素と見なしうるようになり、画素内部の歪みは歪みとして感じられなくなる。一方、このようにマイクロレンズアレイ面C’を構成する小レンズの面積が小さくなっても立体感の発現力は発揮でき、フレンネルレンズ面面A’,B’とマイクロレンズアレイ面C’とが相乗的に作用しあってより強く立体感を感じることができる。
なお、マイクロレンズアレイ面C’を構成する小レンズj1〜j6,j1’〜j6’の幅は不規則であるので、モアレ縞の発生を低減できる。
However, a relatively large distortion occurs at a portion where the tangent changes rapidly. In order not to feel this distortion as a distortion, the size of each small lens is limited to the same size as the pixel of the display image, or in some cases, about several times the size of the pixel. When this size is reached, the image of each small lens can be regarded as a new pixel of the entire image, and the distortion inside the pixel is not perceived as distortion. On the other hand, even if the area of the small lens constituting the microlens array surface C ′ is reduced as described above, the three-dimensional effect can be exerted, and the Frennel lens surface surfaces A ′ and B ′ and the microlens array surface C ′ Can act synergistically and feel a three-dimensional effect more strongly.
In addition, since the width | variety of the small lenses j1-j6 and j1'-j6 'which comprise micro lens array surface C' is irregular, generation | occurrence | production of a moire fringe can be reduced.

次に、第3の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。
第3の実施の形態の表示装置の装置構成は第1の実施の形態の表示装置と同じである。違いは曲面レンズにある。
Next, a third embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
The device configuration of the display device of the third embodiment is the same as that of the display device of the first embodiment. The difference is in the curved lens.

第3の実施の形態では、曲面レンズの表外表面と裏外表面が共にフレンネルレンズ面であることは第1および第2の実施の形態と同様である。しかし、第1の実施の形態での表と裏のフレンネルレンズ面は共に眼の左右方向に対してのみ変化し、第2の実施の形態では、表と裏のフレンネルレンズ面は共に眼の上下方向に対してはのみ変化するのに対して、第3の実施の形態では表のフレンネルレンズ面は眼の上下方向に対してのみ変化し、裏のフレンネルレンズ面は眼の左右方向に対してのみ変化する。
また、両フレンネルレンズ面に挟まれてマイクロレンズアレイ面が存在することも第1および第2の実施の形態と同じであるが、フレンネルレンズ面の構成及びマイクロレンズアレイ面の構成が異なる。
In the third embodiment, both the outer front surface and the rear outer surface of the curved lens are Frennel lens surfaces, as in the first and second embodiments. However, both the front and back Frennel lens surfaces in the first embodiment change only in the left-right direction of the eye, and in the second embodiment, both the front and back Frennel lens surfaces are in the eye. In the third embodiment, the front Frennel lens surface changes only in the vertical direction of the eye, and the back Frennel lens surface changes in the right and left direction of the eye. It only changes with direction.
The microlens array surface is also sandwiched between both Frennel lens surfaces as in the first and second embodiments, but the configuration of the Frennel lens surface and the configuration of the microlens array surface are different. .

図7、図8、図9により第3の実施の形態における曲面レンズを詳しく説明する。
図7は曲面レンズ10の構成を概念的に示す斜視図である。
図8と図9はそれぞれ第3の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズ10の垂直断面図の一部分と水平切断面の一部分とを示している。垂直断面図と水平断面図の切断面の位置、方向はそれぞれ第1の実施の形態で説明の垂直切断面と水平切断面と同じである。
The curved lens according to the third embodiment will be described in detail with reference to FIG. 7, FIG. 8, and FIG.
FIG. 7 is a perspective view conceptually showing the configuration of the curved lens 10.
8 and 9 show a part of a vertical sectional view and a part of a horizontal cut surface of the curved lens 10 according to the display device of the third embodiment, respectively. The positions and directions of the cut surfaces in the vertical sectional view and the horizontal sectional view are the same as those of the vertical cut surface and the horizontal cut surface described in the first embodiment.

まず、図7で曲面レンズ10の構成の概要を説明する。
表示画像11に対面した裏外表面A”と、その反対の観察者に対面した表外表面B”はフレンネルレンズ面であることを各エレメントA1”〜A4”,B1”〜B4”(図8,図9参照)が段差をもって配列されることで表現している。ここではエレメントの数を限定して、表外表面B”では各エレメントB1”〜B4”がy方向に並び、表外表面A”では各エレメントA1”〜A4”がx方向に並んでいることを示す概念図であるが、実際はより細い幅のエレメントが数多く配列される。従って段差の間隔も狭くなる。
First, the outline of the configuration of the curved lens 10 will be described with reference to FIG.
Each of the elements A1 "to A4" and B1 "to B4" (the figure) shows that the back outer surface A "facing the display image 11 and the outer surface B" facing the opposite observer are Frennel lens surfaces. 8, see FIG. 9). Here, the number of elements is limited, and the elements B1 "to B4" are arranged in the y direction on the outer surface B ", and the elements A1" to A4 "are arranged in the x direction on the outer surface A". In fact, a number of elements having a narrower width are arranged. Accordingly, the gap between the steps is also narrowed.

外表面A”のフレンネルレンズ面は部材40’と空気との境界面であり、外表面B”のフレンネルレンズ面は部材41’と空気との境界面である。部材40’と部材41’で挟まれた部分42’(図7に太線で模式的に示す)にもレンズ面が存在する。この部分42’は接着剤43’であり、接着剤43’と部材40’の境界面及び接着剤43’と部材41’の境界面にマイクロレンズアレイ面C”,D”が存在し、これらのマイクロレンズアレイ面C”,D”は多数の小さなレンズ面が配列されている。これらのマイクロレンズアレイ面C”,D”は図7では詳細は示されていないが、図9で詳しく説明する。   The Frennel lens surface of the outer surface A ″ is a boundary surface between the member 40 ′ and air, and the Frennel lens surface of the outer surface B ″ is a boundary surface between the member 41 ′ and air. There is also a lens surface in a portion 42 ′ (schematically shown by a thick line in FIG. 7) sandwiched between the member 40 ′ and the member 41 ′. This portion 42 ′ is an adhesive 43 ′, and microlens array surfaces C ″ and D ″ exist on the boundary surface between the adhesive 43 ′ and the member 40 ′ and on the boundary surface between the adhesive 43 ′ and the member 41 ′. A large number of small lens surfaces are arranged on the microlens array surfaces C ″ and D ″. These microlens array surfaces C ″ and D ″ are not shown in detail in FIG. 7, but will be described in detail in FIG.

図8と図9により曲面レンズをさらに詳しく説明する。
図8において、部材40’の外表面A”はフレンネルレンズ面であり、部材41’の外表面B”はフレンネルレンズ面である。部材40’の外表面A”の反対側の面C”はマイクロレンズアレイ面を形成する面である。また、部材41’の外表面B”の反対側の面D”もまたマイクロレンズアレイ面を形成する面である。面C”と面D”は共にy方向には面が変化しないことから直線で示されている。部材40’と部材41’は接着剤43’により接合されている。なお、接着剤43’、部材40’および部材41’は、マイクロレンズアレイ面の小レンズの焦点距離がフレンネルレンズ面の焦点距離にほぼ等しくなるように、屈折率を適切に選定してある。
The curved lens will be described in more detail with reference to FIGS.
In FIG. 8, the outer surface A ″ of the member 40 ′ is a Frennel lens surface, and the outer surface B ″ of the member 41 ′ is a Frennel lens surface. A surface C ″ opposite to the outer surface A ″ of the member 40 ′ is a surface forming a microlens array surface. Further, a surface D ″ opposite to the outer surface B ″ of the member 41 ′ is also a surface that forms the microlens array surface. Both the plane C ″ and the plane D ″ are shown as straight lines because the plane does not change in the y direction. The member 40 ′ and the member 41 ′ are joined by an adhesive 43 ′. Note that the refractive index of the adhesive 43 ′, the member 40 ′, and the member 41 ′ is appropriately selected so that the focal length of the small lens on the microlens array surface is substantially equal to the focal length of the Frennel lens surface. .

フレンネルレンズ面B”の母曲面をb”として点線の太線で示している。フレンネルレンズ面B”を構成するエレメントのレンズ面B1”〜B4”はそれぞれ母曲面b”の要素b1” 〜b4”に対応する。母曲面b”は紙面に垂直なx方向に対しては変化せず、y方向に対してのみz方向に当るレンズの厚さが変化する単一の凸面である。このような母曲面b”の典型的な例が円筒面である。ここでは中心軸が紙面に垂直な円筒面である。従ってフレンネルレンズ面B”は凸レンズとして機能する。
フレンネルレンズ面Bを”構成するエレメントB1”〜B4”はその幅、すなわち配列ピッチが一様である。
A generative surface of the Frennel lens surface B ″ is indicated by a thick dotted line as b ″. The lens surfaces B1 "to B4" of the elements constituting the Frennel lens surface B "correspond to the elements b1" to b4 "of the generating surface b", respectively. The mother curved surface b ″ is a single convex surface that does not change in the x direction perpendicular to the paper surface, and changes the thickness of the lens that hits the z direction only in the y direction. Such a mother curved surface b ″. A typical example of this is a cylindrical surface. Here, the central axis is a cylindrical surface perpendicular to the paper surface. Accordingly, the Frennel lens surface B ″ functions as a convex lens.
The elements B1 "to B4" constituting the Flennel lens surface B have a uniform width, that is, an arrangement pitch.

次に、図9によりフレンネルレンズ面A”とマイクロレンズアレイ面の構成を詳しく説明する。
図9において、部材40’の外表面A”はフレンネルレンズ面であり、部材41’の外表面B”もフレンネルレンズ面である。部材40’の外表面A”の反対側の面C”と部材41’の外表面B”の反対側の面D”はともにマイクロレンズアレイ面を形成する面である。
Next, the configuration of the Fresnel lens surface A ″ and the microlens array surface will be described in detail with reference to FIG.
In FIG. 9, the outer surface A ″ of the member 40 ′ is a Frennel lens surface, and the outer surface B ″ of the member 41 ′ is also a Frennel lens surface. A surface C ″ opposite to the outer surface A ″ of the member 40 ′ and a surface D ″ opposite to the outer surface B ″ of the member 41 ′ are surfaces that form a microlens array surface.

まず、面C”と面D”のマイクロレンズアレイ面について説明する。
マイクロレンズアレイ面C”の小レンズは部材40’と接着剤43’の屈折率と小レンズの曲率とにより凹レンズとなるか凸レンズとなるかの違いが生じ、また焦点距離も違ってくる。マイクロレンズアレイ面D”の小レンズもまた部材41’と接着剤43’の屈折率と小レンズの曲率とにより同様の違いが生じる。
First, the microlens array surfaces of the surface C ″ and the surface D ″ will be described.
The small lens on the microlens array surface C ″ differs depending on whether it is a concave lens or a convex lens depending on the refractive index of the member 40 ′ and the adhesive 43 ′ and the curvature of the small lens, and the focal length also differs. The small lens on the lens array surface D ″ also has the same difference depending on the refractive index of the member 41 ′ and the adhesive 43 ′ and the curvature of the small lens.

面C”と面D”のマイクロレンズアレイ面の小レンズは凹レンズと凸レンズとが交互に配列されることは明白で、マイクロレンズアレイ面C”は太線で示す小凸レンズk1〜k8と小凹レンズk1’〜k8’が交互に配列されている。これらの小レンズk1〜k8およびk1’〜k8’のレンズ面は紙面に垂直な方向であるy方向に平行な中心軸を有する円筒面で、曲率半径はすべて等しい。また円弧であるレンズ面の中心角もすべて等しい。従ってこれらの小レンズk1〜k8,k1’〜k8’の接合部において小凸レンズk1〜k8と小凹レンズk1’〜k8は滑らかに接している。また、小レンズは曲率半径がすべて等しいため焦点距離もすべて等しい。   It is clear that the small lenses of the microlens array surfaces of the surfaces C "and D" are alternately arranged with concave lenses and convex lenses, and the microlens array surface C "has small convex lenses k1 to k8 indicated by bold lines and a small concave lens k1. The lens surfaces of these small lenses k1 to k8 and k1 ′ to k8 ′ are cylindrical surfaces having a central axis parallel to the y direction, which is a direction perpendicular to the paper surface, and have a curvature. The radii are all equal, and the central angles of the lens surfaces that are circular arcs are also equal, so the small convex lenses k1 to k8 and the small concave lenses k1 'to k8 are smooth at the junction of these small lenses k1 to k8, k1' to k8 '. In addition, since all the small lenses have the same radius of curvature, they have the same focal length.

マイクロレンズアレイ面D”は太線で示す小凸レンズs1、s2と小凹レンズs1’、s2’が交互に配列されている。これらの小凸レンズs1、s2および小凹レンズs1’、s2’のレンズ面は紙面に垂直な方向であるy方向に平行な中心軸を有する円筒面で、曲率半径はすべて等しい。また円弧であるレンズ面の中心角もすべて等しい。従ってこれらの小レンズs1〜s2,s1’〜s2’の接合部において凸レンズs1〜s2と凹レンズs1’〜s2’は滑らかに接している。また、小レンズは曲率半径がすべて等しいため焦点距離もすべて等しい。   On the microlens array surface D ″, small convex lenses s1 and s2 indicated by bold lines and small concave lenses s1 ′ and s2 ′ are alternately arranged. The lens surfaces of these small convex lenses s1 and s2 and small concave lenses s1 ′ and s2 ′ are as follows. A cylindrical surface having a central axis parallel to the y direction, which is a direction perpendicular to the paper surface, has the same radius of curvature, and all the central angles of the lens surfaces that are arcs, so these small lenses s1 to s2, s1 ′. The convex lenses s1 to s2 and the concave lenses s1 ′ to s2 ′ are in smooth contact with each other at the joint portion of ˜s2 ′, and the small lenses have the same radius of curvature and therefore have the same focal length.

マイクロレンズアレイ面D”を構成する小レンズs1〜s2,s1’〜s2’はマイクロレンズアレイ面C”の小レンズk1〜k8,k1’〜k8’に比較して曲率半径が大きく、配列ピッチも大きい。すなわち、マイクロレンズアレイ面D”の小レンズはマイクロレンズアレイ面C”の小レンズよりもその広がりが広い。   The small lenses s1 to s2, s1 ′ to s2 ′ constituting the microlens array surface D ″ have a larger radius of curvature than the small lenses k1 to k8 and k1 ′ to k8 ′ of the microlens array surface C ″, and the arrangement pitch Is also big. That is, the small lens on the microlens array surface D ″ is wider than the small lens on the microlens array surface C ″.

以上説明した第3の実施の形態では二つのマイクロレンズアレイ面C”,D”が二つのフレンネルレンズ面A”,B”に挟まれて存在する。
二つマイクロレンズアレイ面C”,D”はフレンネルレンズ面A”,B”の面積に比して、それぞれ充分小さい面積の小凸レンズk1〜k8,s1〜s2と小凹レンズk1’〜k8’,s1’〜s2’とを交互に配列した面で、二つマイクロレンズアレイ面C”,D”の違いは小レンズの広がり範囲が異なることである。これら二つマイクロレンズアレイ面C”,D”はそれぞれ面C”,D”を形成する境界両側の部材40’,43’と41’,43’の屈折率を変えてレンズの特性を同程度にする。
In the third embodiment described above, two microlens array surfaces C ″ and D ″ exist between two Frennel lens surfaces A ″ and B ″.
The two microlens array surfaces C ″ and D ″ are small convex lenses k1 to k8 and s1 to s2 and small concave lenses k1 ′ to k8 ′ having areas sufficiently smaller than the area of the Frennel lens surfaces A ″ and B ″, respectively. , S1 ′ to s2 ′ are alternately arranged, and the difference between the two microlens array surfaces C ″ and D ″ is that the extent of the small lens is different. These two microlens array surfaces C ″ and D ″ have the same lens characteristics by changing the refractive indexes of the members 40 ′ and 43 ′ and 41 ′ and 43 ′ on both sides of the boundary forming the surfaces C ″ and D ″, respectively. To.

次にフレンネルレンズ面について説明する。
フレンネルレンズ面の一つA”ははx方向、すなわち眼の左右方向に対して変化し、y方向、すなわち眼の上下方向に対しては変化の無い面で、他方のフレンネルレンズ面B”は逆にy方向、すなわち眼の上下方向に対して変化し、x方向、すなわち眼の左右方向に対しては変化の無い面である。これら二つのフレンネルレンズ面A”,B”の母曲面a”,b”はいずれも曲面レンズ10の面積いっぱいに広がる単一の滑らかな凸面をなしている。
Next, the Frennel lens surface will be described.
One F ″ lens surface A ″ changes in the x direction, i.e., the left-right direction of the eye, and does not change in the y direction, i.e., the up-and-down direction of the eye. "" Is a surface that changes in the y direction, that is, the vertical direction of the eye, and does not change in the x direction, that is, the left and right direction of the eye. Both of the mother curved surfaces a ″ and b ″ of the two Frennel lens surfaces A ″ and B ″ form a single smooth convex surface extending over the entire area of the curved lens 10.

図9では、部材41’の外表面B”はフレンネルレンズ面であるが、x方向には面が変化しないことから直線で示されている。
部材40‘の外表面A”はフレンネルレンズ面であり、x方向に対して面が変化する。したがって、このフレンネル面A”が段差のある面として示されている。
フレンネルレンズ面A”の母曲面をa”として点線の太線で示している。フレンネルレンズ面A”を構成するエレメントのレンズ面A1”〜A4”はそれぞれ母曲面の要素a1”〜a4”に対応する。母曲面a”はy方向に対しては変化せず、x方向に対してのみz方向にあたるレンズの厚さが変化する単一の凸面である。母曲面a”は中心軸が紙面に垂直な円筒面である。従ってフレンネルレンズ面A”は凸レンズとして機能する。
In FIG. 9, the outer surface B ″ of the member 41 ′ is a Frennel lens surface, but is shown by a straight line because the surface does not change in the x direction.
The outer surface A ″ of the member 40 ′ is a Fresnel lens surface, and the surface changes with respect to the x direction. Therefore, the Fresnel surface A ″ is shown as a stepped surface.
A generative surface of the Frennel lens surface A ″ is indicated by a thick dotted line as a ″. The lens surfaces A1 "to A4" of the elements constituting the Frennel lens surface A "respectively correspond to the elements a1" to a4 "of the generating curved surface. The generating curved surface a" does not change with respect to the y direction and is in the x direction. Is a single convex surface in which the thickness of the lens corresponding to the z direction changes only. The generating surface a ″ is a cylindrical surface whose central axis is perpendicular to the paper surface. Therefore, the Fresnel lens surface A ″ functions as a convex lens.

フレンネルレンズ面A”を構成するエレメントA1”〜A4”の幅、すなわちエレメントの配列ピッチはエレメント毎に異なる。これらのエレメントは幅の異なる複数の種類があり、これらの複数の種類のエレメントから不規則に選ばれて順に並べている。   The widths of the elements A1 "to A4" constituting the Frennel lens surface A ", that is, the arrangement pitch of the elements differ from element to element. These elements have a plurality of types having different widths. They are randomly selected and arranged in order.

以上第3の実施の形態について、その構成を説明した。以下に作用を説明する。
第3の実施の形態では、第1および第2の実施の形態と同じく、二つのフレンネルレンズ面A”,B”でマイクロレンズアレイ面C”,D”を挟む構造をしている。しかも二つのフレンネルレンズ面A”,B”は、単一の凸レンズと等価な大きな広がりを持つレンズ面で、共に空気に接する外表面である。マイクロレンズアレイ面C”,D”はそれぞれ、曲面レンズ10の面積に比較して充分小さい面積の小凸面k1〜k8,s1〜s2と小凹面k1’〜k8’,s1’〜s2’とが交互に配列されたレンズ面で、互いに比較的似かよった屈折率の固体部材の境界面を用いている。このため第1および第2の実施の形態と同じく、フレンネルレンズ面A”,B”とマイクロレンズアレイ面C”,D”とを多層に重ねることで双方の立体感を発現する機能が相乗的に強まり、歪みについては画面全体に及ぶような大きい歪みと小さな範囲に限定された小さな歪みとなって両者の広がる範囲を異にして、歪みが互いに強調し合うことが避けられている。
The configuration of the third embodiment has been described above. The operation will be described below.
In the third embodiment, as in the first and second embodiments, a microlens array surface C ″, D ″ is sandwiched between two Frennel lens surfaces A ″, B ″. Moreover, the two Frennel lens surfaces A ″ and B ″ are lens surfaces having a large expanse equivalent to a single convex lens and are both outer surfaces in contact with air. The microlens array surfaces C ″ and D ″ have small convex surfaces k1 to k8 and s1 and s2 and small concave surfaces k1 ′ to k8 ′ and s1 ′ to s2 ′, each having a sufficiently small area as compared with the area of the curved lens 10. The boundary surfaces of the solid members having refractive indexes that are relatively similar to each other are used in the alternately arranged lens surfaces. For this reason, as in the first and second embodiments, the Frennel lens surfaces A ″, B ″ and the microlens array surfaces C ″, D ″ are stacked in multiple layers to synergize the function of expressing both stereoscopic effects. As the distortion increases, the distortion of the entire screen is reduced to a small distortion limited to a small range, and it is avoided that the distortions emphasize each other by making the spread range of both different.

しかし、この第3の実施の形態では、二つのフレンネルレンズ面A”,B”の変化する方向が互いに直交し、一方のA”が水平方向に対して他方のB”が垂直方向で、両方とも水平方向である第1の実施の形態あるいは両方とも垂直方向である第2の実施の形態の場合と異なる。   However, in this third embodiment, the changing directions of the two Frennel lens surfaces A ″ and B ″ are orthogonal to each other, one A ″ is horizontal and the other B ″ is vertical. This is different from the first embodiment in which both are in the horizontal direction or the second embodiment in which both are in the vertical direction.

したがって両フレンネルレンズのレンズ特性を同程度にすれば、この曲面レンズを通して見る像は直交する両方向に対して拡大あるいは縮小の程度を同じ程度にでき、歪みの少ない像として見ることができる。また、両フレンネルレンズA”,B”とも立体感を発現でき、これらが共に作用してより強く立体感が現れる。
また、同じ程度の立体感を単独のフレンネルレンズ面で実現する場合に比較して各フレンネルレンズ面はその曲率を小さくできるので、有効面積の大きい曲面レンズを使用することができ、大画面の表示装置を作ることができる。さらに、個々のフレンネルレンズ面A”,B”の曲率を小さくできるので、フレンネルレンズ面A”,B”を構成するエレメントA1”〜A4”の幅が等しい場合はフレンネルレンズ面A”,B”を構成するエレメントの境界にできる側壁の高さも小さくできる。この結果、モアレ縞を低減できる。また、段差の側壁の高さを等しくする場合はエレメントの幅、すなわち段差の間隔を大きくでき、フレンネルレンズ面の作成が容易になる。
Therefore, if the lens characteristics of both Frennel lenses are made to be the same, the image viewed through the curved lens can be enlarged or reduced to the same degree in both orthogonal directions, and can be seen as an image with little distortion. Further, both the Frennel lenses A ″ and B ″ can exhibit a three-dimensional effect, and these act together to produce a stronger three-dimensional effect.
In addition, since the curvature of each Frennel lens surface can be reduced compared to the case where the same degree of stereoscopic effect is realized with a single Frennel lens surface, it is possible to use a curved lens with a large effective area and a large screen. Can make a display device. Further, since the curvatures of the individual Frennel lens surfaces A ″ and B ″ can be reduced, the Frennel lens surface A ″ when the widths of the elements A1 ″ to A4 ″ constituting the Frennel lens surfaces A ″ and B ″ are equal. , B ″, the height of the side wall formed at the boundary of the elements can be reduced. As a result, moire fringes can be reduced. Further, when the height of the side wall of the step is made equal, the width of the element, that is, the gap between the steps can be increased, and the creation of the Frennel lens surface becomes easy.

この第3の実施の形態では、フレンネルレンズ面A”は幅を不規則に変えたエレメントA1”〜A4”を水平方向に並べ、フレンネルレンズ面B”は同じ幅のエレメントB1”〜B4”を垂直方向に並べている。これは、TV受像機などのように画像をカラー表示する表示画素の並びが水平方向に赤、緑、青と変化しつつ並べられ、垂直方向には各色の画素がほとんど隙間無く直線状に配列されている場合を想定しての構成である。表示画素は垂直方向にはほとんど隙間無く配列するためフレンネルレンズ面のエレメントが規則的に並んでモアレ縞はほとんど生じない。しかし、水平方向には赤を例にとると緑と青の部分が無効な隙間、無効ゾーンとなるため、フレンネルレンズ面のエレメントを不規則に並べてモアレ縞の発生を低減している。   In the third embodiment, the Frennel lens surface A ″ has elements A1 ″ to A4 ″ whose widths are irregularly arranged in a horizontal direction, and the Frennel lens surface B ″ has the same width as the elements B1 ″ to B4. "Are arranged vertically. This is because the arrangement of display pixels that display an image in color, such as a TV receiver, is arranged while changing in the horizontal direction from red, green, and blue, and the pixels of each color are arranged in a straight line with almost no gap in the vertical direction. This is a configuration assuming that the Since the display pixels are arranged in the vertical direction with almost no gap, the elements on the surface of the Frennel lens surface are regularly arranged and moiré fringes hardly occur. However, when red is taken as an example in the horizontal direction, the green and blue portions become invalid gaps and invalid zones, so the elements of the Frennel lens surface are irregularly arranged to reduce the occurrence of moire fringes.

マイクロレンズアレイ面は、第1および第2の実施の形態では単一のレンズ面であったが、この第3の実施の形態ではマイクロレンズアレイ面が2層の構成である。
各マイクロレンズアレイ面C”,D”を構成する小さい面積の小凸面k1〜k8,s1〜s2と小凹面k1’〜k8’,s1’〜s2’の広がり面積が異なっている。
したがってマイクロレンズアレイ面C”,D”で生じる立体感も両方の効果が作用してより強い立体感が得られる。その際各マイクロレンズアレイ面C”及びD”の小レンズk1〜k8,k1’〜k8’及びs1〜s2,s1’〜s2’で生じる歪みの範囲が異なるので、互いが強め合うことがなく、画質を大きく損なうことなく立体感を強めることができる。
The microlens array surface is a single lens surface in the first and second embodiments, but in this third embodiment, the microlens array surface has a two-layer structure.
The small convex surfaces k1 to k8, s1 and s2 and the small concave surfaces k1 ′ to k8 ′ and s1 ′ to s2 ′ that form the microlens array surfaces C ″ and D ″ have different spreading areas.
Accordingly, the stereoscopic effect generated on the microlens array surfaces C ″ and D ″ can be obtained by the effect of both effects, thereby obtaining a stronger stereoscopic effect. At this time, since the ranges of distortion generated in the small lenses k1 to k8, k1 ′ to k8 ′ and s1 to s2, s1 ′ to s2 ′ of the microlens array surfaces C ″ and D ″ are different, they do not strengthen each other. The stereoscopic effect can be enhanced without greatly degrading the image quality.

以上、第1から第3の実施の形態では、マイクロレンズアレイ面は1層、あるいは2層を例としたが、さらに多くの層で構成しても良い。その際マイクロレンズアレイ面の小レンズの広がり面積を各層毎に変えることで、各層で生じる歪みの範囲を変えることができ、画質の劣化が強め合うことを防止できる。   As described above, in the first to third embodiments, the microlens array surface has one layer or two layers as an example, but may be composed of more layers. At that time, by changing the spread area of the small lens on the microlens array surface for each layer, the range of distortion generated in each layer can be changed, and deterioration of image quality can be prevented from intensifying.

また、マイクロレンズアレイ面の構成を各実施の形態で変えて示したが、これらは互いに他の実施の形態においてマイクロレンズアレイ面を相互に入れ替えできることは明らかである。   In addition, although the configuration of the microlens array surface has been changed in each embodiment, it is obvious that the microlens array surface can be interchanged with each other in other embodiments.

以上の実施の形態で、マイクロレンズアレイ面は接着剤との境界面として説明したが、接着剤に限定されず、屈折率が異なる固体相互の境界面であればよい。空気との境界面とは異なり、大きい曲率の曲面を比較的大きな焦点距離のレンズ面にできるからである。なお、固体には可撓性のある部材等も含まれ、気体および液体を除く部材である。
また、マイクロレンズアレイ面の部分は屈折率の異なる部材の層を多層に重ねて所望の屈折率比のマイクロレンズアレイ面を形成しても良い。
In the above embodiment, the microlens array surface has been described as the boundary surface with the adhesive, but is not limited to the adhesive, and may be a boundary surface between solids having different refractive indexes. This is because, unlike a boundary surface with air, a curved surface having a large curvature can be used as a lens surface having a relatively large focal length. The solid includes a flexible member and the like, and is a member excluding gas and liquid.
In addition, the microlens array surface portion may be formed by stacking layers of members having different refractive indexes in multiple layers to form a microlens array surface having a desired refractive index ratio.

以上示した実施の形態のマイクロレンズアレイ面の小レンズはいずれも水平方向に対してレンズ面が変化し、垂直方向に変化のない円筒面レンズとしたが、垂直方向や斜め方向に変化する円筒面でも良く、縦と横の両方向に短い小面積のレンズが並ぶ場合でもよい。当然個々の小レンズの面積が異なっても良い。要は小レンズである凸レンズ面と凹レンズ面が交互に配列されれば良い。   The small lens on the microlens array surface of the embodiment shown above is a cylindrical surface lens whose lens surface changes in the horizontal direction and does not change in the vertical direction, but a cylinder that changes in the vertical direction or oblique direction. The surface may be sufficient, and the case where a lens with a short small area is arranged in both the vertical and horizontal directions may be used. Of course, the area of each small lens may be different. In short, convex lens surfaces and concave lens surfaces, which are small lenses, may be arranged alternately.

次に、第4の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。
第4の実施の形態の表示装置の装置構成は第1の実施の形態の表示装置と同じである。違いは曲面レンズにある。
Next, a fourth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
The device configuration of the display device of the fourth embodiment is the same as that of the display device of the first embodiment. The difference is in the curved lens.

図10、図11により第4の実施の形態における曲面レンズを詳しく説明する。
図10は曲面レンズ10の構成を概念的に示す斜視図で、曲面レンズの一部を図示してある。
図11は第4の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズ10を示す水平切断面である。水平切断面の切断面の位置、方向は第1の実施の形態で説明の水平切断面の位置、方向と同じである。
The curved lens according to the fourth embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 10 is a perspective view conceptually showing the configuration of the curved lens 10 and shows a part of the curved lens.
FIG. 11 is a horizontal cut surface showing the curved lens 10 according to the display device of the fourth embodiment. The position and direction of the horizontal cut surface are the same as the position and direction of the horizontal cut surface described in the first embodiment.

まず、図10で曲面レンズ10の構成の概要を説明する。
第4の実施の形態では、フレンネルレンズ面と類似の曲面上に小レンズが配列される。屈折率がn1’である部材50の表示画像11に対面した側に当たる裏の面C”’と観察者に対面した側に当たる表の面D”’は、それぞれ小さい面積の小凸面t,wと小凹面t’,w’が、それぞれフレンネルレンズ面の形状をした配列面u,v(uは図11を参照、vは図示されない)に沿って交互に配列されたマイクロアレイ面である。裏の面C”’は小曲面w、w’を配列面vに沿って配列した面で、この配列面vは眼の上下方向にのみ変化し、表の面D”’は小曲面t,t’を配列面uに沿って配列した面でこの配列面uは眼の左右方向にのみ変化している。
First, the outline of the configuration of the curved lens 10 will be described with reference to FIG.
In the fourth embodiment, small lenses are arranged on a curved surface similar to the Frennel lens surface. The back surface C ″ ′ that faces the display image 11 of the member 50 having a refractive index n1 ′ and the front surface D ″ ′ that faces the side facing the observer are small convex surfaces t, w having small areas, respectively. The small concave surfaces t ′ and w ′ are microarray surfaces that are alternately arranged along the arrangement surfaces u and v (u refer to FIG. 11, v is not shown) each having the shape of a Frennel lens surface. The back surface C ″ ′ is a surface in which small curved surfaces w and w ′ are arrayed along the array surface v. The array surface v changes only in the vertical direction of the eye, and the front surface D ″ ′ is a small surface t, In the plane in which t ′ is arranged along the arrangement plane u, this arrangement plane u changes only in the left-right direction of the eye.

部材50の一方の表面が小曲面w,w’からなる裏の面C”’で、他方の表面が小曲面t,t’からなる表の面D”’である。裏の面C”’における小曲面w,w’と表の面D”’における小曲面t,t’の違いは各曲面の幅、すなわち配列ピッチにある。裏の面C”’における小曲面w,w’が表の面D”’における小曲面t,t’より曲面としての広がり面積が大きい。
屈折率n1’の部材50の裏側と表側の表面にはそれぞれ屈折率n2’の部材51と屈折率n3’の部材52で覆われている。部材51と部材52はそれぞれ小曲面w,w’とt,t’による窪みを埋めて小曲面の配列面vとuとほぼ同じ形状をした滑らかな表面を形成している。
One surface of the member 50 is a back surface C ″ ′ composed of small curved surfaces w and w ′, and the other surface is a front surface D ″ ′ composed of small curved surfaces t and t ′. The difference between the small curved surfaces w and w ′ on the back surface C ″ ′ and the small curved surfaces t and t ′ on the front surface D ″ ′ is the width of each curved surface, that is, the arrangement pitch. The small curved surfaces w and w ′ on the back surface C ″ ′ have a larger spread area as curved surfaces than the small curved surfaces t and t ′ on the front surface D ″ ′.
The back and front surfaces of the member 50 having a refractive index n1 ′ are covered with a member 51 having a refractive index n2 ′ and a member 52 having a refractive index n3 ′, respectively. The member 51 and the member 52 fill the depressions by the small curved surfaces w, w ′, t, and t ′, respectively, and form smooth surfaces having substantially the same shape as the arrangement surfaces v and u of the small curved surfaces.

空気に接する部材51の表面A”’と空気に接する部材52の表面B”’はそれぞれ面C”’と面D”’の小曲面の配列面vとuと形状はほとんど同じである。したがって面A”’と面B”’は小曲面の配列面vとuを母曲面とするフレンネルレンズ面とみなすことができる。また、部材50と部材51との境界である面C”’と部材50と部材52との境界である面D”’とを形成する小曲面w,w’とt,t’はそれぞれ小レンズとして機能し、面C”’と面D”’はマイクロレンズアレイ面である。   The surface A "" of the member 51 in contact with air and the surface B "" of the member 52 in contact with air have almost the same shape as the arrangement surfaces v and u of the small curved surfaces of the surfaces C "" and D "", respectively. Accordingly, the surface A "" and the surface B "'can be regarded as a Frennel lens surface having the small curved surface arrangement surfaces v and u as a mother curved surface. The small curved surfaces w, w ′, t, and t ′ that form the surface C ″ ′ that is the boundary between the member 50 and the member 51 and the surface D ″ ′ that is the boundary between the member 50 and the member 52 are small lenses, respectively. The surface C ″ ′ and the surface D ″ ′ are microlens array surfaces.

水平断面図である図11を用いて曲面レンズをさらに詳しく説明する。
部材50の表面D”’は曲面レンズ10の全域を単一の凸面で覆う広がりのある仮想面u上に、この曲面レンズ10の広がり面積に比較して充分小さい面積の小凸面Tと小凹面T’とを交互に配列し、これらの小曲面T,T’が配列された仮想面uを一定のピッチh1で並んだ切断面で切断し、切断された各エレメントを平行移動させて並べた構造をしている。図中に切断面を点線で示している。
The curved lens will be described in more detail with reference to FIG. 11 which is a horizontal sectional view.
The surface D ″ ′ of the member 50 is a small convex surface T and a small concave surface having a sufficiently small area compared to the spreading area of the curved lens 10 on a virtual surface u that spreads to cover the entire surface of the curved lens 10 with a single convex surface. The virtual surfaces u on which the small curved surfaces T and T ′ are arranged are cut by the cut surfaces arranged at a constant pitch h1, and the cut elements are arranged in parallel. In the figure, the cut surface is indicated by a dotted line.

また仮想面uが点線の太線で示され、小凸面Tと小凹面T’が仮想面uに沿って交互に並んでいる様子が示されている。仮想面uはy方向に平行な中心軸を有する円筒面で、曲面レンズ10の広がり面であるx−y平面のx方向に対して曲面が変化し、紙面に垂直なy方向に対しては変化しない。これを平行移動した小凸面tと小凹面t’もy方向に対しては変化せず、x方向に対してレンズの厚みがz方向に変化する。このx方向に対しての変化が図11の水平断面図に表されている。   In addition, the virtual surface u is indicated by a thick dotted line, and the small convex surface T and the small concave surface T ′ are alternately arranged along the virtual surface u. The virtual plane u is a cylindrical surface having a central axis parallel to the y direction. The curved surface changes with respect to the x direction of the xy plane, which is the spreading surface of the curved lens 10, and the y direction perpendicular to the paper surface is different. It does not change. The small convex surface t and the small concave surface t ′ that have been translated are not changed in the y direction, and the lens thickness is changed in the z direction with respect to the x direction. The change with respect to the x direction is shown in the horizontal sectional view of FIG.

一方、部材50の表面D”’の反対側に当たる面C”’は曲面レンズ10の全域を単一の凸面で覆う広がりのある仮想面v(図示されていない)上に、この曲面レンズ10の広がり面積に比較して充分小さい面積の小凸面Wと小凹面W’とを交互に配列し、これらの小曲面W、W’が配列された仮想面vを一定のピッチh2で並んだ切断面で切断し、切断された各エレメントを平行移動させて並べた構造をしている。これらの様子の概要が図10に示されている。   On the other hand, the surface C ″ ′ which is opposite to the surface D ″ ′ of the member 50 is formed on an imaginary surface v (not shown) which spreads over the entire surface of the curved lens 10 with a single convex surface. A cut surface in which small convex surfaces W and small concave surfaces W ′ having a sufficiently small area compared to the spread area are alternately arranged, and virtual surfaces v on which these small curved surfaces W and W ′ are arranged are arranged at a constant pitch h2. The cut elements are arranged in parallel by moving the cut elements. An overview of these situations is shown in FIG.

仮想面vはx方向に平行な中心軸を有する円筒面で、曲面レンズ10の広がり面であるx−y平面のx方向に対しては曲面は変化せず、y方向に対して変化する面である。軸が直線の細長い円筒面の小凸面と小凹面をx軸に垂直な面に平行させながら仮想面vに沿って曲げながら並べられている。
仮想面vはy方向に対して変化する曲面であるから、この仮想面vに沿って並ぶ小凸面Wと小凹面W’もy方向に対しては変化する。また、仮想面vに並ぶ小凸面Wと小凹面W’は水平面上でx方向に対して変化する(小凸面wと小凹面w’からなる曲面として現れる)。このx方向に対しての変化の様子が図11の水平断面図に示されている。以上の説明から明らかなように小凸面wと小凹面w’はx方向に対してもy方向に対しても曲面が変化する。
The virtual surface v is a cylindrical surface having a central axis parallel to the x direction. The curved surface does not change with respect to the x direction of the xy plane, which is the spreading surface of the curved lens 10, and changes with respect to the y direction. It is. The small convex surface and the small concave surface of an elongated cylindrical surface having a straight axis are arranged while being bent along the virtual surface v while being parallel to a surface perpendicular to the x axis.
Since the virtual surface v is a curved surface that changes in the y direction, the small convex surface W and the small concave surface W ′ arranged along the virtual surface v also change in the y direction. Further, the small convex surface W and the small concave surface W ′ aligned with the virtual surface v change with respect to the x direction on the horizontal plane (appears as a curved surface composed of the small convex surface w and the small concave surface w ′). The state of the change in the x direction is shown in the horizontal sectional view of FIG. As is clear from the above description, the curved surfaces of the small convex surface w and the small concave surface w ′ change in both the x direction and the y direction.

面C”’と面D”’の違いを小曲面を並べる方向で整理すると、細長い円筒面である小曲面t,t’が仮想面uの変化する方向に並べられるか、小曲面w,w’が仮想面vの変化する方向に直交した変化の無い方向に並べられるかの違いである。
部材50の表面C”’と表面D”’はそれぞれ部材51と部材52で覆われ、各エレメントに対応する部材の表面を平行移動させてつなぎあわせると小曲面W,W’とT,T’を配列した仮想面v,uとなる。したがって部材51の外表面A”’および部材52の外表面B”’はそれぞれ仮想面vと仮想面uを母曲面とするフレンネルレンズ面とみなすことができる。
When the difference between the surface C ″ ′ and the surface D ″ ′ is arranged in the direction in which the small curved surfaces are arranged, the small curved surfaces t and t ′ that are elongated cylindrical surfaces are arranged in the direction in which the virtual surface u changes, or the small curved surfaces w and w The difference is whether 'is arranged in a direction perpendicular to the direction in which the virtual plane v changes, and in which there is no change.
The surface C ″ ′ and the surface D ″ ′ of the member 50 are covered with the member 51 and the member 52, respectively, and when the surface of the member corresponding to each element is translated and joined, the small curved surfaces W, W ′ and T, T ′ The virtual planes v and u are arranged. Accordingly, the outer surface A ″ ′ of the member 51 and the outer surface B ″ ′ of the member 52 can be regarded as a Frennel lens surface having the virtual surface v and the virtual surface u as the mother curved surface, respectively.

屈折率n1’の部材50の表面C”’は屈折率n2’の部材51との屈折率の大小関係で小凹面と小凸面が凸レンズか凹レンズのいずれかになり、小凸レンズと小凹レンズが交互に並んだマイクロレンズアレイ面になる。なお、部材50と部材51は、マイクロレンズアレイ面の小レンズの焦点距離がフレンネルレンズ面の焦点距離にほぼ等しくなるように、屈折率を適切に選定してある。
屈折率n1’の部材50の表面D”’もまた屈折率n3’の部材52との屈折率の大小関係で小凹面と小凸面が凸レンズか凹レンズのいずれかになり、小凸レンズと小凹レンズが交互に並んだマイクロレンズ面になる。なお、部材52は、マイクロレンズアレイ面の小レンズの焦点距離がフレンネルレンズ面の焦点距離にほぼ等しくなるように、部材50の屈折率と対比して屈折率を適切に選定してある。
The surface C ″ ′ of the member 50 having the refractive index n1 ′ has a refractive index relationship with the member 51 having the refractive index n2 ′, and the small concave surface and the small convex surface are either convex lenses or concave lenses, and the small convex lens and the small concave lens are alternately arranged. The members 50 and 51 are appropriately selected in refractive index so that the focal length of the small lens on the microlens array surface is substantially equal to the focal length of the Frennel lens surface. It is.
The surface D ″ ′ of the member 50 having the refractive index n1 ′ also has a refractive index relationship with the member 52 having the refractive index n3 ′, so that the small concave surface and the small convex surface are either convex lenses or concave lenses. The member 52 is arranged in an alternating manner, and the member 52 is compared with the refractive index of the member 50 so that the focal length of the small lens on the microlens array surface is substantially equal to the focal length of the Frennel lens surface. The refractive index is selected appropriately.

表面D”’の小レンズt,t’は曲面上を次々と並べて配列される結果、マイクロレンズアレイのレンズとしての特性が強められる。また表面C”’の個々の小レンズは直線状に並ぶが、個々の小レンズw,w’は配列面vに沿って曲げられるのでマイクロレンズアレイのレンズとしての特性が強められる。   The small lenses t and t ′ on the surface D ″ ′ are arranged side by side on the curved surface, so that the characteristics as a lens of the microlens array are strengthened. The individual small lenses on the surface C ″ ′ are arranged in a straight line. However, since the individual small lenses w and w ′ are bent along the arrangement plane v, the characteristics of the microlens array as a lens are enhanced.

以上の説明から明らかなように小凸レンズt,wと小凹レンズt’,w’とを交互に配列してなるマイクロレンズアレイ面C”’,D”’がフレンネルレンズ面A”’,B”’に沿って配置され、マイクロレンズアレイ面C”’,D”’の個々の小レンズw,w’とt,t’が場所と共に傾き、レンズとしての特性が場所とともに変化する。
その結果、右目と左眼の網膜像にマイクロレンズアレイ面C”’,D”’に基づいて第3の差異が生じ、フレンネルレンズ面A”’,B”’による差異と、マイクロレンズアレイ面C”’,D”’の小凸面t、wと小凹面t’,w’の個々による差異とが重なってより強く立体感を発現する。
また、マイクロレンズアレイ面C”’,D”’はフレンネルレンズ面A”’,B”’と共に滑らかであるため、この曲面レンズ10を通して見える像が急激に歪むことがなく、違和感の少ない見易い像として見ることができる。
As is clear from the above description, microlens array surfaces C ″ ′ and D ″ ′ obtained by alternately arranging small convex lenses t and w and small concave lenses t ′ and w ′ are Frennel lens surfaces A ″ ′ and B ′. The small lenses w, w ′ and t, t ′ of the microlens array surfaces C ″ ′, D ″ ′ are tilted with the location, and the characteristics as the lens change with the location.
As a result, a third difference is generated in the retinal images of the right eye and the left eye based on the microlens array surfaces C ″ ′ and D ″ ′, the difference due to the Frennel lens surfaces A ″ ′ and B ″ ′, and the microlens array. The small convex surfaces t and w of the surfaces C ″ ′ and D ″ ′ overlap with the individual differences between the small concave surfaces t ′ and w ′, and the three-dimensional effect is expressed more strongly.
Further, since the microlens array surfaces C ″ ′ and D ″ ′ are smooth together with the Frennel lens surfaces A ″ ′ and B ″ ′, the image seen through the curved lens 10 is not abruptly distorted, and is easy to see with little discomfort. It can be seen as an image.

さらに、マイクロレンズアレイ面C”’,D”’が固体部材50と51,50と52の相互に接する境界面であるため、空気に接する曲率の大きいフレンネルレンズ面A”’,B”’のレンズ特性とマイクロレンズアレイ面C”’,D”’の小曲面w,w’とt,t’のレンズ特性とを同程度にすることが可能で、フレンネルレンズとマイクロレンズアレイとを別部品とすること無く一体構造の曲面レンズが構成でき、立体感の発現力の強い表示装置が得られる。   Furthermore, since the microlens array surfaces C ″ ′, D ″ ′ are the boundary surfaces that contact the solid members 50, 51, 50, and 52, the Frennel lens surfaces A ″ ′, B ″ ′ having a large curvature in contact with air. And the lens characteristics of the small curved surfaces w, w ′ and t, t ′ of the microlens array surfaces C ″ ′, D ″ ′ can be made comparable. A curved lens having an integral structure can be configured without using a separate part, and a display device having a strong stereoscopic effect can be obtained.

第1から第4の実施の形態において、フレンネルレンズ面は二つとし、この二つのフレンネルレンズ面でマイクロレンズアレイ面を挟む構造として示したが、フレンネルレンズ面は三つでも、それ以上の複数でも良い。複数のフレンネルレンズ面の中から少なくとも二つを選んでマイクロレンズアレイ面を挟む構造として、これに残りのフレンネルレンズ面を組み合わせる形態とすることもできる。フレンネルレンズ面が三つの場合は二つづつの2組に分け、それぞれの組でマイクロレンズアレイ面を挟む構造として、これらを組み合わせて一つの曲面レンズとすることでも良い。その際、一方の組だけマイクロレンズアレイ面を挟み、他方の組を挟まないこともできる。   In the first to fourth embodiments, there are two Frennel lens surfaces, and the microlens array surface is sandwiched between the two Frennel lens surfaces. A plurality of the above may be used. A structure in which at least two of the plurality of Fresnel lens surfaces are selected and the microlens array surface is sandwiched may be combined with the remaining Fresnel lens surfaces. In the case where there are three Frennel lens surfaces, it is possible to divide the lens into two groups each having two groups, and sandwich the microlens array surface between each group, and combine these to form one curved lens. At that time, the microlens array surface can be sandwiched only by one set, and the other set can not be sandwiched.

なお、この第4の実施の形態では、マイクロレンズアレイ面が曲面状に曲がる効果で立体感が強まる。このためフレンネルレンズ面を一つにすることでもき、フレンネルレンズ面とマイクロレンズアレイ面をそれぞれ一つとする構成も実用的になる。   In the fourth embodiment, the three-dimensional effect is enhanced by the effect that the surface of the microlens array is curved. For this reason, a single Flennel lens surface can be used, and a configuration in which the Frennel lens surface and the microlens array surface are one is also practical.

第1から第4の実施の形態において二つのフレンネルレンズ面の組み合わせ方を変えている。曲面の変化が同じ方向で水平方向のもの、垂直方向のもの、また互いに直交して一方が水平方向、他方が垂直方向のものなどである。曲面の変化の方向を一つの方向に限定すれば、レンズ曲面が作り易くなり、また限定した変化の方向を眼の左右方向あるいは眼の上下方向に合わせれば斜めに歪むことが無く違和感が少なくなるなどの利点はあるが、基本的にはレンズ曲面の変化の方向は自由で、この場合も有効面積を拡大することも、立体感を強めることも、さらに歪みの感じ方を低減することもできる。特に、ある特定の方向には曲面が大きく変化し他の方向に変化が少ない場合は、近似的に大きく変化する方向だけを変化方向と見なすと、この方向を眼の左右あるいは上下方向に合わせることで歪みに対する違和感を大幅に低減できる。   In the first to fourth embodiments, the way of combining the two Frennel lens surfaces is changed. The curved surface changes in the same direction and in the horizontal direction, in the vertical direction, and in the orthogonal direction, one is in the horizontal direction and the other is in the vertical direction. Limiting the direction of the curved surface to one direction makes it easier to create a lens curved surface, and if the limited direction of change is aligned with the left-right direction of the eye or the vertical direction of the eye, there is no sense of discomfort without skewing. However, the direction of the lens curved surface can be freely changed. In this case, the effective area can be expanded, the stereoscopic effect can be enhanced, and the distortion can be further reduced. . In particular, if the curved surface changes greatly in one specific direction and changes little in the other direction, if only the direction that changes roughly is considered as the change direction, this direction can be adjusted to the left or right or up and down direction of the eye. Can greatly reduce the sense of discomfort with distortion.

第1から第4の実施の形態において、フレンネルレンズ面はいずれも凸レンズとしたが、凹レンズであっても良い。しかし、表側と裏側のフレンネルレンズ面は共に凸レンズであるか同じ凹レンズで無ければならない。そうでなければ互いに効果を相殺するか、像の縦と横の倍率を大きく変えてしまうなどの弊害をもたらすからである。
また、第1から第4の実施の形態を説明するための各図で、マイクロレンズアレイ面の小凸レンズと小凹レンズはフレンネルレンズ面のエレメントの幅より小さく描いているが、逆に小凸レンズと小凹レンズがエレメントの幅より大きい場合もある。
In the first to fourth embodiments, the Frennel lens surfaces are all convex lenses, but may be concave lenses. However, the front and back Frennel lens surfaces must both be convex lenses or concave lenses. Otherwise, the effects may be offset, or adverse effects such as greatly changing the vertical and horizontal magnification of the image may be brought about.
In each of the drawings for explaining the first to fourth embodiments, the small convex lens and the small concave lens on the microlens array surface are drawn smaller than the width of the element on the Frennel lens surface. In some cases, the small concave lens is larger than the width of the element.

次に、第5の実施の形態について説明する。
第5の実施の形態の表示装置の装置構成は第1の実施の形態の表示装置と同じである。違いは曲面レンズにある。
この第5の実施の形態における曲面レンズもフレンネルレンズ面とマイクロレンズアレイ面とを有する。フレンネルレンズ面のレンズ特性を中央部では大きく周縁部では小さくする事で、周縁部の歪みを低減し、併せてレンズとしての有効面積を拡大する。
第1から第4の実施の形態では、フレンネルレンズ面は全て円筒面としてきた。円筒面および球面のレンズでは全ての場所で曲率あるいは曲率半径は等しい。にもかかわらず、光軸から離れるに従ってレンズとしての特性が強まる。これはレンズ曲面が傾いていることに起因する。このため周縁部において像が大きく歪むことになる。
Next, a fifth embodiment will be described.
The device configuration of the display device of the fifth embodiment is the same as that of the display device of the first embodiment. The difference is in the curved lens.
The curved lens in the fifth embodiment also has a Fresnel lens surface and a microlens array surface. By reducing the lens characteristics of the Frennel lens surface at the central portion and small at the peripheral portion, distortion at the peripheral portion is reduced, and the effective area as a lens is expanded.
In the first to fourth embodiments, all of the Frennel lens surfaces are cylindrical surfaces. For cylindrical and spherical lenses, the curvature or radius of curvature is the same at all locations. Nevertheless, the lens characteristics increase as the distance from the optical axis increases. This is because the lens curved surface is inclined. For this reason, the image is greatly distorted at the peripheral portion.

曲面レンズに正しく対面した充分遠くの1点から曲面レンズに到達する光は近似的に全て光軸に平行とみなすことができる。光軸は凸面では曲面の最も突出した点を、凹面では最も引っ込んだ点を通る。これらの点が頂点である。フレンネルレンズ面に頂点が無い場合は、局面レンズの有効領域の外に光軸があることになる。
凸レンズ面では光軸に平行に進んできた光がレンズ面で屈折し、1点に集まる。また、凹レンズ面では光軸に平行に進んできた光りがレンズ面で屈折し、あたかも1点から放射されるように拡散する。この1点に集まる点あるいは1点から放射される点が焦点で、レンズ曲面からこの焦点までの距離が焦点距離である。なお、焦点はレンズ曲面の両側にある。
レンズの頂点近傍では近似的に焦点の位置および焦点距離を一定とみなせる。この前提の下でレンズの法則が広く周知され、曲率あるいは曲率半径でレンズの特性を記述されるものとしている。
Light that reaches the curved lens from a sufficiently far point that correctly faces the curved lens can be regarded as approximately parallel to the optical axis. The optical axis passes through the most protruding point of the curved surface on the convex surface and the most retracted point on the concave surface. These points are the vertices. When there is no vertex on the surface of the Frennel lens, the optical axis is outside the effective area of the phase lens.
On the convex lens surface, light traveling parallel to the optical axis is refracted by the lens surface and collected at one point. On the concave lens surface, the light traveling parallel to the optical axis is refracted by the lens surface and diffuses as if radiated from one point. The point that gathers at one point or the point that radiates from one point is the focal point, and the distance from the lens curved surface to this focal point is the focal length. The focal points are on both sides of the lens curved surface.
In the vicinity of the apex of the lens, the position of the focal point and the focal length can be regarded as being approximately constant. Under this premise, the lens law is widely known, and the characteristics of the lens are described by the curvature or the radius of curvature.

第1の実施の形態の説明では、この前提の下に周知のレンズの式を適用して近似的に概要を説明した。しかし、表示装置に用いる曲面レンズのフレンネルレンズ面では広がり面が広大であり、場所毎にレンズ面は光軸に対して傾く結果、同じ曲率、同じ曲率半径のレンズ曲面でも場所毎に焦点位置と焦点距離が異なる。しかし場所を限った狭い領域では近似的に一定と見なせる。このような局所的な焦点と焦点距離が局所焦点、局所焦点距離である。この局所焦点距離はレンズ面の曲率半径だけで単純に表すことはできず、レンズ曲面の光軸に対する傾きにも依存する。局所焦点の位置は場所毎に異なり、局所焦点距離も場所毎に異なる。この局所的な部分の像の倍率はこの局所焦点距離を用いて周知のレンズの式を用いて決めることができる。   In the description of the first embodiment, the outline has been approximately described by applying a well-known lens equation under this premise. However, the Frennel lens surface of the curved lens used in the display device has a wide spreading surface, and the lens surface tilts with respect to the optical axis at each location. As a result, even with a lens curved surface with the same curvature and the same radius of curvature, the focal position for each location And focal length are different. However, it can be regarded as approximately constant in a narrow area with limited location. Such local focus and focal length are the local focus and the local focal length. This local focal length cannot be simply expressed by only the radius of curvature of the lens surface, but also depends on the inclination of the lens curved surface with respect to the optical axis. The position of the local focus varies from place to place, and the local focal length also varies from place to place. The magnification of the image of the local portion can be determined using a well-known lens equation using the local focal length.

場所のいかんに関わらず局所焦点距離が一定となるようにフレンネルレンズ面の曲面形状を定めることもできる。このような曲面は断面図で円筒面を表す円弧と比較すると頂点から離れるに従って円弧よりも曲線の変化が少ない形状である。このような曲面は単純な数式で表現はできないが、比較的容易に定めることができる。   The curved surface shape of the Frennel lens surface can also be determined so that the local focal length is constant regardless of the location. Such a curved surface has a shape in which the curve changes less than the arc as it moves away from the apex as compared to an arc representing a cylindrical surface in a sectional view. Such a curved surface cannot be expressed by a simple mathematical expression, but can be determined relatively easily.

曲面レンズの周縁部では、特に斜め方向から見る際に表示画像の最外枠である直線状の線が歪んで見えることの違和感がある。これらの歪みは、フレンネルレンズ面の周縁部の局所焦点距離を中央部の局所焦点距離より大きくすることで立体感の発現力をほとんど損なうことなく、緩和することができる。   At the peripheral edge of the curved lens, there is a sense of incongruity that the straight line that is the outermost frame of the display image looks distorted, especially when viewed from an oblique direction. These distortions can be mitigated by making the local focal length of the peripheral portion of the Frennel lens surface larger than the local focal length of the central portion with almost no loss of stereoscopic effect.

立体感の発現に大きく寄与する曲面レンズの中央部ではレンズ面の湾曲が強く、局所焦点距離は小さいので全体像に大きな立体感が発現する。立体感の発現に寄与の少ない周縁部ではレンズ面の湾曲が弱まり、像の拡大率あるいは縮小率が小さくなるため、像の歪みも少なくなり、斜め方向から見る際に表示画像の最外枠である直線状の線の歪も低減できる。また、フレンネルレンズ面の周縁部では不必要に大きく湾曲することを排除できているので、曲面レンズの有効面積を広くでき、大形の表示装置を実現できる。   At the center of the curved lens that greatly contributes to the appearance of stereoscopic effect, the lens surface is strongly curved and the local focal length is small, so that a large stereoscopic effect appears in the overall image. At the peripheral part that does not contribute to the appearance of stereoscopic effect, the curvature of the lens surface is weakened, and the image enlargement / reduction ratio is reduced, resulting in less image distortion and the outermost frame of the display image when viewed from an oblique direction. The distortion of a certain straight line can also be reduced. Further, since it is possible to eliminate an unnecessary large curvature at the peripheral portion of the Frennel lens surface, the effective area of the curved lens can be widened and a large display device can be realized.

この第5の実施の形態では、フレンネルレンズ面の曲率、すなわち母曲面の曲率が場所により変わる形態を説明した。このようにフレンネルレンズ面の母曲面は一つの曲率の曲面である必要はなく、曲率の異なる2以上の凸面が連なる滑らかな凸面か、または曲率の異なる2以上の凹面が連なる滑らかな凹面であれば良い。   In the fifth embodiment, the form in which the curvature of the Frennel lens surface, that is, the curvature of the generating surface changes depending on the location has been described. As described above, the main curved surface of the Frennel lens surface does not need to be a curved surface having one curvature, and is a smooth convex surface in which two or more convex surfaces having different curvatures are connected, or a smooth concave surface in which two or more concave surfaces having different curvatures are connected. I need it.

第1から第4の実施の形態における表示装置について、曲面レンズ10と表示画像11の位置関係について説明する。曲面レンズ10の焦点距離は曲面レンズ10を構成する各レンズ曲面のレンズとしての特性が加味されて定まる。フレンネルレンズ面は比較的広く、マイクロレンズアレイ面の小凸レンズおよび小凹レンズは比較的小さい、このため場所毎に局所焦点距離が変わる。見える像は当然正立像でなければならないから、曲面レンズ11のレンズ面は表示画像11に対して局所焦点距離よりも近い位置に置く必要がある。また、像の歪みを小さくするためには、曲面レンズをさらに表示画面11に近づけることが必要になる。一方、立体感は曲面レンズを表示画像から離して局所焦点に近づけるほど強くなる。どの位置に置くかは許容できる歪みの程度と発現する立体感の程度の兼ね合いで決まる。しかし、局所焦点の近傍に置くことはあまりにも歪みが大きく実用的でない。   Regarding the display devices in the first to fourth embodiments, the positional relationship between the curved lens 10 and the display image 11 will be described. The focal length of the curved lens 10 is determined in consideration of the characteristics of each lens curved surface constituting the curved lens 10. The Frennel lens surface is relatively wide, and the small convex lens and the small concave lens on the micro lens array surface are relatively small. Therefore, the local focal length varies from place to place. Since the visible image must naturally be an erect image, it is necessary to place the lens surface of the curved lens 11 closer to the display image 11 than the local focal length. In order to reduce image distortion, it is necessary to bring the curved lens closer to the display screen 11. On the other hand, the stereoscopic effect becomes stronger as the curved lens is moved away from the display image and closer to the local focus. The position to be placed is determined by the balance between the degree of allowable distortion and the degree of three-dimensional appearance. However, placing it in the vicinity of the local focus is too impractical and impractical.

本発明は、2次元画像を奥行き感のある立体的な像として表示せしめる表示装置に利用できる。   The present invention can be used in a display device that displays a two-dimensional image as a stereoscopic image with a sense of depth.

本発明の第1の実施の形態における表示装置の斜視図である。1 is a perspective view of a display device according to a first embodiment of the present invention. 第1の実施の形態における曲面レンズの構成を概念的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows notionally the structure of the curved lens in 1st Embodiment. 第1の実施の形態における曲面レンズの構成を概念的に示す水平断面図及び小レンズ面の形状を説明するための図面である。(a)は曲面レンズの水平断面図、(b)は小レンズ面の説明図である。It is drawing for demonstrating the horizontal sectional view which shows the structure of the curved surface lens in 1st Embodiment notionally, and the shape of a small lens surface. (A) is a horizontal sectional view of a curved lens, (b) is an explanatory view of a small lens surface. 第2の実施の形態における曲面レンズの構成を概念的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows notionally the structure of the curved surface lens in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態における曲面レンズの構成を概念的に示す垂直断面図である。It is a vertical sectional view which shows notionally the composition of the curved lens in a 2nd embodiment. 第2の実施の形態における曲面レンズの構成を概念的に示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view which shows notionally the composition of the curved lens in a 2nd embodiment. 第3の実施の形態における曲面レンズの構成を概念的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows notionally the structure of the curved lens in 3rd Embodiment. 第3の実施の形態における曲面レンズの構成を概念的に示す垂直断面図である。It is a vertical sectional view which shows notionally the composition of the curved lens in a 3rd embodiment. 第3の実施の形態における曲面レンズの構成を概念的に示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view which shows notionally the composition of the curved lens in a 3rd embodiment. 第4の実施の形態における曲面レンズの構成を概念的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows notionally the structure of the curved surface lens in 4th Embodiment. 第4の実施の形態における曲面レンズの構成を概念的に示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view which shows notionally the structure of the curved lens in 4th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 曲面レンズ
11 表示画像
12 保持機構
12a 保持機構の背面板
12b 保持機構のアーム
20 曲面レンズを構成する部材
21 曲面レンズを構成する部材
22 部材20と部材21で挟まれた部分
30 曲面レンズを構成する接着剤
40,40’ 曲面レンズを構成する部材
41,41’ 曲面レンズを構成する部材
42 部材40と部材41で挟まれた部分
42’ 部材40’と部材41’で挟まれた部分
43,43’ 接着剤
50 曲面レンズを構成する部材
51 曲面レンズを構成する部材
52 曲面レンズを構成する部材
A,A’,A”,A”’ フレンネルレンズ面(曲面レンズの外表面)
B,B’,B”,B”’ フレンネルレンズ面(曲面レンズの外表面)
C,C’,C”,C”’ マイクロレンズアレイ面(部材の境界面)
D,D’,D”,D”’ マイクロレンズアレイ面(部材の境界面)
a,a’,a”,a”’ フレンネルレンズ面の母曲面
b,b’,b”,b”’ フレンネルレンズ面の母曲面
A1〜A5,A1’〜A14’,A1”〜A4” フレンネルレンズ面を構成するエレメント
a1〜a5,a1’〜a14’,a1”〜a4” フレンネルレンズ面のエレメントに対応する母曲面の要素
B1〜B5,B1’〜B14’,B1”〜B4” フレンネルレンズ面を構成するエレメント
b1〜b5,b1’〜b14’,b1”〜b4” フレンネルレンズ面のエレメントに対応する母曲面の要素
i1〜i4,i1’〜i4’ 小曲面あるいは小レンズ面
j1〜j6,j1’〜j6’ 小曲面あるいは小レンズ面
k1〜k8,k1’〜k8’ 小曲面あるいは小レンズ面
s1,s2,s1’ ,s2’ 小曲面あるいは小レンズ面
t,t’,w,w’ 小曲面あるいは小レンズ面
T,T’,W,W’ 仮想面における小曲面
m 像の倍率
n、n1,n2,n1’〜n3’ 屈折率
f 焦点距離
d 表示画像のレンズ曲面からの距離
r レンズ面の曲率半径
g 母曲面の任意の点
h 母曲面の任意の点gにおける法線
q 曲面レンズの法線
θ 母曲面の任意の点gにおける法線hの特定方向(上下方向)となす角度
e 母曲面の頂点
u,v 小レンズを配列する仮想面
h1,h2 母曲面を切断する切断面の間隔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Curved lens 11 Display image 12 Holding mechanism 12a Back plate 12b of holding mechanism Arm 20 of holding mechanism Member 21 constituting curved lens Member 22 constituting curved lens 22 Part 20 sandwiched between member 20 and member 21 Constructing curved lens Adhesives 40, 40 'Members 41, 41' constituting a curved lens
42 part 42 'sandwiched between member 40 and member 41 parts 43 and 43' sandwiched between member 40 'and member 41' Adhesive 50 member 51 constituting curved lens 51 member constituting curved lens 52 constituting curved lens Members A, A ', A ", A"' Frennel lens surface (outer surface of curved lens)
B, B ', B ", B"' Frennel lens surface (outer surface of curved lens)
C, C ′, C ″, C ″ ′ Micro lens array surface (boundary surface of the member)
D, D ', D ", D"' Microlens array surface (member boundary surface)
a, a ′, a ″, a ″ ′ Generating surfaces b, b ′, b ″, b ″ ′ of the Fresnel lens surface Generating surfaces A1 to A5, A1 ′ to A14 ′, A1 ″ to A4 of the Fresnel lens surface "Elements a1 to a5, a1 'to a14', a1" to a4 "constituting the Fresnel lens surface elements B1 to B5, B1 'to B14', B1" to the base surface corresponding to the elements of the Fresnel lens surface B4 "Elements that make up the Frennel lens surface
b1 to b5, b1 ′ to b14 ′, b1 ″ to b4 ″ elements of the generating surface corresponding to the elements of the Frennel lens surface i1 to i4, i1 ′ to i4 ′ small curved surface or small lens surfaces j1 to j6, j1 ′ to j6 ′ small curved surface or small lens surfaces k1 to k8, k1 ′ to k8 ′ small curved surface or small lens surfaces s1, s2, s1 ′, s2 ′ small curved surface or small lens surfaces t, t ′, w, w ′ small curved surface or Small lens surface T, T ′, W, W ′ Magnification of small curved surface m image on virtual surface
n, n1, n2, n1 ′ to n3 ′ refractive index
f Focal length d Distance from the curved surface of the displayed image r Radius of curvature of the lens surface
g Arbitrary point h of mother curved surface h Normal line at arbitrary point g of mother curved surface q Normal surface of curved lens θ Angle formed by specific direction (vertical direction) of normal h at arbitrary point g of mother curved surface e Vertices u, v Virtual planes h1, h2 on which small lenses are arranged Interval of cut planes that cut the mother curved surface

Claims (15)

単一の滑らかな凸面又は単一の滑らかな凹面を母曲面とする少なくとも2以上のフレンネルレンズ面と、前記2以上のフレンネルレンズ面のうち第1及び第2のフレンネルレンズ面の面積に対して充分小さい面積の小凸レンズと小凹レンズとを交互に配列してなるマイクロレンズアレイ面とを具備する曲面レンズ。   At least two or more Frennel lens surfaces having a single smooth convex surface or a single smooth concave surface as a generating surface, and areas of the first and second Frennel lens surfaces of the two or more Frennel lens surfaces A curved lens having a microlens array surface in which small convex lenses and small concave lenses having a sufficiently small area are alternately arranged. 前記マイクロレンズアレイ面が滑らかである請求項1に記載の曲面レンズ。   The curved lens according to claim 1, wherein the microlens array surface is smooth. 前記マイクロレンズアレイ面が前記第1及び第2のフレンネルレンズ面で挟まれ、屈折率の異なる二つの固体部材の境界面である請求項1又は請求項2に記載の曲面レンズ。   The curved lens according to claim 1, wherein the microlens array surface is a boundary surface between two solid members having different refractive indexes, sandwiched between the first and second Frennel lens surfaces. 前記マイクロレンズアレイ面の焦点距離が前記第1又は/及び第2のフレンネルレンズ面の焦点距離にほぼ等しい請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の曲面レンズ。   4. The curved lens according to claim 1, wherein a focal length of the microlens array surface is substantially equal to a focal length of the first or / and second Fresnel lens surface. 5. 前記の第1のフレンネルレンズ面において母曲面の変化が最大である第1の方向と、前記の第2のフレンネルレンズ面において母曲面の変化が最大である第2の方向とが、ほぼ並行である請求項1乃至請求4のいずれか1項に記載の曲面レンズ。   The first direction in which the change of the generating surface is maximum on the first Frennel lens surface and the second direction in which the change of the generating surface is maximum on the second Frennel lens surface are approximately The curved lens according to any one of claims 1 to 4, wherein the curved lens is parallel. 前記の第1のフレンネルレンズ面において母曲面の変化が最大である第1の方向と、前記の第2のフレンネルレンズ面において母曲面の変化が最大である第2の方向とが、ほぼ直交する請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の曲面レンズ。   The first direction in which the change of the generating surface is maximum in the first Frennel lens surface and the second direction in which the change of the generating surface is maximum in the second Frennel lens surface are approximately The curved lens according to claim 1, which is orthogonal to each other. 前記第1又は第2のフレンネルレンズ面の段差の間隔が不規則に又は/及び前記マイクロレンズアレイ面の前記小凸レンズ若しくは前記小凹レンズのいずれか一方あるいは両方の寸法若しくは位置が不規則に配置されている請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の曲面レンズ。   The interval between the steps of the first or second Frennel lens surface is irregularly arranged and / or the size or position of either the small convex lens or the small concave lens or both of the microlens array surface are irregularly arranged. The curved lens according to any one of claims 1 to 6, wherein the curved lens is formed. 単一の滑らかな凸面又は単一の滑らかな凹面を母曲面とするフレンネルレンズ面と、前記フレンネルレンズ面の面積に対して充分小さい面積の小凸レンズと小凹レンズとを交互に配列してなるマイクロレンズアレイ面とを具備し、前記マイクロレンズアレイ面が屈折率の異なる二つの固体部材の境界面で、前記フレンネルレンズ面の段差に対応する位置に段差を有し、前記フレンネルレンズ面に沿って配置されている曲面レンズ。   A Frennel lens surface having a single smooth convex surface or a single smooth concave surface as a generating surface, and a small convex lens and a small concave lens having an area sufficiently smaller than the area of the Frennel lens surface are alternately arranged. A microlens array surface, and the microlens array surface has a step at a position corresponding to the step of the Frennel lens surface at a boundary surface between two solid members having different refractive indexes, and the Frennel lens A curved lens placed along a surface. 前記マイクロレンズアレイ面を形成する小凸レンズと小凹レンズとがフレンネルレンズ面の段差に対応する位置を除き滑らかに連なる請求項8に記載の曲面レンズ   The curved lens according to claim 8, wherein the small convex lens and the small concave lens forming the micro lens array surface are smoothly connected except for a position corresponding to a step of the Fresnel lens surface. 前記マイクロレンズアレイ面の焦点距離が前記フレンネルレンズ面の焦点距離にほぼ等しい請求項8又は至請求項9に記載の曲面レンズ。   The curved lens according to claim 8 or 9, wherein a focal length of the micro lens array surface is substantially equal to a focal length of the Frennel lens surface. 前記フレンネルレンズ面の段差の間隔が不規則に又は/及び前記マイクロレンズアレイ面の前記小凸レンズ若しくは前記小凹レンズのいずれか一方あるいは両方の寸法若しくは位置が不規則に配置されている請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載の曲面レンズ。   9. The steps of the Fresnel lens surface are irregularly arranged and / or the microlens array surface is irregularly arranged in either one or both of the small convex lens and the small concave lens. The curved lens according to any one of claims 10 to 10. 前記フレンネルレンズ面における法線が特定方向の直線とのなす角度が前記フレンネルレンズ面のいずれの点においても鋭角か鈍角かの一方となる請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の曲面レンズ。   The angle formed by a normal line on the Frennel lens surface and a straight line in a specific direction is either an acute angle or an obtuse angle at any point on the Frennel lens surface. The curved lens described. 単一の滑らかな凸面あるいは単一の滑らかな凹面のいずれかを母曲面とするフレンネルレンズ面と、小凸レンズと小凹レンズとを交互に配列してなり、互いに隣り合う前記小凸レンズと前記小凹レンズとの接合点の一部あるいは全部が両レンズの曲面の接線が一致しない不連続接合の状態にあって、前記小凸レンズと前記小凹レンズの短辺が前記フレンネルレンズ面の短辺の1/500以下であるマイクロレンズアレイ面とを具備する曲面レンズ。   A Frennel lens surface having either a single smooth convex surface or a single smooth concave surface as a generating surface, and small convex lenses and small concave lenses are alternately arranged, and the small convex lens and the small lens adjacent to each other are arranged. A part or all of the junction points with the concave lens are in a discontinuous junction state where the tangents of the curved surfaces of both lenses do not coincide, and the short side of the small convex lens and the small concave lens is one of the short sides of the Frennel lens surface. A curved lens having a microlens array surface of / 500 or less. 前記フレンネルレンズ面の周縁部の局所焦点距離が中央部の局所焦点距離より大きい請求項1乃至請求項13のいずれか1項に記載の曲面レンズ。   The curved lens according to any one of claims 1 to 13, wherein a local focal length of a peripheral portion of the Frennel lens surface is larger than a local focal length of a central portion. 請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の曲面レンズと、前記曲面レンズに対向して配置された2次元表示画像と、前記2次元表示画像と前記曲面レンズとの位置関係を保つ保持機構のうち、少なくとも一方あるいは両方とを具備する表示装置。   The positional relationship between the curved lens according to any one of claims 1 to 14, a two-dimensional display image disposed to face the curved lens, and the two-dimensional display image and the curved lens is maintained. A display device comprising at least one or both of holding mechanisms.
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