JP2006163163A

JP2006163163A - 画像表示装置及び画像表示方法

Info

Publication number: JP2006163163A
Application number: JP2004356935A
Authority: JP
Inventors: Isao Tomizawa; 功富澤; Masaru Ishikawa; 大石川
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】画像表示装置において、マイクロレンズアレイが液晶ディスプレイに表示される平面的な画像を立体的に表示できるものの、世に存在するものは大抵、周辺部より中央部の方が厚みを有することに対して、それを十分に表現できていない。
【解決手段】二次元画像を表示する画像表示面１３ａを備えた液晶ディスプレイ１３と、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａから離間配置され画像表示面１３ａから出射する光を結像させて二次元画像を空間に表示するマイクロレンズアレイ１１とを備えた画像表示装置の液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａ上に、マイクロレンズアレイ１１によって空間に表示される二次元画像が湾曲した立体的二次元画像となるように、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａから出射する光を光学的に補正する光学補正部材１２を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次元画像を空間に浮き出させて結像させることにより、奥行き感を持たせた立体的二次元画像を表示させる画像表示装置及び画像表示方法に関する。

従来、二次元画像を複数のレンズからなるマイクロレンズアレイによって浮き出させて結像することで、簡単な構成で、あたかも立体画像が映し出されているように表示できる画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この画像表示装置は、筐体前面に配設する複数のレンズからなるマイクロレンズアレイと、筐体内に配設する２次元画像を表示する液晶ディスプレイとを備えるものである。この画像表示装置によれば、非常に簡単な構成で、しかも、格段に少ない情報量で臨場感を得ることができた。

特開２００４−４５８３０号公報

しかしながら、上記した従来の画像表示装置は、マイクロレンズアレイが液晶ディスプレイに表示される平面的な画像を立体的に表示できるものの、周辺部より中央部の方が厚みを有するものを十分に表現できていないという問題があった。

すなわち、人の顔、体、動物、缶、瓶、ぬいぐるみなどは周辺部より中央部の方が厚みを有しており、家具、建物、本、機器類などは角があるものの、どちらかといえば中心部の方が厚みを有しており、大抵のものは丸みを帯びている。人間はある程度凹凸がついていれば、心理的に（経験的思い込みで）正しい凹凸がついているように感じる。少なくとも何も凹凸がついていないよりもリアルな凹凸を感じ、例えば缶は円であることを人間は知っているので、多少楕円状になったとしても円だと思い込んでしまう。このようなことから、マイクロレンズアレイで表示する立体的な画像をさらに周辺部よりも中心部の方に厚みを持たせて表示できれば立体感が増し、よりリアルになると言える。

本発明が解決しようとする課題としては、マイクロレンズアレイが液晶ディスプレイに表示される平面的な画像を立体的に表示できるものの、世に存在するものは大抵、周辺部より中央部の方が厚みを有することに対して、それを十分に表現できていないという問題が一例として挙げられる。

請求項１記載の画像表示装置は、二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、前記表示部の画像表示面から離間配置され前記画像表示面から出射する光を結像させて二次元画像を空間に表示する画像伝達パネルと、を備えた画像表示装置であって、前記画像伝達パネルによって空間に表示される二次元画像が湾曲した立体的二次元画像であることを特徴とする。

請求項１２記載の画像表示方法は、表示部の画像表示面に二次元画像を表示し、前記画像表示面から離間配置した画像伝達パネルによって、前記画像表示面から出射する光を結像させて二次元画像を空間に表示する画像表示方法であって、前記画像伝達パネルによって空間に表示される二次元画像が湾曲した立体的二次元画像であることを特徴とする。

以下、本発明に係る画像表示装置及び画像表示方法の好適な実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る画像表示装置を一部破断して示した斜視図である。この図において、本実施の形態による画像表示装置１００は、方形状の筐体１０の前面に複数のレンズからなる画像伝達パネルであるマイクロレンズアレイ１１が配設されるとともに、マイクロレンズアレイ１１から筐体１０の内部に向かって、光学補正部材１２、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）１３が配設される。

光学補正部材１２は、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａ側に密着させた状態で配設されている。光学補正部材１２は、透光性に優れたガラス又は樹脂からなる透明基板の一方の面を凹状の湾曲形状に形成したものである。光学補正部材１２の平面側が液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａに密着するようにして液晶ディスプレイ１３に取り付けられている。

マイクロレンズアレイ１１は、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａから出射し、光学補正部材１２を透過した光を結像させて二次元画像を空間に表示する。図２はマイクロレンズアレイ１１の拡大図である。マイクロレンズアレイ１１は、２次元状に配列された複数のマイクロ凸レンズ１１１からなるマイクロレンズアレイ１１２を含む。マイクロレンズアレイ１１２は、例えば二枚のレンズアレイ半体１１２ａ、１１２ｂを一体化させてなる。各レンズアレイ半体１１２ａ、１１２ｂは、それぞれ透光性に優れたガラス又は樹脂からなる透明基板の両面に複数のマイクロ凸レンズ１１１をアレイ状に配置して当該面上にレンズアレイ面を構成したものである。

一面に形成された各マイクロ凸レンズ１１１ａの光軸は、対向する位置に形成された他面のマイクロ凸レンズ１１１ｂの光軸と同一となるように調整されており、また各レンズアレイ半体１１２ａ、１１２ｂ間で隣り合うマイクロ凸レンズ１１１ｂ、１１１ａ同士の光軸も同一となるように重ね合わされている。なお、本実施の形態では、二枚のレンズアレイ半体１１２ａ、１１２ｂの各々の面（合計四面）の何れの面にもレンズアレイ面が構成されたマイクロレンズアレイ１１２を利用するが、マイクロレンズアレイ１１２の構成としてはこれに限られるものではない。

マイクロレンズアレイ１１は、液晶ディスプレイ１３に対して所定距離（マイクロレンズアレイ１１２の作動距離）だけ離れた位置に配設されている。この実施の形態では筐体１０の前面に取り付けている。逆を言えば、液晶ディスプレイ１３は、マイクロレンズアレイ１１から所定距離（マイクロレンズアレイ１１２の作動距離）だけ離れた位置に配設されている。

マイクロレンズアレイ１１は、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａから出射し、光学補正部材１２を透過した光を液晶ディスプレイ１３と反対側の所定距離だけ離れた空間２０（図３参照）に結像させることにより、液晶ディスプレイ１３に表示された二次元画像を空間２０上に表示する。このとき、空間２０上に表示される画像は、光学補正部材１２によって光学的な補正が加えられて湾曲した立体的二次元画像３０（図３参照）となり、正面の観察者からは、あたかも立体画像が映し出されているように見える。

図４に湾曲していない場合の平面の立体的二次元画像、図５に湾曲している立体的二次元画像の画像例を示す。例えば、表示する画像を図に示すように缶のデザインにする。図４に示すように、湾曲していない場合の平面の立体的二次元画像では、画像は空中に浮いていて、ある程度立体的に見えるもののリアルさという点では表現力に限界がある。一方、図５に示すように、湾曲している立体的二次元画像では、液晶ディスプレイ１３上に表示した画像は光学補正部材１２によって光学的に補正されて湾曲した形になり、その湾曲した形の二次元画像がマイクロレンズアレイ１１によって空間２０上に湾曲した立体的二次元画像３０として表示される。この場合、缶は円であることを人間は知っているので、例えば多少楕円状になったとしても円だと思い込んでしまうので、その効果は絶大なものと言える。人間の顔の場合、鼻が尖がっているとか、眼が窪んでいるとかの、細かい凹凸まで再現できなくても、顔の中心部分（鼻付近）が盛り上がっていれば大きな問題はなく平面の顔よりはリアルさが格段に増す。つまり、表示される立体的二次元画像が平面から曲面になることによって（表示される画像の凹凸形状をある程度再現することによって）、さらに画像が空中に浮いていることとの相乗的な効果で、立体感やリアルさが確実に増し、表現力が大幅に増す。

なお、液晶ディスプレイ１３で表示する画像そのものを奥行き感を持つものとすれば、さらに一層立体的に見えることになる。また、液晶ディスプレイ１３で表示する画像は、湾曲して表示されることを考慮して予め作成されていることが望ましい。

中央部を膨らませるものとして、図７の（ａ）に示すように横方向に中央部を膨らませたタイプ、図７の（ｂ）に示すように横方向にも縦方向にも中央部を膨らませたタイプ、さらに図７の（ｃ）に示すように中央部を膨らませる湾曲具合を変えたタイプなどが考えられるが、必要に応じて最適なものを選択すれば良い。また、表示される映像が限定されたものになってしまうが、映像によっては中央部を凹ましておいた方が良い場合もあり、そのような場合には周辺部より中央部を厚くした光学補正部材を用いれば良い。

このように、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａ上に光学補正部材１２を設けて画像表示面１３ａから出射する光を光学的に補正することで、マイクロレンズアレイ１１によって湾曲した立体的二次元画像３０が映し出され、観察者にはより立体的に見えることになる。

この立体的二次元画像３０は、マイクロレンズアレイ１１の作動距離に応じて定義される空間上の曲面である。マイクロレンズアレイ１１は、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａから光学補正部材１２を透過して入射された画像に対応する光をレンズアレイ半体１１２ａ、１１２ｂから入射させ、内部で一回反転させた後、レンズアレイ半体１１２ａ、１１２ｂから出射させることが望ましい。これにより、マイクロレンズアレイ１１は、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａに表示された二次元画像を空間２０上に正立の立体的二次元画像３０として表示することができる。

なお、マイクロレンズアレイ１１は、レンズアレイ半体１１２ａ、１１２ｂを二枚一組で一体化するものに限らず、一枚で構成してもよく、また二枚以上の複数枚で構成してもよい。但し、このような一枚のマイクロ凸レンズを画像対応光が透過する場合、或いは三枚のマイクロ凸レンズを画像対応光が透過する場合においても、入射させた光を内部で一回反転させた後、出射させるようにして、正立の立体的二次元画像３０として表示させる。

マイクロレンズアレイ１１を、このような構成にすることにより、光を結像させる作動距離が単一ではなく、ある一定の有効な範囲をもつことになるため、曲面の立体的二次元画像を結像させることが可能になる。つまり、曲面の結像面を観察することが可能になる。

この画像表示装置１００では、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａ側に設けた凹状に湾曲した光学補正部材１２によって、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａから出射した二次元画像の光が光学的に補正されて、マイクロレンズアレイ１１によって空間に表示される二次元画像が湾曲した立体的二次元画像となる。

なお、上記各実施の形態では、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａ側に凹状に湾曲した光学補正部材１２を設けて、中央部が膨らんだ立体的二次元画像を表示するようにしたが、図６に示すように、ディスプレイそのものを湾曲形状としても良い。この場合、図６に示すディスプレイ４０ではその画像表示面４０ａ側を凹状としているが、上記各実施の形態と同様に、湾曲形状は必要に応じて最適なものを選択すれば良い。

湾曲させるディスプレイとしては、液晶フィルムディスプレイや有機ＥＬ(Electronic Luminescence)フィルムディスプレイなどのフィルムディスプレイを用いて、それを湾曲状にして固定するようにしても良い。フィルムディスプレイを用いることで、様々な湾曲形状を実現することが可能となる。また、場合によっては静止画でよければ、画像を印刷したフィルムを用いても良い。この場合、動画は表示できないが装置が簡略化されるため、装置のコストダウンや小型化、薄型化などが期待できる。

本発明の画像表示装置は、商業的な宣伝のための表示に利用できるばかりでなく、玩具等の商品としても適用できる。

本実施の形態による画像表示装置１００によれば、二次元画像を表示する画像表示面１３ａを備えた液晶ディスプレイ１３と、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａから離間配置され画像表示面１３ａから出射する光を結像させて二次元画像を空間に表示するマイクロレンズアレイ１１とを備えた画像表示装置１００であって、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａ上に、マイクロレンズアレイ１１によって空間に表示される二次元画像が立体的画像となるように画像表示面１３ａから出射する光を光学的に補正する光学補正部材１２を設けたので、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａに表示した二次元画像をマイクロレンズアレイ１１によって空間上に立体表示するよりも立体感を向上させることができ、世に存在する大抵のもの（周辺部より中央部の方が厚みを有するもの）を十分に表現すること可能となる。

立体感を向上させた結像を得る方式として、光学補正部材１２を設ける以外に、ディスプレイを湾曲形状に形成したり、フィルムディスプレイを用いて、それを湾曲形状に固定したりすることも可能であり、同様の効果を得ることができる。

本実施の形態による画像表示方法によれば、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａに二次元画像を表示し、画像表示面１３ａから離間配置したマイクロレンズアレイ１１によって、画像表示面１３ａから出射する光を結像させて二次元画像を空間に表示する画像表示方法であって、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａ上に設けた光学補正部材１２によってマイクロレンズアレイ１１によって空間に表示される二次元画像が湾曲した立体的二次元画像となるように画像表示面１３ａから出射する光を光学的に補正するので、液晶ディスプレイ１３の画像表示面１３ａに表示した二次元画像をマイクロレンズアレイ１１によって空間上に立体表示するよりも立体感を向上させることができ、世に存在する大抵のもの（周辺部より中央部の方が厚みを有するもの）を十分に表現すること可能となる。

本発明の実施の形態に係る画像表示装置を一部破断して示した斜視図である。図１に示したマイクロレンズアレイの拡大図である。図１に示した液晶ディスプレイと光学補正部材とマイクロレンズアレイと立体的二次元画像を示す図である。湾曲していない平面の場合の立体的二次元画像の一例を示す図である。図１に示すマイクロレンズアレイで空間に映し出される湾曲した立体的二次元画像の一例を示す図である。湾曲したディスプレイとマイクロレンズアレイと立体的二次元画像を示す図である。立体的二次元画像の湾曲形状の一例を示す図である。

符号の説明

１０筐体
１１マイクロレンズアレイ
１２光学補正部材
１３液晶ディスプレイ
１３ａ液晶ディスプレイの画像表示面
２０空間
３０立体的二次元画像
１００画像表示装置

Claims

二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、
前記表示部の画像表示面から離間配置され前記画像表示面から出射する光を結像させて二次元画像を空間に表示する画像伝達パネルと、
を備えた画像表示装置であって、
前記画像伝達パネルによって空間に表示される二次元画像が湾曲した立体的二次元画像であることを特徴とする画像表示装置。
前記立体的二次元画像は、観察者から見て凸状に湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
前記表示部の画像表示面上に、前記画像伝達パネルによって空間に表示される二次元画像が湾曲した立体的二次元画像となるように前記画像表示面から出射する光を光学的に補正する光学補正手段が設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。
前記光学補正手段は、光透過性の部材から成り、該部材の前記表示部の画像表示面側と反対側の面が凹状に湾曲していることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
前記表示部は、その画像表示面側を凹状とした湾曲形状を成すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。
前記表示部は、可撓性を有するフィルムディスプレイを備え、該フィルムディスプレイの形状を湾曲状に固定したことを特徴とする請求項１又は請求項２の記載の画像表示装置。
前記フィルムディスプレイは、液晶フィルムディスプレイであることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
前記フィルムディスプレイは、有機ＥＬフィルムディスプレイであることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
前記フィルムディスプレイは、画像を印刷したフィルムであることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。
前記画像伝達パネルは、光を結像させる作動距離が単一ではなく、範囲をもつことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の画像表示装置。
前記画像伝達パネルが、マイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の画像表示装置。
表示部の画像表示面に二次元画像を表示し、
前記画像表示面から離間配置した画像伝達パネルによって、前記画像表示面から出射する光を結像させて二次元画像を空間に表示する画像表示方法であって、
前記画像伝達パネルによって空間に表示される二次元画像が湾曲した立体的二次元画像であることを特徴とする画像表示方法。
前記表示部の画像表示面上に設けた光学補正手段によって、前記画像伝達パネルによって空間に表示される二次元画像が湾曲した立体的二次元画像となるように前記画像表示面から出射する光を光学的に補正することを特徴とする請求項１２に記載の画像表示方法。
前記表示部を、その画像表示面側を凹状とした湾曲形状にして、前記画像伝達パネルによって空間に表示される二次元画像を湾曲した立体的二次元画像とすることを特徴とする請求項１２に記載の画像表示方法。
前記表示部として可撓性を有するフィルムディスプレイを用い、該フィルムディスプレイの前記画像伝達パネルと対向する側が凹状となるように湾曲状に固定して、前記画像伝達パネルによって空間に表示される二次元画像を湾曲した立体的二次元画像とすることを特徴とする請求項１２に記載の画像表示方法。