JP2015087745A - 画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ユーザーへの視覚負担が少ない自然な画像表示が可能な画像表示装置を提供する

【解決手段】本開示の画像表示装置10aは、2次元に配列された複数の発光エレメント
3を有し、複数の発光エレメント3が、それぞれ複数の発光エレメント3からなる分割領
域に分割されている表示体1aと、表示体1aの表面に近接し、かつ分割領域に対応して
配置され、複数の分割領域の各々に表示された画像を同一像面上で重ねるように実像又は
虚像として結像させることによって表示画像を形成するレンズ2と、を備える。
【選択図】図1

Description

本開示は、画像表示装置に関する。
(1)水晶体の焦点調節、(2)右眼による見え方と左眼による見え方の違いである、
両眼の視差、(3)視線を交差させようとする両眼の動きである、両眼の輻輳等の感覚に
よって、人間は映像を3次元的に認識できる。一般に、ゲーム機、テレビなどに使われる
ディスプレイは2次元の表示面を有する。その表示面に表示される画像は2次元であるが
、上記の(1)から(3)の作用を利用することによって、2次元像を3次元像としてユ
ーザーに認識させることができる。特に、上記の(2)及び(3)の作用を利用したディ
スプレイとして、レンチキュラーレンズを使った方式のディスプレイが商業化されている
図22に示すように、特許文献1には、レンチキュラーレンズを用いた画像表示装置が
開示されている。液晶ディスプレイ等の2次元の発光体21は、多数の画素21Pで構成
されている。画素21Pは、領域21R及び領域21Lの2つの領域に分割されている。
発光体21の表面上には、レンチキュラーレンズ20が画素21Pの一つ一つに対応して
配置されている。
レンチキュラーレンズ20の集光作用により、画素21P内の領域21Rで発光する光
は集光点4Rに結像し、領域21Lで発光する光は集光点4Lに結像する。集光点4R及
び集光点4Lのそれぞれに人間の右目と左目とを位置させ、領域21Rと領域21Lとに
視差を考慮した別々の画像を表示すれば、上記の(2)及び(3)の効果で、画像が3次
元の像として認識される。すなわち、右目には領域21Rで発光する画像のみが感じられ
、左目には領域21Lで発光する画像のみが感じられる。これら2つの画像には、両眼の
視差に相当する視差情報が加えられており、右眼も左眼も発光体21の表面を注視するこ
とで、視線の交差、すなわち両眼の輻輳が生じる。
特開平08−194273号公報
従来の画像表示装置は、さらなる小型化が求められていた。
そこで、本開示の一態様は、小型化が可能な画像表示装置を提供する。
本開示の一態様に係る画像表示装置は、2次元に配列された複数の発光エレメントを有
し、前記複数の発光エレメントが、それぞれ複数の前記発光エレメントからなる分割領域
に分割されている表示体と、前記表示体の表面に近接し、かつ前記分割領域に対応して配
置され、複数の前記分割領域の各々に表示された画像を同一像面上で重ねるように実像又
は虚像として結像させることによって表示画像を形成するレンズとを備える。
上記の画像表示装置は、小型化が可能である。
第1実施形態の画像表示装置の構造と、表示体、レンズ、及び表示画像の位置関係及び光路を模式的に示す断面図 第1実施形態の表示体の発光エレメントの配置を模式的に示す図 図2の発光エレメントの配置へ至る思考過程を説明する図 第1実施形態に係る画像表示装置の各発光エレメントの結像位置を示す図 分割領域に表示された画像、レンズ、及び表示画像の位置関係を示す図 変形例に係る表示体の発光エレメントの配置を模式的に示す図 別の変形例に係る表示体及び従来の表示体を示す断面図 さらに別の変形例に係る表示体を示す断面図 図8の表示体と比較される表示体の断面図 第2実施形態の画像表示装置の構造と、表示体、レンズ、及び表示画像の位置関係及び光路を模式的に示す断面図 第2実施形態の表示体の発光エレメントの配置を模式的に示す図 分割領域に表示された画像、レンズ、及び表示画像の位置関係を示す図 変形例に係る表示体の構造を模式的に示す断面図 別の変形例に係る表示体の発光エレメントの配置を模式的に示す図 さらに別の変形例に係る画像表示装置の、分割領域に表示された画像、レンズ、及び表示画像の位置関係を示す図 第3実施形態の画像表示装置の構造と、表示体、レンズ、及び表示画像の位置関係及び光路を模式的に示す断面図 第3実施形態の表示体の発光エレメントの配置を模式的に示す図 第4実施形態の画像表示装置の構造と、表示体、レンズ、及び表示画像の位置関係及び光路を模式的に示す断面図 第4実施形態の表示体の発光エレメントの配置を模式的に示す図 第5実施形態の画像表示装置の構造と、表示体、レンズ、及び表示画像の位置関係及び光路を模式的に示す断面図 第5実施形態の表示体の発光エレメントの配置を模式的に示す図 従来の画像表示装置の構造及び光路を示す図
特許文献1の画像表示装置によれば、ユーザー4の目のピント、すなわち焦点は、発光
体21の表面に合わせられる。一方、視線の交差点は、立体像の位置にあり、発光体21
の表面からずれている。すなわち、水晶体の焦点が調節される位置と両眼の視差が交差す
る位置とが原理的に一致せず、ユーザーへの視覚負担が大きい。
本開示の第1態様は、2次元に配列された複数の発光エレメントを有し、前記複数の発
光エレメントが、それぞれ複数の前記発光エレメントからなる分割領域に分割されている
表示体と、前記表示体の表面に近接し、かつ前記分割領域に対応して配置され、複数の前
記分割領域の各々に表示された画像を同一像面上で重ねるように実像又は虚像として結像
させることによって表示画像を形成するレンズとを備えた画像表示装置を提供する。
第1態様に係る画像表示装置では、表示体が複数の分割領域に分割されているため、表
示体の大きさに比べて、分割領域の大きさは小さくなる。第1態様に係る画像表示装置で
は、レンズは各分割領域に対応して配置されているので、分割領域の大きさに対応して、
レンズの焦点距離を小さくすることができる。したがって、第1態様によれば、画像表示
装置を小型化することができる。
また、第1態様によれば、水晶体の焦点が調節されることで画像を認識できるので、ユ
ーザーへの視覚負担が少ない自然な画像表示が可能である。第1態様によれば、例えば、
3次元像を認識する際に、従来の方法に比べて、ユーザーへの視覚負担を少なくすること
ができる。
本開示の第2態様は、第1態様に加えて、前記複数の前記分割領域は、それぞれの前記
分割領域に表示された画像が互いに補間されて前記表示画像が形成されるように画像を表
示する、画像表示装置を提供する。
第2態様によれば、複数の分割領域に表示された画像が互いに補間されて表示画像が形
成されるので、高精細な表示画像を得ることができる。
本開示の第3態様は、第2態様に加えて、前記複数の前記分割領域は、それぞれ、前記
表示画像の一部を間引いた画像を表示する、画像表示装置を提供する。
第3態様によれば、複数の分割領域に表示された画像を所定の規則性に応じて補間して
高精細な表示画像を得ることができる。
本開示の第4態様は、第1態様から第3態様のいずれかに加えて、前記表示体は、複数
の前記分割領域からそれぞれ構成された複数の分割領域グループであって、同一の前記分
割領域グループに属する複数の前記分割領域に表示された画像が前記レンズによって同一
像面上に重ねられて前記表示画像が形成される、複数の分割領域グループを有し、前記レ
ンズは、それぞれの前記分割領域グループに対応して配置された複数の個別レンズを有し
、前記表示画像が形成される位置が前記分割領域グループ毎に前記表示体の厚さ方向にお
いて異なるように、前記分割領域グループ毎に前記個別レンズの焦点距離が異なる、又は
、前記分割領域グループ毎に前記個別レンズと前記表示体との距離が異なる、画像表示装
置を提供する。
第4態様によれば、表示体の厚さ方向、すなわち、画像表示装置の前後方向の複数の異
なる位置で、表示画像を形成できる。これにより、ユーザーは、水晶体の焦点が調節され
ることで3次元像を認識できるので、ユーザーへの視覚負担が少ない自然な画像表示が可
能である。第4態様によれば、3次元像を認識する際に、従来の方法に比べて、ユーザー
への視覚負担を少なくすることができる。
本開示の第5態様は、第4態様に加えて、前記個別レンズは、前記分割領域グループ毎
に前記個別レンズによって形成される複数の前記表示画像が前記表示体の厚さ方向に移動
して互いに重なるように配置され、前記複数の前記表示画像を前記表示体の厚さ方向に移
動して互いに重ねたときに重なり合う部分における前記発光エレメントの発光状態が互い
に関連付けられている、画像表示装置を提供する。
第5態様によれば、例えば、複数の表示画像において、前方に位置する表示画像で結像
する発光エレメントが点灯する場合、その発光エレメントの結像の後ろで結像する発光エ
レメントを消灯させることができる。これにより、前方の表示画像が後方の表示画像によ
って視認しづらくなることが防止される。
本開示の第6態様は、第1態様から第5態様のいずれかに加えて、前記表示体は前記複
数の前記分割領域を一部に含む基本領域を有し、前記表示体と前記レンズとの距離をRa
、前記表示画像と前記レンズとの距離をRbとしたときに、Rb/Raは、前記表示画像
の面積が前記基本領域の面積と略同一となるように、定められている、画像表示装置を提
供する。
第6態様によれば、一の表示画像を形成する複数の分割領域が含まれる基本領域の面積
と表示画像の面積とがほぼ一致する。これにより、その基本領域に含まれる複数の分割領
域によって形成される表示画像と、その基本領域に隣接する基本領域に含まれる複数の分
割領域によって形成される表示画像とを接合できる。
本開示の第7態様は、第1態様から第6態様のいずれかに加えて、前記表示体は、前記
分割領域に表示された画像と前記レンズとの間に形成され、電圧が印加されることによっ
て屈折率が変化する液晶層を有する、画像表示装置を提供する。
第7態様によれば、液晶層に電圧を印加して液晶層の屈折率を変化させることによって
分割領域に表示された画像とレンズとの間の光学長を変化させることができる。
本開示の第8態様は、第1態様から第7態様のいずれかに加えて、前記表示体は、色が
異なる複数のカラーフィルターを有し、前記分割領域には同一色のカラーフィルターが配
置されている、画像表示装置を提供する。
第8態様によれば、発光エレメントの光源から斜めに向かって進む光も同一色のカラー
フィルターを通過しやすいので、光の取出し効率が向上する。
本開示の第9態様は、第1態様から第8態様のいずれかに加えて、前記表示体は、前記
表示体の最前面に配置された透明な保護基板を有し、前記分割領域毎に前記保護基板に接
して配置された凸面レンズをさらに備えた、画像表示装置を提供する。
第9態様によれば、本来的に保護基板表面で全反射する発光エレメントの光源からの光
を外部に取り出すことができるので光の取出し効率が向上する。また、分割領域の大きさ
に合せて比較的大きな径を有する凸面レンズが形成されるので、発光エレメントの光源と
凸面レンズとの間で位置整合が取れないことによる不都合が緩和される。
本開示の第10態様は、第1態様から第9態様のいずれかに加えて、前記表示体は、互
いに隣接する2つの前記分割領域の間に前記表示体の厚さ方向に光が透過可能な透明部を
有する、画像表示装置を提供する。
第10態様によれば、ユーザーに表示画像を視認させつつ、表示体のユーザーと反対側
の景色をユーザーに視認させることができる。
本開示の第11態様は、第1態様から第9態様のいずれかに加えて、互いに隣接する2
つの前記分割領域の間に配置されたカメラと、前記カメラの後方に配置された遮光壁と、
をさらに備え、前記複数の前記分割領域は、前記カメラで撮像された画像を前記レンズに
よって前記表示画像として表示するための画像を表示する、画像表示装置を提供する。
第11態様によれば、カメラで撮像された、画像表示装置の前方の画像を、表示画像と
して形成できる。
本開示の第12態様は、2次元に配列された複数の発光エレメントを有し、前記複数の
発光エレメントが、それぞれ複数の前記発光エレメントからなる複数の分割領域に分割さ
れている表示体と、前記表示体の表面に近接し、かつそれぞれの前記分割領域に対応して
配置され、前記分割領域に表示された画像を実像又は虚像として結像させることによって
前記分割領域毎に表示画像を形成するレンズと、を備え、前記表示画像が形成される位置
が前記分割領域毎に前記表示体の厚さ方向において異なるように、前記分割領域毎に前記
レンズの焦点距離が異なる、又は前記分割領域毎に前記レンズと前記表示体との距離が異
なる画像表示装置を提供する。
第12態様によれば、表示体の厚さ方向、すなわち、画像表示装置の前後方向の複数の
異なる位置で、表示画像を形成することができる。
また、第12態様に係る画像表示装置では、表示体が複数の分割領域に分割されている
ため、表示体の大きさに比べて、分割領域の大きさは小さくなる。第12態様に係る画像
表示装置では、レンズは各分割領域に対応して配置されているので、分割領域の大きさに
対応して、レンズの焦点距離を小さくすることができる。したがって、第12態様によれ
ば、画像表示装置を小型化することができる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は
本開示の一例に関するものであり、本開示はこれらによって限定されるものではない。
<第1実施形態>
図1に示すように、第1実施形態に係る画像表示装置10aは、表示体1aと、レンズ
2とを備えている。表示体1aは、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ELディスプレイ
である。図2に示すように、表示体1aは、2次元に配列された複数の発光エレメント3
を有する。本実施形態では、x方向に8個、y方向に8個の発光エレメント3が並んでお
り、合計64個の発光エレメント3が配列されている。合計64個の発光エレメント3の
配列によって基本領域Aが構成される。基本領域Aは、表示体1aの画像を表示する表示
面の一部又は全体である。発光エレメント3は、表示体1aの画素、カラー画素、又は同
一形状のカラー画素の集合体である。なお、添付の図面において、xy平面が表示体1a
の表示面と平行な平面であり、y軸正方向が表示体1a又は画像表示装置10aの上方向
に相当する。また、z軸はxy平面に直交しており、z軸方向は表示体1aの厚み方向又
は画像表示装置10aの前後方向に相当する。z軸正方向が、画像表示装置10aの前方
に相当する。
2次元に配列された複数の発光エレメント3、すなわち基本領域Aは、複数の発光エレ
メント3からなる分割領域A11、分割領域A12、…、分割領域A44に分割されてい
る。各分割領域は、x方向に2個、y方向に2個の合計4個の発光エレメント3からなっ
ている。各分割領域を構成する発光エレメントの数は特に制限されない。基本領域Aは、
x方向に4個、y方向に4個の合計16個の分割領域に分割されている。基本領域Aに含
まれる分割領域の数は、特に制限されない。
16個の分割領域は、発光エレメント3の発光によりそれぞれ個別に画像を表示する。
表示体1aは、複数の分割領域からそれぞれ構成された複数の分割領域グループを有する
。具体的に、表示体1aは、分割領域グループGr1、分割領域グループGr2、分割領
域グループGr3、及び分割領域グループGr4を有する。分割領域グループGr1は、
分割領域A11、分割領域A13、分割領域A31、及び分割領域A33から構成されて
いる。分割領域グループGr2は、分割領域A21、分割領域A23、分割領域A41、
及び分割領域A43から構成されている。分割領域グループGr3は、分割領域A12、
分割領域A14、分割領域A32、及び分割領域A34から構成されている。分割領域グ
ループGr4は、分割領域A22、分割領域A24、分割領域A42、及び分割領域A4
4から構成されている。
レンズ2は、表示体1aの表面に近接し、分割領域に対応して配置されている。レンズ
2は、それぞれの分割領域グループGr1、Gr2、Gr3、Gr4に対応して配置され
た第1の個別レンズ2a、第2の個別レンズ2b、第3の個別レンズ(図示せず)、及び
第4の個別レンズ(図示省略)を含んでいる。第1の個別レンズ2aは、分割領域グルー
プGr1に属する、分割領域A11、分割領域A13、分割領域A31、及び分割領域A
33に対応して配置されている。第2の個別レンズ2bは、分割領域グループGr2に属
する、分割領域A21、分割領域A23、分割領域A41、及び分割領域A43に対応し
て配置されている。第3の個別レンズは、分割領域グループGr3に属する、分割領域A
12、分割領域A14、分割領域A32、及び分割領域A34に対応して配置されている
。第4の個別レンズは、分割領域グループGr4に属する、分割領域A22、分割領域A
24、分割領域A42、及び分割領域A44に対応して配置されている。
第1の個別レンズ2a、第2の個別レンズ2b、第3の個別レンズ及び第4の個別レン
ズは、それぞれ焦点距離が異なっている。第1の個別レンズ2a、第2の個別レンズ2b
、第3の個別レンズ、及び第4の個別レンズの焦点距離は、それぞれ、fa、fb、fc
、又はfdである。各個別レンズと表示体1aとの距離がaとすると、第1の個別レンズ
2a、第2の個別レンズ2b、第3の個別レンズ及び第4の個別レンズは、それぞれ、f
a<a、fb>a、fc>a、及びfd<aの関係を満たしている。第1の個別レンズ2
aは、第1の個別レンズ2aが配置された分割領域、例えば、分割領域A11に表示され
た画像を、第1の個別レンズ2aから、以下の(式1)で定まる距離ba離れた位置に実
像として結像させる。第2の個別レンズ2bは、第2の個別レンズ2bが配置された分割
領域、例えば、分割領域A21に表示された画像を、第2の個別レンズ2bから、以下の
(式2)で定まる距離bb離れた位置に虚像として結像させる。第3の個別レンズは、第
3の個別レンズが配置された分割領域、例えば、分割領域A12に表示された画像を、第
3の個別レンズから、以下の(式3)で定まる距離bc離れた位置に虚像として結像させ
る。第4の個別レンズは、第4の個別レンズが配置された分割領域、例えば、分割領域A
22に表示された画像を、第4の個別レンズから、以下の(式4)で定まる距離bd離れ
た位置に実像として結像させる。
(式1)ba=fa×a/(a−fa)
(式2)bb=fb×a/(fb−a)
(式3)bc=fc×a/(fc−a)
(式4)bd=fd×a/(a−fd)
分割領域グループGr1に属する、分割領域A11、分割領域A13、分割領域A31
、及び分割領域A33に表示された画像はいずれも、第1の個別レンズ2aによって、第
1の個別レンズ2aから表示体1aの前方にbaだけ離れた位置で実像として結像する。
また、第1の個別レンズ2aは、分割領域A11、分割領域A13、分割領域A31、及
び分割領域A33に表示された画像を同一像面上で重ねるように実像として結像させる。
すなわち、第1の個別レンズ2aと、分割領域A11、分割領域A13、分割領域A31
、又は分割領域A33との相対的位置関係は、分割領域A11、分割領域A13、分割領
域A31、及び分割領域A33に表示された画像が第1の個別レンズ2aによって同一像
面上で重なるように定められている。例えば、分割領域A11、分割領域A13、分割領
域A31、及び分割領域A33に表示される画像の位置が第1の個別レンズ2aの中心軸
に対して調整されている。このようにして、第1の個別レンズ2aは、表示画像Daを形
成する。
同様に、第2の個別レンズ2bは、分割領域A21、分割領域A23、分割領域A41
、及び分割領域A43に表示された画像を、同一像面上で重ねるように虚像として結像さ
せることによって表示画像Dbを形成する。第3の個別レンズは、分割領域A12、分割
領域A14、分割領域A32及び分割領域A34に表示された画像を、同一像面上で重ね
るように虚像として結像させることによって表示画像Dcを形成する。第4の個別レンズ
は、分割領域A22、分割領域A24、分割領域A42及び分割領域A44に表示された
画像を、同一像面上で重ねるように実像として結像させることによって表示画像Ddを形
成する。
上記の通り、同一の分割領域グループに属する複数の分割領域に表示された画像がレン
ズによって同一像面上に重ねられて表示画像が形成される。表示画像Da、Db、Dc、
Ddが形成される位置が分割領域グループGr1、Gr2、Gr3、Gr4毎に表示体1
aの厚さ方向(z方向)において異なるように、分割領域グループGr1、Gr2、Gr
3、Gr4毎に、第1の個別レンズ2a、第2の個別レンズ2b、第3の個別レンズ及び
第4の個別レンズの焦点距離fa、fb、fc、fdが異なっている。このため、ユーザ
ー4に対して最前面から、表示画像がDd、Da、Db、及びDcの順番でz軸方向に並
んでいる。その結果、画像表示装置10aは、その前後方向の複数の異なる位置で、表示
画像を形成することができる。
第1の個別レンズ2aによる結像は実像であるので、例えば、分割領域A11に表示さ
れた画像Iaは第1の個別レンズ2aによって反転して結像する。一方、第2の個別レン
ズ2bによる結像は虚像であるので、例えば、分割領域A21に表示された画像Ibは第
2の個別レンズ2bによって反転しないで結像する。このことを考慮して、表示体1aに
おいて画像Iaは予め反転されている。他の分割領域についても、レンズ2による結像が
実像である場合には、予め反転させた画像が、表示体1aに表示されている。図1に示す
例では、表示体1aにおいて、画像Icは予め反転されており、画像Idは反転されてい
ない。図2において、発光エレメント3の中の符号が反転している分割領域では、反転さ
れた画像が表示されている。
図2及び図3を参照して、図2の表示体1aにおける発光エレメント3の配置に至る思
考過程を説明する。図3(a)は、思考過程の起点となる基本領域Aにおける発光エレメ
ント3の配置を示す。基本領域Aは、例えば、y軸負方向に8行(a―h行)、x軸正方
向に8列(1―8列)、の8×8の発光エレメント3のマトリクスとして構成されている
。例えば、図3(a)において、発光エレメント3のマトリクスの左上から4行目かつ6
列目に位置する発光エレメント3は符号d6と表記されている。他の発光エレメント3に
ついても同様である。
基本領域Aは、図3(b)に示すように、中間領域A1、中間領域A2、中間領域A3
、及び中間領域A4の4つの領域に等分される。この際に、x方向及びy方向ともに、一
つ飛びの発光エレメント3が同一の中間領域に集まるように配置変更される。
次に、図3(c)に示すように、中間領域A2及び中間領域A3はそのままで、中間領
域A1及び中間領域A4に含まれる発光エレメント3の配置が、中間領域A1又は中間領
域のA4の中心を軸として反転される。換言すると、中間領域A1及び中間領域A4に含
まれる発光エレメント3は、反転する前の中間領域A1及び中間領域A4をそれらの中心
を通りxy平面に直交する軸を回転中心として180°回転させたように配置変更される
。この反転は、分割領域に表示される画像がレンズ2によって実像として結像される場合
の像の反転を考慮して行われる。
次に、図2に示すように、基本領域Aは16個の分割領域に等分される。この際に、中
間領域A1に含まれる発光エレメント3は、x方向及びy方向ともに1つ飛びの発光エレ
メント3が同一の分割領域に集まるように、分割領域A11、分割領域A13、分割領域
A31、及び分割領域A33に配置される。中間領域A2に含まれる発光エレメント3は
、x方向及びy方向ともに1つ飛びの発光エレメント3が同一の分割領域に集まるように
、分割領域A21、分割領域A23、分割領域A41、及び分割領域A43に配置される
。中間領域A3に含まれる発光エレメント3は、x方向及びy方向ともに1つ飛びの発光
エレメント3が同一の分割領域に集まるように、分割領域A12、分割領域A14、分割
領域A32、及び分割領域A34に配置される。中間領域A4に含まれる発光エレメント
3は、x方向及びy方向ともに1つ飛びの発光エレメント3が同一の分割領域に集まるよ
うに、分割領域A22、分割領域A24、分割領域A42、及び分割領域A44に配置さ
れる。一般化すると、基本領域Aは、mx、myを自然数として、mx×my個の発光エ
レメント3で構成される。さらに、nx、nyをそれぞれmx、myの約数として、基本
領域Aはnx×ny個の分割領域に等分される。図2の例ではmx=my=8、nx=n
y=4である。この際に、同一の分割領域グループに属する分割領域を、例えば、x方向
にmx/nx−1個飛び、y方向にmy/ny−1個飛びに配置する。なお、分割領域の
配置は必ずしもこの配置則に従う必要はない。そのうえで、発光エレメント3は、x方向
にny−1個飛び、y方向にny−1個飛びの発光エレメント3が同一の分割領域に集ま
るように、対応する分割領域に配置される。
上記の様にして、表示体1aの発光エレメント3の配置が定まる。中間領域A1に属す
る発光エレメント3は、分割領域グループGr1に属する発光エレメント3と一致する。
中間領域A2に属する発光エレメント3は、分割領域グループGr2に属する発光エレメ
ント3と一致する。中間領域A3に属する発光エレメント3は、分割領域グループGr3
に属する発光エレメント3と一致する。中間領域A4に属する発光エレメント3は、分割
領域グループGr4に属する発光エレメント3と一致する。
分割領域グループGr1に属する分割領域A11、分割領域A13、分割領域A31、
及び分割領域A33は、これらに表示された画像が互いに補間されて表示画像Daが形成
されるように画像を表示する。例えば、分割領域A11、分割領域A13、分割領域A3
1、及び分割領域A33は、表示画像Daを離散的に間引いた画像を表示する。分割領域
A11、分割領域A13、分割領域A31、及び分割領域A33に表示されたそれぞれの
画像の画質は粗い。しかし、各分割領域に表示された画像が互いに補間されることによっ
て、高精細な画質の表示画像Daが得られる。具体的に、例えば、表示画像Daにおいて
、分割領域A11の隣り合う発光エレメント3による像の間に、他の分割領域A13等の
発光エレメント3の像が割り込むようにして表示画像Daが形成される。他の分割領域グ
ループに属する分割領域に表示された画像も同様にお互いに補間されて表示画像が形成さ
れる。
発光エレメント3を点光源と考え、横軸を像高方向(y方向又はx方向)の位置、縦軸
を光強度とする。この場合、特定の分割領域、例えば、分割領域A11に属する発光エレ
メント3の表示画像における結像は、図4(a)の実線矢印Ia1、Ia2、Ia3、I
a4のように表せる。また、他の分割領域、例えば、分割領域A13、A31、A33に
属する発光エレメント3の表示画像における結像は、図4(b)の破線矢印Ic1、Ic
2、Ic3、Ic4のように表せる。図4(b)に示すように、実線矢印Ia1、Ia2
、Ia3、Ia4の間は、破線矢印Ic1、Ic2、Ic3によって補間される。破線矢
印Ic1、Ic2、Ic3は、実線矢印Ia1、Ia2、Ia3、Ia4の中間又は等分
位置に配置されてもよい。また、実線矢印Ia1、Ia2、Ia3、Ia4の中間又は等
分位置からずれていてもよい。破線矢印Ic1、Ic2、Ic3の位置が実線矢印Ia1
、Ia2、Ia3、Ia4の中間又は等分位置からずれている場合、表示画像Daが周期
的模様であるときにモアレパターンの発生が抑制される。
実際には、発光エレメント3はある程度の大きさを有し、レンズ2の収差も存在するの
で、特定の分割領域に属する発光エレメント3による結像は、図4(c)の実線曲線Ia
5、Ia6、Ia7、Ia8のように表される。また、他の分割領域に属する発光エレメ
ント3の表示画像における結像は、図4(d)の破線曲線Ic5、Ic6、Ic7、Ic
8のように表される。図4(d)に示すように、実線曲線Ia5、Ia6、Ia7、Ia
8の間は、破線曲線Ic5、Ic6、Ic7によって補間されている。これにより、高精
細な画質の表示画像を形成できる。例えば、像点のスポットサイズが、Ic5とIc6と
の間隔である補間間隔に比べて小さい場合、分割領域に表示された画像から表示画像への
補間による解像度の回復を有効に実現できる。この場合、例えば、最大光強度の8割に相
当する光強度が得られるスポットの径が補間間隔より小さくてもよい。また、最大光強度
の8割に相当する光強度が得られるスポットの径が補間間隔より大きい場合でも、モアレ
パターンの発生が抑制される。
表示体1aの画素は、実際には金属マスクによって区切られているうえ、R、G、B等
の単一の発光画素の面積はカラー画素の面積の1/3以下になる。そのため、画素の間を
1つ以上の画素によって補間しても解像度の回復を有効に実現できる。
図5を参照して、分割領域に表示された画像の位置と個別レンズの位置との調整の一例
について説明する。図5(a)は、光軸(z軸)に沿った、第1の個別レンズ2aと、第
1の個別レンズ2aに対応する分割領域A11に表示された画像Iaと、表示画像Daと
の位置関係を模式的に示している。第1の個別レンズ2aと画像Iaとの距離をa、第1
の個別レンズ2aと表示画像Daとの距離をbaとする。第1の個別レンズ2aと画像I
aとの相対的位置関係は、レンズ公式から、画像Iaの中心Iac、第1の個別レンズ2
aの中心2ac、及び表示画像Daの中心Dacが一直線上に並ぶように定められている
図5(b)は、画像Ia側から光軸に沿って見た、分割領域A11に表示された画像I
aと、分割領域A31に表示された画像Ic、分割領域A13に表示された画像Ka、及
び分割領域A33に表示された画像Kcと、第1の個別レンズ2aと、表示画像Daとの
位置関係を模式的に示している。画像Ia及び画像Kcと、第1の個別レンズ2aと、表
示画像Daとを、光軸に沿って画像Ia及び画像Kc側から見たとき、第1の個別レンズ
2aは、画像Iaの中心Iac、第1の個別レンズ2aの中心2ac、表示画像Daの中
心Dac、第1の個別レンズ2aの中心2ac、画像Kcの中心Kccが直線L1上に並
ぶように配置されている。また、画像Ka及び画像Icと、第1の個別レンズ2aと、表
示画像Daとを、光軸に沿って画像Ka及び画像Ic側から見たとき、第1の個別レンズ
2aは、画像Kaの中心Kac、第1の個別レンズ2aの中心2ac、表示画像Daの中
心Dac、第1の個別レンズ2aの中心2ac、画像Icの中心Iccが直線L2上に並
ぶように配置されている。
上下方向(y方向)において、第1の個別レンズ2aの中心2acと表示画像Daの中
心Dacとの距離をh2、画像Iaの中心Iacと表示画像Daの中心Dacとの距離を
h1とすると、以下の(式5)の関係が成立する。画像Ic、画像Ka、及び画像Kcに
ついても同様である。
(式5) h1/h2=(ba+a)/ba
図5(b)に示すように、個別レンズの中心と分割領域に表示された画像の中心をずら
して個別レンズと分割領域との相対的位置を調整することにより、分割領域に表示された
画像による結像の位置を自由に調整できる。これにより、複数の分割領域に表示された画
像を同一像面上で重ねて結像させ、単一の表示画像を形成することができる。
上記の様にして形成された表示画像Da、Db、Dc、Ddは、ユーザー4の目4R、
4Lから見て実際にその位置に結像している画像であり、単眼で見る場合でも(1)水晶
体の焦点調節の条件を満足し、両眼で見る場合はさらに(2)両眼の視差、(3)両眼の
輻輳の条件も満たしている。このため、遠近差が水晶体の焦点調節で行われるので自然に
感じられ、両眼で見る場合でもピントの位置と両眼の視差が交差する位置が一致するので
、ユーザー4への視覚負担が少ない。また、レンズ2の焦点距離は、分割領域のサイズに
対応して小さくできるので、表示体1a及びレンズ2を含めた画像表示装置10aの全体
を薄く、かつ小さくできる。
第1の個別レンズ2a、第2の個別レンズ2b、第3の個別レンズ、及び第4の個別レ
ンズは、表示画像Da、Db、Dc、及びDdが、表示体1aの厚さ方向、すなわちz方
向又はユーザー4の視線方向に平行移動して互いに重なるように、配置することができる
。図1に示す例では、具体的に、ユーザー4から近い順に表示画像Dd、表示画像Da、
表示画像Db、表示画像Dcが、ユーザー4側から見て、x方向及びy方向で重なり合う
ように並んでいる。本実施形態では、表示画像Dd、表示画像Da、表示画像Db、及び
表示画像Dcのそれぞれの中心がこれらをz軸に沿って平行移動したときに互いに重なる
ものとする。
ユーザー4の目の焦点が特定の表示画像に合っているとき、他の表示画像は暈けて気に
ならない。しかし、表示画像同士の距離がユーザー4と表示画像との距離に比べて小さい
ときは、後方の表示画像が前方の表示画像越しに透けて見える可能性がある。このため、
表示画像Da、Db、Dc、及びDdをz方向に平行移動して重ねたときに重なり合う部
分における発光エレメントの発光状態が互いに関連づけられていてもよい。具体的には、
表示画像Ddを形成する発光エレメントd4、d6、f4、f6がユーザー4に視認可能
に点灯している場合、その後方の表示画像Daの発光エレメントc3、c5、e3、e5
はユーザー4が視認できないように消灯していてもよい。このようにすると、ユーザー4
からみて、前方の表示画像越しに後方の表示画像が透けて見えるということがなくなる。
同様に、表示画像Dbにおける対応する発光エレメントd3、d5、f3、f5及び表示
画像Dcにおける対応する発光エレメントc4、c6、e4、e6も消灯していてもよい
。すなわち、その重なり合う部分に対応する発光エレメント3のうち、前方の表示画像を
形成するための発光エレメント3が点灯している場合、後方の表示画像を形成するための
発光エレメント3は消灯していてもよい。
図2に示した発光エレメント3の配置からは、複数の発光エレメント3の結像同士の前
後の位置関係は直接的には分からない。しかし、図3(a)における発光エレメント3の
配置をみれば、例えば、発光エレメントd6の結像のz方向に真後ろで結像する発光エレ
メントc5、d5、c6が発光エレメントd6に隣接していることが分かる。上記の通り
、図3(a)における発光エレメント3の配置から所定のルールの下で図2における発光
エレメント3の配置へ至っているので、このルールを逆にたどることで、特定の発光エレ
メント3の結像のz軸方向に真後ろで結像する発光エレメント3を容易に特定できる。従
って、図3(a)の配置で発光エレメント3の点滅比較を行い、前方で結像する発光エレ
メント3が点灯する場合、真後ろで結像する発光エレメントを消灯するように発光エレメ
ント3の発光を制御してもよい。これにより、前方の表示画像が後方の表示画像によって
視認しづらくなることが防止される。
上記の通り、表示画像Ddと表示画像Daとはz方向に互いに離れている。表示画像D
dを形成する発光エレメントd4、d6、f4、f6の、光軸(z軸)に沿った光強度分
布は、図1に示す曲線Tdのように表される。すなわち、表示画像Ddが結像される位置
で輝点の強度が最大となる。一方、表示画像Daを形成する発光エレメントc3、c5、
e3、e5の光軸(z軸)に沿った光強度分布は、図1に示す曲線Taのように表される
。すなわち、表示画像Daが結像される位置で輝点の強度が最大となる。そこで、これら
の発光エレメントをともに点灯又は点滅させ、その発光量を調整すれば、図1に示す曲線
Tadのように輝点強度のピークは表示画像Daと表示画像Ddとの中間位置にシフトす
る。すなわち、結像位置において前後関係にある発光エレメント3の発光量を調整するこ
とによって、表示画像の結像位置を光軸に沿って連続的に変化させることができる。
図2に示すように、表示体1aは、分割領域A11、分割領域A13、分割領域A31
、及び分割領域A33を一部として含む基本領域Aを有する。換言すると、基本領域Aは
、表示画像Daを形成するための全ての分割領域を含んでいる。表示画像Daの横倍率は
、表示体1aとレンズ2との距離をRa、表示画像Daとレンズ2との距離をRbとする
と、Rb/Raと表される。本実施形態において、Rb/Raは、表示画像Daの面積が
基本領域Aの面積と略同一であるように定められている。具体的に、Rb/Ra=4の関
係が満たされている。一般化すると、基本領域Aから分割領域への分割の指数n(=nx
=ny)に対し、Rb/Ra=nの関係を満たすように、Rb/Raが定められている。
基本領域Aと同一の構成を有する基本領域Eを基本領域Aに隣接するように配置し、基
本領域Eに含まれる複数の分割領域に対応するように基本領域Aと同様にしてレンズ2を
配置する。この場合、基本領域Eに含まれる複数の分割領域に表示された画像がレンズ2
によって、表示画像Daを含む平面と同一の平面で表示画像Eaとして結像される。しか
も、この表示画像Eaは、表示画像Daに連続した像として形成される。例えば、表示体
1aを大画面化し、これを基本領域Aと同一の構成を有する複数の基本領域に区切ったう
えで、それぞれの基本領域に含まれる複数の分割領域に表示された画像をレンズ2によっ
て結像させることにより表示画像を接合できる。これにより、画像表示装置10aは、大
画面に対応した表示画像を形成できる。
<変形例>
本実施形態は、様々な観点から変更することができる。表示体1aにおける発光エレメ
ント3の配置は、例えば、図6に示すように変更されてもよい。すなわち、偶数列目の分
割領域は、奇数列目の分割領域に対しy方向にずらして配置されていてもよい。また、各
列の分割領域がx方向にずらして配置されていてもよい。また、分割領域の形状は、方形
状以外の長方形状、略三角形状、略六角形状等の多角形状、又は略円形状であってもよい
表示画像Da、Db、Dc、Ddが形成される位置が分割領域グループGr1、Gr2
、Gr3、Gr4毎に表示体1aの厚さ方向(z方向)において異なるように、分割領域
グループ毎に、第1の個別レンズ2a、第2の個別レンズ2b、第3の個別レンズ及び第
4の個別レンズと表示体1aとの距離が異なっていてもよい。この場合、第1の個別レン
ズ2a、第2の個別レンズ2b、第3の個別レンズ及び第4の個別レンズの焦点距離は同
一であってもよいし、異なっていてもよい。
ユーザー4側から見て、表示画像Dc、表示画像Da、表示画像Db、及び表示画像D
dがx方向又はy方向で重なり合う限り、表示画像Dc、表示画像Da、表示画像Db、
及び表示画像Ddのそれぞれの中心が、これらをz軸方向に平行移動したときにx方向又
はy方向にずれていてもよい。この場合、特定の発光エレメント3による結像のz方向に
真後ろで結像する発光エレメント3は、上記の発光エレメントの配置のルールに加えて、
前方の表示画像と後方の表示画像のx方向又はy方向のずれ量を考慮することによって特
定すればよい。
表示画像を構成する画像を表示する分割領域を表示体に分散して配置し、分割領域に表
示された画像をレンズの集光作用によって合成して表示画像を形成する限り、中間領域へ
の分割方法、又は分割領域への分割方法は、上記の方法に限られない。また、中間領域又
は分割領域の配置方法も上記の方法に限られない。また、分割領域に表示された画像が表
示画像を離散的に間引いた画像でなくてもよい。このとき、間引きのない同じ画像を各分
割領域に表示し、これをレンズの集光作用によって合成して表示画像を形成することにな
る。この場合、光学的な補間効果はないが、ユーザー4側から見て一部の分割領域からの
表示画像がレンズ鏡筒等に遮られて隠れて見えても、他の分割領域からの表示画像が見え
るので、安定した画角を確保できる。
レンズ2は、単レンズであってもよいが、実際のレンズの設計では、レンズの無収差化
及び色消しが行われてもよい。そこで、レンズ2は、高屈折高分散材料と低屈折低分散材
料を組み合わせた組レンズ、又は非球面レンズであってもよい。高屈折高分散材料として
は、例えば、Schott製光学ガラスSF11が挙げられ、低屈折低分散材料としては
、例えば、Schott製光学ガラスBK7が挙げられる。レンズ2は、一部に回折レン
ズが使用されていてもよい。この場合、例えば、低屈折率、かつ高分散の回折構造付き基
材を、高屈折率、かつ低分散の透明材料で埋めてもよい。これにより、回折効率の光波長
依存性を低減し、かつ高い回折効率を維持することができる。また、x方向及びy方向に
おけるレンズと隣接するレンズとの隙間が小さいほど光の利用効率が高まるので、レンズ
2は、金型で一体成形したアレイ形状を有してもよい。
表示体1aの画素は、例えば、半導体プロセスを適用することによって高い精度で配置
されている。レンズ2を作成するのに金型を使用する場合、個別レンズの位置をサブミク
ロンの精度で管理できる。そこで、個別レンズの位置を所定の位置に対してずらしてレン
ズを設計し作製する。さらに、表示体1aとレンズアレイとして作製されたレンズ2を位
置調整した後、画素の位置を一画素ごとに電気的にずらす操作によって、分割領域に表示
された画像とレンズとの位置調整を簡単に行える。
本実施形態の別の変形例に係る表示体1ahは、色が異なる複数のカラーフィルターを
有し、分割領域には同一色のカラーフィルターが配置されている。具体的に、表示体1a
hは、図7(a)に示すように、発光層12、透明電極層13、接着層14、カラーフィ
ルター15a、カラーフィルター15b、及び保護基板16が積層された構造を有してい
る。カラーフィルター15aとカラーフィルター15bとはそれぞれ異なる色のカラーフ
ィルターである。
表示体1ahは、例えば、有機ELディスプレイである。発光層12には、図2の発光
エレメント3の1行目の配置に対応して、x方向に沿って、発光エレメントg7、発光エ
レメントg3、…、発光エレメントa8が含まれている。このうち、発光エレメントg7
、g3が分割領域A11を構成し、発光エレメントa2、a6が分割領域A12を構成し
、発光エレメントg5、g1が分割領域A13を構成し、発光エレメントa4、a8が分
割領域A14を構成している。分割領域A11には同一色のカラーフィルター15aが配
置され、分割領域A12には別の色のカラーフィルター15bが配置されている。
従来の表示体1awでは、例えば、図7(b)に示すように、発光エレメントに相当す
る画素毎に異なる色のカラーフィルター15a、15bが交互に配列されている。高精細
化に伴って画素の幅wに相当するフィルターの幅が短くなっており、フィルターの幅が数
μmである表示体も存在する。この場合、例えば、発光エレメントa5から発光する光の
うち、保護基板16の表面に対して垂直に発光した光17aは、カラーフィルター15a
、例えば、緑色のカラーフィルターを透過して所定色の光、例えば緑色光として取出され
る。しかし、保護基板16の表面に対して傾いて発光エレメントa5から発光した光17
bは、カラーフィルター15aに隣接する、カラーフィルター15b、例えば、青色のカ
ラーフィルターを透過する。このため、発光エレメントa5から発光した光の一部が吸収
されて減衰する。同様の現象が別の発光エレメントでも生じる。この発光エレメントから
発光した光の減衰は、カラーフィルター15a、15bと発光エレメントの光源との距離
に対する画素の幅の比率が小さいほど、大きくなる。このため、従来の表示体1awは、
発光エレメントから発光された光の取出し効率が低い。
これに対し、表示体1ahでは、複数の発光エレメントからなる分割領域に同一色のカ
ラーフィルター15aが配置されている。分割領域に同一色のカラーフィルターを配置で
きるのは、本実施形態で説明した発光エレメント3の配置方法により、同色の発光エレメ
ントを同一の分割領域に集めることができるからである。このため、例えば、発光エレメ
ントg5から保護基板16の表面に対して傾いて発光した光17bもカラーフィルター1
5a、例えば、緑色のカラーフィルターを透過して所定の色の光、例えば、緑色光として
取出される。他の発光エレメントについても同様に保護基板16の表面に対して傾いて発
光した光が所定の色の光として取出される。従って、変形例に係る表示体1ahは、発光
エレメント3から発光された光の取出し効率が向上している。
さらに別の変形例に係る表示体1aiは、保護基板16を有している。さらに、本変形
例に係る画像表示装置は、凸面レンズ18aを備える。保護基板16は、図8(a)に示
すように、表示体1aiの最前面に配置された透明な基板である。保護基板16は、例え
ば、ガラス基板である。また、凸面レンズ18aは、分割領域毎に保護基板に密着して配
置されている。表示体1aiは、例えば、有機ELディスプレイであり、カラーフィルタ
ーが15a、15bが省略されている点を除き、表示体1ahと同様の構造を有している
。凸面レンズ18aは、保護基板16の表面に垂直な平面に沿った断面の輪郭が円弧状で
あるレンズである。凸面レンズ18aは、分割領域A11、分割領域A12、分割領域A
13、及び分割領域A14毎に配置されている。凸面レンズ18aの屈折率は、保護基板
16の屈折率と同等である。
表示体1aiと比較する表示体1axは、図9(a)に示すように、発光エレメント3
の配置が本実施形態の発光エレメント3の配置の思考過程の起点に相当する図3(a)の
配置である点を除き、表示体1aiと同様の構造を有している。保護基板16の厚さは0
.7mm程度である。例えば、発光層12の画素に相当する発光エレメントa5から発光
する光のうち、保護基板16の表面に垂直に近い角度で発光する成分17cは、保護基板
16の表面を透過して表示体1axの外部に、光17dとして取り出せる。しかし、保護
基板16の表面に対して臨界角を超えて傾いて発光する成分17eは、保護基板16の表
面で全反射し、光17fとなるので、表示体1axの外部に取り出されない。
このため、図9(b)に示すように、保護基板16の表面に発光エレメント3と略同一
の直径の凸レンズ18bを設けて、図9(a)で全反射していた発光エレメントa5から
の光の成分17eを、光17gとして表示体1axの外部に取り出すことが考えられる。
ここで、凸レンズ18bの屈折率は、保護基板16の屈折率と略同一である。この場合、
発光エレメントa5から発光し凸レンズ18bに入射する光17eは取出せるが、保護基
板16の厚みによっては、発光エレメントa5の位置と凸レンズ18bの位置との整合が
取れなくなるおそれがある。このため、図9(b)に示すように、凸レンズ18bによっ
て取り出せる光17gは破線で示すように発光位置が奥まって見え、発光エレメントa5
の画像が暈けてしまう。
そこで、図9(c)に示すように、発光エレメントの位置と凸レンズの位置との整合を
とるために、接着層14を厚くし、凸レンズ18bを接着層14に埋め込む構成が考えら
れる。しかし、接着層14の屈折率と凸レンズ18bの屈折率との差を大きくしようとし
ても、屈折率差を約0.2以上にすることは困難であるので、凸レンズ18bによる屈折
効果は小さい。このため、発光エレメントa5から発光され凸レンズ18bに入射する光
17eは、破線で示す、凸レンズ18bが存在しない場合の光の進路に対し、実線で示す
ようにわずかに屈折するが、保護基板16の表面では全反射し、光17となる。その結果
、光17eは表示体1axの外部に取り出されない。
表示体1aiは、本実施形態で説明した発光エレメント3の配置過程に従って発光エレ
メント3が配置されている。このため、凸面レンズ18aの直径を分割領域の大きさに合
せることができる。すなわち、凸面レンズ18aは、分割領域毎に保護基板16の表面に
密着して配置される。このため、例えば、分割領域A11における発光エレメントg7、
g3から発光した光17aの多くを、凸面レンズ18aを通過させて表示体1aiの外部
へ取出すことができる。取出された光17bは、本実施形態で説明したように、レンズ2
によって、他の分割領域における発光エレメントによる像を補間するように進む。なお、
凸面レンズ18aとレンズ2とは、一体的に構成されていてもよい。
図8(b)に示す表示体1ajのように、発光エレメント3を分割領域の中心に寄せて
配置したうえで、新たに生じた隙間に透明電極13の電気抵抗を下げるための金属グリッ
ド配線19を設けてもよい。これにより、発光エレメントが分割領域の中心に寄るので、
発光エレメント3から発光される光の取出し効率をさらに向上させることができる。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る画像表示装置10bについて説明する。特に説明する場合を
除き、第2実施形態は第1実施形態と同様に構成される。第1実施形態と同一又は対応す
る第2実施形態の構成要素には、第1実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略す
ることがある。第1実施形態に関する説明及びその変形例は、技術的に矛盾しない限り、
本実施形態にも適用されうる。また、第2実施形態に関する変形例は、技術的に矛盾しな
い限り、第1実施形態にも適用されうる。
図10に示すように、画像表示装置10bは、表示体1bと、レンズ2とを備えている
。画像表示装置10bにおいて、表示体1bの発光エレメント3の配置が表示体1aの発
光エレメント3の配置と異なる。具体的に、表示体1bの発光エレメント3は、図11に
示すように配置されている。すなわち、基本領域Aにおいて、全ての分割領域の発光エレ
メント3が反転していない。
表示体1bにおける発光エレメント3の配置に至る思考過程について図3及び図11を
参照して説明する。まず、図3(a)の起点となる基本領域Aが、第1実施形態と同じ要
領で中間領域A1、中間領域A2、中間領域A3、及び中間領域A4の4つの領域に等分
される。次に、図11に示すように、基本領域Aは16個の分割領域に等分される。この
際に、中間領域A1に含まれる発光エレメント3は、x方向及びy方向ともに1つ飛びの
発光エレメント3が同一の分割領域に集まるように、分割領域A11、分割領域A13、
分割領域A31、及び分割領域A33に配置される。中間領域A2に含まれる発光エレメ
ント3は、x方向及びy方向ともに1つ飛びの発光エレメント3が同一の分割領域に集ま
るように、分割領域A21、分割領域A23、分割領域A41、及び分割領域A43に配
置される。中間領域A3に含まれる発光エレメント3は、x方向及びy方向ともに1つ飛
びの発光エレメント3が同一の分割領域に集まるように、分割領域A12、分割領域A1
4、分割領域A32、及び分割領域A34に配置される。中間領域A4に含まれる発光エ
レメント3は、x方向及びy方向ともに1つ飛びの発光エレメント3が同一の分割領域に
集まるように、分割領域A22、分割領域A24、分割領域A42、及び分割領域A44
に配置される。一般化すると、基本領域Aは、mx、myを自然数として、mx×my個
の発光エレメント3で構成される。さらに、nx、nyをそれぞれmx、myの約数とし
て、基本領域Aはnx×ny個の分割領域に等分される。図11の例ではmx=my=8
、nx=ny=4である。この際に、同一の分割領域グループに属する分割領域を、例え
ば、x方向にmx/nx−1個飛び、y方向にmy/ny−1個飛びに配置する。なお、
分割領域の配置は必ずしもこの配置則に従う必要はない。そのうえで、発光エレメント3
は、x方向にny−1個飛び、y方向にny−1個飛びの発光エレメント3が同一の分割
領域に集まるように、対応する分割領域に配置される。このようにして、表示体1bの発
光エレメント3の配置が定まる。
画像表示装置10bは、第1の個別レンズ2aに代えて第5の個別レンズ2eが、第4
の個別レンズに代えて第6の個別レンズ(図示せず)が用いられている点で、画像表示装
置10aと異なる。表示体1bの表面から個別レンズまでの距離がaであるとすると、第
5の個別レンズ2e及び第6の個別レンズの焦点距離はfe、ffは、fe>a、ff>
aの関係を満たす。第5の個別レンズ2eは、第5の個別レンズ2eに対応する分割領域
、例えば、分割領域A11に表示された画像を、第5の個別レンズ2eから、以下の(式
6)で定まる距離be離れた位置に虚像として結像させる。第6の個別レンズは、第6の
個別レンズに対応する分割領域、例えば、分割領域A22に表示された画像を、第6の個
別レンズから、以下の(式7)で定まる距離bf離れた位置に虚像として結像させる。
(式6)be=fe×a/(fe−a)
(式7)bf=ff×a/(ff−a)
第5の個別レンズ2eは、分割領域A11、分割領域A13、分割領域A31、及び分
割領域A33に表示された画像を、同一像面上に虚像として結像させ、これらを重ねるこ
とによって表示画像Deを形成する。なお、表示画像Deは、図10に示すように、表示
画像Dbよりも表示体1bの厚さ方向において後方に位置している。第5の個別レンズ2
eは、ユーザー4から見て、表示画像Deを表示体1bの厚さ方向に平行移動させると表
示画像Dbと重なるように配置されている。表示画像Deは、ユーザー4から見て、表示
画像Dbとx方向及びy方向において重なっている。
第6の個別レンズは、分割領域A12、分割領域A14、分割領域A32、及び分割領
域A34に表示された画像を、同一像面上に虚像として結像させ、これらを重ねることに
よって表示画像Dfを形成する。第6の個別レンズは、ユーザー4から見て、表示画像D
fを表示体1bの厚さ方向に平行移動させると表示画像De及び表示画像Dbと重なるよ
うに配置されている。
分割領域A11に表示された画像Ieは、反転せず、虚像として結像する。分割領域A
11、分割領域A13、分割領域A31、及び分割領域A33のそれぞれに表示された画
像の位置は第5の個別レンズ2eの中心軸に対して調整されている。これにより、表示画
像Deにおいて、分割領域A11の隣り合う発光エレメント3による像の間に、他の分割
領域A13等の発光エレメント3による像が割り込むようにして表示画像Deが形成され
る。分割領域A11、分割領域A13、分割領域A31、及び分割領域A33のそれぞれ
に表示される画像は、例えば、表示画像Deを離散的に間引いた画像である。このため、
分割領域A11、分割領域A13、分割領域A31、及び分割領域A33のそれぞれに表
示される画像は粗い。しかし、これらが補間されるように表示画像Deが形成されるので
、画像表示装置10bは、高精細な画像を表示できる。
表示画像Deは、第1実施形態と同様に、ユーザー4の目4R、4Lから見て実際にそ
の位置に結像している画像であり、単眼で見る場合でも(1)水晶体の焦点調節の条件を
満足し、両眼で見る場合ではさらに(2)両眼の視差、(3)両眼の輻輳の条件も満たし
ている。このため、遠近差が水晶体の焦点調節で行われるので自然に感じられ、両眼で見
る場合でもピントの位置と両眼の視差が交差する位置が一致するので、ユーザー4への視
覚負担が少ない。
図12を参照して、分割領域に表示された画像の位置と個別レンズの位置との調整の一
例について説明する。図12(a)は、光軸(z軸)に沿った、第5の個別レンズ2eと
、第5の個別レンズ2eに対応する分割領域A11に表示された画像Ieと、表示画像D
eとの位置関係を模式的に示している。第5の個別レンズ2eと画像Ieとの距離をa、
第5の個別レンズ2eと表示画像Deとの距離をbeとすると、第5の個別レンズ2eと
画像Ieとの相対的位置関係は、レンズ公式から、第5の個別レンズの中心2ec、画像
Ieの中心Iec、及び表示画像Deの中心Decは一直線上に並ぶように定められてい
る。
図12(b)は、第5の個別レンズ2e側から光軸に沿ってみた、第5の個別レンズ2
eと、分割領域A11に表示された画像Ie、分割領域A31に表示された画像If、分
割領域A13に表示された画像Ke、及び分割領域A33に表示された画像Kfと、表示
画像Deとの位置関係を模式的に示している。第5の個別レンズ2eと、画像Ie及び画
像Kfと、表示画像Deとを第5の個別レンズ2e側から光軸に沿って見たとき、第5の
個別レンズ2eは、第5の個別レンズ2eの中心2ec、画像Ieの中心Iec、表示画
像Deの中心Dec、画像Kfの中心Kfc、第5の個別レンズ2eの中心2ecが直線
L1上に並ぶように配置されている。また、第5の個別レンズ2eと、画像Ke及び画像
Ifと、表示画像Deとを第5の個別レンズ2e側から光軸に沿って見たとき、第5の個
別レンズ2eは、第5の個別レンズ2eの中心2ec、画像Keの中心Kec、表示画像
Deの中心Dec、画像Ifの中心Ifc、第5の個別レンズ2eの中心2ecが直線L
2上に並ぶように、配置されている。
上下方向(y方向)において、画像Ieの中心Iecと表示画像Deの中心Decとの
距離をh1と、第5の個別レンズ2eの中心2ecと表示画像Deの中心Decとの距離
をh2とすると、以下の(式8)の関係が成立する。画像If、画像Ke、及び画像Kf
についても同様である。
(式8)h2/h1=be/(be−a)
図12(b)に示すように、個別レンズの中心と分割領域に表示された画像の中心をず
らして個別レンズと分割領域との相対的位置を調整することにより、分割領域に表示され
た画像による結像の位置を自由に調整できる。これにより、複数の分割領域に表示された
画像を同一像面上で重ねて結像させ、単一の表示画像を形成することができる。
<変形例>
本実施形態は、様々な観点から変更が可能である。表示体1bは、図13に示す、変形
例に係る表示体1bhのように構成されていてもよい。表示体1bhは、分割領域に表示
された画像とレンズ2との間に形成され、透明電極6aで挟まれた液晶層6bを備えてい
る。透明電極6aは、各分割領域に独立して電圧を印加できるように構成されている。(
式6)等に示すように、レンズ2と虚像の形成される位置との距離、例えば、beは距離
aの関数である。距離aが焦点距離、例えば、feに近接した値をとる場合、距離aのわ
ずかな変化で虚像の形成される位置は大きく変動する。表示体1ahの透明電極6aに電
圧を印加して液晶層6bの屈折率を変化させることによって距離aの光学長を変化させる
ことができる。これにより、レンズ2によって形成される虚像の位置を変化させることが
できる。また、表示体1bhの液晶層6bの代わりに、又はこれととともに、レンズの位
置を光軸方向に移動させる圧電素子などのアクチュエータを備えていてもよい。これらに
より、レンズ2によって形成される虚像の位置を変化させることができる。
表示体1bは、図14に示す、別の変形例に係る表示体1biのように発光エレメント
3が配置されていてもよい。本変形例に係る発光エレメント3の配置に至る思考過程につ
いて、図3及び図14を参照して説明する。図3(a)の起点となる基本領域Aから中間
領域A1、A2、A3、A4への分割は本実施形態と同様に行われる。基本領域Aを4×
4個の分割領域に等分する際に、中間領域A1に含まれる発光エレメント3は、x方向及
びy方向ともに1つ飛びの発光エレメント3が同一の分割領域に集まるように、分割領域
A11、分割領域A12、分割領域A21、及び分割領域A22に配置される。中間領域
A2に含まれる発光エレメント3は、x方向及びy方向ともに1つ飛びの発光エレメント
3が同一の分割領域に集まるように、分割領域A31、分割領域A32、分割領域A41
、及び分割領域A42に配置される。中間領域A3に含まれる発光エレメント3は、x方
向及びy方向ともに1つ飛びの発光エレメント3が同一の分割領域に集まるように、分割
領域A13、分割領域A14、分割領域A23、及び分割領域A24に配置される。中間
領域A4に含まれる発光エレメント3は、x方向及びy方向ともに1つ飛びの発光エレメ
ント3が同一の分割領域に集まるように、分割領域A33、分割領域A34、分割領域A
43、及び分割領域A44に配置される。このようにして、図14に示す、本変形例に係
る表示体1biの発光エレメント3の配置に至る。
本変形例において、分割領域グループGr1は、分割領域A11、分割領域A12、分
割領域A21、及び分割領域A22から構成されている。分割領域グループGr2は、分
割領域A31、分割領域A32、分割領域A41、及び分割領域A42から構成されてい
る。分割領域グループGr3は、分割領域A13、分割領域A14、分割領域A23、及
び分割領域A24から構成されている。分割領域グループGr4は、分割領域A33、分
割領域A34、分割領域A43、及び分割領域A44から構成されている。すなわち、同
一の分割領域グループに属する分割領域が隣接している。
第5の個別レンズ2e、第2の個別レンズ2b、第3の個別レンズ、及び第6の個別レ
ンズは、それぞれ、分割領域グループGr1に属する分割領域、分割領域グループGr2
に属する分割領域、分割領域グループGr3に属する分割領域、及び分割領域グループG
r4に属する分割領域に対応して配置されている。本変形例によれば、本実施形態と同様
に、表示画像を形成することができる。
この他、表示画像を構成する画像を表示する分割領域を表示体に分散させて配置し、分
割領域に表示された画像をレンズの集光作用によって合成して表示画像を形成する構成で
あれば、中間領域又は分割領域への分割方法、発光エレメントの配置方法としては、本実
施形態の方法に限られず、他の方法を使用することもできる。
同一の分割領域グループに属する分割領域に対応して配置される個別レンズは、図14
に示す分割領域の配置に対応するように隣接していてもよい。この場合、分割領域に表示
される画像とレンズとの位置関係を変えることによって、虚像の位置を自由に調整できる
また、図15に示すように、一部の分割領域がx方向に1つ飛びで配置され、他の分割
領域がx方向に2つ飛びで配置されたうえで、分割領域に対応するように第5の個別レン
ズ2eが配置されていてもよい。この場合、第5の個別レンズ2eと、画像Keと、表示
画像Deとを第5の個別レンズ2e側から光軸に沿って見たときに、第5の個別レンズ2
eは、第5の個別レンズ2eの中心2ec、画像Keの中心Kec、表示画像Deの中心
Decが直線L3上に並ぶように、配置されている。
<第3実施形態>
次に、第3実施形態に係る画像表示装置10cを説明する。画像表示装置10cは、特
に説明する場合を除き第2実施形態の画像表示装置10bと同様に構成される。図16に
示すように、本実施形態に係る表示体1cは、分割領域の間に表示体1cの厚さ方向に光
が透過可能な透明部5を有する。分割領域A21、分割領域A23、分割領域A41、及
び分割領域A43に対応して、第2の個別レンズ2bが配置されている。しかし、その他
の分割領域に対して個別レンズは配置されていない。また、表示体1cは、例えば、透過
型の透明ディスプレイであり、図17に示すように、分割領域A21、分割領域A23、
分割領域A41、及び分割領域A43において発光体として機能するが、それ以外の領域
では、透明である。
本実施形態では、分割領域A21、分割領域A23、分割領域A41、及び分割領域A
43及び第2の個別レンズ2bによって表示画像Dbを形成できる。また、透明部5を介
して表示体1cの背景、すなわち、表示体のユーザーと反対側の景色を、ユーザーに視認
させることができる。分割領域A21、分割領域A23、分割領域A41、及び分割領域
A43を発光させても、基本領域の面積の3/4に相当する部分が透明なので、表示体1
cの背景、すなわち、表示体1cのユーザーと反対側の景色をユーザーに視認させること
ができる。また、発光可能な分割領域の面積と透明部の面積との比を調整することにより
、表示画像と表示体の背景の光量の比を調整できる。その結果、周囲の景色を見ながら映
像又は文字情報等を重ねて表示できる等、眼鏡型の画像表示装置を構成できる。
表示体1cによって眼鏡型画像表示装置を構成する場合、遠近両用メガネのように、結
像距離の遠い分割領域を眼鏡の上側に、結像位置の近い分割領域を眼鏡の下側に配置する
のが望ましい。特に、表示体1cによって両眼鏡型画像表示装置を構成する場合、結像距
離の遠い分割領域を眼鏡の外側に、結像距離の近い分割領域を内側に配置してもよい。こ
れにより、ピントと両眼の輻輳のミスマッチを低減できる。
<第4実施形態>
次に、第4実施形態に係る画像表示装置10dを説明する。画像表示装置10dは、特
に説明する場合を除き、第2実施形態の画像表示装置10bと同様に構成される。図18
に示すように、画像表示装置10dは、カメラ7と、遮光壁9とを備えている。カメラ7
は、分割領域の間に配置されている。遮光壁9は、カメラ7の後方に配置されている。
図19に示すように、表示体1dは、分割領域A11、分割領域A13、分割領域A3
1、及び分割領域A33に相当する部分に対して第5の個別レンズ2eが配置されておら
ず、その他の分割領域に対応して第2の個別レンズ2b等が配置されている。表示体1d
は、例えば、透過型の透明ディスプレイであり、分割領域A11、分割領域A13、分割
領域A31、及び分割領域A33に相当する部分は透明である。しかし、その他の分割領
域は発光体として機能する。その他の分割領域には発光効率を高めるため、表示体1dの
裏面に反射層6が形成されている。
分割領域A11、分割領域A13、分割領域A31、及び分割領域A33に相当する部
分のいずれかにおいて、表示体1dの後方にカメラ7が配置されている。カメラ7は、表
示体1d越しの景色、例えば、表示体1dの前方にいる人物を撮影する。人の目4R、4
Lは、遮光壁9による暗室効果によりカメラ7の存在を認識できない。例えば、分割領域
A21、分割領域A23、分割領域A41、及び分割領域A43は、カメラ7で撮影され
た画像を第2の個別レンズ2bによって表示画像Dbとして表示するための画像を、表示
する。
人の目4R、4Lは、カメラ7の存在に気付かず、表示画像Dbに対して焦点を合わせ
るので、人の視線は正面を向き、かつ遠くを見る状態、すなわち黒目が内側に寄らない状
態になる。従って、人が鏡を見るときによく似た状況を再現できる。さらに、表示体の厚
さ方向に異なる複数の位置で表示画像を形成できるので、表示画像の位置を簡単に切り替
えることもできる。
<第5実施形態>
次に、第5実施形態に係る画像表示装置10eを説明する。図20に示すように、画像
表示装置10eは、表示体1eと、第1のレンズ2m、第2のレンズ2n、第3のレンズ
(図示せず)、及び第4のレンズ(図示せず)とを備えている。表示体1eは、図21に
示すように、8×8個の発光エレメント3からなる基本領域Aが、図3(b)に示す中間
領域A1、A2、A3、A4の配置に対応するように、それぞれ4×4個の発光エレメン
ト3からなる分割領域B1、分割領域B2、分割領域B3、及び分割領域B4に分割され
ている。
第1のレンズ2m、第2のレンズ2n、第3のレンズ、及び第4のレンズは、表示体1
eの表面に近接して配置されている。また、第1のレンズ2m、第2のレンズ2n、第3
のレンズ、及び第4のレンズは、それぞれ、分割領域B1、分割領域B2、分割領域B3
、又は分割領域B4に対応して配置されている。第1のレンズ2m、第2のレンズ2n、
第3のレンズ、及び第4のレンズは、分割領域B1、B2、B3、B4に表示された画像
を虚像又は実像として結像させることによって分割領域B1、B2、B3、B4毎に表示
画像を形成する。例えば、画像表示装置10eは、分割領域B1に表示された画像Imを
第1のレンズ2mによって虚像として結像させて表示画像Dmを形成する。画像表示装置
10eは、分割領域B2に表示された画像Inを第2のレンズ2nによって虚像として結
像させて表示画像Dnを形成する。
表示画像が形成される位置が分割領域毎に表示体1eの厚さ方向において異なるように
、分割領域B1、B2、B3、B4毎に、第1のレンズ2m、第2のレンズ2n、第3の
レンズ、及び第4のレンズの焦点距離が異なっている。例えば、第1のレンズ2mによっ
て表示画像Dmが、第2のレンズ2nによって表示画像Dnがそれぞれ形成される。これ
により、表示体1eの厚さ方向に異なる位置に複数の表示画像を形成できる。第1のレン
ズ2m及び第2のレンズ2nは、表示画像Dm及び表示画像Dnを表示体1eの厚さ方向
に平行移動したときにこれらの表示画像Dm及び表示画像Dnが互いに重なるように配置
されていてもよい。なお、表示画像が形成される位置が分割領域毎に表示体1eの厚さ方
向において異なるように、分割領域B1、B2、B3、B4毎に、第1のレンズ2m、第
2のレンズ2n、第3のレンズ、及び第4のレンズと表示体1eとの距離が異なっていて
もよい。
本開示の一態様に係る画像表示装置では、表示体が複数の分割領域に分割されているた
め、表示体の大きさに比べて、分割領域の大きさは小さくなる。本開示の一態様に係る画
像表示装置では、レンズは各分割領域に対応して配置されているので、分割領域の大きさ
に対応して、レンズの焦点距離を小さくすることができる。したがって、本開示の一態様
によれば、画像表示装置を小型化することができる。
本開示の画像表示装置は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、または
眼鏡型画像表示装置として有用である。
1a、1ah、1ai、1aj、1ax、1aw、1b、1bh、1bi、1c、1d
、1e 表示体
2 レンズ
2a、2b、2e 個別レンズ
2m 第1のレンズ
2n 第2のレンズ
3 発光エレメント
5 透明部
7 カメラ
9 遮光壁
10a、10b、10c、10d、10e 画像表示装置
15a、15b カラーフィルター
16 保護基板
18a 凸面レンズ

Claims (12)

  1. 2次元に配列された複数の発光エレメントを有し、前記複数の発光エレメントが、それ
    ぞれ複数の前記発光エレメントからなる分割領域に分割されている表示体と、
    前記表示体の表面に近接し、かつ前記分割領域に対応して配置され、複数の前記分割領
    域の各々に表示された画像を同一像面上で重ねるように実像又は虚像として結像させるこ
    とによって表示画像を形成するレンズと、を備えた画像表示装置。
  2. 前記複数の前記分割領域は、それぞれの前記分割領域に表示された画像が互いに補間さ
    れて前記表示画像が形成されるように画像を表示する、請求項1に記載の画像表示装置。
  3. 前記複数の前記分割領域は、それぞれ、前記表示画像の一部を間引いた画像を表示する
    、請求項2に記載の画像表示装置。
  4. 前記表示体は、複数の前記分割領域からそれぞれ構成された複数の分割領域グループで
    あって、同一の前記分割領域グループに属する複数の前記分割領域に表示された画像が前
    記レンズによって同一像面上に重ねられて前記表示画像が形成される、複数の分割領域グ
    ループを有し、
    前記レンズは、それぞれの前記分割領域グループに対応して配置された複数の個別レン
    ズを有し、
    前記表示画像が形成される位置が前記分割領域グループ毎に前記表示体の厚さ方向にお
    いて異なるように、前記分割領域グループ毎に前記個別レンズの焦点距離が異なる、又は
    、前記分割領域グループ毎に前記個別レンズと前記表示体との距離が異なる、請求項1か
    ら3のいずれか1項に記載の画像表示装置。
  5. 前記個別レンズは、前記分割領域グループ毎に前記個別レンズによって形成される複数
    の前記表示画像が前記表示体の厚さ方向に移動して互いに重なるように配置され、
    前記複数の前記表示画像を前記表示体の厚さ方向に移動して互いに重ねたときに重なり
    合う部分に対応する前記発光エレメントの発光状態が互いに関連付けられている、請求項
    4に記載の画像表示装置。
  6. 前記表示体は前記複数の前記分割領域を一部に含む基本領域を有し、
    前記表示体と前記レンズとの距離をRa、前記表示画像と前記レンズとの距離をRbと
    したときに、Rb/Raは、前記表示画像の面積が前記基本領域の面積と略同一となるよ
    うに、定められている、請求項1から5のいずれか1項に記載の画像表示装置。
  7. 前記表示体は、前記分割領域に表示された画像と前記レンズとの間に形成され、電圧が
    印加されることによって屈折率が変化する液晶層を有する、請求項1から6のいずれか1
    項に記載の画像表示装置。
  8. 前記表示体は、色が異なる複数のカラーフィルターを有し、
    前記分割領域には同一色のカラーフィルターが配置されている、請求項1から7のいず
    れか1項に記載の画像表示装置。
  9. 前記表示体は、前記表示体の最前面に配置された透明な保護基板を有し、
    前記分割領域毎に前記保護基板に接して配置された凸面レンズをさらに備えた、請求項
    1から8のいずれか1項に記載の画像表示装置。
  10. 前記表示体は、互いに隣接する2つの前記分割領域の間に、前記表示体の厚さ方向に光
    が透過可能な透明部を有する、請求項1から9のいずれか1項に記載の画像表示装置。
  11. 互いに隣接する2つの前記分割領域の間に配置されたカメラと、
    前記カメラの後方に配置された遮光壁と、をさらに備え、
    前記複数の前記分割領域は、前記カメラで撮像された画像を前記レンズによって前記表
    示画像として表示するための画像を表示する、請求項1から9のいずれか1項に記載の画
    像表示装置。
  12. 2次元に配列された複数の発光エレメントを有し、前記複数の発光エレメントが、それ
    ぞれ複数の前記発光エレメントからなる複数の分割領域に分割されている表示体と、
    前記表示体の表面に近接し、かつそれぞれの前記分割領域に対応して配置され、前記分
    割領域に表示された画像を実像又は虚像として結像させることによって前記分割領域毎に
    表示画像を形成するレンズと、を備え、
    前記表示画像が形成される位置が前記分割領域毎に前記表示体の厚さ方向において異な
    るように、前記分割領域毎に前記レンズの焦点距離が異なる、又は前記分割領域毎に前記
    レンズと前記表示体との距離が異なる、画像表示装置。
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