JP2018077495A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】視域角を広げるとともに、クロストークを低減することが可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】画像表示装置は、第１光線を投射する投射部を備える。また、前記第１光線を偏向して第２光線を出射するための第１の偏向部１０３Ａと、前記第２光線を偏向する第２の偏向部１０３Ｂとを備える。前記第１の偏向部１０３Ａは、前記第１光線が入射する凸状の第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａが第１方向に複数配列する。前記第２の偏向部１０３Ｂは、前記第２光線が入射する凸状の第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂが前記第１方向に複数配列し、その光軸が前記第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａの光軸と前記第２方向に一致するように設けられる。前記第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａの前記第１方向の幅は、前記第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂの前記第１方向の幅よりも大きい。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、画像表示装置に関する。

レンチキュラーレンズを用いて多視差の画像（例えば立体画像）を生成する技術は広く知られているが、画像を正常に観察可能な範囲を示す視域角を拡大することは難しい。例えばレンチキュラーレンズにより画像を形成する光線の屈折角を大きくすることにより視域角を拡大しようとする場合には、収差が大きくなってしまい、意図せぬ方向に光線が偏向されてしまうことで、視差間のクロストークが生じてしまう。

特開２００２−５５３０９号公報

視域角を広げるとともに、クロストークを低減することが可能な画像表示装置を提供する。

実施形態の画像表示装置は、第１光線を投射する投射部を備える。また、前記第１光線を偏向して第２光線を出射するための第１の偏向部と、前記第２光線を偏向する第２の偏向部とを備える。前記第１の偏向部は、前記第１光線が入射する凸状の第１のシリンドリカルレンズが第１方向に複数配列する。前記第２の偏向部は、前記第２光線が入射する凸状の第２のシリンドリカルレンズが前記第１方向に複数配列し、前記第２のシリンドリカルレンズの光軸が前記第１のシリンドリカルレンズの光軸と前記第２方向に一致するように設けられる。前記第１のシリンドリカルレンズの前記第１方向の幅は、前記第２のシリンドリカルレンズの前記第１方向の幅よりも大きい。

第１の実施形態に係る画像表示装置の概略図。 第１の実施形態に係る投影画像を説明する図。 第１の実施形態に係る画像表示部を示す図。 第１の実施形態に係る第１及び第２のレンチキュラーレンズを示す図。 第１の実施形態に係る視域角を説明する図。 第１の実施形態に係る画像表示装置の作用を説明する図。 第１変形例に係る画像表示部を示す図。 第１変形例に係る画像表示装置の作用を説明する図。 第２変形例に係る画像表示部を示す図。 第２変形例に係る画像表示装置の作用を説明する図。 第２変形例に係る画像表示部の比較を示す図。 第２の実施形態に係る画像表示部を示す図。 第２の実施形態に係る第３のレンチキュラーレンズを示す図。 第２の実施形態に係る投影画像を説明する図。 第２の実施形態に係る画像表示装置の作用を説明する図。 第３の実施形態に係る画像表示部を示す図。 第３の実施形態に係る迷光を説明する図。 第３の実施形態に係る画像表示部の変形例を示す図。 第４の実施形態に係る画像表示部を示す図。 第４の実施形態に係る作用を説明する図。 第４の実施形態に係る作用を説明する図。 第４の実施形態に係る画像表示部の変形例を示す図。

以下、実施形態に係る画像表示装置について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係る画像表示装置１００の概略図である。図１（ａ）は、観察者の両眼が描かれて水平視野内（水平面内）の画像表示装置１００を示し、また、図１（ｂ）は、観察者の片眼が描かれて垂直視野内（垂直面内）の画像表示装置１００を示している。なお、ここでの水平及び垂直とは、観察者の両眼を基準とするものであって、必ずしも厳格に定められる水平並びに垂直を意味するものではない。即ち、両眼が配置されている視野及びこの視野に略平行な面を水平面（ｘ−ｙ平面）（第１平面）と定義し、この水平面に略直交する面を垂直面（ｘ−ｚ平面）と定義する。

画像表示装置１００は、画像投射部１０１と、画像表示部１０２を備えている。画像投射部１０１は、ｙ−ｚ平面上に設けられた面状の部材である。この画像投射部１０１は、ｙ軸方向（第１方向）に視差を有する画像（投影画像）を形成する視差画像成分を含む複数の光線（第１光線）をｘ軸方向（第２方向）に投射する。画像表示部１０２は、画像投射部１０１の面に対向させて、ｙ−ｚ平面上に設けられた面状の部材である。この画像表示部１０２は、第１の偏向部１０３Ａと、第２の偏向部１０３Ｂを備えている。第１の偏向部１０３Ａは、第１光線をｘ−ｙ平面内において偏向することで第２光線を得る。第２の偏向部１０３Ｂは、第２光線を更にｘ−ｙ平面内において偏向することで第３光線を得て、この第３光線を画像表示装置１００の前方に設定される観察領域の視差画像成分に応じた方向に投射する。観察者は画像表示部１０２が投射する複数の第３光線を観察領域から観察することで、投影画像を例えば立体視することが可能となる。

ここで、図２は、投影画像を説明する図である。なお、この例に示す投影画像は、４視差を有する画像である。以下の説明では、特に断りのない限りこの投影画像を基に説明する。

投影画像は、ある基準面に配置された多数のカメラで被写体が撮影され、多数のカメラからの複数の視差画像から生成される。また、レンダリングで作成された画像から演算によって複数視点の視差画像が作成され、この視差画像から観察者に立体視させる為の画像が生成されても良い。各々の視差画像は、それぞれ複数（番号i）の視差画像成分に分割される。この視差画像成分は短冊状の画像セグメントであり、同一の番号iが付された視差画像成分を配列した要素画像iをさらに配列することで投影画像が生成される。このように生成された投影画像は複数の画素を有している。

図２の例では、視差数と同数の４つの視差画像、すなわち左用（Ｌ）、中左用（ＣＬ）、中右用（ＣＲ）、右用（Ｒ）の画像を用いる。なお、左、中左、中右、右の位置関係は、例えばカメラで撮影する場合には、撮影する際の位置関係に対応するものである。各視差画像はそれぞれ４つの視差画像成分、すなわちＬ１〜Ｌ４、ＣＬ１〜ＣＬ４、ＣＲ１〜ＣＲ４、Ｒ１〜Ｒ４に分割される。Ｌ１、ＣＬ１、ＣＲ１、Ｒ１が視差画像の位置関係を保持して配列することで要素画像１が得られる。同様にして、Ｌ２、ＣＬ２、ＣＲ２、Ｒ２から要素画像２が、Ｌ３、ＣＬ３、ＣＲ３、Ｒ３から要素画像３が、Ｌ４、ＣＬ４、ＣＲ４、Ｒ４から要素画像４が得られる。ここで、位置関係を保持するとは、視差画像成分が得られる元の視差画像が左用ならばこの視差画像成分は要素画像の中で左に位置し、同様に視差画像が中左用、中右用、右用ならば、視差画像成分は要素画像の中でそれぞれ中左、中右、右に位置することを言う。これら要素画像１〜要素画像４が番号の順に配列されて投影画像が形成される。

図１に示す画像投射部１０１は、光源１０１Ａと光変調部１０１Ｂを備えている。

光源１０１Ａは、例えばＬＤ（レーザダイオード：Laser Diode）等の発光素子が面状に複数配列され、光変調部１０１Ｂに対して複数の光線(ビーム)を出射する面発光装置である。光変調部１０１Ｂに対して出射する光線は、ビームの広がり角度が小さい指向性の高いものが好ましい。低消費電力の観点から、ＬＥＤや有機ＥＬ及びＬＤを用いることが好ましい。さらに色再現性、ビームの小径化、ビームの出射角度および幅などの調整による視差生成の容易さの観点からはＬＤが好ましい。

光変調部１０１Ｂは、光源１０１から受け取る光線の色を変調することにより、画像（投影画像）が有する画素に対応した光線を生成する。投影画像として、この光変調部１０１Ｂから出射される複数の光線には、前述のように複数の視差画像成分が含まれている。光変調部１０１Ｂは、例えば、ＳＬＭ（空間光変調器）であり、フラットパネルタイプの液晶表示パネル（ＬＣＯＳ等）を用いることができる。

なお、画像投射部１０１としては、例えばハロゲンランプ等の光源１０１Ａと、例えばＬＣＯＳ等の光変調部１０１Ｂを有するプロジェクタを用いることもできる。

図３は、図１における画像表示部１０２を示す図である。図３（ａ）は、観察者の両眼が描かれて水平視野内（水平面内）の画像表示部１０２を示し、また、図３（ｂ）は、観察者の片眼が描かれて垂直視野内（垂直面内）の画像表示部１０２を示している。

画像表示部１０２は、第１の偏向部（第１のレンチキュラーレンズ）１０３Ａ、第２の偏向部（第２のレンチキュラーレンズ）１０３Ｂを備えている。また、光源１０１ＡとしてＬＤを用いる場合には、拡散部１０４を備えている。これらは例えば枠（図示せず）に設けることにより、相対的な位置関係を維持して固定することができる。また、安定に固定するために、必要に応じて第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａと第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの間に透明板１０５を備えてもよい。

第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａは、正の屈折力を有する凸面を有し、画像投射部１０１により投射された光線（第１光線）を屈折することにより、水平面（ｘ−ｙ平面）内においてｙ軸方向に偏向する。すなわち、第１光線をZ軸周り正または負の回転方向に回転することで偏向する。なお、ここでの回転とは、第１光線の単位ベクトルのｘ軸成分及びｙ軸成分のｙ軸方向の正または負が変わらない範囲での回転とする。これにより、画像（投射画像）に含まれる視差画像成分を分離する。この偏向された光は第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂに対して出射される。ここで、図４（a）に示す第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａは、ｚ軸方向（第３方向）に母線（図中二点鎖線）を有する、すなわち垂直方向に細長い複数の凸状の第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａがｙ軸方向に配列されたシート状の部材である。この第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａのピッチ（ｙ軸方向の幅）は、投影画像に含まれる要素画像のピッチ（視差画像成分の配列方向の幅）と同程度である。

第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂは、正の屈折力を有する凸面を有し、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａにより投射された光線（第２光線）をさらに屈折することにより、水平面（ｘ−ｙ平面）内において光線を第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａが第１光線を偏向したｙ軸方向と同一の方向にさらに偏向する。これにより、拡散部１０４に対して視差画像成分に応じた角度で光線（第３光線）を出射する。ここで、視差画像成分に応じた角度は、観察者に観察させたい（意図する）画像を予め決定することで、これに基づいて事前に設定することができる。

図４（b）に示す第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂは、ｚ軸方向に母線（図中二点鎖線）を有する複数の凸状の第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂがｙ軸方向に配列されたシート状の部材である。第２のレンチキュラーレンズ１０３は、第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂの光軸（図中一点鎖線）を対向する第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａの光軸に一致させて設けられている。また、凸状の入射面が第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａの焦点位置（図３中×印）よりも第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａの側（後方）に設けられている。この第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂのピッチ（ｙ軸方向の幅）は、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａのピッチ（ｙ軸方向の幅）と同程度である。

図５は、第１の視域角θ１及び第２の視域角θ２を説明する図である。

ここで、視域角とは、観察領域において観察者が投影画像を立体視することができる範囲（範囲を示す角度）である。ここでの視域角は、水平面において、レンチキュラーレンズの光軸を中心として互いに平行な２本の光線がレンチキュラーレンズに入射することで偏向され、この偏向された２つの光線が成す角度（＜１８０°）と定義される。

図５（a）に示すように、第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂがないと仮定した場合に、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａの第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａの光軸から距離ｄだけ離れた平行な２本の光線Ａ及び光線Ｂが第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａに入射し、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａにより光軸との成す角φ１（＜９０°）に屈折された光線Ａ’及び光線Ｂ’が焦点位置において成す角度θ１（＜１８０°）を第１の視域角と定義する。

また、図５（b）に示すように、上記の光線Ａ’及び光線Ｂ’が、さらに第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂに入射し、第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂにより光軸との成す角φ２（φ１＜φ２＜９０°）に屈折された光線Ａ’’及び光線Ｂ’’が成す角度θ２（θ１＜θ２＜１８０°）と定義する。

拡散部１０４は、第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂより投射された光線を垂直方向に拡散する。拡散部１０４は、光線を垂直方向へ拡散させ、かつ水平方向への拡散を抑えるために、例えばプラスチックを材質とする異方性拡散板を用いることが好ましい。視差画像を拡散部１０４に表示させることで、観察者は、観察領域において拡散部１０４の前方或いは背面側に立体画像を認識することができる。なお、光源１０３ＡとしてＬＤ以外の例えばＬＥＤ等を用いる場合において、散部１０４を備えない場合には、観察者は観察領域において第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂが出射する光線を直接観察することにより、第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの前方或いは背面側に立体画像を認識することができる。

以下、図６を参照して、第１の実施形態に係る画像表示装置１００の作用について説明する。図６において、投射される投射画像は、視差画像成分Ｌ１，ＣＬ１，ＣＲ１，Ｒ１，Ｌ２，ＣＬ２，・・・,ＣＲ４，Ｒ４の順序で配列されたセグメントのパターンで示されている。

各々のセグメントからは、視差画像成分を有する光線が第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａに対して投射されている。なお、図６には、投射される光線のうち第１のレンチキュラーレンズの光軸に対して平行な光線のみを図示している。図６に示すように、１つの要素画像に相当する４つの視差画像成分に対して１つの第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａが対応している。すなわち、視差画像成分を有する光線は、要素画像毎に異なる第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａに対して入射される。

第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａに入射された光線は、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａが有する正の屈折力により、光軸に向かう方向（内側）に屈折される。すなわち、視差画像成分Ｌ１〜Ｌ４、ＣＬ１〜ＣＬ４を有する光線は、観察者から見て左、中左の方向に屈折され、視差画像成分ＣＲ１〜ＣＲ４、Ｒ１〜Ｒ４を有する光線は、観察者から見て中右、右の方向に屈折される。このとき、光線は視差画像成分毎に異なる角度で第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａから出射されるために、複数の視差画像成分を異なる方向に分離することができる。第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａから出射された光線は、透明板１０５を通過して、要素画像毎に異なる第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂに入射される。

第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂに入射された光線は、第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂが有する正の屈折力により、光軸に向かう方向（内側）に更に屈折される。すなわち、視差画像成分Ｌ１〜Ｌ４、ＣＬ１〜ＣＬ４を有する光線は、観察者から見て左、中左の方向に更に屈折され、視差画像成分ＣＲ１〜ＣＲ４、Ｒ１〜Ｒ４を有する光線は、観察者から見て中右、右の方向に更に屈折される。これにより、視差画像成分を有する光線は、視差画像成分に応じた方向に出射される。このように、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａにより分離された視差画像成分を有する光線は、前述の視域角を広げる方向に偏向される。

第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂから出射された光線は、拡散部１０４により垂直方向に拡散されて、観察領域に投射される。観察領域において、観察者は視差画像成分を有するこの光線が成す画像を観察することで立体視が可能となる。

ここで、例えば、単一のレンチキュラーレンズを用いて、視域角を広げるためにシリンドリカルレンズによる屈折角を大きくすることを想定する。このとき、収差が大きくなってしまうので、事前に定められる角度とは異なる角度で視差画像成分を含む光線が出射されることになり、視差画像成分が充分に分離されずにクロストークが発生することが考えられる。

したがって、本実施形態に係る画像表示装置１００によれば、２つのレンチキュラーレンズ（第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａ及び第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂ）を用いて、段階的（２段階）に光線を屈折させることにより、視域角を広げるとともに、クロストークを低減することが可能となる。

なお、以上の説明では、水平視野内のみで視差（水平視差）を与える画像表示装置の実施形態について説明している。しかしながら、水平視野内のみならず垂直視野内においても、垂直視差を与えることができる。この場合には、投射画像には、水平並びに垂直視野内で視差を与える視差画像が画像投射部１０１から投射され、レンズが２次元に配列されたレンズアレイを有する第１の偏向部１０３１Ａ、第２の偏向部１０３１Ｂにより、投射画像に含まれる水平視差及び垂直視差を与える視差画像が分離される。

また、画像投射部１０１としては、光偏調部１０１Ｂの代わりに、視差画像成分が直接印刷された印刷部（印刷画像）１０１Ｃを備えるものであってもよい。なお、この場合には、周囲からの光の反射光を用いることができるために、光源１０１Ａは必要に応じて設ければ良い。この場合には、印刷部１０１Ｃからの光が十分に拡散されているので、拡散部１０４は備えなくともよい。

また、投射画像としては、必ずしも両眼視差による立体視を導入する必要はなく、両目に同じ映像が届く程度の低密度の視差配置であっても、運動視差により、良好な立体感が得られる。更に、立体感を得ることを目的とせずに、見る位置に応じて全く異なる映像を表示させることで、例えば、画面を右から見る人と左から見る人に別々の情報を与える、といった応用も可能である。
（第１変形例）
図３に示す画像表示部１０２においては、第２の偏向部（第２のレンチキュラーレンズ）１０３Ｂが凸状の第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂを有するものを例に説明したが、これに限定されない。

図７は、第１変形例に係る画像表示部１０２を示す図である。図７に示す画像表示部１０２では、第２のレンチキュラーレンズ１０３が凸状の第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ａの代わりに、凹状の第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ａを有している。

第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂは、負の屈折力を有する凹面を有し、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａにより投射された光線を屈折することにより、水平面（ｘ−ｙ平面）内において光線を偏向する。これにより、拡散部１０４に対して視差画像成分に応じた角度で光を出射する。ここで、第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂは、垂直方向に母線を有する複数の凹状の第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂが水平方向に配列されたシート状の部材である。第２のレンチキュラーレンズ１０３は、第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂの光軸（図中一点鎖線）を対向する第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａの光軸に一致させて設けられている。また、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａに対して、凹状の入射面が第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａの焦点位置（図中×印）よりも遠くに設けられている。この第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂのピッチ（ｙ軸方向の幅）は、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａのピッチ（ｙ軸方向の幅）と同程度である。

図８は、第１変形例に係る画像表示装置１００の作用を説明する図である。このように、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａにより分離された視差画像成分を有する光線は、第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂが有する負の屈折力により視域角を広げる方向に偏向される。

なお、第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂのピッチ（ｙ軸方向の幅）は、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａのピッチ（ｙ軸方向の幅）よりも大きくすることもできる。これにより、画面周辺における光線を画面の中央に向けて偏向させることができる。

（第２変形例）
図３に示す画像表示部１０２においては、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａのピッチ（ｙ軸方向の幅）と、第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂのピッチ（ｙ軸方向の幅）が同程度であることを例に説明したが、これに限定されない。

図９は、第２変形例に係る画像表示部１０２を示す図である。図９（a）に示す画像表示部１０２では、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａのピッチ（ｙ軸方向の幅）が、第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂのピッチ（ｙ軸方向の幅）よりも大きい。また、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａの中心軸（図中破線）と第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの中心軸（図中破線）を一致させて設けられている。このとき、中心軸から離れるに従い、対向する第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａと第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂの光軸のｙ軸方向のずれ量は大きくなっていくが、最端に位置する第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａ及び第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂの光軸のずれ量δが第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａのピッチの１／２以下であることが好ましい。

図１０は、第２変形例に係る画像表示装置１００の作用を説明する図である。また、図１１は、図３に示す画像表示部１０２と本変形例に係る画像表示部１０２の比較を示した図である。なお、図１１（a）は、第１の実施形態に係る画像表示部１０２を示し、また図１１（b）は本変形例に係る画像表示部１０２を示している。

図１０に示すように、この画像表示装置１００の作用は、基本的には図６と同様である。しかしながら、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａのピッチと第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂのピッチを前述のように異ならせているため、図１１に示すように、中心軸から離れるに従い、２本の光線で囲まれる視域が中心軸を向く方向（内側）にシフトされる。

また、図７に示す画像表示部１０２についても、図９（b）に示すように第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂのピッチ（ｙ軸方向の幅）は、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａのピッチ（ｙ軸方向の幅）よりも大きくすることもできる。これにより、画面周辺における光線を画面の中央に向けて偏向させることができる。

本変形例に係る画像表示装置１００によれば、例えば最端のシリンドリカルレンズにより屈折された後の光線であって、観察者に届かない光線の量を低減させることができる。したがって、観察領域において観察者が立体視可能な範囲を拡大することが可能となる。

なお、ここでは第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａと第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの中心軸を一致させているが、これに限定されるものではない。すなわち、画像表示装置に対して意図的に観察領域を左右にシフトさせる際などには、合わせて中心軸もｙ軸方向にシフトさせることができる。

（第２の実施形態）
図１２は、第２の実施形態に係る画像表示部１０２を示す図である。画像表示部１０２は、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａと第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの間に第３の偏向部（第３のレンチキュラーレンズ）１０３Ｃを有している。なお、第１の実施形態に係る画像表示装置１００と同様の構成については説明を省略する。

第３のレンチキュラーレンズ１０３Ｃは、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａの焦点位置に設けられている。図１３に示す第３のレンチキュラーレンズ１０３Ｃは、第１のシリンドリカルレンズ１０３Ａの母線（垂直方向）と所定の角度φ（ここではφ＝４５°）で交わる方向（第４方向）に母線を有する複数の凸状の第３のシリンドリカルレンズ１０３１Ｃが母線に対して直交する方向（第５方向）に配列されたシート状の部材である。このとき、第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂは、第３のレンチキュラーレンズ１０３Ｃに対して、第３のレンチキュラーレンズ１０３Ｃの焦点距離の２倍離れた位置に設けられる。

図１４は、投影画像を説明する図である。なお、この例に示す投影画像は、１６視差を有する画像である。

図１４の例では、視差数と同数の１６つの視差画像、すなわち左用（Ｌ）、中左１〜７用（ＣＬ１１〜ＣＬ１７）、中右１〜７用（ＣＲ１１〜ＣＲ１７）、右用（Ｒ）の画像を用いる。各視差画像はそれぞれ４つの視差画像成分、すなわちＬ１〜Ｌ４、ＣＬ１１〜ＣＬ１４、ＣＬ２１〜ＣＬ２４、ＣＬ３１〜ＣＬ３４、ＣＬ４１〜ＣＬ４４、ＣＬ５１〜ＣＬ５４、ＣＬ６１〜ＣＬ６４、ＣＬ７１〜ＣＬ７４、ＣＲ１１〜ＣＲ１４、ＣＲ２１〜ＣＲ２４、ＣＲ３１〜ＣＲ３４、ＣＲ４１〜ＣＲ４４、ＣＲ５１〜ＣＲ５４、ＣＲ６１〜ＣＲ６４、ＣＲ７１〜ＣＲ７４、Ｒ１〜Ｒ４に分割される。視差画像成分Ｌ１、ＣＬ１１、ＣＬ２１、ＣＬ３１、ＣＬ４１、ＣＬ５１、ＣＬ６１、ＣＬ７１、ＣＲ１１、ＣＲ２１、ＣＲ３１、ＣＲ４１、ＣＲ５１、ＣＲ６１、ＣＲ７１、Ｒ１が４×４のマトリクス状に配列することで要素画像１が得られる。同様に、要素画像２〜４が得られる。これら要素画像１〜要素画像４が番号の順に配列されて正方形の投影画像が形成される。

図１５は、第２の実施形態に係る画像表示装置２００の作用を説明する図である。

第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａに入射された光線は、視差画像成分毎に異なる角度で第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａから出射され、複数の視差画像成分を異なる方向に分離することができる（a）。第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａから出射された光線は、要素画像毎に異なる第３のシリンドリカルレンズ１０３１Ｃに入射される。

第３のシリンドリカルレンズ１０３１Ｃに入射された光線は、要素画像の視差画像成分の各行（ｙ軸方向）がそれぞれ異なる方向に偏向されることで、ｘ軸方向に１行（段差を有する）の列となって第３のシリンドリカルレンズ１０３１Ｃから出射される（b）。第３のシリンドリカルレンズ１０３１Ｃから出射された光線は、要素画像毎に異なる第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂに入射される。

第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂに入射された光線は、第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂが有する正の屈折力により、光軸に向かう方向（内側）に更に屈折される（c）。このように、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａ及び第３のシリンドリカルレンズ１０３１Ｃにより分離された視差画像成分を有する光線は、前述の視域角を広げる方向に偏向される。

第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂから出射された光線は、拡散部１０４により垂直方向に拡散されて、観察領域に投射される。観察領域において、観察者は視差画像成分を有するこの光線が成す画像を観察することで立体視が可能となる。

本実施形態に係る画像表示装置２００によれば、例えば第１のレンチキュラーレンズ、第２のレンチキュラーレンズの各シリンドリカルレンズのピッチが一定の場合であっても、水平及び垂直方向に視差画像成分を配列することができるので、同一の画素ピッチのままで視差数を増加させることができる。これにより、観察領域において観察者はより広い視域において滑らかな立体視が可能となる。

なお、第３のシリンドリカルレンズ１０３１Ｃの母線の角度φは、φ＝４５°に限定されるものではなく、投影画像の水平方向のピッチＷ、垂直方向のピッチＨとした場合に、φ＝atan（Ｗ／Ｈ）とすることができる。このときには、第２のレンチキュラーレンズ１０３１Ｃは、第３のレンチキュラーレンズ１０３Ｃの焦点距離ｆとした場合、第３のレンチキュラーレンズ１０３Ｃから距離ｄ＝ｆ×（1＋1／tan2φ）の位置に設けられる。

また、第３の偏向部１０３Ｃは、第３のシリンドリカルレンズ１０３１Ｃの代わりに、各レンズ部分が平面を有する斜めプリズムを有するシート状の部材であってもよい。

また、以上の説明は、第１の実施形態の画像表示装置１００に基づいて説明を行ったが、第１の実施形態の画像表示装置１００の各変形例に基づいてもよいことは言うまでもない。

（第３の実施形態）
図１６は、第３の実施形態に係る画像表示部１０２を示す図である。画像表示部１０２は、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａと第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの間に遮光部１０６を有している。なお、第１の実施形態に係る画像表示装置１００と同様の構成については説明を省略する。

図１７は、迷光を説明する図である。本来、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａが偏向した光線は、対向する第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂ（対向レンズと呼ぶ）に入射されることが好ましい。しかしながら、光線の一部は、図１７に示すように、対向レンズに入射することなく、対向レンズに隣接する第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂ（隣接レンズ）に入射される。このような光線は迷光となって、意図せぬ方向に偏向されることにより、結果的にクロストークを生じることになる。

遮光部１０６は、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａが偏向した光線（第２光線）であって、この第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａと隣接する第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａに対向する第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂに入射される光線（迷光）を遮る部材である。

図１６の例では、遮光部１０６は、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａの凹部と第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの凹部の間に挟まれて設けられた例えばステンレスを材質とするワイヤなど円柱形状の部材である。これにより、迷光を遮光することはもちろん、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａ及び第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂを安定的に固定することができる。また、例えば透明板や接着剤等を用いずに固定することで、遮光部１０６以外の部分は空隙にすることができるので、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａと空隙との間に屈折率の差を大きく保つことができ、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａから出射した光線をより大きな角度で偏向することができる。

また、図１８（a）に示すように、遮光部１０６は、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａの凹部と第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの凹部の間に挟まれて設けられた、例えば銅を材質とする薄膜など、角柱形状の部材であってもよい。また、図１８（b）に示すように、遮光部１０６は、第１のレンチキュラーレンズ１０３Aと第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの間に設けられ、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａの凹部と第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの凹部を結ぶ線上に遮光パターンを有するシート状の部材であってもよい。遮光パターンとは、透明な平板上に黒色の縞状パターンを印刷することなどによって作成できる。

なお、以上の説明は、第１の実施形態の画像表示装置１００に基づいて説明を行ったが、第１の実施形態の画像表示装置１００の各変形例に基づいてもよいことは言うまでもない。

（第４の実施形態）
図１９は、第四の実施形態に係る画像表示部１０２を示す図である。画像表示部１０２は、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａと第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの間に屈折部１０７を有している。なお、第１の実施形態に係る画像表示装置１００と同様の構成については説明を省略する。

前述の通り、本来、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａが偏向した光線は、対向する第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂ（対向レンズと呼ぶ）に入射されることが好ましい。しかしながら、光線の一部は、図１７に示すように、対向レンズに入射することなく、対向レンズに隣接する第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂ（隣接レンズ）に入射される。このような光線は迷光となって、意図せぬ方向に偏向されることにより、結果的にクロストークを生じることになる。

屈折部１０７は、第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａが偏向した光線（第２光線）であって、この第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａと隣接する第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａに対向する第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂに入射される光線（迷光）を水平面（ｘ−ｙ平面）内において屈折する部材である。屈折部１０７は、隣り合う第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａの境界（第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａの凹部の頂点）と、隣り合う第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂの境界（第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの凹部の頂点）とを結んだ線上に設けられる。また、屈折部１０７は表面に曲面を有しており、この曲率半径は第１のシリンドリカルレンズ１０３１Ａ及び第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂの曲率半径と比較して十分に小さい方が好ましい。

この例では、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａの凹部と第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの凹部の間に挟まれて設けられた可視光を透過する透明な円柱形状の部材である。すなわち、屈折部１０７としては、例えばガラスやＰＭＭＡ等のプラスチックを用いることができる。

この屈折部１０７により屈折された光線（迷光）は、さらに第２のシリンドリカルレンズ１０３１Ｂにより水平面（ｘ−ｙ平面）内において屈折されることで、観察者に届く迷光の強度を、本来観察者に届くべき光線の強度に対して十分小さいレベルまで落とすことができる。これにより、視差間のクロストークを低減することができる。

図２０は、本実施形態に係る作用を説明する図であり、光線（迷光）の経路の模式図を示している。なお、図２０において、破線の矢印は屈折部１０７がない場合の光線の行路を示し、実線の矢印は屈折部１０７がある場合の光線の行路を示している。図２０に示すように、屈折部１０７がない場合には、第１レンチキュラーレンズ１０３Ａから空気中に射出する光線（迷光）は、空気中を直進して第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂに入射する。一方、屈折部１０７がある場合には、第１レンチキュラーレンズ１０３Ａから空気中に射出する光線（迷光）は、屈折部１０７により屈折された後に第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂに入射する。この場合、屈折部１０７がない場合に比べて、屈折部１０７がある場合の光線（迷光）のほうが、水平面（ｘ−ｙ平面）内においてより大きな角度で屈折する。また、屈折部１０７の表面において、一部の光線は反射、または拡散する。このように、屈折部１０７がある場合には、屈折部１０７がない場合に比べて観察者に届く光線（迷光）の強度を低減することができる。

図２１は、本実施形態に係る作用を説明する図であり、光量分布の計算結果の一例を示している。横軸はｙ軸方向の位置を示し、縦軸はｙ軸方向の各位置における光線の光量を示している。なお、図２１（a）は、屈折部１０７なし、図２１（b）は屈折部１０７ありの場合における計算結果を示している。それぞれの図において、点線で囲まれた部分に現れている光量のピークが、このｙ軸方向の位置において迷光成分が存在していることを表している。すなわち、この領域では、２種類の分布が重なってしまい、正しい画像に加えて、誤った角度の画像が重なって見えることになる。図２１により、屈折部１０７ありの場合（図２１(b)）では、屈折部１０７なしの場合（図２１(a)）と比べて、迷光の強度を低減することができていることがわかる。

本実施形態によれば、迷光の強度を低減することで視差間のクロストークを低減することができる。このとき、第２の実施形態の遮光部１０６により迷光を遮光するのに比べて、本実施形態では透明な屈折部１０７を用いているので、より印刷画像を照らす光量及び観察者に届く光量を多くすることができるので、観察者はより明るい投影画像を観察することができる。また、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａの凹部と第２のレンチキュラーレンズ１０３Ｂの凹部の間に屈折部１０７を設けることで、両レンチキュラーレンズ１０３Ａ及び１０３Ｂの位置合わせを容易にすることができ、また両レンチキュラーレンズ１０３Ａ及び１０３Ｂを安定的に固定することができる。また、例えば透明板や接着剤等を用いずに固定することで、遮光部１０６以外の部分は空隙にすることができるので、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａと空隙との間に屈折率の差を大きく保つことができ、第１のレンチキュラーレンズ１０３Ａから出射した光線をより大きな角度で偏向することができる。

なお、屈折部１０７に、例えば紫外線で励起するような蛍光体を添加することにより、照明光に含まれる紫外光（例えば、波長200nm-400nm）を吸収して可視光（例えば、波長400nm-800nm）を放射して、更に印刷画像を照らす光量を増やすことができる。また、屈折部１０７は照明光を伝える導波路として使用することも考えられる。例えば屈折部１０７の端からＬＥＤ等の光を投入し、屈折部１０７の印刷画像側に欠陥等を設けておくことにより、導波してきた光を印刷画像側に散乱させ照らすことも可能である。

図２２は、第四の実施形態に係る画像表示部１０２の変形例を示す図である。図２２の屈折部１０７は、第２の偏向部１０３Ｂと一体に成形されている。一体成型された屈折部１０７は、突起部の先端が曲面を有しているのが望ましく、この曲面および壁面で迷光成分を屈折、もしくは内部反射させる。突起部の壁面は、垂直ではなくテーパがついていても良く、成型する際には製造性が良くなるため、テーパがついている方が望ましい。これにより、画像表示装置１００の製造が容易になる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態の画像表示装置によれば、視域角を広げるとともに、クロストークを低減することが可能となる。

これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００、２００、３００・・・画像表示装置
１０１・・・画像投射部
１０１Ａ・・・光源
１０１Ｂ・・・光変調部
１０２・・・画像表示部
１０３Ａ・・・第１の偏向部
１０３１Ａ・・・第１のシリンドリカルレンズ
１０３Ｂ・・・第２の偏向部
１０３１Ｂ・・・第２のシリンドリカルレンズ
１０３Ｃ・・・第３の偏向部
１０３１Ｃ・・・第３のシリンドリカルレンズ
１０４・・・拡散部
１０５・・・透明板
１０６・・・遮光部
１０７・・・屈折部

Claims (9)

1. 第１方向に視差を有する画像を形成するための第１光線を前記第１方向に交差する第２方向に投射する投射部と、
   前記第１光線を偏向して第２光線を出射するための第１の偏向部と、
   前記第２光線を偏向する第２の偏向部と、
   を備え、
   前記第１の偏向部は、前記第１光線が入射する凸状の第１のシリンドリカルレンズが前記第１方向に複数配列し、
   前記第２の偏向部は、前記第２光線が入射する凸状の第２のシリンドリカルレンズが前記第１方向に複数配列し、前記第２のシリンドリカルレンズの光軸が前記第１のシリンドリカルレンズの光軸と前記第２方向に一致するように設けられ、
   前記第１のシリンドリカルレンズの前記第１方向の幅が、前記第２のシリンドリカルレンズの前記第１方向の幅よりも大きい、
   画像表示装置。
2. 第１方向に視差を有する画像を形成するための第１光線を前記第１方向に交差する第２方向に投射する投射部と、
   前記第１光線を偏向して第２光線を出射するための第１の偏向部と、
   前記第２光線を偏向する第２の偏向部と、
   を備え、
   前記第１の偏向部は、前記第１光線が入射する凸状の第１のシリンドリカルレンズが前記第１方向に複数配列し、
   前記第２の偏向部は、前記第２光線が入射する凸状の第２のシリンドリカルレンズが前記第１方向に複数配列し、前記第２のシリンドリカルレンズの光軸が前記第１のシリンドリカルレンズの光軸と前記第２方向に一致するように設けられ、
   前記第１のシリンドリカルレンズと、前記第２のシリンドリカルレンズとは対向し、
   前記第１の偏向部と前記第２の偏向部の間に設けられ、前記第１のシリンドリカルレンズが偏向した光線であって、当該第１のシリンドリカルレンズと隣り合う第１のシリンドリカルレンズに対向する第２のシリンドリカルレンズに入射される光線を遮る遮光部を備える、
   画像表示装置。
3. 前記第２のシリンドリカルレンズの入射面が前記第１のシリンドリカルレンズの焦点位置よりも前記第１の偏向部の側に設けられる、請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 第１方向に視差を有する画像を形成するための第１光線を前記第１方向に交差する第２方向に投射する投射部と、
   前記第１光線を偏向して第２光線を出射するための第１の偏向部と、
   前記第２光線を偏向する第２の偏向部と、
   を備え、
   前記第１の偏向部は、前記第１光線が入射する凸状の第１のシリンドリカルレンズが前記第１方向に複数配列し、
   前記第２の偏向部は、前記第２光線が入射する凸状の第２のシリンドリカルレンズが前記第１方向に複数配列し、前記第２のシリンドリカルレンズの光軸が前記第１のシリンドリカルレンズの光軸と前記第２方向に一致するように設けられ、
   前記第１のシリンドリカルレンズ及び前記第２のシリンドリカルレンズは、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面に垂直な第３方向に母線を有するものであって、
   前記第１の偏向部と前記第２の偏向部の間であって、前記第１のシリンドリカルレンズの焦点位置に第３の偏向部を備え、
   前記第３の偏向部は、第３方向と所定の角度で交差する第４方向に母線を有する第３のシリンドリカルレンズまたはプリズムが前記第４方向に直交する第５方向に複数配列する、
   画像表示装置。
5. 第１方向に視差を有する画像を形成するための第１光線を前記第１方向に交差する第２方向に投射する投射部と、
   前記第１光線を偏向して第２光線を出射するための第１の偏向部と、
   前記第２光線を偏向する第２の偏向部と、
   を備え、
   前記第１の偏向部は、前記第１光線が入射する凸状の第１のシリンドリカルレンズが前記第１方向に複数配列し、
   前記第２の偏向部は、前記第２光線が入射する凸状の第２のシリンドリカルレンズが前記第１方向に複数配列し、前記第２のシリンドリカルレンズの光軸が前記第１のシリンドリカルレンズの光軸と前記第２方向に一致するように設けられ、
   前記第１のシリンドリカルレンズの入射面と前記第２のシリンドリカルレンズの入射面とは前記第２方向に対向し、
   隣り合う前記第１のシリンドリカルレンズの境界と、隣り合う前記第２のシリンドリカルレンズの境界とを結ぶ線上に設けられ、前記第２光線を屈折する屈折部を備え、
   前記屈折部は、紫外光を吸収して可視光を放射する蛍光体を含む、
   画像表示装置。
6. 前記第２のシリンドリカルレンズの入射面が前記第１のシリンドリカルレンズの焦点位置よりも前記第１の偏向部の側に設けられる、請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記屈折部は、可視光を透過する円柱状の部材であって、前記第１のシリンドリカルレンズの一部と、前記第２のシリンドリカルレンズの一部とに接する、請求項５または６に記載の画像表示装置。
8. 前記屈折部は、前記第１の偏向部または前記第２の偏向部のいずれか一方と一体に成形されている、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記投射部は、印刷画像である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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