JP4778744B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次元画像の実像を結像して立体的二次元画像を表示する画像表示装置に関するものである。

従来、二次元画像を表示する表示手段（表示部）と、表示手段の前方に配設され、且つ自身の前方空間に二次元画像の実像（立体的二次元画像）を結像する画像結像手段（画像伝達パネル）と、を備えた画像表示装置が提案されている。そして、このような画像表示装置を複数台並べることで、実像の視野角を見かけ上拡大した立体的二次元画像表示システムが考えられている（例えば、特許文献１）。
特開２００５−１４８２３４号公報

しかしながら、従来の立体的二次元画像表示システムでは、複数の表示装置のそれぞれの視認可能方位（視認可能領域）間に視認不能方位（視認不能領域）が生じていた。そのため、目視者に視認不能領域が存在することを感じさせないようにすべく、視認不能領域に遮蔽物を設置しなければならなかった。このように、いずれの位置からも立体的二次元画像を視認可能にするものではなく、問題であった。

本発明は、視認不能方位を生じさせることなく実像の視野角を見かけ上拡大させることができる画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の画像表示装置は、二次元画像を表示する表示手段と、表示手段の前方に配設され、且つ自身の前方空間に二次元画像の実像を結像させる画像結像手段と、画像結像手段の少なくとも一部を往復運動させて、画像結像手段からの二次元画像の射出方向を角度変化させる射出角度可変手段と、画像結像手段がほぼ定位置に実像を結像するように、画像結像手段の往復運動に連動して、二次元画像を往復移動させる画像移動手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、画像結像手段の一部を往復運動させて、画像結像手段からの二次元画像の射出方向を角度変化させることで、二次元画像の実像を視認できる視認可能方位を連続的に角度変化させることができる。このため、視認不能方位を生じさせることなく実像の視野角を見かけ上拡大させることができる。したがって、例えば、画像結像手段に対して広範な角度に分散している複数の目視者に対し、同時に実像を視認させることができ、また、目視者が移動して画像結像手段に対する角度位置が変わっても、実像を見続けることができる。
さらに、例えば、二次元画像の射出方向が画像結像手段に向かって右側に角度変化し、視認可能方位が向かって右斜め方向に角度変化したときは、二次元画像の表示位置を向かって左側に移動させる。他方、二次元画像の射出方向が画像結像手段に向かって左側に角度変化し、視認可能方位が向かって左斜め方向に角度変化したときは、二次元画像の表示位置を向かって右側に移動させる。このようにして、ほぼ定位置に二次元画像の実像を結像させることで、画像結像手段が往復運動している間に、一定の位置にいる目視者が、実像が移動しているとの違和感を感ずることがない。
なお、画像移動手段は、表示手段を、画像結像手段に対して往復移動させてもよいが、表示手段を不動として二次元画像の表示位置を変えることが好ましく、この場合は、スペース効率良く、簡易な装置構成とすることができる。

この場合、画像結像手段は、複数の単位レンズを、互いの光軸を平行にして平面内に並べて構成されたレンズアレイユニットであり、射出角度可変手段は、レンズアレイユニットの少なくとも一部を周期的に往復運動させて、各単位レンズの光軸を周期的に角度変化させることが好ましい。

この構成によれば、レンズアレイユニットの少なくとも一部を周期的に往復運動させ、各単位レンズの光軸を周期的に角度変化させることで、各単位レンズからの二次元画像の射出方向を周期的に角度変化させることができる。したがって、目視者に対し、結像した実像を周期的な連続画像として視認させることができる。
また、画像結像手段を複数の単位レンズから成るレンズアレイユニットで構成したことで、二次元画像のサイズが大きい場合にも、大きな単一のレンズを用いた場合のように作動距離が長くなることなく、装置全体の小型化を図ることができる。なお、単位レンズは、二次元画像の正立像を結像すべく、互いの光軸を一致させた複数の凸レンズ要素から成る合成レンズで構成することが好ましい。

この場合、レンズアレイユニットは、複数の凸レンズ要素を互いの光軸を平行にして平面内に並べた板状レンズアレイの複数枚を、当該複数枚の板状レンズアレイ間で対応する複数の凸レンズ要素がその光軸方向に並んで各単位レンズである合成レンズを構成するように、重ねて構成され、射出角度可変手段は、複数枚の板状レンズアレイのうち画像表示面側の１枚および結像位置側の１枚のいずれか一方の板状レンズアレイを、他方の板状レンズアレイに対して相対的に変位させることが好ましい。

この構成によれば、複数枚の板状レンズアレイのうち、両端のいずれか１枚の板状レンズアレイを例えば水平方向（左右方向）に相対的に変位させることで、各合成レンズの光軸を水平方向に周期的に角度変化させることができる。したがって、板状レンズアレイを相対的に変位させるという簡易且つ目視者に気付かれにくい構成により、実像の視野角を見かけ上拡大させることができる。
なお、変位幅としては、例えば左右いずれの方向にも、各凸レンズ要素の径の１／２未満とする。また、３枚以上の板状レンズアレイによりレンズアレイユニットを構成する場合、両端の板状レンズアレイに挟まれた中間の板状レンズアレイは、不動としてもよく、両端いずれか１枚の板状レンズアレイと共に変位させてもよい。

この場合、射出角度可変手段は、複数枚の板状レンズアレイのうち結像位置側の１枚を不動とした状態で、画像表示面側の１枚を変位させることが好ましい。

この構成によれば、目視者から直接目視される板状レンズアレイ（結像位置側の板状レンズアレイ）を不動とし、目視者から直接目視されない板状レンズアレイ（画像表示面側の板状レンズアレイ）を変位させることで、レンズアレイユニットの変位運動を、より気付かれにくいものとすることができる。

この場合、射出角度可変手段は、レンズアレイユニットを、それに平行な軸廻りに揺動させることが好ましい。

この構成によれば、レンズアレイユニットを例えば水平方向（左右方向）に揺動させることで、各単位レンズの光軸を水平方向に角度変化させることができる。したがって、レンズアレイユニットを揺動させるという簡易な構成により、実像の視野角を見かけ上拡大させることができる。
なお、揺動中心を、レンズアレイユニットの厚み内に設ければ、レンズアレイユニットは回動することになり、レンズアレイユニットから離して設ければ、レンズアレイユニットは往復円運動することになる。

この場合、射出角度可変手段は、実像の結像位置を通り且つレンズアレイユニットに平行な軸廻りに、画像結像手段を表示手段と一体にして揺動させることが好ましい。

この構成によれば、レンズアレイユニットを揺動させるという簡易な構成により、各単位レンズの光軸を角度変化させることができる。しかも、レンズアレイユニットを、結像位置を中心として表示手段と一体に揺動することで、画像表示面における二次元画像の表示位置を一定にした状態で、二次元画像の結像位置をほぼ一定にすることができる。したがって、レンズアレイユニットが揺動運動をしている間に、一定の位置に留まっている目視者が、実像が移動しているとの違和感を感ずることがない。

この場合、射出角度可変手段は、一定の位置にいる目視者に対し、実像が連続画像として視認されるように、画像結像手段を短い周期で周期的に往復運動させることが好ましい。

この構成によれば、画像結像手段を例えば３０回／秒（３０Ｈｚ）程度の短い周期で周期的に往復運動させることで、一定の位置にいる目視者に対し、実像を１秒間に３０回断続的に視認させることができ、その残像により、実像を連続的な画像として視認させることができる。

この場合、画像結像手段に対する目視者の移動角度位置を検出する目視角度位置検出手段を、さらに備え、射出角度可変手段は、射出方向を検出された目視角度位置に追従させるように、画像結像手段を往復運動させることが好ましい。

この構成によれば、目視者の移動に合わせて、画像結像手段からの二次元画像の射出方向を角度変化させることができる。このため、目視者が、視認可能方位の角度変化可能範囲内（見かけ上拡大した視野角内）でどの角度位置に移動しようとも、目視者に実像を視認させることができる。

この場合、実像が目視者の目視角度に対応した姿勢の画像となるように、画像結像手段の往復運動に連動して、二次元画像を姿勢制御表示させる画像表示制御手段を、さらに備えたことが好ましい。

この構成によれば、例えば、二次元画像の射出方向が画像結像手段に向かって右側に角度変化し、視認可能方位（目視者の目視角度）が向かって右斜め方向に角度変化したときは、実像がそれに対応した姿勢の画像（右視点の画像）となるように、二次元画像を右回りに回転表示させる。他方、二次元画像の射出方向が画像結像手段に向かって左側に角度変化し、視認可能方位が向かって左斜め方向に角度変化したときは、実像がそれに対応した姿勢の画像（左視点の画像）となるように、二次元画像を左回りに回転表示させる。このように、実像が目視者の目視角度に対応した姿勢の画像となることで、目視者に対し、あたかも実物を見ているかのような臨場感を与えることができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明を適用した画像表示装置の一実施形態について説明する。この画像表示装置は、例えば、アミューズメントシアター、商品説明用ディスプレイ、ゲーム機器等に使用される立体表示対応の装置である。すなわち、画像表示面に表示した二次元画像を空間に結像することで、その実像を立体的に視認させる装置であって、実像の視野角を見かけ上拡大することができるものである。

図１および図２に示すように、本実施形態の画像表示装置１０Ａは、二次元画像１（動画または静止画）を表示する表示部１１と、表示部１１の前方に配設され、自身の前方に拡がる前方空間３に二次元画像１の実像２を結像させるレンズアレイユニット１２と、レンズアレイユニット１２を構成する２枚の板状レンズアレイ２１のうちの１枚を振動させる振動装置１３と、表示部１１および振動装置１３を統括制御する制御装置１４とを備えている。

表示部１１は、例えばカラー液晶表示装置で構成されたディスプレイ１６を有している。そして、制御装置１４から供給された映像信号に基づいて、ディスプレイ１６の画像表示面１６ａに二次元画像１を表示する。この二次元画像１は、前方空間３に結像した実像２が立体的に見えるようにすべく、陰影や遠近法等の立体的な映像表現方法に基づいて作成されたものである。また、ディスプレイ１６は、後述する板状レンズアレイ２１に比べて、視野角を拡大する水平方向（図２の左右方向）に大きいものとなっている。なお、ディスプレイ１６は、陰極線管、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ装置等であってもよい。

レンズアレイユニット１２は、２枚の板状レンズアレイ２１と、これらを重ねて一体に支持するレンズ枠体２２とを有し、レンズ枠体２２において、表示部１１の左右両端部からそれぞれ前方に屈曲して延びる一対のフレーム（図示省略）により支持され、ディスプレイ１６の画像表示面１６ａとほぼ平行に設けられている。２枚の板状レンズアレイ２１のうち、実像２の結像位置４側の板状レンズアレイ（結像側レンズアレイ）２１ａは、レンズ枠体２２に対し、固定的に装着されており、他方、画像表示面１６ａ側の板状レンズアレイ（表示面側レンズアレイ）２１ｂは、レンズ枠体２２に対し、水平方向（左右方向）に微小量移動可能に装着されている。そして、詳細は後述するが、表示面側レンズアレイ２１ｂは、振動装置１３により水平方向に振動するようになっている。

各板状レンズアレイ２１は、複数の凸レンズ要素２６を互いの光軸を平行にして平面内に並べて構成されており、各凸レンズ要素２６は、互いの光軸を一致させた一対の凸レンズ２７から成っている。つまり、各板状レンズアレイ２１の両面には、それぞれ複数の凸レンズ２７が互いの光軸を平行にして縦横マトリクス状に設けられており、光軸の一致する各一対の凸レンズ２７が凸レンズ要素２６を構成している。

そして、レンズアレイユニット１２は、２枚の板状レンズアレイ２１間で対応する２個の凸レンズ要素２６がその光軸方向に並んで合成レンズ２８を構成するように、２枚の板状レンズアレイ２１を重合させている。なお、２枚の板状レンズアレイ２１は、それらの凸レンズ要素２６の設計に応じて、互いに間隙を存して設けてもよい。

このように構成されたレンズアレイユニット１２は、表示部１１に対し、その画像表示面１６ａが各合成レンズ２８の有効な作動距離内に納まるように、表示部１１の前方に配設されている。そのため、前方空間３にピントが合った実像２が結像される。なお、各合成レンズ２８は、焦点深度が深くなるように設計することが好ましい。

レンズアレイユニット１２により結像する実像２は、実際には平面画像であるが、目視者にとっては、実像２が空中に浮かんでいるかのように見えることで、実像２を立体的に感じることができる。しかも、本実施形態では、上述したように、表示される二次元画像１が陰影や遠近法等の立体的な映像表現方法により作成されているため、結像した実像２を、より立体的な画像として視認させることができる。

各合成レンズ２８を構成する２個の凸レンズ要素２６の光軸が一致している場合、各合成レンズ２８の光軸は、レンズアレイユニット１２に対して垂直となっている。この場合、レンズアレイユニット１２（結像側レンズアレイ２１ａ）からの二次元画像１の射出方向は、レンズアレイユニット１２に対して垂直となっている。このとき、実像２の視野角は、例えば２０°であり、実像２の視認可能方位Ｄ（目視者の目視角度）は、レンズアレイユニット１２の正面方向となる（詳細は後述する）。

また、レンズアレイユニット１２が結像する実像２は、二次元画像１の等倍正立像となる。すなわち、レンズアレイユニット１２の各合成レンズ２８は、画像表示面１６ａに表示された二次元画像１のうち、対応する各仮想分割画像（各合成レンズ２８がカバーする領域の画像）を、前方空間３に等倍率で結像する。ここで、各合成レンズ２８は、２個の凸レンズ要素２６により構成されていることから、二次元画像１の各仮想分割画像からの画像光を２回反転させ（表示面側レンズアレイ２１ｂで一度反転し、結像側レンズアレイ２１ａで再度反転させ）、前方空間３に正立像を結像する。したがって、レンズアレイユニット１２全体では、複数の仮想分割画像の等倍正立像の集合体、つまり二次元画像１の等倍正立像を実像２として前方空間３に結像する。

なお、レンズアレイユニット１２は、二次元画像１の各仮想分割画像からの画像光を偶数回反転させるように構成するのであれば、３枚以上の板状レンズアレイ２１で構成してもよい。さらに、各仮想分割画像を予め反転させて画像表示面１６ａに表示するようにすれば、画像光を１回だけ（あるいは奇数回）反転させる構成であってもよい。このように、レンズアレイユニット１２の構成としては、上記に限られることはない。

振動装置１３は、そのアクチュエータが圧電素子（ピエゾ素子）等で構成され、表示面側レンズアレイ２１ｂの下面に取り付けられている。そして、制御装置１４から振動ドライバ４７を介して駆動電圧が印加されると、圧電素子が水平方向に振動し、表示面側レンズアレイ２１ｂを水平方向に振動させる。これにより、レンズ枠体２２に固定的に支持された結像側レンズアレイ２１ａに対して、表示面側レンズアレイ２１ｂを周期的に変位させることになる。

なお、結像側レンズアレイ２１ａに対する表示面側レンズアレイ２１ｂの振動幅（変位幅）は、左右いずれの方向にも、各凸レンズ要素２６の径の１／２未満である。また、このようにレンズアレイユニット１２を振動運動させた場合も、画像表示面１６ａは、各合成レンズ２８の有効な作動距離内に納まっている。

制御装置１４は、制御装置１４全体の処理動作を制御するＣＰＵ、各種プログラムや各種データ等を記憶するハードディスク、およびＣＰＵの機能を補うと共に周辺回路とのインタフェース信号を取り扱うための論理回路等で構成されている。機能的には、表示部１１に表示する二次元画像１の映像信号を生成する画像生成部４１と、振動装置１３を駆動制御するための駆動信号を生成する振動制御部４２と、これらの各部を関連付けて制御する統括制御部４３とを備えている。

そして、制御装置１４は、記憶された各種プログラムやデータを必要に応じて読み出し、そのプログラムおよびデータに基づいて、振動制御部４２で生成した駆動信号を振動ドライバ４７に出力し、振動装置１３を制御する。また、同様にして、画像生成部４１で生成した映像信号を表示ドライバ４６に出力し、表示部１１を制御する。なお、制御装置１４は、振動装置１３の制御と表示部１１の制御とを連動して行うようになっており、詳細は後述するが、振動装置１３によるレンズアレイユニット１２の振動運動に伴って、二次元画像１の表示位置を移動させると共に、二次元画像１を回転表示させるようにしている。

ここで、本実施形態の画像表示装置１０Ａにおいて、実像２の視野角を見かけ上拡大する仕組みについて詳細に説明する。上述したように、各合成レンズ２８を構成する２個の凸レンズ要素２６の光軸が一致し、各合成レンズ２８の光軸がレンズアレイユニット１２に対して垂直となっている場合、レンズアレイユニット１２からの二次元画像１の射出方向は、レンズアレイユニット１２に対して正面方向となる。この場合、実像２の視認可能方位Ｄは、レンズアレイユニット１２の正面方向となり、二次元画像１の実像２は、レンズアレイユニット１２に正対している目視者のみに視認される（図２参照）。

ところが、図３に示すように、各合成レンズ２８を構成する２個の凸レンズ要素２６のうち、結像側レンズアレイ２１ａの凸レンズ要素２６の光軸が表示面側レンズアレイ２１ｂの凸レンズ要素２６の光軸に対して右方向に位置ずれすると、各合成レンズ２８の光軸が左回りに角度変化し、レンズアレイユニット１２（結像側レンズアレイ２１ａ）からの二次元画像１の射出方向が、レンズアレイユニット１２に向かって右側に角度変化する。この場合、実像２の視認可能方位Ｄは、レンズアレイユニット１２に向かって右斜め方向となり、二次元画像１の実像２は、レンズアレイユニット１２に向かって斜め右方向にいる目視者のみに視認される。

このため、表示面側レンズアレイ２１ｂを、上記の振動装置１３（図２参照）により水平方向に振動させ、結像側レンズアレイ２１ａに対して水平方向に周期的に変位させると、各合成レンズ２８を構成する２個の凸レンズ要素２６の光軸が相互に位置ずれする。そして、各合成レンズ２８の光軸が水平方向に周期的に角度変化し、レンズアレイユニット１２からの二次元画像１の射出方向を水平方向に周期的に角度変化させることができる。したがって、簡易且つ目視者に気付かれにくい構成により、実像２の視認可能方位Ｄを周期的に角度変化させることができる。

このとき、振動装置１３は、レンズアレイユニット１２を３０回／秒程度の短い周期で変位運動させている。これによれば、一定の位置にいる目視者に対し、実像２を１秒間に３０回断続的に視認させることができ、その残像により、実像２を連続的な画像として視認させることができる。

なお、振動装置１３は、表示面側レンズアレイ２１ｂに代えて、結像側レンズアレイ２１ａを振動するようにしても、同様の効果を得ることができる。もっとも、本実施形態のように、目視者から直接目視される結像側レンズアレイ２１ａを不動とし、目視者から直接目視されない表示面側レンズアレイ２１ｂを振動させることで、板状レンズアレイ２１の変位運動を、目視者により気付かれにくいものとすることができる。

さらに、この場合、図４に示すように、レンズアレイユニット１２の周期的な変位運動に連動して、二次元画像１の表示位置を周期的に往復移動させると共に、二次元画像１を周期的に回転表示（姿勢制御表示）させている。すなわち、表示面側レンズアレイ２１ｂを右側に変位させ、視認可能方位Ｄが向かって左斜め方向に角度変化したときは、二次元画像１の表示位置を向かって右側に移動させると共に、実像２がそれに対応した姿勢の画像（左視点の画像）となるように、二次元画像１を左回りに回転表示させる（同図では実線で示す）。他方、表示面側レンズアレイ２１ｂを左側に変位させ、視認可能方位Ｄが向かって右斜め方向に角度変化したときは、二次元画像１の表示位置を向かって左側に移動させると共に、実像２がそれに対応した姿勢の画像（右視点の画像）となるように、二次元画像１を右回りに回転表示させる（同図では破線で示す）。

このように、レンズアレイユニット１２の周期的な変位運動に連動して、二次元画像１の表示位置を周期的に往復移動させることで、結像位置４をほとんど移動させることなく、二次元画像１の実像２を結像させることができる。したがって、レンズアレイユニット１２が変位運動をしている間に、一定に位置に留まっている目視者が、実像２が移動しているとの違和感を感ずることがない。もっとも、実像２の視野角が狭い場合には、実像２の結像位置４が移動しても、目視者は実像２が移動しているとあまり感ずることがなく、他方、実像２の視野角が広い場合には、実像２の結像位置４が移動することによって、互いに僅かに位置ずれした刻々の実像２が重なり合って（融合）視認されるため、実像２をより立体的に見せることができる。

また、レンズアレイユニット１２の周期的な変位運動に連動して、二次元画像１を周期的に回転表示させることで、実像２が目視者の目視角度に対応した姿勢の画像となるため、目視者に対し、あたかも実物を見ているかのような臨場感を与えることができる。

なお、このように二次元画像１の表示位置を変更することから、表示部１１のディスプレイ１６は、板状レンズアレイ２１に比べて、水平方向に大きいものとなっている（図２参照）。また、表示部１１を、レンズアレイユニット１２に対して水平方向に周期的に往復移動させてもよい。もっとも、本実施形態のように表示部１１を動かさずに表示位置を移動させることによって、スペース効率良く、簡易な装置構成とすることができる。

以上のように、本実施形態の画像表示装置１０Ａによれば、レンズアレイユニット１２の各合成レンズ２８の光軸を周期的に角度変化させ、レンズアレイユニット１２からの二次元画像１の射出方向を周期的に角度変化させることにより、実像２の視認可能方位Ｄを周期的に角度変化させることができ、実像２の視野角を見かけ上拡大させることができる。そのため、レンズアレイユニット１２に対して広範な角度に分散している複数の目視者に対し、同時に実像２を視認させることができ、また、目視者が移動してレンズアレイユニット１２に対する角度位置が変わっても、実像２を見続けることができる。なお、レンズアレイユニット１２を上下方向に変位運動させることで、実像２の視野角を見かけ上上下方向に拡大するようにしてもよく、他の任意の方向に拡大するようにしてもよい。

さらに、本実施形態では、振動装置１３は、レンズアレイユニット１２を短い周期で変位運動させているが、目視者の移動に合わせて、レンズアレイユニット１２を変位運動させるようにしてもよい。

すなわち、画像表示装置１０Ａに、レンズアレイユニット１２に対する目視者の移動角度位置を検出する目視角度位置検出センサをさらに設け、レンズアレイユニット１２からの二次元画像１の射出方向を、検出された移動角度位置に追従させるようにして、レンズアレイユニット１２を変位運動させる。これによれば、目視者の移動に合わせて、レンズアレイユニット１２からの二次元画像１の射出方向を角度変化させることができる。このため、目視者が、視認可能方位Ｄの角度変化可能範囲内でどの角度位置に移動しようとも、目視者に実像２を視認させることができる。なお、この場合、振動装置１３は、結像側レンズアレイ２１ａに対する表示面側レンズアレイ２１ｂの振動幅を高精度に制御可能な構成とすることが好ましい。

次に、図１、図５および図６を参照して、本発明を適用した画像表示装置の他の実施形態について説明する。第２実施形態の画像表示装置１０Ｂは、第１実施形態の画像表示装置１０Ａとほぼ同様の構成であるが、第１実施形態では、レンズアレイユニット１２の表示面側レンズアレイ２１ｂを周期的に変位運動させることで、視野角を見かけ上拡大するのに対し、第２実施形態では、レンズアレイユニット１２を周期的に揺動運動させることで、視野角を見かけ上拡大する点で相違している。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

レンズアレイユニット１２は、先の実施形態では、表示部１１から延びる一対のフレームに支持されて、画像表示面１６ａに平行に配設されていたが、本実施形態では、図示しない揺動支持部材により、レンズアレイユニット１２の平面内で且つその左右中心を通る揺動中心を中心として、揺動（回動）可能に軸支されている。この揺動中心は、レンズアレイユニット１２に平行であれば、レンズアレイユニット１２の左右中心を通っていなくともよく、例えば、上下中心を通っていてもよい。さらに、レンズアレイユニット１２の厚み内になくともよく、例えば、レンズアレイユニット１２から結像位置４側に離れた位置を通っていてもよい（この場合、レンズアレイユニット１２は、往復円運動をすることになる）。

また、２枚の板状レンズアレイ２１は、第１実施形態のものと同様に構成されているが（図２参照）、各合成レンズ２８を構成する２個の凸レンズ要素２６の光軸が一致するように位置合わせされた状態で、２枚ともレンズ枠体２２に固定的に装着されている。なお、本実施形態では、１枚の板状レンズアレイ２１によりレンズアレイユニット１２を構成してもよい。

そして、本実施形態では、振動装置１３に代えて、レンズアレイユニット１２を上記の揺動中心を中心として揺動させる揺動装置１５を備えている。揺動装置１５は、正逆回転可能なモータや、回転動力をレンズアレイユニット１２に伝達するクランク機構等で構成されている。そして、上記の振動装置１３と同様に、制御装置１４から揺動ドライバ４８を介して駆動電圧が印加され、その駆動が制御されるようになっている。なお、レンズアレイユニット１２を揺動運動させた場合も、ディスプレイ１６の画像表示面１６ａは、各合成レンズ２８の有効な作動距離内に納まっている。

ここで、レンズアレイユニット１２が画像表示面１６ａに対して平行となっている場合、各合成レンズ２８の光軸が画像表示面１６ａに対して垂直となるため、レンズアレイユニット１２からの二次元画像１の射出方向は、レンズアレイユニット１２に対して正面方向となる。この場合、実像２の視認可能方位Ｄは、レンズアレイユニット１２の正面方向となる（同図では実線で示す）。

ところが、レンズアレイユニット１２を、揺動装置１５により左回りに揺動（傾動）させると、各合成レンズ２８の光軸が左回りに角度変化し、レンズアレイユニット１２（結像側レンズアレイ２１ａ）からの二次元画像１の射出方向が画像表示面１６ａ（画像表示面１６ａと平行状態のレンズアレイユニット１２）に向かって右側に角度変化する。この場合、実像２の視認可能方位Ｄは、画像表示面１６ａに向かって右斜め方向となる（同図では破線で示す）。

同様に、レンズアレイユニット１２を、揺動装置１５により右回りに揺動（傾動）させると、各合成レンズ２８の光軸が右回りに角度変化し、レンズアレイユニット１２（結像側レンズアレイ２１ａ）からの二次元画像１の射出方向が画像表示面１６ａに向かって左側に角度変化する。この場合、実像２の視認可能方位Ｄは、画像表示面１６ａに向かって左斜め方向となる（同図では２点鎖線で示す）。

このように、レンズアレイユニット１２を、揺動装置１５により、自身に平行な軸回りに揺動させると、各合成レンズ２８の光軸が水平方向に周期的に角度変化し、レンズアレイユニット１２からの二次元画像１の射出方向、つまり実像２の視認可能方位Ｄを水平方向に周期的に角度変化させることができる。言い換えれば、レンズアレイユニット１２の光軸を、画像表示面１６ａに対して、揺動（傾動）させることにより、実像２の視認可能方位Ｄを、水平方向に周期的に角度変化させることができる。したがって、簡易な構成により、実像２の視認可能方位Ｄを周期的に角度変化させることができる。

そして、図６に示すように、本実施形態においても、先の実施形態と同様に、レンズアレイユニット１２の周期的な揺動運動に連動して、二次元画像１の表示位置を周期的に往復移動させると共に、二次元画像１を周期的に回転表示させている。

さらに、図７に、第２実施形態の変形例を示す。この実施形態では、上記と同様に、レンズアレイユニット１２を自身に平行な軸回りに揺動させることにより、実像２の視野角を見かけ上拡大するものであるが、先の実施形態では、レンズアレイユニット１２を、その平面内で且つ左右中心を通る揺動中心を軸廻りに揺動させていたのに対し、本実施形態では、レンズアレイユニット１２を、実像２の結像位置４を通り且つレンズアレイユニット１２に平行な軸廻りに、表示部１１と一体にして揺動（往復円運動）させる点で相違している。

この場合、レンズアレイユニット１２は、第１実施形態と同様に、表示部１１から延びる一対のフレーム１７，１７に支持されて、ディスプレイ１６の画像表示面１６ａに平行に配設されており、しかも、実像２の結像位置４を通り且つレンズアレイユニット１２に平行な軸廻りに、表示部１１と一体に揺動自在に構成されている。また、揺動装置１５は、このように構成されたレンズアレイユニット１２を、その軸廻りに表示部１１と一体にして揺動させる。

本実施形態においても、上記と同様に、レンズアレイユニット１２を自身に平行な軸回りに揺動させることで、各合成レンズ２８（図１参照）の光軸を角度変化させることができ、実像２の視認可能方位Ｄを周期的に角度変化させることができる。しかも、レンズアレイユニット１２を、結像位置４を中心として表示部１１と一体に揺動することで、画像表示面１６ａにおける二次元画像１の表示位置を一定にした状態で、二次元画像１の結像位置４をほぼ一定にすることができる。したがって、レンズアレイユニット１２が揺動運動をしている間に、一定の位置に留まっている目視者が、実像２が移動しているとの違和感を感ずることがない。

なお、この場合、二次元画像１の表示位置は一定であるが、先の実施形態と同様に、レンズアレイユニット１２の周期的な揺動運動に連動して、二次元画像１を周期的に回転表示させることが好ましい。

以上のように、本発明を適用した画像表示装置１０Ａ，１０Ｂによれば、レンズアレイユニット１２の一部を往復運動させて、レンズアレイユニット１２からの二次元画像１の射出方向を角度変化させることで、実像２の視認可能方位Ｄを連続的に角度変化させることができる。このため、視認不能方位を生じさせることなく実像２の視野角を見かけ上拡大させることができる。

本発明を適用した画像表示装置の基本構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る画像表示装置の構成図である。 画像表示装置のレンズアレイユニットの振動運動を説明する図である。 画像表示装置のレンズアレイユニットの振動運動と、これに連動する二次元画像の表示変化とを説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置の構成図である。 画像表示装置のレンズアレイユニットの揺動運動と、これに連動する二次元画像の表示変化とを説明する図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係る画像表示装置の構成図である。

符号の説明

１…二次元画像 ２…実像 ３…前方空間 ４…結像位置 １０Ａ、１０Ｂ…画像表示装置 １１…表示部 １２…レンズアレイユニット １３…振動装置 １４…制御装置 １５…揺動装置 １６ａ…画像表示面 ２１…板状レンズアレイ ２６…凸レンズ要素 ２８…合成レンズ

Claims (9)

1. 二次元画像を表示する表示手段と、
   前記表示手段の前方に配設され、且つ自身の前方空間に前記二次元画像の実像を結像させる画像結像手段と、
   前記画像結像手段の少なくとも一部を往復運動させて、前記画像結像手段からの前記二次元画像の射出方向を角度変化させる射出角度可変手段と、
   前記画像結像手段がほぼ定位置に前記実像を結像するように、前記画像結像手段の往復運動に連動して、前記二次元画像を往復移動させる画像移動手段と、を備えたことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記画像結像手段は、複数の単位レンズを、互いの光軸を平行にして平面内に並べて構成されたレンズアレイユニットであり、
   前記射出角度可変手段は、前記レンズアレイユニットの少なくとも一部を周期的に往復運動させて、前記各単位レンズの光軸を周期的に角度変化させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記レンズアレイユニットは、複数の凸レンズ要素を互いの光軸を平行にして平面内に並べた板状レンズアレイの複数枚を、当該複数枚の板状レンズアレイ間で対応する複数の凸レンズ要素がその光軸方向に並んで前記各単位レンズである合成レンズを構成するように、重ねて構成され、
   前記射出角度可変手段は、前記複数枚の板状レンズアレイのうち前記画像表示面側の１枚および前記結像位置側の１枚のいずれか一方の板状レンズアレイを、他方の板状レンズアレイに対して相対的に変位させることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記射出角度可変手段は、前記複数枚の板状レンズアレイのうち前記結像位置側の１枚を不動とした状態で、前記画像表示面側の１枚を変位させることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記射出角度可変手段は、前記レンズアレイユニットを、それに平行な軸廻りに揺動させることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
6. 前記射出角度可変手段は、前記実像の結像位置を通り且つ前記レンズアレイユニットに平行な軸廻りに、前記画像結像手段を前記表示手段と一体にして揺動させることを特徴とする請求項２に画像表示装置。
7. 前記射出角度可変手段は、一定の位置にいる目視者に対し、前記実像が連続画像として視認されるように、前記画像結像手段を短い周期で周期的に往復運動させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
8. 前記画像結像手段に対する目視者の移動角度位置を検出する目視角度位置検出手段を、さらに備え、
   前記射出角度可変手段は、前記射出方向を検出された前記目視角度位置に追従させるように、前記画像結像手段を往復運動させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
9. 前記実像が目視者の目視角度に対応した姿勢の画像となるように、前記画像結像手段の往復運動に連動して、前記二次元画像を姿勢制御表示させる画像表示制御手段を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。

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