JP5416467B2 - 光学部品、及びそれを用いた画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学部品、及び当該光学部品を用いた画像表示装置に関するものである。

画像表示装置には、複数の視点に画像を提供するものがある。このような画像表示装置としては、例えば、車載用の画像表示装置として、運転席と助手席の二つの視点に画像を提供するものがある。このような画像表示装置としては、視差バリアを液晶パネル上に配置したもの（特許文献１を参照）が知られている。

また、多視点に画像を提供する画像表示装置としては、立体画像表示装置がある。立体画像表示装置としては、シリンドリカルレンズがアレイ状に配置されたレンチキュラレンズが多く用いられている（特許文献２を参照）。

特開２００７−５８０２０号公報 特開２００８−１３４６１７号公報

上述した視差バリアは、光源からの光の多くを遮断するので、表示される画像が暗くなる傾向がある。したがって、画像を明るく保つためには、より大きな出力を有する光源を用いる必要がある。その結果、消費電力が高くなる。

一方、レンチキュラレンズは、表示パネルからの光を効率よく利用できる。ここで、一般的な立体画像表示装置は、視点間の距離として、６０〜６５ｍｍを想定している。従来のレンチキュラレンズにより生成される多視点の画像間の距離を、例えば、この約１０倍である運転席と助手席の距離まで広げることは困難である。

本発明では、光を効率的に利用でき且つ光を大きな角度に分離できる光学部品、及び、当該光学部品を用いた画像表示装置を提供することを目的としている。

本発明の光学部品は、第１のレンズ部品、及び、第２のレンズ部品を備えている。第１のレンズ部品は、入射面及び複数の出射面を有している。複数の出射面は、第１の方向に延在する凸形状をなしており、第１の方向に直交する第２の方向に配列されている。複数の出射面は、入射面からの光を出射する。第２のレンズ部品は、複数の入射面と、出射面と、を有している。複数の入射面は、第１の方向に延在する凸形状をなしており第２の方向に配列されている。複数の入射面は、第１のレンズ部品の複数の出射面からの光を受ける。第２のレンズ部品の出射面は、複数の入射面からの光を出射する。第１のレンズ部品と第２のレンズ部品との間の媒質の屈折率が、第１のレンズ部品及び第２のレンズ部品それぞれの屈折率より低くなっている。本光学部品によれば、光を効率的に利用でき、且つ光を大きな角度に分離できる。媒質は、例えば、空気であってもよい。

本発明の光学部品では、第２の光学部品の出射面が、第１の方向に延在し且つ第２の方向に配列された複数の凹面を含むことが好適である。この構成によれば、分離された光同士のクロストークがより小さくなる。

本発明の光学部品では、第１のレンズ部品の複数の出射面の頂部と第２のレンズ部品の複数の入射面の頂部とが、第２の方向に直交する複数の平面上に、それぞれ、位置することが好適である。即ち、第１のレンズ部品の複数の出射面及び第２のレンズ部品の複数の入射面は、それらのピッチ及び位相が揃っていることが好適である。

また、本発明の光学部品では、第１のレンズ部品の前記複数の出射面の頂部と前記第２のレンズ部品の前記複数の入射面の頂部とが、互いに接していることが好適である。この構成によれば、分離された光のクロストークがより少なくなる。

また、本発明の光学部品では、第１のレンズ部品が、複数の出射面の第２の方向における両側に平面を有しており、第２のレンズ部品が、複数の出射面の前記第２の方向における両側に平面を有しており、第１のレンズ部品の平面と第２のレンズ部品の平面との間が接着されていることが好適である。この構成によれば、平面同士を接着することにより、容易に本光学部品を製造することができる。

また、第１のレンズ部品の平面と第２のレンズ部品の平面のそれぞれにマーカーが設けられていることが好適である。この構成によれば、第１のレンズ部品と第２のレンズ部品との位置あわせが容易となる。

また、第１のレンズ部品が、第２のレンズ部品に対して凸状又は凹状の第１の固定手段を有しており、第２のレンズ部品が、第１の固定手段と嵌合する凸状又は凹状の第２の固定手段を有していることが好適である。この構成によっても、第１のレンズ部品と第２のレンズ部品との位置あわせ及び固定が容易となる。

本発明は、第１視点用の画像を表示する画素と第２視点用の画像を表示する画素とが配列された表示パネルと、上述した本発明の光学部品とを備えている。光学部品は、第１のレンズ部品の入射面が表示パネルからの光の入射面となるように構成されている。この表示装置は、光を効率的に利用でき且つ第１視点用の画像と第２視点用の画像とを大きな角度で分離して表示することができる。

以上説明したように、本発明によれば、光を効率的に利用でき且つ光を大きな角度に分離できる光学部品、及び、当該光学部品を用いた画像表示装置が提供される。

一実施形態に係る画像表示装置を示す図である。 図１に示す光学部品の特性を示す図である。 別の実施形態に係る画像表示装置を示す図である。 図３に示す光学部品の特性を示す図である。 別の実施形態の光学部品を示す図である。 更に別の実施形態の光学部品を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一実施形態に係る画像表示装置を示す図である。図１に示す画像表示装置１０は、二つの視点、即ち、右側視点ＶＲと左側視点ＶＬのそれぞれに画像を提供する装置である。図１に示すように、画像表示装置１０は、表示パネル１２、及び、光学部品１４を備えている。

表示パネル１２は、左側視点ＶＬ用の画像を提供する画素１２ａと右側視点ＶＲ用の画像を提供する画素１２ｂを有している。表示パネル１２は、例えば、第１の方向Ｘに配列された複数の画素１２ａを含む画素列と第１の方向Ｘに配列された複数の画素１２ｂを含む画素列とを、第１の方向Ｘに直交する第２の方向Ｙに、交互に有している。このような表示パネル１２としては、液晶パネル等が例示される。

光学部品１４は、第１のレンズ部品１６及び第２のレンズ部品１８を有している。第１のレンズ部品１６及び第２のレンズ部品１８は、シート状の部品である。光学部品１４は、第１のレンズ部品１６及び第２のレンズ部品１８を互いに重ね合わされることにより構成されている。

第１のレンズ部品１６は、入射面１６ａと複数の出射面１６ｂとを含んでいる。入射面１６ａは、入射する光を受けて、出射面１６ｂへと透過する面である。本実施形態では、入射面１６ａは、平面であり、表示パネル１２からの光を受ける。

複数の出射面１６ｂの各々は、第１の方向Ｘに延在する凸面である。即ち、第１の方向Ｘに直交する任意の断面での各出射面１６ｂの断面形状は、略同一である。複数の出射面１６ｂは、第２の方向Ｙに配列されている。即ち、第１のレンズ部品１６では、一つの出射面と入射面とで構成される単位レンズが、第２の方向Ｙに配列されている。

第２のレンズ部品１８は、複数の入射面１８ａと出射面を有している。複数の入射面１８ａは、第１のレンズ部品１６の複数の出射面１６ｂから出射された光を受けて、第２のレンズ部品１８の出射面へと透過する。複数の入射面１８ａは、第１の方向Ｘに延在する凸面である。即ち、第１の方向Ｘに直交する任意の断面での各入射面１８ａの断面形状は、略同一である。複数の入射面１８ａは、第２の方向Ｙに配列されている。

複数の入射面１８ａは、複数の出射面１６ｂと同じ周期（ピッチ）で設けられている。また、本実施形態では、複数の入射面１８ａの各々の頂部の第２の方向Ｙにおける位置は、複数の出射面１６ｂのうち対応の出射面の頂部の第２の方向における位置と揃えられている。即ち、複数の入射面１８ａは、複数の出射面１６ｂと同じ位相で設けられている。更に換言すれば、複数の入射面１８ａの各々の第２の方向Ｙにおける頂部と対応の出射面１６ｂの第２の方向Ｙにおける頂部とは、第１の方向Ｘ及び第３の方向Ｚに延びる同一の平面上に存在している。なお、第３の方向Ｚは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに直交する方向である。また、本実施形態では、複数の入射面１８ａの頂部がそれぞれ、対応の出射面１６ｂの頂部と接するように、第１のレンズ部品１６と第２のレンズ部品１８とが組み付けられている。

第２のレンズ部品１８の出射面は、複数の入射面１８ａからの光を受けて、当該光を出射する。本実施形態では、第２のレンズ部品１８の出射面は、第２の方向Ｙに配列された複数の凹面１８ｂを含んでいる。複数の凹面１８ｂは、複数の入射面１８ａと同じ周期（ピッチで）設けられている。即ち、第２のレンズ部品１８では、一つの入射面と対応の凹面とで構成される単位レンズが、第２の方向Ｙに配列されている。また、複数の凹面１８ｂの各々の第２の方向Ｙにおける中心位置は、対応の複数の入射面１８ａのうち対応の入射面の第２の方向Ｙにおける中心位置と揃えられている。以下、複数の凹面１８ｂを複数の出射面１８ｂということがある。

本光学部品１４では、第１のレンズ部品１６の複数の出射面１６ｂと第２のレンズ部品１８の複数の入射面１８ａとの間の媒質２０の屈折率が、第１のレンズ部品１６を構成する材料の屈折率及び第２のレンズ部品１８を構成する材料の屈折率より、小さくなっている。例えば、媒質２０は空気であり、第１のレンズ部品１６は、アクリル樹脂、例えばポリメタクリル酸メチルPMMA(Polymethyl methacrylate：PMMA)、ポリカーボネート(Polycarbonate：ＰＣ)、環状ポリオレフィン樹脂（Cycro Olefin Polymer：COP）等で構成され得る。また、第２のレンズ部品１８は、アクリル樹脂、例えばポリメタクリル酸メチルPMMA(Polymethyl methacrylate：PMMA)、ポリカーボネート(Polycarbonate：ＰＣ)、環状ポリオレフィン樹脂（Cycro Olefin Polymer：COP）で構成され得る。

本光学部品１４では、第１のレンズ部品１６の出射面１６ｂで屈折して出射した光が、第２のレンズ部品１８の入射面１８ａにおいて、出射面１６ｂでの屈折方向と同方向に、更に屈折する。また、入射面１８ａを経て出射面１８ｂに至った光は、入射面１８ａでの屈折方向と同方向に、当該出射面１８ｂで更に屈折して出射する。したがって、光学部品１４は、第３の方向Ｚに対する当該光学部品１４の屈折角αを、大きくすることができる。

図２は、図１に示す光学部品の特性を示す図である。図２は、光学部品１４の第１のレンズ部品１６の入射面に入射して第２のレンズ部品１８の出射面から出射する光の光強度の角度分布を示している。この図２に示す特性は、表示パネル１２の各画素の幅Ｗを０．５ｍｍ、表示パネル１２の画素間の間隔Ｐを０．７ｍｍ、第１のレンズ部品１６の出射面１６ｂの曲率半径を０．１０ｍｍ、第２のレンズ部品１８の入射面１８ａの曲率半径を０．０８ｍｍ、第２のレンズ部品１８の出射面１８ｂの曲率半径を０．１７ｍｍ、媒質２０の屈折率を１．０、第１のレンズ部品１６の屈折率を１．４９、第２のレンズ部品１８の屈折率を１．４９として、求めたものである。なお、第１のレンズ部品１６と第２のレンズ部品１８の屈折率は異なっていてもよい。

図２から明らかなように、光学部品１４によれば、左側視点用画素発光時の光強度の角度分布と右側視点用画素発光時の光強度の角度分布は、角度方向に大きく分離されており、また、左側視点用画素発光時の光と右側視点用画素発光時の光の間のクロストークが少なくなっている。したがって、光学部品１４は、光を効率的に利用でき且つ光を大きな角度に分離できる。また、光学部品１４を用いた画像表示装置１０は、光を効率的に利用でき且つ第１視点用の画像と第２視点用の画像とを大きな角度で分離して表示することが可能である。かかる画像表示装置１０は、例えば車載用のディスプレイに適用された場合に、助手席及び運転席といった離れた位置に、画像を分離して提供することができる。

図３は、別の実施形態に係る画像表示装置を示す図である。図３に示す画像表示装置１０Ａは、第２のレンズ部品１８の出射面１８ｂが平面である点を除いて、図１に示した画像表示装置１０と同様の構成を有している。

図４は、図３に示す光学部品の特性を示す図である。図４に示した特性は、第２のレンズ部品１８の出射面１８ｂが平面とした点を除いて、図２に示した特性と同様の条件で求めたものである。図４に示すように、第２のレンズ部品１８の出射面１８ｂが平面であっても、光学部品１４Ａは、光を効率的に利用でき且つ光を大きな角度に分離できる。但し、左側視点用画素発光時の光と右側視点用画素発光時の光との間のクロストークをより低減するという観点からは、図１に示した光学部品１４のように、第２のレンズ部品１８の出射面１８ｂが複数の凹面で構成されていることが好適である。

図５は、別の実施形態に係る光学部品を示す図である。図５に示す光学部品１４Ｂは、以下の点において、上述した実施形態の光学部品とは異なっている。光学部品１４Ｂでは、第１のレンズ部品１６が、複数の出射面１６ｂの第２の方向Ｙにおける両側に平面１６ｃを有している。また、光学部品１４Ｂでは、第２のレンズ部品１８が、複数の入射面１８ａの第２の方向Ｙにおける両側に平面１８ｃを有している。光学部品１４Ｂは、平面１６ｃと平面１８ｃとを接着することにより組立てられている。このような平面により、第１のレンズ部品１６と第２のレンズ部品１８との組立てが容易となる。

光学部品１４Ｂは、図５に示すように、平面１６ｃにマーカー１６ｄを有し、平面１８ｃにマーカー１８ｄを有していてもよい。マーカー１６ｄ及びマーカー１８ｄを有することにより、第１のレンズ部品１６と第２のレンズ部品１８の位置合わせがより容易になる。

図６は、更に別の実施形態に係る光学部品を示す図である。図６に示す光学部品１４Ｃは、第１のレンズ部品１６が第１の固定部１６ｅを有し、第２のレンズ部品１８が第２の固定部１８ｅを有する点を除いて、上述した光学部品１４と同様の構成を有している。

第１の固定部１６ｅは、第１のレンズ部品１６に設けられており、複数の出射面１６ｂの第２の方向Ｙにおける両側に設けられている。第２の固定部１８ｅは、第１のレンズ部品１８に設けられており、複数の入射面１８ａの第２の方向Ｙにおける両側に設けられている。

第１の固定部１６ｅと第２の固定部１８ｅとは、互いに嵌り合う形状を有している。第１の固定部１６ｅと第２の固定部１８ｅは、互いに嵌り合うことにより、第１のレンズ部品１６と第２のレンズ部品１８との固定を実現し、また、第１のレンズ部品１６と第２のレンズ部品１８との位置合わせを実現する。

本実施の形態では、第１の固定部１６ｅが凸形状であり、第２の固定部１８ｅが凹形状である。しかしながら、第１の固定部１６ｅが凹形状であり、第２の固定部１８ｅが凸形状であってもよい。また、第１の固定部１６ｅ及び第２の固定部１８ｅの数は任意であってもよい。さらに、第１のレンズ部品１６が凸形状と凹形状の二つ以上の固定部を有し、第２のレンズ部品１８が、第１のレンズ部品１６の固定部と嵌り合う二つ以上の固定部を有していてもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれら実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形態様を構成し得る。例えば、複数の入射面１８ａの各々の第２の方向Ｙにおける頂部の位置は、複数の出射面１６ｂのうち対応の出射面の第２の方向Ｙにおける頂部の位置と異なっていてもよい。この場合には、光が分離される方向が第３の方向Ｚに対して対称ではなくなるが、本発明の光学部品に入射する光が分離される角度の大きさは維持される。

また、複数の出射面１６ｂと複数の入射面１８ａとが、互いに接しておらず、両者が離れていてもよい。この場合には、光学部品１４によって分離された光のクロストークを減少させるために、複数の出射面１６ｂと複数の入射面１８ａとの間の距離を、単位レンズの周期の１／４以下とすることが好ましい。

１０，１０Ａ…画像表示装置、１２…表示パネル、１２ａ，１２ｂ…画素、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ…光学部品、１６…第１のレンズ部品、１６ａ…入射面、１６ｂ…出射面、１６ｃ…平面、１６ｄ…マーカー、１６ｅ…第１の固定部、１８…第２のレンズ部品、１８ａ…入射面、１８ｂ…出射面、１８ｃ…平面、１８ｄ…マーカー、１８ｅ…第２の固定部、２０…媒質。

Claims (8)

1. 入射面、及び、第１の方向に延在する凸形状をなしており前記第１の方向に直交する第２の方向に配列された複数の出射面であって前記入射面からの光を出射する該複数の出射面、を有する第１のレンズ部品と、
   前記第１の方向に延在する凸形状をなしており前記第２の方向に配列された複数の入射面であって前記第１のレンズ部品の前記複数の出射面からの光を受ける該複数の入射面、及び、前記複数の入射面からの光を出射する出射面を有する第２のレンズ部品と、
   を備え、
   前記第１のレンズ部品と前記第２のレンズ部品との間の媒質の屈折率が、該第１のレンズ部品及び該第２のレンズ部品それぞれの屈折率より低く、
   前記第２の光学部品の前記出射面が、前記第１の方向に延在し且つ前記第２の方向に配列された複数の凹面を含む、
   光学部品。
2. 前記媒質が空気である、請求項１に記載の光学部品。
3. 前記第１のレンズ部品の前記複数の出射面の頂部と前記第２のレンズ部品の前記複数の入射面の頂部とが、前記第２の方向に直交する複数の平面上に、それぞれ、位置する、請求項１又は２に記載の光学部品。
4. 前記第１のレンズ部品の前記複数の出射面の頂部と前記第２のレンズ部品の前記複数の入射面の頂部とが、互いに接している、請求項１〜３の何れか一項に記載の光学部品。
5. 前記第１のレンズ部品は、前記複数の出射面の前記第２の方向における両側に平面を有しており、
   前記第２のレンズ部品は、前記複数の入射面の前記第２の方向における両側に平面を有しており、
   前記第１のレンズ部品の前記平面と前記第２のレンズ部品の前記平面との間が接着されている、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の光学部品。
6. 前記第１のレンズ部品の前記平面と前記第２のレンズ部品の前記平面のそれぞれに、位置決め用のマーカーが設けられている、請求項５に記載の光学部品。
7. 前記第１のレンズ部品は、前記第２のレンズ部品に対して凸状又は凹状の第１の固定手段を有しており、
   前記第２のレンズ部品は、第１の固定手段と嵌合する凸状又は凹状の第２の固定手段を有している、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の光学部品。
8. 第１視点用の画像を表示する画素と第２視点用の画像を表示する画素とが配列された表示パネルと、
   請求項１〜７の何れか一項に記載の光学部品であって、前記第１のレンズ部品の前記入射面が前記表示パネルからの光の入射面となるように構成された該光学部品と、
   を備える画像表示装置。

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