JP6119744B2

JP6119744B2 - 立体映像表示装置

Info

Publication number: JP6119744B2
Application number: JP2014515581A
Authority: JP
Inventors: 聖生中島
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: WO2013172233A1; JPWO2013172233A1

Description

本発明は、立体映像表示装置に関する。

従来、三次元画像を表示する技術として、インテグラルフォトグラフィ方式が知られている。例えば特許文献１には、複数の表示画素が二次元状に配列され、表示用画像データに応じて複数の表示画素から光束を射出する液晶表示器や有機ＥＬ表示器等の表示装置と、複数の表示画素から射出された光束が合成されて三次元像を形成する複数のマイクロレンズが二次元状に配列されたマイクロレンズアレイとを備える画像表示装置が記載されている。

日本国特開２０１２−２２３０７号公報

特許文献１に記載されている画像表示装置には、１つの画素（ピクセル）を複数の色のサブピクセルで構成する液晶表示器や有機ＥＬ表示器を用いているため、それら各サブピクセルの色が分離して見える、いわゆる色モアレ現象が発生する場合があった。

本発明の第１の態様によると、立体映像表示装置は、異なる色の光を出射する副画素を有する複数の表示画素が二次元状に配列された表示素子と、前記副画素から出射された光が入射する複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズが設けられた面とは異なる面に設けられた複数の光学素子と、を備え、前記複数の光学素子は、１つの前記表示画素の副画素から出射された異なる色の光の進行方向を変更し、前記マイクロレンズにより略同一の位置に集光させる。
本発明の第２の態様によると、立体映像表示装置は、異なる色の光を出射する副画素を有する複数の表示画素が二次元状に配列された表示素子と、前記副画素から出射された光が入射する複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズアレイと、を備え、複数の前記マイクロレンズは、偏心して配置され、１つの前記表示画素の副画素から出射された異なる色の光の進行方向を変更し、略同一の位置に集光させる。
本発明の第３の態様によると、立体映像表示装置は、異なる色の光を出射する副画素を有する複数の表示画素が二次元状に配列された表示素子と、前記副画素から出射された光が入射する複数のレンズが設けられた光学素子と、を備え、複数の前記レンズは、１つの前記表示画素の副画素から出射された異なる色の光の進行方向を変更し、略同一の位置に集光させる、偏心して配置された複数のフレネルレンズである。
本発明の第４の態様によると、立体映像表示装置は、異なる色の光を出射する副画素を有する複数の表示画素が二次元状に配列された表示素子と、前記副画素から出射された光が入射する複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズが設けられた面とは異なる面に設けられた複数の回折格子と、を備え、前記複数の回折格子は、１つの前記表示画素の副画素から出射された異なる色の光の進行方向を変更し、前記マイクロレンズにより略同一の位置に集光させる。

本発明によれば、色モアレの発生を抑え、明瞭な三次元画像を観察することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る立体映像表示装置の構成を示すブロック図である。液晶パネル１１０の表示面を模式的に示す図である。液晶パネル１１０およびマイクロレンズアレイ１２０の斜視図である。液晶パネル１１０とマイクロレンズアレイ１２０を側面から見た模式図である。液晶パネル１１０とマイクロレンズアレイ１２０を側面から見た模式図である。液晶パネル１１０とマイクロレンズアレイ１２０の模式図である。

（第１の実施の形態）
以下、図面を用いて本発明を適用したインテグラルフォトグラフィ方式の立体映像表示装置を説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る立体映像表示装置の構成を示すブロック図である。立体映像表示装置１００は、液晶パネル１１０と、液晶パネル１１０の表示面の前方に設置されたマイクロレンズアレイ１２０と、液晶パネル１１０の表示内容を制御する制御回路１３０とを備える。

図２は、液晶パネル１１０の表示面を模式的に示す図である。液晶パネル１１０の表示面にはカラーフィルタが配置され、カラーフィルタの後側には液晶層が配置されている。液晶層の後側に配置されたバックライトユニットが、液晶層に向けて光を照射すると、この光は液晶層およびカラーフィルタを通過して表示面から出射する。

液晶層は矩形形状を有する多数の小さな領域（サブピクセル）１１２、１１３、１１４に格子状に区切られている。これら多数のサブピクセル１１２〜１１４には不図示の透明電極が配置されている。制御回路１３０は、個々のサブピクセル１１２〜１１４ごとに、不図示の透明電極から液晶層に印加される電圧を制御することにより、これら多数のサブピクセル１１２〜１１４を通過する光量をそれぞれ独立に制御することができる。カラーフィルタには、これらのサブピクセル１１２〜１１４に対応するように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の領域が規則的に多数設けられている。Ｒ、Ｇ、Ｂの３つのサブピクセル１１２〜１１４が１組となって１つのピクセル（表示画素）１１１を構成する。

図３は、液晶パネル１１０およびマイクロレンズアレイ１２０の斜視図である。マイクロレンズアレイ１２０は、二次元状に配列された多数のマイクロレンズ１２１を有する。液晶パネル１１０は、マイクロレンズ１２１の焦点位置近傍に表示面が位置するように配置されている。また、図３では表示画素１１１を１つだけ図示しているが、実際には図２に示したように液晶パネル１１０の表示面には多数の表示画素１１１が配列されており、１つのマイクロレンズ１２１が被覆する表示面上の領域には、複数の表示画素１１１が存在している。

制御回路１３０は、液晶パネル１１０に、例えばマイクロレンズアレイ１２０を介して撮影した画像を表示させる。液晶パネル１１０に表示されたこの画像を、観察者がマイクロレンズアレイ１２０を介して観察すると、観察者は三次元の立体画像を視認することができる。このような三次元画像の閲覧方式は、インテグラルフォトグラフィ方式として周知である。

ところで、図２に示した液晶パネル１１０のように、規則的に配列されたサブピクセルを有する表示デバイスをインテグラルフォトグラフィ方式に利用すると、観察者からは明瞭な三次元画像を視認できないという問題がある。具体的には、赤、緑、青の３つの像が分離して見えたり、あるいは色モアレが乗った見づらい画像となる等の現象が発生する。

通常、液晶パネル１１０の表示面に配列されたサブピクセル１１２〜１１４は、表示面を直接観察する際に、赤、緑、青の各色が混ざって視認されるよう、十分小さく形成される（例えば、１つのサブピクセルの幅を０．１ミリメートル未満に形成する）。これにより、３つのサブピクセル１１２〜１１４の組が、観察者からは、赤、緑、青の各色が混ざった１つの画素として視認される。他方、インテグラルフォトグラフィ方式の立体映像表示装置では、観察者はこのような表示面をマイクロレンズアレイ１２０（多数のマイクロレンズ１２１）により拡大して視認することになる。従って、各色が混ざらず分離して認識されてしまい、上述したように明瞭な三次元画像にならない。

そこで本実施形態の立体映像表示装置１００では、マイクロレンズアレイ１２０の裏面（液晶パネル１１０の表示面に向き合う面）に、液晶パネル１１０の画素が有する赤、緑、青の３色のサブピクセルからの光束が、マイクロレンズ１２１を介して略同一の位置に結像されるよう、３色のサブピクセルからの光束を集光するプリズムを設けた。以下、このプリズムについて詳述する。

図４は、液晶パネル１１０とマイクロレンズアレイ１２０を側面から見た模式図である。以下の説明において、マイクロレンズアレイ１２０の液晶パネル１１０に相対する面を裏面と呼び、裏面と反対の、観察者が視認する面を表面と呼ぶ。

マイクロレンズアレイ１２０の表面には、多数のマイクロレンズ１２１が配置されており、これらのマイクロレンズ１２１の裏面には、それぞれプリズム１２２が形成されている。このプリズム１２２は、液晶パネル１１０の表示面に存在する特定の表示画素１１１について、その表示画素１１１を構成する赤のサブピクセル１１２からの光束と、緑のサブピクセル１１３からの光束と、青のサブピクセル１１４からの光束が、観察者側において略同一の位置に結像されるように、これら３色のサブピクセルからの光束を波長域ごとに異なる方向に分光する（一箇所に集光する）ように構成されている。つまり、観察者から見ると、１つの表示画素１１１を構成する赤のサブピクセル１１２と、緑のサブピクセル１１３と、青のサブピクセル１１４が、当該表示画素１１１に対応する位置に重なり合って存在するように見える。換言すれば、赤、緑、青の各色が混ざり合って見える。

このように、マイクロレンズアレイ１２０の裏面にプリズム１２２を構成することで、赤、緑、青の３つの像が分離して見えたり、あるいは色モアレが乗った見づらい画像となったりする現象を回避することができ、明瞭な三次元画像を得ることができる。

上述した第１の実施の形態による立体映像表示装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）インテグラルフォトグラフィ方式の立体映像表示装置１００は、それぞれが複数の色のサブピクセル１１２〜１１４を有する複数の表示画素１１１を表示面上に二次元状に配列した液晶パネル１１０と、表示面と並行に且つ表示面の前方に二次元状に配列された複数のマイクロレンズ１２１を有するマイクロレンズアレイ１２０とを備える。ここで、複数の表示画素１１１の各々について、当該表示画素１１１が有する複数の色のサブピクセル１１２〜１１４からの光束が、複数のマイクロレンズ１２１を介して略同一の位置に結像されるよう、複数の色のサブピクセル１１２〜１１４からの光束を集光するプリズム１２２を表示面の前方に設けた。このようにしたので、色モアレの発生を抑え、明瞭な三次元画像を観察することができる。

（２）プリズム１２２は、マイクロレンズアレイ１２０の裏面に、複数のマイクロレンズ１２１と一体に形成される。このようにしたので、プリズム１２２とマイクロレンズ１２１を別々に形成する場合に比べ、アライメントの調整等を行う必要が無く、製作コストを低減することができる。

（３）プリズム１２２は、液晶パネル１１０の表示面の近傍に設けられる。このようにしたので、プリズム１２２を小型化することが可能になる。

（第２の実施の形態）
以下、図面を用いて、本発明の第２の実施の形態である立体映像表示装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同一の箇所には第１の実施の形態と同一の符号を付し、説明を省略する。

図５は、液晶パネル１１０とマイクロレンズアレイ１２０を側面から見た模式図である。本実施形態のマイクロレンズアレイ１２０は、裏面にプリズム１２２が形成されておらず、その代わりに、表面に偏心させたマイクロレンズ１２３を配置している。このように、マイクロレンズ１２３を偏心させることで、マイクロレンズ１２３の材質の色分散により色収差が発生し、第１の実施の形態におけるプリズム１２２と同様に、サブピクセル１１２〜１１４からの光束が一箇所に集光される。つまり、観察者からは、赤、緑、青の各色が混ざり合って見える。

上述した第２の実施の形態による立体映像表示装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）複数の表示画素１１１の各々について、当該表示画素１１１が有する複数の色のサブピクセル１１２〜１１４からの光束が、複数のマイクロレンズ１２１を介して略同一の位置に結像されるよう、複数の色のサブピクセル１１２〜１１４からの光束を集光させる、各々が偏心配置された複数のマイクロレンズ１２３を設けた。このようにしたので、マイクロレンズアレイ１２０の加工が容易になる。

（第３の実施の形態）
以下、図面を用いて、本発明の第３の実施の形態である立体映像表示装置について説明する。なお、第１の実施の形態と同一の箇所には第１の実施の形態と同一の符号を付し、説明を省略する。

図６（ａ）は、液晶パネル１１０とマイクロレンズアレイ１２０を側面から見た模式図である。本実施形態のマイクロレンズアレイ１２０は、第２の実施の形態と同様に、裏面にプリズム１２２が形成されていない。また、マイクロレンズアレイ１２０の表面には、図５に示したマイクロレンズ１２３と略同等の光学特性を有するフレネルレンズ１２４を配置している。図６（ｂ）は、マイクロレンズアレイ１２０の表面を観察者側から見た模式図であり、フレネルレンズ１２４が配列されている様子を示している。

上述した第３の実施の形態による立体映像表示装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）複数の表示画素１１１の各々について、当該表示画素１１１が有する複数の色のサブピクセル１１２〜１１４の像が、複数のマイクロレンズ１２１を介して略同一の位置に結像されるよう、複数の色のサブピクセル１１２〜１１４からの光束を集光させる、各々が偏心配置された複数のマイクロレンズであるフレネルレンズ１２４を設けた。このようにしたので、マイクロレンズアレイ１２０を薄型化することができる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
第３の実施の形態において、マイクロレンズアレイ１２０の表面に形成される複数のマイクロレンズの各々を、球面レンズとプリズムとの合成非球面のフレネルレンズとしてもよい。また、第１および第２の実施の形態において、マイクロレンズアレイ１２０の表面に形成される複数のマイクロレンズの各々を、非球面レンズとすることもできる。

（変形例２）
第１の実施の形態において、プリズム１２２とマイクロレンズアレイ１２０とを分離してもよい。例えば、液晶パネル１１０の表示面上にプリズム１２２を形成してもよい。また、個々のプリズム１２２の大きさは、必ずしも個々のマイクロレンズ１２１に対応する大きさでなくてもよい。例えば、１つのプリズム１２２を１つのマイクロレンズ１２１より大きくしてもよい。

（変形例３）
上述した各実施形態では、表示デバイスを液晶パネル１１０としていた。本発明はこのような実施形態に限定されない。例えば有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）を利用した表示デバイスなど、１つのピクセルが複数の色のサブピクセルから構成される表示デバイスであれば、どのような表示デバイスを用いる立体映像表示装置にも本発明を適用することができる。また、複数のサブピクセルの配列、形状、数量、および色は、図２に示すものに限定されず、これ以外の配列（例えばデルタ配列など）、形状（例えばハニカム状など）、数量（例えば４つ、５つなど）、色（例えば赤、緑、青、黄の４色など）により構成されたサブピクセルを有する表示デバイスに本発明を適用することも可能である。

（変形例４）
上述した各実施の形態において、マイクロレンズアレイ１２０の表面と裏面とを入れ替えてもよい。例えば図４において、液晶パネル１１０の表示面に対向する面にマイクロレンズ１２１を配列し、観察者に対向する面にプリズム１２２を配列してもよい。図５、図６についても同様に、マイクロレンズアレイ１２０の表面と裏面とを逆にしてもよい。

（変形例５）
上述した各実施の形態においてはプリズムにより混色を行っていたが、プリズムの代わりに適切に設計した回折光学素子を配置して混色を行う方式としてもよい。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１２年第１１１５８１号（２０１２年５月１５日出願）

１００…立体映像表示装置、１１０…液晶パネル、１１１…ピクセル（表示画素）、１１２、１１３、１１４…サブピクセル、１２０…マイクロレンズアレイ、１２１、１２３…マイクロレンズ、１２２…プリズム、１２４…フレネルレンズ

Claims

異なる色の光を出射する副画素を有する複数の表示画素が二次元状に配列された表示素子と、
前記副画素から出射された光が入射する複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズが設けられた面とは異なる面に設けられた複数の光学素子と、を備え、
前記複数の光学素子は、１つの前記表示画素の副画素から出射された異なる色の光の進行方向を変更し、前記マイクロレンズにより略同一の位置に集光させる立体映像表示装置。
異なる色の光を出射する副画素を有する複数の表示画素が二次元状に配列された表示素子と、
前記副画素から出射された光が入射する複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズアレイと、を備え、
複数の前記マイクロレンズは、偏心して配置され、１つの前記表示画素の副画素から出射された異なる色の光の進行方向を変更し、略同一の位置に集光させる立体映像表示装置。
異なる色の光を出射する副画素を有する複数の表示画素が二次元状に配列された表示素子と、
前記副画素から出射された光が入射する複数のレンズが設けられた光学素子と、を備え、
複数の前記レンズは、１つの前記表示画素の副画素から出射された異なる色の光の進行方向を変更し、略同一の位置に集光させる、偏心して配置された複数のフレネルレンズである立体映像表示装置。
異なる色の光を出射する副画素を有する複数の表示画素が二次元状に配列された表示素子と、
前記副画素から出射された光が入射する複数のマイクロレンズが設けられたマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズが設けられた面とは異なる面に設けられた複数の回折格子と、を備え、
前記複数の回折格子は、１つの前記表示画素の副画素から出射された異なる色の光の進行方向を変更し、前記マイクロレンズにより略同一の位置に集光させる立体映像表示装置。