JPWO2006077706A1 - 立体的二次元画像表示装置及びそのモアレ軽減方法 - Google Patents

Abstract

立体的二次元画像表示装置においてモアレが発生し、画像品質を著しく低下させる。二次元画像を表示する画像表示面１１ａを備えた表示部１１と、画像表示面１１ａに離間配置され画像表示面１１ａから出射する光を結像させて、立体的二次元画像１３を空間１５に表示するマイクロレンズアレイ２５とを備えた立体的二次元画像表示装置１００であって、表示部１１の画素のピッチと、マイクロレンズアレイ２５のマイクロレンズのピッチとを相対的に変えるピッチ可変手段１９を設けた。

Description

本発明は、二次元画像を空間に浮き出させて結像させることにより、奥行き感を持たせた立体的二次元画像を表示させる立体的二次元画像表示装置及びそのモアレ軽減方法に関する。

画像表示装置は、家庭用のテレビをはじめ、アミューズメント分野のゲーム機器、訓練分野のフライトシミュレータ、医療分野の手術支援システム、建築分野の景観シミュレーション、携帯電話の表示部等種々の分野で用いられている。近年、これらの分野で用いられる画像表示装置では、アミューズメント性や視認性を向上させるため、高臨場感の得られる立体表示技術の開発が試みられている。立体表示装置は、視差情報を用いたものと、奥行き情報を用いたものに大別することができる。視差情報を用いたものは、さらに、偏光メガネを用いるものと、用いないものとに分けることができる。

例えば、視差情報方式で偏光メガネを用いないものには、レンチキュラーレンズ法があり、一画面に複数画面を潜像させ、一定幅の半円柱型レンズを水平方向につなぎ合わせた透過スクリーンを通して複数画面を見ることで、立体表現や動画表現を可能とする。具体的には、目視者の両目に対応した左右２枚の視差画像から交互に配列されたストライプ画像を、レンチキュラーレンズを用いて目視者の両目に供給して立体像を認識させている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、レンチキュラーレンズ法は、一画面に複数の画面を潜像させるため、コンピュータ画像処理、レンチキュラーレンズ設計、レンズと画像との正確な組み合わせ作業が必要であり、高価になる傾向がある。また、奥行き情報を用いたものには三次元座標情報を全て表示する方式や、回折の効果により物体の反射光を完全に再現する電子ホログラフィシステムもあるが、情報量が多量となる。

これに対し、二次元画像をマイクロレンズアレイによって浮き出させて結像することで、簡単な構成で、あたかも立体画像が映し出されているように表示できる立体的二次元画像表示装置が提案されている。この立体的二次元画像表示装置は、立体像を含む二次元画像を平面状の画像表示面に表示する表示部と、画像表示面に離間して配置され、複数のレンズからなるマイクロレンズアレイからなり、表示部とは反対側に位置する空間に二次元画像の実像（結像）の結像面を生成する。この立体的二次元画像表示装置によれば、非常に簡単な構成で、しかも、格段に少ない情報量で臨場感を得ることができた。

特開平１０−２２１６４４号公報

しかしながら、上記した従来の立体的二次元画像表示装置は、空間に二次元画像の結像面を生成するので、実像の浮出し表示により奥行き感を生じさせ、非常に簡単な構成で、臨場感が得られるものの、図１に示す表示部１に、例えば平面状の画像表示面３ａを有する液晶表示装置３を用いた場合、画像表示面３ａの画素ピッチＰ１と、マイクロレンズアレイ５のレンズピッチＰ２によってモアレ（moire）が発生することがあった。すなわち、規則的なパターンが重なり合うことによってモアレ（モアレ縞）が発生する。上記の立体的二次元画像表示装置の場合、モアレは、画像表示面３ａからの出射光７が結像するときに、画像表示面３ａの画素ピッチＰ１と、マイクロレンズ５のピッチＰ２とのずれによって、光学的振幅が変調された干渉縞のような模様（モアレ）を発生し、画像品質を著しく低下させる。これに対し、異なる表示部ごとの画像表示面の画素ピッチに対して、各々適したレンズピッチで、種々のマイクロレンズアレイを製作するのは、製品コストが増大するとともに部品管理が煩雑となり現実的でない。

本発明が解決しようとする課題としては、立体的二次元画像表示装置においてモアレが発生し、画像品質を著しく低下させるという問題が一例として挙げられる。

請求項１記載の立体的二次元画像表示装置は、二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、前記画像表示面に離間配置され前記画像表示面から出射する光を結像させて、立体的二次元画像を空間に表示するマイクロレンズアレイとを備えた立体的二次元画像表示装置であって、前記表示部の画素のピッチと、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズのピッチとを相対的に変えるピッチ可変手段が設けられたことを特徴とする。

請求項１０記載の立体的二次元画像表示装置のモアレ軽減方法は、表示部の画像表示面に二次元画像を表示し、前記画像表示面に離間配置したマイクロレンズアレイによって、前記画像表示面から出射する光を結像させて、立体的二次元画像を空間に表示する立体的二次元画像表示装置のモアレ軽減方法であって、前記表示部の画素のピッチと、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズのピッチとを相対的に変えることを特徴とする。

以下、本発明に係る立体的二次元画像表示装置及びそのモアレ軽減方法の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態に係る立体的二次元画像表示装置の構成を表す斜視図、図３は図２のＡ−Ａ矢視図である。
本実施の形態による立体的二次元画像表示装置１００は、二次元画像を表示する画像表示面１１ａを備えた表示部１１と、画像表示面１１ａに離間配置され画像表示面１１ａから出射する光を結像させて立体的二次元画像１３を空間１５に表示する画像伝達パネル１７と、ピッチ可変手段１９とを主要な構成部材として具備している。

表示部１１は、例えばその一例として、カラー液晶表示装置（ＬＣＤ）を用いることができ、フラットな画像表示面１１ａと、図示しないバックライト照明部及びカラー液晶駆動回路等を備える。また、表示部１１は、上記カラー液晶表示装置（ＬＣＤ）以外にも、陰極線管、プラズマディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイなどを用いることができる。カラー液晶駆動回路は、後述の映像信号供給部から入力された映像信号に基づき、ＬＣＤへ表示駆動信号を出力し、奥行き感を持つ立体的な二次元画像を画像表示面１１ａに表示させる。

図４は図３に示した画像伝達パネルの拡大図である。
画像伝達パネル１７は、２次元状に配列された複数のマイクロ凸レンズ２３からなるマイクロレンズアレイ２５を含む。マイクロレンズアレイ２５は、例えば二枚のレンズアレイ半体２５ａ、２５ｂを一体化させてなる。各レンズアレイ半体２５ａ、２５ｂは、それぞれ透光性に優れたガラス又は樹脂からなる透明基板の両面に、複数のマイクロ凸レンズ２３を、アレイ状に配置して当該面上にレンズアレイ面を構成したものである。

一面に形成された各マイクロ凸レンズ２３ａの光軸は、対向する位置に形成された他面のマイクロ凸レンズ２３ｂの光軸と同一となるように調整されており、また各レンズアレイ半体２５ａ、２５ｂ間で隣り合うマイクロ凸レンズ２３ｂ、２３ａ同士の光軸も同一となるように重ね合わされている。なお、本明細書では、二枚のレンズアレイ半体２５ａ、２５ｂの各々の面（合計四面）の何れの面にもレンズアレイ面が構成されたマイクロレンズアレイ２５を利用した実施例を記載するが、マイクロレンズアレイ２５の構成としてはこれに限られるものではない。

マイクロレンズアレイ２５は、表示部１１の画像表示面１１ａに対して所定距離（マイクロレンズアレイ２５の作動距離）だけ離れた位置に配置されている。このマイクロレンズアレイ２５は、表示部１１の画像表示面１１ａから出射した画像に対応する光を画像表示面１１ａと反対側の所定距離だけ離れた空間１５に結像させることにより、画像表示面１１ａに表示された画像を、空間上の二次元平面である結像面２１に表示する。この結像された画像は二次元画像であるが、その画像が奥行き感を持つものである場合やディスプレイ上の背景画像が黒くコントラストが強調されているような場合には、空間上に浮いて表示されることから、正面の観察者からは、あたかも立体画像が映し出されているように見える。つまり、結像面２１に表示される二次元画像は、擬似的な立体画像、すなわち、立体的二次元画像１３として観察者に認識される。

この立体的二次元画像１３は、マイクロレンズアレイ２５の作動距離に応じて定義される空間上の一平面である。立体的二次元画像表示装置１００では、例えば図示しない筐体の前面に、その結像面２１に表示される立体的二次元画像１３を正面から見ることができるように開口が設けられる。

マイクロレンズアレイ２５は、表示部１１から入射された画像に対応する光をレンズアレイ半体２５ａ、２５ｂから入射させ、内部で一回反転させた後、レンズアレイ半体２５ａ、２５ｂから出射させることが望ましい。これにより、マイクロレンズアレイ２５は、表示部１１に表示された二次元画像を結像面２１上に正立の立体的二次元画像１３として表示することができる。

なお、マイクロレンズアレイ２５は、レンズアレイ半体２５ａ、２５ｂを二枚一組で一体化するものに限らず、一枚で構成してもよく、また二枚以上の複数枚で構成してもよい。但し、このような一枚のマイクロ凸レンズを画像対応光が透過する場合、或いは三枚のマイクロ凸レンズを画像対応光が透過する場合においても、入射させた光を内部で一回反転させた後、出射させるようにして、正立の立体的二次元画像１３として表示させる。

以上のような基本構成に加え、立体的二次元画像表示装置１００では、さらにピッチ可変手段１９を備える。ピッチ可変手段１９は、表示部１１の画素のピッチと、マイクロレンズアレイ２５のマイクロ凸レンズ２３のピッチとを相対的に変えるように働く。相対的に変えるとは、いずれか一方のピッチに対していずれか他方のピッチを変えることを言う。また、ピッチを変えるとは、画素中心を通る光軸同士間の間隔、又はマイクロ凸レンズ２３の中心を通る光軸同士間の間隔を変えることを言う。したがって、本来、平行に対面配置される画像表示面１１ａとマイクロレンズアレイ２５とにおいて、例えばマイクロレンズアレイ２５が画像表示面１１ａに対して所定の角度で傾斜されれば、マイクロ凸レンズ２３の中心を通る光軸同士間の間隔は圧縮されて短くなる方向に変わる。つまり、表示部１１の画素のピッチと、マイクロ凸レンズ２３のピッチが相対的に変わることになる。

ここで、観察されるモアレは、表示部１１の画素ピッチとマイクロレンズアレイ２５のレンズピッチ、そして、マイクロレンズアレイ２５の作動距離（画像表示面１１ａとマイクロレンズアレイ２５の間隔）、観察者の観察距離（観察者と立体的二次元画像表示装置１００の間の距離）によって変化する。所定の作動距離、所定の観察距離から観察した場合、画素ピッチとレンズピッチを相対的に変化させていくと、モアレの発生が軽減される（若しくは、発生が無くなる）ピッチ関係が存在する。つまり、相対的なピッチの変化によって光学的振幅の変調度合が変化し、モアレ縞が強調されるようなピッチ関係と軽減されるようなピッチ関係が存在する。また、作動距離や観察距離を変化させることも、観察者から見ればピッチの関係を相対的に変化させることになるため、全ての条件でモアレの発生を抑えることは困難であるが、所定の観察条件、若しくは平均的な観察条件で、モアレの発生が最も軽減されるピッチ関係を探すことは可能である。

本実施の形態では、ピッチ可変手段１９として、傾斜角可変機構２７が設けられている。傾斜角可変機構２７は、四角形状となるマイクロレンズアレイ２５の例えば３つの隅部に設けられる。マイクロレンズアレイ２５は、この傾斜角可変機構２７を介して図示しない装置フレーム等に支持される。なお、傾斜角可変機構２７が設けられない１つの隅部は、変位可能に装置フレーム等に支持される。

図５はピッチ可変手段である傾斜角可変機構の断面図、図６は傾斜されたマイクロレンズアレイを表す側面図である。
傾斜角可変機構２７としては、例えば図５に示す構成のものを用いることができる。すなわち、傾斜角可変機構２７は、装置フレーム等に固定される断面Ｌ字状の支持材３１に、調整ねじ３３を螺合している。調整ねじ３３は、マイクロレンズアレイ２５の縁部を保持する保持材３５を回転可能に貫通している。支持材３１と保持材３５との間の調整ねじ３３にはコイルバネ３７が外挿され、コイルバネ３７は保持材３５を押圧している。

傾斜角可変機構２７は、マイクロレンズアレイ２５が画像表示面１１ａと平行に対面配置されている状態において、例えばマイクロレンズアレイ２５の上部左右の２つのものの調整ねじ３３が締め込まれることで、図６に示すように、マイクロレンズアレイ２５の上辺２５ｃが画像表示面１１ａに接近する方向に移動されて傾斜される。つまり、マイクロレンズアレイ２５を、表示部１１の画像表示面１１ａに対して傾斜可能に保持する。これにより、表示部１１の画素のピッチと、マイクロレンズアレイ２５のマイクロ凸レンズ２３のピッチが相対的に変えられるようになっている。

次に、本実施の形態の立体的二次元画像表示装置１００において、表示部１１に対して、映像記録媒体から映像信号を再生するための構成の一例を挙げて、映像再生の方法を説明する。図７は映像信号供給部の概略構成を示すブロック図である。

表示部１１のカラー液晶駆動回路には、映像信号供給部４１が電気的に接続される。映像信号供給部４１は、記録媒体４３に光ビーム４５を照射し、記録媒体４３上の記録ピットを読取るピックアップ４７と、ピックアップ４７からの再生信号を復調する復調部４９と、復調信号を入力し、画像情報信号と音声情報信号に分離して出力するデマルチプレクサ５３と、画像情報信号をデコード処理し、ビデオ信号を出力するビデオデコーダ５５と、音声情報信号をデコード処理し、オーディオ信号を出力するオーディオデコーダ５７と、記録媒体４３を回転駆動するスピンドルモータ５９と、スピンドルモータ５９の回転制御とピックアップのフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御を行うサーボ回路６１と、ユーザー操作される操作部６３と、操作部６３からの操作信号に基づいて装置全体の制御を行うシステムコントローラ６５と、メモリ６７とから構成されている。

映像信号供給部４１は、映像信号が記録された記録媒体を再生し、表示部１１にかかる映像信号を供給する。記録媒体には、奥行き感を持つ立体的な二次元画像の映像信号が予め記録されている。奥行き感を持つ立体的な二次元画像として、より具体的には、遠近法にて描画された画像、或いは動画像を表示するに際し近景の動きは早くかつ遠景の動きは遅く表示する画像等を挙げることができる。さらに、立体的二次元画像がより立体的に浮かび上がって見えるよう、立体的二次元画像以外の背景部分が黒色などの暗色とされても良い。

次に、上記の構成を有する立体的二次元画像表示装置１００の作用を説明する。
図８は傾斜角可変機構によるピッチ可変の状況を表す動作説明図である。
本実施の形態による立体的二次元画像表示装置１００では、映像信号供給部４１から表示部１１のカラー液晶駆動回路へビデオ信号が入力されると、表示部１１の画像表示面１１ａに二次元画像が表示される。二次元画像は、表示部１１に設けられたバックライト照明によって各画素７１を透過する画像の出射光となる。ここで、表示部１１の各画素７１のピッチがＰ１である場合、マイクロ凸レンズ２３のピッチが図１に示したＰ２であると、上記したようにピッチのずれによってモアレが発生し、マイクロ凸レンズ２３のピッチがＰ３であると、相対的なピッチの関係によりモアレの発生が軽減されるとする。本実施の形態では、マイクロレンズアレイ２５を支持する例えば上辺左右における傾斜角可変機構２７の調整ねじ３３がねじ込まれることで、図８に示すように、マイクロレンズアレイ２５の上辺が画像表示面１１ａに接近する方向に傾斜される。

これにより、本来、Ｐ２であるマイクロ凸レンズ２３のピッチが、短縮される方向に圧縮されて見かけ上Ｐ３となる。その結果、モアレの発生が軽減され（若しくは、発生が無くなり）、良好な画像品質で観察が可能になる。また、この傾斜角可変機構２７によれば、簡単な構造で微調整しながらモアレを軽減できる。そして、モアレが最も目立たない相対ピッチに調整が可能となる。さらに、マイクロレンズアレイ２５を可動するので、傾斜角可変機構２７が小型となる。

したがって、本実施の形態による立体的二次元画像表示装置１００によれば、二次元画像を表示する画像表示面１１ａを備えた表示部１１と、画像表示面１１ａに離間配置され画像表示面１１ａから出射する光を結像させて、立体的二次元画像を空間１５に表示するマイクロレンズアレイ２５とを備えた立体的二次元画像表示装置であって、表示部１１の画素７１のピッチＰ１と、マイクロレンズアレイ２５のマイクロ凸レンズ２３のピッチＰ２とを相対的に変えるピッチ可変手段１９が設けられたので、Ｐ２であるマイクロ凸レンズ２３のピッチが、短縮される方向に圧縮されて見かけ上Ｐ３となる。その結果、モアレの発生が低減され（若しくは、発生が無くなり）、良好な画像品質で観察が可能になる。

また、本実施の形態による立体的二次元画像表示装置のモアレ軽減方法によれば、表示部１１の画像表示面１１ａに二次元画像を表示し、画像表示面１１ａに離間配置したマイクロレンズアレイ２５によって、画像表示面１１ａから出射する光を結像させて、立体的二次元画像を空間１５に表示する立体的二次元画像表示装置１００のモアレ軽減方法であって、表示部１１の画素のピッチと、マイクロレンズアレイ２５のマイクロレンズのピッチとを相対的に変えるので、Ｐ２であるマイクロ凸レンズ２３のピッチを見かけ上、Ｐ３にすることができ、その結果、モアレの発生が軽減され、良好な画像品質で観察が可能になる。

なお、本実施の形態では、マイクロレンズアレイ２５に傾斜角可変機構２７が設けられる場合を説明したが、本発明に係る立体的二次元画像表示装置は、本実施の形態とは逆に、表示部１１に、ピッチ可変手段１９である傾斜角可変機構２７を設けてもよく、さらには、表示部１１及びマイクロレンズアレイ２５の双方に傾斜角可変機構２７を設けるものであってもよい。

次に、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第２の実施の形態を説明する。
図９はピッチ可変手段である回転角可変機構の正面図、図１０は回転されたマイクロレンズアレイを表す正面図、図１１は回転角可変機構によるピッチ可変の状況を表す動作説明の側面図（ａ）、その要部平面図（ｂ）である。
本実施の形態による立体的二次元画像表示装置は、ピッチ可変手段７９が、回転角可変機構８１であることに特徴を有する。他の構成は、上記の立体的二次元画像表示装置１００と同様である。

回転角可変機構８１は、例えばマイクロレンズアレイ２５の上辺左右に設けられ、マイクロレンズアレイ２５を画像表示面１１ａに垂直な軸回りに回転可能に保持する。回転角可変機構８１は、図示しない装置フレームに固定される支持材８３に調整ねじ８５が螺合される。調整ねじ８５の先端には保持材８７が相対回転可能に支持され、保持材８７はマイクロレンズアレイ２５の周縁を保持する。つまり、調整ねじ８５が回動されることにより、支持材８３と保持材８７との間隙が拡縮する方向に調整可能となっている。

また、保持材８７の下辺と支持材８３との間には、図示しない付勢手段（圧縮ばね等）が配設され、この付勢手段は保持材８７を上方へ付勢している。したがって、観察者側から見て、マイクロレンズアレイ２５の左上の調整ねじ８５を上方向へ移動するように回すことで、支持材８３の左隅が上方へ移動され、図１０に示すように、マイクロレンズアレイ２５が時計回りに回転されることとなる。

この立体的二次元画像表示装置では、回転角可変機構８１によってマイクロレンズアレイ２５が画像表示面１１ａに垂直な軸回りに回転されることで、実際のマイクロ凸レンズ２３のピッチがＰ２であっても、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、マイクロ凸レンズ２３のピッチＰ２が、短縮される方向に圧縮されて見かけ上Ｐ３となる。つまり、表示部１１の画素７１のピッチとマイクロ凸レンズ２３のピッチが相対的に変わる。

その結果、モアレの発生が軽減され、良好な画像品質で観察が可能になる。また、この回転角可変機構８１によれば、簡単な構造で微調整しながらモアレを軽減できる。そして、最も目立たない相対ピッチに調整が可能となる。さらに、マイクロレンズアレイ２５を可動するので、回転角可変機構８１が小型となる。

なお、本実施の形態では、マイクロレンズアレイ２５に回転角可変機構８１が設けられる場合を説明したが、本発明に係る立体的二次元画像表示装置は、本実施の形態とは逆に、表示部１１に、ピッチ可変手段７９である回転角可変機構８１を設けてもよく、さらには、表示部１１及びマイクロレンズアレイ２５の双方に回転角可変機構８１を設けるものであってもよい。

次に、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第３の実施の形態を説明する。
図１２はピッチ可変手段である加振機構の備えられたマイクロレンズアレイの側面図、図１３は加振機構によるピッチ可変の状況を表す動作説明図である。
本実施の形態による立体的二次元画像表示装置は、ピッチ可変手段９１が、加振機構９３であることに特徴を有する。他の構成は、上記の立体的二次元画像表示装置１００と同様である。

加振機構９３は、マイクロレンズアレイ２５を保持する図示しない保持材の周縁に固定される加振機（バイブレータ）９５と、この加振機９５を装置フレーム９７に支持する振動吸収材９９とからなる。加振機９５は、重心を偏芯させた回転子を内蔵し、この回転子がモータによって回転されることで、マイクロレンズアレイ２５を例えば面方向（図１２の上下方向）に往復細動させる。

この立体的二次元画像表示装置では、加振機構９３によってマイクロレンズアレイ２５が画像表示面１１ａに平行な例えば上下方向へ往復細動されることで、実際のマイクロ凸レンズ２３のピッチがＰ２であっても、図１３に示すように、マイクロレンズアレイ２５の位置が変位する。すなわち、表示部１１の画素７１のピッチとマイクロ凸レンズ２３のピッチとのずれの位置関係が時間的に変化する。

その結果、発生したモアレの位置が時間的に細かく変動するため、モアレが平均化、多重化され、観察者から見ると、モアレの発生が均質化されることにより軽減され、画像品質が向上する。また、マイクロレンズアレイを上下方向へ往復細動した場合、モアレのみが上下へ位置変動するため、立体的二次元画像の上下の位置変動は発生しない。

なお、本実施の形態では、マイクロレンズアレイ２５に加振機構９３が設けられる場合を説明したが、本発明に係る立体的二次元画像表示装置は、本実施の形態とは逆に、表示部１１に、ピッチ可変手段９１である加振機構９３を設けてもよく、さらには、表示部１１及びマイクロレンズアレイ２５の双方に加振機構９３を設けるものであってもよい。

次に、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第４の実施の形態を説明する。
図１４はピッチ可変手段である不規則配列のマイクロレンズアレイを表す要部正面図、図１５は図１４に示したマイクロレンズアレイの側面視を（ａ）、平面視を（ｂ）に表した要部説明図、図１６は不規則配列のマイクロレンズアレイによるピッチ可変の状況を表す動作説明図である。
本実施の形態による立体的二次元画像表示装置は、ピッチ可変手段１０１が、不規則配列のマイクロレンズアレイ１０３であることに特徴を有する。他の構成は、上記の立体的二次元画像表示装置１００と同様である。

不規則配列のマイクロレンズアレイ１０３は、マイクロ凸レンズ２３を同一曲率でかつ異なるピッチで配列して形成される。すなわち、不規則配列のマイクロレンズアレイ１０３には、例えば複数（本実施の形態では３種類）の異なる外径ｄ１、ｄ２、ｄ３（ｄ１＞ｄ２＞ｄ３）のマイクロ凸レンズ２３ｃ、２３ｄ、２３ｅが不規則に配列されている。同一曲率でかつ異なる直径のマイクロ凸レンズ２３ｃ、２３ｅは、図１５に示すように、マイクロ凸レンズ２３ｃの周縁を切除することで、マイクロ凸レンズ２３ｅが形成される。

これにより、マイクロ凸レンズ２３ｃ、２３ｄ、２３ｅを不規則に配列することで、同一曲率でかつ異なるレンズピッチとなった不規則配列のマイクロレンズアレイ１０３が構成される。したがって、上記のマイクロレンズアレイ２５に代えて、不規則配列のマイクロレンズアレイ１０３を表示部１１に対面配置することで、本来の画素７１のピッチとマイクロ凸レンズ２３のピッチとを相対的に変えることが可能となる。

この立体的二次元画像表示装置では、不規則配列のマイクロレンズアレイ１０３が用いられることで、本来、マイクロ凸レンズ２３のピッチがＰ２であることにより表示部１１の画素ピッチＰ１との間に一定のピッチのずれが生じるのに対し、大中小の外径に形成されたマイクロ凸レンズ２３ｃ、２３ｄ、２３ｅが適宜隣接する間隔を変えて配列されるため、ピッチのずれが一定でなくなる。

その結果、規則的なピッチの関係がなくなり、モアレの発生が抑制される。若しくは、モアレが発生したとしても、不規則なモアレ縞となるので、観察者から見ると明確にモアレを認識することができないため、モアレが軽減され画像品質が向上する。また、この立体的二次元画像表示装置では、追加機構を付設せずに、不規則配列のマイクロレンズアレイ１０３を採用するのみで、簡易にモアレを軽減することができる。

次に、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第５の実施の形態を説明する。
図１７はピッチ可変手段である傾斜用ホルダを表す要部斜視図、図１８はピッチ可変手段である回転用ホルダを表す要部正面図である。
本実施の形態による立体的二次元画像表示装置は、ピッチ可変手段１１１、１１３が、マイクロレンズアレイ２５を所定の傾斜角で保持する傾斜用ホルダ１１５、或いは所定の回転角度で保持する回転用ホルダ１１７であることに特徴を有する。他の構成は、上記の立体的二次元画像表示装置１００と同様である。

図１７に示す傾斜用ホルダ１１５は、図示しない装置フレーム等に固定され、マイクロレンズアレイ２５の上縁、下縁を保持する保持溝１１９を有する。この保持溝１１９は、画像表示面１１ａに対して所定の角度（図８に示したモアレを軽減する相対的なピッチの関係になる角度）傾斜して形成されている。したがって、マイクロレンズアレイ２５の上下縁を保持溝１１９に嵌入されて保持すれば、マイクロレンズアレイ２５が画像表示面１１ａに対して所定の角度傾斜して保持固定されるようになっている。

また、図１８に示す回転用ホルダ１１７は、図示しない装置フレーム等に固定され、マイクロレンズアレイ２５の上縁、下縁を保持する保持溝１２１を有する。この保持溝１２１は、上縁の一端と他端とで異なる深さとなるように溝底が傾斜して形成されている。したがって、マイクロレンズアレイ２５の上下縁を保持溝１２１に嵌入されて保持すれば、マイクロレンズアレイ２５が画像表示面１１ａに垂直な軸回りに所定の角度（図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示したモアレを軽減する相対的なピッチの関係になる角度）回転して保持固定されるようになっている。

これらピッチ可変手段１１１、１１３によれば、マイクロレンズアレイ２５をモアレの発生を軽減する相対的なピッチの関係になる角度で保持するため、表示部１１の画素７１のピッチとマイクロ凸レンズ２３のピッチが相対的に変わるので、モアレの発生が軽減され、良好な画像品質で観察が可能になる。また、これらのピッチ可変手段においては、表示部１１の画素ピッチに対して、モアレの発生を軽減する相対的なピッチの関係にするために、所望の保持角度を事前に検討、把握しておく。したがって、表示部１１の種類別に設計した傾斜用ホルダ１１５或いは回転用ホルダ１１７を用いることで、立体的二次元画像表示装置一台一台毎に調整機構を付加することなく、最も簡単な構造でモアレを軽減できる。

なお、本実施の形態では、マイクロレンズアレイ２５にピッチ可変手段１１１、１１３が設けられる場合を説明したが、本発明に係る立体的二次元画像表示装置は、本実施の形態とは逆に、表示部１１に、ピッチ可変手段１１１、１１３を設けてもよく、さらには、表示部１１及びマイクロレンズアレイ２５の双方にピッチ可変手段１１１、１１３を設けるものであってもよい。また、ホルダは、傾斜用ホルダ１１５の構成と、回転用ホルダ１１７の構成とを同時に備えるものであってもよい。このような傾斜・回転用ホルダによれば、マイクロレンズアレイ２５を傾斜させた姿勢で回転保持することができる。

なお、本発明に係る立体的二次元画像表示装置は、上記した各実施の形態によるピッチ可変手段１９、７９、９１、１０１、１１１、１１３を適宜組み合わせて設けるものであってもよく、その場合においても、上記と同様の各作用・効果が重複して得られるものである。

画素のピッチとマイクロレンズのピッチにより生じるモアレを説明するための従来の表示部とマイクロレンズアレイとの側面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る立体的二次元画像表示装置の構成を表す斜視図である。 図２のＡ−Ａ矢視図である。 図３に示した画像伝達パネルの拡大図である。 ピッチ可変手段である傾斜角可変機構を表す側面図である。 傾斜されたマイクロレンズアレイを表す側面図である。 映像信号供給部の概略構成を示すブロック図である。 傾斜角可変機構によるピッチ可変の状況を表す動作説明図である。 ピッチ可変手段である回転角可変機構の正面図である。 回転されたマイクロレンズアレイを表す正面図である。 回転角可変機構によるピッチ可変の状況を表す動作説明の側面図（ａ）、その要部平面図（ｂ）である。 ピッチ可変手段である加振機構の備えられたマイクロレンズアレイの側面図である。 加振機構によるピッチ可変の状況を表す動作説明図である。 ピッチ可変手段である不規則配列のマイクロレンズアレイを表す要部正面図である。 図１４に示したマイクロレンズアレイの側面視を（ａ）、平面視を（ｂ）に表した要部説明図である。 不規則配列のマイクロレンズアレイによるピッチ可変の状況を表す動作説明図である。 ピッチ可変手段である傾斜用ホルダを表す要部斜視図である。 ピッチ可変手段である回転用ホルダを表す要部正面図である。

符号の説明

１１…表示部
１１ａ…画像表示面
１３…立体的二次元画像
１５…空間
１９、７９、９１、１０１、１１１、１１３…ピッチ可変手段
２３…マイクロ凸レンズ（マイクロレンズ）
２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ…マイクロ凸レンズ（同一曲率でかつ異なるピッチで配列されたマイクロレンズ）
２５…マイクロレンズアレイ
２７…傾斜角可変機構
７１…画素
８１…回転角可変機構
９３…加振機構
１００…立体的二次元画像表示装置
１０３…不規則配列のマイクロレンズアレイ
１１５…傾斜用ホルダ（ホルダ）
１１７…回転用ホルダ（ホルダ）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…ピッチ

【０００２】
で、簡単な構成で、あたかも立体画像が映し出されているように表示できる立体的二次元画像表示装置が提案されている。この立体的二次元画像表示装置は、立体像を含む二次元画像を平面状の画像表示面に表示する表示部と、画像表示面に離間して配置され、複数のレンズからなるマイクロレンズアレイからなり、表示部とは反対側に位置する空間に二次元画像の実像（結像）の結像面を生成する。この立体的二次元画像表示装置によれば、非常に簡単な構成で、しかも、格段に少ない情報量で臨場感を得ることができた。
［０００６］
［特許文献１］
特開平１０−２２１６４４号公報
［発明の開示］
［発明が解決しようとする課題］
［０００７］
しかしながら、上記した従来の立体的二次元画像表示装置は、空間に二次元画像の結像面を生成するので、実像の浮出し表示により奥行き感を生じさせ、非常に簡単な構成で、臨場感が得られるものの、図１に示す表示部１に、例えば平面状の画像表示面３ａを有する液晶表示装置３を用いた場合、画像表示面３ａの画素ピッチＰ１と、マイクロレンズアレイ５のレンズピッチＰ２によってモアレ（ｍｏｉｒｅ）が発生することがあった。すなわち、規則的なパターンが重なり合うことによってモアレ（モアレ縞）が発生する。上記の立体的二次元画像表示装置の場合、モアレは、画像表示面３ａからの出射光７が結像するときに、画像表示面３ａの画素ピッチＰ１と、マイクロレンズ５のピッチＰ２とのずれによって、光学的振幅が変調された干渉縞のような模様（モアレ）を発生し、画像品質を著しく低下させる。これに対し、異なる表示部ごとの画像表示面の画素ピッチに対して、各々適したレンズピッチで、種々のマイクロレンズアレイを製作するのは、製品コストが増大するとともに部品管理が煩雑となり現実的でない。
［０００８］
本発明が解決しようとする課題としては、立体的二次元画像表示装置においてモアレが発生し、画像品質を著しく低下させるという問題が一例として挙げられる。
［課題を解決するための手段］
［０００９］
請求項１記載の立体的二次元画像表示装置は、二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、前記画像表示面に平行に対面して離間配置され、前記画像表示面から出射する光を前記画像表示面とは反対側の空間に結像させて、立体的二次元画像を表示するマイクロレンズアレイとを備

【０００３】
えた立体的二次元画像表示装置であって、前記表示部の画素のピッチと、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズのピッチとを相対的に変えるピッチ可変手段を備え、前記ピッチ可変手段は、平行に対面した状態から、前記表示部、および前記マイクロレンズアレイの少なくとも一方を回動させることを特徴とする。
［００１０］
請求項７記載の立体的二次元画像表示装置のモアレ軽減方法は、表示部の画像表示面に二次元画像を表示し、前記画像表示面に平行に対面して離間配置したマイクロレンズアレイによって、前記画像表示面から出射する光を前記画像表示面とは反対側の空間に結像させて、立体的二次元画像を空間に表示する立体的二次元画像表示装置のモアレ軽減方法であって、平行に対面した状態から、前記表示部、および前記マイクロレンズアレイの少なくとも一方を回動させることにより、前記表示部の画素のピッチと、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズのピッチとを相対的に変えることを特徴とする。
［発明を実施するための最良の形態］
［００１１］
以下、本発明に係る立体的二次元画像表示装置及びそのモアレ軽減方法の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態に係る立体的二次元画像表示装置の構成を表す斜視図、図３は図２のＡ−Ａ矢視図である。
本実施の形態による立体的二次元画像表示装置１００は、二次元画像を表示する画像表示面１１ａを備えた表示部１１と、画像表示面１１ａに離間配置され画像表示面１１ａから出射する光を結像させて立体的二次元画像１３を空間１５に表示する画像伝達パネル１７と、ピッチ可変手段１９とを主要な構成部材として具備している。
［００１２］
表示部１１は、例えばその一例として、カラー液晶表示装置（ＬＣＤ）を用いることができ、フラットな画像表示面１１ａと、図示しないバックライト照明部及びカラー液晶駆動回路等を備える。また、表示部１１は、上記カラー液晶表示装置（ＬＣＤ）以外にも、陰極線管、プラズマディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイなどを用いることができる。カラー液晶駆動回路は、後述の映像信号供給部から入力された映像信号に基づき、ＬＣＤへ表示駆動信号を出力し、奥行き感を持つ立体的な二次元画像を画像表示面１１ａに表示させる。
［００１３］
図４は図３に示した画像伝達パネルの拡大図である。
画像伝達パネル１７は、２次元状に配列された複数のマイクロ凸レンズ２３からなるマイクロレンズアレイ２５を含む。マイクロレンズアレイ２５は、例えば二枚のレンズアレ

Claims (14)

1. 二次元画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、
   前記画像表示面に離間配置され前記画像表示面から出射する光を結像させて、立体的二次元画像を空間に表示するマイクロレンズアレイとを備えた立体的二次元画像表示装置であって、
   前記表示部の画素のピッチと、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズのピッチとを相対的に変えるピッチ可変手段が設けられたことを特徴とする立体的二次元画像表示装置。
2. 前記ピッチ可変手段が、
   前記マイクロレンズアレイを、前記表示部の画像表示面に対して傾斜可能に保持する傾斜角可変機構であることを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示装置。
3. 前記ピッチ可変手段が、
   前記表示部を、前記マイクロレンズアレイに対して傾斜可能に保持する傾斜角可変機構であることを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示装置。
4. 前記ピッチ可変手段が、
   前記マイクロレンズアレイを、前記画像表示面に垂直な軸回りに回転可能に保持する回転角可変機構であることを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示装置。
5. 前記ピッチ可変手段が、
   前記表示部を、前記マイクロレンズアレイに垂直な軸回りに回転可能に保持する回転角可変機構であることを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示装置。
6. 前記ピッチ可変手段が、
   前記マイクロレンズアレイを振動させる加振機構であることを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示装置。
7. 前記ピッチ可変手段が、
   前記表示部を振動させる加振機構であることを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示装置。
8. 前記ピッチ可変手段が、
   同一曲率でかつ異なるピッチで配列されたマイクロレンズを含む不規則配列のマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示装置。
9. 前記ピッチ可変手段が、
   前記マイクロレンズアレイ又は前記表示部のいずれか一方、若しくは前記マイクロレンズアレイ及び前記表示部の双方を、所定の傾斜角度又は所定の回転角度のいずれか一方、若しくは所定の傾斜角度及び所定の回転角度の双方で保持するホルダであることを特徴とする請求項１記載の立体的二次元画像表示装置。
10. 表示部の画像表示面に二次元画像を表示し、
    前記画像表示面に離間配置したマイクロレンズアレイによって、前記画像表示面から出射する光を結像させて、立体的二次元画像を空間に表示する立体的二次元画像表示装置のモアレ軽減方法であって、
    前記表示部の画素のピッチと、前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズのピッチとを相対的に変えることを特徴とする立体的二次元画像表示装置のモアレ軽減方法。
11. 前記マイクロレンズアレイ又は前記表示部のいずれか一方、若しくは前記マイクロレンズアレイ及び前記表示部の双方を所定の角度で傾斜させることにより、前記画素のピッチと前記マイクロレンズのピッチとを相対的に変えることを特徴とする請求項１０記載の立体的二次元画像表示装置のモアレ軽減方法。
12. 前記マイクロレンズアレイ又は前記表示部のいずれか一方、若しくは前記マイクロレンズアレイ及び前記表示部の双方を所定の角度で画像表示面に垂直な軸回りに回転させることにより、前記画素のピッチと前記マイクロレンズのピッチとを相対的に変えることを特徴とする請求項１０記載の立体的二次元画像表示装置のモアレ軽減方法。
13. 前記マイクロレンズアレイ又は前記表示部のいずれか一方、若しくは前記マイクロレンズアレイ及び前記表示部の双方を振動させることにより、前記画素のピッチと前記マイクロレンズのピッチとを相対的に変えることを特徴とする請求項１０記載の立体的二次元画像表示装置のモアレ軽減方法。
14. 前記マイクロレンズアレイのマイクロレンズを同一曲率でかつ異なるピッチで配列することにより、前記画素のピッチと前記マイクロレンズのピッチとを相対的に変えることを特徴とする請求項１０記載の立体的二次元画像表示装置のモアレ軽減方法。

Images