JPWO2008114813A1 - Image display device and panel manufacturing method - Google Patents
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Abstract
従来のレンチキュラーレンズを通して平面画像を見れば、見る方向に相当する平面画像の一部のみを見る事になり、解像度が著しく劣化すると云う課題を有していた。画像面を有し、片面に凹レンズのアレイを形成した第1パネルを有し、片面に凸レンズのアレイを形成した第2パネルを有し、画像面、第1パネル、第2パネルの順に配置し、前記凸レンズと前記凹レンズが互いに対向し、前記第1パネルと前記第2パネルを所定の間隔を設けて配置して立体画像を表示し、前記第1パネルと前記第2パネルを接触あるいは近接させて配置して平面画像を表示する。これにより、平面画像と立体画像を切り換える事ができる画像表示装置を提供できる。When a planar image is viewed through a conventional lenticular lens, only a part of the planar image corresponding to the viewing direction is viewed, which has a problem that the resolution is significantly deteriorated. A first panel having an image plane, having a concave lens array on one side, and a second panel having a convex lens array on one side, are arranged in the order of the image plane, the first panel, and the second panel. The convex lens and the concave lens are opposed to each other, and the first panel and the second panel are arranged at a predetermined interval to display a stereoscopic image, and the first panel and the second panel are brought into contact with or close to each other. To display a flat image. Thereby, the image display apparatus which can switch a planar image and a stereo image can be provided.
Description
本発明は、平面画像と立体画像を切り替える事ができる画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to an image display device capable of switching between a planar image and a stereoscopic image.
立体画像表示装置には、眼鏡を必要とする方式と必要としない方式がある。眼鏡を必要としない方式としてレンチキュラーレンズを用いる立体画像表示装置が知られている。図34はレンチキュラーレンズの斜視図である。図34において、3401は平行に並べられた複数のシリンドリカルレンズである。
There are two types of stereoscopic image display devices that require glasses and those that do not. A stereoscopic image display device using a lenticular lens is known as a method that does not require glasses. FIG. 34 is a perspective view of a lenticular lens. In FIG. 34,
図35はレンチキュラーレンズを用いた、立体画像表示装置の断面図である。図35において、3501はレンチキュラーレンズ、3502は画像表示部、3503は透明パネルである。画像表示部3502として液晶層、プラズマ放電部、有機EL層などがある。図35は、画像表示部3502と透明パネル3503から成る一般のディスプレイに、レンチキュラーレンズ3501を貼り合わせた構造である。画像表示部3502に多視点画像を表示し、レンチキュラーレンズ3501を通して、左右の眼で見る事で画像を立体的に認識する。レンチキュラーレンズ3501と透明パネル3503が、共に一般のガラスや樹脂から成るならば、それらの屈折率は約1.5である。その場合、レンチキュラーレンズ3501と透明パネル3503は光学的には一体に考えられる。 FIG. 35 is a cross-sectional view of a stereoscopic image display device using a lenticular lens. In FIG. 35, 3501 is a lenticular lens, 3502 is an image display unit, and 3503 is a transparent panel. Examples of the image display portion 3502 include a liquid crystal layer, a plasma discharge portion, and an organic EL layer. FIG. 35 shows a structure in which a lenticular lens 3501 is bonded to a general display including an image display unit 3502 and a transparent panel 3503. A multi-viewpoint image is displayed on the image display unit 3502, and the image is recognized three-dimensionally by being viewed with the left and right eyes through the lenticular lens 3501. If both the lenticular lens 3501 and the transparent panel 3503 are made of general glass or resin, their refractive index is about 1.5. In that case, the lenticular lens 3501 and the transparent panel 3503 are considered to be optically integrated.
多視点画像を撮像する一つの方法は、被写体の画像を多くの方向から撮像する事である。図36は多視点画像を撮像する構成図である。図36において、被写体3601を5台のカメラ3602ないし3606を用いて撮像する。これらの複数の撮像画像は互いに視差を持つ。図36では、5台のカメラを用いる例を示した。
One method for capturing a multi-viewpoint image is to capture an image of the subject from many directions. FIG. 36 is a configuration diagram for capturing a multi-viewpoint image. In FIG. 36, a
図37は多視点画像の作成方法を示す図である。図37において、3702ないし3706は図36のカメラ3602ないし3606により撮像された画像である。これらの撮像画像を短冊画像に分割し、図37の様に一つに合成して多視点画像3701を得る。図36および図37の様な5視点の例では、各々の短冊画像は横方向に5分の一に圧縮されて、3701に合成される。
FIG. 37 shows a method for creating a multi-viewpoint image. In FIG. 37,
図38および図39はレンチキュラーレンズによる立体視の原理図である。図38および図39において、3801はシリンドリカルレンズ、3802は画像面である。図38および図39では、レンチキュラーレンズ(図35の3501)と透明パネル(図35の3503)を一体に扱う。画像面3802に表示された画像3803は、図37の多視点画像3701の一つのシリンドリカルレンズに対応する部分である。図38および図39の例では、一つのシリンドリカルレンズに対応する画像面のみに多視点画像3803を示している。実際は全てのシリンドリカルレンズに対応する画像面に多視点画像を表示する。画像面の各点から出る光はシリンドリカルレンズにより略平行光になり、右眼あるいは左眼に入射する。図38の様な右眼3804と左眼3805の位置では、右眼3804には略非行光3806が入射し、左眼3805には略平行光3807が入射して、右眼と左眼は互いに視差のある画像を見て立体的に認識する。
38 and 39 are diagrams showing the principle of stereoscopic viewing using a lenticular lens. 38 and 39, 3801 is a cylindrical lens, and 3802 is an image plane. In FIGS. 38 and 39, the lenticular lens (3501 in FIG. 35) and the transparent panel (3503 in FIG. 35) are handled integrally. An
また、頭の位置を移動させて、図39の様に右眼3804と左眼3805の位置が変化した場合は、右眼3804には略平行光3808が入射し、左眼3805には略平行光3809が入射して画像を立体的に認識する。頭を移動する事で立体的に見える方向が変わり、図38では見えなかった物が図39では見える様になり、臨場感が高くなる。この様な多視点画像とレンチキュラーレンズを用いた立体画像は、最近の学会において報告されている(例えば非特許文献1を参照)。
When the position of the
図38および図39の様なレンチキュラーレンズでは、画像面の異なる点から出る光が方向の異なる略平行光になる事により、右眼と左眼で異なる画像を見て立体画像を認識する。この様な略平行光になる原理について図40を用いて解析的に説明する。 In the lenticular lens as shown in FIGS. 38 and 39, light emitted from different points on the image plane becomes substantially parallel light in different directions, and a stereoscopic image is recognized by viewing different images with the right eye and the left eye. The principle of such substantially parallel light will be described analytically with reference to FIG.
図40において、4001はシリンドリカルレンズ、4002は画像面である。図40でも、レンチキュラーレンズ(図35の3501)と透明パネル(図35の3503)を一体に扱う。図40では球面レンズを用い、レンズの球面半径をRとする。画像面4002からレンズ頂部までの距離をT、レンズ媒質の屈折率をn、一つのシリンドリカルレンズの幅をWとする。レンズ頂部を通るレンズ中心線4003から画像面の注目している点までの距離をδとする。この画像面の点から出てレンズ表面の点Pに達した光は、レンズ表面で屈折して角度βを持ってシリンドリカルレンズ4001から出射される。
In FIG. 40, 4001 is a cylindrical lens, and 4002 is an image plane. Also in FIG. 40, the lenticular lens (3501 in FIG. 35) and the transparent panel (3503 in FIG. 35) are handled integrally. In FIG. 40, a spherical lens is used, and the spherical radius of the lens is R. Let T be the distance from the
点Pのレンズ中心線4003からの距離Xは(数1)で示され、画像面の注目している点から点Pに向かう光線の角度θは(数2)で求められる。また、レンズ面への入射角αは(数3)で求められ、レンズ面における屈折の法則より出射角βは(数4)で求められる。
(数1) X=R・sinφ
(数2) tanθ = (δ−X)/(T−R+R・cosφ)
(数3) α=θ+φ
(数4) sin(φ+β) = n・sinαThe distance X of the point P from the
(Equation 1) X = R · sinφ
(Formula 2) tan θ = (δ−X) / (T−R + R · cos φ)
(Equation 3) α = θ + φ
(Expression 4) sin (φ + β) = n · sin α
画像面の点(レンズ中心線4003から距離δ)と、レンズ面の屈折点P(レンズ中心線4003から距離X)が与えられれば、(数1)ないし(数4)より、順にφ、θ、α、βが求まり、シリンドリカルレンズ4001からの出射光の方向が求められる。
If a point on the image plane (distance δ from the lens center line 4003) and a refraction point P (distance X from the lens center line 4003) are given, then φ, θ in order from (Equation 1) to (Equation 4). , Α, β are obtained, and the direction of the light emitted from the
画像面4002の異なる点から出る光は、シリンドリカルレンズ4001から異なる出射角度を持つ平行光として出射される事が理想である。図41にその理想的な振る舞いを示す。横軸は画像面の点から出る光がレンズ表面に入射する位置(X)、縦軸はシリンドリカルレンズからの出射角度(β)である。画像面の点(レンズ中心線4003から距離δ)として、0、W/4、W/2、3W/4、Wの5つの場合を示している。δ=3W/4およびδ=Wは、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点から出る光である。例えば、画像面の点(δ=W/4)から出た光はレンズ表面のどの位置に入射しても出射角度が一定の平行光となる。言い換えれば、その出射角度からレンチキュラーレンズを見れば点(δ=W/4)の画像のみを見る事になる。この様に、画像面の点から出た光が、レンズ面の入射位置によらず出射角度が一定の平行光になる事をレンチキュラー効果と名付ける。現実にはこの様な理想的な出射光は得られず、以下に現実的な場合を示す。
Ideally, light emitted from different points on the
まず、光線の角度が小さい近軸近似を考える。この近軸近似では、(数1)ないし(数4)が各々(数5)ないし(数8)と表される。
(数5) X=Rφ
(数6) θ=(δ−X)/T
(数7) α=θ+φ
(数8) φ+β=nαFirst, consider paraxial approximation with a small ray angle. In this paraxial approximation, (Equation 1) through (Equation 4) are expressed as (Equation 5) through (Equation 8), respectively.
(Equation 5) X = Rφ
(Equation 6) θ = (δ−X) / T
(Equation 7) α = θ + φ
(Equation 8) φ + β = nα
これらの(数5)ないし(数8)より近軸近似における出射角βは(数9)で表される。レンチキュラーレンズ効果、即ち、画像面の点(レンズ中心線4003から距離δ)から出る光が出射角一定の略平行光となる条件は、βがθに依存しない事であり、それは(数10)の場合である。その時の出射角βは(数11)で与えられる。Tが(数10)で与えられる場合は、画像面から出る光が平行光になるので、そのTが半径Rの球面レンズの焦点距離に相当する。
(数9) β=(n−1)(δ/R)−〔(n−1)(T/R)−n〕θ
(数10) T=Rn/(n−1)
(数11) β=(n−1)(δ/R)From these (Equation 5) to (Equation 8), the exit angle β in paraxial approximation is expressed by (Equation 9). The lenticular lens effect, that is, the condition that light emitted from a point on the image plane (distance δ from the lens center line 4003) becomes substantially parallel light with a constant emission angle is that β does not depend on θ. This is the case. The emission angle β at that time is given by (Equation 11). When T is given by (Equation 10), the light emitted from the image plane becomes parallel light, so that T corresponds to the focal length of the spherical lens with radius R.
(Equation 9) β = (n−1) (δ / R) − [(n−1) (T / R) −n] θ
(Equation 10) T = Rn / (n-1)
(Equation 11) β = (n−1) (δ / R)
レンズ媒質が一般的なガラスや樹脂の場合は、屈折率nは約1.5であり、画像面からシリンドリカルレンズ頂部までの距離Tは(数12)となり、略平行光の出射角βは(数13)となる。屈折率が約1.5の媒質からなる球面レンズの焦点距離は、球面半径の3倍である事を意味する。
(数12) T=3R
(数13) β=δ/(2R)When the lens medium is general glass or resin, the refractive index n is about 1.5, the distance T from the image surface to the top of the cylindrical lens is (Equation 12), and the emission angle β of substantially parallel light is ( (13) This means that the focal length of a spherical lens made of a medium having a refractive index of about 1.5 is three times the spherical radius.
(Equation 12) T = 3R
(Equation 13) β = δ / (2R)
次に、一般的な場合を(数1)ないし(数4)を用いてシミュレーションする。例として、図40においてR=1、T=3、n=1.5、W=1.5とする。これらの条件は(数10)を満足する。図42はそのシミュレーションの結果である。横軸は画像面の点から出る光がレンズ表面に入射する位置(X)、縦軸はシリンドリカルレンズから出る出射角(β)である。画像面の点(レンズ中心線4003から距離δ)として、0、W/4、W/2、3W/4、Wの5つの場合を示している。δ=3W/4およびδ=Wは、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点から出る光である。 Next, a general case is simulated using (Equation 1) to (Equation 4). As an example, in FIG. 40, R = 1, T = 3, n = 1.5, and W = 1.5. These conditions satisfy (Equation 10). FIG. 42 shows the result of the simulation. The horizontal axis represents the position (X) where light emitted from a point on the image surface enters the lens surface, and the vertical axis represents the exit angle (β) emitted from the cylindrical lens. As a point on the image plane (distance δ from the lens center line 4003), five cases of 0, W / 4, W / 2, 3W / 4, and W are shown. δ = 3W / 4 and δ = W are light emitted from a point on the image plane corresponding to the adjacent cylindrical lens.
図42より以下の事が分かる。画像面のレンズ中心(δ=0)から出る光は、その殆どは角度β=0の略平行光としてシリンドリカルレンズから出射され、周辺部の光は若干の集束光になる。レンズ中心線から距離W/4にある画像面の点(δ=W/4)から出る光は、レンズ面の範囲(−0.75から+0.5)に入射する場合は角度β=0.19ラジアンを持つ略平行光としてシリンドリカルレンズから出射され、レンズ面の範囲(+0.5から+0.75)に入射する場合は非平行光となる。また、互いに隣接するシリンドリカルレンズの境界に対応する画像面の点(δ=W/2)から出る光は、レンズ面の範囲(−0.75から+0.3)に入射する場合は角度β=0.37ラジアンを持つ略平行光としてシリンドリカルレンズから出射され、レンズ面の範囲(+0.3から+0.6)に入射する場合は非平行光となる。境界点(δ=W/2)からレンズ面の範囲(+0.6以上)に入射する場合は全反射によりシリンドリカルレンズから出射されない。図41と図42を比較すれば、多くの光は比較的に理想に近いが、理想から外れる光もある。この理想から外れた光線の画像への影響を考慮しなければならない。 The following can be understood from FIG. Most of the light emitted from the lens center (δ = 0) on the image plane is emitted from the cylindrical lens as substantially parallel light having an angle β = 0, and the light in the peripheral portion becomes a slightly focused light. When light coming from a point on the image plane (δ = W / 4) at a distance W / 4 from the lens center line is incident on the lens plane range (−0.75 to +0.5), the angle β = 0. When the light is emitted from the cylindrical lens as approximately parallel light having 19 radians and enters the range (+0.5 to +0.75) of the lens surface, the light becomes non-parallel light. Further, when the light emitted from the point (δ = W / 2) on the image plane corresponding to the boundary between the adjacent cylindrical lenses is incident on the lens surface range (−0.75 to +0.3), the angle β = When the light is emitted from the cylindrical lens as substantially parallel light having 0.37 radians and enters the range (+0.3 to +0.6) of the lens surface, the light becomes non-parallel light. When the light enters the lens surface range (+0.6 or more) from the boundary point (δ = W / 2), the light is not emitted from the cylindrical lens due to total reflection. Comparing FIG. 41 and FIG. 42, most of the light is relatively close to the ideal, but there is also light that is not ideal. The effect on the image of rays that deviate from this ideal must be considered.
品質の高い立体画像を認識するには、レンチキュラーレンズを一つの方向から見た場合に、画像面の一点近傍の画像のみが見える事が重要である。多くの点からの光が混入して見えれば複数の画像が混ざり合い画質が劣化する。図43を用いて、レンチキュラーレンズを角度0.19ラジアンの方向から見る場合を説明する。図43において、図40と同じ構成要素は同じ符号を付け説明を省略する。4004は角度0.19ラジアンの方向に有る眼である。図43では、眼4004をレンチキュラーレンズの近くに有る様に描いているが、実際は矢印の方向の遠くに有る。図42から分かる様に、画像面の点(δ=W/4)から出た光の多くが出射角0.19ラジアンを持つ略平行光となる。それらは図43の光線4005(実線)と光線4006(実線)に囲まれた領域の光であり、この略平行光が眼4004から見える事になる。画像面の点(δ=W/4)から出た光線4007(波線)の様な光は出射角が0.19ラジアンより大きく、眼4004から見えない。
In order to recognize a high-quality stereoscopic image, it is important that only an image near one point on the image plane is visible when the lenticular lens is viewed from one direction. If light from many points appears to be mixed, a plurality of images are mixed and the image quality deteriorates. A case where the lenticular lens is viewed from an angle of 0.19 radians will be described with reference to FIG. In FIG. 43, the same components as those of FIG.
次に、図44を用いて、レンチキュラーレンズを角度0.37ラジアンの方向から見る場合を説明する。図44において、図40および図43と同じ構成要素は同じ符号を付け説明を省略する。眼4004は角度0.37ラジアン(矢印の方向)の遠くに有る。図42から分かる様に、画像面の点(δ=W/2)から出た光の多くが出射角0.37ラジアンを持つ略平行光となる。それらは図44の光線4008(実線)と光線4009(実線)に囲まれた領域の光であり、この略平行光が眼4004から見える事になる。一方、画像面の他の点からの光の一部も出射角0.37ラジアンを持つ。例えば、光線4010(波線)はδ=W/4の点から出て出射角0.37ラジアンを持って出射される。この光線4010は、光線4008と光線4009に囲まれた領域に比べれば非常に狭い範囲で生じ光量は小さい。すなわち、レンチキュラーレンズを角度0.37ラジアンの方向から見た場合は、殆どδ=W/2の点近傍の画像のみを見る事になる。
Next, the case where the lenticular lens is viewed from an angle of 0.37 radians will be described with reference to FIG. 44, the same components as those in FIGS. 40 and 43 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The
図42において、横軸(レンズ面への入射位置X)に対して出射角度βの変化が大きい場合は、すなわち、出射角度を表す曲線の勾配が大きい場合は、図43の光線4007(波線)および図44の光線4010(波線)の様に、ある特定の出射角度から見た場合は光量が小さく、画質の劣化には問題にならない。 42, when the change in the emission angle β is large with respect to the horizontal axis (incidence position X on the lens surface), that is, when the gradient of the curve representing the emission angle is large, the light ray 4007 (dashed line) in FIG. And, as seen from a specific emission angle, like a light ray 4010 (wave line) in FIG. 44, the amount of light is small, and there is no problem in image quality degradation.
一つのシリンドリカルレンズに対応する画像面には、多数の視点からの画像が表示されている。それらの多視点画像のうち、隣り合う画像は図36の隣り合うカメラにより撮像した画像であり、互いに相関が強く、混じり合っても画質の劣化には大きな問題にはならない。しかし、隣接するシリンドリカルレンズの境界付近の画像は、例えば図36のカメラ3602と3606により撮像した画像であり、相関は低く、それらが混じり合うと画質の劣化になる。
Images from many viewpoints are displayed on the image plane corresponding to one cylindrical lens. Of these multi-viewpoint images, the adjacent images are images taken by the adjacent cameras in FIG. 36, and have a strong correlation with each other. However, the image near the boundary between adjacent cylindrical lenses is, for example, an image captured by the
従って、隣接するシリンドリカルレンズの境界点(δ=W/2)から出てシリンドリカルレンズから出射する光のうち、比較的高い強度を持ち、かつ、最も小さい出射角度が立体画像の視野角を決定する事になる。図42の場合の視野角は±0.37ラジアン(±21度)となる。この視野角が大きいほど安定な立体画像を得る事ができる。 Accordingly, the light having a relatively high intensity out of the light exiting from the boundary point (δ = W / 2) between adjacent cylindrical lenses and emitted from the cylindrical lens, and the smallest exit angle determines the viewing angle of the stereoscopic image. It will be a thing. The viewing angle in the case of FIG. 42 is ± 0.37 radians (± 21 degrees). The larger the viewing angle, the more stable the stereoscopic image can be obtained.
図42に示される様に、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面から出る光(δ>W/2)も、その多くは略平行光になるが、画像面の点がレンズ中心線より離れるに従って非平行光となる割合が多くなる。これらの隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面から出る光は視野角の外であり、視野角内の立体画像には影響しない。 As shown in FIG. 42, light emitted from the image plane corresponding to the adjacent cylindrical lens (δ> W / 2) is also mostly parallel light, but as the point on the image plane moves away from the lens center line, as shown in FIG. The ratio of non-parallel light increases. The light emitted from the image plane corresponding to these adjacent cylindrical lenses is outside the viewing angle and does not affect the stereoscopic image within the viewing angle.
以上の様に、レンンチキュラーレンズを用いて立体画像を認識できる。しかしながら、レンチキュラーレンズを通して平面画像を見れば、見る方向に相当する平面画像の一部のみを見る事になり、解像度が著しく劣化する。特に、小さい文字は判読できなくなる場合がある。そこで、平面画像と立体画像を切り替える事ができる画像表示装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 As described above, a stereoscopic image can be recognized using a lenticular lens. However, when the planar image is viewed through the lenticular lens, only a part of the planar image corresponding to the viewing direction is viewed, and the resolution is significantly degraded. In particular, small characters may become unreadable. Thus, an image display device that can switch between a planar image and a stereoscopic image has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
図45は、平面画像と立体画像を切り替える事ができる、従来の画像表示装置の断面図である。図45において、4501は凸シリンドリカルレンズのアレイ、4502は凹シリンドリカルレンズのアレイ、4503が画像表示部、4504は透明パネルである。図45は、画像表示部4503と透明パネル4504から成る一般のディスプレイに、凸シリンドリカルレンズのアレイ4501を貼り合わせた構造である。凸シリンドリカルレンズと凹シリンドリカルレンズは互いに対向する様に配置される。
FIG. 45 is a cross-sectional view of a conventional image display device capable of switching between a planar image and a stereoscopic image. In FIG. 45, 4501 is an array of convex cylindrical lenses, 4502 is an array of concave cylindrical lenses, 4503 is an image display unit, and 4504 is a transparent panel. FIG. 45 shows a structure in which an
図46は、従来例の画像表示装置を用いて立体画像を表示する場合のパネルの断面図であり、図47は、従来例の画像表示装置を用いて平面画像を表示する場合のパネルの断面図である。図45の凸シリンドリカルレンズ4501、凹シリンドリカルレンズ4502、および透明パネル4504が一般のガラスや樹脂から成るならば、それらの屈折率は同程度である。その場合、4501と4504は光学的に一体として扱う事ができる。図46および図47において、4601は一体となった凸シリンドリカルレンズ、4602は凹シリンドリカルレンズ、4603は画像面である。
FIG. 46 is a cross-sectional view of a panel when a stereoscopic image is displayed using a conventional image display device, and FIG. 47 is a cross-sectional view of the panel when a flat image is displayed using a conventional image display device. FIG. If the convex
図46において、凸シリンドリカルレンズパネル4601と凹シリンドリカルレンズパネル4602は適切な間隔を設けて配置されている。画像面4603には多視点画像を表示する。画像面4603の点から出る光は、集束光として凸シリンドリカルレンズパネル4601から出射されて凹シリンドリカルレンズパネル4602に入射する。その光は凹シリンドリカルレンズパネル4602により略平行光になり、更に凹シリンドリカルレンズパネル4602から略平行光として出射される。従来のレンチキュラーレンズ図38および図39と同様に立体画像を認識できる。
In FIG. 46, the convex
図47において、凸シリンドリカルレンズパネル4601と凹シリンドリカルレンズパネル4602は密着して配置されている。画像面4603には一般の平面画像を表示する。画像面4603の点から出る光は、その進行方向を殆ど変えずに凸シリンドリカルレンズパネル4601および凹シリンドリカルレンズパネル4602を透過し、放射光として凹シリンドリカルレンズパネル4602から出射される。凸シリンドリカルレンズパネル4601と凹シリンドリカルレンズパネル4602を合わせて1枚の透明板の様に振る舞い、一般の平面画像を認識できる。
In FIG. 47, a convex
凸シリンドリカルレンズパネルと凹シリンドリカルレンズパネルを、どの程度の間隔を設ければ良好な立体画像を認識できるか、図48を用いて解析的に説明する。図48おいて、図46および図47と同じ構成要素には同じ符号を用いる。画像面4603から凸シリンドリカルレンズの頂部までの距離をTとする。図48では、球面シリンドリカルレンズを用い、その球面半径をRとする。凸シリンドリカルレンズパネル4601と凹シリンドリカルレンズパネル4602の間隔をDとし、1つのシリンドリカルレンズの幅をWとする。また、凸シリンドリカルレンズパネル4601および凹シリンドリカルレンズパネル4602の媒質の屈折率をnとする。レンズ中心線4604から距離δである画像面4603の点から出た光が凸シリンドリカルレンズ表面に入射する点をP1、その光が凹シリンドリカルレンズ表面に入射する点をP2とする。
The distance between the convex cylindrical lens panel and the concave cylindrical lens panel that allows a good stereoscopic image to be recognized will be analytically described with reference to FIG. In FIG. 48, the same components as those in FIGS. 46 and 47 are denoted by the same reference numerals. Let T be the distance from the
点P1のレンズ中心線4604からの距離X1は(数14)で示され、画像面の注目している点から点P1に向かう光線の角度θは(数15)で求められる。また、凸シリンドリカルレンズ面への入射角αは(数16)で求められ、屈折の法則より角度βは(数17)で求められる。凹シリンドリカルレンズへの入射点P2のレンズ中心線4604からの距離X2は(数18)で表される。(数19)は角度の関係を表し、屈折の法則より角度χは(数20)で求められる。平面における屈折の法則より出射角νは(数21)で求められる。また、(数18)は(数22)の様に書き換えられる。
(数14) X1=R・sinφ
(数15) tanθ = (δ−X1)/(T−R+R・cosφ)
(数16) α=φ+θ
(数17) sinβ = n・sinα
(数18) X2=R・sinψ = R・sinφ
−(D−R・cosφ+R・cosψ)・tan(β−φ)
(数19) φ−β+γ−ψ=0
(数20) sinγ = n・sin(ψ+χ)
(数21) sinν = n・sinχ
(数22) R・sin(ψ+β−φ)=R・sinβ−D・sin(β−φ)The distance X1 of the point P1 from the lens center line 4604 is expressed by (Expression 14), and the angle θ of the light ray from the point of interest on the image plane toward the point P1 is determined by (Expression 15). Further, the incident angle α to the convex cylindrical lens surface is obtained by (Equation 16), and the angle β is obtained by (Equation 17) from the law of refraction. A distance X2 from the lens center line 4604 of the incident point P2 to the concave cylindrical lens is expressed by (Expression 18). (Equation 19) represents the relationship of angles, and the angle χ is obtained from (Equation 20) from the law of refraction. The emission angle ν is obtained by (Equation 21) from the law of refraction in the plane. Further, (Equation 18) is rewritten as (Equation 22).
(Expression 14) X1 = R · sinφ
(Equation 15) tan θ = (δ−X1) / (T−R + R · cos φ)
(Equation 16) α = φ + θ
(Equation 17) sin β = n · sin α
(Expression 18) X2 = R · sinφ = R · sinφ
-(D-R.cos.phi. + R.cos.phi.). Tan (.beta .-. Phi.)
(Equation 19) φ−β + γ−ψ = 0
(Equation 20) sinγ = n · sin (ψ + χ)
(Expression 21) sinν = n · sinχ
(Equation 22) R · sin (ψ + β−φ) = R · sin β−D · sin (β−φ)
画像面の点(レンズ中心線4604から距離δ)と、凸シリンドリカルレンズ面の屈折点P1(レンズ中心線4604から距離X1)が与えられれば、(数14)ないし(数17)、(数22)、および(数19)ないし(数21)より、順にφ、θ、α、β、ψ、γ、χ、νが求まり凹シリンドリカルレンズパネル4602からの出射光の方向が求められる。
If a point on the image plane (distance δ from the lens center line 4604) and a refraction point P1 (distance X1 from the lens center line 4604) of the convex cylindrical lens surface are given, (Equation 14) to (Equation 17), (Equation 22) ) And (Equation 19) to (Equation 21), φ, θ, α, β, ψ, γ, χ, and ν are obtained in order, and the direction of light emitted from the concave
まず、光線の角度が小さい近軸近似を考える。この近軸近似では、(数14)ないし(数17)、(数22)、および(数19)ないし(数21)が各々(数23)ないし(数30)と表される。
(数23) X1=Rφ
(数24) θ = (δ−X1)/T
(数25) α=φ+θ
(数26) β = nα
(数27) R(ψ+β−φ)=Rβ−D(β−φ)
(数28) φ−β+γ−ψ=0
(数29) γ = n(ψ+χ)
(数30) ν = nχFirst, consider paraxial approximation with a small ray angle. In this paraxial approximation, (Equation 14) to (Equation 17), (Equation 22), and (Equation 19) to (Equation 21) are expressed as (Equation 23) to (Equation 30), respectively.
(Equation 23) X1 = Rφ
(Equation 24) θ = (δ−X1) / T
(Equation 25) α = φ + θ
(Equation 26) β = nα
(Expression 27) R (ψ + β−φ) = Rβ−D (β−φ)
(Equation 28) φ−β + γ−ψ = 0
(Equation 29) γ = n (ψ + χ)
(Equation 30) ν = nχ
これらの(数23)ないし(数30)より近軸近似の出射角度νは(数31)で表される。レンチキュラーレンズ効果、即ち、画像面の点(レンズ中心線4604から距離δ)から出る光が出射角一定の略平行光とる条件は、νがθに依存しない事であり、それは(数32)の場合である。その時の出射角度は(数33)である。
(数31) ν=(n−1)2(D/R)(δ/R)
−〔(D/R)(n−1){(nー1)(T/R)−n}−n〕θ
(数32) D=nR/〔(n−1){(n−1)(T/R)−n}〕
(数33) ν=(n−1)2(D/R)(δ/R)From these (Equation 23) to (Equation 30), the paraxial approximate emission angle ν is expressed by (Equation 31). The condition that the lenticular lens effect, that is, the light emitted from a point on the image plane (distance δ from the lens center line 4604) takes substantially parallel light with a constant emission angle is that ν does not depend on θ, which is Is the case. The emission angle at that time is (Expression 33).
(Expression 31) ν = (n−1) 2 (D / R) (δ / R)
-[(D / R) (n-1) {(n-1) (T / R) -n} -n] θ
(Equation 32) D = nR / [(n-1) {(n-1) (T / R) -n}]
(Expression 33) ν = (n−1) 2 (D / R) (δ / R)
レンズ媒質が一般的なガラスや樹脂の場合は、屈折率nは約1.5であり、画像面から凸シリドリカルレンズ頭部までの距離Tと、凸シリンドリカルレンズパネル4601と凹シリンドリカルレンズパネル4602の間隔Dは(数34)の関係式を満足し、画像面の点(レンズ中心線4604から距離δ)から出る光は凹シリンドリカルレンズパネル4602から略平行光となり出射され、その角度νは(数35)となる。
(数34) D=6R/〔(T/R)−3〕
(数35) ν=δD/(4R2)When the lens medium is general glass or resin, the refractive index n is about 1.5, the distance T from the image plane to the convex cylindrical lens head, the convex
(Equation 34) D = 6R / [(T / R) -3]
(Expression 35) ν = δD / (4R 2 )
次に、一般的な場合を(数14)ないし(数17)、(数22)、および(数19)ないし(数21)を用いてシミュレーションする。例として、図48においてR=1、T=9、D=1、n=1.5、W=1.5とする。これらの条件は(数32)を満足する。図49はそのシミュレーションの結果である。横軸は画像面の点から出る光が凸シリンドリカルレンズ面に入射する位置(X1)、縦軸は凹シリンドリカルレンズパネルからの出射角度(ν)である。画像面の点(レンズ中心線4604から距離δ)として、0、W/4、W/2、3W/4、Wの5つの場合を示している。δ=3W/4およびδ=Wは、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点からの光である。 Next, a general case is simulated using (Equation 14) to (Equation 17), (Equation 22), and (Equation 19) to (Equation 21). As an example, in FIG. 48, R = 1, T = 9, D = 1, n = 1.5, and W = 1.5. These conditions satisfy (Expression 32). FIG. 49 shows the result of the simulation. The horizontal axis represents the position (X1) where light emitted from a point on the image surface enters the convex cylindrical lens surface, and the vertical axis represents the emission angle (ν) from the concave cylindrical lens panel. As the points on the image plane (distance δ from the lens center line 4604), five cases of 0, W / 4, W / 2, 3W / 4, and W are shown. δ = 3W / 4 and δ = W are light from a point on the image plane corresponding to the adjacent cylindrical lens.
図49より以下の事が分かる。画像面の点から凸シリンドリカル面の中央部に達する光は、凹シリンドリカルレンズパネルから略平行光となって出射されるが、凸シリンドリカルレンズの周辺部に達する光は非平行光となる。隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面からの光(δ>W/2)も同様である。この結果は従来のレンチキュラーレンズの場合と似ている。図49において、非平行光の部分を表す曲線は、横軸(レンズ面への入射位置X1)に対して出射角度νの変化が大きい。すなわち、ある一つの方向から凸シリンドリカルレンズアレイおよび凹シリンドリカルレンズアレイを見れば、非平行光の強度は小さく、殆ど平行光を見る事になる。 The following can be understood from FIG. Light that reaches the center of the convex cylindrical surface from a point on the image plane is emitted as substantially parallel light from the concave cylindrical lens panel, but light that reaches the periphery of the convex cylindrical lens becomes non-parallel light. The same applies to the light (δ> W / 2) from the image plane corresponding to the adjacent cylindrical lens. This result is similar to that of a conventional lenticular lens. In FIG. 49, the curve representing the non-parallel light portion has a large change in the emission angle ν with respect to the horizontal axis (incident position X1 on the lens surface). That is, when the convex cylindrical lens array and the concave cylindrical lens array are viewed from a certain direction, the intensity of the non-parallel light is small and almost parallel light is viewed.
一つのシリンドリカルレンズに対応する画像面には、多数の視点からの画像が表示されている。それらの多視点画像のうち、隣り合う画像は互いに相関が強く、混じり合っても画質の劣化には大きな問題にはならない。しかし、隣接するシリンドリカルレンズの境界付近の画像は相関が低く、それらが混じり合うと画質の劣化になる。従って、隣接するシリンドリカルレンズの境界点(δ=W/2)から出て凹シリンドリカルレンズパネルから出射する光のうち、比較的高い強度を持ち、かつ、最も小さい出射角度が立体画像の視野角を決定する事になる。図49の場合の視野角はおよそ±0.19ラジアン(±11度)となる。この視野角(±11度)は立体画像を楽しむには小さ過ぎる。 Images from many viewpoints are displayed on the image plane corresponding to one cylindrical lens. Among these multi-viewpoint images, adjacent images have a strong correlation with each other, and even if they are mixed, it does not pose a big problem for image quality degradation. However, the image near the boundary between adjacent cylindrical lenses has a low correlation, and when they are mixed, the image quality deteriorates. Accordingly, the light exiting from the boundary point (δ = W / 2) between adjacent cylindrical lenses and exiting from the concave cylindrical lens panel has a relatively high intensity, and the smallest exit angle has the viewing angle of the stereoscopic image. It will be decided. The viewing angle in the case of FIG. 49 is approximately ± 0.19 radians (± 11 degrees). This viewing angle (± 11 degrees) is too small to enjoy a stereoscopic image.
視野角を大きくする方法は、シリンドリカルレンズ幅Wは同じで、(数32)を満足しながらTを小さくする事である。例えば、T=5にすれば視野角は±0.3ラジアン以上に大きくなる。しかし、(数32)よりD=3となる。すなわち、凸シリンドリカルレンズパネルと凹シリンドリカルレンズパネルの間隔が球面半径(R)の3倍になる。図48では球面レンズを用いたので、(数12)で示した様に、球面レンズの焦点距離は球面半径の3倍である。すなわち、凸シリンドリカルレンズパネルと凹シリンドリカルレンズパネルの間隔がそれらのレンズの焦点距離の程度である。従来例の画像表示装置(特許文献1)は、まさに、このT=5、D=3の場合が好ましいと主張している。 A method of increasing the viewing angle is to reduce T while satisfying (Expression 32) with the same cylindrical lens width W. For example, if T = 5, the viewing angle becomes larger than ± 0.3 radians. However, D = 3 from (Equation 32). That is, the distance between the convex cylindrical lens panel and the concave cylindrical lens panel is three times the spherical radius (R). Since a spherical lens is used in FIG. 48, the focal length of the spherical lens is three times the spherical radius, as shown in (Equation 12). That is, the distance between the convex cylindrical lens panel and the concave cylindrical lens panel is the extent of the focal length of these lenses. The conventional image display device (Patent Document 1) claims that T = 5 and D = 3 are preferable.
しかしながら、この様なT=5、D=3の場合は次の様な欠点を持つ。図50に示す様に、隣接する凸シリンドリカルレンズに対応する画像面からの光が、同じ様な出射角度を持つ略平行光として混入する。異なる画像面からの光の多くが眼に入射する事になり、立体画像の品質が劣化してしまう。従って、図45の様な従来例の画像表示装置では、T=9程度の大きな値が必要であり、視野角は±0.19ラジアン(±11度)程度である。
従来の平面画像と立体画像を切り替える事ができる画像表示装置では、立体画像の視野角が狭く、少し眼の位置が移動すれば立体画像の品質が劣化してしまう。 In an image display device that can switch between a conventional planar image and a stereoscopic image, the viewing angle of the stereoscopic image is narrow, and the quality of the stereoscopic image deteriorates if the eye position is moved a little.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、平面画像と、視野角の広い立体画像を切り替える事ができる画像表示装置を提供する事を目的とする。また、その様な表示装置に用いるパネルの製造方法を提供する。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an image display device capable of switching between a planar image and a stereoscopic image having a wide viewing angle. In addition, a method for manufacturing a panel used in such a display device is provided.
前記従来の課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、画像面を有し、片面に凹レンズのアレイを形成した第1パネルを有し、片面に凸レンズのアレイを形成した第2パネルを有し、画像面、第1パネル、第2パネルの順に配置し、前記凸レンズと前記凹レンズが互いに対向し、前記第1パネルと前記第2パネルを所定の間隔を設けて配置して立体画像を表示し、前記第1パネルと前記第2パネルを接触あるいは近接させて配置して平面画像を表示する事を特徴とする。この事により、平面画像と立体画像を切り替える事ができて、かつ、平面画像の解像度を向上できる画像表示装置を提供できる。 In order to solve the above-described conventional problems, an image display device according to the present invention includes a first panel having an image surface, having an array of concave lenses on one side, and a second panel having an array of convex lenses on one side. A three-dimensional image in which the convex lens and the concave lens face each other, and the first panel and the second panel are arranged at a predetermined interval. And displaying the planar image by arranging the first panel and the second panel in contact or close to each other. Thus, it is possible to provide an image display device that can switch between a planar image and a stereoscopic image and can improve the resolution of the planar image.
あるいは、本発明の画像表示装置は、画像面を有し、片面に凸レンズのアレイを形成した第2パネルを有し、片面に凹レンズのアレイを形成した第1パネルを有し、画像面、第2パネル、第1パネルの順に配置し、前記凸レンズと前記凹レンズが互いに対向し、前記第2パネルと前記第1パネルを所定の間隔を設けて配置して立体画像を表示し、前記第2パネルと前記第1パネルを接触あるいは近接させて配置して平面画像を表示し、前記所定の間隔が前記凸レンズおよび前記凹レンズのレンズ中心線近傍の曲率半径の2倍以下である事を特徴とする。この事により、平面画像と立体画像を切り替える事ができて、かつ、平面画像の解像度を向上できる画像表示装置を提供できる。 Alternatively, the image display device of the present invention has a second panel having an image surface, having an array of convex lenses on one side, and having a first panel having an array of concave lenses on one side. Two panels and a first panel are arranged in this order, the convex lens and the concave lens face each other, the second panel and the first panel are arranged at a predetermined interval to display a stereoscopic image, and the second panel And the first panel are arranged in contact with each other or close to each other to display a planar image, and the predetermined interval is not more than twice the radius of curvature in the vicinity of the lens center line of the convex lens and the concave lens. Thus, it is possible to provide an image display device that can switch between a planar image and a stereoscopic image and can improve the resolution of the planar image.
前記凹レンズおよび前記凸レンズが非球面レンズである事が好ましい。球面レンズを用いても平面画像と立体画像を切り替える事ができるが、非球面レンズを用いる事により、立体画像の視野角を大きくできる。 It is preferable that the concave lens and the convex lens are aspherical lenses. Even if a spherical lens is used, a planar image and a stereoscopic image can be switched. However, by using an aspherical lens, the viewing angle of the stereoscopic image can be increased.
前記非球面レンズは、各々のレンズ表面の各点の曲率半径が前記レンズの中心部から周辺に向かって徐々に大きくなる事が好ましい。 In the aspheric lens, it is preferable that the radius of curvature of each point on the lens surface gradually increases from the center of the lens toward the periphery.
或いは、前記非球面レンズの形状が楕円、双曲線、4次偶関数、またはそれらの組み合わせ関数で近似される事が好ましい。 Alternatively, it is preferable that the shape of the aspheric lens is approximated by an ellipse, a hyperbola, a quadratic even function, or a combination function thereof.
本発明の画像表示装置においては、前記第1パネルが、屈折率n1の第1透明板の上に屈折率n2の凹レンズのアレイを形成した構成であり、前記第2パネルが、屈折率n1の第2透明板の上に屈折率n2の凸レンズのアレイを形成した構成であり、n2>n1である事を特徴とする。この事により、レンズ部の屈折率を大きくして、立体画像の視野角をより大きくする事ができる。 In the image display device of the present invention, the first panel has a configuration in which an array of concave lenses having a refractive index n2 is formed on a first transparent plate having a refractive index n1, and the second panel has a refractive index n1. This is a configuration in which an array of convex lenses having a refractive index n2 is formed on the second transparent plate, and n2> n1. By this, the refractive index of a lens part can be enlarged and the viewing angle of a stereo image can be enlarged more.
前記凸レンズのアレイまたは前記凹レンズのアレイが、微粒子を分散させた樹脂から成る事が好ましい。これにより、安価に視野角の大きな画像表示装置を提供できる。 It is preferable that the convex lens array or the concave lens array is made of a resin in which fine particles are dispersed. Thereby, an image display apparatus having a large viewing angle can be provided at low cost.
前記微粒子が酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、および酸化アルミニウムから成る群から選ばれた誘電体を一または二以上含有する事が好ましい。 It is preferable that the fine particles contain one or more dielectrics selected from the group consisting of titanium oxide, zirconium oxide, zinc oxide, and aluminum oxide.
本発明の画像表示装置においては、前記第1パネルと前記第2パネルの少なくとも一方にストッパーを設ける事を特徴とする。この事により、安定な微小間隙を持って前記凹レンズ表面と前記凸レンズ表面を近接させる事ができ、安定な平面画像を提供できる。 In the image display device of the present invention, a stopper is provided on at least one of the first panel and the second panel. As a result, the concave lens surface and the convex lens surface can be brought close to each other with a stable minute gap, and a stable flat image can be provided.
本発明の画像表示装置においては、前記凹レンズのアレイまたは前記凸レンズのアレイの少なくとも一方の表面に導電性透明薄膜を形成する事を特徴とする。この事により、前記凹レンズ表面と前記凸レンズ表面を離したり近接させたりする時に静電気が蓄積する事を防ぎ、安定に立体画像と平面画像を切り替える事ができる。 In the image display device of the present invention, a conductive transparent thin film is formed on at least one surface of the concave lens array or the convex lens array. As a result, it is possible to prevent static electricity from being accumulated when the concave lens surface and the convex lens surface are separated or brought close to each other, and to switch between a stereoscopic image and a planar image stably.
本発明のパネル製造方法は、片面に凸レンズアレイを形成した透明板を有し、前記凸レンズアレイの各レンズの境界に紫外線硬化樹脂を供給し、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を硬化させる事を特徴とする。この事により、ストッパーを形成する事ができ、平面画像と立体画像を切り替える事ができる画像表示装置に用いるパネルを製造する事ができる。 The panel manufacturing method of the present invention has a transparent plate having a convex lens array formed on one side, supplies an ultraviolet curable resin to the boundary of each lens of the convex lens array, and cures the ultraviolet curable resin by irradiating ultraviolet rays. Features. By this, a stopper can be formed and the panel used for the image display apparatus which can switch a planar image and a stereo image can be manufactured.
本発明のパネル製造方法は、透明板と、凹レンズアレイ形状または凸レンズアレイ形状を形成した金型を対向させ、前記透明板と前記金型の間に紫外線硬化樹脂を保持し、紫外線を照射して前記紫外線硬化樹脂を硬化させる事を特徴とする。この事により、レンズ部の屈折率を大きくして、視野角の大きい立体画像を表示する画像表示装置のパネルを製造する事ができる。 In the panel manufacturing method of the present invention, a transparent plate and a mold having a concave lens array shape or a convex lens array shape are opposed to each other, an ultraviolet curable resin is held between the transparent plate and the mold, and ultraviolet rays are irradiated. The ultraviolet curable resin is cured. This makes it possible to manufacture a panel of an image display device that displays a stereoscopic image with a large viewing angle by increasing the refractive index of the lens portion.
本発明の画像表示装置によれば、解像度の高い平面画像と、視野角の広い立体画像を安定に切り替える事ができる画像表示装置を提供できる。 According to the image display device of the present invention, it is possible to provide an image display device that can stably switch between a high-resolution planar image and a stereoscopic image with a wide viewing angle.
また、本発明のパネル製造方法によれば、解像度の高い平面画像と、視野角の広い立体画像を安定に切り替える事ができる画像表示装置を構成するパネルを製造できる。 Further, according to the panel manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a panel constituting an image display device capable of stably switching between a high-resolution planar image and a wide-angle stereoscopic image.
101 凹シリンドリカルレンズパネル
102 凸シリンドリカルレンズパネル
103 画像表示部
104 透明パネル
201 凹シリンドリカルレンズパネル
202 凸シリンドリカルレンズパネル
203 画像面
204 レンズ中心線
205 略平行光
206 略平行光
207 非平行光
208 非平行光
209 眼
210 強度の小さい略平行光
211 強度の小さい略平行光
212 略平行光
213 略平行光
214 漏れ光
215 漏れ光
901 球面レンズ
902 非球面レンズ
903 レンズ中心線
1001 透明板
1002 透明板
1003 画像面
1004 レンズ中心線
1005 高屈折率樹脂レンズ部
1006 高屈折率樹脂レンズ部
1401 凹シリンドリカルレンズパネル
1402 凸シリンドリカルレンズパネル
1403 画像面
1404 レンズ中心線
1405 略平行光
1406 略平行光
1407 非平行光
1410 視野角を決定する光
1701 球面レンズ
1702 楕円レンズ
1703 双曲線レンズ
1704 4次偶関数レンズ
1901 透明板
1902 透明板
1903 画像面
1904 レンズ中心線
1905 高屈折率樹脂レンズ部
1906 高屈折率樹脂レンズ部
2201 凹シリンドリカルレンズパネル
2202 凸シリンドリカルレンズパネル
2203 ストッパー
2204 紫外線ランプ
2205 紫外線
2401 凹シリンドリカルレンズパネル
2402 凸シリンドリカルレンズパネル
2403 導電性薄膜
3101 画像表示装置
3102 立体画像と平面画像を切り替える表示部
3103 平面画像を表示する表示面
3201 単レンズ
3202 ハエの眼レンズ
3301 透明板
3302 高屈折率樹脂
3303 金型
3304 紫外線ランプ
3305 紫外線
3401 シリンドリカルレンズ
3501 レンチキュラーレンズ
3502 画像表示部
3503 透明パネル
3601 被写体
3602 カメラ
3603 カメラ
3604 カメラ
3605 カメラ
3606 カメラ
3701 合成した多視点画像
3702 カメラ3602で撮像した画像
3703 カメラ3603で撮像した画像
3704 カメラ3604で撮像した画像
3705 カメラ3605で撮像した画像
3706 カメラ3606で撮像した画像
3801 シリンドリカルレンズ
3802 画像面
3803 多視点画像
3804 右眼
3805 左眼
3806 略平行光
3807 略平行光
3808 略平行光
3809 略平行光
4001 シリンドリカルレンズ
4002 画像面
4003 レンズ中心線
4004 眼
4005 略平行光
4006 略平行光
4007 非平行光
4008 略平行光
4009 略平行光
4010 強度の小さい光
4501 凸シリンドリカルレンズパネル
4502 凹シリンドリカルレンズパネル
4503 画像表示部
4504 透明パネル
4601 凸シリンドリカルレンズパネル
4602 凹シリンドリカルレンズパネル
4603 画像面
4604 レンズ中心線DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Concave cylindrical lens panel 102 Convex cylindrical lens panel 103 Image display part 104 Transparent panel 201 Concave cylindrical lens panel 202 Convex cylindrical lens panel 203 Image surface 204 Lens centerline 205 Substantially parallel light 206 Substantially parallel light 207 Non-parallel light 208 Non-parallel light 209 Eye 210 Substantially parallel light with low intensity 211 Substantially parallel light with low intensity 212 Substantially parallel light 213 Substantially parallel light 214 Leakage light 215 Leakage light 901 Spherical lens 902 Aspherical lens 903 Lens center line 1001 Transparent plate 1002 Transparent plate 1003 Image plane 1004 Lens center line 1005 High refractive index resin lens portion 1006 High refractive index resin lens portion 1401 Concave cylindrical lens panel 1402 Convex cylindrical lens panel 1403 Image plane 1 04 lens center line 1405 substantially parallel light 1406 substantially parallel light 1407 non-parallel light 1410 light for determining the viewing angle 1701 spherical lens 1702 elliptic lens 1703 hyperbolic lens 1704 fourth-order even function lens 1901 transparent plate 1902 transparent plate 1903 image plane 1904 lens center Line 1905 High refractive index resin lens portion 1906 High refractive index resin lens portion 2201 Concave cylindrical lens panel 2202 Convex cylindrical lens panel 2203 Stopper 2204 Ultraviolet lamp 2205 Ultraviolet 2401 Concave cylindrical lens panel 2402 Convex cylindrical lens panel 2403 Conductive thin film 3101 Image display device 3102 Display unit for switching between stereoscopic image and planar image 3103 Display surface for displaying planar image 3201 Single lens 3202 Lens 3301 Transparent plate 3302 High refractive index resin 3303 Mold 3304 Ultraviolet lamp 3305 Ultraviolet 3401 Cylindrical lens 3501 Lenticular lens 3502 Image display unit 3503 Transparent panel 3601 Subject 3602 Camera 3603 Camera 3604 Camera 3605 Camera 3606 Camera 3701 Composite multi-viewpoint image 3702 Image taken by 3602 3703 Image taken by camera 3603 3704 Image taken by camera 3604 3705 Image taken by camera 3605 3706 Image taken by camera 3606 3801 Cylindrical lens 3802 Image plane 3803 Multi-viewpoint image 3804 Right eye 3805 Left eye 3806 Substantially parallel light 3807 Substantially parallel light 3808 Substantially parallel light 3809 Substantially parallel light 4001 Cylindrical lens 4002 Image surface 4003 Lens center line 4004 Eye 4005 Substantially parallel light 4006 Substantially parallel light 4007 Non-parallel light 4008 Substantially parallel light 4009 Substantially parallel light 4010 Light with low intensity 4501 Convex cylindrical lens panel 4502 Concave cylindrical lens panel 4503 Image display Part 4504 Transparent panel 4601 Convex cylindrical lens panel 4602 Concave cylindrical lens panel 4603 Image plane 4604 Lens center line
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
(実施形態1)Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
図1は、本発明の平面画像と立体画像を切り替える事ができる画像表示装置の断面図である。図1において、101は凹シリンドリカルレンズのアレイ、102は凸シリンドリカルレンズのアレイ、103が画像表示部、104は透明パネルである。図1は、画像表示部103と透明パネル104から成る一般のディスプレイに、凹シリンドリカルレンズのアレイ101を貼り合わせた構造である。凹シリンドリカルレンズと凸シリンドリカルレンズは互いに対向する様に配置される。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an image display device capable of switching between a planar image and a stereoscopic image according to the present invention. In FIG. 1, 101 is an array of concave cylindrical lenses, 102 is an array of convex cylindrical lenses, 103 is an image display unit, and 104 is a transparent panel. FIG. 1 shows a structure in which an
図2は、本発明の画像表示装置を用いて立体画像を表示する場合のパネルの断面図であり、図3は、本発明の画像表示装置を用いて平面画像を表示する場合のパネルの断面図である。図1の凹シリンドリカルレンズ101、凸シリンドリカルレンズ102、および透明パネル104が一般のガラスや樹脂から成るならば、それらの屈折率は同程度である。その場合、101と104は光学的に一体として扱う事ができる。図2および図3において、201は一体となった凹シリンドリカルレンズ、202は凸シリンドリカルレンズ、203は画像面である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a panel when a stereoscopic image is displayed using the image display device of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the panel when a flat image is displayed using the image display device of the present invention. FIG. If the concave
図2において、凹シリンドリカルレンズパネル201と凸シリンドリカルレンズパネル202は適切な間隔を設けて配置されている。画像面203には多視点画像を表示する。画像面203の点から出る光は、発散光として凹シリンドリカルレンズパネル201から出射されて凸シリンドリカルレンズパネル202に入射する。その光は凸シリンドリカルレンズパネル202により略平行光になり、更に凸シリンドリカルレンズパネル202から略平行光として出射される。従来のレンチキュラーレンズ図38、図39、図45と同様に立体画像を認識できる。
In FIG. 2, the concave
図3において、凹シリンドリカルレンズパネル201と凸シリンドリカルレンズパネル202は密着あるいは極めて近接して配置されている。画像面203には一般の平面画像を表示する。画像面203の点から出る光は、その進行方向を殆ど変えずに凹シリンドリカルレンズパネル201および凸シリンドリカルレンズパネル202を透過し、放射光として凸シリンドリカルレンズパネル202から出射される。凹シリンドリカルレンズパネル201と凸シリンドリカルレンズパネル202を合わせて1枚の透明板の様に振る舞い、一般の平面画像を認識できる。
In FIG. 3, the concave
凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルを、どの程度の間隔を設ければ良好な立体画像を認識できるか、図4を用いて解析的に説明する。図4において、図2および図3と同じ構成要素には同じ符号を用いる。画像面203から凹シリンドリカルレンズの底部までの距離をTとする。図4では、球面シリンドリカルレンズを用い、その球面半径をRとする。凹シリンドリカルレンズパネル201と凸シリンドリカルレンズパネル202の間隔をDとし、1つのシリンドリカルレンズの幅をWとする。また、凹シリンドリカルレンズパネル201および凸シリンドリカルレンズパネル202の媒質の屈折率をnとする。レンズ中心線204から距離δである画像面203の点から出た光が凹シリンドリカルレンズ表面に入射する点をP1、その光が凸シリンドリカルレンズ表面に入射する点をP2とする。
A distance between the concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel to determine a good stereoscopic image can be analytically described with reference to FIG. 4, the same reference numerals are used for the same components as those in FIGS. 2 and 3. Let T be the distance from the
点P1のレンズ中心線204からの距離X1は(数36)で示され、画像面の注目している点から点P1に向かう光線の角度θは(数37)で求められる。また、凹シリンドリカルレンズ面への入射角αは(数38)で求められ、屈折の法則より角度βは(数39)で求められる。凸シリンドリカルレンズへの入射点P2のレンズ中心線204からの距離X2は(数40)で表される。(数41)は角度の関係を表し、屈折の法則より角度χは(数42)で求められる。平面における屈折の法則より出射角νは(数43)で求められる。また、(数40)は(数44)の様に書き換えられる。
(数36) X1=R・sinφ
(数37) tanθ = (δ−X1)/(T+R−R・cosφ)
(数38) α=φ−θ
(数39) sinβ = n・sinα
(数40) X2=R・sinψ = R・sinφ
−(D+R・cosφ−R・cosψ)・tan(φ−β)
(数41) β−φ+ψ−γ=0
(数42) sinγ = n・sin(ψ−χ)
(数43) sinν = n・sinχ
(数44) R・sin(ψ−φ+β)=R・sinβ−D・sin(φ−β)The distance X1 of the point P1 from the
(Equation 36) X1 = R · sinφ
Tan θ = (δ−X1) / (T + R−R · cos φ)
(Equation 38) α = φ−θ
(Equation 39) sin β = n · sin α
(Equation 40) X2 = R · sinφ = R · sinφ
− (D + R · cos φ−R · cos φ) · tan (φ−β)
(Equation 41) β−φ + ψ−γ = 0
(Formula 42) sinγ = n · sin (ψ−χ)
(Expression 43) sinν = n · sinχ
(Equation 44) R · sin (φ−φ + β) = R · sin β−D · sin (φ−β)
画像面の点(レンズ中心線204から距離δ)と、凸シリンドリカルレンズ面の屈折点P1(レンズ中心線204から距離X1)が与えられれば、(数36)ないし(数39)、(数44)、および(数41)ないし(数43)より、順にφ、θ、α、β、ψ、γ、χ、νが求まり凸シリンドリカルレンズパネル202からの出射光の方向が求められる。
Given a point on the image plane (distance δ from the lens center line 204) and a refraction point P1 (distance X1 from the lens center line 204) of the convex cylindrical lens surface, (Equation 36) through (Equation 39), (Equation 44) ) And (Equation 41) to (Equation 43), φ, θ, α, β, ψ, γ, χ, and ν are obtained in order, and the direction of the light emitted from the convex
まず、光線の角度が小さい近軸近似を考える。この近軸近似では、(数36)ないし(数39)、(数44)、および(数41)ないし(数43)が各々(数45)ないし(数52)と表される。
(数45) X1=Rφ
(数46) θ = (δ−X1)/T
(数47) α=φ−θ
(数48) β = nα
(数49) R(ψ−φ+β)=Rβ−D(φ−β)
(数50) β−φ+ψ−γ=0
(数51) γ = n(ψ−χ)
(数52) ν = nχFirst, consider paraxial approximation with a small ray angle. In this paraxial approximation, (Equation 36) through (Equation 39), (Equation 44), and (Equation 41) through (Equation 43) are expressed as (Equation 45) through (Equation 52), respectively.
(Equation 45) X1 = Rφ
(Equation 46) θ = (δ−X1) / T
(Equation 47) α = φ−θ
(Equation 48) β = nα
(Equation 49) R (ψ−φ + β) = Rβ−D (φ−β)
(Equation 50) β−φ + ψ−γ = 0
(Equation 51) γ = n (ψ−χ)
(Equation 52) ν = nχ
これらの(数45)ないし(数52)より近軸近似の出射角度νは(数53)で表される。レンチキュラーレンズ効果、即ち、画像面の点(レンズ中心線から距離δ)から出る光が出射角一定の略平行光となる条件は、νがθに依存しない事であり、それは(数52)の場合である。その時の出射角度は(数55)で与えられる。
(数53) ν=(n−1)2(D/R)(δ/R)
−〔(n−1){(n−1)(T/R)+n}(D/R)−n〕θ
(数54) D=nR/〔(n−1){(n−1)(T/R)+n}〕
(数55) ν=(n−1)2(D/R)(δ/R)From these (Equation 45) to (Equation 52), the paraxial approximate emission angle ν is expressed by (Equation 53). The condition that the lenticular lens effect, that is, the light emitted from a point on the image plane (distance δ from the lens center line) becomes substantially parallel light with a constant emission angle is that ν does not depend on θ, which is Is the case. The emission angle at that time is given by (Expression 55).
(Formula 53) ν = (n−1) 2 (D / R) (δ / R)
− [(N−1) {(n−1) (T / R) + n} (D / R) −n] θ
(Formula 54) D = nR / [(n-1) {(n-1) (T / R) + n}]
(Expression 55) ν = (n−1) 2 (D / R) (δ / R)
レンズ媒質が一般的なガラスや樹脂の場合は、屈折率nは約1.5であり、画像面から凹シリンドリカルレンズ底部までの距離Tと、凹シリンドリカルレンズパネル201と凸シリンドリカルレンズパネル202の間隔Dは(数56)の関係式を満足し、画像面の点(レンズ中心線から距離δ)から出る光は凸シリンドリカルレンズパネル202から略平行光となり出射され、その角度νは(数57)となる。
(数56) D=6R/〔(T/R)+3〕
(数57) ν=δD/(4R2)When the lens medium is general glass or resin, the refractive index n is about 1.5, the distance T from the image surface to the bottom of the concave cylindrical lens, and the distance between the concave
(Equation 56) D = 6R / [(T / R) +3]
(Expression 57) ν = δD / (4R 2 )
次に、一般的な場合を(数36)ないし(数39)、(数44)、および(数41)ないし(数43)を用いてシミュレーションする。例として、図4においてR=1、T=1、D=1.5、n=1.5、W=1.5とする。これらの条件は(数54)を満足する。図5はそのシミュレーションの結果である。横軸は画像面の点から出る光が凹シリンドリカルレンズ面に入射する位置(X1)、縦軸は凸シリンドリカルレンズパネルからの出射角度(ν)である。画像面の点(レンズ中心線204から距離δ)として、0、W/4、W/2、3W/4、Wの5つの場合を示している。δ=3W/4およびδ=Wは、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点からの光である。 Next, a general case is simulated using (Equation 36) to (Equation 39), (Equation 44), and (Equation 41) to (Equation 43). For example, in FIG. 4, R = 1, T = 1, D = 1.5, n = 1.5, and W = 1.5. These conditions satisfy (Equation 54). FIG. 5 shows the result of the simulation. The horizontal axis represents the position (X1) where light emitted from a point on the image surface enters the concave cylindrical lens surface, and the vertical axis represents the emission angle (ν) from the convex cylindrical lens panel. As a point on the image plane (distance δ from the lens center line 204), five cases of 0, W / 4, W / 2, 3W / 4, and W are shown. δ = 3W / 4 and δ = W are light from a point on the image plane corresponding to the adjacent cylindrical lens.
図5より以下の事が分かる。画像面の各点から凹シリンドリカルレンズに向かう光束は、その光束の各々の中央部分の光は凸シリンドリカルレンズパネルから略平行光となって出斜されるが、各々の光束の周辺部分の光は非平行光となる。隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点(δ>W/2)からの光束も、各々の中央部分の光は略平行光になるが、各々の周辺部分の光は非平行光となる。 The following can be understood from FIG. The light flux from each point on the image plane toward the concave cylindrical lens is emitted from the central portion of the light flux as approximately parallel light from the convex cylindrical lens panel, but the light in the peripheral portion of each light flux It becomes non-parallel light. As for the light beam from the point (δ> W / 2) on the image plane corresponding to the adjacent cylindrical lens, the light at each central portion becomes substantially parallel light, but the light at each peripheral portion becomes non-parallel light.
これらの非平行光は、横軸(レンズ面への入射位置X1)に対して出射角度νの変化が大きく、ある特定の出射角度から見た場合の光量は小さい。すなわち、ある一つの方向から、凸シリンドリカルレンズパネルおよび凹シリンドリカルレンズパネルを見れば、これらの非平行光の強度は小さく、殆ど平行光を見る事になる。 These non-parallel lights have a large change in the emission angle ν with respect to the horizontal axis (incident position X1 on the lens surface), and the amount of light when viewed from a specific emission angle is small. That is, when the convex cylindrical lens panel and the concave cylindrical lens panel are viewed from one direction, the intensity of these non-parallel lights is small and almost parallel lights are seen.
例として、図6を用いて、画像面の点(レンズ中心線204から距離W/4)から出る光を説明する。図6において、図2ないし図4と同じ構成要素には同じ符号を用い説明を省略する。光束の中央部分、すなわち光線205(実線)および光線206(実線)で囲まれた部分の光は、凸シリンドリカルレンズパネル202から角度0.14ラジアンを持つ略平行光として出射される。光線207(波線)および光線208(波線)の様に光束の周辺部分の光は、凸シリンドリカルレンズパネル202から非平行光として出射される。
As an example, light emitted from a point on the image plane (distance W / 4 from the lens center line 204) will be described with reference to FIG. In FIG. 6, the same components as those in FIGS. The light at the center of the light beam, that is, the light surrounded by the light ray 205 (solid line) and the light ray 206 (solid line) is emitted from the convex
次に、図7を用いて、凹シリンドリカルレンズパネルおよび凸シリンドリカルレンズパネルを角度0.14ラジアンの方向から見る場合の画像を説明する。図7において、図6と同じ構成要素には同じ符号を付ける。209は角度0.14ラジアンの方向に有る眼である。図7では、眼209をパネルの近くに有る様に描いているが、実際は矢印の方向の遠くに有る。図5から分かる様に、画像面の点(レンズ中心線204から距離W/4)からの光の多くが出射角0.14ラジアンとなる。それらは図6および図7の光線205(実線)と光線206(実線)に囲まれた領域の光である。一方、レンズ中心線204上の点から出る光のうち、凹シリンドリカルレンズの周辺を通過する光線210(波線)も角度0.14ラジアンを持って出射され、また、レンズ中心線204から距離がW/2の画像面の点から出る光のうち、光線211(波線)も角度0.14ラジアンを持って出射される。これらの光線210や光線211は、光線205と光線206に囲まれた略平行光に比べれば非常に狭い範囲で生じ、光量は小さく、画質の劣化には大きな問題とならない。すなわち、凹シリンドリカルレンズパネルおよび凸シリンドリカルレンズパネルを角度0.14ラジアンの方向から見た場合は、殆どδ=W/4の点の近傍の画像のみを見る事になる。
Next, an image when the concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel are viewed from an angle of 0.14 radians will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the same components as those in FIG.
一つのシリンドリカルレンズに対応する画像面には、多数の視点からの画像が表示されている。それらの多視点画像のうち、隣り合う画像は互いに相関が強く、混じり合っても画質の劣化には大きな問題にはならない。しかし、隣接するシリンドリカルレンズの境界付近の画像は相関が低く、それらが混じり合うと画質の劣化になる。従って、隣接するシリンドリカルレンズの境界点(δ=W/2)から出て凸シリンドリカルレンズパネルから出射する光のうち、比較的高い強度を持ち、かつ、最も小さい出射角度が立体画像の視野角を決定する事になる。図5の場合の視野角はおよそ±0.28ラジアン(±16度)となる。 Images from many viewpoints are displayed on the image plane corresponding to one cylindrical lens. Among these multi-viewpoint images, adjacent images have a strong correlation with each other, and even if they are mixed, it does not pose a big problem for image quality degradation. However, the image near the boundary between adjacent cylindrical lenses has a low correlation, and when they are mixed, the image quality deteriorates. Accordingly, among the light emitted from the boundary point (δ = W / 2) between adjacent cylindrical lenses and emitted from the convex cylindrical lens panel, the light having a relatively high intensity and the smallest emission angle has the viewing angle of the stereoscopic image. It will be decided. The viewing angle in the case of FIG. 5 is approximately ± 0.28 radians (± 16 degrees).
本発明の実施形態1では、凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルの間隔が比較的に大きい。従って、一つの凸シリンドリカルレンズに注目する場合、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点から出る光が、隣接する凹シリンドリカルレンズのレンズ面で屈折して、注目している凸シリンドリカルレンズに漏れてくる。図8にその漏光の様子を示す。
In
図8において、図6および図7と同じ構成要素には同じ符号を用いて説明を省略する。光線212(実線)および光線213(実線)は、互いに隣接するシリンドリカルレンズの境界に対応する画像面の点(δ=W/2)から出る光が、略平行光として凸シリンドリカルレンズパネル202から出射する。光線214(波線)は、隣接するシリンドリカルレンズの境界に対応する画像面の点(δ=W/2)から出て、隣接する凹シリンドリカルレンズのレンズ面で屈折して漏れてくる。しかし、この光線214の凸シリンドリカルレンズパネルからの出射角度は、光線212および光線213の出射角度より大きく視野角の外になる。また、光線215(波線)は、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点(δ=3W/4)から出て、隣接する凹シリンドリカルレンズのレンズ面で屈折して漏れてくる。やはり、光線215の出射角度は、光線212および光線213の出射角度より大きく視野角の外になる。
In FIG. 8, the same components as those in FIGS. In the light ray 212 (solid line) and the light ray 213 (solid line), light emitted from a point (δ = W / 2) on the image plane corresponding to the boundary between adjacent cylindrical lenses is emitted from the convex
以上に述べた様に、本発明の実施形態1では、隣接シリンドリカルレンズに相当する画像面の点から出て、隣接する凹シリンドリカルのレンズ面で屈折して漏れてくる光があるが、それらは視野角の外に出射され視野角内の画像に影響しない。従来例よりも視野角の大きい立体画像を提供できる事が分かる。
(視野角の拡大)As described above, in the first embodiment of the present invention, there is light that exits from a point on the image surface corresponding to the adjacent cylindrical lens and is refracted and leaks at the adjacent concave cylindrical lens surface. It is emitted outside the viewing angle and does not affect the image within the viewing angle. It can be seen that a stereoscopic image having a larger viewing angle than the conventional example can be provided.
(Expansion of viewing angle)
本発明の実施形態1の視野角は±0.28ラジアン(±16度)である。視野角を拡大する第1の方法は、シリンドリカルレンズの幅Wを大きくする事である。しかし、シリンドリカルレンズ形状が球面ならば、レンズ幅Wを大きくすればレンズ周辺の曲面勾配が大きくなり、レンズ表面で屈折した光線の角度が大きく変化し、出射光が略平行光ではなくなる。従って、球面レンズではレンズ幅を大きくする効果が現れない。
The viewing angle of
そこで、レンズ形状に非球面を用いる。図9はシリンドリカルレンズ形状を説明する図である。図9において、901(波線)は球面レンズ形状、902は非球面レンズ形状、903はレンズ中心線である。非球面レンズ形状902の特徴について説明する。レンズ中心線903付近では近軸近似を満足する必要があり、形状902は球面に近似できる。図9では、球面レンズ901および非球面レンズ902のレンズ中心線における曲率半径が同じ場合を示し、その曲面中心はO1であり、曲率半径はQ1とO1の間隔R1である。レンズ中心線903から遠ざかるにつれて、レンズ形状902の勾配は球面レンズ形状901の勾配より小さくなる。すなわち、レンズ中心線903から遠ざかるにつれてレンズ形状の曲率半径が大きくなる。点Q2付近の曲面中心はO2であり、曲率半径はQ2とO2の間隔R2である。点Q3付近の曲面中心はO3であり、曲率半径はQ3とO3の間隔R3である。点O1付近の曲率半径R1より点O2付近の曲率半径R2の方が大きく、点O2付近の曲率半径R2より点O3付近の曲率半径R3の方が大きい。
Therefore, an aspherical surface is used for the lens shape. FIG. 9 is a diagram for explaining a cylindrical lens shape. In FIG. 9, reference numeral 901 (dashed line) denotes a spherical lens shape, 902 denotes an aspheric lens shape, and 903 denotes a lens center line. The characteristics of the
視野角を拡大する第2の方法は、凹シリンドリカルレンズのパネルおよび凸シリンドリカルレンズのパネルの媒質の屈折率nを大きくする事である。これは、実施形態1の(数55)からも理解できる。 The second method of enlarging the viewing angle is to increase the refractive index n of the medium of the concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel. This can be understood from (Equation 55) of the first embodiment.
屈折率が1.8を超える高屈折率ガラスもある。しかし、パネルの製造には成形などのプロセスを用い、ガラス成形はコストが高く、また、ガラスは割れる可能性もある。製造コストが低く、屈折率の大きな樹脂が望まれる。その様な樹脂として、高屈折率の微粒子を分散させた「ナノコンポジット樹脂」を用いる。母材となる樹脂として紫外線硬化樹脂を用い、微粒子として直径が10ナノメートル以下の酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、あるいは酸化アルミニウムなどの誘電体の微粒子が用いられる。1種類あるいは2種類以上のこれらの誘電体の微粒子を分散させて、屈折率が1.7位の樹脂を合成できる。 Some high refractive index glasses have a refractive index greater than 1.8. However, a process such as molding is used for manufacturing the panel. Glass molding is expensive, and the glass may break. A resin having a low production cost and a high refractive index is desired. As such a resin, a “nanocomposite resin” in which fine particles having a high refractive index are dispersed is used. An ultraviolet curable resin is used as the base material resin, and fine particles of a dielectric such as titanium oxide, zirconium oxide, zinc oxide, or aluminum oxide having a diameter of 10 nanometers or less are used as the fine particles. A resin having a refractive index of about 1.7 can be synthesized by dispersing one kind or two or more kinds of dielectric fine particles.
しかし、樹脂に微粒子を混合すれば、微粒子による散乱で透過率が低下する。従って、この様なナノコンポジット樹脂を用いる場合は出来る限り薄い樹脂厚みが望まれる。図10に、シリンドリカルレンズ部分のみに高屈折率樹脂を用いる構成を示す。図10において、1001および1002はポリカーボネート樹脂などの透明板、1003は画像面である。1004はレンズ中心線であり、1005および1006はナノコンポジット樹脂などの高屈折率樹脂でできたレンズ部分である。ナノコンポジット樹脂の厚さを薄くして透過率の低下を防ぐ事ができ、かつ、レンズ部分の屈折率を高くして視野角の大きい安定した立体画像を得る事ができる。
However, if fine particles are mixed in the resin, the transmittance decreases due to scattering by the fine particles. Therefore, when such a nanocomposite resin is used, the smallest possible resin thickness is desired. FIG. 10 shows a configuration in which a high refractive index resin is used only for the cylindrical lens portion. In FIG. 10, 1001 and 1002 are transparent plates such as polycarbonate resin, and 1003 is an image plane.
以上の第1および第2の視野角を拡大する方法を、図11を用いて解析する。図11において、図10と同じ構成要素には同じ符号を付ける。透明板1001と透明板1002の屈折率をn1、高屈折率樹脂レンズ部1005および1006の屈折率をn2とする。凹シリンドリカルレンズと凸シリンドリカルレンズの間は空気であり、屈折率はn=1である。透明板1001の厚さをC、透明板と高屈折率樹脂レンズ部1005の境界から凹シリンドリカルレンズの底部までの厚さをHとする。実施形態1では、透明板とレンズ部分の媒質が同じでT=C+Hである。凹シリンドリカルレンズと凸シリンドリカルレンズとの間隔をDとし、1つのシリンドリカルレンズの幅をWとし、レンズ中心線1004の近傍における曲率半径をRとする。
The method for enlarging the first and second viewing angles is analyzed with reference to FIG. In FIG. 11, the same components as those in FIG. The refractive indexes of the
レンズ中心線1004から距離δである画像面1003の点から出た光が、透明板1001と高屈折率樹脂レンズ部1005の境界に入射する点をP1、その光が凹シリンドリカルレンズ表面に入射する点をP2とする。次に、凹シリンドリカルレンズ表面で屈折した光が凸シリンドリカルレンズ表面に入射する点をP3、その光が高屈折率樹脂レンズ部1006と透明板1002の境界に入射する点をP4とする。その後、透明板1002表面から出射する。
P1 is a point at which light emitted from a point on the
図11では画像面1003側が凹シリンドリカルレンズの例を示したが、画像面1003側が凸シリンドリカルレンズでも、図11を用いて解析できる。この場合は、透明板と高屈折率樹脂レンズ部の境界から凸シリンドリカルレンズの頂部までの厚さをHとする。画像面側が凹シリンドリカルレンズでも凸シリンドリカルレンズでも、画像面1003側のレンズ形状をF(X)と表し、対向するレンズ形状をF(X)+Dで表す。この関数F(X)を適切に設定する事で、凹シリンドリカルレンズや凸シリンドリカルレンズを表す事ができ、また、球面レンズや非球面レンズの形状も表す事ができる。
Although FIG. 11 shows an example in which the
画像面の点から点P1(Q、C)に向かう光線の角度θは(数58)で求められ、点P1において屈折して出射する角度αは(数59)で求められる。点P1から出射する光線は(数60)で表され、点P2のX座標(X2)は方程式(数61)を解いて求められる。点P2におけるレンズ曲面の勾配は関数F(X)の微分係数であり(数62)で求められる。レンズ曲面〔F(X)〕への入射角βは(数63)で求められ、屈折の法則より出射角γは(数64)で求められる。点P2から点P3に向かう光線は(数65)で表される。点P3のX座標(X3)は方程式(数66)を解いて求められる。点P3におけるレンズ曲面の勾配は関数〔F(X)+D〕の微分係数であり(数67)で求められる。レンズ曲面〔F(X)+D〕への入射角φは(数68)で求められ、屈折の法則より出射角ψは(数69)で求められる。点P4への入射角ξは(数70)で求められ、屈折の法則より出射角ζは(数71)で求められる。パネルからの出射角νは(数72)で求められる。
(数58) tanθ=(δ−Q)/C
(数59) n2・sinα=n1・sinθ
(数60) Y−C=−(X−Q)・cotα
(数61) C−(X−Q)・cotα=F(X)
(数62) tanκ=dF(X)/dX (X=X2)
(数63) β=κ−α
(数64) sinγ=n2・sinβ
(数65) Y−F(X2)=−(X−X2)・cot(κ−γ)
(数66) F(X2)−(X−X2)・cot(κ−γ)=G(X)
(数67) tanτ=dG(X)/dX (X=X3)
(数68) φ=τ−(κ−γ)
(数69) n2・sinψ=sinφ
(数70) ξ=τ−ψ
(数71) n1・sinζ=n2・sinξ
(数72) sinν=n1・sinζThe angle θ of the light ray from the point on the image plane to the point P1 (Q, C) is obtained by (Equation 58), and the angle α refracted and emitted at the point P1 is obtained by (Equation 59). The light ray emitted from the point P1 is expressed by (Equation 60), and the X coordinate (X2) of the point P2 is obtained by solving the equation (Equation 61). The gradient of the lens curved surface at the point P2 is a differential coefficient of the function F (X) and is obtained by (Equation 62). The incident angle β to the lens curved surface [F (X)] is obtained by (Equation 63), and the exit angle γ is obtained by (Equation 64) from the law of refraction. A light ray traveling from the point P2 to the point P3 is expressed by (Equation 65). The X coordinate (X3) of the point P3 is obtained by solving the equation (Equation 66). The gradient of the lens curved surface at the point P3 is a differential coefficient of the function [F (X) + D] and is obtained by (Equation 67). The incident angle φ to the lens curved surface [F (X) + D] is obtained by (Equation 68), and the emission angle ψ is obtained by (Equation 69) from the law of refraction. The incident angle ξ to the point P4 is obtained by (Equation 70), and the exit angle ζ is obtained by (Equation 71) from the law of refraction. The exit angle ν from the panel is obtained by (Equation 72).
(Equation 58) tan θ = (δ−Q) / C
(Formula 59) n2 · sin α = n1 · sin θ
(Equation 60) YC =-(XQ) · cot α
(Equation 61) C− (X−Q) · cot α = F (X)
Tan κ = dF (X) / dX (X = X2)
(Equation 63) β = κ−α
(Expression 64) sin γ =
(Equation 65) YF (X2) =-(X-X2) .cot (κ-γ)
(Equation 66) F (X2)-(X-X2) .cot (κ-γ) = G (X)
(Equation 67) tanτ = dG (X) / dX (X = X3)
(Equation 68) φ = τ− (κ−γ)
(Equation 69) n2 · sinψ = sinφ
(Equation 70) ξ = τ−ψ
(Equation 71) n1 · sinζ = n2 · sinξ
(Expression 72) sinν = n1 · sinζ
画像面の点(レンズ中心線1004から距離δ)と、透明板1001と高屈折率樹脂レンズ部1005の境界の屈折点P1(レンズ中心線1004から距離X1)が与えられれば、(数58)ないし(数72)より、順にθ、α、κ、β、γ、τ、φ、ψ、ξ、ζ、νが求まり透明板1002からの出射光の方向が求められる。
If a point on the image plane (distance δ from the lens center line 1004) and a refraction point P1 (distance X1 from the lens center line 1004) at the boundary between the
先ず、角度が小さい近軸近似を考える。レンズ形状を表す関数F(X)は(数73)で近似される。また、レンズ中心線1004近傍では、レンズ形状は球面に良く近似されるので、曲率は(1/R)であり、勾配を表す微分係数〔dF(X)/dX〕は(数74)で表される。ここで、σは勾配の正負に応じて(+1)または(−1)の値を持つ。実施形態1の様に画像面1003側が凹シリンドリカルレンズの場合は、レンズ中心線付近の勾配が正でσ=+1である。また、画像面1003側が凸シリンドリカルレンズの場合は、レンズ中心線付近の勾配が負でσ=−1である。
(数73) F(X)=C+H
(数74) dF(X)/dX=σ(X/R)First, consider paraxial approximation with a small angle. The function F (X) representing the lens shape is approximated by (Equation 73). Further, in the vicinity of the
(Expression 73) F (X) = C + H
(Expression 74) dF (X) / dX = σ (X / R)
これらを用いて、近軸近似では(数58)ないし(数72)は各々(数75)ないし(数89)の様に近似される。
(数75) θ=(δ−Q)/C
(数76) n2・α=n1・θ
(数77) Y−C=−(X−Q)/α
(数78) C−(X2−Q)/α=C+H
(数79) κ=(σ/R)・(X2)
(数80) β=κ−α
(数81) γ=n2・β
(数82) Y−(C+H)=−(X−X2)/(κ−γ)
(数83) C+H−(X3−X2)/(κ−γ)=C+H+D
(数84) τ=(σ/R)・(X3)
(数85) φ=τ−(κ−γ)
(数86) n2・ψ=φ
(数87) ξ=τ−ψ
(数88) n1・ζ=n2・ξ
(数89) ν=n1・ζUsing these, in the paraxial approximation, (Equation 58) through (Equation 72) are approximated as (Equation 75) through (Equation 89), respectively.
(Equation 75) θ = (δ−Q) / C
(Equation 76) n2 · α = n1 · θ
(Equation 77) YC =-(XQ) / α
(Formula 78) C- (X2-Q) / α = C + H
(Equation 79) κ = (σ / R) · (X2)
(Equation 80) β = κ−α
(Equation 81) γ = n2 · β
(Equation 82) Y− (C + H) = − (X−X2) / (κ−γ)
(Expression 83) C + H− (X3−X2) / (κ−γ) = C + H + D
(Equation 84) τ = (σ / R) · (X3)
(Equation 85) φ = τ− (κ−γ)
(Equation 86) n2 · ψ = φ
(Equation 87) ξ = τ−ψ
(Equation 88) n1 · ζ = n2 · ξ
(Equation 89) ν = n1 · ζ
レンチキュラーレンズ効果、即ち、画像面の点(レンズ中心線1003から距離δ)から出る光が出射角一定の略平行光となる条件は、νがθに依存しない事である。少なくとも、近軸近似ではレンチキュラー効果を良く満たす必要がある。その場合の2つのレンズ面の間隔Dは(数90)および(数91)で与えられる。
(数90) D=n1・n2・R/Δ
(数91) Δ=(n2−1)〔(n2−1)(n1・H+n2・C)/R
+σ・n1・n2〕The lenticular lens effect, that is, the condition that light emitted from a point on the image plane (distance δ from the lens center line 1003) becomes substantially parallel light with a constant emission angle is that ν does not depend on θ. At least, the paraxial approximation needs to satisfy the lenticular effect well. In this case, the distance D between the two lens surfaces is given by (Equation 90) and (Equation 91).
(Equation 90) D = n1, n2, R / Δ
(Equation 91) Δ = (n2-1) [(n2-1) (n1 · H + n2 · C) / R
+ Σ · n1 · n2]
従来例(特許文献1)の様に、画像面に近い側が凸シリンドリカルレンズであり、光の出射側が凹シリンドリカルレンズの構成では、n1=n2=n,C+H=T、σ=−1であり、(数90)および(数91)は(数32)と同じである。また、実施形態1の様に、画像面に近い側が凹シリンドリカルレンズであり、光の出射側が凸シリンドリカルレンズの構成では、n1=n2=n,C+H=T、σ=+1であり、(数90)および(数91)は(数54)と同じである。
(実施形態2)As in the conventional example (Patent Document 1), in a configuration in which the side close to the image surface is a convex cylindrical lens and the light emission side is a concave cylindrical lens, n1 = n2 = n, C + H = T, and σ = −1. (Equation 90) and (Equation 91) are the same as (Equation 32). Further, as in the first embodiment, in the configuration in which the side close to the image surface is a concave cylindrical lens and the light emission side is a convex cylindrical lens, n1 = n2 = n, C + H = T, and σ = + 1, ) And (Equation 91) are the same as (Equation 54).
(Embodiment 2)
本発明の実施形態2は、非球面レンズ形状が楕円で良く近似できる場合である。楕円関数は(数92)で表され、mは楕円の形状を指定する係数である。
(数92) F(X)=C+H+(mR)−〔(mR)2−m・X2〕1/2
(Equation 92) F (X) = C + H + (mR) − [(mR) 2 −m · X 2 ] 1/2
実施形態2では、透明板とレンズ部が一体で、ポリカーボネート樹脂を用いる。図11において、n1=n2=1.57、R=1、m=3、C=3、H=0、D=0.84、W=2.6とする。これらの値は条件(数90)および(数91)を満足する。(数58)ないし(数72)を用いてシミュレーションした結果を図12に示す。(数61)および(数66)はXの2次方程式になり、代数的に解を求める事ができる。横軸は画像面の点から出る光が透明板とレンズ部の仮想境界面に入射する位置(X1)、縦軸は凸シリンドリカルレンズパネルから出射する角度(ν)である。画像面の点(レンズ中心線1004から距離δ)として、0、W/4、W/2、3W/4、Wの5つの場合を示している。δ=3W/4およびδ=Wは、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点からの光である。 In the second embodiment, the transparent plate and the lens unit are integrated, and polycarbonate resin is used. In FIG. 11, it is assumed that n1 = n2 = 1.57, R = 1, m = 3, C = 3, H = 0, D = 0.84, and W = 2.6. These values satisfy the conditions (Equation 90) and (Equation 91). FIG. 12 shows the result of simulation using (Formula 58) to (Formula 72). (Equation 61) and (Equation 66) are quadratic equations of X, and a solution can be obtained algebraically. The horizontal axis is the position (X1) where the light emitted from the point on the image plane enters the virtual boundary surface between the transparent plate and the lens unit, and the vertical axis is the angle (ν) emitted from the convex cylindrical lens panel. As the points on the image plane (distance δ from the lens center line 1004), five cases of 0, W / 4, W / 2, 3W / 4, and W are shown. δ = 3W / 4 and δ = W are light from a point on the image plane corresponding to the adjacent cylindrical lens.
図12により以下の事が分かる。光の振る舞いは図5と似ているが、視野角は±0.35ラジアン(±20度)である。実施形態2では、レンズ形状を楕円にする事により、球面よりシリンドリカルレンズの幅Wを大きくして視野角を拡大できる。しかし、楕円は球面と同じく閉曲線であり、幅Wを余り大きくすれば、球面と同様にレンズ周辺の勾配が大きくなり、レンズ表面で屈折した光線の角度が大きく変化し出射光が略平行光ではなくなる。従って、楕円形状ではレンズ幅を大きくする効果に限界がある。
The following can be understood from FIG. The light behavior is similar to FIG. 5, but the viewing angle is ± 0.35 radians (± 20 degrees). In
本発明の実施形態1では、一つの凸シリンドリカルレンズに注目する場合、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点から出る光が隣接する凹シリンドリカルレンズのレンズ面で屈折して、注目している凸シリンドリカルレンズに漏れてくる。本発明の実施形態2においても光が漏れてくるが、それらの漏光は実施形態1と同様に視野角の外である。
(実施形態3)In
(Embodiment 3)
本発明の実施形態3は、非球面レンズ形状が双曲線で良く近似できる場合である。双曲線関数は(数93)で表され、mは双曲線の形状を指定する係数である。
(数93) F(X)=C+H−(mR)+〔(mR)2+m・X2〕1/2
(Equation 93) F (X) = C + H− (mR) + [(mR) 2 + m · X 2 ] 1/2
実施形態3では、透明板とレンズ部が一体で、ポリカーボネート樹脂を用いる。図11において、n1=n2=1.57、R=1、m=3、C=3、H=0、D=0.84、W=4.5とする。これらの値は条件(数90)および(数91)を満足する。(数58)ないし(数72)を用いてシミュレーションした結果を図13に示す。(数61)および(数66)はXの2次方程式になり、代数的に解を求める事ができる。横軸は画像面の点から出る光が透明板とレンズ部の仮想境界面に入射する位置(X1)、縦軸は凸シリンドリカルレンズパネルから出射する角度(ν)である。画像面の点(レンズ中心線1004から距離δ)として、0、W/4、W/2、3W/4、Wの5つの場合を示している。δ=3W/4およびδ=Wは、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点からの光である。 In the third embodiment, the transparent plate and the lens unit are integrated and polycarbonate resin is used. In FIG. 11, n1 = n2 = 1.57, R = 1, m = 3, C = 3, H = 0, D = 0.84, and W = 4.5. These values satisfy the conditions (Equation 90) and (Equation 91). FIG. 13 shows the result of simulation using (Formula 58) to (Formula 72). (Equation 61) and (Equation 66) are quadratic equations of X, and a solution can be obtained algebraically. The horizontal axis is the position (X1) where the light emitted from the point on the image plane enters the virtual boundary surface between the transparent plate and the lens unit, and the vertical axis is the angle (ν) emitted from the convex cylindrical lens panel. As the points on the image plane (distance δ from the lens center line 1004), five cases of 0, W / 4, W / 2, 3W / 4, and W are shown. δ = 3W / 4 and δ = W are light from a point on the image plane corresponding to the adjacent cylindrical lens.
図13より以下の事が分かる。画像面のレンズ中心線(δ=0)から凹シリンドリカルレンズに向かう光束のうち、レンズ面の範囲(−0.3から+0.3)に入射する場合は角度ν=0を持つ略平行光として凸シリンドリカルレンズパネルから出射され、その範囲(−0.3から+0.3)より外側のレンズ面に入射する場合は非平行光となる。レンズ中心線から距離W/4にある画像面の点(δ=W/4)から出る光は、レンズ面の範囲(+0.2から+0.9)に入射する場合は概ね角度ν=0.27を持つ略平行光として凸シリンドリカルレンズパネルから出射され、範囲(0から+0.2)のレンズ面に入射する場合は非平行光となる。しかし、互いに隣接するシリンドリカルレンズの境界付近の画像面の点(δ=W/2)から出る光は、レンズ面の入射位置によって凸シリンドリカルレンズパネルから出射される角度が変化する。レンズ面の範囲(+0.3から+0.5)に入射する場合は出射角度が急激に変化するが、レンズ面の範囲(+0.5から+1.5)に入射する場合は出射角度がν=0.59からν=0.42まで緩やかに変化する。 The following can be seen from FIG. Of the light beam traveling from the lens center line (δ = 0) of the image plane to the concave cylindrical lens, when entering the range (−0.3 to +0.3) of the lens surface, it is substantially parallel light having an angle ν = 0. When the light is emitted from the convex cylindrical lens panel and enters the lens surface outside the range (−0.3 to +0.3), the light becomes non-parallel light. The light emitted from a point on the image plane (δ = W / 4) at a distance W / 4 from the lens center line is approximately at an angle ν = 0.0 when entering the lens surface range (+0.2 to +0.9). When the light is emitted from the convex cylindrical lens panel as substantially parallel light having 27 and enters the lens surface in the range (0 to +0.2), the light becomes non-parallel light. However, the angle at which light emitted from a point on the image plane (δ = W / 2) near the boundary between adjacent cylindrical lenses changes from the convex cylindrical lens panel depending on the incident position of the lens surface. When entering the lens surface range (+0.3 to +0.5), the exit angle changes abruptly. When entering the lens surface range (+0.5 to +1.5), the exit angle is v = It changes gradually from 0.59 to ν = 0.42.
図14を用いて画像面の点(δ=W/4)から出る光を説明する。図14において、1401は凹シリンドリカルレンズのアレイから成るパネル、1402は凸シリンドリカルレンズのアレイから成るパネル、1403は画像面、1404はレンズ中心線である。画像面の点(δ=W/4)から出る光のうち、光線1405(実線)と光線1406(実線)で囲まれる範囲は、凸シリンドリカルレンズパネル1402から角度0.27ラジアンを持つ略平行光として出射される。しかし、レンズ中心線1404近傍に入射する光は非平行光となり出射角度が急激に変化する。図14には光線1407(波線)を示す。この非平行光は、図13において、横軸(X1)に対して出射角度(ν)の変化が大きく、光量が小さく、画質の劣化には問題にならない。
The light emitted from a point (δ = W / 4) on the image plane will be described with reference to FIG. In FIG. 14,
次に、図15を用いて隣接するシリンドリカルレンズの境界点(δ=W/2)から出る光を説明する。図15において、図14と同じ構成要素には同じ符号を用い説明を省略する。レンズ面の範囲(+0.6から+1.5)に入射する光は、光線1408(実線)、光線1409(実線)および光線1410(実線)の様に出射角度がν=0.59ラジアンからν=0.42ラジアンまで緩やかに変化する。しかし、レンズ面の範囲(+0.3から+0.5)に入射する光は出射角度が急激に変化する。図15には例として光線1411(波線)を示している。 Next, the light emitted from the boundary point (δ = W / 2) between adjacent cylindrical lenses will be described with reference to FIG. In FIG. 15, the same components as those in FIG. The light incident on the lens surface range (+0.6 to +1.5) has an emission angle of ν = 0.59 radians to ν as shown by a ray 1408 (solid line), a ray 1409 (solid line), and a ray 1410 (solid line). = Slowly changes to 0.42 radians. However, the emission angle of light incident on the lens surface range (+0.3 to +0.5) changes abruptly. FIG. 15 shows a light ray 1411 (dashed line) as an example.
一つのシリンドリカルレンズに対応する画像面には多数の視点からの画像が表示されている。それらの多視点画像のうち、隣り合う画像は図36の隣り合うカメラにより撮像した画像であり、互いに相関が強く、混じり合っても画質の劣化には大きな問題にはならない。しかし、隣接するシリンドリカルレンズの境界付近の画像は、例えば図36のカメラ3602と3606により撮像した画像であり、相関は低く、それらが混じり合うと画質の劣化になる。従って、隣接するシリンドリカルレンズの境界から出て、比較的高い強度を持って凸シリンドリカルレンズパネルから出射する光のうち、最も小さい出射角度が視野角を決定する事になる。図15の光線1411(波線)は光量が小さく問題にはならない。視野角を決定するのは光線1410(実線)であり、視野角は±0.42ラジアン(±24度)となる。レンズ形状を非球面にする事により視野角を拡大できる事が分かる。
Images from many viewpoints are displayed on the image plane corresponding to one cylindrical lens. Of these multi-viewpoint images, the adjacent images are images taken by the adjacent cameras in FIG. 36, and have a strong correlation with each other. However, the image near the boundary between adjacent cylindrical lenses is, for example, an image captured by the
本発明の実施形態1では、一つの凸シリンドリカルレンズに注目する場合、隣接するシリンドリカルレンズに相当する画像面の点から出る光が隣接する凹シリンドリカルレンズのレンズ面で屈折して、注目している凸シリンドリカルレンズに漏れてくる。しかし、本発明の実施形態3の様な、双曲線レンズ形状、C、Dの組み合わせでは、図8の光線214や光線215の様な漏光は殆ど生じない。
(実施形態4)In
(Embodiment 4)
実施形態2では、レンズ形状は楕円であり、出射光は略平行光であるが、視野角の拡大には限界がある。また、レンズ形状が双曲線では、視野角を拡大できるが、出射光は少し発散光になる。図15の様な発散光でも立体視は可能であるが、やはり、より略平行光に近い方が良い。そこで、レンズ形状が楕円と双曲線の間の形状として、4次偶関数が考えられる。 In the second embodiment, the lens shape is an ellipse and the emitted light is substantially parallel light, but there is a limit to the expansion of the viewing angle. In addition, when the lens shape is a hyperbola, the viewing angle can be enlarged, but the emitted light is slightly divergent. Although a stereoscopic view is possible even with divergent light as shown in FIG. 15, it is still better to be closer to parallel light. Therefore, a quartic even function is conceivable as the lens shape between the ellipse and the hyperbola.
本発明の実施形態4は、非球面レンズ形状が4次偶関数で良く近似できる場合である。4次偶関数は(数94)で表され、(ρW)は4次偶関数の変曲点のX座標である。
(数94) F(X)=−〔1/{12R(ρW)2}〕・X4
+〔1/(2R)〕・X2
(Equation 94) F (X) =-[1 / {12R (ρW) 2 }] · X 4
+ [1 / (2R)] · X 2
実施形態4では、透明板とレンズ部が一体で、ポリカーボネート樹脂を用いる。図11において、n1=n2=1.57、R=1、ρ=1.5、C=3、H=0、D=0.84、W=4.5とする。これらの値は条件(数90)および(数91)を満足する。(数58)ないし(数72)を用いてシミュレーションした結果を図16に示す。(数61)および(数66)はXの4次方程式になり、フェラリ(Ferrari)の解法を用いて代数的に解を求める事ができる。横軸は画像面の点から出る光が透明板とレンズ部の仮想境界面に入射する位置(X1)、縦軸は凸シリンドリカルレンズパネルから出射する角度(ν)である。画像面の点(レンズ中心線1004から距離δ)として、0、W/4、W/2、3W/4、Wの5つの場合を示している。δ=3W/4およびδ=Wは、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点からの光である。 In the fourth embodiment, the transparent plate and the lens unit are integrated, and polycarbonate resin is used. In FIG. 11, n1 = n2 = 1.57, R = 1, ρ = 1.5, C = 3, H = 0, D = 0.84, and W = 4.5. These values satisfy the conditions (Equation 90) and (Equation 91). FIG. 16 shows the result of simulation using (Formula 58) to (Formula 72). (Equation 61) and (Equation 66) are X quaternary equations, and a solution can be obtained algebraically using the Ferrari solution. The horizontal axis is the position (X1) where the light emitted from the point on the image plane enters the virtual boundary surface between the transparent plate and the lens unit, and the vertical axis is the angle (ν) emitted from the convex cylindrical lens panel. As the points on the image plane (distance δ from the lens center line 1004), five cases of 0, W / 4, W / 2, 3W / 4, and W are shown. δ = 3W / 4 and δ = W are light from a point on the image plane corresponding to the adjacent cylindrical lens.
図16より以下の事が分かる。光の振る舞いは、レンズ形状が4次偶関数の場合(図16)と双曲線の場合(図15)は似ているが、出射光は4次偶関数レンズの方が双曲線レンズより略平行光に近い。また、視野角は±0.52ラジアン(±30度)に拡大できる。 The following can be understood from FIG. The behavior of the light is similar when the lens shape is a quartic even function (FIG. 16) and the case of a hyperbola (FIG. 15), but the quaternary even function lens emits more parallel light than the hyperbolic lens. close. The viewing angle can be expanded to ± 0.52 radians (± 30 degrees).
本発明の実施形態4においても、実施形態3と同様に、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点から出る光が隣接する凹シリンドリカルレンズのレンズ面で屈折して、注目している凸シリンドリカルレンズに漏れてくる光は殆ど無い。 In the fourth embodiment of the present invention, as in the third embodiment, the light emitted from the point on the image plane corresponding to the adjacent cylindrical lens is refracted by the lens surface of the adjacent concave cylindrical lens, and the convex cylindrical lens of interest is focused. Little light leaks into the lens.
実施形態1ないし実施形態4において、レンズ形状が球面、楕円、双曲線、および4次偶関数に良く近似できる場合を示した。図17は、これらの形状を比較した図である。図17において、1701は実施形態1の球面、1702は実施形態2の楕円、1703は実施形態3の双曲線、1704は実施形態4の4次偶関数である。実施形態1ではT=1であり、実施形態2ないし実施形態4ではC=3(H=0)である。各々のレンズ中心線近傍の曲面半径は同じでR=1である。4次偶関数1704は楕円1702と双曲線1703の中間で、双曲線と同様にレンズ幅を大きくできる事が分かる。
In the first to fourth embodiments, the case where the lens shape can be well approximated to a spherical surface, an ellipse, a hyperbola, and a quartic even function has been described. FIG. 17 is a diagram comparing these shapes. In FIG. 17, 1701 is the spherical surface of the first embodiment, 1702 is the ellipse of the second embodiment, 1703 is the hyperbola of the third embodiment, and 1704 is the fourth-order even function of the fourth embodiment. In the first embodiment, T = 1, and in the second to fourth embodiments, C = 3 (H = 0). The radius of the curved surface in the vicinity of each lens center line is the same and R = 1. It can be seen that the quaternary even
実施形態2ないし実施形態4において、レンズ形状が楕円、双曲線、および4次偶関数に良く近似できる場合を示したが、それらに限らない。例えば、楕円と双曲線の組み合わせ、双曲線と4次偶関数の組み合わせなどでも良い。視野角が大きく、かつ、より略平行光になる範囲が大きくできるならば、その他の非球面レンズ形状でも良い。
(実施形態5)In the second to fourth embodiments, the case where the lens shape can be well approximated to an ellipse, a hyperbola, and a quartic even function has been described, but the present invention is not limited thereto. For example, a combination of an ellipse and a hyperbola, or a combination of a hyperbola and a quartic even function may be used. Other aspherical lens shapes may be used as long as the viewing angle is large and the range in which substantially parallel light is obtained can be increased.
(Embodiment 5)
本発明の実施形態5は、レンズ部分のみに高屈折率樹脂を用いる。また、非球面レンズ形状は実施形態4と同様に4次偶関数で良く近似できる。4次偶関数は(数94)で表される。
実施形態5では、透明板にポリカーボネート樹脂を用い、レンズ部分に屈折率が1.7のナノコンポジット樹脂を用いる。図11において、n1=1.57、n2=1.7、R=1、ρ=1.5、C=3、H=0、D=0.84、W=4.5とする。これらの値は条件(数90)および(数91)を満足する。(数58)ないし(数72)を用いてシミュレーションした結果を図18に示す。(数61)および(数66)はXの4次方程式になり、フェラリ(Ferrari)の解法を用いて代数的に解を求める事ができる。横軸は画像面の点から出る光が透明板とレンズ部の境界面に入射する位置(X1)、縦軸は凸シリンドリカルレンズパネルから出射する角度(ν)である。画像面の点(レンズ中心線1004から距離δ)として、0、W/4、W/2、3W/4、Wの5つの場合を示している。δ=3W/4およびδ=Wは、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点からの光である。
In
図18より以下の事が分かる。実施形態4と実施形態5は、レンズ形状は共に4次偶関数で近似でき、光の振る舞いは良く似ている。しかし、レンズ部分のみに高屈折率樹脂を用いるので視野角は拡大する事ができ、±0.58ラジアン(±33度)になる。 The following can be understood from FIG. In the fourth and fifth embodiments, the lens shape can be approximated by a quartic even function, and the behavior of light is very similar. However, since the high refractive index resin is used only for the lens portion, the viewing angle can be enlarged, and becomes ± 0.58 radians (± 33 degrees).
本発明の実施形態5においても、実施形態3および実施形態4と同様に、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点から出る光が隣接する凹シリンドリカルレンズのレンズ面で屈折して、注目している凸シリンドリカルレンズに漏れてくる光は殆ど無い。
(実施形態6)In the fifth embodiment of the present invention, as in the third and fourth embodiments, the light emitted from the point on the image plane corresponding to the adjacent cylindrical lens is refracted by the lens surface of the adjacent concave cylindrical lens, and attention is paid. There is almost no light leaking into the convex cylindrical lens.
(Embodiment 6)
従来例の立体画像と平面画像を切り替える事ができる画像表示装置(特許文献1)では、画像面に近い方が凸シリンドリカルレンズのパネルで、光の出射側が凹シリンドリカルレンズのパネルである。また、この従来例では、凸シリンドリカルレンズのパネルと凹シリンドリカルレンズのパネルの間隔(図48のD)が、それらのレンズの焦点距離の程度である。この場合は、図50に示した様に、隣接する凸シリンドリカルレンズに対応する画像面の点から出る光が、隣接する凸シリンドリカルレンズのレンズ面で屈折して、注目している凹シリンドリカルレンズに漏れてくる。その漏れ光は同じ様な出射角度を持つ略平行光として混入し、画質を劣化させる。 In an image display device (Patent Document 1) that can switch between a stereoscopic image and a planar image of a conventional example, the panel closer to the image plane is a convex cylindrical lens panel, and the light emission side is a concave cylindrical lens panel. In this conventional example, the distance between the panel of the convex cylindrical lens and the panel of the concave cylindrical lens (D in FIG. 48) is the extent of the focal length of these lenses. In this case, as shown in FIG. 50, the light emitted from the point on the image plane corresponding to the adjacent convex cylindrical lens is refracted by the lens surface of the adjacent convex cylindrical lens, and the focused concave cylindrical lens is obtained. Leaks. The leaked light is mixed as substantially parallel light having the same emission angle, and the image quality is deteriorated.
画像面に近い方が凸シリンドリカルレンズのパネルで、光の出射側が凹シリンドリカルレンズのパネルの構成についても、一般的な構成を図19に示す。図19において、1901および1902はポリカーボネート樹脂などの透明板、1903は画像面である。1904はレンズ中心線であり、1905および1906はナノコンポジット樹脂などの高屈折率樹脂でできたレンズ部分である。この図19の様な構成も、図11を用いて解析する事ができる。但し、図11におけるレンズ形状を表す関数が、実施例1ないし5とは上下が逆になる。
FIG. 19 shows a general configuration of the configuration of the convex cylindrical lens panel closer to the image plane and the light emission side of the concave cylindrical lens panel. In FIG. 19, 1901 and 1902 are transparent plates such as polycarbonate resin, and 1903 is an image plane.
凸シリンドリカルレンズのパネルと凹シリンドリカルレンズのパネルの間隔を小さくし、また、レンズ形状として非球面を用いれば、隣接する凸シリンドリカルレンズに対応する画像面の点から出て、隣接する凸シリンドリカルレンズのレンズ面で屈折して、注目している凹シリンドリカルレンズに漏れてくる光が少なく、かつ、視野角を大きくする事ができる。 If the distance between the panel of the convex cylindrical lens and the panel of the concave cylindrical lens is reduced, and an aspherical surface is used as the lens shape, it will come out of the point of the image surface corresponding to the adjacent convex cylindrical lens, and the adjacent convex cylindrical lens The light that is refracted on the lens surface and leaks to the concave cylindrical lens of interest is reduced, and the viewing angle can be increased.
本発明の実施形態6は、図19の構成で、非球面レンズ形状が4次偶関数で良く近似できる場合である。この場合の4次偶関数は、実施形態4の4次偶関数と上下が逆で、(数95)で表される。ここで、(ρW)は4次偶関数の変曲点である。
(数95) F(X)=〔1/{12R(ρW)2}〕・X4
−〔1/(2R)〕・X2
(Equation 95) F (X) = [1 / {12R (ρW) 2 }] · X 4
-[1 / (2R)] · X 2
実施形態6では、透明板とレンズ部が一体で、ポリカーボネート樹脂を用いる。図11において、n1=n2=1.57、R=1、ρ=1.5、C=6.23、H=0.77、D=1.1、W=2.5、σ=−1とする。ここで、Hは図11の透明板1001とレンズ部1005の境界からレンズ頂部までの距離である。これらの値は条件(数90)および(数91)を満足する。(数58)ないし(数72)を用いてシミュレーションした結果を図20に示す。(数61)および(数66)はXの4次方程式になり、フェラリ(Ferrari)の解法を用いて代数的に解を求める事ができる。横軸は画像面の点から出る光が透明板とレンズ部の境界面に入射する位置(X1)、縦軸は凸シリンドリカルレンズパネルから出射する角度(ν)である。画像面の点(レンズ中心線1004から距離δ)として、0、W/4、W/2、3W/4、Wの5つの場合を示している。δ=3W/4およびδ=Wは、隣接するシリンドリカルレンズに対応する画像面の点からの光である。
In the sixth embodiment, the transparent plate and the lens unit are integrated, and polycarbonate resin is used. In FIG. 11, n1 = n2 = 1.57, R = 1, ρ = 1.5, C = 6.23, H = 0.77, D = 1.1, W = 2.5, σ = −1 And Here, H is the distance from the boundary between the
図20より以下の事が分かる。画像面の点から凸シリンドリカルレンズの中央部に入射する光は、略平行光に近くなるが、レンズ周辺部に入射する光は発散光になる。近似的にレンチキュラーレンズ効果を満足する事ができる。レンズ形状を4次偶関数にする事で、レンズ幅Wを大きくして、視野角を±0.45ラジアン(±26度)に拡大できる。 The following can be understood from FIG. The light incident on the central portion of the convex cylindrical lens from the point on the image plane is almost parallel light, but the light incident on the peripheral portion of the lens becomes divergent light. The lenticular lens effect can be satisfied approximately. By making the lens shape a fourth order even function, the lens width W can be increased and the viewing angle can be expanded to ± 0.45 radians (± 26 degrees).
本発明の実施形態6においては、D=1.1と小さくできる。隣接する凸シリンドリカルレンズに対応する画像面の点から出る光が、隣接する凸シリンドリカルレンズ面で屈折して、注目している凹シリンドリカルレンズに若干漏れてくる。しかし、一定の角度からレンズを見れば、それらの漏れ光の強度は小さい。すなわち、凸シリンドリカルレンズパネルと凹シリンドリカルレンズパネルの間隔(D)が小さい事が重要で、少なくとも、レンズ中心線近傍の曲率半径(R)の2倍以下である。
In
実施形態6では、レンズ形状として4次偶関数で近似できる場合を示したが、それに限らない。レンズ形状が楕円、双曲線、4次偶関数、あるいはそれらの組み合わせでも良い。Wを大きく、かつ、Dを小さくできれば、すなわち、視野角が大きく、かつ、漏れ光が小さくできるならば、その他の非球面レンズ形状でも良い。 In the sixth embodiment, the case where the lens shape can be approximated by a quaternary even function has been described, but the lens shape is not limited thereto. The lens shape may be an ellipse, a hyperbola, a quartic even function, or a combination thereof. If W can be increased and D can be decreased, that is, if the viewing angle is large and the leakage light can be decreased, other aspherical lens shapes may be used.
図19の様な構成においても、ここでは詳細な例を示さないが、レンズ部のみにナノコンポジット樹脂などの高屈折率樹脂を用いれば、より視野角を大きくする事ができる。
(実施形態7)Even in the configuration as shown in FIG. 19, a detailed example is not shown here, but if a high refractive index resin such as a nanocomposite resin is used only for the lens portion, the viewing angle can be further increased.
(Embodiment 7)
平面画像の表示では、図3に示した様に凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルを接触させる。画像面203に平面画像を表示すれば、合わさった凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルが1枚の透明板の様に振る舞い、平面画像として認識する。
In displaying a planar image, as shown in FIG. 3, the concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel are brought into contact with each other. If a planar image is displayed on the
一般に、凹シリンドリカルレンズパネルおよび凸シリンドリカルレンズパネルは成形などの方法で製作され、それらが完全に密着する事は期待できない。凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルは部分的には接触し、その他の部分は僅かな間隙を隔てる様な、近接した状態となる。 Generally, a concave cylindrical lens panel and a convex cylindrical lens panel are manufactured by a method such as molding, and it cannot be expected that they are completely adhered. The concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel are in partial contact with each other, and the other portions are in close proximity with a slight gap therebetween.
しかし、凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルを完全に密着させる必要はない。図21の様に、凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルを僅かな間隙を隔てて配置すれば、画像面203から出る光は凹シリンドリカルレンズ表面あるいは凸シリンドリカルレンズ表面で屈折するが、凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルの間隙は小さく、光線の進行方向は殆ど変化しない。従って、画像面203に平面画像を表示すれば、合わさった凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルが光学的に1枚の透明板の様に振る舞い、平面画像として認識する。
However, it is not necessary that the concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel are completely brought into close contact with each other. If the concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel are arranged with a slight gap as shown in FIG. 21, the light emitted from the
図21には、画像面側が凹シリンドリカルレンズの場合を示したが、画像面側が凸シリンドリカルレンズの場合も同様である。
(実施形態8)FIG. 21 shows the case where the image surface side is a concave cylindrical lens, but the same applies to the case where the image surface side is a convex cylindrical lens.
(Embodiment 8)
凹シリンドリカルレンズと凸シリンドリカルレンズは、平面画像表示の場合には密着あるいは近接し、立体画像表示の場合には所定の間隔を設けて離すので、接触と離間が繰り返されて静電気が発生するなどの障害が生じる事が多い。 The concave cylindrical lens and the convex cylindrical lens are in close contact or close to each other in the case of planar image display, and are separated with a predetermined interval in the case of stereoscopic image display, so that static electricity is generated by repeated contact and separation. Failure often occurs.
図22では、凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルを、積極的に小さな間隙を設けて近接させる場合を示している。図22において、2201は凹シリンドリカルレンズ、2202は凸シリンドリカルレンズである。これらを安定に間隙を設けて近接させるには、凹シリンドリカルレンズ2201あるいは凸シリンドリカルレンズ2202の少なくとも一方にストッパーを設ける。図22では、隣接する凸シリンドリカルレンズの境界部分にストッパー2203を設けている。凹シリンドリカルレンズ2201と凸シリンドリカルレンズ2202を近接させる時に、ストッパー2203が障害となり互いに接触する事を防ぎ、安定的に小さな間隙を設けて配置する。
FIG. 22 shows a case where the concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel are proximately provided with a small gap. In FIG. 22, 2201 is a concave cylindrical lens, and 2202 is a convex cylindrical lens. In order to stably bring them into close proximity, a stopper is provided on at least one of the concave
図22では、隣接する凸シリンドリカルレンズの境界部分にストッパー2203を設けたが、この限りではない。凹シリンドリカルレンズと凸シリンドリカルレンズを小さな間隙を設けて安定に配置できれば、その他の構造でも良い。
In FIG. 22, the
また、図22には、画像面側が凹シリンドリカルレンズの場合を示したが、画像面側が凸シリンドリカルレンズの場合も同様である。
(実施形態9)FIG. 22 shows the case where the image surface side is a concave cylindrical lens, but the same applies to the case where the image surface side is a convex cylindrical lens.
(Embodiment 9)
図23を用いて、図22のストッパーの作製方法を説明する。図23において図22と同じ構成要素には同じ符号を用いる。2202は凸シリンドリカルレンズのパネル、2203は紫外線硬化樹脂でできたストッパー、2204は紫外線ランプ、2205は紫外線である。凸シリンドリカルレンズパネル2202のレンズ側から、少量の硬化前の紫外線効果樹脂を滴下する。樹脂液体は隣接する凸シリンドリカルレンズの境界の谷部に溜まる。紫外線2205を照射すれば、紫外線硬化樹脂2203は硬化してストッパーとなる。
(実施形態10)A method for manufacturing the stopper of FIG. 22 will be described with reference to FIG. In FIG. 23, the same reference numerals are used for the same components as in FIG.
(Embodiment 10)
凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルを近接する場合と、所定の間隔を隔てて離間させる場合を繰り返せば、たとえ接触させなくても静電気が生じる可能性があり、凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルの近接と離間が安定にできなくなる。 If the concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel are placed close to each other and separated from each other by a predetermined distance, static electricity may be generated even if they are not brought into contact with each other. The concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens The proximity and separation of the panels cannot be stabilized.
そこで、凹シリンドリカルレンズと凸シリンドリカルレンズのどちらか、あるいは両方の表面に導電性の透明薄膜を設けておく。この導電性透明薄膜により静電気が蓄積する事を防ぎ、凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルを接触あるいは近接させたり、所定の間隔を設けて離したりする事が安定にできる。図24に、凹シリンドリカルレンズ表面および凸シリンドリカルレンズ表面に導電性透明薄膜を設けた例を示す。図24において、2401は凹シリンドリカルレンズパネル、2402は凸シリンドリカルレンズパネルであり、2403は導電性透明薄膜である。凸シリンドリカルレンズ表面あるいは凹シリンドリカルレンズ表面のどちらかに導電性透明薄膜を設けても効果がある。 Therefore, a conductive transparent thin film is provided on the surface of one or both of the concave cylindrical lens and the convex cylindrical lens. The conductive transparent thin film prevents static electricity from being accumulated, and the concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel can be brought into contact or close to each other, or can be stably separated with a predetermined interval. FIG. 24 shows an example in which a conductive transparent thin film is provided on the concave cylindrical lens surface and the convex cylindrical lens surface. In FIG. 24, 2401 is a concave cylindrical lens panel, 2402 is a convex cylindrical lens panel, and 2403 is a conductive transparent thin film. It is also effective to provide a conductive transparent thin film on either the convex cylindrical lens surface or the concave cylindrical lens surface.
また、図24には、画像面側が凹シリンドリカルレンズの場合を示したが、画像面側が凸シリンドリカルレンズの場合も同様である。 FIG. 24 shows the case where the image surface side is a concave cylindrical lens, but the same applies to the case where the image surface side is a convex cylindrical lens.
この導電性透明薄膜としては、液晶ディスプレイの透明電極であるITO(Indium Tin Oxide)を用いる事ができる。
(実施形態11)As this conductive transparent thin film, ITO (Indium Tin Oxide) which is a transparent electrode of a liquid crystal display can be used.
(Embodiment 11)
本発明の実施形態3あるいは実施形態4のパネル構造を用いた具体的な実施例を示す。画像表示部として、縦1050画素、横1400画素を持つ14インチのSXGA液晶ディスプレイを用いる。各画素の大きさは縦0.12mm、横0.16mmであり、各画素は赤(R)、緑(G)、青(B)を発光する3つの縦長の発行部が並んだ構成である。凸シリンドリカルレンズパネルには図22のストッパーが設けられ、また、凸シリンドリカルレンズ表面および凹シリンドリカルレンズ表面にはITO薄膜が形成される。平面画像表示の場合は、凸シリンドリカルレンズパネルを凹シリンドリカルレンズパネルに近接させ、立体画像表示の場合は凸シリンドリカルレンズパネルと凹シリンドリカルレンズパネルを所定の間隔(D)だけ離す。
A specific example using the panel structure of
凹シリンドリカルレンズパネルの画像面からレンズ底部までの厚さはC=0.98mm(H=0)、レンズ中心線近傍の曲率半径はR=0.33mm、立体画像表示の場合の凹シリンドリカルレンズパネルと凸シリンドリカルレンズパネルの間隔はD=0.27mm、一つのシリンドリカルレンズの幅はW=1.47mmである。また、レンズ媒質のポリカーボネート樹脂の屈折率はn=1.57である。凹シリンドリカルレンズパネルの厚さは約1mmであるが、立体画像表示の場合は凸シリンドリカルレンズパネルを移動するので、剛性や安定性を考慮して凸シリンドリカルレンズパネルの厚さを1mm以上とする。この14インチ液晶ディスプレイには横に155本のシリンドリカルレンズが並んだ構成になる。 The thickness of the concave cylindrical lens panel from the image plane to the bottom of the lens is C = 0.98 mm (H = 0), the radius of curvature near the lens center line is R = 0.33 mm, and the concave cylindrical lens panel for stereoscopic image display The distance between the convex cylindrical lens panels is D = 0.27 mm, and the width of one cylindrical lens is W = 1.47 mm. The refractive index of the polycarbonate resin of the lens medium is n = 1.57. The thickness of the concave cylindrical lens panel is about 1 mm. However, in the case of stereoscopic image display, the convex cylindrical lens panel is moved, so that the thickness of the convex cylindrical lens panel is set to 1 mm or more in consideration of rigidity and stability. This 14-inch liquid crystal display has a configuration in which 155 cylindrical lenses are arranged side by side.
図25に、凹シリンドリカルレンズパネルおよび凸シリンドリカルレンズパネルの断面図を示す。図25において、2501は凹シリンドリカルレンズパネル、2502は凸シリンドリカルレンズパネル、2503は画像面であり、前述した数値を基に相対的な大きさを図示している。2504はストッパーであるが、導電性透明薄膜(ITO)は図示していない。
FIG. 25 is a cross-sectional view of the concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel. In FIG. 25,
図26に、ディスプレイの画素構成を示す。図26において、2601は赤の発行部、2602は緑の発行部、2603は青の発行部であり、2601ないし2603の3つの発行部を一つの組として一つの画素を構成する。9列の画素列に対して一つのシリンドリカルレンズを配置する。2604はそのシリンドリカルレンズを模式的に示している。本実施例では、余り多くの視点画像を表示する事はできない。3列の画素列を一組にして一つの短冊画像を表示して、3視点の立体画像表示が適切である。
(実施形態12)FIG. 26 shows a pixel configuration of the display. In FIG. 26, reference numeral 2601 denotes a red issuer, 2602 denotes a green issuer, and 2603 denotes a blue issuer. The three issuers 2601 to 2603 constitute one set to constitute one pixel. One cylindrical lens is arranged for nine pixel columns. Reference numeral 2604 schematically shows the cylindrical lens. In this embodiment, too many viewpoint images cannot be displayed. A three-viewpoint stereoscopic image display is suitable by displaying one strip image by combining three pixel columns.
Embodiment 12
画像面には多数の視点からの画像が表示されている。一つのシリンドリカルレンズに対応する画像面の隣り合う画像は互いに相関が強く、混じり合っても画質の劣化には大きな問題にはならない。しかし、隣接するシリンドリカルレンズの境界付近の画像は相関が低く、それらが混じり合うと画質の劣化になる。従って、隣接するシリンドリカルレンズの境界から出て、比較的高い強度を持って凸シリンドリカルレンズから出射する光のうち、最も小さい出射角度が視野角を決定する事になる。 Images from many viewpoints are displayed on the image plane. Adjacent images on the image plane corresponding to one cylindrical lens have a strong correlation with each other, and even if mixed, it does not pose a big problem for image quality degradation. However, the image near the boundary between adjacent cylindrical lenses has a low correlation, and when they are mixed, the image quality deteriorates. Therefore, the smallest exit angle of the light exiting from the boundary between adjacent cylindrical lenses and exiting from the convex cylindrical lens with relatively high intensity determines the viewing angle.
例えば、図15の光線1411(波線)は光量が小さく問題にはならないが、光量の比較的大きな光線1410(実線)が視野角を決定する。レンズ形状が双曲線で近似できる図13では視野角は±0.42ラジアン(±24度)、レンズ形状が4次偶関数で近似できる図16では視野角は±0.52ラジアン(±30度)である。 For example, the light ray 1411 (broken line) in FIG. 15 has a small amount of light and is not a problem, but the light ray 1410 (solid line) having a relatively large amount of light determines the viewing angle. In FIG. 13 where the lens shape can be approximated by a hyperbola, the viewing angle is ± 0.42 radians (± 24 degrees), and in FIG. 16 where the lens shape can be approximated by a quaternary even function, the viewing angle is ± 0.52 radians (± 30 degrees). It is.
立体画像表示の際に、隣接するシリンドリカルレンズの境界付近に画像を表示しなければ、相関の低い画像が混ざり合う事を防ぎ視野角を大きくする事ができる。その事を、実施形態3のレンズ形状が双曲線で近似できるパネル構造を用いて説明する。図27はn=1.57、R=1、C=m=3、D=0.84、W=4.5としたシミュレーション結果である。2701は、レンズ中心線からδ=0.4Wの画像面の点から出た光を表し、2702はδ=0.6Wの画像面の点から出た光を表している。δ=0.6Wは隣接するシリンドリカルレンズの画像面の点である。これらの2点からの出射光は混ざり合わず、δ=0.4Wからの最大の出射角度は約0.49ラジアンであり、視野角は±0.49ラジアン(±28度)となる。隣接するシリンドリカルレンズの境界近傍に画像を表示する場合の視野角は、前述の様に±0.42ラジアン(±24度)であり、境界に画像を表示しない事により視野角が拡大できる事が分かる。
When displaying a stereoscopic image, if an image is not displayed near the boundary between adjacent cylindrical lenses, an image having a low correlation can be prevented from being mixed and the viewing angle can be increased. This will be described using a panel structure in which the lens shape of
図28に、本発明の実施形態12における、凹シリンドリカルレンズパネルおよび凸シリンドリカルレンズパネルの断面図を示す。図28において、2801は凹シリンドリカルレンズパネル、2802は凸シリンドリカルレンズパネル、2803は画像面、2804はストッパーである。導電性薄膜(ITO)は図示していない。2805は表示された画像であり、画像面2803の80%の部分のみに画像表示し、隣接するシリンドリカルレンズの境界付近には画像を表示していない。
FIG. 28 is a cross-sectional view of a concave cylindrical lens panel and a convex cylindrical lens panel in Embodiment 12 of the present invention. In FIG. 28, 2801 is a concave cylindrical lens panel, 2802 is a convex cylindrical lens panel, 2803 is an image plane, and 2804 is a stopper. A conductive thin film (ITO) is not shown.
平面表示の際は、凹シリンドリカルレンズパネルおよび凸シリンドリカルレンズパネルを近接させ、画像面2803の全面に画像を表示する。
In flat display, the concave cylindrical lens panel and the convex cylindrical lens panel are brought close to each other, and an image is displayed on the
図28には、画像面側が凹シリンドリカルレンズの場合を示したが、画像面側が凸シリンドリカルレンズの場合も同様である。
(実施形態13)FIG. 28 shows the case where the image surface side is a concave cylindrical lens, but the same applies to the case where the image surface side is a convex cylindrical lens.
(Embodiment 13)
図29は、画像表示装置を鑑賞する場合の眼の位置と光線の関係を示す図である。図29において、2901は凹シリンドリカルレンズパネル、2902は凸シリンドリカルレンズパネル、2903は画像面である。一般に画像表示装置の中央から鑑賞し、2904は眼の位置である。図29には画像表示装置の中央、左端、および右端のみを示し、2905は中央部の画像、2906は左端の画像、2907は右端の画像である。眼2904により、中央部ではレンズ中心線付近の画像が鑑賞され、左端ではレンズ中心線より左側の画像が鑑賞され、また、右端ではレンズ中心線より右側の画像が鑑賞される。従って、少し目の位置が移動すれば、左右どちらかの端の画像は視野角から外れてしまう可能性が高い。
FIG. 29 is a diagram illustrating the relationship between the eye position and the light rays when viewing the image display apparatus. In FIG. 29, 2901 is a concave cylindrical lens panel, 2902 is a convex cylindrical lens panel, and 2903 is an image plane. In general, viewing is performed from the center of the image display apparatus, and 2904 is the position of the eye. FIG. 29 shows only the center, the left end, and the right end of the image display device, 2905 is an image at the center, 2906 is an image at the left end, and 2907 is an image at the right end. With the
そこで、画像表示装置の中央から外周側になるにつれて、シリンドリカルレンズ中心線より外周側を中心に画像を表示する。その様子を図30に示す。図30にいて、図29と同じ構成要素には同じ符号を用い説明を省略する。2908は左端の画像の位置であり、2909は右端の画像の位置である。中央部2905、左端2908、および右端2909のいずれも画像の中央部からの光線が眼に入射する様になり、少し眼の位置が移動しても視野角から外れる事はなくなる。
Therefore, an image is displayed centering on the outer peripheral side of the cylindrical lens center line from the center of the image display device to the outer peripheral side. This is shown in FIG. In FIG. 30, the same components as those of FIG.
図30には、画像面側が凹シリンドリカルレンズの場合を示したが、画像面側が凸シリンドリカルレンズの場合も同様である。
(実施形態14)FIG. 30 shows the case where the image surface side is a concave cylindrical lens, but the same applies to the case where the image surface side is a convex cylindrical lens.
(Embodiment 14)
平面画像の表示の際は、解像度が高く小さい文字も読めるが、立体画像の表示の際は解像度が低くなり小さい文字は判読が困難になる。しかし、外国語の立体映画では字幕などの小さい文字を表示したい。そこで、画像表示装置の一部に常に平面画像を表示する部分を設け、その他の部分は本発明の実施形態1ないし実施形態13のどれかの立体画像と平面画像を切り換える事ができる様にする。
When displaying a two-dimensional image, small characters with high resolution can be read. However, when displaying a three-dimensional image, the resolution is low and it is difficult to read small characters. However, I want to display small characters such as subtitles in 3D movies in foreign languages. Therefore, a part that always displays a planar image is provided in a part of the image display device, and the other part is configured to be able to switch between the stereoscopic image and the planar image in any of
図31は、常に平面画像を表示する部分を画面の下部に設置した例である。図31において、3101は画像表示装置、3102は立体画像と平面画像を切り換える事ができる部分、3103は常に平面画像を表示する部分である。3103に字幕などを表示する。
(実施形態15)FIG. 31 shows an example in which a portion that always displays a planar image is installed at the bottom of the screen. In FIG. 31, 3101 is an image display device, 3102 is a part capable of switching between a stereoscopic image and a planar image, and 3103 is a part which always displays a planar image. 3103 displays subtitles and the like.
(Embodiment 15)
本発明の実施形態1ないし実施形態14では、レンズにシリンドリカルレンズを用いたが、単レンズを縦横にマトリクス状に並べた「ハエの眼レンズ」を用いても同様の事ができる。「ハエの眼レンズ」を用いれば、画像装置を90度回転させても左右の眼で立体画像を認識できる様になる。
In
その様な「ハエの眼レンズ」のパネルを図32に示す。図32において、3201は単凸レンズ、3202は単凸レンズのアレイである。この単凸レンズと逆の形状の単凹レンズのアレイも準備し、それらの単凸レンズアレイのパネルと単凹レンズアレイのパネルを一組にして、単凸レンズアレイのパネルあるいは単凹レンズアレイのパネルを移動させて、立体表示と平面表示を切り換える事ができる。
(実施形態16)Such a “fly eye lens” panel is shown in FIG. In FIG. 32, 3201 is a single convex lens, 3202 is an array of single convex lenses. Prepare an array of single-concave lenses of the opposite shape to this single-convex lens, and move the single-convex lens array panel or single-concave lens array panel by moving the single-convex lens array panel and the single-concave lens array panel together. It is possible to switch between stereoscopic display and flat display.
(Embodiment 16)
図33を用いて、図10および図19の様な、レンズ部のみが高屈折率樹脂でできた凹レンズアレイのパネルの製造方法を説明する。図33において、3301は透明板、3302は紫外線硬化樹脂に高屈折率の微粒子を分散させたナノコンポジット樹脂である。3303はレンズアレイを形成した金型である。3304は紫外線ランプ、3305は紫外線である。金型には、シリンドリカルレンズまたは単レンズのアレイを形成する。
A method for manufacturing a concave lens array panel in which only the lens portion is made of a high refractive index resin as shown in FIGS. 10 and 19 will be described with reference to FIG. 33,
透明板3301と金型3303を対向させ、それらの間にナノコンポジット樹脂3302を挿入し、透明板3301の側から紫外線3305を照射してナノコンポジット樹脂を硬化させ、3301と3302が一体となった凹レンズアレイが形成されたパネルが作製される。凸レンズアレイが形成されたパネルも、図33と同様にして作製される。
The
以上に開示した実施形態1ないし実施形態16は、いずれも本発明の一例を示したに過ぎず、本発明はこれらの実施形態により制限的に解釈されない。本発明の範囲は上記の実施形態だけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と同等の意味および範囲内のすべての変更が含まれる。
本発明の画像表示装置は、立体画像と平面画像を切り替える機能を有し、かつ、その立体画像は視野角が広く、立体テレビなどとして有用である。また、携帯機器、パソコンのモニター、ゲーム機などの用途に応用できる。
The image display device of the present invention has a function of switching between a stereoscopic image and a planar image, and the stereoscopic image has a wide viewing angle and is useful as a stereoscopic television. It can also be applied to applications such as mobile devices, personal computer monitors, and game consoles.
Claims (18)
A transparent plate and a mold having a concave lens array shape or a convex lens array shape are opposed to each other, an ultraviolet curable resin is held between the transparent plate and the mold, and ultraviolet rays are irradiated to cure the ultraviolet curable resin. A panel manufacturing method characterized by the above.
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