明 細 書
画像表示装置
技術分野
[0001] 本発明は、複数の画素力 なる画像表示素子、例えば、液晶パネルに代表される フラットパネルを複数配置して表示画面を構成する画像表示装置に関する。
背景技術
[0002] 近年、液晶パネルに代表されるフラットパネルを複数備え、それぞれのフラットパネ ルで形成された画像を繋ぎ合わせて表示する画像表示装置に関する研究開発が盛 んになってきている。この種の画像表示装置では、フラットパネルの端部には一般的 に、駆動回路が搭載されて!ヽる部分や枠体部分等の画像表示することができな!/ヽ非 表示部が存在する。この非表示部分のため、複数のフラットパネルを単純に並べて 表示画面を構成した場合には、フラットパネル間の非表示部によって表示画面が分 断されて、画面の面内方向における画像の連続性が損なわれてしまう、という問題が めつに。
[0003] そこで、表示画面の面内方向における画像の連続性を保つことが可能な画像表示 装置が提案されている。図 1Aに、特開 2001— 147486公報(以下、特許文献 1と記 す)に記載された画像表示装置の構成を示し、図 1Bに、特表 2004— 524551公報 (以下、特許文献 2と記す)に記載された画像表示装置の構成を示す。
[0004] 図 1 Aに示す画像表示装置は、同一面内に隣接して配置された 2つの液晶表示デ イスプレイ(LCD) 101と、これら LCD101の表示面側に配置された 2つのレンズァレ ィ 102と力らなる。レンズアレイ 102は、 LCD101の各画素のそれぞれに対して設け られた複数のレンズを有しており、これらレンズにより、 LCD101の各画素の画像がス クリーン 3上に投影される。スクリーン 3上に投影された各画素の画像は、隣接する画 素間で互いにオーバーラップしたオーバーラップ部 104を有する。このオーバーラッ プ部 104を形成することにより、スクリーン 3上に投影される画像の面内方向における 連続性を保つ。
[0005] 図 1Bに示す画像表示装置では、ディスプレイ領域 112上にカバープレート組立体
111を配置し、カバープレート組立体 111のエッジ部分にレンズ体を形成することで 、ディスプレイ領域 112の画像非表示部分 (光学不活性領域 113)を光学的に消失さ せている。ディスプレイ領域 112の画像非表示部分 (光学不活性領域 113)に近いェ ッジ部分の画素は、カバープレート組立体 111のレンズ体の屈折条件とあわせて、ェ ッジ側ほど画素ピッチが小さくなるような設計を行っている。
[0006] また、最近では、液晶パネルなどのフラットパネル型ディスプレイを用いた立体表示 装置として、レンチキユラレンズ、ノ ララックスノリア等により、両眼視差を有する複数 の画像をそれぞれ左右の目に空間的に分離して呈示することで立体視を実現する 立体表示装置が注目されている。この装置では、特別なメガネ等を装着する必要が ないという利点を有している (大越孝敬著、三次元画像工学、朝倉書店参照)。
[0007] 立体視の効果を高める立体画像生成方法としては、視軸に対して斜め方向に透視 投影変換して表示する方法がある (米国特許 6389236公報参照)。図 2は、その立 体画像生成方法を説明するための図である。
[0008] 図 2に示す立体画像生成方法では、右眼視点 121、左眼視点 122それぞれの視 点に対応する画像を右眼透視投影変換画像 123、左眼透視投影変換画像 124とし て透視投影変換して画像表示面 125に投影する。このとき、画像表示面 125に投影 された右眼透視投影変換画像 123および左眼透視投影変換画像 124は視軸に対し て斜め方向とする。この方法を用いて立体表示を行うと、観察者には立体像 126が 知覚される。このとき、観察者の観察位置と、立体像 126の投影像の各部分との距離 が画像表示面 125内で異なるため、観察者が画像表示面を意識しなくなり、両眼立 体視における疲労感を低減できるという効果がある。また、この方法を用いると、画角 が広く取れるので、より立体視の効果を高めることが可能であり、より臨場感のある立 体映像を提供できる。
[0009] 複数の画像表示素子を互いのなす角が 90° 以上 180° 未満の角度でつなぎ合 わせることで、さらに画角が広い立体表示装置を提供することができる。画像表示素 子として、液晶パネル等のプラットパネル型ディスプレイが用いられる。
発明の開示
[0010] 特許文献 1に記載された画像表示装置においては、レンズアレイやレンズ体などの
結像光学系が必要となるため、表示装置の厚さが大きくなるという欠点がある。また、 特許文献 1、 2に記載された画像表示装置においては、レンズの曲面加工が必要で あるため設計'製造コストが増大するという問題がある。これらの問題に加えて、特許 文献 2に記載された画像表示装置にお 、ては、画像表示素子のエッジ部分の画素 ピッチを特に小さくするという特殊な設計'製造を行う必要がある。また、レンチキユラ レンズ等を用いた立体表示装置を実現するためには、条件次第では、レンチキュラレ ンズ等のエッジ部分の画素ピッチも特に小さくしなければならず、コストがさらに増大 するという問題がある。
[0011] 2枚のプラットパネル型ディスプレイよりなる画像表示素子を繋げて立体表示を行う 装置においては、画像表示素子の端部に画像が表示されない非表示部が存在する ため、以下のような問題がある。
[0012] 図 3に、 2枚の画像表示素子をつなぎ合わせて立体画像表示を行う場合に観察さ れる立体画像を模式的に示す。画像表示素子 131、 132は互いのなす角度がほぼ 9 0° となるように隣接して配置されている。画像表示素子 131上の画素 133は、観察 者 139には立体像の点 136として知覚される。画像表示素子 132上の画素 134は、 観察者 139には立体像の点 137として知覚される。画像表示素子 131、 132の端部 には非表示部 135が存在するため、観察者 139には、その非表示部 135に対応す る立体像消失部分 138が観察されることになる。この立体像消失部分 138は立体情 報を含んでいないため、観察者 139に非常に大きな違和感を与え、立体視の大きな 妨げになる。
[0013] 本発明の目的は、上記問題を解決し、複数の画像表示素子からなる表示画面内に おける、隣接する画像表示素子の画像の連続性を保つことが可能な、低コストの画 像表示装置を提供することにある。
[0014] 上記目的を達成するため、本発明の画像表示装置は、複数の画素からなる画像表 示部と該画像表示部の端部に沿って設けられた非表示部とを有する複数の画像表 示素子が、互いの前記画像表示部を含む平面が交差するように隣接して配置されて なる画像表示装置において、前記複数の画像表示素子のうちの隣接する画像表示 素子の少なくとも一方を覆うプリズムを有し、前記プリズムは、当該プリズムにより覆わ
れた画像表示素子からの光を出射する面を有し、該画像表示素子の前記画像表示 部の端部の画素力 予め決められた視点位置力 前記プリズムの出射面の端部に入 射した光の到達する位置に配置されていることを特徴とする。
[0015] 上記の構成においては、隣接する画像表示素子の少なくとも一方はプリズムで覆 われて ヽる。プリズムで覆われた画像表示素子を予め決められた視点位置カゝら観察 した場合、当該画像表示素子の画像表示部からの画像光はプリズムで屈折する。本 発明では、この屈折作用を利用する。さらに、本発明では、隣接する画像表示素子を 互いの面が交差するように角度をつけた状態で配置するとともに、隣接する画像表 示素子の画像表示部の端部の画素を、予め決められた視点位置力 プリズムの出射 面の端部に入射した光の到達する位置に配置している。これにより、予め決められた 視点位置から観察した場合に、隣接する画像表示素子の画像表示部の画像を継ぎ 目(非表示部の画像)のな 、状態で観察することが可能となる。
[0016] また、本発明では、継ぎ目のな 、画像表示を行うために従来用いられて!/ヽた結像 光学系は必要としないので、画像表示装置の厚さが大きくなる、といった問題は生じ ない。カロえて、画像表示素子のエッジ部分の画素ピッチを特に小さくするという特殊 な設計'製造を行う必要もないので、コストも増大しない。
[0017] 本発明によれば、結像光学系を設けたり、特殊な設計'製造を行ったりする必要が ないので、従来に比べて、低コストで、厚さ(奥行き)の薄い画像表示装置を提供する ことができる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1A]特開 2001— 147486公報に記載された画像表示装置の構成を示す模式図 である。
[図 1B]特表 2004— 524551公報に記載された画像表示装置の構成を示す模式図 である。
[図 2]米国特許 6389236公報に記載された立体画像生成方法を説明するための図 である。
[図 3]2枚の画像表示素子をつなぎ合わせて立体画像表示を行う場合に観察される 立体画像を示す模式図である。
[図 4A]本発明の画像表示装置の第 1の実施形態を示す側面図である。
圆 4B]本発明の画像表示装置の第 1の実施形態を説明するための分解斜視図であ る。
[図 5]図 4Aに示す画像表示装置による画像表示の原理を説明するための図である。 圆 6]図 4Aに示す画像表示装置の光学的等価状態を示す模式図である。
圆 7]本発明の画像表示装置の第 2の実施形態を説明するための模式図である。 圆 8]本発明の画像表示装置の第 3の実施形態を説明するための模式図である。 圆 9]本発明の画像表示装置の第 4の実施形態を説明するための模式図である。 圆 10]本発明の画像表示装置の第 5の実施形態を説明するための模式図である。 圆 11]本発明の画像表示装置の第 6の実施形態を説明するための模式図である。 圆 12A]溝の変形例を示す模式図である。
圆 12B]溝の他の変形例を示す模式図である。
圆 13]本発明の画像表示装置の第 7の実施形態を説明するための模式図である。 圆 14]本発明の画像表示装置の第 8の実施形態を説明するための模式図である。 圆 15A]本発明の画像表示装置の第 9の実施形態を説明するための図であって、パ ネルを開!ヽた状態を示す模式図である。
圆 15B]本発明の画像表示装置の第 9の実施形態を説明するための図であって、パ ネルを閉じた状態を示す模式図である。
圆 16]本発明の画像表示装置の第 10の実施形態を説明するための図である。 圆 17A]本発明の画像表示装置の第 11の実施形態を説明するための斜視図である
[図 17B]図 17Aに示す画像表示装置における立体表示の模式図である。
圆 18A]本発明の画像表示装置の第 12の実施形態を示す上面図である。
[図 18B]図 18Aに示す画像表示装置における立体表示の模式図である。
圆 19]本発明の画像表示装置の第 13の実施形態を説明するための模式図である。
[図 20]本実施形態の画像表示装置を用いた立体表示を示す模式図である。
符号の説明
1、 2 画像表示素子
la、 2a 画像表示部
lb, 2b 非表示部
3 プリズム
3a、 3b プリズム部
5、 6 虚像
9 観察方向
10 観察者
21、 22 プリズム面
発明を実施するための最良の形態
[0020] 次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
[0021] (第 1の実施形態)
図 4Aは、本発明の画像表示装置の第 1の実施形態を示す側面図、図 4Bは、その 画像表示装置の分解斜視図である。
[0022] 図 4Aおよび図 4Bを参照すると、画像表示装置は、 2枚の画像表示素子 1、 2およ びプリズム 3から構成される。画像表示素子 1、 2は、液晶パネルなどに代表されるフ ラットパネルである。画像表示素子 1は、複数の画素が同一面内に配置された画像 表示部 laと、この画像表示部 laの端部に沿って設けられた非表示部 lbとを有する。 これと同様に、画像表示素子 2も、画像表示部 2aおよび非表示部 2bを有する。画像 表示素子 1、 2は、互いの面のなす角度が 90° となるように隣接して配置される。
[0023] プリズム 3は、断面形状力 字状のものであって、画像表示素子 1の画像表示部 la を覆うプリズム部 3aと、画像表示素子 2の画像表示部 2aを覆うプリズム部 3bとを有す る。プリズム 3の材料としては、アクリル、ポリカーボネート、ガラスなどの光学材料を用 いることができる。プリズム部 3a、 3bは平行平板であって、同じ厚さとされている。画 像表示素子 1とプリズム部 3aの間および画像表示素子 2とプリズム部 3bの間は、密着 していても、間隙を有していてもよい。以下では、構成の説明を簡潔なものとするため に、画像表示素子 1、 2とプリズム部 3a、 3bの間は密着しているものと仮定する。
[0024] 観察方向 9からプリズム 3を介して画像表示部 la、 2aを観察した場合、画像表示部 la、 2aはそれぞれプリズム 3内において虚像 5、 6として観察される。これら虚像 5、 6
は、 1つの連続した虚像を構成する。すなわち、画像表示部 laの非表示部 lbに隣接 する画素 19の虚像と画像表示部 2aの非表示部 2bに隣接する画素 23の虚像とが丁 度重なった状態で観察され、非表示部 lb、 2bは虚像として観察されない。
[0025] プリズム 3を用いずに、観察方向 9から画像表示部 2a、 2aを直接観察した場合、画 像表示部 2a、 2aの間には非表示部 lb、 2bが介在するため、画像表示部 2a、 2aから の画像により構成される表示画面は、非表示部 lb、 2bによって分断された状態で観 察されることになる。本実施形態の画像表示装置によれば、観察方向 9から観察した 場合に、画像表示部 la、 2aの虚像 5、 6がプリズム 3内において 1つの連続した虚像 を構成するように構成されているので、非表示部 lb、 2bの像は観察者からは見えな いようになっている。以下に、その原理を具体的に説明する。
[0026] 図 5は、図 4Aに示す画像表示装置による画像表示の原理を説明するための図で ある。図 5に示すように、画像表示素子 1上の画素 14からの光力 プリズム面 21 (観 察側の面)で屈折して、プリズム面 21上の点 17から観察方向 9とは逆の方向に観察 者 10に向けて出射する場合、点 17から出射した光線とプリズム面 21の垂線とのなす 角(出射角または屈折角)を 0 1、画素 14力も点 17に入射する光線とプリズム面 21 の垂線とのなす角(入射角)を 0 2、プリズム 3の外の屈折率を nl、プリズム 3の屈折 率を n2、プリズム 3の厚さを t、画素 14の虚像 15の高さを dとすると、スネルの法則と 幾何学的関係から、以下の式 1乃至 3が成立する。
nl X sin Q l =n2 X sin 0 2 (式 1)
(t-d) X tan Q 1 = t X tan Q 2 (式 2)
d=t X { l - (nl X cos 0 l) / (n2 X cos θ 2) } (式 3)
[0027] 式 1乃至 3に従えば、観察方向 9から画素 14を観察した場合、画素 14は、プリズム 3内において、高さ dだけ浮き上がった位置で虚像 15として観察される。この原理から 、画像表示部 la、 2aはそれぞれ、プリズム 3内において、高さ dだけ浮き上がった位 置で虚像 16、 24として観察される。
[0028] これら虚像 16、 24力 非表示部 lb、 2bの虚像が介在することなぐ 1つの連続した 虚像として観察されるためには、画像表示素子 1、 2およびプリズム 3の配置が以下の ような条件を満たす必要がある。
[0029] まず、画像表示素子 1とプリズム 3の配置に関する条件を説明する。
[0030] 画像表示部 laの端部に位置する画素 19から発する光力 プリズム面 21とプリズム 面 22の交わる線上の点 20の、プリズム面 21側で屈折して、観察方向 9とは逆の方向 に観察者に向かって出射するように、画像表示素子 1を配置する。すなわち、画像表 示素子 1上における、点 20から引いたプリズム面 21に対して垂直な線が交わる位置 力も画素 19までの距離を Xとするとき、この距離 Xが以下の式 4で与えられる値となる ように、画像表示素子 1をプリズム 3に対して配置する。
x=t xtan 0 2 式 4
[0031] これと同様にして、画像表示部 2aの端部に位置する画素 23から発する光力 点 20 の、プリズム面 22側で屈折して、観察方向 9とは逆の方向に観察者に向力つて出射 するように、画像表示素子 2を配置する。このような配置は、画像表示素子 2上におけ る、点 20から引いたプリズム面 22に対して垂直な線が交わる位置から画素 23までの 距離 Xが式 4で与えられる値とすることで実現される。
[0032] ここでは、プリズム面 21とプリズム面 22のなす角度 φが 90° 、屈折角 θ 1が 45° であるので、画像表示素子 1と画像表示素子 2は、プリズム面 21とプリズム面 22の境 界に対して互いに対称な位置関係となる。
[0033] 上記のように画像表示素子 1、 2を配置することで、観察方向 9から観察した場合に 、画素 19の虚像と画素 23の虚像力 虚像 16と虚像 24が交わる線上の点 25で重な ることになる。この場合、非表示部 lb、 2bからプリズム 3を通過して観察者 10の方向 に出射する光線は存在しない。したがって、画像表示部 la、 2aの虚像 16、 24力 非 表示部 lb、 2bの虚像が介在することなぐ 1つの連続した虚像として観察される。
[0034] 図 6は、図 4Aに示した画像表示装置の光学的等価状態を示す模式図である。上 述の表示原理により、画像表示素子 1の画像表示部 1 aの虚像と画像表示素子 2の画 像表示部 2aの虚像とが、継ぎ目なく繋がった連続的な虚像として観察される。この状 態は、図 6に示すような、 2枚の画像表示素子のそれぞれの画像表示部 26a、 26bが 継ぎ目なく繋がった状態に等しい。画像表示部 26a、 26bは、図 4Aに示した虚像 5、 6に対応する。
[0035] なお、画像表示素子 1、 2は、上述した配置において、互いの非表示部 lb、 2bが干
渉しないように設計する。
[0036] (第 2の実施形態)
第 1の実施形態では、プリズム部 3a、 3bは同じ厚さ tとされ、プリズム面 21、 22のな す角度 Φは 90° とされている力 プリズム部 3a、 3bの厚さは異なっていてもよぐま た、角度 Φも、画像表示部の各虚像を連続する 1つの虚像として観察することが可能 な角度範囲において、適宜に設定することができる。角度 φの望ましい角度範囲は、 90° 以上、 180° 未満である。ここでは、角度 φを 90° より大きな角度に設定し、厚 さの異なるプリズム部 3a、 3bを用いた形態について説明する。
[0037] 図 7は、本発明の画像表示装置の第 2の実施形態を説明するための模式図である 。本実施形態の画像表示装置は、プリズム部 3aの厚さ tlがプリズム部 3bの厚さ t2よ りも薄ぐプリズム面 21、 22のなす角度 φが 90° よりも大きい以外は、基本的には、 第 1の実施形態のものと同様の構成である。画像表示素子 1、 2の互いの面のなす角 度は角度 Φ ( > 90° )に等しい。図 7中、図 4Aに示したものと同じ構成には同じ符号 を付している。説明の重複を避けるため、以下では、同じ構成についての説明は省 略し、特徴となる部分についてのみ説明する。
[0038] 画像表示部 laの端部に位置する画素 19から発する光力 プリズム面 21とプリズム 面 22の交わる線上の点 20の、プリズム面 21側で屈折して、観察方向 9とは逆の方向 に観察者 10に向かって出射するように、画像表示素子 1を配置する。具体的には、 以下のようにしてこの配置を実現する。
[0039] 図 7において、 n2はプリズム 3の屈折率、 nlはプリズム 3の外の屈折率である。 0 1 は、画素 19からの光が点 20から出射した光線とプリズム面 21の垂線とのなす角(出 射角または屈折角)である。 Θ 2は、画素 19からの光が点 20に入射する光線とプリズ ム面 21の垂線とのなす角(入射角)である。画像表示素子 1上における、点 20から引 V、たプリズム面 21に対して垂直な線が交わる位置力も画素 19までの距離を xlとする とき、この距離 xlが以下の式 5で与えられる値となるように、画像表示素子 1をプリズ ム 3に対して配置する。
xl =tl Xtan 0 2 式 5
[0040] また、画像表示部 2aの端部に位置する画素 23から発する光力 点 20のプリズム面
22側で屈折して、観察方向 9とは逆の方向に観察者 10に向力つて出射するように、 画像表示素子 2を配置する。具体的には、以下のようにしてこの配置を実現する。
[0041] 図 7において、 0 3は、画素 23からの光が点 20から出射した光線とプリズム面 22の 垂線とのなす角(出射角または屈折角)である。 Θ 4は、画素 23からの光が点 20に入 射する光線とプリズム面 22の垂線とのなす角(入射角)である。画像表示素子 2上に おける、点 20から引いたプリズム面 22に対して垂直な線が交わる位置力も画素 23ま での距離を x2とするとき、この距離 x2が、以下の式 6、 7に従って与えられる値となる ように、画像表示素子 2をプリズム 3に対して配置する。
nl X sin Q 3=n2 X sin 0 4 式 6
x2 =t2 X tan 0 4 式 7
[0042] 上記のようにして画像表示素子 1、 2をプリズム 3に対して配置した場合、屈折度 θ 1 、 0 3および角度 φには以下の式 8の関係が成り立つ。
Θ 1 + Θ 3 = 180° — φ 式 8
[0043] ここで、プリズム部 3aの厚さ tlとプリズム部 3bの厚さ t2は、上記条件を満たせば異 なっていてもよい。図 7に示した構成において、観察方向 9から観察した場合、画素 1 9の虚像と画素 23の虚像力 虚像 16と虚像 24が交わる線上の点 25で重なることに なる。この場合も、上述した第 1の実施形態と同様、非表示部 lb、 2bからプリズム 3を 通過して観察者 10の方向に出射する光線は存在しないので、虚像 16、 24が 1つの 連続した虚像として観察される。式 1乃至 3に従って、プリズム部 3a、 3bの虚像の高さ はそれぞれ dl、 d2となる。
[0044] (第 3の実施形態)
図 8は、本発明の画像表示装置の第 3の実施形態を説明するための模式図である 。本実施形態の画像表示装置は、基本的には、第 2の実施形態のものと同様の構成 であるが、プリズム 3の断面形状がくさび状の形状とされており、プリズム部 3a、 3bの 厚さが、これらプリズム部の境界力 端部にかけて徐々に薄くなるように構成されてい る点が異なる。画像表示素子 1、 2の互いの面のなす角度は 90° 以上、 180° 未満 に設定される力 ここでは 90° としている。図 8中、図 7に示したものと同じ構成には 同じ符号を付している。
[0045] 本実施形態においても、画像表示部 laの端部に位置する画素 19から発する光が 、プリズム面 21とプリズム面 22の交わる線上の点 20の、プリズム面 21側で屈折して、 観察方向 9とは逆の方向に観察者 10に向力つて出射するように、画像表示素子 1を 配置する。また、画像表示部 2aの端部に位置する画素 23から発する光が、点 20の プリズム面 22側で屈折して、観察方向 9とは逆の方向に観察者 10に向力つて出射す るように、画像表示素子 2を配置する。この配置によれば、観察方向 9から観察した場 合、画素 19の虚像と画素 23の虚像が、虚像 16と虚像 24が交わる線上の点 25で重 なること〖こなる。この場合も、上述した第 1の実施形態と同様、非表示部 lb、 2bからプ リズム 3を通過して観察者 10の方向に出射する光線は存在しないので、虚像 16、 24 力 つの連続した虚像として観察される。
[0046] (第 4の実施形態)
図 9は、本発明の画像表示装置の第 4の実施形態を説明するための模式図である 。本実施形態の画像表示装置では、画像表示素子 1、 2のうち画像表示素子 2のみ がプリズムで覆われている。これ以外は、第 1の実施形態のものと同様である。
[0047] プリズムは、図 4Aに示したプリズム部 3bのみで構成されており、画像表示素子 2の 画像表示部 2aはこのプリズム部 3bで覆われて 、る。画像表示部 2a上の端部に位置 する画素 23からの光力 プリズム面 22 (観察側の面)で屈折して、プリズム面 22の端 部の点 17から観察方向 9とは逆の方向に観察者 10に向けて出射する場合、点 17か ら出射した光線とプリズム面 22の垂線とのなす角(出射角または屈折角)を 0 4、画 素 23から点 17に入射する光線とプリズム面 22の垂線とのなす角(入射角)を 0 5、プ リズム部 3bの外の屈折率を nl、プリズム部 3bの屈折率および厚さをそれぞれ n2、 t、 画素 23の虚像 15の高さを dとすると、スネルの法則と幾何学的関係から、上述した式 1乃至 3が成立する。この場合、観察方向 9からプリズム部 3aを介して画像表示部 2a を観察した場合、画像表示部 2aは、プリズム内において、高さ dだけ浮き上がった位 置で虚像 24として観察される。
[0048] 本実施形態においても、画像表示素子 2上における、点 17から引いたプリズム面 2 2に対して垂直な線が交わる位置力も画素 23までの距離 X力 上述した式 4で与えら れる値となるように、画像表示素子 2およびプリズム部 3bを配置する。プリズム部 3aの
端部は、プリズム面 22側力も虚像 24が形成される位置(高さ d)まで、プリズム面 22の 垂線に対して角度 Θ 4の傾斜を有するようにカットされており、虚像 24の位置から画 像表示部 2aを覆う面までは、プリズム面 22の垂線に対して平行となるようにカットされ ている。画像表示素子 1は、画像表示部 laの端部に位置する画素 19が虚像 24の端 部に隣接するように配置されて 、る。
[0049] 上記の配置によれば、画素 23から発する光力 プリズム面 22の端部の点 17で屈 折して、観察方向 9とは逆の方向に観察者に向力つて出射する。観察方向 9から観 察した場合に、画素 19と画素 23の虚像が、画像表示部 2aを含む平面と虚像 24を含 む平面が交わる線上の点 25で丁度隣接することになる。この場合、非表示部 lb、 2b 力もプリズム 3を通過して観察者 10の方向に出射する光線は存在しないので、画像 表示部 laと画像表示部 2aの虚像 24とが 1つの連続した画像として観察される。
[0050] (第 5の実施形態)
図 10は、本発明の画像表示装置の第 5の実施形態を説明するための模式図であ る。本実施形態の画像表示装置は、基本的には、第 1の実施形態のものと同様の構 成である力 画像表示部 la、 2aの虚像が点 25で交差する (オーバーラップする)よう に構成されている点が異なる。図 10中、図 4Aおよび図 5に示したものと同じ構成に は同じ符号を付している。
[0051] 画像表示部 la上の端部から非表示部 lbとは反対の方向に向かって数えて n番目 に位置する画素からの光力 プリズム面 21で屈折して、プリズム面 21の端部の点 17 から観察方向 9とは逆の方向に観察者 10に向けて出射するように、画像表示素子 1 を配置する。すなわち、画像表示素子 1上における、点 17から引いたプリズム面 21 に対して垂直な線が交わる位置力 n番目の画素までの距離 Xが、上述した式 4で与 えられる値となるように、画像表示素子 1およびプリズム部 3aを配置する。ここで、 nは 任意の数である。
[0052] また、画像表示部 2a上の端部から非表示部 2bとは反対の方向に向かって数えて m番目に位置する画素からの光力 プリズム面 22で屈折して、プリズム面 22の端部 の点 17から観察方向 9とは逆の方向に観察者 10に向けて出射するように、画像表示 素子 2を配置する。すなわち、画像表示素子 2上における、点 17から引いたプリズム
面 22に対して垂直な線が交わる位置力 m番目の画素までの距離 X力 上述した式 4で与えられる値となるように、画像表示素子 2およびプリズム部 3bを配置する。ここ で、 mは任意の数である。
[0053] 上記の配置によれば、観察方向 9から観察した場合に、画像表示部 laの端部から n番目の画素の虚像と画像表示部 2aの端部から m番目の画素の虚像とが、画像表 示部 laの虚像 16と画像表示部 2aの虚像 24とが交わる線上の点 25で丁度隣接する ことになる。この場合、非表示部 lb、 2bからプリズム 3を通過して観察者 10の方向に 出射する光線は存在しないので、画像表示部 la、 2aの虚像 16、 24がオーバーラッ プした状態 (オーバーラップ部 27を含む状態)の 1つの連続した虚像として観察され る。この場合は、第 1から第 4の実施形態と比べて、オーバーラップ部 27を含む分だ け、観察方向の余裕を大きくすることが可能である。ここで、観察方向の余裕とは、観 察者 10からプリズム 3を介して画像表示素子 1、 2を観察した場合の、非表示部 lb、 2bの介在なしに、画像表示部 la、 2aにより形成された画像を 1つの連続した画像と してみることのできる範囲の大きさを意味する。
[0054] (第 6の実施形態)
第 1から第 5の実施形態の画像表示装置において、プリズムの、画像表示素子の非 表示部を覆う部分は、画像表示素子により形成された画像を観察する上では、不要 な領域であるため、この領域に溝などを形成して、スペースの有効利用を図ることが できる。特に、各実施形態で説明した画像表示装置においては、画像表示素子の非 表示部には駆動回路等が設けられるため、非表示部とプリズムの間にはある程度の 空間を設けることが望ましい。
[0055] 図 11は、本発明の画像表示装置の第 6の実施形態を説明するための模式図であ る。本実施形態の画像表示装置は、図 4Aおよび図 5に示した構成において、プリズ ム 3の、画像表示素子 1、 2の非表示部 lb、 2bを覆う部分に溝 4を形成した以外は、 第 1の実施形態と同様の構成のものである。図 11中、第 1の実施形態と同じ構成に は同じ符号を付している。
[0056] 溝 4は、画像表示素子 1を覆う面と画像表示素子 2を覆う面とが交わる線に沿って設 けられており、その溝部の断面形状は L字状である。溝部は、画像表示部 laの面に
垂直な面 4aと、画像表示部 2aの面に垂直な面 4bとを含む。
[0057] 本実施形態の画像表示装置においては、観察方向 9から入射角度 Θ 6でプリズム 部 3bに入射し、プリズム面 22にて屈折して溝部の面 4bに入射した光力 面 4bで全 反射するような条件とされている。この構成によれば、溝 4が非表示部 lb、 2bからの 光を観察者 10の方向へ出射させない光学規制部として働き、その結果、観察角度 の余裕が大きくなる。この光学規制部としての作用を以下に具体的に説明する。
[0058] プリズム面 22における入射角、屈折角をそれぞれ 0 6、 Θ Ί 面 4bの入射角を(90 。 一 Θ 7)、プリズム 3の外の屈折率 nlを 1. 0、プリズム 3の屈折率 n2を 1. 5とする場 nl X sin Θ 6=n2 X sin 0 7
の関係が成り立つ。 0 6は観察角度であり、観察角度が 0° < Θ 6< 90° の範囲に おいて、 Θ 7は 0° < 0 7<41. 8° の範囲となる(第 1の条件)。一方、溝 4の面 4bで 全反射となる条件は、 sin (90° — Θ 7) >nlZn2であり、 48. 1° > Θ 7となる(第 2 の条件)。第 1および第 2の条件は Θ 6に関係なく決まる。第 1および第 2の条件を満 たす限り、全反射となって、溝 4は、観察方向によらず、観察者 10からは見えない。し たがって、非表示部 lb、 2bが溝 4に位置する限り、非表示部 lb、 2bは観察者 10から は見えない。
[0059] このように、溝 4が、画像表示素子 1、 2の非表示部 lb、 2bからの光を観察方向へ 出射させないように働く。この場合の観察方向の余裕 Δ Θは、溝 4を有していないも のに比べて大きい。
[0060] 溝 4は、 L字形状の全反射面以外の構成であってもよい。例えば、図 12Aに示すよ うな拡散面や図 12Bに示すような曲面より構成してもよい。また、溝 4の面を黒色吸収 面として光を吸収させてもょ 、。
[0061] (第 7の実施形態)
図 13は、本発明の画像表示装置の第 7の実施形態を説明するための模式図であ る。本実施形態の画像表示装置は、表示画面を構成する 2枚の立体画像表示素子 3
0、 31および画像処理回路 38を有する。
[0062] 立体画像表示素子 30、 31は、第 1から第 6の実施形態のいずれかの形態を適用し
たものであって、観察者の右眼 33、左眼 34の方向からプリズムを介して画像表示部 を見た場合に、非表示部 (継ぎ目)が見えなくなるように、一端が繋ぎ合わせられてい る。ここでは、立体画像表示素子 30、 31は、互いの面のなす角度が 90° となるよう に配置されて 、るものと仮定する。
[0063] 画像処理回路 38は、右眼視点に対応した画像に関する右眼視点画像信号 36およ び左眼視点に対応した画像に関する左眼視点画像信号 37を入力としており、右眼 視点画像信号 36および左眼視点画像信号 37に基づく画像を立体画像表示素子 30 、 31からなる表示画面にて表示させる。立体画像表示素子 30、 31の各プリズム面上 には、レンチキユラレンズが貼り合わせてあり、右眼 33、左眼 34の方向力も観察した 場合に、右眼視点画像信号 36に基づく画像と左眼視点画像信号 37に基づく画像と 力 なる立体画像が観察される。
[0064] 以下に、本実施形態の画像表示装置の具体例を説明する。
[0065] 立体画像表示素子 30、 31として、水平 640画素、垂直 480画素、画面サイズ水平 32mm,垂直 50mmのカラー液晶パネルを用いた。立体画像表示素子の非表示部 は 1. 8mmである。レンチキユラレンズのレンズピッチは 100 πι、レンズ数は 320個 とした。プリズムは、厚さ 4mmの透明アクリル榭脂(屈折率: 1. 49)により構成した。 立体画像表示素子の画像表示部の最端部は、プリズムの画像表示素子と接して 、る 面の角から 1. 8mmとした。この条件で、 45度の観察角度で、観察者の右眼 34、左 眼 35それぞれの視点に対応した画像を光学的に独立に提示すると、特殊なメガネ 等を装着せずに裸眼立体視が可能であり、立体画像表示素子 30、 31の 2つの立体 画像表示素子の非表示部 (継ぎ目)を観察者が知覚することなく立体視することがで きた。
[0066] さらに、本実施形態の画像表示装置では、画像処理回路 38が、右眼視点画像信 号 36、左眼視点画像信号 37から、立体画像表示素子 30、 31それぞれに対応した、 右眼用透視投影変換画像 32、左眼用透視投影変換画像 33を生成することで、観察 者に幾何学的に正しい立体像 39を実時間で動画表示できた。
[0067] このように本実施形態によれば、立体映像を観察者に提示することができ、高画角 で臨場感のある立体表示装置を提供することができた。なお、プリズムには、透明ァ
クリル樹脂よりも屈折率の高 、ポリカーボネート榭脂 (屈折率:1. 59)等を用いてもよ い。プリズムの表面は無反射コーティングを施してもよい。立体表示を行う光学系とし て、パララックスノリア、インテグラルフォトグラフィ用レンズアレイもしくはピンホールァ レイを用いても良い。
[0068] 立体画像表示素子には、カラー液晶パネル以外に、有機 ELパネル、プラズマディ スプレイパネル、表面電界ディスプレイパネル、電子ペーパー等各種フラットディスプ レイパネルを用いてもよく。さらに、画素数、画面サイズは上述したものに限定される ことはなぐ設計に応じて適宜に設定することができる。
[0069] (第 8の実施形態)
図 14は、本発明の画像表示装置の第 8の実施形態を説明するための模式図であ る。本実施形態の画像表示装置は、 n個の視点における立体画像表示が可能なもの であって、表示画面を構成する 2枚の立体画像表示素子 40、 41および画像処理回 路 47を有する。
[0070] 立体画像表示素子 40、 41は、図 13に示した立体画像表示素子 30、 31と同じもの である。画像処理回路 47は、視点位置 Al〜Anのそれぞれに対応する画像に関す る多視点画像信号 46を入力としており、この多視点画像信号 46に基づいて、立体 画像表示素子 40、 41それぞれに対応した視点位置 A1の透視投影変換画像 43から 視点位置 Anの透視投影変換画像 42までの n視点の画像を生成する。立体画像表 示素子 40、 41の各プリズム面上には、レンチキユラレンズが貼り合わせてあり、視点 位置 Al〜Anの各方向から観察した場合に立体画像が観察される。
[0071] 以下に、本実施形態の画像表示装置の具体例として、第 6の実施形態の構成を適 用した例を説明する。
[0072] 立体画像表示素子 40、 41として、水平 640画素、垂直 480画素、画面サイズ水平 32mm,垂直 50mmのカラー液晶パネルを用いた。立体画像表示素子の非表示部 は 1. 8mmである。レンチキユラレンズのレンズピッチは 50 Χ η πι、レンズ数は 640 /η個とした。例えば、視点数 η力 である場合、レンズピッチは 200 mとされ、レンズ 数は 160個とされる。プリズムは、厚さ 4mmの透明アクリル榭脂(屈折率: 1. 49)によ り構成した。立体画像表示素子の画像表示部の最端部は、プリズムの画像表示素子
と接している面の角から 1. 8mmとした。プリズムの屈曲部(非表示部を覆う部分)に 設けられた溝は、溝部の表面が鏡面加工されており、その深さは 1. 8mmとされてい る。この条件で、 45度の観察角度で、視点位置 Al、 Anそれぞれの視点に対応した 画像を光学的に独立に提示すると、特殊なメガネ等を装着せずに裸眼立体視が可 能であり、観察者が表示画面を構成する立体画像表示素子 40、 41の非表示部 (継 ぎ目)を知覚することなく立体視することができた。
[0073] さらに、本実施形態の画像表示装置では、画像処理回路 47が、多視点画像信号 4 6から立体画像表示素子 40、 41それぞれに対応した視点位置 A1の透視投影変換 画像 43から視点位置 Anの透視投影変換画像 42までの n視点の画像を生成すること で、観察者に幾何学的に正しい立体像 38を実時間で動画表示できた。
[0074] このように本実施形態によれば、立体映像を観察者に提示することができ、高画角 で臨場感のある立体表示装置を提供することができた。
[0075] なお、 2つの立体画像表示素子の互いの面のなす角度は、光学的に画像の継ぎ目 が見えな 、条件であれば、 90度より大き 、角度であってもよ 、。
[0076] 立体表示を行う光学系として、ノ ララックスノ リア、インテグラルフォトグラフィ用レン ズアレイもしくはピンホールアレイを用いても良!、。
[0077] プリズムには透明アクリル榭脂以外にさらに屈折率の高いポリカーボネート榭脂(屈 折率: 1. 59)等を用いてもよい。
[0078] プリズムの表面は無反射コーティングをしてもよ!、。
[0079] 立体画像表示素子は、カラー液晶パネル以外に、有機 ELパネル、プラズマデイス プレイパネル、表面電界ディスプレイパネル、電子ペーパー等各種フラットディスプレ ィパネルを用いてもよく。さらに、画素数、画面サイズは上述したものに限定されること はなぐ設計に応じて適宜に設定することができる。
[0080] (第 9の実施形態)
図 15Aおよび図 15Bは、本発明の画像表示装置の第 9の実施形態を説明するた めの模式図である。図 15Aは、パネルを開いた状態を示す。図 15Bは、パネルを閉 じた状態を示す。本実施形態の画像表示装置は、画像表示素子 50、 52とこれら画 像表示素子 50、 52をそれぞれ覆うプリズム 51、 53を有する。画像表示素子 50とプリ
ズム 51を貼り合わせ、画像表示素子 52とプリズム 53を貼り合わせており、プリズム 51 、 53のプリズム面の交わる線の近傍を回転中心 54とし、この回転中心 54を軸として プリズム 51、 53を回転方向 55に回転する機構(回転手段)を備えている。これら画像 表示素子 50、 52およびプリズム 51、 53は、第 1から第 6の実施形態のいずれかに記 載されたものと同じものである。画像処理回路としては、第 7または第 8の実施形態で 説明したものを使用することができる。
[0081] 本実施形態の画像表示装置では、回転中心 54を軸として回転方向 55に回転する ことで、図 15Aに示すようにパネルを開いたり、図 15Bに示すようにパネルを閉じたり することができる。このようなパネルの開閉構造により、画像表示装置の収納時にお ける省スペース化を行うことが可能となる。また、回転手段は、パネルの角度が任意 の角度で固定される機構や、パネルの角度が段階的に変化する機構などを有してい てもよい。
[0082] (第 10の実施形態)
図 16は、本発明の画像表示装置の第 10の実施形態を説明するための図である。 本実施形態の画像表示装置は、第 1から第 9の実施形態で説明した構造を適用可 能な端末装置であって、立体表示が可能な構成とされて!/、る。
[0083] 図 16を参照すると、端末装置 60は、ウィンドウ 61、このウィンドウ 61よりサイズの大 きなウィンドウ 62の 2つのウィンドウそれぞれに平面画像を表示することが可能である 。端末装置 60は、 3次元空間におけるスティック 64の位置を検出する超音波 '磁気 等を用いたセンサと、このセンサからの入力を受け付けてウィンドウ 61、 62における 画像の表示を制御する制御部とを有しており、スティック 64を用いた、ウィンドウ 61ま たはウィンドウ 62における入力操作が可能とされている。制御部は、センサの出力に 基づいてスティック 64の 3次元空間における座標を検出し、その検出結果に基づい て表示処理を行う。これにより、スティック 64の座標と連動して、立体像の表示位置' 形状 ·色等を制御することができる。スティックを利用した入力操作は、一般に、ポイン ティングデバイスとして知られて 、る。
[0084] (第 11の実施形態)
図 17Aは、本発明の画像表示装置の第 11の実施形態を説明するための斜視図で
ある。図 17Bは、その画像表示装置における立体表示の模式図である。図 17Aに示 すように、本実施形態の画像表示装置は、 3枚の画像表示素子 71〜73とこれら画像 表示素子 71〜73を覆うプリズム 74とから構成されている。底面に画像表示素子 71 が配置され、底面に垂直な 2つの隣接する側面にそれぞれ画像表示素子 72、 73が 配置されている。プリズム 74は、画像表示素子 71〜73をそれぞれ覆う第 1〜第 3の プリズム部を備えている。第 1のプリズム部と画像表示素子 71の構成、第 2のプリズム 部と画像表示素子 72の構成、第 3のプリズム部と画像表示素子 73の構成は、いずれ も第 1から第 6の実施形態のいずれかの形態のものと同じとされている。
[0085] 本実施形態の画像表示装置によれば、図 17Bに示すように、画像表示素子 71〜7 3により形成された各画像が 1つの連続した立体像 70として観察され、画像表示素子 71〜73の各非表示部は観察されない。このような 3枚の画像表示素子を用いた立体 像 70の観察によれば、表示画面が 2枚の画像表示素子で構成されるものに比べて、 さらに画角が広ぐ臨場感のある立体映像を提供することができる。なお、図 17Aに 示した例にお 、て、画像表示素子の数は 4枚以上であってもよ 、。
[0086] (第 12の実施形態)
図 18Aは、本発明の画像表示装置の第 12の実施形態を説明するための上面図で ある。図 18Bは、その画像表示装置における立体表示の模式図である。図 18Aに示 すように、本実施形態の画像表示装置は、 3枚の画像表示素子 81〜83とこれら画像 表示素子 81〜83を覆うプリズム 84とから構成されている。画像表示素子 81の両側 に画像表示素子 82、 83が配置されている。プリズム 84は、画像表示素子 81〜83を それぞれ覆う第 1〜第 3のプリズム部を備えている。第 1のプリズム部と画像表示素子 81の構成、第 2のプリズム部と画像表示素子 82の構成、第 3のプリズム部と画像表示 素子 83の構成は、いずれも第 1から第 6の実施形態のいずれかの形態のものと同じ とされている。
[0087] 本実施形態の画像表示装置によれば、図 18Bに示すように、画像表示素子 81〜8 3により形成された各画像が 1つの連続した立体像 80として観察され、画像表示素子 81〜83の各非表示部 8は観察されない。このような 3枚の画像表示素子を用いた立 体像 80の観察によれば、表示画面が 2枚の画像表示素子で構成されるものに比べ
て、さらに画角が広ぐ臨場感のある立体映像を提供することができる。なお、図 18A に示した例にお 、て、画像表示素子の数は 4枚以上であってもよ 、。
[0088] (第 13の実施形態)
図 19は、本発明の画像表示装置の第 13の実施形態を説明するための模式図であ る。本実施形態の画像表示装置は、互いの面のなす角度が 90° となるように近接し て配置された 2枚のダブルレンチキユラスクリーン 91と、これらダブルレンチキュラスク リーンを覆う断面形状力 ^字状のプリズム 92と、プリズム 92に対してダブルレンチキュ ラスクリーン 91を押し当てるための透明平板 93とを有する。ダブルレンチキュラスクリ ーン 91はプリズム 92と透明平板 93との間に挟まれて固定されている。
[0089] 本実施形態の画像表示装置は、画像表示素子としてダブルレンチキュラスクリーン を用いた投射型立体表示装置であって、ダブルレンチキユラスクリーン 91とプリズム 9 2の位置関係は第 1から第 6の実施形態のいずれかにおける画像表示素子とプリズム の位置関係に同じである。
[0090] 図 20に、本実施形態の画像表示装置を用いた立体表示を模式的に示す。 4台の プロジェクタが使用される。一方のダブルレンチキユラスクリーン 91上に 2台のプロジ ェクタで異なる視点位置に対応する画像 (透視投影変換画像)をそれぞれ表示し、他 方のダブルレンチキユラスクリーン 91上に残りの 2台のプロジェクタで異なる視点位置 に対応する画像 (透視投影変換画像)をそれぞれ表示する。観察方向 9から各ダブ ルレンチキユラスクリーン 91にて形成された画像を観察すると、画像の継ぎ目のない 1つの連続した立体像 90を観察することができる。
[0091] 透明平板 93に平面度の高いガラス等を用いて、透明平板 93とプリズム 92とで各ダ ブルレンチキユラスクリーン 91を強く挟み込んで固定することで、ダブルレンチキユラ スクリーンの反りによる立体画像の劣化を低減させることができる。