レンズ部品および画像表示装置
【課題】複数の視点それぞれに向けて高品質の画像を表示することができる画像表示装置およびレンズ部品を提供することを目的とする。
【解決手段】図(c)に示されるレンズ部品10は、各々X方向に延在し共通の構成を有しY方向に最小周期PLで並列配置されたK個の単位レンズ11を備える。各単位レンズ11は、Y方向の最小周期PL内において区分される2個の部分レンズ121,122を含む。最小周期PL内の0〜PL'の範囲にある部分レンズ121は図(a)中の実線部分に相当する。最小周期PL内のPL'〜PLの範囲にある部分レンズ122は図(b)中の実線部分に相当する。
【解決手段】図(c)に示されるレンズ部品10は、各々X方向に延在し共通の構成を有しY方向に最小周期PLで並列配置されたK個の単位レンズ11を備える。各単位レンズ11は、Y方向の最小周期PL内において区分される2個の部分レンズ121,122を含む。最小周期PL内の0〜PL'の範囲にある部分レンズ121は図(a)中の実線部分に相当する。最小周期PL内のPL'〜PLの範囲にある部分レンズ122は図(b)中の実線部分に相当する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の視点それぞれに向けて画像を表示することができる画像表示装置、および、この画像表示装置に含まれるレンズ部品に関するものである。
【背景技術】
【0002】
複数の視点それぞれに向けて画像を表示することができる画像表示装置は、例えばカーナビゲーションシステムにおいて運転席および助手席それぞれに座っている者に対して互いに異なる画像を表示したり、あるいは、同一人物の右目および左目それぞれに対して互いに異なる画像を表示することで立体画像と認識させたりすることができる。
【0003】
このような画像表示装置として、液晶などを用いた表示パネルと、シリンドリカルレンズが並列配置されたレンチキュラレンズと、を備えるものが知られている。表示パネルとして液晶表示パネルが用いられる場合、ブラックマトリックスと呼ばれる遮蔽領域で個々の画素が囲まれている。表示パネルにおいて画素間に遮蔽領域が存在していることにより、画像表示装置が画像を表示する像面上では、遮蔽領域に対応する黒い領域が生じてしまう。
【0004】
この黒い領域が像面上の位置によっては認識されることとなり、画像内で黒い筋となって観察されるので、画質が低下する。そこで、特許文献1に開示された発明は、液晶表示パネルとレンチキュラレンズとの間に異方性散乱シートを設けることで、画素間の遮蔽領域に起因する画質の低下を回避することを図ろうとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−134617号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1に開示された発明では、画像を形成するのに必要な光をも異方性散乱シートにより散乱させることになるので、これにより画質が低下する。
【0007】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、複数の視点それぞれに向けて高品質の画像を表示することができる画像表示装置、および、この画像表示装置において好適に用いられるレンズ部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のレンズ部品は、物体面上の画像を像面上に結像するレンズ部品であって、(1) 各々第1方向に延在し共通の構成を有し、第1方向に垂直な第2方向に最小周期PLで並列配置されたK個の単位レンズを備え、(2) K個の単位レンズそれぞれが、第2方向の最小周期PL内において区分されるM個の部分レンズを含み、(3) 各単位レンズに含まれるM個の部分レンズそれぞれが、第1方向および第2方向の双方に垂直な第3方向に平行であって互いに異なる光軸を有し、物体面上の共通点を像面上の互いに異なる位置に結像することを特徴とする。ただし、K,Mは2以上の整数である。
【0009】
本発明のレンズ部品は、各単位レンズに含まれるM個の部分レンズそれぞれが、互いに等しい焦点距離を有するのが好適である。また、各単位レンズに含まれるM個の部分レンズそれぞれが、第2方向の最小周期PL内において占める割合が互いに等しいのも好適である。
【0010】
本発明の画像表示装置は、(1) 互いに垂直な第1方向および第2方向の双方に平行な面上に複数の単位画素組が2次元配列され、複数の単位画素組それぞれが第2方向に沿って配列されたN個の部分画素を含む表示パネルと、(2) 表示パネルを物体面として該物体面上の画像を像面上に結像し、第2方向について単位画素組に対応して単位レンズが設けられている上記の本発明のレンズ部品と、を備えることを特徴とする。ただし、Nは2以上の整数である。
【0011】
本発明の画像表示装置は、表示パネルの複数の単位画素組それぞれにおいて第2方向に沿ってN個の部分画素の相互の間に遮蔽領域が存在し、遮蔽領域の第2方向での幅が、レンズ部品の各単位レンズに含まれるM個の部分レンズそれぞれの光軸の第2方向での間隔と等しいのが好適である。また、表示パネルの複数の単位画素組それぞれにおいて、第2方向でのN個の部分画素の各幅と遮蔽領域の幅とが互いに等しいのが好適である。
【0012】
本発明の画像表示装置は、M値が2であり、レンズ部品のK個の単位レンズのうち第2方向について中央付近にある何れかの単位レンズに含まれる2個の部分レンズそれぞれの光軸の第2方向での中間位置と、表示パネルの複数の単位画素組のうち第2方向について中央付近にある何れかの単位画素組の中央位置とが、互いに等しいのが好適である。また、レンズ部品および表示パネルそれぞれが、両者を組み立てる際の位置合わせの為のマークを有するのが好適である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、複数の視点それぞれに向けて画像を表示することができ、その画像の画質の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】第1比較例の画像表示装置1による画像表示の原理を模式的に示す図である。
【図2】第1比較例の画像表示装置1による画像表示における表示パネル20の画素と像面A上の像との関係を説明する図である。
【図3】第1比較例の画像表示装置1による画像表示における表示パネル20の画素と像面A上の像との関係を説明する図である。
【図4】本実施形態の画像表示装置のレンズ部品10を説明する図である。
【図5】第1比較例における表示パネル10に対しレンズが−Y方向にシフトしたときの部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図である。
【図6】第1比較例における表示パネル10に対しレンズが−Y方向にシフトしたときの像面A上の光強度分布を示す図である。
【図7】第1比較例における表示パネル10に対しレンズが+Y方向にシフトしたときの部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図である。
【図8】第1比較例における表示パネル10に対しレンズが+Y方向にシフトしたときの像面A上の光強度分布を示す図である。
【図9】本実施形態における部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図である。
【図10】本実施形態における像面A上の光強度分布を示す図である。
【図11】第1比較例の計算条件を示す図である。
【図12】第1比較例の計算結果を示す図である。
【図13】第1実施例の計算条件を示す図である。
【図14】第1実施例の計算結果を示す図である。
【図15】第2実施例の計算条件を示す図である。
【図16】第2実施例の計算結果を示す図である。
【図17】第3実施例の計算条件を示す図である。
【図18】第3実施例の計算結果を示す図である。
【図19】第2比較例の画像表示装置2による画像表示の原理を模式的に示す図である。
【図20】第2比較例の計算条件を示す図である。
【図21】第2比較例の計算結果を示す図である。
【図22】第4実施例の計算条件を示す図である。
【図23】第4実施例の計算結果を示す図である。
【図24】非球面レンズの断面形状を示す図である。
【図25】非球面レンズの最適化条件を示す図である。
【図26】第5実施例の計算条件を示す図である。
【図27】第5実施例の計算結果を示す図である。
【図28】本実施形態の画像表示装置の中央での単位レンズと単位画素組との位置関係を示す図である。
【図29】レンズ部品10および表示パネル20の組み立て時の位置合わせの為のマークを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。初めに比較例の画像表示装置について説明した後に、実施形態の画像表示装置について説明する。また、説明の便宜のために図面においてXYZ直交座標系を示している。
【0016】
図1は、第1比較例の画像表示装置1による画像表示の原理を模式的に示す図である。画像表示装置1は、レンズ部品10および表示パネル20を備え、表示パネル20を物体面として該物体面上の画像をレンズ部品10により像面A上に結像する。
【0017】
レンズ部品10は、各々X方向に延在し共通の構成を有するシリンドリカルレンズ111〜11Kが単位レンズとして一定周期でY方向に並列配置されたレンチキュラレンズである。Kは2以上の整数である。シリンドリカルレンズ111〜11Kそれぞれの光軸はZ方向に平行である。レンズ部品10は概略的には平板形状のものであって、表示パネル20に対向する面が平面であり、像面Aに対向する面が凸面となっている。同図ではレンズ部品10の凸面の形状が示されている。
【0018】
表示パネル20は、XY平面上に複数の単位画素組21が2次元配列されたものである。各単位画素組21は、Y方向に沿って配列された2個の部分画素22L,22Rを含む。左目用部分画素22Lと右目用部分画素22RとはY方向に交互に配置されている。また、ブラックマトリックスと呼ばれる遮蔽領域23が左目用部分画素22Lと右目用部分画素22Rとの間に存在する。
【0019】
単位画素組21kがシリンドリカルレンズ11kに対応しているとすると、単位画素組21kの左目用部分画素22Lから発した光がシリンドリカルレンズ11kを経ることにより像面A上に左目用像ILが形成され、単位画素組21kの右目用部分画素22Rから発した光がシリンドリカルレンズ11kを経ることにより像面A上に右目用像IRが形成される。そして、像面A上の左目用像ILの形成範囲にある左目ELの網膜には左目用画像が結像され、像面A上の右目用像IRの形成範囲にある右目ERの網膜には右目用画像が結像される。したがって、各単位画素組21の左目用部分画素22Lおよび右目用部分画素22Rそれぞれに適切な画像データが与えられることにより、左目ELおよび右目ERにより立体画像が視認される。
【0020】
しかし、像面A上には、左目用像ILと右目用像IRとの間に、遮蔽領域23に対応する黒い領域IBが生じてしまう。この黒い領域IBが像面A上の位置によっては認識されることとなり、立体画像内で黒い筋となって観察されるので、画質が低下する。
【0021】
図2および図3それぞれは、第1比較例の画像表示装置1による画像表示における表示パネル20の画素と像面A上の像との関係を説明する図である。単位画素組21kに含まれる部分画素22L,22RそれぞれのY方向幅をWPとする。単位画素組21kに含まれる部分画素22Lと部分画素22Rとの間の遮蔽領域23のY方向幅をWBとする。単位画素組21kのY方向幅をP(=2(WP+WB))とする。レンズ部品10の出射側主平面と像面Aとの間の距離をL1とする。レンズ部品10の入射側主平面と表示パネル20との間の距離をL2とする。
【0022】
部分画素22L,22RのY方向幅を底辺とし距離L2を高さとする三角形と、像面Aにおける像IL,IRのY方向幅を底辺とし距離L1を高さとする三角形とは、相似関係にある。なお、厳密には、レンズ部品10と表示パネル20との間には他の部材(ガラス、偏光板、接着剤など)が存在する場合がある。レンズ厚が位置によらず一様にレンズ先端までの厚さと仮定した近軸計算では、距離L2は各層の厚さを各層の屈折率で割ったものの和となる。L1,L2は、各部材の厚さ及び屈折率や設定した像面の位置(観察位置)に基づいて光線行列を解くことにより求められる。
【0023】
図2(a)では、単位画素組21kのY方向中心、および、単位画素組21kに対応するシリンドリカルレンズ11kのY方向中心は、何れもY=0に位置している。このとき、同図(b)に示されるように、像面A上において、左目用部分画素22Lに対応する左目用像ILは下記(1)式で表されるY方向範囲に形成され、右目用部分画素22Rに対応する右目用像IRは下記(2)式で表されるY方向範囲に形成される。また、遮蔽領域23に対応する黒い領域IBは下記(3)式で表されるY方向範囲に形成される。
【0024】
【数1】
【0025】
【数2】
【0026】
【数3】
【0027】
図3(a)では、単位画素組21kのY方向中心はY=0に位置しているのに対して、単位画素組21kに対応するシリンドリカルレンズ11kのY方向中心はY=−tに位置している。このとき、同図(b)に示されるように、像面A上において、左目用部分画素22Lに対応する左目用像ILは下記(4)式で表されるY方向範囲に形成され、右目用部分画素22Rに対応する右目用像IRは下記(5)式で表されるY方向範囲に形成される。また、遮蔽領域23に対応する黒い領域IBは下記(6)式で表されるY方向範囲に形成される。
【0028】
【数4】
【0029】
【数5】
【0030】
【数6】
【0031】
すなわち、図2の場合と比較して図3の場合には、単位画素組21kに対してシリンドリカルレンズ11kがY方向に −tだけ移動していることにより、像面A上において左目用像IL,右目用像IRおよび黒い領域IBは何れもY方向に −t(1+L1/L2) だけシフトすることになる。すなわち、像面A上において図2では光強度0であった部分にも図3では光が到達する。
【0032】
図4は、本実施形態の画像表示装置のレンズ部品10を説明する図である。同図でもレンズ部品の凸面の形状が示されている。同図(a),(b)は、各々X方向に延在し共通の構成を有する複数のシリンドリカルレンズが一定周期PLでY方向に並列配置されたレンチキュラレンズを示す。このレンチキュラレンズは、第1比較例の画像表示装置1に含まれるものと同様のものである。同図(a)のレンチキュラレンズに対して同図(b)のレンチキュラレンズはY方向にtだけシフトしている。
【0033】
同図(c)に示される本実施形態のレンズ部品10は、各々X方向に延在し共通の構成を有しY方向に最小周期PLで並列配置されたK個の単位レンズ11を備える。各単位レンズ11は、Y方向の最小周期PL内において区分される2個の部分レンズ121,122を含む。最小周期PL内の0〜PL'の範囲にある部分レンズ121は同図(a)中の実線部分に相当する。最小周期PL内のPL'〜PLの範囲にある部分レンズ122は同図(b)中の実線部分に相当する。
【0034】
すなわち、各単位レンズ11に含まれる2個の部分レンズ121,122それぞれは、Z方向に平行であって互いに異なる光軸(Y方向にtだけ互いに離れている光軸)を有し、物体面上の共通点を像面A上の互いに異なる位置(Y方向に−t(1+L1/L2) だけ互いにシフトした位置)に結像することができる。これにより、遮蔽領域23に対応する黒い領域IB(観察の際に黒い筋となって見える領域)を狭くすることができ、或いは、黒い領域IBを無くすことができる。
【0035】
図2(b)および図3(b)それぞれに示された光強度分布から、下記(7)式で表される条件が成り立つとき、像面A上において光が到達しない領域IBが存在する。下記(8)式で表される条件が成り立つとき、像面A上において左目用像ILと右目用像IRとが互いに一部重なってクロストークが生じる。したがって、下記(9)式で表される条件が成り立つのが最適である。なお、(7)式〜(9)式それぞれにおいて、左辺は図2での黒い領域IBの左側境界位置を表し、右辺は図3での黒い領域IBの右側境界位置を表す。
【0036】
【数7】
【0037】
【数8】
【0038】
【数9】
【0039】
上記(9)式から下記(10)式が得られる。通常、距離L2は数百μm〜数mmであるのに対し、距離L1は数百mmと十分大きい。したがって、(10)式は下記(11)式で近似され得る。
【0040】
【数10】
【0041】
【数11】
【0042】
なお、レンズ部品10の各単位レンズ11に含まれる部分レンズ121,122それぞれは、YZ断面において、球面レンズ形状を有していてもよいし、非球面レンズ形状を有していてもよい。部分レンズ121,122それぞれのレンズ形状は、光線行列を解くことにより得られる。しかし、部分レンズ121,122それぞれのレンズ形状が光線行列の解から数%程度異なっていても、充分に視点分離が可能であるので実用上の問題はない。ただし、像面A上におけるY方向の画質の一様性の観点から、各単位レンズ11に含まれる部分レンズ121,122それぞれは互いに等しい焦点距離を有するのが好ましい。
【0043】
次に、図5〜図10を用いて第1比較例および本実施形態それぞれの画像表示装置の動作を説明する。図5は、第1比較例における表示パネル10に対しレンズが−Y方向にシフトしたときの部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図であり、図6は、第1比較例における表示パネル10に対しレンズが−Y方向にシフトしたときの像面A上の光強度分布を示す図である。図7は、第1比較例における表示パネル10に対しレンズが+Y方向にシフトしたときの部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図であり、図8は、第1比較例における表示パネル10に対しレンズが+Y方向にシフトしたときの像面A上の光強度分布を示す図である。また、図9は、本実施形態における部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図であり、図10は、本実施形態における像面A上の光強度分布を示す図である。
【0044】
第1比較例において、図5および図6に示されるように、表示パネル10に対しレンズが−Y方向にシフトしたとき(図4(a)の場合)、像面A上の右目用像IR1および左目用像IL1も−Y方向にシフトする。一方、図7および図8に示されるように、表示パネル10に対しレンズが+Y方向にシフトしたとき(図4(b)の場合)、像面A上の右目用像IR2および左目用像IL2も+Y方向にシフトする。
【0045】
これに対して、本実施形態においては、図9および図10に示されるように、単位レンズ11のうちの部分レンズ121を経て像面Aに形成される右目用像IR1および左目用像IL1と、単位レンズ11のうちの部分レンズ122を経て像面Aに形成される右目用像IR2および左目用像IL2とは、像面A上において互いに異なる領域に形成される(図10(a))。したがって、本実施形態では、像面A上において、右目用像IR1と右目用像IR2とが重なった右目用像IRが形成され、また、左目用像IL1と左目用像IL2とが重なった左目用像ILが形成される(図10(b))。
【0046】
次に、第1比較例,第1実施例,第2実施例および第3実施例それぞれにおける像面A上での光強度分布の計算例を説明する。第1実施例,第2実施例および第3実施例は、上記の本実施形態の具体的な例である。以下の計算例では、レンズは球面レンズであるとした。
【0047】
図11は、第1比較例の計算条件を示す図である。図12は、第1比較例の計算結果を示す図である。第1比較例では、図11に示されるように、単位画素組のY方向幅Pを0.2mmとし、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのY方向幅WPを0.08mmとし、単位画素組に含まれる各部分画素の間の遮蔽領域のY方向幅WBを0.02mmとした。
【0048】
レンズの出射側主平面と像面との間の距離L1を350mmとし、レンズの入射側主平面と表示パネルとの間の距離L2を0.52mmとした。なお、レンズの厚さを0.3mmとし、レンズの屈折率を1.6とし、レンズと表示パネルとの間に厚さ0.5mmで屈折率1.5のガラスがあるものとして、距離L2を0.52mm(=0.3/1.6+0.5/1.5)とした。また、実際にはレンズと表示パネルとの間に偏光板や接着剤が存在する場合があるが、これらを無視した。
【0049】
これらのパラメータの値を用いて光線行列を解くことにより、レンズの曲率半径は0.31mmと計算された。表示パネルのY方向幅を32.2mmとして、表示パネルが161個の単位画素組を備えるものとした。
【0050】
図11中において、Y=80P=16mmに位置する最外単位画素組は、中央(Y=0)に位置する単位画素組から数えて80番目の単位画素組である。像面A上において各単位画素組から到達した像を視認範囲で概ね重ねるために、Y=80Pに位置する80番目の単位画素組の中心位置の像が、Y=80PLに位置する80番目のレンズを通って、像面A上のY=0の位置に来るようにした。前述と同様の三角形の相似関係から、単位レンズのY方向幅PLは0.1997mmと計算された。
【0051】
第1比較例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素22L,22Rの全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図12に示されるようになる。像面A上において、右目用像IRと左目用像ILとの間に、光が到達しない領域IBが存在している。
【0052】
図13は、第1実施例の計算条件を示す図である。図14は、第1実施例の計算結果を示す図である。第1実施例では、図13に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第1比較例の計算条件と同じである。この第1実施例では、単位レンズは、第1比較例のレンズを−Y方向(左方向)にt/2だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ121と、第1比較例のレンズを+Y方向(右方向)にt/2だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ122とを含む。t/2=WB/2=0.01mmである。
【0053】
部分レンズ121,122それぞれの光軸は、Z方向に平行であって、互いに距離tだけ離れている。レンズ部品の中央に位置する単位レンズに含まれる部分レンズ121,122それぞれの光軸のY方向中心位置は、表示パネルの中央に位置する単位画素組のY方向中心位置と一致している。各単位レンズのY方向幅PL(0.1997mm)において、−Y方向側の0.05mm幅の領域に部分レンズ121が存在し、+Y方向側の0.1497mm幅の領域に部分レンズ122が存在する。
【0054】
第1実施例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素22L,22Rの全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図14に示されるようになる。像面A上において、右目用像IRと左目用像ILとの間に、光が到達しない領域IBがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。なお、図14では、光強度が位置によって階段状に変化していて光強度が低い領域があるが、光強度0で黒となって観察される領域より、人間の眼には遥かに認識されにくい。
【0055】
図15は、第2実施例の計算条件を示す図である。図16は、第2実施例の計算結果を示す図である。第2実施例では、図15に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第1比較例の計算条件と同じである。前の第1実施例では部分レンズ121,122のY方向幅比が略1:3であったのに対して、この第2実施例では部分レンズ121,122のY方向幅比を1:1とした。
【0056】
第2実施例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素22L,22Rの全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図16に示されるようになる。像面A上において、右目用像IRと左目用像ILとの間に、光が到達しない領域IBがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。また、第2実施例では、像面A上の光強度分布はY=0の位置を中心として対称となるので、より自然な画像が得られる。また、第2実施例のレンズ部品は、第1実施例と異なり不連続部分がなくなるので、製造がより容易になる。
【0057】
図17は、第3実施例の計算条件を示す図である。図18は、第3実施例の計算結果を示す図である。第3実施例では、図17に示されるように、第1比較例,第1実施例および第2実施例と同様に、単位画素組のY方向幅Pを0.2mmとし、レンズの出射側主平面と像面との間の距離L1を350mmとし、レンズの入射側主平面と表示パネルとの間の距離L2を0.52mmとし、単位レンズのY方向幅PLを0.1997mmとした。
【0058】
第3実施例では、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのY方向幅WPを0.05mmとし、単位画素組に含まれる各部分画素の間の遮蔽領域のY方向幅WBを0.05mmとして、両者を等しくした。また、部分レンズ121,122のY方向幅比を1:1とした。
【0059】
第1比較例において、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのY方向幅WPと各部分画素の間の遮蔽領域のY方向幅WBとを互いに等しくすると、像面Aにおいて、右目用像IR、左目用像ILおよび黒い領域IBそれぞれのY方向幅も互いに等しくなる。これに対して、第3実施例では、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素22L,22Rの全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図18に示されるように、部分レンズ121,122により±t/2だけシフトされた右目用像IRおよび左目用像ILの重ね合わせとなるので、略均一の強度分布となる。
【0060】
したがって、第3実施例では、第2実施例の効果に加えて、強度分布が一様でありより自然な画像が得られるという効果が得られる。また、さらに、像面Aでの実質的な視認範囲(すなわち、光強度分布が略一様である範囲)は、第1実施例および第2実施例では、右目用像IRに対してはY=−55mm〜−13mmであって、左目用像ILに対してはY=+13mm〜+55mmであったのに対し、第3実施例では、右目用像IRに対してはY=−65mm〜0であって、左目用像ILに対してはY=0〜+65mmであり、それぞれ視認範囲を広くとることができる。
【0061】
なお、図18(a)において、右目用像IRおよび左目用像ILそれぞれの中央付近に、局所的に強度の大きい部分が見られる。これは、+Y方向にシフトした部分レンズによる像と、−Y方向にシフトした部分レンズによる像との切替部分で、レンズの球面収差により若干光強度分布が裾を引いて僅かなオーバーラップ(図18(b)中の点線で囲った部分)が生じたことに因る。しかしながら、人間の眼には、このような局所的な強度の変化は認識されにくい。この僅かなオーバーラップは、画素の幅やレンズのシフト量に若干の修正を加えることなどにより改善が可能である。
【0062】
これまで説明してきた比較例および実施形態では視点数が2であったが、本発明は一般に視点数が2以上である場合に適用可能である。視点数がNである場合、表示パネルの各単位画素組はY方向に配列されたN個の部分画素を含む。すなわち、N枚の絵を画素毎に分割し、表示パネル上ではY方向に、1番目の絵を構成する部分画素、2番目の絵を構成する部分画素、・・・、N番目の絵を構成する部分画素の順に配置したものを単位画素組として、レンズによって各視点の像を振り分ける。
【0063】
次に、視点数が3である場合について説明する。図19は、第2比較例の画像表示装置2による画像表示の原理を模式的に示す図である。画像表示装置2は、レンズ部品10および表示パネル20を備え、表示パネル20を物体面として該物体面上の画像をレンズ部品10により像面A上に結像する。レンズ部品10は、図1に示されたものと同様である。
【0064】
表示パネル20は、XY平面上に複数の単位画素組21が2次元配列されたものである。視点数が3である場合、各単位画素組21は、Y方向に沿って配列された3個の第1部分画素221,第2部分画素222および第3部分画素223を含む。部分画素221,222,223はY方向に順に配置されている。また、ブラックマトリックスと呼ばれる遮蔽領域23が、部分画素221と部分画素222との間に存在し、部分画素222と部分画素223との間に存在する。
【0065】
単位画素組21kがシリンドリカルレンズ11kに対応しているとすると、単位画素組21kの第1部分画素221から発した光がシリンドリカルレンズ11kを経ることにより像面A上に第1の像I1が形成され、単位画素組21kの第2部分画素222から発した光がシリンドリカルレンズ11kを経ることにより像面A上に第2の像I2が形成され、また、単位画素組21kの第3部分画素223から発した光がシリンドリカルレンズ11kを経ることにより像面A上に第3の像I3が形成される。そして、像面A上の第1および第2の像の形成範囲にある左目・右目により立体画像が視認され、像面A上の第2および第3の像の形成範囲にある左目・右目により他の立体画像が視認される。
【0066】
しかし、この場合にも、像面A上には、第1の像I1と第2の像I2との間、および、第2の像I2と第3の像I3との間に、遮蔽領域23に対応する黒い領域IBが生じてしまう。この黒い領域IBが像面A上の位置によっては認識されることとなり、立体画像内で黒い筋となって観察されるので、画質が低下する。
【0067】
このような3視点の場合にも、既に説明した2視点の場合と同様に、図4(c)に示されるようなレンズ部品を用いることにより、遮蔽領域23に対応する黒い領域IB(観察の際に黒い筋となって見える領域)を狭くすることができ、或いは、黒い領域IBを無くすことができる。
【0068】
次に、3視点の場合の第2比較例および第4実施例それぞれにおける像面A上での光強度分布の計算例を説明する。第4実施例は、上記の3視点の場合の実施形態の具体的な例である。以下の計算例では、レンズは球面レンズであるとした。
【0069】
図20は、第2比較例の計算条件を示す図である。図21は、第2比較例の計算結果を示す図である。第2比較例では、図20に示されるように、単位画素組のY方向幅Pを0.21mmとし、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのY方向幅WPを0.056mmとし、単位画素組に含まれる各部分画素の間の遮蔽領域のY方向幅WBを0.014mmとした。
【0070】
レンズの出射側主平面と像面との間の距離L1を350mmとし、レンズの入射側主平面と表示パネルとの間の距離L2を0.39mmとした。なお、レンズの厚さを0.2mmとし、レンズの屈折率を1.6とし、レンズと表示パネルとの間に厚さ0.4mmで屈折率1.5のガラスがあるものとして、距離L2を0.39mm(=0.2/1.6+0.4/1.5)とした。また、実際にはレンズと表示パネルとの間に偏光板や接着剤が存在する場合があるが、これらを無視した。
【0071】
これらのパラメータの値を用いて光線行列を解くことにより、レンズの曲率半径は0.235mmと計算された。表示パネルのY方向幅を33.81mmとして、表示パネルが161個の単位画素組を備えるものとした。
【0072】
図20中において、Y=80P=16.8mmに位置する最外単位画素組は、中央(Y=0)に位置する単位画素組から数えて80番目の単位画素組である。像面A上において各単位画素組から到達した像を視認範囲で概ね重ねるために、Y=80Pに位置する80番目の単位画素組の中心位置の像が、Y=80PLに位置する80番目のレンズを通って、像面A上のY=0の位置に来るようにした。前述と同様の三角形の相似関係から、単位レンズのY方向幅PLは0.2098mmと計算された。
【0073】
第2比較例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる3個の部分画素221〜223の全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図21に示されるようになる。像面A上において、像I1〜像I3の間に、光が到達しない領域IBが存在している。
【0074】
図22は、第4実施例の計算条件を示す図である。図23は、第4実施例の計算結果を示す図である。第4実施例では、図22に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第2比較例の計算条件と同じである。第4実施例では、単位レンズは、第2比較例のレンズを−Y方向(左方向)にt/2だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ121と、第2比較例のレンズを+Y方向(右方向)にt/2だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ122とを含む。t/2=WB/2=0.007mmである。
【0075】
部分レンズ121,122それぞれの光軸は、Z方向に平行であって、互いに距離tだけ離れている。レンズ部品の中央に位置する単位レンズに含まれる部分レンズ121,122それぞれの光軸のY方向中心位置は、表示パネルの中央に位置する単位画素組のY方向中心位置と一致している。部分レンズ121,122のY方向幅比を1:1とした。
【0076】
第4実施例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素221〜223の全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図23に示されるようになる。像面A上において、像I1〜像I3の間に、光が到達しない領域IBがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。また、光強度が位置によって階段状に変化していて光強度が低い領域があるが、光強度0で黒となって観察される領域より、人間の眼には遥かに認識されにくい。
【0077】
これまで説明してきた比較例および実施形態では、単位レンズに含まれる各部分レンズが球面レンズ形状であったが、本発明は、非球面レンズ形状である場合にも適用可能である。単位レンズに含まれる各部分レンズ非球面レンズ形状とすることで、画素上1点から出た光を像面上なるべく径の小さい1点に結像させることができる。本実施形態では、レンズがX方向に延在しているので、像面A上なるべく細い線に結像させることができる。
【0078】
次に、単位レンズに含まれる各部分レンズが非球面レンズ形状である場合について説明する。図24は、非球面レンズの断面形状を示す図である。光軸をZ軸に一致させ、光軸からの距離をrとし、r=0のときのレンズ高さとの差をΔzとすると、非球面レンズの凸面の形状は下記(12)式で表される。cは曲率であり、kはコーニック係数であり、c2mは非球面係数である。
【0079】
【数12】
【0080】
これらc,k,c2mのレンズパラメータは、市販されているレンズ設計ソフトを用いて最適化し決定することができる。最適化の際の条件として、中央単位画素組から最外単位画素組までの数をNとし、物体高(レンズ中心から最も遠い発光点のY方向距離)を例えばN(P−PL)+P/2 とし、レンズ倍率をL1/L2とすればよい。
【0081】
本実施形態における単位レンズに含まれる各部分レンズは、球面レンズ形状の場合と同様に、非球面レンズ形状の場合にも、遮蔽領域23のY方向幅tだけ互いにシフトしたレンズの一部同士を組み合わせることにより、像面A上において光を到達しない部分をなくすことができ、画像の質を高めつつ、画面上に現れる黒い筋を無くすことができる。
【0082】
非球面レンズのパラメータは以下のようにして計算される。図25に示されるように、屈折率1.5で厚さ0.5mmの平行平板ガラスに、屈折率1.6で厚さ0.3mmの片面平面で片面非球面凸形状のレンズが、平面側で密着したレンズ系において、レンズと密着しているガラスの面に対向する面を光源面とする。物体高0、0.124mm(=80*(0.2−0.1997)+0.2/2)に対し、レンズ部品10の出射側主平面と像面Aとの間の距離L1を350mmとし、レンズ部品10の入射側主平面と表示パネル20との間の距離L2を0.52mmとする。この条件の下で最適化することにより、c=3.1[mm-1]、k=−0.76、c4=3.9、c6=−145.5 が得られた。なお、c2およびc2m(m≧4)を0とした。
【0083】
次に、単位レンズに含まれる各部分レンズが非球面レンズである場合の第5実施例における像面A上での光強度分布の計算例を説明する。
【0084】
図26は、第5実施例の計算条件を示す図である。図27は、第5実施例の計算結果を示す図である。第5実施例では、図26に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第2実施例の計算条件と同じである。この第5実施例では、単位レンズに含まれる各部分レンズを上記のような非球面レンズ形状とした。
【0085】
第5実施例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素22L,22Rの全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図27に示されるようになる。像面A上において、右目用像IRと左目用像ILとの間に、光が到達しない領域IBがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。また、第5実施例では、像面A上の光強度分布はY=0の位置を中心として対称となるので、より自然な画像が得られる。また、第5実施例のレンズ部品は、不連続部分がなくなるので、製造がより容易になる。
【0086】
これまでの実施形態では、立体画像を視認させる場合について主に説明してきた。立体画像を表示する画像表示装置や、視点を非対称に振り分けることを目的としていない画像表示装置では、図28に示されるように、画像表示装置の正面中央で見たときに、左右に均等に各視点の像が形成されていることが好ましい。図28は、本実施形態の画像表示装置の中央での単位レンズと単位画素組との位置関係を示す図である。
【0087】
同図に示されるように、像面A上において、Y方向中央(Y=0)の位置に対して負の方向を右視点とし、正の方向を左視点とすると、表示パネル20において中央の単位画素組21kの中心がY=0に位置する。画素と像とは互いに反転するので、負側に左目用部分画素22Lが配置され、正側に右目用部分画素22Rが配置されている必要がある。これが大きくずれると、両視点の外側の虚像の部分が見えてしまい、また、完全に右目用部分画素と左目用部分画素が入れ替わると、右と左とで像が入れ替わってしまう。したがって、レンズ部品10のY方向について中央付近にある何れかの単位レンズに含まれる2個の部分レンズそれぞれの光軸のY方向での中間位置と、表示パネル20のY方向について中央付近にある何れかの単位画素組の中央位置とが、互いに等しいことが望ましい。
【0088】
図28に示されるような望ましい単位レンズ11と単位画素組21との位置関係にするためには、レンズ部品10と表示パネル20とを組み立てる際に画像を表示させることで位置を確認しながら組み立てることが好ましい。或いは、図29に示されるように、レンズ部品10が位置合わせの為のマーク14を縁に有し、表示パネル20が位置合わせの為のマーク24を縁に有するようにして、レンズ部品10と表示パネル20とを組み立てる際にマーク14とマーク24とを互いに一致させるようにすることが好ましい。
【符号の説明】
【0089】
1,2…画像表示装置、10…レンズ部品、11…単位レンズ、12…部分レンズ、20…表示パネル、21…単位画素組、22…部分画素、23…遮蔽領域。
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の視点それぞれに向けて画像を表示することができる画像表示装置、および、この画像表示装置に含まれるレンズ部品に関するものである。
【背景技術】
【0002】
複数の視点それぞれに向けて画像を表示することができる画像表示装置は、例えばカーナビゲーションシステムにおいて運転席および助手席それぞれに座っている者に対して互いに異なる画像を表示したり、あるいは、同一人物の右目および左目それぞれに対して互いに異なる画像を表示することで立体画像と認識させたりすることができる。
【0003】
このような画像表示装置として、液晶などを用いた表示パネルと、シリンドリカルレンズが並列配置されたレンチキュラレンズと、を備えるものが知られている。表示パネルとして液晶表示パネルが用いられる場合、ブラックマトリックスと呼ばれる遮蔽領域で個々の画素が囲まれている。表示パネルにおいて画素間に遮蔽領域が存在していることにより、画像表示装置が画像を表示する像面上では、遮蔽領域に対応する黒い領域が生じてしまう。
【0004】
この黒い領域が像面上の位置によっては認識されることとなり、画像内で黒い筋となって観察されるので、画質が低下する。そこで、特許文献1に開示された発明は、液晶表示パネルとレンチキュラレンズとの間に異方性散乱シートを設けることで、画素間の遮蔽領域に起因する画質の低下を回避することを図ろうとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−134617号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1に開示された発明では、画像を形成するのに必要な光をも異方性散乱シートにより散乱させることになるので、これにより画質が低下する。
【0007】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、複数の視点それぞれに向けて高品質の画像を表示することができる画像表示装置、および、この画像表示装置において好適に用いられるレンズ部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のレンズ部品は、物体面上の画像を像面上に結像するレンズ部品であって、(1) 各々第1方向に延在し共通の構成を有し、第1方向に垂直な第2方向に最小周期PLで並列配置されたK個の単位レンズを備え、(2) K個の単位レンズそれぞれが、第2方向の最小周期PL内において区分されるM個の部分レンズを含み、(3) 各単位レンズに含まれるM個の部分レンズそれぞれが、第1方向および第2方向の双方に垂直な第3方向に平行であって互いに異なる光軸を有し、物体面上の共通点を像面上の互いに異なる位置に結像することを特徴とする。ただし、K,Mは2以上の整数である。
【0009】
本発明のレンズ部品は、各単位レンズに含まれるM個の部分レンズそれぞれが、互いに等しい焦点距離を有するのが好適である。また、各単位レンズに含まれるM個の部分レンズそれぞれが、第2方向の最小周期PL内において占める割合が互いに等しいのも好適である。
【0010】
本発明の画像表示装置は、(1) 互いに垂直な第1方向および第2方向の双方に平行な面上に複数の単位画素組が2次元配列され、複数の単位画素組それぞれが第2方向に沿って配列されたN個の部分画素を含む表示パネルと、(2) 表示パネルを物体面として該物体面上の画像を像面上に結像し、第2方向について単位画素組に対応して単位レンズが設けられている上記の本発明のレンズ部品と、を備えることを特徴とする。ただし、Nは2以上の整数である。
【0011】
本発明の画像表示装置は、表示パネルの複数の単位画素組それぞれにおいて第2方向に沿ってN個の部分画素の相互の間に遮蔽領域が存在し、遮蔽領域の第2方向での幅が、レンズ部品の各単位レンズに含まれるM個の部分レンズそれぞれの光軸の第2方向での間隔と等しいのが好適である。また、表示パネルの複数の単位画素組それぞれにおいて、第2方向でのN個の部分画素の各幅と遮蔽領域の幅とが互いに等しいのが好適である。
【0012】
本発明の画像表示装置は、M値が2であり、レンズ部品のK個の単位レンズのうち第2方向について中央付近にある何れかの単位レンズに含まれる2個の部分レンズそれぞれの光軸の第2方向での中間位置と、表示パネルの複数の単位画素組のうち第2方向について中央付近にある何れかの単位画素組の中央位置とが、互いに等しいのが好適である。また、レンズ部品および表示パネルそれぞれが、両者を組み立てる際の位置合わせの為のマークを有するのが好適である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、複数の視点それぞれに向けて画像を表示することができ、その画像の画質の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】第1比較例の画像表示装置1による画像表示の原理を模式的に示す図である。
【図2】第1比較例の画像表示装置1による画像表示における表示パネル20の画素と像面A上の像との関係を説明する図である。
【図3】第1比較例の画像表示装置1による画像表示における表示パネル20の画素と像面A上の像との関係を説明する図である。
【図4】本実施形態の画像表示装置のレンズ部品10を説明する図である。
【図5】第1比較例における表示パネル10に対しレンズが−Y方向にシフトしたときの部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図である。
【図6】第1比較例における表示パネル10に対しレンズが−Y方向にシフトしたときの像面A上の光強度分布を示す図である。
【図7】第1比較例における表示パネル10に対しレンズが+Y方向にシフトしたときの部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図である。
【図8】第1比較例における表示パネル10に対しレンズが+Y方向にシフトしたときの像面A上の光強度分布を示す図である。
【図9】本実施形態における部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図である。
【図10】本実施形態における像面A上の光強度分布を示す図である。
【図11】第1比較例の計算条件を示す図である。
【図12】第1比較例の計算結果を示す図である。
【図13】第1実施例の計算条件を示す図である。
【図14】第1実施例の計算結果を示す図である。
【図15】第2実施例の計算条件を示す図である。
【図16】第2実施例の計算結果を示す図である。
【図17】第3実施例の計算条件を示す図である。
【図18】第3実施例の計算結果を示す図である。
【図19】第2比較例の画像表示装置2による画像表示の原理を模式的に示す図である。
【図20】第2比較例の計算条件を示す図である。
【図21】第2比較例の計算結果を示す図である。
【図22】第4実施例の計算条件を示す図である。
【図23】第4実施例の計算結果を示す図である。
【図24】非球面レンズの断面形状を示す図である。
【図25】非球面レンズの最適化条件を示す図である。
【図26】第5実施例の計算条件を示す図である。
【図27】第5実施例の計算結果を示す図である。
【図28】本実施形態の画像表示装置の中央での単位レンズと単位画素組との位置関係を示す図である。
【図29】レンズ部品10および表示パネル20の組み立て時の位置合わせの為のマークを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。初めに比較例の画像表示装置について説明した後に、実施形態の画像表示装置について説明する。また、説明の便宜のために図面においてXYZ直交座標系を示している。
【0016】
図1は、第1比較例の画像表示装置1による画像表示の原理を模式的に示す図である。画像表示装置1は、レンズ部品10および表示パネル20を備え、表示パネル20を物体面として該物体面上の画像をレンズ部品10により像面A上に結像する。
【0017】
レンズ部品10は、各々X方向に延在し共通の構成を有するシリンドリカルレンズ111〜11Kが単位レンズとして一定周期でY方向に並列配置されたレンチキュラレンズである。Kは2以上の整数である。シリンドリカルレンズ111〜11Kそれぞれの光軸はZ方向に平行である。レンズ部品10は概略的には平板形状のものであって、表示パネル20に対向する面が平面であり、像面Aに対向する面が凸面となっている。同図ではレンズ部品10の凸面の形状が示されている。
【0018】
表示パネル20は、XY平面上に複数の単位画素組21が2次元配列されたものである。各単位画素組21は、Y方向に沿って配列された2個の部分画素22L,22Rを含む。左目用部分画素22Lと右目用部分画素22RとはY方向に交互に配置されている。また、ブラックマトリックスと呼ばれる遮蔽領域23が左目用部分画素22Lと右目用部分画素22Rとの間に存在する。
【0019】
単位画素組21kがシリンドリカルレンズ11kに対応しているとすると、単位画素組21kの左目用部分画素22Lから発した光がシリンドリカルレンズ11kを経ることにより像面A上に左目用像ILが形成され、単位画素組21kの右目用部分画素22Rから発した光がシリンドリカルレンズ11kを経ることにより像面A上に右目用像IRが形成される。そして、像面A上の左目用像ILの形成範囲にある左目ELの網膜には左目用画像が結像され、像面A上の右目用像IRの形成範囲にある右目ERの網膜には右目用画像が結像される。したがって、各単位画素組21の左目用部分画素22Lおよび右目用部分画素22Rそれぞれに適切な画像データが与えられることにより、左目ELおよび右目ERにより立体画像が視認される。
【0020】
しかし、像面A上には、左目用像ILと右目用像IRとの間に、遮蔽領域23に対応する黒い領域IBが生じてしまう。この黒い領域IBが像面A上の位置によっては認識されることとなり、立体画像内で黒い筋となって観察されるので、画質が低下する。
【0021】
図2および図3それぞれは、第1比較例の画像表示装置1による画像表示における表示パネル20の画素と像面A上の像との関係を説明する図である。単位画素組21kに含まれる部分画素22L,22RそれぞれのY方向幅をWPとする。単位画素組21kに含まれる部分画素22Lと部分画素22Rとの間の遮蔽領域23のY方向幅をWBとする。単位画素組21kのY方向幅をP(=2(WP+WB))とする。レンズ部品10の出射側主平面と像面Aとの間の距離をL1とする。レンズ部品10の入射側主平面と表示パネル20との間の距離をL2とする。
【0022】
部分画素22L,22RのY方向幅を底辺とし距離L2を高さとする三角形と、像面Aにおける像IL,IRのY方向幅を底辺とし距離L1を高さとする三角形とは、相似関係にある。なお、厳密には、レンズ部品10と表示パネル20との間には他の部材(ガラス、偏光板、接着剤など)が存在する場合がある。レンズ厚が位置によらず一様にレンズ先端までの厚さと仮定した近軸計算では、距離L2は各層の厚さを各層の屈折率で割ったものの和となる。L1,L2は、各部材の厚さ及び屈折率や設定した像面の位置(観察位置)に基づいて光線行列を解くことにより求められる。
【0023】
図2(a)では、単位画素組21kのY方向中心、および、単位画素組21kに対応するシリンドリカルレンズ11kのY方向中心は、何れもY=0に位置している。このとき、同図(b)に示されるように、像面A上において、左目用部分画素22Lに対応する左目用像ILは下記(1)式で表されるY方向範囲に形成され、右目用部分画素22Rに対応する右目用像IRは下記(2)式で表されるY方向範囲に形成される。また、遮蔽領域23に対応する黒い領域IBは下記(3)式で表されるY方向範囲に形成される。
【0024】
【数1】
【0025】
【数2】
【0026】
【数3】
【0027】
図3(a)では、単位画素組21kのY方向中心はY=0に位置しているのに対して、単位画素組21kに対応するシリンドリカルレンズ11kのY方向中心はY=−tに位置している。このとき、同図(b)に示されるように、像面A上において、左目用部分画素22Lに対応する左目用像ILは下記(4)式で表されるY方向範囲に形成され、右目用部分画素22Rに対応する右目用像IRは下記(5)式で表されるY方向範囲に形成される。また、遮蔽領域23に対応する黒い領域IBは下記(6)式で表されるY方向範囲に形成される。
【0028】
【数4】
【0029】
【数5】
【0030】
【数6】
【0031】
すなわち、図2の場合と比較して図3の場合には、単位画素組21kに対してシリンドリカルレンズ11kがY方向に −tだけ移動していることにより、像面A上において左目用像IL,右目用像IRおよび黒い領域IBは何れもY方向に −t(1+L1/L2) だけシフトすることになる。すなわち、像面A上において図2では光強度0であった部分にも図3では光が到達する。
【0032】
図4は、本実施形態の画像表示装置のレンズ部品10を説明する図である。同図でもレンズ部品の凸面の形状が示されている。同図(a),(b)は、各々X方向に延在し共通の構成を有する複数のシリンドリカルレンズが一定周期PLでY方向に並列配置されたレンチキュラレンズを示す。このレンチキュラレンズは、第1比較例の画像表示装置1に含まれるものと同様のものである。同図(a)のレンチキュラレンズに対して同図(b)のレンチキュラレンズはY方向にtだけシフトしている。
【0033】
同図(c)に示される本実施形態のレンズ部品10は、各々X方向に延在し共通の構成を有しY方向に最小周期PLで並列配置されたK個の単位レンズ11を備える。各単位レンズ11は、Y方向の最小周期PL内において区分される2個の部分レンズ121,122を含む。最小周期PL内の0〜PL'の範囲にある部分レンズ121は同図(a)中の実線部分に相当する。最小周期PL内のPL'〜PLの範囲にある部分レンズ122は同図(b)中の実線部分に相当する。
【0034】
すなわち、各単位レンズ11に含まれる2個の部分レンズ121,122それぞれは、Z方向に平行であって互いに異なる光軸(Y方向にtだけ互いに離れている光軸)を有し、物体面上の共通点を像面A上の互いに異なる位置(Y方向に−t(1+L1/L2) だけ互いにシフトした位置)に結像することができる。これにより、遮蔽領域23に対応する黒い領域IB(観察の際に黒い筋となって見える領域)を狭くすることができ、或いは、黒い領域IBを無くすことができる。
【0035】
図2(b)および図3(b)それぞれに示された光強度分布から、下記(7)式で表される条件が成り立つとき、像面A上において光が到達しない領域IBが存在する。下記(8)式で表される条件が成り立つとき、像面A上において左目用像ILと右目用像IRとが互いに一部重なってクロストークが生じる。したがって、下記(9)式で表される条件が成り立つのが最適である。なお、(7)式〜(9)式それぞれにおいて、左辺は図2での黒い領域IBの左側境界位置を表し、右辺は図3での黒い領域IBの右側境界位置を表す。
【0036】
【数7】
【0037】
【数8】
【0038】
【数9】
【0039】
上記(9)式から下記(10)式が得られる。通常、距離L2は数百μm〜数mmであるのに対し、距離L1は数百mmと十分大きい。したがって、(10)式は下記(11)式で近似され得る。
【0040】
【数10】
【0041】
【数11】
【0042】
なお、レンズ部品10の各単位レンズ11に含まれる部分レンズ121,122それぞれは、YZ断面において、球面レンズ形状を有していてもよいし、非球面レンズ形状を有していてもよい。部分レンズ121,122それぞれのレンズ形状は、光線行列を解くことにより得られる。しかし、部分レンズ121,122それぞれのレンズ形状が光線行列の解から数%程度異なっていても、充分に視点分離が可能であるので実用上の問題はない。ただし、像面A上におけるY方向の画質の一様性の観点から、各単位レンズ11に含まれる部分レンズ121,122それぞれは互いに等しい焦点距離を有するのが好ましい。
【0043】
次に、図5〜図10を用いて第1比較例および本実施形態それぞれの画像表示装置の動作を説明する。図5は、第1比較例における表示パネル10に対しレンズが−Y方向にシフトしたときの部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図であり、図6は、第1比較例における表示パネル10に対しレンズが−Y方向にシフトしたときの像面A上の光強度分布を示す図である。図7は、第1比較例における表示パネル10に対しレンズが+Y方向にシフトしたときの部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図であり、図8は、第1比較例における表示パネル10に対しレンズが+Y方向にシフトしたときの像面A上の光強度分布を示す図である。また、図9は、本実施形態における部分画素22Rからの光線の軌跡を示す図であり、図10は、本実施形態における像面A上の光強度分布を示す図である。
【0044】
第1比較例において、図5および図6に示されるように、表示パネル10に対しレンズが−Y方向にシフトしたとき(図4(a)の場合)、像面A上の右目用像IR1および左目用像IL1も−Y方向にシフトする。一方、図7および図8に示されるように、表示パネル10に対しレンズが+Y方向にシフトしたとき(図4(b)の場合)、像面A上の右目用像IR2および左目用像IL2も+Y方向にシフトする。
【0045】
これに対して、本実施形態においては、図9および図10に示されるように、単位レンズ11のうちの部分レンズ121を経て像面Aに形成される右目用像IR1および左目用像IL1と、単位レンズ11のうちの部分レンズ122を経て像面Aに形成される右目用像IR2および左目用像IL2とは、像面A上において互いに異なる領域に形成される(図10(a))。したがって、本実施形態では、像面A上において、右目用像IR1と右目用像IR2とが重なった右目用像IRが形成され、また、左目用像IL1と左目用像IL2とが重なった左目用像ILが形成される(図10(b))。
【0046】
次に、第1比較例,第1実施例,第2実施例および第3実施例それぞれにおける像面A上での光強度分布の計算例を説明する。第1実施例,第2実施例および第3実施例は、上記の本実施形態の具体的な例である。以下の計算例では、レンズは球面レンズであるとした。
【0047】
図11は、第1比較例の計算条件を示す図である。図12は、第1比較例の計算結果を示す図である。第1比較例では、図11に示されるように、単位画素組のY方向幅Pを0.2mmとし、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのY方向幅WPを0.08mmとし、単位画素組に含まれる各部分画素の間の遮蔽領域のY方向幅WBを0.02mmとした。
【0048】
レンズの出射側主平面と像面との間の距離L1を350mmとし、レンズの入射側主平面と表示パネルとの間の距離L2を0.52mmとした。なお、レンズの厚さを0.3mmとし、レンズの屈折率を1.6とし、レンズと表示パネルとの間に厚さ0.5mmで屈折率1.5のガラスがあるものとして、距離L2を0.52mm(=0.3/1.6+0.5/1.5)とした。また、実際にはレンズと表示パネルとの間に偏光板や接着剤が存在する場合があるが、これらを無視した。
【0049】
これらのパラメータの値を用いて光線行列を解くことにより、レンズの曲率半径は0.31mmと計算された。表示パネルのY方向幅を32.2mmとして、表示パネルが161個の単位画素組を備えるものとした。
【0050】
図11中において、Y=80P=16mmに位置する最外単位画素組は、中央(Y=0)に位置する単位画素組から数えて80番目の単位画素組である。像面A上において各単位画素組から到達した像を視認範囲で概ね重ねるために、Y=80Pに位置する80番目の単位画素組の中心位置の像が、Y=80PLに位置する80番目のレンズを通って、像面A上のY=0の位置に来るようにした。前述と同様の三角形の相似関係から、単位レンズのY方向幅PLは0.1997mmと計算された。
【0051】
第1比較例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素22L,22Rの全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図12に示されるようになる。像面A上において、右目用像IRと左目用像ILとの間に、光が到達しない領域IBが存在している。
【0052】
図13は、第1実施例の計算条件を示す図である。図14は、第1実施例の計算結果を示す図である。第1実施例では、図13に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第1比較例の計算条件と同じである。この第1実施例では、単位レンズは、第1比較例のレンズを−Y方向(左方向)にt/2だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ121と、第1比較例のレンズを+Y方向(右方向)にt/2だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ122とを含む。t/2=WB/2=0.01mmである。
【0053】
部分レンズ121,122それぞれの光軸は、Z方向に平行であって、互いに距離tだけ離れている。レンズ部品の中央に位置する単位レンズに含まれる部分レンズ121,122それぞれの光軸のY方向中心位置は、表示パネルの中央に位置する単位画素組のY方向中心位置と一致している。各単位レンズのY方向幅PL(0.1997mm)において、−Y方向側の0.05mm幅の領域に部分レンズ121が存在し、+Y方向側の0.1497mm幅の領域に部分レンズ122が存在する。
【0054】
第1実施例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素22L,22Rの全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図14に示されるようになる。像面A上において、右目用像IRと左目用像ILとの間に、光が到達しない領域IBがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。なお、図14では、光強度が位置によって階段状に変化していて光強度が低い領域があるが、光強度0で黒となって観察される領域より、人間の眼には遥かに認識されにくい。
【0055】
図15は、第2実施例の計算条件を示す図である。図16は、第2実施例の計算結果を示す図である。第2実施例では、図15に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第1比較例の計算条件と同じである。前の第1実施例では部分レンズ121,122のY方向幅比が略1:3であったのに対して、この第2実施例では部分レンズ121,122のY方向幅比を1:1とした。
【0056】
第2実施例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素22L,22Rの全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図16に示されるようになる。像面A上において、右目用像IRと左目用像ILとの間に、光が到達しない領域IBがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。また、第2実施例では、像面A上の光強度分布はY=0の位置を中心として対称となるので、より自然な画像が得られる。また、第2実施例のレンズ部品は、第1実施例と異なり不連続部分がなくなるので、製造がより容易になる。
【0057】
図17は、第3実施例の計算条件を示す図である。図18は、第3実施例の計算結果を示す図である。第3実施例では、図17に示されるように、第1比較例,第1実施例および第2実施例と同様に、単位画素組のY方向幅Pを0.2mmとし、レンズの出射側主平面と像面との間の距離L1を350mmとし、レンズの入射側主平面と表示パネルとの間の距離L2を0.52mmとし、単位レンズのY方向幅PLを0.1997mmとした。
【0058】
第3実施例では、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのY方向幅WPを0.05mmとし、単位画素組に含まれる各部分画素の間の遮蔽領域のY方向幅WBを0.05mmとして、両者を等しくした。また、部分レンズ121,122のY方向幅比を1:1とした。
【0059】
第1比較例において、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのY方向幅WPと各部分画素の間の遮蔽領域のY方向幅WBとを互いに等しくすると、像面Aにおいて、右目用像IR、左目用像ILおよび黒い領域IBそれぞれのY方向幅も互いに等しくなる。これに対して、第3実施例では、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素22L,22Rの全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図18に示されるように、部分レンズ121,122により±t/2だけシフトされた右目用像IRおよび左目用像ILの重ね合わせとなるので、略均一の強度分布となる。
【0060】
したがって、第3実施例では、第2実施例の効果に加えて、強度分布が一様でありより自然な画像が得られるという効果が得られる。また、さらに、像面Aでの実質的な視認範囲(すなわち、光強度分布が略一様である範囲)は、第1実施例および第2実施例では、右目用像IRに対してはY=−55mm〜−13mmであって、左目用像ILに対してはY=+13mm〜+55mmであったのに対し、第3実施例では、右目用像IRに対してはY=−65mm〜0であって、左目用像ILに対してはY=0〜+65mmであり、それぞれ視認範囲を広くとることができる。
【0061】
なお、図18(a)において、右目用像IRおよび左目用像ILそれぞれの中央付近に、局所的に強度の大きい部分が見られる。これは、+Y方向にシフトした部分レンズによる像と、−Y方向にシフトした部分レンズによる像との切替部分で、レンズの球面収差により若干光強度分布が裾を引いて僅かなオーバーラップ(図18(b)中の点線で囲った部分)が生じたことに因る。しかしながら、人間の眼には、このような局所的な強度の変化は認識されにくい。この僅かなオーバーラップは、画素の幅やレンズのシフト量に若干の修正を加えることなどにより改善が可能である。
【0062】
これまで説明してきた比較例および実施形態では視点数が2であったが、本発明は一般に視点数が2以上である場合に適用可能である。視点数がNである場合、表示パネルの各単位画素組はY方向に配列されたN個の部分画素を含む。すなわち、N枚の絵を画素毎に分割し、表示パネル上ではY方向に、1番目の絵を構成する部分画素、2番目の絵を構成する部分画素、・・・、N番目の絵を構成する部分画素の順に配置したものを単位画素組として、レンズによって各視点の像を振り分ける。
【0063】
次に、視点数が3である場合について説明する。図19は、第2比較例の画像表示装置2による画像表示の原理を模式的に示す図である。画像表示装置2は、レンズ部品10および表示パネル20を備え、表示パネル20を物体面として該物体面上の画像をレンズ部品10により像面A上に結像する。レンズ部品10は、図1に示されたものと同様である。
【0064】
表示パネル20は、XY平面上に複数の単位画素組21が2次元配列されたものである。視点数が3である場合、各単位画素組21は、Y方向に沿って配列された3個の第1部分画素221,第2部分画素222および第3部分画素223を含む。部分画素221,222,223はY方向に順に配置されている。また、ブラックマトリックスと呼ばれる遮蔽領域23が、部分画素221と部分画素222との間に存在し、部分画素222と部分画素223との間に存在する。
【0065】
単位画素組21kがシリンドリカルレンズ11kに対応しているとすると、単位画素組21kの第1部分画素221から発した光がシリンドリカルレンズ11kを経ることにより像面A上に第1の像I1が形成され、単位画素組21kの第2部分画素222から発した光がシリンドリカルレンズ11kを経ることにより像面A上に第2の像I2が形成され、また、単位画素組21kの第3部分画素223から発した光がシリンドリカルレンズ11kを経ることにより像面A上に第3の像I3が形成される。そして、像面A上の第1および第2の像の形成範囲にある左目・右目により立体画像が視認され、像面A上の第2および第3の像の形成範囲にある左目・右目により他の立体画像が視認される。
【0066】
しかし、この場合にも、像面A上には、第1の像I1と第2の像I2との間、および、第2の像I2と第3の像I3との間に、遮蔽領域23に対応する黒い領域IBが生じてしまう。この黒い領域IBが像面A上の位置によっては認識されることとなり、立体画像内で黒い筋となって観察されるので、画質が低下する。
【0067】
このような3視点の場合にも、既に説明した2視点の場合と同様に、図4(c)に示されるようなレンズ部品を用いることにより、遮蔽領域23に対応する黒い領域IB(観察の際に黒い筋となって見える領域)を狭くすることができ、或いは、黒い領域IBを無くすことができる。
【0068】
次に、3視点の場合の第2比較例および第4実施例それぞれにおける像面A上での光強度分布の計算例を説明する。第4実施例は、上記の3視点の場合の実施形態の具体的な例である。以下の計算例では、レンズは球面レンズであるとした。
【0069】
図20は、第2比較例の計算条件を示す図である。図21は、第2比較例の計算結果を示す図である。第2比較例では、図20に示されるように、単位画素組のY方向幅Pを0.21mmとし、単位画素組に含まれる各部分画素それぞれのY方向幅WPを0.056mmとし、単位画素組に含まれる各部分画素の間の遮蔽領域のY方向幅WBを0.014mmとした。
【0070】
レンズの出射側主平面と像面との間の距離L1を350mmとし、レンズの入射側主平面と表示パネルとの間の距離L2を0.39mmとした。なお、レンズの厚さを0.2mmとし、レンズの屈折率を1.6とし、レンズと表示パネルとの間に厚さ0.4mmで屈折率1.5のガラスがあるものとして、距離L2を0.39mm(=0.2/1.6+0.4/1.5)とした。また、実際にはレンズと表示パネルとの間に偏光板や接着剤が存在する場合があるが、これらを無視した。
【0071】
これらのパラメータの値を用いて光線行列を解くことにより、レンズの曲率半径は0.235mmと計算された。表示パネルのY方向幅を33.81mmとして、表示パネルが161個の単位画素組を備えるものとした。
【0072】
図20中において、Y=80P=16.8mmに位置する最外単位画素組は、中央(Y=0)に位置する単位画素組から数えて80番目の単位画素組である。像面A上において各単位画素組から到達した像を視認範囲で概ね重ねるために、Y=80Pに位置する80番目の単位画素組の中心位置の像が、Y=80PLに位置する80番目のレンズを通って、像面A上のY=0の位置に来るようにした。前述と同様の三角形の相似関係から、単位レンズのY方向幅PLは0.2098mmと計算された。
【0073】
第2比較例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる3個の部分画素221〜223の全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図21に示されるようになる。像面A上において、像I1〜像I3の間に、光が到達しない領域IBが存在している。
【0074】
図22は、第4実施例の計算条件を示す図である。図23は、第4実施例の計算結果を示す図である。第4実施例では、図22に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第2比較例の計算条件と同じである。第4実施例では、単位レンズは、第2比較例のレンズを−Y方向(左方向)にt/2だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ121と、第2比較例のレンズを+Y方向(右方向)にt/2だけシフトしたレンズの一部に相当する部分レンズ122とを含む。t/2=WB/2=0.007mmである。
【0075】
部分レンズ121,122それぞれの光軸は、Z方向に平行であって、互いに距離tだけ離れている。レンズ部品の中央に位置する単位レンズに含まれる部分レンズ121,122それぞれの光軸のY方向中心位置は、表示パネルの中央に位置する単位画素組のY方向中心位置と一致している。部分レンズ121,122のY方向幅比を1:1とした。
【0076】
第4実施例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素221〜223の全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図23に示されるようになる。像面A上において、像I1〜像I3の間に、光が到達しない領域IBがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。また、光強度が位置によって階段状に変化していて光強度が低い領域があるが、光強度0で黒となって観察される領域より、人間の眼には遥かに認識されにくい。
【0077】
これまで説明してきた比較例および実施形態では、単位レンズに含まれる各部分レンズが球面レンズ形状であったが、本発明は、非球面レンズ形状である場合にも適用可能である。単位レンズに含まれる各部分レンズ非球面レンズ形状とすることで、画素上1点から出た光を像面上なるべく径の小さい1点に結像させることができる。本実施形態では、レンズがX方向に延在しているので、像面A上なるべく細い線に結像させることができる。
【0078】
次に、単位レンズに含まれる各部分レンズが非球面レンズ形状である場合について説明する。図24は、非球面レンズの断面形状を示す図である。光軸をZ軸に一致させ、光軸からの距離をrとし、r=0のときのレンズ高さとの差をΔzとすると、非球面レンズの凸面の形状は下記(12)式で表される。cは曲率であり、kはコーニック係数であり、c2mは非球面係数である。
【0079】
【数12】
【0080】
これらc,k,c2mのレンズパラメータは、市販されているレンズ設計ソフトを用いて最適化し決定することができる。最適化の際の条件として、中央単位画素組から最外単位画素組までの数をNとし、物体高(レンズ中心から最も遠い発光点のY方向距離)を例えばN(P−PL)+P/2 とし、レンズ倍率をL1/L2とすればよい。
【0081】
本実施形態における単位レンズに含まれる各部分レンズは、球面レンズ形状の場合と同様に、非球面レンズ形状の場合にも、遮蔽領域23のY方向幅tだけ互いにシフトしたレンズの一部同士を組み合わせることにより、像面A上において光を到達しない部分をなくすことができ、画像の質を高めつつ、画面上に現れる黒い筋を無くすことができる。
【0082】
非球面レンズのパラメータは以下のようにして計算される。図25に示されるように、屈折率1.5で厚さ0.5mmの平行平板ガラスに、屈折率1.6で厚さ0.3mmの片面平面で片面非球面凸形状のレンズが、平面側で密着したレンズ系において、レンズと密着しているガラスの面に対向する面を光源面とする。物体高0、0.124mm(=80*(0.2−0.1997)+0.2/2)に対し、レンズ部品10の出射側主平面と像面Aとの間の距離L1を350mmとし、レンズ部品10の入射側主平面と表示パネル20との間の距離L2を0.52mmとする。この条件の下で最適化することにより、c=3.1[mm-1]、k=−0.76、c4=3.9、c6=−145.5 が得られた。なお、c2およびc2m(m≧4)を0とした。
【0083】
次に、単位レンズに含まれる各部分レンズが非球面レンズである場合の第5実施例における像面A上での光強度分布の計算例を説明する。
【0084】
図26は、第5実施例の計算条件を示す図である。図27は、第5実施例の計算結果を示す図である。第5実施例では、図26に示されるように、単位レンズ形状以外のパラメータについての計算条件は上記の第2実施例の計算条件と同じである。この第5実施例では、単位レンズに含まれる各部分レンズを上記のような非球面レンズ形状とした。
【0085】
第5実施例において、表示パネルの161個の単位画素組に含まれる部分画素22L,22Rの全てを光らせたときの像面A上での光強度分布は、図27に示されるようになる。像面A上において、右目用像IRと左目用像ILとの間に、光が到達しない領域IBがなくなっており、画像を観察したときの黒い筋がなくなる。また、第5実施例では、像面A上の光強度分布はY=0の位置を中心として対称となるので、より自然な画像が得られる。また、第5実施例のレンズ部品は、不連続部分がなくなるので、製造がより容易になる。
【0086】
これまでの実施形態では、立体画像を視認させる場合について主に説明してきた。立体画像を表示する画像表示装置や、視点を非対称に振り分けることを目的としていない画像表示装置では、図28に示されるように、画像表示装置の正面中央で見たときに、左右に均等に各視点の像が形成されていることが好ましい。図28は、本実施形態の画像表示装置の中央での単位レンズと単位画素組との位置関係を示す図である。
【0087】
同図に示されるように、像面A上において、Y方向中央(Y=0)の位置に対して負の方向を右視点とし、正の方向を左視点とすると、表示パネル20において中央の単位画素組21kの中心がY=0に位置する。画素と像とは互いに反転するので、負側に左目用部分画素22Lが配置され、正側に右目用部分画素22Rが配置されている必要がある。これが大きくずれると、両視点の外側の虚像の部分が見えてしまい、また、完全に右目用部分画素と左目用部分画素が入れ替わると、右と左とで像が入れ替わってしまう。したがって、レンズ部品10のY方向について中央付近にある何れかの単位レンズに含まれる2個の部分レンズそれぞれの光軸のY方向での中間位置と、表示パネル20のY方向について中央付近にある何れかの単位画素組の中央位置とが、互いに等しいことが望ましい。
【0088】
図28に示されるような望ましい単位レンズ11と単位画素組21との位置関係にするためには、レンズ部品10と表示パネル20とを組み立てる際に画像を表示させることで位置を確認しながら組み立てることが好ましい。或いは、図29に示されるように、レンズ部品10が位置合わせの為のマーク14を縁に有し、表示パネル20が位置合わせの為のマーク24を縁に有するようにして、レンズ部品10と表示パネル20とを組み立てる際にマーク14とマーク24とを互いに一致させるようにすることが好ましい。
【符号の説明】
【0089】
1,2…画像表示装置、10…レンズ部品、11…単位レンズ、12…部分レンズ、20…表示パネル、21…単位画素組、22…部分画素、23…遮蔽領域。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物体面上の画像を像面上に結像するレンズ部品であって、
各々第1方向に延在し共通の構成を有し、前記第1方向に垂直な第2方向に最小周期PLで並列配置されたK個の単位レンズを備え、
前記K個の単位レンズそれぞれが、前記第2方向の最小周期PL内において区分されるM個の部分レンズを含み、
各単位レンズに含まれる前記M個の部分レンズそれぞれが、前記第1方向および前記第2方向の双方に垂直な第3方向に平行であって互いに異なる光軸を有し、前記物体面上の共通点を前記像面上の互いに異なる位置に結像する、
ことを特徴とするレンズ部品(ただし、K,Mは2以上の整数)。
【請求項2】
各単位レンズに含まれる前記M個の部分レンズそれぞれが、互いに等しい焦点距離を有する、ことを特徴とする請求項1に記載のレンズ部品。
【請求項3】
各単位レンズに含まれる前記M個の部分レンズそれぞれが、前記第2方向の最小周期PL内において占める割合が互いに等しい、ことを特徴とする請求項1に記載のレンズ部品。
【請求項4】
互いに垂直な第1方向および第2方向の双方に平行な面上に複数の単位画素組が2次元配列され、前記複数の単位画素組それぞれが前記第2方向に沿って配列されたN個の部分画素を含む表示パネルと、
前記表示パネルを物体面として該物体面上の画像を像面上に結像し、前記第2方向について前記単位画素組に対応して前記単位レンズが設けられている請求項1〜3の何れか1項に記載のレンズ部品と、
を備えることを特徴とする画像表示装置(ただし、Nは2以上の整数)。
【請求項5】
前記表示パネルの前記複数の単位画素組それぞれにおいて前記第2方向に沿って前記N個の部分画素の相互の間に遮蔽領域が存在し、
前記遮蔽領域の前記第2方向での幅が、前記レンズ部品の各単位レンズに含まれる前記M個の部分レンズそれぞれの光軸の前記第2方向での間隔と等しい、
ことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
【請求項6】
前記表示パネルの前記複数の単位画素組それぞれにおいて、前記第2方向での前記N個の部分画素の各幅と前記遮蔽領域の幅とが互いに等しい、ことを特徴とする請求項5に記載の画像表示装置。
【請求項7】
M値が2であり、
前記レンズ部品の前記K個の単位レンズのうち前記第2方向について中央付近にある何れかの単位レンズに含まれる2個の部分レンズそれぞれの光軸の前記第2方向での中間位置と、前記表示パネルの前記複数の単位画素組のうち前記第2方向について中央付近にある何れかの単位画素組の中央位置とが、互いに等しい、
ことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
【請求項8】
前記レンズ部品および前記表示パネルそれぞれが、両者を組み立てる際の位置合わせの為のマークを有する、ことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
【請求項1】
物体面上の画像を像面上に結像するレンズ部品であって、
各々第1方向に延在し共通の構成を有し、前記第1方向に垂直な第2方向に最小周期PLで並列配置されたK個の単位レンズを備え、
前記K個の単位レンズそれぞれが、前記第2方向の最小周期PL内において区分されるM個の部分レンズを含み、
各単位レンズに含まれる前記M個の部分レンズそれぞれが、前記第1方向および前記第2方向の双方に垂直な第3方向に平行であって互いに異なる光軸を有し、前記物体面上の共通点を前記像面上の互いに異なる位置に結像する、
ことを特徴とするレンズ部品(ただし、K,Mは2以上の整数)。
【請求項2】
各単位レンズに含まれる前記M個の部分レンズそれぞれが、互いに等しい焦点距離を有する、ことを特徴とする請求項1に記載のレンズ部品。
【請求項3】
各単位レンズに含まれる前記M個の部分レンズそれぞれが、前記第2方向の最小周期PL内において占める割合が互いに等しい、ことを特徴とする請求項1に記載のレンズ部品。
【請求項4】
互いに垂直な第1方向および第2方向の双方に平行な面上に複数の単位画素組が2次元配列され、前記複数の単位画素組それぞれが前記第2方向に沿って配列されたN個の部分画素を含む表示パネルと、
前記表示パネルを物体面として該物体面上の画像を像面上に結像し、前記第2方向について前記単位画素組に対応して前記単位レンズが設けられている請求項1〜3の何れか1項に記載のレンズ部品と、
を備えることを特徴とする画像表示装置(ただし、Nは2以上の整数)。
【請求項5】
前記表示パネルの前記複数の単位画素組それぞれにおいて前記第2方向に沿って前記N個の部分画素の相互の間に遮蔽領域が存在し、
前記遮蔽領域の前記第2方向での幅が、前記レンズ部品の各単位レンズに含まれる前記M個の部分レンズそれぞれの光軸の前記第2方向での間隔と等しい、
ことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
【請求項6】
前記表示パネルの前記複数の単位画素組それぞれにおいて、前記第2方向での前記N個の部分画素の各幅と前記遮蔽領域の幅とが互いに等しい、ことを特徴とする請求項5に記載の画像表示装置。
【請求項7】
M値が2であり、
前記レンズ部品の前記K個の単位レンズのうち前記第2方向について中央付近にある何れかの単位レンズに含まれる2個の部分レンズそれぞれの光軸の前記第2方向での中間位置と、前記表示パネルの前記複数の単位画素組のうち前記第2方向について中央付近にある何れかの単位画素組の中央位置とが、互いに等しい、
ことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
【請求項8】
前記レンズ部品および前記表示パネルそれぞれが、両者を組み立てる際の位置合わせの為のマークを有する、ことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
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【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【公開番号】特開2012−13993(P2012−13993A)
【公開日】平成24年1月19日(2012.1.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−151062(P2010−151062)
【出願日】平成22年7月1日(2010.7.1)
【出願人】(000002130)住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】(599109906)住友電工ファインポリマー株式会社 (203)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年1月19日(2012.1.19)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年7月1日(2010.7.1)
【出願人】(000002130)住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】(599109906)住友電工ファインポリマー株式会社 (203)
【Fターム(参考)】
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