立体映像表示装置
【課題】従来のレンチキュラーレンズ方式の立体表示装置は、大型の立体映像表示装置に適用した場合に、ＬＥＤ等の表示部とレンチキュラーレンズとを近接配置することができなかった。
【解決手段】立体映像表示装置１は、複数の表示画素２１を行列に配列し、右眼用映像と左眼用映像とを一列おきに交互に表示する表示部２と、表示部２の表示画素２１の列毎に設けられ、表示画素２１の列数と同数で、正の屈折率を有する複数のレンチキュラーレンズ３１とを有する。レンチキュラーレンズ３１は、表示部２に表示された右眼用映像および左眼用映像の光を、表示画素２１の列毎にコリメートする。さらに、コリメートした光を、右眼用および左眼用の立体視領域に到達するように、表示画素２の列毎に偏向する偏向光学素子３２を備える。偏向光学素子３２は、表示画素２１の列方向に延在し、且つ表示部２の法線に対して傾斜した、表示画素２１の列数と同数の平面を有する。
【解決手段】立体映像表示装置１は、複数の表示画素２１を行列に配列し、右眼用映像と左眼用映像とを一列おきに交互に表示する表示部２と、表示部２の表示画素２１の列毎に設けられ、表示画素２１の列数と同数で、正の屈折率を有する複数のレンチキュラーレンズ３１とを有する。レンチキュラーレンズ３１は、表示部２に表示された右眼用映像および左眼用映像の光を、表示画素２１の列毎にコリメートする。さらに、コリメートした光を、右眼用および左眼用の立体視領域に到達するように、表示画素２の列毎に偏向する偏向光学素子３２を備える。偏向光学素子３２は、表示画素２１の列方向に延在し、且つ表示部２の法線に対して傾斜した、表示画素２１の列数と同数の平面を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裸眼で立体映像を観察することができる大型の立体映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、立体映像表示装置として、アクティブシャッター方式が知られている。アクティブシャッター方式では、表示部に、右眼用映像と左眼用映像とを高速で切り替えて交互に表示し（フィールドシーケンシャル方式）、アクティブシャッターメガネを用いて観察する。アクティブシャッターメガネは、液晶シャッターにより、映像の切り替えと同期して左右の視界を交互に遮蔽し、右眼には右眼用映像が見え、左眼には左眼用映像が見える。しかしながら、このアクティブシャッター方式では、観察者がメガネを着用しなければならないという煩雑さがある。
【０００３】
一方、観察者が裸眼で立体映像を観察できる立体映像表示装置として、レンチキュラー方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。レンチキュラーレンズ方式では、表示部の前面に、多数のシリンドリカルレンズを配列したレンチキュラーレンズを設ける。表示部には、右眼用映像と左眼用映像とを縦のストライプ状に交互に表示し、これらの右眼用映像と左眼用映像をレンチキュラーレンズによって水平方向に分離する。レンチキュラーレンズは、その焦点面に表示部が位置するように配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−４４９９５号公報（第１図、第３図参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のレンチキュラーレンズ方式を、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた大画面表示装置に適用すると、以下の問題がある。
【０００６】
すなわち、ＬＥＤを用いた大画面表示装置では、表示画素（ＬＥＤ）が大きく、配置間隔も広いため、レンチキュラーレンズの曲率半径を大きくする必要がある。そのため、レンチキュラーレンズの焦点距離が長くなり、その焦点面を表示部と一致させるためには、レンチキュラーレンズを表示部から離間した位置に配置しなければならない。その結果、レンチキュラーレンズと表示部とを近接配置することができず、表示装置の薄型化の妨げとなる。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、表示部とレンチキュラーレンズとを近接配置することが可能な立体映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る立体映像表示装置は、行列に配列された複数の表示画素を有し、右眼用映像と左眼用映像とを一列おきに交互に表示する表示部と、表示部の表示画素の列毎に設けられ、正の屈折率を有する、表示画素の列数と同数の複数のレンチキュラーレンズであって、表示部に表示された右眼用映像および左眼用映像の光を、表示画素の列毎にコリメートする複数のレンチキュラーレンズと、複数のレンチキュラーレンズによりコリメートされた光を、右眼用の立体視領域および左眼用の立体視領域に到達するように、表示画素の列毎に偏向する偏向光学素子とを備える。偏向光学素子は、表示部の表示画素の列方向に延在し、且つ表示部の法線に対して傾斜した、表示画素の列数と同数の平面を有している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、立体映像表示装置を大型化した場合であっても、表示部とレンチキュラーレンズとを近接配置することができる。そのため、立体映像表示装置の薄型化に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における大型立体映像表示装置を含む立体映像表示システムの基本構成を示す図である。
【図２】実施の形態１における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部と前面レンズとを示す平面図である。
【図３】実施の形態１における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部の画面中央のＬＥＤと前面レンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図４】実施の形態１における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部の画面端部のＬＥＤと前面レンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図５】比較例の立体映像表示装置の液晶表示部とレンチキュラーレンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図６】比較例の立体映像表示装置のＬＥＤ表示部とレンチキュラーレンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態２における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部と前面レンズとを示す平面図である。
【図８】実施の形態２における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部の画面中央のＬＥＤと前面レンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図９】実施の形態２における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部の画面端部のＬＥＤと前面レンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部と前面レンズとを示す平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における大型立体映像表示装置１（立体映像表示装置）を含む立体映像表示システムの基本構成を示す図である。大型立体映像表示装置１は、表示画素としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用い、例えば３２Ｖ型以上の大画面に映像を表示するものである。大型立体映像表示装置１は、表示部としてのＬＥＤ表示部２と、このＬＥＤ表示部２の前面に配置された前面レンズ３とを有している。
【００１２】
ＬＥＤ表示部２には、映像信号調整機能を有し、映像信号を出力する表示コントローラ（表示制御部）１１が接続されている。表示コントローラ１１には、ラインバイライン変換装置１３が接続されており、このラインバイライン変換装置１３には、３Ｄ映像信号（立体映像信号）を出力可能な３Ｄ対応プレーヤー（再生装置）１２が接続されている。ラインバイライン変換装置１３は、３Ｄ対応プレーヤー１２から出力された３Ｄ映像信号である右眼用映像および左眼用映像を、一列（縦一列）おきに交互にストライプ状に表示されるように変換する。
【００１３】
表示コントローラ１１には、また、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２４も接続されている。ＰＣ２４を用いて、予め、右眼用映像と左眼用映像とが一列おきに交互に並ぶようにコンテンツを作成し、これを表示コントローラ１１に直接入力してもよい。
【００１４】
図１において、ＬＥＤ表示部２の縦方向（上下方向）をＹ方向とし、横方向（左右方向）をＸ方向とする。また、ＬＥＤ表示部２の表示面の法線方向（すなわち、Ｘ方向とＹ方向の両方に直交する方向）をＺ方向とする。
【００１５】
図２は、ＬＥＤ表示部２と前面レンズ３とを示す平面図である。ＬＥＤ表示部２の各表示画素は、ＬＥＤ２１で構成されている。ここでは、ＬＥＤ２１は、１つの素子で赤色，緑色，青色の３色の光を発光可能な、いわゆる３色発光ＬＥＤで構成されている。各ＬＥＤ２１の出射光軸方向は、Ｚ方向である。
【００１６】
ＬＥＤ２１は、Ｘ方向（行）およびＹ方向（列）にいずれも一定の配列ピッチ（配列間隔）ｄで行列に配列されている。ＬＥＤ２１は、表示コントローラ１１の制御により、右眼用の映像（Ｒ）と左眼用の映像（Ｌ）とを一列おきに交互に表示する。
【００１７】
前面レンズ３は、透明な樹脂（例えばアクリル樹脂）またはガラスで形成されている。前面レンズ３のＬＥＤ表示部２側の面には、ＬＥＤ２１の列数と同数のレンチキュラーレンズ３１が形成されている。レンチキュラーレンズ３１は、ＬＥＤ２１側に凸となる半円状断面（ＸＺ断面）を有してＹ方向に延在するシリンドリカルレンズ（レンズ面）を、Ｘ方向に多数配列したものである。各シリンドリカルレンズ面は、ＸＺ面内において、正の屈折力（レンズ効果）を有している。レンチキュラーレンズ３１は、その焦点面にＬＥＤ表示部２の表示画素（ＬＥＤ２１）が位置するように配置されている。
【００１８】
レンチキュラーレンズ３１は、ＬＥＤ表示部２に行列に配列されたＬＥＤ２１の列毎に設けられている。右眼用の映像（Ｒ）を表示するＬＥＤ２１の列に対向するレンズ面３１ａは、当該ＬＥＤ２１から出射された光が入射し、この光をコリメートして平行光とする。左眼用の映像（Ｌ）を表示するＬＥＤ２１の列に対向するレンズ面３１ｂは、当該ＬＥＤ２１から出射された光が入射し、この光をコリメートして平行光とする。
【００１９】
前面レンズ３のレンチキュラーレンズ３１と反対側には、ＬＥＤ２１の列数と同数のプリズム（偏向面）３２が設けられている。プリズム３２は、Ｙ方向に延在する一対のプリズム面（平面）３２ａ，３２ｂを、ＸＺ断面（水平断面）でＶ字をなすように組み合わせ、これをＸ方向に多数配列したものである。プリズム面３２ａは、右眼用映像（Ｒ）を表示するＬＥＤ２１の列に対応し、プリズム面３２ｂは、左眼用映像（Ｌ）を表示するＬＥＤ２１の列に対応している。
【００２０】
プリズム面３２ａは、右眼用映像（Ｒ）を表示するＬＥＤ２１から出射され、レンチキュラーレンズ３１のレンズ面３１ａを通過した平行光を、立体視領域（立体視ゾーン）１５Ｒに到達するように偏向する。また、プリズム面３２ｂは、左眼用映像（Ｌ）を表示するＬＥＤ２１から出射され、レンチキュラーレンズ３１のレンズ面３１ｂを通過した平行光を、立体視領域１５Ｌに到達するように偏向する。
【００２１】
このようにプリズム３２（プリズム面３２ａ，３２ｂ）で偏向された映像光（Ｒ，Ｌ）は、平行光のまま、立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに到達する。観察者が、立体視領域１５Ｒに右眼を入れ、立体視領域１５Ｌに左眼を入れることにより、右眼用映像および左眼用映像を観察することができ、立体映像を認識することができる。なお、図２に示した例では、表示装置１の中心線Ｃ上にいる観察者が、右眼と左眼をそれぞれ立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに入れている。
【００２２】
図３は、ＬＥＤ表示部２の画面中央のＬＥＤ２１と前面レンズ３とを含む光学系を示す平面図である。図３には、右眼用映像（Ｒ）を表示するＬＥＤ２１と、これに対向するレンチキュラーレンズ３１（レンズ面３１ａ）およびプリズム３２（プリズム面３２ａ）が示されている。ＬＥＤ表示部２の画面中央では、ＬＥＤ２１の中心軸と、レンチキュラーレンズ３１の中心軸とが一致している。
【００２３】
ここでは、ＬＥＤ２１の幅（Ｘ方向寸法）をＳで表わし、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離をＥＦＬで表す。
【００２４】
画面中央のＬＥＤ２１の端部２１ａ（すなわちＬＥＤ２１の中心から距離Ｓ／２の位置）から出射された光線Ｂは、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過してプリズム３２で屈折作用を受けて、観察者に向かってＺ方向に進行する。なお、図３では、主点Ｐを通る光線Ｂのみを示すが、ＬＥＤ２１の端部２１ａから出射された光（光線の束）は、光線Ｂを中心とする平行光として観察者に向かって進行する。レンチキュラーレンズ３１に対する光線Ｂの入射角γは、以下の式（１）から求められる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
プリズム３２（プリズム面３２ａ）のＺ方向に対する傾斜角度をαで表わすと、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過した光線Ｂのプリズム３２に対する入射角βは、以下の式（２）から求められる。
【００２７】
【数２】
【００２８】
ここで、前面レンズ３の屈折率をｎで表わすと、屈折の法則から、次の式（３）が成立する。
【００２９】
【数３】
【００３０】
式（１）〜（３）により、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離ＥＦＬと、ＬＥＤ２１の幅Ｓと、前面レンズ３の屈折率ｎとに基づいて、プリズム３２の傾斜角度αを決定することができる。
【００３１】
ＬＥＤ２１の幅Ｓを例えば２ｍｍとし、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離ＥＦＬを６０ｍｍ（ＬＥＤ２１からレンチキュラーレンズ３１までの距離ＦＦＬは５９ｍｍ）とし、前面レンズ３の屈折率ｎを１．６１とすると、プリズム３２の傾斜角度αは、例えば、２．５度である。また、光線Ｂのプリズム３２に対する入射角βは、例えば１．５５度である。
【００３２】
図４は、ＬＥＤ表示部２の画面端部のＬＥＤ２１と前面レンズ３とを含む光学系を示す平面図である。ＬＥＤ表示部２の画面端部では、ＬＥＤ２１の中心軸と、レンチキュラーレンズ３１の中心軸とが、Ｘ方向に所定量（シフト量Ａとする）だけずれている。
【００３３】
画面端部のＬＥＤ２１の端部２１ａから出射された光線Ｂは、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過してプリズム３２で屈折作用を受け、Ｚ方向に対して所定の角度（９０−θ１とする）で進行する。前面レンズ３から観察者までのＺ方向距離をｄＳとし、レンチキュラーレンズ３１の中心軸から観察者の位置までのＸ方向距離をｄＣとすると、上記の角度θ１は、以下の式（４）により求められる。
【００３４】
【数４】
【００３５】
プリズム３２に対する光線Ｂの出射角θ２は、プリズム３２の傾斜角度αと上記の角度θ１とを用いて、以下の式（５）で表わされる。
【００３６】
【数５】
【００３７】
プリズム３２に対する光線Ｂの入射角θ３と出射角θ２との関係は、前面レンズ３の屈折率ｎを用いて、以下の式（６）で表わされる。
【００３８】
【数６】
【００３９】
また、レンチキュラーレンズ３１に対する光線Ｂの入射角θ４は、上述したプリズム３２の傾斜角度αと、プリズム３２に対する光線Ｂの入射角θ３とを用いて、以下の式（７）で表わされる。
【００４０】
【数７】
【００４１】
式（７）で求めた入射角θ４と、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離ＥＦＬとから、画面端部のＬＥＤ２１の中心軸とレンチキュラーレンズ３１の中心軸とのシフト量Ａは、以下の式（８）により決定される。
【００４２】
【数８】
【００４３】
すなわち、画面端部では、ＬＥＤ２１の中心軸に対して、上記の式（８）により求められるシフト量Ａを確保するように、レンチキュラーレンズ３１が配置される。
【００４４】
例えば、前面レンズ３から観察者までのＺ方向距離ｄＳを１５００ｍｍとし、レンチキュラーレンズ３１の中心軸から観察者までのＸ方向距離ｄＣを３００ｍｍとした場合、画面端部のＬＥＤ２１の中心軸に対するレンチキュラーレンズ３１の中心軸のシフト量Ａは、７．４ｍｍとなる。
【００４５】
このように構成されているため、ＬＥＤ表示部２のＬＥＤ２１に表示された右眼用映像（Ｒ）と左眼用映像（Ｌ）は、レンチキュラーレンズ３１によってコリメートされてそれぞれ平行光となり、プリズム３２によって偏向されて立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに到達する。観察者は、立体視領域１５Ｒ，１５Ｌにそれぞれ右眼と左眼を入れて、立体映像を観察することができる。
【００４６】
以上説明したように、この実施の形態１によれば、ＬＥＤ表示部２の各列のＬＥＤ２１に対応してレンチキュラーレンズ３１が設けられており、このレンチキュラーレンズ３１で映像光をコリメートし、プリズム３２によって偏向するため、大型の立体映像表示装置に適用した場合であっても、レンチキュラーレンズ３１をＬＥＤ２１に対して近接配置することができる。そのため、立体映像表示装置１の薄型化に資することができる。
【００４７】
また、レンチキュラーレンズ３１の各シリンドリカルレンズは、一列分のＬＥＤ２１に対応する幅を有していればよいため、レンチキュラーレンズ３１のシリンドリカルレンズの半径を小さくすることができる。そのため、レンチキュラーレンズ３１の製造が容易になる。
【００４８】
比較例．
ここで、実施の形態１に対する比較例について説明する。図５は、比較例の立体映像表示装置の光学系を示す図である。図５に示す立体映像表示装置は、液晶表示部７を有し、その前面にはレンチキュラーレンズ８が配置されている。但し、レンチキュラーレンズ８は、そのシリンドリカルレンズが、液晶表示部７とは反対の側を向くように配置されている。
【００４９】
液晶表示部７は、レンチキュラーレンズ８の焦点面に位置する表示面を有し、右眼用映像（Ｒ）と左眼用映像（Ｌ）とをストライプ状に交互に表示する。レンチキュラーレンズ８の各シリンドリカルレンズは、液晶表示部７の２列分の画素の映像光（Ｒ，Ｌ）が入射し、右眼用の立体視領域１５Ｒと左眼用の立体視領域１５Ｌに導く。
【００５０】
図６は、図５に示した比較例の立体映像表示装置を、ＬＥＤを用いた大型の立体映像表示装置に適用した例を示す。図６に示した大型立体映像表示装置は、液晶表示部７（図５）の代わりに、ＬＥＤ表示部９を有している。
【００５１】
図６に示した大型立体映像表示装置では、ＬＥＤ表示部９の表示画素であるＬＥＤが大きく、間隔も広い。そのため、レンチキュラーレンズ８のシリンドリカルレンズの曲率半径を大きくする必要があり、焦点距離が長くなる。その結果、レンチキュラーレンズ８をＬＥＤ表示部９から離れた位置に配置しなければならず、レンチキュラーレンズ８とＬＥＤ表示部９とを近接配置することが困難になる。
【００５２】
これに対し、上述した実施の形態１（図１〜４）では、ＬＥＤ表示部２の各列のＬＥＤ２１に対応してレンチキュラーレンズ３１が設けられており、このレンチキュラーレンズ３１により映像光（Ｒ，Ｌ）をコリメートし、プリズム３２により偏向して立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに導いている。そのため、レンチキュラーレンズ３１をＬＥＤ２１に対して近接配置しても、ＬＥＤ２１からの映像光（Ｒ，Ｌ）を立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに導いて立体視を実現することができる。さらに、レンチキュラーレンズ３１をＬＥＤ２１に対して近接配置することにより、ＬＥＤ２１とレンチキュラーレンズ３１との間の空間での光の拡散を最小限に抑えることができ、その結果、コントラストの高い映像表示が可能となる。
【００５３】
また、図６に示したようにレンチキュラーレンズ３１を大型化する必要がないため、レンチキュラーレンズ３１の製造が容易になり、製造コストを低減することができる。
【００５４】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２における大型立体映像表示装置について説明する。実施の形態２における大型立体映像表示装置および立体映像表示システムの全体構成は、実施の形態１で説明したとおりである。
【００５５】
図７は、実施の形態２における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部５と前面レンズ３とを含む光学系を示す平面図である。ＬＥＤ表示部５は、表示画素としてＬＥＤ５１を有している。ＬＥＤ５１は、Ｘ方向およびＹ方向にいずれも一定の配列ピッチｄで行列に配列されている。ＬＥＤ５１は、実施の形態１で説明したＬＥＤ２１と同様に構成されているが、大きさがＬＥＤ２１よりも小さい。
【００５６】
この実施の形態２では、ＬＥＤ５１は、それぞれが隔壁５２によって分離されている。隔壁５２は、例えば、Ｘ方向およびＹ方向に碁盤の目状に形成されている。隔壁５２は、その表面に、ＬＥＤ５１からの光を反射する反射面（ミラー面）を有している。
【００５７】
隔壁５２には、ＬＥＤ５１と対向するように、拡散部材としての拡散シート５３が取り付けられている。拡散シート５３は、ＬＥＤ５１からの光を拡散して出射するものであり、例えばすり板ガラス（ガラスに限らず、樹脂であってもよい）で形成されている。
【００５８】
前面レンズ３は、実施の形態１で説明した構成を有している。但し、レンチキュラーレンズ３１の焦点面には、拡散シート５３の表面が位置している（すなわち、レンチキュラーレンズ３１は、拡散シート５３から距離ＦＦＬの位置にある）。
【００５９】
レンチキュラーレンズ３１は、ＬＥＤ５１から出射されて拡散シート５３で拡散された光をコリメートして平行光とする。コリメートされた平行光は、プリズム３２により、立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに到達するように偏向される。観察者が、立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに右眼と左眼を入れることにより、立体映像を観察することができる。他の構成は、実施の形態１で説明したとおりである。
【００６０】
図８は、ＬＥＤ表示部５の画面中央のＬＥＤ５１と前面レンズ３を含む光学系を示す平面図である。図８には、右眼用の映像（Ｒ）を表示するＬＥＤ５１と、これに対応するレンチキュラーレンズ３１（レンズ面３１ａ）およびプリズム３２（プリズム面３２ａ）が示されている。
【００６１】
ここでは、拡散シート５３の幅をＳで表し、レンチキュラーレンズ３１の焦点（拡散シート５３の表面）から主点Ｐまでの距離をＥＦＬで表す。画面中央の拡散シート５３の端部５３ａから出射された光線Ｂは、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過してプリズム３２で屈折作用を受けて、観察者に向かってＺ方向に進行する。レンチキュラーレンズ３１に対する光線Ｂの入射角γは、以下の式（９）から求められる。
【００６２】
【数９】
【００６３】
プリズム３２の傾斜角度をαで表わすと、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過した光線Ｂのプリズム３２に対する入射角βは、以下の式（１０）から求められる。
【数１０】
【００６４】
ここで、前面レンズ３の屈折率をｎで表わすと、屈折の法則から、次の式（１１）が成立する。
【００６５】
【数１１】
【００６６】
式（９）〜（１１）により、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離ＥＦＬと、拡散シート５３の幅Ｓと、前面レンズ３の屈折率ｎとに基づいて、プリズム３２の傾斜角度αを決定することができる。
【００６７】
図９は、ＬＥＤ表示部５の画面端部のＬＥＤ５１と前面レンズ３とを含む光学系を示す平面図である。画面端部では、ＬＥＤ５１の中心軸と、レンチキュラーレンズ３１の中心軸とが、Ｘ方向に所定量（シフト量Ａ）だけずれている。
【００６８】
画面端部の拡散シート５３の端部５３ａから出射された光線Ｂは、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過してプリズム３２で屈折作用を受け、Ｚ方向に対して所定の角度（９０−θ１とする）で進行する。前面レンズ３から観察者までのＺ方向距離をｄＳとし、レンチキュラーレンズ３１の中心軸から観察者までのＸ方向距離をｄＣとすると、上記の角度θ１は、以下の式（１２）により求められる。
【００６９】
【数１２】
【００７０】
プリズム３２に対する光線Ｂの出射角θ２は、プリズム３２の傾斜角度αと上記の角度θ１とを用いて、以下の式（１３）で表わされる。
【００７１】
【数１３】
【００７２】
プリズム３２に対する光線Ｂの入射角θ３と出射角θ２との関係は、前面レンズ３の屈折率ｎを用いて、以下の式（１４）で表わされる。
【００７３】
【数１４】
【００７４】
また、レンチキュラーレンズ３１に対する光線Ｂの入射角θ４は、上述したプリズム３２の傾斜角度αと、プリズム３２に対する光線Ｂの入射角θ３とを用いて、以下の式（１５）で表わされる。
【００７５】
【数１５】
【００７６】
式（１５）で求めた入射角θ４と、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離ＥＦＬとから、画面端部のＬＥＤ５１の中心軸とレンチキュラーレンズ３１の中心軸とのシフト量Ａは、以下の式（１６）により決定される。
【００７７】
【数１６】
【００７８】
すなわち、画面端部では、ＬＥＤ５１の中心軸に対して、上記の式（１６）により求められるシフト量Ａを確保するように、レンチキュラーレンズ３１が配置される。
【００７９】
このように構成されているため、ＬＥＤ表示部５のＬＥＤ５１に表示された右眼用映像（Ｒ）と左眼用映像（Ｌ）は、拡散シート５３で拡散され、レンチキュラーレンズ３１によってコリメートされて平行光となり、プリズム３２によって偏向されて立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに到達する。観察者は、立体視領域１５Ｒ，１５Ｌにそれぞれ右眼と左眼を入れて、立体映像を認識することができる。
【００８０】
実施の形態２によれば、実施の形態１で説明した各効果に加えて、ＬＥＤ５１の出射側に拡散シート５３を設けることにより、比較的小さなＬＥＤを用いても大きな発光面積を確保することができ、光の利用効率（開口率）を高めることができる。
【００８１】
加えて、ＬＥＤ５１を囲む隔壁５２の内面が、ＬＥＤ５１からの光を反射することにより、光の利用効率をさらに高めることができる。
【００８２】
なお、この実施の形態２では、ＬＥＤ５１を囲むように隔壁５２を設け、ＬＥＤ５１の前方（出射側）に拡散シート５３を設けているが、隔壁５２のみ、あるいは拡散シート５３のみを設けた構成も可能である。
【００８３】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３における大型立体映像表示装置について説明する。実施の形態３における大型立体映像表示装置および立体映像表示システムの全体構成は、実施の形態１で説明したとおりである。
【００８４】
図１０（Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態３におけるＬＥＤ表示部６と前面レンズ３とを含む光学系を示す平面図および側面図である。実施の形態３のＬＥＤ表示部６は、実施の形態２のＬＥＤ表示部５（図７〜９）とほぼ同様に構成されているが、各ＬＥＤ５１に対応する拡散シート５３の出射側（前面レンズ３側）で且つ上方に、上方からの光（例えば日光等の外部光）が拡散シート５３に直接入射しないようにするための遮光部材としての遮光板（サンバイザー）６１が設けられている。他の構成は、実施の形態１および２で説明したとおりである。
【００８５】
実施の形態３によれば、実施の形態１および２で説明した各効果に加えて、各ＬＥＤ５１に対応する拡散シート５３の上側に、遮光板６１を設けたことにより、例えば大型立体表示装置を屋外に設置した場合であっても、日光によるコントラストの低下を防止することができる。
【００８６】
なお、実施の形態３の遮光板６１は、実施の形態１のＬＥＤ表示部２に取り付けてもよく、この場合にも、日光によるコントラストの低下を防止する効果が得られる。
【００８７】
上記の実施の形態１〜３では、映像を表示する表示装置として、ＬＥＤ表示部２，５，６を用いたが、右眼用映像と左眼用映像とを一列ずつ交互に表示できるものであれば、他の表示部、例えば、液晶表示部、あるいは有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示部などを用いてもよい。
【００８８】
また、上記の実施の形態１〜３では、前面レンズ３にレンチキュラーレンズ３１とプリズム３２とを設けたが、表示部に表示された右眼用映像および左眼用映像の光を、正の屈折力を有する複数のレンズによって表示画素の列毎にコリメートし、コリメートした光を表示画素の列毎に（各立体視領域に到達するように）偏向する構成であればよい。
【００８９】
本発明は、例えば、３Ｄテレビジョン装置などの立体映像表示装置（より好ましくは、表示画素としてＬＥＤを用いた大型の立体映像表示装置）に適用される。
【符号の説明】
【００９０】
１ 大型立体映像表示装置（立体映像表示装置）、 １１ 表示コントローラ、 １２ ３Ｄ対応プレーヤー、 １３ ラインバイライン変換装置、 １４ ＰＣ、 １５Ｒ，１５Ｌ 立体視領域、 ２，５，６ ＬＥＤ表示部（表示部）、 ２１，５１ ＬＥＤ（表示画素）、 ３ 前面レンズ、 ３１，３１ａ，３１ｂ レンチキュラーレンズ（レンズ）、 ３２ プリズム（偏向光学素子）、 ３２ａ，３２ｂ プリズム面（平面、偏向面）、 ５２ 隔壁、 ５３ 拡散シート（拡散部材）、 ６１ 遮光板（遮光部材）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裸眼で立体映像を観察することができる大型の立体映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、立体映像表示装置として、アクティブシャッター方式が知られている。アクティブシャッター方式では、表示部に、右眼用映像と左眼用映像とを高速で切り替えて交互に表示し（フィールドシーケンシャル方式）、アクティブシャッターメガネを用いて観察する。アクティブシャッターメガネは、液晶シャッターにより、映像の切り替えと同期して左右の視界を交互に遮蔽し、右眼には右眼用映像が見え、左眼には左眼用映像が見える。しかしながら、このアクティブシャッター方式では、観察者がメガネを着用しなければならないという煩雑さがある。
【０００３】
一方、観察者が裸眼で立体映像を観察できる立体映像表示装置として、レンチキュラー方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。レンチキュラーレンズ方式では、表示部の前面に、多数のシリンドリカルレンズを配列したレンチキュラーレンズを設ける。表示部には、右眼用映像と左眼用映像とを縦のストライプ状に交互に表示し、これらの右眼用映像と左眼用映像をレンチキュラーレンズによって水平方向に分離する。レンチキュラーレンズは、その焦点面に表示部が位置するように配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−４４９９５号公報（第１図、第３図参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のレンチキュラーレンズ方式を、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた大画面表示装置に適用すると、以下の問題がある。
【０００６】
すなわち、ＬＥＤを用いた大画面表示装置では、表示画素（ＬＥＤ）が大きく、配置間隔も広いため、レンチキュラーレンズの曲率半径を大きくする必要がある。そのため、レンチキュラーレンズの焦点距離が長くなり、その焦点面を表示部と一致させるためには、レンチキュラーレンズを表示部から離間した位置に配置しなければならない。その結果、レンチキュラーレンズと表示部とを近接配置することができず、表示装置の薄型化の妨げとなる。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、表示部とレンチキュラーレンズとを近接配置することが可能な立体映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る立体映像表示装置は、行列に配列された複数の表示画素を有し、右眼用映像と左眼用映像とを一列おきに交互に表示する表示部と、表示部の表示画素の列毎に設けられ、正の屈折率を有する、表示画素の列数と同数の複数のレンチキュラーレンズであって、表示部に表示された右眼用映像および左眼用映像の光を、表示画素の列毎にコリメートする複数のレンチキュラーレンズと、複数のレンチキュラーレンズによりコリメートされた光を、右眼用の立体視領域および左眼用の立体視領域に到達するように、表示画素の列毎に偏向する偏向光学素子とを備える。偏向光学素子は、表示部の表示画素の列方向に延在し、且つ表示部の法線に対して傾斜した、表示画素の列数と同数の平面を有している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、立体映像表示装置を大型化した場合であっても、表示部とレンチキュラーレンズとを近接配置することができる。そのため、立体映像表示装置の薄型化に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における大型立体映像表示装置を含む立体映像表示システムの基本構成を示す図である。
【図２】実施の形態１における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部と前面レンズとを示す平面図である。
【図３】実施の形態１における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部の画面中央のＬＥＤと前面レンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図４】実施の形態１における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部の画面端部のＬＥＤと前面レンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図５】比較例の立体映像表示装置の液晶表示部とレンチキュラーレンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図６】比較例の立体映像表示装置のＬＥＤ表示部とレンチキュラーレンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態２における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部と前面レンズとを示す平面図である。
【図８】実施の形態２における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部の画面中央のＬＥＤと前面レンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図９】実施の形態２における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部の画面端部のＬＥＤと前面レンズとを含む光学系を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部と前面レンズとを示す平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における大型立体映像表示装置１（立体映像表示装置）を含む立体映像表示システムの基本構成を示す図である。大型立体映像表示装置１は、表示画素としてＬＥＤ（発光ダイオード）を用い、例えば３２Ｖ型以上の大画面に映像を表示するものである。大型立体映像表示装置１は、表示部としてのＬＥＤ表示部２と、このＬＥＤ表示部２の前面に配置された前面レンズ３とを有している。
【００１２】
ＬＥＤ表示部２には、映像信号調整機能を有し、映像信号を出力する表示コントローラ（表示制御部）１１が接続されている。表示コントローラ１１には、ラインバイライン変換装置１３が接続されており、このラインバイライン変換装置１３には、３Ｄ映像信号（立体映像信号）を出力可能な３Ｄ対応プレーヤー（再生装置）１２が接続されている。ラインバイライン変換装置１３は、３Ｄ対応プレーヤー１２から出力された３Ｄ映像信号である右眼用映像および左眼用映像を、一列（縦一列）おきに交互にストライプ状に表示されるように変換する。
【００１３】
表示コントローラ１１には、また、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）２４も接続されている。ＰＣ２４を用いて、予め、右眼用映像と左眼用映像とが一列おきに交互に並ぶようにコンテンツを作成し、これを表示コントローラ１１に直接入力してもよい。
【００１４】
図１において、ＬＥＤ表示部２の縦方向（上下方向）をＹ方向とし、横方向（左右方向）をＸ方向とする。また、ＬＥＤ表示部２の表示面の法線方向（すなわち、Ｘ方向とＹ方向の両方に直交する方向）をＺ方向とする。
【００１５】
図２は、ＬＥＤ表示部２と前面レンズ３とを示す平面図である。ＬＥＤ表示部２の各表示画素は、ＬＥＤ２１で構成されている。ここでは、ＬＥＤ２１は、１つの素子で赤色，緑色，青色の３色の光を発光可能な、いわゆる３色発光ＬＥＤで構成されている。各ＬＥＤ２１の出射光軸方向は、Ｚ方向である。
【００１６】
ＬＥＤ２１は、Ｘ方向（行）およびＹ方向（列）にいずれも一定の配列ピッチ（配列間隔）ｄで行列に配列されている。ＬＥＤ２１は、表示コントローラ１１の制御により、右眼用の映像（Ｒ）と左眼用の映像（Ｌ）とを一列おきに交互に表示する。
【００１７】
前面レンズ３は、透明な樹脂（例えばアクリル樹脂）またはガラスで形成されている。前面レンズ３のＬＥＤ表示部２側の面には、ＬＥＤ２１の列数と同数のレンチキュラーレンズ３１が形成されている。レンチキュラーレンズ３１は、ＬＥＤ２１側に凸となる半円状断面（ＸＺ断面）を有してＹ方向に延在するシリンドリカルレンズ（レンズ面）を、Ｘ方向に多数配列したものである。各シリンドリカルレンズ面は、ＸＺ面内において、正の屈折力（レンズ効果）を有している。レンチキュラーレンズ３１は、その焦点面にＬＥＤ表示部２の表示画素（ＬＥＤ２１）が位置するように配置されている。
【００１８】
レンチキュラーレンズ３１は、ＬＥＤ表示部２に行列に配列されたＬＥＤ２１の列毎に設けられている。右眼用の映像（Ｒ）を表示するＬＥＤ２１の列に対向するレンズ面３１ａは、当該ＬＥＤ２１から出射された光が入射し、この光をコリメートして平行光とする。左眼用の映像（Ｌ）を表示するＬＥＤ２１の列に対向するレンズ面３１ｂは、当該ＬＥＤ２１から出射された光が入射し、この光をコリメートして平行光とする。
【００１９】
前面レンズ３のレンチキュラーレンズ３１と反対側には、ＬＥＤ２１の列数と同数のプリズム（偏向面）３２が設けられている。プリズム３２は、Ｙ方向に延在する一対のプリズム面（平面）３２ａ，３２ｂを、ＸＺ断面（水平断面）でＶ字をなすように組み合わせ、これをＸ方向に多数配列したものである。プリズム面３２ａは、右眼用映像（Ｒ）を表示するＬＥＤ２１の列に対応し、プリズム面３２ｂは、左眼用映像（Ｌ）を表示するＬＥＤ２１の列に対応している。
【００２０】
プリズム面３２ａは、右眼用映像（Ｒ）を表示するＬＥＤ２１から出射され、レンチキュラーレンズ３１のレンズ面３１ａを通過した平行光を、立体視領域（立体視ゾーン）１５Ｒに到達するように偏向する。また、プリズム面３２ｂは、左眼用映像（Ｌ）を表示するＬＥＤ２１から出射され、レンチキュラーレンズ３１のレンズ面３１ｂを通過した平行光を、立体視領域１５Ｌに到達するように偏向する。
【００２１】
このようにプリズム３２（プリズム面３２ａ，３２ｂ）で偏向された映像光（Ｒ，Ｌ）は、平行光のまま、立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに到達する。観察者が、立体視領域１５Ｒに右眼を入れ、立体視領域１５Ｌに左眼を入れることにより、右眼用映像および左眼用映像を観察することができ、立体映像を認識することができる。なお、図２に示した例では、表示装置１の中心線Ｃ上にいる観察者が、右眼と左眼をそれぞれ立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに入れている。
【００２２】
図３は、ＬＥＤ表示部２の画面中央のＬＥＤ２１と前面レンズ３とを含む光学系を示す平面図である。図３には、右眼用映像（Ｒ）を表示するＬＥＤ２１と、これに対向するレンチキュラーレンズ３１（レンズ面３１ａ）およびプリズム３２（プリズム面３２ａ）が示されている。ＬＥＤ表示部２の画面中央では、ＬＥＤ２１の中心軸と、レンチキュラーレンズ３１の中心軸とが一致している。
【００２３】
ここでは、ＬＥＤ２１の幅（Ｘ方向寸法）をＳで表わし、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離をＥＦＬで表す。
【００２４】
画面中央のＬＥＤ２１の端部２１ａ（すなわちＬＥＤ２１の中心から距離Ｓ／２の位置）から出射された光線Ｂは、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過してプリズム３２で屈折作用を受けて、観察者に向かってＺ方向に進行する。なお、図３では、主点Ｐを通る光線Ｂのみを示すが、ＬＥＤ２１の端部２１ａから出射された光（光線の束）は、光線Ｂを中心とする平行光として観察者に向かって進行する。レンチキュラーレンズ３１に対する光線Ｂの入射角γは、以下の式（１）から求められる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
プリズム３２（プリズム面３２ａ）のＺ方向に対する傾斜角度をαで表わすと、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過した光線Ｂのプリズム３２に対する入射角βは、以下の式（２）から求められる。
【００２７】
【数２】
【００２８】
ここで、前面レンズ３の屈折率をｎで表わすと、屈折の法則から、次の式（３）が成立する。
【００２９】
【数３】
【００３０】
式（１）〜（３）により、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離ＥＦＬと、ＬＥＤ２１の幅Ｓと、前面レンズ３の屈折率ｎとに基づいて、プリズム３２の傾斜角度αを決定することができる。
【００３１】
ＬＥＤ２１の幅Ｓを例えば２ｍｍとし、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離ＥＦＬを６０ｍｍ（ＬＥＤ２１からレンチキュラーレンズ３１までの距離ＦＦＬは５９ｍｍ）とし、前面レンズ３の屈折率ｎを１．６１とすると、プリズム３２の傾斜角度αは、例えば、２．５度である。また、光線Ｂのプリズム３２に対する入射角βは、例えば１．５５度である。
【００３２】
図４は、ＬＥＤ表示部２の画面端部のＬＥＤ２１と前面レンズ３とを含む光学系を示す平面図である。ＬＥＤ表示部２の画面端部では、ＬＥＤ２１の中心軸と、レンチキュラーレンズ３１の中心軸とが、Ｘ方向に所定量（シフト量Ａとする）だけずれている。
【００３３】
画面端部のＬＥＤ２１の端部２１ａから出射された光線Ｂは、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過してプリズム３２で屈折作用を受け、Ｚ方向に対して所定の角度（９０−θ１とする）で進行する。前面レンズ３から観察者までのＺ方向距離をｄＳとし、レンチキュラーレンズ３１の中心軸から観察者の位置までのＸ方向距離をｄＣとすると、上記の角度θ１は、以下の式（４）により求められる。
【００３４】
【数４】
【００３５】
プリズム３２に対する光線Ｂの出射角θ２は、プリズム３２の傾斜角度αと上記の角度θ１とを用いて、以下の式（５）で表わされる。
【００３６】
【数５】
【００３７】
プリズム３２に対する光線Ｂの入射角θ３と出射角θ２との関係は、前面レンズ３の屈折率ｎを用いて、以下の式（６）で表わされる。
【００３８】
【数６】
【００３９】
また、レンチキュラーレンズ３１に対する光線Ｂの入射角θ４は、上述したプリズム３２の傾斜角度αと、プリズム３２に対する光線Ｂの入射角θ３とを用いて、以下の式（７）で表わされる。
【００４０】
【数７】
【００４１】
式（７）で求めた入射角θ４と、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離ＥＦＬとから、画面端部のＬＥＤ２１の中心軸とレンチキュラーレンズ３１の中心軸とのシフト量Ａは、以下の式（８）により決定される。
【００４２】
【数８】
【００４３】
すなわち、画面端部では、ＬＥＤ２１の中心軸に対して、上記の式（８）により求められるシフト量Ａを確保するように、レンチキュラーレンズ３１が配置される。
【００４４】
例えば、前面レンズ３から観察者までのＺ方向距離ｄＳを１５００ｍｍとし、レンチキュラーレンズ３１の中心軸から観察者までのＸ方向距離ｄＣを３００ｍｍとした場合、画面端部のＬＥＤ２１の中心軸に対するレンチキュラーレンズ３１の中心軸のシフト量Ａは、７．４ｍｍとなる。
【００４５】
このように構成されているため、ＬＥＤ表示部２のＬＥＤ２１に表示された右眼用映像（Ｒ）と左眼用映像（Ｌ）は、レンチキュラーレンズ３１によってコリメートされてそれぞれ平行光となり、プリズム３２によって偏向されて立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに到達する。観察者は、立体視領域１５Ｒ，１５Ｌにそれぞれ右眼と左眼を入れて、立体映像を観察することができる。
【００４６】
以上説明したように、この実施の形態１によれば、ＬＥＤ表示部２の各列のＬＥＤ２１に対応してレンチキュラーレンズ３１が設けられており、このレンチキュラーレンズ３１で映像光をコリメートし、プリズム３２によって偏向するため、大型の立体映像表示装置に適用した場合であっても、レンチキュラーレンズ３１をＬＥＤ２１に対して近接配置することができる。そのため、立体映像表示装置１の薄型化に資することができる。
【００４７】
また、レンチキュラーレンズ３１の各シリンドリカルレンズは、一列分のＬＥＤ２１に対応する幅を有していればよいため、レンチキュラーレンズ３１のシリンドリカルレンズの半径を小さくすることができる。そのため、レンチキュラーレンズ３１の製造が容易になる。
【００４８】
比較例．
ここで、実施の形態１に対する比較例について説明する。図５は、比較例の立体映像表示装置の光学系を示す図である。図５に示す立体映像表示装置は、液晶表示部７を有し、その前面にはレンチキュラーレンズ８が配置されている。但し、レンチキュラーレンズ８は、そのシリンドリカルレンズが、液晶表示部７とは反対の側を向くように配置されている。
【００４９】
液晶表示部７は、レンチキュラーレンズ８の焦点面に位置する表示面を有し、右眼用映像（Ｒ）と左眼用映像（Ｌ）とをストライプ状に交互に表示する。レンチキュラーレンズ８の各シリンドリカルレンズは、液晶表示部７の２列分の画素の映像光（Ｒ，Ｌ）が入射し、右眼用の立体視領域１５Ｒと左眼用の立体視領域１５Ｌに導く。
【００５０】
図６は、図５に示した比較例の立体映像表示装置を、ＬＥＤを用いた大型の立体映像表示装置に適用した例を示す。図６に示した大型立体映像表示装置は、液晶表示部７（図５）の代わりに、ＬＥＤ表示部９を有している。
【００５１】
図６に示した大型立体映像表示装置では、ＬＥＤ表示部９の表示画素であるＬＥＤが大きく、間隔も広い。そのため、レンチキュラーレンズ８のシリンドリカルレンズの曲率半径を大きくする必要があり、焦点距離が長くなる。その結果、レンチキュラーレンズ８をＬＥＤ表示部９から離れた位置に配置しなければならず、レンチキュラーレンズ８とＬＥＤ表示部９とを近接配置することが困難になる。
【００５２】
これに対し、上述した実施の形態１（図１〜４）では、ＬＥＤ表示部２の各列のＬＥＤ２１に対応してレンチキュラーレンズ３１が設けられており、このレンチキュラーレンズ３１により映像光（Ｒ，Ｌ）をコリメートし、プリズム３２により偏向して立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに導いている。そのため、レンチキュラーレンズ３１をＬＥＤ２１に対して近接配置しても、ＬＥＤ２１からの映像光（Ｒ，Ｌ）を立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに導いて立体視を実現することができる。さらに、レンチキュラーレンズ３１をＬＥＤ２１に対して近接配置することにより、ＬＥＤ２１とレンチキュラーレンズ３１との間の空間での光の拡散を最小限に抑えることができ、その結果、コントラストの高い映像表示が可能となる。
【００５３】
また、図６に示したようにレンチキュラーレンズ３１を大型化する必要がないため、レンチキュラーレンズ３１の製造が容易になり、製造コストを低減することができる。
【００５４】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２における大型立体映像表示装置について説明する。実施の形態２における大型立体映像表示装置および立体映像表示システムの全体構成は、実施の形態１で説明したとおりである。
【００５５】
図７は、実施の形態２における大型立体映像表示装置のＬＥＤ表示部５と前面レンズ３とを含む光学系を示す平面図である。ＬＥＤ表示部５は、表示画素としてＬＥＤ５１を有している。ＬＥＤ５１は、Ｘ方向およびＹ方向にいずれも一定の配列ピッチｄで行列に配列されている。ＬＥＤ５１は、実施の形態１で説明したＬＥＤ２１と同様に構成されているが、大きさがＬＥＤ２１よりも小さい。
【００５６】
この実施の形態２では、ＬＥＤ５１は、それぞれが隔壁５２によって分離されている。隔壁５２は、例えば、Ｘ方向およびＹ方向に碁盤の目状に形成されている。隔壁５２は、その表面に、ＬＥＤ５１からの光を反射する反射面（ミラー面）を有している。
【００５７】
隔壁５２には、ＬＥＤ５１と対向するように、拡散部材としての拡散シート５３が取り付けられている。拡散シート５３は、ＬＥＤ５１からの光を拡散して出射するものであり、例えばすり板ガラス（ガラスに限らず、樹脂であってもよい）で形成されている。
【００５８】
前面レンズ３は、実施の形態１で説明した構成を有している。但し、レンチキュラーレンズ３１の焦点面には、拡散シート５３の表面が位置している（すなわち、レンチキュラーレンズ３１は、拡散シート５３から距離ＦＦＬの位置にある）。
【００５９】
レンチキュラーレンズ３１は、ＬＥＤ５１から出射されて拡散シート５３で拡散された光をコリメートして平行光とする。コリメートされた平行光は、プリズム３２により、立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに到達するように偏向される。観察者が、立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに右眼と左眼を入れることにより、立体映像を観察することができる。他の構成は、実施の形態１で説明したとおりである。
【００６０】
図８は、ＬＥＤ表示部５の画面中央のＬＥＤ５１と前面レンズ３を含む光学系を示す平面図である。図８には、右眼用の映像（Ｒ）を表示するＬＥＤ５１と、これに対応するレンチキュラーレンズ３１（レンズ面３１ａ）およびプリズム３２（プリズム面３２ａ）が示されている。
【００６１】
ここでは、拡散シート５３の幅をＳで表し、レンチキュラーレンズ３１の焦点（拡散シート５３の表面）から主点Ｐまでの距離をＥＦＬで表す。画面中央の拡散シート５３の端部５３ａから出射された光線Ｂは、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過してプリズム３２で屈折作用を受けて、観察者に向かってＺ方向に進行する。レンチキュラーレンズ３１に対する光線Ｂの入射角γは、以下の式（９）から求められる。
【００６２】
【数９】
【００６３】
プリズム３２の傾斜角度をαで表わすと、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過した光線Ｂのプリズム３２に対する入射角βは、以下の式（１０）から求められる。
【数１０】
【００６４】
ここで、前面レンズ３の屈折率をｎで表わすと、屈折の法則から、次の式（１１）が成立する。
【００６５】
【数１１】
【００６６】
式（９）〜（１１）により、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離ＥＦＬと、拡散シート５３の幅Ｓと、前面レンズ３の屈折率ｎとに基づいて、プリズム３２の傾斜角度αを決定することができる。
【００６７】
図９は、ＬＥＤ表示部５の画面端部のＬＥＤ５１と前面レンズ３とを含む光学系を示す平面図である。画面端部では、ＬＥＤ５１の中心軸と、レンチキュラーレンズ３１の中心軸とが、Ｘ方向に所定量（シフト量Ａ）だけずれている。
【００６８】
画面端部の拡散シート５３の端部５３ａから出射された光線Ｂは、レンチキュラーレンズ３１の主点Ｐを通過してプリズム３２で屈折作用を受け、Ｚ方向に対して所定の角度（９０−θ１とする）で進行する。前面レンズ３から観察者までのＺ方向距離をｄＳとし、レンチキュラーレンズ３１の中心軸から観察者までのＸ方向距離をｄＣとすると、上記の角度θ１は、以下の式（１２）により求められる。
【００６９】
【数１２】
【００７０】
プリズム３２に対する光線Ｂの出射角θ２は、プリズム３２の傾斜角度αと上記の角度θ１とを用いて、以下の式（１３）で表わされる。
【００７１】
【数１３】
【００７２】
プリズム３２に対する光線Ｂの入射角θ３と出射角θ２との関係は、前面レンズ３の屈折率ｎを用いて、以下の式（１４）で表わされる。
【００７３】
【数１４】
【００７４】
また、レンチキュラーレンズ３１に対する光線Ｂの入射角θ４は、上述したプリズム３２の傾斜角度αと、プリズム３２に対する光線Ｂの入射角θ３とを用いて、以下の式（１５）で表わされる。
【００７５】
【数１５】
【００７６】
式（１５）で求めた入射角θ４と、レンチキュラーレンズ３１の焦点から主点Ｐまでの距離ＥＦＬとから、画面端部のＬＥＤ５１の中心軸とレンチキュラーレンズ３１の中心軸とのシフト量Ａは、以下の式（１６）により決定される。
【００７７】
【数１６】
【００７８】
すなわち、画面端部では、ＬＥＤ５１の中心軸に対して、上記の式（１６）により求められるシフト量Ａを確保するように、レンチキュラーレンズ３１が配置される。
【００７９】
このように構成されているため、ＬＥＤ表示部５のＬＥＤ５１に表示された右眼用映像（Ｒ）と左眼用映像（Ｌ）は、拡散シート５３で拡散され、レンチキュラーレンズ３１によってコリメートされて平行光となり、プリズム３２によって偏向されて立体視領域１５Ｒ，１５Ｌに到達する。観察者は、立体視領域１５Ｒ，１５Ｌにそれぞれ右眼と左眼を入れて、立体映像を認識することができる。
【００８０】
実施の形態２によれば、実施の形態１で説明した各効果に加えて、ＬＥＤ５１の出射側に拡散シート５３を設けることにより、比較的小さなＬＥＤを用いても大きな発光面積を確保することができ、光の利用効率（開口率）を高めることができる。
【００８１】
加えて、ＬＥＤ５１を囲む隔壁５２の内面が、ＬＥＤ５１からの光を反射することにより、光の利用効率をさらに高めることができる。
【００８２】
なお、この実施の形態２では、ＬＥＤ５１を囲むように隔壁５２を設け、ＬＥＤ５１の前方（出射側）に拡散シート５３を設けているが、隔壁５２のみ、あるいは拡散シート５３のみを設けた構成も可能である。
【００８３】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３における大型立体映像表示装置について説明する。実施の形態３における大型立体映像表示装置および立体映像表示システムの全体構成は、実施の形態１で説明したとおりである。
【００８４】
図１０（Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態３におけるＬＥＤ表示部６と前面レンズ３とを含む光学系を示す平面図および側面図である。実施の形態３のＬＥＤ表示部６は、実施の形態２のＬＥＤ表示部５（図７〜９）とほぼ同様に構成されているが、各ＬＥＤ５１に対応する拡散シート５３の出射側（前面レンズ３側）で且つ上方に、上方からの光（例えば日光等の外部光）が拡散シート５３に直接入射しないようにするための遮光部材としての遮光板（サンバイザー）６１が設けられている。他の構成は、実施の形態１および２で説明したとおりである。
【００８５】
実施の形態３によれば、実施の形態１および２で説明した各効果に加えて、各ＬＥＤ５１に対応する拡散シート５３の上側に、遮光板６１を設けたことにより、例えば大型立体表示装置を屋外に設置した場合であっても、日光によるコントラストの低下を防止することができる。
【００８６】
なお、実施の形態３の遮光板６１は、実施の形態１のＬＥＤ表示部２に取り付けてもよく、この場合にも、日光によるコントラストの低下を防止する効果が得られる。
【００８７】
上記の実施の形態１〜３では、映像を表示する表示装置として、ＬＥＤ表示部２，５，６を用いたが、右眼用映像と左眼用映像とを一列ずつ交互に表示できるものであれば、他の表示部、例えば、液晶表示部、あるいは有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示部などを用いてもよい。
【００８８】
また、上記の実施の形態１〜３では、前面レンズ３にレンチキュラーレンズ３１とプリズム３２とを設けたが、表示部に表示された右眼用映像および左眼用映像の光を、正の屈折力を有する複数のレンズによって表示画素の列毎にコリメートし、コリメートした光を表示画素の列毎に（各立体視領域に到達するように）偏向する構成であればよい。
【００８９】
本発明は、例えば、３Ｄテレビジョン装置などの立体映像表示装置（より好ましくは、表示画素としてＬＥＤを用いた大型の立体映像表示装置）に適用される。
【符号の説明】
【００９０】
１ 大型立体映像表示装置（立体映像表示装置）、 １１ 表示コントローラ、 １２ ３Ｄ対応プレーヤー、 １３ ラインバイライン変換装置、 １４ ＰＣ、 １５Ｒ，１５Ｌ 立体視領域、 ２，５，６ ＬＥＤ表示部（表示部）、 ２１，５１ ＬＥＤ（表示画素）、 ３ 前面レンズ、 ３１，３１ａ，３１ｂ レンチキュラーレンズ（レンズ）、 ３２ プリズム（偏向光学素子）、 ３２ａ，３２ｂ プリズム面（平面、偏向面）、 ５２ 隔壁、 ５３ 拡散シート（拡散部材）、 ６１ 遮光板（遮光部材）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列に配列された複数の表示画素を有し、右眼用映像と左眼用映像とを一列おきに交互に表示する表示部と、
前記表示部の表示画素の列毎に設けられ、正の屈折力を有する、表示画素の列数と同数の複数のレンチキュラーレンズであって、前記表示部に表示された右眼用映像および左眼用映像の光を、表示画素の列毎にコリメートする複数のレンチキュラーレンズと、
前記複数のレンチキュラーレンズによりコリメートされた光を、右眼用の立体視領域および左眼用の立体視領域に到達するように、表示画素の列毎に偏向する偏向光学素子と
を備え、
前記偏向光学素子は、前記表示部の表示画素の列方向に延在し、且つ前記表示部の法線に対して傾斜した、表示画素の列数と同数の平面を有していること
を特徴とする立体映像表示装置。
【請求項２】
前記偏向光学素子は、前記レンチキュラーレンズと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
【請求項３】
隣り合う一対の前記面が、上面視でＶ字状に組み合わせられ、
前記一対の前記面のうち、一方の面が、右眼用映像の光を右眼用の立体視領域に到達するように偏向し、
他方の面が、左眼用映像の光を左眼用の立体視領域に到達するように偏向すること
を特徴とする請求項１または２に記載の立体映像表示装置。
【請求項４】
前記表示部の画面中央では、表示画素の中心軸とレンチキュラーレンズの中心軸とは略一致し、
前記表示部の画面端部では、表示画素の中心軸に対してレンチキュラーレンズの中心軸がシフトしていること
を特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
【請求項５】
前記表示部は、各表示画素を構成する複数のＬＥＤを有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
【請求項６】
前記表示部は、各表示画素を互いに分離する隔壁を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
【請求項７】
前記隔壁は、前記表示画素から出射された光を反射することを特徴とする請求項６に記載の立体映像表示装置。
【請求項８】
前記表示部は、各表示画素からの光を拡散する拡散部材を有することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
【請求項９】
前記表示部は、各表示画素の上方に、外部光を遮る遮光部材を有することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
【請求項１】
行列に配列された複数の表示画素を有し、右眼用映像と左眼用映像とを一列おきに交互に表示する表示部と、
前記表示部の表示画素の列毎に設けられ、正の屈折力を有する、表示画素の列数と同数の複数のレンチキュラーレンズであって、前記表示部に表示された右眼用映像および左眼用映像の光を、表示画素の列毎にコリメートする複数のレンチキュラーレンズと、
前記複数のレンチキュラーレンズによりコリメートされた光を、右眼用の立体視領域および左眼用の立体視領域に到達するように、表示画素の列毎に偏向する偏向光学素子と
を備え、
前記偏向光学素子は、前記表示部の表示画素の列方向に延在し、且つ前記表示部の法線に対して傾斜した、表示画素の列数と同数の平面を有していること
を特徴とする立体映像表示装置。
【請求項２】
前記偏向光学素子は、前記レンチキュラーレンズと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
【請求項３】
隣り合う一対の前記面が、上面視でＶ字状に組み合わせられ、
前記一対の前記面のうち、一方の面が、右眼用映像の光を右眼用の立体視領域に到達するように偏向し、
他方の面が、左眼用映像の光を左眼用の立体視領域に到達するように偏向すること
を特徴とする請求項１または２に記載の立体映像表示装置。
【請求項４】
前記表示部の画面中央では、表示画素の中心軸とレンチキュラーレンズの中心軸とは略一致し、
前記表示部の画面端部では、表示画素の中心軸に対してレンチキュラーレンズの中心軸がシフトしていること
を特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
【請求項５】
前記表示部は、各表示画素を構成する複数のＬＥＤを有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
【請求項６】
前記表示部は、各表示画素を互いに分離する隔壁を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
【請求項７】
前記隔壁は、前記表示画素から出射された光を反射することを特徴とする請求項６に記載の立体映像表示装置。
【請求項８】
前記表示部は、各表示画素からの光を拡散する拡散部材を有することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
【請求項９】
前記表示部は、各表示画素の上方に、外部光を遮る遮光部材を有することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の立体映像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−６８９３２（Ｐ２０１３−６８９３２Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５５４２１（Ｐ２０１２−１５５４２１）
【出願日】平成２４年７月１１日（２０１２．７．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月１１日（２０１２．７．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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