JP2002072134A

JP2002072134A - 画面表示装置

Info

Publication number: JP2002072134A
Application number: JP2000256226A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shinoura; 治篠浦
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2002-03-12
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: JP3418729B2

Abstract

(57)【要約】【課題】人間の眼の錯覚を利用して立体画像を得るた
めの画面表示装置及びレンズであって、その構造が簡
単、かつ廉価である同装置及びレンズを提供する。【解決手段】本発明に係る画面表示装置は、例えば被
写体たる１次画像１０に関する複数の２次画像３０（図
において、虚像３１及び３２）を凸レンズ２２１及び凹
レンズ２２３等からなるマイクロレンズアレイ２０によ
って形成し、これら複数の２次画像３０を観察者Ｅにと
って一つの画像として認識可能なよう表示することで、
より強い立体感を伴う画像の提示を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体感に優れた画
像ないし画面の表示装置、特に、人間の眼の錯覚を利用
することで強い立体感を感じることの可能な静止画ない
し動画の画面表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、立体感のある画像を表示する装置
及び方法等は、あらゆる方面において開発が進んでい
る。例えば、ホログラフィを用いた装置や、両眼立体視
差を利用した装置は広く知られている。しかしながら、
これらの装置は、いずれも複雑な構成を擁し、したがっ
て高価であったため、アミューズメントパーク等その他
の娯楽施設等、一部において利用されていることを除け
ば、一般消費者に対し広く普及するまでには至っていな
い。

【０００３】一方で、上記のような複雑な構成等によら
ず、比較的簡単な機構で、通常の写真やテレビ画面上の
映像等その他二次元の画像を立体的に表示する方法も提
案されている。例えば、特開昭６０-５９３１７号公報
における「自由空間内で自然で可視的かつ光学的相互作
用像を生じるための光学装置」、また、特開２０００-
９８２９８号公報における「立体映像光学装置」は、特
別に複雑な構成を必要とすることなく、上記二次元の画
像等を立体的に表示することが可能である。

【０００４】ちなみに、上記特開昭６０‐５９３１７号
公報の「光学装置」は、概略図１１に示すようなもので
あり、陰極線管モニター１００と観察者Ｅとの間に、長
方形の凸フレネルレンズたる第１凸レンズ板２００及び
第２凸レンズ板２０１が設けられた構成となっている。
また、その周囲には、おおい４００が設けられる。観察
者Ｅは、モニター１００上に表示される画像が上記第１
凸レンズ板２００及び第２凸レンズ板２０１を介するこ
とで形成される虚像３００を見ることにより立体感を得
る。

【０００５】また、特開２０００−９８２９８号公報の
「立体映像光学装置」は、図１２に示すように、筐体４
０１内に置かれた被写体１０１の錯覚像３０１を、凸フ
レネルレンズ板２０２を介して見ることで立体感を得
る。つまり、原理は上記特開昭６０‐５９３１７号公報
と同様である。ただ、本装置では、移動手段５００によ
り、上記凸フレネルレンズ板２０２が、該レンズ板２０
２自身と被写体１０１との間の光軸に沿って移動可能と
なっている。本公報によれば、この凸フレネルレンズ板
２０２の移動ということにより、より強い立体感が得ら
れるとしている。

【０００６】なお、これらの手段によれば、確かに「立
体的に見える」のではあるが、では何故にそうなのか、
という原理的な解明は実はなされていない。現状では、
「人間の眼の錯覚によるものである（心理学的説明）」
と説明されるのが一般的である。また、その「錯覚」と
いうことにしても、人間の脳（とりわけ視覚野等）の構
造、ないしその外界認識の方法（いわば「脳のデータ処
理方法」）にまで還元して説明する説（生理学的説明）
もあるが、確かなものとはされていない。しかしながら
いずれにしても、上記したような手段により、二次元の
画像等が、人間（の眼）に対し立体感を与えることには
再現性が認められ、これが確実な事象であることに変わ
りはない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の技術においては次のような問題があった。すなわち
ホログラフィや両眼立体視差を用いる装置では、すでに
述べたように、該装置の構造等が極めて複雑となる。ま
た、錯覚を利用した装置、すなわち上記特開昭６０-５
９３１７号公報及び特開２０００-９８２９８号公報等
に開示される装置においては、前者ではレンズを二体設
ける必要があること、後者では移動手段５００の設置が
必要であること、また、両者ともに、おおい４００又は
筐体４０１の設置が必須とされていること等によって、
必然的に装置が大型化し、その構成も複雑となり、また
したがって高価となるという問題があった。

【０００８】そしてなによりも、上記特開昭６０-５９
３１７号公報、特開２０００-９８２９８号公報等を初
め、その他このような手法により得られる立体感は、未
だ十分なものとはいえないという問題があった。

【０００９】また、上記各公報と原理は異なるが、特許
第３０２２５５８号公報には、奥行き位置の異なる複数
の表示面にそれぞれ二次元像を表示し、観察者が複数の
画像を同時に観察することで、三次元表示をする表示装
置が開示されている。この場合には、１つの三次元表示
を行うため、その仕様に合わせた二次元画像を複数枚予
め準備する必要がある。１枚の二次元画像から立体感を
得ることはできない。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、構造が簡単で、かつ
廉価ではあるが、観察者に強い立体感を覚えさせること
が可能な立体画像を得るための画面表示装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために以下の手段をとった。

【００１２】すなわち、請求項１記載の画面表示装置
は、被写体たる１次画像と、複数の小レンズから構成さ
れるとともに前記１次画像と観察者との間に置かれるレ
ンズ板とからなる画面表示装置であって、前記レンズ板
は、前記観察者からみて距離が異なる複数の２次画像を
形成するとともに、該複数の２次画像を当該観察者にと
って一つの画像として認識可能なよう表示することを特
徴とするものである。

【００１３】また、請求項２又は３記載の画面表示装置
は、請求項１記載の画面表示装置、又は請求項１又は２
記載の画面表示装置において、前記観察者から前記複数
の２次画像のうちの一の２次画像を構成する画素までの
距離及び他の２次画像を構成する画素までの距離をそれ
ぞれＬｘ及びＬｙとし、かつ、Ｌｘ＞Ｌｙを満たす場合
において、これらＬｘ及びLｙについては、Ｌｘ−Ｌｙ≧０．０５・Ｌｙ（請求項２）又は、０．５・Ｌｙ≧Ｌｘ−Ｌｙ（請求項３）なる関係を満たすものが存在することを特徴とする。

【００１４】さらに、請求項４記載の画面表示装置は、
請求項１乃至３のいずれかに記載の画面表示装置におい
て、前記複数の小レンズに関するピッチの最大値が５０
０μｍ以下であることを特徴とする。

【００１５】加えて、請求項５記載の画面表示装置は、
請求項１乃至４のいずれかに記載の画面表示装置におい
て、前記レンズ板は、前記複数の小レンズが形成される
部分とレンズ作用を有しない部分とから構成されること
を特徴とする。

【００１６】一方、請求項６記載の画面表示装置は、請
求項１乃至５のいずれかに記載の画面表示装置におい
て、前記複数の小レンズは、凸レンズ及び凹レンズから
構成されることを特徴とする。

【００１７】そして、請求項７記載の画面表示装置は、
請求項１乃至６のいずれかに記載の画面表示装置におい
て、前記観察者から前記複数の２次画像までの距離は、
前記複数の小レンズ単位で異なることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下では、本発明の第一の実施の
形態について図を参照しつつ説明する。図１は、本第一
実施形態における画面表示装置の構成例及びその使用形
態の様子を示すものである。図１において、画面表示装
置は、本発明にいう被写体たる１次画像１０を描出する
ための図示しない画像描出媒体と、レンズ板２０とを備
えている。なお、この図１及び以下で参照する図４、図
６乃至図１２は、いずれも本発明の画像表示装置等を横
から見た場合の、任意の断面の概略図を示すものであ
る。

【００１９】１次画像１０とは、例えば前記画像描出媒
体が写真であれば、その印画紙（キャビネ）に写された
映像（≒写真そのもの）に該当し、また、前記画像描出
媒体がＣＲＴや液晶画面等その他の表示装置の場合に
は、当該表示装置上に表示される画像、又は、当該画像
をスクリーン等に投影した投影画像等が該当する。

【００２０】一方、レンズ板２０は、上記１次画像１０
を描出する画像描出媒体と観察者Ｅとの間に設置され、
上記１次画像１０に基づき、観察者Ｅの眼に届く、虚像
又は／及び実像を形成する。ここに虚像又は／及び実像
とは、上記１次画像１０との関係から言えば、「２次画
像」３０に該当するものといえる。このレンズ板２０の
具体的な構成としては、例えば所定の間隔で配列された
波形レンズ（小レンズ）からなるレンチキュラーレンズ
（lenticular lens）、又は二次元状に配列された円形
その他の形状となるマイクロレンズ（小レンズ）からな
るマイクロレンズアレイ(micro-lens array)等を採用し
得る。

【００２１】そして、本第一実施形態におけるレンズ板
２０としては特に、上記のうち、マイクロレンズアレイ
の構造を基本とし、かつ、その断面が図２（ａ）に示す
ような構造を有するものとなっている。すなわち、レン
ズ板２０の面の一部は上記マイクロレンズたる凸レンズ
２２１が形成されるが、残る部分については何らレンズ
が形成されない平面部（レンズ作用を有しない部分）２
２２とされている。なお、いま述べたような事情から、
以下では、本第一実施形態及び以下に述べる第二実施形
態に限り、上記「レンズ板２０」なる用語に代えて、
「マイクロレンズアレイ２０」なる用語を使用すること
とする。

【００２２】以下では、上記構成例となる画面表示装置
の作用効果について説明する。本第一実施形態における
画面表示装置では、図１に示すように、観察者Ｅは、１
次画像１０を直接見るのではなく、その１次画像１０が
マイクロレンズアレイ２０を介してみられるところの、
２次画像３０を「見る」ことになる。

【００２３】そして、この２次画像３０は、本第一実施
形態におけるマイクロレンズアレイ２０が図２（ａ）に
示すような構造とされることから、同図に併せて示すよ
うに、当該マイクロレンズアレイ２０の凸レンズ２２１
が形成されている部分のみにつき正立虚像として表示さ
れることになる。なお、この２次画像３０、すなわち正
立虚像は、図２（ａ）に示すように、元の１次画像１０
に比べその大きさが若干大きくなる。一方、マイクロレ
ンズアレイ２０における平面部２２２においては、１次
画像１０に基づく虚像は形成されないから、観察者Ｅ
は、この部分につき、１次画像１０そのものを観察する
ことになる。ただし、「１次画像１０そのもの」といっ
ても、前記平面部２２２を通して見られる画像であるこ
とに変わりはないから、これは「広義」の２次画像３０
と解することが可能である。

【００２４】より明解に、図３におけるその（ａ）図
は、上記でいう１次画像１０を観察者Ｅ位置から臨んだ
際に見られるものを示している。この図において１次画
像１０は、「山」の映像となっている。また、図３
（ｂ）及び図３（ｃ）は、上記したマイクロレンズアレ
イ２０を通して、図３（ａ）に示す１次画像１０を見た
場合における画面表示例であって、図３（ｂ）は平面部
２２２を通してみた１次画像１０であり、図３（ｃ）は
凸レンズ２２１を通してみた１次画像１０、すなわちそ
の虚像である。そして、図３（ｄ）は、観察者Ｅによっ
て実際に観察される画像であり、図３（ｂ）と図３
（ｃ）とが重なって見えることになる。なお、実際に
は、凸レンズ２２１及びそのレンズピッチ（その好適値
については後述）は極めて小さく形成されるから、図３
（ａ）〜（ｄ）はその点、誇張して描かれていることを
念頭におく必要がある。

【００２５】結局、本第一実施形態において、観察者Ｅ
は、図２（ｂ）、あるいは図３（ｄ）に示すようなモザ
イク状の画像を観察することになる。この際、２次画像
３０は１次画像１０に比べて上記したように若干大きく
なるから、観察される画像において、該２次画像３０と
該１次画像１０との境界は、互いに重なり合う部分が生
じる（図２（ｂ）参照）。

【００２６】そして、このような「見え方」を観察者Ｅ
に対し提供する本装置によれば、従来に比べ、当該観察
者Ｅに対しより強い立体感を与えることができる。ただ
しかし、なぜそうであるのか、についての詳細な原理に
ついては、従来の技術の項で説明したように、そもそも
このような手法による「立体画像」の取得がなぜ達成さ
れるのかが原理的に解明されていない以上、説明困難な
部分もあるが、ただ、その理由として次のことが考えら
れる。

【００２７】すなわち、図１及び図２に示すように、観
察者Ｅから１次画像１０までの距離をＬ０、２次画像３
０までの距離をＬ１とすると、観察者Ｅは、実際にはＬ
１＞Ｌ０なるような、各々異なった距離に位置する（平
面部２２２を通して見られる）１次画像１０、及び、２
次画像３０を一挙に観察することになる。一方で、観察
者Ｅは、その観察される画像（図３（ｄ））において、
それら１次画像１０と２次画像３０とを区別することが
不可能であるから、結局、観察される画像の存在する位
置を知覚することができない。そして、上記した「強い
立体感が得られる」理由としては、このような過程にお
いて、観察者Ｅにおける眼の遠近感知覚機能が作用しな
くなることが、大きな要因であると考えられる。

【００２８】より詳しく、観察者Ｅの眼には、図３
（ｄ）に示すような１枚の画像が映るのではあるが、そ
の画像までの真の距離は二通り（距離Ｌ０及びＬ１）あ
る。そのため、観察者Ｅにとって、当該画像までの距離
を認識することは、両眼視差、両眼の輻輳、水晶体の調
節機能では不可能な状態にあり、また、当該観察者Ｅ
が、当該画像が立体であるか平面であるかを認識するた
めには、物の大きさ、重なり、明暗、陰影等の手段や
「経験」による立体感に符合させることによるしかなく
なる。このため、例えば小さく見える遠くの山は遠方
に、大きく見える木は近くにと、（観察者Ｅの「脳」
が）「三次元的に」判断してしまうことになると考えら
れる。

【００２９】上記したことから、単純な幾何学模様や普
通の文字だけの１次画像では一般に立体感は得にくい。
これに対して、人間が日常生活で普通に見ている画像
（景色、ポートレート等）の方が強い立体感が得られる
傾向にある。

【００３０】以下では、本発明の第二の実施形態につい
て説明する。本第二実施形態においては、上記第一実施
形態との対比において、図４及び図５に示すように、上
記マイクロレンズアレイ２０の構成が異なる点、また、
この構成の相違から観察者Ｅによって観察される画像が
異なる点、に特徴がある。なお以下では、これらの点に
関する説明をなすが、残余の部分については上記第一実
施形態と同様である。

【００３１】図５において、マイクロレンズアレイ２０
は、上記マイクロレンズたる凸レンズ２２１及び凹レン
ズ２２３から構成されている。そして、マイクロレンズ
アレイ２０が上記のような構成とされる結果、２次画像
３０としては、図４及び図５に示すように、観察者Ｅか
らみて１次画像１０よりも遠い奥行き位置に一の２次画
像たる虚像３１が、近い奥行き位置に他の２次画像たる
虚像３２が、各々形成されることになる。つまり、上記
第一実施形態とは異なり、１次画像１０「そのもの」が
観察されるということがない。この際、虚像３１につい
ては、上記第一実施形態における２次画像３０と同様、
元の１次画像１０に比べその大きさが若干大きくなる
が、虚像３２については、反対に、元の１次画像１０に
比べその大きさが若干小さくなる。

【００３２】このような本第二実施形態によれば、上記
第一実施形態と略同様なる効果を享受できる。というの
も、既に述べたように、本第二実施形態においては、上
記第一実施形態では平面部２２２を介して１次画像１０
そのものが観察されていたところ、凹レンズ２２３を介
して見られるところの２次画像３０たる虚像３２を観察
する点に相違があるが、このような場合であっても、上
記で説明した眼の遠近感知覚機能に基づく立体視の原理
説明をそのまま当てはめることが可能だからである。

【００３３】また、本第二実施形態によれば特に、次の
ような効果を享受できる。すなわち、観察者Ｅが観察す
る画像上において、混在する二つの画像が真に位置する
地点から当該観察者Ｅまでの各々の距離の差を大きくと
ることが可能となる。これは、図１及び図４を対比すれ
ば明らかである。このことにより、観察される画像の位
置定位過程における、上記した眼の錯覚を、より強く観
察者Ｅに対して生じさせることが可能となり、結果、よ
り強い立体感を与えることができる。

【００３４】ちなみに、上記各実施形態において、観察
者Ｅが観察する画像は、第一実施形態では１次画像１０
の部分と２次画像３０の部分とが混在するもの、言い換
えれば、１次画像１０が、平面部２２２を通して見られ
る１次画像１０と２次画像３０とによって分割されたも
のとなり、上記第二実施形態では虚像３１及び３２によ
って分割されたものとなるが、これら画像の各々のうち
の一の２次画像を構成する画素までの距離をＬｘ、他の
２次画像を構成する画素までの距離をＬｙとし、かつ、
Ｌｘ＞Ｌｙを満たす場合において、これらは、Ｌｘ−Ｌｙ≧０．０５・Ｌｙ … （１）なる関係を満たすものが存在することが好ましい。とい
うのも、上記範囲未満では、「分割された画像が１枚の
画像として認識されて立体的に見える」といった上記各
実施形態の作用効果が発現せず、もはや「本来的」に１
枚の平面として認識されてしまうからである。

【００３５】また、Ｌｘ−Ｌｙの上限については、下限
に比べると、必ずしも限定する必要はないが、観察者Ｅ
の疲労感を考慮すると、０．５・Ｌｙ≧Ｌｘ−Ｌｙ … （２）なる関係を満たすものが存在することが好ましい。

【００３６】ここに、上記（１）及び（２）式を満たす
Ｌｘ及びＬｙが「存在することが好ましい」ということ
のより具体的な趣旨は、観察される画像の大部分に関し
上記（１）及び（２）式が満たされれば十分で、当該画
像のごく一部分、例えばその面積で５〜１０％程度が、
上記（１）及び（２）式を満たさない場合、つまり上記
範囲から外れている場合であっても差し支えない、とい
うことにある（この点については、図７を参照して後述
する）。

【００３７】なお、上記第一実施形態に関していえば、
上記Ｌｘとは距離Ｌ１に、上記Ｌｙとは距離Ｌ０に各々
該当し、上記第二実施形態に関していえば、上記Ｌｘと
は距離Ｌ１に、上記Ｌｙとは距離Ｌ２（虚像３２までの
距離、図４又は図５参照）に各々該当することとなるの
は言うまでもない。

【００３８】なお、上記各実施形態における１次画像１
０とマイクロレンズアレイ２０とは、適当な方法で固定
されて使用されることが好ましい。例えば、１次画像１
０とマイクロレンズアレイ２０との間に適当なスペーサ
を設け、これによって両者の間隔が適当な距離で保たれ
るようにするとよい。また、より好ましくは、上記のよ
うにして適当な間隔を設けられた１次画像１０とマイク
ロレンズアレイ２０との間に、観察者Ｅに１次画像１０
以外の光が入射することを避けるため、適当なカバー等
を設け得る。

【００３９】以下では、上記第一及び第二実施形態にお
いて述べたレンズ板２０に関するより詳細な説明、殊
に、上記レンズ板２０の製造方法や当該レンズ板２０の
好適な構造等に関する説明を行う。

【００４０】（製造方法）まず、このレンズ板２０とし
ては、既に述べたように、レンチキュラレンズあるいは
マイクロレンズアレイ等を用いることが可能であるが、
これらレンズの製造方法については、すでに多くの従来
公知の方法ないし手段が提案されている。そして本発明
にいう「レンズ板」は、このような多くの製造方法のう
ち、基本的にどのような方法によって製作するようにし
てもよい。すなわち、本発明はこの点に関し特に限定さ
れることはない。

【００４１】（レンズピッチ）ところで、上記したよう
な製造方法を実施して得られるレンチキュラレンズ又は
マイクロレンズアレイにおける波形レンズ又はマイクロ
レンズのピッチは、５００μm以下であること、好まし
くは３００μm以下、特に好ましくは５０μm以下とする
とよい。これは当該ピッチが粗すぎると２次画像３０が
自然さを失うためである。なお、本発明は、その下限に
ついて限定する理由を特には見出さないが、ただレンズ
板２０の量産性を確保する観点から、レンズピッチを５
μm程度以上とするのが好ましい。

【００４２】また、前記画像描出媒体が、ＣＲＴや液晶
表示装置の場合には、その画素ピッチに対して波形レン
ズ又はマイクロレンズのピッチを整数倍、あるいは整数
分の１のピッチ、特に好ましくは画素ピッチとレンズ２
１又は２２のピッチとを等しくすることで、２次画像３
０に生じるモアレパターンを最小限にすることが可能と
なる。また、レンズピッチを一定としないで、ランダム
に変化させることも可能である。この場合の「ランダ
ム」とは、レンズ板２０全体にわたり小レンズの配置が
無秩序（ランダム）である必要はなく、そのような無秩
序なピッチとなる短周期の小レンズ一群が、長周期で繰
り返されるような場合も含まれる。

【００４３】（レンズ構成―マイクロレンズアレイ）ま
た特に、上記マイクロレンズアレイに関しては、図２や
図５に示した構成に代えて、様々な構成を採用し得る。
その一例を図６に示すが、図６（ａ）においては、上記
第一実施形態におけるマイクロレンズアレイ２０の構成
とはちょうど逆に、凹レンズ２２３と平面部２２２とか
らなるものとなっている。また、図６（ｂ）において
は、大なる凸レンズ２２１ａと小なる凸レンズ２２１ｂ
とが交互に配置され、かつ、これら凸レンズ２２１ａ及
び２２１ｂの間に平面部２２２を有する構成となってい
る。

【００４４】さらに、図６（ｃ）は、大小様々な凸レン
ズ２２１ａ、凹レンズ２２３ａ及び２２３ｂ並びに平面
部２２２がランダムに配置された構成となるものであ
る。このような構成は、すぐ上で述べたモアレパターン
発生回避のレンズ板２０として適用し得る。

【００４５】一方、図６（ｄ）においては、その外形
は、上記第一実施形態におけるマイクロレンズアレイ２
０と同様であるが、各凸レンズ２２１ごとに、屈折率が
変じられている（図においては、破線と符合ｎ１、ｎ
２、ｎ３で表している）。また、図６（ｅ）において
は、図６（ｄ）と同様に、屈折率の変更が局部的になさ
れているものの、全面を平面部２２２とした「レンズ
板」が示されている。このようなものは、一般に、「屈
折率分布型」のレンズと呼称されることで知られる。な
お、このような場合においては、屈折率が異なる部位に
応じて、本発明にいう「小レンズ」が形成されていると
考えることができる。

【００４６】さらに、図６に示すものの他、本発明にお
いては、回折格子やホログラムを利用した平面レンズ等
その他各種公知のレンズを使用することも可能である。

【００４７】上記した各例は、より一般的にいえば、一
のレンズ上で局部的に異なる焦点距離を有する凸レンズ
又は凹レンズ等その他の小レンズを組み合わせて構成し
たマイクロレンズアレイであるということができる。そ
して、焦点距離が異なるがゆえ、上記第一実施形態又は
第二実施形態に示したように、観察者Ｅによって観察さ
れる画像を、複数の２次画像３０又は１次画像１０が混
在したもの、すなわち１次画像１０を、これらの像によ
り分割したものとすることができることになる。

【００４８】具体的には例えば、図６（ｂ）のような考
え方の外延として、その各々の形状ないし大きさを組と
して変えた（つまり、焦点距離を組として変えた）４つ
の凸レンズ２２１群（凸レンズ２２１ａ、２２１ｂ、２
２１ｃ及び２２１ｄの４群、いずれも不図示）から構成
されるマイクロレンズアレイ２０を用いることで、２次
画像３０を、虚像３１、３２、３３及び３４のように４
つの虚像として形成し（いずれも不図示）、これら４つ
の虚像を同時に観察することで、観察者Ｅは１つの２次
画像３０を認識するようにすることも可能である。

【００４９】また、図６（ｃ）や図６（ｄ）等において
は、図２や図５に示したような一定のパターン（例え
ば、モザイク状）に則した画像が得られるとは限らない
が、本発明は、このような場合もその範囲内に収めるも
のである。すなわちこれらのマイクロレンズアレイ２０
によれば、例えば図７に示すように、２次画像３０が、
図１又は図４に示したような一平面としての形態をもは
や喪失し、いわば「ばらばら」の２次画像３０が形成さ
れることになる。言い換えれば、２次画像３０全体から
みて該全体を構成するある画素はより観察者Ｅに近く、
別の画素はより遠くにあるという状態となり、２次画像
３０自体が奥行きのある空間に分布している状態、言い
換えれば、複数の２次画像３０Ｆ、３０Ｎ、…が存在し
ている状態となる。

【００５０】なお、図８及び図９は、マイクロレンズア
レイ２０として図６（ｃ）に示すようなものを使用して
上記した「ばらばら」の２次画像３０を形成する様子
を、前者では概念的な斜視図として、後者（図９）では
図３（ｄ）に示したと同趣旨の観察される画像として、
それぞれ示している。また、上記したような状態は、上
記図６（ｃ）や図６（ｄ）等のような不規則なマイクロ
レンズアレイ２０を用いることにより得られるばかりで
なく、個々のマイクロレンズの焦点距離が、完全に一様
でない場合や、観察者Ｅとマイクロレンズアレイ２０と
の位置関係により生じ得る。

【００５１】そして、以上のような場合においても、上
記第一及び第二実施形態と同様、観察者Ｅに対し、より
強い立体感を与えることが可能である。また特に、図７
のような「ばらばら」の２次画像３０を提示される観察
者Ｅにとってみれば、当該観察者Ｅに生じる錯覚ないし
上記遠近感知覚機能の混乱は、上記各実施形態にも比し
て大きいと考えられるから、更に強い立体感を得ること
ができることになる。

【００５２】なお、図７のような場合においては、上記
したＬｘ及びＬｙとは、当該図に示すように、例えば観
察者Ｅに最も遠い虚像３０Ｆまでの距離及び最も近い虚
像３０Ｎまでの距離が各々該当することになる。また、
このような場合においては、上述したように、上記複数
の２次画像３０を構成する「すべて」の画素について、
上記（１）及び（２）式を満たす必要はない。すなわ
ち、上記した虚像３０Ｆよりも更に観察者Ｅから遠い２
次画像ないしその画素や、上記虚像３０Ｎよりも更に観
察者Ｅに近い２次画像ないしその画素が存在してもよ
い。ただし、それは、観察者Ｅに観察される画像の面積
にして、５〜１０％程度であることが望ましいことは上
述した通りである。

【００５３】また、図６に示した各レンズは、上記した
製造方法を応用することで製造することができる。すな
わち、一のマイクロレンズアレイ２０上で焦点距離の異
なる凸レンズ等を形成するためには、圧着成型法におけ
る鋳型形状の変更や成型後の凸レンズ等に熱変形を加え
ること等により、当該凸レンズ等の物理的形状を変える
ほか、当該凸レンズ等を構成する物質を、各々の凸レン
ズ等で変えて、屈折率を異ならせるような手法（上記図
６（ｄ）及び（ｅ）が該当）を採用することができる。

【００５４】（レンズ構成―レンチキュラレンズ）上述
したマイクロレンズアレイに関する事項は、レンチキュ
ラレンズの場合にも、同様に当てはめて考えることがで
きる。

【００５５】ただ、より美しい２次画像を得るために
は、レンチキュラレンズよりも、マイクロレンズアレイ
を用いる形態の方が、より好ましいとは言えよう。とい
うのも、レンチキュラレンズでは、１本１本の波形レン
ズによって線単位（いわば１次元）で１次画像を２次画
像に変換するの対して、マイクロレンズアレイではマイ
クロレンズによって１個の画素（いわば２次元）で変換
を行うためである。

【００５６】（レンズ構成―その他）その他、レンズ板
２０については次のようなことも言える。まず、レンズ
板２０は、これを単レンズ構造とするよりも、屈折率の
異なる２種類以上の材料を張り合わせた「張り合わせレ
ンズ構造」とするのが好ましい。これは、例えば図１０
に示すようなものとなり、当該図において、マイクロレ
ンズアレイ２０は、その各々が上記マイクロレンズたる
凸レンズ２２１及び凹レンズ２２３から構成された２枚
のマイクロレンズアレイ２０Ａ及び２０Ｂが張り合わさ
れた構造とされている。そして、これらマイクロレンズ
アレイ２０Ａ及び２０Ｂの各々は、互いに屈折率が異な
っている。このような構成とすれば、形成される２次画
像たる虚像間の距離を大きくとるという目的にとって特
に有効な手法となる。

【００５７】また、本発明に係るレンズ板２０について
は、図１０に併せて示すように、反射防止膜２Ｆを備え
ることも有効である。このようにすれば、無用な散乱光
が観察者Ｅに対し入射するようなことがなく、安定した
立体画像の観察を行うことができる。

【００５８】さらに、上記レンチキュラレンズに関し特
に言及すれば、２枚のレンチキュラレンズを、それらに
おける各々の波形レンズの方向が互いに直交するよう
に、あるいは所定の角度が保持されるように、張り合わ
せた構造となる「張り合わせレンズ」を使用してもよ
い。また場合によっては、レンチキュラレンズとマイク
ロレンズアレイとを組み合わせた「張り合わせレンズ」
を使用してもよい。またさらに、レンズは１枚に構成す
る必要はなく、離して設置した２枚以上のレンズを組み
合わせたレンズを使用することも可能である。加えて、
凸レンズ群からなるレンズと凹レンズ群からなるレンズ
の２枚を組み合わせ又は張り合わせて使用してもよい。
いずれにしても本発明は、これらのような形態もその範
囲内に収めるものである。

【００５９】以下、本発明に関する補足事項について説
明する。まず、本発明の画面表示装置によれば、平面
（２次元）の１次画像を立体的に観察するだけでなく、
従来公知の両眼立体視差を用いた３次元ディスプレイ等
においても、より立体感のある画面を観察することが可
能となる。この「両眼立体視差」を利用するものに関し
ては、例えば特開平５-１０３３５２号公報の「ディス
プレイ装置」等を参照されたい。

【００６０】また、従来公知の方法で、レンズ板２０を
前後に移動したり、その焦点距離をマイクロピエゾアク
チュエータ等を用いることで可変とし周期的に変化させ
ることも可能である。このようにすることで、より立体
感のある画像を得ることが可能となる。この点について
は、従来の技術の項において既に述べた、特開２０００
-９８２９８号公報等を参照されたい。

【００６１】加えて、本発明の画面表示装置は、上記実
施形態で言えば、１次画像１０と、それを２次画像３０
に変換する、複数の小レンズにより構成されるマイクロ
レンズアレイ又はレンチキュラレンズ等のレンズ板２０
とにより構成されることを基本とするが、このうち、１
次画像１０の態様としては、上記で写真やＣＲＴ上に表
示される画像等が該当し得ると述べたことからもわかる
ように、本発明は、これに関し特に限定する意図を有さ
ない。このことはつまり、「どのような」１次画像１０
であっても、その前面に上記レンズ板２０を備えれば、
立体感を得ることが基本的に可能なことを意味する。ま
た、このような意味において、本発明の重点はレンズ板
２０の方にあると言ってもよい。例えば１次画像１０
が、既に何人かの所有にかかるものであったとしても、
当該所有者にレンズ板２０のみを提供すれば、当該１次
画像１０の立体感は上記と同様に得ることが可能なので
ある。なお、この際、レンズ板２０の構成は、例えば上
記所有に係る１次画像１０が写真である場合や、ＣＲＴ
上に表示される画像である場合等に応じて、適宜好適に
構成し、提供し得ることは言うまでもない。

【００６２】

【実施例】以下では、上記実施形態に基づく、より具体
的な実施例について説明する。本実施例は、上記で説明
した図１、図４及び図７に示した各種構成となる画面表
示装置について、また上記したＬｘとＬｙとの差を種々
変更した場合、さらにレンズ板２０のピッチを種々変更
した場合において、得られた像の「立体感」、また、観
察者Ｅが感じる２次画像に対する「違和感」及び視聴を
続けることによる「疲労感」が、どのように変化するか
を評価したものである。

【００６３】まずその評価の説明に入る前提として、本
実施例では、前記画像描出媒体として、１４インチの平
面液晶ディスプレイを利用した。したがって、図１、図
４及び図７における１次画像１０は、当該液晶ディスプ
レイ上に表示される画像である。またこの１次画像１０
は、通常のＴＶ放送における「動画」をその対象とし
た。レンズ板２０としては、前記液晶ディスプレイと同
一サイズの１４インチのマイクロレンズアレイを使用し
て構成・配置した。

【００６４】また、上記ＬｘとＬｙとの差が、上記した
（１）式の範囲未満であるような場合を「実施例６」と
して、同様に（２）式の範囲を超えるような場合を「実
施例７」として、またレンズピッチが上記した好ましい
値５００μｍを超える場合を「実施例８」として、その
各々の立体感、違和感及び疲労感を評価した。

【００６５】上記条件の下、観察者Ｅによる１次画像１
０の立体感等の評価結果は、下記表１のようになった。

【００６６】

【表１】

【００６７】この表１によれば、本発明の効果が明白に
実証される。なお特に、実施例１から実施例３への遷移
を見れば、ＬｘとＬｙとの差及びレンズピッチの変化に
より、立体感、違和感及び疲労感がどのように変化する
かを確認することができる。また、実施例４及び実施例
５、すなわち図４及び図７のように２次画像３０が複数
の虚像から構成される場合にあっても、強い立体感が得
られることが立証されている。さらに、実施例１〜３及
び実施例６及び７とを対比すると、ＬｘとＬｙとの好適
な差の値は、たしかに上記（１）式又は（２）式の範囲
内にあることが確認される。その理由は、表１中からも
読み取れる。加えて、実施例１〜３及び実施例８とを対
比すると、違和感及び疲労感の観点から、好適なレンズ
ピッチが、上述した通り５００μｍ以下であることがわ
かる。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画面表示
装置によれば、レンズによって複数の２次画像を形成
し、これら複数の２次画像を観察者にとって一つの画像
として認識可能なよう表示することで、より強い立体感
を伴う画像の提示を行うことができる。また、上記説明
から明らかなように、この装置の構造は極めて簡単であ
り、廉価であることが明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態に係る画面表示装置の
構成例及び該装置により形成される２次画像の表示位置
を示す概念図である。

【図２】図１に示す２次画像を得るため、同図に示すレ
ンズの構成を表す説明図であって、（ａ）はその全体
図、（ｂ）は観察者によって観察される画像を模式的に
表したものである。

【図３】図１に示す画面表示装置における１次画像、ま
た、レンズ作用により形成され観察者によって観察され
る画像の様子等を概念的に示す図であって、（ａ）は１
次画像、（ｂ）はレンズの平面部を通した見た１次画
像、（ｃ）はレンズの凸レンズを通して見た１次画像、
そして（ｄ）は観察者によって観察される画像、を各々
示すものである。

【図４】本発明の第二実施形態に係る画面表示装置の構
成例及び該装置により形成される２次画像の表示位置を
示す概念図である。

【図５】図４に示す２次画像を得るため、同図に示すレ
ンズの構成を表す説明図であって、（ａ）はその全体
図、（ｂ）は観察者によって観察される画像を模式的に
表したものである。

【図６】本発明において採用し得るレンズの構成例を示
す概要図であって、（ａ）は凹レンズ及び平面部からな
るもの、（ｂ）は大きさの異なる二種の凸レンズ及び平
面部からなるもの、（ｃ）は凸レンズ、凹レンズ及び平
面部がランダムに形成されたもの、（ｄ）は凸レンズを
有しつつ屈折率を局部的に変じたもの、（ｅ）は凸レン
ズ等を有せず屈折率を局部的に変じたもの、を各々示す
ものである。

【図７】図６（ｄ）等のレンズを用いた場合における画
面表示装置の構成例及び該装置により形成される２次画
像の表示位置を示す概念図である。

【図８】図６（ｃ）に示すようなレンズ板を用いて図７
に示すような２次画像が形成される様子を示す概念的な
斜視図である。

【図９】図６（ｃ）に示すようなレンズ板を用いて形成
された図７に示すような２次画像を観察者が観察する場
合に見られる画像の様子を概念的に示す図である。

【図１０】張り合わせ構造となるレンズの構成例を示す
概要図である。

【図１１】従来の立体画像取得を可能とする装置構成例
及び該装置により形成される2次画像の表示位置を示す
概要図である。

【図１２】図１１に示す形態とは異なる立体画像取得を
可能とする装置構成例及び該装置により形成される2次
画像の表示位置を示す概要図である。

【符号の説明】

１０１次画像（被写体）２０レンズ板２２１凸レンズ（小レンズ）２２２平面部２２３凹レンズ（小レンズ）３０（３１又は３２、３０Ｆ又は３０Ｎを含む）２次
画像Ｅ観察者

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体たる１次画像と、複数の小レンズ
から構成されるとともに前記１次画像と観察者との間に
置かれるレンズ板とからなる画面表示装置であって、前記レンズ板は、前記観察者からみて距離が異なる複数
の２次画像を形成するとともに、該複数の２次画像を当
該観察者にとって一つの画像として認識可能なよう表示
することを特徴とする画面表示装置。
【請求項２】前記観察者から前記複数の２次画像のう
ちの一の２次画像を構成する画素までの距離及び他の２
次画像を構成する画素までの距離をそれぞれＬｘ及びＬ
ｙとし、かつ、Ｌｘ＞Ｌｙを満たす場合において、これ
らＬｘ及びLｙについては、Ｌｘ−Ｌｙ≧０．０５・Ｌｙなる関係を満たすものが存在することを特徴とする請求
項１記載の画面表示装置。
【請求項３】前記観察者から前記複数の２次画像のう
ちの一の２次画像を構成する画素までの距離及び他の２
次画像を構成する画素までの距離をそれぞれＬｘ及びＬ
ｙとし、かつ、Ｌｘ＞Ｌｙを満たす場合において、これ
らＬｘ及びLｙについては、０．５・Ｌｙ≧Ｌｘ−Ｌｙなる関係を満たすものが存在することを特徴とする請求
項１又は２記載の画面表示装置。
【請求項４】前記複数の小レンズに関するピッチの最
大値が５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１
乃至３のいずれかに記載の画面表示装置。
【請求項５】前記レンズ板は、前記複数の小レンズが
形成される部分とレンズ作用を有しない部分とから構成
されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記
載の画面表示装置。
【請求項６】前記複数の小レンズは、凸レンズ及び凹
レンズから構成されることを特徴とする請求項１乃至５
のいずれかに記載の画面表示装置。
【請求項７】前記観察者から前記複数の２次画像まで
の距離は、前記複数の小レンズ単位で異なることを特徴
とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画面表示装
置。