JP2003121786A - ３次元像表示装置 - Google Patents

３次元像表示装置

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JP2003121786A JP2002078043A JP2002078043A JP2003121786A JP 2003121786 A JP2003121786 A JP 2003121786A JP 2002078043 A JP2002078043 A JP 2002078043A JP 2002078043 A JP2002078043 A JP 2002078043A JP 2003121786 A JP2003121786 A JP 2003121786A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３次元像表示装置を提供する。 【解決手段】 イメージ形成ディスプレー平板パネル
と、前記イメージ形成ディスプレー平板パネルの前面に
配され、そこから放出される映像を３次元像に変換させ
るレンズ部とを備える３次元像表示装置において、前記
レンズ部は、多数の回折格子が前記イメージ形成ディス
プレー平板パネルの上方で相互平行に配列されて構成さ
れる単位回折光学素子の集合体を備える。これにより、
３次元像表示装置は幅が非常に狭い回折格子よりなった
回折光学素子の採用で良好な３次元像を観察することが
可能なだけでなく、２次元像も良質の映像を観察するこ
とが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３次元像表示装置に
係り、より詳細にはレンチキュラ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａ
ｒ）レンズ機能を有する回折格子光学素子を備えた多視
点式３次元像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】３次元像ディスプレーは、大きく両眼視
（ｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）方式、
多視点（ｍｕｌｔｉ−ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ）方式及び体
積表示方式に分類される。
【０００３】両眼視方式は両眼視差を利用する方式であ
り、左右両眼に２枚の画像を見せてその視差から頭脳の
作用として立体像を認識させる方法である。映画館、各
種イベントで利用されているめがね着用方式もその一種
である。２枚の画像において、輻輳と焦点位置とに矛盾
が生じなければ眼精疲労は生じないが、実際には人間が
見る位置により輻輳の位置と焦点位置とが異なるため
に、人間がそのような２枚の画像を長時間続けて見れば
眼精疲労が生じる。
【０００４】多視点方式は、異なる角度から複数枚の画
像を見せて立体像を表示する方法である。観察者が移動
する時に観察する像が移動するために多数の人が観察す
ることが可能である。また、異なる角度から異なる画像
が見られることにより、両眼視より輻輳と焦点位置間の
矛盾を少なくしたり、またはほとんど生じないようにも
できる。従って、長時間観察しても両眼視方式より眼精
疲労を少なくできる。
【０００５】体積表示方式は、立体的に残っている残像
から立体像を認識する方法である。ディスプレーまたは
スクリーンを回転させる体積表示方式と、ホログラム、
インテグラルフォトグラフィなどによる光線再生方法が
ある。このような方法は輻輳と焦点位置との矛盾は生じ
ないために眼精疲労は生じない。しかし、体積表示方法
はディスプレーまたはスクリーンを回転させるために複
雑な光学機械機構が必要であり、光線再生方法は現在の
数百または千倍以上の解像度を有するパネルが必要であ
る。
【０００６】多視点方式にはレンチキュラ方式、フィル
タ方式などがある。
【０００７】図１は国際特許ＷＯ９９／５５５９号に開
示されたレンチキュラ方式の一例であり、７視点の多視
点方式である。図１を参照するに、参照番号１０はパネ
ル上のサブピクセルのアレイであり、参照番号１２はサ
ブピクセルを示す。サブピクセル１２内の数字は各視点
の順序を示す数字である。カラーピクセルの場合には連
続する同じ視点の数字を有する３つのサブピクセルが
Ｒ、Ｇ、Ｂのサブピクセルになって一つのカラーピクセ
ルを構成する。サブピクセルアレイ１０上には傾斜した
レンチキュラレンズ１４が付着されている。第１列では
サブピクセルが２、４、６、１、３、５、７の順で反復
され、第２列ではサブピクセルが１、３、５、７、２、
４、６の順で反復される。連続する７つのサブピクセル
上にはレンチキュラ２つが置かれている。レンチキュラ
の傾斜に平行に線を引いて右側に進めば、サブピクセル
１から順次にサブピクセル７まで７視点を見られる。す
なわち、図１においてＡ点線に沿ってサブピクセル２が
連結され、右側の点線Ｂではサブピクセル２及び３が連
結し、点線Ｃではサブピクセル３が連結される。
【０００８】しかし、このようなレンチキュラ１４を図
１のように配すれば、サブピクセル１２上を横切るレン
チキュラ接合部１５が存在する。この接合部１５上に存
在するサブピクセルは二つのレンチキュラレンズ１４の
影響を受ける。従って、光線は二つの方向に分割される
ので、３次元像を表示する場合に二重像が見られるため
に解像度が低下する問題点が生じる。また、２次元像を
表示する時にこのサブピクセルは画像の一部として作用
しないために解像度が低下する問題点もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記の
問題点を改善するために案出されたものであり、本発明
の目的は３次元像の解像度が改善され、２次元像も鮮明
に見せる多視点方式の３次元像表示装置を提供するとこ
ろにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の３次元像表示装置は、イメージ形成ディス
プレー平板パネルと、前記イメージ形成ディスプレー平
板パネルの前面に配され、そこから放出される映像を３
次元像に変換させるレンズ部とを備える３次元像表示装
置において、前記レンズ部は、多数の回折格子が前記イ
メージ形成ディスプレー平板パネル上方で相互平行に配
列されて構成する単位回折光学素子の集合体を備える。
【００１１】前記イメージ形成ディスプレー平板パネル
は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）、プ
ラズマ表示装置（ＰＤＰ）及び電子発光（ＥＬ）ディス
プレーより構成されるグループから選択されたいずれか
一つであることが望ましい。
【００１２】前記回折格子の最大幅は次の式により計算
される値ｗ以下であることが望ましい。
【００１３】
【数２】 （Ｌ：ディスプレーパネルと観察者間の距離（ｍｍ）、
ｗ：幅（ｍｍ））前記レンズ部はレンチキュラレンズ機
能を有する。
【００１４】前記単位回折光学素子は、ｎ個のサブピク
セルより構成される一つのピクセルに対応すべく前記イ
メージ形成ディスプレー平板パネルのピクセル上に配さ
れることが望ましい。
【００１５】前記単位回折光学素子及びその下部の単位
ピクセルは、横方向に一つ以上の前記サブピクセルのピ
ッチだけ一定に移動して階段状に配されうる。
【００１６】前記単位回折光学素子は、一連の同一中心
の同一高さのステップを有し、各ステップの幅は前記単
位回折光学素子の中心から周辺まで一定割合で減少す
る。
【００１７】前記回折格子が形成された面が前記イメー
ジ形成ディスプレー平板パネルと対向さるべく配され、
前記回折格子の形成面と前記基板間を充填するコーティ
ングシートが設けられるか、前記イメージ形成ディスプ
レー平板パネルから外側を向くべく配され、前記回折格
子上で前記回折格子の形成面間の凹部を充填して形成さ
れたコーティングシートが設けられることが望ましい。
【００１８】前記回折格子とコーティングシートとの屈
折率は相異なり、前記回折格子とコーティングシートの
うち少なくとも一つの材質がメタアクリレート系ポリマ
かカーボネート系ポリマであることが望ましい。
【００１９】また、前記回折光学素子は金型を用いて製
造されることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明の３次元像表示装置による望ましい実施形態を詳
細に説明する。この過程において図示された層や領域な
どの厚さは本発明の理解を助けるために誇張されて示さ
れた。
【００２１】図２は本発明による３次元像表示装置の斜
視図である。イメージ形成ディスプレー平板パネル１０
０と、その前面に配されてパネル１００から放出される
映像を３次元像に変換させるレンズ部２００が示されて
いる。
【００２２】イメージ形成ディスプレー平板パネル１０
０はＣＲＴ、ＬＣＤ、ＰＤＰ及びＥＬディスプレーのう
ちいずれか一つを使用する。
【００２３】図３は回折光学素子を使用した８視点の３
次元像表示装置の説明図であり、図４は回折光学素子の
配置が図３と異なる例を示す説明図である。
【００２４】図３を参照するに、イメージ形成ディスプ
レー平板パネル１００上にレンズ部２００が配されてい
る。レンズ部２００は点線で表された一つのレンチキュ
ラ２１４に該当する領域に多数の回折格子２１２より構
成された単位回折光学素子２１０を備え、単位回折光学
素子２１０に対応するイメージ形成ディスプレー平板パ
ネル１００上には８つのサブピクセル１０２が形成され
ていて８視点を提供する。
【００２５】回折光学素子２１０はその回折格子面がイ
メージ形成ディスプレー平板パネル１００に対向される
べく配されており、一連の同一中心の同一高さｈのステ
ップを有し、各ステップの幅ｗは単位回折光学素子２１
０の中心から端へ行きつつ所定の割合で減少する特徴を
有する。
【００２６】回折光学素子２１０とイメージ形成ディス
プレー平板パネル１００間には回折光学素子の基板の役
割と回折格子面を保護する役割とを果たすコーティング
シート２２０が配されている。
【００２７】前記サブピクセルの映像のうち、第１サブ
ピクセルは回折して最も右側方向（図面基準）に向か
い、第８サブピクセルは最も左側方向に回折されて回折
光線が出合う地点に３次元像２６０を現す。従って、回
折光学素子２１０はレンチキュラレンズの機能を果た
し、観察者の両眼が回折領域に位置すれば二つの目が近
隣する二つの視点を見るようになるので立体映像を知覚
する。また、回折領域内において動いても隣接する二つ
の視点を見るので立体映像を見る。
【００２８】図４を参照するに、イメージ形成ディスプ
レー平板パネル１００上にレンズ部２００が配されてい
る。レンズ部２００はイメージ形成ディスプレー平板パ
ネル１００上の基板２２２と、基板２２２上に形成され
た回折光学素子２１０と、回折光学素子２１０上のコー
ティングシート２３０とを備える。前記回折光学素子の
格子面はイメージ形成ディスプレー平板パネル１００か
ら外側に向けて配されている。
【００２９】コーティングシート２３０は回折光学素子
の格子面をホコリ及び油などから保護し、回折格子２１
２の高さｈ以上にコーティングされている。
【００３０】図３及び図４を参照するに、回折光学素子
２１０とコーティングシート２２０、２３０の屈折率は
相異なり、これにより回折光学素子２１０は回折させる
役割を果たす。また、回折光学素子２１０の屈折率がコ
ーティングシート２２０、２３０の屈折率より大でなけ
ればならない。このようなレンズ部２００は回折光学素
子の屈折率の微細調整が可能である長所がある。
【００３１】コーティングシート２２０、２３０は回折
格子面を保護するものであり、機械的加工またはプラス
チック射出形成で製作されうる。
【００３２】回折光学素子２１０はコンピュータシミュ
レーションにより各回折格子２１２の幅などの変数を計
算した後で、金型を製作する。そして、厚いプラスチッ
クシートに圧縮してスクリーンを製作する。
【００３３】基板２２２、コーティングシート２２０、
２３０及び回折光学素子２１０はポリカーボネート系ま
たはポーリメタアクリレート系のプラスチックなどで製
作されることが望ましい。
【００３４】図５は、単位回折光学素子においてそれぞ
れの回折格子２１２の大きさを説明する図である。単位
回折光学素子は多数の回折格子２１２よりなっている。
人間の目の解像可能な空間周波数は約４０ｃｙｃｌｅ／
ｄｅｇｒｅｅである。従って、眼精疲労を感じさせない
ようにするためには単位回折光学素子のうち最大の大き
さを有する中央部の回折格子２１２の幅ｗを［標準１］
式以下の大きさにすることが望ましい。
【００３５】
【数３】 （Ｌ：ディスプレーパネルと観察者間の距離（ｍｍ）、
ｗ：幅（ｍｍ）） 前記［標準１］の式を満足するならば、人間は回折格子
を目で認識できないので、パネル上から映像を観察する
時に眼精疲労を感じない。
【００３６】図６は本発明の第１実施形態による回折格
子の平面図であり、図７は本発明の第１実施形態による
イメージ形成サブピクセルのアレイ上に図６の回折光学
素子を配した状態を示す平面図である。
【００３７】図６を参照するに、多数の回折格子２１２
が相互縦方向に平行に配列されて単位回折光学素子２１
０を構成している。単位回折光学素子２１０内の回折格
子２１２の幅は中央から端部へ行くほど狭くなるように
配されている。サブピクセルアレイは８つのサブピクセ
ル１０２よりなる単位ピクセルが縦方向及び横方向に反
復して配されている。前記アレイのうち縦方向の単位ピ
クセルの上には一つの単位回折光学素子２１０が配列さ
れる。
【００３８】このような構造を有する映像装置は８つの
サブピクセルを横方向に配列して８視点を示す。
【００３９】このように製作した３次元像表示装置は図
３に示されたように各視点の焦点位置に３次元像を観察
することが可能である。
【００４０】図８は本発明の第２実施形態による回折光
学素子の平面図であり、図９は本発明の第２実施形態に
よるイメージ形成サブピクセルのアレイ上に図８の回折
光学素子を配した状態を示す平面図である。サブピクセ
ルアレイは一サブピクセル１０２が左側方向（図面基
準）にアレイの一つのピッチだけ移動して配されてい
る。前記サブピクセルにより構成された一つの単位ピク
セルにはこれに対応する一つの単位回折光学素子３１０
が配される。従って、単位回折光学素子３１０は多数の
回折格子３１２により構成され、前記サブピクセルアレ
イの配置と同一に左側に一つのサブピクセルのピッチだ
け移動して配されている。
【００４１】このような構造を有する映像装置は横方向
に８視点を示し、また一つのサブピクセルを横切る隣接
する二つの回折格子により発生することもあるモアレ
（ｍｏｉｒｅ）現象を防止できて３次元像及び２次元像
も像が鮮明になる。
【００４２】一方、第２実施形態の回折光学素子は第１
実施形態の光学素子に比べて複雑である。従って、金型
製作時に第１実施形態より多くの時間を要するが、プラ
スチックシートに圧搾させる製造工程において要求され
る時間では差がない。
【００４３】
【発明の効果】以上の説明のごとく、本発明による３次
元像表示装置は、幅が非常に狭い回折格子よりなった回
折光学素子の採用で良好な３次元像を観察することが可
能なだけではなく、２次元像も良質の映像を観察するこ
とが可能になる。
【００４４】本発明は図面を参照して実施形態を参考に
して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業
者ならばここから多様な変形及び均等な実施形態が可能
であるという点が理解される。従って、本発明の真の技
術的保護範囲は特許請求の範囲に限って決められねばな
らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のレンチキュラレンズを採用した３次元像
装置の説明図である。
【図２】本発明による３次元像表示装置の斜視図であ
る。
【図３】回折光学素子を使用した８視点３次元像表示装
置の説明図である。
【図４】回折光学素子の配置が図３と異なる例を示す説
明図である。
【図５】本発明による最大回折格子の幅を説明する図で
ある。
【図６】本発明の第１実施形態による回折格子の平面図
である。
【図７】本発明の第１実施形態によるイメージ形成サブ
ピクセルのアレイ上に図６の回折光学素子を配した状態
を示す平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による回折光学素子の平
面図である。
【図９】本発明の第２実施形態によるイメージ形成サブ
ピクセルのアレイ上に図８の回折光学素子を配した状態
を示す平面図である。
【符号の説明】
１００ イメージ形成ディスプレー平板パネル １０２ サブピクセル ２００ レンズ部 ２１０、３１０ 回折光学素子 ２１２、３１２ 回折格子 ２２０、２３０ コーティングシート ２２２ 基板 ２６０ ３次元像
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 AA03 AA04 AA50 AA60 AA63 AA65 2H091 FA19X FA29X FB02 FC17 FD04 FD07 FD22 GA16 LA03 LA11 LA12 LA13 LA16 5C061 AA07 AA27 AB14 AB17

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 イメージ形成ディスプレー平板パネル
    と、前記イメージ形成ディスプレー平板パネルの前面に
    配され、そこから放出される映像を３次元像に変換させ
    るレンズ部を備える３次元像表示装置において、 前記レンズ部は、多数の回折格子が前記イメージ形成デ
    ィスプレー平板パネル上方で相互平行に配列されて構成
    する単位回折光学素子の集合体を備えることを特徴とす
    る３次元像表示装置。
  2. 【請求項２】 前記イメージ形成ディスプレー平板パネ
    ルは、 陰極線管、液晶表示装置、プラズマ表示装置及び電子発
    光ディスプレーより構成されるグループから選択された
    いずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の
    ３次元像表示装置。
  3. 【請求項３】 前記回折格子の最大幅は次の式により計
    算される値ｗ以下であることを特徴とする請求項１に記
    載の３次元像表示装置。 【数１】 （Ｌ：ディスプレーパネルと観察者間の距離（ｍｍ）、
    ｗ：幅（ｍｍ））
  4. 【請求項４】 前記レンズ部はレンチキュラレンズ機能
    を有することを特徴とする請求項１に記載の３次元像表
    示装置。
  5. 【請求項５】 前記単位回折光学素子は、ｎ個のサブピ
    クセルより構成される一つの単位ピクセルに対応すべく
    前記イメージ形成ディスプレー平板パネルのピクセル上
    に配されることを特徴とする請求項１に記載の３次元像
    表示装置。
  6. 【請求項６】 前記単位回折光学素子及びその下部の単
    位ピクセルは、横方向に一つ以上の前記サブピクセルの
    ピッチだけ一定に移動して階段状に配されることを特徴
    とする請求項５に記載の３次元像表示装置。
  7. 【請求項７】 前記単位回折光学素子は、一連の同一中
    心の同一高さのステップを有し、各ステップの幅は前記
    単位回折光学素子の中心から周辺まで一定割合で減少す
    ることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装
    置。
  8. 【請求項８】 前記回折格子が形成された面が前記イメ
    ージ形成ディスプレー平板パネルと対向されるべく配さ
    れ、前記回折格子の形成面と前記基板間を充填するコー
    ティングシートが設けられていることを特徴とする請求
    項１に記載の３次元像表示装置。
  9. 【請求項９】 前記回折格子が形成された面が前記イメ
    ージ形成ディスプレー平板パネルから外側を向くべく配
    され、前記回折格子上で前記回折格子の形成面間の凹部
    を充填して形成されたコーティングシートが設けられて
    いることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表示装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記回折格子とコーティングシートの
    屈折率は相異なることを特徴とする請求項８または９に
    記載の３次元像表示装置。
  11. 【請求項１１】 前記回折格子とコーティングシートの
    うち少なくとも一つの材質がカーボネート系ポリマであ
    ることを特徴とする請求項１０に記載の３次元像表示装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記回折格子とコーティングシートの
    うち少なくとも一つの材質がメタアクリレート系ポリマ
    であることを特徴とする請求項１０に記載の３次元像表
    示装置。
  13. 【請求項１３】 前記回折光学素子は、金型を用いて製
    造されることを特徴とする請求項１に記載の３次元像表
    示装置。
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