JPWO2006038509A1 - 立体的二次元画像表示装置 - Google Patents

Abstract

画面サイズが大きくなると見えにくくなるおそれのある周辺領域の画像を見やすくする。
画像を表示する画像表示面１ａを備えた表示部１と、画像表示面に対して離間配置され、画像表示面から出射される光を空間中の結像面２に結像させることにより立体的二次元画像を表示する画像伝達パネル３と、画像表示面と結像面の間に配置され、画像表示面を構成する所定の領域を有する周縁部から出射される光の光路を変更させる光路変更部材（図示略）と、を備え、周縁部から出射する光を光変更部材で光路を変更させて、近い位置で見る観察者１００の目に届かせる。

Description

本発明は、画像伝達パネルを用いることにより、二次元画像を擬似立体的に表示する立体的二次元画像表示装置に関する。

画像伝達パネルの一つであるマイクロレンズアレイを、二次元画像の表示面の前方に所定の間隔を隔てて配置することにより、マイクロレンズアレイの前方の空間上に表示面からの光を結像させ、同空間上に疑似立体的に二次元画像を表示する立体的二次元画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

図１４はその原理構成を示す平面図である。
この立体的二次元画像表示装置は、画像を表示する画像表示面１ａを備えた表示部１と、画像表示面１ａに対して離間配置された画像伝達パネル３とを有し、画像表示面１ａから出射される光を画像伝達パネル３の前記表示部１とは反対側に位置する空間中の結像面２に結像させて、観察者が立体表示であると視認可能な二次元画像を疑似立体的に結像面（立体画像表示面）２上に表示するものである。

ところで、この種の立体的二次元画像表示装置においては、マイクロレンズ等の画像伝達パネル３の特性上、画面上の各点に、観察者から見ることの可能な一定の視野角θが存在することが知られている。図１４においては、画面上（結像面２）の中心部と周辺部の代表的な３点の視野角θを一緒に示してあるが、実際には画面上（結像面２）の全ての点から一定の視野角をもって光は出射している。

従って、このように視野角が存在することにより、図１５に示すように、観察者１００が全体の画像を見るためには、結像面２から一定の距離Ａ以上離れて観察しなければならない。つまり、結像面２から一定の距離Ａ以上離れれば、画面上の全点の視野角θに観察者１００が入るので、観察者１００は全体の映像を視認することができる。

特開２００１−２５５４９３号公報 特開２００３−９８４７９号公報 特開２００２−７７３４１号公報 特開２００３−１５６７１２号公報

しかし、一定の距離を隔てて見ることが難しい場合もある。例えば、表示されている画像の種類などによっては、近づいて観察したくなるものもあり、そうなると、図１６に示すように、観察者１００の位置が、画面上の中央点Ｃの視野内には入るが、周辺点Ｓの視野から外れることになるので、画面の中心付近の映像は見えるが、周辺部の映像が見えないという現象が生じる。

画面サイズが小さいうちは、正しく見るための必要観察距離Ａが短いために、そう問題になることはないが、画面サイズが大きくなると、それだけ必要観察距離Ａが長くなるために、周辺部が見えないという問題が大きくなってくる。

本発明は、上記事情を考慮し、画面サイズが大きくなると見えにくくなるおそれのある周辺領域の画像を見やすくすることができ、画面全体を画像表示面として有効に利用できるようにする立体的二次元画像表示装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明の立体的二次元画像表示装置は、画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、前記画像表示面に対して離間配置され、前記画像表示面から出射される光を空間中の結像面に結像させることにより立体的二次元画像を表示する画像伝達パネルと、前記画像表示面と前記結像面の間に配置され、前記画像表示面を構成する所定の領域を有する周縁部から出射される光の光路を変更させる光路変更部材と、を備えたことを特徴とする。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の実施形態について説明する。（第１実施形態）
まず、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第１実施形態について説明する。
図１は本実施形態の立体的二次元画像表示装置Ｍ１の概略構成を示す斜視図、図２は観察者が画面に近づいて見た場合にも画面上の周辺領域の映像が見えることを模式的に示す図、図３は画像伝達パネル３の詳細を模式的に示す図、図４は画面上の中央領域と周辺領域の説明のために示す正面図である。

本実施形態の立体的二次元画像表示装置Ｍ１は、図１及び図２に示すように、画像を表示する画像表示面１ａを備えた表示部１と、画像表示面１ａに対して離間配置された画像伝達パネル３とを有し、画像表示面１ａから出射される光を画像伝達パネル３の前記表示部１とは反対側に位置する空間中の結像面２に結像させて、観察者１００が立体表示であると視認可能な二次元画像を疑似立体的に結像面（立体画像表示面）２上に表示するものである。本実施形態では、図２に示すように、結像面２の面上、もしくは結像面２の近傍に、画像表示面１ａを構成する所定の領域を有する周縁部から出射される光を拡散させる光拡散部材（光路変更部材）１０が設けられている。

光拡散部材１０としては、拡散板、拡散シート、スクリーン等を使用することができ、図示例では、光拡散部材１０を、結合面２の中央領域を除く周辺領域に配置している。矩形板状の光拡散部材１０を用いる場合、その中央部を四角くくり抜くことで、光拡散部材１０を周辺領域のみに配置することができる。

この立体的二次元画像表示装置Ｍ１は、筐体２０を有し、この筐体２０の中に、表示部１としてのディスプレイ装置と画像伝達パネル３とが収容され、筐体２０の開口面２０ａの近傍に結像面２を設定している。また、筐体２０の開口面２０ａの近傍の壁２０ｂの内周側などに、必要に応じて後述する位置検出センサを装備することもある。その他に、制御系として、ディスプレイ駆動部、センサ駆動部、画像生成部、制御部等を備えている。表示部１は、開口面２０ａと対向する筐体２０の一内側面に沿って設けられたディスプレイ装置であり、液晶ディスプレイやＥＬパネル、あるいは、ＣＲＴ等によって構成され、筐体２０の開口側の面に複数の画素からなる画像表示面１ａを有し、各画素からは画像に応じた色及び強度の光が出射される。

画像伝達パネル３は、例えば図３に示すように、二枚のマイクロレンズアレイ３ａ，３ｂから構成されている。各マイクロレンズアレイ３ａ，３ｂは、透光性に優れたガラスまたは樹脂からなる透明基板４の両面に、複数のマイクロ凸レンズ５がアレイ状に互いに隣接配置されたものである。各透明基板４の一面に形成された各マイクロ凸レンズ５の光軸は、他面のマイクロ凸レンズ５の光軸と同一となるように配置されている。なお、本明細書では、二枚のレンズアレイの各々の面（合計四面）の何れの面にもレンズアレイ面が構成されたマイクロレンズアレイを利用した実施例を記載するが、マイクロレンズアレイの構成としてはこれに限られるものではない。

この画像伝達パネル３は、表示部１の画像表示面１ａから出射された画像に対応する光が一面に入射されると、他面からこの光を出射して、画像表示面１ａと反対側の所定距離だけ離れた結像面２上に光を結像させる。画像伝達パネル３により結像された光の集合体は、画像表示面１ａに表示された画像に相当する。すなわち、画像伝達パネル３は、画像表示面１ａに表示された画像を、空間上の二次元平面である結像面（立体画像表示面）２上に表示する。ここで、結像面２は、空間上に仮想的に設定される平面であって実体物ではなく、画像伝達パネル３の作動距離に応じて定義される空間上の一平面である。

結像面２に結像される画像は二次元画像であるが、その画像が、奥行き感を持つものである場合や、表示部１上の背景画像が黒く画像中のオブジェクトのコントラストが強調されているような場合には、正面の観察者１００からは、あたかも立体画像が空中に映し出されているように見える。つまり、結像面２に表示される二次元画像は、擬似的に立体的に見える画像（立体的二次元画像）として観察者１００に認識される。

本実施形態の立体的二次元画像表示装置Ｍ１は、以上の説明のように、結像面２の周辺部に光拡散部材１０を配置したので、図２に示すように、画面上の周辺領域から出射する光を、当初の視野角θよりも拡散させることができ、画面の周辺領域における視野角θ’を実質的に広げる効果を発揮できる。その結果、観察者１００が結像面２（画面）に近づいた場合にも、周辺点Ｓからの拡散光を観察者１００に届かせることができて、観察者１００は、中央領域の映像はもちろん、その外側の周辺領域の映像も見えるようになる。また、このことにより、画面サイズが大きくなると周辺部の映像が見えにくくなるという問題も解消することができる。そのため、画面を大型化しやすくなる。また、周辺部の映像が見やすくなることによって、周辺領域まで無駄なく有効な表示画面として利用できるようになる。

なお、光拡散部材１０に拡散の指向性を持たせることができる場合は、その指向する方向を、できるだけ観察者１００の立つ位置（画面の中心寄り）に向けるようにする。そうすることで、結像面２から出射される光を無駄なく観察者１００に届かせることができ、明るくきれいな映像を見せることができる。

また、結像面２に表示され観察者１００に認識される画像は、中央領域については光拡散部材１０を通過しない光によるもの、周辺領域については光拡散部材１０を通過した光によるものとなるので、図４に示す中央領域２ａと周辺領域２ｂとで、見え方の違いが出る可能性がある。そこで、中央領域２ａには予めキャラクタやオブジェクト等の中心的なメイン画像を表示させ、周辺領域２ｂには操作用のアイコンとか説明用の図などのサブ画像を表示させて、映像の種類を区別するのがよい。そうすることで、中央領域２ａと周辺領域２ｂの見え方の違いによる違和感を無くすことができる。特に、中央領域２ａと周辺領域２ｂに跨って映像が存在すると違和感が大きくなる可能性があるので、中央領域２ａと周辺領域２ｂの境界部分には、映像の不連続部分（例えば、空白）を表示させるのがよい。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第２実施形態について説明する。
図５、図６は、本実施形態の立体的二次元画像表示装置Ｍ２の概略構成を示す平面図、図７は観察者が画面に近づいて見た場合にも画面上の周辺領域の映像が見えることを模式的に示す図である。

本実施形態の立体的二次元画像表示装置Ｍ２は、図５、図６に示すように、画像表示面１ａと結像面２の間に、画像表示面１ａを構成する所定の領域を有する周縁部から出射される光の光路を画面の中心側に曲げる光路変更部材２０を設けた点に特徴を有している。光路変更部材２０は、画像表示面１ａと結像面２の間であればどこに設けてもよいが、図５の例では、画像伝達パネル３の前面にほぼ密着させて設けている。また、図６の例では、画像伝達パネル３の後面にほぼ密着させて設けている。

光路変更部材２０としては、図示しないレンズ（例えばフレネルレンズ）や、図８に示すようなプリズム２２、あるいは、図９に示すような複数のプリズム２３ａを配列して構成したプリズムシート２３等を使用することができる。図１０は、プリズム２２を画像伝達パネル３の後面にほぼ密着させて設けた例を示している。なお、光路変更部材２０として矩形シート状のものを使用する場合は、その中央部を四角くくり抜くことで、光路変更部材２０を周辺領域にのみ配置することができる。

また、プリズムシート２３を使用した場合、観察者が左右の画像が正しく見える位置をガイドする必要がある。そのガイドのために、周辺領域２ｂにガイド用の画像を表示することが望ましい。図１１（ａ）にガイド用の画像表示の一例を示す。図１１（ａ）は、ガイド用の画像として、周辺領域２ｂの左右にそれぞれマーク２４「●」を３個ずつ配置した例である。なお、ガイド用の画像の形は「●」に限定されない。また、マーク２４の数や位置なども上記図１１（ａ）に限定されない。
上記マーク２４は、観察位置が正しく無い場合には、図１１（ｂ）のように「●」の一部がかけて見えたり、ぼやけて見えたりする。観察位置が左右のいずれかにずれている場合は、「●」の左側または右側の一部が欠けて見え、上下のいずれかにずれている場合は、「●」の上側または下側の一部が欠けて見え、前後にずれている場合は、ぼやけて見える。「●」が明瞭に、かつ、欠けずに丸く見える位置に移動することにより、観察位置を正しい位置とすることができる。
なお、ガイド用の画像は、通常の画像に重ねて表示しても良いし、あるいは、予め表示しておき、観察者に対して観察位置の調整を促すようにしてから、ガイド用の画像を消して、通常の画像を表示するようにしても良い。

本実施形態の立体的二次元画像表示装置Ｍ２は、以上の説明のように、画像伝達パネル３の前面や後面の周辺部に光路変更部材２０を配置したので、図７に示すように、画面上の周辺領域から出射する光を結像面２の中心側に曲げることができる。このため、観察者１００が結像面２（画面）に近づいた場合にも、周辺点Ｓからの光を観察者１００に届かせることができて、観察者１００は、中央領域の映像はもちろん、その外側の周辺領域の映像も見えるようになる。また、このことにより、画面サイズが大きくなると周辺部の映像が見えにくくなるという問題も解消することができ、画面を大型化しやすくなる。また、周辺部の映像が見やすくなることによって、周辺領域まで無駄なく有効な表示画面として利用できるようになる。

なお、上記第１実施形態及び第２実施形態のように構成した場合、画像伝達パネル３、光拡散部材１０や光路変更部材２０を設けるに当たっては、画面周辺の光を確実に取り込めるようにするために、画面より一回り大きめのものを設置するのがよい。
また、構成によって中央領域２ａと周辺領域２ｂの画像がオーバーラップする部分がある場合は、新たな視覚効果を生む可能性も期待できる。

図１２、図１３は、上記両実施形態の立体的二次元画像表示装置Ｍ１、Ｍ２の結像面２に対する具体的な表示例を示している。図１２の例では、結像面２の中央領域２ａにメイン画像（例えば、キャラクタ画像、オブジェクト画像等）を表示し、周辺領域２ｂに枠飾り２８や説明文２９などのサブ画像を表示している。また、図１３の例では、中央領域２ａにメイン画像を表示し、周辺領域２ｂに操作用のボタン類のアイコン画像を表示している。

図１３の例における周辺領域２ｂは、ユーザインタフェース領域として構成されており、ユーザが各種指示に対応したアイコン画像の位置に特定の操作入力を加えることにより、画像に変化を与える等の指示を与えることができる。この場合のユーザインタフェース領域は、後述の位置検出センサがセンシングしている領域であり、この領域においてアイコン画像に対応する位置でユーザの指等の被検出物が検出されると、例えば、制御部が、この検出された位置に表示されたアイコン画像の意味する動作にしたがって、中央領域２ａに表示される画像を変化させる。

位置検出センサは、所定の検出領域内に挿入されるユーザの指等の物体（被検出物）の位置を検出して検出位置に応じた信号を出力するもので、例えば筐体の開口の内周側に配置される。位置検出センサとしては、用途に応じて、二次元位置検出センサや三次元位置検出センサを用いることができる。

位置検出センサとして二次元位置検出センサを用いた場合は、結像面２またはその近傍の平面を検出平面とし、その検査平面を人間の指や棒等の物体が横切った際に、その位置に応じた検出信号を出力するように構成すればよい。また、制御部は、その位置検出センサの信号に応じて、例えば、中央領域２ａに表示するメイン画像を変化させればよい。

図示例の場合を詳しく解説すると、結像面２の中央領域２ａにポットの画像が表示されており、周辺領域２ｂに、ポットの画像を囲むように複数のアイコン画像３１〜４４が操作メニューとして表示されている。例えば、１つのアイコン画像３１として、四角で囲まれた“拡大”という文字がボタン様に映し出されており、ユーザがこのアイコン画像３１を押そうとして、ユーザの指がこのアイコン画像３１に対応する領域に差し込まれると、位置検出センサがこの指の挿入を検出する。そして、制御部は、位置検出センサからの検出信号に応じて、このアイコン画像３１に表示された“拡大”という文字に対応させて、中央部２ａに表示されたポットの画像を拡大像に切り替える。

同様に、制御部は、他のアイコン画像３２〜４４に対応する領域にユーザの指が挿入されると、各アイコン画像３２〜４４に表示された文字や記号（“縮小”、“移動”、“回転”、“色”、“照明”、“開”、“閉”、“▲”等）の画像の意味に対応して、ポットの画像を切り替える。

ここで、文字で示すアイコン画像は、モード選択のためのボタン機能を備える。例えば、“縮小”は、ポットの大きさの縮小を意味し、“移動”は、ポットの表示位置を移動させるモードにするかどうかを意味している。また、“回転”は、ポットの画像を回転させるモードにするかどうかを意味し、“色”は、ポットの配色の変更を意味している。さらに、“照明”は、ポットに光を当てたような画像を表示するかどうかの有無や光が照射される角度及び方向の変更を切り替えることを意味しており、“開”及び“閉”は、ポットの蓋を開けたり閉めたりする動作を意味している。また、記号“▲”によるアイコン群は、移動や回転等のモード選択用アイコン群が操作された後に更にこれらが操作されることにより、実際にポットを移動させたり、回転させたりする動作に対応している。

以上説明したように、本発明にかかる実施形態によれば、画像表示面１ａと結像面２との間に、画像表示面１ａを構成する所定の領域を有する周縁部から出射される光の光路を変更させる光路変更部材１０を配置したので、観察者が画面に近づき過ぎた場合に見えにくくなっていた画面の周辺領域からの光を、光路変更部材１０の作用によって観察者に届かせることができる。このため、観察者が画面に近づいても、周辺部の映像が見えるようになる。また、画面サイズが大きくなると周辺部の映像が見えにくくなる問題も解消することができ、画面を大型化しやすくなる。また、周辺部の映像が見やすくなることにより、周辺領域まで無駄なく有効な表示画面として利用できるようになる。

また、本発明にかかる実施形態によれば、光路変更部材１０が、画像表示面１ａの周縁部から出射する光を拡散させるものであるから、画面の周辺領域における視野角を実質的に広げる効果を得ることができ、その結果、観察者が結像面２に近づいた場合にも、周辺部からの拡散光が観察者に届くようになり、周辺の映像が見えるようになる。この場合の光路変更部材１０としては、拡散板、拡散シート、スクリーン等の光拡散部材を使用することができる。

また、本発明にかかる実施形態によれば、光路変更部材２０が、画面の周縁部から出射する光を画像表示面の中心側に曲げるようなものを用いることもできる。この場合には、観察者が結像面２に近づいたときでも、周辺部から出射された光を観察者に届かせることができ、周辺の映像が見えるようになる。この場合の光路変更部材としては、レンズ（フレネルレンズ）、プリズム、複数のプリズムが配列されたプリズムシートを使用することができる。

また、光路変更部材２０は、画像表示面１ａと結像面２との間にあればよく、結像面２の近傍に配置したり、画像伝達パネル３の前面または後面の近傍に配置したりすることができる。
本出願は、２００４年１０月７日出願の日本特許出願（特願２００４−２９５３１３）、に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明の第１実施形態の立体的二次元画像表示装置の概略構成を示す斜視図である。 同装置において、観察者が画面に近づいて見た場合にも画面上の周辺領域の映像が見えることを模式的に示す図である。 同装置における画像伝達パネルの詳細を模式的に示す図である。 同装置における画面上の中央領域と周辺領域の説明のために示す正面図である。 本発明の第２実施形態の立体的二次元画像表示装置の第１例の概略構成を示す平面図である。 本発明の第２実施形態の立体的二次元画像表示装置の第２例の概略構成を示す平面図である。 第２実施形態の装置において、観察者が画面に近づいて見た場合にも画面上の周辺領域の映像が見えることを模式的に示す図である。 光路変更部材の例としてプリズムを示す図である。 光路変更部材の例としてプリズムシートを示す図である。 光路変更部材としてプリズムを用いた場合の構成例を示す平面図である。 （ａ）ガイド用の画像を配置した一例を示す正面図、（ｂ）観察位置が正しく無い場合のマークを示す図である。 本発明の実施形態における具体的な表示例を示す図である。 別の表示例を示す図である。 従来の立体的二次元画像表示装置の原理構成を示す概略平面図である。 従来の立体的二次元画像表示装置における視野角と適正な観察距離との関係を説明するための平面図である。 画面に近づき過ぎて周辺部の画像が見えなくなる現象を説明するために示す平面図である。

符号の説明

１ 表示部
１ａ 画像表示面
２ 結像面
３ 画像伝達パネル
１０ 光拡散部材
２０ 光路変更部材
２２ プリズム
２３ プリズムシート

【０００２】
【特許文献２】特開２００３−９８４７９号公報
【特許文献３】特開２００２−７７３４１号公報
【特許文献４】特開２００３−１５６７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
［０００７］ しかし、一定の距離を隔てて見ることが難しい場合もある。例えば、表示されている画像の種類などによっては、近づいて観察したくなるものもあり、そうなると、図１６に示すように、観察者１００の位置が、画面上の中央点Ｃの視野内には入るが、周辺点Ｓの視野から外れることになるので、画面の中心付近の映像は見えるが、周辺部の映像が見えないという現象が生じる。
［０００８］ 画面サイズが小さいうちは、正しく見るための必要観察距離Ａが短いために、そう問題になることはないが、画面サイズが大きくなると、それだけ必要観察距離Ａが長くなるために、周辺部が見えないという問題が大きくなってくる。
［０００９］ 本発明は、上記事情を考慮し、画面サイズが大きくなると見えにくくなるおそれのある周辺領域の画像を見やすくすることができ、画面全体を画像表示面として有効に利用できるようにする立体的二次元画像表示装置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】
［００１０］ 請求項１の発明の立体的二次元画像表示装置は、画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、前記画像表示面に対して離間配置され、前記画像表示面から出射される光を空間中の結像面に結像させることにより立体的二次元画像を表示する画像伝達パネルと、前記画像表示面と前記結像面の間に配置され、前記画像表示面を構成する所定の領域を有する周縁部から出射される光の光路を変更させる光路変更部材と、を備え、前記光路変更部材を介して形成される前記周縁部の結像面と、当該周縁部以外の結像面とに、個別に視認可能な前記立体的二次元画像を表示し、中央領域に対して少なくとも左右の前記周縁部にガイド用の画像としてのマークを表示することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
［００１１］ 以下、図面を参照しながら、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の実施形態について説明する。（第１実施形態）
まず、本発明に係る立体的二次元画像表示装置の第１実施形態について説明す

Claims (10)

1. 画像を表示する画像表示面を備えた表示部と、
   前記画像表示面に対して離間配置され、前記画像表示面から出射される光を空間中の結像面に結像させることにより立体的二次元画像を表示する画像伝達パネルと、
   前記画像表示面と前記結像面の間に配置され、前記画像表示面を構成する所定の領域を有する周縁部から出射される光の光路を変更させる光路変更部材と、
   を備えたことを特徴とする立体的二次元画像表示装置。
2. 前記光路変更部材は、前記周縁部から出射する光を拡散させるものであることを特徴とする請求項１に記載の立体的二次元画像表示装置。
3. 前記光路変更部材は、前記周縁部から出射する光を前記結像面の中心側に曲げるものであることを特徴とする請求項１に記載の立体的二次元画像表示装置。
4. 前記光路変更部材は、光拡散部材であることを特徴とする請求項２に記載の立体的二次元画像表示装置。
5. 前記光路変更部材は、レンズであることを特徴とする請求項３に記載の立体的二次元画像表示装置。
6. 前記光路変更部材は、プリズムであることを特徴とする請求項３に記載の立体的二次元画像表示装置。
7. 前記光路変更部材は、複数のプリズムが配列されたプリズムシートであることを特徴とする請求項３に記載の立体的二次元画像表示装置。
8. 前記光路変更部材は、前記結像面の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の立体的二次元画像表示装置。
9. 前記光路変更部材は、前記画像伝達パネルの前面または後面の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の立体的二次元画像表示装置。
10. 前記画像伝達パネルが、マイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の立体的二次元画像表示装置。

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