JP5200930B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の画素からなる画像表示素子、例えば、液晶パネルに代表されるフラットパネルを複数配置して表示画面を構成する画像表示装置に関する。

近年、液晶パネルに代表されるフラットパネルを複数備え、それぞれのフラットパネルで形成された画像を繋ぎ合わせて表示する画像表示装置に関する研究開発が盛んになってきている。この種の画像表示装置では、フラットパネルの端部には一般的に、駆動回路が搭載されている部分や枠体部分等の画像表示することができない非表示部が存在する。この非表示部分のため、複数のフラットパネルを単純に並べて表示画面を構成した場合には、フラットパネル間の非表示部によって表示画面が分断されて、画面の面内方向における画像の連続性が損なわれてしまう、という問題があった。

そこで、表示画面の面内方向における画像の連続性を保つことが可能な画像表示装置が提案されている。図１Ａに、特開２００１−１４７４８６公報（以下、特許文献１と記す）に記載された画像表示装置の構成を示し、図１Ｂに、特表２００４−５２４５５１公報（以下、特許文献２と記す）に記載された画像表示装置の構成を示す。

図１Ａに示す画像表示装置は、同一面内に隣接して配置された２つの液晶表示ディスプレイ（ＬＣＤ）１０１と、これらＬＣＤ１０１の表示面側に配置された２つのレンズアレイ１０２とからなる。レンズアレイ１０２は、ＬＣＤ１０１の各画素のそれぞれに対して設けられた複数のレンズを有しており、これらレンズにより、ＬＣＤ１０１の各画素の画像がスクリーン３上に投影される。スクリーン３上に投影された各画素の画像は、隣接する画素間で互いにオーバーラップしたオーバーラップ部１０４を有する。このオーバーラップ部１０４を形成することにより、スクリーン３上に投影される画像の面内方向における連続性を保つ。

図１Ｂに示す画像表示装置では、ディスプレイ領域１１２上にカバープレート組立体１１１を配置し、カバープレート組立体１１１のエッジ部分にレンズ体を形成することで、ディスプレイ領域１１２の画像非表示部分（光学不活性領域１１３）を光学的に消失させている。ディスプレイ領域１１２の画像非表示部分（光学不活性領域１１３）に近いエッジ部分の画素は、カバープレート組立体１１１のレンズ体の屈折条件とあわせて、エッジ側ほど画素ピッチが小さくなるような設計を行っている。

また、最近では、液晶パネルなどのフラットパネル型ディスプレイを用いた立体表示装置として、レンチキュラレンズ、パララックスバリア等により、両眼視差を有する複数の画像をそれぞれ左右の目に空間的に分離して呈示することで立体視を実現する立体表示装置が注目されている。この装置では、特別なメガネ等を装着する必要がないという利点を有している（大越孝敬著、三次元画像工学、朝倉書店参照）。

立体視の効果を高める立体画像生成方法としては、視軸に対して斜め方向に透視投影変換して表示する方法がある（米国特許６３８９２３６公報参照）。図２は、その立体画像生成方法を説明するための図である。

図２に示す立体画像生成方法では、右眼視点１２１、左眼視点１２２それぞれの視点に対応する画像を右眼透視投影変換画像１２３、左眼透視投影変換画像１２４として透視投影変換して画像表示面１２５に投影する。このとき、画像表示面１２５に投影された右眼透視投影変換画像１２３および左眼透視投影変換画像１２４は視軸に対して斜め方向とする。この方法を用いて立体表示を行うと、観察者には立体像１２６が知覚される。このとき、観察者の観察位置と、立体像１２６の投影像の各部分との距離が画像表示面１２５内で異なるため、観察者が画像表示面を意識しなくなり、両眼立体視における疲労感を低減できるという効果がある。また、この方法を用いると、画角が広く取れるので、より立体視の効果を高めることが可能であり、より臨場感のある立体映像を提供できる。

複数の画像表示素子を互いのなす角が９０°以上１８０°未満の角度でつなぎ合わせることで、さらに画角が広い立体表示装置を提供することができる。画像表示素子として、液晶パネル等のプラットパネル型ディスプレイが用いられる。

特許文献１に記載された画像表示装置においては、レンズアレイやレンズ体などの結像光学系が必要となるため、表示装置の厚さが大きくなるという欠点がある。また、特許文献１、２に記載された画像表示装置においては、レンズの曲面加工が必要であるため設計・製造コストが増大するという問題がある。これらの問題に加えて、特許文献２に記載された画像表示装置においては、画像表示素子のエッジ部分の画素ピッチを特に小さくするという特殊な設計・製造を行う必要がある。また、レンチキュラレンズ等を用いた立体表示装置を実現するためには、条件次第では、レンチキュラレンズ等のエッジ部分の画素ピッチも特に小さくしなければならず、コストがさらに増大するという問題がある。

２枚のプラットパネル型ディスプレイよりなる画像表示素子を繋げて立体表示を行う装置においては、画像表示素子の端部に画像が表示されない非表示部が存在するため、以下のような問題がある。

図３に、２枚の画像表示素子をつなぎ合わせて立体画像表示を行う場合に観察される立体画像を模式的に示す。画像表示素子１３１、１３２は互いのなす角度がほぼ９０°となるように隣接して配置されている。画像表示素子１３１上の画素１３３は、観察者１３９には立体像の点１３６として知覚される。画像表示素子１３２上の画素１３４は、観察者１３９には立体像の点１３７として知覚される。画像表示素子１３１、１３２の端部には非表示部１３５が存在するため、観察者１３９には、その非表示部１３５に対応する立体像消失部分１３８が観察されることになる。この立体像消失部分１３８は立体情報を含んでいないため、観察者１３９に非常に大きな違和感を与え、立体視の大きな妨げになる。

本発明の目的は、上記問題を解決し、複数の画像表示素子からなる表示画面内における、隣接する画像表示素子の画像の連続性を保つことが可能な、低コストの画像表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の画像表示装置は、複数の画素からなる画像表示部と該画像表示部の端部に沿って設けられた非表示部とを有する複数の画像表示素子が、互いの前記画像表示部を含む平面が交差するように隣接して配置されてなる画像表示装置において、前記複数の画像表示素子のうちの隣接する画像表示素子の少なくとも一方を覆うプリズムを有し、前記プリズムは、当該プリズムにより覆われた画像表示素子からの光を出射する面を有し、該画像表示素子の前記画像表示部の端部の画素が、予め決められた視点位置から前記プリズムの出射面の端部に入射した光の到達する位置に配置されていることを特徴とする。

上記の構成においては、隣接する画像表示素子の少なくとも一方はプリズムで覆われている。プリズムで覆われた画像表示素子を予め決められた視点位置から観察した場合、当該画像表示素子の画像表示部からの画像光はプリズムで屈折する。本発明では、この屈折作用を利用する。さらに、本発明では、隣接する画像表示素子を互いの面が交差するように角度をつけた状態で配置するとともに、隣接する画像表示素子の画像表示部の端部の画素を、予め決められた視点位置からプリズムの出射面の端部に入射した光の到達する位置に配置している。これにより、予め決められた視点位置から観察した場合に、隣接する画像表示素子の画像表示部の画像を継ぎ目（非表示部の画像）のない状態で観察することが可能となる。

また、本発明では、継ぎ目のない画像表示を行うために従来用いられていた結像光学系は必要としないので、画像表示装置の厚さが大きくなる、といった問題は生じない。加えて、画像表示素子のエッジ部分の画素ピッチを特に小さくするという特殊な設計・製造を行う必要もないので、コストも増大しない。

本発明によれば、結像光学系を設けたり、特殊な設計・製造を行ったりする必要がないので、従来に比べて、低コストで、厚さ（奥行き）の薄い画像表示装置を提供することができる。

特開２００１−１４７４８６公報に記載された画像表示装置の構成を示す模式図である。 特表２００４−５２４５５１公報に記載された画像表示装置の構成を示す模式図である。 米国特許６３８９２３６公報に記載された立体画像生成方法を説明するための図である。 ２枚の画像表示素子をつなぎ合わせて立体画像表示を行う場合に観察される立体画像を示す模式図である。 本発明の画像表示装置の第１の実施形態を示す側面図である。 本発明の画像表示装置の第１の実施形態を説明するための分解斜視図である。 図４Ａに示す画像表示装置による画像表示の原理を説明するための図である。 図４Ａに示す画像表示装置の光学的等価状態を示す模式図である。 本発明の画像表示装置の第２の実施形態を説明するための模式図である。 本発明の画像表示装置の第３の実施形態を説明するための模式図である。 本発明の画像表示装置の第４の実施形態を説明するための模式図である。 本発明の画像表示装置の第５の実施形態を説明するための模式図である。 本発明の画像表示装置の第６の実施形態を説明するための模式図である。 溝の変形例を示す模式図である。 溝の他の変形例を示す模式図である。 本発明の画像表示装置の第７の実施形態を説明するための模式図である。 本発明の画像表示装置の第８の実施形態を説明するための模式図である。 本発明の画像表示装置の第９の実施形態を説明するための図であって、パネルを開いた状態を示す模式図である。 本発明の画像表示装置の第９の実施形態を説明するための図であって、パネルを閉じた状態を示す模式図である。 本発明の画像表示装置の第１０の実施形態を説明するための図である。 本発明の画像表示装置の第１１の実施形態を説明するための斜視図である。 図１７Ａに示す画像表示装置における立体表示の模式図である。 本発明の画像表示装置の第１２の実施形態を示す上面図である。 図１８Ａに示す画像表示装置における立体表示の模式図である。 本発明の画像表示装置の第１３の実施形態を説明するための模式図である。 本実施形態の画像表示装置を用いた立体表示を示す模式図である。

符号の説明

１、２ 画像表示素子
１ａ、２ａ 画像表示部
１ｂ、２ｂ 非表示部
３ プリズム
３ａ、３ｂ プリズム部
５、６ 虚像
９ 観察方向
１０ 観察者
２１、２２ プリズム面

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図４Ａは、本発明の画像表示装置の第１の実施形態を示す側面図、図４Ｂは、その画像表示装置の分解斜視図である。

図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、画像表示装置は、２枚の画像表示素子１、２およびプリズム３から構成される。画像表示素子１、２は、液晶パネルなどに代表されるフラットパネルである。画像表示素子１は、複数の画素が同一面内に配置された画像表示部１ａと、この画像表示部１ａの端部に沿って設けられた非表示部１ｂとを有する。これと同様に、画像表示素子２も、画像表示部２ａおよび非表示部２ｂを有する。画像表示素子１、２は、互いの面のなす角度が９０°となるように隣接して配置される。

プリズム３は、断面形状がＬ字状のものであって、画像表示素子１の画像表示部１ａを覆うプリズム部３ａと、画像表示素子２の画像表示部２ａを覆うプリズム部３ｂとを有する。プリズム３の材料としては、アクリル、ポリカーボネート、ガラスなどの光学材料を用いることができる。プリズム部３ａ、３ｂは平行平板であって、同じ厚さとされている。画像表示素子１とプリズム部３ａの間および画像表示素子２とプリズム部３ｂの間は、密着していても、間隙を有していてもよい。以下では、構成の説明を簡潔なものとするために、画像表示素子１、２とプリズム部３ａ、３ｂの間は密着しているものと仮定する。

観察方向９からプリズム３を介して画像表示部１ａ、２ａを観察した場合、画像表示部１ａ、２ａはそれぞれプリズム３内において虚像５、６として観察される。これら虚像５、６は、１つの連続した虚像を構成する。すなわち、画像表示部１ａの非表示部１ｂに隣接する画素１９の虚像と画像表示部２ａの非表示部２ｂに隣接する画素２３の虚像とが丁度重なった状態で観察され、非表示部１ｂ、２ｂは虚像として観察されない。

プリズム３を用いずに、観察方向９から画像表示部２ａ、２ａを直接観察した場合、画像表示部２ａ、２ａの間には非表示部１ｂ、２ｂが介在するため、画像表示部２ａ、２ａからの画像により構成される表示画面は、非表示部１ｂ、２ｂによって分断された状態で観察されることになる。本実施形態の画像表示装置によれば、観察方向９から観察した場合に、画像表示部１ａ、２ａの虚像５、６がプリズム３内において１つの連続した虚像を構成するように構成されているので、非表示部１ｂ、２ｂの像は観察者からは見えないようになっている。以下に、その原理を具体的に説明する。

図５は、図４Ａに示す画像表示装置による画像表示の原理を説明するための図である。図５に示すように、画像表示素子１上の画素１４からの光が、プリズム面２１（観察側の面）で屈折して、プリズム面２１上の点１７から観察方向９とは逆の方向に観察者１０に向けて出射する場合、点１７から出射した光線とプリズム面２１の垂線とのなす角（出射角または屈折角）をθ１、画素１４から点１７に入射する光線とプリズム面２１の垂線とのなす角（入射角）をθ２、プリズム３の外の屈折率をｎ１、プリズム３の屈折率をｎ２、プリズム３の厚さをｔ、画素１４の虚像１５の高さをｄとすると、スネルの法則と幾何学的関係から、以下の式１乃至３が成立する。
n１×sinθ１＝n２×sinθ２ （式１）
（ｔ−ｄ）×tanθ1＝ ｔ×tanθ２ （式２）
ｄ＝ｔ×｛1−（n１×cosθ1）／（ｎ2×cosθ2）｝ （式３）

式１乃至３に従えば、観察方向９から画素１４を観察した場合、画素１４は、プリズム３内において、高さｄだけ浮き上がった位置で虚像１５として観察される。この原理から、画像表示部１ａ、２ａはそれぞれ、プリズム３内において、高さｄだけ浮き上がった位置で虚像１６、２４として観察される。

これら虚像１６、２４が、非表示部１ｂ、２ｂの虚像が介在することなく、１つの連続した虚像として観察されるためには、画像表示素子１、２およびプリズム３の配置が以下のような条件を満たす必要がある。

まず、画像表示素子１とプリズム３の配置に関する条件を説明する。

画像表示部１ａの端部に位置する画素１９から発する光が、プリズム面２１とプリズム面２２の交わる線上の点２０の、プリズム面２１側で屈折して、観察方向９とは逆の方向に観察者に向かって出射するように、画像表示素子１を配置する。すなわち、画像表示素子１上における、点２０から引いたプリズム面２１に対して垂直な線が交わる位置から画素１９までの距離をｘとするとき、この距離ｘが以下の式４で与えられる値となるように、画像表示素子１をプリズム３に対して配置する。
ｘ＝ｔ×tanθ２ 式４

これと同様にして、画像表示部２ａの端部に位置する画素２３から発する光が、点２０の、プリズム面２２側で屈折して、観察方向９とは逆の方向に観察者に向かって出射するように、画像表示素子２を配置する。このような配置は、画像表示素子２上における、点２０から引いたプリズム面２２に対して垂直な線が交わる位置から画素２３までの距離ｘが式４で与えられる値とすることで実現される。

ここでは、プリズム面２１とプリズム面２２のなす角度φが９０°、屈折角θ１が４５°であるので、画像表示素子１と画像表示素子２は、プリズム面２１とプリズム面２２の境界に対して互いに対称な位置関係となる。

上記のように画像表示素子１、２を配置することで、観察方向９から観察した場合に、画素１９の虚像と画素２３の虚像が、虚像１６と虚像２４が交わる線上の点２５で重なることになる。この場合、非表示部１ｂ、２ｂからプリズム３を通過して観察者１０の方向に出射する光線は存在しない。したがって、画像表示部１ａ、２ａの虚像１６、２４が、非表示部１ｂ、２ｂの虚像が介在することなく、１つの連続した虚像として観察される。

図６は、図４Ａに示した画像表示装置の光学的等価状態を示す模式図である。上述の表示原理により、画像表示素子１の画像表示部１ａの虚像と画像表示素子２の画像表示部２ａの虚像とが、継ぎ目なく繋がった連続的な虚像として観察される。この状態は、図６に示すような、２枚の画像表示素子のそれぞれの画像表示部２６ａ、２６ｂが継ぎ目なく繋がった状態に等しい。画像表示部２６ａ、２６ｂは、図４Ａに示した虚像５、６に対応する。

なお、画像表示素子１、２は、上述した配置において、互いの非表示部１ｂ、２ｂが干渉しないように設計する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、プリズム部３ａ、３ｂは同じ厚さｔとされ、プリズム面２１、２２のなす角度φは９０°とされているが、プリズム部３ａ、３ｂの厚さは異なっていてもよく、また、角度φも、画像表示部の各虚像を連続する１つの虚像として観察することが可能な角度範囲において、適宜に設定することができる。角度φの望ましい角度範囲は、９０°以上、１８０°未満である。ここでは、角度φを９０°より大きな角度に設定し、厚さの異なるプリズム部３ａ、３ｂを用いた形態について説明する。

図７は、本発明の画像表示装置の第２の実施形態を説明するための模式図である。本実施形態の画像表示装置は、プリズム部３ａの厚さｔ１がプリズム部３ｂの厚さｔ２よりも薄く、プリズム面２１、２２のなす角度φが９０°よりも大きい以外は、基本的には、第１の実施形態のものと同様の構成である。画像表示素子１、２の互いの面のなす角度は角度φ（＞９０°）に等しい。図７中、図４Ａに示したものと同じ構成には同じ符号を付している。説明の重複を避けるため、以下では、同じ構成についての説明は省略し、特徴となる部分についてのみ説明する。

画像表示部１ａの端部に位置する画素１９から発する光が、プリズム面２１とプリズム面２２の交わる線上の点２０の、プリズム面２１側で屈折して、観察方向９とは逆の方向に観察者１０に向かって出射するように、画像表示素子１を配置する。具体的には、以下のようにしてこの配置を実現する。

図７において、ｎ２はプリズム３の屈折率、ｎ１はプリズム３の外の屈折率である。θ１は、画素１９からの光が点２０から出射した光線とプリズム面２１の垂線とのなす角（出射角または屈折角）である。θ２は、画素１９からの光が点２０に入射する光線とプリズム面２１の垂線とのなす角（入射角）である。画像表示素子１上における、点２０から引いたプリズム面２１に対して垂直な線が交わる位置から画素１９までの距離をｘ１とするとき、この距離ｘ１が以下の式５で与えられる値となるように、画像表示素子１をプリズム３に対して配置する。
ｘ1＝ｔ1×tanθ２ 式５

また、画像表示部２ａの端部に位置する画素２３から発する光が、点２０のプリズム面２２側で屈折して、観察方向９とは逆の方向に観察者１０に向かって出射するように、画像表示素子２を配置する。具体的には、以下のようにしてこの配置を実現する。

図７において、θ３は、画素２３からの光が点２０から出射した光線とプリズム面２２の垂線とのなす角（出射角または屈折角）である。θ４は、画素２３からの光が点２０に入射する光線とプリズム面２２の垂線とのなす角（入射角）である。画像表示素子２上における、点２０から引いたプリズム面２２に対して垂直な線が交わる位置から画素２３までの距離をｘ２とするとき、この距離ｘ２が、以下の式６、７に従って与えられる値となるように、画像表示素子２をプリズム３に対して配置する。
n１×sinθ３＝n２×sinθ４ 式６
ｘ2＝ｔ2×tanθ４ 式７

上記のようにして画像表示素子１、２をプリズム３に対して配置した場合、屈折度θ１、θ３および角度φには以下の式８の関係が成り立つ。
θ１＋θ３＝１８０°−φ 式８

ここで、プリズム部３ａの厚さｔ１とプリズム部３ｂの厚さｔ２は、上記条件を満たせば異なっていてもよい。図７に示した構成において、観察方向９から観察した場合、画素１９の虚像と画素２３の虚像が、虚像１６と虚像２４が交わる線上の点２５で重なることになる。この場合も、上述した第１の実施形態と同様、非表示部１ｂ、２ｂからプリズム３を通過して観察者１０の方向に出射する光線は存在しないので、虚像１６、２４が１つの連続した虚像として観察される。式１乃至３に従って、プリズム部３ａ、３ｂの虚像の高さはそれぞれｄ１、ｄ２となる。

（第３の実施形態）
図８は、本発明の画像表示装置の第３の実施形態を説明するための模式図である。本実施形態の画像表示装置は、基本的には、第２の実施形態のものと同様の構成であるが、プリズム３の断面形状がくさび状の形状とされており、プリズム部３ａ、３ｂの厚さが、これらプリズム部の境界から端部にかけて徐々に薄くなるように構成されている点が異なる。画像表示素子１、２の互いの面のなす角度は９０°以上、１８０°未満に設定されるが、ここでは９０°としている。図８中、図７に示したものと同じ構成には同じ符号を付している。

本実施形態においても、画像表示部１ａの端部に位置する画素１９から発する光が、プリズム面２１とプリズム面２２の交わる線上の点２０の、プリズム面２１側で屈折して、観察方向９とは逆の方向に観察者１０に向かって出射するように、画像表示素子１を配置する。また、画像表示部２ａの端部に位置する画素２３から発する光が、点２０のプリズム面２２側で屈折して、観察方向９とは逆の方向に観察者１０に向かって出射するように、画像表示素子２を配置する。この配置によれば、観察方向９から観察した場合、画素１９の虚像と画素２３の虚像が、虚像１６と虚像２４が交わる線上の点２５で重なることになる。この場合も、上述した第１の実施形態と同様、非表示部１ｂ、２ｂからプリズム３を通過して観察者１０の方向に出射する光線は存在しないので、虚像１６、２４が１つの連続した虚像として観察される。

（第４の実施形態）
図９は、本発明の画像表示装置の第４の実施形態を説明するための模式図である。本実施形態の画像表示装置では、画像表示素子１、２のうち画像表示素子２のみがプリズムで覆われている。これ以外は、第１の実施形態のものと同様である。

プリズムは、図４Ａに示したプリズム部３ｂのみで構成されており、画像表示素子２の画像表示部２ａはこのプリズム部３ｂで覆われている。画像表示部２ａ上の端部に位置する画素２３からの光が、プリズム面２２（観察側の面）で屈折して、プリズム面２２の端部の点１７から観察方向９とは逆の方向に観察者１０に向けて出射する場合、点１７から出射した光線とプリズム面２２の垂線とのなす角（出射角または屈折角）をθ４、画素２３から点１７に入射する光線とプリズム面２２の垂線とのなす角（入射角）をθ５、プリズム部３ｂの外の屈折率をｎ１、プリズム部３ｂの屈折率および厚さをそれぞれｎ２、ｔ、画素２３の虚像１５の高さをｄとすると、スネルの法則と幾何学的関係から、上述した式１乃至３が成立する。この場合、観察方向９からプリズム部３ａを介して画像表示部２ａを観察した場合、画像表示部２ａは、プリズム内において、高さｄだけ浮き上がった位置で虚像２４として観察される。

本実施形態においても、画像表示素子２上における、点１７から引いたプリズム面２２に対して垂直な線が交わる位置から画素２３までの距離ｘが、上述した式４で与えられる値となるように、画像表示素子２およびプリズム部３ｂを配置する。プリズム部３ａの端部は、プリズム面２２側から虚像２４が形成される位置（高さｄ）まで、プリズム面２２の垂線に対して角度θ４の傾斜を有するようにカットされており、虚像２４の位置から画像表示部２ａを覆う面までは、プリズム面２２の垂線に対して平行となるようにカットされている。画像表示素子１は、画像表示部１ａの端部に位置する画素１９が虚像２４の端部に隣接するように配置されている。

上記の配置によれば、画素２３から発する光が、プリズム面２２の端部の点１７で屈折して、観察方向９とは逆の方向に観察者に向かって出射する。観察方向９から観察した場合に、画素１９と画素２３の虚像が、画像表示部２ａを含む平面と虚像２４を含む平面が交わる線上の点２５で丁度隣接することになる。この場合、非表示部１ｂ、２ｂからプリズム３を通過して観察者１０の方向に出射する光線は存在しないので、画像表示部１ａと画像表示部２ａの虚像２４とが１つの連続した画像として観察される。

（第５の実施形態）
図１０は、本発明の画像表示装置の第５の実施形態を説明するための模式図である。本実施形態の画像表示装置は、基本的には、第１の実施形態のものと同様の構成であるが、画像表示部１ａ、２ａの虚像が点２５で交差する（オーバーラップする）ように構成されている点が異なる。図１０中、図４Ａおよび図５に示したものと同じ構成には同じ符号を付している。

画像表示部１ａ上の端部から非表示部１ｂとは反対の方向に向かって数えてｎ番目に位置する画素からの光が、プリズム面２１で屈折して、プリズム面２１の端部の点１７から観察方向９とは逆の方向に観察者１０に向けて出射するように、画像表示素子１を配置する。すなわち、画像表示素子１上における、点１７から引いたプリズム面２１に対して垂直な線が交わる位置からｎ番目の画素までの距離ｘが、上述した式４で与えられる値となるように、画像表示素子１およびプリズム部３ａを配置する。ここで、ｎは任意の数である。

また、画像表示部２ａ上の端部から非表示部２ｂとは反対の方向に向かって数えてｍ番目に位置する画素からの光が、プリズム面２２で屈折して、プリズム面２２の端部の点１７から観察方向９とは逆の方向に観察者１０に向けて出射するように、画像表示素子２を配置する。すなわち、画像表示素子２上における、点１７から引いたプリズム面２２に対して垂直な線が交わる位置からｍ番目の画素までの距離ｘが、上述した式４で与えられる値となるように、画像表示素子２およびプリズム部３ｂを配置する。ここで、ｍは任意の数である。

上記の配置によれば、観察方向９から観察した場合に、画像表示部１ａの端部からｎ番目の画素の虚像と画像表示部２ａの端部からｍ番目の画素の虚像とが、画像表示部１ａの虚像１６と画像表示部２ａの虚像２４とが交わる線上の点２５で丁度隣接することになる。この場合、非表示部１ｂ、２ｂからプリズム３を通過して観察者１０の方向に出射する光線は存在しないので、画像表示部１ａ、２ａの虚像１６、２４がオーバーラップした状態（オーバーラップ部２７を含む状態）の１つの連続した虚像として観察される。この場合は、第１から第４の実施形態と比べて、オーバーラップ部２７を含む分だけ、観察方向の余裕を大きくすることが可能である。ここで、観察方向の余裕とは、観察者１０からプリズム３を介して画像表示素子１、２を観察した場合の、非表示部１ｂ、２ｂの介在なしに、画像表示部１ａ、２ａにより形成された画像を１つの連続した画像としてみることのできる範囲の大きさを意味する。

（第６の実施形態）
第１から第５の実施形態の画像表示装置において、プリズムの、画像表示素子の非表示部を覆う部分は、画像表示素子により形成された画像を観察する上では、不要な領域であるため、この領域に溝などを形成して、スペースの有効利用を図ることができる。特に、各実施形態で説明した画像表示装置においては、画像表示素子の非表示部には駆動回路等が設けられるため、非表示部とプリズムの間にはある程度の空間を設けることが望ましい。

図１１は、本発明の画像表示装置の第６の実施形態を説明するための模式図である。本実施形態の画像表示装置は、図４Ａおよび図５に示した構成において、プリズム３の、画像表示素子１、２の非表示部１ｂ、２ｂを覆う部分に溝４を形成した以外は、第１の実施形態と同様の構成のものである。図１１中、第１の実施形態と同じ構成には同じ符号を付している。

溝４は、画像表示素子１を覆う面と画像表示素子２を覆う面とが交わる線に沿って設けられており、その溝部の断面形状はＬ字状である。溝部は、画像表示部１ａの面に垂直な面４ａと、画像表示部２ａの面に垂直な面４ｂとを含む。

本実施形態の画像表示装置においては、観察方向９から入射角度θ６でプリズム部３ｂに入射し、プリズム面２２にて屈折して溝部の面４ｂに入射した光が、面４ｂで全反射するような条件とされている。この構成によれば、溝４が非表示部１ｂ、２ｂからの光を観察者１０の方向へ出射させない光学規制部として働き、その結果、観察角度の余裕が大きくなる。この光学規制部としての作用を以下に具体的に説明する。

プリズム面２２における入射角、屈折角をそれぞれθ６、θ７、面４ｂの入射角を（９０°−θ７）、プリズム３の外の屈折率ｎ１を１．０、プリズム３の屈折率ｎ２を１．５とする場合、
n１×sinθ６＝n２×sinθ７
の関係が成り立つ。θ６は観察角度であり、観察角度が０°＜θ６＜９０°の範囲において、θ７は０°＜θ７＜４１．８°の範囲となる（第１の条件）。一方、溝４の面４ｂで全反射となる条件は、sin（９０°−θ７）＞ｎ１／ｎ２であり、４８．１°＞θ７となる（第２の条件）。第１および第２の条件はθ６に関係なく決まる。第１および第２の条件を満たす限り、全反射となって、溝４は、観察方向によらず、観察者１０からは見えない。したがって、非表示部１ｂ、２ｂが溝４に位置する限り、非表示部１ｂ、２ｂは観察者１０からは見えない。

このように、溝４が、画像表示素子１、２の非表示部１ｂ、２ｂからの光を観察方向へ出射させないように働く。この場合の観察方向の余裕Δθは、溝４を有していないものに比べて大きい。

溝４は、Ｌ字形状の全反射面以外の構成であってもよい。例えば、図１２Ａに示すような拡散面や図１２Ｂに示すような曲面より構成してもよい。また、溝４の面を黒色吸収面として光を吸収させてもよい。

（第７の実施形態）
図１３は、本発明の画像表示装置の第７の実施形態を説明するための模式図である。本実施形態の画像表示装置は、表示画面を構成する２枚の立体画像表示素子３０、３１および画像処理回路３８を有する。

立体画像表示素子３０、３１は、第１から第６の実施形態のいずれかの形態を適用したものであって、観察者の右眼３３、左眼３４の方向からプリズムを介して画像表示部を見た場合に、非表示部（継ぎ目）が見えなくなるように、一端が繋ぎ合わせられている。ここでは、立体画像表示素子３０、３１は、互いの面のなす角度が９０°となるように配置されているものと仮定する。

画像処理回路３８は、右眼視点に対応した画像に関する右眼視点画像信号３６および左眼視点に対応した画像に関する左眼視点画像信号３７を入力としており、右眼視点画像信号３６および左眼視点画像信号３７に基づく画像を立体画像表示素子３０、３１からなる表示画面にて表示させる。立体画像表示素子３０、３１の各プリズム面上には、レンチキュラレンズが貼り合わせてあり、右眼３３、左眼３４の方向から観察した場合に、右眼視点画像信号３６に基づく画像と左眼視点画像信号３７に基づく画像とからなる立体画像が観察される。

以下に、本実施形態の画像表示装置の具体例を説明する。

立体画像表示素子３０、３１として、水平６４０画素、垂直４８０画素、画面サイズ水平３２ｍｍ、垂直５０ｍｍのカラー液晶パネルを用いた。立体画像表示素子の非表示部は１．８ｍｍである。レンチキュラレンズのレンズピッチは１００μｍ、レンズ数は３２０個とした。プリズムは、厚さ４ｍｍの透明アクリル樹脂（屈折率：１．４９）により構成した。立体画像表示素子の画像表示部の最端部は、プリズムの画像表示素子と接している面の角から１．８ｍｍとした。この条件で、４５度の観察角度で、観察者の右眼３４、左眼３５それぞれの視点に対応した画像を光学的に独立に提示すると、特殊なメガネ等を装着せずに裸眼立体視が可能であり、立体画像表示素子３０、３１の２つの立体画像表示素子の非表示部（継ぎ目）を観察者が知覚することなく立体視することができた。

さらに、本実施形態の画像表示装置では、画像処理回路３８が、右眼視点画像信号３６、左眼視点画像信号３７から、立体画像表示素子３０、３１それぞれに対応した、右眼用透視投影変換画像３２、左眼用透視投影変換画像３３を生成することで、観察者に幾何学的に正しい立体像３９を実時間で動画表示できた。

このように本実施形態によれば、立体映像を観察者に提示することができ、高画角で臨場感のある立体表示装置を提供することができた。なお、プリズムには、透明アクリル樹脂よりも屈折率の高いポリカーボネート樹脂（屈折率：１．５９）等を用いてもよい。プリズムの表面は無反射コーティングを施してもよい。立体表示を行う光学系として、パララックスバリア、インテグラルフォトグラフィ用レンズアレイもしくはピンホールアレイを用いても良い。

立体画像表示素子には、カラー液晶パネル以外に、有機ＥＬパネル、プラズマディスプレイパネル、表面電界ディスプレイパネル、電子ペーパー等各種フラットディスプレイパネルを用いてもよく。さらに、画素数、画面サイズは上述したものに限定されることはなく、設計に応じて適宜に設定することができる。

（第８の実施形態）
図１４は、本発明の画像表示装置の第８の実施形態を説明するための模式図である。本実施形態の画像表示装置は、ｎ個の視点における立体画像表示が可能なものであって、表示画面を構成する２枚の立体画像表示素子４０、４１および画像処理回路４７を有する。

立体画像表示素子４０、４１は、図１３に示した立体画像表示素子３０、３１と同じものである。画像処理回路４７は、視点位置Ａ１〜Ａｎのそれぞれに対応する画像に関する多視点画像信号４６を入力としており、この多視点画像信号４６に基づいて、立体画像表示素子４０、４１それぞれに対応した視点位置Ａ１の透視投影変換画像４３から視点位置Ａｎの透視投影変換画像４２までのｎ視点の画像を生成する。立体画像表示素子４０、４１の各プリズム面上には、レンチキュラレンズが貼り合わせてあり、視点位置Ａ１〜Ａｎの各方向から観察した場合に立体画像が観察される。

以下に、本実施形態の画像表示装置の具体例として、第６の実施形態の構成を適用した例を説明する。

立体画像表示素子４０、４１として、水平６４０画素、垂直４８０画素、画面サイズ水平３２ｍｍ、垂直５０ｍｍのカラー液晶パネルを用いた。立体画像表示素子の非表示部は１．８ｍｍである。レンチキュラレンズのレンズピッチは５０×ｎμｍ、レンズ数は６４０/ｎ個とした。例えば、視点数ｎが４である場合、レンズピッチは２００μｍとされ、レンズ数は１６０個とされる。プリズムは、厚さ４ｍｍの透明アクリル樹脂（屈折率：１．４９）により構成した。立体画像表示素子の画像表示部の最端部は、プリズムの画像表示素子と接している面の角から１．８ｍｍとした。プリズムの屈曲部（非表示部を覆う部分）に設けられた溝は、溝部の表面が鏡面加工されており、その深さは１．８ｍｍとされている。この条件で、４５度の観察角度で、視点位置Ａ１、Ａｎそれぞれの視点に対応した画像を光学的に独立に提示すると、特殊なメガネ等を装着せずに裸眼立体視が可能であり、観察者が表示画面を構成する立体画像表示素子４０、４１の非表示部（継ぎ目）を知覚することなく立体視することができた。

さらに、本実施形態の画像表示装置では、画像処理回路４７が、多視点画像信号４６から立体画像表示素子４０、４１それぞれに対応した視点位置Ａ１の透視投影変換画像４３から視点位置Ａｎの透視投影変換画像４２までのｎ視点の画像を生成することで、観察者に幾何学的に正しい立体像３８を実時間で動画表示できた。

このように本実施形態によれば、立体映像を観察者に提示することができ、高画角で臨場感のある立体表示装置を提供することができた。

なお、２つの立体画像表示素子の互いの面のなす角度は、光学的に画像の継ぎ目が見えない条件であれば、９０度より大きい角度であってもよい。

立体表示を行う光学系として、パララックスバリア、インテグラルフォトグラフィ用レンズアレイもしくはピンホールアレイを用いても良い。

プリズムには透明アクリル樹脂以外にさらに屈折率の高いポリカーボネート樹脂（屈折率：１．５９）等を用いてもよい。

プリズムの表面は無反射コーティングをしてもよい。

立体画像表示素子は、カラー液晶パネル以外に、有機ＥＬパネル、プラズマディスプレイパネル、表面電界ディスプレイパネル、電子ペーパー等各種フラットディスプレイパネルを用いてもよく。さらに、画素数、画面サイズは上述したものに限定されることはなく、設計に応じて適宜に設定することができる。

（第９の実施形態）
図１５Ａおよび図１５Ｂは、本発明の画像表示装置の第９の実施形態を説明するための模式図である。図１５Ａは、パネルを開いた状態を示す。図１５Ｂは、パネルを閉じた状態を示す。本実施形態の画像表示装置は、画像表示素子５０、５２とこれら画像表示素子５０、５２をそれぞれ覆うプリズム５１、５３を有する。画像表示素子５０とプリズム５１を貼り合わせ、画像表示素子５２とプリズム５３を貼り合わせており、プリズム５１、５３のプリズム面の交わる線の近傍を回転中心５４とし、この回転中心５４を軸としてプリズム５１、５３を回転方向５５に回転する機構（回転手段）を備えている。これら画像表示素子５０、５２およびプリズム５１、５３は、第１から第６の実施形態のいずれかに記載されたものと同じものである。画像処理回路としては、第７または第８の実施形態で説明したものを使用することができる。

本実施形態の画像表示装置では、回転中心５４を軸として回転方向５５に回転することで、図１５Ａに示すようにパネルを開いたり、図１５Ｂに示すようにパネルを閉じたりすることができる。このようなパネルの開閉構造により、画像表示装置の収納時における省スペース化を行うことが可能となる。また、回転手段は、パネルの角度が任意の角度で固定される機構や、パネルの角度が段階的に変化する機構などを有していてもよい。

（第１０の実施形態）
図１６は、本発明の画像表示装置の第１０の実施形態を説明するための図である。本実施形態の画像表示装置は、第１から第９の実施形態で説明した構造を適用可能な端末装置であって、立体表示が可能な構成とされている。

図１６を参照すると、端末装置６０は、ウインドウ６１、このウインドウ６１よりサイズの大きなウインドウ６２の２つのウインドウそれぞれに平面画像を表示することが可能である。端末装置６０は、３次元空間におけるスティック６４の位置を検出する超音波・磁気等を用いたセンサと、このセンサからの入力を受け付けてウインドウ６１、６２における画像の表示を制御する制御部とを有しており、スティック６４を用いた、ウインドウ６１またはウインドウ６２における入力操作が可能とされている。制御部は、センサの出力に基づいてスティック６４の３次元空間における座標を検出し、その検出結果に基づいて表示処理を行う。これにより、スティック６４の座標と連動して、立体像の表示位置・形状・色等を制御することができる。スティックを利用した入力操作は、一般に、ポインティングデバイスとして知られている。

（第１１の実施形態）
図１７Ａは、本発明の画像表示装置の第１１の実施形態を説明するための斜視図である。図１７Ｂは、その画像表示装置における立体表示の模式図である。図１７Ａに示すように、本実施形態の画像表示装置は、３枚の画像表示素子７１〜７３とこれら画像表示素子７１〜７３を覆うプリズム７４とから構成されている。底面に画像表示素子７１が配置され、底面に垂直な２つの隣接する側面にそれぞれ画像表示素子７２、７３が配置されている。プリズム７４は、画像表示素子７１〜７３をそれぞれ覆う第１〜第３のプリズム部を備えている。第１のプリズム部と画像表示素子７１の構成、第２のプリズム部と画像表示素子７２の構成、第３のプリズム部と画像表示素子７３の構成は、いずれも第１から第６の実施形態のいずれかの形態のものと同じとされている。

本実施形態の画像表示装置によれば、図１７Ｂに示すように、画像表示素子７１〜７３により形成された各画像が１つの連続した立体像７０として観察され、画像表示素子７１〜７３の各非表示部は観察されない。このような３枚の画像表示素子を用いた立体像７０の観察によれば、表示画面が２枚の画像表示素子で構成されるものに比べて、さらに画角が広く、臨場感のある立体映像を提供することができる。なお、図１７Ａに示した例において、画像表示素子の数は４枚以上であってもよい。

（第１２の実施形態）
図１８Ａは、本発明の画像表示装置の第１２の実施形態を説明するための上面図である。図１８Ｂは、その画像表示装置における立体表示の模式図である。図１８Ａに示すように、本実施形態の画像表示装置は、３枚の画像表示素子８１〜８３とこれら画像表示素子８１〜８３を覆うプリズム８４とから構成されている。画像表示素子８１の両側に画像表示素子８２、８３が配置されている。プリズム８４は、画像表示素子８１〜８３をそれぞれ覆う第１〜第３のプリズム部を備えている。第１のプリズム部と画像表示素子８１の構成、第２のプリズム部と画像表示素子８２の構成、第３のプリズム部と画像表示素子８３の構成は、いずれも第１から第６の実施形態のいずれかの形態のものと同じとされている。

本実施形態の画像表示装置によれば、図１８Ｂに示すように、画像表示素子８１〜８３により形成された各画像が１つの連続した立体像８０として観察され、画像表示素子８１〜８３の各非表示部８は観察されない。このような３枚の画像表示素子を用いた立体像８０の観察によれば、表示画面が２枚の画像表示素子で構成されるものに比べて、さらに画角が広く、臨場感のある立体映像を提供することができる。なお、図１８Ａに示した例において、画像表示素子の数は４枚以上であってもよい。

（第１３の実施形態）
図１９は、本発明の画像表示装置の第１３の実施形態を説明するための模式図である。本実施形態の画像表示装置は、互いの面のなす角度が９０°となるように近接して配置された２枚のダブルレンチキュラスクリーン９１と、これらダブルレンチキュラスクリーンを覆う断面形状がＬ字状のプリズム９２と、プリズム９２に対してダブルレンチキュラスクリーン９１を押し当てるための透明平板９３とを有する。ダブルレンチキュラスクリーン９１はプリズム９２と透明平板９３との間に挟まれて固定されている。

本実施形態の画像表示装置は、画像表示素子としてダブルレンチキュラスクリーンを用いた投射型立体表示装置であって、ダブルレンチキュラスクリーン９１とプリズム９２の位置関係は第１から第６の実施形態のいずれかにおける画像表示素子とプリズムの位置関係に同じである。

図２０に、本実施形態の画像表示装置を用いた立体表示を模式的に示す。４台のプロジェクタが使用される。一方のダブルレンチキュラスクリーン９１上に２台のプロジェクタで異なる視点位置に対応する画像（透視投影変換画像）をそれぞれ表示し、他方のダブルレンチキュラスクリーン９１上に残りの２台のプロジェクタで異なる視点位置に対応する画像（透視投影変換画像）をそれぞれ表示する。観察方向９から各ダブルレンチキュラスクリーン９１にて形成された画像を観察すると、画像の継ぎ目のない１つの連続した立体像９０を観察することができる。

透明平板９３に平面度の高いガラス等を用いて、透明平板９３とプリズム９２とで各ダブルレンチキュラスクリーン９１を強く挟み込んで固定することで、ダブルレンチキュラスクリーンの反りによる立体画像の劣化を低減させることができる。

Claims (10)

1. 複数の画素からなる画像表示部と該画像表示部の端部に沿って設けられた非表示部とを有する複数の画像表示素子が、互いの前記画像表示部を含む平面が交差するように隣接して配置されており、
   前記複数の画像表示素子のうちの隣接する画像表示素子の少なくとも一方を覆うプリズムを有し、
   前記プリズムは、当該プリズムにより覆われた画像表示素子からの光を出射する面を有し、該画像表示素子の前記画像表示部の端部の画素が、予め決められた視点位置から前記プリズムの出射面の端部に入射した光の到達する位置に配置されている画像表示装置であって、
   前記プリズムは、隣接する前記画像表示素子の一方にのみ配置されており、該一方の画像表示素子を覆う第１の面と、該第１の面に平行な前記出射面となる第２の面とを有し、
   前記一方の画像表示素子の前記画像表示部の端部の画素からの光が前記第２の面の端部に入射する入射角度をθとし、前記プリズムの厚さをｔとし、前記一方の画像表示素子上の、前記第２の面の端部の入射点から引いた前記第２の面に対して垂直な線が交わる位置から前記画像表示部の端部の画素までの距離をｘとするとき、該距離ｘが、
   ｘ＝ｔ×ｔａｎθ
   で与えられることを特徴とする画像表示装置。
2. 複数の画素からなる画像表示部と該画像表示部の端部に沿って設けられた非表示部とを有する複数の画像表示素子が、互いの前記画像表示部を含む平面が交差するように隣接して配置されており、
   前記複数の画像表示素子のうちの隣接する画像表示素子の少なくとも一方を覆うプリズムを有し、
   前記プリズムは、当該プリズムにより覆われた画像表示素子からの光を出射する面を有し、該画像表示素子の前記画像表示部の端部の画素が、予め決められた視点位置から前記プリズムの出射面の端部に入射した光の到達する位置に配置されている画像表示装置であって、
   前記プリズムは、前記複数の画像表示素子のそれぞれに配置された複数のプリズム部からなり、
   前記複数の画像表示素子のそれぞれは、前記画像表示部の端部の画素が、予め決められた視点位置から当該画像表示素子を覆うプリズム部の出射面の端部に入射した光の到達する位置に配置されており、
   前記複数のプリズム部のそれぞれは、当該プリズム部によって覆われる画像表示素子が配置される第１の面と、該第１の面に平行な第２の面とを有し、
   前記複数の画像表示素子のそれぞれは、当該画像表示素子の前記画像表示部の端部の画素からの光が前記第２の面の端部に入射する入射角度をθとし、前記プリズム部の厚さをｔとし、当該画像表示素子上の、前記第２の面の端部の入射点から引いた前記第２の面に対して垂直な線が交わる位置から前記画像表示部の端部の画素までの距離をｘとするとき、該距離ｘが、
   ｘ＝ｔ×ｔａｎθ
   で与えられるように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
3. 複数の画素からなる画像表示部と該画像表示部の端部に沿って設けられた非表示部とを有する複数の画像表示素子が、互いの前記画像表示部を含む平面が交差するように隣接して配置されてなる画像表示装置において、
   前記複数の画像表示素子のうちの隣接する画像表示素子の一方を覆うプリズムを有し、
   前記プリズムは、前記一方の画像表示素子を覆う第１の面と、該第１の面に平行な第２の面とを有し、
   前記一方の画像表示素子の前記画像表示部の端部の画素からの光が前記第２の面の端部に入射する入射角度をθとし、前記プリズムの厚さをｔとし、前記一方の画像表示素子上の、前記第２の面の端部の入射点から引いた前記第２の面に対して垂直な線が交わる位置から前記画像表示部の端部の画素までの距離をｘとするとき、該距離ｘが、
   ｘ＝ｔ×ｔａｎθ
   で与えられることを特徴とする画像表示装置。
4. 複数の画素からなる画像表示部と該画像表示部の端部に沿って設けられた非表示部とを有する複数の画像表示素子が、互いの前記画像表示部を含む平面が交差するように隣接して配置されてなる画像表示装置において、
   前記複数の画像表示素子のそれぞれを覆う複数のプリズムを有し、
   前記複数のプリズムのそれぞれは、当該プリズムによって覆われる画像表示素子が配置される第１の面と、該第１の面に平行な第２の面とを有し、
   前記複数の画像表示素子のそれぞれは、当該画像表示素子の前記画像表示部の端部の画素からの光が前記第２の面の端部に入射する入射角度をθとし、前記プリズム部の厚さをｔとし、当該画像表示素子上の、前記第２の面の端部の入射点から引いた前記第２の面に対して垂直な線が交わる位置から前記画像表示部の端部の画素までの距離をｘとするとき、該距離ｘが、
   ｘ＝ｔ×ｔａｎθ
   で与えられるように構成されていることを特徴とする画像表示装置。
5. 前記画像表示部の端部の画素は、前記画像表示部の最も端に位置する画素である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
6. 前記画像表示部の端部の画素は、前記画像表示部の最も端に位置する画素より内側に位置する画素である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像表示装置。
7. 前記プリズムの前記非表示部を覆う部分に、前記非表示部に沿って形成された溝を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の画像表示装置。
8. 少なくとも２つの視点位置に対応する視差画像を前記複数の画像表示素子に立体表示させる画像処理回路を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
9. 前記複数の画像表示素子に、少なくとも２つの視点位置に対応する視差方向の画像を前記複数の画像表示素子の位置関係に応じて透視投影変換した透視投影変換画像を前記複数の画像表示素子に立体表示させる画像処理回路を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の画像表示装置。
10. 前記複数の画像表示素子の互いのなす角度を可変とする回転手段をさらに有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の画像表示装置。

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