明 細 書 曲面レンズおよび表示装置 技術分野 Description Curved lens and display device
本発明は、屋内あるいは屋外に置かれる看板、案内板、表示塔等の表示装置 をはじめテレビ受像機、パーソナルコンピュータのモニターなどの電子ディスプレイ および映画などを含む映像システムに関し、特に、 2次元画像を遠近感のある立 体的な像として表示せしめる表示装置に関する。また、本発明は、この表示装置 に用いる曲面レンズに関する。 背景技術 The present invention relates to a video system including a display device such as a signboard, a signboard, a display tower, etc., which is placed indoors or outdoors, an electronic display such as a television receiver, a monitor of a personal computer, and a movie. The present invention relates to a display device for displaying a stereoscopic image with a perspective. Further, the present invention relates to a curved lens used for the display device. Background art
写真、印刷物などの 2次元画像を立体的な画像として見る方法としてすでに幾 つかの方法が周知で、大越孝敬著「三次元画像工学」に整理して提示されてい る。代表的な例としては、対象とする物体を異なる 2方向から撮影した写真(ある いは描画像)をそれぞれ個別に左眼と右眼でみるもので、両眼視差により立体感 を感じ取るものである。この方法では左右の眼でそれぞれ別の画像が見て取れる ように作られた装置を靦き込む必要があり、通常の看板、案内板としては適性に 欠けている。 There are already a number of well-known methods for viewing two-dimensional images such as photographs and printed matter as three-dimensional images, and they are organized and presented in Takayoshi Ohkoshi's “Three-dimensional image engineering”. A typical example is a photograph (or a depiction image) of a target object taken from two different directions, which is individually viewed with the left eye and the right eye. is there. In this method, it is necessary to include a device made so that different images can be seen by the left and right eyes, which is not suitable for ordinary signs and guide boards.
また、別の例としてレンティキユラ板を用いて 2次元画像を 3次元画像として見る 方法がよく知られている。これは、かまぼこ状(半円柱状)の縦長のレンズを横方 向に多数配列したレンティキユラ板の焦点面である裏面に、複数の異なる方向か ら見た連続的な図柄の 2次元画像を短冊状(細長い長方形)に切って、異なる方 向の図柄の短冊を横方向に順に並べることを繰り返した不連続な図柄の表示画 像を配置して、レンティキユラ板を構成する微小円柱面レンズを介して右眼あるい は左眼で見る図柄が特定の方向から見た図柄の短冊状図柄の集まりとなり、しか も右眼と左眼で見える図柄が異なる方向から見た図柄となるようにすることで三次 元画像として認識する方法である。 As another example, a method of viewing a two-dimensional image as a three-dimensional image using a lenticular plate is well known. This is a strip of a two-dimensional image of a continuous pattern viewed from a plurality of different directions on the back side, which is the focal plane of a lenticular plate in which a number of vertically long, semi-cylindrical lenses are arranged horizontally. The display image of a discontinuous pattern, which is formed by cutting strips of different directions in the shape of a rectangle (elongated rectangle) and arranging the strips in different directions in order in the horizontal direction, is arranged through a micro-cylindrical lens that forms a lenticular plate. The design seen by the right or left eye is a collection of striped designs of the design seen from a specific direction, and the design seen by the right eye and the left eye is the design seen from different directions. This is a method of recognizing as a three-dimensional image.
この方法における表示画像は、画像全体は連続した一つの図柄ではなぐそれ
それが独立した短冊状の図柄が連続して連なった縦縞状の不連続な特殊な画 像である。この短冊状の図柄の置く位置は、奥行き方向に対してはレンティキユラ 板の焦点面に極めて近い位置に精度良く配置する必要があり、左右方向に対し てもレンティキユラ板を構成する微小円柱面レンズとの位置関係で厳しい位置精 度が要求される。このように特殊な画像を作る必要があること、また、画像とレンズ との位置合わせに厳しい条件が課せられるなどで、高価であり、取り替えも容易で はない等の欠点がある。 The displayed image in this method is that the whole image is not a single continuous pattern. This is a vertical striped discontinuous special image in which independent strip-shaped designs are continuously connected. The position of this strip-shaped design must be precisely located at a position very close to the focal plane of the lenticular plate in the depth direction, and the small cylindrical lens constituting the lenticular plate must also be placed in the horizontal direction. Strict positional accuracy is required in the above positional relationship. As described above, it is necessary to create a special image, and strict conditions are imposed on the alignment between the image and the lens. Therefore, there are drawbacks such as being expensive and not easy to replace.
さらに、左眼に見える短冊状図柄と右眼に見える短冊状図柄とが異なる位置か ら見た図柄に峻別される必要があり、観察者の表示装置からの距離、表示装置 を見る視角などが限定される欠点がある。 Furthermore, it is necessary that the strip pattern seen by the left eye and the strip pattern seen by the right eye be distinguished from each other when viewed from different positions, and the distance from the observer to the display device, the viewing angle at which the observer looks at the display device, etc. There are limited disadvantages.
さらに、大越孝敬著「三次元画像工学」には立体画像として示唆に富んだ概要 として次のような記述がある。 Furthermore, Takashi Ohkoshi's “Three-Dimensional Image Engineering” has the following description as an insightful outline for stereoscopic images.
「天眼鏡(虫眼鏡)を通して、片眼で写真を見ると、適切な位置関係で、片眼の 画像に、意外なほど強い立体感が現れる。」 "If you look at a photograph with one eye through a magnifying glass, you will see a surprisingly strong stereoscopic effect in the image of one eye with an appropriate positional relationship."
この理由として、同書に概要が次のように説明されている。 The reason is explained in the same book as follows.
「片眼であるから眼の「両眼視差」、「輻輳」は機能を果たさないが、眼の調節機 能だけは有効であり、虚像の位置が実際の画像のある位置から移った結果、平 面か立体かの手がかりを失い、経験に基づき立体と脳が判断する。」 `` Binocular parallax '' and `` convergence '' of the eye do not function because it is one eye, but only the accommodation function of the eye is effective, and as a result of shifting the position of the virtual image from the position of the actual image, He loses clues as to whether it is flat or three-dimensional, and the three-dimensional and the brain judge based on experience. "
すなわち、像が実際の画像の位置から移った位置に出来ると、錯覚により脳が 立体的に感じ取ってしまう現象であると説明されている。 In other words, it is explained that when an image is formed at a position shifted from the position of the actual image, the brain perceives three-dimensionally due to an illusion.
この天眼鏡を通して見る表示画像は画像全体が一つの図柄として連続する普 通に見られる写真などの二次元画像である。いわゆる通常見られる写真、絵の類 のものである。 The display image viewed through the spectacles is a two-dimensional image such as a photograph that is commonly viewed as a continuous whole image. It is a kind of so-called ordinary photograph or picture.
この天眼鏡(虫眼鏡)を通して、片眼で見る際に現れる眼の調節機能による立 体感の発現の現象を利用した立体表示装置が、本発明の発明者により、特願平 11— 218313号、特願平 11— 319176号、特願 2000— 53954号、特願 2000 — 156608号、特願 2000 - 162231号、特願 2000— 225557号、特願 2000 一 232564号で提示されている。これらの詳細な説明は省略するが、概要は以下 のとおりである。
表示画像の前に置かれた、微小なレンズを一面に配列したマイクロレンズアレイ を介して見ると、個々の微小レンズの作る像が新たな画素となって合成され、表示 画像の位置から離れた所に全体像を形成する結果、左右上下方向に歪みの無 い立体的な表示を行うものである。 A three-dimensional display device utilizing the phenomenon of appearance of a sense of sensation due to the accommodation function of the eye that appears when viewing through one eye through this spectacle (magnifying glass) has been proposed by the inventor of the present invention in Japanese Patent Application Nos. 11-218313 and 11-218313. It is presented in Hei 11—319176, Japanese Patent Application 2000—53954, Japanese Patent Application 2000—156608, Japanese Patent Application 2000-162231, Japanese Patent Application 2000—225557, and Japanese Patent Application 2000-232564. Detailed explanations of these are omitted, but the outline is as follows. When viewed through a micro-lens array in which micro lenses are arranged on one side, placed in front of the display image, the image created by each micro lens is synthesized as new pixels, and it is separated from the position of the display image. As a result of forming the entire image at a place, a three-dimensional display without distortion in the left, right, up and down directions is performed.
なお、ここで用いる表示画像は一般によく見られる写真のような連続した図柄か らなる 2次元表示画像である。以後、特に断らない限り、表示画像あるいは 2次元 表示画像と呼称する場合は、ごく一般に見られる写真のような連続した図柄から なる 2次元表示画像を指す。 The display image used here is a two-dimensional display image composed of a continuous pattern like a photograph commonly seen in general. Hereinafter, unless otherwise specified, the term “display image” or “two-dimensional display image” refers to a two-dimensional display image consisting of a continuous pattern such as a photograph generally seen.
上述のマイクロレンズアレイによる立体表示は虫眼鏡を通して片眼で見る際に 現れる眼の調節機能によることを原理としていた。 The above-described stereoscopic display by the microlens array was based on the principle of the accommodation function of the eye that appears when viewing with one eye through a magnifying glass.
ところが、虫眼鏡すなわちレンズを介して左右の両眼で見る像には、片眼で見る 像に比較してより強い立体感が現れ、その現れ方はレンズの構成に大きく関与し ているとの新たな知見が得られた。 However, an image viewed with the left and right eyes through a magnifying glass, that is, a lens, has a stronger three-dimensional effect than an image viewed with one eye, and the appearance appears to be greatly related to the lens configuration. Knowledge was obtained.
本発明の目的は、この新たに得られた知見に基づいて、より強い立体感が現れ る新たな表示装置を提供することである。特に生じる像の歪みを極力抑えて相対 的により強く立体感が現れる表示装置とそこに用いる曲面レンズを提供することに ある。 発明の開示 An object of the present invention is to provide a new display device in which a stronger three-dimensional effect appears based on the newly obtained knowledge. In particular, it is an object of the present invention to provide a display device that produces a relatively strong three-dimensional effect while minimizing image distortion that occurs, and a curved lens used therein. Disclosure of the invention
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
請求の範囲第 1項に記載の曲面レンズは、例えば図 1乃至図 4に示すように、 単一の滑らかな凹面、単一の滑らかな凸面、若しくは 面 23と凸面 22とが交互 に配列されてなる滑らかな曲面のいずれかをレンズ面として有し、又は、単一の滑 らかな凹面、単一の滑らかな ώ面、若しくは凹面と凸面とが交互に配列されてな る滑らかな曲面のいずれかを母曲面とするフレンネルレンズ形式の面(図 4参照) をレンズ面として有し、有効領域或いは形状が矩形であり、前記レンズ面、あるい は前記母曲面には、任意の点において最も曲線的な変化の大きい方向が存在し、 前記最も曲線的変化の大きい方向を含み、かつ前記矩形に垂直な平面が前記 矩形の一辺となす角度が 30度から 60度の範囲にある。
ここにおいて、レンズ面とは、屈折率が異なる材質(大気も含む)の境界面を構 成する曲面、すなわち、レンズの外表面及び屈折率が異なる材質の境界面を構 成する曲面をいう。 The curved lens according to claim 1 has a single smooth concave surface, a single smooth convex surface, or a surface 23 and a convex surface 22 that are alternately arranged as shown in FIGS. 1 to 4, for example. As a lens surface, or a single smooth concave surface, a single smooth flat surface, or a smooth curved surface in which concave and convex surfaces are alternately arranged. It has a Fresnel lens-type surface (see FIG. 4) having any of them as a generating surface, and the effective area or shape is rectangular. The lens surface or the generating surface has an arbitrary point. In the above, there is a direction having the largest curve change, and an angle formed by a plane including the direction with the largest curve change and perpendicular to the rectangle and one side of the rectangle is in a range of 30 degrees to 60 degrees. Here, the lens surface refers to a curved surface that forms a boundary between materials having different refractive indexes (including the atmosphere), that is, a curved surface that forms an outer surface of the lens and a boundary between materials having different refractive indexes.
また、レンズ面に形成された凸面及び凹面の形状、寸法は多種多様であり、一 つの凸面あるいは凹面は様々な曲面分布をとり得る。凸面、凹面は構造的な意 味での凸面、凹面であり、この面を挟んで対面する両材質の屈折率によって ώ面 が凸レンズにも凹レンズにもなりうる。凹面についても同様である。 Further, the shapes and dimensions of the convex and concave surfaces formed on the lens surface are various, and one convex or concave surface can have various curved surface distributions. The convex surface and the concave surface are convex and concave in a structural sense, and the ώ surface can be a convex lens or a concave lens depending on the refractive indices of both materials facing each other with the surface interposed therebetween. The same applies to the concave surface.
凸面あるいは凹面の並ぶレンズ面は特殊な場合を除き、この面を挟む両側の材 質はその場所に係わらず不変なので、同一形状の曲面が配列される場合は構造 的に ώなら凸、凹なら凹のレンズが配列したことになる。ここでもこの前提の基に説 明をする。 Except for special cases, the surface of the lens with convex or concave surfaces is invariant regardless of its location on both sides sandwiching this surface, so if curved surfaces of the same shape are structurally ώ, convex if concave, concave if concave This means that concave lenses are arranged. Here, the explanation is based on this premise.
次に凸面及び凹面の配列について説明をする。凹面あるいは凸面は様々な形 状、寸法力 sありうる。境界領域も様々である。整然と凹凸が並ぶとは限られず、お よそ、特定の 2方向にあるいは I次元的に凹面あるいは凸面が配列すれば良い し、多少の変動やばらつきがあっても良い。特定の 2方向で配列の繰り返し間隔 が異なっても良い。また、 1次元的についても、直線的とは限られず、円周方向に 沿って凹面あるいは凸面が配列される場合もある。 Next, the arrangement of the convex surface and the concave surface will be described. The concave or convex surface can have various shapes and dimensional forces. Boundary regions also vary. The irregularities are not necessarily arranged in an orderly manner. In general, concave or convex surfaces may be arranged in two specific directions or I-dimensionally, and there may be some fluctuation or variation. The repetition interval of the array may be different in two specific directions. Also, the one-dimensional shape is not limited to a linear shape, and concave or convex surfaces may be arranged along the circumferential direction.
凸面及び凹面は、 通常はレンズ面に 2次元的に配列するが、 1次元的 に配列するものもある。 1次元的な配列とは、 例えば、 多数のかまぼこ 形の円筒面レンズが所定の方向にのみ配列されるレンティキユラレンズ のような配列である。 このように凹面あるいは凸面が一つの線に沿って 配列する状態をいう。 すなわち、 所定の方向に沿う断面を見ると、 凹面 あるいは凸面の分布状況を観察できるが、 所定の方向と直交する断面を 見ると、 変化が見られない状態をいう。 また、 2次元的とは、 面内の特 定の 2方向に、 凹面あるいは凸面が配列する状態をいう。 例えば、 面内 の特定の 2方向を直交する X方向と y方向とすると、 X方向及ぴ y方向 にともに凹面又は凸面が配列し、 X方向及ぴ y方向に垂直な z方向から 見ると凹面又は凸面がアレイ状に配列されて見える。 特定の 2方向に沿 う断面を見ると、 共に凹面あるいは凸面の配列状況を観察できる。
また、特定の 2方向が円周方向と半径方向である場合もある。また、特定の 2方 向のなす角度は、 30度等必ずしも直角とは限らない。また、特定の 2方向で配列 の繰り返し間隔が異なっても良い。また、 1次元的についても、直線的とは限られ ず、円周方向に沿って渦巻状に凹面あるいは凸面が配列される場合もある。また、 凹面あるいは凸面は様々な形状、寸法がありうるし、境界領域も様々あるので、整 然と凹凸が並ぶとは限られず、およそ、特定の 2方向にあるいは 1方向に凹面ある いは凸面が配列されれば良い。また、上記特定の方向は蛇行する線に沿う方向 でもよい。また、当然ながら、多少の変動やばらつきがあっても良い。 The convex and concave surfaces are usually arranged two-dimensionally on the lens surface, but some are arranged one-dimensionally. The one-dimensional array is, for example, an array such as a lenticular lens in which a large number of cylindrical cylindrical lenses are arrayed only in a predetermined direction. In this way, the concave or convex surface is arranged along one line. That is, when looking at a cross section along a predetermined direction, the distribution of concave or convex surfaces can be observed, but when looking at a cross section orthogonal to the predetermined direction, no change is observed. Also, two-dimensional refers to a state in which concave or convex surfaces are arranged in two specific directions in a plane. For example, assuming that two specific directions in the plane are orthogonal X and y directions, concave or convex surfaces are arranged in both the X direction and the y direction, and the concave surface when viewed from the z direction perpendicular to the X direction and the y direction. Or, the convex surfaces appear to be arranged in an array. If you look at the cross sections along two specific directions, you can observe the arrangement of the concave and convex surfaces. Further, the two specific directions may be a circumferential direction and a radial direction. The angle between the two specific directions is not necessarily a right angle such as 30 degrees. Further, the repetition interval of the array may be different in two specific directions. Also, the one-dimensional shape is not limited to a linear shape, and a concave or convex surface may be spirally arranged along the circumferential direction. In addition, the concave or convex surface may have various shapes and dimensions, and the boundary region may also be various.Therefore, the irregularities are not necessarily arranged in an orderly manner, and the concave or convex surface is generally formed in two or one specific direction. It should just be arranged. Further, the specific direction may be a direction along a meandering line. Further, it is needless to say that there may be some fluctuation or variation.
なお、曲面レンズは X方向及び y方向を含む面が広がり面であり、この広がり面 に垂直な z方向がレンズ面の厚さ方向でこの厚さが広がり面の位置と共に変化す ることでレンズ面が曲面的な変化をすることになる。広がり面の一辺の大きさに比 較して厚みは充分小さいので、この厚みを無視して曲面レンズを平面、すなわち、 近似的に矩形の面とみなした。 In the case of a curved lens, the surface including the X and y directions is a divergent surface, and the z direction perpendicular to the divergent surface is the thickness direction of the lens surface, and this thickness changes with the position of the divergent surface. The surface will undergo a curved change. Since the thickness is sufficiently small compared to the size of one side of the expanding surface, the curved lens is regarded as a flat surface, that is, an approximately rectangular surface, ignoring this thickness.
また、フレンネルレンズ形式の面をレンズ面とするレンズ(図 4参照)は母曲面を レンズ面とするレンズと等価である。したがってレンズ面は比較的広い範囲を緩や かに変化するレンズで、そのレンズの特性が場所の変化と共に急激に変化する部 分の無いレンズとして働く。なお、レンズ面をフレンネルレンズ形式とすると曲面レ ンズの厚さは薄くできる。 A lens whose surface is a Fresnel lens type surface (see Fig. 4) is equivalent to a lens whose surface is a generating surface. Therefore, the lens surface is a lens that changes slowly over a relatively wide range, and works as a lens without any part where the characteristics of the lens change rapidly with a change in location. If the lens surface is a Fresnel lens type, the thickness of the curved lens can be reduced.
例えば図 1に示すように、一般に広く流布する矩形の 2次元表示画像 11に対し て矩形の曲面レンズ 10をそれぞれの一辺が互いに平行となるように対向して設置 することは容易で、この設置状態では最も曲線的変化の大きい方向が曲面レンズ の矩形の一辺となす角度が 30度から 60度の範囲にあるために、レンズ面(図 2, 図 3参照)は観察者の眼の左右方向とこれに直交する上下方向の両方向に対し て曲面的な変化をすることになり、上下方向に対する曲面的な変化だけとなること が無い。また、最も曲線的変化の大きいとは、製造ばらつき等も含めて、曲線的 変化が実質的にほぼ最大という意味である。 For example, as shown in FIG. 1, it is easy to install a rectangular curved lens 10 so as to face a rectangular two-dimensional display image 11 which is generally widely distributed so that each side is parallel to each other. In this state, the angle that forms the largest curve change with one side of the rectangular surface of the curved lens is in the range of 30 to 60 degrees, so that the lens surface (see Figs. 2 and 3) is in the horizontal direction of the observer's eye. Therefore, there is a curved change in both the vertical direction and the vertical direction, and there is no only a curved change in the vertical direction. The largest change in the curve means that the change in the curve, including the manufacturing variation, is substantially substantially maximum.
すなわち、レンズ面で表示画像は左右方向と同時に上下方向に対しても拡大 あるいは縮小を生じさせると共に像の奥行き方向の位置も像の場所によって変わ る。レンズ面の場所により拡大あるいは縮小の度合いが異なり、右眼と左眼に到
達する表示画像からの光は経路が異なるので、右眼と左眼の網膜に出来る像に 差異が生じる。 That is, the displayed image on the lens surface is enlarged or reduced not only in the horizontal direction but also in the vertical direction, and the position of the image in the depth direction changes depending on the location of the image. The degree of enlargement or reduction differs depending on the location of the lens surface, and reaches the right and left eyes. The light from the displayed image that arrives has a different path, resulting in a difference between the images formed in the retina of the right eye and the left eye.
これらの結果、像に斜め方向の変形が生じたように見え、奥行き方向にも変形 のある像となって見える。しかも、レンズ面は滑らかで、かつ緩やかに変化するので、 像の変形も急激に変化することなく滑らかで緩やかに変形した像となる。 As a result, the image appears to be deformed in the oblique direction, and the image looks deformed in the depth direction. In addition, since the lens surface changes smoothly and gradually, the image deforms smoothly and gently without any sudden change.
請求の範囲第 2項に記載の曲面レンズは、例えば図 11、図 12に示すように、 単一の滑らかな凹面、単一の滑らかな凸面、又は凹面と凸面とが交互に配列さ れてなる滑らかな曲面のいずれかを仮想配列面 Vとして、前記仮想配列面を構 成する凸面若しくは凹面の各領域の面積に対して、前記各領域と重なり合う部分 の面積が小さい小凸面及び小凹面を前記仮想配列面に沿って交互に配列して なる滑らかな曲面をレンズ面として有するか、又は、前記仮想配列面を構成する 凸面若しくは凹面の各領域の面積に対して、前記各領域と重なり合う部分の面 積が小さい小凸面及び小凹面を前記仮想配列面に沿って交互に配列してなる 滑らかな曲面を母曲面とするフレンネルレンズ形式の面をレンズ面として有する。 ここにおいて、仮想配列面を構成する個々の凸面あるいは凹面と同程度の面 積範囲を考慮の対象とするならば、レンズ面は仮想配列面と同じ形状でかつ同じ 位置にある仮想のレンズ面 Nとみなすことが出来る。一方、仮想配列面に配列さ れる小凹面あるいは小凸面と同程度の面積範囲を考慮の対象とするならば、レン ズ面は近似的に仮想配列面に配列された小凸面と小凹面が平面状に交互に配 列された仮想のレンズ面 Mとみなすことができる。したがって、レンズ面は近似的 に仮想のレンズ面 Mと仮想のレンズ面 Nとが多層に重なったものとみなせる。 The curved lens described in claim 2 has a single smooth concave surface, a single smooth convex surface, or a concave surface and a convex surface alternately arranged as shown in FIGS. 11 and 12, for example. Any of the smooth curved surfaces is defined as a virtual array surface V, and the small convex surface and the small concave surface having a smaller area of a portion overlapping each of the regions with respect to the area of each of the convex or concave regions constituting the virtual array surface. A lens surface having a smooth curved surface alternately arranged along the virtual array surface, or a portion overlapping each of the regions with respect to the area of each of the convex or concave regions constituting the virtual array surface The lens surface is a Fresnel lens type surface having a smooth curved surface, which is a mother curved surface, in which small convex surfaces and small concave surfaces having a small area are alternately arranged along the virtual arrangement surface. Here, if the same area range as the individual convex or concave surfaces constituting the virtual array surface is considered, the lens surface has the same shape and the same position as the virtual lens surface N at the same position as the virtual array surface. Can be considered. On the other hand, if the same range of area as the small concave surface or the small convex surface arranged on the virtual array surface is to be considered, the lens surface is approximately a plane with the small convex surface and the small concave surface arranged on the virtual array surface. It can be regarded as a virtual lens surface M alternately arranged in a shape. Therefore, the lens surface can be approximately regarded as a multilayer of the virtual lens surface M and the virtual lens surface N.
また、凸面又は凹面の重なり合う面積とは、比較対象となる凹面又は凸面と対 面して重なる領域の面積を示すものとする。 In addition, the area where the convex surface or the concave surface overlaps indicates the area of the region facing and facing the concave or convex surface to be compared.
フレンネルレンズ形式の境界面をレンズ面とするレンズは母曲面をレンズ面とす るレンズと等価である。 A lens having a boundary surface of a Fresnel lens type as a lens surface is equivalent to a lens having a generating surface as a lens surface.
以上の説明で明らかなように、仮想のレンズ面 Nおよび仮想のレンズ面 Mはい ずれも単一の凹面あるいは単一の凸面のいずれか一方の滑らかな曲面である力、 あるいは凹面と凸面とが交互に配列されてなる滑らかな曲面とみなすことが出来 る。
表示画像の 1点から出た光はレンズ面上の異なる位置を通って右眼と左眼に 到達する。したがって、曲面レンズを介して曲面レンズに対面して置かれた 2次元 表示画像を見ると、右眼と左眼の網膜に出来る像に差異が生じる。この差異はレ ンズ面を構成する凹面と凸面とに対応して生じる小さな領域の差が凹面と凸面の 操り返し間隔と同じ間隔で並んだものである。したがって、仮想のレンズ面 Mと仮 想のレンズ面 Nとの両方を介して総合して見える像には仮想のレンズ面 Nによる 繰り返し間隔の広い差異と、仮想のレンズ面 Mによる繰り返し間隔の狭い差異と が共存することになる。 As is clear from the above description, both the virtual lens surface N and the virtual lens surface M are either a single concave surface or a single convex surface or a smooth curved surface, or the concave and convex surfaces are It can be regarded as a smooth curved surface that is arranged alternately. Light from one point of the displayed image reaches the right and left eyes through different positions on the lens surface. Therefore, when looking at the two-dimensional display image placed facing the curved lens through the curved lens, there is a difference between the images formed in the retinas of the right eye and the left eye. The difference is that the difference between the small areas corresponding to the concave surface and the convex surface constituting the lens surface is arranged at the same interval as the repetition interval between the concave surface and the convex surface. Therefore, an image that is viewed through both the virtual lens surface M and the virtual lens surface N has a large difference in the repetition interval due to the virtual lens surface N and a small difference in the repetition interval due to the virtual lens surface M. The difference and will coexist.
また、像に生じる歪みについても、仮想のレンズ面 Nによる歪みは繰り返し間隔 が広く、仮想のレンズ面 Mによる歪みは繰り返し間隔が狭くなる。なお、仮想のレ ンズ面 Nと仮想のレンズ面 Mは共に滑らかな曲面であるので、歪みも滑らかで急 激に変化する歪みはない。 Regarding the distortion generated in the image, the distortion caused by the virtual lens surface N has a large repetition interval, and the distortion caused by the virtual lens surface M has a narrow repetition interval. Since both the virtual lens surface N and the virtual lens surface M are smooth curved surfaces, the distortion is smooth and there is no sharply changing distortion.
以上より、広い面積の画像部分に対しても狭い面積の画像部分にもそれぞれ 立体感が感じられ、両者が相互に強めあってより一段と強い立体感が得られる。 仮想のレンズ面 Nと仮想のレンズ面 Mとによる像の歪みは繰り返し周期が異な る。したがって、仮想のレンズ面 Nと仮想のレンズ面 Mとで生じる像の歪みはそれ ぞれ強め合うことを避けることが出来る。 As described above, a three-dimensional effect can be felt both in an image part having a large area and in an image part having a small area, and the two parts are mutually strengthened to obtain a stronger three-dimensional effect. The image distortion caused by the virtual lens surface N and the virtual lens surface M has different repetition periods. Therefore, it is possible to avoid that the image distortions caused by the virtual lens surface N and the virtual lens surface M reinforce each other.
これらの結果、像の歪みを抑えるとともに立体感の発現を一層強めることが出 来る。 As a result, it is possible to suppress the distortion of the image and further enhance the appearance of the three-dimensional effect.
また、レンズ面は滑らかな曲面であるから像の変形は滑らかな変形となり、急激 な変形を伴わないので、画像としての品質を一定の水準に保つことが出来る。 Further, since the lens surface is a smooth curved surface, the deformation of the image is a smooth deformation, and is not accompanied by a sudden deformation, so that the image quality can be maintained at a certain level.
なお、レンズ面をフレンネルレンズ形式とすると曲面レンズの厚さは薄くできる。 請求の範囲第 3項に記載の発明は、請求の範囲第 2項に記載の曲面レンズに おいて、前記小凸面と前記小凹面とは、同程度の寸法と繰り返し間隔で配列され、 かつ、面勾配の変化の様子が同程度であることが好ましい。 If the lens surface is of a Fresnel lens type, the thickness of the curved lens can be reduced. The invention described in claim 3 is the curved lens according to claim 2, wherein the small convex surface and the small concave surface are arranged at a similar size and a repetition interval; and It is preferable that the state of the change in the surface gradient is approximately the same.
レンズ面を構成する小凹面と小凸面が共に同程度の間隔で、しかも小凹面と 小凸面の曲面変化の様子が同程度であるので、小凹面と小凸面との作る歪みの 強さも同程度となり、一方が他方に比較して大きくなることが無ぐ歪みの大きさを 抑えた像としてみることができる。
請求の範囲第 4項に記載の発明は、請求の範囲第 2項又は第 3項に記載の曲 面レンズにおいて、前記仮想配列面を構成する凸面又は凹面の各領域の面積 に対して、前記小凸面及び前記小凹面が前記各領域と重なり合う部分の面積が いずれも 1ノ4以下であることが好ましい。 Both the small concave surface and the small convex surface that constitute the lens surface are at the same interval, and the shape of the curved surface change between the small concave surface and the small convex surface is almost the same, so that the distortion created by the small concave surface and the small convex surface is also about the same. It can be seen as an image in which the magnitude of the distortion is suppressed without one becoming larger than the other. The invention described in claim 4 is the curved lens according to claim 2 or 3, wherein the area of each of the convex and concave regions constituting the virtual array surface is the same as that of the curved lens. It is preferable that the area of the portion where the small convex surface and the small concave surface overlap each of the regions is 1 to 4 or less.
相対的に広い間隔で凸面と凹面が繰り返し配列されたレンズ面と相対的に狭 い間隔で小凸面と小凹面が繰り返し配列されたレンズ面とを多層に重ねた場合 においては、右眼と左眼の網膜に出来る像に広い間隔のレンズ面に対応した部 分では比較的広い範囲にわたって徐々に変化するような差異が生じ、狭い間隔 のレンズ面に対応した部分では比較的狭い周期で繰り返されるような差異が生じ る。また、像の歪みの周期も異なる。このように、凸面又は凹面の幅に差がある場 合には、 2つのレンズ面による像が重なり合うことを低減でき、総合的な像の変形 を互いに強め合うことを避けることが出来る。 In the case where a lens surface in which convex and concave surfaces are repeatedly arranged at relatively wide intervals and a lens surface in which small convex and small concave surfaces are repeatedly arranged at relatively narrow intervals are superposed in multiple layers, the right eye and the left eye Differences occur over a relatively wide range in the area corresponding to the widely spaced lens surface in the image formed on the retina of the eye, and are repeated with a relatively narrow cycle in the area corresponding to the closely spaced lens surface. Such differences occur. Also, the period of the image distortion is different. As described above, when there is a difference in the width of the convex surface or the concave surface, it is possible to reduce the overlapping of the images formed by the two lens surfaces, and to avoid mutually reinforcing the overall image deformation.
請求の範囲第 5項に記載の曲面レンズは、例えば図 6、図 7、図 8に示すように、 単一の滑らかな凹面、単一の滑らかな凸面、又は凹面と凸面とが交互に配列さ れてなる滑らかな曲面のいずれかを仮想配列面 Vとして、前記仮想配列面を構 成する凸面若しくは凹面の各領域の面積に対して、実効的に、前記各領域と重 なり合う部分の面積が充分小さい微小凸面だけ又は微小凹面だけを前記仮想配 列面に沿って配列してなる曲面をレンズ面として有するカ 又は、前記仮想配列 面を構成する凸面若しくは凹面の各領域の面積に対して、実効的に、前記各領 域と重なり合う部分の面積が充分小さい微小凸面だけ又は微小凹面だけを前記 仮想配列面に沿って配列してなる曲面を母曲面とするフレンネルレンズ形式の面 をレンズ面として有する。 The curved lens described in claim 5 has, for example, a single smooth concave surface, a single smooth convex surface, or a concave surface and a convex surface alternately arranged as shown in FIGS. 6, 7, and 8. Either of the smooth curved surfaces thus obtained is defined as a virtual array surface V, and the area of each of the convex or concave regions constituting the virtual array surface is effectively a portion overlapping with the respective regions. A lens having a curved surface formed by arranging only a minute convex surface or only a minute concave surface having a sufficiently small area along the virtual array surface, or an area of each of the convex surface and the concave surface constituting the virtual array surface. Effectively, a surface of a Fresnel lens type having a curved surface formed by arranging only a minute convex surface or only a minute concave surface along the virtual arrangement surface with a sufficiently small area of a portion overlapping with each of the regions is used. It has as a lens surface.
ここにおいて、実効的に微小凸面だけ又は微小凹面だけとは、'製造ばらつきを 含め微小凸面又は微小凹面以外のものが多少紛れ込む場合を含む意味である。 請求の範囲第 2項の説明から明らかなように、レンズ面は近似的に仮想配列面 と同じ形状でかつ同じ位置にある仮想のレンズ面 Nと、微小凸面あるいは微小凹 面が平面状に配列された仮想のレンズ面 Mとが多層に重なったものと近似するこ とが出来る。以後、微小凸面と微小凹面を総称して微小曲面と呼称する。 Here, the term “effectively only a minute convex surface or only a minute concave surface” means a case where something other than a minute convex surface or a minute concave surface, including manufacturing variations, is slightly mixed. As is apparent from the description of Claim 2, the lens surface is approximately the same shape as the virtual array surface and the virtual lens surface N at the same position and the minute convex surface or minute concave surface are arranged in a plane. It can be approximated that the virtual lens surface M thus obtained is multi-layered. Hereinafter, the minute convex surface and the minute concave surface are collectively referred to as a minute curved surface.
また、フレンネルレンズ形式の境界面をレンズ面とするレンズは母曲面をレンズ
面とするレンズと等価である。 In addition, a lens having a boundary surface of a Fresnel lens type as a lens surface has a base curved surface as a lens. This is equivalent to a lens having a surface.
このため、曲面レンズを介して曲面レンズに対面して置かれた 2次元表示画像 を見る像は仮想のレンズ面 Nによって左右上下方向に変形する。レンズ面の場所 により拡大あるいは縮小の度合いが異なる。このことが原因となって右眼と左眼に 到達する表示画像からの光は経路が異なるので、右眼と左眼の網膜に出来る像 に差異が生じる。また、像の奥行き方向の位置も場所により変化する。なお、仮想 のレンズ面 Nは滑らかに変化するので、像の左右上下方向の変形も急激に変化 することなく滑らかに変形した像となる。 For this reason, the image viewed from the two-dimensional display image placed facing the curved lens via the curved lens is deformed in the left, right, up and down directions by the virtual lens surface N. The degree of enlargement or reduction differs depending on the location of the lens surface. Due to this, light from the display image reaching the right eye and the left eye has different paths, so that the images formed on the retinas of the right eye and the left eye are different. Further, the position of the image in the depth direction also changes depending on the location. In addition, since the virtual lens surface N changes smoothly, the image in the left, right, up, and down directions also becomes a smoothly deformed image without abrupt change.
また、仮想のレンズ面 Mは面積が充分小さい微小曲面の集まりであり、これら微 小曲面がそれぞれ独立した微小レンズとして作用し、各微小レンズの作る像が新 たな画素となって表示画像の全体像を構成することになる。したがって、仮想のレ ンズ面 Mは仮想のレンズ面 Nによる全体像に対して左右上下方向の拡大縮小機 能が無ぐ像の奥行き方向の位置だけをさらに大きく変える働きをする。 The virtual lens surface M is a group of minute curved surfaces having a sufficiently small area.These minute curved surfaces act as independent minute lenses, and the image created by each minute lens becomes a new pixel, thereby forming a new pixel. It constitutes the whole picture. Therefore, the virtual lens surface M functions to further change only the position in the depth direction of the image, which does not have the function of enlarging / reducing the left / right and up / down directions with respect to the entire image formed by the virtual lens surface N.
したがって、微小凸面又は微小回面は、画素と見なしうる程度に小さぐ点と見 なしうるもので、機能においては、請求の範囲第 2項における小凸面又は小凹面 力 網膜に出来る像に比較的狭い範囲で繰り返されるような差異が生じさせるの に対して、像の奥行き方向の位置だけを変える働きをさせる点で、小凸面又は小 凹面とは異なる。 Therefore, the small convex surface or the small circular surface can be regarded as a point small enough to be regarded as a pixel.In terms of function, the small convex surface or the small concave surface in claim 2 is relatively small in the image formed on the retina. Unlike a small convex surface or a small concave surface, a difference that is repeated in a narrow range is caused, but only a position in a depth direction of an image is changed.
レンズ面をフレンネルレンズ形式のレンズとすることにより曲面レンズの厚さを薄く できる。 By making the lens surface a Fresnel lens type lens, the thickness of the curved lens can be reduced.
請求の範囲第 6項に記載の発明は、請求の範囲第 5項に記載の曲面レンズに おいて、有効領域の面積に対して、前記微小凸面又は微小凹面が前記各領域 と重なり合う部分の面積が 1/100以下であることが好ましい。微小凸面又は微小 凹面の像は全体像の画素として機能する。したがって、微小凸面又は微小凹面 が小さい程、画素も小さくなり、全体像の解像度が向上する。 The invention according to claim 6 is the curved lens according to claim 5, wherein the area of the minute convex surface or the minute concave surface overlaps with each area with respect to the area of the effective area. Is preferably 1/100 or less. The image of the minute convex surface or the minute concave surface functions as a pixel of the whole image. Therefore, the smaller the minute convex surface or minute concave surface, the smaller the pixel, and the higher the resolution of the whole image.
請求の範囲第 7項に記載の曲面レンズは、例えば図 10、図 13に示すように、 単一の滑らかな凹面、単一の滑らかな凸面、若しくは凹面と凸面とが交互に配列 されてなる滑らかな曲面のいずれかを第 1のレンズ面 Aとする力、又は単一の滑ら かな凹面、単一の滑らかな凸面、若しくは凹面と凸面とが交互に配列されてなる
滑らかな曲面のいずれかを母曲面とするフレンネルレンズ形式の ®を第 1のレンズ 面 Aとし、前記第 1のレンズ面を構成する凸面又は凹面の各領域の面積に対して、 前記各領域と重なり合う部分の面積が小さい小凸面と小凹面を交互に配列して なる滑らかな曲面を第 2のレンズ面 Bとし、前記第 1のレンズ面と前記第 2のレンズ 面とが積層されている。 The curved lens described in claim 7 has a single smooth concave surface, a single smooth convex surface, or a concave surface and a convex surface alternately arranged as shown in FIGS. 10 and 13, for example. Force to use any of the smooth curved surfaces as the first lens surface A, or a single smooth concave surface, a single smooth convex surface, or alternating concave and convex surfaces The first lens surface A is a Fresnel lens type having any one of the smooth curved surfaces as a base curved surface, and each of the first and second lens surfaces is defined by the area of the convex or concave surface constituting the first lens surface. The second lens surface B is a smooth curved surface formed by alternately arranging small convex surfaces and small concave surfaces having a small area of an overlapping portion with the first lens surface and the second lens surface. .
ここにおいて、フレンネルレンズ形式の境界面をレンズ面とするレンズは母曲面 をレンズ面とするレンズと等価である。したがって第 1のレンズ面は滑らかな曲面で、 そのレンズの特性が場所の変化と共に急激に変化する部分の無いレンズとして働 く。なお、レンズ面はフレンネルレンズ形式なので、曲面レンズの厚さを薄くでき る。 Here, a lens having a boundary surface of the Fresnel lens type as a lens surface is equivalent to a lens having a generating surface as a lens surface. Therefore, the first lens surface is a smooth curved surface, and works as a lens having no portion in which the characteristics of the lens suddenly change with a change in location. Since the lens surface is a Fresnel lens type, the thickness of the curved lens can be reduced.
また、レンズ面によってもたらされる像の歪みはレンズ面を構成する個々の凸面 と凹面に対応した歪みを持った領域が繰り返された像である。 The image distortion caused by the lens surface is an image in which a region having distortion corresponding to each convex surface and concave surface constituting the lens surface is repeated.
したがって、本発明に係わる曲面レンズを介して 2次元表示画像を見ると、第 1 のレンズ面により比較的広い範囲にわたる歪みが繰り返すような像となる。また、 第 2のレンズ面は滑らかな曲面で、比較的狭い範囲で曲面変化を繰り返すレンズ であるので、この第 2のレンズ面により比較的狭い範囲の歪みが繰り返される。 これら第 1のレンズ面あるいは第 2のレンズ面により生じる像の歪みはいずれも、 レンズ面が滑らかに変化しているので、急激に変化する事が無い。 Therefore, when a two-dimensional display image is viewed through the curved lens according to the present invention, an image in which distortion over a relatively wide range is repeated by the first lens surface is obtained. In addition, since the second lens surface is a smooth curved surface, and the curved surface changes repeatedly in a relatively narrow range, distortion in a relatively narrow range is repeated by the second lens surface. Any of these image distortions caused by the first lens surface or the second lens surface does not change rapidly because the lens surface changes smoothly.
このように第 1のレンズ面と第 2のレンズ面によってもたらされる像の歪みは第 1 のレンズ面と第 2のレンズ面とで異なり、前者ではより広い範囲に渡る歪みが生じ る。一方、後者ではより狭い範囲の歪みが繰り返すような歪みが生じる。このように 第 1のレンズ面と第 2のレンズ面とでは見える像の歪みの範囲が異なる結果、総合 的な像の歪みを強め合うことを避けることが出来る。また、レンズ面は滑らかな曲 面であるから像の歪みは滑らかで、急激な変形を伴わないので、画像としての品 質を一定の水準に保つことが出来る。 Thus, the image distortion caused by the first lens surface and the second lens surface is different between the first lens surface and the second lens surface, and the former causes distortion over a wider range. On the other hand, in the latter case, distortion occurs such that distortion in a narrower range is repeated. As described above, as a result of the difference in the range of image distortion that can be seen between the first lens surface and the second lens surface, it is possible to avoid compromising the overall image distortion. Also, since the lens surface is a smooth curved surface, the image distortion is smooth and does not involve abrupt deformation, so that the image quality can be maintained at a certain level.
また、右眼と左眼に到達する表示画像からの光は経路が異なる結果、右眼と 左眼の網膜に出来る像に差異が生じる。第 1のレンズ面に対応した部分では比 較的広い範囲にわたって緩やかに差が変化するような差異が生じ、第 2のレンズ 面に対応した部分では比較的狭い範囲で差が変化し、この変化が狭い範囲を周
期として繰り返されるような差異となる。このため、広い面積の画像部分に対しても 狭い面積の画像部分にもそれぞれ立体感が感じられ、両者が相互に強めあって より一段と強い立体感が得られる。 In addition, as a result of the light from the display image reaching the right eye and the left eye having different paths, a difference occurs between images formed on the retina of the right eye and the left eye. In the portion corresponding to the first lens surface, a difference occurs in which the difference changes gradually over a relatively wide range, and in the portion corresponding to the second lens surface, the difference changes in a relatively narrow range. Around a narrow area This is a difference that is repeated as a period. For this reason, a three-dimensional effect can be felt both in an image part having a large area and in an image part having a small area, and the two parts are mutually strengthened to obtain a stronger three-dimensional effect.
これらの結果、像の歪みを抑えるとともに立体感の発現を一層強めることが出 来る。 As a result, it is possible to suppress the distortion of the image and further enhance the appearance of the three-dimensional effect.
請求の範囲第 8項に記載の発明は、請求の範囲第 7項に記載の曲面レンズに おいて、前記小凸面と前記小凹面とは、同程度の寸法と繰り返し間隔で配列され、 かつ、面勾配の変化の様子が同程度であることが好ましい。レンズ面を構成する 小凹面と小凸面が共に同程度の間隔で、しかも小凹面と小凸面の曲面変化の様 子が同程度であるので、小凹面と小凸面との作る歪みの強さも同程度となり、一 方が他方に比較して大きくなることが無く、歪みの大きさを抑えた像としてみること ができる。 The invention described in claim 8 is the curved lens according to claim 7, wherein the small convex surface and the small concave surface are arranged at a similar size and a repetition interval, and It is preferable that the state of the change in the surface gradient is approximately the same. Since the small concave surface and the small convex surface that constitute the lens surface are both at approximately the same interval, and the change in the curved surface between the small concave surface and the small convex surface is almost the same, the distortion created by the small concave surface and the small convex surface is also the same. , And one does not become larger than the other, and can be viewed as an image with reduced magnitude of distortion.
請求の範囲第 9項に記載の発明は、請求の範囲第 7項又は第 8項に記載の曲 面レンズにおいて、第 1のレンズ面を構成する凸面又は凹面の各領域の面積に 対して、前記小凸面及び前記小凹面が前記各領域と重なり合う部分の面積がい ずれも 1/4以下であることが好ましい。 The invention described in claim 9 is the curved lens according to claim 7 or 8, wherein the area of each of the convex and concave regions constituting the first lens surface is as follows. It is preferable that the area of the portion where the small convex surface and the small concave surface overlap each of the regions is 1/4 or less.
相対的に広い間隔で凸面と凹面が繰り返し配列されたレンズ面と相対的に狭 い間隔で小凸面と小凹面が繰り返し配列されたレンズ面とを多層に重ねた場合 には、右眼と左眼の網膜に出来る像には、広い間隔のレンズ面に対応した部分 では比較的広い範囲にわたって徐々に変化するような差異が生じ、狭い間隔のレ ンズ面に対応した部分では比較的狭い範囲で繰り返されるような差異が生じる。 また、像の歪みの範囲も異なる。このように、凸面又は凹面の重なり合う部分の面 積と比較対象の凸面又は凹面の面積との間で差がある場合には、両眼像の差異 も大きい部分と小さい部分が生じ、これらが相乗的に作用して立体感が強まる。ま た、 2つのレンズ面による像の歪みが重なり合うことを低減でき、総合的な像の変 形を互いに強め合うことを避けることが出来る。 When a lens surface having convex and concave surfaces repeatedly arranged at relatively wide intervals and a lens surface having small convex and small concave surfaces repeatedly arranged at relatively narrow intervals are superposed in multiple layers, the right eye and the left eye In the image formed on the retina of the eye, there is a difference that gradually changes over a relatively wide range at a portion corresponding to a lens surface at a wide interval, and a relatively narrow range at a portion corresponding to a lens surface at a narrow interval. Differences occur that are repeated. Also, the range of image distortion is different. In this way, when there is a difference between the area of the overlapping portion of the convex or concave surface and the area of the convex or concave surface to be compared, there is a portion where the difference between the binocular images is large and a portion where the difference is small. Acts to enhance the three-dimensional effect. In addition, it is possible to reduce the overlapping of the image distortions caused by the two lens surfaces, and to avoid mutually reinforcing the overall image deformation.
請求の範囲第 10項に記載の曲面レンズは、例えば図 9に示すように、単一の 滑らかな凹面、単一の滑らかな凸面、又は凹面と凸面とが交互に配列されてなる 滑らかな曲面のいずれかを母曲面とするフレンネルレンズ形式の面を第 1のレンズ
面 Aとし、前記第 1のレンズ面を構成する凸面又は凹面の各領域の面積に対して、 実効的に、前記各領域と重なり合う部分の面積が充分小さい微小凸面だけ又は 微小凹面だけを配列してなる曲面を第 2のレンズ面 Bとし、前記第 1のレンズ面と 前記第 2のレンズ面とが積層されている。 The curved lens according to claim 10 is, for example, as shown in FIG. 9, a single smooth concave surface, a single smooth convex surface, or a smooth curved surface in which concave and convex surfaces are alternately arranged. The surface of the Fresnel lens type with either of Effectively, only the minute convex surface or only the minute concave surface is arranged on the surface A, where the area of the portion overlapping with the respective regions is sufficiently small with respect to the area of each of the convex and concave regions constituting the first lens surface. Is a second lens surface B, and the first lens surface and the second lens surface are laminated.
ここにおいて、フレンネルレンズ形式の境界面をレンズ面とするレンズは母曲面 をレンズ面とするレンズと等価である。したがって第 1のレンズ面は凹面と凸面とが 交互に配列されてなる滑らかなレンズ面とみなすことが出来る。なお、レンズ面をフ レンネルレンズ形式とすれば曲面レンズの厚さは薄くできる。 Here, a lens having a boundary surface of the Fresnel lens type as a lens surface is equivalent to a lens having a generating surface as a lens surface. Therefore, the first lens surface can be regarded as a smooth lens surface in which concave surfaces and convex surfaces are alternately arranged. If the lens surface is a Fresnel lens type, the thickness of the curved lens can be reduced.
このため、曲面レンズに対面して置かれた 2次元表示画像の曲面レンズによる 像は第 1のレンズ面によって左右上下方向に変形する。また、像の奥行き方向の 位置も場所により変化する。これらの変形の度合いは眼に到達する光のレンズ面 を通過する場所により変わるため、右眼と左眼の網膜に出来る像に差異が生じる。 また、第 1のレンズ面は滑らかに変化するので、像の左右上下方向の変形も急激 に変化することなく滑らかな変形である。 For this reason, the image of the two-dimensional display image placed by the curved lens facing the curved lens is deformed in the left, right, up, and down directions by the first lens surface. The position of the image in the depth direction also changes depending on the location. The degree of these deformations varies depending on the location where light reaching the eye passes through the lens surface, resulting in a difference between the images formed in the retina of the right eye and the left eye. Also, since the first lens surface changes smoothly, the deformation of the image in the left, right, up and down directions is also a smooth deformation without abrupt change.
第 2のレンズ面は面積が充分小さい微小曲面の集まりであり、これら微小曲面が それぞれ独立した微小レンズとして作用し、各微小レンズの作る像が新たな画素 となって表示画像の全体像を構成することになる。したがって、第 2のレンズ面は 第 1のレンズ面による全体像に対して左右上下方向の拡大縮小機能が無ぐ像 の奥行き方向の位置だけをさらに大きく変える働きをする。 The second lens surface is a collection of minute curved surfaces with a sufficiently small area, and these minute curved surfaces act as independent minute lenses, and the image created by each minute lens becomes a new pixel to constitute the entire image of the display image. Will do. Therefore, the second lens surface has a function of further changing only the position in the depth direction of the image, which does not have the function of enlarging / reducing the left / right and up / down directions with respect to the entire image formed by the first lens surface.
像の歪みの繰り返し間隔とレンズ面を構成する 面と凸面の繰り返し間隔は対 応する。また、右眼と左眼の網膜に出来る像に生じる差異の繰り返し間隔につい ても同様である。 The repetition interval of the image distortion corresponds to the repetition interval of the surface forming the lens surface and the convex surface. The same applies to the repetition interval of the difference generated in the images formed in the retina of the right eye and the left eye.
レンズ面を構成する凹面と凸面の繰り返し間隔が異なる複数のレンズ面を介し た総合的な両眼像は広い間隔で繰り返す差異と、狭い間隔で繰り返す差異とが 共存する。また像の歪みも広い間隔で繰り返す歪みと、狭い間隔で繰り返す歪み とが共存する。 The overall binocular image through a plurality of lens surfaces having different repetition intervals between the concave surface and the convex surface constituting the lens surface has a difference that repeats at a wide interval and a difference that repeats at a narrow interval. Also, the distortion of the image is such that the distortion is repeated at a wide interval and the distortion is repeated at a narrow interval.
請求の範囲第 11項に記載の発明は、請求の範囲第 10項に記載の曲面レンズ において、有効領域の面積に対して、前記微小凸面又は微小凹面が前記各領 域と重なり合う部分の面積が lZioo以下であることが好ましい。微小凸面又は微
小凹面の像は全体像の画素となる。したがって、微小凸面又は微小凹面が小さ い程、画素も小さくなり、全体像の解像度が向上する。 The invention according to claim 11 is the curved surface lens according to claim 10, wherein an area of a portion where the minute convex surface or the minute concave surface overlaps with each of the regions with respect to an area of the effective region. It is preferably at most lZioo. Minute convex or fine The image of the small concave surface becomes a pixel of the whole image. Therefore, as the minute convex surface or minute concave surface becomes smaller, the pixel becomes smaller, and the resolution of the whole image is improved.
請求の範囲第 12項に記載の曲面レンズは、例えば図 10、図 13に示すように、 凹面と凸面とが交互に配列されてなる滑らかなレンズ面、又は凹面と凸面とが交 互に配列されてなる滑らかな曲面を母曲面とするフレンネルレンズ形式の面のい ずれか一方又は両方を多層に重ねて構成され、各層のレンズ面を構成する凹面 と凸面の繰り返し間隔が、他の層のレンズ面を構成する凹面と凸面の繰り返し間 隔と異なっている。 The curved lens described in claim 12 has a smooth lens surface in which concave and convex surfaces are alternately arranged as shown in FIGS. 10 and 13, or a concave and convex surface are alternately arranged. One or both of the surfaces of a Fresnel lens type having a smooth curved surface as a base curved surface are formed in a multilayer structure, and the repetition interval between the concave surface and the convex surface constituting the lens surface of each layer is different from that of the other layer. It is different from the repetition interval of the concave surface and the convex surface constituting the lens surface.
ここにおいて、フレンネルレンズ形式の境界面をレンズ曲面とするレンズは母曲 面をレンズ曲面とするレンズと等価である。したがっていずれのレンズ曲面も凹面 と凸面とが交互に配列されてなる滑らかなレンズ曲面とみなすことが出来る。 Here, a lens having a Fresnel lens type boundary surface as a lens curved surface is equivalent to a lens having a base curved surface as a lens curved surface. Therefore, any lens curved surface can be regarded as a smooth lens curved surface in which concave and convex surfaces are alternately arranged.
このため、曲面レンズに対面して置かれた 2次元表示画像の曲面レンズによる 像はレンズ曲面によって左右上下方向に変形する。また、像の奥行き方向の位 置も場所により変化する。これらの変形の度合いは眼に到達する光のレンズ曲面 を通過する場所により変わるため、右眼と左眼の網膜に出来る像に差異が生じ る。 For this reason, the image of the two-dimensional display image placed by the curved lens facing the curved lens is deformed in the left, right, up and down directions by the lens curved surface. The position of the image in the depth direction also changes depending on the location. Since the degree of these deformations varies depending on where light reaching the eye passes through the curved surface of the lens, there is a difference between the images formed in the retina of the right eye and the left eye.
また、これらのレンズ曲面は滑らかに変化するので、像の左右上下方向の変形 も急激に変化することなく滑らかな変形である。 In addition, since these lens curved surfaces change smoothly, the deformation of the image in the left, right, up and down directions is a smooth deformation without abrupt change.
像の歪みの繰り返し間隔とレンズ曲面を構成する凹面と凸面の繰り返し間隔は 対応する。また、右眼と左眼の網膜に出来る像に生じる差異の繰り返し間隔につ いても同様である。 The repetition interval of the image distortion corresponds to the repetition interval of the concave surface and the convex surface constituting the lens curved surface. The same applies to the repetition interval of the difference that occurs in the images formed in the retina of the right eye and the left eye.
レンズ曲面を構成する凹面と凸面の繰り返し間隔が異なる複数のレンズ曲面を 介した総合的な像では広い間隔で繰り返す差異と、狭い間隔で繰り返す差異と が共存する。また総合的な像の歪みも広い間隔で繰り返す歪みと、狭い間隔で 繰り返す歪みとが共存する。 In a comprehensive image through a plurality of lens surfaces having different repetition intervals between the concave surface and the convex surface constituting the lens surface, there are differences that repeat at a wide interval and differences that repeat at a narrow interval. In addition, the distortion of the overall image coexists with the distortion repeated at wide intervals and the distortion repeated at narrow intervals.
多重に重なるそれぞれのレンズ曲面を構成する凹面と凸面の繰り返し間隔は 異なるので、両眼の間に生じる像の差異は比較的広い範囲にわたり徐々に変化 するものから、比較的狭い範囲での変化が繰り返されるようなものまであり、このた め広い面積の画像部分でも狭い面積の画像部分でもそれぞれ立体感が感じられ、
両者が相互に強めあってより一段と強い立体感が得られる。 Since the repetition interval between the concave and convex surfaces that compose each multiplexed lens curved surface is different, the image difference that occurs between the eyes changes gradually over a relatively wide range. There are some things that are repeated, so that you can feel a three-dimensional effect both in the image area with a large area and in the image area with a small area, Both enhance each other to give a stronger three-dimensional effect.
なお、レンズ曲面をフレンネルレンズ形式とすれば曲面レンズの厚さは薄くでき る。 If the lens curved surface is a Fresnel lens type, the thickness of the curved lens can be reduced.
請求の範囲第 13項に記載の曲面レンズは、例えば図 14に示すように、小凸面 又は小凹面を交互に配列してなる滑らかな曲面をレンズ面 Aとして有し、有効領 域の面積に対して、前記小凸面又は小凹面の各領域の面積が 1 /20以下であ る。 The curved surface lens according to claim 13 has, as shown in FIG. 14, for example, a lens surface A having a smooth curved surface formed by alternately arranging small convex surfaces or small concave surfaces, and has an area of an effective area. On the other hand, the area of each of the small convex surface and the small concave surface is 1/20 or less.
このように構成すると、全体像の中にレンズ面の小凸面又は小凹面に対応した 大きさの差異を伴った微小領域が多数分布する。これによつて全体像に奥行き 感のある立体感が発現する。 With this configuration, a large number of minute regions having a difference in size corresponding to the small convex surface or the small concave surface of the lens surface are distributed in the entire image. As a result, a three-dimensional effect with a sense of depth appears in the entire image.
2次元表示画像に対面して置かれた曲面レンズによる像はレンズ面によって左 右上下方向に変形し、右眼と左眼の網膜に出来る像に差異が生じる。両眼の像 の間に出来る差異は、レンズ面を構成する小凸面と小凹面に対応して生じた差 異を伴った領域が繰り返されて形成される。このように全体像の中に両眼像の差 異を伴った領域が分布する場合においても全体像に奥行き感のある立体感が発 現する。また、歪みも小凸面と小凹面に対応した大きさの歪みが分布する。 The image formed by the curved lens placed facing the two-dimensional display image is deformed left and right and up and down by the lens surface, resulting in a difference between the images formed in the retinas of the right and left eyes. The difference between the images of the two eyes is formed by repeating the area with the difference generated corresponding to the small convex surface and the small concave surface constituting the lens surface. In this way, even in a case where a region with a difference between binocular images is distributed in the entire image, a three-dimensional effect with a sense of depth appears in the entire image. Also, as for the distortion, a distortion having a magnitude corresponding to the small convex surface and the small concave surface is distributed.
また、相対的に狭い範囲での差が繰り返されるような両眼像の差異をもたらす ことが出来る。像の歪みも相対的に狭い範囲での歪みが繰り返されるようになる。 さらに、レンズ面の個々の小凸面、小凹面共に比較的狭いのでこの曲面レンズの 厚さを薄く出来る。 In addition, it is possible to bring about a difference between binocular images in which a difference in a relatively narrow range is repeated. As for the image distortion, the distortion in a relatively narrow range is repeated. Further, since both the small convex surface and the small concave surface of the lens surface are relatively narrow, the thickness of the curved lens can be reduced.
請求の範囲第 14項に記載の表示装置は、例えば図 1に示すように、請求の範 囲第 1項乃至第 13項に記載の曲面レンズを通して、連続した図柄からなる 2次元 表示画像を観察できるように、前記 2次元表示画像を表示する表示画面 1 1と前 記曲面レンズ 10とを備える。 The display device according to claim 14 is, for example, as shown in FIG. 1, for observing a two-dimensional display image composed of a continuous pattern through the curved lens according to claims 1 to 13. A display screen 11 for displaying the two-dimensional display image and the curved lens 10 described above are provided so as to enable the display.
このように構成すると、曲面レンズをあるべき 2次元表示画像に対面して適切な 位置に置くことによって、右眼と左眼の網膜に出来る像に違いが生じ、 2次元表 示画像が奥行き感のある立体的な像となって見える。 With this configuration, by placing the curved lens at an appropriate position facing the desired two-dimensional display image, a difference occurs between the images formed in the retina of the right eye and the left eye, and the two-dimensional display image has a sense of depth. It looks like a solid three-dimensional image.
請求の範囲第 1項乃至第 13項に記載の曲面レンズには、単一の滑らかな凹 面であるか単一の滑らかな凸面である力 あるいは凹面と凸面とが交互に配列さ
れてなる滑らかな曲面のいずれかと見なすことの出来るレンズ面 Aが存在する。こ のレンズ面 Aによって曲面レンズを介して見る表示画像の像に左右上下方向の 歪みが生じ、また、像の奥行き方向の位置が場所によって変化する。レンズ面 A は滑らかな曲面であるために表示画像の像は徐々に変形され一部の部分で急激 に変形することは無い。また、表示画像の 1点を出た光はレンズ面 Aの異なった場 所を通って右眼と左眼に到達するので、右眼と左眼の網膜に出来る像に違いが 生じ、奥行き感を生じる。 , 請求の範囲第 15項に記載の発明は、請求の範囲第 14項に記載の表示装置 において、通信画像又は放送画像の受信手段を備えることが好ましい。このよう に構成すると、通信画像又は放送画像を利用でき、利用領域が大いに広がる。 請求の範囲第 16項に記載の発明は、請求の範囲第 14項又は第 15項に記載 の表示装置において、例えば図 1に示すように、前記曲面レンズ 10と前記表示画 面 11とを所定の距離離して保持する手段 12を備えることが好ましい。 The curved lens described in claims 1 to 13 has a single smooth concave surface or a single smooth convex force or a concave and convex surface alternately arranged. There is a lens surface A that can be regarded as any of the smooth curved surfaces. Due to the lens surface A, the image of the display image viewed through the curved lens is distorted in the left, right, up and down directions, and the position of the image in the depth direction changes depending on the location. Since the lens surface A is a smooth curved surface, the image of the displayed image is gradually deformed and does not suddenly deform in a part. In addition, the light that has exited one point of the displayed image reaches the right and left eyes through different locations on the lens surface A, resulting in a difference in the images formed in the retinas of the right and left eyes, resulting in a sense of depth. Is generated. According to a fifteenth aspect of the present invention, it is preferable that the display device according to the fourteenth aspect of the present invention includes a communication image or broadcast image receiving means. With this configuration, a communication image or a broadcast image can be used, and a use area is greatly expanded. The invention described in claim 16 is the display device according to claim 14 or 15, wherein the curved lens 10 and the display screen 11 are, as shown in FIG. It is preferable to provide a means 12 for holding at a distance of.
より強い立体感を得るためには、レンズ面と表示画像との距離が重要である。レ ンズ面で屈折しても表示画像までの距離が短いと屈折したことによる表示画像の 位置の違いが小さくなる。したがって、表示画像はレンズ面から離れることが必須 であり、それもある程度の距離を必要とする。曲面レンズと前記表示画面とを所定 の距離離して保持する手段は、携帯電話機においては例えば表示画面と蓋との 間に曲面レンズを挟み、表示画面と曲面レンズとの間に跳ね上げ機構を設けて、 開蓋時には、跳ね上げ機構により表示画面と曲面レンズの距離を離すように構成 しても良い。 In order to obtain a stronger three-dimensional effect, the distance between the lens surface and the displayed image is important. Even if it is refracted on the lens surface, if the distance to the display image is short, the difference in the position of the display image due to the refraction will be small. Therefore, it is essential that the displayed image is away from the lens surface, which also requires a certain distance. The means for holding the curved lens and the display screen at a predetermined distance is, for example, a portable telephone in which a curved lens is sandwiched between a display screen and a lid, and a flip-up mechanism is provided between the display screen and the curved lens. When the lid is opened, the distance between the display screen and the curved lens may be increased by a flip-up mechanism.
請求の範囲第 17項に記載の発明は、請求の範囲第 16項に記載の表示装置 において、前記所定の距離が調整可能であることが好ましい。レンズ面の曲線的 な変化の必要とされる度合いおょぴレンズ面と表示画像との必要とされる間隔は 観察者の位置にも関連してくる。表示画像と曲面レンズとの距離を調節することに より、観察者の表示装置からの距離の違いによる立体感の発現の度合いを調整 することが出来る。また、曲面レンズを湾曲させることにより表示画像と曲面レンズ との距離を調節し、立体感を強めても良い。 The invention described in claim 17 is preferably the display device according to claim 16, wherein the predetermined distance is adjustable. The required degree of curve change of the lens surface, the required distance between the lens surface and the displayed image, also depends on the position of the observer. By adjusting the distance between the display image and the curved lens, it is possible to adjust the degree of appearance of a three-dimensional effect due to the difference in distance between the observer and the display device. Further, the distance between the display image and the curved lens may be adjusted by curving the curved lens to enhance the three-dimensional effect.
請求の範囲第 18項に記載の発明は、請求の範囲第 16項又は第 1 7項に記載
の表示装置において、前記所定の距離が前記曲面レンズの焦点距離の 1 2以 下であることが好ましい。表示画像のレンズ面からの距離が焦点距離の 1 2以 下の場合では、レンズ特性が凸レンズの場合で拡大倍率は 2倍以下になる。レン ズ特性が凹レンズの場合で減少率が 0. 66以下になることは無く、生じる歪みを 限定することができる。 The invention described in claim 18 is described in claim 16 or 17. In the above display device, it is preferable that the predetermined distance is not more than 12 times a focal length of the curved lens. When the distance of the displayed image from the lens surface is less than or equal to 12 of the focal length, the magnification is 2 times or less when the lens characteristic is a convex lens. In the case where the lens characteristic is a concave lens, the reduction rate does not become 0.66 or less, and the generated distortion can be limited.
請求の範囲第 19項に記載の表示装置用の構成体は、請求の範囲第 14項乃 至第 18項に記載の表示装置における前記曲面レンズと前記表示画面を保持す るための保持機構 12 (図 1参照)とを備える。 A structure for a display device according to claim 19, comprising a holding mechanism for holding the curved lens and the display screen in the display device according to claims 14 to 18. (See Fig. 1).
保持機構には曲面レンズと画像表示画面とのどちらを先に取り付けても良ぐ 曲面レンズを先に取り付けた状態で、流通させても良い。 この出願は、 日本国で 2002年 7月 25日に出願された特願 2002— 216272号 に基づいており、その内容は本出願の内容として、その一部を形成する。 Either a curved lens or an image display screen may be attached to the holding mechanism first. The distribution may be performed with the curved lens attached first. This application is based on Japanese Patent Application No. 2002-216272 filed on July 25, 2002 in Japan, the contents of which are incorporated in and form a part of the present application.
また、本発明は以下の詳細な説明によりさらに完全に理解できるであろう。本発 明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明により明らかとなろう。しかしながら、 詳細な説明及び特定の実例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目 的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改 変力 本発明の精神と範囲内で、当業者にとって明らかであるからである。 Also, the present invention may be more completely understood by the following detailed description. Further areas of applicability of the present invention will become apparent from the detailed description provided below. However, the detailed description and specific examples are preferred embodiments of the present invention, and are described for illustrative purposes only. From this detailed description, various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention.
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなぐ開 示された改変、代替案のうち、請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないも のも、均等論下での発明の一部とする。 図面の簡単な説明 Applicant may disclose any of the disclosed modifications and alternatives which are not intended to be publicly available to any of the described embodiments and which may not be literally within the scope of the claims. It is part of the invention under discussion. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 2次元表示画像に対面して、曲面レンズを配置して構成される第 1の実 施の形態における表示装置の斜視図である。また、曲面レンズの形態を変えた第 2から第 12までの実施の形態である表示装置の斜視図でもある。 FIG. 1 is a perspective view of a display device according to a first embodiment, in which a curved lens is arranged to face a two-dimensional display image. It is also a perspective view of the display device according to the second to twelfth embodiments in which the form of the curved lens is changed.
図 2は、第 1の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの斜視図であ る。 FIG. 2 is a perspective view of a curved lens used for the display device according to the first embodiment.
図 3は、第 1の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの断面図であ
る。 FIG. 3 is a cross-sectional view of a curved lens used in the display device according to the first embodiment. You.
図 4は、第 2の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの断面図と正 面図である。この曲面レンズはフレンネルレンズ形式のレンズであり、母曲面も合 せて示している。 FIG. 4 is a cross-sectional view and a front view of a curved lens used in the display device according to the second embodiment. This curved lens is a lens of the Fresnel lens type, and also shows the base curved surface.
図 5は、第 3の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの断面図であ る。 FIG. 5 is a cross-sectional view of a curved lens used for the display device according to the third embodiment.
図 6は、第 4の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの断面図であ る。 FIG. 6 is a sectional view of a curved lens used for the display device according to the fourth embodiment.
図 7は、第 5の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの断面図であ る。 FIG. 7 is a cross-sectional view of a curved lens used for the display device according to the fifth embodiment.
図 8は、第 6の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの断面図であ る。 FIG. 8 is a cross-sectional view of a curved lens used for the display device according to the sixth embodiment.
図 9は、第 7の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの断面図であ る。 FIG. 9 is a sectional view of a curved lens used for the display device according to the seventh embodiment.
図 10は、第 8の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの断面図で ある。 FIG. 10 is a cross-sectional view of a curved lens used for the display device according to the eighth embodiment.
図 11は、第 9の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの断面図で める。 FIG. 11 is a sectional view of a curved lens used for the display device according to the ninth embodiment.
図 12は、第 10の実施の形^における表示装置に用いる曲面レンズの断面図で ある。 FIG. 12 is a sectional view of a curved lens used for a display device according to the tenth embodiment.
図 13は、第 11の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの断面図で める。 FIG. 13 is a sectional view of a curved lens used for the display device according to the eleventh embodiment.
図 14は、第 12の実施の形態における表示装置に用いる曲面レンズの断面図で ある。 FIG. 14 is a sectional view of a curved lens used for the display device according to the twelfth embodiment.
図 15は、曲面レンズを表示素子に対面して配置した第 13の実施の形態の携帯 電話機である FIG. 15 shows a mobile phone according to a thirteenth embodiment in which a curved lens is arranged so as to face a display element.
図 16は、曲面レンズを表示素子に対面して配置した第 14の実施の形態の携帯 電話機である。
発明を実施するための最良の形態 FIG. 16 shows a mobile phone according to a fourteenth embodiment in which a curved lens is arranged so as to face a display element. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
個々の実施の形態についての詳細な説明に先立って、レンズを介して両眼で 見る像に立体感が現れる新たな知見について説明をする。 Prior to the detailed description of each embodiment, a new finding in which an image viewed by both eyes through a lens gives a three-dimensional effect will be described.
虫眼鏡を介して 2次元画像を片眼で見る像に立体感が現れ、これが眼の「調 整」機能によることはすでに指摘され周知である。これを両眼で見ると一層強い立 体感が現れる。このことは片眼でも立体感が現れる眼の「調整機能」による働き以 外に別の働きが作用しているものと推定される。 It has already been pointed out and well known that a stereoscopic effect appears in the image viewed with one eye through a magnifying glass, and this is due to the "adjustment" function of the eye. Looking at this with both eyes gives a stronger sense of standing. This is presumed to be due to the fact that another function is acting in addition to the function of the “adjustment function” of the eye, which produces a three-dimensional effect even with one eye.
表示画像の 1点を出た光は虫眼鏡のレンズ面の異なった場所を通って左右の それぞれの眼に到.達する。レンズ面を通過する際、光は屈折により曲げられるが、 その曲げられる量はレンズ面の傾きで異なる。レンズ面は曲面であるためにその場 所により傾きが異なるので、眼の網膜にできる像に歪が生じ、し力も、左右の眼で 歪も異なる。その結果、左右の眼の網膜に形成される像に違いが生じ、眼の「両 眼視差」の働きが作用して立体感がより強く現れるものと理解される。 The light from one point of the displayed image reaches the left and right eyes through different places on the lens surface of the magnifying glass. When passing through the lens surface, the light is bent by refraction, and the amount of the bending depends on the inclination of the lens surface. Since the lens surface is a curved surface and has a different inclination depending on the location, distortion occurs in the image formed on the retina of the eye, and the force differs between the left and right eyes. As a result, it is understood that there is a difference between the images formed on the retinas of the left and right eyes, and that the effect of the “binocular parallax” of the eyes acts to give a stronger three-dimensional effect.
この左右の眼の網膜に形成される像の形状としての違いは立体感の発現の程 度に大きな影響は無いようである。ただし、ある程度の範囲までは両方の像の差 が大きいほど立体感も強く発現する傾向がある。また、より広い範囲で徐々に両 方の像の違いが広がっているような場合が、狭い範囲での差が繰り返し分布する ような場合より立体感は感じ易い傾向がある。 The difference in the shape of the images formed on the retinas of the left and right eyes does not seem to have a significant effect on the degree of appearance of the stereoscopic effect. However, up to a certain range, the greater the difference between the two images, the more the stereoscopic effect tends to appear. Also, when the difference between the two images gradually increases in a wider range, the stereoscopic effect tends to be more easily perceived than when the difference in the narrow range is repeatedly distributed.
実際の立体的な場面を見る際には、左右の眼に生じる像の差異は像全体に 及ぶ広い範囲で差が徐々広がっているにもかかわらず、曲面レンズによって両眼 像に狭い範囲での差が繰り返し分布するような場合でも表示画像の全体像に奥 行き感のある立体感が発現することは本発明で重要なことである。し力もこの繰り 返す範囲が比較的小さい場合においても立体感が発現する。 When viewing an actual stereoscopic scene, the difference between the images that occur in the left and right eyes gradually increases over a wide range that covers the entire image, but the difference between the left and right eyes gradually increases in the binocular image due to the curved lens. It is important in the present invention that a stereoscopic effect with a sense of depth appears in the entire image of the display image even when the difference is repeatedly distributed. Even when the range of repetition is relatively small, a three-dimensional effect is exhibited.
次にレンズ面の変化の方向と現れる立体感の強さの関係について得られた知 見について説明する。 Next, the knowledge obtained about the relationship between the direction of the change of the lens surface and the strength of the three-dimensional effect that appears will be described.
ある一定の方向にだけレンズ面が滑らかに曲線的に変化し、この一定の方向に 直交する方向に対しては曲線的な変化の無いレンズを用いた場合の立体感の現 れ方について説明する。なお、この種の代表的なレンズが円筒面レンズあるいは かまぼこ形レンズとして周知のものである。
眼の左右方向への曲面的変化が無い場合では立体感の発現は弱く、片眼で 見る場合とほとんど同程度で、両眼で見る効果はほとんど現れない。両眼で強い 立体感が現れるのは眼の左右方向に対して曲面的変化がある場合で、しかも眼 の左右方向にだけ曲面的変化がある場合より、眼の左右方向と眼の上下方向の 両方向に対する曲面的変化が共に存在する場合に立体感が強くなつて現れ、眼 の左右方向と眼の上下方向の両方向に対する曲面的変化が同程度の割合の場 合に最も強い立体感となって感じられる。 A description will be given of the appearance of a three-dimensional appearance when a lens is used in which a lens surface smoothly changes in a curve only in a certain direction and does not change in a direction orthogonal to the certain direction. . A typical lens of this type is well known as a cylindrical lens or a semi-cylindrical lens. When there is no change in the curved surface in the left and right direction of the eye, the stereoscopic effect is weak, almost the same as when viewed with one eye, and there is almost no effect seen with both eyes. A strong three-dimensional effect appears in both eyes when there is a curved change in the left and right direction of the eye, and more than when there is a curved change only in the left and right direction of the eye. When there are both changes in the surface in both directions, the three-dimensional effect appears intensified.When the changes in the surface in both the horizontal direction of the eye and the vertical direction of the eye are approximately the same, the three-dimensional effect becomes the strongest. felt.
なお、以上の説明では眼の左右方向への曲面的変化が無い場合では片眼で 見る場合とほとんど同程度の見え方と説明したが、比較的大きい表示画像を比 較的近くで見る場合では、表示画像の四隅部分を見る左右の眼の視線は斜め 方向となり、視線に対してレンズ面が等価的に左右方向への曲面的変化の成分 が存在するかのように作用して、四隅部分に立体感が現れる結果、全体に立体 感を感じることになる。すなわちレンズ面に眼の左右方向への曲面的変化が無い 場合でも立体感は発現する。 In the above description, when there is no curved change in the horizontal direction of the eye, the appearance is almost the same as when viewed with one eye, but when a relatively large display image is viewed relatively close. The line of sight of the left and right eyes looking at the four corners of the displayed image is oblique, and the lens surface acts equivalently to the line of sight as if there is a component of a curved change in the left and right direction. As a result, a three-dimensional effect appears on the whole. In other words, a three-dimensional effect is exhibited even when there is no curved change in the lens surface in the horizontal direction of the eye.
当然のことながら、レンズの曲面的変化の程度が強いほど現れる立体感も強く なる。これと同時に歪も強くなる。 As a matter of course, the three-dimensional effect that appears as the degree of lens curvature changes increases. At the same time, the distortion becomes stronger.
立体感を感じさせるいかなる方式においても、像の精細さが感じる立体感に大 きく影響を及ぼす。したがって曲面レンズによる歪の発生を極力低減することが重 要である。このためレンズ面に滑らかな凹凸面を用いるなどしている。 In any method that gives a three-dimensional effect, the fineness of the image has a significant effect on the three-dimensional effect. Therefore, it is important to minimize the occurrence of distortion due to curved lenses. For this reason, a smooth uneven surface is used for the lens surface.
以上説明したレンズ面の変化の方向と左右の眼の方向との関連が立体感の発 現の程度に大きく影響することが新たに得られた知見の一つである。 One of the newly obtained findings is that the relationship between the direction of the change in the lens surface described above and the directions of the left and right eyes greatly affects the degree of appearance of a three-dimensional effect.
ここで、レンズ面の眼の左右.方向と眼の上下方向の両方向への曲面的変化が 共に存在する場合では、眼の左右方向への曲面的変化だけしか存在しない場合 に比較して立体感が強く現れる現象に対する解釈の一^ ^について説明する。 両眼で見る場合には奥行き方向にも変形したような 3次元的な歪のある像となつ て見える。この変形の様子が眼の左右方向の曲線的変化しか存在しない場合で は、表示画像に現されている図柄あるいは風景といったものを正面から正視して いるような変形のある像となって見える。これに対して、眼の左右方向と眼の上下 方向の両方向への曲線的変化が存在する場合では、斜め方向から見たような変
形のある像となって見える。一般に、 3次元の風景などでも斜めから眺める場合が より立体的な感じが強調される。また、遠近法などを適用して立体感を強調して描 いた 2次元の絵などでも正面から見た絵より斜めから見て描いた絵の方が立体感 を強く感じる。特に上斜めから、あるいは下斜めから見たような画像の方が更に立 体感が強調される。これと同様のことが作用していると考えると、この現象を納得で きる。 Here, when there is a curved surface change in both the left and right directions of the lens surface and the vertical direction of the eye, the stereoscopic effect is greater than when there is only a curved surface change in the left and right direction of the eye. I explain one of the interpretations of the phenomenon that appears strongly. When viewed with both eyes, the image appears to be three-dimensionally distorted as if it were deformed in the depth direction. If the deformation is only a curved change in the left and right direction of the eye, the image appears to be a deformed image as if looking straight from the front of the pattern or landscape appearing in the display image. On the other hand, if there is a curvilinear change in both the left and right direction of the eye and the up and down direction of the eye, the change is as if viewed from an oblique direction. It looks like a shaped image. In general, even in a three-dimensional landscape, a three-dimensional appearance is emphasized when viewed obliquely. Also, even with two-dimensional paintings that emphasize perspective by applying perspective, etc., paintings that are drawn from an oblique direction will give a stronger sense of stereoscopic effect than pictures that are viewed from the front. In particular, an image viewed from the upper oblique direction or the lower oblique direction emphasizes the sense of standing. If we think that the same thing is working, we can understand this phenomenon.
以上の説明は、円筒面レンズを用いた場合であるが、レンズ面が単一の任意の 凹面、あるいは単一の任意の凸面をレンズ面とする曲面レンズの場合でも同様に 現れる現象である。また任意の凹面と任意の凸面からなるレンズ面の場合でも同 様に現れる。 The above description is of the case where a cylindrical lens is used, but the same phenomenon occurs in the case of a curved lens having a single arbitrary concave surface or a single arbitrary convex surface as a lens surface. The same applies to a lens surface consisting of an arbitrary concave surface and an arbitrary convex surface.
ここに発現する立体感は、 3次元的に配置された物を見る際に左右の眼の網膜 上にできる像の違いを基にして脳が立体的なものと認識する経験的な習慣によつ て、レンズによる左右の眼の網膜上にできる像の違いを脳が勝手に立体的なもの と判断すると考えることができる。したがって、実際の 3次元的に配置された物を見 る場合と同じような像の違いが生じるのが望ましぐレンズ面を構成する凸面あるい は凹面は充分広いひろがりを持った曲面の方が望ましレ、。できれば単一の凸面あ るいは単一の凹面の方が望ましい。しかし、凹レンズと凸レンズが繰り返す周期が 表示画像の一辺に比較して充分小さい場合においても立体感が発現することは すでに説明した。このことが新たに得られた知見の他の一つでもある。 The three-dimensional effect expressed here is based on the empirical habit of recognizing the brain as three-dimensional based on the difference between the images formed on the retinas of the left and right eyes when viewing objects arranged three-dimensionally. Therefore, it can be considered that the difference between the images formed on the retinas of the left and right eyes by the lens is determined by the brain to be three-dimensional. Therefore, it is desirable that the difference in image be the same as when looking at an actual three-dimensionally arranged object. A convex or concave surface constituting a lens surface is a curved surface with a sufficiently wide spread. Desired Les ,. Preferably, a single convex or concave surface is preferred. However, it has already been described that a three-dimensional effect is exhibited even when the period at which the concave lens and the convex lens are repeated is sufficiently smaller than one side of the display image. This is one of the newly obtained findings.
このことについては以後の実施の形態でさらに詳しく説明する。 This will be described in more detail in the following embodiments.
これらの曲面レンズを介して両眼で見る 2次元表示画像の像には 3次元的な歪 みが生じる。 The two-dimensional display image viewed by both eyes through these curved lenses has three-dimensional distortion.
片眼で見る限り上下左右方向の歪、すなわち 2次元的な歪だけしか感じられな いが、両眼で見ると像の奥行き方向の位置が場所により変形し、歪んだ 3次元的 な像として感じられる。この 3次元的な歪みは、歪の程度が極端に大きくない限り、 注意深く意識的に見るなどしないと認識され難ぐ意識的に見ない場合では上下 左右方向の 2次元的な歪のように認識されることが多い。 When viewed with one eye, only vertical and horizontal distortions, that is, only two-dimensional distortions, are perceived.However, when viewed with both eyes, the position in the depth direction of the image is deformed depending on the location, resulting in a distorted three-dimensional image. felt. Unless the degree of distortion is extremely large, this three-dimensional distortion is difficult to recognize unless you look carefully and consciously.If you do not look consciously, it is recognized as a two-dimensional distortion in the vertical and horizontal directions. Often done.
なお、描かれた物体の相互の位置関係に前後関係を感じさせる立体感と 3次元 的な歪とは観察者の受ける感覚では異質のものである。歪は描かれた個々の物
体の形を変えるような変形であり、立体感は描かれた物体相互の前後の位置関 係を感じるものである。 In addition, the three-dimensional effect and the three-dimensional distortion, which give a sense of the anterior-posterior relationship between the drawn objects, are different in the sense perceived by the observer. Distortion is the individual thing drawn It is a transformation that changes the shape of the body, and the three-dimensional effect is a feeling of the positional relationship between the drawn objects before and after.
レンズ面により像には歪みが生じる。本発明はこの歪みに対して相対的により強 く立体感を発現させるレンズ面の構成を提供し、歪みが少なく立体表示特性の良 好な表示装置を提供するもので、以下に、図面を参照しながら本発明の実施の 形態について詳細に説明する。 The image is distorted by the lens surface. The present invention provides a configuration of a lens surface that relatively strongly expresses a three-dimensional effect with respect to the distortion, and provides a display device with less distortion and excellent three-dimensional display characteristics. The embodiments of the present invention will be described in detail.
図 1は、本発明の第 1の実施の形態における表示装置を示す斜視図である。 図 1において、表示装置は、曲面レンズ 10と、表示する図柄を描いた表示画像 11と表示画像 1 1を保持する背面板 1 2aと背面板 1 2aの四隅に取り付けられたァ ーム 12bとを備える。曲面レンズ 10はアーム 12bに取り付けられている。背面板 1 2aとアーム 12bとで表示画像 1 1と曲面レンズ 10の相対的な位置関係を保持する 保持機構 12を構成する。 FIG. 1 is a perspective view showing a display device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a display device includes a curved lens 10, a display image 11 depicting a design to be displayed, and a back plate 12a holding a display image 11 and arms 12b attached to four corners of the back plate 12a. Is provided. The curved lens 10 is attached to the arm 12b. The holding mechanism 12 for holding the relative positional relationship between the display image 11 and the curved lens 10 by the back plate 12a and the arm 12b is configured.
図 1に示す実施の形態は曲面レンズの表示画像までの距離が観察者までの距 離より充分小さく、曲面レンズと表示画像とで一つの表示装置と見なし得るような 形態である。表示画像 1 1は通常の紙に描かれた連続した図柄からなる平面状の 2次元表示画像で、背面板 12aの四隅に取り付けられているアーム 12bの長さは いずれも同じで、平板状の曲面レンズ 10は表示画像 1 1に平行に置かれた状態と なっている。 The embodiment shown in FIG. 1 is a mode in which the distance to the display image of the curved lens is sufficiently smaller than the distance to the observer, and the curved lens and the display image can be regarded as one display device. Display image 1 1 is a flat two-dimensional display image consisting of a series of patterns drawn on ordinary paper.The lengths of the arms 12b attached to the four corners of the back plate 12a are all the same, and are flat. The curved lens 10 is placed parallel to the display image 11.
なお、図中に示す矢印は空間的な方向を示し、観察者が真直ぐ垂直に立てら れた平面状の表示画像の正面に正対する方向を方向 zとし、この方向 zに直交す る平面にあって観察者の両眼を結ぶ方向を方向 X、方向 Zと方向 Xに対して直交 する方向を方向 yとして示している。特殊な場合を除き一般には真直ぐ立った観 察者が観察者に正対した垂直に立てられた表示画像を見ることから、以後これら の方向 x、方向 y、方向 zをそれぞれ眼の左右方向、眼の上下方向、奥行き方向 と呼称する。通常、眼の左右は水平方向であり、眼の上下方向は垂直方向であ る。 The arrow shown in the figure indicates the spatial direction, and the direction directly facing the front of the planar display image that is set up vertically by the observer is the direction z, and the direction perpendicular to this direction z is The direction connecting both eyes of the observer is indicated as direction X, and the direction orthogonal to direction Z and direction X is indicated as direction y. Except in special cases, in general, an observer standing upright looks at a display image standing upright facing the observer, and hence these directions x, y, and z are referred to as the left and right directions of the eye, respectively. It is called the vertical direction of the eye and the depth direction. Usually, the left and right sides of the eye are horizontal, and the up and down directions of the eye are vertical.
背面板 1 2aの四隅に取り付けられている各アーム 12bは長さを調節する機構が あり、長さを変える事によって曲面レンズ 10と表示画像 1 1との間隔を可変にでき、 また曲面レンズ 10を表示画像 11に対して斜めに傾けることも出来る。
さらに、柔軟性のある曲面レンズを用いることにより、曲面レンズ 10のアーム 12b への取り付け位置の間隔をアーム相互の間隔より長くすることにより曲面レンズ 10 を湾曲した状態で表示画像 1 1に対面して置くことも出来る。 Each arm 12b attached to the four corners of the back plate 12a has a mechanism for adjusting the length, and by changing the length, the distance between the curved lens 10 and the display image 11 can be changed. Can be inclined with respect to the display image 11. Furthermore, by using a flexible curved lens, the distance between the mounting positions of the curved lens 10 to the arm 12b is made longer than the distance between the arms, so that the curved lens 10 faces the display image 11 in a curved state. Can also be placed.
図 1に示す第 1の実施の形態では、表示画像を紙に描かれた平面状の 2次元 表示画像とする表示装置として説明したが、 TV受像機、パーソナルコンピュータ のモニター、あるいは携帯電話なども本発明に係わる表示装置であり、これらは通 信画像又は放送画像の受信手段をも備えている。表示画像は連続した図柄から なる 2次元表示画像である。これらの表示装置では電子的に制御されて画像を表 示するブラウン管、液晶などの表示素子である画面に対向して曲面レンズが置か れ、表示素子と曲面レンズの相対的な位置関係を保持する保持機構 1 2は両者 を固定する筐体あるいはフレームと呼称される機構部に対応することになる。これ らの電子的な表示装置では表示画像は画素と呼称する小さな画像領域が配列 されて厳密には不連続な図柄である力 観察者は個々の画素を識別できず一つ の連続した図柄として見ている。このような表示画像も本発明では連続した図柄 の 2次元表示画像である。 In the first embodiment shown in FIG. 1, the display device has been described as a display device that converts a display image into a planar two-dimensional display image drawn on paper, but a TV receiver, a monitor of a personal computer, a mobile phone, and the like are also described. A display device according to the present invention, which also includes a means for receiving a communication image or a broadcast image. The display image is a two-dimensional display image consisting of continuous symbols. In these display devices, a curved lens is placed opposite a screen, which is a display element such as a cathode ray tube or a liquid crystal, which is electronically controlled to display an image, and maintains a relative positional relationship between the display element and the curved lens. The holding mechanism 12 corresponds to a mechanism part called a housing or a frame for fixing the both. In these electronic display devices, the display image is a strictly discontinuous design in which a small image area called a pixel is arranged, and the observer cannot identify individual pixels, and as a single continuous design Looking. In the present invention, such a display image is also a two-dimensional display image having a continuous pattern.
また、スクリーンに投影される映写機などの表示装置もこのスクリーンの前に曲面 レンズを置けば、スクリーンと曲面レンズの位置関係を保持する機構を必然的に 伴うので本発明に係わる表示装置である。 Further, a display device such as a projector projected on a screen is also a display device according to the present invention since if a curved lens is placed in front of the screen, a mechanism for maintaining the positional relationship between the screen and the curved lens is necessarily involved.
また、 2次元表示画像は 2次元の面に描かれた画像であり、平面に描かれた画 像を湾曲させたようなものも 2次元表示画像である。 A two-dimensional display image is an image drawn on a two-dimensional surface, and an image obtained by bending an image drawn on a plane is also a two-dimensional display image.
図 2は図 1に示す第 1の実施の形態の曲面レンズ 10の斜視図であり、図 3は図 1 及ぴ図 2で曲面レンズの中央部に示す直線 a— a 'を含む X軸と z軸に平行で y軸 に垂直な平面を切断面とした断面図である。 FIG. 2 is a perspective view of the curved lens 10 according to the first embodiment shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an X-axis including a straight line aa ′ shown in the center of the curved lens in FIGS. 1 and 2. FIG. 3 is a cross-sectional view in which a plane parallel to the z-axis and perpendicular to the y-axis is a cut surface.
なお、以後において各種の実施の形態を説明するが、その多くは図 1に示す第 1の実施の形態の表示装置と装置構成は同じで、曲面レンズだけが異なる。した がって、以後において「装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と同じ」とした 場合は、曲面レンズを除き、その他の表示画像 1 1及ぴ背面版 12aとアーム 12b 力 構成される保持機構 12などは全て第 1の実施の形態の表示装置と同一の構 成で同一の機能を果たしているものとする。また曲面レンズと表示画面との位置
関係も同じで、曲面レンズの保持機構 12への取り付けも同様である。違いは曲面 レンズそのものにある。また、当該する実施の形態での曲面レンズの断面図の説 明で「第 1の実施の形態で説明の切断面」とした場合は図 1で曲面レンズの中央 部に示す直線 a— a 'を含む X軸と z軸に平行で y軸に垂直な平面を切断面として いる。 Although various embodiments will be described below, many of them have the same device configuration as the display device according to the first embodiment shown in FIG. 1 except for a curved lens. Therefore, hereinafter, when "the device configuration is the same as that of the display device of the first embodiment", the display image 11 other than the curved lens, the rear plate 12a, and the arm 12b are constituted. It is assumed that all the holding mechanisms 12 and the like have the same configuration and perform the same functions as the display device of the first embodiment. The position of the curved lens and the display screen The relationship is the same, and the attachment of the curved lens to the holding mechanism 12 is also the same. The difference lies in the curved lens itself. In the description of the cross-sectional view of the curved lens according to the embodiment, when “the cut surface described in the first embodiment” is used, a straight line a—a ′ shown in the center of the curved lens in FIG. The plane parallel to the X and z axes and perpendicular to the y axis is used as the cutting plane.
図 2と図 3により第 1の実施の形態における曲面レンズを詳しく説明する。 The curved lens according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS.
曲面レンズ 10の表示画像 11に対面した外表面 20は平面で、その反対の観察 者に対面した外表面は凸面 22と凹面 23が互いに繰り返す曲面で、レンズ面 21 である。図 2で凸面は斜線で、凹面は白色で示され、また凸面と凹面の境界は線 で示されている。凸面と凹面のいずれも充分広いひろがりを持った滑らかで、かつ 緩やかに変化する滑らかな曲面で、凹面と凸面の境界においても両曲面は滑ら かに接続している。 The outer surface 20 facing the display image 11 of the curved lens 10 is a flat surface, and the opposite outer surface facing the observer is a curved surface in which a convex surface 22 and a concave surface 23 repeat each other, and is a lens surface 21. In FIG. 2, the convex surface is indicated by oblique lines, the concave surface is indicated by white, and the boundary between the convex and concave surfaces is indicated by a line. Both the convex and concave surfaces are smooth and gently changing smooth surfaces with a sufficiently wide spread, and the two surfaces are smoothly connected at the boundary between the concave and convex surfaces.
曲面レンズ 10の形状及び有効領域は共に矩形で、レンズ面は眼の左右方向に 対して平行な一辺に対して右下方 45度の方向に対して曲線的な変化をし、これ と直交する右上方 45度の方向には曲線的な変化をしていない。この条件ではレ ンズ面のいずれの場所においても曲面の曲線的な変化成分に眼の左右方向成 分と眼の上下方向成分の両成分を有している。なお、曲線的な変化とは場所の 変化に対する曲面の変化の割合が一定でない変化である。 The shape and effective area of the curved lens 10 are both rectangular. There is no curved change in the direction of 45 degrees. Under this condition, the curvilinear change component of the curved surface at both locations on the lens surface has both the left-right component of the eye and the vertical component of the eye. Note that a curve change is a change in which the ratio of the change of the curved surface to the change of the place is not constant.
以上の説明から明らかなように、曲面レンズは一定方向にのみ曲面的な変化を し、この一定方向に対して直交する方向に対しては変化しないか変化しても直線 的に一定の割合でしか変化しないので、軸方向に対して直径が滑らかに変化す るローラ等を通すことで、曲面レンズを容易に作ることが出来る。 As is clear from the above description, the curved lens changes in a curved shape only in a certain direction, and does not change in a direction orthogonal to the certain direction or linearly changes at a constant rate even if it changes. However, a curved lens can be easily produced by passing the roller through a roller whose diameter changes smoothly in the axial direction.
このような表示装置において、表示画像 1 1を観察する観察者は、保持機構 12 に支持されている表示画像を、曲面レンズ 10を介して見ることになる。 In such a display device, an observer who observes the display image 11 sees the display image supported by the holding mechanism 12 through the curved lens 10.
次に、曲面レンズの表示画像に対する位置関係について説明をする。まず、曲 面レンズの焦点距離について説明する。 Next, the positional relationship of the curved lens with respect to the display image will be described. First, the focal length of a curved lens will be described.
曲面レンズのレンズ面を構成する凸面あるいは凹面はいずれも充分広いひろが りを持った滑らかで、かつ緩やかに変化する曲面である。充分広いひろがりをもつ ているので、個々の凸面あるいは凹面の領域全体を光軸が一つで、焦点も一つ
の理想的な単一のレンズで近似することができない。すなわち、歪をもったレンズと して作用する。そこで充分遠くから到来した平行光線がレンズ面で屈折して一点 に集まると見なせる部分領域を一つの小さな局所レンズとすると、曲面レンズはこ の局所レンズが隙間無く並んだものと見なすことが出来る。以後、曲面レンズの焦 点距離あるいはレンズ面の焦点距離とはこのような局所レンズの焦点距離のことを 指し、曲面レンズあるいはレンズ面のあらゆる部分での個々の局所レンズの焦点 距離を指している。なお、局所レンズの焦点が点となるのはレンズ面が球面の場 合で、レンズ面が円筒面のような場合では円筒面の軸に平行な線状の焦線となる。 この焦線も一般に焦点と呼称しており、ここでも焦線を焦点と呼称する。この場合、 光軸も一本の線ではなく無限の直線の集まりである面になるがこれも光軸と呼称 する。なお、焦点距離は光軸上のレンズ面から焦点までの距離と見なせる。 Each of the convex and concave surfaces constituting the lens surface of the curved lens is a smoothly and gently changing curved surface having a sufficiently wide spread. It has a wide enough spread so that each convex or concave area has one optical axis and one focal point. Can not be approximated by an ideal single lens. That is, it acts as a lens having distortion. If a partial area where parallel rays arriving from a sufficiently far distance are refracted by the lens surface and can be considered to converge at one point is defined as one small local lens, a curved lens can be regarded as a series of these local lenses without gaps. Hereinafter, the focal length of a curved lens or the focal length of a lens surface refers to the focal length of such a local lens, and refers to the focal length of each local lens at any part of the curved lens or the lens surface. . The focal point of the local lens is a point when the lens surface is a spherical surface. When the lens surface is a cylindrical surface, the focal point is a linear focal line parallel to the axis of the cylindrical surface. This focal line is also generally called a focal point, and here also the focal line is called a focal point. In this case, the optical axis is not a single line but a surface that is a collection of infinite straight lines, which is also called the optical axis. The focal length can be regarded as the distance from the lens surface on the optical axis to the focal point.
表示画像は曲面レンズのレンズ面から離れ、かつ局所レンズの焦点よりは充分 レンズ面に近い位置に置く。 The displayed image is placed away from the lens surface of the curved lens and sufficiently close to the lens surface than the focal point of the local lens.
以上の構成であるために曲面レンズを通して左の眼と右の眼の網膜に形成され る像に差が生じ、その結果本来の二次元の表示画像が奥行き感のある立体的な 画像のように見える。このことを更に詳しく説明する。 Due to the above configuration, there is a difference between the images formed on the retina of the left eye and the right eye through the curved lens, and as a result, the original two-dimensional display image looks like a stereoscopic image with a sense of depth. appear. This will be described in more detail.
左右方向に位置の異なる右の眼と左の眼には、表示画像の同じ点を出た光が レンズ上の異なる部分を通過して到達する。この光の通過点は眼の左右方向に 異なる点である。ところが曲面レンズのレンズ面の変化する方向が表示画面に対 して斜めになるので、レンズ面はいずれの場所でも観察者の眼の左右方向とこれ に直交する上下方向の両方向に対して曲面的な変化をしている。 Light that has exited the same point on the displayed image reaches the right eye and the left eye, which are located at different positions in the left and right directions, through different parts on the lens. The passing point of this light is a point that differs in the left-right direction of the eye. However, since the direction in which the lens surface of the curved lens changes is oblique to the display screen, the lens surface is curved both in the left-right direction of the observer's eye and in the vertical direction perpendicular to it at any location. Is changing.
このレンズ面の眼の左右方向に対する曲面的な変化により、右の眼と左の眼に 到達する光のレンズ面での屈折の度合いが異なり、左右の眼の網膜に形成され るそれぞれの像に差が生じ、眼の「両眼視差」の機能が作用して、表示画像の全 体像に対して 2次元の表示画像の中に描かれた個々の物体間に前後の位置関 係があるかのような立体感が現れる。これと同時に、眼の左右方向とこれに直交す る上下方向の両方向に対する曲面的な変化が存在することにより左右の眼で見 る表示画像の全体像に 3次元的な歪が生じる。 The degree of refraction of the light reaching the right eye and the left eye on the lens surface differs due to the curved change of the lens surface in the left-right direction of the eye, and the respective images formed on the retinas of the left and right eyes differ. There is a difference, and the function of “binocular parallax” of the eye acts, and there is a front-back positional relationship between the individual objects drawn in the two-dimensional display image with respect to the entire image of the display image A three-dimensional impression appears. At the same time, a three-dimensional distortion occurs in the entire image of the display image viewed by the left and right eyes due to the presence of a curved change in both the left and right directions of the eye and the vertical direction perpendicular thereto.
描かれた物体の相互の位置関係に前後関係を感じさせる立体感と 3次元的な
歪とは観察者の受ける感覚では異質のものである。歪は描かれた個々の物体の 形を変えるような変形であり、立体感は描かれた物体相互の前後の位置関係を 表すものである。 The three-dimensional effect and the three-dimensional Distortion is foreign to the observer's sense. Distortion is a deformation that changes the shape of each drawn object, and three-dimensionality represents the positional relationship between the drawn objects before and after.
レンズ面の曲線的な変化は眼の左右方向と眼の上下方向の両方の成分がある ので、表示画像を正面から見ているにも拘わらず、斜めから見ているような変形を 伴った像となり、より一層立体感が強まる。 Since the curved change in the lens surface has components in both the horizontal direction of the eye and the vertical direction of the eye, an image with a deformation that looks obliquely despite the display image being viewed from the front And the three-dimensional effect is further enhanced.
この表示画像全体として奥行き感のある立体的な像としての見え方は、奥行き 感のある歪よりは顕著に感じることが出来る。歪をある程度に限定すれば、歪に現 れる立体感は弱ぐ表示画像の全体像として描かれた物体相互の前後の位置関 係を感じる立体感の中に埋没してあまり感じられない。なお、歪自体の立体感は, 感じられ難くても、左右上下方向の歪はあるがままに認識される。 The appearance of the entire display image as a three-dimensional image having a sense of depth can be more noticeable than distortion having a sense of depth. If the distortion is limited to a certain extent, the three-dimensional effect appearing in the distortion is weak, and it is buried in the three-dimensional effect that senses the positional relationship between the front and rear of the objects drawn as the entire image of the displayed image and is not felt much. Although the three-dimensional effect of the distortion itself is hard to be perceived, the distortion is recognized as it is in the horizontal and vertical directions.
この第 1の実施の形態では、レンズ面に上下方向に対する曲面的な変化だけと なる領域が無い。すなわち立体感の発現に寄与することなく歪だけをもたらすよう な曲面が無いので、不要な歪を排除できている。 In the first embodiment, there is no area on the lens surface which is only a curved change in the vertical direction. That is, since there is no curved surface that does not contribute to the appearance of a three-dimensional effect but only causes distortion, unnecessary distortion can be eliminated.
より強い立体感を得るためには、レンズ面の屈折の度合いがその場所の変化と ともにより曲線的に大きく変化することが重要であるが、これと同時にレンズ面と表 示画像との距離が重要である。レンズ面で屈折しても表示画像までの距離が短い と屈折したことによる表示画像の位置の違いが小さくなる。したがって、表示画像 はレンズ面から離れることが必須であり、それもある程度の距離を必要とする。 In order to obtain a stronger three-dimensional effect, it is important that the degree of refraction of the lens surface greatly changes in a curved manner with the change in the location, but at the same time, the distance between the lens surface and the displayed image becomes larger. is important. Even if the light is refracted by the lens surface, if the distance to the display image is short, the difference in the position of the display image due to the refraction becomes small. Therefore, the displayed image must be separated from the lens surface, which also requires a certain distance.
レンズ面の曲線的な変化の必要とされる度合いおょぴレンズ面と表示画像との 必要とされる間隔は観察者の位置にも関連してくる。観察者が表示装置から遠け れば遠いほど、レンズ面を出て左右の眼に到達する光は平行の度合いが強まる。 この結果、表示画像の同じ一点を出て左右の眼に到達する光はレンズ面のより 近い場所を通過することになる。このため屈折の差も小さくなり、左右の眼の網膜 に作られる像の違いも小さくなる。その結果として立体感の発現力は弱まる。した がって、観察者が遠くから見る場合では近くから見る場合に比べて、レンズ面の曲 線的な変化の強い曲面レンズを用いるカ 表示画像とレンズ面との間隔を大きく する必要がある。 The required degree of curve change of the lens surface, the required distance between the lens surface and the displayed image, also depends on the position of the observer. The farther the observer is from the display device, the more parallel light that exits the lens surface and reaches the left and right eyes. As a result, light that exits the same point on the display image and reaches the left and right eyes passes through a location closer to the lens surface. As a result, the difference in refraction is reduced, and the difference between the images formed in the retinas of the left and right eyes is also reduced. As a result, the three-dimensional appearance is weakened. Therefore, it is necessary to increase the distance between the displayed image and the lens surface when using a curved lens whose lens surface has a strong change in curvature when the observer views from a distance compared to when viewed from a close distance. .
一方、表示装置の近くから見る場合は、両眼からの視線の角度が大きくなるた
めに、表示画像の同じ点を出て両眼に到達する光のレンズ面を通過する場所の 違いは大きくなる。したがってレンズ面の曲線的な変化が比較的弱くても、また、 表示画像とレンズ面との距離が比較的小さくても効果的に立体感が発現する。以 上の説明から明らかなように、表示画像と曲面レンズとの距離を調節することによ り、観察者の表示装置からの距離の違いによる立体感の発現の度合いを調整す ることが出来る。 On the other hand, when viewed from near the display device, the angle of sight from both eyes increases. For this reason, the difference in the location where light that exits the same point on the display image and reaches both eyes passes through the lens surface becomes large. Therefore, even if the curve change of the lens surface is relatively weak, and even if the distance between the displayed image and the lens surface is relatively small, a three-dimensional effect is effectively exhibited. As is clear from the above description, by adjusting the distance between the display image and the curved lens, it is possible to adjust the degree of appearance of a three-dimensional effect due to the difference in the distance from the display device of the observer. .
立体感を発現するには表示画像を曲面レンズからある程度離すことが必須であ る。立体感の発現力は表示画像を曲面レンズから離すほど強くなるが、表示画像 の像の歪も強くなる。この歪は曲面レンズの各局所レンズの倍率が異なることによ るもので、ここでレンズの像の歪について説明する。 In order to create a three-dimensional effect, it is essential to keep the displayed image away from the curved lens to some extent. The three-dimensional effect becomes stronger as the displayed image is further away from the curved lens, but the image distortion of the displayed image also becomes stronger. This distortion is caused by different magnifications of the local lenses of the curved lens. Here, the distortion of the lens image will be described.
局所レンズは理想的なレンズとして周知のレンズの公式が適用できる。 For the local lens, a lens formula known as an ideal lens can be applied.
焦点距離 f、表示画像のレンズからの距離 s、レンズにより作られる像のレンズか らの距離 pとには次式の関係が成立する。 The following relationship is established between the focal length f, the distance s of the displayed image from the lens, and the distance p of the image formed by the lens from the lens.
l/s + l/p = l/f …… ( 1 ) l / s + l / p = l / f …… (1)
また、像の倍率 mは次式で与えられる。 The magnification m of the image is given by the following equation.
m = f/ (s -f) …… (2) m = f / (s -f) …… (2)
なお、焦点距離 fは凸レンズの場合は正値で凹レンズの場合は負値をとり、レン ズから表示画像のまでの距離 sは常に正値で、像のレンズからの距離!)は像がレン ズに対して反対側にある場合は正値で、同じ側にある場合は負値とする。 Note that the focal length f takes a positive value for a convex lens and a negative value for a concave lens, and the distance s from the lens to the displayed image is always a positive value, and the image distance from the lens! The value is a positive value when it is on the opposite side of the angle, and a negative value when it is on the same side.
倍率 mが負の場合は正立の虚像となり、正の場合は倒立の実像となる。 When the magnification m is negative, the image is an erect virtual image, and when the magnification m is positive, the image is an inverted real image.
表示装置として像は正立である必要があり、凸レンズの場合は表示画像を焦点 よりもレンズに近い位置に置く必要がある。 As a display device, the image must be upright, and in the case of a convex lens, the displayed image must be located closer to the lens than the focal point.
表示画像の全体像が正立の像であるためには曲面レンズはあらゆる場所で局 所レンズの倍率 mは負値となる必要があり、凸レンズの領域では焦点よりもレンズ に近い位置に置く必要がある。なお、この正立像の条件に関しては凹レンズの場 合はその置く位置に特段の制限は無い。 In order for the whole image of the displayed image to be an erect image, the curved lens must have a negative value of the local lens magnification m everywhere, and in the area of the convex lens, it must be located closer to the lens than the focal point. There is. Regarding the condition of the erect image, there is no particular limitation on the position of the concave lens in the case of a concave lens.
局所レンズの倍率 mの絶対値が 1に近ければ近いほど表示画像の像に生じる 歪は小さくなる。しかし両眼で見る全体像に立体感を感じる度合いは、凸レンズの 場合では局所レンズの倍率 mの絶対値が 1より大きければ大きいほど強く、凹レン
ズの場合では局所レンズの倍率 mの絶対値が 1より小さければ小さいほど強くなる。 したがって、歪みが気にならない範囲で、かつ全体像に立体感が感じられるような 条件で使用することが肝要となる。 The closer the absolute value of the magnification m of the local lens is to 1, the smaller the distortion generated in the displayed image. However, in the case of a convex lens, the degree of perceived stereoscopic effect in the whole image viewed by both eyes increases as the absolute value of the magnification m of the local lens becomes larger than 1. When the absolute value of the magnification m of the local lens is smaller than 1, in the case of the zoom lens, the intensity becomes stronger. Therefore, it is important to use the camera in such a condition that distortion is not an issue and that the entire image has a three-dimensional effect.
歪を小さくするには、倍率 mを一 1に近いのが好ましい。すなわち、凹面、凸面の いずれの場合も、表示画像は焦点よりレンズ面に近い位置で、焦点とレンズ面の 中間位置よりレンズ面に近い位置に置くことが望ましい。 In order to reduce the distortion, it is preferable that the magnification m is close to 11. That is, in either case of the concave surface or the convex surface, it is desirable that the display image be located at a position closer to the lens surface than the focal point and at a position closer to the lens surface than the intermediate position between the focal point and the lens surface.
表示画像が焦点とレンズ面の中間位置に置かれた場合では、 凸レンズの場合 で倍率は一 2倍になる。凹レンズの場合で倍率は一 0. 66倍で、この場合縮小と なる。さらに、表示画像がレンズから焦点距離の 1Z4だけ離れた位置に置かれた 場合では、凸レンズでは倍率は 4/ 3倍になり、凹レンズでは倍率は一 0. 8倍で 縮/ J、されることになる。 When the displayed image is placed at an intermediate position between the focal point and the lens surface, the magnification becomes 12 times in the case of the convex lens. In the case of a concave lens, the magnification is 1.06 times, and in this case, it is reduced. Furthermore, if the displayed image is placed at a distance of 1Z4 of the focal length from the lens, the magnification will be 4/3 times for a convex lens and 10.8 times for a concave lens. become.
曲面レンズのあらゆる場所で、表示画像がレンズ面から局所レンズの焦点距離 の 1Z4以下であれば、上記倍率より— 1に近い値に制限され、表示画像の像の 歪を制限できる。像の歪を制限することは表示装置として必須である。使用条件 にもよるが、この程度の歪であれば、歪を許容して、比較的遠距離から見る場合 でも立体感を感じることのできる表示装置として機能する。 If the displayed image is less than 1Z4 of the focal length of the local lens from the lens surface at any location on the curved lens, the magnification is limited to a value closer to -1 and the image distortion of the displayed image can be limited. Limiting image distortion is essential for a display device. Although it depends on the conditions of use, this level of distortion allows the distortion to function as a display device that allows the user to feel a stereoscopic effect even when viewed from a relatively long distance.
図 1乃至図 3に示す第 1の実施の形態における曲面レンズ 10は曲面レンズの有 効領域の一辺に対して凸面 22と凹面 23が同程度の間隔で、しかも高々数回し か繰り返えされない。したがつ.てレンズ面は充分広いひろがりを持った滑らかで、 かつ緩やかに変化する凹面と充分広いひろがりを持った滑らかで、かつ緩やかに 変化する凸面が交互に配列された滑らかで、かつ緩やかに変化する曲面である。 レンズ面が単一の凹面あるいは単一の凸面のいずれか一方の充分広いひろがり を持った滑らかで、かつ緩やかに変化する曲面であっても良いことはこれまでの説 明で明白である。 In the curved lens 10 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the convex surface 22 and the concave surface 23 are arranged at substantially the same interval with respect to one side of the effective area of the curved lens, and are repeated only at most several times. . Therefore, the lens surface is smooth and smooth with a sufficiently wide spread, and a smooth and gently changing concave surface and a smooth and gently changing convex surface with a sufficiently wide spread are alternately arranged. The surface changes to It is clear from the above description that the lens surface may be a single concave surface or a single convex surface and may be a smooth and slowly changing curved surface having a sufficiently wide spread.
本発明に係わる曲面レンズは、表示画像の同じ点を出た光がレンズ面の異なる 点を通過してそれぞれ異なった屈折をして左右の各々の眼に到達させる働きをす る。したがってレンズ面が凸面であろうが凹面であろうが、また曲面レンズが凸レン ズであろうが凹レンズであろうがどちらでも良い。 The curved lens according to the present invention has the function of causing light exiting the same point on the displayed image to pass through different points on the lens surface, undergo different refractions, and reach the left and right eyes. Therefore, it does not matter whether the lens surface is convex or concave, and whether the curved lens is convex or concave.
レンズ面が凸面であろうが凹面であろうが、また、凹面と凸面が交互に配列され
た曲面であろうが、この曲面の曲面的な変化の方向を眼の左右の方向に合せて 曲面レンズ 10を介して表示画像 1 1を見ると、見える像に立体感が現れる。また、 曲面の曲面的な変化が眼の左右方向と眼の上下方向との両方の成分が存在す るように曲面レンズを合せて表示画像を見ることも出来、この場合には、更に強い 立体感が現れる。 Whether the lens surface is convex or concave, the concave and convex surfaces are arranged alternately. However, when the display image 11 is viewed through the curved lens 10 with the direction of the curved change of the curved surface adjusted to the left and right directions of the eye, a three-dimensional effect appears in the visible image. In addition, it is possible to view the display image by adjusting the curved lens so that the curved change of the curved surface includes components in both the horizontal direction of the eye and the vertical direction of the eye. A feeling appears.
曲面レンズの形状あるいは有効領域が矩形であることは表示装置を構成する際 に一般に矩形の形で流布している表示画像との整合性を考慮すると、レンズ面の 曲面的変化の方向を眼の左右方向と関連付けて配置するために実用上重要で ある。し力し、立体感の発現には直接関与はしない。しかしレンズ面を構成する凸 面あるいは凹面が充分広いひろがりを持った滑らかで、かつ緩やかに変化する曲 面であることは発生する歪の点から重要である。 The fact that the shape of the curved lens or the effective area is rectangular means that the direction of the curved surface change of the lens surface should be determined by considering the consistency with the display image that is generally distributed in a rectangular shape when configuring the display device. This is practically important for positioning in relation to the horizontal direction. And does not directly contribute to the appearance of the three-dimensional effect. However, it is important from the viewpoint of distortion that the convex or concave surface constituting the lens surface should be a smooth and slowly changing curved surface having a sufficiently wide spread.
充分広いひろがりを持った曲面であるので、近軸光線のみが通過するような理 想的なレンズではなく歪を持ったレンズとなる。また、レンズ面は滑らかな曲面であ るので、作られる像が急激に変化する部分が無い。さらに、かつ緩やかに変化す る曲面であるので、像に生じる歪も緩やかに変形する。このような曲面レンズはそ のレンズの特性が場所の変化と共に急激に変化する部分も無く、比較的広い範 囲を緩やかに変化するレンズと見なせるので、局所的な部分部分の変形を押えて、 比較的広い範囲にわたって生じる変形により左右の眼の網膜上に作られる像に 違いが生じる。立体感は部分的な歪によることな 画面全体あるいは比較的広 い範囲を緩やかに変化する変形によっても発現するので、全体像の部分部分に 生じる歪を押えた比較的良質の立体感のある全体像が得られる。 Since the curved surface has a sufficiently wide spread, it becomes a lens with distortion rather than an ideal lens through which only paraxial rays pass. Also, since the lens surface is a smooth curved surface, there is no portion where the image to be formed changes rapidly. Furthermore, since the curved surface changes gradually, the distortion generated in the image is also gradually deformed. Such a curved lens has no part where the characteristics of the lens change suddenly with the change of the place, and can be regarded as a lens that changes gradually over a relatively wide range. The deformations that occur over a relatively large area make a difference in the images produced on the retina of the left and right eyes. The three-dimensional effect is also manifested by deformation that gradually changes over the entire screen or a relatively wide area that is not due to partial distortion, so the whole with a relatively high-quality three-dimensional effect that suppresses distortion that occurs in parts of the whole image. An image is obtained.
またレンズ面が単一の凸面、あるいは単一の凹面である場合は、凸面と凹面が 交互に繰り返す曲面の場合に比較して緩やかに変化させることができ、歪も画像 全体に対して緩やかに変化するので、場合によっては歪の目立つ度合いの少な い立体感のある像が得られ易い。 Also, when the lens surface is a single convex surface or a single concave surface, it can be changed more gently than in the case of a curved surface where the convex surface and the concave surface repeat alternately, and the distortion is gradual for the entire image. Because of the change, in some cases, it is easy to obtain an image with a three-dimensional effect with little noticeable distortion.
第 1の実施の形態で用いた凹面と凸面が交互に繰り返す曲面レンズの効果は レンズの厚みを薄くできることにある。凸面あるいは凹面だけからなる曲面レンズで の有効面積が広くなるにしたがって厚くなるレンズの厚みを制限できる。 The effect of the curved lens used in the first embodiment in which the concave surface and the convex surface repeat alternately is that the thickness of the lens can be reduced. As the effective area of a curved lens having only a convex surface or a concave surface increases, the thickness of the lens can be limited as the effective area increases.
しかし、凸面と四面が交互に繰り返す曲面の場合では、繰返し周期が多くなる
にしたがって、部分的な歪が数多く繰り返すようになり、場合によってはこの歪が 気になる場合がある。 However, in the case of a curved surface where the convex surface and the four surfaces repeat alternately, the repetition period increases. As a result, many partial distortions are repeated, and in some cases, this distortion may be bothersome.
また、凸面と凹面とが交互に繰り返すレンズ面で、一方の曲面の間隔と他方の 曲面の間隔とが極端に異なるようなレンズ面も一部の部分でレンズ面の変化が強 くなり、好ましくないことは明らかである。 Also, a lens surface in which a convex surface and a concave surface alternate alternately, and a lens surface in which an interval between one curved surface and an interval between the other curved surfaces is extremely different, has a large change in the lens surface in some portions, and is thus preferable. Clearly not.
以上、両眼の網膜に形成される像に違いを生じさせる働きをするレンズ面の立 体感発現について、歪との関連も含めて詳細に説明した。これらの説明はこの第 1の実施の形態に限らず以後で説明する各種の実施の形態でも同様に成り立 つ。 In the above, the manifestation of the sensation of the surface of the lens, which functions to cause a difference between the images formed on the retinas of both eyes, has been described in detail, including the relationship with the distortion. These descriptions are not limited to the first embodiment, but can be similarly applied to various embodiments described below.
次に、第 2の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。 Next, a second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第 2の実施の形態の表示装置の装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と同 じである。違いは曲面レンズそのものにある。 The device configuration of the display device according to the second embodiment is the same as that of the display device according to the first embodiment. The difference lies in the curved lens itself.
図 4は第 2の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズを示す断面図である。 断面図の切断面は第 1の実施の形態で説明の切断面と同じである。図には断面 図と共に表示装置を正面から正対してみた場合の正面図が描かれている。正面 図を描く際の見る方向を断面図に矢印で示し、正面図には断面図の切断位置を 線 a— a,で示している。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a curved lens according to the display device of the second embodiment. The cross section of the cross section is the same as the cross section described in the first embodiment. In the figure, a front view of the display device when viewed directly from the front is illustrated together with a cross-sectional view. In the front view, the viewing direction when drawing the front view is indicated by an arrow in the cross-sectional view, and in the front view, the cutting position of the cross-sectional view is indicated by lines aa.
この曲面レンズは周知のフレンネルレンズ形式のレンズである。レンズの機能は レンズ面の形状に係わり、レンズの厚さに依存しないことに着目し、元となるレンズ を屈折率の異なる材質の境界面の形状を保存して厚さを減じたエレメントに分け、 このエレメントを隙間無く並べたものがフレンネルレンズ形式のレンズである。 図 4 には元になるレンズの断面が点線で示してある。元のレンズのレンズ面 40とその 延長されたレンズ面 41とを併せて母曲面と呼称する。 This curved lens is a well-known Fresnel lens type lens. Focusing on the fact that the function of the lens is related to the shape of the lens surface and does not depend on the thickness of the lens, the original lens is divided into elements whose thickness is reduced by preserving the shape of the boundary surface between materials with different refractive indices. A lens of the Fresnel lens type is obtained by arranging these elements without gaps. FIG. 4 shows the cross section of the original lens by a dotted line. The lens surface 40 of the original lens and its extended lens surface 41 are collectively referred to as a generating surface.
曲面レンズは矩形であり、母曲面は円筒面で、円筒軸の方向が曲面レンズの矩 形の一辺に対して斜めに 45度傾いて斜めになつている。 The curved lens is rectangular, the generating surface is a cylindrical surface, and the direction of the cylindrical axis is inclined at 45 degrees to one side of the rectangular shape of the curved lens.
元のレンズは複数のエレメント e lから e 21に分けられ、各エレメントは元のレンズ のレンズ面 40とこのレンズ面に対面する平面 42の対応する部分の形状を保存し ており、厚さをレンズの厚さから減じた形をしている。これらのエレメントの平面部を 平らな一つの平面にそろえて並べたものが曲面レンズである。この曲面レンズの母
曲面は円筒面であると同時に円筒軸が曲面レンズの一辺に対して傾いている。 各エレメントはこの傾いた円筒軸に沿って切り取られた形をしており、各エレメント の境界を正面図に斜めの線として示している。 The original lens is divided into a plurality of elements el to e21, each element preserving the shape of the corresponding part of the lens surface 40 of the original lens and the plane 42 facing this lens surface, and the thickness The shape is reduced from the thickness. A curved lens is one in which the flat parts of these elements are arranged in one flat plane. Mother of this curved lens The curved surface is a cylindrical surface, and at the same time, the cylindrical axis is inclined with respect to one side of the curved lens. Each element has a shape cut out along this inclined cylindrical axis, and the boundary of each element is shown as an oblique line in the front view.
フレンネルレンズ形式のレンズは母曲面をレンズ面とするレンズと等価な機能を 果たす。したがって第 2の実施の形態における曲面レンズは円筒面を曲面レンズ の一辺に対して斜め 45度に傾けた曲面をレンズ曲面としている曲面レンズと等価 である。したがってレンズ面では曲面的な変化の方向が表示画面に対して斜めと なるので、レンズ面はいずれの場所でも観察者の眼の左右方向とこれに直交する 上下方向の両方向に対して曲面的な変化がある。また、上下方向に対する曲面 的な変化だけとなる領域は無い。. A lens of the Fresnel lens type performs a function equivalent to a lens having a generating surface as a lens surface. Therefore, the curved lens in the second embodiment is equivalent to a curved lens having a curved surface obtained by inclining a cylindrical surface at an angle of 45 degrees with respect to one side of the curved lens. Therefore, since the direction of the curved change on the lens surface is oblique to the display screen, the lens surface is curved in both the left-right direction of the observer's eye and the vertical direction perpendicular to this at any location. There is a change. In addition, there is no area where only a curved change in the vertical direction occurs. .
以上の説明から明らかなように、第 2の実施の形態は第 1の実施の形態と同じよ うに作用して同様の機能を果たす。 As is clear from the above description, the second embodiment operates and performs the same function as the first embodiment.
以上、母曲面を円筒面とし、円筒軸に沿って切断したエレメントを並べて構成し たフレンネノレレンズ形式の曲面レンズを用いて第 2の実施の形態を説明したが、 円筒軸の傾きは 45度である必要は無く、曲面レンズの一辺に対してある程度の 角度、例えば 30度から 60度程度斜めに傾いた状態であればよい。 As described above, the second embodiment has been described using the Frennner lens type curved lens in which the base curved surface is a cylindrical surface and the elements cut along the cylindrical axis are arranged, but the inclination of the cylindrical axis is 45 degrees. The angle does not need to be a degree, and may be a state in which the lens is inclined at a certain angle with respect to one side of the curved lens, for example, about 30 to 60 degrees.
また、母曲面は円筒面に限定されず、第 1の実施の形態の曲面レンズのレンズ 面と同様の曲面あっても良い。 Further, the generating surface is not limited to the cylindrical surface, and may have a curved surface similar to the lens surface of the curved lens according to the first embodiment.
更に、第 1の実施の形態における曲面レンズのレンズ面及び第 2の実施の形態 における曲面レンズのレンズ面は共に観察者の眼の左右方向とこれに直交する 上下方向の両方向に対して曲面的な変化をしている状態で使用し、両眼で見る 像に表示画像を斜め方向から見たような変形を生じさせ、より強い立体感を発現 させている。 Further, both the lens surface of the curved lens in the first embodiment and the lens surface of the curved lens in the second embodiment are curved in both the left-right direction of the observer's eye and the vertical direction perpendicular thereto. It is used in such a state that it undergoes various changes, so that the image viewed with both eyes is deformed as if the displayed image is viewed from an oblique direction, giving a stronger three-dimensional effect.
第 1の実施の形態と第 2の実施の形態における曲面レンズのレンズ面が、その 任意の点において最も曲線的な変化が大きくなる方向が存在し、この最も曲線的 変化の大きい方向を含んで、曲面レンズの形状あるいは有効領域をかたどる矩 形に垂直な平面がその矩形の一辺に対してある程度の角度を持たせて、矩形の 曲面レンズの一辺を矩形の表示画像の一辺に対応するように配置すれば、このよ うな曲面レンズも観察者の眼の左右方向とこれに直交する上下方向の両方向に
対して曲面的な変化をしている状態で使用することができる。以上の説明で曲面 レンズの一辺を表示画像の一辺に対応するとして、平行としない理由は、表示画 像に対して曲面レンズを奥行き方向に傾けて置く場合があるからで、ここで対応 するとは曲面レンズと表示画像の一辺が共に奥行き方向に平行な面上にある場 合を指している。 The lens surfaces of the curved lenses in the first embodiment and the second embodiment have a direction in which the curve change is greatest at any point, and include the direction in which the curve change is largest. The shape of the curved lens or the plane perpendicular to the rectangle that forms the effective area should be at an angle to one side of the rectangle so that one side of the rectangular curved lens corresponds to one side of the rectangular display image. When placed, such a curved lens can be moved in both the left-right direction of the observer's eye and the vertical direction perpendicular to it. On the other hand, it can be used in a state where there is a curved change. In the above description, it is assumed that one side of the curved lens corresponds to one side of the display image, and is not parallel because the curved lens may be tilted in the depth direction with respect to the display image. This refers to the case where both the curved lens and one side of the displayed image are on a plane parallel to the depth direction.
本発明に係わる立体表示の表示装置にフレンネルレンズ形式の曲面レンズは 重要な意味を持つ。表示装置の奥行き方向の厚さを薄くするため、曲面レンズを 表示画像に近づけて置くことが要求されるが、これを実現するためにはレンズ面の 曲率を大きくして曲面レンズの強度を強める必要があるが、曲面レンズが厚くなる と、表示画像をレンズ面にどの場所でも同じ程度の間隔に近づけることが難しくな る。また、曲面レンズ自体の厚さで表示装置を薄く出来なくなる。これらの課題は 曲面レンズをフレンネルレンズ形式とすることで解決できる。 A curved lens of the Fresnel lens type has an important meaning in the display device for stereoscopic display according to the present invention. In order to reduce the thickness of the display device in the depth direction, it is necessary to place a curved lens close to the display image, but to achieve this, the curvature of the lens surface is increased and the strength of the curved lens is increased. It is necessary, but as the curved lens becomes thicker, it becomes difficult to bring the displayed image closer to the same distance anywhere on the lens surface. In addition, the display device cannot be made thinner due to the thickness of the curved lens itself. These problems can be solved by making the curved lens a Fresnel lens type.
次に、第 3の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。 Next, a third embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第 3の実施の形態の表示装置の装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と同 じである。違いは曲面レンズそのものにある。 The device configuration of the display device of the third embodiment is the same as that of the display device of the first embodiment. The difference lies in the curved lens itself.
図 5は第 3の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズを示す断面図である。 断面図の切断面は第 1の実施の形態で説明の切断面と同じである。 FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a curved lens according to the display device of the third embodiment. The cross section of the cross section is the same as the cross section described in the first embodiment.
屈折率が nlの材質 50と屈折率が n2の材質 51の 2層の層構造をしている。材 質 50の外表面は空気に接した境界面 Aであり凸面と凹面とが交互に繰り返す滑 らかで、かつ緩やかに変化する曲面である。この境界面 Aは図 1に示す第 1の実 施の形態における曲面レンズ 10のレンズ面と同じである。したがってここでは境界 面 Aの詳細な説明は省略する。 It has a two-layer structure of a material 50 having a refractive index of nl and a material 51 having a refractive index of n2. The outer surface of the material 50 is a boundary surface A in contact with air, which is a smooth and gently changing curved surface in which a convex surface and a concave surface are alternately repeated. This boundary surface A is the same as the lens surface of the curved lens 10 in the first embodiment shown in FIG. Therefore, a detailed description of the boundary surface A is omitted here.
材質 50と材質 51との境界面 Bは外表面 Aの凸面あるいは凹面のいずれに対し ても面積が充分小さい微小凸面が連続してあるいは微小凹面が連続して平面状 に配列された面である。材質 51の外表面 Cは平面である。 The boundary surface B between the material 50 and the material 51 is a surface in which a small convex surface having a sufficiently small area is continuous or a small concave surface is continuously arranged in a plane with respect to either the convex surface or the concave surface of the outer surface A. . The outer surface C of the material 51 is flat.
レンズとして機能する面は屈折率の異なる境界面で、かつ曲面で無ければなら ない。したがってレンズ面は境界面 Aと境界面 Bである。 The surface that functions as a lens must be a boundary surface with a different refractive index and a curved surface. Therefore, the lens surfaces are boundary surface A and boundary surface B.
以上の説明から明らかなように曲面レンズは充分広いひろがりを持った凹面と充 分広いひろがりを持った凸面とが交互に配列されてなる滑らかで、かつ緩やかに
変化する曲面である第 1のレンズ面 Aと、第 1のレンズ面を構成する凸面あるいは 凹面に対して充分小さい面積の微小凸面が連続して平面上に配列された第 2の レンズ面 Bとが多層に重ねられた構造をしている。 As is clear from the above description, the curved lens is smooth and gently composed of alternating concave surfaces with a sufficiently wide spread and convex surfaces with a sufficiently wide spread. A first lens surface A, which is a curved surface that changes, and a second lens surface B in which small convex surfaces having a sufficiently small area with respect to the convex surface or concave surface constituting the first lens surface are continuously arranged on a plane. Has a multilayered structure.
第 2のレンズ面を構成する微小凸面の個々はそれぞれ光軸をもつ独立した微小 レンズとして作用する。微小レンズのレンズ面である微小凸面の面積形状は特に 問わない。し力し、充分小さいことが要求される。曲面の形状は球面でも円筒面で もまた任意の形状でもよい。また、凸面に限定されず微小凹面が連続して配列さ れても良い。微小凸レンズの配列されたレンズ面の例としてはハエの眼レンズある いはレンティキユラ板が周知である。 Each of the minute convex surfaces constituting the second lens surface acts as an independent minute lens having an optical axis. The shape of the area of the minute convex surface, which is the lens surface of the minute lens, is not particularly limited. It is required to be small enough. The shape of the curved surface may be a spherical surface, a cylindrical surface, or an arbitrary shape. Further, the present invention is not limited to the convex surface, and minute concave surfaces may be continuously arranged. As an example of the lens surface on which the micro convex lenses are arranged, a fly's eye lens or a lenticular plate is well known.
微小凸面あるいは微小凹面は微小レンズであり、それ自体は拡大あるいは縮小 の機能があり、かつ像の位置を画像の位置からは離す機能があるが、し力しこれ は個々の微小レンズの範囲内のことである。 The micro-convex or micro-concave surface is a microlens, which has the function of enlarging or reducing itself, and the function of moving the image position away from the image position. That is.
各微小レンズは充分小さく、各微小レンズはそれぞれ光軸を異にする独立した レンズであるので、各微小レンズの像が新たな画素となって表示画像の全体像を 構成することになる。したがって微小レンズは全体像としては拡大縮小の機能が 無く、像の位置だけを変えるだけの作用をする。すなわち、第 2のレンズ面は上下 左右方向の拡大縮小機能は無ぐ像の奥行き方向の位置を変えるだけの働きを する。 Since each microlens is sufficiently small and each microlens is an independent lens having a different optical axis, the image of each microlens becomes a new pixel and constitutes the entire image of the display image. Therefore, the microlens does not have the function of enlarging or reducing the whole image, and acts only to change the position of the image. In other words, the second lens surface merely functions to change the position in the depth direction of the image without the function of scaling up, down, left and right.
一方、第 1のレンズ面はすでに説明した第 1の実施の形態での曲面レンズにお けるレンズ面と同様であり、このレンズ面の機能作用はすでに説明したとおりであり、 詳細な説明は省略するが、レンズ面の場所による屈折量の違いにより左右の眼の 網膜に形成される像に差を生じさせる働きをする。 On the other hand, the first lens surface is the same as the lens surface in the curved lens according to the first embodiment described above, and the function and operation of this lens surface are as already described, and the detailed description is omitted. However, the difference in the amount of refraction depending on the location of the lens surface causes a difference between the images formed on the retinas of the left and right eyes.
この曲面レンズの作る表示画像の全体像は、第 1のレンズ面により形成された像 を第 2のレンズ面を介して見るのと等価である。 The whole image of the display image created by the curved lens is equivalent to viewing the image formed by the first lens surface through the second lens surface.
第 1のレンズ面により形成された像は上下あるいは左右方向に部分部分で拡 大あるいは縮小されると同時に奥行き方向の位置も変わってくる。すなわち上下 左右方向の変形と奥行き方向の変形の両方が存在する。 The image formed by the first lens surface is enlarged or reduced in partial portions in the vertical and horizontal directions, and at the same time the position in the depth direction changes. That is, there are both vertical and horizontal deformations and depth deformations.
第 2のレンズ面によって、この第 1のレンズ面の作る像の奥行き方向の位置だけ を更に大きく変形する。すなわち曲面レンズによる全体像は奥行き方向に大きく
変形される結果、更に強い立体感が現れる。この際、第 2のレンズ面によっては上 下左右方向の変形は強調されないので、上下左右方向の歪を押えて立体感だ けが強く現れるようになる。 With the second lens surface, only the position in the depth direction of the image created by the first lens surface is further greatly deformed. That is, the whole image by the curved lens is large in the depth direction. As a result of being deformed, a stronger three-dimensional effect appears. At this time, the deformation in the up, down, left, and right directions is not emphasized depending on the second lens surface, so that distortion in the up, down, left, and right directions is suppressed, and only a three-dimensional effect appears.
以上の説明から明らかなように、第 2のレンズ面に第 1のレンズ面の作る像の奥 行き方向の位置を更に大きく変形する働きをさせ、より強い立体感を発現させよう とするものであるから、第 2のレンズ面の各微小レンズが対応する第 1のレンズ面の レンズ部分は同種のレンズ、すなわち互いに対応する両方のレンズが共に凸レン ズか、あるいは共に凹レンズであることが、レンズとしての機能を強めあうことから望 ましい。しかし全ての領域で両方のレンズを同種に合せる必要は無ぐ部分的な 領域での立体感が強まれば全体像の立体感の強まる傾向があるために、ある範 囲で同種のレンズであれば立体感を強めることができる。 As is clear from the above description, the second lens surface is made to function to further deform the position of the first lens surface in the back direction of the image created by the first lens surface, and to exert a stronger three-dimensional effect. Therefore, the lens portion of the first lens surface corresponding to each micro lens of the second lens surface is the same kind of lens, that is, both corresponding lenses are both convex lenses or both concave lenses. It is desirable to enhance the function as a lens. However, it is not necessary to match both lenses in the same area in all areas.If the three-dimensional effect in a partial area increases, the stereoscopic effect of the whole image tends to increase. This can enhance the three-dimensional effect.
また、微小レンズの焦点距離は一定である必要も無く、急激な変化でない限り 場所と共に変化し、例えば凸レンズの特性を弱めつつ凹レンズに変わり、続いて 順に凹レンズの特性を強めていくような変化をしても良い。 Also, the focal length of the microlens does not need to be constant and changes with the location unless it changes abruptly.For example, it changes to a concave lens while weakening the characteristics of a convex lens, and then changes in order to strengthen the characteristics of the concave lens sequentially. You may.
微小レンズは微小レンズの像が表示画像の全体像の一点と見なせる程度に微 小であることが条件となる。 The microlens is required to be so small that the image of the microlens can be regarded as one point of the whole image of the display image.
以上、微小レンズである微小凸面及び微小凹面について、面積形状、曲面の 形状を始め、必要とするレンズの特性、及び機能について詳細に説明した。 In the above, the characteristics and functions of the required lens, including the area shape and the shape of the curved surface, of the minute convex surface and the minute concave surface, which are the minute lenses, have been described in detail.
次に、レンズ面と表示画像との位置関係について説明する。 Next, the positional relationship between the lens surface and the display image will be described.
左右の眼の網膜に形成される像に差を生じさせる働きをする第 1のレンズ面に ついては上下左右方向の歪をある範囲に抑える必要から表示画像の置かれるベ き位置をすでに説明した。表示画像の全体像に生じる上下左右方向の歪に関し ては第 2のレンズ面の影響は無い。このこともすでに説明した。したがって眼に良く 感じる上下左右方向の歪に関しては第 1のレンズ面のみを考慮すれば良い。 しかし、微小曲面すなわち微小レンズはレンズとしての機能があり、全体像の像 としての良否に影響する問題がある。 Regarding the first lens surface, which functions to create a difference between the images formed on the retinas of the left and right eyes, the position where the display image should be placed has already been described because it is necessary to suppress distortion in the vertical and horizontal directions within a certain range. There is no effect of the second lens surface on distortion in the vertical and horizontal directions that occurs in the entire image of the display image. This has already been explained. Therefore, only the first lens surface needs to be considered for distortion in the vertical, horizontal, and lateral directions that is easily recognized by the eyes. However, a minute curved surface, that is, a minute lens has a function as a lens, and has a problem that the quality of the whole image is affected.
微小レンズの像が拡大される場合は、対応する表示画像の一部分を拡大して 自らの領域の光量として放出する。すなわち、 自らが対応する領域の一部の光だ けしか眼に届かないことになる。したがって拡大率が大きいと、外部から見える像
が暗くなる。また、振動などによる表示画像と曲面レンズの微小な位置ずれにより 微小レンズの対応する画像部分が大きく変化して「ちらつき」が生じる。 When the image of the microlens is enlarged, a part of the corresponding display image is enlarged and emitted as the light amount of its own area. In other words, only a part of the light in the area to which you correspond will reach your eyes. Therefore, if the magnification is large, the image seen from outside Darkens. In addition, due to a slight displacement between the display image and the curved lens due to vibration or the like, the corresponding image portion of the minute lens greatly changes, and "flickering" occurs.
微小レンズの像が縮小される場合は、微小レンズの対応する表示画像の部分 が本来代表すべき領域を越えて、隣の微小レンズの対応する部分の光まで当該 の微小レンズを透過していくようになる。縮小の割合が更に進むと隣のさらに隣の 微小レンズの対応する部分の光まで透過するようになる。このように微小レンズの 像が縮小される場合は全体像がぼけることになる。縮小の度合いが進むとぼけの 度合いも強くなる。 When the image of a microlens is reduced, the corresponding display image portion of the microlens passes through the microlens beyond the area that should be originally represented, to the light of the corresponding portion of the adjacent microlens. Become like As the rate of reduction further increases, the light of the corresponding portion of the next minute lens will be transmitted. When the image of the minute lens is reduced in this way, the entire image is blurred. As the degree of reduction increases, the degree of blur increases.
表示画像を出て微小レンズを通過する光による像が拡大か、縮小かのいずれで あるかは微小レンズすなわち第 2のレンズ面だけでは定まらない。第 1のレンズ面 の影響も受ける。したがって表示の明るさを確保するなり、ぼけの度合いを制限す るための条件は曲面レンズの焦点距離との関係で定める必要がある。ここで曲面 レンズの焦点距離とは曲面レンズに含まれる全てのレンズ面を含む全レンズ面を 考慮した焦点距離である。 Whether an image formed by light passing through the microlens after exiting the display image is enlarged or reduced is not determined only by the microlens, that is, the second lens surface. It is also affected by the first lens surface. Therefore, the conditions for securing the brightness of the display and for limiting the degree of blur need to be determined in relation to the focal length of the curved lens. Here, the focal length of the curved lens is a focal length in consideration of all lens surfaces including all lens surfaces included in the curved lens.
微小レンズを介して結ぶ像が拡大される場合、拡大率を 2倍以下に押えれば、 対応する領域の光量の少なくとも 1Z4以上が微小レンズを介して眼に届くことが 出来る。この条件を満たすには、表示画像と曲面レンズとの距離が曲面レンズの 焦点距離の 1Z2より短くなければならない。 When the image formed through the micro lens is enlarged, if the magnification is reduced to 2 times or less, at least 1Z4 or more of the light amount in the corresponding area can reach the eye through the micro lens. To satisfy this condition, the distance between the displayed image and the curved lens must be shorter than the focal length of the curved lens, 1Z2.
微小レンズを介して結ぶ像が縮小される場合、縮小の度合いを 1Z2以下に押 えれば、当該の微小レンズを通って眼に届く光は長さ寸法で自らの 2倍の領域、 面積で自らの 4倍の領域の光までに限定でき、ぼけの度合いを制限できる。この 条件を満たすには、表示画像と曲面レンズとの距離が微小レンズの焦点距離より 短くなければならない。 If the image formed through the microlens is reduced, if the degree of reduction is reduced to 1Z2 or less, the light reaching the eye through the microlens will be twice as large as its own in length and its own area in area. It can be limited to four times the area of light, limiting the degree of blurring. To satisfy this condition, the distance between the displayed image and the curved lens must be shorter than the focal length of the micro lens.
これから説明する第 4から第 7の実施の形態では、微小曲面を配列したレンズ 面のある曲面レンズを用いる場合であり、以上述べたレンズ面と表示画像との位 置関係の説明、及ぴ微小レンズについてレンズ面である微小曲面の面積形状、 曲面の形状を始め、必要とするレンズの特性、及び機能の説明は同様に当ては まる。したがって、これらの実施の形態では微小レンズ等の詳しい説明とレンズ面 と表示画像との位置関係の詳細な説明は省略する。
次に、第 4の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。 In the fourth to seventh embodiments to be described below, a curved lens having a lens surface on which a minute curved surface is arranged is used, and the positional relationship between the lens surface and the display image described above is described. Regarding the lens, the description of the characteristics and functions of the required lens, including the area shape of the minute curved surface which is the lens surface and the shape of the curved surface, similarly applies. Therefore, in these embodiments, a detailed description of the minute lens and the like and a detailed description of the positional relationship between the lens surface and the display image are omitted. Next, a fourth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第 4の実施の形態の表示装置の装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と同 じである。違いは曲面レンズそのものにある。 The device configuration of the display device according to the fourth embodiment is the same as that of the display device according to the first embodiment. The difference lies in the curved lens itself.
図 6は第 4の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズを示す断面図である。 断面図の切断面は第 1の実施の形態で説明の切断面と同じである。 FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a curved lens according to the display device of the fourth embodiment. The cross section of the cross section is the same as the cross section described in the first embodiment.
曲面レンズは屈折率が nlの材質 60と屈折率が n2の材質 61の 2層の層構造を している。材質 60の外表面は空気に接した境界面 Aであり、充分広いひろがりを 持った 面と充分広いひろがりを持った凸面とが交互に配列されてなる滑らかで、 かつ緩やかに変化する曲面である。この境界面 Aはすでに説明した第 1の実施の 形態での曲面レンズにおけるレンズ面と同様であり、このレンズ面の機能作甩は すでに説明したとおりであり、詳細な説明は省略するが、レンズ面は場所により屈 折の量が異なる CDで左右の眼の網膜に形成される像に差を生じさせる働きをす る。 The curved lens has a two-layer structure of a material 60 having a refractive index of nl and a material 61 having a refractive index of n2. The outer surface of material 60 is the boundary surface A that is in contact with the air, and is a smooth and gently changing curved surface in which a surface with a sufficiently wide spread and a convex surface with a sufficiently wide spread are alternately arranged. . This boundary surface A is the same as the lens surface of the curved lens according to the first embodiment described above, and the functional operation of this lens surface is as already described. The surfaces serve to create differences between the images formed on the retina of the left and right eyes with CDs that vary in the amount of refraction depending on the location.
材質 60と材質 61との境界面 Bは外表面 Aの凸面あるいは凹面のいずれに対し ても面積が充分小さい微小凸面が連続して外表面 Aに沿うように配列された面で ある。この境界面 Bは外表面 Aと同様の曲面である仮想配列面 Vに沿って上記の 微小曲面が配列されていると見なすことが出来、この仮想配列面 Vを図中点線で 示している。材質 61の外表面 Cは平面である。 The boundary surface B between the material 60 and the material 61 is a surface in which small convex surfaces having a sufficiently small area are arranged continuously along the outer surface A with respect to either the convex surface or the concave surface of the outer surface A. The boundary surface B can be regarded as having the above-mentioned minute curved surface arranged along a virtual arrangement surface V which is a curved surface similar to the outer surface A, and the virtual arrangement surface V is indicated by a dotted line in the figure. The outer surface C of the material 61 is flat.
図 5に示す第 3の実施の形態の曲面レンズとの違いは微小凸面を配列した境界 面 Bである。第 3の実施の形態では微小凸面が平面状に配列されているのに対し て第 4の実施の形態では微小凸面が曲面に沿って配列されている。 The difference from the curved lens of the third embodiment shown in FIG. 5 is a boundary surface B in which minute convex surfaces are arranged. In the third embodiment, the minute convex surfaces are arranged in a plane, whereas in the fourth embodiment, the minute convex surfaces are arranged along a curved surface.
レンズの特性の観点から、外表面 Aの曲面の曲率が比較的小さい場合、境界 面 Bは近似的に微小凸面が平面状に配列されたレンズ面 Mと、境界面を挟む両 側の材質が微小凸面の両側の材質と同じで、かつ境界面の形状が仮想配列面 Vと同じであるレンズ面 Nとで構成されるものと見なすことが出来る。この実施の形 態では仮想配列面 Vと空気と接した境界面 Aとが同じ曲面形状をしており、しかも 仮想配列面 Vと境界面 Aとが狭い間隔で重なっている。この場合、境界面 Aとレン ズ面 Nとの二つのレンズ面を統合したレンズとしての働きは屈折率 π2の材質 61が 境界面 Αと同じ曲面をもって直接空気に接している仮想のレンズ面と近似的に見
なすことができる。 From the viewpoint of the characteristics of the lens, when the curvature of the curved surface of the outer surface A is relatively small, the boundary surface B is made of a lens surface M in which minute convex surfaces are arranged approximately in a plane and the material on both sides sandwiching the boundary surface. It can be considered to be composed of a lens surface N which is the same as the material on both sides of the minute convex surface and has the same boundary surface shape as the virtual array surface V. In this embodiment, the virtual arrangement surface V and the boundary surface A in contact with the air have the same curved shape, and the virtual arrangement surface V and the boundary surface A overlap at a narrow interval. In this case, the function as a lens integrating the two lens surfaces, the boundary surface A and the lens surface N, is as follows: a material 61 having a refractive index of π2 has the same curved surface as the boundary surface Α and is in direct contact with the air. Look approximately I can do it.
境界面 Aと仮想配列面 Vとが間隔を大きく開けて重なる場合、あるいは微小凸 面が境界面 Aと異なる曲面形状の仮想配列面に配列されるような場合でも、この 仮想配列面と境界面 Aとが類似の曲面である限り、すなわち、両面が共に単一の 凹面あるいは単一の凸面のいずれか一方の充分広いひろがりを持った滑らかで、 かつ緩やかに変化する曲面である力 \あるいは充分広いひろがりを持った凹面と 充分広いひろがりを持った凸面とが交互に配列されてなる滑らかで、かつ緩やか に変化する曲面のいずれかである限り、レンズ面 Nと境界面 Aとの合成されたレン ズの等価的なレンズ面は、単一の凹面あるいは単一の凸面のいずれか一方の充 分広いひろがりを持った滑らかで、かつ緩やかに変化する曲面であるか、あるいは 充分広いひろがりを持った凹面と充分広いひろがりを持った凸面とが交互に配列 されてなる滑らかで、かつ緩やかに変化する曲面のいずれかである境界面のレン ズ面 Pと見なすことが出来る。 Even when the boundary surface A and the virtual array surface V overlap with a large gap, or when the minute convex surface is arranged on a virtual array surface having a different curved shape from the boundary surface A, the virtual array surface and the virtual array surface V As long as A is a similar surface, i.e., a force that is a smooth and slowly changing surface with a sufficiently wide spread on either side, either a single concave surface or a single convex surface The lens surface N and the boundary surface A are combined as long as it is a smooth and slowly changing curved surface consisting of a concave surface with a wide spread and a convex surface with a sufficiently wide spread alternately arranged. The equivalent lens surface of the lens is a smooth, slowly changing curved surface with a wide enough spread of either a single concave or a single convex or a sufficiently wide spread And convex surfaces having a sufficiently wide spread concave having the smooth formed by alternately arranged, and slowly changing the boundary surface is either a curved lens surface P and regarded it as possible.
以上の説明から明らかなように、ここで改めて境界面 Aと仮想のレンズ面 Nとの 合成による仮想のレンズ面 Pを第 1のレンズ面とし、仮想のレンズ面 Mを第 2のレン ズ面と見なすと第 3の実施の形態での曲面レンズと同じように作用し機能すること は容易に理解できる。 As is clear from the above description, here, the virtual lens surface P obtained by combining the boundary surface A and the virtual lens surface N is set as the first lens surface, and the virtual lens surface M is set as the second lens surface. It can be easily understood that the function and the function of the curved lens in the third embodiment are the same as those of the third embodiment.
この実施の形態では微小凸面を配列した例であるが微小囬面でも良い。 This embodiment is an example in which minute convex surfaces are arranged, but minute convex surfaces may be used.
次に、第 5の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。 Next, a fifth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第 5の実施の形態の表示装置の装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と同 じである。違いは曲面レンズそのものにある。 The device configuration of the display device according to the fifth embodiment is the same as that of the display device according to the first embodiment. The difference lies in the curved lens itself.
図 7は第 5の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズを示す断面図である。 断面図の切断面は第 1の実施の形態で説明の切断面と同じである。 FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a curved lens according to the display device of the fifth embodiment. The cross section of the cross section is the same as the cross section described in the first embodiment.
曲面レンズは屈折率が nlの材質 70から構成され、外表面の一つである境界面 Aは、充分広いひろがりを持った凹面と充分広いひろがりを持った凸面とが交互 に配列されてなる滑らかで、かつ緩やかに変化する仮想配列面 Vに沿って、仮想 配列面 Vの凸面あるいは凹面の面積に対して極めて小さい面積の微小凸面が配 列された曲面である。図中に仮想配列面 Vを点線で示しており、この仮想配列面 Vは図 1に示す第 1の実施の形態における曲面レンズ 10のレンズ面と同じである。
また、残りの外表面 Bは平面である。 The curved lens is made of a material 70 with a refractive index of nl, and the boundary surface A, which is one of the outer surfaces, is a smooth surface consisting of a concave surface with a sufficiently wide spread and a convex surface with a sufficiently wide spread alternately arranged. In addition, the curved surface is formed by arranging a small convex surface having an area extremely small with respect to the area of the convex surface or the concave surface of the virtual array surface V along the virtual array surface V that gradually changes. In the figure, the virtual array plane V is indicated by a dotted line, and this virtual array plane V is the same as the lens surface of the curved lens 10 in the first embodiment shown in FIG. The remaining outer surface B is flat.
レンズの観点から、仮想配列面 Vは緩やかに変化しているので、境界面 Aは仮 想配列面 Vと同じ形状の仮想のレンズ面 Nと平面状に微小凸面が配列された仮 想のレンズ面 Mが 2層に重なったものと近似することが出来る。 From the viewpoint of the lens, since the virtual array surface V changes slowly, the boundary surface A is a virtual lens surface N having the same shape as the virtual array surface V and a virtual lens in which minute convex surfaces are arrayed in a plane. It can be approximated that the surface M overlaps two layers.
ここで改めて仮想のレンズ面 Nを第 1のレンズ面とし、仮想のレンズ面 Mを第 2の レンズ面と見なすと第 3の実施の形態あるいは第 4の実施の形態の場合と同じよう に作用し機能することは容易に理解できる。 Here, if the virtual lens surface N is regarded as the first lens surface and the virtual lens surface M is regarded as the second lens surface, the operation is the same as in the case of the third or fourth embodiment. It is easy to understand that it works.
この第 5の実施の形態での曲面レンズは外表面である一つの境界面 Aで性質 の異なる第 1のレンズ面おょぴ第 2のレンズ面としての二つのレンズ面としての機 能を果たしている。 The curved lens according to the fifth embodiment functions as two lens surfaces as a first lens surface and a second lens surface having different properties at one boundary surface A which is an outer surface. I have.
なお、この実施の形態では微小凸面を配列した例であるが微小凹面でも良 い。 In this embodiment, the minute convex surface is arranged, but a minute concave surface may be used.
次に、第 6の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。 Next, a sixth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第 6の実施の形態の表示装置の装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と同 じである。違いは曲面レンズそのものにある。 The device configuration of the display device according to the sixth embodiment is the same as that of the display device according to the first embodiment. The difference lies in the curved lens itself.
図 8は第 6の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズを示す断面図である。 断面図の切断面は第 1の実施の形態で説明の切断面と同じである。 FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a curved lens according to the display device of the sixth embodiment. The cross section of the cross section is the same as the cross section described in the first embodiment.
屈折率がそれぞれ nlと n4の厚さが一定の薄いフィルム状の材質 81と材質 84 の間に、屈折率がそれぞれ n2と n3の薄い材質 82と材質 83の 2つの層が挟まれ た、 4層の層構造をしている。材質 81は凹凸を滑らかに繰り返して、その外表面 A 及び材質 81と材質 82との境界面 Bは凹面と ώ面が交互に繰り返す滑らかな面で ある。材質 82と材質 83との境界面 Cは外表面 Αと境界面 Βの凸面あるいは凹面 のいずれに対しても面積が充分小さい微小凸面が境界面 Bと同じ曲面の仮想配 列面 Vに沿って配列された面である。なお、仮想配列面 Vを点線で示してある。材 質 83と材質 84との境界面 Dと材質 84の外表面 Eとは平面である。 Two layers of thin materials 82 and 83 with refractive indices of n2 and n3 were sandwiched between thin film materials 81 and 84 with constant refractive indices of nl and n4, respectively. It has a layer structure of layers. Material 81 smoothly repeats the irregularities, and its outer surface A and the boundary surface B between material 81 and material 82 are smooth surfaces in which concave and concave surfaces alternate alternately. The boundary surface C between the material 82 and the material 83 is a small convex surface whose area is small enough for both the convex surface and the concave surface of the outer surface Α and the boundary surface Β along the virtual array surface V of the same curved surface as the boundary surface B. It is an arrayed surface. Note that the virtual array plane V is indicated by a dotted line. The boundary surface D between the material 83 and the material 84 and the outer surface E of the material 84 are flat.
また、外表面 Aと境界面 Bは図 1に示す第 1の実施の形態における曲面レンズ 1 0のレンズ面と同じ曲面をしている。 Further, the outer surface A and the boundary surface B have the same curved surface as the lens surface of the curved lens 10 in the first embodiment shown in FIG.
レンズとして機能する面は屈折率の異なる境界面で、かつ曲面で無ければなら なレ、。したがってレンズ面は空気と接した外表面である境界面 Aと境界面 B、境界
面 Cである。 The surface that functions as a lens must be a boundary surface with a different refractive index and a curved surface. Therefore, the lens surfaces are boundary surfaces A and B, Surface C.
外表面 Aと境界面 Bとは同じ形状の曲面で、かつその間隔が狭いので、第 4の 実施の形態で説明したように、屈折率 n2の材質が同じ曲面をもって直接空気に 接している仮想のレンズ面と見なすことができる。この仮想のレンズ面を第 1のレン ズ面とし、境界面 Cを第 2のレンズ面とみなせば第 4の実施の形態の場合と同じよ うに作用し機能することは容易に理解できる。 Since the outer surface A and the boundary surface B are curved surfaces having the same shape and the interval between them is narrow, as described in the fourth embodiment, it is assumed that the material having the refractive index n2 is in direct contact with air with the same curved surface. Lens surface. If this virtual lens surface is regarded as the first lens surface and the boundary surface C is regarded as the second lens surface, it can be easily understood that the function and the function are the same as in the case of the fourth embodiment.
なお、この実施の形態では微小凸面を配列した例であるが微小凹面でも良 い。 In this embodiment, the minute convex surface is arranged, but a minute concave surface may be used.
さらに、この実施の形態では同一形状のレンズ面が狭い間隔で重なった例で説 明したが、間隔が広い場合でも近似的に単一のレンズ面と見なすことも出来、ま た、曲面形状が異なる場合でも近似的な仮想の単一のレンズ面と見なすことが出 来る。 Further, in this embodiment, an example in which lens surfaces having the same shape are overlapped at a small interval has been described. However, even when the interval is large, it can be approximately regarded as a single lens surface. Even in different cases, it can be regarded as an approximate virtual single lens surface.
また、微小曲面が配列された曲面が多層に重なる場合も同様に仮想の単一の レンズ面と見なすことが出来る。 In addition, when a curved surface on which minute curved surfaces are arranged overlaps in multiple layers, it can be similarly regarded as a virtual single lens surface.
したがって、レンズ面が多層に重なって構成される曲面レンズにおいても、これら を必要に応じて統合して等価な一つのレンズ面と見なすことが出来る。したがって 第 3から第 6の実施の形態で、あるいはこれから説明する第 7から第 1 1の実施の 形態で、各レンズ面は単一とした説明であるが、類似の曲面が多層に重なって存 在する場合にも、等価なレンズ面に統合できるので、これまでに説明した作用機 能を発揮することが出来ることは明らかである。 Therefore, even in the case of a curved lens having a multi-layered lens surface, these can be integrated as necessary and regarded as one equivalent lens surface. Therefore, in the third to sixth embodiments or the seventh to eleventh embodiments to be described below, each lens surface is described as being single, but similar curved surfaces are stacked in multiple layers. It is clear that even in the case where it exists, since it can be integrated into the equivalent lens surface, the function and function described so far can be exhibited.
また、これまで説明してきた実施の形態、および今後説明をする実施の形態で は外表面の一つは平面としているが、これらを曲面としてレンズ面としても良いこと は明白である。 Also, in the embodiments described so far and in the embodiments described below, one of the outer surfaces is a plane, but it is clear that these may be curved surfaces and used as lens surfaces.
次に、第 7の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。 Next, a seventh embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第 7の実施の形態の表示装置の装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と同 じである。違いは曲面レンズそのものにある。 The device configuration of the display device of the seventh embodiment is the same as that of the display device of the first embodiment. The difference lies in the curved lens itself.
図 9は第 7の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズを示す断面図である。 断面図の切断面は第 1の実施の形態で説明の切断面と同じである。 FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a curved lens according to the display device of the seventh embodiment. The cross section of the cross section is the same as the cross section described in the first embodiment.
曲面レンズは屈折率が nlの材質 91と屈折率が n2の材質 92とからなる 2層構成
となっており、材質 91の外表面 Aは第 2の実施の形態におけるレンズ面と同じで ある。すなわちフレンネルレンズ形式のレンズ面をしている。材質 91と材質 92との 境界面 Bはフレンネルレンズ形式のレンズ面である外表面 Aの母曲面の凸面ある いは凹面のいずれに対しても面積が充分小さい微小凸面が平面状に配列された 面である。材質 92の外表面 Cは平面である。 The curved lens is composed of a material 91 with a refractive index of nl and a material 92 with a refractive index of n2. The outer surface A of the material 91 is the same as the lens surface in the second embodiment. That is, it has a lens surface of the Fresnel lens type. The boundary surface B between the material 91 and the material 92 is a Fresnel lens type lens surface, and a small convex surface with a sufficiently small area is arranged in a plane in both the convex surface and the concave surface of the outer curved surface of the outer surface A. Face. The outer surface C of the material 92 is flat.
曲面レンズは矩形であり、外表面 Aの母曲線は第 2の実施の形態におけるレン ズ面と同じく円筒面で、円筒軸の方向が曲面レンズの矩形の一辺に対して斜め に 45度傾いて斜めになつていて、レンズ面のいずれの場所においても曲面の曲 線的な変化成分に眼の左右方向と眼の上下方向の両方の成分を有している。 境界面 Bは図 5に示す第 3の実施の形態における第 2のレンズ面と同じ曲面をし ている。したがって外表面 Aは第 3の実施例の第 1のレンズ面を円筒面に置き換 えたものと見なすことが出来る。 The curved lens is rectangular, and the generating curve of the outer surface A is a cylindrical surface like the lens surface in the second embodiment, and the direction of the cylindrical axis is inclined at 45 degrees to one side of the rectangular of the curved lens. It is oblique and has a component that changes both in the horizontal direction of the eye and in the vertical direction of the eye in the curved change component of the curved surface at any position on the lens surface. Boundary surface B has the same curved surface as the second lens surface in the third embodiment shown in FIG. Therefore, the outer surface A can be regarded as the one obtained by replacing the first lens surface of the third embodiment with a cylindrical surface.
したがって、この第 7の実施の形態は第 3の実施の形態の場合と同じように作用 し機能することは容易に理解できる。 Therefore, it can be easily understood that the seventh embodiment operates and functions in the same manner as the third embodiment.
なお、この実施の形態では微小凸面を配列した例であるが微小凹面でも良い。 以上説明をしてきた第 3の実施の形態から第 7の実施の形態において曲面レン ズの左右の眼の網膜像に違いをもたらすためのレンズ面、あるいはフレンネルレン ズ形式のレンズ面における母曲面は、特定の曲面に定めて説明をしたが、これら の曲面は単一の凹面あるいは単一の凸面のいずれか一方滑らかに変化する曲 面であるカ あるいは凹面と凸面とが交互に配列されてなる滑らかに変化する曲 面のいずれかであればよいことは明らかである。 In this embodiment, the minute convex surface is arranged, but a minute concave surface may be used. In the third to seventh embodiments described above, the lens surface for causing a difference between the retinal images of the left and right eyes of the curved surface lens, or the mother curved surface in the Fresnel lens type lens surface, Although a specific curved surface has been described, these curved surfaces are either a single concave surface or a single convex surface, or a smoothly changing surface, or a smooth surface formed by alternately arranging concave and convex surfaces. It is clear that any one of the curved surfaces that changes in the shape may be used.
もちろん、第 1および第 2の実施の形態におけるレンズ面のように、レンズ面のい ずれの場所においても曲面の曲線的な変化成分に眼の左右方向成分と眼の上 下方向成分の両成分を有しているような曲面であれば、より強く立体感が発現す ることから好ましい。しかし、第 2のレンズ面の効果で立体感は強まるのでこのよう な特殊な曲面に限定する必要性は必ずしも無い。 . Needless to say, like the lens surfaces in the first and second embodiments, both the left-right component of the eye and the upper-lower component of the eye are included in the curved change component of the curved surface at any position on the lens surface. It is preferable that the curved surface has a three-dimensional appearance. However, since the effect of the second lens surface enhances the three-dimensional effect, it is not always necessary to limit to such a special curved surface. .
また、第 3から第 7の実施の形態における第 2のレンズ面は凸面なら凸面の充 分小さな微小曲面が、あるいは凹面なら凹面の充分小さな微小曲面が相互に接 しつつ配列された曲面で、互いに接する微小曲面の境界で曲面が急激に変化を
している。 Further, the second lens surface in the third to seventh embodiments is a curved surface in which a convex surface is a minute curved surface having a sufficiently small convex surface, or a concave surface is a curved surface in which sufficiently small minute curved surfaces are arranged in contact with each other. The surface changes suddenly at the boundary of the minute surface that touches each other. are doing.
以下に説明する第 8から第 1 1の実施の形態では、この第 2のレンズ面が第 3から 第 7の実施の形態と異なり、第 2のレンズ面が第 1のレンズ面と同じような凸面と凹 面が交互に配列された滑らかな曲面である。したがって、第 2のレンズ面の作用と 効果が異なる。 In the eighth to eleventh embodiments described below, the second lens surface is different from the third to seventh embodiments, and the second lens surface is similar to the first lens surface. It is a smooth curved surface in which convex and concave surfaces are alternately arranged. Therefore, the function and effect of the second lens surface are different.
次に、第 8の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。 Next, an eighth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第 8の実施の形態の表示装置の装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と同 じである。違いは曲面レンズそのものにある。 The configuration of the display device according to the eighth embodiment is the same as that of the display device according to the first embodiment. The difference lies in the curved lens itself.
図 10は第 8の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズを示す断面図である。 断面図の切断面は第 1の実施の形態で説明の切断面と同じである。 FIG. 10 is a sectional view showing a curved lens according to the display device of the eighth embodiment. The cross section of the cross section is the same as the cross section described in the first embodiment.
この曲面レンズは材質: 100で出来ており、空気に接した境界面 Aと同じく空気 に接した境界面 Bがレンズ面を構成する。境界面 Aを第 1のレンズ面とし境界面 B を第 2のレンズ面として両レンズ面が多層に重なった構造をしている。 This curved lens is made of a material: 100, and a boundary surface B in contact with air and a boundary surface B in contact with air constitute a lens surface. It has a structure in which the boundary surface A is the first lens surface and the boundary surface B is the second lens surface, and both lens surfaces are multilayered.
境界面 Aは円筒軸が紙面に垂直な直線である ώ面の円筒面と同じく円筒軸が 紙面に垂直な直線である凹面とが交互に繰り返す滑らかで、かつ緩やかに変化 する曲面である。 Boundary surface A is a smooth and gently changing curved surface in which the cylindrical axis is a straight line perpendicular to the plane of the paper, and the concave surface whose cylindrical axis is a straight line perpendicular to the plane of the paper is alternately repeated.
境界面 Βは外表面 Αの凸面あるいは凹面のいずれに対しても面積が充分小さ い面積である凸と凹の円筒面が交互に繰り返す滑らかな曲面である。この境界面 Bを構成する凸面と £!面の円筒軸は共に紙面に対して垂直な直線である。 The boundary surface Β is a smooth curved surface in which convex and concave cylindrical surfaces having an area small enough for both the convex surface and the concave surface of the outer surface Α are alternately repeated. Both the convex surface and the cylindrical axis of the £! Surface forming the boundary surface B are straight lines perpendicular to the paper surface.
第 1のレンズ面と第 2のレンズ面は共に、レンズ面を構成する円筒面の円筒軸が 紙面に垂直であり、レンズ面は左右の眼の水平方向に対して曲線的な変化をす る。したがってレンズ面の場所による屈折量の違いにより左右の眼の網膜に形成 される像に差が生じる。 In both the first lens surface and the second lens surface, the cylindrical axis of the cylindrical surface that forms the lens surface is perpendicular to the paper surface, and the lens surface changes in a curved manner in the horizontal direction of the left and right eyes . Therefore, the difference in the amount of refraction depending on the location of the lens surface causes a difference between the images formed on the retinas of the left and right eyes.
レンズ面を構成する個々の凸面あるいは凹面はその面積に応じて対応する表 示画像の領域に対して両眼の像に違いを生じる。また、像の歪みは個々の凸面 あるいは凹面の面積に応じた大きさを単位として生じる。 Each convex or concave surface constituting the lens surface causes a difference between the images of both eyes with respect to the corresponding display image region according to the area. In addition, the image distortion occurs in units of a size corresponding to the area of each convex or concave surface.
第 1のレンズ面では、両眼の像の間で生じる違いは相対的に大きな範囲を単位 とする。また、像に生じる歪みも相対的に大きな範囲を単位となる。一方、第 2のレ ンズ面では、両眼の像の間で生じる違いも像に生じる歪みも共に相対的に小さい
範囲を単位としてこれらが繰り返される。 On the first lens surface, the difference that occurs between the images of both eyes is in a relatively large range. In addition, distortion generated in an image is a unit in a relatively large range. On the other hand, on the second lens surface, both the difference between the images of both eyes and the distortion generated in the images are relatively small. These are repeated for each range.
第 1のレンズ面の構成する凸面おょぴ凹面と第 2のレンズ面の構成する小凸面 および小凹面の大きさが異なるため、左右の眼に生じる像の違いは第 1のレンズ 面では大きな領域を単位に大きい繰返し周期で生じ、第 2のレンズ面では小さな 領域を単位に短い繰り返し周期で生じる。これらが共存して互いに作用しあって、 それぞれが単独の場合以上のより強い立体感が現れる。し力 、第 1のレンズ面と 第 2のレンズ面とによる歪みも大きな歪み範囲の繰り返しと小さな歪み範囲の繰り 返しとなるため、歪みが強調し合う度合いが少ない。すなわち、歪みを抑制して立 体感が強く発現する。なお、第 2のレンズ面の凸面と凹面は第 1のレンズ面の凸面 あるいは凹面と比較して相対的に小さい。したがって第 2のレンズ面おける凸面と 凹面のような曲面を必要に応じて小凸面、小凹面と呼称する。 Since the convex and concave surfaces of the first lens surface and the small convex and concave surfaces of the second lens surface are different in size, the difference between the images produced on the left and right eyes is large on the first lens surface. It occurs with a large repetition period in units of area, and occurs on the second lens surface with a short repetition period in units of small regions. These coexist and interact with each other to produce a stronger three-dimensional effect than when each is alone. Since the distortion caused by the first lens surface and the second lens surface is also a repetition of a large distortion range and a repetition of a small distortion range, the degree of distortion enhancement is small. In other words, the distortion is suppressed and a sense of standing is strongly exhibited. Note that the convex surface and the concave surface of the second lens surface are relatively smaller than the convex surface or the concave surface of the first lens surface. Therefore, curved surfaces such as a convex surface and a concave surface in the second lens surface are referred to as a small convex surface and a small concave surface as necessary.
' 次に、第 9の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。 Next, a ninth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第 9の実施の形態の表示装置の装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と同 じである。違いは曲面レンズそのものにある。 The device configuration of the display device according to the ninth embodiment is the same as that of the display device according to the first embodiment. The difference lies in the curved lens itself.
図 1 1は第 9の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズを示す断面図である。 断面図の切断面は第 1の実施の形態で説明の切断面と同じである。 FIG. 11 is a sectional view showing a curved lens according to the display device of the ninth embodiment. The cross section of the cross section is the same as the cross section described in the first embodiment.
曲面レンズは屈折率が nlの材質 1 10から構成され、外表面の一つである境界 面 Aは第 8の実施の形態の境界面 Aと同じ曲面である仮想配列面 Vに沿って仮 想配列面 Vを構成する凸面あるいは凹面の面積に対比して小さい面積の小 ώ面 と小凹面が交互に配列された滑らかな曲面である。図中に仮想配列面 Vを点線 で示している。残る外表面 Βは平面である。 The curved lens is made of a material 110 having a refractive index of nl, and a boundary surface A, which is one of the outer surfaces, is virtual along a virtual array surface V which is the same curved surface as the boundary surface A of the eighth embodiment. The arrangement surface is a smooth curved surface in which small surfaces and small concave surfaces having an area smaller than the area of the convex surface or the concave surface constituting the array V are alternately arranged. The virtual arrangement plane V is shown by a dotted line in the figure. The remaining outer surface Β is a plane.
仮想配列面を構成する個々の凸面あるいは凹面と同程度の面積範囲を考慮 の対象とするならば、境界面 Αは近似的に仮想配列面 Vと同じ形状でかつ同じ位 置にある仮想のレンズ面 Nとみなすことが出来る。一方、仮想配列面に配列され る比較的小さい面積の小凹面あるいは小凸面と同程度の面積範囲を考慮の対 象とするならば、境界面 Aは近似的に仮想配列面に配列された小凸面と小凹面 が平面状に交互に配列された仮想のレンズ面 Mとみなすことができる。したがって 境界面 Aは総合的に仮想のレンズ面 Mと仮想のレンズ面 Nとが多層に重なったも のとみなすことが出来る。
ここで改めて仮想のレンズ面 Nを第 1のレンズ面とし、仮想のレンズ面 Mを第 2の レンズ面と見なすと、第 1のレンズ面は第 8の実施の形態の第 1のレンズ面と同じ で、第 2のレンズ面は第 1のレンズ面を構成する個々の凸面あるいは ia面の面積 に対比して小さい面積の小凸面と小四面が交互に配列された滑らかな曲面であ る。 If an area range equivalent to each convex or concave surface constituting the virtual array surface is taken into account, the boundary surface 仮 想 is a virtual lens having approximately the same shape and the same position as the virtual array surface V. Surface N can be considered. On the other hand, if a small concave surface or a small convex surface having a relatively small area arranged on the virtual array surface is to be considered, the boundary surface A is approximately equal to the small area arranged on the virtual array surface. It can be regarded as a virtual lens surface M in which convex surfaces and small concave surfaces are alternately arranged in a plane. Therefore, the boundary surface A can be considered as a multilayer structure of the virtual lens surface M and the virtual lens surface N. Here, assuming again that the virtual lens surface N is the first lens surface and the virtual lens surface M is the second lens surface, the first lens surface is the same as the first lens surface of the eighth embodiment. Similarly, the second lens surface is a smooth curved surface in which small convex surfaces and small four surfaces each having an area smaller than the area of each convex surface or the ia surface constituting the first lens surface are alternately arranged.
したがって、第 1のレンズ面では、両眼の像の間で生じる違いは相対的に大き な範囲を単位とする。また、像に生じる歪みも相対的に大きな範囲が単位となる。 一方、第 2のレンズ面では、両眼の像の間で生じる違いも像に生じる歪みも共に 相対的に小さい範囲を単位としてこれらが繰り返される。 Therefore, on the first lens surface, the difference that occurs between the images of both eyes is based on a relatively large unit. In addition, a range in which a distortion generated in an image is relatively large is a unit. On the other hand, on the second lens surface, both the difference occurring between the images of both eyes and the distortion occurring in the image are repeated in units of a relatively small range.
以上の説明から明らかなように第 9の実施の形態の曲面レンズは第 8の実施の 形態の曲面レンズと同じように機能し、第 1のレンズ面と第 2のレンズ面とで生じた 両眼像の違いが互いに作用しあって、それぞれ単独以上のより強い立体感が現 れる。し力 、第 1のレンズ面と第 2のレンズ面とによる歪みはその面積範囲が異な るため歪みが強調し合う度合いが少ない。すなわち、歪みを抑制して立体感が強 く発現する。 As is clear from the above description, the curved lens according to the ninth embodiment functions in the same manner as the curved lens according to the eighth embodiment, and is formed by the first lens surface and the second lens surface. The differences in the eye images interact with each other, resulting in a stronger stereoscopic effect than each alone. For the distortion caused by the first lens surface and the second lens surface, the extent of the distortion is small because the area ranges are different. That is, distortion is suppressed and a three-dimensional effect is strongly exhibited.
さらに、この実施の形態の境界面 Aを新たな仮想配列面と見なしてこの仮想配 列面により小さい面積の小凸面と小凹面を交互に配列することも出来る。 Furthermore, it is also possible to regard the boundary surface A of this embodiment as a new virtual array surface, and alternately arrange small convex surfaces and small concave surfaces having a smaller area on this virtual array surface.
すなわち、この場合のレンズ面はすでに説明の仮想のレンズ面 Mと仮想のレン ズ面 Nとに新たにより小さい面積の小凸面と小凹面とが交互に平面状に配列され た仮想のレンズ面 Zが多層に重なったものとみなすことが出来る。 In other words, the lens surface in this case is a virtual lens surface Z in which small convex surfaces and small concave surfaces having a smaller area are alternately arranged in a plane on the virtual lens surface M and the virtual lens surface N described above. Can be regarded as having multiple layers.
次に、第 10の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。 Next, a tenth embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第 10の実施の形態の表示装置の装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と 同じである。違いは曲面レンズそのものにある。 The device configuration of the display device of the tenth embodiment is the same as that of the display device of the first embodiment. The difference lies in the curved lens itself.
図 12は第 10の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズを示す断面図であ る。断面図の切断面は第 1の実施の形態で説明の切断面と同じである。 FIG. 12 is a sectional view showing a curved lens according to the display device of the tenth embodiment. The cross section of the cross section is the same as the cross section described in the first embodiment.
曲面レンズは屈折率が nlの材質 120と屈折率が n2の材質 1 21の 2層の層構 造をしている。材質 120の外表面は空気に接した境界面 Aで、すでに説明した第 8の実施の形態の曲面レンズにおける空気に接した外表面 Aと同じである。材質 1 20と材質 121との境界面 Bは図中点線で示す仮想配列面 Vに沿って外表面 Aの
凸面あるいは凹面に比較して面積が充分小さい面積である凸と凹の円筒面が交 互に繰り返す滑らかな曲面である。仮想配列面 Vは外表面 Aと同じ形状の曲面で、 外表面 Aの近くに外表面 Aに沿って位置する。材質 121の外表面 Cは平面であ る。 · 第 9実施の形態の説明から容易に理解されるように、境界面 Bは近似的に仮想 配列面 Vと同じ形状でかつ同じ位置にある仮想のレンズ面 Nと仮想配列面 Vに配 列されている小凸面と小凹面が平面状に交互に配列された仮想のレンズ面 Mと が多層に重なったものとみなすことが出来る。 The curved lens has a two-layer structure of a material 120 having a refractive index of nl and a material 121 having a refractive index of n2. The outer surface of the material 120 is the boundary surface A in contact with air, which is the same as the outer surface A in contact with air in the curved lens according to the eighth embodiment described above. The boundary surface B between the material 1 20 and the material 121 corresponds to the outer surface A along the virtual arrangement plane V indicated by the dotted line in the figure. The convex and concave cylindrical surfaces, whose areas are sufficiently smaller than the convex or concave surfaces, are smooth curved surfaces that alternate alternately. The virtual array plane V is a curved surface having the same shape as the outer surface A, and is located near the outer surface A along the outer surface A. The outer surface C of the material 121 is flat. · As can be easily understood from the description of the ninth embodiment, the boundary surface B is approximately the same shape as the virtual array surface V and is arranged on the virtual lens surface N and the virtual array surface V at the same position. It can be considered that the virtual lens surface M in which the small convex surface and the small concave surface are alternately arranged in a plane is overlapped in multiple layers.
仮想のレンズ面 Nと境界面 Aとは曲面の形状が同じであり、ここで改めて境界 面 Aのレンズ面と仮想のレンズ面 Nとが多層に重なって合成された仮想のレンズ 面 Pを第 1のレンズ面とし、仮想のレンズ面 Mを第 2のレンズ面と見なすことが出来 る。 The virtual lens surface N and the boundary surface A have the same curved surface shape.Here, the virtual lens surface P obtained by combining the lens surface of the boundary surface A and the virtual lens surface N in multiple layers The first lens surface can be regarded as the virtual lens surface M, and the virtual lens surface M can be regarded as the second lens surface.
以上の説明から明らかなように第 10の実施の形態における曲面レンズは第 8の 実施の形態、あるいは第 9の実施の形態における曲面レンズと同じように機能し、 第 1のレンズ面と第 2のレンズ面とで生じた両眼像の違いが互いに作用しあって、 それぞれが単独の場合より強い立体感が現れる。し力も、第 1のレンズ面と第 2の レンズ面とによる歪みはその面積範囲が異なるため歪みが強調し合う度合いが少 ない。すなわち、歪みを抑制して立体感が強く発現する。 As is clear from the above description, the curved lens in the tenth embodiment functions in the same manner as the curved lens in the eighth embodiment or the ninth embodiment. The difference between the binocular images generated between the lens surfaces of the lenses interacts with each other, and a stronger stereoscopic effect appears than when each of them is used alone. As for the strain, the distortion caused by the first lens surface and the second lens surface has a different area range, so that the degree of the distortion being emphasized is small. That is, distortion is suppressed and a three-dimensional effect is strongly exhibited.
次に、第 11の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。 Next, an eleventh embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
第 1 1の実施の形態の表示装置の装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と 同じである。違いは曲面レンズそのものにある。 The device configuration of the display device of the first embodiment is the same as that of the display device of the first embodiment. The difference lies in the curved lens itself.
図 13は第 1 1の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズを示す断面図であ る。断面図の切断面は第 1の実施の形態で説明の切断面と同じである。 FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating a curved lens according to the display device of the eleventh embodiment. The cross section of the cross section is the same as the cross section described in the first embodiment.
曲面レンズは屈折率が nlの材質 131と屈折率が n2の材質 132とからなる 2層 構成となっており、材質 131の外表面 Aはフレンネルレンズ形式のレンズ面で、母 曲面は第 8の実施の形態における外表面である境界面 Aと同じ曲面である。 The curved lens has a two-layer structure composed of a material 131 having a refractive index of nl and a material 132 having a refractive index of n2, and the outer surface A of the material 131 is a Fresnel lens type lens surface, and the base curved surface is an eighth surface. This is the same curved surface as the boundary surface A which is the outer surface in the embodiment.
材質 131と材質 132との境界面 Bは凸の円筒面と凹の円筒面が交互に繰り返 す滑らかな曲面である。この凸の円筒面と凹の円筒面は外表面 Aの母曲面の凸 面あるいは凹面のいずれに対しても面積が小さい。したがって、凸の円筒面は小
凸面で凹の円筒面は小凹面である。この境界面 Bは第 8の実施の形態における 外表面である境界面 Bと同じようなレンズ面として作用する。材質 132の外表面 C は平面である。 The boundary surface B between the material 131 and the material 132 is a smooth curved surface in which a convex cylindrical surface and a concave cylindrical surface are alternately repeated. The convex cylindrical surface and the concave cylindrical surface have a smaller area than either the convex surface or the concave surface of the generating surface of the outer surface A. Therefore, the convex cylindrical surface is small. The convex and concave cylindrical surface is a small concave surface. This boundary surface B functions as a lens surface similar to the boundary surface B which is the outer surface in the eighth embodiment. The outer surface C of the material 132 is flat.
フレンネルレンズ形式のレンズは母曲面をレンズ面とするレンズとして作用する ので、境界面 Aと境界面 Bのそれぞれは第 8の実施の形態における第 1のレンズ 面と第 2のレンズ面と見なすことができ、作用、効果など第 8の実施の形態と同じよ うに機能する。 Since the lens of the Fresnel lens type functions as a lens having a generating surface as a lens surface, the boundary surfaces A and B are regarded as the first lens surface and the second lens surface in the eighth embodiment, respectively. And functions in the same manner as in the eighth embodiment, such as operation and effects.
第 8の実施の形態と第 1 1の実施の形態との違いは 2点あり、第 1点は第 1のレン ズ面がフレンネルレンズ形式であるか否かであり、第 2点は第 1のレンズ面が空気 に接している境界面か気体以外の二つの材質の境界面であるかの違いである。 レンズをフレンネルレンズ形式にする効果はレンズを薄くでることである。 There are two differences between the eighth embodiment and the eleventh embodiment.The first is whether or not the first lens surface is a Fresnel lens type, and the second is the second. The difference is whether lens surface 1 is a boundary surface in contact with air or a boundary surface between two materials other than gas. The effect of making the lens a Fresnel lens form is to make the lens thinner.
二つの材質の境界面をレンズ面とする効果は屈折率を選択する自由度が増え、 レンズの焦点距離を制御する自由度が広がることである。なお、これまで説明した 実施の形態およびこれから説明する実施の形態における曲面レンズのレンズ面は 全て空気に接している境界面であっても気体以外の二つの材質の境界面であつ ても良い。必要とする焦点距離などに応じて選べばよい。 The effect of using the interface between the two materials as the lens surface is that the degree of freedom in selecting the refractive index increases and the degree of freedom in controlling the focal length of the lens increases. Note that the lens surfaces of the curved lenses in the embodiments described so far and in the embodiments to be described below may be interfaces that are all in contact with air or interfaces of two materials other than gas. What is necessary is just to select according to a required focal length.
以上の説明から明らかなように、第 8から第 1 1の実施の形態において、第 1のレ ンズ面のレンズ面、あるいはその母曲面はいずれも円筒面で、円筒軸を紙面に垂 直な直線とした曲面としているが、このような曲面に限定されず、単一の凹面ある いは単一の凸面のいずれか一方の滑らかな曲面であるか、あるいは凹面と ώ面と が交互に配列されてなる滑らかな曲面であれば良ことは明らかである。もちろん、 第 1および第 2の実施の形態におけるレンズ面のように、レンズ面のいずれの場所 においても曲面の曲線的な変化成分に眼の左右方向成分と眼の上下方向成分 の両成分を有しているような曲面であれば、より強く立体感が発現することから好 ましい。しかし、第 2のレンズ面の効果で立体感は強まるのでこのような特殊な曲 面に限定する必要性は少ない。 As is clear from the above description, in the eighth to eleventh embodiments, the lens surface of the first lens surface or its generating surface is a cylindrical surface, and the cylindrical axis is perpendicular to the paper. Although it is a straight curved surface, it is not limited to such a curved surface, and either a single concave surface or a single convex surface is a smooth curved surface, or a concave surface and a ώ surface are alternately arranged Obviously, a smooth curved surface is good. Needless to say, like the lens surfaces in the first and second embodiments, the curved change component of the curved surface has both the horizontal component of the eye and the vertical component of the eye at any location on the lens surface. A curved surface is preferable because it gives a stronger three-dimensional effect. However, since the effect of the second lens surface enhances the three-dimensional effect, there is little need to limit the use to such a special curved surface.
また、第 8から第 11の実施の形態の第 2のレンズ面についても、第 1のレンズ面 を構成する凹面あるいは凸面の面積よりは充分小さい小凹面と小凸面とが交互 に配列されてなる滑らかな曲面であれば良ぐ凹面あるいは凸面の形状には特段
の制約は無いことは明らかである。 Also, the second lens surface of each of the eighth to eleventh embodiments also includes small concave surfaces and small convex surfaces which are sufficiently smaller than the area of the concave or convex surface constituting the first lens surface, and are alternately arranged. Special for concave or convex shapes that are good for smooth curved surfaces It is clear that there are no restrictions.
ただし、第 1のレンズ面であれ第 2のレンズ面であれ凸面あるいは囬面が組織 的、規則的に並ぶと歪みが目立ち易くなるので、歪みを目立ち難くする観点から 多様な形状の凸面あるいは凹面が出来るだけ規則性の無い並ぴ方をするのが望 ましい。 However, if the convex or concave surface of the first lens surface or the second lens surface is systematically and regularly arranged, the distortion becomes conspicuous, and from the viewpoint of making the distortion less conspicuous, the convex or concave surface has various shapes. It is advisable to use as regular as possible.
ここで、凹面と凸面とが交互に配列されてなる滑らかな曲面について説明を補 足しておく。凹面と凸面が直接接するのが基本であるが、凹面と凸面との境界部 に平面が入っても、平面の領域が限られた狭い範囲であれば、等価的に凹面と ύ面が直接接していると見なし得ることは明らかで、本発明ではこのように境界部 に狭い平面を含む場合も凹面と凸面とが交互に配列されてなる曲面である。重要 なのはこれらの凸面、回面、あるいは狭い平面が滑らかに接して曲面を形成して いることである。 Here, a description will be additionally given of a smooth curved surface in which concave surfaces and convex surfaces are alternately arranged. Basically, the concave surface and the convex surface are in direct contact with each other.However, even if a plane enters the boundary between the concave surface and the convex surface, the concave surface and the 的 に surface are equivalently directly Obviously, the present invention is a curved surface in which concave and convex surfaces are alternately arranged even when the boundary portion includes such a narrow plane. What is important is that these convex, round, or narrow planes smoothly contact to form a curved surface.
さらに、フレンネルレンズ形式のレンズ面について説明を捕足しておく。第 2、第 7、およぴ第 1 1の実施の形態でレンズ面をフレンネルレンズ形式としているが、第 3と第 4の実施形態の境界面 Α、第 5の実施形態の仮想配列面 V、第 6の実施形 態における境界面 Αと Β、仮想配列面 V、およぴ第 8の実施形態の境界面 Α、第 9 の実施形態の仮想配列面 V、第 10の実施の形態における境界面 Αと仮想配列 面 Vの曲面をフレンネルレンズ形式の曲面とすることも出来ることは容易に理解で さる。 Further, a description will be given of the lens surface of the Fresnel lens type. In the second, seventh, and eleventh embodiments, the lens surface is of the Fresnel lens type. However, the boundary surface between the third and fourth embodiments, and the virtual array surface of the fifth embodiment V, boundary planes in the sixth embodiment Α and Β, virtual arrangement plane V, and boundary plane in the eighth embodiment Α, virtual arrangement plane V in the ninth embodiment, tenth embodiment It can be easily understood that the curved surface of the boundary plane Α and the virtual array plane V in can be a Fresnel lens type curved surface.
第 3から第 1 1の実施の形態において、第 1のレンズ面と第 2のレンズ面のそれぞ れのレンズ面は一部を除き単一の境界面からなるレンズ面としているが、類似の 境界面を多層に重ねた複数の境界面からなるレンズ面であっても良いことも容易 に理解される。 In the third to eleventh embodiments, each lens surface of the first lens surface and the second lens surface is a lens surface having a single boundary surface except for a part. It is also easily understood that a lens surface composed of a plurality of boundary surfaces in which the boundary surfaces are stacked in multiple layers may be used.
これまで説明した第 3から第 1 1の実施の形態では、第 1のレンズ面と第 2のレン ズ面との 2種類のレンズ面を有する曲面レンズを用いている。次に、 1種類のレン ズ面からなる曲面を用いた表示装置を第 12の実施の形態として図面を用いて詳 しく説明する。 In the third to eleventh embodiments described so far, a curved lens having two types of lens surfaces, a first lens surface and a second lens surface, is used. Next, a display device using a curved surface composed of one kind of lens surface will be described in detail as a twelfth embodiment with reference to the drawings.
第 12の実施の形態の表示装置の装置構成は第 1の実施の形態の表示装置と 同じである。違いは曲面レンズそのものにある。
図 14は第 12の実施の形態の表示装置に係わる曲面レンズを示す断面図であ る。断面図の切断面は第 1の実施の形態で説明の切断面と同じである。 The device configuration of the display device of the twelfth embodiment is the same as that of the display device of the first embodiment. The difference lies in the curved lens itself. FIG. 14 is a sectional view showing a curved lens according to the display device of the twelfth embodiment. The cross section of the cross section is the same as the cross section described in the first embodiment.
この曲面レンズは材質 140で出来ており、空気に接した境界面 Aがレンズ面で あり、同じく空気に接した境界面 Bは平面である。 This curved lens is made of material 140, and the boundary surface A in contact with air is the lens surface, and the boundary surface B in contact with air is also a flat surface.
レンズ面である境界面 Aは有効領域に対しても充分小さい面積の凸と凹の円 筒面が交互に繰り返す滑らかな曲面である。この境界面 Aを構成する小凸面と小 凹面の円筒軸は共に紙面に対して垂直な直線である。 The boundary surface A, which is a lens surface, is a smooth curved surface in which convex and concave cylindrical surfaces having an area small enough for the effective area are alternately repeated. The cylindrical axes of the small convex surface and the small concave surface constituting the boundary surface A are both straight lines perpendicular to the paper surface.
レンズ面を構成する円筒面の円筒軸が紙面に垂直であり、レンズ面は左右の眼 の水平方向に対して曲線的な変化をする。したがってレンズ面の場所による屈折 量の違いにより左右の眼の網膜に形成される像に差異を生じさせる働きをする。 両眼の像の間に出来る差異はレンズ面を構成する凸面と凹面に対応した領域を 単位として生じ、これらの単位領域が繰り返す。このように全体像の中に両眼像の 差異を伴った領域が分布するような場合においても全体像に奥行き感のある立 体感が発現する。また、歪みについても小凸面と小凹面に対応した大きさの歪み が分布することになるので、この歪みを全体像に対してあまり邪魔に感じられない ような大きさにすることが出来る。しかもレンズ面が滑らかな曲面であるので、急峻 に変化する歪みも無ぐ画像品質を一定の水準に保って表示画像を立体感のあ る画像として見ることが出来る。 The cylindrical axis of the cylindrical surface constituting the lens surface is perpendicular to the paper surface, and the lens surface changes in a curved manner in the horizontal direction of the left and right eyes. Therefore, the difference between the amounts of refraction depending on the location of the lens surface causes a difference between the images formed on the retinas of the left and right eyes. The difference between the images of both eyes occurs in units corresponding to the convex and concave surfaces constituting the lens surface, and these unit regions are repeated. In this way, even when the regions with the difference between the binocular images are distributed in the whole image, a solid feeling with a sense of depth appears in the whole image. Also, as for the distortion, a distortion having a size corresponding to the small convex surface and the small concave surface is distributed, so that the distortion can be set to a size that does not seem to hinder the whole image. In addition, since the lens surface is a smooth curved surface, there is no sharply changing distortion, and the displayed image can be viewed as a three-dimensional image while maintaining the image quality at a certain level.
この実施の形態では、レンズ面は円筒面で、円筒軸を紙面に垂直な直線とした 曲面としているが、このような曲面に限定されず、他の実施例と同じぐ滑らかな曲 面である以外に凹面あるいは凸面の形状には特段の制約は無いことは明らかで ある。 In this embodiment, the lens surface is a cylindrical surface, and the cylindrical axis is a curved surface having a straight line perpendicular to the paper surface. However, the present invention is not limited to such a curved surface, and is a smooth curved surface as in the other embodiments. It is clear that there are no particular restrictions on the shape of the concave or convex surface other than the above.
以上、第 1から第 12の実施の形態で本発明に係わる各種の曲面レンズを詳しく 説明した。次に、本発明を携帯電話機に適用した第 13の実施の形態について図 15を用いて詳しく説明する。 The various curved lenses according to the present invention have been described in detail in the first to twelfth embodiments. Next, a thirteenth embodiment in which the present invention is applied to a mobile phone will be described in detail with reference to FIG.
図 15は使用状態にある携帯電話機を眼の左右方向に直交する切断面での断 面図である。この断面図は単一の切断面ではなぐ構成を明確にするために互い に平行な複数の切断面での断面図の主要な部分を重ねて表示している。 FIG. 15 is a cross-sectional view of the mobile phone in use in a cross-section orthogonal to the left-right direction of the eye. This cross-sectional view shows the main parts of the cross-sectional views at multiple cut planes parallel to each other in order to clarify the configuration that is not a single cut plane.
図に示す携帯電話機は Aフレーム 151と Bフレーム 152の二つのフレームで構
成され、互いに相手を保護する蓋の役割を担っている。未使用時にはこれらのフ レームは閉じ、使用時に開ける開閉機構 153を有している。 The mobile phone shown in the figure consists of two frames, A frame 151 and B frame 152. And act as lids to protect each other. These frames have an opening / closing mechanism 153 that closes when not in use and opens when in use.
Aフレーム 151には液晶などの表示素子 1 54が実装され、フレームが開かれた 状態で使用者の顔に対面できるようになつている。 A display element 154 such as a liquid crystal is mounted on the A frame 151 so that the user can face the user's face with the frame opened.
Bフレーム 152にはダイヤルボタン 155などが実装されている。 A dial button 155 and the like are mounted on the B frame 152.
表示素子 1 54に対面して曲面レンズ 156が置かれる。曲面レンズ 156はこれま で第 1から第 11までの実施の形態で説明してきた曲面レンズである。曲面レンズ 1 56はレンズ支持具 157で開閉機構に繋がっている。また、曲面レンズ 156は細い 板状のパネである跳ね上げ機構 158に接触している。 A curved lens 156 is placed facing the display element 154. The curved lens 156 is the curved lens described in the first to eleventh embodiments. The curved lens 1 56 is connected to an opening and closing mechanism by a lens support 157. The curved lens 156 is in contact with a flip-up mechanism 158 which is a thin plate-like panel.
携帯電話機が未使用の状態では、開閉機構 153が回転し、 Aフレームと Bフレ ームが接近して曲面レンズ 156を挟み込み、携帯電話機全体がコンパクトになる。 この状態での曲面レンズ 156と跳ね上げ機構 158の Aフレームに対する位置を点 線で示している。 When the mobile phone is not used, the opening / closing mechanism 153 rotates, the A frame and the B frame approach each other, sandwiching the curved lens 156, and the whole mobile phone becomes compact. The positions of the curved lens 156 and the flip-up mechanism 158 with respect to the A frame in this state are indicated by dotted lines.
携帯電話機が使用される状態では開閉機構 153が回転し、 Bフレームが Aフレ ームから離れるので、曲面レンズ 156の拘束が解かれ、跳ね上げ機構 158は元の 形に戻り、曲面レンズ 156は表示素子から離れた位置に移る。 When the mobile phone is used, the opening / closing mechanism 153 rotates and the B frame moves away from the A frame, so the restraint of the curved lens 156 is released, the flip-up mechanism 158 returns to its original shape, and the curved lens 156 is Move to a position away from the display element.
これにより曲面レンズは、使用状態では表示画像から適切な距離だけ離れ、表示 素子上の表示画像を立体感のある像として見ることが出来る。一方、未使用時に は表示素子に近接した位置に置かれて携帯電話機を運ぴ易いコンパクトな形に することが出来る。 As a result, the curved lens is separated from the display image by an appropriate distance in the use state, and the display image on the display element can be viewed as a three-dimensional image. On the other hand, when not in use, the mobile phone can be placed in a position close to the display element to make the mobile phone compact and portable.
なお、立体感が発現するには曲面レンズは表示画像から適切な距離だけ離す ことが重要なことはすでに第 1の実施の形態で説明したので、詳細な説明は省略 する。 The fact that it is important that the curved lens is separated from the display image by an appropriate distance in order to produce a three-dimensional effect has already been described in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
次に、第 13の実施の形態と同じく本発明を携帯電話機に適用した第 14の実施 の形態について図 16を用いて詳しく説明する。 Next, a fourteenth embodiment in which the present invention is applied to a mobile phone as in the thirteenth embodiment will be described in detail with reference to FIG.
図 16は使用状態にある携帯電話機を眼の左右方向に直交する切断面での断 面図である。この断面図は単一の切断面ではなぐ構成を明確にするために互い に平行な複数の切断面での断面図の主要な部分を重ねて表示している。 FIG. 16 is a cross-sectional view of a mobile phone in use in a cross section orthogonal to the left and right directions of the eye. This cross-sectional view shows the main parts of the cross-sectional views at multiple cut planes parallel to each other in order to clarify the configuration that is not a single cut plane.
第 14の実施の形態は柔軟性のある曲面レンズ 201を用いることと、曲面レンズ
の支持方法とが異なる以外は第 13の実施の形態と同じである。すなわち、 Aフレ 'ーム 151、 Bフレーム 152、開閉機構 153、表示素子 154、ダイヤルボタン 155、 跳ね上げ機構 158を備えている。 The fourteenth embodiment uses a flexible curved lens 201 and a curved lens. This is the same as the thirteenth embodiment except that the supporting method is different. That is, an A frame 151, a B frame 152, an opening / closing mechanism 153, a display element 154, a dial button 155, and a flip-up mechanism 158 are provided.
柔軟性のある曲面レンズ 201は、図中 gで示す曲面レンズ 201の一端を Aフレー ムに固定し、 hで示す他の一端は Aフレームの表面に沿って移動できるような移動 機構に接続した状態で、表示素子 154に対面して置かれる。なお、移動機構は 図では省略されている。曲面レンズ 201は細い板状のパネである跳ね上げ機構 1 58に接触している。 In the flexible curved lens 201, one end of the curved lens 201 indicated by g in the figure is fixed to the A frame, and the other end indicated by h is connected to a moving mechanism that can move along the surface of the A frame. In this state, it is placed facing display element 154. The moving mechanism is omitted in the figure. The curved lens 201 is in contact with a flip-up mechanism 158 which is a thin plate-like panel.
携帯電話機が未使用の状態では、 Aフレームと Bフレームが接近して曲面レン ズ 201を挟み込み、携帯電話機全体がコンパクトになる。この状態での曲面レン ズ 201と跳ね上げ機構 158の Aフレームに対する位置を点線で示している。 When the mobile phone is not used, the A frame and the B frame come close to each other and sandwich the curved lens 201, so that the entire mobile phone becomes compact. The positions of the curved lens 201 and the flip-up mechanism 158 in this state with respect to the A frame are indicated by dotted lines.
携帯電話機が使用される状態では Bフレームが Aフレームから離れるので、曲面 レンズ 201の拘束が解かれ、跳ね上げ機構 158は元の形に戻る。この結果、曲面 レンズ 201は表示素子から離れた位置に移ろうとするが、曲面レンズ 201の一端 g は Aフレームに固定され、他の一端 hは Aフレームに沿って移動する移動機構に 接続されているので、この両端は Aフレームからの距離を変えることができず、 曲 面レンズは湾曲して持ち上がる。この結果、曲面レンズは表示画像から離れるだ けにとどまらず、曲面レンズが湾曲する。 When the mobile phone is used, since the B frame is separated from the A frame, the restraint of the curved lens 201 is released, and the flip-up mechanism 158 returns to its original shape. As a result, the curved lens 201 attempts to move away from the display element, but one end g of the curved lens 201 is fixed to the A frame, and the other end h is connected to a moving mechanism that moves along the A frame. Since both ends cannot change the distance from the A frame, the curved lens rises in a curved shape. As a result, the curved lens is not only moved away from the display image, but also curved.
使用時に曲面レンズが表示画像から離れることの効果と未使用時に運び易いコ ンパクトな形になることなどは第 13の実施の形態と同様である。しかし曲面レンズ が湾曲することが第 13の実施の形態と大きく異なる。曲面レンズの湾曲は立体感 の発現に大きな作用を及ぼす。 The effect of the curved lens moving away from the display image when in use and the compact shape that is easy to carry when not in use are the same as in the thirteenth embodiment. However, the curved lens is significantly different from the thirteenth embodiment. The curvature of the curved lens has a large effect on the appearance of a three-dimensional effect.
本発明に係わる立体表示では、曲面レンズのレンズ面が左右の眼の網膜に形 成される像に差を生じさせる重要な働きをする。この働きを強めるにはレンズ面の 曲率を大きくすることである。この曲率を湾曲の度合いで制御できる。しかし、立体 感の発現に対しては、この湾曲による曲率の変化の効果よりは、レンズの傾きによ る効果の方が大きい。湾曲によりレンズの部分が眼に対して傾いた状態となる。こ の傾きは一様ではなぐ場所により傾きの度合いは異なる。このレンズが眼に対し て傾くとレンズとしての働きが強まり、等価的に焦点距離が短くなつたように作用す
る。 In the stereoscopic display according to the present invention, the lens surfaces of the curved lenses play an important role in producing a difference between the images formed on the retinas of the left and right eyes. To enhance this function, the curvature of the lens surface must be increased. This curvature can be controlled by the degree of curvature. However, with respect to the appearance of a three-dimensional effect, the effect of the inclination of the lens is greater than the effect of the change in curvature due to the curvature. The curvature causes the lens portion to be inclined with respect to the eye. The degree of the inclination varies depending on the place where the inclination is not uniform. When this lens is tilted with respect to the eye, the function as a lens is strengthened, and it acts as if the focal length was shortened equivalently. You.
湾曲によるレンズの傾きの度合いは眼に正対している部分が小さく、そこから離 れて端に近付くにしたがって大きくなる特徴がある。したがって表示画像の中央部 を湾曲の中央部に、表示画像の端部を湾曲の端部に対応させると、見ている表 示画像の中央部分については歪の増加が押えられ、端に近付くにしたがって歪 が大きくなるとともに、左右の眼に見える像の違いも大きくなる。 The degree to which the lens is tilted due to the curvature is small at the part directly facing the eye, and increases as the distance from the part approaches the end. Therefore, if the center of the display image corresponds to the center of the curve and the end of the display image corresponds to the end of the curve, the increase in distortion is suppressed at the center of the display image being viewed, and Therefore, as the distortion increases, the difference between the images seen by the left and right eyes also increases.
感じられる立体感は像全体に違いが生じる必要は無く、中央部分は違いが小さ く端に近付くにしたがって違いが大きくなるような場合でも、違い自体が大きくなれ ば立体感はより強く発現する。また、感じる歪は注視の対象である中央部に近い ほど強く感じ、端の方ほど感じ方が弱い。したがって湾曲によって注視の対象であ る中央部の歪の増加を押えて立体感をより強く発現するようになる。これが湾曲の 第:!の効果である。 The perceived three-dimensional effect does not need to be different for the whole image. Even if the difference is small at the center and becomes larger as approaching the edge, the larger the difference itself, the stronger the three-dimensional effect is expressed. In addition, the distortion that is perceived is stronger when it is closer to the center of the gaze target, and is weaker when it is closer to the edge. Therefore, the curvature suppresses an increase in the distortion of the central portion to be watched, and the stereoscopic effect is more strongly developed. This is the effect of Curvature :!
平板状の曲面レンズでは斜めから見る場合、曲面レンズが観察者に斜めに対 面することになる。この結果、曲面レンズの特性が等価的に強まり、全面に渡って 歪が強まるので、視域が比較的狭い。し力し、曲面レンズが湾曲すると、広い範囲 に居る観察者が同じような条件で、曲面レンズが観察者に正対することが出来、 視域を拡大することができる。これが第 2の効果である。 When viewed obliquely with a flat curved lens, the curved lens faces the observer obliquely. As a result, the characteristics of the curved lens are equivalently enhanced, and the distortion is enhanced over the entire surface, so that the viewing zone is relatively narrow. When the curved lens is curved, the observer in a wide area can face the observer under similar conditions, and the viewing area can be expanded. This is the second effect.
この第 14の実施の形態では、上下方向に湾曲をさせている。左右方向ではな いこの場合でも、視線が斜め上、あるいは斜め下の方向に当たる部分では、視線 に対して斜めの傾きが強くなり、左右の眼に形成される像の差が大きくなり、立体 感が強まる。すなわち、どのような方向に湾曲させても立体感は強く感じるようにな る。特に、比較的近い位置から見るような場合、両眼の間隔が効果的に作用して 立体感が強まる。 In the fourteenth embodiment, the upper and lower sides are curved. Even in this case, which is not in the horizontal direction, in areas where the line of sight falls obliquely upward or downward, the angle of inclination is strong relative to the line of sight, and the difference between the images formed by the left and right eyes increases, resulting in a stereoscopic effect. Strengthens. In other words, the three-dimensional effect is strongly felt in any direction. In particular, when viewing from a relatively close position, the distance between the eyes works effectively to enhance the stereoscopic effect.
また、湾曲は凹面だけ、あるいは凸面だけに限定されることは無 凹面と凸面 が交互に繰り返すような湾曲であっても良い。 Further, the curvature is not limited to only the concave surface or only the convex surface, and may be such that the non-concave surface and the convex surface are alternately repeated.
第 14の実施の形態で説明した曲面レンズの湾曲の効果は、携帯電話機に限ら ず、パームトップ、ラップトップなどの携帯形の情報機器をはじめあらゆる表示素子 を含む機器に適用できる。当然、第 1から第 12までの実施の形態の表示装置で も、曲面レンズを湾曲させることで同様の効果を得ることが出来る。
なお、以上説明した曲面レンズの湾曲は、曲面レンズを構成する各レンズ面が 湾曲面に沿って曲げられた状態であり、各レンズ面を構成する凹面あるいは凸面 の面積が腕曲面の広がりに対して小さいと見なせるような場合は、各レンズ面を構 成する M面あるいは凸面を腕曲面に沿って配列したものと近似的に等価と見な すこと力 Sできる。もちろん、予めレンズ面が仮想曲面に沿って曲がっている場合は、 より複雑な仮想曲面に沿つて曲げられたレンズ面と見なす必要があるのは当然で 第 13と第 14の実施の形態で、蓋を開けた使用する状態で曲面レンズが移動し て、表示素子から離れる形態を説明したが、蓋を開けた使用状態で必ず移動す る必要は無く、モード切り替えなどにより使用時でも表示素子に近接する場合が あっても良い。このような措置ができれば、文字を読み取る際、あるいは表示画像 を別の機器で読み取り、認証を行うなどの際に、表示画像に生じる歪を低減でき る。 以上説明してきたように,本発明には、以下のような効果がある。 The effect of the curvature of the curved lens described in the fourteenth embodiment can be applied not only to a mobile phone but also to a portable information device such as a palmtop or a laptop, or any device including any display element. Of course, in the display devices of the first to twelfth embodiments, the same effect can be obtained by bending the curved lens. The curvature of the curved lens described above is a state in which each lens surface constituting the curved lens is bent along the curved surface, and the area of the concave or convex surface constituting each lens surface is larger than the area of the curved arm surface. In this case, it can be considered that the M surface or convex surface that constitutes each lens surface is approximately equivalent to the arrangement of the convex surface along the curved arm surface. Of course, if the lens surface is bent along the virtual curved surface in advance, it is necessary to consider it as a lens surface bent along a more complicated virtual curved surface.In the thirteenth and fourteenth embodiments, Although the curved lens moves and separates from the display element when the lid is used, it is not necessary to move the lens with the lid open. It may be close. If such measures can be taken, distortion that occurs in the displayed image can be reduced when reading characters or when reading the displayed image with another device and performing authentication. As described above, the present invention has the following effects.
請求の範囲第 1項に記載の曲面レンズの発明は、一般に広く流布する矩形の 連続する図柄の 2次元表示画像に対して、矩形の曲面レンズをそれぞれの一辺 が互いに対応するように対向して設置してこの曲面レンズを介して見ると、表示画 像の像に以下のような曲面レンズの効果があらわれる。 In the invention of the curved lens according to claim 1, a rectangular curved lens is opposed to a generally continuous two-dimensional display image of a continuous pattern of rectangles such that each side corresponds to each other. When installed and viewed through this curved lens, the following effects of the curved lens appear on the displayed image.
曲面レンズで変形されて右眼と左眼で異なった像が形成されるので、 2次元表 示画像が奥行き感のある立体的な画像となって見える。さらに、この像は斜め方 向に変形が生じたように見え、左右方向だけあるいは上下方向だけの変形が生じ る場合に比較して現れる立体感がより強く感じられる。 Since different images are formed between the right and left eyes after being deformed by the curved lens, the two-dimensional display image looks like a three-dimensional image with a sense of depth. Furthermore, this image appears to be deformed in an oblique direction, and the three-dimensional effect that appears when compared to the case where the deformation occurs only in the horizontal direction or only in the vertical direction is felt more strongly.
請求の範囲第 2項に記載の発明は、曲面レンズを介して 2次元表示画像を見 ると、表示画像の像に以下のような曲面レンズの効果があらわれる。 According to the invention described in claim 2, when the two-dimensional display image is viewed through the curved lens, the following effects of the curved lens appear on the image of the display image.
レンズ面は仮想配列面と同じ形状でかつ同じ位置にある仮想のレンズ面 Νと仮 想配列面に沿って配列される小凹面と小凸面とが平面状に配列された仮想のレ ンズ面 Μとが合成されたものとみなすことが出来る。したがって、 2次元表示画像 に対向して置かれた曲面レンズを介して見る表示画像の像は、仮想のレンズ面 Ν
と仮想のレンズ面 Mによって歪み、変形を受ける。この変形の度合いは眼に到達 する光のレンズ面を通過する場所により変わるため、右眼と左眼の網膜に出来る 像に違いが生じる。この結果、 2次元表示画像が奥行き感のある立体的な画像と なって見える。 The lens surface has the same shape as the virtual array surface and the virtual lens surface at the same position, and the virtual lens surface where the small concave surface and the small convex surface arranged along the virtual array surface are arranged in a plane. Can be considered to be synthesized. Therefore, the image of the display image viewed through the curved lens placed opposite to the two-dimensional display image is a virtual lens surface. Distorted and deformed by the virtual lens surface M. The degree of this deformation varies depending on where the light that reaches the eye passes through the lens surface, resulting in a difference between the images formed in the retina of the right eye and the left eye. As a result, the two-dimensional display image appears as a three-dimensional image with a sense of depth.
また、仮想のレンズ面 Nと仮想のレンズ面 Mとではそれら構成する凹面と凸面 の繰り返し間隔は異なるので、これらの全てのレンズ面を介して見える像には、右 眼と左眼との間に比較的広い範囲にわたって徐々に差が変化するような差異と、 比較的狭い範囲で差が変化する狭い範囲を周期として繰り返される差異とが生 じる。この結果、広い面積の画像部分に対しても狭い面積の画像部分にもそれぞ れ立体感が感じられ、両者が相互に強めあってより一段と強い立体感が得られ る。 In addition, since the virtual lens surface N and the virtual lens surface M have different repetition intervals of the concave surface and the convex surface, the images seen through all of these lens surfaces include the distance between the right eye and the left eye. Thus, there is a difference in which the difference gradually changes over a relatively wide range, and a difference which is repeated in a narrow range in which the difference changes in a relatively narrow range. As a result, a three-dimensional effect is felt both in the image part having a large area and in the image part having a small area, and the two parts are mutually strengthened to obtain a stronger three-dimensional effect.
仮想のレンズ面 Nと仮想のレンズ面 Mとによる像の歪みは繰り返し周期が異な る。したがって、仮想のレンズ面 Nと仮想のレンズ面 Mとで生じる像の歪みはそれ ぞれ強め合うことを避けることが出来る。 The image distortion caused by the virtual lens surface N and the virtual lens surface M has different repetition periods. Therefore, it is possible to avoid that the image distortions caused by the virtual lens surface N and the virtual lens surface M reinforce each other.
これらの結果、像の歪みを抑えるとともに立体感の発現を一層強めることが出 来る。 As a result, it is possible to suppress the distortion of the image and further enhance the appearance of the three-dimensional effect.
また、レンズ面は滑らかな曲面であるから像の変形は滑らかな変形となり、急激 な変形を伴わないので、画像としての品質を一定の水準に保つことが出来る。 請求の範囲第 3項に記載の発明によれば、レンズ面を構成する小凹面と小凸 面が共に同程度の間隔で、しかも小囬面と小凸面の曲面変化の様子が同程度 であるので、歪みが平準化されて一部に強い歪みが生じることが無い。し力も、レ ンズ面が滑らかな曲面であり、これらによって画像品質を一定の水準に確保でき る。 Further, since the lens surface is a smooth curved surface, the deformation of the image is a smooth deformation, and is not accompanied by a sudden deformation, so that the image quality can be maintained at a certain level. According to the third aspect of the present invention, the small concave surface and the small convex surface constituting the lens surface are both at substantially the same interval, and the change of the curved surface between the small 囬 surface and the small convex surface is substantially the same. Therefore, distortion is not leveled and strong distortion does not occur in some parts. Also, the lens surface is a smooth curved surface, which can maintain a certain level of image quality.
請求の範囲第 4項に記載の発明によれば、仮想配列面を構成する凸面又は凹 面の各領域の面積に対して、小凸面及ぴ小凹面が仮想配列面を構成する凸面 又は凹面の各領域と重なり合う部分の面積が小さいので、互いの凹凸の繰り返し 間隔の差が大きくなる。したがって、双方の歪みが互いに影響して、総合的な像 の歪が互いに強め合うようなことを避けることが出来る。 According to the invention set forth in claim 4, the small convex surface and the small concave surface correspond to the area of the convex surface or the concave surface constituting the virtual array surface with respect to the area of each region of the convex surface or the concave surface constituting the virtual array surface. Since the area of the portion overlapping with each region is small, the difference between the repetition intervals of the concavities and convexities is large. Therefore, it is possible to avoid that both distortions affect each other and the overall image distortion strengthens each other.
また、両眼の間に生じる像の差異が比較的広い範囲にわたる変化と比較的狭
い範囲の変化が周期的に繰り返されるような変化とが生じ、これに対応する広い 面積の画像部分に対しても狭い面積の画像部分に対してもそれぞれ立体感が感 じられ、両者が相互に強めあってより一段と強い立体感が得られる。 In addition, the difference between the images generated between the eyes is relatively narrow and the change is relatively narrow. A change occurs in which the change of the range is repeated periodically, and the corresponding three-dimensional effect is felt for the image part having a large area and the image part having a small area corresponding to the change. And a stronger three-dimensional effect can be obtained.
請求の範囲第 5項に記載の発明は曲面レンズを介して 2次元表示画像を見ると、 表示画像の像に以下のような曲面レンズの効果があらわれる。 According to the invention described in claim 5, when the two-dimensional display image is viewed through the curved lens, the following effects of the curved lens appear in the image of the display image.
レンズ面は仮想配列面と同じ形状でかつ同じ位置にある仮想のレンズ面 Nと仮 想配列面に配列される微小凸面又は微小凹面が平面状に配列された仮想のレ ンズ面 Mとが合成されたものとみなすことが出来る。したがって、曲面レンズを通し て見る 2次元表示画像の像は、まず、仮想のレンズ面 Nで変形されて右眼と左眼 で異なる像となり、 2次元表示画像が奥行き感のある立体的な.画像となって見え る。 The lens surface has the same shape as the virtual array surface and the virtual lens surface N at the same position and the virtual lens surface M where the minute convex surface or minute concave surface arranged on the virtual array surface is arranged in a plane. Can be regarded as being done. Therefore, the image of the two-dimensional display image viewed through the curved lens is first deformed by the virtual lens surface N to be different images for the right eye and the left eye, and the two-dimensional display image is three-dimensional with a sense of depth. It looks like an image.
また、仮想のレンズ面 Nによる立体感のある画像として見える像の変形は滑らか で緩やかな変形であり、急激な変形を伴わないので、画像としての品質を一定の 水準に保つことが出来る。 In addition, the deformation of an image viewed as a three-dimensional image due to the virtual lens surface N is a smooth and gentle deformation, and is not accompanied by a sudden deformation, so that the image quality can be maintained at a certain level.
仮想のレンズ面 Mは仮想のレンズ面 Nによる全体像の奥行き方向の位置だけ をさらに大きく変える働きをし、'現れる立体感がさらに強まる。 The virtual lens surface M functions to further change only the position of the entire image in the depth direction by the virtual lens surface N, and the 'three-dimensional appearance' further increases.
請求の範囲第 6項に記載の発明によれば、微小凸面又は微小凹面の像が全 体像の画素と見なせるので、全体像の解像度を向上できる。 According to the invention described in claim 6, since the image of the minute convex surface or the minute concave surface can be regarded as a pixel of the whole image, the resolution of the whole image can be improved.
請求の範囲第 7項に記載の発明は、曲面レンズを介して 2次元表示画像を見 ると、表示画像の像に以下のような曲面レンズの効果があらわれる。 According to the invention described in claim 7, when the two-dimensional display image is viewed through the curved lens, the following effects of the curved lens appear on the image of the display image.
第 1のレンズ面と第 2のレンズ面の双方によって変形を受け、像に歪みが生じる。 このため、右眼と左眼の網膜に出来る像に違いが生じる。その結果、 2次元表示 画像が奥行き感のある立体的な画像となって見える。 The image is distorted by both the first lens surface and the second lens surface, and the image is distorted. For this reason, a difference occurs between the images formed in the retinas of the right eye and the left eye. As a result, the two-dimensional display image looks like a three-dimensional image with a sense of depth.
さらに、第 1のレンズ面に対応した部分では両眼の間に生じる像の差異が比較 的広い範囲にわたって変化し、第 2のレンズ面に対応した部分では両眼の間に生 じる像の差異が比較的狭い範囲を周期として変化する。この結果、広い面積の画 像部分に対しても狭い面積の画像部分に対してもそれぞれ立体感が感じられ、 両者が相互に強めあってより一段と強い立体感が得られる。 In addition, the difference between the images between the two eyes changes over a relatively wide range in the portion corresponding to the first lens surface, and the difference in the image between the two eyes changes in the portion corresponding to the second lens surface. The difference varies with a relatively narrow range as a cycle. As a result, a three-dimensional effect can be felt both for an image portion having a large area and an image portion having a small area, and a stronger three-dimensional effect can be obtained by mutually strengthening the two.
第 1のレンズ面と第 2のレンズ面とでは個々のレンズ面による像の歪みの範囲が
異なる結果、像の歪みを強め合うことを避けることが出来る。 Between the first lens surface and the second lens surface, the range of image distortion due to each lens surface is limited. As a result, it is possible to avoid increasing the distortion of the image.
これらの結果、像の歪みを抑えるとともに立体感の発現を一層強めることが出 来る。 · As a result, it is possible to suppress the distortion of the image and further enhance the appearance of the three-dimensional effect. ·
またレンズ面は滑らかな曲面であるから像の変形は滑らかな変形となり、急激な 変形を伴わないので、画像としての品質を一定の水準に保つことが出来る。 Also, since the lens surface is a smooth curved surface, the deformation of the image becomes a smooth deformation without any sudden deformation, so that the quality as an image can be maintained at a certain level.
請求の範囲第 8項に記載の発明によれば、レンズ面を構成する小凹面と小凸 面が共に同程度の間隔で、しかも小凹面と小凸面の曲面変化の様子が同程度 であり、歪みが平準化されて一部に強い歪みが生じることが無レ、。しカも、レンズ 面が滑らかな曲面であり、これらによって画像品質を一定の水準に確保できる。 請求の範囲第 9項に記載の発明によれば、第 1のレンズ面を構成する凸面又は 凹面の各領域の面積に対して、小凸面及び小凹面が第 1のレンズ面を構成する 凸面又は凹面の各領域と重なり合う部分の面積が小さいので、第 1のレンズ面と 第 2のレンズ面の繰り返し間隔の差が大きい。このため 2つのレンズ面による像の 歪みが相互に強めあうことが少なぐ総合的な像の変形を互いに強め合うことを避 けることが出来る。 According to the invention set forth in claim 8, the small concave surface and the small convex surface constituting the lens surface are both at substantially the same interval, and the state of the curved surface change between the small concave surface and the small convex surface is substantially the same. There is no possibility that strong distortion will occur in some parts due to leveling of distortion. Also, the lens surface is a smooth curved surface, which can maintain a certain level of image quality. According to the invention described in claim 9, the small convex surface and the small concave surface constitute the first lens surface with respect to the area of each of the convex surface and the concave surface constituting the first lens surface. Since the area of the portion overlapping each region of the concave surface is small, the difference in the repetition interval between the first lens surface and the second lens surface is large. For this reason, it is possible to avoid that the image distortion due to the two lens surfaces reinforces each other, and that the overall image deformation is not mutually enhanced.
請求の範囲第 10項に記載の発明は、曲面レンズを介して 2次元表示画像を見 ると、表示画像の像に以下のような曲面レンズの効果があらわれる。 According to the invention described in claim 10, when the two-dimensional display image is viewed through the curved lens, the following effects of the curved lens appear in the image of the display image.
第 1のレンズ面で変形されて右眼と左眼で異なる像となるので、 2次元表示画 像が奥行き感のある立体的な画像となって見える。 Since the image is deformed by the first lens surface and becomes different images for the right eye and the left eye, the two-dimensional display image looks like a three-dimensional image with a sense of depth.
また、第 1のレンズ面による立体感のある画像として見える像の変形は滑らかな 変形であり、急激な変形を伴わないので、画像としての品質を一定の水準に保つ ことが出来る。 In addition, the deformation of the image viewed as a three-dimensional image by the first lens surface is a smooth deformation and does not involve a sudden deformation, so that the image quality can be maintained at a certain level.
また、第 2のレンズ面は第 1のレンズ面による全体像の奥行き方向の位置だけを さらに大きく変える働きをし、現れる立体感がさらに強まる。 In addition, the second lens surface further greatly changes only the position of the first lens surface in the depth direction of the entire image, and the appearing three-dimensional effect is further enhanced.
請求の範囲第 1 1項に記載の発明によれば、微小凸面又は微小凹面の像が 全体像の画素と見なせるので、等価的にその画素の数を多くすることができ、全 体像の解像度を向上できる。 According to the invention described in claim 11, since the image of the minute convex surface or the minute concave surface can be regarded as a pixel of the whole image, the number of pixels can be equivalently increased, and the resolution of the whole image can be increased. Can be improved.
請求の範囲第 12項に記載の発明は、曲面レンズを介して 2次元表示画像を 見ると、表示画像の像に以下のような曲面レンズの効果があらわれる。
多層に重なるそれぞれのレンズ面によって像は歪みを受ける。このため、右眼と 左眼の網膜に出来る像に違いが生じる。この結果、 2次元表示画像が奥行き感 のある立体的な画像となって見える。 According to the invention described in claim 12, when the two-dimensional display image is viewed through the curved lens, the following effects of the curved lens appear on the image of the display image. The image is distorted by each lens surface that overlaps the multilayer. This causes a difference in the images formed in the retinas of the right and left eyes. As a result, the two-dimensional display image appears as a three-dimensional image with a sense of depth.
また、多層に重なるそれぞれのレンズ面を構成する凹面と凸面の繰り返し間隔 が異なるので、両眼の間に生じる像の差異は比較的広い範囲にわたる変化から、 比較的狭い範囲での変化が繰り返されるような変化まであり、このため広い面積 の画像部分でも狭い面積の画像部分でもそれぞれ立体感が感じられ、両者が相 互に強めあってより一段と強い立体感が得られる。 In addition, since the repetition interval between the concave and convex surfaces that constitute each lens surface overlapping in the multilayer is different, the image difference between the eyes changes from a relatively wide range to a relatively narrow range. There is such a change, and therefore, a three-dimensional effect can be felt both in an image part having a large area and an image part having a small area, and a stronger three-dimensional effect can be obtained by mutually strengthening the two parts.
多層に重なった個々のレンズ面による像の歪みの範囲は他のレンズ面による像 の歪みの範囲とは異なる。したがって、総合的な像の歪みを強め合うことを避ける ことが出来る。これらの結果、像の歪みを抑えるとともに立体感の発現を一層強め ることが出来る。 The extent of image distortion due to individual lens surfaces in a multilayer stack is different from the extent of image distortion due to other lens surfaces. Therefore, it is possible to avoid compromising the overall image distortion. As a result, it is possible to suppress the image distortion and to further enhance the appearance of the three-dimensional effect.
また、レンズ面は滑らかな曲面であるから像の変形は滑らかな変形となり、急激 な変形を伴わないので、画像としての品質を一定の水準に保つことが出来る。 請求の範囲第 13項に記載の発明は、曲面レンズを介して 2次元表示画像を 見ると、表示画像の像に以下のような曲面レンズの効果があらわれる。 Further, since the lens surface is a smooth curved surface, the deformation of the image is a smooth deformation, and is not accompanied by a sudden deformation, so that the image quality can be maintained at a certain level. According to the invention described in claim 13, when the two-dimensional display image is viewed through the curved lens, the following effects of the curved lens appear on the image of the displayed image.
全体像の中にレンズ面の小凸面又は小凹面に対応した大きさの差異を伴った 領域が多数分布する。このように全体像の中に両眼像の差異を伴った領域が分 布する場合においても全体像に奥行き感のある立体感が発現する。また、歪みも 小凸面と小回面に対応した大きさの歪みが分布する。 In the whole image, a large number of regions having a difference in size corresponding to the small convex surface or the small concave surface of the lens surface are distributed. In this way, even when a region with a difference between the binocular images is distributed in the entire image, a three-dimensional effect with a sense of depth appears in the entire image. Also, as for the distortion, a distortion having a magnitude corresponding to the small convex surface and the small turning surface is distributed.
小凸面と小凹面に対応した大きさの歪みが分布することになるので、この歪み を全体像に対してあまり邪魔に感じられないような大きさにすることも出来る。 Since a distortion having a size corresponding to the small convex surface and the small concave surface will be distributed, it is possible to make the distortion such that the distortion is not so much disturbed with respect to the whole image.
さらに、レンズ面の個々の凸面あるいは凹面は共に比較的狭いのでこのレンズ の厚さを薄く出来る。 Furthermore, the thickness of this lens can be reduced because the individual convex or concave surfaces of the lens are both relatively narrow.
請求の範囲第 14項に記載の表示装.置の発明は、曲面レンズを通して 2次元 表示画像を見ると、次のような効果が得られる。 The invention of the display device described in claim 14 has the following effects when a two-dimensional display image is viewed through a curved lens.
請求の範囲第 1項乃至第 13項に記載のいずれの曲面レンズであっても、曲面 レンズで変形されて右眼と左眼で異なった像が形成されるので、 2次元表示画像 が奥行き感のある立体的な画像となって見える。
請求の範囲第 15項に記載の発明によれば、通信画像又は放送画像を利用で き、利用領域が大いに広がる。 In any of the curved lenses according to claims 1 to 13, different images are formed between the right eye and the left eye by being deformed by the curved lens, so that the two-dimensional display image has a sense of depth. It looks like a solid three-dimensional image. According to the invention set forth in claim 15, a communication image or a broadcast image can be used, and a use area is greatly expanded.
請求の範囲第 16項に記載の発明によれば、表示画像をレ ズ面から所定の 距離離して保持する手段があるので、所望の強さの立体感を安定して確保でき る。 According to the invention as set forth in claim 16, since there is a means for holding the display image at a predetermined distance from the lens surface, a three-dimensional effect of a desired strength can be stably secured.
請求の範囲第 17項に記載の発明は、 2次元表示画像を表示する表示素子と 曲面レンズとの間隔を自由に可変とすることが出来、この間隔を必要に応じて調 整することで現れる立体感を調整できる。 According to the invention described in claim 17, the distance between the display element for displaying the two-dimensional display image and the curved lens can be freely varied, and appears by adjusting the distance as needed. You can adjust the stereoscopic effect.
請求の範囲第 18項に記載の発明によれば、歪みを制限した立体像が得られ る。 According to the invention set forth in claim 18, a three-dimensional image with limited distortion can be obtained.
請求の範囲第 1 9項に記載の発明によれば、保持機構に曲面レンズを先に取 り付けた状態で、流通させられる。 According to the invention as set forth in claim 19, the curved lens is circulated with the curved lens attached to the holding mechanism first.
以上各請求項毎に効果を述べた。さらに、複数の請求項に共通する効果につ いて説明する。 The effects have been described for each claim. Further, effects common to a plurality of claims will be described.
請求項の多くで、レンズ面をフレンネルレンズ形式の曲面としているが、フレンネ ルレンズ形式とすることで、レンズの厚さを薄く出来る。特に、曲面レンズを 2次元 表示画像に近づけて置きたい場合などでレンズ面の曲率半径を小さくする必要 があること、また表示画像の前に置く場合などでは有効領域が広いことなどのため に曲面レンズの厚さがフレンネルレンズ形式としなければ実用上実現が困難とな るような厚さになることがあり、表示装置に適用する曲面レンズではフレンネルレン ズ形式のレンズ面は極めて重要で効果的である。 In many of the claims, the lens surface is a curved surface of the Fresnel lens type, but the lens thickness can be reduced by using the Fresnel lens type. In particular, it is necessary to reduce the radius of curvature of the lens surface when placing a curved lens close to a two-dimensional display image, and the effective area is large when placing it in front of a display image, etc. If the lens thickness is not a Fresnel lens type, the thickness may be difficult to be realized in practice, and in a curved lens applied to a display device, the lens surface of the Fresnel lens type is extremely important and effective. It is.
本発明はいずれもレンズを通して表示画像を見るものであり、レンズを通して見 る像に現れる特有の透明感が見られ、色調も鮮やかになって艷やかな画像となつ て見える。この効果だけでも利用価値がある。 In each of the embodiments of the present invention, a displayed image is viewed through a lens, and a unique transparent feeling appears in the image viewed through the lens. The color tone is also vivid, and the image looks brilliant. This effect alone has utility.
本発明の表示装置では曲面レンズと表示画像との位置関係に厳しい条件が無 い。しかも、表示画像は一般的な写真、絵などの連続した図柄の 2次元表示画像 でよく、画像を加工して作るなどの特殊な操作は必ずしも必要としない。したがつ て、装置の構成が容易で安価にできる。
本明細書で引用した全ての刊行物、特許おょぴ特許出願をそのまま参考として 本明細書に取り入れるものとする。 産業上の利用可能性 In the display device of the present invention, there is no strict condition on the positional relationship between the curved lens and the display image. Moreover, the display image may be a two-dimensional display image of a continuous pattern such as a general photograph or picture, and a special operation such as processing an image is not necessarily required. Therefore, the configuration of the apparatus can be made easily and inexpensively. All publications, patents and patent applications cited in this specification are incorporated herein by reference as they are. Industrial applicability
本発明は、 2次元画像を奥行き感のある立体的な像として表示せしめる表示装 置を提供する。また、この表示装置に用いる曲面レンズを提供する。
The present invention provides a display device for displaying a two-dimensional image as a three-dimensional image having a sense of depth. Further, a curved lens used for the display device is provided.