JP2957070B2

JP2957070B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2957070B2
Application number: JP5306754A
Authority: JP
Inventors: 篤山中
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1993-12-07
Publication date: 1999-10-04
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JPH07159769A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】画像表示装置に関し、より詳細に
はディスプレイを用い、高画質を得るための画像表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイでは、眼を近づけて見
る場合やレンズで拡大して見る場合には画質が大幅に低
下してしまう。

【０００３】その原因は、画素間に光を発しないスペー
スが存在するため、画素が離れた輝点として見えること
による。

【０００４】特にカラーディスプレイの場合には、各画
素の色が分離して見えるため一層問題となる。

【０００５】この問題に対する対策として従来、特開昭
５９−３６２８２またはＰＣＴ／ＷＯ／９２／１６０７
５に開示されているような技術が使用されている。

【０００６】この従来技術による表示装置を、図２０に
示す構成図に基づいて説明する。

【０００７】従来技術による表示装置は、散乱光を発す
るバックライト２０１と、液晶ディスプレイ２０２と、
散乱板２０３から構成されている。

【０００８】バックライト２０１から発生した光は、液
晶ディスプレイ２０２を通過して、散乱板２０３により
進路を乱される。

【０００９】その結果、画素２０４はぼかされてしま
い、拡大された像２０５となって投射される。そのた
め、使用者から見ると、画素間のスペースは目だたくな
る。

【００１０】また、カラーディスプレイの場合には、画
素の色が混合されるので画質の低下が緩和される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記した様に、ディス
プレイの前に散乱板を配置すれば、確かに画素間のスペ
ースが埋められるため見やすくなる。

【００１２】しかし、各画素の拡大された像２０５の輝
度分布は、図２１に示すグラフのように尾を引いた分布
２１１になるので、エッジのシャープさが失われ画像が
ぼける副作用が発生する。

【００１３】また、同時に画像がぼけると眼の焦点調節
の手がかりが減少することになり、視覚疲労が発生しや
すくなるという問題も生じてしまう。

【００１４】前記した副作用が生じる原因は、散乱板が
表面のランダムな起伏によって、光線をランダムに屈折
するために、精密な光線の制御が出来ないことによる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ため、本発明による画像表示装置は、画像を表示するデ
ィスプレイと、ディスプレイの表示面と平行に配置さ
れ、ディスプレイ上に表示された画素を入力し、画素数
を見かけ上多数に増加させるマイクロレンズアレイとを
備えた画像表示装置であって、マイクロレンズアレイ
は、ディスプレイの表示面と平行な面内において水平方
向と垂直方向とで焦点距離の異なるレンズからなる画像
表示装置によって達成される。

【００１６】マイクロレンズアレイが、格子状に配置さ
れたレンズからなってもよい。

【００１７】また、画像を表示するディスプレイと、デ
ィスプレイの表示面と平行に配置され、該ディスプレイ
上に表示された画素を入力し、画素数を見かけ上多数に
増加させるマイクロレンズアレイを備えた画像表示装置
であって、マイクロレンズアレイは、デルタ配列された
レンズからなる画像表示装置によっても達成される。

【００１８】また、マイクロレンズアレイが四角形のレ
ンズ、あるいは六角形のレンズからなってもよい。

【００１９】また、画像を表示するディスプレイと、デ
ィスプレイの表示面と平行に配置され、ディスプレイ上
に表示された画素を入力し、画素数を見かけ上多数に増
加させるマイクロレンズアレイとディフューザーとの混
合素子とを備えた画像表示装置によっても達成される。

【００２０】また、画像を表示するディスプレイと、デ
ィスプレイの表示面と平行に配置され、ディスプレイに
おける複数画素当たり１本の光ファイバーが対応するよ
うに構成されたファイバーオプティックスプレートとを
備えたる画像表示装置によっても達成される。

【００２１】また、画像を拡大するための拡大手段を備
えても、あるいは、この画像表示装置を二組備えて両眼
視できるように構成してもよい。

【００２２】

【作用】マイクロレンズアレイは、ディスプレイの表示
面と平行に配置されており、ディスプレイ上に表示され
た画素を入力し、画素数を見かけ上多数に増加させて出
力する。

【００２３】

【００２４】拡大手段を備えた場合には、該拡大手段に
より、画像は拡大される。

【００２５】また、前記画像表示装置を２組備えること
により、両眼視が可能となる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づき
詳述する。

【００２７】本発明による第１の実施例である頭部搭載
型ディスプレイー（ＨＭＤ）に本発明による画素多数化
手段を応用した実施例について図１に示し、以下詳述し
ていく。

【００２８】本実施例による頭部搭載型ディスプレー
（ＨＭＤ）は、メガネ型のケース１と、バックライト２
と、液晶ディスプレイ３と、マイクロレンズアレイ４
と、レンズ５とで構成される。

【００２９】以下、上記の構成にてなる頭部搭載型ディ
スプレー（ＨＭＤ）について、詳述していく。

【００３０】装置全体は、メガネ型のケース１に納めら
れており、使用者６の頭に装着して使用する。

【００３１】メガネのレンズに当たる部分には、外側か
ら順にバックライト２、液晶ディスプレイ３、マイクロ
レンズアレイ４，レンズ５の順に配置されている。

【００３２】使用者は、この装置を装着すると眼前に大
画面の映像を楽しむことができる。

【００３３】このような構成によれば、レンズで拡大し
ても画素が分離せず、カラーディスプレーの場合には色
が分離しないので、画質が低下しない高画質の大画面映
像を鑑賞することが可能になる。

【００３４】ここで、マイクロレンズアレイは、液晶デ
ィスプレイの画素ピッチと同程度かそれ以下の微小なレ
ンズを平面上にアレイとして製作した光学素子である。

【００３５】製作法として、プラスチックの射出成形に
よる方法と、紫外線に感光して屈折率を変化させるフォ
トポリマーにマイクロレンズに必要なパターンを焼き付
ける方法が知られている。マイクロレンズアレイを通し
て液晶ディスプレイを見ると図２に示すような画像を見
ることができる。以下、マイクロレンズアレイの作用を
図２を用いて説明する。

【００３６】２１は液晶ディスプレイ、２２はマイクロ
レンズアレイ、２３は注目している画素、２４はマイク
ロレンズアレイによって生じた画素像である。

【００３７】マイクロレンズアレイに特長的な作用は、
散乱板のように画素をぼかすのではなくて、画素の複製
像を各画素の周辺に離散的に生じる点にある。

【００３８】この作用によって画素間のスペースを埋め
ることができると共に、画素像の輝度分布も図２１に示
すように、尾を引かない切れの良い形２１３にすること
ができる。

【００３９】したがって画像のエッジにおいてもシャー
プさを維持することができ、かつ視覚疲労を防ぐことが
可能になる。

【００４０】このようにして上記の問題点を解決でき
る。

【００４１】また、マイクロレンズアレイの焦点距離、
ピッチ、配列、形、マイクロレンズアレイとパネルの距
離を設計することによって、各画素と複製像との間隔、
複製像の個数、複製像の生じる範囲を制御することが可
能である。

【００４２】マイクロレンズアレイには、以下に示す２
つの機能がある。

【００４３】第１の機能は、各画素の周囲にとびとびの
複製像を生じさせて、見かけ上、画素数を増加させる効
果であり、第２の機能は、各画素の複製像の生じる領域
を一定の範囲に限定する効果である。

【００４４】更に、液晶ディスプレイとマイクロレンズ
アレイの位置合わせが不要なことも、大きな特長であ
る。

【００４５】まず、上記した第１の効果について考察す
る。

【００４６】前記の頭部搭載型ディスプレイー（ＨＭ
Ｄ）１の光学系を図３のようにモデル化して分析する。

【００４７】図中で３１は液晶ディスプレイ、３２はマ
イクロレンズアレイ、３３はマイクロレンズアレイによ
る液晶ディスプレイの実像面、３４は拡大レンズ、３５
は眼のレンズ、３６は眼の網膜をそれぞれ示す。

【００４８】ここで、簡単のために以下の様に仮定す
る。

【００４９】拡大レンズ３４と液晶パネル３１の距離は
拡大レンズ３４の焦点距離と一致している。また、眼の
レンズ３５の焦点は液晶パネルが見えるように調節され
ている。考察の対象とする画素の中心点Ａはレンズの光
軸上に位置する。

【００５０】まず、注目している画素の中心点Ａから発
し、複数のマイクロレンズ３２の中心を通過する光線を
追跡すると、この光線は拡大レンズ３４で光軸に平行な
平行光線に変換され、続いて眼のレンズ３５で網膜３６
上の点Ｂに集められ像をつくる。

【００５１】この経路はマイクロレンズアレイ３２がな
い場合と同じで、従って点Ｂに生じる像もマイクロレン
ズアレイ３２がない場合の像と同一である。

【００５２】次に、これ以外の経路を通過する光線を追
跡すると、光線はマイクロレンズアレイで屈折され、液
晶パネル上の点Ａとは異なる点から発したように進行す
る。一例として、光を発しない画素間の点Ｃから発した
ように見える光線３７を追跡すると、光線はマイクロレ
ンズで屈折された後、点Ａのマイクロレンズによる実像
点を通過し、拡大レンズ３４に到達し、ここで、平行光
線に変換される。

【００５３】ただし、これらの光線は点Ｃから発したよ
うに進行してきたので、平行光線の角度は光軸に平行で
はなく、点Ｃと拡大レンズ３４の中心を結ぶ補助線３８
に平行な傾き（角度ｐ）を持っている。

【００５４】ここで、これらの光線はフラウンフォーフ
ァーの回折条件にしたがって干渉して、光線同士の光路
差が光の波長の整数倍に近い場合に強め合い、それ以外
では打ち消し合う。

【００５５】光路差が光の波長に一致すると仮定する
と、光線は眼のレンズ３５で屈折され点Ｄに集光され、
ここで互いに強め合うので干渉像として現れる。

【００５６】したがってパネル上の画素間にある点Ｃに
点Ａが複製され虚像として見える結果になる。

【００５７】なお、この場合は光路差と波長が一致して
いたが、干渉条件としては光路差は波長の整数倍であれ
ば良いので、点Ａが複製された干渉像は、点Ａと点Ｃの
間隔ｃと同じ一定の間隔で、周期的に複数個発生するこ
とになる。

【００５８】次に、この干渉像の間隔ｃを求める式を導
出する。

【００５９】まず、干渉の条件から光路差は光線の波長
と一致しているから、数１が成立する。

【００６０】

【数１】

【００６１】ただし、数１において、ａは、隣合うマイ
クロレンズを通過した光線の拡大レンズ５４上での距離
を、ｐは、光線の光軸となす角度を、ｗは、光線の波長
をそれぞれ表す。

【００６２】また、光線の光軸となる角度ｐは、定義に
より数２が成立する。

【００６３】

【数２】

【００６４】ただし、数２において、ｂは液晶ディスプ
レイから拡大レンズの距離を、ｃは点Ａと第１次干渉像
の虚像位置の点Ｃの距離をそれぞれ示す。

【００６５】また、三角形の相似関係より数３が成立す
る。

【００６６】

【数３】

【００６７】但し、数３において、ｄはマイクロレンズ
アレイのピッチを、ｅは液晶ディスプレイとマイクロレ
ンズアレイの距離をそれぞれ表す。

【００６８】そこで、数２と数３を数１に代入して、目
的であった干渉像の間隔ｃを求める数４を導出すること
ができる。

【００６９】

【数４】

【００７０】次に、マイクロレンズアレイの第２の効果
について考察していく。

【００７１】第２の効果とは、マイクロレンズアレイに
よって生じる干渉像が一定の範囲に限定されていること
である。

【００７２】説明のため、図３の液晶ディスプレイ付近
を抜き出して、図４に示す。

【００７３】第１の効果で考察したように、画素の内部
の点Ａから発した光線は、マイクロレンズアレイで屈折
され、点Ｂに点Ａの実像を作る。

【００７４】この時、光線は見かけ上ｈの範囲から発し
たように進行してくるので、干渉像もこのｈの範囲に限
定される。

【００７５】この範囲は、どのマイクロレンズに関して
も同一である。

【００７６】この干渉像の限定される範囲ｈを次に求め
る。

【００７７】まず、レンズと点Ｂの距離は、結像の公式
より数５で求められる。

【００７８】

【数５】

【００７９】ここで、数５において、ｅは液晶ディスプ
レイとレンズの距離を、ｆはマイクロレンズの焦点距離
を、ｇはマイクロレンズと点Ｂの距離をそれぞれ示す。

【００８０】次に、三角形の相似条件から数６が成立す
る。

【００８１】

【数６】

【００８２】ただし、数６において、ｓはマイクロレン
ズの大きさを、ｈは点Ａの干渉像が生じる範囲をそれぞ
れ示す。

【００８３】これより、数５を数６に代入し，次に示す
数７を得ることができる。

【００８４】

【数７】

【００８５】実際に、必要な特性を持つマイクロレンズ
アレイを設計する場合には、以下に示す手順にて設計し
ていく。

【００８６】まず、数４、数７を変形して、数８、数９
を導く。

【００８７】

【数８】

【００８８】

【数９】

【００８９】次に、図５に示すフローチャートに従っ
て、マイクロレンズを設計する手順を説明していく。

【００９０】まずステップＳ５１では、必要な干渉像の
間隔ｃ、干渉像を生じる範囲ｈ、液晶ディスプレイから
マイクロレンズアレイまでの距離ｅを決定し、ステップ
Ｓ５２に進む。

【００９１】ステップＳ５２では、数８よりマイクロレ
ンズのピッチｄを求め、ステップＳ５３に進む。

【００９２】ステップＳ５３では、マイクロレンズのピ
ッチｄからレンズの大きさｓを決定し、ステップＳ５４
に進む。

【００９３】ステップＳ５４では、数９よりマイクロレ
ンズの焦点距離ｆを求める。

【００９４】一例として図６に示すような、画素６２の
ピッチが５０ミクロンのストライプ配列の液晶ディスプ
レイ６１について設計していく。

【００９５】マイクロレンズと液晶ディスプレイの距離
が１ｍｍで、図７に示すように干渉像７２は画素の中間
に１個生じさせるためには、干渉像の間隔は２５ミクロ
ン、干渉像の範囲は７５ミクロンであれば良い。

【００９６】光線の波長としてＲＧＢの中心値である５
５０ｎｍで計算すると、数８、数９より以下の設計値を
得ることができる。

【００９７】マイクロレンズアレイのレンズピッチ２２ミクロンマイクロレンズの焦点距離２９３ミクロン次に、上記の設計法をディスプレイに対して水平方向と
垂直方向でパラメータの異なる場合に関して拡張する。

【００９８】この場合は、マイクロレンズのピッチと焦
点距離が水平方向と垂直方向とでは異なるので、これに
よって干渉像の間隔と範囲を方向によって違えて自由に
設計することが可能になる。

【００９９】数８と数９は、マイクロレンズが図６に示
すようなストライプ配列であれば、水平方向、垂直方向
それぞれに関してそのまま成立する。

【０１００】従って、設計手順は上述のものと同じこと
を水平方向と垂直方向の両方向に関して繰り返せば良
い。

【０１０１】ここで、干渉像が生じる範囲の形は、レン
ズの形によって変化する。

【０１０２】例えばマイクロレンズを六角形にした場合
は、干渉像も六角形の領域で生じることになる。

【０１０３】図８に、マイクロレンズの形と干渉像の生
じる範囲の形の関係を示す。

【０１０４】液晶ディスプレイ８１の画素内部の点Ａか
ら発した光線は、マイクロレンズ８３で屈折され点Ｂに
点Ａの実像を作る。

【０１０５】この時、光線は見かけ上ｈの範囲から発し
たように進行してくるので、干渉像もこのｈの範囲に限
定される。

【０１０６】この範囲は、どのマイクロレンズに関して
も同じである。

【０１０７】したがって、干渉像の生じる範囲の形はマ
イクロレンズ８３の形によって決定される。

【０１０８】この関係を利用すれば、マイクロレンズ８
３の形を変化させることによって、干渉像の生じる範囲
の形を自由に制御することができるようになる。

【０１０９】図９に示すフローチャートは、水平、垂直
方向でパラメータが異なる場合の設計手順を示す。

【０１１０】一例として図１０に示す条件で、設計を行
っていく。

【０１１１】図１０に示す様に、液晶パネルはストライ
プ配列で、画素ピッチは水平方向が３０ミクロン、垂直
方向が９０ミクロンとする。

【０１１２】また、干渉像は上下左右の周辺に合計８個
生じ、その間隔は水平方向が２０ミクロン、垂直方向が
３０ミクロンとする。

【０１１３】従って、干渉像の範囲としては、水平方向
が５０ミクロン、垂直方向が９０ミクロンの長方形であ
れば良い。

【０１１４】また、マイクロレンズアレイと液晶ディス
プレイの間隔は１ｍｍとする。

【０１１５】図９に示すフローチャートは、水平方向と
垂直方向とでパラメータが異なる場合のマイクロレンズ
を設計する手順を示す。

【０１１６】ステップＳ９１では、干渉像の配列、水平
及び垂直方向の干渉像の間隔ｃｘ，ｃｙ、干渉縞を生じ
る範囲の形、水平、垂直方向の干渉縞を生じる範囲ｈ
ｘ，ｈｙ、液晶ディスプレイとマイクロレンズとの距離
ｅを決定し、ステップＳ９２に進む。

【０１１７】ステップＳ９２では、数８を用いて、垂
直、水平方向のレンズピッチｄｘ，ｄｙを計算し、ステ
ップＳ９３に進む。

【０１１８】ステップＳ９３では、まずレンズの配列と
形とを、干渉縞の配列と干渉像を生じる範囲範囲の形か
ら決定する。そして、ステップＳ９２で求められたレン
ズピッチｄｘ，ｄｙを越えない範囲で垂直、水平方向の
レンズの大きさｓｘ，ｓｙを決定し、ステップＳ９４に
進む。

【０１１９】ステップＳ９４では、数９によりレンズの
垂直、水平方向の焦点距離ｆｘ，ｆｙを決定し、終了す
る。

【０１２０】上記した図９のフローチャートに従って求
めると、以下に示す設計値を得ることができる。

【０１２１】マイクロレンズの配列ストライプ配列マイクロレンズの形長方形水平方向のレンズピッチ２７ミクロン水平方向の焦点距離５６０ミクロン垂直方向のレンズピッチ１８ミクロン垂直方向の焦点距離２００ミクロンさらに、図１１で示すようなデルタ配列された六角形の
マイクロレンズアレイ１１１を図１２に示すようなデル
タ配列の液晶ディスプレイ１２１に作用させると、図１
３で示すようなデルタ配列の干渉像１３２を生じさせる
ことができる。図１１に示すように、マイクロレンズの
ピッチを水平方向をｄｘ，垂直方向をｄｙと定義し、図
１３に示すように干渉像の間隔を水平方向をｃｘ，垂直
方向をｃｙと定義した場合には、前述の数８，９が成立
している。

【０１２２】従って、図９の手順によってマイクロレン
ズアレイを設計することができる。例として図１４に示
すような条件で設計を行う。

【０１２３】図１４に示すように、液晶ディスプレイ１
４１はデルタ配列で、画素ピッチは水平方向が３０ミク
ロン、垂直方向が４０ミクロンとする。

【０１２４】また、干渉像は各画素の周辺の隣接する画
素との中間に合計６個、干渉像の間隔は水平方向が７．
５ミクロン、垂直方向が２０ミクロンとする。

【０１２５】したがって、干渉像の生じる範囲は、水平
方向が４５ミクロン垂直方向が６０ミクロンの六角形で
あれば良い。

【０１２６】液晶ディスプレイとマイクロレンズアレイ
の間隔を１ｍｍとする。

【０１２７】上記の条件で図９のフローチャートにより
設計していくと、以下の設計値を得ることができる。

【０１２８】マイクロレンズの配列デルタ配列マイクロレンズの形六角形水平方向のレンズピッチ７３ミクロン水平方向の焦点距離１０８９ミクロン垂直方向のレンズピッチ２８ミクロン垂直方向の焦点距離４６７ミクロンこのマイクロレンズアレイをカラーディスプレイに応用
すると、各画素の複製像は隣接する画素の複製像と重な
り合っているので隣接する色の混合色になり、拡大して
見た場合の色の分離を防ぐことができる。

【０１２９】色混合の程度は、この実施例に限られず複
製像の範囲を大きくすることによって任意の程度に実行
することが可能である。

【０１３０】以上のように光線の精密な制御ができるの
で、散乱板を用いた場合に比べて、ボケを抑えながら、
画素間のスペースを除去したり、カラーディスプレイの
場合には色混合を実現して拡大しても高画質の画像を得
ることが可能となる。

【０１３１】また、上記設計条件によっては、マイクロ
レンズと液晶ディスプレイの距離が、液晶ディスプレイ
を構成する表面のガラスの厚みよりも小さくなる場合が
生じることがある。

【０１３２】この場合は、ディスプレイを構成する表面
のガラスを図１９に示すような合わせガラス１９１，１
９３とし、中央にマイクロレンズアレイ１９２をはさむ
ことによって設計条件を満足することが可能である。な
お、これらは、基盤ガラス１９５上に形成された液晶１
９４の上に設けられている。

【０１３３】次に、画素多数化手段として、マイクロレ
ンズアレイとディフューザーの混合素子を用いた実施例
について述べていく。

【０１３４】マイクロレンズアレイとディフューザーの
混合素子は、紫外線に感光して屈折率を変化させるフォ
トポリマーにマイクロレンズアレイとディフュザーに必
要なパターンを重ねて焼き付けることによって製作され
る。

【０１３５】この素子の用途は、図２において説明した
マイクロレンズアレイを用いた画素間のスペースの除去
と色の混合において、更にディフュザーの効果によって
画素像の輪郭をなめらかにし、画素を一層目だたなくす
るために用いられる。

【０１３６】この場合、前述のマイクロレンズアレイの
効果によって、ほとんどの画素間のスペースは除去され
ているので、ディフュザーの効果は、補足的に使われる
だけである。

【０１３７】従って、更にボケを生じることなく、一層
最適な効果を上げることが可能である。

【０１３８】図１５に、本発明による画像表示装置の第
２の実施例を示す。

【０１３９】第２の実施例による画像表示装置は、散乱
光の光源であるバックライト１５１と、前記バックライ
ト１５１の前方に近接して配置され任意の画像の表示を
行うための液晶ディスプレイ１５２と、更に前記液晶デ
ィスプレイ１５２の前方に近接して配置され前記液晶デ
ィスプレイ１５２から入射される光を予め設定された条
件により屈折させるためのファイバーオプティックプレ
ート１５３とで構成される。

【０１４０】ここで、ファイバーオプティックプレート
１５３は、屈折率の高いコアガラスを屈折率の低いクラ
ッドガラスで覆った光ファイバー１５６を多数平行に集
合させた板で構成される。各光ファイバー１５６の断面
形状は概ね正六角形であり、互いに隙間無く隣接してい
る。

【０１４１】各光ファイバー１５６は、コアガラスとク
ラッドガラスの境界で光線を反射させて伝達する。境界
で反射を繰り返すため、伝達する間に光線の方向を乱す
特徴を持っている。

【０１４２】そこで、図１５に示す様に液晶ディスプレ
イ１５２の各画素とファイバーオプティックプレート１
５３の各光ファイバのピッチを一致させる様に配置する
と、画素１５４から出た光線が１本のファイバー１５６
を伝わり反対側にある出力端１５５から射出される。こ
こで、射出されるとき光線の方向が乱されているため、
ファイバーの出力端全体１５５が光っているように見え
る。

【０１４３】つまり、各画素１５４が隣の画素と重なる
ことなく光ファイバーの出力端１５５一杯に最大限に拡
大されるため、画素間のスペースを除去することができ
る。

【０１４４】次に、図１６に、本発明による画像表示装
置の第３の実施例を示す。

【０１４５】第３の実施例では、微小屈折手段としてフ
ァイバーオプチィックプレート１６２を用いており、こ
れをカラー液晶ディスプレイに応用した実施例を示す。

【０１４６】ここで、カラーディスプレイ１６１は、Ｒ
ＧＢデルタ配列になっており、ファイバーオプティック
プレート１６２は、１本のファイバーがそれぞれＲＧＢ
の組６３，１６４，１６５の画素を含むように構成され
ている。

【０１４７】前述したように、光ファイバーは光線を伝
達する間に光線の方向を乱すので、入射側に置かれた各
画素１６３，１６４，１６５は、出力側から見ると出力
端１６６一杯に広がっているように見える。

【０１４８】ＲＧＢの各画素１６３，１６４，１６５と
も同様に拡大されるので、出力端１６６の範囲内でＲＧ
Ｂの各色は混合される。

【０１４９】従って、ＲＧＢの各画素の組は隣の組と重
なることがなく、光ファイバーの出力端一杯に最大限に
拡大され、画素間のスペースを除去するとともに、色の
混合を実現することができる。

【０１５０】次に、図１７に、図１に示す頭部搭載型デ
ィスプレー（ＨＭＤ）において、微小屈折手段としてマ
イクロレンズアレイ４の代わりにファイバーオプティッ
クプレート１７４を用いた第４の実施例を示す。

【０１５１】本実施例による頭部搭載型ディスプレー
（ＨＭＤ）は、メガネ型のケース１７１と、バックライ
ト１７２と、液晶ディスプレイ１７３と、ファイバーオ
プティックプレート１７４と、レンズ１７５とで構成さ
れる。

【０１５２】以下、上記の構成にてなる頭部搭載型ディ
スプレー（ＨＭＤ）について、詳述していく。

【０１５３】装置全体は、メガネ型のケース１７１に納
められており、使用者１７６の頭に装着して使用する。

【０１５４】メガネのレンズに当たる部分には、外側か
ら順にバックライト１７２、液晶ディスプレイ１７３、
ファイバーオプティックプレー１７４，レンズ１７５の
順に配置されている。

【０１５５】使用者は、この装置を装着すると眼前に大
画面の映像を楽しむことができる。

【０１５６】このような構成によれば、レンズで拡大し
ても画素が分離せず、カラーディスプレーの場合には色
が分離しないので、画質が低下しない高画質の大画面映
像を鑑賞することが可能になる。

【０１５７】さらに、ファイバーオプティックプレート
１７４を、図１８に示すファイバーオプティックプレー
ト１８１の形にすれば、ファイバーオプティックプレー
ト１８１に画像を拡大する機能を持たせることが可能と
なる。

【０１５８】このようなファイバーオプティックプレー
ト１７４、１８１を頭部搭載型ディスプレー（ＨＭＤ）
に採用すると、レンズの負担が軽くなるためレンズによ
る歪みを抑えて高画質の大画面映像を実現することが可
能になる。

【０１５９】

【発明の効果】上記した様に、マイクロレンズアレイを
用いることにより、液晶ディスプレイの画素ピッチと画
素配列に合わせて最適の特性を設計することができる。

【０１６０】そのため、表示画像のボケを抑えつつ、画
素間のスペースを除去し、またカラーディスプレイの場
合には各画素の色を混合して、拡大しても画質が低下し
ない高画質でかつ視覚疲労の少ない画像表示装置を実現
することができる。

【０１６１】また、液晶ディスプレイの画素ピッチと同
程度かそれ以下の大きさのピッチの屈折率分布を持ち自
在に製作可能なファイバーオプティックスプレートを備
えることによっても、上記と同様の効果が、期待出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像表示装置を頭部搭載型ディス
プレイーに応用した第１の実施例を示す。

【図２】マイクロレンズアレイの効果の説明に用いる図
である。

【図３】マイクロレンズアレイの第１の効果の説明図で
ある。

【図４】マイクロレンズアレイの第２の効果の説明図で
ある。

【図５】マイクロレンズアレイを設計する手順を示すフ
ローチャートである。

【図６】ストライプ配列の液晶ディスプレイの説明図で
ある。

【図７】マイクロレンズアレイの作る干渉像の設計例で
ある。

【図８】干渉像の生じる範囲の説明図である。

【図９】水平方向と垂直方向でパラメータが異なる場合
のマイクロレンズアレイ設計の手順を示すフローチャー
トである。

【図１０】ストライプ配列の液晶ディスプレイに関する
干渉像の設計例である。

【図１１】デルタ配列のマイクロレンズアレイの説明図
である。

【図１２】デルタ配列の液晶ディスプレイの説明図であ
る。

【図１３】デルタ配列のマイクロレンズアレイの作る干
渉像である。

【図１４】デルタ配列のマイクロレンズアレイの作る干
渉像の設計例である。

【図１５】本発明による画像表示装置の第２の実施例を
示す。

【図１６】本発明による画像表示装置の第３の実施例を
示す。

【図１７】本発明による画像表示装置の第４の実施例を
示す。

【図１８】等倍以上の拡大率を持つファイバーオプティ
ックプレートの外観図を示す。

【図１９】液晶ディスプレイの表面ガラス内部に微小屈
折手段を設置した構成図である。

【図２０】画像表示装置の従来例の構成図を示す。

【図２１】散乱板とマイクロレンズアレイで生じた画素
像の輝度分布を示す。

【符号の説明】

１めがね型のケース２バックライト３液晶ディスプレイ４マイクロレンズアレイ５レンズ６使用者１５１バックライト１５２液晶ディスプレイ１５３ファイバーオプティックプレート１５４画素１５５ファイバーオプティックプレートの出力端１５６ファイバーオプティックプレートを構成する一
本の光ファイバー１６１液晶ディスプレイ１６２ファイバーオプティックプレート１６３赤色の画素１６４緑色の画素１６５青色の画素１６６出力端１７１メガネ型のケース１７２バックライト１７３液晶ディスプレイ１７４ファイバーオプティックプレート１７５拡大レンズ１７６使用者１８１ファイバーオプティックプレート１９１表面ガラスの外側部分１９２微小屈折手段１９３表面ガラスの内側部分１９４液晶および制御配線部分１９５基盤ガラス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1335 G02B 3/00 G02B 6/04 G02B 27/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画像を表示するディスプレイと、前記ディスプレイの表示面と平行に配置され、前記ディ
スプレイ上に表示された画素を入力し、画素数を見かけ
上多数に増加させるマイクロレンズアレイとを備えた画
像表示装置であって、前記マイクロレンズアレイは、前記ディスプレイの表示
面と平行な面内において水平方向と垂直方向とで焦点距
離の異なるレンズからなることを特徴とする画像表示装
置。
【請求項２】前記マイクロレンズアレイが、格子状に
配置されたレンズからなることを特徴とする請求項１に
記載の画像表示装置。
【請求項３】画像を表示するディスプレイと、前記ディスプレイの表示面と平行に配置され、前記ディ
スプレイ上に表示された画素を入力し、画素数を見かけ
上多数に増加させるマイクロレンズアレイを備えた画像
表示装置であって、前記マイクロレンズアレイは、デルタ配列されたレンズ
からなることを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】前記マイクロレンズアレイが、四角形の
レンズからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３
のいずれか一項に記載の画像表示装置。。
【請求項５】前記マイクロレンズアレイが、六角形の
レンズからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３
のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項６】画像を表示するディスプレイと、前記ディスプレイの表示面と平行に配置され、前記ディ
スプレイ上に表示された画素を入力し、画素数を見かけ
上多数に増加させるマイクロレンズアレイとディフュー
ザーとの混合素子とを備えたことを特徴とする画像表示
装置。
【請求項７】画像を表示するディスプレイと、前記ディスプレイの表示面と平行に配置され、前記ディ
スプレイにおける複数画素当たり１本の光ファイバーが
対応するように構成されたファイバーオプティックスプ
レートとを備えたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】前記ファイバーオプティックスプレート
が、等倍以上の拡大率を持つことを特徴とする請求項７
に記載の画像表示装置。。
【請求項９】画像を拡大するための拡大手段を具備し
たことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一
項に記載の画像表示装置。
【請求項１０】前記画像表示装置を二組備え、両眼視
できるように構成したことを特徴とする請求項１乃至請
求項９のいずれか一項に記載の画像表示装置。