JP4725654B2 - レンズアレイデバイスおよび画像表示装置 - Google Patents
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Description
この構成により、可変レンズアレイと固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、可変レンズアレイのレンズ効果がオン状態(所定の屈折力が発生する状態)となったときにオフ状態(屈折力の無い状態)となる。かつ、可変レンズアレイのレンズ効果がオフ状態となったときに全体でのレンズ効果がオン状態となる。すなわち、レンズアレイデバイス全体でのレンズ効果の電気的なオン/オフ特性が、可変レンズアレイ単体での特性とは反転した状態となる。
本発明の第2の観点に係るレンズアレイデバイスは、複数の可変レンズを有する可変レンズアレイと、複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを有する固定レンズアレイとを備えたものである。そして、複数の可変レンズをそれぞれ、屈折力の無いオフ状態と所定の屈折力を有するオン状態との少なくとも2つの状態を、電気的に調整することが可能なものとし、複数の固定レンズをそれぞれ、所定の屈折力のレンズ効果を相殺するような屈折力を有するようにしたものである。また、可変レンズアレイと固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、可変レンズアレイのレンズ効果がオン状態となったときにオフ状態となり、可変レンズアレイのレンズ効果がオフ状態となったときにオン状態となるようにしたものである。
本発明の第2の観点に係る画像表示装置は、画像表示を行う表示パネルと、表示パネルの表示面側に対向配置されるレンズアレイデバイスとを備えたものである。そして、そのレンズアレイデバイスを、上記本発明の第2の観点に係るレンズアレイデバイスで構成したものである。
[レンズアレイデバイスおよび画像表示装置の全体構成]
図1(A),(B)は、本実施の形態に係るレンズアレイデバイス1を用いた画像表示装置の一構成例を示している。本実施の形態では、画像表示装置として、2D(2次元)表示モードと3D(3次元)表示モードとの2つの表示モードに切り替え可能なものについて説明する。図1(A)は2次元表示モードの状態、図1(B)は3次元表示モードの状態を示している。この画像表示装置は、レンズアレイデバイス1と、2次元的に画像表示を行う表示パネル2とを備えている。レンズアレイデバイス1は、表示パネル2の表示面5側に対向するように配置されている。
可変レンズアレイ3は、間隔を空けて互いに対向配置された第1の基板10および第2の基板20と、それら第1の基板10および第2の基板20の間に配置された液体層とを備えている。液体層は、シリコーンオイル15と電解液16とからなる。第1の基板10および第2の基板20は、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第1の基板10と第2の基板20との間の外周部には、隔壁12および隔壁13が形成されている。第1の基板10と第2の基板20との間において、シリンドリカルレンズ4Aのレンズピッチに応じた位置にも隔壁12が形成されている。このレンズピッチに応じた位置の隔壁12は、その上下方向の長さが、第1の基板10と第2の基板20との間の間隔よりも短く形成され、第1の基板10との間に所定間隔を空けて形成されている。そして隣接した2つの隔壁12の間の液体層によって1つの可変レンズが形成されている。この1つの可変レンズが、固定レンズアレイ4の1つのシリンドリカルレンズ4Aに対応している。第1の基板10の液体層に接する側の表面には、親水性導電膜11がほぼ全面に一様に成膜されている。隔壁12の表面には、親油性導電膜14が成膜されている。
図10は、可変レンズアレイ3単体での屈折力可変範囲と、固定レンズアレイ4と組み合わせたレンズアレイデバイス1全体としての屈折力可変範囲とを概念的に示したものである。なお、レンズアレイデバイス1は全体として左右方向に屈折力を生じさせるものであるため、ここでは左右方向の屈折力について述べる。上述したように可変レンズアレイ3は、エレクトロウェッティング方式の液体レンズであり、単体では図2(A)に示したように負の屈折力のレンズ効果を発生させるものである。このため可変レンズアレイ3単体では、図10に破線で示したように、上述した所定電圧V90でレンズ効果がゼロとなるような負の屈折力可変範囲を有している。一方、固定レンズアレイ4は単体では正の屈折力を有している。このため、可変レンズアレイ3と組み合わせた全体としての屈折力可変範囲は、図10に実線で示したように、正の屈折力可変範囲へと屈折力がシフトしたような状態へと変化する。すなわち、レンズアレイデバイス1は、単体では負の屈折力可変範囲を有する可変レンズアレイ3を、デバイス全体として正の屈折力可変範囲を有する可変レンズ系へと変換したものである。特に本実施の形態では、固定レンズアレイ4が、可変レンズアレイ3のレンズ効果がオン状態となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有している。このため、レンズアレイデバイス1全体としては、印加電圧が0のときに屈折力がゼロとなり、所定電圧V90が印加されたときに所定の正の屈折力となるような可変レンズ系となる。
次に、このレンズアレイデバイス1の制御動作(レンズ効果の制御動作)、およびこのレンズアレイデバイス1を用いた画像表示装置の表示モードの制御動作を説明する。
以上の説明では、可変レンズアレイ3として、エレクトロウェッティング方式の液体レンズアレイを用いる例を示したが、デバイスとしての電気的なオン/オフ状態とレンズ効果のオン/オフ状態との関係が同じ方式であれば、他の構造の可変レンズを用いても良い。すなわち、可変レンズアレイ3として、電気的にオフ状態のときにレンズ効果がオン状態となり、電気的にオン状態のときにレンズ効果がオフ状態となる方式のものであれば、他の構造の可変レンズを用いても良い。
次に、本発明の第2の実施の形態に係るレンズアレイデバイスを用いた画像表示装置について説明する。なお、上記第1の実施の形態に係る画像表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
本実施の形態に係る画像表示装置は、上記第1の実施の形態に係る画像表示装置に対して可変レンズアレイ3Aの構成が異なっている。本実施の形態では、可変レンズアレイ3A単独での電気的なオン/オフ状態とレンズ効果のオン/オフ状態との関係が、上記第1の実施の形態とは逆の方式のものを用いている。すなわち、本実施の形態では、可変レンズアレイ3Aとして、電気的にオフ状態のときにレンズ効果がオフ状態となり、電気的にオン状態のときにレンズ効果がオン状態となる方式であるものを使用する。
次に、このレンズアレイデバイス1Aの制御動作(レンズ効果の制御動作)、およびこのレンズアレイデバイス1Aを用いた画像表示装置の表示モードの制御動作を説明する。
本発明は、上記各実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば上記各実施の形態では、レンズアレイデバイス1,1Aにおいてレンズ効果としてシリンドリカルレンズの効果を発生させ、左右方向に2つの視差画像を表示させることで3次元表示を行うようにしたが、3次元表示の手法はこれに限らない。例えば左右方向に3つ以上の視差画像を表示させる多眼式の3次元表示であっても良い。この場合、1つのシリンドリカルレンズに対して表示パネル2の3つ以上の画素7が含まれるようにする。さらに、例えば面内で円形状を有するマイクロレンズをマトリクス状に配置したようなフライアイレンズ状のレンズ効果を発生させるようにしても良い。この場合、左右方向だけでなく他の方向にも表示光を偏向させて左右方向以外にも視野角を有する3次元表示を行うことができる。この場合、固定レンズアレイ4としては、例えば面内で円形状を有するマイクロレンズ(球面レンズ)をマトリクス状に配置したものを用いる。また、可変レンズアレイ3,3Aとしては、その円形状のマイクロレンズに対応するようなレンズ効果を電気的にオン・オフ制御できるようなものを用いる。
Claims (13)
- 電気的にレンズの屈折力を調整することが可能な複数の可変レンズを有する可変レンズアレイと、
前記複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを有し、前記複数の固定レンズがそれぞれ、対応する可変レンズが所定の屈折力となったときのその所定の屈折力を相殺するような屈折力を有する固定レンズアレイと
を備え、
前記可変レンズアレイにおいて前記複数の可変レンズはそれぞれ、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御がなされることにより、屈折力を、少なくとも屈折力の無い状態と所定の屈折力を有する状態との2つの状態に調整することが可能なものであり、
前記固定レンズアレイにおいて前記複数の固定レンズはそれぞれ、対応する可変レンズのレンズ効果がオン状態となり、前記所定の屈折力となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有し、
前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオン状態となったときにオフ状態となり、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオフ状態となったときにオン状態となる
レンズアレイデバイス。 - 前記複数の可変レンズはそれぞれ、前記所定の屈折力として所定の負の屈折力のレンズ効果を発生するものであり、
前記複数の固定レンズはそれぞれ、前記所定の負の屈折力のレンズ効果を相殺するような所定の正の屈折力を有する
請求項1に記載のレンズアレイデバイス。 - 2次元表示と3次元表示とを電気的に切り替え可能な画像表示装置に適用され、
前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、2次元表示を行う場合にはオフ状態とされ、3次元表示を行う場合にはオン状態とされる
請求項2に記載のレンズアレイデバイス。 - 前記可変レンズアレイは、電気的にオフ状態のときにレンズ効果がオン状態となり、電気的にオン状態のときにレンズ効果がオフ状態となるような構成とされている
請求項1ないし3のいずれか1項に記載のレンズアレイデバイス。 - 前記可変レンズアレイは、印加電圧に応じてレンズ効果がオン・オフ制御されるエレクトロウェッティング方式の液体レンズアレイであり、印加電圧がゼロとされることによって電気的にオフ状態となったときにレンズ効果がオン状態となり、印加電圧が所定電圧とされることによって電気的にオン状態となったときにレンズ効果がオフ状態となるような構成とされている
請求項4に記載のレンズアレイデバイス。 - 前記可変レンズアレイは、印加電圧に応じてレンズ効果がオン・オフ制御される液晶レンズアレイであり、前記複数の可変レンズに相当するレンズ形状の型内に屈折率異方性のある液晶分子が充填された構造の液晶層を有し、印加電圧がゼロとされることによって電気的にオフ状態となったときにレンズ効果がオン状態となり、印加電圧が所定電圧とされることによって電気的にオン状態となったときにレンズ効果がオフ状態となるような構成とされている
請求項4に記載のレンズアレイデバイス。 - 前記可変レンズアレイは、電気的にオン状態のときにレンズ効果がオン状態となり、電気的にオフ状態のときにレンズ効果がオフ状態となるような構成とされている
請求項1ないし3のいずれか1項に記載のレンズアレイデバイス。 - 前記可変レンズアレイは、屈折率異方性のある液晶分子を含む液晶層を有し、印加電圧に応じて前記液晶層内部の電界強度分布を変化させて前記液晶分子の配列を変化させることで、レンズ効果がオン・オフ制御される電界駆動型の液晶レンズアレイであり、印加電圧がゼロとされることによって電気的にオフ状態となったときにレンズ効果がオフ状態となり、印加電圧が所定電圧とされることによって電気的にオン状態となったときにレンズ効果がオン状態となるような構成とされている
請求項7に記載のレンズアレイデバイス。 - 2次元的に画像表示を行う表示パネルと、
前記表示パネルの表示面側に対向配置され、前記表示パネルからの光線の通過状態を選択的に変化させるレンズアレイデバイスと
を備え、
前記レンズアレイデバイスは、
電気的にレンズの屈折力を調整することが可能な複数の可変レンズを有する可変レンズアレイと、
前記複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを有し、前記複数の固定レンズがそれぞれ、対応する可変レンズが所定の屈折力となったときのその所定の屈折力を相殺するような屈折力を有する固定レンズアレイと
を有し、
前記可変レンズアレイにおいて前記複数の可変レンズはそれぞれ、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御がなされることにより、屈折力を、少なくとも屈折力の無い状態と所定の屈折力を有する状態との2つの状態に調整することが可能なものであり、
前記固定レンズアレイにおいて前記複数の固定レンズはそれぞれ、対応する可変レンズのレンズ効果がオン状態となり、前記所定の屈折力となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有し、
前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオン状態となったときにオフ状態となり、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオフ状態となったときにオン状態となる
画像表示装置。 - 前記レンズアレイデバイスにおいて、前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果をオフ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を偏向作用を持たせることなく透過させることで2次元表示を行い、
前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果をオン状態として、前記表示パネルからの表示画像光を少なくとも左右方向に偏向させることで少なくとも左右方向に異なる画像を表示させる
請求項9に記載の画像表示装置。 - 前記異なる画像として、3次元表示用の視差画像を表示することで、前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果をオン状態としたときに3次元表示を行う
請求項10に記載の画像表示装置。 - 複数の可変レンズを有する可変レンズアレイと、
前記複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを有する固定レンズアレイと
を備え、
前記複数の可変レンズはそれぞれ、屈折力の無いオフ状態と所定の屈折力を有するオン状態との少なくとも2つの状態を、電気的に調整することが可能なものであり、
前記複数の固定レンズはそれぞれ、前記所定の屈折力のレンズ効果を相殺するような屈折力を有し、
前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオン状態となったときにオフ状態となり、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオフ状態となったときにオン状態となる
レンズアレイデバイス。 - 画像表示を行う表示パネルと、
前記表示パネルの表示面側に対向配置されるレンズアレイデバイスと
を備え、
前記レンズアレイデバイスは、
複数の可変レンズを有する可変レンズアレイと、
前記複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを有する固定レンズアレイと
を有し、
前記複数の可変レンズはそれぞれ、屈折力の無いオフ状態と所定の屈折力を有するオン状態との少なくとも2つの状態を、電気的に調整することが可能なものであり、
前記複数の固定レンズはそれぞれ、前記所定の屈折力のレンズ効果を相殺するような屈折力を有し、
前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオン状態となったときにオフ状態となり、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオフ状態となったときにオン状態となる
画像表示装置。
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