JPH1020246A - 立体映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像表示パネルに対する両マイクロレンズア
レイの設置構成や光学的特性に工夫を凝らすことで、眼
鏡不要で観察し易い立体映像表示装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】 画像表示パネル１００の前方に配置され
たマイクロレンズアレイ１１０と、このマイクロレンズ
アレイの前方に配置されたマイクロレンズアレイ１２０
とを備え、画像表示パネル１００の画像を、両マイクロ
レンズアレイ１１０、１２０を通し、２個の視差の異な
る映像として表示する。ここで、マイクロレンズアレイ
１２０が、そのレンズ中心面近傍にて、結像に関し、画
像表示パネル１００と互いに共役関係の位置にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体映像表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、立体映像表示装置には、液晶シャ
ッター方式や偏光方式のように立体視用眼鏡を用いる方
式と、パララックスバリア方式やレンチキュラ方式のよ
うに立体視用眼鏡を必要としない方式がある。ここで、
眼鏡を用いる方式は、眼鏡装着に対する不快感や衛生上
の問題があるため、眼鏡を必要としない方式の実用化が
要請されている。

【０００３】この要請に対し、眼鏡を必要としない方式
において、パララックスバリア方式に属するイメージス
プリッタ方式を利用した立体映像表示装置が開発されて
いる（日刊工業新聞社発行による電子技術、１９９５−
１２、ｐｐ．７９−８３参照）。このイメージスプリッ
タ方式では、遮光性のある黒色の線状パターンを一定の
間隔をもってガラス基板にスダレ状に形成したイメージ
スプリッタを採用し、このイメージスプリッタを、右目
用及び左目用の各映像を表示する映像パネルの前面に設
置している。

【０００４】これにより、観察者は、イメージスプリッ
タの各線状パターンの間を通して、右目及び左目でもっ
て、視差の異なる映像をそれぞれ見ることができる。こ
こで、観察者が立体映像表示装置を最適観察位置に置い
て観察しているとき、観察者が左右に移動した際に立体
視できる左右限界を、立体視可能範囲と定義している。
そして、この立体視可能範囲が広い程、立体映像表示装
置を観察し易い。

【０００５】また、このイメージスプリッタ方式では、
立体視可能範囲が最大になるように、イメージスプリッ
タ水平方向開口率を小さく設定すると、立体映像表示装
置の画面の明るさが、開口率を充分に大きくした場合に
対して約６０％になる。このため、立体視可能範囲を狭
めることによって、画面の明るさが低下する割合を抑え
ている。

【０００６】次に、レンチキュラ方式の原理を図１１に
示す。この図において、符号１０００は画素を配列した
パネルを示す。また、符号１０１０はガラス基板を示
し、符号１０２０はレンチキュラレンズを示す。パネル
１０００において、各符号Ｒ、Ｌは、それぞれ、右目
用、左目用の各画素を示す。レンチキュラレンズ１０２
０は円筒型レンズをシート状に並べたものであり、この
レンチキュラレンズ１０２０を構成する各レンズ１０２
０ａは、右目用画素、左目用画素による映像をそれぞれ
右目、左目で見ることができるように分離する作用を発
揮する。

【０００７】このように構成したレンチキュラ方式によ
る立体映像表示装置の画素配列につき、映像表示が液晶
パネルで行われる場合を図１２に示す。ここで、図１２
（ａ）は、右目用画素１１００Ｒ及び左目用画素１１０
０Ｌが交互に配列している様子を示す。図１２（ｂ）は
両画素１１００Ｒ、１１００Ｌの一組を示す。

【０００８】各画素１１００Ｒ、１１００Ｌ内には、光
の三原色に対応するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の液
晶セル１１１０Ｒ、１１１０Ｇ、１１１０Ｂがそれぞれ
配置されている。観察者は、各符号１１２０Ｒ、１１２
０Ｌにより帯状に示す領域からの光をそれぞれ右目、左
目で見ることによって、立体像を認識する。ここで、符
号１１３０で示す幅の領域は光を発しない黒色領域であ
る。なお、図１２にて示した内容は、上記イメージスプ
リッタ方式による立体映像表示装置の場合でも実質的に
同様である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記イメー
ジスプリッタ方式やレンチキュラ方式では、観察者が左
右に移動した場合、帯状領域１１２０Ｒ、１１２０Ｌも
液晶パネル上を左右に移動する。このため、各液晶セル
１１１０Ｒ、１１１０Ｇ、１１１０Ｂの配置は、これら
帯状領域１１２０Ｒ、１１２０Ｌの移動に対し、当該各
帯状領域が各液晶セル１１１０Ｒ、１１１０Ｇ、１１１
０Ｂを同等にカバーするような配置に限定される。

【００１０】従って、各帯状領域１１２０Ｒ、１１２０
Ｌの幅が各液晶セル１１１０Ｒ、１１１０Ｇ、１１１０
Ｂの左右方向の幅より狭い場合、画面の明るさの低下を
招くとともに、観察者が左右に移動した時に明るさが一
定となるのは、各帯状領域１１２０Ｒ、１１２０Ｌが液
晶セルの幅内にある場合に限定される。また、各帯状領
域１１２０Ｒ、１１２０Ｌの幅が各液晶セル１１１０
Ｒ、１１１０Ｇ、１１１０Ｂの左右方向の幅と等しい場
合、観察者が左右に移動すると、黒色領域１１３０が各
帯状領域１１２０Ｒ、１１２０Ｌに含まれるため、画面
の明るさが低下する。

【００１１】また、各帯状領域１１２０Ｒ、１１２０Ｌ
の幅が各液晶セル１１１０Ｒ、１１１０Ｇ、１１１０Ｂ
の左右方向の幅より広い場合、観察者が左右に移動した
時に明るさが一定となるのは、各帯状領域１１２０Ｒ、
１１２０Ｌが液晶セル幅を含んでいる時に限定される。
さらに、立体視可能範囲は、これら各帯状領域が隣の画
素と接触するまでとなり、狭くなる。

【００１２】このため、従来方式では、上述のように、
各帯状領域１１２０Ｒ、１１２０Ｌの幅が、各液晶セル
１１１０Ｒ、１１１０Ｇ、１１１０Ｂの左右方向の幅よ
りも狭くなるように設定される。このように、従来の方
式では、各画素の光を出射する領域の全面からの光を観
察しないために、全面からの光を観察した場合に対し、
画面の明るさが低下すること、画面の明るさを一定に保
つという条件下では立体視可能範囲が狭くなること、ま
た、カラー画像を表示する場合にはＲＧＢセルの配列の
仕方に制限を受けることという不具合が生ずる。

【００１３】さらに、従来の方式では、レンチキュラレ
ンズやイメージスプリッタを用いているために、左右に
は視差の異なる映像を２つ以上表示することも原理的に
可能ではあるが、上下方向に観察者が移動した場合に
は、異なる映像を表示することができないという不具合
もある。そこで、本発明は、以上のようなことに対処す
るため、画像表示パネルに対する両マイクロレンズアレ
イの設置構成や光学的特性に工夫を凝らすことで、眼鏡
不要で観察し易い立体映像表示装置を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１乃至７に記載の発明によれば、第２マイク
ロレンズアレイが、その第１主面近傍にて、結像に関し
画像表示パネルと互いに共役関係の位置にある。このこ
とは、観察者が、第２及び第１のマイクロレンズアレイ
を用い、画像表示パネルの各画素全面からの光を見得る
ことを意味する。

【００１５】従って、観察者が移動した場合にも、画素
間の光を出射しない領域を観察することなく、かつ、明
るさが変化することもなく、立体視可能範囲を拡大でき
る。ここで、請求項２に記載の発明によれば、第２マイ
クロレンズアレイを構成する各マイクロレンズの焦点距
離をｆ₂ とし、第１及び第２の両マイクロレンズアレイ
の間の距離をａとしたとき、焦点距離ｆ₂ は、次の数３
の式

【００１６】

【数３】ｎａ／（ｎ＋１）≦ｆ₂ ≦ｎａ／（ｎ−１）を
満足する。これにより、請求項１に記載の発明の作用効
果をより一層高め得る。また、請求項８乃至１２に記載
の発明によれば、視差の異なる映像の数を、水平方向に
てｎ（≧２）とし、垂直方向にてｍ（≧１）とし、第２
マイクロレンズアレイが、その第１主面近傍にて、結像
に関し画像表示パネルと互いに共役関係の位置にある。

【００１７】これにより、水平方向だけでなく上下方向
からみた立体像の表示に対しても、上記請求項１に記載
の作用効果を達成できる。ここで、請求項９に記載の発
明のように、請求項８に記載の発明において上記請求項
２に記載の発明と同様の構成を採用すれば、請求項８に
記載の発明の作用効果をより一層高め得る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態を図
に基づいて説明する。本発明は、概念的には、マイクロ
レンズアレイＡ（第１マイクロレンズアレイに対応）及
びマイクロレンズアレイＢ（第２マイクロレンズアレイ
に対応）を画像表示パネルに設置し、マイクロレンズア
レイＡにより各画素の像をマイクロレンズ・アレイＢの
第１主面に投影するようにし、このマイクロレンズアレ
イＡの各マイクロレンズにより、視差の異なる複数の画
素をマイクロレンズアレイＢのほぼ同じ領域に投影する
ようにしてある。これにより、観察者は両マイクロレン
ズアレイＡ、Ｂを通して各画素の光出射領域全面を観察
することができる。以下、本発明の詳細について説明す
る。 （第１実施の形態）図１は、本発明に係る立体映像表示
装置の基本的原理を、左右で異なる２つの視差を利用す
る場合につき、第１実施の形態として示すものである。

【００１９】図１において、符号１００は画像表示パネ
ルを示し、両符号１０５Ｒ、１０５Ｌは、それぞれ、右
目用画素及び左目用画素を示す。また、各符号１１０
Ｒ、１１０Ｌは、マイクロレンズアレイ１１０を構成す
るマイクロレンズであり、符号１２０はマイクロレンズ
を示す。符号１１５Ｒはマイクロレンズ１１０Ｒのレン
ズ中心軸を示し、符号１１５Ｌはマイクロレンズ１１０
Ｌのレンズ中心軸を示す。

【００２０】ここで、マイクロレンズ以外の媒質の屈折
率は１とする。各画素１０５Ｒ、１０５Ｌにおける■印
及び●印は各画素の端部を示し、マイクロレンズ１２０
における■印及び●印はレンズ作用領域の端部を示す。
また、両画素１０５Ｒ、１０５Ｌの各像が各マイクロレ
ンズ１２０の第１主面に投影されるように、各マイクロ
レンズ１１０Ｒ、１１０Ｌの位置、焦点距離が定められ
ている。即ち、両画素１０５Ｒ、１０５Ｌにおける各■
印、●印で示す端部の位置は、マイクロレンズ１２０の
■、●印で示す端部の位置と共役関係の位置にある。ま
た、画素１０５Ｒとマイクロレンズ１２０の■印、●印
同士を直線で結び、これら２直線の交点にマイクロレン
ズ１１０Ｒの中心位置が一致するようにする。マイクロ
レンズ１１０Ｌの中心位置も同様に定める。

【００２１】また、マイクロレンズ１２０とマイクロレ
ンズ１１０Ｒとの間の距離をａとし、マイクロレンズ１
１０Ｒと画像表示パネルとの間の距離をｂとしたとき、
マイクロレンズ１１０Ｒの焦点距離ｆ₁ は、次の数４及
び数５の両式によって定められる。

【００２２】

【数４】ａ＝ｋｂ

【００２３】

【数５】（１／ａ）−（１／ｂ）＝（１／ｆ₁ ） 但し、数４の式において、符号ｋは定数を示す。ここ
で、画素間の領域に起因する黒色表示が問題にならない
場合にはｋ＝２とすればよい。また、黒色表示が問題と
なる場合には、マイクロレンズ１２０のレンズ作用領域
の幅と各画素における光出射領域の幅の比に等しくなる
ようにｋの値を定める。この場合、ｋの値は通常、２以
上となる。

【００２４】マイクロレンズ１１０Ｌの焦点距離もｆ₁
とする。マイクロレンズ１２０の焦点距離をｆ₂ とし、
図１ではｆ₂ ＝ａとした場合を示す。本発明による立体
映像表示装置を真正面から見た場合、右目には主光線１
３０Ｒにほぼ平行な光が見え、左目には主光線１３０Ｌ
にほぼ平行な光が見える。これらの光は、それぞれ、各
画素１０５Ｒ、１０５Ｌの全面から出射した光である。

【００２５】次に、立体映像表示装置では、立体視可能
範囲が問題となる。最適観察位置Ｚｍに観察者が居ると
して、観察位置が左右方向（図１にて図示上下方向）に
移動した場合の立体視可能範囲Ｌｄにおける映像表示装
置部における光線の状態を、図１の構成を対象として、
図２に示す。この図２は右目の場合について示す。な
お、マイクロレンズ１２０の中心を通る光線を主光線と
呼ぶ。

【００２６】ｆ₂ ＝ａの関係がある場合、右目に入る主
光線がマイクロレンズ１１０Ｒの両端を通る場合が立体
視の限界を与える。従って、マイクロレンズ１１０Ｒの
幅をｄ（図２参照）とすると、立体視可能範囲は次の数
６の式により与えられる。

【００２７】

【数６】Ｌｄ＝Ｚｍ×（ｄ／ｆ₂ ） この立体視可能範囲では、両画素１０５Ｒ、１０５Ｌは
マイクロレンズ１２０の表面に投影されているため、観
察者が左右方向に位置を移動しても、各画素１０５Ｒ、
１０５Ｌの全面を見る場合とほぼ同等な映像を見ること
ができ、映像の明るさもほぼ一定である。また、各画素
１０５Ｒ、１０５Ｌの全面を見るようにしているので、
各画素１０５Ｒ、１０５Ｌ等内では、ＲＧＢの各液晶セ
ル（各映像パネルに相当する）に対する配置も自由にで
きる。

【００２８】次に、２ａ≧ｆ₂ ≧ａの場合、幾何光学的
にＬｄを求めると、次の数７の式によりＬｄが与えられ
る。

【００２９】

【数７】 Ｌｄ＝Ｚｍ・｛２−（ｆ₂ ／ａ）｝（ｄ／ｆ₂ ） なお、ｆ₂ ＞２ａの場合には、右目用、左目用の各映像
が混ざり合う状態となり、立体視に不適である。次に、
（２ａ／３）≦ｆ₂ ≦ａの場合、幾何光学てきにＬｄを
求めると、このＬｄは次の数８の式により与えられる。

【００３０】

【数８】 Ｌｄ＝Ｚｍ・｛（３・ｆ₂ ／ａ）−２｝（ｄ／ｆ₂ ） なお、ｆ₂ ＜（２ａ／３）の場合には、右目用、左目用
の映像が混ざり合う状態となり、立体視に不適である。
以上から、立体視を得るためのｆ₂ の条件は、次の数９
の式によって与えられる。

【００３１】

【数９】（２ａ／３）≦ｆ₂ ≦２ａ また、立体視可能範囲を最大にする条件は、次の数１０
の式によって与えられる。

【００３２】

【数１０】ｆ₂ ＝ａ 次に、視差の異なる映像を３つ利用する場合の原理を図
３により説明する。この図において、符号３００は画像
表示パネルを示し、各符号３０５Ａ、３０５Ｂ、３０５
Ｃは、それぞれ、視差を有する画素を示す。また、画素
３０５Ａを右目で、画素３０５Ｂを左目で、また、画素
３０５Ｂを右目で、画素３０５Ｃを左目でそれぞれ見る
とき立体映像が見えるように構成する。

【００３３】また、各符号３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０
Ｃは、マイクロレンズアレイ３１０を構成するマイクロ
レンズであり、符号３２０はマイクロレンズを示す。各
画素３０５Ａ、３０５Ｂ、３０５Ｃにおける■印、●印
は各画素の端部を示し、マイクロレンズ３２０における
■印、●印はレンズ作用領域の端部を示す。また、各画
素３０５Ａ、３０５Ｂ、３０５Ｃにおける各■印、●印
で示す端部の位置がマイクロレンズ３２０の■印、●印
で示す端部の位置と共役関係になるように、各マイクロ
レンズ３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃの位置及び焦点距
離が定められている。この図３で示す構成の原理は、図
１で説明した原理と同様である。

【００３４】図３において、各マイクロレンズ３１０
Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃの焦点距離をｆ₁ とし、マイク
ロレンズ３２０の焦点距離をｆ₂ とする。マイクロレン
ズ３２０と各マイクロレンズ３１０Ａ、３１０Ｂ、３１
０Ｃとの間の距離をａとし、各マイクロレンズ３１０
Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃと画像表示パネル３００との距
離をｂとする。

【００３５】この前提のもと、焦点距離ｆ₁ は上記数４
及び数５の式から定められる。黒色表示が問題ない場合
にはｋ＝３とすればよい。立体視を得るための焦点距離
ｆ₂の範囲は（３ａ／４）≦（ｆ₂ ）≦（３ａ／２）で
あり、立体視可能範囲を最大にする条件はｆ₂ ＝ａであ
る。以上においては、視差の異なる映像を２つおよび３
つ用いる場合について説明したが、視差の異なる映像が
４つ以上の場合にも同様に各マイクロレンズの位置や焦
点距離を定めることができる。

【００３６】図４にて示すように、左右方向における画
素領域の幅をＤ_P とし、この画素領域において光を出射
する領域の幅をＤ_L とし、左右方向で視差の異なる映像
の数をｎとする。画像表示パネル側マイクロレンズの左
右方向の幅はＤ_P に、観察者側マイクロレンズの左右方
向の幅はｎＤ_P に等しくなるようにする。画像表示パネ
ルの観察者側マイクロレンズの表面への投影において、
画像表示パネル側マイクロレンズによるに投影像の倍率
をｋとする。ｋは、ｎ乃至ｎ（Ｄ _P ／Ｄ_L ）の値にすれ
ばよく、特に、ｋ＝ｎ（Ｄ_P ／Ｄ_L ）の場合、画素と画
素の間の領域による黒色表示を避けることができる。画
像表示パネル側マイクロレンズの焦点距離ｆ₁ は上記数
４及び数５の式から定めることができる。

【００３７】また、立体視を可能とする観察者側マイク
ロレンズの焦点距離ｆ₂ の条件は、次の数１１の式によ
り与えられる。

【００３８】

【数１１】 ｛ｎａ／（ｎ＋１）｝≦ｆ₂ ≦｛ｎａ／（ｎ−１）｝ また、立体視可能範囲を最大にする条件はｆ₂ ＝ａであ
る。この場合、ｎの値にかかわらず、観察者はパネル側
マイクロレンズ、観察者側マイクロレンズを通して、立
体視可能範囲では視差に対応した各画素の全面を見るこ
とになる。このため、通常の画像表示パネルを見た場合
と同等の明るさで、また、左右に移動しても明るさが変
化することなく見ることができる。

【００３９】また、立体映像表示装置の製作上では、各
画素の領域をそのまま見るので、画素内におけるＲＧＢ
セルの配置方法に制限や条件を設定する必要がない。こ
のため、液晶パネル、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）
パネル、プラズマ・ディスプレイパネル、陰極線管（Ｃ
ＲＴ）、印刷物、写真等の画像表示パネルと本発明によ
る２組のマイクロレンズ・アレイとを組み合わせること
によって、立体映像表示装置を実現できる。

【００４０】さらに、視差のない通常の２次元映像を表
示した場合、観察者は観察者側のマイクロレンズに投影
された像を見ることになるので、通常の２次元映像と同
じように見ることができる。これに加えて、観察者側マ
イクロレンズに投影する画素領域の範囲を限定すること
ができるため、画素間の黒色に見える領域を観察者には
見えないようにすることができ、高品質な画質を得るこ
とができる。 （第２実施の形態）図５は、本発明に係る立体映像表示
装置の具体的な一実施の形態を第２実施の形態として示
す。

【００４１】この第２実施の形態では、立体映像表示装
置は、視差の異なる２つの像により立体視するもので、
図５では、この立体映像表示装置の水平面による断面が
示されている。図５において、符号４００は画像表示パ
ネルを示し、符号４１０は画像表示パネル前面に設置し
たガラス基板を示す。また、符号４２０は上記マイクロ
レンズアレイＡに相当するマイクロレンズアレイを示
し、符号４３０は上記マイクロレンズアレイＢに相当す
るマイクロレンズアレイを示す。また、符号４４０は両
マイクロレンズアレイ４２０、４３０を形成したガラス
基板を示す。

【００４２】各符号４００Ｒ、４００Ｌは、それぞれ、
右目用、左目用の画素が存在する画素領域を示す。各符
号４２０Ｒ、４２０Ｌは、マイクロレンズアレイ４２０
を構成するマイクロレンズを示しており、これらマイク
ロレンズ４２０Ｒ、４２０Ｌは、それぞれ、画素領域４
００Ｒ、４００Ｌに対するマイクロレンズである。符号
４３０ａはマイクロレンズアレイ４３０の一つのマイク
ロレンズを示し、各マイクロレンズ４３０ａには、マイ
クロレンズ４２０Ｒ、４２０Ｌが、それぞれ、対応して
いる。各マイクロレンズアレイ４２０、４３０は円筒型
レンズで構成されている。

【００４３】画素が小さく黒色表示が問題とならない場
合、即ち、ｋ＝２の場合について、本第２実施の形態の
具体的な寸法等を示す。各画素領域４００Ｒ、４００Ｌ
の幅が、それぞれ、１５０μｍであり、ガラス基板４１
０の厚さが０．８５ｍｍであり、ガラス基板４４０の厚
さが１．７ｍｍである。また、各ガラス基板４１０、４
４０の屈折率が１．５である。

【００４４】各マイクロレンズアレイ４２０、４３０
は、屈折率１．８の光学プラスチックで形成されてい
る。各マイクロレンズ４２０Ｒ、４２０Ｌにおいては、
その幅がそれぞれ１５０μｍであり、焦点距離ｆ₁ が５
６７μｍであり、各マイクロレンズ４３０ａのレンズ中
心軸からレンズ中心軸までの距離が５０μｍである。ま
た、ｆ₁ ＝５６７μｍを得るために円筒面の曲率半径は
１１３μｍとしてある。マイクロレンズアレイ４２０で
は、各マイクロレンズが１５０μｍピッチで並んでい
る。

【００４５】マイクロレンズ４３０ａにおいては、その
幅が３００μｍであり、焦点距離ｆ ₂ が１．７ｍｍであ
る。また、ｆ₂ ＝１．７ｍｍを得るために、円筒面の曲
率半径は３４０μｍとしてある。マイクロレンズアレイ
４３０では、各マイクロレンズが３００μｍピッチで並
んでいる。人間の眼間距離を６５ｍｍとすると、最適観
察距離Ｚｍは４８９ｍｍであり、立体視可能範囲Ｌｄは
６５ｍｍである。

【００４６】ｋ＞２の場合にも、上記第１実施の形態に
おける原理にて説明と同様に、本発明による立体映像表
示装置を構成できることは明かである。ここで、本発明
による立体映像表示装置おいて可能な各画素内における
ＲＧＢセルの配置の例を図６（ａ）乃至（ｄ）に示す。
各画素が各マイクロレンズと対応しておれば、ＲＧＢセ
ルは各画素内においてどのように配置してもかまわな
い。

【００４７】本第２実施の形態では、以上のように構成
しているので、上記第１実施の形態（図１参照）にて説
明したと同様に、右目は各画素領域４００Ｒの全面から
の光により映像を見ることができ、左目は各画素領域４
００Ｌの全面からの光により映像を見ることができる。
このため、各画素領域内におけるＲＧＢセルの配置方法
に対する自由度が大きく、立体視可能範囲内では映像表
示装置の明るさがほとんど変化しない。 （第３実施の形態）次に、本発明の第３実施の形態につ
いて図７を参照して説明する。

【００４８】この第３実施の形態では、上記第２実施の
形態にて視差のある２つの映像を対象としたのとは異な
り、それぞれ視差を有する３つの映像を対象とした立体
映像表示装置について説明する。図７において、符号５
００は画像表示パネルを示し、符号５１０は画像表示パ
ネル５００の前面のガラス基板を示す。また、符号５２
０は上記マイクロレンズアレイＡに相当するマイクロレ
ンズアレイを示し、符号５３０は上記マイクロレンズア
レイＢに相当するマイクロレンズアレイを示す。

【００４９】また、符号５４０は、各マイクロレンズア
レイ５２０、５３０を形成するガラス基板を示す。各５
００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃは、それぞれ、視差を有す
る画素が存在する画素領域を示す。各符号５２０Ａ、５
２０Ｂ、５２０Ｃは、マイクロレンズアレイ５２０を構
成するマイクロレンズを示しており、これらマイクロレ
ンズ５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃは、それぞれ、画素
領域５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃに対するマイクロレ
ンズである。

【００５０】符号５３０ａはマイクロレンズアレイ５３
０の一つのマイクロレンズを示し、各マイクロレンズ５
３０ａには、各マイクロレンズ５２０Ａ、５２０Ｂ、５
２０Ｃが、それぞれ、対応している。各マイクロレンズ
アレイ５２０、５３０のマイクロレンズは円筒型レンズ
で構成されている。画素が小さく黒色表示が問題となら
ない場合、即ち、ｋ＝３の場合について、本第３実施の
形態の具体的な寸法等を示す。

【００５１】各画素領域５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｃ
の幅が、それぞれ、１５０μｍであり、ガラス基板５１
０の厚さが０．８５ｍｍであり、ガラス基板５４０の厚
さが２．５５ｍｍである。また、各ガラス基板５１０、
５４０の屈折率は１．５である。各マイクロレンズアレ
イ５２０、５３０は、屈折率１．８の光学プラスチック
で形成されている。

【００５２】各マイクロレンズ５２０Ａ、５２０Ｂ、５
２０Ｃにおいては、その幅がそれぞれ１５０μｍであ
り、焦点距離ｆ₁ が６３８μｍである。マイクロレンズ
５３０ａのレンズ中心軸からレンズ中心軸までの距離
は、マイクロレンズ５２０Ｂでは０であり、マイクロレ
ンズ５２０Ａ、５２０Ｃでは１１２．５μｍである。ま
た、ｆ₁ ＝６３８μｍを得るために円筒面の曲率半径は
１２８μｍとしてある。マイクロレンズアレイ５２０で
は、マイクロレンズが１５０μｍピッチで並んでいる。

【００５３】マイクロレンズ５３０ａにおいては、その
幅が４５０μｍであり、焦点距離ｆ ₂ が２．５５ｍｍで
ある。ｆ₂ ＝２．５５ｍｍを得るために円筒面の曲率半
径は５１０μｍとしてある。マイクロレンズ・アレイ５
３０ではマイクロレンズが４５０μｍピッチで並んでい
る。人間の眼間距離を６５ｍｍとすると、最適観察距離
Ｚｍは７３５ｍｍであり、立体視可能範囲Ｌｄは６５ｍ
ｍである。

【００５４】本第３実施の形態では、以上のように構成
しているので、最適観察距離において立体映像表示装置
を観察すると、右目で画素領域５００Ａからの映像を見
た場合、左目には画素領域５００Ｂからの映像が見え、
また、右目で画素領域５００Ｂからの映像を見た場合、
左目には画素領域５００Ｃからの映像が見える。このよ
うにして、２種類の立体映像を同一映像表示装置で観察
することが可能となる。いずれの場合においても、右目
或いは左目が見る映像は、各画素領域５００Ａ、５００
Ｂ、５００Ｃの全面からの光から構成される。このた
め、各画素領域内におけるＲＧＢ画素の配置方法に対す
る自由度が大きく、立体視可能範囲内では映像表示装置
の明るさが殆ど変化しない。 （第４実施の形態）図８乃至図１０は、本発明の第４実
施の形態を示している。

【００５５】この第４実施の形態では、視野が異なる３
×３の映像を利用する立体映像表示装置について説明す
る。図８は、３×３の異なる視野に対する画素の配列を
示す。この図において、符号が同じである画素は同一の
視野に対する画像情報を表示する。また、図９は立体映
像表示装置の水平面における断面を示し、図１０は立体
映像表示装置の垂直面による断面を示す。符号６００は
画像表示パネルを示し、符号６１０はガラス基板を示
す。符号６２０は上記マイクロレンズアレイＡに相当す
るマイクロレンズアレイを示し、符号６３０は上記マイ
クロレンズアレイＢに相当するマイクロレンズアレイを
示す。また、符号６４０は、各マイクロレンズアレイ６
２０、６３０を形成するガラス基板を示す。

【００５６】ここで、画素が小さく黒色表示が問題とな
らない場合について、本第４実施の形態の具体的な寸法
等を示す。各画素Ａ１乃至Ｃ３の寸法は１５０μｍ×１
５０μｍである。ガラス基板６１０の厚さは０．８５ｍ
ｍであり、各ガラス基板６１０、６４０の屈折率は１．
５である。各マイクロレンズ・アレイ６２０、６３０
は、屈折率１．８の光学プラスチックで形成されてい
る。ガラス基板６４０の厚さは２．５５ｍｍである。

【００５７】マイクロレンズ・アレイＡ６２０を構成す
るマイクロレンズは、球面と平面からなる凸レンズであ
り、その寸法は１５０μｍ×１５０μｍである。また、
このマイクロレンズの球面の曲率半径は１２８μｍであ
る。マイクロレンズアレイ６３０を構成する各マイクロ
レンズは、球面と平面からなる凸レンズであり、その寸
法は４５０μｍ×４５０μｍである。また、このマイク
ロレンズアレイ６３０の各マイクロレンズの球面の曲率
半径は５１０μｍである。

【００５８】また、マイクロレンズアレイ６３０を構成
する１つのマイクロレンズには、マイクロレンズアレイ
６２０を構成する３×３のマイクロレンズが対応する
が、マイクロレンズアレイ６３０を構成する１つのマイ
クロレンズの中心軸に対するマイクロレンズアレイ６２
０を構成する３×３のマイクロレンズの各中心軸の位置
関係は、上記第１実施の形態の原理にて説明した方法
を、水平方向及び垂直方向に適用して定めている。

【００５９】本第４実施の形態では、上記第１実施の形
態における原理で説明したと同様に、立体映像表示装置
を構成しているので、観察者が上下左右に移動するのに
従い、左方向、右方向、上方、下方から見た場合の立体
映像を観察することができる。例えば、図８にて符号Ａ
１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３は、それぞれ、視線
の高さが異なる映像を示し、符号Ｂ１〜Ｂ３が視線を水
平にして見た場合を示すとすると、符号Ａ１〜Ａ３は下
方から見た映像を示し、符号Ｃ１〜Ｃ３は上方から見た
映像を示す。

【００６０】しかして、視線を水平にした状態で観察す
る位置を左右に移動すると、各符号Ｂ１、Ｂ２による立
体像或いは各符号Ｂ２、Ｂ３による立体像を見ることが
できる。上方から映像表示装置を見るようにした場合、
或いは映像表示装置を手前に傾けた場合、観察する位置
を左右に移動すると、各符号Ｃ１、Ｃ２による立体像或
いは各符号Ｃ２、Ｃ３による立体像を見ることができ
る。

【００６１】下方から映像表示装置を見るようにした場
合、或いは映像表示装置を後方に傾けた場合、観察する
位置を左右に移動すると、各符号Ａ１、Ａ２による立体
像、或いは各符号Ａ２、Ａ３による立体像を見ることが
できる。このとき、観察者には、各マイクロレンズアレ
イ６２０、６３０を通して各画素の全面からの光が届く
ので、明るさを損ねることがない。

【００６２】以上述べた第２乃至４の各実施の形態で
は、視野の異なる映像の数が２つ、３つ、３×３の場合
について示したが、視野の異なる映像の数が水平方向に
Ｎ（≧２）、垂直方向にＭ（≧１）のＮ×Ｍの場合に
も、上記第２乃至第４の実施の形態で説明した方法によ
って、本発明による立体映像表示装置を実現することが
できる。また、上記第２及び第３の実施の形態では、マ
イクロレンズアレイＡを構成するマイクロレンズを円筒
型レンズとしたが、球面型レンズを用いるようにしても
よい。

【００６３】なお、上記各第２乃至第４の実施の形態で
は画素寸法が特定した場合について説明したが、その他
の画素寸法に対しても上記第２乃至第４の実施の形態で
示した方法によって、各マイクロレンズ・アレイＡ、Ｂ
を設計することができ、本発明による立体映像表示装置
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る立体映像表示装置の原理を、視差
の異なる映像を２つ利用する場合につき、第１実施の形
態として示す光学的模式図である。

【図２】上記原理における立体視可能範囲にて光線の方
向及び範囲を示す模式図である。

【図３】上記第１実施の形態にて視差の異なる映像を３
つ利用する場合の原理を示す光学的模式図である。

【図４】上記第１実施の形態における画素領域の幅を説
明する模式図である。

【図５】本発明の第２実施の形態における立体映像表示
装置の模式的断面図である。

【図６】（ａ）乃至（ｄ）は、上記第３実施の形態の変
形例をそれぞれ示す模式図である。

【図７】本発明の第３実施の形態における立体映像表示
装置の模式的断面図である。

【図８】本発明の第４実施の形態における立体映像表示
装置の３×３の異なる視野に対する画素の配列を示す模
式図である。

【図９】同立体映像表示装置の水平面における断面を示
す図である。

【図１０】同立体映像表示装置の垂直面による断面を示
す図である。

【図１１】従来のレンチキュラ様式の立体映像表示装置
の原理を示し光学的模式図である。

【図１２】（ａ）、（ｂ）は、レンチキュラ様式の立体
映像表示装置の原理を示す模式図である。

【符号の説明】

１００、３００、４００、５００、６００…画像表示パ
ネル、 １０５Ｒ、１０５Ｌ、３０５Ａ、３０５Ｂ、３０５Ｃ…
画素、 １１０Ｒ、１１０Ｌ、１２０、３１０Ａ、３１０Ｂ、３
１０Ｃ、３２０、４３０ａ、４２０Ｒ、４２０Ｌ…マイ
クロレンズ、 １１５Ｒ、１１５Ｌ…マイクロレンズのレンズ中心軸、 １１０、３１０、４２０、４３０、５２０、５３０、６
２０、６３０…マイクロレンズアレイ。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像表示パネル（１００、３００、４０
   ０、５００、６００）と、 この画像表示パネルの前方に配置された第１マイクロレ
   ンズアレイ（１１０、３１０、４２０、５２０、６２
   ０）と、 この第１マイクロレンズアレイの前方に配置された第２
   マイクロレンズアレイ（１２０、３２０、４３０、５３
   ０、６３０）とを備え、 前記画像表示パネルの画像を、前記第１及び第２のマイ
   クロレンズアレイを通し、ｎ（≧２）個の視差の異なる
   映像として表示する立体映像表示装置において、 前記第２マイクロレンズアレイが、その第１主面近傍に
   て、結像に関し前記画像表示パネルと互いに共役関係の
   位置にあることを特徴とする立体映像表示装置。
2. 【請求項２】 前記第２マイクロレンズアレイを構成す
   る各マイクロレンズの焦点距離をｆ₂ とし、前記第１及
   び第２の両マイクロレンズアレイの間の距離をａとした
   とき、前記焦点距離ｆ₂ は、次の数１の式 【数１】ｎａ／（ｎ＋１）≦ｆ₂ ≦ｎａ／（ｎ−１）を
   満足することを特徴とする請求項１に記載の立体映像表
   示装置。
3. 【請求項３】 ｆ₂ ＝ａであることを特徴とする請求項
   ２に記載の立体映像表示装置。
4. 【請求項４】 前記第１マイクロレンズアレイを構成す
   る各マイクロレンズの中心は、前記画像表示パネル及び
   第２マイクロレンズアレイにて互いに共役関係にある各
   位置を結んだ直線上にあることを特徴とする請求項１乃
   至３のいずれか一つに記載の立体映像表示装置。
5. 【請求項５】 前記第１マイクロレンズアレイを構成す
   る各マイクロレンズは、前記画像表示パネルに対し、こ
   の画像表示パネルの像をｎ以上の倍率で前記第２マイク
   ロレンズアレイの第１主面に投影する位置にあることを
   特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の記載
   の立体映像表示装置。
6. 【請求項６】 前記画像表示パネルがＮｐ個の画素を有
   し、 前記第１マイクロレンズアレイを構成するマイクロレン
   ズの数がＮｐ個以上であり、 前記第２マイクロレンズアレイを構成するマイクロレン
   ズの数が（Ｎｐ／ｎ）個以上であることを特徴とする請
   求項１乃至４のいずれか一つに記載の立体映像表示装
   置。
7. 【請求項７】 前記第１及び第２のマイクロレンズアレ
   イを構成する各マイクロレンズは円筒型レンズであり、 前記第２マイクロレンズアレイは、前記第１マイクロレ
   ンズアレイを構成するマイクロレンズｎ個に対し、１つ
   のマイクロレンズを備えることを特徴とする請求項１乃
   至４のいずれか一つに記載の立体映像表示装置。
8. 【請求項８】 画像表示パネル（１００、３００、４０
   ０、５００、６００）と、 この画像表示パネルの前方に配置された第１マイクロレ
   ンズアレイ（１１０、４２０、５２０、６２０）と、 この第１マイクロレンズアレイの前方に配置された第２
   マイクロレンズアレイ（１２０、４３０、５３０、６３
   ０）とを備え、 前記画像表示パネルの画像を、前記第１及び第２のマイ
   クロレンズアレイを通し、複数の視差の異なる映像とし
   て表示する立体映像表示装置であって、 前記視差の異なる映像の数を、水平方向にてｎ（≧２）
   とし、垂直方向にてｍ（≧１）とし、 前記第２マイクロレンズアレイが、その第１主面近傍に
   て、結像に関し前記画像表示パネルと互いに共役関係の
   位置にある立体映像表示装置。
9. 【請求項９】 前記第２マイクロレンズアレイを構成す
   る各マイクロレンズの焦点距離をｆ₂ とし、前記第１及
   び第２の両マイクロレンズアレイの間の距離をａとした
   とき、前記焦点距離ｆ₂ は、次の数２の式 【数２】ｎａ／（ｎ＋１）≦ｆ₂ ≦ｎａ／（ｎ−１）を
   満足することを特徴とする請求項８に記載の立体映像表
   示装置。
10. 【請求項１０】 ｆ₂ ＝ａであることを特徴とする請求
    項９に記載の立体映像表示装置。
11. 【請求項１１】 前記第１マイクロレンズアレイを構成
    する各マイクロレンズの中心は、前記画像表示パネル及
    び第２マイクロレンズアレイにて互いに共役関係にある
    各位置を結んだ直線上にあることを特徴とする請求項８
    乃至１０のいずれか一つに記載の立体映像表示装置。
12. 【請求項１２】 前記第１マイクロレンズアレイは全て
    の画素に対して各画素毎にマイクロレンズを備え、 前記第２マイクロレンズアレイはｎ×ｍ毎に１つのマイ
    クロレンズを備えることを特徴とする請求項８乃至１１
    のいずれか一つに記載の立体映像表示装置。