JP2002107508A - Micro lens array and display unit using micro lens array - Google Patents

Micro lens array and display unit using micro lens array

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JP2002107508A
JP2002107508A JP2000232564A JP2000232564A JP2002107508A JP 2002107508 A JP2002107508 A JP 2002107508A JP 2000232564 A JP2000232564 A JP 2000232564A JP 2000232564 A JP2000232564 A JP 2000232564A JP 2002107508 A JP2002107508 A JP 2002107508A
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JP
Japan
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lens
microlens array
microlens
image
curved surface
Prior art date
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JP2000232564A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Egawa
寛 江川
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Comoc Kk
Original Assignee
Comoc Kk
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro lens array and display unit which can exhibit a function as a lens of a minute lens enough even if the minute lens is miniaturized in a display unit which displays a two-dimensional display image as an image having a stereoscopic effect through the micro lens array in which many minute lenses are arranged. SOLUTION: The observer's line of sight is inclined more obliquely relative to the curved surface of the lens of a minute lens by such means as that which constitute the micro lens array by using a lens region separated from its optical axis as a minute lens, or that which places the micro lens array by inclining it or gives a curvature to the micro lens array, or the micro lens array is obliquely placed oppositely to the display image.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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、およびTV受像機な
どの表示装置に関し、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小さなレンズを配
列して構成されるマイクロレンズアレイに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a display device such as a signboard, a signboard, a display tower, and a TV set placed indoors or outdoors, and more particularly, to converting a two-dimensional image into a three-dimensional image having a perspective. The present invention relates to a display device for displaying. Further, the present invention relates to a microlens array configured by arranging small lenses used in the display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】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
を感じ取るものがある。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覗き込む
か、メガネを用いる等の必要があり、通常の看板、案内
板としては適性に欠けている。
2. Description of the Related Art Several methods for viewing a two-dimensional image such as a photograph or a printed matter as a three-dimensional image are already well-known, and are arranged and presented in Takayoshi Ohkoshi's "Three-dimensional image engineering". As a typical example, photographs (or drawn images) obtained by photographing a target object from two different directions are individually viewed with the left eye and the right eye, and there is a type in which a stereoscopic effect is sensed by binocular parallax. In this method, it is necessary to look into a device made so that different images can be seen by the left and right eyes, or to use glasses, or the like, which is not suitable as a normal signboard or guide board.

【0003】また、別の例として、かまぼこ状(半円柱
状)の縦長のレンズを横方向に多数並べ、このレンズ曲
面の反対側に当たる裏側面を焦点面とするレンチキュラ
板を用いた三次元画像がある。これは、レンチキュラ板
の焦点面である裏面に複数の異なる方向から見た2次元
画像を短冊状(細長い長方形)に切って、横方向に並べ
て配置した不連続な図柄の表示画面を、レンチキュラ板
のレンズにより、右眼と左眼の各々が異なる方向から見
た短冊状の画像を見えるようにして、三次元の像として
認識する方法である。
[0003] As another example, a three-dimensional image using a lenticular plate having a number of vertically long lenses in a semi-cylindrical shape arranged in a horizontal direction and having a back surface facing the opposite side of the lens curved surface as a focal plane. There is. This is a lenticular plate, in which a two-dimensional image viewed from a plurality of different directions is cut into strips (elongated rectangles) on the back surface, which is the focal plane of the lenticular plate, and a discontinuous design display screen arranged side by side is displayed on the lenticular plate. With this lens, the right eye and the left eye each can view a strip-shaped image viewed from different directions and recognize it as a three-dimensional image.

【0004】この方法ではレンチキュラ板を構成する円
柱面レンズの一つの配列間隔の間に複数の位置から見た
表示画像を短冊状に並べる必要があるなど表示画像が複
雑で、しかも焦点位置に正しく配置するなど表示装置が
高価になる等の欠点がある。メガネによる方法、レンチ
キュラ板による方法に変わる第三の手段として、通常の
手段で撮られた写真、あるいは通常の方法で描かれた絵
などの連続した図柄からなる二次元表示画像を立体的に
表示することのできる表示装置が日本国特許として特願
平11−218313号、特願平11−319176
号、特願2000−53954号、特願2000−15
6608号および特願2000−162231号で本出
願人により出願されている。
In this method, the display image is complicated, for example, it is necessary to arrange display images viewed from a plurality of positions in a strip shape during one arrangement interval of the cylindrical lenses constituting the lenticular plate, and the focus position is not correct. There are drawbacks such as an expensive display device such as arrangement. As a third alternative to the method using glasses and the method using a lenticular plate, a two-dimensional display image consisting of a series of pictures such as photographs taken by ordinary means or pictures drawn by ordinary means is displayed in three dimensions. Japanese Patent Application No. 11-218313 and Japanese Patent Application No. 11-319176 are Japanese patents.
No. 2000-53954, Japanese Patent Application 2000-15
No. 6608 and Japanese Patent Application No. 2000-162231, filed by the present applicant.

【0005】上記出願中の特許で提示されている表示装
置は、2次元表示画像に対向して表示有効領域の一辺の
長さより充分小さい微小なレンズからなるマイクロレン
ズアレイを配置し、表示画像を拡大も縮小もすることな
く、像を表示画像のある位置から離れた位置に形成する
ことにより、一種の錯覚によって奥行き感のある立体的
な表示を行う。
In the display device disclosed in the above-mentioned patent, a microlens array composed of minute lenses sufficiently smaller than the length of one side of a display effective area is arranged to face the two-dimensional display image, and the display image is displayed. By forming an image at a position distant from a certain position of a display image without enlargement or reduction, a three-dimensional display with a sense of depth is performed by a kind of illusion.

【0006】上記の出願中の特許では、マイクロレンズ
アレイと表示画像あるいは画像支持体とからなる立体的
な表示をする表示装置に係る発明の開示を始め、この表
示装置の適用に優れたマイクロレンズアレイに係る発明
が開示されている。すなわち、焦点距離が比較的短く、
焦点面が裏面にあるレンチキュラ板をそのまま用いるこ
ちおは出来ない。比較的焦点距離の長いマイクロレンズ
アレイを得るために、屈折率の小さい空気との境界面を
レンズ曲面とするのではなく、屈折率が比較的近い値を
呈する固体と固体、あるいは固体と液体の境界面をレン
ズ曲面とするマイクロレンズアレイに係る発明を開示し
ている。
[0006] In the above-mentioned patent application, the disclosure of the invention relating to a display device for displaying a three-dimensional image comprising a microlens array and a display image or an image support is disclosed, and a microlens excellent in application of this display device is disclosed. An invention relating to an array is disclosed. That is, the focal length is relatively short,
It is not possible to use a lenticular plate with a focal plane on the back as it is. In order to obtain a microlens array with a relatively long focal length, the boundary surface between air with a small refractive index is not a curved lens surface, but a solid-solid or a solid-liquid liquid with a relatively close refractive index. An invention relating to a microlens array having a boundary surface as a lens curved surface is disclosed.

【0007】さらに、遠い位置あるいは近い位置から眺
めるなどの多様な要求に応じて焦点距離を比較的容易に
変え易くするために、充分短い配列ピッチで配列された
微小なレンズ曲面の集まりからなる第1種のレンズ曲面
と、微小なレンズ曲面の曲率半径より充分大きい曲率半
径を有するレンズ曲面からなる第2種のレンズ曲面とを
複合させることでマイクロレンズの等価的な焦点距離を
比較的容易に制御することを開示している。
Further, in order to make it easy to change the focal length relatively easily in response to various requirements such as viewing from a distant position or a near position, a first lens unit composed of a collection of minute lens curved surfaces arranged at a sufficiently short arrangement pitch. By combining one kind of lens curved surface with a second kind of lens curved surface having a curvature radius sufficiently larger than the curvature radius of the minute lens curved surface, the equivalent focal length of the microlens can be relatively easily adjusted. It discloses controlling.

【0008】これら出願中の特許で開示しているマイク
ロレンズアレイは充分短い配列ピッチで配列された微小
なレンズ曲面の集まりからなるレンズ曲面を有してい
る。
The microlens array disclosed in these patents has a lens curved surface composed of a collection of minute lens curved surfaces arranged at a sufficiently short arrangement pitch.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は特願平11−
218313号、特願平11−319176号、特願2
000−53954号、特願2000−156608号
および特願2000−162231号で出願中のマイク
ロレンズアレイに関連し、改良されたマイクロレンズア
レイを提供すると共に、マイクロレンズアレイを用いた
改良された表示装置を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to Japanese Patent Application No.
No. 218313, Japanese Patent Application No. 11-319176, Japanese Patent Application No. 2
000-53954, Japanese Patent Application No. 2000-156608, and Japanese Patent Application No. 2000-162231, which provide an improved microlens array and provide an improved display using the microlens array. Provide equipment.

【0010】説明の都合上、以下の説明では特願平11
−218313号、特願平11−319176号、特願
2000−53954号、特願2000−156608
号および特願2000−162231号で開示した発明
を先願発明と呼称する。先願発明では、有効領域の一辺
の長さに対して充分小さい微小レンズを配列したマイク
ロレンズアレイを2次元の表示画像の前に配置し、この
マイクロレンズアレイを介して表示画像を見ることによ
り、2次元の表示画像が奥行き感のある立体的な像とし
て見ることができる表示装置と、そこに用いる各種のマ
イクロレンズアレイを開示している。これらの開示され
たマイクロレンズアレイの基本的な特徴は、微小レンズ
の焦点距離が大きく、すなわち微小レンズのレンズ曲面
の曲率半径が比較的大きいことである。
[0010] For convenience of explanation, the following explanation is based on Japanese Patent Application No. Hei.
-218313, Japanese Patent Application No. 11-319176, Japanese Patent Application No. 2000-53954, Japanese Patent Application No. 2000-156608.
And the invention disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-162231 are referred to as prior inventions. According to the prior invention, a microlens array in which microlenses are arranged sufficiently small with respect to the length of one side of the effective area is arranged before a two-dimensional display image, and the display image is viewed through the microlens array. It discloses a display device that allows a two-dimensional display image to be viewed as a three-dimensional image with a sense of depth, and various microlens arrays used therein. A basic feature of these disclosed microlens arrays is that the focal length of the microlenses is large, that is, the radius of curvature of the lens curved surface of the microlenses is relatively large.

【0011】観察者がレンズ曲面に対し真正面から対面
する場合、観察者の視線と交わるレンズ面のごく狭い範
囲は、レンズを介して見る対象物が焦点よりレンズ曲面
により近い位置に在ればあるほど、近似的に視線に対し
て直交する平面と見なせるような面に近づく。すなわち
屈折量が少なく、レンズとしての働きが弱くなる。
When the observer faces the lens curved surface from directly in front, the very narrow range of the lens surface that intersects with the line of sight of the observer is that the object viewed through the lens is located closer to the lens curved surface than the focal point. The closer it is to a plane that can be regarded as a plane that is approximately orthogonal to the line of sight. That is, the amount of refraction is small, and the function as a lens is weakened.

【0012】一方、光軸から離れれば離れたレンズ位置
であればあるほど、光軸と平行に入射する光はより大き
く屈折し、レンズとしての働きが強くなる。この屈折し
た光の光軸との交点で定義する焦点の焦点距離も小さく
なる。立体的に表示する表示装置を構成するマイクロレ
ンズアレイにおける微小レンズの焦点距離は微小レンズ
の短かい方の辺の長さに対して充分大きくする必要があ
る。このような長い焦点距離を確保して、表示画像の高
精細化に対応して微小レンズの寸法を小さくすると、観
察者の視線に対して直交する平面と見なされるようなレ
ンズ部分の割合が増大する。この結果は、微小レンズと
しての働きが極めて弱くなり、立体的に表示するための
マイクロレンズアレイの微小レンズとしての適正に欠け
るようになる。
On the other hand, the farther away from the optical axis the further the lens position, the more the light incident parallel to the optical axis is refracted, and the stronger the function as a lens. The focal length of the focal point defined by the intersection of the refracted light with the optical axis also decreases. The focal length of the microlenses in the microlens array constituting the display device for displaying stereoscopically needs to be sufficiently larger than the length of the shorter side of the microlenses. By securing such a long focal length and reducing the size of the microlenses in response to the high definition of the displayed image, the proportion of the lens portion that is regarded as a plane orthogonal to the observer's line of sight increases. I do. As a result, the function as a microlens becomes extremely weak, and the microlens array for displaying three-dimensionally lacks the microlens properly.

【0013】また、より強い立体感の発現が望まれる。
本発明の目的は、より優れた立体的な表示特性を呈する
表示装置を提供することと、これらの装置に用いて、更
に表示品質に優れ、さらにはより強い立体感を発現する
新たなマイクロレンズアレイを提供することにある。
It is desired that a stronger three-dimensional effect be exhibited.
An object of the present invention is to provide a display device exhibiting more excellent three-dimensional display characteristics, and to use such a device, a new microlens which is more excellent in display quality and further develops a stronger stereoscopic effect. It is to provide an array.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】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。請求項1の発明
は、有効領域の一辺の長さに対して充分小さい微小レン
ズを配列してなり、近傍にある2つの該微小レンズの光
軸あるいは光軸面が互いに独立しているマイクロレンズ
アレイであって、該微小レンズの光軸あるいは光軸面
は、該微小レンズの中央部から外れ、該微小レンズの辺
境部に位置するか、または該微小レンズから外れた外部
に位置することを特徴とするマイクロレンズアレイであ
る。
The present invention employs the following means in order to solve the above-mentioned problems. The microlens according to the first aspect of the present invention has a configuration in which microlenses that are sufficiently small with respect to the length of one side of the effective area are arranged, and the optical axes or optical axis planes of the two microlenses nearby are independent from each other. An array, wherein an optical axis or an optical axis surface of the microlens deviates from a central part of the microlens, is located at a marginal part of the microlens, or is located outside the microlens. This is a characteristic microlens array.

【0015】請求項1の発明によれば、観察者の視線と
レンズ曲面の法線とのなす角度が大きくなる部分の割合
が多くなる。また、光軸あるいは光軸面から離れたレン
ズ曲面を使用することになり、レンズとしての働きが確
固たるものになる。また、近傍に位置する2つの微小レ
ンズの光軸が互いに独立であるので、個々の微小レンズ
の像がまとまって一つの大きな像になることが避けら
れ、部分的に微小レンズの寸法が大きくなったように見
なされる事がない。
According to the first aspect of the present invention, the proportion of the portion where the angle between the line of sight of the observer and the normal of the lens curved surface increases is increased. In addition, the use of the optical axis or a lens curved surface that is distant from the optical axis surface makes it possible to firmly function as a lens. Further, since the optical axes of the two minute lenses located in the vicinity are independent of each other, it is possible to avoid that the images of the individual minute lenses are combined into one large image, and the size of the minute lens is partially increased. It is not considered to be.

【0016】請求項2の発明は、有効領域の一辺の長さ
に対して充分小さい微小レンズを配列してなり、近傍に
ある2つの該微小レンズの光軸あるいは光軸面が互いに
独立しているマイクロレンズアレイであって、該微小レ
ンズを配列する仮想的なレンズ形成面を含む該マイクロ
レンズアレイを構成する境界面が、一様にかつ滑らか
に、マイクロレンズアレイの厚さに対して充分大きい曲
率半径で湾曲していることを特徴とするマイクロレンズ
アレイである。
According to a second aspect of the present invention, minute lenses that are sufficiently small with respect to the length of one side of the effective area are arranged, and the optical axes or optical axis planes of two nearby minute lenses are independent of each other. A boundary surface forming the microlens array including a virtual lens forming surface for arranging the microlenses is uniform and smooth enough for the thickness of the microlens array. A microlens array characterized by being curved with a large radius of curvature.

【0017】請求項2の発明によれば、マイクロレンズ
アレイの湾曲により、微小レンズはそのマイクロレンズ
アレイにおける位置により光軸からの距離が異なるレン
ズ曲面と見なせるようになる。その結果、微小レンズの
焦点距離がマイクロレンズアレイにおける位置により変
わり、表示画像の全体像の部分部分が焦点距離に応じて
奥行き方向に異なった位置にできる。しかし、全体像は
上下左右方向へ拡大あるいは縮小されることはない。ま
た、マイクロレンズアレイの湾曲自体による全体像の歪
みも無視できるほど小さい。
According to the second aspect of the present invention, the curvature of the micro lens array allows the micro lens to be regarded as a lens curved surface having a different distance from the optical axis depending on the position in the micro lens array. As a result, the focal length of the microlenses changes depending on the position in the microlens array, and a portion of the entire image of the displayed image can be located at different positions in the depth direction according to the focal length. However, the whole image is not enlarged or reduced in the vertical and horizontal directions. Further, distortion of the entire image due to the curvature itself of the microlens array is so small as to be negligible.

【0018】また、近傍に位置する2つの微小レンズの
光軸が互いに独立であるので、個々の微小レンズの像が
まとまって一つの大きな像になることが避けられ、部分
的に微小レンズの寸法が大きくなったように見なされる
事がない。請求項3の発明は、有効領域の一辺の長さに
対して充分小さい微小レンズを配置してなるマイクロレ
ンズアレイであって、該マイクロレンズアレイにおける
位置とともに該微小レンズの焦点距離が変化する領域
と、ほぼ等しい焦点距離の微小レンズの集まりを集団と
して、焦点距離の異なる集団が分布する領域とのうち、
少なくとも一方あるいは両方の領域により構成されるこ
とを特徴とするマイクロレンズアレイである。
Further, since the optical axes of the two minute lenses located close to each other are independent of each other, it is possible to avoid that the images of the individual minute lenses are combined into one large image, and the size of the minute lens is partially reduced. Is not considered to have grown. The invention according to claim 3 is a microlens array in which microlenses that are sufficiently small with respect to the length of one side of the effective area are arranged, and the focal length of the microlenses changes with the position in the microlens array. And a group of microlenses having approximately the same focal length as a group, and a region where groups with different focal lengths are distributed,
A microlens array comprising at least one or both regions.

【0019】請求項3の発明によれば、マイクロレンズ
アレイの微小レンズは、マイクロレンズアレイにおける
位置により焦点距離が変わるので、表示画像の全体像の
部分部分が焦点距離に応じて奥行き方向に異なった位置
にできる。しかし、全体像は上下左右方向へ拡大あるい
は縮小されることはない。また、マイクロレンズアレイ
の湾曲自体による全体像の歪みも無視できるほど小さ
い。また、近傍に位置する2つの微小レンズの光軸が互
いに独立であるので、個々の微小レンズの像がまとまっ
て一つの大きな像になることが避けられる。
According to the third aspect of the present invention, since the focal length of the microlens of the microlens array changes depending on the position in the microlens array, a portion of the whole image of the displayed image varies in the depth direction according to the focal length. Position. However, the whole image is not enlarged or reduced in the vertical and horizontal directions. Further, distortion of the entire image due to the curvature itself of the microlens array is so small as to be negligible. Further, since the optical axes of the two minute lenses located in the vicinity are independent of each other, it is possible to avoid that the images of the individual minute lenses are combined into one large image.

【0020】請求項4の発明は、請求項3記載のマイク
ロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイに対面して
2次元表示画像を配置するように、2次元表示画像と、
該2次元表示画像を支持するための画像支持体のうち、
少なくとも一方あるいは両方と、を具備することを特徴
とする表示装置である。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the microlens array according to the third aspect, wherein the two-dimensional display image is arranged so as to face the microlens array.
Among image supports for supporting the two-dimensional display image,
A display device comprising at least one or both of them.

【0021】請求項4の発明によれば、マイクロレンズ
アレイを介して見える表示画像の全体像は、すの部分部
分がマイクロレンズアレイの微小レンズの焦点距離に応
じて奥行き方向に異なった位置にできる。しかも、全体
像は上下左右方向へ拡大あるいは縮小されることはな
い。また、マイクロレンズアレイの湾曲自体による全体
像の歪みも無視できるほど小さい。また、近傍に位置す
る2つの微小レンズの光軸が互いに独立で、個々の微小
レンズの像がまとまって一つの大きな像になることが避
けられる。
According to the fourth aspect of the present invention, the whole image of the display image viewed through the microlens array is such that the soot portions are located at different positions in the depth direction according to the focal length of the microlenses of the microlens array. it can. In addition, the whole image is not enlarged or reduced in the vertical and horizontal directions. Further, distortion of the entire image due to the curvature itself of the microlens array is so small as to be negligible. Further, the optical axes of the two minute lenses located in the vicinity are independent of each other, and it is possible to avoid that the images of the individual minute lenses are combined into one large image.

【0022】請求項5の発明は、互いに屈折率が異な
り、かつ空気の屈折率よりは充分大きい屈折率を有する
2つ以上の透明部材を積層することにより、該透明部材
が相互に接する1つ以上の境界面を有し、該境界面の少
なくとも1つが、有効領域の一辺の長さより充分小さい
配列ピッチで配列され、当該する該境界面にあって、近
傍にある2つが互いに異なる光軸、あるいは光軸面を有
する微小曲面の集まりからなるレンズ曲面を形成し、レ
ンズ曲面である境界面の各々が該レンズ曲面である境界
面と対峙するレンズ曲面でない外界との境界面を含む他
の境界面のいずれに対しても、該レンズ曲面である境界
面の該微小曲面の曲率半径rと、微小曲面に接する一方
の材質の絶対屈折率np と、微小曲面に接する他方の材
質の絶対屈折率ns と、他の境界面の曲率半径Rと、他
の境界面に接する一方の材質の絶対屈折率Np と、他の
境界面に接する他方の材質の絶対屈折率Ns との関係に
下記の不等式(1)が成立することを特徴とするマイク
ロレンズアレイである。 |R/(Np −Ns )|≫|r/(np −ns )|……………(1) 請求項5の発明によれば、不等式(1)の関係が成立す
ることからレンズとしての機能として最も強い働きをす
る境界面は2つ以上の透明部材が互いに接する微小曲面
からなる1つ以上の境界面とすることができ、レンズの
性能をこの境界面で決めることができる。しかもこのレ
ンズ曲面を境界面とする両側の透明部材の屈折率を適切
に選ぶ事により焦点距離を制御することが可能になる。
特に空気である外界との境界面の曲率半径Rを充分大き
い平面に近い面にすることにより曲率半径rの小さな微
小曲面で、焦点距離の大きなレンズとなる。
According to a fifth aspect of the present invention, two or more transparent members having different refractive indices from each other and having a refractive index sufficiently larger than the refractive index of air are laminated so that the transparent members are in contact with each other. Having the above boundary surface, at least one of the boundary surfaces is arranged at an arrangement pitch sufficiently smaller than the length of one side of the effective region, and two optical members near the boundary surface are different from each other, Alternatively, a lens curved surface composed of a collection of minute curved surfaces having an optical axis surface is formed, and each of the boundary surfaces that are lens curved surfaces includes a boundary surface between the lens curved surface and the external surface that is not a lens curved surface and faces the boundary surface that is the lens curved surface. For any of the surfaces, the radius of curvature r of the minute curved surface of the boundary surface that is the lens curved surface, the absolute refractive index n p of one material in contact with the minute curved surface, and the absolute refraction of the other material in contact with the minute curved surface Rate n s , The curvature radius R of the other boundary surface, and the absolute refractive index N p of one material in contact with the other boundary surface, the following relationship between the absolute refractive index N s of the other material in contact with the other boundary surface inequalities (1) A microlens array characterized by the following. | R / (N p -N s ) | »| r / (n p -n s) | According to ............... (1) The invention of claim 5, the relationship of inequality (1) is satisfied The boundary surface that functions as the lens as the strongest function can be one or more boundary surfaces composed of minute curved surfaces where two or more transparent members are in contact with each other, and the performance of the lens can be determined by this boundary surface. it can. Moreover, the focal length can be controlled by appropriately selecting the refractive indices of the transparent members on both sides having the lens curved surface as a boundary surface.
In particular, by making the radius of curvature R of the boundary surface with the outside world as air close to a sufficiently large plane, a lens with a small radius of curvature r and a large focal length can be obtained.

【0023】また、近傍に位置する2つの微小レンズの
光軸が互いに独立であるので、個々の微小レンズの像が
まとまって一つの大きな像になることが避けられる。請
求項6の発明は、請求項5のマイクロレンズアレイであ
って、前記レンズ曲面である境界面の微小曲面を多段に
連ねた合成光学系によって形成される微小レンズの焦点
が、マイクロレンズアレイ形成体から離れた外部の位置
にあり、最も近い該微小曲面から微小曲面の最も短い配
列間隔の5倍以上離れていることを特徴とするマイクロ
レンズアレイである。
Further, since the optical axes of the two minute lenses located near each other are independent of each other, it is possible to avoid that the images of the individual minute lenses are combined into one large image. According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the microlens array according to the fifth aspect, wherein the focal point of the microlens formed by the composite optical system in which the minute curved surface of the boundary surface which is the lens curved surface is connected in a multistage is formed. A microlens array, wherein the microlens array is located at an external position distant from the body and is separated from the closest minute curved surface by at least five times the shortest arrangement interval of the minute curved surfaces.

【0024】請求項6の発明によれば、請求項5の発明
と同じ効果に加えて、焦点距離の長さが一定以上の大き
さに確保でき、さらに焦点がマイクロレンズアレイ形成
体から離れた外部の位置にあるので、焦点近傍を避け
て、焦点よりもレンズ曲面に近い位置に表示画像を置け
るようになる。
According to the sixth aspect of the invention, in addition to the same effect as the fifth aspect of the invention, the length of the focal length can be secured to a certain value or more, and the focal point is separated from the microlens array formed body. Since it is located outside, the display image can be placed at a position closer to the lens curved surface than the focal point, avoiding the vicinity of the focal point.

【0025】請求項7の発明は、請求項5または6に記
載のマイクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイ
の前記レンズ曲面に対面し、前記レンズ曲面である境界
面の微小曲面を多段に連ねた合成光学系によって形成さ
れる微小レンズの焦点と該微小レンズのレンズ曲面との
間の位置に、該微小レンズの焦点の側近位置および該微
小レンズのレンズ曲面の側近位置を避けて配置された連
続した図柄からなる2次元表示画像と、該マイクロレン
ズアレイの前記レンズ曲面に対面し、前記レンズ曲面で
ある境界面の微小曲面を多段に連ねた合成光学系によっ
て形成される微小レンズの焦点と該微小レンズのレンズ
曲面との間の位置に、該微小レンズの焦点の側近位置お
よび該微小レンズのレンズ曲面の側近位置を避けて配置
された2次元表示画像を支持するための画像支持体のう
ち、少なくとも一方あるいは両方と、を具備することを
特徴とする表示装置である。
According to a seventh aspect of the present invention, the microlens array according to the fifth or sixth aspect, and the microcurved surface facing the lens curved surface of the microlens array, and the micro curved surface of the boundary surface which is the lens curved surface are connected in multiple stages. A continuous lens disposed at a position between the focal point of the microlens formed by the synthetic optical system and the lens curved surface of the microlens, avoiding the position of the focal point of the microlens and the position of the lens curved surface of the microlens. A two-dimensional display image composed of a symbol and a focal point of a microlens formed by a composite optical system in which the microcurved surface of the boundary surface that is the lens curved surface facing the lens curved surface of the microlens array is connected in multiple stages. A two-dimensional display arranged at a position between the lens curved surface of the micro lens and the position near the focal point of the micro lens and the position near the lens curved surface of the micro lens Among the image support for supporting an image, a display device characterized by comprising at least one or both, the.

【0026】請求項7の発明によれば、微小レンズを微
細化して、高精細化を図る場合でも、充分長い焦点距離
のマイクロレンズアレイを用いることが出来るので、表
示画像を焦点よりもレンズ曲面に近い範囲で、焦点およ
びレンズ曲面の側近位置を避けた位置に置ける。これに
よりマイクロレンズアレイの微小曲面である微小レンズ
の像が正立像となり、また、上記範囲で表示画像も置く
位置を変えて、全体像の立体感の現れる度合いの調節も
可能になる。さらに、近傍にある微小曲面の光軸が独立
しており、全体像の画素の大きさが限定される。
According to the seventh aspect of the present invention, a microlens array having a sufficiently long focal length can be used even when a minute lens is miniaturized and high definition is achieved. Can be placed in a position near the focal point and the side of the lens curved surface within a range close to. As a result, the image of the microlens, which is a microcurved surface of the microlens array, becomes an erect image, and the degree of appearance of the three-dimensional effect of the entire image can be adjusted by changing the position where the display image is placed in the above range. Furthermore, the optical axes of the minute curved surfaces in the vicinity are independent, and the size of the pixels of the entire image is limited.

【0027】請求項8の発明は、有効領域の一辺の長さ
に対して充分小さい微小レンズを配列してなり、近傍に
ある2つの該微小レンズの光軸あるいは光軸面が互いに
独立しているマイクロレンズアレイと、該マイクロレン
ズアレイに対向して該微小レンズの焦点と該微小レンズ
のレンズ曲面との間の、該微小レンズの焦点の側近位置
および該微小レンズのレンズ曲面の側近位置を避けた位
置に2次元表示画像を配置するように、2次元表示画像
と、該2次元表示画像を支持するための画像支持体のう
ち、少なくとも一方あるいは両方と、を具備し、該マイ
クロレンズアレイを観察者に対向させ、マイクロレンズ
アレイを介して該2次元表示画像を該観察者に表示せし
める事を特徴とする表示装置である。
According to an eighth aspect of the present invention, minute lenses which are sufficiently small with respect to the length of one side of the effective area are arranged, and the optical axes or the optical axis planes of the two adjacent minute lenses are independent of each other. A micro lens array, and a position near a focal point of the micro lens and a position near a lens curved surface of the micro lens between the focal point of the micro lens and the lens curved surface facing the micro lens array. A microlens array comprising: a two-dimensional display image; and at least one or both of an image support for supporting the two-dimensional display image, such that the two-dimensional display image is arranged at the avoiding position. Is a display device characterized in that the two-dimensional display image is displayed to the observer via a microlens array.

【0028】請求項8の発明によれば、マイクロレンズ
アレイを構成する各微小レンズの作る像を新たな画素と
して、その画素の集まりを画像支持体に取りつけられた
表示画像の全体像として見ることになる。このため、表
示画像の全体像は拡大も縮小もされず、その位置だけが
微小レンズのレンズの法則によって表示画像の位置から
ずれることになる。
According to the present invention, the image formed by each micro lens constituting the micro lens array is regarded as a new pixel, and the group of pixels is viewed as the entire image of the display image attached to the image support. become. For this reason, the entire image of the display image is not enlarged or reduced, and only the position is shifted from the position of the display image by the lens rule of the minute lens.

【0029】また、表示画像はマイクロレンズアレイに
対向して微小レンズの焦点と微小レンズのレンズ曲面と
の間の、微小レンズの焦点の側近位置と微小レンズのレ
ンズ曲面の側近位置を避けた位置に配置されるので、微
小レンズの作る像は正立像で、拡大率、縮小率が異常に
大きくも小さくもない有意の大きさにすることができ
る。更に、近傍に位置する2つの微小レンズの光軸が互
いに独立であるので、個々の微小レンズの像がまとまっ
て一つの大きな像になることが避けられ、部分的に微小
レンズの寸法が大きくなったように見なされる事がな
い。
The displayed image is located at a position opposed to the microlens array, between the focal point of the microlens and the curved surface of the microlens, excluding the position near the focal point of the microlens and the position near the curved surface of the lens of the microlens. , The image formed by the microlenses is an erect image, and the enlargement ratio and the reduction ratio can have a significant size that is neither abnormally large nor small. Further, since the optical axes of the two microlenses located in the vicinity are independent of each other, it is possible to avoid that the images of the individual microlenses are combined into one large image, and the size of the microlenses is partially increased. It is not considered to be.

【0030】画像支持体は表示画像とマイクロレンズア
レイのレンズ曲面の位置関係を定める事ができ、表示画
像が交換されてもその位置関係を維持できる。請求項9
の発明は、請求項8記載の表示装置において、前記マイ
クロレンズアレイの境界面が、前記微小レンズを配列す
る仮想的なレンズ形成面を含めて、一様にかつ滑らか
に、該マイクロレンズアレイの厚さに対して充分大きい
曲率半径で湾曲していることと、前記観察者の視線と該
微小レンズのレンズ曲面の法線とのなす角度が大きくな
る微小レンズ内部の面積割合が増大する方向に該マイク
ロレンズアレイが該観察者に対して傾いていることのう
ち、少なくとも一方あるいは両方であることを特徴とす
る表示装置である。
The image support can determine the positional relationship between the display image and the lens curved surface of the microlens array, and can maintain the positional relationship even when the display image is exchanged. Claim 9
The display device according to claim 8, wherein the boundary surface of the microlens array is uniformly and smoothly formed on the boundary surface of the microlens array including a virtual lens forming surface on which the microlenses are arranged. Being curved with a radius of curvature that is sufficiently large with respect to the thickness, and increasing the angle between the line of sight of the observer and the normal to the lens curved surface of the microlens in the direction in which the area ratio inside the microlens increases. A display device characterized in that at least one or both of the microlens arrays are inclined with respect to the observer.

【0031】請求項9の発明によれば、表示画像を焦点
よりもレンズ曲面に近い範囲で、焦点およびレンズ曲面
の側近位置を避けた位置に置けるので、微小レンズの像
が正立像となる。また、近傍にある微小曲面の光軸が独
立しており、全体像の画素の大きさが限定される。
According to the ninth aspect of the present invention, the displayed image can be placed in a position closer to the lens curved surface than the focal point and at a position avoiding the focus and the side of the lens curved surface, so that the image of the minute lens becomes an erect image. Further, the optical axes of the minute curved surfaces in the vicinity are independent, and the size of the pixel of the whole image is limited.

【0032】マイクロレンズアレイが観察者に対して傾
いていると、観察者の視線がレンズ曲面に入射する角度
が大きくなる部分が増え、微小レンズのレンズ曲面で大
きく曲画る部分が増える。マイクロレンズアレイを観察
者に対して傾ける角度を変えるだけで、微小レンズの焦
点距離が変えられる。
When the microlens array is tilted with respect to the observer, the portion where the line of sight of the observer enters the lens curved surface increases, and the curved portion of the microlens has a large curved portion. Only by changing the angle at which the microlens array is inclined with respect to the observer, the focal length of the microlens can be changed.

【0033】マイクロレンズアレイが湾曲していると、
マイクロレンズアレイの微小レンズは、マイクロレンズ
アレイにおける位置により焦点距離が変わるので、表示
画像の全体像の部分部分が焦点距離に応じて奥行き方向
に異なった位置にできる。しかし、全体像は上下左右方
向へ拡大あるいは縮小されることはない。また、マイク
ロレンズアレイの湾曲自体による全体像の歪みも無視で
きるほど小さい。
When the micro lens array is curved,
Since the focal length of the microlens in the microlens array changes depending on the position in the microlens array, a portion of the entire image of the displayed image can be located at different positions in the depth direction according to the focal length. However, the whole image is not enlarged or reduced in the vertical and horizontal directions. Further, distortion of the entire image due to the curvature itself of the microlens array is so small as to be negligible.

【0034】請求項10の発明は、有効領域の一辺の長
さに対して充分小さい複数の微小レンズを配置してなる
マイクロレンズアレイであって、該複数の微小レンズ
は、焦点距離が一定でないことを特徴とするマイクロレ
ンズアレイである。請求項10の発明によれば、マイク
ロレンズアレイの各微小レンズは、焦点距離が一定では
ないので、表示画像の全体像の部分部分が焦点距離に応
じて奥行き方向に異なった位置にできる。しかし、全体
像は上下左右方向へ拡大あるいは縮小されることはな
い。また、マイクロレンズアレイの湾曲自体による全体
像の歪みも無視できるほど小さい。また、近傍に位置す
る2つの微小レンズの光軸が互いに独立であるので、個
々の微小レンズの像がまとまって一つの大きな像になる
ことが避けられ、部分的に微小レンズの寸法が大きくな
ったように見なされる事がない。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a microlens array in which a plurality of minute lenses which are sufficiently small with respect to the length of one side of the effective area are arranged, and the plurality of minute lenses have an irregular focal length. A microlens array characterized in that: According to the tenth aspect of the present invention, since the focal length of each microlens of the microlens array is not constant, a portion of the entire image of the displayed image can be located at different positions in the depth direction according to the focal length. However, the whole image is not enlarged or reduced in the vertical and horizontal directions. Further, distortion of the entire image due to the curvature itself of the microlens array is so small as to be negligible. Further, since the optical axes of the two minute lenses located in the vicinity are independent of each other, it is possible to avoid that the images of the individual minute lenses are combined into one large image, and the size of the minute lens is partially increased. It is not considered to be.

【0035】請求項11の発明は、請求項10記載のマ
イクロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイに対面
して2次元表示画像を配置するように、2次元表示画像
と、該2次元表示画像を支持するための画像支持体のう
ち、少なくとも一方あるいは両方と、を具備することを
特徴とする表示装置である。
According to an eleventh aspect of the present invention, the two-dimensional display image and the two-dimensional display image are arranged such that the two-dimensional display image is arranged so as to face the microlens array. A display device comprising at least one or both of an image support for supporting.

【0036】請求項11の発明によれば、マイクロレン
ズアレイを介して置かれた表示画像をみると、表示画像
の全体像の部分部分がマイクロレンズアレイの微小レン
ズの焦点距離に応じて奥行き方向に異なった位置にでき
る。しかも、全体像は上下左右方向へ拡大あるいは縮小
されることはない。また、マイクロレンズアレイの湾曲
自体による全体像の歪みも無視できるほど小さい。ま
た、部分的に微小レンズの寸法が大きくなったように見
なされる事がなく、全体像の一部にその部分だけ異常に
拡大されたり縮小されたりする部分が生じない。
According to the eleventh aspect of the present invention, when a display image placed via the microlens array is viewed, a part of the whole image of the display image is shifted in the depth direction according to the focal length of the microlens of the microlens array. Can be in different positions. In addition, the whole image is not enlarged or reduced in the vertical and horizontal directions. Further, distortion of the entire image due to the curvature itself of the microlens array is so small as to be negligible. In addition, it is not considered that the size of the microlens is partially increased, and there is no portion in the whole image that is abnormally enlarged or reduced.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、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。図1は、本発明
の第1の実施の形態における表示装置の断面図である。
図1において、表示装置は、微小レンズ4により構成さ
れるマイクロレンズアレイ1と、表示する図柄を描いた
表示画像を支持する画像支持体2とを備える。表示画像
は、画像支持体2の表面に直接描くか、あるいはすでに
紙などに描かれた表示画像を画像支持体2に固定する。
この第1の実施の形態においては、画像支持体が板状で
あり、表示画像がマイクロレンズアレイ1に対面する側
の面に描かれている。なお、表示画像そのものは図1で
は省略されているが、通常の写真あるいは印刷物などで
周知の連続した図柄からなる2次元画像である。このよ
うな表示装置において、表示画像を観察する観察者3
は、画像支持体2に支持されている表示画像あるいは画
像支持体2に直接描かれている2次元表示画像を、マイ
クロレンズアレイ1を介して見る。なお、マイクロレン
ズアレイ1と画像支持体2との間は空気で満たされた通
常の空間である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a display device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the display device includes a microlens array 1 composed of microlenses 4 and an image support 2 that supports a display image depicting a design to be displayed. The display image is drawn directly on the surface of the image support 2 or a display image already drawn on paper or the like is fixed to the image support 2.
In the first embodiment, the image support has a plate shape, and a display image is drawn on the surface facing the microlens array 1. Although the display image itself is omitted in FIG. 1, it is a two-dimensional image composed of a series of well-known continuous pictures such as ordinary photographs or printed matter. In such a display device, an observer 3 observing a display image
View through the microlens array 1 a display image supported by the image support 2 or a two-dimensional display image directly drawn on the image support 2. The space between the microlens array 1 and the image support 2 is a normal space filled with air.

【0038】マイクロレンズアレイ1を介して見える表
示画像の全体像は、表示画像から離れた位置にできる。
この位置の違いにより表示画像の全体像が立体感のある
画像として見える。この全体像は、微小レンズの像を画
素として形成されており、拡大も縮小もされない。以上
の像の見え方は、以下の説明における、マイクロレンズ
アレイを介して2次元の表示画像を見る際の基本的なも
のである。したがって以後において、マイクロレンズア
レイを介して見える像として、この基本的な説明はしな
い。
The whole image of the display image viewed through the microlens array 1 can be located at a position distant from the display image.
Due to this difference in position, the entire image of the display image appears as a three-dimensional image. This whole image is formed by using the image of the minute lens as a pixel, and is not enlarged or reduced. The above-described appearance of the image is fundamental when a two-dimensional display image is viewed through the microlens array in the following description. Therefore, hereinafter, this basic description will not be made as an image viewed through the microlens array.

【0039】マイクロレンズアレイ1を構成する微小レ
ンズ4のレンズ曲面は円柱面であり、紙面を貫通して上
から下の方向に長い形状をしている。また、各微小レン
ズ4の光軸は図中直線gで示すように微小レンズ4のレ
ンズ曲面を延長した仮想上のレンズ曲面を貫通してい
る。
The lens curved surface of the micro lens 4 constituting the micro lens array 1 is a cylindrical surface and has a shape extending from top to bottom through the paper surface. The optical axis of each microlens 4 penetrates an imaginary lens curved surface obtained by extending the lens curved surface of the microlens 4 as shown by a straight line g in the drawing.

【0040】また、近傍にある2つの微小レンズの光軸
あるいは光軸面は、互いに独立している。ここで、微小
レンズ4の光軸を明確にしておく。一般に、レンズの最
も突出した頂点とレンズ曲面の球心とを結んだ仮想上の
直線を光軸としている。しかし、レンズを傾けると頂点
の位置は変わり、固定されない。ここで改めて、頂点を
用いず光軸を次のように定義する。
The optical axes or optical axis planes of the two minute lenses in the vicinity are independent of each other. Here, the optical axis of the minute lens 4 is clarified. Generally, an imaginary straight line connecting the most protruding vertex of the lens and the spherical center of the lens curved surface is defined as the optical axis. However, when the lens is tilted, the position of the vertex changes and is not fixed. Here again, the optical axis is defined as follows without using vertices.

【0041】光軸とはレンズ曲面の中心から当該微小レ
ンズの近傍に位置するレンズ形成面に下ろした仮想上の
垂線である。ここで、レンズ曲面の中心とは球面レンズ
であれば球心、また第1の実施の形態の微小レンズ4の
ように円柱面レンズであれば円柱中心軸に直交する面を
断面として切断した場合の中心軸の点である。
The optical axis is an imaginary perpendicular drawn from the center of the lens curved surface to the lens forming surface located near the minute lens. Here, the center of the lens curved surface is a spherical center if the lens is a spherical lens, or a section perpendicular to the central axis of the cylinder if the lens is a cylindrical lens like the micro lens 4 of the first embodiment. Is the point of the central axis.

【0042】また、レンズ形成面とは、微小レンズの凹
凸が均された状態を想定した仮想上の面で、微小レンズ
が並べられている仮想的なレンズ形成面である。柔軟性
があって曲げられたマイクロレンズアレイであっても、
微小レンズの曲率半径に対して曲げられた湾曲部の曲率
半径は著しく大きいため、当該微小レンズの近くのレン
ズ形成面は実用上近似的に一つの平面と見なすことがで
きるので、上記に定義した光軸が適用できる。
The lens forming surface is a virtual surface assuming a state in which the irregularities of the minute lenses are leveled, and is a virtual lens forming surface on which the minute lenses are arranged. Even with a flexible and bent microlens array,
Since the radius of curvature of the curved portion that is bent with respect to the radius of curvature of the microlens is extremely large, the lens forming surface near the microlens can be regarded as one plane approximately in practical use. Optical axis is applicable.

【0043】更に光軸面を定義する。微小レンズが球面
レンズであれば、光軸は直線となる。しかし、微小レン
ズが第1の実施の形態のように円柱面レンズであれば、
単独の微小レンズに多くの光軸が連なって存在すること
になり、光軸を連ねると一つの面となる。この連続する
光軸を連ねて出来る面を光軸面と定義する。
Further, the optical axis plane is defined. If the micro lens is a spherical lens, the optical axis becomes a straight line. However, if the micro lens is a cylindrical lens as in the first embodiment,
Many optical axes are connected to a single microlens, and connecting the optical axes forms one surface. A surface formed by connecting the continuous optical axes is defined as an optical axis surface.

【0044】一般に、マイクロレンズアレイを意識的に
曲げて使用する場合を除き、マイクロレンズアレイは平
坦で、観察者に正対して向けられるのが常である。この
場合の観察者の視線は微小レンズの配列に垂直になり、
観察者の視線と光軸とが一致する。この場合、観察者は
充分離れた位置に居るものとしている。以後、特に断ら
ない限り観察者は充分離れた位置に居るものとして説明
する。
In general, unless the microlens array is used by being bent consciously, the microlens array is usually flat and oriented directly to the observer. In this case, the observer's line of sight is perpendicular to the array of microlenses,
The line of sight of the observer coincides with the optical axis. In this case, it is assumed that the observer is at a sufficiently distant position. Hereinafter, the description will be made assuming that the observer is at a sufficiently distant position unless otherwise specified.

【0045】この第1の実施の形態では、レンズ形成面
は平面で、これに対面して平行に表示画像が配置されて
いる。かかる構成の表示装置に観察者3が正しく対面し
てマイクロレンズアレイ1を介して表示画像を見ること
になる。また、各微小レンズ4の光軸は図中代表として
gで示すように、実際のレンズ曲面の外で、レンズ曲面
を延長した図中点線で示す仮想曲面と光軸gが交点pで
交わっている。
In the first embodiment, the lens forming surface is a flat surface, and the display image is arranged parallel to the lens forming surface. The observer 3 correctly faces the display device having such a configuration and views the display image via the microlens array 1. The optical axis of each microlens 4 is represented by g as a representative in the figure, and the virtual curved surface shown by a dotted line in the figure, which is an extension of the lens curved surface, intersects the optical axis g at the intersection p outside the actual lens curved surface. I have.

【0046】このマイクロレンズアレイ1を構成する微
小レンズ4の真のレンズ曲面は光軸gから離れた位置に
ある。このため光軸gとレンズ曲面の任意の点での法線
iとのなす角度θはある程度大きな値以上になる。充分
遠くに居る観察者3の視線hは光軸gと平行であり、観
察者3の視線hとレンズ曲面の任意の点での法線iとの
なす角度θも大きくなる。光軸gが微小レンズ4の中央
に位置する場合に比較して、表示画像を出た光は微小レ
ンズ4の全領域で充分大きく屈折して観察者3に届くよ
うになり、レンズとしての働きが確固たるものになる。
The true lens curved surface of the micro lens 4 constituting the micro lens array 1 is located at a position away from the optical axis g. For this reason, the angle θ between the optical axis g and the normal line i at an arbitrary point on the lens curved surface becomes a certain value or more. The line of sight h of the observer 3 who is far enough is parallel to the optical axis g, and the angle θ between the line of sight h of the observer 3 and the normal line i at an arbitrary point on the lens curved surface also increases. As compared with the case where the optical axis g is located at the center of the microlens 4, the light that has exited the display image is sufficiently refracted in the entire area of the microlens 4 and reaches the observer 3, so that the lens functions as a lens. Will be firm.

【0047】この第1の実施の形態は、レンズ曲面(仮
想曲面)と光軸gとの交点pが微小レンズ4の真のレン
ズ曲面から外れた外部に位置する例である。レンズ曲面
と光軸との交点がまだ真のレンズ曲面の内部にあって、
微小レンズの中央部から外れた辺境部に位置する場合で
も、中央部に位置する場合に比べて微小レンズで充分大
きく屈折する領域が広がるのでレンズとしての働きが確
固たるものになる。
The first embodiment is an example in which the intersection point p between the lens curved surface (virtual curved surface) and the optical axis g is located outside the true lens curved surface of the micro lens 4. The intersection of the lens surface and the optical axis is still inside the true lens surface,
Even when the microlens is located at a marginal portion deviating from the central portion, the region where the microlens is sufficiently refracted is widened as compared with the case where the microlens is located at the central portion, so that the function as a lens is firm.

【0048】このようにレンズ曲面と光軸との交点が微
小レンズの中央から外れると、微小レンズと微小レンズ
の境界で段差が生じる。図1では、階段状の変化で示し
たが、実際上の製造条件などからある程度の勾配がつ
く。また、逆に緩やかな変化をさせ、画像の品質を高め
ることもある。いずれにしてもこの境界部分はごく狭い
範囲に限定される。
When the intersection between the lens curved surface and the optical axis deviates from the center of the minute lens, a step occurs at the boundary between the minute lenses. Although shown in FIG. 1 as a step-like change, a certain degree of gradient is formed due to actual manufacturing conditions and the like. Conversely, a gradual change may be made to improve the image quality. In any case, this boundary is limited to a very narrow range.

【0049】また、近傍にある2つの微小レンズの光軸
が互いに共通であると、各微小レンズは一つの大きなレ
ンズの一部になり、個々の微小レンズの像がまとまって
一つの大きな像になる。この結果、表示画像の全体像に
大きな画素部分が生じ、この部分だけが、他の領域と異
なり、微小レンズの倍率に従って拡大あるいは縮小され
て全体像の品質を低下させる。近傍にある2つの微小レ
ンズの光軸が互いに独立であれば、個々の微小レンズの
像がまとまって一つの大きな像になることが避けられ、
画素の大きさが一様に保たれ分散されるので、全体像の
画像品質を向上することが出来る。
If the optical axes of two nearby microlenses are common to each other, each microlens becomes a part of one large lens, and the images of the individual microlenses are combined into one large image. Become. As a result, a large pixel portion is generated in the whole image of the display image, and only this portion is enlarged or reduced in accordance with the magnification of the minute lens, unlike the other regions, to degrade the quality of the whole image. If the optical axes of two nearby microlenses are independent of each other, the images of the individual microlenses can be prevented from being combined into one large image,
Since the pixel size is kept uniform and dispersed, the image quality of the entire image can be improved.

【0050】次に、図2を用いて本発明の第2の実施の
形態について説明する。本発明の第2の実施の形態は、
マイクロレンズアレイを観察者に対して斜めに配置する
ことにより、微小レンズのレンズとしての働きをより顕
著にする実施の形態である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A second embodiment of the present invention
This is an embodiment in which a microlens array is arranged obliquely with respect to an observer to make the function of the microlens as a lens more remarkable.

【0051】図2は、本発明の第2の実施の形態におけ
る表示装置の断面図である。図2において、表示装置
は、微小レンズ14により構成されるマイクロレンズア
レイ11と、表示する図柄を描いた表示画像を支持する
画像支持体12とを備える。表示画像は、画像支持体1
2の表面に直接描くか、あるいはすでに紙などに描かれ
た2次元画像を画像支持体12に固定する。表示画像そ
のものは図2では省略されていること、また、マイクロ
レンズアレイ11と表示画像との関係は、図1を用いて
説明した第1の実施の形態の場合と同様である。
FIG. 2 is a sectional view of a display device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the display device includes a microlens array 11 composed of microlenses 14 and an image support 12 that supports a display image depicting a design to be displayed. The display image is the image support 1
2 or a two-dimensional image already drawn on paper or the like is fixed to the image support 12. The display image itself is omitted in FIG. 2, and the relationship between the microlens array 11 and the display image is the same as in the first embodiment described with reference to FIG.

【0052】この第2の実施の形態と図1を用いて説明
した第1の実施の形態との基本的な違いは、マイクロレ
ンズアレイ11を構成する微小レンズ14の配列の状態
の違いと、マイクロレンズアレイ11の観察者13に対
する向き(角度)である。マイクロレンズアレイ11を
構成する微小レンズ14のレンズ曲面は円柱面で、紙面
を貫通して上から下の方向に長い形状をしている。ま
た、微小レンズ14は光軸gに対して対称となるような
状態で配列されている。これに対して第1の実施の形態
での微小レンズは光軸に対して非対称の状態で配列され
ている。
The basic difference between the second embodiment and the first embodiment described with reference to FIG. 1 is that the difference in the state of the arrangement of the micro lenses 14 constituting the micro lens array 11 is as follows. This is the direction (angle) of the microlens array 11 with respect to the observer 13. The lens curved surface of the micro lens 14 constituting the micro lens array 11 is a cylindrical surface, and has a shape that penetrates the paper surface and is long from top to bottom. The microlenses 14 are arranged symmetrically with respect to the optical axis g. On the other hand, the microlenses according to the first embodiment are arranged asymmetrically with respect to the optical axis.

【0053】この第2の実施の形態では、レンズ形成面
は平面で、このレンズ形成面に対面して平行に画像支持
体12が配置されている。この条件は第1の実施の形態
の場合と同様である。かかる構成の表示装置が、観察者
13に対してマイクロレンズアレイ11が角度θだけ傾
くように置かれる。当然、レンズ形成面も画像支持体1
2も観察者13に対して角度θだけ傾く。観察者13は
マイクロレンズアレイ11を介して画像支持体12に支
持されたあるいは描かれた表示画像を見ることになる。
この場合、図中hで示す観察者13の視線は微小レンズ
14の光軸gに対して角度θだけ傾く。
In the second embodiment, the lens forming surface is a flat surface, and the image support 12 is arranged parallel to the lens forming surface. This condition is the same as in the first embodiment. The display device having such a configuration is placed so that the microlens array 11 is inclined by the angle θ with respect to the observer 13. Of course, the lens forming surface is also the image support 1
2 also inclines by an angle θ with respect to the observer 13. The observer 13 will see the display image supported or drawn on the image support 12 via the microlens array 11.
In this case, the line of sight of the observer 13 indicated by h in the figure is inclined by an angle θ with respect to the optical axis g of the microlens 14.

【0054】視線hが光軸gから角度θだけ傾くと、視
線hと微小レンズのレンズ曲面の法線とのなす角度は、
図中に図示したように、θだけ変化する。すなわちレン
ズ曲面に対する視線hの入射角がθだけ変化する。θ、
βともに光軸gを基準に正負の符号付の値である。視線
hと微小レンズのレンズ曲面の法線とのなす角度は(β
―θ)で表され、これも符号付の値で表される。以後、
視線hと微小レンズのレンズ曲面の法線とのなす角度を
視線と微小レンズのなす角度と略記して説明する。レン
ズとしての働きは視線と微小レンズのなす角度の絶対値
が重要で、正負の符号に大きな意味はない。そこで、特
に断らない限り、視線hと微小レンズのレンズ曲面の法
線のなす角度は絶対値で説明する。
When the line of sight h is tilted from the optical axis g by an angle θ, the angle between the line of sight h and the normal to the lens curved surface of the micro lens becomes
As shown in the figure, it changes by θ. That is, the angle of incidence of the line of sight h with respect to the lens curved surface changes by θ. θ,
Both β are positive and negative signed values based on the optical axis g. The angle between the line of sight h and the normal to the lens surface of the microlens is (β
−θ), which is also represented by a signed value. Since then
The angle formed by the line of sight h and the normal to the lens curved surface of the micro lens will be simply described as the angle formed by the line of sight and the micro lens. For the function as a lens, the absolute value of the angle between the line of sight and the micro lens is important, and the sign of the sign has no significant meaning. Therefore, unless otherwise specified, the angle between the line of sight h and the normal to the lens surface of the micro lens will be described as an absolute value.

【0055】光軸を挟んで、一方の領域でレンズと視線
のなす角度が増大すると、その反対側の領域では減少す
る。光軸gが微小レンズの中央に位置するこの第2の実
施の形態の場合、θが小さい範囲では視線と微小レンズ
のなす角度が増大する部分と減少する部分が生じるが、
微小レンズの内部では、増大する面積部分が多く、減少
する面積部分に対する面積比率が増大する。θが更に大
きくなると、微小レンズの全ての領域でθの増大と共に
視線と微小レンズのなす角度が増大するようになる。
When the angle between the lens and the line of sight increases in one region with respect to the optical axis, the angle decreases in the other region. In the case of the second embodiment in which the optical axis g is located at the center of the microlens, a portion where the angle between the line of sight and the microlens increases and a portion where the angle between the line of sight and the microlens increases in a small range of θ,
Inside the microlens, there are many increasing area portions, and the area ratio to the decreasing area portion increases. When θ further increases, the angle formed by the line of sight and the microlens increases with increasing θ in all regions of the microlens.

【0056】一方、光軸gが微小レンズの中央に位置せ
ず、微小レンズの内部の中央部から外れた位置にある
か、微小レンズの外部にある場合においては、マイクロ
レンズアレイを傾ける方向によって、視線と該微小レン
ズなす角度が大きくなる微小レンズの面積割合が増大し
たり、減少したりすることは以上の説明から容易に理解
できる。
On the other hand, when the optical axis g is not located at the center of the microlens but at a position deviated from the central portion inside the microlens or outside the microlens, depending on the direction in which the microlens array is inclined. It can be easily understood from the above description that the area ratio of the minute lens in which the angle formed between the line of sight and the minute lens increases increases or decreases.

【0057】視線hとレンズ曲面の法線とのなす角度が
より大きくなると、微小レンズ14でより大きく屈折し
た光が観察者13に到達することになり、微小レンズ1
4のレンズとしての働きが確固たるものになる。以上の
第2の実施の形態の説明では、マイクロレンズアレイ1
4を観察者13に対してレンズの傾斜方向に傾ける例と
して説明した。これと直交する方向である円柱面レンズ
の軸を観察者方向に傾ける場合でも、レンズ曲面の法線
に対する該観察者の視線の角度が増大され、微小レンズ
のレンズとしての働きをより確固たるものにできる。こ
れによりより強く立体感が感じられる。
When the angle between the line of sight h and the normal of the lens curved surface becomes larger, the light refracted more by the micro lens 14 reaches the observer 13 and the micro lens 1
The function as the lens of 4 becomes firm. In the above description of the second embodiment, the microlens array 1
4 has been described as an example of tilting the lens 13 with respect to the observer 13 in the tilt direction. Even when the axis of the cylindrical lens, which is a direction orthogonal to this, is inclined toward the observer, the angle of the observer's line of sight to the normal of the lens curved surface is increased, and the function of the microlens as a lens becomes more firm. it can. This gives a stronger three-dimensional effect.

【0058】以上の第2の実施の形態の説明から明らか
なように、第1の実施の形態のマイクロレンズアレイ1
は微小レンズ4を予めレンズの傾斜方向に傾けて構成さ
れたものと見なすこともできる。このような第1の実施
の形態のマイクロレンズアレイでは観察者に対して必ず
しも傾ける必要はないが、さらに、視線とレンズ曲面の
法線とのなす角度を大きくするようにマイクロレンズア
レイを観察者に対して傾けても良い。
As is clear from the above description of the second embodiment, the microlens array 1 of the first embodiment
Can be regarded as a structure in which the micro lens 4 is tilted in advance in the tilt direction of the lens. In the microlens array according to the first embodiment, it is not always necessary to tilt the microlens array with respect to the observer, but the microlens array is further inclined so as to increase the angle between the line of sight and the normal to the lens curved surface. You may be inclined to.

【0059】第2の実施の形態では、マイクロレンズア
レイ11と画像支持体12を共に観察者13に対して斜
めに傾けて配置しているが、表示画像を観察者13に対
して正しく正面に向けるなど、表示画像をマイクロレン
ズアレイ11に対して傾けて配置しても良い。要はマイ
クロレンズアレイ11と観察者13の関係が重要であっ
て、マイクロレンズアレイ11と表示画像、観察者13
と表示画像との関係が重要なのではない。
In the second embodiment, both the microlens array 11 and the image support 12 are arranged obliquely with respect to the observer 13, but the displayed image is correctly positioned in front of the observer 13. For example, the display image may be tilted with respect to the microlens array 11. In short, the relationship between the microlens array 11 and the observer 13 is important.
The relationship between the image and the display image is not important.

【0060】次に、図3を用いて本発明の第3の実施の
形態について説明する。本発明の第3の実施の形態は、
マイクロレンズアレイを湾曲させて観察者および表示画
面に対向して配置させた実施の形態である。図3は、本
発明の第3の実施の形態における表示装置の断面図であ
る。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A third embodiment of the present invention
This is an embodiment in which a microlens array is curved and arranged to face a viewer and a display screen. FIG. 3 is a sectional view of a display device according to the third embodiment of the present invention.

【0061】図3において、表示装置は、有効領域の一
辺の長さに対して充分小さい微小レンズを配列してなる
マイクロレンズアレイ21と、表示する図柄を描いた表
示画像を支持する画像支持体22とを備える。表示画像
は、画像支持体22の表面に直接描くか、あるいはすで
に紙などに描かれた2次元画像を画像支持体22に固定
する。表示画像そのものは図3では省略されている。
In FIG. 3, the display device comprises a microlens array 21 in which microlenses are arranged sufficiently small with respect to the length of one side of an effective area, and an image support for supporting a display image depicting a design to be displayed. 22. The display image is drawn directly on the surface of the image support 22 or a two-dimensional image already drawn on paper or the like is fixed to the image support 22. The display image itself is omitted in FIG.

【0062】表示画像を観察する観察者23は、画像支
持体22に支持されている2次元表示画像あるいは画像
支持体22に直接描かれている2次元表示画像を見るこ
とになる。第3の実施の形態において、マイクロレンズ
アレイ21は曲げに対して柔軟性のある薄い形状をして
おり、微小レンズの配列ピッチの大きさ、およびマイク
ロレンズアレイ21の厚さに比べて充分大きな曲率半径
の曲面に湾曲させた状態で、画像支持体22に対向して
置かれる。
The observer 23 observing the display image sees the two-dimensional display image supported on the image support 22 or the two-dimensional display image drawn directly on the image support 22. In the third embodiment, the microlens array 21 has a thin shape that is flexible with respect to bending, and is sufficiently larger than the size of the arrangement pitch of the microlenses and the thickness of the microlens array 21. It is placed facing the image support 22 in a state of being curved to a curved surface having a radius of curvature.

【0063】湾曲させる前のマイクロレンズアレイ21
は第2の実施の形態におけるマイクロレンズアレイ11
と同じ構造をしており、平面で、微小レンズのレンズ曲
面は円柱面で、紙面を貫通して上から下の方向に長い形
状をしている。この微小レンズが光軸に対して対称とな
るような状態で配列されている。なお、個々の微小レン
ズは図3で省略されている。
Microlens array 21 before bending
Is a microlens array 11 according to the second embodiment.
It has the same structure as that described above, and is a flat surface, the lens curved surface of the microlens is a cylindrical surface, and has a shape extending from top to bottom through the paper surface. The micro lenses are arranged symmetrically with respect to the optical axis. Note that individual micro lenses are omitted in FIG.

【0064】薄い形状をしたマイクロレンズアレイ21
は、微小レンズが配列されている仮想上のレンズ形成面
をはじめとして、外界の空気に接している境界面を含む
マイクロレンズアレイ21に含まれる全ての境界面が同
じような曲率半径で湾曲していると見なせる。したがっ
て、この湾曲の曲率半径より充分マイクロレンズアレイ
21に近い位置に置かれた表示画像を、この湾曲された
マイクロレンズアレイ21を介して見る全体像には、マ
イクロレンズアレイ21の湾曲自体によって生じる歪み
がほとんどなく、表示画像の全体像が部分的に歪んで見
えるようなこともない。このことは、平坦なシート状の
フイルムを湾曲させて見ても、湾曲による歪は無視でき
ることからも容易に理解できる。この理由は、ある境界
面で曲げられても他の境界面で反対方向に曲げれ、マイ
クロレンズアレイ21全体としては湾曲による光の屈折
が無視でき程度に小さくなるからである。
The micro lens array 21 having a thin shape
Indicates that all the boundary surfaces included in the microlens array 21 including the boundary surface in contact with the outside air, including the virtual lens forming surface on which the microlenses are arranged, are curved with the same radius of curvature. Can be considered as Therefore, a display image placed at a position sufficiently close to the microlens array 21 than the radius of curvature of the curvature is generated by the curvature itself of the microlens array 21 in the entire image viewed through the curved microlens array 21. There is almost no distortion, and the whole image of the display image does not look partially distorted. This can be easily understood from the fact that even when a flat sheet-like film is curved, distortion due to the curvature can be ignored. The reason for this is that even if it is bent at a certain boundary surface, it is bent in the opposite direction at another boundary surface, and the refraction of light due to the bending of the microlens array 21 as a whole becomes negligibly small.

【0065】しかし、マイクロレンズアレイ21の部分
部分はその位置により傾きの度合いを変えており、微小
レンズのレンズ曲面もマイクロレンズアレイにおける位
置によりその傾き角度を変えて傾く。このようにマイク
ロレンズアレイ21を湾曲して用いると、一段と強い立
体感が発現する。このことは現象的に明らかで、微小レ
ンズが円柱面レンズであれ、球面レンズであれ、また湾
曲の凹凸、湾曲の向きなどにかかわらず立体感が現れ
る。
However, the degree of inclination of the portion of the microlens array 21 changes depending on its position, and the lens curved surface of the micro lens also changes its inclination angle depending on its position in the microlens array. When the microlens array 21 is used in a curved manner as described above, a stronger three-dimensional effect is exhibited. This is phenomenally apparent, and a three-dimensional effect appears irrespective of whether the microlens is a cylindrical lens or a spherical lens, irrespective of the unevenness of the curvature and the direction of the curvature.

【0066】マイクロレンズアレイ21上で位置の異な
る微小レンズのレンズ曲面は光軸からの距離が異なるレ
ンズ曲面と見なすことができ、微小レンズの焦点距離が
変わる。その結果、表示画像の全体像は部分部分でその
奥行き方向の位置が異なる。すなわち全体像が奥行き方
向にゆがんだ像となる。このような像に一段と強い立体
感が発現するものと推定している。なお、見た目にはこ
の全体像に歪などはほとんど感じられない。これは、表
示画像の全体像は微小レンズの像を画素としているた
め、全体像の左右上下方向の拡大あるいは縮小が無く、
全体像の部分部分が奥行き方向の位置を変えているだけ
である。この奥行き方向の位置の変化は意識として全体
像の歪みとして感じられず、無意識に脳の中でのみ感じ
取って強い立体感を発現するものと推定される。見える
全体像に歪みをまったく感じることなく非常に強い立体
感が得られるのが特徴である。なお、微小レンズが大き
くて、微小レンズの像の歪みが見えるような場合は論外
であることは勿論である。この場合は微小レンズの像は
画素としての機能を果たしていない。
The curved surfaces of the micro lenses at different positions on the micro lens array 21 can be regarded as lens surfaces having different distances from the optical axis, and the focal length of the micro lenses changes. As a result, the position of the whole image of the display image in the depth direction is different between the partial portions. That is, the entire image is distorted in the depth direction. It is presumed that an even stronger three-dimensional effect is exhibited in such an image. It should be noted that almost no distortion or the like is felt in the whole image. This is because the whole image of the display image is made up of the image of the minute lens as a pixel, so there is no enlargement or reduction in the left, right, up and down directions of the whole image.
Only a part of the whole image changes the position in the depth direction. It is presumed that this change in the position in the depth direction is not perceived as a consciousness as a distortion of the whole image, but is perceived only unconsciously only in the brain and expresses a strong stereoscopic effect. The feature is that a very strong stereoscopic effect can be obtained without any distortion in the visible whole image. It goes without saying that the case where the minute lens is large and distortion of the image of the minute lens can be seen is out of the question. In this case, the image of the minute lens does not function as a pixel.

【0067】以上の説明で、全体像に奥行き方向に歪み
が生じる原因は、微小レンズの焦点距離が異なることに
よるとした。しかし、湾曲により微小レンズと表示画像
の位置関係がマイクロレンズアレイにおける位置により
変わる結果、像の位置が変化した効果も相乗されてい
る。
In the above description, it is assumed that the cause of the distortion in the depth direction of the whole image is due to the difference in the focal length of the minute lens. However, as a result of the change in the positional relationship between the microlenses and the displayed image depending on the position in the microlens array due to the curvature, the effect of changing the position of the image is also synergistic.

【0068】なお、このマイクロレンズアレイを湾曲さ
せることでも、微小レンズと観察者23の視線のなす角
度が大きくなる。したがって、微小レンズの働きが確固
たるものになる働きがあることは上述の第2の実施の形
態のマイクロレンズアレイ11を傾ける場合と同様であ
る。また、湾曲の度合いを変えることで焦点距離も制御
できる。
It is to be noted that the angle formed between the microlens and the line of sight of the observer 23 also increases by curving the microlens array. Therefore, the function of making the function of the micro lens firm is the same as the case where the micro lens array 11 of the second embodiment is tilted. The focal length can also be controlled by changing the degree of curvature.

【0069】図3を用いて説明した第3の実施の形態で
は、マイクロレンズアレイ21の湾曲により、微小レン
ズの焦点距離をマイクロレンズアレイにおける位置によ
って変化させているが、マイクロレンズアレイ21自体
の微小レンズの焦点距離をマイクロレンズアレイにおけ
る位置により予め変えておけば、マイクロレンズアレイ
21を湾曲させること無く、同様の効果が得られる。
In the third embodiment described with reference to FIG. 3, the focal length of the microlenses is changed depending on the position in the microlens array due to the curvature of the microlens array 21. If the focal length of the micro lens is changed in advance according to the position in the micro lens array, the same effect can be obtained without bending the micro lens array 21.

【0070】微小レンズの焦点距離をマイクロレンズア
レイにおける位置により変化させるのに、微小レンズの
レンズ曲面の曲率半径を変える手段、また、微小レンズ
のレンズ曲面の曲率半径は固定して、このレンズ曲面の
境界面を形成する材質の一方、あるいは両方の屈折率を
変える手段がある。更には、光軸からの距離の異なるレ
ンズ曲面を配列する手段もある。このマイクロレンズア
レイにおける位置による焦点距離の変化につては後に詳
しく説明する。第3の実施の形態では、マイクロレンズ
アレイ21の湾曲の凹凸は有効領域に対してそれぞれ凸
1個、凹1個とした例である。また湾曲の曲率半径も凸
と凹で異なっている。凸の頂点から凸の頂点まで、ある
いは凹の底点から凹の底点までを湾曲の周期とすると、
有効領域に存在する湾曲は数分の一周期分でも、また数
周期分でもよい。また、周期も曲率半径も湾曲によって
変わって良い。全体像に生じる部分部分の奥行き方向の
変化が、これを観察者23の脳が無意識に感じ取れれば
良い。観察者23と表示画像までの距離など、表示の状
態に応じて適切な湾曲を設定すれば良い。
In order to change the focal length of the micro lens according to the position in the micro lens array, means for changing the radius of curvature of the lens curved surface of the micro lens, or by fixing the radius of curvature of the lens curved surface of the micro lens, There is a means for changing the refractive index of one or both of the materials forming the boundary surface. Further, there is a means for arranging lens curved surfaces having different distances from the optical axis. The change of the focal length depending on the position in the microlens array will be described later in detail. In the third embodiment, the convex and concave portions of the microlens array 21 are one convex and one concave respectively with respect to the effective area. The radius of curvature of the curvature is different between the convex and concave portions. If the period of curvature is from the convex vertex to the convex vertex, or from the concave bottom point to the concave bottom point,
The curvature existing in the effective area may be for a period of several tenths or for several periods. Further, both the period and the radius of curvature may be changed by the curvature. The change in the depth direction of the partial portion that occurs in the whole image only needs to be felt unconsciously by the brain of the observer 23. An appropriate curvature may be set according to the display state such as the distance between the observer 23 and the display image.

【0071】第1乃至第3の実施の形態において、微小
レンズは円柱面レンズとしたが、球面レンズでも良い。
また、面積形状なども一様にそろえる必要もない。ま
た、レンズとしての完全性を要求するものでもない。微
小レンズの像を画素として表示画像の全体像を認識する
のであるから、画素の像が多少歪んでも問題の無いこと
は容易に理解される。この微小レンズの条件はこれまで
に説明した全てのマイクロレンズアレイに適用される。
In the first to third embodiments, the minute lens is a cylindrical lens, but may be a spherical lens.
Further, it is not necessary to uniformly arrange the area shape and the like. Further, it does not require completeness as a lens. Since the whole image of the display image is recognized using the image of the microlens as a pixel, it is easily understood that there is no problem even if the image of the pixel is slightly distorted. This micro lens condition is applied to all the micro lens arrays described above.

【0072】第1乃至第3の実施の形態の微小レンズは
円柱面レンズであるにも係わらず、光軸で説明をした
が、光軸面として説明されるものである。これに対して
球面レンズの場合は光軸面ではなく光軸である。なお、
立体的な表示に用いるマイクロレンズアレイにおける微
小レンズは、比較的大きな歪があっても、極端でない限
り問題はない。微小レンズの像が新たな画素となって表
示画像の全体像を表示するもので、画素の内部の歪はほ
とんど問題にならないことによる。
Although the microlenses of the first to third embodiments have been described with reference to the optical axis in spite of being cylindrical lenses, they are described as optical axis planes. On the other hand, in the case of a spherical lens, it is not the optical axis plane but the optical axis. In addition,
The microlens in the microlens array used for three-dimensional display has no problem even if there is relatively large distortion unless it is extreme. This is because the image of the microlens becomes a new pixel to display the entire image of the display image, and distortion inside the pixel hardly causes a problem.

【0073】円柱面レンズで構成されたマイクロレンズ
アレイが湾曲させられた場合は、円柱面レンズが細分化
されて、小さな円柱面レンズで構成されていると見なせ
ば良いことも容易に理解される。また、第1と第2の実
施の形態において、マイクロレンズアレイの微小レンズ
のレンズ曲面は空気との接触面とした単一の境界面であ
る。
It is also easily understood that, when the microlens array constituted by the cylindrical lenses is curved, the cylindrical lenses may be subdivided and regarded as constituted by small cylindrical lenses. You. In the first and second embodiments, the lens curved surface of the microlens of the microlens array is a single boundary surface that is a contact surface with air.

【0074】先願発明である特願平11−218313
号で詳細に説明をしている固体と固体、あるいは固体と
液体の境界面を微小レンズのレンズ曲面とするマイクロ
レンズアレイにも、また複数のレンズ曲面が積層されて
なるマイクロレンズアレイにも置きかえることができ
る。当然ながら、第3の実施の形態のマイクロレンズア
レイをこれらのマイクロレンズアレイとすることもでき
る。
Japanese Patent Application No. 11-218313, which is the invention of the prior application
Micro-lens arrays, which have a solid-solid or liquid-solid interface between them, as described in detail in (1), or a micro-lens array consisting of multiple stacked lens surfaces. be able to. Of course, the microlens array of the third embodiment can also be used as these microlens arrays.

【0075】固体と固体、あるいは固体と液体の境界面
をレンズ形成面とするマイクロレンズアレイと複数のレ
ンズ曲面が積層されているマイクロレンズアレイについ
ては、すでに上記の先願発明の明細書で詳細に説明して
いるので、ここでは簡単に説明する。
A microlens array having a solid-solid or solid-liquid boundary surface as a lens forming surface and a microlens array in which a plurality of lens curved surfaces are stacked are already described in detail in the above specification of the prior application. , And will be briefly described here.

【0076】マイクロレンズアレイの微小レンズに関与
する有意なレンズ曲面である境界面が複数積層されてお
り、そのうちの着目した一つの境界面における微小曲面
のレンズとしての焦点距離は近似的に下記の式(2)、
(3)で与えられる。なお、各層を構成する透明部材の
厚さおよびマイクロレンズアレイの厚さは微小曲面の曲
率半径に比較して充分薄いものとしている。以後特に断
らない限り、このマイクロレンズアレイの厚さはこの薄
い条件が充たされているものとする。
A plurality of boundary surfaces, which are significant lens curved surfaces related to the microlenses of the microlens array, are laminated, and the focal length of one of the focused curved surfaces as a lens is approximately as follows. Equation (2),
Given by (3). Note that the thickness of the transparent member and the thickness of the microlens array forming each layer are sufficiently smaller than the radius of curvature of the minute curved surface. Hereinafter, unless otherwise specified, it is assumed that the thickness of the microlens array satisfies this thin condition.

【0077】 fs =r/(np1−ns1)……………(2) fp =r・np /(np1−ns1)……………(3) ここで、fp は表示画像側の焦点距離、fs は表示画像
と反対側の焦点距離である。rはレンズの曲率半径で、
曲率半径の中心がレンズ曲面より表示画像側にある場合
はrを正量に取り、その反対側にある場合は負量に取
る。また、np1はレンズ曲面を形成する表示画像側の材
質の絶対屈折率で、ns1はレンズ曲面を形成する表示画
像と反対側に位置する材質の絶対屈折率である。またn
p は表示画像の接する材質の絶対屈折率である。この表
示画像が空気を挟んでマイクロレンズアレイに対向する
場合はnp =1となって、fs =fp となる。
F s = r / (n p1 −ns 1 ) (2) f p = r · n p / (n p1 −ns 1 ) (3) where f p is the focal length of the display image side, f s is the focal length of the side opposite to the display image. r is the radius of curvature of the lens,
When the center of the radius of curvature is on the display image side of the lens curved surface, r is set to a positive value, and when it is on the opposite side, the value is set to a negative value. Further, n p1 is the absolute refractive index of the material on the display image side forming the lens curved surface, and n s1 is the absolute refractive index of the material located on the opposite side to the display image forming the lens curved surface. And n
p is the absolute refractive index of the material in contact with the display image. If this display image faces the microlens array with air in between, then n p = 1 and f s = f p .

【0078】微小レンズの焦点距離は、表示画像を置く
位置との関連で重要であり、以後は、焦点距離の代表と
してfp を用いて説明する。焦点距離が正量ならば凸レ
ンズとなり、負量ならば凹レンズとなる。式(3)から
明らかなようにレンズ曲面で接する両側の材質を適切に
選ぶことにより焦点距離fp を制御できる。
[0078] the focal length of the micro lenses is important in the context of where to place the display image, hereinafter will be described with reference to f p as a representative of the focal length. If the focal length is positive, the lens becomes a convex lens, and if the focal length is negative, it becomes a concave lens. It can control the focal length f p by selecting the material of the two sides in contact with the curved lens surface as is clear from equation (3) properly.

【0079】有意なレンズ曲面が複数の境界面が多段に
重なって存在する場合、各境界面における微小曲面が総
合して作用するレンズの焦点距離fp は、各微小曲面の
光軸が一致する場合、次式(4)で与えられることは周
知である。 1/fp =Σ(npi−nsi)/np ・ri ……………(4) ここで、ri 、npi、nsiはそれぞれi番目の有意なレ
ンズ曲面をなす境界面における微小曲面の曲率半径、表
示画像側の材質の絶対屈折率、表示画像と反対側の材質
の絶対屈折率である。
When a significant lens surface has a plurality of boundary surfaces superposed in multiple stages, the focal length f p of the lens on which the minute curved surfaces on each boundary surface act collectively corresponds to the optical axis of each minute curved surface. It is well known that the case is given by the following equation (4). 1 / f p = Σ (n pi -n si) / n p · r i ............... (4) where, r i, n pi, the boundary n si is forming the i-th significant curved lens surface, respectively The radius of curvature of the minute curved surface of the surface, the absolute refractive index of the material on the display image side, and the absolute refractive index of the material on the side opposite to the display image.

【0080】式(4)から明らかなように、レンズ曲面
とする境界面における微小レンズの曲率半径をr、表示
画像側の材質の絶対屈折率をnp 、表示画像と反対側の
材質の絶対屈折率をns とし、レンズ曲面に対峙するレ
ンズ曲面としない他の境界面の曲率半径をR、表示画像
側の材質の絶対屈折率をNp 、表示画像と反対側の材質
の絶対屈折率をNs とするとき、下記の不等式(5)が
成立する場合はマイクロレンズアレイの微小レンズのレ
ンズ特性はレンズ曲面の境界面で支配され、他の境界面
のレンズ特性に対しての影響を弱める事ができる。 |R/(Np −Ns )|≫|r/(np −ns )|……………(5) なお、各レンズ曲面と全てのレンズ曲面を除く他の境界
面との間に不等式(5)が成立する場合にマイクロレン
ズアレイのレンズ特性はレンズ曲面の境界面で支配さ
れ、他の境界面のレンズ特性に対しての影響を無視でき
るのは当然である。
As is apparent from equation (4), the radius of curvature of the minute lens at the boundary surface that is a lens curved surface is r, the absolute refractive index of the material on the display image side is n p , and the absolute value of the material on the opposite side of the display image is absolute. the refractive index and n s, the radius of curvature of the other boundary surface without the curved lens surface facing the curved lens surface R, the absolute refractive index n p of the material of the display image side, the absolute refractive index of the other side of the material as the display image Is N s , when the following inequality (5) is satisfied, the lens characteristics of the microlenses of the microlens array are dominated by the boundary surface of the lens curved surface, and the influence on the lens characteristics of the other boundary surfaces is affected. Can be weakened. | R / (N p −N s ) | ≫ | r / (n p −n s ) |... (5) Note that between each lens surface and the other boundary surface excluding all lens surfaces. When the inequality (5) is satisfied, the lens characteristics of the microlens array are governed by the boundary surface of the lens curved surface, and it is natural that the influence on the lens characteristics of the other boundary surfaces can be ignored.

【0081】レンズ曲面が一つの場合では、境界面が固
体と固体、あるいは固体と液体の場合における微小レン
ズの光軸は明白で、レンズ曲面における微小曲面の光軸
が微小レンズの光軸となる。有意なレンズ曲面となる境
界面が多段に重なる場合、複数のレンズ曲面の微小曲面
を多段に連ねた合成光学系によって形成される複合レン
ズをマイクロレンズアレイが等価的に単一のレンズ曲面
でできた微小レンズと見なすことができる。したがっ
て、この複合レンズも微小レンズと呼称する。なお、複
合を付けることが解り易い場合は「複合」を付けて説明
する。
In the case where there is only one lens curved surface, the optical axis of the micro lens when the boundary surface is a solid and a solid or a solid and a liquid is clear, and the optical axis of the micro curved surface in the lens curved surface becomes the optical axis of the micro lens. . When the boundary surface that becomes a significant lens curved surface overlaps in multiple stages, a microlens array can be equivalently formed by a single lens curved surface as a composite lens formed by a composite optical system in which microscopic curved surfaces of multiple lens curved surfaces are connected in multiple stages. Can be regarded as a minute lens. Therefore, this compound lens is also called a micro lens. In addition, when it is easy to understand that the composite is added, the description will be given with “composite”.

【0082】各レンズ曲面における微小曲面が同じ面積
形状で、同じ位置関係にあり、しかも、その光軸が同じ
位置に重なって存在する場合は、複合微小レンズの焦点
距離は式(4)から容易に求められ、その光軸は微小曲
面の光軸と一致する。一方、各レンズ曲面における微小
曲面の面積形状が異なるような場合は、各レンズ曲面の
微小曲面が互いに重なる部分が、新たな複合微小レンズ
となる。例えば、A、B2つのレンズ曲面からなる場
合、Aレンズ曲面の微小曲面cがBレンズ曲面の微小曲
面xと微小曲面yと重なるような位置関係にある場合、
微小曲面cとxの重なり部分で形成される複合微小レン
ズと微小曲面cとyの重なり部分で形成される複合微小
レンズとになる。
When the minute curved surfaces in each lens curved surface have the same area shape and the same positional relationship, and their optical axes overlap at the same position, the focal length of the composite minute lens can be easily obtained from the equation (4). And its optical axis coincides with the optical axis of the minute curved surface. On the other hand, in the case where the minute curved surfaces of the lens curved surfaces have different area shapes, a portion where the minute curved surfaces of the lens curved surfaces overlap each other becomes a new composite minute lens. For example, in the case of two lens surfaces A and B, when the minute surface c of the A lens surface is in a positional relationship such that the minute surface x and the minute surface y of the B lens surface overlap,
The composite microlens is formed by the overlapping portion of the minute curved surface c and x, and the composite minute lens is formed by the overlapping portion of the minute curved surface c and y.

【0083】複合微小レンズの光軸は、各レンズ曲面に
おける微小曲面の光軸が異なっていても、互いの光軸が
平行で、その距離が微小曲面の曲率半径に対して充分小
さい場合には、いずれの微小曲面の光軸も代表して複合
微小レンズの光軸と見なし得る。しかし、厳密には、そ
れぞれ別の光軸を持つ。それぞれのレンズ曲面で微小曲
面の光軸が互いに独立であれば、複合微小レンズの光軸
も互いに独立になる。
The optical axis of the composite microlens is such that, even if the optical axes of the minute curved surfaces of the lens curved surfaces are different, if the optical axes are parallel to each other and the distance is sufficiently smaller than the radius of curvature of the minute curved surface. The optical axis of any minute curved surface can be regarded as the optical axis of the composite minute lens as a representative. However, strictly, each has a different optical axis. If the optical axes of the minute curved surfaces are independent of each other on the curved surfaces of the lenses, the optical axes of the composite minute lenses are also independent of each other.

【0084】本発明に係わるマイクロレンズアレイは、
一般的に上記条件を充たし得る。特別な場合として上記
条件を満たし得ない場合でも、マイクロレンズアレイを
等価的に複合微小レンズが配列された一つのレンズ曲面
からなるものと見なすことができる。当然、この複合微
小レンズの光軸も近似的に定め得る。
The micro lens array according to the present invention
Generally, the above conditions can be satisfied. Even if the above condition cannot be satisfied as a special case, the microlens array can be regarded as equivalent to one lens curved surface on which composite microlenses are arranged. Of course, the optical axis of this composite microlens can also be approximately determined.

【0085】この複合微小レンズを単に微小レンズと呼
称することに問題は無く、マイクロレンズアレイを構成
する微小レンズが、単一の境界面で形成されるレンズで
あっても、あるいは複数の境界面に微小曲面があり、多
段に連ねた合成光学系によって形成されるレンズであっ
ても、いずれもマイクロレンズアレイの微小レンズであ
る。また、この多段に連ねた合成光学系によって形成さ
れる微小レンズに一つのレンズ曲面が存在するものと見
なせる。マイクロレンズアレイの厚さが充分薄い場合
は、いずれの境界面のレンズ曲面を多段に連ねた合成光
学系によって形成される微小レンズのレンズ曲面と見な
しても良い。
There is no problem in simply calling this composite microlens a microlens. Even if the microlens forming the microlens array is a lens formed by a single boundary surface, or a plurality of boundary surfaces. Each of the lenses is a micro lens of a micro lens array, even if the lens has a minute curved surface and is formed by a composite optical system connected in multiple stages. Also, it can be considered that one lens curved surface exists in the microlens formed by the multistage combined optical system. When the thickness of the microlens array is sufficiently small, the lens curved surface of any boundary surface may be regarded as a lens curved surface of a microlens formed by a composite optical system in which multiple stages are connected in multiple stages.

【0086】気体との接触面でなく固体と固体、あるい
は固体と液体の境界面をレンズ形成面とするマイクロレ
ンズアレイ、および複数のレンズ曲面が積層されている
マイクロレンズアレイのいずれも、有効領域の一辺の長
さに対して充分小さい微小レンズを配列してなるマイク
ロレンズアレイである。
The microlens array in which the lens forming surface is not a gas-contact surface but a solid-solid or a solid-liquid boundary surface, and a microlens array in which a plurality of lens curved surfaces are stacked are both effective areas. Is a microlens array in which microlenses sufficiently smaller than the length of one side are arranged.

【0087】以上の説明から明らかなように、第1と第
2の実施の形態において、マイクロレンズアレイの微小
レンズのレンズ曲面は空気との接触面とした単一の境界
面としているが、固体と固体、あるいは固体と液体の境
界面を微小レンズのレンズ曲面とするマイクロレンズア
レイにも、また複数のレンズ曲面が積層されてなるマイ
クロレンズアレイに置きかえれれることは明かである。
また、第3の実施の形態のマイクロレンズアレイにも置
きかえられる。
As is clear from the above description, in the first and second embodiments, the lens curved surface of the microlens of the microlens array is a single boundary surface that is in contact with air, It is obvious that the microlens array can be replaced by a microlens array in which a boundary surface between a solid and a liquid or a solid and a liquid has a curved lens surface of a microlens, or a microlens array in which a plurality of curved lens surfaces are laminated.
Further, the microlens array according to the third embodiment can be replaced.

【0088】次に、強い立体感を得るためのマイクロレ
ンズアレイの位置による微小レンズの焦点距離の変化に
ついて説明する。微小レンズの焦点距離が、その位置と
ともに徐々に変化をしている領域でマイクロレンズアレ
イが構成されていれば強い立体感が発現する。この変化
は滑らかな変化でも、多少の増減を伴いながらの変化で
も良い。また、微小レンズの数個より少ない範囲で変化
するような急激な変化を伴っても良い。例えば、ほぼ等
しい焦点距離の微小レンズがある範囲の間続き、ある所
で変化をして、またほぼ等しい焦点距離の微小レンズが
ある範囲の間続き、次にまた焦点距離が変化して、また
ほぼ等しい焦点距離の微小レンズがある範囲の間続くよ
うな変化であっても良い。このように焦点距離の異なる
集団が分布する領域でマイクロレンズアレイが構成され
ていても強い立体感が発現する。この焦点距離の異なる
集団の種類は少なくとも2つで、三つ以上あっても良
い。この焦点距離の異なる集団と集団との間の変化はな
だらかな変化でも急激な変化でも良い。同一の集団の中
に周りと異なる焦点距離の微小レンズが点在してもよ
い。
Next, the change in the focal length of the minute lens according to the position of the micro lens array for obtaining a strong stereoscopic effect will be described. If the microlens array is formed in a region where the focal length of the microlens gradually changes with the position, a strong three-dimensional effect is exhibited. This change may be a smooth change or a change with some increase or decrease. Further, a rapid change such as a change in a range smaller than several micro lenses may be accompanied. For example, microlenses with approximately equal focal lengths may last for a range and change at some point, and microlenses with approximately equal focal lengths may last for some range, then the focal length may change again, and so on. The change may be such that a microlens having substantially the same focal length lasts for a certain range. Even if the microlens array is formed in the region where the groups having different focal lengths are distributed, a strong stereoscopic effect is exhibited. There are at least two types of groups having different focal lengths, and there may be three or more types. The change between groups having different focal lengths may be a gradual change or a sudden change. Microlenses with different focal lengths may be scattered in the same group.

【0089】当然、その位置とともに微小レンズの焦点
距離が徐々に変化をしている領域と焦点距離の異なる集
団が分布する領域が混ざり合っていても強い立体感が発
現する。変化の度合い、変化の間隔などは表示画像の大
きさ、微小レンズの配列ピッチ、要求される立体感の発
現の度合いなど、用途に応じて決めれば良い。必要なこ
とはマイクロレンズアレイの有効領域にある微小レンズ
の焦点距離が一定でなく、その位置によって変化してい
ることである。当然ながら、有効領域の全領域で焦点距
離が変化している必要は無い。
Naturally, a strong stereoscopic effect is exhibited even if the area where the focal length of the microlens gradually changes with the position and the area where the groups having different focal lengths are distributed are mixed. The degree of the change, the interval of the change, and the like may be determined according to the application, such as the size of the display image, the arrangement pitch of the minute lenses, and the degree of the required three-dimensional appearance. What is necessary is that the focal length of the microlenses in the effective area of the microlens array is not constant but changes depending on the position. Of course, the focal length does not need to be changed in the entire effective area.

【0090】滑らかなレンズ曲面からなるマイクロレン
ズアレイとして、凸レンズと凹レンズを交互に配したマ
イクロレンズアレイが先願発明の特願2000−156
608号と特願2000−162231号で提示されて
いる。このようなマイクロレンズアレイでは一方のレン
ズを微小レンズと見なすと、他方は微小レンズの間をつ
なぐ部分と見なすことが出来、隣り合う凸と凹のレンズ
を合わせて改めて一つの微小レンズと見なして、上記の
ような焦点距離の変化をすれば、立体感が一段と強く発
現する。
As a microlens array having a smooth lens curved surface, a microlens array in which convex lenses and concave lenses are alternately arranged is disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-156 of the prior invention.
No. 608 and Japanese Patent Application No. 2000-162231. In such a microlens array, if one lens is regarded as a microlens, the other can be regarded as a part connecting the microlenses, and the adjacent convex and concave lenses can be regarded as one microlens again. If the focal length is changed as described above, a three-dimensional effect is further enhanced.

【0091】このように微小レンズの位置により焦点距
離が変化するマイクロレンズアレイは、固体と固体の境
界面をレンズ曲面とする構成、また複数の境界面をレン
ズ曲面とする構成で比較的容易に作ることができる。レ
ンズ曲面である境界面を形成する材質をマイクロレンズ
アレイにおける位置により替えることで上記焦点距離の
マイクロレンズアレイにおける位置による変化を実現で
きる。また、製造時には液体状で異なる屈折率を有する
2つの素材を交互に配置してまだらな層を構成すると、
その境界部で両材質が混ざり合い、屈折率が連続的に変
化するような層も形成できる。
As described above, the microlens array in which the focal length changes depending on the position of the microlens can be relatively easily formed by using a configuration in which a boundary surface between solids is a curved lens surface and a configuration in which a plurality of boundary surfaces is a curved lens surface. Can be made. By changing the material forming the boundary surface that is a lens curved surface according to the position in the microlens array, the focal length can be changed according to the position in the microlens array. Further, at the time of manufacturing, if two materials having different refractive indexes in a liquid state are alternately arranged to form a mottled layer,
At the boundary, a layer in which both materials are mixed and the refractive index continuously changes can be formed.

【0092】また、少なくともA、B2つの有意なレン
ズ曲面である境界面があって、その一つのA面に微小レ
ンズの微小曲面を形成し、他方のB面に微小レンズより
充分径の大きいレンズを飛び飛びに形成すると、A面の
レンズとB面のレンズが複合されて、焦点距離の異なる
微小レンズが分布したマイクロレンズアレイが形成でき
る。これらは一例であり、複数の境界面に、多様なレン
ズを、いろいろな分布状態で配列することで、位置によ
り焦点距離の異なる微小レンズを配列したマイクロレン
ズアレイを形成できる。
Also, there is a boundary surface which is at least two significant lens curved surfaces A and B, a minute curved surface of a minute lens is formed on one A surface, and a lens having a diameter sufficiently larger than the minute lens is formed on the other B surface. Are formed at intervals, a lens on the surface A and a lens on the surface B are combined to form a microlens array in which minute lenses having different focal lengths are distributed. These are merely examples, and by arranging various lenses on a plurality of boundary surfaces in various distribution states, a microlens array in which microlenses having different focal lengths depending on positions can be formed.

【0093】近傍に位置する2つの微小レンズの光軸が
互いに独立であることが、表示装置の表示品質として重
要であることはすでに第1の実施の形態での説明で述べ
た。このことはあらゆるマイクロレンズに対して言え
る。複数の有意のレンズ曲面である境界面からなるマイ
クロレンズアレイでは、この近傍に位置する2つの微小
レンズとはマイクロレンズアレイを単一の境界面のレン
ズ曲面から構成されると見なした複合微小レンズであっ
ても、また同一の境界面にある微小曲面をレンズ曲面と
する微小レンズであっても当てはまる。ただし、境界面
を異にする微小レンズ相互は近傍にあっても比較の対象
にならない。
It has already been described in the description of the first embodiment that it is important for the display quality of the display device that the optical axes of the two minute lenses located in the vicinity are independent of each other. This is true for any microlens. In a microlens array consisting of a plurality of significant lens surfaces, which are boundary surfaces, the two microlenses located in the vicinity of the microlens array are a composite micro lens array that considers the microlens array to be composed of a single boundary lens surface. The same applies to a lens or a micro lens having a micro curved surface on the same boundary surface as a lens curved surface. However, even if the microlenses having different boundary surfaces are close to each other, they cannot be compared.

【0094】2次元画像を立体的に表示する表示装置に
おいて、マイクロレンズアレイの焦点、すなわち微小レ
ンズの焦点、との関連で、表示画像の位置は重要であ
る。先願発明の明細書で詳しく説明しているのでここで
はその詳細な説明は省略し、本出願に必要な事項を簡潔
に説明する。
In a display device for displaying a two-dimensional image three-dimensionally, the position of the display image is important in relation to the focal point of the microlens array, that is, the focal point of the minute lens. Since the details of the invention of the prior application have been described in detail, the detailed description thereof will be omitted here, and matters necessary for the present application will be briefly described.

【0095】2次元表示画像を、マイクロレンズアレイ
を通して、立体感のある全体像として見るには、全体像
の位置を表示画像の位置から適切な距離だけ離す必要が
ある。この距離は観察者から表示画像までの距離によっ
ても異なり、遠い位置から見る場合にはより多く離す必
要がある。また、立体感を感じるに適切な距離があり、
離す距離が多ければ多いほど良いとするものでもない。
In order to view a two-dimensional display image as a three-dimensional image through a microlens array, the position of the entire image must be separated from the position of the display image by an appropriate distance. This distance differs depending on the distance from the observer to the display image, and it is necessary to increase the distance when viewing from a far position. Also, there is an appropriate distance to feel the stereoscopic effect,
It does not mean that the greater the distance, the better.

【0096】表示画像の全体像は、微小レンズの像を画
素として、この画素の合成像である。解像度が高く、表
示品質の良い表示を行うには、微小レンズを微細化して
画素をより小さくすることと、隣り合う微小レンズの像
の整合性を高めることである。すなわち、微小レンズの
像が拡大される、あるいは縮小される割合をできるだけ
少なくして、できるだけ隣り合う像が連続的に連なって
いるように見せることである。
The whole image of the display image is a composite image of the pixels using the image of the micro lens as a pixel. In order to perform display with high resolution and high display quality, it is necessary to reduce the size of the pixel by making the microlens finer and to improve the consistency of the images of the adjacent microlenses. In other words, the rate at which the image of the microlens is enlarged or reduced is made as small as possible, and the adjacent images are made to appear as continuous as possible.

【0097】微小レンズが凸レンズあっても、また凹レ
ンズであっても立体感は発現する。微小レンズが凸レン
ズの場合、微小レンズの焦点と微小レンズのレンズ曲面
との間の、微小レンズの焦点の側近位置と微小レンズの
レンズ曲面の側近位置を避けた適切な位置に表示画像を
置くことにより表示品質に優れた立体感ある像が得られ
る。
Even if the micro lens is a convex lens or a concave lens, a three-dimensional effect is exhibited. If the micro lens is a convex lens, place the display image at an appropriate position between the focal point of the micro lens and the curved surface of the micro lens, avoiding the close position of the focal point of the micro lens and the close position of the curved surface of the lens of the micro lens. Thereby, a three-dimensional image with excellent display quality can be obtained.

【0098】焦点よりもレンズ曲面に近い位置に表示画
像を置くと、全体像の画素となる微小レンズの像は正立
像で、画素と画素との間が連続しているように感じられ
る度合いが高い。この範囲で表示画像の置く位置を変え
ることで、表示画像の全体像が表示画像の極近くから、
大きく離れた位置までの広い範囲で変えられる。レンズ
曲面の側近位置に表示画像を置くと、表示画像の全体像
が表示画像に異常に近く、立体感の発現が無い。また、
焦点の側近位置に置かれた表示画像は、拡大率が異常に
大きくなり、微小レンズは、本来その面積に対応した画
像領域を表示する役割があるのに、点に近い極一部分の
光しか表示できなくなる。このため画面全体の表示光量
が低下し暗くなる。また、表示画像のわずかな位置変動
で表示画像の位置が大きく変動し、ギラギラ感が生じる
など表示品質が劣化するためである。なお、表示画像を
焦点より遠くに置くと、微小レンズの像が倒立像とな
り、画像品質が低下する。
When the display image is placed at a position closer to the lens curved surface than the focal point, the image of the microlens, which is a pixel of the whole image, is an erect image, and the degree to which the pixels seem to be continuous is different. high. By changing the position of the display image within this range, the entire image of the display image can be
Can be changed over a wide range up to a large distance. When the display image is placed at a position close to the lens curved surface, the entire image of the display image is abnormally close to the display image, and the stereoscopic effect does not appear. Also,
The display image placed close to the focal point has an abnormally large magnification, and although the microlens originally has the role of displaying the image area corresponding to its area, it displays only a very small part of the light near the point. become unable. For this reason, the display light amount of the entire screen decreases and the screen becomes dark. Another reason is that a slight change in the position of the display image causes a large change in the position of the display image, thereby deteriorating the display quality such as causing a glare. If the display image is placed farther than the focal point, the image of the minute lens becomes an inverted image, and the image quality is reduced.

【0099】微小レンズが凹レンズの場合、微小レンズ
の像は縮小された正立像となる。縮小されるので、微小
レンズの面積に対応した画像領域を越えた隣の画素(隣
の微小レンズ)に対応する領域まで表示する。このため
全体像がボケる。表示画像の位置が焦点の位置よりレン
ズ曲面よりであれば、縮小率は1/2以下で、左右上下
の微小レンズの対応する画像領域の半分までの表示に制
限され、ボケの程度が限定できる。
When the micro lens is a concave lens, the image of the micro lens becomes a reduced erect image. Since the image is reduced, the image is displayed up to the area corresponding to the next pixel (adjacent minute lens) beyond the image area corresponding to the area of the minute lens. For this reason, the whole image is blurred. If the position of the display image is more than the lens curved surface than the position of the focal point, the reduction ratio is 以下 or less, the display is limited to half of the corresponding image area of the left, right, upper and lower minute lenses, and the degree of blur can be limited. .

【0100】この条件は有意なレンズ曲面をなす境界面
が複数あるマイクロレンズアレイの場合にも当てはま
る。また、マイクロレンズアレイを観察者の視線に対し
て傾ける場合、またマイクロレンズアレイを湾曲させる
場合にも当てはまる。この場合、マイクロレンズアレイ
を構成する微小レンズの全てについてこの条件を充たす
のが望ましいのは当然である。
This condition also applies to a microlens array having a plurality of boundary surfaces forming a significant lens curved surface. This also applies to the case where the microlens array is inclined with respect to the line of sight of the observer and the case where the microlens array is curved. In this case, it is natural that it is desirable to satisfy this condition for all of the microlenses constituting the microlens array.

【0101】以上の説明から明らかなように、微小レン
ズの焦点がマイクロレンズアレイ形成体から離れた外部
にあること、また焦点距離がある程度大きいことは表示
装置を形成する上で重要である。これらのことはマイク
ロレンズアレイを湾曲させて設置するには必須であり、
また、表示画像の交換の容易性、更には適切な立体感を
発現させるための表示画像の位置調整にも重要である。
As is apparent from the above description, it is important that the focal point of the microlens is outside the microlens array formed body and that the focal length is large to some extent in forming the display device. These things are indispensable for setting the micro lens array in a curved state,
It is also important for the easiness of exchange of display images, and also for the position adjustment of display images to develop an appropriate three-dimensional effect.

【0102】このように焦点がマイクロレンズアレイ形
成体から離れた外部にあり、焦点距離が長いのが特徴
で、焦点を形成体の裏面の位置とする周知のレンチキュ
ラ板と根本的に異なる。気体との接触面ではなく、固体
と固体、あるいは固体と液体の接触面をレンズ面とした
マイクロレンズアレイは、この焦点距離を長くする上で
極めて重要である。表示画像の高精細化に対応して、微
小レンズの配列ピッチを小さくしていくには微小レンズ
の曲率半径を必然的に小さくせざるを得なくなる。これ
に伴って焦点距離が小さくり、最近の液晶ディスプレイ
のように表示画素の配列ピッチは200μm程度にまで
なっており、微小レンズの配列ピッチも同程度の200
μmとする必要がある。これを気体との境界面の微小レ
ンズで実現することは難しく、ここに互いに屈折率の似
通った材質を接合させた境界面を用いると安価なマイク
ロレンズアレイが比較的容易に実現できる。
As described above, the focal point is located outside the microlens array formed body, and the focal length is long. This is fundamentally different from a known lenticular plate in which the focal point is located on the back surface of the formed body. A microlens array in which a contact surface between a solid and a solid or a contact surface between a solid and a liquid instead of a contact surface with a gas is used as a lens surface is extremely important in increasing the focal length. In order to reduce the arrangement pitch of the microlenses in response to the higher definition of the display image, the radius of curvature of the microlenses has to be reduced inevitably. As a result, the focal length is reduced, and the arrangement pitch of the display pixels is about 200 μm, as in a recent liquid crystal display, and the arrangement pitch of the microlenses is about 200 μm.
It is required to be μm. It is difficult to realize this with a micro lens at the interface with the gas, and if an interface in which materials having similar refractive indices are joined is used here, an inexpensive micro lens array can be relatively easily realized.

【0103】また、焦点の内側に表示画像を配置して安
定な全体像を得る事ができる限界は、焦点距離がこの配
列間隔200μmの5倍程度である1mm程度までであ
る。これより小さい焦点距離であれば立体感も得がた
く、表示画像を置くにも難しくなる。微小レンズの配列
間隔が200μm以上の場合は同じ5倍でも焦点距離は
さらに大きくなり、表示画像を焦点の内側に置ける範囲
が拡大して有利になる。微小レンズの配列間隔が小さく
ても、5倍より大きくして焦点距離を大きくすれば表示
画像の置く位置にもっと自由度が得られる。
Further, the limit at which a display image is arranged inside the focal point and a stable whole image can be obtained is up to a focal length of about 1 mm, which is about five times the arrangement interval of 200 μm. If the focal length is shorter than this, it is difficult to obtain a three-dimensional effect, and it is difficult to place a display image. When the arrangement interval of the microlenses is 200 μm or more, the focal length is further increased even at the same 5 times, and the range where the displayed image can be placed inside the focal point is expanded, which is advantageous. Even if the arrangement interval of the microlenses is small, if the focal length is increased by making it larger than 5 times, more flexibility can be obtained in the position where the display image is placed.

【0104】ここで、これまでの説明にあったマイクロ
レンアレイ形成体の意味を明らかにする。マイクロレン
アレイ形成体はマイクロレンズアレイを形成している物
の全体を指している。微小レンズのレンズ曲面から空気
との境界面、あるいは表示画像までの部分がマイクロレ
ンズアレイ形成体である。例えば、微小レンズのレンズ
曲面が形成されたシートをブラウン管の表面に接着剤で
張り付けた場合、ブラウン管のガラス管の裏面に形成さ
れている表示画素の集まりが表示画像であるから、レン
ズ曲面が形成されたシート、接着剤、およびブラウン管
のガラスの裏面までを含む全てがマイクロレンズアレイ
形成体である。
Here, the meaning of the microlens array formed body described so far will be clarified. The microlens array forming body refers to the whole thing forming the microlens array. The portion from the lens curved surface of the micro lens to the boundary surface with air or the display image is the micro lens array formed body. For example, when a sheet on which a lens curved surface of a microlens is formed is adhered to the surface of a cathode ray tube with an adhesive, a set of display pixels formed on the back surface of the glass tube of the cathode ray tube is a display image, so that the lens curved surface is formed. Everything, including the coated sheet, adhesive, and the back of the glass of the cathode ray tube, is a microlens array formed body.

【0105】TV受像機のブラウン管、液晶ディスプレ
イなどの電子ディスプレイでは微小な表示画素が組織的
に一定のピッチで配列されている。この表示画像を一定
のピッチで微小レンズが配列されたマイクロレンズアレ
イを通して見ると、一般的にモアレ縞が生じることは良
く知られている。この対策として、大きさの異なる微小
レンズをランダムに配列するのが効果的であり、例えば
微小レンズが円柱面レンズであれば、幅の異なる微小レ
ンズをランダムに並べれば良い。勿論完全なランダムで
はなく、擬似的なランダムの配列でも良い。この場合個
々の微小レンズの焦点距離を等しくするのが好ましい
が、多少の違いは許容できる。これまで、微小レンズの
焦点、あるいは焦点距離を各種の条件のパラメータとし
てきたが、微小レンズの焦点は、唯一の1点ではなく前
後にある程度のばらつきを持っていてもよい。したがっ
て焦点距離も平均値、最小値、最大値、あるいはある許
容範囲を定めて決められる値を適用すれば良い。要は、
マイクロレンズアレイ( 微小レンズ) の焦点、あるいは
焦点距離は、表示画像の位置との関係で重要となる表示
画像の品質の問題として考えれば良い。
In an electronic display such as a cathode ray tube or a liquid crystal display of a TV receiver, minute display pixels are systematically arranged at a constant pitch. It is well known that when this display image is viewed through a microlens array in which microlenses are arranged at a constant pitch, moire fringes generally occur. As a countermeasure, it is effective to randomly arrange micro lenses having different sizes. For example, if the micro lenses are cylindrical lenses, micro lenses having different widths may be arranged at random. Of course, pseudo random arrangement may be used instead of complete random arrangement. In this case, it is preferable that the focal lengths of the individual microlenses are equal, but a slight difference is acceptable. Up to now, the focal point or focal length of the microlens has been used as a parameter for various conditions, but the focal point of the microlens may have some variation before and after rather than a single point. Therefore, as the focal length, an average value, a minimum value, a maximum value, or a value determined by defining a certain allowable range may be applied. In short,
The focus or focal length of the microlens array (microlens) may be considered as a problem of the quality of the display image which is important in relation to the position of the display image.

【0106】[0106]

【発明の効果】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。請求項1の発明は、マイクロ
レンズアレイと表示画像を観察者に正対するように置く
一般的な表示装置の構成・使用方法でも、微小レンズの
レンズとしての働きが確固たるものになり、立体表示特
性が向上する。微小レンズの光軸の独立性で、異常に拡
大/縮小される大きな画素部分を排除することが出来、
表示品質が向上できる。また、設計時点で、微小レンズ
の光軸位置を変えることで、微小レンズの焦点距離を制
御することが出来る。
As described above, the present invention includes:
The following effects are obtained. According to the first aspect of the present invention, the function of the microlens as a lens is firm even in a general display device having a microlens array and a general display device in which a display image is directly opposed to an observer, and the stereoscopic display characteristics are improved. Is improved. With the independence of the optical axis of the micro lens, it is possible to eliminate large pixel parts that are abnormally enlarged / reduced,
Display quality can be improved. Further, by changing the optical axis position of the micro lens at the time of design, the focal length of the micro lens can be controlled.

【0107】請求項2の発明は、表示画像の全体像は、
その部分部分が奥行き方向に異なった位置にできるの
で、非常に強い立体感が発現する。しかもマイクロレン
ズアレイの湾曲による歪みもむしできる。さらに、全体
像は上下左右に拡大も縮小もされない、良質の像として
見ることができる。さらに、微小レンズの光軸の独立性
で、異常に拡大/縮小される大きな画素部分を排除する
ことが出来、表示品質が向上できる。
According to a second aspect of the present invention, the whole image of the display image is
Since the portions can be located at different positions in the depth direction, a very strong three-dimensional effect is exhibited. Moreover, distortion due to the curvature of the microlens array can be eliminated. Further, the whole image can be viewed as a good quality image, which is not enlarged or reduced vertically and horizontally. Furthermore, due to the independence of the optical axis of the minute lens, a large pixel portion which is abnormally enlarged / reduced can be eliminated, and the display quality can be improved.

【0108】請求項3の発明は、請求項2の発明と同様
に、表示画像の全体像は、その部分部分が奥行き方向に
異なった位置にできるので、非常に強い立体感が発現す
る。さらに、全体像は上下左右に拡大も縮小もされな
い、良質の像として見ることができる。さらに、微小レ
ンズの光軸の独立性で、異常に拡大/縮小される大きな
画素部分を排除することが出来、表示品質が向上でき
る。
According to the third aspect of the present invention, as in the second aspect of the present invention, the whole image of the display image can be formed at different positions in the depth direction, thereby exhibiting a very strong three-dimensional effect. Further, the whole image can be viewed as a good quality image, which is not enlarged or reduced vertically and horizontally. Furthermore, due to the independence of the optical axis of the minute lens, a large pixel portion which is abnormally enlarged / reduced can be eliminated, and the display quality can be improved.

【0109】さらに、マイクロレンズアレイを湾曲する
ことなく強い立体感が得られ、使用に際して実装スペー
スの削減などの効果がある。請求項4の発明は、2次元
の表示画像が、強い立体感のある3次元的な画像として
見える。また、この表示装置でみられる画像は歪みが極
めて少なく、画像品質に優れる。
Further, a strong three-dimensional effect can be obtained without bending the microlens array, and there is an effect of reducing a mounting space in use. According to the fourth aspect of the present invention, the two-dimensional display image appears as a three-dimensional image having a strong stereoscopic effect. Further, the image seen in this display device has very little distortion and is excellent in image quality.

【0110】請求項5の発明は、特に空気である外界と
の境界面の曲率半径Rを充分大きい平面に近い面にする
ことにより、曲率半径rの小さな微小曲面を高密度に配
列した、空気の境界面をレンズ曲面とすれば実現が極め
て難しい焦点距離の大きい微小レンズで構成されるマイ
クロレンズアレイを比較的安価に得る事ができる。
The fifth aspect of the present invention is an air-conditioning system in which minute curved surfaces having a small radius of curvature r are arranged at a high density by making the radius of curvature R of the boundary surface with the outside world which is air particularly close to a sufficiently large plane. If the boundary surface is a curved lens surface, it is possible to obtain a microlens array composed of minute lenses having a large focal length, which is extremely difficult to realize, at a relatively low cost.

【0111】また、部分的に拡大あるいは縮小された大
きな画素として表示される事が無いので、品質の良い像
ができる。請求項6の発明は、請求項5の発明と同じ効
果に加えて、表示画像は、焦点近傍を避けて、焦点より
もレンズ曲面に近い位置に置けるので、2次元表示画像
を立体的に表示する表示装置に使用すると、優れた画像
品質の表示装置を構成できる。
Further, since the image is not displayed as a partially enlarged or reduced large pixel, a high quality image can be obtained. According to the sixth aspect of the present invention, in addition to the same effect as the fifth aspect of the present invention, the display image can be placed at a position closer to the lens curved surface than the focal point while avoiding the vicinity of the focal point. When used in a display device that performs excellent image quality, a display device with excellent image quality can be configured.

【0112】請求項7の発明は、高精細な2次元の表示
画像が、高い品質の立体的な像として表示できる。特
に、微小レンズを微細化できるので画素を感じることの
ない滑らかで高精細な表示が出来、立体的も強まる。請
求項8の発明は、2次元の表示画像が、立体感のある表
示品質に優れた画像として表示される。また、表示画像
の交換時に位置の再現性が容易になる。
According to the seventh aspect of the present invention, a high-definition two-dimensional display image can be displayed as a high-quality three-dimensional image. In particular, since the minute lens can be miniaturized, a smooth and high-definition display without perceiving pixels can be performed, and the three-dimensionalness is enhanced. According to the invention of claim 8, the two-dimensional display image is displayed as a three-dimensional image having an excellent display quality. In addition, the reproducibility of the position when exchanging the display image is facilitated.

【0113】請求項9の発明は、2次元の表示画像が、
立体感のある表示品質に優れた画像として表示される。
また、表示画像の交換時に位置の再現性が容易になる。
さらに、マイクロレンズアレイが観察者に対して傾いて
いると微小レンズのレンズとしての働きが確固たるもの
になり、立体感が強く感じられるようになる。また、マ
イクロレンズアレイが観察者に対して傾いていると、一
段と強い立体感が発現する。マイクロレンズアレイの湾
曲自体による全体像の歪みもない。
According to a ninth aspect of the present invention, the two-dimensional display image is
The image is displayed as a three-dimensional image with excellent display quality.
In addition, the reproducibility of the position when exchanging the display image is facilitated.
Further, when the micro lens array is inclined with respect to the observer, the function of the micro lens as a lens becomes firm, and a three-dimensional effect is strongly felt. Further, when the microlens array is inclined with respect to the observer, a stronger three-dimensional effect is exhibited. There is no distortion of the whole image due to the curvature itself of the microlens array.

【0114】請求項10の発明は、このマイクロレンズ
アレイを通して見た2次元の表示画像の全体像は、その
部分部分が奥行き方向に異なった位置にできるので、よ
り強い立体感が発現する。さらに、全体像は上下左右に
拡大も縮小もされない、良質の像として見ることができ
る。さらに、微小レンズの光軸の独立性で、異常に拡大
/縮小される大きな画素部分を排除することが出来、表
示品質が向上できる。
According to the tenth aspect of the present invention, in the whole image of the two-dimensional display image viewed through the microlens array, the portions can be located at different positions in the depth direction, so that a stronger three-dimensional effect is exhibited. Further, the whole image can be viewed as a good quality image, which is not enlarged or reduced vertically and horizontally. Furthermore, due to the independence of the optical axis of the minute lens, a large pixel portion which is abnormally enlarged / reduced can be eliminated, and the display quality can be improved.

【0115】さらに、マイクロレンズアレイを湾曲する
ことなく強い立体感が得られ、使用に際して実装スペー
スの削減などの効果がある。請求項11の発明は、この
表示装置で見える2次元の表示画像の全体像は、請求項
10の発明と同じように、その部分部分が奥行き方向に
異なった位置にできるので、より強い立体感が発現す
る。さらに、全体像は上下左右に拡大も縮小もされな
い、良質の像として見ることができる。さらに、微小レ
ンズの光軸の独立性で、異常に拡大/縮小される大きな
画素部分を排除することが出来、表示品質が向上でき
る。
Further, a strong three-dimensional effect can be obtained without bending the microlens array, and there is an effect of reducing a mounting space in use. According to the eleventh aspect of the present invention, as in the tenth aspect of the present invention, the entire image of the two-dimensional display image viewed by the display device can be formed at different positions in the depth direction, thereby providing a stronger three-dimensional effect. Is expressed. Further, the whole image can be viewed as a high quality image which is not enlarged or reduced vertically and horizontally. Furthermore, due to the independence of the optical axis of the minute lens, a large pixel portion which is abnormally enlarged / reduced can be eliminated, and the display quality can be improved.

【0116】さらに、マイクロレンズアレイを湾曲する
ことなく強い立体感が得られ、使用に際して実装スペー
スの削減などの効果がある。2次元の表示画像が、強い
立体感のある3次元的な画像として見える。また、この
表示装置でみられる画像は歪みが極めて少なく、画像品
質に優れる。
Furthermore, a strong three-dimensional effect can be obtained without bending the microlens array, and there is an effect such as a reduction in a mounting space when used. The two-dimensional display image appears as a three-dimensional image having a strong stereoscopic effect. Further, the image seen in this display device has very little distortion and is excellent in image quality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態である表示装置の断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a display device according to a first embodiment.

【図2】第2の実施の形態である表示装置の断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a display device according to a second embodiment.

【図3】第3の実施の形態である表示装置の断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a display device according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マイクロレンズアレイ 2 画像支持体 3 観察者 4 微小レンズ 11 マイクロレンズアレイ 12 画像支持体 13 観察者 14 微小レンズ 21 マイクロレンズアレイ 22 画像支持体 23 観察者 g 微小レンズの光軸 o レンズ曲面の中心 p レンズ曲面を延長した仮想曲面と光軸の交点 i レンズ曲面の法線 θ 光軸とレンズ曲面の法線とのなす角、または光軸と
観察者の視線とのなす角 h 観察者の視線
Reference Signs List 1 micro lens array 2 image support 3 observer 4 micro lens 11 micro lens array 12 image support 13 observer 14 micro lens 21 micro lens array 22 image support 23 observer g optical axis of micro lens o center of lens curved surface p Intersection point of the virtual curved surface obtained by extending the lens curved surface and the optical axis i Normal line of the lens curved surface θ Angle between the optical axis and the normal line of the lens curved surface, or the angle formed between the optical axis and the line of sight of the observer h The line of sight of the observer

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 有効領域の一辺の長さに対して充分小さ
い微小レンズを配列してなり、近傍にある2つの該微小
レンズの光軸あるいは光軸面が互いに独立しているマイ
クロレンズアレイであって、 該微小レンズの光軸あるいは光軸面は、該微小レンズの
中央部から外れ、該微小レンズの辺境部に位置するか、
または該微小レンズから外れた外部に位置することを特
徴とするマイクロレンズアレイ。
1. A microlens array in which microlenses that are sufficiently small with respect to the length of one side of an effective area are arranged, and the optical axes or optical axis surfaces of two microlenses in the vicinity are independent of each other. The optical axis or the optical axis surface of the microlens deviates from the central part of the microlens and is located at the border of the microlens,
Alternatively, the microlens array is located outside the minute lens.
【請求項2】 有効領域の一辺の長さに対して充分小さ
い微小レンズを配列してなり、近傍にある2つの該微小
レンズの光軸あるいは光軸面が互いに独立しているマイ
クロレンズアレイであって、 該微小レンズを配列する仮想的なレンズ形成面を含む該
マイクロレンズアレイを構成する境界面が、一様にかつ
滑らかに、マイクロレンズアレイの厚さに対して充分大
きい曲率半径で湾曲していることを特徴とするマイクロ
レンズアレイ。
2. A microlens array in which microlenses that are sufficiently small with respect to the length of one side of the effective area are arranged, and the optical axes or optical axis planes of two nearby microlenses are independent of each other. The boundary surface of the microlens array including the virtual lens forming surface on which the microlenses are arranged is uniformly and smoothly curved with a sufficiently large radius of curvature with respect to the thickness of the microlens array. A microlens array, comprising:
【請求項3】 有効領域の一辺の長さに対して充分小さ
い微小レンズを配置してなるマイクロレンズアレイであ
って、 該マイクロレンズアレイにおける位置とともに該微小レ
ンズの焦点距離が変化する領域と、 ほぼ等しい焦点距離の微小レンズの集まりを集団とし
て、焦点距離の異なる集団が分布する領域とのうち、 少なくとも一方あるいは両方の領域により構成されるこ
とを特徴とするマイクロレンズアレイ。
3. A microlens array in which microlenses that are sufficiently small with respect to the length of one side of an effective area are arranged, and an area in which the focal length of the microlenses changes with the position in the microlens array; A microlens array comprising a group of microlenses having substantially the same focal length as a group, and at least one or both of the regions in which groups having different focal lengths are distributed.
【請求項4】 請求項3記載のマイクロレンズアレイ
と、 該マイクロレンズアレイに対面して2次元表示画像を配
置するように、 2次元表示画像と、該2次元表示画像を支持するための
画像支持体のうち、少なくとも一方あるいは両方と、 を具備することを特徴とする表示装置。
4. The microlens array according to claim 3, a two-dimensional display image, and an image for supporting the two-dimensional display image so that the two-dimensional display image is arranged to face the microlens array. A display device comprising: at least one or both of supports.
【請求項5】互いに屈折率が異なり、かつ空気の屈折率
よりは充分大きい屈折率を有する2つ以上の透明部材を
積層することにより、該透明部材が相互に接する1つ以
上の境界面を有し、該境界面の少なくとも1つが、有効
領域の一辺の長さより充分小さい配列ピッチで配列さ
れ、当該する該境界面にあって、近傍にある2つが互い
に異なる光軸、あるいは光軸面を有する微小曲面の集ま
りからなるレンズ曲面を形成し、レンズ曲面である境界
面の各々が該レンズ曲面である境界面と対峙するレンズ
曲面でない外界との境界面を含む他の境界面のいずれに
対しても、該レンズ曲面である境界面の該微小曲面の曲
率半径rと、微小曲面に接する一方の材質の絶対屈折率
p と、微小曲面に接する他方の材質の絶対屈折率ns
と、他の境界面の曲率半径Rと、他の境界面に接する一
方の材質の絶対屈折率Np と、他の境界面に接する他方
の材質の絶対屈折率Ns との関係に下記の不等式(1)
が成立することを特徴とするマイクロレンズアレイ。 |R/(Np −Ns )|≫|r/(np −ns )|……………(1)
5. By laminating two or more transparent members having different refractive indexes from each other and having a refractive index sufficiently higher than that of air, one or more boundary surfaces at which the transparent members contact each other are formed. At least one of the boundary surfaces is arranged at an arrangement pitch sufficiently smaller than the length of one side of the effective region, and two adjacent ones of the boundary surfaces have different optical axes or optical axis surfaces. Form a lens curved surface consisting of a collection of minute curved surfaces having, each of the boundary surfaces that are lens curved surfaces with respect to any of the other boundary surfaces including the boundary surface with the outside that is not the lens curved surface facing the boundary surface that is the lens curved surface However, the radius of curvature r of the minute curved surface of the boundary surface that is the lens curved surface, the absolute refractive index n p of one material in contact with the minute curved surface, and the absolute refractive index n s of the other material in contact with the minute curved surface
If, following the relationship between the radius of curvature R of the other boundary surface, and the absolute refractive index N p of one material in contact with the other boundary surface, and the absolute refractive index N s of the other material in contact with the other boundary surface Inequality (1)
A microlens array characterized by the following. | R / (N p -N s ) | »| r / (n p -n s) | ............... (1)
【請求項6】請求項5のマイクロレンズアレイであっ
て、前記レンズ曲面である境界面の微小曲面を多段に連
ねた合成光学系によって形成される微小レンズの焦点
が、マイクロレンズアレイ形成体から離れた外部の位置
にあり、最も近い該微小曲面から微小曲面の最も短い配
列間隔の5倍以上離れていることを特徴とするマイクロ
レンズアレイ。
6. The microlens array according to claim 5, wherein the focal point of the microlens formed by the composite optical system in which the microcurved surface of the boundary surface, which is the lens curved surface, is connected in multiple stages, is shifted from the microlens array formed body. A microlens array, wherein the microlens array is located at a remote external position and is separated from the closest minute curved surface by at least five times the shortest arrangement interval of the minute curved surfaces.
【請求項7】 請求項5または6に記載のマイクロレン
ズアレイと、 該マイクロレンズアレイの前記レンズ曲面に対面し、前
記レンズ曲面である境界面の微小曲面を多段に連ねた合
成光学系によって形成される微小レンズの焦点と該微小
レンズのレンズ曲面との間の位置に、該微小レンズの焦
点の側近位置および該微小レンズのレンズ曲面の側近位
置を避けて配置された連続した図柄からなる2次元表示
画像と、 該マイクロレンズアレイの前記レンズ曲面に対面し、前
記レンズ曲面である境界面の微小曲面を多段に連ねた合
成光学系によって形成される微小レンズの焦点と該微小
レンズのレンズ曲面との間の位置に、該微小レンズの焦
点の側近位置および該微小レンズのレンズ曲面の側近位
置を避けて配置された2次元表示画像を支持するための
画像支持体のうち、少なくとも一方あるいは両方と、 を具備することを特徴とする表示装置。
7. A microlens array according to claim 5 or 6, wherein the microlens array is formed by a composite optical system that faces the lens curved surface of the microlens array and has a multi-stage micro curved surface of a boundary surface that is the lens curved surface. 2 consisting of a continuous pattern arranged at a position between the focal point of the micro lens to be formed and the lens curved surface of the micro lens so as to avoid the close position of the focal point of the micro lens and the close position of the lens curved surface of the micro lens. A three-dimensional display image, a focal point of a micro lens formed by a composite optical system in which a micro curved surface of a boundary surface which is the lens curved surface facing the lens curved surface of the micro lens array and a lens curved surface of the micro lens The two-dimensional display image which is arranged at a position between and near the focal point of the minute lens and the lens curved surface of the minute lens is supported. Of the image support, display, characterized in that it comprises at least one or both, the device.
【請求項8】 有効領域の一辺の長さに対して充分小さ
い微小レンズを配列してなり、近傍にある2つの該微小
レンズの光軸あるいは光軸面が互いに独立しているマイ
クロレンズアレイと、該マイクロレンズアレイに対向し
て該微小レンズの焦点と該微小レンズのレンズ曲面との
間の、該微小レンズの焦点の側近位置および該微小レン
ズのレンズ曲面の側近位置を避けた位置に2次元表示画
像を配置するように、 2次元表示画像と、 該2次元表示画像を支持するための画像支持体のうち、
少なくとも一方あるいは両方と、 を具備し、該マイクロレンズアレイを観察者に対向さ
せ、マイクロレンズアレイを介して該2次元表示画像を
該観察者に表示せしめる事を特徴とする表示装置。
8. A microlens array in which microlenses that are sufficiently small with respect to the length of one side of the effective area are arranged, and the optical axes or optical axis surfaces of two microlenses in the vicinity are independent of each other. A position between the focal point of the microlens and the lens curved surface of the microlens opposite to the microlens array, at a position avoiding a position near the focal point of the microlens and a position near the lens curved surface of the microlens. A two-dimensional display image, and an image support for supporting the two-dimensional display image, such that the two-dimensional display image is arranged.
A display device comprising: at least one or both of: a microlens array facing an observer, and displaying the two-dimensional display image to the observer via the microlens array.
【請求項9】 請求項8記載の表示装置において、 前記マイクロレンズアレイを構成する境界面が、前記微
小レンズを配列する仮想的なレンズ形成面を含めて、一
様にかつ滑らかに、該マイクロレンズアレイの厚さに対
して充分大きい曲率半径で湾曲していることと、前記観
察者の視線と該微小レンズのレンズ曲面の法線とのなす
角度が大きくなる微小レンズ内部の面積割合が増大する
方向に該マイクロレンズアレイが該観察者に対して傾い
ていることのうち、少なくとも一方あるいは両方である
ことを特徴とする表示装置。
9. The display device according to claim 8, wherein a boundary surface forming the microlens array is uniformly and smoothly including a virtual lens forming surface on which the microlenses are arranged. It is curved with a radius of curvature that is sufficiently large with respect to the thickness of the lens array, and the area ratio inside the microlens where the angle between the line of sight of the observer and the normal of the lens curved surface of the microlens increases is increased. The microlens array is inclined with respect to the observer in at least one or both directions.
【請求項10】 有効領域の一辺の長さに対して充分小
さい複数の微小レンズを配置してなるマイクロレンズア
レイであって、 該複数の微小レンズは、焦点距離が一定でないことを特
徴とするマイクロレンズアレイ。
10. A microlens array in which a plurality of microlenses that are sufficiently smaller than the length of one side of an effective area are arranged, wherein the plurality of microlenses have an irregular focal length. Micro lens array.
【請求項11】 請求項10記載のマイクロレンズアレ
イと、 該マイクロレンズアレイに対面して2次元表示画像を配
置するように、 2次元表示画像と、該2次元表示画像を支持するための
画像支持体のうち、少なくとも一方あるいは両方と、 を具備することを特徴とする表示装置。
11. The microlens array according to claim 10, a two-dimensional display image, and an image for supporting the two-dimensional display image so as to arrange the two-dimensional display image so as to face the microlens array. A display device comprising: at least one or both of supports.
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US9116359B2 (en) 2011-08-11 2015-08-25 Fujitsu Limited Stereoscopic image display apparatus

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