JPH10268233A

JPH10268233A - 画像表示装置

Info

Publication number: JPH10268233A
Application number: JP9304681A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Tsunoda; 行広角田; Takeshi Shibatani; 岳柴谷; Hiroshi Nakanishi; 浩中西
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-01-22
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】多人数で立体画像を観察した場合にも、立体
視可能ゾーンは制限を受けない偏光眼鏡式の画像表示装
置を提供する。【解決手段】液晶表示パネル等の画像表示素子１１３
の前面に、画像表示素子１１３に表示された画像１０８
を正立等倍結像させる光学手段１０５あるいは画像表示
素子に表示された画像を伝送するファイバープレート
と、画像表示素子１１３の右眼用画素１０３（ａ）から
の出射光の偏光状態と左眼用画素１０３（ｂ）からの出
射光の偏光状態とを異ならせる光学手段１００（ａ）お
よび１００（ｂ）とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、左右両眼視差を利
用した立体画像表示方式に関するものであり、特に、安
価で軽量な偏光眼鏡を装着することにより立体画像表示
を可能とし、眼鏡を装着しなければ、高解像度の２次元
画像表示を可能とする画像表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】三次元画像あるいは立体画像を再現しよ
うという試みの歴史は非常に古く、その方式はホログラ
ム等を含めると、極めて多種のものとなる。しかしなが
ら、３原色フルカラーで動画表示できる立体画像表示方
式において完成度の高い方式としては、以下の３方式が
挙げられる。これらの３方式は、いずれも、右眼用と左
眼用の画像を個々に表示し、両者のずれ、すなわち両眼
視差を利用して観察者に奥行感を想起させるという原理
に基づいて、立体画像表示を行っている。

【０００３】（Ａ）１台の表示素子によって左右両眼
用の画像を交互に時分割で表示し、電気的なシャッター
機能のある眼鏡を表示画像と同期して交互に開閉させる
ことにより立体画像表示を行うシャッター眼鏡方式。

【０００４】この方式は、投影表示にも、直視表示にも
適用可能である。

【０００５】（Ｂ）左眼用画像と右眼用画像とを表示
素子にストライプ状に表示させ、表示素子の前面に設置
したレンチキュラーレンズ板やスリット板によって、各
眼用の画像を対応する眼に割り当て、それにより特別な
眼鏡等を装着しないで立体画像を観察することができる
眼鏡無し方式。

【０００６】（Ｃ）左右両眼用の画像を偏光方向が互
いに９０°の角度のなす直線偏光にしておき、偏光眼鏡
を通して観察することにより、立体画像表示を行う偏光
眼鏡方式。

【０００７】この方式では、投影表示を行う場合には２
台の偏光プロジェクターを用いて、スクリーン上で両者
の画像を重ね合わせる。直視表示を行う場合には２台の
表示素子の画像をハーフミラーあるいは偏光ミラーで合
成する。

【０００８】まず、上記（Ａ）の方式では、１台の表示
素子で立体画像化が可能であることが利点である。しか
し、電気的なシャッター機能を有する眼鏡（例えば液晶
シャッター眼鏡）を観察者が装着しなければならない点
が問題である。このような眼鏡は重くて、長時間の使用
による疲労は避けられないからである。また、シャッタ
ー機能を有する眼鏡は高価であり、多人数で立体画像を
観察する場合、一人に１台シャッター眼鏡が必要となる
ため、人数分だけ購入する場合の費用は非常に高価にな
る。

【０００９】次に、上記（Ｂ）の眼鏡無し方式で得られ
る立体画像は、観察者が特別な眼鏡等を装着すること無
しに立体画像を観察することができる点が特徴である。
しかし、この眼鏡無し方式は、立体視可能ゾーンが非常
に狭いと言う短所がある。その理由を、レンチキュラー
レンズ板を使用した場合を例として説明する。

【００１０】図１８は、眼鏡無し方式（Ｂ）の立体画像
表示装置における左右方向立体視可能ゾーンＹｌｒを説
明する図である。

【００１１】この表示装置では、１走査線毎に交互に右
眼画像用の画素５０１（ｒ）および左眼画像用の画素５
０１（ｌ）が配列されており、これらの画素の前面に
は、走査線に沿った方向（画面水平方向）に並んだ左右
２画素を１ピッチとしてシリンドリカルレンズ５０６を
備えたレンチキュラーレンズ板５０５が配置されてい
る。レンチキュラーレンズ板５０５によって、画素５０
１（ｒ）に表示される右眼用画像および画素５０１
（ｌ）に表示される左眼用画像は、観察者５０７の右眼
および左眼にそれぞれ割り当てられる。

【００１２】観察者は、左眼が図１８で示す範囲Ｃ−Ｄ
に位置し、かつ右眼が範囲Ｅ−Ｆに位置すれば、正常な
立体画像を観察することができる。しかしながら、観察
者の両眼が移動し、例えば、Ｄ−Ｅ間に片方の眼が位置
すると、その眼は画素間の暗部（ブラックマトリック
ス）５０２を見ることになり、観察者は立体画像を観察
することができなくなる。また、片方の眼がＢ−Ｃ間あ
るいはＦ−Ｇ間に位置する場合も同様である。さらに、
範囲Ｅ−Ｆに左眼が位置し、範囲Ｇ−Ｈに右眼が位置す
る場合には、左右画像が逆転し正常な立体画像が観察で
きない。このように、この方式では原理的に１つの立体
視可能ゾーンの幅は、観察者５０７の両眼間隔を越える
ことはできない。

【００１３】さらに、１つの立体視可能ゾーンを越えて
観察者が移動すると、再び正常な立体画像が観察される
範囲（副ローブ）が現れる。この方式の場合、このよう
な副ローブを積極的に利用することで、数人程度であれ
ば立体画像を観察することができる。しかしながら、各
副ローブの立体視可能ゾーンも、前記と同様に非常に狭
い。

【００１４】次に、図１９を参照しながら、眼鏡無し方
式（Ｂ）の立体画像表示装置における前後方向の立体視
可能ゾーンを説明する。

【００１５】図１９において、表示素子の画像表示部両
端および中央から発した出射光をそれぞれ１、２、３、
・・・、７、８で示す。このとき、観察者６０７の両眼
間隔をｅ、表示素子の横方向長さをＨｈとし、前記の左
右方向立体視可能ゾーンが最も広くなる観察距離をＬ
（距離Ｌの位置で立体画像を観察すると左右方向の立体
視可能ゾーンＹｌｒは最も広くなる。）とすると、前後
方向の立体視可能ゾーンは斜線部で示され、観察者６０
７は、最適観察距離Ｌから前後方向に、以下の式（１）
および（２）で示される距離だけ移動することができ
る。

【００１６】前方向立体視可能ゾーンＹｆ＝ｅ×Ｌ／（Ｈｈ＋２×ｅ）・・・（１）後方向立体視可能ゾーンＹｂ＝ｅ×Ｌ／Ｈｈ・・・（２）なお、上記式（１）および（２）は、『８眼式メガネな
し３次元テレビジョン：磯野、安田等ｐ４３〜ｐ５４、
ＮＨＫ技研Ｒ＆Ｄ、Ｎｏ．３８、１９９５年１１月』に
示されている。ただし上記文献では、表示パネルからの
距離を導出しているのに対し、ここでは最適観察距離Ｌ
を基準距離とし、この位置から前後に移動可能な距離を
導出している。

【００１７】例えば、表示素子として対角１０．４イン
チ（縦方向長さＨｖ＝１５６ｍｍ、横方向長さＨｈ＝２
０８ｍｍ）のＴＦＴ液晶表示パネルを用いる場合を考え
る。観察者６０７の両眼間隔ｅを６５ｍｍとし、最適観
察距離Ｌを３５０ｍｍとすると、観察者６０７が前後方
向に移動可能な距離は、上記式（１）および（２）より
Ｙｆ＝６７ｍｍ、Ｙｂ＝１０９ｍｍとなり、この範囲を
越えて前後方向に移動すると立体視ができなくなる。

【００１８】ところで、この眼鏡無し方式の立体画像表
示装置に正立等倍結像光学系を適用した例が、特開平６
−３１１５３６号および特開平７−２３４３７８号に開
示されている。

【００１９】例えば、特開平６−３１１５３６号では、
液晶表示パネルの前面に分布屈折率レンズを設けて表示
画像を表示装置の外部に結像し、この結像面に左右画像
を空間的に分離するための分光手段（レンチキュラーレ
ンズ）を配置することで眼鏡無し方式の立体画像表示装
置を構成している。

【００２０】この構成によれば、分布屈折率レンズを配
置することによりレンチキュラーレンズの焦点距離の設
計に自由度を持たせることができる。

【００２１】しかしながら、この構成では、観察者の両
眼に左右画像を導く分光手段としてレンチキュラーレン
ズを用いて左右画像を分離しているため、眼鏡無し方式
の立体画像表示装置における原理的な問題である左右前
後の立体視可能ゾーンの狭さを広げることはできず、立
体視可能ゾーンが観察者の両眼間隔（約６５ｍｍ）を越
えることはできない。

【００２２】また、この構成では、画像表示装置を多人
数で観察する場合、画質の悪い副プローブ領域を使用す
るため、表示品位が低下するという問題点を有してい
る。

【００２３】また、特開平７−２３４３７８号では、ブ
ラウン管、特にビームインデックス型ブラウン管の前面
に分布屈折率レンズを設けて表示画像を表示装置の外部
に結像し、この結像面に左右画像を空間的に分離するた
めの分光手段（レンチキュラーレンズ）を配置すること
で眼鏡無し方式の立体画像表示装置を構成している。

【００２４】この構成においても、特開平６−３１１５
３６号の画像表示装置と同様に、左右前後の立体視可能
ゾーンを広げることはできず、立体視可能ゾーンが観察
者の両眼間隔を越えることはできない。

【００２５】また、この構成では、ブラウン管の曲面に
合わせて分布屈折率レンズの焦点距離を調整しなければ
正立等倍画像が得られない。

【００２６】さらに、この構成では、ブラウン管の曲面
に対応した焦点距離を有する分布屈折立レンズを容易に
作成することができないという問題点もある。

【００２７】また、上記特開平６−３１１５３６号およ
び特開平７−２３４３７８号には、正立等倍結像光学系
の結像面にレンチキュラーレンズまたはパララックスバ
リアを配置することが開示されているが、いずれも出射
光の偏光状態を変化させる光学手段を配置することにつ
いては言及されていない。

【００２８】最後に、上記（Ｃ）の方式で得られる立体
画像は、フリッカーが無く観察者は非常に軽量で安価な
偏光眼鏡を装着することで立体画像を観察することがで
きる。しかしながら、偏光軸の異なる画像２枚を常に同
時に映し出すためには、２台の表示素子や映写装置が必
要となるため高価になり、家庭用には不向きであった。

【００２９】方式（Ｃ）に属し、上記問題を解決する方
法として、隣接する画素間で偏光軸が互いに直交するモ
ザイク状の偏光層を１台の表示素子の前面に密着させ、
観察者に偏光眼鏡を装着させることにより立体画像の観
察を可能にする方法が特開昭５８−１８４９２９号公報
に提案されている。

【００３０】図２０に、特開昭５８−１８４９２９号公
報に示されている立体画像表示装置の概念図を示す。こ
の立体画像表示装置はＣＲＴを表示素子として用いてお
り、右眼用画素７０１（ａ）と左眼用画素（ｂ）とが割
り当てられたＣＲＴの前面に、偏光軸が互いに直交する
偏光板７０５（ａ）および７０５（ｂ）を、右眼用画素
７０１（ａ）および左眼用画素７０１（ｂ）にそれぞれ
対応するように配置している。これにより、右眼用画素
からの出射光および左眼用画素からの出射光は偏光軸が
異なる偏光として得られることになり、左右の偏光軸が
異なる偏光眼鏡７０６を通して観察することで立体画像
を観察することができる。したがって、安価な偏光眼鏡
を装着すれば、多人数での観察が可能である。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（Ｂ）および（Ｃ）の方式には、以下に述べるような問
題がある。

【００３２】上記（Ｂ）の眼鏡無し方式では、立体視可
能ゾーンの左右幅は非常に狭い範囲に限定される。ま
た、眼鏡無し方式では、走査線に沿った方向（画面水平
方向）に並んだ２つの画素を１組として立体画像表示を
行うため、２画素間に存在する非表示部（ブラックスト
ライプ）により、立体視可能ゾーンがさらに狭くなる。

【００３３】また、眼鏡無し方式では、各眼用の画像を
対応する眼に割り当てるために用いられるレンチキュラ
ーレンズ板あるいはスリット板等の部材は、各シリンド
リカルレンズあるいは各スリット等の１つの要素が、走
査線に沿った方向（画面水平方向）に並んだ２つの画素
に対応するように配置される。このため、この方式の立
体画像表示装置で２次元画像を観察しようとすると、水
平解像度は使用している表示素子本来の水平方向の画素
数の１／２となる。

【００３４】さらに、走査線に沿った方向（画面水平方
向）に左眼用画素および右眼用画素を交互に配置してい
るため、１Ｈ期間／（水平方向の画素数）を周期とし
て、左眼画像信号と右眼画像信号とを正確なタイミング
で交互に切り換えて表示素子に供給しなければならず、
駆動回路が複雑になるという問題を有している。

【００３５】一方、上記方式（Ｃ）の図２０に示す構成
の立体画像表示装置には、以下のような欠点がある。図
２０に示すように、ＣＲＴの右眼用画素７０１（ａ）お
よび左眼用画素７０１（ｂ）と右眼用偏光板７０５
（ａ）および左眼用偏光板７０５（ｂ）との間には、ガ
ラス基板（フェースプレート）７０４が介在する。この
ため、観察者がＣＲＴの正面方向から観察する場合には
正常な立体画像が観察されるが、観察者が上下に移動し
た場合、左眼画像および右眼画像がそれぞれ逆の目に混
入する現象（クロストーク）が発生し、正常な立体画像
が得られなくなる。

【００３６】この現象を、図２１を参照しながらより詳
細に説明する。図２１は、図２０に示す構成の立体画像
表示装置における立体視可能ゾーンを示す図である。

【００３７】観察者９０９が正常に立体画像を観察する
ことができる上下移動可能な立体視可能ゾーンＹｕｄ
は、１表示画素９０２のピッチをＰとし、非表示部（ブ
ラックストライプ）９０１の幅をＢとし、表示素子から
観察者までの距離をＬとし、透明基板の空気換算厚さを
ｄとしたとき、次の式（３）で表される。

【００３８】Ｙｕｄ＝Ｂ×Ｌ／ｄ・・・（３）また、図２１に示すように、観察者９０９は、Ｊ−Ｋ間
では立体画像を正常に観察する状態のまま移動すること
ができることから、前後方向の立体視可能ゾーンのサイ
ズは、表示素子から観察距離Ｌだけ離れた位置から前方
向に移動できる距離をＹｆ、後方向に移動できる距離を
Ｙｂとすると、次の式（４）および（５）で表される。

【００３９】Ｙｆ＝Ｙｕｄ×Ｌ／（Ｈｖ＋Ｙｕｄ）・・・（４）Ｙｂ＝Ｙｕｄ×Ｌ／（Ｈｖ−Ｙｕｄ）・・・（５）ここで、Ｈｖは表示素子の縦方向（信号線に平行な方
向）の長さである。

【００４０】なお、上記式（５）において、Ｙｕｄ≧Ｈ
ｖの場合、Ｙｂは負の値となるが、これは、立体視可能
ゾーンの後側の制限が無いことを示す。

【００４１】例えば、表示素子として、対角１０．４イ
ンチ（縦方向長さＨｖ＝１５６ｍｍ、横方向長さＨｈ＝
２０８ｍｍ）で、画素ピッチＰが０．３３ｍｍ、ブラッ
クストライプの幅Ｂが０．０３ｍｍであるＴＦＴ液晶パ
ネルを用いる場合を考える。液晶パネルの対向ガラス基
板９０３の厚さｄ１を１．１ｍｍ、その屈折率ｎを１．
５２とすると、対向基板の空気換算厚さｄは０．７２ｍ
ｍとなる。したがって、表示素子から観察者までの距離
Ｌが３５０ｍｍになるように画像表示装置を設計する
と、上下方向の立体視可能ゾーンＹｕｄは、上記式
（３）より、Ｙｕｄ＝１４．５ｍｍとなる。すなわち上
下方向には画面中央から上方向に約７ｍｍ、下方向に約
７ｍｍしか移動できず、この範囲を越えるとクロストー
クが発生する。また、上記式（４）および（５）より、
前後方向の立体視可能ゾーンは、Ｙｆ＝２９．９ｍｍ、
Ｙｂ＝３６ｍｍとなり、この範囲を越えて前後に移動す
ると立体視ができなくなる。

【００４２】上述したようなクロストークの発生を防ぐ
ために、液晶表示パネルを構成するガラス基板の内側に
部分的に偏光方向が異なる偏光層を設置することが特開
昭６２−１３５８１０号公報に提案されている。その概
念図を図２２に示す。

【００４３】この公報で提案されている立体画像表示装
置は、スペーサ８０６によって所定の間隔を保って対向
配置されている一対のガラス基板８０１（ａ）および８
０１（ｂ）と、これらの間に挟持されている液晶層８０
５とを有する液晶表示パネルを用いている。偏光板８０
２（ａ）および８０２（ｂ）は、図２２に示すように、
液晶表示パネルの内側に設けられている。ただし、この
公報には、偏光板８０２（ａ）および８０２（ｂ）の具
体的な作製方法は明示されていない。

【００４４】また、特開昭６２−１３５８１０号公報に
記載されているようにＴＮモードやＧＨモードを液晶表
示モードとして用いた場合には、次のような問題が生じ
る。すなわち、ＴＮモードやＧＨモードのような表示モ
ードでは、液晶層８０５中の液晶分子を配向させるため
に、配向膜を設ける必要がある。しかし、液晶表示パネ
ルを構成する２枚の基板（ＴＦＴ基板と対向基板）８０
１（ａ）および８０１（ｂ）のそれぞれ内側に偏光板８
０２（ａ）および８０２（ｂ）を配置すると、配向膜８
０４（ａ）および８０４（ｂ）は、図２２に示すよう
に、偏光板８０２（ａ）および８０２（ｂ）の上に設け
なければならない。

【００４５】ＴＮモードやＧＨモードに用いられる配向
膜は、ポリイミド等の有機高分子材料の前駆体をスピン
コート法で薄膜形成した後、イミド化を行うために１８
０度から２５０度の温度で焼成を行うか、あるいはＳｉ
Ｏ₂等の無機材科を約２００度の温度下で蒸着形成する
必要がある。このため、いずれの場合においても、図２
１に示すような構成では、配向膜８０４（ａ）および８
０４（ｂ）に先だって形成された偏光板８０２（ａ）お
よび８０２（ｂ）は、配向膜形成時に高温下に曝される
ことになる。しかしながら、偏光板８０２（ａ）および
８０２（ｂ）として使用されているＰＶＡ等の有機高分
子を基材としたヨウ素、染料系の偏光板は高耐熱性を有
しておらず、配向膜焼成時に高温下に曝されると、ヨウ
素、染料等の分子の配向秩序が消失し、十分な偏光能が
得られなくなる。したがって、液晶表示パネルの内部に
偏光板を形成した、特開昭６２−１３５８１０号公報の
構成の立体画像表示装置を現在一般に用いられている技
術で実現した場合、偏光板の偏光能を低下させることに
なり、表示品位を低下させることが推察される。

【００４６】さらに、液晶表示パネルに薄膜トランジス
タ素子（以下、ＴＦＴ素子と略す）を形成したアクティ
ブマトリクス型液晶表示パネル（ＡＭ−ＬＣＤ）を使用
した場合には、数百度の温度で形成する必要があるた
め、上記と同じ理由で、ＴＦＴ素子を形成する前に偏光
板を形成することは、現在市販されている偏光板材料で
は実質的に不可能であると考えられる。

【００４７】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、偏光板を表示素子の外部に配
置した構成において、多人数で立体画像を観察した場合
にも、立体視可能ゾーンは制限を受けず、立体画像を観
察することができる偏光眼鏡式立体画像表示装置を提供
することである。

【００４８】

【課題を解決するための手段】本発明の画像表示装置
は、２次元に配列され、右眼用画素グループおよび左眼
用画素グループに分けられる複数の画素と、該右眼用画
素グループと該左眼用画素グループとに個別に駆動信号
を供給する手段とを備えたマトリクス型表示素子と、該
マトリクス型表示素子に配列された画素を正立等倍結像
させる第１の光学手段と、該正立等倍結像された画素像
の近傍に設けられ、該右眼用画素グループからの出射光
の偏光状態と該左眼用画素グループからの出射光の偏光
状態とを異ならせる第２の光学手段とを備えており、そ
のことにより上記目的を達成することができる。

【００４９】また、第１の光学手段として、分布屈折率
レンズからなるレンズアレイを用いる。

【００５０】また、第１の光学手段は、複数のマイクロ
レンズを備えたマイクロレンズアレイからなっていても
よい。

【００５１】前記第１の光学手段は、複数のマイクロレ
ンズを備えたマイクロレンズアレイを少なくとも３枚以
上組み合わせたものからなり、各マイクロレンズアレイ
がマイクロレンズを１対１に対応させて配置されていて
もよい。

【００５２】前記第１の光学手段は、第１のマイクロレ
ンズアレイ、第２のマイクロレンズアレイおよび第３の
マイクロレンズアレイを前記マトリクス型表示素子側か
ら順に配置したものからなり、該第１のマイクロレンズ
アレイ、該第２のマイクロレンズアレイおよび該第３の
マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの焦点
距離ｆがほぼ等しくされていると共に、該第１のマイク
ロレンズアレイの主点と該第２のマイクロレンズアレイ
の主点との間の空気換算距離、該第２のマイクロレンズ
アレイの主点と該第３のマイクロレンズアレイの主点と
の間の空気換算距離、および該マトリクス型表示素子に
配列された画素と該第１のマイクロレンズアレイの主点
との間の空気換算距離が、各マイクロレンズアレイを構
成するマイクロレンズの焦点距離ｆのほぼ２倍になるよ
うに配置されていてもよい。

【００５３】前記第１の光学手段は、第１のマイクロレ
ンズアレイ、第２のマイクロレンズアレイ、第３のマイ
クロレンズアレイおよび第４のマイクロレンズアレイを
前記マトリクス型表示素子側から順に配置したものから
なり、該第１のマイクロレンズアレイを構成するマイク
ロレンズの焦点距離ｆ₁と、該第４のマイクロレンズア
レイを構成するマイクロレンズの焦点距離ｆ₄がほぼ等
しくされていると共に、該第２のマイクロレンズアレイ
を構成するマイクロレンズの焦点距離ｆ₂と、該第３の
マイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの焦点
距離ｆ₃がほぼ等しくされ、該マトリクス型表示素子に
配列された画素と該第１のマイクロレンズアレイの主点
との間の空気換算距離、該第２のマイクロレンズアレイ
と第３のマイクロレンズアレイの中点と該第１のマイク
ロレンズアレイの主点との間の空気換算距離、よび該第
２のマイクロレンズアレイと第３のマイクロレンズアレ
イの中点と該第４のマイクロレンズアレイの主点との間
の空気換算距離が該第１のマイクロレンズアレイを構成
するマイクロレンズの焦点距離ｆ₁のほぼ２倍になるよ
うに配置され、かつ、該第２のマイクロレンズアレイと
該第３のマイクロレンズアレイとを構成するマイクロレ
ンズを組み合わせて得られる合成レンズの焦点距離が該
第１のマイクロレンズアレイを構成するマイクロレンズ
の焦点距離ｆ₁とほぼ等しくされていてもよい。

【００５４】前記第１の光学手段を構成するマイクロレ
ンズアレイが、１枚の基板の両面に設けられていてもよ
い。

【００５５】また、第１の光学手段の前後には、少なく
とも１つ以上の偏光軸が一様な偏光板を配置する。

【００５６】また、第２の光学手段として、右眼用画素
および左眼用画素の配列に対応してパターン化された位
相差層を用いる。それにより右眼用画素グループからの
出射光の偏光伏態と左眼用画素グループからの出射光の
偏光伏態とを互いに直交させる。

【００５７】また、第２の光学手段には表面散乱処理を
施す。

【００５８】本発明の他の画像表示装置は、２次元に配
列され、右眼用画素グループおよび左眼用画素グループ
に分けられる複数の画素と、該右眼用画素グループと該
左眼用画素グループとに個別に駆動信号を供給する手段
とを備えたマトリクス型表示素子と、該マトリクス型表
示素子の光出射側に配置された第１の光学手段としての
ファイバープレートと、該ファイバープレートの光出射
側表面の近傍に配置されており、該右眼用画素グループ
からの出射光の偏光伏態と該左眼用画素グループからの
出射光の偏光状態とを異ならせる第２の光学手段と、を
備えており、そのことにより上記目的を達成することが
できる。

【００５９】また、第２の光学手段には、右眼用画素お
よび左眼用画素の配列に対応してパターン化された位相
差層を用いている。それにより右眼用画素グループから
の出射光の偏光状態と左眼用画素グループからの出射光
の偏光状態とを直交させる。

【００６０】また、第２の光学手段には、表面散乱処理
を施す。

【００６１】また、ファイバープレートの光出射側表面
には、表面散乱処理を施す。

【００６２】以下、作用について説明する。

【００６３】上記構成により得られる本発明の立体画像
表示装置の作用を以下に説明する。

【００６４】本発明の画像表示装置では、２次元に配列
され、右眼用画素グループおよび左眼用画素グループに
分けられる複数の画素を有し、右眼用画素グループおよ
び左眼用画素グループに個別に駆動信号を供給する手段
を備えたマトリクス型表示素子の前面に、マトリクス型
表示素子に配列された画素を正立等倍結像させる第１の
光学手段が配置されており、正立等倍結像された画素像
の近傍に、該右眼用画素グループからの出射光の偏光状
態と該左眼用画素グループからの出射光の偏光状態とを
異ならせる第２の光学手段が配置されている。

【００６５】第１の光学手段は、各画素から出射される
画像を第１の光学手段を通して観察者側表面、すなわち
第２の光学手段上に正立等倍像として結像する。この結
果、立体画像観察時のクロストークを解消し、立体視可
能ゾーンが左右または上下方向に狭いという課題が解決
される。

【００６６】本発明の一実施形態においては、第１の光
学手段は、分布屈折率レンズからなるレンズアレイであ
る。分布屈折率レンズアレイは、各レンズアレイに入射
する画像を正立等倍像として出射する。この結果、各画
素と各レンズアレイは１対１対応させる必要がなく、画
像表示装置を簡単に構成することができる。

【００６７】また、第１の光学手段として、複数のマイ
クロレンズを備えたマイクロレンズアレイを用いてもよ
い。マイクロレンズアレイは分布屈折率レンズに比べて
安価で比較的大型化が可能である。

【００６８】この場合、複数のマイクロレンズを備えた
マイクロレンズアレイを３枚以上組み合わせて、各マイ
クロレンズアレイを構成するマイクロレンズを１対１に
対応させることにより、簡単に正立等倍光学系を構成す
ることが可能である。

【００６９】また、マイクロレンズの焦点距離ｆがほぼ
等しい３枚のマイクロレンズアレイを用いて、各マイク
ロレンズアレイの主点間の空気換算距離、および第１の
マイクロレンズアレイとマトリクス型表示素子に配列さ
れた画素との間の空気換算距離を、各マイクロレンズア
レイを構成するマイクロレンズの焦点距離ｆのほぼ２倍
になるようにすることにより、簡単に正立等倍光学系を
構成することが可能である。

【００７０】また、焦点距離の等しい第１と第４のマイ
クロレンズアレイ、および焦点距離の等しい第２と第３
のマイクロレンズアレイを用いて、マトリクス型表示素
子に配列された画素と第１のマイクロレンズアレイの主
点との間の空気換算距離、第２と第３のマイクロレンズ
アレイの中点と第１のマイクロレンズアレイの主点との
間の空気換算距離、および第２と第３のマイクロレンズ
アレイの中点と第４のマイクロレンズアレイの主点との
間の空気換算距離を、第１のマイクロレンズアレイを構
成するマイクロレンズの焦点距離ｆ₁のほぼ２倍になる
ようにすると共に、第２と第３のマイクロレンズアレイ
のマイクロレンズを組み合わせた合成レンズの焦点距離
が第１のマイクロレンズアレイのマイクロレンズの焦点
距離ｆ₁とほぼ等しくすることによっても、簡単に正立
等倍光学系を構成することができ、画像表示装置の構成
の自由度を向上させることができる。

【００７１】また、マイクロレンズアレイを１枚の基板
の両面に作成することによりマイクロレンズ同士の位置
合わせを容易に行うことができる。

【００７２】好ましくは、第１の光学手段の前後には、
少なくとも１つ以上、偏光軸が一様な偏光板が配置され
ている。偏光板が配置されることで、第１の光学手段を
透過した画像の偏光方向の乱れは再度揃えられる。この
結果、立体画像観察時の表示品位を向上させることがで
きる。

【００７３】第２の光学手段は、右眼用画素および左眼
用画素の配列に対応してパターン化された位相差層であ
り、右眼用画素グループからの出射光の偏光状態と左眼
用画素グループからの出射光の偏光状態とを互いに直交
させる。位相差層は、右眼用画素および左眼用画素の配
列に対応して１行または、１列毎にパターン化されて配
置され、観察者の両眼に出射光の偏光状態を互いに直交
させた直線偏光あるいは、互いに逆回転の円偏光に変換
する。１行毎に配置された場合、表示装置の水平方向の
解像度は低下しない。また、２次元画像観察時には、用
いている表示素子本来のフル解像度で画像を観察でき
る。１列毎に配置された場合、上下方向から左右画像信
号を供給できるため、駆動回路を簡単に構成することが
できる。

【００７４】好ましくは、第２の光学手段には、表面散
乱処理が施されている。散乱処理が施されたことによ
り、視角範囲が広がり、この結果、立体視可能ゾーンを
さらに広げることができる。

【００７５】本発明の他の画像表示装置によれば、２次
元に配列され、右眼用画素グループおよび左眼用画素グ
ループに分けられる複数の画素を有し、右眼用画素グル
ープと左眼用画素グループとに個別に駆動信号を供給す
る手段とを備えたマトリクス型表示素子において、マト
リクス型表示素子の光出射側にファイバープレートを配
置し、ファイバープレートの光出射側表面の近傍に、右
眼用画素グループからの出射光の偏光状態と左眼用画素
グループからの出射光の偏光状態とを異ならせる第２の
光学手段とが配置されている。

【００７６】ファイバープレートは、各画素から出射さ
れる光（画像）を光ファイバーを通して観察者側表面に
解像度を低下させずに伝達できる。この結果、立体画像
観察時のクロストークを解消することができ、立体視可
能ゾーンが左右または上下方向に狭いという課題が解決
される。

【００７７】第２の光学手段は、位相差層は右眼用画素
および左眼用画素の配列に対応してパターン化された位
相差層から構成される。この位相差層は、右眼用画素グ
ループからの出射光の偏光状態と左眼用画素グループか
らの出射光の偏光伏態とを直交させる。位相差層は、右
眼用画素および左眼用画素の配列に対応して１行また
は、１列毎にパターン化されて配置され、観察者の両眼
に出射光の偏光状態を互いに直交させた直線偏光あるい
は、互いに逆回転の円偏光に変換する。１行毎に配置さ
れた場合、表示装置の水平方向の解像度は低下しない。
また、２次元画像観察時には、用いている表示素子本来
のフル解像度で画像を観察できる。１列毎に配置された
場合、上下方向から左右画像信号を供給することができ
るため、駆動回路を簡単に構成することができる。

【００７８】好ましくは、第２の光学手段には、表面散
乱処理が施されている。これにより、視角範囲が広が
り、この結果、立体視可能ゾーンをさらに広げることが
できる。

【００７９】好ましくは、ファイバープレートの光出射
側表面には、表面散乱処理が施されている。これによ
り、視角範囲が広がり、この結果、立体視可能ゾーンを
さらに広げることができる。

【００８０】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）本発明の画像表示装置の一実施形態を、
図面を参照しながら説明する。

【００８１】図１（ａ）は、実施形態１における画像表
示装置１０６の構成を示す図である。本実施形態１で
は、画像表示素子として、基板１０２（ａ）および１０
２（ｂ）、ならびに、これらの間にマトリクス状に配列
された複数の画素１０３を有するＴＦＴ型液晶表示パネ
ル１１３を用いている。複数の画素１０３は、画素１行
毎に右眼用画素グループ１０３（ａ）および左眼用画素
グループ１０３（ｂ）に分けられており、右眼用画素グ
ループ１０３（ａ）と左眼用画素グループ１０３（ｂ）
とは、１走査線毎に交互に配置されている。

【００８２】本実施形態１では、偏光板１０１（ａ）お
よび１０１（ｂ）は、液晶表示パネル１１３の外側に液
晶表示パネル１１３を挟むように設けられている。基板
１０２（ａ）上に設けられている偏光板１０１（ａ）
は、偏光方向が全面にわたって一様な偏光軸を持つ偏光
板であり、もう一方の基板（対向基板）１０２（ｂ）の
前面に設けられている偏光板１０１（ｂ）は、偏光板１
０１（ａ）と偏光軸が直交するように配置されている。

【００８３】偏光板１０１（ｂ）の前面には、分布屈折
率レンズアレイ１０５が配置されており、さらにその前
面には、ストライプ状の位相差板１００（ａ）および１
００（ｂ）が、右眼用画素グループ１０３（ａ）および
左眼用画素グループ１０３（ｂ）とそれぞれ対応するよ
うに１走査線毎に交互に設けられている。このため、本
実施形態の画像表示装置では、立体画像観察時の水平解
像度は液晶表示パネルの画素数の１／２に低下しない。

【００８４】本実施形態１では、位相差板１００（ａ）
および１００（ｂ）として１／４波長板を用い、位相差
板１００（ａ）の遅相軸は偏光板１０１（ｂ）の偏光軸
から４５度の角度で交差するように配置し、位相差板１
００（ｂ）の遅相軸は偏光板１０１（ｂ）の偏光軸とは
逆回りに４５度の角度で交差するように配置した。

【００８５】このような構成の画像表示装置１０６で
は、左眼画像および右眼画像は、１走査線毎に交互に表
示される。このため、立体画像表示を行う場合には、図
２（ａ）に示すように、右眼画像信号１１０（ａ）と左
眼画像信号１１０（ｂ）とを交互にセレクター１１２で
選択し、水平同期信号１１１に同期して１走査線毎に右
眼画像信号１１０（ａ）と左眼画像信号１１０（ｂ）と
を交互に供給すればよい。したがって、駆動回路を簡単
に構成することができる。

【００８６】次に、図３を参照しながら、位相差板の原
理を説明する。

【００８７】一般に、位相差板は、有機高分子材料を一
軸延伸することで、位相差をもたせた複屈折性フィルム
からなる。このとき、位相差板が一軸延伸された方向に
平行な方向を遅相軸（あるいは進相軸、材料によりその
呼び方は異なる）と呼ぶ。

【００８８】次に、図３に示すように、位相差板が一軸
延伸された方向（以下、単に軸方向と呼ぶ）に対して、
角度θの方向から直線偏光光が入射した場合の偏光状態
の変化を説明する。

【００８９】まず、入射した直線偏光光の電界成分を_、
位相差板の軸方向に平行な成分と直角な成分とに分け
る。位相差板内では、それぞれの速度成分は、ｖ⊥＝ｃ
⊥／ｎ_//、ｖ_//＝ｃ_//／ｎ⊥で表される。ここで、ｎ_//
は軸方向の屈折率、ｎ⊥は軸方向に直角な方向の屈折率
（ただしｎ_//＞ｎ⊥）である。また、ｃ_//＝ｃ×ｃｏｓ
θ、ｃ⊥＝ｃ×ｓｉｎθ（ただし、ｃは真空中の光束で
ある）である。

【００９０】このため、図３に示すｚ方向の光の速さ
は、位相差板の遅相軸に平行な電界成分が直角方向の電
界成分に比べて遅くなる。この結果、図３に示すｘ方向
とｙ方向での電界強度の変化が同じように起こらず、入
射してきた直線偏光光は、円偏光光、楕円偏光光と変化
していく。

【００９１】例えば、位相差板がもつ位相差を１／４波
長に設定し、軸方向に対してθ＝４５度の角度をなす方
向に偏光している直線偏光光を入射した場合、偏光状態
は左回りの円偏光へと変化する。また、軸方向に対して
θ＝−４５度の角度をなす方向に偏光している直線偏光
光を入射すると、偏光状態は、先の円偏光とは逆回りの
円偏光、つまり右回りの円偏光に変化する。また、位相
差板がもつ位相差を１／２波長に設定した場合には、入
射した直線偏光光から角度２θずれた方向に偏光してい
る直線偏光光に変化し、位相差が１／４波長と１／２波
長との間では、入射直線偏光光は、楕円偏光光に変換さ
れる。

【００９２】ここで、左回りの円偏光と右回りの円偏
光、互いに直交する直線偏光、あるいは、左回りの楕円
偏光と右回りの楕円偏光でかつそれらの交差角度が９０
度になる場合、互いに偏光状態が直交するという。

【００９３】本実施形態１では、液晶表示パネル１１３
から出射された後、偏光板１０１（ｂ）、ならびに位相
差板１００（ａ）および１００（ｂ）を透過する光は、
１走査線毎に互いに偏光方向が直交した円偏光となる。
したがって、観察者は、それぞれの偏光方向に対応した
円偏光板１０７（ａ）および１０７（ｂ）を有する円偏
光眼鏡１０７を装着することで、たとえ顔を傾けた場合
であっても、立体画像を観察することができる。

【００９４】また、本実施形態１では、位相差板１００
（ａ）および１００（ｂ）の表面に表面散乱処理を施し
ている。これにより、分布屈折率レンズアレイ１０５か
ら出射された出射光は位相差板１００（ａ）および１０
０（ｂ）の表面で散乱されるため、視角範囲が広がり、
分布屈折率レンズアレイ１０５の出射角以上の角度から
画像を観察した場合でも容易に画像を観察することがで
きる。

【００９５】次に、分布屈折率レンズアレイ１０５の作
用を図１（ｂ）に基づき説明する。

【００９６】分布屈折率レンズアレイ１０５は、アレイ
状に並べられた複数個のレンズエレメントを有してい
る。各レンズエレメントは、屈折率が中心軸から周辺に
向かって減少していくロッド状レンズであり、従来のレ
ンズが光の入出力端面の曲率により光を屈折させて結像
させるのに対して、このレンズエレメントは図１（ｂ）
に示すようにロッド状レンズ内に形成された屈折率分布
で連続的に光を屈折させて像を形成する。したがって、
両端面が平面であってもレンズ作用を示すことが『セル
フォックレンズの光学特性とその応用：西沢ｐ８５〜ｐ
９６工業材料第２８巻第１０号』に開示されてい
る。

【００９７】また分布屈折率レンズアレイ１０５の各レ
ンズエレメントは、その領域に存在する画像１０８を正
立等倍結像させる作用を持っている。このため、画素１
０３とレンズエレメントを１対１で対応させる必要はな
く、液晶表示パネル１１３と分布屈折率レンズアレイ１
０５との精密な位置合わせの必要はない。

【００９８】なお、本実施形態１では、分布屈折率レン
ズアレイ１０５の長さを、図１（ｂ）に示すように、画
素の正立等倍像を形成することができるように設定して
いる。このため、液晶表示パネル１１３の内部に表示さ
れた画像１０８は、分布屈折率レンズアレイ１０５によ
り、液晶表示パネル１１３の外部に正立等倍像１０９と
して表示される。また、本実施形態１では、位相差板１
０１（ａ）および１０１（ｂ）を分布屈折率レンズアレ
イ１０５の結像面に配置している。このため、対向基板
の厚さを０に近づけた場合と実質的に同様の効果が得ら
れ、表示画像と位相差板１０１（ａ）および１０１
（ｂ）との視差がなくなる。したがって、本実施形態の
画像表示装置１０６においては、上下方向および前後方
向の立体視可能ゾーンは制限を受けない。

【００９９】なお、前記式（１）から、従来の方式にお
いても対向基板の厚さを薄く設定すれば立体視可能ゾー
ンを広げることができる。しかし、対向基板の厚さを薄
くすると、液晶表示パネルの強度が著しく低下し、表示
パネルの作製が困難になる。また、液晶層の厚さ、すな
わち、セル厚の制御が困難になり、表示品位が著しく低
下する。このため、対向基板の厚さを本実施例のごとく
０に近づけることは不可能であり、従来の方式では、対
向基板（ガラス基板）の厚みに起因する視差により立体
視可能ゾーンは制限を受けざるを得ない。

【０１００】以上説明したように、本実施形態１の画像
表示装置では、画像表示素子の前面に右眼用画素および
左眼用画素からの出射光の偏光方向が直交するようにス
トライプ状の位相差板を設け、位相差板に隣接して分布
屈折率レンズアレイを配置している。これにより、各画
素から出射される画像は正立等倍像として分布屈折率レ
ンズの観察者側表面に表示されるので、表示素子の基板
による視差の影響を受けず、立体視可能ゾーンを広くす
ることができる。

【０１０１】また、本実施形態１では、走査線方向に並
んだ画素１行分を一方の眼に対応する画像を提供する画
素グループとし、左眼用画素グループと右眼用画素グル
ープとを信号線に平行な方向に交互に配置し、さらに、
表示素子の前面に１走査線に１ストライプが対応するよ
うに位相差板を配置することで左眼用画像と右眼用画像
の分離を行っている。このため、水平解像度は１／２に
低下しない。

【０１０２】なお、本実施形態１では、１走査線毎に交
互に左眼用画素グループと右眼用画素グループとを配置
し、これに対応して１走査線に１ストライプが対応する
ように位相差板を配置したが、１信号線毎に交互に左眼
用画素グループと右眼用画素グループを配置し、これに
対応して１信号線に１ストライプが対応するように位相
差板を配置してもよい。この場合、図２（ｂ）に示すブ
ロック図のように、信号線を上下に分割し、上下方向か
らそれぞれ左眼画像信号および右眼画像信号を供給する
ようにすれば、駆動回路を簡単に構成することができ
る。

【０１０３】また、位相差板に表面散乱処理を施すこと
により、視野角を広げることができ立体視可能ゾーンを
さらに広げることができる。

【０１０４】また、偏光眼鏡を装着しない場合には、用
いている表示素子本来のフル解像度の２次元画像の観察
が可能になる。

【０１０５】また、本実施形態１では、画像表示素子の
対向基板１０２（ｂ）の前面に偏光板１０１（ｂ）を配
置し、さらにその前面に分布屈折率レンズアレイ１０５
を配置したが、これに限定される訳ではない。例えば、
図４に示すように、偏光板１０１（ｂ）と分布屈折率レ
ンズアレイ１０５との順序を入れ替えて、画像表示素
子、分布屈折率レンズアレイ１０５、偏光板１０１
（ｂ）、位相差板１００（ａ）および１００（ｂ）とい
う順に各構成要素を配置してもよい。

【０１０６】また、本実施形態１では、位相差板１００
（ａ）および１００（ｂ）の位相差を１／４波長に設定
したが、これに限定される訳ではなく、位相差は１／２
波長でもよい。

【０１０７】また、本実施形態１では、分布屈折率レン
ズアレイ１０５を、画像表示素子の対向基板の外部に配
置している。しかし、分布屈折率レンズアレイを対向基
板として用いることもできる。

【０１０８】本実施形態１の画像表示装置では、左眼用
画像および右眼用画像を表示する画像表示素子として、
アクティブマトリクス型液晶表示パネルを用いている。
しかし画像表示素子はこれに限定されるものではなく、
単純マトリクス型液晶表示パネル、あるいはＥＬ、ＣＲ
Ｔ、プラズマディスプレイ等の自発光表示素子やプラズ
マアドレス型液晶表示パネルを用いた場合にも、本実施
形態１で述べた効果と同様の効果を得ることができる。

【０１０９】また、本実施形態１では、アクティブマト
リクス型液晶表示パネルの液晶表示モードにＴＮ表示モ
ードを用いているが、表示モードはこれには限定されな
い。例えば、ハイブリッド電界効果モード、ポリマー分
散型液晶、電界誘起複屈折モード、強誘電性液晶、反強
誘電性液晶、エレクトロクリニック効果を有するスメク
ティック液晶をもちいた相転移モード、動的散乱モー
ド、ゲストホストモード、液晶複合膜等の各種液晶表示
モードを使用することも可能である。なお、これらのモ
ードのうち、非偏光モードを採用する場合には、偏光板
１０１（ａ）は不要となる。

【０１１０】また、上記の構成は、本実施形態１に限定
される訳ではなく、以下の実施形態においても適用する
ことができる。

【０１１１】（実施形態２）以下、図５（ａ）を参照し
ながら、本発明の実施形態２における画像表示装置の構
成および作製方法を説明する。図５（ａ）は、本実施形
態２の画像表示装置２０６の構成を示す図である。図１
および図４に示されている構成要素と同様の構成要素に
は、同じ参照符号を付し、説明を省略する。

【０１１２】本実施形態２の画像表示装置２０６の構成
は、分布屈折率レンズアレイ１０５の片側にだけではな
く、両側に偏光板２０１（ｂ）および２０１（ｃ）を配
置した点を除いては、実施形態１の構成と同じである。
なお、偏光板２０１（ａ）は、実施形態１の偏光板１０
１（ａ）と同様に、偏光方向が一様な偏光軸を持つ偏光
板である。また、偏光板２０１（ｂ）および２０１
（ｃ）は、ともに、偏光板２０１（ａ）と偏光軸が直交
するように配置された偏光板である。このような構成に
おいても、例えば液晶表示パネル等の画像表示素子に表
示された画像２０８は、図５（ｂ）に示すように、分布
屈折率レンズアレイ１０５によって正立等倍像２０９と
して結像される。

【０１１３】分布屈折率レンズアレイ１０５の光入射側
および光出射側の両方に偏光板２０１（ｂ）および２０
１（ｃ）を配置することで、偏光板２０１（ｂ）を透過
した後、分布屈折率レンズを透過することによって生じ
る光の偏光方向の乱れ（光漏れ）を再度揃えることがで
きる。この結果、分布屈折率レンズアレイ１０５の片側
にしか偏光板を配置しない場合には１５％であった光漏
れによるクロストークを、０．１％に低減することがで
き、立体画像表示時の表示品位を向上させることができ
る。

【０１１４】以上説明したように、本実施形態２の画像
表示装置２０６では、分布屈折率レンズアレイの両側
に、偏光軸が一様な偏光板が配置されている。これによ
り、分布屈折率レンズアレイを通過することにより生じ
る偏光状態の乱れを、分布屈折率レンズアレイの光出射
側で再度揃えることができる。したがって、光漏れによ
るクロストークを改善し、立体画像観察時の表示品位を
向上させることができる。

【０１１５】（実施形態３）以下、図６を参照しなが
ら、本発明の実施形態３における画像表示装置の構成を
説明する。図６は、実施形態３の画像表示装置４０６の
構成を示す図であり、図７は画像表示装置４０６におい
て用いられている第１の光学手段（３枚のマイクロレン
ズアレイを組み合わせたもの）４０５の断面を示す図で
ある。なお、図６において、図１、４および５に示され
ている構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号を付
している。

【０１１６】本実施形態３において、マイクロレンズア
レイ４０５は、ガラス基板４０２の両面にマイクロレン
ズアレイ４０１（ａ）とマイクロレンズアレイ４０１
（ｂ）とが設けられたレンズ基板４００と、ガラス基板
４０３の片側にマイクロレンズ４０１（ｃ）が設けられ
たレンズ基板４０４とからなる。

【０１１７】ここで、ガラス基板４０２の一方側に設け
られたマイクロレンズアレイ４０１（ａ）と反対側に設
けられたマイクロレンズアレイ４０１（ｂ）とは、これ
らを構成するマイクロレンズが互いに１対１に対応する
ように配置され、また、ガラス基板４０３に設けられた
マイクロレンズアレイ４０１（ｃ）とガラス基板４０２
に設けられたマイクロレンズアレイ４０１（ｂ）とは、
これらを構成するマイクロレンズが互いに１対１に対応
するように配置されている。すなわち、各マイクロレン
ズアレイを構成するマイクロレンズが１対１に対応する
ように配置されている。

【０１１８】また、各マイクロレンズアレイを構成する
マイクロレンズの焦点距離ｆは互いに等しくなるように
形成し、本実施形態３では焦点距離ｆを０．４３ｍｍと
した。

【０１１９】次に、マイクロレンズアレイ４０５の作用
を図８に基づき説明する。

【０１２０】この図８において、４１０（ａ）は液晶表
示パネルに表示された画像を示し、４１０（ｂ）は画像
表示装置の外部に結像された正立等倍像を示す。

【０１２１】本実施形態３では、マイクロレンズアレイ
４０１（ａ）を、そのマイクロレンズの主点と表示画像
４１０（ａ）との空気換算距離が、マイクロレンズアレ
イ４０１（ａ）の焦点距離ｆ＝０．４３ｍｍのほぼ２倍
になるように配置している。ここでは、マイクロレンズ
アレイ４０１（ａ）は図６に示した偏光板１０１（ｂ）
にほぼ密着させて配置しているため、対向基板１０２
（ｂ）の厚さ１．１ｍｍ、偏光板１０１（ｂ）の厚さ
０．２ｍｍ及びこれらの屈折率１．５２からマイクロレ
ンズアレイ４０１（ａ）の主点と表示画像４１０（ａ）
との空気換算距離ｄ₁が２ｆ＝０．８６（１．３／１．
５２）ｍｍとなるように配置した。

【０１２２】また、本実施形態３では、マイクロレンズ
アレイ４０１（ａ）とマイクロレンズアレイ４０１
（ｂ）、およびマイクロレンズアレイ４０１（ｂ）とマ
イクロレンズアレイ４０１（ｃ）は、各マイクロレンズ
の主点間の空気換算距離距離が、マイクロレンズアレイ
４０１（ａ）の焦点距離ｆ＝０．４３ｍｍのほぼ２倍に
なるように配置している。ここでは、マイクロレンズア
レイ４０１（ａ）とマイクロレンズアレイ４０１（ｂ）
とが設けられたガラス基板４０２として厚さ１．３ｍ
ｍ、屈折率１．５２のガラス基板を使用することによ
り、マイクロレンズアレイ４０１（ａ）とマイクロレン
ズアレイ４０１（ｂ）との主点間の空気換算距離ｄ₂を
２ｆ＝０．８６ｍｍとした。また、マイクロレンズアレ
イ４０１（ｃ）が設けられたガラス基板４０３として厚
さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２のガラス基板を使用し、
マイクロレンズアレイ４０１（ｂ）とマイクロレンズア
レイ４０１（ｃ）とのエアギャップが０．３９ｍｍとな
るようにスペーサー（図示せず）によって距離を保持し
て配置することにより、マイクロレンズアレイ４０１
（ｂ）とマイクロレンズアレイ４０１（ｃ）との主点間
の空気換算距離ｄ₃を２ｆ＝０．８６ｍｍとした。

【０１２３】このようにマイクロレンズアレイを配置す
ることにより液晶表示パネルに表示された画像４１０
（ａ）は各マイクロレンズアレイを通して正立等倍像４
１０（ｂ）としてマイクロレンズアレイ４０１（ｃ）の
主点から２ｆ（０．８６ｍｍ）の位置に結像される。

【０１２４】さらに、本実施形態３では、正立等倍像４
１０（ｂ）の結像位置に左右画像の偏光状態を互いに直
交させるための位相差板（図示せず）を配置した。ま
た、視野角を広げるために、位相差板には散乱処理を施
した。

【０１２５】以上の構成により、図４に示すように、対
向基板１０２（ｂ）の内部に表示された画像４２０
（ａ）は、マイクロレンズアレイ４０５により画像表示
装置の外部に正立等倍像４２０（ｂ）として結像され、
この結像位置に位相差板を配置することにより視差を無
くすことができる。よって、対向基板の厚さを０に近づ
けたときと同様の効果が得られ、立体視可能ゾーンを広
げることができる。

【０１２６】以上説明したように、本実施形態３の画像
表示装置によれば、安価で大型化が可能なマイクロレン
ズアレイを用いることにより正立等倍結像光学系を構成
することができる。また、マイクロレンズアレイを構成
するマイクロレンズは、その焦点距離をほぼ同じに設計
することができ、光学手段を容易に形成することができ
る。さらに、マイクロレンズアレイ４０１（ａ）および
４０１（ｂ）が基板４０２の両側に設けられているの
で、各マイクロレンズのアライメントが容易である。

【０１２７】（実施形態４）以下、図１０を参照しなが
ら、本発明の実施形態４における画像表示装置の構成を
説明する。図１０は、実施形態４の画像表示装置１４６
の構成を示す図であり、図１１は画像表示装置１４６に
おいて用いられている第１の光学手段（４枚のマイクロ
レンズアレイを組み合わせたもの）１４５の断面を示す
図である。なお、図１０において、図１、４および５に
示されている構成要素と同じ構成要素には同一の参照符
号を付している。

【０１２８】本実施形態４において、マイクロレンズア
レイ１４５は、ガラス基板１４２の両面にマイクロレン
ズアレイ１４１（ａ）とマイクロレンズアレイ１４１
（ｂ）とが設けられたレンズ基板１４０（ａ）と、ガラ
ス基板１４３の両面にマイクロレンズアレイ１４１
（ｃ）とマイクロレンズアレイ１４１（ｄ）とが設けら
れたレンズ基板１４０（ｂ）とからなり、各マイクロレ
ンズアレイを構成するマイクロレンズが互いに１対１に
対応するように配置されている。

【０１２９】また、マイクロレンズアレイ１４１（ａ）
の焦点距離ｆ₁とマイクロレンズアレイ１４１（ｄ）の
焦点距離ｆ₄は互いに等しく、マイクロレンズアレイ１
４１（ｂ）の焦点距離ｆ₂とマイクロレンズアレイ１４
１（ｃ）の焦点距離ｆ₃は互いに等しくなるように形成
し、本実施形態４では焦点距離ｆ₁＝ｆ₄＝１．００ｍ
ｍ、焦点距離ｆ₂＝ｆ₃＝０．５０ｍｍとした。

【０１３０】次に、マイクロレンズアレイ１４５の作用
を図１２に基づき説明する。

【０１３１】本実施形態４では、マイクロレンズアレイ
１４１（ｂ）の焦点距離ｆ₂とマイクロレンズアレイ１
４１（ｃ）の焦点距離ｆ₃とを等しくして、これらを組
み合わせた合成レンズの焦点距離をマイクロレンズアレ
イ１４１（ａ）の焦点距離ｆ₁と等しくすることにより
正立等倍光学系を構成している。

【０１３２】一般に、２枚のレンズを組み合わせたとき
の合成レンズの焦点距離ｆと主点間の距離には以下の関
係が成立する。

【０１３３】１／ｆ＝１／ｆ_a＋１／ｆ_b−ｄ／（ｆ_a×ｆ_b）ｆ：合成レンズの焦点距離ｆ_a ：第２のマイクロレンズの焦点距離ｆ_b ：第３のマイクロレンズの焦点距離ｄ：２枚のマイクロレンズの主点間距離そこで、本実施形態４では、マイクロレンズアレイ１４
１（ｂ）の焦点距離ｆ₂とマイクロレンズアレイ１４１
（ｃ）の焦点距離ｆ₃を０．５０ｍｍとし、各マイクロ
レンズの主点間の空気換算距離ｄが０．７５ｍｍとなる
位置に配置することにより、２枚の合成レンズの焦点距
離が１．００ｍｍとなるように調整した。

【０１３４】また、表示装置の画素が配置された面から
マイクロレンズアレイ１４１（ａ）の主点との間の空気
換算距離、マイクロレンズアレイ１４１（ｂ）とマイク
ロレンズアレイ１４１（ｃ）の中点からマイクロレンズ
アレイ１４１（ａ）の主点までの空気換算距離、及びマ
イクロレンズアレイ１４１（ｂ）とマイクロレンズアレ
イ１４１（ｃ）の中点からマイクロレンズアレイ１４１
（ｄ）の主点までの空気換算距離が２ｆ₁＝２．０ｍｍ
となるように配置した。

【０１３５】ここでは、対向基板１０１（ｂ）として厚
さ１．１ｍｍ、屈折率１．５２のものを用い、偏光板１
０１（ｂ）として厚さ０．２ｍｍ、屈折率１．５２のも
のを用い、偏光板１０１（ｂ）とマイクロレンズアレイ
１４１（ａ）の間を約１．１４ｍｍ離して配置すること
により、表示装置の画素が配置された面からマイクロレ
ンズアレイ１４１（ａ）の主点までの空気換算距離が２
ｆ₁＝２．００ｍｍとなるように配置した。

【０１３６】また、マイクロレンズアレイ１４１（ａ）
とマイクロレンズアレイ１４１（ｂ）とが設けられたガ
ラス基板１４２、およびマイクロレンズアレイ１４１
（ｃ）とマイクロレンズアレイ１４１（ｃ）とが設けら
れたガラス基板１４３として厚さ２．４７ｍｍ、屈折率
１．５２のガラス基板を使用し、マイクロレンズアレイ
１４１（ｂ）とマイクロレンズアレイ１４１（ｃ）の主
点間の空気換算距離ｄが３／８ｆ₁×２＝０．７５ｍｍ
となるように配置することにより、マイクロレンズアレ
イ１４１（ｂ）とマイクロレンズアレイ１４１（ｃ）の
中点からマイクロレンズアレイ１４１（ａ）の主点まで
の空気間算距離、及びマイクロレンズアレイ１４１
（ｂ）とマイクロレンズアレイ１４１（ｃ）の中点から
マイクロレンズアレイ１４１（ｄ）の主点までの空気間
算距離を２ｆ₁＝２．００ｍｍとした。

【０１３７】このようにマイクロレンズアレイを配置す
ることにより液晶表示パネルに表示された画像１５０
（ａ）は各マイクロレンズアレイを通して正立等倍像１
５０（ｂ）としてマイクロレンズアレイ１４１（ｄ）の
主点から２ｆ₁（２．００ｍｍ）の位置に結像される。

【０１３８】以上の構成により、図１３に示すように、
対向基板１０２（ｂ）の内部に表示された画像１６０
（ａ）は、マイクロレンズアレイ１４５により画像表示
装置の外部に正立等倍像１６０（ｂ）として結像され、
この結像位置に位相差板を配置することにより視差を無
くすことができる。よって、対向基板の厚さを０に近づ
けたときと同様の効果が得られ、立体視可能ゾーンを広
げることができる。さらに、マイクロレンズアレイ１４
１（ａ）および１４１（ｂ）が基板１４２の両側に設け
られ、マイクロレンズアレイ１４１（ｃ）および１４１
（ｄ）が基板１４３の両側に設けられているので、各マ
イクロレンズのアライメントが容易である。

【０１３９】（実施形態５）以下、図１４を参照しなが
ら、本発明の実施形態５における画像表示装置の構成を
説明する。図１４は、実施形態４の画像表示装置におい
て用いられている第１の光学手段（４枚のマイクロレン
ズアレイを組み合わせたもの）２４５の断面を示す図で
ある。この画像表示装置の基本的な構成は実施形態４と
同様であり、４枚のマイクロレンズアレイを用いて正立
等倍結像光学系を構成しているが、本実施形態ではマイ
クロレンズアレイの配置位置を実施形態４と異ならせて
いる。

【０１４０】本実施形態４において、マイクロレンズア
レイ２４５は、ガラス基板２４２の片面にマイクロレン
ズアレイ２４１（ａ）が設けられたレンズ基板２４０
（ａ）と、ガラス基板２４３の両面にマイクロレンズア
レイ２４１（ｂ）とマイクロレンズアレイ２４１（ｃ）
とが設けられたレンズ基板２４０（ｂ）と、ガラス基板
２４４の片面にマイクロレンズアレイ２４１（ｄ）が設
けられたレンズ基板２４０（ｃ）とからなり、各マイク
ロレンズアレイを構成するマイクロレンズが互いに１対
１に対応するように配置されている。

【０１４１】また、マイクロレンズアレイ２４１（ａ）
の焦点距離ｆ₁とマイクロレンズアレイ２４１（ｄ）の
焦点距離ｆ₄は互いに等しく、マイクロレンズアレイ２
４１（ｂ）の焦点距離ｆ₂とマイクロレンズアレイ２４
１（ｃ）の焦点距離ｆ₃は互いに等しくなるように形成
し、本実施形態５では焦点距離ｆ₁＝ｆ₄＝０．５０ｍ
ｍ、焦点距離ｆ₂＝ｆ₃＝０．３５８ｍｍとした。

【０１４２】また、マイクロレンズアレイ２４１（ｂ）
とマイクロレンズアレイ２４１（ｃ）との配置位置は、
それらの合成レンズの焦点距離がｆ₁＝０．５ｍｍとな
るように空気間算距離を調整して配置した。本実施形態
５では、マイクロレンズアレイ２４１（ｂ）およびマイ
クロレンズアレイ２４１（ｃ）を厚さ０．７ｍｍ、屈折
率１．５２のガラス基板の両面に形成することで、合成
レンズの焦点距離がｆ₁とほぼ等しくなるようにした。
すなわち、本実施形態では基板の厚さのみを利用して合
成レンズを形成した。

【０１４３】また、各マイクロレンズアレイの配置位置
は、実施形態４と同様に、焦点距離ｆ₁の２倍の距離で
ある１．０ｍｍとなるように配置した。

【０１４４】このようにマイクロレンズアレイを配置す
ることにより、図１５に示すように、液晶表示パネルに
表示された画像（１６０ａ）は各マイクロレンズアレイ
を通して正立等倍像１６０（ｂ）としてマイクロレンズ
アレイ２４１（ｄ）の主点から２ｆ₁（１．００ｍｍ）
の位置に結像される。

【０１４５】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、画像表示装置の外部に表示画像を正立等倍像として
結像表示することができ、この結像位置に位相差板を配
置することにより視差を無くすることができる。よっ
て、対向基板の厚さを０に近づけたときと同様の効果を
得ることができ、立体視可能ゾーンを広げることができ
る。さらに、マイクロレンズアレイ２４１（ｂ）および
２４１（ｃ）が基板２４３の両側に設けられているの
で、各マイクロレンズのアライメントが容易である。

【０１４６】なお、上記実施形態３、４および５におい
て、焦点距離やマイクロレンズの配置距離等は正立等倍
結像のための一例であり、これに限定されるものではな
い。また、レンズを構成する基板も上述したものに限ら
れず、市販されているような他の基板を用いてもよい。

【０１４７】（実施形態６）以下、図１６を参照しなが
ら、本発明の実施形態６における画像表示装置の構成を
説明する。図１６（ａ）は、実施形態６の画像表示装置
３０６の構成を示す図であり、図１６（ｂ）は画像表示
装置３０６において用いられているファイバープレート
アレイの断面を示す図である。なお、図１６において、
図１、４および５に示されている構成要素と同じ構成要
素には同一の参照符号を付している。

【０１４８】上記実施形態１および２では、対向基板と
分布屈折率レンズアレイを用いることにより、対向基板
の厚さを０に近づけたときと実質的に同じ効果を得てい
たが、本実施形態では、対向基板と分布屈折率レンズア
レイに代えて、ファイバープレートアレイ３０５を用
い、ファイバープレートアレイ３０５の前面に偏光方向
が全面にわたって同一である偏光板１０１（ｂ）を設
け、さらにその全面にストライプ状の位相差板１００
（ａ）および１００（ｂ）を設けている。その他の構成
は、上記実施形態１と同様であるので、説明を省略す
る。

【０１４９】次に、ファイバープレートアレイ３０５の
作用を図１６（ｂ）に基づき説明する。

【０１５０】ファイバープレートアレイ３０５は、コア
部３０５（ｂ）とその周辺を覆うクラッド部３０５
（ａ）とを有するアレイ状に配置された光ファイバーか
ら構成されている。コア部３０５（ｂ）の屈折率ｎ₁は
クラッド部３０５（ａ）の屈折率ｎ₂よりも高く設定さ
れており、この屈折率差を利用して、コア部３０５
（ｂ）内で光を全反射させることができる。このため、
ファイバープレートアレイ３０５の画素１０３側に表示
された画像（光）３０８は、ファイバープレートアレイ
３０５のコア部３０５（ｂ）内を全反射し、観察者側に
画像（光）３０９を伝送する。この結果、出射面に偏光
板および位相差板を配置することで、ファイバープレー
トアレイ３０５の厚さを無視した画像（光）３０９を表
示することができる。

【０１５１】次に、図１７を参照しながら、本実施形態
６の画像表示装置を用いた時の立体視可能ゾーンを説明
する。

【０１５２】図１７において、画素１０３により表示さ
れた画像はファイバープレートアレイ３０５によって伝
送され、偏光板１０１（ｂ）上に画像３０９（図１６
（ｂ）参照）として表示される。このとき、観察者が正
常に立体画像を観察している状態で上下に移動可能な立
体視可能ゾーンＹｕｄは、画素１０３のピッチをＰと
し、画素１０３の間の非表示部（ブラックストライプ）
の幅をＢとし、表示素子から観察者までの距離をＬと
し、偏光板１０１（ｂ）と位相差板１００（ａ）（また
は１００（ｂ））とをあわせた厚さの空気換算厚さを
ｄ’としたとき、以下の式（６）で表される。

【０１５３】Ｙｕｄ＝Ｂ×Ｌ／ｄ’ ・・・（６）また、前後方向の立体視可能ゾーンは、観察者が表示素
子から距離Ｌの位置から前方向に移動することができる
距離をＹｆ、後方向に移動することができる距離をＹｂ
とすると、以下の式（７）および（８）で示される。

【０１５４】Ｙｆ＝Ｙｕｄ×Ｌ／（Ｈｖ＋Ｙｕｄ）・・・（７）Ｙｂ＝Ｙｕｄ×Ｌ／（Ｈｖ−Ｙｕｄ）・・・（８）ここで、Ｈｖは表示素子の縦方向（信号線に平行な方
向）の長さである。

【０１５５】なお、上記式（８）において、Ｙｕｄ≧Ｈ
ｖの場合、Ｙｂは負の値となるが、これは、立体視可能
ゾーンの後方向の制限が無いことを示す。

【０１５６】本実施形態６においては、対角４インチ
（縦方向長さＨｖ＝４５ｍｍ、横方向長さＨｈ＝６０ｍ
ｍ）、画素１０３のピッチＰが０．２６ｍｍ、非表示部
（ブラックストライプ）の幅Ｂが０．０５ｍｍである液
晶表示パネルを画像表示素子として用いた。また、偏光
板１０１（ｂ）と位相差板１００（ａ）（または１００
（ｂ））とをあわせた厚さを０．２ｍｍ、それらの屈折
率ｎを１．５２とし、位相差板から観察者までの距離Ｌ
が３５０ｍｍになるように画像表示装置を設計した。し
たがって、このように設計された画像表示装置における
左右方向の立体視可能ゾーンＹｕｄ＝１３３ｍｍとな
り、前後方向の立体視可能ゾーンは前方向にＹｆ＝２６
１ｍｍとなり、後方向には制限を受けない。

【０１５７】これに対して、図２０に示す構成を有する
従来の立体画像表示装置において上述した仕様と同じ仕
様の液晶表示パネルを用いた場合には、上下方向の立体
視可能ゾーンのサイズはＹｕｄ＝２４ｍｍとなる。ま
た，前後方向はＹｆ＝１２１ｍｍ、Ｙｂ＝４００ｍｍと
なる。

【０１５８】したがって本実施形態６では、従来の立体
画像表示装置に比べ、上下方向および前後方向の立体視
可能を広くすることができる。

【０１５９】なお、本実施形態６ではファイバープレー
ト３０５の光出射側端面に表面散乱処理を施した。これ
により、ファイバープレートアレイの出射角以上の角度
から画像を観察した場合にも、解像度を低下させること
なしに画像を観察することができ、立体視可能ゾーンを
さらに広げることができる。

【０１６０】以上説明したように、本実施形態６の画像
表示装置によれば、画像表示素子の前面に右眼用画素お
よび左眼用画素からの出射光の偏光方向が直交するよう
に偏光板および位相差板が設けられており、偏光板に隣
接してファイバープレートアレイを配置している。これ
により、各画素から出射される画像はファイバープレー
トの表面に伝送することができるため、立体視可能ゾー
ンを広くすることができる。

【０１６１】また、ファイバープレートアレイの光出射
側に表面散乱処理を施すことにより、ファイバープレー
トアレイの出射角以上の角度から画像を観察した場合に
も、解像度を低下させることなしに画像を観察すること
ができ、立体視可能ゾーンをさらに広げることができ
る。なお、本実施形態６においても、位相差板に表面散
乱処理を施してもよい。これによっても、視野角を広げ
ることができ、立体視可能ゾーンをさらに広げることが
できる。

【０１６２】また、偏光眼鏡を装着しない場合には、フ
ル解像度で２次元画像の観察が可能になる。

【０１６３】本実施形態６の画像表示装置では、左眼用
画像および右眼用画像を表示する画像表示素子として、
アクティブマトリクス型液晶表示パネルを用いている。
しかし画像表示素子はこれに限定されるものではなく、
単純マトリクス型液晶表示パネル、あるいはＥＬ、ＣＲ
Ｔ、プラズマディスプレイ等の自発光表示素子やプラズ
マアドレス型液晶表示パネルを用いた場合にも、本実施
形態６で述べた効果と同様の効果を得ることができる。

【０１６４】また、本実施形態６では、アクティブマト
リクス型液晶表示パネルの液晶表示モードにＴＮ表示モ
ードを用いているが、表示モードはこれには限定されな
い。例えば、ハイブリッド電界効果モード、ポリマー分
散型液晶、電界誘起複屈折モード、強誘電性液晶、反強
誘電性液晶、エレクトロクリニック効果を有するスメク
ティック液晶をもちいた相転移モード、動的散乱モー
ド、ゲストホストモード、液晶複合膜等の各種液晶表示
モードを使用することも可能である。なお、これらのモ
ードのうち、非偏光モードを採用する場合には、偏光板
１０１（ａ）は不要となる。

【０１６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像表示
装置では、２次元に配列され、右眼用画素グループおよ
び左眼用画素グループに分けられる複数の画素を有し、
右眼用画素グループと左眼用画素グループとに個別に駆
動信号を供給する手段とを備えたマトリクス型表示素子
の前面に、マトリクス型表示素子に配列された画素を正
立等倍結像させる第１の光学手段が設けられ、さらに、
正立等倍結像された画素像の近傍に、右眼用画素グルー
プからの出射光の偏光状態と左眼用画素グループからの
出射光の偏光状態とを異ならせる第２の光学手段とが配
置されている。したがって、マトリクス型表示素子の各
画素から出射される画像は、第１の光学手段を通して観
察者側表面、すなわち第２の光学手段上に正立等倍像と
して結像され、それにより立体画像観察時のクロストー
クを解消し、立体視可能ゾーンを広げることができる。

【０１６６】特に、第１の光学手段を分布屈折率レンズ
からなるレンズアレイとすることで、各画素と各レンズ
アレイとは１対１に対応させる必要がなくなり、その結
果、画像表示装置を簡単に構成することができる。

【０１６７】また、本発明によれば、第１の光学手段と
して安価で大型化が容易なマイクロレンズアレイを用い
ることにより、画像表示装置の低廉化および大型化を図
ることができる。

【０１６８】また、本発明によれば、３枚以上のマイク
ロレンズアレイを組み合わせて、各マイクロレンズアレ
イを構成するマイクロレンズを１対１に対応させること
により、容易に正立等倍光学系を構成して立体画像を対
向基板外に表示することができるので、立体視可能ゾー
ンを広げることができる。

【０１６９】また、本発明によれば、焦点距離がほぼ等
しい３枚のマイクロレンズアレイを用いて正立等倍光学
系を構成することができるので、レンズアレイの作成が
容易であり、画像表示装置の製造工程を簡略化すること
ができる。

【０１７０】また、本発明によれば、焦点距離の等しい
第１と第４のマイクロレンズアレイ、および焦点距離の
等しい第２と第３のマイクロレンズアレイを用いて、第
２と第３のマイクロレンズアレイを構成するマイクロレ
ンズを組み合わせた合成レンズの焦点距離が第１のマイ
クロレンズアレイを構成するマイクロレンズの焦点距離
とほぼ等しくなるようにすることにより、第２と第３の
マイクロレンズアレイが設けられる基板の厚さと両レン
ズの配置位置を調整することで、簡単に正立等倍光学系
を構成することができ、画像表示装置の構成の自由度を
向上させることができる。

【０１７１】また、本発明によれば、マイクロレンズア
レイを１枚の基板の両面に作成することにより、マイク
ロレンズ同士の位置合わせを容易に行うことができ、製
造工程の簡略化を図ることができる。

【０１７２】また、第１の光学手段の前後に少なくとも
１つ以上、偏光軸が一様な偏光板を配置することで、第
１の光学手段を透過した画像の光漏れによる偏光方向の
乱れを再度揃えることができるため、クロストークをよ
り低減することができ、この結果、立体画像観察時の表
示品位をさらに向上させることができる。

【０１７３】また、第２の光学手段として、右眼用画素
および左眼用画素の配列に対応してパターン化された位
相差層を用いることで、右眼用画素グループからの出射
光の偏光状態と左眼用画素グループからの出射光の偏光
状態とを互いに直交させることができる。したがって、
表示装置の水平方向の解像度は低下しない。また、右眼
用画素グループおよび左眼用画素グループのそれぞれを
走査線に沿った方向（画面水平方向）に並んだ画素１列
分とすることにより、駆動回路を簡単に構成することが
可能となる。

【０１７４】さらに、第２の光学手段に表面散乱処理を
施すことで、視角範囲を広げることができ、この結果、
立体視可能ゾーンをさらに広くすることができる。

【０１７５】あるいは、本発明の他の画像表示装置で
は、２次元に配列され、右眼用画素グループおよび左眼
用画素グループに分けられる複数の画素を有し、右眼用
画素グループと左眼用画素グループとに個別に駆動信号
を供給する手段とを備えたマトリクス型表示素子の光出
射側にファイバープレートを配置し、ファイバープレー
トの光出射側表面の近傍に、右眼用画素グループからの
出射光の偏光状態と該左眼用画素グループからの出射光
の偏光状態とを異ならせる第２の光学手段を配置してい
る。これにより、各画素から出射される光（画像）を光
ファイバーを通して観察者側表面に、解像度を低下させ
ずに伝達できる。この結果、立体画像観察時のクロスト
ークを解消することができ、立体視可能ゾーンを左右ま
たは上下方向に広くすることができる。

【０１７６】特に、第２の光学手段を、右眼用画素およ
び左眼用画素の配列に対応してパターン化された位相差
層で構成することによって、右眼用画素グループからの
出射光の偏光状態と左眼用画素グループからの出射光の
偏光状態とを直交させることができる。したがって、表
示装置の水平方向の解像度は低下しない。また、右眼用
画素グループおよび左眼用画素グループのそれぞれを走
査線に沿った方向（画面水平方向）に並んだ画素１列分
とすることにより、駆動回路を簡単に構成することが可
能となる。

【０１７７】また、第２の光学手段に表面散乱処理を施
すことで、視角範囲が広がり、この結果、立体視可能ゾ
ーンをさらに広げることができる。

【０１７８】また、ファイバープレートの光出射側表面
に表面散乱処理を施すことで、視角範囲が広がり、この
結果、立体視可能ゾーンをさらに広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施形態１における画像表示
装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、本発明の実
施形態１において用いられている分布屈折率レンズを説
明する図であり、（ｃ）は画像が正立等倍結像される様
子を示す図である。

【図２】（ａ）は、本発明の実施形態１における駆動回
路の一例のブロック図であり、（ｂ）は、本発明の実施
形態１における駆動回路の他の例のブロック図である。

【図３】位相差板の位相差と偏光状態を説明する図であ
る。

【図４】本発明の実施形態１の画像表示装置の変形例を
示す斜視図である。

【図５】（ａ）は、本発明の実施形態２における画像表
示装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、本発明の
実施形態１において用いられている分布屈折率レンズを
説明する図であり、（ｃ）は画像が正立等倍結像される
様子を示す図である。

【図６】本発明の実施形態３における画像表示装置の構
成を示す斜視図である。

【図７】本発明の実施形態３において用いられているマ
イクロレンズアレイの構成を示す断面図である。

【図８】本発明の実施形態３において用いられているマ
イクロレンズアレイを説明する図である。

【図９】本発明の実施形態３において画像が正立等倍結
像される様子を示す図である。

【図１０】本発明の実施形態４における画像表示装置の
構成を示す斜視図である。

【図１１】本発明の実施形態４において用いられている
マイクロレンズアレイの構成を示す断面図である。

【図１２】本発明の実施形態４において用いられている
マイクロレンズアレイを説明する図である。

【図１３】本発明の実施形態４において画像が正立等倍
結像される様子を示す図である。

【図１４】本発明の実施形態５において用いられている
マイクロレンズアレイの構成を示す断面図である。

【図１５】本発明の実施形態５において用いられている
マイクロレンズアレイを説明する図である。

【図１６】（ａ）は、本発明の実施形態６における画像
表示装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は本発明の
実施形態６において用いられているファイバープレート
の断面図である。

【図１７】本発明の実施形態６における画像表示装置の
立体視可能ゾーンを示す図である。

【図１８】従来の眼鏡無し方式の立体画像表示装置にお
ける左右方向の立体視可能ゾーンを示す図である。

【図１９】従来の眼鏡無し方式の立体画像表示装置にお
ける前後方向の立体視可能ゾーンを示す図である。

【図２０】従来の偏光眼鏡を用いた立体画像表示装置の
概念図である。

【図２１】図２０の立体画像表示装置における立体視可
能ゾーンを示す図である。

【図２２】従来の他の偏光眼鏡を用いた立体画像表示装
置の概念図である。

【符号の説明】

１００（ａ）、１００（ｂ）位相差板１０１（ａ）、１０１（ｂ）偏光板１０２（ａ）、１０２（ｂ）基板１０３画素１０３（ａ）右眼用画素１０３（ｂ）左眼用画素１０５分布屈折率レンズアレイ１０７偏光眼鏡１０８、１０９画像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元に配列され、右眼用画素グループ
および左眼用画素グループに分けられる複数の画素と、
該右眼用画素グループと該左眼用画素グループとに個別
に駆動信号を供給する手段とを備えたマトリクス型表示
素子と、該マトリクス型表示素子に配列された画素を正立等倍結
像させる第１の光学手段と、該正立等倍結像された画素像の近傍に設けられ、該右眼
用画素グループからの出射光の偏光状態と該左眼用画素
グループからの出射光の偏光状態とを異ならせる第２の
光学手段と、を備えている画像表示装置。
【請求項２】前記第１の光学手段は、アレイ状に配置
された複数の分布屈折率レンズを有するレンズアレイで
ある、請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】前記第１の光学手段は、複数のマイクロ
レンズを備えたマイクロレンズアレイからなる請求項１
に記載の画像表示装置。
【請求項４】前記第１の光学手段は、複数のマイクロ
レンズを備えたマイクロレンズアレイを少なくとも３枚
以上組み合わせたものからなり、各マイクロレンズアレ
イがマイクロレンズを１対１に対応させて配置されてい
る請求項１または３に記載の画像表示装置。
【請求項５】前記第１の光学手段は、第１のマイクロ
レンズアレイ、第２のマイクロレンズアレイおよび第３
のマイクロレンズアレイを前記マトリクス型表示素子側
から順に配置したものからなり、該第１のマイクロレンズアレイ、該第２のマイクロレン
ズアレイおよび該第３のマイクロレンズアレイを構成す
るマイクロレンズの焦点距離ｆがほぼ等しくされている
と共に、該第１のマイクロレンズアレイの主点と該第２のマイク
ロレンズアレイの主点との間の空気換算距離、該第２の
マイクロレンズアレイの主点と該第３のマイクロレンズ
アレイの主点との間の空気換算距離、および該マトリク
ス型表示素子に配列された画素と該第１のマイクロレン
ズアレイの主点との間の空気換算距離が、各マイクロレ
ンズアレイを構成するマイクロレンズの焦点距離ｆのほ
ぼ２倍になるように配置されている請求項１、３または
４に記載の画像表示装置。
【請求項６】前記第１の光学手段は、第１のマイクロ
レンズアレイ、第２のマイクロレンズアレイ、第３のマ
イクロレンズアレイおよび第４のマイクロレンズアレイ
を前記マトリクス型表示素子側から順に配置したものか
らなり、該第１のマイクロレンズアレイを構成するマイクロレン
ズの焦点距離ｆ₁と、該第４のマイクロレンズアレイを
構成するマイクロレンズの焦点距離ｆ₄がほぼ等しくさ
れていると共に、該第２のマイクロレンズアレイを構成するマイクロレン
ズの焦点距離ｆ₂と、該第３のマイクロレンズアレイを
構成するマイクロレンズの焦点距離ｆ₃がほぼ等しくさ
れ、該マトリクス型表示素子に配列された画素と該第１のマ
イクロレンズアレイの主点との間の空気換算距離、該第
２のマイクロレンズアレイと第３のマイクロレンズアレ
イの中点と該第１のマイクロレンズアレイの主点との間
の空気換算距離、よび該第２のマイクロレンズアレイと
第３のマイクロレンズアレイの中点と該第４のマイクロ
レンズアレイの主点との間の空気換算距離が該第１のマ
イクロレンズアレイを構成するマイクロレンズの焦点距
離ｆ₁のほぼ２倍になるように配置され、かつ、該第２のマイクロレンズアレイと該第３のマイクロレン
ズアレイとを構成するマイクロレンズを組み合わせて得
られる合成レンズの焦点距離が該第１のマイクロレンズ
アレイを構成するマイクロレンズの焦点距離ｆ₁とほぼ
等しくされている請求項１、３または４に記載の画像表
示装置。
【請求項７】前記第１の光学手段を構成するマイクロ
レンズアレイが、１枚の基板の両面に設けられている請
求項１、３、４、５または６に記載の画像表示装置。
【請求項８】前記第１の光学手段の前後には、少なく
とも１つ以上の偏光軸が一様な偏光板が配置されてい
る、請求項１乃至７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】前記第２の光学手段は位相差層からな
り、該位相差層は前記右眼用画素グループおよび前記左
眼用画素グループの配列に対応してパターン化されてお
り、それにより該右眼用画素グループからの出射光の偏
光状態と該左眼用画素グループからの出射光の偏光状態
とを互いに直交させる、請求項１乃至８のいずれかに記
載の画像表示装置。
【請求項１０】前記第２の光学手段には、表面散乱処
理が施されている、請求項１乃至９のいずれかに記載の
画像表示装置。
【請求項１１】２次元に配列され、右眼用画素グルー
プおよび左眼用画素グループに分けられる複数の画素
と、該右眼用画素グループと該左眼用画素グループとに
個別に駆動信号を供給する手段とを備えたマトリクス型
表示素子と、該マトリクス型表示素子の光出射側に配置された第１の
光学手段としてのファイバープレートと、該ファイバープレートの光出射側表面の近傍に配置され
ており、該右眼用画素グループからの出射光の偏光伏態
と該左眼用画素グループからの出射光の偏光状態とを異
ならせる第２の光学手段と、を備えている画像表示装
置。
【請求項１２】前記第２の光学手段は位相差層からな
り、該位相差層は前記右眼用画素グループおよび前記左
眼用画素グループの配列に対応してパターン化されてお
り、それにより該右眼用画素グループからの出射光の偏
光状態と該左眼用画素グループからの出射光の偏光状態
とを直交させる、請求項１１に記載の画像表示装置。
【請求項１３】前記第２の光学手段には、表面散乱処
理が施されている、請求項１１または１２に記載の画像
表示装置。
【請求項１４】前記ファイバープレートの光出射側の
表面には、表面散乱処理が施されている、請求項１１、
１２または１３に記載の画像表示装置。