(57)【要約】【課題】可変レンズアレイ単体でのレンズ効果の特性とは異なる特性を容易に得ることができるようにしたレンズアレイデバイス、および画像表示装置を提供する。【解決手段】レンズアレイデバイス１として、可変レンズアレイ３と、可変レンズアレイ３のレンズ効果を相殺する固定レンズアレイ４とを備える。これにより、可変レンズアレイ３と固定レンズアレイ４とを組み合わせた全体でのレンズ効果を、可変レンズアレイ３のレンズ効果がオン状態（所定の屈折力が発生する状態）となったときにオフ状態（屈折力の無い状態）とする。かつ、可変レンズアレイ３のレンズ効果がオフ状態となったときに全体でのレンズ効果をオン状態とする。すなわち、レンズアレイデバイス１全体でのレンズ効果の電気的なオン／オフ特性を、可変レンズアレイ３単体での特性とは反転した状態とする。【選択図】図１
2010176019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的にレンズの屈折力を調整することが可能な複数の可変レンズを有する可変レンズアレイと、
前記複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを有し、前記複数の固定レンズがそれぞれ、対応する可変レンズが所定の屈折力となったときのその所定の屈折力を相殺するような屈折力を有する固定レンズアレイと
を備えたレンズアレイデバイス。
【請求項２】
前記可変レンズアレイにおいて前記複数の可変レンズはそれぞれ、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御がなされることにより、屈折力を、少なくとも屈折力の無い状態と所定の屈折力を有する状態との２つの状態に調整することが可能なものであり、
前記固定レンズアレイにおいて前記複数の固定レンズはそれぞれ、対応する可変レンズのレンズ効果がオン状態となり、前記所定の屈折力となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有し、
前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオン状態となったときにオフ状態となり、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオフ状態となったときにオン状態となる
ようになされている請求項１に記載のレンズアレイデバイス。
【請求項３】
前記複数の可変レンズはそれぞれ、前記所定の屈折力として所定の負の屈折力のレンズ効果を発生するものであり、
前記複数の固定レンズはそれぞれ、前記所定の負の屈折力のレンズ効果を相殺するような所定の正の屈折力を有する
請求項２に記載のレンズアレイデバイス。
【請求項４】
２次元表示と３次元表示とを電気的に切り替え可能な画像表示装置に適用され、
前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、２次元表示を行う場合にはオフ状態とされ、３次元表示を行う場合にはオン状態とされる
ようになされている請求項３に記載のレンズアレイデバイス。
【請求項５】
前記可変レンズアレイは、電気的にオフ状態のときにレンズ効果がオン状態となり、電気的にオン状態のときにレンズ効果がオフ状態となるような構成とされている
請求項２ないし４のいずれか１項に記載のレンズアレイデバイス。
【請求項６】
前記可変レンズアレイは、印加電圧に応じてレンズ効果がオン・オフ制御されるエレクトロウェッティング方式の液体レンズアレイであり、印加電圧がゼロとされることによって電気的にオフ状態となったときにレンズ効果がオン状態となり、印加電圧が所定電圧とされることによって電気的にオン状態となったときにレンズ効果がオフ状態となるような構成とされている
請求項５に記載のレンズアレイデバイス。
【請求項７】
前記可変レンズアレイは、印加電圧に応じてレンズ効果がオン・オフ制御される液晶レンズアレイであり、前記複数の可変レンズに相当するレンズ形状の型内に屈折率異方性のある液晶分子が充填された構造の液晶層を有し、印加電圧がゼロとされることによって電気的にオフ状態となったときにレンズ効果がオン状態となり、印加電圧が所定電圧とされることによって電気的にオン状態となったときにレンズ効果がオフ状態となるような構成とされている
請求項５に記載のレンズアレイデバイス。
【請求項８】
前記可変レンズアレイは、電気的にオン状態のときにレンズ効果がオン状態となり、電気的にオフ状態のときにレンズ効果がオフ状態となるような構成とされている
請求項２ないし４のいずれか１項に記載のレンズアレイデバイス。
【請求項９】
前記可変レンズアレイは、屈折率異方性のある液晶分子を含む液晶層を有し、印加電圧に応じて前記液晶層内部の電界強度分布を変化させて前記液晶分子の配列を変化させることで、レンズ効果がオン・オフ制御される電界駆動型の液晶レンズアレイであり、印加電圧がゼロとされることによって電気的にオフ状態となったときにレンズ効果がオフ状態となり、印加電圧が所定電圧とされることによって電気的にオン状態となったときにレンズ効果がオン状態となるような構成とされている
請求項８に記載のレンズアレイデバイス。
【請求項１０】
２次元的に画像表示を行う表示パネルと、
前記表示パネルの表示面側に対向配置され、前記表示パネルからの光線の通過状態を選択的に変化させるレンズアレイデバイスと
を備え、
前記レンズアレイデバイスは、
電気的にレンズの屈折力を調整することが可能な複数の可変レンズを有する可変レンズアレイと、
前記複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを有し、前記複数の固定レンズがそれぞれ、対応する可変レンズが所定の屈折力となったときのその所定の屈折力を相殺するような屈折力を有する固定レンズアレイと
を有する画像表示装置。
【請求項１１】
前記可変レンズアレイにおいて前記複数の可変レンズはそれぞれ、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御がなされることにより、屈折力を、少なくとも屈折力の無い状態と所定の屈折力を有する状態との２つの状態に調整することが可能なものであり、
前記固定レンズアレイにおいて前記複数の固定レンズはそれぞれ、対応する可変レンズのレンズ効果がオン状態となり、前記所定の屈折力となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有し、
前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオン状態となったときにオフ状態となり、前記可変レンズアレイのレンズ効果がオフ状態となったときにオン状態となる
ようになされている請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１２】
前記レンズアレイデバイスにおいて、前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果をオフ状態として、前記表示パネルからの表示画像光を偏向作用を持たせることなく透過させることで２次元表示を行い、
前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果をオン状態として、前記表示パネルからの表示画像光を少なくとも左右方向に偏向させることで少なくとも左右方向に異なる画像を表示させる
ようになされている請求項１０に記載の画像表示装置。
【請求項１３】
前記異なる画像として、３次元表示用の視差画像を表示することで、前記可変レンズアレイと前記固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果をオン状態としたときに３次元表示を行う
ようになされている請求項１２に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的にレンズの屈折力を調整することができるレンズアレイデバイス、およびそのレンズアレイデバイスを用いて、例えば２次元表示と３次元表示とを電気的に切り替えることができる画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、観察者の両眼に視差のある視差画像を見せることで立体視を実現する２眼式または多眼式の３次元表示装置が知られている。また、より自然な立体視を実現する方法として、空間像方式の３次元表示装置がある。空間像方式では、放射方向の異なる複数の光線を空間中に放射することで、複数の視野角に対応した空間像を形成する。
【０００３】
これらの３次元表示装置を実現する方法としては、例えば、液晶ディスプレイなどの２次元表示装置と、２次元表示装置からの表示画像光を複数の視野角方向に偏向させる３次元表示用の光学デバイスとを組み合わせたものが知られている。３次元表示用の光学デバイスとしては、例えば図７に示したように、複数のシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）３０３を並列配置したシリンドリカルレンズアレイ３０２が用いられる。
【０００４】
図７は、２眼式の３次元表示装置の構成例を示している。この３次元表示装置は、２次元表示装置３０１の表示面に対して、シリンドリカルレンズアレイ３０２が対向配置された構成とされている。シリンドリカルレンズアレイ３０２において、各シリンドリカルレンズ３０３は、２次元表示装置３０１の表示面に対して縦方向に延在し、左右方向に屈折力を有するように配置されている。２次元表示装置３０１の表示面には、規則的に複数の表示画素が２次元配列されている。各シリンドリカルレンズ３０３に対して、２次元表示装置３０１の表示面における隣接する２本の画素列３０１Ｒ，３０１Ｌが割り当てられている。一方の画素列３０１Ｒには右視差画像を表示し、他方の画素列３０１Ｌに左視差画像を表示する。表示された各視差画像は各シリンドリカルレンズ３０３によって左右別々の光路４０２，４０３に振り分けられる。これにより、左右の視差画像が適切に観察者４００の左右の眼４０１Ｒ，４０１Ｌに到達する。
【０００５】
ここで、右視差画像および左視差画像は例えば次のように構成する。例えば、左右の視点に相当する位置および方向に設置したレンズで撮影した２枚の画像を、シリンドリカルレンズ３０３の横方向のレンズピッチの半分の幅の短冊状に切り出し、交互に並べて表示する。すなわち、１つのシリンドリカルレンズ３０３に対応する領域に、左右の視差画像から切り出した短冊状の画像が１本ずつ表示される。このとき、所定の位置、所定の方向から観察者４００が３次元表示装置を見た場合、シリンドリカルレンズアレイ３０２によって結像する右視差画像、および左視差画像が、右眼位置、および左眼位置において選択的に入射し、これにより立体像が知覚される。
【０００６】
同様にして、多眼式の場合、３つ以上の視点に相当する位置および方向において撮影した複数の視差画像を、シリンドリカルレンズ３０３の横方向のレンズピッチ内で等分して割り当てて表示する。これにより、３つ以上の視差画像が、シリンドリカルレンズアレイ３０２によって連続的な異なる角度範囲に出射され、結像される。この場合、観察者４００の視線の位置および方向の変化に応じて、複数の異なる視差画像が知覚される。視点変化に応じた視差画像の変化が多いほど、より現実に近い立体感を得ることができる。
【０００７】
ところで、シリンドリカルレンズアレイ３０２としては、例えば樹脂成型された形状およびレンズ効果が固定のレンズアレイを用いることができるが、この場合、レンズ効果が固定なので３次元表示専用の表示装置となってしまう。一方で、文字や平面図形のように立体表示する必要のない２次元画像を表示する機能も依然として要求されるため、表示装置としては２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードに切り替え可能であることが要求される。このような切り替え機能は、シリンドリカルレンズアレイ３０２として、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御が可能な可変レンズアレイを用いることで実現できる。このような可変レンズアレイは、液晶レンズや液体レンズによって実現できる。可変レンズアレイを用いることで、２次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果の無い状態（屈折力の無い状態）に切り替え、２次元表示装置からの表示画像光をそのままの状態で通過させる。３次元表示モードでは、レンズアレイをレンズ効果を発生させた状態（例えば正の屈折力を有する状態）に切り替え、２次元表示装置からの表示画像光を複数の視野角方向に偏向させることで立体視を実現する。
【０００８】
図８および図９は、液晶レンズを用いた可変レンズアレイの構成例を示している。この可変レンズアレイは、例えばガラス材料よりなる透明な第１の基板２２１および第２の基板２２２と、それら第１の基板２２１および第２の基板２２２の間に挟まれた液晶層２２３とを備えている。第１の基板２２１における液晶層２２３側の表面には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などの透明な導電膜からなる第１の透明電極２２４がほぼ全面に一様に形成されている。第２の基板２２２における液晶層２２３側の表面にも同様に第２の透明電極２２５がほぼ全面に一様に形成されている。
【０００９】
液晶層２２３は、例えばレプリカ法（Photoreplication Process）と呼ばれる製造方法で、凹レンズ形状に成型された型に液晶分子２３１が充填された構成となっている。液晶層２２３における第１の基板２２１側の面には、配向膜２３２が平面的に設けられている。液晶層２２３における第２の基板２２２側には、レプリカ２３４の型によって凸形状とされた配向膜２３３が設けられている。すなわち、液晶層２２３において、下層の平面的な配向膜２３２と上層の凸形状の配向膜２３３との間には液晶分子２３１が充填され、上層のその他の領域はレプリカ２３４とされている。これにより、液晶層２２３では液晶分子２３１が充填された部分が凸形状とされている。この凸形状の部分が、電圧の印加に応じて選択的にマイクロレンズとなる部分である。
【００１０】
液晶分子２３１は、屈折率異方性を有し、例えば長手方向と短手方向とで通過光線に対して屈折率の異なる屈折率楕円体の構造を有している。また、液晶分子２３１は、第１の透明電極２２４と第２の透明電極２２５とにより与えられる電圧の印加に応じて分子配列が変わるようになっている。ここで、液晶分子２３１に差電圧として所定の電圧が与えられた状態での分子配列で与えられる、通過光線に対する屈折率をｎ０とする。また、差電圧がゼロの状態での分子配列で与えられる、通過光線に対する屈折率をｎｅとする。また、屈折率の大きさはｎｅ＞ｎ０の関係とする。レプリカ３４の屈折率は、液晶分子２３１に差電圧として所定の電圧が与えられた状態での低い方の屈折率ｎ０と同じとなるようにする。
【００１１】
これにより、第１の透明電極２２４と第２の透明電極２２５とにより与えられる差電圧がゼロの状態では、通過光線Ｌに対する液晶分子２３１の屈折率ｎｅとレプリカ２３４の屈折率ｎ０とに屈折率差が生じる。そして、図９に示したように凸形状の部分が凸レンズとして作用する。一方、差電圧が所定の電圧の状態では、通過光線Ｌに対する液晶分子２３１の屈折率ｎ０とレプリカ２３４での屈折率ｎ０とが同じとなり、凸形状の部分は凸レンズとして作用しなくなる。これにより、図８に示したように、液晶層２２３を通過する光線は偏向することなく、そのまま透過する。
【００１２】
非特許文献１には、このような液晶レンズを用いて２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードでの切り替えが可能な表示装置が開示されている。また、非特許文献２には、印加電圧に応じてレンズ効果がオン・オフ制御されるエレクトロウェッティング方式の液体レンズに関する記載がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Dick K.G. de Boer, Martin G.H. Hiddink, Maarten Sluijter, Oscar H. Willemsen and Siebe T. de Zwart, “Switchable lenticular based 2D/3D displays”,SPIE Vol. 6490, 64900R(2007)
【非特許文献２】“Liquid Lens Technology: Principle of Electrowetting Based Lenses and Applications to Imaging” B.Berge, Proc. of IEEE Int’l Conf. of MEMS 2005, pp.227-230
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、従来の可変レンズアレイの場合、デバイスとしての電気的なオン／オフ状態とレンズ効果のオン／オフ状態との関係は、使用する液晶レンズや液体レンズの切り替え方式に固有のものである。このため、消費電力など製品として要求されるデバイスとしての電気的なオン／オフ状態と、レンズ効果のオン／オフ状態との好ましい関係が逆転することがある。例えば非特許文献１に記載の液晶レンズや、非特許文献２に記載の液体レンズでは、電気的にオフ状態のときにレンズ効果がオン状態となり、電気的にオン状態のときにレンズ効果がオフ状態となる。従って、２次元表示モードと３次元表示モードとの切り替え用に使用する場合、２次元表示モードでは電気的にオン状態、３次元表示モードでは電気的にオフ状態として使用することになる。この場合、２次元表示モードにおいて電気的にオン状態となり、その状態を維持するために常に電圧を印加する必要があるので、２次元表示の使用頻度の方が高い製品として使用する場合には、消費電力が多くなってしまう。このような消費電力の問題は、特に電力消費量に制約のあるモバイル製品等ではデバイスを搭載するうえでの大きな障害となる。
【００１５】
なお、電気的なオン／オフ状態とレンズ効果のオン／オフ状態とが上記したものとは逆のものである場合にも、同様の問題が生ずる場合がある。例えば上記したものとは逆に、電気的にオン状態のときにレンズ効果がオン状態となり、電気的にオフ状態のときにレンズ効果がオフ状態となるものについて考える。この場合、２次元表示モードでは電気的にオフ状態、３次元表示モードでは電気的にオン状態として使用することになるが、上記した例とは逆に３次元表示の使用頻度の方が高い製品に使用したときには、消費電力の点で不利となってしまう。
【００１６】
また、現状開発されている可変レンズは、レンズ効果として正または負のいずれか一方の屈折力を発生させるものである。しかしながら、可変レンズ単体が有するレンズ特性そのままの状態で、任意の光学システムに適用可能であるとは限らない。例えばエレクトロウェッティング方式の液体レンズは通常、負の屈折力のレンズ効果を発生させるものである。一方、３次元表示用のシリンドリカルレンズアレイとしては正の屈折力のものが必要とされる。このため、負の屈折力を発生させる液体レンズのレンズ特性、そのままの状態では、３次元表示用の光学システムに適用できない。また、可変レンズ単体が有する屈折力可変範囲と、使用しようとしている光学システムで必要とされる屈折力可変範囲とが異なることも考えられる。
【００１７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、可変レンズアレイ単体でのレンズ効果の特性とは異なる特性を容易に得ることができるようにしたレンズアレイデバイス、および画像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によるレンズアレイデバイスは、電気的にレンズの屈折力を調整することが可能な複数の可変レンズを有する可変レンズアレイと、複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを有し、複数の固定レンズがそれぞれ、対応する可変レンズが所定の屈折力となったときのその所定の屈折力を相殺するような屈折力を有する固定レンズアレイとを備えたものである。
【００１９】
本発明によるレンズアレイデバイスでは、複数の可変レンズに対応して複数の固定レンズが設けられ、対応する可変レンズが所定の屈折力となったときのその所定の屈折力が相殺される。可変レンズアレイと固定レンズアレイとを組み合わせたことで、可変レンズアレイ単体でのレンズ効果の特性とは異なる特性が得られる。
【００２０】
本発明によるレンズアレイデバイスにおいて、複数の可変レンズはそれぞれ、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御がなされることにより、屈折力を、少なくとも屈折力の無い状態と所定の屈折力を有する状態との２つの状態に調整することが可能なもので構成してもよい。また、複数の固定レンズはそれぞれ、対応する可変レンズのレンズ効果がオン状態となり、所定の屈折力となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有していても良い。
この場合、可変レンズアレイと固定レンズアレイとを組み合わせた全体でのレンズ効果が、可変レンズアレイのレンズ効果がオン状態（所定の屈折力が発生する状態）となったときにオフ状態（屈折力の無い状態）となる。かつ、可変レンズアレイのレンズ効果がオフ状態となったときに全体でのレンズ効果がオン状態となる。すなわち、レンズアレイデバイス全体でのレンズ効果の電気的なオン／オフ特性が、可変レンズアレイ単体での特性とは反転した状態となる。
【００２１】
本発明による画像表示装置は、２次元的に画像表示を行う表示パネルと、表示パネルの表示面側に対向配置され、表示パネルからの光線の通過状態を選択的に変化させるレンズアレイデバイスとを備えている。そして、そのレンズアレイデバイスを、上記本発明のレンズアレイデバイスで構成したものである。
【００２２】
本発明による画像表示装置では、レンズアレイデバイスとして可変レンズアレイ単体を用いた場合とは異なる電気的な特性が得られる。本発明による画像表示装置では、例えば本発明のレンズアレイデバイスによってレンズ効果のオン／オフ状態を適切に切り替えることにより、例えば２次元表示と３次元表示との電気的な切り替えが可能となる。本発明のレンズアレイデバイスでは、例えばレンズアレイデバイス全体でのレンズ効果の電気的なオン／オフ特性を、可変レンズアレイ単体での特性とは反転した状態にすることができる。これにより、例えば可変レンズアレイ単体を用いて２次元表示と３次元表示との電気的な切り替えを行った場合に比べて、電力消費の状態が反転する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のレンズアレイデバイスによれば、可変レンズのレンズ効果を相殺するような屈折力を有する固定レンズアレイを備えるようにしたので、可変レンズアレイ単体でのレンズ効果の特性とは異なる特性を容易に得ることができる。例えば単体では負の屈折力可変範囲を有する可変レンズアレイを、デバイス全体として正の屈折力可変範囲を有する可変レンズ系へと変換することができる。また例えば可変レンズアレイのレンズ効果の電気的なオン／オフ特性を反転させることができる。
【００２４】
本発明の画像表示装置によれば、本発明のレンズアレイデバイスを用いて、表示パネルからの光線の通過状態を選択的に変化させるようにしたので、レンズアレイデバイスとして可変レンズアレイ単体を用いた場合とは異なる電気的な特性を容易に得ることができる。これにより、可変レンズアレイ単体を用いて表示状態の切り替えを行った場合に比べて、消費電力を抑制することができる。例えば従来では、可変レンズアレイ単体を用いて２次元表示モードで電気的にオン状態、３次元表示モードで電気的にオフ状態となるような構成にした場合を例にすると、２次元表示モードで電力消費が多くなる。これに対して、本発明の画像表示装置では、同じ方式の可変レンズアレイを使用しつつ、２次元表示モードで電気的にオフ状態、３次元表示モードで電気的にオン状態とすることができるので、２次元表示モードでの電力消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレンズアレイデバイスを用いた画像表示装置の構成を示す断面図であり、（Ａ）は２次元表示状態、（Ｂ）は３次元表示状態での構成を示す。
【図２】エレクトロウェッティング方式の液体レンズの動作原理を示す断面図であり、（Ａ）はレンズ効果を発生させた状態、（Ｂ）はレンズ効果の無い状態を示す。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るレンズアレイデバイスを用いた画像表示装置の構成を示す断面図であり、（Ａ）は３次元表示状態、（Ｂ）は２次元表示状態での構成を示す。
【図４】電界駆動型の液晶レンズの動作原理を示す断面図であり、（Ａ）はレンズ効果の無い状態、（Ｂ）はレンズ効果を発生させた状態を示す。
【図５】図４に示した液晶レンズにおける電極部分の構成例を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における可変レンズアレイの電極部分の構成例を示す斜視図である。
【図７】従来の３次元表示装置の構成例を示す断面図である。
【図８】液晶レンズによる切り替え式のレンズアレイの構成例を示し、レンズ効果の無い状態での断面図である。
【図９】液晶レンズによる切り替え式のレンズアレイの構成例を示し、レンズ効果を発生させた状態での断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における可変レンズアレイと固定レンズアレイとを組み合わせたレンズ効果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
＜第１の実施の形態＞
［レンズアレイデバイスおよび画像表示装置の全体構成］
図１（Ａ），（Ｂ）は、本実施の形態に係るレンズアレイデバイス１を用いた画像表示装置の一構成例を示している。本実施の形態では、画像表示装置として、２Ｄ（２次元）表示モードと３Ｄ（３次元）表示モードとの２つの表示モードに切り替え可能なものについて説明する。図１（Ａ）は２次元表示モードの状態、図１（Ｂ）は３次元表示モードの状態を示している。この画像表示装置は、レンズアレイデバイス１と、２次元的に画像表示を行う表示パネル２とを備えている。レンズアレイデバイス１は、表示パネル２の表示面５側に対向するように配置されている。
【００２８】
表示パネル２は、例えば液晶表示ディスプレイで構成することができる。表示パネル２の表示面５には、規則的に複数の表示画素７が２次元配列されている。表示パネル２は、２次元表示を行う場合には２次元画像データに基づく映像表示を行い、３次元表示を行う場合には３次元画像データに基づく映像表示を行う。なお、３次元画像データとは、例えば、３次元表示における複数の視野角方向に対応した複数の視差画像を含むデータである。本実施の形態では、３次元表示モードで２眼式の３次元表示を行う場合について説明する。２眼式の３次元表示を行う場合、３次元画像データは右眼表示用と左眼表示用の視差画像のデータである。表示パネル２は、３次元表示モードでは図１（Ｂ）に示したように、左視差画像８Ｌと右視差画像８Ｒとを左右方向に交互に表示するようになっている。
【００２９】
レンズアレイデバイス１は、表示モードに応じてレンズ効果を電気的にオン・オフ制御することで、表示パネル２からの光線の通過状態を選択的に変化させるものである。レンズアレイデバイス１は、表示パネル２の表示面５側から順に、可変レンズアレイ３と、固定レンズアレイ４とを備えている。可変レンズアレイ３は、電気的にレンズ効果のオン・オフ制御が可能な複数の可変レンズを有している。
【００３０】
固定レンズアレイ４は、複数の可変レンズに対応して設けられた複数の固定レンズを有し、複数の固定レンズがそれぞれ、対応する可変レンズのレンズ効果がオン状態となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有している。より具体的には、固定レンズアレイ４は、固定レンズとしてシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）４Ａを複数、並列配置したシリンドリカルレンズアレイの構成となっている。固定レンズアレイ４において、各シリンドリカルレンズ４Ａは、表示パネル２の表示面５に対して縦方向に延在し、左右方向に正の屈折力を有するように配置されている。各シリンドリカルレンズ４Ａの横方向のレンズピッチは例えば、表示面５における横方向の２画素分の大きさに対応している。
【００３１】
［可変レンズアレイの構成］
可変レンズアレイ３は、間隔を空けて互いに対向配置された第１の基板１０および第２の基板２０と、それら第１の基板１０および第２の基板２０の間に配置された液体層とを備えている。液体層は、シリコーンオイル１５と電解液１６とからなる。第１の基板１０および第２の基板２０は、例えばガラス材料または樹脂材料よりなる透明基板である。第１の基板１０と第２の基板２０との間の外周部には、隔壁１２および隔壁１３が形成されている。第１の基板１０と第２の基板２０との間において、シリンドリカルレンズ４Ａのレンズピッチに応じた位置にも隔壁１２が形成されている。このレンズピッチに応じた位置の隔壁１２は、その上下方向の長さが、第１の基板１０と第２の基板２０との間の間隔よりも短く形成され、第１の基板１０との間に所定間隔を空けて形成されている。そして隣接した２つの隔壁１２の間の液体層によって１つの可変レンズが形成されている。この１つの可変レンズが、固定レンズアレイ４の１つのシリンドリカルレンズ４Ａに対応している。第１の基板１０の液体層に接する側の表面には、親水性導電膜１１がほぼ全面に一様に成膜されている。隔壁１２の表面には、親油性導電膜１４が成膜されている。
【００３２】
この可変レンズアレイ３は、印加電圧に応じてレンズ効果がオン・オフ制御されるエレクトロウェッティング方式の液体レンズアレイとなっている。図２（Ａ），（Ｂ）を参照して、この可変レンズアレイ３の基本構造および動作原理について説明する。ここでは基本原理を説明するため、図２（Ａ），（Ｂ）では１つの可変レンズ（液体レンズ）についての構成を示す。なお、図１（Ａ），（Ｂ）に示した構造に対応する部分には同一の符号を付す。また、図２（Ａ）はレンズ効果がオンの状態（所定の負の屈折力が発生する状態）、図２（Ｂ）はレンズ効果がオフの状態（屈折力の無い状態）を示す。
【００３３】
エレクトロウェッティング方式の可変レンズでは、印加電圧に応じて液体と固体表面の間の濡れ性が変化することを利用し、屈折率の異なる２種類の液体の界面形状を変化させることによってレンズ効果の制御を行っている。図２（Ａ），（Ｂ）に示した可変レンズの構造では、第１の基板１０の表面に親水性導電膜１１が成膜されると共に隔壁１２の表面に親油性導電膜１４が成膜されている。そして、第１の基板１０と第２の基板２０との間において、第２の基板２０および親油性導電膜１４側にシリコーンオイル１５が注入されると共に、親水性膜１１側に電解液１６が注入され、封止されている。親水性導電膜１１と親油性導電膜１４は、電源６に電気的に接続されて電圧が印加されるようになっている。ここで、図２（Ｂ）は電源６によって電圧が印加されている状態（電気的にオンの状態）であり、図２（Ａ）は電圧が印加されていない状態（電気的にオフの状態）である。
【００３４】
電解液１６は印加電圧の２乗に比例して隔壁１２の表面（親油性導電膜１４）に対する濡れ性が向上するという性質がある。このため、印加電圧が０のときの隔壁１２の表面との接触角をθ0、０でないときの隔壁１２の表面との接触角をθVとすると、θ0＞θVの関係が成り立つ。さらに、レンズ効果がゼロとなる（θV＝９０°、シリコーンオイル１５と電解液１６との界面形状が平面となる）ような所定の印加電圧Ｖ90を見い出すことができる。このことから、印加電圧を０と所定電圧Ｖ90とで切り替えることにより、レンズ効果のオン／オフの切り替え制御を行うことができる。なお、電解液１６に対してシリコーンオイル１５の屈折率が高いものとすると、図２（Ａ）に示した印加電圧が０のときに負の屈折力のレンズ効果が発生する。
【００３５】
すなわち、この可変レンズは、印加電圧がゼロとされることによって電気的にオフ状態となったときにレンズ効果がオン状態（図２（Ａ））となる。また、印加電圧が所定電圧Ｖ90とされることによって電気的にオン状態となったときにレンズ効果がオフ状態（図２（Ｂ））となる。このような電気的なオン／オフ状態とレンズ効果のオン／オフ状態との関係は、エレクトロウェッティング方式の液体レンズに固有のものである。なお、シリコーンオイル１５と電解液１６の比重を等しくする等の方法により、２種類の液体に及ぼす重力の効果を等しくすることができるため、ここでは、印加電圧による濡れ性のみにより界面形状が決まるものとし、重力の影響は受けないものとする。
【００３６】
［レンズアレイデバイス全体としてのレンズ作用］
図１０は、可変レンズアレイ３単体での屈折力可変範囲と、固定レンズアレイ４と組み合わせたレンズアレイデバイス１全体としての屈折力可変範囲とを概念的に示したものである。なお、レンズアレイデバイス１は全体として左右方向に屈折力を生じさせるものであるため、ここでは左右方向の屈折力について述べる。上述したように可変レンズアレイ３は、エレクトロウェッティング方式の液体レンズであり、単体では図２（Ａ）に示したように負の屈折力のレンズ効果を発生させるものである。このため可変レンズアレイ３単体では、図１０に破線で示したように、上述した所定電圧Ｖ90でレンズ効果がゼロとなるような負の屈折力可変範囲を有している。一方、固定レンズアレイ４は単体では正の屈折力を有している。このため、可変レンズアレイ３と組み合わせた全体としての屈折力可変範囲は、図１０に実線で示したように、正の屈折力可変範囲へと屈折力がシフトしたような状態へと変化する。すなわち、レンズアレイデバイス１は、単体では負の屈折力可変範囲を有する可変レンズアレイ３を、デバイス全体として正の屈折力可変範囲を有する可変レンズ系へと変換したものである。特に本実施の形態では、固定レンズアレイ４が、可変レンズアレイ３のレンズ効果がオン状態となったときのそのレンズ効果を相殺するような屈折力を有している。このため、レンズアレイデバイス１全体としては、印加電圧が０のときに屈折力がゼロとなり、所定電圧Ｖ90が印加されたときに所定の正の屈折力となるような可変レンズ系となる。
【００３７】
［レンズアレイデバイスおよび画像表示装置の制御動作］
次に、このレンズアレイデバイス１の制御動作（レンズ効果の制御動作）、およびこのレンズアレイデバイス１を用いた画像表示装置の表示モードの制御動作を説明する。
【００３８】
このレンズアレイデバイス１では、図１（Ａ）に示したように電源６によって可変レンズアレイ３に電圧が印加されていない状態（電気的にオフの状態）では、可変レンズアレイ３における複数の可変レンズのレンズ効果がオン状態となる。この可変レンズアレイ３における各可変レンズのレンズ効果は、固定レンズアレイ４における対応する固定レンズ（シリンドリカルレンズ４Ａ）によって相殺される。すなわち、可変レンズアレイ３と固定レンズアレイ４とを組み合わせた全体でのレンズ効果がオフ状態となる。このようにレンズアレイデバイス１を全体としてレンズ効果の無い状態として、表示パネル２からの表示画像光を偏向作用を持たせることなく透過させることで、画像表示装置として、２次元表示を行う。
【００３９】
一方、図１（Ｂ）に示したように電源６によって可変レンズアレイ３に所定電圧が印加された状態（電気的にオンの状態）では、可変レンズアレイ３における複数の可変レンズのレンズ効果がオフ状態となる。この状態では、可変レンズアレイ３において液体層を構成するシリコーンオイル１５と電解液１６との界面形状が、個々の可変レンズの部分において平面となるように電圧値が調整されている。この状態では、可変レンズアレイ３のレンズ効果が単独で無効とされ、固定レンズアレイ４によるレンズ効果のみが有効となる。すなわち、可変レンズアレイ３と固定レンズアレイ４とを組み合わせた全体でのレンズ効果がオン状態となる。このようにレンズアレイデバイス１を全体としてレンズ効果が有効である状態として、表示パネル２において左視差画像８Ｌと右視差画像８Ｒとを表示する。表示された各視差画像は、固定レンズアレイ４の各シリンドリカルレンズ４Ａによって左右別々の光路３１，３２に振り分けられる。これにより、左視差画像８Ｌと右視差画像８Ｒとがそれぞれ、適切に観察者９の左眼９Ｌと右眼９Ｒとに選択的に入射することによって、立体像が知覚される。
【００４０】
以上説明したように、このレンズアレイデバイス１によれば、可変レンズアレイ３のレンズ効果を相殺するような屈折力を有する固定レンズアレイ４を備えるようにしたので、可変レンズアレイ３のレンズ効果の電気的なオン／オフ特性を反転させることができる。このレンズアレイデバイス１では、可変レンズアレイ３と固定レンズアレイ４とを組み合わせた全体でのレンズ効果が、可変レンズアレイ３のレンズ効果がオン状態（所定の負の屈折力が発生する状態）となったときにオフ状態（屈折力の無い状態）となる。かつ、可変レンズアレイ３のレンズ効果がオフ状態となったときに全体でのレンズ効果がオン状態となる。すなわち、レンズアレイデバイス１全体でのレンズ効果の電気的なオン／オフ特性が、可変レンズアレイ３単体での特性とは反転した状態となる。
【００４１】
また、本実施の形態に係る画像表示装置によれば、このレンズアレイデバイス１を用いて、表示パネル２からの光線の通過状態を選択的に変化させるようにした。これにより、可変レンズアレイ３単体を用いて表示状態の切り替えを行った場合に比べて、消費電力を抑制することができる。例えば従来では、可変レンズアレイ３単体を用いて２次元表示モードで電気的にオン状態、３次元表示モードで電気的にオフ状態となるような構成にした場合を例にすると、２次元表示モードで電力消費が多くなる。これに対して、本実施の形態では、同じ方式の可変レンズアレイ３を使用しつつ、レンズ効果の電気的なオン／オフ特性を反転させ、２次元表示モードで電気的にオフ状態、３次元表示モードで電気的にオン状態とすることができる。従って、２次元表示モードでの電力消費を抑制することができる。特に、２次元表示の使用頻度の方が高い製品として使用する場合には電力消費の抑制効果が大きい。例えば、通常は平面図形やテキスト等を２次元表示モードで表示し、必要に応じて３次元画像を表示する状態に切り替える、という使い方では、消費電力を抑える効果を得ることができる。
【００４２】
＜第１の実施の形態の変形例＞
以上の説明では、可変レンズアレイ３として、エレクトロウェッティング方式の液体レンズアレイを用いる例を示したが、デバイスとしての電気的なオン／オフ状態とレンズ効果のオン／オフ状態との関係が同じ方式であれば、他の構造の可変レンズを用いても良い。すなわち、可変レンズアレイ３として、電気的にオフ状態のときにレンズ効果がオン状態となり、電気的にオン状態のときにレンズ効果がオフ状態となる方式のものであれば、他の構造の可変レンズを用いても良い。
【００４３】
例えば図８および図９に示した液晶レンズによる可変レンズアレイを用いることができる。図８および図９に示した可変レンズアレイは、印加電圧に応じてレンズ効果がオン・オフ制御される液晶レンズアレイであり、複数の可変レンズに相当するレンズ形状の型内に屈折率異方性のある液晶分子２３１が充填された構造の液晶層２２３を有している。そして、印加電圧がゼロとされることによって電気的にオフ状態となったときにレンズ効果がオン状態となり、印加電圧が所定電圧とされることによって電気的にオン状態となったときにレンズ効果がオフ状態となるような構成とされている。すなわち、電気的なオン／オフ状態とレンズ効果のオン／オフ状態との関係は、エレクトロウェッティング方式の液体レンズアレイと同じである。
【００４４】
ただし、図８および図９に示した構造では、液晶層２２３において、下層の平面的な配向膜２３２と上層の凸形状の配向膜２３３との間に液晶分子２３１が充填されることにより、レンズ効果として正の屈折力を発生させるようになっている。本実施の形態における可変レンズアレイ３として適用する場合には、レンズ効果として負の屈折力を発生させるようにする必要がある。例えば、配向膜２３３の形状を凹形状にすれば良い。
【００４５】
＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係るレンズアレイデバイスを用いた画像表示装置について説明する。なお、上記第１の実施の形態に係る画像表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００４６】
図３（Ａ），（Ｂ）は、本実施の形態に係るレンズアレイデバイス１Ａを用いた画像表示装置の一構成例を示している。本実施の形態においても、画像表示装置として、２次元表示モードと３次元表示モードとの２つの表示モードに切り替え可能なものについて説明する。図３（Ａ）は３次元表示モードの状態、図３（Ｂ）は２次元表示モードの状態を示している。この画像表示装置は、レンズアレイデバイス１Ａと、２次元的に画像表示を行う表示パネル２とを備えている。レンズアレイデバイス１Ａは、表示パネル２の表示面５側から順に、可変レンズアレイ３Ａと、固定レンズアレイ４とを備えている。
【００４７】
［可変レンズアレイの構成］
本実施の形態に係る画像表示装置は、上記第１の実施の形態に係る画像表示装置に対して可変レンズアレイ３Ａの構成が異なっている。本実施の形態では、可変レンズアレイ３Ａ単独での電気的なオン／オフ状態とレンズ効果のオン／オフ状態との関係が、上記第１の実施の形態とは逆の方式のものを用いている。すなわち、本実施の形態では、可変レンズアレイ３Ａとして、電気的にオフ状態のときにレンズ効果がオフ状態となり、電気的にオン状態のときにレンズ効果がオン状態となる方式であるものを使用する。
【００４８】
例えば可変レンズアレイ３Ａとして、屈折率異方性のある液晶分子を含む液晶層２１を有し、印加電圧に応じて液晶層２１内部の電界強度分布を変化させて液晶分子の配列を変化させることで、レンズ効果がオン・オフ制御される方式のものを用いることができる。この方式は、電界駆動型の液晶レンズアレイである。
【００４９】
ここで、図４（Ａ），（Ｂ）および図５を参照して、電界駆動型の液晶レンズアレイの基本構造および動作原理について説明する。ここでは基本原理を説明するため、図４（Ａ），（Ｂ）および図５では１つの可変レンズ（液晶レンズ）についての構成を示す。図４（Ａ）は電気的にオフの状態とされることによりレンズ効果がオフの状態（屈折力の無い状態）とされている構成を示す。図４（Ｂ）は電気的にオンの状態とされることによりレンズ効果がオンの状態（所定の屈折力が発生する状態）とされている構成を示す。
【００５０】
この液晶レンズアレイは、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、例えばガラス材料よりなる透明な第１の基板１０１および第２の基板１０２と、それら第１の基板１０１および第２の基板１０２の間に挟まれた液晶層１０３とを備えている。第１の基板１０１と第２の基板１０２は、間隔ｄを空けて対向配置されている。
【００５１】
図４（Ａ），（Ｂ）では図示を省略しているが第１の基板１０１上における第２の基板１０２に対向する側には、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる透明電極１１１がほぼ全面に一様に形成されている。また、第２の基板１０２上における第１の基板１０１に対向する側には、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる部分電極１１２が部分的に形成されている（図５参照）。部分電極１１２は、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチに相当する周期間隔で並列的に配置されている。隣り合う２つの部分電極１１２間は間隔Ａの開口とされている。隣り合う２つの部分電極１１２は、レンズ効果が発生するときの光軸に対し光軸対称となる位置に配置されている。
【００５２】
なお、図示を省略するが透明電極１１１と液晶層１０３との間には配向膜が形成されている。同様に、部分電極１１２と液晶層１０３との間には配向膜が形成されている。液晶層１０３は、図４（Ａ）に示したように、屈折率異方性を有する液晶分子１０４が通常の状態で一様となるように分布している。
【００５３】
この液晶レンズアレイでは、図４（Ａ）に示したように、印加電圧が０Ｖの通常の状態（電気的にオフの状態）では、液晶分子１０４が配向膜によって規定される所定の方向に一様に配列される。このため、通過光線の波面２０１は平面波となり、レンズ効果の無い状態となる。
【００５４】
一方、この液晶レンズアレイでは、部分電極１１２が、図５に示したように間隔Ａの開口を有して離間配置されているため、図５に示したような状態で所定の駆動電圧を印加すると、液晶層１０３内での電界分布に偏りが生ずる。すなわち、部分電極１１２が形成されている領域に対応する部分では駆動電圧に応じて電界強度が強くなり、間隔Ａの開口の中心部に行くほど電界強度が弱くなるような電界が発生する。このため、図４（Ｂ）に示したように、液晶分子１０４の配列が電界強度分布に応じて変化する。液晶分子１０４は、その分子長軸方向と短軸方向で屈折率が異なっているため、その傾きに応じて見かけの屈折率が異なる。この液晶レンズアレイでは、液晶分子１０４の傾き分布に応じて液晶層１０３の厚み方向で生じる位相差（リタデーション）を生成することにより、レンズ効果を発生させ、その効果を制御している。これにより、所定電圧が印加されて電気的にオン状態となると、図４（Ｂ）に示したように通過光線の波面２０２が変化し、レンズ効果が発生する状態となる。
【００５５】
再び図３（Ａ），（Ｂ）、さらに図６をも参照して、本実施の形態における可変レンズアレイ３Ａの構造について説明する。可変レンズアレイ３Ａは、上記した電界駆動型の液晶レンズアレイを用いた構造とされている。ただし、可変レンズアレイ３Ａの光軸方向は、図４（Ａ），（Ｂ）および図５に示したものとは上下が逆の構造とされている。すなわち、電極構造が上下が逆の構造とされている。より具体的には、上側の第２の基板２０上に、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる透明電極１４Ａがほぼ全面に一様に形成されている。また、下側の第１の基板１０上に、ＩＴＯ膜などの透明な導電膜からなる部分電極１１Ａが部分的に形成されている。部分電極１１Ａは、図６に示したように、幅Ｌの電極幅を有して縦方向に延在している。そして、部分電極１１Ａは、レンズ効果を発生させたときのレンズピッチｐに相当する周期間隔で複数、並列的に配置されている。隣り合う２つの部分電極１１Ａ間は間隔Ａの開口とされている。隣り合う２つの部分電極１１Ａ間で、１つの可変レンズが形成される。この１つの可変レンズが、固定レンズアレイ４の１つのシリンドリカルレンズ４Ａに対応している。部分電極１１Ａの延在方向は、シリンドリカルレンズ４Ａの延在方向と同じである。
【００５６】
なお、図示を省略するが透明電極１４Ａと液晶層２１との間には配向膜が形成されている。同様に、部分電極１１Ａと液晶層２１との間には配向膜が形成されている。また、図３（Ａ）では図示を省略しているが、図４（Ａ）に示した基本構造と同様に、液晶層２１には、屈折率異方性を有する液晶分子１０４が通常の状態で一様となるように分布している。そして、その液晶分子１０４の配列は、所定電圧が印加された状態では、図３（Ｂ）では図示を省略しているが、図４（Ｂ）に示した基本構造と同様に、液晶層２１内での電界強度分布に応じて変化する。
【００５７】
［レンズアレイデバイスおよび画像表示装置の制御動作］
次に、このレンズアレイデバイス１Ａの制御動作（レンズ効果の制御動作）、およびこのレンズアレイデバイス１Ａを用いた画像表示装置の表示モードの制御動作を説明する。
【００５８】
このレンズアレイデバイス１Ａでは、図３（Ａ）に示したように電源６によって可変レンズアレイ３Ａに電圧が印加されていない状態（電気的にオフの状態）では、可変レンズアレイ３Ａにおける複数の可変レンズのレンズ効果がオフ状態となる。この状態では、可変レンズアレイ３Ａのレンズ効果が単独で無効とされ、固定レンズアレイ４によるレンズ効果のみが有効となる。すなわち、可変レンズアレイ３Ａと固定レンズアレイ４とを組み合わせた全体でのレンズ効果がオン状態となる。このようにレンズアレイデバイス１Ａを全体としてレンズ効果が有効である状態として、表示パネル２において左視差画像８Ｌと右視差画像８Ｒとを表示する。表示された各視差画像は、固定レンズアレイ４の各シリンドリカルレンズ４Ａによって左右別々の光路３１，３２に振り分けられる。これにより、左視差画像８Ｌと右視差画像８Ｒとがそれぞれ、適切に観察者９の左眼９Ｌと右眼９Ｒとに選択的に入射することによって、立体像が知覚される。
【００５９】
一方、図３（Ｂ）に示したように電源６によって可変レンズアレイ３Ａに所定電圧が印加された状態（電気的にオンの状態）では、可変レンズアレイ３Ａにおける複数の可変レンズのレンズ効果がオン状態となる。この可変レンズアレイ３Ａにおける各可変レンズのレンズ効果は、固定レンズアレイ４における対応する固定レンズ（シリンドリカルレンズ４Ａ）によって相殺される。すなわち、可変レンズアレイ３Ａと固定レンズアレイ４とを組み合わせた全体でのレンズ効果がオフ状態となる。このようにレンズアレイデバイス１Ａを全体としてレンズ効果の無い状態として、表示パネル２からの表示画像光を偏向作用を持たせることなく透過させることで、画像表示装置として、２次元表示を行う。
【００６０】
以上説明したように、このレンズアレイデバイス１Ａによれば、可変レンズアレイ３Ａのレンズ効果を相殺するような屈折力を有する固定レンズアレイ４を備えたので、可変レンズアレイ３Ａのレンズ効果の電気的なオン／オフ特性を反転させることができる。レンズアレイデバイス１Ａでは、可変レンズアレイ３Ａと固定レンズアレイ４とを組み合わせた全体でのレンズ効果が、上記第１の実施の形態と同様、可変レンズアレイ３Ａのレンズ効果がオン状態（所定の屈折力が発生する状態）となったときにオフ状態（屈折力の無い状態）となる。かつ、可変レンズアレイ３のレンズ効果がオフ状態となったときに全体でのレンズ効果がオン状態となる。すなわち、レンズアレイデバイス１Ａ全体でのレンズ効果の電気的なオン／オフ特性が、可変レンズアレイ３Ａ単体での特性とは反転した状態となる。
【００６１】
ただし、本実施の形態では、可変レンズアレイ３Ａ単独での電気的なオン／オフ状態とレンズ効果のオン／オフ状態との関係が、上記第１の実施の形態とは逆の方式となっている。このため、上記第１の実施の形態とは電力消費の状態が逆転する。このため、２次元表示ではなく、３次元表示の使用頻度の方が高い製品として使用する場合には電力消費の抑制効果が大きい。例えば従来では、電界駆動型の液晶レンズアレイ単体で構成した場合を例にすると、２次元表示モードで電気的にオフ状態、３次元表示モードで電気的にオン状態となり、３次元表示モードで電力消費が多くなる。これに対して、本実施の形態では、電界駆動型の液晶レンズアレイと同じ方式の可変レンズアレイ３Ａを使用しつつ、レンズ効果の電気的なオン／オフ特性を反転させ、３次元表示モードで電気的にオフ状態、２次元表示モードで電気的にオン状態とすることができる。これにより、３次元表示モードでの電力消費を抑制することができる。従って例えば、通常は３次元画像を表示しておき、必要に応じて平面図形やテキスト等を２次元表示モードで表示する状態に切り替える、という使い方では、消費電力を抑える効果を得ることができる。
【００６２】
＜その他の実施の形態＞
本発明は、上記各実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。
例えば上記各実施の形態では、レンズアレイデバイス１，１Ａにおいてレンズ効果としてシリンドリカルレンズの効果を発生させ、左右方向に２つの視差画像を表示させることで３次元表示を行うようにしたが、３次元表示の手法はこれに限らない。例えば左右方向に３つ以上の視差画像を表示させる多眼式の３次元表示であっても良い。この場合、１つのシリンドリカルレンズに対して表示パネル２の３つ以上の画素７が含まれるようにする。さらに、例えば面内で円形状を有するマイクロレンズをマトリクス状に配置したようなフライアイレンズ状のレンズ効果を発生させるようにしても良い。この場合、左右方向だけでなく他の方向にも表示光を偏向させて左右方向以外にも視野角を有する３次元表示を行うことができる。この場合、固定レンズアレイ４としては、例えば面内で円形状を有するマイクロレンズ（球面レンズ）をマトリクス状に配置したものを用いる。また、可変レンズアレイ３，３Ａとしては、その円形状のマイクロレンズに対応するようなレンズ効果を電気的にオン・オフ制御できるようなものを用いる。
【００６３】
また、上記各実施の形態では、レンズアレイデバイス１，１Ａにおいてレンズ効果を発生させたときに３次元表示を行う場合について説明したが、他の表示を行う場合にも応用が可能である。例えば、３次元表示に代えて、モーフィング表示を行う場合にも応用が可能である。ここでいうモーフィング表示とは、見る位置によって画像の表示内容が変化するような表示を行うことを言う。例えば、２次元的に表示されている物体の形状や位置が、左右方向に視点を動かしたときに連続的に変化するような表示を行うことを言う。
【００６４】
また、以上の説明では、可変レンズアレイ３，３Ａにおける複数の可変レンズの屈折力を、単純に、屈折力の無い状態と所定の屈折力を有する状態との２つの状態に電気的に調整する場合について説明したが、本願発明は、そのような調整に限定されるものではない。屈折力の調整を単純に２つの状態に制御する場合に限らず、より多くの状態に調整する場合にも適用可能である。例えば、可変レンズのレンズ効果をオン状態にした場合において、所定の屈折力とは異なる他の屈折力を有する状態に多段階に調整可能なものであっても良い。この場合にも、可変レンズアレイと固定レンズアレイとを組み合わせることで、可変レンズアレイ単体でのレンズ効果の特性とは異なる特性が得られる。
【符号の説明】
【００６５】
１…レンズアレイデバイス、２…表示パネル、３…可変レンズアレイ、４…固定レンズアレイ、４Ａ…シリンドリカルレンズ、５…表示面、６…電源、７…画素、８Ｌ…左視差画像、８Ｒ…右視差画像、９…観察者、９Ｌ…左眼、９Ｒ…右眼、１０…第１の基板、１１…親水性導電膜、１１Ａ…部分電極、１２，１３…隔壁、１４…親油性導電膜、１４Ａ…透明電極、１５…シリコーンオイル、１６…電解液、２０…第２の基板、２１…液晶層、１０１…第１の基板、１０２…第２の基板、１０３…液晶層、１０４…液晶分子、１１１…透明電極、１１２…部分電極。
【図１】
2010176019.tif 000003
【図２】
2010176019.tif 000004
【図３】
2010176019.tif 000005
【図４】
2010176019.tif 000006
【図５】
2010176019.tif 000007
【図６】
2010176019.tif 000008
【図７】
2010176019.tif 000009
【図８】
2010176019.tif 000010
【図９】
2010176019.tif 000011
【図１０】
2010176019.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月19日(2010.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
液晶分子２３１は、屈折率異方性を有し、例えば長手方向と短手方向とで通過光線に対して屈折率の異なる屈折率楕円体の構造を有している。また、液晶分子２３１は、第１の透明電極２２４と第２の透明電極２２５とにより与えられる電圧の印加に応じて分子配列が変わるようになっている。ここで、液晶分子２３１に差電圧として所定の電圧が与えられた状態での分子配列で与えられる、通過光線に対する屈折率をｎ０とする。また、差電圧がゼロの状態での分子配列で与えられる、通過光線に対する屈折率をｎｅとする。また、屈折率の大きさはｎｅ＞ｎ０の関係とする。レプリカ２３４の屈折率は、液晶分子２３１に差電圧として所定の電圧が与えられた状態での低い方の屈折率ｎ０と同じとなるようにする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
以上説明したように、このレンズアレイデバイス１Ａによれば、可変レンズアレイ３Ａのレンズ効果を相殺するような屈折力を有する固定レンズアレイ４を備えたので、可変レンズアレイ３Ａのレンズ効果の電気的なオン／オフ特性を反転させることができる。レンズアレイデバイス１Ａでは、可変レンズアレイ３Ａと固定レンズアレイ４とを組み合わせた全体でのレンズ効果が、上記第１の実施の形態と同様、可変レンズアレイ３Ａのレンズ効果がオン状態（所定の屈折力が発生する状態）となったときにオフ状態（屈折力の無い状態）となる。かつ、可変レンズアレイ３Ａのレンズ効果がオフ状態となったときに全体でのレンズ効果がオン状態となる。すなわち、レンズアレイデバイス１Ａ全体でのレンズ効果の電気的なオン／オフ特性が、可変レンズアレイ３Ａ単体での特性とは反転した状態となる。