(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素がマトリクス状に配列された画素面を有する要素画像表示部と、
前記要素画像表示部に対向して配置され、電圧印加に応じて自己の偏光方向を切り替える偏光切替セルと、
基材とともに主平面の異なる２つのレンズアレイを構成し、前記偏光切替セルによって切り替えられた偏光方向に応じて、何れか一方のレンズアレイのレンズ効果を有効化する屈折率異方性の媒質を有するレンズアレイ積層部と、
前記要素画像表示部に表示される画像の表示タイミングと同期して前記偏光切替セルへの電圧印加を制御し、有効化するレンズアレイを前記表示タイミング毎に切り替える同期駆動手段と、
前記表示タイミングと同期して、飛び出し側と奥行き側との前記画像を時分割多重により前記要素画像表示部に交互に表示する表示制御手段と、
を備え、
前記２つのレンズアレイの焦点面が、前記画素面近傍の互いに異なる位置にあることを特徴とする立体映像表示装置。
【請求項２】
前記２つのレンズアレイのうち、一方のレンズアレイの焦点面が前記画素面の表面近傍に位置し、他方のレンズアレイの焦点面が前記画素面の裏面近傍に位置することを特徴とする請求項１に記載の立体映像表示装置。
【請求項３】
前記同期駆動手段は、前記要素画像表示部に表示される画像の１フレームを２分割した各フィールドと同期して前記偏光切替セルへの電圧印加を制御し、
前記表示制御手段は、前記各フィールドと同期して、飛び出し側と奥行き側との前記画像を時分割多重により前記要素画像表示部に交互に表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の立体映像表示装置。
【請求項４】
前記レンズアレイ積層部は、
２つの異なる偏光方向に対して互いに異なる屈折率を有した前記媒質と、
前記媒質を挟持し、当該媒質が示す２つの屈折率の夫々と略同一の屈折率を有したレンズアレイ形状からなる２つの前記基材と、
を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の立体映像表示装置。
【請求項５】
前記レンズアレイ積層部は、
２つの異なる偏光方向に対して互いに異なる屈折率を各々有し、少なくとも一方の屈折率が略同一で、且つ、同一の偏光方向に対して互いに異なる屈折率を有した２つの前記媒質と、
前記２つの媒質間に挟持され、当該２つの媒質間で共通する屈折率の一つと略同一の屈折率を有したレンズアレイ形状からなる前記基材と、
を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の立体映像表示装置。
【請求項６】
前記レンズ積層部は、
２つの異なる偏光方向に対して互いに異なる屈折率を有する媒質と、当該媒質の界面をなすレンズアレイ形状の基材とからなる、全体として平坦なレンズ層を２つ有し、
前記レンズ層の各々において、前記媒質の各々は同一偏光方向の屈折率が互いに異なり、前記基材の各々は自己のレンズ層に対応する媒質について、互いに異なる偏光方向の屈折率と略同一の屈折率を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の立体映像表示装置。
【請求項７】
前記レンズアレイ積層部は、
偏光方向に対して互いに異なる屈折率分布を有する第１の屈折率異方性ＧＲＩＮレンズと、
偏光方向に対して互いに異なる屈折率分布を有し、屈折率分布を示す偏光方向が第１の屈折率異方性ＧＲＩＮレンズと異なる第２の屈折率異方性ＧＲＩＮレンズと、
第１の屈折率異方性ＧＲＩＮレンズと第２の屈折率異方性ＧＲＩＮレンズとの間に設けられた中間分離層とを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の立体映像表示装置。
【請求項８】
画素がマトリクス状に配列された画素面を有する要素画像表示部と、
前記要素画像表示部に対向して配置され、基材とともに主平面の異なる２つのレンズアレイを構成し、電圧印加に応じて自己の屈折率を切り替える少なくとも２層の第１の媒質と、
前記２層の媒質の間に設けられ等方性を有する第２の媒質と、
前記要素画像表示部に表示される画像の表示タイミングと同期して前記第１の媒質への電圧印加を制御し、有効化する第１の媒質を前記表示タイミング毎に切り替える同期駆動手段と、
前記表示タイミングと同期して、飛び出し側と奥行き側との前記画像を時分割多重により前記要素画像表示部に交互に表示する表示制御手段と、
を備え、
前記２層の第１の媒質の焦点面が、前記画素面近傍の互いに異なる位置にあることを特徴とする立体映像表示装置。
【請求項９】
画素がマトリクス状に配列された画素面を有する要素画像表示部と、
前記要素画像表示部に対向して配置され、電圧印加に応じて自己の偏光方向を切り替える偏光切替セルと、
基材とともに主平面の異なる２つのレンズアレイを構成し、前記偏光切替セルによって切り替えられた偏光方向に応じて、何れか一方のレンズアレイのレンズ効果を有効化する屈折率異方性の媒質を有するレンズアレイ積層部と、
を備え、
前記２つのレンズアレイの焦点面が、前記画素面近傍の互いに異なる位置にある立体映像表示装置において、
同期駆動手段が、前記要素画像表示部に表示される画像の表示タイミングと同期して前記偏光切替セルへの電圧印加を制御し、有効化するレンズアレイを前記表示タイミング毎に切り替える同期駆動工程と、
表示制御手段が、前記表示タイミングと同期して、飛び出し側と奥行き側との前記画像を時分割多重により前記要素画像表示部に交互に表示する表示制御工程と、
を含むことを特徴とする立体映像表示方法。
【請求項１０】
画素がマトリクス状に配列された画素面を有する要素画像表示部と、
前記要素画像表示部に対向して配置され、基材とともに主平面の異なる２つのレンズアレイを構成し、電圧印加に応じて自己の屈折率を切り替える少なくとも２層の第１の媒質と、
前記２層の媒質の間に設けられ等方性を有する第２の媒質と、
を備え、
前記２つのレンズアレイの焦点面が、前記画素面近傍の互いに異なる位置にある立体映像表示装置において、
同期駆動手段が、前記要素画像表示部に表示される画像の表示タイミングと同期して前記第１の媒質への電圧印加を制御し、有効化するレンズアレイを前記表示タイミング毎に切り替える同期駆動工程と、
表示制御手段が、前記表示タイミングと同期して、飛び出し側と奥行き側との前記画像を時分割多重により前記要素画像表示部に交互に表示する表示制御工程と、
を含むことを特徴とする立体映像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体映像表示装置及び立体映像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
動画表示が可能な立体視画像表示装置、所謂、３次元ディスプレイには、種々の方式が知られている。特にフラットパネルタイプで、且つ、専用の眼鏡等を必要としない方式への要望が近年高くなっている。このタイプの立体動画表示装置のうち、ホログラフィの原理を利用する方式ではフルカラー動画の実現が難しいが、直視型或いは投射型の液晶表示装置やプラズマ表示装置など画素位置が固定されている表示パネル（表示装置）の直前に表示パネルからの光線を制御して観察者に向ける光線制御素子を設置する方式を用いることで比較的容易に実現することが可能である。
【０００３】
光線制御素子は、一般的にはパララクスバリア或いは視差バリアとも称せられ、光線制御素子上の同一位置でも角度により異なる画像が見えるように光線を制御している。具体的には、左右視差（水平視差）のみを与える場合には、スリット或いはレンチキュラーシート（シリンドリカルレンズアレイ）が用いられ、上下視差（垂直視差）も含める場合には、ピンホールアレイ或いはレンズアレイが用いられる。視差バリアを用いる方式にも、さらに２眼式、多眼式、超多眼式（多眼式の超多眼条件）、インテグラルフォトグラフィー（以下、ＩＰとも云う）に分類される。これらの基本的な原理は、１００年程度前に発明され立体写真に用いられてきたものと実質上同一である。
【０００４】
ＩＰ方式では、視点位置の自由度が高く、容易に立体視できるという特徴がある。水平視差のみで垂直視差のない１次元ＩＰ方式では、非特許文献１に記載されているように、解像度の高い表示装置の実現も比較的容易である。これに対し、２眼方式や多眼方式では、立体視できる視点位置の範囲、すなわち視域が狭く、見にくいという問題があるが、立体画像表示装置としての構成としては最も単純であり、表示画像も簡単に作成できる。
【０００５】
このようなレンチキュラーシートを用いた多視差を有するＩＰ方式や多眼方式の直視型裸眼立体表示装置においては、各レンズに対応する要素画像を表示する表示部（要素画像表示部）の解像度が同一の条件の下、立体映像の解像度、飛び出し奥行きレンジ、視域角の３つがトレードオフの関係にある。これら３つの基本性能の積が、立体表示の総合性能といえる。立体表示の総合性能を倍増させる手段として、時分割多重技術が知られており、解像度多重型、飛び出し奥行き多重型、視域角多重型の３つに分類される様々な方法や構成が知られている。しかしながら、飛び出し奥行き多重型については、フラットパネル型に適用できる簡易な構成のものは知られておらず、立体表示の総合性能を向上させるための種々の技術が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、偏光選択性２焦点レンズによるＤＦＤパネル１枚化の技術が開示されている。また、特許文献２には、機械的にレンズ画素間距離を変えることにより飛び出し奥行き範囲を変える方法が開示されている。また、屈折率異方性材によるレンズを用い、偏光方向によりレンズ効果の有無を切り替えるものが特許文献３、４及び５に開示されている。
【０００７】
【非特許文献１】ＳＩＤ０４  Ｄｉｇｅｓｔ  １４３８  （２００４）
【特許文献１】特開２００５−１２９９８３号公報
【特許文献２】特開２００５−３４０９５７号公報
【特許文献３】ＷＯ２００３／０１５４２４
【特許文献４】特開２００４−２５８６３１号公報
【特許文献５】特開２００６−２７６４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、多視差の立体表示に対し満足できる性能を得ることができず、立体表示の総合性能を向上させることはできない。また、特許文献２に記載の技術では、機械的にレンズ画素間距離を変えるため、構成が複雑化し、時分割多重に十分な切り替え速度を得ることができない。また、特許文献３、４及び５に記載の技術では、２つの凸レンズ面は独立に機能するものではなく、１つのレンズとしての機能にとどまるため、上記同様に立体表示の総合性能を向上させることはできない。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることが可能な立体映像表示装置及び立体映像表示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、画素がマトリクス状に配列された画素面を有する要素画像表示部と、前記要素画像表示部に対向して配置され、電圧印加に応じて自己の偏光方向を切り替える偏光切替セルと、基材とともに主平面の異なる２つのレンズアレイを構成し、前記偏光切替セルによって切り替えられた偏光方向に応じて、何れか一方のレンズアレイのレンズ効果を有効化する屈折率異方性の媒質を有するレンズアレイ積層部と、前記要素画像表示部に表示される画像の表示タイミングと同期して前記偏光切替セルへの電圧印加を制御し、有効化するレンズアレイを前記表示タイミング毎に切り替える同期駆動手段と、前記表示タイミングと同期して、飛び出し側と奥行き側との前記画像を時分割多重により前記要素画像表示部に交互に表示する表示制御手段と、を備え、前記２つのレンズアレイの焦点面が、前記画素面近傍の互いに異なる位置にあることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、画素がマトリクス状に配列された画素面を有する要素画像表示部と、前記要素画像表示部に対向して配置され、基材とともに主平面の異なる２つのレンズアレイを構成し、電圧印加に応じて自己の屈折率を切り替える少なくとも２層の第１の媒質と、前記２層の媒質の間に設けられ等方性を有する第２の媒質と、前記要素画像表示部に表示される画像の表示タイミングと同期して前記第１の媒質への電圧印加を制御し、有効化する第１の媒質を前記表示タイミング毎に切り替える同期駆動手段と、前記表示タイミングと同期して、飛び出し側と奥行き側との前記画像を時分割多重により前記要素画像表示部に交互に表示する表示制御手段と、を備え、前記２層の第１の媒質の焦点面が、前記画素面近傍の互いに異なる位置にあることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、画素がマトリクス状に配列された画素面を有する要素画像表示部と、前記要素画像表示部に対向して配置され、電圧印加に応じて自己の偏光方向を切り替える偏光切替セルと、基材とともに主平面の異なる２つのレンズアレイを構成し、前記偏光切替セルによって切り替えられた偏光方向に応じて、何れか一方のレンズアレイのレンズ効果を有効化する屈折率異方性の媒質を有するレンズアレイ積層部と、を備え、前記２つのレンズアレイの焦点面が、前記画素面近傍の互いに異なる位置にある立体映像表示装置において、同期駆動手段が、前記要素画像表示部に表示される画像の表示タイミングと同期して前記偏光切替セルへの電圧印加を制御し、有効化するレンズアレイを前記表示タイミング毎に切り替える同期駆動工程と、表示制御手段が、前記表示タイミングと同期して、飛び出し側と奥行き側との前記画像を時分割多重により前記要素画像表示部に交互に表示する表示制御工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、画素がマトリクス状に配列された画素面を有する要素画像表示部と、前記要素画像表示部に対向して配置され、基材とともに主平面の異なる２つのレンズアレイを構成し、電圧印加に応じて自己の屈折率を切り替える少なくとも２層の第１の媒質と、前記２層の媒質の間に設けられ等方性を有する第２の媒質と、を備え、前記２つのレンズアレイの焦点面が、前記画素面近傍の互いに異なる位置にある立体映像表示装置において、同期駆動手段が、前記要素画像表示部に表示される画像の表示タイミングと同期して前記第１の媒質への電圧印加を制御し、有効化するレンズアレイを前記表示タイミング毎に切り替える同期駆動工程と、表示制御手段が、前記表示タイミングと同期して、飛び出し側と奥行き側との前記画像を時分割多重により前記要素画像表示部に交互に表示する表示制御工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、屈折率異方性の媒質を用いて焦点面の異なる２つのレンズアレイを実現し、当該レンズアレイの切り替えタイミングと同期した時分割多重により、飛び出し側／奥行き側の画像を要素画像表示部に交互に表示することで、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させることができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる立体映像表示装置及び立体映像表示方法について詳細に説明する。
【００１６】
［第１の実施形態］
まず、図１を参照して立体映像表示装置１００の構成について説明する。図１は、立体映像表示装置１００を模式的に示した図である。同図に示したように、立体映像表示装置１００は、要素画像表示部１０と、レンズアレイユニット２０と、同期駆動部３０と、表示制御部４０とを備えている。
【００１７】
要素画像表示部１０は、後述するサブ画素が縦方向及び横方向にマトリクス状に配列された高精細液晶パネルモジュールである。カラーフィルター配列は、縦ストライプ、横ストライプなどであってもよい。なお、要素画像表示部１０は、サブ画素開口部形状及びカラー配列が前述の条件を満たすものであれば、プラズマ表示パネル、有機ＥＬ表示パネル、電界放出型表示パネルなどであってもよく、その種別は問わないものとする。
【００１８】
レンズアレイユニット２０は、要素画像表示部１０と対向する位置に設けられ、要素画像表示部１０からの光線に指向性をつけて、観察者へと向ける光透過性の光線制御素子である。同図において、想定される観察者位置は、レンズアレイユニット２０の中心から光線方向（Ｚ軸方向）に向けて所定位置離間した位置Ｏ近傍の視域幅Ｗの範囲である。この視域幅Ｗの範囲内から観察を行うことで、水平方向（図中Ｘ軸方向）の画角θＨ、垂直方向（図中Ｙ軸方向）の画角θＶの範囲で、レンズアレイユニット２０の前面及び背面近傍に立体映像を観察できる。なお、ここで視域幅Ｗは、位置Ｏからレンズアレイユニット２０を見たときの、右方向の視域境界角度θＲと、左方向の視域境界角度θＬとで表される。なお、ここで視域境界角度とは、レンズアレイユニット２０の中心に対する、位置Ｏと立体映像を認識することが可能な境界位置とのなす角度である。
【００１９】
以下、要素画像表示部１０及びレンズアレイユニット２０（以下、総称して表示ユニットという）の構成について詳細に説明する。図２は、第１の実施形態にかかる表示ユニットの水平方向（図１のＸ軸方向）の断面を模式的に示した図である。同図に示したように、要素画像表示部１０は、ガラス基板１１１、１１２と、このガラス基板１１１と１１２との間に設けられた液晶パネルの画素面１１３と、ガラス基板１１１、１１２の外面に設けられた偏光板１１４、１１５とを備えている。ここで、画素面１１３を構成する各画素は、後述するように水平方向及び／又は垂直方向に３つの色成分（Ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ、Ｂｌｕｅ）を持つサブ画素から構成されている。
【００２０】
レンズアレイユニット２０は、偏光切替セル２１０と、レンズアレイ積層部２２０とを備えている。偏光切替セル２１０には液晶セルを用いる事ができ、同期駆動部３０の制御の下、所定の電圧を印加することで、レンズアレイ積層部２２０への出射光の２つの偏光方向を交互に切り替える。
【００２１】
ここで、レンズアレイ積層部２２０は、基板２２１、２２２と、当該基板２２１と基板２２２との間に充填された媒質２２３とから構成される。
【００２２】
基板２２１、２２２は、レンズアレイ状の曲面形状を有し、媒質２２３の屈折率に応じた互いに異なる屈折率を有している。なお、基板２２１の曲面形状は、フライアイレンズ状であってもよいし、シリンドリカルレンズ状（レンチキュラーシート状）であってもよい。媒質２２３は、入射光の偏光方向によって２つの屈折率を切り替えることが可能な屈折率異方性の媒質であって、基板２２１と基板２２２との間に挟持されている。
【００２３】
図３は、レンズアレイ積層部２２０の部分拡大図である。ここで、媒質２２３は、直交する２つの偏光方向に対する屈折率ｎ１、ｎ２（但し、ｎ２＞ｎ１）を光学特性として有する。また、基板２２１、２２２は、媒質２２３が示す２つの屈折率ｎ１、ｎ２の夫々と略同一の屈折率を有し、図３の構成では、基板２２１の屈折率が屈折率ｎ２に略等しく、基板２２２の屈折率が屈折率ｎ１に略等しく構成されている。このように、両基板の屈折率は、媒質２２３が示す２つの屈折率の夫々と略同一としている。なお、基板２２１、２２２の形状及び屈折率は、レンズアレイ積層部２２０によるレンズ効果の焦点方向に応じて定められる。
【００２４】
このような構成により、レンズアレイ積層部２２０では、偏光切替セル２１０からの入射光の方向に応じて媒質２２３の屈折率が切り替わることで、基板２２１側のレンズアレイ、又は、基板２２２側のレンズアレイの一方のレンズ効果が有効となる。ここで、屈折率ｎ１、ｎ２が、ｎ２＞ｎ１の関係にあるため、図２に示したように、レンズアレイ積層部２２０が示す２つのレンズアレイの焦点方向Ｆ１、Ｆ２は、要素画像表示部１０の方向となる。なお、レンズアレイ積層部２２０が示す２つのレンズアレイは異なる位置に夫々主平面を持つが、焦点距離がほぼ同じになるよう構成され、その焦点面は画素面１１３近傍の互いに異なる位置にあるものとする。具体的には、一方のレンズアレイ（基板２２１側）の焦点面が画素面１１３のガラス基板１１１側近傍（表面近傍）、他方のレンズアレイ（基板２２２側）の焦点面が画素面１１３のガラス基板１１２側近傍（裏面近傍）となるよう構成されている。
【００２５】
以下、レンズアレイ積層部２２０と要素画像表示部１０との関係について説明する。まず、図４を参照して、レンズアレイ積層部２２０のレンズアレイについて説明する。図４は、レンズアレイ積層部２２０の一形態を模式的に示した斜視図である。ここでは、基板２２１及び基板２２２の曲面形状をシリンドリカルレンズ状とした例を示している。この構成の場合、基板２２１、２２２により表される２つのレンズアレイは、水平方向（図中Ｘ軸方向）に光学的作用を有することになる。また、図中“Ｐｓ”は、両レンズアレイ（シリンドリカルレンズ）の水平ピッチであって、要素画像表示部１０の画素方向と一致するよう構成されているものとする。
【００２６】
また、図５は、表示ユニットの一部分の構成を模式的に示した斜視図であって、図４に示したレンズアレイ積層部２２０を用いた例を示している。なお、同図ではガラス基板１１１、１１２、偏光板１１４、１１５及び偏光切替セル２１０については図示を省略している。
【００２７】
図５に示したように、レンズアレイ積層部２２０は、要素画像表示部１０に対向して配置されており、当該レンズアレイ積層部２２０が示す２つのレンズアレイの焦点面が画素面１１３近傍（画素面１１３の表裏面）となるよう形成されている。画素面１１３には、縦横比が３：１（Ｐｐ：３Ｐｐ）のサブ画素１１３１が要素画像表示部１０の縦方向及び横方向にマトリクス状に配置され、水平方向（図中Ｘ軸方向）及び垂直方向（図中Ｙ軸方向）に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）が交互に並ぶように配列されている。なお、この色配列は、一般にモザイク配列と呼ばれるものであるが、この例に限らず、横ストライプ配列等の他の配列であってもよい。
【００２８】
レンズアレイ積層部２２０が示すレンズアレイの水平ピッチＰｓに対応するサブ画素群により、立体映像を表示する際の画素単位となる実効画素１１３２（黒枠で示されている）が構成される。なお、図５では、９列３行のサブ画素１１３１で実効画素１１３２を構成した例を示しているが、この場合、実効画素が計２７個のサブ画素で構成されることから、水平方向に９視差を与える立体映像を表示することが可能である。以下、図６、図７を参照して、表示ユニットにより表される立体映像の見え方について説明する。
【００２９】
図６は、図１、図５に示した表示ユニットを基準にして垂直面内及び水平面内における光線再生範囲を模式的に示した展開図である。同図において、（ａ）は表示ユニット（要素画像表示部１０、レンズアレイユニット２０）の正面図、（ｂ）は表示ユニットの画像配置状態を示す平面図、（ｃ）は表示ユニットの側面図を示している。
【００３０】
図６において、レンズアレイユニット２０と、位置Ｏが存在する視距離面Ｐとの間の視距離Ｌと、レンズアレイ積層部２２０が示す２つのレンズアレイのうち、基準とする一方のレンズアレイの水平ピッチＰｓと、このレンズアレイと要素画像表示部１０（画素面１１３）とのギャップｄとが定まると、画素面１１３の表示される要素画像の水平ピッチＰｅが、視距離面Ｐ上の視点からアパーチャ（またはレンズ主点）中心を表示ユニット上に投影した間隔（視距離Ｌ）により決定される。
【００３１】
また、図中符号Ｂは、視距離面Ｐ上の視点位置と各アパーチャ中心とを結ぶ線を示しており、視域幅Ｗの値は、表示ユニット面上で要素画像同士が重なり合わないという条件から決定される。平行光線の組を持つ条件の１次元ＩＰ方式の場合は、要素画像の水平ピッチＰｅの平均値がサブ画素１１３１の水平ピッチＰｐの整数倍よりわずかに大きく、かつレンズアレイの水平ピッチＰｓがサブ画素１１３１の水平ピッチＰｐの整数倍に等しい。多眼方式の場合は、要素画像の水平ピッチＰｅがサブ画素１１３１の水平ピッチＰｐの整数倍に等しく、かつレンズアレイの水平ピッチＰｓがサブ画素１１３１の水平ピッチＰｐの整数倍よりわずかに小さい。
【００３２】
なお、本実施形態では、媒質２２３での屈折率（偏光方向）の切り替えにより、レンズアレイ積層部２２０が示す２つのレンズアレイを用いることになるが、視域がそれぞれほぼ一致するように、各レンズアレイの水平ピッチＰｓを調整することが好ましい。例えば、基板２２１、２２２のうち、飛び出し側（観察者側）の水平ピッチ幅を、奥行き側の水平ピッチ幅より僅かに短くすることで、両レンズアレイの視域をほぼ一致させることができる。また、図４，５、６では、レンズアレイ積層部２２０でのレンズ方向を垂直方向（図中Ｙ軸方向）としたが、これに限らず、斜め方向としてもよい。
【００３３】
ここで、図７を参照して、上述したレンズアレイ積層部２２０での立体映像の見え方を説明する。図７は、表示ユニットでの立体映像の飛び出し／奥行き方向にかかる表示範囲を模式的に示した図である。同図において、図中上図は、表示ユニット（要素画像表示部１０、レンズアレイユニット２０）により表される立体映像の飛び出し／奥行き表示位置による解像度の変化を示している。また、図中下図は、上述した視距離面Ｐと表示ユニットとの関係を示しており、表示ユニットの配置位置を基準に、上図の飛び出し方向（視距離面Ｐ方向）と奥行き方向（視距離面Ｐと対向する方向）とに対応する。
【００３４】
単一のレンズアレイを用いた場合、立体表示される物体の飛び出し／奥行き表示位置による解像度の変化を表す特性曲線はＴ１のようになる。この場合、飛び出し／奥行き表示位置について、立体物であることを認識することが可能となる最低の解像度Ｒ１を充足する範囲を求めると、立体映像表示装置１００の前後に存在する範囲ＴＲ１となる。
【００３５】
一方、本実施形態の構成では、焦点面の異なる２つのレンズアレイを用いることになるため、一方のレンズアレイの焦点面が要素画像表示部１０の画素面１１３近傍の視距離面Ｐ側、即ち画素面１１３の表側にあるとすると、立体表示される物体の飛び出し／奥行き表示位置による解像度の変化を表す特性曲線はＴ２１のように表される。また、他方のレンズアレイに切り替わることで、画素面１１３の裏面側に焦点面がシフトすると、立体表示される物体の飛び出し／奥行き表示位置による解像度の変化を表す特性曲線はＴ２２のように表される。つまり、本実施形態の構成の場合、飛び出し／奥行き表示位置について解像度Ｒ１を充足する範囲は、夫々範囲ＴＲ２１と範囲ＴＲ２２となる。なお、解像度Ｒ１以外の解像度（例えば、解像度Ｒ２）についても同様である。
【００３６】
図１に戻り、同期駆動部３０は、立体表示用の画像（以下、立体表示用画像という）の表示タイミングと同期して、偏光切替セル２１０を制御する。
【００３７】
具体的に、同期駆動部３０は、立体表示用画像の１フレームを２分割した各フィールドと同期して、偏光切替セル２１０へ印加する電圧の値を交互に切り替えることで、媒質２２３への入射光の偏光方向を交互に切り替え、レンズアレイ積層部２２０が示す２つのレンズ状態（レンズアレイ）を、１／２フレーム期間（１フィールド期間）毎に切り替える。なお、本実施形態では、１フィールド毎に有効化するレンズアレイを切り替える態様としたが、これに限らず、例えば１フレーム期間毎としてもよい。
【００３８】
表示制御部４０は、同期駆動部３０での電圧切り替えタイミング、即ち、１／２フレーム期間（１フィールド期間）と同期して、飛び出し／奥行き範囲の異なる立体表示用画像を時分割多重により要素画像表示部１０に交互に表示させる。なお、各フィールドにおいて表示する立体表示用画像の飛び出し／奥行き範囲は、飛び出し側のレンズアレイが有効なフィールド（ＴＲ２１）においては飛び出し側の範囲を、奥行き側のレンズアレイが有効なフィールド（ＴＲ２２）においては奥行き側の範囲とする。
【００３９】
図８は、偏光切替セル２１０に印加される電圧波形と、要素画像表示部１０に表示される立体表示用画像の表示タイミングとの関係を示した図である。同図において、横軸は時間を意味し、縦軸は電圧値を意味している。また、同図では、偏光切替セル２１０に印加される電圧波形を実線で表しており、表示制御部４０による画像の表示タイミングを破線で表している。
【００４０】
同期駆動部３０は、要素画像表示部に表示される立体表示用画像の１フレームを２分割した２つのフィールドと同期して、図８に示した電圧波形を偏光切替セル２１０に印加することで、当該レンズアレイ積層部２２０が示す２つのレンズアレイのレンズ効果をフィールド毎に交互に切り替える。また、表示制御部４０では、飛び出し／奥行き範囲の異なる立体表示用画像をフィールド毎に交互に表示させる。
【００４１】
このように、有効化するレンズアレイの切り替えを要素画像表示部１０への表示タイミングに同期して行うため、解像度Ｒ１を充足する範囲は実質、図７で示した範囲ＴＲ２１と範囲ＴＲ２２との両者でカバーされる範囲、即ち、範囲ＴＲ２相当とすることができる。即ち、単一のレンズアレイを用いた場合と比較し、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させることができる。
【００４２】
以上のように、第１の実施形態では、屈折率異方性の媒質を用いて焦点面の異なる２つのレンズアレイを実現し、当該レンズアレイの切り替えタイミングと同期した時分割多重により、飛び出し側／奥行き側の画像を要素画像表示部に交互に表示することで、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させることができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【００４３】
なお、本実施形態では、図２、図３に示したように、基板２２１及び基板２２２のレンズ曲面が要素画像表示部１０に対して凸となるよう配置した例を示したが、これに限らないものとする。
【００４４】
例えば、図９に示したように、上述した基板２２１、２２２に相当する基板２３１、２３２を、そのレンズ曲面が要素画像表示部１０に対して凹となるよう配置する構成としてもよい。ここで、媒質２３３は、上述した媒質２２３に相当する屈折率異方性の媒質であって、レンズアレイ状の曲面形状を有した基板２３１と基板２３２との間に挟持されている。レンズアレイ積層部２３０は、これら基板２３１、２３２と、媒質２３３とを備え、上述した偏光切替セル２１０とともに、レンズアレイユニット２０に相当するレンズアレイユニット２１を構成している。このような構成により、レンズアレイ積層部２３０では、レンズアレイ積層部２２０と同様、偏光切替セル２１０への電圧印加に応じ、基板２３１側のレンズアレイ、又は、基板２３２側のレンズアレイの一方のレンズ効果が有効となる。
【００４５】
ここで、媒質２３３の２状態の屈折率がｎ１／ｎ２（ｎ２＞ｎ１）であり、上記同様媒質２３３に応じて、基板２３１の屈折率がｎ１、基板２３２の屈折率がｎ２であるとすると、図９に示したように、レンズアレイ積層部２３０が示す２つのレンズアレイの焦点方向Ｆ１、Ｆ２は要素画像表示部１０の方向となる。なお、レンズアレイ積層部２３０が示す２つのレンズアレイは異なる位置に夫々主平面を持つが、焦点距離がほぼ同じになるよう構成され、その焦点面は上記同様、画素面１１３の表裏面近傍に夫々あるものとする。
【００４６】
このように、表示ユニットを構成し、上記第１の実施形態と同様、同期駆動部３０及び表示制御部４０により、有効化するレンズアレイの切り替えと、立体表示用画像の表示を行うことで、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させることができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【００４７】
また、図１０は、第１の実施形態にかかる他の変形例を示した図である。図１０に示したように、レンズアレイユニット２０に相当するレンズアレイユニット２２は、偏光切替セル２１０と、レンズアレイ積層部２４０とを備え、レンズアレイ積層部２４０は、上述した基板２２１、２２２に相当する基板２４１、２４２と、媒質２２３に相当する屈折率異方性の媒質２４３とから構成されている。レンズアレイ積層部２４０では、レンズアレイ積層部２２０と同様、偏光切替セル２１０への電圧印加に応じ、基板２４１側のレンズアレイ、又は、基板２４２側のレンズアレイのレンズ効果が有効となる。
【００４８】
本変形例では、図２、図９に示した構成との相違点として、基板２４１、２４２の位相を、レンズの面内方向に所定量（例えば、レンズの半径分）ずらした状態で配置している。なお、図１１は、レンズアレイ積層部２４０の部分拡大図である。
【００４９】
ここで、媒質２４３の２状態の屈折率がｎ１／ｎ２（ｎ２＞ｎ１）であり、上記同様媒質２４３に応じて、基板２４１の屈折率がｎ１、基板２４２の屈折率がｎ２であるとすると、図１０に示したように、レンズアレイ積層部２４０が示す２つのレンズアレイの焦点方向Ｆ１、Ｆ２は要素画像表示部１０の方向となる。なお、レンズアレイ積層部２４０が示す２つのレンズアレイは異なる位置に夫々主平面を持つが、焦点距離がほぼ同じになるよう構成され、その焦点面は上記同様、画素面１１３の表裏面近傍に夫々あるものとする。
【００５０】
図１０、１１の構成とした場合、上記した第１の実施形態と同様、同期駆動部３０及び表示制御部４０により、有効化するレンズアレイの切り替えと、立体表示用画像の表示を行うと、表示範囲が範囲ＴＲ２と広がるばかりでなく、その解像度は図７のＴ３で表した解像度曲線を描くことになる。このように、本構成を採用することで、飛び出し／奥行き方向のオーバーラップ部分の解像度を増加させることができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【００５１】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。上記第１の実施形態では、１つの屈折率異方性媒質を用いることで焦点面の異なる２つのレンズアレイを実現する構成を説明した。第２の実施形態では、２つの屈折率異方性媒質を用いて２つのレンズアレイを実現する構成例について説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付与し、その説明を適宜省略する。
【００５２】
図１２は、第２の実施形態にかかる表示ユニットの水平方向の断面を模式的に示した図である。同図に示したように、レンズアレイユニット５０は、偏光切替セル２１０と、レンズアレイ積層部５１０とを備える。ここで、レンズアレイ積層部５１０は、基板５１１、５１２と、この基板間に充填され、レンズ曲面をなす２つの界面で接する３層の媒質５１３、５１４、５１５とから構成される。なお、レンズ曲面の曲面形状は、フライアイレンズ状であってもよいし、シリンドリカルレンズ状（レンチキュラーシート状）であってもよい。
【００５３】
図１３は、レンズアレイ積層部５１０の部分拡大図である。同図に示したように、媒質５１３、５１５は、凹状のレンズ曲面が対向するよう配置され、媒質５１３と５１５との間に媒質５１４が狭持されている。ここで、媒質５１３、５１５は、入射光の偏光方向に応じて屈折率が変化する屈折率異方性媒質である。また、媒質５１４は媒質５１３、５１５の界面（レンズ曲面）をなすレンズアレイ状の曲面形状を有した、屈折率が固定の等方性媒質である。
【００５４】
媒質５１３及び５１５は、直交する２つの偏光方向に対する屈折率ｎ１、ｎ２を光学特性として有し、同じ偏光方向に対して互いに異なる屈折率を示す。すなわち、媒質５１３及び媒質５１５は、屈折率異方性の軸が互いに直交する関係にある。また、媒質５１４は、２つの媒質５１３、５１５間で共通する屈折率の一つと略同一の屈折率を有し、図１３の構成では屈折率ｎ２であるものとする。このように、媒質５１４の屈折率は、２つの媒質５１３、５１５間で共通する屈折率の一つと略同一としている。なお、媒質５１４の形状及び屈折率は、レンズアレイ積層部５１０によるレンズ効果の焦点方向に応じて定められる。
【００５５】
これにより、図１２に示したように、レンズアレイ積層部５１０が示す２つのレンズアレイの焦点方向Ｆ１、Ｆ２は、要素画像表示部１０の方向となる。なお、レンズアレイ積層部５１０が示す２つのレンズアレイは異なる位置に夫々主平面を持つが、焦点距離がほぼ同じになるよう構成され、その焦点面は上記同様、画素面１１３の表裏面近傍に夫々あるものとする。
【００５６】
このような構成により、レンズアレイ積層部５１０では、偏光切替セル２１０への電圧印加に応じて媒質５１３、５１５への入射光の偏光方向が切り替わることで、媒質５１３側のレンズアレイ、又は、媒質５１５側のレンズアレイの一方のレンズ効果が有効となる。なお、基板５１１、５１２は平坦形状であるため、屈折率を考慮する必要は無いものとする。
【００５７】
本実施形態において、同期駆動部３０は、上述した第１の実施形態と同様、偏光切替セル２１０に印加する電圧を、要素画像表示部に表示される立体表示用画像の１フレームを２分割した各フィールドに同期して交互に切り替えることで、レンズアレイ積層部５１０のレンズ状態、即ち、有効化するレンズアレイを交互に切り替える。また、表示制御部４０では、上述した第１の実施形態と同様、各フィールドにおいて、飛び出し／奥行き範囲の異なる立体表示用画像を時分割多重により要素画像表示部１０に表示する。なお、各フィールドにおいて表示する立体表示用画像の飛び出し奥行き範囲は、飛び出し側のレンズアレイが有効なフィールドにおいては飛び出し側の範囲、奥行き側のレンズアレイが有効なフィールドにおいては奥行き側の範囲とする。
【００５８】
以上のように、第２の実施形態では、屈折率異方性の媒質を用いて焦点面の異なる２つのレンズアレイを実現し、当該レンズアレイの切り替えタイミングと同期した時分割多重により、飛び出し側／奥行き側の画像を要素画像表示部に交互に表示することで、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させることができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、図１２、図１３に示したように、媒質５１３及び媒質５１５の凹面が対向するよう配置した例を示したが、これに限らないものとする。
【００６０】
例えば、図１４、１５に示したように、片凸レンズ形状の媒質５２１、５２３を、その凸面が対向するよう配置する構成としてもよい。なお、図１４は、第２の実施形態の変形例にかかる表示ユニットの断面を模式的に示した図であり、図１５は図１４に示したレンズアレイ積層部５２０の部分拡大図である。
【００６１】
ここで、媒質５２１、５２３は、上述した媒質５１３、５１５に相当する屈折率異方性の媒質であって、この媒質５２１と媒質５２３との間に、レンズアレイ状の曲面形状を有した等方性の媒質５２２が挟持されている。レンズアレイ積層部５２０は、基板５１２、５１２と、これら媒質５２１、５２２、５２３とを備え、上述した偏光切替セル２１０とともに、レンズアレイユニット５０に相当するレンズアレイユニット５１を構成している。
【００６２】
ここで、図１５に示したように、媒質５２１及び５２３は、互いに直交する偏光方向に対する屈折率がｎ１及びｎ２（但し、ｎ２＞ｎ１）であり、同じ偏光方向に対して互いに異なる屈折率を示す。すなわち、媒質５２１及び媒質５２３は、屈折率異方性の軸が互いに直交する関係にある。また、媒質５２２の屈折率が、上記同様媒質５２１、５２３に応じてｎ１であるとすると、図１４に示したように、レンズアレイ積層部５２０が示す２つのレンズアレイの焦点方向Ｆ１、Ｆ２は、要素画像表示部１０の方向となる。なお、基板５１１、５１２は平坦形状であるため、屈折率を考慮する必要は無いものとする。
【００６３】
このような構成により、レンズアレイ積層部５２０は、レンズアレイ積層部５１０と同様、偏光切替セル２１０への電圧印加に応じ、媒質５２１側のレンズアレイ、又は、媒質５２３側のレンズアレイの一方のみがレンズ効果を示すことになる。なお、レンズアレイ積層部２３０が示す２つのレンズアレイは異なる位置に夫々主平面を持つが、焦点距離がほぼ同じになるよう構成され、その焦点面は上記同様、画素面１１３の表裏面近傍に夫々あるものとする。
【００６４】
このように、表示ユニットを構成し、上記第２の実施形態と同様、同期駆動部３０及び表示制御部４０により、有効化するレンズアレイの切り替えと、立体表示用画像の表示を行うことで、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させた状態で立体映像を表すことができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【００６５】
なお、図１４、１５の構成では、屈折率異方性媒質（媒質５２１、５２２）が有する屈折率の組をｎ１、ｎ２と同値したが、これに限らず、各屈折率異方性媒質が有する屈折率の組を異なる値としてもよい。以下、第２の実施形態にかかる他の変形例として、各屈折率異方性媒質が有する屈折率の組を異なる値とした場合のレンズアレイ積層部の構成例について説明する。
【００６６】
図１６は、各屈折率異方性媒質が有する屈折率の組を異なる値とした場合のレンズアレイ積層部５３０の部分拡大図である。ここで、レンズアレイ積層部５３０は、上述したレンズアレイ積層部５２０に相当し、基板５１１、５１２と、その間に充填されレンズ曲面をなす２つの界面で接する３層の媒質５３１、５３２、５３３とを備えている。ここで、媒質５３１、５３３は、入射光の偏光方向に応じて屈折率が変化する屈折率異方性媒質であり、媒質５３２は屈折率の変化しない等方性媒質である。
【００６７】
媒質５３１、５３３は、図１４、図１５の構成と同様、レンズアレイ状の曲面形状を有した媒質５３２が狭持し、当該媒質５３２と界面をなす凸状のレンズ曲面が対向するよう配置されている。ここで、図１４、１５の構成との相違点として、媒質５３１は、直交する２つの偏光方向に対する屈折率ｎ１、ｎ２（ｎ２＞ｎ１）を光学特性として有し、媒質５３３は、直交する２つの偏光方向に対する屈折率ｎ３、ｎ１（ｎ３＞ｎ１）を光学特性として有している。これら媒質５３１、５３３は、同じ偏光方向に対して互いに異なる屈折率を示す。また、媒質５３２の屈折率は、上記同様２つの媒質５３１、５３３間で共通する屈折率の一つと略同一の屈折率を有し、図１５の構成では屈折率ｎ１であるものとすると、図１４と同様に、レンズアレイ積層部５３０が示す２つのレンズアレイの焦点方向は、要素画像表示部１０の方向となる。なお、レンズアレイ積層部５３０が示す２つのレンズアレイは異なる位置に夫々主平面を持つが、焦点距離がほぼ同じになるよう構成され、その焦点面は上記同様、画素面１１３の表裏面近傍に夫々あるものとする。
【００６８】
このように、表示ユニットを構成し、上記第２の実施形態と同様、同期駆動部３０及び表示制御部４０により、有効化するレンズアレイの切り替えと、立体表示用画像の表示を行うことで、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させた状態で立体映像を表すことができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【００６９】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。上記第２の実施形態では、３層の媒質からなるレンズアレイ積層部を用いて２つのレンズアレイを実現する構成を説明した。第３の実施形態では、２層の媒質とともに、所定の屈折率を有した２枚の基板を用いることで、２つのレンズアレイを実現する構成例について説明する。なお、上述した実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付与し、その説明を適宜省略する。
【００７０】
図１７は、第３の実施形態にかかる表示ユニットの水平方向の断面を模式的に示した図である。同図に示したように、レンズアレイユニット６０は、偏光切替セル２１０と、レンズアレイ積層部６１０とを備える。ここで、レンズアレイ積層部６１０は、平面状の基板６１１と、レンズアレイ状の曲面形状を有した２枚の基板６１２、６１３と、これら基板間に夫々充填された２層の媒質６１４、６１５とから構成される。なお、基板６１２、６１３の曲面形状は、フライアイレンズ状であってもよいし、シリンドリカルレンズ状（レンチキュラーシート状）であってもよい。
【００７１】
図１８は、レンズアレイ積層部６１０の部分拡大図である。ここで、媒質６１４は、屈折率異方性媒質であって、直交する２つの偏光方向に対して屈折率ｎ１、ｎ２を光学特性として有する。また、媒質６１４は、当該媒質６１４の屈折率ｎ１と略同一で、且つ、当該媒質６１４の界面をなすレンズアレイ形状の基板６１２とともに、全体として平坦なレンズ層を形成している。ここで、基板６１２、６１３は、屈折率が固定の等方性基板である。
【００７２】
媒質６１５は、屈折率異方性媒質であって、直交する２つの偏光方向に対して屈折率ｎ２、ｎ１を光学特性として有する。また、媒質６１５は、当該媒質６１５の屈折率ｎ１と略同一で、且つ、当該媒質６１５の界面をなすレンズアレイ形状の基板６１３とともに、全体として平坦なレンズ層を形成している。
【００７３】
なお、上記レンズ層の各々において、媒質６１４と媒質６１５とは同一偏光方向の屈折率が互いに異なる。また、基板６１２、６１３の屈折率は、自己のレンズ層に対応する媒質６１４、媒質６１５について、互いに異なる偏光方向の屈折率と略同一となっている。ここで、基板６１２、基板６１３の形状及び屈折率は、自己のレンズ層によるレンズ効果の焦点方向に応じて定められる。なお、基板６１１は平坦形状であるため、屈折率を考慮する必要は無いものとする。
【００７４】
このような構成により、レンズアレイ積層部６１０では、偏光切替セル２１０への電圧印加に応じ、媒質６１４側のレンズアレイ、又は、媒質６１５側のレンズアレイの一方のみがレンズ効果を示し、各レンズアレイの焦点方向Ｆ１、Ｆ２は、図１７に示したように要素画像表示部１０の方向となる。なお、レンズアレイ積層部６１０が示す２つレンズアレイは夫々異なる位置に主平面を持つが、上記実施形態と同様、各レンズアレイの焦点距離がほぼ同じになるよう構成されているものとし、その焦点面は要素画像表示部１０の画素面１１３の表裏面近傍に夫々あるものとする。
【００７５】
図１８の構成において、同期駆動部３０は、上述した第１の実施形態と同様、偏光切替セル２１０に印加する電圧値を、要素画像表示部に表示される立体表示用画像の１フレームを２分割した各フィールドに同期して交互に切り替えることで、レンズアレイ積層部６１０のレンズ状態、即ち、有効化するレンズアレイを交互に切り替える。また、表示制御部４０では、上記実施形態と同様、各フィールドにおいて、飛び出し／奥行き範囲の異なる立体表示用画像を時分割多重により要素画像表示部１０に交互に表示する。なお、各フィールドにおいて表示する立体表示用画像の飛び出し奥行き範囲は、飛び出し側のレンズアレイが有効なフィールドにおいては飛び出し側の範囲、奥行き側のレンズアレイが有効なフィールドにおいては奥行き側の範囲とする。
【００７６】
以上のように、第３の実施形態によれば、上記実施形態と同様、有効化するレンズアレイの切り替えを要素画像表示部１０への表示タイミングに同期して行うため、解像度Ｒ１を充足する範囲は実質、図７で示した範囲ＴＲ２１と範囲ＴＲ２２との両者でカバーされる範囲、即ち、範囲ＴＲ２相当とすることができる。即ち、単一のレンズアレイを用いた場合と比較し、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させることができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【００７７】
なお、本実施形態では、図１８に示したように、屈折率異方性媒質（媒質６１４、６１５）が有する屈折率の組をｎ１、ｎ２と同値したが、これに限らず、各屈折率異方性媒質が有する屈折率の組を異なる値としてもよい。以下、第３の実施形態にかかる他の変形例として、各屈折率異方性媒質が有する屈折率の組を異なる値とした場合のレンズアレイ積層部の構成例について説明する。
【００７８】
図１９は、各屈折率異方性媒質が有する屈折率の組を異なる値とした場合のレンズアレイ積層部６２０の部分拡大図である。ここで、レンズアレイ積層部６２０は、上述したレンズアレイ積層部６１０に相当し、基板６１１、６１２、６２１と、これら基板間に夫々充填された２層の媒質６１４、６２２とを備えている。ここで、媒質６１４、６２２は、印加される電圧に応じて屈折率が変化する屈折率異方性媒質であり、基板６１２、６２１は、上記同様屈折率の変化しない等方性基板である。
【００７９】
同図において、媒質６１４及び基板６１２、媒質６２２及び基板６２１の組みは、夫々全体として平坦なレンズ層を形成している。ここで、図１７、１８の構成との相違点として、媒質６２２は、直交する２つの偏光方向に対する屈折率ｎ３、ｎ４（但し、ｎ３＞ｎ４）を有し、基板６２１は屈折率ｎ４を有している。そのため、媒質６１４、６２２は、同じ偏光方向に対して媒質６１４がｎ１、媒質６２２がｎ３、或いは、媒質６１４がｎ２、媒質６２２がｎ４の屈折率を夫々示す。
【００８０】
このような構成により、レンズアレイ積層部６２０では、偏光切替セル２１０からの入射光の偏光方向に応じて媒質６１４、６２２の屈折率が切り替わることで、媒質６１３側のレンズアレイ、又は、媒質６２２側のレンズアレイの一方のレンズ効果が有効となり、各レンズアレイの焦点方向は、図１７に示した焦点方向と同様に、要素画像表示部１０の方向となる。なお、レンズアレイ積層部６２０が示す２つのレンズアレイは異なる位置に夫々主平面を持つが、焦点距離がほぼ同じになるよう構成され、その焦点面は画素面１１３の表裏面近傍に夫々あるものとする。
【００８１】
上記のように表示ユニットを構成し、上記第３の実施形態と同様、同期駆動部３０及び表示制御部４０により、有効化するレンズアレイの切り替えと、立体表示用画像の表示を行うことで、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させることができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【００８２】
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、媒質として屈折率異方性と屈折率分布を併せ持つ屈折率異方性ＧＲＩＮレンズを用いた構成例について説明する。なお、上述した実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付与し、その説明を適宜省略する。
【００８３】
図２０は、第４の実施形態にかかる表示ユニットの水平方向の断面を模式的に示した図である。同図に示したように、表示ユニットは、要素画像表示部１０とレンズアレイユニット７０とを備えている。レンズアレイユニット７０は、基板７１１、７１２と、その間に充填され平坦形状をとる屈折率異方性のＧＲＩＮ（屈折率分布）レンズ層７１３、７１４と、これらＧＲＩＮレンズ層７１３、７１４を分離する中間分離層７１５とから構成されるレンズアレイ積層部７１０と、偏光切替セル２１０とを備えている。なお、ＧＲＩＮレンズ層７１３、７１４の屈折率分布は、レンズアレイ状の屈折率分布を有するものとするが、この分布形状は、フライアイレンズ状であってもよく、シリンドリカルレンズ状（レンチキュラーシート状）であってもよい。
【００８４】
ＧＲＩＮレンズ層７１３及び７１４は、例えば、図２１に示すような配向状態の液晶材料Ｃからなり、この液晶材料Ｃの配向方向に応じた屈折率分布を持つ構造となっている。ＧＲＩＮレンズ層７１３及び７１４は、屈折率分布を有する方向が互いに同じであり、屈折率分布を示す偏光方向が互いに直交している。すなわち、一方のＧＲＩＮレンズ層は図２１のように液晶分子が紙面内に寝ている方向で、紙面横方向で向きが変わっていくが、他方のＧＲＩＮレンズ層は図２１の液晶分子が紙面に垂直な垂直面内に寝ている方向で、紙面横方向で向きが（垂直面内で回転するように）変化する。ＧＲＩＮレンズ層７１３及び７１４は、入射光の偏光方向に応じて屈折率分布によるレンズ効果、即ち、レンズアレイの有効化／無効化を切り替える。ここで、図２０に示したように、ＧＲＩＮレンズ層７１３、７１４の屈折率分布による焦点方向Ｆ１、Ｆ２は、要素画像表示部１０の方向となるよう構成されているものとする。なお、基板７１１、７１２、中間分離層７１５は平坦形状であるため、屈折率を考慮する必要は無いものとする。
【００８５】
図２０、２１の構成において、同期駆動部３０は、偏光切替セル２１０に印加する電圧を、電圧波形の位相を互いに１フィールド分ずらした状態で印加する。このような構成により、レンズアレイ積層部７１０では、偏光切替セル２１０への電圧印加に応じてＧＲＩＮレンズ層７１３、７１４の屈折率が切り替わることで、ＧＲＩＮレンズ層７１３側のレンズアレイ、又は、ＧＲＩＮレンズ層７１４側のレンズアレイの一方のレンズ効果が有効となる。なお、レンズアレイ積層部７１０が示す２つのレンズアレイは異なる位置に夫々主平面を持つが、焦点距離がほぼ同じになるよう構成され、その焦点面は要素画像表示部１０の画素面１１３の表裏面近傍に夫々あるものとする。
【００８６】
また、表示制御部４０では、上述した第１の実施形態と同様、各フィールドにおいて、飛び出し／奥行き範囲の異なる立体表示用画像を時分割多重により要素画像表示部１０に表示する。なお、各フィールドにおいて表示する立体表示用画像の飛び出し奥行き範囲は、飛び出し側のレンズアレイが有効なフィールドにおいては飛び出し側の範囲、奥行き側のレンズアレイが有効なフィールドにおいては奥行き側の範囲とする。
【００８７】
このように、有効化するレンズアレイの切り替えを要素画像表示部１０への表示タイミングに同期して行うため、第１の実施形態と同様に、単一のレンズアレイを用いた場合と比較し、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加した状態で立体映像を表示させることができる。
【００８８】
以上のように、第４の実施形態では、屈折率異方性ＧＲＩＮレンズを用いて焦点面の異なる２つのレンズアレイを実現し、当該レンズアレイの切り替えタイミングと同期した時分割多重により、飛び出し／奥行き方向の異なる画像を要素画像表示部に交互に表示することで、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させることができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【００８９】
［第５の実施形態］
次に、第５の実施形態について説明する。上記実施形態では、偏光切替セル２１０への電圧印加によりレンズアレイ積層部への入射光の偏光状態を切り替えることで、２つのレンズアレイを実現する構成について説明した。第５の実施形態では、偏光切替セル２１０以外の手段を用いてレンズアレイ積層部のレンズ効果の切り替えを行う構成例について説明する。
【００９０】
図２２は、第５の実施形態にかかる表示ユニットの水平方向の断面を模式的に示した図である。同図に示したように、表示ユニットは、要素画像表示部１０と、レンズアレイユニット８０とを備えている。ここで、レンズアレイユニット８０は、基板８１１、８１２と、当該基板間に充填され、レンズ曲面をなす２つの界面で接する３層の媒質８１３、８１４、８１５とを備えている。なお、レンズ曲面の形状は、フライアイレンズ状であってもよく、シリンドリカルレンズ状（レンチキュラーシート状）であってもよい。
【００９１】
図２３は、レンズアレイユニット８０の部分拡大図である。同図に示したように、媒質８１３、８１５は、凸状のレンズ曲面が対向するよう配置されており、媒質８１３と媒質８１５との間に媒質８１４が保持されている。ここで、媒質８１３、８１５は液晶レンズであって、基板８１１〜基板８１２の４つの界面にそれぞれパターニングされた電極（図示せず）からの電圧印加に応じ、自己の液晶配列を変化させる。なお、電極は一部又は全てが透明電極により構成されるものとする。また、媒質８１４は、等方性の中間分離層である。
【００９２】
具体的に、媒質８１３及び８１５は、電極からの電圧印加に応じ、図２３に示すような２つの状態、即ち屈折率ｎ１、ｎ２（但しｎ２＞ｎ１）の２状態に液晶配列を変化させる。また、媒質８１４は、２つの媒質８１３、８１５間で共通する屈折率の一つと略同一の屈折率を有し、図２３の構成では屈折率ｎ１であるものとする。このように、媒質５１４は、２つの媒質５１３、５１５間で共通する屈折率の一つと略同一の屈折率を有する。媒質５１４の形状及び屈折率は、レンズアレイ積層部５１０によるレンズ効果の焦点方向に応じて定められる。なお、基板７１１、７１２、中間分離層７１５は平坦形状であるため、屈折率を考慮する必要は無いものとする。
【００９３】
上記の構成において、同期駆動部３０は、レンズアレイユニット８０の電極を介して媒質８１３、８１５の夫々に印加する電圧を、電圧波形の位相を互いに１フィールド分ずらした状態で印加する。このような構成により、レンズアレイユニット８０では、同期駆動部３０からの電圧印加に応じて、媒質８１３側のレンズアレイ、又は、媒質８１５側のレンズアレイの一方のレンズ効果が有効となる。
【００９４】
これにより、図２２に示したように、レンズアレイユニット８０が示す２つのレンズアレイの焦点方向Ｆ１、Ｆ２は、要素画像表示部１０の方向となる。なお、レンズアレイユニット８０が示す２つのレンズアレイは異なる位置に主平面を持つが、上記実施形態と同様、焦点距離がほぼ同じになるよう構成されているものとし、その焦点面は画素面１１３の表裏面近傍に夫々あるものとする。また、同期駆動部３０が、レンズアレイユニット８０の電極に直接電圧を印加する態様としてもよいし、電圧印加装置等の他の装置を制御することで、他の装置から電極に電圧を印加させる態様としてもよい。
【００９５】
表示制御部４０では、上述した第１の実施形態と同様、各フィールドにおいて、飛び出し／奥行き範囲の異なる立体表示用画像を時分割多重により要素画像表示部１０に表示する。なお、各フィールドにおいて表示する立体表示用画像の飛び出し奥行き範囲は、飛び出し側のレンズアレイが有効なフィールドにおいては飛び出し側の範囲、奥行き側のレンズアレイが有効なフィールドにおいては奥行き側の範囲とする。
【００９６】
以上のように、第５の実施形態では、液晶レンズを用いて焦点面の異なる２つのレンズアレイを実現し、当該レンズアレイの切り替えタイミングと同期した時分割多重により、飛び出し側／奥行き側の画像を要素画像表示部に交互に表示することで、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させることができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【００９７】
なお、本実施形態では、図２２、図２３に示したように、片凸レンズ状からなる液晶の媒質８１３、８１５を、その凸面が対向するよう配置した例を示したが、これに限らないものとする。
【００９８】
例えば、図２４に示したように、媒質８１３及び媒質８１５に相当する片凸形状からなる液晶の媒質８２３、８２５を、その凹面が要素画像表示部１０と反対方向（図中上方）を向くよう配置する態様としてもよい。なお、図２４は、第５の実施形態の変形例にかかる表示ユニットの水平方向の断面を模式的に示した図である。
【００９９】
図２４において、レンズアレイユニット８１は、上述したレンズアレイユニット８０に対応する光線制御子であって、基板８２１、８２２と、媒質８２３、８２４、８２５とを備えている。ここで、媒質８２４は、上述した媒質８１４に相当する等方性の中間分離層であって、媒質８２３と媒質８２５との間に挟持されている。
【０１００】
ここで、媒質８２３、８２５の２状態の屈折率がｎ１／ｎ２（但しｎ２＞ｎ１）であり、中間分離層にあたる媒質８２４の屈折率がｎ１であるものとする。また、図２４に示したように、レンズアレイユニット８１が示す２つのレンズアレイの焦点方向Ｆ１、Ｆ２は要素画像表示部１０に向けられているものとし、その焦点面が画素面１１３の表裏面近傍となるよう夫々構成されているものとする。
【０１０１】
このような、表示ユニットを構成し、上記第５の実施形態と同様、同期駆動部３０及び表示制御部４０により、有効化するレンズアレイの切り替えと、立体表示用画像の表示を行うことで、飛び出し方向及び奥行き方向の表示範囲を増加させた状態で立体映像を表すことができるため、簡易な構成で立体映像の総合性能を向上させることができる。
【０１０２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲での種々の変更、置換、追加などが可能である。また、上記実施形態で示した構成要素の組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示した全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】立体映像表示装置を模式的に示した図である。
【図２】第１の実施形態にかかる表示ユニットの断面を模式的に示した図である。
【図３】図２に示したレンズアレイ積層部の部分拡大図である。
【図４】レンズアレイ積層部の一形態を模式的に示した斜視図である。
【図５】表示ユニットの一部分の構成を模式的に示した斜視図である。
【図６】図５に示した表示ユニットを基準にして垂直面内及び水平面内における光線軌跡を模式的に示した展開図である。
【図７】表示ユニットでの立体映像の飛び出し／奥行き方向にかかる表示範囲を模式的に示した図である。
【図８】偏光切替セルに印加される電圧波形と、立体表示用画像の表示タイミングとの関係を示した図である。
【図９】第１の実施形態の変形例にかかる表示ユニットの断面を模式的に示した図である。
【図１０】第１の実施形態の他の変形例にかかる表示ユニットの断面を模式的に示した図である。
【図１１】図１０に示したレンズアレイ積層部の部分拡大図である。
【図１２】第２の実施形態にかかる表示ユニットの断面を模式的に示した図である。
【図１３】図１２に示したレンズアレイ積層部の部分拡大図である。
【図１４】第２の実施形態の変形例にかかる表示ユニットの断面を模式的に示した図である。
【図１５】図１４に示したレンズアレイ積層部の部分拡大図である。
【図１６】第２の実施形態の他の変形例にかかるレンズアレイ積層部の構成を示した図である。
【図１７】第３の実施形態にかかる表示ユニットの断面を模式的に示した図である。
【図１８】図１８に示したレンズアレイ積層部の部分拡大図である。
【図１９】第３の実施形態の変形例にかかるレンズアレイ積層部レンズアレイ積層部の構成を示した図である。
【図２０】第４の実施形態にかかる表示ユニットの断面を模式的に示した図である。
【図２１】図２０に示したレンズアレイ積層部の部分拡大図である。
【図２２】第５の実施形態にかかる表示ユニットの断面を模式的に示した図である。
【図２３】図２２に示したレンズアレイユニットの部分拡大図である。
【図２４】第５の実施形態の変形例にかかる表示ユニットの断面を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１００  立体映像表示装置
１０    要素画像表示部
１１１  ガラス基板
１１２  ガラス基板
１１３  画素面
１１３１  サブ画素
１１３２  実効画素
１１４  偏光板
１１５  偏光板
２０    レンズアレイユニット
２１０  偏光切替セル
２２０  レンズアレイ積層部
２２１  基板
２２２  基板
２２３  媒質
２１    レンズアレイユニット
２３０  レンズアレイ積層部
２３１  基板
２３２  基板
２３３  媒質
２２    レンズアレイユニット
２４０  レンズアレイ積層部
２４１  基板
２４２  基板
２４３  媒質
３０    同期駆動部
４０    表示制御部
５０    レンズアレイユニット
５１０  レンズアレイ積層部
５１１  基板
５１２  基板
５１３  媒質
５１４  媒質
５１５  媒質
５１    レンズアレイユニット
５２０  レンズアレイ積層部
５２１  媒質
５２２  媒質
５２３  媒質
５３０  レンズアレイ積層部
５３１  媒質
５３２  媒質
５３３  媒質
６０    レンズアレイユニット
６１０  レンズアレイ積層部
６１１  基板
６１２  基板
６１３  基板
６１４  媒質
６１５  媒質
６２０  レンズアレイ積層部
６２１  基板
６２２  媒質
７０    レンズアレイユニット
７１０  レンズアレイ積層部
７１１  基板
７１２  基板
７１３  ＧＲＩＮレンズ層
７１４  ＧＲＩＮレンズ層
７１５  中間分離層
８０    レンズアレイユニット
８１１  基板
８１２  基板
８１３  媒質
８１４  媒質
８１５  媒質
８１    レンズアレイユニット
８２１  基板
８２２  基板
８２３  媒質
８２４  媒質
８２５  媒質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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