JPH05100623A

JPH05100623A - デイスプレイ装置

Info

Publication number: JPH05100623A
Application number: JP3290953A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Kato; 幾雄加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1991-10-09
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】立体表示を意図してディスプレイ装置を構成
する場合、ドットの大きさを実質的に変化させ、ドット
の不要な部分からの余分なフレア光の発生を防止し、画
像品質の低下を抑えることが可能である。【構成】２次元ディスプレイＤＰのドット２ａ，２
ｂ，２ｃの前方には、各ドット２ａ，２ｂ，２ｃに対応
させて微小レンズ１ａ，１ｂ，１ｃが設けられ、ドット
２ａ，２ｂ，２ｃと微小レンズ１ａ，１ｂ，１ｃとの間
には、これらの間の光路長を変化させるための光路長変
化層４０が設けられている。例えば、ドット２ｂは、電
極５０ｂにより光の出射が制御されるので、ドット２ｂ
の電極５０ｂを複数に分割し、光路長の変化に応じて、
分割された各電極を制御して、ドット２ｂの大きさを実
質的に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータ，テレビ
受信機などに利用されるディスプレイ装置およびそれを
用いた３次元ディスプレイ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータ・グラフィックスの
表示に見られるように３次元画像（立体画像をも含む）
を表示する技術へのニーズが高まっており、例えば文献
「画像ラボ１９９０年１１月第２０頁〜第２４頁」
に開示されているように、実際に両眼視差を用いた方式
のものが３次元ディスプレイ装置として多く利用されて
いる。なお、両眼視差を用いた方式は、メガネ方式とメ
ガネ無し方式とに大別されている。メガネ無し方式は、
例えば文献「テレビジョン学会誌第４４巻，第５号，
第５９１頁〜第５９７頁，１９９０年」に示されている
ように、その一般性からテレビ受信機としての利用が考
えられている。

【０００３】一方、メガネ方式には、メガネに単純な偏
光板や色フィルターなどを用いる方法と、メガネにシャ
ッター機能を持つ方法と、メガネに２次元ディスプレイ
を持つ方法などがある。

【０００４】メガネ方式では、単純な偏光板を持つ方法
が一般的であり、アイマックス社の様な大画面スクリー
ンに偏光の違う２つの像を投影する方法や、ソニーテク
トロニクス社の様な２次元ディスプレイの前面に偏光フ
ィルタのシャッタを設け、偏光方向を変化させた時分割
駆動を行なった方法等がある。

【０００５】また、メガネ方式において、２次元ディス
プレイをメガネに持つものは、例えば文献「画像ラボ
１９９１年１月第２９頁〜第３３頁」や文献「画像ラ
ボ１９９１年１月第２０頁〜第２３頁」に示されてい
るように、頭部搭載型ディスプレイ（ＨＭＤ）ともいわ
れ、最近の人工現実感の研究により注目されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た各種方式のディスプレイ装置は、そのほとんどが両眼
視差のみを利用した３次元ディスプレイとなっており、
両眼視差のみの情報で所謂錯覚を利用して立体表示して
いるので、目の調節機構（ピント調節等の機構）と輻輳
機構（物体を注視する運動機構）とが一致しない場合が
多く、一般に２０分以上ディスプレイを見続けると、目
の疲労が蓄積するという欠点があった。図１４はこの様
子を説明するための図であり、例えば、画面２１０上
に、２つの像Ｐ１，Ｐ２が所定間隔Ｚだけ隔てて表示さ
れており、この２つの像Ｐ１，Ｐ２を人間の目２０１，
２０２で両眼視するとき、目２０１，２０２の調節機構
は、目２０１，２０２から画面２１０までの実際の距離
Ｌ１にピントを合わすが、目２０１，２０２の輻輳機構
は、一方の目２０１が像Ｐ２の方に向き，他方の目２０
２が像Ｐ１の方に向くように目２０１，２０２を制御す
るので、注視点は、これらの交差位置ＣＬＳとなり、図
１４の例では、実際の画面よりも手前となる。従って、
ピントを合わす距離Ｌ１と注視点ＣＬＳまでの距離Ｌ２
とが一致せず、これにより目の疲労が生ずると考えら
れ、画面を長く見続けると、Ｌ１とＬ２との差が大きい
程、目の疲労の蓄積も大きくなると考えられる。

【０００７】本発明は、目の疲労が少なく臨場感に富ん
だ立体画像を容易に表示することの可能なディスプレイ
装置およびそれを用いた３次元ディスプレイ装置を提供
することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載のディスプレイ装置は、２次元ディス
プレイを形成する少なくとも１画素からなるドットごと
に、ドットの前方に微小なレンズがそれぞれ設けられて
おり、前記微小なレンズと前記ドットとの光路長を変化
させる手段と、前記光路長の変化に応じて前記ドットの
実質的な大きさを変化させる手段とがさらに設けられて
いることを特徴としている。

【０００９】また、請求項２記載のディスプレイ装置
は、２次元ディスプレイを形成する少なくとも１画素か
らなるドットごとに、ドットの前方に微小なレンズがそ
れぞれ設けられており、前記微小レンズの焦点距離を変
化させる手段と、前記焦点距離の変化に応じて前記ドッ
トの実質的な大きさを変化させる手段とがさらに設けら
れていることを特徴としている。

【００１０】また、請求項３記載のディスプレイ装置
は、２次元ディスプレイを形成する前面に、光路長を変
化させる手段を有する層が設けられ、その前方にディス
プレイ全面に作用する少なくとも１枚以上のレンズが設
けられて、前記光路長を変化させる手段は、前記レンズ
と前記ドットとの光路長を、レンズの焦点距離に近い値
でなおかつ焦点距離以下の値で変化させるようになって
おり、さらに、前記光路長の変化に応じ、２次元ディス
プレイの画面の大きさを変化させる手段が設けられてい
ることを特徴としている。

【００１１】また、請求項４記載のディスプレイ装置
は、２次元ディスプレイを形成するドットの前方に、デ
ィスプレイ全面に作用する少なくとも１枚のレンズが設
けられており、さらに、前記レンズと前記ドットとの光
路長を、レンズの焦点距離に近い値でなおかつ焦点距離
以下の値とし、この範囲で前記レンズの焦点距離を変化
させる手段と、前記焦点距離の変化に応じ、２次元ディ
スプレイの画面の大きさを変化させる手段とが設けられ
ていることを特徴としている。

【００１２】

【作用】請求項１記載のディスプレイ装置では、２次元
ディスプレイを形成する少なくとも１画素からなるドッ
トごとに、ドットの前方に微小なレンズをそれぞれ設
け、微小なレンズとドットとの光路長を変化する手段を
有する構成において、前記光路長の変化に従って、前記
ドットの大きさを変化させることにより、虚像の位置を
変化させたときに余分なドットの表示光を減少させるこ
とができ、また消費電力をも削減することができる。

【００１３】また、請求項２記載のディスプレイ装置で
は、２次元ディスプレイを形成する少なくとも１画素か
らなるドットごとに、ドットの前方に微小なレンズをそ
れぞれ設け、微小レンズの焦点距離を変化する手段を有
する構成において、焦点距離の変化に従って、前記ドッ
トの大きさを変化させることにより、虚像の位置を変化
させたときに余分なドットの表示光を減少させることが
でき、消費電力をも削減することができる。

【００１４】また、請求項３記載のディスプレイ装置で
は、２次元ディスプレイを形成するドットの前面に、光
路長を変化させる手段を有する層を設け、その前方にデ
ィスプレイ全面に作用する少なくとも１枚以上のレンズ
を設け、レンズとドットとの光路長をレンズの焦点距離
に近い値でなおかつ焦点距離以下の値で変化させる構成
において、光路長の変化に従い２次元ディスプレイの画
面の大きさを変化させることにより、虚像の位置を変化
させても、虚像の大きさの変化の少ない、違和感のない
表示ができる。

【００１５】また、請求項４記載のディスプレイ装置で
は、２次元ディスプレイを形成するドットの前方にディ
スプレイ全面に作用する少なくとも１枚以上のレンズを
設け、レンズとドットとの光路長をレンズの焦点距離に
近い値でなおかつ焦点距離以下の値とし、レンズの焦点
距離をこの範囲で変化させる手段を有する構成におい
て、焦点距離の変化に従い、２次元ディスプレイの画面
の大きさを変化させることにより、虚像の位置を変化さ
せても、虚像の大きさの変化の少ない違和感のない表示
ができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１，図２は本発明に係るディスプレイ装置の第
１の実施例の正面図，断面図である。図１，図２のディ
スプレイ装置において、２次元ディスプレイＤＰには、
１画素からなるドット２ａ，２ｂ，２ｃが形成され、ま
た２次元ディスプレイＤＰには前面ガラス３が設けられ
ている。さらにこのディスプレイ装置では、２次元ディ
スプレイＤＰの各ドット２ａ，２ｂ，２ｃの前方に、各
ドット２ａ，２ｂ，２ｃに対応させて微小なレンズ１
ａ，１ｂ，１ｃが設けられている。なお、２次元ディス
プレイＤＰが液晶ディスプレイの場合、各ドット２ａ，
２ｂ，２ｃは、それぞれ電極５０ａ，５０ｂ，５０ｃに
より、光の出射が制御されるようになっている。また、
２次元ディスプレイＤＰの前面ガラス３上には、微小な
レンズ１ａ，１ｂ，１ｃとドット２ａ，２ｂ，２ｃとの
光路長を変化させるための層４０が設けられている。こ
の層４０は、例えばネマチック液晶４１と、透明電極４
２，４３とから構成されており、透明電極４２，４３に
電圧を印加することにより、ネマチック液晶４１の屈折
率を変化させ、微小レンズ１ａ，１ｂ，１ｃとドット２
ａ，２ｂ，２ｃとの間の光路長を変化させるようになっ
ている。

【００１７】ところで、このような構成において、例え
ばドット２ｂに着目すると、ドット２ｂと微小レンズ１
ｂとの間の光路長Ｓ１がレンズの焦点距離ｆ以下である
ときに、観察者の目５からは、ドット２ｂを符号４で示
すように、拡大された正立虚像として見ることができ、
また、透明電極４２，４３の印加電圧を変化させて光路
長Ｓ１を変化させることにより、虚像４のレンズ１ｂに
対する距離Ｓ２を変化させることができる。この際、虚
像４のレンズ１ｂに対する距離Ｓ２が所定のものである
ときには、観察者の目からはドット１ｂ全体の正立虚像
４を見ることができるが、この状態から光路長Ｓ１を変
化させると、正立虚像４の見かけ上の倍率（角倍率）が
変化し、倍率が拡大される場合には、観察者の目５から
は、ドット２ｂの一部分の正立虚像４だけが見えること
になる。すなわち、レンズ１ｂの面積と比べて小さい面
積のドット２ｂの部分だけが見える。換言すれば、観察
者に見えるドット２ｂの面積部分が変化することにな
る。

【００１８】いま、例えば、レンズ１ｂ（薄膜レンズと
する）の焦点距離ｆを１０mmとし、層４０の厚さを３mm
とし、レンズ１ｂの径ｄを１mm，観察者の目５とレンズ
１ｂとの距離ｅを１００mmとする。図１の構成におい
て、レンズ１ｂと正立虚像４との距離Ｓ２は、レンズ１
ｂの焦点距離ｆと、ドット２ｂとレンズ１ｂとの距離Ｓ
１とにより、

【００１９】

【数１】１／Ｓ２＝−１／ｆ＋１／Ｓ１

【００２０】として求まるので、実際のレンズ１ｂとド
ット２ｂとの距離Ｓ２を約８mmとし、液晶４１の屈折率
を約１．５として、Ｓ１が９．５２３８mmとなるように
透明電極４２，４３への印加電圧を決定すると、Ｓ２は
２００mmとなり、角倍率Γは７．７倍になる。また、Ｓ
１が９．８７６５mmとなるように電圧を変化させると、
Ｓ２は８００mmとなり、角倍率Γは９．９倍になる。

【００２１】このとき、微小なレンズ１ｂが１mm四方の
正方形の輪郭を有しているとすると、微小なレンズ１ｂ
に見えるドット２ｂの部分の大きさは、Ｓ２＝２００mm
のときには１／７．７＝１３０μｍ四方となり、Ｓ２＝
８００mmのときには１／９．９＝１０１μｍ四方とな
る。

【００２２】１つのドット２ｂの全面積が１３０μｍ四
方の正方形のものである場合には、Ｓ２が２００mmのと
きには、観察者には、ドット２ｂの全部分が見えるが、
透明電極４２，４３への印加電圧を変化させてＳ２を８
００mmに変化させると、観察者には、１３０μｍ四方の
ドット２ｂのうち１０１μｍ四方の一部の部分だけが見
えることになり、観察者にとって、このドット２ｂの残
りの部分，すなわち１３０×１３０−１０１×１０１＝
６６９９平方μｍの部分は不要な部分となる。この際
に、ドット２ｂの全面積から光が出射されているときに
は、上記不要な部分からの光は観察者にとって余分な光
となり、フレア光を増加させて画像品質を低下させる原
因にもなり、また、４割程度の余分な電流が消費されて
いることになる。

【００２３】このような問題を回避するため、本願の発
明者は、ドット２ｂの全面積から常に光を出射させるの
ではなく、角倍率Γに応じて、光を出射するドット２ｂ
の部分，すなわちドット２ｂの実質的な大きさを変化さ
せれば良いことを見出した。

【００２４】このため、この第１の実施例においては、
２次元ディスプレイＤＰが例えば液晶ディスプレイの場
合、図３（ａ），（ｂ），（ｃ），図４（ａ），
（ｂ），図５に示すように、ドット２ｂの電極５０ｂを
複数に分割し、分割された各電極を個別に制御するよう
にしている。

【００２５】例えば、図３（ａ）では、電極５０ｂを、
１０１平方μｍの第１の電極部分５１ｂと、その周辺の
第２の電極部分５２ｂとの２つに分割している。この場
合、Ｓ２が２００mmで角倍率Γが７．７倍となるときに
は、微小なレンズ１ｂに見えるドット２ｂの部分の大き
さはドット２ｂの全面，すなわち１３０μｍ四方となる
ので、上記第１の電極部分５１ｂのみならず第２の電極
部分５２ｂをも用いるように制御し、ドット２ｂ全体か
ら光が出射されるようにドット２ｂを付勢する。この状
態から光路長を変化させて、Ｓ２を８００mmにし角倍率
Γを９．９倍にするときには、微小なレンズ１ｂに見え
るドット２ｂの部分の大きさは、このドットの一部，す
なわち１０１μｍ四方となるので、上記第１の電極部分
５１ｂのみを用いるように制御し、ドット２ｂの必要な
部分のみから光が出射されるようにドット２ｂを付勢す
る。

【００２６】このように、ドットの電極を複数に分割
し、光路長の変化に応じて、分割された各電極を制御し
て、ドット２ｂの大きさを実質的に変化させることによ
り、ドット２ｂの不要な部分からの余分なフレア光の発
生を防止し、画像品質が低下するのを抑えることができ
る。他のドット２ａ，２ｃの電極５０ａ，５０ｃについ
ても、上記電極５０ｂと同様の構成にすることにより、
これらのドット２ａ，２ｃの大きさをも実質的に変化さ
せることができる。

【００２７】また、電極５０ｂを２分割する際、図３
（ａ）のかわりに、図３（ｂ），（ｃ）のような配置に
２分割することもできる。さらに、図４（ａ），（ｂ）
は電極５０ｂをさらに細かく（例えば５３ｂ，５４ｂ，
５５ｂの３つの電極部分に）分割した場合を示す図であ
り、電極の分割数を増加させる程、電極構造は複雑にな
るが、ドットの実質的な大きさをより細かく制御するこ
とができる。また、図５は電極５０ｂを５６ｂ，５７
ｂ，５８ｂのようにストライプ状に３分割した場合を示
す図であり、ストライプ状に分割することにより、電極
の分割数を増加させた場合でも、簡単な構造のものにす
ることができる。

【００２８】また、図３（ａ），（ｂ），（ｃ），図４
（ａ），（ｂ），図５の例では電極５０ｂを複数に分割
しているが、電極５０ｂを直接分割するかわりに、例え
ばドット２ｂと微小レンズ１ｂとの間に、シャッタ機能
を持つ手段をさらに設け、光路長の変化に応じこのシャ
ッタの開口の大きさを変化させることにより、ドット２
ｂの実質的な大きさを変化させることもできる。

【００２９】図６は図１，図２のディスプレイ装置と同
じ部品構成となっているが、ドット２ａ，２ｂ，２ｃと
微小なレンズ１ａ，１ｂ，１ｃとの光路長がレンズ１
ａ，１ｂ，１ｃの焦点距離よりも大きくなっているディ
スプレイ装置の断面図であって、図６のディスプレイ装
置では、観察者の目５からはドット２ｂを符号６で示す
ように倒立実像として見ることができる。このようなデ
ィスプレイ装置の場合にも、光路長が焦点距離ｆの２倍
の値よりも小さいときには、ドット２ｂの実像は拡大さ
れ、観察者にはドット２ｂの一部分だけが見えることに
なるので、上述した例と同様に、光路長の変化に応じて
ドット２ｂの実質的な大きさを変化させることにより、
余分なフレア光を防止し、画像品質の低下を抑えること
ができる。

【００３０】図７は本発明に係るディスプレイ装置の第
２の実施例の断面図である。なお図７において図２と同
様の箇所には同じ符号を付している。図７のディスプレ
イ装置では、２次元ディスプレイＤＰの前面ガラス３の
前方に、焦点可変レンズとしての微小なレンズ１１ａ，
１１ｂ，１１ｃが設けられている。微小なレンズ１１
ａ，１１ｂ，１１ｃは、図７の例では、ドット２ａ，２
ｂ，２ｃに対応した位置に円形の穴１２ａ，１２ｂ，１
２ｃが穿設された電極１３と、平行電極１４と、電極１
３，１４間に封入された液晶材料１５とから構成されて
おり、電極１３，１４間の電圧により液晶材料１５に不
均一な電界を生じさせ液晶レンズとして機能させて、電
圧を変化させることによる液晶分子の配向の変化によっ
て、焦点可変なレンズ効果をもたせるようになってい
る。

【００３１】このような構成のディスプレイ装置では、
例えばレンズ１１ｂの焦点距離を、レンズ１１ｂとドッ
ト２ｂとの光路長以上に設定することにより、第１の実
施例の場合と同様に、拡大して見えるドット２ｂの正立
虚像４をレンズ１１ｂの後方に作ることができる。ま
た、この焦点距離を変化させることにより、虚像４の位
置を変化させることができ、これに伴ない拡大率（角倍
率）も変化する。

【００３２】これにより、第１の実施例で説明したと同
様の問題が生じるので、この第２の実施例においても、
第１の実施例と同様に、例えばドット２ｂの電極５０ｂ
を図３，図４，図５のように分割制御するなどして、ド
ット２ｂの実質的な大きさを変化させることにより、目
で見えない余分なドットの部分の影響を減少することが
できる。

【００３３】なお、上記第１および第２の実施例では、
２次元ディスプレイの１画素からなるドットごとに微小
レンズが設けられているが、これらの微小レンズは、必
ずしも１画素からなるドットごとに対応したものである
必要はない。例えば、図８のように、Ｒ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）のＲＧＢ３画素を新たにドット２ｅと
して規定し、このＲＧＢ３画素からなるドット２ｅごと
に微小レンズ１ｅが設けられていてもよい。このとき、
色相情報を、ＲＧＢの３画素があってはじめて精度良く
表示できるので、カラー表示の場合には、ＲＧＢの各画
素それぞれに微小レンズを設けた場合と比べて、性能に
大きな変化がなく、レンズの直径を大きくできる分だけ
微小なレンズを作成し易い。

【００３４】あるいは、図９のように、ＲＧＢ３画素か
らなるドットの４つの組２ｆ，２ｇ，２ｈ，２ｉを新た
に１ドットとして、このドットごとに微小レンズ１ｆが
設けられていてもよい。この場合には、細線や輪郭の情
報の表示精度はいくらか低くなるものの、レンズの直径
をさらに大きくすることができるため、微小なレンズを
作りやすくなる。さらに、４つの組を１ドットとするか
わりに、３×３＝９組で１ドットとすることもできる。

【００３５】図１０は本発明に係るディスプレイ装置の
第３の実施例の断面図である。図１０のディスプレイ装
置では、２次元ディスプレイＤＰの前方には画面全体に
作用するレンズ１７が設けられ、また、２次元ディスプ
レイＤＰの前面ガラス３上には、光路長を変化させるた
めの層２３が設けられている。なお、この層２３は、例
えば図２に示す層４０と同様の構成になっている。

【００３６】このような構成のディスプレイ装置では、
レンズ１７とドット１８ａ乃至１８ｉとの光路長がレン
ズ１７の焦点距離以下に設定されていると、観察者の目
５からは符号２０ａ乃至２０ｉに示すような正立虚像を
見ることができる。このとき、図１，図２のディスプレ
イ装置と同様に、層２３により画面全体にわたって光路
長を変化させて、画面全てのドット１８ａ乃至１８ｉの
虚像２０ａ乃至２０ｉの位置を変化させることができ
る。また、層２３が１ドットごとに光路長を変化させる
よう構成されているときには、１ドットごとに光路長を
変化させて、１ドットごとに虚像２０ａ乃至２０ｉの位
置を変化させることもできる。

【００３７】しかしながら、図１０の構成では、画面全
体にわたり光路長を変化させたとき、画面全体の虚像２
０ａ乃至２０ｉの位置の変化に従って画面全体の虚像２
０ａ乃至２０ｉの見かけ上の倍率も変化する。このた
め、虚像２０ａ乃至２０ｉの位置を変化させて表示する
と大きな違和感が生じる。

【００３８】このような違和感が生じるのを解消するに
は、図１０の構成を例えば図１１のような構成のものに
すれば良い。図１１の構成では、画面全体に作用するレ
ンズ１７の他に、光軸方向に可動なレンズ１９が設けら
れ、また、レンズ１７とレンズ１９との間にはスクリー
ン２２が設けられ、さらに、光路長を変化させるための
層２３はスクリーン２２の前面に設けられており、レン
ズ１９によって、ドット１８ａ乃至１８ｉの倒立実像２
１ａ乃至２１ｉをスクリーン２２上に投影させるように
なっている。この倒立実像２１ａ乃至２１ｉの大きさ
は、ドット１８ａ乃至１８ｉとレンズ１９との距離およ
びレンズ１９とスクリーン２２との距離を変化させるこ
とにより、自由に変化させることができる。また、スク
リーン２２の前面に設けられた層２３を制御して、観察
者の目５からレンズ１７，層２３を介しスクリーン２２
までの光路長を変化させ、観察者の目５に対するスクリ
ーン２２上の実像２１ａ乃至２１ｉの位置を変化させる
ことができる。

【００３９】図１１のような構成では、層２３を制御し
て目５からスクリーン２２までの光路長を変化させるに
従い、これに応じてレンズ１９を移動させて、レンズ１
９とドット１８ａ乃至１８ｉとの距離を変化させること
により、スクリーン２２上の実像２１ａ乃至２１ｉの画
面倍率を変化させ、その結果として、目５で観察される
ドット１８ａ乃至１８ｉの像の大きさを一定にさせるこ
とが可能となる。これにより、画面全体の像の見かけ上
の倍率を一定のものにすることができて、像２１ａ乃至
２１ｉの位置を変化させて表示する場合にも違和感を生
じさせずに済む。

【００４０】なお、図１１のような構成とするかわり
に、例えば、図１０の構成において、２次元ディスプレ
イＤＰの各ドット１８ａ乃至１８ｉをさらに小さな微小
ドットの集合で表示しておき、層２３により光路長を変
化させて虚像２０ａ乃至２０ｉの位置と大きさを変化さ
せ、これに従って、各ドット１８ａ乃至１８ｉを構成す
る微小ドットの数を変化させることにより、画面の解像
度をほぼ一定のまま、画面の大きさを変化させることも
可能である。

【００４１】例えば、３２０×２００の画面を１２８０
×８００の２次元ディスプレイＤＰで表示し、１ドット
を４×４＝１６の微小ドットで表示する。虚像の拡大率
が２倍に近いときは、１ドットを２×２の微小ドットで
表示し、虚像の拡大倍率が１．３３倍近いときは１ドッ
トを３×３の微小ドットで表示する。また、１．７倍程
度のときは、１ドットを３×３，２×２や３×２，２×
３などの微小なドットで表示することにより、画像処理
を施し、虚像の画面の大きさがほぼ一定となるように実
際の２次元ディスプレイＤＰの画面の大きさを調節する
ことができる。

【００４２】図１２は本発明に係るディスプレイ装置の
第４の実施例の断面図である。図１２のディスプレイ装
置では、２次元ディスプレイＤＰの前方には、画面全体
に作用する少なくとも１枚の焦点可変レンズ３０が設け
られている。焦点可変レンズ３０は、例えばフレネル構
造の液晶レンズで構成されている。

【００４３】このような構成のディスプレイ装置におい
ても、焦点可変レンズ３０を制御し、焦点距離を変化さ
せることにより、図１０のディスプレイ装置と同様にし
て、画面全体の虚像２０ａ乃至２０ｉの位置を変化させ
ることができると同時に、画面の虚像２０ａ乃至２０ｉ
の倍率も変化させることができる。また、焦点可変レン
ズ３０にフレネル構造の液晶レンズを用いる場合には、
レンズの可動部分がないため、非常に簡単に作製でき
る。

【００４４】図１２のディスプレイ装置においても、図
１０に示した第３の実施例のディスプレイ装置と同様の
問題が生ずるが、この場合も図１１のような構成のもの
にしたり、あるいは１ドットを微小なドットの集合で表
示したりすることにより、画面の虚像の大きさを位置の
変化にかかわらず、ほぼ一定のものにすることができ
る。

【００４５】なお、上述した各実施例において、図２，
図６，図７，図１０，図１１，図１２のディスプレイ装
置が、各ドットごとに光路長，または焦点距離を変化さ
せずに、ドットよりも広い領域，例えば、図１において
１列分，あるいは１行分のドット全域にわたって光路
長，または焦点距離を変化させるようには構成されてい
るときには、広い領域でのゆるやかな立体感を与える用
途に適している。具体的には、遠景，中景，近景の３種
類だけの変化しか与えないで良いような場合には、これ
らの構成を用いることにより、遠景用領域の全てのドッ
トに対して、光路長，または焦点距離を遠景用に同じに
設定し、近景用領域の全てのドットに対して、光路長，
または焦点距離を近景用に同じに設定することができ
る。

【００４６】一方、これらのディスプレイ装置が、各ド
ットごとに光路長，または焦点距離を変化させることが
可能な構成となっているときには（但し、図１０，図１
１，図１２は不可）、画面の微細にわたって光路長，ま
たは焦点距離を変化させるような用途に適しており、こ
の場合には、ドットごとに立体感を得ることができる。

【００４７】しかしながら、上記いずれの場合において
も、各ドットに対応した微小レンズまたは２次元ディス
プレイＤＰ全面に作用するレンズの焦点距離，または、
これらのレンズとドットとの間にある層の屈折率を所定
の値に容易に設定できるので、表示する画像情報に従っ
て、上記焦点距離または屈折率を決定することにより、
２次元ディスプレイＤＰを用いる場合にも３次元表示が
可能となり、３次元ディスプレイ装置に上記ディスプレ
イ装置のいずれかを適用することにより、両眼視差によ
る立体視の場合にも注視点の距離に像を結像すること
で、目の疲労を軽減することができる。

【００４８】図１３（ａ），（ｂ）はこの様子を説明す
るための図である。例えば、２次元画面２１０上に、２
つの像Ｐ１，Ｐ２が所定間隔Ｚだけ隔てて表示されてお
り、この２つ像Ｐ１，Ｐ２を観察する場合に、図１３
（ａ）では一方の目２０１で像Ｐ２を見させる状態を示
し、図１３（ｂ）では他方の目２０２で像Ｐ１を見させ
る場合が示されている。目２０１，２０２の輻輳機構
は、図１４に示したと同時に、一方の目２０１が像Ｐ２
の方に向き、他方の目２０２が像Ｐ１の方に向くように
目２０１，２０２を制御するので、注視点は、これらの
交差位置ＣＬＳとなり、図１３（ａ），（ｂ）の例で
は、実際の画面２１０よりも手前となる。このような場
合に、本発明によるディスプレイ装置をそれぞれ左眼
用，右眼用として取付け、このディスプレイ装置を画面
２１０の画像情報に従って制御することにより、画面２
１０の像Ｐ１，Ｐ２の位置（いまの場合、実像位置）を
注視点ＣＬＳの位置まで移動させることができるので、
これにより、目２０１，２０２の調節機構は、目２０
１，２０２から注視点ＣＬＳまでの距離Ｌ２にピントを
合わすよう目２０１，２０２を制御する。この結果、目
の輻輳と調節を一致させることができて、目の疲労を軽
減することができる。

【００４９】また、上記例とは反対に、注視点ＣＬＳが
目２０１，２０２から画面２１０までの実際の距離Ｌ１
よりも遠い距離となるような像が画面２１０上に表示さ
れるときには、画面２１０の像の虚像が表示されるよう
ディスプレイ装置を構成し、注視点に虚像が表示される
ようにディスプレイ装置を制御することによって、同様
にして、目の輻輳と調節を一致させることができて、疲
労を軽減することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上に説明したように請求項１記載のデ
ィスプレイ装置では、２次元ディスプレイを形成する１
画素からなるドットごとに、ドットの前方に微小なレン
ズをそれぞれ設け、微小なレンズとドットとの光路長を
変化する手段を有する構成において、光路長の変化に従
って、前記ドットの大きさを変化させているので、虚像
の位置を変化させたときに余分なドットの表示光を減少
させることができ、また消費電力をも削減することがで
きて、さらには、このディスプレイ装置を用いて３次元
ディスプレイを構成する場合、光路長を適宜変化させて
像位置を適宜変化させることにより、目の疲労が少なく
臨場感に富んだ立体画像を容易に表示することができ
る。

【００５１】また、請求項２記載のディスプレイ装置で
は、２次元ディスプレイを形成する１画素からなるドッ
トごとに、ドットの前方に微小なレンズをそれぞれ設
け、微小レンズの焦点距離を変化する手段を有する構成
において、焦点距離の変化に従って、前記ドットの大き
さを変化させているので、虚像の位置を変化させたとき
に余分なドットの表示光を減少させることができ、消費
電力をも削減することができて、さらには、このディス
プレイ装置を用いて３次元ディスプレイを構成する場
合、焦点距離を適宜変化させて像位置を適宜変化させる
ことにより、目の疲労が少なく臨場感に富んだ立体画像
を容易に表示することができる。

【００５２】また、請求項３記載のディスプレイ装置で
は、２次元ディスプレイを形成するドットの前面に、光
路長を変化させる手段を有する層を設け、その前方にデ
ィスプレイ全面に作用する少なくとも１枚以上のレンズ
を設け、レンズとドットとの光路長をレンズの焦点距離
に近い値でなおかつ焦点距離以下の値で変化させる構成
において、光路長の変化に従い２次元ディスプレイの画
面の大きさを変化させるようにしているので、虚像の位
置を変化させても、虚像の大きさの変化の少ない、違和
感のない表示ができて、さらには、このディスプレイ装
置を用いて３次元ディスプレイを構成する場合、光路長
を適宜変化させて像位置を適宜変化させることにより、
目の疲労が少なく臨場感に富んだ立体画像を容易に表示
することができる。

【００５３】また、請求項４記載のディスプレイ装置で
は、２次元ディスプレイを形成するドットの前方にディ
スプレイ全面に作用する少なくとも１枚以上のレンズを
設け、レンズとドットとの光路長をレンズの焦点距離に
近い値でなおかつ焦点距離以下の値とし、レンズの焦点
距離をこの範囲で変化させる手段を有する構成におい
て、焦点距離の変化に従い、２次元ディスプレイの画面
の大きさを変化させるようにしているので、虚像の位置
を変化させても、虚像の大きさの変化の少ない違和感の
ない表示ができて、さらには、このディスプレイ装置を
用いて３次元ディスプレイを構成する場合、焦点距離を
適宜変化させて像位置を適宜変化させることにより、目
の疲労が少なく臨場感に富んだ立体画像を容易に表示す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るディスプレイ装置の第１の実施例
の正面図である。

【図２】本発明に係るディスプレイ装置の第１の実施例
の断面図である。

【図３】（ａ），（ｂ），（ｃ）はドットの電極の分割
構成例を示す図である。

【図４】（ａ），（ｂ）はドットの電極の分割構成例を
示す図である。

【図５】ドットの電極の分割構成例を示す図である。

【図６】図１のディスプレイ装置の変形例を示す図であ
る。

【図７】本発明に係るディスプレイ装置の第２の実施例
の断面図である。

【図８】複数画素に対応させて微小レンズを配置した構
成を示す図である。

【図９】複数画素に対応させて微小レンズを配置した構
成を示す図である。

【図１０】本発明に係るディスプレイ装置の第３の実施
例の断面図である。

【図１１】図１０のディスプレイ装置の改良例を示す図
である。

【図１２】本発明に係るディスプレイ装置の第４の実施
例の断面図である。

【図１３】（ａ），（ｂ）は本発明によって目の輻輳と
調節とを一致させる原理を説明するための図である。

【図１４】目の輻輳と調節との一般的な関係を説明する
ための図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ微小なレンズ２ａ，２ｂ，２ｃドット３前面ガラス４正立虚像５観察者１１ａ，１１ｂ，１１ｃ微小なレンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ円形の穴１３，１４電極１５液晶材料１７，１９レンズ１８ａ乃至１８ｉドット２０ａ乃至２０ｉ正立虚像２１ａ乃至２１ｉ倒立実像２２スクリーン２３層３０焦点可変レンズ４０層４１ネマチック液晶４２，４３透明電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元ディスプレイを形成する少なくと
も１画素からなるドットごとに、ドットの前方に微小な
レンズがそれぞれ設けられており、前記微小なレンズと
前記ドットとの光路長を変化させる手段と、前記光路長
の変化に応じて前記ドットの実質的な大きさを変化させ
る手段とがさらに設けられていることを特徴とするディ
スプレイ装置。
【請求項２】２次元ディスプレイを形成する少なくと
も１画素からなるドットごとに、ドットの前方に微小な
レンズがそれぞれ設けられており、前記微小レンズの焦
点距離を変化させる手段と、前記焦点距離の変化に応じ
て前記ドットの実質的な大きさを変化させる手段とがさ
らに設けられていることを特徴とするディスプレイ装
置。
【請求項３】２次元ディスプレイを形成する前面に、
光路長を変化させる手段を有する層が設けられ、その前
方にディスプレイ全面に作用する少なくとも１枚以上の
レンズが設けられて、前記光路長を変化させる手段は、
前記レンズと前記ドットとの光路長を、レンズの焦点距
離に近い値でなおかつ焦点距離以下の値で変化させるよ
うになっており、さらに、前記光路長の変化に応じ、２
次元ディスプレイの画面の大きさを変化させる手段が設
けられていることを特徴とするディスプレイ装置。
【請求項４】２次元ディスプレイを形成するドットの
前方に、ディスプレイ全面に作用する少なくとも１枚の
レンズが設けられており、さらに、前記レンズと前記ド
ットとの光路長を、レンズの焦点距離に近い値でなおか
つ焦点距離以下の値とし、この範囲で前記レンズの焦点
距離を変化させる手段と、前記焦点距離の変化に応じ、
２次元ディスプレイの画面の大きさを変化させる手段と
が設けられていることを特徴とするディスプレイ装置。