JP2017003981A - 表示装置及び表示装置の動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】柔軟なヒューマンインタラクションを伴う浮遊画像表示装置及び浮遊画像表示装置を提供する。
【解決手段】表示装置は、元の画像を提供する表示モジュール１００と、光学部品２００と、感知モジュール３００と、制御モジュールとを備える。光学部品は、元の画像の平行移動画像を投影するものであり、第１のＬＣＧＲＩＮレンズアレイ２１０と、第１のＬＣＧＲＩＮレンズアレイに対して平行に配置される第２のＬＣＧＲＩＮレンズアレイ２２０とを備える。制御モジュールは、感知モジュールから物体情報を受信し、その物体情報に応じて、第１のバイアス構成を第１のＬＣＧＲＩＮレンズアレイに印加するとともに、第２のバイアス構成を第２のＬＣＧＲＩＮレンズアレイに印加することにより、平行移動画像を調整する。
【選択図】図１

Description

本開示は、包括的には、表示装置及び表示装置の動作方法に関し、より詳細には、柔軟なヒューマンインタラクションを伴う浮遊画像表示装置及び浮遊画像表示装置の動作方法に関する。

近年、浮遊画像ディスプレイは、発展途上の新技術となっている。浮遊画像ディスプレイでは、ディスプレイスクリーンから元の画像を転写して、空中に浮遊画像を表す。浮遊画像の発展は、将来のヒューマンインタラクティブな表示装置への有望な出発点となるであろう。実際、浮遊画像形成システムは近年研究が行われており、例えば、特許文献１は、少なくとも、第１の光学部品及び第２の光学部品を含む複数のアフォーカル光学素子によって構成される要素画像光学サブシステム（elementary image optical subsystem）を備え、複数のアフォーカル光学素子は平坦構成に整列される、三次元画像光学システムを提供している。

現在開発されている浮遊画像は、例えば、浮遊画像の視域が限定されること、浮遊画像の品質が低いこと等、解決すべきいくつもの問題を未だ抱えているが、高品質でヒューマンインタラクションに適した浮遊画像を提供する方法は、当業界に対する主立った課題となっている。

米国特許第７，０５４，０６７号

本開示は、表示装置及び表示装置の動作方法に関する。実施形態において、感知モジュールによって物体を検出することにより、物体の位置及び／又は角運動の情報を制御モジュールにフィードバックすることができ、ＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加されるバイアス構成（bias arrangements）を、受信した物体情報に応じて調整し、投影される平行移動画像を調整して、画像とのより柔軟なヒューマンインタラクションを可能にすることができる。

本開示の１つの実施形態によれば、表示装置が提供される。本表示装置は、表示モジュールと、光学部品と、感知モジュールと、制御モジュールとを備える。表示モジュールは元の画像を提供するものである。光学部品は、元の画像の平行移動画像を投影する表示モジュール上に配置され、第１の焦点距離を有する第１の液晶（ＬＣ）屈折率分布型（ＧＲＩＮ：gradient index）レンズアレイと、第２の焦点距離を有し、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに対して平行に配置される第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイとを備える。感知モジュールは物体を検出するものである。制御モジュールは、感知モジュールから物体情報を受信し、その物体情報に応じて、第１のバイアス構成を第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加するとともに、第２のバイアス構成を第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加することにより、平行移動画像を調整するものである。

本開示の別の実施形態によれば、表示装置の動作方法が提供される。本動作方法は、表示モジュールから元の画像を提供するステップと、第１の焦点距離を有する第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと、第２の焦点距離を有し、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに対して平行に配置される第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイとを備える光学部品によって、元の画像の平行移動画像を投影するステップと、感知モジュールによって物体を検出するステップと、制御モジュールによって感知モジュールから物体情報を受信するステップと、制御モジュールによって平行移動画像を調整するステップとを含み、制御モジュールは、物体情報に応じて、第１のバイアス構成を第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加するとともに、第２のバイアス構成を第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加することにより、平行移動画像を調整する。

本開示の更なる一実施形態によれば、表示装置の動作方法が提供される。本動作方法は、表示モジュールから元の画像を提供するステップと、第１の焦点距離を有する第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと、第２の焦点距離を有し、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに対して平行に配置される第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイとを備える光学部品によって元の画像の平行移動画像を投影するステップと、画像捕捉装置によって物体の画像を捕捉するステップと、制御モジュールによって画像捕捉装置からの画像を受信及び分析するステップと、制御モジュールによって平行移動画像を調整するステップとを含み、制御モジュールは、受信した画像に応じて、第１のバイアス構成を第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加するとともに、第２のバイアス構成を第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加することにより、平行移動画像を調整する。

本発明の上記の態様及び他の態様は、好ましいが非限定的な実施形態（複数の場合もある）の以下の詳細な説明に関連してよりよく理解される。以下の説明は、添付図面を参照して行う。

本開示の一実施形態に係る表示装置の概略図である。 本開示の一実施形態に係る表示装置の概略図である。 本開示の一実施形態に係る表示装置の概略図である。 本開示の一実施形態に係る表示装置の概略図である。 本開示の一実施形態に係る液晶（ＬＣ）屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズアレイの概略図である。 本開示の別の実施形態に係る表示装置の概略図である。 本開示の更なる一実施形態に係る表示装置の概略図である。

本開示の実施形態によれば、表示装置において、感知モジュールによって物体を検出することにより、物体の位置及び／又は角運動の情報を制御モジュールにフィードバックすることができ、ＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加されるバイアス構成を、受信した物体情報に応じて調整し、投影される平行移動画像を調整して、平行移動画像とのより柔軟なヒューマンインタラクションを可能にすることができる。

本開示の実施形態の詳細な説明を、添付図面を用いて以下に開示する。添付図面において、同じ参照符号は同じ又は同様の構成要素を示す。本開示の実施形態の明確な説明を提供するために、添付図面は簡略化されており、また、以下の詳細な説明は、単に例示及び説明であり、開示の実施形態を特許請求されるものとして限定するものではないことに留意すべきである。本開示の当業者であれば、実際の実施の際の必要に応じてその構造に必要な変更又は変形を行うことができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る表示装置１０の概略図である。図１を参照すると、表示装置１０は、表示モジュール１００と、光学部品２００と、感知モジュール３００と、制御モジュール（図示せず）とを備える。表示モジュール１００は、元の画像（２Ｄ画像又は３Ｄ画像）を提供するものである。光学部品２００は、表示モジュール１００と観察者（視認者）との間に配置され、元の画像を平行移動画像４００（浮遊画像）へと平行移動させる。光学部品２００は、第１の液晶（ＬＣ）屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズアレイ２１０と、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０と、透明中間層２３０とを備える。ＬＣ ＧＲＩＮレンズは、レンチキュラー型ＬＣセル及び電極を備える。レンチキュラー型セルのパターンは、レンチキュラーレンズ形状をつくるように、充填する液晶の有機材料によって形成される。第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイは第１の焦点距離ｆ１を有し、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０は第２の焦点距離ｆ２を有する。第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０及び第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０は、背中合わせに（互いに反対向きに）配置される。第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０の焦点板からの焦点距離と、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０の焦点板からの焦点距離とは、互いに反対向きである。第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０及び第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０のレンチキュラーレンズの延在方向は互いに平行である。第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０及び第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０において、第１の焦点距離ｆ１及び第２の焦点距離ｆ２は、印加電圧を変化させることにより調整可能である。透明中間層２３０は、接着又は光変調のために第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０と第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０との間に配置される。

実施形態において、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０及び第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０は、一次元配列のレンチキュラーレンズ（ストライプ型レンズ（stripe type lens））、マイクロレンズの二次元レンズアレイ（隆起型レンズ（bump type lens））、又はそれら双方の組合せにより形成することができる。しかし、ＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０及び第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０のタイプの選択は、実際の必要に応じて変更することができ、またそれに限定されない。

実施形態において、透明中間層２３０は、ガラス層、透明プラスチック層、透明糊層、又は空気とすることができる。

実施形態において、感知モジュール３００は、物体を検出する、例えば、物体の位置又は運動を検出するものである。例えば、図１に示されているように、物体とは、浮遊画像４００の近くに位置する視認者の手５００又は視認者の目６００等である。他の実施形態では、感知モジュール３００は、視認者の頭、指、又は他の特徴部を検出する。

実施形態において、制御モジュール（図示せず）は、感知モジュール３００から物体情報を受信し、平行移動画像４００を調整するものである。物体情報は、物体の位置、物体の位置からの視野角、及び／又は物体の画像を含むことができる。平行移動画像４００は、制御モジュールにより、平行移動画像４００が所定の基準に達するまで、物体情報に応じて、第１のバイアス構成を第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０に印加するとともに、第２のバイアス構成を第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０に印加することによって調整される。本開示において、バイアス構成とは、液晶の配列パターンを調節するために、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ又は第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイの一連の対応する電極に印加される一連の所定の電圧を指す。実施形態において、第１のバイアス構成は、第２のバイアス構成と同じであっても異なってもよい。

実施形態において、所定の基準は、物体情報に応じた平行移動画像４００の目標位置、浮遊画像の目標シャープネス値、又はそれら双方の組合せを含むことができる。すなわち、物体、例えば手５００又は目６００が検出された後、物体情報は、制御モジュールに返送され、その後、制御モジュールは、物体情報を分析し、第１のバイアス構成及び第２のバイアス構成の印加電圧を決定し、目標位置又は目標シャープネス値に達するように、投影される平行移動画像４００を調整する。

本開示の実施形態において、感知モジュール３００は、身体追跡モジュール、画像捕捉装置、又はそれら双方の組合せを含むことができる。実施形態において、身体追跡モジュールは、通常のＣＣＤ／ＣＭＯＳセンサー、ＩＲセンサー、デュアルカメラ、超音波センサー、又は他のタイプの光学システムを組み合わせた飛行時間（ＴＯＦ）機構を用いる奥行きセンサー等とすることができる。

要約すると、本開示の実施形態によれば、感知モジュール３００によって物体を検出することにより、物体の位置及び／又は角運動の情報を制御モジュールに送信することができ、ＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０及び２２０に印加されるバイアス構成を、受信した物体情報に応じて調整し、投影される平行移動画像４００を調整して、平行移動画像４００とのより柔軟なヒューマンインタラクションを可能にすることができる。

本開示の実施形態によれば、表示装置１０の動作方法も提供される。図１を参照すると、一実施形態において、動作方法は以下のステップを含む。

元の画像は表示モジュール１００から提供され、元の画像の平行移動画像４００は光学部品２００によって投影される。物体が感知モジュール３００によって検出されると、物体の物体情報が感知モジュール３００から制御モジュールにフィードバックされる。次いで、制御モジュールは、受信した物体情報に基づいて、第１のバイアス構成を光学部品２００の第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０に印加するとともに、第２のバイアス構成を光学部品２００の第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０に印加することにより、平行移動画像４００を調整する。上記の、物体を検出するステップ、物体情報を受信するステップ、並びに第１のバイアス構成及び第２のバイアス構成を印加することによって平行移動画像４００を調整するステップは、平行移動画像４００が、物体情報に応じた平行移動画像４００の目標位置、平行移動画像４００の目標シャープネス値、又はそれら双方の組合せ等の所定の基準に達するまで繰り返すことができる。第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０及び第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０に印加される電圧を変化させることで内部の液晶分子の傾斜角を変更し、それにより第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０及び第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０の光学特性を変化させることができることから、投影される平行移動画像４００をそれに応じて調整することができる。

図１に示されているように、平行移動画像４００を調整するステップは、平行移動画像４００が目標位置に達するまで、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０の第１の焦点距離を調整するとともに、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０の第２の焦点距離を調整することを含むことができる。そのような場合、第１の焦点距離及び第２の焦点距離は、以下の条件を満たすように調整される。

ｄ＝ｆ１＋ｆ２かつＬ２＝Ｌ１＊（ｆ２／ｆ１）

ｆ１は第１の焦点距離であり、ｆ２は第２の焦点距離であり、ｄは第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０と第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０との間の光学ギャップであり、Ｌ１は第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０と表示モジュール１００との間の距離であり、Ｌ２は第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０と平行移動画像４００の元の位置との間の距離である。光学ギャップは焦点距離の光学パラメーターによって規定されるものの、本明細書に記載の光学ギャップｄは、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０の液晶層２１０ｃの中心と、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０の液晶層２２０ｃの中心との間の距離と略等しいことに留意すべきである。さらに、距離Ｌ１は、ピクセルＰと第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０の液晶層２１０ｃの中心との間の距離と略等しく、距離Ｌ２は、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０の液晶層２２０ｃの中心と平行移動画像４００の元の位置との間の距離と略等しい。

図２は、本開示の一実施形態に係る表示装置１０の動作方法を示す、表示装置１０の概略図である。本実施形態において、表示装置１０は、視認者の手、目、又は注視動作等の物体の動きを検出し、投影される平行移動画像を物体の新たな位置に応じて調整される位置に調整して、平行移動画像とのより柔軟なヒューマンインタラクションを可能にすることができる。

図２を参照すると、感知モジュール３００は身体追跡モジュールを含むことができ、物体情報は物体の位置を含むことができる。より具体的には、物体情報は、物体の元の位置だけでなく、物体が移動した後の物体の新たな位置も含むことができる。さらに、物体情報は、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０と物体の位置との間の距離を更に含むことができ、第１の焦点距離及び第２の焦点距離は、以下の条件を満たすように調整される。

ｆ１＝（Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２’））＊ｄ、ｆ２＝（Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２’））＊ｄ

Ｌ２’は、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０と、物体の位置、例えば移動後の物体の新たな位置との間の距離である。例えば、手５００等の物体が、手５００’として示されている新たな位置に移動すると、制御モジュールは、上述の条件を満たすように第１の焦点距離ｆ１及び第２の焦点距離ｆ２を調整する。上述の条件を満たした後、光学部品２００は、平行移動画像４００を、元の位置から、平行移動画像４００’として示されている新たな目標位置に投影されるように調整する。ｄ及びＬ１の値は一定のままであり、ｄ＝ｆ１＋ｆ２の条件も満たす必要があることに留意すべきである。

図３は、本開示の一実施形態に係る表示装置１０の別の動作方法を示す、表示装置１０の概略図である。本実施形態では、表示装置１０は、視認者の表示装置に対する角運動又は視認者の目（視線）の動き等の物体の動きによる視野角の変化を検出し、物体の新たな視野角に応じた所望の目標シャープネス値を有して投影される平行移動画像を調整して、より広い視野角からの所望のシャープな平行移動画像との柔軟なヒューマンインタラクションを可能にすることができる。

図３を参照すると、感知モジュール３００は、身体追跡モジュールを含むことができ、物体情報は、物体の位置からの視野角を含むことができる。より具体的には、物体情報は、物体の元の位置だけでなく、物体が移動した後の物体の新たな視野角も含むことができる。第１の焦点距離及び第２の焦点距離は、以下の条件を満たすように調整される。

ｆ１＝（Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２））＊（ｄ／ｃｏｓ（θ））、ｆ２＝（Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２））＊（ｄ／ｃｏｓ（θ））

ｄ／ｃｏｓ（θ）は、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイとの間の光学ギャップであり、θは物体の位置からの視野角である。より具体的には、視野角θは、視認者の目から光学部品２００への元の直交線Ｖ１と、視認者の目６００’から光学部品２００への僅かに移動した新たな直交線Ｖ２との間の角度差である。

一実施形態において、物体の位置からの視野角は│θ│＜９０度である。別の実施形態においては、│θ│＜３０度である。例えば、物体の位置からの視野角θは、＋３０度〜−３０度とすることができる。

例えば、視認者の目等の物体が、表示装置に対して視野角の分、元の位置から、目６００’として示されている新たな位置に移動すると、制御モジュールは、上述の条件を満たすように第１の焦点距離ｆ１及び第２の焦点距離ｆ２を調整する。上述の条件を満たした後、光学部品２００は、目標シャープネス値に達するように平行移動画像４００を調整する。ｄ及びＬ１の値は一定のままであり、視認者の目から光学部品２００への直交線Ｖ１が新たな線Ｖ２に移動する場合、光学ギャップは、本実施形態ではｄ／ｃｏｓ（θ）として規定され、ｄ／ｃｏｓ（θ）＝ｆ１＋ｆ２の条件を満たす必要があることに留意すべきである。

図４は、本開示の一実施形態に係る表示装置１０の更なる動作方法を示す、表示装置１０の概略図である。本実施形態では、表示装置１０は、視認者の目又は注視動作等の物体の動きによる、表示装置に対する視野角の変化を検出し、物体の新たな視野角に応じた所望の目標シャープネス値を有して投影される平行移動画像を調整して、より広い視野角からの所望のシャープな平行移動画像との柔軟なヒューマンインタラクションを可能にすることができる。

図４を参照すると、視野角の情報に応じて、第１のバイアス構成を第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０に印加するとともに、第２のバイアス構成を第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０に印加することにより、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０の光学レンズ２１０Ｌ１の位置及び第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０の光学レンズ２２０Ｌ１の位置が調整され、平行移動画像４００が目標シャープネス値に達するまで、新たな位置に移動する。

例えば、図４に示されているように、視認者の目が視野角θに位置する間、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０の光学レンズ２１０Ｌ１の位置は、光学レンズ２１０Ｌ２として示されている新たな位置に移動し、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０の光学レンズ２２０Ｌ１の位置は、光学レンズ２２０Ｌ２として示されている新たな位置に移動する。したがって、こうして形成される平行移動画像４００のシャープネスは、目標値に達し、所望のシャープな平行移動画像４００を提供する。

バイアス構成を更に説明及び記載するために、本開示の一実施形態に係るＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイの概略図である図５を参照されたい。第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０を例として取り上げる。第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０は、透明基板２１０−１及び２１０−２と、透明基板２１０−１上に配置されるストリップ電極Ｄ１〜Ｄ６と、電極層Ｕ１と、ストリップ電極Ｄ１〜Ｄ６と電極層Ｕ１との間に配置される液晶層２１０ｃとを備える。異なるストリップ電極Ｄ１〜Ｄ６には異なる所定の電圧が印加されることにより、対応する液晶分子の異なる傾斜角がもたらされ、それにより、液晶層２１０ｃ内に光学レンズ２１０Ｌ１が生成される。第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイの電極に印加される、異なる印加電圧のそのような構成は、第１のバイアス構成として規定される。本開示の実施形態において、電極層Ｕ１は、平坦な電極層とすることができるか、又はストリップ電極Ｄ１〜Ｄ６に対して直交して配置されるストリップ電極を含むこともできる。

例えば、電極に印加される電圧は、電極層Ｕ１及びストリップ電極Ｄ４では０Ｖ、ストリップ電極Ｄ１では５Ｖ、ストリップ電極Ｄ２及びＤ６では２Ｖ、またストリップ電極Ｄ３及びＤ５では０．５Ｖとすることができる。別の実施形態において、電極に印加される電圧は、電極層Ｕ１及びストリップ電極Ｄ５では０Ｖ、ストリップ電極Ｄ２では５Ｖ、ストリップ電極Ｄ１及びＤ３では２Ｖ、ストリップ電極Ｄ４及びＤ６では０．５Ｖとすることができる。バイアス構成が調整及び変更されると同時に、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０のこうして形成された光学レンズの焦点距離及び／又は位置は変更及び移動することができる。図５に示されている実施形態は、６つの多電極型のストリップ電極を示しているが、１組のストリップ電極における電極の数の選択は、６つに限定されず、実際の必要に応じて変更することができる。

図６は、本開示の別の実施形態に係る表示装置２０の概略図である。前出の実施形態における符号と同じ又は同様の符号を共有している本実施形態の要素は、同じ又は同様の要素であり、それらの要素の説明は省略する。

図６を参照すると、表示装置２０の光学部品２００は、第１のレンズアレイ２４０及び第２のレンズアレイ２５０を更に含むことができる。第１のレンズアレイ２４０は第３の焦点距離を有し、第２のレンズアレイ２５０は第４の焦点距離を有する。第１のレンズアレイ２４０は、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０上に配置され、第２のレンズアレイ２５０は、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０上に配置されるとともに、第１のレンズアレイ２４０に対して平行に配置される。本実施形態において、第１のレンズアレイ２４０及び第２のレンズアレイ２５０は、レンチキュラーレンズアレイ又はマイクロレンズアレイ等である。

図６に示されているように、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０及び第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０は、第１のレンズアレイ２４０と第２のレンズアレイ２５０との間に配置される。本実施形態では、第３の焦点距離及び第４の焦点距離は、固定の値であり、調整することはできない。

図６に示されているような表示装置２０において、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０及び第１のレンズアレイ２４０は第１のレンズセットを形成し、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０及び第２のレンズアレイ２５０は第２のレンズセットを形成する。表示装置２０を動作させる場合、平行移動画像４００を調整するステップは、平行移動画像４００が目標位置に達するまで、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０の第１の焦点距離を調整するとともに、第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０の第２の焦点距離を調整することを含むことができる。そのような場合、第１の焦点距離及び第２の焦点距離は、以下の条件を満たすように調整される。

ｄ＝ｆ１＋ｆ２、Ｌ２＝Ｌ１＊（ｆ２／ｆ１）、１／ｆ１＝１／ｆ１ｓ＋１／ｆ１ｇ−ｄ１／（ｆ１ｓ＊ｆ１ｇ）、１／ｆ２＝１／ｆ２ｓ＋１／ｆ２ｇ−ｄ２／（ｆ２ｓ＊ｆ２ｇ）

ｆ１は第１のレンズセットの総焦点距離であり、ｆ２は第２のレンズセットの総焦点距離であり、ｆ１ｇは第１の焦点距離であり、ｆ２ｇは第２の焦点距離であり、ｆ１ｓは第３の焦点距離であり、ｆ２ｓは第４の焦点距離であり、ｄ１は第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０と第１のレンズアレイ２４０との間の光学ギャップであり、ｄ２は第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０と第２のレンズアレイ２５０との間の光学ギャップであり、ｄは第１のレンズセットと第２のレンズセットとの間の光学ギャップであり、Ｌ１は第１のレンズセットと表示モジュール１００との間の距離であり、Ｌ２は第２のレンズセットと平行移動画像４００の元の位置との間の距離である。

第１のレンズアレイ２４０及び第２のレンズアレイ２５０を追加することにより、第１のレンズセット及び第２のレンズセットには、より高いレンズ性能がもたらされる。さらに、第１のレンズアレイ２４０及び第２のレンズアレイ２５０からの支持により、液晶層２１０ｃ及び２２０ｃの厚さは低減することができる一方で、光学部品２００全体は、同じ焦点調整能、ひいてはより速い応答時間を有することが達成され、必要とされる電圧はより低く、低電圧消費という結果を伴う。

図７は、本開示の更なる一実施形態に係る表示装置３０の概略図である。前出の実施形態の符号と同じ又は同様の符号を共有している本実施形態の要素は、同じ又は同様の要素であり、それらの要素の説明は省略する。本実施形態と図１に示されている実施形態との主な違いは、感知モジュール３００である。

本実施形態では、感知モジュール３００は画像捕捉装置等である。表示装置３０が動作しているとき、視認者の手５００又は視認者の目６００の画像は画像捕捉装置によって捕捉され、次いで、感知モジュール３００（画像捕捉装置）からの画像が、制御モジュールによって受信及び分析される。次に、平行移動画像４００が目標シャープネス値に達するまで、受信した画像に応じて、第１のバイアス構成が第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２１０に印加され、第２のバイアス構成が第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ２２０に印加される。

本開示に係るいくつかの実施形態において、感知モジュールは、身体追跡モジュール及び画像捕捉装置（図示せず）を含むことができる。そのような場合、物体情報は、物体の位置、物体の位置からの視野角、又はそれら双方の組合せを含むことができ、物体情報は物体の画像を更に含むことができ、第１の焦点距離及び第２の焦点距離は、平行移動画像４００が目標シャープネス値に達するまで調整される。このようなシステムにおいて、身体追跡モジュールは感知モジュールの主な機能を実行し、画像捕捉装置は、第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ及び第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイの焦点距離を微調整する補助的なシステムとして用いられる。

本開示に係るいくつかの実施形態において、ＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイはエレクトロウェッティングレンズアレイに置き換えてもよく、エレクトロウェッティングレンズアレイの焦点距離も印加電圧に応じて変更することができる。

当業者には、開示の実施形態に対して種々の変更及び変形を行うことができることが明らかである。本明細書及び例は、単に例示としてみなされることが意図されており、本開示の真の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって示される。

Claims (20)

1. 表示装置であって、該表示装置は、
   元の画像を提供する表示モジュールと、
   前記表示モジュール上に配置され、前記元の画像の平行移動画像を投影する光学部品と、
   物体を検出する感知モジュールと、
   前記感知モジュールから物体情報を受信し、前記平行移動画像を調整する制御モジュールと、
   を備え、前記光学部品は、
   第１の焦点距離を有する第１の液晶（ＬＣ）屈折率分布型（ＧＲＩＮ）レンズアレイと、
   第２の焦点距離を有し、前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに対して平行に配置される第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと、を備え、
   前記制御モジュールは、前記物体情報に応じて、第１のバイアス構成を前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加するとともに、第２のバイアス構成を前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加することにより、前記平行移動画像を調整する、表示装置。
2. 前記制御モジュールは、前記平行移動画像が所定の基準に達するまで、前記物体情報に応じて前記平行移動画像を調整し、
   前記所定の基準は、前記物体情報に応じた前記平行移動画像の目標位置、前記平行移動画像の目標シャープネス値、又はそれら双方の組合せを含む、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記感知モジュールは、身体追跡モジュール、画像捕捉装置、又はそれら双方の組合せを含む、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記光学部品は、
   第３の焦点距離を有し、前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ上に配置される第１のレンズアレイと、
   第４の焦点距離を有し、前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ上に配置されるとともに、前記第１のレンズアレイに対して平行に配置される第２のレンズアレイと、
   を更に備える、請求項１に記載の表示装置。
5. 前記第３の焦点距離及び前記第４の焦点距離は固定の値である、請求項４に記載の表示装置。
6. 前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ及び前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイは、前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとの間に配置される、請求項４に記載の表示装置。
7. 表示装置の動作方法であって、該動作方法は、
   表示モジュールから元の画像を提供することと、
   光学部品によって前記元の画像の平行移動画像を投影することと、
   感知モジュールによって物体を検出することと、
   制御モジュールによって前記感知モジュールから物体情報を受信することと、
   前記制御モジュールによって前記平行移動画像を調整することと、
   を含み、前記光学部品は、
   第１の焦点距離を有する第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと、
   第２の焦点距離を有し、前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに対して平行に配置される第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと、
   を備え、
   前記制御モジュールは、前記物体情報に応じて、第１のバイアス構成を前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加するとともに、第２のバイアス構成を前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加することにより、前記平行移動画像を調整する、動作方法。
8. 前記制御モジュールは、前記平行移動画像が所定の基準に達するまで、前記物体情報に応じて前記平行移動画像を調整し、
   前記所定の基準は、前記物体情報に応じた前記平行移動画像の目標位置、前記平行移動画像の目標シャープネス値、又はそれら双方の組合せを含む、請求項７に記載の表示装置の動作方法。
9. 前記平行移動画像を調整することは、
   前記平行移動画像が目標位置に達するまで、前記第１の焦点距離及び前記第２の焦点距離を調整することを含み、前記第１の焦点距離及び前記第２の焦点距離は、ｄ＝ｆ１＋ｆ２かつＬ２＝Ｌ１＊（ｆ２／ｆ１）を満たすように調整され、ｆ１は前記第１の焦点距離であり、ｆ２は前記第２の焦点距離であり、ｄは前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイとの間の光学ギャップであり、Ｌ１は前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記表示モジュールとの間の距離であり、Ｌ２は前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記平行移動画像の元の位置との間の距離である、請求項７に記載の表示装置の動作方法。
10. 前記感知モジュールは身体追跡モジュールを含み、前記物体情報は前記物体の位置を含む、請求項７に記載の表示装置の動作方法。
11. 前記物体情報は、前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記物体の前記位置との間の距離を更に含み、前記第１の焦点距離及び前記第２の焦点距離は、ｆ１＝（Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２’））＊ｄ、ｆ２＝（Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２’））＊ｄを満たすように調整され、ｆ１は前記第１の焦点距離であり、ｆ２は前記第２の焦点距離であり、ｄは前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイとの間の光学ギャップであり、Ｌ１は前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記表示モジュールとの間の距離であり、Ｌ２は前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記平行移動画像の元の位置との間の距離であり、Ｌ２’は前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記物体の前記位置との間の距離である、請求項１０に記載の表示装置の動作方法。
12. 前記感知モジュールは身体追跡モジュールを含み、前記物体情報は前記物体の位置からの視野角を含む、請求項７に記載の表示装置の動作方法。
13. 前記第１の焦点距離及び前記第２の焦点距離は、ｆ１＝（Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２））＊（ｄ／ｃｏｓ（θ））、ｆ２＝（Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２））＊（ｄ／ｃｏｓ（θ））を満たすように調整され、ｆ１は前記第１の焦点距離であり、ｆ２は前記第２の焦点距離であり、ｄ／ｃｏｓ（θ）は前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイとの間の光学ギャップであり、Ｌ１は前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記表示モジュールとの間の距離であり、Ｌ２は前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記平行移動画像の元の位置との間の距離であり、θは前記物体の前記位置からの前記視野角である、請求項１２に記載の表示装置の動作方法。
14. 前記物体の前記位置からの前記視野角は＋３０度〜−３０度である、請求項１３に記載の表示装置の動作方法。
15. 前記平行移動画像を調整することは、
    前記平行移動画像が目標シャープネス値に達するまで、前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ及び前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイの光学レンズの位置を移動させることを含む、請求項１２に記載の表示装置の動作方法。
16. 前記光学部品は、
    第３の焦点距離を有し、前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ上に配置される第１のレンズアレイと、
    第４の焦点距離を有し、前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ上に配置されるとともに、前記第１のレンズアレイに対して平行に配置される第２のレンズアレイと、
    を更に備える、請求項７に記載の表示装置の動作方法。
17. 前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ及び前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイは、前記第１のレンズアレイと前記第２のレンズアレイとの間に配置される、請求項１６に記載の表示装置の動作方法。
18. 前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ及び前記第１のレンズアレイは第１のレンズセットを形成し、前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイ及び前記第２のレンズアレイは第２のレンズセットを形成し、前記平行移動画像を調整することは、
    前記平行移動画像が目標位置に達するまで、前記第１の焦点距離及び前記第２の焦点距離を調整することを含み、前記第１の焦点距離及び前記第２の焦点距離は、ｄ＝ｆ１＋ｆ２、Ｌ２＝Ｌ１＊（ｆ２／ｆ１）、１／ｆ１＝１／ｆ１ｓ＋１／ｆ１ｇ−ｄ１／（ｆ１ｓ＊ｆ１ｇ）、１／ｆ２＝１／ｆ２ｓ＋１／ｆ２ｇ−ｄ２／（ｆ２ｓ＊ｆ２ｇ）を満たすように調整され、ｆ１は前記第１のレンズセットの総焦点距離であり、ｆ２は前記第２のレンズセットの総焦点距離であり、ｆ１ｇは前記第１の焦点距離であり、ｆ２ｇは前記第２の焦点距離であり、ｆ１ｓは前記第３の焦点距離であり、ｆ２ｓは前記第４の焦点距離であり、ｄ１は前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記第１のレンズアレイとの間の光学ギャップであり、ｄ２は前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと前記第２のレンズアレイとの間の光学ギャップであり、ｄは前記第１のレンズセットと前記第２のレンズセットとの間の光学ギャップであり、Ｌ１は前記第１のレンズセットと前記表示モジュールとの間の距離であり、Ｌ２は前記第２のレンズセットと前記平行移動画像の元の位置との間の距離である、請求項１６に記載の表示装置の動作方法。
19. 前記感知モジュールは、身体追跡モジュール及び画像捕捉装置を含み、前記物体情報は、前記物体の位置、前記物体の前記位置からの視野角、又はそれら双方の組合せを含み、前記物体情報は前記物体の画像を更に含み、前記第１の焦点距離及び前記第２の焦点距離は、前記平行移動画像が目標シャープネス値に達するまで調整される、請求項７に記載の表示装置の動作方法。
20. 表示装置の動作方法であって、該動作方法は、
    表示モジュールから元の画像を提供することと、
    光学部品によって前記元の画像の平行移動画像を投影することと、
    画像捕捉装置によって物体の画像を捕捉することと、
    制御モジュールによって前記画像捕捉装置からの前記画像を受信及び分析することと、
    前記制御モジュールによって前記平行移動画像を調整することと、
    を含み、前記光学部品は、
    第１の焦点距離を有する第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと、
    第２の焦点距離を有し、前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに対して平行に配置される第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイと、
    を備え、前記制御モジュールは、前記受信した画像に応じて、第１のバイアス構成を前記第１のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加するとともに、第２のバイアス構成を前記第２のＬＣ ＧＲＩＮレンズアレイに印加することにより、前記平行移動画像を調整する、動作方法。

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