JP2017107131A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】立体像の解像力を低下させることなく、低コストで裸眼立体視を行うことが可能な表示装置を提供する。【解決手段】表示装置は、複数のレンズと、画像を表示する表示部と、前記レンズ毎に前記レンズと前記表示部との間の光学的距離を変更する変更部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に関する。

裸眼立体視を実現する技術として、インテグラル・フォトグラフィ（ＩＰ）方式等の表示装置が知られている（例えば特許文献１）。裸眼立体視を実現する表示装置では解像度が低いという問題が知られている。

特開２００８−１３９５２４号公報

本発明による表示装置は、複数のレンズと、画像を表示する表示部と、前記レンズ毎に前記レンズと前記表示部との間の光学的距離を変更する変更部と、を備える。

第１の実施の形態に係る表示装置１の斜視図である。 表示装置１により観察される像を説明する模式図である。 表示面１１１に印刷される画像の説明図である。 奥行きＤが局所的に一定である立体像１３０を複数の視点α、β、γに対して見せるための、印刷画像の必要条件を表す図である。 距離Ｄが局所的に一定である場合に、高解像の立体像１３０を観察するための充分条件を表す図である。 マイクロレンズ１２１ｅによる光の屈折を表す図である。 第２の実施の形態に係る表示装置１００１の構成を示す模式図である。 マイクロレンズアレイ製造装置１００２の構成を模式的に示すブロック図である。 第３の実施の形態に係る表示装置２００１の構成を示す模式図である。 第４の実施の形態に係る表示装置３００１の構成を示す模式図である。 第５の実施の形態に係る表示装置４００１の構成を示す模式図である。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る表示装置１の斜視図である。なお、以下の説明では、図１に示すｘｙｚ座標系を用いる。図１以外の図面に図示する座標系は、図１の座標系と同一である。

表示装置１は、表示部１１０と、マイクロレンズアレイ１２０とから構成される。表示部１１０は、部分画像が印刷された表示面１１１を有する。なお、図１では簡略化して図示しているが、表示面１１１は均一な平面ではなく、凹凸が存在する。マイクロレンズアレイ１２０は、複数のマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…を有する。複数のマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…は、ｘｙ平面上に二次元状に正方配列される。

表示面１１１には、複数の表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…が設けられている。１つの表示領域１１１ａは、１つのマイクロレンズ１２１ａに対応する。つまり、表示面１１１には、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の個数と同数の表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…が、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の配列と同一の配列で配置される。なお、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…と表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…の個数は、必ずしも厳密に同一でなくてもよい。 例えば、マイクロレンズアレイ１２０の端部において、対応する表示領域が存在しないマイクロレンズがいくつか存在してもよい。また、逆に、表示面１１１の端部において、対応するマイクロレンズが存在しない表示領域が存在してもよい。

観察者１０は、表示装置１を−ｚ方向から観察する。マイクロレンズアレイ１２０は、表示面１１１と観察者１０との間に設置される。観察者１０は、マイクロレンズアレイ１２０を介して表示面１１１を観察する。観察者１０は、複数の表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…を、それぞれ対応するマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…を介して観察する。

図２は、表示装置１により観察される像を説明する模式図である。表示装置１は、観察者１０がマイクロレンズアレイ１２０から距離Ｄ２だけ離れた位置から表示装置１を観察することを想定して構成されている。観察者１０は、表示装置１を介して、虚像である立体像１３０を観察することができる。例えば、立体像１３０のある一部分１３０ａは、観察者１０側から、対応するマイクロレンズ１２１ａの主面から距離Ｄａだけ奥にあるように見える。また、別の一部分１３０ｂは、観察者１０側から、対応するマイクロレンズ１２１ｂの主面から距離Ｄｂだけ奥にあるように見える。

立体像１３０の一部分１３０ａに対応する表示領域１１１ａは、マイクロレンズ１２１ａの主面から距離Ｌａだけ奥に設けられている。距離Ｌａは、距離Ｄａに対応する距離である。別の一部分１３０ｂに対応する表示領域１１１ｂは、マイクロレンズ１２１ｂの主面から距離Ｌｂだけ奥に設けられている。距離Ｌｂは、距離Ｄｂに対応する距離である。

以上のように、表示装置１は、それぞれ異なる奥行き（距離Ｌａ、Ｌｂ、…）を持たせた複数の表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…を、それぞれ異なるマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…を介して観察させることで、立体像１３０を観察できるように構成されている。

次に、表示面１１１の形成方法について説明する。表示面１１１を形成するために、再生される立体像１３０の立体像データを用意する。立体像データは、平面画像データと、距離データとを含む。平面画像データは、通常の二次元画像である。距離データは、立体像１３０の複数の部分について、その部分の奥行き（距離）を二次元状にマップしたデータである。例えば、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…ごとに距離Ｄを二次元状にマップしたデータである。

立体像１３０として実在の被写体の像を観察させる場合、平面画像データは、その被写体を、周知のカメラにより撮像したデータとする。距離データは、その被写体の立体形状を、周知の技術により測定したデータとする。被写体の立体形状を測定する技術としては、例えばＴｏＦ（Time of Flight）法や、多視点画像の視差に基づく測定法が周知である。また、立体像１３０をＣＧ技術で作成された像とすることもできる。

なお、実在の被写体の像を立体像１３０として観察させる場合、観察される立体像１３０は、その実在の被写体の像そのものでなくてもよい。例えば、被写体の立体形状を測定した結果の相似形としてもよい。また、奥行き方向について実際の被写体の立体形状を拡大したり縮小した像としてもよい。

図３は、表示面１１１に印刷される部分画像の説明図である。図３の紙面左側には、平面画像データによる平面画像１６０を示している。また、図３の紙面右側には、表示部１１０の表示面１１１の平面図を示している。なお、ここでは表示面１１１に平面的に印刷される部分画像について説明する。表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…ごとに設定される距離Ｌａ、Ｌｂ、…（表示面１１１の凹凸）については、その後に説明する。

前述の通り、表示面１１１には、複数のマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…に対応する複数の表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…が設けられている。１つの表示領域１１１ａは正方形の形状を有している。以下の説明では、表示領域１１１ａの一辺の長さを、Ｓと表記する。複数の表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…は、それぞれが独立した領域であり、互いに重複していない。例えば、図３右に図示した、表示領域１１１ｃと、表示領域１１１ｃに隣接する表示領域１１１ｄに注目する。表示領域１１１ｃと表示領域１１１ｄは、それぞれ表示面１１１上の異なる領域であり、互いに重複していない。

表示領域１１１ｃには、図３左の平面画像１６０から切り出した所定範囲の画像を、縦Ｓ、横Ｓのサイズに縮小した部分 画像が印刷される。以下、この所定範囲の決定方法について詳述する。なお、説明を簡単にするため、表示面１１１と平面画像１６０は相似の関係にあると仮定する。すなわち、表示面１１１のサイズをＷ１×Ｈ１、平面画像１６０のサイズをＷ２×Ｈ２と表記した場合、Ｗ１×α＝Ｗ２、Ｈ１×α＝Ｈ２（αは１より大きい所定の係数）という関係が成り立つ。

まず、図３右に図示した表示領域１１１ｃの中心の座標（ｘ１，ｙ１）に対応する平面画像１６０の座標（ｘ１１，ｙ１１）を決定する。座標（ｘ１１，ｙ１１）は、表示面１１１全体と座標（ｘ１，ｙ１）との相対的な位置関係が、平面画像１６０全体と座標（ｘ１１，ｙ１１）との相対的な位置関係と一致するように決定される。例えば、座標（ｘ１，ｙ１）が表示面１１１の中央であれば、座標（ｘ１１，ｙ１１）は平面画像１６０の中央になる。

次に、平面画像１６０に、座標（ｘ１１，ｙ１１）を中心とした正方形の領域１６０ｃを設定する。以下の説明では、領域１６０ｃの一辺の長さを、幅Ｗと表記する。平面画像１６０全体の幅をマイクロレンズアレイ１２０全体の幅と同程度とした場合、領域１６０ｃの幅Ｗは次式（１）により定められる。
Ｗ＝Ｓ／（Ｌ×（１／Ｄ ＋ １／Ｄ２）） ・・・（１）

上式（１）において、Ｄ２はマイクロレンズアレイ１２０から観察者１０までの想定距離（図２）、Ｌは表示領域１１１ｃに対応するマイクロレンズの主面から表示領域１１１ｃまでの距離、Ｄは表示領域１１１ｃに対応するマイクロレンズから立体像１３０までの距離である。幅Ｗは表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…ごとに決定され、表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…同士で幅Ｗが異なることもある。このように、表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…の各々に対して、平面画像１６０上の対応する領域を定めることができる。

なお、領域１６０ｃが平面画像１６０全体に占める割合は、表示領域１１１ｃが表示面１１１全体に占める割合よりも大きくなるので、平面画像１６０に定められた領域同士は互いに重複する。例えば、図３に示した隣接する表示領域１１１ｃ、１１１ｄにおいて、それぞれ対応する領域１６０ｃ、１６０ｄは互いに重複する。つまり、表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…には、単に平面画像１６０をタイル状に切り取った画像が印刷されるのではない。表示面１１１は、マイクロレンズアレイ１２０を介さずに見ると、平面画像１６０とは大きく異なって見える。

表示領域１１１ｃには、以上のようにして決定された領域１６０ｃの内容を、表示領域１１１ｃのサイズに縮小した部分画像が印刷される。これを、全ての表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…について行うことで、表示面１１１が形成される。なお、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の収差によりマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…内に観察される立体像１３０が歪む場合には、表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…に印刷する部分画像を、その歪みをキャンセルする形状に補正すればよい。

次に、表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…の距離Ｌａ、Ｌｂ、…の決定方法について説明する。マイクロレンズ１２１ａの主面から表示領域１１１ａまでの距離Ｌａと、マイクロレンズ１２１ａの主面から立体像１３０の一部分１３０ａまでの距離Ｄａと、マイクロレンズ１２１ａの焦点距離ｆは、次式（１）に示す関係がある。
１／Ｌａ ＝ １／Ｄａ ＋ １／ｆ ・・・（１）

マイクロレンズ１２１ａの主面から立体像１３０の一部分１３０ａまでの距離Ｄａと、マイクロレンズ１２１ａの焦点距離ｆは既知である。従って、上式（１）に距離Ｄａと焦点距離ｆとを代入すれば、距離Ｌａを決定することができる。距離Ｌｂ、…についても同様である。例えば、立体像１３０の横幅が数十ｃｍ、幅Ｓが数ｍｍ、マイクロレンズ１２１ａの焦点距離ｆが１ｃｍ程度、距離Ｄａが１ｃｍ〜数十ｃｍであれば、距離Ｌａはマイクロレンズ１２１ａの焦点距離ｆよりも少し小さい程度になる。

各々の表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…は、例えば周知の立体印刷技術を用いて印刷された印刷媒体とする。立体印刷技術の一例としては、紙を積み重ねて貼り合わせる技術を用いることができる。

以下、表示装置１により立体像１３０を観察できる原理について説明する。

図４は、奥行きＤが局所的に一定である立体像１３０を複数の視点α、β、γに対して見せるための、印刷画像の必要条件を表す図である。図４では、Ａ、Ｂ、Ｃの３つの文字を、模式的に立体像１３０の一部分１３０ｅであるものとしている。奥行きＤの位置にＡ、Ｂ、Ｃが観察されるためには、視点α、β、γからマイクロレンズ１２１ｅの中心を通して観察した時に、視点αからはＡ、視点βからはＢ、視点γからはＣが観察される必要がある。

ここで、マイクロレンズ１２１ｅに近いほど視差が小さいので、立体像１３０よりもマイクロレンズ１２１ｅに近い位置にある表示領域１１１ｅに印刷すべき画像は、立体像１３０を縮小した画像である。例えば図４では、表示領域１１１ｅに、縮小されたＡ、Ｂ、Ｃを印刷する。図４を見れば明らかなように、その縮小率は次式（２）で与えられる。
Ｋ３／Ｋ４ ＝ Ｌ／Ｄ ・・・（２）

上式（２）において、Ｋ３は表示領域１１１ｅの幅、Ｋ４は立体像１３０の一部分１３０ｅの幅である。

図５は、距離Ｄが局所的に一定である場合に、高解像の立体像１３０を観察するための充分条件を表す図である。視点αから高解像の立体像１３０を観察するためには、実線３０で表される光が、点線４０で表される光に、視点α近傍において一致すればよい。ここで、実線３０で表される光は、視点αからマイクロレンズ１２１ｅ、１２１ｆを通して表示面１１１を見た時に見える光である。すなわち、実線３０で表される光は、表示面１１１で反射し視点αに到達する表示光である。また、点線４０で表される光は、立体像１３０が実在し、かつ、マイクロレンズアレイ１２０が無い仮想的な系で、視点αから、マイクロレンズ１２１ｅ、１２１ｆの位置に空いた穴を通して立体像１３０を観察したときに見える光である。すなわち、点線４０で表される光は、虚像である立体像１３０から視点αに向けて発せられる光である。

表示面１１１には立体像１３０が縮小されて印刷されている。マイクロレンズアレイ１２０を通してそれを観察すると、光学系に応じた倍率でそれが拡大されて観察される。従って、光学系を適切に設定すれば、実線３０で表される光を、点線４０で表される光に、視点α近傍において一致させることは可能である。

高解像の立体像１３０を観察するための光学条件を具体的に求める。まず、各変数を次のように定義する（図５参照）。
Ｋ１：立体像１３０が実在し、かつ、マイクロレンズアレイ１２０が無い仮想的な系で、視点αから、マイクロレンズ１２１ｅの位置に空いた穴を通して立体像１３０を観察したときに見える立体像１３０の一部分１３０ｅの幅
Ｋ２：上記立体の部分を縮小して印刷される画像の幅
Ｄ２：マイクロレンズアレイ１２０と視点αとの距離
Ｓ：マイクロレンズ１２１ｅの幅

定義より、次式（３）が成立する。
Ｓ／Ｗ ＝ Ｋ２／Ｋ１ ・・・（３）
上式（２）、（３）より、次式（４）が成り立つ。
Ｌ／Ｄ ＝ Ｋ２／Ｋ１ ・・・（４）
また、図５より、次式（５）が成り立つ。
Ｓ／Ｄ２ ＝ Ｋ１／（Ｄ＋Ｄ２） ・・・（５）

図６は、マイクロレンズ１２１ｅによる光の屈折を表す図である。点α２と各変数を次のように定義する。
α２：マイクロレンズ１２１ｅについて、視点αと共役な点
Ｄ３：α２とマイクロレンズアレイ１２０との距離
ｆ：マイクロレンズ１２１ｅの焦点距離
すると、レンズの公式により、次式（６）が成立する。
１／Ｄ２ ＋ １／Ｄ３ ＝ １／ｆ ・・・（６）
また、図６より明らかに次式（７）が成り立つ。
Ｓ／Ｄ３ ＝ Ｋ２／（Ｄ３−Ｌ） ・・・（７）

以上の式（４）〜（７）により、光学条件として上式（１）が導出される。つまり、上式（１）が成立するようにマイクロレンズアレイ１２０を構成すれば、高解像の立体像１３０を観察することができるということである。本実施形態では、上式（１）を満たすようマイクロレンズアレイ１２０を構成しているので、高解像の立体像１３０を観察することができる。

平面画像データを縮小して印刷画像を作成する際の、縮小率について説明する。図５において、表示領域１１１ｅに印刷される幅Ｋ２の部分画像を幅Ｓに拡大し、マイクロレンズ１２１ｅの場所に、マイクロレンズ１２１ｅの代わりにその拡大画像を設置すると、視点αからの見え方は保持される。全てのマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…についてこの変換を行うと、立体像１３０は平面画像として観察される。そして、その平面画像の幅はマイクロレンズアレイ１２０と同じである。この事から、マイクロレンズアレイ１２０と同じ幅の平面画像のサイズと、印刷画像のサイズとの比率は、次式（８）で与えられることがわかる。
Ｋ３／Ｋ４ ＝ Ｋ２／Ｓ ・・・（８）

上式（４）、（５）、（８）により、次式（９）が導出される。
Ｋ３／Ｋ４ ＝ Ｌ（１／Ｄ ＋ １／Ｄ２） ・・・（９）

つまり、上式（２）のように縮小率を決定すれば、マイクロレンズアレイ１２０を介して立体像１３０が観察される。

なお、以上の説明は、立体像１３０の距離Ｄ（奥行き）が局所的に一定であるという前提を置いている。本実施形態では、距離Ｌをマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…ごとに調整することにより、立体像１３０の距離Ｄの変化に対応する。同一のマイクロレンズを通して観察される立体像１３０の距離Ｄは一定になるが、各マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…周辺の広い範囲内で特に顕著な画像構造がある箇所における奥行きを距離Ｄとして採用すれば、十分な精度で立体像１３０を観察させることが可能である。

例えば、領域１６０ｃ（図３）に対応する距離Ｄとして、領域１６０ｃ内で特に顕著な画像構造がある箇所の奥行きを採用する。ここで、顕著な画像構造とは、例えば顔の輪郭線のように、背景と前景とで奥行きが大きく変化する部分や、コントラストが大きい部分等、観察者１０の注目を引きやすい部分を指す。なお、距離Ｄを決定するために、領域１６０ｃよりも大きい範囲、または小さい範囲を参照するようにしてもよい。すなわち、距離Ｄを参照する範囲は、領域１６０ｃと同一でなくてもよい。

上述した第１の実施の形態による表示装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）表示部１１０は、複数の表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…の各々に、観察者１０に虚像として観察される所定の立体像１３０の一部分１３０ａ、１３０ｂ、…に対応する部分画像を表示する。複数のマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…は、複数の表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…の各々に対応し、光軸方向における表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…との光学的距離が、光軸方向における表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…に対応する立体像１３０の一部分１３０ａ、１３０ｂ、…との距離Ｄに対応する。このようにしたので、高解像の立体像を観察させることができる。また、複数のマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…を有するマイクロレンズアレイ１２０は周知の方法で容易に且つ低コストで製造することができるので、表示装置１の製造に必要なコストは低く抑えられる。

（２）複数の表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…のうちの互いに隣接する第１および第２の表示領域１１１ｃ、１１１ｄが、それぞれ表示する第１および第２の部分画像は、それぞれ立体像１３０の平面画像１６０に設定された互いに重複する第１および第２の範囲１６０ｃ、１６０ｄ内の画像を縮小した画像である。このようにしたので、個々のマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…を通して観察される立体像１３０の一部分１３０ａ、１３０ｂ、…は、互いに重複する箇所が存在し、滑らかに繋がった単一の立体像１３０を観察させることができる。

（３）第１および第２の範囲１６０ｃ、１６０ｄは、それぞれ、対応する立体像１３０の一部分とマイクロレンズとの距離Ｄに応じた大きさの範囲である。このようにしたので、距離Ｌが異なっていても、違和感なく立体像１３０を観察させることができる。

（４）表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…に対応する立体像１３０の一部分１３０ａ、１３０ｂ、…とマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…との距離が大きいほど、表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…とマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…との間の光学的距離が大きい。このようにしたので、立体像１３０の基となる距離データの通りに立体像１３０を観察させることができる。

（５）表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…の高さを個別に設定し、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の光軸方向（ｚ方向）におけるマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…と表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…との距離を変化させることで、表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…とマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…との間の光学的距離を変化させた。このようにしたので、マイクロレンズアレイ１２０は同一のマイクロレンズを均一に並べたものにすればよく、容易に製造することができる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…は同一平面に並べられており、表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…が個別の高さを有していた。本実施形態では、表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…を同一平面に設け、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…が個別の高さを有するようにすることで、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の主面から表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…までの光学的距離を調節する。

図７は、第２の実施の形態に係る表示装置１００１の構成を示す模式図である。表示部１１０の表示面１１１ａ、１１１ｂ、…は、均一な平面である。マイクロレンズアレイ１２０が有する個々のマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…は、異なる高さを有している。なお、ここでの高さとは、ｚ方向の厚みのことを指している。

例えば図７に図示したマイクロレンズ１２１ａとマイクロレンズ１２１ｂとを比較すると、マイクロレンズ１２１ａの方が、マイクロレンズ１２１ｂよりも高い。換言すると、観察者１０からマイクロレンズ１２１ａまでの距離Ｄ２ａの方が、観察者１０からマイクロレンズ１２１ｂまでの距離Ｄ２ｂよりも短い。

マイクロレンズ１２１ａの主面から表示領域１５０ａまでの距離Ｌａは、マイクロレンズ１２１ｂの主面から表示領域１５０ｂまでの距離Ｌｂよりも長い。これにより、マイクロレンズ１２１ａに対応する立体像１３０の一部分１３０ａは、マイクロレンズ１２１ｂに対応する立体像１３０の一部分１３０ｂよりも奥に位置するように見える。

図８は、マイクロレンズアレイ製造装置１００２の構成を模式的に示すブロック図である。マイクロレンズアレイ製造装置１００２は、上述した表示装置１００１に用いるマイクロレンズアレイ１２０を製造する装置である。マイクロレンズアレイ製造装置１００２は、複数のマイクロレンズカートリッジ１００３、マイクロレンズ選択部１００４、およびマイクロレンズ貼付部１００５を備える。

複数のマイクロレンズカートリッジ１００３には、それぞれ高さや焦点距離が異なるマイクロレンズが多数格納されている。例えば、マイクロレンズカートリッジ１００３ａには、所定の高さを有する所定の焦点距離のマイクロレンズが多数格納されている。マイクロレンズカートリッジ１００３ｂには、マイクロレンズカートリッジ１００３ａに格納されているマイクロレンズとは異なる高さおよび／または焦点距離を有するマイクロレンズが多数格納されている。

マイクロレンズ選択部１００４は、距離マップデータに基づき、複数のマイクロレンズカートリッジ１００３から、上式（１）を満たすマイクロレンズを選択する。ここで距離マップデータとは、表示領域１５０ごとに距離Ｄを割り当てたデータである。マイクロレンズ貼付部１００５は、マイクロレンズ選択部１００４により選択されたマイクロレンズを、ガラス板などの透明な平面板材に貼り付ける。

上述した第２の実施の形態による表示装置によれば、第１の実施の形態による表示装置に加えて、更に次の作用効果が得られる。
（６）マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の高さを個別に設定し、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の光軸方向（ｚ方向）におけるマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…と表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…との距離を変化させることで、表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…とマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…との間の光学的距離を変化させた。このようにしたので、表示面１１１は表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…を均一に並べたものにすればよく、容易に製造することができる。

（第３の実施の形態）
本実施形態では、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…と表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…とをそれぞれ同一平面に設けた。マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…と表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…との間の媒質の屈折率を電気的に変化させることにより、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の主面から表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…までの光学的距離を調節する。

図９は、第３の実施の形態に係る表示装置２００１の構成を示す模式図である。表示装置２００１は、表示部１１０と、マイクロレンズアレイ１２０と、制御部１６０とを備える。

表示部１１０の表示面１１１は、均一な平面である。マイクロレンズアレイ１２０が有するマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…は、光路長調整部１２２と、一対の透明電極１２３、１２４とを有している。マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の高さは均一である。例えば図９において、マイクロレンズ１２１ａから表示領域１１１ａまでの物理的な距離（絶対距離）Ｌと、マイクロレンズ１２１ｂから表示領域１１１までの物理的な距離Ｌは等しい。

光路長調整部１２２は、一対の透明電極１２３、１２４により印加される電圧に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する物質により構成される。制御部１６０は、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…ごとに、光路長調整部１２２に印加する電圧を調節する。つまり制御部１６０は、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…ごとに、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…を通過する光束の光学的距離を変化させる。

例えば、制御部１６０は、マイクロレンズ１２１ａに対応する立体像１３０の一部分１３０ａが、マイクロレンズ１２１ｂに対応する立体像１３０の一部分１３０ｂよりも手前側に位置するように見えるように、光路長調整部１２２に印加する電圧を調節する。

上述した第３の実施の形態による表示装置によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果に加えて、更に次の作用効果が得られる。
（７）マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…と表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…との間の媒質の屈折率を変化させることで光学的距離を変化させた。このようにしたので、マイクロレンズアレイ１２０および表示部１１０の製造が容易になる。また、同一構成のマイクロレンズアレイ１２０で様々な立体像１３０の表示に対応することができる。

（第４の実施の形態）
本実施形態では、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…と表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…との物理的な距離（絶対距離）Ｌを動的に調節することにより、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の主面から表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…までの光学的距離を調節する。

図１０は、第４の実施の形態に係る表示装置３００１の構成を示す模式図である。表示装置３００１は、表示部１１０と、マイクロレンズアレイ１２０と、制御部１６０とを備える。

表示部１１０の表示面１１１は、均一な平面である。マイクロレンズアレイ１２０が有する個々のマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…は、伸縮可能な支持部材１７０により固定されている。制御部１６０は、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…を固定する支持部材１７０を、個別に伸縮させる。

例えば図１０に図示したマイクロレンズ１２１ａとマイクロレンズ１２１ｂとを比較すると、マイクロレンズ１２１ａの支持部材１７０ａが、マイクロレンズ１２１ｂの支持部材１７０ｂよりも伸びている。換言すると、観察者１０からマイクロレンズ１２１ａまでの距離Ｄ２ａの方が、観察者１０からマイクロレンズ１２１ｂまでの距離Ｄ２ｂよりも短い。

マイクロレンズ１２１ａから表示領域１１１ａまでの距離Ｌａは、マイクロレンズ１２１ｂから表示領域１１１ｂまでの距離Ｌｂよりも長い。これにより、マイクロレンズ１２１ａに対応する立体像１３０の一部分１３０ａは、マイクロレンズ１２１ｂに対応する立体像１３０の一部分１３０ｂよりも奥に位置するように見える。

上述した第４の実施の形態による表示装置によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。

（第５の実施の形態）
本実施形態では、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の焦点距離を調節することにより、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の主面から表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…までの光学的距離を調節する。

図１１は、第５の実施の形態に係る表示装置４００１の構成を示す模式図である。表示部１１０の表示面１１１は、均一な平面である。マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の高さは均一である。例えば図１１において、マイクロレンズ１２１ａから表示領域１１１ａまでの物理的な距離（絶対距離）Ｌと、マイクロレンズ１２１ｂから表示領域１１１ｂまでの物理的な距離Ｌは等しい。

マイクロレンズアレイ１２０が有するマイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…は、それぞれ異なる焦点距離を有している。図１１では、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の曲率半径を調節することにより、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の焦点距離を調節している。

例えば図１１に図示したマイクロレンズ１２１ａとマイクロレンズ１２１ｂとを比較すると、マイクロレンズ１２１ａの曲率半径が、マイクロレンズ１２１ｂの曲率半径よりも小さくなっている。換言すると、部分領域１１１ｂの方が、部分領域１１１ａよりも大きく見える。これにより、マイクロレンズ１２１ａに対応する立体像１３０の一部分１３０ａは、マイクロレンズ１２１ｂに対応する立体像１３０の一部分１３０ｂよりも奥に位置するように見える。

上述した第５の実施の形態による表示装置によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果に加えて、更に次の作用効果が得られる。
（８）マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の焦点距離を変化させることで光学的距離を変化させた。このようにしたので、表示部１１０は均一な表示面１１１を有していればよくなり、表示部１１０の製造が容易になる。

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。

（変形例１）
立体像１３０が充分に解像する観察条件では、Ｄ＜＜Ｄ２なので、上式（２）を近似した次式（２ａ）を用いても良い。
Ｗ＝Ｓ／（Ｌ／Ｄ） ・・・（２ａ）

（変形例２）
第３の実施の形態において、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…自体を、印加される電圧に応じて、屈折率が変化する電気光学効果を有する物質により構成してもよい。この場合、光路長調整部１２２は不要になる。
また、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…を、公知の液体レンズにしてもよい。

（変形例３）
第５の実施の形態において、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…をフレネルレンズとしてもよい。

（変形例４）
上述した各実施の形態において、表示部１１０の表示面１１１を、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置により構成してもよい。特に、第３の実施の形態や、第４の実施の形態では、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…から表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…までの光学的距離を動的に変化させることが可能なので、距離Ｄの分布が大きく異なる立体像１３０を切り替えて再生する（観察させる）ことができるようになる。

（変形例５）
第１〜第５の実施の形態では、それぞれ、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…から表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…までの光学的距離を種々の方法で変化させていたが、これらの方法を任意の組み合わせで併用してもよい。例えば、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…同士の高さを互いに異ならせつつ、同時に表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…同士の高さを互いに異ならせてもよい。また、マイクロレンズ１２１ａ、１２１ｂ、…の焦点距離を互いに異ならせつつ、光路長調整部１２２により光路長も変え、更に、表示領域１１１ａ、１１１ｂ、…の高さを互いに異ならせることもできる。これ以外の組み合わせも当然に可能である。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

１、１００１、２００１、３００１、４００１…表示装置、１１１…表示面、１１１ａ、１１１ｂ…表示領域、１２１ａ、１２１ｂ…マイクロレンズ、１２２…光路長調整部、１３０…立体像

Claims (10)

1. 複数のレンズと、
   画像を表示する表示部と、
   前記レンズ毎に前記レンズと前記表示部との間の光学的距離を変更する変更部と、
   を備える表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置において、
   前記表示部は前記レンズに対応した表示領域を複数有し、
   第１のレンズと第１の表示領域との間の第１の光学的距離と、第２のレンズと第２の表示領域との間の第２の光学的距離とが異なることにより、前記第１の表示領域に表示される第１の画像の虚像と、前記第２の表示領域に表示される第２の画像の虚像とが異なる位置に生成される表示装置。
3. 請求項２に記載の表示装置において、
   前記第１の光学的距離が長くなると、前記第１の表示領域に表示される第１の画像の虚像が生成される前記レンズの光軸方向の位置と前記レンズの位置との間の距離が長くなる表示装置。
4. 請求項３に記載の表示装置において、
   前記第１の表示領域と前記第２の表示領域とは隣接して配置され、
   前記第１の画像の一部と前記第２の画像の一部とは同じ画像である表示装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の表示装置において、
   前記変更部は、前記レンズの光軸方向における前記レンズの位置を変化させる駆動部を有する表示装置。
6. 請求項１から４のいずれか一項に記載の表示装置において、
   前記変更部は、前記レンズと前記表示部との間の媒質の屈折率を変化させる部材を有する表示装置。
7. 複数のレンズと、
   画像を表示する表示部と
   前記レンズ毎に前記レンズの焦点距離を変更する変更部と、
   を備える表示装置。
8. 請求項１に記載の表示装置において、
   前記表示部は前記レンズに対応した表示領域を複数有し、
   第１のレンズの焦点距離と第２のレンズの焦点距離とが異なることにより、前記第１のレンズの第１の表示領域に表示される第１の画像の虚像と、前記第２のレンズの第２の表示領域に表示される第２の画像の虚像とが異なる位置に生成される表示装置。
9. 請求項７または８に記載の表示装置において、
   前記変更部は、前記レンズの焦点距離を変化させることで前記レンズと前記表示部との間の光学的距離を変化させた表示装置。
10. 請求項９に記載の表示装置において、
    前記レンズは、焦点距離が可変な液体レンズである表示装置。

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