JP2019133028A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】元画像を表示する表示装置から離れた位置に、高解像度の視認像を形成する。【解決手段】、表示装置は、元画像を元画像表示位置に表示する表示デバイスと、レンズアレイ又はピンホールアレイである、第２アレイと、表示装置と第２アレイとの間に、表示デバイス及び第２アレイから離間して配置された、レンズアレイ又はピンホールアレイである、第１アレイと、を含む。第１アレイは、元画像から生成した複数の要素画像を、第１アレイと第２アレイとの間に結像する。複数の要素画像のピッチは、第２アレイのレンズピッチ又はピンホールピッチと異なる。第２アレイは、複数の要素画像を統合して、元画像を表す一つの再生像を生成する。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、表示装置に関する。

インテグラルフォトグラフィの原理に基づく画像生成技術であるインテグラルイメージングが知られている。インテグラルイメージングは、複数の要素画像から、視認される一つの再生像（視認像）を形成する。インテグラルイメージングを行う典型的な表示システムは、ディスプレイ上に、再生像が縮小された複数の要素画像を表示する。表示システムは、複数の要素画像からの光を、複数の要素画像それぞれに対応するマイクロレンズ（要素レンズ）からなるマイクロレンズアレイを通して照射することで、ディスプレイから離れた空中における特定の位置に再生像を形成する。

特開２００３−３３３６２３号公報 特開２００７−２３３２５３号公報

上記従来の表示システムにおいて再生像の解像度を上げるためには、解像度の高い微小な要素画像が必要になる。つまり、高精細なディスプレイが必要とされる。しかし、ディスプレイの精細化には限界があり、高解像度な再生像の形成には限界がある。

本開示の一態様は、元画像を元画像表示位置に表示する表示デバイスと、レンズアレイ又はピンホールアレイである、第２アレイと、前記表示デバイスと前記第２アレイとの間に、前記表示デバイス及び前記第２アレイから離間して配置された、レンズアレイ又はピンホールアレイである、第１アレイと、を含み、前記第１アレイは、前記元画像から生成した複数の要素画像を、前記第１アレイと前記第２アレイとの間に結像し、前記複数の要素画像のピッチは、前記第２アレイのレンズピッチ又はピンホールピッチと異なり、前記第２アレイは、前記複数の要素画像を統合して、前記元画像を表す一つの再生像を生成する、表示装置である。

本開示の一態様によれば、元画像を表示する表示装置から離れた位置に、高解像度の視認像を形成することができる。

実施形態１において、表示装置に含まれる構成要素を模式的に示す分解斜視図である。 実施形態１において、表示装置の構成要素の前後方向における位置関係、及び、表示装置により生成される画像間の関係を模式的に示す断面図である。 実施形態２において、表示装置の他の構成例の分解斜視図である。 実施形態２において、表示装置の他の構成例の断面図である。 実施形態２において、表示装置の他の構成例の分解斜視図である。 実施形態２において、表示装置の他の構成例断面図である。 実施形態２において、表示装置の他の構成例の分解斜視図である。 実施形態２において、表示装置の他の構成例の断面図である。 実施形態２において、表示装置の他の構成例の断面図である。 実施形態３において、第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズピッチ、要素画像の画像ピッチ、及び再生像の関係例を示す断面図である。 実施形態３において、第２マイクロレンズアレイのマイクロレンズピッチ、要素画像の画像ピッチ、及び再生像の関係例を示す断面図である。 実施形態３において、表示デバイスの後側に虚像の再生像を生成する構成例の分解斜視図である。 実施形態３において、表示デバイスの後側に虚像の再生像を生成する構成例の断面図である。 実施形態４において、液晶レンズアレイの構成例を示す分解斜視図である。 実施形態４において、液晶レンズアレイの電極のレイアウト及び電極それぞれに与えられる電圧を示す平面図である。 実施形態４において、図９ＡにおけるＢＢ切断線での断面における、電位分布及び屈折率分布を示す。 実施形態４において、図９ＡにおけるＣＣ切断線での断面における、電位分布及び屈折率分布を示す。 実施形態４において、第２マイクロレンズアレイに、液晶レンズアレイを使用した表示装置の構成例を示す。 実施形態４において、液晶レンズアレイの電極のレイアウト及び電極それぞれに与えられる電圧を示す平面図である。 実施形態４において、図１１ＡにおけるＢＢ切断線での断面における、電位分布及び屈折率分布を示す 実施形態４において、液晶レンズアレイの他の構成例の分解斜視図である。 実施形態４において、第１液晶セルのストライプパターンの電極の一部及びそれらに与えられる電圧を示す平面図である。 実施形態４において、図１３ＡにおけるＢＢ切断線での断面における、電位分布及び屈折率分布を示す。 実施形態４において、表示装置を含む表示システムの論理構成を示す 実施形態４において、表示システムのハードウェア構成例を模式的に示す。

以下において、図面を参照して実施形態を具体的に説明する。各図において共通の構成については同一の参照符号が付されている。説明をわかりやすくするため、図示した物の寸法、形状については、誇張して記載している場合もある。

以下において、表示されている元画像から視認される再生像を、元画像と異なる位置に表示する表示装置を開示する。表示装置は、元画像を表示する表示デバイスと、第１及び第２のレンズアレイを含む。第１レンズアレイは、表示デバイスと第２レンズアレイとの間に配置されている。第１レンズアレイは、元画像から複数の要素画像を生成し、第１レンズアレイと第２レンズアレイとの間に結像させる。第２レンズアレイは、複数の要素画像を統合して、一つの再生像を形成する。これにより、元画像と異なる位置に再生像を形成することができる。また、表示デバイスは複数の要素画像ではなく、一つの元画像を表示すればよいので、高解像度の再生像を形成することができる。

［実施形態１］
図１Ａは、本実施形態に係る表示装置２０に含まれる構成要素を模式的に示す分解斜視図である。表示装置２０は、表示デバイス２１と、第１マイクロレンズアレイ２３と、拡散板２７と、第２マイクロレンズアレイ２５とを含む。ユーザ５０は、表示装置２０が生成する再生像（視認像）２０３を視認する。ユーザ５０は、表示装置２０の前から、再生像２０３を視る。つまり、ユーザ側が表示装置２０の前側であり、その反対側は後側である。

図１Ａに示すように、表示デバイス２１の前に第１マイクロレンズアレイ２３が配置され、第１マイクロレンズアレイ２３の前に拡散板２７が配置され、拡散板２７の前に第２マイクロレンズアレイ２５が配置されている。拡散板２７は、第１マイクロレンズアレイ２３と第２マイクロレンズアレイ２５との間に挟まれた位置にある。

表示デバイス２１は、例えば、液晶表示デバイス又はＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）表示デバイスである。表示デバイス２１の種類は問わない。表示デバイス２１は、例えば、マトリックス状に配置された複数の画素を含む表示パネルと、表示パネルの画素を駆動する駆動回路及びその制御回路を含む。

第１マイクロレンズアレイ２３及び第２マイクロレンズアレイ２５は、それぞれ、マトリックス状に配置された複数のマイクロレンズ（要素レンズ）を含む。マイクロレンズは、例えば、両凸レンズ又は半凸レンズである。マイクロレンズの外形は、設計により適切に設計され、例えば、矩形又は円である。マイクロレンズアレイ２３、２５は、例えば、樹脂又はガラスで形成されている。

第１マイクロレンズアレイ２３は、表示デバイス２１から離間して配置されている。拡散板２７は、第１マイクロレンズアレイ２３から離間して又は接触して配置されている。第２マイクロレンズアレイ２５は、拡散板２７から離間して又は接触して配置されている。第２マイクロレンズアレイ２５は、第１マイクロレンズアレイ２３から離間して配置されている。

例えば、第１マイクロレンズアレイ２３と表示デバイス２１の前面との間の間隔は数ｃｍから数十ｃｍであり、第１マイクロレンズアレイ２３と第２マイクロレンズアレイ２５との間の間隔は、数ｍｍから数ｃｍである。

例えば、表示デバイス２１の主面の法線方向において見て、第１及び第２マイクロレンズアレイ２３及び２５、並びに、拡散板２７は、表示デバイス２１の全表示領域を覆う。表示デバイス２１の表示領域、第１マイクロレンズアレイ２３及び第２マイクロレンズアレイ２５の中心点は、法線方向において一致する。

表示デバイス２１は、その表示領域において、元画像２０１を表示する。第１マイクロレンズアレイ２３は、元画像２０１から、複数の要素画像２０２を生成する。要素画像２０２の光線は、拡散板２７によって拡散されて、第２マイクロレンズアレイ２５に入射する。第２マイクロレンズアレイ２５は、二次元配列された複数のマイクロレンズ２５１によって、複数の要素画像２０２を統合して再生像２０３を生成する。再生像２０３は、元画像２０１の拡大像であり、図１Ａの例において、第２マイクロレンズアレイ２５の前に生成される（視認される）。

図１Ｂは、表示装置２０の構成要素の前後方向における位置関係、及び、表示装置２０により生成される画像間の関係を模式的に示す断面図である。図１Ｂにおいて、破線は、元画像２０１の２点からマイクロレンズ２３１及び２５１を通過して再生像２０３を形成する主光線を示す。図１Ｂの例において、マイクロレンズ２３１は同一形状を有し、マイクロレンズ２５１は同一形状を有する。図１Ｂにおいて、第１マイクロレンズアレイ２３の一つのマイクロレンズのみが、例として、符号２３１で指示されている。また、第２マイクロレンズアレイ２５の一つのマイクロレンズのみが、例として、符号２５１で指示されている。

表示デバイス２１で表示されている元画像２０１から、第１マイクロレンズアレイ２３の各マイクロレンズ２３１が、一つの要素画像２０２を生成する。マイクロレンズ２３１は、元画像２０１の各点からの光を、要素画像２０２の対応する点に集光する。マイクロレンズ２３１の配列と同様に、面内に二次元配列された複数の要素画像２０２が、第１マイクロレンズアレイ２３と第２マイクロレンズアレイ２５との間に形成される。

各要素画像２０２は、元画像２０１を縮小した画像であり、第１マイクロレンズアレイ２３と第２マイクロレンズアレイ２５との間で結像されている。図１Ｂの例において、各要素画像２０２は、拡散板２７内に結像されている。これにより、より鮮明な再生像２０３を生成することができる。要素画像２０２は、拡散板２７の外、例えば、拡散板２７と第１マイクロレンズアレイ２３との間の空間に結像されてもよい。

拡散板２７は、光線方向制御板であり、光線方向制御板が存在しない場合には要素画像２０２からの再生像２０３に利用されない光の少なくとも一部を、再生像２０３の生成に利用する。拡散板２７は、複数の要素画像２０２から再生像２０３の生成に使用される光を増加させ、再生像２０３の輝度を向上させることができる。拡散板２７と異なる種類の光線方向制御板、例えば、ファイバアレイを使用してもよい。

図１Ｂに示すように、一つの要素画像２０２から再生像２０３を形成する光線は、その要素画像２０２に対応する一つのマイクロレンズ２５１を通過する。拡散板２７は、要素画像２０２からのより多くの光を再生像２０３の生成のために通過するマイクロレンズ２５１に入射させ、再生像２０３の輝度を向上することができる。

拡散板２７は、一部の要素画像２０２から再生像２０３の生成のための対応するマイクロレンズ２５１に向かう光線を減少させ得るが、より多くの光線を他の要素画像２０２から生成のための対応するマイクロレンズ２５１に向かわせることができる。拡散板２７は、複数の要素画像２０２全体として、再生像２０３を形成する光線を増加させることができる。

拡散板２７は、また、表示デバイス２１が表示している元画像２０１がユーザ５０によって視認されにくくすることができる。マイクロレンズアレイ２３、２５が、マイクロレンズ間にマイクロレンズを構成しないフラットな透明部分を含む場合、その部分を介して、元画像２０１がユーザ５０に視認され得る。拡散板２７は、元画像２０１をユーザ５０に視認されにくくすることができる。なお、拡散板２７は省略されてもよい。

第２マイクロレンズアレイ２５は、要素画像２０２を統合して、再生像２０３を生成する。図１Ｂの例において、再生像２０３は、第２マイクロレンズアレイ２５の前に結像される実像である。各マイクロレンズ２５１は、対応する要素画像２０２の各点からの光線を、再生像２０３の対応する点に集光する。拡散板２７は、要素画像２０２から再生像２０３に向かう全体の光を増加させることで、その輝度を向上させる。

このように、本実施形態の構成により、表示デバイス２１に表示された高解像度の一つの元画像２０１から再生像２０３を生成することができるので、高解像度の再生像２０３を生成することができる。

［実施形態２］
以下において、表示装置２０の他の構成例を説明する。主に実施形態１との相違点を説明する。図２Ａ及び２Ｂは、それぞれ、表示装置２０の他の構成例の分解斜視図及び断面図である。本例の表示装置２０は、図１Ａ及び１Ｂを参照して説明した構成例における第１マイクロレンズアレイ２３に代えて、ピンホールアレイ２４を含む。ピンホールアレイ２４は、マトリックス状に配列されたピンホール２４１を含む。図２Ｂにおいて、一つのピンホールのみが例として符号２４１で指示されている。ピンホールアレイ２４と他の構成要素との位置関係は、第１マイクロレンズアレイ２３と同様である。

ピンホールアレイ２４は、元画像２０１から複数の要素画像２０２を形成する。一つのピンホール２４１が、一つの要素画像２０２を、ピンホールアレイ２４と第２マイクロレンズアレイ２５との間に結像させる。図２Ｂの例において、要素画像２０２は、拡散板２７内に結像されている。ピンホール２４１は、レンズのように集光させるのではなく、元画像２０１の各点から特定の角度（範囲）の光のみを選択的に通過させることで、要素画像２０２を生成する。

図３Ａ及び３Ｂは、表示装置２０の他の構成例の分解斜視図及び断面図である。本例の表示装置２０は、図１Ａ及び１Ｂを参照して説明した構成例における第２マイクロレンズアレイ２５に代えて、ピンホールアレイ２６を含む。ピンホールアレイ２６は、マトリックス状に配列されたピンホール２６１を含む。図３Ｂにおいて、一つのピンホールのみが例として符号２６１で指示されている。ピンホールアレイ２６と他の構成要素との位置関係は、第２マイクロレンズアレイ２５と同様である。

ピンホールアレイ２６は、要素画像２０２を統合して、ピンホールアレイ２６の前側に再生像２０３を生成する。一つのピンホール２６１は、対応する要素画像２０２の各点から特定角度（範囲）の光のみを通過させる。複数のピンホール２６１を介した要素画像２０２からの構成によって、実像である再生像２０３が生成される。

図４Ａ及び４Ｂは、表示装置２０の他の構成例の分解斜視図及び断面図である。本例の表示装置２０は、図１Ａ及び１Ｂを参照して説明した構成例における第１マイクロレンズアレイ２３に代えてピンホールアレイ２４を含み、第２マイクロレンズアレイ２５に代えて、ピンホールアレイ２６を含む。ピンホールアレイ２４、２６に対して、上記説明が適用できる。

図５は、表示装置２０の他の構成例の断面図である。本例の表示デバイス２１は、プロジェクタ２１１及びプロジェクションスクリーン２１２を含む。プロジェクションスクリーン２１２に表示されている元画像２０１から、再生像２０３が生成される。他の点は、図１Ａ及び１Ｂを参照した説明と同様である。このように、再生像２０３は、任意の種類の表示デバイスのスクリーン上に表示することができる。

［実施形態３］
以下において、第２マイクロレンズアレイにおけるマイクロレンズのピッチ、要素画像のピッチ、及び再生像の間の関係を説明する。図６Ａ及び６Ｂは、それぞれ、第２マイクロレンズアレイ２５のマイクロレンズピッチＰ１、要素画像２０２の画像ピッチＰ２、及び再生像２０３の関係例を示す断面図である。レンズピッチＰ１及び画像ピッチＰ２は一定である。レンズピッチＰ１及び画像ピッチＰ２は、それぞれ、領域によって異なっていてもよい。

図６Ａにおいて、第２マイクロレンズアレイ２５のマイクロレンズピッチＰ１は、要素画像２０２のピッチＰ２よりも小さい。この条件において、再生像２０３は、第２マイクロレンズアレイ２５の前側に形成される実像である。複数の要素画像２０２の共通の点からの光は、マイクロレンズアレイ２５によって集光されるからである。表示装置２０の前側に再生像２０３を形成することで、特に、近視のユーザに対して見やすい像を提供することができる。

図６Ａの構成において、レンズピッチＰ１を画像ピッチＰ２に対して増加させると、再生像２０３は前側に移動し、かつ、拡大される。逆に、レンズピッチＰ１を画像ピッチＰ２に対して減少させると、再生像２０３は第２マイクロレンズアレイ２５に近づくように移動し、かつ、縮小される。レンズピッチＰ１は、例えば、画像ピッチＰ２よりも数パーセント小さい。

図６Ｂにおいて、第２マイクロレンズアレイ２５のマイクロレンズピッチＰ１は、要素画像２０２のピッチＰ２よりも大きい。この条件において、再生像２０３は、要素画像２０２の後側に形成される虚像である。複数の要素画像２０２の共通の点から、マイクロレンズアレイ２５を通過した光は発散するからである。要素画像２０２の後側、特に、図６ｂのように表示デバイス２１の後側に再生像２０３を形成することで、遠視のユーザに対して見やすい像を提供することができる。

図６Ｂの構成において、レンズピッチＰ１を、画像ピッチＰ２に対して増加させると、再生像２０３は要素画像２０２に近づくように前側に移動し、かつ、縮小される。逆に、レンズピッチＰ１を画像ピッチＰ２に対して減少させると、再生像２０３は要素画像２０２から離れるように後側に移動し、かつ、拡大される。レンズピッチＰ１は、例えば、画像ピッチＰ２よりも数パーセント大きい。

このように、再生像２０３が視認される（生成される）位置及び倍率は、第２マイクロレンズアレイ２５のレンズピッチＰ１と要素画像２０２の画像ピッチＰ２との関係に依存する。要素画像２０２のピッチＰ２は、第１マイクロレンズアレイ２３のレンズピッチに依存する。したがって、第２マイクロレンズアレイ２５及び／又は第１マイクロレンズアレイ２３のレンズピッチを変更することで、再生像２０３の視認位置及び倍率を変更することができる。

要素画像２０２の画像ピッチＰ２は、元画像２０１と第１マイクロレンズアレイ２３との間の距離や、第１マイクロレンズアレイ２３の焦点距離にも依存する。第１マイクロレンズアレイ２３のレンズピッチは、第２マイクロレンズアレイ２５のレンズピッチと同一又は異なり得る。

表示デバイスの後側に虚像の再生像を生成する構成例を説明する。主に実施形態１との相違点を説明する。図７Ａ及び７Ｂは、それぞれ、表示デバイスの後側に虚像の再生像を生成する構成例の分解斜視図及び断面図である。実施形態１との相違点は、第２マイクロレンズアレイ２５のレンズピッチと要素画像２０２の画像ピッチとの間の大小関係である。

実施形態１の構成において、第２マイクロレンズアレイ２５のレンズピッチは、要素画像２０２の画像ピッチよりも小さい。図７Ａ及び７Ｂに示す構成例において、第２マイクロレンズアレイ２５のレンズピッチは、画像２０２の画像ピッチよりも大きい。図６Ａを参照して説明したように、第２マイクロレンズアレイ２５のレンズピッチが画像２０２の画像ピッチよりも小さい構成において、再生像２０３は第２マイクロレンズアレイ２５の前側に形成される。

一方、図６Ｂを参照して説明したように、第２マイクロレンズアレイ２５のレンズピッチが画像２０２の画像ピッチよりも大きい構成において、再生像２０３は要素画像２０２の後側に虚像として形成される。

［実施形態４］
以下において、マイクロレンズアレイとして、液晶マイクロレンズアレイを使用する構成を説明する。液晶層に電位をかけると、液晶層が配向する。液晶層の配向により、屈折率分布が形成され、液晶層に屈折率分布型レンズとしての性質を持たせることができる。

第１マイクロレンズアレイ２３及び／又は第２マイクロレンズアレイ２５として、液晶マイクロレンズアレイを使用することができる。液晶マイクロレンズアレイは、レンズピッチを電気的に制御することができるため、ユーザに応じて適切な位置に再生像を容易に生成することができる。

［表示装置の構成］
図８は、液晶レンズアレイ８０の構成例を示す分解斜視図である。液晶レンズアレイ８０は、前側の第１基板８１と後側の第２基板８２とを含む。第１基板８１と第２基板８２とは、絶縁性の透明基板である。対向する第１基板８１と第２基板８２との間に、液晶材料（不図示）が封入される。

第１基板８１と第２基板８２の互いに対向する面に、それぞれ、複数の電極が配置されている。第１基板８１の液晶材料に対向する面には、帯状の複数の電極８１１が配列されている。第２基板８２の液晶材料に対向する面には、帯状の複数の電極８２１が配列されている。電極８１１、８２１は、透明導電材料、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）で形成されている。

帯状の複数の電極８１１は、同一方向に延びており、その方向と垂直な方向に配列されている。帯状の複数の電極８２１は、同一方向に延びており、その方向と垂直な方向に配列されている。電極８１１と電極８２１とが、基板主面の法線方向において見て（平面視において）、交差するように、第１基板８１及び第２基板８２は配置、固定される。以下に説明する例において、電極８１１が延びる方向と電極８２１が延びる方向との間の角度は、平面視において、直角である。

図９Ａは、電極８１１及び電極８２１のレイアウト及び電極それぞれに与えられる電圧を示す平面図である。図９Ａにおいて、電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３は、第１基板８１上に配置されている電極８１１である。電極ＥＬ４、ＥＬ５、ＥＬ６は、第２基板８２上に配置されている電極８２１である。不図示の駆動回路が、電極８１１及び電極８２１それぞれを駆動し、各電極の電位を制御する。

配列された電極８１１は、ストライプパターンを有する。電極８１１は、図９Ａにおいて左右方向に延び、上下方向に配列されている。電極８１１の形状は同一であり、上下方向において等間隔で配列されている。配列された電極８２１は、ストライプパターンを有する。電極８２１は、図９Ａにおい上下方向に延び、左右方向に配列されている。電極８２１の形状は同一であり、左右方向において等間隔で配列されている。

電極８１１と電極８２１とは、平面視において交差しており、図９Ａの例において、電極８１１と電極８２１とは直交している。電極８１１と電極８２１は同一の形状を有し、配列ピッチも同一である。電極８１１と電極８２１の形状及び／又はピッチは異なっていてもよい。電極８１１と電極８２１とは直交していなくてもよい。

第１基板８１の電極８１１のうち、Ｘ［ｍｍ］間隔の電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３は、接地され、０［Ｖ］が与えられている。電極８１１の他の電極は、フローティング状態である。第２基板８２の電極８２１のうち、Ｘ［ｍｍ］間隔の電極ＥＬ４、ＥＬ５、ＥＬ６に対して、正の電圧Ｖ１［Ｖ］が与えられている。電極８２１の他の電極は、フローティング状態である。

図９Ｂは、図９ＡにおけるＢＢ切断線での断面における、電位分布及び屈折率分布を示す。図９Ｃは、図９ＡにおけるＣＣ切断線での断面における、電位分布及び屈折率分布を示す。図９Ｂに示すように、屈折率は、電極ＥＬ４、ＥＬ５、ＥＬ６の位置で最も小さく、電極ＥＬ４、ＥＬ５間の中央位置、及び、電極ＥＬ５、ＥＬ６間の中央位置に向かって漸増し、それら中央位置で最も高くなっている。

また、図９Ｃに示すように、屈折率は、電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３の位置で最も小さく、電極ＥＬ１、ＥＬ２間の中央位置、及び、電極ＥＬ２、ＥＬ３間の中央位置に向かって漸増し、それら中央位置で最も高くなっている。

このように、０［Ｖ］が与えられている二つの隣接電極と、Ｖ１［Ｖ］が与えられている二つの隣接電極とで画定される範囲において、液晶材料が略円形の凸レンズとして透過光に作用する。つまり、直径及びピッチがＸ［ｍｍ］の屈折率分布型レンズアレイが形成される。

具体的には、電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ４、ＥＬ５で囲まれる領域、及び、電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ５、ＥＬ６で囲まれる領域、それぞれに、屈折率分布型レンズが形成される。また、電極ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ４、ＥＬ５で囲まれる領域、及び、電極ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ５、ＥＬ６で囲まれる領域、それぞれに、屈折率分布型レンズが形成される。

０［Ｖ］を与える電極の間隔及びＶ１［Ｖ］を与える電極の間隔を増減することで、レンズピッチを増減することができる。なお、第１基板８１の電極８１１にＶ１［Ｖ］を与え、第２基板の電極８２１に０［Ｖ］を与えてもよい。図９Ｂ、９Ｃに示すような電位分布を形成できれば、一方の基板の電極に与える電位は０［Ｖ］と異なる電圧Ｖ１より低い所定電圧でもよく、二つの基板に与える電位の極性も任意である。電圧Ｖ１は、負の電圧であってもよい。

図１０は、第２マイクロレンズアレイに、液晶レンズアレイ８０を使用した表示装置２０の構成例を示す。液晶レンズアレイ８０に対して、実施形態１における第２マイクロレンズアレイ２５の説明を適用することができる。液晶レンズアレイ８０は、上述のように駆動され、レンズピッチＸ［ｍｍ］は、要素画像２０２の画像ピッチよりも小さい。

レンズピッチを変更することで、再生像２０３の表示位置を変更することができる。例えば、帯状の電極８１１、８２１の幅が０．０２［ｍｍ］、電極間ピッチが０．０４［ｍｍ］とする。拡散板２７に映された要素画像２０２のピッチが１［ｍｍ］とする。液晶レンズアレイ８０が、レンズピッチＸ＝０．９６［ｍｍ］で駆動されると、再生像２０３は、拡散板２７の前側で視認される。液晶レンズアレイ８０が、レンズピッチＸ＝１．０４［ｍｍ］で駆動されると、再生像２０３は拡散板２７の後側に視認される。

次に、液晶レンズアレイ８０の他の駆動例を説明する。図１１Ａは、電極８１１及び電極８２１のレイアウト及び電極それぞれに与えられる電圧を示す平面図である。第１基板８１の電極８１１のうち、Ｘ［ｍｍ］間隔の電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３は、接地され、０［Ｖ］が与えられている。電極８１１のうち、他の電極はフローティング状態である。

第２基板８２の電極８２１のうち、Ｘ［ｍｍ］間隔の電極ＥＬ４、ＥＬ５、ＥＬ６に対して、正の電圧Ｖ１［Ｖ］が与えられている。さらに、第２基板８２の電極８２１のうち、電圧Ｖ１［Ｖ］が与えられている電極間の中央に位置する電極ＥＬ７、ＥＬ８が接地され、０［Ｖ］が与えられている。電極８２１のうち、他の電極はフローティング状態である。図９Ａ、９Ｂ、９Ｃを参照して説明した駆動方法と比較して、電極ＥＬ７、ＥＬ８の電圧が異なる。他の点は、上記駆動方法と同様である。

図１１Ｂは、図１１ＡにおけるＢＢ切断線での断面における、電位分布及び屈折率分布を示す。また、図９Ｃを参照した説明が、本駆動方法にも適用できる。上記駆動方法と同様に、液晶レンズアレイ８０は、直径及びピッチがＸ［ｍｍ］の屈折率分布型レンズアレイとして作用する。さらに、電極ＥＬ７とＥＬ８に０［Ｖ］を与えることで、低電位のピーク位置を正確に定めることができ、上記駆動方法と比較し、レンズの光軸位置をより正確に定めることができる。電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３、ＥＬ７、ＥＬ８に与える電圧は、０［Ｖ］と異なる電圧Ｖ１［Ｖ］より低い所定電圧でもよい。

次に、液晶レンズアレイ８０の他の構成例を説明する。図１２は、液晶レンズアレイ８０の他の構成例の分解斜視図である。液晶レンズアレイ８０は、前側の第１液晶セル８５０と、後側の第２液晶セル８６０とを含む。

第１液晶セル８５０は、第１基板８５１と第２基板８５２とを含む。第１基板８５１と第２基板８５２とは、絶縁性の透明基板である。対向する第１基板８５１と第２基板８５２との間に、液晶材料（不図示）が封入される。第１基板８５１の第２基板８５２及び液晶材料に対向する面に、面状の電極８５３が配置されている。第２基板８５２の第１基板８５１及び液晶材料に対向する面に、ストライプパターンの複数の電極８５４が配置されている。

第２基板８５２上で、帯状の複数の電極８５４が同一方向に延びており、その方向と垂直な方向に配列されている。面状の電極８５３と全ての複数の電極８５４とが、対向している。電極８５３、８５４は、透明導電材料、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）で形成されている。

第２液晶セル８６０は、第１基板８６１と第２基板８６２とを含む。第１基板８６１と第２基板８６２とは、絶縁性の透明基板である。対向する第１基板８６１と第２基板８６２との間に、液晶材料（不図示）が封入される。第１基板８６１の第２基板８６２及び液晶材料に対向する面に、面状の電極８６３が配置されている。第２基板８６２の第１基板８６１及び液晶材料に対向する面に、ストライプパターンの複数の電極８６４が配置されている。

第２基板８６２上で、帯状の複数の電極８６４が同一方向に延びており、その方向と垂直な方向に配列されている。面状の電極８６３と全ての複数の電極８６４とが、対向している。電極８６３、８６４は、透明導電材料、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）で形成されている。

第１液晶セル８５０のストライプパターンを有する電極８５４と、第２液晶セル８６０のストライプパターンを有する電極８６４とが、直行するように、第１液晶セル８５０及び第２液晶セル８６０は積層され、固定される。

図１３Ａは、第１液晶セル８５０のストライプパターンの電極８５４の一部及びそれらに与えられる電圧を示す平面図である。電極８５４のうち、Ｘ［ｍｍ］間隔の電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３に、正電圧Ｖ１［Ｖ］が与えられている。電圧Ｖ１［Ｖ］が与えられている電極間の中央に位置する電極ＥＬ４、ＥＬ５は、接地され、０［Ｖ］が与えられている。電極８５４の他の電極はフローティング状態である。電極８５４に対向する面状電極８５３は接地され、０［Ｖ］が与えられる。

図１３Ｂは、図１３ＡにおけるＢＢ切断線での断面における、電位分布及び屈折率分布を示す。屈折率は、電圧Ｖ１［Ｖ］が与えられている電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３の位置において最も小さく、電極ＥＬ４、ＥＬ５位置で最も大きい。屈折率は、電極ＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３から、電極ＥＬ４又はＥＬ５に向かって、漸増している。図１３Ａの屈折率分布から理解されるように、電圧Ｖ１［Ｖ］が与えられている隣接電極間の領域は、Ｘ［ｍｍ］幅の屈折率分布型のシリンドリカルレンズとして作用する。

第２液晶セル８６０も、第１液晶セル８５０と同様に、上述のように駆動される。第２液晶セル８６０が形成するＸ［ｍｍ］幅のシリンドリカルレンズは、第１液晶セル８５０が形成するＸ［ｍｍ］幅のシリンドリカルレンズに、平面視において交差し、本例において、直交する。これらは、直交していなくてもよい。液晶レンズアレイ８０は、直径及びピッチがＸ［ｍｍ］の屈折率分布型レンズアレイとして作用する。

なお、上記の屈折率分布を得ることができれば、電極に与える電圧は、上記例に限定されない、例えば、上記駆動における０［Ｖ］に代えて、電圧Ｖ１より小さい正又は負の所定電圧を与えてもよい。

［表示装置の制御］
以下において、液晶レンズアレイ８０を含む表示装置２０の制御を説明する。図１４Ａは、表示装置２０を含む表示システム１の論理構成を示す。表示システム１は、表示装置２０を制御する表示制御部１０をさらに含む。表示制御部１０は、表示デバイス２１を制御する画像制御部１１及び液晶レンズアレイ８０を制御する液晶レンズ制御部１３を含む。本例において、液晶レンズアレイ８０は、要素画像２０２の前側に配置されている。

画像制御部１１は、元画像（データ）５３から、表示デバイス２１に元画像２０１を表示させるための制御信号を、表示デバイス２１に送信する。表示デバイス２１は、元画像２０１をスクリーン上で表示する。

液晶レンズ制御部１３は、ユーザ入力５１に基づき、液晶レンズアレイ８０を制御する。具体的には、液晶レンズ制御部１３は、ユーザが指定した再生像２０３の表示位置を示す情報に基づき、液晶レンズアレイ８０のレンズピッチを制御する。再生像２０３の位置は、例えば、ユーザに最も近い位置から最も遠い位置までのいくつかの位置から選択可能である。指定可能な位置は、例えば、要素画像２０２の前側及び後側の位置を含む。なお、液晶レンズ制御部１３が受け付ける再生像２０３の位置の指定方法は特に限定されない。

液晶レンズ制御部１３は、ユーザに指定され得る再生像２０３の表示位置と、液晶レンズアレイ８０の電極それぞれに対して与える電圧とを対応付ける情報を保持している。再生像２０３の位置は、液晶レンズアレイ８０のレンズピッチに対応する。液晶レンズアレイ８０のレンズピッチは、上述のように制御することができる。液晶レンズ制御部１３は、ユーザ指定された再生像２０３の位置に対応するレンズピッチとなるように、液晶レンズアレイ８０に制御信号を送信する。これにより、ユーザの視力や位置等のユーザ状態に応じて適切な再生像２０３を形成することができる。

図１４Ｂに、表示システム１のハードウェア構成例を模式的に示す。表示システム１は、表示装置２０に加え、制御装置１０２及び入力デバイス１２７を含む。制御装置１０２は、例えば、計算機構成を有することができる。具体的には、制御装置１０２は、例えば、プロセッサ１２１、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１２２、通信Ｉ／Ｆ１２３、補助記憶装置１２５、及びメモリ１２６を含む。これらはバスを介して接続されている。

入出力インタフェース１２２は、複数のポートを含み、複数の外部デバイスと接続され得る。図１４Ｂにおいて、入出力インタフェース１２２には、表示装置２０が接続される。表示デバイス２１及び液晶レンズアレイ８０への制御信号は、入出力インタフェース１２２から送信される。

入出力インタフェース１２２は、さらに、入力デバイス１２７に接続されている。入力デバイス１２７は、ユーザに操作されるデバイスであって、例えば、タッチパネルデバイス（表示デバイスと共に使用される）や操作ボタンである。入力デバイス１２７からの信号は、入出力インタフェース１２２により受信される。

通信インタフェース１２３は、所定のプロトコルに従って、他の装置との通信を制御するネットワークインタフェース装置である。通信インタフェース１２３は、外部メモリと接続するためのインタフェースを含んでもよい。

補助記憶装置１２５は、例えば、フラッシュメモリデバイス等の不揮発性記憶装置であり、プロセッサ１２１が実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを格納する。本例において、補助記憶装置１２５は、元画像５３を格納している。補助記憶装置１２５は、複数の元画像を格納し得る。元画像５３は静止画像であるが、複数の元画像により、動画像を構成することができる。

一般に、補助記憶装置１２５に格納されているデータは、メモリ１２６にロードされて使用される。メモリ１２６は、例えば、揮発性メモリであり、プロセッサ１２１が実行するプログラム及びプログラムの実行時に使用されるデータを格納する。補助記憶装置１２５、メモリ１２６及びこれらの組み合わせは、それぞれ、記憶装置である。

プロセッサ１２１は、メモリ１２６に格納されたプログラムを実行する。プロセッサ１２１は、プログラムに従って動作することによって、所定の機能を実現する機能部（手段）として動作する。例えば、プロセッサ１２１は、画像制御プログラムに従って動作することで画像制御部１１として機能し、液晶レンズアレイ制御プログラムに従って動作することで液晶レンズ制御部１３として機能する。

本例において、画像制御部１１及び液晶レンズ制御部１３は、プロセッサ１２１により実装されているが、これらの機能を有する論理回路がプロセッサ１２１とは別に実装されてもよい。

上述のように、液晶レンズアレイ８０は、レンズピッチを変更可能なマイクロレンズアレイとして動作する。液晶レンズアレイが、要素画像２０２を生成する構成においては、要素画像２０２のピッチを制御するように、液晶レンズアレイの電極に与える電圧が制御される。要素画像２０２の生成及び統合のそれぞれに液晶レンズアレイが使用される場合、双方又は一方のみのレンズピッチは、ユーザ指定に応じて制御してよい。

実施形態２において説明したように、ピンホールアレイをマイクロレンズアレイに代えて使用することができ、ピンホールピッチを変更可能なピンホールアレイとして、透過型表示デバイス、例えば、液晶表示デバイスを使用することができる。表示制御部１０は、液晶表示デバイスにおいてピンホールアレイの画像を表示する。ピンホールそれぞれの領域は光を透過させ、ピンホール以外の領域は、光を遮断又は散乱する。ピンホールピッチを制御することで、再生像２０３の位置を制御することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

１ 表示システム、１０ 表示制御部、１１ 画像制御部、１３ 液晶レンズ制御部、２０ 表示装置、２１ 表示デバイス、２３、２５ マイクロレンズアレイ、２４、２６ ピンホールアレイ、２７ 拡散板、５０ ユーザ、５１ ユーザ入力、５３ 元画像データ、８０ 液晶レンズアレイ、８１、８２ 基板、１０２ 制御装置、１２１ プロセッサ、１２２ 入出力インタフェース、１２３ 通信インタフェース、１２５ 補助記憶装置、１２６ メモリ、１２７ 入力デバイス、２０１ 元画像、２０２ 要素画像、２０３ 再生像、２１１ プロジェクタ、２１２ プロジェクションスクリーン、２３１、２５１ マイクロレンズ、２４１、２６１ ピンホール、８１１、８２１ 電極、８５０、８６０ 液晶セル、８５１、８５２、８６１、８６２ 基板、８５３、８５４、８６５３、８６４ 電極、ＥＬ１〜ＥＬ８ 電極、Ｐ１ レンズピッチ、Ｐ２ 画像ピッチ

Claims (10)

1. 元画像を元画像表示位置に表示する表示デバイスと、
   レンズアレイ又はピンホールアレイである、第２アレイと、
   前記表示デバイスと前記第２アレイとの間に、前記表示デバイス及び前記第２アレイから離間して配置された、レンズアレイ又はピンホールアレイである、第１アレイと、
   を含み、
   前記第１アレイは、前記元画像から生成した複数の要素画像を、前記第１アレイと前記第２アレイとの間に結像し、
   前記複数の要素画像のピッチは、前記第２アレイのレンズピッチ又はピンホールピッチと異なり、
   前記第２アレイは、前記複数の要素画像を統合して、前記元画像を表す一つの再生像を生成する、
   表示装置。
2. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記第２アレイのレンズピッチ又はピンホールピッチは、前記複数の要素画像のピッチよりも大きく、
   前記再生像は、前記複数の要素画像の後側に位置する虚像である、
   表示装置。
3. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記第２アレイのレンズピッチ又はピンホールピッチは、前記複数の要素画像のピッチよりも小さく、
   前記再生像は、前記複数の要素画像の前側に位置する実像である、
   表示装置。
4. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記第１アレイと前記第２アレイとの間に配置され、前記複数の要素画像における要素画像からの光線の少なくとも一部の方向を、前記再生像の生成に使用するように制御する、光線方向制御板、をさらに含む、
   表示装置。
5. 請求項４に記載の表示装置であって、
   前記複数の要素画像は、前記光線方向制御板内で結像されている、
   表示装置。
6. 請求項４に記載の表示装置であって、
   前記光線方向制御板は拡散板である、
   表示装置。
7. 請求項１に記載の表示装置であって、
   前記第１アレイ及び前記第２アレイの少なくとも一方は、レンズピッチを変更可能なレンズアレイである、
   表示装置。
8. 請求項７に記載の表示装置であって、
   前記レンズアレイは、
   対向する第１基板及び第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間の液晶と、
   前記第１基板の前記第２基板に対向する面に形成されたストライプ状の第１電極パターンと、
   前記第２基板の前記第１基板に対向する面に形成され、前記第１電極パターンと交差する、ストライプ状の第２電極パターンと、
   を含み、
   前記第１電極パターンにおける所定間隔の電極に対して所定電圧が与えられ、前記第１電極パターンにおける他の電極はフローティング状態であり、
   前記第２電極パターンにおける所定間隔の電極に対して前記所定電圧より低い電圧が与えられ、前記第２電極パターンにおける他の電極はフローティング状態である、
   表示装置。
9. 請求項８に記載の表示装置であって、
   前記第１電極パターンにおいて前記所定電圧が与えられている電極間の中央の電極に、前記所定電圧より低い前記電圧が与えられている、
   表示装置。
10. 請求項７に記載の表示装置であって、
    前記レンズアレイは、
    積層配置されている第１液晶セルと第２液晶セルとを含み、
    前記第１液晶セルは、
    対向する第１基板及び第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間の液晶と、
    前記第１基板の前記第２基板に対向する面に形成された第１面状電極と、
    前記第２基板の前記第１基板に対向する面に形成された、ストライプ状の第１電極パターンと、
    を含み、
    前記第２液晶セルは、
    対向する第３基板及び第４基板と、
    前記第３基板と前記第４基板との間の液晶と、
    前記第３基板の前記第４基板に対向する面に形成された第２面状電極と、
    前記第４基板の前記第３基板に対向する面に形成され、第１電極パターンと交差する、ストライプ状の第２電極パターンと、
    を含み、
    前記第１電極パターンにおける所定間隔の電極に対して第１所定電圧が与えられ、前記第１電極パターンにおける他の電極はフローティング状態であり、
    前記第１面状電極に対して前記第１所定電圧より低い電圧が与えられ、
    前記第２電極パターンにおける所定間隔の電極に対して第２所定電圧が与えられ、前記第２電極パターンにおける他の電極はフローティング状態であり、
    前記第２面状電極に対して前記第２所定電圧より低い電圧が与えられる、
    表示装置。

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