JP3085321B2 - Display device - Google Patents

Display device

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JP3085321B2
JP3085321B2 JP03290964A JP29096491A JP3085321B2 JP 3085321 B2 JP3085321 B2 JP 3085321B2 JP 03290964 A JP03290964 A JP 03290964A JP 29096491 A JP29096491 A JP 29096491A JP 3085321 B2 JP3085321 B2 JP 3085321B2
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  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a display device used for a computer, a television receiver and the like.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In recent years, a three-dimensional image (including a three-dimensional image) has been used as seen in the display of computer graphics.
There is a growing need for a technology for displaying an image, for example, a document “Image Lab November 1990, pp. 20-24”
As disclosed in U.S. Pat. No. 6,086,867, a system using binocular parallax is widely used as a three-dimensional display device. In addition, the method using binocular parallax is roughly classified into a glasses method and a method without glasses. The method without glasses is
For example, in the literature "Television Society Journal Vol. 44, No. 5,
Pp. 591 to 597, 1990 ", the use as a television receiver is considered from its generality.

【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。
On the other hand, the glasses system includes a method of using a simple polarizing plate and a color filter for the glasses, a method of providing a shutter function to the glasses, and a method of providing a two-dimensional display to the glasses.

【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。
In the eyeglass system, a method having a simple polarizing plate is generally used, such as a method of projecting two images having different polarizations on a large screen screen such as IMAX, or a two-dimensional image such as Sony Tektronix. There is a method in which a shutter for a polarizing filter is provided on the front surface of the display, and time-division driving is performed with the polarization direction changed.

【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。
[0005] In the glasses method, a two-dimensional display having glasses in glasses is described in, for example, a document "Image Lab".
As shown in Jan. 1991, pp. 29-33, and the document "Image Lab Jan. 1991, pp. 20-23", it is also called a head mounted display (HMD), Attention has been paid to the research of artificial reality.

【0006】[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16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
16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。
However, most of the various types of display devices described above are three-dimensional displays using only binocular parallax.
Since the stereoscopic display is performed using so-called illusion using only information of binocular parallax, an eye adjustment mechanism (a mechanism such as focus adjustment) and a convergence mechanism (a movement mechanism for gazing at an object) often do not match. In general, there has been a drawback that if the user keeps watching the display for more than 20 minutes, eye fatigue accumulates. FIG. 16 is a diagram for explaining this state. For example, two images P1 and P2 are displayed on the screen 210 at a predetermined interval Z, and the two images P1 and P2 are displayed by human eyes. 201,
When the eyes 201 and 202 perform binocular vision, the adjustment mechanism of the eyes 201 and 202 focuses on the actual distance L1 from the eyes 201 and 202 to the screen 210, but the convergence mechanism of the eyes 201 and 202 Facing the image P2, the other eye 20
Since the eyes 201 and 202 are controlled so that 2 faces the image P1, the gazing point is at the intersection position CLS, and in the example of FIG. 16, it is closer to the actual screen. Therefore,
Distance L1 for focusing and distance L2 to the point of regard CLS
Does not match, it is considered that this causes eye fatigue. If the screen is viewed for a long time, the larger the difference between L1 and L2, the greater the accumulation of eye fatigue.

【0007】本発明は、目の疲労が少なく臨場感に富ん
だ立体画像を簡単な仕方で表示することの可能なディス
プレイ装置を提供することを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a display device capable of displaying a stereoscopic image with less eyestrain and richness in a simple manner in a simple manner.

【0008】[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
にドットの前面に、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が微小
なレンズの焦点距離よりも大きく、かつ前記焦点距離の
2倍以下に設定されていることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a display device, wherein a minute lens is provided in front of each dot of at least one pixel forming a two-dimensional display. The optical path length between the minute lens and the dot is set to be longer than the focal length of the minute lens and to be equal to or less than twice the focal length.

【0009】また、請求項2記載のディスプレイ装置
は、さらに、微小なレンズとドットとの間に光路長を変
化させる手段が設けられていることを特徴としている。
The display device according to the present invention is further characterized in that a means for changing the optical path length is provided between the minute lens and the dot.

【0010】また、請求項3記載のディスプレイ装置
は、さらに、前記微小なレンズの焦点距離を変化させる
手段が設けられていることを特徴としている。
The display device according to a third aspect of the present invention is further characterized in that a means for changing a focal length of the minute lens is further provided.

【0011】[0011]

【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
を微小なレンズの焦点距離よりも大きく、かつ前記焦点
距離の2倍以下に設定することによって、ドットの実像
を2次元ディスプレイの前方に拡大して表示させること
ができる。
According to the display device of the present invention, a minute lens is provided in front of each dot composed of at least one pixel forming a two-dimensional display. By setting the optical path length larger than the focal length of the minute lens and twice or less of the focal length, the real image of the dot can be enlarged and displayed in front of the two-dimensional display.

【0012】また、請求項2記載のディスプレイ装置
は、請求項1記載のディスプレイ装置の構成において、
さらに、光路長を変化させる手段が設けられており、こ
れにより、ドットの実像の位置を画面全体または1ドッ
トごとに変化させることができる。
A display device according to a second aspect of the present invention is the display device according to the first aspect,
Further, a means for changing the optical path length is provided, so that the position of the real image of dots can be changed for the entire screen or for each dot.

【0013】また、請求項3記載のディスプレイ装置
は、請求項1記載のディスプレイ装置の構成において、
さらに、前記微小なレンズの焦点距離を変化させる手段
が設けられており、この場合にも、上記手段によって実
像の位置を画面全体または1ドットごとに変化させるこ
とができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a display apparatus as set forth in the first aspect.
Further, a means for changing the focal length of the minute lens is provided. Also in this case, the position of the real image can be changed for the entire screen or for each dot by the above means.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の一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に対応させて微小レン
ズ1a,1b,1cが設けられている。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 are a front view and a sectional view, respectively, of a first embodiment of a display device according to the present invention. 1 and 2, the two-dimensional display DP has dots 2a, 2b, and 2c formed of one pixel, and the two-dimensional display DP is provided with a front glass 3. Furthermore, in this display device, 2
Micro lenses 1a, 1b, 1c are provided in front of the dots 2a, 2b, 2c of the dimensional display DP in correspondence with the dots 2a, 2b, 2c.

【0015】微小レンズ1a,1b,1cは、焦点距離
がfのとつレンズであって、微小レンズ1a,1b,1
cとドット2a,2b,2cとの光路長S1は、レンズ
1a,1b,1cの焦点距離fよりも大きく、かつ焦点
距離fの2倍以下の値に設定されている。このように設
定することにより、この実施例では、観察者が、この微
小レンズ1a,1b,1cを用いて2次元ディスプレイ
DPの各ドット2a,2b,2cを目5で見るときに、
各ドットの倒立実像2a’,2b’,2c’を微小レン
ズ1a,1b,1cの手前に表示させることを意図して
いる。
The minute lenses 1a, 1b, 1c are lenses having a focal length of f, and are minute lenses 1a, 1b, 1c.
The optical path length S1 between c and the dots 2a, 2b, 2c is set to a value larger than the focal length f of the lenses 1a, 1b, 1c and less than twice the focal length f. By setting in this way, in this embodiment, when the observer sees each dot 2a, 2b, 2c of the two-dimensional display DP with the eyes 5 using the micro lenses 1a, 1b, 1c,
It is intended to display the inverted real images 2a ', 2b', 2c 'of each dot in front of the microlenses 1a, 1b, 1c.

【0016】このような構成において、微小レンズ1
a,1b,1cを薄肉レンズとし、前面ガラス3の厚さ
を計算の便宜上0mmとし、微小レンズ1a,1b,1c
と前面ガラス3との空隙の屈折率を“1”とすると、微
小レンズ1a,1b,1cと倒立実像2a’,2b’,
2c’との距離S2は、単純に、微小レンズ1a,1
b,1cの焦点距離fと、ドット2a,2b,2cと微
小レンズ1a,1b,1cとの距離S1とにより、次式
のように求められる。
In such a configuration, the minute lens 1
a, 1b, and 1c are thin lenses, the thickness of the front glass 3 is 0 mm for convenience of calculation, and the minute lenses 1a, 1b, and 1c
Assuming that the refractive index of the gap between the lens and the front glass 3 is "1", the minute lenses 1a, 1b, 1c and the inverted real images 2a ', 2b',
The distance S2 from the microlenses 1a, 1c
The focal length f of b, 1c and the distance S1 between the dots 2a, 2b, 2c and the microlenses 1a, 1b, 1c are obtained as in the following equation.

【0017】[0017]

【数1】1/S2=−1/f+1/S11 / S2 = -1 / f + 1 / S1

【0018】また、倒立実像2a’,2b’,2c’の
拡大倍率βは、微小レンズ1a,1b,1cの前焦点
F’と倒立実像2a’,2b’,2c’との距離を
x’,微小レンズ1a,1b,1cの後焦点Fとドット
2a,2b,2cとの距離をxとすると、次式により求
められる。
The magnification β of the inverted real images 2a ′, 2b ′, 2c ′ is determined by the distance x ′ between the front focal point F ′ of the minute lenses 1a, 1b, 1c and the inverted real images 2a ′, 2b ′, 2c ′. When the distance between the back focus F of the micro lenses 1a, 1b, 1c and the dots 2a, 2b, 2c is x, the distance can be obtained by the following equation.

【0019】[0019]

【数2】 (Equation 2)

【0020】いま例えば、微小レンズ1a,1b,1c
の焦点距離fを3mm,レンズとドットとの距離S1を5
mm,倒立実像とレンズとの距離S2を7.5mmとする
と、上記数1,数2により、拡大倍率βは1.5倍とな
る。
Now, for example, the minute lenses 1a, 1b, 1c
Is 3 mm, the distance S1 between the lens and the dot is 5 mm.
mm and the distance S2 between the inverted real image and the lens is 7.5 mm, the enlargement magnification β is 1.5 times by the above equations (1) and (2).

【0021】また、観察者の目5とレンズとの距離Dを
400mmとすると、観察者の目5からは、392.5mm
の距離にドットの倒立実像が見えることになり、実像の
位置は、目の注視点をレンズよりも7.5mm手前に変化
させられる。このため、これらのドットが複数個からな
る画像を見ると、レンズ面よりも手前にその画像があた
かもあるように見せることが可能となる。
If the distance D between the eye 5 of the observer and the lens is 400 mm, 392.5 mm from the eye 5 of the observer.
The inverted real image of the dot can be seen at a distance of, and the position of the real image can be changed by 7.5 mm before the lens. Therefore, when an image including a plurality of these dots is viewed, it is possible to make the image appear as if it were in front of the lens surface.

【0022】なお、レンズとドットとの光路長S1が微
小レンズの焦点距離fよりも小さい場合には、レンズの
後方に正立虚像が形成され、レンズの手前には像を見る
ことができない。従って、レンズの手前に像を見せるた
めには、少なくともレンズとドットとの光路長S1をレ
ンズの焦点距離fよりも大きくする必要がある。しかし
ながら、レンズとドットとの光路長S1を焦点距離の2
倍まで大きくすると、倒立実像の拡大倍率βは1倍とな
り、さらに光路長S1を大きくすると、拡大倍率βは1
倍以下となって、レンズに見えるドットが小さくなり、
画像が著しく劣化する。
When the optical path length S1 between the lens and the dot is smaller than the focal length f of the minute lens, an erect virtual image is formed behind the lens and the image cannot be seen in front of the lens. Therefore, at least the optical path length S1 between the lens and the dot needs to be larger than the focal length f of the lens in order to show an image before the lens. However, the optical path length S1 between the lens and the dot is set to the focal length of 2
When the optical path length S1 is further increased, the magnification β becomes 1
Less than twice, the dots seen by the lens become smaller,
The image deteriorates significantly.

【0023】これにより、画像を劣化させずにレンズの
手前に像を見せるためには、レンズとドットとの光路長
S1を焦点距離fよりも大きくし、かつ焦点距離fの2
倍以下に設定する必要がある。
Accordingly, in order to show an image in front of the lens without deteriorating the image, the optical path length S1 between the lens and the dot is set to be larger than the focal length f, and the focal length f is set to two.
Must be set to less than twice.

【0024】図3は図1,図2の構成のディスプレイ装
置に、さらに光路長を変化させる手段を付加したディス
プレイ装置の一例を示す図であり、このディスプレイ装
置では、光路長を変化させる手段として、2次元ディス
プレイDPのパネルPN1と、微小レンズ1a,1b,
1c,…をもつパネルPN2との間の距離Zを変化させ
るアクチュエータAT1を用いている。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a display device in which a means for changing the optical path length is added to the display device having the structure shown in FIGS. 1 and 2. In this display device, the means for changing the optical path length is used. , A panel PN1 of a two-dimensional display DP and minute lenses 1a, 1b,
An actuator AT1 that changes the distance Z between the panel PN2 and the panel PN2 having 1c,.

【0025】このような構成では、アクチュエータAT
1によりパネルPN1と、パネルPN2との間の距離Z
を変化させて、光路長を変化させることにより、目に見
える倒立実像の位置を変化させることができる。図4
(a)乃至(d)はこの様子を具体的に示す図であり、
図4(a)は微小レンズの焦点距離fが3mm,レンズと
ドットとの距離S1が5mm,倒立実像とレンズとの距離
S2が7.5mmであるときの倒立実像,例えば2b’の
状態を示す図である。この場合、この倒立実像2b’は
拡大倍率βが1.5倍であり、観察者の目5とレンズと
の距離Dが400mであるときには、観察者の目5から
は392.5mmの位置にこの像を見ることができる。
In such a configuration, the actuator AT
1, the distance Z between the panel PN1 and the panel PN2
By changing the optical path length, the position of the visible inverted real image can be changed. FIG.
(A) to (d) are diagrams specifically showing this state.
FIG. 4A shows a state of an inverted real image, for example, 2b 'when the focal length f of the microlens is 3 mm, the distance S1 between the lens and the dot is 5 mm, and the distance S2 between the inverted real image and the lens is 7.5 mm. FIG. In this case, the inverted real image 2b 'is located at a position of 392.5 mm from the observer's eye 5 when the magnification β is 1.5 times and the distance D between the observer's eye 5 and the lens is 400 m. You can see this image.

【0026】また、図4(b)は微小レンズの焦点距離
fが3mm,レンズとドットとの距離S1が6mm,倒立実
像とレンズとの距離S2が6mmであるときの倒立実像,
例えば2b’の状態を示す図である。この場合、この倒
立実像2b’は拡大倍率βが1.0倍であり、観察者の
目5とレンズとの距離Dが400mであるときには、観
察者の目5からは394mmの位置にこの像を見ることが
できる。
FIG. 4B shows an inverted real image when the focal length f of the microlens is 3 mm, the distance S1 between the lens and the dot is 6 mm, and the distance S2 between the inverted real image and the lens is 6 mm.
For example, it is a diagram showing a state of 2b '. In this case, the inverted real image 2b ′ has an enlargement magnification β of 1.0 ×, and when the distance D between the observer's eye 5 and the lens is 400 m, the image is located 394 mm from the observer's eye 5. Can be seen.

【0027】また、図4(c)は微小レンズの焦点距離
fが3mm,レンズとドットとの距離S1が7.5mm,倒
立実像とレンズとの距離S2が5mmであるときの倒立実
像,例えば2b’の状態を示す図である。この場合、こ
の倒立実像2b’は拡大倍率βが0.667倍であり、
観察者の目5とレンズとの距離Dが400mであるとき
には、観察者の目5からは395mmの位置にこの像を見
ることができる。
FIG. 4C shows an inverted real image when the focal length f of the minute lens is 3 mm, the distance S1 between the lens and the dot is 7.5 mm, and the distance S2 between the inverted real image and the lens is 5 mm, for example. It is a figure which shows the state of 2b '. In this case, the inverted real image 2b ′ has an enlargement magnification β of 0.667 ×
When the distance D between the observer's eye 5 and the lens is 400 m, this image can be seen from the observer's eye 5 at a position of 395 mm.

【0028】また、図4(d)は微小レンズの焦点距離
fが3mm,レンズとドットとの距離S1が4mm,倒立実
像とレンズとの距離S2が12mmであるときの倒立実
像,例えば2b’の状態を示す図である。この場合、こ
の倒立実像2b’は拡大倍率βが3倍であり、観察者の
目5とレンズとの距離Dが400mであるときには、観
察者の目5からは388mmの位置にこの像を見ることが
できる。
FIG. 4D shows an inverted real image when the focal length f of the microlens is 3 mm, the distance S1 between the lens and the dot is 4 mm, and the distance S2 between the inverted real image and the lens is 12 mm, for example, 2b '. It is a figure showing the state of. In this case, the inverted real image 2b 'has an enlargement magnification β of 3 times, and when the distance D between the eye 5 of the observer and the lens is 400 m, the image is viewed at a position of 388 mm from the eye 5 of the observer. be able to.

【0029】このように、微小なレンズとドットとの光
路長S1を微小なレンズの焦点距離fよりも大きい範囲
で変化させると、観察者に見えるドットの位置,すなわ
ち実像の位置を変化させることができる。
As described above, when the optical path length S1 between the minute lens and the dot is changed within a range larger than the focal length f of the minute lens, the position of the dot, that is, the position of the real image seen by the observer is changed. Can be.

【0030】図5はS1を変化させたときのS2の変化
を示す図であり、数1および図5からわかるように、実
際には、上記のように光路長S1を焦点距離fよりも大
きい範囲で変化させても、実像とレンズとの距離S2は
焦点距離fよりも小さい範囲でしか変化させることがで
きない(図5のΔS2を参照)。しかしながら、図5か
らわかるように、光路長S1を焦点距離fに近づけるに
従い、実像の見える距離を観察者に近い方に大きく変化
させることができる。
FIG. 5 is a diagram showing a change in S2 when S1 is changed. As can be seen from Equation 1 and FIG. 5, the optical path length S1 is actually larger than the focal length f as described above. Even if it is changed in the range, the distance S2 between the real image and the lens can be changed only in a range smaller than the focal length f (see ΔS2 in FIG. 5). However, as can be seen from FIG. 5, as the optical path length S1 is closer to the focal length f, the distance at which the real image can be viewed can be greatly changed toward the observer.

【0031】なお、図4(c)のように微小なレンズと
ドットとの光路長S1を焦点距離fの2倍以上の値とす
る場合には、前述のように、ドットの拡大倍率βが1よ
り小さくなるので、これらのドットからなる画像の質が
劣化し好ましくない。
When the optical path length S1 between the minute lens and the dot is set to a value twice or more the focal length f as shown in FIG. 4C, as described above, the dot enlargement magnification .beta. Since it is smaller than 1, the quality of the image formed of these dots deteriorates, which is not preferable.

【0032】一方、目5から見た見かけ上の倍率mは、
その物体を見る角度に比例する。このため、例えば図2
においてドットの視角をu,その実像の視角をu’,ド
ットの大きさをyとすると、見かけ上の倍率mは次式に
より与えられる。
On the other hand, the apparent magnification m seen from the eye 5 is
It is proportional to the viewing angle of the object. For this reason, for example, FIG.
, The visual angle of the dot is u, the visual angle of the real image is u ′, and the size of the dot is y, the apparent magnification m is given by the following equation.

【0033】[0033]

【数3】 m=tan(u’)/tan(u) tan(u)=y(D+S1) tan(u’)=y×β/(D−S2)M = tan (u ′) / tan (u) tan (u) = y (D + S1) tan (u ′) = y × β / (D−S2)

【0034】この場合、上述の例に示したように、D
(例えば400mm)がs1,s2と比較して大きいた
め、拡大倍率βの影響が大きくなり、見かけ上の倍率m
は1.55倍の大きさで、レンズから7.5mm手前にド
ットがあるかのようにみえる。しかしながら、像面に拡
散作用のある物質を設けているわけではないので、実際
に目で観察されるのは図4(d)で示されるような、目
5で1つのレンズを見たときに視角で切られる部分であ
り、レンズと目との距離が非常に小さくない限りは、隣
り合ったレンズ同士が、目に写る像に影響を及ぼすこと
はない。
In this case, as shown in the above example, D
(E.g., 400 mm) is larger than s1 and s2, so that the influence of the magnification β becomes large, and the apparent magnification m
Is 1.55 times larger and looks as if there is a dot 7.5mm before the lens. However, since a substance having a diffusing effect is not provided on the image plane, what is actually observed with the eyes is as shown in FIG. This is a portion cut by the viewing angle, and unless the distance between the lens and the eye is very small, the adjacent lenses do not affect the image seen by the eye.

【0035】すなわち、図4(a),図4(d)のよう
に拡大倍率βが1より大きくなるときは、レンズと目と
の視角で切られる範囲のドットしか見えないので、ドッ
トの光量や、フレア光や、ドット内のバラツキが問題に
なるものの、隣接したドットが直接に影響を及ぼすこと
はない。
That is, when the magnification β is larger than 1 as shown in FIGS. 4A and 4D, only the dots within the range cut off by the viewing angle between the lens and the eyes can be seen. In addition, although flare light and variations in dots are problematic, adjacent dots do not directly affect.

【0036】上述の例では、2次元ディスプレイDPの
パネルPN1と微小レンズ1a,1b,1c,…をもつ
パネルPN2との間の距離をアクチュエータAT1によ
り変化させ、これにより、2次元ディスプレイDPの各
ドットと各微小レンズとの全体の距離(光路長)を変化
させたが、各レンズと各ドットとの間の距離を個々のレ
ンズごとに変化させるようなマイクロアクチュエータを
設け、個々のレンズごとに距離(光路長)を変化させる
ようにすれば、個々のドットごとに実像の距離を変化さ
せることで、1ドットごとに実像の距離を変化させた立
体画像の表示が可能となる。
In the above-described example, the distance between the panel PN1 of the two-dimensional display DP and the panel PN2 having the microlenses 1a, 1b, 1c,... Is changed by the actuator AT1. Although the overall distance (optical path length) between the dot and each microlens was changed, a microactuator was provided to change the distance between each lens and each dot for each lens. If the distance (optical path length) is changed, it is possible to display a stereoscopic image in which the distance of the real image is changed for each dot by changing the distance of the real image for each dot.

【0037】さらに、2次元ディスプレイDPのパネル
PN1と微小レンズをもつパネルPN2とを機構的に移
動させることなく(すなわち、レンズと度度合いだの実
際の距離を変化させることなく(すなわち、レンズとド
ット間の実際の距離を変化させることなく)、光路長を
変化させる手段を構成することもできる。
Further, without mechanically moving the panel PN1 of the two-dimensional display DP and the panel PN2 having the minute lens (ie, without changing the actual distance between the lens and the degree (ie, without changing the lens). Means for changing the optical path length (without changing the actual distance between dots) can also be configured.

【0038】図6は電圧印加により屈折率が変化する材
料を光路長中に設けたディスプレイ装置の構成例を示す
図である。すなわち、図6のディスプレイ装置は、2次
元ディスプレイDPの前面ガラス3上に、さらに、電気
光学効果をもつ材料23と、透明電極24a,24b
と、保護ガラス25とが設けられている。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of a display device in which a material whose refractive index changes by applying a voltage is provided in the optical path length. That is, the display device of FIG. 6 further includes a material 23 having an electro-optical effect and transparent electrodes 24a and 24b on the front glass 3 of the two-dimensional display DP.
And a protective glass 25 are provided.

【0039】電圧印加により屈折率が変化する材料とし
ては、電気光学効果を有する材料が知られており、例え
ば、LiNbO3,PLZTセラミック等の無機化合物
や、液晶,有機高分子等の有機化合物である。
As a material whose refractive index is changed by applying a voltage, a material having an electro-optic effect is known. For example, an inorganic compound such as LiNbO 3 or PLZT ceramic or an organic compound such as liquid crystal or organic polymer is used. is there.

【0040】このようなディスプレイ装置では、電極2
4a,24b間の印加電圧を変化させることにより簡単
に電気光学効果をもつ材料23の屈折率を連続的に変化
することができる。光路長は、実際の距離と屈折率との
積であるので、電気光学効果をもつ材料23の屈折率を
変化させることにより、実際の距離を変化させずに、光
路長を変化させることができ、この結果、精度の良い光
路長の制御ができる。また、電圧でその光路長を変化で
きるため、電気光学効果を持つ材料の両端に電極を形成
するだけの簡単な構造のもので済む。
In such a display device, the electrode 2
By changing the applied voltage between 4a and 24b, the refractive index of the material 23 having the electro-optical effect can be easily changed continuously. Since the optical path length is the product of the actual distance and the refractive index, by changing the refractive index of the material 23 having the electro-optical effect, the optical path length can be changed without changing the actual distance. As a result, accurate control of the optical path length can be performed. Further, since the optical path length can be changed by a voltage, a simple structure in which electrodes are formed at both ends of a material having an electro-optical effect is sufficient.

【0041】いま例えば、電気光学効果をもつ材料23
としてネマチック液晶を用い、レンズとドットとの実際
の距離を4mmとし、液晶の厚さを2mmとする。また計算
の便宜上、ガラスの厚さは0mmとし、レンズ以外の部分
において光線の屈折はないものとする。
Now, for example, a material 23 having an electro-optical effect
Is used, the actual distance between the lens and the dot is 4 mm, and the thickness of the liquid crystal is 2 mm. Further, for convenience of calculation, it is assumed that the thickness of the glass is 0 mm, and that there is no refraction of light rays in portions other than the lens.

【0042】この場合、電極24a,24bにある一定
の電圧を印加して、液晶の屈折率nを1.5に変化させ
ると、2mmの厚さの液晶中の光路長は、2×1.5=3
mmとなり、レンズとドットとの間の光路長S1は5mmと
なる。図7(a)はこの状態を示す図であり、液晶の屈
折率nが1.5であり、光路長S1が5mmのときには、
倒立実像,例えば2b’とレンズ,例えば1bとの距離
S2は7.5mmとなる。
In this case, when a certain voltage is applied to the electrodes 24a and 24b to change the refractive index n of the liquid crystal to 1.5, the optical path length in the liquid crystal having a thickness of 2 mm becomes 2 × 1. 5 = 3
mm, and the optical path length S1 between the lens and the dot is 5 mm. FIG. 7A illustrates this state. When the refractive index n of the liquid crystal is 1.5 and the optical path length S1 is 5 mm, FIG.
The distance S2 between the inverted real image, for example, 2b 'and the lens, for example, 1b, is 7.5 mm.

【0043】この状態からさらに印加電圧を変化させ
て、液晶の屈折率nを1.8にすると、2mmの厚さの液
晶中の光路長は、2×1.8=3.6mmとなり、レンズ
とドットとの間の光路長S1は5.6mmとなる。図7
(b)はこの状態を示す図であり、液晶の屈折率nが
1.8であり、光路長S1が5.6mmのときには、倒立
実像2b’とレンズ1bとの距離S2は6.46mmとな
る。
When the applied voltage is further changed from this state to make the refractive index n of the liquid crystal 1.8, the optical path length in the liquid crystal having a thickness of 2 mm becomes 2 × 1.8 = 3.6 mm, and the lens The optical path length S1 between the dot and the dot is 5.6 mm. FIG.
(B) is a diagram showing this state. When the refractive index n of the liquid crystal is 1.8 and the optical path length S1 is 5.6 mm, the distance S2 between the inverted real image 2b ′ and the lens 1b is 6.46 mm. Become.

【0044】このように液晶の屈折率nを1.5から
1.8に変化させると、レンズと実像との距離を1.0
4mmだけ変化させることができる。この際、光路長S1
を焦点距離fに近い大きさにすると、僅かな屈折率変化
による光路長S1の変化で、実像の位置を大きく変化さ
せ、目5から見える実像の距離を大きく変化させること
ができる。
As described above, when the refractive index n of the liquid crystal is changed from 1.5 to 1.8, the distance between the lens and the real image becomes 1.0.
Can be changed by 4mm. At this time, the optical path length S1
Is close to the focal length f, the position of the real image can be greatly changed by a change in the optical path length S1 due to a slight change in the refractive index, and the distance of the real image seen from the eye 5 can be greatly changed.

【0045】また、図6に示した構成を図8に示すよう
な構成のものに変形することができる。すなわち、図8
では、ドット2aに対応させて電極28a,29aを形
成し、ドット2bに対応させて電極28b,29bを形
成し、ドット2cに対応させて電極28c,29cを形
成するというように、電極をドットごとに形成してお
り、これによって、1ドットごとに対応した電圧制御が
可能な構成となっている。この場合には、前述のマイク
ロアクチュエータを設ける場合と同様にして、個々のド
ットごとに光路長を変化させ、個々のドットごとに実像
の距離を変化させることが可能となり、立体画像の表示
が可能となる。
Further, the configuration shown in FIG. 6 can be modified to a configuration as shown in FIG. That is, FIG.
Then, the electrodes 28a and 29a are formed corresponding to the dots 2a, the electrodes 28b and 29b are formed corresponding to the dots 2b, and the electrodes 28c and 29c are formed corresponding to the dots 2c. Thus, voltage control corresponding to each dot can be performed. In this case, the optical path length can be changed for each dot, and the distance of the real image can be changed for each dot, as in the case of providing the microactuator described above, and a stereoscopic image can be displayed. Becomes

【0046】なお、電気光学効果をもつ材料として液晶
を例にとって説明したが、他の電気光学材料を用いる場
合にも、液晶と同様にして、光路長を変化させ、実像の
距離を変化させることができる。この際、PLZTセラ
ミックスなどを用いる場合には、他の結晶性の材料を用
いる場合に比べて大面積化に適しているという利点を有
している。
Although a liquid crystal has been described as an example of a material having an electro-optic effect, when other electro-optic materials are used, the optical path length is changed and the distance of the real image is changed in the same manner as the liquid crystal. Can be. In this case, when using PLZT ceramics or the like, there is an advantage that it is more suitable for increasing the area than when using other crystalline materials.

【0047】このように、光路長を変化させる手段とし
て、電圧印加により屈折率が変化する材料を用いること
により、アクチュエータを用いる場合に比べて構成が簡
単であるにもかかわらず、精密かつ正確に制御を行なう
ことができる。特に、光路長を1ドットごとに変化させ
る場合には、簡単な構造で済むことと良好な制御性を有
することから、このような電気光学効果を有する材料を
用いるのが良い。
As described above, by using a material whose refractive index changes by applying a voltage as a means for changing the optical path length, the structure is simpler and simpler than when an actuator is used. Control can be performed. In particular, when the optical path length is changed for each dot, a material having such an electro-optical effect is preferably used because a simple structure is required and good controllability is obtained.

【0048】また、倒立実像の位置は、レンズとドット
との間の光路長S1を変化させるかわりに、微小レンズ
の焦点距離fを変化させることによっても変化させるこ
とが可能である。
The position of the inverted real image can also be changed by changing the focal length f of the minute lens instead of changing the optical path length S1 between the lens and the dot.

【0049】図9は図1,図2の構成のディスプレイ装
置に、さらに微小レンズの焦点距離fを変化させる手段
を付加したディスプレイ装置の一例を示す図であり、こ
のディスプレイ装置では、複数の微小なとつレンズをも
つパネルPN4と、複数の微小なおうレンズをもつパネ
ルPN5とを焦点可変光学系,すなわちズーム光学系
(おう・とつレンズの2群ズーム)として設け、パネル
PN4とパネルPN5と2次元ディスプレイDPのパネ
ルPN1との間の距離Z1,Z2をアクチュエータAT
2により変化させるようにしている。
FIG. 9 is a view showing an example of a display device in which a means for changing the focal length f of a minute lens is added to the display device having the structure shown in FIGS. 1 and 2. In this display device, a plurality of minute A panel PN4 having a converging lens and a panel PN5 having a plurality of minute converging lenses are provided as a variable-focus optical system, that is, a zoom optical system (two-group zooming of a conical lens). The distances Z1 and Z2 between the actuator AT
2 to change.

【0050】このような構成のディスプレイ装置では、
アクチュエータAT2によりパネルPN4とパネルPN
5とパネルPN1との間の距離Z1,Z2を変化させる
ことにより、焦点可変光学系,すなわち微小レンズの焦
点距離fを変化させて、数1に基づき、倒立実像とレン
ズとの間の距離S2を変化させ、目に見える実像の位置
を変化させることができる。
In the display device having such a configuration,
Panel PN4 and panel PN by actuator AT2
By changing the distances Z1 and Z2 between the lens 5 and the panel PN1, the focal length f of the variable-focus optical system, that is, the minute lens is changed, and the distance S2 between the inverted real image and the lens is calculated based on Equation 1. And the position of the visible real image can be changed.

【0051】図10(a)乃至(c)はこの様子を具体
的に示す図であり、図10(a)は、ドットと微小レン
ズとの距離S1が5mmであり、微小レンズの焦点距離f
が3mmであるときの倒立実像,例えば2b’の状態を示
す図である。この場合、この倒立実像2b’の位置S2
は7.5mmであり、拡大倍率βは1.5倍である。
FIGS. 10A to 10C specifically show this state. FIG. 10A shows that the distance S1 between the dot and the minute lens is 5 mm and the focal length f of the minute lens is
FIG. 6 is a diagram showing an inverted real image when 3 mm is 3 mm, for example, a state of 2b ′. In this case, the position S2 of the inverted real image 2b '
Is 7.5 mm, and the magnification β is 1.5 times.

【0052】また、図10(b)はドットと微小レンズ
との距離S1が5mmであり、微小レンズの焦点距離fが
2.5mmであるときの倒立実像,例えば2b’の状態を
示す図である。この場合、この倒立実像2b’の位置S
2は6mmであり、拡大倍率βは1倍である。
FIG. 10B is a diagram showing an inverted real image, for example, the state of 2b 'when the distance S1 between the dot and the minute lens is 5 mm and the focal length f of the minute lens is 2.5 mm. is there. In this case, the position S of the inverted real image 2b '
2 is 6 mm, and the magnification β is 1.

【0053】また、図10(c)はドットと微小レンズ
との距離S1が5mmであり、微小レンズの焦点距離fが
3.5mmであるときの倒立実像,例えば2b’の状態を
示す図である。この場合、この倒立実像2b’の位置S
2は11.67mmであり、拡大倍率βは2.3倍であ
る。
FIG. 10C is a diagram showing an inverted real image, for example, the state of 2b 'when the distance S1 between the dot and the minute lens is 5 mm and the focal length f of the minute lens is 3.5 mm. is there. In this case, the position S of the inverted real image 2b '
2 is 11.67 mm, and the magnification β is 2.3 times.

【0054】上述の例では、2次元ディスプレイDPの
パネルPN1とパネルPN4とパネルPN5との間の距
離をアクチュエータAT2により変化させ、これによ
り、全ての微小レンズの焦点距離を全体に同じに変化さ
せたが、各レンズの焦点距離を個々のレンズごとに変化
させるようなマイクロアクチュエータを設け、個々のレ
ンズごとに焦点距離を変化させるようにすれば、個々の
ドットごとに実像の距離を変化させることで、1ドット
ごとに実像の距離を変化させた立体画像の表示が可能と
なる。
In the above-described example, the distance between the panel PN1, the panel PN4, and the panel PN5 of the two-dimensional display DP is changed by the actuator AT2, so that the focal lengths of all the microlenses are changed to be the same as a whole. However, by providing a microactuator that changes the focal length of each lens for each lens and changing the focal length for each lens, the distance of the real image can be changed for each dot. Thus, it is possible to display a stereoscopic image in which the distance of the real image is changed for each dot.

【0055】さらに上記各パネルPN1,PN4,PN
5を機構的に移動させることなく、焦点距離を変化させ
る手段を構成することもできる。
Further, each of the above panels PN1, PN4, PN
Means for changing the focal length without mechanically moving the lens 5 can also be configured.

【0056】図11は電圧印加により屈折率が変化する
材料で各微小レンズを形成したディスプレイ装置の構成
例を示す図である。すなわち、図11のディスプレイ装
置は、微小レンズ22a,22b,22cが、電気光学
効果をもつ材料(電気光学材料)により形成されてお
り、各微小レンズ22a,22b,22cの間には、電
極20a,20bが配置されている。
FIG. 11 is a diagram showing an example of the configuration of a display device in which each minute lens is formed of a material whose refractive index changes when a voltage is applied. That is, in the display device of FIG. 11, the microlenses 22a, 22b, and 22c are formed of a material having an electro-optical effect (electro-optical material), and the electrodes 20a are provided between the microlenses 22a, 22b, and 22c. , 20b are arranged.

【0057】上記電気光学材料としては、例えばLiN
bO3結晶を用い、光軸に沿って電極20a,20bに
より電界が印加できるように微小レンズ22a,22
b,22cが形成されている。この場合、電極20a,
20b間に高電圧を印加すると、微小レンズ22a,2
2b,22cは電気光学レンズとなる。
As the electro-optical material, for example, LiN
The microlenses 22a and 22b are made of a bO 3 crystal so that an electric field can be applied along the optical axis by the electrodes 20a and 20b.
b, 22c are formed. In this case, the electrodes 20a,
When a high voltage is applied between the microlenses 22a and 20b,
2b and 22c are electro-optical lenses.

【0058】このような構成のディスプレイ装置では、
電極20a,20b間の電圧を変化することにより、微
小レンズ22a,22b,22cの焦点距離を変化させ
ることができ、実像の位置を変化させることができる。
なお、電圧印加により屈折率が変化する材料としては前
述のように、電気光学効果を有する材料を用いることが
できる。
In the display device having such a configuration,
By changing the voltage between the electrodes 20a and 20b, the focal length of the minute lenses 22a, 22b and 22c can be changed, and the position of the real image can be changed.
Note that, as described above, a material having an electro-optic effect can be used as a material whose refractive index changes by application of a voltage.

【0059】また、図12のディスプレイ装置では、微
小レンズ30a,30b,30cが、屈折率の比較的大
きなネマチック液晶の一種が封入されている微小液晶レ
ンズ31a,31b,31cと、透明電極32a,32
b,32c;33a,33b,33cと、平とつガラス
34a,34b,34c;35a,35b,35cとか
ら構成されている。
In the display device shown in FIG. 12, the minute lenses 30a, 30b and 30c are composed of minute liquid crystal lenses 31a, 31b and 31c in which a kind of nematic liquid crystal having a relatively large refractive index is sealed, and transparent electrodes 32a and 31c. 32
b, 32c; 33a, 33b, 33c, and flat glass 34a, 34b, 34c; 35a, 35b, 35c.

【0060】このような構成のディスプレイ装置におい
ても、電極32a,32b,32cと電極33a,33
b,33cとの間に電圧を印加して微小液晶レンズ31
a,31b,31cの液晶分子の配向状態を制御するこ
とにより、液晶の屈折率を変化させ、焦点距離を連続的
に変化させ、実像の位置を変化させることができる。
In the display device having such a configuration, the electrodes 32a, 32b, 32c and the electrodes 33a, 33c are also provided.
b, 33c to apply a voltage to the minute liquid crystal lens 31.
By controlling the alignment states of the liquid crystal molecules a, 31b, and 31c, the refractive index of the liquid crystal can be changed, the focal length can be continuously changed, and the position of the real image can be changed.

【0061】この他にも、例えば、円形または楕円形の
穴形の穿設された電極と平板電極の間に液晶材料を封入
し、電極間に電圧を印加するときに液晶材料中の不均一
な電界分布による液晶分子の配向によって微小レンズを
形成し、印加電圧を変化させて、この微小レンズの焦点
距離を変化させることもできる。あるいはフレネル構造
の液晶レンズなどによっても焦点可変レンズを構成する
ことができる。
In addition, for example, a liquid crystal material is sealed between a plate electrode and a circular or elliptical hole and a non-uniform liquid crystal material is applied when a voltage is applied between the electrodes. It is also possible to change the focal length of the minute lens by forming a minute lens based on the orientation of the liquid crystal molecules due to an appropriate electric field distribution and changing the applied voltage. Alternatively, the variable focus lens can be constituted by a liquid crystal lens having a Fresnel structure.

【0062】なお、上述した実施例では、図1に示した
ように、2次元ディスプレイDPを形成する1画素から
なるドットごとに、それぞれ1個の微小なレンズを設け
たが、これを図13,図14に示すように、複数画素か
らなるドットごとにそれぞれ1個の微小レンズを設ける
ようにしても良く、この場合にも、同様にして、本発明
を適用することができる。
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, one minute lens is provided for each dot consisting of one pixel forming the two-dimensional display DP. As shown in FIG. 14, one microlens may be provided for each dot composed of a plurality of pixels, and in this case, the present invention can be similarly applied.

【0063】すなわち、図13の構成例では、R
(赤),G(緑),B(青)のRGB3画素からなるド
ット2eごとに微小レンズ1eが設けられている。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。
That is, in the configuration example of FIG.
A minute lens 1e is provided for each dot 2e composed of three pixels of red (RGB), green (G), and blue (B). At this time, hue information can be displayed with high accuracy only when there are three pixels of RGB.
Compared to the case where a micro lens is provided for each pixel, there is no significant change in performance, and it is easy to create a micro lens as much as the diameter of the lens can be increased.

【0064】また、図14の構成例では、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
が設けられている。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。
Further, in the configuration example shown in FIG. 14, a set of four dots 2f, 2g, 2h, and 2i composed of three pixels of RGB is newly set as one dot, and a minute lens 1f is provided for each dot.
Is provided. In this case, although the display accuracy of the information of the fine line and the contour is somewhat lowered, the diameter of the lens can be further increased, so that a minute lens can be easily formed. Furthermore, instead of using four dots as one dot, 3 × 3 = 9 sets can be used as one dot.

【0065】なお、図1,図13の場合,すなわち1ド
ットが1画素またはRGB3画素からなる場合には、1
ドットで1つの情報であるため、倒立像のままで問題は
生じないが、図14の場合,すなわち1ドットが、RG
B3画素からなるドットの複数組からなっているときに
は、これらの1ドットの中で、少なくともRGB3画素
ごとに細かに画像を倒立の状態にして表示する必要があ
る。
In the case of FIGS. 1 and 13, ie, when one dot is composed of one pixel or three pixels of RGB, one dot is used.
Since one dot is one piece of information, no problem occurs when the image is an inverted image. However, in the case of FIG.
When a plurality of sets of dots composed of B3 pixels are used, it is necessary to display an image in an inverted state at least for each of the three RGB pixels in one dot.

【0066】また、上述した各実施例において、図2,
図6,図7,図8,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。
In each of the above-described embodiments, FIG.
The display device of FIGS. 6, 7, 8, 11 and 12 can be used to change the optical path length or the focal length for each dot without changing the optical path length or the focal length.
The optical path length over the entire dot area for one column or one row,
Or, when it is configured to change the focal length, it is suitable for applications that provide a gentle three-dimensional effect in a wide area. More specifically, when only three types of changes, that is, the distant view, the middle view, and the near view need not be given, by using these configurations, the optical path length, Alternatively, the focal length can be set to be the same for a distant view, and the optical path length or the focal length can be set to be the same for all the dots in the foreground area for the foreground.

【0067】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、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。
On the other hand, when these display devices are configured such that the optical path length or the focal length can be changed for each dot, the optical path length or the focal length can be changed over a fine screen. It is suitable for use, and in this case, a three-dimensional effect can be obtained for each dot.

【0068】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。
However, in any of the above cases, the focal length of the micro lens corresponding to each dot or the lens acting on the entire surface of the two-dimensional display DP, or
Since the refractive index of the layer between these lenses and the dots can be easily set to a predetermined value, according to the image information to be displayed, by determining the focal length or the refractive index,
Even when the two-dimensional display DP is used, three-dimensional display is possible, and by applying any of the above-described display devices to the three-dimensional display device, an image can be displayed at the distance of the gazing point even in stereoscopic viewing with binocular parallax. By forming an image, eye fatigue can be reduced.

【0069】図15(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15
(a)では一方の目201で像P2を見させる状態を示
し、図15(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16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15(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。
FIGS. 15A and 15B are diagrams for explaining this situation. For example, on the two-dimensional screen 210, 2
The two images P1 and P2 are displayed at a predetermined interval Z, and when these two images P1 and P2 are observed, FIG.
15A shows a state in which the image P2 is viewed by one eye 201, and FIG. 15B shows a case in which the image P1 is viewed by the other eye 202. FIG. The convergence mechanism of the eyes 201 and 202 is shown in FIG.
, And the eyes 201 and 202 are controlled so that the other eye 202 faces the image P1. Therefore, the gazing point is the intersection position CLS thereof, and in the example of FIGS. 15 (a) and (b), , On the near side of the actual screen 210. In such a case, the display device according to the present invention is mounted for the left eye and the right eye, respectively, and the display device is controlled in accordance with the image information of the screen 210, so that the screen 2
Since the positions of the ten images P1 and P2 (the real image positions in this case) can be moved to the position of the gazing point CLS,
As a result, the adjusting mechanism of the eyes 201 and 202
The eyes 201 and 202 are controlled so as to focus on the distance L2 from the point of interest 1,202 to the gazing point CLS. As a result, the eye convergence and the accommodation can be matched, and eye fatigue can be reduced.

【0070】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。
Also, contrary to the above example, the gazing point CLS is the actual distance L1 from the eyes 201, 202 to the screen 210.
When an image at a longer distance is displayed on the screen 210, the display device is configured to display a virtual image of the image of the screen 210, and the display device is controlled so that the virtual image is displayed at the point of gaze. By doing so, eye convergence and accommodation can be matched in the same way, and fatigue can be reduced.

【0071】[0071]

【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、微小なレンズと前記ドットとの
光路長が、微小なレンズの焦点距離よりも大きく、かつ
前記焦点距離の2倍以下に設定されているので、観測者
が見るドットの実像を2次元ディスプレイより前方に設
定できると同時に、実像を拡大させて表示することがで
きる。
As described above, in the display device according to the first aspect, the optical path length between the minute lens and the dot is larger than the focal length of the minute lens and twice the focal length. Since the following settings are made, the real image of the dots seen by the observer can be set ahead of the two-dimensional display, and at the same time, the real image can be enlarged and displayed.

【0072】また、請求項2記載のディスプレイ装置で
は、さらに微小なレンズとドットとの間に、光路長を変
化させる手段が設けられているので、ドットの実像の位
置を画面全体または1ドットごとに変化させることがで
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。
Further, in the display device according to the second aspect, since means for changing the optical path length is provided between the minute lens and the dot, the position of the real image of the dot can be changed for the entire screen or for each dot. In addition, when a three-dimensional display is configured using this display device, by appropriately changing the optical path length and appropriately changing the image position, eye fatigue is reduced and the sense of reality is enhanced. A stereoscopic image can be easily displayed.

【0073】また、請求項3記載のディスプレイ装置で
は、微小なレンズの焦点距離を変化させる手段が設けら
れているので、ドットの実像の位置を画面全体または1
ドットごとに変化させることができて、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。
Further, in the display device according to the third aspect, since the means for changing the focal length of the minute lens is provided, the position of the real image of the dot can be determined on the entire screen or on one screen.
It can be changed for each dot, and furthermore, when a three-dimensional display is configured using this display device, by appropriately changing the focal length and appropriately changing the image position, eye fatigue is reduced and realism is reduced. A rich three-dimensional image can be easily displayed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a front view of a first embodiment of a display device according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is a sectional view of a first embodiment of the display device according to the present invention.

【図3】光路長を変化させる手段をさらに付加したディ
スプレイ装置の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a display device to which means for changing an optical path length is further added.

【図4】(a)乃至(d)は光路長を変化させたときの
様子を説明するための図である。
FIGS. 4A to 4D are diagrams for explaining a state when an optical path length is changed.

【図5】光路長と倒立実像の位置との関係を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between an optical path length and a position of an inverted real image.

【図6】電圧印加により屈折率が変化する材料を光路中
に設けたディスプレイ装置の構成例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a display device in which a material whose refractive index changes by applying a voltage is provided in an optical path.

【図7】(a),(b)は図6の構成において、電圧を
変化させて光路長を変化させたときの様子を説明するた
めの図である。
FIGS. 7A and 7B are diagrams for explaining a state when the optical path length is changed by changing the voltage in the configuration of FIG. 6;

【図8】図6のディスプレイ装置の変形例を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a modification of the display device of FIG.

【図9】レンズの焦点距離を変化させる手段をさらに付
加したディスプレイ装置の一例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a display device to which means for changing the focal length of a lens is further added.

【図10】(a)乃至(c)はレンズの焦点距離を変化
させたときの様子を説明するための図である。
FIGS. 10A to 10C are diagrams for explaining a state when a focal length of a lens is changed.

【図11】電圧印加により屈折率が変化する材料で微小
レンズを形成したディスプレイ装置の構成例を示す図で
ある。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a display device in which a minute lens is formed of a material whose refractive index changes by applying a voltage.

【図12】図11のディスプレイ装置の変形例を示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing a modification of the display device of FIG. 11;

【図13】ドットと微小なレンズとの配置の変形例を示
す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a modification of the arrangement of dots and minute lenses.

【図14】ドットと微小なレンズとの配置の変形例を示
す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a modification of the arrangement of dots and minute lenses.

【図15】(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。
FIGS. 15A and 15B are diagrams for explaining the principle of matching eye convergence and accommodation according to the present invention.

【図16】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。
FIG. 16 is a diagram for explaining a general relationship between eye convergence and accommodation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b,1c,1e,1f
微小レンズ 2a,2b,2c,2e,2f,2g,2h,2i
ドット 2a’,2b’,2c’
倒立実像 3
前面ガラス 20a,20b
電極 22a,22b,22c
微小レンズ 23
電気光学効果をもつ材料 24a,24b
電極 25
保護ガラス 27
電気光学レンズ 30a,30b,30c
微小レンズ 31a,31b,31c
微小液晶レンズ 32a,32b,32c,33a,33b,33c
透明電極 34a,34b,34c,35a,35b,35c
平とつレンズ DP
2次元ディスプレイ PN1,PN2,PN4,PN5
パネル AT1,AT2
アクチュエーター
1a, 1b, 1c, 1e, 1f
Micro lens 2a, 2b, 2c, 2e, 2f, 2g, 2h, 2i
Dots 2a ', 2b', 2c '
Inverted real image 3
Front glass 20a, 20b
Electrodes 22a, 22b, 22c
Micro lens 23
Materials 24a, 24b having electro-optic effect
Electrode 25
Protective glass 27
Electro-optic lens 30a, 30b, 30c
Micro lens 31a, 31b, 31c
Micro liquid crystal lens 32a, 32b, 32c, 33a, 33b, 33c
Transparent electrodes 34a, 34b, 34c, 35a, 35b, 35c
Flat lens DP
2D display PN1, PN2, PN4, PN5
Panel AT1, AT2
Actuator

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 13/00 - 15/00 Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H04N 13/00-15/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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が、微小なレンズの焦点距離より
も大きく、かつ前記焦点距離の2倍以下に設定されてい
ることを特徴とするディスプレイ装置。
1. A minute lens is provided in front of each dot of at least one pixel forming a two-dimensional display, and an optical path length between the minute lens and the dot is small. The display device is set to be larger than the focal length of the lens and to be set to twice or less of the focal length.
【請求項2】 請求項1記載のディスプレイ装置におい
て、さらに、微小なレンズとドットとの間に光路長を変
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。
2. The display device according to claim 1, further comprising means for changing an optical path length between the minute lens and the dot.
【請求項3】 請求項1記載のディスプレイ装置におい
て、さらに、前記微小なレンズの焦点距離を変化させる
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。
3. The display device according to claim 1, further comprising means for changing a focal length of said minute lens.
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