JP3136178B2 - Display device - Google Patents
Display deviceInfo
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- JP3136178B2 JP3136178B2 JP03290810A JP29081091A JP3136178B2 JP 3136178 B2 JP3136178 B2 JP 3136178B2 JP 03290810 A JP03290810 A JP 03290810A JP 29081091 A JP29081091 A JP 29081091A JP 3136178 B2 JP3136178 B2 JP 3136178B2
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- Japan
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- lens
- dot
- distance
- display device
- focal length
- Prior art date
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
- Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
Description
【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。The present invention relates to a computer, about the display equipment to be used in a television receiver.
【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
トロニクス社のような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。[0004] In the glasses method, a method having a simple polarizing plate is generally used, such as a method of projecting two images having different polarizations onto 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30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
30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. 30 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. 30, the gazing point 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
だ立体画像を容易に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 easily displaying a three-dimensional image with less sense of eye fatigue and a sense of reality.
【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、ドットの前方に微小なレンズをそれぞれ設け、微小
なレンズと前記ドットとの距離,または微小なレンズと
ドットとの光路長が、微小なレンズの焦点距離に近い値
でなおかつ焦点距離以下の値に設定され、微小なレンズ
と前記ドットとの間に、屈折率または光 路長を変化させ
る手段を有する層が設けら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. Provided , minute
Distance between the lens and the dot, or
The optical path length with the dot is a value close to the focal length of a minute lens
And a value smaller than the focal length
Between the dot and the dot , change the refractive index or the optical path length
Characterized in that a layer having means for providing the same is provided .
【0009】[0009]
【0010】[0010]
【0011】また、請求項2記載のディスプレイ装置
は、微小なレンズの焦点距離を変化させる手段がさらに
設けられていることを特徴としている。Further, the display device according to the second aspect is characterized in that a means for changing the focal length of the minute lens is further provided.
【0012】また、請求項3記載のディスプレイ装置
は、2次元ディスプレイを形成するドットの前面に、屈
折率または光路長を変化させる手段を有する層が設けら
れ、さらにその前方にはディスプレイ全面に作用するレ
ンズが設けられており、前記ドットと前記レンズとの距
離またはレンズとドットとの光路長が、レンズの焦点距
離に近い値でなおかつ焦点距離以下の値に設定されるこ
とを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, a layer having means for changing a refractive index or an optical path length is provided on the front surface of a dot forming a two-dimensional display. The distance between the dot and the lens or the optical path length between the lens and the dot is set to a value close to the focal length of the lens and equal to or less than the focal length.
【0013】また、請求項4記載のディスプレイ装置
は、前記屈折率または光路長を変化させる手段,または
前記微小なレンズの焦点距離を変化させる手段に、電気
光学効果をもつ材料が用いられていることを特徴として
いる。According to a fourth aspect of the present invention, a material having an electro-optical effect is used for the means for changing the refractive index or the optical path length or the means for changing the focal length of the minute lens. It is characterized by:
【0014】また、請求項5記載のディスプレイ装置
は、2次元ディスプレイを形成するドットの前方に少な
くとも1枚以上のレンズが設けられており、前記ドット
と前記レンズとの距離またはレンズとドットとの光路長
が、レンズの焦点距離に近い値に設定され、前記レンズ
の焦点距離を変化させる手段には、電気光学効果をもつ
材料が用いられることを特徴としている。According to a fifth aspect of the present invention, at least one lens is provided in front of a dot forming a two-dimensional display, and a distance between the dot and the lens or a distance between the lens and the dot is provided. The optical path length is set to a value close to the focal length of the lens, and the means for changing the focal length of the lens is made of a material having an electro-optical effect.
【0015】また、請求項6記載のディスプレイ装置
は、前記微小なレンズまたはレンズの焦点距離、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が、表
示する画像情報に従って決定されるようになっているこ
とを特徴としている。Further, the display device according to claim 6, wherein, as the focal length of the microlenses or lenses or refractive index of a layer located between these lenses and dots, are determined in accordance with the image information to be displayed It is characterized by being.
【0016】[0016]
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【作用】請求項1記載のディスプレイ装置では、2次元
ディスプレイを形成する少なくとも1画素からなるドッ
トごとに、ドットの前方に微小なレンズをそれぞれ設け
ていることにより、観測者がみるドットの虚像の距離を
2次元ディスプレイをより遠方に設定できると同時に、
ドットを拡大することができる。また、微小レンズとド
ットとの距離またはレンズとドットとの光路長を、微小
なレンズの焦点距離に近い値でなおかつ焦点距離以下の
値に設定することにより、明視に近い距離から無限遠ま
での実際に人間の目が焦点を調節する距離に虚像を設定
することができる。また、微小レンズと前記ドットとの
間に、屈折率または光路長を変化させる手段を有する層
を設けることにより、ドットの虚像の距離を画面全体ま
たは1ドットごとに変化させることができる。 According to the display device of the present invention, a minute lens is provided in front of each dot composed of at least one pixel to form a two-dimensional display. The distance can be set farther from the 2D display,
Dots can be enlarged. In addition, micro lens and
Distance between the lens and the optical path length between the lens and the dot
Value close to the focal length of the
By setting the value, the distance from near vision to infinity
The virtual image at a distance where the human eye actually adjusts the focus at
can do. In addition, the micro lens and the dot
A layer between which means for changing the refractive index or the optical path length
The distance of the virtual image of the dot to the entire screen.
Alternatively, it can be changed for each dot.
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【0021】また、請求項2記載のディスプレイ装置で
は、微小レンズの焦点距離を変化させることにより、ド
ットの虚像の距離を画面全体または1ドットごとに変化
させることができる。Further, in the display device according to the second aspect , by changing the focal length of the minute lens, the distance of the virtual image of dots can be changed for the entire screen or for each dot.
【0022】また、請求項3記載のディスプレイ装置で
は、2次元ディスプレイを形成するドットの前面に、屈
折率または光路長を変化させる手段を有する層を設け、
その前方に少なくとも1枚以上のディスプレイ全面に作
用するレンズを設け、前記ドットと前記レンズとの距離
またはレンズとドットとの光路長を、レンズの焦点距離
に近い値でなおかつ焦点距離以下の値に設定することに
より、明視に近い距離から無限遠までの実際に人間の目
が焦点を調節する距離に虚像を設定することができる。Further, in the display device according to the third aspect , a layer having a means for changing a refractive index or an optical path length is provided on a front surface of a dot forming a two-dimensional display,
At least one lens acting on the entire surface of the display is provided in front thereof, and the distance between the dot and the lens or the optical path length between the lens and the dot is set to a value close to the focal length of the lens and equal to or less than the focal length. By setting, the virtual image can be set at a distance from the distance close to clear vision to the infinity where the human eye actually adjusts the focus.
【0023】また、請求項4記載のディスプレイ装置で
は、屈折率または光路長を変化させる手段、または微小
なレンズの焦点距離を変化させる手段に、電気光学効果
をもつ材料を用いていることにより、容易に簡単な光学
系で屈折率または光路長または微小レンズの焦点距離を
連続的に変化させることができ、1ドット単位での虚像
の距離の設定を容易に行なうことができる。Further, in the display device according to the fourth aspect , a material having an electro-optical effect is used for the means for changing the refractive index or the optical path length or the means for changing the focal length of the minute lens. The refractive index, the optical path length, or the focal length of the minute lens can be continuously changed with a simple optical system, and the virtual image distance can be easily set in units of one dot.
【0024】また、請求項5記載のディスプレイ装置で
は、2次元ディスプレイを形成するドットの前方に少な
くとも1枚以上のレンズを設け、前記ドットと前記レン
ズとの距離またはレンズとドットとの光路長を、レンズ
の焦点距離に近い値とし、前記レンズの焦点距離を変化
させる手段に、電気光学効果をもつ物質を用いているこ
とにより、容易に簡単な光学系でレンズの焦点距離を連
続的に変化させることができ、また、1ドット単位の高
密度な制御も可能となり、虚像の距離の設定を容易に行
なうことができる。Further, in the display device according to the fifth aspect , at least one lens is provided in front of the dots forming the two-dimensional display, and the distance between the dots and the lens or the optical path length between the lenses and the dots is determined. By using a substance having an electro-optical effect in the means for changing the focal length of the lens to a value close to the focal length of the lens, the focal length of the lens can be easily changed continuously with a simple optical system. It is also possible to perform high-density control in units of one dot, and it is possible to easily set the distance of the virtual image.
【0025】また、請求項6記載のディスプレイ装置で
は、微小なレンズまたはレンズの焦点距離、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、表示す
る画像情報に従って決定していることにより、目の調節
機構を利用した3次元ディスプレイを得ることができ
る。Further, in the display device according to claim 6, wherein the focal length of the micro lenses or lens or the refractive index of the layer is between these lenses and dots, it is determined in accordance with the image information to be displayed Thereby, a three-dimensional display using an eye adjustment mechanism can be obtained.
【0026】[0026]
【0027】[0027]
【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
設けられており、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 each formed of one pixel, and the two-dimensional display DP has a front glass 3. For display devices, 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.
【0028】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、図3に示すように、観察者
は、この微小レンズ1a,1b,1cを用いてその前側
焦点Fよりレンズ側にある物体O,いまの場合、2次元
ディスプレイDPの各ドット2a,2b,2cの拡大正
立虚像O’を眼で見ることができるようになっている。The microlenses 1a, 1b, 1c are pointed lenses having a focal length of f. As shown in FIG. 3, the observer can use the microlenses 1a, 1b, 1c to move the lens from the front focal point F to the lens. The object O on the side, in this case, the enlarged erect virtual image O ′ of each dot 2a, 2b, 2c of the two-dimensional display DP can be seen with eyes.
【0029】このような構成のディスプレイ装置では、
微小レンズ1a,1b,1cの焦点距離fを10mm、レ
ンズ1a,1b,1cとドット2a,2b,2cとの距
離sを5mm、観測者の目OBとレンズとの距離eを60
0mmとすると、拡大正立虚像O’とレンズとの距離s’
は10mmとなり、拡大倍率Γは1.98倍となる。ただ
し、便宜上、計算から前面ガラス3の厚さや屈折率によ
って決まる光路長の変化を計算にいれておらず、またレ
ンズの厚さを0mmとした。また、レンズと前面ガラス3
との空隙の屈折率を1とした。このとき、観測者の目か
らは、ドットが610mmの距離に見えることになり、実
際の距離605mmより5mm遠くに目のピントが調節され
る。このように、微小レンズの焦点距離と、レンズをド
ットとの距離を適切に設定することにより、実際の観測
者の目とドットとの距離(e+s)から無限遠までの距
離に、ドットの虚像が存在するように見せることができ
る。すなわち、擬似立体表示を行なうことができる。In the display device having such a configuration,
The focal length f of the microlenses 1a, 1b, 1c is 10 mm, the distance s between the lenses 1a, 1b, 1c and the dots 2a, 2b, 2c is 5 mm, and the distance e between the observer's eye OB and the lens is 60 mm.
Assuming 0 mm, the distance s 'between the enlarged erect virtual image O' and the lens
Is 10 mm, and the magnification Γ is 1.98 times. However, for the sake of convenience, changes in the optical path length determined by the thickness and the refractive index of the front glass 3 were not included in the calculation, and the thickness of the lens was set to 0 mm. The lens and front glass 3
And the refractive index of the void was set to 1. At this time, the dot appears to the observer's eyes at a distance of 610 mm, and the eye is adjusted to be 5 mm farther than the actual distance of 605 mm. As described above, by appropriately setting the focal length of the microlens and the distance between the dot and the lens, the virtual image of the dot is changed from the distance (e + s) between the actual observer's eye and the dot to infinity. Can appear to exist. That is, pseudo three-dimensional display can be performed.
【0030】また、このとき、レンズの直径D(見かけ
上の画素の大きさd’)を、0.3mmとすると、2次元
ディスプレイとして作製する実際の画素の大きさdは
0.15mmで良い。これにより、0.3×0.3−0.
15×0.15=0.0675mm2というドット自体よ
り大きな部分に、MIMやTFT等の駆動回路を形成す
ることができ、開口率が25%であっても微小なレンズ
の前面にドットを表示することができる。At this time, if the diameter D of the lens (apparent pixel size d ') is 0.3 mm, the actual pixel size d produced as a two-dimensional display may be 0.15 mm. . Thereby, 0.3 × 0.3-0.
A drive circuit such as a MIM or TFT can be formed in a portion larger than the dot itself of 15 × 0.15 = 0.0675 mm 2 , and a dot is displayed on the front surface of a minute lens even if the aperture ratio is 25%. can do.
【0031】図4,図5は図1,図2に示したディスプ
レイ装置の変形例を示す図である。図4のディスプレイ
装置では、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。すなわち、図1,図2の構成において配設され
ている微小レンズは、1画素ごとのドットに対応したも
のである必要はなく、RGBの3画素ごとの1ドットで
もよい。このとき、色相情報を、RGBの3画素があっ
てはじめて精度良く表示できるので、カラー表示の場合
には、RGBの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。FIGS. 4 and 5 are views showing modified examples of the display device shown in FIGS. In the display device of FIG. 4, a microlens 1e is provided for each dot 2e composed of three pixels of R (red), G (green), and B (blue). That is, the microlenses provided in the configurations shown in FIGS. 1 and 2 do not need to correspond to dots for each pixel, and may be one dot for every three pixels of RGB. At this time, hue information can be accurately displayed only when there are three pixels of RGB, so that in the case of color display, there is no significant change in performance as compared with the case where a minute lens is provided for each of the RGB pixels. It is easy to create a minute lens as much as the diameter of the lens can be increased.
【0032】また、図5のディスプレイ装置では、RG
B3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。In the display device shown in FIG.
Four sets of dots 2f, 2g, 2h,
With 2i as one new dot, a minute lens 1f is provided for each dot. 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.
【0033】なお、上述の実施例において、レンズの焦
点距離fが10mmのとき、レンズ(薄肉レンズとする)
とドットとの距離eを9.6153mmとすると、s’は
249.7mmとなり、標準的な成人の明視の距離約25
cmにほぼ等しくなる。また、距離eを10mmにすると、
s’は無限遠となる。すなわち、レンズとドットとの距
離または光路長(間に空気以外の屈折率が比較的大きな
物質がある場合)を、微小レンズの焦点距離に近い値で
なおかつ焦点距離以下の値とすることにより、成人が普
通に目の調節をする範囲に、微小なレンズであっても表
示することができる。なお、上記の計算において、前面
ガラス3の厚さは0mmとした。In the above-described embodiment, when the focal length f of the lens is 10 mm, the lens (thin lens).
Assuming that the distance e between the dot and the dot is 9.6153 mm, s ′ is 249.7 mm, which is about 25 mm for a standard adult clear vision.
It is almost equal to cm. If the distance e is 10 mm,
s' is at infinity. That is, by setting the distance between the lens and the dot or the optical path length (when there is a substance having a relatively large refractive index other than air between them) to a value close to the focal length of the microlens and not more than the focal length, Even a small lens can be displayed in a range where an adult normally adjusts eyes. In the above calculation, the thickness of the front glass 3 was set to 0 mm.
【0034】実際には、レンズと人間の目との距離も加
算されるので、明視の距離以上の所に虚像が見えるが、
焦点距離fに対して次式の範囲に、微小レンズとドット
との距離または光路長であるsがあることが望ましい。Actually, since the distance between the lens and the human eye is also added, a virtual image can be seen at a place longer than the distance of clear vision.
It is desirable that the distance between the microlens and the dot or the optical path length s be within the range of the following expression with respect to the focal length f.
【0035】[0035]
【数1】0.9f≦s≦f[Equation 1] 0.9f ≦ s ≦ f
【0036】図6は本発明に係るディスプレイ装置の第
2の実施例の断面図であり、ドットと微小レンズとの対
象関係は、図1,図2に示したディスプレイ装置と同じ
ものとなっている。従って、図1,図2と同様の箇所に
は同じ符号を付している。FIG. 6 is a sectional view of a second embodiment of the display device according to the present invention. The relationship between the dots and the minute lenses is the same as that of the display device shown in FIGS. I have. Therefore, the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
【0037】図6のディスプレイ装置では、さらに、2
次元ディスプレイDPの前面ガラス3と微小レンズ1
a,1b,1cとの間に、屈折率または光路長を変化さ
せることの可能な材料4と、ITO透明電極8,9が設
けられている。このような材料4としては、例えば電位
や電界強度の変化によって膨張や収縮をするゲルを充填
して用いることができる。すなわち、この材料4に透明
電極8,9によって電圧を印加して膨張または収縮させ
ることにより、実際のレンズとドットとの距離sを変化
させ、レンズと虚像との距離s’を変化させることがで
きる。In the display device shown in FIG.
Glass 3 and micro lens 1 of 3D display DP
A material 4 capable of changing the refractive index or the optical path length and ITO transparent electrodes 8 and 9 are provided between the transparent electrodes a, 1b, and 1c. As such a material 4, for example, a gel that expands and contracts due to a change in electric potential and electric field strength can be used. That is, by applying a voltage to the material 4 by the transparent electrodes 8 and 9 to expand or contract, the actual distance s between the lens and the dot is changed, and the distance s ′ between the lens and the virtual image is changed. it can.
【0038】例えば、レンズの焦点距離fが10mm,レ
ンズとドットとの距離eが9.6153mmである場合に
は、sを0.385mm変化させられ得れば、s’をレン
ズから25cmの距離から無限遠まで変化させることがで
きる。For example, when the focal length f of the lens is 10 mm and the distance e between the lens and the dot is 9.6153 mm, if s can be changed by 0.385 mm, then s' is 25 cm from the lens. From infinity to infinity.
【0039】図7は図6に示したディスプレイ装置の変
形例を示す図である。図7のディスプレイ装置では、微
小レンズ1aとドット2aとの間には屈折率または光路
長を変化させる材料4aとITO透明電極8a,9aが
設けられ、また微小レンズ1bとドット2bとの間には
屈折率または光路長を変化させる材料4bとITO透明
電極8b,9bとが設けられ、また微小レンズ1cとド
ット2cとの間には屈折率または光路長を変化させる材
料4cとITO透明電極8c,9cとが設けられてお
り、それぞれが隔壁6a,6bによって少なくともドッ
トごとに分割されている。このような構成では、例えば
ドット2bだけについてレンズと虚像の距離を変化させ
たいときは、ITO透明電極8b,9b間だけに電圧を
印加すれば良い。FIG. 7 is a diagram showing a modification of the display device shown in FIG. In the display device of FIG. 7, a material 4a for changing the refractive index or the optical path length and ITO transparent electrodes 8a and 9a are provided between the micro lens 1a and the dot 2a, and between the micro lens 1b and the dot 2b. Is provided with a material 4b for changing the refractive index or the optical path length and ITO transparent electrodes 8b and 9b, and between the minute lens 1c and the dot 2c, a material 4c for changing the refractive index or the optical path length and the ITO transparent electrode 8c. , 9c, and each is divided at least by dots by the partition walls 6a, 6b. In such a configuration, for example, when it is desired to change the distance between the lens and the virtual image only for the dot 2b, a voltage may be applied only between the ITO transparent electrodes 8b and 9b.
【0040】図8は本発明に係るディスプレイ装置の第
3の実施例の断面図である。図8のディスプレイ装置で
は、微小レンズ10a,10b,10cと微小レンズ1
1a,11b,11cとの2組のレンズからなる焦点可
変光学系が2次元ディスプレイDPの各ドット2a,2
b,2cの前方に設けられている。微小レンズ10a,
10b,10cおよび/または微小レンズ11a,11
b,11cは光軸方向Cに可動となっており、これによ
り、例えば微小レンズ10a,10b,10cと微小レ
ンズ11a,11b,11cとの間の間隔を変化させる
ことができるようになっている。FIG. 8 is a sectional view of a third embodiment of the display device according to the present invention. In the display device of FIG. 8, the minute lenses 10a, 10b, 10c and the minute lens 1
The focus variable optical system composed of two sets of lenses 1a, 11b, and 11c is used to control each dot 2a, 2 of the two-dimensional display DP.
b, 2c. Micro lens 10a,
10b, 10c and / or microlenses 11a, 11
b and 11c are movable in the optical axis direction C, so that, for example, the distance between the minute lenses 10a, 10b and 10c and the minute lenses 11a, 11b and 11c can be changed. .
【0041】このような構成のディスプレイ装置では、
微小レンズ10a,10b,10cと微小レンズ11
a,11b,11cとの間の間隔を変化させることによ
り、焦点可変光学系の焦点距離を変化させ、レンズと虚
像との距離を変化させることができる。In the display device having such a configuration,
Micro lens 10a, 10b, 10c and micro lens 11
By changing the distance between a, 11b, and 11c, the focal length of the variable focus optical system can be changed, and the distance between the lens and the virtual image can be changed.
【0042】図9は図8のディスプレイ装置の実際の構
成例を示す図であり、図9では、各微小レンズ10a,
10b,10cが各アクチュエーター12a,12b,
12cによりそれぞれ別個に位置を変化させられるよう
に構成されている。このような構成において、例えばド
ット2bについてのみ、レンズと虚像との距離を変化さ
せたいときは、アクチュエーター12bのみを作動さ
せ、微小レンズ10bの位置のみを微小な量だけ変化さ
せれば良い。FIG. 9 is a diagram showing an example of the actual configuration of the display device of FIG. 8, and in FIG.
10b, 10c are actuators 12a, 12b,
It is configured such that the position can be individually changed by 12c. In such a configuration, for example, when it is desired to change the distance between the lens and the virtual image only for the dot 2b, only the actuator 12b is operated, and only the position of the minute lens 10b is changed by a minute amount.
【0043】図10は本発明に係るディスプレイ装置の
第4の実施例の断面図である。図10のディスプレイ装
置では、2次元ディスプレイDPの前面ガラス3上に、
さらに、屈折率または光路長を変化させるための層19
が設けられており、また、2次元ディスプレイDPの前
方には、各ドットごとに対応した前述のような微小レン
ズのかわりに、ディスプレイDP全面に作用するレンズ
13が設けられている。FIG. 10 is a sectional view of a fourth embodiment of the display device according to the present invention. In the display device of FIG. 10, on the front glass 3 of the two-dimensional display DP,
Furthermore, a layer 19 for changing the refractive index or the optical path length
Is provided in front of the two-dimensional display DP, and a lens 13 acting on the entire surface of the display DP is provided instead of the above-described minute lens corresponding to each dot.
【0044】屈折率または光路長を変化させるための層
19は、屈折率または光路長を電圧が加わることによっ
て変化させることの可能な材料16と、ITO透明電極
15,17と、保護ガラス18とから形成されている。The layer 19 for changing the refractive index or the optical path length is made of a material 16 capable of changing the refractive index or the optical path length by applying a voltage, ITO transparent electrodes 15 and 17, and a protective glass 18. Is formed from.
【0045】このような構成のディスプレイ装置では、
ITO透明電極15,17に電圧を印加することによ
り、材料16の屈折率または光路長を変化させ、ドット
とレンズとの光路長sを変化することができ、虚像の結
像距離s’を変化させることができる。これによって、
レンズがドットに対応させて予め精度良く位置決めされ
ていなくても、ディスプレイとの距離(前記ドットと前
記レンズとの距離またはレンズとドットとの光路長が、
レンズの焦点距離に近い値でなおかつ焦点距離以下の
値)さえ正確であれば良いことになり、ディスプレイ装
置の作製が容易になる。In the display device having such a configuration,
By applying a voltage to the ITO transparent electrodes 15 and 17, the refractive index or the optical path length of the material 16 can be changed, the optical path length s between the dot and the lens can be changed, and the imaging distance s' of the virtual image can be changed. Can be done. by this,
Even if the lens is not accurately positioned in advance corresponding to the dot, the distance from the display (the distance between the dot and the lens or the optical path length between the lens and the dot is
As long as the value is close to the focal length of the lens and is equal to or less than the focal length), it is sufficient that the display device is easily manufactured.
【0046】例えば、レンズの焦点距離fを20mm、レ
ンズとドットとの距離(光路長)sを19.2308mm
とすると、s’は500.0mmであり、sを19.67
08mmとすると1195.1mmとなり、光路長を0.4
4mm変化させるだけで、レンズと虚像との距離s’を大
きく変化させることができる。このとき、倍率は1.5
29倍から1.515倍と僅かしか変化しない。また、
ディスプレイの大きさは、約1.5分の1の大きさで済
み、大きく作製しなくても良い。なお、上記の計算にお
いて簡単のためレンズは薄肉レンズとし、また前面ガラ
ス3の厚さは0mmとした。For example, the focal length f of the lens is 20 mm, and the distance (optical path length) s between the lens and the dot is 19.2308 mm.
Then, s ′ is 500.0 mm, and s is 19.67.
If it is 08 mm, it will be 1195.1 mm, and the optical path length will be 0.4
Only by changing the distance by 4 mm, the distance s' between the lens and the virtual image can be greatly changed. At this time, the magnification is 1.5
It changes only slightly from 29 times to 1.515 times. Also,
The size of the display is about 1.5 times smaller and does not have to be made large. In the above calculation, for simplicity, the lens was a thin lens, and the thickness of the front glass 3 was 0 mm.
【0047】さらに、屈折率または光路長をドットごと
に変化させるようにすれば、ドット単位の解像度の高い
立体表示ができる。このとき、第1の実施例で示したと
同様に、複数のドットを一組にして、新たなドットとし
てある程度立体的な情報の解像度を下げると、作製はよ
り容易になる。Further, if the refractive index or the optical path length is changed for each dot, a three-dimensional display with a high resolution per dot can be performed. At this time, as described in the first embodiment, when a plurality of dots are grouped as one and the resolution of three-dimensional information is reduced to some extent as a new dot, the fabrication becomes easier.
【0048】図11は本発明に係るディスプレイ装置の
第5の実施例の断面図である。図11のディスプレイ装
置は、図1,図2に示したディスプレイ装置に対応した
構成となっているが、図11のディスプレイ装置では、
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20
a,20bが配置されている。FIG. 11 is a sectional view of a fifth embodiment of the display device according to the present invention. Although the display device of FIG. 11 has a configuration corresponding to the display device shown in FIGS. 1 and 2, the display device of FIG.
The minute lenses 22a, 22b, 22c are formed of a material having an electro-optic effect (electro-optic material), and an electrode 20 is provided between the minute lenses 22a, 22b, 22c.
a and 20b are arranged.
【0049】上記電気光学材料としては、例えばLiN
bO3結晶を用い、光学軸(Z軸)に沿って電極20
a,20bにより電界が印加できるように微小レンズ2
2a,22b,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,22b,22cは電気光学レンズとなる。As the electro-optical material, for example, LiN
The electrode 20 is formed along the optical axis (Z axis) using a bO 3 crystal.
a, 20b so that an electric field can be applied.
2a, 22b and 22c are formed. In this case, when a high voltage is applied between the electrodes 20a and 20b, the micro lenses 22a, 22b and 22c become electro-optical lenses.
【0050】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、レンズと虚像との距離S’を変化させる
ことができる。但し、電気光学材料で微小レンズを形成
する場合、主走査方向,副走査方向ともに、ほぼ同じ焦
点距離となるように作製に注意する必要がある。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 distance S 'between the lens and the virtual image can be changed. However, when forming a microlens from an electro-optic material, care must be taken in the fabrication so that the focal length is substantially the same in both the main scanning direction and the sub-scanning direction.
【0051】また、図12は本発明に係るディスプレイ
装置の第6の実施例の断面図である。図12のディスプ
レイ装置では、2次元ディスプレイDPの前面ガラス3
上に、さらに、電気光学材料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. 12 is a sectional view of a sixth embodiment of the display device according to the present invention. In the display device of FIG. 12, the front glass 3 of the two-dimensional display DP
The electro-optical material 23 and the transparent electrodes 24a,
24b and a protective glass 25 are provided.
【0052】電気光学材料23としては、例えばLiN
bO3結晶を用い、光学軸に沿って電極24a,24b
により電界が印加されるようになっている。As the electro-optical material 23, for example, LiN
The electrodes 24a and 24b are formed along the optical axis using a bO 3 crystal.
, An electric field is applied.
【0053】このような構成のディスプレイ装置では、
電極24a,24b間の印加電圧を変化させることによ
り、電気光学材料23の屈折率を変化させて光路長を変
化させることができ、この結果、レンズと虚像との距離
を変化させることができる。In the display device having such a configuration,
By changing the voltage applied between the electrodes 24a and 24b, the refractive index of the electro-optical material 23 can be changed to change the optical path length, and as a result, the distance between the lens and the virtual image can be changed.
【0054】なお、第5,第6の実施例に示したような
レンズと虚像との距離を変化させること自体は、前述し
た第3の実施例のディスプレイ装置において、焦点可変
レンズ系を用いるときにもなしうるが、電気光学材料を
用いこれに電圧を印加する場合には、焦点可変レンズ系
のように可動部を必要としないので、レンズとドットと
の位置精度を高く維持でき、また電圧による補正もしや
すい。さらにはドットごとに制御するときに隣接ドット
の影響を受けにくく、また光路長の制御も非常に容易に
なる。It should be noted that changing the distance between the lens and the virtual image as shown in the fifth and sixth embodiments is equivalent to the case where the variable focus lens system is used in the display apparatus of the third embodiment described above. However, when a voltage is applied to this using an electro-optical material, since a movable part is not required unlike a variable focus lens system, the positional accuracy between the lens and the dot can be maintained high, and the voltage can be increased. It is also easy to make corrections. Furthermore, when controlling for each dot, it is hardly affected by adjacent dots, and control of the optical path length becomes very easy.
【0055】図13は本発明に係るディスプレイ装置の
第7の実施例の断面図である。図13のディスプレイ装
置では、2次元ディスプレイDPの前方に、各ドットご
とに対応した微小レンズのかわりに、ディスプレイDP
全面に作用する電気光学レンズ27と、電極26a,2
6bとが設けられている。電気光学レンズ27には、例
えばLiNbO3結晶が用いられ、光学軸に沿って電極
26a,26bにより電界が印加されるようになってい
る。FIG. 13 is a sectional view of a seventh embodiment of the display device according to the present invention. In the display device of FIG. 13, a display DP is provided in front of the two-dimensional display DP instead of a micro lens corresponding to each dot.
An electro-optic lens 27 acting on the entire surface, and electrodes 26a, 2
6b. For the electro-optic lens 27, for example, a LiNbO 3 crystal is used, and an electric field is applied along the optical axis by the electrodes 26a and 26b.
【0056】このような構成のディスプレイ装置では、
電極26a,26bにより高電圧を印加することによ
り、電気光学レンズ27の焦点距離を容易に変化させて
レンズと虚像との距離を変化させることができる。この
ように、第7の実施例では、焦点距離の変化を、印加電
圧,電極間距離,電極長により簡単に制御できて、また
複雑な光学系を必要とせず可動部分がないため、信頼性
を高めることができる。但し、電気光学レンズ27は、
主走査方向,副走査方向ともほぼ同じ焦点距離となるよ
うに作製に注意する必要がある。In the display device having such a configuration,
By applying a high voltage to the electrodes 26a and 26b, the focal length of the electro-optic lens 27 can be easily changed, and the distance between the lens and the virtual image can be changed. As described above, in the seventh embodiment, the change in the focal length can be easily controlled by the applied voltage, the distance between the electrodes, and the electrode length. Further, since a complicated optical system is not required and there are no movable parts, the reliability is improved. Can be increased. However, the electro-optic lens 27 is
Care must be taken in fabrication so that the focal lengths in the main scanning direction and the sub-scanning direction are substantially the same.
【0057】なお、第5乃至第7の実施例においては、
電気光学材料を用いて屈折率,光路長を変化させたが、
電気光学材料のかわりにPLZTセラミックスを用いて
も良い。PLZTは、製造容易なセラミックであり、な
おかつ大きな電気光学効果を示し、これにより、電気光
学材料を用いた場合と同様に動作させることができる。
PLZTセラミックスを用いる場合には、表示板用のレ
ンズとしては、大面積にする必要もありPLZTは都合
がよい。また、主走査,副走査両方向に結像させる必要
があるので、方向依存の比較的少ないPLZTが望まし
い。In the fifth to seventh embodiments,
The refractive index and optical path length were changed using electro-optic materials.
PLZT ceramics may be used instead of the electro-optic material. PLZT is an easy-to-manufacture ceramic and exhibits a large electro-optic effect, so that it can be operated in the same manner as when an electro-optic material is used.
When using PLZT ceramics, the lens for the display panel needs to have a large area, and PLZT is convenient. Further, since it is necessary to form an image in both the main scanning direction and the sub-scanning direction, it is desirable to use PLZT which has relatively little direction dependence.
【0058】図14は本発明に係るディスプレイ装置の
第8の実施例の断面図である。図14のディスプレイ装
置は、図1,図2に示したディスプレイ装置に対応した
構成となっているが、図14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,3
2b,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。FIG. 14 is a sectional view of an eighth embodiment of the display device according to the present invention. Although the display device of FIG. 14 has a configuration corresponding to the display device shown in FIGS. 1 and 2, the display device of FIG.
The minute lenses 30a, 30b, 30c are composed of minute liquid crystal lenses 31a, 31b, 31c in which a kind of nematic liquid crystal having a relatively large refractive index is sealed, and transparent electrodes 32a, 3c.
2b, 32c; 33a, 33b, 33c; and flat glass 34a, 34b, 34c; 35a, 35b, 35c.
【0059】このような構成のディスプレイ装置では、
電極32a,32b,32cと電極33a,33b,3
3cとの間に電圧を印加して微小液晶レンズ31a,3
1b,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
させることができる。なお、これは、液晶分子の長軸方
向の屈折率neと短軸方向の屈折率n0が、液晶分子の光
学的異方性によって異なることに基づいている。なお、
この場合、複屈折Δn(=ne−n0)が大きい液晶を用
いる方が、変化できる範囲は大きくなるが、分散性も大
きくなるので注意する必要がある。In the display device having such a configuration,
Electrodes 32a, 32b, 32c and electrodes 33a, 33b, 3
3c by applying a voltage between the liquid crystal lenses 31a and 3c.
By controlling the alignment state of the liquid crystal molecules 1b and 31c, the refractive index of the liquid crystal can be changed, and the focal length can be continuously changed. Incidentally, this is the refractive index n e and the minor axis direction of the refractive index n 0 of the long axis direction of liquid crystal molecules, are based on different by the optical anisotropy of the liquid crystal molecules. In addition,
In this case, when a liquid crystal having a large birefringence Δn (= n e −n 0 ) is used, the range in which the liquid crystal can be changed becomes larger, but it is necessary to pay attention to the dispersion.
【0060】図15は本発明に係るディスプレイ装置の
第9の実施例の断面図である。図15のディスプレイ装
置では、2次元ディスプレイDPの前方に、各ドットご
とに対応した微小レンズのかわりに、ディスプレイDP
全面に作用するレンズ36が設けられており、レンズ3
6は、ネマチック液晶の一種が封入されている液晶レン
ズ37と、透明電極38,39と、平とつガラス40,
41とから構成されている。FIG. 15 is a sectional view of a ninth embodiment of the display device according to the present invention. In the display device of FIG. 15, a display DP is provided in front of the two-dimensional display DP instead of the minute lens corresponding to each dot.
A lens 36 acting on the entire surface is provided.
Reference numeral 6 denotes a liquid crystal lens 37 in which a type of nematic liquid crystal is sealed, transparent electrodes 38 and 39, flat glass 40,
41.
【0061】このような構成のディスプレイ装置におい
ても、上述した第8の実施例のディスプレイ装置と同様
に、電極38,39に電圧を印加して液晶レンズ37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ることがで
きる。In the display device having such a structure, similarly to the display device of the eighth embodiment, the voltage is applied to the electrodes 38 and 39 to control the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal lens 37. Thereby, the refractive index of the liquid crystal can be changed, and the focal length can be changed continuously.
【0062】図16は本発明に係るディスプレイ装置の
第10の実施例の断面図である。図16のディスプレイ
装置は、図6に示したディスプレイ装置とほぼ対応した
配置となっており、2次元ディスプレイDPの前面ガラ
ス3と微小レンズ1a,1b,1cとの間に、ネマチッ
ク液晶の一種からなる材料42が封入され、各ドット2
a,2b,2cに対応した前面ガラス3上の位置には透
明電極43a,43b,43cが設けられ、またこれに
対向した微小レンズ1a,1b,1cの各面上には透明
電極44a,44b,44cが設けられている。FIG. 16 is a sectional view of a tenth embodiment of the display device according to the present invention. The display device of FIG. 16 has an arrangement substantially corresponding to the display device shown in FIG. 6, and is arranged between the front glass 3 of the two-dimensional display DP and the minute lenses 1a, 1b, 1c by using a kind of nematic liquid crystal. Material 42 is enclosed, and each dot 2
Transparent electrodes 43a, 43b, 43c are provided at positions on front glass 3 corresponding to a, 2b, 2c, and transparent electrodes 44a, 44b are provided on respective surfaces of minute lenses 1a, 1b, 1c opposed thereto. , 44c are provided.
【0063】このような構成のディスプレイ装置では、
透明電極43a,43b,43c;44a,44b,4
4c間に電圧(比較的低電圧でよい)を印加することに
より、液晶材料42の屈折率をneからn0の範囲で変化
させることができ、この結果、レンズとドットの距離
(光路長)sを変化させて、ドットの虚像の距離s’を
ドット単位で変化させることができる。In the display device having such a configuration,
Transparent electrodes 43a, 43b, 43c; 44a, 44b, 4
By applying a voltage (or a relatively low voltage) between 4c, the refractive index of the liquid crystal material 42 can be varied from n e in the range of n 0, the result, the lens and the distance of the dots (the optical path length ) By changing s, the distance s ′ of the virtual image of the dot can be changed in dot units.
【0064】いま、例えば、300ミクロンピッチの大
きさのドットと直径の微小レンズを考え、微小レンズの
焦点距離を5mmとすると、sが4.969mmのときs’
は800mmであり、sが4.878mmのときs’は20
0mmである。s’をこのような範囲で変化させるために
は、光路長sを4.968/4.878=1.0184
5の割合いで変化させれば良く、従って、neとn0との
間に1.85%の屈折率変化があれば十分であり、この
ような変化を与える材料として、多くの液晶材料を使用
することができる。Now, for example, consider a dot having a size of 300 micron pitch and a micro lens having a diameter. Assuming that the focal length of the micro lens is 5 mm, when s is 4.969 mm, s'
Is 800 mm, and s ′ is 20 when s is 4.878 mm.
0 mm. In order to change s' within such a range, the optical path length s must be 4.968 / 4.878 = 1.0184.
5 may be changed at a rate physicians, therefore, if 1.85% of the refractive index change between the n e and n 0 is sufficient, as a material which gives such changes, the number of liquid crystal material Can be used.
【0065】また、これを一般のディスプレイとしてレ
ンズから200mmの距離で観察するとすると、s’が2
00mm,即ち、40cmの距離にドット(表示している物
体)が見えるときには、約21倍のドットの拡大像が得
られ、s’が800mm,即ち100cmの距離にドットが
見えるときには、約33倍のドットの拡大像が見られ
る。このことから、逆に、ドットは21分の1の大きさ
で作っても良いことになる。When this is observed as a general display at a distance of 200 mm from the lens, s ′ is 2
When a dot (displayed object) is visible at a distance of 00 mm, that is, at a distance of 40 cm, an enlarged image of about 21 times the dot is obtained. When a dot is seen at s' of 800 mm, that is, at a distance of 100 cm, about 33 times the dot is displayed. The enlarged image of the dot is seen. From this, conversely, the dots may be formed in a size of 1/21.
【0066】また、同様のディスプレイ装置を、メガネ
に搭載して、目とレンズとの距離を20mmとすると、2
2cm(4.66倍)から82cm(4.91倍)までの距
離でドットを表示できる。レンズとディスプレイを目に
近付けると、拡大倍率が小さくなるので、輝度の低い2
次元ディスプレイを用いるときはさらに都合がよい。ま
た、高精細に作り易くもなる。When the same display device is mounted on glasses and the distance between the eyes and the lens is set to 20 mm, 2
Dots can be displayed at a distance from 2 cm (4.66 times) to 82 cm (4.91 times). When the lens and the display are brought close to the eyes, the magnification becomes small,
It is even more convenient when using a dimensional display. In addition, it is easy to make high definition.
【0067】図17は本発明に係るディスプレイ装置の
第11の実施例の断面図である。図17のディスプレイ
装置は、図10に示したディスプレイ装置とほぼ対応し
た配置となっており、2次元ディスプレイDPの前面ガ
ラス3上に、液晶材料46と、透明電極47,48と、
保護ガラス49とからなる層50が形成されており、ま
た、2次元ディスプレイDPの前方には、ディスプレイ
DP全面に作用するレンズ51が設けられている。FIG. 17 is a sectional view of an eleventh embodiment of the display device according to the present invention. The display device of FIG. 17 has an arrangement substantially corresponding to the display device shown in FIG. 10, and includes a liquid crystal material 46, transparent electrodes 47 and 48 on the front glass 3 of the two-dimensional display DP.
A layer 50 made of a protective glass 49 is formed, and a lens 51 acting on the entire surface of the display DP is provided in front of the two-dimensional display DP.
【0068】このような構成においても、その動作原理
は、第10の実施例と同様であり、透明電極47,48
間に電圧を印加することにより、液晶材料46の屈折率
を変化させ、この結果、レンズとドットの距離(光路
長)sを変化させて、ドットの虚像の距離s’を変化さ
せることができる。In such a configuration, the operation principle is the same as that of the tenth embodiment, and the transparent electrodes 47 and 48 are used.
By applying a voltage between them, the refractive index of the liquid crystal material 46 is changed, and as a result, the distance (optical path length) s between the lens and the dot can be changed, and the distance s ′ of the virtual image of the dot can be changed. .
【0069】いま、例えば、焦点距離f=10mmの短焦
点のレンズ51をドットとの距離e(=10mm)の位置
に固定し、さらにレンズ51と約10mmの距離に、屈折
率を変化できる1mmの層50をディスプレイを設ける。
この場合、ドットが、sが9.902のときに1010
mmの距離に見え、またsが9.524mmのときに210
mmの距離に見えるように屈折率を変化させることが可能
である。また、拡大率はいずれも約2倍であり、非常に
高精細な立体表示が可能である。すなわち、上記のよう
に変化させるためには、光路長sを9.902/9.5
24=1.040の割合いで変化させれば良く、従っ
て、4%の屈折率変化があれば良く、これにより、第1
0の実施例と同様、多くの液晶材料を使用することがで
きる。Now, for example, a short focal length lens 51 having a focal length f = 10 mm is fixed at a position of a distance e (= 10 mm) from the dot, and a distance of 1 mm from the lens 51 to a distance of about 10 mm. The layer 50 is provided with a display.
In this case, the dot is 1010 when s is 9.902.
mm, and 210 when s is 9.524 mm.
It is possible to change the refractive index so that it looks like a distance of mm. In addition, the enlargement ratios are all about twice, and very high-definition three-dimensional display is possible. That is, in order to change as described above, the optical path length s is set to 9.902 / 9.5.
It is sufficient to change the refractive index at a rate of 24 = 1.040. Therefore, it is sufficient to change the refractive index by 4%.
As with the zero embodiment, many liquid crystal materials can be used.
【0070】なお、上記の計算では、簡単のため、レン
ズ51を薄肉レンズとし、前面ガラス3,保護ガラス4
9の厚さを0mmとした。また、上記のように構成する
際、注意すべきは、液晶の偏光性であり、レンズを配向
を直角にして2枚組合せたり、偏光フィルタを利用した
り等の工夫が必要である。ただし、液晶ディスプレイや
偏光板を既に用いているものは、その方向さえ注意すれ
ば良い。In the above calculation, for simplicity, the lens 51 is assumed to be a thin lens, and the front glass 3, the protective glass 4
The thickness of No. 9 was set to 0 mm. In the above-described configuration, what should be noted is the polarization property of the liquid crystal, and it is necessary to devise a method such as combining two lenses with a right-angle lens or using a polarizing filter. However, if a liquid crystal display or a polarizing plate is already used, it is sufficient to pay attention to the direction.
【0071】図18は本発明に係るディスプレイ装置の
第12の実施例の断面図である。図18のディスプレイ
装置では、2次元ディスプレイDPの前面ガラス3上
に、液晶材料53と、透明電極54,55と、保護ガラ
ス56とからなる層57が形成されており、一方の透明
電極55は、円形穴形パターンに加工されている。な
お、図18では、簡単のため、ドット2bに対応した部
分だけが示されている。FIG. 18 is a sectional view of a twelfth embodiment of the display device according to the present invention. In the display device of FIG. 18, a layer 57 including a liquid crystal material 53, transparent electrodes 54 and 55, and a protective glass 56 is formed on the front glass 3 of the two-dimensional display DP. , Processed into a circular hole pattern. Note that FIG. 18 shows only a portion corresponding to the dot 2b for simplicity.
【0072】このような構成のディスプレイ装置では、
透明電極54,55間に電圧を印加すると、電極54,
55間には図18に矢印で示すようなパターンの電界が
形成される。図19(a),(b)は電極54,55間
の電圧を変化させたときに生ずる液晶材料53の液晶分
子の配向方向を示す図であり、電圧を印加しないときに
は、図19(a)に示すように、液晶分子の配向は一様
であって、レンズ効果を有しない。これに対し、電極5
4,55間に低電圧を印加すると、図19(b)に示す
ように、液晶分子の配向は不均一な電界により一様でな
くなり、とつレンズとしてのレンズ効果をもつようにな
る。In the display device having such a configuration,
When a voltage is applied between the transparent electrodes 54, 55, the electrodes 54, 55
An electric field having a pattern shown by an arrow in FIG. FIGS. 19A and 19B are diagrams showing the orientation direction of the liquid crystal molecules of the liquid crystal material 53 generated when the voltage between the electrodes 54 and 55 is changed. When no voltage is applied, FIG. As shown in (1), the orientation of the liquid crystal molecules is uniform and has no lens effect. On the other hand, the electrode 5
When a low voltage is applied between 4, 55, the orientation of the liquid crystal molecules becomes non-uniform due to the non-uniform electric field as shown in FIG.
【0073】このように、図18の構成のディスプレイ
装置では、平行電極54,55間に封入された液晶材料
53を液晶レンズとして用いることにより、これを焦点
可変レンズ、特に微小な焦点可変レンズとして機能させ
ることができ、ドット単位での視距離を容易に変化させ
ることができる。さらに、図18の構成では、図17の
ディスプレイ装置と比べればわかるように、レンズ51
を別途に必要としないので、構造がより簡単となり、ま
た、位置精度等を良好に維持することができる。As described above, in the display device having the configuration shown in FIG. 18, the liquid crystal material 53 sealed between the parallel electrodes 54 and 55 is used as a liquid crystal lens, and this is used as a focus variable lens, particularly a minute focus variable lens. Function, and the viewing distance in dot units can be easily changed. Further, in the configuration of FIG. 18, as can be seen from the comparison with the display device of FIG.
Is not required separately, the structure becomes simpler, and the positional accuracy and the like can be maintained satisfactorily.
【0074】図20は本発明に係るディスプレイ装置の
第13の実施例の断面図である。図20のディスプレイ
装置では、2次元ディスプレイDPの前面ガラス3上
に、フレネル構造の液晶レンズ60が設けられている。
フレネル構造の液晶レンズ60は、円心円状に多数分割
されたフレネルレンズ61と保護ガラス62との間に、
液晶材料63が封入されている。FIG. 20 is a sectional view of a thirteenth embodiment of the display device according to the present invention. In the display device of FIG. 20, a liquid crystal lens 60 having a Fresnel structure is provided on the front glass 3 of the two-dimensional display DP.
A liquid crystal lens 60 having a Fresnel structure is provided between a protective glass 62 and a Fresnel lens 61 divided into a large number of concentric circles.
A liquid crystal material 63 is sealed.
【0075】このような構成のディスプレイ装置では、
フレネル構造の液晶レンズ60を用いているので、レン
ズ中央部でも液晶層の厚さは差程厚くならない。すなわ
ち、例えば、図15に示したような液晶層がとつレンズ
状になっている液晶レンズでは、中央部と端部との厚さ
が異なるため電界強度に大きな差が見られ、特に中央部
では液晶分子の配向が弱くなり、白濁して透過率が低下
し易い。これに対して、フレネル構造液晶レンズを用い
ると、レンズ中央部でも液晶層の厚さはあまり厚くなら
ないので、透過率の低下を防ぐことができる。In the display device having such a configuration,
Since the liquid crystal lens 60 having the Fresnel structure is used, the thickness of the liquid crystal layer is not so large even at the center of the lens. That is, for example, in a liquid crystal lens in which the liquid crystal layer is formed into a lens shape as shown in FIG. 15, a large difference is observed in the electric field strength due to the difference in thickness between the central portion and the end portion. The orientation of the molecules is weakened, the molecules become cloudy, and the transmittance tends to decrease. On the other hand, when a Fresnel structure liquid crystal lens is used, the thickness of the liquid crystal layer does not become too large even at the center of the lens, so that a decrease in transmittance can be prevented.
【0076】さらに、レンズが薄いにもかかわらず、焦
点距離を小さくすることができるので、2次元ディスプ
レイと組み合わせて使用するには都合が良い。これは、
単なるレンズとして用いても良いし、微小化が可能な
ら、ドットごとの微小なレンズとして用いても良い。Further, since the focal length can be reduced even though the lens is thin, it is convenient to use it in combination with a two-dimensional display. this is,
It may be used as a simple lens or, if miniaturization is possible, as a minute lens for each dot.
【0077】なお、上述した各実施例において、図6,
図8,図10,図12,図13,図14,図15,図1
7のディスプレイ装置は、各ドットごとに光路長,また
は焦点距離を変化させるようには構成されておらず、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
点距離を変化させれば済むような用途に適している。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。すなわち、上記
の構成のディスプレイ装置では、広い領域でのゆるやか
な立体感を与えるのに適している。In each of the above embodiments, FIG.
8, 10, 12, 13, 14, 15, and 1
The display device No. 7 is not configured to change the optical path length or the focal length for each dot, and has a wider area than the dot, for example, the entire dot area for one row or one row in FIG. It is suitable for applications in which the optical path length or the focal length needs to be changed over a wide range. 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. That is, the display device having the above configuration is suitable for giving a gentle three-dimensional effect over a wide area.
【0078】一方、図7,図9,図11,図16のディ
スプレイ装置は、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おり、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、ドットごとに立体感を得ること
ができる。On the other hand, the display devices shown in FIGS. 7, 9, 11, and 16 have a configuration in which the optical path length or the focal length can be changed for each dot, and the optical path length can be changed over a fine screen. , Or for changing the focal length, and a three-dimensional effect can be obtained for each dot.
【0079】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、後述のような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 becomes possible. By applying any of the above-described display devices to a three-dimensional display device as described below,
Even in the case of stereoscopic viewing with binocular parallax, by forming an image at the distance of the gazing point, eye fatigue can be reduced.
【0080】いま、例えば、図21に示すような2次元
表示の画像情報が2次元ディスプレイDP上に表示され
ているとする。なお、図21に示す2次元表示の画像情
報は、多くのドットにより形成されているとし、また、
図21には画像情報としてチューリップ71と、車72
と、人73と、杉74と、太陽75と、山76とが表示
されている。Now, it is assumed that two-dimensional display image information as shown in FIG. 21 is displayed on the two-dimensional display DP. It is assumed that the two-dimensional display image information shown in FIG. 21 is formed by many dots.
FIG. 21 shows a tulip 71 and a car 72 as image information.
, A person 73, a cedar 74, a sun 75, and a mountain 76 are displayed.
【0081】このような2次元表示の画像情報を、上述
した各実施例のいずれかを用いて3次元表示する場合に
は、画像を構成するドットの全画像情報または一部ドッ
ト画像情報を基に(距離情報を持つなら、それを含め
て)、特定ドットまたは全体の虚像の距離を決定し、そ
れに従い前記微小なレンズまたはレンズの焦点距離、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
決定する。これにより、2次元ディスプレイを用いた3
次元表示が可能となる。これは、従来の両眼視差を用い
る方式ではなく、目の調節機構を利用したものであり、
既存の2次元ディスプレイまたはその技術をそのまま利
用できる。When such two-dimensional display image information is three-dimensionally displayed by using any of the above-described embodiments, the whole image information of the dots constituting the image or partial dot image information is used. (Including distance information, if any), to determine the distance of a particular dot or the entire virtual image, and accordingly the focal length of said tiny lens or lens, or the layer between these lenses and dots Is determined. Thereby, 3D using a two-dimensional display
Dimensional display becomes possible. This is not a conventional method using binocular parallax, but utilizes an eye adjustment mechanism,
An existing two-dimensional display or its technology can be used as it is.
【0082】より具体的には、上記画像情報として、表
示しようとする特定ドットのみの輝度、彩度、色相、距
離情報を用いて、表示しようとするとする特定ドットの
微小レンズの焦点距離またはドット前面の層の屈折率を
決定する。More specifically, by using the luminance, saturation, hue, and distance information of only the specific dot to be displayed as the image information, the focal length of the minute lens of the specific dot to be displayed or the dot Determine the refractive index of the front layer.
【0083】あるいは、上記画像情報として、表示しよ
うとする特定ドットとそれをほぼ中心とする2ドット以
上の正方形または長方形を基本とするマトリックスの輝
度、彩度、色相、距離情報を用いて、表示しようとする
とする特定ドットの微小レンズの焦点距離またはドット
前面の層の屈折率を決定する。Alternatively, as the image information, display is performed by using luminance, saturation, hue, and distance information of a matrix based on a specific dot to be displayed and two or more squares or rectangles centered on the specific dot. The focal length of the microlens for the particular dot to be sought or the refractive index of the layer in front of the dot is determined.
【0084】この際、上記表示しようとする特定ドット
またはその付近のドットの情報の他に、画面中央付近ま
たは視線のある付近の画像の輝度、彩度、色相、距離情
報、または画像全体の輝度、彩度、色相、距離情報の平
均値、分布を加味して、表示しようとする特定ドットの
微小レンズの焦点距離またはドット前面の層の屈折率を
決定するようにしても良い。At this time, in addition to the information on the specific dot to be displayed or the dot in the vicinity thereof, the luminance, saturation, hue, distance information of the image near the center of the screen or near the line of sight, or the luminance of the entire image The focal length of the minute lens of the specific dot to be displayed or the refractive index of the layer in front of the dot may be determined in consideration of the average value and distribution of the saturation, hue, and distance information.
【0085】先づ、画像情報として表示しようとする特
定ドットのみの輝度、彩度、色相、距離情報を用いて、
表示しようとするとする特定ドットの微小レンズの焦点
距離またはドット前面の層の屈折率を決定する場合につ
いて説明する。First, using the luminance, saturation, hue, and distance information of only specific dots to be displayed as image information,
The case where the focal length of the microlens of the specific dot to be displayed or the refractive index of the layer in front of the dot is determined will be described.
【0086】いま、ディスプレイ装置が図14に示した
ような構成になっているとし、観察者の目から20cmの
距離に焦点距離5mmの微小レンズがある場合を考える。
図21の画像情報において、チューリップ71を構成す
るドットの1つが40cmの距離にあるとすると、そのド
ットは、レンズから20cmの距離にあれば良く、sが
4.878mmになるように液晶層の屈折率を変化させ
る。また、車72と人73の中の特定ドットが2mの距
離にあるとすると、s’が1800mmなので、sを4.
986mmにする。また、杉74の中の特定ドットが50
mの距離にあるとすると、sを4.999mmにする。ま
た、太陽75の特定ドットがs’=∞であれば、sを
5.000mmにする。Now, it is assumed that the display device has a configuration as shown in FIG. 14, and a case is considered where there is a minute lens having a focal length of 5 mm at a distance of 20 cm from the observer's eyes.
In the image information of FIG. 21, if one of the dots constituting the tulip 71 is at a distance of 40 cm, the dot only needs to be at a distance of 20 cm from the lens, and the dot of the liquid crystal layer is set so that s becomes 4.878 mm. Changes the refractive index. If the specific dot in the car 72 and the person 73 is at a distance of 2 m, s' is 1800 mm.
To 986 mm. The specific dot in the cedar 74 is 50
Assuming that the distance is m, s is set to 4.999 mm. If the specific dot of the sun 75 is s ′ = ∞, s is set to 5.000 mm.
【0087】ところで、このようにして3次元表示のな
されるディスプレイでは、レンズの焦点距離や屈折率変
化層の性質から実際の距離に十分に対応できない場合
に、これを補正する必要がある。すなわち、近距離は、
少なくともレンズよりは手前に虚像を作ることはできな
いし、無限遠が可能でも、非常に高度な位置精度が要求
され、任意の距離に設定することが難しい。このような
場合には、ある範囲内に距離情報を圧縮して表示するこ
とが望ましい。By the way, in a display which performs three-dimensional display in this way, when it is not possible to sufficiently cope with the actual distance due to the focal length of the lens and the properties of the refractive index change layer, it is necessary to correct this. That is, the short distance is
At least a virtual image cannot be formed before the lens, and even if infinity is possible, extremely high positional accuracy is required, and it is difficult to set an arbitrary distance. In such a case, it is desirable that the distance information be compressed and displayed within a certain range.
【0088】次に、画像情報として、表示しようとする
特定ドットとそれをほぼ中心とする2ドット以上の正方
形または長方形を基本とするマトリックスの輝度、彩
度、色相、距離情報を用いて、表示しようとするとする
特定ドットの微小レンズの焦点距離またはドット前面の
層の屈折率を決定する場合について説明する。Next, as image information, display is performed using the luminance, saturation, hue, and distance information of a matrix based on a specific dot to be displayed and a square or rectangle of two or more dots centered on the specific dot. A case will be described in which the focal length of the minute lens of the specific dot to be tried or the refractive index of the layer in front of the dot is determined.
【0089】図22は図21の画像情報において、多数
のドットからなるマトリックス78を拡大した図であ
る。FIG. 22 is an enlarged view of the matrix 78 composed of many dots in the image information of FIG.
【0090】このマトリックス78の多数のドットの中
で、チューリップ71を構成するドットが、連続した近
距離にある1つの物体であることは、マトリックス78
中のドットの輝度、彩度、色相、距離情報を用いた画像
計算により容易に判断できる。The fact that the dots constituting the tulip 71 are one continuous object at a short distance among the many dots of the matrix 78 indicates that the matrix 78
It can be easily determined by image calculation using the luminance, saturation, hue, and distance information of the middle dot.
【0091】このとき、チューリップ71の花の部分の
中央部79の距離情報が400mmで、花の部分の周辺部
80の距離情報が420mmとすると(花の直径が約40
mmとする)、中央部79は、sが4.878mmで、周辺
部80はsが4.889mmとなるので、光路長をΔs=
(0.011mm)だけ変化させれば良い。At this time, if the distance information of the central part 79 of the flower part of the tulip 71 is 400 mm and the distance information of the peripheral part 80 of the flower part is 420 mm (the diameter of the flower is about 40
mm), the central portion 79 has s of 4.878 mm, and the peripheral portion 80 has s of 4.889 mm.
(0.011 mm).
【0092】しかし、目の調節の精度はそれほど高くな
い。これは、例えば、片目を閉じると、明視の距離にあ
る自分の左右の人差指を容易に接触できないことからも
わかる。このため、虚像の距離を細かい精度で制御する
必要はなく、前記のチューリップ71のように、連続し
た距離のあまり違わない1つの物体であれば、チューリ
ップ全体を40cmの位置に見えるようにするだけで十分
であり、光路長を変化させる必要がないので、表示も容
易である。他にも、1ドットや数ドットの様な小さな物
体または部分では、目の調節を合わせ難いので、周辺の
ドットの距離に一致させたり、逆に周辺を一致させたり
させることにより対象物を見やすくすることができる。However, the accuracy of eye adjustment is not very high. This can be understood from, for example, that, when one eye is closed, the user's left and right forefinger at the distance of clear vision cannot be easily touched. For this reason, it is not necessary to control the distance of a virtual image with fine precision, and if it is one object which does not differ much in a continuous distance like the above-mentioned tulip 71, it will only make the whole tulip look at the position of 40 cm. Is sufficient and it is not necessary to change the optical path length, so that the display is easy. In addition, it is difficult to adjust the eyes of small objects or parts, such as one dot or several dots, so that it is easy to see the target object by matching the distance between the surrounding dots, or conversely, by matching the surroundings. can do.
【0093】ところで、2次元ディスプレイの画像情報
が図23のようになっている場合には、中央付近の人間
83に視線が向きやすく、また動画情報では、他と比べ
て人間83に大きな情報変化があり、さらに視線が向き
易い。この場合には、視線方向の物体のドット、または
画面中央付近の物体のドット以外の画面部分の虚像の距
離を、目の調節の大きな変化を伴わないで観察できるよ
うにするため、視線方向または画面中央部の距離に他の
物体を構成するドットを近付けるように虚像の距離を設
定し、それに従い、層の屈折率や虚像の距離を決定する
のが良い。By the way, when the image information of the two-dimensional display is as shown in FIG. 23, the line of sight tends to be directed to the person 83 near the center. And the line of sight is easy to turn. In this case, in order to be able to observe the distance between virtual dots of the object in the line of sight direction or the virtual image of the screen portion other than the dots of the object near the center of the screen without a large change in eye adjustment, It is preferable to set the distance of the virtual image so that the dots constituting another object are close to the distance of the center of the screen, and to determine the refractive index of the layer and the distance of the virtual image accordingly.
【0094】例えば、人間83は1m、花84は1m、
山85は100mの距離にあれば、人間83はそのまま
で、花83を1.3m程度の距離に見えるように、山8
5は30m程度の距離に見えるように各々のドットの虚
像を設定する。このとき、視線が人間83にあり1mに
目を調節すると、花84や山85のぼやける量を減少さ
せることができる。また、視線を、花84に移動させた
とき、目の調節の変化を減少させ、視線の移動による疲
労を減少させることができる。For example, the human 83 is 1 m, the flower 84 is 1 m,
If the mountain 85 is at a distance of 100 m, the human 83 remains as it is, and the flower 83 can be seen at a distance of about 1.3 m.
5 sets the virtual image of each dot so that it looks at a distance of about 30 m. At this time, if the eyes are at the person 83 and the eyes are adjusted to 1 m, the amount of blur of the flowers 84 and the mountains 85 can be reduced. In addition, when the gaze is moved to the flower 84, a change in accommodation of the eyes can be reduced, and fatigue due to the movement of the gaze can be reduced.
【0095】また、図17に示したディスプレイ装置の
ように、2次元ディスプレイDP全面に作用するレンズ
と、屈折率を変化させることの可能な分割されてない層
とを用いたときには、虚像の距離をドットごとにそれぞ
れ別個に変化させることはできず、ディスプレイ全面の
虚像の距離を変化させることになる。このような場合に
は、画像情報として、画面中央付近または視線のある付
近の画像の輝度、彩度、色相、距離情報、または画像全
体の輝度、彩度、色相、距離情報の平均値、分布を基
に、2次元ディスプレイ全面の虚像の距離を決定し、こ
れに従い、ディスプレイ前面の層の屈折率を決定する。
同様に、微小レンズまたはレンズを用いた場合の焦点距
離を決定することもできる。When a lens acting on the entire surface of the two-dimensional display DP and an undivided layer whose refractive index can be changed are used as in the display device shown in FIG. Cannot be changed individually for each dot, and the distance of the virtual image over the entire display is changed. In such a case, as the image information, the brightness, saturation, hue, and distance information of the image near the center of the screen or near the line of sight, or the average value, distribution, and brightness, saturation, hue, and distance information of the entire image , The distance of the virtual image on the entire surface of the two-dimensional display is determined, and the refractive index of the layer in front of the display is determined accordingly.
Similarly, the focal length when a micro lens or a lens is used can be determined.
【0096】最も理想的なのは、アイポインタ等により
目の視線を追跡できる手段を設け、これにより示される
視線の方向に物体の画像情報をもとに画面全体の虚像の
距離を決定し、これに従い、層の屈折率を決定する。こ
のときには、視線方向の見ている物体に目の調節が合っ
ているので、この物体に大きなおう・とつがない限り、
自然な立体表示ができる。Most ideally, means for tracking the line of sight of the eye with an eye pointer or the like is provided, and the distance of the virtual image of the entire screen is determined based on the image information of the object in the direction of the line of sight indicated by the means. , Determine the refractive index of the layer. At this time, since the eyes are adjusted to the object you are looking at in the line of sight,
Natural 3D display is possible.
【0097】例えば、チューリップ71を見ているとき
はsが4.878mmになるように、また車72を見てい
るときはsが4.986mmになるように屈折率を決定す
る。For example, the refractive index is determined so that s becomes 4.878 mm when the tulip 71 is viewed, and 4.986 mm when the car 72 is viewed.
【0098】また、例えば図23に示すような画面が表
示されているときに、人間は、その視線を動かさない場
合は、主に画面中央部分82に視線があり、また、画面
中央に視線を向けることが多い。また、図21,図23
に示されるように、画面手前から近距離,中距離,遠距
離,無限遠というように、順々に距離が大きくなること
が多く、画面中央の距離に目の焦点を合わせると他の部
分にも違和感がないことが多い。このような場合には、
画面中央付近の画像情報をもとに、画面全体の虚像の距
離を決定し、それに従い、層の屈折率を決定することも
できる。For example, when a screen as shown in FIG. 23 is displayed, if a human does not move his / her line of sight, he / she mainly has a line of sight in the center part 82 of the screen, and also has a line of sight in the center of the screen. Often turned. 21 and FIG.
As shown in, the distance often increases in order from the near side of the screen, such as short distance, middle distance, long distance, and infinity. Often there is no discomfort. In such a case,
It is also possible to determine the distance of the virtual image of the entire screen based on the image information near the center of the screen, and to determine the refractive index of the layer accordingly.
【0099】図23の場合、中央の人83が2mの距離
にあるときには、sが4.986mmになるように、画面
全体の屈折率を決定する。In the case of FIG. 23, when the center person 83 is at a distance of 2 m, the refractive index of the entire screen is determined so that s becomes 4.986 mm.
【0100】しかし、画像情報によっては、図21のよ
うに、中央の杉74に距離設定すると、手前のチューリ
ップ71は観察時に大きな違和感が生じるので、画像情
報の種類に注意する必要がある。However, depending on the image information, if the distance is set to the central cedar 74 as shown in FIG. 21, the tulip 71 in front will have a great sense of discomfort during observation, so it is necessary to pay attention to the type of image information.
【0101】また、図24はテーブルの上の画像情報の
一例を示す図であり、この例のような場合には、距離情
報の分布は標準偏差σが小さい。従って、このようなと
きは、画面全体の距離の平均値に従い画面の虚像の距離
を決定し、それに従い、屈折率を決定する。FIG. 24 is a diagram showing an example of image information on the table. In this case, the distribution of distance information has a small standard deviation σ. Therefore, in such a case, the distance of the virtual image on the screen is determined according to the average value of the distance of the entire screen, and the refractive index is determined accordingly.
【0102】なお、上記のような決定制御は、具体的に
は、例えば図25に示すような電圧制御部300を設け
ることによって行なわれる。なお、図25はディスプレ
イ装置が例えば図16のような構成となっている場合の
構成例である。The above-described determination control is specifically performed by providing a voltage control unit 300 as shown in FIG. 25, for example. FIG. 25 is a configuration example in the case where the display device has a configuration as shown in FIG. 16, for example.
【0103】図25の例では、電圧制御部300は、電
圧を印加していない状態での光路長データが記憶されて
いるROM等の光路長記憶部301と、画像情報302
の中の距離情報に基づいて、レンズ面からどの位置にド
ットの像を作れば良いかを計算する表示位置データ計算
部303と、表示位置データ計算部303で算出された
表示位置に基づいて光路長データを算出する光路長計算
部304と、算出された光路長データと光路長記憶部3
01に格納されている光路長データとに基づき印加電圧
を算出する印加電圧計算部305と、計算された印加電
圧の値が記憶される印加電圧記憶部306と、ドットが
表示されている間、印加電圧記憶部306に記憶された
印加電圧を透明電極43a,44a;43b,44b;
43c,44cに印加する電圧印加部307とが設けら
れている。In the example of FIG. 25, the voltage control unit 300 includes an optical path length storage unit 301 such as a ROM storing optical path length data in a state where no voltage is applied, and image information 302.
, A display position data calculation unit 303 for calculating at which position a dot image should be formed from the lens surface based on the distance information in the optical path, and an optical path based on the display position calculated by the display position data calculation unit 303. Optical path length calculation section 304 for calculating length data, calculated optical path length data and optical path length storage section 3
01, an applied voltage calculation unit 305 that calculates an applied voltage based on the optical path length data stored in the storage unit 01, an applied voltage storage unit 306 in which the calculated applied voltage value is stored, and while a dot is displayed. The applied voltage stored in the applied voltage storage unit 306 is applied to the transparent electrodes 43a, 44a; 43b, 44b;
A voltage application unit 307 for applying voltage to 43c and 44c is provided.
【0104】このような電圧制御部300を設けること
によって、次のような手順により、像位置の決定を行な
うことができる。すなわち、先づ、透明電極43a,4
4a;43b,44b;43c,44cに電圧を印加し
ていない状態での光路長を予め測定し、これを光路長記
憶部301に予め格納しておく。ある特定ドットの画像
情報に基づき像位置を決定する場合、この画像情報の中
の距離情報に基づいてレンズ面からどの位置にドットの
像を作れば良いかを表示位置データ計算部303により
計算する。なお、この計算においては、光路長の可変範
囲や、光路長とレンズの焦点距離の値や精度も考慮す
る。By providing such a voltage control section 300, the image position can be determined by the following procedure. That is, first, the transparent electrodes 43a, 4
43a, 43b, 44b; 43c, 44c, the optical path length in the state where no voltage is applied is measured in advance, and this is stored in the optical path length storage unit 301 in advance. When the image position is determined based on the image information of a specific dot, the display position data calculation unit 303 calculates where the dot image should be formed from the lens surface based on the distance information in the image information. . In this calculation, the variable range of the optical path length and the values and precision of the optical path length and the focal length of the lens are also taken into consideration.
【0105】次いで、光路長計算部304では、算出さ
れた表示位置に基づいて光路長データを算出し、印加電
圧計算部305では、算出された光路長データと光路長
記憶部301に予め記憶されている光路長データとに基
づき(例えばこれらの差を求めることにより)、それに
対応した印加電圧を計算する。これによって、像位置を
実際に決定することができる。計算された印加電圧は、
印加電圧記憶部306に記憶され、電圧印加部307
は、この印加電圧を透明電極43a,44a;43b,
44b;43c,44cに印加し、液晶材料6の屈折率
を変化させることかできる。Next, the optical path length calculating section 304 calculates optical path length data based on the calculated display position, and the applied voltage calculating section 305 stores the calculated optical path length data and the optical path length storage section 301 in advance. Based on the optical path length data (for example, by calculating the difference between them), the corresponding applied voltage is calculated. Thereby, the image position can be actually determined. The calculated applied voltage is
The voltage is stored in the applied voltage storage unit 306,
Converts the applied voltage to the transparent electrodes 43a, 44a; 43b,
44b; 43c, 44c to change the refractive index of the liquid crystal material 6.
【0106】前述したように、3次元ディスプレイ、特
に動画情報に関する3次元ディスプレイでは、実用化さ
れている多くが左右眼の両眼視差を利用したものが多
い。逆に、両眼視差を与えない3次元ディスプレイは、
特に近距離では、その立体感が乏しくなる傾向になる。As described above, most of the three-dimensional displays, especially three-dimensional displays related to moving picture information, which utilize the binocular parallax of the left and right eyes, are in many cases. Conversely, a three-dimensional display that does not provide binocular parallax
Particularly at a short distance, the three-dimensional effect tends to be poor.
【0107】これらの両眼視差を利用した3次元ディス
プレイは、画像情報の遠近感を十分に表示することがで
きるが、目の調節による焦点はその多くが画面表示に固
定されているため、目の輻輳と調節が一致しないことか
ら疲労し易い。また、画面を光学的に遠方に見せる従来
の方法は、比較的大きな空間が必要であったり、目の付
近に複雑な光学系を設ける必要があった。The three-dimensional display using the binocular parallax can sufficiently display the perspective of the image information, but the focus of the adjustment of the eyes is mostly fixed to the screen display. Since the convergence and the adjustment do not match, it is easy to get tired. In addition, the conventional method of making a screen optically distant requires a relatively large space or a complicated optical system near the eyes.
【0108】これに対し、上述したような各実施例のい
ずれかのディスプレイ装置を利用して左眼用,右眼用各
々の表示を行なう3次元ディスプレイ装置を構成し、こ
れにより、立体視差による立体表示を行なえば、上述し
た従来の問題を解決することが可能となる。例えば、図
6に示したような微小レンズを用いて両眼視差による3
次元ディスプレイ装置を作製すると、これが軽量,小型
のものであっても、表示すべき両眼視差が引き起こす輻
輳の変化と目の調節を疲労し難いものにすることがで
き、また三次元ディスプレイ装置を軽量,小型のものに
することができる。On the other hand, a three-dimensional display device for displaying each of the left eye and the right eye is constructed by using any one of the display devices of the above-described embodiments. If the three-dimensional display is performed, the above-described conventional problem can be solved. For example, using a microlens as shown in FIG.
When a three-dimensional display device is manufactured, even if the device is lightweight and small, the change in convergence caused by the binocular disparity to be displayed and the adjustment of eyes can be made less likely to cause fatigue. It can be lightweight and small.
【0109】また、画像の虚像の距離を変化できる上述
したようなディスプレイ装置と両眼視差のディスプレイ
とを組み合わせて3次元ディスプレイ装置を構成する
と、画像情報または視線方向から目の輻輳を予測し、目
の調節がそれに合わせたものとなるように、画像の虚像
の距離を調節することにより、より立体感を増加させる
ことができるとともに、目の疲労をより少なくさせるこ
とができる。Further, when a three-dimensional display device is configured by combining the above-described display device capable of changing the distance of a virtual image of an image and a display of binocular parallax, eye convergence is predicted from image information or a line of sight. By adjusting the distance between the virtual images of the image so that the eyes are adjusted accordingly, it is possible to further increase the three-dimensional effect and to reduce eye fatigue.
【0110】例えば、図10に示した例では、40cmか
ら80cmまで虚像との距離を調節できる。文献「画像ラ
ボ 1990年11月 第20頁乃至第24頁」に報告
されているように、40cmから80cmの近距離では、輻
輳距離と調節距離との差が20cm以内では目の疲労はか
なり少なくなり、何れも明視の距離25cmから1m位ま
での作業に必要な空間を目の疲労が少ない状態で見るこ
とが可能となる。For example, in the example shown in FIG. 10, the distance from the virtual image can be adjusted from 40 cm to 80 cm. As reported in the document “Imaging Lab November 1990, pp. 20-24,” at short distances between 40 cm and 80 cm, eye fatigue is significantly reduced when the difference between the convergence distance and the accommodation distance is within 20 cm. In any case, it becomes possible to see the space required for work from a distance of 25 cm to about 1 m with a clear vision with little eye fatigue.
【0111】図26(a),(b)は本発明によるディ
スプレイ装置を適用したメガネ型の3次元ディスプレイ
装置の正面図,断面図である。図26(a),(b)に
おいて、93は焦点距離10mmのレンズであり、94は
屈折率を変化できる層であり、95は液晶ディスプレイ
であり、96は人の目であり、97はこれらのメガネの
鏡筒部分である。このようなディスプレイ装置を右眼,
左眼にそれぞれ98,99で示すように1つづつ設けて
一体化し、3次元ディスプレイ装置が構成されている。FIGS. 26A and 26B are a front view and a sectional view of a glasses-type three-dimensional display device to which the display device according to the present invention is applied. 26A and 26B, reference numeral 93 denotes a lens having a focal length of 10 mm, reference numeral 94 denotes a layer capable of changing the refractive index, reference numeral 95 denotes a liquid crystal display, reference numeral 96 denotes a human eye, and reference numeral 97 denotes these. This is the lens barrel of the glasses. Such a display device is called the right eye,
As shown by 98 and 99, one by one is provided on the left eye and integrated to form a three-dimensional display device.
【0112】このような構成のメガネ型の3次元ディス
プレイ装置において、いま、例えば図17に示したよう
なディスプレイ装置が用いられる場合には、レンズ93
と人の目96との距離を10mmに設定すると、厚さ1mm
の液晶層の屈折率を4%変化させるだけで、210mmか
ら1010mmまで目を調節することができる。また、両
眼視差に基づいた画像を、虚像の距離を変化させて表示
させると、210mmから1010mmの範囲で輻輳と調節
とを一致させることができ、立体感に富んだ目の疲労の
少ない3次元ディスプレイが得られる。In the glasses-type three-dimensional display device having such a configuration, for example, when a display device as shown in FIG.
When the distance between the eye and the human eye 96 is set to 10 mm, the thickness is 1 mm
The eye can be adjusted from 210 mm to 1010 mm only by changing the refractive index of the liquid crystal layer by 4%. In addition, when an image based on binocular parallax is displayed by changing the distance of a virtual image, convergence and accommodation can be matched in a range of 210 mm to 1010 mm, and a three-dimensional image with less eyestrain can be obtained. A dimensional display is obtained.
【0113】また、レンズを目に近付けることにより、
拡大倍率が小さくなるので、高精細の表示をしやすくす
る。By bringing the lens closer to the eyes,
Since the magnification is small, it is easy to display high definition.
【0114】図27は図26(a),(b)の変形例を
示す図であり、図27において、100は液晶ディスプ
レイ、101は屈折率の変化する層、102は微小レン
ズ、103はメガネの鏡筒である。FIG. 27 is a view showing a modification of FIGS. 26A and 26B. In FIG. 27, reference numeral 100 denotes a liquid crystal display, 101 denotes a layer whose refractive index changes, 102 denotes a minute lens, and 103 denotes glasses. Lens barrel.
【0115】このような構成の3次元ディスプレイ装置
では、図16に示したようなディスプレイ装置が用いら
れる場合、目96と液晶ディスプレイ100との距離を
約20mmにすると、22cmから82cmまたはそれ以上の
虚像を容易に表示できる。In the three-dimensional display device having such a configuration, when the display device as shown in FIG. 16 is used, if the distance between the eye 96 and the liquid crystal display 100 is set to about 20 mm, the distance from 22 cm to 82 cm or more. A virtual image can be easily displayed.
【0116】これらは、目の近くにレンズを近付けるこ
とができるので、近距離の虚像を表示しやすくなる。In these, the lens can be brought close to the eyes, so that a virtual image at a short distance can be easily displayed.
【0117】図28は本発明に係る3次元ディスプレイ
装置の他の構成例を示す図である。図28では受動型眼
鏡方式に上述したディスプレイ装置を適用した構成とな
っている。なお、図28ではそれぞれ右眼用の部分,左
眼用の部分を簡単のため別々に示している。FIG. 28 is a diagram showing another example of the configuration of the three-dimensional display device according to the present invention. FIG. 28 shows a configuration in which the above-described display device is applied to the passive eyeglass system. In FIG. 28, a portion for the right eye and a portion for the left eye are separately shown for simplicity.
【0118】この3次元ディスプレイ装置は、2次元デ
ィスプレイDPと、虚像距離を変化させる手段115
(例えば微小レンズおよび屈折率変化層からなる手段)
と、偏光板116と、πセル(0波長遅延)117と、
左右で偏光方向が互いに直交しているメガネ119とか
ら構成されている。なお、偏光板116とπセル117
とは、時分割で連続した液晶偏光シャッタ118として
機能するようになっている。This three-dimensional display device has a two-dimensional display DP and means 115 for changing the virtual image distance.
(For example, means comprising a microlens and a refractive index changing layer)
, A polarizing plate 116, a π cell (0 wavelength delay) 117,
And glasses 119 whose polarization directions are orthogonal to each other on the left and right. The polarizing plate 116 and the π cell 117
Is to function as a continuous liquid crystal polarizing shutter 118 in a time sharing manner.
【0119】このような構成の3次元ディスプレイ装置
では、例えば、2次元ディスプレイDPに100HZの
周期で左右の画像を表示すると同時に、これと同調させ
た液晶偏光シャッタ118で、左眼用の水平方向の偏光
の表示光を50HZで、右眼用の垂直方向の偏光の表示
光を50HZでチョッパして時分割し、これらの画像の
距離変化と手段115による虚像の距離変化とを連動さ
せて3次元表示を行なう。[0119] In three-dimensional display device having such a configuration, for example, at the same time in a two-dimensional display DP displays an image of the left and right with a period of 100H Z, in the liquid crystal polarization shutter 118 is tuned to this, the horizontal for the left eye the display light of the direction of polarization at 50H Z, divided time by chopper display light in the vertical direction of the polarized light for the right eye 50H Z, interlocked with the virtual image distance change due distance change means 115 of the image Then, three-dimensional display is performed.
【0120】図29(a),(b)はこの様子を説明す
るための図であり、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つの像P1,P2を観察する場合に、上記の
3次元ディスプレイ装置では、これらを両方の目20
1,202で同時に観察させず、時分割で交互に観察さ
せるようにしている。図29(a)は一方の目201で
像P2を見させる状態を示し、図29(b)は他方の目
202で像P1を見させる場合が示されており、目20
1,202の輻輳機構は、図30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29
(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210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201,202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. 29 (a) and 29 (b) are diagrams for explaining this situation.
The two images P1 and P2 are displayed at a predetermined interval Z, and when the two images P1 and P2 are observed, in the three-dimensional display device, the two images P1 and P2 are displayed on both eyes 20.
At 1, 202, observation is not performed simultaneously, but observation is performed alternately in a time-division manner. FIG. 29A illustrates a state in which the image P2 is viewed by one eye 201, and FIG. 29B illustrates a case in which the image P1 is viewed by the other eye 202.
30. At the same time as shown in FIG. 30, the convergence mechanism of the eyes 202 controls the eyes 201 and 202 such that one eye 201 faces the image P2 and the other eye 202 faces the image P1. The viewpoint becomes these intersection positions CLS, and FIG.
In the examples of (a) and (b), it is closer to the actual screen 210. In such a case, the display devices according to the present invention are mounted for the left eye and the right eye, respectively, and the display devices are controlled in accordance with the image information of the screen 210, so that the positions of the images P1 and P2 (current In this case, the real image position) can be moved to the position of the gazing point CLS, so that the adjustment mechanism of the eyes 201 and 202 adjusts the eye 201 and 202 to focus on the distance L2 from the eyes 201 and 202 to the gazing point CLS. , 202 are controlled. As a result, the eye convergence and the accommodation can be matched, and eye fatigue can be reduced.
【0121】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 point of regard 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.
【0122】具体的には、手段115を、例えば図14
のような構成のものにし、微小レンズに焦点距離5mmの
レンズを用いて、20cmの距離に2次元ディスプレイD
Pの面を設置すると、容易に40cmから80cmまでの目
の輻輳と調節が一致した3次元表示を行なうことがで
き、また、20cmから100cm位までは十分に疲労感の
少ない表示ができる。More specifically, the means 115 is provided, for example, in FIG.
And a two-dimensional display D at a distance of 20 cm using a lens having a focal length of 5 mm as a micro lens.
By setting the plane P, it is possible to easily perform a three-dimensional display in which the convergence and the adjustment of the eyes from 40 cm to 80 cm coincide with each other, and a display with a sufficient feeling of fatigue from 20 cm to 100 cm.
【0123】また、ドットの拡大倍率が大きいため、ド
ットを小さく形成しても良く、開口率が小さくしても良
いので、TFT等の駆動回路の形成が容易になる。Further, since the enlargement magnification of the dots is large, the dots may be formed small, and the aperture ratio may be reduced, so that the drive circuit such as a TFT is easily formed.
【0124】また、軽量で単純な偏光板のメガネだけ
で、輻輳と調節の両方による立体表示ができるので、通
常の作業状態との変化が少なく、効果として物体が疲れ
ずに立体感に富んで見え易く、人間工学的に優れた3次
元ディスプレイを提供することができる。Also, stereoscopic display by both convergence and adjustment can be performed with only lightweight and simple polarizing plate glasses, so that there is little change from a normal working state, and as an effect, the object is not tired and rich in three-dimensional feeling. It is possible to provide a three-dimensional display that is easy to see and excellent in ergonomics.
【0125】[0125]
【発明の効果】以上に説明したように、請求項1記載の
ディスプレイ装置によれば、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をそれぞれ設けているので、観測者
がみるドットの虚像の距離を2次元ディスプレイをより
遠方に設定できると同時に、ドットを拡大することがで
きる。また、微小レンズとドットとの距離またはレンズ
とドットとの光路長を、微小なレンズの焦点距離に近い
値でなおかつ焦点距離以下の値に設定するようにしてい
るので、明視に近い距離から無限遠までの実際に人間の
目が焦点を調節する距離に虚像を設定することができ
る。また、微小レンズと前記ドットとの間に、屈折率ま
たは光路長を変化させる手段を有する層を設けているの
で、ドットの虚像の距離を画面全体または1ドットごと
に変化させることができる。 As described above, according to the display device of the first aspect, for each dot composed of at least one pixel forming a two-dimensional display, a minute lens is provided in front of the dot. Therefore, the distance of the virtual image of the dot seen by the observer can be set to a farther place in the two-dimensional display, and at the same time, the dot can be enlarged. Also, the distance between the minute lens and the dot or the lens
The optical path length between the dot and the dot is close to the focal length of the minute lens
The value must be set to a value that is less than the focal length
So, from a distance close to clear vision to infinity,
The virtual image can be set at the distance where the eyes adjust the focus
You. In addition, the refractive index between the minute lens and the dot is
Or a layer having means for changing the optical path length is provided.
To set the distance of the virtual image of the dot to the entire screen or to each dot
Can be changed to
【0126】[0126]
【0127】[0127]
【0128】また、請求項2記載のディスプレイ装置に
よれば、微小レンズの焦点距離を変化させているので、
ドットの虚像の距離を画面全体または1ドットごとに変
化させることができる。Further, according to the display device of the second aspect , since the focal length of the minute lens is changed,
The distance of the virtual image of dots can be changed for the entire screen or for each dot.
【0129】また、請求項3記載のディスプレイ装置に
よれば、2次元ディスプレイを形成するドットの前面
に、屈折率または光路長を変化させる手段を有する層を
設け、その前方に少なくとも1枚以上のディスプレイ全
面に作用するレンズを設け、前記ドットと前記レンズと
の距離またはレンズとドットとの光路長を、レンズの焦
点距離に近い値でなおかつ焦点距離以下の値に設定する
ようにしているので、明視に近い距離から無限遠までの
実際に人間の目が焦点を調節する距離に虚像を設定する
ことができる。According to the display device of the third aspect , a layer having means for changing the refractive index or the optical path length is provided on the front surface of the dots forming the two-dimensional display, and at least one or more layers are provided in front of the layer. Since a lens acting on the entire surface of the display is provided, and the distance between the dot and the lens or the optical path length between the lens and the dot is set to a value close to the focal length of the lens and equal to or less than the focal length, The virtual image can be set at a distance from the distance close to clear vision to infinity at which the human eye actually adjusts the focus.
【0130】また、請求項4記載のディスプレイ装置に
よれば、屈折率または光路長を変化させる手段、または
微小なレンズの焦点距離を変化させる手段に、電気光学
効果をもつ材料を用いているので、容易に簡単な光学系
で屈折率または光路長または微小レンズの焦点距離を連
続的に変化させることができ、1ドット単位での虚像の
距離の設定を容易に行なうことができる。According to the display device of the fourth aspect , a material having an electro-optical effect is used for the means for changing the refractive index or the optical path length or the means for changing the focal length of a minute lens. The refractive index, the optical path length, or the focal length of the minute lens can be continuously changed with a simple optical system, and the virtual image distance can be easily set in units of one dot.
【0131】また、請求項5記載のディスプレイ装置に
よれば、2次元ディスプレイを形成するドットの前方に
少なくとも1枚以上のレンズを設け、前記ドットと前記
レンズとの距離またはレンズとドットとの光路長を、レ
ンズの焦点距離に近い値とし、前記レンズの焦点距離を
変化させる手段に、電気光学効果をもつ物質を用いてい
るので、容易に簡単な光学系でレンズの焦点距離を連続
的に変化させることができ、また、1ドット単位の高密
度な制御も可能となり、虚像の距離の設定を容易に行な
うことができる。[0131] According to the display device according to claim 5, provided with at least one or more lenses in front of the dots forming the two-dimensional display, the optical path of the distance or the lens and the dot of the dot and the lens The length is set to a value close to the focal length of the lens, and a substance having an electro-optical effect is used for the means for changing the focal length of the lens. It can be changed, and high-density control can be performed in units of one dot, so that the virtual image distance can be easily set.
【0132】また、請求項6記載のディスプレイ装置に
よれば、微小なレンズまたはレンズの焦点距離、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、表
示する画像情報に従って決定しているので、目の調節機
構を利用した3次元ディスプレイを得ることができる。[0132] Further, according to the display apparatus of claim 6, wherein the focal length of the micro lenses or lens or the refractive index of the layer is between these lenses and dots, determined in accordance with the image information to be displayed Therefore, it is possible to obtain a three-dimensional display using an eye adjusting mechanism.
【0133】[0133]
【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】微小レンズの特性を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining characteristics of a minute lens.
【図4】図1,図2に示したディスプレイ装置の変形例
を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a modification of the display device shown in FIGS. 1 and 2;
【図5】図1,図2に示したディスプレイ装置の変形例
を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a modification of the display device shown in FIGS. 1 and 2;
【図6】本発明に係るディスプレイ装置の第2の実施例
の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a second embodiment of the display device according to the present invention.
【図7】図6に示したディスプレイ装置の変形例を示す
図である。FIG. 7 is a diagram showing a modification of the display device shown in FIG.
【図8】本発明に係るディスプレイ装置の第3の実施例
の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a third embodiment of the display device according to the present invention.
【図9】図8のディスプレイ装置の実際の構成例を示す
図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an actual configuration of the display device of FIG. 8;
【図10】本発明に係るディスプレイ装置の第4の実施
例の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a fourth embodiment of the display device according to the present invention.
【図11】本発明に係るディスプレイ装置の第5の実施
例の断面図である。FIG. 11 is a sectional view of a fifth embodiment of the display device according to the present invention.
【図12】本発明に係るディスプレイ装置の第6の実施
例の断面図である。FIG. 12 is a sectional view of a sixth embodiment of the display device according to the present invention.
【図13】本発明に係るディスプレイ装置の第7の実施
例の断面図である。FIG. 13 is a sectional view of a seventh embodiment of the display device according to the present invention.
【図14】本発明に係るディスプレイ装置の第8の実施
例の断面図である。FIG. 14 is a sectional view of an eighth embodiment of the display device according to the present invention.
【図15】本発明に係るディスプレイ装置の第9の実施
例の断面図である。FIG. 15 is a sectional view of a ninth embodiment of the display device according to the present invention.
【図16】本発明に係るディスプレイ装置の第10の実
施例の断面図である。FIG. 16 is a sectional view of a tenth embodiment of the display device according to the present invention;
【図17】本発明に係るディスプレイ装置の第11の実
施例の断面図である。FIG. 17 is a sectional view of an eleventh embodiment of the display device according to the present invention.
【図18】本発明に係るディスプレイ装置の第12の実
施例の断面図である。FIG. 18 is a sectional view of a twelfth embodiment of the display device according to the present invention.
【図19】(a),(b)は図18のディスプレイ装置
における液晶材料の液晶分子の配向方向の電圧変化を示
す図である。19A and 19B are diagrams showing a voltage change in the alignment direction of liquid crystal molecules of a liquid crystal material in the display device of FIG.
【図20】本発明に係るディスプレイ装置の第13の実
施例の断面図である。FIG. 20 is a sectional view of a thirteenth embodiment of the display device according to the present invention.
【図21】2次元ディスプレイに表示されている2次元
表示の画像情報の一例を示す図である。FIG. 21 is a diagram illustrating an example of two-dimensional display image information displayed on a two-dimensional display.
【図22】図21の画像情報の一部の拡大図である。FIG. 22 is an enlarged view of a part of the image information of FIG. 21;
【図23】2次元ディスプレイに表示されている2次元
表示の画像情報の一例を示す図である。FIG. 23 is a diagram illustrating an example of two-dimensional display image information displayed on a two-dimensional display.
【図24】2次元ディスプレイに表示されている2次元
表示の画像情報の一例を示す図である。FIG. 24 is a diagram showing an example of image information of two-dimensional display displayed on a two-dimensional display.
【図25】電圧制御部の構成例を示す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating a configuration example of a voltage control unit.
【図26】(a),(b)は本発明に係る3次元ディス
プレイ装置の構成例を示す図である。FIGS. 26A and 26B are diagrams illustrating a configuration example of a three-dimensional display device according to the present invention.
【図27】図26(a),(b)に示す3次元ディスプ
レイ装置の変形例を示す図である。FIG. 27 is a view showing a modification of the three-dimensional display device shown in FIGS. 26 (a) and (b).
【図28】本発明に係る3次元ディスプレイ装置の構成
例を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing a configuration example of a three-dimensional display device according to the present invention.
【図29】(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. 29A and 29B are diagrams for explaining the principle of matching eye convergence and accommodation according to the present invention.
【図30】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. 30 is a diagram illustrating a general relationship between eye convergence and accommodation.
1a,1b,1c,1e,1f
微小レンズ 2a,2b,2c,2e,2f,2g,2h,2i
ドット 3
前面ガラス 4,4a,4b,4c,16 屈折率または光路長を変化させることの可能な材料 8,9,8a,9a,8b,9b,8c,9c,15,
17 ITO透明電極 11a,11b,11c
微小レンズ 12a,12b,12c
アクチュエーター 18
保護ガラス 19 屈折率または光路長を
変化させるための層 20a,20b
電極 22a,22b,22c
微小レンズ 23
電気光学材料 24a,24b,26a,26b
電極 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 36
レンズ 37
液晶レンズ 38,89
透明電極 40,41
平とつレンズ 42 ネマチック液晶
の一種からなる材料 43a,43b,43c,44a,44b,44c
透明電極 46,53
液晶材料 47,48,54,55
透明電極 49,56
保護ガラス 60 フレネ
ル構造の液晶レンズ 61
フレネルレンズ 62
保護ガラス 63
液晶材料 DP
2次元ディスプレイ1a, 1b, 1c, 1e, 1f
Micro lens 2a, 2b, 2c, 2e, 2f, 2g, 2h, 2i
Dot 3
Front glass 4,4a, 4b, 4c, 16 Material capable of changing refractive index or optical path length 8,9,8a, 9a, 8b, 9b, 8c, 9c, 15,
17 ITO transparent electrode 11a, 11b, 11c
Micro lens 12a, 12b, 12c
Actuator 18
Protective glass 19 Layers 20a and 20b for changing refractive index or optical path length
Electrodes 22a, 22b, 22c
Micro lens 23
Electro-optic material 24a, 24b, 26a, 26b
Electrode 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 36
Lens 37
Liquid crystal lens 38, 89
Transparent electrodes 40, 41
Flat lens 42 Material consisting of a kind of nematic liquid crystal 43a, 43b, 43c, 44a, 44b, 44c
Transparent electrodes 46, 53
Liquid crystal materials 47, 48, 54, 55
Transparent electrode 49,56
Protective glass 60 Liquid crystal lens with Fresnel structure 61
Fresnel lens 62
Protective glass 63
Liquid crystal material DP
2D display
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−131891(JP,A) 特開 昭62−36636(JP,A) 特開 昭57−157215(JP,A) 特開 昭56−70585(JP,A) 特開 平2−68585(JP,A) 特開 平4−353824(JP,A) 特開 平4−251221(JP,A) 特開 平4−229825(JP,A) 特開 平4−116519(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/13 505 G02B 3/00 G02F 1/1335 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-131189 (JP, A) JP-A-62-36636 (JP, A) JP-A-57-157215 (JP, A) JP-A-56-157 70585 (JP, A) JP-A-2-68585 (JP, A) JP-A-4-353824 (JP, A) JP-A-4-251221 (JP, A) JP-A-4-229825 (JP, A) JP-A-4-116519 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/13 505 G02B 3/00 G02F 1/1335
Claims (6)
も1画素からなるドットごとに、ドットの前方に微小な
レンズをそれぞれ設け、前記微小なレンズと前記ドット
との距離,または微小なレンズとドットとの光路長が、
微小なレンズの焦点距離に近い値でなおかつ焦点距離以
下の値に設定され、前記微小なレンズと前記ドットとの
間には、屈折率または光路長を変化させる手段を有する
層が設けられていることを特徴とするディスプレイ装
置。1. A micro lens is provided in front of a dot for each dot of at least one pixel forming a two-dimensional display, and the micro lens and the dot are provided .
Distance or the optical path length between the minute lens and the dot
A value close to the focal length of a minute lens and
It is set to the value below and the small lens and the dot
In between, have means to change the refractive index or optical path length
A display device comprising a layer .
て、前記微小なレンズの焦点距離を変化させる手段がさ
らに設けられていることを特徴とするディスプレイ装
置。2. The display device according to claim 1 , further comprising means for changing a focal length of said minute lens.
前面には、屈折率または光路長を変化させる手段を有す
る層が設けられ、さらにその前方にはディスプレイ全面
に作用するレンズが設けられており、前記ドットと前記
レンズとの距離またはレンズとドットとの光路長は、レ
ンズの焦点距離に近い値でなおかつ焦点距離以下の値に
設定されることを特徴とするディスプレイ装置。3. A layer having means for changing a refractive index or an optical path length is provided on a front surface of a dot forming a two-dimensional display, and a lens acting on the entire display surface is further provided in front of the layer. The display device, wherein a distance between the dot and the lens or an optical path length between the lens and the dot is set to a value close to the focal length of the lens and equal to or less than the focal length.
レイ装置において、前記屈折率または光路長を変化させ
る手段,または前記微小なレンズの焦点距離を変化させ
る手段には、電気光学効果をもつ材料が用いられること
を特徴とするディスプレイ装置。4. The display device according to claim 1 , wherein the means for changing the refractive index or the optical path length or the means for changing the focal length of the minute lens has an electro-optic effect. A display device, wherein a material is used.
前方に少なくとも1枚以上のレンズが設けられており、
前記ドットと前記レンズとの距離またはレンズとドット
との光路長は、レンズの焦点距離に近い値に設定され、
前記レンズの焦点距離を変化させる手段には、電気光学
効果をもつ材料が用いられることを特徴とするディスプ
レイ装置。5. At least one lens is provided in front of a dot forming a two-dimensional display,
The distance between the dot and the lens or the optical path length between the lens and the dot is set to a value close to the focal length of the lens,
A display device, wherein a material having an electro-optical effect is used for the means for changing the focal length of the lens.
スプレイ装置において、前記微小なレンズまたはレンズ
の焦点距離、またはこれらのレンズとドットとの間にあ
る層の屈折率は、表示する画像情報に従って決定される
ようになっていることを特徴とするディスプレイ装置。6. The display device according to claim 1 , wherein said minute lens or a focal length of said lens or a refractive index of a layer between said lens and said dot is displayed. A display device characterized by being determined according to image information.
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