JP4967197B2

JP4967197B2 - Wavefront control type display device and imaging reproduction method

Info

Publication number: JP4967197B2
Application number: JP2001131213A
Authority: JP
Inventors: 淳戸田; 裕隆赤尾; 道夫新井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP2002328333A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は奥行き感を伴う立体画像を出力するための波面制御型表示装置とそのような波面制御型表示装置を用いた撮像再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の立体画像を再生する技術としては、両眼視差方式、バリフォーカルミラー方式、ホログラフィ方式が知られている。両眼視差方式には、さらに眼鏡を使用する方式と使用しない方式が存在するが、いずれも左右眼用の画像を独立に左・右眼に入力し、人間の脳の生理的機能により立体感を生じさせるものである。眼鏡を使用する方式には、赤・青フィルタ方式、偏光フィルタ方式、時分割シャッタ式がある。赤・青フイルタ方式は、眼鏡の左右眼部に各々赤と青のフィルタを貼るとともに、左右眼用の画像を各々赤と青で表示することにより、左右眼用の画像を独立に眼に入力するものだが、カラー化が困難である。
【０００３】
偏光フィルタ方式は、眼鏡の左右眼部に異なる方向の偏光フィルタを貼るとともに、これに対応して２台のCRTに偏光フィルタを貼り、２台のCRT各々に左右眼用の画像を表示して、立体感を得るものである。また、時分割シャッタ方式は、インターレース付き画像表示の奇数・偶数フレームに各々左右眼用の画像を表示し、眼鏡の左右眼部をフレームの切り替えに同期させて開閉することにより左右画像を独立して各々の眼に入力して立体感を得るものである。
【０００４】
両方式はフルカラー動画表示が可能であるが、眼鏡を用いる方式共通の欠点として眼鏡を装着することの煩わしさがある。また、立体TV会議や立体TV電話等の人対人のサービスへの適用を考えると、互いに眼鏡をかけた不自然さを感じる欠点がある。
【０００５】
両眼視差方式における眼鏡を用いない方式としては、レンティキュラーレンズを用いるものがある。このレンティキュラーレンズを用いる場合では、かまぼこ形の凸レンズを多数並べたものを利用して、左右眼用の画像を独立して左右眼に入力するものだが、頭の位置を僅かに動かすことにより、画像の不連続性を感じたり、立体感が得られなくなるという欠点がある。バリフォーカルミラー方式は、映像系で焦点可変鏡の焦点を高周波で変化させ、この状態で撮像を行い、再生系で撮像系の焦点の変化に同期させて焦点を変化させ、これを観察すれば、焦点の合う面が奥行き方向に高速に変化しているので、立体像を見ることができる。本方式の欠点は、焦点の合う面と合わない面が重なって表示されるため、鮮明さに欠けることと、光学系の装置構成が大きくなることである。
【０００６】
ホログラフィ方式は、レーザー光を２分して一方を対象物に照射するとともに、他方を参照光として利用し、対象物の回折光との干渉縞をホログラムに記録し、再生系において参照光を照射することにより立体像を得るものである。このホログラフィ方式は、実体性は高いものの、カラー動画と実時間記録が難しく、被写体が自然物であり、大きなものであったりすると記録ができないという欠点がある。
【０００７】
また、この種の立体画像出力装置として、例えば特許第２５８５６１４号公報に記載される装置が知られており、この装置では発光素子からの光の焦点距離を制御する焦点可変凸レンズが各発光素子の前に配置され、色彩情報と共に伝送される距離情報によって焦点可変凸レンズを制御するように構成されている。また、他の立体画像出力装置としては、例えば特開平５−１４２５１１号公報に記載されるディスプレイ装置が知られており、このディスプレイ装置では平面型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た構造とされる。さらに、特開２０００−２６１８３３号公報に記載される三次元表示装置では、発光素子を縦横に配列した二次元カラーディスプレイ部と、その各発光素子に対応した位置に配設される焦点可変レンズを組み合わせて立体画像を表示するように構成している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許第２５８５６１４号公報に記載される立体画像出力装置、特開平５−１４２５１１号公報に記載されるディスプレイ装置及び特開２０００−２６１８３３号公報に記載される三次元表示装置など各立体画像表示装置では、発光素子などからの光を画素ごと若しくは素子ごとに焦点可変レンズなど制御し、結像位置を変えて立体視を実現するように構成されている。
【０００９】
しかしながら、このような各立体画像表示装置では、発光素子などからの光を画素ごと若しくは素子ごとに制御するために、両眼視差を取るのが容易ではないと言う問題が生ずる。一般に両眼視差は両面に同時に像の光線が入ることで得られるが、微小レンズのようにその開口瞳が小さいものでは、両眼に同時に光線を入射させるのが困難であり、立体的な感覚を作り出す像の最大飛び出し距離も小さくなってしまう。更に、画像の高精細化を図った場合では、個々の画素自体のサイズも小さくなるが、同時に隣接する画素間のスペースも小さくなり、微小な焦点可変レンズを画素ごとに駆動するにはスペースが狭すぎることになる。このため焦点可変レンズを制御するための電極などに制約が生じ、画像の高精細化には実際上は限界がある。
【００１０】
そこで本発明は上述の技術的な課題に鑑み、画像の立体視に主要な機能を果たす両眼視差を容易にとれるような機構とし、且つ画像の高精細化にも寄与する表示装置とその表示装置に好適な撮像再生方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明の波面制御型表示装置は複数の発光画素を二次元状に並べて構成される二次元画像表示部と、前記二次元画像表示部に対向して配置され表示すべき画像情報についての奥行き情報に基づき前記発光画素のうちの複数個の発光画素の発光領域に対応した前記二次元画像表示部からの表示波面を同時に波面制御する波面制御領域を走査する波面制御部と有し、前記波面制御領域の焦点距離をｆ、前記波面制御領域と前記二次元画像表示部の間の距離をｓ、前記波面制御領域の径をＤ、両眼の間の距離をＥ、当該表示装置を見る者と当該表示装置の間の距離をｙとすると、式ｆｓ（Ｅ＋Ｄ）≦ Ｄｙ（ｓ−ｆ）を満たすことを特徴とする。
【００１２】
前記波面制御型表示装置において、波面制御部は液晶レンズ構造とすることができ、このような液晶レンズ構造としては微小液晶セルをマトリクス状に配列し、且つ前記微小液晶セルの屈折率を変化させる構造であっても良い。また、本発明においては、波面制御部の波面制御領域は線順次若しくは点順次方式で駆動できる。
【００１３】
本発明の波面制御型表示装置によれば、二次元画像表示部で画像情報に基づく表示波面が生成され、その表示波面が波面制御部で制御される。本発明の波面制御型表示装置の波面制御部は、前記発光画素のうちの複数個の発光画素の発光領域に対応した波面制御領域を走査するように動作する。波面制御領域は表示波面の一部を同時に制御する領域であるが、複数個の発光画素の発光領域に対応することから、１つの発光画素あたりの領域よりは広い領域を制御することになる。前記式ｆｓ（Ｅ＋Ｄ）≦Ｄｙ（ｓ−ｆ）を満たす場合には、両眼視差をとることができ、両目の間の微小視差によって奥行き感が得られる画像が提供される。波面制御の方法については、例えば所要のレンズを用いる場合では屈折率や曲率を変化させてレンズの焦点位置を移動させる方法や、レンズの位置を移動させて二次元画像表示部との相対距離を変化させる方法が挙げられるが、例えば液晶レンズを用いた場合では印加する電圧を変えることで波面制御が可能であり、且つ走査も可能である。レンズの焦点距離を移動させる場合、例えば結像位置が当該表示装置よりも手前に制御された時に手前側に発光画素があるように映し出され、逆に結像位置が当該表示装置よりも奥側に制御された時に奥側に発光画素があるように映し出されることになる。
【００１８】
また、本発明は撮像再生方法にかかるものでもあり、本発明の撮像再生方法は、複数の発光画素を二次元状に並べて構成される二次元画像表示部と、前記二次元画像表示部に対向して配置され表示すべき画像情報についての奥行き情報に基づき前記発光画素のうちの複数個の発光画素の発光領域に対応した前記二次元画像表示部からの表示波面を同時に波面制御する波面制御領域を走査する波面制御部とを有し、前記波面制御領域の焦点距離をｆ、前記波面制御領域と前記二次元画像表示部の間の距離をｓ、前記波面制御領域の径をＤ、両眼の間の距離をＥ、当該表示装置を見る者と当該表示装置の間の距離をｙとすると、式ｆｓ（Ｅ＋Ｄ）≦ Ｄｙ（ｓ−ｆ）を満たす波面制御型表示装置を用いた撮像再生方法において、撮像時に被写体についての画像情報と共に該被写体までの距離情報を信号化し、再生時に、前記波面制御型表示装置により、前記画像情報とともに前記距離情報の値に応じた画像飛び出し距離を算出し、その算出された画像飛び出し距離に応じて波面制御を行うことを特徴とする。
【００１９】
本発明の撮像再生方法では、三次元画像を表示するために、予め撮像時に被写体についての画像情報だけではなく該被写体までの距離情報をも記録する。その距離情報は再生時には波面制御部などの制御に使用されることから、被写体についての画像情報を三次元化できる。
【００２０】
本発明の更に他の波面制御型表示装置は、画像情報と共に奥行き情報に基づく表示画面の波面制御を行う波面制御型表示装置において、複数の発光画素を二次元状に並べて構成される二次元画像表示部と、前記二次元画像表示部に対向して配置され表示すべき画像情報についての奥行き情報に基づき前記発光画素のうちの複数個の発光画素の発光領域に対応した前記二次元画像表示部からの表示波面を同時に波面制御する波面制御領域を走査する波面制御部とを有し、前記波面制御領域の焦点距離をｆ、前記波面制御領域と前記二次元画像表示部の間の距離をｓ、前記波面制御領域の径をＤ、両眼の間の距離をＥ、当該表示装置を見る者と当該表示装置の間の距離をｙとすると、式ｆｓ（Ｅ＋Ｄ）≦ Ｄｙ（ｓ−ｆ）を満たし、前記波面制御領域の法線方向は対応する前記発光画素の発光領域の光軸方向と角度を有するように制御されることを特徴とする。
【００２１】
この波面制御型表示装置では、波面制御領域の法線方向と前記発光画素の発光領域の光軸は同じ方向とはならず、所要の角度を以って交差する関係とされる。このため当該表示装置を見る者が認識可能な有効画角を広くとることができ、前述の三次元画像の表示機能と合わせて視野に広がる画像が表示されることになる。
【００２２】
本発明のまた更に他の波面制御型表示装置は、複数の発光画素を二次元状に並べて構成される二次元画像表示部と、前記二次元画像表示部に対向して配置され表示すべき画像情報についての奥行き情報に基づき前記発光画素のうちの複数個の発光画素の発光領域に対応した前記二次元画像表示部からの表示波面を同時に波面制御する波面制御領域を走査する波面制御部と、前記波面制御部からの表示波面を反射する鏡とを有し、前記波面制御領域の焦点距離をｆ、前記波面制御領域と前記二次元画像表示部の間の距離をｓ、前記波面制御領域の径をＤ、両眼の間の距離をＥ、当該表示装置を見る者と当該表示装置の間の距離をｙとすると、式ｆｓ（Ｅ＋Ｄ）≦ Ｄｙ（ｓ−ｆ）を満たすことを特徴とする。
【００２３】
当該波面制御型表示装置によれば、前記鏡によって波面制御部からの波面制御された表示波面が反射されることになり、鏡で反射した画像を当該表示装置を見る者に表示することができる。鏡で反射させた場合でも、奥行き情報に基づいて処理された映像は見る者に対して奥行き感を伴って表示される。
【００２４】
さらに、本発明の波面制御型表示装置は、複数の発光画素を使用者の頭部を覆うドーム状若しくは円筒状に並べて構成される二次元画像表示部と、前記二次元画像表示部に対向して配置され表示すべき画像情報についての奥行き情報に基づき前記発光画素のうちの複数個の発光画素の発光領域に対応した前記二次元画像表示部からの表示波面を同時に波面制御する波面制御領域を走査する波面制御部と有し、前記波面制御領域の焦点距離をｆ、前記波面制御領域と前記二次元画像表示部の間の距離をｓ、前記波面制御領域の径をＤ、両眼の間の距離をＥ、当該表示装置を見る者と当該表示装置の間の距離をｙとすると、式ｆｓ（Ｅ＋Ｄ）≦ Ｄｙ（ｓ−ｆ）を満たすことを特徴とする。
【００２５】
この波面制御型表示装置によれば、使用者の頭部を覆うドーム状若しくは円筒状に複数の発光画素が並べて構成され、画面の角度を大きくとることができ、且つ当該表示装置を作動させている状態での消費電力を大型スクリーン装置などと比較して大幅に抑えることも可能である。本発明の波面制御型表示装置では二次元画像表示部と該二次元画像表示部からの表示波面を同時に波面制御する波面制御領域を走査する波面制御部との組み合わせから、使用者の頭部に近い位置に表示部が存在していても、そこから比較的遠い位置に映像が映るように調整することもでき、且つ大画面のスクリーンと同等の臨場感を作り出すことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の波面制御型表示装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。先ず、図１は液晶レンズ構造を有する波面制御型表示装置の概略図であり、その主な構成要素は複数の発光画素を二次元状に並べて構成される二次元画像表示部１１と、前記二次元画像表示部に対向して配置され表示すべき画像情報についての奥行き情報に基づき複数個の前記発光画素の発光領域に対応した前記二次元画像表示部からの表示波面を同時に波面制御する波面制御領域１５を走査する波面制御部１２とからなる。
【００２７】
二次元画像表示部１１は面状に展開する複数の発光画素を有しており、発光画素が例えば半導体発光素子からなる構造であっても良く、その他のディスプレイ、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）、有機エレクトロルミネセント（ＥＬ）表示装置、電界発光（Field Emission）表示装置、プラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）表示装置、エレクトロクロミック表示装置、蛍光表示管を用いた表示装置、陰極線管（ＣＲＴ）を用いた表示装置などの種々の表示装置、プロジェクター、その他のデバイスを用いることができるが、波面制御部１２によって波面が制御可能な表示装置であれば特に限定されるものではない。
【００２８】
発光画素は例えば二次元画像表示部１１がアレイ状に配列される発光素子からなる場合では、その個々の発光素子又はカラー表示の場合には三原色に対応した三発光色の発光素子の組み合わせからなり、このような発光画素が表示部１１上に複数個並べられて当該二次元画像表示部１１が構成される。二次元画像表示部１１には所要の画像信号が供給されており、この画像信号は二次元画像表示部駆動回路１３に送られる。二次元画像表示部駆動回路１３は二次元画像表示部１１を駆動するための回路構成であり、クロック信号や必要な場合には同期信号を輝度信号、色差信号などから映像信号とともに二次元画像表示部１１に送る。本実施形態の波面制御型表示装置１０に供給される信号はこのような画像情報についての信号に加えて、三次元表示を実現するための奥行き情報についての信号が含まれる。
【００２９】
二次元画像表示部１１は液晶レンズ構造を有する波面制御部１２に対向する構造とされている。波面制御部１２はマトリクス状に配列された複数個の微小セル１６を有し、各微小セル１６に印加される電圧を変えることで、微小セル１６の屈折率を制御できる構造とされている。すなわち、微小セル１６は、それぞれ透明電極に挟まれた液晶構造を有しており、任意の範囲内の中心部付近の微小セル１６の屈折率を高くして周辺部の微小セル１６の屈折率を低くすることでレンズの如き機能を生じ、いわゆる液晶レンズとして機能する。このように液晶装置をレンズとして活用することは、例えば“ＭＯＤＥＬＬＩＱＵＩＤＣＲＹＳＴＡＬＷＡＶＥＦＲＯＮＴＣＯＲＲＥＣＴＯＲＳ”Ｇ．Ｄ．Ｌｏｖｅｅｔａｌ．，２ｎｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＡｄａｐｔｉｖｅＯｐｔｉｃｓｆｏｒＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＭｅｄｉｃｉｎｅ，Ｄｕｒｈａｍ，１２−１６ｔｈＪｕｌｙ，１９９９の予稿にもＬＣレンズとしてその記載がある。
【００３０】
波面制御部１２の動作について説明すると、一例として中心部で屈折率が高くなり且つ周辺部で屈折率が低くなるような波面制御領域１５がその領域内の存在する微小セル１６を駆動することで形成され、その波面制御領域１５が当該波面制御部１２の全域を走査するように駆動される。走査方法は特に限定されるものではないが、インターレース方式、ノンインターレース方式の他、後述するような点順次や線順次など種々の方式を用いることができる。波面制御部１２上の波面制御領域１５は、１箇所に限らず微小セル１６に印加する電圧を工夫することで複数箇所同時に設けても良く、その場合には複数の波面制御領域が同時に制御される。波面制御領域１５は、その部分を透過する光に対するレンズとして機能する領域であり、当該波面制御領域１５を透過する表示波面の位相を屈折率によってずらして制御する領域である。波面制御領域１５が走査される際、これと同期して二次元画像表示部１１の発光画素も走査されるようにすることができる。すなわち、二次元画像表示部１１の発光画素を、波面制御部１２の走査方式に合せて、インターレース方式、ノンインターレース方式の他、後述するような点順次や線順次など種々の方式で走査し、発光している単数若しくは複数の発光画素と波面制御領域１５とが同期するような方式で動作させることが好ましい。また、波面制御部１２と二次元画像表示部１１の間の距離を画素毎或いは波面制御領域１５に応じて変化させるような構造をとっても良い。
【００３１】
この波面制御部１２の波面制御領域１５は、二次元画像表示部１１の複数個の発光画素の発光領域に対応したサイズとされ、二次元画像表示部１１の発光画素よりは十分に大きな領域とされている。これはレンズとして機能する領域のサイズ大きいほど、両眼視差の関係から画像の飛び出し量を大きくすることができることからであり、画素サイズよりは大きな波面制御領域１５を駆動することで、画像の飛び出し量の大きな立体映像を生成できる。波面制御領域１５の形状は、円形とすることができるが、正四角形状や、後述するような楕円形状、矩形状、菱形状などの他の形状であっても良い。
【００３２】
波面制御部１２には、波面制御部制御回路１４を介して波面制御領域１５を形成するための制御信号が供給される。波面制御部制御回路１４には三次元表示を実現するための奥行き情報についての信号が供給され、図示しない再生装置などからの信号に基づき所要の動作を行う。
【００３３】
本実施形態の波面制御型表示装置は、主な特徴の１つに両眼視差を大きくとることができると言う点がある。図２はこの両眼視差を説明するための模式図である。図２において、レンズ（波面制御領域）の位置を基準とし、レンズから像までの距離をｘ、レンズから表示装置を見る者までの距離をｙ、レンズの径をＤ、両眼の間の距離をＥ、そして表示装置を見る者の位置での像を見ることのできる範囲をｚとすると、像の位置を中心に左右の三角形が相似形となるので、次の式が成立する。
【００３４】
式１Ｄ：ｘ＝ｚ：（ｙ−ｘ）
【００３５】
ここで、両目で見ることのできる条件はｚ≧Ｅであるから、前記の式をｘについての式に変換すると、
【００３６】
式２ｘ ≦ Ｄ・ｙ（６５＋Ｄ）
【００３７】
で表される。
【００３８】
この式２を基礎としながら、最大飛び出し量（距離）ｘ_max を求めた計算結果が図３である。この図３において、レンズから表示装置を見る者までの距離ｙを１ｍ、２ｍ、３ｍ、５ｍの各距離にした場合のレンズの直径（Ｄ）が大きくなるにしたがって最大飛び出し量（距離）ｘ_maxも大きくなる傾向を示している。最大飛び出し量（距離）ｘ_maxは立体表示をするための奥行き感を出すためのパラメーターであり、最大飛び出し量（距離）ｘ_maxが大きい方が立体表示がし易いものとなる。レンズから表示装置を見る者までの距離ｙが同じ場合では、レンズの直径（Ｄ）が大きくなるほど最大飛び出し量（距離）ｘ_maxが大きくなり、逆にレンズの直径（Ｄ）が小さくなるほど最大飛び出し量（距離）ｘ_maxが小さくなる。例えば、レンズの直径（Ｄ）が１ｍｍ程度で結像した像を距離ｙが３ｍの位置で見た場合では、およそ４．５ｃｍまでの像の飛び出しが可能となり、両眼視差による奥行き感が得られることになる。大きなレンズを用いることで、飛び出し量は大きくなり、例えば、Ｄが３ｃｍ程度のレンズを使用した場合では、図３のグラフから、レンズから表示装置を見る者までの距離ｙが３ｍの場合、飛び出し量ｘは１ｍ程度となってかなり大きな視差が得られることになる。
【００３９】
ところで、両眼視差が可能である範囲は前記式２を満足する範囲である。この式２を波面制御領域（レンズ）の焦点距離をｆ、波面制御領域と二次元画像表示部の間の距離をｓとして書き改めた場合では、一般にｆ^−１＝ｓ^−１＋ｘ^−１であることから、前記式２の条件は、
【００４０】
式３ｆｓ（Ｅ＋Ｄ）≦ Ｄｙ（ｓ−ｆ）
【００４１】
に変換することができ、この式３を満たすように波面制御領域（レンズ）の焦点距離ｆ、波面制御領域と二次元画像表示部の間の距離ｓを設定すれば、奥行き感を伴う両眼視差が得られることになる。
【００４２】
図４と図５は発光点に対して比較的大きなサイズの波面制御領域を同期して走査して良好な両眼視差を得る構成を示す図である。前述のように、発光点若しくは発光画素のサイズに対して比較的大きなサイズの波面制御領域を結像に用いた場合では、その両眼視差を大きくすることが可能である。図４は点順次に発光点２４が水平方向に移動する例を示しており、水平方向に一列に発光ダイオード２０が並べられて発光ダイオード列を構成している。この発光ダイオード列に対向するようにレンズ２１が設けられており、このレンズ２１は機械的な方法、若しくは液晶レンズの場合は微小セルに印加する電圧を順次変化させることで、レンズが移動するような効果を持たせることができる。
【００４３】
この発光ダイオード列の中の発光点２４からの光はその射出側に位置するレンズ２１に入射し、そのレンズ２１の集光機能によって像２２が見る者の側に形成される。図４では、その見る者の左目２３Ｌと右目２３Ｒを模式的に示している。
【００４４】
発光ダイオード列の中の発光点２４は点順次に走査されており、発光点２４が水平方向である図中矢印方向に移動すると、これと同期する形で同じく水平方向にレンズ２１も移動する。図５は発光点２４の水平移動とレンズ２１の同期した移動を模式的に示す側面図であり、発光点２４が矢印方向に移動するのに伴ってレンズ２１も同方向に移動するように構成されている。
【００４５】
レンズ２１は本実施形態の波面制御領域に該当することから、このように発光点２４のサイズに比べて大きなサイズのレンズ２１を使用することで、両眼視差をとることが容易となり、三次元画像を良好に表示することが可能となる。また、発光ダイオード列をマトリクス状とした上で発光点２４及び対応する波面制御領域を同期させ、インターレース或いはノンインターレースなどの方式を用いて画面上の各点を順次走査することで動画にも対応した立体画像の表示が可能となる。
【００４６】
図６、図７及び図８は他の発光点の駆動方式を模式的に説明するための図である。図６の例では、発光点３１が垂直方向の概ね二列に亘っており、それそれ水平方向に移動するように走査される。各発光点３１の垂直列の中では、１つおきに発光点３１と非発光点３３を繰り返すパターンとされ、各発光点３１に対応した各波面制御領域３２の端部同士が非発光点３３上で接し、重なり、或いは近くに存在するように並べて配置される。移動方向において、２列の発光点３１の垂直列が平行移動するため、発光点３１は同じ水平列の発光点については、一方の発光点３１だけが光を出力するように構成される。換言すると、各波面制御領域３２の大きさを範囲として、水平方向、垂直方向に隣接する画素からの発光がないように制御される。また、２列の発光点３１の垂直列の間には非発光点３３だけの発光しない垂直列が存在するが、水平間隔が発光点及び非発光点の間隔よりも広く、直ぐに隣接する垂直列の各波面制御領域３２の端部同士が大きく重ならない場合には、隣接する２列の制直列を移動させるように走査しても良い。ここで発光点３１の移動とは発光する位置についての移動であり、発光している素子自体の移動ではない。また、各波面制御領域３２の移動とは、例えば液晶レンズとして機能する位置が変化することであり、液晶レンズを構成する微小セル自体の位置は変わらない。
【００４７】
このような構成の図６の波面制御型表示装置は、非発光点３３上にも広がるように延在され発光点３１のサイズに比べて大きなサイズの各波面制御領域３２を用いることで、両眼視差をとることが容易となり、三次元画像を良好に表示することが可能となる。また、発光点３１及び対応する波面制御領域３２を同期させて走査することで動画にも対応した立体画像の表示が可能となる。また、点順次駆動方式に比べて１つの発光画素にかかる時間を長くとることができ、仮にレンズ側である各波面制御領域３２の応答時間が長い場合でも十分な画像の再生が可能になる。この波面制御型表示装置の各波面制御領域３２を更に大きくした場合では、大きくされたサイズに応じた個数の画素を非発光点とするような制御を行えば良く、線順次駆動も水平方向の移動だけではなく、垂直方向や斜め方向などであっても良い。
【００４８】
図７の波面制御型表示装置は、図６の装置と同じく水平方向に移動する波面制御領域４２によって波面の制御を行う例であるが、波面制御領域４２は垂直方向を短軸とし水平方向を長軸とする楕円形状若しくは長方形状とされる。詳しくは、複数の波面制御領域４２は垂直方向に並ぶように形成され、発光点４１を中心に水平方向に隣接する非発光点４３までも範囲とするような領域であり、垂直方向では画素ごとに区分されている。
【００４９】
このような複数の波面制御領域４２は、順次矢印方向である水平方向に移動するように制御される。波面制御領域４２の形状から、当該波面制御領域４２は水平方向には大きなサイズのレンズを構成することになり、このため、両眼視差をとることが容易となり、三次元画像を良好に表示することが可能となる。また、発光点４１及び対応する波面制御領域４２を同期させて走査することで動画にも対応した立体画像の表示が可能となる。また、図６の駆動方法に比べて駆動信号を簡略なものにでき、周辺回路の簡素化も可能である。
【００５０】
図８は更に他の駆動方式で駆動される波面制御型表示装置の例を示す。本例は点順次駆動方式の１種であるが、波面制御部の波面制御領域は、二次元画像表示部の表示面を区分した微小区分内の発光画素に対応して点順次駆動される例である。微小区分は縦横２画素ずつの組からなる構成とされ、画面上はこのような微小区分がマトリクス状に配列される。図８において、点順次の駆動は（a）から（ｄ）まで、区分内の４つの点をN字状に順次点灯させていくように駆動されるものであり、区分内の４つの点のうちの１つは発光点５１とされ他の３点は非発光点５３とされる。
【００５１】
このような駆動方法によれば、（a）から（ｄ）までの４つの発光パターンで１周期となり、全発光画素に対する波面制御が行われる。なお、（a）から（ｄ）の順番は一例であり、（a）から（ｄ）までの発光パターンを異なる順序で走査しても良い。例えば、１周期の時間が６０分の１秒である場合、１パターンにかかる時間は２４０分の１秒で良いことになり、ミリ秒オーダーの応答速度の波面制御部を使用して十分な動作をすることになる。
【００５２】
なお、図８に示す例は４つの発光パターンで１周期が完了する例であるが、そのパターン数については任意に設定できるものであり、色毎の発光を行うようにすることもでき、ライン毎に異なる制御を行っても良い。また、画面を幾つかの部分に区切り、それぞれ異なる駆動方法を使用することもできる。例えば、遠近感が最も必要な画面上の或る区画には図７に示すような楕円パターンの波面制御領域を形成し、遠近感が重要でない区画には、円形状の波面制御領域を形成するような制御も可能である。
【００５３】
このような波面制御領域の駆動は、次に説明する液晶レンズを用いることで行われる。図９は当該波面制御型表示装置の波面制御部の構造例を示す図である。（a）は液晶レンズ部の断面図であり、（ｂ）は波面制御部の平面図である。
【００５４】
波面制御部６１は、液晶層６５を挟んで対向する一対の透明電極６３、６４と、液晶層６５と透明電極６３，６４間にそれぞれ配される配向膜などからなる微小セル６２を複数個マトリクス状に配列した構造を有しており、これらの微小セル６２が透明基板６６、６７の間に挟まれて形成される。各透明電極６３、６４には、信号線などが接続し或いは電極自体が信号線とされ、当該波面制御部６１は単純マトリクス構造或いは選択用のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を備えたアクティブマトリクス構造となっている。
【００５５】
このように構成された波面制御部６１は、電圧を印加した場合に、その印加電圧に応じて液晶層６５部分の屈折率を変化させることができる。波面制御部６１は局所的に１つの箇所或いは複数箇所で同時に液晶レンズからなる波面制御領域６８として機能させるべく、一例として図９に示すように中心付近の微小セル６２の屈折率が高くなり、周辺側に近づくにつれて徐々に屈折率が低くなるような屈折率の分布を持った領域を有する。図示の例では、中心部分の屈折率ｎ_６が最も高い屈折率とされ、７段階に順に屈折率が低くなり、最外部の屈折率ｎ_０が最も低い屈折率を示す。図９に示す例では、中心側の屈折率が高く周辺部の屈折率が低いように構成されていて、液晶レンズとして凸レンズと同様に機能する。すなわち奥行き感としては見る者の奥側で結像される像を形成する。これとは逆に、中心側の屈折率が低く周辺部の屈折率が高いように構成される場合では、液晶レンズとして凹レンズと同様に機能する。中心部分の屈折率ｎ_６を低めに設定した場合では、中心部分の屈折率ｎ_６を高めに設定した場合に比べてより手前側で結像される像を形成できる。
【００５６】
液晶レンズとして機能する波面制御領域６８は波面制御部６１上で走査される。その走査方式は特に限定されるものではないが、図６乃至図８に示したような点順次駆動や線順次駆動、或いはこれらに順ずる駆動方式により波面制御領域６８を走査できる。
【００５７】
このような液晶レンズを強誘電性液晶（ＦＬＣ）材料にて構成した場合には、屈折率としてｎ＝１．４８９〜１．６６６の範囲で変化可能となる。これは複屈折によって光の電界方向または入射方向によって液晶の屈折率が異なることによる。図１０に示すように、液晶レンズの中心部分の屈折率をｎ＝１．４８９〜１．６６６とし、その周辺部分の屈折率をｎ＝１．４８９とする。このように中心部の屈折率が周辺部のそれより大きい場合、液晶中の光の速度ｖはｖ＝ｃ／ｎ（ｃは真空中の光速）になるため、中心を透過した光は周辺を通過した光に比べて遅れを生ずることになる。図１０に模式的に示すように、液晶レンズを構成する波面制御部７１は中心から外側に領域７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄの各領域が存在し、それぞれ屈折率がｎ_３、ｎ_２、ｎ_１、ｎ_０であれば、一例として領域７２ｄの屈折率ｎ_０が１．４８９に設定され、領域７２ａの屈折率ｎ_３が１．６６６に設定され、領域７２ｂ、７２ｃの各屈折率ｎ_２、ｎ_１はこれらの中間的な値を取る。このような屈折率の分布から波面制御部７１に入射する平面波は中心部側で屈折率が大きいために、出射側で球面波に変換され、焦点距離の位置に集光する。
【００５８】
ここで、中心部の領域７２ａの屈折率ｎ_３が１．６６６に設定され、液晶層の厚みを２μｍとし、レンズの直径を１ｃｍとして焦点距離を算出すると、波面制御部７１の中心部と周辺部の位相差はΔφ＝０．７１×２πとなるので、焦点距離ｆは３．５ｘ１０^３ｃｍとなる（ｆ＝πＤ^２／４Δφλ）。
【００５９】
焦点距離が極めて長い場合、発光画素から波面制御部までの距離との関係によっては、最大飛び出し距離を大きくとることが困難となり、奥行き感を得ることが困難となる。そこで焦点距離を例えば１０ｃｍ以下までに短くする方法として液晶層を厚くする方法があり、そのための１つの手段として図１１に示すような多層構造にすることができる。図１１に示す多層構造の液晶装置は、透明な下側基体８１上にＩＴＯ膜などからなる下側透明電極８３が形成され、一方透明な上側基体８２の下部にＩＴＯ膜などからなる上側透明電極８４が形成され、これら下側透明電極８３と上側透明電極８４の間の空間には、中間層８６と液晶層８５が交互に繰り返し設けられている。
【００６０】
このような多層構造とすることで、各液晶層８５が２μｍと薄い場合でも、例えば１０００層重ねることで全体としての厚みが２０００μｍになり、焦点距離で例えばｆ＝３．５ｃｍと短くすることができる。したがって多層構造とすることで奥行き感を得ることが容易となる。多層構造の波面制御部を制御する際に、波面制御領域の中心部と周辺部で屈折率を等しくした場合、その焦点距離は無限遠方になることから、焦点距離ｆは３．５ｃｍ〜無限遠の範囲で可変となる。二次元画像表示部と波面制御部の間の距離をｓとし、ｓ＝５ｃｍの値を前述の式３に代入した場合には、画像の飛び出し距離ｘとして１１．７ｃｍ〜無限遠ｃｍまでの変化が可能であり、また、焦点距離を５ｃｍから無限遠まで変化させた場合では、画像の引っ込み距離がｘ＝マイナス無限遠から−５．０ｃｍまで変化できることになる。
【００６１】
図１２は配線方法と波面制御領域に印加する電圧の関係を示す図である。波面制御部は、水平方向を長手方向とする複数の帯状下側透明電極９１と、これらと垂直な方向を長手方向とする複数の帯状上側透明電極９２とを有しており、これらの電極９１、９２の間に液晶層９３が形成される。複数の帯状下側透明電極９１は下側透明基板９４上に形成され、帯状上側透明電極９２は上側透明基板９５の下に形成されている。この波面制御部は単純マトリクス構造とされ、上側透明電極９２の１つと帯状下側透明電極９１の１つが交差している領域が１つの微小セルとして機能する。液晶レンズとして機能する波面制御領域９６を形成するため、上側透明電極９２と下側透明電極９１に印加される電圧を徐々にＶ_０、Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３、Ｖ_４と五段階に変化させ、特に上側透明電極９２には五段階の正電圧を印加すると共に下側透明電極９１には五段階の負電圧が印加される。上側透明電極９２への五段階の正電圧は波面制御領域９６の中心側で高い電圧とされ周辺側で低い電圧とされる。また、下側透明電極９１への五段階の負電圧は波面制御領域９６の中心側で低い電圧とされ周辺側で高い電圧とされる。このため波面制御領域９６のほぼ中心部分の微小セルでは、最も高い電圧Ｖ_４と最も低い電圧−Ｖ_４の差電圧が液晶層９３に印加することになり、そこから順に外側に移るに従って徐々に印加電圧が低くなっている。液晶層９３は印加される電圧の大きさに応じて屈折率が変化するように構成されていることから、波面制御領域９６のほぼ中心部分の微小セルが最も高い屈折率ｎ_８によって当該波面制御部を透過する光の波面を制御し、その中心の微小セルから周囲側の微小セルに行くに従って屈折率ｎ_７〜ｎ_０と徐々に低くされる。このようにして屈折率の分布が中心部で高く周辺部で低い凸レンズの如き分布となるため、波面制御領域９６は液晶レンズとして機能し、その波面を集光するように制御して、立体画像を表示させることができる。
【００６２】
波面制御部を液晶レンズを用いて構成する例については以上に説明したが、波面制御部を他の波面制御手段によって構成することも可能であり、そのような構成としては凹面鏡を用いることができる。図１３は凹面鏡を用いた波面制御型表示装置の例を示す図である。発光ダイオードなどからなる発光点１０１は、所定の間隔を空けてマトリクス状に配列されており、１つの発光点１０１に対応するように凹面鏡１０２が同様にマトリクス状に配列されている。各凹面鏡１０２は例えば合成樹脂材料などの比較的に柔らかい材料に銀、アルミニウムなどの反射率を高めるコーティングを施して構成される。各凹面鏡１０２には該凹面鏡１０２の反射波面を制御する凹面鏡制御部として圧電素子１０３がそれぞれ配設されており、これら圧電素子１０３が供給される信号に応じて凹面鏡１０１の曲率半径を変えるアクチュエーターとして作動する。例えば、或る発光点１０１に対する奥行き情報として、遠い位置にあるように像を表示するためには、対応する凹面鏡１０１の圧電素子１０３に信号を供給して該凹面鏡１０１の曲率半径を小さくして、像１０４の位置が凹面鏡１０１側に近づくように制御する。また、近い位置にあるように像を表示するためには、対応する凹面鏡１０１の圧電素子１０３に信号を供給して該凹面鏡１０１の曲率半径を大きくし、像１０４の位置が凹面鏡１０１から遠ざかり、見る者１０５に近づくように制御する。
【００６３】
なお、このような波面制御部を凹面鏡１０２によって構成する例においても、アクチュエーターとして作動する圧電素子１０３の代わりに、凹面鏡１０２と発光点１０１の間の相対距離を変化させるアクチュエーターを設けることも可能である。また、アクチュエーターで可動となる部材は凹面鏡１０２と発光点１０１のどちらであっても良い。
【００６４】
上述の如き波面制御型表示装置は、奥行き情報に基づく制御が行われるために、通常の画像情報に加えて奥行き情報も含んだ信号によって駆動される。従って、被写体についての撮像時に通常の画像情報に加えて奥行き情報も取り込む必要があり、このような奥行き情報も含めた情報で画像を表示することで、本発明にかかる波面制御型表示装置を立体画像表示装置として使用することができる。
【００６５】
図１４は撮像時の位置関係（ａ）と再生時の位置関係（ｂ）を示す模式図である。先ず、撮像時において、撮像位置１１１では所要の撮像素子または撮像管を用いて二次元画像情報としての光情報が電気信号に変換される。例えば、図１４のように、球状被写体１１３と筐体被写体１１２がそれぞれ撮像位置１１１までの距離が異なるように置かれている場合、それぞれの球状被写体１１３と筐体被写体１１２までの距離を各画素ごとに測定し、その距離データｘ_１、ｘ_２、…ｘ_ｎも同時に信号化する。距離の測定は、例えば、赤外線を用いて測定することも可能であるが、輪郭のボケなどから計算して算出するようにしても良く、或いは波面の曲率を計測することで求めても良い。この距離情報と画像情報は合せて送られ、再生装置や記憶装置で再生若しくは記録される。このような距離情報を含む情報の記録は静止画に限らず動画も可能であり、情報処理の容易化のために複数の画素分をまとめて処理するような手法を用いることもできる。また、輪郭補正やその他の信号処理を含ませることも可能である。
【００６６】
再生時には、図１４の（ｂ）に示すように、本発明にかかる波面制御型表示装置１１４が再生に用いられる。波面制御型表示装置１１４はフラットパネル型であるが、前述の距離情報によって波面制御型表示装置１１４の波面制御部が作動して三次元画像を作成する。図１４の例では球状被写体の像１１５と筐体被写体の像１１６がそれぞれの距離情報に基づき再生される。
【００６７】
この時、見る者の好みで奥行き感を可変とすることも可能である。すなわち、当該表示装置を見る者と波面制御型表示装置１１４の間の距離をＺとし、波面制御型表示装置１１４が形成する像１１５、１１６までの距離をｙ_１、ｙ_２、…ｙ_ｎとすると、ｙ＝ｘ−Ｚで表されることになり、ｙがマイナス符号の場合、画像が飛び出して表示され、ｙがプラス符号の場合、画像が引き込んで表示される。このような制御においては、ｙの値を変化させれば奥行き感を変えることができることを意味する。例えば、当該表示装置を見る者がリモコン操作によって、ｙの値を変化させるようにすることができ、その場合には見る者の好みで奥行き感を変えられることになる。
【００６８】
次に、本発明の波面制御型表示装置の幾つかの構成例について説明する。図１５及び図１６は制御パネル上にレンズが配される波面制御型表示装置１２０の例である。複数の発光画素を二次元状に並べて構成される二次元画像表示部は、シリコンなどの半導体、ガラス、セラミック、合成樹脂などの材料からなる基板１２５の表面上に、マトリクス状に３原色ＬＥＤモジュール１２２が形成された構成を有する。原色ＬＥＤモジュール１２２は、緑色発光ダイオード１２３Ｇと、青色発光ダイオード１２３Ｂと、赤色発光ダイオード１２３Ｒとからなる構成とされ、１つの発光画素を構成する。緑色発光ダイオード１２３Ｇと、青色発光ダイオード１２３Ｂと、赤色発光ダイオード１２３Ｒはそれぞれ直径０．３ｍｍ以内の範囲に並べられる。３原色ＬＥＤモジュール１２２は、１ｍｍピッチの間隔で配され、水平方向と垂直方向で１０２４個×１０００個のアレイを構成する。
【００６９】
このような基板１２５とマトリクス状に配列された３原色ＬＥＤモジュール１２２とからなる二次元画像表示部は、波面制御部を構成する制御パネル１２１に対向する。制御パネル１２１上には波面制御領域となる複数のレンズ１２４が配列されているが、各レンズ１２４は縦横方向に１つおきの画素に対応するように配列され、レンズ１２４の配置されない画素部分は非波面制御領域とされる。レンズ１２４は直径１ｍｍ程度であり、対応する３原色ＬＥＤモジュール１２２の光軸に合せて配される。波面制御部を構成する制御パネル１２１は、光の光軸方向である図中ｐ方向に動作可能であり、レンズ１２４と３原色ＬＥＤモジュール１２２の間の間隔ｓはアクチュエーターなどによって可変である。
【００７０】
このような波面制御型表示装置１２０は、レンズ２４の焦点距離をｆ、レンズ２４と前記二次元画像表示部の間の距離をｓ、レンズ２４の直径をＤ、両眼の間の距離をＥ、当該表示装置を見る者と当該表示装置の間の距離をｙとすると、前記式３すなわちｆｓ（Ｅ＋Ｄ）≦ Ｄｙ（ｓ−ｆ）を満足するように制御される。レンズ１２４と前記二次元画像表示部の間の距離ｓが可変であるため、レンズ１２４自体の焦点距離が可変でなくとも、結像位置を変化させることができ、３原色ＬＥＤモジュール１２２の点順次駆動と合せて制御パネル１２１を駆動してレンズ１２４の位置を制御することで、所要の立体画像を表示することができる。また、レンズ１２４の焦点距離ｆがレンズ１２４と前記二次元画像表示部の間の距離ｓよりも小さい場合、近くの被写体の像を表現するときは、レンズ１２４に対応した画素を用いて表示画面が形成され、遠くの被写体の像を表現するときは、レンズ１２４に対応しない画素を用いて表示画面が形成される。逆に、レンズ１２４の焦点距離ｆがレンズ１２４と前記二次元画像表示部の間の距離ｓよりも大きい場合、近くの被写体の像を表現するときは、レンズ１２４に対応しない画素を用いて表示画面が形成され、遠くの被写体の像を表現するときは、レンズ１２４に対応する画素を用いて表示画面が形成される。
【００７１】
なお、図１５、図１６の波面制御型表示装置１２０では、前記二次元画像表示部の発光手段を発光ダイオードのアレイとしているが、液晶表示装置や陰極線管などの他の表示装置を使用しても良い。
【００７２】
図１７及び図１８は制御パネル上にレンズが配される波面制御型表示装置１３０の例である。図１５、図１６の波面制御型表示装置１２０と同様に、複数の発光画素を二次元状に並べて構成される二次元画像表示部は、シリコンなどの半導体、ガラス、セラミック、合成樹脂などの材料からなる基板１３６の表面上に、マトリクス状に３原色ＬＥＤモジュール１３２が形成された構成を有する。原色ＬＥＤモジュール１３２は、緑色発光ダイオード１３３Ｇと、青色発光ダイオード１３３Ｂと、赤色発光ダイオード１３３Ｒとからなる構成とされ、１つの発光画素を構成する。緑色発光ダイオード１３３Ｇと、青色発光ダイオード１３３Ｂと、赤色発光ダイオード１３３Ｒはそれぞれ直径０．３ｍｍ以内の範囲に並べられる。３原色ＬＥＤモジュール１３２は、１ｍｍピッチの間隔で配され、水平方向と垂直方向で１０２４個×１０００個のアレイを構成する。
【００７３】
このような基板１３６とマトリクス状に配列された３原色ＬＥＤモジュール１３２とからなる二次元画像表示部は、波面制御部を構成する制御パネル１３１に対向する。制御パネル１３１上には波面制御領域となる複数のレンズが配列されているが、各レンズは焦点距離の長い第１レンズ１３４と焦点距離の短い第２レンズ１３５とからなり、第１レンズ１３４は縦横方向に１つおきの画素に対応するように配列され、その第１レンズ１３４が配列されない画素の光軸に合うように第２レンズ１３５が縦横方向に１つおきの画素に対応するように配列される。
第１レンズ１３４、第２レンズ１３５は直径１ｍｍ程度であり、それぞれ対応する３原色ＬＥＤモジュール１３２の光軸に合せて配される。波面制御部を構成する制御パネル１３１は、光の光軸方向である図中ｐ方向に動作可能であり、第１レンズ１３４、第２レンズ１３５と３原色ＬＥＤモジュール１３２の間の間隔ｓはアクチュエーターなどによって可変である。
【００７４】
このような波面制御型表示装置１３０は、図１５、図１６の波面制御型表示装置１２０と同様に、レンズの焦点距離をｆ、レンズと前記二次元画像表示部の間の距離をｓ、レンズの直径をＤ、両眼の間の距離をＥ、当該表示装置を見る者と当該表示装置の間の距離をｙとすると、前記式３すなわちｆｓ（Ｅ＋Ｄ）≦ Ｄｙ（ｓ−ｆ）を満足するように制御される。レンズと前記二次元画像表示部の間の距離ｓが可変であるため、レンズ自体の焦点距離が可変でなくとも、結像位置を変化させることができ、３原色ＬＥＤモジュール１３２の点順次駆動と合せて制御パネル１３１を駆動してレンズの位置を制御することで、所要の立体画像を表示することができる。
【００７５】
また、レンズの焦点距離ｆがレンズと前記二次元画像表示部の間の距離ｓよりも小さい場合、近くの被写体の像を表現するときは、第２レンズ１３５に対応した画素を用いて表示画面が形成され、遠くの被写体の像を表現するときは、第１レンズ１３４に対応する画素を用いて表示画面が形成される。逆に、レンズの焦点距離ｆがレンズと前記二次元画像表示部の間の距離ｓよりも大きい場合、近くの被写体の像を表現するときは、第１レンズ１３４に対応する画素を用いて表示画面が形成され、遠くの被写体の像を表現するときは、第２レンズ１３５に対応する画素を用いて表示画面が形成される。
【００７６】
なお、図１７、図１８の波面制御型表示装置１３０では、前記二次元画像表示部の発光手段を発光ダイオードのアレイとしているが、液晶表示装置や陰極線管などの他の表示装置を使用しても良いことも、前述の図１５、図１６の波面制御型表示装置１２０と同様である。
【００７７】
図１９及び図２０は液晶レンズを用いた波面制御型表示装置１４０の例である。図１５、図１６の波面制御型表示装置１２０と同様に、複数の発光画素を二次元状に並べて構成される二次元画像表示部は、シリコンなどの半導体、ガラス、セラミック、合成樹脂などの材料からなる基板１４５の表面上に、マトリクス状に３原色ＬＥＤモジュール１４２が形成された構成を有する。原色ＬＥＤモジュール１４２は、緑色発光ダイオード１４３Ｇと、青色発光ダイオード１４３Ｂと、赤色発光ダイオード１４３Ｒとからなる構成とされ、１つの発光画素を構成する。緑色発光ダイオード１４３Ｇと、青色発光ダイオード１４３Ｂと、赤色発光ダイオード１４３Ｒはそれぞれ直径０．３ｍｍ以内の範囲に並べられる。３原色ＬＥＤモジュール１４２は、１ｍｍピッチの間隔で配され、水平方向と垂直方向で１０２４個×１０００個のアレイを構成する。
【００７８】
このような基板１４５とマトリクス状に配列された３原色ＬＥＤモジュール１４２とからなる二次元画像表示部は、波面制御部を構成する液晶装置部１４８に対向する。液晶装置部１４８は一対の対向する透明基板１４１、１４７に挟まれた液晶層１４６を有し、液晶層１４６に印加する電圧を調整することで、レンズとして機能する波面制御領域１４４が形成される。波面制御領域１４４は各３原色ＬＥＤモジュール１４２の光軸上を中心に形成され、３原色ＬＥＤモジュール１４２の駆動方式に合わせてレンズを駆動するように制御される。
【００７９】
このような波面制御型表示装置１４０は、図１５、図１６の波面制御型表示装置１２０と同様に、レンズの焦点距離をｆ、レンズと前記二次元画像表示部の間の距離をｓ、レンズの直径をＤ、両眼の間の距離をＥ、当該表示装置を見る者と当該表示装置の間の距離をｙとすると、前記式３すなわちｆｓ（Ｅ＋Ｄ）≦ Ｄｙ（ｓ−ｆ）を満足するように制御される。液晶レンズ構造を用いるため、結像位置を変化させることができ、所要の立体画像を表示することができる。
【００８０】
なお、図１９、図２０の波面制御型表示装置１４０では、前記二次元画像表示部の発光手段を発光ダイオードのアレイとしているが、液晶表示装置や陰極線管などの他の表示装置を使用しても良いことも、前述の図１５、図１６の波面制御型表示装置１２０と同様である。
【００８１】
図２１及び図２２は液晶レンズを用いた波面制御型表示装置１５０の例である。図１５、図１６の波面制御型表示装置１２０と同様に、複数の発光画素を二次元状に並べて構成される二次元画像表示部は、所要の材料からなる基板１５５の表面上に、マトリクス状に３原色ＬＥＤモジュール１５２が形成された構成を有する。原色ＬＥＤモジュール１５２は、緑色発光ダイオード１５３Ｇと、青色発光ダイオード１５３Ｂと、赤色発光ダイオード１５３Ｒとからなる構成とされ、１つの発光画素を構成する。緑色発光ダイオード１５３Ｇと、青色発光ダイオード１５３Ｂと、赤色発光ダイオード１５３Ｒはそれぞれ直径０．３ｍｍ以内の範囲に並べられる。３原色ＬＥＤモジュール１５２は、１ｍｍピッチの間隔で配され、水平方向と垂直方向で１０２４個×１０００個のアレイを構成する。
【００８２】
このような基板１５５とマトリクス状に配列された３原色ＬＥＤモジュール１５２とからなる二次元画像表示部は、波面制御部を構成する液晶装置部１５８に対向する。液晶装置部１５８は一対の対向する透明基板１５１、１５７に挟まれた液晶層１５６を有し、液晶層１５６に印加する電圧を調整することで、レンズとして機能する波面制御領域１５４が形成される。波面制御領域１５４は、本例においては、複数の発光画素に亘るような大きな領域とされ、３原色ＬＥＤモジュール１５２の駆動方式に合わせてレンズを駆動しなが構成するように制御される。レンズとして機能する波面制御領域１５４が大きなサイズであることから、当該表示装置を見る者の両眼視差を大きくとることが可能である。
【００８３】
このような波面制御型表示装置１５０は、図１５、図１６の波面制御型表示装置１２０と同様に、レンズの焦点距離をｆ、レンズと前記二次元画像表示部の間の距離をｓ、レンズの直径をＤ、両眼の間の距離をＥ、当該表示装置を見る者と当該表示装置の間の距離をｙとすると、前記式３すなわちｆｓ（Ｅ＋Ｄ）≦ Ｄｙ（ｓ−ｆ）を満足するように制御される。液晶レンズ構造を用いるため、結像位置を変化させることができ、所要の立体画像を表示することができる。
【００８４】
なお、図２１、図２２の波面制御型表示装置１５０では、前記二次元画像表示部の発光手段を発光ダイオードのアレイとしているが、液晶表示装置や陰極線管などの他の表示装置を使用しても良いことも、前述の図１５、図１６の波面制御型表示装置１２０と同様である。
【００８５】
次に、図２３から図３１を参照して、見る者に対しての表示画面を大きくする手段の例について説明する。
【００８６】
図２３及び図２４はドーム型の波面制御型表示装置を構成した場合の図である。当該表示装置の表示部１８２は、中空なドーム状であり、その内部に見る者１８１が入ることのできるサイズに形成される。その表示部１８２の内側のディスプレイ表面１８３には、液晶レンズで構成された波面制御部がドーム状の内壁を構成するように形成され、その背面側に同じくドーム状の二次元表示装置が形成されている。この二次元表示装置としては、発光画素が例えば半導体発光素子からなる発光ダイオードアレイ構造であっても良く、その他のディスプレイ、例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）、有機エレクトロルミネセント（ＥＬ）表示装置、電界発光（Field Emission）表示装置、プラズマ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）表示装置、エレクトロクロミック表示装置、蛍光表示管を用いた表示装置、陰極線管（ＣＲＴ）を用いた表示装置などの種々の表示装置などであっても良い。このような構造のドーム型の波面制御型表示装置においては、見る者１８１が中心に居て立体画像を見ることができ、効率良く両眼視差を得ることができると言う利点も得られる。また、ドーム型の変形例として、水平方向に曲率を有する円筒形や蒲鉾型などの形状であっても良い。
【００８７】
また、表示部の形状が平面であっても、図２５に示すように光軸を傾けることで光線を人が居るところに集めることができる。図２５はその平面型表示装置の模式図であり、略平面状の画面表示部１６１は複数の発光点１６２をその表面に配列させた構造を有している。これに対する波面制御部としてレンズ１６３が設けられるが、その発光点１６２とレンズ１６３の位置関係は、レンズ１６３の中心点が見る者１６４と複数の発光点１６２を結ぶ線上に位置するように制御される。略平面状の画面表示部１６１の周辺部側にあるレンズ１６３ほど発光点１６２からの位置ずれが大きくなる。周辺部に行くほどレンズの焦点距離が中央部分とは異なってくるため、それを補正するような信号処理を行っても良い。また、見る者１６４の位置を検知して、その位置に集光するような装置を構成することも可能である。
【００８８】
図２６の波面制御型表示装置は、図２５の表示装置の変形例であり、、略平面状の画面表示部１７１は複数の発光点１７２をその表面に配列させた構造を有しているが、レンズ１７３が周辺部では大きく傾けられる例である。見る者１７４は光学的な有効画角を広くとらえることができ、特に立体視を図る場合に有利である。
【００８９】
図２７乃至図３０はプロジェクション型表示装置の例である。図２７は平面鏡１９０を配した例であり、三次元画像を表示する波面制御型表示装置１９１からの光線は平面鏡１９０の表面で反射して見る者１９２の目に至る。平面鏡１９０で三次元画像の光線を反射した場合であっても、奥行き感は失われることなく見る者１９２に届くことになる。
【００９０】
図２８のプロジェクション型表示装置の例は、凹面鏡２００を用いた例である。三次元画像を表示する波面制御型表示装置２０１からの光線は凹面鏡２００の表面で反射して見る者２０２の目に至る。凹面鏡２００の場合には、光を集光させることが可能である。
【００９１】
図２９、図３０はプロジェクション型表示装置の他の例である。鏡２１０は小さなマトリクス状に配列される微小ミラー２１１によって構成される。平面板２１２の手前に配置された複数の微小ミラー２１１は図示しないアクチュエーターによって向きを変えることができ、三次元画像を表示する波面制御型表示装置２１３からの光線を任意の位置に集光させることが可能である。この場合、見る者２１４の位置も微小ミラー２１１の集光位置に対応して自由に選択でき、また、各微小ミラー２１１を連続的に作動させることにより、多数の人が同時に見ることも可能となる。
【００９２】
図３１はパーソナルドーム型の波面制御型表示装置の例である。見る者２２１の頭を覆う形状の表示装置２２０を構成し、見る者２２１は当該表示装置２２０の下部側の端部２２２より頭部を表示装置２２０の内部に挿入して、三次元画像を見ることができる。このような構造の波面制御型表示装置においては、例えば２０インチ以下の小さい平面型ディスプレイを５０センチメートル以内の至近距離で見ることで、実質的に５０インチ以上のディスプレイを数メートル離れて見るのと同じ体験が得られることになる。当該波面制御型表示装置においては、製造コストを抑えることができ、視野角が広がり大画面と同様な臨場感を与えることができる。なお、パーソナルドーム型は、半球状や釣鐘状の形状に限定されず、円筒状や曲面状であっても良い。
【００９３】
【発明の効果】
本発明の波面制御型表示装置によれば、レンズなどの波面制御領域は複数個の発光画素の発光領域に対応することから、広い領域に亘って制御することになり、このような広い領域について波面制御することによって両眼視差が得られ易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の波面制御型表示装置の一例を示すブロック図である。
【図２】両眼視差を説明するための模式図である。
【図３】レンズの直径と最大飛び出し距離の関係を示す図である。
【図４】本発明の波面制御型表示装置の一例における発光点が移動する点順次駆動方式を説明するための模式図である。
【図５】前記点順次駆動方式での走査方法を示す模式図である。
【図６】本発明にかかる波面制御型表示装置の擬似的な線順次駆動方式を説明するための模式図である。
【図７】本発明にかかる波面制御型表示装置の線順次駆動方式を説明するための模式図である。
【図８】本発明にかかる波面制御型表示装置の微小区画内の点順次駆動方式を説明するための模式図である。
【図９】本発明にかかる波面制御型表示装置の液晶レンズ構造を示す図であり、（ａ）は波面制御部の断面図であり、（ｂ）は波面制御部の平面図である。
【図１０】本発明にかかる波面制御型表示装置の液晶レンズ構造を示す断面図である。
【図１１】本発明にかかる波面制御型表示装置の多層構造の波面制御部を示す断面図である。
【図１２】本発明にかかる波面制御型表示装置の液晶レンズ構造であって、（ａ）は電極構造及び屈折率分布を示す平面図であり、（ｂ）は屈折率分布を示す断面図である。
【図１３】本発明にかかる波面制御型表示装置の凹面鏡を用いた構造を示す模式図である。
【図１４】本発明にかかる撮像再生方法を説明する図であって、（ａ）は撮像時のレイアウトであり、（ｂ）は再生時のレイアウトである。
【図１５】本発明にかかる波面制御型表示装置の一例の概略的な平面図である。
【図１６】図１５に示した波面制御型表示装置の例の概略的な断面図である。
【図１７】本発明にかかる波面制御型表示装置の他の一例の概略的な平面図である。
【図１８】図１７に示した波面制御型表示装置の例の概略的な断面図である。
【図１９】本発明にかかる波面制御型表示装置のさらに他の一例の概略的な平面図である。
【図２０】図１９に示した波面制御型表示装置の一例の概略的な断面図である。
【図２１】本発明にかかる波面制御型表示装置のまた更に他の一例の概略的な平面図である。
【図２２】図２１に示した波面制御型表示装置の例の概略的な断面図である。
【図２３】本発明にかかるドーム型波面制御型表示装置の例を示す斜視図である。
【図２４】本発明にかかるドーム型波面制御型表示装置の他の例を示す断面図である。
【図２５】本発明にかかる平面型波面制御型表示装置の例を示す模式図である。
【図２６】本発明にかかる平面型波面制御型表示装置の他の例を示す模式図である。
【図２７】本発明にかかるプロジェクション型波面制御型表示装置の例を示す断面図である。
【図２８】本発明にかかるプロジェクション型波面制御型表示装置の他の例を示す断面図である。
【図２９】本発明にかかるプロジェクション型波面制御型表示装置のさらに他の例の鏡部分を示す斜視図である。
【図３０】図２９のプロジェクション型波面制御型表示装置の例を示す断面図である。
【図３１】本発明にかかるパーソナルドーム型波面制御型表示装置の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１二次元画像表示部
１２波面制御部
１３二次元画像表示部駆動回路
１４波面制御部駆動回路
１５波面制御領域
１６微小セル
２０発光ダイオード
２１レンズ
２４発光点
３１発光点
３２波面制御領域
３３非発光点
４１発光点
４２波面制御領域
４３非発光点
５１発光点
５２波面制御領域
５３非発光点
６１波面制御部
６２微小セル
６３透明電極
６４透明電極
６５液晶層
７１波面制御部
８１下側基体
８２上側基体
８３下側透明電極
８４上側透明電極
８５液晶層
８６中間層
９１下側透明電極
９２上側透明電極
９６波面制御領域
１０１発光点
１０２凹面鏡
１０３圧電素子
１２０波面制御型表示装置
１２１制御パネル
１２２三原色ＬＥＤモジュール
１２４レンズ
１２５基板
１３０波面制御型表示装置
１３２三原色ＬＥＤモジュール
１３４第１レンズ
１３５第２レンズ
１３６基板
１４０波面制御型表示装置
１４２三原色ＬＥＤモジュール
１４４波面制御領域
１５０波面制御型表示装置
１５２三原色ＬＥＤモジュール
１５４波面制御領域
１６１画面表示部
１７１画面表示部
１８２表示部
１９０平面鏡
１９１波面制御型表示装置
２００凹面鏡
２０１波面制御型表示装置
２１０鏡
２１３波面制御型表示装置
２２０表示装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wavefront control display device for outputting a stereoscopic image with a sense of depth, and an imaging reproduction method using such a wavefront control display device.
[0002]
[Prior art]
Binocular parallax method, varifocal mirror method, and holography method are known as conventional techniques for reproducing this type of stereoscopic image. There are two types of binocular parallax methods: one that uses glasses and one that does not use glasses. In both cases, images for the left and right eyes are independently input to the left and right eyes, and the three-dimensional effect is achieved by the physiological functions of the human brain. It will cause. As a method using glasses, there are a red / blue filter method, a polarization filter method, and a time-division shutter method. The red / blue filter method puts red and blue filters on the left and right eye parts of the glasses and displays the left and right eye images in red and blue, respectively. However, colorization is difficult.
[0003]
In the polarizing filter method, polarizing filters in different directions are attached to the left and right eye parts of the glasses, and correspondingly, polarizing filters are attached to the two CRTs, and images for the left and right eyes are displayed on each of the two CRTs. To obtain a three-dimensional effect. In addition, the time-division shutter method displays images for the left and right eyes in odd and even frames of interlaced image display, and the left and right images of the glasses are opened and closed in synchronization with frame switching to make the left and right images independent. Input to each eye to obtain a stereoscopic effect.
[0004]
Both types can display a full-color moving image, but there is a trouble of wearing spectacles as a common disadvantage of the method using glasses. In addition, when considering application to a person-to-person service such as a stereoscopic TV conference and a stereoscopic TV telephone, there is a drawback in that each person feels unnaturalness wearing glasses.
[0005]
As a method that does not use glasses in the binocular parallax method, there is a method that uses a lenticular lens. In the case of using this lenticular lens, the left and right eye images are independently input to the left and right eyes using a large number of kamaboko-shaped convex lenses arranged side by side, but by moving the head position slightly, There is a drawback that the discontinuity of the image is felt or the stereoscopic effect cannot be obtained. In the varifocal mirror method, the focus of the variable focus mirror is changed at a high frequency in the video system, imaging is performed in this state, the focus is changed in synchronization with the change of the focus of the imaging system in the reproduction system, and this is observed. Since the in-focus plane changes at high speed in the depth direction, a stereoscopic image can be seen. The disadvantages of this method are that the in-focus surface and the non-in-focus surface are displayed in an overlapping manner, so that the image is not clear and the apparatus configuration of the optical system becomes large.
[0006]
The holography method divides the laser beam into two parts and irradiates one of the objects on the object, uses the other as reference light, records interference fringes with the diffracted light of the object on a hologram, and irradiates the reference light in the reproduction system By doing so, a three-dimensional image is obtained. Although this holography method has high materiality, it is difficult to perform color moving image and real-time recording, and the subject is a natural object and cannot be recorded if it is large.
[0007]
Further, as this type of stereoscopic image output apparatus, for example, an apparatus described in Japanese Patent No. 2585614 is known, and in this apparatus, a variable focus convex lens for controlling the focal length of light from the light emitting element is provided for each light emitting element. The variable focus convex lens is configured to be controlled by distance information that is disposed in front and transmitted together with color information. As another stereoscopic image output device, for example, a display device described in JP-A-5-142511 is known, and in this display device, for each dot consisting of at least one pixel forming a flat display, The structure is such that a minute lens is provided in front of each dot. Furthermore, in the three-dimensional display device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-261833, a two-dimensional color display unit in which light emitting elements are arranged vertically and horizontally, and a variable focus lens disposed at a position corresponding to each light emitting element are provided. A three-dimensional image is displayed in combination.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In each stereoscopic image display device such as the stereoscopic image output device described in Japanese Patent No. 2585614, the display device described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-142511, and the three-dimensional display device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-261833. The light from the light emitting element or the like is controlled for each pixel or each element to control a variable focus lens or the like, and the image forming position is changed to realize stereoscopic viewing.
[0009]
However, in each of these stereoscopic image display devices, there is a problem that it is not easy to take binocular parallax because light from a light emitting element or the like is controlled for each pixel or element. In general, binocular parallax can be obtained by the simultaneous entry of light rays on both sides, but with a small aperture pupil such as a microlens, it is difficult to make light rays incident on both eyes at the same time. The maximum pop-out distance of the image that creates the image will also be reduced. Furthermore, in the case of increasing the definition of an image, the size of each pixel itself is also reduced, but the space between adjacent pixels is also reduced at the same time, and there is a space for driving a minute variable focus lens for each pixel. It will be too narrow. For this reason, there are restrictions on the electrodes for controlling the variable focus lens and the like, and there is a practical limit to increasing the definition of images.
[0010]
Accordingly, in view of the above technical problems, the present invention provides a display device that can easily take binocular parallax that performs a main function in stereoscopic viewing of an image and contributes to high definition of the image and its display. An object of the present invention is to provide an imaging reproduction method suitable for an apparatus.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the wavefront control type display device of the present invention is arranged to display a two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a two-dimensional manner, and facing the two-dimensional image display unit. Based on depth information about image information to be A plurality of light emitting pixels among the light emitting pixels. A wavefront control unit that scans a wavefront control region that simultaneously controls the wavefront of the display wavefront from the two-dimensional image display unit corresponding to the light emission region; The focal length of the wavefront control region is f, the distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the wavefront control region is D, the distance between both eyes is E, When the distance between the viewer of the display device and the display device is y, the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f) is satisfied. It is characterized by that.
[0012]
In the wavefront control type display device, the wavefront control unit can have a liquid crystal lens structure. As such a liquid crystal lens structure, micro liquid crystal cells are arranged in a matrix and the refractive index of the micro liquid crystal cell is changed. It may be a structure. In the present invention, the wavefront control region of the wavefront control unit can be driven in a line sequential manner or a dot sequential manner.
[0013]
According to the wavefront control type display device of the present invention, a display wavefront based on image information is generated by the two-dimensional image display unit, and the display wavefront is controlled by the wavefront control unit. The wavefront control unit of the wavefront control type display device of the present invention is: A plurality of light emitting pixels among the light emitting pixels. It operates to scan the wavefront control area corresponding to the light emitting area. The wavefront control region is a region that controls a part of the display wavefront at the same time, but corresponds to the light emitting region of a plurality of light emitting pixels, and therefore controls a region wider than the region per light emitting pixel. The When the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f) is satisfied, binocular parallax can be obtained, and an image in which a sense of depth can be obtained by the minute parallax between both eyes is provided. As for the wavefront control method, for example, when using a required lens, the refractive index and the curvature are changed to move the focal position of the lens, or the lens position is moved to change the relative distance from the two-dimensional image display unit. For example, when a liquid crystal lens is used, wavefront control can be performed by changing the applied voltage, and scanning is also possible. When moving the focal length of the lens, for example, when the imaging position is controlled to the front of the display device, the image is projected so that there is a light emitting pixel on the front side, and conversely the imaging position is behind the display device. When this is controlled, the image is projected so that there is a light emitting pixel on the back side.
[0018]
The present invention also relates to an imaging / reproducing method, and the imaging / reproducing method of the present invention includes: A two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light-emitting pixels in a two-dimensional manner, and a plurality of the light-emitting pixels based on depth information about image information to be arranged and displayed facing the two-dimensional image display unit A wavefront control unit that scans a wavefront control region that simultaneously controls the wavefront of the display wavefront from the two-dimensional image display unit corresponding to the light emitting region of each light emitting pixel, and the focal length of the wavefront control region is f, The distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the wavefront control region is D, the distance between both eyes is E, and the distance between the person viewing the display device and the display device is In the imaging reproduction method using the wavefront control type display device satisfying the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f), Information on the distance to the subject is signaled along with the image information about the subject By the wavefront control type display device, An image pop-out distance corresponding to a value of the distance information is calculated together with the image information, and wavefront control is performed according to the calculated image pop-out distance.
[0019]
In the imaging reproduction method of the present invention, in order to display a three-dimensional image, not only image information about the subject but also distance information to the subject is recorded in advance at the time of imaging. Since the distance information is used for control of the wavefront control unit or the like during reproduction, the image information about the subject can be three-dimensionalized.
[0020]
Still another wavefront control type display device of the present invention is a wavefront control type display device that performs wavefront control of a display screen based on depth information together with image information. Based on depth information about a display unit and image information to be arranged and displayed facing the two-dimensional image display unit A plurality of light emitting pixels among the light emitting pixels. A wavefront control unit that scans a wavefront control region that simultaneously controls the wavefront of the display wavefront from the two-dimensional image display unit corresponding to the light emitting region of The focal length of the wavefront control region is f, the distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the wavefront control region is D, the distance between both eyes is E, and the display device is When the distance between the viewer and the display device is y, the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f) is satisfied, The normal direction of the wavefront control region is controlled to have an angle with the optical axis direction of the light emitting region of the corresponding light emitting pixel.
[0021]
In this wavefront control type display device, the normal direction of the wavefront control region and the optical axis of the light emitting region of the light emitting pixel are not in the same direction, but have a relationship of intersecting with a required angle. Therefore, a wide effective angle of view that can be recognized by a viewer of the display device can be obtained, and an image spreading in the field of view is displayed together with the above-described three-dimensional image display function.
[0022]
Still another wavefront control type display device according to the present invention includes a two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a two-dimensional form, and an image to be arranged and displayed facing the two-dimensional image display unit. Based on depth information about information A plurality of light emitting pixels among the light emitting pixels. A wavefront control unit that scans the wavefront control region that simultaneously controls the wavefront of the display wavefront from the two-dimensional image display unit corresponding to the light emitting region, and a mirror that reflects the display wavefront from the wavefront control unit. The focal length of the wavefront control region is f, the distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the wavefront control region is D, the distance between both eyes is E, and the display If the distance between the viewer of the device and the display device is y, the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f) is satisfied. It is characterized by that.
[0023]
According to the wavefront control type display device, the wavefront-controlled display wavefront from the wavefront control unit is reflected by the mirror, and an image reflected by the mirror can be displayed to a person viewing the display device. . Even when reflected by a mirror, the image processed based on the depth information is displayed with a sense of depth to the viewer.
[0024]
Furthermore, the wavefront control type display device of the present invention is opposed to a two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a dome shape or a cylindrical shape covering a user's head, and the two-dimensional image display unit. Based on depth information about image information to be placed and displayed A plurality of light emitting pixels among the light emitting pixels. A wavefront control unit that scans a wavefront control region that simultaneously controls the wavefront of the display wavefront from the two-dimensional image display unit corresponding to the light emitting region of The focal length of the wavefront control region is f, the distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the wavefront control region is D, the distance between both eyes is E, and the display If the distance between the viewer of the device and the display device is y, the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f) is satisfied. It is characterized by that.
[0025]
According to this wavefront control type display device, a plurality of light emitting pixels are arranged in a dome shape or a cylindrical shape covering the user's head, the angle of the screen can be increased, and the display device is operated. It is also possible to significantly reduce the power consumption in the state of being in comparison with a large screen device or the like. In the wavefront control type display device of the present invention, the combination of the two-dimensional image display unit and the wavefront control unit that scans the wavefront control region that simultaneously controls the wavefront of the display wavefront from the two-dimensional image display unit is applied to the user's head. Even if the display unit exists at a close position, it can be adjusted so that an image is displayed at a relatively distant position from the display unit, and a sense of realism equivalent to that of a large screen can be created.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of a wavefront control type display device of the present invention will be described with reference to the drawings. First, FIG. 1 is a schematic diagram of a wavefront control type display device having a liquid crystal lens structure, the main components of which are a two-dimensional image display unit 11 configured by arranging a plurality of light emitting pixels in two dimensions, and the two-dimensional image display unit 11 described above. Wavefront control for simultaneously controlling the wavefront of the display wavefront from the two-dimensional image display unit corresponding to the light-emitting areas of the plurality of light-emitting pixels based on depth information about image information to be arranged and displayed opposite to the three-dimensional image display unit The wavefront control unit 12 scans the region 15.
[0027]
The two-dimensional image display unit 11 has a plurality of light emitting pixels developed in a planar shape, and the light emitting pixels may have a structure made of, for example, a semiconductor light emitting element. Other displays such as a liquid crystal display (LCD), Organic electroluminescent (EL) display device, electroluminescence (Field Emission) display device, plasma display panel (PDP) display device, electrochromic display device, display device using fluorescent display tube, cathode ray tube (CRT) Various display devices such as the display device used, projectors, and other devices can be used. However, the display device is not particularly limited as long as the wavefront control unit 12 can control the wavefront.
[0028]
For example, when the two-dimensional image display unit 11 is composed of light emitting elements arranged in an array, the light emitting pixel is composed of a combination of individual light emitting elements or three light emitting elements corresponding to the three primary colors in the case of color display. A plurality of such light emitting pixels are arranged on the display unit 11 to constitute the two-dimensional image display unit 11. The two-dimensional image display unit 11 is supplied with a required image signal, and this image signal is sent to the two-dimensional image display unit drive circuit 13. The two-dimensional image display unit drive circuit 13 is a circuit configuration for driving the two-dimensional image display unit 11, and displays a two-dimensional image display together with a video signal from a luminance signal, a color difference signal, and the like as a clock signal and, if necessary, a synchronization signal. Send to part 11. The signal supplied to the wavefront control type display device 10 of the present embodiment includes a signal about depth information for realizing three-dimensional display in addition to such a signal about image information.
[0029]
The two-dimensional image display unit 11 has a structure facing the wavefront control unit 12 having a liquid crystal lens structure. The wavefront control unit 12 has a plurality of micro cells 16 arranged in a matrix, and has a structure capable of controlling the refractive index of the micro cells 16 by changing the voltage applied to each micro cell 16. That is, each of the microcells 16 has a liquid crystal structure sandwiched between transparent electrodes, and the refractive index of the microcell 16 near the center within an arbitrary range is increased to increase the refractive index of the microcell 16 in the peripheral portion. By lowering the value, a lens-like function is produced, which functions as a so-called liquid crystal lens. The use of the liquid crystal device as a lens in this way is described in, for example, “MODEL LIQUID CRYSTAL WAVEFORT CORRECTORS” G. D. Love et al. , 2nd International Works on Adaptive Optics for Industry and Medicine, Durham, 12-16th July, 1999.
[0030]
The operation of the wavefront control unit 12 will be described. As an example, the wavefront control region 15 whose refractive index is high in the central portion and low in the peripheral portion drives the microcell 16 existing in the region. The wavefront control region 15 is formed and driven so as to scan the entire area of the wavefront control unit 12. The scanning method is not particularly limited, but various methods such as dot sequential and line sequential as described later can be used in addition to the interlace method and the non-interlace method. The wavefront control region 15 on the wavefront control unit 12 is not limited to one location, and may be provided at a plurality of locations simultaneously by devising a voltage applied to the microcell 16, in which case a plurality of wavefront control regions are controlled simultaneously. The The wavefront control region 15 is a region that functions as a lens for light transmitted through the portion, and is a region that controls the phase of the display wavefront transmitted through the wavefront control region 15 by shifting the refractive index. When the wavefront control region 15 is scanned, the light emitting pixels of the two-dimensional image display unit 11 can be scanned in synchronization therewith. That is, the luminescent pixels of the two-dimensional image display unit 11 are scanned by various methods such as dot sequential and line sequential as described later, in addition to the interlace method and non-interlace method, in accordance with the scanning method of the wavefront control unit 12. It is preferable to operate in such a manner that the light emitting pixel or pixels emitting light and the wavefront control region 15 are synchronized. Further, a structure may be adopted in which the distance between the wavefront control unit 12 and the two-dimensional image display unit 11 is changed for each pixel or according to the wavefront control region 15.
[0031]
The wavefront control region 15 of the wavefront control unit 12 has a size corresponding to the light emission regions of the plurality of light emitting pixels of the two-dimensional image display unit 11 and is sufficiently larger than the light emitting pixels of the two-dimensional image display unit 11. Has been. This is because the larger the size of the region functioning as a lens, the larger the amount of image pop-out can be due to the binocular parallax. By driving the wavefront control region 15 larger than the pixel size, the image pop-out amount can be increased. A large amount of stereoscopic video can be generated. The shape of the wavefront control region 15 may be circular, but may be other shapes such as a regular square shape, an elliptical shape, a rectangular shape, a rhombus shape as described later.
[0032]
A control signal for forming the wavefront control region 15 is supplied to the wavefront control unit 12 via the wavefront control unit control circuit 14. The wavefront control unit control circuit 14 is supplied with a signal regarding depth information for realizing three-dimensional display, and performs a required operation based on a signal from a playback device (not shown).
[0033]
One of the main features of the wavefront control type display device of this embodiment is that it can take a large binocular parallax. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the binocular parallax. In FIG. 2, with reference to the position of the lens (wavefront control region), the distance from the lens to the image is x, the distance from the lens to the person viewing the display device is y, the lens diameter is D, and the distance between both eyes. If E is E, and z is the range in which the image at the position of the viewer who can see the display device can be seen, the left and right triangles are similar to each other with the image position at the center.
[0034]
Formula 1 D: x = z: (y−x)
[0035]
Here, since the condition that can be seen with both eyes is z ≧ E, when the above equation is converted into an equation for x,
[0036]
Formula 2 x ≦ D · y (65 + D)
[0037]
It is represented by
[0038]
Based on this formula 2, the maximum pop-out amount (distance) x _max FIG. 3 shows the calculation result obtained for. In FIG. 3, the maximum protrusion amount (distance) x as the lens diameter (D) increases when the distance y from the lens to the person viewing the display device is 1 m, 2 m, 3 m, or 5 m. _max Shows a tendency to increase. Maximum pop-out amount (distance) x _max Is a parameter to give a sense of depth for stereoscopic display, and the maximum pop-up amount (distance) x _max When the value is larger, stereoscopic display is easier. When the distance y from the lens to the person viewing the display device is the same, the maximum protrusion amount (distance) x as the lens diameter (D) increases. _max The larger the lens diameter, the smaller the lens diameter (D), the larger the maximum protrusion amount (distance) x _max Becomes smaller. For example, when an image formed with a lens diameter (D) of about 1 mm is viewed at a position where the distance y is 3 m, the image can be projected up to about 4.5 cm, and a sense of depth due to binocular parallax can be obtained. Will be. By using a large lens, the pop-out amount increases. For example, when a lens with D of about 3 cm is used, if the distance y from the lens to the person viewing the display device is 3 m from the graph of FIG. The amount x is about 1 m, and a considerably large parallax can be obtained.
[0039]
By the way, the range in which binocular parallax is possible is a range that satisfies the above-described Expression 2. In the case where Formula 2 is rewritten with the focal length of the wavefront control region (lens) as f and the distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit as s, generally f is ^-1 = S ^-1 + X ^-1 Therefore, the condition of Equation 2 is
[0040]
Formula 3 fs (E + D) ≦ Dy (s−f)
[0041]
If the focal length f of the wavefront control region (lens) and the distance s between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit are set so as to satisfy Equation 3, both eyes with a sense of depth Parallax can be obtained.
[0042]
FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams showing a configuration for obtaining a good binocular parallax by scanning a relatively large wavefront control region in synchronization with a light emitting point. As described above, when a wavefront control region having a relatively large size with respect to the size of the light emitting point or the light emitting pixel is used for imaging, the binocular parallax can be increased. FIG. 4 shows an example in which the light emitting points 24 move in the horizontal direction in a dot-sequential manner, and the light emitting diodes 20 are arranged in a row in the horizontal direction to form a light emitting diode row. A lens 21 is provided so as to face the light-emitting diode array. The lens 21 is moved by a mechanical method or, in the case of a liquid crystal lens, by sequentially changing a voltage applied to a minute cell. Can have a special effect.
[0043]
The light from the light emitting point 24 in the light emitting diode array is incident on the lens 21 located on the emission side, and the image 22 is formed on the viewer side by the condensing function of the lens 21. FIG. 4 schematically shows the viewer's left eye 23L and right eye 23R.
[0044]
The light emitting points 24 in the light emitting diode array are scanned dot-sequentially, and when the light emitting point 24 moves in the horizontal direction of the arrow in the figure, the lens 21 also moves in the same horizontal direction in synchronization with this. FIG. 5 is a side view schematically showing the horizontal movement of the light emitting point 24 and the synchronized movement of the lens 21, and the lens 21 is also moved in the same direction as the light emitting point 24 moves in the direction of the arrow. Has been.
[0045]
Since the lens 21 corresponds to the wavefront control region of the present embodiment, using the lens 21 having a size larger than the size of the light emitting point 24 in this manner makes it easy to obtain binocular parallax, and enables three-dimensional An image can be displayed satisfactorily. In addition, the matrix of light emitting diodes is used, the light emitting points 24 and the corresponding wavefront control areas are synchronized, and each point on the screen is scanned sequentially using a method such as interlace or non-interlace. The displayed stereoscopic image can be displayed.
[0046]
6, FIG. 7 and FIG. 8 are diagrams for schematically explaining another driving method of light emitting points. In the example of FIG. 6, the light emitting points 31 extend over approximately two rows in the vertical direction, and are scanned so as to move in the horizontal direction. In the vertical row of light emitting points 31, every other light emitting point 31 and non-light emitting point 33 are repeated, and the ends of the wavefront control regions 32 corresponding to the light emitting points 31 are non-light emitting points 33. They are arranged side by side so that they touch each other, overlap, or exist nearby. Since the vertical rows of the two light emitting points 31 move in the moving direction, the light emitting points 31 are configured so that only one of the light emitting points 31 outputs light for the same horizontal row of light emitting points. In other words, the size of each wavefront control region 32 is set as a range so that light is not emitted from pixels adjacent in the horizontal direction and the vertical direction. In addition, there is a vertical column that does not emit light only by the non-light emitting point 33 between the vertical columns of the two light emitting points 31, but the horizontal interval is wider than the interval between the light emitting point and the non-light emitting point, and immediately adjacent vertical columns. When the end portions of the wavefront control regions 32 are not greatly overlapped with each other, scanning may be performed so as to move two adjacent rows of series. Here, the movement of the light emitting point 31 is the movement of the light emitting position, not the movement of the light emitting element itself. Further, the movement of each wavefront control region 32 is, for example, a change in the position that functions as a liquid crystal lens, and the position of the micro cell itself that constitutes the liquid crystal lens does not change.
[0047]
The wavefront control type display device of FIG. 6 having such a configuration extends both on the non-light emitting point 33 and uses each wavefront control region 32 having a size larger than the size of the light emitting point 31, so that both It becomes easy to take the eye parallax, and it becomes possible to display a three-dimensional image satisfactorily. Further, by scanning the light emitting point 31 and the corresponding wavefront control region 32 in synchronization, a stereoscopic image corresponding to a moving image can be displayed. In addition, the time required for one light emitting pixel can be increased as compared with the dot sequential driving method, and even if the response time of each wavefront control region 32 on the lens side is long, sufficient image reproduction is possible. When each wavefront control region 32 of this wavefront control type display device is further enlarged, it is sufficient to perform control so that the number of pixels corresponding to the increased size is set as a non-light emitting point, and line sequential driving is also performed in the horizontal direction. Not only the movement but also the vertical direction and the oblique direction may be used.
[0048]
The wavefront control type display device in FIG. 7 is an example in which the wavefront control is performed by the wavefront control region 42 that moves in the horizontal direction in the same manner as the device in FIG. 6, but the wavefront control region 42 has the vertical direction as the short axis and the horizontal direction. The major axis is elliptical or rectangular. Specifically, the plurality of wavefront control regions 42 are formed so as to be aligned in the vertical direction, and the region extends from the light emitting point 41 to the non-light emitting point 43 adjacent in the horizontal direction. It is divided into.
[0049]
Such a plurality of wavefront control regions 42 are controlled so as to move sequentially in the horizontal direction, which is the direction of the arrow. Due to the shape of the wavefront control area 42, the wavefront control area 42 constitutes a lens of a large size in the horizontal direction. Therefore, binocular parallax can be easily obtained, and a three-dimensional image is displayed well. It becomes possible. In addition, by scanning the light emitting point 41 and the corresponding wavefront control region 42 in synchronization, a stereoscopic image corresponding to a moving image can be displayed. Further, the driving signal can be simplified as compared with the driving method shown in FIG. 6, and the peripheral circuits can be simplified.
[0050]
FIG. 8 shows an example of a wavefront control type display device driven by still another driving method. This example is one type of point sequential drive method, but the wavefront control region of the wavefront control unit is driven point-sequentially corresponding to the light-emitting pixels in a minute section that divides the display surface of the two-dimensional image display unit. It is. The minute sections are composed of groups each having two pixels in the vertical and horizontal directions, and such minute sections are arranged in a matrix on the screen. In FIG. 8, the dot-sequential driving is performed so that the four points in the section are sequentially lit in an N shape from (a) to (d). One of them is a light emitting point 51 and the other three points are non-light emitting points 53.
[0051]
According to such a driving method, the four light emission patterns from (a) to (d) form one cycle, and wavefront control is performed on all the light emitting pixels. The order from (a) to (d) is an example, and the light emission patterns from (a) to (d) may be scanned in different orders. For example, if the time of one cycle is 1 / 60th of a second, the time required for one pattern may be 1 / 240th of a second, and sufficient operation can be performed using a wavefront control unit with a response speed on the order of milliseconds. Will do.
[0052]
The example shown in FIG. 8 is an example in which one cycle is completed with four light emission patterns. However, the number of patterns can be arbitrarily set, and light emission can be performed for each color. Different control may be performed for each. It is also possible to divide the screen into several parts and use different driving methods. For example, an elliptical wavefront control region as shown in FIG. 7 is formed in a certain section on the screen where perspective is most necessary, and a circular wavefront control area is formed in a section where perspective is not important. Such control is also possible.
[0053]
Such a wavefront control area is driven by using a liquid crystal lens described below. FIG. 9 is a diagram illustrating a structure example of the wavefront control unit of the wavefront control type display device. (A) is sectional drawing of a liquid-crystal lens part, (b) is a top view of a wavefront control part.
[0054]
The wavefront controller 61 is a matrix of a plurality of microcells 62 each composed of a pair of transparent electrodes 63 and 64 facing each other with the liquid crystal layer 65 interposed therebetween and an alignment film disposed between the liquid crystal layer 65 and the transparent electrodes 63 and 64. The microcells 62 are formed by being sandwiched between transparent substrates 66 and 67. Each transparent electrode 63, 64 is connected to a signal line or the like, or the electrode itself is a signal line, and the wavefront control unit 61 has a simple matrix structure or an active matrix structure having a TFT (thin film transistor) for selection. Yes.
[0055]
The wavefront control unit 61 configured as described above can change the refractive index of the liquid crystal layer 65 in accordance with the applied voltage when a voltage is applied. For example, as shown in FIG. 9, the refractive index of the minute cell 62 near the center is increased so that the wavefront control unit 61 functions as a wavefront control region 68 including a liquid crystal lens at one place or a plurality of places at the same time. It has a region having a refractive index distribution such that the refractive index gradually decreases as it approaches the peripheral side. In the illustrated example, the refractive index n of the central portion. ₆ Is the highest refractive index, the refractive index decreases in order in seven steps, and the outermost refractive index n ₀ Indicates the lowest refractive index. In the example shown in FIG. 9, the refractive index at the center side is high and the refractive index at the peripheral portion is low, and the liquid crystal lens functions in the same way as a convex lens. That is, as a feeling of depth, an image formed on the back side of the viewer is formed. On the contrary, in a case where the refractive index on the center side is low and the refractive index on the peripheral part is high, the liquid crystal lens functions in the same manner as the concave lens. Refractive index n of the central part ₆ Is set lower, the refractive index n of the central portion ₆ As compared with the case where the height is set higher, an image formed on the near side can be formed.
[0056]
The wavefront control area 68 that functions as a liquid crystal lens is scanned on the wavefront control unit 61. The scanning method is not particularly limited, but the wavefront control region 68 can be scanned by dot sequential driving, line sequential driving, or a driving method according to these as shown in FIGS.
[0057]
When such a liquid crystal lens is made of a ferroelectric liquid crystal (FLC) material, the refractive index can be changed in a range of n = 1.389 to 1.666. This is due to the fact that the refractive index of the liquid crystal varies depending on the electric field direction or incident direction of light due to birefringence. As shown in FIG. 10, the refractive index of the central portion of the liquid crystal lens is n = 1.487 to 1.666, and the refractive index of the peripheral portion is n = 1.490. Thus, when the refractive index of the central part is larger than that of the peripheral part, the speed of light v in the liquid crystal becomes v = c / n (c is the speed of light in a vacuum), so that the light transmitted through the center passes through the periphery. There will be a delay compared to the light that has passed. As schematically shown in FIG. 10, the wavefront controller 71 constituting the liquid crystal lens has regions 72a, 72b, 72c, 72d on the outer side from the center, and the refractive index is n. ₃ , N ₂ , N ₁ , N ₀ Then, as an example, the refractive index n of the region 72d ₀ Is set to 1.490, and the refractive index n of the region 72a ₃ Is set to 1.666, and the refractive indexes n of the regions 72b and 72c are ₂ , N ₁ Takes between these values. Due to such a refractive index distribution, the plane wave incident on the wavefront control unit 71 has a large refractive index on the center side, and thus is converted into a spherical wave on the emission side and condensed at a focal length position.
[0058]
Here, the refractive index n of the central region 72a ₃ Is set to 1.666, the thickness of the liquid crystal layer is 2 μm, the diameter of the lens is 1 cm, and the focal length is calculated, the phase difference between the central portion and the peripheral portion of the wavefront controller 71 is Δφ = 0.71 × 2π. Therefore, the focal length f is 3.5 × 10 ³ cm (f = πD ² / 4Δφλ).
[0059]
When the focal length is extremely long, it is difficult to increase the maximum jumping distance depending on the relationship with the distance from the light emitting pixel to the wavefront control unit, and it becomes difficult to obtain a sense of depth. Thus, there is a method of increasing the thickness of the liquid crystal layer as a method of shortening the focal length to, for example, 10 cm or less, and a multilayer structure as shown in FIG. In the multi-layered liquid crystal device shown in FIG. 11, a lower transparent electrode 83 made of an ITO film or the like is formed on a transparent lower substrate 81, while an upper transparent electrode made of an ITO film or the like is formed below the transparent upper substrate 82. 84, and intermediate layers 86 and liquid crystal layers 85 are alternately and repeatedly provided in the space between the lower transparent electrode 83 and the upper transparent electrode 84.
[0060]
By adopting such a multilayer structure, even when each liquid crystal layer 85 is as thin as 2 μm, for example, by stacking 1000 layers, the total thickness becomes 2000 μm, and the focal length can be shortened to, for example, f = 3.5 cm. it can. Therefore, it becomes easy to obtain a sense of depth by using a multilayer structure. When controlling the wavefront control unit having a multilayer structure, if the refractive index is made equal between the central part and the peripheral part of the wavefront control region, the focal distance is infinitely far, so the focal distance f is 3.5 cm to infinity. It becomes variable in the range. When the distance between the two-dimensional image display unit and the wavefront control unit is s, and the value of s = 5 cm is substituted in the above-described equation 3, the image projection distance x changes from 11.7 cm to infinity cm. In addition, when the focal length is changed from 5 cm to infinity, the retraction distance of the image can be changed from x = minus infinity to −5.0 cm.
[0061]
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the wiring method and the voltage applied to the wavefront control region. The wavefront control unit includes a plurality of strip-shaped lower transparent electrodes 91 whose longitudinal direction is the horizontal direction and a plurality of strip-shaped upper transparent electrodes 92 whose longitudinal direction is the direction perpendicular thereto. , 92, a liquid crystal layer 93 is formed. The plurality of strip-shaped lower transparent electrodes 91 are formed on the lower transparent substrate 94, and the strip-shaped upper transparent electrode 92 is formed below the upper transparent substrate 95. This wavefront control unit has a simple matrix structure, and a region where one of the upper transparent electrode 92 and one of the belt-like lower transparent electrodes 91 intersect functions as one minute cell. In order to form the wavefront control region 96 that functions as a liquid crystal lens, the voltage applied to the upper transparent electrode 92 and the lower transparent electrode 91 is gradually increased to V ₀ , V ₁ , V ₂ , V ₃ , V ₄ In particular, five steps of positive voltage are applied to the upper transparent electrode 92 and five steps of negative voltage are applied to the lower transparent electrode 91. The five-step positive voltage to the upper transparent electrode 92 is a high voltage on the center side of the wavefront control region 96 and a low voltage on the peripheral side. Further, the negative voltage in five stages to the lower transparent electrode 91 is set to a low voltage on the center side of the wavefront control region 96 and a high voltage on the peripheral side. For this reason, the highest voltage V is obtained in the minute cell in the substantially central portion of the wavefront control region 96. ₄ And the lowest voltage -V ₄ Is applied to the liquid crystal layer 93, and the applied voltage gradually decreases as it moves outward from there sequentially. Since the liquid crystal layer 93 is configured such that the refractive index changes according to the magnitude of the applied voltage, the minute cell in the substantially central portion of the wavefront control region 96 has the highest refractive index n. ₈ Is used to control the wavefront of the light transmitted through the wavefront controller, and the refractive index n increases from the center microcell to the surrounding microcell. ₇ ~ N ₀ And gradually lowered. Thus, since the refractive index distribution becomes a distribution like a convex lens that is high in the central portion and low in the peripheral portion, the wavefront control region 96 functions as a liquid crystal lens, and controls the three-dimensional image by condensing the wavefront. Can be displayed.
[0062]
The example in which the wavefront control unit is configured by using a liquid crystal lens has been described above. However, the wavefront control unit can be configured by other wavefront control means, and a concave mirror can be used as such a configuration. . FIG. 13 is a diagram showing an example of a wavefront control type display device using a concave mirror. The light emitting points 101 made of light emitting diodes or the like are arranged in a matrix with a predetermined interval, and the concave mirrors 102 are similarly arranged in a matrix so as to correspond to one light emitting point 101. Each concave mirror 102 is configured by coating a relatively soft material such as a synthetic resin material with a coating that increases the reflectance of silver, aluminum, or the like. Each concave mirror 102 is provided with a piezoelectric element 103 as a concave mirror control unit for controlling the reflected wavefront of the concave mirror 102, and as an actuator for changing the radius of curvature of the concave mirror 101 in accordance with a signal supplied to the piezoelectric element 103. Operate. For example, in order to display an image so as to be at a distant position as depth information for a certain light emitting point 101, a signal is supplied to the piezoelectric element 103 of the corresponding concave mirror 101 to reduce the radius of curvature of the concave mirror 101. The image 104 is controlled so as to approach the concave mirror 101 side. Further, in order to display an image so as to be close, a signal is supplied to the piezoelectric element 103 of the corresponding concave mirror 101 to increase the radius of curvature of the concave mirror 101, and the position of the image 104 is moved away from the concave mirror 101. Control is performed to approach the viewer 105.
[0063]
In an example in which such a wavefront control unit is configured by the concave mirror 102, an actuator that changes the relative distance between the concave mirror 102 and the light emitting point 101 can be provided instead of the piezoelectric element 103 that operates as an actuator. is there. The member that can be moved by the actuator may be either the concave mirror 102 or the light emitting point 101.
[0064]
Since the wavefront control type display device as described above is controlled based on depth information, it is driven by a signal including depth information in addition to normal image information. Therefore, it is necessary to capture depth information in addition to normal image information when imaging a subject. By displaying an image with information including such depth information, the wavefront control type display device according to the present invention is stereoscopically displayed. It can be used as an image display device.
[0065]
FIG. 14 is a schematic diagram showing a positional relationship (a) during imaging and a positional relationship (b) during reproduction. First, at the time of imaging, optical information as two-dimensional image information is converted into an electrical signal using a required imaging element or imaging tube at the imaging position 111. For example, as shown in FIG. 14, when the spherical subject 113 and the casing subject 112 are placed so that the distance to the imaging position 111 is different, the distance to each spherical subject 113 and the casing subject 112 is set to each pixel. Measured for each distance data x ₁ , X ₂ ... x _n At the same time. The distance can be measured using, for example, infrared rays, but may be calculated and calculated from blurring of the outline or may be obtained by measuring the curvature of the wavefront. The distance information and the image information are sent together and reproduced or recorded by a reproduction device or a storage device. The recording of information including such distance information is not limited to a still image, and a moving image is also possible, and a method of processing a plurality of pixels collectively can be used to facilitate information processing. It is also possible to include contour correction and other signal processing.
[0066]
At the time of reproduction, as shown in FIG. 14B, the wavefront control type display device 114 according to the present invention is used for reproduction. Although the wavefront control type display device 114 is a flat panel type, the wavefront control unit of the wavefront control type display device 114 operates according to the distance information described above to create a three-dimensional image. In the example of FIG. 14, the spherical subject image 115 and the housing subject image 116 are reproduced based on the distance information.
[0067]
At this time, it is also possible to change the depth feeling according to the preference of the viewer. That is, the distance between the viewer of the display device and the wavefront control display device 114 is Z, and the distance to the images 115 and 116 formed by the wavefront control display device 114 is y. ₁ , Y ₂ ... y _n Then, y = x−Z. When y is a minus sign, the image pops out and is displayed. When y is a plus sign, the image is drawn and displayed. In such control, it means that the sense of depth can be changed by changing the value of y. For example, a person viewing the display device can change the value of y by operating the remote controller, and in that case, the feeling of depth can be changed according to the viewer's preference.
[0068]
Next, several configuration examples of the wavefront control type display device of the present invention will be described. 15 and 16 show examples of the wavefront control type display device 120 in which lenses are arranged on the control panel. A two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light-emitting pixels in a two-dimensional form is a three-primary-color LED module in a matrix on the surface of a substrate 125 made of a material such as a semiconductor such as silicon, glass, ceramic, or synthetic resin. 122 is formed. The primary color LED module 122 includes a green light emitting diode 123G, a blue light emitting diode 123B, and a red light emitting diode 123R, and constitutes one light emitting pixel. The green light emitting diode 123G, the blue light emitting diode 123B, and the red light emitting diode 123R are arranged in a range of 0.3 mm or less in diameter. The three primary color LED modules 122 are arranged at an interval of 1 mm pitch and constitute an array of 1024 × 1000 in the horizontal direction and the vertical direction.
[0069]
The two-dimensional image display unit composed of the substrate 125 and the three primary color LED modules 122 arranged in a matrix is opposed to the control panel 121 constituting the wavefront control unit. A plurality of lenses 124 serving as wavefront control areas are arranged on the control panel 121. Each lens 124 is arranged so as to correspond to every other pixel in the vertical and horizontal directions, and a pixel portion where the lens 124 is not arranged is shown. A non-wavefront control region is set. The lens 124 has a diameter of about 1 mm and is arranged according to the optical axis of the corresponding three primary color LED module 122. The control panel 121 constituting the wavefront control unit can operate in the p direction in the figure, which is the optical axis direction of light, and the interval s between the lens 124 and the three primary color LED modules 122 is variable by an actuator or the like.
[0070]
In such a wavefront control type display device 120, the focal length of the lens 24 is f, the distance between the lens 24 and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the lens 24 is D, and the distance between both eyes is E. When the distance between the person viewing the display device and the display device is y, control is performed so as to satisfy the above equation 3, that is, fs (E + D) ≦ Dy (s−f). Since the distance s between the lens 124 and the two-dimensional image display unit is variable, the imaging position can be changed even if the focal length of the lens 124 itself is not variable, and the three primary color LED modules 122 are sequentially pointed. By controlling the position of the lens 124 by driving the control panel 121 together with the driving, a required stereoscopic image can be displayed. When the focal distance f of the lens 124 is smaller than the distance s between the lens 124 and the two-dimensional image display unit, when displaying an image of a nearby subject, a display screen using pixels corresponding to the lens 124 is used. When the image of a distant subject is expressed, a display screen is formed using pixels that do not correspond to the lens 124. On the other hand, when the focal distance f of the lens 124 is larger than the distance s between the lens 124 and the two-dimensional image display unit, a pixel that does not correspond to the lens 124 is used to display an image of a nearby subject. When a screen is formed to represent an image of a distant subject, a display screen is formed using pixels corresponding to the lens 124.
[0071]
In the wavefront control type display device 120 of FIGS. 15 and 16, the light emitting means of the two-dimensional image display unit is an array of light emitting diodes, but other display devices such as a liquid crystal display device and a cathode ray tube are used. Also good.
[0072]
17 and 18 show examples of the wavefront control type display device 130 in which lenses are arranged on the control panel. Similar to the wavefront control type display device 120 of FIGS. 15 and 16, the two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a two-dimensional form is made of a semiconductor such as silicon, a material such as glass, ceramic, or synthetic resin. The primary color LED module 132 is formed in a matrix on the surface of the substrate 136 made of The primary color LED module 132 includes a green light emitting diode 133G, a blue light emitting diode 133B, and a red light emitting diode 133R, and constitutes one light emitting pixel. The green light-emitting diode 133G, the blue light-emitting diode 133B, and the red light-emitting diode 133R are arranged in a range within a diameter of 0.3 mm. The three primary color LED modules 132 are arranged at a pitch of 1 mm, and constitute an array of 1024 × 1000 in the horizontal direction and the vertical direction.
[0073]
The two-dimensional image display unit composed of the substrate 136 and the three primary color LED modules 132 arranged in a matrix is opposed to the control panel 131 constituting the wavefront control unit. A plurality of lenses serving as wavefront control regions are arranged on the control panel 131. Each lens includes a first lens 134 having a long focal length and a second lens 135 having a short focal length. The second lens 135 is arranged so as to correspond to every other pixel in the vertical and horizontal directions so that the second lens 135 is arranged to correspond to every other pixel in the vertical and horizontal directions, and the first lens 134 is aligned with the optical axis of the pixel not arranged. Arranged.
The first lens 134 and the second lens 135 have a diameter of about 1 mm, and are arranged in accordance with the optical axes of the corresponding three primary color LED modules 132. The control panel 131 constituting the wavefront control unit can operate in the p direction in the figure, which is the optical axis direction of light, and the interval s between the first lens 134, the second lens 135, and the three primary color LED modules 132 is an actuator. Etc.
[0074]
15 and 16, the wavefront control type display device 130 has a focal length f of the lens, a distance s between the lens and the two-dimensional image display unit, and a lens. Where D is the diameter of the eye, E is the distance between both eyes, and y is the distance between the person viewing the display device and the display device, the above equation 3, that is, fs (E + D) ≦ Dy (s−f) is satisfied. To be controlled. Since the distance s between the lens and the two-dimensional image display unit is variable, the imaging position can be changed even if the focal length of the lens itself is not variable. In addition, by driving the control panel 131 and controlling the position of the lens, a required stereoscopic image can be displayed.
[0075]
When the focal length f of the lens is smaller than the distance s between the lens and the two-dimensional image display unit, when displaying an image of a nearby subject, a display screen using pixels corresponding to the second lens 135 is used. Is formed, and a display screen is formed using pixels corresponding to the first lens 134 when an image of a distant subject is expressed. On the other hand, when the focal length f of the lens is larger than the distance s between the lens and the two-dimensional image display unit, when displaying an image of a nearby subject, display is performed using pixels corresponding to the first lens 134. When a screen is formed to represent an image of a distant subject, the display screen is formed using pixels corresponding to the second lens 135.
[0076]
In the wavefront control type display device 130 of FIGS. 17 and 18, the light emitting means of the two-dimensional image display unit is an array of light emitting diodes, but other display devices such as a liquid crystal display device and a cathode ray tube are used. In addition, it is the same as the wavefront control type display device 120 of FIGS. 15 and 16 described above.
[0077]
19 and 20 show examples of the wavefront control type display device 140 using a liquid crystal lens. Similar to the wavefront control type display device 120 of FIGS. 15 and 16, the two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a two-dimensional form is made of a semiconductor such as silicon, a material such as glass, ceramic, or synthetic resin. The primary color LED module 142 is formed in a matrix on the surface of the substrate 145 made of The primary color LED module 142 includes a green light emitting diode 143G, a blue light emitting diode 143B, and a red light emitting diode 143R, and constitutes one light emitting pixel. The green light emitting diode 143G, the blue light emitting diode 143B, and the red light emitting diode 143R are arranged in a range of 0.3 mm or less in diameter. The three primary color LED modules 142 are arranged at intervals of 1 mm pitch, and constitute an array of 1024 × 1000 in the horizontal direction and the vertical direction.
[0078]
The two-dimensional image display unit composed of the substrate 145 and the three primary color LED modules 142 arranged in a matrix is opposed to the liquid crystal device unit 148 constituting the wavefront control unit. The liquid crystal device unit 148 includes a liquid crystal layer 146 sandwiched between a pair of transparent substrates 141 and 147, and by adjusting a voltage applied to the liquid crystal layer 146, a wavefront control region 144 that functions as a lens is formed. . The wavefront control region 144 is formed around the optical axis of each of the three primary color LED modules 142 and is controlled to drive the lens in accordance with the driving method of the three primary color LED modules 142.
[0079]
Such a wavefront control type display device 140 is similar to the wavefront control type display device 120 of FIGS. 15 and 16, in which the focal length of the lens is f, the distance between the lens and the two-dimensional image display unit is s, and the lens Where D is the diameter of the eye, E is the distance between both eyes, and y is the distance between the person viewing the display device and the display device, the above equation 3, that is, fs (E + D) ≦ Dy (s−f) is satisfied. To be controlled. Since the liquid crystal lens structure is used, the imaging position can be changed and a required stereoscopic image can be displayed.
[0080]
In the wavefront control type display device 140 of FIGS. 19 and 20, the light emitting means of the two-dimensional image display unit is an array of light emitting diodes, but other display devices such as a liquid crystal display device and a cathode ray tube are used. In addition, it is the same as the wavefront control type display device 120 of FIGS. 15 and 16 described above.
[0081]
21 and 22 show examples of the wavefront control type display device 150 using a liquid crystal lens. Similar to the wavefront control type display device 120 of FIGS. 15 and 16, the two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a two-dimensional form is arranged in a matrix on the surface of a substrate 155 made of a required material. 3 primary color LED module 152 is formed. The primary color LED module 152 includes a green light emitting diode 153G, a blue light emitting diode 153B, and a red light emitting diode 153R, and constitutes one light emitting pixel. The green light-emitting diode 153G, the blue light-emitting diode 153B, and the red light-emitting diode 153R are each arranged in a range having a diameter of 0.3 mm or less. The three primary color LED modules 152 are arranged at an interval of 1 mm pitch, and constitute an array of 1024 × 1000 in the horizontal direction and the vertical direction.
[0082]
The two-dimensional image display unit composed of the substrate 155 and the three primary color LED modules 152 arranged in a matrix is opposed to the liquid crystal device unit 158 constituting the wavefront control unit. The liquid crystal device unit 158 includes a liquid crystal layer 156 sandwiched between a pair of opposed transparent substrates 151 and 157, and a wavefront control region 154 that functions as a lens is formed by adjusting a voltage applied to the liquid crystal layer 156. . In this example, the wavefront control region 154 is a large region that extends over a plurality of light emitting pixels, and is controlled so that the lens is driven according to the driving method of the three primary color LED modules 152. Since the wavefront control region 154 that functions as a lens has a large size, it is possible to increase the binocular parallax of a person who views the display device.
[0083]
Such a wavefront control type display device 150 is similar to the wavefront control type display device 120 of FIGS. 15 and 16, in which the focal length of the lens is f, the distance between the lens and the two-dimensional image display unit is s, and the lens Where D is the diameter of the eye, E is the distance between both eyes, and y is the distance between the person viewing the display device and the display device, the above equation 3, that is, fs (E + D) ≦ Dy (s−f) is satisfied. To be controlled. Since the liquid crystal lens structure is used, the imaging position can be changed and a required stereoscopic image can be displayed.
[0084]
In the wavefront control type display device 150 of FIGS. 21 and 22, the light emitting means of the two-dimensional image display unit is an array of light emitting diodes, but other display devices such as a liquid crystal display device and a cathode ray tube are used. In addition, it is the same as the wavefront control type display device 120 of FIGS. 15 and 16 described above.
[0085]
Next, an example of means for enlarging the display screen for the viewer will be described with reference to FIGS.
[0086]
FIG. 23 and FIG. 24 are diagrams when a dome-type wavefront control type display device is configured. The display portion 182 of the display device has a hollow dome shape, and is formed in a size that allows a viewer 181 to enter the inside. On the display surface 183 inside the display unit 182, a wavefront control unit composed of a liquid crystal lens is formed so as to form a dome-shaped inner wall, and a dome-shaped two-dimensional display device is also formed on the back side thereof. ing. The two-dimensional display device may have a light emitting diode array structure in which the light emitting pixels are made of, for example, semiconductor light emitting elements, and other displays such as a liquid crystal display device (LCD), an organic electroluminescent (EL) display device, an electric field, etc. Various display devices such as a light emission (Field Emission) display device, a plasma display panel (PDP) display device, an electrochromic display device, a display device using a fluorescent display tube, a display device using a cathode ray tube (CRT), etc. It may be. In the dome-type wavefront control type display device having such a structure, there is an advantage that the viewer 181 is at the center and can view a stereoscopic image, and binocular parallax can be obtained efficiently. Further, as a modified dome shape, a cylindrical shape or a bowl shape having a curvature in the horizontal direction may be used.
[0087]
Moreover, even if the shape of the display unit is a plane, it is possible to collect light rays where people are present by tilting the optical axis as shown in FIG. FIG. 25 is a schematic diagram of the flat display device, and a substantially flat screen display unit 161 has a structure in which a plurality of light emitting points 162 are arranged on the surface thereof. A lens 163 is provided as a wavefront control unit for this, but the positional relationship between the light emitting point 162 and the lens 163 is controlled so that the center point of the lens 163 is located on a line connecting the viewer 164 and the plurality of light emitting points 162. The The position of the lens 163 on the peripheral side of the substantially flat screen display unit 161 becomes larger from the light emitting point 162. Since the focal length of the lens becomes different from the central portion as it goes to the peripheral portion, signal processing may be performed to correct it. It is also possible to configure a device that detects the position of the viewer 164 and collects light at that position.
[0088]
The wavefront control type display device of FIG. 26 is a modification of the display device of FIG. 25, and the substantially flat screen display unit 171 has a structure in which a plurality of light emitting points 172 are arranged on the surface thereof. This is an example in which the lens 173 is greatly tilted in the peripheral portion. The viewer 174 can take a wide optical effective angle of view, and is particularly advantageous for stereoscopic viewing.
[0089]
27 to 30 show examples of a projection type display device. FIG. 27 shows an example in which a plane mirror 190 is provided. Light rays from the wavefront control type display device 191 that displays a three-dimensional image are reflected by the surface of the plane mirror 190 and reach the eyes of a viewer 192. Even when the light beam of the three-dimensional image is reflected by the plane mirror 190, the sense of depth reaches the viewer 192 without being lost.
[0090]
The example of the projection display device in FIG. 28 is an example using a concave mirror 200. Light rays from the wavefront control type display device 201 that displays a three-dimensional image are reflected by the surface of the concave mirror 200 and reach the eyes of the viewer 202. In the case of the concave mirror 200, it is possible to collect light.
[0091]
29 and 30 show another example of the projection type display device. The mirror 210 is constituted by micromirrors 211 arranged in a small matrix. A plurality of micromirrors 211 arranged in front of the plane plate 212 can be changed in direction by an actuator (not shown), and the light from the wavefront control type display device 213 for displaying a three-dimensional image is condensed at an arbitrary position. Is possible. In this case, the position of the viewer 214 can also be freely selected according to the condensing position of the micromirrors 211, and it is also possible for a large number of people to see simultaneously by operating each micromirror 211 continuously. Become.
[0092]
FIG. 31 shows an example of a personal dome type wavefront control type display device. A display device 220 having a shape covering the head of the viewer 221 is configured. The viewer 221 inserts the head into the display device 220 from the lower end 222 of the display device 220 to view a three-dimensional image. be able to. In the wavefront control type display device having such a structure, for example, when a small flat display of 20 inches or less is viewed at a close distance within 50 centimeters, a display of 50 inches or more is actually viewed several meters away. Will give you the same experience. In the wavefront control type display device, the manufacturing cost can be reduced, and the viewing angle can be widened to give the same sense of presence as a large screen. The personal dome shape is not limited to a hemispherical shape or a bell-like shape, and may be a cylindrical shape or a curved shape.
[0093]
【Effect of the invention】
According to the wavefront control type display device of the present invention, since the wavefront control area such as a lens corresponds to the light emission area of a plurality of light emitting pixels, it is controlled over a wide area. By controlling the wavefront, binocular parallax can be easily obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a wavefront control type display device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining binocular parallax.
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a lens diameter and a maximum projecting distance.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a dot sequential driving method in which a light emitting point moves in an example of a wavefront control type display device of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a scanning method using the dot sequential driving method.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a pseudo line-sequential driving method of the wavefront control type display device according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a line-sequential driving method of the wavefront control type display device according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a point-sequential driving method in a minute section of the wavefront control type display device according to the present invention.
9A and 9B are diagrams showing a liquid crystal lens structure of a wavefront control type display device according to the present invention, wherein FIG. 9A is a cross-sectional view of a wavefront control unit, and FIG. 9B is a plan view of the wavefront control unit.
FIG. 10 is a sectional view showing a liquid crystal lens structure of a wavefront control type display device according to the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a wavefront control unit having a multilayer structure of a wavefront control type display device according to the present invention.
FIG. 12 is a liquid crystal lens structure of a wavefront control type display device according to the present invention, wherein (a) is a plan view showing an electrode structure and a refractive index distribution, and (b) is a cross-sectional view showing a refractive index distribution. is there.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a structure using a concave mirror of the wavefront control type display device according to the present invention.
FIGS. 14A and 14B are diagrams for explaining an imaging reproduction method according to the present invention, in which FIG. 14A is a layout at the time of imaging, and FIG. 14B is a layout at the time of reproduction.
FIG. 15 is a schematic plan view of an example of a wavefront control type display device according to the present invention.
16 is a schematic cross-sectional view of the example of the wavefront control type display device shown in FIG.
FIG. 17 is a schematic plan view of another example of the wavefront control type display device according to the present invention.
18 is a schematic cross-sectional view of the example of the wavefront control type display device shown in FIG.
FIG. 19 is a schematic plan view of still another example of the wavefront control type display device according to the present invention.
20 is a schematic cross-sectional view of an example of the wavefront control type display device shown in FIG.
FIG. 21 is a schematic plan view of still another example of the wavefront control type display device according to the present invention.
22 is a schematic cross-sectional view of the example of the wavefront control type display device shown in FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a perspective view showing an example of a dome type wavefront control type display device according to the present invention.
FIG. 24 is a cross-sectional view showing another example of the dome type wavefront control type display device according to the present invention.
FIG. 25 is a schematic view showing an example of a planar wavefront control type display device according to the present invention.
FIG. 26 is a schematic view showing another example of the planar wavefront control type display device according to the present invention.
FIG. 27 is a cross-sectional view showing an example of a projection-type wavefront control type display device according to the present invention.
FIG. 28 is a cross-sectional view showing another example of a projection-type wavefront control type display device according to the present invention.
FIG. 29 is a perspective view showing a mirror portion of still another example of the projection-type wavefront control type display device according to the present invention.
30 is a cross-sectional view showing an example of the projection-type wavefront control type display device of FIG. 29. FIG.
FIG. 31 is a perspective view showing an example of a personal dome type wavefront control type display device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Two-dimensional image display
12 Wavefront controller
13 Two-dimensional image display drive circuit
14 Wavefront controller drive circuit
15 Wavefront control area
16 micro cells
20 Light emitting diode
21 Lens
24 luminous points
31 luminous point
32 Wavefront control area
33 Non-light emitting point
41 luminous points
42 Wavefront control area
43 Non-light emitting point
51 luminous points
52 Wavefront control area
53 Non-light emitting point
61 Wavefront controller
62 Microcell
63 Transparent electrode
64 Transparent electrode
65 Liquid crystal layer
71 Wavefront controller
81 Lower substrate
82 Upper substrate
83 Lower transparent electrode
84 Upper transparent electrode
85 Liquid crystal layer
86 Middle class
91 Lower transparent electrode
92 Upper transparent electrode
96 Wavefront control area
101 luminous point
102 concave mirror
103 Piezoelectric element
120 Wavefront Control Type Display Device
121 Control panel
122 Three primary color LED modules
124 lenses
125 substrates
130 Wavefront Control Display
132 Three primary color LED modules
134 First lens
135 Second lens
136 substrate
140 Wavefront Control Type Display Device
142 Three Primary Color LED Module
144 Wavefront control region
150 Wavefront Control Display
152 Three primary color LED module
154 Wavefront control region
161 Screen display
171 Screen display
182 Display
190 Plane mirror
191 Wavefront Control Display
200 concave mirror
201 Wavefront Control Type Display Device
210 mirror
213 Wavefront control type display device
220 Display device

Claims

A two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a two-dimensional manner;
Display wavefront from the two-dimensional image display unit corresponding to the light-emitting areas of a plurality of light-emitting pixels of the light- emitting pixels based on depth information about image information to be arranged and displayed facing the two-dimensional image display unit A wavefront control unit that scans a wavefront control region that simultaneously controls the wavefront,
The focal length of the wavefront control region is f, the distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the wavefront control region is D, the distance between both eyes is E, and the display device is If the distance between the viewer and the display device is y, the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f)
The reach to the wavefront control type display device.

Wavefront control type display device of the wavefront control unit according to claim 1, wherein that having a liquid crystal lens structure.

The liquid crystal lens structure micro liquid crystal cells arranged in a matrix form, and the wavefront control type display device of the small claims refractive index Ru changing of the liquid crystal cell 2 wherein.

Fine liquid crystal cell wherein the refractive index changes, of claim 3, wherein that Teisu the liquid crystal lens structure by applying a voltage which changes stepwise between the cells adjacent to the micro liquid crystal cells of the wavefront control region Wavefront control type display device.

The liquid crystal lens structure wavefront control type display device according to claim 2, wherein a plurality of liquid crystal layers that have a stacked multilayer structure.

Wavefront control type display device according to claim 1, wherein the wavefront control region that will be line-sequential driving of the wavefront control unit.

The line-sequential the wavefront control region to be driven wavefront control type display device according to claim 1, wherein also the vertical direction Ru is the horizontal direction is longer region.

Wavefront control type display device according to claim 1, wherein the wavefront control region that will be dot sequential driving of the wavefront control unit.

Wavefront control region of the wavefront control unit, the wavefront control type display device of the two-dimensional image display unit of the segment and sequentially driven Ru claim 8, wherein the point corresponding to the light emitting pixels in the micro-segment display surface.

A two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a two-dimensional manner;
Display wavefront from the two-dimensional image display unit corresponding to the light-emitting areas of a plurality of light-emitting pixels of the light-emitting pixels based on depth information about image information to be arranged and displayed facing the two-dimensional image display unit A wavefront control unit that scans a wavefront control region that simultaneously controls the wavefront,
The focal length of the wavefront control region is f, the distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the wavefront control region is D, the distance between both eyes is E, and the display device is If the distance between the viewer and the display device is y, the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f)
In the imaging reproduction method using the wavefront control type display device satisfying
Signaling distance information to the subject together with image information about the subject at the time of imaging,
During playback, the by wavefront control type display device, the together with the image information to calculate the image pop-out distance corresponding to the value of said distance information, line cormorants imaging reproducing method wavefront control according to the distance jumped out images that have been calculated.

The image pop-out distance image capturing and replaying method for a variable and is Ru claim 10, wherein the operation of the wavefront control type display device.

A two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a two-dimensional manner;
A wavefront control region that is disposed opposite to the two-dimensional image display unit and controls the wavefront of a display wavefront from the two-dimensional image display unit based on depth information about image information to be displayed, and the two-dimensional type based on the depth information. A wavefront control unit having a non-wavefront control region that does not control the wavefront of the display wavefront from the image display unit ,
The focal length of the wavefront control region is f, the distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the wavefront control region is D, the distance between both eyes is E, and the display device is If the distance between the viewer and the display device is y, the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f)
A wavefront control type display device that satisfies the requirements .

A two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a two-dimensional manner;
Based on the depth information and the first wavefront control region that is disposed opposite to the two-dimensional image display unit and controls the wavefront of the display wavefront from the two-dimensional image display unit based on the depth information about the image information to be displayed. A wavefront control unit having a second wavefront control region for controlling the wavefront of the display wavefront from the two-dimensional image display unit with a control different from the first wavefront control region ,
Each of the first and second wavefront control regions has a focal length of the wavefront control region as f, a distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit as s, a diameter of the wavefront control region as D, and binocular Is the distance between the display device and the display device, and the distance between the display device and the display device is y, the equation fs (E + D) ≦ Dy (s−f)
A wavefront control type display device that satisfies the requirements .

In a wavefront control type display device that performs wavefront control of a display screen based on depth information together with image information,
A two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a two-dimensional manner;
Display wavefront from the two-dimensional image display unit corresponding to the light-emitting areas of a plurality of light-emitting pixels of the light- emitting pixels based on depth information about image information to be arranged and displayed facing the two-dimensional image display unit A wavefront control unit that scans a wavefront control region that simultaneously controls the wavefront,
The focal length of the wavefront control region is f, the distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the wavefront control region is D, the distance between both eyes is E, and the display device is If the distance between the viewer and the display device is y, the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f)
The filling,
The wavefront control region normal direction controlled Ru wavefront control type display device to have an optical axis direction and the angle of the light emitting region of the light emitting pixels corresponding.

A two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a two-dimensional manner;
Display wavefront from the two-dimensional image display unit corresponding to the light-emitting areas of a plurality of light-emitting pixels of the light- emitting pixels based on depth information about image information to be arranged and displayed facing the two-dimensional image display unit A wavefront control unit that scans a wavefront control region that simultaneously controls the wavefront,
Possess a mirror for reflecting the display wavefront from the wavefront control unit,
The focal length of the wavefront control region is f, the distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the wavefront control region is D, the distance between both eyes is E, and the display device is If the distance between the viewer and the display device is y, the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f)
A wavefront control type display device that satisfies the requirements .

The mirror wavefront control type display device according to claim 15, wherein Ru planar or curved der.

The mirror includes a plurality of small mirrors sections arranged in a matrix, the wavefront control type display device according to claim 15, wherein the reflection direction of each small mirror parts that are controlled, respectively.

A two-dimensional image display unit configured by arranging a plurality of light emitting pixels in a dome shape or a cylindrical shape covering the user's head;
Display wavefront from the two-dimensional image display unit corresponding to the light-emitting areas of a plurality of light-emitting pixels of the light- emitting pixels based on depth information about image information to be arranged and displayed facing the two-dimensional image display unit simultaneously possess a wavefront control unit for scanning the wavefront control area where the wavefront control,
The focal length of the wavefront control region is f, the distance between the wavefront control region and the two-dimensional image display unit is s, the diameter of the wavefront control region is D, the distance between both eyes is E, and the display device is If the distance between the viewer and the display device is y, the expression fs (E + D) ≦ Dy (s−f)
A wavefront control type display device that satisfies the requirements .