JP5749444B2 - 表示装置、電子機器、携帯用電子機器、携帯電話、及び撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る表示装置においては、複数の光射出点群の各々の光射出点群は複数の光射出点を有し、各々の光射出点群の像が複数のレンズにて結像して複数の光射出点群の像が重ねて投影されることが好ましい。
Lp/Pp=(Ff−F)/Ff ・・・(2)
但し、
Ffは前記複数のレンズと前記光射出点群の像との距離、
Fは前記複数のレンズの焦点距離、
である。
カメラではレンズの絞りを絞ると被写界深度が拡大し、手前から奥まで焦点の合った写真を撮ることが出来ることが知られている。従って、眼の瞳を人為的に絞ることにより被写界深度を拡大して、老眼では焦点の合わせにくい近点にも焦点を合わせることが出来る。本発明は等価的に眼の瞳を絞ったことになる表示装置、或いは、それを搭載した表示ユニット、電子機器、携帯電話、及び撮像装置を提供する。
図1に本発明に係る表示方法の考え方を示す。図1は、第1実施形態に係る表示装置の構成を示す斜視図である。図1において、レンズ103は表示を観察する者(観察者)の眼のレンズ、103aは眼103の瞳である。もちろん、瞳103aとは、眼のレンズ103の開口のことである。また、101a、101b、101cは光射出点群を示している。光射出点群は、少なくとも1つの光射出点で構成されていればよい。図1では、光射出点群101a、101b、101cの各々は、1つの光射出点で構成されているので、光射出点と称して説明する。表示装置は101a、101b、101c、102a、102b、102cで構成されている。
光射出点101a、101b、101cから射出される光は、レンズ102a、102b、102cによって、瞳103aに、それぞれの像が重なるように投影される。そのため、レンズ102a、102b、102cのピッチ(間隔)は、光射出点101a、101b、101cから射出される光が瞳103aの位置で重なるように設定される。すなわち、図1から明らかなようにレンズのピッチと光射出点のピッチの比は、瞳103aからレンズ102bまでの距離と瞳103aから光射出点101bまでの距離との比に設定される。瞳103aに投影される光射出点101a、101b、101cの像の大きさ104は、瞳103aの径より小さく設定される。すなわち瞳103aを通過する光束(大きさ104)は瞳103aより小さい。
但し老眼の人の目の場合、焦点は網膜105上に合わない。しかし、画素であるレンズ102a、102b、102cの結像に関しては瞳103aより小さい光束(大きさ104)を用いているので、焦点深度の深い像が形成される。よって、観察者は、容易に焦点の合った画像を見ることが出来る。これに関しては図3を用いて後述する。
レンズ102と光射出点群の像との距離をFf、レンズ102と光射出点101との距離をFbとする。レンズ2の焦点距離をFとすると、次式(4)が成り立つ。
1/Ff+1/Fb=1/F ・・・(4)
Lp/Pp=Ff/(Ff+Fb)=(Ff−F)/Ff ・・・(5)
図4は第2実施形態に係る表示装置の構成を示す斜視図である。この表示装置は、レンズ102a、102b、102cと、光射出点群121a、121b、121cと、を有している。光射出点群121a、121b、121cは、それぞれ複数の光射出点123a、123b、123cを有する。また、光射出点群121a、121b、121cは、情報画素或いはサブ情報画素に該当する。光射出点群121a、121b、121cは、それぞれ、レンズ102a、102b、102cと一対一で対応しているようにみえるが、観察者の瞳が光射出点群像122aの位置にある場合は、光射出点群121a、121bがレンズ102b、102cに対応する。なお、各光射出点群に含まれる光射出点は、第1、第2実施形態のように1つであってもよい。また、第1実施形態に係る表示装置と同様の部材については同じ参照符号を使用し、その詳細な説明は省略する。
Lp/Pp=Ff/(Ff+Fb)=(Ff−F)/Ff ・・・(5)
Ffは、レンズ102bから光射出点群の像122bまでの距離、
Fbは、光射出点群121bとレンズ102bとの距離、
Fは、レンズ102bの焦点距離、
である。
なお、光射出点群121a、121b、121cをR(赤)、G(緑)、B(青)にそれぞれ対応させれば、観察者はカラー画像を観察できる。なお、光射出点群の間に隙間があるように描かれているが、説明の便宜上のもので、実際には不必要な隙間が無いのは、言うまでもない。
図5(a)に示すように、瞳103a上の投影像125が、観察者の眼の瞳103aに対して適切な大きさの場合は、瞳103aに1つの光射出点の像(瞳103aより小さい大きさの像)が形成される。この場合、瞳よりも小さい光束が入るので、被写界深度の拡大効果が生じる。図5(a)では、光射出点の瞳103a上での投影像125が、図3における瞳103a上での光束113、114の大きさに相当する共に、網膜105上での広がりに相当する。
光束径をΦ、波長をλとすると、眼の角解像力θは、次式(6)で求められる。
変形例の表示装置は、マイクロレンズアレイ127と光射出点群128を備える。マイクロレンズアレイ127は、複数のレンズ127’で構成されている。光射出点群128は複数あり、それぞれが、レンズ127’に対応して設けられている。
Lpx=PpxFf/(Ff+Fb)=Ppx(Ff−F)/Ff ・・・(9)
Lpy=PpyFf/(Ff+Fb)=Ppy(Ff−F)/Ff ・・・(10)
ここで、
Ffは、レンズ102bから光射出点群の像122bまでの距離、
Fbは、光射出点群128とレンズ127’との距離、
Fは、レンズ102bの焦点距離、
である。
なお、表示デバイスとして液晶パネルを用いたときは、その各情報画素に各光射出点群128が対応する。有機ELデバイスの場合は、有機ELデバイスで各光射出点群128を形成することができる。
また、その他の構成、作用、効果については、第1実施形態と同様である。
観察者までの距離をFf、レンズによる投影倍率をmとすると、レンズと光射出点との距離(後側焦点位置)Fbは、Fb=Ff/mとなり、レンズの焦点距離Fは、Fb×Ff/(Ff+Fb)となる。なお、レンズと眼のレンズまでの距離L、すなわち観察者までの距離Lがレンズと光射出点群の像までの距離Ffと等しい(Ff=L)理想的な場合を想定している。
光射出点の大きさを2μmとして、観察者の瞳に1mmの投影像を入射させるには、レンズの投射倍率は500倍となる。観察者までの距離を300mmとすると、レンズの焦点距離は0.599mmとなる。光射出点はレンズの後側焦点位置0.6mmに置かれる。レンズの焦点距離が小さいので300mm先に投影する場合、無限投影とほぼ同じになる。互いに最も近接する光射出点の間隔を6μmとすると、観察者の位置では3mm間隔となる。瞳を3mm移動すると隣の光射出点の投影像による光束で画像を見ることになる。
図7に、三色のR(赤)、G(緑)、B(青)カラー表示の表示装置構成の詳細を示す。図7は、第3実施形態に係る表示装置のマイクロレンズアレイと光射出点群を示す斜視図である。
図7において、1つの光射出点群132は、1つの情報画素135に対応している。情報画素135は、サブ情報画素134R、134G、134Gで構成されている。サブ情報画素134R、134G、134Gの各々は短冊状で、R,G,Bの色に対応している。このような構造(並び)は、LCD等のカラー表示でよく見られるストライプ型のカラー表示の色の並びと同じである。そしてサブ情報画素134R、134G、134Bの中には少なくとも1つの光射出点133が設けられている。本実施形態では、3つの光射出点133が各サブ情報画素に設けられている。また、その光射出点133の配置は、いずれのサブ情報画素134R、134G、134Bも同一の配置である。サブ情報画素134R、134G、134Bは、新たな光射出点群を形作っている。情報画素135は正方形が好ましく、短冊状のRGBのサブ情報画素134R、134G、134Bは横幅が縦幅の1/3となっている。
なお、光射出点群のピッチとマイクロレンズアレイのレンズのピッチの関係は、先の実施形態と同様である。
Lpy=PpyFf/(Ff+Fb)=Ppy(Ff−F)/Ff ・・・(10)
上式(9)、(10)より、短冊状のレンズの大きさは59.4×178.2μmとなる。短冊状のレンズによって投影される光射出点133の光束径は、回折によって広がり、約2.78mmとなる。この広がりは、通常の眼の瞳径3mmよりも小さいので被写界深度の拡大効果がある。
なお、色再現性を良くするためにR、G、Bにもう一色加えることも考えられる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第1実施形態と同様である。
図8(a)は、第4実施形態に係る表示ユニットのマイクロレンズアレイと光射出点群の構造を示す、レンズ側から見た斜視図、(b)は光射出点群側から見た斜視図である。第4実施形態の表示ユニットは、2以上の任意の数のレンズを用いて構成できるが、ここではそのうち3×3個の例を示している。
なお、その他の構成、作用、効果については、第1実施形態と同様である。
ところで、最近のLCDの高精細化に伴い、情報画素の大きさは一辺90μm程度になっている。この場合、サブ情報画素の大きさは30×90μmとなる。このようなサブ情報画素の微細化に対応させてレンズを小さくすると、光射出点の投影像の回折による広がりにより、眼の瞳より小さな径の投影像を形成できないという課題が生じる。
LCDや有機EL等の情報画素141は、短冊状のサブ情報画素で構成されている。サブ情報画素のおのおのには、R、G、Bの色が割り当てられr、サブ情報画素R1、G1、B1、R2、G2、B2、R3、G3、B3、R4、G4、B4がこの順に並んでいる。これらのサブ情報画素はRGBの順の繰り返しとなっているが、RGB以外の並びの繰り返しでも良い。これらの各サブ情報画素上には、少なくとも1つの光射出点が設けられている。また、レンズの大きさ・形状は情報画素を構成する2つのサブ情報画素を合わせた大きさ・形状と同じにしている。
以上により、既存のFPDのRGB配列を変更することなく、回折による光射出点の投影像の広がりを抑制し、被写界深度効果を維持できる。すなわち、既存のFPDを情報画素として用いることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第1実施形態と同様である。
図11にサブ情報画素を4つ合わせて情報画素とし、この情報画素に1つのレンズを対応させた例を示す。図11は、第6実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。
LCDや有機EL等の情報画素151は、短冊状のサブ情報画素で構成されている。サブ情報画素のおのおのには、R、G、Bの色が割り当てられ、サブ情報画素がR1、G1、B1、R2、G2、B2、R3、G3、B3、R4、G4、B4が、この順に並んでいる。このサブ情報画素上に少なくとも1つの光射出点が設けられている。また、レンズの大きさ・形状は情報画素を構成する4つのサブ情報画素を合わせたものと同じにしている。
先に述べたように網膜で観察する画素はレンズの像である。図12では、レンズ154a、154b、154cを、それぞれG1、B2、R4のサブ情報画素(より詳しくは光射出点)からの光束が通過する。そのため、レンズ154a、154b、154cが網膜上で結像されると、そこにR、G、Bの像が形成される。すなわち、観察者は、RGBのカラー画像を見ることが出来る。例えば、高精細のLCDの情報画素の大きさを一辺90μmとするとRGBのサブ情報画素は30×90μmであるが、4つ合わせると120×90μmの複合画素となる。すなわちPpx=120、Ppy=90となる。これを先の実施形態と同様にF=2.97mmのレンズで300mm先の瞳156に投影する場合は、これに対応するレンズは118.8×89.1μmの矩形状のレンズである。レンズの開口径が大きくなったので回折による広がりは1.4mmに抑えられる。
図13にサブ情報画素を3つ合わせて情報画素とし、この情報画素に1つのレンズを対応させた例を示す。すなわちR、G、Bのサブ情報画素を含む通常の情報画素にレンズを対応させる。ただし、情報画素内でのR、G、Bの並びを変化させる。ここで、図13は、第7実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。図14は、第7実施形態の表示装置、及び、この表示装置によって観察される画像を示す図である。
なお、観察できる画素数が1/3に減少するが、レンズの径が小さくならないので明るさは減少しない。
なお、その他の構成、作用、効果については、第1実施形態と同様である。
図15には上述の表示装置を適用した撮像装置の一例であるデジタルカメラを示している。図15は、第8実施形態に係るデジタルカメラを示す斜視図である。
デジタルカメラ171は、その前面に図示しない撮像レンズを備えている。レリースボタン172、モードボタン173、表示装置174が設けられている。使用者(観察者)は撮像レンズを通して撮像された像を表示装置174で確認しながらレリースボタン172を押して撮影を行う。
なお、表示装置のその他の構成、作用、効果については、上述の実施形態と同様である。
図16に上述の表示装置を適用した携帯電子機器の一例として携帯電話を示している。図16は、第9実施形態に係る携帯電話を示す斜視図である。
携帯電話181は、通話スイッチや文字入力用のテンキー183や表示装置182を備えている。携帯電話181は、電話だけでなく、メールやインターネット接続による情報取得のため表示装置182を備えている。
なお、表示装置のその他の構成、作用、効果については、上述の実施形態と同様である。
図17は、第10実施形態に係るカラー表示のためのサブ情報画素の配置例を示す図である。
カラー表示の画素配置には、上述の短冊状(ストライプ)のほかに、ダイアゴナル配置(図17(a))とデルタ配置(図17(b))がある。これらの場合もサブ情報画素192、197を4つ合わせて1つの情報画素191、196(光射出点群)として1つのレンズに対応させることができる。したがって、図17のように4つの画素192、197(サブ情報画素)を1つの画素レンズに対応させることにより観察者の瞳上でRGBを重ねることができる。レンズの開口径が大きくなったので回折による広がりを抑えられる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第1実施形態と同様である。
101a、101b、101c 光射出点
102 レンズ
102a、102b、102c レンズ
103 眼のレンズ
103a 瞳
104 光束
105 網膜
105a、105b 近傍
106a、106b、106c 像
107a、107b、107c、107d 光線
108a、108b、108c、108d 光線
109a、109b 光射出点
110a、110b 光束
111、112、113、114 光束
121a、121b、121c 光射出点群
122a、122b、122c 光射出点群像
123a、123b、123c 光射出点
124a、124b、124c 投影像
125 投影像
127 マイクロレンズアレイ
128 光射出点群
131 マイクロレンズアレイ
132 光射出点群
133 光射出点
134R、134G、134B サブ情報画素
135 情報画素
137 マイクロレンズアレイ
138 光射出点群
141 情報画素
142 マイクロレンズアレイ
144a、144b、144c 光射出点群
145 近傍
146 眼の瞳
147 画像
151 情報画素
152 マイクロレンズアレイ
154a、154b、154c レンズ
155 近傍
156 眼の瞳
157 画像
161 情報画素
162 マイクロレンズアレイ
164a、164b、164c レンズ
165 近傍
166 眼の瞳
167 画像
171 デジタルカメラ
172 レリースボタン
173 モードボタン
174 表示装置
181 携帯電話
182 表示装置
183 テンキー
184 カメラモードスイッチ
191 情報画素
192 サブ情報画素
196 情報画素
197 サブ情報画素
Claims (23)
- 発散光束を射出する複数の光射出点群と、
該光射出点群を投影する複数のレンズを2次元状に備えたマイクロレンズアレイと、
を備える表示装置において、
該光射出点群は、複数の発光点である光射出点、もしくは発光部と該発光部の近傍に配置された複数の微小開口を有する開口部材とにより形成される光射出点を有し、
複数の該光射出点群は、少なくともR、G、Bの三色の表示光を発し、
該マイクロレンズアレイを構成するそれぞれのレンズは、表示光である該光射出点群からの該発散光束を収斂光束に変換し、複数の該光射出点の各々の像を、観察者の眼の瞳において結像し、
且つ該マイクロレンズアレイを構成する該それぞれのレンズは、結像された複数の該光射出点の各々の像を、該観察者の眼の瞳において重ねて投影し、
該マイクロレンズアレイを構成する該それぞれのレンズは、各々の該光射出点と、重ねて投影される該光射出点の各々の像と、が光学的に共役関係となる位置に配置され、
該マイクロレンズアレイを構成する該それぞれのレンズは、該観察者の眼のレンズによる該それぞれのレンズの投影像が、該観察者の眼の網膜近傍に結像される位置に配置され、
該マイクロレンズアレイを構成する該それぞれのレンズにより結像された該光射出点の像の直径は、0.5mmから2.8mmであることを特徴とする表示装置。 - 前記複数の光射出点群の各々の光射出点群は複数の該光射出点を有し、各々の該光射出点群の像が前記複数のレンズにて結像して該複数の光射出点群の像が重ねて投影されることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 該光射出点群のピッチPpと該レンズのピッチLpが次式(2)を満たすことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の表示装置。
Lp/Pp=(Ff−F)/Ff ・・・(2)
但し、
Ffは前記複数のレンズと前記光射出点群の像との距離、
Fは前記複数のレンズの焦点距離、
である。 - 異なる色のサブ情報画素で構成される情報画素を有し、該サブ情報画素が該光射出点群に対応しており、さらに該サブ情報画素に対応して少なくとも1つのレンズが設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の表示装置。
- 該光射出点が異なる色のサブ情報画素に設けられ、該光射出点が投影像で重なるように複数のサブ情報画素で1つの該光射出点群を形成し1つのレンズに対応させていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
- 該情報画素が同じ繰り返しの三色のサブ情報画素で構成され、該光射出点がそれぞれのサブ情報画素に設けられ、該光射出点群を形成するサブ情報画素の数が2つ或いは4つであることを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
- 該情報画素が異なる順序の三色のサブ情報画素で構成され、該光射出点がそれぞれのサブ情報画素に設けられ、該光射出点群を形成するサブ情報画素の数が3つであることを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
- 該マイクロレンズアレイの有効寸法が該情報画素を有する表示デバイスの表示寸法に等しいか、或いは大きいことを特徴とする請求項4から請求項7のいずれか1項に記載の表示装置。
- 該サブ情報画素の形状が短冊状であることを特徴とする請求項4から請求項8のいずれか1項に記載の表示装置。
- 該サブ情報画素2つに対して該レンズが1つ設けられていることを特徴とする請求項4から請求項9のいずれか1項に記載の表示装置。
- 該サブ情報画素3つに対して該レンズが1つ設けられていることを特徴とする請求項4から請求項9のいずれか1項に記載の表示装置。
- 該サブ情報画素4つに対して該レンズが1つ設けられていることを特徴とする請求項4から請求項9のいずれか1項に記載の表示装置。
- 該複数のレンズの径が50μm以上であることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の表示装置。
- 該情報画素に液晶表示デバイスを用いることを特徴とする請求項4から請求項13のいずれか1項に記載の表示装置。
- 該液晶表示デバイスの光源がLED或いはLDであることを特徴とする請求項14に記載の表示装置。
- 該情報画素に有機ELデバイスを用いることを特徴とする請求項4から請求項13のいずれか1項に記載の表示装置。
- 請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の表示装置を備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の表示装置を備えることを特徴とする携帯用電子機器。
- 請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の表示装置を備えることを特徴とする携帯電話。
- メール機能を備えることを特徴とする請求項19に記載の携帯電話。
- カメラ機能を備えたことを特徴とする請求項19に記載の携帯電話。
- 請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の表示装置を備えることを特徴とする撮像装置。
- 撮影条件を設定するスイッチが設けられたことを特徴とする請求項22に記載の撮像装置。
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