JP7245434B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、インテグラル方式の表示装置に関する。

立体的な像を映し出すことができる表示装置が提案されている。特に、インテグラル方式と呼ばれる表示装置は、ディスプレイやプロジェクター群から出射された光（光線）が、複数配列されたレンズを通過することで、像を形成する。このような表示装置の従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に示されるような、表示装置は、光を出射する表示器と、この表示器に対向して配置され表示器から出射された光が通過するレンズが複数配列されたレンズアレイと、表示器を制御する制御部と、を有している。

表示器は、二次元配列された画素を備え、画素が発光することで、レンズアレイに向かって光を出射する。画素は、制御部によって制御され発光する。

レンズアレイは、画素に対応しているレンズを備え、表示器が出射した光を焦点位置に集光させ、像を形成させる。

特開２０１２－２２３０７号公報

図５を参照する。図５には、表示装置１１０及びこの表示装置１１０によって映し出された像Ｉ’が示されている。表示装置１１０は、複数の画素１２１ａから構成される表示器１２０を備えている。表示器１２０から出射される光の進行方向を基準として、表示器１２０の前方には、レンズ１３２が複数配列されたレンズアレイ１３０が配置されている。レンズアレイ１３０から像Ｉ’が結像される位置までの距離である焦点距離は、表示器１２０の光を出射する部位（画素１２１ａが発光する部位）により決まる。即ち、画素１２１ａの形状及び構造等を変化させることにより、表示装置１１０を目視している者が像Ｉ’を視認できる位置は、変わる。

図５（ａ）を参照する。図５（ａ）には、連続する５つのレンズ１３２に対応した部位に位置する画素１２１ａが発光した状態が示されている。ここで、表示器１２０からレンズアレイ１３０までの距離をｆとする。表示器１２０から出射した光が、レンズアレイ１３０を通過し結像する場合に、レンズアレイ１３０から結像した像Ｉ１’までの距離である焦点距離Ｌ１’は、例えば、４ｆである。

図５（ｂ）を合わせて参照する。図５（ｂ）には、並べられたレンズ１３２のうち、一つおきに光が通過した状態が示されている。発光する画素１２１ａの間隔が広がることで、表示器１２０から出射された光の焦点距離Ｌ２’は、例えば、８ｆとなる。即ち、発光する画素１２１ａによって、焦点距離が変わり、像Ｉ’を遠くの位置に投影することができる。

上記の例では、表示装置１１０により投影される像Ｉ１’、Ｉ２’は、４ｆの倍数の位置でしか投影することができない。

表示装置を用いてより細かな表現を行おうとした場合には、表示器の画素密度を高め、このような表示器に対応させてレンズが細かく配列されたレンズアレイを用いることが考えられる。しかし、画素密度の高い表示器やレンズが細かく配列されたレンズアレイは、高価である。このため、これらの部品を用いた表示装置は、高価となる。

本発明は、安価でありながら、より細かな表現のできる表示装置の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、光を出射する表示器と、この表示器に対向して配置され前記表示器から出射された光が通過するレンズが複数配列されたレンズアレイと、前記表示器を制御する制御部と、を有する表示装置であって、
前記制御部は、前記表示器に対して垂直に延びる光軸を基準として、前記光軸上の異なる位置に同じ像を連続して切り替えながら投影するよう、前記表示器を制御し、
前記光軸上の異なる位置に投影される像のうち、前記表示装置を視認する者が認識する残像に近い像を投影する時間が前記残像に遠い像を投影する時間よりも長い、ことを特徴とする表示装置が提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記制御部は、前記光軸上の異なる位置に投影される像の明度をそれぞれ変化させるよう、前記表示器を制御する。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記制御部は、前記光軸上の異なる位置に投影される像の色相をそれぞれ変化させるよう、前記表示器を制御する。

請求項４に記載のごとく、好ましくは、前記制御部は、前記光軸上の異なる位置に投影される像の色相をそれぞれ変化させるよう、前記表示器を制御する。

請求項１に係る発明では、制御部は、表示器に対して垂直に延びる光軸を基準として、光軸上の異なる位置に同じ像を連続して切り替えながら投影するよう、表示器を制御している。表示装置を目視している者は、制御部により像が連続して切り替えられることにより、結像した像と像との間の位置に像が結像されているように認識する。即ち、結像した像と像との間の位置に、残像を認識させることができる。残像を利用することにより、より細かな表現を可能とした。これにより、安価でありながら、より細かな表現のできる表示装置を提供することができる。

請求項２に係る発明では、制御部は、光軸上の異なる位置に投影される像の明度をそれぞれ変化させるよう、表示器を制御する。残像の認識される位置をより細かく制御し、より細かな表現のできる表示装置を提供することができる。

請求項３に係る発明では、光軸上の異なる位置に投影される像の色相をそれぞれ変化させるよう、表示器を制御する。残像の認識される位置をより細かく制御し、より細かな表現のできる表示装置を提供することができる。

請求項４に係る発明では、制御部は、光軸上の異なる位置に投影される像の彩度をそれぞれ変化させるよう、表示器を制御する。残像の認識される位置をより細かく制御し、より細かな表現のできる表示装置を提供することができる。

本発明の実施例による表示装置の斜視図である。 図１の２－２断面図である。 図１に示された表示装置の作用を説明する図である。 図１に示された表示装置が投影する像の明度・色相・彩度を変化させた場合の作用を説明する図である。 従来の表示装置を用いて像を表示させる際の問題点を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、説明中、左右とは、表示装置をレンズアレイ側から見た状態を基準として左右をいい、前後とはレンズアレイを基準に表示器が出射する光の進行方向を前として前後をいう。また、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｌｅは左、Ｒｉは右、Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。
＜実施例＞

図１を参照する。表示装置１０は、光を出射する表示器２０と、この表示器２０に対向して配置され表示器２０から出射された光が通過可能なレンズアレイ３０と、表示器２０を制御する制御部１１と、から成る。

図２を参照する。表示器２０には、例えば、平面ディスプレイを用いることができる。表示器２０は、レンズアレイ３０に向かって光を出射する画素ユニット２１を複数有し、制御部１１によって制御され、光を出射する。表示器２０が出射する光は、画素ユニット２１が出射する光の束である。

画素ユニット２１は、レンズアレイ３０に対向して複数配列されている。画素ユニット２１は、２次元配列された複数の画素２１ａによって構成されている。画素ユニット２１は、画素２１ａが発光することによって、レンズアレイ３０に向かって光を出射する。

画素２１ａは、赤・緑・青の副画素により構成され、副画素が光を発することにより発光する。画素２１ａは、それぞれの副画素が発する光の組み合わせによって、明度、色相、彩度を異ならせて発光する。

レンズアレイ３０は、ベース部３１と、このベース部３１に複数設けられると共に画素ユニット２１に対応して配列されているレンズ３２と、を有する。レンズアレイ３０の材質は、例えば、フューズドシリカ、光学ガラス、プラスチック等によってなる。

レンズアレイ３０は、表示器２０から出射された光を通過させ焦点位置に第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２を形成させる。

レンズ３２は、画素ユニット２１から出射された光を通過させ光の進行方向を焦点位置の方向に変える。なお、レンズ３２は、光の進行方向を焦点位置の方向に変えることができるものであればよく、凸形状に限られず、凹形状、球面形状、非球面形状等も採用することができる。

次に、本発明の作用を説明する。

表示装置１０は、表示器２０から出射された光をレンズアレイ３０を通過させることで、第１の投影像（像）Ｉ１及び第２の投影像（像）Ｉ２を投影させる。ここで、第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２は、表示器２０に対して垂直に延びる光軸Ａ上に投影された同じ像である。第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２は、光軸Ａの異なる位置（焦点距離Ｌ１、Ｌ２の位置）にそれぞれ投影される。

なお、光軸Ａは、略平行に配置された表示器２０及びレンズアレイ３０に対して、垂直に交わるように延びている、ということもできる。

表示器２０が第１の投影像Ｉ１を投影させる光を出射する場合、制御部１１は、ベース部３１に配列されているレンズ３２を通過する光が連続して隣り合うレンズ３２を通過するように画素２１ａの発光を制御する。即ち、制御部１１は、光を出射する画素ユニット２１が連続するよう画素２１ａの発光を制御する。

表示器２０が第２の投影像Ｉ２を投影させる光を出射する場合、制御部１１は、ベース部３１に並べられたレンズ３２のうち、一つおきに光が通過するよう画素２１ａの発光を制御する。即ち、制御部１１は、光を出射する画素ユニット２１が一つおきになるよう画素２１ａの発光を制御する。

制御部１１は、光軸Ａ上の異なる位置に第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２を連続して切り替えながら投影させるよう、表示器２０を制御する。このとき、制御部１１は、第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２の明度・色相・彩度を変化させるよう、合わせて表示器２０の制御を行う。

第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２を連続して切り替えながら投影させることにより、表示装置１０を見た者は、第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２の間（レンズアレイ３０から残像Ｉ３までの距離Ｌ３の位置）に残像Ｉ３を認識する。

図３を参照する。図３には、表示装置１０が光軸Ａ上に第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２を交互に投影させ、第１の投影像Ｉ１と第２の投影像Ｉ２との間に残像Ｉ３を視認させている図が示されている。

図３中の（ａ１）～（ａ３）には、横軸が時間で、縦軸がＯＮ／ＯＦＦとなっている図が上下に示されている。上が第２の投影像Ｉ２に対応し、下が第１の投影像Ｉ１に対応している。ここでＯＮとは、像が投影されている状態を指し、ＯＦＦとは、像が投影されていない状態を指す。

図３中の（ｂ１）～（ｂ３）には、（ａ１）～（ａ３）に示されているＯＮ／ＯＦＦの信号よって投影された第１の投影像Ｉ１、第２の投影像Ｉ２、及び、視認される残像Ｉ３が示されている。

図３（ａ１）を参照する。制御部は、第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２が同時にＯＮとならないよう各投影像Ｉ１、Ｉ２を切り替え、第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２が同時にＯＦＦとならないよう各投影像Ｉ１、Ｉ２を切り替えるように制御している。図３（ａ１）において、第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２のＯＮの時間の長さは、同一である。第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２のＯＮの時間の長さは、例えば、２／２４０秒である。

図３（ｂ１）を合わせて参照する。第１の投影像Ｉ１がＯＮの時、表示器２０は、ベース部３１に配列されているレンズ３２を通過する光が連続して隣り合うレンズ３２を通過するよう光を出射する。この時、表示装置１０は、第１の投影像Ｉ１を投影する。

第２の投影像Ｉ２がＯＮの時、表示器２０は、ベース部３１に配列されたレンズ３２のうち、一つおきに通過する光を出射する。この時、表示装置１０は、第２の投影像Ｉ２を投影する。

第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２のＯＮ／ＯＦＦを連続して交互に切り替えることにより、表示装置１０は、第１の投影像Ｉ１と第２の投影像Ｉ２との間に残像Ｉ３を視認させることができる。第１の投影像Ｉ１及び第２の投影像Ｉ２のＯＮの時間の長さが同一である場合に、表示装置１０を視認する者は、第１の投影像Ｉ１と第２の投影像Ｉ２の真ん中に像が投影されているように、残像Ｉ３を認識する。

図３（ａ２）を参照する。図３（ａ１）と比べて、第１の投影像Ｉ１をＯＮにしている時間が長く、第２の投影像Ｉ２をＯＮにしている時間が短い。例えば、第１の投影像Ｉ１をＯＮにしている時間は３／２４０秒であり、第２の投影像Ｉ２をＯＮにしている時間は１／２４０秒である。

図３（ｂ２）を参照する。表示装置１０は、長い時間投影される第１の投影像Ｉ１と短い時間投影される第２の投影像Ｉ２とを交互に切り替えて投影している。この場合、表示装置１０を視認する者は、第１の投影像Ｉ１と第２の投影像Ｉ２のうち、真ん中よりも第１の投影像Ｉ１に近い位置に像が投影されているように、残像Ｉ３を認識する。即ち、レンズアレイ３０から残像Ｉ３までの距離Ｌ３を短くすることができる。

図３（ａ３）を参照する。図３（ａ１）と比べて、第１の投影像Ｉ１をＯＮにしている時間が短く、第２の投影像Ｉ２をＯＮにしている時間が長い。例えば、第１の投影像Ｉ１をＯＮにしている時間は１／２４０秒であり、第２の投影像Ｉ２をＯＮにしている時間は３／２４０秒である。

図３（ｂ３）を参照する。表示装置１０は、長い時間投影される第２の投影像Ｉ２と短い時間投影される第１の投影像Ｉ１とを交互に切り替えて投影している。この場合、表示装置１０を視認する者は、第１の投影像Ｉ１と第２の投影像Ｉ２のうち、真ん中よりも第２の投影像Ｉ２に近い位置に像が投影されているように、残像Ｉ３を認識する。即ち、レンズアレイ３０から残像Ｉ３までの距離Ｌ３を長くすることができる。

図４を参照する。図４には、制御部によって明度・色相・彩度を制御した際の残像Ｉ３の認識される位置が示されている。なお、制御部１１は、図３（ａ１）に示されたように、各投影像Ｉ１、Ｉ２の投影される時間がそれぞれ同じ長さとなるよう、各投影像Ｉ１、Ｉ２を切り替えている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、各投影像Ｉ１、Ｉ２の投影される長さが同じであっても、明度・色相・彩度を制御することにより、残像Ｉ３を各投影像Ｉ１、Ｉ２の真ん中よりも第１の投影像Ｉ１に近い位置に認識させたり（図４（ｂ）参照）、残像Ｉ３を各投影像Ｉ１、Ｉ２の真ん中よりも第２の投影像Ｉ２に近い位置に認識させたり（図４（ａ）参照）することができる。

次に、本発明の効果を説明する。

図３を参照する。制御部１１は、表示器２０に対して垂直に延びる光軸Ａを基準として、光軸Ａ上の異なる位置に同じ像Ｉ１、Ｉ２を連続して切り替えながら投影するよう、表示器２０を制御している。表示装置１０を目視している者は、制御部１１により像Ｉ１、Ｉ２が連続して切り替えられることにより、結像した像Ｉ１と像Ｉ２との間の位置に像が結像されているように認識する。即ち、結像した像Ｉ１と像Ｉ２との間の位置に、残像Ｉ３を認識させることができる。残像Ｉ３を利用することにより、より細かな表現を可能とした。これにより、安価でありながら、より細かな表現のできる表示装置１０を提供することができる。

図４を参照する。制御部１１は、光軸Ａ上の異なる位置に投影される像Ｉ１、Ｉ２の明度・色相・彩度をそれぞれ変化させるよう、表示器２０を制御する。残像Ｉ３の認識される位置をより細かく制御し、より細かな表現のできる表示装置１０を提供することができる。

なお、本発明による表示装置１０は、レンズアレイ３０に対して前方に投影される像Ｉ１、Ｉ２を例にして説明した。しかし、投影される像Ｉ１、Ｉ２の位置は、前方に限られない。即ち、本発明は、レンズアレイ３０を基準として投影される像Ｉ１、Ｉ２が後方となるような形式の表示装置１０であってもよい。

また、複数の画素２１ａを備える表示器２０を例にして説明した。しかしながら、表示器２０は、複数のプロジェクター群を有するものから構成されていても良い。即ち、表示器２０は、複数の光の束を出射することができるものであれば良い。

更に、表示装置１０は、レンズアレイ３０の前方に投影される像Ｉ１、Ｉ２を所定の大きさにさせる光学素子（レンズ）を配置しても良い。これにより、残像Ｉ３を所定の大きさにすることもできる。

即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明の表示装置１０は、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ、パソコン用ディスプレイ装置、家庭用テレビに適用するのに好適である。

１０…表示装置
１１…制御部
２０…表示器
３０…レンズアレイ
Ｉ１…第１の投影像（像）
Ｉ２…第２の投影像（像）
Ｉ３…残像
Ａ…光軸

Claims (4)

1. 光を出射する表示器と、この表示器に対向して配置され前記表示器から出射された光が通過するレンズが複数配列されたレンズアレイと、前記表示器を制御する制御部と、を有する表示装置であって、
   前記制御部は、前記表示器に対して垂直に延びる光軸を基準として、前記光軸上の異なる位置に同じ像を連続して切り替えながら投影するよう、前記表示器を制御し、
   前記光軸上の異なる位置に投影される像のうち、前記表示装置を視認する者が認識する残像に近い像を投影する時間が前記残像に遠い像を投影する時間よりも長い、ことを特徴とする表示装置。
2. 前記制御部は、前記光軸上の異なる位置に投影される像の明度をそれぞれ変化させるよう、前記表示器を制御することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記制御部は、前記光軸上の異なる位置に投影される像の色相をそれぞれ変化させるよう、前記表示器を制御する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。
4. 前記制御部は、前記光軸上の異なる位置に投影される像の彩度をそれぞれ変化させるよう、前記表示器を制御することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の表示装置。

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