KR20110107815A

KR20110107815A - 공간상 표시 장치

Info

Publication number: KR20110107815A
Application number: KR1020117016339A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 야마다; 스나오 아오끼
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2011-10-04
Also published as: CN102282500A; US8369018B2; JP2010169847A; TW201033959A; WO2010084829A1; US20110255170A1; EP2381293A1

Abstract

실재감이 우수하면서 고정밀한 공간상의 형성이 가능한 공간상 표시 장치를 제공한다. 공간상 표시 장치(10A)는, 복수의 화소(22)를 갖고 영상 신호에 따른 2차원 표시 화상을 생성하는 표시부(2)와, 화소(22)의 각각에 대응하여 설치되고, 화소(22)의 각각을 통과하는 광을 집광하는 복수의 마이크로렌즈(11)로 이루어지는 제1 렌즈 어레이(1)와, 이 제1 렌즈 어레이(1)를 통과하여 집광된 광을 평행광 혹은 수렴광으로 변환하여 사출하는 제2 렌즈 어레이(3)를 구비한다. 표시부(2)의 각 화소(22)를 투과하는 광은 제1 렌즈 어레이(11)에 의해 집광된 후, 제2 렌즈 어레이(3)를 향한다. 이로 인해, 각 화소(22)로부터 제2 렌즈 어레이(3)에 입사하는 광은 마치 점 광원으로부터 사출된 광과 같이 행동하여, 제2 렌즈 어레이(3)에 있어서 평행광 또는 수렴광으로 용이하게 변환된다.

Description

공간상 표시 장치 {SPATIAL IMAGE DISPLAY DEVICE}

본 발명은 공간에 물체의 입체 영상을 표시하는 공간상 표시 장치에 관한 것이다.

입체 영상의 생성은 인간이 갖는 인식 생리 기능을 이용함으로써 실현되는 것이다. 즉, 관찰자는 좌우의 눈에 들어가는 화상의 어긋남(양안 시차)이나 폭주각으로부터의 인식, 눈의 수정체의 초점 거리를 눈의 모양체나 모양체소체를 사용하여 조절할 때에 일어나는 생리 기능(초점 거리 조정 기능)으로부터의 인식, 및 운동을 하였을 때에 보이는 화상의 변화에 의한 인식(운동 시차)에 기초하여 뇌에 의해 종합적으로 처리하는 과정에서 입체를 인식하고 있다. 상기의 인식 생리 기능 중 「양안 시차」나 「폭주각」을 이용한 종래의 입체 영상의 생성 방법으로서는, 예를 들어 좌우, 색이 다른 안경을 써서 좌우의 눈에 각각 다른 화상(시차 화상)을 보내는 방법이나, 액정 셔터가 부착된 고글을 쓰고 액정 셔터를 고속으로 전환하여 좌우의 눈에 시차 화상을 보내는 방법 등이 있다. 또한, 2차원 표시 장치에 좌우의 각각의 눈에 대응한 화상을 비추어 이것을 렌티큘러 렌즈에 의해 좌우의 각각의 눈에 할당함으로써 입체 화상을 표현하는 방법도 존재한다. 또한, 렌티큘러 렌즈를 사용하는 방법과 유사한 것으로서, 액정 디스플레이 표면에 마스크를 설치하여 우안에는 우안용의 화상이 좌안에는 좌안용의 화상이 보이게 함으로써 입체상을 표현하는 방법도 개발되어 있다.

그런데, 상기와 같은 특별한 안경이나 고글을 사용하여 시차 화상을 얻는 방법은 관찰자에게 있어서 매우 번거로운 것이다. 한편, 렌티큘러 렌즈를 사용하는 방법 등에서는, 1개의 2차원 화상 표시 장치의 영역을 우안용의 영역과 좌안용의 영역으로 분할할 필요가 있으므로, 고정밀한 화상의 표시에는 적합하지 않다고 하는 문제가 있다.

따라서, 최근, 광선 재생법에 기초하는 공간상 표시 장치의 검토가 진행되고 있다(예를 들어 비특허문헌 1 참조). 광선 재생법이란, 디스플레이로부터 방사되는 다수개의 광선으로 공간상을 표현하고자 하는 것이며, 이론적으로는 나안 관찰이라도 정확한 운동 시차 정보와 초점 거리 정보를 관찰자에게 제공하여 비교적 안정 피로가 적은 공간상이 얻어지는 것이다.

다까끼 야스히로, 「입체 영상과 플랫 패널형 입체 표시 기술」, 광학, 제35권, 제8호, 2006년, p.400-406

그러나, 상기의 광선 재생법이라도, 실제로는 디스플레이의 표시면으로부터 (그것과 수직인 방향으로) 이격된 위치에 인식시키는 공간상을 얻고자 한 경우, 디스플레이의 표시면으로부터의 거리가 커질수록 그 공간상의 실재감이나 정밀도가 열화하게 된다. 이것은 디스플레이의 표시면에 표시되는 2차원 표시 화상이 각각 유한한 크기를 갖는 복수의 화소에 의해 구성되어 있기 때문에, 관찰자의 눈에 발산광으로서 도달하기 때문으로 고려된다. 이하, 도 12 및 도 13을 참조하여 상기의 현상에 대하여 상세하게 설명한다.

도 13의 (A) 및 도 14의 (A)는 광선 재생법에 기초하는 공간상을 관찰자가 인식하고 있는 이상적인 상태를 도시하는 개념도이다. 도 13의 (A)에서는 어느 공간상을 구성하는 임의의 점상 Z1을 소정의 위치에 형성하는 경우를 고려한다. 점상 Z1을 형성하기 위해서는, 디스플레이 DP 상의 복수의 화소(여기서는 3개의 화소 PX1 내지 PX3을 대표적으로 나타냄)로부터 점상 Z1을 배치하고자 하는 위치를 통과하도록 광선 L1 내지 L3을 각각 방사하면 된다. 방사된 광선 L1 내지 L3은 관찰자의 눈동자 P를 통하여 망막 R에 도달한다. 이때, 관찰자의 눈은 눈동자 P를 통과한 각 광선 L1 내지 L3이 망막 R 상의 일점에 모이도록 눈에 구비되어 있는 초점 거리 가변 렌즈(렌즈체)의 초점 거리를 자동적으로 조절한다. 조절된 초점 거리는 공간상이 배치된 장소에 실제로 실물체가 배치된 경우와 일치하므로, 관찰자는 공간상(점상 Z1)이 공간상을 배치하고자 한 위치에 배치되어 있는 것같이 인식할 수 있다. 이때, 화소 PX1 내지 PX3이 확산을 갖지 않는 점 광원이면, 광선 L1 내지 L3은, 예를 들어 도 14의 (A)에 도시한 바와 같이, 그 점 광원 LS1로부터 스스로의 초점 거리 FL만큼 이격된 위치에 있는 투영 렌즈 LN을 통과하는 광선 L1 내지 L3은, 그 굵기가 변하지 않는 평행광 Lp를 각각 형성한다.

그러나, 실제로는 화소 PX1 내지 PX3으로부터 방사된 광선 L1 내지 L3은 각각 발산광을 형성한다. 이것은 상술한 바와 같이, 각 화소 PX1 내지 PX3이 유한한 확산을 갖는 광원, 즉 점 광원의 집합인 것에 기인한다. 구체적으로는 도 14의 (B)에 도시한 바와 같이, 유한 영역에 퍼지는 광원 LS2로부터 스스로의 초점 거리 FL만큼 이격된 위치에 있는 투영 렌즈 LN을 통과하는 광선 L1 내지 L3은, 그 굵기가 서서히 굵어지는 발산광 Ld를 형성한다. 일반적으로, 발산광 Ld의 발산 정도는 유한 영역의 광원의 면적에 의해 변하며, 그 면적이 작을수록 평행광속에 근접하고, 면적이 클수록 방사되는 광속의 발산 정도가 커진다. 따라서, 이 경우, 각 화소 PX1 내지 PX3의 점유 면적에도 의하지만, 관찰자는, 예를 들어 도 13의 (B)에 도시한 바와 같이 점상 Z1 그 자체가 유한한 영역에 퍼지는 희미해진 상이라고 인식하게 된다. 그 결과, 복수의 점상 Z1이 모여 구성되는 공간상도 정밀도가 부족한 것이 된다. 혹은, 광선 L1 내지 L3이 발산광을 형성함으로써, 도 13의 (C)에 도시한 바와 같이, 관찰자는 보다 선명한 점상을 구하여 디스플레이 DP 상의 화소 PX1 내지 PX3 그 자체를 보게 된다. 이 경우, 단순히 디스플레이 DP 상에 3개의 상이한 점상이 인식될 뿐이다. 이와 같이 디스플레이 상의 화소로부터의 광선이 발산광을 형성하는 경우에는 공간상이 희미해지게 되거나, 공간상을 인식할 수 없게 되는 문제가 일어난다. 이 문제는, 특히 공간상을 디스플레이의 표시면으로부터 이격된 위치에 인식시키는 경우에 현저해진다. 따라서, 보다 깊이가 있는 공간상을 관찰자가 인식할 수 있는 기술이 요구된다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 실재감이 우수하면서 고정밀한 공간상을 형성할 수 있는 공간상 표시 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 공간상 표시 장치는, 복수의 화소를 갖고 영상 신호에 따른 2차원 표시 화상을 생성하는 2차원 화상 생성 수단과, 화소의 각각에 대응하여 설치되고, 화소의 각각을 통과하는 광을 집광하는 복수의 제1 렌즈로 이루어지는 제1 렌즈 어레이와, 이 제1 렌즈 어레이를 통과하여 집광된 광을 평행광 혹은 수렴광으로 변환하여 사출하는 제2 렌즈 어레이를 구비하도록 한 것이다. 여기서, 「제1 렌즈」가 「화소의 각각에 대응하여 설치되고」란, 1개의 화소에 대하여 1개의 제1 렌즈가 배치되는 경우에 한정되지 않고, 1개의 화소에 대하여 복수의 제1 렌즈가 배치되는 경우도 포함하는 개념이다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 공간상 표시 장치에서는, 2차원 화상 생성 수단의 각 화소를 통과하는 광이 제1 렌즈 어레이에 의해 집광된 후, 제2 렌즈 어레이를 향한다. 이로 인해, 제2 렌즈 어레이에 입사하는 광이 마치 점 광원으로부터 사출된 광과 같이 행동하므로, 제1 렌즈 어레이에 의해 집광된 광은 제2 렌즈 어레이에 의해 용이하게 평행광 혹은 수렴광으로 변환되어 사출된다. 따라서, 관찰자의 눈에는 평행광 또는 수렴광에 의해 형성되는 공간상이 인식된다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 공간상 표시 장치에 따르면, 2차원 화상 생성 수단의 각 화소를 통과하는 광을, 발산된 상태가 아니라 평행광 또는 수렴광으로서 관찰자의 눈에 도달시킬 수 있다. 이로 인해, 관찰자는 실재감(깊이감)이 우수하면서 고정밀한 입체 영상을 인식할 수 있다.

도 1은 본 발명에서의 제1 실시 형태로서의 공간상 표시 장치의 일 구성예를 도시하는 개략도.
도 2는 도 1에 도시한 제1 렌즈 어레이(1)의 구성을 도시하는 사시도, 및 표시부(2)의 화소(22)의 배치를 도시하는 평면도.
도 3은 도 1에 도시한 제2 렌즈 어레이(3)의 구성을 도시하는 사시도.
도 4는 도 1에 도시한 편향부(4)에서의 액체 광학 소자(41)의 구성을 도시하는 사시도.
도 5는 도 1에 도시한 공간상 표시 장치에 있어서 입체 영상을 관측할 때의 동작을 설명하기 위한 개념도.
도 6은 제1 변형예로서의 액체 광학 소자(41A)의 구성을 도시하는 사시도.
도 7은 제2 변형예로서의 제1 렌즈 어레이(1A)의 사시 구성 및 그 투과광이 진행하는 모습을 도시하는 개념도.
도 8은 제3 변형예로서의 공간상 표시 장치(10B)의 수평면 내에서의 일 구성예를 도시하는 개략도.
도 9는 도 8에 도시한 확산판의 사시 구성 및 그 투과광이 진행하는 모습을 도시하는 개념도.
도 10은 제4 변형예로서의 제1 렌즈 어레이(1B)의 사시 구성 및 그 투과광이 진행하는 모습을 도시하는 개념도.
도 11은 본 발명에서의 제2 실시 형태로서의 공간상 표시 장치의 일 구성예를 도시하는 개략도.
도 12는 도 11에 도시한 공간상 표시 장치에서의 렌즈 유닛의 일 구성예를 도시하는 개략도.
도 13은 광원과, 렌즈를 투과하는 광의 확산의 관계를 설명하기 위한 개념도.
도 14는 디스플레이로부터의 광선의 종류와, 관찰자가 인식하는 상의 관계를 설명하기 위한 개념도.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서대로 행한다.

1. 제1 실시 형태(제1 및 제2 렌즈 어레이의 사이에 2차원 화상 생성 수단이 배치된 예)

2. 제2 실시 형태(제1 렌즈 어레이보다도 광원측에 2차원 화상 생성 수단이 배치된 예)

[제1 실시 형태]

우선, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명에서의 제1 실시 형태로서의 공간상 표시 장치(10)(후술하는 변형예나 제2 실시 형태와의 구별을 위해, 이후 공간상 표시 장치(10A)라고 표기함)에 대하여 설명한다. 도 1은 공간상 표시 장치(10A)의 수평면 내에서의 일 구성예를 도시하는 것이다. 도 2의 (A)는 도 1에 도시한 제1 렌즈 어레이(1)의 사시 구성을 도시하고, 도 2의 (B)는 도 1에 도시한 표시부(2)의 XY 평면에서의 화소(22)의 배치를 도시하고 있다. 도 3은 도 1에 도시한 제2 렌즈 어레이(3)의 사시 구성을 도시하는 것이다. 도 4는 도 1에 도시한 편향부(4)(후술함)의 구체적인 구성을 도시하는 것이다.

<공간상 표시 장치의 구성>

도 1에 도시한 바와 같이, 공간상 표시 장치(10A)는 광원(도시하지 않음)측으로부터 제1 렌즈 어레이(1), 화소(22)(후술함)를 복수 갖는 표시부(2), 제2 렌즈 어레이(3), 편향부(4)를 순서대로 구비하고 있다.

제1 렌즈 어레이(1)는 광축(Z축)과 직교하는 면(XY 평면)을 따라 매트릭스 형상으로 배열되는 복수의 마이크로렌즈(11)(11a, 11b, 11c)를 갖고 있다(도 2의 (A)). 마이크로렌즈(11)는 각각 광원으로부터의 백라이트 BL을 집광하고, 대응하는 각 화소(22)를 향하여 사출하는 것이다. 마이크로렌즈(11)는 렌즈면이 구면이며, 광축을 포함하는 수평면(XZ 평면)을 통과하는 광의 초점 거리와, 광축을 포함하고 수평면과 직교하는 면(YZ 평면)을 통과하는 광의 초점 거리가 서로 일치하는 것이다. 모든 마이크로렌즈(11)는 서로 동등한 초점 거리 f11을 갖는 것이 바람직하다. 백라이트 BL로서는 형광등 등의 확산광을 그대로 사용하여도 되지만, 그러한 확산광을 콜리메이터 렌즈 등에 의해 평행화한 평행광을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 제2 렌즈 어레이(3)에 있어서 평행광 혹은 수렴광으로 변환하기 쉬워지기 때문이다. 또한, 제2 렌즈 어레이(3)의 구성이나 기능의 상세에 대해서는 후술한다. 백라이트 BL로서 확산광을 그대로 제1 렌즈 어레이(1)에 입사하는 경우, 광원과 제1 렌즈 어레이(1)의 간격을 크게 할 수록 제1 렌즈 어레이(1)에 입사하기 직전의 백라이트 BL의 평행도가 높아진다. 반대로, 광원과 제1 렌즈 어레이(1)의 간격을 작게 할 수록 제1 렌즈 어레이(1)에 입사하는 백라이트 BL의 평행도는 낮아진다. 이러한 제1 렌즈 어레이(1)에 입사하는 백라이트 BL의 평행도는, 제2 렌즈 어레이(3)로부터의 사출광의 평행도에 반영된다. 그로 인해, 용도에 따라(즉, 표시하는 공간상의 가상 위치와 표시부의 거리에 따라) 제2 렌즈 어레이(3)로부터의 사출광의 평행도를 조정하면 된다.

표시부(2)는 영상 신호에 따른 2차원 표시 화상을 생성하는 것이며, 구체적으로는 백라이트 BL이 조사됨으로써 표시 화상광을 사출하는 컬러 액정 디바이스이다. 표시부(2)는 제1 렌즈 어레이(1)측으로부터 유리 기판(21)과, 각각 화소 전극 및 액정층을 포함하는 복수의 화소(22)와, 유리 기판(23)이 순서대로 적층된 구조를 갖고 있다. 유리 기판(21) 및 유리 기판(23)은 투명하며, 어느 한쪽에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 착색층을 갖는 컬러 필터가 설치되어 있다. 이로 인해, 화소(22)는 적색을 표시하는 화소(22R)와, 녹색을 표시하는 화소(22G)과, 청색을 표시하는 화소(22B)로 분류된다. 이 표시부(2)에서는, 예를 들어 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이, X축 방향에 있어서는 화소(22R)와 화소(22G)와 화소(22B)가 순서대로 반복하여 배치되는 한편, Y축 방향에 있어서는 동일 색의 화소(22)가 정렬하도록 배치되어 있다. 본 명세서에서는, 편의상 X축 방향으로 배열되는 화소(22)를 행이라고 칭하고, Y축 방향으로 배열되는 화소(22)를 열이라고 칭한다.

각 화소(22)는 XY 평면에 있어서 Y축 방향으로 연장되는 직사각 형상을 이루고 있고, Y축 방향으로 배열되는 일군의 마이크로렌즈(11a 내지 11c)로 이루어지는 마이크로렌즈군(12)(도 2의 (A))에 대응하여 설치되어 있다. 즉, 제1 렌즈 어레이(1)와 표시부(2)는 마이크로렌즈군(12)의 마이크로렌즈(11a 내지 11c)를 통과한 광이 각 화소(22)의 유효 영역 내의 스폿 SP1 내지 SP3에 집광하는 위치 관계로 되어 있다(도 2의 (A) 및 도 2의 (B)). 예를 들어, 마이크로렌즈군(12_n)의 마이크로렌즈(11a 내지 11c)를 통과한 광은 화소(22R_n)의 스폿 SP1 내지 SP3에 집광한다. 마찬가지로 마이크로렌즈군(12_n+1)으로부터의 광은 화소(22R_n+1)에 집광하고, 마이크로렌즈군(12_n+2)으로부터의 광은 화소(22R_n+2)에 집광한다. 또한, 1개의 마이크로렌즈(11)에 대응하여 1개의 화소(22)가 배치되어도 되고, 2 또는 4 이상의 마이크로렌즈(11)에 대응하여 1개의 화소(22)가 배치되어도 된다.

제2 렌즈 어레이(3)는, 제1 렌즈 어레이(1) 및 표시부(2)를 통과하여 집광된 광을 수평면 내에 있어서 평행광 혹은 수렴광으로 변환하여 사출하는 것이다. 구체적으로는, 제2 렌즈 어레이(3)는 소위 렌티큘러 렌즈이며, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이, Y축을 따른 축을 중심으로 한 원기둥면을 각각 갖는 복수의 원통형 렌즈(31)가 X축 방향으로 배열되도록 배치된 것이다. 따라서, 원통형 렌즈(31)는 광축(Z축)을 포함하는 수평면에 있어서 굴절력을 발휘한다. 도 1에서는 X축 방향을 따라 배열되는 9열의 화소(22)마다 1개의 원통형 렌즈(31)가 설치되어 있지만, 이 수는 이것에 한정되는 것이 아니다. 또한, 원통형 렌즈(31)는 Y축으로부터 소정의 각도 θ(θ<45°)만큼 기운 축을 중심으로 한 원기둥면을 갖는 것으로 하여도 된다. 모든 원통형 렌즈(31)는 서로 동등한 초점 거리 f31을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제1 렌즈 어레이(1)와 제2 렌즈 어레이(3)의 거리 f13은, 각각의 초점 거리의 합계, 즉 마이크로렌즈(11)의 초점 거리 f11과 원통형 렌즈(31)의 초점 거리 f31의 합계 |f11+f31|과 일치하거나, 혹은 그 합계보다도 크다. 거리 f13이 |f11+f31|과 일치하는 경우에는, 백라이트 BL이 평행광이면, 원통형 렌즈(31)로부터의 사출광도 평행광으로 된다. 한편, 거리 f13이 |f11+f31|보다도 큰 경우에는, 백라이트 BL이 평행광이면, 원통형 렌즈(31)로부터의 사출광은 수렴광으로 된다.

편향부(4)는 복수의 액체 광학 소자(41)를 갖고 있고, 그에 의해 제2 렌즈 어레이(3)로부터 사출된 광을 화소(22)마다 또는 일군의 화소(22)를 일 단위로 하여 수평면 내(XZ 평면 내)에 있어서 편향하는 것이다.

도 4의 (A) 내지 도 4의 (C)에 액체 광학 소자(41)의 구체적인 사시 구성을 도시한다. 도 4의 (A)에 도시한 바와 같이, 액체 광학 소자(41)는 광축(Z축) 상에 있어서, 서로 굴절률 및 계면 장력이 다른 투명한 무극성 액체(42) 및 극성 액체(43)가, 구리 등으로 이루어지는 한 쌍의 전극(44A, 44B)의 사이에 끼워지도록 배치된 것이다. 한 쌍의 전극(44A, 44B)은 각각 투명한 저판(45) 및 천장판(46)과 절연성의 시일부(47)를 개재하여 접착되어 고정되어 있다. 전극(44A, 44B)은 각각의 외표면과 접속된 단자(44AT, 44BT)를 통하여 외부 전원(도시하지 않음)과 접속되어 있다. 천장판(46)은 산화인듐주석(ITO: Indium Tin Oxide)이나 산화아연(ZnO) 등의 투명한 도전 재료에 의해 구성되어, 접지 전극으로서 기능한다. 전극(44A, 44B)은 각각 제어부(도시하지 않음)와 접속되어 있고, 소정의 크기의 전위로 설정할 수 있도록 되어 있다. 또한, 전극(44A, 44B)과 다른 측면(XZ 평면)은 도시하지 않은 유리판 등으로 덮여 있고, 무극성 액체(42) 및 극성 액체(43)가 완전하게 밀폐된 공간에 봉입된 상태로 되어 있다. 무극성 액체(42) 및 극성 액체(43)는, 그 폐공간에 있어서 서로 용해하지 않고 분리하여 존재하고, 계면(41S)을 형성하고 있다.

전극(44A, 44B)의 내표면(서로의 대향면)(44AS, 44BS)은 소수성 절연막에 의해 덮어져 있는 것이 바람직하다. 이 소수성 절연막은 극성 액체(43)에 대하여 소수성(발수성)을 나타냄(보다 엄밀하게는 무전계 하에서 무극성 액체(42)에 친화성을 나타냄)과 함께, 전기적 절연성이 우수한 성질을 갖는 재료로 이루어지는 것이다. 구체적으로는 불소계의 고분자인 폴리불화비닐리덴(PVdF)이나 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)을 들 수 있다. 단, 전극(44A)과 전극(44B)의 전기적 절연성을 보다 높이는 것을 목적으로 하여, 전극(44A) 및 전극(44B)과 상기의 소수성 절연막의 사이에 예를 들어 스핀ㆍ온ㆍ글래스(SOG) 등으로 이루어지는 다른 절연막을 설치하도록 하여도 된다.

무극성 액체(42)는 거의 극성을 갖지 않으면서, 전기 절연성을 나타내는 액체 재료이며, 예를 들어 데칸, 도데칸, 헥사데칸 혹은 운데칸 등의 탄화수소계 재료 외에 실리콘 오일 등이 적합하다. 무극성 액체(42)는 전극(44A)과 전극(44B)의 사이에 전압을 인가하지 않는 경우에 있어서, 저판(45)의 표면을 모두 덮을 정도로 충분한 용량을 갖고 있는 것이 바람직하다.

한편, 극성 액체(43)는 극성을 갖는 액체 재료이며, 예를 들어 물 외에 염화칼륨이나 염화나트륨 등의 전해질을 용해시킨 수용액이 적합하다. 극성 액체(43)에 전압을 인가하면, 소수성 절연막에 대한 습윤성(극성 액체(43)와 소수성 절연막의 접촉각)이 무극성 액체(42)와 비교하여 크게 변화한다. 극성 액체(43)는 접지 전극으로서의 천장판(46)과 접해 있다.

한 쌍의 전극(44A, 44B)과 저판(45) 및 천장판(46)에 둘러싸여지도록 봉입된 무극성 액체(42) 및 극성 액체(43)는, 서로 혼재하지 않고 분리하여 계면(41S)을 형성한다. 또한, 무극성 액체(42) 및 극성 액체(43)는 서로 거의 동등한 비중을 갖도록 조정되어 있고, 무극성 액체(42)와 극성 액체(43)의 위치 관계는 봉입하는 순서에 의해 결정된다. 무극성 액체(42) 및 극성 액체(43)는 투명하기 때문에, 계면(41S)을 투과하는 광은, 그 입사각과 무극성 액체(42) 및 극성 액체(43)의 굴절률에 따라 굴절한다.

이 액체 광학 소자(41)에서는 전극(44A, 44B)의 사이에 전압이 인가되어 있지 않은 상태(전극(44A, 44B)의 전위가 모두 0인 상태)에서는, 도 4의 (A)에 도시한 바와 같이, 계면(41S)은 극성 액체(43)측으로부터 무극성 액체(42)를 향하여 볼록한 곡면을 이룬다. 내표면(44AS)에 대한 무극성 액체(42)의 접촉각(42θA) 및 내표면(44BS)에 대한 무극성 액체(42)의 접촉각(42θB)은, 내표면(44AS, 44BS)을 덮는 소수성 절연막의 재료종에 의해 조정할 수 있다. 여기서, 무극성 액체(42)가 극성 액체(43)보다도 큰 굴절률을 갖고 있으면, 액체 광학 소자(41)는 마이너스의 굴절력을 발휘한다. 이에 대해, 무극성 액체(42)가 극성 액체(43)보다도 작은 굴절률을 갖고 있으면, 액체 광학 소자(41)는 플러스의 굴절력을 발휘한다. 예를 들어, 무극성 액체(42)가 탄화수소계 재료 또는 실리콘 오일이며, 극성 액체(43)가 물 또는 전해질 수용액이면, 액체 광학 소자(41)가 마이너스의 굴절력을 발휘하게 된다. 계면(41S)은 Y축 방향에 있어서는 일정한 곡률을 갖고, 그 곡률은 이 상태(전극(44A, 44B)의 사이에 전압을 인가하지 않는 상태)가 최대로 된다.

전극(44A, 44B)의 사이에 전압이 인가되면, 예를 들어 도 4의 (B)에 도시한 바와 같이 계면(41S)의 곡률이 작아져, 어느 일정 이상의 전압을 인가하면 평면으로 된다. 즉, 접촉각(42θA, 42θB)이 모두 직각(90°)으로 된다. 이 현상은 이하와 같이 추정된다. 즉, 전압 인가에 의해 내표면(44AS, 44BS)(또는 그것을 덮는 소수성 절연막의 표면)에 전하가 축적되고, 그 전하의 쿨롬력에 의해 극성을 갖는 극성 액체(43)가 내표면(44AS, 44BS)(또는 소수성 절연막)에 끌어당겨진다. 그러면, 극성 액체(43)가 내표면(44AS, 44BS)(또는 소수성 절연막)과 접촉하는 면적을 확대하는 한편, 무극성 액체(42)가 내표면(44AS, 44BS)(또는 소수성 절연막)과 접촉하는 부분으로부터 극성 액체(43)에 의해 배제되도록 이동(변형)하여, 결과적으로 계면(41S)이 평면에 근접하게 된다. 또한, 도 4의 (B)는 전극(44A)의 전위(Va로 함)와 전극(44B)의 전위(Vb로 함)가 서로 동등한(Va=Vb) 경우를 도시하고 있다. 전위 Va와 전위 Vb가 상이한 경우에는, 예를 들어 도 4의 (C)에 도시한 바와 같이 X축 및 Z축에 대하여 경사진 평면(Y축에 대해서는 평행한 면)으로 된다(42θA≠42θB). 또한, 도 4의 (C)는 전위 Va보다도 전위 Vb가 큰(접촉각(42θA)보다도 접촉각(42θB)이 큰) 경우를 도시하고 있다. 이 경우, 예를 들어 전극(44A, 44B)과 평행하게 진행하여 액체 광학 소자(41)에 입사한 입사광 φ는, 계면(41S)에 있어서 XZ 평면 내에서 굴절하여 편향된다. 따라서, 전위 Va 및 전위 Vb의 크기를 조정함으로써, 입사광 φ를 XZ 평면 내의 소정의 방향으로 편향 가능하게 된다.

<공간상 표시 장치의 동작>

이어서, 공간상 표시 장치(10A)의 동작에 대하여, 도 5를 참조하여 설명한다.

일반적으로, 관측자는 어느 물체 상의 물점을 관측할 때, 바로 그 물점을 점 광원으로서 발사되는 구면파를 관측함으로써, 3차원 공간의 고유한 장소에 존재하는 「점」으로서 인식하고 있다. 통상, 자연계에 있어서는 물체로부터 발사되는 파면은 동시에 진행하면서, 항상 연속적으로 어느 파면 형상을 수반하여 관측자에게 도달한다. 그런데, 현상에서는 홀로그래피 기술을 제외하고는 공간의 각 점에서의 광파의 파면을 동시에 연속적으로 재현하는 것은 곤란하다. 그러나, 어느 가상 물체가 있어, 그 가상의 각 점으로부터의 광파가 발사되고, 각각의 광파가 관측자에게 도달하는 시각이 다소 부정확하여도, 또한 연속적으로 도달하는 것이 아니라 간헐적인 광 신호로서 도달하여도, 사람의 눈에는 이 적분 작용이 있음으로써 부자연스러운 감각을 느끼지 않고 가상 물체를 관측할 수 있다. 본 실시 형태의 공간상 표시 장치(10A)에서는, 이 사람의 눈의 적분 작용을 이용하여 공간 각 점의 파면을 시계열적으로 순서를 정하여 고속으로 형성함으로써, 종래보다도 자연스러운 3차원 화상을 형성할 수 있다.

공간상 표시 장치(10A)에서는, 이하와 같이 하여 공간상을 표시할 수 있다. 도 5는 공간상 표시 장치(10A)를 사용하여 관측자 I, II가 입체 영상으로서의 가상 물체 IMG를 관측하고 있는 상태를 상방으로부터 바라본 경우의 개념도이다. 이하, 그 동작 원리를 설명한다.

예를 들어, 가상 물체 IMG에서의 임의의 가상 물점(예를 들어 가상 물점 B)의 영상광파는 다음과 같이 형성된다. 우선, 좌우 각각의 눈에 대응한 2종류의 화상을 표시부(2)에 표시한다. 그때, 광원으로부터 백라이트 BL(여기서는 도시하지 않음)을 제1 렌즈 어레이(1)에 조사하고, 복수의 마이크로렌즈(11)를 투과하는 광을 각각에 대응하는 화소(22)를 향하여 집광시킨다. 예를 들어, 도 2의 (A)에 도시한 바와 같이, 마이크로렌즈군(12_n)의 마이크로렌즈(11a 내지 11c)를 통과한 광을 화소(22R_n)의 스폿 SP1 내지 SP3에 집광시킨다. 각 화소(22)에 도달한 광은 표시 화상광으로서 발산되면서 제2 렌즈 어레이(3)를 향한다. 각 화소(22)로부터의 표시 화상광은 제2 렌즈 어레이(3)를 통과할 때, 평행광 혹은 수렴광으로 변환된다. 당연히, 2개의 화상을 동시에 표시하는 것은 불가능하므로, 각각의 화상은 순차적으로 표시되어 최종적으로 각각 좌우의 눈에 순차적으로 보내진다. 예를 들어, 가상 물점 C에 대응하게 되는 화상은 표시부(2)에서의 점 CL1(좌안용) 및 점 CR1(우안용)에 각각 표시된다. 그때, 표시부(2)에서의 점 CL1(좌안용) 및 점 CR1(우안용)에 위치하는 화소(22)에 대하여 각각에 대응하는 마이크로렌즈(11)로부터 수렴광이 조사된다. 표시부(2)로부터 사출되는 표시 화상광은 제2 렌즈 어레이(3), 수평 방향의 편향부(4)를 순차적으로 투과한 후 관측자 II의 좌안 IIL 및 우안 IIR에 각각 도달한다. 마찬가지로, 관측자 I에 대한 가상 물점 C의 화상은 표시부(2)에서의 점 BL1(좌안용) 및 점 BR1(우안용)에 각각 표시되어, 제2 렌즈 어레이(3), 수평 방향의 편향부(4)를 순차적으로 투과한 후 관측자 I의 좌안 IL 및 우안 IR에 각각 도달한다. 이 동작은 사람의 눈의 적분 효과의 시상수 내에 고속으로 행해지므로, 관측자 I, II는 화상이 순차적으로 보내져 오고 있는 것을 인식하는 일 없이 가상 물점 C를 인식할 수 있다.

제2 렌즈 어레이(3)로부터 사출된 표시 화상광은, 수평면 내에 있어서 평행광 또는 수렴광으로서 편향부(4)를 향한다. 편향부(4)의 점 CL2, CR2에 도달한 광파는 수평면 내에 있어서 소정 방향으로 편향되고, 각각 관측자 II의 좌안 IIL 및 우안 IIR을 향하여 방사된다. 여기서, 예를 들어 편향각이 관측자 II의 좌안 IIL을 향하였을 때에 표시 화상광의 파면이 점 CL2에 도달하고, 편향각이 관측자 II의 우안 IIR을 향하였을 때에 표시 화상광의 파면이 점 CR2에 도달하도록, 편향부(4)에 의한 편향각에 동기하여 표시부(2)가 화상광을 송출하게 한다. 편향부(4)로부터의 표시 화상광의 파면이 관측자 II의 좌안 IIL 및 우안 IIR에 도달함으로써, 관측자 II는 가상 물체 IMG 상의 가상 물점 C를 3차원 공간 중의 일점으로서 인식할 수 있다. 가상 물점 B에 대해서도 마찬가지로 표시부(2)의 점 BL1, BR1로부터 방사된 화상광은, 제2 렌즈 어레이(3)를 거친 후, 각각 편향부(4)의 점 BL2, BR2에 도달한다. 점 BL2, BR2에 도달한 광파는 수평면 내에 있어서 소정 방향으로 편향되어, 각각 관측자 II의 좌안 IIL 및 우안 IIR을 향하여 방사된다. 또한, 도 5에서는 표시부(2)의 점 BL1, BR1에 있어서, 관측자 I에 대한 가상 물점 C의 화상을 표시함과 함께 관측자 II에 대한 가상 물점 B의 화상을 표시하는 모습을 도시하고 있지만, 이것들은 동시에 표시되는 것이 아니라, 서로 다른 타이밍에서 표시된다.

이와 같이 공간상 표시 장치(10A)에서는 백라이트 BL을 제1 렌즈 어레이(1)의 각 마이크로렌즈(11)에 의해 대응하는 각 화소(22)의 유효 영역 내의 스폿에 일단 집광시킨 후, 표시부(2)로부터의 표시 화상광을 제2 렌즈 어레이(3)를 향하여 발산시키고 있다. 이로 인해, 제2 렌즈 어레이(3)에 입사하는 표시 화상광은, 마치 점 광원으로부터 사출된 광과 같이 행동한다. 표시부(2)로부터의 표시 화상광은, 제2 렌즈 어레이(3)에 의해 수평면 내에 있어서 평행광 혹은 수렴광으로 변환된다. 따라서, 표시 화상광을 수평면 내에 있어서 발산된 상태가 아니라 평행광 또는 수렴광으로서 관찰자의 눈에 도달시킬 수 있다. 이로 인해, 관찰자는 실재감(깊이감)이 우수하면서, 고정밀한 입체 영상(공간상)을 인식할 수 있다. 특히, 제2 렌즈 어레이(3)에 의해 수평면 내에 있어서 평행광으로 변환하도록 한 경우에는, 공간상 표시 장치(10A)에 대한 관찰자의 상대 위치가 특정되는 일이 없으므로, 보다 많은 관찰자가 동시에 고정밀한 입체 영상(공간상)을 인식할 수 있다. 또한, 편향부(4)에 있어서 액체 광학 소자(41)를 사용하도록 하였으므로, 유리판 등의 편향판을 사용하는 경우보다도 콤팩트한 구성을 실현할 수 있다.

(변형예 1)

이어서, 본 실시 형태에서의 제1 변형예(변형예 1)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는 제2 렌즈 어레이(3)를 렌티큘러 렌즈에 의해 구성하고, 수평면 내에 있어서만 표시 화상광의 평행화를 행하도록 하였다. 이에 대해, 본 변형예에서는 등방적인 굴절력을 갖는 구면 렌즈를 복수 배치함으로써 제2 렌즈 어레이(3)를 구성한다. 또한, 편향부(4)를 도 6에 도시한 액체 광학 소자(41A)에 의해 구성한다. 액체 광학 소자(41A)는 Y축을 따라 대향하는 한 쌍의 전극(48A, 48B)을 더 구비한 것을 제외하고, 나머지는 액체 광학 소자(41)와 마찬가지의 구성을 갖는 것이다. 전극(48A, 48B)은 각각 구리 등으로 이루어지고, 시일부(49)를 개재하여 저판(45), 천장판(46), 전극(44A, 44B)의 각각과 절연되어 있다. 전극(48A, 48B)은 각각의 외표면과 접속된 단자(48AT, 48BT)를 통하여 외부 전원(도시하지 않음)과 접속되어 있다. 액체 광학 소자(41A)에서는 전극(44A, 44B)의 사이에 전압을 인가하는 것 외에, 전극(48A, 48B)의 사이에도 전압을 인가함으로써 계면(41S)이 Y축에 대해서도 경사지게 된다. 따라서, 전극(48A)의 전위 및 전극(48B)의 전위의 크기를 조정함으로써, 입사광 φ를 YZ 평면에서의 소정의 방향으로도(연직 방향으로도) 편향 가능하게 된다. 그러한 경우에는 관측자의 양안을 연결하는 가상선이 수평 방향으로부터 어긋나 있는(기울어져 있는) 경우(예를 들어 관측자가 누워 있는 자세를 취한 경우)라도 좌우의 눈에 대하여 소정의 화상이 도달하게 되므로 입체시가 가능하게 된다.

(변형예 2)

이어서, 도 7을 참조하여, 상기 제1 실시 형태에서의 제2 변형예(변형예 2)에 대하여 설명한다. 본 변형예는 제1 렌즈 어레이(1) 대신에 제1 렌즈 어레이(1A)를 구비하도록 한 것이다. 도 7은 제1 렌즈 어레이(1A)의 사시 구성과 함께, 제1 렌즈 어레이(1A)를 투과한 광이 진행하는 모습(광축과 직교하는 면에서의 광의 확산 변화)을 도시하고 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 제1 렌즈 어레이(1A)에서의 마이크로렌즈(11A)는, 광축을 포함하는 제1 평면(XZ 평면)에서의 초점 위치 CP1과, 광축을 포함하는 제2 평면(XY 평면)에서의 초점 위치 CP2가 서로 상이한 것이다. 즉, 마이크로렌즈(11A)의 렌즈면은 타원구 형상을 갖고 있고, 그 마이크로렌즈(11A)를 투과하는 광은 XZ 평면에 있어서는 초점 위치 CP1에 초점을 연결하고, XY 평면에 있어서는 초점 위치 CP2에 초점을 연결하도록 되어 있다. 이 경우, 예를 들어 초점 위치 CP1 또는 초점 위치 CP2에 있어서 화소(22)를 통과하게 한다. 단, 각 화소(22)의 유효 영역 내에 마이크로렌즈(11)로부터의 광의 외측 테두리(투과 영역)가 들어가는 것이라면, 화소(22)의 위치는 특별히 한정되지 않는다.

본 변형예의 경우, 마이크로렌즈(11A)에 의해 연직 방향으로 표시 화상광이 확산되므로, 관찰자가 화면의 상하 방향(연직 방향)으로 다소 어긋난 위치에 서 있었다고 하여도 관찰자는 공간상을 시인할 수 있다. 또한, 상기 제1 실시 형태의 구성이라도 제2 렌즈 어레이(3)가 렌티큘러 렌즈이므로 연직 방향에 있어서 마이크로렌즈(11)에 의해 정해지는 발산각이 얻어진다. 그러나, 그 마이크로렌즈(11)에 의해 정해지는 발산각이 작아, 관찰자가 공간상을 인식할 수 있는 공간상 표시 장치(10A)와 관찰자의 상대 위치의 허용 범위(관찰 가능 범위)를 충분히 확보할 수 없는 경우도 있다. 따라서, 본 변형예와 같이 렌즈면이 타원구 형상을 이루는 마이크로렌즈(11A)를 사용함으로써, 연직 방향에서의 관찰 가능 범위를 약간 확대할 수 있다.

(변형예 3)

이어서, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 실시 형태에서의 제3 변형예(변형예 3)로서의 공간상 표시 장치(10B)에 대하여 설명한다. 도 8은 공간상 표시 장치(10B)의 수평면 내에서의 일 구성예를 도시하는 것이다.

공간상 표시 장치(10B)는 편향부(4)의 투영측에 확산판(5)을 더 구비하도록 한 것이다. 도 9는 도 8에 도시한 확산판(5)의 사시 구성과 함께, 확산판(5)을 투과한 광이 진행하는 모습(광축과 직교하는 면에서의 광의 확산 변화)을 도시하고 있다. 확산판(5)은 편향부(4)로부터의 광을 연직 방향(Y축 방향)으로만 확산시키는 것이다. 편향부(4)로부터의 광은 X축 방향으로는 확산하지 않도록 되어 있다. 이러한 확산판(5)으로서는, 예를 들어 렌즈 확산판(미국 Luminit, LLC사; 형식 번호 LSD 40×0.2 등)을 사용하면 된다. 혹은, 예를 들어 도 3에 도시한 제2 렌즈 어레이(3)와 같이 복수의 원통형 렌즈가 배열된 렌티큘러 렌즈를 사용하여도 된다. 단, 이 경우, 원통형 렌즈는 X축을 따른 축을 중심으로 한 원기둥면을 갖는 것으로 하고, 그것들을 Y축 방향으로 배열시키도록 한다. 또한, 원통형 렌즈의 원기둥면의 곡률을 될 수 있는 한 크게 하고, Y축 방향의 단위 길이당의 렌티큘러 렌즈의 수를 크게 하는 쪽이 좋다. 또한, 여기에서는 확산판(5)은 제2 렌즈 어레이(3)의 투영측에 배치되어 있지만, 제1 렌즈 어레이(1)와 제2 렌즈 어레이(3)의 사이에 배치하도록 하여도 된다.

본 변형예에서는 확산판(5)에 의해 연직 방향으로 표시 화상광을 확산하도록 하였으므로, 변형예 2와 마찬가지로 관찰자가 화면의 상하 방향(연직 방향)으로 다소 어긋난 위치에 서 있었더라도 관찰자는 공간상을 시인할 수 있다. 그 경우의 연직 방향에서의 관찰 가능 범위는 변형예 2보다도 더 확대하는 것이 가능하다.

(변형예 4)

이어서, 도 10을 참조하여, 본 실시 형태에서의 제4 변형예(변형예 4)로서의 제1 렌즈 어레이(1B)에 대하여 설명한다. 도 10은 제1 렌즈 어레이(1B)의 사시 구성과 함께, 제1 렌즈 어레이(1B)를 투과한 광이 진행하는 모습(광축과 직교하는 면에서의 광의 확산 변화)을 도시하고 있다.

도 10에 도시한 바와 같이, 제1 렌즈 어레이(1B)는 연직 방향(Y축 방향)을 따른 축을 중심으로 한 원기둥면을 각각 갖는 복수의 원통형 렌즈(12)가 X축 방향으로 병렬 배치된 것이다. 원통형 렌즈(12)는 수평면 내(XZ 평면)에 있어서만 백라이트 BL을 집광하도록 기능한다. 즉, 원통형 렌즈(12)를 투과하는 광은 XZ 평면에 있어서는 초점 위치 CP1에 초점을 연결하도록 되어 있다. 이 경우, 예를 들어 초점 위치 CP1에 있어서 화소(22)를 통과하도록 한다. 단, 각 화소(22)의 유효 영역 내에 원통형 렌즈(12)로부터의 광의 외측 테두리(투과 영역)가 들어가는 것이라면, 화소(22)의 위치는 특별히 한정되지 않는다.

본 변형예에 있어서도 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 이 경우에 있어서도, 상기 변형예 3에 있어서의 확산판(5)을 함께 설치하도록 하면, 변형예 3과 마찬가지의 효과가 얻어진다. 또한, 본 변형예의 제1 렌즈 어레이(1B)는 마이크로렌즈 어레이(11, 11A)를 갖는 제1 렌즈 어레이(1, 1A)와 비교하여 보다 간편하면서 고정밀하게 제작 가능하다. 즉, 각 원통형 렌즈(12)에서의 XZ 평면의 단면 형상은 일정하므로, 금형을 제작할 때에는 Y축을 따라 절삭하고, Y축 방향으로 연장되는 홈을 형성하면 된다. 이에 대해, X축 방향 및 Y축 방향의 양쪽에 복수 배열된 마이크로렌즈 어레이(11, 11A)의 금형을 제작하기 위해서는 NC 선반 등을 사용하여 하나하나의 렌즈면을 개별적으로 제작할 필요가 있다. 이로 인해, 번잡한 데다가 마이크로렌즈 어레이(11, 11A)끼리의 상대 위치의 오차가 발생하기 쉽다.

[제2 실시 형태]

이어서, 도 11 및 도 12를 참조하여, 본 발명에서의 제2 실시 형태로서의 공간상 표시 장치(10C)에 대하여 설명한다. 도 11은 공간상 표시 장치(10C)의 전체 구성을 도시하는 개략도이다. 도 12는 도 11에 도시한 파선에 둘러싸여진 영역의 일부를 확대한 것이다.

공간상 표시 장치(10C)는, 소위 리어 프로젝터형 디스플레이이며, 하우징(60)의 내부에 투사 광학 유닛(61)과, 반사 미러(62)와, 렌즈 유닛(63)을 구비한 것이다. 이 공간상 표시 장치(10C)에서는 투사 광학 유닛(61)의 내부에 2차원 표시 화상을 생성하는 표시부(도시하지 않음)를 갖고 있고, 그 표시부로부터 사출된 표시 화상광이 반사 미러(62)를 경유하여 렌즈 유닛(63)에 도달하도록 되어 있다. 도 12에 렌즈 유닛(63)의 수평면 내에서의 일 구성예를 도시한다. 도 12에 도시한 바와 같이, 렌즈 유닛(63)은 투사 광학 유닛(61)측으로부터 프레넬 렌즈(7), 제1 렌즈 어레이(1), 제2 렌즈 어레이(3), 편향부(4)가 순서대로 배치된 것이다. 프레넬 렌즈(7)는 투사 광학 유닛(61)으로부터 반사 미러(62)를 거쳐 입사되는 표시 화상광을 평행광으로 변환하는 것이다. 또한, 제1 렌즈 어레이(1), 제2 렌즈 어레이(3) 및 편향부(4)는, 상기 제1 실시 형태의 것과 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 투사 광학 유닛(61)으로부터의 표시 화상광은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 각 색의 광이 합성되지 않고 분리된 상태로 사출되고, 화소(22R), 화소(22G) 및 화소(22B)의 각각에 대응한 마이크로렌즈(11)에 각 색의 광이 분리된 채 입사하도록 되어 있다. 각 마이크로렌즈(11)로부터 사출된 표시 화상광은 집광한 후 제2 렌즈 어레이(3)에 입사하고, 제2 렌즈 어레이(3)에 의해 평행광 혹은 수렴광으로 변환되어 편향부(4)를 향한다. 편향부(4)에 도달한 표시 화상광은 적절한 방향으로 편향되어, 관찰자에게 도달하게 된다.

이와 같이 표시부를 제1 렌즈 어레이(1)와 제2 렌즈 어레이(3)의 사이가 아니라, 제1 렌즈 어레이(1)의 입사측에 배치하도록 한 경우라도, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 본 실시 형태에서는 제1 렌즈 어레이(1)와 제2 렌즈 어레이(3)의 사이의 결상점의 근방에 연직 방향으로 광을 확산시키는 확산판(이방성 확산판)이나, 연직 방향 및 수평 방향의 양쪽에 광을 확산시키는 확산판(등방성 확산판)을 배치하도록 하여도 된다. 그 경우, 연직 방향에서의 관찰 가능 범위를 확대할 수 있고, 관찰자가 화면의 상하 방향(연직 방향)으로 다소 어긋난 위치에 서 있었다고 하여도 관찰자는 공간상을 시인할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서도, 상기 제1 실시 형태에 나타낸 제1 내지 제4 변형예를 각각 적용하는 것이 가능하고, 마찬가지의 효과가 얻어진다.

이상, 몇가지 실시 형태 및 변형예를 들어 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 상기의 실시 형태 등에 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 상기 실시 형태 등에서는 표시 디바이스로서 액정 디바이스를 이용한 예에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어 유기 EL 소자, 플라즈마 발광 소자, 필드 에미션(FED) 소자, 혹은 발광 다이오드(LED) 등의 자발광 소자를 어레이 형상으로 배치한 것을 표시 디바이스로서 적용할 수도 있다. 이러한 자발광형의 표시 디바이스를 사용한 경우에는, 백라이트용의 광원을 별도로 설치할 필요가 없기 때문에 보다 간소한 구성을 실현할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태 등에서 설명한 액정 디바이스는 투과형의 라이트 밸브로서 기능하는 것이지만, GLV(격자 라이트 밸브)나 DMD(디지털 멀티 미러) 등의 반사형의 라이트 밸브를 표시 디바이스로서 사용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 제1 실시 형태에서의 변형예 1에서는, 표시 화상광을 편향부(4)에 있어서 수평 방향의 편향 및 연직 방향의 편향을 동시에 행하도록 하였지만, 수평 방향의 편향과 연직 방향의 편향을 다른 수단에 의해 개별적으로 행하도록 하여도 된다.

Claims

복수의 화소를 갖고, 영상 신호에 따른 2차원 표시 화상을 생성하는 2차원 화상 생성 수단과,
상기 화소의 각각에 대응하여 설치되고, 상기 화소의 각각을 통과하는 광을 집광하는 복수의 제1 렌즈로 이루어지는 제1 렌즈 어레이와,
상기 제1 렌즈 어레이를 통과하여 집광된 광을 평행광 혹은 수렴광으로 변환하여 사출하는 제2 렌즈 어레이를 구비한, 공간상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 어레이와 상기 제2 렌즈 어레이의 거리는 각각의 초점 거리의 합계와 일치하거나, 그 합계보다 큰, 공간상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈 어레이에 입사하는 광을 평행광으로 변환하는 광 평행화 수단을 더 구비한, 공간상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 2차원 화상 생성 수단은, 광축 상에 있어서, 상기 제1 렌즈 어레이와 상기 제2 렌즈 어레이의 사이에 위치하는, 공간상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 2차원 화상 생성 수단은, 광축 상에 있어서, 상기 제1 렌즈 어레이의 입사측에 위치하는, 공간상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 렌즈는, 광축을 포함하는 제1 평면에서의 초점 위치와, 광축을 포함함과 함께 상기 제1 평면과 직교하는 제2 평면에서의 초점 위치가 서로 상이한, 공간상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈 어레이는, 광축과 직교하는 제1 방향을 따른 축을 중심으로 한 원기둥면을 각각 갖는 복수의 원통형 렌즈가 광축 및 상기 제1 방향의 양쪽과 직교하는 제2 방향으로 병렬 배치된 것인, 공간상 표시 장치.
제7항에 있어서, 상기 제1 방향으로 입사광을 산란시키는 이방성 확산판이 상기 제1 렌즈 어레이와 상기 제2 렌즈 어레이의 사이 또는 상기 제2 렌즈 어레이의 투영측에 배치되어 있는, 공간상 표시 장치.
제7항에 있어서, 상기 제1 렌즈 어레이는, 상기 제1 방향을 따른 축을 중심으로 한 원기둥면을 각각 갖는 복수의 원통형 렌즈가 상기 제2 방향으로 병렬 배치된 것인, 공간상 표시 장치.
제5항에 있어서, 상기 제1 렌즈 어레이를 통과한 광이 집광되는 위치에, 광축과 직교하는 면에 있어서 상기 제1 렌즈 어레이를 통과한 광을 등방적으로 확산시키는 등방성 확산판이 배치되어 있는, 공간상 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 렌즈 어레이로부터 사출된 광을 화소 단위로, 또는 일군의 화소를 일 단위로 하여 수평면 내에 있어서 편향하는 복수의 액체 광학 소자를 더 구비하고,
상기 액체 광학 소자는, 한 쌍의 전극과, 광축 상에 있어서 상기 한 쌍의 전극간에 봉입되고, 서로 다른 굴절률을 가짐과 함께 분리된 상태를 유지하는 극성 액체 및 무극성 액체를 포함하는, 공간상 표시 장치.
제11항에 있어서, 상기 극성 액체는 상기 한 쌍의 전극과 격리된 접지 전극과 접해 있는, 공간상 표시 장치.
제11항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극의 대향면은, 무전계 하에서 상기 무극성 액체에 친화성을 나타내는 절연막에 의해 덮어져 있는, 공간상 표시 장치.
광원과,
복수의 화소를 갖고, 영상 신호에 따른 2차원 표시 화상을 생성하는 2차원 화상 생성 수단과,
상기 화소의 각각에 대응하여 설치되고, 상기 광원으로부터의 광을 집광하는 제1 렌즈 어레이와,
상기 제1 렌즈 어레이를 통과하여 집광된 광을 평행광 혹은 수렴광으로 변환하여 사출하는 제2 렌즈 어레이를 구비하고,
상기 2차원 화상 생성 수단은, 광축 상에 있어서, 상기 제1 렌즈 어레이와 상기 제2 렌즈 어레이의 사이에 위치하는, 공간상 표시 장치.
복수의 화소를 갖고, 영상 신호에 따른 2차원 표시 화상을 생성하는 2차원 화상 생성 수단과,
상기 화소의 각각에 대응하여 설치되고, 상기 화소의 각각을 통과하는 광을 집광하는 복수의 제1 렌즈로 이루어지는 제1 렌즈 어레이와,
상기 제1 렌즈 어레이를 통과하여 집광된 광을 평행광 혹은 수렴광으로 변환하여 사출하는 제2 렌즈 어레이와,
상기 제2 렌즈 어레이로부터 사출된 광을 편향하는 복수의 액체 광학 소자를 구비하고,
상기 액체 광학 소자는,
한 쌍의 전극과,
접지 전극과,
상기 한 쌍의 전극간에 봉입되고, 서로 다른 굴절률을 갖는 극성 액체 및 무극성 액체를 포함하고,
상기 극성 액체는 상기 접지 전극과 접해 있는, 공간상 표시 장치.