(57)【要約】【課題】広い範囲の場所において観察者が適正な立体画像を観ることのできる表示装置を提供する。【解決手段】視準光を出射する複数の画素を有する表示体と、前記表示体の前方に設けられた液体光学素子と、を備え、前記液体光学素子は、一定空間内に封じられた屈折率の異なる２種類の液体と、前記液体を封じる面の一部に設けられた３つ以上の電極と、を有し、前記電極に印加される電圧に応じて前記２種類の液体の界面の形状を変化させることにより、前記視準光の方向を変化させることを特徴とする表示装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
視準光を出射する複数の画素を有する表示体と、
前記表示体の前方に設けられた液体光学素子と、
を備え、
前記液体光学素子は、
一定空間内に封じられた屈折率の異なる２種類の液体と、
前記液体を封じる面の一部に設けられた３つ以上の電極と、
を有し、
前記電極に印加される電圧に応じて前記２種類の液体の界面の形状を変化させることにより、前記視準光の方向を変化させることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記画素と、前記液体光学素子と、は、ｎ対１（ｎは１以上の整数）の対応関係となるように設けられていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記液体光学素子は、液体レンズ及び液体プリズムから選択されることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記液体光学素子は、
前記液体を介して対向する第１及び第２の電極と、
前記第１及び第２の電極の配列方向と交差する方向に沿って配列し前記液体を介して対向する第３及び第４の電極と、
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】
視準光を出射する複数の画素を有する表示体と、
前記表示体の前方に設けられた液体光学素子と、
観察者の目の位置を認識する機能を有する観察者認識手段と、
を備え、
前記液体光学素子は、
一定空間内に封じられた屈折率の異なる２種類の液体と、
前記液体を封じる面の一部に設けられた電極と、
と有し、
前記電極に印加される電圧に応じて前記２種類の液体の界面の形状を変化させることにより、前記視準光の方向を変化可能とし、
前記観察者認識手段が認識した前記目の方向に前記視準光を導くことを特徴とする表示装置。
【請求項６】
前記液体光学素子は、２つ以上の電極を有することを特徴とする請求項５記載の表示装置。
【請求項７】
前記画素と、前記液体光学素子と、は、ｎ対１（ｎは１以上の整数）の対応関係となるように設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の表示装置。
【請求項８】
前記液体光学素子は、液体レンズ及び液体プリズムから選択されることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項９】
前記液体レンズは、レンチキュラー型の液体レンズであることを特徴とする請求項８記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置に関し、より詳細には、視準光を出射する複数の画素を有する表示体を備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体画像を表示するための装置がいくつか提案されている。例えば、特許文献１では、視準光を供給する手段と、ダイナミックビーム偏向器とを有する自動立体ディスプレイ装置が開示されている。この装置においては、ダイナミックビーム偏向器によってビームは走査され、分割スクリーンを透過するディスプレイアレイの画素によって放射される光の射出角は、ダイナミックビーム偏向器によって制御される。
【特許文献１】特開２００６−５２１５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、広い範囲の場所において観察者が適正な立体画像を観ることのできる表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、視準光を出射する複数の画素を有する表示体と、前記表示体の前方に設けられた液体光学素子と、を備え、前記液体光学素子は、一定空間内に封じられた屈折率の異なる２種類の液体と、前記液体を封じる面の一部に設けられた３つ以上の電極と、を有し、前記電極に印加される電圧に応じて前記２種類の液体の界面の形状を変化させることにより、前記視準光の方向を変化させることを特徴とする表示装置が提供される。
【０００５】
また、本発明の他の一態様によれば、視準光を出射する複数の画素を有する表示体と、前記表示体の前方に設けられた液体光学素子と、観察者の目の位置を認識する機能を有する観察者認識手段と、を備え、前記液体光学素子は、一定空間内に封じられた屈折率の異なる２種類の液体と、前記液体を封じる面の一部に設けられた電極と、と有し、前記電極に印加される電圧に応じて前記２種類の液体の界面の形状を変化させることにより、前記視準光の方向を変化可能とし、前記観察者認識手段が認識した前記目の方向に前記視準光を導くことを特徴とする表示装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、広い範囲の場所において観察者が適正な立体画像を観ることのできる表示装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（具体例１）
まず、本実施形態に係る表示装置の一例（具体例１）について、図１〜図５を参照しつつ説明する。  
図１は、具体例１に係る表示装置を例示する模式図である。  
図１に表したように、具体例１に係る表示装置１は、視準光を出射する複数の画素３を有する表示体２と、表示体２の前方に設けられた液体光学素子４と、を備える。
【０００９】
それぞれの画素３は、右目用または左目用の画像に対応した画素である。  
画素３と、液体光学素子４と、は、ｎ対１の対応関係となるように設けられている。すなわち、画素３と、液体光学素子４と、は、図１に表したように１対１の対応関係となるように設けられてよい。あるいは２以上対１の対応関係となるように設けてもよい。例えば、複数の画素３に対して１つの液体光学素子４が設けられる構成であってもよい。
【００１０】
液体光学素子４は、液体からなる光学素子であって視準光の進行方向を変化させる機能を有する任意の光学素子であってよく、例えば液体レンズや液体プリズムが挙げられる。液体光学素子４は、後に詳述するように、一定空間内に封じられた屈折率の異なる２種類の液体と、これら液体を封じる面の一部に設けられた３つ以上の電極５と、を有し、電極５に印加される電圧に応じてこれら液体の界面の形状を変化させることにより、視準光の方向を変化させる機能を有する。界面の形状を変えることにより、多様な光学素子を形成することができる。
【００１１】
本具体例において、液体光学素子４は３つ以上の電極５を有する。これにより、液体光学素子４は、２方向以上の方向において視準光の進行方向を変化させることができる。例えば、図１では、水平方向（Ｘ軸方向、図１（ｂ））及び鉛直方向（Ｚ軸方向、図１（ｃ））の２方向において、視準光の進行方向を変化させることができる。
【００１２】
次に、液体光学素子４の原理について、図２を参照しつつ説明する。  
図２は、液体光学素子４の原理を説明するための模式断面図である。図２（ａ）は、電極５に電圧が印加されていない状態を表し、図２（ｂ）、図２（ｃ）、及び図２（ｄ）は電極５に電圧が印加された状態を表している。
【００１３】
まず、図２（ａ）に表したように、液体光学素子４は、一定空間内に封じられた屈折率の異なる２種類の液体４１、４２を有する。屈折率については、液体４１の方が高い値であってよく、逆に低い値であってよい。ここでは、液体４２が液体４１より高い屈折率を有する場合を取り上げる。
【００１４】
液体４１は例えば水溶液であり、液体４２は例えば油である。両者は混じり合わない。これら液体を封じる面の一部には電極５が設けられている。電極５の一部（図２では、電極５の下方部分）には撥水加工が施され、これにより液体４１（水溶液）は上方に、また液体４２（油）は下方に存在する構成となる。
【００１５】
次に、図２（ｂ）に表したように、電極５にプラスの電圧Ｖ１を印加する。この場合、太い矢印で示したように液体４１は電極５に集まろうとし、電極５の下部の撥水性が弱まる。この結果、液体４１と液体４２との間の界面はレンズ状の形状を有することになり、画素３から出射された視準光の進行方向が変化する。例えば、図２（ｂ）の細い矢印で示したように、画素３の右方から出射された視準光は界面で屈折し、左側に傾いて進むことになる。このようにして、いわゆる「液体レンズ」が形成される。
【００１６】
なお、「画素３から視準光が出射される」あるいは「画素３が視準光を出射する」には、画素３のそれぞれが発光して光が出射される場合と、別の発光体から出射された光が画素３を通って出射される場合との両方が含まれる。
【００１７】
また、図２（ｃ）に表したように、電極５ａにプラスの電圧Ｖ１を、また電極５ｂにマイナスの電圧Ｖ２をそれぞれ印加した場合は、液体４１は電極５ａ側に集まろうとし、逆に電極５ｂからは遠ざかろうとする。この結果、液体４１と液体４２との間の界面はプリズム状の形状を有することになり、画素３から出射された視準光の進行方向が変化する。例えば、図２（ｃ）の細い矢印で示したように、画素３の右方から出射された視準光は界面で屈折し、右側に傾いて進むことになる。このようにして、いわゆる「液体プリズム」が形成される。
【００１８】
また、図２（ｄ）に表したように、電極５ａにプラスの電圧Ｖ３を、また電圧５ｂにＶ３より小さい値のプラスの電圧Ｖ４をそれぞれ印加した場合は、液体４１は電極５ａ側により多く集まろうとする。この結果、図２（ｂ）とは異なる指向性を有する液体レンズが形成される。
【００１９】
このように、電極５に印加する電圧を様々な値に設定することにより、液体光学素子４の界面は多様な形状を呈する。例えば、液体レンズの場合は界面の曲率や曲率中心の位置を変えることができ、液体プリズムの場合は表示体の表示面と界面とのなす角度を変えることができる。この結果、光を様々な方向に導くことができる。すなわち、液体光学素子４は、視準光の方向を制御する機能を有する。
【００２０】
従来、主に固定型（固体）の光学素子を用いて立体画像を表示することが提案されてきた。この場合、同じ原画像に対して視差の分だけ画像を用意する必要があった。また、画像の数を限定した場合には、適正な立体画像を観ることのできる場所が限られていた。これに対し、本実施形態のように流動型（液体）の光学素子を用いた場合は、光の指向に可変性が付与される。この結果、事前に用意する画像の数が抑制され（すなわち、右目用及び左目用の原画像それ自体のみを用意すれば足り）、広い範囲の場所で適正な立体画像を観ることが可能となる。また、単位面積当たりの原画像の数が増すことから解像度が向上する。さらに、装置の微細化にも資することとなる。
【００２１】
次に、液体光学素子４の形状等について、図３を参照しつつ説明する。  
図３は、液体光学素子４の構成を例示する模式平面図である。  
本具体例において、液体光学素子４は多数の液体光学素子４が配置される、いわゆるマイクロアレイ型であってよい。形状としては、図３（ａ）に表したように円形であってよく、あるいは図３（ｂ）に表したように正方形であってよい。また、長方形や他の任意の形状であってよい。
【００２２】
また、電極５の数は、３つ以上の任意の数であってよく、例えば図３に表したように４つであってよい。すなわち、図３に表した具体例の場合、電極５ａと電極５ｃとは液体を介して対向している。そして、電極５ｂと電極５ｄとは、電極５ａ及び電極５ｃの配列方向と交差する方向に沿って配列し、液体を介して対向している。  
図２に関して前述した原理により、電極５ｂ及び電極５ｄに電圧を印加することにより、Ｘ軸方向（水平方向）において視準光の進行方向を変化させることができる。また、電極５ａ及び電極５ｃに電圧を印加することにより、Ｚ軸方向（鉛直方向）において視準光の進行方向を変化させることができる。これにより、図１に表したように、水平方向（Ｘ軸方向）及び鉛直方向（Ｚ軸方向）を含め、広い範囲の場所に視準光を導くことができる。従って、様々な場所に存在する観察者に対して適正な画像を送ることが可能となる。
【００２３】
なお、視準光の進行方向の範囲（視差）については、適宜設定することができ、例えば人間の視野角（水平方向で２００度程度、垂直方向で１２５度程度）を考慮に入れて設定することができる。
【００２４】
次に、表示装置１の動作について、図１、図２、図４及び図５を参照しつつ説明する。
図４及び図５は、表示装置１の動作を例示する模式図である。  
まず、図１に表したように、表示体２の全部または一部において、右目用及び左目用の画素３が予め用意されている。そして、画像を表示する際には、図２に表したように液体光学素子４の電極５に電圧を印加し、画素３から出射された視準光の進行方向を変化させる。
【００２５】
この時、図４に表したように、液体光学素子４を用いて視準光を視差（観察者の存在し得る範囲）の分だけ走査する。走査は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向において行う。すなわち、電極５に印加する電圧を順次変化させて、視差の範囲に亘って視準光が導かれるようにする。電圧の変化は、連続的であっても不連続的であってもよい。
【００２６】
また、視差の分だけ画像を予め用意する構成にしてもよい。この場合、複数の方向に対応したフレーム（コマ）を順次表示し、これら複数のフレームが表示される間に亘って走査を行うことができる。すなわち、それぞれの方向に対応したフレームが表示されている時に、当該方向に視準光が進行するように走査を行う。画像の用意及び走査は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向において行う。
【００２７】
かかる構成により、図５に表したように、それぞれの観察者に対し異なる画像を送ることが可能となる。例えば、画面に向かって右側に存在する観察者に対しては、表示対象を３次元空間において実際に右側から見たときの立体画像を送ることができる。同様に、正面に存在する観察者に対しては実際に正面から見たときの、左側に存在する観察者に対しては実際に左側から見たときの、立体画像をそれぞれ送ることができる。また、上側及び下側に存在する観察者に対しても、同様にそれぞれの位置から実際に見たときの立体画像を送ることができる。これにより、各観察者は自然な立体画像を観ることができる。
【００２８】
このように、具体例１によれば、広い範囲の場所において観察者が適正な立体画像を観ることのできる表示装置が提供される。
【００２９】
（具体例２）
次に、本実施形態に係る表示装置の他の一例（具体例２）について、図６〜図８を参照しつつ説明する。  
図６は、具体例２に係る表示装置を例示する模式図である。  
図６に表したように、具体例２に係る表示装置１は、視準光を出射する複数の画素３を有する表示体２と、表示体２の前方に設けられた液体光学素子４と、観察者の目の位置を認識する機能を有する観察者認識手段７と、を備える。
【００３０】
それぞれの画素３は、具体例１と同様に右目用または左目用の画像に対応した画素である。  
画素３と、液体光学素子４と、は、具体例１と同様に１対１または２以上対１の対応関係により設けられてよい。  
液体光学素子４の構成及び原理等については、具体例１に関して前述した通りである。但し、本具体例においては、電極５の数は１以上の任意の数であってよく、特に２以上の任意の数であってよい。また、具体例１（図３）で説明した構成以外の構成であってよく、例えば後に説明するいわゆるレンチキュラー型の液体レンズも含まれる。
【００３１】
観察者認識手段７は、カメラ等の画像取得手段により画像を取得し、この画像を解析して観察者の目の位置を認識する。より詳細には、表示装置１の周囲の画像を取得し、この画像を解析して観察者の目（右目及び左目）の位置、すなわち表示装置１を基準とした目の存在する方向、を認識する。画像認識には、パターンマッチングなどを用いた公知の各種画像認識技術を用いることができる。
【００３２】
そして、液体光学素子４は、観察者認識手段７が認識した目の方向に視準光を導く。すなわち、観察者認識手段７が認識した目の方向に視準光が進行するように電極５の電圧を調節する。これにより、広い範囲の任意の場所に存在する観察者に対して適正な画像を送ることが可能となる。
【００３３】
本具体例においても、視差（観察者の存在し得る範囲）の分だけ画像を予め用意する構成にしてよい。この場合、観察者の存在する方向に対応したフレームのみ選択して表示することができる。かかる構成により、観察者に対し、表示対象を３次元空間において実際に当該観察者から見たときの立体画像を送ることができる。これにより、図５に表したように観察者は自然な立体画像を観ることができる。
【００３４】
なお、液体光学素子４が３つ以上の電極５を有する場合には、具体例１に関して前述したように２方向以上、例えば水平方向及び鉛直方向の出射角度を調節することができる。
また、液体光学素子４は、具体例１と同様に液体レンズや液体プリズムであってよい。液体レンズの場合、次に説明するレンチキュラー型の液体レンズであってもよい。
【００３５】
図７は、具体例２で用いることのできる液体レンズの種類を例示した模式斜視図である。図７（ａ）は通常型の液体レンズを表し、図７（ｂ）はレンチキュラー型の液体レンズを表している。  
図７（ａ）に表した通常型の液体レンズについては、図２及び図３に関して前述した通りである。
【００３６】
レンチキュラー型のレンズは、図７（ｂ）に表したように、かまぼこ型の形状を有する。レンチキュラー型では、通常は各アレイ（列）に１つのレンズが配置される。すなわち、レンズの延在方向（一般にＺ軸方向）において、１つのレンズにアレイ内の複数の画素が対応している。また、配列方向（一般にＸ軸方向）において、１つのレンズに２画素が対応している。この場合、図６に表したように、画素３ａを左目用の画素とし、画素３ｂを右目用の画素とすることができる。
【００３７】
レンチキュラー型レンズの原理は、図２（ｂ）及び図２（ｄ）に関して前述した原理において電極５の数が１方向（一般にＸ軸方向）に２つ存在する場合の原理である。従って、１方向（Ｘ軸方向）にのみ視準光の方向を制御することのできるレンズである。レンチキュラー型は、図７（ａ）に表した通常型に比べ、製造が比較的容易であり制御が比較的簡素である。
【００３８】
次に、観察者が複数存在する場合の表示装置１の動作について、図８を参照しつつ説明する。  
図８は、複数の観察者が存在する場合の表示装置１の動作を例示する模式斜視図である。  
図８に表したように、観察者が複数存在する場合は、１フレーム（１コマ）が表示されている間に、液体光学素子４を用いて視準光を視差（ここでは、観察者が実際に存在する範囲）の分だけ走査する。走査は、液体光学素子４の形態によりＸ軸方向及び／またはＺ軸方向において行う。すなわち、電極５に印加する電圧を順次変化させて、視差の範囲に亘って視準光が導かれるようにする。電圧の変化は、連続的であっても不連続的であってもよい。
【００３９】
また、視差（ここでは、観察者の存在し得る範囲）の分だけ画像を予め用意する構成にしてもよい。この場合、観察者が実際に存在する複数の方向に対応したフレームを順次表示し、これら複数のフレームが表示される間に亘って走査を行うことができる。すなわち、それぞれの方向に対応したフレームが表示されている時に、当該方向に視準光が進行するように走査を行う。画像の用意及び走査は、液体光学素子４の形態によりＸ軸方向及び／またはＺ軸方向において行う。
【００４０】
かかる構成により、具体例１に関して前述した要領で、それぞれの観察者に対し異なる画像を送ることが可能となる。これにより、図５に表したように各観察者は自然な立体画像を観ることができる。  
このように、具体例２によれば、広い範囲の任意の場所において、観察者が適正な立体画像を観ることのできる表示装置が提供される。
【００４１】
なお、これまで液体光学素子については電気を用いて液体の界面を変形させる構成について説明してきたが、本実施形態における液体光学素子は、機械的手法により液体等の流動体または弾性体の表面または界面を変形させる構成であってもよい。
【００４２】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。  
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】具体例１に係る表示装置を例示する模式図である。
【図２】液体光学素子４の原理を説明するための模式断面図である。
【図３】液体光学素子４の構成を例示する模式平面図である。
【図４】表示装置１の動作を例示する模式図である。
【図５】表示装置１の動作を例示する模式図である。
【図６】具体例２に係る表示装置を例示する模式図である。
【図７】具体例２で用いることのできる液体レンズの種類を例示した模式斜視図である。
【図８】複数の観察者が存在する場合の表示装置１の動作を例示する模式斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  表示装置、２  表示体、３  画素、３ａ  画素、３ｂ  画素、４  液体光学素子、５  電極、５ａ  電極、５ｂ  電極、５ｃ  電極、５ｄ  電極、７  観察者認識手段、４１  液体、４２  液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図６】
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