(57)【要約】【課題】より大きな焦点調節効果を得ることができるようにする。【解決手段】  波面制御型表示装置１の外部より画像情報が供給されると、３次元画像表示制御部１１は、信号分離部２１においてその画像情報から２次元画像情報を抽出し、２次元画像表示部駆動回路２３において、その２次元画像情報を用いて２次元画像表示部１２を駆動させ、２次元画像を表示させる。また、このとき、３次元画像表示制御部１１は、信号分離部２１において、入力された画像情報から奥行き情報を抽出し、波面制御部駆動回路２２において、その奥行き情報を用いて波面制御部１３を駆動させ、２次元画像表示部１２により表示される２次元画像を３次元表示させる。本発明は、立体画像表示装置に適用することができる。【選択図】図１
2006267386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を３次元表示する表示装置であって、
アレイ状に配置された発光画素群よりなり、前記画像を２次元表示する画像表示手段と、
それぞれが、屈折率が互いに異なる２つの層の界面を利用して、前記発光画素より出力された光の焦点位置を奥行き方向に制御する、アレイ状に配置された液体レンズ群よりなり、各液体レンズによる前記焦点位置の制御により、前記画像表示手段により表示される前記画像を３次元表示させる３次元表示手段と
を備え、
前記２つの層の内、一方の層は極性を有する液体により構成され、
前記液体レンズは、前記２つの層の他にさらに撥水性の絶縁体を有し、
前記３次元表示手段は、各液体レンズの前記絶縁体に電圧を印加し、前記絶縁体と前記液体との濡れ性を変化させ、前記液体の形状を変化させて前記界面の形状を変化させることにより前記焦点位置を制御する
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記２つの層の内、他方の層は、極性を有さない液体により構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記２つの層の内、他方の層は、空隙として構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項４】
前記発光画素は、画像をフルカラー表示する最小単位の画素群であり、各液体レンズは１つの発光画素の光の焦点位置を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項５】
前記発光画素は、画像をフルカラー表示する最小単位の画素群であり、各液体レンズは複数の発光画素の光の焦点位置を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項６】
前記画像表示手段は、前記画像を、前記複数の発光画素内において、表示位置を反転させて表示する
ことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記液体レンズは、前記２つの層および前記絶縁体を挟むように２つの電極を有し、
前記３次元表示手段は、各液体レンズの前記２つの電極間に電圧を印加することにより前記焦点位置を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項８】
前記３次元表示手段は、各液体レンズを互いに独立して制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項９】
画像を３次元表示する表示装置の表示制御方法であって、
アレイ状に配置された発光画素群よりなる画像表示部を制御し、前記画像を２次元表示させる画像表示制御ステップと、
一方が極性を有する液体により構成される屈折率が互いに異なる２つの層と、撥水性の絶縁体を有し、前記２つの層の界面を利用して、前記発光画素より出力された光の焦点位置を奥行き方向に制御するアレイ状に配置された液体レンズ群よりなる３次元表示部を制御し、前記絶縁体に電圧を印加し、前記絶縁体と前記液体との濡れ性を変化させ、前記液体の形状を変化させて前記界面の形状を変化させることにより前記焦点位置を制御して、前記画像表示制御ステップの処理により前記画像表示部に表示される前記画像を３次元表示させる３次元表示ステップと
を含むことを特徴とする表示方法。
【請求項１０】
画像を３次元表示する処理をコンピュータに行わせるプログラムであって、
アレイ状に配置された発光画素群よりなる画像表示部を制御し、前記画像を２次元表示させる画像表示制御ステップと、
一方が極性を有する液体により構成される屈折率が互いに異なる２つの層と、撥水性の絶縁体を有し、前記２つの層の界面を利用して、前記発光画素より出力された光の焦点位置を奥行き方向に制御するアレイ状に配置された液体レンズ群よりなる３次元表示部を制御し、前記絶縁体に電圧を印加し、前記絶縁体と前記液体との濡れ性を変化させ、前記液体の形状を変化させて前記界面の形状を変化させることにより前記焦点位置を制御して、前記画像表示制御ステップの処理により前記画像表示部に表示される前記画像を３次元表示させる３次元表示ステップと
を含むことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、表示制御方法、並びにプログラムに関し、特に、画像を３次元表示可能な表示装置において、より大きな焦点調節効果を得ることができるようにする表示装置、表示制御方法、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体画像を再生する技術（画像を３次元表示する方法）として、例えば、両眼視差方式、バリフォーカルミラー方式、およびホログラフィー方式等が知られている。
【０００３】
両眼視差方式には、さらに観察者（ユーザ）が眼鏡を使用する必要がある方式と使用する必要が無い方式が存在するが、いずれの方式においても、左右の目に互いに異なる画像（それぞれの目に専用の画像）を入力させ、人間の脳の生理的機能により立体感を生じさせる。眼鏡を使用する方式の場合、赤・青フィルタ方式、偏光フィルタ方式、または時分割シャッタ方式等がある。
【０００４】
赤・青フィルタ方式の場合、観察者は、例えば、左右眼部の一方に赤色のフィルタが貼られ、他方に青色のフィルタを貼られた眼鏡をかけて、赤色と青色で描かれた画像を見る。この画像は、２つの視点から同じ対象物を見たときに得られる、各視点からの対象物の画像（２つの画像）が重ねられた画像である。さらに、この重畳された各画像（各視点からの画像）は、それぞれ、赤色または青色のいずれか一方の色（互いに異なる色）で描かれている。観察者が、この２色の画像を、上述したフィルタ付き眼鏡を介して観察することにより、観察者の左右両目には、それぞれ、互いに異なる色のフィルタを通過した、一方の画像のみが入力される。つまり、観察者の左右両目には、互いに異なる画像（異なる視点からの画像）が入力されるので、観察者は、その画像に描かれている対象物を立体視することができる。しかしながら、この場合、画像は２色に限定されるので、画像のカラー化が困難である。
【０００５】
これに対して偏光フィルタ方式の場合、眼鏡の左右眼部に互いに異なる方向の偏光フィルタが貼られるとともに、これに対応して２台の表示装置（例えばCRT（Cathode Ray Tube））にも同様に互いに異なる方向の偏光フィルタが貼られている。そして、２台のCRTの各々に左右眼用の画像（互いに視点が異なる画像）が表示されるので、その２つの画像を観察者が上述した眼鏡を介して左右の目で観察する。つまり、観察者は、左右両目で互いに異なる方向に偏光された画像を観察するので、赤・青フィルタ方式の場合と同様に、画像を立体視することができる。
【０００６】
また、時分割シャッタ方式の場合、インターレス方式で画像を表示する表示装置において、奇数フレームおよび偶数フレームのそれぞれに、互いに異なる視点からの画像を表示させ、観察者と画像との間にあるシャッタを開閉させながら、観察者に画像を観察させる。つまり、観察者は、各フレーム画像を左右いずれか一方の目で観察する。このようにすることにより、観察者の両目には互いに異なる画像が入力されるので、観察者は、上述した方法と同様に画像を立体視することができる。
【０００７】
これらの偏向フィルタ方式と時分割シャッタ方式は、ともに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観察者が眼鏡を装着する必要があるという煩わしさがある。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応を考えると互いに眼鏡をかける必要があるので、利用者は不自然さを感じてしまう。
【０００８】
これに対して、両眼視差方式における眼鏡を用いない方式として、レンチキュラーレンズを用いるものがある。このレンチキュラーを用いる場合、かまぼこ形の凸レンズを多数並べたものを画像の表示部の前に配置する。そして、このレンズ効果により、右眼用の画像を観察者の右眼に、また、左眼用の画像を観察者の左眼にそれぞれ入力させる。ただし、この場合、観察者が、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ったりする恐れがある。これに対してバリフォーカルミラー方式は、映像系で焦点が可変の鏡の焦点を高周波で変化させ、この状態で撮像を行い、再生形で撮影像の焦点の変化に同調させて表示の焦点位置を変化させるようにする。観察者は、このように表示される画像を観察すれば、焦点の合う面が奥行き方向に高速に変化しているので表示された画像を立体視することができる。しかしながら、この方式の場合、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たり、光学系の装置構成が大きくなったりしてしまう恐れがあった。
【０００９】
また、ホログラフィー方式もある。このホログラフィー方式の場合、レーザー光が２分されて一方が対象物に照射されるとともに、他方が参照光として利用される。そして、それら２本のレーザー光について、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。このホログラフィー方式はコストが高く、また、カラー画像や動画像の表示が困難であり、さらに、実時間での記録が困難であった。
【００１０】
また、例えば、発光素子からの光の焦点距離を制御する焦点可変レンズが各発光素子の前に配置され、色彩情報と主に伝送される距離情報によって焦点可変レンズが制御されるように構成される装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、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の表示装置を用いる方法もある（例えば、特許文献２参照）。さらに、発光素子が縦横に配列された２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ることにより、観察者が画像を立体視することができるように構成する方法もある（例えば、特許文献３参照）。
【００１１】
さらに、発光素子を縦横に配列した２次元カラーディスプレイ部と、液晶素子からなる焦点可変レンズを組み合わせることにより、広い視域での立体視が可能となるように構成されたものもある（例えば、特許文献４参照）。
【００１２】
また、光の屈折力を制御する光学素子として、電圧を印加することにより発生する２つの液体の界面の変化を利用するものがある（例えば、特許文献５参照）。
【００１３】
さらに、焦点距離が可変の液体マイクロレンズを用いた３次元画像形成システムもある（例えば、特許文献６参照）。
【特許文献１】特許第２５８５６１４号公報
【特許文献２】特開平５−１４２５１１号公報
【特許文献３】特開２０００−２６１８３３号公報
【特許文献４】特開２００２−３２８３３３号公報
【特許文献５】特開２００１−２４９２８２号公報
【特許文献６】特表平１１−５１３１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、以上のような、例えば、特許文献１乃至特許文献４に記載の方法では、発光素子などからの光を焦点可変レンズの制御により、結像位置を変えて立体視を実現するように構成されており、複数の画素の光が同一レンズを通過するため、このレンズが単位画素に相当することになるが、特許文献１乃至特許文献４の各文献に記載されている焦点調節機構は、液晶や電気光学効果を用いるものであり、大きな焦点調節効果を得ることは技術的に困難であった。つまり、観察される画像の奥行きが十分に得られない恐れがあった。
【００１５】
また、特許文献５には、液体を用いることにより焦点距離を可変にしたレンズについて記載されており、さらに、特許文献６には、その液体を用いたマイクロレンズによる立体画像表示装置に関する記載があるが、具体的に立体画像表示装置の構成が開示されておらず、実現不可能であった。
【００１６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、画像を３次元表示可能な表示装置において、より大きな焦点調節効果を得ることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の表示装置は、アレイ状に配置された発光画素群よりなり、画像を２次元表示する画像表示手段と、それぞれが、屈折率が互いに異なる２つの層の界面を利用して、発光画素より出力された光の焦点位置を奥行き方向に制御する、アレイ状に配置された液体レンズ群よりなり、各液体レンズによる焦点位置の制御により、画像表示手段により表示される画像を３次元表示させる３次元表示手段とを備え、２つの層の内、一方の層は極性を有する液体により構成され、液体レンズは、２つの層の他にさらに撥水性の絶縁体を有し、３次元表示手段は、各液体レンズの絶縁体に電圧を印加し、絶縁体と液体との濡れ性を変化させ、液体の形状を変化させて界面の形状を変化させることにより焦点位置を制御することを特徴とする。
【００１８】
前記２つの層の内、他方の層は、極性を有さない液体により構成されるようにすることができる。
【００１９】
前記２つの層の内、他方の層は、空隙として構成されるようにすることができる。
【００２０】
前記発光画素は、画像をフルカラー表示する最小単位の画素群であり、各液体レンズは１つの発光画素の光の焦点位置を制御するようにすることができる。
【００２１】
前記発光画素は、画像をフルカラー表示する最小単位の画素群であり、各液体レンズは複数の発光画素の光の焦点位置を制御するようにすることができる。
【００２２】
前記画像表示手段は、画像を、複数の発光画素内において、表示位置を反転させて表示するようにすることができる。
【００２３】
前記液体レンズは、２つの層および絶縁体を挟むように２つの電極を有し、３次元表示手段は、各液体レンズの２つの電極間に電圧を印加することにより焦点位置を制御するようにすることができる。
【００２４】
前記３次元表示手段は、各液体レンズを互いに独立して制御するようにすることができる。
【００２５】
本発明の表示制御方法は、アレイ状に配置された発光画素群よりなる画像表示部を制御し、画像を２次元表示させる画像表示制御ステップと、一方が極性を有する液体により構成される屈折率が互いに異なる２つの層と、撥水性の絶縁体を有し、２つの層の界面を利用して、発光画素より出力された光の焦点位置を奥行き方向に制御するアレイ状に配置された液体レンズ群よりなる３次元表示部を制御し、絶縁体に電圧を印加し、絶縁体と液体との濡れ性を変化させ、液体の形状を変化させて界面の形状を変化させることにより焦点位置を制御して、画像表示制御ステップの処理により画像表示部に表示される画像を３次元表示させる３次元表示ステップとを含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明のプログラムは、アレイ状に配置された発光画素群よりなる画像表示部を制御し、画像を２次元表示させる画像表示制御ステップと、一方が極性を有する液体により構成される屈折率が互いに異なる２つの層と、撥水性の絶縁体を有し、２つの層の界面を利用して、発光画素より出力された光の焦点位置を奥行き方向に制御するアレイ状に配置された液体レンズ群よりなる３次元表示部を制御し、絶縁体に電圧を印加し、絶縁体と液体との濡れ性を変化させ、液体の形状を変化させて界面の形状を変化させることにより焦点位置を制御して、画像表示制御ステップの処理により画像表示部に表示される画像を３次元表示させる３次元表示ステップとを含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明の表示装置、表示制御方法、並びにプログラムにおいては、アレイ状に配置された発光画素群よりなる画像表示部において画像が２次元表示され、一方が極性を有する液体により構成される屈折率が互いに異なる２つの層と、撥水性の絶縁体を有し、２つの層の界面を利用して、発光画素より出力された光の焦点位置を奥行き方向に制御するアレイ状に配置された液体レンズ群よりなる３次元表示部において、絶縁体に電圧が印加され、絶縁体と液体との濡れ性が変化されて、液体の形状が変化されて界面の形状が変化されることにより焦点位置が制御され、画像表示部において表示される画像が３次元表示される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、画像を３次元表示可能な表示装置において、より大きな焦点調節効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本明細書に記載の発明と、発明の実施の形態との対応関係を例示すると、次のようになる。この記載は、請求項に記載されている発明をサポートする実施の形態が本明細書に記載されていることを確認するためのものである。従って、発明の実施の形態中には記載されているが、発明に対応するものとして、ここには記載されていない実施の形態があったとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明に対応するものではないことを意味するものではない。逆に、実施の形態が発明に対応するものとしてここに記載されていたとしても、そのことは、その実施の形態が、その発明以外の発明には対応しないものであることを意味するものでもない。
【００３０】
さらに、この記載は、本明細書に記載されている発明の全てを意味するものではない。換言すれば、この記載は、本明細書に記載されている発明であって、この出願では請求されていない発明の存在、すなわち、将来、分割出願されたり、補正により追加されたりする発明の存在を否定するものではない。
【００３１】
本発明においては、画像を３次元表示する表示装置（例えば、図１の波面制御型表示装置）が提供される。この表示装置では、アレイ状に配置された発光画素（例えば、図１の発光画素部）群よりなり、画像を２次元表示する画像表示手段（例えば、図１の２次元画像表示部）と、それぞれが、屈折率が互いに異なる２つの層の界面（例えば、図３の界面６１）を利用して、発光画素より出力された光の焦点位置を奥行き方向に制御する、アレイ状に配置された液体レンズ（例えば、図１の液体レンズ部）群よりなり、各液体レンズによる焦点位置の制御により、画像表示手段により表示される画像を３次元表示させる３次元表示手段（例えば、図１の波面制御部）とを備え、２つの層の内、一方の層は極性を有する液体（例えば、図２の極性液体）により構成され、液体レンズは、２つの層の他にさらに撥水性の絶縁体（例えば、図２の絶縁体）を有し、３次元表示手段は、各液体レンズの絶縁体に電圧を印加し、絶縁体と液体との濡れ性を変化させ、液体の形状を変化させて界面の形状を変化させることにより焦点位置（例えば、図４の観察発光画素）を制御する。
【００３２】
前記２つの層の内、他方の層は、極性を有さない液体（例えば、図２の無極性液体）により構成されるようにすることができる。
【００３３】
前記発光画素は、画像をフルカラー表示する最小単位の画素群であり、各液体レンズは複数の発光画素（例えば、図６の発光画素部群）の光の焦点位置を制御するようにすることができる。
【００３４】
前記液体レンズは、２つの層および絶縁体を挟むように２つの電極（例えば、図２の上部電極および下部電極）を有し、３次元表示手段は、各液体レンズの２つの電極間に電圧を印加することにより焦点位置を制御するようにすることができる。
【００３５】
本発明においては、画像を３次元表示する表示装置（例えば、図１の波面制御型表示装置）の表示制御方法が提供される。この表示制御方法においては、アレイ状に配置された発光画素（例えば、図１の発光画素部）群よりなる画像表示部（例えば、図１の２次元画像表示部）を制御し、画像を２次元表示させる画像表示制御ステップ（例えば、図５のステップＳ４）と、一方が極性を有する液体（例えば、図２の極性液体）により構成される屈折率が互いに異なる２つの層と、撥水性の絶縁体（例えば、図２の絶縁体）を有し、２つの層の界面（例えば、図３の界面６１）を利用して、発光画素より出力された光の焦点位置（例えば、図４の観察発光画素）を奥行き方向に制御するアレイ状に配置された液体レンズ（例えば、図１の液体レンズ部）群よりなる３次元表示部（例えば、図１の波面制御部）を制御し、絶縁体に電圧を印加し、絶縁体と液体との濡れ性を変化させ、液体の形状を変化させて界面の形状を変化させることにより焦点位置を制御して、画像表示制御ステップの処理により画像表示部に表示される画像を３次元表示させる３次元表示ステップ（例えば、図５のステップＳ５）とを含むことを特徴とする。
【００３６】
本発明のプログラムにおいても、各ステップが対応する実施の形態（但し一例）は、本発明の表示制御方法と同様である。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００３８】
図１は、本発明を適用した波面制御型表示装置の一実施形態に係る構成例を示す図である。
【００３９】
図１において波面制御型表示装置１は、３次元画像表示制御部１１、２次元画像表示部１２、および液面制御部１３を有しており、入力された画像情報に基づいて画像を３次元表示（立体表示）する画像表示装置である。
【００４０】
なお、以下において、３次元表示（立体表示）とは、観察者が、画面に表示された画像を３次元物体であると認識するような表示方法（画像を仮想的な３次元物体として表示する表示方法）のことを示す。この方法において、表示画像は、その焦点位置が奥行き方向に所定の単位（例えば画素毎）で制御されており、観察者が、その各部分の焦点位置の違いによって奥行き感を感じるようになされている。例えば、表示画像の右側の焦点位置が表示面より手前に設定され、左側の焦点位置が表示面付近に設定されているとすると、観察者は、表示画像の右の部分を手前に感じ、左の部分を奥に感じる。このように、観察者は、表示画像を立体視することができる。
【００４１】
これに対して、通常の２次元表示（平面表示）とは、観察者が、画面に表示された画像を２次元画像であると認識するような表示方法のことを示す。この場合、表示画像の焦点位置はその部分によらず、一定で表示面となる。つまり、観察者は、この画像に奥行きを感じず、この画像を平面画像として認識する。
【００４２】
３次元画像表示制御部１１は、入力された画像情報等に基づいて２次元画像表示部１２と波面制御部１３を制御する制御部であり、信号分離部２１、波面制御部駆動回路２２、２次元画像表示部駆動回路２３、制御部３１、ROM（Read Only Memory）３２、RAM（Random Access Memory）３３、入力部３４、出力部３５、記憶部３６、通信部３７、およびドライブ３８を有している。
【００４３】
信号分離部２１は、制御部３１に制御され、外部より入力された画像情報を受け付ける。この画像情報には、２次元画像情報と奥行き情報が含まれる。２次元画像情報は、２次元画像表示部１２を制御する制御情報であり、２次元画像表示部１２の各画素をどのように発光させるかを示す情報である。つまり、２次元画像情報は平面画像の画像データである。
【００４４】
また、奥行き情報は、波面制御部１３を制御する制御情報であり、２次元画像表示部１２に表示される画像（２次元画像情報に対応する画像）の焦点位置を、１つまたは複数の画素を単位として指定する情報である。つまり、奥行き情報は、観察者による観察において、２次元画像表示部１２に表示される画像に奥行き感を持たせるための情報である。
【００４５】
例えば、入力された画像情報が静止画像である場合、２次元画像情報は１枚のフレーム画像を示す画像データであり、奥行き情報は、そのフレーム画像の焦点位置を指定する情報の集合である。また、例えば、入力された画像情報が動画像である場合、２次元画像情報はフレーム画像（またはフィールド画像）を示す画像データの集合であり、奥行き情報は、各フレーム画像（またはフィールド画像）に対応する焦点位置を指定する情報の集合を要素とする集合（各フレーム画像（またはフィールド画像）に対応する奥行き情報の集合）により構成される。
【００４６】
信号分離部２１は、入力された画像情報から２次元画像情報を抽出し、それを２次元画像表示部駆動回路２３に供給する。また、信号分離部２１は、入力された画像情報から奥行き情報を抽出し、それを波面制御部駆動回路２２に供給する。
【００４７】
波面制御部駆動回路２２は、信号分離部２１より供給された奥行き情報に基づいて波面制御部１３を駆動させ、画像の焦点位置を調整する。２次元画像表示部駆動回路２３は、信号分離部２１より供給される２次元画像情報に基づいて、２次元画像表示部１２を駆動させ、平面画像を表示させる。
【００４８】
制御部３１は、信号分離部２１を制御し、画像情報の受け付け処理を行わせたり、受け付けた画像情報を奥行き情報と２次元画像情報に分離させたりする。制御部３１は、このような処理を、ROM３２に記憶されているプログラム、または記憶部３６からRAM３３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM３３にはまた、制御部３１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【００４９】
制御部３１にはまた操作ボタンやつまみ、またはリモートコントローラなどよりなる入力部３４、LED（Light Emitting Diode）ディスプレイやLCD（Liquid Crystal Display）等よりなる制御情報表示用ディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部３５、ハードディスクや半導体メモリなどより構成される記憶部３６、モデムやLAN（Local Area Network）インタフェース等により構成される通信部３７が接続されている。通信部３７は、例えば、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。
【００５０】
制御部３１にはまた、必要に応じてドライブ３８が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア３９が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部３６にインストールされる。
【００５１】
制御部３１が実行する処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【００５２】
この記録媒体は、例えば、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む）、光磁気ディスク（ＭＤ（Mini-Disk）（登録商標）を含む）、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア３９により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに配信される、プログラムが記録されているROM３２や、記憶部３６に含まれるハードディスクや半導体メモリ等で構成される。
【００５３】
２次元画像表示部１２は、例えば、LCD等により構成されるディスプレイであり、１つの画素として所定の色で発光する発光画素部４１が平面（または曲面）上において、アレイ状（行列状）に配置されている。発光画素部４１は、フルカラーで発光可能な素子（例えば、赤色に発光する発光素子、青色に発光する発光素子、および緑色に発光する発光素子よりなる発光素子の集合）等により構成される。さらに、発光画素部４１は、例えば、偏向部やカラーフィルタ等も備えるようにしてもよい。つまり、発光画素部４１は、少なくとも１画素として必要な構成を全て含むようにする。発光画素部４１は、それぞれ、２次元画像情報に基づいて２次元画像表示部駆動回路２３に制御されて発光する。これにより、２次元画像表示部１２全体（全ての発光画素部４１）として平面画像（静止画および動画を含む）が表示される。
【００５４】
波面制御部１３は、２次元画像表示部１２の表示面に平行な平面上（表示面が曲面の場合、曲面上）にアレイ状（行列状）に配置された液体レンズ部４２により構成され、２次元画像表示部１２に重畳されて配置される。１つの液体レンズ部４２は２次元画像表示部１２の１つの発光画素部４１に対応し、その発光画素部４１より出力される光に対して光学的に（レンズとして）作用する。つまり、液体レンズ４２は、入力された光を屈折させて出力する。これにより観察者による観察において、発光画素部４１より出力された光の焦点位置が変化する。つまり、このような液体レンズ部４２の集合である波面制御部１３は、２次元画像表示部１２により表示された画像の焦点位置を、発光画素部４１毎に（液体レンズ部４２を単位として）調整する。観察者はこの波面制御部１３を介して２次元画像表示部１２に表示された画像を観察することにより、この画像を立体視することができる。液体レンズ部４２の構成については省略する。
【００５５】
図１においては、説明の便宜上、２次元画像表示部１２と波面制御部１３は、ずらして示されているが、実際には、全ての液体レンズ部４２が、それぞれ、対応する発光画素部４１と重畳するように配置される。つまり、観察者（ユーザ）は、波面制御部１３を介して２次元画像表示部１２に表示される画像を観察する（見る）ことになる。もちろん、制御信号も含めて目的を持って調整されているのであれば、２次元画像表示部１２と波面制御部１３の位置が互いにずれていいてもよい。
【００５６】
なお、以上において、３次元画像表示制御部１１の構成について説明したが、信号分離部２１が、記憶領域を有し、予め、以上において制御部３１により実行させるように説明した制御プログラムを記憶しているか、若しくは制御プログラムと等価の回路構成を有しているのであれば、３次元画像表示制御部１１は、信号分離部２１、波面制御部駆動回路２２、および２次元画像表示部駆動回路２３のみを有していればよく、制御部３１乃至リムーバブルメディア３９の構成は、省略可能である。ただし、その場合、３次元画像表示制御部１１は、それぞれの機能を有さないことになり、例えば、制御プログラムの更新等が不可能になる場合もある。
【００５７】
また、２次元画像表示部１２は、波面制御部１３によって波面の制御（焦点位置の制御）が可能な表示装置であれば特に限定されない。例えば、有機エレクトロルミネセント表示装置、電界発光表示装置、プラズマディスプレイパネル、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、陰極線管を用いた表示装置、または、プロジェクタ等であってもよい。
【００５８】
波面制御型表示装置１の外部より画像情報が供給されると、３次元画像表示制御部１１は、信号分離部２１においてその画像情報から２次元画像情報を抽出し、２次元画像表示部駆動回路２３において、その２次元画像情報を用いて２次元画像表示部１２を駆動させ、２次元画像を表示させる。
【００５９】
また、このとき、３次元画像表示制御部１１は、信号分離部２１において、入力された画像情報から奥行き情報を抽出し、波面制御部駆動回路２２において、その奥行き情報を用いて波面制御部１３を駆動させ、２次元画像表示部１２により表示される２次元画像を３次元表示させる。
【００６０】
以上のように、波面制御型表示装置１の３次元画像表示制御部１１は、背面の２次元画像表示部１２を２次元画像情報に基づいて制御し、前面の光線方向制御素子部である波面制御部１３を奥行き情報に基づいて制御することにより、２次元画像表示部１２の各画素の表示画像を任意の奥行きの場所へ転送（投影）することができ、観察者に画像を立体視させることができる。
【００６１】
なお、発光画素部４１のそれぞれが、何らかの表示装置、例えば、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセント表示装置、電界発光表示装置、プラズマディスプレイパネル、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、陰極線管を用いた表示装置、プロジェクタ、またはその他デバイスにより構成されるようにしてもよい。また、３次元画像表示制御部１１が制御可能であれば、各発光画素部４１が、互いに異なる構成であってもよい。
【００６２】
図２は、図１の液体レンズ部４２の詳細な構成例を示す模式図である。図２において、液体レンズ部４２は、透明板５０−１、透明板５０−２、リブ５１−１、リブ５１−２、上部電極５２−１、上部電極５２−２、下部電極５３−１、下部電極５３−２、絶縁体５４、無極性液体５５、および極性液体５６を有している。
【００６３】
透明板５０−１および透明板５０−２は、例えば、光を透過可能な、透明性を有する材料、具体的には、石英ガラスなどにより構成される。また、この他にも、例えば、合成樹脂、具体的には、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレートあるいはポリカーボネートなどのエステル、酢酸セルロースなどのセルロースエステル、ポリフッ化ビニリデンあるいはポリテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素ポリマー、ポリオキシメチレンなどのポリエーテル、または、ポリアセタール，ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンあるいはメチルペンテンポリマーなどのポリオレフィン、または、ポリアミドイミドあるいはポリエーテルイミドなどのポリイミド、または、ポリアミドにより構成してもよい。後述するように、液体レンズ部４２を作製する際に、これらの基板に電極やリブ等が形成される。この透明板５０−１および透明板５０−２は、通常、全ての液体レンズ部４２で共有される。なお、以下において、透明板５０−１および透明板５０−２を互いに区別して説明する必要の無い場合、透明板５０と称する。
【００６４】
リブ５１−１およびリブ５１−２は、隣り合う液体レンズ部４２同士を区切る仕切りであり、このリブに囲まれた部分が１つの液体レンズ部４２を形成する。つまり実際には、リブは、透明板５０−２上に上下左右方向の網状に（各下部電極を囲うように）形成される。また、このリブ５１−１およびリブ５１−２は、例えばエポキシ系やアクリル系の樹脂等のように、極性液体５３および無極性液体５４に溶解せず、かつ、反応もしない事が望ましく、典型的には高分子の樹脂が用いられ、例えばエポキシ系やアクリル系の樹脂が用いられる。なお、以下において、リブ５１−１およびリブ５１−２を互いに区別して説明する必要の無い場合、リブ５１と称する。
【００６５】
上部電極５２−１および上部電極５２−２は、透明板５０−１に形成される電極である。液体レンズ部４２は、上部電極と下部電極の２種類の電極で上下方向から挟み込むように構成されており、これらの電極間に生じる電界の変化に応じて動作する。つまり、上部電極５２−１および上部電極５２−２は、液体レンズ部４２の上部（図２において上側）の電極である。上部電極５２−１および上部電極５２−２は、例えば、金（Au）、白金（Pt）、
クロム（Cr）、アルミニウム（Al）、コバルト（Co）、パラジウム（Pd）、ビスマス（Bi）、銀（Ag）、あるいはこれらの合金により形成される。また、上部電極５２−１および上部電極５２−２は、酸化スズ（ZnO）にフッ素をわずかに加えた薄膜や酸化インジウム（ITO）にアンチモンをわずかに加えた薄膜を形成した、高い透明性と導電性をあわせもつ透明導電性膜によって構成される透明電極としてもよい。なお、以下において、上部電極５２−１および上部電極５２−２を互いに区別して説明する必要の無い場合、上部電極５２と称する。
【００６６】
下部電極５３−１および下部電極５３−２は、透明板５０−２に形成される、上部電極５２に対応する電極である。材質は基本的に上部電極５２と同様であるのでその詳細な説明は省略する（上部電極５２の説明を適用することができる）。なお、以下において、下部電極５３−１および下部電極５３−２を互いに区別して説明する必要の無い場合、下部電極５３と称する。
【００６７】
上部電極５２と下部電極５３は、上述したように対になって作用し、必要に応じて、波面制御部駆動回路２２により両電極間に所定の電圧が印加される。つまり、図２に示されるように、波面制御部駆動回路２２は、電源６１、スイッチ６２、および可変抵抗６３と等価な制御回路を有しており、信号分離部２１より供給される奥行き情報に基づいて、スイッチ６２のオン・オフを制御したり、可変抵抗６３の抵抗値を調整したりしながら、必要に応じて、上部電極５２と下部電極５３の間に電圧を印加する。
【００６８】
上部電極５２と下部電極５３は、この電圧の印加により、液体レンズ部４２内（より具体的には両電極間）に電界を発生させる。これにより、絶縁体５４の極性液体５６に対する濡れ性が変化し、無極性液体５５と極性液体５６の界面が変形する。
【００６９】
絶縁体５４は、例えば、フッ素系のポリマーである、PVdF、PTFE等の導電率が低い物質により形成された膜であり、下部電極５３を覆うように形成される。この絶縁体５４の材質としては、疎水性（撥水性）および誘電率が大きい物質が望ましい。絶縁体５４の膜厚は、誘電率を大きくするためにはより薄い方が望ましいが、絶縁強度の面から考えると厚い方が望ましく、最適な値は両者の兼ね合いで決定される。例えば、テフロン（登録商標）(デュポン社) 0.5um膜厚とすると、下部電極５３がITO電極、絶縁体５４がテフロン（登録商標）0.5（um）、無極性液体５５がドデカン25um、極性液体５６が水100um、上部電極５２がITO電極とした場合、実験では40Vまでは絶縁破壊を示さなかった。
【００７０】
なお、この絶縁体５４は、動作電圧を低くし、駆動速度を早くするのに寄与する。例えば、この絶縁体５４を設けない場合、電圧をかけると水の分解反応が起こり、ガスが発生してしまう。このガス発生を抑制するためには、さらに参照電極を設け、３電極構造とし、下部電極５３の電位を水の分解反応が起こらない電位に制限する必要がある。しかしながら、このように３極の構造とした場合、製造プロセスが複雑になり、製造コストが増大してしまう。さらに、その制御回路も極めて複雑なものとなるため、その回路規模や製造コストまで増大してしまうので望ましくない。
【００７１】
これに対して、図２に示されるように絶縁体５４を設ける場合、上部電極５２と下部電極５３が構造的に絶縁されるため、高電圧をかけても水の分解は発生しない。従って、波面制御型表示装置１は、その構造や制御方法が容易になり、コストを低減させることができ、さらに、水の分解が発生しないため高電圧印加が可能になり、それによりエレクトロウェッティングの力を大きくさせることができ、より高速な焦点制御が可能となる。
【００７２】
無極性液体５５には、デカン、ドデカン、ヘキサデカン、若しくはウンデカン等の炭化水素系の材料、屈折率の高いシリコンオイル、または、1,1-ジフェニルエチレンが使用される。また、極性液体５６には、例えば、水、塩化カリウム、若しくは塩化ナトリウム等の電解質を溶かした水溶液、分子量の小さなメチルアルコール、または、エチルアルコール等のアルコールが使用される。
【００７３】
無極性液体５５と極性液体５６は、上述した以外の液体を用いるようにしてももちろんよいが、例えば、極性液体５６は、上部電極５２と下部電極５３の間の電圧印加により絶縁体５４との濡れ性がなるべく大きく変化し、さらに、上部電極５２と下部電極５３は、互いに混在せず、それぞれの屈折率が互いに異なり、低粘度のものであることが好ましい。
【００７４】
次にこのような構成の液体レンズ部４２の動作について説明する。
【００７５】
波面制御型表示装置１に入力された画像情報に含まれる奥行き情報が供給されると、波面制御部駆動回路２２は、このような構成の液体レンズ部４２に対して、奥行き情報に基づいて、スイッチ６２を短絡し、可変抵抗６３の抵抗値を調整し、上部電極５２および下部電極５３の間に電圧を印加する。
【００７６】
つまり、奥行き情報には、各発光画素部３１の画像が奥行き方向のどこに位置するか（奥行き度がどれくらいか）を示す情報、または、例えば光の屈折率を示す情報等、その奥行きを示す情報に等価な情報が含まれている。波面制御部駆動回路２２は、このような情報に基づいて、液体レンズ部４２に印加する電圧の値を決定し、可変抵抗６３の抵抗値を制御する等してその電圧値の電圧を液体レンズ部４２に印加する。
【００７７】
すると、その両電極間に電界が発生し、その両電極間に位置する絶縁体５４内に電界方向へ分極電荷が発生し、絶縁体５４の表面に電荷が蓄積される(電荷二重層状態)。極性液体５６は極性を有しているので、この電荷の存在により、絶縁体５６の近傍へ寄ろうとするクーロン力が発生する。つまり、極性液体５６と絶縁体５４の濡れ性が大きくなる。
【００７８】
これに対して、無極性液体５５は、無極性であるがゆえにそのようなクーロン力は発生しない。その結果、極性液体５６は絶縁体５４への接触面積が増加するように形状を変化させ、その分、無極性液体５５と絶縁体５４の接触面積は減るように形状が変化する。
【００７９】
具体的に説明すると、例えば、極性液体５６は、無極性液体５５を押しのけながら、絶縁体５４と接触している部分（左右の部分）が広がるように（液体レンズ部４２の中央下部方向に広がるように）変形する。無極性液体５４は、このような極性液体５３の変形に押し出されるように、液体レンズ部４２の中央付近（図中、中央付近）に集まるように変形する。これにより、極性液体５６と無極性液体５５による２つの層の界面の曲率が図３のように変化する。
【００８０】
図３Ａ乃至図３Ｃは、電圧の印加による界面の形状変化の様子の例を示したものである。例えば、上部電極５２と下部電極５３に印加される電圧が低い場合、絶縁体５４の分極の程度が少ないので、極性液体５６と絶縁体５４との濡れ性は小さく、図３Ａに示されるように、極性液体５６と無極性液体５５の界面６１の曲率も小さい。従って、この場合、この液体レンズ部４２を通過する光の屈折率は小さくなる。
【００８１】
また、例えば、上部電極５２と下部電極５３に印加される電圧が、図３Ａのときよりも大きい場合、そのときより絶縁体５４の分極の程度が大きくなり、極性液体５６と絶縁体５４との濡れ性が大きくなり、図３Ｂに示されるように、極性液体５６と無極性液体５５の界面６１の曲率が大きくなる。従って、この場合、この液体レンズ部４２を通過する光の屈折率は大きくなる。
【００８２】
さらに、例えば、上部電極５２と下部電極５３に印加される電圧が、図３Ｂのときよりもさらに大きい場合、そのときより絶縁体５４の分極の程度がさらに大きくなり、極性液体５６と絶縁体５４との濡れ性がさらに大きくなり、図３Ｃに示されるように、極性液体５６と無極性液体５５の界面６１の曲率がさらに大きくなる。従って、この場合、この液体レンズ部４２を通過する光の屈折率は非常に大きくなる。
【００８３】
このように屈折率が変化すると、２次元画像表示部１２の発光画素部４１より出力され、その液体レンズ部４２を通過した光の焦点位置が変化する。図４は、その焦点位置の変化の様子の例を示す模式図である。図４（図４Ａ乃至図４Ｃ）において、発光画素部４１は、３原色画素（赤色で発光する画素（Ｒ）、緑色で発光する画素（Ｇ）、および青色で発光する画素（Ｂ）の３つの画素）により構成されるものとする。
【００８４】
図３Ｃに示される場合のように液体レンズ部４２における光の屈折率が非常に大きいと、図４Ａに示されるように、液体レンズ部４２から、観察者が観察する発光画素部４１である観察発光画素７１までの距離ＤAは短い。つまり、観察者は、この部分の画像が観察者から遠い位置にあるように感じる。
【００８５】
これに対して、図３Ｂに示される場合のように、液体レンズ部４２における光の屈折率が図３Ｃに示される場合より小さいと、図４Ｂに示されるように、液体レンズ部４２から観察発光画素７１までの距離ＤBは、距離ＤA（図４Ａ）より長くなる。つまり、観察者は、この部分の画像が観察者からやや近い位置（図４Ａの場合より近い位置）にあるように感じる。
【００８６】
さらに、これに対して、図３Ａに示される場合のように、液体レンズ部４２における光の屈折率が図３Ｂに示される場合より小さい（非常に小さい）と、図４Ｃに示されるように、液体レンズ部４２から観察発光画素７１までの距離ＤCは、距離ＤB（図４Ｂ）より長くなる。つまり、観察者は、この部分の画像が観察者から非常に近い位置（図４Ｂの場合よりさらに近い位置）にあるように感じる。
【００８７】
このように、液体レンズ部４２は、液体レンズ部４２内部を通過する光に対するレンズ特性を制御することができる。つまり、波面制御部１３は、各液体レンズ部４２がこのように画像の焦点位置を制御することにより、２次元画像表示部１２に表示される画像全体の焦点位置を発光画素部４１単位で制御し、画像全体の奥行きを表現することができる。
【００８８】
上述したような液体レンズ部４２は、既存の焦点可変レンズを用いる方式に比べ、可変できる焦点距離が大きい。従って、波面制御部１３は、このような液体レンズ部４２を用いて３次元表示を行うので、より大きな焦点調節効果を得ることができる。これにより波面制御部１３の深さ方向の表示能力が向上し、波面制御型表示装置１は、臨場感あふれる立体表示が可能となる。換言すると、観察者は、臨場感あふれる立体表示画像を観察することができる。
【００８９】
なお、波面制御部駆動回路２２に供給される奥行き情報は、各液体レンズ部４２に印加する電圧値、若しくは、可変抵抗６３の抵抗値（に相当するもの）を示す情報であってもよい。
【００９０】
次に、以上のような波面制御型表示装置１による立体表示に関する制御処理の流れについて説明する。図５のフローチャートを参照して３次元画像表示制御部１１による立体表示制御処理の流れの例を説明する。
【００９１】
立体表示制御処理を開始すると３次元画像表示制御部１１の信号分離部２１は、ステップＳ１において、制御部３１に制御され、波面制御型表示装置１の外部より入力される画像情報を受け付ける処理を行う。画像情報を受け付けると、信号分離部２１は、ステップＳ２において、制御部３１に制御され、受け付けた画像情報に含まれる２次元画像情報を抽出する。また、信号分離部２１は、ステップＳ３において、制御部３１に制御され、受け付けた画像情報に含まれる奥行き情報を抽出する。ステップＳ４において、２次元画像表示部駆動回路２３は、抽出された２次元画像情報に基づいて２次元画像表示部１２の各発光画素部４１を制御し、２次元画像情報により指定される画像を表示させる。また、この２次元画像表示部１２の画像表示に同期して、波面制御部駆動回路２２は、ステップＳ５において、奥行き情報に基づいて、各焦点可変レンズ（液体レンズ部４２）を制御し、それぞれ、焦点距離を設定する。つまり、ステップＳ４およびステップＳ５の処理により画像が３次元表示される。
【００９２】
ステップＳ６において、制御部３１は、立体表示制御処理を終了するか否かを判定し、終了しないと判定した場合、処理をステップＳ１に戻し、各部を制御してそれ以降の処理を実行させる。
【００９３】
また、ステップＳ６において、立体表示制御処理を終了すると判定した場合、制御部３１は、ステップＳ７に処理を進め、各部を制御し、終了処理を行い、設定を初期化する等した後、立体表示制御処理を終了する。
【００９４】
以上のように、３次元画像表示制御部１１は、容易に画像を立体表示させることができる。このとき、３次元画像表示制御部１１は、上述したような構成の液体レンズ部４２を用いた波面制御部１３を制御して画像を３次元表示するので、より大きな焦点調節効果を得ることができる。
【００９５】
なお、液体レンズ部４２の径の大きさは任意であり、１つの液体レンズ部４２を複数の発光画素部４１に対応させるようにしてもよい。図６は、その場合の、焦点距離について説明する図である。
【００９６】
図６Ａにおいて、液体レンズ部４２は、２つの発光画素部４１よりなる発光画素部群８１に対応している。つまり、液体レンズ部４２には、発光画素部群８１の発光により出力された光が通過するようになされている。
【００９７】
この場合も、観察者によって観察された観察発光画素部群９１は、より大きな電圧が液体レンズ部４２に印加されるほど、より液体レンズ部４２に近づく。つまり、液体レンズ部４２の上部電極５２と下部電極５３との間に印加される印加電圧が小さくなればなるほど、観察発光画素部群９１の位置は、図６Ａ乃至図６Ｃに示されるように、液体レンズ部４２からの距離が遠くなり（距離ＤA’、距離ＤB’、距離ＤC’）、観察者に近づく。
【００９８】
つまり、液体レンズ部４２による焦点距離の制御は、液体レンズ部４２の径の大きさとは関係なく同様の方法で行うことができる。
【００９９】
ただし、液体レンズ部４２の径が大きくなることにより、波面制御型表示装置１は、観察者に、より大きな両眼視差を与えることができる。つまり、この場合、観察者は、観察する画像に対して、より大きな奥行き感を得る。
【０１００】
なお、この場合、液体レンズ部４２のレンズ効果によって光軸（液体レンズ部４２の中心）を中心として反転するので、発光画素部群８１が表示する画像は、前以てその中心を基準に反転させておく必要がある。つまり、この場合の２次元画像表示部１２に表示される画像は、発光画素部群８１毎に、その中心を基準として反転されている。
【０１０１】
また、発光画素部群８１を構成する発光画素４１の数は３つ以上であってももちろんよい。
【０１０２】
図７は、この両眼視差の大きさを説明するための模式図である。図７において液体レンズ部４２の２液体の界面の位置を基準とし、２液体の界面から像までの距離をＸとし、２液体の界面から観察者の眼までの距離をＹとし、液体レンズ部４２の径（２液体の界面の径）をＤとし、観察者の両眼の間の距離をＥ（６５ｍｍ）とし、観察者の位置における、像の可視範囲を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（１）が成立する。
【０１０３】
Ｄ：Ｘ  ＝  Ｚ：（Ｙ−Ｘ）    ・・・（１）
【０１０４】
ここで、両目で見ることのできる条件はＺ≧Ｅであるから、この条件を用いて、式（１）をｘについての式に変換すると、以下の式（２）のように表すことができる。
【０１０５】
Ｘ≦Ｄ×Ｙ／（６５＋Ｄ）    ・・・（２）
【０１０６】
図８は、この式を基礎としながら算出した、液体レンズ部４２の径の大きさと最大飛び出し量の例を示す図である。図８において、グラフの横軸は液体レンズ部４２の直径（２液体の界面の直径）Ｄを示し、縦軸は、最大飛び出し距離Ｘmaxを示す。
【０１０７】
図８においては、２液体の界面から観察者の眼までの距離Ｙを、を１ｍ、２ｍ、３ｍ、または５ｍにした場合の、それぞれの各距離にした場合の、２液体の界面の直径Ｄと最大飛び出し距離Ｘmaxとの関係が示されている。図８に示されるように、２液体の界面から観察者の眼までの距離Ｙによらず、２液体の界面の直径Ｄが大きくなるにしたがって最大飛び出し距離Ｘmaxは大きくなる傾向を示している。
【０１０８】
最大飛び出し距離Ｘmaxは、立体表示された画像の観察時の奥行き感を示すパラメータである。換言すると、最大飛び出し距離Ｘmaxが大きい程、立体表示がしやすい。つまり、液体レンズ部４２の直径（２液体の界面の直径）Ｄが大きいほど、立体表示しやすい。
【０１０９】
このように、各液体レンズ部４２を複数の発光画素４１よりなる発光画素群８１に対応させるために、液体レンズ部４２の直径（２液体の界面の直径）Ｄを大きくすることにより、波面制御型表示装置１は、より大きな距離幅で焦点制御を行うことができるようになり、より大きな立体感のある画像を観察者に提供することができるとともに、より高速に立体画像を表示させることができる。また、各液体レンズ部４２全体が大きくなるので、波面制御部１３は、より容易に製造することができるようになり、製造コストを低減させることも可能になる。
【０１１０】
次に、以上のような波面制御部１３（液体レンズ部４２の集合）の作製方法について説明する。
【０１１１】
図９は、液体レンズアレイ作製装置の一実施形態に係る構成例を示す図である。
【０１１２】
図９において、液体レンズアレイ作製装置１００は、液体レンズ部４２がアレイ状に配列された波面制御部１３を作製する装置であり、電極作製部１０１、リブ作製部１０２、下部電極追加作製部１０３、絶縁体作製部１０４、液体滴下制御部１０５、無極性液体滴下部１０６、極性液体滴下部１０７、間隙形成材散布部１０８、透明板貼り合わせ部１０９、および封止部１１０を有している。
【０１１３】
電極作製部１０１は、透明板５０−１に上部電極５２を形成させ、透明板５０−２に下部電極５３を形成させる。電極作製部１０１は、図１０Ａに示されるように、例えば、ガラス製の透明板５０−２上にアルミニウム（Al）膜をストライプ状に成膜することにより、複数の下部電極５３を同時に下部電極群１１１として形成させる。また、電極作製部１０１は、図１０Ｂに示されるように、下部電極５３の場合と同様に、ガラス製の透明板５０−１上にアルミニウム（Al）膜をストライプ状に成膜することにより、複数の上部電極５２を同時に上部電極群１１２として形成させる。ただし、このとき、電極作製部１０１は、図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、上部電極群１１２のストライプと下部電極群１１１のストライプを、互いに直交する方向に成膜させる。
【０１１４】
リブ作製部１０２は、図１１に示されるように、電極作製部１０１により下部電極群１１１が成膜された透明板５０−２上に、円形の電極の外周部に沿うように（電極を囲うように）、例えば、エポキシ樹脂のレジストを用いて、フォトリソグラフィー技術等により、リブ５１を形成させる。リブ５１の高さはいずれも100μm以下とすることが望ましい。なお、図１１において、リブ５１−１乃至リブ５１−８のように、両端にリブが立っているように示されているが、実際には、リブ作製部１０２は、図１０Ａに示されるような各下部電極５３の中心を原点とする円形を囲むように（全体で見ると網目状に）リブ５１を形成させる。
【０１１５】
このようなリブ５１が作製されると、下部電極追加作製部１０３は、次に、このリブ５１の傾斜部に下部電極５３の一部となる金属膜、例えばアルミニウム（Al）膜からなる電極を、図１２のように作製する。図１２に示されるように、この電極は、先につけた透明板５０−２上の下部電極５３と接触するように（下部電極５３の一部となるように）作製される。なお、図１２において、下部電極５３−１乃至下部電極５３−１６のように、両端にリブ５１の左右斜面に下部電極５３が形成されるように示されているが、実際には、下部電極追加作製部１０３は、図１０Ａに示されるような各下部電極５３を囲むリブ５１の内側の斜面に下部電極５３を作製する。
【０１１６】
下部電極５３が追加作製されると、絶縁体作製部１０４は、これらの下部電極５３とリブ５１を覆うように、透明板５０−２全体を絶縁体膜でコーティングする。つまり、透明板５０−２に絶縁体５４が図１３に示されるように形成される。この絶縁体５４は、例えば、PTFEが用いられ、スピンコート技術やディップコート技術等により作製される。なお、この絶縁体５４は、誘電体層としても作用し、電極間に生じる電界により、分極電荷が表面に発生する。
【０１１７】
液体滴下制御部１０５は、このように形成された絶縁体５４の溝部（凹部）に滴下する液体を選択し、２液（無極性液体５５と極性液体５６）を滴下するか、１液（極性液体のみ）を滴下するかを決定する。
【０１１８】
２液を滴下する場合、図１４に示されるように、液体滴下制御部１０５は、無極性液体滴下部１０６を制御し、無極性液体５５を溝部に滴下させた後（無極性液体５５−１乃至無極性液体５５−７）、極性液体滴下部１０７を制御し、極性液体５６を滴下させる（極性液体５６−１乃至極性液体５６−７）。
【０１１９】
この場合、液体レンズ部４２の電極間に電圧がかけられると初期状態では下に凸であった無極性液体５５と極性液体５６の界面が上に凸になり、更に、印加電圧の大きさを変えるとその大きさに依存して曲率半径が変化し、焦点距離が変化する。
【０１２０】
また、１液を滴下する場合、図１５に示されるように、液体滴下制御部１０５は、極性液体滴下部１０７を制御し、極性液体５６のみを滴下させる（極性液体５６−１乃至極性液体５６−７）。この場合、極性液体５６は、各溝部に空隙が生じる程度に滴下され、２液の場合の無極性液体５５と１液の場合の極性液体５６が対応し、２液の場合の極性液体５６と１液の場合の空隙が対応するようになされる。つまり、１液の場合、液体レンズ部４２は、極性液体５６と、空気などの気体（空隙）の界面を利用して、液体レンズ部４２を通過する光を屈折させる。
【０１２１】
なお、極性液体５６のみを滴下する場合（図１５）は、電極間に電圧が印加されていない状態では、極性液体５６と空隙の界面は上に凸の形となる。そして、液体レンズ部４２の電極間に電圧がかけられると、極性液体５６の上部凸部の曲率半径が大きくなり、印加電圧の大きさを変えるとその大きさに依存してその曲率半径が変化し、焦点距離が変化する。
【０１２２】
いずれの場合においても、波面制御部駆動回路２２は、印加電圧の大きさによって焦点距離を制御することができる。また、図１０に示されるように、２次元状（アレイ状）に展開している液体レンズ部４２において、上部電極５２を繋ぐストライプラインと、下部電極５３を繋ぐストライプラインを交差（直交）させた構成としているため、波面制御部駆動回路２２は、入力電極を順次切り替えてゆくパッシブマトリクス駆動により、波面制御部１３内（光線方向制御素子内）の全ての液体レンズ部４２の焦点距離を互いに独立して制御することができる。
【０１２３】
以上のように液体が滴下された後、間隙形成材散布部１０８は、下部電極５３と上部電極５２との間が所定の距離を保つように間隙形成材を透明板５０−２周辺部に散布する。そして、透明板貼り合わせ部１０９は、その間隙形成材が散布された透明板５０−２の上から、上部電極群１１２が形成された透明板５０−１を、図１６に示されるように、貼り合わせる。さらに、封止部１１０は、その貼り合せた透明板２０の周縁を封止樹脂で封止する。図１６においては、封止樹脂１２１と封止樹脂１２２で図中の左右方向から挟み込むように封止されているように示されているが、封止部１１０は、実際には、透明板２０の周縁を囲むように封止樹脂で封止する。
【０１２４】
次に、このような波面制御部１３の作製時に、液体レンズアレイ作製装置１００により実行される液体レンズアレイ作製処理の流れの例を図１７のフローチャートを参照して説明する。
【０１２５】
液体レンズアレイ作製処理が開始されると、ステップＳ２１において、電極作製部１０１は、透明板２０−１および透明板２０−２を用いて、下部電極５３および上部電極５２を上述したように作製する。ステップＳ２２において、リブ作製部１０２は、ステップＳ２１の処理により下部電極５３が形成された透明板５０−２に、上述したようにリブ５１を作製する。ステップＳ２３において、下部電極追加作製部１０３は、ステップＳ２２の処理により透明板５０−２に形成されたリブ５１の斜面に、上述したように下部電極５３を追加作製する。
【０１２６】
ステップＳ２４において、絶縁体作製部１０４は、ステップＳ２３の処理により下部電極５３が追加作製された透明板５０−２に絶縁体５４を作製する。ステップＳ２５において、液体滴下制御部１０５は、ステップＳ２４の処理により成膜された絶縁体５４の溝部（凹部）に滴下する液体を、例えば予め定められている設定情報等に基づいて決定し、２液体を滴下するか否かを判定する。
【０１２７】
２液体を滴下すると判定した場合、液体滴下制御部１０５は、処理をステップＳ２６に進める。ステップＳ２６において、無極性液体滴下部１０６は、絶縁体５４の溝部（凹部）に無極性液体５５を滴下し、処理をステップＳ２７に進める。
【０１２８】
また、ステップＳ２５において、１液体のみ滴下し、２液体を滴下しないと判定した場合、液体滴下制御部１０５は、ステップＳ２６の処理を省略し、ステップＳ２７に処理を進める。ステップＳ２７において、極性液体滴下部１０７は、絶縁体５４の溝部（凹部）に極性液体５６を滴下する。ただし、２液体を滴下する場合、極性液体滴下部１０７は、既に滴下された無極性液体５５の上から、絶縁体５４の溝部（凹部）が満たすような量の極性液体５６を滴下する。また、１液体のみ滴下する場合、極性液体滴下部１０７は、絶縁体５４の溝部（凹部）に、ステップＳ２６において無極性液体滴下部１０６が滴下するのと同様の量（絶縁体５４の溝部（凹部）が満たされない程度の量）の極性液体５６を滴下する。
【０１２９】
ステップＳ２８において、間隙形成材散布部１０８は、上述したように間隙形成材を散布する。ステップＳ２９において、透明板貼り合わせ部１０９は、上述したように、上部電極５２が形成された透明板５０−１と、間隙形成材が散布された透明板５０−２を貼り合わせる。ステップＳ３０において、封止部１１０は、ステップＳ２９の処理により２枚の透明板５０が貼り合わせられた基板周縁を、上述したように封止し、液体レンズアレイ作製処理を終了する。
【０１３０】
以上のような工程で、液体レンズ部４２が２次元状（アレイ状）に展開された光線方向制御素子である波面制御部１３が作製される。すなわち、波面制御部１３は、液体レンズ部４２を１つ１つ作製し、完成後、各液体レンズ部４２をアレイ状に配置して作製するのではなく、各液体レンズ部４２を、アレイ状に配置した状態で、複数同時に作製する。このように作製することにより、波面制御部１３の製造工程を容易にし、その製造コストを低減させることができる。すなわち、波面制御型表示装置１の製造コストを低減させることができる。
【０１３１】
なお、波面制御部１３が２次元画像表示部１２の表示範囲の一部（観察される画像の一部）のみを３次元表示することができるようにしてもよい。
【０１３２】
また、各液体レンズ部４２に割り当てられた発光画素部４１の数が全て同数でなくてもよい。さらに、液体レンズ部４２および発光画素部４１の形状は、それぞれどのような形状であってもよく、互いに異なる形状であってもよい。また、液体レンズ部４１同士、または発光画素部４１同士でその形状が異なっていてもよい。さらに、液体レンズ部４２および発光画素部４１の大きさや厚さも同様である。また、それらを構成する各部分の形状、大きさ、または厚さも同様である。
【０１３３】
上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウエアにより実行させることもできる。上述した一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【０１３４】
この記録媒体は、例えば、上述したように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを配信するために配布されるリムーバブルメディア３９により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに配信される、プログラムが記録されているROM３２や、記憶部３６に含まれるハードディスクなどで構成される。
【０１３５】
なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【０１３６】
また、本明細書において、１つの装置として説明した構成を分割し、複数の装置として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置として説明した構成をまとめて１つの装置として構成されるようにしてもよい。また、上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、装置全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある部分の構成の一部を他の部分の構成に含めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明を適用した波面制御型表示装置の一実施形態に係る構成例を示す図である。
【図２】図１の液体レンズ部の詳細な構成例を示す模式図である。
【図３】電極間に電圧が印加された液体レンズ部の、界面の変化の様子の例を示す図である。
【図４】界面の変化による観察発光画素の位置の変化の様子の例を示す図である。
【図５】立体表示制御処理の流れの例を説明するフローチャートである。
【図６】界面の変化による観察発光画素の位置の変化の様子の、他の例を示す図である。
【図７】界面の径の大きさと奥行き度の関係を説明する図である。
【図８】界面の径の大きさと奥行き度の関係の具体的な例を示す図である。
【図９】本発明を適用した液体レンズアレイ作製装置の一実施形態に係る構成例を示す図である。
【図１０】電極の例を示す図である。
【図１１】リブの例を示す図である。
【図１２】下部電極の追加の例を示す図である。
【図１３】絶縁体の例を示す図である。
【図１４】２液滴下の例を示す図である。
【図１５】１液滴下の例を示す図である。
【図１６】封止の例を示す図である。
【図１７】液体レンズアレイ作製処理のの流れの例を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３８】
１  波面制御型表示装置，  １１  ３次元画像表示制御部，  １２  ２次元画像表示部，  １３  波面制御部，  ２１  信号分離部，  ２２  波面制御部駆動回路，  ２３  ２次元画像表示部駆動回路，  ３１  制御部，  ４１  発光画素部，  ４２  液体レンズ部，  ５０  透明板，  ５１  リブ，  ５２  上部電極，  ５３  下部電極，  ５４  絶縁体，  ５５  無極性液体，  ５６  極性液体，  ６１  電源，  ６２  スイッチ，  ６３  可変抵抗，  ７１  観察発光画素，  ８１  発光画素部群，  ９１  観察発光画素部群，  １００  液体レンズアレイ作製装置，  １０１  電極作製部，  １０２  リブ作製部，  １０３  下部電極追加作製部，  １０４  絶縁体作製部，  １０５  液体滴下制御部，  １０６  無極性液体滴下部，  １０７  極性液体滴下部，  １０８  間隙形成材散布部，  １０９  透明板貼り合わせ部，  １１０  封止部，  １１１  下部電極群，  １１２  上部電極群，  １２１および１２２  封止樹脂
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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