特許 5793099 表示装置、電子機器および制御回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5793099

(24)【登録日】2015年8月14日

(45)【発行日】2015年10月14日

(54)【発明の名称】表示装置、電子機器および制御回路

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/22 20060101AFI20150928BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20150928BHJP

   G02F 1/1347 20060101ALI20150928BHJP

   H04N 13/04 20060101ALI20150928BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/22

   G02F1/13 505

   G02F1/1347

   H04N13/04

【請求項の数】11

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-60675(P2012-60675)

(22)【出願日】2012年3月16日

(65)【公開番号】特開2013-195536(P2013-195536A)

(43)【公開日】2013年9月30日

【審査請求日】2014年4月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】502356528

【氏名又は名称】株式会社ジャパンディスプレイ

(74)【代理人】

【識別番号】100092152

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 毅巖

(72)【発明者】

【氏名】高間 大輔

【審査官】 右田 昌士

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０２９２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１３３９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２１８２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４２６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５３１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２７２２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２９４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１９４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１４４８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１８４４４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／２２

Ｇ０２Ｆ １／１３ ５０５

Ｇ０２Ｆ １／１３４７

Ｈ０４Ｎ １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

焦点距離が可変であるレンズを含み、前記レンズによって表示面に配置される画素に対応する光を空間的に分離させるレンズ部と、
観察者の位置を示す情報に基づいて前記レンズ部を制御して、前記レンズに対する前記観察者の視線の角度が、大きくなるほど前記レンズの焦点距離が大きくなるように前記レンズ部の部分ごとに前記レンズの焦点距離を変化させるレンズ制御部と
を備える表示装置。

【請求項2】

前記レンズ制御部は、前記レンズの焦点距離が前記レンズと該レンズを介して観察される前記画素との間の距離に近づくように前記レンズの焦点距離を変化させる、請求項１に記載の表示装置。

【請求項3】

前記レンズ制御部は、前記観察者の位置が変化した場合に前記レンズの焦点距離を変化させる、請求項１に記載の表示装置。

【請求項4】

前記観察者の位置を示す情報を取得する観察位置情報取得部をさらに備える、請求項１に記載の表示装置。

【請求項5】

前記観察位置情報取得部は、前記観察者の画像を取得する画像取得部である、請求項４に記載の表示装置。

【請求項6】

前記観察位置情報取得部は、前記表示装置を有する機器の筐体の傾きを検出するセンサである、請求項４に記載の表示装置。

【請求項7】

前記観察位置情報取得部は、前記観察者の位置を指定する操作入力を取得する操作入力部である、請求項４に記載の表示装置。

【請求項8】

前記レンズは、液晶レンズであり、
前記レンズ制御部は、前記液晶レンズの印加電圧を制御する、請求項１に記載の表示装置。

【請求項9】

前記レンズは、液体レンズであり、
前記レンズ制御部は、前記液体レンズの印加電圧を制御する、請求項１に記載の表示装置。

【請求項10】

焦点距離が可変であるレンズを含み、前記レンズによって表示面に配置される画素に対応する光を空間的に分離させるレンズ部と、
観察者の位置を示す情報に基づいて前記レンズ部を制御して、前記レンズに対する前記観察者の視線の角度が、大きくなるほど前記レンズの焦点距離が大きくなるように前記レンズ部の部分ごとに前記レンズの焦点距離を変化させるレンズ制御部と
を含む表示装置
を備える電子機器。

【請求項11】

焦点距離が可変であるレンズを含み、前記レンズによって表示面に配置される画素に対応する光を空間的に分離させるレンズ部を制御するレンズ制御部を備え、
前記レンズ制御部は、観察者の位置を示す情報に基づいて、前記レンズに対する前記観察者の視線の角度が、大きくなるほど前記レンズの焦点距離が大きくなるように前記レンズ部の部分ごとに前記レンズの焦点距離を変化させる制御回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、表示装置、電子機器および制御回路に関する。

【背景技術】

【0002】

レンチキュラレンズを用いて光を空間的に分離し、表示される画像を複数の視点画像に分割して観察者に呈示する技術が知られている。かかる技術は、例えば、観察者の左右の眼に視差を与えた画像を呈示する立体表示装置や、観察方向によって異なる画像を表示する指向性表示装置などに利用されている。

【0003】

こうした表示装置において、液晶などを用いてレンチキュラレンズを電子的に構成する技術も知られている。こうした技術は、例えば特許文献１などに記載されている。このようにすることで、例えば、レンチキュラレンズのピッチや方向などを自由に調整することができるという利点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−１６４５２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

レンチキュラレンズでは、複数のシリンドリカルレンズが配列されている。これらのレンズが、画像を表示する各画素に対応する光を左右方向に屈折させることによって、複数の視点画像が観察される。

【0006】

しかしながら、例えば視点画像が様々な方向から観察される場合、レンズの焦点が画素に合わず、観察される画像の画質が劣化してしまう場合があった。

【0007】

そこで、本開示では、レンチキュラレンズ方式の表示装置において、レンズの焦点距離を最適化することが可能な、新規かつ改良された表示装置、電子機器および制御回路を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示によれば、焦点距離が可変であるレンズを含み、上記レンズによって表示面に配置される画素に対応する光を空間的に分離させるレンズ部と、観察者の位置を示す情報に基づいて上記レンズ部を制御して、上記レンズに対する上記観察者の視線の角度が、大きくなるほど上記レンズの焦点距離が大きくなるように上記レンズ部の部分ごとに上記レンズの焦点距離を変化させるレンズ制御部とを含む表示装置が提供される。

【0009】

また、本開示によれば、焦点距離が可変であるレンズを含み、上記レンズによって表示面に配置される画素に対応する光を空間的に分離させるレンズ部と、観察者の位置を示す情報に基づいて上記レンズ部を制御して、上記レンズに対する上記観察者の視線の角度が、大きくなるほど上記レンズの焦点距離が大きくなるように上記レンズ部の部分ごとに上記レンズの焦点距離を変化させるレンズ制御部とを含む表示装置を有する電子機器が提供される。

【0010】

また、本開示によれば、焦点距離が可変であるレンズを含み、上記レンズによって表示面に配置される画素に対応する光を空間的に分離させるレンズ部を制御するレンズ制御部を含み、上記レンズ制御部は、観察者の位置を示す情報に基づいて、上記レンズに対する上記観察者の視線の角度が、大きくなるほど上記レンズの焦点距離が大きくなるように上記レンズ部の部分ごとに上記レンズの焦点距離を変化させる制御回路が提供される。

【0011】

例えば液晶レンズや液体レンズのように、焦点距離が可変であるレンズが存在する。かかるレンズによってレンチキュラレンズなどのレンズ部が実現される場合に、観察者の位置を示す情報に基づいてレンズ部を構成する各レンズの焦点距離を制御すれば、観察者の位置が変わっても、観察される各画素に焦点が合った状態を維持することが可能である。

【発明の効果】

【0012】

以上説明したように本開示によれば、レンチキュラレンズ方式の表示装置において、レンズの焦点距離を最適化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本開示の第１の実施形態に係る表示装置の構成を概略的に示す図である。

【図2】本開示の第１の実施形態に係る表示装置のＬＣＤおよび液晶レンズの構成を示す図である。

【図3】表示装置が正面から観察される場合のレンチキュラレンズの焦点距離を示す図である。

【図4】表示装置が斜めから観察される場合のレンチキュラレンズの焦点距離を示す図である。

【図5】本開示の第１の実施形態における焦点距離変化の概要について説明するための図である。

【図6】本開示の第１の実施形態において液晶レンズの焦点距離を変化させる構成について説明するための図である。

【図7】本開示の第１の実施形態における液晶レンズの電極配置の例を示す図である。

【図8】図７に示す液晶レンズの奥行き方向の強度プロファイルを示す図である。

【図9】図７に示す液晶レンズのレンズ幅方向での強度プロファイルを示す図である。

【図10】図７に示す液晶レンズの位相差のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図11】図７に示す液晶レンズの位相差のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図12】本開示の第１の実施形態の変形例について説明するための図である。

【図13】本開示の第２の実施形態において液体レンズの焦点距離を変化させる構成について説明するための図である。

【図14】本開示の実施形態に係る表示装置を有する電子機器の外観を示す図である。

【図15】本開示の実施形態に係る表示装置を有する電子機器の外観を示す図である。

【図16】本開示の実施形態に係る表示装置を有する電子機器の外観を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0015】

なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施形態
１−１．表示装置の概略構成
１−２．レンチキュラレンズの焦点距離について
１−３．焦点距離を可変にする構成
１−４．液晶レンズの構成例
１−５．変形例
１−６．実施形態のまとめ
２．第２の実施形態
３．電子機器に係る実施形態
４．補足

【0016】

（１．第１の実施形態）
（１−１．表示装置の概略構成）
まず、図１および図２を参照して、本開示の第１の実施形態に係る表示装置の概略的な構成について説明する。図１は、本開示の第１の実施形態に係る表示装置の構成を概略的に示す図である。図２は、本開示の第１の実施形態に係る表示装置のＬＣＤおよび液晶レンズの構成を示す図である。

【0017】

図１を参照すると、表示装置１００は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）１１０と、液晶レンズ部１２０と、制御回路１３０と、画像取得部１４０とを含む。表示装置１００は、ＬＣＤ１１０に表示される画像の光を液晶レンズ部１２０によって空間的に分離することによって、視差を有する視点画像を観察者の左右の眼に呈示する立体表示装置である。なお、表示装置１００の構成は、例えば、位置が異なる複数の観察者にそれぞれ異なる視点画像を呈示する指向性表示装置にも容易に応用することが可能である。つまり、以下で説明する立体表示装置に係る実施形態と同様にして、指向性表示装置に係る実施形態も実現することが可能である。

【0018】

図２をあわせて参照すると、ＬＣＤ１１０は、偏光板１１１，１１５と、端子基板１１２と、液晶層１１３と、カラーフィルタ基板１１４とを含む。ＬＣＤ１１０は、表示面に配置される画素によって画像を表示する。端子基板１１２上には、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）と透明な画素電極とが配置され、カラーフィルタ基板１１４側に形成された透明な共通電極との間で液晶層１１３に電圧を印加する。これによって、カラーフィルタ基板１１４に形成されたカラーフィルタの各色に対応する領域ごとにバックライト（図示せず）からの光の透過が制御され、各画素の色が表現される。なお、ＬＣＤ１１０と液晶レンズ部１２０とは、接着剤（図示せず）を用いて貼り合わされる。

【0019】

液晶レンズ部１２０は、端子基板１２１と、液晶層１２２と、対向基板１２３とを含む。液晶レンズ部１２０は、画素に対応する光を空間的に分離させるレンズ部の一例である。端子基板１２１上に配置された透明電極は、対向基板１２３側に配置された透明電極との間で液晶層１２２に電圧を印加して、液晶層１２２の光の屈折率を領域ごとに変化させる。これによって、液晶層１２２には、シリンドリカルレンズが配列されたレンチキュラレンズと同様のレンズ効果が等価的に発生する。図２では、等価的に実現されるシリンドリカルレンズ１２２Ｌが図示されている。各シリンドリカルレンズ１２２Ｌよって、ＬＣＤ１１０の各画素に対応する光が空間的に分離され、表示される画像が立体画像の表示のための２つの視点画像に分割される。

【0020】

制御回路１３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）、あるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などによってソフトウェア的に、またはハードウェア的に実現され、表示装置１００の各部を制御する。制御回路１３０は、図示しないストレージ装置、またはリムーバブル記録媒体に格納されたプログラムに従って動作してもよい。本実施形態において、制御回路１３０は、表示制御部１３１およびレンズ制御部１３２を含む機能を実現する。

【0021】

表示制御部１３１は、ＬＣＤ１１０の表示を制御する。表示制御部１３１は、例えば、ストレージ装置もしくはリムーバブル記録媒体に格納された画像データ、放送波によって受信された画像データ、またはネットワークを介したストリーミングによって配信された画像データなどに基づいて、ＬＣＤ１１０に画像を表示させる。本実施形態において、表示制御部１３１は、液晶レンズ部１２０による各画素の光の空間的な分離に対応して各視点画像が交互に配列された画像をＬＣＤ１１０に表示させる。

【0022】

レンズ制御部１３２は、液晶レンズ部１２０を制御する。上記のように、液晶レンズ部１２０は、液晶層１２２に電圧を印加して光の屈折率を領域ごとに変化させる。レンズ制御部１３２は、例えば、この印加電圧を制御して、液晶レンズ部１２０によって等価的に実現されるレンチキュラレンズの焦点距離を調整する。なお、レンズ制御部１３２によるレンチキュラレンズの焦点距離の調整の例については後述する。

【0023】

画像取得部１４０は、表示装置１００の観察位置の情報を取得する観察位置情報取得部の一例である。本実施形態において、画像取得部１４０は、表示装置１００の観察者の画像を取得する撮像装置に接続されるインターフェースである。制御回路１３０は、画像取得部１４０によって取得された画像について画像処理を実行し、観察者の位置（例えば表示装置１００の周辺の空間に設定された座標などによって表される）を特定する機能をさらに有してもよい。

【0024】

また、他の実施形態において、観察位置情報取得部は、必ずしも画像取得部でなくてもよい。例えば、観察位置情報取得部は、赤外線などを用いて観察者の位置を検出するセンサであってもよい。また、例えば表示装置１００がモバイル機器に搭載されるような場合、モバイル機器の筐体の傾きを検知する３次元加速度センサなどが観察位置情報取得部として用いられてもよい（例えば、筐体が傾いていれば、観察者が表示装置１００を斜めに観察する位置にいると判定する）。

【0025】

あるいは、観察位置情報取得部は、観察者などの操作入力に基づいて、観察者の位置を認識してもよい。この場合、例えば、表示装置１００を有する機器の操作コマンドとして、「左側から見る」、「正面から見る」、「右側から見る」といったような観察方向の選択が提供されてもよい。

【0026】

本実施形態において、レンズ制御部１３２は、画像取得部１４０によって取得される画像の観察位置の情報に基づいて液晶レンズ部１２０を制御し、液晶レンズ部１２０において等価的に実現されるレンチキュラレンズの焦点距離を変化させる。例えば、レンズ制御部１３２は、ＲＯＭやストレージ装置などに格納された、観察者の座標情報とレンチキュラレンズの焦点距離とを関連付けるテーブルを参照して、焦点距離を決定してもよい。このとき、レンズ制御部１３２は、レンチキュラレンズに含まれる各シリンドリカルレンズの焦点距離を一様に変化させてもよいし、後述するようにそれぞれのシリンドリカルレンズで異なる焦点距離を設定してもよい。

【0027】

（１−２．レンチキュラレンズの焦点距離について）
次に、引き続き図２と、図３および図４とを参照して、レンチキュラレンズの焦点距離について説明する。図３は、表示装置が正面から観察される場合のレンチキュラレンズの焦点距離を示す図である。図４は、表示装置が斜めから観察される場合のレンチキュラレンズの焦点距離を示す図である。

【0028】

図２を参照すると、表示装置１００を観察する場合の視線の角度がθ１である場合に、対向基板１２３に入射して屈折した後の視線の角度をθ２とすると、シリンドリカルレンズ１２２Ｌを介して観察される画素は、シリンドリカルレンズ１２２Ｌの正面にある画素からΔｘ＝ｄ_０・ｔａｎθ２だけずれた画素である（ｄ_０は、シリンドリカルレンズ１２２Ｌの主点から表示面までの最短距離）。従って、この場合の最適焦点距離ｄは、ｄ_０・ｃｏｓ^−１（θ２）になる。

【0029】

例えば、ある条件において、ｄ_０＝７１０μｍとした場合、角度θ１＝６０°の場合の最適焦点距離ｄは８７０μｍになる。このように、表示装置１００を正面から観察する場合と、斜めから観察する場合とでは、最適焦点距離ｄには大きな差が生じる。

【0030】

上記のような現象は、例えばｄ_０の値のオーダーが異なる場合でも同様である。例えば、ｄ_０＝７１００μｍとした場合、角度θ１＝６０°の場合の最適焦点距離は８７００μｍになる。

【0031】

図３および図４は、上述したような最適焦点距離の変化を、より広い範囲について説明した図である。

【0032】

まず、図３に示す状態では、観察者が表示装置の正面付近に位置している。図示された例では、３つのシリンドリカルレンズ１２２Ｌ１〜１２２Ｌ３のそれぞれを介して、観察者の左眼ｅＬおよび右眼ｅＲに観察される光が示されている。例えば、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１を介して左眼ｅＬに観察される光について、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１から観察される画素までの距離、すなわち最適焦点距離はｄ１である。また、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１を介して右眼ｅＲに観察される光について、最適焦点距離はｄ２である。

【0033】

従って、この場合、例えば、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１の焦点距離を距離ｄ１と距離ｄ２との平均値に設定してもよい。同様にして、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ２の焦点距離は、例えば左眼向けの最適焦点距離ｄ３と右眼向けの最適焦点距離ｄ４との平均値に設定されうる。また、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ３の焦点距離は、例えば左眼向けの最適焦点距離ｄ５と右眼向けの最適焦点距離ｄ６との平均値に設定されうる。これによって、図示された状態では、左眼ｅＬおよび右眼ｅＲのそれぞれについて、シリンドリカルレンズ１２２Ｌの焦点距離が最適焦点距離に近くなり、良好な画質の立体画像が提供されうる。

【0034】

一方、図４に示す状態では、観察者が表示装置の正面付近から図中の右向きに移動している。これによって、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１〜１２２Ｌ３のそれぞれについて、レンズを介して観察される画素が変化し、従って最適焦点距離も変化する。例えば、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１を介して左眼ｅＬに観察される光の最適焦点距離は、図３の例のｄ１よりも長いｄ１’になる。また、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１を介して右眼に観察される光について、最適焦点距離はｄ２よりも長いｄ’２になる。

【0035】

従って、この場合、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１の焦点距離が距離ｄ１と距離ｄ２との平均値に設定されていると、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１の焦点は、観察される画素が位置する表示面上よりも手前に位置する。つまり、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１を介して観察される画素は、デフォーカスした状態で観察されることになる。これは、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ２についても同様である。

【0036】

このように、画素がデフォーカスした状態で観察されると、画素ごとに見かけの集光幅が異なることによって、クロストークが発生したり、画像に色がついたりする場合があり、観察される立体画像の画質の劣化につながる可能性がある。

【0037】

そこで、本実施形態に係る表示装置１００では、レンズ制御部１３２が、画像取得部１４０を用いて取得される観察者の位置の情報に基づいて液晶レンズ部１２０を制御し、各シリンドリカルレンズ１２２Ｌの焦点距離を変化させる。例えば、レンズ制御部１３２は、画像取得部１４０からの情報に基づいて、観察者の位置が変化したことが検出された場合に、各シリンドリカルレンズ１２２Ｌの焦点距離を変化させてもよい。

【0038】

（１−３．焦点距離を可変にする構成）
次に、図５および図６を参照して、本実施形態に係る表示装置において、レンチキュラレンズの焦点距離を可変にする構成について説明する。図５は、本開示の第１の実施形態における焦点距離変化の概要について説明するための図である。図６は、本開示の第１の実施形態において液晶レンズの焦点距離を変化させる構成について説明するための図である。

【0039】

図５では、液晶レンズ部１２０の液晶層１２２によって等価的に実現されるレンチキュラレンズに含まれるシリンドリカルレンズ１２２Ｌを介して、画素１１３ａ〜１１３ｃをそれぞれ観察する場合が示されている。図では、焦点距離が変化しない場合が（ａ）として、焦点距離が変化する場合が（ｂ）として、それぞれ示されている。

【0040】

（ａ）の例では、シリンドリカルレンズ１２２Ｌの焦点距離が、画素１１３ｃまでの距離で固定されている。この場合、画素１１３ａ，１１３ｂが観察される場合には、シリンドリカルレンズ１１２Ｌの焦点が表示面上に位置しない。つまり、画素１１３ａ，１１３ｂは、デフォーカスした状態で観察される。この場合、観察される立体画像の画質が劣化する可能性があるのは、上述したとおりである。

【0041】

そこで、本実施形態に係る表示装置１００では、（ｂ）に示すように、画素１１３ａ〜１１３ｃのそれぞれが観察される場合のそれぞれで、シリンドリカルレンズ１２２Ｌと観察される画素との距離に近づくように、シリンドリカルレンズ１２２Ｌの焦点距離を変化させる。これによって、それぞれの画素が観察される場合に、シリンドリカルレンズ１２２Ｌの焦点を表示面上に位置させる、つまり、シリンドリカルレンズの焦点距離を最適焦点距離に一致させることが可能である。従って、表示装置１００では、観察位置が変化しても、観察される立体画像の画質を良好に維持することができる。

【0042】

図６は、上記のような焦点距離の変化を可能にする液晶レンズの構成を示す。上述の通り、液晶レンズ部１２０は、液晶層１２２に電圧を印加することによって光の屈折率を領域ごとに変化させることによって、等価的にレンズ効果を発生させる。そこで、本実施形態では、画素１１３ｃが観察される（ａ）場合と、画素１１３ａが観察される（ｂ）場合とで、レンズ制御部１３２が印加電圧を変化させる。

【0043】

より具体的には、（ａ）の場合、レンズ制御部１３２は、印加電圧が全体としてより大きくなるように制御することによって、シリンドリカルレンズ１２２Ｌの焦点距離を短くする。一方、（ｂ）の場合、レンズ制御部１３２は、印加電圧が全体としてより小さくなるように制御することによって、シリンドリカルレンズ１２２Ｌの焦点距離を長くする。

【0044】

なお、このように焦点距離を変化させるための具体的な印加電圧の設定の例については、続く液晶レンズの構成例でより詳しく説明する。

【0045】

（１−４．液晶レンズの構成例）
次に、図７〜１１を参照して、本実施形態における液晶レンズの構成例およびシミュレーション結果について説明する。図７は、本開示の第１の実施形態における液晶レンズの電極配置の例を示す図である。図８は、図７に示す液晶レンズの奥行き方向の強度プロファイルを示す図である。図９は、図７に示す液晶レンズのレンズ幅方向での強度プロファイルを示す図である。図１０および図１１は、図７に示す液晶レンズの位相差のシミュレーション結果を示すグラフである。

【0046】

図７を参照すると、液晶レンズ部１２０では、端子基板１２１上に配設された透明電極ｅ２〜ｅ８と、対向基板１２３側に配置される共通透明電極ｅ１とによって、１つのシリンドリカルレンズ１２２Ｌが等価的に実現される。透明電極ｅ２〜ｅ８と共通透明電極ｅ１との間の電位差は、例えば、液晶層１２２の屈折率が、シリンドリカルレンズ１２２Ｌの中心付近ではより大きく、端部付近ではより小さくなるように設定される。

【0047】

一例として、シリンドリカルレンズ１２２Ｌの焦点距離を７１０μｍと８５０μｍとの間で変化させたい場合、例えば以下の表１のように各電極に電圧を印加すればよい。

【0048】

【表1】

【0049】

なお、上記の数値は一例であり、実際の数値は、例えば液晶層の材料や厚さによって変化する。また、１つのレンズに対応する電極の数は、上記の例には限られず、任意に設定されうる。

【0050】

図８は、上記のような電圧の印加によって等価的に実現されるシリンドリカルレンズの奥行き方向の強度プロファイルを、シミュレーションの結果を基に示す図である。この結果によれば、焦点距離を７１０μｍに設定した（ａ）の例では、集光点がｄ＝７１０μｍ付近に位置している。また、焦点距離を８５０μｍに設定した（ｂ）の例では、集光点がｄ＝８５０μｍ付近に位置している。この結果は、液晶レンズに印加する電圧を制御することで、異なる焦点距離のレンズを等価的に実現することが可能であることを示しているといえる。

【0051】

図９は、上記のような電圧の印加によって等価的に実現されるシリンドリカルレンズのレンズ幅方向での強度プロファイルを、シミュレーションの結果を基に示す図である。この結果によれば、焦点距離を７１０μｍに設定した（ａ）の例では、レンズからの距離が７１０μｍの位置で、レンズ中心付近の光の強度が鋭いピークを示す。一方、焦点距離を８５０μｍに設定した（ｂ）の例では、レンズからの距離が８５０μｍの位置で、レンズ中心付近の光の強度が鋭いピークを示す。この結果は、液晶レンズに印加する電圧を制御することで、異なる焦点距離のレンズを等価的に実現することが可能であることを示しているといえる。

【0052】

図１０は、上記のような電圧の印加によって等価的に実現されるシリンドリカルレンズの位相差のシミュレーション結果を、それぞれの焦点距離での理想的な位相差分布と比較して示すグラフである。なお、グラフに示された位相差の単位はπである。この結果によれば、焦点距離を７１０μｍに設定した（ａ）の例、焦点距離を８５０μｍに設定した（ｂ）の例ともに、理想的な位相差分布に近い位相差分布が実現できていることがわかる。

【0053】

図１１は、上記のような電圧の印加によって等価的に実現されるシリンドリカルレンズの位相差のシミュレーション結果を、それぞれの焦点距離での結果を重ね合わせて示すグラフである。この結果によれば、液晶層への印加電圧を調整することによって、異なる焦点距離に最適化された位相差分布を実現できていることがわかる。

【0054】

（１−５．変形例）
次に、図１２を参照して、本実施形態の変形例について説明する。図１２は、本開示の第１の実施形態の変形例について説明するための図である。

【0055】

図１２に示す状態では、観察者が、表示装置の正面付近から離れて位置している。図示された例では、３つのシリンドリカルレンズ１２２Ｌ１〜１２２Ｌ３のそれぞれを介して、観察者の左眼ｅＬおよび右眼ｅＲに観察される光が示されている。例えば、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１を介して左眼ｅＬに観察される光について、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１から観察される画素までの距離、すなわち最適焦点距離はｄ１１である。また、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１を介して右眼ｅＲに観察される光について、最適焦点距離はｄ１２である。同様にして、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ２について最適焦点距離ｄ１３，ｄ１４を、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ３について最適焦点距離ｄ１５，ｄ１６を定義する。

【0056】

この場合、図示されているように、視線の角度が大きいと、各シリンドリカルレンズ１２２Ｌにおける最適焦点距離の差が大きくなる。つまり、距離ｄ１１および距離ｄ１２の平均値と距離ｄ１５および距離ｄ１６の間の平均値との差は、例えば上記の図４の例における距離ｄ１’および距離ｄ２’の平均値と距離ｄ５’および距離ｄ６’の間の平均値との差よりも大きい。従って、液晶レンズ部１２０において等価的に実現されるレンチキュラレンズの全体について一様に焦点距離を設定したのでは、一部のシリンドリカルレンズ１２２Ｌについて、画素のデフォーカスが許容しうる範囲を超えてしまう可能性がある。

【0057】

そこで、本変形例では、表示装置１００のレンズ制御部１３２が、液晶レンズ部１２０の部分ごとに異なる焦点距離を設定する。より具体的には、レンズ制御部１３２は、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ３，１２２Ｌ２，１２２Ｌ１の順で、印加電圧を少しずつ弱くし、より長い焦点距離を設定する。つまり、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ１の焦点距離をｆ１、シリンドリカルレンズ１２２Ｌ２の焦点距離をｆ２、シリンドリカルレンズＬ３の焦点距離をｆ３とすると、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３である。

【0058】

本変形例によって、例えば、より大型の表示装置１００においても、観察される立体画像の画質の劣化を防ぐことができる。なお、例えばモバイル機器に搭載されるような比較的小型の表示装置１００では、上記のような表示面の位置ごとの差が顕著ではなく、液晶レンズ部全体で一様に焦点距離を設定することで十分に効果が得られる場合もある。

【0059】

（１−６．実施形態のまとめ）
以上で説明した本開示の第１の実施形態では、液晶レンズを用いた立体表示装置において、表示装置に表示される画像の観察位置に応じて液晶レンズの焦点距離が変化する。液晶レンズの焦点距離は、液晶層に印加する電圧の大きさを調整することで変化させることが可能である。画像の観察位置の情報は、例えば、観察者の画像を解析することによって取得されてもよいし、他の種類のセンサの検出結果から取得されてもよいし、また観察者などの操作入力によって与えられてもよい。

【0060】

これによって、例えば、画像を観察する位置が表示装置の変化した場合に、変化に適合して液晶レンズの焦点距離を変化させ、液晶レンズを介して観察される画素に焦点が合った状態を保つことによって、立体画像の良好な画質を維持することができる。

【0061】

また、液晶レンズでは、部分ごとに異なる焦点距離が設定されてもよい。これによって、例えば表示装置が大型であり、表示面の部分ごとの最適焦点距離の差が大きいような場合にも、液晶レンズのそれぞれの部分で適切な焦点距離を設定し、位置が異なる画素の間で画質に差が生じるのを防ぐことができる。

【0062】

（２．第２の実施形態）
続いて、図１３を参照して、本開示の第２の実施形態について説明する。図１３は、本開示の第２の実施形態において液体レンズの焦点距離を変化させる構成について説明するための図である。

【0063】

図１３に示されるように、本実施形態では、液晶レンズに代えて液体レンズが用いられる。なお、それ以外の点では、本実施形態の構成は上記の第１の実施形態とほぼ同様であるため、詳細な説明は省略する。

【0064】

液体レンズ部２２０は、端子基板１２１と、液体レンズ層２２２と、対向基板１２３とを含む。液体レンズ部２２０は、画素に対応する光を空間的に分離させるレンズ部の一例である。液体レンズ層２２２では、電極２２２ｆと、絶縁膜２２２ｅとによって形成されるレンズ室に、第１の液体２２２ｏと、第２の液体２２２ｗとが充填される。第１の液体２２２ｏと第２の液体２２２ｗとは、光の屈折率が異なり、互いの間に界面が形成される液体である。このような液体の組み合わせとして、例えば第１の液体２２２ｏが油であり、第２の液体２２２ｗが水であってもよい。

【0065】

液体レンズ層２２２では、電極２２２ｆに印加される電圧によって、第１の液体２２２ｏの表面張力が変化し、例えば（ａ）および（ｂ）に示す例のように、第２の液体２２２ｗとの間の界面の形状が変化する。液体レンズ部２２０は、このような性質を利用して、液体レンズ層２２２をレンチキュラレンズとして機能させる。なお、液体レンズ部２２０では、必ずしも図示されているように１つのレンズ室に１つのレンズが形成されなくてもよく、複数のレンズ室にまたがって１つのレンズが形成されてもよい。

【0066】

液体レンズ部の構成には、例えば特開２０１１−０９５３６９号公報に記載されているような、公知の各種の構成を採用することが可能である。

【0067】

本実施形態に係る表示装置では、レンズ制御部１３２が、画像取得部１４０によって取得される画像の観察位置の情報に基づいて液体レンズ部２２０を制御し、液体レンズ部２２０で実現されるレンチキュラレンズの焦点距離を変化させる。ここで、レンズ制御部１３２は、電極２２２ｆに印加する電圧を制御し、各レンズ室における第１の液体２２２ｏの界面形状を変化させることによって、レンチキュラレンズの焦点距離を変化させる。

【0068】

かかる構成によって、上記の第１の実施形態と同様に、観察者の位置の変化に応じて適切なレンズの焦点距離を設定することが可能である。また、液体レンズの部分ごとに異なる焦点距離を設定し、位置が異なる画素の間で画質に差が生じるのを防ぐことも可能である。

【0069】

（３．電子機器に係る実施形態）
次に、図１４〜図１６を参照して、電子機器にかかる本開示の実施形態の例について説明する。

【0070】

図１４は、本開示の実施形態に係る表示装置を有する電子機器の一例であるテレビジョン装置の外観を示す図である。テレビジョン装置１０は、撮像部１１、および表示部１２などを有する。表示部１２は、上記の実施形態で説明されたような本開示の実施形態に係る表示装置を用いて実現される。また、表示装置の画像取得部は、撮像部１１から観察者の画像を取得してもよい。なお、表示部１２は、タッチスクリーンであってもよい。

【0071】

図１５は、本開示の実施形態に係る表示装置を有する電子機器の一例であるデジタルカメラの外観を示す図である。デジタルカメラ２０は、撮像部２１、操作部であるシャッターボタン２２、および表示部２３などを有する。表示部２３は、上記の実施形態で説明されたような本開示の実施形態に係る表示装置を用いて実現される。なお、表示部２３は、タッチスクリーンであってもよい。デジタルカメラ２０は、さらに、表示部２３の観察者側にサブ撮像部２４を有し、表示装置の画像取得部がサブ撮像部２４から観察者の画像を取得してもよい。

【0072】

図１６は、本開示の実施形態に係る表示装置を有する電子機器の別の例である携帯電話（スマートフォン）の外観を示す図である。携帯電話３０は、撮像部３１、操作部である操作ボタン３２、および表示部３３などを有する。表示部３３は、上記の実施形態で説明されたような本開示の実施形態に係る表示装置を用いて実現される。なお、表示部３３は、タッチスクリーンであってもよい。携帯電話３０は、さらに、表示部３３の観察者側にサブ撮像部３４を有し、表示装置の画像取得部がサブ撮像部３４から観察者の画像を取得してもよい。

【0073】

（４．補足）
なお、上記の実施形態では、ＬＣＤを用いた表示装置の実施形態について説明したが、本開示の実施形態はこれには限られない。例えば、ＬＣＤに代えて有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどの自発光型のディスプレイが用いられてもよい。また、レンズ部も、上記で説明した液晶レンズや液体レンズを用いたものには限られず、焦点距離を可変であるレンズを用いるものであれば、どのようなものであってもよい。

【0074】

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

【0075】

なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）焦点距離が可変であるレンズを含み、前記レンズによって表示面に配置される画素に対応する光を空間的に分離させるレンズ部と、
観察者の位置を示す情報に基づいて前記レンズ部を制御して前記レンズの焦点距離を変化させるレンズ制御部と
を備える表示装置。
（２）前記レンズ制御部は、前記レンズと該レンズを介して観察される前記画素との間の距離に近づくように前記レンズの焦点距離を変化させる、前記（１）に記載の表示装置。
（３）前記レンズ制御部は、前記観察者の位置が変化した場合に前記レンズの焦点距離を変化させる、前記（１）または（２）に記載の表示装置。
（４）前記レンズ制御部は、前記レンズ部の部分ごとに異なるように前記レンズの焦点距離を変化させる、前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の表示装置。
（５）前記観察者の位置を示す情報を取得する観察位置情報取得部をさらに備える、前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の表示装置。
（６）前記観察位置情報取得部は、観察者の画像を取得する画像取得部である、前記（５）に記載の表示装置。
（７）前記観察位置情報取得部は、前記表示装置を有する機器の筐体の傾きを検出するセンサである、前記（５）に記載の表示装置。
（８）前記観察位置情報取得部は、前記観察者の位置を指定する操作入力を取得する操作入力部である、前記（５）に記載の表示装置。
（９）前記レンズは、液晶レンズであり、
前記レンズ制御部は、前記液晶レンズの印加電圧を制御する、前記（１）〜（８）のいずれか１項に記載の表示装置。
（１０）前記レンズは、液体レンズであり、
前記レンズ制御部は、前記液体レンズの印加電圧を制御する、前記（１）〜（８）のいずれか１項に記載の表示装置。
（１１）焦点距離が可変であるレンズを含み、前記レンズによって表示面に配置される画素に対応する光を空間的に分離させるレンズ部と、
観察者の位置を示す情報に基づいて前記レンズ部を制御して前記レンズの焦点距離を変化させるレンズ制御部と
を含む表示装置
を備える電子機器。
（１２）焦点距離が可変であるレンズを含み、前記レンズによって表示面に配置される画素に対応する光を空間的に分離させるレンズ部を制御するレンズ制御部を備え、
前記レンズ制御部は、観察者の位置を示す情報に基づいて前記レンズの焦点距離を変化させる制御回路。

【符号の説明】

【0076】

１００ 表示装置
１１０ ＬＣＤ
１２０ 液晶レンズ部
１２２ 液晶層
１２２Ｌ シリンドリカルレンズ
１３０ 制御回路
１３１ 表示制御部
１３２ レンズ制御部
１４０ 画像取得部
２２０ 液体レンズ部
２２２ 液体レンズ層
１０，２０，３０ 電子機器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】