JP5330623B2 - 表示装置、その表示装置を備えた電子機器、及び投影ユニット - Google Patents

Description

本発明は、表示装置、その表示装置を備えた電子機器、及び投影ユニットに関するものである。

映像や文字を表示する表示装置（ディスプレイ）として、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイがある。これらの表示装置は、視度の調節が出来ない。高齢化社会の進展に伴って老眼（老視）の高齢者が増えており、視度の調節が可能な表示装置、特にフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）が望まれている。携帯電話の普及やデジタルカメラの普及により、屋外でＦＰＤによる表示を見る機会が増えている。更に本の代わりに電子ブックの利用も増加している。このように携帯電話やデジタルカメラ等のモバイル機器のＦＰＤを見るときに、いちいち老眼鏡を掛け外しするのは非常に煩わしい。

携帯電話は、電話として使用されるよりも、メールの送受信、ゲーム等として使用されることが多い。この場合、ユーザはＦＰＤを見る必要がある。また、デジタル一眼レフカメラには、ライブビューモニターとしてＦＰＤが用いられているが、このデジタル一眼レフカメラにおいて、遠方の被写体を見つつ、ライブビューモニターを見るのに、いちいち老眼鏡を掛けたり外したりするのは、実際的ではない。さらに、撮影モードの変更等、モニターを利用したＧＵＩ（グラフィカルユーザインターフェイス）を使用することが多くモニターを見る必要性は高い。

また、カーナビゲーションシステムのモニターを見るときは、観察者は運転中である。このため、老眼鏡を掛け外しするのは危険であり、老眼鏡の掛け外しは事実上不可能である。さらに他の場面として、パソコン（ＰＣ）の液晶画面を観察する時も、いちいち老眼鏡を掛けるのは観察者にとって煩わしい。したがって、老眼鏡を掛け外しすることなくモニターを見ることのできる電子機器が望まれている。

例えば、特許文献１には、フレネルレンズをデジタルカメラのモニターであるＦＰＤの手前に取り付け、ルーペのようにＦＰＤを覗く構成例が示されている。

特開２００９−６３６２４号公報

特許文献１に開示されている構成においては、ルーペと表示部との間は、適切な像を観察するためには、ある程度の間隔を設ける必要がある。このため、装置が大きくなってしまう。具体的には、老眼の補正をする為には、フレネルレンズをＦＰＤから数ｃｍ程度離す必要があり、実用的ではない。
また、特許文献１には、フレネルレンズの代わりにマイクロレンズアレイを画素毎に用いる構成も示されている。ここで、単に、マイクロレンズアレイを用いると、各マイクロレンズによって画素が拡大される。このため、隣の画素が重なって観察されることになり、実用的ではない。

このように、従来、老眼鏡を掛けなくても焦点の合った画像を見ることの出来るＦＰＤは存在していない。また、その様なモニターを搭載した電子機器は無い。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、焦点が容易に合う実用的な表示装置、その表示装置を備えた電子機器、及び投影ユニットを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる表示装置は、光射出点が周期模様として形成されている周期模様形成部と、
前記周期模様形成部に対向して配置され、前記周期模様を観察者の瞳の位置に結像するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイにより結像した前記周期模様の像を前記瞳の動きに追随させる像位置調整部と、
を有し、
前記光射出点の像の径が、前記瞳の径より小さいことを特徴とする。
また、他の側面において本発明に従う電子機器は、上述の表示装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、焦点が容易に合う実用的な表示装置、その表示装置を備えた電子機器、及び投影ユニットを提供することができるという効果を奏する。

瞳を絞る効果を利用した表示方法の考え方を説明する図である。 光射出点と、レンズとの、それぞれの結像関係を説明する図である。 瞳より小さい大きさの投影光束によって結像することが瞳を絞ることと同等の効果があることを説明する図である。 瞳の動きを追随して、光射出点の像（光束）を観察者の瞳に入射させる手順を説明するフローチャートである。 瞳の動きを追随して、光射出点の像（光束）を観察者の瞳に入射させる構成のブロック図である。 液晶等の表示デバイスに対して、マイクロレンズとピンホールで構成されたユニットを傾ける構成を示す図である。 第２実施形態に係る表示装置の概略構成を示す図である。 第２実施形態に係る表示装置の一部の構成の詳細を示す図である。 光射出点群の投影像を示す図である。 第３実施形態に係る電子機器の一例であるデジタルカメラの斜視構成を示す図である。 第４実施形態に係る携帯電話の斜視構成を示す図である。 投影ユニット内の周期模様が形成された透過板とマイクロレンズアレイの相対位置をシフトさせる構成を示す図である。 第５実施形態における観察者の瞳に追随する機能に付加して、観察者までの距離を測定して反映させる手順を示すフローチャートである。 表示デバイスにおける光射出点の移動を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、第６実施形態における光射出点が移動する状態を示す図である。

本実施形態の表示装置、その表示装置を備えた電子機器、及び投影ユニットの構成による作用効果を説明する。なお、この実施形態によって本発明は限定されるものではない。すなわち、実施形態の説明に当たって、例示のために特定の詳細な内容が多く含まれるが、これらの詳細な内容に色々なバリエーションや変更を加えても、本発明の範囲を超えない。従って、以下で説明する本発明の例示的な実施形態は、権利請求された発明に対して、一般性を失わせることなく、また、何ら限定をすることもなく、述べられたものである。

（第１実施形態）
第１実施形態に係る表示装置について説明する。まず、本実施形態の基本的な考え方を説明する。
そもそも、老眼の人はピント（焦点）合わせ能力が低下している。このため、老眼の人は、近点に焦点を合わせ難くなっている。
ここで、カメラではレンズの絞りを絞ると被写界深度が拡大する。これにより、被写体の観察者から見て手前から奥まで焦点の合った写真を撮ることが出来る。従って、眼の瞳を人為的に絞ることにより被写界深度を拡大させることができる。この結果、老眼の人であっても、焦点の合わせにくい近点に焦点を合わせることが出来る。

このとき、観察者と表示装置の相対位置が変化しても、観察者の瞳の動きを検出することにより、上記効果を維持させることが好ましい。以下、図面を参照して、さらに具体的に説明する。

図１は、瞳を絞る効果を利用した表示方法の考え方を説明する図である。光射出点１ａ、１ｂ、１ｃから射出される光は、レンズ２ａ、２ｂ、２ｃによって表示の観察者の眼のレンズ３の瞳に、それぞれの像が重なるように投影される。なお、簡単のため、光射出点１ａ、１ｂ、１ｃおよびレンズ２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ３つのみ記載されているが、光射出点およびレンズの配置される数は、３に限定されない。

光射出点１ａ、１ｂ、１ｃの瞳位置での投影光束（光射出点像）４の大きさは、瞳の径より小さく設定される。すなわち瞳を通過する投影光束４の径は、瞳より小さい。また、レンズ２ａ、２ｂ、２ｃは、眼のレンズ３によって、網膜５に投影される。これにより、レンズの像６ａ、６ｂ、６ｃを形成する。

本実施形態では、レンズ２ａ、２ｂ、２ｃを画素と考える。レンズの像６ａ、６ｂ、６ｃは、画素の像となる。この状態において、光射出点１ａ、１ｂ、１ｃに画像の信号を与えると、観察者は画像を見ることが出来る。

老眼の人の目の場合、焦点は網膜５上に合わない。ここで、瞳より小さい大きさの投影光束４として、画素であるレンズ２ａ、２ｂ、２ｃを、網膜５上に結像することによって、老眼の人でも焦点の合った画像を見ることが出来る。

このことは、図３を用いて説明する。なお、光射出点とは、必ずしも点ではなく、有限の大きさを有している。
まず、図２を用いて、光射出点１と、レンズ２との、それぞれの結像関係を説明する。光射出点１は、レンズ２によって眼のレンズ３に投影される。光射出点１上の点９ａ、９ｂは、それぞれ光線７ａ、７ｂと光線７ｃ、７ｄによって、眼のレンズ３上の点１０ａ、１０ｂとなる。

眼のレンズ３による光線７ａ、８ａ、７ｃ、８ｃと、光線７ｂ、８ｂ、７ｄ、８ｄと、によって、網膜５の近傍にレンズ２の像を形成する。レンズ２と眼のレンズ３までの距離をＦｆ、レンズ２と光射出点１との距離をＦｂとする。レンズ２の焦点距離をＦとすると、１／Ｆｆ＋１／Ｆｂ＝１／Ｆの関係が成立する。

図１において、光射出点１ａ、１ｂ、１ｃ（或いは後述する光射出点群）のピッチ（繰返しの間隔）をＰｐ、レンズ２ａ、２ｂ、２ｃ（後述するマイクロレンズアレイのレンズに相当する）のピッチをＬｐとすると、Ｌｐ／Ｐｐ＝（Ｆｆ−Ｆ）／Ｆｆとする必要がある。
なお、このピッチは、表示装置の水平方向、垂直方向で異なる場合もある。このような場合については、後述する第３実施形態において詳述する。

瞳より小さい光束（大きさ）によって結像することが瞳を絞ることと同等の効果があることを、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明する。
図３（ａ）において、点Ａ、Ｂを見る場合を考える。老眼の人は、眼のレンズ３の屈折力が弱く、網膜５上に焦点を結ぶことができない。

従って、眼のレンズ３の瞳一杯に透過してきた光束１１、１２によって、点Ａ、Ｂの像は、それぞれ点Ａ’、Ｂ’のように広がる。このため、図３（ｃ）に示すように、点Ａ’、Ｂ’は、解像（分解）することはできない。従って、焦点の合った像を見ることが出来ない。

これに対して、瞳より小さい光射出点像による光束１３、１４（図３（ｂ）参照）によって形成される点Ａ、Ｂの像は、点Ａ”、Ｂ”のように小さくなる。このため、図３（ｃ）に示すように、像である点Ａ”、Ｂ”を解像することができる。

本実施形態は、瞳より小さい光束を瞳に投影することにより、等価的に瞳を絞り、被写界深度を増大させる構成である。

図１に戻って説明を続ける。光射出点１ａ、１ｂ、１ｃは、有機ＥＬなどの自発光素子により構成する場合は、有機ＥＬなどの発光点そのものに対応する。また、光射出点１ａ、１ｂ、１ｃは、液晶パネルのようにバックライトによる透過型の場合は、その開口部によって制限された光透過点に対応する。なお、ここで言う光射出点及び光透過点は、必ずしも点ではなく、有限の面積を有している場合も含む。図１のように円形が好ましいが、必ずしも丸くなくても良い。

換言すると、有機ＥＬなどの自発光素子により構成する場合、自発光素子自体の光射出点１ａ、１ｂ、１ｃが周期模様形成部に対応する。
また、液晶パネルのようにバックライトによる透過型の場合、周期模様形成部は、ピンホールアレイなどで形成される透過板、または液晶パネルの開口部により制限された光透過点に対応する。
いずれの場合も、周期模様形成部とマイクロレンズとで投影ユニット（以下、適宜「ユニット」という。）を構成する。
ここで、有機ＥＬなどの自発光素子の場合、周期模様形成部とマイクロレンズとで投影ユニットを構成するとともに、これ自体で表示装置の機能も兼用する。

ここで、表示デバイスである液晶パネル、有機ＥＬ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の画素を、本実施形態における画素であるレンズ２ａ、２ｂ、２ｃと区別して「情報画素」という。光射出点を情報画素に一対一に対応させても良いし、一つの情報画素に複数の光射出点を設けても良い。一つの情報画素に複数の光射出点を設ける例は、後述する第３実施形態で説明する。

通常の液晶パネル、有機ＥＬ等の表示デバイスは一つの情報画素をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブ画素で構成してカラー表示を行うことがある。光射出点１ａ、１ｂ、１ｃをサブ画素に対応させると、ＲＧＢのカラー表示が出来る。

なお、本実施形態は、瞳径より小さい径の光束を瞳に入射させるので、光束径が小さい分だけ明るさが減少する。明るさの減少を補うためには、情報画素、例えば有機ＥＬの輝度を上げる、液晶パネルの輝度を上げる等の対応が望ましい。液晶パネルの画素を情報画素とした場合、バックライト光源にＬＥＤ、或いはＬＤを用いることが望ましい。

なお、光射出点１ａ、１ｂ、１ｃは、ピッチＰｐの周期で形成される。光射出点１ａ、１ｂ、１ｃが、ピンホールアレイのような開口部の場合は、周期模様の透過板に対応する。そして、マイクロレンズアレイによって周期模様を観察者の瞳に投影している。

次に、図４のフローチャート及び図５の機能ブロック図を用いて、瞳の動きを追随して、光射出点の像（光束）を観察者の瞳に確実に入射させる構成について説明する。
ステップＳ１００において、瞳撮影部２０３、例えば、カメラは、観察者の瞳を撮影する。撮影された瞳画像は、制御部２０１へ送られる。

ステップＳ１０１において、瞳位置測定部２０６は、その画像から、顔認識画像処理などにより、瞳を抽出して、瞳の位置（瞳の動き）をユニット（投影ユニット）に対し、特定する。ユニットについては、後述する。算出された瞳の位置の情報は、制御部２０１を介して、演算部２０５へ送られる。

ここで、メモリ２０２は、図６（ａ）、（ｂ）に示すようなユニットと、周期模様の像と、の位置関係を記憶している。
メモリ２０２に格納されているユニットと周期模様の像との位置関係の情報は、例えば、以下の２通りの手順で、メモリに格納することができる。
（１）表示装置、電子機器の出荷時に、表示装置、電子機器に対する、表示装置、電子機器から投影された周期模様の像の位置を予め決めておき、その情報をメモリに格納する。
（２）表示装置、電子機器の観察者が、所定の状態になったと判断したときに、当該状態の情報をメモリに格納する。ここで、所定の状態とは、例えば、観察者が表示装置、電子機器を使用する時に、周期模様が瞳位置に投影されたと判断した状態を指す。すなわち、観察者にとって表示が良好に見える状態を指す。なお、表示装置、電子機器に設けられたボタンを押すこと等により、ユニットと周期模様の像との位置関係をメモリに格納させることができる。この場合は、次回に表示装置、電子機器を使用するときにも、このメモリに格納された情報を使用できる。

ステップＳ１０２において、演算部２０５は、メモリ２０２からのユニットと周期模様の像との位置関係の情報と、ユニットに対する瞳の位置の情報とに基づいて、投影した光束（光射出点１ａ、１ｂ、１ｃの投影像）と位置を特定した瞳との相対位置を求める。

ステップＳ１０３において、観察者の瞳位置と、投影した光束（光射出点１ａ、１ｂ、１ｃの投影像）の位置と、が一致しているか否かが判断される。ステップＳ１０３の判断結果がＹｅｓ（真）の場合、ステップＳ１００へ戻る。以降、上述したステップＳ１００以降と同じ手順を行う。

ステップＳ１０３の判断結果がＮｏ（偽）の場合、すなわち投影した光束（光射出点１ａ、１ｂ、１ｃの投影像）の位置と、特定した観察者の瞳位置と、が異なっていると判断された場合は、ステップＳ１０４において、演算部２０５は、両者のずれ量と方向を算出する。そして、周期模様の像を移動させる量と方向の情報が、制御部２０１へ送られる。制御部２０１は、駆動信号を駆動機構２０４へ送る。
なお、制御部２０１と瞳撮影部２０３と演算部２０５とで、ＣＰＵを構成している。

ステップＳ１０５において、駆動機構２０４は、駆動信号に基づいて、投影した光束（光射出点１ａ、１ｂ、１ｃの投影像）の位置を移動させる。ここの移動に関する機構の詳細に関しては、後述する。例えば、マイクロレンズとピンホールアレイで構成されるユニットの傾き等を調整して、投影光束を観察者の瞳に入射させる。図５で示す構成が、像位置調整部に対応する。
このように、像位置調整部は、投影した光束（光射出点１ａ、１ｂ、１ｃの投影像）の位置と、特定した観察者の瞳位置と、を一致させる。

図６（ａ）、（ｂ）は、液晶等の表示デバイス１５に対して、マイクロレンズとピンホールで構成されたユニット１６（投影ユニット）を傾ける構成例を示している。

図６（ａ）において、矩形形状の表示デバイス１５の四隅に、４つの圧電素子１７を配置する。そして、圧電素子１７を、ユニット１６と表示デバイス１５とで挟む構成となっている。

駆動機構２０４は、四隅の圧電素子１７の何れかに電圧を印加する。これにより、圧電素子１７の厚み（高さ）を変化させる。この結果、表示デバイス１５に対するユニット１６の傾きを変化させることが出来る。

図６（ａ）は、表示デバイス１５とユニット１６とを相対的に傾けていない状態を示している。これに対して、図６（ｂ）は、紙面に向かって右側の２つの圧電素子１７に電圧を印加して、ユニット１６を表示デバイス１５に対して、右側が左側に比較して高くなるように傾けた状態を示している。

このように、圧電素子１７を用いることで、例えば、平行移動に比較して、容易に傾斜させることができる。

以上説明したように、本実施形態の表示装置において、ユニット（投影ユニット）１６は、周期模様の光射出点１ａ、１ｂ、１ｃが形成された透過板とマイクロレンズアレイ（レンズ２ａ、２ｂ、２ｃ）から構成される。また、この構成に対して、表示デバイスを加えてもよい。

さらに、有機ＥＬのような自発光の表示デバイスを用いる場合は、ユニット（投影ユニット）１６は、表示デバイスとマイクロレンズアレイ（レンズ２ａ、２ｂ、２ｃ）から構成される。ユニットの駆動機構は、ユニットに付随されている。上述したフローチャートの手順と機能ブロック図で示す構成とにより、ＣＰＵからの制御信号に基づき、ユニットの向きを観察者の瞳の動きに合わせて変化させ、投影光束を観察者の瞳に追随させることができる。

駆動機構２０４は、透過板と、マイクロレンズアレイと、を一体的に動かすことができる。これにより、より確実に投影光束の位置を移動できる。
また、駆動機構２０４は、表示デバイスと、透過板と、マイクロレンズアレイと、を一体的に動かす構成でもよい。これにより、さらに投影光束の移動を高速化できる。

また、有機ＥＬのような自発光の表示デバイスを用いる場合は、駆動機構２０４は、表示デバイスと、マイクロレンズアレイと、を一体的に動かす構成としてもよい。
さらに、駆動機構２０４は、表示デバイスと、マイクロレンズアレイと、の位置を相対的に動かす構成とすることができる。
これらによっても、投影光束の位置を移動できる。

駆動機構２０４は、例えば、圧電素子などのアクチュエータで構成できる。また、投影ユニット内の周期模様が形成された透過板とマイクロレンズアレイの相対位置をシフトして投影光束を観察者の瞳に追随させても良い。

次に、投影ユニット内の周期模様が形成された透過板４１とマイクロレンズアレイ４３の相対位置をシフトさせる詳細な構成について説明する。
図１２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、投影ユニット内の周期模様が形成された透過板４１とマイクロレンズアレイ４３との相対位置をシフトして投影光束を観察者の瞳に追随させる投影ユニットの構造を示している。上述したように、投影ユニットは、マイクロレンズアレイ４３と周期模様が形成された透過板４１で構成されている。

図１２（ａ）は、マイクロレンズアレイ４３（図１２（ｃ））を含む枠４２と、周期模様が形成された透過板４１が重ねられている構成を側面から見た図である。図１２（ｂ）は、観察者の方向から投影ユニットを見た図である。実際には、投影ユニットの構造は、観察者から見えないようにカバーが設置されている。

図１２（ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ４３は、その上下に配置された板バネ（付勢部材）４４によって枠４５に付勢（接続）されている。また、マイクロレンズアレイ４３は、その左右に配置されたアクチュエータ４６によっても枠４５に接続されている。

マイクロレンズアレイ４３は、板バネ４４によって枠４５に付勢（接続）されており、上下に移動することが可能である。その移動量は、アクチュエータ４６の伸び縮みによって制御される。

枠４５は、その左右に配置された板バネ４７によって枠４２に付勢（接続）されている。また、枠４５は、その上下に配置されたアクチュエータ４８によっても枠４２に接続されている。枠４５は板バネ４７によって枠４２に付勢（接続）されているため、左右に移動することが可能である。その移動はアクチュエータ４８の伸び縮みによって制御される。

このように、マイクロレンズアレイ４３を、図１２（ｂ）において、左右上下に移動させることができる。すなわち、周期模様が形成された透過板４１とマイクロレンズアレイ４３の相対位置をシフトさせることが可能になる。

図１２（ｃ）は、マイクロレンズアレイ４３を枠４２に対して、右下方向へ移動した状態の例を示している。アクチュエータ４６を縮めることによって、マイクロレンズアレイ４３は下方に移動する。この時、上下に配置された板バネ４４が変形することによって、マイクロレンズアレイ４３は移動できる。

アクチュエータ４８の長さを延ばすことによって、マイクロレンズアレイ４３を右方向に移動する。この時、左右に配置された板バネ４７が変形することによって、マイクロレンズアレイ４３は右方向へ移動する。このように、アクチュエータ４６、４８の制御によってマイクロレンズアレイを図面において左、右、上、下の任意の方向へ移動させることができる。

また、板バネ４４、４７を使用しているため、マイクロレンズアレイ４３を回転させることなく、高い精度で、左、右、上、下の方向へ移動、位置変化をさせることができる。なお、マイクロレンズアレイ４３を固定し、周期模様が形成された透過板４１を移動させる機構にしても良い。アクチュエータ４６、４８として、ピエゾ素子、超音波モーター、ボイスコイルモーターなどを使用することができる。

図５の機能ブロック図に戻り、説明を続ける。
上述したように、制御部２０１と演算部２０５とで構成されたＣＰＵは、瞳撮影部２０３、例えばカメラで撮影された観察者の画像から眼の瞳を認識する。そして、ＣＰＵは、瞳の位置と、予め分かっている光射出点群像（図７の１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、或いは図９の２４）との位置を比較する。
両者の位置差に基づいて制御信号を発生させる。

ＣＰＵの機能は、表示装置が設置されている携帯電話やデジタルカメラ等の電子機器のＣＰＵと兼用しても良い。さらに、観察者の瞳を撮影するカメラも、表示装置が設置されている電子機器に予め設けられているカメラを用いても良い。

このような構成により、投影光束の内、最も近い光束に瞳が一致するようにユニットの向きを調整することにより、ユニットの傾き調整量を最低限に抑えることができる。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る表示装置の概略構成を示している。画素であるレンズ２ａ、２ｂ、２ｃそれぞれに対応した、複数の光射出点を有する光射出点群１８ａ、１８ｂ、１８ｃが設けられている。なお、簡単のため、光射出点群１８ａ、１８ｂ、１８ｃおよびレンズ２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ３つのみ記載されているが、光射出点群およびレンズの配置される数は、３に限定されない。

光射出点群１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、情報画素或いはサブ画素に含まれる光射出点で構成されている。図１に示した第１実施形態は、第２実施形態における光射出点群に含まれる光射出点が一つの場合である。光射出点群１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、レンズ２ｂによって投影されて、光射出点群像１９ａ、１９ｂ、１９ｃを形成する。

なお、レンズ２ａによる光射出点群１８ａ、１８ｂの像は、光射出点像１９ｂ、１９ｃである。また、レンズ２ｃによる光射出点群１８ｂ、１８ｃの像は、光射出点像１９ａ、１９ｂである。

光射出点群１８ａ、１８ｂ、１８ｃ内の光射出点２０ａ、２０ｂ、２０ｃから射出される光は、レンズ２ａ、２ｂ、２ｃによって、表示の観察者の眼のレンズ３の瞳に、それぞれの像が重なるように投影される。このことは、第１実施形態で上述した内容と同様である。

レンズ２ａ、２ｂ、２ｃは、眼のレンズ３によって網膜上に投影され、レンズ像２１ａ、２１ｂ、２１ｃとなる。光射出点２０ａ、２０ｂ、２０ｃに画像の信号を与えると、観察者は画像を見ることが出来る。

光射出点群１８ａ、１８ｂ、１８ｃのピッチＰｐと、レンズ２ａ、２ｂ、２ｃのピッチＬｐの関係も、同様にＬp／Ｐｐ＝（Ｆｆ−Ｆ）／Ｆｆである。投影された光射出点像は、多数存在しており、その内どれか一つが瞳に入射すれば、観察者は、画像を見ることが出来る。

本実施形態における、その他の効果・作用は、上述の第１実施形態と同様である。なお、光射出点群１８ａ、１８ｂ、１８ｃを、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応させるとカラー画像を表示できる。

図８は、本実施形態の表示装置の一部の構成の詳細を示している。簡単のために、３×３の画素（レンズ）を示している。マイクロレンズアレイ２２と、光射出点群２３とで構成されている部分を観察者側から見た斜視構成を示している。

光射出点群２３は、マイクロレンズアレイ２２のレンズに対応して設けられている。マイクロレンズアレイ２２のレンズのピッチＬｐｘ、Ｌｐｙは、光射出点群のピッチ（通常は情報画素のピッチに相当する）をＰｐｘ、Ｐｐｙとして、
Ｌｐｘ＝Ｐｐｘ（Ｆｆ−Ｆ）／Ｆｆ
Ｌｐｙ＝Ｐｐｙ（Ｆｆ−Ｆ）／Ｆｆ
となる。

ここで、Ｆｆ、Ｆｂは、それぞれ光射出点群２３から瞳までの距離と、光射出点群２３とマイクロレンズアレイ２２のレンズとの距離である。また、光射出点群２３は上記式の条件を満たしていれば、マイクロレンズアレイ２２との相対位置に制限はない。例えば、上記式の条件を満足していれば、光射出点群２３とマイクロレンズアレイ２２のレンズとは、左右に少しずれていても問題ない。

但し、光射出点群２３とマイクロレンズアレイ２２との間に傾きが存在すると、投影される光射出点が観察者の眼の瞳近傍に投影された時に重ならない。このため、傾きは少ないことが望ましい。

なお、表示デバイスとして液晶パネルを用いた場合は、その各情報画素に各光射出点群２３が対応する。

表示デバイスとして、自発光デバイスである有機ＥＬデバイス等を用いた場合は、有機ＥＬデバイス自体で各光射出点群２３を形成することができる。この場合、有機ＥＬデバイス自体が、各情報画素として機能する。光射出点を形成せずに情報画素として機能させた場合は、通常の表示装置として作用する。

図７に示すように、光射出点群１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、ピッチＰｐの周期で配列されている。光射出点群がピンホールアレイのような開口部の場合は、透過構造の透過板である。光射出点群が有機ＥＬ等の場合は、周期Ｐｐの発光構造である。そして、上述しているようにマイクロレンズアレイによって周期模様を観察者の瞳に投影している。

図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、光射出点群の投影像を示している。投影された光射出点像２４は、多数分布している。
図９（ａ）のように、光射出点像２４が観察者の瞳２５内に位置する場合は、被写界深度拡大効果が得られる。このため、観察者はピントの合った画像を見ることが出来る。

これに対して、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、光射出点像２４の位置が観察者の瞳２５の位置に一致していない場合は、観察者は画像を観察できない。従って、光射出点像２４を移動して、光射出点像２４の位置を瞳２５の位置に一致させる必要がある。

光射出点像２４を観察者の瞳２５に確実に入射させる構成を、再び図４のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１０１において、瞳を撮影するカメラ等を設け、その画像から瞳２５を抽出する。ステップＳ１０２において、ユニットに対する観察者の瞳２５の位置を特定する。

ステップＳ１０２において、投影した光射出点像２４と位置を特定した瞳２５との相対位置を求める。ステップＳ１０３において、観察者の瞳２５の位置が光射出点像２４と一致している場合、ステップＳ１００へ進み、カメラ等で取得した次の画像から再度瞳２５を抽出する。そして、その位置を特定し、光射出点像との相対位置を求める。

ステップＳ１０３において、光射出点像２４と、特定した観察者の瞳２５の位置が異なっている場合は、ステップＳ１０４へ進み、その位置のずれ量と方向を算出する。そして、ステップＳ１０５において、表示装置の傾き等を調整して、投影光束を観察者の瞳に入射させる。

これにより、ピンホールアレイとマイクロレンズアレイを一体的に傾けることにより、光射出点像２４の投影位置を移動できる。全ての光射出点像は光射出点群の像として同時に移動する。

図９（ｂ）に示すように、観察者の瞳２５の位置が、最初に一致していた光射出点像２４’より僅かにずれている場合には、そのずれを修正する方向に、光射出点群を移動させる。

一方、図９（ｃ）に示すように、観察者の瞳２５の位置が、一致していた光射出点像２４’の位置よりも大きくずれてしまい、他の光射出点像２４”の位置が瞳２５の位置に近い場合、その光射出点像が観察者の瞳に入射するように光射出点群を移動させる。

ここで、表示デバイスとピンホールアレイとマイクロレンズアレイを一体的に傾けても同様の調節が出来る。或いは、ピンホールアレイとマイクロレンズアレイの相対位置をずらしても、光射出点群２４の位置を移動できる。

さらに、光射出点群２４の開口を液晶パネルで形成する場合は、液晶パネルに形成する開口を移動させることによって、光射出点群２４を移動させることができる。
有機ＥＬデバイスの場合は、その発光位置を移動することで同様の効果を生じさせることが出来る。

瞳の動きを撮影するカメラとしては、図１２に示すように携帯電話３８に設けられている、使用者を撮影するテレビ電話用のカメラ３７をそのまま用いることが出来る。携帯電話３８については後述する。

カメラ３７により、携帯電話３８の使用者、すなわち表示装置３９を見ている観察者の瞳を撮像することが出来る。表示装置３９には、本実施形態のピンホールアレイとマイクロレンズアレイが設けられている。そして、上述した構成と制御により、ピントの合わない老眼の人でもピントの合った表示を見ることが出来る。

（第３実施形態）
図１０は、第３実施形態に係る撮像装置の一例であるデジタルカメラの斜視構成を示している。デジタルカメラ３３は、その前面に図示しない撮像レンズを備えている。レリースボタン３４、モードボタン３５、表示装置３６が設けられている。

また、使用者の瞳の動きを追跡するカメラ３２が設けられている。使用者は撮像レンズを通して撮像された像を表示装置３６で確認しながらレリースボタン３４を押して撮影を行う。

本実施形態では、表示装置３６に図８等で示したマイクロレンズアレイと光射出点を有する画素構成の表示装置を用いる。従って、老眼や近眼、乱視の人でもメガネを掛け外しすることなく表示された像を確認することができる。

これにより、容易にピントや構図を確認することができる。また、焦点の合った像を確認できるので、ＧＵＩ（グラフィカルユーザインターフェイス）を確認することができ、モードボタン３５で好みの撮影モードを選択して撮影することも可能となる。

すなわち、老眼や遠視、近視、乱視の人でもメガネの掛け外しすることなく表示を確認できるモニター（表示装置３６）を備えている。これにより、デジタルカメラ本来の機能を使用することができるのである。

なお、モードボタン３５とは、撮影感度や風景モード、夜景モードなど、撮影条件を設定するスイッチ類のことであり、図示しないズームレバー（ズームの操作用スイッチ）も含む。ここでは、モードボタン３５は、一つしか示していないが、複数設けられている場合もある。
最近では、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の上に重ねて入力装置とするタッチパネルが実用化している。本実施形態でも表示装置３６にタッチパネルを重ねて入力装置とすることができる。すなわち、モードボタン３５の代わりにタッチパネルを使用することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る携帯用の電子機器の一例として携帯電話を説明する。
図１１は、第４実施形態に係る携帯電話の斜視構成を示している。携帯電話３８は、通話スイッチや文字入力用のテンキー４０や表示装置３９を備えている。携帯電話３８は、電話だけでなく、メールやインターネット接続による情報取得のため表示装置を備えている。

本実施形態の携帯電話３８は、表示装置３９として、図８等に記載のマイクロレンズアレイと光射出点を有する画素構成の有機ＥＬデバイスを用いている。これにより、老眼や近視、乱視の人でもメガネを掛け外しすることなく表示装置に表示した情報を焦点の合った状態で見ることが出来る。

従って、通話だけでなく、実用的にメールをすることができる。また、図示しないカメラモードスイッチを押すことによって、携帯電話３８に一体的に設けられている図示しないカメラによって写真を撮影することも可能である。

本実施形態によれば、老眼や近視、乱視の人でも老眼鏡を掛け外しすることなく構図やピントを確認して写真を撮影することができる。すなわち、老眼や遠視、近視、乱視の人でもメガネの掛け外しすることなく表示を確認できるモニター（表示装置３９）を備えているため、携帯電話に付加された機能を使用することができるのである。

なお、表示装置３９として液晶パネルを用いた本実施形態による表示装置を使っても良い。なお、使用者を写すテレビ電話用のカメラ３７は、瞳の動きを追跡するカメラを兼ねている。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る表示装置について説明する。
図２において、
レンズ２と眼のレンズ３までの距離をＦｆ、
光射出点のピッチをＰｐ、
レンズ（マイクロレンズアレイのレンズ）のピッチをＬｐ、
レンズの焦点距離Ｆと、それぞれしたとき、次式が成立する。
Ｌｐ／Ｐｐ＝（Ｆｆ−Ｆ）／Ｆｆ

従って、観察者の位置は、表示装置からＦｆ＝Ｐｐ×Ｆ／（Ｐｐ−Ｌｐ）を満足する位置であることが好ましい。

しかしながら、観察者は、表示装置を、常に一定の位置において観察するとは限らない。観察者と表示装置との距離が、距離Ｆｆと大きく異なると、各マイクロレンズからの光束が観察者の瞳に同時に入射せず、像に影が生じてしまう場合がある。

また、マイクロレンズアレイのピッチＬｐを変化させるのは実用的ではない。一方、光射出点または光射出点群のピッチＰｐを変化させることにより、観察者の瞳の位置に光射出点の像(投影光束)を投影することが出来る。

すなわち、光射出点または光射出点群のピッチＰｐを変化させることによって表示装置の観察距離を変化させることができる。この結果、観察者は、影がなくピントの合った画像を見ることができる。

例えば、光射出点として自発光素子である有機ＥＬ素子等を用いることにより、その発光位置のピッチを変化させることができる。これにより、光射出点（光射出点群）のピッチＰｐを変化させることができる。

また、光射出点または光射出点群の開口を液晶パネルで形成する場合は、液晶パネルに形成する開口のピッチを変化させる。これにより、光射出点または光射出点群のピッチＰｐを変化させることができる。

次に、観察者までの距離を測定して、光射出点の像（投影光束）を観察者の瞳に高い精度で入射させる構成について説明する。例えば、カメラを用いて、瞳までの距離を測定する。自動焦点検出機能によって観察者までの距離を測定する。或いは、観察者の顔の大きさ、瞳の大きさから距離を推定することもできる。

なお、これは図４、図５で上述した、観察者の瞳の動きに追随する機能と同時に達成することができる。あるいは、観察者の瞳の動きに追随することと、瞳までの距離を測定することとを同時に達成することが望ましい。

図１３は、観察者の瞳に追随する機能に付加して、観察者までの距離を測定して反映させる手順を示すフローチャートである。ここで、光射出点は自発光素子とし、観察者までの距離の測定は瞳の大きさで推定する場合を考える。なお、本フローチャートを実行する機能ブロックは、図５を用いて上述した構成と同じである。
また、図４で示したフローチャートと同じ手順には、同一のステップ番号を付す。

ステップＳ１００において、瞳撮影部２０３、例えば、カメラは、観察者の瞳を撮影する。撮影された瞳画像は、制御部２０１へ送られる。

ステップＳ１０１において、瞳位置測定部２０６は、撮影された観察者の瞳の画像から、顔認識画像処理などにより、瞳を抽出して、瞳の位置（瞳の動き）をユニット（投影ユニット）に対して特定する。

ステップＳ１０２において、演算部２０５は、メモリに格納されている情報と瞳位置の情報とに基づいて、投影した光束（光射出点の投影像）と位置を特定した瞳との相対位置を求める。

ステップＳ１０３において、観察者の瞳位置と投影光束の位置とが一致しているか否かが判断される。ステップＳ１０３の判断結果がＹｅｓ（真）の場合、ステップＳ１０６において、演算部２０５は、得られた瞳の大きさから観察者までの距離を推定する。
ステップＳ１０７において、観察者までの距離が変化しているか判断する。初期値は、設計値の距離である。ステップＳ１０７の判断結果がＮｏ（偽）の場合、ステップＳ１００に戻る。ステップＳ１０７の判断結果がＹｅｓ（真）の場合、ステップＳ１０８において、演算部２０５は、計算式により光射出点のピッチＰｐを求める。
ここで、演算部２０５は、観察者までの距離を演算する測距部を有し、その距離に応じて周期模様の周期を変更する。

ステップＳ１０９において、制御部２０１は、光射出点（光射出点群）を形成する自発光表示素子の発光パターンを変更する。その後、ステップＳ１００に戻る。

ステップＳ１０３の判断結果がＮｏ（偽）の場合、すなわち投影光束の位置と特定した観察者の瞳の位置が異なっていると判断された場合、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４において、演算部２０５は、両者の位置のずれ量とずれ方向を計算する。ステップＳ１０５において、周期模様の光射出点群が形成された自発光表示デバイスでの表示像を移動させる量と方向が自発光表示デバイスの制御部へ送られる。その後、ステップＳ１０６へ進む。

なお、光射出点または光射出点群を瞳に投影する時に、ピントを合わせることが好ましい。
レンズの焦点距離を変化させる技術としては、例えば液晶レンズが知られている。液晶レンズをレンズアレイ状に配列した液晶レンズアレイを用いることによって、光射出点を瞳に投影する時にピントを合わせることができる。

本実施形態によれば、光射出点または光射出点群の像（投影光束）を観察者の瞳に確実に入射させることができる。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係る表示デバイスを説明する。上記各実施形態と重複する部分の説明は省略する。図１４は、表示デバイスとして、自発光デバイスである有機ＥＬデバイスを用いた構成を示している。
瞳の位置を検出して、その発光位置を移動する場合と瞳までの距離を測定して、その発光位置のピッチを変更する場合の動作を説明する。

有機ＥＬデバイスは、既知の如く有機ＥＬ材料を薄膜電極で挟んで、電極間に電圧を印加させることにより有機ＥＬ材料を発光させている。一般的に、情報画素毎の電極である画素電極と、その反対側の情報画素毎に区別されていない一体的な電極とで構成されている。

情報を表示させる時には、表示する画素電極に電圧を印加することにより情報を表示する。図中矢印のように光射出点を移動する場合、円形の画素電極５０から画素電極５１に電圧を印加する電極を変更する。これにより、発光位置を矢印で示す方向へ移動させることができる。

ここで、発光点の移動が大きい場合は、観察者に投影された光射出点像が大きく動きすぎることが発生しうる。そこで、更に好ましくは、図１５（ａ）、（ｂ）で示すように自発光する光射出点を予め複数の画素電極で構成することが望ましい。

図１５（ａ）、（ｂ）において、黒い四角、白い四角は、それぞれ画素電極５２、５３である。電圧が印加されていない画素電極５２は黒い四角で示す。このため、画素電極５２で形成される情報画素は発光しない。

これに対して、電圧が印加されている画素電極５３は白い四角で示す。画素電極５３で構成される情報画素は発光している。画素電極のうち、ほぼ円形の範囲の領域５３ａで示す画素電極５３には電圧が印加されている。これにより、領域５３ａにおいて、ほぼ円形に発光する。これが一つの光射出点であり、マイクロレンズアレイにより観察者の瞳に投影される。

また、図１５（ｂ）で示すように、光射出点を移動する場合（ピッチの変更の場合も含む）、電圧を印加する画素電極５３から画素電極５４（斜線を付した四角で示す）へ変更する。これにより、発光領域は、領域５３ａから領域５４ａに変化する。これにより、矢印５５で示すように光射出点が少し移動する。

本実施形態では、このように光射出点を少しずつ移動させることができるので、観察者の瞳に投影される光射出点像（投影光束）を滑らかに移動させることができる。

以上説明したように、上記各実施形態に係る表示装置及びそれを備える電子機器は、観察者の瞳に瞳径より小さな径の光束を入射させることにより、焦点の合った表示を見ることが出来る効果がある。瞳径より小さな径の光束を入射させる場合は、眼の焦点深度を拡大する効果がある。その結果、被写界深度が拡大して、表示位置に焦点の合わない人でも焦点の合った表示を見ることが可能な表示装置と電子機器を提供することが出来る、という効果を奏する。

更に、観察者の瞳の動きに追随して、上記光束を確実に観察者の瞳に入射させることにより、上記効果を確実に発揮させることが出来る。
上記各実施形態の表示装置或いは電子機器を用いれば、老眼の人でも老眼鏡を掛ける（外す）ことなく、焦点の合った表示を見ることが出来る。さらに、上記各実施形態の表示装置或いは電子機器は、老眼の観察者の眼の負担を軽減し、老眼鏡その他の光学部材を追加することなく観察することができる。

従って、上記各実施形態にかかる携帯電話やデジタルカメラ、電子ブック等のモバイル機器やカーナビゲーションシステム、ＰＣのモニター画面等は、老眼鏡の掛け外しすることなく、老眼の人でも焦点が合った状態でその表示を見ることが出来る。更に、遠視や近視の人でもメガネを用いることなく、焦点の合った画像（絵だけでなく文字など、表示される全ての情報のこと）を見ることが出来る。

このため、上記各実施形態に係る電子機器では、通常の電子機器では表示を見ることができない老眼あるいは近視、乱視等の人でも、焦点が合った表示でその表示内容を理解して、正確に電子機器の操作を行うことが出来る。

以上のように、本発明に係る表示装置、それを備える電子機器、投影ユニットは、携帯電話、撮像装置、ＦＰＤを備えた携帯電話、デジタルカメラ、電子ブックなどのモバイル機器に有用である。

１ 光射出点
１ａ、１ｂ、１ｃ 光射出点
２ レンズ
２ａ、２ｂ、２ｃ レンズ
３ 眼のレンズ
４ 光射出点像
５ 網膜
６ａ、６ｂ、６ｃ レンズの像
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 光線
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ 光線
９ａ、９ｂ 光射出点
１０ａ、１０ｂ 点
１１、１２、１３、１４ 光束
１５ 表示デバイス
１６ ユニット（投影ユニット）
１７ 圧電素子
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 光射出点群
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ 光射出点群像
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 光射出点
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ レンズの像
２２ マイクロレンズアレイ
２３ 光射出点群
２４ 光射出点像
２５ 瞳
３２ カメラ
３３ デジタルカメラ
３４ レリースボタン
３５ モードボタン
３６ 表示装置
３７ カメラ
３８ 携帯電話
３９ 表示デバイス
４０ テンキー
４１ 周期模様が形成された透過板
４２ 枠
４３ マイクロレンズアレイ
４４ 板バネ
４５ 枠
４６ アクチュエータ
４７ 板バネ
４８ アクチュエータ
５０、５１、５２、５３、５４ 画素電極
５３ａ、５３ｂ 領域
２０１ 制御部
２０２ メモリ
２０３ 瞳撮影部
２０４ 駆動機構
２０５ 演算部

Claims (21)

1. 光射出点が周期模様として形成されている周期模様形成部と、
   前記周期模様形成部に対向して配置され、前記周期模様を観察者の瞳の位置に結像するマイクロレンズアレイと、
   前記マイクロレンズアレイにより結像した前記周期模様の像を前記瞳の動きに追随させる像位置調整部と、
   を有し、
   前記光射出点の像の径が、前記瞳の径より小さいことを特徴とする表示装置。
2. 前記光射出点の像の結像位置を前記瞳の位置に合わせることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記瞳の動きを検出する検出部を有す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。
4. 前記検出部は、前記瞳を撮影するカメラを有することを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記周期模様は、周期Ｐｐで形成され、
   マイクロレンズは、周期Ｌｐで形成され、
   前記周期Ｐｐと前記周期Ｌｐとが以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示装置。
   Ｌｐ／Ｐｐ＝（Ｆｆ−Ｆ）／Ｆｆ
   ただし、Ｆは前記マイクロレンズの焦点距離、Ｆｆは前記マイクロレンズと前記周期模様の像との距離である。
6. 前記周期模様形成部は、
   表示デバイスと、
   前記表示デバイスに表示された情報を透過する周期模様を有する透過板と、
   を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示装置。
7. 前記像位置調整部は、前記透過板と、前記マイクロレンズアレイと、を一体的に動かすことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
8. 前記像位置調整部は、前記表示デバイスと、前記透過板と、前記マイクロレンズアレイと、を一体的に動かすことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
9. 前記像位置調整部は、前記透過板と、前記マイクロレンズアレイと、の位置を相対的に動かすことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
10. 前記像位置調整部は、前記透過板の周期模様を動かすことを特徴とする請求項６に記載の表示装置。
11. 前記透過板は、液晶パネルであることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の表示装置。
12. 前記透過板は、ピンホールアレイであることを特徴とする請求項６〜１１のいずれか一項に記載の表示装置。
13. 付勢部材とアクチュエータとを有し、
    前記透過板と、前記マイクロレンズアレイとの位置を相対的に動かすことを特徴とする請求項９に記載の表示装置。
14. 前記周期模様形成部は、周期的な発光構造を有する表示デバイスを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示装置。
15. 前記像位置調整部は、前記表示デバイスと、前記マイクロレンズアレイと、を一体的に動かすことを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
16. 前記像位置調整部は、前記表示デバイスと、前記マイクロレンズアレイと、の位置を相対的に動かすことを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
17. 前記像位置調整部は、前記表示デバイスの発光模様を動かすことを特徴とする請求項１４に記載の表示装置。
18. 前記表示デバイスは、有機ＥＬデバイスであることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の表示装置。
19. 観察者までの距離を測定する測距部を有し、測定された距離に応じて前記周期模様の周期を変更することを特徴とする請求項５、１４、１７のいずれか一項に記載の表示装置。
20. 前記マイクロレンズアレイのレンズが液晶レンズであることを特徴とする請求項１９に記載の表示装置。
21. 請求項１〜２０のいずれか一項に記載の表示装置を有することを特徴とする電子機器。

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