JP5891373B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザや発光ダイオードなどからの光を用いて画像を表示する表示装置に関するものである。

近年、色再現性の良さや消費電力の少なさから、３原色のレーザ光を用いた表示装置の開発が進んでいる。一方、レーザ光は単色光であり、波面の揃った光であることから、人の目に入った時に、網膜上の一点に集光すると、網膜に好ましくない影響を及ぼす可能性がある。従って、レーザ光を用いた製品については、国際規格ＩＥＣ６０８２５や、日本国内に於いてはＪＩＳ Ｃ６８０２：２００５によってレーザ製品のクラス分けを行い、クラス毎に製造者や使用者が守るべき指針を設けて、規格に適合したレーザ製品が製造されるようにしている。

ＪＩＳ Ｃ６８０２：２００５では最大許容露光量（以下ＭＰＥと記載）という用語を規定して、通常の環境下で、人体に照射しても好ましくない影響を与えることがないレーザ放射のレベルを、レーザ波長や光源の大きさ、露光時間、レーザ光にさらされる組織、レーザパルス幅などをパラメータとして示している。レーザ製品の製造者は、これらの規格を順守したレーザ製品を作る責務がある。

レーザ光を用いた表示装置の一例として裸眼で立体表示が可能な表示装置がある（例えば、特許文献１参照）。以下、図面を参照しながらレーザ光を用いた表示装置の構成及び原理について簡単に説明する。

図１１は、従来の表示装置の構成を示す斜視図である。レーザ光源１０３から出射したレーザ光は、光ファイバ１０４を経由して導光板１０２の側面に入射し、導光板１０２内で拡散して、導光板１０２の主面からほぼ垂直に出射する。偏向器１０５は、導光板１０２から出射したレーザ光の進行方向を偏向して、液晶パネル１０１に入射させる。液晶パネル１０１は、制御器１０７により制御されて、表示すべき画像信号に応じてレーザ光を変調する。ステレオカメラ１０６は、液晶パネル１０１を観察する、図示しない観察者を撮影する。

制御器１０７は、ステレオカメラ１０６により撮影された撮影像から、観察者の瞳孔と表示装置との相対位置関係を把握する。制御器１０７は、観察者の瞳孔位置を把握した上で、立体表示を行うために、液晶パネル１０１に右目用の視差画像を表示した状態で、液晶パネル１０１を通過したレーザ光が観察者の右目だけに入るように偏向器１０５を制御する。次に、制御器１０７は、液晶パネル１０１に左目用の視差画像を表示した状態で液晶パネル１０１を通過したレーザ光が観察者の左目だけに入るように偏向器１０５を制御する。以上のように右目、左目のサイクルを繰り返すことで立体表示が可能となる。なお、右目と左目とに同一の画像を表示すれば、通常の平面表示の表示装置となる。

図１２は、図１１のＢ−Ｂ線断面図である。図１２において図１１と同一物には同一番号を附して説明を省略する。図１２（ａ）において、導光板１０２から出射したレーザ光１０８（実線）は、偏向器１０５によって進行方向が偏向された後、液晶パネル１０１を通過して観察者の片方の瞳孔（図１２（ａ）では左目の瞳孔１１０Ｌ）に入射する。一方、レーザ光１０９（破線）も、偏向器１０５によって進行方向が偏向された後、液晶パネル１０１を通過して観察者の片方の瞳孔（図１２（ａ）では左目の瞳孔１１０Ｌ）に入射する。

図１２（ａ）に実線（レーザ光１０８）と破線（レーザ光１０９）とで示すように、液晶パネル１０１の異なる領域を通過するレーザ光は、各々異なる方向に偏向されており、観察者の片方の瞳孔（図１２（ａ）では左目の瞳孔１１０Ｌ）に入射するように制御されている。また、液晶パネル１０１を通過するレーザ光は拡散光であり、液晶パネル１０１の各画素を通過した拡散光を観察することによって画像を認識することが出来る。即ち、図１２（ａ）に示すように、液晶パネル１０１の各画素を通過したレーザ光は、瞳孔に到達する時にはある広がりを持つことになる。

米国特許出願公開第２０１０／０２５９６０４号明細書

従来の表示装置では、上述のように液晶パネル１０１の各画素を通過したレーザ光は拡散光である。このため、図１２（ｂ）に示すように、表示装置と観察者との距離が離れると、本来片方の瞳孔１１０Ｌのみに入射すべきレーザ光１０８，１０９が、もう片方の瞳孔１１０Ｒにも入射するという現象が発生する。この現象は２つの課題を発生させる。

一つめの問題はクロストークである。右目用の視差画像が左目にも入射してしまい、またその逆も起こることによって立体視が妨害されてしまう。その結果、観察者に所望の画像を視認させることができなくなる。二つめの問題は光利用効率の低下である。観察者の瞳孔に入射しない光は利用されずに損失になる。このため、観察者と表示装置との間隔が大きくなって、観察者が存在する位置での拡散光の広がりが大きくなると、光利用効率が低下することとなる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、光利用効率の低下を防止し、かつ、観察者に所望の画像を視認させることが可能な表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る表示装置は、画像を表示する表示装置であって、光を出射する光源と、前記光の通過域をそれぞれ制限する複数の開口絞りを含む開口絞りアレイと、前記複数の開口絞りに対応してそれぞれ設けられ、前記複数の開口絞りを通過した光をそれぞれ集束する複数のレンズを含むレンズアレイと、前記複数のレンズによりそれぞれ集束された光の進行方向をそれぞれ偏向する偏向器と、前記偏向器により偏向された光によって照明され、該照明光を変調する空間光変調素子と、前記空間光変調素子を観察する観察者を検出する検出器と、前記検出器の検出結果に基づいて前記観察者の瞳孔の位置を算出し、該算出結果に基づいて前記表示装置と前記観察者の瞳孔との相対位置を算出し、該算出結果に基づいて前記複数の開口絞りの開口量と前記偏向器の偏向量とを制御する制御器と、を備える。

本発明によれば、表示装置と観察者との距離によらず、光利用効率の低下を防止し、かつ、観察者に所望の画像を視認させることが可能な表示装置を得ることができる。

実施の形態１における表示装置の構成を示す斜視図である。 図１に示される表示装置のＡ−Ａ線断面図である。 開口絞りアレイとレンズアレイと観察者の瞳孔との相対位置関係を説明する模式図である。 実施の形態１の変形形態における表示装置の構成を示す斜視図である。 図４に示される形態をさらに変形した形態における表示装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態２における表示装置の構成を示す斜視図である。 網膜に入射する光量を説明する模式図である。 実施の形態３における表示装置の構成を示す斜視図である。 二人の観察者と液晶パネルとの相対位置関係を説明する模式図である。 実施の形態３の動作を示すタイミングチャートである。 従来の表示装置の構成を示す斜視図である。 従来の表示装置の断面図である。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における表示装置１の構成を示す斜視図である。図１に示される表示装置１は、レーザ光源２、光ファイバ３、導光板４、開口絞りアレイ５、レンズアレイ６、偏向器７、液晶パネル８、ステレオカメラ９、制御器１０を備える。レーザ光源２は、レーザ光を出射する。光ファイバ３の両端は、レーザ光源２と導光板４の側面とにそれぞれ接続されている。光ファイバ３は、レーザ光源２から出射されたレーザ光を導光板４に導く。導光板４は、光ファイバ３が接続された側面及び側面に垂直な主面を有する。導光板４の側面から入射したレーザ光は、導光板４の内部で拡散され、導光板４の主面から、該主面に対して実質的に垂直に出射する。

開口絞りアレイ５は、導光板４の主面に当接して又は近接して配設され、本実施の形態１では例えば液晶パネルにより構成される。開口絞りアレイ５は、複数の開口絞り５ａを含み、導光板４から出射された光の通過域を制限する。開口絞りアレイ５は、開口絞り５ａの位置や開口量が制御可能に構成されている。図１では、開口絞りアレイ５の開口絞り５ａが白色で示され、開口絞り５ａ以外の遮蔽領域が斜線で示されている。開口絞りアレイ５の遮蔽領域は、導光板４から出射された光を反射して導光板４に戻す。

レンズアレイ６は、本実施の形態１においては、複数のシリンドリカルレンズ（以下、単に「レンズ」と称される）６ａを含む。複数のレンズ６ａは、開口絞りアレイ５の複数の開口絞り５ａにそれぞれ対応して設けられている。各レンズ６ａは、それぞれ開口絞りアレイ５の各開口絞り５ａを通過した光を集束する。偏向器７は、レンズアレイ６側の主面及び該主面に対向する他方の主面を有する。偏向器７は、レンズアレイ６側の主面から入射した光の進行方向を偏向して、偏向した光を他方の主面から出射させて液晶パネル８に入射させる。

液晶パネル８は、制御器１０により制御されて、表示すべき画像情報に従って各画素の透過率を変化させることで、偏向器７から入射されるレーザ光を変調する。ステレオカメラ９は、制御器１０により制御されて、液晶パネル８の前方を撮影して、液晶パネル８を観察する、図示しない観察者を検出する。

制御器１０は、表示装置１の各部の動作を制御する。制御器１０は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などを備える。制御器１０は、ＲＯＭに保存されているプログラムをＣＰＵが実行することによって、以下のように機能する。

制御器１０は、開口絞りアレイ５への印加電圧を制御することにより、開口絞り５ａの位置及び開口量を制御する。制御器１０は、液晶パネル８の各画素の透過率を制御する。制御器１０は、ステレオカメラ９の撮影像により検出された観察者から、観察者の瞳孔と表示装置１との相対位置関係を把握する。具体的には、制御器１０は、表示装置１に対する観察者の瞳孔の位置、表示装置１と観察者の瞳孔との距離などを算出する。制御器１０は、例えばステレオカメラ９の撮影像から観察者の頭部を検出し、検出した頭部の形状から左右の目の瞳孔の位置を推定してもよい。また、代替的に、制御器１０は、ステレオカメラ９の撮影像に画像処理を行って、直接、左右の目の瞳孔の位置を検出するようにしてもよい。

制御器１０は、観察者の瞳孔位置を把握した上で、立体画像を表示するために、液晶パネル８に右目用の視差画像を表示した状態で、液晶パネル８を通過したレーザ光が観察者の右目１１Ｒの瞳孔１１Ｒａ（図２）だけに入射するように偏向器７の偏向量を制御する。次に、制御器１０は、液晶パネル８に左目用の視差画像を表示した状態で、液晶パネル８を通過したレーザ光が観察者の左目１１Ｌの瞳孔１１Ｌａ（図２）だけに入射するように偏向器７の偏向量を制御する。制御器１０により右目、左目のサイクルを繰り返すことで、液晶パネル８に立体画像が表示される。

なお、右目と左目に同一の画像を表示すれば、液晶パネル８に平面画像が表示される通常の表示装置となる。制御器１０の機能は、さらに後述される。本実施形態において、レーザ光源２は、光源の一例に相当し、液晶パネル８は、空間光変調素子の一例に相当し、ステレオカメラ９は、検出器の一例に相当する。

図２は、図１に示される表示装置１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、開口絞りアレイ５とレンズアレイ６と観察者の瞳孔１１Ｌａとの相対位置関係を説明する模式図である。図２、図３において、図１と同一物については同一番号を附し説明を省略する。図２の表示装置１において、ステレオカメラ９によって観察者が検出されると、ステレオカメラ９からの検出信号に基づき、制御器１０は、液晶パネル８と観察者の左目１１Ｌの瞳孔１１Ｌａ及び右目１１Ｒの瞳孔１１Ｒａとの相対位置関係（つまり液晶パネル８に対する瞳孔１１Ｌａ，１１Ｒａの位置及び距離等）を算出する。算出した結果に基づいて、制御器１０は、偏向器７の偏向量を制御して、観察者の一方の瞳孔（例えば左目１１Ｌの瞳孔１１Ｌａ）に向かうように、液晶パネル８を通過するレーザ光の向きを制御する。本実施の形態１において、瞳孔の位置とは、瞳孔の中心の位置とする。例えば、左目１１Ｌの瞳孔１１Ｌａの位置は、瞳孔１１Ｌａの中心１１Ｌａ０の位置である。

ここで、本実施の形態１においては、制御器１０は、観察者の瞳孔位置で、例えば瞳孔径と同等の大きさにレーザ光が広がるように、開口絞りアレイ５の開口絞り５ａの開口量を制御する。より詳しく説明すると、図２において、開口絞りアレイ５と観察者の瞳孔１１Ｌａとは、レンズアレイ６に対して共役位置にある。ここで、図３に示されるように、開口絞りアレイ５の開口絞り５ａの開口量（開口幅）をＷ１とし、開口絞りアレイ５とレンズアレイ６との距離をＬ１とし、瞳孔１１Ｌａの直径をＷ２とし、レンズアレイ６と瞳孔１１Ｌａとの距離をＬ２とする。このとき、本実施の形態１では、制御器１０は、
Ｗ１×Ｌ２＝Ｗ２×Ｌ１ ・・・（１）
という関係式（１）を満たすように、開口絞りアレイ５の開口絞り５ａの開口量Ｗ１（開口幅）を制御する。その結果、開口絞りアレイ５の開口絞り５ａを通過した光が、瞳孔１１Ｌａに損失無く入射することになる。なお、制御器１０は、人間の瞳孔の標準的な大きさの直径を直径Ｗ２として予め保持しておけばよい。

ここで、レンズアレイ６と瞳孔１１Ｌａとの距離Ｌ２は、図２から明らかなように、液晶パネル８の端８ｅと中心８ｃとでは異なる。すなわち、液晶パネル８の中心８ｃの近傍に対向するレンズに比べて、液晶パネル８の端８ｅの近傍に対向するレンズの方が、距離Ｌ２は大きくなる。このため、制御器１０は、開口絞りアレイ５の開口絞り５ａの開口量Ｗ１を、対向する液晶パネル８上の位置（つまり、開口絞り５ａに対応するレンズ６ａと瞳孔１１Ｌａとの距離）に対応して変化させてもよい。具体的には、制御器１０は、液晶パネル８の中心８ｃの近傍に対向する開口絞り５ａｃの開口量Ｗ１に比べて、液晶パネル８の端８ｅの近傍に対向する開口絞り５ａｅの開口量Ｗ１を小さくしてもよい。

このように、本実施の形態１では、制御器１０は、液晶パネル８と観察者の両方の瞳孔との相対位置関係を算出し、算出した結果に基づいて、右目用の画像を液晶パネル８に表示するときは観察者の右目の瞳孔に向かうように、左目用の画像を液晶パネル８に表示するときは観察者の左目の瞳孔に向かうように、偏向器７の偏向量をそれぞれ制御する。また、制御器１０は、観察者の瞳孔とレンズアレイ６との距離Ｌ２に応じて、開口絞りアレイ５の開口絞り５ａの開口量を制御する。これによって、観察者の一方の瞳孔だけに損失無くレーザ光が到達する。その結果、本実施の形態１によれば、クロストークが少なく、光利用効率の高い表示装置１を実現することができる。

上述のように、制御器１０は、人間の瞳孔の標準的な大きさの直径を直径Ｗ２として予め保持している。しかし、図３から、レンズアレイ６と瞳孔１１Ｌａとの距離Ｌ２だけでなくて、瞳孔１１Ｌａの直径Ｗ２によっても、開口絞りアレイ５の開口絞り５ａの開口幅Ｗ１の最適値が変化することが分かる。そこで、上記実施の形態１において、さらに、観察者の瞳孔径に応じて開口絞りアレイ５の開口絞り５ａの開口幅Ｗ１（開口量）を制御するようにしてもよい。

図４は、実施の形態１の変形形態における表示装置１ａの構成を示す斜視図である。図４では、図１と同様の構成要素には同様の符号が付されている。図４に示される表示装置１ａは、ステレオカメラ９に代えてステレオカメラ９ａを備え、制御器１０に代えて制御器１０ａを備える。以下、上記実施の形態１との相違点を中心に、図４に示される変形形態が説明される。

ステレオカメラ９ａは、観察者の瞳孔の開き度合を検出する機能を有する。ステレオカメラ９ａは、例えば赤外光などの光を出射し、出射した光の反射光を受光する。ステレオカメラ９ａは、黒目の瞳孔からは光が反射されないことに基づき、観察者の瞳孔径を検出する。制御器１０ａは、観察者の瞳孔とレンズアレイ６と、ステレオカメラ９ａにより検出された観察者の瞳孔径とに基づき、例えば上記式（１）を用いて、開口絞りアレイ５の開口絞り５ａの開口幅Ｗ１（開口量）を制御する。したがって、より確実に、損失無くレーザ光を瞳孔に入射させることができる。図４に示される形態によれば、実施の形態１に比べて、光利用効率をさらに向上した表示装置１ａを実現することができる。

なお、図４では、ステレオカメラ９ａにより瞳孔径を検出しているが、本発明は、これに限られない。一般に、暗い場所では瞳孔は開き、明るい場所では瞳孔は閉じる。そこで、表示装置の周囲の明るさに基づき、瞳孔径を推定するようにしてもよい。

図５は、図４に示される形態をさらに変形した形態における表示装置１ｂの構成を示す斜視図である。図５では、図１と同様の構成要素には同様の符号が付されている。図５に示される表示装置１ｂは、実施の形態１の表示装置１において、制御器１０に代えて制御器１０ｂを備え、新たに輝度センサ１２を備える。以下、図４に示される変形形態との相違点を中心に、図５に示される形態が説明される。

輝度センサ１２は、表示装置１ｂの周囲の輝度を検出する。制御器１０ｂは、輝度センサ１２の検出結果に基づき、観察者の瞳孔の開き度合を推定する。制御器１０ｂは、例えば輝度センサ１２の検出結果と観察者の瞳孔径との関係を表すルックアップテーブル（ＬＵＴ）を保持する。制御器１０ｂは、ＬＵＴを参照して、輝度センサ１２の検出結果に対応する瞳孔径を抽出する。

制御器１０ｂは、例えば上記式（１）を用いて、観察者の瞳孔とレンズアレイ６との距離Ｌ２と、ＬＵＴから抽出された観察者の瞳孔の直径Ｗ２とに基づき、開口絞りアレイ５の開口絞り５ａの開口幅Ｗ１（開口量）を制御する。したがって、図５に示される形態によれば、図４に示される形態と同様に、実施の形態１に比べて、光利用効率をさらに向上した表示装置１ｂを実現することができる。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２における表示装置１ｃの構成を示す斜視図である。図７は、網膜に入射する光量を説明する模式図である。実施の形態２では、上記実施の形態１と同様の構成要素には同様の符号が付されている。以下、上記実施の形態１との相違点を中心に、実施の形態２が説明される。

まず、図７を用いて網膜に入射する光量について説明する。図７（ａ）は観察者の眼球１１と液晶パネル８との距離がＬ１１の場合を示し、図７（ｂ）は観察者の眼球１１と液晶パネル８との距離がＬ１２の場合を示す。図７（ａ）、７（ｂ）から分かるように、Ｌ１１＞Ｌ１２になっている。

光の眼に対する影響のうち、網膜に及ぼす影響は網膜上の光エネルギー密度によって決まる。今、図７（ａ）において、眼球１１の網膜１１ｂ上に領域Ｗ０を考えたとき、眼球１１のレンズ（水晶体）１１ｃを介して、液晶パネル８上には、領域Ｗ０と共役な領域Ｗ０ａが存在する。言い換えると、領域Ｗ０ａから出た光は、眼球１１のレンズ１１ｃによって集光されて、網膜１１ｂ上に、領域Ｗ０の大きさの像を結ぶ。

次に、図７（ｂ）においても、同様に、網膜１１ｂ上に同じ領域Ｗ０を考えると、図７（ａ）と同様に液晶パネル８上には共役な領域Ｗ０ｂが存在する。しかし、図７（ｂ）では、図７（ａ）に比べて、眼球１１と液晶パネル８との距離が近い。このため、領域Ｗ０ｂは、領域Ｗ０ａよりも小さい。従って、図７（ａ）と図７（ｂ）とでは網膜１１ｂ上の同じ大きさの領域Ｗ０に、液晶パネル８上では、距離Ｌ１１，Ｌ１２に応じて大きさの異なる領域Ｗ０ａ，Ｗ０ｂからの光が入射することになる。

このとき、実施の形態１のように、偏向器７の偏向量を制御することにより光の拡がり角を制御して、それぞれの領域Ｗ０ａ，Ｗ０ｂから発する全ての光が瞳孔１１ａの直径Ｗ２を通るようにすると、図７（ａ）の場合には、図７（ｂ）の場合に比べて、網膜１１ｂ上における光のエネルギー密度が高くなるため、網膜１１ｂに及ぼす影響が大きくなる。そこで、実施の形態２では、以下に説明するように、網膜１１ｂに及ぼす影響が大きくならないようにしている。

本実施の形態２において、上記実施の形態１と異なるのは、制御器１０ｃが、レーザ光の拡散角及びレーザ光源２の光量を制御するようにしたことである。図６において、制御器１０ｃは、上記実施の形態１と同様に、ステレオカメラ９の検出信号に基づいて、観察者の瞳孔１１ａ（図７）と液晶パネル８との相対位置関係を算出する。制御器１０ｃは、液晶パネル８と観察者との距離に反比例して、液晶パネル８を通過するレーザ光の拡散角及びレーザ光源２の光量を制御する。

すなわち、液晶パネル８と観察者の瞳孔１１ａとの距離Ｌが増大し、網膜１１ｂ上の単位領域に結像する光を発する液晶パネル８上の領域が大きくなる場合には、制御器１０ｃは、液晶パネル８から出射する光量（つまりレーザ光源２の光量）を該距離Ｌに反比例して低下させる。これによって、眼に対する影響が増大するのを防止する。また、制御器１０ｃは、偏向器７の偏向量を制御して、液晶パネル８から出射される光の拡散角を該距離Ｌに反比例して低下させる。これによって、瞳孔１１ａに入射しない光を減少させて、光利用効率の低下を防止する。

このように、本実施の形態２では、制御器１０ｃは、液晶パネル８から出射される光の拡散角と、レーザ光源２の光量とを制御する。したがって、本実施の形態２によれば、網膜１１ｂ上の単位面積当りのレーザ光の強度を一定値に維持することができる。ここで、制御器１０ｃは、この一定値をＩＥＣ６２４７１やＪＩＳ Ｃ６８０２で規定された基準レベル以下に設定すればよい。その結果、本実施の形態２によれば、規格に適合した効率の良い表示装置１ｃを実現することができる。また、本実施の形態２の表示装置１ｃにおいて、立体画像を表示した場合には、クロストークを低減することができる。

なお、上記実施の形態２では、レーザ光源２から出射される光量を制御したが、本発明は、これに限られない。例えば、制御器１０ｃは、レーザ光源２の光量に代えて、液晶パネル８の透過率を制御してもよい。例えば、制御器１０ｃにより液晶パネル８の透過率を低下させると、網膜上の単位面積当りのレーザ光の強度を低下させることができる。したがって、この形態でも、上記実施の形態２と同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３における表示装置１ｄの構成を示す斜視図である。図９は、二人の観察者２１，２２と液晶パネル８との相対位置関係を説明する模式図である。実施の形態３では、上記実施の形態１，２と同様の構成要素には同様の符号が付されている。以下、上記実施の形態１，２との相違点を中心に、実施の形態３が説明される。

図９に示されるように、観察者２１の眼球のレンズ（水晶体）２１ｂの中心と液晶パネル８との距離はＬ２１であり、観察者２２の眼球のレンズ（水晶体）２２ｂの中心と液晶パネル８との距離はＬ２２である。図９から分かるように、Ｌ２１＜Ｌ２２であり、観察者２１に比べて、観察者２２が液晶パネル８に対して遠方に位置している。

図８において、制御器１０ｄは、ステレオカメラ９の検出信号に基づいて、観察者２１の瞳孔２１ａと液晶パネル８との相対位置関係を算出し、観察者２２の瞳孔２２ａと液晶パネル８との相対位置関係を算出する。制御器１０ｄは、観察者２１と観察者２２とが交互に画像を視認できるように、偏向器７の偏向量を制御する。

このとき、制御器１０ｄは、観察者２１，２２の網膜に入射する光量が、規格で規定された基準レベル以下になるように、観察者２１，２２と液晶パネル８との距離に反比例して、液晶パネル８から出射される光量を制御する。すなわち、制御器１０ｄは、液晶パネル８の透過率またはレーザ光源２の光量を制御して、液晶パネル８からの出射光量を制御する。

図１０は、実施の形態３の動作を示すタイミングチャートである。図１０のセクション（Ａ）には、観察者２１及び観察者２２に対して交互に、左目用の画像表示のための左目期間及び右目用の画像表示のための右目期間が示されている。図１０のセクション（Ｂ）には、液晶パネル８の透過率制御の期間が示されている。左目期間には、左目用の画像信号に基づいて制御器１０ｄにより透過率制御が実行される。右目期間には、右目用の画像信号に基づいて制御器１０ｄにより透過率制御が実行される。図１０のセクション（Ｃ）には、液晶パネル８から出射される光量が示されている。制御器１０ｄは、透過率制御の完了後、かつ、次の期間の透過率制御が開始されるまでの期間において、レーザ光源２からレーザ光を出射させる。

制御器１０ｄは、観察者２１の左目期間には、観察者２１の左目にレーザ光が向かうように、偏向器７の偏向量を制御し、観察者２１の右目期間には、観察者２１の右目にレーザ光が向かうように、偏向器７の偏向量を制御する。また、制御器１０ｄは、観察者２２の左目期間には、観察者２２の左目にレーザ光が向かうように、偏向器７の偏向量を制御し、観察者２２の右目期間には、観察者２２の右目にレーザ光が向かうように、偏向器７の偏向量を制御する。

図１０のセクション（Ｃ）に示されるように、観察者２１に対する光量はＢ２１に設定され、観察者２２に対する光量はＢ２２に設定されている。図１０から分かるように、Ｂ２１＞Ｂ２２になっている。つまり、液晶パネル８からより遠方の観察者２２に対する光量は、より近い観察者２１に対する光量に比べて、低い値にされている。光量Ｂ２１，Ｂ２２は、観察者２１，２２の網膜に入射する光量が、規格で規定された基準レベル以下になるように、設定されている。

この実施の形態３では、制御器１０ｄは、観察者２１，２２と液晶パネル８との距離に応じて、観察者２１，２２の網膜に入射する光量が、それぞれ規格で規定された基準値以下になるように、液晶パネル８からの出射光量を制御している。したがって、観察者２１，２２に対して、確実に、規格に適合した表示装置１ｄを実現できる。また、この実施の形態３では、液晶パネル８に近い観察者２１も遠い観察者２２も、同じ明るさの画像を視認することが可能となる。なお、制御器１０ｄは、液晶パネル８からの出射光量を制御するために、レーザ光源２の光量を制御すればよい。代替的に、制御器１０ｄは、液晶パネル８からの出射光量を制御するために、液晶パネル８の透過率を制御してもよい。

上記実施の形態３では、制御器１０ｄは、観察者２１，２２ごとに、液晶パネル８からの出射光量をそれぞれ制御している。しかし、本発明は、これに限られない。制御器１０ｄは、液晶パネル８から最も遠方の観察者に対して、規格に適合するように、液晶パネル８からの出射光量を制御してもよい。つまり、図１０のセクション（Ｃ）において、制御器１０ｄは、観察者２１に対しても、光量Ｂ２２に制御してもよい。この形態でも、全ての観察者に対して、規格に適合した表示装置を実現することができる。また、上記実施の形態３に比べて、制御器１０ｄの制御が簡易になる。

なお、上記各実施形態においては、表示装置１，１ａ〜１ｄは、レーザ光源２を備えているが、本発明は、これに限られない。表示装置は、レーザ光源２に代えて、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や他の光源を備えてもよい。なお、例えばＬＥＤを用いる場合には、集束レンズを備え、ＬＥＤから出射された光を集束レンズにより集束することにより、略平行な光が導光板４に入射するように構成することが好ましい。

上述された具体的実施形態には以下の構成を有する表示装置が主に含まれている。

本発明の一局面に係る表示装置は、画像を表示する表示装置であって、光を出射する光源と、前記光の通過域をそれぞれ制限する複数の開口絞りを含む開口絞りアレイと、前記複数の開口絞りに対応してそれぞれ設けられ、前記複数の開口絞りを通過した光をそれぞれ集束する複数のレンズを含むレンズアレイと、前記複数のレンズによりそれぞれ集束された光の進行方向をそれぞれ偏向する偏向器と、前記偏向器により偏向された光によって照明され、該照明光を変調する空間光変調素子と、前記空間光変調素子を観察する観察者を検出する検出器と、前記検出器の検出結果に基づいて前記観察者の瞳孔の位置を算出し、該算出結果に基づいて前記表示装置と前記観察者の瞳孔との相対位置を算出し、該算出結果に基づいて前記複数の開口絞りの開口量と前記偏向器の偏向量とを制御する制御器と、を備える。

上記構成によれば、光源から出射された光は、光の通過域が開口絞りアレイの複数の開口絞りによりそれぞれ制限されて、レンズアレイの複数のレンズにより集束される。複数のレンズによりそれぞれ集束された光の進行方向は、偏向器によりそれぞれ偏向される。偏向器により偏向された光は、空間光変調素子を照明する。該照明光は、空間光変調素子により変調される。空間光変調素子を観察する観察者は、検出器により検出される。検出器の検出結果に基づいて、観察者の瞳孔の位置が、制御器により算出される。該算出結果に基づいて、表示装置と観察者の瞳孔との相対位置が、制御器により算出される。該算出結果に基づいて、複数の開口絞りの開口量と偏向器の偏向量とが、制御器により制御される。複数の開口絞りの開口量が、表示装置と観察者の瞳孔との相対位置に基づき適切に制御されると、光の利用効率の低下を防止することが可能になる。また、偏向器の偏向量が、表示装置と観察者の瞳孔との相対位置に基づき適切に制御されると、観察者に所望の画像を視認させることが可能になる。

上記構成において、前記制御器は、算出された前記表示装置と前記観察者の瞳孔との相対位置に基づいて、前記空間光変調素子により変調された光が前記観察者の瞳孔に入射するように、前記偏向器の偏向量を制御してもよい。

上記構成によれば、表示装置と観察者の瞳孔との相対位置に基づいて、空間光変調素子により変調された光が観察者の瞳孔に入射するように、偏向器の偏向量が、制御器により制御される。したがって、観察者に所望の画像を視認させることができる。

上記構成において、前記制御器は、左目用の画像信号と右目用の画像信号とに基づき交互に光を変調するように、前記空間光変調素子を制御してもよい。前記制御器は、前記検出器の検出結果に基づいて前記観察者の左目及び右目の瞳孔の位置をそれぞれ算出してもよい。前記制御器は、該算出結果に基づいて前記表示装置と前記観察者の左目及び右目の瞳孔との相対位置をそれぞれ算出してもよい。前記制御器は、該算出結果に基づいて、前記左目用の画像信号に基づき前記空間光変調素子により変調された光が前記観察者の左目の瞳孔に入射し、かつ、前記右目用の画像信号に基づき前記空間光変調素子により変調された光が前記観察者の右目の瞳孔に入射するように、前記偏向器の偏向量を制御してもよい。

上記構成によれば、左目用の画像信号と右目用の画像信号とに基づき交互に光を変調するように、空間光変調素子が制御器により制御される。検出器の検出結果に基づいて、観察者の左目及び右目の瞳孔の位置が、それぞれ制御器により算出される。該算出結果に基づいて、表示装置と観察者の左目及び右目の瞳孔との相対位置が、それぞれ制御器により算出される。該算出結果に基づいて、左目用の画像信号に基づき空間光変調素子により変調された光が観察者の左目の瞳孔に入射し、かつ、右目用の画像信号に基づき空間光変調素子により変調された光が観察者の右目の瞳孔に入射するように、偏向器の偏向量が制御器により制御される。したがって、クロストークを抑制することができる。

上記構成において、前記制御器は、前記空間光変調素子の中心近傍に対向する開口絞りの開口量に比べて、前記空間光変調素子の端近傍に対向する開口絞りの開口量の方が小さくなるように、前記複数の開口絞りの開口量を制御してもよい。

上記構成によれば、空間光変調素子の中心近傍に対向する開口絞りの開口量に比べて、空間光変調素子の端近傍に対向する開口絞りの開口量の方が小さくなるように、複数の開口絞りの開口量が、制御器により制御される。空間光変調素子の中心近傍に対向する開口絞りと観察者の瞳孔との距離に比べて、空間光変調素子の端近傍に対向する開口絞りと観察者の瞳孔との距離は大きくなる。開口絞りと観察者の瞳孔との距離が大きくなり、その結果、当該開口絞りに対応するレンズと観察者の瞳孔との距離が大きくなると、瞳孔に入射しない光が増えて、光の利用効率が低下する。これに対し、上記構成では、空間光変調素子の中心近傍に対向する開口絞りの開口量に比べて、空間光変調素子の端近傍に対向する開口絞りの開口量の方を小さくしている。このため、開口絞りを通過した光のうちで観察者の瞳孔に入射しない光量を低減することができる。その結果、光の利用効率の低下を防止することができる。

上記構成において、前記開口絞りの開口量をＷ１と定義し、前記観察者の瞳孔の直径をＷ２と定義し、前記開口絞りと該開口絞りに対応するレンズとの距離をＬ１と定義し、前記レンズと前記観察者の瞳孔との距離をＬ２と定義し、前記制御器は、前記表示装置と前記観察者の瞳孔との相対位置に基づいて前記距離Ｌ２を算出し、Ｗ１×Ｌ２＝Ｗ２×Ｌ１が満たされるように、前記開口絞りの開口量Ｗ１を制御してもよい。

上記構成によれば、表示装置と観察者の瞳孔との相対位置に基づいて、距離Ｌ２が制御器により算出される。Ｗ１×Ｌ２＝Ｗ２×Ｌ１が満たされるように、開口絞りの開口量Ｗ１が制御器により制御される。したがって、開口絞りを通過した光は、瞳孔に損失無く入射する。その結果、光の利用効率の低下を防止することができる。

上記構成において、前記制御器は、前記表示装置と前記観察者の瞳孔との相対位置に基づいて、前記空間光変調素子と前記観察者の瞳孔との距離を算出し、算出された距離が大きくなるほど、前記光源の光量を低下させてもよい。

上記構成によれば、表示装置と観察者の瞳孔との相対位置に基づいて、空間光変調素子と観察者の瞳孔との距離が算出される。空間光変調素子と瞳孔との距離が大きくなるほど、瞳孔に入射する光を発する空間光変調素子の領域が大きくなり、瞳孔に入射する光量は増大する。そこで、空間光変調素子と観察者の瞳孔との距離が大きくなるほど、光源の光量を低下させることにより、瞳孔に入射する光量が増大するのを抑制できる。

上記構成において、前記空間光変調素子は、当該空間光変調素子の透過率が変化することにより前記偏向器によって偏向された光を変調してもよい。前記制御器は、前記表示装置と前記観察者の瞳孔との相対位置に基づいて、前記空間光変調素子と前記観察者の瞳孔との距離を算出し、算出された距離が大きくなるほど、前記空間光変調素子の透過率を低下させてもよい。

上記構成によれば、偏向器によって偏向された光は、空間光変調素子の透過率が変化することにより、空間光変調素子によって変調される。表示装置と観察者の瞳孔との相対位置に基づいて、空間光変調素子と観察者の瞳孔との距離が、制御器により算出される。算出された距離が大きくなるほど、空間光変調素子の透過率が制御器により低下される。ここで、空間光変調素子と瞳孔との距離が大きくなるほど、瞳孔に入射する光を発する空間光変調素子の領域が大きくなり、瞳孔に入射する光量は増大する。そこで、空間光変調素子と瞳孔との距離が大きくなるほど、空間光変調素子の透過率が低下されることにより、観察者の瞳孔に入射する光量が増大するのを防止することができる。

上記構成において、前記制御器は、前記検出器により複数の観察者が検出されると、該検出結果に基づいて前記観察者ごとに瞳孔の位置を算出し、該算出結果に基づいて前記観察者ごとに前記表示装置と瞳孔との相対位置を算出し、該算出結果に基づいて前記観察者ごとに順番に、前記複数の開口絞りの開口量と前記偏向器の偏向量とを制御してもよい。

上記構成によれば、検出器により複数の観察者が検出されると、該検出結果に基づいて、観察者ごとに、瞳孔の位置が制御器により算出される。該算出結果に基づいて、観察者ごとに、表示装置と瞳孔との相対位置が算出される。該算出結果に基づいて、観察者ごとに順番に、複数の開口絞りの開口量と偏向器の偏向量とが制御器により制御される。複数の開口絞りの開口量が、表示装置と観察者の瞳孔との相対位置に基づき、観察者ごとに順番に、適切に制御されると、光の利用効率の低下を防止することが可能になる。また、偏向器の偏向量が、表示装置と観察者の瞳孔との相対位置に基づき、観察者ごとに順番に、適切に制御されると、それぞれの観察者に所望の画像を視認させることが可能になる。

上記構成において、前記制御器は、前記観察者ごとに算出された前記表示装置と瞳孔との相対位置に基づいて、前記観察者ごとに前記空間光変調素子と瞳孔との距離を算出し、算出された距離が大きくなるほど前記光源の光量が低下するように、前記観察者ごとに順番に、前記光源の光量を制御してもよい。

上記構成によれば、観察者ごとに算出された表示装置と瞳孔との相対位置に基づいて、観察者ごとに、空間光変調素子と瞳孔との距離が、制御器により算出される。算出された距離が大きくなるほど光源の光量が低下するように、観察者ごとに順番に、光源の光量が制御器により制御される。ここで、空間光変調素子と瞳孔との距離が大きくなるほど、瞳孔に入射する光を発する空間光変調素子の領域が大きくなり、瞳孔に入射する光量は増大する。したがって、空間光変調素子と瞳孔との距離が大きくなるほど、光源の光量が低下するように、観察者ごとに順番に、光源の光量が制御されることにより、それぞれの観察者の瞳孔に入射する光量が増大するのを防止することができる。

上記構成において、前記制御器は、前記観察者ごとに算出された前記表示装置と瞳孔との相対位置に基づいて、前記観察者ごとに前記空間光変調素子と瞳孔との距離を算出し、該算出結果のうち最大距離の観察者を特定観察者として判定し、前記特定観察者の瞳孔に入射する光量が所定の基準値以下になるように、前記光源の光量を制御してもよい。

上記構成によれば、観察者ごとに算出された表示装置と瞳孔との相対位置に基づいて、観察者ごとに空間光変調素子と瞳孔との距離が、制御器により算出される。該算出結果のうち最大距離の観察者が、特定観察者として制御器により判定される。特定観察者の瞳孔に入射する光量が、所定の基準値以下になるように、光源の光量が、制御器により制御される。ここで、空間光変調素子と瞳孔との距離が大きくなるほど、瞳孔に入射する光を発する空間光変調素子の領域が大きくなり、瞳孔に入射する光量は増大する。したがって、特定観察者の瞳孔に入射する光量が基準値以下になるように、光源の光量が制御されることにより、それぞれの観察者の瞳孔に入射する光量を基準値以下にすることができる。

上記構成において、前記光源は、レーザ光を出射するレーザ光源としてもよい。上記構成によれば、光源は、レーザ光を出射するレーザ光源である。したがって、色再現性の良い表示装置を実現することができる。

本発明にかかる表示装置は、立体画像を表示するときにおけるクロストークの抑制や、光利用効率の向上が可能な省電力の立体画像表示装置として有用である。更に眼に対する影響の少ない表示装置として使用可能である。また、観察者を制限するプライバシー性の高い表示装置にも応用できる。

Claims (11)

1. 画像を表示する表示装置であって、
   光を出射する光源と、
   前記光の通過域をそれぞれ制限する複数の開口絞りを含む開口絞りアレイと、
   前記複数の開口絞りに対応してそれぞれ設けられ、前記複数の開口絞りを通過した光をそれぞれ集束する複数のレンズを含むレンズアレイと、
   前記複数のレンズによりそれぞれ集束された光の進行方向をそれぞれ偏向する偏向器と、
   前記偏向器により偏向された光によって照明され、該照明光を変調する空間光変調素子と、
   前記空間光変調素子を観察する観察者を検出する検出器と、
   前記検出器の検出結果に基づいて前記観察者の瞳孔の位置を算出し、該算出結果に基づいて前記表示装置と前記観察者の瞳孔との相対位置を算出し、該算出結果に基づいて前記複数の開口絞りの開口量と前記偏向器の偏向量とを制御する制御器と、
   を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記制御器は、算出された前記表示装置と前記観察者の瞳孔との相対位置に基づいて、前記空間光変調素子により変調された光が前記観察者の瞳孔に入射するように、前記偏向器の偏向量を制御することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記制御器は、左目用の画像信号と右目用の画像信号とに基づき交互に光を変調するように、前記空間光変調素子を制御し、
   前記制御器は、前記検出器の検出結果に基づいて前記観察者の左目及び右目の瞳孔の位置をそれぞれ算出し、該算出結果に基づいて前記表示装置と前記観察者の左目及び右目の瞳孔との相対位置をそれぞれ算出し、該算出結果に基づいて、前記左目用の画像信号に基づき前記空間光変調素子により変調された光が前記観察者の左目の瞳孔に入射し、かつ、前記右目用の画像信号に基づき前記空間光変調素子により変調された光が前記観察者の右目の瞳孔に入射するように、前記偏向器の偏向量を制御することを特徴とする請求項２記載の表示装置。
4. 前記制御器は、前記空間光変調素子の中心近傍に対向する開口絞りの開口量に比べて、前記空間光変調素子の端近傍に対向する開口絞りの開口量の方が小さくなるように、前記複数の開口絞りの開口量を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記開口絞りの開口量をＷ１と定義し、前記観察者の瞳孔の直径をＷ２と定義し、前記開口絞りと該開口絞りに対応するレンズとの距離をＬ１と定義し、前記レンズと前記観察者の瞳孔との距離をＬ２と定義し、
   前記制御器は、前記表示装置と前記観察者の瞳孔との相対位置に基づいて前記距離Ｌ２を算出し、Ｗ１×Ｌ２＝Ｗ２×Ｌ１が満たされるように、前記開口絞りの開口量Ｗ１を制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の表示装置。
6. 前記制御器は、前記表示装置と前記観察者の瞳孔との相対位置に基づいて、前記空間光変調素子と前記観察者の瞳孔との距離を算出し、算出された距離が大きくなるほど、前記光源の光量を低下させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の表示装置。
7. 前記空間光変調素子は、当該空間光変調素子の透過率が変化することにより前記偏向器によって偏向された光を変調し、
   前記制御器は、前記表示装置と前記観察者の瞳孔との相対位置に基づいて、前記空間光変調素子と前記観察者の瞳孔との距離を算出し、算出された距離が大きくなるほど、前記空間光変調素子の透過率を低下させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の表示装置。
8. 前記制御器は、前記検出器により複数の観察者が検出されると、該検出結果に基づいて前記観察者ごとに瞳孔の位置を算出し、該算出結果に基づいて前記観察者ごとに前記表示装置と瞳孔との相対位置を算出し、該算出結果に基づいて前記観察者ごとに順番に、前記複数の開口絞りの開口量と前記偏向器の偏向量とを制御することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の表示装置。
9. 前記制御器は、前記観察者ごとに算出された前記表示装置と瞳孔との相対位置に基づいて、前記観察者ごとに前記空間光変調素子と瞳孔との距離を算出し、算出された距離が大きくなるほど前記光源の光量が低下するように、前記観察者ごとに順番に、前記光源の光量を制御することを特徴とする請求項８記載の表示装置。
10. 前記制御器は、前記観察者ごとに算出された前記表示装置と瞳孔との相対位置に基づいて、前記観察者ごとに前記空間光変調素子と瞳孔との距離を算出し、該算出結果のうち最大距離の観察者を特定観察者として判定し、前記特定観察者の瞳孔に入射する光量が所定の基準値以下になるように、前記光源の光量を制御することを特徴とする請求項８記載の表示装置。
11. 前記光源は、レーザ光を出射するレーザ光源であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の表示装置。

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