JP2008058583A - 三次元画像表示装置および三次元画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークを排除しながら、視域角を広げることのできる三次元画像表示装置および三次元画像表示方法を得ること。
【解決手段】要素画像を表示する複数の要素画像表示部で構成される表示装置１０と、二次元表示手段の光線方向に配置され、前記要素画像表示部の光線を通過させる複数の要素レンズで構成されるレンチキュラレンズシート２０と、前記要素画像表示部と当該要素画像表示部からの光線を通過させる要素レンズとの対応を切り替える要素画像要素レンズ対応切替え手段３０と、前記要素画像要素レンズ対応切替え手段３０に対する切り替えを指示し、当該指示に同期して前記要素画像表示部に要素画像を時分割で表示させる時分割同期画像表示手段４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は三次元画像表示装置および三次元画像表示方法に関するものである。

近年、表示デバイスの高解像度化、計算機能力の向上、ディジタル信号技術の進歩などに伴い、比較的安価に、裸眼三次元画像表示システムを実現できる環境が整いつつあり、既にパララックスバリアを使った裸眼三次元画像表示機能を持った携帯電話やパソコンなどが商品化されている。しかしながら、これらの商品に使われている二眼式による方法では、決まった位置から画像を見る必要があり、立体視をするには、観測者が一人に限定され、また、位置が限定される、という欠点があった。

裸眼三次元画像を表示する方法の中で、１９０８年にリップマンにより発明されたインテグラル・フォトグラフィ（ＩＰ）は、前記の欠点を解消する有力な方式の一つであると考えられている。この方式は、複数の観測者が同時に観測することができ、また観測位置が変われば、それに伴って見え方が変化するという特徴を持つ。リップマンが提示したＩＰ方式は、水平方向及び垂直方向の視差を再現する蝿の目レンズを使う方法であったが、実現性と人間の知覚特性を考え、レンチキュラレンズ等を使用して、水平方向の視差だけを再現する一次元のＩＰ方式も提案されている。

従来のレンチキュラレンズシートを使ったＩＰ方式においては、図１５に示すように、表示装置１０上の複数画素により構成された要素画像表示部１４、１５を、レンチキュラレンズシート２０の個々のレンズである要素レンズ２４、２５にそれぞれ固定的に対応させる（図１５では、対応を点線で示す）。表示装置の要素画像表示部１４，１５に要素画像が表示されると、要素画像表示部１４，１５と要素レンズの固定的な位置関係に基づき、所定の方向に画像が射出される。観察者は、目の位置に応じて、この画像を見ることにより、三次元画像として認識する。

一方、ＩＰ方式における三次元画像の精細度と視域角はトレードオフ関係にあり、液晶ディスプレイやプロジェクタ等の表示装置においては、精細度が優先され、見える角度（視域角）が狭いものが多かった。また、ＩＰ方式においては、要素レンズに対応した要素画像表示部に隣接する隣接要素画像表示部からの、システム提供者の意図しないクロストークが発生することがあった。

従来のＩＰ方式の視域角の範囲は（数１）で表すことができる。但し、ｇはレンズアレイと画像表示装置の距離、ｐはレンズアレイの要素レンズの横幅（ピッチ）である。一般的に、表示装置と要素レンズの距離ｇは、要素レンズの焦点距離と等しく設定される。この場合、（数１）は（数２）のように表すことができる。また、要素レンズのピッチｐは、二次元表示装置の解像度を上げることなしに、大きくすることが出来ない。このように、ｐ、ｇは表示装置全体システムに依存して決定されるものであり、自由に変更できるものではない。

θ＝２ａｒｃｔａｎ（ｐ／（２×ｇ））・・・（数１）
θ＝２ａｒｃｔａｎ（ｐ／（２×ｆ））・・・（数２）
視域角を広くするためには、例えば図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、要素レンズの焦点距離を短くする方法がある（ｆ１＞ｆ２）。焦点距離を短くすると、視域角自体は広がるが（θ１＜θ２）、二次元表示装置の全体の画素数が変わらなければ、１つのレンズに対応する要素画像の画素数Ｘは変わらない。このため、単位角度当たりの画素の密度が低くなり（Ｘ／θ１＞Ｘ／θ２）、連続的に見えるべき画像が不連続になってしまい、観測者が観測する際に違和感が生じる。また、焦点距離の短いレンズは収差の影響が大きくなるため、レンズの焦点距離を短くするには限界がある。

クロストークを避ける方法として、遮蔽手段を設け隣接画像からの光を遮蔽する方法が開示されているが（例えば、下記特許文献１）、この方法では、視域角は従来のままである。

また、クロストークを避け、視域角を広げる方法として、下記（特許文献２）では、要素レンズに開閉部を設け、開閉する要素レンズを切り替える方式が開示されている。この方式では、開いている要素レンズに隣接するレンズは閉じておくことにより、隣接する要素レンズからの再生画像（クロストーク）を遮蔽する。さらに、開閉する要素レンズを一定の周期で切り替えることにより、全ての要素レンズに対応する画像が同時に再生されているように見え、これによって視域角を広げている。
特開２００２−３００５９９号公報 特開２００３−１７７３５５号公報

しかしながら、上記（特許文献２）の従来の技術によれば、閉じている要素レンズも含めて全ての要素レンズに対応する表示装置の画素が必要となり、表示装置が大規模なものとなる。また、開閉部を全ての要素レンズに設けることから、可動部の個数が多くその制御も複雑となるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、クロストークを排除しながら、視域角を広げることのできる三次元画像表示装置および三次元画像表示方法を得ることを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、要素画像を表示する複数の要素画像表示部で構成される二次元表示手段と、前記二次元表示手段の光線方向に配置され、前記要素画像表示部の光線を通過させる複数の要素レンズで構成されるレンズアレイと、前記要素画像表示部と当該要素画像表示部からの光線を通過させる要素レンズとの対応を切り替える要素画像要素レンズ対応切替え手段と、前記要素画像要素レンズ対応切替え手段に対する切り替えを指示し、当該指示に同期して前記要素画像表示部に要素画像を時分割で表示させる時分割同期画像表示手段と、を備えたものである。

本発明によれば、簡易な構成で、クロストークを排除しながら、視域角を広げることのできる三次元画像表示装置および三次元画像表示方法が得られる。

本発明の第１の発明の三次元画像表示装置は、要素画像を表示する複数の要素画像表示部で構成される二次元表示手段と、二次元表示手段の光線方向に配置され、要素画像表示部の光線を通過させる複数の要素レンズで構成されるレンズアレイと、要素画像表示部と当該要素画像表示部からの光線を通過させる要素レンズとの対応を切り替える要素画像要素レンズ対応切替え手段と、要素画像要素レンズ対応切替え手段に対する切り替えを指示し、当該指示に同期して要素画像表示部に要素画像を時分割で表示させる時分割同期画像表示手段とを備えることを特徴としたものであり、クロストークを排除しながら、視域角を広げることができるという作用を有する。

本発明の第２の発明の三次元画像表示装置は、二次元表示手段を、投射型の表示手段とすることを特徴としたものであり、クロストークを排除しながら、視域角を広げることができるという作用を有する。

本発明の第３の発明の三次元画像表示装置は、要素画像要素レンズ対応切替え手段を、光経路変更手段とすることを特徴としたものであり、クロストークを排除しながら、視域角を広げることができるという作用を有する。

本発明の第４の発明の三次元画像表示装置は、要素画像要素レンズ対応切替え手段を、波長選択フィルタとすることを特徴としたものであり、クロストークを排除しながら、視域角を広げることができるという作用を有する。

本発明の第５の発明の三次元画像表示装置は、要素画像要素レンズ対応切替え手段を、偏光フィルタとすることを特徴としたものであり、クロストークを排除しながら、視域角を広げることができるという作用を有する。

本発明の第６の発明の三次元画像表示装置は、要素画像表示部に要素画像を時分割で表示させる場合の分割数と、要素画像要素レンズ対応切替え手段の切り替え段数と、を等しくしたことを特徴としたものであり、クロストークを排除しながら、視域角を広げることができるという作用を有する。

本発明の第７の発明の三次元画像表示装置は、三次元画像の視域角θが、「θ＞２ａｒｃｔａｎ（ｐ／（２ｇ））：ｐは要素レンズのピッチ、ｇは二次元表示装置とレンズアレイの距離」を満たすことを特徴としたものであり、クロストークを排除しながら、視域角を広げることができるという作用を有する。

本発明の第８の発明の三次元画像表示方法は、複数の要素画像を表示し、当該要素画像に対応する要素レンズから構成されるレンズアレイを通過させて三次元画像を投影する三次元画像表示方法であって、複数の要素画像を要素画像表示部に表示する画像表示ステップと、当該要素画像表示部と当該要素画像表示部に対応する要素レンズとの切り替えを指示する切り替え指示ステップと、指示に基づき、要素画像表示部と要素レンズの対応を切り替える要素画像要素レンズ対応切替えステップと、を含み、画像表示ステップと切り替え指示ステップと要素画像要素レンズ対応切替えステップとを、要素画像と要素レンズとの対応の切り替え段数分だけ繰り返し実行することを特徴としたものであり、クロストークを排除しながら、視域角を広げることができるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の構成要素図である。本実施の形態の三次元画像表示装置は、表示装置１０、レンチキュラレンズシート２０、要素画像要素レンズ対応切替え手段３０、時分割同期画像表示手段４０で構成されている。レンチキュラレンズシート２０は、複数の要素レンズ（たとえば、２３，２４，２５）で構成され、表示装置１０は、複数の要素画像表示部（たとえば、１３，１４，１５）で構成されている。要素画像表示部は、１つの要素レンズに対応する大きさの画像（要素画像）を表示するための画素群である。

まず、各部の機能を説明する。表示装置１０は、時分割同期画像表示手段４０の指示により各々の要素画像表示部に対応する要素画像を表示する。表示された要素画像は、レンチキュラレンズシート２０の要素レンズのうちのいずれか１つを通過して要素画像を観察者の方向に投影する。要素画像要素レンズ対応切替え手段３０は、時分割同期画像表示手段４０の指示により要素画像と要素レンズの対応を切り替える。時分割同期画像表示手段４０は、要素画像要素レンズ対応切替え手段３０による要素画像表示部と要素レンズの対応を時分割で切り替える制御を行うとともに、その切り替えに同期して表示装置１０の表示内容を切り替える。

本実施の形態では、レンチキュラレンズシート２０を透過する光の方向を時分割で切り替え、それぞれの対応に応じた要素画像を、対応する要素画像表示部に切り替えに同期して表示させることにより、広い視域角を実現する。図２を使って、この時分割切り替えの動作を説明する。図２は要素画像要素レンズ対応切替え手段（Ｍ＝３）の振る舞いについての説明図である。ここでは、要素画像要素レンズ対応切替え手段３０の切り替え数（以下Ｍで表す）が３の場合について説明するが、切り替え数は、残像効果が期待できる範囲で任意に設定可能である。

まず、時刻ｔ１では、時分割同期画像表示手段４０は、要素画像要素レンズ対応切替え手段３０に、要素画像表示部１４と要素レンズ２３を対応させるよう指示し、それと同期して、要素画像表示部１４に、要素画像Ａ（要素画像表示部１４から要素レンズ２３を経由して射出される方向に表示させるべき画像）をＴ１秒表示する。次に、時間ｔ２では、要素画像表示部１４と要素レンズ２４を対応させるよう指示し、それと同期して、要素画像表示部１４には、要素画像Ｂ（要素画像表示部１４から要素レンズ２４を経由して射出される方向に表示させるべき画像）をＴ２秒表示する。さらに、時間ｔ３では、要素画像表示部１４と要素レンズ２５を対応させるよう指示し、それと同期して、要素画像表示部１４には、要素画像Ｃ（要素画像表示部１４から要素レンズ２５を経由して射出される方向に表示させるべき画像）をＴ３秒表示する。Ｍ＝３であるので、ｔ１からここまでを１つの周期とし、以降、同様の動作を繰り返す。Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３はそれぞれ次の切り替えまでの時間である（切り替え所要時間は無視できるものとする）。Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は等しい時間間隔であり、残像効果を知覚できる時間以下、望ましくはＴ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝６０ｍｓ以下、とする。

以上の説明では、一つの要素画像表示部だけに着目したが、他の要素画像表示部も同様に、ｔ１，ｔ２，ｔ３のそれぞれのタイミングで、要素レンズと対応させることにより、すべての要素画像表示部、すなわち表示装置の全画面を、一度に表示することができる。また、ここでは時分割の分割数Ｎ（１周期内の表示や要素レンズと要素画像の切り替え数）をＭと同じにして、要素レンズと要素画像の対応の切り替えの時分割制御のみを行うようにしたが、ＮをＭより大きな値にして、複数の部分画面に分けて、表示することも可能である。例えば、ＮをＭの４倍にして、表示装置１０の要素画像表示部を４つのグループにわけて表示する。

つづいて、時分割同期画像表示手段４０の処理について図３に基づいて補足説明する。図３は、時分割同期画像表示手段４０のフローチャート（１周期分）である。ここでは、時分割の分割数Ｎが、Ｍと同じ場合について説明する。各々の要素レンズは、Ｎ個の時分割の各々の状態に対して、どの要素画像表示部と対応するかそれぞれあらかじめ定義しておく。まず、時分割同期画像表示手段４０は、カウンターｉを初期化（ｉ＝１）する（Ｓｔｅｐ１）。次に、ｉ番目の要素レンズと要素画像表示部の対応に基づいて要素画像要素レンズ対応切替え手段３０に要素レンズと要素画像表示部の対応の切り替えを指示し、対応する要素画像表示部群に各々要素画像を表示する（Ｓｔｅｐ２）。次に、ｉ＜Ｎならば（Ｓｔｅｐ３）、カウンターｉを１増やし（Ｓｔｅｐ４）、時分割時間（Ｔ１）表示を続け（Ｓｔｅｐ５）、その後Ｓｔｅｐ２に戻る。ｉ＜Ｎでなければ、処理を終了する。これらが、１周期の処理であり、表示時間中この動作を繰り返す。

以上のように本実施の形態では、時分割で要素レンズと要素画像表示部の対応を切り替えることによりクロストークを避け、視域角を広めることができるが、視域角を広げる原理について図４を用いて説明する。図４は視域角を広げる原理の説明図である。

図４では、レンズが並んでいる方向をＸ方向、観察者のいる方向をＺ方向としている。表示装置１０の画素の一部である要素画像表示部１４を使って、要素画像を表示する例を説明する。要素レンズ２３〜２７は、表示装置１０とほぼ平行に配置されており、要素画像表示部のピッチと要素レンズのピッチは、ほぼ等しく設定されている。表示装置１０と要素レンズ２３〜２７の距離はｇ、要素レンズ２３〜２７のピッチはｐである。図１６（ａ）および図１６（ｂ）で示したような要素レンズと要素画像表示部が固定的に一対一に対応する従来のＩＰ方式においては、要素画像表示部１５に対応する要素レンズは２５であり、隣接する要素画像表示部は１４，１６であり、要素画像表示部１５から要素レンズ２５の中心を通る光線の角度範囲はαからβまでとなり、視域角はθ＝β−αとなる。また、この方式の場合、角度α以下の光線は要素レンズ２６などに入り、角度β以上の光線は、要素レンズ２４などに入り、クロストークになる。

一方、本実施の形態では、要素画像表示部と要素レンズの対応を３組で切り替える（Ｍ＝３の場合）ため、時間ｔ１では、要素画像表示部１４と要素レンズ２３、要素画像表示部１５と要素レンズ２４、要素画像表示部１６と要素レンズ２５を対応させ、図４の左方向（Ｘ軸の負方向）に向けて投影すべき画像を表示する。時間ｔ２では、要素画像表示部１４と要素レンズ２４、要素画像表示部１５と要素レンズ２５、要素画像表示部１６と要素レンズ２６を対応させ、Ｚ方向に向けて投影すべき画像を表示する。時間ｔ３では、要素画像表示部１４と要素レンズ２５、要素画像表示部１５と要素レンズ２６、要素画像表示部１６と要素レンズ２７を対応させ、図４で右方向（Ｘ軸の正方向）に向けるべき画像を表示する。すなわち、要素レンズと要素画像表示部の組み合わせに３つの状態が存在し、それぞれ異なる視域角となる。瞬時のそれぞれの状態の視野角は従来と同じであるが、残像効果が残る間に３つの状態を切り替えることにより、実効上の視域角は、３つの状態の視域角を合わせた領域θ´＝β´−α´とすることができ、従来の視域角θより広くなる。残像効果が期待できる範囲でＭを３より大きくすれば、Ｍ＝３の場合より更に視域角を広くすることができる。

次に、視域角と、表示装置，要素レンズの距離ｇ，要素レンズのピッチｐとの関係を説明する。図５は図４の一部を簡略化した図であり、図６は図５を簡略化した図である。図６から、θ＝２ａｒｃｔａｎ（ｐ／（２×ｇ））である（前述した（数１）に相当）。本実施の形態では、Ｍ＝３の場合、広くなった視域角θ´＝２ａｒｃｔａｎ（３ｐ／（２×ｇ））となる。一般に、残像効果が期待できる範囲のＭに対し、視域角θ´＝２ａｒｃｔａｎ（Ｍｐ／（２×ｇ））で表すことができる。

なお、本実施の形態では、レンチキュラレンズシート２０を用いているが、ハエの目レンズのアレイ等、他のレンズを用いた場合にも、適用できる。

以上のように本実施の形態では、時分割で要素レンズと要素画像表示部の対応を切り替えることにより、表示装置の規模を大きくすることなしに、または、複数の表示装置を使用することなしに、クロストークを避けて、視域角を拡大することができる。

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２の構成要素図である。実施の形態１と同様の機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。本実施の形態では、投射型表示装置５０を用いて表示する。図示していないが、投射型表示装置５０は、実施の形態１の表示装置１０と同様に１つの要素レンズに対応する大きさの画像（要素画像）を表示する要素画像表示部の集合である。

時分割同期画像表示手段４０は、投射型表示装置５０上の光線方向に配置されているレンチキュラレンズシート２０上の要素レンズと要素画像表示部の対応を、投射中または投射された後で、要素画像要素レンズ対応切替え手段３０により切り替える。切り替えの動作手順については、実施の形態１と同様である。

以上のように、本実施の形態では、時分割で要素レンズと要素画像表示部の対応を切り替えることにより、表示装置の規模を大きくすることなしに、または、複数の表示装置を使用することなしに、クロストークを避けて、視域角を拡大することができる。

（実施の形態３）
図８，９，１０は、実施の形態３の要素画像要素レンズ対応の切替えを表す図である。本実施の形態では、要素画像要素レンズ対応切替え手段３０を開閉シャッター６０に変更しているが、その他の構成要素は実施の形態１と同様である。実施の形態１と同様の機能のものは同一の符号を付して説明を省略する。図８，９，１０では、本実施の形態の構成の主要部分のみを示しているが、本実施の形態でも実施の形態１の図１に示した時分割同期画像表示手段４０が、開閉シャッター６０の要素画像表示部の対応を切り替えと表示装置１０の要素画像の表示の制御を実施する。

開閉シャッター６０は、たとえば、光ファイバーなどを使った導波路型の開閉シャッターで、光の経路を変更する光経路変更手段として動作する。開閉シャッター６０が、図８，９，１０のように、表示装置１０上の要素画像表示部１２，１３，１４との対応を、順に、レンチキュラレンズシート２０上の要素レンズ２３，２４，２５（図８）、要素レンズ２２，２３，２４（図９）、要素レンズ２１，２２，２３（図１０）に切り替える。

切り替えの動作手順は、実施の形態１と同様である。

以上のように、本実施の形態では、時分割で要素レンズと要素画像表示部の対応を切り替えることにより、表示装置の規模を大きくすることなしに、または、複数の表示装置を使用することなしに、クロストークを避けて、視域角を拡大することができる。

（実施の形態４）
図１１は、実施の形態４の構成要素図である。本実施の形態では、要素画像要素レンズ対応切替え手段３０を波長選択フィルタ７０に変更しているが、その他の構成要素は実施の形態１と同様である。ただし、本実施の形態では、表示装置１０は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のサブピクセルをもつものとする。図１１では、本実施の形態の構成の主要部分のみを示しているが、本実施の形態でも実施の形態１の図１に示した時分割同期画像表示手段４０が、波長選択フィルタ７０の要素画像表示部の対応を切り替える処理と表示装置１０の要素画像の表示の制御とを実施する。

図１１に示すように、表示装置１０の画素は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３種類の画素で構成されている。表示装置１０の前に、Ｒ，Ｇ，Ｂのうち一つの波長光だけを透過させる波長選択フィルタ７０を配置する。ここで、波長選択フィルタ７０は、波長選択を行う以外に影響を与えないように十分薄いものとする。波長選択フィルタ７０に記しているＲ，Ｇ，Ｂは、ぞれぞれ、赤，緑，青の光線だけを透過させることを表している。

本実施の形態の画像表示と切り替え方法について説明する。以下、ＲＧＢサブピクセルの並びがモザイク配列の場合について説明を行う。モザイク配列とは、図１１に示すように、ＲＧＢの同一色を斜めに配置したものであり、通常、二次元ディスプレイとして使用する際は、二次元の際の画素構成３１のように横のＲＧＢにより画素を構成するが、水平視差を多く提供する必要のある三次元表示においては、モザイク配列の時の三次元画素構成３２のように縦方向のＲＧＢにより画素を構成する。表示装置の画素表示部毎に、ＲＧＢのうち１つの色だけに着目して説明を行う。図１１において、要素画像表示部１１ではＧ、要素画像表示部１２ではＢ，要素画像表示部１３ではＲ、要素画像表示部１４ではＧに着目する。波長フィルタ７０と表示装置１０の３種類の位置関係を図示したものが、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）である。図１２（ａ）〜図１２（ｃ）では、表示装置１０は、着目した色のみをＲ，Ｇ，Ｂで示している。

時刻ｔ１において、図１２（ａ）の要素画像表示部と要素レンズの位置関係では、要素画像表示部１２のＧ、要素画像表示部１３のＢ、要素画像表示部１４のＲは、波長選択フィルタ７０により、それぞれ左の要素レンズ２１，２２，２３に対応付けられる。時刻ｔ２において、図１２（ｂ）の位置関係では、要素画像表示部１１，１２，１３，１４は、それぞれ真上の要素レンズ２１，２２，２３，２４に対応付けられる。また図１２（ｃ）の位置関係では、要素画像表示部１１，１２，１３は、それぞれ右の要素レンズ２２，２３，２４に対応付けられる。

以上モザイク配列の場合について説明を行ったが、サブピクセルの並びが他の配列、たとえば、ストライプ配列の場合には、レンチキュラレンズシート２０を傾ける等の方法によって、図１７のストライプ配列の時の三次元画素構成３３のように画素を斜めのＲＧＢで構成することにより、モザイク配列の場合と同様の効果を得ることができる。

本実施の形態では、時分割同期画像表示手段４０が、上記３つの状態を時分割で切り替えることにより、すなわち、波長選択フィルタ７０の透過する色と表示装置の表示する色との関係を時分割で切り替えることにより、実施の形態１と同様に要素レンズと要素画像表示部の対応を変えて視域角を広くする。

このように、時分割同期画像表示手段４０が、波長選択フィルタ７０と表示装置１０の位置関係３種類の組み合わせにより残像効果の有効な範囲で、時分割で切り替え、また、それと同期して表示する画像を切り替える処理を繰り返すことにより、実施の形態１と同様にクロストークを避け、視域角を広げることができる。

なお、表示装置１０と波長選択フィルタ７０の位置関係の切り替えについては、波長選択フィルタ７０をレンチキュラレンズシート２０に固定しておき、レンチキュラレンズシート２０と表示装置１０の画素の関係を左右（要素レンズの並んでいる方向）に動かすことにより行うこととしてもよいし、または、可変波長選択フィルタを用いることとしてもよい。

以上のように、本実施の形態では、波長選択フィルタ７０を用いて要素レンズと要素画像の対応を切り替えるようにしたので、複雑な光路切り替え機構を必要とせずに、クロストークを避けて、視域角を拡大することができる。

（実施の形態５）
図１３は、実施の形態５の構成要素図である。本実施の形態では、要素画像要素レンズ対応切替え手段３０を偏光フィルタ８０に変更し、要素画像表示部の幅を変更しているが、その他の構成要素は実施の形態１と同様である。図１３では、本実施の形態の構成の主要部分のみを示しているが、本実施の形態でも実施の形態１の図１に示した時分割同期画像表示手段４０が、偏光フィルタ８０の要素画像表示部の対応を切り替える処理と表示装置１０の要素画像の表示の制御とを実施する。また、表示装置１０の要素画像表示部は、偏光ごとの表示が可能なものであり、要素画像表示部の区切りは時分割同期画像表示手段４０により変更可能とする。

２１〜２９は要素レンズ、８０は偏光フィルタ、９１〜９７は要素画像表示部である。偏光フィルタ８０は、ＨまたはＶの偏光透過特性をもつ要素フィルタが交互に並んでいる構成である。偏光フィルタ８０は、要素フィルタが要素レンズと同じ長さであり、図１３ではＨ，Ｖで偏光の方向を示す。ここで、偏光フィルタは、偏光以外に他の影響を与えないように十分薄いものとする。

要素画像表示部は、要素レンズの２倍の幅であり、要素レンズのピッチをｐとする。表示装置１０の要素画像表示部の区切りは変更できるものとし、表示装置でＶ偏光の表示を行ったときの要素レンズ，要素画像表示部，偏光フィルタの位置関係例を図１４（ａ）に示す。図１４（ａ）は請求項５の一実施の形態の説明図である。各要素画像表示部の真上には、Ｖ偏光を透過する要素フィルタが配置されている。たとえば、要素画像表示部９１は、要素レンズ２２と中心のＸ座標（要素レンズの並んでいる方向）が等しく、要素レンズ２１と２３はそれぞれ要素画像表示部９１と０．５ｐずれるように配置されている。この場合、Ｖ偏光の表示がＶ偏光のフィルタのみを通過するため、要素画像表示部９１，９２，９３，９４は、それぞれ要素レンズ２２，２４，２６，２８に対応する（対応を矢印で示す）。

Ｈ偏光の表示を行ったときの要素レンズ，要素画像表示部，偏光フィルタの位置関係例を図１４（ｂ）に示す。図１４（ｂ）は請求項５の一実施の形態の説明図である。Ｈ偏光の表示を行うときには、時分割同期画像表示手段４０は、表示装置１０の要素画像表示部の区切りを要素画像表示部の大きさの１／２分だけ各々ずらす。たとえば、要素画像表示部９５は、Ｖ偏光の表示時には、要素画像表示部９１であったものと要素画像表示部９２であった画素から構成されることになる。要素画像表示部９５は、要素レンズ２３と中心のＸ座標が等しく、要素レンズ２２，２４とは０．５ｐずれて配置される。この場合、要素画像表示部９５，９６，９７は、それぞれ要素レンズ２３，２５，２７に対応する。

以上の２つの状態を時分割同期画像表示手段４０の指示により、残像効果の有効な範囲で、時分割で切替え、それに同期して対応する表示する要素画像を切り替える処理を繰り返し行う。本実施の形態では、Ｍ＝２となり、視域角θ＝２ａｒｃｔａｎ（ｐ／ｇ）となり（数１）より広くすることができる。

なお、本実施の形態では、ＨとＶの偏光表示の切り替えと同時に要素画像表示部の区切りを変更したが、ＨとＶの偏光表示の切り替え時に、要素画像表示部は変更せず、偏光フィルタ８０をレンチキュラレンズシート２０に固定しておき、表示装置との関係を左右（要素レンズの並んでいる方向）に動かすことにより行ってもよい。

以上のように、本実施の形態では、偏光フィルタ８０を用いて要素レンズと要素画像表示部の対応を切り替えるようにしたので、複雑な光路切替え機構を必要とせずに、クロストークを避けて、視域角を拡大することができる。

以上のように、本発明にかかる三次元画像表示装置および三次元画像表示方法は、立体を行う三次元画像表示に有用であり、特に、裸眼三次元画像表示システムに適している。

実施の形態１の構成要素図 要素画像要素レンズ対応切替え手段（Ｍ＝３）の振る舞いについての説明図 時分割同期画像表示手段のフローチャート 視域角を広げる原理の説明図 図４の一部を簡略化した図 図５を簡略化した図 実施の形態２の構成要素図 実施の形態３の要素画像要素レンズ対応の切替えを表す図 実施の形態３の要素画像要素レンズ対応の切替えを表す図 実施の形態３の要素画像要素レンズ対応の切替えを表す図 実施の形態４の構成要素図 （ａ）実施の形態４の一実施の形態の説明図、（ｂ）実施の形態４の一実施の形態の説明図、（ｃ）実施の形態４の一実施の形態の説明図 実施の形態５の構成要素図 （ａ）請求項５の一実施の形態の説明図、（ｂ）請求項５の一実施の形態の説明図 従来の技術における要素画像と要素レンズの関係を示す図 （ａ）要素レンズの焦点距離と視域角の関係を示す図、（ｂ）要素レンズの焦点距離と拡大された視域角の関係を示す図 表示装置がストライプ配列のサブピクセル構造のときの三次元画像構成を示す図

符号の説明

１０ 表示装置
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９ 要素画像表示部
２０ レンチキュラレンズシート
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９ 要素レンズ
３０ 要素画像要素レンズ対応切替え手段
３１ 二次元の際の画素構成
３２ モザイク配列の時の三次元画素構成
３３ ストライプ配列の時の三次元画素構成
４０ 時分割同期画像表示手段
５０ 投射型表示装置
６０ 開閉シャッター
７０ 波長選択フィルタ
８０ 偏光フィルタ
９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７ 要素画像表示部
ｇ レンチキュラレンズと表示装置（非投射型の場合）までの距離
ｐ レンチキュラレンズのピッチ

Claims (8)

1. 要素画像を表示する複数の要素画像表示部で構成される二次元表示手段と、
   前記二次元表示手段の光線方向に配置され、前記要素画像表示部の光線を通過させる複数の要素レンズで構成されるレンズアレイと、
   前記要素画像表示部と当該要素画像表示部からの光線を通過させる要素レンズとの対応を切り替える要素画像要素レンズ対応切替え手段と、
   前記要素画像要素レンズ対応切替え手段に対する切り替えを指示し、当該指示に同期して前記要素画像表示部に要素画像を時分割で表示させる時分割同期画像表示手段と、
   を備えることを特徴とする三次元画像表示装置。
2. 前記二次元表示手段を、投射型の表示手段とすることを特徴とする請求項１に記載の三次元画像表示装置。
3. 前記要素画像要素レンズ対応切替え手段を、光経路変更手段とすることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元画像表示装置。
4. 前記要素画像要素レンズ対応切替え手段を、波長選択フィルタとすることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元画像表示装置。
5. 前記要素画像要素レンズ対応切替え手段を、偏光フィルタとすることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元画像表示装置。
6. 前記要素画像表示部に要素画像を時分割で表示させる場合の分割数と、前記要素画像要素レンズ対応切替え手段の切り替え段数と、を等しくしたことを特徴とする請求項１〜５いずれか１つに記載の三次元画像表示装置。
7. 三次元画像の視域角θが、「θ＞２ａｒｃｔａｎ（ｐ／（２ｇ））：ｐは要素レンズのピッチ、ｇは二次元表示装置とレンズアレイの距離」を満たすことを特徴とする請求項１、３〜６のいずれか１つに記載の三次元画像表示装置。
8. 複数の要素画像を表示し、当該要素画像に対応する要素レンズから構成されるレンズアレイを通過させて三次元画像を投影する三次元画像表示方法であって、
   複数の要素画像を要素画像表示部に表示する画像表示ステップと、
   当該要素画像表示部と当該要素画像表示部に対応する要素レンズとの切り替えを指示する切り替え指示ステップと、
   前記指示に基づき、要素画像表示部と要素レンズの対応を切り替える要素画像要素レンズ対応切替えステップと、
   を含み、
   前記画像表示ステップと前記切り替え指示ステップと前記要素画像要素レンズ対応切替えステップとを、要素画像と要素レンズとの対応の切り替え段数分だけ繰り返し実行することを特徴とする三次元画像表示方法。

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